轉(zhuǎn)臂式加速度過(guò)載模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

1、南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 轉(zhuǎn)臂式加速度過(guò)載模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 1 前言1.1選題的依據(jù)及意義：現(xiàn)代軍事、國(guó)防領(lǐng)域?qū)鸸て凤w行器的機(jī)動(dòng)性要求很高?；鸸て返臋C(jī)定性越好，對(duì)其整體強(qiáng)度要求及越高，承受機(jī)動(dòng)過(guò)載的能力越強(qiáng)。為保證火工品的產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，必須進(jìn)行火工品的地面過(guò)載實(shí)驗(yàn)，對(duì)火工品在法向加速度作用下的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，用于指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制。離心加速度實(shí)驗(yàn)裝置就是在地面上測(cè)試過(guò)載情況下火工品飛行器(如導(dǎo)彈等)某些性能的一種專用設(shè)備。例如，飛機(jī)在作水平盤旋機(jī)動(dòng)時(shí)所受的力與角加速度有直接關(guān)系，質(zhì)量大的飛機(jī)由于有受力極限角加速度就不能太大，而質(zhì)量小的飛機(jī)在同樣的受力極限上可以達(dá)到更大

2、的角加速度，也就是說(shuō)可以轉(zhuǎn)的更快，轉(zhuǎn)彎半徑更小，水平機(jī)動(dòng)性能更好。 離心試驗(yàn)臺(tái)是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過(guò)測(cè)算軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算出加速度的試驗(yàn)裝置，此外，還可以將樣品進(jìn)行分離。實(shí)驗(yàn)室用試驗(yàn)臺(tái)的處理里量較小，體積和重量也較小，但分離的精確度較好，主要用在實(shí)驗(yàn)室中的分離提取與分析研究中。由于其功能的獨(dú)特性，廣泛應(yīng)用干生物醫(yī)學(xué)、石油化工、農(nóng)業(yè)、食品衛(wèi)生、航空工業(yè)等領(lǐng)域，它利用不同物質(zhì)在離心力場(chǎng)中沉淀速度的差異，實(shí)現(xiàn)樣品的分析分離。1.2國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）：轉(zhuǎn)臂式離心過(guò)載模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)是通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)使固定在旋轉(zhuǎn)架上的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生離心力，在過(guò)載情況下測(cè)試其某些性能參數(shù)的變化情況，主

3、要用于航天航空等領(lǐng)域的科學(xué)研究。普通的離心機(jī)裝置是靠不同物質(zhì)的沉降系數(shù)的不同，在一定的離心力的作用下，將不同的物質(zhì)分離出來(lái)。即它是通過(guò)離心運(yùn)動(dòng)中不同比重的物質(zhì)所受離心力不同，因而被分離開來(lái)，在工業(yè)生產(chǎn)中，離心機(jī)基本上屬于后處理設(shè)備，主要用于脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒分級(jí)等工藝過(guò)程，它是隨著各工業(yè)部門的發(fā)展而相應(yīng)發(fā)展起來(lái)的。至目前為止,在加速度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響方面,人們主要進(jìn)行了由火箭自旋引起的橫向加速度對(duì)推進(jìn)劑藥柱產(chǎn)生的加速度效應(yīng)研究,即燃速增加導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道性能發(fā)生畸變,影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。這方面,國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和理論分析工作,并取得了重大進(jìn)展。然而，某飛行

4、試驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由自旋產(chǎn)生的橫向加速度與由導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)飛行產(chǎn)生的橫向加速度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生影響的側(cè)重面是有較大差別的，后者對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)絕熱層燒蝕的影響最為突出，而且長(zhǎng)期被人們所忽視，國(guó)內(nèi)外至今缺乏對(duì)其的研究資料已有專家設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與實(shí)驗(yàn)裝置,進(jìn)行了一系列飛行固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)橫向過(guò)載模擬試驗(yàn),獲得了不同加速度下發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)絕熱層燒蝕率定量化的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。驗(yàn)證了橫向加速度嚴(yán)重影響局部絕熱層燒蝕的事實(shí)。機(jī)理分析表明,此種結(jié)果是由于橫向加速度作用下燃?xì)庵蠥l2O3液態(tài)粒子偏離發(fā)動(dòng)機(jī)中心線,沿離心力方向大量沉積所致。此項(xiàng)研究為相關(guān)的工程設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)性的依據(jù)。離心試驗(yàn)臺(tái)不僅在調(diào)速技術(shù)方面取得進(jìn)展，而且隨著制造和應(yīng)

