3297 汽車多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì),汽車,多楔帶,疲勞,試驗(yàn),實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì) 汽車多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)第 1 章 緒論1.1 概述汽 車 傳 動(dòng) 帶 是 汽 車 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 重 要 的 零 部 件 ， 也 是 傳 動(dòng) 帶 重 要 的 組 成 部 分 。目 前 國 內(nèi) 關(guān) 于 汽 車 傳 動(dòng) 帶 的 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 機(jī) 的 研 制 尚 處 于 發(fā) 展 階 段 ， 市 場 上使 用 的 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 機(jī) 大 多 是 機(jī) 械 封 閉 式 的 ， 它 的 實(shí) 驗(yàn) 穩(wěn) 定 性 較 差 ， 不 能 良好 的 模 擬 帶 的 實(shí) 際 工 況 ， 所 得 的 實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 同 實(shí) 際 情 況 偏 差 較 大 ， 國 外 的 發(fā) 達(dá)國 家 幾 乎 均 采 用 電 封 閉 式 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 機(jī) 來 代 替 機(jī) 械 封 閉 式 的 。 目 前 國 內(nèi) 的汽 車 傳 動(dòng) 帶 的 質(zhì) 量 普 遍 低 于 美 國 、 日 本 等 發(fā) 達(dá) 國 家 的 同 類 產(chǎn) 品 的 一 個(gè) 主 要 原因 在 于 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 不 過 關(guān) ， 因 此 研 發(fā) 一 種 適 合 我 國 國 情 的 ， 達(dá) 到 國 外 同 類產(chǎn) 品 水 平 的 新 型 傳 動(dòng) 帶 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 機(jī) 是 必 要 的 。 帶 的 疲 勞 壽 命 實(shí) 驗(yàn) 機(jī) 幾 乎是 與 傳 動(dòng) 帶 同 時(shí) 出 現(xiàn) 的 ， 要 提 高 帶 的 質(zhì) 量 和 使 用 壽 命 ， 必 須 對 其 進(jìn) 行 壽 命 試驗(yàn) 。 現(xiàn) 代 工 業(yè) 的 發(fā) 展 ， 尤 其 是 汽 車 工 業(yè) ， 它 對 傳 動(dòng) 帶 提 出 了 更 高 的 要 求 。 國外 的 很 多 代 生 產(chǎn) 廠 家 都 在 研 發(fā) 與 汽 車 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 同 壽 命 的 傳 動(dòng) 帶 。 要 實(shí) 現(xiàn) 這 一 目標(biāo) ， 不 僅 要 改 進(jìn) 帶 的 生 產(chǎn) 工 藝 和 配 方 ， 對 帶 的 檢 測 手 段 也 要 進(jìn) 行 新 的 研 發(fā) ，有 其 是 帶 的 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 機(jī) 。 我 國 的 橡 膠 工 業(yè) 起 步 晚 ， 技 術(shù) 差 ， 相 應(yīng) 的 配 套設(shè) 施 不 完 善 ， 整 個(gè) 行 業(yè) 沒 有 一 個(gè) 完 善 的 ， 能 在 全 行 業(yè) 推 廣 的 檢 測 手 段 。 這 其中 的 一 個(gè) 重 要 原 因 就 是 對 帶 的 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 設(shè) 備 不 過 關(guān) ， 不 能 對 帶 的 整 體 質(zhì)量 和 存 在 的 不 足 做 出 合 理 的 評 估 ， 使 對 帶 的 生 產(chǎn) 工 藝 和 配 方 的 改 進(jìn) 無 從 下 手 。雖 然 我 國 制 訂 了 相 應(yīng) 的 傳 動(dòng) 帶 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) ， 但 執(zhí) 行 起 來 卻 困 難 重 重 。 傳 動(dòng) 帶 生產(chǎn) 廠 家 如 果 從 國 外 進(jìn) 口 帶 疲 勞 壽 命 檢 測 設(shè) 備 不 僅 價(jià) 格 昂 貴 ， 大 多 數(shù) 廠 家 難 以承 受 ； 而 且 ， 進(jìn) 口 的 設(shè) 備 都 是 按 各 自 的 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) 進(jìn) 行 生 產(chǎn) 和 研 制 的 ， 有 很 多地 方 并 不 適 合 我 國 的 國 情 。 因 此 ， 為 配 合 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) 的 貫 徹 實(shí) 施 ， 根 據(jù) 國 家 有關(guān) 標(biāo) 準(zhǔn) 研 制 出 符 合 我 國 國 情 的 實(shí) 驗(yàn) 檢 驗(yàn) 設(shè) 備 成 為 相 關(guān) 科 研 院 所 和 工 業(yè) 企 業(yè) 的重 要 任 務(wù) 。1.2 帶的種類 傳 動(dòng) 帶 有 傳 遞 和 變 速 兩 種 功 能 ， 分 為 摩 擦 傳 動(dòng) 和 嚙 合 傳 動(dòng) 兩 大 類 別 。 到目 前 為 止 ， 全 球 各 傳 動(dòng) 帶 生 產(chǎn) 廠 在 結(jié) 構(gòu) 形 狀 上 已 形 成 V 帶 、 平 帶 、 齒 帶 和 圓帶 四 大 體 系 ， 包 括 尺 寸 規(guī) 格 在 內(nèi) 已 逾 千 種 。 特 別 是 齒 帶 ， 最 近 十 幾 年 來 ， 隨著 精 密 機(jī) 械 和 電 子 信 息 技 術(shù) 的 進(jìn) 步 ， 作 為 橡 膠 工 業(yè) 的 高 新 技 術(shù) 產(chǎn) 品 ， 在 世 界各 地 發(fā) 展 十 分 迅 猛 ， 產(chǎn) 量 急 劇 擴(kuò) 大 。1.2.1 平帶圖 1-1 平帶平帶是傳動(dòng)帶最老的一個(gè)品種，約有 100 余年的歷史，但直至 20 世紀(jì)中葉，仍占據(jù)傳動(dòng)帶中一半左右的市場份額。它以結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)方便、不受距離限制、容易調(diào)節(jié)更換等特點(diǎn)，在各種工農(nóng)業(yè)機(jī)械中得到普遍采用。平板帶寬度一般由 16-600mm，長度最大可達(dá) 100～200m，層數(shù)最多為 6 一帶中最常見的為帆布帶，分為包層式、疊層式和疊包式三種。疊層帶為包層帶(又稱圓邊帶)的改進(jìn)產(chǎn)品，具有帶體柔軟，富有彈性，耐屈性好等優(yōu)點(diǎn)，適于在小帶輪和 20m／s 以上的快速傳動(dòng)裝置上使用。而疊包帶介于兩者之間，用于邊部易受磨損的傳動(dòng)。由于平板帶的傳動(dòng)效率低(一般為 85％左右) ，且占據(jù)面積較大，因此，從 20 世紀(jì) 60 年代以后世界各國產(chǎn)量逐年下降。目前在發(fā)達(dá)國家，除部分農(nóng)業(yè)機(jī)械和輕紡機(jī)械尚少量使用之外，已處于被淘汰的狀態(tài)。 