回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備-機械裝置設(shè)計

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1、 回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備-機械裝置設(shè)計 摘要 工業(yè)化的快速發(fā)展，對各類零部件的質(zhì)量提出了更高的要求，尤其是一些用在重要地方比方核電和壓力容器上的零件，他們的產(chǎn)品是否安全不但影響自身設(shè)備的安全，而且一旦發(fā)生事故，還會對周圍的環(huán)境和人員造成傷害。因此如何在產(chǎn)品加工成型前就檢測出他的缺陷，并且采取一定的措施就顯得極為迫切和必要。 本設(shè)計采用無損探測超聲波檢測技術(shù)，可以對回轉(zhuǎn)件在軸向和徑向進行同步檢測，還可以根據(jù)檢測面的變化，對檢測探頭進行旋轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)體在三爪卡盤里邊裝夾完成，主傳動電機開始啟動，帶動三爪卡盤和回轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)，檢測探頭在電動滑臺的帶動下分別做水平或者直線運動，隨著回轉(zhuǎn)體的

2、旋轉(zhuǎn)，檢測探頭的軸向和徑向運動可以實現(xiàn)對整個回轉(zhuǎn)體的完成掃描和檢測，避免了缺陷遺漏，提高了檢測精度和效率。 本次設(shè)計不但進行了回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備機械設(shè)備的設(shè)計和開發(fā)，繪制了二維和三維圖紙，還對重要的部件如電機、齒輪、軸、滾珠絲杠等進行了計算和校核。 關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)件；超聲；三爪卡盤；電動滑臺 Design of ultrasonic testing equipment and mechanical device for rotary parts ABSTRACT The rapid development of industrialization, the quality

3、 of various parts of the proposed higher requirements, especially some components for use in important places such as nuclear power and pressure vessel, their products whether security not only affects the safety of the device itself, and in the event of an accident, but also to the surrounding envi

4、ronment and personnel damage. So it is very urgent and necessary that how to detect the defects before the product is processed and formed. This design uses nondestructive detection ultrasonic detection technology, can be on the rotary parts in the axial and radial synchronous detection, but also a

5、ccording to the detection of changes in the detection of the probe to rotate. Of the rotary body and inside the three jaw chuck clamping to complete, main drive motor is started, drives a three jaw chuck and the rotary body rotates, the detector will make the level or linear motion separately under

6、the drive of the electric slide, with the rotation of the rotary body, probe for detecting axial and radial movement can achieve complete scanning and detection of the rotary body, avoids the defects of omission, to improve the detection accuracy and efficiency. This design not only for rotary ultr

7、asonic testing equipment machinery and equipment design and development, drawing the 2D and 3D drawing, the important components such as the motor, gear, shaft, ball screw of the calculation and verification Key words: rotary parts; ultrasound; three jaw chuck; electric slide 目錄 第一章 緒論 1 1.1 研

8、究背景及意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.3 主要工作內(nèi)容 2 第二章 整體方案設(shè)計 4 第三章 回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備原理 6 第四章 關(guān)鍵零部件計算 9 4.1電機的選擇 9 4.2 減速器的選擇 9 4.3 傳動軸上斜齒輪的設(shè)計計算 10 4.3.1. 齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準則 10 4.3.2. 齒輪的材料及其選擇原則 10 4.3.3. 輪齒傳動的計算載荷 11 4.3.5. 本機構(gòu)中齒輪傳動設(shè)計與校核 11 4.4 軸的設(shè)計計算 16 4.4.1軸的設(shè)計概述 16 4.4.2 主軸的設(shè)計及校核 18 4.4.3第二根軸的強度校核 19

9、4.5 聯(lián)軸器、鍵連接的選擇 22 4.5.1 聯(lián)軸器的選擇 22 4.5.2 鍵連接的選擇 22 4.6電動滑臺絲杠選擇和計算 22 總結(jié) 28 參考文獻 30 致謝 34 第一章 緒論 1.1 研究背景及意義 隨著工業(yè)化發(fā)展，對各個零部件的精度和產(chǎn)品質(zhì)量本身提出了更高要求，如何在產(chǎn)品加工成型前就檢測出他的缺陷，不但可以提高產(chǎn)品的合格率，而且能節(jié)省成本，于是無損檢測技術(shù)在目前得到了快速發(fā)展。 　　 超聲波無損檢測（UT）技術(shù)是一個五個常規(guī)檢測技術(shù)與其它常規(guī)無損檢測橄欖技術(shù)相比，它具有一個對象能夠在很寬的范圍內(nèi)，測量的探測深度：準確定位缺陷。檢測靈敏度高：成本

