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長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文紙
摘 要
本文詳細(xì)論述了多楔帶傳動(dòng)輪系優(yōu)化試驗(yàn)臺(tái)的硬件及軟件設(shè)計(jì)方案。試驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)是圍繞模擬附件輪系的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)又能調(diào)整各個(gè)附件負(fù)載大小及各個(gè)附件的位置來(lái)進(jìn)行的。論文針對(duì)的這些特殊性能要求，設(shè)計(jì)了具有獨(dú)創(chuàng)性的臺(tái)架結(jié)構(gòu)，包括模擬機(jī)體部分，移動(dòng)導(dǎo)軌部分，轉(zhuǎn)向泵的工況模擬部分，測(cè)功機(jī)模擬空調(diào)壓縮機(jī)作為負(fù)載工作等等。多楔帶輪系優(yōu)化試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的硬件部分以計(jì)算機(jī)為核心，配以外圍接口電路，信號(hào)調(diào)理單元和傳感器，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要完成附件輪系主軸轉(zhuǎn)速、主軸扭矩、空壓機(jī)軸轉(zhuǎn)速、空壓機(jī)軸扭矩、轉(zhuǎn)向泵軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向泵軸扭矩、系統(tǒng)噪聲、系統(tǒng)振動(dòng)頻率、皮帶輪垂直帶面振幅、皮帶輪測(cè)向振幅、減振皮帶輪扭轉(zhuǎn)角、減振皮帶輪輪面振幅、自動(dòng)張緊輪軸承溫度等參數(shù)的采集和處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬附件負(fù)載大小以及主動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況的控制。
關(guān)鍵詞:多楔帶; 輪系; 臺(tái)架
Abstract
This article presents the design plan of software and hardware of testbench for optimizing design of the poly rib driving wheel system in detail. The development of test-bed centers on imitating actual operation of wheel system and changing load size and position of each accessory at the same time. Aiming at these special demand of performance, I have designed the innovative structure of test-bed, including simulation engine gear box, the part of moving guiding tracks, the simulation part often steering pump, the part of dynamometer simulating compressor as load etc. Computer is the core of poly rib belt driving wheel system test bench’s hardware, equipped with the interface circuit, signal processing unit and sensor. All those parts constitute a close loop control system to realize the signal collection and process, including the rotate speed and torque of main shaft ,rotate speed and torque of the shaft of compressor, rotate speed and torque of the shaft of the steering pump, systematic noise, systematic vibration frequency, the amplitude of surface of poly rib belt, the torsion angle and amplitude of damping pulley, bearing temperature of auto tension wheel, etc.. At the same time we can control the load size of each accessories and operation of electrical machinery by the control system.
Keywords: Poly rib belt； wheel system；
25
目 錄
第1章 緒 論 2
1.1 本課題研究的目的與意義 2
1.2 發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.3 技術(shù)要求 5
第2章 機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案 6
2.1 機(jī)構(gòu)原理 6
2.2 功能原理方案設(shè)計(jì) 7
2.3.1動(dòng)力源選取 9
2.3.2傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 9
2.3.3 加載裝置 10
第3章 疲勞試驗(yàn)機(jī)各部分計(jì)算 11
3.1 多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 11
3.2 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 12
3.3 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 15
3.4 主動(dòng)軸軸承設(shè)計(jì)計(jì)算 19
3.5 張緊輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 19
第4章 設(shè)計(jì)與人機(jī)工程學(xué) 21
4.1 根據(jù)人體尺度確定設(shè)備的合理尺寸 21
4.2 根據(jù)人體的力參數(shù)合理設(shè)計(jì)操縱裝置 21
總 結(jié) 22
參考文獻(xiàn) 23
致 謝 24
第1章 緒 論
1.1 本課題研究的目的與意義
