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長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙
前 言
同步齒型帶是一種兼有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的新型高效傳動(dòng)帶。隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更為緊湊、性能不斷提高,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中用來驅(qū)動(dòng)凸輪軸的汽車同步帶的質(zhì)量提出了更高的要求。為使同步帶能夠在汽車一定行駛里程之內(nèi)可靠地傳遞載荷而不損壞,必須對(duì)膠帶的壽命進(jìn)行比較準(zhǔn)確的估計(jì)。疲勞壽命指標(biāo)的準(zhǔn)確檢測(cè)可為膠帶生產(chǎn)廠家控制產(chǎn)品質(zhì)量、保證產(chǎn)品可靠性和穩(wěn)定性提供有力的保障。因此,目前世界各國的汽車制造業(yè)和膠帶生產(chǎn)廠家都十分重視汽車同步帶的疲勞試驗(yàn)。
目前國內(nèi)膠帶生產(chǎn)企業(yè)對(duì)同步齒型帶在綜合使用性能、可靠性和疲勞壽命等方面還不能全面檢測(cè),尤其是疲勞試驗(yàn)。雖然相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布,但是除了引進(jìn)的幾臺(tái)兩輪試驗(yàn)機(jī)外,符合疲勞試驗(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)的汽車同步帶三輪疲勞試驗(yàn)設(shè)備在國內(nèi)還是空白。
針對(duì)目前在我國汽車同步帶疲勞壽命試驗(yàn)方面存在的問題，本設(shè)計(jì)在原有的汽車同步帶試驗(yàn)設(shè)備上做了進(jìn)一步的完善和改進(jìn)，本設(shè)計(jì)工作原理如圖1.1所示，其主要技術(shù)參數(shù)為：
試驗(yàn)功率 20 kW
試驗(yàn)扭矩 35 N·m
主、從動(dòng)試驗(yàn)輪中心距 125～2000 mm
試驗(yàn)帶長 ≤6 m
驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 (3900～6000) r·min
機(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)機(jī)是對(duì)傳動(dòng)帶進(jìn)行綜合性能測(cè)試的試驗(yàn)設(shè)備。通過試驗(yàn)來檢驗(yàn)傳動(dòng)帶的各方面性能。
國外較早地開始了這方面的研究，如美國Gleason公司在五十年代就設(shè)計(jì)出了用輪系作為加載系統(tǒng)的傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的方案。比較著名的還有美國國家航空航天局（NASA)下屬的Lewis研究中心、前蘇聯(lián)中央機(jī)械制造與設(shè)計(jì)研究院、美國通用動(dòng)力公司、德國RENK公司、日本明電舍動(dòng)力公司、日本豐田汽車公司、美國伊利諾斯大學(xué)機(jī)械工程系、法國Skoda公司等。從試驗(yàn)臺(tái)方案的設(shè)計(jì)到最終的樣品制造他們都進(jìn)行了大量的研究工作，形成了系列化的設(shè)計(jì)模式。
與國外相比，國內(nèi)對(duì)于傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的研究起步相對(duì)較晚。研究工作始于八十年代初期。國內(nèi)較早從事這方面研究工作的主要單位有重慶大學(xué)、鄭州機(jī)械研究所、長春汽車研究所、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)試驗(yàn)臺(tái)，這些試驗(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)試驗(yàn)設(shè)備的發(fā)展水平。
第1章 設(shè)計(jì)方案
1．1 設(shè)計(jì)題目
汽車同步帶疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)。
1．2 設(shè)計(jì)原理
本設(shè)計(jì)的工作原理如圖1.1所示。
圖 1.1 汽車同步帶疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)工作原理示意
1—三相異步電動(dòng)機(jī)；2—聯(lián)軸器；3—扭矩傳感器；4—軸承座；5—傳動(dòng)帶；
6—主動(dòng)增速帶輪；7—從動(dòng)增速帶輪；8—主動(dòng)試驗(yàn)帶輪；9—從動(dòng)試驗(yàn)帶輪；
10—試驗(yàn)帶；11—主動(dòng)降速帶輪；12—從動(dòng)降速帶輪；13—負(fù)載發(fā)電機(jī)。
本設(shè)計(jì)中以三相異步電動(dòng)機(jī)為主動(dòng)電機(jī)，聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)、扭矩傳感器、軸承座、負(fù)載發(fā)電機(jī)之間的連接，增速機(jī)構(gòu)提升轉(zhuǎn)速滿足試驗(yàn)帶的要求，降速機(jī)構(gòu)降低轉(zhuǎn)速滿足負(fù)載發(fā)電機(jī)的要求。
1．3 工作方式的選擇
目前汽車同步帶疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)的工作方式主要有兩種，一種是機(jī)械封閉方式，另一種是電封閉方式。
汽車同步帶三輪疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)采用有扭矩法動(dòng)態(tài)模擬汽車同步帶的實(shí)際使用過程,試驗(yàn)功率傳遞方式為機(jī)械封閉式,其傳動(dòng)原理如圖1.2所示。
圖 1.2 同步帶疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)工作原理示意圖
1—扭矩傳感器；2—從動(dòng)輪；3—傳動(dòng)帶；4—主動(dòng)輪；
5—行星輪系；6—力矩電機(jī)；7—系桿；8—主電機(jī)；
9—主動(dòng)試驗(yàn)輪；10—試驗(yàn)帶；11—從動(dòng)試驗(yàn)輪。
該試驗(yàn)機(jī)中,從被試驗(yàn)帶、扭矩傳感器到傳動(dòng)帶、減速器整個(gè)傳動(dòng)過程為封閉式。傳動(dòng)輪安裝在行星齒輪減速器的外殼上,力矩電機(jī)通過多楔帶與減速器的輸入軸相連,主電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸與減速器的輸出軸相連。主電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速與主電機(jī)和力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速固定時(shí),由力矩電機(jī)輸入不同的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)傳動(dòng)帶輪的轉(zhuǎn)速,從而使傳動(dòng)帶與被試驗(yàn)帶之間的傳動(dòng)比不同,由此對(duì)被試驗(yàn)帶加上不同的載荷(扭矩)。試驗(yàn)時(shí)傳動(dòng)帶同樣承受扭矩,為確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,傳動(dòng)帶不能有較大滑動(dòng),因此該試驗(yàn)機(jī)采用滑動(dòng)較小、傳遞功率大的多楔帶傳動(dòng),同時(shí)加大傳動(dòng)帶的包角。
