機械傳動綜合實驗臺系統結構設計

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黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 1 頁1 緒論1.1 機械傳動綜合實驗臺系統設計的目的和要求結合自己所學的專業(yè)設計機械傳動方案，并組裝成機械傳動裝置。通過畢業(yè)設計能全面了解機械傳動方案設計的多樣性，并對多種可行方案進行比較、分析，從而確定最佳的傳動方案，通過對傳動效率、動態(tài)性能及工作穩(wěn)定性的分析，了解各種傳動零件的適用條件及其對傳動系統的影響。在設計綜合實驗臺實驗中將機械系統形式將 V帶 ，減速箱，速度轉距傳感器，磁粉制動器，圓柱齒輪，鏈傳動，發(fā)電機等組合在一起，系統地了解機械傳動、聯接功能和設計原理 [1, 2-5]。1.2 機械傳動綜合實驗臺機構特點及設計分析根據課程設計要求，設計機械傳動綜合實驗臺系統設計，其輸入轉矩為 200N?m .實驗設備載荷波動較小，使用年限 8 年，動力來源選用電力較好，具有方便、轉換及時、成本低等優(yōu)點的三相異步電動機，由于它體積小，價格低，所以選擇 Y 系列三相交流異步電動機最合適。由任務書可知此實驗臺除減速外，還要位置傳動，故采用二級齒輪傳動，總傳動由圓柱齒輪和皮帶傳動，鏈傳動分擔，圓柱齒輪只受徑向載荷，軸承可選用向心球軸承，載荷不大。鍵聯接采用普通平鍵，可拆聯接，具有裝拆方便、對中性好等優(yōu)點，齒輪傳動采用浸油潤滑，傳動部件部分浸入油中，傳動時，油可滲到嚙合進行潤滑，同時油可甩到箱壁上可以散熱，輸入軸，輸出軸采用彈性柱銷聯軸器，能緩沖減振，為減小減速箱體積達到額定轉矩，同時許用轉速不致下降大多，采用 HL 型聯軸器。機械傳動方式的多種多樣,而其性能測試對象則有傳動效率、疲勞強度、磨損狀況、振動情況等多項。針對如此多的傳動方式和測試內容以及小批量、多品種的產品發(fā)展趨勢，必須研制出一臺適應面廣綜合性強的試驗臺。根據上述情況以采取組合式結構較為合理，在測試儀器通用的情況下，可根據不同的測試對象和測試內容，組裝出不同形式的試驗臺。根據這一設想，配以電機、磁粉制動器、轉矩轉速傳感器、轉矩傳動器、互換型半導體點溫度計、旋轉式鐵譜儀、譜片光密度測量儀、正置式金相顯微鏡、測振儀等測試儀器 [5, 1-4]。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 2 頁1.3 機械傳動綜合實驗臺輸入和輸出的分析輸出的要求為了保證實驗臺的輸入輸出轉矩能受到有效控制，設計時在電動機與減速器的輸入端之間加設了一個轉矩傳感器，又在減速器的輸出端與磁粉制動器之間加設了一個轉矩傳感器，并且電動機，轉矩傳感器，磁粉制動器都與電腦控制單元連接用于檢測實驗臺輸入輸出兩端的轉矩變化情況，當輸入端轉矩低或高于要求值時通過轉矩傳感器反饋到控制單元控制電動機提高或降低輸入轉矩，當輸出端轉矩低或高于要求值時通過轉矩傳感器反饋到控制單元控制磁粉制動器制動或不制動輸出轉矩整個過程是個閉環(huán)控制過程 [3, 3-5]。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 3 頁2 電動機的選擇選用一般的 Y 系列三相交流異步電動機。Y 系列三相異步電動機，作為一種驅動元件，廣泛使用于各種不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場合和特殊要求的機械設備上，如金屬切削機床、泵、風機、運輸機械、攪拌機、農業(yè)機械和食品機械等 [9, 2-5]。該系列電機是全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機，符合 IEC 標準的有關規(guī)定，具有高效、節(jié)能、起動轉矩大，噪聲低，振動小，可靠性高，使用維護方便等特點。電動機的容量的確定，初定：皮帶傳動比 i 皮＝2 齒轉傳動比 i 齒＝4 鏈輪傳動比 i 鏈＝2 總傳動比 i 總＝16 電動機轉速 ， 因為工作機轉速min/140rn?n=1420/18=44.375(r/min)電動機的功率（額定功率） ≥工作機所需的功率 。cdPPw, 取 0.96，根據工作機類型所選 為工作機的阻力矩，為 230 kwTnPw9.150??TN?m（已知的） 取 44.375( )根據機械設計手冊查表， Y 系列電機有 1.6 和min/r k2.0 ，根據取大不取小的原則我們選擇 Y100L1-4 電動機，額定功率為 2.2 。k w表 2.1 電動機的選擇Ｙ系列（ＩＰ44）是全封閉扇冷式籠型三相異小電機。是我國統一設計的新的基本系列。它具有效率高，起動轉矩大，噪音低、振動小、性能優(yōu)良、外型美觀等優(yōu)點。