帶傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中重要的傳動(dòng)形式，廣泛應(yīng)用于傳遞和運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)，在傳動(dòng)領(lǐng)域占有重要地位，并已經(jīng)取得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，近年來(lái)，特別是在汽車(chē)工業(yè)的，家用電器和辦公自動(dòng)化機(jī)械以及各種新型的機(jī)械裝備中相當(dāng)中相當(dāng)普遍。由于帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，價(jià)格低廉，不需要潤(rùn)滑，緩沖吸振等優(yōu)點(diǎn)，使得帶傳動(dòng)在機(jī)械中占有重要的位置，隨著傳動(dòng)的演變，在許多場(chǎng)合取代了其他的運(yùn)動(dòng)形式，同時(shí)隨著材料學(xué)制造工藝及生產(chǎn)設(shè)備的進(jìn)步，帶傳動(dòng)的總類(lèi)不斷更新，傳動(dòng)能力。雖然近年來(lái)傳動(dòng)帶質(zhì)量有了顯著提高，但是與國(guó)際水平還有一點(diǎn)的差距，其中原因之一是由于疲勞試驗(yàn)機(jī)的普及程度還不夠，通過(guò)疲勞試驗(yàn)機(jī)來(lái)改進(jìn)帶的結(jié)構(gòu)，配方和工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)得到生產(chǎn)廠家的認(rèn)可，個(gè)生產(chǎn)廠家只有通過(guò)疲勞試驗(yàn)機(jī)，取得符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，才能夠使產(chǎn)品與國(guó)際市場(chǎng)接軌。該疲勞試驗(yàn)機(jī)的研制成功對(duì)于打破國(guó)內(nèi)疲勞試驗(yàn)機(jī)基本上依賴(lài)進(jìn)口的局面，完善國(guó)內(nèi)帶生產(chǎn)線的完整性，生產(chǎn)測(cè)試設(shè)備的更新?lián)Q代的需要具有重要的意義。
1.2 發(fā)展現(xiàn)狀
多楔帶傳動(dòng)在平帶的基體下做出許多縱向楔，帶輪也有相應(yīng)的環(huán)形輪槽，其工作面為楔的側(cè)面，具有極高的靈活性，柔性，傳動(dòng)平穩(wěn)，摩擦力大，傳動(dòng)功率大，張緊力小，傳動(dòng)比范圍大，傳動(dòng)速度高，結(jié)構(gòu)合理，使用壽命長(zhǎng)，兼有平帶和三角帶的優(yōu)點(diǎn)而彌補(bǔ)其不足。適用于結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)功率較大場(chǎng)合，特別適合要求三角帶根數(shù)多，垂直地面的平行軸傳動(dòng)，但對(duì)于多楔帶與輪槽間均勻性要求較高，否則會(huì)產(chǎn)生寫(xiě)楔面不接觸或接觸不良其楔面摩擦效應(yīng)大大削弱。20世紀(jì)80年代以來(lái)，未解決三角帶多根同組傳動(dòng)是因產(chǎn)生不一樣長(zhǎng)的傳動(dòng)效率和使用壽命下降等問(wèn)題，在多根三角帶的上底用一層薄的橡膠連接起來(lái)，習(xí)慣稱(chēng)之為聯(lián)組三角帶的v型平帶，具有極大的優(yōu)越性，因而有出現(xiàn)v型平帶取代包布式和切邊式三角帶的現(xiàn)象。這種三角帶與平帶結(jié)合的膠帶，雖然對(duì)帶輪溝槽有特殊的要求，然而由于帶體很薄，與帶輪的接觸面積達(dá)，彎曲性好，帶輪縮小，使傳動(dòng)裝置進(jìn)一步小型化，節(jié)能化，可補(bǔ)償槽距誤差，彌補(bǔ)了多楔帶的缺點(diǎn)，在世界發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)量急劇增加。目前，多楔帶生產(chǎn)狀況在我國(guó)規(guī)模形成規(guī)模，生產(chǎn)設(shè)備基本為引進(jìn)或吸收消化制造，產(chǎn)品質(zhì)量好持續(xù)大批量為汽車(chē)等多種機(jī)械傳動(dòng)裝置
配套。
1.2.1帶的類(lèi)型
（1）齒形多楔帶
齒形多楔帶類(lèi)似于齒形切邊v帶，即在楔部切成齒形，以提高帶的曲撓性能及帶的散熱性能，可明顯提高帶使用壽命。固特異公司研究表明，相同的氯丁橡膠材料多楔帶，高溫疲勞試驗(yàn)普通多楔帶66h，有齒多楔帶可達(dá)167h。有齒多楔帶還可以降低對(duì)帶的裝配精度要求，但有齒多楔帶在使用時(shí)通過(guò)帶輪會(huì)帶進(jìn)帶出氣流，產(chǎn)生有節(jié)奏的氣流聲。固特異 公司通過(guò)斜齒，DAYCO公司做成不規(guī)則齒來(lái)抵消這種聲音，可較少15db左右的噪音。
（2）植絨多楔帶
多楔帶傳動(dòng)缺點(diǎn)之一是傳動(dòng)噪音較大，在低速或角速度變化快使用時(shí)，以及一段時(shí)間后，楔面磨損，硬化和張力松弛，或在雨天沾到水后，傳動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出刺耳的尖叫聲，影響汽車(chē)的NVH性能。解決辦法之一是楔面留有0.1～1.0mm高強(qiáng)度短纖維。由于纖維摩擦系數(shù)穩(wěn)定，具有吸音功能，因此大大降低多楔帶傳動(dòng)噪音。傳動(dòng)多楔帶一般用特殊的研磨工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。研磨時(shí)，先將楔塊速磨成大致的楔形，然后低速濕磨，將橡膠磨掉，楔面露出一定長(zhǎng)度的纖維。
（3）彈性多楔帶
彈性多楔帶最早應(yīng)用于白色家電上。原理是，帶的長(zhǎng)度比輪系計(jì)算周長(zhǎng)小，帶在裝配時(shí)，使用專(zhuān)用工具強(qiáng)制拉伸在固定的帶輪上，通過(guò)帶的彈性變形力使帶產(chǎn)生足夠的張緊力，在整個(gè)的過(guò)程中無(wú)需調(diào)整 張力，這樣可以省略張力調(diào)整機(jī)構(gòu)。近幾年，小型家用轎車(chē)為了簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件輪系結(jié)構(gòu)也開(kāi)始使用彈性多楔帶作為驅(qū)動(dòng)用帶。彈性多楔帶一般使用扯斷伸長(zhǎng)率大于20%的高捻度纖維作為強(qiáng)力層線繩。
（4）d EPDM多楔帶
近年來(lái)，多楔帶在汽車(chē)得到普遍應(yīng)用，而發(fā)動(dòng)機(jī)室的溫度越來(lái)越高，有的要求橡膠能耐150攝氏度，瞬間能耐170攝氏度，傳統(tǒng)氯丁橡膠顯然達(dá)不到要求。由于HNBR過(guò)于昂貴，人們?cè)谘芯堪l(fā)現(xiàn)小量的油污不對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端的皮帶造成損害，可使用廉價(jià)耐熱性好多的三元乙丙橡膠作為多楔帶主題橡膠材料。但EPDM耐磨性，高溫抗撕裂和動(dòng)態(tài)性能不理想，與其他材料粘合差，這些都需要通過(guò)改性如添加ZDA或ZDMA和其他材料加以解決。EPDM多楔帶耐高溫性能和高溫疲勞壽命明顯提高。
1.2.2疲勞試驗(yàn)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
傳動(dòng)帶都是在動(dòng)態(tài)狀態(tài)下使用的，有的使用條件極為苛刻，如汽車(chē)、農(nóng)用機(jī)械。如何模擬實(shí)況使用一直是傳動(dòng)帶生產(chǎn)廠家和帶傳動(dòng)研究重要課題。我國(guó)早在上世紀(jì)70年代末，中國(guó)農(nóng)機(jī)院、江漢機(jī)械研究所和哈爾濱工業(yè)大學(xué)等，為配合當(dāng)時(shí)的農(nóng)機(jī)帶和石油機(jī)械用帶的研制，開(kāi)始這方面的研究和疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)的研制工作。