另一方面，在這一時(shí)期，以化纖帆布和簾布為芯體而制成的無接頭和熱接頭環(huán)形帶，則在全球獲得了長足發(fā)展。它以強(qiáng)度大、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)輸圓滑、耐屈撓、壽命長和無需接頭等為特點(diǎn)，使用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，并在微型傳動(dòng)帶中形成主流。1.2.2 三角帶圖 1-2 各種三角帶三角帶又稱 V 型帶，是傳動(dòng)帶中產(chǎn)量最大、品種最多、用途最廣的一種產(chǎn)品。自從 1917 年首次由美國制成汽車風(fēng)扇帶，20 年代初開始推廣用于工農(nóng)機(jī)械之后，半個(gè)多世紀(jì)以來久盛不衰，發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已成為傳動(dòng)帶的主流。在世界各國傳動(dòng)帶中，從橡膠用量來看，三角帶現(xiàn)已占到 65％上，齒型帶為25％，平板帶則已退減到 10％以下。目前，三角帶已成為世界各種機(jī)械裝置動(dòng)力傳動(dòng)和變速的主要器材，在當(dāng)今農(nóng)機(jī)、機(jī)床、汽車、船舶、辦公設(shè)備等廣泛領(lǐng)域，發(fā)揮著日益重要的作用。按照斷面尺寸，三角帶可分為產(chǎn)業(yè)機(jī)械用的 Y、O、A、B、C、D、E 七種工業(yè)型號和汽車、拖拉機(jī)等用的各類風(fēng)扇帶，共計(jì)兩大類別。Y、O 型為最小的 V型帶，主要用于打字機(jī)、切書機(jī)等辦公設(shè)備、家電制品(洗衣機(jī)、榨汁器、吸塵器)。一般產(chǎn)業(yè)機(jī)械，隨著馬力的增大，順序使用 A、B、C、D、E 等 V 型帶，其中 D、E 型為重型帶，用于船舶、電力等大型機(jī)械。至于風(fēng)扇帶，除了汽車、拖拉機(jī)之外，還大量用在水泵、空調(diào)等方面。在發(fā)達(dá)國家，三角帶與風(fēng)扇帶的生產(chǎn)比率已達(dá)到 2：1-3：2 的程度，風(fēng)扇帶呈現(xiàn)明顯上升的勢頭。三角帶一般都是指包布式 V 型帶，從 20 世紀(jì) 60 年代開始，為提高傳動(dòng)帶的耐久性，又出現(xiàn)了切邊式 V 型帶。這種切邊 V 型帶，由于膠帶結(jié)構(gòu)側(cè)面沒有包布，帶體十分柔軟，耐屈撓疲勞性能非常好，因而得到迅速發(fā)展。進(jìn)入 80年代，為解決三角帶多根成組傳動(dòng)時(shí)因產(chǎn)生不一樣長而帶來的傳動(dòng)效率和使用壽命下降等問題，又興起了多根三角帶用平板帶固定在一起的三角帶。習(xí)慣稱之為聯(lián)組三角帶的 V 型平板帶，具有極大的優(yōu)越性，因而又開始出現(xiàn) V 型平板帶取代包布式和切邊式三角帶的現(xiàn)象。這種三角帶與平板帶結(jié)合的膠帶，雖然對帶輪溝槽有特殊的要求，然而由于帶體很薄，與帶輪的接觸面積大，彎曲性好，帶輪縮小，可使傳動(dòng)裝置進(jìn)一步小型化、節(jié)能化，在世界發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)量急劇增長。近些年來，為適應(yīng)各種傳動(dòng)裝置的特殊需要，除普通標(biāo)準(zhǔn)型的三角帶之外，還出現(xiàn)了數(shù)量眾多、形狀各異的特種三角帶，它們主要有：(1) 窄型和寬型三角帶普通三角帶的寬高比為 1：1．5～1．6，而窄型和寬型的三角帶分別為1：1．2 和 1：2。窄型 V 帶的結(jié)構(gòu)尺寸比普通 V 帶可以減少約 50％，能節(jié)省大量原材料，同時(shí)強(qiáng)力均勻，有效接觸面積大，彎曲應(yīng)力小，可大大延長使用壽命。窄型 v 帶的傳動(dòng)效率可達(dá) 90％一 97％，極限速度達(dá) 40-50m／s，傳動(dòng)能力提高 0．5～1．5 倍，最適于短距離、小帶輪于變速傳動(dòng)，故又稱之為變速帶。其特點(diǎn)是在帶的上下表面，大多制成單面或雙面的弧形或齒形狀態(tài)，使之易于調(diào)速，主要用在低速的圓錐式和圓盤式無級變速器方面。(2) 小角和大角三角帶它同普通三角帶的主要區(qū)別是，夾角 40 改為 30 和 60 左右。小角 V 帶能使接觸面減小，降低所需張力，可延長使用壽命，適于設(shè)備的小張力傳動(dòng)。大角 V帶為上半部呈矩形，下半部呈倒梯形的六角帶，能使摩擦損失減小，承載能力增大，帶體柔軟，適于輕小型設(shè)備的高速傳動(dòng)。(3) 活絡(luò)和沖孔三角帶活絡(luò)帶由多個(gè)小段以金屬螺釘連結(jié)而成。沖孔帶在帶體縱向沖有許多等距的透孔用以連接接頭。這種 V 帶都是可以接頭的三角帶，可根據(jù)需要長度隨意自由接頭定長。它彌補(bǔ)了普通三角帶無接頭，只能按規(guī)定長度使用的限制。另外一個(gè)好處是，在使用中，當(dāng)三角帶體出現(xiàn)局部損壞后，可更換損壞部位繼續(xù)使用，同時(shí)，它還有可簡單自由調(diào)節(jié)長度大小的優(yōu)點(diǎn)。但因強(qiáng)度較低，只能用于低速傳動(dòng)，又由于存在精確度低、傳動(dòng)效率差等問題，近些年來使用日趨減少。此外，對指定用于汽車、拖拉機(jī)等各種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇而用的三角帶，人們專門稱之為風(fēng)扇帶。它的特點(diǎn)是以單根使用為主，帶輪很小，傳距很短，速度與功率常變，是屬于接觸溫度較高、在苛刻環(huán)境條件下使用的一種 V 帶。風(fēng)扇帶也常用在發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、動(dòng)力泵等方面。風(fēng)扇帶由于其性能要求與普通三角帶完全不同，在工業(yè)上單獨(dú)分類統(tǒng)計(jì)。近些年來，世界風(fēng)扇帶的發(fā)展十分迅速，數(shù)量已占到三角帶總量的三分之一。風(fēng)扇帶分為普通和窄型兩種，細(xì)分為包布式平底 V 帶、圓齒 V 帶、切邊式平底V 帶和波浪 V 帶等多種類型。風(fēng)扇帶的結(jié)構(gòu)一般比普通三角帶要復(fù)雜，見附圖，除強(qiáng)力層、伸張層、壓縮層和包布層之外，又增加了緩沖層和支撐層?，F(xiàn)在使用最多的是切邊式波浪 V 帶，生熱低、散熱快、摩擦大、噪聲小、強(qiáng)度好、效率高，行駛里程可達(dá) 18～20 萬公里，比一般風(fēng)扇帶高出約一倍。近年來，隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高和旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，以及液壓轉(zhuǎn)向裝置和冷風(fēng)裝置的增多，對風(fēng)扇帶的要求日益嚴(yán)酷，不僅帶輪小型化，而且采用雙向兩面驅(qū)動(dòng)的方式越來越多，因此，橡膠和芯體材料也隨之產(chǎn)生了重大改變，普通三角帶、V 型平板帶與風(fēng)扇帶比較 1-上膠布層：2-下膠布層；3-橡膠伸張層：4-橡膠壓縮層：5-線繩強(qiáng)力層；6-橡膠緩沖層： 1.2.3 圓形帶圓形帶為斷面呈圓形的傳動(dòng)帶，它可以自由彎曲驅(qū)動(dòng)。這種帶多為聚氨酯制造的，通常沒有芯體，結(jié)構(gòu)最為簡單，使用方便。圓形帶為膠帶傳動(dòng)開辟了新的途徑，世界各國在小型機(jī)床、縫紉機(jī)、精密機(jī)械等方面需用量急劇增長，今后潛力很大。1.2.4 齒型帶齒型帶亦稱同步帶，分為單面齒帶和雙面齒帶兩種類型。前者主要用于單軸傳動(dòng)，后者為多軸或反向傳動(dòng)，系從 1980 年以來世界新出現(xiàn)的又一種高效傳動(dòng)帶。