機械傳動多功能試驗臺

1、摘要實驗設備對于加深學生對理論知識的理解，鍛煉學生的實踐、創(chuàng)新能力具有十分重要的意義，在教學體系中占有舉足輕重的地位。目前，我國大部分高校的實驗設備存在陳舊、落后的問題，而實驗設備開發(fā)與實驗教學應用嚴重脫節(jié)，導致實驗設備無法滿足教學發(fā)展的要求。因此，迫切地需要通過新型實驗設備的自主設計研制，來改進實驗設備現(xiàn)狀、提高實驗教學水平。關鍵詞：機械傳動，運動學，動力學，實驗臺，仿真，測試ABSTRACTThe experimental facilities have the very important function for the understanding of the academic kn

2、owledge, exercises student's practice, ability of creation. At present, problems of obsolete and backward facilities exist in majority of the universities.Because of the disjoint between the development of the experimental facilities and the experimental teaching application, the experimental fa

3、cilities can not suit for the development of teaching. Therefore, it is urgent to develop the new experimental facilities, to improve the test installation present situation, the enhancement experiment teaching level.Keyword: Mechanical Transmission , Kinematics, Dynamics, Laboratory Bench, Simulati

4、on, Test第一章 引言1.1本課題提出的意義培養(yǎng)學生根據(jù)機械傳動實驗任務，進行自主實驗的能力。實驗在“機械傳動性能綜合測試實驗臺”上進行，實驗室提供機械傳動裝置和測試設備資料，學生根據(jù)實驗任務自主設計實驗方案，寫出實驗方案書，搭接傳動系統(tǒng)進行測試，分析傳動系統(tǒng)設計方案，寫出實驗報告。掌握機械傳動合理布置的基本要求，機械傳動方案設計的一般方法，并利用機械傳動綜合實驗臺對機械傳動系統(tǒng)組成方案的性能進行測試，分析組成方案的特點；通過實驗掌握機械傳動性能綜合測試的工作原理和方法，掌握計算機輔助實驗的新方法。測試常用機械傳動裝置（如帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動等）在傳遞運動與動力過程中的參數(shù)

5、曲線(速度曲線、轉矩曲線、傳動比曲線、功率曲線及效率曲線等)，加深對常見機械傳動性能的認識和理解。1.2多功能實驗臺的發(fā)展現(xiàn)狀第二章 試驗臺簡介2.1 多功能實驗臺的組成機械傳動多功能實驗臺由機械傳動裝置、聯(lián)軸器、變頻電機、加載裝置、和工控機幾個模塊組成，另外還有實驗軟件支持。系統(tǒng)性能參數(shù)的測量通過測試軟件控制，安裝在工控機主板上的兩塊轉矩轉速測試卡和轉矩轉速傳感器聯(lián)接。學生可以根據(jù)自己的實驗方案進行傳動連接、安裝調試和測試，進行設計性實驗、綜合性實驗或創(chuàng)新性實驗。圖2-1 實驗臺的結構布局1-變頻調速電機 2-聯(lián)軸器 3-轉矩轉速傳感器 4-試件5-加載與制動裝置 6-工控機 7-電器控制柜

6、 8-臺座本次設計要完成三種方案的轉配圖及各需要加工零件的零件圖。方案一：V帶傳動-斜齒圓柱齒輪減速器方案二：鏈傳動-斜齒圓柱齒輪減速器方案三：V帶傳動-斜齒輪減速器- 蝸桿減速器2.2 實驗臺的功能在“機械傳動多功能實驗臺”上能開展典型機械傳動裝置性能測試、組合傳動系統(tǒng)布置優(yōu)化和新型機械傳動性能測試三類實驗。在本科生主要進行第二類實驗，即組合傳動系統(tǒng)布置優(yōu)化設計。學生根據(jù)實驗任務自主設計實驗方案和寫出實驗方案書，搭接傳動系統(tǒng)進行測試，分析傳動系統(tǒng)設計方案，寫出實驗報告。實驗方案書內容包括已知條件、實驗目的、機械傳動系統(tǒng)運動參數(shù)和組成方案設計、機械傳動系統(tǒng)性能測試原理、實驗步驟和注意事項。在實

