汽車多楔帶疲勞試驗機(jī)的設(shè)計,汽車多楔帶疲勞試驗機(jī)的設(shè)計,汽車,多楔帶,疲勞,試驗,實驗,設(shè)計 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 前 言 隨著橡膠V帶等新型傳動帶應(yīng)用的日益廣泛，人們對V帶等新型傳動帶的綜合使用性能及壽命提出了更高的要求。作為有扭矩法實驗的機(jī)械封閉疲勞試驗機(jī)日益起到越來越大的作用，其與V帶等傳動帶的實際使用情況相一致的使用特點，逐漸受到新型傳動帶廠家和相關(guān)科研單位的青睞。但由于該類設(shè)備要求有較高的自動化控制程度，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價較高等原因，國內(nèi)只有少數(shù)廠家從外國引進(jìn)了部分該類實驗設(shè)備和技術(shù)。目前國內(nèi)關(guān)于汽車傳動帶的疲勞壽命試驗機(jī)的研制尚處于發(fā)展階段，市場上使用的疲勞壽命試驗機(jī)大多是機(jī)械封閉式的，它的實驗穩(wěn)定性較差，不能良好的模擬帶的實際工況，所得的實驗數(shù)據(jù)同實際情況偏差較大，國外的發(fā)達(dá)國家?guī)缀蹙捎秒姺忾]式疲勞壽命試驗機(jī)來代替機(jī)械封閉式的。目前國內(nèi)的汽車傳動帶的質(zhì)量普遍低于美國、日本等發(fā)達(dá)國家的同類產(chǎn)品的一個主要原因在于疲勞壽命試驗不過關(guān)，因此研發(fā)一種適合我國國情的，達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平的新型傳動帶疲勞壽命試驗機(jī)是必要的。 此次設(shè)計的題目是汽車多楔帶疲勞試驗機(jī)的設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容包括： 1、查閱相關(guān)資料，完成總體方案的分析與論證 2、實驗臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和潤滑系統(tǒng)及高溫箱設(shè)計 3、典型零件設(shè)計 本次設(shè)計中，由于時間倉促和作者的知識水平有限，論文中的錯誤和不足在所難免，請各位老師給予批評指正。 共 36 頁 第 1 頁 序號（學(xué)號）： 長 春 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 汽車多楔帶疲勞試驗機(jī)的設(shè)計 姓 名 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及其自動化 班 級 指導(dǎo)教師 教授 2010 年 06 月 12 日 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 開題報告 一、設(shè)計題目 機(jī)械封閉式汽車多楔帶疲勞試驗機(jī)設(shè)計 二、課題研究的目的、意義 目前國內(nèi)的汽車傳動帶的質(zhì)量普遍低于美國、日本等發(fā)達(dá)國家的同類產(chǎn)品的一個主要原因在于疲勞壽命試驗不過關(guān)，因此研發(fā)一種適合我國國情的，達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平的新型傳動帶疲勞壽命試驗機(jī)是必要的。其目的是進(jìn)一步推進(jìn)汽車傳動帶的研發(fā)能力，為國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的控制與監(jiān)測、標(biāo)準(zhǔn)化的制定提供理論依據(jù)。 三、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 傳動帶的發(fā)展現(xiàn)狀 傳動帶最初是由皮革制造的，19世紀(jì)中葉為橡膠所取代。20世紀(jì)60年代開始，陸續(xù)由NR、SBR轉(zhuǎn)向CR、PUR。進(jìn)入80年代，又進(jìn)一步擴(kuò)大到采用CSM和HNBR。膠帶的形狀也從乎板型擴(kuò)大到角型、圓型、齒型，使用從單根傳動發(fā)展到成組并聯(lián)，從而形成今日的傳動帶系列群體。動力傳導(dǎo)有鏈條、齒輪、耦聯(lián)(聯(lián)軸)等多種多樣形式。然而，從經(jīng)濟(jì)性和成本角度來考慮，迄今為止，莫過于彈性體的膠帶。因此，世界上現(xiàn)在許多傳動方式大多仍以膠帶傳動為主，而且其發(fā)展仍在不斷擴(kuò)大。 1. 發(fā)展現(xiàn)狀 傳動帶有傳遞和變速兩種功能，分為摩擦傳動和嚙合傳動兩大類別。到目前為止，全球各傳動帶生產(chǎn)廠在結(jié)構(gòu)形狀上已形成V帶、平帶、齒帶和圓帶四大體系，包括尺寸規(guī)格在內(nèi)已逾千種。特別是齒帶，最近十幾年來，隨著精密機(jī)械和電子信息技術(shù)的進(jìn)步，作為橡膠工業(yè)的高新技術(shù)產(chǎn)品，在世界各地發(fā)展十分迅猛，產(chǎn)量急劇擴(kuò)大。 1.1 平帶 圖1-1平帶 平帶是傳動帶最老的一個品種，約有100余年的歷史，但直至20世紀(jì)中葉，仍占據(jù)傳動帶中一半左右的市場份額。它以結(jié)構(gòu)簡單、傳動方便、不受距離限制、容易調(diào)節(jié)更換等特點，在各種工農(nóng)業(yè)機(jī)械中得到普遍采用。平板帶寬度一般由16-600mm，長度最大可達(dá)100～200m，層數(shù)最多為6一帶中最常見的為帆布帶，分為包層式、疊層式和疊包式三種。疊層帶為包層帶(又稱圓邊帶)的改進(jìn)產(chǎn)品，具有帶體柔軟，富有彈性，耐屈性好等優(yōu)點，適于在小帶輪和20m／s以上的快速傳動裝置上使用。而疊包帶介于兩者之間，用于邊部易受磨損的傳動。由于平板帶的傳動效率低(一般為85％左右)，且占據(jù)面積較大，因此，從20世紀(jì)60年代以后世界各國產(chǎn)量逐年下降。目前在發(fā)達(dá)國家，除部分農(nóng)業(yè)機(jī)械和輕紡機(jī)械尚少量使用之外，已處于被淘汰的狀態(tài)。 另一方面，在這一時期，以化纖帆布和簾布為芯體而制成的無接頭和熱接頭環(huán)形帶，則在全球獲得了長足發(fā)展。它以強(qiáng)度大、噪聲低、傳動平穩(wěn)、運輸圓滑、耐屈撓、壽命長和無需接頭等為特點，使用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，并在微型傳動帶中形成主流。 近年來，隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的崛起，這種微型帶尤其在電腦周邊設(shè)備、辦公自動化設(shè)備以及省力化設(shè)備等方面普遍使用。例如，自動檢票機(jī)、自動售票機(jī)、貨幣兌換機(jī)、發(fā)券機(jī)、取款機(jī)、銀行結(jié)算機(jī)、自動檢驗機(jī)、復(fù)印機(jī)、醫(yī)療器械、自動包裝機(jī)、魚群探測器等等，美日歐等國家每年都以雙位數(shù)增長。 這種高性能的無接頭平板帶，現(xiàn)已發(fā)展到有聚氨酯帶、聚氨酯芯體帶和橡膠帆布芯體帶三種類型。在橡膠微型帶中，除化纖帆布外，還有使用尼龍膜片、芳綸簾線、玻璃纖維簾線為芯體以及表面橡膠覆以鉻皮的特種產(chǎn)品。它們同傳統(tǒng)的帆布平板帶有著本質(zhì)的不同，規(guī)格要求非常精密，附加價值很高，世界各大膠帶生產(chǎn)廠家競相發(fā)展，已成為橡膠工業(yè)中的高新技術(shù)產(chǎn)品。目前，德國的金珂林、瑞士的哈巴基、雷達(dá)，以及日本的新田等公司，都是這一領(lǐng)域的知名大企業(yè)，并把以聚氨酯為主的高檔和特種微型帶作為其全力開發(fā)的主導(dǎo)產(chǎn)品。 1．2 三角帶 圖1-2 各種V帶 三角帶又稱V型帶，是傳動帶中產(chǎn)量最大、品種最多、用途最廣的一種產(chǎn)品。自從1917年首次由美國制成汽車風(fēng)扇帶，20年代初開始推廣用于工農(nóng)機(jī)械之后，半個多世紀(jì)以來久盛不衰，發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已成為傳動帶的主流。在世界各國傳動帶中，從橡膠用量來看，三角帶現(xiàn)已占到65％上，齒型帶為25％，平板帶則已退減到10％以下。目前，三角帶已成為世界各種機(jī)械裝置動力傳動和變速的主要器材，在當(dāng)今農(nóng)機(jī)、機(jī)床、汽車、船舶、辦公設(shè)備等廣泛領(lǐng)域，發(fā)揮著日益重要的作用。 按照斷面尺寸，三角帶可分為產(chǎn)業(yè)機(jī)械用的Y、O、A、B、C、D、E七種工業(yè)型號和汽車、拖拉機(jī)等用的各類風(fēng)扇帶，共計兩大類別。Y、O型為最小的V型帶，主要用于打字機(jī)、切書機(jī)等辦公設(shè)備、家電制品(洗衣機(jī)、榨汁器、吸塵器)。一般產(chǎn)業(yè)機(jī)械，隨著馬力的增大，順序使用A、B、C、D、E等V型帶，其中D、E型為重型帶，用于船舶、電力等大型機(jī)械。至于風(fēng)扇帶，除了汽車、拖拉機(jī)之外，還大量用在水泵、空調(diào)等方面。在發(fā)達(dá)國家，三角帶與風(fēng)扇帶的生產(chǎn)比率已達(dá)到2：1-3：2的程度，風(fēng)扇帶呈現(xiàn)明顯上升的勢頭。 三角帶一般都是指包布式V型帶，從20世紀(jì)60年代開始，為提高傳動帶的耐久性，又出現(xiàn)了切邊式V型帶。這種切邊V型帶，由于膠帶結(jié)構(gòu)側(cè)面沒有包布，帶體十分柔軟，耐屈撓疲勞性能非常好，因而得到迅速發(fā)展。進(jìn)入80年代，為解決三角帶多根成組傳動時因產(chǎn)生不一樣長而帶來的傳動效率和使用壽命下降等問題，又興起了多根三角帶用平板帶固定在一起的三角帶。習(xí)慣稱之為聯(lián)組三角帶的V型平板帶，具有極大的優(yōu)越性，因而又開始出現(xiàn)V型平板帶取代包布式和切邊式三角帶的現(xiàn)象。這種三角帶與平板帶結(jié)合的膠帶，雖然對帶輪溝槽有特殊的要求，然而由于帶體很薄，與帶輪的接觸面積大，彎曲性好，帶輪縮小，可使傳動裝置進(jìn)一步小型化、節(jié)能化，在世界發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)量急劇增長。 近些年來，為適應(yīng)各種傳動裝置的特殊需要，除普通標(biāo)準(zhǔn)型的三角帶之外，還出現(xiàn)了數(shù)量眾多、形狀各異的特種三角帶，它們主要有： (1)窄型和寬型三角帶 普通三角帶的寬高比為1：1．5～1．6，而窄型和寬型的三角帶分別為1：1．2和1：2。窄型V帶的結(jié)構(gòu)尺寸比普通V帶可以減少約50％，能節(jié)省大量原材料，同時強(qiáng)力均勻，有效接觸面積大，彎曲應(yīng)力小，可大大延長使用壽命。窄型v帶的傳動效率可達(dá)90％一97％，極限速度達(dá)40-50m／s，傳動能力提高0．5～1．5倍，最適于短距離、小帶輪于變速傳動，故又稱之為變速帶。其特點是在帶的上下表面，大多制成單面或雙面的弧形或齒形狀態(tài)，使之易于調(diào)速，主要用在低速的圓錐式和圓盤式無級變速器方面。 (2)小角和大角三角帶 它同普通三角帶的主要區(qū)別是，夾角40改為30和60左右。