10、低，使用方便快捷，對人體無害，使用方便等特點。因此，超聲波無損檢測技術(shù)是應(yīng)用最廣泛、使用率最高的一種無損檢測技術(shù)，它體現(xiàn)在各個階段的改進產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品設(shè)計、加工、制造、產(chǎn)品檢驗、設(shè)備服務(wù)等方面，都體現(xiàn)了為了保證機械零件的可靠性和安全性。超聲波探傷的數(shù)量是世界上首屈一指的，非破壞性測試書籍、材料和文件的數(shù)量在世界各國出版的。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，每年約有3000的外國文學對非破壞性測試，所有的文獻資料，對超聲無損檢測的內(nèi)容約為45%。前世界無損檢測會議論文都包含在超聲波檢測遙遙領(lǐng)先于其他檢測方法的相關(guān)論文的數(shù)量，尤其是在十月于羅馬舉行的2000世界第十五無損663論文檢測會議（世界無損檢測大會）和超聲波

11、測試占250（分布在2000世界無損檢測大會會議收集。所有這些都顯示了超聲無損檢測的研究動力及其在無損檢測中的重要地位　　 UT檢測技術(shù)為一體的5大常規(guī)無損檢測技術(shù)之一被廣泛使用。隨著數(shù)字技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字勘探儀器的使用已經(jīng)比較廣泛，但目前的數(shù)字探傷儀仍在使用。手動操作的方式，檢測大工件，耗時，自動化程度低，在一定程度上，測試的質(zhì)量與操作者的經(jīng)驗和責任水平有關(guān)。什么時候之前，數(shù)字自動探傷系統(tǒng)已成為無損檢測發(fā)展的主要方向，但對大型回轉(zhuǎn)體零件的自動探傷還很難實現(xiàn)。 大型旋轉(zhuǎn)部分（通常是1米的直徑，超過10米長）的狀態(tài)主要建筑設(shè)備的核心部件。國內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)，通常鍛件粗加工和精加工前、

12、后的超聲波檢測。這具有一定程度的軸向和徑向的加工階段的大回轉(zhuǎn)零件，利用刀具載體來實現(xiàn)對車床上探頭的自動定位是很困難的。國外同類產(chǎn)品生產(chǎn)公司的主要產(chǎn)品和研究美國泛美公司（浸水），加拿大的科技K，德國K [ [ 2L公司研發(fā)，但相應(yīng)的超自動檢測的大型旋轉(zhuǎn)部件的技術(shù)還處于保密階段。一些國內(nèi)近年來，高?？蒲袡C構(gòu)開展了超聲波自動檢測的研究，重點是對各種數(shù)字超聲波檢測設(shè)備和超聲波發(fā)射/采集卡，但大型旋轉(zhuǎn)件在線自動檢測系統(tǒng)的研究報道。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 利用超聲波技術(shù)對回轉(zhuǎn)體在無損檢測內(nèi)部缺陷開始在第二十世紀，30s后，在許多行業(yè)，如制造超聲波無損檢測技術(shù)取得了很好的效果。隨著新技術(shù)與計算機

13、技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和圖像處理技術(shù)相結(jié)合，超聲波無損檢測技術(shù)，由于其獨特的特點和寬廣領(lǐng)域的適應(yīng)性，使得它成為目前無損檢測技術(shù)的主要方法，得到了極大的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用，也使得超聲波檢測技術(shù)與新技術(shù)的發(fā)展。目前，超聲波測試技術(shù)取得的成果，現(xiàn)在很多方面，例如，新的理論和新技術(shù)的突破，測量對象范圍擴大，新的超聲波傳感材料得到的應(yīng)用，數(shù)字超聲波探傷儀不斷應(yīng)用和自動超聲波檢測設(shè)備的研究和發(fā)展的表面部分。 1.3 主要工作內(nèi)容 該檢測設(shè)備能對回轉(zhuǎn)類零件進行超聲自動檢測，具有檢測工藝計算機輔助設(shè)計功能，檢測結(jié)果可以進行圖形圖像化顯示，還可以進行數(shù)字判讀。 設(shè)計參數(shù)： <1>可檢工件Φ320m

14、m1000mm； <2>X軸行程160mm，Y軸行程1000mm； <3>工件旋轉(zhuǎn)（C 軸），探頭旋轉(zhuǎn)（B軸），探頭沿工件的徑向（X 軸）和軸向進給（Z 軸）掃描； <4>實現(xiàn)X 軸、Z 軸、B 軸三軸聯(lián)動； <5>主軸轉(zhuǎn)速范圍為：5～60r/min； <6>進給速度：0.5~10mm/r(這里的每轉(zhuǎn)是指工件旋轉(zhuǎn)一周的進給量)。 具體工作內(nèi)容： （1）制定總體設(shè)計方案； （2）設(shè)計裝配圖； （3）設(shè)計重要零件工程圖； （4）翻譯外文資料。 8 第2章 整體方案設(shè)計 大型回轉(zhuǎn)件在核電、壓力容器等領(lǐng)域得到很大應(yīng)用，為保證產(chǎn)品的安全性，內(nèi)部缺陷（如裂紋、夾渣、氣

