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1、萬能材料試驗機萬能材料試驗機摘摘 要要:試驗機是在各種條件、環(huán)境下測定金屬材料、非金屬材料、機械零件、工程結(jié)構(gòu)等的機械性能、工藝性能、內(nèi)部缺陷和校驗旋轉(zhuǎn)零部件動態(tài)不平衡量的精密測試儀器，可以對材料進行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、疲勞、蠕變、持久、松弛、磨損、硬度等試驗。近年來，試驗機行業(yè)技術(shù)突飛猛進。試驗機向著兩個方向即超微外力檢測與超大外力檢測發(fā)展。高檢測精度、高靈敏度、運動平穩(wěn)、易于操縱是目前試驗機的主要發(fā)展方向。本文首先概述了試驗機的基本定義、分類與國內(nèi)外一些重要生產(chǎn)商的成果。第二部分論述了所想到的四種方案并對這些方案優(yōu)缺點作了分析和對比。前三種方案均為利用滾珠絲杠，最后一種則利

2、用液壓。在彼此比較后決定選第一種方案。第三部分則是說明了試驗機的主要機械傳動部分的設(shè)計以及對它們的校核過程。試驗機的傳動部分主要由蝸輪蝸桿、錐齒輪、滾珠絲杠三部分組成。經(jīng)過校核后所有設(shè)計均符合要求。用ProE軟件完成試驗機的三維總裝圖，然后得到了整個試驗機的二維裝配圖和蝸輪蝸桿、錐齒輪、軸等二維零件圖。在文章的最后簡明的介紹了做本次畢業(yè)設(shè)計的一些心得體會。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: 試驗機；蝸輪蝸桿；錐齒輪；滾珠絲桿；ProEUniversal testing machineABSTRACT:Test machine in various conditions and environment in met

3、al materials, non-metallic materials, machinery accessory, engineering structures such as mechanical properties, technics performance, Internal defects and checking dynamic imbalance rotating parts of sophisticated testing equipment, such as materials tension, compression, bending, shear, reversing,

4、 impact, fatigue, creep, lasting and relaxation, wear, hardness tests. In recent years,the technic of the test machine industry advances rapidly. Test machine is the direction toward the development of the super-tiny force detection and the development of super-large external force testing. Detectio

5、n of high-precision, high sensitivity, smooth motion, easily operated test machine is the main development direction presently.This paper first summarizes the test machines basic definition, classification, and some important domestic and foreign manufacturers results. The second part, discussing ab

6、out the experiences of the four projects as well as advantages and disadvantages of these projects are analyzed and compared . The foregoing three programs are the use of ball screw, the last one is using the hydraulic pressure. In comparison with each other decide the first option. The third part i

7、s the experiment, the major part of the mechanical drive design and the process of checking them. The main drive system of the test machine includes the worm,taper gear, ball screw three components. After checking all the design had complied with the request. The three-dimensional assembly drawings

8、of the test machine are finished by the soft called PROE.Then,export the planar drawings,such as worm gear&worm,taper gear,shaft and so on. In the end concisely introduce the meeting and what had learned in the graduate design experiences. Keywords:Test Machine, Worm Gear & Worm，Taper Gear，Ball Scre

9、ws ,Proe第一章第一章 概述概述1.11.1 材料試驗機概述材料試驗機概述材料試驗機是在各種條件、環(huán)境下測定金屬材料、非金屬材料、機械零件、工程結(jié)構(gòu)等的機械性能、工藝性能、內(nèi)部缺陷和校驗旋轉(zhuǎn)零部件動態(tài)不平衡量的精密測試儀器，可以對材料進行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、疲勞、蠕變、持久、松弛、磨損、硬度等試驗。在研究探索新材料、新工藝、新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的過程中，試驗機是一種不可缺少的重要測試儀器。廣泛應(yīng)用于機械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通運輸、等工業(yè)部門以及大專院校、科研院所的相關(guān)實驗室。對有效使用材料、改進工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、保證產(chǎn)品安全可靠等都具有

10、重要作用。材料試驗機的種類很多，有多種不同的分類方法。按加荷方法分類: 靜負荷試驗機(靜態(tài))和動負荷試驗機(動態(tài))。其中靜態(tài)試驗機一個主要組成部分萬能試驗機又可分為液壓萬能試驗機、電液伺服萬能試驗機和電子萬能試驗機。1.國內(nèi)材料試驗機的現(xiàn)狀中國材料試驗機的現(xiàn)狀驗機制造行業(yè)在舊中國是空白，中華民共和國成立后，黨和政府十分重視我國計量檢測事業(yè)的歷史悠久，但試計量檢測技術(shù)的發(fā)展，采取了許多重要措來發(fā)展儀器儀表工業(yè)。經(jīng)過五十多年的努力，我國材料試驗機的制造，從無到有從小到大，從單參數(shù)到多參數(shù)，從靜態(tài)到動態(tài)，逐步發(fā)展成初具規(guī)模，具有能生產(chǎn)靜負荷試驗機（如拉、壓萬能試驗機、扭轉(zhuǎn)試驗機、松弛試驗機、持久強渡

