電子萬能試驗機的技術(shù)設(shè)計.doc

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1、 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 中文題目 1KN 電子萬能試驗機的技術(shù)設(shè)計 英文題目 Design of Structure for 1KN electronic universal testing machine 學生姓名 張彥波 班級 410704 學號 41070425 學 院 機械科學與工程學院 專 業(yè) 機械工程及自動化 指導教師 陳菲 職稱 副教授 摘要 隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，對機械產(chǎn)品的要求也越來越高。機械產(chǎn) 品需要滿足社會的需要，就

2、應(yīng)該具有高精度、高效率、通用性和靈活性 等性能，加上機械產(chǎn)品不斷加快的更新?lián)Q代速度，因此對檢驗設(shè)備也相 應(yīng)地提出了精度高、效率高、通用性好和靈活性強的要求。電子萬能試 驗機作為試驗機床家族中的高端產(chǎn)品，在現(xiàn)代機械行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)被越來越 多的采用，具有機型美觀，操作簡單，系統(tǒng)工作可靠，測量精度高等特 點。 本設(shè)計為 1KN 拉壓萬能試驗機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，試驗機本體仿照 WDW- 100C-1000C 進行設(shè)計，結(jié)構(gòu)上可滿足相應(yīng)的參數(shù)要求，試驗機重要部分 的強度和剛度經(jīng)過軟件的模擬分析，滿足可靠性試驗臺的試驗要求。 關(guān)鍵詞：加工中心；試驗機；可靠性；拉壓力；結(jié)構(gòu)設(shè)計 Abst

3、ract With the continuous development of science and technology, the requirements of mechanical products have become more sophisticated.Mechanical products need to meet the needs of society, they should have high accuracy, high efficiency, versatility and flexibility performance．Coupled with the co

4、ndition that upgrading speed of mechanical products is accelerating,so the machine equipment is raised correspondingly high precision, high efficiency, good versatility and flexibility requirements. Electronic universal testing machine，as a high-end product of the CNC machine tool family ，is being m

5、ore and more used in the field of modern machinery industry ,its capacity with Beautiful models, Simple Operation , high precision, High efficiency, high versatility features. Testing machine plays an important role on todays Machining Center, whose reliability has a huge effect on machine reliabili

6、ty. In order to improve the MTBF level of Machining Center, it is significant to invent a testing bed to test the reliability of Various materials. The article is the strutural design of the 1KN tension and compression testing machine.the test rig design ontologies modeled on the WDW-100C- 1000C, th

7、e structure can meet the requirement of the Requirements of the corresponding parameters.The strength and stiffness of important part of test bench is simulated by analysis software to meet the reliability test requirements. Keywords：Maching Center； Reliability；Tensiler；Structural Design 目錄 ABSTRACT

8、.......................................................................3 第 1 章 緒論 ......................................................................6 第 1 節(jié) 試驗機的定義 .......................................................................................................6 第 3 節(jié) 試驗機行業(yè)發(fā)展展望 ............

9、...............................................................................8 第 2 章 1KN 拉壓試驗機的設(shè)計概述 .............................9 第 1 節(jié) 總體設(shè)計 ...............................................................................................................9 第 2 節(jié) 部件設(shè)計 ................................

10、...............................................................................9 2.1 變速箱的設(shè)計 ..............................................................................................................9 2.1.1 傳動的選擇 ....................................................................................

11、......................................9 2.2 帶輪的設(shè)計 .................................................................................................................14 2.3 絲杠的定位與固定 ....................................................................................................15 2.4 光杠的固定 ........

12、........................................................................................................16 2.5 夾具的設(shè)計 ................................................................................................................17 第 3 章 尺寸設(shè)計 .........................................................

13、...19 第 1 節(jié) 驅(qū)動電機參數(shù)選擇 .............................................................................................19 1.1 技術(shù)指標（主機設(shè)計有關(guān)指標） ............................................................................19 1.2 傳動比的確定及分配 .......................................................................

14、.........................19 1.3 驅(qū)動電機的選擇 ........................................................................................................19 1.4 傳動裝置的運動及動力參數(shù) ....................................................................................20 第 2 節(jié) 零部件尺寸設(shè)計 ...................................

