下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985XXXXXXX畢業(yè)設計說明書題 目： 齒輪傳動實驗臺設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： XXXXXXX 姓 名： XXXXXXX 指導教師： XXXXXXX 完成日期： 下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985XXXXXXX畢業(yè)論文（設計）任務書設計（論文）題目： 齒輪傳動實驗臺設計 學 號： XXXXXXX 學生姓名 XXXXXXX 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 指導教師姓名（職稱）： XXXXXXX（副教授） 機電 系（教研室）主任： 周 友 行 一、主要內容及基本要求：（1）分析齒輪傳動效率測試的基本原理及構思實驗臺的方案。 （2）完成實驗臺的傳動系統(tǒng)設計和結構設計。繪制實驗臺的裝配圖及主要的零件圖。要求圖紙工作量 2.5 張 A0 圖紙以上（ AutoCAD 繪圖） 。（3）設計說明書一份，電子文檔一份。 （4）英文文獻，翻譯資料一份。要求：3000 個單詞以上，復印原稿，與翻譯稿（打?。┩瑑匝b訂。 二、重點研究的問題： （1）齒輪實驗臺的原理研究。 （2）齒輪實驗臺的結構分析。 （3）齒輪實驗臺加載裝置設計。 下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985三、進度安排各階段完成的內容 起止時間1 收集資料、查詢相關文獻 2011 年 1 月 8 日～2 月 20 日2 弄懂原理進行方案構思與設計 2011 年 2 月 21 日～ 3 月 8 日3完成方案設計、原理設計、繪制原理圖2011 年 3 月 9 日～ 3 月 31 日4 繪制裝配圖和零件圖草圖 2011 年 4 月 1 日～5 月 2 日5 完成裝配圖和零件圖的設計 2011 年 5 月 3 日～5 月 15 日6 撰寫畢業(yè)設計論文及英文文獻翻譯 2011 年 5 月 16 日～ 5 月 26 日7交畢業(yè)設計論文及軟件，準備答辯 2011 年 5 月 27 日～ 5 月 28日五、應收集的資料及主要參考文獻主要的收集資料有：機械設計手冊、以往實驗臺的設計資料 [1]張維凱，王曙光. AutoCAD2007 中文版標準教程．北京:清華大學出版社，2007. [2]濮良貴，紀名剛.機械設計（第八版）.北京：高等教育出版社，2007. [3]徐灝．機械設計手冊．2 版．第 1、2、3、4、5 卷．北京：機械工業(yè)出版社，2004. [4]吳宗澤．機械零件設計手冊．北京：機械工業(yè)出版社，2006. [5]朱孝錄. 齒輪傳動設計手冊. 北京：化學工業(yè)出版社，2005. [6]成大先．機械設計手冊．4 版．第 1、2、3、4、5 卷．北京：化學工業(yè)出版社，2002. [7]成大先主編.機械設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2004. [8]吳宗澤，羅圣國.【機械設計課程設計手冊】.第三版.北京：高等教育出版社.2006. [9]周良德，朱泗芳.【現代工程圖學】.第 1、21 章.湖南：湖南科學技術出版社.2002. [10]孫恒，陳作模，葛文杰.【機械原理】第 10 章.第七版.北京：高等教育出版社.2005. [11]齒輪手冊編委會.【齒輪手冊上冊】.第二版.北京：機械工業(yè)出版社.2006. 下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985XXXXXXX畢業(yè)論文（設計）評閱表學號 XXXXXXX 姓名 XXXXXXX 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 齒輪傳動實驗臺設計 評價項目 評 價 內 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產、科研、社會等實際相結合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；5.工科是否有經濟分析能力。論文（設計）質量1.立論是否正確，論述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或實際應用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評價評閱人： 2012 年 5 月 日下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985目 錄第一章 概述…………………………………………………………………11 選題的依據…………………………………………………………… 12 研究齒輪傳動試驗臺的意義………………………………………… 13 國內外研究的進展…………………………………………………… 1第二章 整體方案的選擇…………………… ………………………… 2方案一……… ………………… ……………………………………… 2方案二…………………………………………………………………… 2方案的對比及確定……………………………………………………… 2第三章 封閉式齒輪試驗臺的主要特性及用途…………………… 31 主要特性……………………………………………………………… 32 組成部分及工作原理………………………………………………… 33 其他說明……………………………………………………………… 3第四章 加載器的方案選擇…………………………………………… 4方案一…………………………………………………………………… 