11、試驗機、蠕變試驗機、復(fù)合應(yīng)力試驗機等）和動負荷試驗機（如沖擊試驗機和疲勞試驗機等）的能力，有效地促進了國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的發(fā)展。 長期以來，試驗機也一直是歐美對我國尖端科研課題限制出口的產(chǎn)品。我國的國防科技工業(yè)和其它部門的科產(chǎn)業(yè)，就必須走自主創(chuàng)新的道路。在新三思集團研院所不能直接進口某些關(guān)鍵材料試驗的儀器設(shè)備。所以，要發(fā)展中國的試驗機公司為首的中國試驗機民營企業(yè)的不斷努力下，中國試驗機的技術(shù)水平得到了長足的進步，國內(nèi)與國外的試驗機技術(shù)水平的差距正在逐步的縮小。本文章版權(quán)歸新三思集團公司及原作者所有，轉(zhuǎn)載必究。上海百賀儀器科技有限公司（下圖 1-1 為公司的產(chǎn)品）圖1-1電子萬能試驗機電子萬

12、能材料試驗機(雙柱落地式)主要用于金屬、非金屬材料的拉伸、壓縮、彎曲等力學(xué)性能測試和分析研究?？勺詣忧笕eH、ReL、Rp0.2、Fm、Rt0.5、Rt0.6、Rt0.65、Rt0.7、Rm、E 等試驗參數(shù)，并可根據(jù)GB、ISO、DIN、ASTM、JIS 等國際標準進行試驗和提供數(shù)據(jù)。電子萬能試驗機(雙柱落地式)性能特點：電子萬能試驗機(雙柱落地式)采用高強度光杠固定上橫梁和工作臺面，使之構(gòu)成高剛性的門式框架結(jié)構(gòu)。采用伺服電機驅(qū)動,伺服電機通過傳動機構(gòu)帶動移動橫梁上下移動,實現(xiàn)試驗加載過程.分為單空間和雙空間兩種機型。主本機采用先進的 DSCC-1全數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)進行控制及測量，采用計算機

13、進行試驗過程及試驗曲線的動態(tài)顯示，并進行數(shù)據(jù)處理，試驗結(jié)束后可通過圖形處理模塊對曲線放大進行數(shù)據(jù)再分析編輯，產(chǎn)品性能達到國際先進水平。 （下圖1-2為公司的產(chǎn)品）圖1-2液壓萬能試驗機液壓萬能試驗機 WAW-100型程序采用開放的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)定義，符合標準GB22887、GB/T2282002、GB7314-87等試驗方法，也可恨據(jù)用戶要求定制特殊的試驗方法。測量方式采用的是高精度壓力傳感器、高精度位移傳感器、高線性低雜信的信號處理及放大模塊，人機交互方式分析計算測試材料的機械性能指標，試驗結(jié)束時自動計算彈性模量、屈服強度、非比例延伸應(yīng)力等，在自動分析的基礎(chǔ)上，還可以人工修正分析結(jié)果提高分析的準

14、確性。液壓萬能試驗機可配置專用于材料試驗機的閉環(huán)控制和數(shù)據(jù)采集的電液控制器(可以根據(jù)客戶要求配置進口控制器，如：DOLI)，它具備強大的功能，叉兼有十分優(yōu)異的性能價格比。適用于科研單位、大專院校、質(zhì)監(jiān)部門及檢測中心進行檢測、科研、仲裁及特殊試驗的需要。一、液壓萬能試驗機 WAW-100型的特點：1、控制模式：等速率活塞行程控制、等速率力控制、等速率應(yīng)力控制、等速率應(yīng)變控制、力保持控制、定應(yīng)力轉(zhuǎn)定應(yīng)變控制。2、試驗力量程自動轉(zhuǎn)換功能：若達到容量的90%自動轉(zhuǎn)換到較大容量3、自動夾持：采用液壓自動夾緊，夾持可靠，不打滑。4、多重保護：具有軟件、硬件過載和位置保護 ，5、自動校準：負荷、變形、位移可

15、按標準值自動校準6、自動停機：實驗結(jié)束后活塞自動停止工作二、液壓萬能試驗機 WAW-100型的技術(shù)參數(shù)：1、最大試驗力：100KN2、測量范圍：1-100KN3、負荷測量精度：1%4、試驗速度 mm/min：0-1905、變形精度：示值的0.5%以內(nèi)6、位移精度：示值的0.5%以內(nèi)7、應(yīng)變速率范圍：2-608、應(yīng)變速率范圍：0.00025-0.0025l/s9、活塞行程：150mm10、拉伸鉗口間最大距離（包括活塞行程）：520mm11、圓試樣夾持直徑：直徑6-12，12-20mm12、扁試樣夾持厚度 mm：0-86013、壓板尺寸 mm：直徑12014、主柱間距離：400mm15、試樣直徑：

16、10mm16、彎曲支承最大距離：300mm17、移動電機功率：0.18KW18、電壓：380V19、油泵功率：0.75KW（下圖1-3為公司的產(chǎn)品）圖1-3電液伺服萬能試驗機 電液伺服萬能試驗機 WAW-600L 主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線的拉伸試驗，適用于冶金、建筑、輕工、航空、航天、材料、大專院校、科研單位等領(lǐng)域。試驗操作和數(shù)據(jù)處理符合 GB/T5224-1995預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線的要求。電液伺服萬能試驗機 WAW-600L 技術(shù)參數(shù)：1、最大試驗力(kN)：600。 2、試驗力測量范圍(kN)：12-600。 3、試驗機級別：1級。 4、試驗力示值相對誤差：1%。 5、位移測量分辨力(m

