萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

1、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)編制:劉澤永審核:批準(zhǔn):2014.12.26 北京目錄一、緒論1.1 背景及意義1.2萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展和趨勢(shì)1.3本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容以及主要技術(shù)指標(biāo)二、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的總體設(shè)計(jì)2.1 加載方案的設(shè)計(jì)與選擇2.2 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與選擇2.3 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)三、設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇3.2 傳動(dòng)比的分配與選擇3.3 錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算3.5 滾珠絲桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、緒論1.1背景及意義 材料試驗(yàn)機(jī)是對(duì)材料、零件和構(gòu)件進(jìn)行機(jī)械性能和工藝性試驗(yàn)的設(shè)備。產(chǎn)品好壞，除了從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝、處理規(guī)范諸方面去考慮以外，合理選擇材料也是一個(gè)重要方面

2、，例如金屬、非金屬、各種新型的高溫合金、高分子化合物及復(fù)合材料等要達(dá)到物盡其用，就必須知道材料的性能；在研究新材料、新工藝，也需測(cè)定材料的機(jī)械性能；對(duì)新型機(jī)器或設(shè)備的受力部件，特別是大型構(gòu)件(如橋梁、船體等)有時(shí)還需進(jìn)行整機(jī)試驗(yàn)，以考慮所用材料及工藝設(shè)計(jì)是否合理等，都需要各種專門(mén)的材料試驗(yàn)機(jī)來(lái)測(cè)量相關(guān)參數(shù)。    材料受載后表現(xiàn)出彈性、塑性、斷裂三個(gè)變型過(guò)程，并且在各個(gè)過(guò)程已有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)范)規(guī)定出相關(guān)性能的技術(shù)指標(biāo)，這些性能指標(biāo)的具體測(cè)定必須在試驗(yàn)機(jī)上來(lái)完成。試驗(yàn)機(jī)的功能和計(jì)量特性指標(biāo)是否滿足預(yù)期使用要求，是材料機(jī)械性能試驗(yàn)的關(guān)鍵。材料試驗(yàn)機(jī)不僅是研究材料機(jī)

3、械性能理論的基本手段和依據(jù)，也是企業(yè)、事業(yè)單位目前生產(chǎn)檢驗(yàn)的基本手段之一。國(guó)外，在工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家中，對(duì)于試驗(yàn)機(jī)的研制和生產(chǎn)，都是比較重視的。這是因?yàn)?，材料試?yàn)機(jī)作為一個(gè)基礎(chǔ)工業(yè)部門(mén)，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)和科研工作有直接的不容忽視的影響。 實(shí)際上，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)和各種工程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，材料試驗(yàn)機(jī)是確保各種機(jī)器，車輛，船舶和結(jié)構(gòu)物的合理設(shè)計(jì)與安全運(yùn)行的重要測(cè)試設(shè)備。因?yàn)?，為了既?jīng)濟(jì)又安全可靠地從事各種工程設(shè)計(jì)，必須根據(jù)材料的機(jī)械性能選取合適的材料。否則，可能造成浪費(fèi)，或者導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的事故。而要獲得準(zhǔn)確的材料機(jī)械性能數(shù)據(jù)，只有使用材料試驗(yàn)機(jī)。 在工業(yè)生產(chǎn)特別是軍事工業(yè)生產(chǎn)中，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，常常需要對(duì)各種

4、材料和零部件或整機(jī)進(jìn)行檢定和測(cè)試。許多重要性的熱處理零部件，如軋鋼機(jī)的鋼輥，機(jī)器的主軸和汽車的連桿等，都要百分之百的進(jìn)行硬度檢定。 在冶金工業(yè)生產(chǎn)中，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，也提出了許多新問(wèn)題。例如現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，需要一些具有特殊性能的，能在高溫，低溫，高壓，高速以及各種復(fù)雜條件下工作的材料，因此必須研制新型材料與合金。鋼鐵廠生的的鋼材，也需要隨時(shí)檢驗(yàn)。顯而易見(jiàn)，所有這些研究和檢驗(yàn)工作，離開(kāi)材料試驗(yàn)機(jī)是無(wú)法進(jìn)行的。1.2、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展和趨勢(shì)1.2.1、國(guó)外萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展國(guó)外電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)經(jīng)過(guò)四十年的發(fā)展，先后推出四代產(chǎn)品，即：第一代為電子管與晶體管模擬時(shí)代，第二代為集成電路模擬時(shí)