功率等級和安裝尺寸符合國際電工委員會（IEC）標準。電動機 型號 Y100L1-4功率 KW 2.2持續(xù)率 % 65轉速 r/min 1420黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 4 頁3 帶傳動設計3.1 設計計算功率 和 V 帶型號的選取dP3.1.1 計算設計功率由表 11-5 查得 KA＝1.1 確定計算功率 =KA · P (kW)式中 P--傳遞的額定功d表 3.1 工況系數 KAKA空、輕載啟動 重載啟動每天工作小時數（h）工況＜10 10~16 ＞16 ＜10 10~16 ＞16載荷變動最小液體攪拌機、通風機和鼓風機（≤7.5kW）、離心式水泵和壓縮機、輕負荷輸送機1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3載荷變動小帶式輸送機（不均勻負荷）、通風機（＞7.5kW）、旋轉式水泵和壓縮機（非離心式）、發(fā)電機、金屬切削機床、印刷機、旋轉篩、鋸木機和木工機械1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4載荷變動較大制磚機、斗式提升機、往復式水泵和壓縮機、起重機、磨粉機、沖剪機床、橡膠機械、振動篩、紡織機械、重載輸送機1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6載荷變動很大破碎機（旋轉式、顎式等）、磨碎機（球磨、棒磨、管磨）1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8率（kW） ； K--工況系數（表 3.1） kwPKcdAd 421????黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 5 頁3.1.2 選取 V 帶的型號根據計算功率 和小帶輪轉速 n1 由圖 3.1 選擇 V 帶型號。當在兩種型號的交線附dP近時，可以對兩種型號同時計算，最后選擇較好的一種。圖 3.1 普通 V 帶選型圖根據 kwPd42.?min/1420rn?由圖 3.1 確定選用 A 型 V 帶3.2 帶輪基準直徑確定和 V 帶速度的驗算3.2.1 帶輪基準直徑確定為了減小帶的彎曲應力應采用較大的帶輪直徑，但這使傳動的輪廓尺寸增大。一般取 d1≥d mi，比規(guī)定的最小基準直徑略大些。大帶輪基準直徑可按 計算。大、小帶輪直徑一般均應按帶輪基準直徑系列圓整。僅當傳動比要求較精確時，才考慮滑黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 6 頁動率 e 來計算大輪直徑，即 。選取 A 型 V 帶輪基準直徑 md901?則 傳動比)75(1md?mdid1809212????皮 2812?di皮，若考慮皮帶滑功率 ε 對傳功比的影響，in/02412rin?皮 0.?則 轉速誤差為min/8.695)02.1(489)(12 rd???????一般 V 帶傳動要求轉速誤差不超過 ±5％，故%70.65%02???n合適。3.2.2 驗算 V 帶速度由 可知，當傳遞的功率一定時，帶速愈高，則所需有效圓周力 F 愈小，因而 V 帶的根數可減少。但帶速過高，帶的離心力顯著增大，減小了帶與帶輪間的接觸壓力，從而降低了傳動的工作能力。同時，帶速過高，使帶在單位時間內繞過帶輪的次數增加，應力變化頻繁，從而降低了帶的疲勞壽命。由表 3.1 可見，當帶速達到某值后，不利因素將使基本額定功率降低。所以帶速一般在 v=5~25m/s 內為宜，在v=20~25m/s 范圍內最有利。如帶速過高（Y、Z、 A、B、C 型 v25m/.s；D 、E 型v30m/s）時，應重選較小的帶輪基準直徑。帶速越高，離心拉應力就越大，帶的疲勞壽smndV/69.106429.3106??????命越低；帶速過低，帶傳動的功率一定時有效拉力 F 增大，所以一般選擇在 5～25m/s的規(guī)定范圍內合適。3.3 確定 V 帶的基準長度 Ld 和中心距 a[6]。根據結構要求初定中心距 a0。中心距小則結構緊湊，但使小帶輪上包角減小，降低帶傳動的工作能力，同時由于中心距小，V 帶的長度短，在一定速度下，單位時間內的應力循環(huán)次數增多而導致使用壽命的降低，所以中心距不宜取得太小。但也不宜黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 7 頁太大，太大除有相反的利弊外，速度較高時還易引起帶的顫動。由公式：得： )(2)(7.021021 dda??? )1809(2)1809(7. ???a初定中心距m5489 ma30?計算在初定中心距 時相應帶的長度 Ld030?maddaLd103304)918()90(24. 