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1、 回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備-機(jī)械裝置設(shè)計(jì) 摘要 工業(yè)化的快速發(fā)展，對(duì)各類零部件的質(zhì)量提出了更高的要求，尤其是一些用在重要地方比方核電和壓力容器上的零件，他們的產(chǎn)品是否安全不但影響自身設(shè)備的安全，而且一旦發(fā)生事故，還會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境和人員造成傷害。因此如何在產(chǎn)品加工成型前就檢測(cè)出他的缺陷，并且采取一定的措施就顯得極為迫切和必要。 本設(shè)計(jì)采用無損探測(cè)超聲波檢測(cè)技術(shù)，可以對(duì)回轉(zhuǎn)件在軸向和徑向進(jìn)行同步檢測(cè)，還可以根據(jù)檢測(cè)面的變化，對(duì)檢測(cè)探頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)體在三爪卡盤里邊裝夾完成，主傳動(dòng)電機(jī)開始啟動(dòng)，帶動(dòng)三爪卡盤和回轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)探頭在電動(dòng)滑臺(tái)的帶動(dòng)下分別做水平或者直線運(yùn)動(dòng)，隨著回轉(zhuǎn)體的

2、旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)探頭的軸向和徑向運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)回轉(zhuǎn)體的完成掃描和檢測(cè)，避免了缺陷遺漏，提高了檢測(cè)精度和效率。 本次設(shè)計(jì)不但進(jìn)行了回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)和開發(fā)，繪制了二維和三維圖紙，還對(duì)重要的部件如電機(jī)、齒輪、軸、滾珠絲杠等進(jìn)行了計(jì)算和校核。 關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)件；超聲；三爪卡盤；電動(dòng)滑臺(tái) Design of ultrasonic testing equipment and mechanical device for rotary parts ABSTRACT The rapid development of industrialization, the quality

3、 of various parts of the proposed higher requirements, especially some components for use in important places such as nuclear power and pressure vessel, their products whether security not only affects the safety of the device itself, and in the event of an accident, but also to the surrounding envi

4、ronment and personnel damage. So it is very urgent and necessary that how to detect the defects before the product is processed and formed. This design uses nondestructive detection ultrasonic detection technology, can be on the rotary parts in the axial and radial synchronous detection, but also a

5、ccording to the detection of changes in the detection of the probe to rotate. Of the rotary body and inside the three jaw chuck clamping to complete, main drive motor is started, drives a three jaw chuck and the rotary body rotates, the detector will make the level or linear motion separately under

6、the drive of the electric slide, with the rotation of the rotary body, probe for detecting axial and radial movement can achieve complete scanning and detection of the rotary body, avoids the defects of omission, to improve the detection accuracy and efficiency. This design not only for rotary ultr

7、asonic testing equipment machinery and equipment design and development, drawing the 2D and 3D drawing, the important components such as the motor, gear, shaft, ball screw of the calculation and verification Key words: rotary parts; ultrasound; three jaw chuck; electric slide 目錄 第一章 緒論 1 1.1 研

8、究背景及意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.3 主要工作內(nèi)容 2 第二章 整體方案設(shè)計(jì) 4 第三章 回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備原理 6 第四章 關(guān)鍵零部件計(jì)算 9 4.1電機(jī)的選擇 9 4.2 減速器的選擇 9 4.3 傳動(dòng)軸上斜齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 10 4.3.1. 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 10 4.3.2. 齒輪的材料及其選擇原則 10 4.3.3. 輪齒傳動(dòng)的計(jì)算載荷 11 4.3.5. 本機(jī)構(gòu)中齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核 11 4.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 16 4.4.1軸的設(shè)計(jì)概述 16 4.4.2 主軸的設(shè)計(jì)及校核 18 4.4.3第二根軸的強(qiáng)度校核 19

9、4.5 聯(lián)軸器、鍵連接的選擇 22 4.5.1 聯(lián)軸器的選擇 22 4.5.2 鍵連接的選擇 22 4.6電動(dòng)滑臺(tái)絲杠選擇和計(jì)算 22 總結(jié) 28 參考文獻(xiàn) 30 致謝 34 第一章 緒論 1.1 研究背景及意義 隨著工業(yè)化發(fā)展，對(duì)各個(gè)零部件的精度和產(chǎn)品質(zhì)量本身提出了更高要求，如何在產(chǎn)品加工成型前就檢測(cè)出他的缺陷，不但可以提高產(chǎn)品的合格率，而且能節(jié)省成本，于是無損檢測(cè)技術(shù)在目前得到了快速發(fā)展。 　　 超聲波無損檢測(cè)（UT）技術(shù)是一個(gè)五個(gè)常規(guī)檢測(cè)技術(shù)與其它常規(guī)無損檢測(cè)橄欖技術(shù)相比，它具有一個(gè)對(duì)象能夠在很寬的范圍內(nèi)，測(cè)量的探測(cè)深度：準(zhǔn)確定位缺陷。檢測(cè)靈敏度高：成本

