2852 機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計
2852 機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計,機械傳動,系統(tǒng)性,綜合測試,實驗,試驗,設(shè)計
機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計0編號： 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 完成日期 寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計誠 信 承 諾我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔(dān)。承諾人（簽名）： 年 月 日寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）I摘 要摘要：隨著科技與經(jīng)濟深入發(fā)展，社會競爭日趨激烈，在 21 世紀(jì)，社會對競爭力強，創(chuàng)新能力優(yōu)秀的高素質(zhì)人才需求不斷加大。工科類專業(yè)其理論和實踐的結(jié)合程度是相當(dāng)高的。新時代的教育需要滿足學(xué)生在理論結(jié)合實際方面的需求。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，同時培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新及實際操作能力，提高綜合素質(zhì)，新型的多功能實驗臺就顯得尤為重要。機械設(shè)計課程是專業(yè)的主修科目，而機械傳動系統(tǒng)是機械設(shè)計中重要的組成部分。為適應(yīng)高等教育培養(yǎng)專業(yè)人才的需要同時配合機械設(shè)計課程的教學(xué)改革，需要通過較完整的實驗教學(xué)的訓(xùn)練,使學(xué)生掌握機械產(chǎn)品的性能測試的綜合能力。本文設(shè)計一種機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺，能使學(xué)生掌握基本機械傳動的性能測試,提高學(xué)生學(xué)會應(yīng)對分析工程問題進而解決實際問題的能力。關(guān)鍵詞：教育改革；機械傳動系統(tǒng)；綜合性能測試；動力學(xué)仿真。機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計IIMechanical drive system performance test bench designAbstract：With the technological and economic in-depth development, an increasingly competitive society in the 21st century, competitive, outstanding innovation capability of high-quality talent needs continue to increase. Engineering professional its the combination of theory and practice degree is high. The new age of education need to meet the students to integrate theory with practical needs. To achieve this goal while cultivating students' creative and practical ability to improve the overall quality, the new mufti-purpose bench has become particularly important.The mechanical design course is a professional majors and mechanical drive system is an important part of the mechanical design. In order to meet the needs of higher education to train professionals in conjunction with the mechanical design course teaching reform, through the training of more complete experimental teaching to enable students to master the mechanical performance test ability. In this paper, the design of a mechanical drive system performance test bench, enabling students to master basic mechanical transmission of the performance test, and improve the students learn to deal with the analysis of engineering problems and thus the ability to solve practical problems.Key word：Education reform; Mechanical drive system; Comprehensive performance test; Dynamics simulation.寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）III目 錄摘 要 ...........................................................................................................................II目 錄 ..........................................................................................................................IV1 緒論 ............................................................................................................................11.1 引言 ..................................................................................................................11.2 實驗臺概述 ......................................................................................................11.2.1 國內(nèi)實驗臺發(fā)展 ....................................................................................21.2.2 