萬能材料試驗機設(shè)計【帶圖紙+說明書+翻譯】.zip

萬能材料試驗機設(shè)計【帶圖紙+說明書+翻譯】.zip,帶圖紙+說明書+翻譯,萬能,材料,試驗,設(shè)計,圖紙,說明書,翻譯 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目： 萬能材料試驗機 學(xué) 院： 興湘學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號： 2006183914 姓 名： 肖威紅 指導(dǎo)教師： 周后明 完成日期： 2010. 05-31 1 萬能材料試驗機 摘 要 試驗機是在各種條件 環(huán)境下測定金屬材料 非金屬材料 機械零件 工程結(jié)構(gòu)等的機械 性能 工藝性能 內(nèi)部缺陷和校驗旋轉(zhuǎn)零部件動態(tài)不平衡量的精密測試儀器 可以對材料進行拉伸 壓縮 彎曲 剪切 扭轉(zhuǎn) 沖擊 疲勞 蠕變 持久 松弛 磨損 硬度等試驗 近年來 試驗機 行業(yè)技術(shù)突飛猛進 試驗機向著兩個方向即超微外力檢測與超大外力檢測發(fā)展 高檢測精度 高靈 敏度 運動平穩(wěn) 易于操縱是目前試驗機的主要發(fā)展方向 本文首先概述了試驗機的基本定義 分類與國內(nèi)外一些重要生產(chǎn)商的成果 第二部分論述了所想到 的四種方案并對這些方案優(yōu)缺點作了分析和對比 前三種方案均為利用滾珠絲杠 最后一種則利用 液壓 在彼此比較后決定選第一種方案 第三部分則是說明了試驗機的主要機械傳動部分的設(shè)計以 及對它們的校核過程 試驗機的傳動部分主要由蝸輪蝸桿 錐齒輪 滾珠絲杠三部分組成 經(jīng)過校 核后所有設(shè)計均符合要求 用 ProE 軟件完成試驗機的三維總裝圖 然后得到了整個試驗機的二維 裝配圖和蝸輪蝸桿 錐齒輪 軸等二維零件圖 在文章的最后簡明的介紹了做本次畢業(yè)設(shè)計的一些 心得體會 關(guān)鍵詞 試驗機 蝸輪蝸桿 錐齒輪 滾珠絲桿 ProE 2 Universal testing machine ABSTRACT Test machine in various conditions and environment in metal materials non metallic materials machinery accessory engineering structures such as mechanical properties technics performance Internal defects and checking dynamic imbalance rotating parts of sophisticated testing equipment such as materials tension compression bending shear reversing impact fatigue creep lasting and relaxation wear hardness tests In recent years the technic of the test machine industry advances rapidly Test machine is the direction toward the development of the super tiny force detection and the development of super large external force testing Detection of high precision high sensitivity smooth motion easily operated test machine is the main development direction presently This paper first summarizes the test machine s basic definition classification and some important domestic and foreign manufacturers results The second part discussing about the experiences of the four projects as well as advantages and disadvantages of these projects are analyzed and compared The foregoing three programs are the use of ball screw the last one is using the hydraulic pressure In comparison with each other decide the first option The third part is the experiment the major part of the mechanical drive design and the process of checking them The main drive system of the test machine includes the worm taper gear ball screw three components After checking all the design had complied with the request The three