4方案二…………………………………………………………………… 4方案的對比及確定……………………………………………………… 5第五章 關鍵零部件的設計與計算…………………………………… 6一 齒輪的設計計算……………………………………………………… 61 材料的選擇…………………………………………………………62 按齒面接觸強度設計………………………………………………63 按齒根彎曲強度設計………………………………………………74 幾何尺寸計算………………………………………………………85 驗算…………………………………………………………………86 齒輪結構設計………………………………………………………8二 軸的設計計算…………………………………………………………101 取材……… …………… ……………………………………… 102 按許用扭應力初步估算軸徑…………………………………… 103 軸的機構設計…………………………………………………… 10三 滾動軸承的選擇與壽命計算……………………………………… 15四 聯(lián)軸器的選擇……………………………………………………… 161 概述……………………………………………………………… 162 彈性柱銷聯(lián)軸器的結構………………………………………… 16第六章 傳感器的選擇…………………………………………………… 171 概述……………… …………………………………………………… 17下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709852 傳感器的分類……………………………………………… ………… 183 傳感器的選用及其特性……………… ……………………………… 194 使用特別注意事項……………………………………………………… 22總結及致謝…………………………………………………………………… 23參考文獻…………………………………………………………… 24附錄………………………………………………………………… 25英文翻譯…………………………………………………………… 25英文原文…………………………………………………………… 42下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985齒輪傳動實驗臺摘要：齒輪傳動試驗臺是用試驗的方法研究齒輪傳動的各種失效形式并測定其承載能力、傳動效率及有關性能的基本手段，齒輪是各種機器上必不可少的傳動零件，對齒輪的各項性能進行測試是保證機器性能的重要途徑。針對齒輪傳動綜合性能測試的研究已成為現代測試技術的一個重要研究方向。構建齒輪傳動綜合測試系統(tǒng)同樣對機械傳動設備的開發(fā)和研究具有重要理論價值和經濟價值。本文對齒輪傳動試驗臺作出了方案比較并采取了最優(yōu)方案來對齒輪試驗臺進行設計，并且對其關鍵零部件齒輪、軸、齒輪箱、加載器進行了設計，對軸承、聯(lián)軸器、傳感器進行了選取，通過各部件之間的相互配合，可測定齒輪的承載能力、傳動效率及有關性能。關鍵詞：齒輪、實驗臺、承載能力、傳動效率等。下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985Gear transmission test rigSummary：Gear transmission test sets of the basic means of the various failure modes of determination of their carrying capacity, the transmission efficiency and performance test method of the gear transmission, gear transmission parts is essential for a variety of machines, all the gearperformance testing is an important way to ensure that the machine performance. Comprehensive performance testing of the gear transmission has become an important research direction of the modern testing technology.。The gear drive test system is constructed to the same mechanical equipment development and research has important theoretical value and economic value。In this paper, Of gear test rig Make the program compare And take the optimal solution to design the gear test rig，The interaction between the various components，Determination of the carrying capacity of gear、Transmission efficiency And related performance。Keyword：Gear test rig, carrying capacity, transmission efficiency.下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709851第一章 概述1 選題的依據隨著機械工業(yè)的發(fā)展和科研水平的不斷提高，對機械傳動產品的實驗與檢測手段不斷提出了更高的要求。傳動試驗臺是用試驗的方法研究機械傳動的各種失效形式并測定其承載能力、傳動效率及有關性能的基本手段。