拉伸试验机的设计

拉伸试验机的设计 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ? ? 由于机械装备在各种类型的腐蚀环境中服役，腐蚀环境会加剧机械装备的腐蚀失 ? 效；而且在腐蚀环境中机械构件往往还要承受各种类型的应力的作用，应力的作用会? 大大加速金属构件的腐蚀失效，所以必须对机械装备在应力和腐蚀介质交互作用下? ? （力学化学作用）的腐蚀行为进行研究，这就需要相应的试验机进行相关的实验，由? 此引入了对电化学腐蚀加载试验机的研究和设计。 ? 金属材料的力学化学腐蚀研究主要是对金属的局部塑性变形－电化学溶解的交? ? 互效应进行研究，常用的外加载荷类型有静载荷和动载荷两种。其中较多的加载方式? 为使用慢拉伸试验机加载，慢拉伸试验机既可以提供指定应变速率的动载荷，也可以? 提供不同范围的静载荷。在研究动载荷对力学化学行为的影响时，应变速率和应变幅? 装 是影响材料电化学行为的重要参量，一般应变速率越慢，金属材料的力学化学效应表? 现的越明显，因此通常要求慢拉伸试验机的应变速率较低，一般使用应变速率范围为? -5-6? 10～10，本文根据实际需要设计了在0-3KN的静载荷拉伸试验机和0-10KN的m/s ? 慢拉伸试验机。 ? 订 ? ? 慢拉伸试验机；静载荷试验机；动载荷；力学电化学腐蚀 ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 共 55 页 第 1 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 Abstract As mechanical equipments served in various corrosion environments, corrosive media ? will aggravate corrosion failure of mechanical equipments, moreover regularly mechanical ? ? parts served in corrosion environments sustain various kinds of applied stress, applied stress ? will greatly enhance the corrosion rate of mechanical part and accelerate its corrosion ? failure .so it is necessary to investigate the corrosion behavior of mechanical parts under ? ? interactions of corrosive media and applied stress, so corresponding testing machine is ? required to carry out interrelated experiments. Research and design of electrochemical ? corrosion loading testing machine is imported in this thesis. ? ? The research on the mechanochemical corrosion of metals mainly aims on the interactions ? of electrochemical dissolution and local plastic deformations. In mechanochemical corrosion ? experiments both dead load and dynamic load are used, but the main load mode is dynamic 装 ? load acquired through slow strain rate tension testing machine. Slow strain rate tension ? machine can provide dynamic load of fixed strain rare and wide-range dead load. Strain rate ? ? and strain amplitude are the parameters that can significantly affect the mechanochemical ? corrosion behavior of metals, ordinarily the slower is the strain rate, and the more obvious is 订 the mechanochemical interactions. so the strain rate of slow strain rate tension testing ? -5-6? machine is set in the range of 10～10.0-3KN dead load tension testing machine and ? 0-10KN slow strain rate tension machine are designed in this thesis. ? ? Keywords: slow strain rate tension test machine；dead load tension machine；dynamic load；线 ? mechanoelectrochemical corrosion ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 共 55 页 第 2 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 目 录 第一章 总 论 ....................................................... 1 ? 1.1试验机的发展概况 ............................................... 1 ? 1.1.1试验机的概述 .............................................. 1 ? 1.1.2试验机分类 ............................................... 1 ? 1.2电化学腐蚀加载试验机的引入 ..................................... 2 ? ? 1.2.1材料腐蚀的研究 ............................................ 2 ? 1.2.2电化学腐蚀加载试验机的引入 ................................ 3 ? 1.3课题的内容及意义 ............................................... 3 ? 1.3.1课题内容 .................................................. 3 ? 1.3.2课题意义 .................................................. 4 ? ? 第二章 静载荷加载试验机的设计 ........................................ 5 ? 2.1 静载荷加载试验机设计要求 ....................................... 5 装 2.2静载荷加载试验机结构及设计 ................................. 5 ? 2.3 静载荷加载试验机设计 ........................................... 5 ? 2.3.1基座设计 .................................................. 5 ? ? 2.3.2拉力传感器的选用 .......................................... 6 ? 2.3.3夹头设计 .................................................. 6 订 2.3.4 匹配部件选用 .............................................. 7 ? 2.4校核 ........................................................... 7 ? 2.4.1 螺栓强度校核 .............................................. 7 ? ? 2.4.2 螺纹强度校核 .............................................. 8 ? 第三章 慢拉伸试验机的设计 ............................................. 9 线 3.1 慢拉伸试验机的设计要求 ......................................... 9 ? 3.2慢拉伸试验机的设计方案 ......................................... 9 ? 3.3 慢拉伸试验机的设计步骤 ......................................... 9 ? ? 第四章 慢拉伸试验机传动设备选择 ...................................... 11 ? 4.1 试验机参数 .................................................... 11 ? 4.2 电动机选择 .................................................... 11 ? 4.3 标准减速器的选择 .............................................. 11 ? 4.3.1 标准减速器1 ............................................. 11 ? ? 4.3.2 标准减速器2 ............................................. 12 ? 4.4 链传动 ........................................................ 13 ? 4.4.1链传动的设计计算 ......................................... 13 ? 4.4.2链轮的尺寸及结构 ......................................... 14 4.5 蜗轮-蜗杆传动 ................................................ 15 4.5.1 蜗杆传动特点 ............................................. 15 4.5.2 蜗轮-蜗杆传动计算 ........................................ 16 4.5.3 蜗轮-蜗杆结构传动的基本几何尺寸 .......................... 18 4.5.4 蜗轮-蜗杆结构设计 ........................................ 19 共 55 页 第 I 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 4.6 螺旋传动 ...................................................... 21 4.6.1螺旋传动特点 ............................................. 21 4.6.2 螺旋传动的设计计算 ....................................... 21 4.6.3 螺旋传动的结构 ........................................... 24 ? 4.7 轴的校核 ...................................................... 24 ? 4.7.1 蜗杆轴 ................................................... 24 ? ? 4.7.2 小链轮轴的设计计算 ....................................... 30 ? 4.7.3 大链轮轴的设计计算 ....................................... 