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題目：多功能試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)
一、題目來源及原始數(shù)據(jù)資料
題目來源：由指導(dǎo)教師根據(jù)教學(xué)需要自擬的課題。
原始數(shù)據(jù)資料：（1）相關(guān)教學(xué)數(shù)據(jù)；（2）試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方案等；（3）試驗(yàn)臺(tái)的功能：能做齒輪傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)，并能做皮帶、鏈條等相關(guān)實(shí)驗(yàn)；（4）試驗(yàn)臺(tái)立體尺寸：1500*1000*800
二、畢業(yè)設(shè)計(jì)要求
在機(jī)械專業(yè)的學(xué)習(xí)中，有很多課程需要實(shí)驗(yàn)，如《機(jī)械原理》、《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》和《先進(jìn)制造技術(shù)》等，多功能試驗(yàn)臺(tái)可以為課程提供靈活的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)有的傳動(dòng)進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)出一試驗(yàn)機(jī)架平臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)可以進(jìn)行齒輪傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)和鏈條傳動(dòng)等多種形式的實(shí)驗(yàn)，每種形式各有其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，而且使各種傳動(dòng)形式能互相交換，試驗(yàn)臺(tái)拆卸方便，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，方便學(xué)生進(jìn)行各種機(jī)械方面的實(shí)驗(yàn)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)要求完成多功能傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，主要包括：
1． 現(xiàn)有各種試驗(yàn)臺(tái)的比較分析；
2． 試驗(yàn)臺(tái)機(jī)架的設(shè)計(jì)；
3． 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
4． 繪制試驗(yàn)臺(tái)的裝配圖，繪制重要零件的零件圖；
5. 最終提交：
(1)不少于15000字的設(shè)計(jì)說明書；
(2)工程設(shè)計(jì)圖3張以上（其中至少有1張A2圖）。
三、主要參考文獻(xiàn)
[1] 肖曉萍，基于面向?qū)ο蟮臋C(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)[J]，測(cè)控技術(shù)，2006,(6).
[2] 胡培均， 萬向節(jié)及鏈傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制[J]. 浙江絲綢工學(xué)院學(xué)報(bào)，1997, (12).
[3] 陸責(zé)友等，電加載機(jī)械傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)[J]，吉林工業(yè)大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2002, (3).
[4] 黎成輝， 多功能氣壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)[J], 職業(yè)圈，2007,(8).
[5] 李素敬， 綜合傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)及其國用[J],實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2004,(11).
[6] 楊湘洪，多功能組合齒輪傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)[J]，組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù), 2004,（5）.
[7] 求亮，封閉式帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)[J]，機(jī)電工程，2002，（2）.
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[9] 范清堂，多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)， 中國專利，CN2753448，2006
[10] 王書鵬等，循環(huán)流化床鍋爐大型多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn) [M]，浙江大學(xué)，2010.
[11] 曹玉兵，共直流母線系統(tǒng)加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究[J]，電氣自動(dòng)化，2012,(9).
[12] 魏忠才，CLDT-C材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制與應(yīng)用 [J],實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008,(4).
[13] 游宇，多功能旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障自愈調(diào)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)[J]，北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2006,（1）.
[14] 駱宗安，MMS熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的研制與開發(fā) ，[科技成果]，東北大學(xué)，2009，.
[15] 游宇，高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷與自愈多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制 [M]，北京化工大學(xué)，2005
：
寧XX學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
多功能試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘要
本文主要介紹多功能試驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展?fàn)顩r，多功能試驗(yàn)臺(tái)總體及傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，多功能試驗(yàn)臺(tái)總體方案分析及確定，多功能試驗(yàn)臺(tái)總體及傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容所包含的機(jī)械圖紙的繪制，總體及傳動(dòng)部分的計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)論與建議。
在機(jī)械專業(yè)的學(xué)習(xí)中，有很多課程需要實(shí)驗(yàn)，如《機(jī)械原理》、《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》和《先進(jìn)制造技術(shù)》等，多功能試驗(yàn)臺(tái)可以為課程提供靈活的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)有的傳動(dòng)進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)出一試驗(yàn)機(jī)架平臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)可以進(jìn)行齒輪傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)和鏈條傳動(dòng)等多種形式的實(shí)驗(yàn)，每種形式各有其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，而且使各種傳動(dòng)形式能互相交換，試驗(yàn)臺(tái)拆卸方便，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，方便學(xué)生進(jìn)行各種機(jī)械方面的實(shí)驗(yàn)。
整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力將需要的動(dòng)力傳遞到減速器上，減速器再進(jìn)行分配,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。
本論文研究?jī)?nèi)容：
(1) 多功能試驗(yàn)臺(tái)總體及傳動(dòng)部分總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2) 多功能試驗(yàn)臺(tái)總體及傳動(dòng)部分工作性能分析。
(3)電動(dòng)機(jī)的選擇。
(4) 多功能試驗(yàn)臺(tái)總體及傳動(dòng)部分的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件。
(5)對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(6)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。?
?
關(guān)鍵詞：多功能試驗(yàn)臺(tái)，傳動(dòng)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
59
Abstract
This paper mainly introduces the development of multifunctional test platform, multi function test bed and the overall transmission part structure design principle, analysis of the overall scheme of multi function test bench and the determination of mechanical drawing, drawing the multifunctional test platform overall structure design and the transmission part contains the calculation of the total, and the transmission part of the structural design, conclusions and recommendations.
In the mechanical professional learning, there are many courses need to experiment, such as the principle of "innovation", "mechanical design" and "advanced manufacturing technology" and so on, multifunctional test platform can provide a flexible experimental platform for the curriculum. Through this graduation design, carries on the comparison to the existing transmission, design a test platform of the frame, the test bench can gear drive, belt drive and chain drive and other forms of experiment, each form has its own characteristics, but also makes a variety of transmission test bench to exchange, the disassembly is convenient, flexible operation, to facilitate students a variety of mechanical experiment.
The whole structure is mainly composed of the motor power will need to transfer the power to the reducer, reducer and distribution, improve labor productivity and automation level.
The content of this paper:
(1) part of the overall structural design of multi function test bench and the overall transmission.
(2) performance analysis of multi function test bed and the overall transmission part.
(3) the choice of motor.
(4) transmission system, multi function test bench overall execution part and the transmission part of the.
(5) the design of parts of the design calculation and check.
(6) the assembly drawing and parts drawing assembly drawings and parts drawings design.