10、低，使用方便快捷，對(duì)人體無害，使用方便等特點(diǎn)。因此，超聲波無損檢測(cè)技術(shù)是應(yīng)用最廣泛、使用率最高的一種無損檢測(cè)技術(shù)，它體現(xiàn)在各個(gè)階段的改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、制造、產(chǎn)品檢驗(yàn)、設(shè)備服務(wù)等方面，都體現(xiàn)了為了保證機(jī)械零件的可靠性和安全性。超聲波探傷的數(shù)量是世界上首屈一指的，非破壞性測(cè)試書籍、材料和文件的數(shù)量在世界各國(guó)出版的。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，每年約有3000的外國(guó)文學(xué)對(duì)非破壞性測(cè)試，所有的文獻(xiàn)資料，對(duì)超聲無損檢測(cè)的內(nèi)容約為45%。前世界無損檢測(cè)會(huì)議論文都包含在超聲波檢測(cè)遙遙領(lǐng)先于其他檢測(cè)方法的相關(guān)論文的數(shù)量，尤其是在十月于羅馬舉行的2000世界第十五無損663論文檢測(cè)會(huì)議（世界無損檢測(cè)大會(huì)）和超聲波

11、測(cè)試占250（分布在2000世界無損檢測(cè)大會(huì)會(huì)議收集。所有這些都顯示了超聲無損檢測(cè)的研究動(dòng)力及其在無損檢測(cè)中的重要地位　　 UT檢測(cè)技術(shù)為一體的5大常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)之一被廣泛使用。隨著數(shù)字技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字勘探儀器的使用已經(jīng)比較廣泛，但目前的數(shù)字探傷儀仍在使用。手動(dòng)操作的方式，檢測(cè)大工件，耗時(shí)，自動(dòng)化程度低，在一定程度上，測(cè)試的質(zhì)量與操作者的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任水平有關(guān)。什么時(shí)候之前，數(shù)字自動(dòng)探傷系統(tǒng)已成為無損檢測(cè)發(fā)展的主要方向，但對(duì)大型回轉(zhuǎn)體零件的自動(dòng)探傷還很難實(shí)現(xiàn)。 大型旋轉(zhuǎn)部分（通常是1米的直徑，超過10米長(zhǎng)）的狀態(tài)主要建筑設(shè)備的核心部件。國(guó)內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)，通常鍛件粗加工和精加工前、

12、后的超聲波檢測(cè)。這具有一定程度的軸向和徑向的加工階段的大回轉(zhuǎn)零件，利用刀具載體來實(shí)現(xiàn)對(duì)車床上探頭的自動(dòng)定位是很困難的。國(guó)外同類產(chǎn)品生產(chǎn)公司的主要產(chǎn)品和研究美國(guó)泛美公司（浸水），加拿大的科技K，德國(guó)K [ [ 2L公司研發(fā)，但相應(yīng)的超自動(dòng)檢測(cè)的大型旋轉(zhuǎn)部件的技術(shù)還處于保密階段。一些國(guó)內(nèi)近年來，高校科研機(jī)構(gòu)開展了超聲波自動(dòng)檢測(cè)的研究，重點(diǎn)是對(duì)各種數(shù)字超聲波檢測(cè)設(shè)備和超聲波發(fā)射/采集卡，但大型旋轉(zhuǎn)件在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究報(bào)道。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 利用超聲波技術(shù)對(duì)回轉(zhuǎn)體在無損檢測(cè)內(nèi)部缺陷開始在第二十世紀(jì)，30s后，在許多行業(yè)，如制造超聲波無損檢測(cè)技術(shù)取得了很好的效果。隨著新技術(shù)與計(jì)算機(jī)

13、技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和圖像處理技術(shù)相結(jié)合，超聲波無損檢測(cè)技術(shù)，由于其獨(dú)特的特點(diǎn)和寬廣領(lǐng)域的適應(yīng)性，使得它成為目前無損檢測(cè)技術(shù)的主要方法，得到了極大的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用，也使得超聲波檢測(cè)技術(shù)與新技術(shù)的發(fā)展。目前，超聲波測(cè)試技術(shù)取得的成果，現(xiàn)在很多方面，例如，新的理論和新技術(shù)的突破，測(cè)量對(duì)象范圍擴(kuò)大，新的超聲波傳感材料得到的應(yīng)用，數(shù)字超聲波探傷儀不斷應(yīng)用和自動(dòng)超聲波檢測(cè)設(shè)備的研究和發(fā)展的表面部分。 1.3 主要工作內(nèi)容 該檢測(cè)設(shè)備能對(duì)回轉(zhuǎn)類零件進(jìn)行超聲自動(dòng)檢測(cè)，具有檢測(cè)工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)功能，檢測(cè)結(jié)果可以進(jìn)行圖形圖像化顯示，還可以進(jìn)行數(shù)字判讀。 設(shè)計(jì)參數(shù)： <1>可檢工件Φ320m

14、m1000mm； <2>X軸行程160mm，Y軸行程1000mm； <3>工件旋轉(zhuǎn)（C 軸），探頭旋轉(zhuǎn)（B軸），探頭沿工件的徑向（X 軸）和軸向進(jìn)給（Z 軸）掃描； <4>實(shí)現(xiàn)X 軸、Z 軸、B 軸三軸聯(lián)動(dòng)； <5>主軸轉(zhuǎn)速范圍為：5～60r/min； <6>進(jìn)給速度：0.5~10mm/r(這里的每轉(zhuǎn)是指工件旋轉(zhuǎn)一周的進(jìn)給量)。 具體工作內(nèi)容： （1）制定總體設(shè)計(jì)方案； （2）設(shè)計(jì)裝配圖； （3）設(shè)計(jì)重要零件工程圖； （4）翻譯外文資料。 8 第2章 整體方案設(shè)計(jì) 大型回轉(zhuǎn)件在核電、壓力容器等領(lǐng)域得到很大應(yīng)用，為保證產(chǎn)品的安全性，內(nèi)部缺陷（如裂紋、夾渣、氣