34 ? 4.8轴承校核 ...................................................... 36 ? 4.8.1蜗杆两端轴承 ............................................. 36 ? 4.8.2小链轮两端的轴承 ......................................... 38 ? ? 4.8.3 蜗轮两端的轴承 ........................................... 39 ? 4.9联轴器的选择 .................................................. 40 ? 4.9.1电动机-减速器处联轴器选择 ................................ 40 ? 4.9.2标准减速器间联轴器选择 ................................... 40 装 4.9.3 小链轮处联轴器的选择 ..................................... 41 ? ? 4.9.4 蜗杆-大链轮处联轴器的选择 ................................ 41 ? 4.10 键的选择 ..................................................... 41 ? 4.10.1电动机输出端 ............................................ 41 ? 4.10.2大链轮轴输出端 .......................................... 42 订 4.10.3 蜗轮轴轮毂处 ............................................ 42 ? ? 第五章 机架及匹配设备的设计和选型 .................................... 44 ? 5.1 机架设计 ...................................................... 44 ? 5.2 电解池 ........................................................ 44 ? 5.3 拉力传感器 .................................................... 44 线 5.4 轴承座 ........................................................ 45 ? ? 5.5 其它设备 ...................................................... 46 ? 5.6 校核 .......................................................... 46 ? 第六章 总结 .......................................................... 48 ? 致谢 .................................................................. 49 ? 参考文献 .............................................................. 50 ? ? ? ? ? ? ? 共 55 页 第 II 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 装 ? ? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 共 55 页 第 III 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ? ? ? 1.1试验机的发展概况 ? ? 1.1.1试验机的概述 ? ? 试验机是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构 ? 等的力学性能的精密测试仪器。在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程? 中，试验机是一种不可缺少的重要测试仪器。广泛应用于机械、冶金、石油、化工、? ? 建材、建工、航空航天、造船、交通运输、等工业部门以及大专院校、科研院所的相 ? 关实验室。对合理选材和设计、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全? 可靠等都具有重要作用。 装 ? 1.1.2试验机分类 ? ? 试验机的种类繁多，有多种不同的分类方法。 ? 按照传统分类方法可以分为：金属材料试验机、非金属材料试验机、动平衡试验? 订 机、振动台和无损探伤机等五大类。 ? 按用途分类：测定机械性能用试验机和工艺试验用试验机 ? 按加载方法分类:静负荷试验机(静态)和动负荷试验机(动态) ? ? 静态试验机主要包括： ? ?万能试验机：液压万能试验机和电子万能试验机 线 ? ?压力试验机 ? ?拉力试验机 ? ?扭转试验机 ? ? ?蠕变试验机 ? 动态试验机主要包括：疲劳试验机、动静万能试验机、单向脉动疲劳试验机、冲? 击试验机等 。 ? ? 按测力方式分类：机械测力试验机和电子测力试验机 ? 按控制方式分类：手动控制和微机伺服控制试验机 ? 按油缸位置分类：油缸上置式和油缸下置式试验机 ? ? 该毕业设计涉及到的拉伸腐蚀试验机属于拉力试验机（也称拉力机），拉力机是 用来对材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离等力学性能试验用的机械加力的试验 机，适用于塑料板材、管材、异型材，塑料薄膜及橡胶、电线电缆、防水卷材、金属 丝等材料的各种物理机械性能测试，其使用行业范围遍布：科研院所、商检仲裁机构、 大专院校以及橡胶、轮胎、塑料、电线电缆、制鞋、皮革、纺织、包装、建材、石化、 航空等行业，为材料开发、物性试验、教学研究、质量控制、进料检验、生产线的随 共 55 页 第 1 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 机检验等不可缺少的检测设备。 1.2电化学腐蚀加载试验机的引入 ? 1.2.1材料腐蚀的研究 ? 金属材料是国家建设和社会发展的支柱和重要基础，国家经济建设、国防建设和? ? 高新技术的发展都离不开金属材料，而金属材料在使用过程中总是处在腐蚀介质等环 ? 境中，通常很容易发生腐蚀和失效等问题。材料腐蚀和失效不仅给国家带来重大的经? 济损失和大量资源和能源的消耗，还会给设备、装备、建筑物及人身安全带来威胁。? ? 因此开展对金属材料在自然环境（大气、水、土壤）中的腐蚀试验，通过长期的观察 ? 与检测，积累腐蚀数据，结合实验室的分析研究，掌握各类材料在典型自然环境中的? 腐蚀规律，对于控制材料的自然环境腐蚀，减少经济损失，为新材料的研究开发、传? ? 统材料质量与性能的提高，以及防腐蚀标准与规范的制定提供科学依据，为重点工程? 的建设和国防建设中的合理选材、科学用材、采用正确的防护措施、保证工程质量和装 ? 可靠性提供科学依据具有十分重要的意义。 ? 为了充分的利用腐蚀数据库中所得到的大量数据，必须对在加载条件下的金属自? 然环境腐蚀行为进行研究。以往的对金属在加力条件下的腐蚀行为研究主要集中在应? ? 力腐蚀、腐蚀疲劳、氢致开裂和摩耗腐蚀等特定的腐蚀模式，但是金属在应力作用下 订 的腐蚀行为并不等同于应力腐蚀或者是腐蚀疲劳等特定的腐蚀模式，力学化学效应应? 该是一种金属在应力腐蚀环境作用下的整体效应，这种效应是必然的，这种效应会导? ? 致金属腐蚀行为的加速和腐蚀特征的改变，进而形成应力腐蚀、腐蚀疲劳等特定的腐? 蚀模式，但是在应力作用时应力腐蚀或腐蚀疲劳等腐蚀模式的出现并不是必然的，只? 有在特定的条件下才可能出现。国外及近年来国内的一些研究成果证明应力在腐蚀过线 ? 程中起着不可忽略的作用。为了研究在应力作用下应力对金属腐蚀行为的影响和判断? 在无应力条件下的自然腐蚀数据能否推广到存在应力的环境下，有必要对金属腐蚀的? ? 力学化学交互行为进行研究。 ? 然而，现在大多实验数据一般都是在无应力作用下（只有试样自重的作用，不包? 括内应力的作用）的腐蚀数据，所以在进行现有的数据处理之余，还有一个非常现实? ? 的问题，在日常生活中很多金属构件是承力构件，这些承力构件在自然条件下的腐蚀 ? 危害更加严重。显然金属在承载不同应力时的自然环境腐蚀规律和无应力下的自然环? 境腐蚀规律是不同的，所以在无应力条件下得到的自然环境腐蚀数据是不能直接应用? ? 到承载应力条件下的。这就自然发生如下的问题，应力对腐蚀的机理和表征参量的影? 响是什么样的？无应力下的腐蚀数据能否在实际受力的状态下使用？应该如何充分 利用在无应力状态下的腐蚀数据？如果有影响的话，应该如何进行修正和进一步试 验？如果要对金属在力学化学作用下的腐蚀行为进行研究就需要一种能够提供力和 腐蚀环境的加载设备——电化学腐蚀加载试验机。 共 55 页 第 2 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 1.2.2电化学腐蚀加载试验机的引入 面对各种新型材料及日趋复杂的腐蚀环境，需要产生与之相应的试验机进行相应 的实验，这就引入了对电化学腐蚀加载试验机的研究。在力学化学研究中，一般主要 ? 是对金属的局部塑性变形－电化学溶解的交互效应进行研究，使用的外加载荷类型有? 静载荷和动载荷两种类型。采用较多的加载方式是拉伸试验机加载，拉伸试验机既可? ? 以提供动载荷，也可以提供静载荷。在研究动载荷对力学化学行为的影响时，应变速 ? 率和应变幅是影响材料电化学行为的重要参量，一般应变速率越慢，材料的力学化学? 作用表现的越明显，而且应变速度不同，金属可能的断裂方式也不同。通常使用的应? -5-6? 变速率范围为10～10。这就需要一个能满足拉伸速率要求的拉力试验机。 m/s? 在电化学腐蚀的研究中主要用到静载荷和慢拉伸两种不同类型的加载试验机。静? ? 载荷加载试验机不需要专门的动力设备，可通过螺母对工件施加载荷，具有结构简单、 ? 加载方便的特点，但施加载荷不宜过大；慢拉伸试验机动力是通过电动机提供，通过? 一系列的减速设备将应变速率降到需要值，以实现指定应变速率下的慢拉伸实验。 装 ? 1.3课题的内容及意义 ? ? 1.3.1课题内容 ? ? 该课题为电化学腐蚀条件下的拉力试验机的设计，主要是在一般拉力试验机的基订 础上再为被拉伸材料附加一个电化学腐蚀电解池。根据加载方式的不同设计了静载荷? ? 拉力试验机和慢应变速率拉伸试验机。其中静载荷拉力试验机是在腐蚀条件下对工件? 施加一个静拉力，主要测试的是在恒载荷及腐蚀的联合作用下材料的腐蚀行为；慢拉? ,5,610~10m/s? 伸试验机是在腐蚀条件下给工件一个较慢的拉伸应变速度（约为），以 线 测试材料在动载荷下的电化学行为。 ? 本设计中静载荷拉伸试验机为一个便携式拉伸试验机，示意图如图2-1所示。拉? ? 伸试验机的主体由三部分构成：底座、拉力传感器和电解池。图2-1中底座上有三块 ? 支撑板，支撑板旁边用加强筋增大强度，可以承受较大载荷。拉力显示仪由两部分构? 成，一部分是拉压力传感器，另一部分是和拉力传感器相连接的数字显示仪。电解池? ? 系统由电解池和试样构成，试样封装在电解池中，进行电化学测量时，在电解池中注? mm入腐蚀溶液。电解池由内径50的有机玻璃管加工而成，上端开口，可以注入腐蚀? ? 溶液。拉压力传感器和试样通过螺栓串接起来，两者具有相同的应力状态，试样承受 ? 的拉力可以从与应力传感器连接的数字显示仪中读出，加载应力结合试样的横截面积? 可以算出实际加载应力的大小，实际应变可以结合在试样上添加应变片来进行核准。? 该装置可以在范围内自由加载，具有加载灵活和便携的特点。 0~3KN 慢应变速率拉伸试验机方面见图3-1所示，转速由电动机输出后，经两个标准减 速器减速后再经过链传动使其与蜗杆相联接，而蜗轮-蜗杆则改变转速的传递方向， 最后通过螺旋传动将旋转运动转变成竖直方向的直线运动以实现对工件的拉伸。应力 -应变曲线则通过拉力传感器测得并由LM-15函数记录仪记录。力学化学作用时采用 共 55 页 第 3 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 -5-6 的慢应变拉伸试验速率一般为10－10m/s，设计出的试验机速率能满足这一要求。 以上两款试验机可以很好的满足实验要求，尤其可贵的是其能为实验提供了一个 稳定的电化学腐蚀环境，能很好的模拟相关材料的实际应力腐蚀状态。 ? 1.3.2课题意义 ? ? 随着生产和科学技术的发展，金属材料在应力作用下的腐蚀问题严重性已经为各? 