汽車同步帶疲勞壽命試驗機設(shè)計

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rmin機械傳動試驗機是對傳動帶進行綜合性能測試的試驗設(shè)備。通過試驗來檢驗傳動帶的各方面性能。國外較早地開始了這方面的研究，如美國Gleason公司在五十年代就設(shè)計出了用輪系作為加載系統(tǒng)的傳動試驗臺的方案。比較著名的還有美國國家航空航天局（NASA)下屬的Lewis研究中心、前蘇聯(lián)中央機械制造與設(shè)計研究院、美國通用動力公司、德國RENK公司、日本明電舍動力公司、日本豐田汽車公司、美國伊利諾斯大學機械工程系、法國Skoda公司等。從試驗臺方案的設(shè)計到最終的樣品制造他們都進行了大量的研究工作，形成了系列化的設(shè)計模式。與國外相比，國內(nèi)對于傳動試驗臺的研究起步相對較晚。研究工作始于八十年代初期。國內(nèi)較早從事這方面研究工作的主要單位有重慶大學、鄭州機械研究所、長春汽車研究所、西安重型機械研究所、西安理工大學、合肥工業(yè)大學、四川工業(yè)學院、西安減速機廠、西安公路交通大學等單位。他們先后建立起了各種形式的傳動試驗臺，這些試驗臺的建立從理論上和實踐上都取得了很大的進步，積累了豐富的經(jīng)驗，代表著我國機械傳動試驗設(shè)備的發(fā)展水平。第1章 設(shè)計方案11 設(shè)計題目汽車同步帶疲勞壽命試驗機。12 設(shè)計原理 本設(shè)計的工作原理如圖1.1所示。圖 1.1 汽車同步帶疲勞壽命試驗機工作原理示意1三相異步電動機；2聯(lián)軸器；3扭矩傳感器；4軸承座；5傳動帶； 6主動增速帶輪；7從動增速帶輪；8主動試驗帶輪；9從動試驗帶輪；10試驗帶；11主動降速帶輪；12從動降速帶輪；13負載發(fā)電機。本設(shè)計中以三相異步電動機為主動電機，聯(lián)軸器實現(xiàn)電動機、扭矩傳感器、軸承座、負載發(fā)電機之間的連接，增速機構(gòu)提升轉(zhuǎn)速滿足試驗帶的要求，降速機構(gòu)降低轉(zhuǎn)速滿足負載發(fā)電機的要求。13 工作方式的選擇目前汽車同步帶疲勞壽命試驗機的工作方式主要有兩種，一種是機械封閉方式，另一種是電封閉方式。汽車同步帶三輪疲勞壽命試驗機采用有扭矩法動態(tài)模擬汽車同步帶的實際使用過程,試驗功率傳遞方式為機械封閉式,其傳動原理如圖1.2所示。圖 1.2 同步帶疲勞壽命試驗機工作原理示意圖1扭矩傳感器；2從動輪；3傳動帶；4主動輪；5行星輪系；6力矩電機；7系桿；8主電機；9主動試驗輪；10試驗帶；11從動試驗輪。該試驗機中,從被試驗帶、扭矩傳感器到傳動帶、減速器整個傳動過程為封閉式。傳動輪安裝在行星齒輪減速器的外殼上,力矩電機通過多楔帶與減速器的輸入軸相連,主電機通過驅(qū)動傳動軸與減速器的輸出軸相連。主電機驅(qū)動傳動軸運轉(zhuǎn)時,傳動輪的轉(zhuǎn)速與主電機和力矩電機的轉(zhuǎn)速有關(guān)。當電機的轉(zhuǎn)速固定時,由力矩電機輸入不同的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)傳動帶輪的轉(zhuǎn)速,從而使傳動帶與被試驗帶之間的傳動比不同,由此對被試驗帶加上不同的載荷(扭矩)。試驗時傳動帶同樣承受扭矩,為確保試驗數(shù)據(jù)準確,傳動帶不能有較大滑動,因此該試驗機采用滑動較小、傳遞功率大的多楔帶傳動,同時加大傳動帶的包角。疲勞試驗機所有部件應(yīng)具有足夠的強度和剛度,并能滿足連續(xù)運轉(zhuǎn)的要求,該同步帶疲勞試驗機主要包括以下部分:(1)主動輪及其驅(qū)動裝置主動輪由主電機驅(qū)動,驅(qū)動軸兩端分別與試驗帶輪和行星減速器相連接。同時為了便于試驗帶安裝并減小同長度同步帶因位置調(diào)整引起的試驗誤差,在試驗帶輪與主電機之間采用高速萬向花鍵副連接。對于不同長度的同步帶,位置由電機驅(qū)動做相應(yīng)的調(diào)整。(2)從動輪及其相連的加載裝置從動輪及其相連的加載裝置包括加載力矩電機、傳動帶、扭矩傳感器及行星減速器等。扭矩加載裝置可充分發(fā)揮行星減速器的差動原理,能提供準確、穩(wěn)定的試驗扭矩,并用重錘進行扭矩校正。為模擬汽車發(fā)動機的工作環(huán)境,在從動輪附近設(shè)有加熱裝置。(3)張緊輪(平輪)裝置張緊輪裝置能使張緊輪沿張緊力的作用方向自由運動,以使試驗所需的張緊力準確地作用到被試同步帶上。該張緊裝置在有一定軸向偏角時可實現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)。(4)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)采用工業(yè)控制計算機系統(tǒng)為核心處理系統(tǒng),配以光柵高速計數(shù)器、扭矩傳感器控制,采用行星齒輪減速器加載,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)設(shè)定后的自動計算、顯示和實時記錄并打印整個試驗過程的實時曲線與歷史曲線及報表,避免了復(fù)雜的按鈕操作,整個試驗過程實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡(luò)控制。該試驗機與同類進口設(shè)備相比,增加了實際加載扭矩、滑差率、主動輪和從動輪轉(zhuǎn)速的計算分析,可以真實地反映整個試驗過程中數(shù)據(jù)的變化,數(shù)據(jù)分析形象直觀,同時系統(tǒng)采用實時打印和歷史打印,便于數(shù)據(jù)的獲取和備案。