15、孔等）檢測(cè)一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。目前，該類零件的檢測(cè)由手工超聲波檢驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果往往依賴于員工的經(jīng)驗(yàn)，勞動(dòng)強(qiáng)度高，效率低，可能存在較大的人為誤差回轉(zhuǎn)件人工檢測(cè)主要的缺點(diǎn)： 1）被測(cè)對(duì)象為回轉(zhuǎn)體，手工超聲檢測(cè)不便； 2）被測(cè)對(duì)象外徑比較大，手工超聲檢測(cè)工作量大； 3）被測(cè)對(duì)象結(jié)構(gòu)復(fù)雜（存在多階面），手工超聲檢測(cè)易出現(xiàn)漏檢。 針對(duì)目前回轉(zhuǎn)件由人工檢測(cè)存在的效率低下、誤差較大等問題，本次課題進(jìn)行回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備-機(jī)械裝置設(shè)計(jì)，利用超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)回轉(zhuǎn)件的表面和內(nèi)部進(jìn)行全方位的掃描，并將掃描結(jié)果通過工業(yè)計(jì)算機(jī)顯示屏實(shí)時(shí)顯示，以提醒檢測(cè)人員或者操作人員. 2.1 檢測(cè)原理

16、 無損檢測(cè)是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下，對(duì)被檢驗(yàn)部件的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種檢測(cè)手段 超聲波是高于20000赫茲的聲波，聲波在彈性介質(zhì)中的本質(zhì)是在聲波傳播的形式中，在機(jī)械振動(dòng)中的應(yīng)用是分為功率超聲和超聲檢測(cè)。它良好的方向性，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的能量，在密度較大的固體和液體的傳輸距離。 超聲波的特點(diǎn)： 1、超聲波能在特定方向上集中，在介質(zhì)中沿直線方向，具有良好的指向性。 2、超聲波在介質(zhì)中的傳播過程中，會(huì)出現(xiàn)衰減和散射。 3、超聲波在非均勻介質(zhì)中的界面會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換。通過利用這些特性，可以得到缺陷界面的反射波，從而達(dá)到檢測(cè)缺陷的目的。 4，超聲波能

17、量遠(yuǎn)大于聲波。 5、超聲波在固體中的傳輸損耗很小，探測(cè)深度較大，由于超聲波在異質(zhì)界面會(huì)出現(xiàn)反射、折射等現(xiàn)象，尤其不能通過氣固界面。如果金屬（氣體）或包含，裂紋，分層和其他缺陷，超聲波傳播到金屬之間的界面和缺陷，所有或部分的反射。超聲波的反射是由探頭接收的，通過儀器內(nèi)部的電路處理，在儀器的屏幕上會(huì)顯示出不同的高度和一定距離的波形。根據(jù)波形的變化特征，可以判斷缺陷的深度、位置和形狀。 超聲波探傷具有厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對(duì)人體無害的優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)缺陷進(jìn)行定位和定量分析。缺陷檢測(cè)的超聲波探傷不直觀，檢測(cè)技術(shù)難度高，容易受到主觀和客觀因素的影響，且檢測(cè)結(jié)果不易保存，超聲波探傷要求工作表面

18、光滑、檢測(cè)人員豐富的經(jīng)驗(yàn)找出缺陷類型，適合較大厚度零件檢測(cè)，超聲波探傷有其局限性。 第三章 回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備原理 回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備圖如3.1所示。需要檢測(cè)的回轉(zhuǎn)件被放置在在三爪卡盤上，通過調(diào)節(jié)三爪卡盤上的螺桿，可以將回轉(zhuǎn)件裝夾住。三爪卡盤的底盤通過螺栓和旋轉(zhuǎn)軸連接在一起，軸在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候帶動(dòng)三爪卡盤一起運(yùn)動(dòng)。安裝檢測(cè)探頭的檢測(cè)機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)在工件旋轉(zhuǎn)的時(shí)候探頭也旋轉(zhuǎn)，探頭可以沿工件的徑向和軸向分別進(jìn)給掃描。 工作順序如下所示： （1） 裝夾回轉(zhuǎn)件 回轉(zhuǎn)件一般都是鍛件或者鑄件，它們的產(chǎn)品缺陷往往很難用肉眼來發(fā)現(xiàn)，他們?cè)谡麄€(gè)產(chǎn)品中的作用一般都很重要，不是做傳動(dòng)軸就是做主要的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，因此

