萬能材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)

1、揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)（論文）題目：萬能材料試驗(yàn)機(jī) 系 別：機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 專 業(yè)：機(jī)械制造與自動化 班 級 09 機(jī) 械 （2） 班 姓 名：陳 磊 學(xué) 號：0901010202 指導(dǎo)老師：陳 國 同 完成時(shí)間： 2012 年 5月目 錄第1章摘要31.1課題的提出3課題產(chǎn)生的背景31.1.2 課題的意義31.2國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)機(jī)研究的回顧、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢4國內(nèi)外試驗(yàn)機(jī)發(fā)展及其趨勢4國內(nèi)外各種實(shí)驗(yàn)機(jī)的介紹41.3萬能材料試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行原理7第2章萬能材料試驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì)102.1加載方式10液壓式10機(jī)械式102.2傳動方式102.3總體結(jié)構(gòu)11第3章運(yùn)動動力設(shè)計(jì)與驗(yàn)算133.1

2、滾珠絲杠副的運(yùn)動動力設(shè)計(jì)計(jì)算13靜載荷條件13絲杠壽命計(jì)算14絲杠強(qiáng)度計(jì)算14絲杠的穩(wěn)定性15絲杠的剛度16絲杠的傳動效率功率17滾珠絲杠幾何參數(shù)183.2電機(jī)的選擇19步進(jìn)電機(jī)的選擇19異步電動機(jī)選擇20電動機(jī)的參數(shù)203.3各軸功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩的計(jì)算203.4各級傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算21第一級帶傳動設(shè)計(jì)計(jì)算（同步）21第三級帶傳動23蝸輪蝸桿減速器的計(jì)算253.5支撐滾珠絲杠的軸承的選擇及驗(yàn)算283.6離合器的選擇計(jì)算30第4章使用說明32第5章總結(jié)33參考文獻(xiàn).33第1章 摘要1.1課題的提出1.1.1課題產(chǎn)生的背景為了能在走上工作崗位之后更快地進(jìn)入職業(yè)角色、我們需要在通過畢業(yè)設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)初步

3、地將自己在大學(xué)所學(xué)習(xí)到的知識應(yīng)用到實(shí)踐中去。所以在指導(dǎo)老師的引導(dǎo)之下，我選擇了萬能材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)這個題目。1.1.2 課題的意義通常,把測定材料機(jī)械性能的儀器和設(shè)備稱為材料試驗(yàn)機(jī)。但是，有些國家有時(shí)把測定材料物理性能（甚至化學(xué)性能）的儀器和設(shè)備也稱為材料試驗(yàn)機(jī)。國外，在工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家中，對于試驗(yàn)機(jī)的研制和生產(chǎn)，都是比較重視的。這是因?yàn)椋牧显囼?yàn)機(jī)作為一個基礎(chǔ)工業(yè)部門，對于工業(yè)生產(chǎn)和科研工作有直接的不容忽視的影響。實(shí)際上，對于工業(yè)生產(chǎn)和各種工程設(shè)計(jì)來說，材料試驗(yàn)機(jī)是確保各種機(jī)器，車輛，船舶和結(jié)構(gòu)物的合理設(shè)計(jì)與安全運(yùn)行的重要測試設(shè)備。因?yàn)?，為了既?jīng)濟(jì)又安全可靠地從事各種工程設(shè)計(jì)，必須根據(jù)材料的

4、機(jī)械性能選取合適的材料。否則，可能造成浪費(fèi)，或者導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的事故。而要獲得準(zhǔn)確的材料機(jī)械性能數(shù)據(jù)，只有使用材料試驗(yàn)機(jī)。在工業(yè)生產(chǎn)特別是軍事工業(yè)生產(chǎn)中，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，常常需要對各種材料和零部件或整機(jī)進(jìn)行檢定和測試。許多重要性的熱處理零部件，如軋鋼機(jī)的鋼輥，機(jī)器的主軸和汽車的連桿等，都要百分之百的進(jìn)行硬度檢定。在冶金工業(yè)生產(chǎn)中，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，也提出了許多新問題。例如現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，需要一些具有特殊性能的，能在高溫，低溫，高壓，高速以及各種復(fù)雜條件下工作的材料，因此必須研制新型材料與合金。鋼鐵廠生的的鋼材，也需要隨時(shí)檢驗(yàn)。顯而易見，所有這些研究和檢驗(yàn)工作，離開材料試驗(yàn)機(jī)是無法進(jìn)行的。