Keywords: Design of multi function test bench, transmission, structure design
目 錄
摘要 II
Abstract III
第1章 緒論 1
1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 1
1.2 國外研究現(xiàn)狀 1
1.3 課題設(shè)計(jì)目的和意義 2
第2章 總體參數(shù)的設(shè)計(jì) 4
2.1 多功能試驗(yàn)臺(tái)的工作原理 4
2.2多功能試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力選擇 4
2.3多功能試驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式 4
2.4多功能試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力性能比較 5
2.5多功能試驗(yàn)臺(tái)的組成結(jié)構(gòu) 6
2.6帶傳動(dòng)裝置 6
2.6.1 同步帶介紹 6
2.6.2 同步帶的特點(diǎn) 6
2.6.3 同步帶傳動(dòng)的主要失效形式 7
2.7 減速電機(jī)介紹 9
2.8 電機(jī)的選取 9
2.9 同步帶傳動(dòng)計(jì)算 11
2.9.1 同步帶計(jì)算選型 11
2.9.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 14
2.9.3 同步帶的設(shè)計(jì) 16
2.10 軸的設(shè)計(jì) 16
2.11 鍵的選擇與校核 20
第3章 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 23
3.1 傳送鏈概述 23
3.2 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過程 24
3.2.1 驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 26
3.2.2 鏈輪軸的設(shè)計(jì) 27
3.3 軸承的選型及校核 30
3.4 鏈強(qiáng)度計(jì)算 32
3.4.1 鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性 32
3.4.2 鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷 33
3.4.3 鏈傳動(dòng)的受力分析 34
第4章 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 36
4.1 選擇齒輪材料及精度等級(jí) 36
4.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 36
4.3 鍵的選擇與校核 47
第5章 機(jī)架的設(shè)計(jì) 49
5.1對(duì)機(jī)架結(jié)構(gòu)的基本要求 49
5.2 機(jī)架的結(jié)構(gòu) 50
5.3 橫梁設(shè)計(jì) 51
5.4 機(jī)架的基本尺寸的確定 53
5.5 架子材料的選擇確定 53
5.6 主要梁的強(qiáng)度校核 54
結(jié) 論 56
參考文獻(xiàn) 57
致謝 58
第1章 緒論
1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，是用于測(cè)試和研究機(jī)器傳動(dòng)系統(tǒng)總成部件的設(shè)備。這些總成部件包括變速器、驅(qū)動(dòng)橋、半軸、差速器、主減速器等。它們是機(jī)器的關(guān)鍵組成部分，直接關(guān)系到機(jī)器行駛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。
機(jī)器傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)要發(fā)揮其試驗(yàn)功能，核心部分是試驗(yàn)臺(tái)的控制系統(tǒng)。對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和研究，可以提高整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的控制精度，研究不同工況下的傳動(dòng)部件的加載狀況，確保試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試的穩(wěn)定性和安全性。
一般情況下，試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用來采集試驗(yàn)進(jìn)行中所需要的各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)，以便監(jiān)控試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的工作狀況，并且采集和實(shí)時(shí)顯示所必需觀測(cè)的數(shù)據(jù)量，為試驗(yàn)臺(tái)的閉環(huán)控制創(chuàng)造條件。試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由上位機(jī)發(fā)送指令，通過變頻器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，為傳動(dòng)系統(tǒng)部件的測(cè)試提供動(dòng)力來源。闡述了驅(qū)動(dòng)控制的原理，分析了相關(guān)性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)控制。傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的加載系統(tǒng)，通過變頻器控制負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，模擬機(jī)器在不同路面條件和行駛工況下的阻力狀況，為傳動(dòng)系統(tǒng)部件的測(cè)試施加各種載荷。
機(jī)器傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)是一個(gè)綜合測(cè)試平臺(tái)。規(guī)范試驗(yàn)臺(tái)的硬件和軟件操作一方面能有效地保護(hù)試驗(yàn)臺(tái)的硬件設(shè)施，使試驗(yàn)臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行，另一方面更能充分發(fā)揮試驗(yàn)臺(tái)在傳動(dòng)系統(tǒng)部件測(cè)試中的作用。對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的軟件構(gòu)架上添加保護(hù)功能，能防止試驗(yàn)中因可能出現(xiàn)的過電流造成的變頻器損壞，電機(jī)失控現(xiàn)象等危險(xiǎn)情況。保證試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)人員的安全。
1.2 國外研究現(xiàn)狀
與國外相比，國內(nèi)對(duì)于傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究起步相對(duì)較晚。研究工作始于二十世紀(jì)八十年代初期。國內(nèi)較早從事這方面研究工作的主要單位有北京理工大學(xué)、重慶大學(xué)、鄭州機(jī)械研究所、長(zhǎng)春汽車研究所、西安重型機(jī)械研究所、西安理工大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、四川工業(yè)學(xué)院、西安減速機(jī)廠、西安公路交通大學(xué)等單位。他們先后建立起了各種形式的傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。這些實(shí)驗(yàn)臺(tái)的建立從理論上和實(shí)踐上都取得了很大的進(jìn)步，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，代表著我國機(jī)械傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的發(fā)展水平。
1、2004年同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院建立了基于閉式液壓系統(tǒng)的工程車輛傳動(dòng)系實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系主要由動(dòng)力系統(tǒng)、變量液壓泵、變量液壓馬達(dá)、變速箱、驅(qū)動(dòng)橋及其輪胎組成。加載時(shí)，可在變速箱后連接測(cè)功機(jī)進(jìn)行加載，或者在驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)進(jìn)行加載。電液比例控制的變量液壓泵和電控變量液壓馬達(dá)組成液壓閉式傳動(dòng)系統(tǒng)，變量柱塞泵的斜盤角度可由控制器輸出的PWM控制信號(hào)通過斜盤角度調(diào)節(jié)桿進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)，從而改變液壓泵的排量大小和方向，液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)組成工程車輛傳動(dòng)系實(shí)驗(yàn)臺(tái)。液壓馬達(dá)的排量由控制器輸出開關(guān)信號(hào)進(jìn)行大小兩檔排量的調(diào)節(jié)。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主要由合理匹配動(dòng)力系統(tǒng)、液壓傳動(dòng)、計(jì)算機(jī)控制與顯示、機(jī)械傳動(dòng)等構(gòu)成，主要應(yīng)用于研究工程車輛的動(dòng)力匹配、閉式液壓傳動(dòng)系統(tǒng)性能、變量馬達(dá)和變速箱構(gòu)成的復(fù)合變速系統(tǒng)特性以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在工程車輛傳動(dòng)系的應(yīng)用等。實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)采用Sauer-Danfoss公司生產(chǎn)的MC050型控制器以DSP技術(shù)為核心，具有強(qiáng)大的計(jì)算能力和豐富的I/O資源?？刂破鞯目刂扑惴ǖ木幊毯惋@示器的圖形顯示均基于其功能強(qiáng)大的PLUS+1專用的圖形編程軟件。