2210???????選取帶的基準長度 Ld＝1000mm 計算實際中心距 BAa???2式中 221215.08)9(48)09(4.30mdBdLA?????故 實際中心距。a4.8.142?3.4 驗算主動輪上的包角 α 1小帶輪上的包角 a1 可按式計算 為使帶傳動有一定的工作能力，一般要求 a1≥120°（特殊情況允許 a1＝90° ）。如 a1 小于此值，可適當加大中心距 a；若中心距不可調時，可加張緊輪。從上式可以看出，a 1 也與傳動比 i 有關，d 2與 d1 相差越大，即 i 越大，則 a1 越小。通常為了在中心距不過大的條件下保證包角不致過小，所用傳動比不宜過大。普通 V 帶傳動一般推薦 i≤7，必要時可到 10。????????12087.63.54.29018.12ad?3.5 V 帶的根數 Z 和初拉力的計算黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 8 頁3.5.1 計算 V 帶的根數 Z為使每根 V 帶受力比較均勻，所以根數不宜太多，通常應小于 10 根，否則應改選V 帶型號，重新設計。由 LaKPdZ)(1???由 V＝6.69m/s，d d1＝90mm 查表 11-4 用內插法得 P1＝1.05kw由 查圖 3.1 得 110.Tn?mNT???2.1 kw17.042.0.???查表 3.1 用內插法得 Ka＝0.91 查表 3.1 得 Kl＝0.99 ，則 根39.01.)7.05.1(3(2)11 ????lKPdZ3.5.2 計算初拉力 F0適當的初拉力是保證帶傳動正常工作的重要因素之一。初拉力小，則摩擦力小，易出現打滑。反之，初拉力過大，會使 V 帶的拉應力增加而降低壽命，并使軸和軸承的壓力增大。對于非自動張緊的帶傳動，由于帶的松馳作用，過高的初拉力也不易保持。為了保證所需的傳遞功率，又不出現打滑，并考慮離心力的不利影響時，單根 V帶適當的初拉力為 (N) 由于新帶容易松馳，所以對非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時的初拉力應為上述初拉力計算值的 1.5 倍。初拉力是否恰當，可用下述方法進行近似測試。如圖 3.2 所示，在帶與帶輪的切點跨距的中點處垂直于帶加一載荷 G，若帶沿跨距每 100mm 中點處產生的撓度為 1.6mm（即撓角為 1.8°）時，則初拉力恰當。這時中點處總撓度 y=1.6t/100mm?？缍乳L t 可以實測，或按下式計算 得 q＝0.1kg/m220)15.(qVKZPdF???故 N12.4869.09.6320 ???3.6 軸上載荷的計算 FQ黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 9 頁確定作用在軸上的壓力 FQ傳動帶的緊邊拉力和松邊拉力對軸產生壓力，它等于緊邊和松邊拉力的向量和。但一般多用初拉力 F0 由圖 3.2 近似地用下式求得87.539.0sin72.8287.16sin41???? ???Z帶傳動靠摩擦力工作。當傳遞的圓周阻力超過帶和帶輪接觸面上所能產生的最大摩擦力時，傳動帶將在帶輪上產生打滑而使傳動失效。另外，傳動帶在運行過程中由于受循環(huán)變應力的作用會產生疲勞破壞。因此，帶傳動的設計準則是：既要在工作中充分發(fā)揮其工作能力而又不打滑，同時還要求傳動帶有足夠的疲勞強度，以保證一定的使用壽命。對帶輪的主要要求是重量輕、加工工藝性好、質量分布均勻、與普通 V帶接觸的槽面應光潔，以減輕帶的磨損。對于鑄造和焊接帶輪、內應力要小。帶輪由輪緣、輪幅和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，中間部分稱為輪幅。圖 3.2 V 帶輪的結構帶輪結構形式按直徑大小常用的有 S 型實心帶輪（用于尺寸較小的帶輪）、P 型腹板帶輪（用于中小尺寸的帶輪）、H 型孔板帶輪（用于尺寸較大的帶輪）及 E 型橢圓輪幅帶輪（用于大尺寸的帶輪）。輪緣部分的輪槽尺寸按 V 帶型號查表 3.2。由于普黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 10 頁通 V 帶兩側面間的夾角是 40°，為了適應 V 帶在帶輪上彎曲時截面變形，楔角減小，故規(guī)定普通 V 帶輪槽角 f 為 32°、34° 、36°、38°（按帶的型號及帶輪直徑確定） [3, 6-9]。