疲勞試驗(yàn)機(jī)所有部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度,并能滿足連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求,該同步帶疲勞試驗(yàn)機(jī)主要包括以下部分:
(1)主動(dòng)輪及其驅(qū)動(dòng)裝置
主動(dòng)輪由主電機(jī)驅(qū)動(dòng),驅(qū)動(dòng)軸兩端分別與試驗(yàn)帶輪和行星減速器相連接。同時(shí)為了便于試驗(yàn)帶安裝并減小同長度同步帶因位置調(diào)整引起的試驗(yàn)誤差,在試驗(yàn)帶輪與主電機(jī)之間采用高速萬向花鍵副連接。對(duì)于不同長度的同步帶,位置由電機(jī)驅(qū)動(dòng)做相應(yīng)的調(diào)整。
(2)從動(dòng)輪及其相連的加載裝置
從動(dòng)輪及其相連的加載裝置包括加載力矩電機(jī)、傳動(dòng)帶、扭矩傳感器及行星減速器等。扭矩加載裝置可充分發(fā)揮行星減速器的差動(dòng)原理,能提供準(zhǔn)確、穩(wěn)定的試驗(yàn)扭矩,并用重錘進(jìn)行扭矩校正。為模擬汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境,在從動(dòng)輪附近設(shè)有加熱裝置。
(3)張緊輪(平輪)裝置
張緊輪裝置能使張緊輪沿張緊力的作用方向自由運(yùn)動(dòng),以使試驗(yàn)所需的張緊力準(zhǔn)確地作用到被試同步帶上。該張緊裝置在有一定軸向偏角時(shí)可實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)。
(4)控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心處理系統(tǒng),配以光柵高速計(jì)數(shù)器、扭矩傳感器控制,采用行星齒輪減速器加載,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)設(shè)定后的自動(dòng)計(jì)算、顯示和實(shí)時(shí)記錄并打印整個(gè)試驗(yàn)過程的實(shí)時(shí)曲線與歷史曲線及報(bào)表,避免了復(fù)雜的按鈕操作,整個(gè)試驗(yàn)過程實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制。該試驗(yàn)機(jī)與同類進(jìn)口設(shè)備相比,增加了實(shí)際加載扭矩、滑差率、主動(dòng)輪和從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速的計(jì)算分析,可以真實(shí)地反映整個(gè)試驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)的變化,數(shù)據(jù)分析形象直觀,同時(shí)系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)打印和歷史打印,便于數(shù)據(jù)的獲取和備案。
汽車同步帶疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)采用電封閉工作方式，變頻器控制三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪在給定轉(zhuǎn)速下工作，試驗(yàn)帶安裝在主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和張緊輪之間，從動(dòng)輪、扭矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、減速器、直流發(fā)電機(jī)串聯(lián)安裝。負(fù)載（采用直流發(fā)電機(jī)）通過減速器作用在扭矩傳感器上，扭矩傳感器與從動(dòng)輪通過聯(lián)軸器連接，直流發(fā)電機(jī)輸出直接進(jìn)入有源逆變器輸入端，有源逆變器輸出與驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)變頻器電源輸入并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)能源回饋，達(dá)到節(jié)能目的。負(fù)載的調(diào)節(jié)通過計(jì)算機(jī)D/A轉(zhuǎn)換卡，輸出-10V—+10V電壓來控制，通過扭矩傳感器檢測(cè)負(fù)載的變化，實(shí)現(xiàn)負(fù)載加載閉環(huán)控制。試驗(yàn)帶的滑動(dòng)率由主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速傳感器，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算求得。
該方案優(yōu)點(diǎn)：
（1）定轉(zhuǎn)速以下（直至零轉(zhuǎn)速）恒扭矩特性，額定轉(zhuǎn)速以上恒功率特性。可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)向同樣的加載特性。
（2）節(jié)能：采用電力回饋，大大節(jié)約能源消耗。一般可以節(jié)能70%以上（主要取決被測(cè)系統(tǒng)損耗），這對(duì)于疲勞工作試驗(yàn)系統(tǒng)，節(jié)能效益就非常可觀了。
（3）正向加載（發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)）、反轉(zhuǎn)倒托（電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)），無環(huán)流任意切換。
（4）全數(shù)字化調(diào)節(jié)，精度高，穩(wěn)定性好，可靠性好。
（5）使用方便：無需水冷油冷裝置；調(diào)節(jié)方便；設(shè)備簡單，占地少。
（6）響應(yīng)快。
現(xiàn)代的機(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)機(jī)正朝著電封閉功率流式的方向深入發(fā)展。采用電封閉功率流的試驗(yàn)機(jī)易于控制，易于設(shè)計(jì)制造，各組成部分之間逐漸模塊化、單元化，以便于使用和維護(hù)。在其組成上，原動(dòng)機(jī)采用電動(dòng)機(jī)，負(fù)載裝置采用發(fā)電機(jī)。由于直流電動(dòng)機(jī)具有易于控制、運(yùn)行平穩(wěn)和機(jī)械特性硬等優(yōu)點(diǎn)，因此在電封閉試驗(yàn)臺(tái)中處于主導(dǎo)地位，作為負(fù)載的發(fā)電機(jī)也多采用直流發(fā)電機(jī)，直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能可以直接回饋給電動(dòng)機(jī)，不需要逆變環(huán)節(jié)。這樣就可以大大地簡化試驗(yàn)臺(tái)的組成，降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度。
在控制系統(tǒng)上，早期建立的試驗(yàn)臺(tái)沒有專門的控制系統(tǒng)，僅靠機(jī)構(gòu)組合及傳動(dòng)零件間的嚙合作用來實(shí)現(xiàn)特定的加載功能。隨著加載技術(shù)的不斷發(fā)展，逐漸開始采用繼電器控制來完成簡單的控制操作?，F(xiàn)代傳動(dòng)試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論來實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的自動(dòng)控制，如電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、力矩調(diào)節(jié)以及試驗(yàn)過程的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、保護(hù)等功能。