(4)自動(dòng)化程度高，配備數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和處理系統(tǒng)；
(5)控制及保護(hù)功能更加完善；
(6)可測(cè)量的技術(shù)參數(shù)越來越多，如電壓、電流，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，溫度，流量、流速，噪聲，場(chǎng)強(qiáng)等；
(7)維護(hù)工作量少，運(yùn)用經(jīng)濟(jì)性好。
從國內(nèi)的現(xiàn)狀看多數(shù)交流傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)屬于能耗型和機(jī)組反饋式試驗(yàn)臺(tái)，即使采用交流異步電機(jī)互饋方式，其功率等級(jí)、控制方法亦難以滿足我國鐵路快速發(fā)展的要求，因此有必要建立一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、功能完備、性能優(yōu)良的交流傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，為交流傳動(dòng)系統(tǒng)及其部件的研發(fā)、制造、試驗(yàn)以及檢驗(yàn)創(chuàng)造良好的條件。
1.3 課題設(shè)計(jì)目的和意義
大學(xué)時(shí)光，悄然逝去。在這四年中，我不僅學(xué)到了自己需要的知識(shí)，同時(shí)也提高了自己的能力。但是，學(xué)到的很多東西畢竟僅僅都是書本上的理論知識(shí)，顯然和實(shí)際有很大的差距。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我可以將自己所學(xué)到的理論知識(shí)更好的與實(shí)際相結(jié)合起來，從中能夠鍛煉我的思維能力，同時(shí)也是對(duì)這幾年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)綜合的運(yùn)用，同時(shí)也為將來要從事的職業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)同樣也是大學(xué)最關(guān)鍵的一個(gè)教育環(huán)節(jié)，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我要能夠靈活、系統(tǒng)的運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提高自己分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)作風(fēng)和吃苦耐勞、一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。同時(shí)，也使自己更加熟練的掌握“如何查閱國內(nèi)為有關(guān)的技術(shù)資料和文獻(xiàn)”，從中學(xué)會(huì)調(diào)查、收集、整理比較有價(jià)值的資料，在保留同類產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，運(yùn)用新技術(shù)、新工藝、新資料、新材料、大膽創(chuàng)新，以彌補(bǔ)同類產(chǎn)品的不足之處，使產(chǎn)品趨于更合理、更先進(jìn)、更優(yōu)化、更具有使用價(jià)值和良好的經(jīng)濟(jì)效益。
第2章 總體參數(shù)的設(shè)計(jì)
2.1 多功能試驗(yàn)臺(tái)的工作原理
在機(jī)械專業(yè)的學(xué)習(xí)中，有很多課程需要實(shí)驗(yàn)，如《機(jī)械原理》、《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》和《先進(jìn)制造技術(shù)》等，多功能試驗(yàn)臺(tái)可以為課程提供靈活的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)有的傳動(dòng)進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)出一試驗(yàn)機(jī)架平臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)可以進(jìn)行齒輪傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)和鏈條傳動(dòng)等多種形式的實(shí)驗(yàn)，每種形式各有其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，而且使各種傳動(dòng)形式能互相交換，試驗(yàn)臺(tái)拆卸方便，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，方便學(xué)生進(jìn)行各種機(jī)械方面的實(shí)驗(yàn)。
機(jī)械系統(tǒng)通常是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、工作機(jī)和控制操縱部件及其它輔助部件組成。工作機(jī)是機(jī)械系統(tǒng)中的執(zhí)行部分，原動(dòng)機(jī)是機(jī)械系統(tǒng)的中的驅(qū)動(dòng)部分，傳動(dòng)裝置則是把原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)有機(jī)地聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)能量傳遞和運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換不可缺少的部分，而其中原動(dòng)機(jī)在機(jī)械系統(tǒng)中所起的作用是：（1）把自然界的能源變成機(jī)械能；（2）把發(fā)電機(jī)等變能機(jī)所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。
2.2多功能試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力選擇
常用原動(dòng)機(jī)有以下三種運(yùn)動(dòng)形式，具體見表2-1：
表2-1 原動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)形式
運(yùn)動(dòng)形式
實(shí)例
連續(xù)運(yùn)動(dòng)
電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)、氣壓馬達(dá)、柴油機(jī)、汽油機(jī)
往復(fù)運(yùn)動(dòng)
直線電動(dòng)機(jī)、汽缸、液壓缸
往復(fù)擺動(dòng)
擺動(dòng)油缸、擺動(dòng)汽缸
2.3多功能試驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式
由一臺(tái)原動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，叫做單機(jī)集中驅(qū)動(dòng)。而多機(jī)分別驅(qū)動(dòng)自然而然是用多臺(tái)原動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。兩種驅(qū)動(dòng)方式中，單機(jī)集中驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置復(fù)雜，操作麻煩，功率大，但價(jià)格便宜。而多機(jī)分別驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)單，電動(dòng)機(jī)功率小，但成本比較高。
1）必須考慮到工作機(jī)對(duì)原動(dòng)機(jī)所提出的起動(dòng)、過載、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性等方面的要求；
2）必須考慮到其經(jīng)濟(jì)效益及其成本，這也是非常重要的一項(xiàng)。
3）必須考慮到現(xiàn)場(chǎng)能源的供應(yīng)情況及工作環(huán)境因素；
4）必須考慮原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與工作機(jī)的匹配情況；
5）必須考慮到維修是否方便，操作是否簡(jiǎn)單，工作是否可靠；
2.4多功能試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力性能比較
表2-2 原動(dòng)機(jī)性能比較
類別
電動(dòng)機(jī)
氣缸馬達(dá)
液壓馬達(dá)
柴油機(jī)
尺寸
較大
較小
較小
較大
功率及取范圍
功率大；0.3~1000KW，范圍廣
功率比電動(dòng)機(jī)大；一般在2.2KW以下，尤其適用于0.75KW以下的高速傳動(dòng)
功率最大；受實(shí)際油壓和馬達(dá)尺寸的限制
功率大；5~38000KW
重量
大
比電動(dòng)機(jī)大
最大
大
輸出剛度
硬
軟
較硬
較硬
運(yùn)行溫度控制
溫度應(yīng)低于許應(yīng)值
排氣時(shí)空氣膨脹，噪聲較大，排氣處應(yīng)安裝消聲器
對(duì)油箱進(jìn)行風(fēng)冷或水冷
調(diào)整方法和性能
直流電動(dòng)機(jī)用改變電樞電阻、電壓或改變磁通的方法；交流電動(dòng)機(jī)用變頻、變極或變轉(zhuǎn)差率的方法
用氣閥控制，簡(jiǎn)單，迅速，但不夠精確
通過閥或泵控制改變流量，調(diào)速范圍大
較難
噪聲
小
較大
較大
較大
維護(hù)要求
較少
少
較多
較多
初始成本
低
較高
高
高
運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用
最低
最高
高
高
應(yīng)用
很廣，需要?jiǎng)恿﹄娫?