小角V帶能使接觸面減小，降低所需張力，可延長使用壽命，適于設(shè)備的小張力傳動。大角V帶為上半部呈矩形，下半部呈倒梯形的六角帶，能使摩擦損失減小，承載能力增大，帶體柔軟，適于輕小型設(shè)備的高速傳動。 (3)活絡(luò)和沖孔三角帶 活絡(luò)帶由多個小段以金屬螺釘連結(jié)而成。沖孔帶在帶體縱向沖有許多等距的透孔用以連接接頭。這種V帶都是可以接頭的三角帶，可根據(jù)需要長度隨意自由接頭定長。它彌補了普通三角帶無接頭，只能按規(guī)定長度使用的限制。另外一個好處是，在使用中，當(dāng)三角帶體出現(xiàn)局部損壞后，可更換損壞部位繼續(xù)使用，同時，它還有可簡單自由調(diào)節(jié)長度大小的優(yōu)點。但因強(qiáng)度較低，只能用于低速傳動，又由于存在精確度低、傳動效率差等問題，近些年來使用日趨減少。 此外，對指定用于汽車、拖拉機(jī)等各種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動風(fēng)扇而用的三角帶，人們專門稱之為風(fēng)扇帶。它的特點是以單根使用為主，帶輪很小，傳距很短，速度與功率常變，是屬于接觸溫度較高、在苛刻環(huán)境條件下使用的一種V帶。風(fēng)扇帶也常用在發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、動力泵等方面。風(fēng)扇帶由于其性能要求與普通三角帶完全不同，在工業(yè)上單獨分類統(tǒng)計。近些年來，世界風(fēng)扇帶的發(fā)展十分迅速，數(shù)量已占到三角帶總量的三分之一。 風(fēng)扇帶分為普通和窄型兩種，細(xì)分為包布式平底V帶、圓齒V帶、切邊式平底V帶和波浪V帶等多種類型。風(fēng)扇帶的結(jié)構(gòu)一般比普通三角帶要復(fù)雜，見附圖，除強(qiáng)力層、伸張層、壓縮層和包布層之外，又增加了緩沖層和支撐層。 現(xiàn)在使用最多的是切邊式波浪V帶，生熱低、散熱快、摩擦大、噪聲小、強(qiáng)度好、效率高，行駛里程可達(dá)18～20萬公里，比一般風(fēng)扇帶高出約一倍。近年來，隨著汽車發(fā)動機(jī)效率的提高和旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)的出現(xiàn)，以及液壓轉(zhuǎn)向裝置和冷風(fēng)裝置的增多，對風(fēng)扇帶的要求日益嚴(yán)酷，不僅帶輪小型化，而且采用雙向兩面驅(qū)動的方式越來越多，因此，橡膠和芯體材料也隨之產(chǎn)生了重大改變，普通三角帶、V型平板帶與風(fēng)扇帶比較1-上膠布層：2-下膠布層；3-橡膠伸張層：4-橡膠壓縮層：5-線繩強(qiáng)力層；6-橡膠緩沖層： 1．3 圓形帶 圓形帶為斷面呈圓形的傳動帶，它可以自由彎曲驅(qū)動。這種帶多為聚氨酯制造的，通常沒有芯體，結(jié)構(gòu)最為簡單，使用方便。圓形帶為膠帶傳動開辟了新的途徑，世界各國在小型機(jī)床、縫紉機(jī)、精密機(jī)械等方面需用量急劇增長，今后潛力很大。 1．4 齒型帶 圖1-3齒形帶 齒型帶亦稱同步帶，分為單面齒帶和雙面齒帶兩種類型。前者主要用于單軸傳動，后者為多軸或反向傳動，系從1980年以來世界新出現(xiàn)的又一種高效傳動帶。齒型帶根據(jù)齒的形狀又分為梯形和圓弧形兩種，以圓弧形齒的同步帶所承受的扭矩為最大。從所用材料上，齒型帶可區(qū)分為橡膠型和聚氨酯型兩大類，而前者又有普通橡膠(通常為氯丁橡膠)和特種橡膠(多為飽和丁腈橡膠)之分。它們的結(jié)構(gòu)是由鋼簾線或玻璃纖維組成的強(qiáng)力層和以橡膠及尼龍布形成的外包橡膠層或聚氨酯膠層構(gòu)成。 齒型帶包括多楔帶，近20年來在工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展極為迅猛，正在不斷地侵蝕傳統(tǒng)的金屬齒輪、鏈條以及橡膠方面的平板帶和三角帶市場。目前，除已大量用于汽車及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之外，并進(jìn)一步擴(kuò)大到OA機(jī)器(辦公設(shè)備)、機(jī)器人等各種精密機(jī)械的傳動。由于膠帶內(nèi)側(cè)帶有彈性體的齒牙，能實現(xiàn)無滑動的同步傳動，而且具有比鏈條輕、噪音小的特點，現(xiàn)今歐洲80％以上的轎車、美國40％的轎車都已裝用了這種齒型帶。我國2000年生產(chǎn)汽車200萬輛，齒型帶需要700萬條以上。最近出現(xiàn)的圓齒帶較之方齒帶，更進(jìn)一步增大了傳動力和肅靜性，作為新一代的環(huán)保帶，其使用范圍更趨廣泛?，F(xiàn)在，已開始成為對同步傳動、噪音要求極為嚴(yán)格的家用和工業(yè)用縫紉機(jī)、打字機(jī)、復(fù)印機(jī)的使用對象。 2. 技術(shù)展望 半個多世紀(jì)以來，世界傳動帶的技術(shù)發(fā)展歷經(jīng)了以下幾個階段： 其一，從傳動帶用的材料來看，橡膠己由天然橡膠發(fā)展到合成橡膠，進(jìn)一步又?jǐn)U大到特種合成橡膠CSM、HNBR：骨架材料由棉纖維擴(kuò)大到人造絲、聚酯、尼龍、玻璃纖維、鋼絲以及芳綸等，詳見表2。品。為提高V型帶的耐久性，從60年代開始，出現(xiàn)了切割式三角帶，它的側(cè)面沒有包布，耐彎曲疲勞性非常好，已取代了大部分包布式三角帶。 另一方面，進(jìn)入80年代之后，平板帶與V型帶結(jié)合的V型平板帶得到快速發(fā)展，由于其性能優(yōu)異，產(chǎn)量急劇增大，現(xiàn)已部分取代了切割式V帶。緊接著，在美日等國又出現(xiàn)了楔形V帶。因為這種帶的厚度薄，與帶輪的接觸面積大，彎曲性能好，可以在小的帶輪上使用，因而為傳動裝置的小型化、節(jié)能化做出了很大貢獻(xiàn)。 再有，利用傳動帶背面也可驅(qū)動的原理，例如，在汽車風(fēng)扇、交流電機(jī)、動力操縱系統(tǒng)、空調(diào)等，采用一根傳動帶一次驅(qū)動的所謂"蛇行傳動"方式，引起了各界的關(guān)注，使用范圍日趨擴(kuò)大。這種多面、多向、多機(jī)傳動的代表性產(chǎn)品有，六角帶和圓形帶。 傳動帶中的最新一類產(chǎn)品是齒型帶，又稱同步帶。它集齒輪、鏈條、帶傳動裝置的優(yōu)點為一體，具有傳動效率高、傳動比準(zhǔn)確、噪聲小、節(jié)能、維修方便等特點。它的傳動原理雖早在1900年即有若干專利出現(xiàn)，然而直到半個世紀(jì)之后才開始工業(yè)化，80年代起終于成為精密機(jī)械的主導(dǎo)傳動產(chǎn)品。特別是用飽和丁腈橡膠和聚氨酯彈性體制造的高精度微型帶，已經(jīng)進(jìn)入了高新技術(shù)領(lǐng)域。齒型帶與傳統(tǒng)傳動帶的最大不同點在于：同步、靜音。因此，它是當(dāng)今最受推崇的環(huán)保型產(chǎn)品。近年來，齒型帶的齒牙由方齒改為圓齒之后，更進(jìn)一步增大了傳動力，發(fā)展前景極為廣闊。 由于各種不同機(jī)械要求的特性不同，以及各種傳動帶的價格高低相差懸殊，今后傳動帶將朝著結(jié)構(gòu)、材料多元化的方向發(fā)展，其用途和品種規(guī)格也日趨多樣化。傳動帶中V型帶、齒型帶、平板帶的構(gòu)成比例，大體將在6：3：1的范圍內(nèi)上下變化。各種產(chǎn)業(yè)機(jī)械裝置要求使用的傳動帶類型。 (1)橡膠和彈性體 V型帶最早為NR或NR／SBR的并用物?，F(xiàn)今，已廣泛使用耐熱性、耐磨性、耐彎曲性和耐油性均優(yōu)的CR。在未找到新的綜合物性更平衡的膠種之前，今后還將繼續(xù)保持這一趨勢。對于切割式V型帶和V型平板帶，將要擴(kuò)大采用以短纖維補強(qiáng)的CR，通過傳動帶橫向短纖維定向補強(qiáng)，達(dá)到傳 動帶橫方向側(cè)壓性與縱方向彎曲性雙立的效果。對耐熱性有苛刻要求的傳動帶，將會有更多的HNBRV型平板帶出現(xiàn)。 齒型帶最初使用的CR，現(xiàn)在仍然是比較理想的材料，今后還將繼續(xù)廣泛用于一般產(chǎn)業(yè)的傳動上面。對于要求耐熱性和耐久性的齒型帶，要大量使用CSM、HNBR等特種耐熱、耐油橡膠。由于這類橡膠的性能優(yōu)異，盡管價格十分昂貴，超出現(xiàn)有產(chǎn)品幾倍，但隨著汽車工業(yè)等的技術(shù)進(jìn)步和環(huán)境的惡化，特別是HNBR將成為未來齒型帶的主導(dǎo)材對于小型、微型齒型帶來說，聚氨酯彈性體是最為理想的材料。特別是精密機(jī)械方面的齒型帶，已無其他材料可以代替，今后不論在品種規(guī)格上，還是在用途上，都將迅速擴(kuò)大，發(fā)展前景極為寬廣。 平板帶原來為橡膠，隨著薄型平板帶的出現(xiàn)，聚氨酯和尼龍片材已成為重點開發(fā)方向。 (2)纖維骨架 能作了種種改進(jìn)，因而已成為齒型帶的首選材料，V型帶的骨架決定著膠帶的強(qiáng)度和壽命。早期的補強(qiáng)層使用棉簾線，而后改用了強(qiáng)力人造絲線繩。由于有伸長大的缺點，從20世紀(jì)70年代開始，世界各國都普遍使用強(qiáng)度高、伸長小、耐熱和耐彎曲性好的聚酯線繩，80年代又出現(xiàn)了高定伸、低收縮的改性聚酯線繩，現(xiàn)已成為V型帶骨架材料的主流。對于要求高負(fù)荷傳動、耐沖擊性的變速帶和農(nóng)機(jī)用的V型帶，有的己開始使用芳綸纖維。 齒型帶的補強(qiáng)層，人們曾長期使用鋼絲和聚酯而使其強(qiáng)度下降的問題，同時還有因其比重大而適于高速旋轉(zhuǎn)傳動等現(xiàn)象，如今已被基本淘汰。使用聚酪簾線對于要求尺寸精度高的產(chǎn)品，由于存在伸縮問題，現(xiàn)也很少采用。目前認(rèn)為最好的骨架材料是玻璃纖維，它能使嚙合傳動時的伸長小，而且具有適度的線膨脹系數(shù)，加之對彎曲疲勞等缺欠性得到廣泛使用。今后，強(qiáng)度更高、耐彎曲性更好的芳綸纖維將有可能部分取代玻璃纖維而擠進(jìn)齒型帶最佳骨架材料行列。 (3)外包保護(hù)布 V型帶使用的外包保護(hù)布向來以棉帆布為主，至今依然保持這種狀態(tài)。對一部分要求更耐磨和耐彎曲性能更好的，也開始使用棉的混紡帆布，甚至是全合成纖維帆布。外包保護(hù)布未來將繼續(xù)保持這一趨勢。齒型帶為了保護(hù)齒部和芯線，主要是使用高強(qiáng)力型的合成纖維，通常以尼龍帆布為主，今后方向是進(jìn)一步薄層化。 2．3 工藝設(shè)備趨向 多年來，傳動帶的生產(chǎn)工藝在世界各地一直沒有大的變化，不外煉膠、成型、硫化三大老的工藝。所不同的是，切割式三角帶取消了V型帶成型時的包布，并改為在硫化后切割，同時增加研磨工序。而對于齒型帶則是在帶齒形溝槽的模型上，先置入外包帆布，然后呈螺旋狀纏上芯線，而后上覆橡膠片，連同模型一起送入硫化罐硫化。此時，利用橡膠在加熱中的塑性流動，從芯線的縫隙將帆布充入模齒內(nèi)而形成帶齒，硫化后再從模型中取出成適當(dāng)?shù)膶挾取? 這種生產(chǎn)工藝，把傳動帶的制造過程人為地分割成好幾塊，無法聯(lián)結(jié)起來；加之傳動帶的品種規(guī)格太多，生產(chǎn)批量很小，產(chǎn)品變動頻繁，給工藝設(shè)備的連續(xù)化、自動化帶來了諸多困難，生產(chǎn)效率十分低下。當(dāng)前國外的發(fā)展趨勢，一是努力研究實現(xiàn)工藝的連續(xù)化生產(chǎn)，提高設(shè)備自控水平，促使生產(chǎn)效率大幅度提高：二是繼續(xù)擴(kuò)大使用聚氨酯等液體彈性體，從根本上簡化工藝，縮短流程，改變傳統(tǒng)的橡膠工藝加工方式?