3179 摩擦性汽車用V帶、多楔帶疲勞試驗機設(shè)計

3179 摩擦性汽車用V帶、多楔帶疲勞試驗機設(shè)計,摩擦,磨擦,汽車,多楔帶,疲勞,試驗,實驗,設(shè)計 長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙共 12 頁 第 1 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊開題報告一 設(shè)計題目摩擦型汽車用 V 帶、多楔帶柔性疲勞試驗機設(shè)計二 課題研究的目的和意義帶傳動是機械傳動中重要的傳動形式，廣泛應(yīng)用于傳遞和運動傳動，在傳動領(lǐng)域占有重要地位，并已經(jīng)取得了越來越廣泛的應(yīng)用，近年來，特別是在汽車工業(yè)的，家用電器和辦公自動化機械以及各種新型的機械裝備中相當普遍。由于帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，價格低廉，不需要潤滑，緩沖吸振等優(yōu)點，使得帶傳動在機械中占有重要的位置，隨著傳動的演變，在許多場合取代了其他的運動形式，同時隨著材料學制造工藝及生產(chǎn)設(shè)備的進步，帶傳動的總類不斷更新，傳動能力。雖然近年來傳動帶質(zhì)量有了顯著提高，但是與國際水平還有一點的差距，其中原因之一是由于疲勞試驗機的普及程度還不夠，通過疲勞試驗機來改進帶的結(jié)構(gòu)，配方和工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)得到生產(chǎn)廠家的認可，個生產(chǎn)廠家只有通過疲勞試驗機，取得符合國際標準的實驗數(shù)據(jù)，才能夠使產(chǎn)品與國際市場接軌。該疲勞試驗機的研制成功對于打破國內(nèi)疲勞試驗機基本上依賴進口的局面，完善國內(nèi)帶生產(chǎn)線的完整性，生產(chǎn)測試設(shè)備的更新?lián)Q代的需要具有重要的意義。三．國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢帶的發(fā)展現(xiàn)狀傳動帶是將原動機的電機或發(fā)動機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動力，通過帶輪由膠帶傳導到機械設(shè)備上，故又稱之為動力帶。它是機電設(shè)備的核心聯(lián)結(jié)部件，種類異常繁多，用途極為廣泛。從大到幾千千瓦的巨型電機，小到不足一個千瓦的微型電機，甚至包括家電、電腦、機器人等精密機械在內(nèi)都離不開傳動帶。它的最大特點是可以自由變速，遠近傳動，結(jié)構(gòu)簡單，更換方便。所以，從原始機械到現(xiàn)代自動設(shè)備都有傳動帶的身影，產(chǎn)品歷經(jīng)多次演變，技術(shù)日臻成熟。動力傳導有鏈條、齒輪、耦聯(lián)(聯(lián)軸)等多種多樣形式。然而，從經(jīng)濟性和成本角度來考慮，迄今為止，莫過于彈性體的膠帶。因此，世界上現(xiàn)在許多傳動方式大多仍以膠帶傳動為主，而且其發(fā)展仍在不斷擴大。傳動帶最初是由皮革制造的，19 世紀中葉為橡膠所取代。20 世紀 60 年代開始，陸續(xù)由 NR、SBR 轉(zhuǎn)向CR、PUR。進入 80 年代，又進一步擴大到采用 CSM 和 HNBR。膠帶的形狀也從乎板型擴大到角型、圓型、齒型，使用從單根傳動發(fā)展到成組并聯(lián)，從而形成今日的傳動帶系列群體。1 發(fā)展現(xiàn)狀傳動帶有傳遞和變速兩種功能，分為摩擦傳動和嚙合傳動兩大類別。到目前為止，全球各傳動帶生產(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，隨著精密機械和電子信息技術(shù)的進步，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)量急劇擴大。1．1 平板帶平板帶是傳動帶最老的一個品種，約有 100 余年的歷史，但直至 20 世紀中葉，長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙共 12 頁 第 2 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊仍占據(jù)傳動帶中一半左右的市場份額。它以結(jié)構(gòu)簡單、傳動方便、不受距離限制、容易調(diào)節(jié)更換等特點，在各種工農(nóng)業(yè)機械中得到普遍采用。平板帶寬度一般由 16-600mm，長度最大可達 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)的改進產(chǎn)品，具有帶體柔軟，富有彈性，耐屈性好等優(yōu)點，適于在小帶輪和20m／s 以上的快速傳動裝置上使用。而疊包帶介于兩者之間，用于邊部易受磨損的傳動。由于平板帶的傳動效率低(一般為 85％左右)，且占據(jù)面積較大，因此，從 20 世紀 60 年代以后世界各國產(chǎn)量逐年下降。目前在發(fā)達國家，除部分農(nóng)業(yè)機械和輕紡機械尚少量使用之外，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。它以強度大、噪聲低、傳動平穩(wěn)、運輸圓滑、耐屈撓、壽命長和無需接頭等為特點，使用領(lǐng)域不斷擴大，并在微型傳動帶中形成主流。近年來，隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的崛起，這種微型帶尤其在電腦周邊設(shè)備、辦公自動化設(shè)備以及省力化設(shè)備等方面普遍使用。例如，自動檢票機、自動售票機、貨幣兌換機、發(fā)券機、取款機、銀行結(jié)算機、自動檢驗機、復印機、醫(yī)療器械、自動包裝機、魚群探測器等等，美日歐等國家每年都以雙位數(shù)增長。這種高性能的無接頭平板帶，現(xiàn)已發(fā)展到有聚氨酯帶、聚氨酯芯體帶和橡膠帆布芯體帶三種類型。在橡膠微型帶中，除化纖帆布外，還有使用尼龍膜片、芳綸簾線、玻璃纖維簾線為芯體以及表面橡膠覆以鉻皮的特種產(chǎn)品。它們同傳統(tǒng)的帆布平板帶有著本質(zhì)的不同，規(guī)格要求非常精密，附加價值很高，世界各大膠帶生產(chǎn)廠家競相發(fā)展，已成為橡膠工業(yè)中的高新技術(shù)產(chǎn)品。目前，德國的金珂林、瑞士的哈巴基、雷達，以及日本的新田等公司，都是這一領(lǐng)域的知名大企業(yè)，并把以聚氨酯為主的高檔和特種微型帶作為其全力開發(fā)的主導產(chǎn)品。1．2 三角帶三角帶又稱 V 型帶，是傳動帶中產(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扇帶，20 年代初開始推廣用于工農(nóng)機械之后，半個多世紀以來久盛不衰，發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已成為傳動帶的主流。在世界各國傳動帶中，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械裝置動力傳動和變速的主要器材，在當今農(nóng)機、機床、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)機械用的Y、O、A、B、C、D、E 七種工業(yè)型號和汽車、拖拉機等用的各類風扇帶，共計兩大類別。