小功率高速場(chǎng)合
較廣
很廣，如各種車輛，船舶、農(nóng)用機(jī)械、工程機(jī)械和壓縮機(jī)等等
2.5多功能試驗(yàn)臺(tái)的組成結(jié)構(gòu)
該工作臺(tái)利用機(jī)架的原理，將齒輪傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)串聯(lián)起來，整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)由電機(jī)減速器作為動(dòng)力，整個(gè)機(jī)構(gòu)的組成見下圖。
2.6帶傳動(dòng)裝置
2.6.1 同步帶介紹
同步帶是綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來的新塑傳動(dòng)帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進(jìn)行傳動(dòng)，其強(qiáng)力層是由拉伸強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動(dòng)過程中節(jié)線長(zhǎng)度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動(dòng)過程中投有滑動(dòng)，從而保證主、從動(dòng)輪間呈無滑差的間步傳動(dòng)。
2.6.2 同步帶的特點(diǎn)
(1)、傳動(dòng)準(zhǔn)確，工作時(shí)無滑動(dòng)，具有恒定的傳動(dòng)比；
(2)、傳動(dòng)平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；
(3)、傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.98，節(jié)能效果明顯；
(4)、維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤(rùn)滑，維護(hù)費(fèi)用低；
(5)、速比范圍大，一般可達(dá)10，線速度可達(dá)50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦；
(6)、可用于長(zhǎng)距離傳動(dòng)，中心距可達(dá)10m以上。
2.6.3 同步帶傳動(dòng)的主要失效形式
在同步帶傳動(dòng)中常見的失效形式有如下幾種：
(1)、同步帶的承載繩斷裂破壞
同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中承載繩斷裂損壞是常見的失效形式。失效原因是帶在傳遞動(dòng)力過程中，在承載繩作用有過大的拉力，而使承載繩被拉斷。此外當(dāng)選用的主動(dòng)撈輪直徑過小，使承載繩在進(jìn)入和退出帶掄中承受較大的周期性的彎曲疲勞應(yīng)力作用，也會(huì)產(chǎn)生彎曲疲勞折斷(見圖3-2)。
圖3-2 同步帶承載繩斷裂損壞
(2)、同步帶的爬齒和跳齒
根據(jù)對(duì)帶爬齒和跳齒現(xiàn)象的分析，帶的爬齒和眺齒是由于幾何和力學(xué)兩種因素所引起。因此為避免產(chǎn)生爬齒和跳齒，可采用以下一些措施：
1、控制同步帶所傳遞的圓周力，使它小于或等于由帶型號(hào)所決定的許用圓周力。
2、控制帶與帶輪間的節(jié)距差值，使它位于允許的節(jié)距誤差范圍內(nèi)。
3、適當(dāng)增大帶安裝時(shí)的初拉力開。，使帶齒不易從輪齒槽中滑出。
4、提高同步帶基體材料的硬度，減少帶的彈性變形，可以減少爬齒現(xiàn)象的產(chǎn)生。
(3)、帶齒的剪切破壞
帶齒在與帶輪齒嚙合傳力過程中，在剪切和擠壓應(yīng)力作用下帶齒表面產(chǎn)生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴(kuò)展，并沿承線繩表面延件，直至整個(gè)帶齒與帶基體脫離，這就是帶齒的剪切脫落（見圖3-3）。造成帶齒剪切脫落的原因大致有如下幾個(gè)：
1、同步帶與帶輪問有較大的節(jié)距差，使帶齒無法完全進(jìn)入輪齒槽，從而產(chǎn)生不完全嚙合狀態(tài)，而使帶齒在較小的接觸面積上承受過大的載荷，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致帶齒剪切損壞。
2、帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)過少，使嚙合帶齒承受過大的載荷，而產(chǎn)生剪切破壞。
3、同步帶的基體材料強(qiáng)度差。
為減少帶齒被剪切，首先應(yīng)嚴(yán)格控制帶與帶輪間的節(jié)距誤差，保證帶齒與輪齒能正確嚙合；其次應(yīng)使帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)等于或大于6，此外在選材上應(yīng)采用有較高勿切韌擠壓強(qiáng)度的材料作為帶的基體材料。
圖3-3 帶齒的剪切破壞
(4)、帶齒的磨損
帶齒的磨損（見圖3-4）包括帶齒工作面及帶齒齒頂因角處和齒谷底部的廓損。造成磨損的原因是過大的張緊力和忻齒和輪齒間的嚙合干涉。因此減少帶齒的磨損，應(yīng)在安裝時(shí)合理的調(diào)整帶的張緊力；在帶齒齒形設(shè)計(jì)時(shí)，選用較大的帶齒齒頂圓角半徑，以減少嚙合時(shí)輪齒的擠壓和刮削；此外應(yīng)提高同步帶帶齒材料的耐磨性。
圖3-4 帶齒磨損
(5)、同步帶帶背的龜裂(圖3-5)
同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)期后，有時(shí)在帶背會(huì)產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象，而使帶失效。同步帶帶背產(chǎn)
生龜裂的原因如下，
1、帶基體材料的老化所引起；
2、帶長(zhǎng)期工作在道低的溫度下，使帶背基體材料產(chǎn)生龜裂。
圖3-5 同步帶帶背龜裂
防止帶背龜裂的方法是改進(jìn)帶基體材料的材質(zhì)，提向材料的耐寒、耐熱性和抗老化性能，此外盡量避免同步帶在低溫和高溫條件下工作。
2.7 減速電機(jī)介紹
減速電機(jī)是指減速機(jī)和電機(jī)的集成體。這種集成體通常也可稱為齒輪電機(jī)或齒輪電機(jī)。通常由專業(yè)的減速機(jī)生產(chǎn)廠進(jìn)行集成組裝好后成套供貨。減速電機(jī)廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)、機(jī)械行業(yè)等。使減速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、節(jié)省空間。減速機(jī)一般是通過把電動(dòng)機(jī).內(nèi)燃機(jī)或其它高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過減速機(jī)的輸入軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的。
圖3-6 減速電機(jī)
2.8 電機(jī)的選取
（1）粗略計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率
已知假設(shè)重量為m=250kg
g=10N/kg
總重力G1=mg=25010=250N
1）驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算
則工件受到的摩擦力為：
則移行電機(jī)所需牽引力為：
假設(shè)直徑R=125mm
假設(shè)轉(zhuǎn)速na=61rpm
速度vω=πRna=π×0.125×61=24m/min
設(shè)功率安全系數(shù)為1.2，驅(qū)動(dòng)裝置的效率為0.8，則需要的驅(qū)動(dòng)功率為：
2）電動(dòng)機(jī)至的總效率η
ηc—聯(lián)軸器效率，ηc=0.99
ηb—對(duì)滾動(dòng)軸承效率，ηb=0.99
ηv—v帶效率，ηv=0.94
ηcy—滾子效率，ηcy=0。96
估算傳動(dòng)系統(tǒng)總效率
η=ηvηbηcηcy=0.94×0.99×0.99×0.96=0.88
3） 所需電動(dòng)機(jī)的功率Pd（kw）
Pd=Pw/η=0.05/0.88=0.06kw
為保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)有足夠的功率余量，結(jié)合減速電機(jī)樣本應(yīng)選擇功率為0.37kW的電機(jī)。
根據(jù)要求選用sew減速電機(jī)型號(hào)為
S37DT71D4/BMG/HR/TH/IS/M1/A/180°/fb=1.55
電動(dòng)機(jī)額定功率為Pm=0.37kw