国所认识并引起重视，工程结构和设备在使用过程中往往同时遭受应力和环境的共同? 作用，从而产生了应力腐蚀。 ? ? 要对该应力腐蚀行为进行研究普通试验机无法进行，这就需要一种能为材料提供? 电化学腐蚀环境的试验机，而该课题所设计的试验机刚好可以满足该要求，尤其是慢? -5-6? 拉伸试验机拉伸速率仅为10-10m/s，这样就可以让材料处于可控制的应变速率下 ? 的对其进行电化学腐蚀试验，从而为进行金属材料在力学化学环境中的腐蚀行为研究? 提供了设备保障。 ? 装 ? ? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 共 55 页 第 4 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 第二章 静载荷加载试验机的设计 ? ? 2.1 静载荷加载试验机设计要求 ? ? 1.能在0-3的范围内自由加载； KN ? 2.为工件提供一个电化学腐蚀环境； ? 3.具有结构简单、加载灵活、使用方便的特点。 ? ? 2.2静载荷加载试验机结构及设计方案 ? ? ? ? ? 装 ? ? ? ? 1-拉应力传感器 2-试样 3-基座 4-有机玻璃电解池 5-加强筋 ? 图2-1 静载荷加载试验机示意图 订 ? 静载荷加载试验机主要是在额定载荷下对样件进行拉力实验的仪器。如图2-1? 所示为静载荷加载试验机的示意图。该试验机的主体由三部分构成：底座、拉力传? ? 感器和电解池。其中底座采用焊接的方式，故要选取焊接性较好的金属做材料，这 ? 样做既不影响试验机的整体实验性能也可以降低加工难度；拉力传感器可以选用标线 准仪器；由于实验用的工件为板状的故应设计专门的夹具用来夹持，而拉力传感器? ? 则是用带螺纹的套筒进行连接，方便易实现。图2-1中底座上有三块支撑板，支撑? 板旁边用加强筋增大强度，可以承受较大载荷。拉力显示仪由两部分构成，一部分? 是拉压力传感器，另一部分是和拉力传感器相连接的数字显示仪。电解池系统由电? ? 解池和试样构成，试样封装在电解池中，进行电化学测量时，在电解池中注入腐蚀? 溶液。电解池由内径的有机玻璃管加工而成，上端开口，可以注入腐蚀溶液。50mm? ? 拉压力传感器和试样通过螺栓串接起来，两者具有相同的应力状态，所以试样承受 ? 的拉力可以从与应力传感器连接的数字显示仪中读出。应力用螺母旋转将旋转运动? 转化为轴向运动来进行加载，所得到的载荷为静载荷，该装置可以在0-3范围内KN? ? 自由加载，具有加载灵活和方便的特点。 2.3 静载荷加载试验机设计 2.3.1基座设计 试验机基座有焊接、铸造及螺栓等多种组合形式。在满足实验要求的前提下， 考虑到本试验机为便携式的，体积较小且制造成本和加工难度等多种因素，本试验 共 55 页 第 5 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 机采用焊接式基座（见静载荷加载试验机装配图）。力学模态选用板壳结构，基座材 料选用焊接性能较好的结构钢Q235，而其余部分如夹具、螺栓及套筒等选用强度较 ,高的45号钢，其屈服点=300。 MPaS ? 2.3.2拉力传感器的选用 ? ? 选用LLJC2型传感器，其量程为0～5KN可以满足试验机要求。该传感器采用先? 进的膜梁结构，结构紧凑，外形小，安装方便。具有高的可靠性，可以广泛由于各? ? 类工业称重及拉力测量中，其结构及参数见表2-1。 ? 表2-1 拉力传感器尺寸及技术参数 ? 技术参数 外形基本尺寸 ? ? ? ? ? 装 ? ? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? 2.3.3夹头设计 ? 夹紧装置可分为两大类：产生力源的部分及加紧部分；由于本试验机是专用来? ? 对薄板进行力学化学实验的，故此夹头无需将工件夹紧，只需在夹头上开个孔用螺 ? 栓将工件和夹头联接即可满足，制造简单方便，试验时拉伸应力主要由螺栓承受，? 所以设计完成时应对螺栓的剪切强度进行校核。 ? ? 夹头1的基本结构尺寸，如图２-2所示。 ? ? ? ? ? 图2-2 夹头1 夹头2的结构及未标尺寸与夹头1相同，如图2-3所示。 共 55 页 第 6 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ? ? ? ? 图2-3 夹头2 ? ? 2.3.4 匹配部件选用 ? 1.套筒用来联接传感器，使其两端分别与夹头及轴相联（如图2-4）。 ? ? ? ? ? ? 装 ? ? ? ? 图2-4 套筒 ? 订 2.夹头处选用M8×30螺栓，加载螺母选用和螺杆螺纹相匹配的用来加载。 ? 2.4校核 ? ? [2]? 2.4.1 螺栓强度校核 ? 联接夹头和工件的螺栓选用M8×30，校核螺栓的剪切强度 线 ? F,,,, P? 2,dm? 4? ? 其中：—横向载荷，取=3000 FFN? mm —螺栓剪切面的直径，取=8 dd? mm —剪切面数量，取=2 ? ,300? s,, —螺栓的许用剪应力，===120 MPaMPaPP? 2.5n ? 3000于是 =120 ,,MPa,30MPa,,MPa? P3.14，8，82，? 4 所以，螺栓满足强度要求。 被联接件的孔壁强度校核 F,,,, PPPd, 其中：、—同上 Fd 共 55 页 第 7 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 接触厚度 ,,2mm ,300S计算对象的许用挤压应力== ,MPa,240MPa PPn1.25 3000? 则， ,,MPa,187.5MPa,,,240MPaPPP8，2? ? 所以，被联接件的孔壁强度满足要求。 ? [5]2.4.2 螺纹强度校核 ? ? ,,480MPa由表5-8查得螺纹件材料的屈服极限；该处螺纹承受变载荷，查表S? ? 5-10取螺纹连接的安全系数，则螺纹连接件的许用拉应力为 S,6.8 ? ,480S,,,,,70.5MPa ,? S6.8? 螺纹所受实际应力为 ? ? F3000 ,,,9.6MPa,装 ,A，64? 4? ,,,,由于?，所以螺纹强度满足要求。 ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 共 55 页 第 8 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 第三章 慢拉伸试验机的设计 ? ? ? 3.1 慢拉伸试验机的设计要求 ? ? 1． 在0~10的范围内自由加载； KN ? ,5,62． 提供较低的拉伸速率约为：； 10~10m/s? 3． 各部分设计符合机械设计的基本原则，匹配设备选择合理； ? ? 4． 在能满足要求的前提下，应本着节约成本、安装方便的原则。 ? ? 3.2慢拉伸试验机的设计方案 ? 慢拉伸试验机的传动部分（减速部分）设计方案如图3—1所示。 ? 装 蜗轮6输出的转速经螺旋传动将旋转运动转变成竖直方向上的直线运动，而螺杆 ? 与夹头相联，使其与螺杆一起做直线运动，这样即可对试验机上工件进行拉伸试验。 ? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 １—电动机 2—联轴器 3—标准减速器 4—链传动 ? 5—蜗杆 6—蜗轮 7—支承座 ? ? 图3—1 ? ? 3.3 慢拉伸试验机的设计步骤 ? 1．查阅文献，了解慢拉伸试验机的基本工作原理及发展状况。 ? ? 2．根据要求确定方案（如图2—1）。 ? 3．根据方案，完成各部分的设计计算及相关设备的选择。 ? ?．确定传动方案及整体的传动比。 ? ? ?．根据负载对电动机进行选择。 ? ?．选择减速器，本试验机选用两个标准减速器。 ?．链传动计算，其中高速级与第二个减速器相联，低速级与蜗杆相联。 ?．用一个蜗轮蜗杆传动进一步减速并且改变传递方向，使其有一个竖直方 向的传动。 ?．最后通过螺旋传动将旋转运动转变成直线运动以实现对工件的拉伸。 共 55 页 第 9 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ?．试验机机身的设计。 4．绘出装配图及各部分零件图。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 装 ? ? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 共 55 页 第 10 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 第四章 慢拉伸试验机传动设备选择 ? ? ? 4.1 试验机参数 ? ? 拉力=10 FKN ? ,5拉伸速度 10m/s? ［６］? 4.2 电动机选择 ? ? 试验机工作时所需的最大功率： 35,? Fv10，10，10,4P,,kW,10KW ? W10001000? PW装 P所需电动机的功率：= d? ,? ,,,,,,,式中：=为电动机到试验机总的传递效率 ,0123456? ,,其中：为每个联轴器的效率，取=0.99 00? ? ,, 为标准减速器的效率，取=0.93 11订 ,, 为标准减速器的效率，取=0.93 22? ,, 为每对轴承的效率，取=0.98 ? 33? ,, 为链传动的效率，取=0.97 44? ,, 为蜗轮蜗杆的传动效率，取=0.7 55? ,,线 为螺旋传动的效率，取=0.42 66? 323则：= 0.99，0.93，0.98，0.97，0.70，0.42,0.23,? ,4P10? ,4WKW,4.3，10KWP,所以， = d? ,0.23 ? P,0.75KW由《机械设计手册》知，选Y90S-6型的电动机，其额定功率，满m? n,910r/min载转速，同步转速为 1000r/min? m ? ［６］ 4.3 标准减速器的选择? ? 4.3.1 1 ? ? P,7KW试选用型号为ZDY80的减速器，其公称输入功率,传动比，公称i,5.6N? n,1000r/min输入转速；验证该减速器是否可行。 1 1．选用减速器的额定功率 拉力试验机载荷均匀，能够保持二十四小时内连续加载，查表15-2-8得 K,1.25 A KKKK选取启动系数和可靠系数，查表15-2-10得=1.12，=1.56；载荷功SSRR 共 55 页 第 11 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 率为 ,4,4 P,,== P4.3，10，0.99，0.93KW,4.0，10KWd012 按式（15-2-8）计算，得出计算功率为 ,4,4? P,K,K,KP== 4.0，10，1.25，1.12，1.56KW,8.7，10KW2ASR1c? P所选减速器的公称输入功率=7。 KWN? PP＜,满足要求 ? 1cN ? 2．校核热平衡许用功率 ? 查表15-2-11～表15-2-13查得：环境温度系数—f,1.35；载荷系数—1? P/Pff,0.86；由于非常小，可以取较大值=5。 ? 2N32 ? 按式（15-2-2）计算，得出热平衡许用功率为 ? ,4,3Pf=Pff= 4.0，10，1.35，0.86，5KW,2.3，10KW2t3212? ? PPP对于ZDY80型减速器=12～25,＜,故满足条件。 KWG1G12t? 所以该减速器可以选用。 装 ? 4.3.2 2 ? ? 对第二个减速器也选用上述型号，验证该减速器是否可行。 ? 1．选用减速器的额定功率 ? 拉力试验机载荷均匀，能够保持二十四小时内连续加载，查表15-2-8得 订 ? K,1.25 A? KKKK选取启动系数和可靠系数，查表15-2-10得=1.12，=1.56；载荷功SSRR? ? 率： ,4,4? ,,,PP== 4.0，10，0.99，0.93KW,3.7，10KW2012线 P按式（15-2-8）计算，得出计算功率： 1c? ,? ,4,4P=P,K,K,K= 3.7，10，1.25，1.12，1.56KW,8.0，10KW1c2ASR? P所选减速器的公称输入功率=7。 KW? N? PP＜,满足要求 1cN? 2．校核热平衡许用功率 ? f,1.35? 查表15-2-11～表15-2-13查得：环境温度系数—；载荷系数—1 ? P/Pff,0.86；由于非常小，可以取较大值=5。 2N32? P按式（15-2-2）计算，得出热平衡许用功率： 2t? ,? ,4,3Pfff==3.7，10，1.35，0.86，5KW,2.1，10KW P2t3122? PPP对于ZDY80型减速器=12～25,＜,故满足条件。 KWG1G12t 所以可以选用。 该标准减速器基本参数为 d,19mmd,32mm输入轴直径，输出轴的直径，中心高。 h,100mm12 共 55 页 第 12 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 4.4 链传动 链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成。