滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)含20張CAD圖,滾動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng),摩擦,磨擦,磨損,試驗(yàn),實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì),20,cad 滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)答辯人：XXX目錄1、設(shè)計(jì)背景2、設(shè)計(jì)目的3、工作原理4、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)5、結(jié)論2設(shè)計(jì)背景摩擦學(xué)研究方興未艾摩擦學(xué)研究的作用：節(jié)約能量節(jié)約材料提高零件的可靠性3設(shè)計(jì)目的測(cè)定材料在不同轉(zhuǎn)速、不同載荷作用下，做滾動(dòng)摩擦?xí)r的摩擦系數(shù)。4設(shè)計(jì)原理5材料摩擦系數(shù)M摩擦力矩N加載的實(shí)驗(yàn)力r試件半徑原理簡(jiǎn)圖6總工作原理圖78設(shè)計(jì)內(nèi)容加載部分摩擦副部分9摩擦副部分10加載部分11結(jié)論本設(shè)計(jì)加載實(shí)驗(yàn)力控制精確，摩擦件速度容易調(diào)整。采用伺服電機(jī)做摩擦副動(dòng)力源，調(diào)速方便，控制速度精確。1213總工作原理圖14151617 滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì) 摘 要 摩擦學(xué)是一門(mén)研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間摩擦、磨損及潤(rùn)滑的一門(mén)科學(xué)。統(tǒng)計(jì)分析表明，導(dǎo)致及其失效的主要原因是動(dòng)聯(lián)接和機(jī)件在摩擦力作用下的磨損。滾動(dòng)摩擦是一種非常常見(jiàn)的摩擦形式，對(duì)減小構(gòu)建之間的摩擦力起了很大的作用。研究滾動(dòng)摩擦，需要一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備。磨擦學(xué)測(cè)試儀器和測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用及研究，從靜態(tài)研究發(fā)展到動(dòng)態(tài)研究，從而達(dá)到弄清機(jī)理、控制摩擦磨損的目的。本設(shè)計(jì)運(yùn)用參數(shù)化建模方法，運(yùn)用機(jī)械工程相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)了一臺(tái)滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)。各種典型機(jī)械運(yùn)動(dòng)在不同介質(zhì)作用下的摩擦學(xué)特性不同，本設(shè)計(jì)針對(duì)滾動(dòng)摩擦在不同載荷、不同轉(zhuǎn)速下，摩擦系數(shù)的變化情況。本次設(shè)計(jì)的滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)在參考原有各種試驗(yàn)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列的改進(jìn)創(chuàng)新，特點(diǎn)是本設(shè)計(jì)裝置的功能相對(duì)單一，用來(lái)進(jìn)行滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)，測(cè)試具有更加專業(yè)化的特點(diǎn)；能夠滿足在不同載荷、不同材料的試驗(yàn)要求；試驗(yàn)力加載方式獨(dú)特，采用螺旋傳動(dòng)壓縮彈簧加載；試件易于制作，便于安裝，夾緊可靠，無(wú)松緩、卡死等現(xiàn)象；本設(shè)計(jì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低，使用方便。 關(guān)鍵詞：滾動(dòng)摩擦 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 設(shè)計(jì) Abstract Tribology is a science that studies friction, wear, and lubrication between relatively moving components. Statistical analysis shows that the main cause of failure and its failure is the wear of dynamic couplings and mechanical parts under friction. Rolling friction is a very common form of friction and plays a significant role in reducing friction between builds. Studying rolling friction requires some experimental equipment. The application and research of friction test equipment and test technology has progressed from static research to dynamic research, so as to clarify the mechanism and control friction and wear. This design uses a parametric modeling method and uses a knowledge of mechanical engineering to design a rolling friction and wear testing machine. The tribological characteristics of various typical mechanical motions under different media are different. This design is based on the variation of friction coefficient of rolling friction under different loads and different rotation speeds. The design of the rolling friction and wear tester designed on the basis of the original variety of test machines has undergone a series of improvement and innovation. The feature is that the design of the device is relatively single-function, used to carry out rolling friction and wear test, the test has more Specialized characteristics: It can meet the test requirements of different loads and materials; The test force is loaded in a unique way, and it is loaded with screw-driven compression springs; the test piece is easy to manufacture, easy to install, reliable clamping, no loosening, etc. This design has a simple structure, low cost and easy to