Y、O 型為最小的 V 型帶，主要用于打字機、切書機等辦公設(shè)備、家電制品(洗衣機、榨汁器、吸塵器)。一般產(chǎn)業(yè)機械，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、電力等大型機械。至于風扇帶，除了汽車、拖拉機之外，還大量用在水泵、空調(diào)等方面。在發(fā)達國家，三角帶與風扇帶的生產(chǎn)比率已達到 2：1-3：2 的程度，風扇帶呈現(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 60 年代開始，為提高傳動帶的耐久性，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。進入 80 年代，長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙共 12 頁 第 3 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊為解決三角帶多根成組傳動時因產(chǎn)生不一樣長而帶來的傳動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，可使傳動裝置進一步小型化、節(jié)能化，在世界發(fā)達國家的生產(chǎn)量急劇增長。近些年來，為適應(yīng)各種傳動裝置的特殊需要，除普通標準型的三角帶之外，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，同時強力均勻，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 帶的傳動效率可達 90％一 97％，極限速度達 40-50m／s，傳動能力提高 0．5～1．5 倍，最適于短距離、小帶輪于變速傳動，故又稱之為變速帶。其特點是在帶的上下表面，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。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。(3)活絡(luò)和沖孑 L 三角帶活絡(luò)帶由多個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。另外一個好處是，在使用中，當三角帶體出現(xiàn)局部損壞后，可更換損壞部位繼續(xù)使用，同時，它還有可簡單自由調(diào)節(jié)長度大小的優(yōu)點。但因強度較低，只能用于低速傳動，又由于存在精確度低、傳動效率差等問題，近些年來使用日趨減少。此外，對指定用于汽車、拖拉機等各種內(nèi)燃機驅(qū)動風扇而用的三角帶，人們專門稱之為風扇帶。它的特點是以單根使用為主，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。風扇帶也常用在發(fā)電機、壓縮機、動力泵等方面。風扇帶由于其性能要求與普通三角帶完全不同，在工業(yè)上單獨分類統(tǒng)計。近些年來，世界風扇帶的發(fā)展十分迅速，數(shù)量已占到三角帶總量的三分之一。風扇帶分為普通和窄型兩種，細分為包布式平底 V 帶、圓齒 V 帶、切邊式平底V 帶和波浪 V 帶等多種類型。風扇帶的結(jié)構(gòu)一般比普通三角帶要復雜，見附圖，除強力層、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、強度好、效率高，行駛里程可達 18～20 萬公里，比一般風扇帶高出約一倍。近年來，隨著汽車發(fā)動機效率的提高和旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的出現(xiàn)，以及液壓轉(zhuǎn)向裝置和冷風裝置的增多，對風扇帶的要求日益嚴酷，不僅帶輪小型化，而且采用雙向兩面驅(qū)動的方式越來越多，因此，橡膠和芯體材料也隨之產(chǎn)生了重大舀 I~,IIit 普通三角帶、V 型平板帶與風扇帶比較 1-上膠布層：2-下膠布層；3-橡膠伸張層：4-橡膠壓縮層：5-線繩強力層；6-橡膠緩沖層：7-~tgrg長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙共 12 頁 第 4 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1．3 圓形帶圓形帶為斷面呈圓形的傳動帶，它可以自由彎曲驅(qū)動。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。圓形帶為膠帶傳動開辟了新的途徑，世界各國在小型機床、縫紉機、精密機械等方面需用量急劇增長，今后潛力很大。1．4 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，后者為多軸或反向傳動，系從 1980 年以來世界新出現(xiàn)的又一種高效傳動帶。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，并進一步擴大到 OA 機器(辦公設(shè)備)、機器人等各種精密機械的傳動。由于膠帶內(nèi)側(cè)帶有彈性體的齒牙，能實現(xiàn)無滑動的同步傳動，而且具有比鏈條輕、噪音小的特點，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，更進一步增大了傳動力和肅靜性，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、噪音要求極為嚴格的家用和工業(yè)用縫紉機、打字機、復印機的使用對象。2 技術(shù)展望半個多世紀以來，世界傳動帶的技術(shù)發(fā)展歷經(jīng)了以下幾個階段：其一，從傳動帶用的材料來看，橡膠己由天然橡膠發(fā)展到合成橡膠，進一步又擴大到特種合成橡膠 CSM、HNBR：骨架材料由棉纖維擴大到人造絲、聚酯、尼龍、玻璃纖維、鋼絲以及芳綸等，詳見表 2。品。為提高 V 型帶的耐久性，從60 年代開始，出現(xiàn)了切割式三角帶，它的側(cè)面沒有包布，耐彎曲疲勞性非常好，已取代了大部分包布式三角帶。另一方面，進入 80 年代之后，平板帶與 V 型帶結(jié)合的 V 型平板帶得到快速發(fā)展，由于其性能優(yōu)異，產(chǎn)量急劇增大，現(xiàn)已部分取代了切割式 V 帶。緊接著，在美日等國又出現(xiàn)了楔形 V 帶。因為這種帶的厚度薄，與帶輪的接觸面積大，彎曲性能好，可以在小的帶輪上使用，因而為傳動裝置的小型化、節(jié)能化做出了很大貢獻。再有，利用傳動帶背面也可驅(qū)動的原理，例如，在汽車風扇、交流電機、動力操縱系統(tǒng)、空調(diào)等，采用一根傳動帶一次驅(qū)動的所謂"蛇行傳動"方式，引起了各界的關(guān)注，使用范圍日趨擴大。這種多面、多向、多機傳動的代表性產(chǎn)品有，六角帶和圓形帶。傳動帶中的最新一類產(chǎn)品是齒型帶，又稱同步帶。它集齒輪、鏈條、帶傳動裝置的優(yōu)點為一體，具有傳動效率高、傳動比準確、噪聲小、節(jié)能、維修方便等特點。