通过链轮轮齿和链条链节的啮合 来传递运动和动力，具有制造与安装精度要求低，成本低及传动轻便的特点。根据以? 上特点本处采用链传动。 ? ［３］? 4.4.1链传动的设计计算 ? ? 本处采用滚子链传动。其结构主要有滚子、套筒，销轴、内链板和外链板组成。 ? n910m已知：链轮输入轴转速为：n,,r/min,29r/min，输入功率? 25.6，5.6i? 234234,,，输入转矩：PPKWKW,,,,，，，,，.4.3100.930.993.2810? d减联 ,4? P,,,,，10TNmNm,，,，,,,955095500.108 ? n32.5? z,151．选择传动比，小链轮齿数， i,3? 1装 z45,,,zi大链轮齿数 21? 2．确定计算功率 ? K由表13-2-3得工况系数=1.0，则设计功率为 ? A,,44? PKPKWKW,,,，,,,,，,，1.0103.2810 dA? KK由图13-2-4查得小链轮齿数系数=0.887；图13-2-5得=1 ZP订 ? 特定条件下单排链传递的功率为 ? ,4P3.2810，,4d? PKWKW,,,，3.7100KK0.8871.0，? pz ? 3．选择链条型号和节距 线 ,4Pn,29r/min根据=及，又图13-2-1知，可选05B型链条，其节，10KW3.701? ? mm距p=8。 ? d,ddmmmm验算小链轮轴孔最大许用直径=53，则：=53 k1max1max? 4．计算链节数和中心距 ? ? a，，，，30~50p,30~50，8mm,240~400mm初定中心距= 0? a,0.2(i，1),96mm由于＜4，则， iomin? mm取=320 a? 0 ? 以节距计的初定中心距为 ? a3000? a,,,40(节） 0p? p8 链长节数为 ，zzk12 ,，2，LaP0p2a0p 查表13-2-7得，k=22.80，则 共 55 页 第 13 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 15，4522.80 L,(，2，40，)mm,110.57mmP 240 取链长节数 L,110节P 链条长度为 ? L,p110，8? PL,,m,0.8m,0.88m ? 10001000? k由表13-2-8查得=0.24825,则其计算中心距为 a? a,p(2L,z,z)k,8，(2，110,15,45)，0.24825mm,317.76mm cP12a? ? 实际中心距 a,ac,,a,317mm? 其中取 ,a,0.002ac,0.63mm? ? v5．链条速度，确定润滑方式 ? znp11v,,0.058m/s ? 60，1000? 由知，该传动为低速运动，应采用定期人工润滑。 v,0.6m/s装 ? 6．计算轴上力 F ? 有效圆周力为 ? ,41000P1000，3.28，10? F,,N,5.7N t? v0.065订 由于该传动为水平传动，则作用在轴向力为 ? F,1.15KF,1.15，1，5.7N,6.56N At? ? 4.4.2链轮的尺寸及结构 ? ? 1）链轮结构尺寸 线 0,,180p? ,,1．分度圆直径，则 d,,,sinz? ,, ? 小链轮分度圆直径为 ? 0,,8180? ,, d,mm,38.5mm1,,? sin15,,? 大链轮分度圆直径为 ? 0? ,,8180,, d,mm,114.7mm2? ,,sin45,,? 2．齿顶圆直径为 ? ? d,d，1.25p,d amax1 1.6,,,，,,dd1pd ,,amin1z,, d,40.6~43.6mmd,41mm带入数据得：，取 a1a1 d,117.4~119.7mmd,118mm ，取 a2a2 3．齿根圆直径为 共 55 页 第 14 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 d,d,d f1 d,33.5mmd,109.7mm带入数据得：， ff12 4．分度圆齿高为 ? 0.8,,h,0.625，p,0.5d ,,amax1? z,,? ，，h,0.5p,d amin1? ? h,1.5~2.9mmh,1.5~2.6mm带入数据得：， a1a2? 5．齿侧凸缘直径为 ? 0180? d,p,cot1.04h,0.76 g2? z? d,29.5mmd,106.25mm 带入数据得： ， gg12? 其中，h由表13-2-1查得为 7.11mm? 2 ? 6．轮毂厚度为 装 dk? h,k，，0.01d 6? d,26mm其中：，， k,6.4d,114.7mm? k ? h,11.8mmmm带入数据得：大链轮轮毂厚度 ，取厚度为14 ? 7．取轮毂长度，查表13-2-15得 l,30mmt,5.7mm订 ? 2） 轴面齿廓尺寸见表4-1 ? 表4-1 链轮轴面尺寸 ? ? 名称 计算公式 ? b,0.93b,0.93，3.5mm,3.255mm齿宽 f11线 r,0.04p,0.32mm齿侧凸轮圆角半径a? ? b,0.13p,0.13，8mm,1.04mm齿侧倒角a? r,p,8mm齿侧半径 x? ? 3） 链轮结构 ? 小链轮尺寸较小加工时将它和轴制成一个整体（见装配图），大链轮制成孔板式? （如图4-1所示）。 ? ? 4.5 蜗轮-蜗杆传动 ? ? 4.5.1 蜗杆传动特点 ? ? 蜗杆传动是空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两轴线交错的夹 0角一般为90。该传动的特点为： 1．当使用单头蜗杆（相当于单线螺纹）时，蜗杆旋转一周，蜗轮只转过一个齿 距，因而能实现大的传动比。 2．在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮 共 55 页 第 15 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 合及逐渐推出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传递平稳，噪声低。 3．当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。 基于蜗杆传动所具有的以上等特点，所以在该处选用蜗杆传动较好。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 装 ? ? ? ? 图4-1 大链轮结构 ? ［３］订 4.5.2 蜗轮-蜗杆传动计算 ? ,42,4? 已知：输入功率 P,3.28，10，0.97，0.98，0.99KW,3.06，10KW ? 29 蜗杆转速 n,r/min,9.6r/min1? 3? 传动比 i,70线 L,36000h 工作寿命要求： ? h? 1．选择蜗杆传动类型 ? 根据GB/T10085—1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI） ? ? 2．选择材料 ? 考虑到传动功率及速度均较小，故蜗杆用45号钢；因希望效率高些，耐磨性好? 些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45～55HRC。蜗轮用ZCuSn10Pb1，金属模铸? ? 造。 ? 3．初选几何参数 ? zzi,z参照表14-4-4，当=70时；=1，==70 i? 112 ? T4．计算蜗轮输出转矩 2 粗取传动效率为 00(100,3.5i),(100,3.5i),0.70= ,00 作用在蜗轮上的转矩为 ,4,Pi3.06，10，0.70，701 T,9550,9550，N,m,15N,m2n10.81 共 55 页 第 16 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ,5．确定许用接触应力 Hp ,,,,z,z根据表14-4-13当蜗轮材料为锡青铜时， HpHbpsN 2由表14-4-14查得 ,,220N/mm Hbp ? v由图14-4-10查得滑动速度=0.05m/s s? z,1采用喷油润滑，由图14-4-2求得 s? ? 9.65由图14-4-4中公式求得 N,60nt,60，，36000,2.96，102? 70? z根据的值由图14-4-4查得=1.44 Nn? 22,所以= 220，1，1.44N/mm,316.8N/mm? Hp ? 6．求载荷系数 K? K,KKKKKK由表14-4-13知： 123456? 0? 设vKK＜3m/s，按表14-4-13取=1；查表14-4-16，8级精度时=1.0；由于=100,JC0122? 由图14-4-5得K,1.1KK,1.2=1.0；由表14-4-17查得；由表14-4-18查得；由图14-4-6534装 查得K=1.0。则， ? 6 ? K,1，1，1，1.2，1.1，1.0,1.32? m7．计算和值 q? ? 15150151502333mq,()KT,()，1.32，15,2.1 32订 70，316.8,z2Hp? 3? 综合考虑各种因素，查表14-4-3，取，则,所以=10 mq,8.618m,4q ? 8．主要几何尺寸 ? a,0.5m(q，z，2x),0.5，4，(10，70，0)mm,160mm ? 22线 d,qm,4，10mm,40mm 1? d,mz,4，70mm,280mm 22? ? 9．蜗轮齿面接触强度校核验算 ? KT147832? 由表14-4-13 中校核公式知 ,,,,HHpdd21? ? 147831.32，152 ,,,37.1N/mm? Hd402? ,,因为?，所以接触强度够。 ? HpH ? 10．齿根弯曲疲劳强度校核 ? 2000TK2? ,,,同样由表14-4-13中的公式校核 ,FpF,,ddmY122 Y由图14-3-4查得，蜗轮齿形变形系数=0.46 2 z101arctanarctan5.7,,蜗杆分度圆柱导程角= ,q10 ,,dd(q，2x)m,qm,40mmd,280mm节圆=，=，则： 2212 共 55 页 第 17 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 2000，15，1.3222 ,,N/mm,2.9N/mmF 40，280，4，0.46，0.93 2 ,由表14-4-14可查得许用弯曲应力=70 N/mmFbp Y由图14-4-4可查得寿命系数=1.0，则： N? 2? ,,,,Y,70，1,70N/mmFpFbpN? ,,＜，满足弯曲强度要求 FpF? ? 4.5.3 蜗轮-蜗杆结构传动的基本几何尺寸 ? ? 1） 蜗杆结构传动基本几何尺寸见表4-2。 ? mm 表4-2 蜗杆结构尺寸 (单位：) ? ? 名称 符号 计算公式 结果 ? d，d，2xm122中心距 160 a a,? 2? q蜗杆直径系数 根据计算查手册 10 装 ? 模数 根据计算查手册 4 m ? ? z 蜗杆头数 1 1? 0tanan? 齿形角 , 20.1tan,, 订 cos,? 传动比 70 i? ad，dx 12蜗轮变位系数 0 ? 2 x,,2? m2m? p,,,mzp 蜗杆导程 12.56 z1z线 dd,mq 蜗杆分度圆直径 40 11? d,d，2hd ? 蜗杆齿顶圆直径 48 a11a1a1 ? dd,d,2h 蜗杆齿根圆直径 30.4 f1f11f1? pp,,,m ? 蜗杆轴向齿距 12.56 aa? ,顶隙 0.8 c c,cm? ,h h,hm 蜗杆齿顶高 4 a1a1a? ,,? h ，，h,h，cm蜗杆齿根高 4.8 f1f1a? hhh=+ h 蜗杆齿高 8.8 f1a111? 0? z ,1蜗杆导程角 5.7tan,, ? q 0cos,,cos,,cosa, 渐开线蜗杆基圆导程角 bnb20.8 ，，bb,11，0.06zm 蜗杆齿宽 70 112 1s 蜗杆轴向齿厚 6.28 as,,,m a2 ss,scos, 蜗杆法向齿厚 6.25 nna 共 55 页 第 18 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ,,dd,d，2xm 蜗杆节圆直径 40 1112 2）蜗轮结构传动基本几何尺寸见表4-3。 mm 表4-3 蜗杆结构尺寸 (单位：) ? 名称 符号 计算公式 结果 ? z 蜗轮齿数 70 2? ad，d x? 蜗轮变位系数 120 2 x,,2? m2m? d d,mz 蜗轮分度圆直径 280 222? dd,d，2h 蜗轮喉圆直径 288 a2a22a2? ? dd,d,2h 蜗轮齿根圆直径 270.4 f2f22f2? ,h h,hm 蜗轮齿顶高 4 a2a2a? ,,h ? ，，h,h,x，cm蜗轮齿根高 4.8 f2f2a2? hhh=+ h 蜗轮齿高 8.8 f2a222装 d? r a2蜗轮咽喉母圆半径 16 g2 r,a,g2? 2? 