轉(zhuǎn)臂式加速度過載模擬實(shí)驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

1、南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 轉(zhuǎn)臂式加速度過載模擬實(shí)驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 1 前言1.1選題的依據(jù)及意義：現(xiàn)代軍事、國防領(lǐng)域?qū)鸸て凤w行器的機(jī)動性要求很高?；鸸て返臋C(jī)定性越好，對其整體強(qiáng)度要求及越高，承受機(jī)動過載的能力越強(qiáng)。為保證火工品的產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，必須進(jìn)行火工品的地面過載實(shí)驗(yàn)，對火工品在法向加速度作用下的性能進(jìn)行評價，用于指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計與質(zhì)量控制。離心加速度實(shí)驗(yàn)裝置就是在地面上測試過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)動時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，也就是說可以轉(zhuǎn)的更快，轉(zhuǎn)彎半徑更小，水平機(jī)動性能更好。 離心試驗(yàn)臺是由電機(jī)驅(qū)動帶動實(shí)驗(yàn)臺轉(zhuǎn)動，從而通過測算軸的轉(zhuǎn)速計算出加速度的試驗(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)在離心力場中沉淀速度的差異，實(shí)現(xiàn)樣品的分析分離。1.2國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）：轉(zhuǎn)臂式離心過載模擬實(shí)驗(yàn)臺是通過傳動系統(tǒng)使固定在旋轉(zhuǎn)架上的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生離心力，在過載情況下測試其某些性能參數(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。即它是通過離心運(yùn)動中不同比重的物質(zhì)所受離心力不同，因而被分離開來，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等工藝過程，它是隨著各工業(yè)部門的發(fā)展而相應(yīng)發(fā)展起來的。至目前為止,在加速度對發(fā)動機(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)動機(jī)內(nèi)彈道性能發(fā)生畸變,影響發(fā)動機(jī)的正常工作。這方面,國內(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)動飛行產(chǎn)生的橫向加速度對發(fā)動機(jī)工作產(chǎn)生影響的側(cè)重面是有較大差別的，后者對發(fā)動機(jī)內(nèi)絕熱層燒蝕的影響最為突出，而且長期被人們所忽視，國內(nèi)外至今缺乏對其的研究資料已有專家設(shè)計了實(shí)驗(yàn)發(fā)動機(jī)與實(shí)驗(yàn)裝置,進(jìn)行了一系列飛行固體火箭發(fā)動機(jī)橫向過載模擬試驗(yàn),獲得了不同加速度下發(fā)動機(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)計提供了基礎(chǔ)性的依據(jù)。離心試驗(yàn)臺不僅在調(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，在多功能和自動化方面也有長足進(jìn)步，如可變速率起制動、程序變速、直接輸入離心力、操作程序的存儲和調(diào)用、儀器狀態(tài)的自動診斷、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，如可變速率起制動和程序變速可以改善區(qū)帶離心效果和縮短離心時間等。從離心試驗(yàn)臺制造業(yè)整體來看，不可否認(rèn)的是，我國離心試驗(yàn)臺制造行業(yè)的整體水平與國外的離心試驗(yàn)臺的制造、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。但我國離心試驗(yàn)臺工業(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)到了國際先進(jìn)水平，在某些專項(xiàng)技術(shù)上甚至已經(jīng)超過了部分國外品牌。目前國內(nèi)離心試驗(yàn)臺制造商主要從多方面考慮進(jìn)行設(shè)計、改進(jìn)，使我國的臥螺離心試驗(yàn)臺新技術(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。如無明確規(guī)定，設(shè)備一般應(yīng)進(jìn)行這兩類試驗(yàn)，在通過所規(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)計一個測量離心加速度的立式轉(zhuǎn)臺，待測件重量15kg，直徑90-1

