2021年材料扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)

1、材料扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能測(cè)試裝置的設(shè)計(jì) 摘 要 軸作為機(jī)械設(shè)備中的重要組成零件，其在動(dòng)力傳遞過(guò)程中以及導(dǎo)向過(guò)程都有著相當(dāng)重要的作用。在傳動(dòng)設(shè)備中，傳動(dòng)軸的工作條件是不盡相同的，而針對(duì)軸的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可以對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)和試驗(yàn)，最終得出結(jié)論，是否滿(mǎn)足使用的工況。而國(guó)內(nèi)對(duì)傳動(dòng)軸的檢測(cè)技術(shù)則一直落后于國(guó)外，因此傳動(dòng)軸新一代檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)的研發(fā)迫在眉睫。本課題針對(duì)軸這一類(lèi)型零件的材料扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能測(cè)試的試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)查閱相關(guān)的文獻(xiàn)和資料，了解現(xiàn)階段針對(duì)于此種類(lèi)型的試驗(yàn)臺(tái)的研究現(xiàn)狀，并確定設(shè)計(jì)的方案和布局，接著對(duì)傳動(dòng)的部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，最終使用軟件進(jìn)行整體裝配圖和零件圖的繪制同時(shí)整理設(shè)計(jì)文件和計(jì)算內(nèi)容，完成設(shè)計(jì)

2、說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)。關(guān)鍵詞材料扭轉(zhuǎn)，力學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)平臺(tái) abstract as an important component in mechanical equipment, the shaft plays an important role in the power transmission process and the guiding process. in the transmission equipment, the working conditions of the transmission shaft are not the same, and the torsional fatigu

3、e test for the shaft can test and test the strength of the shaft, and finally conclude whether the working condition is satisfied. the domestic detection technology of the drive shaft has been lagging behind abroad, so the development of the new generation test bench for the drive shaft is imminent.

4、 this project is designed for the test bench of the material torsional mechanical properties test of the shaft type. through reviewing the relevant literature and materials, to understand the current research status of this type of test rig, and to determine the design and layout of the design, then

5、 design and calculate the components of the transmission, and finally use the software to complete the assembly drawings and parts. drawing the drawing and finishing the design file and calculation content, and completing the design specification. key words: material torsion, mechanical properties,

6、experimental platform 目 錄 摘 要 i abstract ii 第一章 緒 論 1 1 課題的研究背景及意義 1 2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 1 1 材料測(cè)試儀器發(fā)展現(xiàn)狀 1 2 扭轉(zhuǎn)測(cè)試技術(shù)研究進(jìn)展 2 3 我國(guó)試驗(yàn)臺(tái)研究現(xiàn)狀 3 3全文研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排 4 第二章 試驗(yàn)臺(tái)整體方案確定 5 1 試驗(yàn)臺(tái)裝置組成 5 2 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)思路 5 3調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 第三章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 1 電機(jī)的選擇 7 2 齒輪的設(shè)計(jì) 7 3 軸的設(shè)計(jì) 9 第四章 軸和軸承的校核 1 1 軸的校核 1 1 軸的受力分析 1 2按當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)度 1 2 軸承選擇與校核 11 3 從動(dòng)

7、軸的設(shè)計(jì)和校核 12 4從動(dòng)軸軸承的設(shè)計(jì)和校核 14 第五章 結(jié) 論 15 致 謝 16 參考文獻(xiàn) 17 第一章 緒 論 1 課題的研究背景及意義 眾所周知，應(yīng)用型材料研究的最終目的是材料性能的測(cè)試技術(shù)，主要?dú)w因于其能夠保證材料在整個(gè)使用過(guò)程中穩(wěn)定性和耐久性保持一定的平衡。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，材料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，主要受到以下幾種限制:首先是復(fù)雜機(jī)械載荷，其次是多物理場(chǎng)耦合，最后是腐蝕環(huán)境等等。現(xiàn)如今對(duì)于材料力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)來(lái)說(shuō)，主要是針對(duì)以下幾方面進(jìn)行測(cè)試和分析，第一方面是單一的力學(xué)，第二方面是物理以及化學(xué)特性，面對(duì)一些實(shí)際過(guò)程中變形、損傷機(jī)制等等的測(cè)試

8、研究還沒(méi)有達(dá)到一定的要求，所以必須在測(cè)試工藝方面進(jìn)一步完善和提高。對(duì)材料性能進(jìn)行測(cè)試過(guò)程中，主要從以下三方面進(jìn)行展開(kāi):首先是要對(duì)材料的拉壓性能進(jìn)行測(cè)試，也包括了彎曲度和疲勞度等等，從而可以得出材料的具體性能，比較典型的有塑性、硬度和強(qiáng)度等；其次是對(duì)材料的一些物理性能進(jìn)行研究，比如說(shuō)材料的具體光、聲、電、熱、磁性等等這些功能都對(duì)材料的具體應(yīng)用有著很強(qiáng)的指導(dǎo)性作用；化學(xué)性能的測(cè)定，主要是觀察其在化學(xué)條件下的相對(duì)穩(wěn)定性1,11。對(duì)材料組織的一些表征則更為微觀，在對(duì)材料進(jìn)行測(cè)試時(shí)，使用到了更加精密的技術(shù)和儀器，通過(guò)一系列的表征證明材料的相關(guān)功能以及構(gòu)成，比如說(shuō)我們對(duì)材料的基本外表可以通過(guò)sem掃描電鏡