表 3.2 普通 V 帶輪的輪槽尺寸（摘自 GB/T13575.1-92）槽型項目 符號Y Z A B C D E基準寬度 bp 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0基準線上槽深 hamin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6基準線下槽深 hfmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4槽間距 e 8±0.3 12±0.3 15±0.3 19±0.4 25.5±0.5 37±0.6 44.5±0.7第一槽對稱面至端面的距離f 7±1 8±1最小輪緣厚 ?min 5 5.5 6 7.5 10 12 15帶輪寬 B B=(z-1)e+2f z—輪槽數外徑 da32° ≤60 - - - - - -34° - ≤80 ≤118 ≤190 ≤315 - -36° - - - - - ≤475 ≤60038°相應的基準直徑 d - ＞80 ＞118 ＞190 ＞315 ＞475 ＞600輪槽角? 極限偏差 ±30′黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 11 頁4 減速器設計4.1 齒輪減速箱設計對傳動實驗臺的減速箱，圓周速度不大，所以選用圓柱直齒齒輪傳動圓錐齒輪齒數一般取 Z1＝75～25 軸頸初算 取 20mm（齒輪輸mrkwnPcd7.16in/702.1533???入軸，也就是皮帶輪的輸出軸）閉式傳動，對輪齒面，調質處理，齒面硬度≤350HBS閉式單級傳動，一般 i 取≤5 我們取 i＝4 選擇齒輪材料，確定許用應力查表 小齒輪采用 45#鋼，調質 220HBS 大齒輪采用 45#鋼，調質 190HBS 查表取 SH＝1.1 得最小接能應力，表面疲勞破壞 ，所以許用接能應MpaH54lim1?? MpaH54li1??力 。??H?/li1則 paS64.513./6/li1???HH 8402?查表最小彎曲應力 MFlim1?SF＝1.4paF30li1?故許用彎曲應力：；??paFF 2504.1//li11 ??。MS7.3m2?因采用是閉式輪齒面?zhèn)鲃?，故按齒面接能強度設計由公式修正系數 查表 13-4， 取3210 )()(.48HaaKT?????a?1?a?42510＝為 齒 數 比 ＝?Z1=25 Z2=100 小輪上的轉矩 齒寬mNnP????7.9702.951095331系數 取 0.4（直齒一般常用取 0.4）載齒系數 K 取 1.4（常用值 1.4～2）齒輪按一般a按 8 級精度制造 則初算中心距：黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 12 頁。ma 4.15.03.48)6.51(4.0729)14(3.8320 ???????確定模數 則 m＝1.968 取模數為 2mm，為標準模數實.21?amZ際中心距 計算傳動主要尺寸分度圓直徑： 1250251 ???。Zd11?? mZd20122???齒寬 小齒輪齒寬 ；mab5024.02??b5)~5(??齒頂圓直徑 正常齒 ha*＝ 1 ， ；haa 4*)(1??齒根圓直徑，正常齒hZda 204*)(2 ?????C*＝0.25 ；；mmCf 5).15()(1 ????；haZd 192020*22 ????齒高 。.4).()(???4.2 齒輪結構設計齒輪做成齒輪軸材料：45 鋼熱處理硬度 HBS ，小齒輪 220 調質 大齒輪 190 火壓力角：20°模數：2mm，齒寬：小齒輪 55mm，大齒輪 50mm，齒高：h＝4.5mm，中心距：a＝125mm，傳動比：i＝8。4.3 傳動軸設計4.3.1 高速軸的設計計算初算軸直徑 d1＝20mm4.3.2 低速軸的設計計算得 C＝116mnPcd 83.2619.068.1726mi332 ????取 d2min＝30mmmin/.4012ri?黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 13 頁4.4 軸的強度校核計算 mNnPT ??????3.178.209510953232Fd8.42536.017cos0tg.r 32t ＝＝＝經 向 力 ＝＝＝圓 周 力 ?????受力圖如下：FrB Ft DC50 50水平面：支座反力圖： Ft＝1173NFHB＝586.5N FHD＝586.5N彎矩圖：最大彎距 586.5×50mm＝23.46Nm垂直圖：Fr=425.88212.94N 212.94N最大彎距 212.94×50＝14.6Nm合成彎距： mNMc ????? 74.253.6)4.23()6.10(2 ＝＝水垂黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 14 頁扭矩圖：T2=14.66 mN?當量彎矩 TMec ??????? 26).1430()7.5()(222?α 取 0.3，為不變載荷截面 C 的強度為：故安全。 ??MpawpadWee 5.3201.6.013 ?????4.5 低速軸上鍵的校核由于 d=35mm，軸長度 80mm 查表得鍵尺寸：b＝100mm，h＝8mm，L＝70mm，鍵的工作長度：l＝L-b＝70-10＝60mm， 查表得[σ]padlTp 93.27608351.432????P=100mpa，因為 σP300000 用潤滑油滾子軸承：（內徑小于 50mm） dn 值150000 用潤滑油 ，速度高：基礎油粘度低、稠度大潤滑脂 速度低：基礎油粘度高、稠度小潤滑脂 ；負荷大：基礎油粘度高、具有極壓抗磨性的潤滑脂 負荷?。夯A油粘度低、稠度大潤滑脂.根據軸承工作條件如環(huán)境查表 6.2，選擇如下潤滑脂。表 6.2 軸承潤滑脂標準名稱 牌號 滴點℃工作錐入度（25℃，150g）1/10mm250～290滾動軸承脂GSY1514-82ZGN69-2 不低于 120-40℃時為 30黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 18 頁7 鏈傳動設計7 .1 鏈傳動設計為使鏈傳動能工作正常，應注意其合理布置，布置的原則簡要說明如下：兩鏈輪的回轉平面應在同一垂直平面內，否則易使鏈條脫落和產生不正常的磨損。兩鏈輪中心連線最好是水平的，或與水平面成以下的傾角，盡量避免垂直傳動，以免與下方鏈輪嚙合不良或脫離嚙合 [8]。表 7.1 鏈傳動合理布置形式黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 19 頁i 鏈=2min/5.17rn?min/75.82r?1）選擇鏈輪齒數，由書上表 12.5 選取 42Z ,211＝鏈 ??iZ2）計算鏈節(jié)數 Lp，初定中心距 a0＝40p 78.12.05384012.5380)4(2120210 ??????????ppZaLp取偶數 Lp＝112 節(jié)3）計算額定功率 p0，按式 mLZAKp由書上表 7.2 選取 KA＝1.1表 7.1（估計可能出現鏈板疲勞破壞） ，當 Z1＝21 時， 1.)192(5.??ZK選用單排鏈，查表 12-8 得，K m＝1.003.1)2()10( 126.6. ??pLpL時 ，故所需額定功率 89?4）選取鏈的節(jié)距 p，根據 α 鏈輪轉速 n1＝177.5r/min及功率 p0＝2.89，由圖 7.1 選取鏈型號為 16A，得節(jié)距 p＝25.4mm5）確定實際中心距 ，由公式??8.1046.8925.60324.5 )14.32()1(41. 8224 22111?????????? ????????????? ?zzLzLpap中心距可調，實際中心距 ?????)04.~2.(?黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 20 頁取 m08.410.4. ?????實際中心距 72.1????取 m15?1） 、驗算鏈速，由式 106??pnZV得 sm/58.074.25??鏈速 屬于較好范圍。s/1.m/s??2） 、選擇潤滑方式按 p=25.4mm，V=15.8m/s，查圖 7.2 得該鏈使用滴油潤滑3） 、求作用在軸上的載荷由式 FQ=1.2F 得 NVpQ86.1703.92.12.5.0???7.2 鏈傳動的張緊和鏈傳動的潤滑鏈傳動中如松邊垂度過大，將引起嚙合不良和鏈條振動，所以鏈傳動張緊的目的和帶傳動不同，張緊力并不決定鏈的工作能力，而只是決定垂度的大小。張緊的方法很多，最常見的是移動鏈輪以增大兩輪的中心矩。但如果中心距不可調時，也可以采用張緊輪張緊，見圖 7.1 張緊輪應裝在靠近主動鏈輪的松邊上。不論是帶齒的還是不帶齒的張緊輪，其分度圓直徑最好與小鏈輪的分度圓直徑相近。此外還可以用壓板或托板張緊。特別是中心距大的鏈傳動，用托板控制垂度更為合理 [5, 4-9]。圖 7.1 張緊輪與主動鏈輪的關系黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 21 頁合適的潤滑能顯著降低鏈條鉸鏈的磨損，延長使用壽命鏈傳動的潤滑方法可根據圖 7.2 選取。通常有四種潤滑方式：Ⅰ-人工定期用油壺或油刷給油；Ⅱ-滴油潤滑，用油杯通過油管向松邊內外鏈板間隙處滴油；Ⅲ-油浴潤滑或飛濺潤滑，采用密封的傳動箱體，前者鏈條及鏈輪一部分浸入油中，后者采用直徑較大的甩油盤濺油；Ⅳ-油泵壓力噴油潤滑，用油泵經油管向鏈條連續(xù)供油，循環(huán)油可起潤滑和冷卻的作用.鏈傳動使用的潤滑油運動粘度在運轉溫度下約為 20～40mm2/s。只有轉速很慢又無法供油的地方，才可以用油脂代替。