5、代，第三代為數(shù)字時(shí)代，第四代為計(jì)算機(jī)時(shí)代。比較有代表性的廠家有英國(guó)的英斯特朗公司和日本島津制作所。英斯特朗公司生產(chǎn)的第一代產(chǎn)品是l 110系列第二代產(chǎn)品是1190系列，第三代產(chǎn)品是1100、600O裊列。第四代產(chǎn)品是4500系列(精密型)和40(H)(4200、4300)系列(標(biāo)準(zhǔn)型)。島津制作所生產(chǎn)的第一代產(chǎn)品是1s系列第二代產(chǎn)品是DSS系列第三代產(chǎn)品A GA、B、C系列，第四代產(chǎn)品是AGE系列。圖 1 英斯特朗產(chǎn)品圖 2 島津AGS-X產(chǎn)品1.2.3、本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容以及主要技術(shù)指標(biāo)本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械部分，機(jī)械部分分為加載部分、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在材料試驗(yàn)機(jī)的結(jié)

6、構(gòu)設(shè)計(jì)以及關(guān)鍵零件的強(qiáng)度和剛度的校核。本次設(shè)計(jì)主要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)有：1、最大試驗(yàn)力：100kN 2、橫梁速度范圍：0.005mm/min500mm/min無(wú)級(jí)；任意設(shè)定 3、試驗(yàn)空間寬度：600mm 4、外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：1520mm×840mm×2125mm 5、整機(jī)形式：立式 二、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的總體設(shè)計(jì)2.1 加載方式：加載方式可以選用以下幾種方式：液壓加載機(jī)械加載現(xiàn)在分別討論：液壓加載：采用如下圖所示的液壓傳動(dòng)，它具有以下特點(diǎn)：當(dāng)電磁換向閥5置于中位時(shí)，液壓缸位置保持不動(dòng)；當(dāng)電磁換向閥5置于左位時(shí)，液壓缸處于工進(jìn)狀態(tài)；當(dāng)電磁換向閥5置于右位

7、時(shí)，液壓缸處于快退狀態(tài)；同時(shí)，儲(chǔ)能元件4能及時(shí)吸收多余的能量，并在原動(dòng)件能量提供不足時(shí)釋放能量，與溢流閥2配合保持系統(tǒng)的恒壓；可變液壓泵1能根據(jù)使用要求提供數(shù)值上連續(xù)的壓力油若要生成扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以使用搖擺式液壓缸，若要生成直線運(yùn)動(dòng)則可以使用柱塞式液壓缸機(jī)械加載用于生成上下直線運(yùn)動(dòng)的方案：凸輪傳動(dòng)，如下圖所示：圖2-1 凸輪機(jī)構(gòu)加載方案圖優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,緊湊缺點(diǎn)：由于點(diǎn)線接觸,易磨損，從動(dòng)件行程不易過(guò)大曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖2-3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)加載方案圖特點(diǎn)：曲軸雙端支承，受力好；滑塊行程較大，行程不可調(diào)。大型曲軸鍛造困難，受彎、扭作用，制造要求高。滾珠絲桿機(jī)構(gòu)：當(dāng)絲桿傳動(dòng)時(shí)帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，為防止?jié)L

8、珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成的循環(huán)返回滾道，從而形成滾珠流動(dòng)的閉合通道。圖2-4 滾珠絲桿機(jī)構(gòu)加載方案圖特點(diǎn)：摩擦阻力矩小，傳動(dòng)效率高，軸向剛度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高，不易磨損，使用壽命長(zhǎng)。用于生成扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方案：齒輪傳動(dòng)圖2-5 齒輪加載方案圖特點(diǎn)：能夠傳遞任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，傳動(dòng)平穩(wěn)、可靠，效率高，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊 傳動(dòng)速度和功率范圍廣。但需要專門(mén)設(shè)備制造，加工精度和安裝精度較高，且不適 宜遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。 渦輪蝸桿傳動(dòng)圖2-6 渦輪蝸桿加載方案圖特點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)緊湊、并能獲得很大的傳動(dòng)比，一般傳動(dòng)比為7-80。2) 工作平穩(wěn)無(wú)噪音3) 傳動(dòng)功率范圍