dimensional assembly drawings of the test machine are finished by the soft called PROE Then export the planar drawings such as worm gear worm taper gear shaft and so on In the end concisely introduce the meeting and what had learned in the graduate design experiences Keywords Test Machine Worm Gear Worm Taper Gear Ball Screws Proe 3 第一章 概述 1 1 材料試驗機概述 材料試驗機是在各種條件 環(huán)境下測定金屬材料 非金屬材料 機械零件 工程 結(jié)構(gòu)等的機械性能 工藝性能 內(nèi)部缺陷和校驗旋轉(zhuǎn)零部件動態(tài)不平衡量的精密測試 儀器 可以對材料進行拉伸 壓縮 彎曲 剪切 扭轉(zhuǎn) 沖擊 疲勞 蠕變 持久 松弛 磨損 硬度等試驗 在研究探索新材料 新工藝 新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的過程中 試驗機是一種不可缺少的重要測試儀器 廣泛應(yīng)用于機械 冶金 石油 化工 建材 建工 航空航天 造船 交通運輸 等工業(yè)部門以及大專院校 科研院所的相關(guān)實驗 室 對有效使用材料 改進工藝 提高產(chǎn)品質(zhì)量 降低成本 保證產(chǎn)品安全可靠等都 具有重要作用 材料試驗機的種類很多 有多種不同的分類方法 按加荷方法分類 靜負荷試驗 機 靜態(tài) 和動負荷試驗機 動態(tài) 其中靜態(tài)試驗機一個主要組成部分萬能試驗機又可 分為液壓萬能試驗機 電液伺服萬能試驗機和電子萬能試驗機 1 國內(nèi)材料試驗機的現(xiàn)狀 中國材料試驗機的現(xiàn)狀驗機制造行業(yè)在舊中國是空白 中華民共和國成立后 黨 和政府十分重視我國計量檢測事業(yè)的歷史悠久 但試計量檢測技術(shù)的發(fā)展 采取了許 多重要措來發(fā)展儀器儀表工業(yè) 經(jīng)過五十多年的努力 我國材料試驗機的制造 從無 到有從小到大 從單參數(shù)到多參數(shù) 從靜態(tài)到動態(tài) 逐步發(fā)展成初具規(guī)模 具有能生 產(chǎn)靜負荷試驗機 如拉 壓萬能試驗機 扭轉(zhuǎn)試驗機 松弛試驗機 持久強渡試驗機 蠕變試驗機 復(fù)合應(yīng)力試驗機等 和動負荷試驗機 如沖擊試驗機和疲勞試驗機等 的能力 有效地促進了國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的發(fā)展 長期以來 試驗機也一直是 歐美對我國尖端科研課題限制出口的產(chǎn)品 我國的國防科技工業(yè)和其它部門的科產(chǎn)業(yè) 就必須走自主創(chuàng)新的道路 在新三思集團研院所不能直接進口某些關(guān)鍵材料試驗的儀 器設(shè)備 所以 要發(fā)展中國的試驗機公司為首的中國試驗機民營企業(yè)的不斷努力下 中國試驗機的技術(shù)水平得到了長足的進步 國內(nèi)與國外的試驗機技術(shù)水平的差距正在 逐步的縮小 本文章版權(quán)歸新三思集團公司及原作者所有 轉(zhuǎn)載必究 上海百賀儀器科技有限公司 下圖 1 1 為公司的產(chǎn)品 4 圖1 1電子萬能試驗機 電子萬能材料試驗機 雙柱落地式 主要用于金屬 非金屬材料的拉伸 壓縮 彎曲 等力學(xué)性能測試和分析研究 可自動求取 ReH ReL Rp0 2 Fm Rt0 5 Rt0 6 Rt0 65 Rt0 7 Rm E 等試驗參數(shù) 并可根據(jù) GB ISO DIN ASTM JIS 等國際標(biāo)準(zhǔn)進行試驗和提供數(shù)據(jù) 電子萬能試驗機 雙柱落地式 性能特點 電子萬能試驗機 雙柱落地式 采用高強度光杠固定上橫梁和工作臺面 使之構(gòu)成高剛 性的門式框架結(jié)構(gòu) 采用伺服電機驅(qū)動 伺服電機通過傳動機構(gòu)帶動移動橫梁上下移動 實 現(xiàn)試驗加載過程 分為單空間和雙空間兩種機型 主本機采用先進的 DSCC 1全數(shù)字閉環(huán) 控制系統(tǒng)進行控制及測量 采用計算機進行試驗過程及試驗曲線的動態(tài)顯示 并進行 數(shù)據(jù)處理 試驗結(jié)束后可通過圖形處理模塊對曲線放大進行數(shù)據(jù)再分析編輯 產(chǎn)品性 能達到國際先進水平 下圖1 2為公司的產(chǎn)品 圖1 2 液壓萬能試驗機 5 液壓萬能試驗機 WAW 100型程序采用開放的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)定義 符合標(biāo)準(zhǔn) GB228 87 GB T228 2002 GB7314 87等試驗方法 也可恨據(jù)用戶要求定制特殊 的試驗方法 測量方式采用的是高精度壓力傳感器 高精度位移傳感器 高線性低雜 信的信號處理及放大模塊 人機交互方式分析計算測試材料的機械性能指標(biāo) 試驗結(jié) 束時自動計算彈性模量 屈服強度 非比例延伸應(yīng)力等 在自動分析的基礎(chǔ)上 還可 以人工修正分析結(jié)果提高分析的準(zhǔn)確性 