齒型帶根據(jù)齒的形狀又分為梯形和圓弧形兩種，以圓弧形齒的同步帶所承受的扭矩為最大。從所用材料上，齒型帶可區(qū)分為橡膠型和聚氨酯型兩大類，而前者又有普通橡膠(通常為氯丁橡膠)和特種橡膠(多為飽和丁腈橡膠)之分。它們的結(jié)構(gòu)是由鋼簾線或玻璃纖維組成的強(qiáng)力層和以橡膠及尼龍布形成的外包橡膠層或聚氨酯膠層構(gòu)成。齒型帶包括多楔帶，近 20 年來在工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展極為迅猛，正在不斷地侵蝕傳統(tǒng)的金屬齒輪、鏈條以及橡膠方面的平板帶和三角帶市場。目前，除已大量用于汽車及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之外，并進(jìn)一步擴(kuò)大到 OA 機(jī)器(辦公設(shè)備)、機(jī)器人等各種精密機(jī)械的傳動(dòng)。由于膠帶內(nèi)側(cè)帶有彈性體的齒牙，能實(shí)現(xiàn)無滑動(dòng)的同步傳動(dòng)，而且具有比鏈條輕、噪音小的特點(diǎn)，現(xiàn)今歐洲 80％以上的轎車、美國40％的轎車都已裝用了這種齒型帶。我國 2000 年生產(chǎn)汽車 200 萬輛，齒型帶需要 700 萬條以上。最近出現(xiàn)的圓齒帶較之方齒帶，更進(jìn)一步增大了傳動(dòng)力和肅靜性，作為新一代的環(huán)保帶，其使用范圍更趨廣泛?，F(xiàn)在，已開始成為對同步傳動(dòng)、噪音要求極為嚴(yán)格的家用和工業(yè)用縫紉機(jī)、打字機(jī)、復(fù)印機(jī)的使用對象。1.3 帶傳動(dòng)的工藝設(shè)備趨向多 年 來 ， 傳 動(dòng) 帶 的 生 產(chǎn) 工 藝 在 世 界 各 地 一 直 沒 有 大 的 變 化 ， 不 外 煉 膠 、 成 型 、硫 化 三 大 老 的 工 藝 。 所 不 同 的 是 ， 切 割 式 三 角 帶 取 消 了 V 型 帶 成 型 時(shí) 的 包 布 ，并 改 為 在 硫 化 后 切 割 ， 同 時(shí) 增 加 研 磨 工 序 。 而 對 于 齒 型 帶 則 是 在 帶 齒 形 溝 槽的 模 型 上 ， 先 置 入 外 包 帆 布 ， 然 后 呈 螺 旋 狀 纏 上 芯 線 ， 而 后 上 覆 橡 膠 片 ， 連同 模 型 一 起 送 入 硫 化 罐 硫 化 。 此 時(shí) ， 利 用 橡 膠 在 加 熱 中 的 塑 性 流 動(dòng) ， 從 芯 線的 縫 隙 將 帆 布 充 入 模 齒 內(nèi) 而 形 成 帶 齒 ， 硫 化 后 再 從 模 型 中 取 出 成 適 當(dāng) 的 寬 度 。這 種 生 產(chǎn) 工 藝 ， 把 傳 動(dòng) 帶 的 制 造 過 程 人 為 地 分 割 成 好 幾 塊 ， 無 法 聯(lián) 結(jié) 起 來 ；加 之 傳 動(dòng) 帶 的 品 種 規(guī) 格 太 多 ， 生 產(chǎn) 批 量 很 小 ， 產(chǎn) 品 變 動(dòng) 頻 繁 ， 給 工 藝 設(shè) 備 的連 續(xù) 化 、 自 動(dòng) 化 帶 來 了 諸 多 困 難 ， 生 產(chǎn) 效 率 十 分 低 下 。 當(dāng) 前 國 外 的 發(fā) 展 趨 勢 ，一 是 努 力 研 究 實(shí) 現(xiàn) 工 藝 的 連 續(xù) 化 生 產(chǎn) ， 提 高 設(shè) 備 自 控 水 平 ， 促 使 生 產(chǎn) 效 率 大幅 度 提 高 ： 二 是 繼 續(xù) 擴(kuò) 大 使 用 聚 氨 酯 等 液 體 彈 性 體 ， 從 根 本 上 簡 化 工 藝 ， 縮短 流 程 ， 改 變 傳 統(tǒng) 的 橡 膠 工 藝 加 工 方 式 。 現(xiàn) 在 ， 聚 氨 酯 液 相 加 工 工 藝 在 小 型和 微 型 帶 中 ， 已 占 據(jù) 主 導(dǎo) 地 位 ， 前 景 十 分 樂 觀 。還 有 ， 短 纖 維 橡 膠 的 混 合 也 是 當(dāng) 今 世 界 傳 動(dòng) 帶 業(yè) 界 一 大 課 題 。 如 何 使 短 纖 維在 橡 膠 中 均 勻 分 散 ， 并 解 決 由 此 而 產(chǎn) 生 的 膠 料 高 粘 度 化 ， 造 成 生 產(chǎn) 效 率 下 降的 現(xiàn) 象 ， 需 要 在 混 煉 方 法 和 控 制 方 式 有 新 的 突 破 。 另 外 ， 短 纖 維 橡 膠 的 纖 維排 列 取 向 也 是 不 可 忽 視 的 又 一 個(gè) 問 題 ， 通 常 采 用 壓 延 機(jī) 和 壓 出 機(jī) 定 向 供 膠 出片 、 按 流 動(dòng) 方 向 取 片 的 方 法 ， 也 并 非 最 佳 良 策 。 無 紡 布 、 復(fù) 合 片 材 是 今 后 開發(fā) 的 方 向 。縱 觀 半 個(gè) 多 世 紀(jì) 以 來 世 界 傳 動(dòng) 帶 的 發(fā) 展 趨 勢 ， 隨 著 全 球 高 新 技 術(shù) 產(chǎn) 業(yè) 化 的 迅猛 發(fā) 展 ， 今 后 傳 動(dòng) 帶 的 主 流 是 向 著 小 型 化 、 精 密 化 和 高 速 化 的 方 向 發(fā) 展 。 老式 的 平 板 帶 將 被 日 漸 淘 汰 ， 新 型 的 環(huán) 形 平 板 帶 重 新 崛 起 ； 切 割 三 角 帶 將 取 代大 部 分 包 布 V 型 帶 、 同 時(shí) 代 之 而 起 的 V 型 平 板 帶 、 多 楔 帶 、 齒 型 帶 可 能 成 為新 的 主 流 產(chǎn) 品 。我 國 生 產(chǎn) 傳 動(dòng) 帶 的 廠 家 十 分 雜 亂 ， 除 200 家 國 有 、 三 資 企 業(yè) 之 外 ， 還 有 1000余 家 集 體 、 私 營 和 個(gè) 體 所 有 制 企 業(yè) ， 僅 V 型 帶 一 種 產(chǎn) 品 年 產(chǎn) 即 達(dá) 4 億 A 米 以上 ， 在 產(chǎn) 量 上 雖 已 位 居 世 界 前 列 ， 而 略 具 規(guī) 模 水 平 的 不 過 十 幾 家 。 除 少 數(shù) 引進(jìn) 技 術(shù) 設(shè) 備 和 合 資 企 業(yè) 外 ， 大 多 處 于 后 進(jìn) 狀 態(tài) ， 亟 待 改 組 、 改 造 、 改 革 。 調(diào)整 傳 動(dòng) 帶 行 業(yè) 結(jié) 構(gòu) ， 淘 汰 老 舊 產(chǎn) 品 ， 開 發(fā) 創(chuàng) 新 產(chǎn) 品 ， 迎 頭 趕 上 世 界 傳 動(dòng) 帶 先進(jìn) 技 術(shù) 水 平 ， 可 說 是 當(dāng) 前 最 為 緊 迫 的 任 務(wù) 。1.4 本課題的研究目的，意義及研究成果目 前 國 內(nèi) 的 汽 車 傳 動(dòng) 帶 的 質(zhì) 量 普 遍 低 于 美 國 、 日 本 等 發(fā) 達(dá) 國 家 的 同 類 產(chǎn)品 的 一 個(gè) 主 要 原 因 在 于 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 不 過 關(guān) ， 因 此 研 發(fā) 一 種 適 合 我 國 國 情 的 ，達(dá) 到 國 外 同 類 產(chǎn) 品 水 平 的 新 型 傳 動(dòng) 帶 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 機(jī) 是 必 要 的 。 其 目 的 是 進(jìn)一 步 推 進(jìn) 汽 車 傳 動(dòng) 帶 的 研 發(fā) 能 力 ， 為 國 內(nèi) 生 產(chǎn) 企 業(yè) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 的 控 制 與 監(jiān) 測 、標(biāo) 準(zhǔn) 化 的 制 定 提 供 理 論 依 據(jù) 。 