9、進(jìn)行清楚地觀察到，對(duì)其的具體物質(zhì)可以通過(guò)xrd進(jìn)行獲得，根據(jù)其具體的出峰位置對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)卡片來(lái)確定，相應(yīng)的元素價(jià)態(tài)以及含量可以通過(guò)xps進(jìn)行詳細(xì)分析11,18?，F(xiàn)如今以下幾種材料的性能測(cè)試儀，典型的有扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，阻抗分析儀，鹽霧試驗(yàn)箱等等，都受到了單一力學(xué)，物理和化學(xué)特性測(cè)試的局限，在具體的應(yīng)用過(guò)程中，由于材料會(huì)受到其他外在作用的影響，導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中受到了很大的限制。不僅如此，只有極少數(shù)的材料可以通過(guò)一些動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)來(lái)對(duì)組織表針進(jìn)行時(shí)刻把握，也就是我們所說(shuō)的原位測(cè)試在實(shí)際應(yīng)用中幾乎沒(méi)有，最常見(jiàn)的便是對(duì)材料性能以及技術(shù)運(yùn)用的前景研究，材料在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，微觀本質(zhì)受到一些破壞時(shí)，并不能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)

10、與研究。據(jù)此，本文設(shè)計(jì)了一種材料力學(xué)測(cè)試儀器扭轉(zhuǎn)裝置，裝置主要功能為材料受扭時(shí)其他性能參數(shù)的變化規(guī)律提供了有效的測(cè)試平臺(tái)。2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 1 材料測(cè)試儀器發(fā)展現(xiàn)狀 隨著科技的不斷進(jìn)步，對(duì)于力學(xué)評(píng)價(jià)體系也在不斷完善中求得了更加廣泛的發(fā)展。在最初的測(cè)試過(guò)程中，只能對(duì)載荷的拉伸進(jìn)行測(cè)試，然而現(xiàn)在可以對(duì)其彎曲、扭轉(zhuǎn)以及疲勞度等等進(jìn)行精確測(cè)量，測(cè)試儀器也發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)如今使用的電子試驗(yàn)機(jī)和電液伺服試驗(yàn)機(jī)，充分代替了之前的機(jī)械式拉伸試驗(yàn)機(jī)。如今這種是材料試驗(yàn)機(jī)的生產(chǎn)廠商主要有以下幾個(gè):首先是美國(guó)mts，其次是德國(guó)zwick，再次是日本島等等，我們國(guó)家比較典型的有長(zhǎng)春機(jī)械科學(xué)研究院。隨著材料測(cè)試技

11、術(shù)的不斷發(fā)展，關(guān)于熱、電、光、聲等物理特性的儀器也得到了更大的提升，比較典型的有以下幾個(gè)生產(chǎn)商:第一個(gè)便是德國(guó)耐馳，第二個(gè)便是美國(guó)安捷倫，第三個(gè)便是日本京都電子。材料的化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中，主要研究其反應(yīng)前后是否穩(wěn)定，是否能夠在帶來(lái)效益的同時(shí)不產(chǎn)生有害的氣體而污染環(huán)境。在對(duì)箱內(nèi)條件進(jìn)行模擬的過(guò)程中，主要分為以下類(lèi)型，首先是鹽霧，其次是紫外老化，再次是箱式淋雨，最后是沙塵等試驗(yàn)箱。實(shí)際工作的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)各種各樣的情況，有的時(shí)候材料或者是零件會(huì)受到來(lái)自多方面的負(fù)載，有的時(shí)候會(huì)在一些復(fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行，在這種復(fù)雜的環(huán)境中，材料或者是構(gòu)件就會(huì)發(fā)生一些特殊的變化，可能會(huì)出現(xiàn)高溫下的蠕變或者是韌-脆轉(zhuǎn)變等