15、孔等）檢測一直是人們關(guān)注的焦點之一。目前，該類零件的檢測由手工超聲波檢驗，試驗結(jié)果往往依賴于員工的經(jīng)驗，勞動強度高，效率低，可能存在較大的人為誤差回轉(zhuǎn)件人工檢測主要的缺點： 1）被測對象為回轉(zhuǎn)體，手工超聲檢測不便； 2）被測對象外徑比較大，手工超聲檢測工作量大； 3）被測對象結(jié)構(gòu)復(fù)雜（存在多階面），手工超聲檢測易出現(xiàn)漏檢。 針對目前回轉(zhuǎn)件由人工檢測存在的效率低下、誤差較大等問題，本次課題進行回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備-機械裝置設(shè)計，利用超聲波檢測技術(shù)對回轉(zhuǎn)件的表面和內(nèi)部進行全方位的掃描，并將掃描結(jié)果通過工業(yè)計算機顯示屏實時顯示，以提醒檢測人員或者操作人員. 2.1 檢測原理

16、 無損檢測是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下，對被檢驗部件的表面和內(nèi)部質(zhì)量進行檢查的一種檢測手段 超聲波是高于20000赫茲的聲波，聲波在彈性介質(zhì)中的本質(zhì)是在聲波傳播的形式中，在機械振動中的應(yīng)用是分為功率超聲和超聲檢測。它良好的方向性，穿透能力強，易于獲得較集中的能量，在密度較大的固體和液體的傳輸距離。 超聲波的特點： 1、超聲波能在特定方向上集中，在介質(zhì)中沿直線方向，具有良好的指向性。 2、超聲波在介質(zhì)中的傳播過程中，會出現(xiàn)衰減和散射。 3、超聲波在非均勻介質(zhì)中的界面會產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換。通過利用這些特性，可以得到缺陷界面的反射波，從而達到檢測缺陷的目的。 4，超聲波能

17、量遠大于聲波。 5、超聲波在固體中的傳輸損耗很小，探測深度較大，由于超聲波在異質(zhì)界面會出現(xiàn)反射、折射等現(xiàn)象，尤其不能通過氣固界面。如果金屬（氣體）或包含，裂紋，分層和其他缺陷，超聲波傳播到金屬之間的界面和缺陷，所有或部分的反射。超聲波的反射是由探頭接收的，通過儀器內(nèi)部的電路處理，在儀器的屏幕上會顯示出不同的高度和一定距離的波形。根據(jù)波形的變化特征，可以判斷缺陷的深度、位置和形狀。 超聲波探傷具有厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無害的優(yōu)點，可以對缺陷進行定位和定量分析。缺陷檢測的超聲波探傷不直觀，檢測技術(shù)難度高，容易受到主觀和客觀因素的影響，且檢測結(jié)果不易保存，超聲波探傷要求工作表面

18、光滑、檢測人員豐富的經(jīng)驗找出缺陷類型，適合較大厚度零件檢測，超聲波探傷有其局限性。 第三章 回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備原理 回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備圖如3.1所示。需要檢測的回轉(zhuǎn)件被放置在在三爪卡盤上，通過調(diào)節(jié)三爪卡盤上的螺桿，可以將回轉(zhuǎn)件裝夾住。三爪卡盤的底盤通過螺栓和旋轉(zhuǎn)軸連接在一起，軸在旋轉(zhuǎn)的時候帶動三爪卡盤一起運動。安裝檢測探頭的檢測機構(gòu)能實現(xiàn)在工件旋轉(zhuǎn)的時候探頭也旋轉(zhuǎn)，探頭可以沿工件的徑向和軸向分別進給掃描。 工作順序如下所示： （1） 裝夾回轉(zhuǎn)件 回轉(zhuǎn)件一般都是鍛件或者鑄件，它們的產(chǎn)品缺陷往往很難用肉眼來發(fā)現(xiàn)，他們在整個產(chǎn)品中的作用一般都很重要，不是做傳動軸就是做主要的傳動結(jié)構(gòu)，因此