use. Keywords: rolling friction friction and wear tester design 目 錄 引 言 1 第一章 滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)方案的確定 2 1.1滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)要求 2 1.2滾動(dòng)摩擦副設(shè)計(jì) 2 1.3設(shè)計(jì)原理 3 第二章 滾動(dòng)摩擦試驗(yàn)機(jī)動(dòng)力源的選擇 4 2.1 電動(dòng)機(jī)的類型選用 4 2.1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇 5 2.1.2伺服電機(jī)功率的確定 7 第三章 蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì) 7 3.1傳動(dòng)比的確定 7 3.2傳動(dòng)裝置各參數(shù)的計(jì)算 8 3.3蝸輪蝸桿材料及其類型選擇 8 3.3.1選擇蝸桿傳動(dòng)類型 8 3.3.2材料選擇 8 3.4蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)計(jì)算 9 3.4.1確定蝸桿蝸輪模數(shù) 9 3.4.2蝸桿與蝸輪主要參數(shù) 10 3.4.3校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 11 3.4.4 驗(yàn)算效率η 12 3.4.5熱平衡計(jì)算 12 3.4.6主要設(shè)計(jì)結(jié)論 12 第四章 軸系零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 14 4.1安裝蝸輪的軸設(shè)計(jì)計(jì)算 14 4.1.1確定軸的最小直徑 14 4.1.2求作用在蝸輪上的力 14 4.1.3蝸輪軸的設(shè)計(jì) 14 4.1.4 零件的周向定位 16 4.1.5校核軸的強(qiáng)度 16 4.2蝸桿軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 19 4.2.1按扭矩初算軸最小直徑 19 4.2.2求蝸桿的受力 19 4.2.3蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 4.2.4 校核蝸桿軸的強(qiáng)度 21 4.3滾動(dòng)軸承選擇和計(jì)算 24 4.3.1蝸輪軸上安裝的滾動(dòng)軸承的計(jì)算 24 4.3.2蝸桿軸上安裝的滾動(dòng)軸承的計(jì)算 26 4.4鍵的選擇和計(jì)算 27 4.4.1 蝸桿軸上的鍵的選擇和校核 27 4.4.2蝸輪軸上與蝸輪配合的鍵的選擇和校核 28 第五章 其它零部件設(shè)計(jì) 29 5.1 蝸桿減速器箱體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 29 5.2彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 30 5.3施力板的設(shè)計(jì) 31 5.5主動(dòng)試件傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 33 結(jié) 論 38 參考文獻(xiàn) 39 謝 辭 40 引 言 1、摩擦學(xué)研究現(xiàn)狀 摩擦與磨損體現(xiàn)在我們生活的方方面面，是一種具有極其重要影響的現(xiàn)象。摩擦現(xiàn)象被作為一門(mén)科學(xué)研究對(duì)象，始于15世紀(jì)達(dá)·芬奇對(duì)于摩擦領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)。長(zhǎng)期以來(lái)，人們都是從力學(xué)或者物理學(xué)角度對(duì)摩擦、磨損及潤(rùn)滑分割開(kāi)地進(jìn)行研究，發(fā)展緩慢。隨后，摩擦學(xué)綜合成一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，摩擦磨損研究開(kāi)始快速發(fā)展。摩擦學(xué)的發(fā)展，反過(guò)來(lái)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了補(bǔ)充。工程師在設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)，必須考慮摩擦磨損情況，力求機(jī)器壽命、效率等得到穩(wěn)定的提升。以機(jī)床為例，某些關(guān)鍵零部件沒(méi)有進(jìn)行摩擦學(xué)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致了零部件頻繁磨損失效，破使機(jī)床的停機(jī)修理。不僅需要維修人員的維護(hù)，還耽誤了工業(yè)生產(chǎn)的效率。所以，當(dāng)今摩擦學(xué)的研究受到了各國(guó)的重視。 2、摩擦學(xué)重要研究方向的發(fā)展 摩擦現(xiàn)象是一種十分常見(jiàn)又復(fù)雜的現(xiàn)象，目前被發(fā)現(xiàn)的與摩擦有關(guān)的影響的因素多達(dá)幾十個(gè)。一個(gè)在技術(shù)領(lǐng)域的重要課題就是摩擦問(wèn)題。摩擦學(xué)的主要研究方向有流體潤(rùn)滑理論、納米摩擦學(xué)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)和耐磨材料。最近幾十年，人們發(fā)現(xiàn)了薄膜潤(rùn)滑狀態(tài)，并在薄膜潤(rùn)滑性能取得了重要研究。現(xiàn)代機(jī)械學(xué)科的發(fā)展趨于超精密化，很多裝置中的摩擦副間隙常處于納米量級(jí)。因此，納米摩擦學(xué)發(fā)展不僅是摩擦學(xué)深入發(fā)展的趨勢(shì)，也是當(dāng)下科技發(fā)展的需要。摩擦學(xué)設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)源頭開(kāi)始關(guān)注摩擦磨損問(wèn)題，通過(guò)一系列方式減輕磨損。通過(guò)理論及實(shí)驗(yàn)類比預(yù)測(cè)并避免可能發(fā)生的故障。 [1]耐磨材料的成功研制對(duì)摩擦磨損的問(wèn)題的解決提供了一種相對(duì)有效的途徑。我相信耐磨材料的研發(fā)會(huì)受到格外的重視。 3、研究滾動(dòng)摩擦試驗(yàn)機(jī)的意義 如前所述，摩擦學(xué)研究的經(jīng)濟(jì)與工程意義都是重大的。研究需要良好的設(shè)備來(lái)輔助研究人員分析與發(fā)現(xiàn)新的摩擦理論，從而推動(dòng)科技的發(fā)展。滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的研究，對(duì)了解材料的摩擦系數(shù)、耐磨性能具有直接的作用[2]。潤(rùn)滑油及耐磨涂層的開(kāi)發(fā)均需要測(cè)試，一臺(tái)設(shè)計(jì)良好的滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)準(zhǔn)確掌握開(kāi)發(fā)的新材料、潤(rùn)滑油及涂層有關(guān)鍵的作用。對(duì)摩擦學(xué)研究人員來(lái)說(shuō)，滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)是一個(gè)必不可少的輔助工具。 第一章 滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)方案的確定 1.1滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)要求 查閱相關(guān)書(shū)籍資料，確定本設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求如下： 1、能夠準(zhǔn)確地測(cè)出材料的摩擦系數(shù)。 