5、用技術(shù)的發(fā)展，在多功能和自動(dòng)化方面也有長(zhǎng)足進(jìn)步，如可變速率起制動(dòng)、程序變速、直接輸入離心力、操作程序的存儲(chǔ)和調(diào)用、儀器狀態(tài)的自動(dòng)診斷、要求盡可能全的顯示離心機(jī)的參數(shù)和狀態(tài)信息、更加完善的安全保護(hù)功能等，有些功能不僅是錦上添花，而且直接影響離心效果，如可變速率起制動(dòng)和程序變速可以改善區(qū)帶離心效果和縮短離心時(shí)間等。從離心試驗(yàn)臺(tái)制造業(yè)整體來(lái)看，不可否認(rèn)的是，我國(guó)離心試驗(yàn)臺(tái)制造行業(yè)的整體水平與國(guó)外的離心試驗(yàn)臺(tái)的制造、新技術(shù)研發(fā)、尤其在整機(jī)可靠性、穩(wěn)定性、使用壽命、裝配精度、操作的靈活性、人性化、以及某些新技術(shù)的應(yīng)用（主要是是新概念的應(yīng)用）等方面等方面還存在一定的差距。但我國(guó)離心試驗(yàn)臺(tái)工業(yè)已經(jīng)有部分廠家

6、、在某些技術(shù)、性能方面，已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，在某些專項(xiàng)技術(shù)上甚至已經(jīng)超過(guò)了部分國(guó)外品牌。目前國(guó)內(nèi)離心試驗(yàn)臺(tái)制造商主要從多方面考慮進(jìn)行設(shè)計(jì)、改進(jìn)，使我國(guó)的臥螺離心試驗(yàn)臺(tái)新技術(shù)應(yīng)用、生產(chǎn)技術(shù)等方面得到進(jìn)一步提高。離心試驗(yàn)（過(guò)載試驗(yàn)、恒定加速度試驗(yàn)、恒加速度試驗(yàn)、加速度試驗(yàn)）一般可分為兩類：第I類為性能試驗(yàn)，用以驗(yàn)證設(shè)備功能適應(yīng)使用加速度環(huán)境的能力；第II類為結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，用以驗(yàn)證設(shè)備結(jié)構(gòu)承受使用加速度環(huán)境的能力。如無(wú)明確規(guī)定，設(shè)備一般應(yīng)進(jìn)行這兩類試驗(yàn)，在通過(guò)所規(guī)定各方向的性能試驗(yàn)考核后，再作各方向結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的考核。1.3論文的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量離心加速度的立式轉(zhuǎn)臺(tái)，待測(cè)件重量15kg，直徑90-1

7、20mm，長(zhǎng)度900-1200 mm，最大離心加速度70g。要求轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度計(jì)算。第一步，查閱資料，熟悉離心機(jī)原理，了解離心實(shí)驗(yàn)臺(tái)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r和存在的問(wèn)題。了解轉(zhuǎn)臂式離心加速度過(guò)載模擬實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)以及在日常生產(chǎn)生活中的用途。根據(jù)其運(yùn)用場(chǎng)合不同，適當(dāng)選擇合適的方案，以達(dá)到實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、可靠的目的。第二步，在對(duì)所選課題有個(gè)初步的了解之后，再確定轉(zhuǎn)臂式離心加速度過(guò)載模擬實(shí)驗(yàn)的研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案。第三步，試驗(yàn)臺(tái)的總體方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)、比較與確定,依據(jù)對(duì)選擇的傳動(dòng)方案,查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)，從而完成，聯(lián)軸器的設(shè)計(jì). 裝配圖及其各零件的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)好了之后再對(duì)各主要零部件進(jìn)