汽車同步帶疲勞壽命試驗機采用電封閉工作方式，變頻器控制三項異步電動機驅(qū)動主動輪在給定轉(zhuǎn)速下工作，試驗帶安裝在主動輪、從動輪和張緊輪之間，從動輪、扭矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、減速器、直流發(fā)電機串聯(lián)安裝。負載（采用直流發(fā)電機）通過減速器作用在扭矩傳感器上，扭矩傳感器與從動輪通過聯(lián)軸器連接，直流發(fā)電機輸出直接進入有源逆變器輸入端，有源逆變器輸出與驅(qū)動發(fā)電機變頻器電源輸入并聯(lián)，實現(xiàn)能源回饋，達到節(jié)能目的。負載的調(diào)節(jié)通過計算機D/A轉(zhuǎn)換卡，輸出-10V+10V電壓來控制，通過扭矩傳感器檢測負載的變化，實現(xiàn)負載加載閉環(huán)控制。試驗帶的滑動率由主動輪轉(zhuǎn)速傳感器，從動輪轉(zhuǎn)速傳感器檢測，通過計算機計算求得。該方案優(yōu)點：（1）定轉(zhuǎn)速以下（直至零轉(zhuǎn)速）恒扭矩特性，額定轉(zhuǎn)速以上恒功率特性。可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)向同樣的加載特性。（2）節(jié)能：采用電力回饋，大大節(jié)約能源消耗。一般可以節(jié)能70%以上（主要取決被測系統(tǒng)損耗），這對于疲勞工作試驗系統(tǒng)，節(jié)能效益就非?？捎^了。（3）正向加載（發(fā)電機運轉(zhuǎn)）、反轉(zhuǎn)倒托（電動機運轉(zhuǎn)），無環(huán)流任意切換。（4）全數(shù)字化調(diào)節(jié)，精度高，穩(wěn)定性好，可靠性好。（5）使用方便：無需水冷油冷裝置；調(diào)節(jié)方便；設(shè)備簡單，占地少。（6）響應(yīng)快?，F(xiàn)代的機械傳動試驗機正朝著電封閉功率流式的方向深入發(fā)展。采用電封閉功率流的試驗機易于控制，易于設(shè)計制造，各組成部分之間逐漸模塊化、單元化，以便于使用和維護。在其組成上，原動機采用電動機，負載裝置采用發(fā)電機。由于直流電動機具有易于控制、運行平穩(wěn)和機械特性硬等優(yōu)點，因此在電封閉試驗臺中處于主導地位，作為負載的發(fā)電機也多采用直流發(fā)電機，直流發(fā)電機發(fā)出的電能可以直接回饋給電動機，不需要逆變環(huán)節(jié)。這樣就可以大大地簡化試驗臺的組成，降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度。在控制系統(tǒng)上，早期建立的試驗臺沒有專門的控制系統(tǒng)，僅靠機構(gòu)組合及傳動零件間的嚙合作用來實現(xiàn)特定的加載功能。隨著加載技術(shù)的不斷發(fā)展，逐漸開始采用繼電器控制來完成簡單的控制操作。現(xiàn)代傳動試驗機已經(jīng)廣泛地應(yīng)用電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論來實現(xiàn)試驗過程的自動控制，如電動機的啟動、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、力矩調(diào)節(jié)以及試驗過程的自動監(jiān)測、保護等功能。在數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)上，大多采用計算機自動測量技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集，如湘儀動力測試儀器廠生產(chǎn)的以Z80計算機為核心的JXW-1型機械效率儀，其它還有用Apple計算機、單板機、單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。14 結(jié)構(gòu)概述本設(shè)計選擇電封閉工作方式，該系統(tǒng)由計算機控制管理試驗全過程，可以完成不同型號的汽車同步帶試驗。驅(qū)動電機采用變頻調(diào)速控制技術(shù)。主動輪與從動輪的位置調(diào)整底座其下安裝直線導軌，其為滾動摩擦、調(diào)整方便，更主要是減少對從動輪的張緊力的影響，提高加力系統(tǒng)的精度。扭矩傳感器1完成驅(qū)動電機輸出扭矩、轉(zhuǎn)速的測試，計算機根據(jù)該測試可以準確的調(diào)節(jié)電機的輸出功率和轉(zhuǎn)速，滿足試驗帶的要求。扭矩傳感器2完成實驗裝置負載扭矩的測試。模擬負載用于模擬傳動功率，其采用發(fā)電機模擬吸收負載方案。采用電力回饋，大大節(jié)約能源消耗。一般可以節(jié)能7080%以上。加力裝置用于同步帶試驗機結(jié)構(gòu)施加規(guī)定的預(yù)緊力，其力值由力傳感器測量并反饋在計算機中顯示。加力砝碼為有級組件，按規(guī)定的預(yù)緊力級別有級組合，以適應(yīng)不同型號的同步帶。溫控箱控制試驗帶的溫度。試驗帶輪兩側(cè)安裝有防護網(wǎng)，以防止工作人員在試驗帶斷裂時受到傷害。工作臺采用高剛度設(shè)計。試驗系統(tǒng)配置多套帶輪工裝以適應(yīng)不同型號規(guī)格的傳動帶試驗用。14 方案特點本設(shè)計可以對傳動帶以及常規(guī)的機械傳動裝置進行多方面的試驗測試。這些測試既可以是開發(fā)性產(chǎn)品測試，又可以是系列產(chǎn)品性能的測試，通常進行的試驗項目主要有以下幾個方面:（1）空運轉(zhuǎn)試驗通過空運轉(zhuǎn)試驗來驗證某些參數(shù)及功能是否符合設(shè)計指標，檢查加工、裝配的質(zhì)量，從而找出設(shè)計、加工、安裝中存在的問題，以便采取相應(yīng)措施加以改進。（2）負載試驗通過承載性能試驗，可以檢驗其在承載時的工作性能，這樣可以對被試傳動帶或傳動裝置的真實工作性能加以檢驗。