19、對(duì)他們的要求也很高，之前靠老師們的經(jīng)驗(yàn)來判斷，按照現(xiàn)在對(duì)工業(yè)的要求來說已經(jīng)是不行了，因此需要對(duì)回轉(zhuǎn)件利用現(xiàn)代科技進(jìn)行更深入、更精確的檢測(cè)。 利用車間天車或者其它吊具將需要檢測(cè)的回轉(zhuǎn)件放置在三爪卡盤上，通過調(diào)節(jié)三爪卡盤上的螺桿，螺桿可以帶動(dòng)卡塊將回轉(zhuǎn)件裝夾住為下一步工作做好準(zhǔn)備。 （2） 啟動(dòng)主電機(jī)，三爪卡盤帶著回轉(zhuǎn)件也跟著旋轉(zhuǎn) 在回轉(zhuǎn)件被夾持好之后，啟動(dòng)主電機(jī)，主電機(jī)通過聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸1和錐齒輪，將主電機(jī)水平方向的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為豎直方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，三爪卡盤底盤通過螺栓和豎直方向傳動(dòng)軸連接，豎直方向的傳動(dòng)軸帶動(dòng)三爪卡盤一起運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)件也會(huì)隨著主電機(jī)的水平旋轉(zhuǎn)做豎直方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

20、（3） 啟動(dòng)超聲波自動(dòng)掃面機(jī)構(gòu)，進(jìn)行掃面 在以上兩個(gè)動(dòng)作完成，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)后開始進(jìn)行回轉(zhuǎn)件的超聲波掃描，超聲波掃描結(jié)構(gòu)采用電動(dòng)滑臺(tái)機(jī)構(gòu)，電動(dòng)滑臺(tái)能構(gòu)將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，為了保證探頭的測(cè)量精度我們采用了帶有滾珠絲杠方式的電動(dòng)滑臺(tái)?；剞D(zhuǎn)件在做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以通過控制豎直方向的電動(dòng)滑臺(tái)對(duì)回轉(zhuǎn)件的軸向進(jìn)行檢測(cè)，通過控制水平方向的電動(dòng)滑臺(tái)對(duì)回轉(zhuǎn)件的徑向進(jìn)行掃描檢測(cè)，也可以同時(shí)控制水平和豎直方向的電動(dòng)滑臺(tái)同時(shí)對(duì)回轉(zhuǎn)件的軸向和徑向進(jìn)行掃描。 圖3.1 回轉(zhuǎn)件大部分都是不太規(guī)則的，因此在檢測(cè)一個(gè)面之后，往往需要將探頭旋轉(zhuǎn)一定位置，再進(jìn)行檢測(cè)，這時(shí)就需要探頭旋轉(zhuǎn)裝置（如圖示3

21、.1）。 超聲波遇到不同的介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生折射和反射，采用超聲波檢測(cè)時(shí)如果不考慮這些，檢測(cè)的結(jié)果會(huì)有誤差。為了避免這種誤差出現(xiàn)，本次設(shè)計(jì)采用水作為耦合劑，采用通水式浸液法，這樣探頭在發(fā)射和接收超聲波時(shí)都會(huì)很穩(wěn)定，而且探頭和待測(cè)件不直接接觸，也會(huì)減小探頭的磨損（如圖2）所示。 圖3.2 （4） 掃描結(jié)果顯示于顯示屏 在完成回轉(zhuǎn)件的檢測(cè)掃描之后，最主要的是盡快將檢測(cè)結(jié)果傳遞給檢測(cè)人員或者下一道工序的操作人員，以便于對(duì)缺陷進(jìn)行處理。于是我們?cè)跈z測(cè)探頭的上方設(shè)計(jì)了工業(yè)計(jì)算機(jī)，在檢測(cè)掃面的過程中可以實(shí)時(shí)的顯示檢測(cè)結(jié)果，該計(jì)算機(jī)具有實(shí)時(shí)畫

22、面顯示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。 圖3.3 回轉(zhuǎn)體在三爪卡盤里邊裝夾完成，主傳動(dòng)電機(jī)開始啟動(dòng)，帶動(dòng)三爪卡盤和回轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)探頭在電動(dòng)滑臺(tái)的帶動(dòng)下分別做水平或者直線運(yùn)動(dòng)，隨著回轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)探頭的軸向和徑向運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)回轉(zhuǎn)體的完成掃描和檢測(cè)，避免了缺陷遺漏，提高了檢測(cè)精度和效率。 第四章 關(guān)鍵零部件計(jì)算 4.1電機(jī)的選擇 (4-1) (4-2) (4-3) f—軸向進(jìn)給量 mm/min；

23、 (4-4) V—進(jìn)給速度 m/min； 根據(jù)錐齒輪軸功率，轉(zhuǎn)速滾刀，可選配電機(jī)型號(hào)1FT6102-8ABT，額定功率為P =3.8千瓦，相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩T =24.5N.m 4.2 減速器的選擇 根據(jù)電機(jī)類型顯示，電機(jī)額定功率P =3.8千瓦，額定輸出轉(zhuǎn)矩T =24.5Nm，減速可選型號(hào)PS115，減速比4：1，額定輸出130nm的扭矩 1軸： (4-1) 2軸： (4-5) 4.3 傳動(dòng)軸上斜齒輪的設(shè)