5、上述幾點(diǎn)，已足以說明材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展對航空，冶金，機(jī)械，建筑和造船等工業(yè)部門，在合理設(shè)計(jì)工程結(jié)構(gòu)，節(jié)約材料，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改進(jìn)工藝和降低成本方面具有重要的意義。另外，由于材料試驗(yàn)機(jī)所涉及到的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域比較廣泛，如高溫技術(shù)，低溫技術(shù)，真空技術(shù)，液壓技術(shù)，光學(xué)技術(shù)，電子技術(shù)和激光技術(shù)等，并且還應(yīng)用各種測試，記錄和顯示儀器，所以材料試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)發(fā)展，往往取決于很多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的水平。1.2國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)機(jī)研究的回顧、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1國內(nèi)外試驗(yàn)機(jī)發(fā)展及其趨勢近些年來，隨著航空，冶金，造船，化工和機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的迅速發(fā)展，對金屬材料試驗(yàn)提出的要求也越來越高，許多產(chǎn)品的重要的零部件甚至整機(jī)，常

6、常需要在各種復(fù)雜的情況下進(jìn)行模擬試驗(yàn)。因此，在材料試驗(yàn)機(jī)中不斷地采用了一些新技術(shù)，例如電液伺服系統(tǒng)，電子計(jì)算機(jī)等。所有這些新技術(shù)的應(yīng)用，不僅使材料試驗(yàn)機(jī)的性能在為提高，而且使材料試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了很大的變化。近來國外生產(chǎn)的一些萬能試驗(yàn)機(jī)，由于應(yīng)用了一些新技術(shù)，試驗(yàn)機(jī)的性能有所提高，應(yīng)用范圍也有所擴(kuò)大。這種試驗(yàn)機(jī)除了能做拉壓，彎，剪切等表態(tài)試驗(yàn)外，還可以做蠕變和松弛試驗(yàn)，有的還能做動態(tài)試驗(yàn)，測定材料的疲勞極限。國外生產(chǎn)的萬能試驗(yàn)機(jī)和拉力試驗(yàn)機(jī)，主要分為機(jī)械式，液壓式和電子式三種。近來電液伺服系統(tǒng)萬能試驗(yàn)機(jī)后來居上。此外，有時(shí)又按其他特征分為高溫，低溫，大型，微型和自動試驗(yàn)機(jī)等。機(jī)械式萬能試

7、驗(yàn)機(jī)的加荷機(jī)械和測力機(jī)械一般采用機(jī)械傳動裝置。這種試驗(yàn)機(jī)具有足夠的精度和穩(wěn)定性。但負(fù)荷能力受到一定限制，最大負(fù)荷多在10噸以下。因測力機(jī)械的慣性較大，加荷速度受到一定限制。所以，國外一些主要生產(chǎn)廠已經(jīng)不再生產(chǎn)，有的僅放在次要的地位。液壓萬能試驗(yàn)機(jī)，應(yīng)用液壓傳動加荷。范圍一般為10-200噸。最大負(fù)荷高達(dá)5500噸。與機(jī)械萬能試驗(yàn)機(jī)相比較，除負(fù)荷較大外，加荷平衡，加荷速度可自由調(diào)節(jié)。近些年來，各國都在大力發(fā)展電子萬能試驗(yàn)機(jī)與電子拉力試驗(yàn)機(jī)。這是一種將電子技術(shù)應(yīng)用于試驗(yàn)機(jī)負(fù)荷系統(tǒng)與變形系統(tǒng)中，精確地進(jìn)行測量和記錄的新型材料試驗(yàn)機(jī)。1.2.1國內(nèi)外各種實(shí)驗(yàn)機(jī)的介紹試驗(yàn)機(jī)是用來進(jìn)行材料力學(xué)性能指標(biāo)測定

8、的設(shè)備，在各類材料的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、生產(chǎn)過程質(zhì)量控制、材料科學(xué)研究和教學(xué)試驗(yàn)中都需要應(yīng)用試驗(yàn)機(jī)來進(jìn)行力學(xué)性能測試。而其中在靜態(tài)萬能材料試驗(yàn)機(jī)上的拉伸、壓縮、彎曲、剪切等試驗(yàn)尤為廣泛。我國靜態(tài)萬能試驗(yàn)機(jī)為數(shù)眾多，遍布于全國各地，大部分不具備電測能力，以手動調(diào)整進(jìn)、回油閥的方式運(yùn)行，試驗(yàn)手段落后，有勞動量大和測試結(jié)果不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。若對其指示、記錄系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造，則可以充分地發(fā)揮設(shè)備的潛能，大大提高其技術(shù)性能及使用價(jià)值，更好地為材料研究、質(zhì)量控制和實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。 本系統(tǒng)將先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)、傳感技術(shù)、測試技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合并應(yīng)用于靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)，來實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能參數(shù)的自動檢測，其中試驗(yàn)數(shù)