，F(xiàn)在，聚氨酯液相加工工藝在小型和微型帶中，已占據(jù)主導(dǎo)地位，前景十分樂觀。 還有，短纖維橡膠的混合也是當(dāng)今世界傳動帶業(yè)界一大課題。如何使短纖維在橡膠中均勻分散，并解決由此而產(chǎn)生的膠料高粘度化，造成生產(chǎn)效率下降的現(xiàn)象，需要在混煉方法和控制方式有新的突破。另外，短纖維橡膠的纖維排列取向也是不可忽視的又一個問題，通常采用壓延機(jī)和壓出機(jī)定向供膠出片、按流動方向取片的方法，也并非最佳良策。無紡布、復(fù)合片材是今后開發(fā)的方向。 2．4 未來目標(biāo) 縱觀半個多世紀(jì)以來世界傳動帶的發(fā)展趨勢，隨著全球高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的迅猛發(fā)展，今后傳動帶的主流是向著小型化、精密化和高速化的方向發(fā)展。老式的平板帶將被日漸淘汰，新型的環(huán)形平板帶重新崛起；切割三角帶將取代大部分包布V型帶、同時代之而起的V型平板帶、多楔帶、齒型帶可能成為新的主流產(chǎn)品。 我國生產(chǎn)傳動帶的廠家十分雜亂，除200家國有、三資企業(yè)之外，還有1000余家集體、私營和個體所有制企業(yè)，僅V型帶一種產(chǎn)品年產(chǎn)即達(dá)4億A米以上，在產(chǎn)量上雖已位居世界前列，而略具規(guī)模水平的不過十幾家。除少數(shù)引進(jìn)技術(shù)設(shè)備和合資企業(yè)外，大多處于后進(jìn)狀態(tài)，亟待改組、改造、改革。調(diào)整傳動帶行業(yè)結(jié)構(gòu)，淘汰老舊產(chǎn)品，開發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品，迎頭趕上世界傳動帶先進(jìn)技術(shù)水平，可說是當(dāng)前最為緊迫的任務(wù)。 疲勞試驗機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 汽車傳動帶是汽車發(fā)動機(jī)重要的零部件，也是傳動帶重要的組成部分。目前國內(nèi)關(guān)于汽車傳動帶的疲勞壽命試驗機(jī)的研制尚處于發(fā)展階段，市場上使用的疲勞壽命試驗機(jī)大多是機(jī)械封閉式的，它的實驗穩(wěn)定性較差，不能良好的模擬帶的實際工況，所得的實驗數(shù)據(jù)同實際情況偏差較大，國外的發(fā)達(dá)國家?guī)缀蹙捎秒姺忾]式疲勞壽命試驗機(jī)來代替機(jī)械封閉式的。 目前國內(nèi)的汽車傳動帶的質(zhì)量普遍低于美國、日本等發(fā)達(dá)國家的同類產(chǎn)品的一個主要原因在于疲勞壽命試驗不過關(guān)，因此研發(fā)一種適合我國國情的，達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平的新型傳動帶疲勞壽命試驗機(jī)是必要的。其目的是進(jìn)一步推進(jìn)汽車傳動帶的研發(fā)能力，為國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的控制與監(jiān)測、標(biāo)準(zhǔn)化的制定提供理論依據(jù)。傳動帶疲勞壽命試驗臺的種類比較多，目前國內(nèi)外應(yīng)用的主要有：機(jī)械封閉式試驗系統(tǒng)和電封閉式試驗系統(tǒng)。國內(nèi)應(yīng)用較多的是機(jī)械封閉式試驗系統(tǒng)。機(jī)械封閉式試驗系統(tǒng)主要是通過改變帶輪的直徑或利用磁粉離合器來產(chǎn)生滑差率。這樣的系統(tǒng)中所施加的傳動負(fù)載穩(wěn)定性較差，實驗環(huán)境與實際工況相差較大，因此測出的疲勞壽命與帶的實際產(chǎn)品質(zhì)量有時出現(xiàn)較大偏差。而且，因負(fù)載的動態(tài)波動不適應(yīng)于汽車同步帶傳動性能試驗。 目前市場上的傳動帶疲勞壽命試驗機(jī)只能對一種形式的傳動帶進(jìn)行疲勞壽命實驗，如果一個廠家生產(chǎn)多種類型的傳動帶就要購買多臺試驗機(jī)，在注重節(jié)約，降低成本和提高競爭力的今天，若是能研發(fā)一種能對多種形式傳動帶進(jìn)行疲勞壽命實驗，無疑會給廠家和整個社會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。這個試驗系統(tǒng)采用眾多成熟的技術(shù)與原件，系統(tǒng)的功能完善，自動化程度，可靠性和運行的穩(wěn)定性高，能很好的模擬傳動帶的種不同工況下的疲勞工作壽命。新型疲勞試驗機(jī)的研發(fā)必然會帶來傳動帶質(zhì)量的提高，這對提高我國傳動帶行業(yè)的競爭力，推動傳動帶的國家標(biāo)準(zhǔn)的修訂，積極與世界接軌有著重要的意義。傳動帶疲勞壽命試驗機(jī)在國外發(fā)展的要早于我國，而且各方面發(fā)展的都比較成熟。帶的疲勞壽命實驗機(jī)幾乎是與傳動帶同時出現(xiàn)的，要提高帶的質(zhì)量和使用壽命，必須對其進(jìn)行壽命試驗?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，尤其是汽車工業(yè)，它對傳動帶提出了更高的要求。國外的很多代生產(chǎn)廠家都在研發(fā)與汽車發(fā)動機(jī)同壽命的傳動帶。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，不僅要改進(jìn)帶的生產(chǎn)工藝和配方，對帶的檢測手段也要進(jìn)行新的研發(fā)，有其是帶的疲勞壽命試驗機(jī)。我國的橡膠工業(yè)起步晚，技術(shù)差，相應(yīng)的配套設(shè)施不完善，整個行業(yè)沒有一個完善的，能在全行業(yè)推廣的檢測手段。這其中的一個重要原因就是對帶的疲勞壽命試驗設(shè)備不過關(guān)，不能對帶的整體質(zhì)量和存在的不足做出合理的評估，使對帶的生產(chǎn)工藝和配方的改進(jìn)無從下手。雖然我國制訂了相應(yīng)的傳動帶國家標(biāo)準(zhǔn)，但執(zhí)行起來卻困難重重。傳動帶生產(chǎn)廠家如果從國外進(jìn)口帶疲勞壽命檢測設(shè)備不僅價格昂貴，大多數(shù)廠家難以承受；而且，進(jìn)口的設(shè)備都是按各自的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)和研制的，有很多地方并不適合我國的國情。因此，為配合國家標(biāo)準(zhǔn)的貫徹實施，根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制出符合我國國情的實驗檢驗設(shè)備成為相關(guān)科研院所和工業(yè)企業(yè)的重要任務(wù)。 四、研究內(nèi)容及方案擬定 研究內(nèi)容： 1.查閱相關(guān)資料，完成總體方案的分析論證； 2.試驗臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和潤滑系統(tǒng)及高溫箱設(shè)計； 3.典型零件設(shè)計 方案擬定： 試驗機(jī)的技術(shù)指標(biāo) 負(fù)載功率：10kw 主動輪轉(zhuǎn)速：4900r/min±2% 帶張緊力：680±30N 高溫箱：85℃±5℃ 要求測量主動輪轉(zhuǎn)速測量精度為±1% 總體方案的確定 目前國內(nèi)的汽車傳動帶的質(zhì)量普遍低于美國、日本等發(fā)達(dá)國家的同類產(chǎn)品的一個主要原因在于疲勞壽命試驗不過關(guān)，因此研發(fā)一種適合我國國情的，達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平的新型傳動帶疲勞壽命試驗機(jī)是必要的。 機(jī)械封閉功率試驗機(jī)的工作原理 眾所周知，V帶是靠摩擦力來實現(xiàn)傳動的。在傳動中特有一個彈性打滑現(xiàn)象，它是由于在傳動中，帶輪的倆邊拉力不相等造成的。我們用滑差率ε%表示彈性滑動的大小。從膠帶的變形關(guān)系可以推出滑差率 （1） 式中： =帶緊邊拉力， =帶松邊拉力， =帶有效拉力， = 主動輪線速度， =從動輪線速度， =主動輪直徑， =從動輪直徑， =主動輪轉(zhuǎn)速， =從動輪轉(zhuǎn)速， =膠帶的彈性模量， =膠帶的橫截面積。 由（1）式中可以看出，有效拉力F越大，則彈性滑動越大，滑差率ε%就越大，有效拉力即為帶傳動中的載荷，所以帶中傳遞的載荷也越大。 機(jī)械封閉功率試驗機(jī)就是系統(tǒng)的載荷在整個系統(tǒng)中封閉傳遞，并且傳遞的是機(jī)械彈性變形能。 2．加載傳動方式的選擇 可供選擇的方案：用行星輪系和力矩電機(jī)的加載傳動方式 采用電磁加載器加載的傳動方式 對比分析 采用行星輪系和力矩電機(jī)的加載傳動方式 傳動原理 該種方式的傳動原理如圖1示： 圖1 行星輪系和力矩電機(jī)加載的傳動原理 該種方式中，兩個試驗帶輪直徑相等，主傳動輪安裝在行星輪系的外殼上，主電機(jī)通過傳動軸與輪系的系桿聯(lián)接，力矩電機(jī)與輪系的中心輪聯(lián)接。該輪系為差動輪系，有兩個自由度。 優(yōu)缺點 該種方式中需要用到力矩電機(jī)和主電機(jī)兩個電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且不夠緊湊。 采用電磁加載器加載的傳動方式 傳動原理 該種方式的傳動原理如圖2所示： 圖2 電磁加載器加載方式的傳動原理 該種方式的顯著特點是傳動帶有兩條，兩主動輪直徑不等，而從動輪直徑相等。主動輪裝在與電磁加載器外殼相連接的空心軸13上，主傳動輪裝在與加載器的芯軸相連接的中心軸12上。當(dāng)電磁加載器使兩主動輪剛性聯(lián)接時，由于傳動帶傳動比不等，為系統(tǒng)加上載荷。當(dāng)電磁器斷電時，系統(tǒng)為開式系統(tǒng)，無扭矩產(chǎn)生，即無載荷傳動。 優(yōu)缺點 此種方式只需一個電機(jī)驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊。 比較兩種傳動方式選擇第二種電磁加載方式。 五、進(jìn)度安排 1、2010.3.1～3.14 畢業(yè)設(shè)計調(diào)研，完成科技譯文及開題報告； (科技譯文不少于3000漢字) 2、2010.3.15～6.6 完成總體設(shè)計、零部件設(shè)計、控制電路設(shè)計等； （完成4張零號圖，要求CAD出圖；具體落實到每個人內(nèi)容 有所不同，時間段相同） 3、2010.6.7～6.20 完成設(shè)計（論文）說明書 （40～60頁，要求打?。?； 4、2010.6.21～6.25 評審、答辯。 （給出成績及評語，注意答辯時間2010年6月15——20日， 請在15日前完成所有任務(wù)） 六、參考文獻(xiàn) [1] 卜炎主編 .《中國機(jī)械設(shè)計大典》. 江西科學(xué)技術(shù)出版社 2002.1 [2] 張展 主編.《非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計手冊》.兵器工業(yè)出版社 1993.9 [3] 鄭堤 唐可洪 主編 .《機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》. 