19、對他們的要求也很高，之前靠老師們的經(jīng)驗來判斷，按照現(xiàn)在對工業(yè)的要求來說已經(jīng)是不行了，因此需要對回轉(zhuǎn)件利用現(xiàn)代科技進行更深入、更精確的檢測。 利用車間天車或者其它吊具將需要檢測的回轉(zhuǎn)件放置在三爪卡盤上，通過調(diào)節(jié)三爪卡盤上的螺桿，螺桿可以帶動卡塊將回轉(zhuǎn)件裝夾住為下一步工作做好準備。 （2） 啟動主電機，三爪卡盤帶著回轉(zhuǎn)件也跟著旋轉(zhuǎn) 在回轉(zhuǎn)件被夾持好之后，啟動主電機，主電機通過聯(lián)軸器、傳動軸1和錐齒輪，將主電機水平方向的運動轉(zhuǎn)化為豎直方向的旋轉(zhuǎn)運動，三爪卡盤底盤通過螺栓和豎直方向傳動軸連接，豎直方向的傳動軸帶動三爪卡盤一起運動，回轉(zhuǎn)件也會隨著主電機的水平旋轉(zhuǎn)做豎直方向的旋轉(zhuǎn)運動。

20、（3） 啟動超聲波自動掃面機構(gòu)，進行掃面 在以上兩個動作完成，運動平穩(wěn)后開始進行回轉(zhuǎn)件的超聲波掃描，超聲波掃描結(jié)構(gòu)采用電動滑臺機構(gòu)，電動滑臺能構(gòu)將步進電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，為了保證探頭的測量精度我們采用了帶有滾珠絲杠方式的電動滑臺。回轉(zhuǎn)件在做旋轉(zhuǎn)運動，可以通過控制豎直方向的電動滑臺對回轉(zhuǎn)件的軸向進行檢測，通過控制水平方向的電動滑臺對回轉(zhuǎn)件的徑向進行掃描檢測，也可以同時控制水平和豎直方向的電動滑臺同時對回轉(zhuǎn)件的軸向和徑向進行掃描。 圖3.1 回轉(zhuǎn)件大部分都是不太規(guī)則的，因此在檢測一個面之后，往往需要將探頭旋轉(zhuǎn)一定位置，再進行檢測，這時就需要探頭旋轉(zhuǎn)裝置（如圖示3

21、.1）。 超聲波遇到不同的介質(zhì)會產(chǎn)生折射和反射，采用超聲波檢測時如果不考慮這些，檢測的結(jié)果會有誤差。為了避免這種誤差出現(xiàn)，本次設(shè)計采用水作為耦合劑，采用通水式浸液法，這樣探頭在發(fā)射和接收超聲波時都會很穩(wěn)定，而且探頭和待測件不直接接觸，也會減小探頭的磨損（如圖2）所示。 圖3.2 （4） 掃描結(jié)果顯示于顯示屏 在完成回轉(zhuǎn)件的檢測掃描之后，最主要的是盡快將檢測結(jié)果傳遞給檢測人員或者下一道工序的操作人員，以便于對缺陷進行處理。于是我們在檢測探頭的上方設(shè)計了工業(yè)計算機，在檢測掃面的過程中可以實時的顯示檢測結(jié)果，該計算機具有實時畫

22、面顯示，數(shù)據(jù)存儲等功能。 圖3.3 回轉(zhuǎn)體在三爪卡盤里邊裝夾完成，主傳動電機開始啟動，帶動三爪卡盤和回轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)，檢測探頭在電動滑臺的帶動下分別做水平或者直線運動，隨著回轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)，檢測探頭的軸向和徑向運動可以實現(xiàn)對整個回轉(zhuǎn)體的完成掃描和檢測，避免了缺陷遺漏，提高了檢測精度和效率。 第四章 關(guān)鍵零部件計算 4.1電機的選擇 (4-1) (4-2) (4-3) f—軸向進給量 mm/min；

23、 (4-4) V—進給速度 m/min； 根據(jù)錐齒輪軸功率，轉(zhuǎn)速滾刀，可選配電機型號1FT6102-8ABT，額定功率為P =3.8千瓦，相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩T =24.5N.m 4.2 減速器的選擇 根據(jù)電機類型顯示，電機額定功率P =3.8千瓦，額定輸出轉(zhuǎn)矩T =24.5Nm，減速可選型號PS115，減速比4：1，額定輸出130nm的扭矩 1軸： (4-1) 2軸： (4-5) 4.3 傳動軸上斜齒輪的設(shè)

24、計計算 4.3.1. 齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準則 (1).失效形式 38hrc齒輪；齒輪傳動裝置的形式，是開放的，半開放式和封閉式的，使用低速，用不同的齒輪重型齒輪材料高速輕載和熱處理工藝性能更脆（如整體淬火鋼或鑄鐵的非常高的齒輪齒面硬度）或強（例如淬滅，并常高品質(zhì)碳鋼合金鋼齒輪，硬表面（大于350齒輪齒面硬度，并呼吁硬化齒輪）或軟（齒面硬度小于或等于350）的區(qū)別。 (2)設(shè)計準則 基于以上分析，我們可以知道，特定的操作條件下的齒輪傳動設(shè)計，必須有足夠的，工作中，為了確保在整個工作壽命不是由故障引起的相應(yīng)能力。因此，對于上述的操作條件和失效模式的各個方面，應(yīng)分別建立相應(yīng)的