它的傳動原理雖早在 1900 年即有若干專利出現(xiàn)，然而長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙共 12 頁 第 5 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊直到半個世紀之后才開始工業(yè)化，80 年代起終于成為精密機械的主導傳動產(chǎn)品。特別是用飽和丁腈橡膠和聚氨酯彈性體制造的高精度微型帶，已經(jīng)進入了高新技術(shù)領(lǐng)域。齒型帶與傳統(tǒng)傳動帶的最大不同點在于：同步、靜音。因此，它是當今最受推崇的環(huán)保型產(chǎn)品。近年來，齒型帶的齒牙由方齒改為圓齒之后，更進一步增大了傳動力，發(fā)展前景極為廣闊。由于各種不同機械要求的特性不同，以及各種傳動帶的價格高低相差懸殊，今后傳動帶將朝著結(jié)構(gòu)、材料多元化的方向發(fā)展，其用途和品種規(guī)格也日趨多樣化。傳動帶中 V 型帶、齒型帶、平板帶的構(gòu)成比例，大體將在 6：3：1 的范圍內(nèi)上下變化。各種產(chǎn)業(yè)機械裝置要求使用的傳動帶類型。(1)橡膠和彈性體V 型帶最早為 NR 或 NR／SBR 的并用物?，F(xiàn)今，已廣泛使用耐熱性、耐磨性、耐彎曲性和耐油性均優(yōu)的 CR。在未找到新的綜合物性更平衡的膠種之前，今后還將繼續(xù)保持這一趨勢。對于切割式 V 型帶和 V 型平板帶，將要擴大采用以短纖維補強的 CR，通過傳動帶橫向短纖維定向補強，達到傳 動帶橫方向側(cè)壓性與縱方向彎曲性雙立的效果。對耐熱性有苛刻要求的傳動帶，將會有更多的HNBRV 型平板帶出現(xiàn)。 齒型帶最初使用的 CR，現(xiàn)在仍然是比較理想的材料，今后還將繼續(xù)廣泛用于一般產(chǎn)業(yè)的傳動上面。對于要求耐熱性和耐久性的齒型帶，要大量使用 CSM、HNBR 等特種耐熱、耐油橡膠。由于這類橡膠的性能優(yōu)異，盡管價格十分昂貴，超出現(xiàn)有產(chǎn)品幾倍，但隨著汽車工業(yè)等的技術(shù)進步和環(huán)境的惡化，特別是 HNBR 將成為未來齒型帶的主導材對于小型、微型齒型帶來說，聚氨酯彈性體是最為理想的材料。特別是精密機械方面的齒型帶，已無其他材料可以代替，今后不論在品種規(guī)格上，還是在用途上，都將迅速擴大，發(fā)展前景極為寬廣。平板帶原來為橡膠，隨著薄型平板帶的出現(xiàn)，聚氨酯和尼龍片材已成為重點開發(fā)方向。 (2)纖維骨架 能作了種種改進，因而已成為齒型帶的首選材料，V 型帶的骨架決定著膠帶的強度和壽命。早期的補強層使用棉簾線，而后改用了強力人造絲線繩。由于有伸長大的缺點，從 20 世紀 70 年代開始，世界各國都普遍使用強度高、伸長小、耐熱和耐彎曲性好的聚酯線繩，80 年代又出現(xiàn)了高定伸、低收縮的改性聚酯線繩，現(xiàn)已成為 V 型帶骨架材料的主流。對于要求高負荷傳動、耐沖擊性的變速帶和農(nóng)機用的 V 型帶，有的己開始使用芳綸纖維。齒型帶的補強層，人們曾長期使用鋼絲和聚酯而使其強度下降的問題，同時還有因其比重大而適于高速旋轉(zhuǎn)傳動等現(xiàn)象，如今已被基本淘汰。使用聚酪簾線對于要求尺寸精度高的產(chǎn)品，由于存在伸縮問題，現(xiàn)也很少采用。目前認為最好的骨架材料是玻璃纖維，它能使嚙合傳動時的伸長小，而且具有適度的線膨脹系數(shù)，加之對彎曲疲勞等缺欠性得到廣泛使用。今后，強度更高、耐彎曲性更好的芳綸纖維將有可能部分取代玻璃纖維而擠進齒型帶最佳骨架材料行列。(3)外包保護布V 型帶使用的外包保護布向來以棉帆布為主，至今依然保持這種狀態(tài)。對一部分要求更耐磨和耐彎曲性能更好的，也開始使用棉的混紡帆布，甚至是全合成纖維帆布。外包保護布未來將繼續(xù)保持這一趨勢。齒型帶為了保護齒部和芯線，長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙共 12 頁 第 6 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊主要是使用高強力型的合成纖維，通常以尼龍帆布為主，今后方向是進一步薄層化。2．3 工藝設(shè)備趨向多年來，傳動帶的生產(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 型帶成型時的包布，并改為在硫化后切割，同時增加研磨工序。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，利用橡膠在加熱中的塑性流動，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?shù)膶挾取＿@種生產(chǎn)工藝，把傳動帶的制造過程人為地分割成好幾塊，無法聯(lián)結(jié)起來；加之傳動帶的品種規(guī)格太多，生產(chǎn)批量很小，產(chǎn)品變動頻繁，給工藝設(shè)備的連續(xù)化、自動化帶來了諸多困難，生產(chǎn)效率十分低下。當前國外的發(fā)展趨勢，一是努力研究實現(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?，F(xiàn)在，聚氨酯液相加工工藝在小型和微型帶中，已占據(jù)主導地位，前景十分樂觀。還有，短纖維橡膠的混合也是當今世界傳動帶業(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問題，通常采用壓延機和壓出機定向供膠出片、按流動方向取片的方法，也并非最佳良策。無紡布、復合片材是今后開發(fā)的方向。2．4 未來目標縱觀半個多世紀以來世界傳動帶的發(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、私營和個體所有制企業(yè)，僅 V 型帶一種產(chǎn)品年產(chǎn)即達 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)引進技術(shù)設(shè)備和合資企業(yè)外，大多處于后進狀態(tài)，亟待改組、改造、改革。調(diào)整傳動帶行業(yè)結(jié)構(gòu)，淘汰老舊產(chǎn)品，開發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品，迎頭趕上世界傳動帶先進技術(shù)水平，可說是當前最為緊迫的任務(wù)。汽車傳動帶是汽車發(fā)動機重要的零部件，也是傳動帶重要的組成部分?？梢哉f，傳動帶的許多技術(shù)進步和發(fā)明與汽車工業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)，如 V 帶發(fā)明，切邊 V 帶，多楔帶和同步帶的快速發(fā)展，氫化丁腈橡膠在同步帶應(yīng)用，三元乙丙橡膠在多楔帶的應(yīng)用等，都是為了適應(yīng)汽車工業(yè)最新技術(shù)要求而獲得迅速發(fā)展的。近年來由于全球氣候變暖，環(huán)境保護和汽車舒適性要求，節(jié)能，排放和 NVH 是汽車的主要話題。如何提高燃料利用率和減少廢氣排放,提高維修周期一直是汽車工業(yè)研究目標，這些技術(shù)包括閥門和變閥門技術(shù)，催化轉(zhuǎn)化器，42V 發(fā)電/啟動集成電機，直噴式柴油發(fā)動機和24000km 維修周期等。這些技術(shù)進步對汽車零部件的性能要求也相應(yīng)提高和苛長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙共 12 頁 第 7 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊刻，汽車傳動帶也不例外。