疲勞壽命實(shí)驗(yàn)分為無(wú)扭矩法和有扭矩法，前者亦稱(chēng)曲撓機(jī)。我國(guó)目前采用無(wú)扭矩試驗(yàn)機(jī)為適應(yīng)普通V帶新標(biāo)準(zhǔn)（GB1174-96）而研制的，即墨新城機(jī)械有限公司和江都明珠材料試驗(yàn)機(jī)廠均有生產(chǎn)。試驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)帶不傳遞扭矩，與帶輪之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，也不能使帶體內(nèi)的張力產(chǎn)生變化，僅能模擬帶通過(guò)帶輪時(shí)產(chǎn)生的曲撓，記其曲撓次數(shù)和伸長(zhǎng)率，一般需要5～7天。它是通過(guò)減小帶輪直徑或加大初拉力來(lái)強(qiáng)化疲勞的，與傳動(dòng)帶實(shí)際使用情況的相關(guān)性差。但該試驗(yàn)方法由于相關(guān)因子單一，試驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗小，是控制生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量好辦法。龍山橡膠廠自行設(shè)計(jì)一臺(tái)農(nóng)機(jī)V帶用曲撓試驗(yàn)機(jī)。
有扭矩疲勞壽命試驗(yàn)?zāi)軌蛟谳^短的時(shí)間內(nèi)對(duì)傳動(dòng)帶質(zhì)量有一個(gè)全面和較準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，有扭矩法又可以分為開(kāi)式和閉式兩類(lèi)，開(kāi)始的能量流動(dòng)沒(méi)有形成閉合回路，電動(dòng)機(jī)的能量全部有消耗裝置消耗掉，不符合節(jié)能要求。閉式則能夠?qū)⒉糠帜芰渴栈?，形成封閉的回路，節(jié)約了能源。封閉式又可以分為兩種，一種是電封閉式：加載裝置中裝有電機(jī)，發(fā)出的電回饋給電機(jī)一部分；另一種是機(jī)械封閉式：電動(dòng)機(jī)所提供的僅僅是克服系統(tǒng)摩擦力所需要的功率，因此試驗(yàn)中消耗的動(dòng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于加到被試帶上的載荷，具有明顯的節(jié)能效果。國(guó)內(nèi)洛陽(yáng)、上海、貴陽(yáng)、無(wú)錫、開(kāi)封隨引進(jìn)設(shè)備進(jìn)口德國(guó)的汽車(chē)V帶疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)曾為原上海橡膠制品二廠、長(zhǎng)春汽車(chē)研究所研制等汽車(chē)V帶疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)。長(zhǎng)春光機(jī)學(xué)院參照克萊斯勒汽車(chē)公司標(biāo)準(zhǔn)為遼陽(yáng)機(jī)帶廠設(shè)計(jì)過(guò)一臺(tái)多楔帶壽命強(qiáng)化試驗(yàn)臺(tái)。無(wú)錫貝爾特還引進(jìn)汽車(chē)多楔帶疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)，可做高溫疲實(shí)驗(yàn)。該機(jī)采用機(jī)械封閉原理，用電磁加載器加載。通過(guò)調(diào)節(jié)加載器工作電流的大小，可調(diào)節(jié)所加負(fù)載的大小。該機(jī)具有較好的節(jié)能效果，節(jié)能可達(dá)63％以上。它采用PLC控制，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可根據(jù)要求進(jìn)行分段或即時(shí)打印。王潔民發(fā)明的“Ｖ帶全功能動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)裝置”，利用現(xiàn)有Ｖ帶機(jī)械封閉試驗(yàn)機(jī)的原理，并以其基本組成封閉試驗(yàn)系統(tǒng)的主動(dòng)軸總成進(jìn)行簡(jiǎn)化，并以此軸為對(duì)稱(chēng)軸，在其反方向再增加一套同樣的封閉試驗(yàn)系統(tǒng)，聯(lián)軸器使兩個(gè)封閉試驗(yàn)系統(tǒng)共用一個(gè)主動(dòng)軸總成。這兩個(gè)封閉試驗(yàn)系統(tǒng)組合后形成了兩個(gè)各自獨(dú)立的封閉力流，而兩試驗(yàn)系統(tǒng)又組成了相互影響的整體，該裝置可進(jìn)行各種Ｖ帶的有扭矩和無(wú)扭矩的全部動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)。主要目的是用于多楔帶的斷面性能測(cè)試，對(duì)多楔帶的性能在較短的時(shí)間內(nèi)給出一個(gè)較為正確的評(píng)估，其中主要包括帶的測(cè)試方法，測(cè)試裝置，帶輪直徑，電力負(fù)荷以及對(duì)實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的說(shuō)明與解釋。該試驗(yàn)機(jī)為多楔帶的曲撓疲勞試驗(yàn)機(jī)，即帶在試驗(yàn)的過(guò)程中不收到扭矩的影響。實(shí)驗(yàn)帶的尺寸是1200mm± 10mm，用這種長(zhǎng)度的實(shí)驗(yàn)帶所得到的數(shù)據(jù)即被認(rèn)為同等質(zhì)量長(zhǎng)度和技術(shù)規(guī)格的所有帶的有效數(shù)據(jù)。
1.2.3 技術(shù)要求
目標(biāo)和要求：① 帶長(zhǎng)：1200±10mm；
② 主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速：3300轉(zhuǎn)/分；
③ 帶張力：400.5N；
④ 帶速：10.4m/s；
⑤ 試驗(yàn)溫度：100℃——130℃；
⑥ 帶寬：6楔；
⑦ 試驗(yàn)拉力：800N
第2章 機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案
2.1 機(jī)構(gòu)原理
機(jī)械系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的原理內(nèi)容是構(gòu)思能夠?qū)崿F(xiàn)功能目標(biāo)的解法原理，功能原理設(shè)計(jì)首先通過(guò)調(diào)查研究確定符合當(dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展的明確的功能目標(biāo)，然后進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思尋求新的解法原理并進(jìn)行原理認(rèn)證，最后選擇較為合理的方案。
2.1.1功能及其分類(lèi)
（1）功能的描述