電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速為nm=61r/min
（3）基于電動(dòng)機(jī)的以上特點(diǎn)，本文選用減速電機(jī)作為輸送機(jī)床的驅(qū)動(dòng)裝置。查SEW減速電機(jī)的規(guī)格表，選用如下減速電機(jī)。
表3.2 選用的電機(jī)的詳細(xì)參數(shù)
電機(jī)額定功率Pm/kW
輸出轉(zhuǎn)速
na/[r/min]
輸出扭矩
Ma/N·m
減速機(jī)
速比i
輸出軸許用徑向載荷FRa/N
使用系數(shù)
SEW-fB
減速機(jī)
型號(hào)
電機(jī)
型號(hào)
重量/kg
0.37
56
47
22.5
2870
1.55
DT71D4
SF37
14
此型號(hào)的電機(jī)在一定程度上保證了驅(qū)動(dòng)功率有一定的盈余，因數(shù)在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，則此時(shí)的起動(dòng)功率會(huì)比平時(shí)工作時(shí)的功率要大，且減速電機(jī)本身還有一定的使用系數(shù)。
2.9 同步帶傳動(dòng)計(jì)算
2.9.1 同步帶計(jì)算選型
設(shè)計(jì)功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質(zhì)、原動(dòng)機(jī)類型和每天連續(xù)工作的時(shí)間長(zhǎng)短等因素共同確定的，表達(dá)式如下：
式中 ——需要傳遞的名義功率
——工作情況系數(shù)，按表2工作情況系數(shù)選取=1.7；
表2.工作情況系數(shù)
2） 確定帶的型號(hào)和節(jié)距
可根據(jù)同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd'和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號(hào)和節(jié)距。
其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3-2-2
表3-2-2
選同步帶的型號(hào)為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm
3) 選擇小帶輪齒數(shù)z1，z2
可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定。查表3-3-3得。
查得小帶輪最小齒數(shù)14。
實(shí)際齒數(shù)應(yīng)該大于這個(gè)數(shù)據(jù)
初步取值z(mì)1=34故大帶輪齒數(shù)為：z2=i×z1=1×z1=34。
故z1=34，z2=34。
4） 確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2
小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pbz1/π=8.00×34/3.14≈86.53mm
大帶輪節(jié)圓直徑d2=Pbz2/π=8.00×34/3.14≈86.53mm
5） 驗(yàn)證帶速v
由公式v=πd1n1/60000計(jì)算得，
s﹤vmax=40m/s,其中vmax=40m/s由表3-2-4查得。
a) 確定帶長(zhǎng)和中心矩
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》得
所以有：
現(xiàn)在選取軸間間距為取224mm
10、同步帶帶長(zhǎng)及其齒數(shù)確定
=()
=
=719.7mm
11、帶輪嚙合齒數(shù)計(jì)算
有在本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)比為1，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即=17。
12、基本額定功率的計(jì)算
查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。
所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為
==0.21KW
表4-3 基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量
13、計(jì)算作用在軸上力
=
=71.6N
2.9.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分）
1、同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度
同步帶工作時(shí)，其承載繩中心線長(zhǎng)度應(yīng)保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長(zhǎng)作為帶的公稱長(zhǎng)皮，稱為節(jié)線長(zhǎng)度。在同步帶傳動(dòng)中，帶節(jié)線長(zhǎng)度是一個(gè)重要
參數(shù)。當(dāng)傳動(dòng)的中心距已定時(shí)，帶的節(jié)線長(zhǎng)度過大過小，都會(huì)影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)梯形齒同步帶的各種哨線長(zhǎng)度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長(zhǎng)度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見表4-4）。
表4-4 帶節(jié)線長(zhǎng)度表
2、帶的節(jié)距Pb
如圖4-2所示，同步帶相鄰兩齒對(duì)應(yīng)點(diǎn)沿節(jié)線量度所得約長(zhǎng)度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù)．在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號(hào)。在制造時(shí)，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸見表4-5。
3、帶的齒根寬度
一個(gè)帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點(diǎn)之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強(qiáng)，相應(yīng)就能傳動(dòng)較大的裁荷。
圖4-2 帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸
表4-5 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸
4、帶的齒根圓角
帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時(shí)齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶
齒與輪齒嚙合時(shí)的有效接觸面積城小，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值。
5、帶齒齒頂圓角半徑八
帶齒齒項(xiàng)圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時(shí)會(huì)否產(chǎn)生于沙。由于在同步帶傳動(dòng)中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進(jìn)入或退出嚙合時(shí)，
帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會(huì)超于重疊，而產(chǎn)生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進(jìn)入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會(huì)減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。
6、齒形角
梯形帶齒齒形角日的大小對(duì)帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動(dòng)時(shí)帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi)，易產(chǎn)生干涉。但齒形角度過大，又會(huì)使帶齒易從輪齒槽中滑出，產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。