長期以來我國的傳動試驗臺的研制基本上還停留在傳統(tǒng)的人工方式水平上，主要類型為以機械力或液壓力加載的機械功率流開放式試驗臺，機械功率流封閉式試驗臺和用發(fā)電機作負載的電功率封閉式試驗臺。這些試驗臺或由于節(jié)能或由于加載方面各具特色，但都存在一個共同的缺點，那就是自動化程度低，很難按事先設計的試驗過程進行實驗，無法模擬實際工況對各種機械傳動產品進行試驗，因此試驗結果與實際情況總免有相當距離，這在很大程度上影響了試驗數據對機械傳動產品的設計、生產的指導作用。傳動試驗平臺大多采用人工操縱方式，試驗過程的監(jiān)控及試驗數據的采集和處理都較麻煩且準確性低，不易實現多參數自動控制和失效判定。2 研究齒輪傳動試驗臺的意義隨著科技的不斷發(fā)展，人們創(chuàng)造了各種各樣的機械以達到減輕體力勞動和提高生產率的目的。針對機械傳動綜合性能測試的研究已成為現代測試技術的一個重要研究方向。構建機械傳動綜合測試系統(tǒng)同樣對機械傳動設備的開發(fā)和研究具有重要理論價值和經濟價值。齒輪是各種機器上必不可少的傳動零件，對齒輪的各種性能進行測定是保證齒輪可靠使用的必經之路。3 國內外研究的進展隨著機械傳動技術的發(fā)展,人們發(fā)現各種機械傳動產品在室內距離定載荷壽命試驗與生產現場試驗結果有很大的差距，因此國內外有關學者一直致力于在實驗室模擬機械傳動產品的實際工況進行機械傳動產品的壽命和性能試驗。比如自 1989 年以來，德國大眾公司、美國 GM 公司和斯太爾公司都在研制能模擬汽車行駛工況的傳動系綜合實驗臺，日本也有人在從事有直流電機模擬發(fā)電機載荷的研究并申請了專利。國內目前這方面的研究正處于起步階段，從事這方面研究的局限于高等院校，如重慶大學，重慶工學院等相繼建立了機械傳動試驗臺。目前絕大多數實驗臺只能進行恒定載荷加載或簡單的程序控制階梯加載，實驗結果與現場測試依然有較大的差距。下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709852第二章 整體方案的選擇方案一：開放式試驗臺試驗臺設備由原動機、齒輪裝置和耗能負載三部分組成。所謂開放式功率流，就是齒輪傳動所傳遞的功率由電動機傳來，經過齒輪傳動和實驗裝置中的所有傳動件，最后傳到耗能裝置，即加載裝置。開放式試驗臺加載之后，所需功率全部消耗在加載中，損失功率大，它只適合用于小功率短周期工作的齒輪實驗裝置。方案二：封閉式試驗臺封閉式試驗臺分為電封閉式與機械封閉式兩大類。電封閉式試驗臺，由電動機帶動實驗齒輪箱，再帶動發(fā)電機，發(fā)電機再返回到電動機，形成封閉系統(tǒng)，它可以節(jié)約 50%的電能，但是電動機與發(fā)電機的功率至少與實驗齒輪箱的功率相等。因此，電封閉式試驗臺也不適用大功率實驗裝置。適用于大功率實驗裝置的是機械封閉式試驗臺。機械封閉式試驗臺由電動機、陪試齒輪箱、被試齒輪箱、加載裝置、轉矩轉速傳感器五大部分組成，所有實驗臺零部件都安裝在工作臺上，再設計中采用兩個相同的被試齒輪。一個減速，一個加速，且速比相同。當被測對象的中心距不同時，改變的僅僅是兩個被試齒輪的中心距，而對于整個試驗臺的傳動路線不會產生影響。這種加載方法具有簡單可靠，操作方便，加載范圍大等優(yōu)點。方案的對比及確定綜上所述：封閉式試驗裝置相對于開放式實驗裝置有著明顯的優(yōu)越性。機械封閉式試驗臺相對于電封閉式試驗臺適用范圍更廣。因此，本設計采用的是機械封閉式實驗裝置，技術指標為整套系統(tǒng)的傳動效率。下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709853第三章 封閉式齒輪試驗臺的主要特性及用途1 主要特性本試驗臺為封閉功率，采用直流電動機驅動，能在運行中進行雙向加載。本試驗臺的最大封閉功率為 4KW，如該為單向加載最大封閉功率可達6KW。轉速取 1000r/min。本實驗臺配有測量封閉扭矩及電動機扭矩的傳感器。這種傳感器靜態(tài)標定誤差滿載時低于 0.2%。本試驗臺可進行以下試驗a 齒輪效率。b 齒輪的承載能力（可按載荷譜模擬實際工作狀態(tài)進行強度及壽命試驗）。2 組成部分及工作原理齒輪箱：被試驗齒輪及陪試齒輪箱為結構及尺寸基本相同，傳動比為 1:1的兩個齒輪箱，均安裝在同一底板上。加載器：用套筒滾珠及左右螺旋輪組成機械式加載器。用專用鉤子，扳手旋動加載螺旋通過軸承及拉桿拉動套筒而使左右旋的螺旋輪作反向旋轉從而使齒輪加載。扭矩傳感器：扭矩傳感器的軸上安裝有兩組旋轉變壓器，其中一組傳遞電源，另一組傳遞扭矩信號.旋轉軸上的應變橋檢測到的 mＶ級扭矩信號被高精度儀表放大器放大后,再經過Ｖ/Ｆ轉換器變換成與扭矩成正比的方波信號。通過軸上的旋轉變壓器,非接觸地傳遞到軸外接受器上，從而輸出同扭矩成正比的方波頻率的數字信號。驅動電機：本試驗臺采用 4KW 直流電動機驅動。電機由可控硅無極調速設備控制。3 其他說明：一般教學實驗求效率，可認為兩齒輪效率相等，用下式求效率（η）是足夠精確。η= =式中 T 封——封閉扭矩T 電——電機扭矩η 總——總效率兩齒輪的材料或工藝等條件不同時，可先用此法求得陪試齒輪箱的效率，再更換被試齒輪測效率，則η=做強度或壽命試驗時，由于運轉時間長，為了防止由于振動等原因引起加載器螺旋旋松動而使載荷下降，應用專用的內六角扳手，擰緊加載螺旋端的內六角螺旋釘使用螺旋與螺母鎖緊。下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709854第四章 加載器的方案選擇方案一：加重式機械加載器結構原理加重式機械加載器結構原理如下圖所示。由圖可知，試驗臺空載時，懸臂齒輪箱的杠桿通常處于水平位置，當加上一定載荷之后，懸臂齒輪箱會產生一定角度的翻轉，這時扭力軸將有一力矩 T9 作用于齒輪 9，萬向節(jié)軸也有一力矩T9’作用于齒輪 9’。