圖 7.2 潤滑方法與磨損關系圖黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 22 頁8 傳感器選擇8.1 傳感器的選擇本次設計選用的是北京三承恒薇科技有限公司的 JSC4 動態(tài)傳感器8.2 外觀尺寸 圖 8.1 傳感器的外觀尺寸本傳感器為標準型傳感器，適用于所有旋轉動力系統扭矩的測量,其中動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示 [2, 1-9]。這是因為傳感器對標準輸入信 號的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系,往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。8.3 產品的特點1）可測量非旋轉扭矩及過渡過程的旋轉扭矩；黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 23 頁2）測量正、反向扭矩時，不需調整零點； 3）信號檢測采用數字化處理技術，精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾強；4）輸入電源極性、幅值保護，輸出轉矩、轉速信號保護； 5）扭矩信號的提取方式為應變電測技術； 6）扭矩測量精度與旋轉速度、方向無關； 7）可測量正反向扭矩、轉速及功率； 8）輸入、輸出信號的傳輸為非接觸的耦合方式；9）體積小、重量輕、安裝方便；10）可靠性高、壽命長。8.4 技術參數規(guī)格1）測量范圍：0.5N·m--5 萬 N·m（分若干檔） 2）非線性度：±0.1%--±0.3%（f·s ） 3）重 復 性：±0.1%--±0.2%（f·s ） 4）滯 后：±0.1%--±0.2%（f·s ） 5）精 度：±0.2%--±0.5%（f·s ） 6）環(huán)境溫度：-20℃--60 ℃7）過載能力：150%（f·s） 8）頻率響應：100 μs9）輸出信號：頻率方波 (標準產品)，也可以為 4-20 毫安電流或電壓信號 零 扭 矩： 10 KHz正向滿量程：15 KHz反向滿量程：5 KHz10）輸出電平：5V （可以根據客戶的要求作出調整 ),負載電流10mA11）信號插座： (1)0. V (2)+12V. (3)-12V. (4)轉速 . (5)扭矩信號. 12）絕緣電阻：大于 200MΩ 13）相對濕度：≤90%RH黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 24 頁表 8.1 外形主要尺寸表規(guī)格 (N·m)Φdj6 ΦD A L L1 H h E B C F最高轉速(r/min)C 型鍵 (b×L1×m×數量) 10 Φ18 Φ85 150 224 32 123 58 72 62 6.5 112 10000 6×32×6×1 20 Φ18 Φ85 150 224 32 123 58 72 62 6.5 112 10000 6×32×6×1 30 Φ18 Φ85 150 224 32 123 58 72 62 6.5 112 10000 6×32×6×1 50 Φ18 Φ85 150 224 32 123 58 72 62 6.5 112 10000 6×32×6×1 100 Φ18 Φ85 150 224 32 123 58 72 62 6.5 112 10000 6×32×6×1 200 Φ28 Φ95 152 242 42 133 63 72 62 6.5 121 10000 8×40×7×1 300 Φ28 Φ95 152 242 42 133 63 72 62 6.5 121 10000 8×40×7×1 500 Φ38 Φ105 154 272 57 144 69 72 62 6.5 136 10000 10×56×8×2 700 Φ38 Φ105 154 272 57 144 69 72 62 6.5 136 10000 10×56×8×2 根據課題要求輸入端轉矩為 20N.m 而輸出端轉矩一定小于輸入端故選擇上表中轉矩為20N.m 型號的傳感器 [5, 6-9]。8.5 傳感器安裝方法1）測量傳感器的軸徑和中心高，待裝。2）使用兩組聯軸器，將傳感器安裝在動力設備與負載之間。3）分別調整動力設備、負載、傳感器的中心高和同軸度，要求小于 0.05mm，然后將其固定，并緊固可靠，不允許有松動。小量程或 高轉速傳感器使用時，更要嚴格保證連接的中心高和同軸度。否則可能造成測量誤差及傳感器的損壞。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 25 頁9 磁粉制動器選擇9.1 描述磁粉制動器是根據電磁原理和利用磁粉傳遞轉矩的，磁粉制動器具有激磁電流和傳遞轉矩基本成線性關系。在同滑差無關的情況下能夠傳遞一定的轉矩，具有響應速度快、結構簡單、無污染、無噪音、無沖擊振動節(jié)約能源等優(yōu)點。