2.9.3 同步帶的設(shè)計(jì)
在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表4-6。帶的圖形如圖4-3。
表4-6 同步帶尺寸
型號(hào)
節(jié)距
齒形角
齒根厚
齒高
齒根圓角半徑
齒頂圓半徑
H
8
40。
6.12
4.3
1.02
1.02
圖4-3 同步帶
2.10 軸的設(shè)計(jì)
主要進(jìn)行的是帶輪軸的設(shè)計(jì)與校核
圖7.1 軸的載荷分布圖
2.10.1 初步確定軸的最小直徑
（1）先按課本式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)課本，取，于是得
＝112×＝60.36
（2）聯(lián)軸器的選擇。輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑（圖7.2）。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適,故需同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)。
查課本表14-1,考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故?。?.3，則：
＝1.3×1495.5×109＝1834.287
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表17-4，選用LT10彈性套柱銷聯(lián)軸器（GB/T4323—2002），其公稱轉(zhuǎn)矩為2000。半聯(lián)軸器的孔徑d1＝65 mm，故?。?5 mm，半聯(lián)軸器的長(zhǎng)度L＝142 mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L1＝107 mm。
2.10.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
表 7.1 帶輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)
段名
參數(shù)
Ⅰ-Ⅱ
Ⅱ-Ⅲ
Ⅲ-Ⅳ
Ⅳ-Ⅴ
Ⅴ-Ⅵ
Ⅵ-Ⅶ
直徑/mm
65 H7/k6
80
85 m6
90 H7/n6
104
85 m6
長(zhǎng)度/mm
105
67.5
46
86
12
44.5
鍵b×h×L/mm
20 ×12 ×90
25×14×70
C或R/mm
Ⅰ處
2×45o
Ⅱ處
R2
Ⅲ處R2.5
Ⅳ處R2.5
Ⅴ處R2.5
Ⅵ處R2.5
Ⅶ處
2.5×45o
（2） 軸上的零件的周向定位
帶輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按＝90 mm由課本表6-1查得平鍵截面b×h＝25 mm×14 mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為70 mm，同時(shí)為了保證帶輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇帶輪轂與軸的配合為；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為20 mm×12 mm×90 mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
（3） 確定軸上圓周和倒角尺寸
參考課本表15-2，取軸左端倒角為2×，右端倒角為2.5×。各軸肩處的圓角半徑為:Ⅱ處為R2，其余為R2.5。
2.10.3 求軸上的載荷
首先根據(jù)結(jié)構(gòu)圖(圖7.2）作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（圖7.1）。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí),應(yīng)從手冊(cè)中查得a值。對(duì)于30217型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查得a＝29.9 mm。因此，作為簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距＝57.1+71.6＝128.7 mm。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖7.1）。
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面Ｃ是軸的危險(xiǎn)截面。計(jì)算步驟如下：
＝57.1+71.6＝128.7 mm
＝＝＝4 966.34 N
＝＝＝3 960.59 N
＝＝＝2 676.96 N
＝＝3 356.64-2 676.96＝679.68 N
＝＝4 966.34×57.1＝283 578.014
＝＝2 676.96×57.1＝152 854.416
＝＝679.68×71.6＝486 65.09
＝＝＝322 150.53
＝＝＝287 723.45
表5.2 帶輪軸設(shè)計(jì)受力參數(shù)
載 荷
水平面H
垂直面V
支反力
＝4 966.34 N，＝3 960.59 N
＝2 676.96 N，＝679.68 N
彎矩M
＝283 578.014
＝152 854.416
＝486 65.09
總彎矩
＝322 150.53 ,＝287 723.45
扭矩T
1 410 990
2.10.4 按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)課本式(15-5)及表7.2中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，?。?.6，軸的計(jì)算應(yīng)力
＝＝ MPa＝12.4 MPa
前已選軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查課本表15-1得[]＝60MP。因此〈 []，故此軸安全。
2.11 鍵的選擇與校核
1鍵的選擇
在本設(shè)計(jì)中，所選擇的鍵的類型均為A型圓頭普通平鍵，其材料為45鋼，在帶輪1上鍵的尺寸如下表所示：
軸
鍵
鍵
槽
半徑
r
公
稱
直
徑
d
公稱
尺寸
bh
寬度b
深度
公稱
尺寸
b
極限偏差
軸t
轂
一般鍵聯(lián)結(jié)
軸N9
轂9
公稱
尺寸
極限
偏差
公稱尺寸
極限偏差
最小
最大
28
87
8
0
-0.036
0.018
4.0
+0.2
0
3.3
+0.2
0
0.25
0.40
表5-1 帶輪1上鍵的尺寸
2 鍵的校核
1.鍵的剪切強(qiáng)度校核
鍵在傳遞動(dòng)力的過程中，要受到剪切破壞，其受力如下圖所示：
圖5-6 鍵剪切受力圖
鍵的剪切受力圖如圖3-6所示，其中b=8 mm,L=25 mm.鍵的許用剪切應(yīng)力為[τ]=30 ，由前面計(jì)算可得，軸上受到的轉(zhuǎn)矩T=55 Nm ，由鍵的剪切強(qiáng)度條件：
（其中D為帶輪輪轂直徑） （5-1）
=10 M30 （結(jié)構(gòu)合理）
2.鍵的擠壓強(qiáng)度校核
鍵在傳遞動(dòng)力過程中，由于鍵的上下兩部分之間有力偶矩的作用，迫使鍵的上下部分產(chǎn)生滑移，從而使鍵的上下兩面交界處產(chǎn)生破壞，其受力情況如下圖所示：（初取鍵的許用擠壓應(yīng)力=100 ）
圖5-7 鍵擠壓受力圖
由
（5-2）
=2000 N
又有
（5-3）
8 結(jié)構(gòu)合理
第3章 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.1 傳送鏈概述
鏈傳動(dòng)是一種撓性運(yùn)動(dòng)，它由鏈條和鏈輪組成。通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳
遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。鏈傳動(dòng)按用途不同可以分為傳動(dòng)鏈、鏈和起重鏈。
圖3-1 鏈傳動(dòng)
滾子鏈的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：它是由內(nèi)鏈板1、外鏈板2、銷軸3、套筒4和滾子5組成。內(nèi)鏈板與套筒之間、外鏈板與銷軸之間為過盈配合，滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間為間隙配合。當(dāng)內(nèi)、外鏈板相對(duì)撓曲時(shí)，套筒可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。滾子是活套在套筒上的，工作時(shí)，滾子沿鏈輪齒廓滾動(dòng)，這樣就可減少齒廓的磨損。鏈的磨損主要發(fā)生在銷軸與套筒的接觸面上。因此，內(nèi)、外鏈板間應(yīng)留少許間隙，以便潤(rùn)滑油滲入銷軸和套筒的摩擦面間。