15、..............................................................22 2.1 帶輪的設(shè)計 ................................................................................................................22 2.1.1 第一級同步齒形帶傳動設(shè)計 .................................................................................22 2.2 軸的設(shè)

16、計 ....................................................................................................................31 結(jié) 論 ................................................................................34 致 謝 ................................................................................35 參 考 文

17、 獻 ....................................................................36 第 1 章 緒論 第 1 節(jié) 試驗機的定義 試驗機是測試、評定和研究材料、零部件、整機（整車） 和類工程 項目的物理性能、機械（力學） 性能、工藝性能、安全性能、舒適性能 的試驗儀器和設(shè)備，是科學儀器眾多種類中很重要的一類測試儀器。試 驗機對材料及品、零部件、整機（整車） 、工程項目的性能檢測和試驗、 質(zhì)量控制和質(zhì)量保證起著不可替代的作用；對各類工程科學理論研究和 工程項目的實施起著極其重要的保障作用；多數(shù)試驗機產(chǎn)品還屬于計量 器具，對保證和維

18、持我國長度、力值、硬度量值的準確和溯源具有舉足 輕重的作用。長期以來，試驗機作為很重要的一類科學儀器， 被廣泛地 應(yīng)用于冶金、建筑、航天、航空、機械、交通、國防軍工、水利、電力、 石油、化工、輕工、紡織等行業(yè)的國家重點實驗室、工業(yè)實驗室、計量 室、質(zhì)檢機構(gòu)和制造業(yè)的生產(chǎn)線及各類工程現(xiàn)場?？蒲性核?、大專院校、 質(zhì)檢計量機構(gòu)、各類企業(yè)構(gòu)成了試驗機的用戶群。按照 GB/T 4754— 2002 《國民經(jīng)濟行業(yè)分類》的規(guī)定，試驗機制造業(yè)屬于儀器儀表行業(yè)的 一個小類。試驗機主要包括以下產(chǎn)品：金屬材料試驗機、非金屬材料試 驗機力與變形檢測儀器、動平衡機、振動臺、沖擊臺與碰撞臺、無損檢 測儀器摩擦、磨損、潤

19、滑與工藝試驗機、包裝件試驗機、大型結(jié)構(gòu)試驗 機、汽車專用試驗設(shè)備、各種環(huán)境模擬試驗裝置及其功能附件等。試驗 機產(chǎn)品特點是多品種、小批量，用戶個性化要求多。這是集機、光、電、 液和計算機技術(shù)于一體的高技術(shù)產(chǎn)品，涉及到的學科范圍非常廣泛,下圖 為國產(chǎn)一款試驗機。 第 2 節(jié) 試驗機行業(yè)發(fā)展簡要回顧 我國試驗機制造業(yè)自建國以來，從無到有，不斷發(fā)展壯大，已經(jīng)走過了六十年 的歷程。 （1）解放前的舊中國，幾乎沒有企業(yè)生產(chǎn)制造試驗機產(chǎn)品，更談不上形成 一個產(chǎn)業(yè)。 （2） 新中國建立后受到了以美國為首的西方國家經(jīng)濟技術(shù)的封鎖。為 擺脫西方國家的封鎖，加快我國經(jīng)濟技術(shù)和國防工業(yè)發(fā)展的步伐， 1949 年 10

20、 月 20 日，我國第一個試驗機專業(yè)生產(chǎn)廠家——長春儀器廠（長春材料試驗機廠） 誕 生，標志著中國試驗機制造業(yè)的開始。1959 年 3 月， 經(jīng)國家有關(guān)部門批準，第 一機械工業(yè)部材料試驗機研究所在長春成立，標志著我國開始獨立自主地開展試驗 機制造技術(shù)與產(chǎn)品的研發(fā)。到 1979 年建國 30 周年，長春、天水、濟南、上海、 萊州、汕頭、丹東、蘇州等地成為試驗機的重點生產(chǎn)區(qū)域，主要生產(chǎn)企業(yè)約 30 家 左右，初步形成了一個試驗機制造行業(yè)（3）改革開放后的 30 年（1979~2009） ， 尤其是后 20 年（ 1989 ~2009） ，試驗機行業(yè)同其他行業(yè)一樣，發(fā)生了重大變化， 取得了重大發(fā)展。

21、重大發(fā)展是由于對外開放、計劃經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)變的重大變化 而引起的。重大發(fā)展主要表現(xiàn)為：① 人力作為可由市場配置的資源能夠自由流動， 使得科技、管理人才可以走出高等院校、研究院所、國有企業(yè)進入市場創(chuàng)辦試驗機 民營生產(chǎn)企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，1989 年，全國生產(chǎn)試驗機的廠家接近 50 家。② 試驗機生產(chǎn)企業(yè)的資本結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變化。體制上的改變促使企業(yè)的運行機 制更加適應(yīng)市場經(jīng)濟發(fā)展的需要，促進生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴大。統(tǒng)計資料顯示， 我 國試驗機行業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值從 1989 年的 3 億元 RMB 左右上升到 2008 年的 40 億元 RMB（76 家規(guī)?；陨掀髽I(yè)的數(shù)據(jù)） 。靜態(tài)力學性能測試儀