機械傳動綜合實驗臺發(fā)展趨勢 ............................................................22 方案選定 ....................................................................................................................32.1 方案提出 ..........................................................................................................32.2 方案說明 ..........................................................................................................33 電機的選擇 ................................................................................................................54 減速器設(shè)計 ................................................................................................................64.1 齒輪傳動設(shè)計 ..................................................................................................74.1.1 確定齒輪類型、制作材料及其精度等級 ............................................74.1.2 按齒面接觸強度設(shè)計 ............................................................................74.1.3 按齒根彎曲強度設(shè)計 ............................................................................84.2 輸入軸、輸出軸設(shè)計 ....................................................................................104.2.1 輸入軸設(shè)計 ..........................................................................................104.2.2 輸出軸設(shè)計 ..........................................................................................114.3 軸承校和 ........................................................................................................124.3.1 高速軸承校和 ......................................................................................124.3.2 低速軸承校和 ......................................................................................135 帶傳動 ......................................................................................................................145.1 帶輪計算 ........................................................................................................145.2 帶輪的結(jié)構(gòu) ....................................................................................................166 鏈傳動 ......................................................................................................................176.1 鏈輪計算 ........................................................................................................176.2 鏈輪的結(jié)構(gòu)，材料及布置 ............................................................................187 四桿機構(gòu) ..................................................................................................................197.1 四桿機構(gòu)設(shè)計 ................................................................................................197.2 ADAMS 仿真分析 ..........................................................................................198 聯(lián)軸器、磁粉制動器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器等的選擇 ..............................................258.1 聯(lián)軸器的選擇 ................................................................................................258.2 磁粉制動器選擇 ............................................................................................258.3 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器選擇 ....................................................................................269 總結(jié)和展望 ..............................................................................................................27參考文獻 ......................................................................................................................28致謝 ..............................................................................................................................29附錄 ..............................................................................................................................30機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計01 緒論1.1 引言隨著經(jīng)濟和科技的高速發(fā)展，社會對新型人才的需求不斷加大。