鏈板一般制成8字形，以使它的各個(gè)橫截面具有接近相等的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)也減少了鏈的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力。
圖3-2 滾子鏈的結(jié)構(gòu)
當(dāng)傳遞大功率時(shí)，可采用雙排鏈或多排鏈。多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比。但由于精度的影響，各排鏈承受的載荷不易均勻，故排數(shù)不宜過多。
滾子鏈的鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，接頭處可用開口銷或彈簧卡片來固定，一般前者用于大節(jié)距，后者用于小節(jié)距；當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，需采用過渡鏈節(jié)。由于過渡鏈節(jié)的鏈板要受附加彎矩的作用，所以在一般情況下最好不用奇數(shù)鏈節(jié)。
3.2 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過程
確定鏈條型號(hào)、鏈節(jié)數(shù)、排數(shù)、鏈輪齒數(shù)、、鏈輪結(jié)構(gòu)、材料、幾何尺寸、中心距、壓軸力、潤(rùn)滑方式、張緊裝置
（1）選擇鏈輪齒數(shù)、
在17-114之間選取齒數(shù)。
（2）計(jì)算當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率
根據(jù)鏈傳動(dòng)的工作情況、主動(dòng)鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動(dòng)的功率修正為當(dāng)量的單排計(jì)算功率
，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-6得
，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-13得
，由于是單排鏈，所以
故
（3）確定鏈條型號(hào)和節(jié)距
鏈條型號(hào)根據(jù)當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率和主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-11得到。然后由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-1確定鏈條節(jié)距p 。
確定鏈條型號(hào)為：08A
確定鏈條節(jié)距為：12.7
（4）計(jì)算鏈節(jié)距和中心距
初選中心距，按下式計(jì)算鏈節(jié)數(shù)
將圓整為偶數(shù)
鏈傳動(dòng)的最大中心距為：
式中，為中心距計(jì)算系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-7得=0.24907
（5）計(jì)算鏈速，確定潤(rùn)滑方式
根據(jù)鏈速V，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-14得，潤(rùn)滑方式為定期人工潤(rùn)滑
（6）計(jì)算鏈傳動(dòng)在軸上的壓軸力
有效圓周力N
壓軸力==1.10x59.49=65.439 N
（7）設(shè)計(jì)總結(jié)
鏈輪
大鏈輪
小鏈輪
齒數(shù)
45
18
分度圓直徑()
181.43
73.41
齒頂圓直徑()
186
80.00
齒根圓直徑()
173.51
65.49
分度圓弦齒高()
3.00
4.00
齒側(cè)凸緣直徑()
<164.25
<58.71
節(jié)距()
12.7
軸間距()
623.148
鏈長(zhǎng)()
1270
鏈節(jié)數(shù)()
130
鏈速()
0.57
鏈號(hào)
08A
3.2.1 驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
圖3-4驅(qū)動(dòng)軸受力分析圖
由靜力平衡方程
求得支反力為
以梁的左端為坐標(biāo)原點(diǎn)，選取坐標(biāo)系如圖4.9a所示。集中力F作用于C點(diǎn)，梁在AC和CB兩段內(nèi)的剪力或彎矩不能用同一方程式來表示，應(yīng)分段考慮。在AC段內(nèi)取距原點(diǎn)為x的任意截面，截面以左只有外力，根據(jù)剪力和彎矩的計(jì)算方法和符號(hào)規(guī)則，求得這一截面上的和M分別為
（a）
(b)
這就是在AC段內(nèi)的剪力方程和彎矩方程。如在CB段內(nèi)取距左端為x的任意截面，則截面以左右和F兩個(gè)外力，截面上的剪力和彎矩是
(c)
(d)
當(dāng)然，如用截面右側(cè)的外力來計(jì)算會(huì)得到相同的結(jié)果。
由(a)式可知，在AC段內(nèi)梁的任意截面上的剪力皆為常數(shù)，且符號(hào)為正，所以在AC段(0
10r／min),可按基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值選擇軸承，然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。當(dāng)軸承可靠性為90％、軸承材料為常規(guī)材料并在常規(guī)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，取500h作為額定壽命的基準(zhǔn)，同時(shí)考慮溫度、振動(dòng)、沖擊等變化，則軸承基本額定動(dòng)載荷可按下式進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。
C——基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N；
P——當(dāng)量動(dòng)載荷，N；
fh——壽命因數(shù)；1
fn——速度因數(shù)；0.822
fm——力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)取1.5，較大時(shí)取2；
fd——沖擊載荷因數(shù)；1.5
fT——溫度因數(shù)；1
CT——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動(dòng)載荷，N；
查表得，fh=1；fn=0.822；fm=1.5；fd=1.5；fT=1。
在本裝置中，可以假設(shè)軸承只承受徑向載荷，則當(dāng)量動(dòng)載荷為：
P=XFr+YFa
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-18，得，X=1，Y=0；
所以，P=Fr=1128N。由以上可得：
本機(jī)中的軸承承受的載荷多為徑向載荷，所以選取深溝球軸承，查文獻(xiàn)的附表，并考慮軸的外徑，選取軸承6305-RZ，其具體參數(shù)為：內(nèi)徑d=25mm，外徑D=62mm，基本額定載荷，基本額定靜載荷，極限速度為10000r/min，質(zhì)量為0.219kg。
然后校核該軸承的額定靜載荷。額定靜載荷的計(jì)算公式為：
式中：
——基本額定靜載荷計(jì)算值，N;
——當(dāng)量靜載荷，N；
——安全因數(shù);
——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷，
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-14知，對(duì)于深溝球軸承，其當(dāng)量靜載荷等于徑向載荷。
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-14知，安全系數(shù)
則軸承的基本額定靜載荷為：
由上式可知，選取的軸承符合要求
3.4 鏈強(qiáng)度計(jì)算
3.4.1 鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性
由于鏈?zhǔn)怯蓜傂枣湽?jié)通過銷軸鉸接而成，當(dāng)鏈繞在鏈輪上時(shí)，其鏈節(jié)與相應(yīng)的輪齒嚙合后，這一段鏈條將曲折成正多邊形的一部分。該正多邊形的邊長(zhǎng)等于鏈條的節(jié)距p，邊數(shù)等于鏈輪齒數(shù)z，鏈輪每轉(zhuǎn)過一圈，鏈條走過zp長(zhǎng)，所以鏈的平均速度v為
==
式中： 、——分別為主、從動(dòng)鏈輪的齒數(shù)；