9、據(jù)的實(shí)時(shí)采集、自動處理分析和試驗(yàn)中的加載速率控制是本系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。 本系統(tǒng)在充分掌握大量試驗(yàn)機(jī)的動態(tài)信息的基礎(chǔ)上，采用虛擬儀器技術(shù)，進(jìn)行了靜態(tài)萬能材料試驗(yàn)機(jī)數(shù)控化系統(tǒng)的硬件搭建及軟件設(shè)計(jì)。下面對各種試驗(yàn)機(jī)作簡單介紹：1液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)傳統(tǒng)的材料試驗(yàn)機(jī)是液壓式的, 這種材料試驗(yàn)機(jī)存在一些不足之處。它通過油泵向油缸輸油加壓, 由流量調(diào)節(jié)閥控制流量。油泵和測力油缸的液壓系統(tǒng)容易發(fā)生故障, 不但影響試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行和試驗(yàn)質(zhì)量, 而且增加了維修工作量; 它的液壓夾具的鉗口座比較笨重, 容易損壞; 采用擺錘測力計(jì)測量試驗(yàn)力,擺錘的慣性大, 對載荷的測量精度低, 且量程范圍小。2電子萬能試驗(yàn)機(jī)電子材料試驗(yàn)機(jī)

10、的特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)力、應(yīng)變、位移的閉環(huán)控制; 試驗(yàn)中無須選擇量程, 可實(shí)行全過程自動控制; 裝卸夾具和附件方便; 軟件包功能強(qiáng)大, 用戶通過PC 可直接存儲數(shù)據(jù)、計(jì)算并輸入測試結(jié)果和打印試驗(yàn)報(bào)告。計(jì)算機(jī)控制整個試驗(yàn)過程, 保證了試驗(yàn)的質(zhì)量。電子萬能試驗(yàn)機(jī)是先進(jìn)的機(jī)械技術(shù)與現(xiàn)代的電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是充分發(fā)揮了機(jī)、電技術(shù)各自特長而設(shè)計(jì)成的大型精密測試儀器，它具有高科技特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)方法是模塊化的。采用集散技術(shù)，有效地利用了微機(jī)功能對各種附件和功能單元進(jìn)行組合管理、控制、實(shí)現(xiàn)多種功能試驗(yàn)。材料試驗(yàn)機(jī)測試裝置包括機(jī)身、橫梁及其支撐部件、鉗口和引伸計(jì)等。其中機(jī)身、橫梁及支撐裝置只需滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定

11、性要求即可, 而引伸計(jì)和試驗(yàn)鉗口則是試驗(yàn)機(jī)的關(guān)鍵測量裝置和部件。電子材料試驗(yàn)機(jī)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動控制。首先, 通過計(jì)算機(jī)可完成試驗(yàn)階段的設(shè)置。對于金屬材料的常規(guī)拉伸試驗(yàn), 通常劃分為三個階段, 即彈性階段、屈服階段和強(qiáng)化階段。在三個試驗(yàn)階段設(shè)置中, 均要選擇速率控制類型和最大存儲頻率等主要參數(shù)值。同時(shí), 計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的存儲, 并由計(jì)算軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 給出檢測結(jié)果,最后, 完成試驗(yàn)報(bào)告的打印。3擴(kuò)大試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)噸位的機(jī)械增力裝置該裝置屬于材料試驗(yàn)設(shè)備，能在一定的試驗(yàn)條件下解決小噸位高頻拉壓試驗(yàn)機(jī)不能進(jìn)行大噸位試驗(yàn)的問題。它利用彈性內(nèi)封閉力系的原理，通過改變裝置系統(tǒng)內(nèi)部的約束

12、尺寸來實(shí)現(xiàn)增力，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析技術(shù)通過電阻、電橋、應(yīng)變儀、指示器、光標(biāo)及“動態(tài)靜標(biāo)法”來實(shí)現(xiàn)檢測。該裝置能確保原試驗(yàn)機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)及使用壽命，能達(dá)到“以小改大、一機(jī)多用”的目的，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工藝簡單、測試精確、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。4機(jī)械式帶傳動萬能材料試驗(yàn)機(jī)基于主機(jī)架采用門式結(jié)構(gòu)，使得造型勻稱美觀大方結(jié)構(gòu)簡單、成本低。尤其配以滾珠絲杠與同步齒型膠帶的傳動系統(tǒng)，使得整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，響應(yīng)快、噪聲低、效率高。對測量系統(tǒng)，微機(jī)可以對其進(jìn)行自動調(diào)零，自動標(biāo)定、自動換檔，從而保證了測量系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，并大大地提高了工作效率。通過對傳統(tǒng)材料試驗(yàn)機(jī)的分析, 發(fā)現(xiàn)其不足主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1) 無法保證

13、角度及位移測量的精度?，F(xiàn)代位移測量系統(tǒng)普遍采用光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、球柵和容柵等柵式測量系統(tǒng), 利用增量測量方法來確定位置和材料延伸率, 精度達(dá)到±011m, 速度可達(dá)16m / s ; 傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)多通過游標(biāo)卡尺人工測量, 無法滿足這一要求。(2) 數(shù)據(jù)人工生成。采用人工讀取的形式獲得數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)無法即時(shí)匯總和分析。(3) 速度調(diào)節(jié)為機(jī)械的有級調(diào)速, 速度控制為開環(huán)控制, 不能構(gòu)建轉(zhuǎn)速閉環(huán)。(4) 不能測量材料的屈服強(qiáng)度s、彈性模量E、硬化指數(shù)n和塑性應(yīng)變比r等參數(shù)。事實(shí)上, 多功能材料試驗(yàn)機(jī)、萬能材料試驗(yàn)機(jī)等, 其實(shí)驗(yàn)原理與當(dāng)前主流的計(jì)算機(jī)控制材料試驗(yàn)機(jī)并沒有實(shí)質(zhì)性的變化, 其被