十九世紀(jì)四十年代，美國(guó)通用電氣公司的工程師邁爾斯首先記住了功能的概念，它和人們常說(shuō)的共用用途性能和能力等概念既有區(qū)別又有聯(lián)系，功能的描述要正確簡(jiǎn)潔，抓住本質(zhì)。不同的功能定義會(huì)產(chǎn)生不同的思想設(shè)計(jì)和方法，尋求到不同的功能載體，得出完全不同的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)工程常用“黑箱法”來(lái)描述功能，對(duì)于復(fù)雜的未知系統(tǒng)猶如不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的黑箱，可以利用外部觀測(cè)，通過(guò)分析黑箱與周?chē)h(huán)境的聯(lián)系，輸入與輸出，了解其功能特性從而進(jìn)一步探求其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原理。把待求系統(tǒng)看作黑箱分析比較系統(tǒng)輸入輸出的能量，物料和信號(hào)，輸入和輸出的轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而確定系統(tǒng)的功能，魔塔型汽車(chē)威帶，多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)，主要是用來(lái)檢測(cè)威帶，多楔帶的疲勞壽命，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)其質(zhì)量給于一個(gè)正確的評(píng)價(jià)，從而使生產(chǎn)廠家努力提高帶的生產(chǎn)質(zhì)量，以適應(yīng)現(xiàn)代市場(chǎng)的發(fā)展要求。
（2）功能的分類(lèi)
從不同的角度出發(fā)，功能可以有各種不同的分類(lèi)。按其性質(zhì)，用途重要程度和邏輯關(guān)系可將功能如下分類(lèi)：
基本功能與輔助功能 基本功能是產(chǎn)品所具有的用于滿足某種需求的效能也就是產(chǎn)品的用途和使用價(jià)值，多謝帶疲勞試驗(yàn)機(jī)主要對(duì)多謝帶的斷面性能做一測(cè)試看其質(zhì)量如何，輔助功能是以基本功能并存的，次要的附帶的功能。多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)暫無(wú)其輔助功能。
目的功能和手段功能 任一功能的存在都是有目的的，因此任何功能不論是基本功能還是輔助功能都可以視為目的功能，而該目的功能往往又是實(shí)現(xiàn)另一目的的手段，相對(duì)于另一功能來(lái)說(shuō)，它又是一種手段功能。多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)其目的功能是對(duì)于多楔帶的質(zhì)量水平的提高得以正確的評(píng)估，而此目的又是為了提高多楔帶壽命與質(zhì)量的一種手段。
使用功能和表現(xiàn)功能 使用功能是指產(chǎn)品的實(shí)際使用價(jià)值。表現(xiàn)功能是在使用功能的基礎(chǔ)上，對(duì)產(chǎn)品起美化裝飾作用的功能，它是通過(guò)造型設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
必要功能和不必要功能 必要功能是指用戶(hù)所需要的功能，包括產(chǎn)品的基本功能和輔助功能，也包括使用功能和表現(xiàn)功能，反之則稱(chēng)為不必要功能。
2.2 功能原理方案設(shè)計(jì)
基于功能原理方案設(shè)計(jì)包括原理方案的功能原理分析，功能分解，分功能求解和功能原理方案確定等五項(xiàng)內(nèi)容，就是求取一個(gè)最佳的功能系統(tǒng)的解，構(gòu)成一個(gè)原理方案，實(shí)現(xiàn)所提出的創(chuàng)造目標(biāo)，并滿足周邊的各種限制條件。
2.2.1功能你原理分析
任何一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的功能目標(biāo)確定后，經(jīng)過(guò)功能分析和綜合，就能針對(duì)產(chǎn)品的主要功能提出一些原理方案，對(duì)于多楔帶疲勞壽命的測(cè)試，總體原理方案可以是主張力曲撓運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，多轉(zhuǎn)鼓曲軌運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，沖擊試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)接頭試驗(yàn)等。不同的原理方案和加工工藝會(huì)有不同的設(shè)備，原理方案還與執(zhí)行功能工藝過(guò)程及執(zhí)行元件有著密切的聯(lián)系，尋求作用原理，關(guān)鍵在于提出創(chuàng)新構(gòu)思，使思維發(fā)散，力求提出較多的解法共比較選擇。
（1）功能分解
產(chǎn)品和技術(shù)系統(tǒng)的總功能稱(chēng)為產(chǎn)品的總功能，產(chǎn)品的用途不同，其總功能也不同，技術(shù)系統(tǒng)都比較復(fù)雜，難以直接求得滿足功能的原理解?？衫孟到y(tǒng)工程的分解性原理將功能系統(tǒng)按總功能，分功能，功能元進(jìn)行分解，化繁為簡(jiǎn)，以便通過(guò)個(gè)功能元件的有機(jī)組合求得技術(shù)系統(tǒng)解。
功能分解可示為樹(shù)狀的功能結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為功能樹(shù)，功能樹(shù)起源于總功能，按分功能，二級(jí)功能求解，末端功能元，功能元是可以直接求解的最小組成單元。
總功能確定后，功能分解可按一下方法進(jìn)行
a 按解決問(wèn)題的因果關(guān)系或目的手段進(jìn)行分解。功能樹(shù)起源于相當(dāng)于總功能的樹(shù)干，實(shí)現(xiàn)總功能這一目的所需要采用的全部手段構(gòu)成一級(jí)分功能，這些分功能相當(dāng)于樹(shù)枝，實(shí)現(xiàn)這一級(jí)分功能目的的手段又構(gòu)成了二級(jí)分功能，構(gòu)成了小樹(shù)枝，如此分解，知道分解到可以直接求解的位于樹(shù)枝末端的功能元為止。
b 按照工藝過(guò)程的空間順序或時(shí)間順序來(lái)分解，為了更好的尋求機(jī)械產(chǎn)品的工作原理方案，將機(jī)械產(chǎn)品的總功能分解為比較簡(jiǎn)單的分功能是一種行之有效的方法，通過(guò)功能分解可使用每個(gè)分功能的輸入量和輸出量關(guān)系更為明確，因而可以比較易求得各分功能的工作原理解。
2.2.2功能求解
分功能求解的基本思路可以簡(jiǎn)明的描述為分功能——作用原理——功能載體，作用原理是指在某一功能載體上有某一物理效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的某一個(gè)功能的動(dòng)作原理，這里的工作原理包括基礎(chǔ)科學(xué)揭示的一般科學(xué)原理和應(yīng)用研究證實(shí)的技術(shù)原理，分功能求解的目的是尋求完成分功能的作用原理和功能載體，其主要方法有調(diào)查分析法，創(chuàng)造性方法和設(shè)計(jì)目錄法。
a 調(diào)查分析法 根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，大量查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料調(diào)查分析已有同類(lèi)產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，構(gòu)思滿足分功能要求的作用原理和功能載體，在調(diào)查過(guò)程中，調(diào)查面盡可能放寬一點(diǎn)，或許能得到一些新的啟示，例如采用方法學(xué)和生物工程方法，有意識(shí)的研究大自然及動(dòng)植物生態(tài)特點(diǎn)有益于尋求新穎實(shí)用的功能解和技術(shù)方案。