22、器的典型產(chǎn)品— —電子萬能試驗機、液壓萬能試驗機的測量、控制技術(shù)實現(xiàn)了重大突破。力值、位 移的測量技術(shù)全部由機械式改為電子式； 基于微處理器技術(shù)（含基于 DSP 技術(shù)） 的國產(chǎn)控制器全面裝備了電子萬能試驗機和液壓萬能試驗機。在計算機被廣泛用于 試驗機的同時，應(yīng)用程序（試驗軟件）也得到了快速發(fā)展，并在不斷改版升級和完 善。大部分國產(chǎn)電子萬能試驗機和微機控制液壓萬能試驗機的性能指標已和國際同 類產(chǎn)品的性能指標接近，其中部分國內(nèi)產(chǎn)品的性價比已優(yōu)于國外產(chǎn)品。正因為如此， 近幾年來，國外同類產(chǎn)品的進口量在大幅度下降，且其價格也隨之大幅下降。 （4） 在此期間， 試驗機行業(yè)工作取得了明顯的進步。1980

23、年， 中國儀器儀表學會試 驗機分會宣告成立。試驗機分會曾多次成功舉辦了試驗機制造技術(shù)的學術(shù)交流活動， 組織了對美、英、日、德等國同行的技術(shù)座談和技術(shù)交流。試驗機分會和長春試驗 機研究所合辦出版的科技期刊——《工程與試驗》 （原名曾為：《材料試驗機》 、 《試驗技術(shù)與試驗機》 ） 成為試驗機制造業(yè)和試驗機用戶進行學術(shù)交流的平臺，有 力地推動了試驗機行業(yè)的技術(shù)進步。 第 3 節(jié) 試驗機行業(yè)發(fā)展展望 展望未來，在市場經(jīng)濟發(fā)展的進程中，我國試驗機行業(yè)必將會有更大的作為。 （1）對試驗機制造企業(yè)而言，未來 10 年~20 年的發(fā)展關(guān)鍵取決于企業(yè)的自主創(chuàng) 新能力的提升。試驗機制造企業(yè)自身 R（2）

24、試驗機產(chǎn)品市場的空間還是很 大的。多年來， 國內(nèi)市場始終有近 50%的份額被進口產(chǎn)品所占有，國外的市場容 量也是很可觀的，尤其是發(fā)展中國家的市場是很廣闊的。這對于有自主創(chuàng)新能力、 市場開拓能力、科學管理能力的制造企業(yè)而言，是會大有作為的。 （3）隨著市場經(jīng) 濟的發(fā)展，在有序的競爭中，試驗機制造企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一些積極的變化。 名品會造就一批名企，假冒偽劣產(chǎn)品會使其制造者被淘汰出局，一個適度規(guī)模、發(fā) 展有序的試驗機行業(yè)會在競爭中形成?？梢灶A測， 經(jīng)過 10 年~20 年的努力，我 國試驗機行業(yè)在技術(shù)與產(chǎn)品的發(fā)展上可以基本滿足國內(nèi)市場的需求，并會有批量產(chǎn) 品出口，基本趕上或在某些領(lǐng)域超過發(fā)達國

25、家的技術(shù)水平。 第 2 章 1KN 拉壓試驗機的設(shè)計概述 第 1 節(jié) 總體設(shè)計 參考試驗機各種機型，以及設(shè)計要求，先應(yīng)確定其傳動原理，我設(shè)計的為小型 試驗機，最大的拉壓力才為 1KN，選用單空間結(jié)構(gòu)原理，其工作原理為：電機通 過帶輪變速機構(gòu)帶動兩平行的滾珠絲杠，從而驅(qū)動移動橫梁來實現(xiàn)加載，被測試件 夾在夾具上，而被測試件的負荷由傳感器測量。如圖 第 2 節(jié) 部件設(shè)計 2.1 變速箱的設(shè)計 2.1.1 傳動的選擇 由于，總的傳動比為 30，將其分配為 4,3,2.5 這三個等級滿足要求，分級是利 用電機的電調(diào)比來實現(xiàn)的因此，無需要離合器等零件，而因為試驗機試驗壓力小 1KN，因此不宜設(shè)計復

26、雜的傳動機構(gòu)，以免產(chǎn)生不必要的能耗或誤差，也減小了密 封，潤滑，維修等的壓力，最終決定選用三級齒形帶傳動，如圖所示 左下角帶輪連接電機輸出軸所帶的帶輪，傳動比為 2.5 上方的兩個帶輪主要其改變傳動比的作用，傳動比為 3 而中間套與軸上的兩個帶輪則分別連接左右兩個絲杠下的帶輪，以此帶動絲杠 傳動而使橫梁上下移動，從而施加拉或壓力。 同步帶輪傳動是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒的封閉環(huán)形膠帶和相應(yīng)的帶輪所 組成。運動時，帶齒與帶輪的齒槽相嚙合傳遞運動和動力，是一種嚙合傳動，因而 具有齒輪傳動、鏈傳動和平帶傳動的各種優(yōu)點 。 同步帶按材質(zhì)可分為氯丁橡膠加纖維繩同步帶，聚氨酯加鋼絲同步帶，按齒的