14、控對象都比較相似, 對控制效果的要求也相似。計(jì)算機(jī)控制材料試驗(yàn)機(jī)主要是在控制系統(tǒng)上引入了CAT (Computer Aided Test, 計(jì)算機(jī)輔助測試) , 具有液壓伺服或者交直流電機(jī)伺服驅(qū)動、高精度的位移傳感器、數(shù)據(jù)采集與控制裝置等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。1.3萬能材料試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行原理萬能材料試驗(yàn)機(jī)的工作原理：利用力源對串聯(lián)同軸安裝的標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被檢試件施加載荷，從而測定試件的各方面力學(xué)性能。顯然作為承載和測力元件的傳感器受到的負(fù)荷是彈性力，而傳感器和被檢試件，加載系統(tǒng)都可分別看作彈性元件，因此可簡化為一彈性系統(tǒng)。力源施加裝置由粗加載和精密加載兩個有機(jī)部分組成。粗加載系統(tǒng)是采用普通機(jī)械或液壓

15、傳動方式產(chǎn)生位移對測力系統(tǒng)施加負(fù)荷的裝置，精密加載則由壓電陶瓷力發(fā)生裝置完成。壓電陶瓷發(fā)生裝置是根據(jù)物理學(xué)中的逆壓電效應(yīng)原理，運(yùn)用壓電陶瓷材料，使用專門的工藝方法制作成的施力裝置，作為力值精密調(diào)節(jié)器，壓電陶瓷力發(fā)生裝置與標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被測試件一起串聯(lián)安裝于測力系統(tǒng)中，當(dāng)試驗(yàn)機(jī)工作時(shí)，在施加粗負(fù)荷后，通過特殊研制的控制裝置控制施加于壓電陶瓷力發(fā)生裝置上的電場強(qiáng)度，改變它產(chǎn)生的微小變形量，從而達(dá)到精密調(diào)節(jié)力值的目的。控制裝置運(yùn)用微型計(jì)算機(jī)和微電子控制技術(shù)，以標(biāo)準(zhǔn)測力儀的輸出作為反饋信號，實(shí)現(xiàn)對施加負(fù)荷和力值穩(wěn)定調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制和工作過程自動化。萬能材料試驗(yàn)機(jī)共由五部分組成，即主機(jī)，壓電陶瓷力發(fā)生裝置，

16、控制器和工作儀表以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其中主機(jī)包括機(jī)架（機(jī)器的結(jié)構(gòu)主體），驅(qū)動機(jī)構(gòu)（用以實(shí)現(xiàn)粗加載的傳動系統(tǒng)），控制器，工作儀表。第2章 萬能材料試驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì)2.1加載方式萬能材料試驗(yàn)機(jī)的加載方式有機(jī)械式和液壓式，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。2.1.1液壓式優(yōu)點(diǎn)：² 手動容易² 易于實(shí)現(xiàn)大的力值，加荷平衡，加荷速度可自由調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)：² 難于實(shí)現(xiàn)自動控制，微小距離難于實(shí)現(xiàn)² 易造成環(huán)境污染2.1.2機(jī)械式優(yōu)點(diǎn)：² 易于實(shí)現(xiàn)自動控制² 無污染缺點(diǎn)：² 大力值難于實(shí)現(xiàn)，一般僅適用于小于1000kN的力對比上面兩種加載方式，由于本設(shè)計(jì)的規(guī)格為12

17、0kN，故決定采用機(jī)械式加載方式。2.2傳動方式 萬能材料試驗(yàn)機(jī)的傳動方式有單絲杠式，雙絲杠式，多絲杠式。單絲杠式難于保證精度（加載時(shí)，易偏離中心線），而多絲杠式結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，故采用單絲杠傳動方式，結(jié)構(gòu)相對簡單，能保證本試驗(yàn)機(jī)對精度的要求。本試驗(yàn)機(jī)的傳動主要為螺旋傳動和同步帶傳動。同步齒形帶的傳動必須考慮帶的張緊，可通過調(diào)整其中一張緊輪的位置而達(dá)到張緊的目的。至于另兩級帶傳動，由于結(jié)構(gòu)的限制，可采用電機(jī)張緊方式張緊。螺旋傳動有蝸輪蝸桿傳動和滾珠絲杠副的傳動。蝸輪蝸桿具有自鎖性能，在裝配時(shí)必須注意其旋轉(zhuǎn)方向。滾珠絲杠采用墊片式消隙和預(yù)緊方式，可通過調(diào)整預(yù)緊力來改變其松緊程度，以便使用權(quán)絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)自