9、大4）可以自鎖5）傳動(dòng)效率低 齒輪齒條機(jī)構(gòu)：圖2-7 齒輪齒條加載方案圖特點(diǎn)：這樣的機(jī)構(gòu)可以反向驅(qū)動(dòng)，也就是齒條做直線運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，適合大距離的傳遞，如機(jī)床導(dǎo)軌底下帶動(dòng)托板箱移動(dòng)的就是齒輪齒條傳動(dòng)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)需要外加鎖緊裝置，因?yàn)辇X輪齒條機(jī)構(gòu)不能自鎖。2.2 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)同步齒式帶傳動(dòng)，其特點(diǎn)有：1、無(wú)打滑現(xiàn)象，傳動(dòng)比穩(wěn)定不變2、可以用于速度較高的場(chǎng)合3、傳動(dòng)效率較高4、結(jié)構(gòu)緊湊，耐磨性好齒輪傳動(dòng)，其特點(diǎn)如前所述鏈傳動(dòng)，其特點(diǎn)有：1、無(wú)彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過(guò)載能力強(qiáng)，相同工況下的傳動(dòng)尺寸??；2、所需張緊力小，作用于軸上的壓力??；3、能在高

10、溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。4、僅能用于兩平行軸間的傳動(dòng)；5、成本高，易磨損，易伸長(zhǎng)，傳動(dòng)平穩(wěn)性差，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加動(dòng)載荷、振動(dòng)、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動(dòng)中。2.3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案選擇綜上加載方案和傳動(dòng)方案的選擇，可以設(shè)計(jì)以下幾種總體結(jié)構(gòu)方案：電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力后通過(guò)減速箱帶動(dòng)帶運(yùn)動(dòng)，由帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)與絲杠配合的絲杠螺母則帶動(dòng)上橫梁上下運(yùn)動(dòng)。下夾具通過(guò)離合器與減速箱電動(dòng)機(jī)連在一起產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而上夾具則是固定在試驗(yàn)臺(tái)上。該方案具有下述特點(diǎn)：（1）傳動(dòng)精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象 滾動(dòng)絲杠傳動(dòng)基本上是滾動(dòng)摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小幾乎與運(yùn)動(dòng)速度完全無(wú)關(guān)

11、，這樣就可以保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，且不會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象（其靜摩擦系數(shù)與動(dòng)摩擦系數(shù)相差極?。?。（2）有可逆性 滾珠絲杠摩擦損失小，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（3）成本高 滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高，光潔度要求也較高，故制造成本高。（4）絲桿機(jī)構(gòu)不能自鎖 特別是垂直絲杠，由于自重慣性力的關(guān)系，運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)停止后不能自鎖，需加制動(dòng)裝置。（5）帶傳動(dòng)不能保持恒定的傳動(dòng)比。電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力后通過(guò)減速箱，再經(jīng)過(guò)渦輪蝸桿的傳動(dòng)，帶動(dòng)圓錐齒輪運(yùn)動(dòng)，由圓錐齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)與絲杠配合的絲杠螺母則帶動(dòng)上橫梁上下運(yùn)動(dòng)。下夾具通過(guò)離合器與減速箱電動(dòng)機(jī)連在一起產(chǎn)生

12、扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而上夾具則是固定在試驗(yàn)臺(tái)上。該方案采取了圓錐齒輪傳動(dòng)，可以使絲桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自鎖，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沖擊較小。 液壓系統(tǒng)帶動(dòng)上橫梁上下運(yùn)動(dòng)。下夾具通過(guò)離合器與減速箱電動(dòng)機(jī)連在一起產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而上夾具則是固定在試驗(yàn)臺(tái)上。該方案由于采用了液壓驅(qū)動(dòng)，故有以下特點(diǎn)：（1）液壓傳動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)變速，工作平穩(wěn)；同功率時(shí)液壓裝置體積小、質(zhì)量輕；（2）液體為工作介質(zhì)易泄露，造成污染；油液可壓縮故傳動(dòng)比不準(zhǔn)確；傳動(dòng)過(guò)程中損失較大，效率較低；（3）液壓傳動(dòng)對(duì)油溫和負(fù)載變化極為敏感，對(duì)外部環(huán)境要求較高；（4）液壓元件精度高，造價(jià)高；（5）液壓傳動(dòng)一旦出現(xiàn)故障時(shí)不易追查原因，不易迅速排除。綜合考慮上述方案，并綜合市場(chǎng)