27、形目前主要分為梯形齒和圓弧齒兩大類，按帶齒的排布面又可分為單面齒同步帶和 雙面齒同步帶。同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，可精 密傳動,傳動平穩(wěn)，能吸震，噪音小，傳動速比范圍大，一般可達 1∶10，允許線速 度可達 50m/s，傳動效率高，一般可達 98℅―99℅ 。傳遞功率從幾瓦到數(shù)百千瓦。 結(jié)構(gòu)緊湊還適用多軸傳動，張緊力小，不需潤滑，無污染，因而可在不允許有污染 和工作環(huán)境較為惡劣的場合下正常工作。 2.1.2 變速箱中張緊輪的設(shè)計 因為為帶傳動，所以必須安裝張緊輪，由于空間位置的限制，決定 在此變速空間內(nèi)安裝上兩個張緊輪，分別為第二級和第三級的一個帶輪 張緊，張緊輪的

28、位置用螺栓調(diào)節(jié)，與帶輪接觸的面用兩個軸承一個滾輪 來施加壓力并盡可能的減小阻力，如圖設(shè)計 上圖為截面圖 此圖為俯視圖 由于變速箱內(nèi)空間有限，且有其他的支撐結(jié)構(gòu)，因此張緊輪的位置 選擇就非常的重要，否則，就會出現(xiàn)，裝不進，卸不掉，螺釘無空間， 與支撐結(jié)構(gòu)重位等清況，為避免些情況的發(fā)生，張緊輪的位置選擇如圖 所示兩畫圈處即是安裝帶輪之處。 2.1.3 變速箱支撐結(jié)構(gòu)的選擇 支撐結(jié)構(gòu)在變速箱中起著非常重要的作用，是整個機構(gòu)能正常運行 的保證，尤其對強度，剛度等的影響，更會直接關(guān)系到實驗機的精度問 題。此變速箱中，由于有帶輪，張緊輪已經(jīng)它們所附帶的軸，軸承，套 等零件，一方面要盡量壓縮支撐結(jié)構(gòu)的空間，

29、另一方面又要增強支撐結(jié) 構(gòu)在強度，剛度方面的承受能力，所以，我用雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計，且此雙層 結(jié)構(gòu)是由螺釘，螺栓，焊接等有效的，保證精度的鏈接在一起的，大致 的結(jié)構(gòu)可以由如圖看出 左側(cè)底面與上臺板底面用螺栓鏈接，增加鏈接強度，保證支撐起整 個變速箱的重量，以及傳動時所帶來的附加力的影響，第二層結(jié)構(gòu)與第 一層的面板用立柱相連，一方面保證了其強度要求，另一方面立柱的加 工更精細，比螺釘，螺栓等更能保證兩板間的平行度，以便于軸孔很好 的對位，從而保證軸的正確安裝，立柱與中間板面的鏈接用焊接，增強 可靠性及精度。 機構(gòu)的強度由立柱的數(shù)量來保證，為了確保我總共使用了 9 個立柱。 經(jīng)過粗略的估算，符合要求。

30、2.2 帶輪的設(shè)計 2.2.1 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 為了保證傳動的穩(wěn)定，減少震動帶輪的固定，定位就非常的重要， 因為此變速箱的整體結(jié)構(gòu)是朝下的，因此帶輪是平置著的，首先應(yīng)想到 帶也是平置，為了防止掉帶，必須設(shè)計擋邊。如圖所示 上面幾個圖是不同的幾個帶輪其的擋邊。 2.2.2 帶輪的定位與固定 由于帶輪水平，所以所設(shè)計的帶輪固定裝置不僅需要有定位功能， 還必須能承受帶輪的重量，以及運動過程中的附加力，考慮到這種因素， 大帶輪的設(shè)計為 可以看出，下方由墊片和雙圓螺母來定位和固定，上方用軸套，以 確保支撐力足夠，以及避免出現(xiàn)掉輪，晃動的情況。 而小帶輪的設(shè)計為 如圖，用螺釘和墊圈來定位和固定。 2.3

31、絲杠的定位與固定 滾 珠 絲 杠 是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn) 運動的理想的產(chǎn)品。 滾 珠 絲 杠 由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是 將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項 發(fā)展的重要意義就是將軸 承 從滑動動作變成滾動動作。由于具有很小的 摩 擦 阻 力 ，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 滾 珠 絲 杠 是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn) 運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴?矩 轉(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時兼具高精 度、可逆性和高效率的特點，在試驗機中，絲杠的作用是最重要的部件， 其可外購，但定位必須好，以便橫梁