機(jī)械工業(yè)出版社 1997.7 [5] 于俊一 鄒青 主編 .《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 》. 機(jī)械工業(yè)出版社 2004.1 [6] 周斌.《 機(jī)電一體化實用技術(shù)手冊》.兵器工業(yè)出版社. 1994.4 [7] 孫波 主編 .《畢業(yè)設(shè)計寶典 》.西安電子科技大學(xué)出版社 2008 [8] 汽車多楔帶. GB 13552-2008 2008-12-30 發(fā)布 [9] 帶傳動 .汽車工業(yè)用V帶疲勞試驗. GB/T 11545-2008 2008-06-18 發(fā)布 [10] 黃靖等. 有扭矩法三輪疲勞壽命試驗機(jī)的研制 .橡塑技術(shù)與裝備 2001.8 共 12 頁 第 13 頁 序號（學(xué)號）： 長 春 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 汽車多楔帶疲勞試驗機(jī)的設(shè)計 姓 名 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動化 班 級 指導(dǎo)教師 教授 2010 年 4 月 6 日 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 汽車多楔帶疲勞試驗機(jī)的設(shè)計 [摘要] 目前國內(nèi)的汽車傳動帶的質(zhì)量普遍低于美國、日本等發(fā)達(dá)國家的同類產(chǎn)品的一個主要原因在于疲勞壽命試驗不過關(guān)，因此研發(fā)一種適合我國國情的，達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平的新型傳動帶疲勞壽命試驗機(jī)是必要的。其目的是進(jìn)一步推進(jìn)汽車傳動帶的研發(fā)能力，為國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的控制與監(jiān)測、標(biāo)準(zhǔn)化的制定提供理論依據(jù)。本文詳細(xì)論述了汽車多楔帶疲勞試驗機(jī)的設(shè)計方案。試驗臺的開發(fā)是圍繞模擬附件輪系的實際運轉(zhuǎn)，同時又能調(diào)整各個附件負(fù)載大小及各個附件的位置來進(jìn)行的。針對這些特殊要求，優(yōu)化設(shè)計了工作臺結(jié)構(gòu)，選用光電編碼器等外購件來實現(xiàn)疲勞試驗的效果，配以外圍接口電路，信號調(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、主軸扭矩的測控。 [關(guān)鍵詞] 疲勞試驗 標(biāo)準(zhǔn)化 設(shè)計方案 共 I 頁 第 I 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 Automotive ribbed design fatigue testing machine [Abstract] domestic auto transmission quality is generally lower than with the United States, Japan and other countries of similar products is a major cause of fatigue life test, but related, so develop a fit for China to achieve a new level of similar foreign products belt fatigue testing machine is necessary. Its purpose is to further promote R & D capacity with auto transmission, for the domestic production of product quality control and monitoring, to provide theoretical basis for the development of standardization. This paper describes the fatigue testing machine automotive ribbed design. Test development is around Analog Annex round of the actual operating system, while annexes to adjust the load size and location of various accessories for the. Based on these requirements, optimizing the design of the table structure, using purchased items such as optical encoder to achieve the effect of fatigue tests, together with the peripheral interface, signal conditioning modules and sensors, closed loop control system, the main shaft gear complete accessories speed, spindle torque measurement and control. [Key words] fatigue test standard design 共 I 頁 第 I 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 目錄 前言 1 第1章 緒論 2 1.1 概述 2 1.2 帶的種類 2 1.2.1 平帶 3 1.2.2 三角帶 4 1.2.3 圓形帶 6 1.2.4 齒型帶 6 1.3 帶傳動的工藝設(shè)備趨向 7 1.4 本課題的研究目的，意義及研究成果 8 第2章 總體方案的設(shè)計 9 2.1 技術(shù)要求 9 2.2 加載方式的選擇 9 2.2.1機(jī)械封閉功率試驗機(jī)的工作原理 9 2.2.2加載傳動方式的選擇 10 2.2.3 電磁加載器的選擇 11 2.3 功能原理方案設(shè)計 13 2.4 扭矩傳感器的選擇 16 2.4.1 產(chǎn)品特點 16 2.4.2 主要性能及電氣指標(biāo) 17 2.4.3 維護(hù)與保養(yǎng) 18 2.4.4 注意事項與安裝方式 18 第3章 疲勞試驗機(jī)的各部分計算 20 3.1 電機(jī)的選擇 20 3.2 軸的設(shè)計 21 3.2.1 軸的種類與特點 21 3.2.2 軸的常用材料 21 3.2.3設(shè)計計算步驟 21 3.2.4 軸Ⅰ的計算 22 3.2.5 軸的校核 24 3.2.6 軸承的校核 25 3.3 絲杠的選擇計算 28 3.3.1 傳動方案的確定 28 3.3.2 技術(shù)要求 28 3.3.3 設(shè)計步驟 29 3.3.4 計算過程 29 3.4 帶的設(shè)計 31 3.4.1 技術(shù)要求 31 3.4.2 帶的計算 31 第4章 總結(jié) 34 致 謝 35 參考文獻(xiàn) 36 共 II 頁 第 II 頁 汽車多楔帶疲勞試驗機(jī)的設(shè)計 第1章 緒論 1.1 概述 汽車傳動帶是汽車發(fā)動機(jī)重要的零部件，也是傳動帶重要的組成部分。目前國內(nèi)關(guān)于汽車傳動帶的疲勞壽命試驗機(jī)的研制尚處于發(fā)展階段，市場上使用的疲勞壽命試驗機(jī)大多是機(jī)械封閉式的，它的實驗穩(wěn)定性較差，不能良好的模擬帶的實際工況，所得的實驗數(shù)據(jù)同實際情況偏差較大，國外的發(fā)達(dá)國家?guī)缀蹙捎秒姺忾]式疲勞壽命試驗機(jī)來代替機(jī)械封閉式的。目前國內(nèi)的汽車傳動帶的質(zhì)量普遍低于美國、日本等發(fā)達(dá)國家的同類產(chǎn)品的一個主要原因在于疲勞壽命試驗不過關(guān)，因此研發(fā)一種適合我國國情的，達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平的新型傳動帶疲勞壽命試驗機(jī)是必要的。帶的疲勞壽命實驗機(jī)幾乎是與傳動帶同時出現(xiàn)的，要提高帶的質(zhì)量和使用壽命，必須對其進(jìn)行壽命試驗?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，尤其是汽車工業(yè)，它對傳動帶提出了更高的要求。國外的很多代生產(chǎn)廠家都在研發(fā)與汽車發(fā)動機(jī)同壽命的傳動帶。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，不僅要改進(jìn)帶的生產(chǎn)工藝和配方，對帶的檢測手段也要進(jìn)行新的研發(fā)，有其是帶的疲勞壽命試驗機(jī)。我國的橡膠工業(yè)起步晚，技術(shù)差，相應(yīng)的配套設(shè)施不完善，整個行業(yè)沒有一個完善的，能在全行業(yè)推廣的檢測手段。這其中的一個重要原因就是對帶的疲勞壽命試驗設(shè)備不過關(guān)，不能對帶的整體質(zhì)量和存在的不足做出合理的評估，使對帶的生產(chǎn)工藝和配方的改進(jìn)無從下手。雖然我國制訂了相應(yīng)的傳動帶國家標(biāo)準(zhǔn)，但執(zhí)行起來卻困難重重。傳動帶生產(chǎn)廠家如果從國外進(jìn)口帶疲勞壽命檢測設(shè)備不僅價格昂貴，大多數(shù)廠家難以承受；而且，進(jìn)口的設(shè)備都是按各自的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)和研制的，有很多地方并不適合我國的國情。因此，為配合國家標(biāo)準(zhǔn)的貫徹實施，根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制出符合我國國情的實驗檢驗設(shè)備成為相關(guān)科研院所和工業(yè)企業(yè)的重要任務(wù)。 1.2 帶的種類 傳動帶有傳遞和變速兩種功能，分為摩擦傳動和嚙合傳動兩大類別。到目前為止，全球各傳動帶生產(chǎn)廠在結(jié)構(gòu)形狀上已形成V帶、平帶、齒帶和圓帶四大體系，包括尺寸規(guī)格在內(nèi)已逾千種。特別是齒帶，最近十幾年來，隨著精密機(jī)械和電子信息技術(shù)的進(jìn)步，作為橡膠工業(yè)的高新技術(shù)產(chǎn)品，在世界各地發(fā)展十分迅猛，產(chǎn)量急劇擴(kuò)大。 1.2.1 平帶 圖1-1 平帶 平帶是傳動帶最老的一個品種，約有100余年的歷史，但直至20世紀(jì)中葉，仍占據(jù)傳動帶中一半左右的市場份額。它以結(jié)構(gòu)簡單、傳動方便、不受距離限制、容易調(diào)節(jié)更換等特點，在各種工農(nóng)業(yè)機(jī)械中得到普遍采用。平板帶寬度一般由16-600mm，長度最大可達(dá)100～200m，層數(shù)最多為6一帶中最常見的為帆布帶，分為包層式、疊層式和疊包式三種。