13、上主流選擇，我采用方案二作為最終選擇。三、設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇：由設(shè)計(jì)要求有最大試驗(yàn)力為100kN以及橫梁速度最大為500mm/min，求得有效功率P=F×V100×103×=833W式中：P有效功率，W；F試驗(yàn)機(jī)輸出力，N；V絲杠速度，m/s電機(jī)功率在傳遞過(guò)程中必然有一定的損失。參閱機(jī)械工程手冊(cè)可知，絲杠與絲杠螺母間傳動(dòng)效率為0.9，錐齒輪傳動(dòng)效率為0.94，渦輪蝸桿傳動(dòng)效率為0.9，其他聯(lián)結(jié)件傳動(dòng)效率為0.9。故總=蝸絲桿齒其他=0.9×0.9×0.94×0.9=0.677所以P電機(jī)=1230W上式中 P 試驗(yàn)機(jī)有效

14、功率 P電機(jī)試驗(yàn)機(jī)所需功率 試驗(yàn)機(jī)總效率而設(shè)計(jì)要求試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，故可采用三相異步電動(dòng)機(jī)，查詢?cè)O(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為YVP90L-4該電機(jī)的主要參數(shù)為： 額定功率 P=1.5 Kw ；額定電流 3.8 A ；額定轉(zhuǎn)矩 10 Nm ； 同步轉(zhuǎn)速 1500 r/min；3.2 傳動(dòng)比的分配與選擇：查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇螺距為10mm的普通絲桿則絲桿傳動(dòng)螺桿最大轉(zhuǎn)速為：nw=50r/min而前面選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500r/min,則總傳動(dòng)比為：i=30又有：i= i箱i蝸i齒綜合考慮各傳動(dòng)比合理范圍，不妨選擇i箱 =2，i蝸=10，i齒=1.53.3 錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算：由

15、設(shè)計(jì)要求可以知，錐齒輪最大輸入功率 P2=P3=443.6W錐齒輪輸入轉(zhuǎn)速 n2=n3=75r/min傳動(dòng)比 i=1.5預(yù)定使用時(shí)間 5年3.3.1 選材、熱處理、選齒數(shù)查詢機(jī)械設(shè)計(jì)，可以選取小齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)至230HBS；大齒輪45鋼，正火至190HBS，均取8級(jí)精度。 確定齒數(shù)z (1)選z1=35,z2=1.5×35=52.5,取z2=53； (2)計(jì)算u=z1/z2=53/35=1.51； (3) i=0.0067<0.05，符合要求3.3.2 按接觸強(qiáng)度計(jì)算查詢機(jī)械設(shè)計(jì)，接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式為以下計(jì)算公式中各參數(shù)：1計(jì)算 T1=9.55=5.6×10

16、4N.mm2計(jì)算 (1)由機(jī)械設(shè)計(jì)選取使用系數(shù)KA=1.0(2)試選動(dòng)載荷系數(shù)Kv記Kvt試選Kvt=1.18(3)取R =0.3值, 則dm=0.32(4)由圖4-45，查機(jī)械設(shè)計(jì)得齒向載荷分布系數(shù)K=1.1(5)計(jì)算3彈性系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)查得ZE=189.84節(jié)點(diǎn)系數(shù)查得ZH=2.55許用應(yīng)力KHN(1)由所選材料，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得=570MPa, =460MPa(2)由已知條件計(jì)算N1=60n1t=60×75×5×300×24=1.62×108 N2=1.07×108(3)查得壽命系數(shù)KHN1=1.02 KHN2=1.04(4)查

17、得安全系數(shù)SH=1(5)計(jì)算得592MPa 代入小值計(jì)算。(6)計(jì)算=64.48mm6由于Kvt 為試選所得，下面對(duì)前面所得到的d1進(jìn)行檢驗(yàn)。（1）模數(shù) m=1.84 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取m=2mm（2）按幾何關(guān)系計(jì)算d1 d1t=mz1=2×35=70mm dm1=d1(1-0.5R)=59.5 mm（3）圓周速度vm=0.23m/s查得KV=1.10（4）校對(duì)d1： d1=70=68.38mm與d1t相差不大，不需要重算。3.3.3 按齒根彎曲強(qiáng)度校核查機(jī)械設(shè)計(jì)得計(jì)算公式：下面計(jì)算式中的參數(shù)：1計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 則：=33.7º而：=90 º-=56.3 º