32、能順利的移動。如圖設(shè)計： 圖中可知，絲杠套是利用螺栓固定在臺面板底面上，為了保證其穩(wěn)定性， 共采用了六個螺栓。 2.4 光杠的固定 與絲杠情況相似，因此，光杠的固定件也與絲杠的相似，如圖所示 在裝配圖中的情況是 2.5 夾具的設(shè)計 機 械 制 造 過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受 施工或檢測的裝置。又稱卡 具 。從廣義上說，在工 藝 過 程 中的任何工 序 ， 用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具。例如焊 接 夾 具 、檢驗夾具、裝配夾具、機 床 夾具等。其中機床夾具最為常見，常簡 稱為夾具 。在機床上加工工件時，為使工件的表面能達到圖紙規(guī)定的尺 寸 、幾何形狀

33、以及與其他表面的相互位 置 精 度 等技術(shù)要求 ，加工前必 須將工件裝好（定位） 、夾牢（夾緊） 。夾具通常由定位元 件 （確定工件 在夾具中的正確位置） 、夾緊裝置 、對 刀 引導元件 (確定刀 具 與工件的相 對位置或?qū)б毒叻较?、分 度 裝 置 （使工件在一次安裝中能完成數(shù)個 工 位 的加工，有回轉(zhuǎn)分度裝置和直線移動分度裝置兩類） 、連接元件以及 夾具體（夾具底座）等組成。 此試驗機中，因為要求的最大拉壓力僅為 1KN，且沒有扭轉(zhuǎn)的功能， 因此夾具可以在保證相應(yīng)的同軸度，及對稱位置的情況下，盡量簡化， 甚至可以在加緊部分購買成品。如圖設(shè)計 ，此圖為上橫梁上的夾具 此圖為面板臺上用的夾具

34、 第 3 章 尺寸設(shè)計 第 1 節(jié) 驅(qū)動電機參數(shù)選擇 1.1 技術(shù)指標（主機設(shè)計有關(guān)指標） 最大負荷 10KN 動橫梁移動速度 0.05-500mm/min 1.2 傳動比的確定及分配 a.傳動比的確定 本機調(diào)速系統(tǒng)初步采用寬調(diào)速鎖相控制系統(tǒng)，其電調(diào)比 1:10000， 轉(zhuǎn)速范圍 0.15-1500r/min。則 ??=10(0.15?1500)(0.05?500) =30 b.傳動比的分配 傳動比分配時要充分考慮到各級傳動的合理性，以及帶輪的結(jié)構(gòu)尺 寸，要做到結(jié)構(gòu)合理。傳動裝置分為三級，傳動比分配為 i=30=2.534。各級均為同步齒形帶傳動，具有傳動比準確、結(jié)構(gòu)緊 湊，傳動比范圍大以

35、及在低速下傳遞動力等優(yōu)點。另外由于兩對滾珠絲 杠副的存在，其中第三級傳動包括兩組同步帶傳動。 1.3 驅(qū)動電機的選擇 根據(jù)試驗機輸出載荷與加荷速度，折算到驅(qū)動電機所需功率，選擇 驅(qū)動電機。整機傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副（導程 s=10） ，同步齒形帶傳 動，傳動總效率 η=0.7-0.8。則功率 ??= ????1000?60???=1030.51000600.6=0.014???? 式中：F—輸出載荷， ；103?? v—加荷速度。0.5m/min； 代入數(shù)據(jù)得 。??=0..014???? 選取寬調(diào)速永磁直流伺服電動機，技術(shù)參數(shù)見表 2-1 表 2-1 70SYX 寬調(diào)速永磁直流伺服電機

36、技術(shù)參數(shù) 規(guī)格型號 額定功率 額定轉(zhuǎn)矩 最高轉(zhuǎn)速 70SYX 0.05KW 0.33N.M 2000r/min 額定電壓 最高電流 允許轉(zhuǎn)速差 10% 轉(zhuǎn)動慣量 48V 4A 200 564Kg.cm.s2 該電機具有精度高，響應(yīng)快，調(diào)速范圍寬（電調(diào)比 1:10000） ，力矩 波動小，線性度好，過載能力強等特點。 1.4 傳動裝置的運動及動力參數(shù) 設(shè)電機輸出軸為 1 軸，然后各級依次為 2、3、4 軸。對應(yīng)轉(zhuǎn)速為 n1，n 2，n 3；對應(yīng)功率為 P1，P 2，P 3；對應(yīng)轉(zhuǎn)矩為 T1，T 2，T 3。為計算方 便，各級傳動效率取 η=0.9。 a.各軸轉(zhuǎn)速 ?? 1=1500???????