2、試驗(yàn)條件靈活，容易調(diào)整，加載實(shí)驗(yàn)力范圍。 3、操作安全，工作情況穩(wěn)定。 4、易于操作，維護(hù)方便。 1.2滾動(dòng)摩擦副設(shè)計(jì) 滾動(dòng)摩擦形式有很多，按照接觸形式有點(diǎn)、線、面接觸的形式，摩擦副試件的形狀有球、圓柱形、平面塊狀、錐形、環(huán)形、圓盤(pán)形等[3]。本設(shè)計(jì)采用的試件為圓盤(pán)形。開(kāi)始采取的摩擦試件位置關(guān)系如圖1-1所示： 圖1-1 初始摩擦副設(shè)計(jì)方案 考慮到這樣設(shè)計(jì)的位置關(guān)系最大的問(wèn)題是更換試件極其不方便，所以對(duì)原始設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了改，更改后的試件設(shè)計(jì)位置關(guān)系如圖1-2所示： 圖1-2 修改后的摩擦副設(shè)計(jì)方案 1.3設(shè)計(jì)原理 當(dāng)試件接觸形式為圓盤(pán)狀時(shí)，假設(shè)豎直的載荷為N，摩擦力為F，摩擦力矩為M，下試驗(yàn)試件的半徑是r。則摩擦系數(shù)是 （1-1） 根據(jù)設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)應(yīng)有壓力傳感器、扭矩傳感器類電子元件，壓力傳感器用來(lái)測(cè)量加載實(shí)驗(yàn)力，扭矩傳感器用來(lái)測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)的摩擦力矩[4]，至于試件半徑r，可以用游標(biāo)卡尺來(lái)測(cè)量。 考慮設(shè)計(jì)要求，加載實(shí)驗(yàn)力大小易于設(shè)置，決定采用彈簧加載結(jié)構(gòu)。但是，對(duì)于普通電動(dòng)機(jī)，對(duì)于50赫茲的交流電，轉(zhuǎn)速多達(dá)3000r/min，這對(duì)實(shí)驗(yàn)力的控制極為不利。雖然每增加一磁極對(duì)數(shù)，轉(zhuǎn)速會(huì)下降，但是一味地增加磁極對(duì)數(shù)，不但電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)會(huì)增大很多，成本也會(huì)很高。因此，采用減速機(jī)器來(lái)降速，是個(gè)很好的選擇。常見(jiàn)的減變速機(jī)器種類有齒輪傳動(dòng)減速器，蝸輪減速器等。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)最大加載實(shí)驗(yàn)力為500N，而且需要一個(gè)傳動(dòng)比比較大的減速器，因此，采用蝸桿減速器非常合適。 根據(jù)以上判斷，擬定總的設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)圖如圖1-3所示[5]： 圖1-3 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)圖 圖中個(gè)標(biāo)號(hào)的意義：1是伺服電機(jī)，2是聯(lián)軸器，3是扭矩傳感器，4是軸承，5是試驗(yàn)用的試件，6是加載實(shí)驗(yàn)力的試驗(yàn)臺(tái)，7是壓力傳感器，8是圓柱壓縮彈簧，9是蝸桿簡(jiǎn)圖，10是蝸輪。 至此，本設(shè)計(jì)的整體方案確定完畢。接下來(lái)，需要進(jìn)行零部件的設(shè)計(jì)，選用，以及對(duì)總的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行完善與補(bǔ)充。 第二章 滾動(dòng)摩擦試驗(yàn)機(jī)動(dòng)力源的選擇 2.1 電動(dòng)機(jī)的類型選用 本設(shè)計(jì)有兩個(gè)動(dòng)力源，一個(gè)是試驗(yàn)試件的動(dòng)力源，另一個(gè)是彈簧加載的動(dòng)力源。由于試驗(yàn)機(jī)為位置相對(duì)固定的機(jī)械，不像汽車等運(yùn)輸類機(jī)械，所以動(dòng)力源選擇電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)類型眾多，特點(diǎn)各不相同，考慮的問(wèn)題有輸出轉(zhuǎn)矩大小，控制精度調(diào)速容易程度，噪音大小，響應(yīng)特性，能耗特征，使用壽命等等。綜合考慮以后，加載實(shí)驗(yàn)力的動(dòng)力源選擇三相異步電動(dòng)機(jī)，試驗(yàn)試件的動(dòng)力源采用伺服電機(jī)[6]。 2.1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，最大加載實(shí)驗(yàn)力為500N，壓縮彈簧的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為螺旋傳動(dòng)，查閱主編為陳定方的《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》上冊(cè)表4.3-5，相關(guān)參數(shù)計(jì)算如下： 對(duì)于梯形螺紋，螺桿中徑 （2-1） F是軸向載荷（N），取 值可根據(jù)螺母形式選定，整體式螺母 ，取 p是許用比壓（MPa）,查本書(shū)表4.3.8，對(duì)于鋼材螺桿螺母，許用比壓為，取 將以上各值代入式2-1，得 考慮蝸桿剛度等因素，取 螺母高度 ，取 查該書(shū)表4.3-4，螺紋摩擦力矩為 （2-2） -螺旋傳動(dòng)的軸向載荷 -螺紋中精 -螺旋線升角 -當(dāng)量摩擦角 螺旋線升角 （2-3） 當(dāng)量摩擦角 （2-4） 取導(dǎo)程 ，則螺旋線升角 查閱該書(shū)表4.3-6，螺桿材料為鋼材，螺母材料為耐磨鑄鐵，當(dāng)鋼對(duì)耐磨鑄鐵時(shí)，摩擦系數(shù) ，取 螺紋牙型角 ，將以上各值代入式2-3，得 當(dāng)量摩擦角 將計(jì)算結(jié)果代到式2-2，得 摩擦力矩 輸出功率 （2-5） 輸入功率 （2-6） 預(yù)計(jì)減速器減速后，轉(zhuǎn)速 為螺紋效率，按表4.3-5中公式計(jì)算， （2-7） 為軸向的支撐面效率， 為徑向的支撐面效率， ，對(duì)滾動(dòng)軸承，取大值：對(duì)滑動(dòng)軸承，取小值 代入計(jì)算得 依據(jù)設(shè)計(jì)情況，取 ，將各值分別代入式2-4、2-5，得 凸緣聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率 減速器中每一對(duì)軸承的傳動(dòng)效率 單頭蝸桿與蝸輪的傳動(dòng)效率 所以減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)總效率 需要的電動(dòng)機(jī)功率 電動(dòng)機(jī)的額定功率 按≥來(lái)選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表17-7，選擇的電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y80M1-4，主要參數(shù)為： 額定功率，滿載轉(zhuǎn)速=1390r/min。 2.1.2伺服電機(jī)功率的確定 由于試件滾動(dòng)摩擦?xí)r，摩擦力較小，且試件半徑不大，預(yù)計(jì)摩擦力矩的范圍為，由此，查閱相關(guān)網(wǎng)頁(yè)，了解相關(guān)參數(shù)，最終確定伺服電機(jī)的功率，額定扭矩。 第三章 蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì) 減速器類型已經(jīng)確定為蝸桿減速器，蝸桿減速器是一種傳遞動(dòng)力的機(jī)構(gòu)，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減少到所需要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并且得到較大的回轉(zhuǎn)數(shù)。