12、，現(xiàn)在已經(jīng)有很多的儀器能夠測(cè)試載荷。圖 1中，（a）為高溫蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，它是由mts生產(chǎn)，型號(hào)為gwt134，它集成了傳統(tǒng)的蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)和高溫箱，可以對(duì)材料在高溫下的蠕變性能進(jìn)行很好的分析。（b）為應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)機(jī)，它是由長(zhǎng)春機(jī)械科學(xué)研究院生產(chǎn)，作為mfdl 系列，將腐蝕介質(zhì)箱加載在拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上，可以很好的對(duì)材料的拉伸力和腐蝕條件下的性能進(jìn)行測(cè)試。（c）圖為高溫鹽霧腐蝕試驗(yàn)機(jī)，它是由長(zhǎng)春機(jī)械科學(xué)研究院設(shè)計(jì)制造的，作為zrdl-yf 系列，它將高溫鹽霧腐蝕箱加載在拉力試驗(yàn)機(jī)上，可以很好的測(cè)試溫度以及酸霧下的材料性能。圖 1 典型商業(yè)化的復(fù)合載荷測(cè)試裝置 2 扭轉(zhuǎn)測(cè)試技術(shù)研究進(jìn)展 對(duì)材料力學(xué)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)

13、重要手段之一是扭轉(zhuǎn)測(cè)試，扭轉(zhuǎn)測(cè)試可以讓材料有大塑性的變形，從而能夠很好的展現(xiàn)出材料的塑性特點(diǎn)，得到了國(guó)內(nèi)外研究人員的關(guān)注。而且，隨著對(duì)扭轉(zhuǎn)測(cè)試的不斷深入，測(cè)試方法和測(cè)試儀器也呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì)，許多專(zhuān)家在扭轉(zhuǎn)測(cè)試中取得了許多的成就。法國(guó)的物理學(xué)家 c. a. coulomb在18 世紀(jì)中后期對(duì)金屬絲在受到扭轉(zhuǎn)時(shí)的抵抗力進(jìn)行分析，他為此發(fā)明了一種扭力天平，在這個(gè)天平中，同種電荷相互排斥，在對(duì)扭矩、扭轉(zhuǎn)角度、直徑等因素進(jìn)行綜合考察后得出了一個(gè)計(jì)算公式，是扭轉(zhuǎn)問(wèn)題的先驅(qū)。法國(guó)工業(yè)學(xué)院的工程師 a. duleau以及英國(guó)物理學(xué)家 t. young在19世紀(jì)的時(shí)候也開(kāi)始探索扭轉(zhuǎn)問(wèn)題，并且得出了重要結(jié)論，

14、使得扭轉(zhuǎn)問(wèn)題得以發(fā)展。法國(guó)工業(yè)學(xué)院工程師 a. duleau使用不一樣的鐵材料和鐵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了許多試驗(yàn)，提出了重要的圓軸扭轉(zhuǎn)的平截面假定，如果承扭件使用圓形的截面要比圓管形截面差，而且這個(gè)假設(shè)不能用于棱柱鐵桿。英國(guó)物理學(xué)家 t. young研究圓軸扭轉(zhuǎn)得出，截平面內(nèi)的切應(yīng)力提供了扭矩，切應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)角以及距圓軸軸線的距離成正相關(guān)，縱向應(yīng)力由纖維引起，而且和阻抗作用、大小以及扭轉(zhuǎn)角立方成正相關(guān)。法國(guó)的科學(xué)家 s. venant 依據(jù) a. duleau 的試驗(yàn)結(jié)果以及 cauchy 的理論在1853年的時(shí)候提出了半逆解法，這種解法只需要對(duì)力和位移的一些特征進(jìn)行假定，力和位移的其余特征就能得出，而且也

15、滿(mǎn)足與彈性方程。法國(guó)科學(xué)家 s. venant對(duì)桿件受扭和受彎時(shí)的界面形狀進(jìn)行了分析，將截面受扭時(shí)轉(zhuǎn)角和切應(yīng)力進(jìn)行了解決，從而完善了扭轉(zhuǎn)測(cè)試?yán)碚?，而且有重要的意義。timoshenko 和 c. weber認(rèn)為應(yīng)該同時(shí)對(duì)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和翼緣的彎曲切應(yīng)力進(jìn)行考量，這樣得出的扭轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)才準(zhǔn)確。除此之外，近年來(lái)有學(xué)者在材料扭轉(zhuǎn)測(cè)試領(lǐng)域進(jìn)行了較為充分全面的研究我國(guó)學(xué)者陳寶春就拱橋橋梁結(jié)構(gòu)上的啞鈴狀鋼管混凝土進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明可通過(guò)增加高度來(lái)有效增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了非線性有限元模型。學(xué)者李曉陽(yáng)利用通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了34 奧氏體不銹鋼和 16mnr 碳鋼的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，并在載荷線性加載