8、行強(qiáng)度校核，最后確定整體方案。第四步，根據(jù)方案，畫出裝配圖,裝配圖畫好后,從裝配圖中設(shè)計(jì)計(jì)算選擇各零件以及完成對(duì)零件圖的初步繪制。第五步，對(duì)工件的夾緊方案進(jìn)行設(shè)計(jì)、比較與確定，最后選擇合適的潤(rùn)滑劑。2 試驗(yàn)臺(tái)的總體方案設(shè)計(jì)2.1試驗(yàn)臺(tái)各零件參數(shù)設(shè)計(jì)2.1.1待測(cè)件結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)本試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)該適應(yīng)以下發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)要求：過(guò)載模擬待測(cè)件長(zhǎng)度：900 1200mm待測(cè)件直徑：90 120mm待測(cè)件重量： 15Kg2.1.2 待測(cè)件載荷要求 最大離心加速度：70g 旋轉(zhuǎn)架承載能力：大于1500N2.1.3 轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺(tái)采用變頻調(diào)速方式，技術(shù)指標(biāo)如下：旋轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速：小于300r/min旋轉(zhuǎn)架啟動(dòng)平穩(wěn)時(shí)間：

9、180S電機(jī)額定功率：5.5KW實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)上裝有壓力應(yīng)變片，且配有控制箱，從而更好的保障人員安全2.2總體方案的提出以及特點(diǎn)方案1方案圖： 圖2-1 方案1總圖組成：1.支撐定架； 2.帶輪傳動(dòng)； 3.旋轉(zhuǎn)平臺(tái)； 4.旋轉(zhuǎn)支架；5.剎車系統(tǒng)； 6.定 軸； 7.減震系統(tǒng)； 8.安裝系統(tǒng)；9.軸 承； 10.底 座；方案一優(yōu)點(diǎn)：（1）整個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸較大，適合大型試件的測(cè)試；（2）傳動(dòng)部分采用帶傳動(dòng)，在過(guò)載情況下可以保護(hù)電動(dòng)機(jī)，系統(tǒng)的安全性能好（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、較好的制造工藝。相對(duì)于箱體結(jié)構(gòu)而言，支撐柱的使用使整體結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，裝配也更方便。易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高生產(chǎn)率。其二，使用空心軸的同時(shí)不僅

10、能夠滿足引出線的目的，同時(shí)也提高了軸的抗扭強(qiáng)度。（3）：整個(gè)傳動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，噪音?。?）：可以測(cè)量多種形式放置和多種形狀的元件。但是同時(shí)這也對(duì)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，因?yàn)檫€有考慮剃度加速度對(duì)測(cè)試件的影響。方案一缺點(diǎn)：（1）傳動(dòng)帶更換時(shí)需要同時(shí)拆卸實(shí)驗(yàn)裝置主軸等部件，維修不方便。（2）用八根立柱作為支承承擔(dān)整個(gè)載荷，載荷過(guò)大時(shí)，立柱受載荷后容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，從而降低實(shí)驗(yàn)裝置的可靠性。（3）：只能測(cè)量一定重量的待測(cè)件。由于帶傳動(dòng)只能在輕載條件下工作，當(dāng)被測(cè)件超過(guò)一定重量時(shí)，同步帶傳動(dòng)易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。（4）：傳動(dòng)效率低，準(zhǔn)確性不足。由于采用帶傳動(dòng)，使整個(gè)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)效率低，壽命短，而且由于

11、帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，故在測(cè)算離心力時(shí)，其轉(zhuǎn)速存在偏差，使離心力的計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。又實(shí)驗(yàn)臺(tái)中采用的8根細(xì)長(zhǎng)的支撐柱支撐，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)和帶測(cè)件稍重時(shí)，很容易使整個(gè)結(jié)構(gòu)很失穩(wěn)，從而產(chǎn)生很大的振動(dòng)，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，此時(shí)壽命也將降低。（5）：實(shí)驗(yàn)臺(tái)床身體積龐大，操作不方便。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)高度上近三米，操作時(shí)極其的不方便，當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)時(shí)，其穩(wěn)定性也很得到保證。（6）生產(chǎn)效率低，成本高。過(guò)高的床身會(huì)增加工人的勞動(dòng)強(qiáng)動(dòng)，且生產(chǎn)成本也將增加。方案2方案圖： 圖2-2 方案2總圖組成： 1.支撐定架； 2.帶輪傳動(dòng)； 3.旋轉(zhuǎn)平臺(tái)； 4.夾具；5.定 軸； 6.減震系統(tǒng)；7.安裝系統(tǒng)；8.軸承；9.底座；方案二優(yōu)點(diǎn)：