24、計(jì)計(jì)算 4.3.1. 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 (1).失效形式 38hrc齒輪；齒輪傳動(dòng)裝置的形式，是開放的，半開放式和封閉式的，使用低速，用不同的齒輪重型齒輪材料高速輕載和熱處理工藝性能更脆（如整體淬火鋼或鑄鐵的非常高的齒輪齒面硬度）或強(qiáng)（例如淬滅，并常高品質(zhì)碳鋼合金鋼齒輪，硬表面（大于350齒輪齒面硬度，并呼吁硬化齒輪）或軟（齒面硬度小于或等于350）的區(qū)別。 (2)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 基于以上分析，我們可以知道，特定的操作條件下的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，必須有足夠的，工作中，為了確保在整個(gè)工作壽命不是由故障引起的相應(yīng)能力。因此，對(duì)于上述的操作條件和失效模式的各個(gè)方面，應(yīng)分別建立相應(yīng)的

25、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但對(duì)于牙齒磨損，塑性變形，通常在債券彎曲牙齒的疲勞強(qiáng)度，在牙齒表面，以確保標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的接觸疲勞強(qiáng)度。為高速，高功率的齒輪，根據(jù)以確保抗粘標(biāo)準(zhǔn)牙齒表面的能力進(jìn)行了計(jì)算。 4.3.2. 齒輪的材料及其選擇原則 失敗表示，在齒輪和齒輪的形式設(shè)計(jì)須齒表面具有高耐磨損性，抗點(diǎn)蝕性，粘合和抗塑性變形能力，所述根部具有斷裂容量高的電阻。因此，齒輪材料的齒面的基本性能要求應(yīng)該不難，有一個(gè)艱難的硬度。 (1).常用的齒輪材料 1)鋼 鋼具有良好的韌性，耐沖擊性，而且通過熱處理或它的機(jī)械性能的化學(xué)處理來改善，提高牙齒表面硬度，這是最適合于制造齒輪。 2）鑄鐵 灰鑄鐵常用于穩(wěn)定運(yùn)行，速度低

26、，功率低。 4.3.3. 輪齒傳動(dòng)的計(jì)算載荷 平均載荷p （單位為N/m）為 (4-6) L——沿齒面的接觸線長(zhǎng)，mm。 (4-7) 4.3.4. 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 (1) 輪齒的受力分析 圓周力與徑向力（單位均為N），由此得 (4-8) (4-9)

27、 (4-10) 式中：——小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，； ——嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，。 上述分析是在驅(qū)動(dòng)齒輪的力，它的力的大小的從動(dòng)鏈輪是相等且相反的。 (2) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 作為齒輪的嚙合，在一對(duì)嚙合區(qū)。此時(shí)的手臂的最大的，但不是最大。因此，彎曲力矩并不是最大的。 齒輪精度不高，由于制造誤差較大，較大的負(fù)載實(shí)際上是在齒輪嚙合齒輪的頂部構(gòu)成的增編。為了方便計(jì)算的抗彎強(qiáng)度，通常在滿負(fù)荷時(shí)對(duì)齒的計(jì)算。當(dāng)然，用這種方法，牙齒的抗彎強(qiáng)度是很強(qiáng)的。 4.3.5. 本機(jī)構(gòu)中齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核 1.初選螺旋角為。 2. 按齒面

28、接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即 (4-11) 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 試選載荷系數(shù) 由表10—7選齒寬系數(shù) 由圖10-26得 (4-12) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本圖10-30 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) (4-13) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (4-14) (4-15) 由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1

29、 (4-16) (4-17) 計(jì)算 試算小齒輪分度圓直徑 (4-18) 計(jì)算圓周速度 (4-19) 計(jì)算齒寬 (4-20) 計(jì)算齒寬與齒高之比 模數(shù) (4-21) 齒高 (4-22) 齒寬齒高比 (4-23) 計(jì)算縱向重合度 (4-24) 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)V=0.64m/s，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù) 斜齒

30、輪 (4-25) 由表10-2查得使用系數(shù) 由 查圖10-13得 故載荷系數(shù) (4-26) 6） (4-27) 計(jì)算模數(shù)m (4-28) 3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 (4-29) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) 計(jì)算彎曲疲勞應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù) (4-30) 計(jì)算載荷系數(shù)

31、 (4-31) 計(jì)算重合度系數(shù) ，由圖10-28得 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) (4-32) (4-33) 查取齒形系數(shù) 由表10-5查得 查取應(yīng)力校正系數(shù)。 由表10-5查得 7）計(jì)算大小齒輪的并加以比較 (4-34) (4-35) 小齒輪的數(shù)值較大 設(shè)計(jì)計(jì)算

32、 (4-36) 取 m=4mm (4-37) 取 則 幾何尺寸計(jì)算 計(jì)算中心距 mm (4-38) 計(jì)算齒輪寬度 (4-39) 按圓整后中心距修正螺旋角 (4-40) 計(jì)算大小齒輪分度圓直徑 (4-41) (4-42) 計(jì)算齒輪寬度 取小齒輪齒寬為140mm，大齒輪齒寬為70mm 4.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.4.1軸的設(shè)計(jì)

33、概述 軸可以根據(jù)不同的條件加以分類。 按受載情況分 彎矩和轉(zhuǎn)矩軸被稱為轉(zhuǎn)軸只提到承受扭力軸;僅經(jīng)受彎曲軸稱為軸。根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀分 橫截面可分為光軸和一個(gè)剖段變化的相等縱軸臺(tái)階軸。 軸故障模式的應(yīng)力特性軸，加工方法軸的尺寸，該材料的機(jī)械性能，該軸，該軸的結(jié)構(gòu)的形狀和相關(guān)的工作環(huán)境的軸。常見的失效形式有： 疲勞斷裂 。 塑性變形或脆性斷裂。 過大的彎曲變形或扭轉(zhuǎn)變形。 高速工作振幅過大。 合理設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)。 正確選擇，設(shè)計(jì)和旋轉(zhuǎn)軸的最精確計(jì)算的疲勞強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算方法;細(xì)長(zhǎng)軸（如蝸桿軸）和高振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算軸的剛性需求，如機(jī)床主軸應(yīng)剛度計(jì)算;對(duì)于高速軸（蒸汽渦輪機(jī)軸）時(shí)，