在數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)上，大多采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，如湘儀動(dòng)力測(cè)試儀器廠生產(chǎn)的以Z80計(jì)算機(jī)為核心的JXW-1型機(jī)械效率儀，其它還有用Apple計(jì)算機(jī)、單板機(jī)、單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
1．4 結(jié)構(gòu)概述
本設(shè)計(jì)選擇電封閉工作方式，該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制管理試驗(yàn)全過程，可以完成不同型號(hào)的汽車同步帶試驗(yàn)。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用變頻調(diào)速控制技術(shù)。
主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的位置調(diào)整底座其下安裝直線導(dǎo)軌，其為滾動(dòng)摩擦、調(diào)整方便，更主要是減少對(duì)從動(dòng)輪的張緊力的影響，提高加力系統(tǒng)的精度。
扭矩傳感器1完成驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出扭矩、轉(zhuǎn)速的測(cè)試，計(jì)算機(jī)根據(jù)該測(cè)試可以準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)速，滿足試驗(yàn)帶的要求。
扭矩傳感器2完成實(shí)驗(yàn)裝置負(fù)載扭矩的測(cè)試。模擬負(fù)載用于模擬傳動(dòng)功率，其采用發(fā)電機(jī)模擬吸收負(fù)載方案。采用電力回饋，大大節(jié)約能源消耗。一般可以節(jié)能70～80%以上。
加力裝置用于同步帶試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)施加規(guī)定的預(yù)緊力，其力值由力傳感器測(cè)量并反饋在計(jì)算機(jī)中顯示。
加力砝碼為有級(jí)組件，按規(guī)定的預(yù)緊力級(jí)別有級(jí)組合，以適應(yīng)不同型號(hào)的同步帶。
溫控箱控制試驗(yàn)帶的溫度。
試驗(yàn)帶輪兩側(cè)安裝有防護(hù)網(wǎng)，以防止工作人員在試驗(yàn)帶斷裂時(shí)受到傷害。
工作臺(tái)采用高剛度設(shè)計(jì)。
試驗(yàn)系統(tǒng)配置多套帶輪工裝以適應(yīng)不同型號(hào)規(guī)格的傳動(dòng)帶試驗(yàn)用。
1．4 方案特點(diǎn)
本設(shè)計(jì)可以對(duì)傳動(dòng)帶以及常規(guī)的機(jī)械傳動(dòng)裝置進(jìn)行多方面的試驗(yàn)測(cè)試。這些測(cè)試既可以是開發(fā)性產(chǎn)品測(cè)試，又可以是系列產(chǎn)品性能的測(cè)試，通常進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目主要有以下幾個(gè)方面:
（1）空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)
通過空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)來驗(yàn)證某些參數(shù)及功能是否符合設(shè)計(jì)指標(biāo)，檢查加工、裝配的質(zhì)量，從而找出設(shè)計(jì)、加工、安裝中存在的問題，以便采取相應(yīng)措施加以改進(jìn)。
（2）負(fù)載試驗(yàn)
通過承載性能試驗(yàn)，可以檢驗(yàn)其在承載時(shí)的工作性能，這樣可以對(duì)被試傳動(dòng)帶或傳動(dòng)裝置的真實(shí)工作性能加以檢驗(yàn)。
（3）疲勞壽命試驗(yàn)
用來考核被試傳動(dòng)帶或傳動(dòng)裝置各傳動(dòng)元件的疲勞強(qiáng)度以及整機(jī)的使用壽命。
（4）噪聲、溫升和振動(dòng)試驗(yàn)
通過試驗(yàn)來判定被試裝置的安裝調(diào)試精度及其內(nèi)部各零件之間的摩擦、磨損情況，檢驗(yàn)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工安裝等環(huán)節(jié)的合理與否。
（5）超負(fù)荷試驗(yàn)
用來確定被試裝置在過載情況下是否能正常工作以及過載解除后的性能是否仍符合技術(shù)要求。
在生產(chǎn)實(shí)際中，還有許多其它的試驗(yàn)項(xiàng)目須根據(jù)需要進(jìn)行，限于篇幅本文不再介紹。
第2章 汽車同步帶疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)參數(shù)及計(jì)算
2.1 電機(jī)的選擇
試驗(yàn)帶技術(shù)規(guī)格：
① 轉(zhuǎn)速范圍：3900～6000rmin
② 傳動(dòng)功率：20kw
③ 最大張緊力：930N
④ 模擬負(fù)載功率：12kw
⑤ 高溫：45℃
根據(jù)試驗(yàn)帶技術(shù)規(guī)格本設(shè)計(jì)中選擇三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，初步選擇電機(jī)型號(hào)為Y180-2，為全封閉自扇冷電動(dòng)機(jī)。
技術(shù)參數(shù)為=22kw；n=2940r/min；T=2.0nm；Tmax=2.2 n·m
m=180kg；
：電機(jī)額定功率；
n ：滿載轉(zhuǎn)速；
T ：額定轉(zhuǎn)矩；
Tmax ：最大轉(zhuǎn)矩；
m ：電機(jī)質(zhì)量。
電機(jī)容量的選擇
電機(jī)容量<工作要求：不能正常工作或因長期過載而過早損壞。
電機(jī)容量>工作要求：價(jià)格高，能力不能充分利用，功率效率低，浪費(fèi)。
=(kw)
:工作機(jī)實(shí)際所需電動(dòng)機(jī)的輸出功率kw；
：工作機(jī)所需輸入功率kw；
：電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率。
按照設(shè)計(jì)要求，=20kw；試驗(yàn)帶所需最高轉(zhuǎn)速為6000120r/min。
=
：同步帶效率，取98%；
：球軸承效率，取99%（稀油潤滑）
=20.8kw
所選電機(jī)滿足要求。
電機(jī)的安裝尺寸如圖2.1所示。
A=279 B=241 C=121 D=48
E=110 H=180 AB=360 AC=355
AD=285 HD=430 BB=311 L=670
圖 2.1 電機(jī)安裝尺寸
2.2 同步帶輪的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中選用的傳動(dòng)帶為同步帶。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)帶所需轉(zhuǎn)速為=6000120r/min，電機(jī)轉(zhuǎn)速為=2980r/min，由結(jié)構(gòu)簡圖可知小帶輪轉(zhuǎn)速為電機(jī)轉(zhuǎn)速，大帶輪轉(zhuǎn)速為實(shí)驗(yàn)帶輪轉(zhuǎn)速，增速傳動(dòng)比為
=
=2.041
初步選擇帶輪型號(hào)為H
小帶輪：節(jié)圓直徑為97.02mm；外徑為95.65mm；齒數(shù)為24
小帶輪：節(jié)圓直徑為194.04mm；外徑為192.67mm；齒數(shù)為48
經(jīng)查表驗(yàn)證滿足最小需用齒數(shù)要求。
校核傳動(dòng)比
==2 滿足要求。
同步帶輪一般由齒圈、輪轂和擋圈組成。帶輪型號(hào)與帶相同，按節(jié)距分為7種型號(hào)。
同步帶輪直線尺廓尺寸及公差如表2.1所示,直線齒廓如圖2.2所示。
表 2.1同步帶輪直線齒廓尺寸及公差
型 號(hào)
L
H
齒槽低寬
3.050.10
4.190.13
齒槽深
2.67
3.05
齒槽半角
20
20
齒根圓角半徑
1.19
1.60
齒頂圓角半徑
1.17
1.6
兩倍節(jié)頂距
0.762