當電機順時針方向以角速度 ω 轉動時，T9 與 ω 的方向相同，T9’與 ω 方向相反，故這時齒輪 9 為主動輪，齒輪 9’為從動輪，同理齒輪 5’為主動輪，齒輪 5 為從動輪。圖 4.1 加重式機械加載器結構原理圖加重式機械加載器的特點加重式機械加載器的特點是結構簡單，成本低，操作方便可靠，但是由于其加載裝置裸露在外，容易受外界環(huán)境的干擾，抗干擾能力不強。方案二：螺旋滾珠式機械加載器結構原理螺旋滾珠式機械加載器結構原理如圖所示。其實現加載的過程如圖 4.2：旋轉加載螺旋（2）使其作軸向移動，通過滾動軸承及橫鍵（3） ，拉桿（4） ，推(或拉)動套筒（6）也作軸向移動。由于套筒兩端裝有兩圈鋼珠，鋼珠的一半嵌在套筒內，與套筒在圓周上及軸向均不能相對運動，鋼珠的另一半又相應的嵌在左右螺旋槽輪（5，7）的螺旋槽中， （槽的截面為半圓形） ，套筒（6）的軸向移動通過兩端的鋼珠，迫使左右螺旋槽輪（5，7）作反向旋轉，經過聯(lián)軸器（1，8） ，使圖中的 a,a’齒輪反向旋轉，再通過與之嚙合的 b,b’齒輪，使聯(lián)接 b,b’齒輪的扭力軸產生扭轉彈性變形，這種彈性變形的恢復力使兩對齒輪 a,b下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709855和 a’,b’齒面受壓，達到增加齒面載荷的目的。與加載螺旋（2）相連的滾珠軸承外圈是不旋轉的，而內圈，橫鍵（3） ，拉桿（4） ，套筒（6） ，左右螺旋槽輪（5，7）等部件都是在實驗轉速下旋轉的，也即加載螺旋（2）的運動與試驗臺是否處于運動狀態(tài)無關，因此，可以實現在空載啟動，在運轉狀態(tài)下改變載荷。加載螺旋（2）可以手動控制，也可以用渦輪蝸桿機動控制（圖中未畫出） 。加載螺旋（2）正反向旋轉，使套筒（6）可以左右移動，從而迫使左右螺旋槽輪（5，7）改變方向旋轉，實現齒輪正反方向被加上載荷。如圖所示，套筒（6）移動的方向不同，也即使齒輪所受載荷的方向亦不同。1.，8——聯(lián)軸器2——加載器 3——橫鍵4——拉桿 5，7——左右螺旋槽輪 6——套筒圖 4.2 螺旋滾珠式機械加載器結構圖由圖中可以看出，當套筒（6）使兩圈鋼珠原始位置在左右螺旋槽輪（5，7）的中間位置時，左右移動套筒，可使被試齒輪正反方向加上載荷。若套筒（6）使兩圈鋼珠的原始位置在左右螺旋槽輪（5，7）的一端（最左或最右），則套筒（6）向另一端（向右或向左）移動的距離將加大一倍，就可使被試齒輪在一個方向上加上兩倍于雙向加載時的載荷，即如果加載器設計為正反向最大扭距為 1000N.M 時，若作為單向加載用，則可達到 2000N.M，使加載器的使用范圍擴大。螺旋滾珠式機械加載器的特點 螺旋滾珠式機械加載器除了結構簡單，投資少，操作方便可靠，封閉式的加載裝置防干擾能力強。最大的特點是實現了在運轉狀態(tài)逐漸改變載荷的大小和方向，更能真實地反映生產實際。 方案的對比及確定下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709856綜上所述：螺旋滾珠式機械加載器相對于加重式機械加載器的封閉性強、抗干擾能力強，能夠滿足本設計的要求，因此，選擇方案二來完成本設計。第五章 關鍵零部件的設計與計算一 齒輪的設計計算已知的參數電動機功率 P=4KW 最高轉速 n=1000r/min。選用直齒圓柱之論傳動1.材料的選擇. 由實驗臺的要求可以知道,兩個齒輪箱完全一樣,因此所設計的次輪完全一樣,取材料為 45 鋼(調質)硬度為 240HBS，齒數選擇 =71。12Z?試驗臺為一般工作機器，速度高，故選用七級精度。2.按齒面接觸強度設計由《機械設計》設計計算進行計算,即 23112..()[]tEtdHKTZud????2.1 確定公式中的參數(1)選擇載荷系數 1.3t?(2)計算齒輪的轉矩 =9550*p/n=38200NmmT(3) 由《機械設計》表 10-7 選取齒輪寬度系數得 =0.2d?(4)由《機械設計》表 10-6 查得材料彈性系數 =189.8MPaEZ(5)由《機械設計》圖 10-21d 查得齒輪的接觸疲勞強度極限 =550MPalimH?(6)由《機械設計》式 10-13 計算應力循環(huán)次數N=60njLh=60 1000 1(2 8 300 15) =4.32???910(7)由《機械設計》圖 10-19 差得接觸疲勞壽命系數 KHN1 = KHN2 =0.93(8)計算接觸疲勞許用應力取失效率為 1%,安全系 S=1,由《機械設計》式(10-12)= =0.93 550=511.5MPa[]H?limNHKS?2.2 計算(1)計算齒輪分度圓直徑下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709857dt≧2.32 =2.32 =94.87mm3????·??1??? ??±1?? (????σ ??)2 31.3?3.82?1040.2 1+11 (189.8511.5)2(2)計算圓周速度 vv== =4.97m/sπ *94.87?100060?1000(3)計算齒寬 bb= =0.2 94.87=18.974mmd?1t?(4)計算齒寬與齒高之比 b/h模數 m= =94.87/71=1.341tz齒高 h=2.25m=2.25*1.34=3b/h=18.974/3=6.32(5)計算載荷系數根據 v=4.97m/s,七級精度，查得動載荷系數 =1.10VK直齒輪,假設 /b<100N/mm.由《機械設計》表 10-3 查得AKtF= =1.2;H?F由《機械設計》表 10-2C 查得使用系數 =1;AK由表 10-.4 查得 7 級精度.齒輪相對支撐非對稱布置時=1.12+0.18(1+0.6 ) +0.23 ×18.974=1.13HK??2d??310由 b/h=18.974, = 1.13 查《機械設計》圖 10-13 得 =1.1H? FK?