b 創(chuàng)造性方法 創(chuàng)造性方法是指設(shè)計(jì)人員憑借個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，智慧，靈感和創(chuàng)造能力，采用智暴法，類(lèi)比法和綜合法等方法來(lái)尋求各種分功能的原理解。
c設(shè)計(jì)目錄法 設(shè)計(jì)目錄是一種設(shè)計(jì)信息庫(kù)，它把設(shè)計(jì)過(guò)程中的大量信息有規(guī)律的加以分類(lèi)，排列和存儲(chǔ)，以便于設(shè)計(jì)者查找和調(diào)用。
2.3功能原理方案確定
由于每個(gè)功能元的解有多個(gè)，因此組成機(jī)械的功能原理方案可以有多個(gè)功能原理方案的組合，可以采用形態(tài)矩陣就行綜合分析。形態(tài)矩陣學(xué)是一種系統(tǒng)的搜索和程式化求解的分功能組合求解方法，形態(tài)矩陣法是進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)組成和創(chuàng)新的基本途徑，得到多種可行方案后，經(jīng)過(guò)篩選，評(píng)價(jià)可以獲得最佳方案。形態(tài)矩陣法的運(yùn)用步驟如下：
（1）通過(guò)總體功能分解可以求得若干分功能 這種總功能分解往往要與機(jī)械的工藝動(dòng)作過(guò)程聯(lián)系起來(lái)考慮，使分功能的動(dòng)作能夠用一類(lèi)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
（2）功能分解 這就是要從分功能的性質(zhì)來(lái)尋求實(shí)現(xiàn)的工作原理，然后從功能原理尋求功能載體。
（3）方案組成 在功能分解和功能求解的基礎(chǔ)上，利用形態(tài)學(xué)矩陣進(jìn)行方案綜合，在全體方案中還必須考慮相容性條件，直接條件等。因此有些方案并無(wú)存在價(jià)值或價(jià)值不大，可以在初步篩選時(shí)去除。
（4）方案評(píng)價(jià)和選擇 由于根據(jù)形態(tài)學(xué)矩陣法所得到的可行方案數(shù)量很大，所以必須先進(jìn)行評(píng)估，初評(píng)的標(biāo)準(zhǔn)是可以定位新穎性，先進(jìn)性和實(shí)用性，把一些不好的先加以篩除，然后用適合該類(lèi)機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，選擇出綜合最佳的方案。
多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣
功能分解
1
2
3
4
動(dòng)力源
汽油機(jī)
柴油機(jī)
電動(dòng)機(jī)
液壓馬達(dá)
傳動(dòng)裝置
同步帶傳動(dòng)
鏈傳動(dòng)
齒輪傳動(dòng)
蝸桿傳動(dòng)
加載裝置
重物加載
機(jī)械式加載
氣壓加載
液壓加載
表2.1
2.3.1動(dòng)力源選取
動(dòng)力系統(tǒng)是一臺(tái)機(jī)器的重要組成部分，只有選取了合適的動(dòng)力裝置，試驗(yàn)機(jī)才能夠穩(wěn)定的工作充分發(fā)揮其功效，因此首先要選取一個(gè)合適的動(dòng)力裝置。常用的動(dòng)力源有汽油機(jī)，柴油機(jī)，電動(dòng)機(jī)，液壓馬達(dá)等。其各自的特點(diǎn)如下：
汽油機(jī)的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，便于移動(dòng)，轉(zhuǎn)速高，能很快達(dá)到滿載運(yùn)轉(zhuǎn)，但燃料價(jià)格高昂，依然廢氣會(huì)造成大氣污染，汽油機(jī)常用于汽車(chē)方面。
柴油機(jī)的主要特點(diǎn)是工作可靠，壽命長(zhǎng)，便于維護(hù)，但初始成本較高且廢氣會(huì)污染大氣，其應(yīng)用較廣。由于汽油機(jī)和柴油機(jī)二者成本均比較昂貴且產(chǎn)生污染氣體，在此疲勞試驗(yàn)機(jī)中不易采取二者作為動(dòng)力源。
電動(dòng)機(jī)初始成本較低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用很低，維護(hù)要求較少，功率范圍較廣。由電動(dòng)機(jī)的以上特點(diǎn)以及結(jié)合疲勞試驗(yàn)機(jī)的工作情況，選擇電機(jī)作為動(dòng)力源比較合適。
而電動(dòng)機(jī)又有著幾種類(lèi)型，直流的，交流的，同步的，異步的。
直流電動(dòng)機(jī)可通過(guò)改變電樞的電阻，電壓或改變磁通進(jìn)行調(diào)速，而交流電動(dòng)機(jī)通常是不調(diào)速的，需要時(shí)則可以通過(guò)變頻，變極或轉(zhuǎn)差率進(jìn)行調(diào)速。由于試驗(yàn)中不需要變速，因此應(yīng)該選取交流電機(jī)。
交流電動(dòng)機(jī)又有同步和異步之分，交流同步電機(jī)的特點(diǎn)是恒轉(zhuǎn)速，功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，提供勵(lì)磁的直流電源，價(jià)格貴。交流異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，常用于載荷平穩(wěn)，不易調(diào)速，長(zhǎng)期工作的機(jī)器。從二者的比較可以看出，應(yīng)該使用交流異步電機(jī)。
綜上所述，此疲勞試驗(yàn)機(jī)選取交流異步電機(jī)作為其動(dòng)力源。
2.3.2傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
從電機(jī)出來(lái)的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)一傳動(dòng)裝置將動(dòng)力傳動(dòng)到繞有實(shí)驗(yàn)帶的軸上，因此要選取一個(gè)適合的傳動(dòng)裝置。常用的傳動(dòng)裝置有帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)等，各自的特點(diǎn)如下：
（1）帶傳動(dòng)
帶傳動(dòng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸間距里范圍較廣，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，能夠緩沖吸振，有過(guò)載保護(hù)，安裝維修技術(shù)不高，成本低，外廓尺寸大，摩擦型有滑動(dòng)的特點(diǎn)。傳動(dòng)帶又有不同的類(lèi)型，有同步帶，平帶，多楔帶，V帶等，不同的傳動(dòng)帶有不同的使用場(chǎng)合，平帶的運(yùn)用范圍較廣，主要缺點(diǎn)是沒(méi)有恒定的傳動(dòng)比，而同步帶卻有精確的傳動(dòng)比，不易打滑。多楔帶可以提供較大的摩擦力，常用于大功率的傳動(dòng)中。由于此疲勞試驗(yàn)機(jī)工作是需要運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，且要有恒定的傳動(dòng)比，可以?xún)?yōu)先考慮同步帶傳動(dòng)作為其傳動(dòng)裝置。