1.372
圖 2.2同步帶的直線齒廓
帶輪擋圈結(jié)構(gòu)可以自行設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)尺寸見圖2.3和表2.2。圖4-2中，
=+（0.380.25）（mm）
=+(mm)
為帶的外徑。
圖 2.3 帶輪擋圈
表 2.2 擋圈尺寸
型 號(hào)
L
H
擋圈
最小高度（K）
1.5
2.0
擋圈厚度t
1.0～2.0
1.5～2.5
大帶輪： =193.3mm =197.3mm
小帶輪： =96.28mm =100.28mm
帶輪寬度如表2.3所示，本設(shè)計(jì)中選擇的輪寬代號(hào)為300。
表 2.3 帶輪寬度尺寸
型 號(hào)
輪寬代號(hào)
輪寬基
本尺寸
雙邊擋圈帶輪
最小寬度
無擋圈帶輪
最小寬度
單邊擋圈帶輪
最小寬度
L
050
075
100
12.7
19.1
25.4
14.0
20.3
26.7
17.0
23.3
29.7
15.5
21.8
28.2
H
075
100
150
200
300
19.1
25.4
38.1
50.8
76.2
20.3
26.7
39.4
52.8
79.0
24.8
31.2
43.9
57.3
83.5
22.6
29.0
42.7
55.1
81.3
2.3 同步帶的設(shè)計(jì)
1.設(shè)計(jì)功率
=（1+）（1+）
：名義功率 20kw；
：考慮載荷性質(zhì)和運(yùn)轉(zhuǎn)的工況修正系數(shù)；
：考慮增速的修正系數(shù)；
：考慮張緊輪配置的修正系數(shù)。
經(jīng)查表得 =1.7 =0.3 =0.2
=53kw
本設(shè)計(jì)中選擇同步帶的型號(hào)為H型。
2. 同步帶傳動(dòng)速度
=（m/s）
小帶輪節(jié)圓直徑 （mm）
大帶輪節(jié)圓直徑 （mm）
經(jīng)計(jì)算的=29.85m/s
帶速限制如下：MXL-L型，=40～50m/s；H 型，=30～40m/s。
速度滿足要求。
3.同步帶的節(jié)線長度、齒數(shù)及轉(zhuǎn)動(dòng)中心距C
節(jié)線長度計(jì)算如下：
=
：傳動(dòng)中心距，初步可按下列范圍選取
角按下式計(jì)算：
取=300，計(jì)算得=
=1360.86mm,經(jīng)查表圓整標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度為：長度代號(hào) 540，節(jié)線長1371.6mm
同步帶齒數(shù)可根據(jù)確定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度計(jì)算如下：
H型取=12.70，計(jì)算得=108。
此時(shí)傳動(dòng)中心距為
=300mm
4.校核帶于小帶輪的嚙合齒數(shù)
按下式計(jì)算：
=
=24 =48
=116,滿足要求
5.確定實(shí)際所需同步帶寬度
（1）計(jì)算所選型號(hào)同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率
按下式計(jì)算：
（kw）
：各種型號(hào)同步帶在基準(zhǔn)寬度下的許用圓周力（N），查表4-4；
：各種型號(hào)同步帶的單位長度質(zhì)量（kg/m），查表4-4；
： 同步帶傳動(dòng)速度（m/s）。
經(jīng)查表2.4節(jié)距制同步帶的基準(zhǔn)寬度下的許用圓周力和單位長度質(zhì)量
=2100.85N =0.448kg/m
取=40m/s 計(jì)算的=55.36kw
帶 型 號(hào)
基準(zhǔn)寬度（mm）
許用圓周力（N）
單位長度質(zhì)量 （kg/m）
L
25.4
244.46
0.095
H
76.2
2100.85
0.448
（2）計(jì)算嚙合系數(shù)
當(dāng)。
表 2.4 節(jié)距制同步帶的基準(zhǔn)寬度下的許用圓周力和單位長度質(zhì)量
（3）計(jì)算齒寬系數(shù)
（4）確定實(shí)際所需同步帶寬度 帶的設(shè)計(jì)功率應(yīng)不大于帶的額定功率：
將以上各式帶入上式，可得實(shí)際寬度：
73.34mm
經(jīng)驗(yàn)算取：帶輪為H型，輪寬代號(hào)300，帶寬基本尺寸76.2mm雙邊擋圈最小寬度為79mm
大帶輪：48H300
小帶輪：24H300
2.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要取決于：
（1）軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；
（2）軸上安裝的重要零件類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法；
（3）載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況。
軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。
初步設(shè)計(jì)軸的直徑=48mm。
根據(jù)表2.5零件倒角和圓角半徑的推薦值。
取 ～50 =1.2 =1.6
有配合要求的軸段，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。
為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合的軸段長度一般比輪轂長度短2～3mm。
表 2.5 零件倒角和圓角半徑的推薦值
直徑
〉18～30
〉30～50
〉50～80
或
1.0
1.2
1.6
2.0
為了減少軸所受的彎矩，傳動(dòng)件盡量靠近軸承。較大的過度圓角半徑會(huì)降低應(yīng)力集中。
軸的結(jié)構(gòu)工藝性要求：一般來說軸的結(jié)構(gòu)越簡單工藝性越好，軸端有倒角。
1. 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算：
：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa；
：軸所受的扭矩，單位為Nmm；
：軸的彎扭截面系數(shù)，單位為；
：軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
：軸傳遞的功率，單位為kw；
：計(jì)算界面處軸的直徑，單位為mm；
：許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa，見表2.6。
表 2.6 軸常用幾種材料的及
軸的材料
Q235-A、20
Q275、35
45
40Cr、35SiMn
/MPa
15～25
20～35
25～45
35～55
149～126
135～112
126～103
112-97
取kw mm
。
軸的直徑：
16mm
根據(jù)表4-6取 =103
軸的直徑100mm，軸上有兩個(gè)鍵槽，軸的直徑擴(kuò)大10%-15%，軸上有一個(gè)鍵槽時(shí)擴(kuò)大5%～7%，本設(shè)計(jì)中擴(kuò)大15%，軸的直徑為18.4mm。取軸端直徑為24mm滿足要求。
根據(jù)圓柱型軸伸和軸肩軸環(huán)尺寸設(shè)計(jì)，取30mm，長系列 80mm，(0.07～0.1) 1.4
初步選擇軸承型號(hào)為 7207C，油封型號(hào)為 J型無骨架橡膠油封。
為了滿足軸的設(shè)計(jì)要求，軸各段初步設(shè)計(jì)如圖2.4所示。
圖 2.4 軸的結(jié)構(gòu)尺寸
2．軸的受力分析
帶與帶輪的安裝方法如圖2.5所示，軸的受力分析如圖2.6所示。設(shè)增速裝置在左端的帶輪與右端的試驗(yàn)帶輪型號(hào)相同（取極限），同步帶松邊近似平行于工作臺(tái)。
圖 2.5 帶輪安裝方法
圖 2.6 受力圖
由經(jīng)驗(yàn)公式的=2。
在面列平衡方程，受力如圖2.7：
= = =2 = =
r/min kw
計(jì)算得 N
N
圖 2.7 面受力圖
在面列平衡方程，受力如圖2.8：
計(jì)算得 N
N
圖 2.8 面受力圖
3.作出彎矩圖
軸在面所受彎矩如圖2.9所示：
==18785.4Nmm
圖 2.9 面彎矩圖
軸在面所受彎矩如圖4-10所示：