0,,蜗轮齿宽角 b 128,2? ,, ,2arcsin,,,d? 1,,订 ，，b,0.67~0.75db 蜗轮轮缘宽度 34 a1? ,,dd,d 蜗轮节圆直径 280 ? 222? 4.5.4 蜗轮-蜗杆结构设计 ? ? 1）蜗杆结构设计 线 蜗杆螺旋部分的直径不大，所以将其和轴做成一个整体，结构如图4-2所示，蜗? ? 杆在该处受力不大，所以采用有退刀槽的结构，螺旋部分可以车制，也可以铣制，加? 工较为灵活。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图4-1 蜗杆结构 2）蜗轮结构设计 H7蜗轮采用轮箍式，青铜轮缘和铸铁轮心通过配合，如图4-2所示。 r6 共 55 页 第 19 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 为了防止轮缘的轴向窜动，除加台肩外，周围另加了8个螺栓固定，拧入后螺栓 多余部分锯掉。轮缘和轮心的结合形式及轮心辐板的结构形式及主要参数见表4-4所 示。 ? 表4-4 蜗轮结构参数 ? 结构图 结构参数 ? e,2m,2，4,8mm? ? f,2mm? ，，d,1.2~1.5m， 0? 取d,6mm ? 0? ，，l,0.3~0.4b， ? 取 l,15mm? l,l，0.5d,15，0.5，6,18mm ? 10 0? ,10, 0装 b,1.7m,6.8mm， ? 1? b,20mm为增加蜗轮强度取 1? ，，L,1.2~1.8d,66~99mm 1? L,70mm取 ? 1订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 共 55 页 第 20 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 装 图4-2 蜗轮结构 ? ? 4.6 螺旋传动 ? ? 4.6.1螺旋传动特点 ? 订 螺旋传动一般是将旋转运动变成直线运动，或反过来将直线运动转变为旋转运? ? 动，并同时进行能量和力的传递，本试验机是将蜗轮的旋转运动转变为直线运动。由 ? 于滑动螺旋具有：?结构简单，加工方便，成本低廉；?当螺纹升角小于摩擦角时，? 能自锁；?传动平稳等特点。所以该处采用滑动螺旋传动。 ? 线 实现这种传递有两种方案：螺母转动，螺杆作直线运动；螺杆转动，螺母作直线 ? 运动。综合考虑多种因素，第一种传递方案实现较容易实现且传递比后者更稳定，所? 以，选择前一种方案将旋转运动转变为直线运动。 ? ? ［３］4.6.2 螺旋传动的设计计算 ? ? 9.6已知：轴向最大工作载荷n,r/min,0.137r/min,螺母转速 F,10KN? 70? 1．选择材料和许用应力 ? 2,,360N/mm螺杆材料选45钢，调质处理，； ? S ? 由表12-1-10可得 ? ,22S? ,,100N/mm,,120~72N/mm,，该处取 PP3~5 螺母材料选用ZCuSn10Pb1。由表12-1-10可得 22，取50N/mm； ,,40~60N/mmbp 22，取35N/mm ,,30~40N/mmp 22P,18~25N/mm试验机系低速传动，由表12-1-9查得：，取20N/mm P 共 55 页 第 21 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 2．按耐磨性计算螺纹中径 由表12-1-4中公式(1)，取=2，则得 , F10000 d= 0.8,0.8mm,12.6mm2? ,P2，20P? d,D,18mm由GB/T5796.3-1986（见第2卷）可选，，，d,20mmP,4mm22? d,15.5mm，，的梯形螺纹，8级精度。 D,20.5mmD,16mm? 341? 螺母高度为 ? =,d=，取= HH2，18mm,36mm40mm2? ? 所以，螺纹圈数为 ? H40圈10～12圈 n,,,10,? P4? 满足要求。 ? ? 工作压强为 装 F1000022P,,N/mm,8.8N/mm ? ,,dHn，18，2，1021? 2? P,P,20N/mm由于，所以满足要求。 P? 3．自锁性验算 ? 由于系单头螺纹，导程，故螺纹升角为 S,P,4mm订 ? 4S0, ,4.05,,arctanarctan? ,d,，182? 由表12-1-7钢对青铜f,0.08~0.10，取0.09，可得 ? 0.09f? 0,,, ,5.32 ,arctanarctan0线 acos15cos? 2? ,＜,，故自锁可靠。 ,? ? 4．螺杆强度验算 ? 由表12-1-3，螺纹摩擦力矩为 ? 118? ,M,dFtan(,，,),，10000，tan(5.32，4.05),14851N,mm t1222? ? 带入表12-1-4之式（4）得 ? 2222? ,,,,,,M4F4，1000014851,,2c,,,,,,，3,63.3N/mm,，, ,3,,23ca? 23,,,,,,，15.50.2，15.5,,,,d0.2d33,,,,,,? ,,由于＜，所以螺杆强度满足要求。 caP 5．螺母螺纹强度验算 因螺母材料强度低于螺杆，故只验算螺母螺纹强度即可。 由表12-1-4得，牙根宽度：；基本牙型高：b,0.65P,0.65，4mm,2.6mm mmH=0.5=2。 P1 共 55 页 第 22 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 代入表12-1-4中的式（7）及（8）有 F1000022, ,,N/mm,5.98N/mm＜ ,P ,,Dbn，20.5，2.6，104 3FH3，10000，222? 1,,,,N/mm,13.79N/mm ＜ bp22b? Dbn，20.5，2.6，10,,4? 所以螺母的螺纹强度满足要求。 ? ? 4．螺杆刚度验算 5242? 钢的弹性模量，剪切弹性模量 E,2.1，10N/mmG,8.5，10N/mm? 则，横向载荷使导程产生的变形 ? 4? 4FS4，10，4,3,S= ,mm,0.1，10mmF252? Ed，2.1，10，15.5,,3? 转矩使导程产生的变形 ? 2? 16MS,3t,S,mm,0.079，10mm M装 244,，8.5，10，15.5? 所以导程的总变形量 ? ,3，，,S,,S，,S,0.1，0.079，10mm,0.179，10,3mm ? FM? 螺杆每米长的螺距变形量为 ? ,S0.179,,33订 ，10,，10,45,m/m ,,S4? ,,? 查表12-1-6对于8级精度螺杆每米长的许用螺距变形量为55,m/m，所以，螺? 杆刚度可以满足要求。 ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图4-3 螺母结构 5．效率计算 共 55 页 第 23 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 由表12-1-4中式（16）并视支撑该螺旋传动的为推力轴承，效率为0.98时， tan,tan4.05,0.98，,0.98，,0.42, ,，，，，,,tan，tan4.05，5.32 ? 4.6.3 螺旋传动的结构 ? 在螺旋传动中将螺杆与夹头通过螺纹相连对工件实现拉伸；螺母则通过螺钉固定? ? 在蜗轮表面，使其能随蜗轮而转动；螺母除和螺杆啮合的部分外，还应再多出约40mm? 长的加工孔，以便拉伸工件时，螺杆有足够的行程；螺母上做出轴肩以实现对推力轴? 承的支承。螺母结构如图4-3所示。 ? ? 4.7 轴的校核 ? ? 4.7.1 蜗杆轴 ? ? 1．求蜗杆轴上的功率、转速n和转矩 PT1? 由蜗杆设计计算部分知蜗杆轴上分度圆直径：d,40mm，功率：1装 ,4，转速：n,9.6r/min，蜗轮转矩：T,15N,m P,3.06，10KW? 12 ,4? P3.06，10于是 T,9550000,9550000，N,mm,304.4N,mm? n9.61? ? 2．求作用在蜗杆上的力 订 2T2，304.41F,,mm,15.2N圆周力 t? d401? 0F,F,tan,,15.2，tan20.1N,39.2N径向力 ? rt ? 2T2，150002F,,N,107N轴向力 a? d2802线 ［５］? 3．初步确定轴的最小直径 ? 先按式（15—2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根? A,112据表15—3，取，于是得 0? ,4? P3.06，103d,A,112，mm,3.6mm ? min0n9.61? ? mm根据蜗杆尺寸及与其它部件的联接情况取蜗杆的最小尺寸为16，此处是与手? 柄联在一起的。 ? 4．轴的结构设计 ? ? ? 拟定轴上零件的装配方案 ? 各零件的装配方案见图4-4 ? 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 d,20mm 1） 根据联轴器的选择知?—?直径，长度。 L,38mm 2） 为满足半联轴器轴向定位要求，?—?段左端要有一轴肩，且设计?—?处 安装轴承，根据受力情况选择角接触球轴承，查手册表7-2-61,选择7005C系列角接 共 55 页 第 24 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 触球轴承，其基本尺寸,则该段直径，由于d，D，B,25mm，47mm，12mmd,25mm 该段右侧对联轴器进行定位，故该段长度要取比轴承宽度略大的值，取该段长 Lmm,22。左端轴承利用轴肩定位，查得表7-2-52取61804系列深沟球轴承的定位 轴肩高度，则取?—?段轴肩直径。 dmm,30? h,2.5mm ? 3） 考虑到蜗轮尺寸较大，蜗杆采用轴承固定并最终固定在轴承座上，所以要? 在轴承与蜗杆之间留有足够的空间，使蜗轮蜗杆得以啮合，将该段做成阶梯轴（如图? ? dmm,25所示）。取?—?段轴的直径，长；取?—?段轴的直径L,35mm? dmm,30，长。 L,40mm? ? 4） 整个蜗杆在轴承间作对称布置作对称布置（如图4-3所示）。 ? 5） 在试验机上安装工件时，为了调节夹头间间距，应在蜗杆最左端安装一个手? 柄以便对其进行手动调节，根据该处特点，遵循手动调节方便的原则选用球头手柄，? ? 由手册9-1-8选用型球头手柄。由此确定?—?段轴的直径，长BM16，100dmm,16 ? 。 L,25mm装 至此，蜗杆轴上各段直径和长度已全部确定。 ? ? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? 图4-4 轴的结构与装配方案 ? ? ? 轴上零件的周向定位 ? mm 联轴器与轴的周向定位，采用平键连接，轴端的直径为20查《机械手册》，? 选择A型平键，其尺寸为：。 b，h，L,6mm，6mm，26mm? ? ? 确定轴上圆角和倒角尺寸 ? 0轴端的倒角为2，45，圆角半径见装配图。 ? 至此，轴的结构设计基本完成 ? ? ? 求轴上的载荷 ? 首先根据轴的结构图，如图4-4，做出轴的计算简图，见图4-5所示。在确定轴 a承的支点位置时，应从手册中查取。对7005C型角接触球轴承，由手册中查得 mmmm，而轴承是作对称布置的。因此，作为简支梁的轴的支承跨距234.4。a,10.8 根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图见图4-5。 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出C是轴的危险截面。现将计算出的 共 55 页 第 25 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 M截面C处的、及的值列于表4-5中。 MM VH 表4-5 载 荷 水平面 垂直面 HV ? F,F,7.6N F,10.5NF,28.7N， 支反力 FNH1NH2NV1NV2? M,1230.6N,mmM,3363.6N,mm， M,891N 弯矩 MV1V2H? 22? 总弯矩 M,891，1230.6,1519N,mm1? 22 M,891，3363.6,3480N,mm? 2? 扭矩 T T,304.4N,mm? ? 按弯矩合成应力校核轴的强度 ? ? 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强 ? 度。按式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，? 取，轴的计算应力 a,0.6? 22装 22，，3479.5，0.6，304.4，，,M，T13? MPa,1.24MPa ,,,ca30.1，30.4W? ? ,,前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查的,,60MPa。 ,1 ? ,,,,因此＜，故安全。 