16、下完成了兩類(lèi)材料的力學(xué)試驗(yàn)。p. davies通過(guò)仿真和試驗(yàn)相結(jié)合，對(duì)編織繩探究了扭轉(zhuǎn)對(duì)編織繩的拉伸性能的影響，有研究發(fā)現(xiàn)編織繩扭轉(zhuǎn)圈數(shù)越多，其抗拉強(qiáng)度越低，但扭轉(zhuǎn)圈數(shù)與其延伸率呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；學(xué)者 m. scales利用數(shù)字圖像處理設(shè)備對(duì)韌性鋁合金在拉伸和扭轉(zhuǎn)作用下的失效形式進(jìn)行了較為深入的探討；l. goglio構(gòu)建了沙漏狀陶瓷粘接結(jié)構(gòu)的有限元模型，并分析了結(jié)構(gòu)在受扭轉(zhuǎn)情況下的失效形式；韓國(guó)學(xué)者agorospe對(duì)gd bco 涂層導(dǎo)體在受拉伸扭轉(zhuǎn)符合作用下的臨界電流變化現(xiàn)象進(jìn)行了研究；學(xué)者劉天模等人對(duì)受扭轉(zhuǎn)的 az31 鋁棒進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形在很大程度上可提升結(jié)構(gòu)硬度；沈

17、學(xué)明基于不同循環(huán)次數(shù)等條件對(duì) lz5 中碳鋼和 775鋁合金進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)復(fù)合試驗(yàn)，并通過(guò)顯微設(shè)備對(duì)材料在扭轉(zhuǎn)作用下的微觀特性變化進(jìn)行了分析，對(duì)于解釋材料在扭轉(zhuǎn)作用下的變形損傷機(jī)理具有一定的理論意義。3 我國(guó)試驗(yàn)臺(tái)研究現(xiàn)狀 我國(guó)在計(jì)量檢測(cè)領(lǐng)域有著悠久的發(fā)展歷史，但是相較于西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)在試驗(yàn)機(jī)制造和應(yīng)用領(lǐng)域幾乎為空白。在新中國(guó)成立以后，處于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和科學(xué)發(fā)展的需求，政府和社會(huì)各界均十分重視計(jì)量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，并通過(guò)引進(jìn)的方式來(lái)發(fā)展我國(guó)的計(jì)量檢測(cè)技術(shù)，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家學(xué)者數(shù)十年的努力，我國(guó)計(jì)量檢測(cè)技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，為各領(lǐng)域的復(fù)興和發(fā)展奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)前我國(guó)試驗(yàn)機(jī)發(fā)展類(lèi)型繁多，已具備

18、一定的規(guī)模，各類(lèi)試驗(yàn)機(jī)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，具備各類(lèi)環(huán)境和條件下的材料試驗(yàn)?zāi)芰Γ诤艽蟪潭壬洗龠M(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科技水平的發(fā)展。中國(guó)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)發(fā)展經(jīng)歷了下述幾個(gè)階段第一階段為五十年代左右，此時(shí)由于我國(guó)制造業(yè)的空白，當(dāng)時(shí)技術(shù)人員所適用的材料試驗(yàn)機(jī)最要從前蘇聯(lián)和德國(guó)引進(jìn)，到了六十年代我國(guó)技術(shù)人員開(kāi)始對(duì)引進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行仿制，并盡量實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化；七十年代仿制技術(shù)已非常成熟，可大批量生產(chǎn)仿制設(shè)備；八十年代我國(guó)有了一定的自主研發(fā)能力，研究者開(kāi)始著手研發(fā)與我國(guó)國(guó)情相符合的材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)備；九十年代在試驗(yàn)機(jī)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域我國(guó)吸收了其他國(guó)家的一些優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。從六十年代開(kāi)始，我國(guó)研發(fā)了一系列的試驗(yàn)機(jī)和相應(yīng)標(biāo)

19、準(zhǔn)的儀器設(shè)備，基本滿(mǎn)足了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)建設(shè)的需求。在改革開(kāi)發(fā)之間的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代，我國(guó)試驗(yàn)機(jī)制造企業(yè)以國(guó)有企業(yè)為主，如長(zhǎng)春智能儀器設(shè)備有限公司、天水紅山試驗(yàn)機(jī)廠、廣州測(cè)試儀器廠等十多個(gè)生產(chǎn)企業(yè)，這些企業(yè)生產(chǎn)的材料試驗(yàn)型號(hào)或規(guī)格等均有所不同。在該階段，國(guó)家按照企業(yè)分工進(jìn)行試驗(yàn)機(jī)研制、開(kāi)發(fā)以及生產(chǎn)銷(xiāo)售等，各企業(yè)之間不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，由國(guó)家需求統(tǒng)一調(diào)配生產(chǎn)，因此我國(guó)試驗(yàn)機(jī)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步十分緩慢，此階段我國(guó)生產(chǎn)的試驗(yàn)機(jī)設(shè)備同國(guó)外相比差距較大。在而是世紀(jì)九十年代左右，我國(guó)實(shí)行了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)制度，民營(yíng)企業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)，試驗(yàn)機(jī)制造行業(yè)同其他行業(yè)一樣也開(kāi)始實(shí)現(xiàn)民營(yíng)化，并取得了較為顯著的成果，隨著民營(yíng)企業(yè)的逐漸狀