對 帶 進(jìn) 行 疲 勞 試 驗(yàn) ， 從 而 能 保 證 帶 的 質(zhì) 量 和 耐用 度 。第 2 章 總體方案的設(shè)計(jì)2.1 技術(shù)要求技術(shù)要求：負(fù)載功率：10KW；主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速：4900r/min±2%；帶張緊力：680±30N；高溫箱：85℃±5℃；要求測量主動(dòng)輪、從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速測量精度為±1%。由 GB13552-1998 查得：帶長：850—1000mm主動(dòng)輪從動(dòng)輪有效直徑 121±0.002mm張緊輪直徑：55±0.2mm帶的彈性模量 E=7.8Mpa帶的橫截面積 A=71.2 2m2.2 加載方式的選擇2.2.1 機(jī)械封閉功率試驗(yàn)機(jī)的工作原理眾所周知，V 帶是靠摩擦力來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。在傳動(dòng)中特有一個(gè)彈性打滑現(xiàn)象，它是由于在傳動(dòng)中，帶輪的倆邊拉力不相等造成的。我們用滑差率 ε%表示彈性滑動(dòng)的大小。從膠帶的變形關(guān)系可以推出滑差率 （1）式中： =帶緊邊拉力， =帶松邊拉力，F(xiàn)=帶有效拉力， = 主動(dòng)輪線速1F2FV度，=從動(dòng)輪線速度， =主動(dòng)輪直徑， =從動(dòng)輪直徑， =主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，2V1d2d1n=從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，E=膠帶的彈性模量，A=膠帶的橫截面積。n由（1）式中可以看出，有效拉力 F 越大，則彈性滑動(dòng)越大，滑差率 ε%就越大，有效拉力即為帶傳動(dòng)中的載荷，所以帶中傳遞的載荷也越大。機(jī)械封閉功率試驗(yàn)機(jī)就是系統(tǒng)的載荷在整個(gè)系統(tǒng)中封閉傳遞，并且傳遞的是機(jī)械彈性變形能。2.2.2 加載傳動(dòng)方式的選擇可供選擇的方案： 用行星輪系和力矩電機(jī)的加載傳動(dòng)方式○ 1采用電磁加載器加載的傳動(dòng)方式○ 2對比分析1）采用行星輪系和力矩電機(jī)的加載傳動(dòng)方式傳動(dòng)原理○ 1該種方式的傳動(dòng)原理如圖 1 示： 圖 2-1 行星輪系和力矩電機(jī)加載的傳動(dòng)原理該種方式中，兩個(gè)試驗(yàn)帶輪直徑相等，主傳動(dòng)輪安裝在行星輪系的外殼上，主電機(jī)通過傳動(dòng)軸與輪系的系桿聯(lián)接，力矩電機(jī)與輪系的中心輪聯(lián)接。該輪系為差動(dòng)輪系，有兩個(gè)自由度。該種方式中需要用到力矩電機(jī)和主電機(jī)兩個(gè)電機(jī)，而且需要設(shè)計(jì)行星輪系，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且結(jié)構(gòu)不夠緊湊。1） 采用電磁加載器加載的傳動(dòng)方式傳動(dòng)原理○ 1該種方式的傳動(dòng)原理如圖 2 所示：圖 2-2 電磁加載器加載方式的傳動(dòng)原理該種方式的顯著特點(diǎn)是傳動(dòng)帶有兩條，兩主動(dòng)輪直徑不等，而從動(dòng)輪直徑相等。主動(dòng)輪 裝在與電磁加載器外殼相連接的空心軸 13 上，主傳動(dòng)輪 裝在與加載器的芯軸相連接的中心軸 12 上。當(dāng)電磁加載器使兩主動(dòng)輪剛性聯(lián)接時(shí)，由于傳動(dòng)帶傳動(dòng)比不等，為系統(tǒng)加上載荷。當(dāng)電磁器斷電時(shí)，系統(tǒng)為開式系統(tǒng)，無扭矩產(chǎn)生，即無載荷傳動(dòng)。此種方式只需一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，而且，電磁加載器屬于外購件，選購方便，而且降低了成本。比較兩種傳動(dòng)方式選擇第二種電磁加載方式。2.2.3 電磁加載器的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇南通遠(yuǎn)辰設(shè)備有限公司的電磁加載器型號為：WZ-70P主要技術(shù)參數(shù)為：額定功率：P=16kw額定轉(zhuǎn)矩： T=70Nm最高轉(zhuǎn)速：2000-2800轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=0.005kg 2m圖 4-4 外形及安裝尺寸圖一、使用環(huán)境1、最高的環(huán)境溫度不超過40℃2、海拔高度不超過1000m3、當(dāng)環(huán)境溫度為20 時(shí)，相對溫度不大于85%二、冷卻水1、水質(zhì)冷卻水的水質(zhì)為自來水、一般工業(yè)用水、地下水或經(jīng)初步過濾的河水。水中不含有直徑1mm 以上的固定果斷或其它雜物，其PH 值為6-8 ，硬度以200ppm以下為宜，最大值為300ppm.2、水壓進(jìn)水壓力一般不小于0.05MPa,不大于0.2MPa,本產(chǎn)品對水壓要求不嚴(yán)，建議用戶在安裝時(shí)加進(jìn)水閥門，以方便調(diào)節(jié)水量。3、水量冷卻水量見參數(shù)表，進(jìn)水量的大小按測試功率的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般按千瓦損耗約0.5L/min 的水量供給。4、進(jìn)水溫度最高不超過30℃，但不低于4℃，出水溫度約為70℃為宜，使用時(shí)可根據(jù)出水溫度的高低調(diào)節(jié)冷卻水量。2.3 功能原理方案設(shè)計(jì)基于功能原理方案設(shè)計(jì)包括原理方案的功能原理分析，功能分析。分功能求解和功能原理方案確定等 5 項(xiàng)內(nèi)容，就是求取一個(gè)最佳的功能系統(tǒng)的解，構(gòu)成一個(gè)原理方案，實(shí)現(xiàn)所提出的創(chuàng)造目標(biāo)，并滿足周邊的各種限制條件。1.功能原理分析任何一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的功能分析和綜合，就能針對產(chǎn)品的主要功能提出一些原理，方案，例如設(shè)計(jì)，機(jī)械封閉或汽車多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)，總體原理方案可以通過加載傳動(dòng)方式來體現(xiàn)，有如下幾種方式：1 采用行星輪系和力矩電機(jī)加載2 采用電磁加載器加載不同的原理和加工工藝會(huì)有不同設(shè)備。原理方案還有執(zhí)行功能工藝過程以及執(zhí)行元件有著密切關(guān)系。尋求作用原理，關(guān)鍵在于提出創(chuàng)新構(gòu)思，使思維“發(fā)散”，力求提出較多的解法供比較選擇。2.功能分解產(chǎn)品和技術(shù)系統(tǒng)的總體功能稱為產(chǎn)品的總功能。產(chǎn)品的用途不同，其總功能也不同。技術(shù)系統(tǒng)都比較復(fù)雜，難以直接求得滿足總功能的原理解。可利用系統(tǒng)工程的分解性原理將功能系統(tǒng)按總功能，分功能。 。 。 。 。 。功能元進(jìn)行分解，化繁為簡，以便通過各功能元解的有機(jī)組和求得技術(shù)系統(tǒng)解。功能分解可用樹狀的功能結(jié)構(gòu)，稱為功能樹。功能樹起于總功能按分功能，二級分功能分解，其常為功能元。功能元是可以直接求解的系統(tǒng)的最小組成單元。試驗(yàn)機(jī)控制1. 扭距傳感器2. 轉(zhuǎn)速的控制（速度傳感器）3. 