所以 K= =1.1*1*1.2*1.1=1.452VAF?K(6)按實際載荷系數校正所計算的分度圓直徑,由《機械設計》式 10-10a 得= =98.431ttd???1??31.452/1.3(7)計算模數 m= =1.39??1/??13.按齒根彎曲強度設計 3.1 由《機械設計》公式 10-5 得m≥32????1?????2????????????[σ ??]由《機械設計》圖 10-28c 查的齒輪彎曲疲勞強度極限 =380MPaFE?下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709858由《機械設計》圖 10-18 查的彎曲壽命系數 =0.88FNK(2)c 計算彎曲許用應力(3)取彎曲疲勞安全系數 S=1.4 由《機械設計》公式 10-12 得= = =238.86MPa[]F?1.4NFEK0.83?(4)計算載荷系數K= =1.1*1*1.2*1.1=1.452VAF??(5)查取齒形系數由《機械設計》10-5 可查得 =2.24FaY(6)查取應力校正系數由《機械設計》10-5 可查得 =1.75Sa(2)計算 []FaSY?= =0.01641[]FaS2.4175386?3.2 設計計算m≥ =1.217mm32????1?????2????????????[σ ??]對比計算結果, 由齒面接觸強度的模數 m 大于齒根彎曲強度計算的模數.由于齒輪模數 m 的大小主要取決于齒根彎曲強度所決定的承載能力,而齒面接觸強度所決定的承載能力,僅于齒輪直徑(即模數與齒數的乘積)有關,根據試驗臺的尺寸要求取標準值 m=3。4 幾何尺寸計算(1) d=mz=3 71=213mm(2)中心矩 a=d=mz=213mm 圓整為 210mm(3)齒寬 b= =0.2 210=42?????1人為加寬 5 到 10 則齒寬 b=505 驗算= =358.69N2tTFd?則 ==7.1738〈 100N/minAKb因此，齒輪的參數符合條件。下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098596 齒輪結構設計：取 HAX=1CX=0.25X=0則 HA=hax*m=1*3=3HF=(hax+cx)m=1.25*3=3.75D=MZ=213DA=D+2*HA=213+2*3=219DF=D-2*HF=205.5由于分度圓直徑較大，故采用四孔板式結構。齒輪簡圖如下：圖 5.1 齒輪結構圖下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098510二 軸的設計計算已知軸的轉速為 1000r/min，軸的功率為 4KW,于是能得到軸的轉矩為T= =38200Nmm9.55?10610001 取材選取軸的材料為 45 號調質處理, 由《機械設計》表 15-3 查得Ao 的范圍是 103~126，取 Ao=1122.按許用扭應力初步估算軸徑由《機械設計》表 15-2 知30pdAn?有69.51PT???69.510T??T---加載器的扭矩n---軸的轉速所以 = =17.78mm3pdAn?1123 41000而輸出軸的最小直徑安裝在聯(lián)軸器上，所以取輸出軸的最小直徑為 38mm。 3 軸的結構設計3.1 擬定軸上零件的裝配方案，如圖 5.2 所示：下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098511圖 5.2 軸上零件的裝配方案3.2 根據軸向定位要求，確定軸各段直徑和 長度（1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ⅰ—Ⅱ，Ⅷ—Ⅸ軸段的左右端需制定軸肩，故?、颉螅鳌S段的直徑為 42mm。半軸器與軸配合的孔長度為 80mm,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上，而不壓在軸的斷面，故這段長度應略短些。取 LⅠ—Ⅱ=LⅧ—Ⅸ=70mm。（2）初步選擇深溝球軸承因為此軸上安裝的是圓柱直齒輪，只有徑向力而無軸向力的作用，軸轉速高達 1000r/min，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據軸段直徑，由軸承產品目錄中初步選取滾動軸承型號 6213，dⅢ—Ⅳ=dⅦ—Ⅷ=65mm，兩端軸承采用軸承端蓋和套筒進行軸向定位。（3）取安裝齒輪處的軸段Ⅴ—Ⅵ直徑為 dⅤ—Ⅵ=75mm，已知齒輪輪寬為 50mm，為了使套筒斷面可靠的壓緊齒輪，此軸段應略短于輪寬，故取LⅤ—Ⅵ=48.齒輪左端采用軸肩定位，軸肩高度 h＞0.07d,取 h=7.5mm,則軸環(huán)處直徑 dⅣ—Ⅴ=90mm，軸環(huán)寬度 b=1.4h，取 LⅣ—Ⅴ=8mm。（4）取齒輪距箱體內壁的距離為 26mm，為了方便裝配，軸承一端應該凸出軸段，取凸出 1mm，則 LⅢ—Ⅳ=LⅥ—Ⅶ=26+1+23=50mm。（5）軸承端蓋的總長度為 20mm，墊圈的寬度為 5mm,取軸承端蓋與半聯(lián)軸器端面的距離為 5mm，故 LⅡ—Ⅲ=LⅦ—Ⅷ=30mm。至此已初步確定了軸的各段直徑和長度。3.2 軸上零件的周向定位齒輪，半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。由手冊 查得齒輪處鍵的尺寸為b*h*l=10mm*,8mm*36mm(GBT1906-2003)，同時為了出輪與軸有良好的對中性，故選擇齒輪與軸的配合為?75H7/K6。同樣半聯(lián)軸器與軸的連接，采用平鍵為10mm*8mm*56mm(GBT1906-2003)。半聯(lián)軸器與軸的配合為?45m6。滾動軸承與軸的軸向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為K6。3.4 確定軸上圓角和倒角尺寸參考《機械設計》表15-2取軸端倒角為C2，各軸肩處的圓角半徑見圖（軸〈2〉 ） 。