20、態(tài)，對(duì)國(guó)有企業(yè)產(chǎn)生了明顯沖擊，一大批國(guó)有企業(yè)為了保持市場(chǎng)份額而實(shí)行改革，中國(guó)試驗(yàn)機(jī)設(shè)備研發(fā)技術(shù)有所提升。在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，試驗(yàn)機(jī)這類(lèi)精密設(shè)備由國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷，我國(guó)國(guó)防工業(yè)以及技術(shù)理論研究等領(lǐng)域所使用的試驗(yàn)機(jī)中關(guān)鍵設(shè)備不得不靠引進(jìn)，這對(duì)于國(guó)防事業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展十分不利，因此有必要也必須要發(fā)展我國(guó)的試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)業(yè)，通過(guò)自主創(chuàng)新提升我國(guó)試驗(yàn)機(jī)的研發(fā)能力和技術(shù)水平，逐步縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)差距。3全文研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排 利用機(jī)械原理，研制一套驅(qū)動(dòng)、剛度、疲勞強(qiáng)度測(cè)試裝置，并保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有良好的運(yùn)行可靠性。由于封閉式功率試驗(yàn)臺(tái)需要在事先完成系統(tǒng)加載，因此選擇較小的電機(jī)即可測(cè)定機(jī)械效

21、率，并完成潤(rùn)滑試驗(yàn)，具有低功耗、成本低等諸多優(yōu)勢(shì)，因此本課題將對(duì)這種試驗(yàn)臺(tái)設(shè)備的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究，在本文中重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)以及電動(dòng)機(jī)的選型。第二章 試驗(yàn)臺(tái)整體方案確定 1 試驗(yàn)臺(tái)裝置組成 本課題所設(shè)計(jì)的裝置屬于材料扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能測(cè)試領(lǐng)域,具體的說(shuō)是涉針對(duì)傳動(dòng)軸或者近似傳動(dòng)軸的材料的靜扭和扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)臺(tái), 試驗(yàn)臺(tái)的一端為主減速機(jī),另一端為靜扭矩傳感器,所述主減速機(jī)和靜扭矩傳感器之間為被測(cè)傳動(dòng)軸的夾持空間,所述主減速機(jī)的中輸出軸側(cè)還設(shè)有轉(zhuǎn)角傳感器,還包括用于驅(qū)動(dòng)主減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī),所述主減速機(jī)與靜扭矩傳感器均與試驗(yàn)臺(tái)的底座緊固連接。傳動(dòng)軸靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)，通過(guò)更換楔形連接法蘭盤(pán)相應(yīng)夾具

22、聯(lián)接安裝,在試驗(yàn)臺(tái)允許最大扭矩范圍內(nèi),可進(jìn)行各種傳動(dòng)軸類(lèi)零件、各類(lèi)軸類(lèi)材料的靜扭試驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)。通過(guò)以上對(duì)試驗(yàn)臺(tái)裝置組成的簡(jiǎn)述，分析整個(gè)的試驗(yàn)臺(tái)主要分為一下幾個(gè)部分 臺(tái)架作為整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的支撐裝置。 驅(qū)動(dòng)部分:這一部分固定在臺(tái)架上，有驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及減速增大扭矩的傳動(dòng)裝置，通過(guò)連接法蘭連接被檢測(cè)零件。 浮動(dòng)檢測(cè)部分此部分裝配在手動(dòng)的滑動(dòng)平臺(tái)上，通過(guò)旋轉(zhuǎn)手輪調(diào)整檢測(cè)部分與驅(qū)動(dòng)部分之間的距離，實(shí)現(xiàn)適配各種試驗(yàn)臺(tái)可調(diào)整安裝范圍內(nèi)的各種長(zhǎng)度的材料。 水平手動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)手動(dòng)攜帶浮動(dòng)檢測(cè)部門(mén)進(jìn)行水平方向的移動(dòng)。2 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)思路 將試件放置在試驗(yàn)臺(tái)上，如下圖所示，通過(guò)加載裝置來(lái)對(duì)試件進(jìn)行加載，試件在試驗(yàn)臺(tái)上固

23、定后加載裝置會(huì)對(duì)試件施加一定扭矩，此時(shí)試件在扭轉(zhuǎn)載荷的作用下會(huì)發(fā)生變形，測(cè)試裝置可測(cè)量試件所受到的扭矩和扭角等數(shù)據(jù)，這種試驗(yàn)方法基本思路為力平衡原理，通過(guò)通過(guò)平衡扭矩來(lái)使被測(cè)扭矩平衡，進(jìn)而得到被測(cè)扭矩的方法，當(dāng)轉(zhuǎn)軸受扭轉(zhuǎn)所用時(shí)機(jī)體上繪受到方向相反的平衡扭矩作用，因此根據(jù)機(jī)體上測(cè)量的平衡扭矩即可了解試驗(yàn)所受扭矩的大小。圖2-1 設(shè)計(jì)原理圖 如圖2-1所示。汽車(chē)傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)臺(tái)由加載 裝置、試件以及檢測(cè)裝置三個(gè)部分組成，加載裝置的主要作用是為試件施加扭轉(zhuǎn)作用力，扭矩檢測(cè)裝置測(cè)試扭矩和扭角。3調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 從對(duì)材料扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能測(cè)試的原理可知，在實(shí)際安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)的位置得知，需要針對(duì)不同長(zhǎng)度的材料