==172721.1Nmm
圖 2.10 面彎矩圖
4.作出扭矩圖
軸所受扭矩如圖2.11所示：
N·mm
圖 2.11 扭矩圖
5.校核軸的強(qiáng)度
已知軸的彎矩和扭矩，軸承處為危險(xiǎn)截面，應(yīng)力計(jì)算：
：軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為MPa；
：折合系數(shù)，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為靜應(yīng)力，取。
對(duì)于直徑為的圓軸，彎曲應(yīng)力,扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，將和代入上式，則軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為
：軸所受的彎矩，單位為N·mm；
：軸所受的扭矩，單位為N·mm；
：軸的抗彎截面系數(shù)，單位為mm；
：對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，經(jīng)查表取=55MPa。
計(jì)算得 MPa，滿足要求。
按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精準(zhǔn)校核
安全系數(shù)，本設(shè)計(jì)中軸的材料均勻，載荷與應(yīng)力計(jì)算精準(zhǔn)，取=1.4。
只考慮彎矩和軸向力時(shí)的安全系數(shù)：
根據(jù)查表的=295MPa，本設(shè)計(jì)中軸向力=0。
=7.14
只考慮扭矩時(shí)的安全系數(shù)：
171.1MPa 8414.2 mm
=43.43
故可知軸安全。
4.5 軸承的選擇與校核
根據(jù)工作條件決定在軸的兩端正裝兩個(gè)角接觸球軸承。由設(shè)計(jì)軸的數(shù)據(jù)可知，帶輪傳遞轉(zhuǎn)矩為33148.9N·mm，所受圓周力為=2=1366.7N，帶輪直徑為99.02mm，軸的轉(zhuǎn)速為5880r/min，軸承的預(yù)期壽命為1000h，初步選擇軸承為7207C。
查滾動(dòng)軸承樣本（或設(shè)計(jì)手冊(cè)）可知7027C軸承的=30500N，=20000N。
兩軸承所受到的徑向載荷為和，
=-534.1N =534.1N
=-4910.7N =4910.7N
4939.7N
4939.7N
軸承所受的軸向力忽略不計(jì)。
對(duì)于70000C型軸承，按表2.7，軸承派生軸向力，為判斷系數(shù)，先初取，。
表 2.7 約有半數(shù)滾動(dòng)體接觸時(shí)派生軸向力的計(jì)算公式
圓錐滾子軸承
角接觸球軸承
70000C
70000AC
70000B
N
N
N N
由表2.8確定載荷系數(shù)，取
表 2.8 載荷系數(shù)
載 荷 性 質(zhì)
舉 例
無沖擊或輕微沖擊
1.0～1.2
電機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵等
中等沖擊或中等慣性力
1.2～1.8
車輛、動(dòng)力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、冶金機(jī)械、選礦機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床等
強(qiáng)大沖擊
1.8～3.0
粉碎機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、震動(dòng)篩等
取 =0.47，，
N
驗(yàn)算軸承壽命
取=3.3
h 滿足要求
4.6 滾珠絲杠副的選擇
根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，實(shí)驗(yàn)帶輪中心距約為2000mm，所以電機(jī)的移動(dòng)范圍應(yīng)該接近1800mm，故選擇絲杠螺紋全長為1750mm，絲杠全長為2020mm。在本設(shè)計(jì)中絲杠的功能是為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)在工作臺(tái)上簡單的位移，橫向載荷很小，可以忽略，精度要求很低，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)（數(shù)控立銑機(jī)床：工作臺(tái)重量為250 kg，）選擇絲杠的公稱直徑20mm，確定滾珠絲杠副的型號(hào)為 CMD205-3-2/20201750，本絲杠副為插管埋入式，法蘭直管組合雙螺母墊片預(yù)緊，基本導(dǎo)程為5mm，負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)為3圈，精度等級(jí)為2級(jí)。
滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu)形式：滾珠絲杠副的支承，主要是約束絲杠的軸向竄動(dòng)，其次才是徑向約束。
本設(shè)計(jì)中選擇的是兩端支承形式的兩端均為單向推力（單推——單推，J——J） 如圖2.11所示。
圖 2.11 單推——單推支承組合
4.7 箱體的選擇
首先要考慮箱體內(nèi)零件的布置及與箱體外部零件的關(guān)系，箱體的形狀和尺寸常由箱體內(nèi)部零件及內(nèi)部零件間的相互關(guān)系來決定，決定箱體結(jié)構(gòu)尺寸和外觀造型的這一設(shè)計(jì)方法稱為"結(jié)構(gòu)包容法"，當(dāng)然還應(yīng)考慮外部有關(guān)零件對(duì)箱體形狀和尺寸的要求。箱體壁厚的設(shè)計(jì)多采用類比法，對(duì)同類產(chǎn)品進(jìn)行比較，參照設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)或設(shè)計(jì)手冊(cè)等資料提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定壁厚、筋板和凸臺(tái)等的布置和結(jié)構(gòu)參數(shù)。對(duì)于重要的箱體，可用計(jì)算機(jī)的有限元法計(jì)算箱體的剛度和強(qiáng)度，或用模型和實(shí)物進(jìn)行應(yīng)力或應(yīng)變的測(cè)定，直接取得數(shù)據(jù)或作為計(jì)算結(jié)果的校核手段。如車床按兩頂尖要求等高，確定箱體的形狀和尺寸，此外還應(yīng)考慮以下問題：
（1）滿足強(qiáng)度和剛度要求。對(duì)受力很大的箱體零件，滿足強(qiáng)度是一個(gè)重要問題；但對(duì)于大多數(shù)箱體，評(píng)定性能的主要指標(biāo)是剛度，因?yàn)橄潴w的剛度不僅影響傳動(dòng)零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。
（2）散熱性能和熱變形問題。箱體內(nèi)零件摩擦發(fā)熱使?jié)櫥驼扯茸兓?，影響其潤滑性能；溫度升高使箱體產(chǎn)生熱變形，尤其是溫度不均勻分布的熱變形和熱應(yīng)力，對(duì)箱體的精度和強(qiáng)度有很大的影響。
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。如支點(diǎn)的安排、筋的布置、開孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等均要有利于提高箱體的強(qiáng)度和剛度。
（4）工藝性好。包括毛坯制造、機(jī)械加工及熱處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運(yùn)輸、維護(hù)修理等各方面的工藝性。
（5）造型好、質(zhì)量小。
箱體內(nèi)腔的設(shè)計(jì)：
在本設(shè)計(jì)中，帶輪的轉(zhuǎn)速較高，所以采用稀油對(duì)帶輪軸軸承進(jìn)潤滑，為了更好的實(shí)現(xiàn)散熱，采用潤滑油循環(huán)冷卻的方法散熱。初步設(shè)計(jì)箱體的內(nèi)腔為0.18m。
箱體的熱平衡計(jì)算：