（3）疲勞壽命試驗用來考核被試傳動帶或傳動裝置各傳動元件的疲勞強度以及整機的使用壽命。（4）噪聲、溫升和振動試驗通過試驗來判定被試裝置的安裝調(diào)試精度及其內(nèi)部各零件之間的摩擦、磨損情況，檢驗其結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工安裝等環(huán)節(jié)的合理與否。（5）超負荷試驗用來確定被試裝置在過載情況下是否能正常工作以及過載解除后的性能是否仍符合技術(shù)要求。在生產(chǎn)實際中，還有許多其它的試驗項目須根據(jù)需要進行，限于篇幅本文不再介紹。 第2章 汽車同步帶疲勞壽命試驗機的技術(shù)參數(shù)及計算2.1 電機的選擇試驗帶技術(shù)規(guī)格： 轉(zhuǎn)速范圍：39006000rmin 傳動功率：20kw 最大張緊力：930N 模擬負載功率：12kw 高溫：45根據(jù)試驗帶技術(shù)規(guī)格本設(shè)計中選擇三項異步電動機，初步選擇電機型號為Y180-2，為全封閉自扇冷電動機。技術(shù)參數(shù)為=22kw；n=2940r/min；T=2.0nm；Tmax=2.2 nmm=180kg；：電機額定功率；n ：滿載轉(zhuǎn)速；T ：額定轉(zhuǎn)矩；Tmax ：最大轉(zhuǎn)矩；m ：電機質(zhì)量。電機容量的選擇電機容量工作要求：價格高，能力不能充分利用，功率效率低，浪費。=(kw):工作機實際所需電動機的輸出功率kw；：工作機所需輸入功率kw； ：電動機至工作機之間傳動裝置的總效率。按照設(shè)計要求，=20kw；試驗帶所需最高轉(zhuǎn)速為6000120r/min。=：同步帶效率，取98%；：球軸承效率，取99%（稀油潤滑）=20.8kw所選電機滿足要求。電機的安裝尺寸如圖2.1所示。A=279 B=241 C=121 D=48E=110 H=180 AB=360 AC=355AD=285 HD=430 BB=311 L=670圖 2.1 電機安裝尺寸2.2 同步帶輪的設(shè)計本設(shè)計中選用的傳動帶為同步帶。根據(jù)設(shè)計要求，試驗帶所需轉(zhuǎn)速為=6000120r/min，電機轉(zhuǎn)速為=2980r/min，由結(jié)構(gòu)簡圖可知小帶輪轉(zhuǎn)速為電機轉(zhuǎn)速，大帶輪轉(zhuǎn)速為實驗帶輪轉(zhuǎn)速，增速傳動比為=2.041初步選擇帶輪型號為H小帶輪：節(jié)圓直徑為97.02mm；外徑為95.65mm；齒數(shù)為24小帶輪：節(jié)圓直徑為194.04mm；外徑為192.67mm；齒數(shù)為48經(jīng)查表驗證滿足最小需用齒數(shù)要求。校核傳動比=2 滿足要求。同步帶輪一般由齒圈、輪轂和擋圈組成。帶輪型號與帶相同，按節(jié)距分為7種型號。同步帶輪直線尺廓尺寸及公差如表2.1所示,直線齒廓如圖2.2所示。表 2.1同步帶輪直線齒廓尺寸及公差型 號LH齒槽低寬3.050.104.190.13齒槽深2.673.05齒槽半角2020齒根圓角半徑1.191.60齒頂圓角半徑1.171.6兩倍節(jié)頂距0.7621.372 圖 2.2同步帶的直線齒廓帶輪擋圈結(jié)構(gòu)可以自行設(shè)計。標準結(jié)構(gòu)尺寸見圖2.3和表2.2。圖4-2中，=+（0.380.25）（mm）=+(mm)為帶的外徑。 圖 2.3 帶輪擋圈表 2.2 擋圈尺寸型 號LH擋圈最小高度（K）1.52.0擋圈厚度t1.02.01.52.5大帶輪： =193.3mm =197.3mm小帶輪： =96.28mm =100.28mm帶輪寬度如表2.3所示，本設(shè)計中選擇的輪寬代號為300。表 2.3 帶輪寬度尺寸型 號輪寬代號輪寬基本尺寸雙邊擋圈帶輪最小寬度無擋圈帶輪最小寬度單邊擋圈帶輪最小寬度L05007510012.719.125.414.020.326.717.023.329.715.521.828.2H07510015020030019.125.438.150.876.220.326.739.452.879.024.831.243.957.383.522.629.042.755.181.32.3 同步帶的設(shè)計1.設(shè)計功率=（1+）（1+）：名義功率 20kw；：考慮載荷性質(zhì)和運轉(zhuǎn)的工況修正系數(shù)；：考慮增速的修正系數(shù)；：考慮張緊輪配置的修正系數(shù)。經(jīng)查表得 =1.7 =0.3 =0.2=53kw本設(shè)計中選擇同步帶的型號為H型。2. 同步帶傳動速度=（m/s）小帶輪節(jié)圓直徑 （mm）大帶輪節(jié)圓直徑 （mm）經(jīng)計算的=29.85m/s帶速限制如下：MXL-L型，=4050m/s；H 型，=3040m/s。速度滿足要求。3.同步帶的節(jié)線長度、齒數(shù)及轉(zhuǎn)動中心距C節(jié)線長度計算如下：=：傳動中心距，初步可按下列范圍選取角按下式計算：取=300，計算得=1360.86mm,經(jīng)查表圓整標準節(jié)線長度為：長度代號 540，節(jié)線長1371.6mm同步帶齒數(shù)可根據(jù)確定的標準節(jié)線長度計算如下：H型取=12.70，計算得=108。此時傳動中心距為=300mm4.校核帶于小帶輪的嚙合齒數(shù) 按下式計算：=24 =48=116,滿足要求5.確定實際所需同步帶寬度（1）計算所選型號同步帶在基準寬度下所允許傳遞的額定功率按下式計算：（kw）：各種型號同步帶在基準寬度下的許用圓周力（N），查表4-4；：各種型號同步帶的單位長度質(zhì)量（kg/m），查表4-4；： 同步帶傳動速度（m/s）。