目前，此類減速器得到極其廣泛的應(yīng)用，從汽車、船舶等交通工具到機(jī)械加工工具以及日常生活中常見(jiàn)的家電、鐘表等等。它具有減速增加扭矩的功能，因此非常適合本設(shè)計(jì)傳動(dòng)的需要。為了提高機(jī)械效率，常用特殊材料像有色金屬做蝸輪，采用大硬度的鋼材生產(chǎn)蝸桿，由于在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較高的熱量，使減速機(jī)的各個(gè)零件和密封件之間熱膨脹，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行溫度升高的計(jì)算。 3.1傳動(dòng)比的確定 蝸輪蝸桿傳動(dòng)有多種不同的形式，如圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐蝸桿傳動(dòng)。不同傳動(dòng)類型，成本，傳動(dòng)比大小，傳動(dòng)效率，轉(zhuǎn)動(dòng)速度范圍限制等各不相同。依據(jù)設(shè)計(jì)情況，選擇圓柱蝸桿傳動(dòng)。傳動(dòng)比 通常為，考慮承載能力，傳動(dòng)比大小對(duì)彈簧加載機(jī)構(gòu)的影響等，取。 根據(jù)圖1-3的設(shè)計(jì)方案可知，傳動(dòng)模塊有一部分是單級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，也就是說(shuō)，蝸桿傳動(dòng)比等于總傳動(dòng)比，i蝸=i=60。 取蝸桿的設(shè)計(jì)頭數(shù)z1=1，則蝸輪的設(shè)計(jì)齒數(shù)z2=60。 3.2傳動(dòng)裝置各參數(shù)的計(jì)算 1、各軸的轉(zhuǎn)速 蝸桿轉(zhuǎn)速 蝸輪軸的轉(zhuǎn)速 2.每根軸的輸入功率 蝸桿軸1的輸入功率 蝸輪軸2輸入功率 3.每根軸的輸入轉(zhuǎn)矩 蝸桿1軸的輸入轉(zhuǎn)矩 蝸輪2軸的輸入轉(zhuǎn)矩 3.3蝸輪蝸桿材料及其類型選擇 3.3.1選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù) ，選擇的蝸桿類型為。 3.3.2材料選擇 適合做蝸輪蝸桿的材料較少，蝸桿壓力大，需要硬質(zhì)鋼。常用低碳鋼如AISI 1020、1117、8620和4320，并經(jīng)淬火和滲碳是硬度達(dá)到58到62HRC。中碳鋼如AISI 4140或4150也常常被使用，經(jīng)過(guò)感應(yīng)淬火硬度可達(dá)58到62HRC。這些蝸桿需要磨削，或者拋光達(dá)到表面粗糙度的要求。如果蝸輪蝸桿傳動(dòng)時(shí)相對(duì)速度較大，蝸輪需要有足夠軟且柔順的材料，來(lái)順應(yīng)與高硬度蝸桿的跑合。砂型鑄造、冷鑄，離心鑄是蝸桿加工的最常用方法。磷青銅或錫青銅適合于高功率蝸桿，錳青銅適合于低功率低速蝸桿。鑄鐵、低碳鋼及塑料經(jīng)常用于低速輕載蝸桿。[7] 蝸桿傳動(dòng)的功率不大，速度較小，故蝸桿材料選擇45鋼。查于慧力、馮新敏主編的《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)零部件手冊(cè)》表6.5-34，蝸輪選用10-1錫青銅，牌號(hào)為ZCuSn10P1,采用金屬模鑄造方法。 3.4蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1確定蝸桿蝸輪模數(shù) 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)計(jì)算公式為 （3-1） 確定蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 1.確定載荷系數(shù)K 根據(jù)工作情況和要求，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》查表11-5，取使用系數(shù)KA=1，齒向載荷分布系數(shù)Kβ=1，動(dòng)載系數(shù)Kv=1.1。 所以載荷系數(shù) 2.確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)所選擇的材料，強(qiáng)度極限。 (3-2) 式中為接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 壽命系數(shù) 許用應(yīng)力 把計(jì)算結(jié)果代入式（3-1）得 m2d1≥138.28MPa，z1=1 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11-2，得 分度圓導(dǎo)程角 3.4.2蝸桿與蝸輪主要參數(shù) 1.中心距 2.蝸桿 頭數(shù) 模數(shù) 分度圓直徑 軸向齒距 直徑系數(shù) ， 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 分度圓導(dǎo)程角 軸向齒厚 。 3.蝸輪 蝸輪齒數(shù) 模數(shù) 蝸輪分度圓直徑 蝸輪喉圓直徑 蝸輪齒根圓直徑 3.4.3校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 （3-3） 當(dāng)量齒數(shù) 根據(jù)當(dāng)量齒數(shù) 從《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖11-17中可查得齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力 從《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11-8得由ZCuSn10P1砂模鑄造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 壽命系數(shù) 許用應(yīng)力 實(shí)際應(yīng)力 因?yàn)?,所以齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求。 3.4.4 驗(yàn)算效率η (3-4) 已知γ=3.224°，, 與相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān)， 從《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11-18中用插值法查取并計(jì)算得 ， ，代入計(jì)算式中，η=0.75，大于原來(lái)的估計(jì)的取值，因此不必再算一遍。 3.4.5熱平衡計(jì)算 估算散熱面積 驗(yàn)算油的溫度t 室溫取20℃，散熱系數(shù)取 效率，功率 油溫 t＜80℃，所以油溫沒(méi)超過(guò)限制。 3.4.6主要設(shè)計(jì)結(jié)論 表3-1 蝸桿蝸輪軸參數(shù) 參數(shù) 齒數(shù) 模數(shù) 中心距 寬度 材料 蝸桿 1 2mm 80mm 50mm 45鋼 蝸輪 62 2mm 80mm 50mm ZCuSn10P1 蝸桿與軸作為一體，某些尺寸暫未確定，先留著。蝸輪設(shè)計(jì)完畢，用CATIA作出它們的三維模型[8]，如圖3-1。 圖3-1 蝸輪三維模型 第四章 軸系零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 4.1安裝蝸輪的軸設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.1確定軸的最小直徑 軸的選材為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式15-3，取A0=110，于是得 軸末端有螺紋，取 4.1.2求作用在蝸輪上的力 已知蝸輪分度圓直徑d2=330mm，得 軸向力 圓周力 徑向力 4.1.3蝸輪軸的設(shè)計(jì) 蝸輪軸的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)中一個(gè)關(guān)鍵的零件設(shè)計(jì)，需要考率的因素眾多，軸的設(shè)計(jì)既要考慮應(yīng)力的情況，又要考慮發(fā)生變形。