磁粉制動器是一種多用途、性能優(yōu)越的自動控制元件。磁粉制動器廣泛應用于各種機械中不同目的的制動、功率測試加載、放卷張力的控制等。并且用于緩沖起動、過載保護、調速、卷繞系統中收卷的張力控制等方面。磁粉制動器是以一種高導磁性的磁粉為工作媒介，以激磁電流為控制手段的性能優(yōu)越的新型自動控制元件，其工作原理是接通直流電源后產生磁場，工作介質磁粉在磁力線作用下形成磁粉鏈，制動扭矩的目的，其特點是快速反應、線性度好、控制力矩恒定、運轉平穩(wěn)、結構簡單、無噪音、維修方便，并具有快速制動、張力控制、位置控制、速度控制、微機等功能，它廣泛用于造紙、印刷、紡織、包裝、塑料等通用機械中。在兩組單元之間的空間，填有粒狀的磁粉（休積大約 40 微米） 。當磁性線圈不導電時，轉矩不會從傳動軸傳于從動軸，但如將線圈電磁通電，就由于磁力的作用而吸引磁粉產生硬化現象，在連繼滑動之間會把轉矩傳達 [3]。HELISTAR 磁粉離合器/制動器特性1）高精度的轉矩控制轉矩的控制范圍非常廣，而且控制精度高，傳達轉矩和激磁電流成正確的比例，可實現高精度的控制。2）優(yōu)越的耐久性、壽命長采用耐熱、耐磨耗、耐氧化 、耐蝕性超強的超合金磁粉，壽命長。3）穩(wěn)定性超群的定轉矩特性磁粉的磁氣特性佳，而且粉粒相互之間的結合力安定，滑動轉矩非常穩(wěn)定，與相對回轉數沒有關系能持久保持恒定的轉矩。4）連續(xù)滑動運轉使用散熱效果優(yōu)良而且采用熱變形均一的冷卻構造，加上磁粉的高耐熱性，容許連結黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 26 頁與制動功率及滑動功率大，能夠圓滑的滑動運轉，不會引起震動。5）連結圓滑，無沖擊連結時的沖擊極小，能夠無沖擊的圓滑啟動、停止。而且阻力轉矩極小，不會引起無用的發(fā)熱量。6）適合高頻運轉應答敏捷快速及特別的散熱構造，適合高頻度運轉使用。7）輕量、免保養(yǎng)、壽命長型式簡潔輕量化，使用耐高溫之線圈及特殊油脂軸承，并針對易生磨耗的電樞施以耐磨特殊處理，延長使用壽命。9.2 用途 1)、緩沖起動，停止用：利用連結時的圓滑特性及定轉矩特性之緩沖效果，即加速 度穩(wěn)定及不發(fā)生沖擊的尖峰轉矩； 2)、連續(xù)滑動、張力控制用； 3)、轉矩限制器用；4)、高速應答用； 5)、動力吸收用；6)、定位停止用；7)、模擬負載用。9.3 適用范圍 印刷機械、紙工機械、制袋機械、造紙機械、電線電纜機械、卷線機械、線材機械、捆包包袋機械、紡織機械、織維機械、木工機械、試驗設備、模擬負荷用、各種機械的精密性張力控制用、一般工業(yè)用裝置、其他一般產業(yè)機械。 9.4 激磁電流與轉矩基本成線性關系激磁電流與轉矩基本成線性關系，通過調節(jié)激磁電流可以控制力矩的大小,其特性如圖 9.1 所示。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 27 頁圖 9.1 激磁電流與轉矩基本成線性關系負載特性磁粉制動器的允許滑差功率,在散熱條件一定時是定值。其實際選用選型時，實用滑差功率需在允許滑差功率以內。使用轉速高時，需降低力矩使用。其特性如圖 9.2所示。圖 9.2 磁粉制動器負載特性9.4.1 功率控制特性磁粉離合器、磁粉制動器是利用電磁效應下的磁粉來傳遞轉矩的，可以用很小的電功率控制很大的傳遞功率，很容易用電子線路和計算機控制，可以很方便地應用于各行各業(yè)中。9.4.2 快速響應特性磁粉離合器、磁粉制動器因其固有的結構特點確定了該種產品的無響應時間、轉矩上升時間及轉矩下降時間都極短，此特性決定了磁粉離合器、磁粉制動器可以應用于需頻繁啟停、換向的應用場合。特殊需要的可以經過進一步的優(yōu)化機械部分和改進加載電源提高響應速度。以 5kgm 的磁粉制動器為例，其無響應時間為 25ms，其轉矩上升下降時間分別為 270ms 和 350ms[3, 6-9]。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 28 頁結 論 在這次傳送設計中，我對機械傳動綜合實驗臺的傳動設計有了進一步的了解和認識，并充分運用了所學的知識，把這四年的學習中所學到的、看到的，盡可能的運用到本次設計中。針對機械傳動和機械零件在分析、設計、選用和正確使用以及維護等方面有了長足的進步，總結過去四年中學習到的機械零件的基本知識，了解常用機構、常用傳動方式、聯接零部件、軸系零部件及其應用，掌握了機器動力源、機器實例綜合分析。通過對本設計的學習，掌握了通用零件的設計方法。