經(jīng)查表2.4節(jié)距制同步帶的基準寬度下的許用圓周力和單位長度質(zhì)量=2100.85N =0.448kg/m 取=40m/s 計算的=55.36kw帶 型 號基準寬度（mm）許用圓周力（N）單位長度質(zhì)量 （kg/m）L25.4244.460.095H76.22100.850.448（2）計算嚙合系數(shù)當。表 2.4 節(jié)距制同步帶的基準寬度下的許用圓周力和單位長度質(zhì)量（3）計算齒寬系數(shù)（4）確定實際所需同步帶寬度 帶的設(shè)計功率應(yīng)不大于帶的額定功率：將以上各式帶入上式，可得實際寬度：73.34mm經(jīng)驗算?。簬л啚镠型，輪寬代號300，帶寬基本尺寸76.2mm雙邊擋圈最小寬度為79mm大帶輪：48H300小帶輪：24H3002.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要取決于：（1）軸在機器中的安裝位置及形式；（2）軸上安裝的重要零件類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法；（3）載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況。軸沒有標準的結(jié)構(gòu)形式。初步設(shè)計軸的直徑=48mm。根據(jù)表2.5零件倒角和圓角半徑的推薦值。取 50 =1.2 =1.6有配合要求的軸段，盡量采用標準直徑。為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合的軸段長度一般比輪轂長度短23mm。表 2.5 零件倒角和圓角半徑的推薦值直徑183030505080或1.01.21.62.0為了減少軸所受的彎矩，傳動件盡量靠近軸承。較大的過度圓角半徑會降低應(yīng)力集中。軸的結(jié)構(gòu)工藝性要求：一般來說軸的結(jié)構(gòu)越簡單工藝性越好，軸端有倒角。1. 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa；：軸所受的扭矩，單位為Nmm；：軸的彎扭截面系數(shù)，單位為；：軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；：軸傳遞的功率，單位為kw；：計算界面處軸的直徑，單位為mm；：許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa，見表2.6。表 2.6 軸常用幾種材料的及軸的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35SiMn/MPa1525203525453555149126135112126103112-97取kw mm。軸的直徑：16mm根據(jù)表4-6取 =103軸的直徑100mm，軸上有兩個鍵槽，軸的直徑擴大10%-15%，軸上有一個鍵槽時擴大5%7%，本設(shè)計中擴大15%，軸的直徑為18.4mm。取軸端直徑為24mm滿足要求。根據(jù)圓柱型軸伸和軸肩軸環(huán)尺寸設(shè)計，取30mm，長系列 80mm，(0.070.1) 1.4初步選擇軸承型號為 7207C，油封型號為 J型無骨架橡膠油封。為了滿足軸的設(shè)計要求，軸各段初步設(shè)計如圖2.4所示。圖 2.4 軸的結(jié)構(gòu)尺寸2軸的受力分析帶與帶輪的安裝方法如圖2.5所示，軸的受力分析如圖2.6所示。設(shè)增速裝置在左端的帶輪與右端的試驗帶輪型號相同（取極限），同步帶松邊近似平行于工作臺。 圖 2.5 帶輪安裝方法 圖 2.6 受力圖由經(jīng)驗公式的=2。在面列平衡方程，受力如圖2.7：= = =2 = = r/min kw計算得 NN 圖 2.7 面受力圖在面列平衡方程，受力如圖2.8： 計算得 NN 圖 2.8 面受力圖3.作出彎矩圖軸在面所受彎矩如圖2.9所示：=18785.4Nmm 圖 2.9 面彎矩圖軸在面所受彎矩如圖4-10所示：=172721.1Nmm 圖 2.10 面彎矩圖4.作出扭矩圖軸所受扭矩如圖2.11所示： Nmm圖 2.11 扭矩圖5.校核軸的強度 已知軸的彎矩和扭矩，軸承處為危險截面，應(yīng)力計算：軸的計算應(yīng)力，單位為MPa；：折合系數(shù)，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為靜應(yīng)力，取。對于直徑為的圓軸，彎曲應(yīng)力,扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，將和代入上式，則軸的彎扭合成強度條件為：軸所受的彎矩，單位為Nmm；：軸所受的扭矩，單位為Nmm；：軸的抗彎截面系數(shù)，單位為mm；：對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力，經(jīng)查表取=55MPa。計算得 MPa，滿足要求。按疲勞強度條件進行精準校核安全系數(shù)，本設(shè)計中軸的材料均勻，載荷與應(yīng)力計算精準，取=1.4。只考慮彎矩和軸向力時的安全系數(shù)：根據(jù)查表的=295MPa，本設(shè)計中軸向力=0。=7.14只考慮扭矩時的安全系數(shù)：171.1MPa 8414.2 mm=43.43故可知軸安全。4.5 軸承的選擇與校核根據(jù)工作條件決定在軸的兩端正裝兩個角接觸球軸承。由設(shè)計軸的數(shù)據(jù)可知，帶輪傳遞轉(zhuǎn)矩為33148.9Nmm，所受圓周力為=2=1366.7N，帶輪直徑為99.02mm，軸的轉(zhuǎn)速為5880r/min，軸承的預(yù)期壽命為1000h，初步選擇軸承為7207C。查滾動軸承樣本（或設(shè)計手冊）可知7027C軸承的=30500N，=20000N。