24、進(jìn)行測(cè)試。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到傳動(dòng)軸的安裝條件，設(shè)計(jì)試件調(diào)整裝置，從而使用更加的廣泛。機(jī)架通過(guò)引導(dǎo)塊在床身上可以直線運(yùn)動(dòng)，安裝板與導(dǎo)向滑塊通過(guò)螺栓連接，導(dǎo)向滑塊可在機(jī)架上的t型槽內(nèi)做上下的水平直線運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)校正板進(jìn)行水平直線方向上的校正，通過(guò)手輪的正反轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整絲桿的的旋轉(zhuǎn)，螺母副與安裝板固定，絲桿的旋轉(zhuǎn)即可控制安裝板的水平方向的運(yùn)動(dòng)，而安裝板上安裝有夾持裝置，傳動(dòng)軸可實(shí)現(xiàn)不同長(zhǎng)度的安裝條件。第三章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 電機(jī)的選擇 本試驗(yàn)臺(tái)選擇以傳動(dòng)軸的技術(shù)參數(shù)為基準(zhǔn)。為了滿(mǎn)足試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用的廣泛性，選擇儲(chǔ)備系數(shù)k=5。各項(xiàng)參數(shù)如下: 最大功率 125kw/23rpm 扭矩 58nm/1315rpm

25、 齒輪箱效率取.95。則 (1) (2) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)為y2l1-2。其參數(shù)為額定功率3kw；滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速34r/min。2 齒輪的設(shè)計(jì) （1）齒輪參數(shù)選擇 a）根據(jù)齒輪工作條件需求，取齒輪精度等級(jí)為6級(jí)。b）小齒輪和大齒輪材料均為45號(hào)鋼， 滲碳 淬火 c）=37、。（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核 小齒輪直徑由下式予以計(jì)算a）載荷系數(shù) k=3 b）小齒輪轉(zhuǎn)矩 k為系數(shù) c）齒寬系數(shù) d）彈性影響系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪 e）小齒輪和大齒輪的的接觸疲勞強(qiáng)度極限分別為、。f）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) g）壽命系數(shù) ; h）許用應(yīng)力 失效率為1%，安全系數(shù)s=1，有i）代入中較小值，根據(jù)下式計(jì)算小齒輪直徑=183mm （

26、4） j）確定齒輪參數(shù) 模數(shù)m=5，b=(3)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 a)齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)， 。b)彎曲疲勞壽命系數(shù) , c)得兩齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，。d)安全系數(shù) s=4，由式得彎曲疲勞許用應(yīng)力（5） （6） e)計(jì)算圓周力 （7） f)齒根彎曲應(yīng)力。由式得 （8） （9） 根據(jù)上文計(jì)算結(jié)果可知，本文所選用的齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿(mǎn)足條件。(4)齒輪幾何參數(shù)計(jì)算 3 軸的設(shè)計(jì) 估算軸的基本直徑 選用45鋼，直徑d1mm，=6mpa，取c=115，則軸的基本直徑可通過(guò)下式予以計(jì)算 最小軸徑應(yīng)當(dāng)為軸和聯(lián)軸器連接處軸段，由于聯(lián)軸器的周向定位因此該處有一鍵槽，為防止應(yīng)力集中對(duì)軸段強(qiáng)度的影響，該

27、軸段直徑增大3%，即，取標(biāo)準(zhǔn)值d=6mm。第四章 軸和軸承的校核 1 軸的校核 1 軸的受力分析 a)轉(zhuǎn)矩 b) 作用力 齒輪切向力 徑向力 c）跨距 2按當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)度 a) 空間受力簡(jiǎn)圖 （見(jiàn)圖1a） b）水平面受力圖及彎矩圖 （見(jiàn)圖1b） c) 垂直面（見(jiàn)圖1c） d）作合成彎矩圖 （見(jiàn)圖1d） e）作轉(zhuǎn)矩圖 （見(jiàn)圖1e） f）按當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)度 由表查得，對(duì)于45鋼，其中，故由式得 l=178mm （a） fr ft （b） ft fh mh fh fr (c) fv fv mv m （d） （e） t 圖1 齒輪軸強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)上述計(jì)算公式可知軸的強(qiáng)度滿(mǎn)足使用條件。2 軸承