具備了設計簡單機械的能力( 運用標準,規(guī)范,手冊,圖冊,查資料獲取信息)齒輪的設計，軸的結構設計: 安裝次序,軸上零件的定位( 軸向,周向),各段長度與直徑,工藝軸的計算: 按扭矩計算,按彎扭組合計算等，使我對機械設計方面的基本內容有一個總體了解，對機械設備及其自動化的專業(yè)方面有了一個理性認識，使我對機電一體化專業(yè)的認識更加具體化、形象化,特別是對傳動系統中的帶傳動，鏈傳動，齒輪傳動有了近深一步的理解，從初定到驗算再到最后的結論，都暴露了很多不足，但也在錯誤中不斷的進步，最終拿下了此次設計，中間還有不足的地方，我會在未來的的過程中更加改進的。 在機械傳動綜合實驗中掌握機械傳動的組成、機構的運動學和動力學分析，理解輪系運動方式及動力傳遞，掌握傳動部件效率測定和計算，進一步了解機構組成及其運動特性，了解確定機械產品設計方案的方法，根據給定工程實際題目，設計最優(yōu)方案，培養(yǎng)我在實際工程中的動手能力，培養(yǎng)了我創(chuàng)新意識及綜合設計能力。畢業(yè)在即，回想起經過的三個多月的做畢業(yè)設計日子，感觸良多。畢業(yè)設計是對自己在大學里學習收獲的一次綜合的考察，在本次設計中我們可以在溫故已學知識的同時，又可以查漏補缺，學習到新的知識，更提高了自己綜合運用知識的能力。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 29 頁致 謝本設計是在劉萬福教授的悉心指導下完成的，劉教授在百忙之中還每周專門抽出時間給我們指導設計，花費了很多的心血，對于我的提問和設計中遇到的困難，都耐心的一一講解，并指出我的設計中的錯誤和不足，同時他根據自己的經驗給出了自己的觀點讓我參考，這使我學到了很多書本中沒有的寶貴知識，最終使我圓滿完成了畢業(yè)設計。 劉教授以其嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、孜孜以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產生了重要影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪，我在此向劉教授表示衷心的感謝和由衷的敬意！論文在即將完成之際，我的心情無法平靜，本次畢業(yè)設計經歷三個多月，從選題、開題報告，到 CAD 繪制裝配圖、零件圖、到最后完成說明書。期間每一個過程都得到指導教師劉萬福教授的細心指導，身體力行、兢兢業(yè)業(yè)地為我們排憂解難，不僅治學嚴謹而且為人師表，堪稱良師益友，教給我們的不僅有專業(yè)知識還有為人處世的道理，在此請接受我最誠摯的謝意！同時我也要感謝與我同組的同學們，在相互的探討和交流之中，使我受益匪淺，學到了許多新的知識，對課題有了更深層次的理解，這對本次的設計來說是相當重要的。在合作過程中，與他們融洽的相處為我提供了很好的設計氛圍。在此，我表示非常高興能與他們合作，同時感謝他們對我的無私幫助！我也要感謝大學幾年來所有的老師，感謝你們的辛勤培養(yǎng)，使我能夠在大學四年當中打下堅實的基礎，同時有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里表示由衷的謝意！黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 30 頁參考文獻[1] 沈敏德 馮培恩.基于力學效應的機械傳動原理設計知識庫的結構研究[J].工程設計學報。[2] 唐林 等.用設計單元法實現計算機輔助機械運動方案設計[J].計算機輔助設計與圖形學學報,2000,12(8):614.[3] 大連組合機床研究所．機械傳動綜合實驗臺系統設計——機械部分[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1975． [4] 殷國富．工程專家系統技術及其應用[M]．成都：成都科技大學出版社，1993． [5] 王文娟． CAD 技術發(fā)展趨勢與機械制造企業(yè)對策[J]．CAD／CAM 與制造業(yè)信息化，2005(5)． [6] 鄒慧君 顧明敏.“機械系統方案設計專家系統”初探（一）知識庫管理系統的建立.機械設計,1996。[7] G?帕爾， W?拜茨 馮培恩等（譯） .工程設計學[M].北京:機械工業(yè)出版社,1992[8] 馮培恩 張明君.作用原理方案設計目錄開發(fā)策略的研究.全力第四屆設計新理論新方法新技術學術論文集[M].北京:機械工業(yè)出版社,1993.[9] 師平 馮培恩 .液—液分離原理方案設計目錄的研制及應用[J].工程設計學報。[10] 黃純穎 沈鋼 等.機械傳動方案智能化設計系統的構思與實現[J].工程設計,1996.[11] 姚致揚 黃純穎 等.機械傳動原理方案設計目錄結構模式的研究[J].中國機械工程1998.[12] TINGHUA LIU, YICHONG GUO, FUHA ZHU. 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