21 世紀(jì)要求我們不僅具備扎實的專業(yè)知識，而且要有較強的解決實際問題的能力。這就要求工程型、研究型大學(xué)教學(xué)在注重知識的積累同時，還要加大對學(xué)生開放性思維、實踐能力、開拓創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。實驗是學(xué)生對課堂所學(xué)理論進行驗證的關(guān)鍵步驟，是理論結(jié)合實踐中不可或缺的一環(huán)。為了跟上時代的發(fā)展需求，需要對實驗方式和實驗設(shè)備進行改革，將學(xué)生推到實驗主體的位置，充分挖掘、發(fā)揮其主觀能動性和創(chuàng)造性，引導(dǎo)他們向創(chuàng)新領(lǐng)域邁進。為此，一種新型機械傳動綜合實驗臺的研發(fā)就顯得極為必要與迫切。通過新型設(shè)備配合系統(tǒng)的教學(xué)訓(xùn)練，從而使學(xué)生了解掌握各機械傳動裝置及機械產(chǎn)品性能測試的綜合能力,以期使學(xué)生學(xué)會分析應(yīng)對各種現(xiàn)實工程問題，學(xué)會評估并解決它們 。通過這種]1[實驗，能在豐富和鞏固課堂所學(xué)理論知識的同時，確立和強化學(xué)生的實踐意識，激發(fā)學(xué)生的求知欲，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。1.2 實驗臺概述實驗是實踐教學(xué)的重要組成部分，它在培養(yǎng)創(chuàng)新精神與實踐能力方面占有重要地位,但是舊的實驗教學(xué)觀往往輕視或忽視了這一點。長期以來，機械設(shè)計實驗受限于各種客觀條件，呈現(xiàn)出單一性、封閉性的特點。隨著時代發(fā)展教育界越來越成關(guān)注如何使實驗向綜合性、開放性、創(chuàng)新性方向轉(zhuǎn)變，于此同時我國實驗設(shè)備的研發(fā)水平不能適應(yīng)教學(xué)改革的需要，尤其缺乏能夠滿足綜合性、開放性、創(chuàng)新性實驗項目的新型實驗設(shè)備 。機械傳動系統(tǒng)是機器必不可少的]2[一部分，同時也是應(yīng)用最為普遍的機構(gòu)之一。傳統(tǒng)的傳動實驗臺往往功能單一，設(shè)備陳舊，基本上只能測試某一方面或某一種傳動方式的數(shù)據(jù)。這樣就在很大程度上限制了學(xué)生在實踐教學(xué)中所能汲取到的知識，制約了學(xué)生的實際操作能力，打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新能力的發(fā)揮，不利于培養(yǎng)社會所需要的能夠做到理論與實踐相結(jié)合，綜合素質(zhì)高的人才?；谶@種背景,新型傳動方案綜合設(shè)計試驗臺的研究與設(shè)計開發(fā)就顯得十分必要。這種新型實驗臺將通過提供相應(yīng)的驅(qū)動電機，通用的標(biāo)準(zhǔn)化傳動零件、聯(lián)接零件、支承及其它調(diào)整零件，根據(jù)不同實驗需要配套的測試儀器及所需的工具庫等元器件，最終實現(xiàn)在同一實驗平臺上組建多種傳動方案并進行相應(yīng)數(shù)據(jù)測試的功能 。]3[寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）11.2.1 國內(nèi)實驗臺發(fā)展隨著教育改革深入，學(xué)校對于實驗課程的重視程度與日俱增。新型機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺的研究已有了重大進展與成果。早在 2001 年，陜西工學(xué)院研制了一種實驗臺，取得了預(yù)期效果 。實驗臺已經(jīng)形成產(chǎn)品有了實際]4[應(yīng)用，但是價格還是比較昂貴。如 JLC-A 型機械傳動性能測試綜合實驗臺，JZC 機械傳動創(chuàng)意組合性能測試臺(圖 1.1)，JCZS- Ⅱ機械傳動性能綜合實驗臺等。這些產(chǎn)品依據(jù)高等院校機械類教學(xué)大綱、基礎(chǔ)實驗教學(xué)大綱要求而專業(yè)設(shè)計，保證了機械傳動性能綜合測試實驗臺的方便性、實用性，同時也保證了科研輔助功能及實驗教學(xué)功能。能快速組裝 60 多種組合機械傳動，通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、工控機、測控軟件，運用計算機的強大功能進行處理，做到全程跟蹤，確保數(shù)據(jù)的正確、真實，并能適時繪制各項所需曲線測試各種傳動的速比、轉(zhuǎn)矩、效率。工作條件任意選定，可在恒定加載、恒轉(zhuǎn)速、恒轉(zhuǎn)矩等條件下工作，通過軟件自動收集分析數(shù)據(jù)，能保證連續(xù)同步采樣，并自動得出實驗結(jié)果。數(shù)圖 1.1 JZC 機械傳動創(chuàng)意組合性能測試臺1.2.2 機械傳動綜合實驗臺發(fā)展趨勢設(shè)計研發(fā)新型的傳動系統(tǒng)實驗平臺具有極其重要的現(xiàn)實意義。在確?？傮w性能的條件下，新型傳動方案綜合設(shè)計實驗臺在設(shè)計上應(yīng)力求簡潔，開放，同時應(yīng)用人機工程學(xué)確保操作的方便性。使用標(biāo)準(zhǔn)化通用零部件保證互換性，從而使學(xué)生了解在設(shè)計產(chǎn)品時如何保證互換性和通用性。另外在測試部分則根據(jù)實際需要使用最新的測試設(shè)備和技術(shù)。如今的實驗臺正向著小型化、輕型化、低成本、智能化、開放化、模塊化發(fā)展 。]5[機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計22 方案選定2.1 方案提出根據(jù)任務(wù)要求，結(jié)合自己所學(xué)專業(yè)設(shè)計傳動方案，根據(jù)機械傳動方案選擇標(biāo)準(zhǔn)零件，設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)零件。設(shè)計的綜合實驗臺采用開放式結(jié)構(gòu)，把減速器，V 帶傳動，鏈傳動，轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)速傳感器，磁粉制動器，變頻電機等組合在一起。系統(tǒng)的原理圖見圖 2.1.1，實驗臺的結(jié)構(gòu)布局見圖 2.1.2。驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速傳感器傳動裝置轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速傳感器制動裝置工控機圖 2.1.1 綜合實驗臺系統(tǒng)原理圖圖 2.1.2 綜合實驗臺的結(jié)構(gòu)布局1.變頻電機 2.聯(lián)軸器 3.轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 4.傳動裝置件5.磁粉制動裝置 6.工控機 7.電氣控制柜 8.工作臺2.2 方案說明根據(jù)任務(wù)書要求，設(shè)計機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺。設(shè)計的實驗臺采用開放式結(jié)構(gòu)。為了滿足設(shè)計需要，動力驅(qū)動系統(tǒng)裝置將采用可變頻調(diào)速的變頻電機。由任務(wù)書可知此實驗臺要滿足各種傳動形式的實現(xiàn)。本次設(shè)計傳動裝置基本目標(biāo)見圖 2.2.1。寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）3減速器 V 帶傳動鏈傳動 四桿機構(gòu)圖 2.2.1 傳動裝置原理圖故需要設(shè)計減速器，V 帶傳動，鏈傳動，四桿機構(gòu)等零部件?？?傳動比由減速器，V 帶傳動，鏈傳動分擔(dān)。因為是實驗需要，所以減速器采用一級圓柱齒輪減速器即可滿足要求，它具有工藝簡單，精度易于保證等優(yōu)點。V 帶傳動將采用普通 V 帶傳動，鏈傳動采用單排滾子鏈傳動。各部分零件組裝定位均 采用普通平鍵連接，它具有對中性好、結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便等優(yōu)點。輸入軸，輸出軸之間采用彈性柱銷聯(lián)軸器連接，具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝拆卸方便，耐久性好等優(yōu)點，且有一定的緩沖吸振能力，選用 HL 型聯(lián)軸器。傳動裝置實體效果見圖 2.2.2。圖 2.2.2 傳動裝置總體三維效果圖機械傳動除了形式多樣，其性能測試項目數(shù)目也不少，針對這一特點以及教育改革的發(fā)展趨勢，需要研制一種新型的機械傳動綜合實驗臺。根據(jù)上述情況實驗臺應(yīng)當(dāng)采用開放式結(jié)構(gòu)，同時保證各部分零件之間的通用性，從而讓學(xué)生能根據(jù)不同的測試內(nèi)容和測試要求，組裝出相應(yīng)的符合條件的實驗臺進而完成實驗 。以此設(shè)想為指導(dǎo)方針，并配以相應(yīng)的變頻電機、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、]6[磁粉制動裝置等測試儀器完成本次畢業(yè)設(shè)計。機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計43 電機的選擇根據(jù)設(shè)計要求，選用可進行變頻調(diào)速的變頻電機。通過文獻[7]選擇 YCT系列電磁調(diào)速三相異步電動機，型號為 YCT112-4B 見表 3.1。表 3.1 電動機基本數(shù)據(jù)型號 YCT112-4B額定功率 (kw) 0.75轉(zhuǎn)速變化率(%) 2.5調(diào)速范圍(r/min) 125~0電動機電源 (v) 380YCT 系列電磁調(diào)速電動機是近年來設(shè)計的一種新式變頻調(diào)速電機。它由測速發(fā)電機、三相異步電動機、電磁轉(zhuǎn)差離合器三部分組成，通常與 ZTKJD 型或JD 型控制器配套共同組成無級調(diào)速裝置。它通過改變勵磁電流大小這種方法來達到調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速的目的。此系列電機具有調(diào)速范圍廣，振動小、噪音低、效率高、有速度負(fù)反饋，無失控區(qū)等優(yōu)點，其安裝尺寸和功率等級均符合 IECJ及 B/T7123-93 標(biāo)準(zhǔn)。YCT 系列電機臥式結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示，YCT112-4B 尺寸見表 3.2圖 3.1 電機結(jié)構(gòu)示意圖表 3.2 YCT112-4B 尺寸安裝尺寸 外形尺寸型號H A A/2 WB WC AB AD05.12?7.9?5.07.21?5.140273 150D E F G K HD LYCT112-4B 09.4???31.02.6?01.5?43.02?275 520寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）54 減速器設(shè)計本實驗臺采用一級直齒圓柱齒輪減速器，效果如圖 4.1，圖 4.2 所示。圖 4.1 減速器三維圖 1圖 4.2 減速器三維圖 2機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計64.1 齒輪傳動設(shè)計4.1.1 確定齒輪類型、制作材料及其精度等級（1）因為是實驗臺用減速器，故選一級圓柱齒輪減速器，選用直齒圓柱齒輪傳動；（2）實驗臺一級齒輪減速器速度不高，精度要求高，故選用 7 級精度；（3）材料選擇，由文獻[8]表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為40HBS；（4）初選小齒輪齒數(shù)為 ，則大齒輪齒數(shù)為 。齒厚351?Z70235??Z為 80mm,75mm。4.1.2 按齒面接觸強度設(shè)計按設(shè)計計算公式（文獻[8]10-9a）計算，即：（4-3211 )(2.HEtZudTK?????1）（1）確定公式內(nèi)各計算數(shù)值1）選擇載荷系數(shù) =1.3。tK2）計算小齒輪傳遞扭矩 min/1250rn?（4-737.5.91 ????NT2）3）由文獻[8]表 10-7 選取齒寬系數(shù) 。1?d?4）由文獻[8]表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) 。21Mpa8.9EZ5）小齒輪直徑 。m0531??mZd（2）計算接觸疲勞許用應(yīng)力1）通過文獻[8]圖 10-21d 按照齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪接觸疲勞強度極限 。MPaH60lim?? PaH502lim??2）定工作壽命為 15 年（每年 300 天） ，四班制，每班 1.5h 則根據(jù)文獻[8]公式 10-12 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）7（4-3）99211025.05.6????NjLnh3）由文獻[8]圖 10-19 得接觸疲勞壽命系數(shù) ， 。.HNK96.02?HN4）定失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，則由文獻[8]公式 10-12 得：（4-MPaSMPaSKHN 585402lim21lim1 ????4）所以，取 。??H28（3）計算（4-??HtEHHEdt MPaubKFZmTkd ????????????????63.2015.2.)(3. 215）所以，綜上所述齒面接觸疲勞強度符合要求。