為了適應(yīng)這些變化，國外一些著名傳動帶廠家進行了許多改進和性能提高。多楔帶傳動多楔帶傳動在平帶的基體下做出許多縱向楔，帶輪也有相應(yīng)的環(huán)形輪槽，其工作面為楔的側(cè)面，具有極高的靈活性，柔性，傳動平穩(wěn)，摩擦力大，傳動功率大，張緊力小，傳動比范圍大，傳動速度高，結(jié)構(gòu)合理，使用壽命長，兼有平帶和三角帶的優(yōu)點而彌補其不足。適用于結(jié)構(gòu)緊湊，傳動功率較大場合，特別適合要求三角帶根數(shù)多，垂直地面的平行軸傳動，但對于多楔帶與輪槽間均勻性要求較高，否則會產(chǎn)生寫楔面不接觸或接觸不良其楔面摩擦效應(yīng)大大削弱。20 世紀 80 年代以來，未解決三角帶多根同組傳動是因產(chǎn)生不一樣長的傳動效率和使用壽命下降等問題，在多根三角帶的上底用一層薄的橡膠連接起來，習慣稱之為聯(lián)組三角帶的 v 型平帶，具有極大的優(yōu)越性，因而有出現(xiàn) v 型平帶取代包布式和切邊式三角帶的現(xiàn)象。這種三角帶與平帶結(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，與帶輪的接觸面積達，彎曲性好，帶輪縮小，使傳動裝置進一步小型化，節(jié)能化，可補償槽距誤差，彌補了多楔帶的缺點，在世界發(fā)達國家的生產(chǎn)量急劇增加。目前，多楔帶生產(chǎn)狀況在我國規(guī)模形成規(guī)模，生產(chǎn)設(shè)備基本為引進或吸收消化制造，產(chǎn)品質(zhì)量好持續(xù)大批量為汽車等多種機械傳動裝置配套。 多楔帶的類型1 齒形多楔帶 齒形多楔帶類似于齒形切邊 v 帶，即在楔部切成齒形，以提高帶的曲撓性能及帶的散熱性能，可明顯提高帶使用壽命。固特異公司研究表明，相同的氯丁橡膠材料多楔帶，高溫疲勞試驗普通多楔帶 66h，有齒多楔帶可達 167h。有齒多楔帶還可以降低對帶的裝配精度要求，但有齒多楔帶在使用時通過帶輪會帶進帶出氣流，產(chǎn)生有節(jié)奏的氣流聲。固特異 公司通過斜齒，DAYCO 公司做成不規(guī)則齒來抵消這種聲音，可較少 15db 左右的噪音。 2 植絨多楔帶 多楔帶傳動缺點之一是傳動噪音較大，在低速或角速度變化快使用時，以及一段時間后，楔面磨損，硬化和張力松弛，或在雨天沾到水后，傳動時會發(fā)出刺耳的尖叫聲，影響汽車的 NVH 性能。解決辦法之一是楔面留有 0.1～1.0mm 高強度短纖維。由于纖維摩擦系數(shù)穩(wěn)定，具有吸音功能，因此大大降低多楔帶傳動噪音。傳動多楔帶一般用特殊的研磨工藝來實現(xiàn)。研磨時，先將楔塊速磨成大致的楔形，然后低速濕磨，將橡膠磨掉，楔面露出一定長度的纖維。3 彈性多楔帶 彈性多楔帶最早應(yīng)用于白色家電上。原理是，帶的長度比輪系計算周長小，帶在裝配時，使用專用工具強制拉伸在固定的帶輪上，通過帶的彈性變形力使帶產(chǎn)生足夠的張緊力，在整個的過程中無需調(diào)整 張力，這樣可以省略張力調(diào)整機構(gòu)。近幾年，小型家用轎車為了簡化發(fā)動機前端附件輪系結(jié)構(gòu)也開始使用彈性多楔帶作為驅(qū)動用帶。彈性多楔帶一般使用扯斷伸長率大于 20%的高捻度纖維作為強力層線繩。4EPDM 多楔帶 近年來，多楔帶在汽車得到普遍應(yīng)用，而發(fā)動機室的溫度越來越高，有的要求橡膠能耐 150 攝氏度，瞬間能耐 170 攝氏度，傳統(tǒng)氯丁橡膠顯然達不到要求。由于 HNBR 過于昂貴，人們在研究發(fā)現(xiàn)小量的油污不對發(fā)動機前端的皮帶造成損害，可使用廉價耐熱性好多的三元乙丙橡膠作為多楔帶主題橡膠材料。但 EPDM 耐磨性，高溫抗撕裂和動態(tài)性能不理想，與其他材長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙共 12 頁 第 8 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊料粘合差，這些都需要通過改性如添加 ZDA 或 ZDMA 和其他材料加以解決。EPDM 多楔帶耐高溫性能和高溫疲勞壽命明顯提高。 傳動帶都是在動態(tài)狀態(tài)下使用的，有的使用條件極為苛刻，如汽車、農(nóng)用機械。如何模擬實況使用一直是傳動帶生產(chǎn)廠家和帶傳動研究重要課題。我國早在上世紀 70 年代末，中國農(nóng)機院、江漢機械研究所和哈爾濱工業(yè)大學等，為配合當時的農(nóng)機帶和石油機械用帶的研制，開始這方面的研究和疲勞實驗機的研制工作。疲勞壽命實驗分為無扭矩法和有扭矩法，前者亦稱曲撓機。我國目前采用無扭矩試驗機為適應(yīng)普通 V 帶新標準（GB1174-96）而研制的，即墨新城機械有限公司和江都明珠材料試驗機廠均有生產(chǎn)。試驗過程中實驗帶不傳遞扭矩，與帶輪之間無相對滑動，也不能使帶體內(nèi)的張力產(chǎn)生變化，僅能模擬帶通過帶輪時產(chǎn)生的曲撓，記其曲撓次數(shù)和伸長率，一般需要 5～7 天。它是通過減小帶輪直徑或加大初拉力來強化疲勞的，與傳動帶實際使用情況的相關(guān)性差。但該試驗方法由于相關(guān)因子單一，試驗設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、能耗小，是控制生產(chǎn)過程質(zhì)量好辦法。龍山橡膠廠自行設(shè)計一臺農(nóng)機 V 帶用曲撓試驗機。有扭矩疲勞壽命試驗能夠在較短的時間內(nèi)對傳動帶質(zhì)量有一個全面和較準確的評價，有扭矩法又可以分為開式和閉式兩類，開始的能量流動沒有形成閉合回路，電動機的能量全部有消耗裝置消耗掉，不符合節(jié)能要求。閉式則能夠?qū)⒉糠帜芰渴栈兀纬煞忾]的回路，節(jié)約了能源。封閉式又可以分為兩種，一種是電封閉式：加載裝置中裝有電機，發(fā)出的電回饋給電機一部分；另一種是機械封閉式：電動機所提供的僅僅是克服系統(tǒng)摩擦力所需要的功率，因此試驗中消耗的動力遠遠小于加到被試帶上的載荷，具有明顯的節(jié)能效果。國內(nèi)洛陽、上海、貴陽、無錫、開封隨引進設(shè)備進口德國的汽車 V 帶疲勞壽命試驗機。哈爾濱工業(yè)大學曾為原上海橡膠制品二廠、長春汽車研究所研制等汽車 V 帶疲勞壽命試驗機。長春光機學院參照克萊斯勒汽車公司標準為遼陽機帶廠設(shè)計過一臺多楔帶壽命強化試驗臺。無錫貝爾特還引進汽車多楔帶疲勞壽命試驗機，可做高溫疲實驗。該機采用機械封閉原理，用電磁加載器加載。通過調(diào)節(jié)加載器工作電流的大小，可調(diào)節(jié)所加負載的大小。該機具有較好的節(jié)能效果，節(jié)能可達63％以上。它采用 PLC 控制，試驗數(shù)據(jù)可根據(jù)要求進行分段或即時打印。王潔民發(fā)明的“Ｖ帶全功能動態(tài)性能試驗裝置”，利用現(xiàn)有Ｖ帶機械封閉試驗機的原理，并以其基本組成封閉試驗系統(tǒng)的主動軸總成進行簡化，并以此軸為對稱軸，在其反方向再增加一套同樣的封閉試驗系統(tǒng)，聯(lián)軸器使兩個封閉試驗系統(tǒng)共用一個主動軸總成。這兩個封閉試驗系統(tǒng)組合后形成了兩個各自獨立的封閉力流，而兩試驗系統(tǒng)又組成了相互影響的整體，該裝置可進行各種Ｖ帶的有扭矩和無扭矩的全部動態(tài)性能試驗。