18、如。2.3總體結(jié)構(gòu)萬能材料試驗(yàn)機(jī)的傳動系統(tǒng)原理圖如下頁圖一所示：考慮到成本等方面的因素，決定采用雙電機(jī)工作方式，因?yàn)槿绻捎脝坞姍C(jī)工作方式，單電機(jī)為飼服電機(jī)，其價(jià)格較高。而采用雙電機(jī)，其一為異步電機(jī)，其二為步進(jìn)電機(jī)，其造價(jià)較低且其結(jié)構(gòu)也不是很復(fù)雜。加載時(shí)，絲桿的轉(zhuǎn)速低，其運(yùn)動速度慢，當(dāng)兩元件的距離較遠(yuǎn)時(shí)，如不采用快進(jìn)機(jī)構(gòu)則其效率較低。因此，因此決定在快進(jìn)時(shí)采用異步電機(jī)驅(qū)動，而工進(jìn)時(shí)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。由原理圖上可知，當(dāng)快進(jìn)時(shí)，如不把步進(jìn)電機(jī)隔離，則步進(jìn)電機(jī)將被被動帶動轉(zhuǎn)動，且其轉(zhuǎn)達(dá)速進(jìn)十分高，易把步進(jìn)電機(jī)燒壞，因些在其上面加一分離機(jī)構(gòu)（離合器）。而工進(jìn)時(shí)，傳達(dá)到異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速已十分低，對于異步電

19、機(jī)的影響不大。因此，在工進(jìn)時(shí)，異步電機(jī)被動轉(zhuǎn)動，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。在快進(jìn)時(shí)，異步電機(jī)驅(qū)動，而步進(jìn)電機(jī)不工作，即轉(zhuǎn)速為零。所采用的絲杠為滾珠絲杠，滾珠絲杠必須考慮自鎖，其自鎖方式有多種，本系統(tǒng)中利用蝸輪蝸桿（降速比較大）來實(shí)現(xiàn)其自鎖。萬能材料試驗(yàn)機(jī)主機(jī)部分是它的主體結(jié)構(gòu)，其所占空間與試驗(yàn)場地有密切聯(lián)系，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮其體積及所需要占用的空間位置。且應(yīng)使其便于安裝和運(yùn)輸。圖2-2 工作示意圖（1）螺紋聯(lián)接的防松，在沖擊，振動或變載荷的作用下，螺旋副的摩擦力可能減小或瞬間消失，重復(fù)后，就可能使用聯(lián)接松動，甚至松脫。因此必須采取防松措施。本試驗(yàn)機(jī)中采用的防松措施為：雙螺母防松（即在螺母上再加一個螺

20、母）和墊片防松。圖2-3 工作示意圖（2）本試驗(yàn)機(jī)使用的潤滑方式為脂潤滑。因此應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況定時(shí)加一定的潤滑脂，以保證機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)良好。軸承的預(yù)緊情況將直接影響其運(yùn)轉(zhuǎn)性能。如過松，易使機(jī)構(gòu)失效，且易產(chǎn)生振動。如過緊，則又使機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)不良。本試驗(yàn)機(jī)中多采用了焊接連接方式。因此，焊接的方法，質(zhì)量就直接影響試驗(yàn)機(jī)的整機(jī)性能和壽命。第3章 運(yùn)動動力設(shè)計(jì)與驗(yàn)算3.1滾珠絲杠副的運(yùn)動動力設(shè)計(jì)計(jì)算消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方式，采用雙螺母,通過兩螺母間的軸向位置，以消除軸向間隙，并進(jìn)行預(yù)緊,提高傳動的定位精度，重復(fù)定位精度及軸向剛度，預(yù)緊力一般為最大軸向載荷的1/3。預(yù)緊方式采用墊片式。滾珠絲杠的承載能力取決于其

21、抗疲勞能力，故應(yīng)首先按壽命條件和額定動載荷選擇和校驗(yàn)其基本參數(shù)。同時(shí)檢驗(yàn)其載荷是否超過額定靜載荷（低速）。強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性也需要進(jìn)行驗(yàn)證。采用內(nèi)循環(huán)方式，墊片式消隙和預(yù)緊。預(yù)緊參數(shù)雙圓弧 接觸角 比值滾道圓弧偏心距絲杠參數(shù)公稱直徑50mm 導(dǎo)程右旋 精度等級三級 鋼球直徑圈數(shù)jk列數(shù)=承載能力系數(shù)滾珠螺旋傳動由于精度要求較高，比較復(fù)雜，所以一般均由專業(yè)廠生產(chǎn)。轉(zhuǎn)速很低時(shí)可僅按額定靜載荷確定或校核其尺寸。3.1.1靜載荷條件載荷系數(shù) 查表6.2-11，=，取=靜載荷硬度影響系數(shù) 查表，絲杠載荷加余量 計(jì)算=1.2×1.0×144000=172800 即絲杠滿足靜載荷條件。&