4.1.3 按齒根彎曲強度設(shè)計由文獻[8]公式 10-5 得彎曲強度設(shè)計公式為：（4-321)(FSadYzKTm???6）（1）確定公式內(nèi)各數(shù)值1）計算圓周速度（4-s/m87.610625106?????ndv7） 2）計算齒寬與齒高比齒寬:（4-mdb105??8）機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計8齒高:（4-mht75.62.?9）齒寬與齒高比:（4-10 ）56.1?hb3） 、根據(jù) ，7 級精度，由文獻[8]圖 10-8 查得動載系數(shù)s/m8.6?v；0.1K直齒輪 ；1?FH由文獻[8]表 10-2 查得使用系數(shù) ；1A?K由文獻[8]表 10-4 用插值法查得 7 級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時， ；493.?H由 查文獻[8] 圖 10-13 得 ， 。載荷系數(shù)1.?hb 1.36.1??FK(4-11)4???FvAK（2）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力1）由文獻[8]圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ，MPaFE501??大齒輪的彎曲疲勞強度極限 。MPaFE3802??2）由文獻[8]圖 10-18 得疲勞壽命系數(shù) ， 。84.01?FNK87.2N3）取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由文獻[8]公式 10-12 得(4-12)MPaSFEN29.56.22F11??所以，取 。??MPa9.5F??4）查文獻[8]表 10-5 得齒形系數(shù) ， ；6.1FaY3.2Fa5）查文獻[8]表 10-5 得應(yīng)力校核系數(shù) ， 。59?S701SY6）計算大、小齒輪 ，并加以比較FSa?(4-13) 0175.29.534.6.21??FSaY?寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）9所以取大值。（3）計算(4-14) ??FdSaFMPzmYKTm?????????37.20273.015.5416.13所以，彎曲疲勞強度符合要求。綜上所述，取 ，m=3 時符合應(yīng)力要求。51?z所以得出參數(shù) ， ，m=3, mm， mm,3Z702105?d210?dmB5,814.2 輸入軸、輸出軸設(shè)計4.2.1 輸入軸設(shè)計（1）選擇材料和熱處理方式一級減速器輸入軸為一般軸設(shè)計問題，所以軸材料用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，。??Mpa601-??（2）初定確定軸的基本直徑根據(jù)文獻[8]表 15-3，取 ,于是可得120?A(4-15)mnpd4.9507.331mi ??考慮到鍵槽和配合用聯(lián)軸器，取 。d6（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計選一般軸結(jié)構(gòu)，根據(jù)軸上零件使用要求，設(shè)有 7 個軸段，如圖 4.2.1 所示圖 4.2.1 高速軸結(jié)構(gòu)1 段：該段需滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，聯(lián)軸器型號根據(jù)電機選定LH1型彈性柱銷聯(lián)軸器,其轂孔長度 ，故取 1 段長度 。直徑為 。mL27?mL251?1d軸上鍵槽為普通平鍵，尺寸 。軸與聯(lián)軸器配合為lhb05??機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計10。67kH2 段：為了滿足裝配需要，1-2 軸段間需要一軸肩，選取 ，又因md23?為軸承端蓋的總寬度為 ,根據(jù)裝配需要和潤滑要求，取半聯(lián)軸器右端與端m20蓋間距 ，所以 。l30?L5?3 段和 7 段：此段安裝滾動軸承，因軸承須承擔(dān)徑向力與軸向力的共同作用，所以選擇圓錐滾子軸承。依據(jù) 2 段直徑，由機械設(shè)計手冊選取圓錐滾子軸承 30305，尺寸 ，所以 。mTDd5.1865?? md25,73?根據(jù)裝配需要和軸體零件布局綜合考慮，定 ， 。L7.3?L.184 段：此段安裝齒輪，齒輪左右倆端分別通過套筒和軸肩進行定位，為使齒輪與套筒間可靠配合，4 段長度應(yīng)略小于齒輪齒厚，選定 。同時根64據(jù)軸體零件配合需要，取 。軸與齒輪配合為 。軸上鍵槽為普通d304?nH平鍵，尺寸 。mlhb578??5 段：此段為軸環(huán)，軸肩高度 ，取 。軸環(huán)寬度 ，dh7.?mh3?hb4.1?所以 。Ld6,35?6 段：此段根據(jù)軸體零部件裝配需要和結(jié)構(gòu)要求，取 。md2L,66?（4）軸強度效核已知小齒輪直徑為 ，所以圓周力 和徑向力 分別為md751?tFr(4-16)NNTFrt 6.4920an8.15,.2/ ???從軸結(jié)構(gòu)圖及彎矩和扭矩圖中看出危險截面 C，則有，故安全。????MPPWMca7.9121????????4.2.2 輸出軸設(shè)計（1）選擇材料和熱處理方式一級減速器輸入軸為一般軸設(shè)計問題，所以軸材料用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，。??Mpa601-??（2）初定確定軸的基本直徑根據(jù)文獻[8]表 15-3，取 ,于是可得120?A(4-17)mnpd9.1/507.332mi ??寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）11考慮到鍵槽和配合用聯(lián)軸器，取 。md20?（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計選一般軸結(jié)構(gòu)，根據(jù)軸上零件使用要求，設(shè)有 7 個軸段，如圖 4.2.2 所示圖 4.2.2 高速軸結(jié)構(gòu)1 段：該段需滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，聯(lián)軸器型號根據(jù)電機選定LH1型彈性柱銷聯(lián)軸器,其轂孔長度 ，故取 1 段長度 。直徑為 。mL27?mL251?1d軸上鍵槽為普通平鍵，尺寸 。軸與聯(lián)軸器配合為lhb46??。67kH2 段：為了滿足裝配需要，1-2 軸段間需要一軸肩，選取 ，又因md27?為軸承端蓋的總寬度為 ,根據(jù)裝配需要和潤滑要求，取半聯(lián)軸器右端與端m20蓋間距 ，所以 。l30?L5?3 段和 7 段：此段安裝滾動軸承，因軸承須承擔(dān)徑向力與軸向力的共同作用，所以選擇圓錐滾子軸承。依據(jù) 2 段直徑，由機械設(shè)計手冊選取圓錐滾子軸承 30306，尺寸 ，所以 。mTDd75.030?? md30,73?根據(jù)裝配需要和軸體零件布局綜合考慮，定 ， 。L2.43?L5.274 段：此段安裝齒輪，齒輪左右倆端分別通過套筒和軸肩進行定位，為使齒輪與套筒間可靠配合，4 段長度應(yīng)略小于齒輪齒厚，選定 。同時根14據(jù)軸體零件配合需要，取 。軸與齒輪配合為 。軸上鍵槽為普通d354?6nH平鍵，尺寸 。mlhb0810??5 段：此段為軸環(huán)，軸肩高度 ，取 。軸環(huán)寬度 所dh7.?mh3?hb4.1?以 。mLd6,4?6 段：此段根據(jù)軸體零部件裝配需要和結(jié)構(gòu)要求，取 。md2L,766?