變形往往是重要因素，因?yàn)檫^(guò)大的變形會(huì)導(dǎo)致支撐零件的快速磨損。結(jié)合設(shè)計(jì)、傳動(dòng)情況，在軸的末端設(shè)計(jì)了螺紋，用來(lái)傳遞壓縮彈簧的力。在軸的設(shè)計(jì)過(guò)程中，滾動(dòng)軸承的配置是一個(gè)不得不重視的問(wèn)題。此前進(jìn)行減速器課程設(shè)計(jì)時(shí)，就忽略了溫度升高對(duì)軸的軸向伸長(zhǎng)的影響，從而出現(xiàn)了錯(cuò)誤配置的情況。參考以往的圖冊(cè)，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)蝸桿減速器的蝸桿都是采用單支點(diǎn)雙向固定的方案，我也打算采用這種方案。后來(lái)在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上看到，當(dāng)跨距小于200mm時(shí)，可以用雙支點(diǎn)各單向固定的方案。綜合考慮之后，我的軸的跨距確實(shí)小于200m,所以采用兩個(gè)圓錐滾子軸承支撐。關(guān)于正裝還是反裝的問(wèn)題，兩種安裝方案各有各的特點(diǎn)。正裝相對(duì)跨距較小，可以增加支撐剛度，所以最后采用正裝的方案。下面結(jié)合草圖，進(jìn)行設(shè)計(jì)校核。 圖4-1 蝸輪軸的設(shè)計(jì) 如圖2所示，將蝸輪軸分為7段，第1段安裝軸承，第2段用作定位，第3段安裝蝸輪，第4段安裝軸承與套筒，第5段安裝端蓋，第6段與第7段軸徑大小相同，第7段有螺紋。 對(duì)于第1段，初選軸承30207，查《現(xiàn)代機(jī)械零部件設(shè)計(jì)手冊(cè)》表7.2-23，該軸承基本尺寸 ，取，。 對(duì)于第2段，查閱軸承的安裝尺寸，取，考慮空間位置，取。 對(duì)于第3段，蝸輪輪轂寬，為了壓緊蝸輪，取，依據(jù)蝸輪結(jié)構(gòu)特征，取。 對(duì)于第4段，安裝軸承30207，取，還要安裝套筒，取。 對(duì)于第5段，依據(jù)減速器箱體結(jié)構(gòu)、軸結(jié)構(gòu)特征，取，。 對(duì)于第6、7兩段，考慮設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)力范圍，彈簧加載行程等因素，取，，螺紋長(zhǎng)度。 蝸輪軸各軸段設(shè)計(jì)結(jié)果如下表： 表4-1 蝸輪軸參數(shù) 編號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 直徑d 35 46 40 35 32 30 30 長(zhǎng)度l 20 26 48 40 60 40 80 4.1.4 零件的周向定位 為保證對(duì)中性滿足要求，蝸輪與軸選用型鍵聯(lián)接，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表14-26，根據(jù)第4段軸的直徑，選擇的鍵的型號(hào)為，根據(jù)第4段軸的長(zhǎng)度，從鍵的長(zhǎng)度系列選擇鍵的長(zhǎng)度。 4.1.5校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)用AutoCAD分別做出蝸輪軸在空間中、水平面與豎直面的受力如圖所示，簡(jiǎn)支梁跨距間的距離。實(shí)際設(shè)計(jì)中，蝸輪軸是豎直布置的，為了分析方便，將蝸輪軸水平放置進(jìn)行受力分析。 在圖4-2中，D端與施力板相接，受到摩擦力矩T的作用，B點(diǎn)處的是蝸輪的簡(jiǎn)圖。 圖4-2 蝸輪軸在空間中的受力簡(jiǎn)圖 圖4-3 蝸輪軸在面的受力簡(jiǎn)圖 圖4-4 蝸輪軸在面的受力簡(jiǎn)圖 在水平面內(nèi)，有,， 解得 截面處的彎矩 在豎直面內(nèi)，圖中 對(duì)點(diǎn)列力矩方程，，即 解得FV2=700.3N 處右截面彎矩較大，較大的彎矩為 蝸輪末端受到的扭矩T=617800 用AutoCAD分別作出蝸輪軸在水平面、豎直面內(nèi)的彎矩圖和蝸輪軸的扭矩圖，如圖4-5所示。 圖4-5 蝸輪軸的受力彎矩圖和扭矩圖 從圖中可以看出，截面是危險(xiǎn)截面，下面校核截面是否安全。 截面處的總彎矩 扭矩 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取α=0.6，蝸輪軸的計(jì)算應(yīng)力 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1得 因?yàn)?，故安全[9]。 4.2蝸桿軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 蝸桿軸上的功率,轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩T1=3.74N·m 4.2.1按扭矩初算軸最小直徑 蝸桿材料選用鋼，熱處理工藝選擇調(diào)質(zhì)。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3，取，則 蝸桿軸最小處有鍵槽，所以 4.2.2求蝸桿的受力 蝸桿軸受到的力與蝸輪上受到的力互為反作用力，所以在數(shù)值上大小相等、方向相異。 軸向力的大小 周向力的大小 徑向力的大小 4.2.3蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于蝸桿傳動(dòng)部分軸徑較小，因此蝸桿與軸設(shè)計(jì)成一體的。最小直徑已經(jīng)確定，擬定蝸桿的結(jié)構(gòu)如下。 圖4-6 蝸桿軸的結(jié)構(gòu) 如圖4-6所示，將蝸桿軸分為段并編號(hào)，第段與聯(lián)軸器聯(lián)接，第2段安裝軸承，第3段定位，第、、 段為蝸桿軸段，第7段為定位段，第8段安裝軸承。 對(duì)于第1段，由于電機(jī)伸出端直徑為19mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》17-1，選取型號(hào)為型的凸緣聯(lián)軸器，軸孔長(zhǎng)度 ，考慮到安裝端蓋，所以取,為了提高剛度，稍大些，取。 對(duì)于第2段，初選軸承30205，其基本尺寸，故取，取。 對(duì)于第3段，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-4，代號(hào)為30205的軸承適合本設(shè)計(jì)，其安裝尺寸，，。 對(duì)于第5段，蝸桿的軸向齒寬。 對(duì)于第4和第6段，一方面考慮是蝸桿對(duì)稱，另一方面考慮蝸輪直徑，防止跨距太小使軸承孔座與蝸輪干涉。綜合考慮之后，取，。 對(duì)于第7段，取，。 對(duì)于第8段，取，。 蝸桿軸設(shè)計(jì)結(jié)果如表4-1： 表4-1 蝸桿軸參數(shù) 編號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 直徑d 20 25 32 26 39.5 26 32 25 長(zhǎng)度l 75 20 6 41 50 41 6 20 4.2.4 校核蝸桿軸的強(qiáng)度 根據(jù)蝸桿軸的結(jié)構(gòu)，將蝸桿軸軸簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)支梁，簡(jiǎn)支梁的跨距 由前面的計(jì)算結(jié)果可知： 軸向力的大小 周向力的大小 徑向力的大小 用AutoCAD分別作出蝸桿軸在空間中、水平面和鉛面內(nèi)的受力簡(jiǎn)圖，如下圖所示[10]： 圖4-7 蝸桿軸在空間中的受力簡(jiǎn)圖 圖4-8 蝸桿軸在水平面內(nèi)的受力簡(jiǎn)圖 圖4-9蝸桿軸在豎直面內(nèi)的受力簡(jiǎn)圖 在水平面內(nèi)，有， 解得 截面的彎矩 蝸桿對(duì)稱，故 在豎直面內(nèi)，圖中 對(duì)點(diǎn)列力矩平衡方程，，即 解出 C截面處左側(cè)彎矩較大，取較大的進(jìn)行計(jì)算 蝸桿受到的扭矩 作出蝸桿軸在水平面、豎直面內(nèi)的彎矩圖和蝸桿軸的扭矩圖，如圖4-10所示。 