ca,1? ? 精确校核轴的疲劳强度 订 ? ? 判断危险截面 ? ?—?之间只受扭矩作用，虽然键槽及轴肩所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳? 强度，但由于轴的最小直径是按扭矩强度较为宽裕确定的，所以?、?截面均无需校? ? 核。 线 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，?和?处应力集中最为严重；从受载的? ? 情况来看链轮中心处应力最大，但由于该处直径较大且链轮和轴做成了一个整体，又 ? 无较大的应力集中，不必对其进行校核。所以危险截面为?，只需校核该截面?右侧? 即可。 ? ［２］? ? 截面?左侧校核计算 ? 抗弯截面系数 ? 33,d3.1430.4，? 33Zmmmm,,,2756.8 ? 3232? 抗扭截面系数 ? 3 ZZmm,,25513.5? p 截面?左侧的弯矩为 M 117.2,35M,3480，N,mm,2441N,mm 117.2 截面?上的扭矩为 T,304.4N,mm 3 共 55 页 第 26 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 装 ? ? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图4-5 轴的载荷分析图 共 55 页 第 27 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 截面上的弯曲应力为 M2441 ,,,,MPaMPa0.89a Z2756.8 截面上的扭转切应力为 ? T304.4? 3MPaMPa0.055,,,, T? Z5513.5p? ,,500MPa,,255MPa,,140MPa选择轴的材料时已查得，， b,1,1? ? ,,截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按表6-1-31查取。因 ,,? r5D30.4,，经插值后可查得 ,,0.016,,1.01? d30.4d30? ,,1.46,,1.62， ? ,,? 查《机械设计》附图3-1的材料敏性系数为 ? q,0.78q,0.80， ,,? 装 计算有效应力集中系数为 ? kq,，,,，，,,1(1)10.78(1.621)1.48, ,,,? kq,，,,，，,,1(1)10.80(1.461)1.37, ,,,? ? ,,0.85,,0.79查表6-1-34得绝对尺寸影响系数；扭转剪切尺寸影响系数。 ,,? 轴按磨削加工，查表6-1-36得表面质量系数为 订 ,,,,0.87 ,,? ? ,,1.5轴表面采用淬火进行强化处理，查得强化系数 q? 计算综合系数为： ? ? ,,k111.4811,,, K,，,,，,，,111.87,,,,,线 0.850.871.5,,,,,q,,,,? k11.371? ,,，,,，,,K111.88 ,? ,,0.790.87,,? ,,0.4,,0.2取碳钢的特性系数为：， ,,? S计算疲劳强度安全系数： ? ca? ,255,1S,,,193.6 ,? K,,,，，，，1.480.890.40am,,? ,140,1? 2447S,,,,0.0550.055? ,,,K，am,,1.880.2，，，? 22 ? SS,193.62447，,,＞＞=1.5 S,,,193Sca2222SS，，193.62447,, 故可知其安全。 ? 截面?右侧校核计算 抗弯截面系数： 共 55 页 第 28 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 33,d3.1430， 33Zmmmm,,,2649 3232 抗扭截面系数 3 ZZmm,,25298? p? 截面?左侧的弯矩为 M? 117.2,35? M,3480，N,mm,2441N,mm117.2? ? 截面?上的扭矩为 ? T,304.4N,mm 3? 截面上的弯曲应力为 ? ? M2441 ,,,,MPaMPa0.92a? Z2649? 截面上的扭转切应力为 ? T304.43装 MPaMPa0.057,,,, TZ5298? p? ,,500MPa,,255MPa,,140MPa选择轴的材料时已查得：，， b,1,1? ,,截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数，与上述相同，则： ? ,, ? ,,1.46,,1.62， ,,订 材料敏性系数为 ? ? q,0.78q,0.80， ,,? 计算有效应力集中系数为 ? kq,，,,，，,,1(1)10.78(1.621)1.48, ,,,? 线 kq,，,,，，,,1(1)10.80(1.461)1.37, ,,,? ,,0.85,,0.79由表6-1-34的绝对尺寸影响系数：；扭转剪切尺寸影响系数：。 ,,? ? 轴按磨削加工，查表6-1-36得表面质量系数为 ? ,,,,0.87 ,,? ,1.5,轴表面采用淬火进行强化处理，查得强化系数 q? ? 计算综合系数为 ? ,,k111.4811,,,? K,，,,，,，,111.87,,,,,0.850.871.5,,,? ,,q,,,,? k11.371,,，,,，,,K111.88 ? ,,,0.790.87,,? ,,0.4,,0.2取碳钢的特性系数为， ,, 计算疲劳强度安全系数为 ,255,1S,,,187 ,K,,,，，，，1.480.920.40am,, 共 55 页 第 29 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ,140 ,1 S,,,2362,0.0570.057 K,,,，am,,1.880.2，，， 22 SS,1872362，,,＞＞=1.5 S,,,186S? ca2222SS，，1872362? ,, ? 故可知该轴安全。 ? ? 4.7.2 小链轮轴的设计计算 ? ,4PKW,，3.2810? 已知设计参数： 小链轮的输入功率： ? nr,29/min小链轮轴的转速： ? ? TNm,,0.108小链轮轴转矩 ? 1．选择轴的材料 ? ? ,,500MPa,,295MPa选轴的材料为45钢，调质处理。查表6-1-1得，，bs装 ,,255MPa,,140MPa，。 ,1,1? ［5］? 2．初步确定轴的最小直径 ? 查表6-1-19，取A=120，则有 ? ? ,4P3.2810，订 33dAmmmm,,,，,1202.7min ? n29? 考虑轴端有键槽，轴径应增大,因轴端与联轴器联接，而为了和选定的4%~5%? dmm,14? YL5型凸缘联轴器相配合，取。 min ? 3．轴的结构设计 线 ? 拟定轴上零件的装配方案 ? ? 各零件的装配方案见图4-6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图4-6 轴的结构与装配方案 ? 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 d,14mm1） 根据联轴器的选择知?—?直径，长度。 L,30mm 2） 为满足半联轴器轴向定位要求，?—?段右端要有一轴肩，且设计?—?处 共 55 页 第 30 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 安装轴承，根据受力情况及拆装方便的要求选择深沟球轴承 查手册表7-2-52,选择 61804系列深沟球轴承，其基本尺寸,则该段直径d，D，B,20mm，32mm，7mm dmm,20，由于该段右侧对联轴器进行定位，故该段长度要取比轴承宽度略大的值， Lmm,10取该段长。左端轴承利用轴肩定位，查得表7-2-52取61804系列深沟球轴? ? 承的定位轴肩高度，则取?—?。 dmm,22h,1mm? dmm,153） 链轮至轴承要留有一定的空间，取?—?段作为过渡段，其直径，? ? 长。 L,10mm? 4） 由于小链轮尺寸非常小，故可将小链轮和轴做成一个整体（如图4-4）其直? ? 径，长。小链轮另一半结构尺寸关于小链轮对称。 dmm,20L,20mm ? 至此，小链轮轴上各段直径和长度已全部确定。 ? ? 轴上零件的周向定位 ? ? 联轴器与轴的周向定位，采用平键连接，由轴端直径为查《机械手册》，14mm ? 选择A型平键，其尺寸为：。 b，h，L,5mm，5mm，20mm装 ? 确定轴上圆角和倒角尺寸 ? ? 取轴端倒角为，圆角半径见装配图。 145， ? 至此，轴的结构设计基本完成 ? ? 求轴上的载荷 ? 订 首先根据轴的结构图4-6做出轴的计算简图4-7。由结构图确定轴承的支点位置，? mm而轴承是作对称布置的。因此，作为简支梁的轴的支承跨距59。根据轴的计算简? ? 图做出轴的弯矩图和扭矩图4-7。 ? 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出小链轮处是轴的危险截面。现将计算? MM出的截面处的、及的值列于表4-6中（参看图4-7）。 MVH线 ? 表4-6 ? 载 荷 水平面 垂直面 HV? 1F,0F, 支反力 FNV2NV1? F,F,F,3.28NNH1NH2? 2 ? M,M,0 M,96.76N,mm 弯矩 MV1V2H? 2总弯矩 M,M,96.76，0,96.76N,mm? 12? T,108N,mm 扭矩 T3? ［5］? 按弯矩合成应力校核轴的强度 ? ? 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强? 度。按式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力， 取，轴的计算应力 a,0.6 2222，，96.76，0.6，108，，,M，T13MPa,0.02MPa ,,,ca3W0.1，38.5 ,,,,60MPa前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查的。 ,1 共 55 页 第 31 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ,因此＜,,，故安全。 , ca,1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 装 ? ? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图4-7 轴的载荷分布 ? 精确校核轴的疲劳强度 共 55 页 第 32 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ? 判断危险截面 ?—?之间只受扭矩作用，虽然键槽及轴肩所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳 强度，但由于轴的最小直径是按扭矩强度较为宽裕确定的，所以?、?截面均无需校 ? 核。 ? 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，?和?处应力集中最为严重；从受载的? 情况来看链轮中心处应力最大，但由于该处直径较大且链轮和轴做成了一个整体，又? ? 无较大的应力集中，不必对其进行校核。所以危险截面为?，只需校核该截面?右侧 ? 即可。 ? ［2］? ? 截面?右侧校核计算 ? 抗弯截面系数为 ? 33,d3.1415，33? Zmmmm,,,331 ? 3232? 抗扭截面系数为 装 3 ZZmm,,2662p? ? 截面?左侧的弯矩为 M ? 29.5,10 M,96.76，N,mm,64N,mm? 29.5? 截面?上的扭矩为 订 ? T,108N,mm 3? 截面上的弯曲应力 ? M64? ,,,,MPaMPa0.2 a? Z331线 截面上的扭转切应力 ? T1083MPaMPa0.16? ,,,, TZ662p? ? ,,500MPa,,255MPa,,140MPa选择轴的材料时已查得：，， b,1,1? ,,截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数，可由表5-1-31查取。因 ,,? r1D20? ,,0.067,,,1.3，经插值后可查得 ? d15d15? ,,1.01,,1.24， ,,? 查《机械设计》附图3-1的材料敏性系数为 ? ? q,0.78q,0.80， ,,? 计算有效应力集中系数为 kq,，,,，，,,1(1)10.78(1.241)1.19, ,,, kq,，,,，，,,1(1)10.80(1.011)1.008, ,,, 查表6-1-34得绝对尺寸影响系数为 ,,1.0 , 共 55 页 第 33 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 扭转剪切尺寸影响系数为 ,,0.85 , 轴按磨削加工，查表6-1-36得表面质量系数为 ,,,,0.87 ? ,,? ,1,轴表面未经强化处理，即 q? 