液壓萬能試驗機可配置專用于材料試驗機的閉環(huán)控制和數(shù)據(jù)采集的電液控制器 可 以根據(jù)客戶要求配置進口控制器 如 DOLI 它具備強大的功能 叉兼有十分優(yōu)異的 性能價格比 適用于科研單位 大專院校 質(zhì)監(jiān)部門及檢測中心進行檢測 科研 仲 裁及特殊試驗的需要 一 液壓萬能試驗機 WAW 100型的特點 1 控制模式 等速率活塞行程控制 等速率力控制 等速率應(yīng)力控制 等速率應(yīng) 變控制 力保持控制 定應(yīng)力轉(zhuǎn)定應(yīng)變控制 2 試驗力量程自動轉(zhuǎn)換功能 若達到容量的90 自動轉(zhuǎn)換到較大容量 3 自動夾持 采用液壓自動夾緊 夾持可靠 不打滑 4 多重保護 具有軟件 硬件過載和位置保護 5 自動校準(zhǔn) 負荷 變形 位移可按標(biāo)準(zhǔn)值自動校準(zhǔn) 6 自動停機 實驗結(jié)束后活塞自動停止工作 二 液壓萬能試驗機 WAW 100型的技術(shù)參數(shù) 1 最大試驗力 100KN 2 測量范圍 1 100KN 3 負荷測量精度 1 4 試驗速度 mm min 0 190 5 變形精度 示值的 0 5 以內(nèi) 6 位移精度 示值的 0 5 以內(nèi) 7 應(yīng)變速率范圍 2 60 8 應(yīng)變速率范圍 0 00025 0 0025l s 9 活塞行程 150mm 10 拉伸鉗口間最大距離 包括活塞行程 520mm 11 圓試樣夾持直徑 直徑 6 12 12 20mm 12 扁試樣夾持厚度 mm 0 8 60 13 壓板尺寸 mm 直徑120 14 主柱間距離 400mm 6 15 試樣直徑 10mm 16 彎曲支承最大距離 300mm 17 移動電機功率 0 18KW 18 電壓 380V 19 油泵功率 0 75KW 下圖1 3為公司的產(chǎn)品 圖1 3 電液伺服萬能試驗機 電液伺服萬能試驗機 WAW 600L 主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線的拉伸試驗 適 用于冶金 建筑 輕工 航空 航天 材料 大專院校 科研單位等領(lǐng)域 試驗操作 和數(shù)據(jù)處理符合 GB T5224 1995 預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線 的要求 電液伺服萬能試驗機 WAW 600L 技術(shù)參數(shù) 1 最大試驗力 kN 600 2 試驗力測量范圍 kN 12 600 3 試驗機級別 1級 4 試驗力示值相對誤差 1 5 位移測量分辨力 mm 0 01 6 位移示值相對誤差 1 7 最大拉伸試驗空間 mm 1200 8 活塞行程 mm 250 7 9 變形測量范圍 2 100 FS 10 引伸計示值相對誤差 1 11 活塞移動速度 mm min 70 12 鋼絞線夾持直徑范圍 mm 9 5 15 4 13 夾緊方式 獨立式液壓加緊 14 伺服 夾緊油泵電機功率 kW 1 5 1 5 15 橫梁升降電機功率 kW 1 1 16 主機最大外形尺寸 mm 1180 750 3440 17 控制柜外形尺寸 mm 600 700 1100 2 國外材料試驗機的現(xiàn)狀 島津公司 下圖1 4島津公司的產(chǎn)品 圖1 4電子萬能試驗機 產(chǎn)品詳細介紹 AG IC 系列立式電子萬能試驗機是日本島津蘇州工廠組裝的最先進的電子萬能試驗機 現(xiàn)已在國內(nèi)的機械 電子 大學(xué) 研究院所等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用 該系列立式電子 萬能試驗機已經(jīng)取得國際 CE 認證 一 電子萬能試驗機的特點 1 簡便直觀的中文試驗軟件 2 具有2 5ms 采樣間隔的高速度數(shù)據(jù)采集 適合各種特性材料的測試數(shù)據(jù)的真實性 3 高速返回原點功能 縮短下次試驗的準(zhǔn)備時間 提高試驗效率 4 擁有多種完善的試驗夾具 適合多種樣品的試驗要求 二 電子萬能試驗機的規(guī)格 1 載荷容量 100KN 2 載荷精度 顯示值的 0 5 保證精度范圍 載荷傳感器容量的0 4 100 8 3 載荷量程 1 2 5 10 20 50 100七個量程自動轉(zhuǎn)換 4 試驗速度 0 0005 1000mm min 5 十字頭速度精度 0 1 三 電子萬能試驗機的用途 1 各種金屬材料 非金屬材料 復(fù)合材料的拉伸試驗 壓縮 彎曲試驗 2 機械部件 電子部件的拉伸 剝離 焊接強度試驗 3 控制或循環(huán)試驗 4 應(yīng)力松弛或蠕變試驗 下圖1 5島津公司的產(chǎn)品 圖1 5液壓萬能試驗機 島津液壓萬能試驗機 UH I 系列是以電子控制液壓驅(qū)動的伺服式萬能試驗機 試驗載荷 采用高精度壓力傳感器 被廣泛的應(yīng)用在鋼鐵 建材等行業(yè) 一 島津液壓萬能試驗機的用途 1 各種金屬材料的拉伸試驗 壓縮 彎曲試驗 2 木材 纖維板的壓縮 彎曲試驗 3 上述材料的載荷保持試驗 4 瀝青 混凝土的壓縮試驗 二 島津液壓萬能試驗機的特點 1 采用大形 LCD 輕觸屏 可以顯示試驗曲線 操作方便 可視性好 2 豐富的自動控制程序為標(biāo)準(zhǔn)配置 3 可以選擇模擬指針式度盤顯示器 4 通過試驗軟件 實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集 三 島津液壓萬能試驗機的規(guī)格 1 載荷容量 