7、驗中觀察測試系統(tǒng)運行情況，采集傳動性能數(shù)據(jù)，測繪實驗系統(tǒng)。實驗報告內容包括測試系統(tǒng)平面布置圖、實驗曲線和分析結果等。2.3 實驗臺的結構1、 工作臺和控制柜圖2-2 實驗平臺總圖圖2-3 實驗臺平面圖2、 工控機圖2-4 工控機3、 三相變頻調速電機和輸入端轉矩轉速傳感器圖2-5 三相變頻調速電機和輸入端轉矩轉速傳感器圖2-6 轉矩轉速傳感器結構圖4、 磁粉制動器和輸出端轉矩轉速傳感器圖2-7 磁粉制動器和輸出端轉矩轉速傳感器5、 機械傳動裝置圖2-8 斜齒圓柱齒輪減速器圖2-9 蝸輪減速器圖2-10 V帶輪圖2-11 鏈輪圖2-12 聯(lián)軸器圖2-13 支承圖2-14 支承底座7、聯(lián)接件T型螺

8、栓圖2-15 T型螺栓除此外還有：六角螺栓、平墊圈GB95-85-10、柱銷8、輔助工具輔助工具有：開口扳手、活動扳手、一字起和十字起、內六角扳手、拉馬、機油壺第三章 機械傳動多功能實驗臺的設計3.1 電動機的選擇綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比。由機械設計手冊選定型號為YZ112-M-6的三相異步電動機，額定功率為1.5KW，額定電壓380V,額定電流4.2A，滿載轉速920 r/min。其結構如圖3-1所示圖3-1 三相異步電動機3.2齒輪傳動的設計齒輪傳動是機械傳動中最主要的一類傳動，型式很多，應用廣泛，傳遞的功率可達數(shù)十萬千瓦，圓周速度可達200m/s

9、。本設計所設計的是最常用的漸開線齒輪傳動。3.2.1齒輪傳動的主要特點有： 1)效率高 在常用的機械傳動中，以齒輪傳動的效率為最高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達99。這對大功率傳動十分重要，因為即使效率只提高1，也有很大的經(jīng)濟意義。 2)結構緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。 3)工作可靠、壽命長 設計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可長達一、二十年，這也是其它機械傳動所不能比擬的。這對車輛及在礦井內工作的機器尤為重要。4)傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應用，也就是由于具有這一特點。但是齒輪傳動的制造及安裝精度

10、要求高，價格較員，且不宜用于傳動距離過大的場合。齒輪傳動可做成開式、半開式及閉式。如在農(nóng)業(yè)機械、建筑機械以及簡易的機械設備中，有一些齒輪傳動沒有防塵罩或機殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動。這種傳動不僅外界雜物極易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，輪齒也容易磨損，故只宜用于低速傳動。當齒輪傳動裝有簡單的防護罩，有時還把大齒輪部分地浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動。它的工作條件雖有改善，但仍不能做到嚴密防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。而汽車、機床、航空發(fā)動機等所用的齒輪傳動，都是裝在經(jīng)過精確加工而且封閉嚴密的箱體(機匣)內，這稱為閉式齒輪傳動(齒輪箱)。它與開式或半開式的相比，潤

11、滑及防護等條件最好，多用于重要的場合。3.2.2 齒輪傳動的失效形式齒輪傳動就裝置型式來說，有開式、半開式及閉式之分；就使用情況來說，有低速、高速及輕載、重載之別；就齒輪材料的性能及熱處理工藝的不同，輪齒有較脆(如經(jīng)整體淬火、齒面硬度很高的鋼齒輪或鑄鐵齒輪)或較韌(如經(jīng)調質、?；膬?yōu)質碳鋼及合金鋼齒輪)，齒面有較硬(輪齒工作面的硬度大于350HBS或38HRC，并稱為硬齒面齒輪)或較軟(輪齒工作面的硬度小于或等于350HBS或38HRC，并稱為軟齒面齒輪)的差別等。由于上述條件的不同，齒輪傳動也就出現(xiàn)了不同的失效形式。3.2.3齒輪設計準則由于齒輪傳動在具體的工作情況下，必須具有足夠的、相應的

12、工作能力，以保證在整個工作壽命期間不致失效。因此，針對上述各種工作情況及失效形式，都應分別確立相應的設計準則。但是對于齒面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實際使用而且行之有效的計算方法及設計數(shù)據(jù)，所以目前設計一般使用的齒輪傳動時，通常只按保證齒根彎曲。對于高速大功率的齒輪傳動(如航空發(fā)動機主傳動、汽輪發(fā)電機組傳動等)，還要按保證齒面抗膠合能力的準則進行計算。至于抵抗其它失效的能力，目前雖然一般不進行計算，但應采取相應的措施，以增強輪齒抵抗這些失效的能力。由實踐得知，在閉式齒輪傳動中，通常以保證齒面接觸疲勞強度為主。但對于齒面硬度很高、齒芯強度又低的齒輪(如用20、20cr鋼經(jīng)滲碳后淬火