（2）鏈傳動(dòng)
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸間距范圍大，傳動(dòng)比恒定，能在惡劣的環(huán)境下工作，工作可靠，作用在軸上的力小，瞬時(shí)速度不均勻，不如平帶傳動(dòng)平穩(wěn)，鏈磨損伸長(zhǎng)后易產(chǎn)生震動(dòng)，掉鏈，常用于重型機(jī)械。再加上其轉(zhuǎn)速較高時(shí)容易發(fā)生脫鏈現(xiàn)象和磨損加劇，降低了使用的壽命，故不可選取鏈傳動(dòng)。
（3）齒輪傳動(dòng)
齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型很多，其優(yōu)點(diǎn)是具有恒定的傳動(dòng)比，但軸間距較小，制造與安裝精度較高，常用于一些重要的傳動(dòng)中。由于疲勞試驗(yàn)機(jī)傳動(dòng)距離較遠(yuǎn)，不能選用齒輪傳動(dòng)。
（4）蝸桿傳動(dòng)
傳動(dòng)比較大，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小，結(jié)構(gòu)緊湊，軸間距離較小，且制造工藝比較復(fù)雜。由于其軸間距離較小，也不易作為傳動(dòng)裝置。
比較以上各種傳動(dòng)裝置，且結(jié)合疲勞試驗(yàn)機(jī)的工作情況，由于其中心距較長(zhǎng)且需要在一個(gè)平穩(wěn)的條件下工作，，故選擇帶傳動(dòng)為最佳，傳動(dòng)帶為梯形齒同步帶。
2.3.3 加載裝置
常用的加載裝置有機(jī)械加載，重物加載，氣壓加載，液壓加載等方式。在此疲勞試驗(yàn)機(jī)中其加載裝置的主要作用是給測(cè)試帶提供一個(gè)恒定的張緊力。機(jī)械式加載常用于重型機(jī)械中，氣壓加載和液壓加載也不適用于此處，在這里選擇重物加載最為合適。
綜上所述，此多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)應(yīng)該選交流異步電機(jī)作為其動(dòng)力源，同步帶傳動(dòng)作為其傳動(dòng)裝置，重物加載作為其加載裝置。
第3章 疲勞試驗(yàn)機(jī)各部分計(jì)算
3.1 多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1.1選擇電機(jī)
電動(dòng)機(jī)有直流電機(jī)和交流電機(jī)之分。直流電動(dòng)機(jī)通常可以通過(guò)改變電機(jī)電阻，電壓 以改變磁通進(jìn)行調(diào)速，交流電動(dòng)機(jī)通常是不調(diào)速的，需要時(shí)則可通過(guò)變頻成彎轉(zhuǎn)差進(jìn)行調(diào)速。疲勞試驗(yàn)機(jī)是不需要調(diào)速的，所以運(yùn)用交流電動(dòng)機(jī)。
交流電動(dòng)機(jī)又有同步和異步之分，交流同步電機(jī)通常用于不調(diào)速的低速和大功率機(jī)器。而交流異步電機(jī)常用于載荷平穩(wěn)長(zhǎng)期工作的機(jī)器，因此選用交流異步電機(jī)。
3.1.2計(jì)算功率
（3-1）
其中正壓力N= （3-2）
—摩擦系數(shù)
—小帶輪直徑，單位mm
—小帶輪轉(zhuǎn)速，單位r/min
K—載荷系數(shù)
查手冊(cè)，由所需功率可選取Y33小型三相異步交流電動(dòng)機(jī)，此電機(jī)是我國(guó)近年來(lái)研制成功的節(jié)能型電機(jī)，其應(yīng)用面廣，產(chǎn)量大。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和傳動(dòng)功率大小可選取電機(jī)型號(hào)為Y160M-4的三相異步交流電機(jī)，其額定功率為3kw。轉(zhuǎn)速為1460r/min，效率為88.5%功率為0.85質(zhì)量m=114kg
3.2 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
同步帶有梯形齒和弧齒兩種。梯形齒為常用的同步帶齒形，傳遞的功率較小?；↓X同步帶的齒形為曲線。其結(jié)構(gòu)與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當(dāng)承載能力較高，常用于大功率的傳動(dòng)之中，由上可見(jiàn)此疲勞試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)裝置應(yīng)該選為梯形齒的同步帶。
設(shè)計(jì)步驟要求
3.2.1 給出傳動(dòng)要求
（1）原動(dòng)的名義功率：Pm=3kw
（2）主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速=1430r/min 從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速：=3300r/min
（3）中心距要求：500mm左右
（4）原動(dòng)機(jī)：3kw異步交流電
（5）工作機(jī)：疲勞試驗(yàn)機(jī)
（6）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)數(shù)：每天8—10小時(shí)
3.2.2 選擇帶的節(jié)距
（1）求出設(shè)計(jì)功率Pd
a由表查得載荷修正系數(shù)=1.2，因未使用張緊輪，故表，由于是增速運(yùn)動(dòng)，表查得增速傳動(dòng)修正系數(shù)為=1.2
b.計(jì)算設(shè)計(jì)功率
（3-3）
選擇帶的距
由=3.84kw和小帶輪轉(zhuǎn)速=3300r/min 查圖可選擇L型帶對(duì)應(yīng)的節(jié)距為9.525mm。
確定帶輪直徑和帶節(jié)線長(zhǎng)
由表得：L型帶，小帶輪轉(zhuǎn)速=3300r/min時(shí)，帶輪最小徑用=18，取最小帶輪齒數(shù)=18。
傳動(dòng) （3-4）
故 ==41.5，按標(biāo)準(zhǔn)帶輪齒數(shù)取
小帶輪直徑： （3-5）
大帶輪直徑： （3-6）
3.2.3 選擇帶長(zhǎng)
帶長(zhǎng) （3-7）
經(jīng)計(jì)算求的 （先知a=500mm），mm （3-8）
選擇標(biāo)準(zhǔn)帶長(zhǎng)=1289.05mm，該帶的齒數(shù)為132
（3-9）
3.2.4 選擇標(biāo)準(zhǔn)帶寬
（1）確定基準(zhǔn)額定功率
小帶輪齒數(shù)=18直徑=54.6mm）轉(zhuǎn)速=3300r/min。由表求得L型帶的基準(zhǔn)額定功率=2.23kw
（2）確定額定功率p
首先計(jì)算需要的帶寬，選擇標(biāo)準(zhǔn)帶寬。
（3）驗(yàn)算工作能力
a 嚙合齒數(shù)系數(shù)嚙合
（3-10）
b 帶寬系數(shù)kw
（3-11）
L型帶 =25.4mm
c 額定功率p
（3-12）
3.2.5 選擇帶寬
根據(jù)設(shè)計(jì)要求。
故帶寬查表選擇帶寬帶號(hào)為150L型帶寬
其中mm
3.2.6 工作能力驗(yàn)算
（3-13）
許用工作拉力查表得
帶的長(zhǎng)度質(zhì)量查表得m=0.448kg
帶的圓周速度
工作能力驗(yàn)算
（3-14）
額定功率大于設(shè)計(jì)功率，故帶的傳動(dòng)能力足夠
3.2.7 結(jié)果整理
帶：選用L型同步帶，=9.525mm =132..