28、選擇與校核 軸承處軸徑為85mm，轉(zhuǎn)速=583r/min。預(yù)期壽命為1h。a) 球當(dāng)量動(dòng)載荷 p 根據(jù)公式，由于齒輪是直齒軸承只受徑向力，故 x=1，y=，fp=2 b）額定動(dòng)載荷值 （球軸承） （23） c）選擇軸承型號(hào) d=85mm，選取617軸承，油潤(rùn)滑。基本額定動(dòng)載荷r=5.8kn，極限轉(zhuǎn)速=56r/mim。3 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)和校核 徑向力可根據(jù)下式予以計(jì)算（1）軸的受力分析 由表查得，對(duì)于4cr調(diào)質(zhì)，其中，故由式得 mpa （24） 故取整=85mm。2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （見(jiàn)圖5a） （3）軸的受力分析 a)求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 b) 求軸上的作用力 切向力 徑向力 c）求軸的跨距 （4） 按

29、當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)度 a) 空間受力簡(jiǎn)圖 （見(jiàn)圖2a） b）水平面彎矩圖 （見(jiàn)圖2b） c) 垂直面彎矩圖 （見(jiàn)圖2c） l=178mm （a） fr ft （b） ft fh fh mh fr (c) fv fv mv m （d） （e） t 圖2從動(dòng)軸強(qiáng)度計(jì)算 d）作合成彎矩圖 （見(jiàn)圖2d） e）作轉(zhuǎn)矩圖 （見(jiàn)圖2e） f）校核軸的強(qiáng)度 由表查得，對(duì)于45鋼，其中，故由式得 根據(jù)上述計(jì)算校核公式可知，本文所設(shè)計(jì)的額軸強(qiáng)度滿(mǎn)足使用條件。4從動(dòng)軸軸承的設(shè)計(jì)和校核 x=1，y=，fp查表取2 b）計(jì)算所需的徑向力額定動(dòng)載荷值 （球軸承） （23） c）選擇軸承型號(hào) 查有關(guān)軸承手冊(cè)，根據(jù)d=85m

30、m，選取617軸承，油潤(rùn)滑?；绢~定動(dòng)載荷r=5.8kn，極限轉(zhuǎn)速=56r/mim。第五章 結(jié) 論 大學(xué)的四年學(xué)習(xí)時(shí)光轉(zhuǎn)瞬即逝，半年過(guò)去了，論文經(jīng)歷了選題、開(kāi)題、撰寫(xiě)等階段，期間在導(dǎo)師的指導(dǎo)下也曾作多次修改，幾易其稿。至此，論文已經(jīng)接近尾聲，回首整個(gè)過(guò)程，既有艱辛也有收獲，既有汗水也有喜悅，這是對(duì)我大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)最好的一次總結(jié)和考驗(yàn)。在沒(méi)有開(kāi)始做畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的檢驗(yàn)只有期末考試，但是期末考試只是針對(duì)單一學(xué)科的考核。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)之后，我發(fā)現(xiàn)要很好的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，需要對(duì)多門(mén)學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行綜合的應(yīng)用。這種綜合應(yīng)用是對(duì)我所學(xué)知識(shí)的一種綜合的再學(xué)習(xí)以及再提高的過(guò)程，這一過(guò)程對(duì)我的學(xué)

31、習(xí)能力，獨(dú)立思考，多學(xué)科綜合能力以及工作能力都是一種培養(yǎng)。另外在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，大學(xué)學(xué)習(xí)的結(jié)束并不意味著自身專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的結(jié)束，而是一個(gè)新的開(kāi)始。首先，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，為了能很好的完成這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，我需要對(duì)所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)如機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，理論力學(xué)，材料力學(xué)等本專(zhuān)業(yè)學(xué)科有很好的掌握，并且根據(jù)我的課題，能夠靈活的運(yùn)用這些專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并且通過(guò)綜合的運(yùn)用，確定和設(shè)計(jì)出本課題中的結(jié)構(gòu)；并且需要運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)對(duì)關(guān)鍵的機(jī)械零部件進(jìn)行計(jì)算和校核，確保其可以達(dá)到使用需求和使用壽命的同時(shí)保證較低的成本。在整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我逐漸熟悉了對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)及非

32、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的設(shè)計(jì)流程，通過(guò)自己犯的錯(cuò)誤，走的彎路，總結(jié)了設(shè)計(jì)過(guò)程中的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)。接著，在確定好本次設(shè)計(jì)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)之后，我需要使用三維軟件及二維繪圖軟件進(jìn)行對(duì)所設(shè)計(jì)內(nèi)容的繪制。在這個(gè)過(guò)程中，我對(duì)制圖的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范有了更深層次的認(rèn)識(shí)，并且更加意識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于今后工作中的重要性。隨著設(shè)計(jì)及繪制的深入，使我對(duì)軟件的運(yùn)用也越來(lái)越得心應(yīng)手，在一次次的零件繪制過(guò)程中，也總結(jié)了在機(jī)械設(shè)計(jì)的三維模型及二維圖紙的繪制中的步驟及注意事項(xiàng)。在一次又一次對(duì)零部件的繪制過(guò)程后，使用軟件的技巧也隨之提高。最后，我需要對(duì)整個(gè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行一次總結(jié)，也就是對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的論文的編寫(xiě)與修改。在編寫(xiě)與修改畢業(yè)論文的過(guò)程中，我自己對(duì)論文