200KN 300KN 500KN 1000KN 2000KN 30000KN 4000KN 2 載荷精度 顯示值的 0 5 9 3 載荷量程 1 2 5 10 20 50 六個量程自動轉(zhuǎn)換 4 試驗速度 位移控制 0 5mm min 最大試驗速度 5 載荷控制 0 1 5 0滿刻度 min 6 應(yīng)變控制 0 1 80 min 10 第二章 設(shè)計方案 2 1方案簡述 2 1 1方案一 電動機產(chǎn)生動力由渦桿傳到渦輪軸 然后通過蝸輪傳至錐齒輪 再通過錐齒輪傳 動系統(tǒng)傳遞到絲杠 與此同時與絲杠配合的絲杠螺母則帶動橫梁上下運動 而下夾具 則是固定在試驗臺上 至此完成試驗 如圖 2 1 所示 圖 2 1 方案一示意圖 2 1 2 方案二 電動機產(chǎn)生動力后輸出到減速器 然后進入渦輪蝸桿傳動系統(tǒng) 進一步減速并改 變運動旋轉(zhuǎn)方向后 通過鏈傳動系統(tǒng)傳遞到絲杠 由鏈輪的轉(zhuǎn)動帶動絲杠轉(zhuǎn)動 與此 同時與絲杠配合的絲杠螺母則帶動橫梁上下運動 而下夾具則是固定在試驗臺上 至 此完成試驗 如圖 2 2 所示 11 圖 2 2 方案二示意圖 2 1 3 方案三 電動機產(chǎn)生動力后輸出到減速器 然后由直齒輪帶動絲杠轉(zhuǎn)動 絲杠轉(zhuǎn)動同時兩個 絲杠螺母同步背向或相向運動 兩個連桿同時遠離或靠近 這就使下夾具所在試驗臺 向上或向下運動 上面橫梁可以固定 也可以在液壓 絲杠等外力驅(qū)動下上下運動 至此完成試驗 如圖 2 3 所示 圖 2 3 方案三示意圖 12 2 1 4 方案四 本方案與上述兩種文件有所不同 本方案是由油泵驅(qū)動油缸里的活塞提供外部試 驗力 油泵輸出油經(jīng)進油管達到液壓缸 然后經(jīng)回油管路流回回油缸再次利用 此方 案要求液壓系統(tǒng)要有較精確的控制閥的配合才能實現(xiàn)試驗?zāi)康?而目前液壓控制閥與 計算機控制聯(lián)系越來越密切 國外在計算機控制領(lǐng)域取得了較大進展 可惜的是我國 控制系統(tǒng)方面還較薄弱 如圖 2 4 所示 圖 2 4 方案四示意圖 2 2 各種方案比較 方案一 滾珠絲杠 螺母傳動機構(gòu)是在絲杠和螺母之間放入滾珠作為中間件 是絲 杠與螺母的滑動摩擦傳動變?yōu)闈L動摩擦傳動 滾珠絲杠 螺母傳動機構(gòu)具有下述優(yōu)點 1 傳動精度高 運動平穩(wěn) 無爬行現(xiàn)象 滾動絲杠傳動基本上是滾動摩擦 摩擦阻 力小 摩擦阻力的大小幾乎與運動速度完全無關(guān) 這樣就可以保證運動的平穩(wěn)性 且 不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象 其靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)相差極小 2 有可逆性 滾珠絲杠 摩擦損失小 可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動 也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動 3 成本高 滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高 光潔度要求也較高 故制 造成本高 4 不能能自鎖 特別是垂直絲杠 由于自重慣性力的關(guān)系 運動部件在 運動停止后不能自鎖 需加制動裝置 方案一 采用滾珠絲桿傳動 并且蝸桿傳動帶有自鎖作用 可以實現(xiàn)絲桿自鎖 蝸 桿傳動有兩個輸出軸 并且轉(zhuǎn)向相同 所以絲桿螺紋旋向要相反 才能使絲桿螺母運 動方向一致 13 方案二 雖然鏈傳動的制造與安裝精度要求較低 成本也低 遠距離傳動時 其 結(jié)構(gòu)比齒輪傳動輕便得多 但是只能實現(xiàn)平行軸間鏈輪的同向傳動 運轉(zhuǎn)時不能保持 恒定的瞬時傳動比 磨損后易發(fā)生調(diào)齒 工作是有噪聲 振動沖擊 方案三 1 絲杠水平放置利于自鎖 水平狀態(tài)下不受自重慣性力 故運動停止 較為容易 2 采用渦輪驅(qū)動絲杠 由于渦輪尤其是單頭渦輪傳動效率低 傳動精確 度也較差 同時渦輪一般采用較為貴重的減摩材料 如青銅 制造 從而增加了制造 成本 3 工作臺有兩個連桿驅(qū)動所承受力較小 在較大試驗力時 連桿安全性降低 必須增大連桿尺寸 這就使得試驗機所需較大的外功率來驅(qū)動 方案四 由于采用了液壓驅(qū)動 故有以下特點 液壓傳動能夠?qū)崿F(xiàn)無級變速 工 作平穩(wěn) 同功率時液壓裝置體積小 質(zhì)量輕 液體為工作介質(zhì)易泄露 造成污染 油 液可壓縮故傳動比不準(zhǔn)確 傳動過程中損失較大 效率較低 液壓傳動對油溫和負載 變化極為敏感 對外部環(huán)境要求較高 液壓元件精度高 造價高 液壓傳動一旦出現(xiàn) 故障時不易追查原因 不易迅速排除 綜合上述四種方案的優(yōu)缺點以及目前市場上主流試驗機形式 最后決定選擇第一 種方案為本設(shè)計所采取的最終方案 14 第三章 設(shè)計中有關(guān)計算 3 1 電動機的選擇 由設(shè)計要求及已知條件可知 假設(shè)試驗機橫梁設(shè)計速度為 120mm min 試驗機 所施加的外力為 100KN 故 3 1 3120106PFVW 式中 F 試驗機輸出力 N V 絲杠速度 m s 電機功率在傳遞過程中必然有一定的損失 參閱機械工程手冊可知 絲杠與絲杠 螺母間傳動效率為 