22、#215;3.1.2絲杠壽命計(jì)算工作壽命 查表，壽命系數(shù) =載荷系數(shù) 查表，=動載荷硬度影響系數(shù) 查表，短行程系數(shù) 查表，轉(zhuǎn)速系數(shù) 工作轉(zhuǎn)速（） ，加載時(shí)，則計(jì)算即絲杠壽命符合條件。3.1.3絲杠強(qiáng)度計(jì)算絲杠轉(zhuǎn)矩：（）當(dāng)量摩角 =，取絲杠公稱直徑 絲杠螺旋角 計(jì)算（）采用預(yù)緊，因此預(yù)緊產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也要計(jì)算，預(yù)緊力為最大軸向力的1/3，則絲杠合轉(zhuǎn)矩當(dāng)量應(yīng)力絲杠螺紋底徑 計(jì)算查表，根據(jù)強(qiáng)度條件，即絲杠滿足強(qiáng)度條件。3.1.4絲杠的穩(wěn)定性柔度計(jì)算長度系數(shù) 查表，絲杠最大工作長度 臨界載荷計(jì)算時(shí)，彈性模量(E=206000MPa)絲杠的危險(xiǎn)截面面積 計(jì)算穩(wěn)定的合格條件絲杠符合穩(wěn)定性條件。3.1.5絲杠的

23、剛度軸向載荷產(chǎn)生的軸向變形量:絲杠的計(jì)算長度，指F和T作用處到固定支撐端的距離，絲杠材料彈性模量，絲杠的計(jì)算截面面積，直徑 計(jì)算轉(zhuǎn)矩T產(chǎn)生的軸向變形:絲杠的螺紋導(dǎo)程，絲杠材料的切變模量，計(jì)算=軸向載荷F使鋼球與螺紋流道產(chǎn)生的軸向變形量:（有預(yù)緊）鋼球直徑，工作臺螺母中的鋼球數(shù)，載荷分布不均勻系數(shù)，取預(yù)緊力（N），取 計(jì)算支撐滾珠絲杠的軸承的軸軸向變形: 圓錐滾子軸承的軸向變形量為：軸承接觸角，軸承軸向載荷軸承滾去體數(shù)，軸承有效長度， 計(jì)算有預(yù)緊情況下軸向變形為接觸變形的1/2，即總的軸向變形:，絲杠剛度符合條件。3.1.6絲杠的傳動效率功率 由轉(zhuǎn)動變?yōu)橐苿? 見圖，絲杠的驅(qū)動功率:3.1.7滾

24、珠絲杠幾何參數(shù)公稱直徑 導(dǎo) 程螺 旋 角 珠直徑循環(huán)列數(shù)圈數(shù) 額定靜載荷滾珠絲杠螺紋外徑 滾珠絲杠累紋底徑滾珠絲杠軸頸直徑由結(jié)構(gòu)確定滾珠絲杠螺紋長度由結(jié)構(gòu)確定滾珠螺母螺紋底徑，滾珠螺母螺紋內(nèi)徑滾珠螺母外徑具體螺母確定每圈中的鋼球數(shù)工作螺母中的鋼球總數(shù)滾珠絲杠設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的一些問題：1）受力合理為了保證定位精度，除考慮絲杠剛度外，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)布軒上盡可能使用權(quán)螺母和絲杠同樣受拉或受壓，以使兩者軸向變形方向一致減少螺母與絲杠之間的導(dǎo)程式變形量之差。此外，滾珠螺旋傳動應(yīng)盡量避免隨徑向載荷，以免使絲杠彎曲，若絲杠上有齒輪等產(chǎn)生徑向載荷的元件，則應(yīng)使其盡可能靠近絲杠的徑向軸承處。另外，要盡量減少絲杠，螺

25、母所受的傾覆力矩，力求部件移動阻力的合力通過絲杠軸線。由于本試驗(yàn)機(jī)采用雙絲杠，其阻力通過兩絲杠中心線，這要靠定位安裝及加工的尺寸精度。2）防止逆轉(zhuǎn)滾珠絲杠傳動反行程不能自鎖，為了使用權(quán)螺旋傳動受軸向中力后不發(fā)生逆轉(zhuǎn)，在此試驗(yàn)機(jī)中采用了輪蝸桿的傳動比，這種傳動比的蝸輪蝸桿可以起到自鎖作用。3）安全裝置本試驗(yàn)機(jī)是采用垂直安裝的滾珠絲杠傳動，容易發(fā)生螺母從絲杠螺紋上脫出而造成事故，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)采用限位擋塊以保證安全運(yùn)行。4）密封與潤滑為防止塵埃和污物進(jìn)入螺紋滾道，妨礙鋼球運(yùn)轉(zhuǎn)的流暢性并且加速鋼球與滾道的磨損，設(shè)計(jì)中必須考慮防護(hù)設(shè)施與密封。此試驗(yàn)機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用防塵罩密封。由于轉(zhuǎn)速較慢，采用高壓的