圖4-10 蝸桿軸的受力彎矩圖和扭矩圖 由圖11可知，截面C是危險(xiǎn)截面，所以需要校核C截面是否安全。 從圖中可以看出，截面C是危險(xiǎn)截面，下面校核截面C是否安全。 截面C處的總彎矩 扭矩 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取α=0.6，蝸輪軸的計(jì)算應(yīng)力 查表，得[σ-1]=60MPa 因?yàn)棣襝a ＜[σ-1],所以蝸桿軸的強(qiáng)度滿足條件。 至此，蝸桿軸設(shè)計(jì)完畢。用CATIA一步一步作出它的三維模型，蝸桿設(shè)計(jì)采用參數(shù)化方法，如圖4-11。 圖4-11 蝸桿三維模型 4.3滾動(dòng)軸承選擇和計(jì)算 4.3.1蝸輪軸上安裝的滾動(dòng)軸承的計(jì)算 在蝸輪軸設(shè)計(jì)時(shí)選擇的軸承的型號(hào)是30207，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表，該軸承的計(jì)算需要的系數(shù)，。 根據(jù)前面蝸輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，可知蝸輪兩個(gè)軸承受到的徑向力分別是 兩個(gè)軸承的派生軸向力分別是 外載軸向力Fa2=210.7N， 因?yàn)?所以左端的軸承被壓緊，右端的軸承 被放松。 軸承受到的軸向力分別是 因?yàn)椋? 所以，；，。 由于是一般載荷，取=1.2。 兩個(gè)軸承的當(dāng)量載荷分別是 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-4，型號(hào)為30207的軸承的基本額定動(dòng)載荷Cr=54.2kN,由于軸承2的當(dāng)量載荷大于軸承1，所以只需校核軸承2即可。 軸承壽命的計(jì)算公式為 (4-1) 代入數(shù)據(jù)，得軸承壽命為 蝸桿減速器的預(yù)期壽命為 因?yàn)?所以選擇的軸承的有效工作時(shí)間滿足要求。 4.3.2蝸桿軸上安裝的滾動(dòng)軸承的計(jì)算 在蝸桿軸設(shè)計(jì)時(shí)選擇的軸承的型號(hào)是30205，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-4，該軸承的計(jì)算系數(shù)e=0.37，Y=1.6。 根據(jù)前面蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，可知蝸桿軸上兩個(gè)軸承受到的徑向力分別是 兩個(gè)軸承的派生軸向力分別是 外載軸向力 因?yàn)椋宰蠖说妮S承1被壓緊，右端的軸承2被放松。 軸承受到的軸向力分別是 因?yàn)椋? 所以X1=0.4，Y1=1.6；X2=1，Y2=0。 由于是一般載荷，取=1.2。 兩個(gè)軸承的當(dāng)量載荷分別是 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-4，型號(hào)為30205的軸承的基本額定動(dòng)載荷,由于軸承1的當(dāng)量載荷大于軸承2，所以只需校核軸承即可。 軸承壽命的計(jì)算公式為 (4-2) 代入數(shù)據(jù)，得 本設(shè)計(jì)中減速器的預(yù)期壽命為 ,故軸承壽命滿足要求。 4.4鍵的選擇和計(jì)算 4.4.1 蝸桿軸上的鍵的選擇和校核 鍵是一種常見(jiàn)的用在軸上的標(biāo)準(zhǔn)件，用來(lái)連接兩個(gè)軸上零件，使它們一起轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)還具有定位的作用。鍵的失效將會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)器的故障，更換將會(huì)花費(fèi)額外的功夫。所以，對(duì)鍵的強(qiáng)度必須進(jìn)行校核，確保設(shè)計(jì)安全。 蝸桿軸上第段上的鍵與半聯(lián)軸器配合， 。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表14-26，d1在mm之間，所以選擇的鍵的尺寸。 鍵的長(zhǎng)度系列中選擇鍵長(zhǎng)。 鍵應(yīng)滿足的強(qiáng)度條件為 (4-3) 上式中蝸桿的扭矩 ，鍵高，鍵寬， 鍵長(zhǎng)，， 代入公式，得 鍵、軸和輪轂材料都是鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-2查得 ,取。 因?yàn)?，所以該鍵工作期間不會(huì)被壓潰。 4.4.2蝸輪軸上與蝸輪配合的鍵的選擇和校核 蝸輪軸上第段上的鍵與蝸輪配合，。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表14-26，d3在38～44mm之間，所以選擇的鍵的尺寸b×h=12×8。 蝸輪軸第3段長(zhǎng)度，所以從鍵的長(zhǎng)度系列中選擇鍵長(zhǎng) 。 鍵應(yīng)滿足的強(qiáng)度條件為 上式中蝸輪的扭矩T2=156.5N，鍵高h(yuǎn)=8mm，鍵寬b=12mm， 鍵長(zhǎng)l=L－b=40-12mm=28mm，d=40mm， 代入公式，得 鍵、軸和輪轂材料都是鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-2查得 ,取。 因?yàn)?，所以該鍵工作期間質(zhì)量不會(huì)出問(wèn)題。 第五章 其它零部件設(shè)計(jì) 5.1 蝸桿減速器箱體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 箱體對(duì)于減速器而言，看似不那么重要，實(shí)際非常重要，尤其是箱體的剛度，對(duì)減速器的壽命有這重要的影響。箱體的剛度若不滿足要求，會(huì)加劇軸承磨損，導(dǎo)致減速器早早地報(bào)廢。若果擔(dān)心剛度不夠而過(guò)分增大箱體的尺寸，又會(huì)造成材料的未充分利用以及減速器結(jié)構(gòu)的笨重，因此可以考慮合理布置加強(qiáng)筋。這樣，既可以減少材料的使用，又可以增加箱體的支撐剛度。箱體有鑄造式、焊接式等，本設(shè)計(jì)箱體采用鑄造的方法。箱體在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮加工制造的工藝性是否良好，制造成本貴賤等等。還有，扳手空間、螺栓空間都應(yīng)充分考慮，以免給裝配、維修造成極大的不便。 由前面的設(shè)計(jì)結(jié)果，中心距a=80mm,查閱有關(guān)書(shū)籍，計(jì)算出蝸桿減速器箱體的尺寸。由于減速器只是本設(shè)計(jì)的一部分，所以箱體設(shè)計(jì)還要考慮其他構(gòu)件的位置關(guān)系。綜合前面設(shè)計(jì)的蝸桿蝸輪尺寸，進(jìn)行箱體結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。 箱座壁厚，箱座厚度要大于8mm,取為15mm。 箱蓋壁厚 地腳螺栓直徑，取 地腳螺栓數(shù)目 箱座與上面的箱蓋連接螺栓的公稱直徑，取。 軸承蓋螺釘直徑，取。 df、d2至外箱壁的距離c1，df、d2至凸緣邊的距離c2。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表5-3，c1、c2的尺寸關(guān)系如下： dfc1≥22mm，取dfc1=24mm d2c1≥13mm，取d2c1=14mm dfc2≥20mm，取dfc2=20mm d2c2≥16mm，取d2c2=16mm 蝸輪外圓與內(nèi)箱壁距離?2≥δ，取?2=16mm 5.2彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 彈簧是一種用途十分廣泛的彈性元件，依據(jù)本次設(shè)計(jì)情況，選擇圓柱螺旋壓縮彈簧。下面進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 預(yù)計(jì)彈簧使用次數(shù)為次，按第2類彈簧來(lái)設(shè)計(jì)。