12、（1） 相對(duì)方案一的結(jié)構(gòu)尺寸大為減?。?） 實(shí)驗(yàn)裝置的重心降低，動(dòng)架上的載荷減小，穩(wěn)定性增加（3） 對(duì)測(cè)量件的要求也大大降低了，而且可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)角度范圍測(cè)量。方案二缺點(diǎn)（1）每個(gè)角度都需設(shè)計(jì)一套專用夾具，對(duì)于不同角度的測(cè)量需要多個(gè)夾具，提 高了生產(chǎn)成本高。（2）測(cè)量的角度也比較固定，在測(cè)量不同角度時(shí)，要更換夾具，給拆卸方面帶 來(lái)不便，從而降低了生產(chǎn)效率。方案3 方案圖： 圖2-3 方案3總圖組成： 1.箱體； 2.集流環(huán)； 3.角接觸球軸承； 4.大轉(zhuǎn)動(dòng)軸；5.大錐齒輪； 6.套筒； 7.箱體蓋； 8.大軸承蓋； 9.拉桿；13.旋轉(zhuǎn)架； 19.套杯； 20.圓錐滾子軸承； 22.小軸承蓋；2

13、4.齒輪軸； 29.箱體底蓋； 31.連接塊方案三優(yōu)點(diǎn):轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)的變化：從圓盤式變成圓盤帶轉(zhuǎn)臂式；通過(guò)和以上兩方案中轉(zhuǎn)盤的比較，本方案中轉(zhuǎn)盤有以下特點(diǎn)：（1）采用轉(zhuǎn)臂式轉(zhuǎn)架，使測(cè)試件在轉(zhuǎn)臂上的范圍擴(kuò)大（2）采用圓錐齒輪傳動(dòng)取代帶傳動(dòng)，可避免更換帶傳動(dòng)所帶來(lái)的一系列問(wèn)題（3）采用箱體作為支撐零件，可承受較大的扭矩，使整個(gè)裝置的穩(wěn)定性和可靠 性提高。（4）節(jié)省材料，降低成本。使用鑄造的方法很生成轉(zhuǎn)盤，較上述兩方案中轉(zhuǎn)盤的制造更能節(jié)約成本。此外，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)盤和待測(cè)件對(duì)箱體的作用力，可以降低軸承等受力大的零部件的制造要求，可以使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)潔，制造工藝更好，從而降低生產(chǎn)成本。（5）工作穩(wěn)定，使測(cè)量

14、精度高。本方案中才用齒輪傳動(dòng)，它具有效率高、壽命長(zhǎng)、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定等特點(diǎn)，使測(cè)量結(jié)果更可靠，精度更高。（6）扭矩低。過(guò)大的盤在高速的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，產(chǎn)生很大的離心力和扭矩，這樣很容易對(duì)零部件造成破壞，本方案中的采用的轉(zhuǎn)盤和夾具固定在一起的方法可以減少運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力和扭矩。整體結(jié)構(gòu)的變化： 在綜合考慮實(shí)驗(yàn)臺(tái)的使用性能、測(cè)量精度和生產(chǎn)成本的前提下，采用箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使整機(jī)的高度從3167降到1800，并不影響其測(cè)量結(jié)果。當(dāng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力很大，產(chǎn)生的扭矩隨之加大，這對(duì)軸承的選材和制造工藝有很大的要求，而且實(shí)驗(yàn)臺(tái)的穩(wěn)定性也難以保證。這中失穩(wěn)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)越大時(shí)表現(xiàn)得更加明顯。而且很高

15、的實(shí)驗(yàn)臺(tái)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)易發(fā)生傾倒切對(duì)地基的要求也很高，因此適當(dāng)簡(jiǎn)化整體的結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)量精度和生產(chǎn)成本有很大影響。傳動(dòng)形式的變化：帶傳動(dòng)改為齒輪傳動(dòng)； 齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)是效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)比穩(wěn)定。在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)的效率最高，齒輪傳動(dòng)所需的空間尺寸一般較小，在設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，工作十分可靠，綜合比較以上方案中傳動(dòng)形式，齒輪傳動(dòng)明顯更好。2.3 確定方案以上提出了三種設(shè)計(jì)方案結(jié)果來(lái)看，幾種方案都能滿足設(shè)計(jì)要求，但在綜合比較其制造成本，制造工藝，實(shí)用性以及測(cè)量精度等各方面的要求后，方案三更合理。因此選擇方案三。3試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1電動(dòng)機(jī)的選擇：