、——分別為主、從動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速，r/min。
鏈傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比
因?yàn)殒渹鲃?dòng)為嚙合傳動(dòng)，鏈條和鏈輪之間沒有相對(duì)滑動(dòng)，所以平均鏈速和平均傳動(dòng)比都是常數(shù)。但是，仔細(xì)考察絞鏈鏈節(jié)隨同鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)的過程就會(huì)發(fā)現(xiàn)，鏈傳動(dòng)的瞬間傳動(dòng)比和鏈速并非常數(shù)我們知道，鏈條由剛性鏈板通過鉸鏈連接而成。當(dāng)鏈條繞在鏈輪上時(shí)，其形狀如圖所示：
在主動(dòng)鏈輪上，鉸鏈A正在牽引鏈條沿直線運(yùn)動(dòng)，繞在主動(dòng)鏈輪上的其他鉸鏈并不直接牽引鏈條，因此，鏈條的運(yùn)動(dòng)速度完全有鉸鏈A的運(yùn)動(dòng)所決定。鉸鏈A隨同主動(dòng)鏈輪運(yùn)動(dòng)的線速度方垂直于AO，與鏈直線運(yùn)動(dòng)方向的夾角為。因此，鉸鏈A實(shí)際用于牽引鏈條運(yùn)動(dòng)的速度為
式中。為主動(dòng)鏈輪的分度圓半徑，m。因?yàn)槭亲兓?，所以即使主?dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速恒定，鏈條的運(yùn)動(dòng)速度也是變化的。當(dāng)=時(shí)，鏈速最低；當(dāng)=0，鏈速最高，是主動(dòng)鏈輪上的一個(gè)鏈節(jié)所對(duì)的中心角。鏈速的變化呈周期性，鏈輪轉(zhuǎn)過一個(gè)鏈節(jié)，對(duì)應(yīng)鏈速變化的一個(gè)周期。鏈速變化的程度與主動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)有關(guān)。轉(zhuǎn)速越高、齒數(shù)越少，則鏈速變化范圍越大。
在鏈速變化的同時(shí)，鉸鏈A還帶動(dòng)鏈條上下運(yùn)動(dòng)，其上下運(yùn)動(dòng)的鏈速 也是隨鏈節(jié)呈周期性變化的。
在主動(dòng)鏈輪牽引鏈條變速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，從動(dòng)鏈輪上也發(fā)生著類似的過程。從動(dòng)鏈輪上的鉸鏈C正在被直線鏈條拉動(dòng)，并由此帶動(dòng)從動(dòng)鏈輪以轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)殒溗俜较蚺c鉸鏈的C的線速度方向之間的夾角為，所以鉸鏈C沿圓周方向運(yùn)動(dòng)的線速度為
式中，為從動(dòng)鏈輪的分度圓半徑，
由此可知從動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速為
在傳動(dòng)過程中因?yàn)樵趦?nèi)不斷變化，加上也是不斷變化，多以即使是常數(shù)，也是周期性變化的。
從上式中可得鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比為
可見鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比是變化的。鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比變化與鏈條繞在鏈輪上的多邊形特征有關(guān)，故以上現(xiàn)象稱為鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)。
3.4.2 鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷
鏈傳動(dòng)在工作過程中，鏈速和主從鏈輪的轉(zhuǎn)速都是變化的，因而會(huì)引起變化的慣性力及相應(yīng)的動(dòng)載荷。
鏈速變化引起的慣性力為=ma
式中：—緊邊鏈條的質(zhì)量，kg;
—鏈條變速運(yùn)動(dòng)的加速度，/。
如果視主動(dòng)鏈輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則
當(dāng)時(shí),
(
從動(dòng)鏈輪因角加速度引起的慣性力為
式中：J—從動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化到從動(dòng)鏈輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，;
—從動(dòng)鏈輪的角速度，rad/s.
鏈輪的轉(zhuǎn)速越高，節(jié)距越大，齒數(shù)越少，則慣性力就越大，相應(yīng)的動(dòng)載荷也就越大。同時(shí)，鏈條沿垂直方向也在做變速運(yùn)動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)載荷。
此外，鏈節(jié)和鏈輪嚙合瞬間的相對(duì)速度，也將引起沖擊和振動(dòng)，當(dāng)鏈節(jié)和鏈輪輪齒接觸的瞬間，因鏈節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度和鏈輪輪齒的運(yùn)動(dòng)速度在大小和方向上的差別，從而產(chǎn)生沖擊和附加的動(dòng)載荷。顯然，節(jié)距越大，鏈輪的轉(zhuǎn)速越高，則沖擊越嚴(yán)重。
3.4.3 鏈傳動(dòng)的受力分析
鏈傳動(dòng)在安裝時(shí)，應(yīng)使鏈條受到一定的張緊力。張緊力是通過使鏈條保持適當(dāng)?shù)拇苟人a(chǎn)生的懸垂拉力來獲得的。鏈傳動(dòng)張緊的目的主要是使松邊不致過松，以免出現(xiàn)鏈條的不正常嚙合、跳齒或脫鏈。因?yàn)殒渹鲃?dòng)為嚙合傳動(dòng)，所以與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)所需的張緊力要小得多。
鏈傳動(dòng)在工作時(shí)，存在緊邊拉力和松邊拉力。如果不計(jì)傳動(dòng)中的動(dòng)載荷，則緊邊拉力和松邊拉力分別為
式中： F— 有效圓周力，N;
F— 離心力引起的拉力，N；
F— 懸垂拉力，N。
有效圓周力為
式中： P— 傳動(dòng)的功率，kW；
V — 鏈速，m/s。
離心力引起的拉力為
式中： q為鏈條單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，kg/m。懸垂拉力Ff為
Ff=max(Ff,Ff)
其中：Ff =Kfqa Ff =(Kf+sina)qa
式中：—鏈傳動(dòng)的中心距，mm
Kf——垂度系數(shù)，見下圖。圖中f為下垂度，為中心線與水平面夾角。
圖3-11 懸垂拉力
第4章 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 選擇齒輪材料及精度等級(jí)
根據(jù)傳動(dòng)方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，選用7級(jí)精度，要求齒面粗糙度。
因?yàn)檩d荷中有輕微振動(dòng)，傳動(dòng)速度不高，傳動(dòng)尺寸無特殊要求，屬于一般的齒輪傳動(dòng)，故兩齒輪均可用軟齒面齒輪。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P322表14－10，小齒輪選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度236HBS；大齒輪選用45號(hào)鋼，正火處理，硬度為190HBS。
取小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)，使兩齒輪的齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，取值,選取螺旋角。初選螺旋角
則實(shí)際傳動(dòng)比：
傳動(dòng)比誤差：
，可用
齒數(shù)比：
由表[1]?。ㄒ蚍菍?duì)稱布置及軟齒面）。
4.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
因兩齒輪均為鋼制齒輪，所以由課本公式得：
確定有關(guān)參數(shù)如下：
1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1)試選=1.35
2）由圖10-30 選取區(qū)域系數(shù) Z=2.43
3）由圖10-26
則
4)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