25、設(shè)計標準。但對于牙齒磨損，塑性變形，通常在債券彎曲牙齒的疲勞強度，在牙齒表面，以確保標準計算的接觸疲勞強度。為高速，高功率的齒輪，根據(jù)以確?？拐硺藴恃例X表面的能力進行了計算。 4.3.2. 齒輪的材料及其選擇原則 失敗表示，在齒輪和齒輪的形式設(shè)計須齒表面具有高耐磨損性，抗點蝕性，粘合和抗塑性變形能力，所述根部具有斷裂容量高的電阻。因此，齒輪材料的齒面的基本性能要求應(yīng)該不難，有一個艱難的硬度。 (1).常用的齒輪材料 1)鋼 鋼具有良好的韌性，耐沖擊性，而且通過熱處理或它的機械性能的化學處理來改善，提高牙齒表面硬度，這是最適合于制造齒輪。 2）鑄鐵 灰鑄鐵常用于穩(wěn)定運行，速度低

26、，功率低。 4.3.3. 輪齒傳動的計算載荷 平均載荷p （單位為N/m）為 (4-6) L——沿齒面的接觸線長，mm。 (4-7) 4.3.4. 標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算 (1) 輪齒的受力分析 圓周力與徑向力（單位均為N），由此得 (4-8) (4-9)

27、 (4-10) 式中：——小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，； ——嚙合角，對標準齒輪，。 上述分析是在驅(qū)動齒輪的力，它的力的大小的從動鏈輪是相等且相反的。 (2) 齒根彎曲疲勞強度計算 作為齒輪的嚙合，在一對嚙合區(qū)。此時的手臂的最大的，但不是最大。因此，彎曲力矩并不是最大的。 齒輪精度不高，由于制造誤差較大，較大的負載實際上是在齒輪嚙合齒輪的頂部構(gòu)成的增編。為了方便計算的抗彎強度，通常在滿負荷時對齒的計算。當然，用這種方法，牙齒的抗彎強度是很強的。 4.3.5. 本機構(gòu)中齒輪傳動設(shè)計與校核 1.初選螺旋角為。 2. 按齒面

28、接觸強度設(shè)計 由設(shè)計計算公式進行試算，即 (4-11) 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 試選載荷系數(shù) 由表10—7選齒寬系數(shù) 由圖10-26得 (4-12) 查《機械設(shè)計》課本圖10-30 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) (4-13) 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (4-14) (4-15) 由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力。 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1

29、 (4-16) (4-17) 計算 試算小齒輪分度圓直徑 (4-18) 計算圓周速度 (4-19) 計算齒寬 (4-20) 計算齒寬與齒高之比 模數(shù) (4-21) 齒高 (4-22) 齒寬齒高比 (4-23) 計算縱向重合度 (4-24) 計算載荷系數(shù) 根據(jù)V=0.64m/s，7級精度，由圖10-8查得動載系數(shù) 斜齒

30、輪 (4-25) 由表10-2查得使用系數(shù) 由 查圖10-13得 故載荷系數(shù) (4-26) 6） (4-27) 計算模數(shù)m (4-28) 3. 按齒根彎曲強度設(shè)計 彎曲強度的設(shè)計公式為 (4-29) 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) 計算彎曲疲勞應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù) (4-30) 計算載荷系數(shù)

31、 (4-31) 計算重合度系數(shù) ，由圖10-28得 計算當量齒數(shù) (4-32) (4-33) 查取齒形系數(shù) 由表10-5查得 查取應(yīng)力校正系數(shù)。 由表10-5查得 7）計算大小齒輪的并加以比較 (4-34) (4-35) 小齒輪的數(shù)值較大 設(shè)計計算

32、 (4-36) 取 m=4mm (4-37) 取 則 幾何尺寸計算 計算中心距 mm (4-38) 計算齒輪寬度 (4-39) 按圓整后中心距修正螺旋角 (4-40) 計算大小齒輪分度圓直徑 (4-41) (4-42) 計算齒輪寬度 取小齒輪齒寬為140mm，大齒輪齒寬為70mm 4.4 軸的設(shè)計計算 4.4.1軸的設(shè)計

33、概述 軸可以根據(jù)不同的條件加以分類。 按受載情況分 彎矩和轉(zhuǎn)矩軸被稱為轉(zhuǎn)軸只提到承受扭力軸;僅經(jīng)受彎曲軸稱為軸。根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀分 橫截面可分為光軸和一個剖段變化的相等縱軸臺階軸。 軸故障模式的應(yīng)力特性軸，加工方法軸的尺寸，該材料的機械性能，該軸，該軸的結(jié)構(gòu)的形狀和相關(guān)的工作環(huán)境的軸。常見的失效形式有： 疲勞斷裂 。 塑性變形或脆性斷裂。 過大的彎曲變形或扭轉(zhuǎn)變形。 高速工作振幅過大。 合理設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)。 正確選擇，設(shè)計和旋轉(zhuǎn)軸的最精確計算的疲勞強度計算設(shè)計計算方法;細長軸（如蝸桿軸）和高振動穩(wěn)定性計算軸的剛性需求，如機床主軸應(yīng)剛度計算;對于高速軸（蒸汽渦輪機軸）時，