帶輪 =121.3mm
傳動(dòng)中心距 a=505mm
其余略
3.3 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.3.1 軸的種類(lèi)與特點(diǎn)
軸是組成機(jī)械的一個(gè)重要零件。它支撐著其他轉(zhuǎn)動(dòng)件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩。同時(shí)又通過(guò)軸承和機(jī)架連接，所有軸零件都圍繞軸心線做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)以軸為基準(zhǔn)的組合體——軸部件。所以在軸的設(shè)計(jì)中，不能只考慮軸本身，還必須和軸系零部件的整個(gè)結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來(lái)。軸按承受載荷不同可分為轉(zhuǎn)軸，心軸與傳動(dòng)軸，此疲勞試驗(yàn)機(jī)既承受彎矩又承受扭矩。故此主動(dòng)軸為轉(zhuǎn)軸。按形狀又可分為階梯軸，空心軸等。
3.3.2 軸的常用材料
軸的材料種類(lèi)很多設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)對(duì)軸的強(qiáng)度，剛度，耐磨度等要求為采用的熱處理方式。同時(shí)考慮到選工藝問(wèn)題加以選用為求經(jīng)濟(jì)合理。軸的采用材料35,45.50優(yōu)質(zhì)碳素鋼。最常用的是45剛。多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)中主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的材料均選為45號(hào)鋼。
3.3.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定于受載情況，軸零件的布置和固定方式。軸承的類(lèi)型和尺寸，軸的主坯制造和裝配工藝及安裝，運(yùn)輸條件。軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量減小應(yīng)力緩沖，受力合理，有良好的工藝性并使軸的零件定位可靠，裝拼方便，對(duì)于要求剛度大的軸還應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮減小軸的變形。由于影響軸的因素較多，顧軸不可能有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式，必須根據(jù)情況具體分析比較，確定方案。
圖3-1 主動(dòng)軸示意圖
由于軸的材料是45號(hào)鋼，查表可知E=216mpa。
（3-15）
（3-16）
又以上兩個(gè)式子可得到=350N，=873N
取d=35mm
得Ｉ＝ （3-17）
撓度 （3-18）
撓度ｍｍ （3-19）
從而可知
故可取直徑ｄ＝３５ｍ
3.3.4 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算
進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體負(fù)載及應(yīng)力情況，采用相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取其許用應(yīng)力。對(duì)于僅僅（主要）承受扭矩的軸（傳動(dòng)軸），應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于只承受彎矩的軸（心軸）應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算；對(duì)于既受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。需要時(shí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核。此外對(duì)于瞬時(shí)過(guò)載很大或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱(chēng)性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過(guò)量的塑性變形。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
（3-20）
式中 ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力MPa
T——軸所受的扭矩N`mm
——軸的抗扭截面系數(shù)
n——軸的轉(zhuǎn)速r/min
p——軸傳遞的功率kw
d——計(jì)算載面處軸的直徑mm
由此可得 （3-21）
對(duì)于直徑d100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大5%-7%。有兩個(gè)鍵槽時(shí)應(yīng)增大10%-15%然后將軸圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。
故可取
3.3.5 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
截面AⅡⅢB，只受扭矩作用，雖然鍵槽軸肩及過(guò)度配合的引起的應(yīng)力基中將旋轉(zhuǎn)軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截面AⅡⅢB均無(wú)需校核。
從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面V的應(yīng)力集中的影響和截面Ⅳ的相近，但截面V不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也比較大。不必做強(qiáng)度校核，截面c雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，而且這里的軸的直徑是最大的，故截面c也不必進(jìn)行校核，截面Ⅵ和Ⅶ顯然不必校核。由機(jī)械設(shè)計(jì)第三章可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過(guò)盈配合小，因而該軸只需按截面Ⅳ兩側(cè)即可。
截面的右側(cè)
抗彎截面系數(shù)：
（3-22）
彎矩及彎曲應(yīng)力為
（3-23）
（3-24）
其中——彎曲應(yīng)力
M——彎矩
過(guò)盈配合的用插值法求之并取于是得
（3-27）
查表可得表面質(zhì)量系數(shù)為
（3-28）
（3-29）
又可得到碳鋼的特性系數(shù)
，
于是計(jì)算安全系數(shù)值
（3-30）
故可知其安全
截面Ⅳ左側(cè)
抗彎截面系數(shù) w=0.1 （3-31）
截面Ⅳ左側(cè)的彎矩M （3-32）
截面c的彎曲應(yīng)力 （3-33）
軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)制處理，由表查得
截面由于軸肩而形成的理論應(yīng)力系數(shù)及均可按表查詢(xún)。因=0.03 經(jīng)插值查得=2.0
又可查表=0.82 =0.65
故有效應(yīng)力系數(shù)按式為：
（3-34）
由圖的尺寸系數(shù)=0.07由圖標(biāo)查得的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為0.82，軸按磨制加工由圖查得表面質(zhì)量系數(shù)==0.92軸未經(jīng)表面強(qiáng)處即=1，則可得到綜合系數(shù)為
（3-35）
所以軸在截面左側(cè)的的安全系數(shù)為
（3-36）
故該軸截面右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。由于本軸最大的彎曲時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱(chēng)性，故可略去靜強(qiáng)度校核。
3.4 主動(dòng)軸軸承設(shè)計(jì)計(jì)算
由于此主動(dòng)軸美歐承受軸向載荷，故可選用深溝球軸承，軸承的型號(hào)選擇條件：軸承承受徑向載荷F=873N，軸向載荷F=0N，軸承轉(zhuǎn)速3300r/min。，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)沖擊，預(yù)期壽命5年。
初步計(jì)算動(dòng)載荷P
查看 取 查表得x=1，載荷系數(shù)=1
（3-37）
求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷
（3-38）
按照軸承樣本設(shè)計(jì)手冊(cè)選得c=９．５ＫN的１００９０７型號(hào)的軸承，基本額定靜載荷=６．８ＫN
驗(yàn)算如下 求動(dòng)載荷
P=Ｎ （3-39）
（3-40）
即高于預(yù)期計(jì)算壽命，故滿足要求。
3.5 張緊輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
帶有張緊輪軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示
圖3-2 從動(dòng)軸示意圖
（3-41）
（3-42）
由以上兩個(gè)式子可得到
軸的材料為４５號(hào)鋼，查表可知其Ｅ＝２１６
?。洌剑担埃恚?
Ｉ＝ （3-43）
撓度 （3-44）
故可?。洌剑担埃恚?