16、 已知條件： 旋轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速： 小于300r/min 旋轉(zhuǎn)架啟動(dòng)平穩(wěn)時(shí)間：180s 最大離心加速度：70g3.1.1選擇電動(dòng)機(jī)的容量由于該回轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)是空載實(shí)驗(yàn)，并不需要承受多大的載荷（估計(jì)就是一些系統(tǒng)上的摩擦力矩和風(fēng)阻）。 所以該電機(jī)的功率主要是取決于啟動(dòng)時(shí)的功率?，F(xiàn)假設(shè)該實(shí)驗(yàn)臺(tái)作勻角加速度啟動(dòng)： 則 角速度 =3002/60=31.4 rad/s角加速度 =(1-2)/t=(3002/60-0)/180=0.17453 rad/s2驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T=J J為該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算大約的最大回轉(zhuǎn)半徑：2maxrmax=amaxrmax=a/2 =(70g/31.42)1/2=0.696 m注意： 轉(zhuǎn)速變

17、小時(shí)，回轉(zhuǎn)半徑應(yīng)加大。單個(gè)測(cè)試件 J=mr2 =150.6962 =7.26624 kgm2試驗(yàn)時(shí)測(cè)試件是兩邊對(duì)稱分布J=2J=14.53248 kg m2 T=J=14.532480.17453=2.5364N m最大的驅(qū)動(dòng)功率Pmax=Tmax=79.6415 w考慮到回轉(zhuǎn)臺(tái)以及軸的JPmax=30Pmax=2389.25 w再考慮到2對(duì)軸承 與一對(duì)錐齒輪的傳動(dòng)效率，聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率總=0.9820.940.99=0.894 Pd=Pw/=2.25kw因?yàn)楹雎粤孙L(fēng)阻以及系統(tǒng)的一些摩擦力矩，電動(dòng)機(jī)額定功率Pde大于Pd即可，由機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)的表14-1選得 Y 系列電動(dòng)機(jī)額定功率Pde為3 k

18、W。3.1.2選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)約速為300r/min 通常，單級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)i=36 ,故電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為9001500 r/min。同一類型、功率相同的電動(dòng)機(jī)具有多種轉(zhuǎn)速。如選用轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)，其尺寸和重量小，價(jià)格較低，但是會(huì)使傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比、尺寸結(jié)構(gòu)和重量增加。選用速度低的情況剛好相反。因此，在綜合考慮電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格，并且根據(jù)傳動(dòng)比的需要，選用電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為：1000 rmin?，F(xiàn)由根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)選電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為：Y160M28。具體參數(shù)如下：型號(hào) 額定功率KW轉(zhuǎn)速r/min 電流A 效率% 功率因素cos Y132M2-6396012.685

19、.30.78堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量（Kg）6.52.02.00.0449853.1.3電動(dòng)機(jī)的安裝B3型安裝型式尺寸機(jī)座號(hào)國(guó)際機(jī)座號(hào)DF G E L K H132M 132M383810338051512132A/2B CABACADHDA10817889280270210315216安裝圖樣圖3-1 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)3.2.1用途聯(lián)軸器主要用來(lái)聯(lián)接軸與軸（或聯(lián)接軸與其它回轉(zhuǎn)零件），以傳遞運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器屬于機(jī)械通用零部件范疇，用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高

20、軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接，是機(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)最常用的聯(lián)接部件。20世紀(jì)后期國(guó)內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)如何從品種甚多、性能各異的各種聯(lián)軸器中選用能滿足機(jī)器要求的聯(lián)軸器，對(duì)多數(shù)設(shè)計(jì)人員來(lái)講，始終是一個(gè)困擾的問(wèn)題。常用聯(lián)軸器有膜片聯(lián)軸器 ，鼓形齒式聯(lián)軸器，萬(wàn)向聯(lián)軸器，安全聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器及蛇形彈簧聯(lián)軸器。3.2.2特點(diǎn)與選擇聯(lián)軸器品種、型式、規(guī)格很多，在正確理解品種、型式、規(guī)格各自概念的基礎(chǔ)上，根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的需要來(lái)選擇聯(lián)軸器，首先從已經(jīng)制訂為標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)軸器中選擇，目前我國(guó)制訂為國(guó)標(biāo)和行標(biāo)的有十幾種，這些標(biāo)