17、m)：0.01。 6、位移示值相對誤差：1%。 7、最大拉伸試驗空間(mm)：12008、活塞行程(mm)：250。 9、變形測量范圍：2%-100%FS。 10、引伸計示值相對誤差：1%。 11、活塞移動速度(mm/min)：70。 12、鋼絞線夾持直徑范圍(mm)：9.5-15.4 。 13、夾緊方式 獨立式液壓加緊。 14、伺服/夾緊油泵電機功率(kW)：1.5/1.5。 15、橫梁升降電機功率(kW)：1.1。 16、主機最大外形尺寸(mm)：11807503440。 17、控制柜外形尺寸(mm)：6007001100。 2國外材料試驗機的現(xiàn)狀 島津公司（下圖1-4島津公司的產(chǎn)品）圖1

18、-4電子萬能試驗機產(chǎn)品詳細介紹AG-IC 系列立式電子萬能試驗機是日本島津蘇州工廠組裝的最先進的電子萬能試驗機，現(xiàn)已在國內(nèi)的機械、電子、大學(xué)、研究院所等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。該系列立式電子萬能試驗機已經(jīng)取得國際 CE 認證。 一電子萬能試驗機的特點1.簡便直觀的中文試驗軟件。2.具有2.5ms 采樣間隔的高速度數(shù)據(jù)采集，適合各種特性材料的測試數(shù)據(jù)的真實性。3.高速返回原點功能，縮短下次試驗的準備時間，提高試驗效率。4.擁有多種完善的試驗夾具，適合多種樣品的試驗要求。二電子萬能試驗機的規(guī)格1.載荷容量：100KN2.載荷精度：顯示值的0.5%（保證精度范圍：載荷傳感器容量的0.4100%）3.載荷

19、量程：1、2、5、10、20、50、100七個量程自動轉(zhuǎn)換4.試驗速度：0.00051000mm/min5.十字頭速度精度：0.1%三電子萬能試驗機的用途1各種金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料的拉伸試驗、壓縮、彎曲試驗2機械部件、電子部件的拉伸、剝離、焊接強度試驗3控制或循環(huán)試驗4應(yīng)力松弛或蠕變試驗（下圖1-5島津公司的產(chǎn)品）圖1-5液壓萬能試驗機島津液壓萬能試驗機 UH-I 系列是以電子控制液壓驅(qū)動的伺服式萬能試驗機，試驗載荷采用高精度壓力傳感器，被廣泛的應(yīng)用在鋼鐵、建材等行業(yè)。一島津液壓萬能試驗機的用途1各種金屬材料的拉伸試驗、壓縮、彎曲試驗2木材、纖維板的壓縮、彎曲試驗3上述材料的載荷保持

20、試驗4瀝青、混凝土的壓縮試驗二島津液壓萬能試驗機的特點1.采用大形 LCD 輕觸屏，可以顯示試驗曲線，操作方便、可視性好。2.豐富的自動控制程序為標準配置。3.可以選擇模擬指針式度盤顯示器。4.通過試驗軟件，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。三島津液壓萬能試驗機的規(guī)格1.載荷容量：200KN、300KN、500KN、1000KN、2000KN、30000KN、4000KN。2.載荷精度：顯示值的0.5%。3.載荷量程：1、2、5、10、20、50 六個量程自動轉(zhuǎn)換。4.試驗速度：位移控制：0.5mm/min最大試驗速度。5.載荷控制：0.15.0滿刻度/min。6.應(yīng)變控制：0.180%/min。第二章第二章

21、 設(shè)計方案設(shè)計方案2.1方案簡述方案簡述 2.1.1方案一 電動機產(chǎn)生動力由渦桿傳到渦輪軸，然后通過蝸輪傳至錐齒輪，再通過錐齒輪傳動系統(tǒng)傳遞到絲杠。與此同時與絲杠配合的絲杠螺母則帶動橫梁上下運動，而下夾具則是固定在試驗臺上，至此完成試驗。如圖 2-1 所示： 圖 2-1 方案一示意圖2.1.2 方案二電動機產(chǎn)生動力后輸出到減速器，然后進入渦輪蝸桿傳動系統(tǒng)，進一步減速并改變運動旋轉(zhuǎn)方向后，通過鏈傳動系統(tǒng)傳遞到絲杠。由鏈輪的轉(zhuǎn)動帶動絲杠轉(zhuǎn)動。與此同時與絲杠配合的絲杠螺母則帶動橫梁上下運動，而下夾具則是固定在試驗臺上，至此完成試驗。如圖 2-2 所示：圖 2-2 方案二示意圖2.1.3 方案三電動機

22、產(chǎn)生動力后輸出到減速器，然后由直齒輪帶動絲杠轉(zhuǎn)動。絲杠轉(zhuǎn)動同時兩個絲杠螺母同步背向或相向運動，兩個連桿同時遠離或靠近。這就使下夾具所在試驗臺向上或向下運動。上面橫梁可以固定，也可以在液壓、絲杠等外力驅(qū)動下上下運動，至此完成試驗。如圖 2-3 所示：圖 2-3 方案三示意圖2.1.4 方案四本方案與上述兩種文件有所不同，本方案是由油泵驅(qū)動油缸里的活塞提供外部試驗力。油泵輸出油經(jīng)進油管達到液壓缸，然后經(jīng)回油管路流回回油缸再次利用。此方案要求液壓系統(tǒng)要有較精確的控制閥的配合才能實現(xiàn)試驗?zāi)康?。而目前液壓控制閥與計算機控制聯(lián)系越來越密切，國外在計算機控制領(lǐng)域取得了較大進展，可惜的是我國控制系統(tǒng)方面還較薄