34、由于諧振的危險(xiǎn)。 根據(jù)各軸的各起不同的作用，軸可分為5個(gè)部分： 頭：與軸聯(lián)軸器和齒輪零件配合 軸頸：軸與軸承相匹配 軸連接：頭和頸軸 最大直徑：定位窄軸領(lǐng) 軸肩：截面尺寸變化 此外，有肩角；軸端倒角、鍵槽結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。 疲勞損傷是長(zhǎng)期緊張的主要失效形式。因此，該軸的材料要求具有良好的強(qiáng)度，韌性和滑動(dòng)軸件也應(yīng)具有良好的耐磨損性。另外，有必要考慮的應(yīng)力集中的影響。 常見的軸材料有： 35鋼中，高品質(zhì)，低成本的，應(yīng)力集中較不敏感，通過淬火，回火，或者調(diào)質(zhì)處理，以確保機(jī)械性能和表面淬火，回火，以確保耐磨性50,45。對(duì)于輕負(fù)載和不重要軸也可以用來Q235，Q275和其它普通碳鋼。

35、 通常用于高溫合金鋼，高速，重載和結(jié)構(gòu)要求。合金鋼具有較高的機(jī)械性能，但價(jià)格昂貴，應(yīng)力集中更敏感，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中。 球墨鑄鐵耐磨性高，價(jià)格低，但可靠性差，通常在該軸的復(fù)雜的形狀使用，例如曲軸，凸輪軸和類似物。 鉆孔主軸遭受溫和的扭轉(zhuǎn)和彎曲載荷，更高的速度，可以承受一定的沖擊載荷。因此，主軸45可以是粗糙的鋼，并進(jìn)行了一系列的熱處理，以滿足所有的性能要求。軸的軸位定位、固定和周向固定 軸類零件的軸位主要靠肩部和領(lǐng)部來完成。為了保證軸類件緊定位，領(lǐng)寬B = 1.4h，定位套，大小可根據(jù)肩大小。 軸的軸部固定在軸的軸運(yùn)動(dòng)的軸上，這必須用雙向固定。此外，通常的固定軸向措施和軸的一

36、端是可以的軸端部固定器，長(zhǎng)套筒可以是一個(gè)圓形的螺母，裝載是彈性的固定環(huán)，緊固螺釘和固定銷。 常用于一個(gè)固定的方式有一個(gè)關(guān)鍵的連接和干擾的配合。當(dāng)轉(zhuǎn)矩大時(shí)，可將花鍵連接，并將其與平鍵連接和干涉配合連接，可實(shí)現(xiàn)圓周固定。扭矩小，可使用螺釘和銷等。 制造工藝和裝配工藝要求 軸結(jié)構(gòu)的制造工藝要求應(yīng)該盡可能地簡(jiǎn)單，以降低成本。因此，軸倒角尺寸應(yīng)該是相同的;肩部圓角半徑盡可能相似。 如果軸采用多個(gè)單一的債券，債券的寬度應(yīng)盡可能一致，并在過程中與直線。 4.4.2 主軸的設(shè)計(jì)及校核 1）初步確定軸的最小直徑 計(jì)算最小的外徑。選取軸材料為40Cr,局部淬火處理。取,于是得：

37、 (4-43) 計(jì)算公式為： (4-44) 取=0.4 所以，選最小軸徑為45mm。 2） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下： 圖4.1 主軸結(jié)構(gòu)圖 3）主軸的校核 只需校核齒輪所在剖面處的強(qiáng)度 (4-45) 故安全 4.4.3第二根軸的強(qiáng)度校核 P==3.58 (4-46) n (4-47)

38、 初步確定軸的最小直徑 選材料為45鋼時(shí)，取A=110 d (4-48) 該軸無特殊要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼，查得 軸上的載荷 軸上所受力為 轉(zhuǎn)速n 功率 P 齒輪截面處的M 如下所示 載荷 水平面H 垂直面V R R 彎矩M M M 總彎矩M M = = 269000 (4-49) 扭矩T T = (4-50)

39、計(jì)算彎矩M M==289000 (4-51) (4-52) 對(duì) 的碳鋼，承受對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)的 許用應(yīng)力 故安全 圖4.2 力矩圖 4.5 聯(lián)軸器、鍵連接的選擇 4.5.1 聯(lián)軸器的選擇 輸出軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器處的直徑，為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩,查表14-1.考慮到轉(zhuǎn)矩很小，取。則： 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩

40、的條件，查手冊(cè)，選用LX4彈性柱銷型聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為2500Nm。半聯(lián)軸器的孔徑d=40mm。半聯(lián)軸器長(zhǎng)度L=114mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度。 同理，輸入軸的聯(lián)軸器選用LX1彈性柱銷型聯(lián)軸器,孔徑d=16mm半聯(lián)軸器長(zhǎng)度L=42mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度。 4.5.2 鍵連接的選擇 軸上選擇平鍵，分別為14x9x36,14x9x25 4.6電動(dòng)滑臺(tái)絲杠選擇和計(jì)算 對(duì)回轉(zhuǎn)件的徑向和軸向進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，即要求檢測(cè)設(shè)備能在單個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，有要求可以一起聯(lián)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡都為直線方式，如果單獨(dú)設(shè)計(jì)以一套運(yùn)動(dòng)裝置，不但裝置復(fù)雜，投資很大，而且還很難保證檢測(cè)精度，于是本次設(shè)計(jì)我們

41、采用了電動(dòng)滑臺(tái)這樣一個(gè)裝置。電動(dòng)滑臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過滾珠絲杠作為轉(zhuǎn)換元件，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)（如下圖所示）。 滾珠絲杠副在高速或較高速下工作時(shí)，它的失效形式主要是滾道或滾珠表面的疲勞點(diǎn)蝕。滾珠絲杠的抗疲勞點(diǎn)蝕能力主要由額定動(dòng)載荷表示，選定的滾珠絲杠需要滿足額定動(dòng)載荷以及額定靜載荷的要求。 現(xiàn)在分別對(duì)絲杠進(jìn)行計(jì)算 已知數(shù)據(jù):進(jìn)給速度：600mm/min 水平方向承受最大重量：12kg 豎直方向承受最大重量：12KG 電動(dòng)滑臺(tái)的摩擦系數(shù):動(dòng)摩擦系數(shù)μ=0.1 要求壽命20000

42、小時(shí)(壽命十年) 定位精度20μm 計(jì)算 1) 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 因電機(jī)和絲杠直接聯(lián)結(jié)，則 由表查得 代入得， 2)確定當(dāng)量載荷 可求得： 3)確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速 4）預(yù)期額定動(dòng)載荷 ①按預(yù)期工作時(shí)間估算。 按表3-24查得：輕微沖擊取 按表3-22查得：精度等級(jí)1-3取 按表3-23查得：可靠性97%取 已知 得： ②擬采用預(yù)緊滾珠絲杠，按最大負(fù)載計(jì)算， 按表3-25查得：中預(yù)載?。? ，代入得 取以上兩種結(jié)果的最大值 5)確定允許的最小螺紋小徑 ?估算

43、絲杠允許的最大軸向變形量。 已知：重復(fù)定位精度，定位精度 重復(fù)定位精度 定位精度 取兩種結(jié)果的最小值 ?估算最小螺紋底徑 絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定的支承形式 已知：行程為， 有 6）確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào) （1）選內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式法蘭，直筒雙螺母型墊片預(yù)形式 （2） 由計(jì)算出的在樣本中取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD4010-3其相應(yīng)的參數(shù) 7)確定滾珠絲杠副預(yù)緊力 8）行程補(bǔ)償值與與拉伸力 9)預(yù)拉伸力 10)確定滾珠絲杠副支承用的軸承代號(hào)、規(guī)格 本滾珠絲杠副采用兩端固定的支承形式，選背靠背60度角接觸推力軸承，經(jīng)計(jì)算選7602030TV

44、P軸承。其主要參數(shù)為： 11)驗(yàn)算系統(tǒng)剛度 則得 12)驗(yàn)算滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性 13)驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速 16)驗(yàn)算絲杠軸拉壓強(qiáng)度 35 總結(jié) 大學(xué)幾年的學(xué)習(xí)，在幾個(gè)月畢業(yè)設(shè)計(jì)中結(jié)束了，轉(zhuǎn)眼間好幾個(gè)月過去了，在老師的悉心指導(dǎo)下，在同學(xué)的幫助下，經(jīng)過自己的努力，我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此我對(duì)大家表示深深的感謝！ 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備-機(jī)械裝置設(shè)計(jì)，我逐一溫習(xí)了大學(xué)幾年的相關(guān)課程，以扎實(shí)的態(tài)度重新學(xué)習(xí)，使我受益匪淺，之前覺得不重要的知識(shí)點(diǎn)，之前覺得枯燥的公式和理論，在使用時(shí)顯得那么的重要，我懂得了即使復(fù)雜的設(shè)備，即使

45、復(fù)雜的工藝也是對(duì)簡(jiǎn)單東西的疊加和積累。 本次設(shè)計(jì)在查閱資料和撰寫的過程中得到了更多同窗室友的支持，我有疑惑和問題都會(huì)首先跟他們一起討論，在討論過程中大家思想碰撞，產(chǎn)生了美妙的火花，使我有了更多的創(chuàng)作思路，開闊了我的眼界，在這里我也就不一一提名了，只想說謝謝你們，我可愛的同窗， 從上學(xué)開始到現(xiàn)在，我們一直在接觸課本理論知識(shí)，對(duì)于實(shí)踐的東西知之甚少，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)從理論到實(shí)踐的開始，從最初的流失到緩慢的狀態(tài)，再到思想的逐漸清晰，整個(gè)寫作過程難以用語言來表達(dá)。經(jīng)過幾個(gè)月的艱苦工作，畢業(yè)設(shè)計(jì)的緊張和充實(shí)終于結(jié)束了。回憶起這些天的經(jīng)歷和感受，我充滿了感慨，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我有很多難忘的回憶和