兩軸承所受到的徑向載荷為和，=-534.1N =534.1N=-4910.7N =4910.7N4939.7N4939.7N軸承所受的軸向力忽略不計。對于70000C型軸承，按表2.7，軸承派生軸向力，為判斷系數(shù)，先初取，。表 2.7 約有半數(shù)滾動體接觸時派生軸向力的計算公式圓錐滾子軸承角接觸球軸承70000C70000AC70000BNNN N由表2.8確定載荷系數(shù)，取表 2.8 載荷系數(shù)載 荷 性 質(zhì)舉 例無沖擊或輕微沖擊1.01.2電機、汽輪機、通風機、水泵等中等沖擊或中等慣性力1.21.8車輛、動力機械、起重機、造紙機、冶金機械、選礦機、卷揚機、機床等強大沖擊1.83.0粉碎機、軋鋼機、鉆探機、震動篩等 取 =0.47，N驗算軸承壽命取=3.3h 滿足要求4.6 滾珠絲杠副的選擇根據(jù)本設(shè)計要求，實驗帶輪中心距約為2000mm，所以電機的移動范圍應(yīng)該接近1800mm，故選擇絲杠螺紋全長為1750mm，絲杠全長為2020mm。在本設(shè)計中絲杠的功能是為了實現(xiàn)電機在工作臺上簡單的位移，橫向載荷很小，可以忽略，精度要求很低，根據(jù)經(jīng)驗（數(shù)控立銑機床：工作臺重量為250 kg，）選擇絲杠的公稱直徑20mm，確定滾珠絲杠副的型號為 CMD205-3-2/20201750，本絲杠副為插管埋入式，法蘭直管組合雙螺母墊片預(yù)緊，基本導程為5mm，負荷滾珠總?cè)?shù)為3圈，精度等級為2級。滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu)形式：滾珠絲杠副的支承，主要是約束絲杠的軸向竄動，其次才是徑向約束。本設(shè)計中選擇的是兩端支承形式的兩端均為單向推力（單推單推，JJ） 如圖2.11所示。圖 2.11 單推單推支承組合4.7 箱體的選擇首先要考慮箱體內(nèi)零件的布置及與箱體外部零件的關(guān)系，箱體的形狀和尺寸常由箱體內(nèi)部零件及內(nèi)部零件間的相互關(guān)系來決定，決定箱體結(jié)構(gòu)尺寸和外觀造型的這一設(shè)計方法稱為結(jié)構(gòu)包容法，當然還應(yīng)考慮外部有關(guān)零件對箱體形狀和尺寸的要求。箱體壁厚的設(shè)計多采用類比法，對同類產(chǎn)品進行比較，參照設(shè)計者的經(jīng)驗或設(shè)計手冊等資料提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定壁厚、筋板和凸臺等的布置和結(jié)構(gòu)參數(shù)。對于重要的箱體，可用計算機的有限元法計算箱體的剛度和強度，或用模型和實物進行應(yīng)力或應(yīng)變的測定，直接取得數(shù)據(jù)或作為計算結(jié)果的校核手段。如車床按兩頂尖要求等高，確定箱體的形狀和尺寸，此外還應(yīng)考慮以下問題： （1）滿足強度和剛度要求。對受力很大的箱體零件，滿足強度是一個重要問題；但對于大多數(shù)箱體，評定性能的主要指標是剛度，因為箱體的剛度不僅影響傳動零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。 （2）散熱性能和熱變形問題。箱體內(nèi)零件摩擦發(fā)熱使?jié)櫥驼扯茸兓?，影響其潤滑性能；溫度升高使箱體產(chǎn)生熱變形，尤其是溫度不均勻分布的熱變形和熱應(yīng)力，對箱體的精度和強度有很大的影響。 （3）結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。如支點的安排、筋的布置、開孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計等均要有利于提高箱體的強度和剛度。 （4）工藝性好。包括毛坯制造、機械加工及熱處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運輸、維護修理等各方面的工藝性。 （5）造型好、質(zhì)量小。箱體內(nèi)腔的設(shè)計： 在本設(shè)計中，帶輪的轉(zhuǎn)速較高，所以采用稀油對帶輪軸軸承進潤滑，為了更好的實現(xiàn)散熱，采用潤滑油循環(huán)冷卻的方法散熱。初步設(shè)計箱體的內(nèi)腔為0.18m。箱體的熱平衡計算：:單位時間內(nèi)的發(fā)熱量，單位為W；：帶輪軸傳遞功率，單位為kw；：同步帶傳遞的總效率。：同步帶傳動效率；：軸承效率；：攪油效率，通常。：熱流量，單位為W；：油傳熱系數(shù)，取116175W/( m)；：箱體內(nèi)表面積，單位為m；：油的工作溫度，一般限制在60-70，最高不應(yīng)超過80；：周圍空氣的溫度，常溫情況可取20。按照熱平衡條件，可求出正常工作下箱體所需的散熱面積為=22kw =0.970.99 =160 =65 =20=0.1213 m滿主要求。4.8 轉(zhuǎn)速傳感器的選擇當汽車傳動帶疲勞試驗機對傳動帶做壽命試驗時，可用光軸將扭矩傳感器換下，以提高扭矩傳感器的壽命。這時利用轉(zhuǎn)速傳感器測量試驗帶所需的輸入與輸出轉(zhuǎn)速，當試驗帶出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時，輸入輸出轉(zhuǎn)速有所變化，提示試驗結(jié)束。轉(zhuǎn)速測量通常有以下幾種傳感器可選：電渦流轉(zhuǎn)速傳感器、無源磁電轉(zhuǎn)速傳感器、有源磁電轉(zhuǎn)速傳感器等。具體需要選擇哪類傳感器，則要根據(jù)轉(zhuǎn)速測量的要求而定。如:低速測量是否需要檢測零轉(zhuǎn)速，高速測量的最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速發(fā)生的裝置情況。