23、弱。如圖 2-4 所示： 圖 2-4 方案四示意圖2.2 各種方案比較各種方案比較方案一：滾珠絲杠-螺母傳動機構(gòu)是在絲杠和螺母之間放入滾珠作為中間件，是絲杠與螺母的滑動摩擦傳動變?yōu)闈L動摩擦傳動。滾珠絲杠-螺母傳動機構(gòu)具有下述優(yōu)點：（1）傳動精度高，運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象 滾動絲杠傳動基本上是滾動摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小幾乎與運動速度完全無關(guān)，這樣就可以保證運動的平穩(wěn)性，且不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象（其靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)相差極?。?。 （2）有可逆性 滾珠絲杠摩擦損失小，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。（3）成本高 滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高，光潔度要求

24、也較高，故制造成本高。 （4）不能能自鎖 特別是垂直絲杠，由于自重慣性力的關(guān)系，運動部件在運動停止后不能自鎖，需加制動裝置。方案一：采用滾珠絲桿傳動,并且蝸桿傳動帶有自鎖作用，可以實現(xiàn)絲桿自鎖；蝸桿傳動有兩個輸出軸，并且轉(zhuǎn)向相同，所以絲桿螺紋旋向要相反，才能使絲桿螺母運動方向一致。方案二：雖然鏈傳動的制造與安裝精度要求較低，成本也低。遠距離傳動時，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動輕便得多。但是只能實現(xiàn)平行軸間鏈輪的同向傳動；運轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比；磨損后易發(fā)生調(diào)齒；工作是有噪聲、振動沖擊。方案三：（1）絲杠水平放置利于自鎖。水平狀態(tài)下不受自重慣性力，故運動停止較為容易。 （2）采用渦輪驅(qū)動絲杠，由于渦

25、輪尤其是單頭渦輪傳動效率低，傳動精確度也較差。同時渦輪一般采用較為貴重的減摩材料（如青銅）制造，從而增加了制造成本。 （3）工作臺有兩個連桿驅(qū)動所承受力較小。在較大試驗力時，連桿安全性降低，必須增大連桿尺寸，這就使得試驗機所需較大的外功率來驅(qū)動。方案四：由于采用了液壓驅(qū)動，故有以下特點：液壓傳動能夠?qū)崿F(xiàn)無級變速，工作平穩(wěn)；同功率時液壓裝置體積小、質(zhì)量輕；液體為工作介質(zhì)易泄露，造成污染；油液可壓縮故傳動比不準確；傳動過程中損失較大，效率較低；液壓傳動對油溫和負載變化極為敏感，對外部環(huán)境要求較高；液壓元件精度高，造價高；液壓傳動一旦出現(xiàn)故障時不易追查原因，不易迅速排除。綜合上述四種方案的優(yōu)缺點以及

26、目前市場上主流試驗機形式，最后決定選擇第一種方案為本設(shè)計所采取的最終方案。第三章第三章 設(shè)計中有關(guān)計算設(shè)計中有關(guān)計算3.13.1 電動機的選擇電動機的選擇 由設(shè)計要求及已知條件可知，假設(shè)試驗機橫梁設(shè)計速度為 120mm/min，試驗機所施加的外力為 100KN。故 (3-1) 3120100 102001000 60PF VW式中：F試驗機輸出力，N；V絲杠速度，m/s。 電機功率在傳遞過程中必然有一定的損失。參閱機械工程手冊可知，絲杠與絲杠螺母間傳動效率為 0.9，錐齒輪之間傳動效率為 0.94，渦輪蝸桿間傳動效率為 0.8，其他聯(lián)結(jié)件傳動效率為 0.9。故0.9 0.94 0.8 0.90

27、.609 絲總錐蝸其所以 (3-2)200PP328.40.609w電機總上式中 P 試驗機有效功率； 試驗機總效率?？偛殚嗠姍C手冊結(jié)合實際情況選擇合適型號為 Y802-4，它的額定功率為 0.75KW、滿載轉(zhuǎn)速為 1390r/min。如圖 3-1 所示。 圖 3-1 所選電機三維示意圖3.23.2 傳動裝置總傳動比的計算及其分配傳動裝置總傳動比的計算及其分配已知橫梁速度以此求得絲杠轉(zhuǎn)速wn (3-3)12015min8wVnrp式中： V絲杠速度，m/s； P絲杠螺距，mm。電動機選定后，按照電動機的滿載轉(zhuǎn)速及試驗機工作部分轉(zhuǎn)速，可計算出傳mnwn動裝置的總傳動比。 (3-4)139092.