:單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量，單位為W；
：帶輪軸傳遞功率，單位為kw；
：同步帶傳遞的總效率。
：同步帶傳動(dòng)效率；
：軸承效率；
：攪油效率，通常。
：熱流量，單位為W；
：油傳熱系數(shù)，取116～175W/( m·)；
：箱體內(nèi)表面積，單位為m；
：油的工作溫度，一般限制在60-70，最高不應(yīng)超過80；
：周圍空氣的溫度，常溫情況可取20。
按照熱平衡條件，可求出正常工作下箱體所需的散熱面積為
=22kw =0.970.99 =160 =65 =20
=0.1213 m
滿主要求。
4.8 轉(zhuǎn)速傳感器的選擇
當(dāng)汽車傳動(dòng)帶疲勞試驗(yàn)機(jī)對(duì)傳動(dòng)帶做壽命試驗(yàn)時(shí)，可用光軸將扭矩傳感器換下，以提高扭矩傳感器的壽命。這時(shí)利用轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量試驗(yàn)帶所需的輸入與輸出轉(zhuǎn)速，當(dāng)試驗(yàn)帶出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時(shí)，輸入輸出轉(zhuǎn)速有所變化，提示試驗(yàn)結(jié)束。
轉(zhuǎn)速測(cè)量通常有以下幾種傳感器可選：電渦流轉(zhuǎn)速傳感器、無源磁電轉(zhuǎn)速傳感器、有源磁電轉(zhuǎn)速傳感器等。具體需要選擇哪類傳感器，則要根據(jù)轉(zhuǎn)速測(cè)量的要求而定。如:低速測(cè)量是否需要檢測(cè)零轉(zhuǎn)速，高速測(cè)量的最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速發(fā)生的裝置情況。轉(zhuǎn)速發(fā)生裝置有以下幾種：用標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒輪（M1～M5）作轉(zhuǎn)速發(fā)生信號(hào)、在轉(zhuǎn)軸上開一鍵槽、在轉(zhuǎn)軸上開孔眼、在轉(zhuǎn)軸上開凸鍵等轉(zhuǎn)速發(fā)生信號(hào)裝置。
一、FS8000系列電渦流轉(zhuǎn)速傳感器：
??? FS8000系列電渦流轉(zhuǎn)速傳感器，適合于測(cè)量從零轉(zhuǎn)速以上的任何一轉(zhuǎn)速，對(duì)于被測(cè)體轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速發(fā)生裝置要求也很低，被測(cè)體齒輪模數(shù)可以很小,被測(cè)體也可以是一個(gè)很小的孔眼，一個(gè)小凸鍵、一個(gè)小的凹槽。
1.電渦流傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速，通常選用φ3mm、φ4mm、φ5 mm、φ8 mm、φ10mm的探頭。轉(zhuǎn)速測(cè)量為0～10KHZ。
2.電渦流傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速，傳感器輸出的信號(hào)幅值較高（在低速和高速整個(gè)范圍內(nèi)）。
3.作轉(zhuǎn)速測(cè)量的電渦流傳感器有一體化和分體兩種。一體化電渦流轉(zhuǎn)速傳感器
取消前置器放大器、安裝方便、適用于工作溫度在–20℃～100℃的環(huán)境下，
帶前置器放大器的電渦流傳感器適合在–50℃～250℃的工作環(huán)境中。
二、磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量技術(shù)要求：
如果選用凸塊型（齒型），那么尺頂?shù)谋砻鍭（部分）應(yīng)做成同心圓的柱面，而不要做成平面。
輸出信號(hào)幅值：30r/min>500mV（P-P）（測(cè)試條件：發(fā)訊齒輪，齒數(shù)為6，
材料為電工鋼，模數(shù)為2，傳感器端面距齒頂1mm）。信號(hào)幅值大小，與轉(zhuǎn)速成
正比，與端面和齒頂間隙的大小成反比。
探頭直徑
φ3（φ4）
φ5
φ8
φ10
φ11
靶塊尺寸
推薦
（mm）
A
≥3
≥5
≥7
≥8.5
≥10
B
≥3
≥5
≥7
≥8.5
≥10
C
≥1.5
≥2.5
≥2.5
≥3
≥4
D
≥6
≥10
≥15
≥17
≥20
安裝間隙
推薦 (mm)
0.70
1.50
1.50
1.50
4.0
輸出電壓波形:? 漸開線齒輪近似正弦波，若齒輪略有偏心則為調(diào)幅正弦波；孔近似方波。
齒輪材料：應(yīng)采用高導(dǎo)磁材料。
齒形：漸開線齒形是最合適的齒形。用大模數(shù)的齒輪或用其它的齒形將會(huì)產(chǎn)生巨大的波形畸變，這將會(huì)妨礙精確的檢測(cè)。如果主軸在軸向有移動(dòng)，則應(yīng)注意磁極的中心不要處在齒輪的位置上。
選擇傳感器型號(hào)：
FS8001-1??? M16×1.0 適用于模數(shù)為2～4的漸開線齒輪測(cè)試，殼體無螺紋長2mm，殼體總長78mm, 電纜5m整體連接，溫度范圍-20℃～100℃。
4.8 扭矩傳感器的選擇
本設(shè)計(jì)選用的是動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，動(dòng)態(tài)扭矩傳感器電阻應(yīng)變式原理，結(jié)合電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)非接觸電源供電與信號(hào)輸出，精度高，性能穩(wěn)定可靠，量程范圍廣。動(dòng)態(tài)扭矩傳感器基本原理采用應(yīng)變電測(cè)技術(shù)和環(huán)形變壓器非接觸傳遞能源和頻率信號(hào)，有效的避免了集流環(huán)和電刷產(chǎn)生的摩擦，解決了動(dòng)態(tài)測(cè)量中能源供應(yīng)的不穩(wěn)定和信號(hào)傳輸干擾的問題。動(dòng)態(tài)扭矩傳感器采用霍爾效應(yīng)或光電碼盤對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，60個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)。高轉(zhuǎn)速時(shí)用測(cè)頻的方式測(cè)量轉(zhuǎn)速。如果轉(zhuǎn)速低于60轉(zhuǎn)，則采用測(cè)量兩個(gè)脈沖之間的周期進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量。動(dòng)態(tài)扭矩傳感器的原理，是采用應(yīng)變電測(cè)技術(shù)和用環(huán)形變壓器非接觸傳遞能源和信號(hào)所制成的一種，可以檢測(cè)靜止扭矩和旋轉(zhuǎn)扭矩與轉(zhuǎn)速的檢測(cè)儀器,旋轉(zhuǎn)測(cè)量時(shí)與轉(zhuǎn)速和方向無關(guān)。本系列動(dòng)態(tài)扭矩傳感器有效克服了因集流環(huán)和電刷的摩擦而引起的信號(hào)不穩(wěn)定。利用霍爾效應(yīng)或光電碼盤測(cè)量轉(zhuǎn)速。
動(dòng)態(tài)扭矩傳感器特點(diǎn)
1.體積小,重量輕,可任意方向安裝；
2.沒有集流環(huán)和電刷的磨擦,能長時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)；
3.可以檢測(cè)靜態(tài)(靜止)扭矩,也可檢測(cè)動(dòng)態(tài)(旋轉(zhuǎn))扭矩；
4.無須反復(fù)調(diào)零,可連續(xù)檢測(cè)正反向扭矩輸出；
5.精度高,穩(wěn)定性好,可承受100%過載量；
6.抗干擾能力強(qiáng),有多種信號(hào)輸出(4-20mA.1-5V)(5-10-15kHz)。
動(dòng)態(tài)扭矩傳感器應(yīng)用領(lǐng)域
1.電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備輸出扭矩和功率的檢測(cè)；
2.鐵路機(jī)車、汽車、飛機(jī)、船舶等機(jī)械的扭矩和功率的檢測(cè)；
3.壓縮機(jī)、水泵、攪拌機(jī)、變速器等工作時(shí)所需扭矩的檢測(cè)；