疊層帶為包層帶(又稱圓邊帶)的改進(jìn)產(chǎn)品，具有帶體柔軟，富有彈性，耐屈性好等優(yōu)點，適于在小帶輪和20m／s以上的快速傳動裝置上使用。而疊包帶介于兩者之間，用于邊部易受磨損的傳動。由于平板帶的傳動效率低(一般為85％左右)，且占據(jù)面積較大，因此，從20世紀(jì)60年代以后世界各國產(chǎn)量逐年下降。目前在發(fā)達(dá)國家，除部分農(nóng)業(yè)機(jī)械和輕紡機(jī)械尚少量使用之外，已處于被淘汰的狀態(tài)。 另一方面，在這一時期，以化纖帆布和簾布為芯體而制成的無接頭和熱接頭環(huán)形帶，則在全球獲得了長足發(fā)展。它以強(qiáng)度大、噪聲低、傳動平穩(wěn)、運輸圓滑、耐屈撓、壽命長和無需接頭等為特點，使用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，并在微型傳動帶中形成主流。 1.2.2 三角帶 圖 1-2 各種三角帶 三角帶又稱V型帶，是傳動帶中產(chǎn)量最大、品種最多、用途最廣的一種產(chǎn)品。自從1917年首次由美國制成汽車風(fēng)扇帶，20年代初開始推廣用于工農(nóng)機(jī)械之后，半個多世紀(jì)以來久盛不衰，發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已成為傳動帶的主流。在世界各國傳動帶中，從橡膠用量來看，三角帶現(xiàn)已占到65％上，齒型帶為25％，平板帶則已退減到10％以下。目前，三角帶已成為世界各種機(jī)械裝置動力傳動和變速的主要器材，在當(dāng)今農(nóng)機(jī)、機(jī)床、汽車、船舶、辦公設(shè)備等廣泛領(lǐng)域，發(fā)揮著日益重要的作用。 按照斷面尺寸，三角帶可分為產(chǎn)業(yè)機(jī)械用的Y、O、A、B、C、D、E七種工業(yè)型號和汽車、拖拉機(jī)等用的各類風(fēng)扇帶，共計兩大類別。Y、O型為最小的V型帶，主要用于打字機(jī)、切書機(jī)等辦公設(shè)備、家電制品(洗衣機(jī)、榨汁器、吸塵器)。一般產(chǎn)業(yè)機(jī)械，隨著馬力的增大，順序使用A、B、C、D、E等V型帶，其中D、E型為重型帶，用于船舶、電力等大型機(jī)械。至于風(fēng)扇帶，除了汽車、拖拉機(jī)之外，還大量用在水泵、空調(diào)等方面。在發(fā)達(dá)國家，三角帶與風(fēng)扇帶的生產(chǎn)比率已達(dá)到2：1-3：2的程度，風(fēng)扇帶呈現(xiàn)明顯上升的勢頭。 三角帶一般都是指包布式V型帶，從20世紀(jì)60年代開始，為提高傳動帶的耐久性，又出現(xiàn)了切邊式V型帶。這種切邊V型帶，由于膠帶結(jié)構(gòu)側(cè)面沒有包布，帶體十分柔軟，耐屈撓疲勞性能非常好，因而得到迅速發(fā)展。進(jìn)入80年代，為解決三角帶多根成組傳動時因產(chǎn)生不一樣長而帶來的傳動效率和使用壽命下降等問題，又興起了多根三角帶用平板帶固定在一起的三角帶。習(xí)慣稱之為聯(lián)組三角帶的V型平板帶，具有極大的優(yōu)越性，因而又開始出現(xiàn)V型平板帶取代包布式和切邊式三角帶的現(xiàn)象。這種三角帶與平板帶結(jié)合的膠帶，雖然對帶輪溝槽有特殊的要求，然而由于帶體很薄，與帶輪的接觸面積大，彎曲性好，帶輪縮小，可使傳動裝置進(jìn)一步小型化、節(jié)能化，在世界發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)量急劇增長。 近些年來，為適應(yīng)各種傳動裝置的特殊需要，除普通標(biāo)準(zhǔn)型的三角帶之外，還出現(xiàn)了數(shù)量眾多、形狀各異的特種三角帶，它們主要有： (1) 窄型和寬型三角帶 普通三角帶的寬高比為1：1．5～1．6，而窄型和寬型的三角帶分別為1：1．2和1：2。窄型V帶的結(jié)構(gòu)尺寸比普通V帶可以減少約50％，能節(jié)省大量原材料，同時強(qiáng)力均勻，有效接觸面積大，彎曲應(yīng)力小，可大大延長使用壽命。窄型v帶的傳動效率可達(dá)90％一97％，極限速度達(dá)40-50m／s，傳動能力提高0．5～1．5倍，最適于短距離、小帶輪于變速傳動，故又稱之為變速帶。其特點是在帶的上下表面，大多制成單面或雙面的弧形或齒形狀態(tài)，使之易于調(diào)速，主要用在低速的圓錐式和圓盤式無級變速器方面。 (2) 小角和大角三角帶 它同普通三角帶的主要區(qū)別是，夾角40改為30和60左右。小角V帶能使接觸面減小，降低所需張力，可延長使用壽命，適于設(shè)備的小張力傳動。大角V帶為上半部呈矩形，下半部呈倒梯形的六角帶，能使摩擦損失減小，承載能力增大，帶體柔軟，適于輕小型設(shè)備的高速傳動。 (3) 活絡(luò)和沖孔三角帶 活絡(luò)帶由多個小段以金屬螺釘連結(jié)而成。沖孔帶在帶體縱向沖有許多等距的透孔用以連接接頭。這種V帶都是可以接頭的三角帶，可根據(jù)需要長度隨意自由接頭定長。它彌補了普通三角帶無接頭，只能按規(guī)定長度使用的限制。另外一個好處是，在使用中，當(dāng)三角帶體出現(xiàn)局部損壞后，可更換損壞部位繼續(xù)使用，同時，它還有可簡單自由調(diào)節(jié)長度大小的優(yōu)點。但因強(qiáng)度較低，只能用于低速傳動，又由于存在精確度低、傳動效率差等問題，近些年來使用日趨減少。 此外，對指定用于汽車、拖拉機(jī)等各種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動風(fēng)扇而用的三角帶，人們專門稱之為風(fēng)扇帶。它的特點是以單根使用為主，帶輪很小，傳距很短，速度與功率常變，是屬于接觸溫度較高、在苛刻環(huán)境條件下使用的一種V帶。風(fēng)扇帶也常用在發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、動力泵等方面。風(fēng)扇帶由于其性能要求與普通三角帶完全不同，在工業(yè)上單獨分類統(tǒng)計。近些年來，世界風(fēng)扇帶的發(fā)展十分迅速，數(shù)量已占到三角帶總量的三分之一。 風(fēng)扇帶分為普通和窄型兩種，細(xì)分為包布式平底V帶、圓齒V帶、切邊式平底V帶和波浪V帶等多種類型。風(fēng)扇帶的結(jié)構(gòu)一般比普通三角帶要復(fù)雜，見附圖，除強(qiáng)力層、伸張層、壓縮層和包布層之外，又增加了緩沖層和支撐層。 現(xiàn)在使用最多的是切邊式波浪V帶，生熱低、散熱快、摩擦大、噪聲小、強(qiáng)度好、效率高，行駛里程可達(dá)18～20萬公里，比一般風(fēng)扇帶高出約一倍。近年來，隨著汽車發(fā)動機(jī)效率的提高和旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)的出現(xiàn)，以及液壓轉(zhuǎn)向裝置和冷風(fēng)裝置的增多，對風(fēng)扇帶的要求日益嚴(yán)酷，不僅帶輪小型化，而且采用雙向兩面驅(qū)動的方式越來越多，因此，橡膠和芯體材料也隨之產(chǎn)生了重大改變，普通三角帶、V型平板帶與風(fēng)扇帶比較1-上膠布層：2-下膠布層；3-橡膠伸張層：4-橡膠壓縮層：5-線繩強(qiáng)力層；6-橡膠緩沖層： 1.2.3 圓形帶 圓形帶為斷面呈圓形的傳動帶，它可以自由彎曲驅(qū)動。這種帶多為聚氨酯制造的，通常沒有芯體，結(jié)構(gòu)最為簡單，使用方便。圓形帶為膠帶傳動開辟了新的途徑，世界各國在小型機(jī)床、縫紉機(jī)、精密機(jī)械等方面需用量急劇增長，今后潛力很大。 1.2.4 齒型帶 齒型帶亦稱同步帶，分為單面齒帶和雙面齒帶兩種類型。前者主要用于單軸傳動，后者為多軸或反向傳動，系從1980年以來世界新出現(xiàn)的又一種高效傳動帶。齒型帶根據(jù)齒的形狀又分為梯形和圓弧形兩種，以圓弧形齒的同步帶所承受的扭矩為最大。從所用材料上，齒型帶可區(qū)分為橡膠型和聚氨酯型兩大類，而前者又有普通橡膠(通常為氯丁橡膠)和特種橡膠(多為飽和丁腈橡膠)之分。它們的結(jié)構(gòu)是由鋼簾線或玻璃纖維組成的強(qiáng)力層和以橡膠及尼龍布形成的外包橡膠層或聚氨酯膠層構(gòu)成。 齒型帶包括多楔帶，近20年來在工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展極為迅猛，正在不斷地侵蝕傳統(tǒng)的金屬齒輪、鏈條以及橡膠方面的平板帶和三角帶市場。目前，除已大量用于汽車及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之外，并進(jìn)一步擴(kuò)大到OA機(jī)器(辦公設(shè)備)、機(jī)器人等各種精密機(jī)械的傳動。由于膠帶內(nèi)側(cè)帶有彈性體的齒牙，能實現(xiàn)無滑動的同步傳動，而且具有比鏈條輕、噪音小的特點，現(xiàn)今歐洲80％以上的轎車、美國40％的轎車都已裝用了這種齒型帶。我國2000年生產(chǎn)汽車200萬輛，齒型帶需要700萬條以上。最近出現(xiàn)的圓齒帶較之方齒帶，更進(jìn)一步增大了傳動力和肅靜性，作為新一代的環(huán)保帶，其使用范圍更趨廣泛?，F(xiàn)在，已開始成為對同步傳動、噪音要求極為嚴(yán)格的家用和工業(yè)用縫紉機(jī)、打字機(jī)、復(fù)印機(jī)的使用對象。 1.3 帶傳動的工藝設(shè)備趨向 多年來，傳動帶的生產(chǎn)工藝在世界各地一直沒有大的變化，不外煉膠、成型、硫化三大老的工藝。所不同的是，切割式三角帶取消了V型帶成型時的包布，并改為在硫化后切割，同時增加研磨工序。而對于齒型帶則是在帶齒形溝槽的模型上，先置入外包帆布，然后呈螺旋狀纏上芯線，而后上覆橡膠片，連同模型一起送入硫化罐硫化。此時，利用橡膠在加熱中的塑性流動，從芯線的縫隙將帆布充入模齒內(nèi)而形成帶齒，硫化后再從模型中取出成適當(dāng)?shù)膶挾取? 這種生產(chǎn)工藝，把傳動帶的制造過程人為地分割成好幾塊，無法聯(lián)結(jié)起來；加之傳動帶的品種規(guī)格太多，生產(chǎn)批量很小，產(chǎn)品變動頻繁，給工藝設(shè)備的連續(xù)化、自動化帶來了諸多困難，生產(chǎn)效率十分低下。當(dāng)前國外的發(fā)展趨勢，一是努力研究實現(xiàn)工藝的連續(xù)化生產(chǎn)，提高設(shè)備自控水平，促使生產(chǎn)效率大幅度提高：二是繼續(xù)擴(kuò)大使用聚氨酯等液體彈性體，從根本上簡化工藝，縮短流程，改變傳統(tǒng)的橡膠工藝加工方式?，F(xiàn)在，聚氨酯液相加工工藝在小型和微型帶中，已占據(jù)主導(dǎo)地位，前景十分樂觀。 還有，短纖維橡膠的混合也是當(dāng)今世界傳動帶業(yè)界一大課題。如何使短纖維在橡膠中均勻分散，并解決由此而產(chǎn)生的膠料高粘度化，造成生產(chǎn)效率下降的現(xiàn)象，需要在混煉方法和控制方式有新的突破。另外，短纖維橡膠的纖維排列取向也是不可忽視的又一個問題，通常采用壓延機(jī)和壓出機(jī)定向供膠出片、按流動方向取片的方法，也并非最佳良策。無紡布、復(fù)合片材是今后開發(fā)的方向。 縱觀半個多世紀(jì)以來世界傳動帶的發(fā)展趨勢，隨著全球高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的迅猛發(fā)展，今后傳動帶的主流是向著小型化、精密化和高速化的方向發(fā)展。