21、準(zhǔn)聯(lián)軸器絕大多數(shù)是通用聯(lián)軸器，每一種聯(lián)軸器都有各自的特點(diǎn)和適用范圍，基本能夠滿足多種工況的需要，一般情況下設(shè)計(jì)人員無(wú)需自行設(shè)計(jì)聯(lián)軸器，只有在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器不能滿足需要時(shí)才需自行設(shè)計(jì)聯(lián)軸器。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器選購(gòu)方便，價(jià)格比自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器要便宜很多。在眾多的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器中，正確選擇適合自己需要的最佳聯(lián)軸器，關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)的工作性能、可靠性、使用壽命、振動(dòng)、噪聲、節(jié)能、傳動(dòng)效率、傳動(dòng)精度、經(jīng)濟(jì)性等一系列問(wèn)題，也關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。聯(lián)軸器的類型應(yīng)根據(jù)工作要求選定。聯(lián)接電動(dòng)機(jī)軸和減速器高速軸的聯(lián)軸器，由于軸的轉(zhuǎn)速較高，一般應(yīng)選用具有緩沖、吸振作用的彈性聯(lián)軸器，現(xiàn)根據(jù)聯(lián)軸器的類型和尺寸選擇HL3

22、聯(lián)軸器 3882 GB501485，它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，耐久性好，傳遞轉(zhuǎn)矩的能力大，具有一定補(bǔ)償兩軸相對(duì)便移和一般減振性能，相關(guān)圖形、尺寸和各參數(shù)如下：圖3-2 彈性柱銷聯(lián)軸器注： 1-6-半聯(lián)軸器， 材料為HT200 、35鋼、ZG35； 2-柱銷， 材料為MC尼龍6； 3-擋板， 材料為Q235； 4-螺栓， 材料為Q235、15、35、45鋼； 5-墊圈， 材料為65Mn 型號(hào)公稱扭矩Tn（Nm）許用轉(zhuǎn)速：nr/min鋼-鐵軸孔直徑d1、d2、dz軸孔長(zhǎng)度（Y型）DHL363050003882160轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（m）Sdl質(zhì)量Kg0.62.5207283.3潤(rùn)滑的選擇3.3.1

23、概述 潤(rùn)滑劑的主要作用是降低摩擦、減少磨損、提高效率、延長(zhǎng)機(jī)件的使用壽命，同時(shí)還起到冷卻、緩沖、防腐蝕、密封和排污等作用。脂潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于密封，但是潤(rùn)滑效果不如油潤(rùn)滑，故常用于開式齒輪的傳動(dòng)、開式蝸桿傳動(dòng)和低速滾動(dòng)軸承（）的潤(rùn)滑。并且在這里考慮以簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)為原則，若使用油的潤(rùn)滑方式，不僅要考慮到由于油路的設(shè)計(jì)而造成的成本的提高，而且對(duì)于這種直力式的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)也不方便使用油的設(shè)計(jì)方式?，F(xiàn)根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度、載荷大小、工作環(huán)境溫度、摩擦副表面、周圍環(huán)境、潤(rùn)滑裝置等方面考慮，確定齒輪副用油潤(rùn)滑，其余部分用脂潤(rùn)滑。3.3.2 潤(rùn)滑劑的選擇 齒輪副用潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為：SH 035792；名稱為：工業(yè)齒輪油