轉(zhuǎn)速發(fā)生裝置有以下幾種：用標準的漸開線齒輪（M1M5）作轉(zhuǎn)速發(fā)生信號、在轉(zhuǎn)軸上開一鍵槽、在轉(zhuǎn)軸上開孔眼、在轉(zhuǎn)軸上開凸鍵等轉(zhuǎn)速發(fā)生信號裝置。一、FS8000系列電渦流轉(zhuǎn)速傳感器： FS8000系列電渦流轉(zhuǎn)速傳感器，適合于測量從零轉(zhuǎn)速以上的任何一轉(zhuǎn)速，對于被測體轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速發(fā)生裝置要求也很低，被測體齒輪模數(shù)可以很小,被測體也可以是一個很小的孔眼，一個小凸鍵、一個小的凹槽。1.電渦流傳感器測轉(zhuǎn)速，通常選用3mm、4mm、5 mm、8 mm、10mm的探頭。轉(zhuǎn)速測量為010KHZ。2.電渦流傳感器測轉(zhuǎn)速，傳感器輸出的信號幅值較高（在低速和高速整個范圍內(nèi)）。3.作轉(zhuǎn)速測量的電渦流傳感器有一體化和分體兩種。一體化電渦流轉(zhuǎn)速傳感器取消前置器放大器、安裝方便、適用于工作溫度在20100的環(huán)境下，帶前置器放大器的電渦流傳感器適合在50250的工作環(huán)境中。二、磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測量技術(shù)要求：如果選用凸塊型（齒型），那么尺頂?shù)谋砻鍭（部分）應(yīng)做成同心圓的柱面，而不要做成平面。輸出信號幅值：30r/min500mV（P-P）（測試條件：發(fā)訊齒輪，齒數(shù)為6， 材料為電工鋼，模數(shù)為2，傳感器端面距齒頂1mm）。信號幅值大小，與轉(zhuǎn)速成正比，與端面和齒頂間隙的大小成反比。探頭直徑3（4）581011靶塊尺寸推薦（mm）A3578.510B3578.510C1.52.52.534D610151720安裝間隙推薦 (mm)0.701.501.501.504.0輸出電壓波形: 漸開線齒輪近似正弦波，若齒輪略有偏心則為調(diào)幅正弦波；孔近似方波。齒輪材料：應(yīng)采用高導磁材料。齒形：漸開線齒形是最合適的齒形。用大模數(shù)的齒輪或用其它的齒形將會產(chǎn)生巨大的波形畸變，這將會妨礙精確的檢測。如果主軸在軸向有移動，則應(yīng)注意磁極的中心不要處在齒輪的位置上。選擇傳感器型號：FS8001-1 M161.0 適用于模數(shù)為24的漸開線齒輪測試，殼體無螺紋長2mm，殼體總長78mm, 電纜5m整體連接，溫度范圍-20100。4.8 扭矩傳感器的選擇本設(shè)計選用的是動態(tài)扭矩傳感器，動態(tài)扭矩傳感器電阻應(yīng)變式原理，結(jié)合電子技術(shù)，實現(xiàn)非接觸電源供電與信號輸出，精度高，性能穩(wěn)定可靠，量程范圍廣。動態(tài)扭矩傳感器基本原理采用應(yīng)變電測技術(shù)和環(huán)形變壓器非接觸傳遞能源和頻率信號，有效的避免了集流環(huán)和電刷產(chǎn)生的摩擦，解決了動態(tài)測量中能源供應(yīng)的不穩(wěn)定和信號傳輸干擾的問題。動態(tài)扭矩傳感器采用霍爾效應(yīng)或光電碼盤對轉(zhuǎn)速進行測量，60個脈沖/轉(zhuǎn)。高轉(zhuǎn)速時用測頻的方式測量轉(zhuǎn)速。如果轉(zhuǎn)速低于60轉(zhuǎn)，則采用測量兩個脈沖之間的周期進行轉(zhuǎn)速測量。動態(tài)扭矩傳感器的原理，是采用應(yīng)變電測技術(shù)和用環(huán)形變壓器非接觸傳遞能源和信號所制成的一種，可以檢測靜止扭矩和旋轉(zhuǎn)扭矩與轉(zhuǎn)速的檢測儀器,旋轉(zhuǎn)測量時與轉(zhuǎn)速和方向無關(guān)。本系列動態(tài)扭矩傳感器有效克服了因集流環(huán)和電刷的摩擦而引起的信號不穩(wěn)定。利用霍爾效應(yīng)或光電碼盤測量轉(zhuǎn)速。動態(tài)扭矩傳感器特點1.體積小,重量輕,可任意方向安裝；2.沒有集流環(huán)和電刷的磨擦,能長時間高速運轉(zhuǎn)；3.可以檢測靜態(tài)(靜止)扭矩,也可檢測動態(tài)(旋轉(zhuǎn))扭矩；4.無須反復(fù)調(diào)零,可連續(xù)檢測正反向扭矩輸出；5.精度高,穩(wěn)定性好,可承受100%過載量；6.抗干擾能力強,有多種信號輸出(4-20mA.1-5V)(5-10-15kHz)。動態(tài)扭矩傳感器應(yīng)用領(lǐng)域1.電動機、發(fā)動機、內(nèi)燃機等旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備輸出扭矩和功率的檢測；2.鐵路機車、汽車、飛機、船舶等機械的扭矩和功率的檢測；3.壓縮機、水泵、攪拌機、變速器等工作時所需扭矩的檢測；4.機床加工,鉆井設(shè)備的轉(zhuǎn)速扭矩檢測和扭矩控制；5.可用于制做粘度計和扭力扳手；6.各種扭矩功率檢測設(shè)備和實驗室使用。 本設(shè)計中選擇的是DN系列非接觸式扭矩傳感器，具有緊湊的外形和多種可選擇的安裝方式。不僅適用于實驗室，也適用于工業(yè)環(huán)境中。DN的供電和測量信號都采用非接觸式傳輸方式，使其適用于長時間使用而低磨損，并且無需任何維護。針對不同的應(yīng)用，還可以在傳感器中增加轉(zhuǎn)速和角度測試選項。供電電壓12V DC，內(nèi)置放大器輸出010V的模擬量信號。