位移的控制（行程開關(guān)）4. 旋轉(zhuǎn)精度的控制（光電編碼器）5. 溫度的控制（溫度傳感器） （±5℃）結(jié)構(gòu)1． 床身2． 保溫箱3． 殼罩功能 1. 帶傳動(dòng)（主動(dòng)從動(dòng)帶轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)）2. 加負(fù)載（電磁加載器、行星輪系）3. 張緊（重砣絲杠電機(jī)）4. 保溫(保溫箱 )5. 帶的裝卸（絲杠正反轉(zhuǎn)螺母、雙絲杠、雙電機(jī)雙螺母）圖 2-3 汽車多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)的功能樹總功能確定后，功能分解可按以下方法進(jìn)行按照解決問題的因果關(guān)系或目的手段關(guān)系進(jìn)行分解。試驗(yàn)機(jī)采用功能樹的方法進(jìn)行分解。功能樹起源于相當(dāng)于總功能的樹干，實(shí)現(xiàn)總功能這一目的所需要采用的全部手段功能構(gòu)成一級分功能，這些分功能相當(dāng)于樹枝。實(shí)現(xiàn)一級分能目的的手段構(gòu)成了二級分功能。如此分解，直到分解到可以直接求解的位于樹枝末端的功能元為止。3.分功能求解設(shè)計(jì)目錄法設(shè)計(jì)目錄法是一種設(shè)計(jì)信息庫。它把設(shè)計(jì)過程中的大量信息有規(guī)律地加以分類。排列和儲(chǔ)存，以便于設(shè)計(jì)者查找和闊用。在計(jì)算機(jī)輔助自動(dòng)化設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)和智能系統(tǒng)中，科學(xué)，完備的設(shè)計(jì)信息資料是解決問題的重要基本條件。設(shè)計(jì)目錄的內(nèi)容和用途來看都不同于機(jī)械設(shè)計(jì)手冊或標(biāo)準(zhǔn)手冊，它主要的表格的形式提供與設(shè)計(jì)方法有關(guān)的分功能或功能元的原理解。4 功能原理方案確定由于每個(gè)功能元的解有多個(gè)，因此自或機(jī)械的功能原理方案，可以有多個(gè)。功能原理方案的組合可采用形態(tài)矩陣進(jìn)行綜合。形態(tài)學(xué)矩陣法是一種系統(tǒng)搜索和程式化求解的分功能組合求解方法。形態(tài)學(xué)矩陣法是進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)組或和創(chuàng)新的基本途徑，得到多種可行方案后，經(jīng)篩選，評價(jià)可以獲得最佳方案。形態(tài)學(xué)矩陣法的引用步驟如下（1）通過總功能分解可以求得若干分功能。（2）功能求解（3）方案組式（4）方案評價(jià)（5）選出綜合最優(yōu)方案機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式變化解法的目錄如下表：表 2-1 試驗(yàn)機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣1 2 3 4主動(dòng)從動(dòng)帶轉(zhuǎn)動(dòng)（A） 鏈傳動(dòng) 帶傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)加負(fù)載（B） 電磁加載器 行星輪系張緊（C） 電機(jī)+絲杠 液壓系統(tǒng) 重砣保溫（D） 保溫箱裝卸帶（E） 凸輪機(jī)構(gòu) 雙絲杠 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 絲杠+ 正反轉(zhuǎn)螺母5 用形態(tài)學(xué)矩陣法選擇試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方案方式功 能元根據(jù)形態(tài)學(xué)矩陣可綜合出 72（N=3x2x3x4=72）種方案。根據(jù)是否滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)要求，運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)順序安排是否合理，運(yùn)動(dòng)精確度、成本高低、是否滿足環(huán)境、動(dòng)力源、生產(chǎn)條件等限制條件，最后選擇出比較好的運(yùn)動(dòng)方案。方案一：A2+B1+C3+D1+E4方案二：A2+B2+C2+D1+E2根據(jù)上述各功能要求，選方案一，原因如下：1）就加載方式選擇：行星輪系加載方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高，而應(yīng)用電磁加載器可以外購使用選購方便。應(yīng)用到試驗(yàn)機(jī)上結(jié)構(gòu)比較合理。2）就張緊而言，加重砣易于控制張緊力，液壓結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高。3）裝卸帶方面采用單絲杠+正反轉(zhuǎn)螺母，可以工作臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單，簡化設(shè)計(jì)。而且易于控制，只需一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。雙絲杠需要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。而且做到同步也很困難，控制精度不如前者。2.4 扭矩傳感器的選擇據(jù)設(shè)計(jì)要求扭矩傳感器選擇北京工標(biāo)的 GB-DTS 系列扭矩傳感器型號為：GB-DTS 動(dòng)態(tài)法蘭扭矩傳感器s圖 4-1 GB-DTS 動(dòng)態(tài)法蘭扭矩傳感器2.4.1 產(chǎn)品特點(diǎn)1. 選 5V/12V。信號輸出波形方波幅度可2. 開機(jī) 5 分鐘即可進(jìn)入工作狀態(tài)，勿需預(yù)熱過程。3. 檢測精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強(qiáng)。4. 不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反扭矩。5. 體積小、重量輕、易于安裝。6. 傳感器可脫離二次儀表獨(dú)立使用，只要按插座針號提供±15V（200mA）的電源，即可輸出阻抗與扭矩成正比的等方波或脈沖波頻率信號。2.4.2 主要性能及電氣指標(biāo)扭 矩 精 度： ＜±0.5%F·S、＜±0.3%F·S、＜±0.1%F·S（可選）頻 率 響 應(yīng)： 100μs非 線 性： ＜±0.2 % F· S 重 復(fù) 性： ＜±0.1% F· S回 差： ＜0.1 % F· S零 點(diǎn) 時(shí) 漂： ＜0.2 % F· S 零 點(diǎn) 溫 漂： ＜0.2 % F· S /10℃輸 出 阻 抗： 350Ω±1Ω、700Ω±3Ω、1000Ω±5Ω（可選）絕 緣 阻 抗： >500MΩ靜 態(tài) 超 載： 120 % 150% 200%(可選)使 用 溫 度： －10 ～ 50℃儲(chǔ) 存 溫 度： －20 ～ 70℃電 源 電 壓： ±15V±5% 總 消耗電流： ＜200mA頻率信號輸出： 5KHZ—15KHZ額 定 扭 矩： 10KHZ±5kHZ （正反雙向測量值） 2.4.3 維護(hù)與保養(yǎng)1.每隔一年應(yīng)給扭矩傳感器兩端軸承加潤滑脂。加潤滑脂時(shí)，僅將兩端軸承蓋打開，將潤滑脂加入軸承，然后裝上兩端蓋。2.應(yīng)儲(chǔ)存在干燥、無腐蝕、室溫為 -20℃——70℃的環(huán)境里。2.4.4 注意事項(xiàng)與安裝方式1.注意事項(xiàng)1）安裝時(shí)，不能帶電操作，切莫直接敲打、碰撞傳感器。