28、6715mwninii i錐蝸再按照常用傳動機構(gòu)性能及適用范圍，初步選擇各個出動部分傳動比如下：。201.5ii蝸錐，3.33.3 蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)的設(shè)計與校核蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)的設(shè)計與校核由設(shè)計要求可以知，蝸輪輸入功率 P0.75 0.8 0.850.51kw2蝸輪輸入轉(zhuǎn)速 2139069.5min20nr傳動比 20i 預(yù)期壽命 15000h故蝸桿選用 45 鋼，表面硬度45HRC。渦輪材料采用 ZCuSn10P1,金屬模鑄造。1 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則，先按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度。由傳動中心距 1 13.14 63 13904.67360

29、 1000cos60 1000cos11.31sd nvm s(1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩2T按，則 mm12z 662229.55 100.519.55 1070079.1469.5pTNn(2)確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)，由表 11-5 選取使用系數(shù)1K；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)；則1.15AK 1.05VK 1.15 1 1.051.21AVKK K K (3)確定彈性影響系數(shù)EZ因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故。12160EaZMP(4)確定接觸系數(shù)Z先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值，從圖 11-18 中可查得1da10.35da。2

30、.9Z(5)確定許用接觸應(yīng)力H根據(jù)蝸輪材料為采用 ZCuSn10P1,金屬模鑄造，蝸桿齒面硬度45HRC，可從表11-7 查得蝸輪的基本許用應(yīng)力。268HaMP應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 726060 69.5 150006.25 10hNjn L壽命系數(shù) 787100.79526.25 10HNK則 0.7952 268231.13HHNHaKMP(6)計算中心距 mm22332160 2.91.21 70079.1469.73231.13EHZ ZaKT取中心距,因，故從表 11-2 中取模數(shù)mm,蝸桿分度圓直徑125amm20i 5m 。這時，從圖 11-18 中可查詢接觸系數(shù)，因為，因此150d 1

31、0.4da2.7ZZZ以上計算結(jié)果可用。2蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 (1)蝸桿 軸向齒距mm；直徑系數(shù)mm；齒頂圓直徑15.7aPm10q mm；齒根圓直徑mm；分度圓導(dǎo)程角；11260addm112.438fddm111836蝸桿軸向齒厚mm。17.852asm(2)蝸輪蝸輪齒數(shù)；變位系數(shù)；241z 20.5x 驗算傳動比，這時傳動比誤差為，是允許214120.52ziz20.5200.0252.520的。蝸輪分度圓直徑 mm22205dmz蝸輪喉圓直徑 mm222215adm z蝸輪齒根圓直徑 mm222.4193fdm z蝸輪咽喉母圓半徑 mm22117.52garad3.校核齒根

32、彎曲疲勞強度 22121.53FFaFKTYYd d m當(dāng)量齒數(shù) 2234143.48coscos11.31vzz根據(jù)，從圖 11-19 中可查得齒形系數(shù)。20.5x 243.48vz22.87FaY螺旋角系數(shù) 11.31110.9192140140Y 許用彎曲應(yīng)力 FFFNK從表 11-8 中查得由 ZCuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力。56FaMP壽命系數(shù) 697100.6326.25 10FNK 56 0.63235.37FaMP 1.53 1.21 70079.142.87 0.91923.33863 258.3 6.3FaMP彎曲強度是滿足的。4.驗算效率 tan0.95

33、0.96tanv已知；與相對滑動速度有關(guān)。111836arctanvvf10089 1988GB Tfsv 1 13.14 50 13903.760 1000cos60 1000cos11.31sd nvm s從表 11-18 中用插值法查得 ；代入式中得，大于0.02351.1867vvf、0.84原估計值，因此不用重算。5.精度等級公差和表面粗糙度的確定從圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 8 級精度，側(cè)隙種類為,標注為10089 1988GB Tf 。然后由有關(guān)手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度。8f10089 1988GB T由于蝸桿滑動速度較低，產(chǎn)生熱量較少，故可以不進行溫度驗算。試驗機利用頻

34、率較低，故可以不潤滑，或者偶爾噴油潤滑即可。按照上述設(shè)計與校核做出蝸輪蝸桿三維圖如圖 3-2、3-3、所示。 圖 3-2 蝸桿三維示意圖圖 3-3 蝸輪三維示意圖3.4 錐齒輪的傳動設(shè)計錐齒輪的傳動設(shè)計由設(shè)計要求可以知，錐齒輪輸入功率 20.99 0.990.5PPkw3錐齒輪輸入轉(zhuǎn)速 3269.5minnnr傳動比 1.5i 預(yù)期壽命 15000h說明錐齒輪的傳動設(shè)計的這部分全參照實用機械設(shè)計 ，下面涉及的就不再說明了。一、選材、熱處理、選 z1注意點(1)大小齒輪選材，熱處理不同，小齒輪比大齒輪齒面硬度高；3050HBSHBS(2)一般用鍛鋼毛坯，尺寸太大可用鑄鋼；(3軟尺面適用中載中速；

35、(4)盡可能用優(yōu)質(zhì)碳素鋼；(5)熱處理后切齒，精度可達級左右；89 2按表0-4表0-9以及表4-4、4-5選材、熱處理，由表4-6確定精度等級，設(shè)計后由4-7校訂，或由表5-3查出。 小齒輪45鋼，調(diào)質(zhì)217HBS255HBS，取中間值236HB；大齒輪45鋼，正火163HBS217HBS,取中間值190HBS，8級精度。 3確定齒數(shù) z,校核5uii (1)選??；1235z1.5 3552.5z 、2z53 (2)計算；12531.5135uzz (3)。1.51 1.551.5uiiu 二、按接觸強度計算1d 1計算 1T mm6643130.59.55 109.55 106.87 10

36、69.5PTnN 2計算 KAvKK K K (1)由表4-8選取使用系數(shù)1.0AK (2)試選動載荷系數(shù)記試選vKvtK1.2vtK (3)取值（一般） ，值，則R0.3Ru 22110.3 1.5110.32220.3RdmmRubd (4)由圖4-45，查得齒向載荷分布系數(shù)1.1K (5)計算因（試選）vvtKK1 1.18 1.11.29tAvKK K K 3彈性系數(shù)由表4-9查得EZ189.8EZMPa 4節(jié)點系數(shù)由4-58查得HZH2.5Z 5許用應(yīng)力 lim1HNWHHZ ZS (1)由圖4-58查得lim1lim2570460HHMPaMPa、 (2)由已知條件計算711N60