這學期我的畢業(yè)設(shè)計題目是汽車 v 帶多楔帶的疲勞試驗機的設(shè)計，主要目的是用于多楔帶的斷面性能測試，對多楔帶的性能在較短的時間內(nèi)給出一個較為正確的評估，其中主要包括帶的測試方法，測試裝置，帶輪直徑，電力負荷以及對實驗所得的數(shù)據(jù)進行必要的說明與解釋。該試驗機為多楔帶的曲撓疲勞試驗機，即帶在試驗的過程中不收到扭矩的影響。實驗帶的尺寸是1200mm± 10mm，用這種長度的實驗帶所得到的數(shù)據(jù)即被認為同等質(zhì)量長度和技術(shù)規(guī)格的所有帶的有效數(shù)據(jù)。帶輪的材料為加工剛帶輪。將進行一下幾個試驗。1. 高溫恒張力測試。長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙共 12 頁 第 9 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊為了測試帶在高溫，高負荷的條件下帶的壽命。這項測試的開發(fā)用來反映在汽車配件驅(qū)動器中自動張緊輪的增加使用。這些系統(tǒng)恒張力，因此不會因帶的磨損失去張力而引起帶的滑移。增加帶長度將增加在試驗臺上帶的壽命。因此，皮帶的長度是有限的，以減少試驗條件的變化和各制造商給用戶提供可比較的數(shù)據(jù)。試驗裝置如下圖所示失效準則，下列其中一個或多個條件發(fā)生時應(yīng)被視為測試帶失?。?答：帶斷裂， （折線的任何地方） 帶組塊， （肋的任何地方） 帶分層皮帶磨損或拉伸線分離 最大數(shù)量的 B 級或 C 級裂縫 帶牽引能力的喪失（伸長 10％） 整個帶截面存在裂縫質(zhì)量減少在原來質(zhì)量的 10％以上。超過七級以上的起毛起球。2 冷熱循環(huán)試驗。為了測試帶在高溫，高載荷、低溫度，無載荷條件下的耐用性。2.1 熱試驗類型 Ahot 帶：121℃ 類型 Bhot 帶：107 ° C 間 類型 Chot 帶：93℃2.2 冷試驗。長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙共 12 頁 第 10 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊類型 Acold 帶= -43 ° C± 1℃ 類型 Bcold 帶= -35℃± 1℃冷熱試驗均使用上圖的集合構(gòu)型，試驗失效準則同上。3 污染試驗主要是為了確定傳動帶引擎蓋下流體對其的影響，其測試裝置同上，失效準則亦同上。4 五輪彎曲試驗主要是為了測試帶在高溫高速條件的彎曲耐久性。測試裝置如下圖所示，失效準則同上。5 固定爐試驗這一試驗的目的是確定在高溫條件影響下的物質(zhì)硫化橡膠性能的影響。橡膠及橡膠制品必須抵制由氧化性能和熱老化引起的破壞。這個測試是為了確認生產(chǎn)帶的物理性能9 起毛起球試驗這一測試的目的是確定帶抗起毛起球。在帶不起毛起球的情況下， 不正確安裝滑輪這可能導致帶噪音。由于起毛起球是一個與安全帶相關(guān)的新現(xiàn)象，這個測試將不需要對衰老帶運行分析。試驗裝置如下圖長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙共 12 頁 第 11 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊所示，失效準則同上。目前，我國的 V 帶，多楔帶質(zhì)量與世界的先進國家相比還有很大的差距，疲勞試驗壽命不足的廠家較多，疲勞試驗的普及遠遠不夠，許多廠家對自己的產(chǎn)品并未按國家標準進行疲勞試驗，產(chǎn)品的規(guī)格很難保證，擁有自己的疲勞試驗機，借以改進帶的結(jié)構(gòu)，配方和工藝，提高自己的產(chǎn)品質(zhì)量，對于許多廠家來說，在日益激烈的競爭中占領(lǐng)市場具有重要的意義。四．研究內(nèi)容及方案擬定1.目標和要求：① 帶長：1200±10mm；② 主動輪轉(zhuǎn)速：3300 轉(zhuǎn)/分；③ 帶張力：400.5N；④ 帶速：10.4m/s；⑤ 試驗溫度：100℃——130℃；⑥ 帶寬：6 楔；⑦ 試驗拉力：800N2.方案擬定取交流異步電機作為疲勞試驗機的動力源，電機輸出的動力通過同步帶傳動，傳送到主動軸上，從而帶動主動帶輪運轉(zhuǎn)，將多楔帶繞在實驗帶輪上，通過重物張緊給帶一定的張緊力，使多楔帶在恒定的張緊力作用下運轉(zhuǎn)，待其發(fā)生疲勞時停止試驗，得到試驗數(shù)據(jù)加以分析。五、進度安排1、2010.3.1～3.14 畢業(yè)設(shè)計調(diào)研，完成科技譯文及開題報告；(科技譯文不少于 3000 漢字)2、2010.3.15～6.6 完成總體設(shè)計、零部件設(shè)計、控制電路設(shè)計等；（完成 4 張零號圖，要求 CAD 出圖；具體落實到每個人內(nèi)容有所不同，時間段相同）3、2010.6.7～6.20 完成設(shè)計（論文）說明書（40～60 頁，要求打?。?；4、2010.6.21～6.25 評審、答辯。（給出成績及評語，注意答辯時間 2010 年 6 月 15——20 日，請在 15 日前完成所有任務(wù)）長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙共 12 頁 第 12 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊六、參考文獻[1] 劉惟信編著.汽車車橋設(shè)計.北京：清華大學出版社，2004 年[2] Thomas G. Sugar. A novel selective compliant actuator. Mechatronics.12 (2002) 1157–1171[3]朱孝錄，中國機械設(shè)計大典[M]，江西科學技術(shù)出版社 2002[4]中國機械工程學會著 機械設(shè)計大典[M]. 南昌：江西科學技術(shù)出版社，2002.[5]蔡耀輝. 實用機械設(shè)計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7.序號（學號）：010640212長 春 大 學畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開題報告摩擦性汽車用 V 帶、多楔帶疲勞試驗機設(shè)計姓 名 火統(tǒng)龍學 院 機械工程學院專 業(yè) 機械工程及自動化班 級 06402指導教師 李占國 教授2010 年 3 月 18 日長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘 要本文詳細論述了多楔帶傳動輪系優(yōu)化試驗臺的硬件及軟件設(shè)計方案。試驗臺的開發(fā)是圍繞模擬附件輪系的實際運轉(zhuǎn)，同時又能調(diào)整各個附件負載大小及各個附件的位置來進行的。論文針對的這些特殊性能要求，設(shè)計了具有獨創(chuàng)性的臺架結(jié)構(gòu)，包括模擬機體部分，移動導軌部分，轉(zhuǎn)向泵的工況模擬部分，測功機模擬空調(diào)壓縮機作為負載工作等等。