4.機(jī)床加工,鉆井設(shè)備的轉(zhuǎn)速扭矩檢測(cè)和扭矩控制；
5.可用于制做粘度計(jì)和扭力扳手；
6.各種扭矩功率檢測(cè)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室使用。
本設(shè)計(jì)中選擇的是DN系列非接觸式扭矩傳感器，具有緊湊的外形和多種可選擇的安裝方式。不僅適用于實(shí)驗(yàn)室，也適用于工業(yè)環(huán)境中。DN的供電和測(cè)量信號(hào)都采用非接觸式傳輸方式，使其適用于長時(shí)間使用而低磨損，并且無需任何維護(hù)。針對(duì)不同的應(yīng)用，還可以在傳感器中增加轉(zhuǎn)速和角度測(cè)試選項(xiàng)。供電電壓12V DC，內(nèi)置放大器輸出0…±10V的模擬量信號(hào)。
DN-2型動(dòng)態(tài)扭矩傳感器的技術(shù)參數(shù)如下：
主要技術(shù)指標(biāo)
測(cè)量范圍
0- 5 ～ 5000
Nm
輸出信號(hào)：扭矩
0±5
kHz
轉(zhuǎn)速：
60脈沖／轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速≤5000
轉(zhuǎn)／分）
30脈沖／轉(zhuǎn)（ 轉(zhuǎn)速：5000 ～ 10000轉(zhuǎn)／分
直線度L
±0.1； ±0.3；±0.5
%F.S
滯? 后H
±0.1；±0.3； ±0.5
%F.S
重復(fù)性R
±0.1；±0.3；±0.5
%F.S
工作溫度
-10 ～ +60
℃
溫度補(bǔ)償范圍
室溫 ～ +60
℃
零點(diǎn)溫度影響
±0.1
%F.S/10 ℃
激勵(lì)電壓
±15
VDC
絕緣電阻
2000
MΩ/100VDC
安全過負(fù)荷率
120
%F.S
安裝尺寸如下圖：
本設(shè)計(jì)中扭矩傳感器1選擇的是量程為10～100 Nm，扭矩傳感器2選擇的量程為200～800 Nm。
電氣連接方式如下表：
連接方式
插頭座號(hào)
導(dǎo)線顏色
輸入（電源）正端
1
紅
地
2
白
輸入（電源）負(fù)端
3
藍(lán)
轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出
4
黑
扭矩信號(hào)輸出
5
黃
若插頭座號(hào)、導(dǎo)線顏色發(fā)生顏色變化時(shí)，請(qǐng)以傳感器檢定合格證書為準(zhǔn)。
4.9 發(fā)電機(jī)的選擇
本設(shè)計(jì)采用發(fā)電機(jī)模擬吸收負(fù)載方案，采用電力回饋，大大節(jié)約能源消耗。初步選擇Z4系列的直流發(fā)電機(jī)。
? Z4系列直流電機(jī)是我國公司最新產(chǎn)品，廣泛用作各類機(jī)械的傳動(dòng)愿，諸如冶金工業(yè)軋機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、金屬切削機(jī)床、造紙、印刷、紡織、印染、水泥、塑料擠出機(jī)械等等。Z4系列電機(jī)的外形安裝尺寸除了兩底腳孔間軸向尺寸‘B’之外，符合IEC72國際標(biāo)準(zhǔn)。 Z4系列電機(jī)的性能及技術(shù)要求可按照國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，IEC34-1或西德國家標(biāo)準(zhǔn)DIN57530的要求考核。
???本系列電機(jī)采用多角形結(jié)構(gòu)，空間利用率高。定子磁軛為疊片式，實(shí)用整流器供電，能承受脈動(dòng)電流與電流急劇變化（負(fù)載變化）之工況，磁極安裝有精確定位，因而換向良好。電機(jī)絕緣等級(jí)為F級(jí)，采用可靠絕緣結(jié)構(gòu)浸漬工序，保證絕緣性能穩(wěn)定和良好散熱。Z4系列電機(jī)具有體積小、性能好、重量輕、輸出功率大、效率高及可靠性高的特點(diǎn)，可以與當(dāng)今國際先進(jìn)水平的電機(jī)教量。電動(dòng)機(jī)可用三相全控橋式整流電源以及不外接平波電抗器而長期工作。額定電壓為160V的電機(jī)由單相橋式電源供電，此時(shí)電樞回路須接入電抗器以抑制脈動(dòng)電流。
電機(jī)性能：
1．技術(shù)數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)應(yīng)按下列使用條件工作
??a.?海拔不超過1000m；
??b.?周圍空氣溫度不大于40℃；
??c.?工作環(huán)境不應(yīng)有酸性、堿性或其他對(duì)絕緣有腐蝕作用的氣體；
??d.?電機(jī)為連續(xù)工作制（SI）；
??e.?電動(dòng)機(jī)電樞回路和勵(lì)磁回路可由靜止整流電源供電，也適應(yīng)由直流發(fā)電機(jī)供電；
??f.?本系列電機(jī)性能均符合國際GB755《旋轉(zhuǎn)電機(jī)基本技術(shù)要求》。
2．電動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)額定電壓為160V、440V。也可根據(jù)具體情況派生出220V、400V和660V?或其他電壓。
3．電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速有3000、1500、1000、750、600、500、400、300、200?r/min共九檔。減小電樞電壓為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，減小勵(lì)磁電壓為恒功率調(diào)速。在額定電壓以下用調(diào)壓調(diào)速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩。其最低轉(zhuǎn)速均規(guī)定為不低于20?r/min，此時(shí)仍能維持額定轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。
4．電動(dòng)機(jī)的基本勵(lì)磁方式為他勵(lì)，標(biāo)準(zhǔn)勵(lì)磁電壓為180V，其他勵(lì)磁電壓亦可協(xié) 商。電動(dòng)機(jī)允許強(qiáng)行勵(lì)，強(qiáng)勵(lì)電壓不得超過500V。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁電流不得超過額定勵(lì)磁電流。為確保勵(lì)磁系統(tǒng)絕緣的可靠性，在斷開勵(lì)磁回路時(shí)，需在勵(lì)磁繞組兩端并聯(lián)一個(gè)釋放電阻以防止自感電勢(shì)。在標(biāo)準(zhǔn)勵(lì)磁電壓時(shí)其值約為七倍勵(lì)磁繞組電阻（冷態(tài)）。勵(lì)磁電壓高于標(biāo)準(zhǔn)電壓時(shí)，并接釋放電阻值可小于七倍，反之大于七倍。
5．Z4-315、Z4-355、Z4-400、和Z4-450四個(gè)機(jī)座帶有補(bǔ)償繞組。在Z4-250和Z4-280兩個(gè)機(jī)座號(hào)中派生帶有補(bǔ)償繞組的電機(jī)也是可能的。
6．電機(jī)提供有接地標(biāo)注的接線柱。
7．技術(shù)數(shù)據(jù)表內(nèi)的功率值為額定功率，額定電壓和轉(zhuǎn)速時(shí)的效率，它包括勵(lì)磁損耗，不包括鼓風(fēng)機(jī)損耗。
本設(shè)計(jì)中選擇的電機(jī)型號(hào)為Z4-225-11，電機(jī)中心高為225mm，電樞鐵心長度代號(hào)為11，發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下表：
型號(hào)
Type
額定功率Rated Output
PN
額定轉(zhuǎn)速
Rated Speed
弱磁
轉(zhuǎn)速Speed with Field Weaking
nF
電樞
電流Arm Curr
1N
勵(lì)磁功率Arm Curr
PF
電樞回路電阻
Arm Circuit Resistance
R
電樞回路電感
Arm Circuit Inductance
LA
磁場(chǎng)電感Field Inductance
LF
效率Eff.