37、60 1 15000 69.56.225 10n r t 712NN4.14 10u (3) 由圖4-59查得壽命系數(shù)N1N2Z=1Z=1、 (4)由表4-11查得安全系數(shù)HS =1 (5)由圖4-60查得工作硬化系數(shù)wZ =1 (6)計算 lim115701 15701HNWHHZ ZMPaS 代入小值計算。 lim224601 14601HNWHHZ ZMPaS (7)計算1d mm 21EH312RR4.7Z Z()109.49(1 0.5)tHK Tdu 三、校核1d 因試選，可能與實際不符vK 1模數(shù)取標準值 取11tdmz11109.493.1235tdmz3.25m 2按幾何關(guān)系

38、計算 mm1d113.25 25113.75dmz mm11(1 0.5)113.75(1 0.5 0.3)96.7mRdd 3圓周速度mv (1) 1 13.14 96.7 69.53.5260 100060 1000mmd nvm s (2) 計算 由查圖4-43得13.52 351.232100100mv z1100mv z1.23vK 4校對1d 與相差不大，勿須重算。33111.23109.49110.391.2vtvtKddK1td四、校核齒根彎曲強度 1計算公式 1322214.7(1 0.5)1FaSaFRRFKTY Ymzu 4322224.71 1.29 6.87 102.

39、24 1.782.62100.6350.3(1 0.5 0.3)1.511 190FMPa 2計算當(dāng)量齒數(shù) 11lim212.4 1.660.01732190230FaSaFFYYMPa (1) 、 1221.51cos0.833711.511uu133.517 、 22211cos0.552211.511u256.483 (2)、1113541.98cos0.8337vzz2225395.98cos0.5522vzz 3由當(dāng)量齒數(shù)查圖4-55得齒形系數(shù)、，查得4-56得vz12.4FaY22.24FaY齒根應(yīng)力修正系數(shù)、。11.66SaY21.78SaY 4確定3.25m (1)查圖4-61

40、得 、lim1230FMPalim2190FMPa (2)查圖4-62得121NNYY (3)查圖4-63得尺寸系數(shù)1xY (4)查表4-11得安全系數(shù)1FS (5)計算、 lim111230FNxFFY YMPaS lim222190FNxFFY YMPaS (6)比較與 值 111FaSaFYY 222FaSaFYY 小齒輪 1112.4 1.660.01732230FaSaFYY 大齒輪 取大齒輪代入計算 2222.24 1.780.02099190FaSaFYY 5校核彎曲強度 41223222322214.74.71 1.29 6.87 102.24 1.78100.6(1 0.5)

41、13.25350.3(1 0.5 0.3)1.511FaSaFFRRKTY YMPam zu 按彎曲強度計算的模數(shù)記為Fm 413322222214.74.71 1.29 6.87 102.24 1.782.62(1 0.5)1350.3(1 0.5 0.3)1.511 190FaSaFRRFKTY Ymzu 而按接觸強度計算的，故取大者為模數(shù)1113.75d 11113.753.2535Hdmz。3.25m 五、幾何尺寸計算 1分度圓直徑d mm113.25 35113.75dmz mm223.25 53172.25dmz 2節(jié)錐角 、11235arctanarctan33.439853zz

42、219056.5602 3節(jié)錐距R mm11113.75103.42sin2 sin33.4398dR 4齒寬、取整RbR0.3 103.431.02RbR32b 5齒頂高mm112(1)3.25aahmXh 6齒根高mm112(1.2)3.25 1.23.9ffhmXh 7齒頂圓直徑ad mm11112cos113.752 3.25 cos33.4398119.17aaddh mm 22222cos172.252 3.25 cos56.5602175.83aaddh 如圖3-4、3-5為小錐齒輪、大錐齒輪的三維示意圖 圖3-4 小錐齒輪圖3-5 大錐齒輪3.5傳動軸的設(shè)計與校核傳動軸的設(shè)計與

43、校核3.5.1計算蝸輪傳動軸如圖3-6所示為蝸輪軸的示意圖圖 3-6 蝸輪傳動軸的結(jié)構(gòu)示意圖此傳動軸下部分與渦輪相連接，。上部分為兩個小鏈輪269.5minnr20.51Pkw受到拉力為 8088N。按許用彎曲應(yīng)力計算法校核。轉(zhuǎn)矩 (3-26)662220.519.55 109.55 1070079.1469.5PTN mmn圓周力 (3-27) 22222 70079.14542.62258.3tTFNd軸向力 121122 5152.88206.150atTFFNd (3-28) 2542.62589.8cos()coscos(20) 0.98tnnFFNa徑向力 (3-29) 22tan

44、sin201.7rtnnFFFaN1.計算支承受力水平面反力 (3-30)212542.62271.3122TNHNHFFFN 垂直面反力 (3-31) 21106354201 100632.27200632.27370262.27NVNVFNFN 2.計算彎矩水平面最大彎矩 54262xyMN mm垂直面最大彎矩 42050.6xzMN mm合成彎矩最大值 2268410.5xyxzMMMN mm3.計算轉(zhuǎn)矩軸受轉(zhuǎn)矩 25152.88TTN mm4.許用應(yīng)力 針對某些危險截面（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）做彎扭合成強度校核計算。按第三強度理論，計算應(yīng)力 22224()4()2caMT