下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985123.5 求軸上的載荷已知齒輪分度圓直徑為 213mm因為齒輪為標準圓柱直齒輪，所以 =20°α ??根據《機械設計》表 15-3 得????=??????????α =130.55??首先根據軸的結構簡圖作出軸的計算簡圖 a。因為 T=38200Nmm，取軸承的效率為 0.98，則齒輪處傳遞的功率為P2=4*0.98=3.92KW，則可計算出齒輪處傳遞的轉矩T2=9550000*3.92/1000=37436Nmm。又知齒輪的分度圓直徑為 213mm，則可計算出齒輪處的切向力為 Ft=2T/R=2*37436/213=351.5N，徑向力 Fr=Ft*tan20°=127.94N。在 V 平面內進行分析，其圖如圖 b，可計算出 Fv1=166.5，Fv2=185，其彎矩如圖 c。在 H 平面內進行分析，其圖如圖 d，可計算出 Fh1=60.6，Fh2=67.34，其彎矩如圖 e。將 V 平面和 H 平面合成，其總彎矩如圖 f。其轉矩如圖 g。??=??2??+??2??經計算總彎矩 = Fh1*L1=4242 Nmm????= Fv1*L1=11655 Nmm????得 M=12402.97 Nmm3.6 按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上最大彎矩和扭矩的截面（即裝齒輪軸段的截面）的強度。取 α=0.6軸的彎扭合成強度條件為《機械設計》公式 15-5，即 由《機械設計》表 15-1 查得 為 60[σ -1]查《機械設計》表 15-4 可知 W 取 0.1??3則 =0.62 MPa 60σ ????=??2+(0.6??)20.1??3下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098513下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098514圖 5.3 彎扭合成應力圖下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098515三 滾動軸承的選擇與壽命計算根據軸的結構設計,根據載荷方向知,受徑向載荷,所以可以選擇深溝球軸承,初步選擇滾動軸承:6213 對于具有基本額定動載荷 C 的軸承，當它所受的當量動載荷為 P 時，其壽命計算公式為??h=10660??(????)ε式中： 的單位為L--是基本額定動載荷，單位為可 KN,取 C=44KNC--為指數，對于滾子軸承 ，對于球軸承，?10/3??3??--是軸的轉速， =1000nnminr--是當量動載荷,P單位為 ,式中 是軸向載荷， 是徑向載荷。raXFY??kNaFrF其中的徑向載荷 即為由外界作用到軸上的徑向力在各軸承上的徑向載r荷；但其中的軸向載荷 并不完全由外界的軸向作用力 產生，而是應該根據a ae下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098516整個軸向載荷（包括因徑向載荷 產生的派生軸向力 ）之間的平衡條件得出,而rFdF由題意知深溝球軸承只承受徑向載荷 X=1，Y=0,即 1367.02N。r?實際中,在許多支撐中還會出現一些附加載荷,如沖擊力,不平衡作用力,慣性力,以及軸撓曲或軸承座變形產生的附加力等等,因此可對當量動載荷乘勝一個根據經驗而定的載荷系數 ,有《機械設計》表 13-6 查得 =1.2 所以pf pfP= =1640.424N=1.64KNrF=321866h=36.7 年故所選軸承能滿足壽命要求。四 聯(lián)軸器的選擇彈性聯(lián)軸器1.概述彈性聯(lián)軸器除了能補償兩軸相對位移，降低對聯(lián)軸器安裝的精確對中要求外，更重要的是能夠緩和沖擊，改變軸系的自振頻率，避免發(fā)生嚴重的危險性振動。彈性聯(lián)軸器利用彈性元件的彈性變形來補償兩軸相對位移，因而可動元件之間的間隙小，特別適宜于需要經常起動或逆轉的傳動。對彈性聯(lián)軸器的要求有：（1）.強度高，承載能力大，在有可能發(fā)生扭振或存在瞬時尖峰載荷的場合，要求聯(lián)軸器的許用瞬時最大轉矩為許用長期轉矩的三倍以上。（2）.彈性高，阻尼大，具有足夠的減震能力，把沖擊和振動產生的振幅降低到允許的范圍以內。下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098517（3）具有足夠的補償能力，滿足安裝和工作時兩軸發(fā)生相對位移的需要。（4）工作可靠，性能穩(wěn)定；（5）結構簡單，體積小，重量輕，裝拆方便，維護容易，價格低廉。2. 彈性柱銷聯(lián)軸器的結構根據封閉式齒輪試驗臺各方面的要求,以及彈性柱銷聯(lián)軸器的特點,在封閉式齒輪試驗臺中所用的聯(lián)軸器均使用彈性柱銷聯(lián)軸器。彈性柱銷聯(lián)軸器利用若干非金屬材料制成的柱銷置于兩半聯(lián)軸器凸緣上的孔中，以實現兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接。由于柱銷與柱銷孔為間隙配合，且柱銷富有彈性，因而獲得補償兩軸相對位移和緩沖性能。為了改善柱銷與柱銷孔的接觸條件和補償性能，柱銷的一端制成鼓型。柱銷的材料目前主要用 MC 尼龍 6 制成，其抗拉強度 ,其抗彎強度2/54mN?，抗壓強度 ，抗剪強度 。2/70mN?2/0mN?2因為從電動機輸出的軸直徑為 38mm 的軸，傳感器為標準件，選用的是小徑為 38mm 的，因此彈性柱銷聯(lián)軸器選用 HL3 型的，許用轉矩為 630N.m 的，軸孔直徑 30~48。第六章 傳感器的選擇1 概述信息處理技術取得的進展以及微處理器和計算機技術的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應的進展。