33、的結(jié)構(gòu)，版式的認(rèn)知以及辦公軟件的使用技巧隨之提升。在這里，我要感謝我的導(dǎo)師，正是在他一次次不厭其煩的檢查與指導(dǎo)下，我才能順利的完成對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)。以上就是我在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些體會(huì)和感受。畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，很艱辛，單也很幸福和自豪。在此我要再一次的感謝我的老師對(duì)我悉心的教導(dǎo)。學(xué)友情深，情同兄妹。幾年來(lái)，我們朝夕相處，我的記憶里時(shí)常浮現(xiàn)我們?cè)谝黄鸬狞c(diǎn)點(diǎn)滴滴，同窗之情，必將終生難忘。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我重新復(fù)習(xí)了大學(xué)所學(xué)的知識(shí)，通過(guò)查閱文獻(xiàn)和資料、同學(xué)間的交流以及老師的指導(dǎo)，學(xué)習(xí)到了很多新的知識(shí)與技巧，也培養(yǎng)了我的對(duì)立的工作能力。雖然最后我的設(shè)計(jì)還有很多不足之處，但在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)

34、程中我將課本上學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)同實(shí)踐相結(jié)合，收獲了成功的喜悅，也了解了未來(lái)應(yīng)當(dāng)以更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對(duì)待工作和學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)也給我信心去面對(duì)接下來(lái)工作當(dāng)中的挑戰(zhàn)。致 謝 在忙碌的一個(gè)學(xué)期后，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)也即將告一段落，這也意味著我的大學(xué)生活即將結(jié)束。四年的大學(xué)生活給了我很多美好的記憶，在這一刻，許多的不舍也涌上心頭。隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯的結(jié)束，我在大學(xué)生涯的最后一個(gè)作業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)也將完成。在這里，我要在一直給與我?guī)椭c教導(dǎo)的我的導(dǎo)師xxx，在我剛開(kāi)始面對(duì)課題手足無(wú)措，不知從何處下手時(shí)，是他給與我悉心的指導(dǎo)和幫助；在我面對(duì)一些設(shè)計(jì)中的專(zhuān)業(yè)知識(shí)不知所措是，是他用他豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)給予我最大的幫助；在最后我編

35、寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文時(shí)，也是他用其認(rèn)真負(fù)責(zé)和專(zhuān)業(yè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度一次次的指導(dǎo)和糾正我論文中的錯(cuò)誤。感謝老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我極大的幫助。同時(shí)，也要感謝我的師兄以及我的同班同學(xué)，是你們讓我的大學(xué)豐富多彩，是你們?cè)谖倚那槭錄](méi)有信心的時(shí)候依然鼓勵(lì)我，也是你們?cè)谖彝瓿僧厴I(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中給予我?guī)椭?。幾年?lái)，我們朝夕相處，我的記憶里時(shí)常浮現(xiàn)我們?cè)谝黄鸬狞c(diǎn)點(diǎn)滴滴，同窗之情，必將終生難忘。最后，我要感謝我的父母，感謝你們的支持與信任，在我的學(xué)習(xí)過(guò)程中，有親情的陪伴，有他們的付出，衷心的感謝和我的家人。希望你們永遠(yuǎn)健康和快樂(lè)，這是我最大的心愿。最后的最后，我想說(shuō)的是，雖然大學(xué)的生活是如此的美好，我也即將開(kāi)始工作，開(kāi)始一段新的

36、旅程。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的能力得到了一定的提升，我有信心也有決心面對(duì)接下來(lái)的挑戰(zhàn)。忠心的祝愿，我的老師、同學(xué)、朋友以及我自己今后的生活越來(lái)越好。參考文獻(xiàn) 1張利平.測(cè)功機(jī)原理m.北京化學(xué)工業(yè)出版社，25 2黃緯綱，王旭永，王顯正等.汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋?qū)嶒?yàn)裝置的研發(fā)j.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1998,(12) 3付百學(xué).汽車(chē)試驗(yàn)學(xué)m.北京；機(jī)械工業(yè)出版社，28 4馮晉祥.機(jī)械設(shè)計(jì)m.北京人民交通出版社， 5汽車(chē)工程手冊(cè)編委會(huì).汽車(chē)工程手冊(cè)m.北京人民交通出版社，21 6黃聲顯.汽車(chē)試驗(yàn)與檢測(cè)技術(shù)m.北京人民交通出版社，25 7謝金元.閉式功率流驅(qū)動(dòng)橋試驗(yàn)臺(tái)的研究m.北京；機(jī)械工業(yè)出版社，26（4） 8. 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局. 噪聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) （gb/t1946-1997）, 1997 9. 陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造m.人民交通出版社