45、WW W=4288 3mm0.6 42222(3.5 10 )(0.6 5152.88)426.164288caMPa因選此輸出軸材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由機械設(shè)計表 15-1 查得160MPa，因此1ca，故安全。如圖 3-7 所示為蝸輪軸的三維圖 圖 3-7 蝸輪傳動軸三維圖3.5.2 錐齒輪傳動軸如圖3-8所示為蝸輪軸的示意圖圖 3-8 錐齒輪傳動軸的結(jié)構(gòu)示意圖軸的直徑由聯(lián)軸器內(nèi)徑、錐齒輪內(nèi)徑、軸承內(nèi)徑等決定。1.計算受力此傳動軸左側(cè)部分與小錐齒輪相連接，按許用彎扭應(yīng)力計算法校核。1n44.84minr轉(zhuǎn)矩 3270079.14TTN mm圓周力 21122 784831401.61

46、00tTFNd軸向力 111tan20 sin280.58atFFN徑向力 111tan20 cos423.4rtFFN2.計算支承受力 水平面反力121401.6 1253244.4543244.4 1401.61842.8NHNHFNFN 垂直面反力 12280.58 56.8423.4 125684.9654684.96423261.96NVNVFNFN 3.計算彎矩水平面最大彎矩 175200HMN mm垂直面最大彎矩 43269VMN mm合成彎矩最大值 2251.8 10HVMMMN mm4.計算軸的轉(zhuǎn)矩 軸受轉(zhuǎn)矩 270079.14TTN mm5.校核軸的強度 針對某些危險截面（

47、即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）做彎扭合成強度校核計算。按第三強度理論，計算應(yīng)力 22224()4()2caMTWW W=4288 3mm0.6 52222(1.8 10 )(0.6 70079.14)456.84288caMPa因選此輸出軸材料為40Cr 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由機械設(shè)計表15-1查得170MPa，因此1ca，故安全。如圖3-9所示為錐齒輪軸的三維圖圖3-9錐齒輪軸3.6滾珠絲杠傳動的設(shè)計與校核滾珠絲杠傳動的設(shè)計與校核3.6.1工作壓強計算螺母的軸向位移： (3-36)22lspx式中：螺桿轉(zhuǎn)角，rad；s：導(dǎo)程, m mp: 螺距，m m ； x：螺紋線數(shù)令該螺紋為單線螺紋。則

48、 x1由于絲杠帶動橫梁的移動距離為 1200mm，又要留下一定的余量，可令螺紋長度L1500mm設(shè)計使螺紋移動時，手輪轉(zhuǎn)動 150 圈，即2150300 rad2212008300lpmmx由此可知，8 18spxmm 螺紋中徑： ， 其中 20.8pFdp2,10pp帶入數(shù)據(jù)，有 (3-37)4210 100.80.858.82 10pFdmmp由表可知，取 263dmm螺母高度： 22 63126Hdmm旋和圈數(shù)： 12615.75(1216)8Hnp基本牙型高度： 10.50.5 84Hpmm 工作壓強： (3-38)5211 102.753.14 63 4 46.3pFppd h n

49、工作壓強滿足要求。為了保證自鎖，螺紋升角 2 19 螺紋牙根部的寬度：0.650.65 85.2bpmm3.6.2 靜載荷計算基本額定靜載荷特性值 (3-39)1122122201122122220.33110.14coscos450.3886cos45cos222227.7464.25WssWWmWWDDDdDKMPaD式中：鋼球直徑，mm；WDsr螺桿滾道曲率半徑，mm；接觸角；md 滾動螺旋公稱直徑，mm。基本額定靜載荷 6600sin64.25 103 6 sin45817.8 10aWCK izDN (3-40)靜載荷條件 (3-41)6601.2 1.67 200 10400 10

50、aFHCK K F條件滿足，故合格。3.6.3 螺桿強度螺桿的強度 (3-42)66222311223230.479.55 109.55 1029923315430.24 100 10299233326.42630.2 63pTN mmnFTddMPa螺桿最大彎曲應(yīng)力 查表可知 故螺桿強度合格。 4060bMPa3.6.4 壽命計算螺母接觸系數(shù) 0.76nMWRfD螺桿接觸系數(shù) 0.81SSWRfD壽命系數(shù) 1 31 3150003.11500500hhLK轉(zhuǎn)速系數(shù) 1 31 333.333.31.618nKn壽命條件 (3-43)1333.111.2 1.67 1.06 100 101.61

51、410.5 10965400haFHnKCK K K FKNN查表可知式中： 載荷系數(shù)；FK HK 硬度影響系數(shù)； 1K短行程系數(shù)； F試驗機工作力，N。故滿足條件合格。采用固定式內(nèi)循環(huán)如圖 3-10 為內(nèi)循環(huán)示意圖、圖 3-11 為滾珠絲桿副的組成圖 3-10 固定式內(nèi)循環(huán)示意圖1-滾珠；2-絲桿；3-反向器；4-螺母圖 3-11 滾珠絲桿副的組成接觸角 45鋼球直徑 mm0.66WhDP螺紋滾道曲率半徑 mm()0.553.3SNWr rD偏心距 mm0.707()0.2122WSDer螺紋升角 0arctan2 54hPd螺桿大徑 0(0.2 0.25)61.8WddD螺桿小徑 0225