老式的平板帶將被日漸淘汰，新型的環(huán)形平板帶重新崛起；切割三角帶將取代大部分包布V型帶、同時代之而起的V型平板帶、多楔帶、齒型帶可能成為新的主流產(chǎn)品。 我國生產(chǎn)傳動帶的廠家十分雜亂，除200家國有、三資企業(yè)之外，還有1000余家集體、私營和個體所有制企業(yè)，僅V型帶一種產(chǎn)品年產(chǎn)即達(dá)4億A米以上，在產(chǎn)量上雖已位居世界前列，而略具規(guī)模水平的不過十幾家。除少數(shù)引進(jìn)技術(shù)設(shè)備和合資企業(yè)外，大多處于后進(jìn)狀態(tài)，亟待改組、改造、改革。調(diào)整傳動帶行業(yè)結(jié)構(gòu)，淘汰老舊產(chǎn)品，開發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品，迎頭趕上世界傳動帶先進(jìn)技術(shù)水平，可說是當(dāng)前最為緊迫的任務(wù)。 1.4 本課題的研究目的，意義及研究成果 目前國內(nèi)的汽車傳動帶的質(zhì)量普遍低于美國、日本等發(fā)達(dá)國家的同類產(chǎn)品的一個主要原因在于疲勞壽命試驗不過關(guān)，因此研發(fā)一種適合我國國情的，達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平的新型傳動帶疲勞壽命試驗機(jī)是必要的。其目的是進(jìn)一步推進(jìn)汽車傳動帶的研發(fā)能力，為國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的控制與監(jiān)測、標(biāo)準(zhǔn)化的制定提供理論依據(jù)。對帶進(jìn)行疲勞試驗，從而能保證帶的質(zhì)量和耐用度。 第2章 總體方案的設(shè)計 2.1 技術(shù)要求 技術(shù)要求：負(fù)載功率：10KW； 主動輪轉(zhuǎn)速：4900r/min±2%； 帶張緊力：680±30N； 高溫箱：85℃±5℃； 要求測量主動輪、從動輪轉(zhuǎn)速測量精度為±1%。 由GB13552-1998查得： 帶長：850—1000mm 主動輪從動輪有效直徑121±0.002mm 張緊輪直徑：55±0.2mm 帶的彈性模量E=7.8Mpa 帶的橫截面積A=71.2 2.2 加載方式的選擇 2.2.1機(jī)械封閉功率試驗機(jī)的工作原理 眾所周知，V帶是靠摩擦力來實現(xiàn)傳動的。在傳動中特有一個彈性打滑現(xiàn)象，它是由于在傳動中，帶輪的倆邊拉力不相等造成的。我們用滑差率ε%表示彈性滑動的大小。從膠帶的變形關(guān)系可以推出滑差率 （1） 式中：=帶緊邊拉力，=帶松邊拉力，F(xiàn)=帶有效拉力，= 主動輪線速度， =從動輪線速度，=主動輪直徑，=從動輪直徑，=主動輪轉(zhuǎn)速，=從動輪轉(zhuǎn)速，E=膠帶的彈性模量，A=膠帶的橫截面積。 由（1）式中可以看出，有效拉力F越大，則彈性滑動越大，滑差率ε%就越大，有效拉力即為帶傳動中的載荷，所以帶中傳遞的載荷也越大。 機(jī)械封閉功率試驗機(jī)就是系統(tǒng)的載荷在整個系統(tǒng)中封閉傳遞，并且傳遞的是機(jī)械彈性變形能。 2.2.2加載傳動方式的選擇 可供選擇的方案：用行星輪系和力矩電機(jī)的加載傳動方式 采用電磁加載器加載的傳動方式 對比分析 1）采用行星輪系和力矩電機(jī)的加載傳動方式 傳動原理 該種方式的傳動原理如圖1示： 圖 2-1 行星輪系和力矩電機(jī)加載的傳動原理 該種方式中，兩個試驗帶輪直徑相等，主傳動輪安裝在行星輪系的外殼上，主電機(jī)通過傳動軸與輪系的系桿聯(lián)接，力矩電機(jī)與輪系的中心輪聯(lián)接。該輪系為差動輪系，有兩個自由度。 該種方式中需要用到力矩電機(jī)和主電機(jī)兩個電機(jī)，而且需要設(shè)計行星輪系，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且結(jié)構(gòu)不夠緊湊。 1） 采用電磁加載器加載的傳動方式 傳動原理 該種方式的傳動原理如圖2所示： 圖2-2電磁加載器加載方式的傳動原理 該種方式的顯著特點是傳動帶有兩條，兩主動輪直徑不等，而從動輪直徑相等。主動輪 裝在與電磁加載器外殼相連接的空心軸13上，主傳動輪 裝在與加載器的芯軸相連接的中心軸12上。當(dāng)電磁加載器使兩主動輪剛性聯(lián)接時，由于傳動帶傳動比不等，為系統(tǒng)加上載荷。當(dāng)電磁器斷電時，系統(tǒng)為開式系統(tǒng)，無扭矩產(chǎn)生，即無載荷傳動。 此種方式只需一個電機(jī)驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，而且，電磁加載器屬于外購件，選購方便，而且降低了成本。比較兩種傳動方式選擇第二種電磁加載方式。 2.2.3 電磁加載器的選擇 根據(jù)設(shè)計要求選擇南通遠(yuǎn)辰設(shè)備有限公司的電磁加載器 型號為：WZ-70P 主要技術(shù)參數(shù)為： 額定功率：P=16kw 額定轉(zhuǎn)矩： T=70Nm 最高轉(zhuǎn)速：2000-2800 轉(zhuǎn)動慣量：J=0.005kg 圖4-4 外形及安裝尺寸圖 一、使用環(huán)境 1、最高的環(huán)境溫度不超過40℃ 2、海拔高度不超過1000m 3、當(dāng)環(huán)境溫度為20 時，相對溫度不大于85% 二、冷卻水 1、水質(zhì) 冷卻水的水質(zhì)為自來水、一般工業(yè)用水、地下水或經(jīng)初步過濾的河水。 水中不含有直徑1mm 以上的固定果斷或其它雜物，其PH 值為6-8，硬度以200ppm以下為宜，最大值為300ppm. 2、水壓進(jìn)水壓力一般不小于0.05MPa,不大于0.2MPa,本產(chǎn)品對水壓要求不嚴(yán)，建議用戶在安裝時加進(jìn)水閥門，以方便調(diào)節(jié)水量。 3、水量 冷卻水量見參數(shù)表，進(jìn)水量的大小按測試功率的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般按千瓦損耗約0.5L/min 的水量供給。 4、進(jìn)水溫度最高不超過30℃，但不低于4℃，出水溫度約為70℃為宜，使用時可根據(jù)出水溫度的高低調(diào)節(jié)冷卻水量。 2.3 功能原理方案設(shè)計 基于功能原理方案設(shè)計包括原理方案的功能原理分析，功能分析。分功能求解和功能原理方案確定等5項內(nèi)容，就是求取一個最佳的功能系統(tǒng)的解，構(gòu)成一個原理方案，實現(xiàn)所提出的創(chuàng)造目標(biāo)，并滿足周邊的各種限制條件。 1.功能原理分析 任何一個機(jī)械產(chǎn)品的功能分析和綜合，就能針對產(chǎn)品的主要功能提出一些原理，方案，例如設(shè)計，機(jī)械封閉或汽車多楔帶疲勞試驗機(jī)，總體原理方案可以通過加載傳動方式來體現(xiàn)，有如下幾種方式：1采用行星輪系和力矩電機(jī)加載 2采用電磁加載器加載 不同的原理和加工工藝會有不同設(shè)備。原理方案還有執(zhí)行功能工藝過程以及執(zhí)行元件有著密切關(guān)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供比較選擇。 2.功能分解 產(chǎn)品和技術(shù)系統(tǒng)的總體功能稱為產(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，難以直接求得滿足總功能的原理解?？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，以便通過各功能元解的有機(jī)組和求得技術(shù)系統(tǒng)解。功能分解可用樹狀的功能結(jié)構(gòu)，稱為功能樹。功能樹起于總功能按分功能，二級分功能分解，其常為功能元。功能元是可以直接求解的系統(tǒng)的最小組成單元。 試驗機(jī) 控制 1. 扭距傳感器 2. 轉(zhuǎn)速的控制（速度傳感器） 3. 位移的控制（行程開關(guān)） 4. 旋轉(zhuǎn)精度的控制（光電編碼器） 5. 溫度的控制（溫度傳感器）（±5℃） 結(jié)構(gòu) 1． 床身 2． 保溫箱 3． 殼罩 功能 1. 帶傳動（主動從動帶轉(zhuǎn)動電機(jī)） 2. 加負(fù)載（電磁加載器、行星輪系） 3. 張緊（重砣絲杠電機(jī)） 4. 保溫(保溫箱) 5. 帶的裝卸（絲杠正反轉(zhuǎn)螺母、雙絲杠、雙電機(jī)雙螺母） 圖2-3 汽車多楔帶疲勞試驗機(jī)的功能樹 總功能確定后，功能分解可按以下方法進(jìn)行 按照解決問題的因果關(guān)系或目的手段關(guān)系進(jìn)行分解。試驗機(jī)采用功能樹的方法進(jìn)行分解。 功能樹起源于相當(dāng)于總功能的樹干，實現(xiàn)總功能這一目的所需要采用的全部手段功能構(gòu)成一級分功能，這些分功能相當(dāng)于樹枝。實現(xiàn)一級分能目的的手段構(gòu)成了二級分功能。如此分解，直到分解到可以直接求解的位于樹枝末端的功能元為止。 3.分功能求解 設(shè)計目錄法 設(shè)計目錄法是一種設(shè)計信息庫。它把設(shè)計過程中的大量信息有規(guī)律地加以分類。排列和儲存，以便于設(shè)計者查找和闊用。在計算機(jī)輔助自動化設(shè)計的專家系統(tǒng)和智能系統(tǒng)中，科學(xué)，完備的設(shè)計信息資料是解決問題的重要基本條件。設(shè)計目錄的內(nèi)容和用途來看都不同于機(jī)械設(shè)計手冊或標(biāo)準(zhǔn)手冊，它主要的表格的形式提供與設(shè)計方法有關(guān)的分功能或功能元的原理解。 4功能原理方案確定 由于每個功能元的解有多個，因此自或機(jī)械的功能原理方案，可以有多個。功能原理方案的組合可采用形態(tài)矩陣進(jìn)行綜合。 形態(tài)學(xué)矩陣法是一種系統(tǒng)搜索和程式化求解的分功能組合求解方法。形態(tài)學(xué)矩陣法是進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)組或和創(chuàng)新的基本途徑，得到多種可行方案后，經(jīng)篩選，評價可以獲得最佳方案。 形態(tài)學(xué)矩陣法的引用步驟如下 （1）通過總功能分解可以求得若干分功能。 （2）功能求解 （3）方案組式 （4）方案評價 （5）選出綜合最優(yōu)方案 機(jī)械運動形式變化解法的目錄如下表： 表2-1 試驗機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣 方 式 功 能 元 1 2 3 4 主動從動帶轉(zhuǎn)動（A） 鏈傳動 帶傳動 齒輪傳動 加負(fù)載（B） 電磁加載器 行星輪系 張緊（C） 電機(jī)+絲杠 液壓系統(tǒng) 重砣 保溫（D） 保溫箱 裝卸帶（E） 凸輪機(jī)構(gòu) 雙絲杠 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 絲杠+正反轉(zhuǎn)螺母 5用形態(tài)學(xué)矩陣法選擇試驗機(jī)的運動方案 根據(jù)形態(tài)學(xué)矩陣可綜合出72（N=3x2x3x4=72）種方案。根據(jù)是否滿足預(yù)定的運動要求，運動鏈機(jī)構(gòu)順序安排是否合理，運動精確度、成本高低、是否滿足環(huán)境、動力源、生產(chǎn)條件等限制條件，最后選擇出比較好的運動方案。 