（4）軸強度效核機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計12已知小齒輪直徑為 ，所以圓周力 和徑向力 分別為md751?tFr(4-18)NNTFrt 9.250an5.76,./2???從軸結(jié)構(gòu)圖及彎矩和扭矩圖中看出危險截面 C，則有，故安全。????MPPWMca9.121????????4.3 軸承校核4.3.1 高速軸承校核選取圓錐滾子軸承 30305軸承的當(dāng)量動負(fù)荷為 )(arpYFXfP??由文獻[8]表 13－6 查得， ，故取值 1.2。2.1~0因為 Fa1=0N，F(xiàn) r1=49.6N，則 rpf查文獻[8]表 13－5 得，X=1 ，Y=0 (4-19)KNXfPrp059.6412.???查文獻[8]表 13-4 得：f t=1，查文獻[7]得：圓錐滾子球軸承的壽命指數(shù)為 ＝10/3,Cr=46.8KN；?則 (4-20) hPCnL2701.96015??????????所以預(yù)期壽命足夠，軸承符合要求。4.3.2 低速軸承校和選取圓錐滾子軸承 30306軸承的當(dāng)量動負(fù)荷為 )(arpYFXfP??由文獻[8]表 13－6 查得， ，故取值 1.2。2.1~0因為 Fa1=0N，F(xiàn) r1= 26.5N，則 rpf查文獻[8]表 13－5 得，X=1 ，Y=0 。(4-21)KNXfPrp0318.5261.???查文獻[8]表 13-4 得：f t=1 ，查文獻[7]得：圓錐滾子球軸承的壽命指數(shù)為 ＝10/3 ,Cr=59.0KN；?寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）13則 (4-22)hPCnL2701.6016??????????所以預(yù)期壽命足夠，軸承符合要求。5 帶傳動帶傳動是一種撓性傳動。它由傳動帶和帶輪（主動輪和從動輪）組成，具有傳動平穩(wěn)、緩沖戲震、結(jié)構(gòu)簡單可靠等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于機械設(shè)備中。5.1 帶輪計算（1）確定計算功率 caP由文獻[8]表 8-7 查得工作情況系數(shù) ,取減速器效率 ，則有1.?AK97.0??(5-1)kwAca 8.0975.???（2）選擇 V 帶的類型根據(jù)功率 和小帶輪轉(zhuǎn)速 n1 由圖 5.1 選擇 V 帶型號。caP機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計14圖 5.1 普通 V 帶選型圖已知 ，由此確定選用 Z 型 V 帶。kwPca8.0?min/6251rn（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 并驗算帶速dv1) 初選小帶輪直徑 1根據(jù) V 帶的類型，參考文獻[8]表 8-6 和表 8-8 確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑 ，1d應(yīng)使 。大帶輪基準(zhǔn)直徑可按 計算。大、小帶輪直徑一般按??min1d?12id?帶輪基準(zhǔn)直徑系列適當(dāng)加以圓整。故選取小帶輪的基準(zhǔn)直徑 md601?。)50(1d?2）驗算帶速 。按文獻[8]式(8-13)驗算帶的速度v(5-2)ssmnd/24.5/106106????因為 ，故帶速合適。sms/3/5?3) 計算大帶輪基準(zhǔn)直徑。據(jù)文獻[8]式(8-15a),計算大帶輪基準(zhǔn)直徑 2d(5-3)id3201622??根據(jù)文獻[8]表 8-8，圓整為 。m5（4）確定 V 帶的中心距 和基準(zhǔn)長度adL1) 根據(jù)文獻[8]式(8-20)，初定中心距 0a(5-4)????。故 取 md50 95.32270011 ????2) 由文獻 [8]式(8-22)計算帶所需的基準(zhǔn)長度寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）15(5-5)????maddaLd1758 5041631602220????????由文獻[8]表 8-2 選帶的基準(zhǔn)長度 。mLd8?3) 按文獻 [8]式(8-23)計算實際中心距 a(5-6)ad 5217105200 ?????中心距的變化范圍為 。7~49（5）驗算小帶輪上的包角 1?(5-7)?????????90163.58021ad（6）計算帶的根數(shù) z1) 計算單根 V 帶的額定功率 rP由 ，查文獻[8]表 8-4a 得 。min/625101nd?和 kwP235.0?根據(jù) 和 Z 型帶，查文獻[8]表 8-4b 得 。i,/r ?查文獻[8]表 8-5 得 ，表 8-2 得 ,于是9.0?K18.LK(5-8)????kPLr 25.09502.350 ??????2) 計算 V 帶的根數(shù) Z(5-9)14.3.8?rcaPz取 4 根。（7）計算單根 V 帶的初拉力的最小值 ??min0F由文獻[8]表 8-3 得 Z 型帶的單位長度質(zhì)量 ，所以根據(jù)公式可kgq/6.?以得到(5-10) ??????NqvzKpFca52.3 24.5024.5908.5.20min ?????????應(yīng)使帶的實際初拉力 。 ??min0F?（8）計算壓軸力 P壓軸力的最小值為機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計16(5-11)???? NFzP 25.49163sin52.342sin21m0in ????????????5.2 帶輪的結(jié)構(gòu)V 帶輪的結(jié)構(gòu)形式取決于它本身的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)上述數(shù)據(jù)， V 帶輪選用孔板式結(jié)構(gòu)，輪槽與對應(yīng)所選用的 V 帶型號。效果圖見圖 5.2。圖 5.2 V 帶傳動三維效果圖6 鏈傳動鏈傳動是一種撓性傳動。它由鏈輪（小鏈輪和大連輪輪）組成，具有適應(yīng)力強、結(jié)構(gòu)簡單可靠、傳動效率較高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于機械制造中。本次設(shè)計的是實驗用鏈傳動，故選擇單排滾子鏈。6.1 鏈輪計算（1）選擇鏈輪齒數(shù) 取小鏈輪齒數(shù) ，則大鏈輪的齒數(shù) 。251?z 50212???zi（2）確定計算功率寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）17由文獻[8]表 9-6 查得工況系數(shù) ，由文獻 [8]圖 9-13 查得 ，0.1?AK0.1?zK單排鏈，則計算功率為（6-1）kwPzAca 76.)89.(??（3）選擇鏈條型號和節(jié)距根據(jù) 及 查文獻[8] 圖 9-11,可選 08A-1。查文獻kwPca76.0min/5.312rn[8]表 9-1，鏈條節(jié)距為 。7（4）計算鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距 。取 。????mP635~817.250~30??? ma50?相應(yīng)的鏈長節(jié)數(shù)為（6- 9.108 7.12402210??????????????????? ??apzzpaL2）取鏈長節(jié)數(shù) 節(jié)。