34、由于諧振的危險。 根據(jù)各軸的各起不同的作用，軸可分為5個部分： 頭：與軸聯(lián)軸器和齒輪零件配合 軸頸：軸與軸承相匹配 軸連接：頭和頸軸 最大直徑：定位窄軸領(lǐng) 軸肩：截面尺寸變化 此外，有肩角；軸端倒角、鍵槽結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點。 疲勞損傷是長期緊張的主要失效形式。因此，該軸的材料要求具有良好的強度，韌性和滑動軸件也應(yīng)具有良好的耐磨損性。另外，有必要考慮的應(yīng)力集中的影響。 常見的軸材料有： 35鋼中，高品質(zhì)，低成本的，應(yīng)力集中較不敏感，通過淬火，回火，或者調(diào)質(zhì)處理，以確保機械性能和表面淬火，回火，以確保耐磨性50,45。對于輕負載和不重要軸也可以用來Q235，Q275和其它普通碳鋼。

35、 通常用于高溫合金鋼，高速，重載和結(jié)構(gòu)要求。合金鋼具有較高的機械性能，但價格昂貴，應(yīng)力集中更敏感，其結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中。 球墨鑄鐵耐磨性高，價格低，但可靠性差，通常在該軸的復(fù)雜的形狀使用，例如曲軸，凸輪軸和類似物。 鉆孔主軸遭受溫和的扭轉(zhuǎn)和彎曲載荷，更高的速度，可以承受一定的沖擊載荷。因此，主軸45可以是粗糙的鋼，并進行了一系列的熱處理，以滿足所有的性能要求。軸的軸位定位、固定和周向固定 軸類零件的軸位主要靠肩部和領(lǐng)部來完成。為了保證軸類件緊定位，領(lǐng)寬B = 1.4h，定位套，大小可根據(jù)肩大小。 軸的軸部固定在軸的軸運動的軸上，這必須用雙向固定。此外，通常的固定軸向措施和軸的一

36、端是可以的軸端部固定器，長套筒可以是一個圓形的螺母，裝載是彈性的固定環(huán)，緊固螺釘和固定銷。 常用于一個固定的方式有一個關(guān)鍵的連接和干擾的配合。當轉(zhuǎn)矩大時，可將花鍵連接，并將其與平鍵連接和干涉配合連接，可實現(xiàn)圓周固定。扭矩小，可使用螺釘和銷等。 制造工藝和裝配工藝要求 軸結(jié)構(gòu)的制造工藝要求應(yīng)該盡可能地簡單，以降低成本。因此，軸倒角尺寸應(yīng)該是相同的;肩部圓角半徑盡可能相似。 如果軸采用多個單一的債券，債券的寬度應(yīng)盡可能一致，并在過程中與直線。 4.4.2 主軸的設(shè)計及校核 1）初步確定軸的最小直徑 計算最小的外徑。選取軸材料為40Cr,局部淬火處理。取,于是得：

37、 (4-43) 計算公式為： (4-44) 取=0.4 所以，選最小軸徑為45mm。 2） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計如下： 圖4.1 主軸結(jié)構(gòu)圖 3）主軸的校核 只需校核齒輪所在剖面處的強度 (4-45) 故安全 4.4.3第二根軸的強度校核 P==3.58 (4-46) n (4-47)

38、 初步確定軸的最小直徑 選材料為45鋼時，取A=110 d (4-48) 該軸無特殊要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼，查得 軸上的載荷 軸上所受力為 轉(zhuǎn)速n 功率 P 齒輪截面處的M 如下所示 載荷 水平面H 垂直面V R R 彎矩M M M 總彎矩M M = = 269000 (4-49) 扭矩T T = (4-50)

39、計算彎矩M M==289000 (4-51) (4-52) 對 的碳鋼，承受對稱循環(huán)變應(yīng)力時的 許用應(yīng)力 故安全 圖4.2 力矩圖 4.5 聯(lián)軸器、鍵連接的選擇 4.5.1 聯(lián)軸器的選擇 輸出軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器處的直徑，為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩,查表14-1.考慮到轉(zhuǎn)矩很小，取。則： 按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩

40、的條件，查手冊，選用LX4彈性柱銷型聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為2500Nm。半聯(lián)軸器的孔徑d=40mm。半聯(lián)軸器長度L=114mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。 同理，輸入軸的聯(lián)軸器選用LX1彈性柱銷型聯(lián)軸器,孔徑d=16mm半聯(lián)軸器長度L=42mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。 4.5.2 鍵連接的選擇 軸上選擇平鍵，分別為14x9x36,14x9x25 4.6電動滑臺絲杠選擇和計算 對回轉(zhuǎn)件的徑向和軸向進行檢測時，即要求檢測設(shè)備能在單個方向運動，有要求可以一起聯(lián)動，運動軌跡都為直線方式，如果單獨設(shè)計以一套運動裝置，不但裝置復(fù)雜，投資很大，而且還很難保證檢測精度，于是本次設(shè)計我們

41、采用了電動滑臺這樣一個裝置。電動滑臺由步進電機驅(qū)動，通過滾珠絲杠作為轉(zhuǎn)換元件，將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動（如下圖所示）。 滾珠絲杠副在高速或較高速下工作時，它的失效形式主要是滾道或滾珠表面的疲勞點蝕。滾珠絲杠的抗疲勞點蝕能力主要由額定動載荷表示，選定的滾珠絲杠需要滿足額定動載荷以及額定靜載荷的要求。 現(xiàn)在分別對絲杠進行計算 已知數(shù)據(jù):進給速度：600mm/min 水平方向承受最大重量：12kg 豎直方向承受最大重量：12KG 電動滑臺的摩擦系數(shù):動摩擦系數(shù)μ=0.1 要求壽命20000

42、小時(壽命十年) 定位精度20μm 計算 1) 確定滾珠絲杠副的導程 因電機和絲杠直接聯(lián)結(jié)，則 由表查得 代入得， 2)確定當量載荷 可求得： 3)確定當量轉(zhuǎn)速 4）預(yù)期額定動載荷 ①按預(yù)期工作時間估算。 按表3-24查得：輕微沖擊取 按表3-22查得：精度等級1-3取 按表3-23查得：可靠性97%取 已知 得： ②擬采用預(yù)緊滾珠絲杠，按最大負載計算， 按表3-25查得：中預(yù)載取： ，代入得 取以上兩種結(jié)果的最大值 5)確定允許的最小螺紋小徑 ?估算

43、絲杠允許的最大軸向變形量。 已知：重復(fù)定位精度，定位精度 重復(fù)定位精度 定位精度 取兩種結(jié)果的最小值 ?估算最小螺紋底徑 絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定的支承形式 已知：行程為， 有 6）確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號 （1）選內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒雙螺母型墊片預(yù)形式 （2） 由計算出的在樣本中取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD4010-3其相應(yīng)的參數(shù) 7)確定滾珠絲杠副預(yù)緊力 8）行程補償值與與拉伸力 9)預(yù)拉伸力 10)確定滾珠絲杠副支承用的軸承代號、規(guī)格 本滾珠絲杠副采用兩端固定的支承形式，選背靠背60度角接觸推力軸承，經(jīng)計算選7602030TV

44、P軸承。其主要參數(shù)為： 11)驗算系統(tǒng)剛度 則得 12)驗算滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性 13)驗算臨界轉(zhuǎn)速 16)驗算絲杠軸拉壓強度 35 總結(jié) 大學幾年的學習，在幾個月畢業(yè)設(shè)計中結(jié)束了，轉(zhuǎn)眼間好幾個月過去了，在老師的悉心指導下，在同學的幫助下，經(jīng)過自己的努力，我完成了畢業(yè)設(shè)計。在此我對大家表示深深的感謝！ 通過這次畢業(yè)設(shè)計回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備-機械裝置設(shè)計，我逐一溫習了大學幾年的相關(guān)課程，以扎實的態(tài)度重新學習，使我受益匪淺，之前覺得不重要的知識點，之前覺得枯燥的公式和理論，在使用時顯得那么的重要，我懂得了即使復(fù)雜的設(shè)備，即使

45、復(fù)雜的工藝也是對簡單東西的疊加和積累。 本次設(shè)計在查閱資料和撰寫的過程中得到了更多同窗室友的支持，我有疑惑和問題都會首先跟他們一起討論，在討論過程中大家思想碰撞，產(chǎn)生了美妙的火花，使我有了更多的創(chuàng)作思路，開闊了我的眼界，在這里我也就不一一提名了，只想說謝謝你們，我可愛的同窗， 從上學開始到現(xiàn)在，我們一直在接觸課本理論知識，對于實踐的東西知之甚少，本次畢業(yè)設(shè)計是一個從理論到實踐的開始，從最初的流失到緩慢的狀態(tài)，再到思想的逐漸清晰，整個寫作過程難以用語言來表達。經(jīng)過幾個月的艱苦工作，畢業(yè)設(shè)計的緊張和充實終于結(jié)束了。回憶起這些天的經(jīng)歷和感受，我充滿了感慨，在畢業(yè)設(shè)計的過程中，我有很多難忘的回憶和