多楔帶輪系優(yōu)化試驗臺測控系統(tǒng)的硬件部分以計算機為核心，配以外圍接口電路，信號調(diào)理單元和傳感器，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要完成附件輪系主軸轉(zhuǎn)速、主軸扭矩、空壓機軸轉(zhuǎn)速、空壓機軸扭矩、轉(zhuǎn)向泵軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向泵軸扭矩、系統(tǒng)噪聲、系統(tǒng)振動頻率、皮帶輪垂直帶面振幅、皮帶輪測向振幅、減振皮帶輪扭轉(zhuǎn)角、減振皮帶輪輪面振幅、自動張緊輪軸承溫度等參數(shù)的采集和處理，同時實現(xiàn)對模擬附件負載大小以及主動電機運轉(zhuǎn)情況的控制。關(guān)鍵詞:多楔帶; 輪系; 臺架長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙IIAbstractThis article presents the design plan of software and hardware of testbench for optimizing design of the poly rib driving wheel system in detail. The development of test-bed centers on imitating actual operation of wheel system and changing load size and position of each accessory at the same time. Aiming at these special demand of performance, I have designed the innovative structure of test-bed, including simulation engine gear box, the part of moving guiding tracks, the simulation part often steering pump, the part of dynamometer simulating compressor as load etc. Computer is the core of poly rib belt driving wheel system test bench’s hardware, equipped with the interface circuit, signal processing unit and sensor. All those parts constitute a close loop control system to realize the signal collection and process, including the rotate speed and torque of main shaft ,rotate speed and torque of the shaft of compressor, rotate speed and torque of the shaft of the steering pump, systematic noise, systematic vibration frequency, the amplitude of surface of poly rib belt, the torsion angle and amplitude of damping pulley, bearing temperature of auto tension wheel, etc.. At the same time we can control the load size of each accessories and operation of electrical machinery by the control system.Keywords: Poly rib belt； wheel system；長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙1┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目 錄第 1 章 緒 論 ........................................................................................................21.1 本課題研究的目的與意義 ............................................................................21.2 發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................................................................................21.2.3 技術(shù)要求 ....................................................................................................5第 2 章 機構(gòu)總體設(shè)計方案 ......................................................................................62.1 機構(gòu)原理 ........................................................................................................62.2 功能原理方案設(shè)計 ........................................................................................72.3.1 動力源選取 .................................................................................................92.3.2 傳動裝置設(shè)計 .............................................................................................92.3.3 加載裝置 ..................................................................................................10第 3 章 疲勞試驗機各部分計算 ............................................................................113.1 多楔帶疲勞試驗機設(shè)計計算 ......................................................................113.2 同步帶傳動的設(shè)計計算 ..............................................................................123.3 軸的設(shè)計與計算 ..........................................................................................153.4 