26、高粘度潤滑劑進(jìn)行脂潤滑。3.2電機(jī)的選擇3.2.1步進(jìn)電機(jī)的選擇初取各級傳動比第一級帶傳動蝸輪蝸桿傳動第二級帶傳動總傳動比總的傳動效率絲杠傳動效率各軸承傳動效率同步弧齒帶傳動效率自鎖蝸輪蝸桿傳動效率離合器傳動效率步進(jìn)電機(jī)3.2.2異步電動機(jī)選擇由于變速范圍為絲杠最大轉(zhuǎn)速成異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速3.2.3電動機(jī)的參數(shù)步進(jìn)電機(jī)型號電壓頻率轉(zhuǎn)速輸入電流110TD-1220V50HZ60r/min0.6A輸入功率轉(zhuǎn)矩外形尺寸110W2.92Nm異步電機(jī)型號額定功率額定電流額定轉(zhuǎn)速效率Y2-631-20.18kW0.53A2720r/min65%功率因數(shù)最大轉(zhuǎn)矩外形尺寸極數(shù)電壓0.802.2Nm2380V3.3

27、各軸功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩的計(jì)算工進(jìn)時(shí)，絲杠杠的轉(zhuǎn)速，功率， 三軸轉(zhuǎn)速 三軸功率 三軸轉(zhuǎn)矩同理可得其它軸上的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩和功率 二軸： 一軸（電動機(jī)軸）：3.4各級傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1第一級帶傳動設(shè)計(jì)計(jì)算（同步）同步帶傳動利用帶與帶輪上齒之間的嚙合進(jìn)行傳動。由于帶的抗拉強(qiáng)度高，受載后變形小，能保持齒的節(jié)距不變，所以傳動比較準(zhǔn)確，傳動平穩(wěn)，速度高，噪聲小，且無需潤滑清潔，維護(hù)簡單。適用速度范圍寬，傳動比可到10，協(xié)率由幾十瓦到幾百千瓦，結(jié)構(gòu)緊湊，效率可達(dá)98%99%，張緊力和壓軸力小。此設(shè)計(jì)選用弧齒同步帶。結(jié)構(gòu)：工作面有圓弧齒，承載層為玻璃纖維繩或合成纖維繩芯的環(huán)形帶，基本為氯化丁橡膠。受載后的應(yīng)力

28、分布狀態(tài)較好，提高了承載能力，防止帶齒與輪齒的干涉，降低振動與噪聲。² 設(shè)計(jì)功率：工況系數(shù) 查表，=一帶傳遞的功率 計(jì)算² 選帶型：根據(jù)和同圖選取型帶，節(jié)距。小帶輪節(jié)圓直徑大帶輪齒數(shù)大帶輪直徑² 驗(yàn)證帶速：帶速查表得,第一級帶帶速滿足條件。² 初定中心距：取取² 帶長及齒數(shù)：查選取標(biāo)準(zhǔn)值及其齒數(shù)，實(shí)際中心距，中心距可調(diào)，² 小帶輪嚙合齒數(shù)：² 計(jì)算帶寬系數(shù)：設(shè)計(jì)功率，基準(zhǔn)帶寬為時(shí)，同步帶的基本額定功率，見表，小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，見表，帶長系數(shù)，見表，計(jì)算，查表，帶寬代號9，帶寬² 計(jì)算軸力：小于帶所能承受的力，符合

29、條件。3.4.2第三級帶傳動² 設(shè)計(jì)功率:工況系數(shù)查表，=帶傳遞的功率計(jì)算² 選帶型:根據(jù)和同圖選取型帶，節(jié)距。小帶輪節(jié)圓直徑大帶輪齒數(shù)大帶輪直徑² 驗(yàn)證帶速：帶速查表得,第三級帶帶速滿足條件。² 初定中心距：取取² 帶長及齒數(shù)：查表選取標(biāo)準(zhǔn)值及其齒數(shù)，實(shí)際中心距，中心距可調(diào)，² 小帶輪嚙合齒數(shù)：² 計(jì)算帶寬系數(shù)：設(shè)計(jì)功率，基準(zhǔn)帶寬為時(shí)，同步帶的基本額定功率，見表，小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，見表，帶長系數(shù)，見表，計(jì)算，查表，帶寬代號20，帶寬² 計(jì)算軸力：小于帶所能承受的力，符合條件。² 各軸直徑的計(jì)算：一軸二

30、軸三軸（其中為電動機(jī)軸直徑）3.4.3蝸輪蝸桿減速器的計(jì)算選取傳動比（自鎖），蝸桿頭數(shù)，蝸桿分度圓直徑，蝸輪齒數(shù)，變位系數(shù)，模數(shù)，中心距。² 計(jì)算得蝸輪蝸桿以下數(shù)據(jù):蝸輪分度圓直徑齒頂圓直徑蝸牛桿齒根圓直徑蝸桿齒根高蝸牛桿齒頂高蝸桿軸向齒距蝸桿導(dǎo)程角:，蝸桿寬度蝸輪齒頂高蝸輪齒高蝸輪齒根高蝸輪齒根圓直徑蝸輪齒寬蝸輪齒寬角材料選擇：表面淬火，鋼，硬度HRC5055。² 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算：材料彈性系數(shù)，表，接觸系數(shù)，根據(jù)蝸桿的類型及蝸桿分度圓直徑與中心距比 值查圖，嚙合中心距，蝸牛輪矩， 使用系數(shù)，查表，使用接觸應(yīng)力蝸牛輪輪齒材料接觸疲勞極限，查表2.5-1，壽命系數(shù)，,取轉(zhuǎn)速