计算综合系数为： ? ? k11.191,,，,,，,,K111.34 ,? ,,1.00.87,,? k11.081,? ,，,,，,,K111.42 ,,,0.850.87? ,,? ,,0.4,,0.2取碳钢的特性系数为：， ,,? S计算疲劳强度安全系数值，则得 ca? ? ,255,1S,,,475.5 ,装 K,,,，，，，1.340.40.20am,,? ,140,1? 1080S,,,,0.160.16,,,K，? Tm,,1.420.2，，，? 22? SS,475.51080，,,＞＞=1.5 S,,,469Sca订 2222SS，，175.51080,,? ? 故可知其安全。 ? 说明：由于?截面左侧尺寸比右侧大，而应力集中状况相同，故可知该侧是安全? 的不必单独再次对其校核。即，该轴是安全的 ? 线 4.7.3 大链轮轴的设计计算 ? ,4? PKW,，3.210已知设计参数： 大链轮的输入功率： ? ? nr,9.67/min大链轮轴的转速： ? TNm,,0.316大链轮轴转矩： ? ? 1．选择轴的材料 ? ,,500MPa,,295MPa选轴的材料为45钢，调质处理。查表6-1-1，得，，bs? ? ,,255MPa,,140MPa， ,1,1? ［5］2．初步确定轴的最小直径 ? ? 查表6-1-19，取A=120，于是得 ,4P3.210，33dAmmmm,,,，,1203.9min n9.67 考虑轴端有键槽，轴径应增大,因轴端与联轴器联接，而为了和选定的4%~5% dmm,14YL2型凸缘联轴器相配合，取。 min 共 55 页 第 34 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 3．轴的结构设计 ? 拟定轴上零件的装配方案 各零件的装配方案见图4-8 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 装 ? ? 图4-8 轴的结构与装配方案 ? ? ? 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 ? d,14mm1） 根据联轴器的选择知?—?段直径，长度。 L,27mm订 ? 2） 为满足半联轴器轴向定位要求，?—?段右端要有一轴肩，且设计?—?处 ? 安装轴承，根据受力情况及拆装方便的要求选择深沟球轴承 查手册表7-2-52,选择? 61804系列深沟球轴承，其基本尺寸,则该段直径d，D，B,20mm，32mm，7mm? dmm,20，由于该段左侧对联轴器进行定位，右侧用以套筒压紧链轮以实现对链轮? 线 的轴向定位，同时利用套筒另一端对轴承进行轴向定位，这样就分别保持了轴承与联? Lmm,31轴器和大链轮有一定距离，如图所示取套筒长，故设计该段长。轴11mm? ? 承左边利用轴承座定位。 ? dmm,26 3） ?—?段安装链轮根据设计知该段直径，取长比轮毂宽度略小的? ? 值以便套筒对链轮进行轴向定位，所以取该段长度。 L,28mm? 4） 大链轮左端?—?段做一直径为，长度为的轴肩对其进行轴向定30mm4mm? 位。 ? ? 5） ?—?段安装轴承，由上述所选轴承型号知该段直径，长度d,20mm ? ；轴承左端用阶梯轴对轴承进行轴向定位，查得表7-2-52取61804系列深L,7mm? 沟球轴承的定位轴肩高度，则知?—?段轴的直径，长度取dmm,22h,1mm? 。 L,7mm 至此，大链轮轴上各段直径和长度已全部确定。 ? 轴上零件的周向定位 mm联轴器与轴的周向定位，采用平键连接，由轴端直径为14查《机械手册》， 选择A型平键，其尺寸为：；大链轮周向定位同样采用b，h，L,5mm，5mm，15mm 共 55 页 第 35 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 平键，由该段轴的直径为，查得其基本尺寸为： 26mmb，h，L,8mm，7mm，20mm ? 确定轴上圆角和倒角尺寸 轴倒角为，圆角半径见装配图。 245， ? 至此，轴的结构设计基本完成 ? 说明：由对小链轮轴的校核可知：无论是按弯扭合成应力校核轴的强度，还是精? 确校核轴的疲劳强度，其结果都远远大于要求。而大链轮轴受力情况与小链轮轴基本? ? 相同，且该轴的相关尺寸比小链轮略大，所以，无需对该轴再进行强度校核，其强度 ? 肯定满足要求，故其安全。 ? ? 4.8轴承校核 ? ? ［5］4.8.1蜗杆两端轴承 ? ? 选用7005C型角接触球轴承,正装，其基本额定动载荷C=11.5,额定静载荷KN? C,7.45KNF,107NF,15.2NF，蜗杆所受切向力，轴向力,=，分度39.2KN0aetere装 ,? mm圆直径=40，转速，轴承预期寿命L=15000。 dn,9.6r/minhh? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? （a） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （b） 共 55 页 第 36 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ? ? ? ? ? ? （c） ? 图4-9? ? 1．求两轴承受到的径向载荷F和F ? r1r2? 将轴系部件受到的空间力分解为铅垂面和水平面两个平面力系。其中：4-9图（c）? FF中的为通过另加转矩而平移到指向轴线；图4-9（a）中的亦应通过另加弯矩而aete? 装 平移到作用于轴线上（上述转化在图中均未画出）。由力分析可知 ? d40FF，117.2,，39.2，117.2,107，? reae22F ,,N,10.5N? rV1117.2，2234.4? ，，F,F,F,39.2,10.5N,28.7N r2Vrer1V? 订 由于轴承作对称布置，则 ? 11? F,F,F,，15.2N,7.6Nr1Hr2Hte22? 2222? F,F，F,10.5，7.6N,13N r1r1Vr1H? 2222F,F，F,28.7，7.6N,30N 线 r2r2Vr2H? F和F2．求两轴承的计算轴向力 a1a2? F,eFe对于7006C型轴承，查表13-7，轴承派生轴向力，其中为表13-5中的dr? ? FaF判断系数，其值由的大小来确定，但现在轴承轴向力未知，故初取，因e,0.4a? C0? 此可估算 ? ? F,0.4F,0.4，13N,5.2N d1r1? F,0.4F,0.4，30N,12N d2r2? 由式（13-11）得： ? ? F,F，F,107，12,119N a1aed2? F,F,12N a2d2 F1191a,,0.016 C74500 F12a2,,0.0016 C74500 ee由表13-5进行插值计算，得=0.38，=0.36，再计算： 12 共 55 页 第 37 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 F,eF,0.38，13N,5N d11r1 F,eF,0.36，30N,10.8N d22r2 F,F，F,107，10.8,118N a1aed2 F,F,10.8N ? a2d2? F1181a,,0.016 ? C74500? F10.8? a2,,0.0014 ? C74500? FaF,118NF,10.8N? 值相差不大，因此确定两次计算的e=0.38，e=0.36，， a1a212C0? ? 。 N? 3．求轴承当量动载荷P和P 12? 118F? a1,,9e因为 ＞ 113装 Fr1? F10.82a,,0.36,e ? 2F302r? ? 由表13-5分别查得径向载荷系数和轴向载荷系数为 ? X,0.44Y对轴承1 ，=1.47 11订 X,1Y对轴承2 ， =0 22? ? ff因轴承运转中只有轻微的冲击载荷，按表13-6，=1.0～1.2，取=1.1。则 PP? ，，，，P,fXF，YF,1.1，0.44，13，1.47，118N,197.1N 1P1r11a1? ，，，，P,fXF，YF,1.1，1，30，0，10.8N,33N ? 2P2r22a2 线 4．验算轴承寿命 ? PP因为＞，所以按轴承1的受力大小验算： 12? ,366? ,,10C1011500,,,8,,L,,，,3.4，10h＞L ,,? hh,,60nP60，9.6197.1,,1,,? ? 故所选轴承满足寿命要求。 ? ［5］4.8.2小链轮两端的轴承 ? ? 已知：选用61906型深沟球轴承，其额定动载荷；轴上链轮所受到的C,7200N? 2T2，0.1080? 1F,Ftana,5.6，tan20,2.0NF,,N,5.6N切向力，径向力，链rtt? d0.03851? ,L轮转速，分度圆直径，轴承预期寿命=15000。 n,29r/mind,38.5mmhh 1．求轴承当量动载荷 P 由于轴承作对称布置，所以两轴承受力相同 1F,F,F,1N r1Vr2Vr2 共 55 页 第 38 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 1 F,F,F,2.8Nr1Hr2Ht 2 22 F,F,F，F,3.0Nr1r2r1Vr1H ? 链轮不受轴向力，则轴承所受轴向力为 ? F,F,0 a1a2? 按照表13-6，，取 f,1.0~1.2f,1.1PP? ? 按照表13-5，，，则 X,1Y,0? 当量动载荷： ? ，，，，P,P,fXF，YF,1.1，1，3.0，0N,3.3N 12Pra? ? 2．验算轴承寿命 ? ,366,,10C103500,,,? 11,,＞ L,,，,6.9，10hL,,hh,,? 60nP60，293.3,,1,,? 所选轴承满足寿命要求。 装 ? 说明：由于小链轮轴上轴承寿命远远大于预期寿命，而大链轮轴上所选轴承与小 ? 链轮轴承型号相同，作同样的布置，且受到的载荷变化不大，所以大链轮轴上所选轴? 承寿命一定能满足要求，不必再次校核。 ? ? ［2］4.8.3 蜗轮两端的轴承 订 ? 已知：该处所选轴承应能承受轴颈两方向上的联合作用力，根据这一要求及轴的? C,319KN直径选用29412型推力调心滚子轴承，其额定动载荷，径向力a? 9.6? F,10000NF,39.2N，轴向力，蜗轮转速，轴承预期寿命n,,0.137r/minar? 70线 ,L=15000。 hh? ? 1．验算29421型轴承如下： ? P,F，1.2，F,10000，1.2，39.2,10047N aar? fff? hmd根据式（7-2-1）则： C,ff? nT ? ffCnT,， ? fhffPmd? ? f,f,f,1f,1.5查表7-2-84～7-2-11得，，即 dTmn? 1.5，1，319000f,,47.6 ? h1，1，10047? 查表7-2-8知额定寿命远远大于预期寿命，轴承满足要求。 2．计算该轴承所需最小预紧力 根据式（7-2-10）有： 2Cn,,0a ,F,1.8F，A,,minar10001000,, 共 55 页 第 39 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 C,897KN查表7-2-84得，，则 A,0.086 0a 22 0.137n,,,, ，,1.8，39.2，0.086，,706N1.8FA,,,,r10001000,,,, ? C8970a ,KN,897N? 10001000? 由于该轴承所受最大轴向力为10，所以试验机工作时，当其轴向力小于KN897N? ? 时，应通过螺栓对其施加一个不低于的预紧力。 897N? ［5］4.9联轴器的选择 ? ? 4.9.1电动机-减速器处联轴器选择 ? ? 1．类型选择 ? 由于整个设备转速低、无冲击且有着良好的对中性，所以采用用凸缘联轴器，材? ? 料为碳钢。该处选用的联轴器是靠铰制孔用螺栓来实现两轴对中和靠螺栓杆承受挤压装 与剪切来传递转矩；具有构造简单、成本低、可传递较大转矩的特点。 ? ? 2．载荷计算 ? 公称转矩 ? ,4P4.3，1066? T,9.55，10,9.55，10，N,mm,4.5N,mm 订 n910? K,由表6-2-2查得1.3,所以计算转矩为 A? T,KT, 1.3，4.5N,mm,5.85N,mmcaA? ? 3．型号选择 ? 从GB/T5843-1986中选择YL3型联轴器,其适用轴孔直径14～25，公称转矩为线 T,25N,m。 a? ? 电动机和减速器间联轴器标记为 ? Y24，52YL3联轴器GB/T5843-1986 ? J19，30? ? 4.9.2标准减速器间联轴器选择 ? ? 1．类型选择 ? 同样选用凸缘联轴器。 ? 2．载荷计算 ? ? 