主動軸軸承設(shè)計計算 ..................................................................................193.5 張緊輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 ......................................................................19第 4 章 設(shè)計與人機工程學 ........................................................................................214.1 根據(jù)人體尺度確定設(shè)備的合理尺寸 ..........................................................214.2 根據(jù)人體的力參數(shù)合理設(shè)計操縱裝置 ......................................................21總 結(jié) ........................................................................................................................22參考文獻 ......................................................................................................................23致 謝 ........................................................................................................................24長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙2第 1 章 緒 論1.1 本課題研究的目的與意義帶傳動是機械傳動中重要的傳動形式，廣泛應(yīng)用于傳遞和運動傳動，在傳動領(lǐng)域占有重要地位，并已經(jīng)取得了越來越廣泛的應(yīng)用，近年來，特別是在汽車工業(yè)的，家用電器和辦公自動化機械以及各種新型的機械裝備中相當中相當普遍。由于帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，價格低廉，不需要潤滑，緩沖吸振等優(yōu)點，使得帶傳動在機械中占有重要的位置，隨著傳動的演變，在許多場合取代了其他的運動形式，同時隨著材料學制造工藝及生產(chǎn)設(shè)備的進步，帶傳動的總類不斷更新，傳動能力。雖然近年來傳動帶質(zhì)量有了顯著提高，但是與國際水平還有一點的差距，其中原因之一是由于疲勞試驗機的普及程度還不夠，通過疲勞試驗機來改進帶的結(jié)構(gòu)，配方和工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)得到生產(chǎn)廠家的認可，個生產(chǎn)廠家只有通過疲勞試驗機，取得符合國際標準的實驗數(shù)據(jù)，才能夠使產(chǎn)品與國際市場接軌。該疲勞試驗機的研制成功對于打破國內(nèi)疲勞試驗機基本上依賴進口的局面，完善國內(nèi)帶生產(chǎn)線的完整性，生產(chǎn)測試設(shè)備的更新?lián)Q代的需要具有重要的意義。1.2 發(fā)展現(xiàn)狀多楔帶傳動在平帶的基體下做出許多縱向楔，帶輪也有相應(yīng)的環(huán)形輪槽，其工作面為楔的側(cè)面，具有極高的靈活性，柔性，傳動平穩(wěn)，摩擦力大，傳動功率大，張緊力小，傳動比范圍大，傳動速度高，結(jié)構(gòu)合理，使用壽命長，兼有平帶和三角帶的優(yōu)點而彌補其不足。適用于結(jié)構(gòu)緊湊，傳動功率較大場合，特別適合要求三角帶根數(shù)多，垂直地面的平行軸傳動，但對于多楔帶與輪槽間均勻性要求較高，否則會產(chǎn)生寫楔面不接觸或接觸不良其楔面摩擦效應(yīng)大大削弱。20 世紀 80 年代以來，未解決三角帶多根同組傳動是因產(chǎn)生不一樣長的傳動效率和使用壽命下降等問題，在多根三角帶的上底用一層薄的橡膠連接起來，習慣稱之為聯(lián)組三角帶的 v 型平帶，具有極大的優(yōu)越性，因而有出現(xiàn) v 型平帶取代包布式和切邊式三角帶的現(xiàn)象。這種三角帶與平帶結(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，與帶輪的接觸面積達，彎曲性好，長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙3帶輪縮小，使傳動裝置進一步小型化，節(jié)能化，可補償槽距誤差，彌補了多楔帶的缺點，在世界發(fā)達國家的生產(chǎn)量急劇增加。目前，多楔帶生產(chǎn)狀況在我國規(guī)模形成規(guī)模，生產(chǎn)設(shè)備基本為引進或吸收消化制造，產(chǎn)品質(zhì)量好持續(xù)大批量為汽車等多種機械傳動裝置配套。1.2.1 帶的類型（1）齒形多楔帶齒形多楔帶類似于齒形切邊 v 帶，即在楔部切成齒形，以提高帶的曲撓性能及帶的散熱性能，可明顯提高帶使用壽命。固特異公司研究表明，相同的氯丁橡膠材料多楔帶，高溫疲勞試驗普通多楔帶 66h，有齒多楔帶可達 167h。有齒多楔帶還可以降低對帶的裝配精度要求，但有齒多楔帶在使用時通過帶輪會帶進帶出氣流，產(chǎn)生有節(jié)奏的氣流聲。固特異 公司通過斜齒，DAYCO 公司做成不規(guī)則齒來抵消這種聲音，可較少 15db 左右的噪音。 （2）植絨多楔帶多楔帶傳動缺點之一是傳動噪音較大，在低速或角速度變化快使用時，以及一段時間后，楔面磨損，硬化和張力松弛，或在雨天沾到水后，傳動時會發(fā)出刺耳的尖叫聲，影響汽車的 NVH 性能。解決辦法之一是楔面留有 0.1～1.0mm 高強度短纖維。由于纖維摩擦系數(shù)穩(wěn)定，具有吸音功能，因此大大降低多楔帶傳動噪音。傳動多楔帶一般用特殊的研磨工藝來實現(xiàn)。研磨時，先將楔塊速磨成大致的楔形，然后低速濕磨，將橡膠磨掉，楔面露出一定長度的纖維。（3）彈性多楔帶彈性多楔帶最早應(yīng)用于白色家電上。原理是，帶的長度比輪系計算周長小，帶在裝配時，使用專用工具強制拉伸在固定的帶輪上，通過帶的彈性變形力使帶產(chǎn)生足夠的張緊力，在整個的過程中無需調(diào)整 張力，這樣可以省略張力調(diào)整機構(gòu)。近幾年，小型家用轎車為了簡化發(fā)動機前端附件輪系結(jié)構(gòu)也開始使用彈性多楔帶作為驅(qū)動用帶。彈性多楔帶一般使用扯斷伸長率大于 20%的高捻度纖維作為強力層線繩。（4）d EPDM 多楔帶近年來，多楔帶在汽車得到普遍應(yīng)用，而發(fā)動機室的溫度越來越高，有的要求橡膠能耐 150 攝氏度，瞬間能耐 170 攝氏度，傳統(tǒng)氯丁橡膠顯然達不到要求。由于 HNBR 過于昂貴，人們在研究發(fā)現(xiàn)小量的油污不對發(fā)動機前端的皮帶造成損長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙4害，可使用廉價耐熱性好多的三元乙丙橡膠作為多楔帶主題橡膠材料。