37、? ??2=??1??1=15002.5=600???????? ??3=??2??2=6003 =200???????? ??4=??3??3=2004 =50???????? b.各軸功率 ?? 1=0.014?????? 2=??1??=0.0140.9≈0.0126???? ??3=??1??2=0.0140.92≈0.0113???? ??4=??1??3/2=0.0140.93/2≈0.005???? c.各軸轉(zhuǎn)矩 ??1=9550??1??1=95500.0141500=0.089????? ??2=9550??2??2=95500.0126600=0.200????? ??3=

38、9550??3??3=95500.0113200=0.540????? ??4=9550??4??4=95500.00550=0.955????? 具體計算結(jié)果填入表 2-2 中供設(shè)計計算使用。 表 2-2 傳動裝置運動和動力參數(shù)計算結(jié)果 1 軸 2 軸 3 軸 4 軸 轉(zhuǎn)速 ??/(??????????1) 1500 600 200 50 功率 ??/???? 0.014 0.0126 0.0113 0.005 轉(zhuǎn)矩 ??/(?????) 0.089 0.200 0.540 0.955 傳動比 i 2.5 3 4 第 2 節(jié) 零部件尺寸設(shè)計 2.1 帶輪的設(shè)計 2.1.1 第一級同步齒形帶傳

39、動設(shè)計 （1）確定計算功率 ????=(????+????)??1 式中： —工作情況系數(shù)；1.2???? —增速比系數(shù)； 0???? 代入數(shù)值得： ????=0.06???? （2）模數(shù) 由 以及 查表，取???? ??1 ??=1.5???? （3）選擇帶輪 、??1 ??2 查表得小帶輪最小齒數(shù) ，取 ，??1??????=14 ??1=24 則 ??2=????1=2.524=60?? 1=????1=1.524=36?????? 2=????2=1.560=90???? 帶速 ??= ????1??1601000=3.1436150060000=2

40、.826??/?? （4）確定中心距 a 及帶長 ???? 初選 ??0=100???? 初定膠帶節(jié)線長度 ??0??≈2??0+??2(??1+??2)+(??2???1)24??0 =370???? 查表取 ????=377???? 中心距 ??≈??0+???????0??2 =104???? （5）確定帶寬 單位帶寬的離心拉力 ????=????2??=1810?42.826210=0.0014???????? 小帶輪嚙合齒數(shù) ????≈(12???2???16??)??1=7 帶寬 ??= 102??????????([??]?????) 式中： —單位寬度的許用拉力，0.4K

41、g/mm[??] —嚙 合 齒 數(shù) 系 數(shù) ， ???? 代入數(shù)據(jù)得 ，圓整，取??=5.4???? ??=12???? (6)計算帶輪幾何尺寸 齒形角 ??=40 頂圓直徑 ????1=??1?2?? 式中： —節(jié)線到齒根間距離，0.375mm?? 代入數(shù)值得 ，????1=39.25???? 同理 ????2=74.25???? 齒槽深 ?=?‘+?? 式中： —齒高， 0.9mm?‘ —徑向間隙，0.55mm?? 代入數(shù)據(jù)得 ?=1.45???? 根圓直徑 ，????1=????1?2?=26.35???? 同理 ????1=71.35

42、???? 帶輪齒寬 ??=??+(3~10)=16???? 2.1.2 第二級同步齒形帶傳動設(shè)計 （1）確定計算功率 ????=(????+????)?? 式中： —工作情況系數(shù)；1.2???? —增 速 比 系 數(shù) ； 0???? 代入數(shù)值得： ????=0.06???? （2）模數(shù) 由 以及 查表，取???? ??1 ??=1.5???? （3）選擇帶輪 、??1 ??2 查表得小帶輪最小齒數(shù) ，取 ，??1??????=14 ??1=24 則 ??2=????1=324=72?? 1=????1=1.524=36?????? 2=????2=1.572=108??

43、?? 帶速 ??= ????1??1601000=3.143660060000=1.13??/?? （4）確定中心距 a 及帶長 ???? 初選 ??0=140???? 初定膠帶節(jié)線長度 ??0??≈2??0+??2(??1+??2)+(??2???1)24??0 =542.8???? 查表取 ????=565.5???? 中心距 ??≈??0+???????0??2 =152???? （5）確定帶寬 單位帶寬的離心拉力 ????=????2??=2410?41.13210=3.810?4???????? 小帶輪嚙合齒數(shù) ????≈(12???2???16??)??1=8