109?PL查文獻[8]表 9-7 得中心距計算系數(shù) ，則鏈傳動最大中心距為2491.01?f（6-????????mzpfa 507249.0211 ??????3）（5）計算鏈速 ，確定潤滑方式v（6-spzn/65.10625.1061????4）由 和鏈號 08A-1，查文獻[8] 表 9-14 可知應(yīng)采用滴油潤滑。smv/5.1?（6）計算壓軸力 PF有效圓周力為： （6-Nvpe 47065.198010???5）鏈輪水平布置時的壓軸力系數(shù) ，則壓軸力為.pFK（6-6）FeP54170.1????6.2 鏈輪的結(jié)構(gòu)，材料及布置機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計18鏈輪的結(jié)構(gòu)形式取決于它本身的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，鏈輪將選用整體式結(jié)構(gòu)，因為工作條件正常，齒數(shù)較多，故材料選 35 鋼，正火處理。鏈傳動應(yīng)合理布置，原則如下：兩鏈輪共面，位于鉛垂直面內(nèi)，兩鏈輪中心連線最好水平，也可傾斜，但盡量避免鉛垂位置，一般緊邊在上，松邊在下。根據(jù)文獻[8]表 9-8，選擇第一種方式，效果圖見圖 6.1。圖 6.1 鏈輪傳動三維效果圖7 四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)被廣泛應(yīng)用于機械設(shè)計制造中，它能很好的解決很多問題。平面四桿機構(gòu)的基本型式是鉸鏈四桿機構(gòu)，如圖 7.1 所示 。]9[寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）19圖 7.1 鉸鏈四桿機構(gòu)示意圖7.1 四桿機構(gòu)設(shè)計四桿機構(gòu)的設(shè)計需滿足桿長條件，設(shè)各桿長度為 。轉(zhuǎn)動副 A 為周dcba,轉(zhuǎn)副，則需滿足（7-1）??????cabd,即桿 1 為最短桿。綜合上式，取 。mdm160,3,1208??7.2 ADAMS 仿真分析對所涉及的四桿機構(gòu)通過 ADAMS 進行動力學(xué)仿真 。]10[（1）創(chuàng)建設(shè)計點根據(jù)所取桿長計算四桿機構(gòu)連接點坐標(biāo)，選擇 ADAMS/View 中零件庫中的點選項，創(chuàng)建出四個設(shè)計點，如圖 7.1 所示。圖 7.1 創(chuàng)建設(shè)計點模型（2）創(chuàng)建連桿選擇 ADAMS/View 中零件庫中的連桿選項，根據(jù)設(shè)計要求確定桿長、桿寬和厚度，創(chuàng)建連桿如圖 7.2 所示。機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計20圖 7.2 創(chuàng)建連桿模型（3）創(chuàng)建固定副選擇 ADAMS/View 中約束庫中的固定副選項，桿 4（藍色模型）為最長桿，充當(dāng)機架，多余的桿（粉色模型）與桿 2（綠色模型）固定在一起，創(chuàng)建約束副如圖 7.3 所示。圖 7.3 創(chuàng)建固定副（4）創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)福選擇 ADAMS/View 中約束庫中的旋轉(zhuǎn)副選項，四桿機構(gòu)四桿間相互存在旋轉(zhuǎn)副，創(chuàng)建約束副如圖 7.4 所示。寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）21圖 7.4 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副（5）創(chuàng)建驅(qū)動選擇ADAMS/View中驅(qū)動庫中的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動選項，設(shè)置轉(zhuǎn)速為100r/min, 即100*360/60度每秒，創(chuàng)建驅(qū)動如圖7.5所示。圖7.5 創(chuàng)建驅(qū)動（6）施加載荷選擇ADAMS/View中力庫中的力矩選項，在桿1（紅色模型）創(chuàng)建，設(shè)置相機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計22關(guān)數(shù)據(jù)，如圖7.6所示。圖 7.6 創(chuàng)建力矩（7）保存模型，觀察仿真效果仿真具體效果如圖 7.7 所示。圖 7.7 仿真效果圖（8）仿真結(jié)果分析本次需要分析的是與桿 2 固定的桿 5,分析其速度與加速度，獲取數(shù)據(jù)曲線。1） 當(dāng)主動桿轉(zhuǎn)速為 時，此桿速度和加速度曲線見圖 7.8 和圖min/10r7.9。寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）23圖 7.2 桿的速度曲線圖圖 7.3 桿加速度曲線圖2）當(dāng)主動桿轉(zhuǎn)速為 時，此桿速度和加速度曲線見圖 7.4 和圖min/60r7.5。機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計24圖 7.4 桿的速度曲線圖圖 7.5 桿加速度曲線圖ADAMS 力學(xué)仿真能直觀的模擬機構(gòu)在實際工作中的狀態(tài)，幫助設(shè)計員更好的設(shè)計出符合要求產(chǎn)品。通過仿真，能夠獲取大量的實驗數(shù)據(jù)，減少了設(shè)計的彎路，降低了產(chǎn)品的設(shè)計周期，對于設(shè)計的幫助是極其巨大的 。]12,[寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）258 聯(lián)軸器、磁粉制動器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器等的選擇8.1 聯(lián)軸器的選擇新型傳動方案綜合設(shè)計實驗臺在設(shè)計上應(yīng)力求簡潔，開放，同時應(yīng)用人機工程學(xué)確保操作的方便性。使用標(biāo)準(zhǔn)化通用零部件保證互換性，從而使學(xué)生了解在設(shè)計產(chǎn)品時如何保證互換性和通用性。所以依照減速器，帶輪，鏈輪等的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一采用 LH1 型彈性柱銷聯(lián)軸器。8.2 磁粉制動器選擇磁粉制動器是一種利用磁粉傳遞轉(zhuǎn)矩的機械設(shè)備，它以電磁原理為理論基礎(chǔ)，具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系等特點。在同滑差無關(guān)的情況下可以傳遞一定的轉(zhuǎn)矩，具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、無沖擊振動、無噪音、節(jié)約能源、無污染等優(yōu)點，是一種性能優(yōu)越的多用途自動化控制元器件。常被用于傳動機械的測功加載和制動，具有以下 3 個特性：（1）激磁電流——力矩特性激磁電流與轉(zhuǎn)矩基本上成線性關(guān)系，所以通過調(diào)節(jié)激磁電流的數(shù)值可以間接達到控制力矩的目的,其特性如圖 8.2.1 所示。