按力學(xué)性能將及載荷特點(diǎn)將彈簧鋼絲分為：SL、SM、DM、SH、DH，這里碳素彈簧鋼絲選取DM型。軸徑末端螺桿直徑20mm,因此彈簧中徑，初選彈簧鋼絲直徑，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表16-3，暫選抗拉強(qiáng)度，則根據(jù)表16-2，可知。當(dāng)彈簧指數(shù)時(shí)，彈簧制造困難，時(shí)，彈簧會(huì)發(fā)生屈曲變形且在量產(chǎn)時(shí)容易纏繞。暫且選取彈簧指數(shù)，則 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式16-10得 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表16-6，取彈簧中徑D=38mm,由表16-2，取切變模量，彈簧剛度取 ，則有效圈數(shù) 顯然，有效圈數(shù)不合理。查閱《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》，了解了單圈剛度與有效圈數(shù)的關(guān)系，經(jīng)過(guò)多次嘗試取值計(jì)算，最終將彈簧有關(guān)參數(shù)確定完畢，取簧絲直徑,中徑,彈簧剛度,有效圈數(shù) 。 彈簧節(jié)距，取p=24mm。 彈簧自由高度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表16-6，取。 壓縮彈簧如同壓桿受載，如果彈簧過(guò)于細(xì)長(zhǎng)，則可能屈曲。彈簧的長(zhǎng)細(xì)比，兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)，，故應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表16-11，取不穩(wěn)定系數(shù)，穩(wěn)定時(shí)的載荷 因?yàn)?，所以彈簧不?huì)失穩(wěn)。 5.3施力板的設(shè)計(jì) 施力板一方面應(yīng)滿足傳遞運(yùn)動(dòng)，將壓力傳給彈簧，另一方面起導(dǎo)向作用，防止彈簧發(fā)生偏斜。所以，在施力板的中部設(shè)計(jì)有螺紋，用來(lái)傳動(dòng)。上面設(shè)計(jì)有凸緣，不僅起彈簧安裝時(shí)的定位作用，而且能夠提高彈簧剛度。為了給施力板加導(dǎo)向軌，施力板的兩側(cè)設(shè)計(jì)有安裝導(dǎo)軌的螺紋孔。設(shè)計(jì)時(shí)，考慮施力板與減速器蓋子的良好配合性，利用CATIA裝配設(shè)計(jì)，將尺寸經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，確定后作出施力板的三維模型，如圖5-1。 圖5-1 施力板三維模型 5.4加載試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì) 加載試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)能夠靈活控制加載的實(shí)驗(yàn)力，因此先需要知道加載的實(shí)驗(yàn)力的大小，選用壓力傳感器來(lái)測(cè)量。壓力傳感器將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)力的值傳遞到控制系統(tǒng)，與給定值比較，從而確定電動(dòng)機(jī)是否需要繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。開(kāi)始時(shí)設(shè)計(jì)的加載試驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)圖如圖，下面的試件臺(tái)可以上下移動(dòng)，控制加載實(shí)驗(yàn)力。防止試件臺(tái)隨意轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)該加一個(gè)鍵確定周向位置。但是，這樣做仍然不夠穩(wěn)定。在老師的指導(dǎo)下，增加導(dǎo)軌套，改為雙軸，穩(wěn)定性得到了極大提升。經(jīng)過(guò)多處修改，將各部分零件設(shè)計(jì)完畢，為了便于區(qū)分各個(gè)零件，用CATIA進(jìn)行渲染，重新裝配，完成改進(jìn)后的設(shè)計(jì)如圖。改進(jìn)前后相比，改進(jìn)后支撐試件的軸承安裝更加方便，雙軸做導(dǎo)軌，上下移動(dòng)穩(wěn)定性好。試件采用螺母壓緊，不僅更換方便，而且在試驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)松動(dòng)，保證了試驗(yàn)的順利進(jìn)行。 圖5-2 試驗(yàn)臺(tái)初始三維模型 圖5-3 改進(jìn)后試驗(yàn)臺(tái)模型 5.5主動(dòng)試件傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 依據(jù)開(kāi)始的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖，摩擦副從動(dòng)件的傳動(dòng)加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)完畢。接下來(lái)該進(jìn)行主動(dòng)件的傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)。前面電動(dòng)機(jī)已選擇伺服電機(jī)，為了使結(jié)構(gòu)緊湊，考慮主動(dòng)件與電動(dòng)機(jī)采用聯(lián)軸器來(lái)傳遞動(dòng)力。進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，主動(dòng)件的阻力來(lái)自從動(dòng)件，當(dāng)實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定后試件勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，依據(jù)理論力學(xué)的知識(shí)知道，摩擦力矩的大小與主動(dòng)件受到扭矩大小相等。這樣，成功地把不易測(cè)量的摩擦力矩轉(zhuǎn)化為易于測(cè)量的扭矩。搜集了扭矩傳感器的資料進(jìn)行了解后，發(fā)現(xiàn)有的扭矩傳動(dòng)器還具有測(cè)速功能，順便解決了速度測(cè)量的問(wèn)題。了解了扭矩傳感器的使用與安裝方法之后，決定把扭矩傳感器安裝在伺服電機(jī)與主動(dòng)件傳動(dòng)軸之間。 至此，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)逐步完善，很多結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定。因此，打算用CATIA進(jìn)行更進(jìn)一步的裝配設(shè)計(jì)，完善設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，把沒(méi)有確定的相關(guān)設(shè)計(jì)尺寸確定下來(lái)。設(shè)計(jì)中有大量的螺釘、螺栓需要畫(huà)出，如果按照以前的設(shè)計(jì)方法，肯定會(huì)極大影響設(shè)計(jì)進(jìn)度。我想，對(duì)于此類問(wèn)題前人早已遇到過(guò)了，應(yīng)該有良好的解決方法。我自己對(duì)CATIA學(xué)習(xí)的深度不夠，因此上網(wǎng)及圖書(shū)館尋找解決方法。最后，發(fā)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，參考《CATIA機(jī)械零件參數(shù)化設(shè)計(jì)》進(jìn)行了螺釘設(shè)計(jì)。在繪圖過(guò)程中，了解了零部件的各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，按照書(shū)上的步驟一步一步操作。