7、20mm，長度900-1200 mm，最大離心加速度70g。要求轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度計算。第一步，查閱資料，熟悉離心機(jī)原理，了解離心實(shí)驗(yàn)臺在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r和存在的問題。了解轉(zhuǎn)臂式離心加速度過載模擬實(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，在對所選課題有個初步的了解之后，再確定轉(zhuǎn)臂式離心加速度過載模擬實(shí)驗(yàn)的研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案。第三步，試驗(yàn)臺的總體方案設(shè)計，進(jìn)行系統(tǒng)方案的設(shè)計、比較與確定,依據(jù)對選擇的傳動方案,查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)，從而完成，聯(lián)軸器的設(shè)計. 裝配圖及其各零件的設(shè)計，設(shè)計好了之后再對各主要零部件進(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)計計算選擇各零件以及完成對零件圖的初步繪制。第五步，對工件的夾緊方案進(jìn)行設(shè)計、比較與確定，最后選擇合適的潤滑劑。2 試驗(yàn)臺的總體方案設(shè)計2.1試驗(yàn)臺各零件參數(shù)設(shè)計2.1.1待測件結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計本試驗(yàn)臺應(yīng)該適應(yīng)以下發(fā)動機(jī)試驗(yàn)要求：過載模擬待測件長度：900 1200mm待測件直徑：90 120mm待測件重量： 15Kg2.1.2 待測件載荷要求 最大離心加速度：70g 旋轉(zhuǎn)架承載能力：大于1500N2.1.3 轉(zhuǎn)臺運(yùn)動參數(shù)設(shè)計轉(zhuǎn)臺采用變頻調(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)架啟動平穩(wěn)時間：

9、180S電機(jī)額定功率：5.5KW實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺上裝有壓力應(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； 3.旋轉(zhuǎn)平臺； 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）整個結(jié)構(gòu)尺寸較大，適合大型試件的測試；（2）傳動部分采用帶傳動，在過載情況下可以保護(hù)電動機(jī)，系統(tǒng)的安全性能好（3）結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、較好的制造工藝。相對于箱體結(jié)構(gòu)而言，支撐柱的使用使整體結(jié)構(gòu)更簡單，裝配也更方便。易于實(shí)現(xiàn)自動化，提高生產(chǎn)率。其二，使用空心軸的同時不僅

10、能夠滿足引出線的目的，同時也提高了軸的抗扭強(qiáng)度。（3）：整個傳動過程平穩(wěn)，噪音?。?）：可以測量多種形式放置和多種形狀的元件。但是同時這也對設(shè)計提出了更高的要求，因?yàn)檫€有考慮剃度加速度對測試件的影響。方案一缺點(diǎn)：（1）傳動帶更換時需要同時拆卸實(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)整個載荷，載荷過大時，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）：只能測量一定重量的待測件。由于帶傳動只能在輕載條件下工作，當(dāng)被測件超過一定重量時，同步帶傳動易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，從而無法實(shí)現(xiàn)傳動。（4）：傳動效率低，準(zhǔn)確性不足。由于采用帶傳動，使整個結(jié)構(gòu)傳動效率低，壽命短，而且由于

11、帶傳動的傳動比不準(zhǔn)確，故在測算離心力時，其轉(zhuǎn)速存在偏差，使離心力的計算結(jié)果不準(zhǔn)確。又實(shí)驗(yàn)臺中采用的8根細(xì)長的支撐柱支撐，當(dāng)轉(zhuǎn)臺和帶測件稍重時，很容易使整個結(jié)構(gòu)很失穩(wěn)，從而產(chǎn)生很大的振動，從而影響測量的準(zhǔn)確性，此時壽命也將降低。（5）：實(shí)驗(yàn)臺床身體積龐大，操作不方便。本實(shí)驗(yàn)臺高度上近三米，操作時極其的不方便，當(dāng)機(jī)床運(yùn)動時，其穩(wěn)定性也很得到保證。（6）生產(chǎn)效率低，成本高。過高的床身會增加工人的勞動強(qiáng)動，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； 3.旋轉(zhuǎn)平臺； 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，動架上的載荷減小，穩(wěn)定性增加（3） 對測量件的要求也大大降低了，而且可以實(shí)現(xiàn)多個角度范圍測量。方案二缺點(diǎn)（1）每個角度都需設(shè)計一套專用夾具，對于不同角度的測量需要多個夾具，提 高了生產(chǎn)成本高。（2）測量的角度也比較固定，在測量不同角度時，要更換夾具，給拆卸方面帶 來不便，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，使測試件在轉(zhuǎn)臂上的范圍擴(kuò)大（2）采用圓錐齒輪傳動取代帶傳動，可避免更換帶傳動所帶來的一系列問題（3）采用箱體作為支撐零件，可承受較大的扭矩，使整個裝置的穩(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)盤和待測件對箱體的作用力，可以降低軸承等受力大的零部件的制造要求，可以使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡潔，制造工藝更好，從而降低生產(chǎn)成本。（5）工作穩(wěn)定，使測量