46、收獲。 回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備-機(jī)械裝置設(shè)計(jì)是在自己的研究下，在老師的指導(dǎo)下，自主獲取信息，自主思考，確定方案設(shè)計(jì)，可以說運(yùn)用了我國(guó)大學(xué)四年的知識(shí)和專業(yè)課，以前學(xué)過的知識(shí)鞏固了，并獲得了很多設(shè)計(jì)知識(shí)，并獲得了知識(shí)和獨(dú)立思考、學(xué)習(xí)問題分析和解決問題的能力，更有利于未來的學(xué)習(xí)。 我設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備-機(jī)械裝置設(shè)計(jì)涉及很多東西，用了很多材料和加工和安裝方法，增張了我的知識(shí)，用到了許多大學(xué)所學(xué)過的知識(shí)，如《機(jī)械設(shè)計(jì)》，《機(jī)械原理》，《機(jī)械制圖》等明，白了理論和實(shí)踐的統(tǒng)一以及如何在設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)上盡量減少材料用量和節(jié)約資金，降低成本。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所完成的內(nèi)容有： 1. 查閱相關(guān)參考資料，了解

47、超聲檢測(cè)技術(shù)的原理和發(fā)展趨勢(shì)。 2. 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備-機(jī)械裝置設(shè)計(jì)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。分析研究了目前市面上回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備-機(jī)械裝置設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，最終選擇了由三抓卡盤夾持回轉(zhuǎn)件，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。采用水平和豎直電動(dòng)滑臺(tái)相結(jié)合的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，對(duì)回轉(zhuǎn)件進(jìn)行徑向和軸向掃描，進(jìn)行超聲波檢測(cè)。 3、回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備-機(jī)械裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、探頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。分別詳細(xì)的對(duì)樓梯清掃機(jī)器人回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備-機(jī)械裝置進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)分析計(jì)算，對(duì)各個(gè)重要零件進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算和校核。對(duì)探頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的原理進(jìn)行了分析，對(duì)電機(jī)進(jìn)行了計(jì)算和選型。 4、利用SOLIDWORKS軟件和AUTOCAD軟件分別構(gòu)建

48、了回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備-機(jī)械裝置的三維模型，并繪制二維圖。 參考文獻(xiàn) 【１】羅雄彪，陳鐵群．超聲無損檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)．無損檢測(cè)．２００５，２７（３）：１４８－１５２ 【２】許會(huì)芳．小徑管超聲Ｃ掃描方式實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)研究．東南大學(xué)碩士學(xué)位論 文，２００８ 【３】嚴(yán)寒冰，殷國(guó)富，劉小瑩．大型回轉(zhuǎn)體超聲檢測(cè)中缺陷類型的在線識(shí)別．應(yīng)用 基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，２００８，１６（２）：２４７．２５４ 【４】李雄兵．曲面工件自動(dòng)超聲檢測(cè)中若干關(guān)鍵問題的研究．浙江大學(xué)博士學(xué)位論文，２００７ 【5】莫錦秋．超聲掃描成像與分析一透明件超聲檢測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)．浙江大學(xué)博士后出站報(bào)告，１９９９ 【6】

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60、ring Engineering. published in revised form 01.12.2011：103-114. 致謝 春華秋實(shí)，大學(xué)幾年的學(xué)習(xí)，在幾個(gè)月畢業(yè)設(shè)計(jì)中結(jié)束了，轉(zhuǎn)眼間好幾個(gè)月過去了，在老師的悉心指導(dǎo)下，在同學(xué)的幫助下，經(jīng)過自己的努力，我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此我對(duì)大家表示深深的感謝！ 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)件超聲檢測(cè)設(shè)備-機(jī)械裝置設(shè)計(jì)，我逐一溫習(xí)了大學(xué)幾年的相關(guān)課程，以扎實(shí)的態(tài)度重新學(xué)習(xí)，使我受益匪淺，之前覺得不重要的知識(shí)點(diǎn)，之前覺得枯燥的公式和理論，在使用時(shí)顯得那么的重要，我懂得了即使復(fù)雜的設(shè)備，即使復(fù)雜的工藝也是對(duì)簡(jiǎn)單東西的疊加和積累。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)撰寫期間，每當(dāng)我有難題、有疑惑、有困難的時(shí)候，我都去圖書館或者網(wǎng)絡(luò)上查找資料，實(shí)在看不懂了再去向老師請(qǐng)教，老師孜孜不倦的教誨，不怕我嘮嘮叨叨的反復(fù)詢問，給我很深的印象，老師的工作作風(fēng)和對(duì)學(xué)生的熱心幫助使我感受到了極大的溫暖。 本次設(shè)計(jì)在查閱資料和撰寫的過程中得到了更多同窗室友的支持，我有疑惑和問題都會(huì)首先跟他們一起討論，在討論過程中大家思想碰撞，產(chǎn)生了美妙的火花，使我有了更多的創(chuàng)作思路，開闊了我的眼界，在這里我也就不一一提名了，只想說謝謝你們，我可愛的同窗， 很多的話，無法表達(dá)我此時(shí)的感受，最后，讓我送上我最衷心的感謝和誠(chéng)摯的祝福，我最敬愛的老師們和同學(xué)們！