軸承的計(jì)算
（3-45）
求軸承的基本額定動(dòng)載荷值
Ｃ＝ （3-46）
選擇型號(hào)７０００１１０型號(hào)的深溝球軸承
驗(yàn)算如下：
Ｐ＝１
（3-47）
故滿足要求
第4章 設(shè)計(jì)與人機(jī)工程學(xué)
工業(yè)生產(chǎn)中，所有的機(jī)器設(shè)備都需要由人操縱控制。即使是全自動(dòng)的控制系統(tǒng)或機(jī)器人操作系統(tǒng)也需要人的監(jiān)控和維護(hù)。人是生產(chǎn)的核心和主導(dǎo)，而人，機(jī)器與工作環(huán)境形成一個(gè)不可分割的系統(tǒng)整體。
在人機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用分析利用人和機(jī)器的不同點(diǎn)，協(xié)調(diào)配合，提高工作效率。另外根據(jù)調(diào)查58%-78%的工業(yè)事故是由于對(duì)人機(jī)系統(tǒng)中人的因素估計(jì)不足造成的。汽車(chē)運(yùn)輸和化工部門(mén)的事故90%以上是出于人的判斷錯(cuò)誤操作。因此，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)如何保證人機(jī)系統(tǒng)的可靠和安全也是極為重要的。
人機(jī)工程學(xué)的要就目的是運(yùn)用科學(xué)知識(shí)是人-機(jī)器-環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一并形成有機(jī)的聯(lián)系，創(chuàng)造舒適安全的工作環(huán)境，適合人的生理和心理要求；使人操作省力，準(zhǔn)確而提高工作效率。人機(jī)工程學(xué)作為一門(mén)獨(dú)立的邊緣學(xué)科已有四十多年了。
人機(jī)工程學(xué)在美國(guó)叫做“Human Engineering”，西歐國(guó)家稱(chēng)為“Ergonomics”?！癊rgonomics”一詞由兩個(gè)希臘的詞根組成，ergo意為出力，工作，nomics意為正?；?guī)律。由此可知Ergonomics的含義是人出力正常化或人的工作規(guī)律。在日本稱(chēng)為人間工學(xué)，也就是研究人機(jī)間關(guān)系的一門(mén)學(xué)科。
4.1 根據(jù)人體尺度確定設(shè)備的合理尺寸
進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)和作業(yè)空間布置時(shí)，要根據(jù)工作要求和操作使用對(duì)象的不同，確定合理的尺寸。如站著或坐著操作的機(jī)器和控制臺(tái)，在高度和寬度上均會(huì)有不同。同樣的站姿工作臺(tái)對(duì)美國(guó)人，法國(guó)人或日本人合適的高度也不一樣。
要明確設(shè)備的合理尺寸，必須了解人體的基本尺寸。人體的尺度由于國(guó)家，地區(qū)，民族，性別，年齡和生活狀況等的不同而有差異。必須根據(jù)大量調(diào)查及數(shù)理統(tǒng)計(jì)回歸分析才能得到一些參考值，列出我國(guó)人體尺度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
根據(jù)人體各部分尺與身高的比例可以較合理的確定相應(yīng)的設(shè)備高度與工作高度，使工作時(shí)位置舒適，作用合理。
如人體舒適的坐姿關(guān)節(jié)角度，肩部與臀部應(yīng)同時(shí)支承身體。據(jù)此可設(shè)計(jì)較合理舒適的控制臺(tái)，駕駛室及旅游座椅。重要的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)還常根據(jù)人體尺度確定數(shù)學(xué)模型或制造關(guān)節(jié)可活動(dòng)的人體模型放到以設(shè)計(jì)好的操縱系統(tǒng)或控制系統(tǒng)中檢查所有的相關(guān)尺寸是否合用，對(duì)改進(jìn)完善設(shè)計(jì)很有好處。
4.2 根據(jù)人體的力參數(shù)合理設(shè)計(jì)操縱裝置
人在操縱手柄，手輪或 杠桿時(shí)，單手的合理操縱力約為30-120N，右手為40-140N，左手為30-120N，雙手操縱力約為250N。一般人的握力約為350N左右。當(dāng)操縱力大于50-150N或操縱力小于50N但連續(xù)操縱時(shí)，一般采用腳動(dòng)代替手動(dòng)。腳的合理操縱力約為男子430N-480N，女子300-350N。
總 結(jié)
本文在系統(tǒng)的分析了國(guó)內(nèi)外多楔帶的研究與發(fā)展的基礎(chǔ)上，介紹了多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)性能。隨著橡膠事業(yè)的蓬勃發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，對(duì)多楔帶的質(zhì)量的要求越來(lái)越高。應(yīng)用該疲勞試驗(yàn)機(jī)主要是為了得到能夠正確評(píng)估多楔帶質(zhì)量的數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步調(diào)高多楔帶質(zhì)量。
該疲勞試驗(yàn)機(jī)以交流異步電機(jī)作為動(dòng)力源，通過(guò)同步帶傳動(dòng)將電機(jī)輸出的動(dòng)力傳送到裝有實(shí)驗(yàn)帶輪的軸上，帶輪上繞有多楔帶，使其形成一條封閉的曲線，同時(shí)通過(guò)重物加載裝置給測(cè)試帶施加恒定的張緊力。讓多楔帶在張緊力的作用下繞著實(shí)驗(yàn)帶輪旋轉(zhuǎn)。
在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)公式有不一致的地方，不同公式的計(jì)算結(jié)果有的相差很大。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通過(guò)查閱相關(guān)資料并向有經(jīng)驗(yàn)的人士詢(xún)問(wèn)在導(dǎo)師幫助指導(dǎo)下完成了尺寸設(shè)計(jì)部分。在完成了整體設(shè)計(jì)后在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行圖紙繪制，使用AutoCAD等繪圖軟件完成了設(shè)計(jì)的制圖部分。
通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅培養(yǎng)了我正確的設(shè)計(jì)思想,同時(shí)也讓我掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序和方法，以及鍛煉了我綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我大量閱讀了各種技術(shù)資料及手冊(cè)，不僅認(rèn)真探討了懸掛系統(tǒng)領(lǐng)域的各種問(wèn)題，而且對(duì)零件進(jìn)行了比較全面的分析。因此，本次設(shè)計(jì)不僅加深了自己對(duì)專(zhuān)業(yè)所學(xué)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，而且也拓寬了自己的知識(shí)面。
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致 謝
經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，在此，我要感謝每一個(gè)幫助過(guò)我的人。
首先，我要感謝的指導(dǎo)老師李占國(guó)。老師平日工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，都給予我悉心的指導(dǎo)和幫助?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有李老師的悉心指導(dǎo)和幫助，我是不可能順利完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的。另外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。
其次我要感謝我的父母，在我畢業(yè)設(shè)計(jì)最艱苦的那段日子，是他們給了我最大的精神支持。父母為了我的成長(zhǎng)，一直在背后默默的付出和辛勤的工作，他們的養(yǎng)育之恩，我將用自己的一生去回報(bào)。
最后，我還要感謝的機(jī)械的每一位老師和同學(xué)。并且向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見(jiàn)的各位老師表示衷心地感謝！
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