44、 帶寬 ??= 102??????????([??]?????) 式中： —單位寬度的許用拉力，0.6Kg/mm[??] —嚙 合 齒 數(shù) 系 數(shù) ， 1???? 代入數(shù)據(jù)得 ，圓整，取??=13.5???? ??=16???? (6)計算帶輪幾何尺寸 齒形角 ??=40 頂圓直徑 ????1=??1?2?? 式中： —節(jié)線到齒根間距離，0.50mm?? 代入數(shù)值得 ，????1=39???? 同理 ????2=119???? 齒槽深 ?=?‘+?? 式中： —齒高， 1.2mm?‘ —徑向間隙，0.69mm?? 代入數(shù)據(jù)得 ?=1.89???? 根

45、圓直徑 ，????1=????1?2?=35.22???? 同理 ????1=115.22???? 帶輪齒寬 ??=??+(3~10)=20???? 2.1.3 第三級同步齒形帶傳動設(shè)計 （1）確定計算功率 ????=(????+????)?? 式中： —工作情況系數(shù)；1.2???? —增 速 比 系 數(shù) ； 0???? 代入數(shù)值得： ????=0.06???? （2）模數(shù) 由 以及 查表，取???? ??1 ??=2.5???? （3）選擇帶輪 、??1 ??2 查表得小帶輪最小齒數(shù) ，取 ，??1??????=16 ??1=16 則 ??2=????1=41

46、6=64?? 1=????1=2.516=40?????? 2=????2=2.564=160???? 帶速 ??= ????1??1601000=3.144020060000=0.42??/?? （4）確定中心距 a 及帶長 ???? 對于此級第一組帶輪， 初選 ??0=180???? 初定膠帶節(jié)線長度 ??0??≈2??0+??2(??1+??2)+(??2???1)24??0 =765.8???? 查表取 ????=801.1???? 中心距 ??≈??0+???????0??2 =198???? 對于第 2 組帶輪， 初選 ??0=240???? 初定膠帶節(jié)線

47、長度 ??0??≈2??0+??2(??1+??2)+(??2???1)24??0 =878.6???? 查表取 ????=895.4???? 中心距 ??≈??0+???????0??2 =248???? （5）確定帶寬 單位帶寬的離心拉力 ????=????2??=3510?40.50210=8.910?6???????? 小帶輪嚙合齒數(shù) ????≈(12???2???16??)??1=6 帶寬 ??= 102??????????([??]?????) 式中： —單位寬度的許用拉力，1.0Kg/mm[??] —嚙 合 齒 數(shù) 系 數(shù) ， 1???? 代入數(shù)據(jù)得 ，圓整

48、，取??=24???? ??=24???? (6)計算帶輪幾何尺寸 齒形角 ??=40 頂圓直徑 ????1=??1?2?? 式中： —節(jié)線到齒根間距離，0.75mm?? 代入數(shù)值得 ，????1=46.5???? 同理 ????2=190.5???? 齒槽深 ?=?‘+?? 式中： —齒高， 1.8mm?‘ —徑向間隙，0.82mm?? 代入數(shù)據(jù)得 ?=2.62???? 根圓直徑 ，????1=????1?2?=41.26???? 同理 ????1=185.26???? 帶輪齒寬 ??=??+(3~10)=36???? 2.2 軸的設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)取決于受力

49、情況、軸上零件的的布置和固定方式、軸承的 類型和尺寸、軸的毛坯，制造和裝配工藝、以及運輸安裝等條件。軸的 結(jié)構(gòu)應(yīng)該使軸受力合理，避免或減輕應(yīng)力集中，有良好的工藝性，并使 軸上零件定位可靠、裝配方便。對于要求剛度較大的軸，還應(yīng)從結(jié)構(gòu)上 考慮軸。的變形。 此次設(shè)計 1 軸為電機輸出軸，結(jié)構(gòu)尺寸參照電機結(jié)構(gòu)，這里便不再 贅述。 2 軸長度尺寸與 3 軸有關(guān)，故先進行 3 軸的設(shè)計。 2.2.1 Ⅲ軸的設(shè)計 選擇軸的材料 軸的材料選 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。取 A=110。 初步估算軸的直徑 初步估算軸的最小直徑為 ????????=?? 3??3??3=110 30.0113200????=4.2???

50、? 考慮軸端有鍵槽，軸徑應(yīng)增加 ，考慮到軸承,取10%?15% 。??=16???? 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖 3-1 3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 如圖所示，軸徑最小處取 16mm，與帶輪配合，根據(jù)帶輪尺寸取其軸 向尺寸為 16mm。 因第二段軸徑安裝滾動軸承，為便于軸承裝配，軸徑按 5mm 放大， 取為 20mm。根據(jù)軸的受力，初選 6204 滾動軸承，其基本尺寸為 。右端圓螺母固定，尺寸 M2012.??????=20????47????14???? 為保證加工質(zhì)量及滿足裝配要求，開設(shè)螺紋退刀槽 2Φ20，長度 12mm。軸承左端兩帶輪與軸配作，帶輪間加以中擋板。右?guī)л喤c軸承間 有套筒連接，左帶輪與軸承間開