0 9 錐齒輪之間傳動效率為 0 94 渦輪蝸桿間傳動效率為 0 8 其 他聯(lián)結(jié)件傳動效率為 0 9 故0 94 809 6 絲總 錐 蝸 其 所以 3 2 2P32 6w 電 機 總 上式中 P 試驗機有效功率 試驗機總效率 總 查閱電機手冊結(jié)合實際情況選擇合適型號為 Y802 4 它的額定功率為 0 75KW 滿載轉(zhuǎn)速為 1390r min 如圖 3 1 所示 圖 3 1 所選電機三維示意圖 3 2 傳動裝置總傳動比的計算及其分配 已知橫梁速度以此求得絲杠轉(zhuǎn)速 wn 15 3 3 1205min8wVnrp 式中 V 絲杠速度 m s P 絲杠螺距 mm 電動機選定后 按照電動機的滿載轉(zhuǎn)速 及試驗機工作部分轉(zhuǎn)速 可計算出傳mnwn 動裝置的總傳動比 3 4 13902 675mwni i錐 蝸 再按照常用傳動機構(gòu)性能及適用范圍 初步選擇各個出動部分傳動比如下 201 5ii 蝸 錐 3 3 蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)的設(shè)計與校核 由設(shè)計要求可以知 蝸輪輸入功率 P0 758 0 51kw 2 蝸輪輸入轉(zhuǎn)速 1396minnr 傳動比 i 預(yù)期壽命 15000h 故蝸桿選用 45 鋼 表面硬度 45HRC 渦輪材料采用 ZCuSn10P1 金屬模鑄造 1 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則 先按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 再校核齒根彎曲疲 勞強度 由傳動中心距 13 146904 67360cos0cos 1sdnv ms 1 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 2T 按 則 mm12z 66229 5 9 510709 14pNn 2 確定載荷系數(shù) K 16 因工作載荷較穩(wěn)定 故取載荷分布不均系數(shù) 由表 11 5 選取使用系數(shù)1K 由于轉(zhuǎn)速不高 沖擊不大 可取動載系數(shù) 則1 5AK 05V 1 5 02AVK 3 確定彈性影響系數(shù) EZ 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配 故 1260EaZMP 4 確定接觸系數(shù) 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 和傳動中心距 的比值 從圖 11 18 中可查得1da1 35d 2 9Z 5 確定許用接觸應(yīng)力 H 根據(jù)蝸輪材料為采用 ZCuSn10P1 金屬模鑄造 蝸桿齒面硬度 45HRC 可從表 11 7 查得蝸輪的基本許用應(yīng)力 268HaMP 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 72609 5106 2510hNjnL 壽命系數(shù) 781 5HK 則 0926831 N aMP 6 計算中心距 mm 2 2332 60 9 709 4 7331EHZaKT 取中心距 因 故從表 11 2 中取模數(shù) mm 蝸桿分度圓直徑15m i 5m 這時 從圖 11 18 中可查詢接觸系數(shù) 因為 因此150d0 4da 2 Z Z 以上計算結(jié)果可用 2 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 1 蝸桿 軸向齒距 mm 直徑系數(shù) mm 齒頂圓直徑15 7aPm 10q 17 mm 齒根圓直徑 mm 分度圓導(dǎo)程角 1260adm 12 438fdm 1836 蝸桿軸向齒厚 mm 17 85as 2 蝸輪 蝸輪齒數(shù) 變位系數(shù) 24z20 x 驗算傳動比 這時傳動比誤差為 是允許1 5i 20 5 2 5 的 蝸輪分度圓直徑 mm2205dmz 蝸輪喉圓直徑 mm 1a 蝸輪齒根圓直徑 mm22 493fz 蝸輪咽喉母圓半徑 mm75gard 3 校核齒根彎曲疲勞強度 21 53FFaFKTYdm 當(dāng)量齒數(shù) 2343 8cos vz 根據(jù) 從圖 11 19 中可查得齒形系數(shù) 20 5x 24 8vz 2 87FaY 螺旋角系數(shù) 1 310 904Y 許用彎曲應(yīng)力 FFNK 從表 11 8 中查得由 ZCuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 56FaMP 壽命系數(shù) 69710 32 25FNK aMP 1 30142 870913 86258 3F aMP 18 彎曲強度是滿足的 4 驗算效率 tan0 95 6v 已知 與相對滑動速度 有關(guān) 1836 arctnvvf 1089GBTf sv 13 453 70os6cos sdms 從表 11 18 中用插值法查得 代入式中得 大于0 2186vvf 0 84 原估計值 因此不用重算 5 精度等級公差和表面粗糙度的確定 從 圓柱蝸桿 蝸輪精度中選擇 8 級精度 側(cè)隙種類為 標(biāo)注為1089GBT f 然后由有關(guān)手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度 