46、收獲。 回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備-機械裝置設(shè)計是在自己的研究下，在老師的指導下，自主獲取信息，自主思考，確定方案設(shè)計，可以說運用了我國大學四年的知識和專業(yè)課，以前學過的知識鞏固了，并獲得了很多設(shè)計知識，并獲得了知識和獨立思考、學習問題分析和解決問題的能力，更有利于未來的學習。 我設(shè)計的回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備-機械裝置設(shè)計涉及很多東西，用了很多材料和加工和安裝方法，增張了我的知識，用到了許多大學所學過的知識，如《機械設(shè)計》，《機械原理》，《機械制圖》等明，白了理論和實踐的統(tǒng)一以及如何在設(shè)計合理的基礎(chǔ)上盡量減少材料用量和節(jié)約資金，降低成本。 本次畢業(yè)設(shè)計所完成的內(nèi)容有： 1. 查閱相關(guān)參考資料，了解

47、超聲檢測技術(shù)的原理和發(fā)展趨勢。 2. 根據(jù)設(shè)計要求，對回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備-機械裝置設(shè)計進行總體方案設(shè)計。分析研究了目前市面上回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備-機械裝置設(shè)計的優(yōu)點和缺點，最終選擇了由三抓卡盤夾持回轉(zhuǎn)件，進行旋轉(zhuǎn)。采用水平和豎直電動滑臺相結(jié)合的檢測機構(gòu)，對回轉(zhuǎn)件進行徑向和軸向掃描，進行超聲波檢測。 3、回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備-機械裝置的傳動機構(gòu)設(shè)計、探頭旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計。分別詳細的對樓梯清掃機器人回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備-機械裝置進行傳動系統(tǒng)分析計算，對各個重要零件進行了強度計算和校核。對探頭旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的原理進行了分析，對電機進行了計算和選型。 4、利用SOLIDWORKS軟件和AUTOCAD軟件分別構(gòu)建

48、了回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備-機械裝置的三維模型，并繪制二維圖。 參考文獻 【１】羅雄彪，陳鐵群．超聲無損檢測的發(fā)展趨勢．無損檢測．２００５，２７（３）：１４８－１５２ 【２】許會芳．小徑管超聲Ｃ掃描方式實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)研究．東南大學碩士學位論 文，２００８ 【３】嚴寒冰，殷國富，劉小瑩．大型回轉(zhuǎn)體超聲檢測中缺陷類型的在線識別．應(yīng)用 基礎(chǔ)與工程科學學報，２００８，１６（２）：２４７．２５４ 【４】李雄兵．曲面工件自動超聲檢測中若干關(guān)鍵問題的研究．浙江大學博士學位論文，２００７ 【5】莫錦秋．超聲掃描成像與分析一透明件超聲檢測系統(tǒng)的開發(fā)．浙江大學博士后出站報告，１９９９ 【6】

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60、ring Engineering. published in revised form 01.12.2011：103-114. 致謝 春華秋實，大學幾年的學習，在幾個月畢業(yè)設(shè)計中結(jié)束了，轉(zhuǎn)眼間好幾個月過去了，在老師的悉心指導下，在同學的幫助下，經(jīng)過自己的努力，我完成了畢業(yè)設(shè)計。在此我對大家表示深深的感謝！ 通過這次畢業(yè)設(shè)計回轉(zhuǎn)件超聲檢測設(shè)備-機械裝置設(shè)計，我逐一溫習了大學幾年的相關(guān)課程，以扎實的態(tài)度重新學習，使我受益匪淺，之前覺得不重要的知識點，之前覺得枯燥的公式和理論，在使用時顯得那么的重要，我懂得了即使復(fù)雜的設(shè)備，即使復(fù)雜的工藝也是對簡單東西的疊加和積累。 在畢業(yè)設(shè)計撰寫期間，每當我有難題、有疑惑、有困難的時候，我都去圖書館或者網(wǎng)絡(luò)上查找資料，實在看不懂了再去向老師請教，老師孜孜不倦的教誨，不怕我嘮嘮叨叨的反復(fù)詢問，給我很深的印象，老師的工作作風和對學生的熱心幫助使我感受到了極大的溫暖。 本次設(shè)計在查閱資料和撰寫的過程中得到了更多同窗室友的支持，我有疑惑和問題都會首先跟他們一起討論，在討論過程中大家思想碰撞，產(chǎn)生了美妙的火花，使我有了更多的創(chuàng)作思路，開闊了我的眼界，在這里我也就不一一提名了，只想說謝謝你們，我可愛的同窗， 很多的話，無法表達我此時的感受，最后，讓我送上我最衷心的感謝和誠摯的祝福，我最敬愛的老師們和同學們！