慣量矩Moment of Inertia
重量Wt.
400V、440V
KW
r/min
r/min
A
W
Ω(20℃)
mH
H
%
Kg-㎡
Kg
Z4-225-11
99
1360
3000
276
2300
0.0664
2.1
4.45
87.9
5
680
110
1500
89.4
67
900
2000
193
0.1406
4.9
4.28
84.4
75
1000
86.5
49
680
1300
146
0.2433
8.7
5.77
81.2
55
750
84
40
540
1200
123
0.356
9.5
6.38
78.2
45
600
80.8
33
450
1000
103
0.476
15.2
6.10
76.5
37
500
78.8
Z4-225-21
49
540
1000
148
2470
0.2648
9.5
4.14
79.3
5.6
740
55
600
82.4
40
450
1000
125
0.397
13.7
5.41
76.6
45
500
78.9
Z4-225-31
119
1360
2400
327
2580
0.0454
1.5
5.33
89.3
6.2
800
132
1500
90.5
81
900
2000
227
0.093
3.4
5.3
86.9
90
1000
88
67
680
2250
197
0.167
5.1
4.55
82.5
75
750
85.1
12
Z4-250-
11
144
1360
2100
399
2500
0.0444
1.3
4.29
88.8
8.8
890
160
1500
89.9
99
900
2000
281
0.0911
2.4
4.55
86.2
110
1000
88.1
Z4-250-21
167
1360
2200
459
2750
0.0325
0.91
4.28
89.8
10
970
185
1500
90.5
81
680
2250
234
0.1306
3.9
5.41
83.2
90
750
85.2
Z4-250-31
180
1360
2400
493
2850
0.0281
0.87
5.32
90.4
11.2
1070
200
1500
91.5
119
900
2000
334
0.0668
1.7
5.46
87.4
132
1000
89.1
67
540
2000
204
0.202
4.0
4.0
80.8
75
600
84.6
49
450
1500
152
0.305
7.3
5.1
78.5
55
500
82.4
發(fā)電機(jī)安裝尺寸如下：
型號(hào) TYPE
安裝尺寸 Mounting Dimensions
外型尺寸 Outline Dimensions
A
B
C
D
E
F
GA
DA
EA
FA
GC
H
K
L
L1
AB
AC
AD
HD
h1
Z4-225-11
385
701
149
75
140
20
79.5
75
140
20
79.5
225
19
1140
1605
480
474
398
981
20
Z4-225-12
781
1200
1665
Z4-225-21
751
1190
1655
Z4-225-22
811
1250
1715
Z4-225-31
811
1250
1715
Z4-225-32
871
1310
1775
總 結(jié)
充實(shí)、緊張、忙碌的畢業(yè)設(shè)計(jì)接近尾聲了，看著自己電腦里的一張張圖紙和一頁頁說明書，真的感到很欣慰，昨天的我辛勤耕耘，而今天的我喜獲豐收了。
總結(jié)一下自己本次的設(shè)計(jì)“汽車同步帶疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)”，我對(duì)原有的試驗(yàn)機(jī)做了進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。本設(shè)計(jì)體現(xiàn)了很多創(chuàng)新和優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然了也存在不足之處。創(chuàng)新和優(yōu)點(diǎn)在于：第一，本設(shè)計(jì)新增加了扭矩傳感器1，從而可以準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。第二，在做試驗(yàn)帶壽命檢測(cè)的時(shí)，將扭矩傳感器用光軸替代，延長了扭矩傳感器的壽命，節(jié)約了設(shè)計(jì)成本。第三，整體張緊輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有利于溫控箱的放置。第四，重砣滑輪裝置中大輪直徑為小輪直徑的二倍，減輕了重砣的質(zhì)量，可以更為合理的施加試驗(yàn)帶的張緊力。第五，試驗(yàn)帶輪兩側(cè)裝有防護(hù)罩，保證試驗(yàn)帶突然斷裂時(shí)試驗(yàn)人員不受到傷害。本設(shè)計(jì)的不足之處在于：在試驗(yàn)過程中各機(jī)構(gòu)的位置調(diào)節(jié)都要由試驗(yàn)人員來完成，缺少自動(dòng)化功能。在未來的設(shè)計(jì)當(dāng)中可以效仿重砣滑輪裝置，使需要在工作臺(tái)上有位移的部件雙向受力，同時(shí)滑道設(shè)有自鎖功能。如果能夠?qū)崿F(xiàn)，哪么將大大減少試驗(yàn)人員的工作量。
致 謝
感謝李老師，說心里話我還是喜歡稱呼您為校長，感謝校長在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予我的教導(dǎo)和幫助，更加感謝校長為長春大學(xué)所作的一切，校長您辛苦了。在大學(xué)生活接近尾聲的時(shí)候，我真的感覺自己非常幸運(yùn)，因?yàn)槲矣龅搅死钚ｉL，校長給人的感覺很和藹很親切，不僅關(guān)心我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)而且還關(guān)心我們的學(xué)習(xí)、生活和家庭。校長讓我們明確自己的人生目標(biāo)，給我們講解了做人的生存之道和發(fā)展之道，使我們能夠更好的實(shí)現(xiàn)自己的人生價(jià)值。
校長每天有很多公務(wù)要處理，所以在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我與校長見面的次數(shù)不是很多，也正是由于這樣，我在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中大大提高了自己獨(dú)立完成任務(wù)的能力。校長的知識(shí)很淵博，真的希望能夠成為校長真正的學(xué)生，進(jìn)一步向校長學(xué)習(xí)，但是我現(xiàn)是應(yīng)該面對(duì)現(xiàn)實(shí)生活的時(shí)候了，我會(huì)永遠(yuǎn)記得校長對(duì)我說過的話，謝謝您李校長！每次校長指導(dǎo)我之后，我都會(huì)對(duì)自己的設(shè)計(jì)內(nèi)容有了新的了解，我會(huì)站在一條新的起跑線上重新思考問題，感覺非常有挑戰(zhàn)性。在緊張的設(shè)計(jì)過程中也感覺過累，但是回過頭來，自己在查閱資料、網(wǎng)絡(luò)利用、零件選擇、零件校核計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)用繪圖軟件等方面的能力都有了很大的提升，這為我能夠更好的報(bào)效祖國打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
再一次衷心的向校長表示感謝，祝校長身體健康、工作順利。
祝愿明天的長春大學(xué)更加美好，祝愿明天祖國更加繁榮昌盛！
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