DN-2型動態(tài)扭矩傳感器的技術(shù)參數(shù)如下：主要技術(shù)指標測量范圍0- 5 5000Nm輸出信號：扭矩05kHz轉(zhuǎn)速：60脈沖轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)分）30脈沖轉(zhuǎn)（ 轉(zhuǎn)速：5000 10000轉(zhuǎn)分直線度L0.1； 0.3；0.5%F.S滯 后H0.1；0.3； 0.5%F.S重復(fù)性R0.1；0.3；0.5%F.S工作溫度-10 +60溫度補償范圍室溫 +60零點溫度影響0.1%F.S/10 激勵電壓15VDC絕緣電阻2000M/100VDC安全過負荷率120%F.S安裝尺寸如下圖：本設(shè)計中扭矩傳感器1選擇的是量程為10100 Nm，扭矩傳感器2選擇的量程為200800 Nm。電氣連接方式如下表：連接方式插頭座號導線顏色輸入（電源）正端1紅地2白輸入（電源）負端3藍轉(zhuǎn)速信號輸出4黑扭矩信號輸出5黃若插頭座號、導線顏色發(fā)生顏色變化時，請以傳感器檢定合格證書為準。4.9 發(fā)電機的選擇本設(shè)計采用發(fā)電機模擬吸收負載方案，采用電力回饋，大大節(jié)約能源消耗。初步選擇Z4系列的直流發(fā)電機。 Z4系列直流電機是我國公司最新產(chǎn)品，廣泛用作各類機械的傳動愿，諸如冶金工業(yè)軋機轉(zhuǎn)動、金屬切削機床、造紙、印刷、紡織、印染、水泥、塑料擠出機械等等。Z4系列電機的外形安裝尺寸除了兩底腳孔間軸向尺寸B之外，符合IEC72國際標準。 Z4系列電機的性能及技術(shù)要求可按照國際電工委員會標準，IEC34-1或西德國家標準DIN57530的要求考核。 本系列電機采用多角形結(jié)構(gòu)，空間利用率高。定子磁軛為疊片式，實用整流器供電，能承受脈動電流與電流急劇變化（負載變化）之工況，磁極安裝有精確定位，因而換向良好。電機絕緣等級為F級，采用可靠絕緣結(jié)構(gòu)浸漬工序，保證絕緣性能穩(wěn)定和良好散熱。Z4系列電機具有體積小、性能好、重量輕、輸出功率大、效率高及可靠性高的特點，可以與當今國際先進水平的電機教量。電動機可用三相全控橋式整流電源以及不外接平波電抗器而長期工作。額定電壓為160V的電機由單相橋式電源供電，此時電樞回路須接入電抗器以抑制脈動電流。 電機性能： 1技術(shù)數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)應(yīng)按下列使用條件工作 a.海拔不超過1000m； b.周圍空氣溫度不大于40； c.工作環(huán)境不應(yīng)有酸性、堿性或其他對絕緣有腐蝕作用的氣體； d.電機為連續(xù)工作制（SI）； e.電動機電樞回路和勵磁回路可由靜止整流電源供電，也適應(yīng)由直流發(fā)電機供電； f.本系列電機性能均符合國際GB755旋轉(zhuǎn)電機基本技術(shù)要求。 2電動機標準額定電壓為160V、440V。也可根據(jù)具體情況派生出220V、400V和660V或其他電壓。 3電動機額定轉(zhuǎn)速有3000、1500、1000、750、600、500、400、300、200r/min共九檔。減小電樞電壓為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，減小勵磁電壓為恒功率調(diào)速。在額定電壓以下用調(diào)壓調(diào)速時為恒轉(zhuǎn)矩。其最低轉(zhuǎn)速均規(guī)定為不低于20r/min，此時仍能維持額定轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。 4電動機的基本勵磁方式為他勵，標準勵磁電壓為180V，其他勵磁電壓亦可協(xié) 商。電動機允許強行勵，強勵電壓不得超過500V。電動機正常運行時勵磁電流不得超過額定勵磁電流。為確保勵磁系統(tǒng)絕緣的可靠性，在斷開勵磁回路時，需在勵磁繞組兩端并聯(lián)一個釋放電阻以防止自感電勢。在標準勵磁電壓時其值約為七倍勵磁繞組電阻（冷態(tài)）。勵磁電壓高于標準電壓時，并接釋放電阻值可小于七倍，反之大于七倍。 5Z4-315、Z4-355、Z4-400、和Z4-450四個機座帶有補償繞組。在Z4-250和Z4-280兩個機座號中派生帶有補償繞組的電機也是可能的。 6電機提供有接地標注的接線柱。 7技術(shù)數(shù)據(jù)表內(nèi)的功率值為額定功率，額定電壓和轉(zhuǎn)速時的效率，它包括勵磁損耗，不包括鼓風機損耗。本設(shè)計中選擇的電機型號為Z4-225-11，電機中心高為225mm，電樞鐵心長度代號為11，發(fā)電機主要技術(shù)參數(shù)如下表：型號Type額定功率Rated OutputPN 額定轉(zhuǎn)速Rated Speed弱磁轉(zhuǎn)速Speed with Field WeakingnF 電樞電流Arm Curr1N 勵磁功率Arm CurrPF 電樞回路電阻Arm Circuit Resistance R電樞回路電感Arm Circuit InductanceLA 磁場電感Field InductanceLF 效率Eff.