8f 由于蝸桿滑動速度較低 產(chǎn)生熱量較少 故可以不進行溫度驗算 試驗機利用頻 率較低 故可以不潤滑 或者偶爾噴油潤滑即可 按照上述設(shè)計與校核做出蝸輪蝸桿三維圖如圖 3 2 3 3 所示 圖 3 2 蝸桿三維示意圖 19 圖 3 3 蝸輪三維示意圖 3 4 錐齒輪的傳動設(shè)計 由設(shè)計要求可以知 錐齒輪輸入功率 20 9 5Pkw 3 錐齒輪輸入轉(zhuǎn)速 6minnr 傳動比 1 5i 預(yù)期壽命 15000h 說明錐齒輪的傳動設(shè)計的這部分全參照 實用機械設(shè)計 下面涉及的就不再說明 了 一 選材 熱處理 選 z 1 注意點 1 大小齒輪選材 熱處理不同 小齒輪比大齒輪齒面硬度高 305HBS 2 一般用鍛鋼毛坯 尺寸太大可用鑄鋼 3軟尺面適用中載中速 4 盡可能用優(yōu)質(zhì)碳素鋼 5 熱處理后切齒 精度可達 級左右 89 2 按表0 4 表0 9 以及表4 4 4 5 選材 熱處理 由表4 6確定精度等級 設(shè)計后 由4 7校訂 或由表5 3 查出 小齒輪45鋼 調(diào)質(zhì)217HBS 255HBS 取中間值236HB 大齒輪45鋼 正火 20 163HBS 217HBS 取中間值190HBS 8級精度 3 確定齒數(shù) z 校核 5ui 1 選 取 125z 32 z3 2 計算 12 51u 3 i 二 按接觸強度計算 1d 1 計算 1T mm66431 0 59 509 18710Pn N 2 計算 KAvK 1 由表 4 8選取使用系數(shù) 1 0A 2 試選動載荷系數(shù) 記 試選vKt 2vt 3 取 值 一般 值 則R 0 3R u 221 150 3Rdmb 4 由圖4 45 查得齒向載荷分布系數(shù) 1 K 5 計算因 試選 vtK 81 29tAv 21 3 彈性系數(shù) 由表4 9查得EZ189 EZMPa 4 節(jié)點系數(shù) 由4 58查得HH2 5 5 許用應(yīng)力 lim1NWHZS 1 由圖4 58查得 lim1lim2570460HMPaPa 2 由已知條件計算 71N6159 2510nrt 7124 0u 3 由圖4 59查得壽命系數(shù) N12Z 4 由表4 11查得安全系數(shù) HS 5 由圖4 60查得工作硬化系數(shù) wZ 1 6 計算 lim11570HNWMPaS 代入小值計算 lim224610HNZ 7 計算 1d mm 21EH312RR4 7Z 109 4 05 tKTu 三 校核 1d 22 因試選 可能與實際不符vK 1 模數(shù) 取標(biāo)準(zhǔn)值 取1tdmz 109 43 125tdmz 3 5m 2 按幾何關(guān)系計算 mm11 7 mm1 0 5 3 7 0 53 96 mRd 3 圓周速度 v 1 13 496 753 26001mdnms 2 計算 由 查圖 4 43得1 52 vz1vz1 23vK 4 校對 1d 與 相差不大 勿須重算 3311 209 41 3vtK 1td 四 校核齒根彎曲強度 1 計算公式 132214 7 05 FaSFRRFKTYmzu 43 2224 796 87 1782 60 50 13 59FMPa 2 計算當(dāng)量齒數(shù) 1 lim2 4 17390FaS FY 23 1 1221 5cos0 837u 13 57 22cs 51 u26 48 2 1354 98cos0 7vz 2539 cos0 vz 3 由當(dāng)量齒數(shù) 查圖4 55得齒形系數(shù) 查得4 56得vz1 4FaY2 4Fa 齒根應(yīng)力修正系數(shù) 1 6SaY 21 78Sa 4 確定 3 5m 1 查圖4 61得 li120FMPa lim2190FPa 2 查圖4 62得 12NY 3 查圖4 63得尺寸系數(shù) x 4 查表4 11得安全系數(shù) 1FS 5 計算 lim11230NxFYMPa lim22190FNxYMPaS 6 比較 與 值 1FaS2FaS 小齒輪 1 460 173223FaSY 24 大齒輪 取大齒輪代入計算 2 41780 299FaSY 5 校核彎曲強度 412 232232214 74 7196 8710 7810 6 0 5 53 FaSF FRRKTY MPamzu 按彎曲強度計算的模數(shù)記為 Fm 4133222214 74 7196 8710 782 6 05 50 3 5190FaSFRRFKTYzu 而按接觸強度計算的 故取大者為模數(shù)1 7d1 Hdmz 3 25m 五 幾何尺寸計算 1 分度圓直徑 d mm13 2513 75dmz mm2 2 2 節(jié)錐角 11235arctnrta 498z 21056 02 3 節(jié)錐距 R mm13 75103 42sinsi98d 4 齒寬 取整Rb 1 02R 3b 25 5 齒頂高 mm112 3 5aahmXh 6 齒根高 mm112 13 9f f 7齒頂圓直徑 ad mm112cos3 752 cos3 4981 7aah mm 22 56 025 3aad 如圖3 4 3 5為小錐齒輪 大錐齒輪的三維示意圖 圖3 4 小錐齒輪 26 圖3 5 大錐齒輪 3 5傳動軸的設(shè)計與校核 3 5 1計算蝸輪傳動軸 如圖3 6所示為蝸輪軸的示意圖 圖 3 6 蝸輪傳動軸的結(jié)構(gòu)示意圖 此傳動軸下部分與渦輪相連接 上部分為兩個小鏈輪269 5minnr 20 51Pkw 受到拉力為 