14、精度高。本方案中才用齒輪傳動，它具有效率高、壽命長、工作可靠、傳動比穩(wěn)定等特點(diǎn)，使測量結(jié)果更可靠，精度更高。（6）扭矩低。過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)動時產(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)臺的使用性能、測量精度和生產(chǎn)成本的前提下，采用箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使整機(jī)的高度從3167降到1800，并不影響其測量結(jié)果。當(dāng)實(shí)驗(yàn)臺的高速旋轉(zhuǎn)時，由于離心力很大，產(chǎn)生的扭矩隨之加大，這對軸承的選材和制造工藝有很大的要求，而且實(shí)驗(yàn)臺的穩(wěn)定性也難以保證。這中失穩(wěn)在實(shí)驗(yàn)臺越大時表現(xiàn)得更加明顯。而且很高

15、的實(shí)驗(yàn)臺在高速旋轉(zhuǎn)時易發(fā)生傾倒切對地基的要求也很高，因此適當(dāng)簡化整體的結(jié)構(gòu)對測量精度和生產(chǎn)成本有很大影響。傳動形式的變化：帶傳動改為齒輪傳動； 齒輪傳動的主要特點(diǎn)是效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長、傳動比穩(wěn)定。在常用的機(jī)械傳動中，齒輪傳動的效率最高，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小，在設(shè)計制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動，工作十分可靠，綜合比較以上方案中傳動形式，齒輪傳動明顯更好。2.3 確定方案以上提出了三種設(shè)計方案結(jié)果來看，幾種方案都能滿足設(shè)計要求，但在綜合比較其制造成本，制造工藝，實(shí)用性以及測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)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1電動機(jī)的選擇：

16、 已知條件： 旋轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速： 小于300r/min 旋轉(zhuǎn)架啟動平穩(wěn)時間：180s 最大離心加速度：70g3.1.1選擇電動機(jī)的容量由于該回轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)臺是空載實(shí)驗(yàn)，并不需要承受多大的載荷（估計就是一些系統(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時的功率?，F(xiàn)假設(shè)該實(shí)驗(yàn)臺作勻角加速度啟動： 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)動轉(zhuǎn)矩 T=J J為該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量計算大約的最大回轉(zhuǎn)半徑：2maxrmax=amaxrmax=a/2 =(70g/31.42)1/2=0.696 m注意： 轉(zhuǎn)速變

17、小時，回轉(zhuǎn)半徑應(yīng)加大。單個測試件 J=mr2 =150.6962 =7.26624 kgm2試驗(yàn)時測試件是兩邊對稱分布J=2J=14.53248 kg m2 T=J=14.532480.17453=2.5364N m最大的驅(qū)動功率Pmax=Tmax=79.6415 w考慮到回轉(zhuǎn)臺以及軸的JPmax=30Pmax=2389.25 w再考慮到2對軸承 與一對錐齒輪的傳動效率，聯(lián)軸器的傳動效率總=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，電動機(jī)額定功率Pde大于Pd即可，由機(jī)械設(shè)計指導(dǎo)的表14-1選得 Y 系列電動機(jī)額定功率Pde為3 k

18、W。3.1.2選擇電動機(jī)的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)約速為300r/min 通常，單級圓錐齒輪傳動i=36 ,故電動機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為9001500 r/min。同一類型、功率相同的電動機(jī)具有多種轉(zhuǎn)速。如選用轉(zhuǎn)速高的電動機(jī)，其尺寸和重量小，價格較低，但是會使傳動裝置的總傳動比、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，在綜合考慮電動機(jī)及傳動裝置的尺寸、重量、價格，并且根據(jù)傳動比的需要，選用電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為：1000 rmin。現(xiàn)由根據(jù)機(jī)械設(shè)計實(shí)用手冊選電動機(jī)的型號為：Y160M28。具體參數(shù)如下：型號 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)動慣量重量（Kg）6.52.02.00.0449853.1.3電動機(jī)的安裝B3型安裝型式尺寸機(jī)座號國際機(jī)座號DF G E L K H132M 132M383810338051512132A/2B CABACADHDA10817889280270210315216安裝圖樣圖3-1 電動機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.2 聯(lián)軸器的設(shè)計3.2.1用途聯(lián)軸器主要用來聯(lián)接軸與軸（或聯(lián)接軸與其它回轉(zhuǎn)零件），以傳遞運(yùn)動與轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器屬于機(jī)械通用零部件范疇，用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高