31、系數(shù)，最小安全系數(shù)，取計(jì)算 即,齒面接觸強(qiáng)度符合條件。² 蝸輪輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算:由于蝸牛輪輪齒的齒形比較復(fù)雜，要精確計(jì)算比較困難，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，齒根彎曲強(qiáng)度主要與模數(shù)m和齒寬這兩個主要的幾何參數(shù)有關(guān)，故可用簡單條件計(jì)算法來校核。蝸輪的圓周力，使用系數(shù)，蝸桿軸向模數(shù)，蝸輪齒寬，許用系數(shù)輪齒彎曲計(jì)算時(shí)的極限U系數(shù)，查表25-1,彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，取,取計(jì)算可見，蝸輪輪齒彎曲強(qiáng)度條件符合。² 蝸桿軸的剛度計(jì)算剛度不足會導(dǎo)致蝸桿副的不常嚙合，造成偏載，加劇磨損，故應(yīng)驗(yàn)算蝸桿軸的剛度。蝸桿軸的最大撓度（） 蝸桿圓周力（N），蝸桿徑向力（N），蝸桿材料的彈性模量，對于鋼蝸桿危險(xiǎn)

32、截面處的慣性矩，蝸桿軸承間的跨距，計(jì)算時(shí)可以取，取1.3極限撓度，淬硬蝸桿計(jì)算蝸桿剛度條件符合。3.5支撐滾珠絲杠的軸承的選擇及驗(yàn)算滾珠絲杠多采用滾動軸承支承，既承受徑向力又承受軸向力，且其力值較大，故采用圓錐滾子軸承。對于轉(zhuǎn)速極低的軸承，其失效形式是滾動體內(nèi)外圓滾道接觸處出現(xiàn)不均勻塑性變形凹坑，使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)振動和噪音而不能正常工作。此時(shí)應(yīng)該按軸承的靜載荷計(jì)算。軸承反安裝，其內(nèi)部軸向力:判斷軸向力方向:即 計(jì)算并與比較:靜載荷計(jì)算:動載荷計(jì)算:驗(yàn)證額定靜載荷:基本額定靜載荷，靜強(qiáng)度安全系數(shù)，取當(dāng)量靜載荷，計(jì)算軸承符合靜載荷要求。壽命計(jì)算:基本額定壽命（）基本額定動載荷（N）當(dāng)量動載荷（N

33、）壽命系數(shù)（滾子軸承）軸承轉(zhuǎn)速（）計(jì)算>軸承壽命符合條件。3.6離合器的選擇計(jì)算在設(shè)計(jì)和選擇離合器時(shí)，應(yīng)該考慮影響離合器工作性能的各因素。包括原動機(jī)特性，負(fù)載特性，結(jié)構(gòu)因素，操作方式等，由于本實(shí)驗(yàn)機(jī)對離合器的負(fù)載較小，以下將通過計(jì)算選擇合適的轉(zhuǎn)矩。離合器為剛性接合元件，大都具有相當(dāng)硬度和強(qiáng)度的金屬件，因此在接合瞬時(shí)，嚙合主，從動件之間產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊載荷 ，易損壞接合元件，并引起機(jī)械沖擊和噪聲。柔性接合，主要靠接合元件的相互壓緊，利用壓緊后產(chǎn)生的磨擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，并允許在接合過程中稍有打滑。能夠使從動部分的轉(zhuǎn)速較緩慢地上升，減小機(jī)械沖擊，使機(jī)器的工作狀態(tài)比較平穩(wěn)。根據(jù)試驗(yàn)機(jī)對平穩(wěn)噪聲等要求，在此選擇柔性離合器。操作方式的不同也會影響離合器的工作性能，因此操作方便的電磁離合器成了最好的選擇?？傊畬﹄x合器的其本要求是接合平穩(wěn)，分離徹底，動作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，外形尺寸小和從動部分慣性小，操作省力，對接合元件壓緊力能達(dá)到內(nèi)力平衡，使用壽命長。計(jì)算轉(zhuǎn)矩理論轉(zhuǎn)矩，儲備系數(shù)，見表，取計(jì)算計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)該小于離合器的許用轉(zhuǎn)矩。對以上的選擇作一下說明，在設(shè)計(jì)中所取過小，將延長接合時(shí)間，使磨擦元件過熱，加速磨損。而過大，則會使離合器接合剛度增大，操縱功增加。一般選取值時(shí)，對沖擊載荷小