微處理器現在已經在測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機器人技術中的關鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結構組成，其重要性變得越來越明顯。 最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學量轉變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會(IEC:International Electrotechnical Committee)的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號” 。按照 Gopel 等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件” ，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數字)能力的傳感器” 。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關口 。 進入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將信號整形成具有最佳特性的波形，有時還需要將信號線下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098518性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號隨后轉換成數字信號，并輸入到微處理器。德國和俄羅斯學者認為傳感器應是由二部分組成的，即直接感知被測量信號的敏感元件部分和初始處理信號的電路部分。按這種理解，傳感器還包含了信號成形器的機械動力設備的扭矩變化是其運行狀況的重要信息, 扭矩測試是各種機械產品開發(fā)、質量檢驗、優(yōu)化控制、工況監(jiān)測和故障診斷等必不可少的內容。扭矩傳感器已廣泛應用于各種機械設備的動力驅動系統(tǒng)優(yōu)化設計和智能控制上。目前,國內外研制和開發(fā)的扭矩傳感器種類很多,從原理上講,主要分為應變型、磁彈性型、轉角型和其他型等四種。傳感器系統(tǒng)的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉換成另一種形式的能量。有兩類傳感器：有源的和無源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉變成另一種，不需要外接的能源或激勵源。 無源傳感器不能直接轉換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能傳感器承擔將某個對象或過程的特定特性轉換成數量的工作。其“對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)(即過程)的。對象特性被轉換量化后可以通過多種方式檢測。對象的特性可以是物理性質的，也可以是化學性質的。按照其工作原理，傳感器將對象特性或狀態(tài)參數轉換成可測定的電學量，然后將此電信號分離出來，送入傳感器系統(tǒng)加以評測或標示。 各種物理效應和工作機理被用于制作不同功能的傳感器。傳感器可以直接接觸被測量對象，也可以不接觸。用于傳感器的工作機制和效應類型不斷增加，其包含的處理過程日益完善。與當代的傳感器相比，人類的感覺能力好得多，但也有一些傳感器比人的感覺功能優(yōu)越，例如人類沒有能力感知紫外或紅外線輻射，感覺不到電磁場、無色無味的氣體等。對傳感器設定了許多技術要求，有一些是對所有類型傳感器都適用的，也有只對特定類型傳感器適用的特殊要求。針對傳感器的工作原理和結構在不同場合均需要的基本要求是： 1)高靈敏度 2)抗干擾的穩(wěn)定性(對噪聲不敏感) 3)線性 容易調節(jié)(校準簡易) 4)高精度 5)高可靠性 6)無遲滯性 7)工作壽命長(耐用性) 8)可重復性 9)抗老化 10)高響應速率 11)抗環(huán)境影響(熱、振動、酸、堿、空氣、水、塵埃)的能力 12)選擇性 13)安全性(傳感器應是無污染的) 14)互換性 15)低成本 寬測量范圍 16)小尺寸、重量輕和高強度寬工作溫度范圍 。2 傳感器的分類可以用不同的觀點對傳感器進行分類：它們的轉換原理(傳感器工作的基本物理或化學效應)；它們的用途；它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。 根據傳感器工作原理可分為物理傳感器和化學傳感器二大類,傳感器工作原理的分類物理傳感器應用的是物理效應，諸如壓電效應，磁致伸縮現象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉換成電信號?；瘜W傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現象為因果關系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉換成電信號。有些傳感器既不能劃分到物理類，下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098519也不能劃分為化學類。大多數傳感器是以物理原理為基礎運作的?；瘜W傳感器技術問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產的可能性，價格問題等，解決了這類難題，化學傳感器的應用將會有巨大增長。 常見傳感器的應用領域和工作原理見下表。 