20、軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機(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)品軸系傳動最常用的聯(lián)接部件。20世紀(jì)后期國內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，在產(chǎn)品設(shè)計時如何從品種甚多、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，對多數(shù)設(shè)計人員來講，始終是一個困擾的問題。常用聯(lián)軸器有膜片聯(lián)軸器 ，鼓形齒式聯(lián)軸器，萬向聯(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)傳動系統(tǒng)的需要來選擇聯(lián)軸器，首先從已經(jīng)制訂為標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)軸器中選擇，目前我國制訂為國標(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)計人員無需自行設(shè)計聯(lián)軸器，只有在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器不能滿足需要時才需自行設(shè)計聯(lián)軸器。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器選購方便，價格比自行設(shè)計的非標(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)品軸系傳動的工作性能、可靠性、使用壽命、振動、噪聲、節(jié)能、傳動效率、傳動精度、經(jīng)濟(jì)性等一系列問題，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 38×82 GB501485，它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，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軸孔長度（Y型）DHL363050003882160轉(zhuǎn)動慣量（m）Sdl質(zhì)量Kg0.62.5207283.3潤滑的選

23、擇3.3.1概述 潤滑劑的主要作用是降低摩擦、減少磨損、提高效率、延長機(jī)件的使用壽命，同時還起到冷卻、緩沖、防腐蝕、密封和排污等作用。脂潤滑結(jié)構(gòu)簡單、易于密封，但是潤滑效果不如油潤滑，故常用于開式齒輪的傳動、開式蝸桿傳動和低速滾動軸承（）的潤滑。并且在這里考慮以簡單設(shè)計為原則，若使用油的潤滑方式，不僅要考慮到由于油路的設(shè)計而造成的成本的提高，而且對于這種直力式的設(shè)計方案，同時也不方便使用油的設(shè)計方式。現(xiàn)根據(jù)運(yùn)動速度、載荷大小、工作環(huán)境溫度、摩擦副表面、周圍環(huán)境、潤滑裝置等方面考慮，確定齒輪副用油潤滑，其余部分用脂潤滑。3.3.2 潤滑劑的選擇 齒輪副用潤滑油標(biāo)準(zhǔn)號為：SH 035792；名稱為

24、：工業(yè)齒輪油；牌號為：90其余部分用潤滑脂標(biāo)號為：GB 3600188；名稱為：鈣鈉基潤滑脂；牌號為：ZGN2。4 裝配圖的設(shè)計試驗(yàn)臺的方案的總體裝配圖如下所示：圖4-1 裝配圖的設(shè)計轉(zhuǎn)臂的長度1271mm; 整體高度：670mm箱體底座離高速軸的距離：300mm4.1 傳動形式的對比及選擇 V帶傳動 帶傳動設(shè)計雖然傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，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)鲃涌磕Σ羵鲃?，傳動比不?zhǔn)確，一般運(yùn)用于高速傳動，傳動效率低。而在本設(shè)計中，電機(jī)轉(zhuǎn)速不高，且要求精確的計算軸的角速度，因此不適合運(yùn)用帶傳動。 鏈傳動 鏈傳動與齒輪傳動相比，其制造和安裝精度要求較低；鏈傳動的受力

25、情況較好，承載能力較大；有一定的緩沖和減振性能；中心距較大而結(jié)構(gòu)輕便。與摩擦型帶傳動相比，具有平均傳動比準(zhǔn)確；傳動效率稍高；鏈條對軸的拉力較??；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，運(yùn)轉(zhuǎn)時不能保持恒定的順勢傳動比。但當(dāng)其磨損后，易發(fā)生跳齒，工作時噪聲比較大。它不能保證恒定傳動比，故不適宜在高速和運(yùn)動精度要求高以及其他采用齒輪傳動的場合。因此，在可能有其它的傳動形式下盡可能也不用鏈傳動。 齒輪傳動齒輪傳動的特點(diǎn):能保證瞬時傳動比恒定,平穩(wěn)性較高,傳遞運(yùn)動準(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)較大的傳動比;傳動效率高,使用壽命長;齒輪的制造、