52、6.824Sddermm螺桿接觸點直徑 0cos58.757KWddDmm螺桿牙頂圓角半徑(0.1 0.15)0.6aWrDmm螺母螺紋大徑 02269.175Nddermm螺母小徑 000.5()63.6ddddmm下圖為絲桿的三維示意圖圖 3-12 絲桿 結(jié)論結(jié)論試驗機是在各種條件、環(huán)境下測定金屬材料、非金屬材料、機械零件、工程結(jié)構(gòu)等的機械性能、工藝性能、內(nèi)部缺陷和校驗旋轉(zhuǎn)零部件動態(tài)不平衡量的精密測試儀器，可以對材料進行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、疲勞、蠕變、持久、松弛、磨損、硬度等試驗。本文在查閱大量國內(nèi)外試驗機生產(chǎn)廠家資料的基礎(chǔ)上，對所設(shè)計的抗彎強度試驗機進行了仔細研究，根據(jù)所

53、提出來的技術(shù)指標要求，設(shè)計了試驗機的機械部分。在這次設(shè)計中，查閱了關(guān)于試驗機的一些書刊資料，對試驗機有了基本的認識。在這種情況下，結(jié)合所查閱到的資料，設(shè)計出了四種方案，并對這四種方案進行了相互比較，最后選定了第一種方案。方案選定后，隨之對試驗機的傳動系統(tǒng)做了設(shè)計與校核。這些傳動系統(tǒng)有渦輪蝸桿傳動系統(tǒng)、直齒錐齒輪傳動系統(tǒng)、絲杠傳動系統(tǒng)。在一系列的力、彎矩、轉(zhuǎn)矩計算與校核后，確定所有零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計均符合要求。在設(shè)計與校核過程中，電動機的選擇要綜合考慮試驗機所輸出力、輸出速度，然后以此倒退求知電機功率及其外形尺寸。在選擇具體傳動比時，要選擇各種傳動機構(gòu)合理范圍之內(nèi)的值。蝸輪蝸桿的設(shè)計時，除了要計算齒

54、受力情況外，還要校核蝸桿的彎曲強度。由于絲杠的轉(zhuǎn)速很低，故采用了錐齒輪傳動。本試驗機的關(guān)鍵傳動部分是滾珠絲杠-螺母傳動系統(tǒng)，要進行工作壓強、靜載荷、螺桿強度、壽命的一系列計算。畢業(yè)設(shè)計是對四年中所學(xué)知識的一次綜合性的考察，它可以比較全面的檢查我們的專業(yè)知識水平，及時讓我們發(fā)現(xiàn)缺點和不足。在畢業(yè)設(shè)計中，我回顧了四年所學(xué)的知識充分認識到了自己的欠缺，學(xué)會了運用手冊和查閱相關(guān)書籍資料，學(xué)會了用標準來規(guī)范自己。畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)論文是本科生培養(yǎng)方案的重要環(huán)節(jié)。所謂“溫故而知新” ，只有對已學(xué)過的知識真正掌握了，才能吸收新的知識。而新的知識反過來則可以進一步促進對已學(xué)知識有新的理解。致謝致謝本次設(shè)計是在尊敬

55、的周后明老師的悉心指導(dǎo)和嚴格要求下完成的，導(dǎo)師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任心以及嚴于律己、待人誠懇的思想品德深深的影響著我，這不僅使我順利完成了此項設(shè)計，而且也將成為使我受益終生的寶貴財富。幾個月的時間里，從課題的選定、資料的收集、方案的擬定、課題的具體設(shè)計到論文的審定改進，周老師都給與了極大的幫助，傾注了大量的心血。通過這次的畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生不僅開拓了思路、擴大了視野、豐富了知識面，還初步掌握了處理具體實踐問題的科學(xué)方法，為學(xué)生今后發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。從課題的選擇到完成，周后明老師都始終給予我耐心細致的指導(dǎo)和不懈的支持和督促，在此謹向周后明老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。同時也得到

56、了一些同學(xué)的的熱情幫助和鼓勵，對此，表示深深的感謝和衷心的祝福。參考文獻參考文獻1.吳宗澤、羅圣國，機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第三版） ， 北京高等教育出版社，2006.5 41702.濮良貴、紀名剛等，機械設(shè)計（第八版） ，北京 高等教育出版社，2006.6 1862723.成大先等，機械設(shè)計手冊（第四版）北京化學(xué)工業(yè)出版社，2001.11 2103514.王中發(fā)、吳宗澤，實用機械設(shè)計，北京理工大學(xué)出版社，1998.25.現(xiàn)代機械傳動手冊編輯委員會，現(xiàn)代機械傳動手冊（第二版） ，北京機械工業(yè)出版社，2002.5 1451676.楊黎明、黃凱、李恩至、陳實現(xiàn)，機械零件設(shè)計手冊，北京 國防工業(yè)出版社，1987.6，2252877.孫桓，機械原理， 北京高等教育出版社，2006.5 1742018.廖念釗、莫雨松等，互換性與技術(shù)測量(第四版)，北京 中國計量出版社，2006.7 11179.朱孝錄等，機械傳動設(shè)計手冊，北京 電子工業(yè)出版社，2007.7 12035710.李曉杰，CSS-2200 系列電子萬能試驗機，試驗技術(shù)與試驗機，1996 年，卷 36,36