公称转矩 ,4? P4.0，1066T,9.55，10,9.55，10，N,mm,23.5N,mm n162.5 K,由表6-2-2查得1.3,所以计算转矩为 A T,KT, 1.3，23.5N,mm,30.6N,mmcaA 3．型号选择 T,63N,m从GB/T5843-1986中选择YL5型联轴器，其公称转矩为。 a 共 55 页 第 40 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 两减速器间联轴器标记为 J19，38YL5联轴器GB/T5843-1986 J24，521 ? 4.9.3 小链轮处联轴器的选择 ? ? 1．类型选择 ? 选用凸缘联轴器。 ? 2．载荷计算 ? ? 公称转矩为 ? T,108N,mm ? K,A? 由表6-2-2查得1.3,所以计算转矩为 ? T,KT,caA1.3，108N,mm,140.4N,mm ? 3．型号选择 ? 装 T,63N,m从GB/T5843-1986中选择YL5型联轴器，公称转矩为。 a? 小链轮处联轴器标记为 ? J32，60? YL5联轴器GB/T5843-1986 ? J14，381? 4.9.4 蜗杆-大链轮处联轴器的选择 订 ? 1．类型选择 ? ? 选用凸缘联轴器。 ? 2．载荷计算 ? 公称转矩为 线 ,4? P3.06，1066T,9.55，10,9.55，10，N,mm,304N,mm? n9.6 ? K,由表6-2-2查得1.3,所以计算转矩为 A? T,KT, 1.3，304N,mm,395N,mm? caA? 3．型号选择 ? T,16N,m从GB/T5843-1986中选择YL2型联轴器，其公称转矩为。 a? ? 两减速器间联轴器标记为: ? J14，27YL2联轴器GB/T5843-1986 ? J20，381? ［5］? 4.10 键的选择 4.10.1电动机输出端 1．选择键连接的类型和尺寸 由于试验机有定心精度要求，所以选用平键联接。根据从手册中查得d,24mm 键的截面尺寸为；由所受载荷及轴的直径并参考键的长度系列，取键b，h,8，7mm 共 55 页 第 41 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 长。 L,32mm 2．校核键联接的强度 ,,100~120MPa键和轴的材料都是钢，由表5-3-17查得许用挤压应力，取其平pp ? ,110MPa,，，均值。键的工作长度l,L,b,32,8mm,24mm，键与轴键槽的接触pp? 高度。则键工作面所受挤压应力为 k,0.5h,0.5，7mm,3.5mm? ? 224.5T，,3,,,，,MPaMPa4.510,,? pppkld243.524，， ? ? 键连接强度校核通过。 ? 该键标记为： GB/T1096-2003。 8，32? 用同样的方法对减速器输入及输出轴进行校核，强度满足要求。 ? ? 输入轴处键标记为： GB/T1096-2003； 6，22? 输出轴处键标记为：GB/T1096-2003。 10，45? 装 4.10.2大链轮轴输出端 ? 1．选择键连接的类型和尺寸 ? ? 选用平键联接。根据从手册中查得，键的截面尺寸为；d,14mmb，h,5，5mm? 根据轴的直径并参考键的长度系列，取键长。 L,15mm? 订 2．校核键联接的强度 ? ,,100~120MPa键和轴所用材料均为钢，由表5-3-17查得许用挤压应力，pp? ,110MPa,，，l,L,b,15,5mm,10mm取其平均值。键的工作长度，键与轴键槽pp? ? 的接触高度。则键工作面所受挤压应力为 k,0.5h,0.5，5mm,2.5mm? 22320T，线 ,,,,MPaMPa1.8,,ppp? kld2.51014，， ? 键连接强度校核通过。 ? ? 两链轮轴及蜗杆上所用的键分别标记如下, ? 小链轮轴输入端标记为： GB/T1096-2003； 5，20? 大链轮轴输出端标记为： GB/T1096-2003； 5，15? ? 大链轮轴链轮处标记为： GB/T1096-2003； 8，20? 蜗杆输入端标记为： GB/T1096-2003 6，26? 对比以上所选用键结合各键受转矩大小分析可知：由于大链轮轴输出端选用的键? ? 所受挤压应力远远小于其许用应力，所以以上标记各键强度也能满足要求，无须逐一 ? 对以上各键进行校核。 4.10.3 蜗轮轴轮毂处 1．选择键连接的类型和尺寸 选用平键联接。根据从手册中查得键的截面尺寸为；d,55mmb，h,16，10mm 由所受载荷及轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长。 L,50mm 共 55 页 第 42 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 2．校核键联接的强度 ,,100~120MPa键和轴所用材料均为钢，由表5-3-17查得许用挤压应力，pp ,110MPa,，，取其平均值。键的工作长度l,L,b,50,16mm,34mm，键与轴键槽pp ? k,0.5h,0.5，10mm,5mm的接触高度。则键工作面所受挤压应力为 ? 2215000T，? ,,,,MPaMPa3.2,,ppp? kld53455，， ? 键连接强度校核通过。 ? ? ? ? ? ? ? ? 装 ? ? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 共 55 页 第 43 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 第五章 机架及匹配设备的设计和选型 5.1 机架设计 ? ? 慢拉伸试验机机架采用过盈配合，由上到下三块横板与轴的配合孔径逐渐变大，? ? 而轴也在相应的位置增加直径，以方便安装，最顶部采用螺母固定，详见机架图S-6。 ? 5.2 电解池 ? ? mmmm试验所用电解池由有机玻璃管制作而成，其内径为50，长度为100。 ? ? 由于慢应变速率拉伸试验时间一般比较长，且电解池容积有限，要保证电解池中 ? 的溶液成份不随时间改变，就必须解决腐蚀液的更新问题。为此需要设计一个溶液更? 新装置即电解池，。由势能较高的大电解池通过导管向小电解池补充新鲜溶液，同时? ? 小电解池则采用另一根导管把旧溶液不断排出电解池，以此保证电解池中的溶液成份装 基本不变。其中，控制上下导管的液流速度一致是保证溶液成份不变的难点。本试验? 中上下两个导管都选用输液管，由于输液管的速度是可调的，因此只要控制上下输液? ? 管液滴速度一致即可。电解池中整个溶液更新装置的示意图如图1所示。 ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图5-1 电解池示意图 ? ? ? 5.3 拉力传感器 ? 选用LLS3型拉力传感器，其量程为0～10，该传感器适用于要求精度高的拉KN 力测量系统中。具有高可靠性，良好的密封，可以长时间连续工作。 技术参数见表5-1 共 55 页 第 44 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 表5-1 技术参数 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 装 ? 外形基本尺寸见图5-2 ? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? 图5-2 传感器外形尺寸 ? ? 5.4 轴承座 ? ? 蜗杆、蜗轮及大链轮和小链轮处所用轴承座均为自己设计而成，现选择蜗杆处轴? 承座（如图5-3）加以分析，其余见装配图。 ? ? 该轴承座分成上下两块，轴承放入后用上端盖压紧，两端用螺钉固定；轴承座靠 ? 外部分孔径稍小，具体尺寸根据所选轴承而定，对轴承起到轴向固定的作用，防止轴? 承工作中发生轴向窜动。该轴承座既能达到对轴承固定的预期效果，又具有结构简单、? ? 加工方便的特点，在此使用较为合适。 共 55 页 第 45 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 5-3 ? 5.5 其它设备 ? 装 1．夹持工件所用夹头采用和静载荷加载试验机处结构相同的夹头，通过螺纹与? ? 螺杆相联；夹持传感器用夹头则通过销将传感器与其联接。 ? 2．在蜗杆一端安装一个手柄，用来在试验前调整两夹头间距，以方便安装试验? 用工件，查［2］表9-1-8选用M16×100型球头手柄。 ? 订 5.6 校核 ? [2]? 1）联接夹头和工件的螺栓选用M8，校核螺栓的剪切强度 ? F? ,,,, P2,d? m线 4? 其中：—横向载荷，=10000 FFN? mm —螺栓剪切面的直径，取=10 dd? ? mm —剪切面数量，取=4 ? ,300s,, —螺栓的许用剪应力，===120 MPaMPa? PP2.5n? 10000? 于是 =120 ,,MPa,100MPa,,MPaP3.14，8，8? 2，? 4 ? 所以，螺栓满足强度要求。 ? [5]2）螺纹校核 ? ,,480MPa由表5-8查得螺纹件材料的屈服极限；该处螺纹承受变载荷，查表S 5-10取螺纹连接的安全系数，则螺纹连接件的许用拉应力为 S,6.8 ,480S,,,,,70.5MPa, S6.8 螺纹所受实际应力为 共 55 页 第 46 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 F10000 ,,,31.8MPa, ,A，400 4 ,,,由于?,，所以螺纹强度满足要求。 ? [2]3) 机架校核 ? ? 机架受拉力直径最小处为20mm，则 ? F10000? ,,,32MPa,l,A2? S，d4? ? ,300S许用应力,,,200MPa ,lP? 1.51.5? ,,由于?，所以受拉强度满足。 lPl? ? ? 装 ? ? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 共 55 页 第 47 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 第六章 总结 ? ? ? 本论文主要完成了静载荷拉伸试验机和慢应变速率拉伸试验机的设计，其中静载? ? 荷试验机具有结构简单，加载灵活，使用方便的特点；慢应变速率拉伸试验机能在指? 定应变速率下进行加载，可考察不同应力和应变状态对金属电化学参数和耐腐蚀性能? ? 的影响规律，为金属在腐蚀介质-应力联合作用下的力学化学腐蚀研究提供了设备保? ? 障。 ? ? ? 装 ? ? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 共 55 页 第 48 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 致谢 ? 本文在尊敬的饶思贤老师的悉心指导与帮助下完成。在整个设计过程中，始终得? ? 到饶老师的指导与帮助，尤其是最后修改定稿阶段，饶老师反复提炼精简，其严谨的? 治学态度和精益求精的工作作风使我受益匪浅，在此，向饶老师表示我诚挚的谢意，? ? 并致以最崇高的敬意！ ? 四年的大学学习生涯即将结束，在这四年的生活和学习中，得到机械学院许多老? 师，以及同学的鼓励与帮助。在此向他们以及多年来为我的成长付出辛勤劳动的父母? ? 表示衷心的感谢！ ? 最后感谢母校——安徽工业大学提供良好的学习环境。 ? ? 装 ? ? ? ? ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 共 55 页 第 49 页 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 参考文献 ? ? [1] 成大先．机械设计手册：第1卷．北京：化学工业出版社，2002． ? [2] 成大先．机械设计手册：第2卷．北京：化学工业出版社，2002． ? [3] 成大先．机械设计手册：第3卷．北京：化学工业出版社，2002． ? ? [4] 吴增泽，罗圣国．机械设计课程设计手册．3版．北京：高等教育出版社，2006． ? [5] 濮良贵，纪名刚．机械设计．8版．北京：高等教育出版社，2007． ? [6] 成大先．机械设计手册?单行本减（变）速器、电机与电器．北京：化学工业出版社，? 2002.． ? ? [7] 卜炎．螺纹联接设计与计算．北京：高等教育出版社，1993． ? [8] 刘鸿文．材料力学．北京：高等教育出版社，2004． ? [9] 杨兰春．蜗杆传动手册．上海：华东化工学院出版社，1990． 装 ? [10] 张松林．轴承手册．南昌：江西科学技术出版社，2004． ? [11] 仝基斌，晏群．机械制图．北京：机械工业出版社，2008． ? [12]? 郑志峰．链传动．北京：机械工业出版社，1984． ? 订 ? ? ? ? ? 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 共 55 页 第 50 页