26、安裝要求較高.齒輪材料一般是鑄鐵等. 在常用的機(jī)械傳動中，齒輪傳動的效率最高，其瞬時傳動比恒定，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；功率可以從1KW100000KW；傳動效率高；結(jié)構(gòu)緊湊，使用于近距離傳動等。綜合以上傳動類型的分析，從緊湊、高速、大功率傳動等方面考慮，優(yōu)選齒輪傳動。4.2直齒錐齒輪的選擇與計算4.2.1錐齒輪傳動設(shè)計 由選擇的電動機(jī)型號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,由電動機(jī)驅(qū)動，工作壽命15年（每年工作300天，一天大約4個小時），工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變4。解 1.選

27、定齒輪類型、材料、熱處理方法、精度等級1） 按上面所述，選用直齒圓錐齒輪傳動。2）回轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)臺為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）。3）材料選擇。由機(jī)械設(shè)計表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)按齒面接觸疲勞簡化設(shè)計公式設(shè)計主要參數(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.幾何尺寸計算： 齒形角：=20°分錐角:=1

28、7.35° 齒數(shù)：按參考文獻(xiàn)材料成形學(xué)，不產(chǎn)生切根的最少齒數(shù)min=2cos(sin)²=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

29、式(3-20)代入公式得: 滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件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)計及繪制零件圖齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計與齒輪的幾何尺寸、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)計時，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。對錐齒輪，設(shè)齒根圓到鍵槽底部的距離e<1.6m時，應(yīng)該把齒輪和軸做成一體，即齒輪軸。當(dāng)齒頂圓直徑 160mm<da<5

30、00mm 時，應(yīng)當(dāng)做成腹板式的結(jié)構(gòu)，腹板的開孔數(shù)由結(jié)構(gòu)尺寸的大小及需要決定。小錐齒輪小端面到鍵槽底部的距離e現(xiàn)在還不清楚。所以小錐齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計要等到軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計完成之后?，F(xiàn)在設(shè)計大錐齒輪。圖42 大錐齒輪的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)設(shè)計數(shù)據(jù)： D1(D0+D3)/2; D2(0.250.35)(D0-D3) D31.6D4(鋼材)；D31.7D4(鑄鐵)；n10.5mn；r5mm； 錐齒輪：l(11.2)D4; c(34)m; 尺寸J由結(jié)構(gòu)設(shè)計而定；（0.10.2）B C值不應(yīng)小于10mm.綜上所述 設(shè)計出大錐齒輪如下圖所示。圖43大錐齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸4.3軸的設(shè)計 軸設(shè)計的主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算兩方面

31、的內(nèi)容.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是軸設(shè)計中的重要內(nèi)容。軸的工作能力計算是指軸的強(qiáng)度、剛度和震動穩(wěn)定性等方面的計算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時只需對軸進(jìn)行強(qiáng)度計算，以防止鍛裂和塑性變形。而對剛度要求高的軸和受力的細(xì)長軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計算，以防止工作是產(chǎn)生過大的彈性變形。級別ZMha*齒寬高速級203.520°136低速級703.520°1364.3.1 高速軸

32、的設(shè)計設(shè)計過程如下： 以下數(shù)據(jù)均出自機(jī)械設(shè)計1.初步確定高速軸的最小直徑先按式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取A0=126,于是得dmin=A0=126=18.4mm為安全，乘安全系數(shù)1.8，d=18.4×1.5=27.6mm，現(xiàn)取d=33mm考慮軸上開有兩個鍵槽應(yīng)增大10%-15%即d=38mm.輸出軸的最小直徑顯然是安裝連軸器處軸的直徑d-.為了使所選的軸直徑d-與連軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取連軸器型號。T1=9550000=95500005.5/96054710N·mm連軸器的計算轉(zhuǎn)矩Tca=KAT1查表14-

33、1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取KA=1.3,則：Tca=KAT1=1.354710N·mm=71123N·mm按照計算轉(zhuǎn)矩Tca應(yīng)小于連軸器的公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查GB584386，選用YL7型凸緣連軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為160000N·mm。選YL7連軸器。半連軸器與軸配合的轂孔長度L1=84mm。2. 錐齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖44錐齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1)擬定軸上零件的裝配方案2)根據(jù)軸向的定位要求確定軸的各段直徑和長度(1)為了滿足半連軸器的軸向的定位要求，-軸段又端需制出一軸肩，故取-段的直徑為43mm,左端軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=40mm.半連軸器與軸配合的