慣量矩Moment of Inertia重量Wt.400V、440VKWr/minr/minAW(20)mHH%Kg-KgZ4-225-11991360300027623000.06642.14.4587.95680110150089.46790020001930.14064.94.2884.475100086.54968013001460.24338.75.7781.255750844054012001230.3569.56.3878.24560080.83345010001030.47615.26.1076.53750078.8Z4-225-2149540100014824700.26489.54.1479.35.67405560082.44045010001250.39713.75.4176.64550078.9Z4-225-311191360240032725800.04541.55.3389.36.2800132150090.58190020002270.0933.45.386.9901000886768022501970.1675.14.5582.57575085.112Z4-250-11 1441360210039925000.04441.34.2988.88.8890160150089.99990020002810.09112.44.5586.2110100088.1Z4-250-211671360220045927500.03250.914.2889.810970185150090.58168022502340.13063.95.4183.29075085.2Z4-250-311801360240049328500.02810.875.3290.411.21070200150091.511990020003340.06681.75.4687.4132100089.16754020002040.2024.04.080.87560084.64945015001520.3057.35.178.55550082.4發(fā)電機安裝尺寸如下：型號 TYPE安裝尺寸 Mounting Dimensions 外型尺寸 Outline DimensionsABCDEFGADAEAFAGCHKLL1ABACADHDh1Z4-225-11385701149751402079.5751402079.5225191140160548047439898120Z4-225-1278112001665Z4-225-2175111901655Z4-225-2281112501715Z4-225-3181112501715Z4-225-3287113101775總 結(jié)充實、緊張、忙碌的畢業(yè)設(shè)計接近尾聲了，看著自己電腦里的一張張圖紙和一頁頁說明書，真的感到很欣慰，昨天的我辛勤耕耘，而今天的我喜獲豐收了?？偨Y(jié)一下自己本次的設(shè)計“汽車同步帶疲勞壽命試驗機”，我對原有的試驗機做了進一步的改進和完善。本設(shè)計體現(xiàn)了很多創(chuàng)新和優(yōu)點，當然了也存在不足之處。創(chuàng)新和優(yōu)點在于：第一，本設(shè)計新增加了扭矩傳感器1，從而可以準確的調(diào)節(jié)驅(qū)動電機的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。第二，在做試驗帶壽命檢測的時，將扭矩傳感器用光軸替代，延長了扭矩傳感器的壽命，節(jié)約了設(shè)計成本。第三，整體張緊輪機構(gòu)的設(shè)計有利于溫控箱的放置。第四，重砣滑輪裝置中大輪直徑為小輪直徑的二倍，減輕了重砣的質(zhì)量，可以更為合理的施加試驗帶的張緊力。第五，試驗帶輪兩側(cè)裝有防護罩，保證試驗帶突然斷裂時試驗人員不受到傷害。本設(shè)計的不足之處在于：在試驗過程中各機構(gòu)的位置調(diào)節(jié)都要由試驗人員來完成，缺少自動化功能。在未來的設(shè)計當中可以效仿重砣滑輪裝置，使需要在工作臺上有位移的部件雙向受力，同時滑道設(shè)有自鎖功能。如果能夠?qū)崿F(xiàn)，哪么將大大減少試驗人員的工作量。致 謝感謝李老師，說心里話我還是喜歡稱呼您為校長，感謝校長在畢業(yè)設(shè)計中給予我的教導和幫助，更加感謝校長為長春大學所作的一切，校長您辛苦了。在大學生活接近尾聲的時候，我真的感覺自己非常幸運，因為我遇到了李校長，校長給人的感覺很和藹很親切，不僅關(guān)心我們的畢業(yè)設(shè)計而且還關(guān)心我們的學習、生活和家庭。校長讓我們明確自己的人生目標，給我們講解了做人的生存之道和發(fā)展之道，使我們能夠更好的實現(xiàn)自己的人生價值。校長每天有很多公務(wù)要處理，所以在整個設(shè)計過程中我與校長見面的次數(shù)不是很多，也正是由于這樣，我在畢業(yè)設(shè)計過程中大大提高了自己獨立完成任務(wù)的能力。校長的知識很淵博，真的希望能夠成為校長真正的學生，進一步向校長學習，但是我現(xiàn)是應(yīng)該面對現(xiàn)實生活的時候了，我會永遠記得校長對我說過的話，謝謝您李校長！每次校長指導我之后，我都會對自己的設(shè)計內(nèi)容有了新的了解，我會站在一條新的起跑線上重新思考問題，感覺非常有挑戰(zhàn)性。在緊張的設(shè)計過程中也感覺過累，但是回過頭來，自己在查閱資料、網(wǎng)絡(luò)利用、零件選擇、零件校核計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、運用繪圖軟件等方面的能力都有了很大的提升，這為我能夠更好的報效祖國打下了堅實的基礎(chǔ)。再一次衷心的向校長表示感謝，祝校長身體健康、工作順利。祝愿明天的長春大學更加美好，祝愿明天祖國更加繁榮昌盛！參考文獻1 于駿一.鄒青主編.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)（第一版）,北京:機械工業(yè)出版社,20042 章躍主編.機械制造專業(yè)外語,北京:機械工業(yè)出版社,20043 王振華主編.實用軸承手冊,上海:上?？茖W技術(shù)文獻出版社,19914 劉鴻文主編.材料力學（第四版）,北京:高等教育出版社,20045 溫建民,于廣濱主編.Pro/E中文野火版產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用范例,北京:清華大學出版社，20066詹友剛主編.Pro/E中文野火版2.0快速入門教程,北京:機械工業(yè)出版社，20067 金鑫,賈長治,陳雪梅編.Pro/E 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