18、所以：0.555那么當(dāng)量齒數(shù)：=42.07=95.502由當(dāng)量齒數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)得齒形系數(shù)、=2.19，齒根應(yīng)力修正系數(shù)、。3確定m (1)查機(jī)械設(shè)計(jì)得 =420MPa 、=380MPa(2)查得KFN1=0.89, KFN2=0.87(3)取安全系數(shù).2(4)計(jì)算=311.5MPa=282MPa (5)分別計(jì)算大小齒輪的值 小齒輪=0.01276，大齒輪=0.01390 比較，有 >故取大齒輪值代入計(jì)算=1.66mm這說(shuō)明m=2mm符合齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件。3.3.4 幾何尺寸計(jì)算1分度圓直徑d1=mz1=70mm d2=mz2=106mm2節(jié)錐角 則：=33.7º而：=90 &

19、#186;-=56.3 º3節(jié)錐距R=63.68mm4齒寬b b=RR=18.9mm就近取整，取b=20 mm5齒頂高h(yuǎn)a1=m=2 mm6齒根高h(yuǎn)f1=1.2m=2.4mm7齒頂圓直徑da1=d1+2ha1cos1=70+2×2×0.823=73.3mmda2=d2+2ha2cos2=106+2×2×0.555=108.2mm3.4 渦輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算由設(shè)計(jì)要求可以知，渦輪蝸桿最大輸入功率 P= =492.9W渦輪最大轉(zhuǎn)速 n2=75 r/min蝸桿最大轉(zhuǎn)速 n1=750r/min傳動(dòng)比 i=10預(yù)定使用時(shí)間 5年（36000工時(shí)）3.4.1

20、 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù)GB/T 10085-1998的推薦，采用漸開(kāi)線渦輪3.4.2 渦輪蝸桿材料的選擇考慮到蝸桿速度不大，選擇蝸桿材料為45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故將其淬火至50HRC。渦輪材料為鑄造錫青銅（ZCuSn10P1），金屬模鑄造。3.4.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。查詢機(jī)械設(shè)計(jì)，傳動(dòng)中心距計(jì)算公式為：a以下確定各個(gè)參數(shù)：1、確定作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩T2按Z1=4，估取效率=0.9，則T2=9.55×106×=9.55×106×=5.65×104N

21、.mm2、確定載荷系數(shù)K=KKA KV因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分配不均系數(shù)K=1，查機(jī)械設(shè)計(jì)選取使用系數(shù)KA =1.15，又因轉(zhuǎn)速不太高，沖擊不大，取動(dòng)載系數(shù)KV =1.08則：K=KKA KV =1×1.15×1.08=1.2423、確定彈性影響系數(shù)因選取鑄造錫青銅與45鋼的配合，故ZE=1604、確定接觸系數(shù)Z先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.35，從機(jī)械設(shè)計(jì)中可查得接觸系數(shù)Z=2.95、確定許用接觸應(yīng)力H 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSnlOP1，金屬模鑄造，蝸桿硬度>45HRC,可查得鑄錫青銅蝸輪的基本許用應(yīng)力H'=268M

22、Pa。應(yīng)力循環(huán)系數(shù) N=60jn2Lh=1.62×108壽命系數(shù)KHN=0.0.71則H=H' KHN=189.21MPa6、計(jì)算中心距a=75.01mm查表取中心距a=100mm，又根據(jù) i=6，查詢機(jī)械設(shè)計(jì)取模數(shù)m=4mm，蝸桿分度圓直徑d1=40mm，分度圓導(dǎo)程角=21°4805。這時(shí)d1/a=0.4，查得接觸系數(shù)Z'=2.7，因?yàn)閆'<Z，因此以上計(jì)算結(jié)果可用3.4.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸1、蝸桿主要參數(shù)與幾何尺寸軸向齒距Pa=m=12.56mm；直徑系數(shù)q=10mm；齒頂圓直徑da1=d1+2m=48mm；齒根圓直徑df1

23、=d1-2.4m=30.4mm；蝸桿軸向齒厚sa=m =6.28mm。蝸桿齒寬：b1(12.5+0.1z1)m=51.6mm,取b1=52mm2、蝸輪主要參數(shù)與幾何尺寸蝸輪齒數(shù)z2=41；蝸輪分度圓直徑 d2=mz2=164mm變位系數(shù)x2=-0.5蝸輪喉圓直徑 da2=d2+2(m-0.5) =168mm蝸輪齒根圓直徑 df2=m(z2-2.4)=148.8 mm蝸輪咽喉母圓半徑 rg2=a-da2= 16mm蝸輪齒寬B<0.67da1=32.16mm,取B=30mm3.4.5校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式1、當(dāng)量齒數(shù)Zv2=43.48 根據(jù)x2=-0.5,，Zv2=43.48，查機(jī)械設(shè)