方案一：A2+B1+C3+D1+E4 方案二：A2+B2+C2+D1+E2 根據(jù)上述各功能要求，選方案一，原因如下： 1） 就加載方式選擇：行星輪系加載方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高，而應(yīng)用電磁加載器可以外購使用選購方便。應(yīng)用到試驗機(jī)上結(jié)構(gòu)比較合理。 2） 就張緊而言，加重砣易于控制張緊力，液壓結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高。 3） 裝卸帶方面采用單絲杠+正反轉(zhuǎn)螺母，可以工作臺結(jié)構(gòu)簡單，簡化設(shè)計。而且易于控制，只需一個驅(qū)動電機(jī)。雙絲杠需要兩個驅(qū)動電機(jī)。而且做到同步也很困難，控制精度不如前者。 2.4 扭矩傳感器的選擇 據(jù)設(shè)計要求扭矩傳感器選擇北京工標(biāo)的GB-DTS系列扭矩傳感器 型號為：GB-DTS動態(tài)法蘭扭矩傳感器 s 圖 4-1 GB-DTS動態(tài)法蘭扭矩傳感器 2.4.1 產(chǎn)品特點 1. 選5V/12V。信號輸出波形方波幅度可 2. 開機(jī)5分鐘即可進(jìn)入工作狀態(tài)，勿需預(yù)熱過程。 3. 檢測精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強(qiáng)。 4. 不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反扭矩。 5. 體積小、重量輕、易于安裝。 6. 傳感器可脫離二次儀表獨立使用，只要按插座針號提供±15V（200mA） 的電源，即可輸出阻抗與扭矩成正比的等方波或脈沖波頻率信號。 2.4.2 主要性能及電氣指標(biāo) 扭? 矩 精 度：?? ＜±0.5%F·S、＜±0.3%F·S、＜±0.1%F·S（可選） 頻 率 響 應(yīng)： 100μs 非 線 性： ＜±0.2 % F· S 重 復(fù) 性： ＜±0.1% F· S 回 差： ＜0.1 % F· S 零 點 時 漂： ＜0.2 % F· S 零 點 溫 漂： ＜0.2 % F· S /10℃ 輸 出 阻 抗： 350Ω±1Ω、700Ω±3Ω、1000Ω±5Ω（可選） 絕 緣 阻 抗： >500MΩ 靜 態(tài) 超 載： 120 % 150% 200%(可選) 使 用 溫 度： －10 ～ 50℃ 儲 存 溫 度： －20 ～ 70℃ 電 源 電 壓： ±15V±5% 總 消耗電流： ＜200mA 頻率信號輸出： 5KHZ—15KHZ 額 定 扭 矩： 10KHZ±5kHZ （正反雙向測量值） 2.4.3 維護(hù)與保養(yǎng) ? 1.每隔一年應(yīng)給扭矩傳感器兩端軸承加潤滑脂。加潤滑脂時，僅將兩端軸承蓋打開，將潤滑脂加入軸承，然后裝上兩端蓋。 ? 2.應(yīng)儲存在干燥、無腐蝕、室溫為 -20℃——70℃的環(huán)境里。 2.4.4 注意事項與安裝方式 ?1.注意事項 1）安裝時，不能帶電操作，切莫直接敲打、碰撞傳感器。 ?2）聯(lián)軸器的緊固螺栓應(yīng)擰緊 ,聯(lián)軸器的外面應(yīng)加防護(hù)罩，避免人身傷害。 ?3）信號線輸出不得對地 ,對電源短路,輸出電流不大于10mA?? 屏蔽電纜線的屏蔽層必須與 +15V電源的公共端（電源地）連接。 2.安裝方式 (1).水平安裝:如圖4-2所示: 圖4-2 扭矩傳感器水平安裝示意圖 (2).連接方式： 扭矩傳感器與動力設(shè)備、負(fù)載設(shè)備之間的連接 1)彈性柱銷聯(lián)軸器連接: 如圖4-3所示，此種連接方式結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，維護(hù)方便。能夠微量補償安裝誤差造成的軸的相對偏移，同時能起到輕微減振的作用。適用于中等載荷、起動頻繁的高低速運轉(zhuǎn)場合，工作溫度為-10-50℃。 圖 4-3 彈性柱銷連接示意圖 2)剛性聯(lián)軸器連接: 如圖14所示，這種連接形式結(jié)構(gòu)簡單，成本低，無補償性能，不能緩沖減振，對兩軸的安裝精度較高。用于振動很小的工況條件。 3)安裝要求： (1) 扭矩傳感器可水平安裝，也可垂直安裝 (2) 如圖11、12所示，動力設(shè)備、傳感器、負(fù)載設(shè)備應(yīng)安裝在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上大的震動，否則可能發(fā)生數(shù)據(jù)不穩(wěn)，降低測量精度，甚至損壞傳感器。 (3) 采用彈性柱銷聯(lián)軸器或剛性聯(lián)軸器連接。 (4) 力設(shè)備、傳感器、負(fù)載設(shè)備軸線的同心度應(yīng)小于Φ0.05mm。 4)安裝步驟： (1)根據(jù)軸的連接形式和扭矩傳感器的長度，確定原動機(jī)和負(fù)載之間的 距離，調(diào)節(jié)原動機(jī)和負(fù)載的軸線相對于基準(zhǔn)面的距離，使它們的軸線的同 軸度小于Φ0.03mm,固定原動機(jī)和負(fù)載在基準(zhǔn)面上。 (2)將聯(lián)軸器分別裝入各自軸上。 (3)調(diào)節(jié)扭矩傳感器與基準(zhǔn)面的距離，使它的軸線與原動機(jī)和負(fù)載的軸線的 同軸度小于Φ0.03mm，固定扭矩傳感器在基準(zhǔn)面上。 (4)緊固聯(lián)軸器，安裝完成。 第3章 疲勞試驗機(jī)的各部分計算 3.1 電機(jī)的選擇 圖3-1 傳動簡圖 （1）4個軸承+兩個扭矩傳感器 傳動效率=0.99 （2）兩個聯(lián)軸器：彈性=0.99 （3）兩個帶傳動 V帶 =0.96 電機(jī)功率=/ =10kw/·· = 11.7kw 電機(jī)選擇條件： ①P=11.7kw ②小型三相異步電機(jī)（封閉式），用途：一般用途的驅(qū)動源無特殊要求。 因此，選用三相異步電機(jī)Y160L-4型 15kw 1460r/min 圖1-2 三相異步電機(jī)Y160L-4型 3.2 軸的設(shè)計 3.2.1 軸的種類與特點 軸是組成機(jī)械的一個重要零件。它支撐著其他轉(zhuǎn)動件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩。同時又通過軸承和機(jī)架連接，所有軸零件都圍繞軸心線做回轉(zhuǎn)運動，形成了一個以軸為基準(zhǔn)的組合體——軸部件。所以在軸的設(shè)計中，不能只考慮軸本身，還必須和軸系零部件的整個結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來。軸按承受載荷不同可分為轉(zhuǎn)軸，心軸與傳動軸，此疲勞試驗機(jī)既承受彎矩又承受扭矩。故此主動軸為轉(zhuǎn)軸。按形狀又可分為階梯軸，空心軸等。 3.2.2 軸的常用材料 軸的材料種類很多設(shè)計時主要根據(jù)對軸的強(qiáng)度，剛度，耐磨度等要求為采用的熱處理方式。同時考慮到選工藝問題加以選用為求經(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。多楔帶疲勞試驗機(jī)中主動軸與從動軸的材料均選為45號鋼。 3.2.3設(shè)計計算步驟 1. 已知：傳遞功率P（kw）；轉(zhuǎn)速N（r/min）。軸上主要零件尺寸，軸在機(jī)器位置中的要求。 2. 計算軸上的轉(zhuǎn)矩T（N·mm） 3. 選擇軸的材料和熱處理方式。 4. 計算軸的最小直徑。軸的最小直徑為：d=，軸的最小直徑若需開一或兩個鍵槽，則將最小直徑增加5%或10%。 5. 選擇聯(lián)軸器 根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩、最小軸徑、軸的轉(zhuǎn)速，選擇聯(lián)軸器類型。 6.初選軸承 依據(jù)軸的載荷性質(zhì)、方向和大小，以及轉(zhuǎn)速的高低，選擇軸承類型。根據(jù)工作要求及輸入端的直徑在軸承選取目錄中選取軸承型號，并記錄其尺寸（內(nèi)徑x外徑x寬度） 6. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 (1) 擬定軸上零件的裝配方案 (2) 確定軸的各段直徑 (3) 確定軸的各段長度 (4) 軸上零件的周向定位 (5) 確定軸上圓角和倒角尺寸 7. 軸的校核 按彎扭合成校核 （1） 畫受力簡圖 （2） 計算作用于軸上的支反力 （3） 計算軸的彎矩，并畫彎、轉(zhuǎn)矩圖 （4） 計算并畫當(dāng)量彎矩圖 （5） 校核軸的強(qiáng)度 8. 按安全系數(shù)校核 9. 繪制軸的工作圖 3.2 設(shè)計計算過程 3.2.4 軸Ⅰ的計算 按設(shè)計要求：=10kw =4900r/min 材料：45 熱處理方式：調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)機(jī)械設(shè)計表15-3取=121 軸Ⅰ的最小直徑為： Dmin==121=15.3mm 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選軸的直徑與聯(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Tca=，查表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化，故取=1.3則： Tca=·=1.3·19489N·mm=25336N·mm 按照計算轉(zhuǎn)矩Tca應(yīng)該小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T5014-1985,選用HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器，其許用轉(zhuǎn)矩為160N·m。半聯(lián)軸器的孔徑=20mm，故取dmin=20mm。半聯(lián)軸器長度L=40mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度=52mm。 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）擬定軸上零件的裝配方案 ，如下圖： 圖3-1 軸的結(jié)構(gòu)簡圖 （2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ⅰ—Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故Ⅱ——Ⅲ段的直徑DⅡ—Ⅲ=30mm；左端用軸承擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=32mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=52mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不在軸的端面上，故Ⅰ—Ⅱ段的長度應(yīng)比L1略短一些，現(xiàn)取LⅠ—Ⅱ=50mm。 2）初步選取滾動軸承，因軸承只承受徑向力，故選用角接觸球軸承。