2）聯(lián)軸器的緊固螺栓應(yīng)擰緊 ,聯(lián)軸器的外面應(yīng)加防護(hù)罩，避免人身傷害。3）信號線輸出不得對地 ,對電源短路,輸出電流不大于 10mA? 屏蔽電纜線的屏蔽層必須與 +15V 電源的公共端（電源地）連接。2.安裝方式(1).水平安裝:如圖 4-2 所示:圖 4-2 扭矩傳感器水平安裝示意圖(2).連接方式： 扭矩傳感器與動(dòng)力設(shè)備、負(fù)載設(shè)備之間的連接1)彈性柱銷聯(lián)軸器連接: 如圖 4-3 所示，此種連接方式結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，維護(hù)方便。能夠微量補(bǔ)償安裝誤差造成的軸的相對偏移，同時(shí)能起到輕微減振的作用。適用于中等載荷、起動(dòng)頻繁的高低速運(yùn)轉(zhuǎn)場合，工作溫度為-10-50℃。圖 4-3 彈性柱銷連接示意圖2)剛性聯(lián)軸器連接: 如圖 14 所示，這種連接形式結(jié)構(gòu)簡單，成本低，無補(bǔ)償性能，不能緩沖減振，對兩軸的安裝精度較高。用于振動(dòng)很小的工況條件。3)安裝要求：(1) 扭矩傳感器可水平安裝，也可垂直安裝(2) 如圖 11、12 所示，動(dòng)力設(shè)備、傳感器、負(fù)載設(shè)備應(yīng)安裝在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上大的震動(dòng)，否則可能發(fā)生數(shù)據(jù)不穩(wěn)，降低測量精度，甚至損壞傳感器。(3) 采用彈性柱銷聯(lián)軸器或剛性聯(lián)軸器連接。(4) 力設(shè)備、傳感器、負(fù)載設(shè)備軸線的同心度應(yīng)小于 Φ0.05mm。4)安裝步驟：(1)根據(jù)軸的連接形式和扭矩傳感器的長度，確定原動(dòng)機(jī)和負(fù)載之間的距離，調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)和負(fù)載的軸線相對于基準(zhǔn)面的距離，使它們的軸線的同軸度小于 Φ0.03mm,固定原動(dòng)機(jī)和負(fù)載在基準(zhǔn)面上。(2)將聯(lián)軸器分別裝入各自軸上。(3)調(diào)節(jié)扭矩傳感器與基準(zhǔn)面的距離，使它的軸線與原動(dòng)機(jī)和負(fù)載的軸線的同軸度小于 Φ0.03mm，固定扭矩傳感器在基準(zhǔn)面上。(4)緊固聯(lián)軸器，安裝完成。第 3 章 疲勞試驗(yàn)機(jī)的各部分計(jì)算3.1 電機(jī)的選擇圖 3-1 傳動(dòng)簡圖（1）4 個(gè)軸承+兩個(gè)扭矩傳感器 傳動(dòng)效率 =0.991?（2）兩個(gè)聯(lián)軸器：彈性 =0.992?（3）兩個(gè)帶傳動(dòng) V 帶 =0.963電機(jī)功率= /負(fù)P總=10kw/ · ·60.92.20.96= 11.7kw電機(jī)選擇條件：①P=11.7kw②小型三相異步電機(jī)（封閉式） ，用途：一般用途的驅(qū)動(dòng)源無特殊要求。因此，選用三相異步電機(jī) Y160L-4 型 15kw 1460r/min圖 1-2 三相異步電機(jī) Y160L-4 型3.2 軸的設(shè)計(jì)3.2.1 軸的種類與特點(diǎn)軸是組成機(jī)械的一個(gè)重要零件。它支撐著其他轉(zhuǎn)動(dòng)件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩。同時(shí)又通過軸承和機(jī)架連接，所有軸零件都圍繞軸心線做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)以軸為基準(zhǔn)的組合體——軸部件。所以在軸的設(shè)計(jì)中，不能只考慮軸本身，還必須和軸系零部件的整個(gè)結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來。軸按承受載荷不同可分為轉(zhuǎn)軸，心軸與傳動(dòng)軸，此疲勞試驗(yàn)機(jī)既承受彎矩又承受扭矩。故此主動(dòng)軸為轉(zhuǎn)軸。按形狀又可分為階梯軸，空心軸等。3.2.2 軸的常用材料軸的材料種類很多設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)對軸的強(qiáng)度，剛度，耐磨度等要求為采用的熱處理方式。同時(shí)考慮到選工藝問題加以選用為求經(jīng)濟(jì)合理。軸的采用材料 35,45.50 優(yōu)質(zhì)碳素鋼。最常用的是 45 剛。多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)中主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的材料均選為 45 號鋼。3.2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟1. 已知：傳遞功率 P（kw） ；轉(zhuǎn)速 N（r/min） 。軸上主要零件尺寸，軸在機(jī)器位置中的要求。2. 計(jì)算軸上的轉(zhuǎn)矩 T（N·mm）3. 選擇軸的材料和熱處理方式。4. 計(jì)算軸的最小直徑。軸的最小直徑為：d= ，軸的最小直徑若需開30/Apn一或兩個(gè)鍵槽，則將最小直徑增加 5%或 10%。5. 選擇聯(lián)軸器 根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩、最小軸徑、軸的轉(zhuǎn)速，選擇聯(lián)軸器類型。6.初選軸承依據(jù)軸的載荷性質(zhì)、方向和大小，以及轉(zhuǎn)速的高低，選擇軸承類型。根據(jù)工作要求及輸入端的直徑在軸承選取目錄中選取軸承型號，并記錄其尺寸（內(nèi)徑x 外徑 x 寬度）6. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)擬定軸上零件的裝配方案 (2)確定軸的各段直徑(3)確定軸的各段長度(4)軸上零件的周向定位(5)確定軸上圓角和倒角尺寸7. 軸的校核按彎扭合成校核（1） 畫受力簡圖（2） 計(jì)算作用于軸上的支反力（3） 計(jì)算軸的彎矩，并畫彎、轉(zhuǎn)矩圖（4） 計(jì)算并畫當(dāng)量彎矩圖（5） 校核軸的強(qiáng)度8. 按安全系數(shù)校核9. 繪制軸的工作圖3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算過程3.2.4 軸Ⅰ的計(jì)算按設(shè)計(jì)要求： =10kw =4900r/min 1P1n材料：45 熱處理方式：調(diào)質(zhì)處理根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表 15-3 取 =1210A軸Ⅰ的最小直徑為：Dmin= =121 =15.3mm0A3np310/49輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選軸的直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca= ，查表 14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化，故取 =1.3 則：AK1TAKTca= · =1.3·19489N·mm=25336N·mmAK1T按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca 應(yīng)該小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn) GB/T5014-1985,選用 HL1 型彈性柱銷聯(lián)軸器，其許用轉(zhuǎn)矩為 160N·m。半聯(lián)軸器的孔徑=20mm，故取 dmin=20mm。