開(kāi)始時(shí)，特別害怕出錯(cuò)，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足，很多問(wèn)題難以解決。后來(lái)，遇到的錯(cuò)誤多了，漸漸學(xué)會(huì)了解決方法，即自己思考錯(cuò)誤原因，明白錯(cuò)誤所在后可以直接解決，想不明白的可以上網(wǎng)頁(yè)看看別人的解決方案，逐個(gè)嘗試，基本上都能解決。螺釘畫(huà)完之后，發(fā)現(xiàn)命名也是個(gè)問(wèn)題，采用直徑加拼音的命名方法來(lái)區(qū)分不同部位安裝的螺釘。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了CATIA的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以把一部分零件先裝配起來(lái)，然后在進(jìn)行周圍零件的設(shè)計(jì)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得零件設(shè)計(jì)是少了許多干涉，而且便于確定零件上某些孔的位置。發(fā)現(xiàn)零件有錯(cuò)誤，直接進(jìn)入零件設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行更改，如此反復(fù)，邊裝配邊修改，不斷嘗試，最終完成了裝配設(shè)計(jì)[11]。整體裝配完成，再對(duì)零件進(jìn)行渲染，使零件易于區(qū)分及理解設(shè)計(jì)意圖。裝配圖如圖5-4。 圖5-4 整體裝配圖 用AutoCAD作出零件的二維裝配圖三視圖，分別如圖5-5、5-6、5-7所示： 圖5-5 主視圖 圖5-6 左視圖 圖5-7 俯視圖 結(jié) 論 相對(duì)于滑動(dòng)摩擦，滾動(dòng)摩擦具有減小摩擦阻力的作用。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，存在著很多把滑動(dòng)轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)的設(shè)計(jì)實(shí)例。滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)，對(duì)我們更準(zhǔn)確地理解滾動(dòng)摩擦磨損機(jī)理，發(fā)現(xiàn)新的摩擦理論起到很大的幫助。此外，滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)可以測(cè)量試件的摩擦因數(shù)，材料涂層的抗摩擦性能，對(duì)工程材料的選擇，機(jī)器效率及壽命的提高具有重大的工程意義。摩擦學(xué)理論的進(jìn)展及工程應(yīng)用對(duì)節(jié)省能源消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量及競(jìng)爭(zhēng)力具有巨大的經(jīng)濟(jì)意義。 1、本次設(shè)計(jì)從開(kāi)始的原理理解到方案設(shè)計(jì)，通過(guò)查閱書(shū)籍和閱讀論文，了解材料的各種性質(zhì)，不同結(jié)構(gòu)對(duì)試驗(yàn)機(jī)的影響，成本貴還是廉，對(duì)方案不斷比較與修改，最終確定了一個(gè)相對(duì)滿意的方案。從方案的確定到零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，裝配設(shè)計(jì)，雖然遇到了重重困難，但是最終還是完成了三維模型的設(shè)計(jì)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，提高了我的解決問(wèn)題能力與繪圖能力。 2、本次設(shè)計(jì)的滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)在參考原有各種試驗(yàn)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列的改進(jìn)創(chuàng)新，特點(diǎn)是本設(shè)計(jì)裝置的功能相對(duì)單一，用來(lái)進(jìn)行滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)，測(cè)試具有更加專業(yè)化的特點(diǎn)；能夠滿足在不同載荷、不同材料的試驗(yàn)要求，采用機(jī)械、電氣融合設(shè)計(jì)，試驗(yàn)力加載控制精確；試件更換方便、夾緊可靠，無(wú)松緩、卡死等現(xiàn)象；本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，使用方便。 3、在設(shè)計(jì)過(guò)程中，摩擦副的安排與加載試驗(yàn)力的傳遞是個(gè)難點(diǎn)，遇到問(wèn)題之后，經(jīng)過(guò)反復(fù)思考與借鑒別人的設(shè)計(jì)特色，最終成功了解決了以上的結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)時(shí)間及本人設(shè)計(jì)水平有限，導(dǎo)致了未能將控制系統(tǒng)，試驗(yàn)時(shí)輸入?yún)?shù)的輔助軟件設(shè)計(jì)出來(lái)，或多或少是個(gè)遺憾。 參考文獻(xiàn) [1] 侯文英. 摩擦磨損與潤(rùn)滑 [M] . 1版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2012:2-5 [2] Michele Scaraggi?Bo N. 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CATIA V5R21產(chǎn)品工程師寶典[M]. 1版. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2014:445-484 謝 辭 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，從開(kāi)始的概念模糊到原理的理解、方案的設(shè)計(jì)，整個(gè)過(guò)程中每次遇到問(wèn)題，總能得到任靖日教授的指導(dǎo)，非常感謝老師的指導(dǎo)。在設(shè)計(jì)進(jìn)行之前，我復(fù)習(xí)了理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等多門(mén)課程，復(fù)習(xí)這些功課使得我在設(shè)計(jì)中少犯了許多錯(cuò)誤，同時(shí)也為設(shè)計(jì)過(guò)程提供了靈感。然而，還是有考慮不周到的地方。例如，開(kāi)始箱體設(shè)計(jì)了幾層，忽略了制造的便捷性。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，任老師淵博的知識(shí)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度給我留下了深刻的印象。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，和室友一起出入圖書(shū)館進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，遇到問(wèn)題時(shí)能夠互相交流，在此過(guò)程中感謝室友的陪伴與幫助。如果沒(méi)有室友的陪伴，本次設(shè)計(jì)不知會(huì)添加多少枯燥與煩惱。本次設(shè)計(jì)使我的繪圖能力、思考問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力得到了極大的提升，尤其對(duì)CATIA參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的理解更進(jìn)一步，感謝學(xué)校給予本次設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。 40