參照工作要求并根據(jù)DⅡ—Ⅲ=30mm，由軸承目錄中初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的角接觸球軸承7006C型，其尺寸為： 表 3-1 角接觸球軸承7006C參數(shù) 基本尺寸 安裝尺寸 基本額定載荷KN 極限轉(zhuǎn)速 r/min 質(zhì)量kg d D B a damin Damax Cr Cor 油潤滑 脂潤滑 W 30 55 13 12.2 36 49 15.2 10.2 1500 1400 0.11 故DⅡ—Ⅲ=DⅥ—Ⅶ=30mm，而LⅢ—LⅣ=15mm 兩軸承均采用軸肩定位。故取DⅢ—Ⅳ=DⅤ—Ⅵ=35mm 由手冊查得7006C的定位軸肩高度為h=5mm。 3）取安裝主動帶輪處的軸段DⅧ—Ⅸ=26mm，已知帶的輪轂寬度為80mm，故取LⅦ—LⅧ=60mm。 至此已初步確定Ⅰ軸的各段直徑和長度。 （3）軸上零件的周向定位 帶輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按DⅠ—Ⅱ由表6-1查得平鍵截面bxh=8x7mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長度為56mm，同時為了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選帶輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為8x7x36mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。滾動軸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m6。 (4)確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表15-2，取軸端倒角為2x2，各軸肩處圓角半徑為R2。 3.2.5 軸的校核 進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體負(fù)載及應(yīng)力情況，采用相應(yīng)的計算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取其許用應(yīng)力。對于僅僅（主要）承受扭矩的軸（傳動軸），應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計算；對于只承受彎矩的軸（心軸）應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件進(jìn)行計算；對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)行計算。需要時還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核。此外對于瞬時過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對稱性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過量的塑性變形。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 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——計算載面處軸的直徑mm 由此可得 對于直徑d100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大5%-7%。有兩個鍵槽時應(yīng)增大10%-15%然后將軸圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。 故可取 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的設(shè)計簡圖。在確定軸承后與點位置時，應(yīng)從手冊中查詢a值，根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。 圖3-2 軸的載荷分析圖 載荷 水平面H 垂直面V 支反力 彎矩 總彎矩 扭矩T T=85045N`mm 進(jìn)行校核時，通常只校核軸承受最大彎矩與扭矩的截面的強(qiáng)度。由于軸是單向旋轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈沖循環(huán)變應(yīng)力。取 應(yīng)力 由于前已測定軸的材料為45鋼，調(diào)后處理，由表15-1查得。同上。故安全 3.2.6 軸承的校核 由表3-1的角接觸球軸承7006C的基本額定動載荷C=15.2KN，基本額定靜載荷=10.2KN。 1.求兩軸承受到的徑向載荷和。 將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面（圖3-2b）和水平面（圖3-2c）兩個平面系。其中：圖3-2c中的為通過另加轉(zhuǎn)矩平移到指向軸線。 由受力分析可知： ==N=218.2N =-=750-218.2=531.8N ==x1800N=748.6N =-=1800-748.6=1051.4N ===756.7N ===1431.5N 2.求兩軸承的計算軸向力和 對于70000c型軸承，軸承派生軸向力=e，其中e為判斷系數(shù)，其值由的大小來確定，但現(xiàn)在軸承軸向力未知，故先取e=0.4，因此可估算 =0.4=302.68N =0.4=572.6N =+=300+572.6=872.6N ==572.6N ==0.086 ==0.056 插值計算后，得=0.422，=0.401 兩次計算e值相差不大，因此確定=0.422，=0.401，=872.6N，=572.6N。 圖3-2 角接觸球軸承受力分析圖 3.求軸承當(dāng)量動載荷和 因為： ==1.157> ==0.401= 查表得 對軸承1 =0.44，=1.327 對軸承2 =1， =0 因軸承運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，=1.2-1.8，取=1.5。則 =（+）=1.5x（0.44x756.7+1.327x876.2）=1495.64N =（+）=1.5x（0.44x1431.5+1.327x572.6）=1358.5N 4.驗算軸承壽命 因為>,所以按軸承1的受力大小驗算 ==x=48960.57h> 故所選軸承滿足壽命要求。 3.3 絲杠的選擇計算 3.3.1 傳動方案的確定 方案一：滾珠絲杠+電機(jī)+T型槽 方案二：滾珠絲杠+手輪+光電編碼器 分析：方案一采用電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠在移動過程中不易控制傳動精度，而且電機(jī)還要選購；方案二采用手輪驅(qū)動，在本設(shè)計中手輪驅(qū)動可以達(dá)到要求，再加上光電編碼器對傳動精度的控制，方案二優(yōu)于方案一，所以采用方案二。 導(dǎo)程的計算： 3.3.2 技術(shù)要求 技術(shù)參數(shù)： 試驗帶長L=850-1000mm，試驗帶輪直徑：121mm，張緊輪直徑：63mm 圖 3-3 帶輪擺放位置示意圖 粗略計算把試驗帶型看成等腰直角三角形 于是得：中心距=a= 當(dāng)帶長為1000時，=585mm； 當(dāng)帶長為850時，=468mm 所以絲杠的移動范圍△=585-468=116mm 3.3.3 設(shè)計步驟 1）計算載荷（N）的計算 = （3-1） 式中，為載荷系數(shù)，按表3-1選取；為硬度系數(shù)，按表3-2選取；為精度系數(shù)，按表2-8選取；（N）為平均工作載荷。 表3-2 載荷系數(shù) 載荷性質(zhì) 無沖擊平穩(wěn)運轉(zhuǎn) 一般運轉(zhuǎn) 有沖擊和震動運轉(zhuǎn) 1-1.2 1.2-1.5 1.5-2.5 表3-3 硬度系數(shù) 滾道實際硬度HRC 58 55 50 45 40 1.0 1.11 1.56 2.4 3.85 表3-4 精度系數(shù) 精度等級 C、D E、F G H 1.0 1.1 1.25 1.43 2）額定動載荷計算值（N）的計算 = （3-2） 3）根據(jù)值從滾珠絲杠副系列中選所需要的規(guī)格，使所選規(guī)格的絲杠副的額定動載荷值等于或大于，并列出其主要參數(shù)值。 4）驗算傳動效率、剛度及工作平穩(wěn)性是否滿足要求，如不能，則應(yīng)另選其他規(guī)格并重新驗算。 3.3.4 計算過程 （1）求計算載荷由式（3-1） ==1.2x1.3x1.0x8500=9800N 有設(shè)計條件，查表3-1取=1.2，查表3-2取=1.3，查表3-3取D級精度。 （2）計算額定動載荷計算值（N）由式（3-2） ==9800 =32980N （3）根據(jù)選擇滾珠絲杠副 假設(shè)選用FC1型號，按滾珠絲杠副的額定動載荷等于或稍大于的原則，查表選定以下型號規(guī)格： FC1 5010-2.5 =33638N FC1 6310-2.5 =36776N 考慮各種因素選用FC1 5010-2.5。 絲杠副的數(shù)據(jù)為： 公稱直徑D=20mm 導(dǎo)程p=3mm 螺旋角 滾珠直徑 d=2.456mm 絲杠內(nèi)徑 d=16.5mm 絲杠長度 L=700mm （4）穩(wěn)定性校驗 絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷（N）按下式計算： = 式中，E為絲杠材料的彈性模量，對于剛，E=206GPa；l為絲杠工作長度（m）；為絲杠危險截面的軸慣性矩；為長度系數(shù)。 依題意， = =6.52xN 安全系數(shù)S===185.2。而[S]=2.5-2.3。S>[S]，絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。 （5）效率驗算 滾珠絲杠副的傳動效率為 = ==0.934 要求在90%-95%之間，所以該絲杠副合格。 經(jīng)上述計算驗證，F(xiàn)C1 5010-2.5各項性能均符合題目要求。 3.4 帶的設(shè)計 3.4.1 技術(shù)要求 設(shè)計參數(shù)：主傳動帶輪轉(zhuǎn)速 n=4900r/min 電機(jī)轉(zhuǎn)速 =1460r/min 電機(jī)功率 p=15kw 負(fù)載功率 p=10kw 傳動比 i==3.356 3.4.2 帶的計算 按電磁加載器的傳動分析得分兩次升速達(dá)到主動帶輪轉(zhuǎn)速 i=·=1.78x1.8=3.356 第一次升速相關(guān)計算 1. 確定計算功率 由表8-7查得工作情況系數(shù)=1.1 所以=p=1.1x15=16.5kw 2. 選擇多楔帶的帶型 由于本次設(shè)計是汽車多楔帶的實驗，傳動帶一律選用PK型多楔帶 3．確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d并驗算帶速V 1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑d2。由表8-6和表8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑為=126mm 2）驗算帶速v。按式8-13驗算帶的速度 ==16.8m/s 因為5m/s

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