24、；牌號(hào)為：90其余部分用潤(rùn)滑脂標(biāo)號(hào)為：GB 3600188；名稱為：鈣鈉基潤(rùn)滑脂；牌號(hào)為：ZGN2。4 裝配圖的設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)的方案的總體裝配圖如下所示：圖4-1 裝配圖的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臂的長(zhǎng)度1271mm; 整體高度：670mm箱體底座離高速軸的距離：300mm4.1 傳動(dòng)形式的對(duì)比及選擇 V帶傳動(dòng) 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)雖然傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但需要避免與機(jī)座或其它零部件發(fā)生碰撞，而且?guī)鲃?dòng)靠摩擦傳動(dòng)，傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，一般運(yùn)用于高速傳動(dòng)，傳動(dòng)效率低。而在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速不高，且要求精確的計(jì)算軸的角速度，因此不適合運(yùn)用帶傳動(dòng)。 鏈傳動(dòng) 鏈傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)相比，其制造和安裝精度要求較低；鏈傳動(dòng)的受力情況較好，承

25、載能力較大；有一定的緩沖和減振性能；中心距較大而結(jié)構(gòu)輕便。與摩擦型帶傳動(dòng)相比，具有平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確；傳動(dòng)效率稍高；鏈條對(duì)軸的拉力較小；同樣使用條件下，結(jié)構(gòu)尺寸更為緊湊。一般只能實(shí)現(xiàn)平行軸間鏈輪的同向傳動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的順勢(shì)傳動(dòng)比。但當(dāng)其磨損后，易發(fā)生跳齒，工作時(shí)噪聲比較大。它不能保證恒定傳動(dòng)比，故不適宜在高速和運(yùn)動(dòng)精度要求高以及其他采用齒輪傳動(dòng)的場(chǎng)合。因此，在可能有其它的傳動(dòng)形式下盡可能也不用鏈傳動(dòng)。 齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn):能保證瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定,平穩(wěn)性較高,傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠;傳遞的功率和速度范圍較大;結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠,可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比;傳動(dòng)效率高,使用壽命長(zhǎng);齒輪的制造、安裝要求較高

26、.齒輪材料一般是鑄鐵等. 在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)的效率最高，其瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，速度（指節(jié)圓圓周速度）和傳遞功率的范圍大，可用于高速、中速和低速的傳動(dòng)；功率可以從1KW100000KW；傳動(dòng)效率高；結(jié)構(gòu)緊湊，使用于近距離傳動(dòng)等。綜合以上傳動(dòng)類型的分析，從緊湊、高速、大功率傳動(dòng)等方面考慮，優(yōu)選齒輪傳動(dòng)。4.2直齒錐齒輪的選擇與計(jì)算4.2.1錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 由選擇的電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132M26的相關(guān)數(shù)據(jù)知：輸入功率P1=3kW , 小齒輪轉(zhuǎn)速n1=960r/min , 齒數(shù)比u=3.2,由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作壽命15年（每年工作300天，一天大約4個(gè)小時(shí)），工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變4。解 1.選定齒輪類型、

27、材料、熱處理方法、精度等級(jí)1） 按上面所述，選用直齒圓錐齒輪傳動(dòng)。2）回轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB10095-88）。3）材料選擇。由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-1選擇小錐齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為HBS241286；大錐齒輪材料為35SiMn（調(diào)質(zhì)），HBS217269,二者材料硬度差為40HBS。4)按齒面接觸疲勞簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)主要參數(shù)由式(4-11)1.齒數(shù)比u=i=2.取齒寬系數(shù)=0.33.取載荷系數(shù)K=1.34.許用應(yīng)力=0.9*550=495 Mpa代入公式: =63.1mm初選d=705.幾何尺寸計(jì)算： 齒形角：=20分錐角:=17.35 齒數(shù)：按參考文

28、獻(xiàn)材料成形學(xué)，不產(chǎn)生切根的最少齒數(shù)min=2cos(sin)=16.32取Z1=20，則Z2=u*z1=67.39 Z2=70模數(shù)：按選取模數(shù)=3.13取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3.5分度圓直徑: 齒輪中點(diǎn)分度圓直徑:外錐矩:R=齒寬:b= 取b=36齒頂高:齒根高: 齒頂圓直徑: 齒根角: 齒頂角: 頂錐角: 根錐角: 分度圓弧齒厚: 實(shí)際齒寬系數(shù): 端面重合度: =1.7齒寬中點(diǎn)速度:=外錐高AK: 分度圓弦齒厚: 分度圓弦齒高: 當(dāng)量齒數(shù):中點(diǎn)分度圓模數(shù):4.2.2 精確校核齒面疲勞強(qiáng)度1.齒面接觸疲勞應(yīng)力由式(4-10)其中代入公式得:2.許用應(yīng)力由式(3-20)代入公式得: 滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度