8088N 按許用彎曲應(yīng)力計算法校核 轉(zhuǎn)矩 3 26 6622 9 510 179 45PT Nmn 圓周力 3 27 27 4 83tFd 軸向力 1252 06 1atTN 3 28 24 589 cos cos tnnF 徑向力 3 29 2tai201 7rnaN 1 計算支承受力 水平面反力 3 30 2154 6 3TNHF 27 垂直面反力 3 31 21 0635410632 7 7 NVFN 2 計算彎矩 水平面最大彎矩 5426xyMm 垂直面最大彎矩 0 zN 合成彎矩最大值 28410 5xyxz 3 計算轉(zhuǎn)矩 軸受轉(zhuǎn)矩 251 TNm 4 許用應(yīng)力 針對某些危險截面 即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面 做彎扭合成強度校 核計算 按第三強度理論 計算應(yīng)力 224 caMTW W 4288 3m0 6 4222 51 51 8 4 6 1ca MPa 因選此輸出軸材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 由 機械設(shè)計 表 15 1 查得 160MP 因此 1ca 故安全 如圖 3 7 所示為蝸輪軸的三維圖 圖 3 7 蝸輪傳動軸三維圖 3 5 2 錐齒輪傳動軸 如圖3 8所示為蝸輪軸的示意圖 28 圖 3 8 錐齒輪傳動軸的結(jié)構(gòu)示意圖 軸的直徑由聯(lián)軸器內(nèi)徑 錐齒輪內(nèi)徑 軸承內(nèi)徑等決定 1 計算受力 此傳動軸左側(cè)部分與小錐齒輪相連接 按許用彎扭應(yīng)力計算法校核 1n4 8minr 轉(zhuǎn)矩 32709 TN 圓周力 183140 6tFd 軸向力 11tan20si 5a 徑向力 co43rt N 2 計算支承受力 水平面反力 12 0 6125 434 8NHF 垂直面反力 12 836 956 921 NV NF 3 計算彎矩 水平面最大彎矩 1750HMNm 垂直面最大彎矩 43269V 合成彎矩最大值 251 80HV 4 計算軸的轉(zhuǎn)矩 軸受轉(zhuǎn)矩 2709 4TNm 5 校核軸的強度 29 針對某些危險截面 即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面 做彎扭合成強度 校核計算 按第三強度理論 計算應(yīng)力 224 caMTW W 4288 3m0 6 5222 18 709 14 4 56 84ca MPa 因選此輸出軸材料為40Cr 鋼 調(diào)質(zhì)處理 由 機械設(shè)計 表15 1查得 170 因此 1ca 故安全 如圖3 9所示為錐齒輪軸的三維圖 圖3 9錐齒輪軸 3 6滾珠絲杠傳動的設(shè)計與校核 3 6 1工作壓強計算 螺母的軸向位移 3 36 2lspx 式中 螺 桿 轉(zhuǎn) 角 rad 導(dǎo) 程 mp 螺 距 m x 螺 紋 線 數(shù) 令該螺紋為單線螺紋 則 x 1 由于絲杠帶動橫梁的移動距離為 1200mm 又要留下一定的余量 可令螺紋長度 L 1500mm 30 設(shè)計使螺紋移動時 手輪轉(zhuǎn)動 150 圈 即21503rad 28lpmx 由此可知 1sp 螺紋中徑 其中 20 8pFd 2 10p 帶入數(shù)據(jù) 有 3 37 4210 858 p m 由表可知 取 63dm 螺母高度 216H 旋和圈數(shù) 5 7 2 8np 基本牙型高度 10 84m 工作壓強 3 38 521102 753 63pFpdhn 工作壓強滿足要求 為了保證自鎖 螺紋升角 19 螺紋牙根部的寬度 0 65 85 2bpm 3 6 2 靜載荷計算 31 基本額定靜載荷特性值 3 39 122012120 31 4coscos50 388647 4 WssmWDdKMPaD 式中 鋼球直徑 mm WDsr 螺桿滾道曲率半徑 mm 接觸角 md 滾動螺旋公稱直徑 mm 基本額定靜載荷 6 60sin4 25103sin45817 0aWCKzDN 3 40 靜載荷條件 3 41 6 241aFHCK 條件滿足 故合格 3 6 3 螺桿強度 螺桿的強度 3 42 662231122330 479 509 59234 096 460 pTNmnFTddMPa 螺桿最大彎曲應(yīng)力 查表可知 故螺桿強度合格 4b 3 6 4 壽命計算 螺母接觸系數(shù) 0 76nMWRfD 32 螺桿接觸系數(shù) 0 81SWRfD 壽命系數(shù) 3135 hLK 轉(zhuǎn)速系數(shù) 1313 68n 壽命條件 3 43 133 2 6701140 5954haFHnCKN 查 表 可 知 式中 載荷系數(shù) FK H 硬度影響系數(shù) 1 短行程系數(shù) F 試驗機工作力 N 故滿足條件合格 采用固定式內(nèi)循環(huán)如圖 3 10 為內(nèi)循環(huán)示意圖 圖 3 11 為滾珠絲 桿副的組成 圖 3 10 固定式內(nèi)循環(huán)示意圖 1 滾珠 2 絲桿 3 反向器 4 螺母 33 圖 3 11 滾珠絲桿副的組成 接觸角 45 鋼球直徑 mm0 6WhDP 螺紋滾道曲率半徑 mm 0 53 SNWrD 偏心距 mm0 7 21Se 螺紋升角 0arctn54h Pd 螺桿大徑 0 2 61 8WdD 螺桿小徑 5 24Serm 螺桿接觸點直徑 0cos 75KW 螺桿牙頂圓角半徑 