圖8.2.1 激磁電流——轉(zhuǎn)矩曲線（2）轉(zhuǎn)速——力矩特性力矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)，它的值是固定不變的。(在激磁電流大小保持恒定的狀態(tài)下，在系統(tǒng)滑差轉(zhuǎn)速允許的范圍內(nèi)其轉(zhuǎn)矩不受轉(zhuǎn)速變化的影響)無論是動力矩還是靜力矩都一樣符合這一特性。如圖8.2.2所示。機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計26圖8.2.2 轉(zhuǎn)速——力矩特性曲線（3）負(fù)載特性在散熱條件確定的情況下，磁粉制動器的允許滑差功率將是固定不變的。在實際操作即選型時，我們需保證所選型號的實用滑差功率在系統(tǒng)允許滑差功率范圍以內(nèi)。另外需注意在轉(zhuǎn)速高的使用狀態(tài)中，要適當(dāng)降低力矩。其特性如圖8.2.3所示。圖8.2.3 負(fù)載特性曲線根據(jù)實驗要求和上述特性，選擇 CZ-5 型磁粉制動器。8.3 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器選擇轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器是一種專業(yè)測量扭矩、轉(zhuǎn)速及機械功率的精密測量儀器，其應(yīng)用范圍十分廣泛。它可應(yīng)用于電動機類旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備輸出扭矩，轉(zhuǎn)速及功率的檢測。其測量基本原理如下：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器采用應(yīng)變片電測技術(shù) ,即在彈性軸上組成應(yīng)變橋,則該彈性軸受扭的信號可通過應(yīng)變橋上的負(fù)載電流產(chǎn)生。信號被放大后通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，變成與扭矩變化成正比的電頻信號。具體見圖 8.3圖 8.3 測試原理圖選用 ORT-803 型旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器。它具有以下特點：寧波大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）271）信號輸出形式多變，可任意選擇。2）檢測精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強。3）不需反復(fù)調(diào)零即可；連續(xù)測量正反扭矩。4）即可測量靜止扭矩，也可測量動態(tài)扭矩。5）體積小、重傳感器可脫離二次儀表獨立使用，量輕、易于安裝。6）測量范圍大。9 總結(jié)和展望實驗臺的設(shè)計基本結(jié)束，通過這次畢業(yè)設(shè)計，我對機械傳動綜合實驗臺有了進一步的了解和認(rèn)識。為了完成此次設(shè)計，我充分利用了我已有的知識積累，四年大學(xué)生涯所學(xué)到的點點滴滴是本次設(shè)計能夠達到現(xiàn)有程度的關(guān)鍵所在。機械傳動綜合實驗臺是一種典型的機械設(shè)計，它綜合了我大學(xué)四年中學(xué)習(xí)的多門專業(yè)課程，從某種意義上講，這次論文也是對我大學(xué)四年來學(xué)習(xí)內(nèi)容的復(fù)習(xí)和成果的檢驗。因此，我始終認(rèn)真、務(wù)實，在畢業(yè)設(shè)計中鍛煉自己、提高自己。畢業(yè)設(shè)計中，我經(jīng)過了資料收集，方案選擇、比較和論證，方案設(shè)計，計算分析，工程圖紙繪制以及畢業(yè)設(shè)計論文撰寫等多個環(huán)節(jié)。經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計的鍛煉，我對大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識有了一個整體的、全新的、深層次的理解，同時，也對工程機械有了更加深刻和準(zhǔn)確的認(rèn)識。這次設(shè)計讓我對機械傳動系統(tǒng)的了解更加深入，對分析、設(shè)計、選用機械零件等方面有了長足的進步。通過數(shù)月時間的努力，我總結(jié)了過去四年中學(xué)習(xí)到的機械零件的基本知識，了解了常用機構(gòu)、常用傳動方式、聯(lián)接零部件、軸系零部件等的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。通過學(xué)習(xí)掌握了通用零件的設(shè)計方法即運用標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范,手冊,圖冊,查資料獲取信息，具備了設(shè)計簡單機械的能力如減速器的設(shè)計，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，各傳動方式設(shè)計等。使我對機械設(shè)計方面的基本內(nèi)容有一個全方位的了解。這次設(shè)計同時讓我對機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)有了更深的認(rèn)識。當(dāng)然從初定到驗算再到最后的結(jié)論，這個過程磕磕絆絆，暴露了很多不足，但我最終順利完成了此次設(shè)計，其中的不足之處，我會在未來的的過程中更加改進的。 在機械傳動綜合實驗臺設(shè)計中我掌了握機械傳動的組成、機構(gòu)的運動學(xué)和動力學(xué)分析，理解輪系運動方式及動力傳遞，進一步了解了機構(gòu)組成及其運動特性。根據(jù)給定的設(shè)計任務(wù)書，完成最優(yōu)方案，培養(yǎng)了我在實際工程中的動手能力及創(chuàng)新意識及綜合設(shè)計能力。讓我對我的未來更有信心。機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計28畢業(yè)的日子就在眼前，回想起數(shù)月做畢業(yè)設(shè)計的日子，感觸良多。大學(xué)最后的畢業(yè)設(shè)計是對自己大學(xué)生涯的最好總結(jié)，是四年大學(xué)所學(xué)知識的集中體現(xiàn)。在本次設(shè)計中我除了溫故已學(xué)知識同時學(xué)習(xí)了不少到新知識，比如 ADAMS 軟件的運用，提高了自己綜合運用知識的能力。參考文獻[1] 李成祥，楊洋,張斗南.機械系統(tǒng)交互式多功能綜合實驗臺的設(shè)計與開發(fā)[J].機械設(shè)計,2006（9）:32 ～35.[2] 張繼紅 , 肖云龍, 韓星.機械傳動性能綜合測試實驗臺的創(chuàng)新設(shè)計[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007（6）：11～15. [3] 朱長順，楊超君，陸杰.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械傳動方案綜合設(shè)計實驗臺的研究與開發(fā)[J].中國制造業(yè)信息化，2003（10）:104 ～106. [4] 王保民，張景學(xué)等.傳動機械多功能實驗臺設(shè)計與應(yīng)用研究[J].機械設(shè)計與研究，2001（3）：
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