24、計(jì)得齒形系數(shù)YFa=2.36。2、螺旋角系數(shù) 3、查機(jī)械設(shè)計(jì)得由ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力F=56MPa。壽命系數(shù)KFN=0.73那么：F=F KFN=41.10MPa4、代入計(jì)算公式中算得F = 8.87MPa彎曲強(qiáng)度是滿足的。3.4.6驗(yàn)算效率:查機(jī)械設(shè)計(jì)有，效率公式為：已知：=21°4805，而與相對(duì)滑動(dòng)速度vs有關(guān)。 =1.6m/s查機(jī)械設(shè)計(jì)得 fv=0.024，=1°22，代入式中得=0.89，與原估計(jì)值差別不大，因此不需要重新計(jì)算重算。3.5 滾珠絲桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.5.1 計(jì)算工作壓強(qiáng)：1、螺母的軸向位移： (3-14)式中： 是螺桿轉(zhuǎn)角

25、，rad；s是導(dǎo)程，mm；p是螺距，mm；x是螺紋線數(shù)； 令該螺紋為單雙線螺紋，則x1；由于試驗(yàn)機(jī)整體高度為2125mm，故取絲杠移動(dòng)距離為968mm，又要留下一定的余量，可令螺紋長(zhǎng)度L810mm；設(shè)計(jì)使螺紋移動(dòng)l=810 mm時(shí)，手輪轉(zhuǎn)動(dòng)81圈，即：81= p=10 由此可知：s=px=10 mm 2、選取螺桿-螺母材料分別為鋼-青銅查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，螺紋中徑應(yīng)滿足： d2 式中： 是螺母形式參數(shù)，整體式螺母取1.22.5，分體式螺母取2.53.5,取=2pp是螺紋副許用壓強(qiáng)，N/mm2,可取pp =9； 帶入數(shù)據(jù)，有：d2=59.63mm 故取d2=65mm ；3、螺母高度： H=d2=1

26、30mm 4、旋和圈數(shù)：n=13（12,16），符合要求5、基本牙型高度：H1=0.5P=5mm 6、工作壓強(qiáng)：P=7.54<pp 工作壓強(qiáng)滿足要求。7、查表得其摩擦系數(shù)f為0.080.10為了保證自鎖，螺紋升角: 4.57°8、螺紋牙根部的寬度：b=0.65p=6.5mm3.6.2靜載荷計(jì)算查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得基本額定靜載荷特性值K0計(jì)算公式：K0=其中：=式中：DW為鋼球直徑，取DW=4mm；為螺桿滾道曲率半徑，取=7.14mm；是接觸角，取=45°；dm是滾動(dòng)螺旋公稱直徑，取dm=8mm。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，有基本額定靜載荷公式：C0a=K0iDwsin 代入計(jì)算有C

27、0a =8.2×106靜載荷條件C0aKFKHF=1.2×1.67×200×106=4×108上不等式滿足，故合格。3.5.3 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算T=9.55×106×=9.55×106×=8.4×104 N.mm則根據(jù)第四強(qiáng)度理論：=40.13MPa查表得=4060MPa符合強(qiáng)度要求。3.5.4壽命計(jì)算Ca以下計(jì)算各參數(shù)：1、螺母接觸系數(shù) fM=0.76 2、螺桿接觸系數(shù)fs=0.81 3、壽命系數(shù)Kh= 4、轉(zhuǎn)速系數(shù)Kn= 5、查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)有：載荷系數(shù)KF=1.2, 硬度影響系數(shù)KH=1.67

28、，短行程系數(shù)K1=1.06。6、代入計(jì)算公式有：Ca=4.1×105 N965400N故滿足壽命條件。3.6 圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算3.6.1 選擇精度等級(jí)、材料、齒數(shù)（1）該試驗(yàn)機(jī)為一般工作機(jī)，選擇7級(jí)精度（2）查詢機(jī)械設(shè)計(jì)，選取小齒輪材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理至硬度為280HBS,大齒輪為45鋼，調(diào)質(zhì)處理至240HBS(3)選擇小齒輪齒數(shù)為19，由傳動(dòng)比i=2有：z2=iz1=38,取z2=37,則實(shí)際傳動(dòng)比i=37/19=1.95,誤差為=0.025<0.05符合要求3.6.2 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算(1)確定公式里的各參數(shù)值試選載荷系數(shù)Kt=1.3計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩由于小齒輪呈懸臂狀，查機(jī)械設(shè)計(jì)選取齒寬系數(shù)=0.51查表選取材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8查表有