按照其用途傳感器可分類為： 壓力敏和力敏傳感器 位置傳感器 液面?zhèn)鞲衅? 能耗傳感器 速度傳感器 熱敏傳感器 加速度傳感器 射線輻射傳感器 振動傳感器 濕敏傳感器 磁敏傳感器 氣敏傳感器 真空度傳感器 生物傳感器等。 以其輸出信號為標準可將傳感器分為： 模擬傳感器——將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。 數字傳感器——將被測量的非電學量轉換成數字輸出信號(包括直接和間接轉換)。 數字傳感器——將被測量的信號量轉換成頻率信號或短周期信號的輸出(包括直接或間接轉換)。 開關傳感器——當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。 在外界因素的作用下，所有材料都會作出相應的、具有特征性的反應。它們中的那些對外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用來制作傳感器的敏感元件。從所應用的材料觀點出發(fā)可將傳感器分成下列幾類： (1)按照其所用材料的類別分：金屬 聚合物 陶瓷 混合物 (2)按材料的物理性質分：導體 絕緣體 半導體 磁性材料 (3)按材料的晶體結構分：單晶 多晶 非晶材料 與采用新材料緊密相關的傳感器開發(fā)工作，可以歸納為下述三個方向： (1)在已知的材料中探索新的現象、效應和反應，然后使它們能在傳感器技術中得到實際使用。 (2)探索新的材料，應用那些已知的現象、效應和反應來改進傳感器技術。 (3)在研究新型材料的基礎上探索新現象、新效應和反應，并在傳感器技術中加以具體實施。 現代傳感器制造業(yè)的進展取決于用于傳感器技術的新材料和敏感元件的開發(fā)強度。傳感器開發(fā)的基本趨勢是和半導體以及介質材料的應用密切關聯(lián)的。按照其制造工藝，可以將傳感器區(qū)分為： 集成傳感器 薄膜傳感器 厚膜傳感器 陶瓷傳感集成傳感器是用標準的生產硅基半導體集成電路的工藝技術制造的。通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片上。 薄膜傳感器則是通過沉積在介質襯底(基板)上的，相應敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時，同樣可將部分電路制造在此基板上。 厚膜傳感器是利用相應材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是 Al2O3 制成的，然后進行熱處理，使厚膜成形。 陶瓷傳感器采用標準的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產。 完成適當的預備性操作之后，已成形的元件在高溫中進行燒結。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性，在某些方面，可以認為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。每種工藝技術都有自已的優(yōu)點和不足。由于研究、開發(fā)和生產所需的資本投入較低，以及傳感器參數的高穩(wěn)定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098520理。 扭矩傳感器的選用3 傳感器的選用及其特性試驗臺使用的傳感器是北京金順達源儀器有限公司生產的 sty 扭矩傳感器,與該公司生產的扭矩測量卡,計算機配套使用,這是一種性能優(yōu)良,使用方便的扭矩傳感器。應變傳感和非接觸信號傳遞技術的成熟為 sty 系列扭矩傳感器提供了可能和保證.從而 sty 系列扭矩傳感器也就順理成章地解決了在扭矩測量中的問題:a.扭矩測量中由于轉速變化引起的扭矩誤差問題:因為 sty 系列扭矩傳感器采用了應變技術傳感扭矩,所以它不存在扭矩測量中由于轉速變化引起的扭矩誤差即轉速特性誤差問題.b.低轉速乃至靜態(tài)時扭矩測量問題:sty 扭矩傳感器既可以傳感高速旋轉時的扭矩信號,也同樣可以傳遞低速乃至靜態(tài)時的扭矩信號而無需附加裝置.c. 正反轉扭矩零點問題:sty 扭矩傳感器正反轉扭矩零點與轉向無關,兩個零點完全重合,可以連續(xù)正反轉工作而無需反復調零.d .高超獨特的溫度補償技術使得其具有 0.01％/℃以上的溫度穩(wěn)定度，從而使得該傳感器的溫漂性能遠遠好于同類型和其他類型扭矩傳感器。e.扭矩的動態(tài)響應問題:sty 扭矩傳感器的扭矩動態(tài)響應完全可以在 1ms 以上(中心頻率 10KC).f. 由于鎖相環(huán)和光電編碼器的應用，極低轉速和正反轉也能準確地得到測量。g.體積小，重量輕，易于安裝使用.STY 扭矩傳感器的基本原理在 sty 系列扭矩傳感器的軸上安裝有兩組旋轉變壓器，其中一組傳遞電源，另一組傳遞扭矩信號.旋轉軸上的應變橋檢測到的 mＶ級扭矩信號被高精度儀表放大器放大后,再經過Ｖ/Ｆ轉換器變換成與扭矩成正比的方波信號。通過軸上的旋轉變壓器,非接觸地傳遞到軸外接受器上，從而輸出同扭矩成正比的方波頻率的數字信號。 扭 矩 傳 感 器 原 理 框 圖 扭 矩 信 號 ±15圖 6.1 TY 扭矩傳感器原理圖框sty 系列扭矩傳感器可以按要求,輸出頻率信號,或者標準 0－5V 或 4-20mA 的模擬信號,或者 485/CAN 等數字接口的方式輸出扭矩信號.也可以根據需下載后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098521要選擇配套出廠的 sty-100 型液晶顯示的二次儀表或者 sty-100 型扭矩測量卡.如果需要測量轉速時，只要根據用戶的需要在本系列扭矩傳感器中安裝上專用測速傳感器或者光電編碼器,特別要提的是附加安裝有編碼器后，對于那些低轉速和需要檢測正反轉的用戶就非常理想了(可以檢測出正反轉向)。STY 系列扭矩傳感器技術性能指標1. 工作范圍 ：