1 06arD 螺母螺紋大徑 029 1Nderm 螺母小徑 5 3 下圖為絲桿的三維示意圖 34 圖 3 12 絲桿 35 結(jié)論 試驗機是在各種條件 環(huán)境下測定金屬材料 非金屬材料 機械零件 工程結(jié)構(gòu) 等的機械性能 工藝性能 內(nèi)部缺陷和校驗旋轉(zhuǎn)零部件動態(tài)不平衡量的精密測試儀器 可以對材料進行拉伸 壓縮 彎曲 剪切 扭轉(zhuǎn) 沖擊 疲勞 蠕變 持久 松弛 磨損 硬度等試驗 本文在查閱大量國內(nèi)外試驗機生產(chǎn)廠家資料的基礎(chǔ)上 對所設(shè)計 的抗彎強度試驗機進行了仔細研究 根據(jù)所提出來的技術(shù)指標(biāo)要求 設(shè)計了試驗機的 機械部分 在這次設(shè)計中 查閱了關(guān)于試驗機的一些書刊資料 對試驗機有了基本的認識 在這種情況下 結(jié)合所查閱到的資料 設(shè)計出了四種方案 并對這四種方案進行了相 互比較 最后選定了第一種方案 方案選定后 隨之對試驗機的傳動系統(tǒng)做了設(shè)計與 校核 這些傳動系統(tǒng)有渦輪蝸桿傳動系統(tǒng) 直齒錐齒輪傳動系統(tǒng) 絲杠傳動系統(tǒng) 在 一系列的力 彎矩 轉(zhuǎn)矩計算與校核后 確定所有零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計均符合要求 在設(shè)計與校核過程中 電動機的選擇要綜合考慮試驗機所輸出力 輸出速度 然 后以此倒退求知電機功率及其外形尺寸 在選擇具體傳動比時 要選擇各種傳動機構(gòu) 合理范圍之內(nèi)的值 蝸輪蝸桿的設(shè)計時 除了要計算齒受力情況外 還要校核蝸桿的 彎曲強度 由于絲杠的轉(zhuǎn)速很低 故采用了錐齒輪傳動 本試驗機的關(guān)鍵傳動部分是 滾珠絲杠 螺母傳動系統(tǒng) 要進行工作壓強 靜載荷 螺桿強度 壽命的一系列計算 畢業(yè)設(shè)計是對四年中所學(xué)知識的一次綜合性的考察 它可以比較全面的檢查我們 的專業(yè)知識水平 及時讓我們發(fā)現(xiàn)缺點和不足 在畢業(yè)設(shè)計中 我回顧了四年所學(xué)的 知識充分認識到了自己的欠缺 學(xué)會了運用手冊和查閱相關(guān)書籍資料 學(xué)會了用標(biāo)準(zhǔn) 來規(guī)范自己 畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)論文是本科生培養(yǎng)方案的重要環(huán)節(jié) 所謂 溫故而知新 只有對已學(xué)過的知識真正掌握了 才能吸收新的知識 而新的知識反過來則可以進一 步促進對已學(xué)知識有新的理解 36 致謝 本次設(shè)計是在尊敬的周后明老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的 導(dǎo)師淵博的知 識 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 高度的責(zé)任心以及嚴(yán)于律己 待人誠懇的思想品德深深的影響 著我 這不僅使我順利完成了此項設(shè)計 而且也將成為使我受益終生的寶貴財富 幾 個月的時間里 從課題的選定 資料的收集 方案的擬定 課題的具體設(shè)計到論文的 審定改進 周老師都給與了極大的幫助 傾注了大量的心血 通過這次的畢業(yè)設(shè)計 學(xué)生不僅開拓了思路 擴大了視野 豐富了知識面 還初步掌握了處理具體實踐問題 的科學(xué)方法 為學(xué)生今后發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ) 從課題的選擇到完成 周后明老師都始終給予我耐心細致的指導(dǎo)和不懈的支持和 督促 在此謹(jǐn)向周后明老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意 同時也得到了一些同學(xué)的 的熱情幫助和鼓勵 對此 表示深深的感謝和衷心的祝福 37 參考文獻 1 吳宗澤 羅圣國 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 第三版 北京 高等教育出版社 2006 5 4 170 2 濮良貴 紀(jì)名剛等 機械設(shè)計 第八版 北京 高等教育出版社 2006 6 186 272 3 成大先等 機械設(shè)計手冊 第四版 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2001 11 210 351 4 王中發(fā) 吳宗澤 實用機械設(shè)計 北京理工大學(xué)出版社 1998 2 5 現(xiàn)代機械傳動手冊 編輯委員會 現(xiàn)代機械傳動手冊 第二版 北京 機械工業(yè) 出版社 2002 5 145 167 6 楊黎明 黃凱 李恩至 陳實現(xiàn) 機械零件設(shè)計手冊 北京 國防工業(yè)出版社 1987 6 225 287 7 孫桓 機械原理 北京 高等教育出版社 2006 5 174 201 8 廖念釗 莫雨松等 互換性與技術(shù)測量 第四版 北京 中國計量出版社 2006 7 1 117 9 朱孝錄等 機械傳動設(shè)計手冊 北京 電子工業(yè)出版社 2007 7 120 357 10 李曉杰 CSS 2200 系列電子萬能試驗機 試驗技術(shù)與試驗機 1996 年 卷 36 3 6