半聯(lián)軸器長度 L=40mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔1d長度 =52mm。L2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）擬定軸上零件的裝配方案 ，如下圖：圖 3-1 軸的結(jié)構(gòu)簡圖（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ⅰ—Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故Ⅱ——Ⅲ段的直徑 DⅡ—Ⅲ=30mm；左端用軸承擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑 D=32mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 L1=52mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不在軸的端面上，故Ⅰ—Ⅱ段的長度應(yīng)比 L1 略短一些，現(xiàn)取LⅠ—Ⅱ=50mm。2）初步選取滾動(dòng)軸承，因軸承只承受徑向力，故選用角接觸球軸承。參照工作要求并根據(jù) DⅡ—Ⅲ=30mm，由軸承目錄中初步選取 0 基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的角接觸球軸承 7006C 型，其尺寸為：表 3-1 角接觸球軸承 7006C 參數(shù)基本尺寸 安裝尺寸 基本額定載荷 KN極限轉(zhuǎn)速r/min質(zhì)量 kgd D B a damin Damax Cr Cor 油潤滑脂潤滑W30 55 13 12.2 36 49 15.2 10.2 1500 1400 0.11故 DⅡ—Ⅲ=DⅥ—Ⅶ=30mm，而 LⅢ—LⅣ=15mm兩軸承均采用軸肩定位。故取 DⅢ—Ⅳ=DⅤ—Ⅵ=35mm由手冊查得 7006C 的定位軸肩高度為 h=5mm。3）取安裝主動(dòng)帶輪處的軸段 DⅧ—Ⅸ=26mm，已知帶的輪轂寬度為 80mm，故取LⅦ—LⅧ=60mm。至此已初步確定Ⅰ軸的各段直徑和長度。（3）軸上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 DⅠ—Ⅱ由表 6-1 查得平鍵截面 bxh=8x7mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長度為 56mm，同時(shí)為了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選帶輪輪轂與軸的配合為 H7/n6；同樣半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為 8x7x36mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為 H7/k6。滾動(dòng)軸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。(4)確定軸上圓角和倒角尺寸參考表 15-2，取軸端倒角為 2x2，各軸肩處圓角半徑為 R2。3.2.5 軸的校核進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體負(fù)載及應(yīng)力情況，采用相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取其許用應(yīng)力。對于僅僅（主要）承受扭矩的軸（傳動(dòng)軸） ，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；對于只承受彎矩的軸（心軸）應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算；對于既受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸） ，應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。需要時(shí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核。此外對于瞬時(shí)過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對稱性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過量的塑性變形。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 ??ttt dnpWT????32.095式中 ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPaT——軸所受的扭矩 N`mm——軸的抗扭截面系數(shù) 3mn——軸的轉(zhuǎn)速 r/minp——軸傳遞的功率 kwd——計(jì)算載面處軸的直徑 mm由此可得 ??12npA0.29530T???對于直徑 d 100mm 的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大 5%-7%。有兩個(gè)鍵槽時(shí)應(yīng)增?大 10%-15%然后將軸圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。故可取 18mdin?首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的設(shè)計(jì)簡圖。在確定軸承后與點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊中查詢 a 值，根據(jù)軸的計(jì)算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。圖 3-2 軸的載荷分析圖載荷 水平面 H 垂直面 V支反力 30NF1?15462 1675NFV?-48H2彎矩 m8M?m3M?m-567MV2??總彎矩 3221 ??扭矩 T T=85045N`mm進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸承受最大彎矩與扭矩的截面的強(qiáng)度。由于軸是單向旋轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈沖循環(huán)變應(yīng)力。取 0.6?應(yīng)力 20.5MPaa.7854)(504W)(2T3221ca ????????由于前已測定軸的材料為 45 鋼，調(diào)后處理，由表 15-1 查得 。??60at?同上 。故安全??tca?3.2.6 軸承的校核由表 3-1 的角接觸球軸承 7006C 的基本額定動(dòng)載荷 C=15.2KN，基本額定靜載荷=10.2KN。0C1.求兩軸承受到的徑向載荷 和 。1rF2r將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面（圖 3-2b）和水平面（圖 3-2c）兩個(gè)平面系。其中：圖 3-2c 中的 為通過另加轉(zhuǎn)矩平移到指向軸線。te由受力分析可知：= = N=218.2NvrF145802??dxaee 1524307x?= - =750-218.2=531.8N2evr1= = x1800N=748.6Nr1Hte2= - =1800-748.6=1051.4N2tehr1= = =756.7N1rFHv?26.748.?= = =1431.5N22rr 210532.