29、條件4.2.3 精確校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞應(yīng)力由式(4-12). 其中, 前面已查: 代入公式得:.許用應(yīng)力:由式(3-23) 其中代入公式得: 4.2.4 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制零件圖齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與齒輪的幾何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及經(jīng)濟(jì)等因素有關(guān)。進(jìn)行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合地考慮上數(shù)各方面的因素。通常是先按齒輪的直徑大小，選定合適的結(jié)構(gòu)形式，然后在根據(jù)推薦用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)錐齒輪，設(shè)齒根圓到鍵槽底部的距離e1.6m時(shí)，應(yīng)該把齒輪和軸做成一體，即齒輪軸。當(dāng)齒頂圓直徑 160mmda100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大3%,兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大7%。對(duì)于直

30、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%?，F(xiàn)在，方案開有2個(gè)鍵槽。所以dmin=dmin115%=63mm所以，取-這軸段為支撐旋轉(zhuǎn)臺(tái)，厚度和半徑當(dāng)然是越大越好，現(xiàn)在臨時(shí)取為d=65mm l=97mm。軸的零件圖如下：圖4-6低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.4箱體設(shè)計(jì)4.4.1箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖47箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.4.2 主要結(jié)構(gòu)尺寸名 稱符號(hào)錐齒輪減速器箱體的主要尺寸箱座壁厚箱蓋壁厚箱底座外伸凸緣厚度地腳螺釘直徑地腳螺釘數(shù)目軸承旁聯(lián)接螺栓直徑蓋與箱體聯(lián)接螺栓直徑聯(lián)接螺栓的數(shù)目軸承端蓋螺釘直徑軸承端蓋外徑箱蓋、箱座肋厚大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離4.4.3 箱體零件圖如下

31、：圖48箱體零件圖4.5 套杯的設(shè)計(jì) 為滿足圓錐齒輪傳動(dòng)的嚙合精度要求,裝配時(shí)需要調(diào)整兩個(gè)圓錐齒輪的軸向位置.因此通常將小圓錐齒輪軸和軸承放在套杯內(nèi),利用套杯凸緣與箱體軸承座端面之間的墊片來(lái)調(diào)整小圓錐齒輪的軸向距離,同時(shí),采用套杯結(jié)構(gòu)也便于設(shè)置用來(lái)固定軸承的凸肩(套杯加工方便),并可使小圓錐齒輪軸系部件成為一個(gè)獨(dú)立的裝配單元. 由機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)P表F： 材料為HT150圖4-9 套杯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) S、e=712mm；D=d+2S+2.5d；D= D+2.5d；D由軸承安裝尺寸確定；d指螺釘直徑；其它尺寸由結(jié)構(gòu)確定。4.6 軸承蓋的設(shè)計(jì)大小軸承蓋都設(shè)計(jì)為透蓋,由機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)P表D：材料為HT150圖

32、4-10軸承蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) d= d+1；D =D+2.5d；D= D+2.5d；e=1.2d；ee；D=D-（1015）；D=D-3d；D=D-（24）；m由結(jié)構(gòu)確定，其它尺寸由密封件尺寸確定。具體尺寸見零件圖：圖411 軸承蓋零件圖結(jié)論 這是畢業(yè)前的一次比較綜合性的設(shè)計(jì)，在老師的指導(dǎo)下，能獨(dú)立的擬定設(shè)計(jì)方案，能熟練應(yīng)用已學(xué)過(guò)的理論知識(shí)，采用工程分析計(jì)算方法或數(shù)值計(jì)算法，正確的完成了設(shè)計(jì)中的計(jì)算工作。熟練地掌握工程制圖的方法和技巧。此次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，采用箱體式結(jié)構(gòu)，由圓錐齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂傳動(dòng)。用轉(zhuǎn)臂取代圓盤轉(zhuǎn)架，大大減輕質(zhì)量，節(jié)省材料，降低成本，同時(shí)減輕加于支撐基礎(chǔ)的載荷。本系統(tǒng)的傳動(dòng)方案采用一對(duì)圓錐齒輪傳動(dòng)取代帶傳動(dòng)