34、轂長度L1=84mm,為了保證軸端擋圈只壓在半連軸器上而不壓在軸的端面上，故-段的長度應(yīng)比L1略短些，現(xiàn)取l-=82mm.(2)初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。查照工作要求并根據(jù)d-=43mm,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度的單列圓錐滾子軸承303010，其尺寸為dDT=5011029.25,故d-=dIV-V=48mm.而l-=32mm,lIV-V=65mm.(3)由軸承蓋的結(jié)構(gòu)確定lII-III =62mm,由箱體的內(nèi)壁到軸的距離可確定lVI-VII=20經(jīng)過計算得小端齒根圓到鍵槽底部的距離e8mm,雖然e1.6m,但是也是處于

35、危險邊緣，所以還是做成齒輪軸。3)軸上零件的周向定位半連軸器與軸的周向定位用平鍵連接。按d-=38mm由手冊查得平鍵截面尺寸為bh=126(GB/T1095-1979),鍵用鍵槽銑刀加工，長為63 mm,.并選擇半連軸器與軸的配合為H7/r6.4)確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角為245°，各軸肩初的圓角半徑見上圖。小錐齒輪軸的零件圖如下：圖45 錐齒輪軸的結(jié)構(gòu)尺寸4.3.2 低速軸的設(shè)計初步確定軸的最小直徑：P2=P1=30.990.940.99=2.76 Kwn2=960/i=960/2.76=347.8r/mindmin=A0=126=25.2mm取d=48mm顯然，

36、軸徑最小處是螺紋處。選取M48的螺母查表 螺母 GB6170-86 M48 的厚度為30。(1)為了滿足軸承的軸向的定位要求，-軸段右端需制出一軸肩，參照軸承安裝尺寸，故取-段的直徑為75mm，-段的直徑為85 mm。-段的長度參照軸承寬度尺寸，現(xiàn)取l-=97mm。-段的長度暫時定為64.5 mm。軸承與軸的配合公差為H7/r6。確定軸上圓角和倒角尺寸，取軸端倒角為245°。（2）軸-段為錐齒輪的配合。根據(jù)大錐齒輪內(nèi)徑確定直徑d=80mm，所以取段軸直徑d-=80mm，帶輪與軸的配合公差為H7/r6。長度方向上，為滿足軸向定為，此段軸長應(yīng)小于大錐齒輪內(nèi)徑，取L-=85mm。（3）軸-

37、段為支撐段，考慮受力及大錐齒輪直徑、大錐齒輪厚度，現(xiàn)取d-=75mm，l-=40mm. （4）軸-段為支撐板，取代號為 7211C GB292-83 的角接觸球軸承配合安裝，參照軸承的安裝尺寸，取d-=70mm，l-=68mm。 （5）軸-段，軸截面上開有鍵槽時，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強(qiáng)度的削弱。對于直徑d>100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大3%,兩個鍵槽時，應(yīng)增大7%。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%?，F(xiàn)在，方案開有2個鍵槽。所以dmin=dmin×115%=63mm所以，取-這軸段為支撐旋轉(zhuǎn)臺，厚度和半徑當(dāng)然

38、是越大越好，現(xiàn)在臨時取為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4.4箱體設(shè)計4.4.1箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖47箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計4.4.2 主要結(jié)構(gòu)尺寸名 稱符號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：圖48箱體零件圖4.5 套杯的設(shè)計 為滿足圓錐齒輪傳動的嚙合精度要求,裝配時需要調(diào)整兩個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調(diào)整小圓錐齒輪的軸向距離,同時,采用套杯結(jié)構(gòu)也便于設(shè)置用來固定軸承的凸肩(套杯加工方便),并可使小圓錐齒輪軸系部件成為一個獨(dú)立的裝配單元. 由機(jī)械設(shè)計指導(dǎo)P表F： 材料為HT150圖4-9 套杯的結(jié)構(gòu)設(shè)計 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)計大小軸承蓋都設(shè)計為透蓋,由機(jī)械設(shè)計指導(dǎo)P表D：材料為HT150圖4-10軸承蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計 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