51、設(shè)軸肩定位，直徑 26mm。 軸肩左端軸徑與右端保持一致。最左處采用彈性擋圈固定，具體尺 寸參照 GB/T 894.1 查找。 帶輪的周向定位采用 A 型普通平鍵連接，根據(jù)各段軸徑，由手冊查 得平鍵截面分別為 以及?????=5????5????25???? 。同時為了保持帶輪與軸配合具有良?????=6????6????70???? 好的對中性，選擇帶輪輪轂與軸的配合為 H7/r6；滾動軸承與軸的周向 定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 k6。 軸肩處圓角半徑取 R2，軸端倒角取 145。 2.2.2 Ⅱ軸的設(shè)計 選擇軸的材料 軸的材料選 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。取 A=110。

52、 初步估算軸的直徑 初步估算軸的最小直徑為 ????????=?? 3??2??2=110 30.14600????=3.03???? 考慮軸端有鍵槽，軸徑應(yīng)增加 ，取 。10%?15%??=16???? 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖 3-1 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 結(jié) 論 本試驗機機型采用計算機控制，伺服電機驅(qū)動，精密滾珠絲杠機械 加載，傳感器測量信號。具有加載平穩(wěn)，測量準確，等特點。 因為其最大的拉壓僅為 1KN，所以，結(jié)構(gòu)尺寸等相對較小并不影響 其精度，強度，剛度等。 不同項目下的試驗附件（夾具）通過松，緊緊固螺釘插拔更換，下 空間完成拉伸試驗，操作簡單，因負載傳感器拉壓試驗時，承受的力方 向一致，因此，

53、年檢費用可節(jié)省一半，更具有可實踐性。 致 謝 本論文在選題、研究和撰寫的過程中，得到了導師陳菲老師的親切 關(guān)懷和悉心指導。導師學識廣博、學術(shù)思想敏捷、治學態(tài)度嚴謹，這一 切都是作者現(xiàn)在和將來學習的榜樣。特別是導師對學生在獲取知識、運 用知識和創(chuàng)新能力方面的培養(yǎng)，使我受益匪淺。在此文完成之際，謹向 尊敬的導師致以誠摯的謝意，感謝導師為作者的成長所付出的心血，并 送去學生最美好的祝愿。 感謝陳菲老師，他們在作者的設(shè)計過程中幫助解決了很多的難題， 沒有他們的熱心幫助和悉心指導作者是很難完成這次設(shè)計的。 作者在本科期間，得到了很多老師和同學的幫助，在此，致以真誠 的謝意，衷心感謝所有關(guān)心和幫助過我的朋

54、友們！最后，感謝在百忙之 中參與評閱論文和參加答辯的專家評委。 參 考 文 獻 [1] 上海紡織學院 哈爾濱工業(yè)大學 天津大學.機床設(shè)計圖冊.上?？茖W 技術(shù)出版社，1979 年 12 月 [2] 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊（第 3 版） ，北京：機械工業(yè)出 版社，2004 年 8 月 [3] 盛選禹 唐守琴 等.CATIA 有限元分析命令詳解與實例，北京：機 械工業(yè)出版社，2005 年 3 月 [4] 王曉江.機械制造專業(yè)英語，北京：機械工業(yè)出版社，2009 年 5 月 [5] Omron 公司.FA 系統(tǒng)產(chǎn)品綜合樣本，Omron 公司，2010 年 3 月 [6] 甘永立 陳曉華.機械

55、精度設(shè)計基礎(chǔ)，長春：吉林人民出版社，2001 年 2 月 [7] 王霄 劉會霞等.CATIA V5R17 高級設(shè)計實例教程，北京：冶金工業(yè) 出版社，2009 年 8 月 [8] 譚慶昌 趙洪志.機械設(shè)計（修訂版） ，北京：高等教育出版社， 2009 年 6 月 [9] 李雪梅.數(shù)控機床，北京：電子工業(yè)出版社，2008 年 5 月 [10] 于駿一 鄒青.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)（第二版） ，北京：機械工業(yè)出版 社，2010 年 3 月 [11] 侯洪生.機械工程圖，北京：科學出版社，2001 年 9 月 [12] 熊軍.數(shù)控機床原理與結(jié)構(gòu)，北京：人民郵電出版社，2007 年 9 月 [13] 夏田.數(shù)控加工中心設(shè)計.北京：化學工業(yè)出版社，2006 年 1 月 [14] 王仁德.機床數(shù)控技術(shù).東北大學出版社，2004 年 5 月 [15] 張仁貴.材料試驗機.中國計量出版社，2010 年 1 月