13、的齒輪)或材質較脆的齒輪，通常則以保證齒根彎曲疲勞強度為卞。如果兩齒輪均為硬齒面且齒面硬度一樣高時，則視具體情況而定。功率較大的傳動，例如輸入功率超過75kw的閉式齒輪傳動，發(fā)熱量大，易于導致潤滑不良及輪齒膠合損傷等，為了控制溫升，還應作散熱能力計算。開式(半開式)齒輪傳動，按理應根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準則進行計算，但如前所述，對齒面抗磨損能力的計算方法迄今尚不夠完善，故對開式(半開式)齒輪傳動，目前僅以保證齒根彎曲疲勞強度作為設計準則。為了延長開式(半開式)齒輪傳動的壽命，可視具體需要而將所求得的模數(shù)適當增大。對于齒輪的輪困、輪輻、輪較等部位的尺寸，通常僅作結構設計，不進行強度

14、計算。3.2.4齒輪傳動設計工作條件：已知輸入功率Pt1.5kw，小齒輪轉速M1；920rmin 齒數(shù)比i2，由電動機驅動，工作壽命15年(設每年工作300天)，兩班制，工作干穩(wěn)，轉向不變。1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒效1) 由工作臺的傳動方案與設計要求選用斜齒圓柱齒輪傳動。2) 考慮此減速器的功率較大，故大、小齒輪都選用硬齒面。由表l0-1選得大、小齒輪的材料均為40cr，并經(jīng)調質及表面淬火齒面硬度為4855HRC。3) 選取精度等級。因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需磨削，故初選7級精度。4)選小齒輪齒數(shù):30，大齒輪齒數(shù)：.5) 選取螺旋角。初選螺旋角2.按齒面接觸強度設計（1

15、）確定公式內各個計算數(shù)值1)試選。2)由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)2.433。3)由圖10-26查得:則：4)許用接觸應力：（2）計算(1)試算小齒輪分度圓直徑，由計算公式得其中：則：(2)計算圓周速度則：V=3.13m/s(3)計算齒寬b及摸數(shù)Mnt則：b=65.4mmMnt=2.11mm即有： H=4.76mm(4)計算縱向重合度即： 總結本論文以機械傳動多功能實驗臺為主要研究目的。設計出多種方案機構系統(tǒng)，對各種方案進行了深入的運動、動力綜合研究，并以此為基礎，繪制出了其中三種典型方案的CAD圖紙。根據(jù)測試理論，構建出多參數(shù)測試系統(tǒng)。將機械設計、CAD及參數(shù)測試緊密結合，對同類綜合實驗設備的

16、實驗具有借鑒價值。 在研究了實驗設備現(xiàn)狀的基礎上，設計研制出具有多方案組合、開放型的機械系統(tǒng)。 突破了傳統(tǒng)實驗設備單一性、封閉性的設計模式，創(chuàng)造性地提出了組合式、暴露式的創(chuàng)新設計思想。本實驗臺能夠完成了三級傳動裝置的實驗，以及測試主要性能（轉速、轉矩、傳動比、效率等）；完成了整體布局和方案圖，重點完成了三種方案，帶-鏈-齒輪三種零件的兩組布置，以及帶-齒輪-蝸桿布置；完成了三種方案的裝配圖及各需要加工零件的零件圖，并列了出外購件的型號及主要參數(shù)。 參考文獻1鄒慧君.機構系統(tǒng)設計M.上海:上海利學技術出版社.1996.2吳宗澤.高等機械設計M北京:清華人學出版社.2008.3趙明.直流調速系統(tǒng)M.北京:機械工業(yè)出版社.2001.4工耀德.交直流電力拖動控制系統(tǒng)M.北京:機械工業(yè)出版社.1992.5易立成.機械傳動封閉試驗臺M.成都:四川省機械工程學會傳動專業(yè)委員會.2003.6劉金石.機械傳動試驗的電封閉加載J.陜西機械學院學報.1999.7李路鳴.封閉功率流式齒輪試驗臺的載荷特性J.機械設計.2002.致 謝本文的研究工作