求兩軸承的計(jì)算軸向力 和1Fa2對于 70000c 型軸承，軸承派生軸向力 =e ，其中 e 為判斷系數(shù)，其值由drF的大小來確定，但現(xiàn)在軸承軸向力未知，故先取 e=0.4，因此可估算0aCF=0.4 =302.68N1dF1r=0.4 =572.6N2d2r= + =300+572.6=872.6N1aFe2d= =572.6N2ad= =0.08601aCF6.87= =0.05602a1.5插值計(jì)算后，得 =0.422， =0.4011e2e兩次計(jì)算 e 值相差不大，因此確定=0.422， =0.401， =872.6N， =572.6N。1e2e1aF2a圖 3-2 角接觸球軸承受力分析圖3.求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 和1P2因?yàn)椋? =1.157>1raF7.5681e= =0.401=2ra.432查表得對軸承 1 =0.44， =1.3271X1Y對軸承 2 =1， =022因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷， =1.2-1.8，取 =1.5。則pfpf= （ + ）=1.5x（0.44x756.7+1.327x876.2）=1495.64N1Ppf1rF1a= （ + ）=1.5x（0.44x1431.5+1.327x572.6）=1358.5N224.驗(yàn)算軸承壽命因?yàn)?> ,所以按軸承 1 的受力大小驗(yàn)算1P2= = x =48960.57h>hLn60?)(C49063)4.52('hL故所選軸承滿足壽命要求。3.3 絲杠的選擇計(jì)算3.3.1 傳動(dòng)方案的確定方案一：滾珠絲杠+電機(jī)+T 型槽方案二：滾珠絲杠+手輪+光電編碼器分析：方案一采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠在移動(dòng)過程中不易控制傳動(dòng)精度，而且電機(jī)還要選購；方案二采用手輪驅(qū)動(dòng)，在本設(shè)計(jì)中手輪驅(qū)動(dòng)可以達(dá)到要求，再加上光電編碼器對傳動(dòng)精度的控制，方案二優(yōu)于方案一，所以采用方案二。導(dǎo)程的計(jì)算：3.3.2 技術(shù)要求技術(shù)參數(shù)： 試驗(yàn)帶長 L=850-1000mm，試驗(yàn)帶輪直徑：121mm，張緊輪直徑：63mm圖 3-3 帶輪擺放位置示意圖粗略計(jì)算把試驗(yàn)帶型看成等腰直角三角形于是得：中心距 = a=0A21L?當(dāng)帶長為 1000 時(shí)， =585mm；當(dāng)帶長為 850 時(shí)， =468mm0所以絲杠的移動(dòng)范圍△=585-468=116mm3.3.3 設(shè)計(jì)步驟1）計(jì)算載荷 （N）的計(jì)算 cF= （3-1）cFKHAm式中， 為載荷系數(shù)，按表 3-1 選?。?為硬度系數(shù)，按表 3-2 選取；F H為精度系數(shù)，按表 2-8 選?。?（N）為平均工作載荷。AK表 3-2 載荷系數(shù)載荷性質(zhì) 無沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn) 一般運(yùn)轉(zhuǎn) 有沖擊和震動(dòng)運(yùn) 轉(zhuǎn)FK1-1.2 1.2-1.5 1.5-2.5表 3-3 硬度系數(shù)滾道實(shí)際硬度 HRC58?55 50 45 40HK1.0 1.11 1.56 2.4 3.85表 3-4 精度系數(shù)精度等級 C、D E、F G HA1.0 1.1 1.25 1.432）額定動(dòng)載荷計(jì)算值 （N）的計(jì)算a‘= （3-2）CF34hm10x67.Ln’3）根據(jù) 值從滾珠絲杠副系列中選所需要的規(guī)格，使所選規(guī)格的絲杠副的額aC定動(dòng)載荷 值等于或大于 ，并列出其主要參數(shù)值。a4）驗(yàn)算傳動(dòng)效率、剛度及工作平穩(wěn)性是否滿足要求，如不能，則應(yīng)另選其他規(guī)格并重新驗(yàn)算。3.3.4 計(jì)算過程（1）求計(jì)算載荷 由式（3-1）cF= =1.2x1.3x1.0x8500=9800NKHAm有設(shè)計(jì)條件，查表 3-1 取 =1.2，查表 3-2 取 =1.3，查表 3-3 取 D 級精度。FHK（2）計(jì)算額定動(dòng)載荷計(jì)算值 （N）由式（3-2）aC‘= =9800 =32980Na‘CF34hm10x67.Ln’3410x67.5（3）根據(jù) 選擇滾珠絲杠副 假設(shè)選用 FC1 型號，按滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷 等于或稍大于 的原則，查表選定以下型號規(guī)格：aCaFC1 5010-2.5 =33638NFC1 6310-2.5 =36776Na考慮各種因素選用 FC1 5010-2.5。絲杠副的數(shù)據(jù)為：公稱直徑 D=20mm導(dǎo)程 p=3mm螺旋角 ??‘12?滾珠直徑 d=2.456mm絲杠內(nèi)徑 d=16.5mm絲杠長度 L=700mm（4）穩(wěn)定性校驗(yàn)絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 （N）按下式計(jì)算：crF=crF)lEI2a?（ ?式中，E 為絲杠材料的彈性模量，對于剛，E=206GPa；l 為絲杠工作長度（m） ；為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩； 為長度系數(shù)。aI依題意， = =6.52x NcrF2.1x6054.372?）（ 510安全系數(shù) S= = =185.2。而[S]=2.5-2.3。S>[S]，絲杠是安全的，mr98.不會(huì)失穩(wěn)。（5）效率驗(yàn)算 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 為? = = =0.934?）（ ???tan）（ ）（ ‘’40812tan???要求在 90%-95%之間，所以該絲杠副合格。經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證，F(xiàn)C1 5010-2.5 各項(xiàng)性能均符合題目要求。3.4 帶的設(shè)計(jì)3.4.1 技術(shù)要求設(shè)計(jì)參數(shù)：主傳動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速 n=4900r/min電機(jī)轉(zhuǎn)速 =1460r/min1n電機(jī)功率 p=15kw負(fù)載功率 p=10kw傳動(dòng)比 i= =3.356146093.4.2 帶的計(jì)算按電磁加載器的傳動(dòng)分析得分兩次升速達(dá)到主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速i= · =1.78x1.8=3.3561i2第一次升速相關(guān)計(jì)算1. 確定計(jì)算功率 cap由表 8-7 查得工作情況系數(shù) =1.1AK所以 = p=1.1x15=16.5kwcapAK2. 選擇多楔帶的帶型由于本次設(shè)計(jì)是汽車多楔帶的實(shí)驗(yàn)，傳動(dòng)帶一律選用 PK 型多楔帶3．確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 d 并驗(yàn)算帶速 V1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 d2。由表 8-6 和表 8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑為=126mm2d2）驗(yàn)算帶速 v。按式 8-13 驗(yàn)算帶的速度= =16.8m/sx106nd2??x1064因?yàn)?5m/s

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