但 EPDM耐磨性，高溫抗撕裂和動態(tài)性能不理想，與其他材料粘合差，這些都需要通過改性如添加 ZDA 或 ZDMA 和其他材料加以解決。EPDM 多楔帶耐高溫性能和高溫疲勞壽命明顯提高。1.2.2 疲勞試驗機發(fā)展現(xiàn)狀 傳動帶都是在動態(tài)狀態(tài)下使用的，有的使用條件極為苛刻，如汽車、農(nóng)用機械。如何模擬實況使用一直是傳動帶生產(chǎn)廠家和帶傳動研究重要課題。我國早在上世紀 70 年代末，中國農(nóng)機院、江漢機械研究所和哈爾濱工業(yè)大學等，為配合當時的農(nóng)機帶和石油機械用帶的研制，開始這方面的研究和疲勞實驗機的研制工作。疲勞壽命實驗分為無扭矩法和有扭矩法，前者亦稱曲撓機。我國目前采用無扭矩試驗機為適應(yīng)普通 V 帶新標準（GB1174-96）而研制的，即墨新城機械有限公司和江都明珠材料試驗機廠均有生產(chǎn)。試驗過程中實驗帶不傳遞扭矩，與帶輪之間無相對滑動，也不能使帶體內(nèi)的張力產(chǎn)生變化，僅能模擬帶通過帶輪時產(chǎn)生的曲撓，記其曲撓次數(shù)和伸長率，一般需要 5～7 天。它是通過減小帶輪直徑或加大初拉力來強化疲勞的，與傳動帶實際使用情況的相關(guān)性差。但該試驗方法由于相關(guān)因子單一，試驗設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、能耗小，是控制生產(chǎn)過程質(zhì)量好辦法。龍山橡膠廠自行設(shè)計一臺農(nóng)機 V 帶用曲撓試驗機。有扭矩疲勞壽命試驗能夠在較短的時間內(nèi)對傳動帶質(zhì)量有一個全面和較準確的評價，有扭矩法又可以分為開式和閉式兩類，開始的能量流動沒有形成閉合回路，電動機的能量全部有消耗裝置消耗掉，不符合節(jié)能要求。閉式則能夠?qū)⒉糠帜芰渴栈?，形成封閉的回路，節(jié)約了能源。封閉式又可以分為兩種，一種是電封閉式：加載裝置中裝有電機，發(fā)出的電回饋給電機一部分；另一種是機械封閉式：電動機所提供的僅僅是克服系統(tǒng)摩擦力所需要的功率，因此試驗中消耗的動力遠遠小于加到被試帶上的載荷，具有明顯的節(jié)能效果。國內(nèi)洛陽、上海、貴陽、無錫、開封隨引進設(shè)備進口德國的汽車 V 帶疲勞壽命試驗機。哈爾濱工業(yè)大學曾為原上海橡膠制品二廠、長春汽車研究所研制等汽車 V 帶疲勞壽命試驗機。長春光機學院參照克萊斯勒汽車公司標準為遼陽機帶廠設(shè)計過一臺多楔帶壽命強化試驗臺。無錫貝爾特還引進汽車多楔帶疲勞壽命試驗機，可做高溫疲實驗。該機采用機械封閉原理，用電磁加載器加載。通過調(diào)節(jié)加載器工作電流的大小，可調(diào)節(jié)所加負載的大小。該機具有較好的節(jié)能效果，節(jié)能可達 63％以上。它采用 PLC 控制，試驗數(shù)據(jù)可根據(jù)要求進行分段或即時打印。王潔民發(fā)明的“Ｖ帶全功能動態(tài)性能試驗裝置” ，利用現(xiàn)有Ｖ帶機械封閉試驗機的原理，并以其基本組成封閉試驗系統(tǒng)的主動軸總成進行簡化，并以此軸為對稱軸，在其反方向再增加一套同樣的封閉試驗系統(tǒng)，聯(lián)軸器使兩個封閉試驗系統(tǒng)長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙5共用一個主動軸總成。這兩個封閉試驗系統(tǒng)組合后形成了兩個各自獨立的封閉力流，而兩試驗系統(tǒng)又組成了相互影響的整體，該裝置可進行各種Ｖ帶的有扭矩和無扭矩的全部動態(tài)性能試驗。主要目的是用于多楔帶的斷面性能測試，對多楔帶的性能在較短的時間內(nèi)給出一個較為正確的評估，其中主要包括帶的測試方法，測試裝置，帶輪直徑，電力負荷以及對實驗所得的數(shù)據(jù)進行必要的說明與解釋。該試驗機為多楔帶的曲撓疲勞試驗機，即帶在試驗的過程中不收到扭矩的影響。實驗帶的尺寸是 1200mm± 10mm，用這種長度的實驗帶所得到的數(shù)據(jù)即被認為同等質(zhì)量長度和技術(shù)規(guī)格的所有帶的有效數(shù)據(jù)。1.2.3 技術(shù)要求 目標和要求：① 帶長：1200±10mm；② 主動輪轉(zhuǎn)速：3300 轉(zhuǎn)/分；③ 帶張力：400.5N；④ 帶速：10.4m/s；⑤ 試驗溫度：100℃——130℃；⑥ 帶寬：6 楔；⑦ 試驗拉力：800N長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙6第 2 章 機構(gòu)總體設(shè)計方案2.1 機構(gòu)原理機械系統(tǒng)功能設(shè)計的原理內(nèi)容是構(gòu)思能夠?qū)崿F(xiàn)功能目標的解法原理，功能原理設(shè)計首先通過調(diào)查研究確定符合當時技術(shù)發(fā)展的明確的功能目標，然后進行創(chuàng)新構(gòu)思尋求新的解法原理并進行原理認證，最后選擇較為合理的方案。2.1.1 功能及其分類（1）功能的描述十九世紀四十年代，美國通用電氣公司的工程師邁爾斯首先記住了功能的概念，它和人們常說的共用用途性能和能力等概念既有區(qū)別又有聯(lián)系，功能的描述要正確簡潔，抓住本質(zhì)。不同的功能定義會產(chǎn)生不同的思想設(shè)計和方法，尋求到不同的功能載體，得出完全不同的設(shè)計方案。系統(tǒng)工程常用“黑箱法”來描述功能，對于復雜的未知系統(tǒng)猶如不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的黑箱，可以利用外部觀測，通過分析黑箱與周圍環(huán)境的聯(lián)系，輸入與輸出，了解其功能特性從而進一步探求其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原理。把待求系統(tǒng)看作黑箱分析比較系統(tǒng)輸入輸出的能量，物料和信號，輸入和輸出的轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而確定系統(tǒng)的功能，魔塔型汽車威帶，多楔帶疲勞試驗機，主要是用來檢測威帶，多楔帶的疲勞壽命，通過試驗對其質(zhì)量給于一個正確的評價，從而使生產(chǎn)廠家努力提高帶的生產(chǎn)質(zhì)量，以適應(yīng)現(xiàn)代市場的發(fā)展要求。（2）功能的分類從不同的角度出發(fā)，功能可以有各種不同的分類。按其性質(zhì)，用途重要程度和邏輯關(guān)系可將功能如下分類：基本功能與輔助功能 基本功能是產(chǎn)品所具有的用于滿足某種需求的效能也就是產(chǎn)品的用途和使用價值，多謝帶疲勞試驗機主要對多謝帶的斷面性能做一測試看其質(zhì)量如何，輔助功能是以基本功能并存的，次要的附帶的功能。多楔帶疲勞試驗機暫無其輔助功能。目的功能和手段功能 任一功能的存在都是有目的的，因此任何功能不論是基本功能還是輔助功能都可以視為目的功能，而該目的功能往往又是實現(xiàn)另一目的的手段，相對于另一功能來說，它又是一種手段功能。多楔帶疲勞試驗機長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙7其目的功能是對于多楔帶的質(zhì)量水平的提高得以正確的評估，而此目的又是為了提高多楔帶壽命與質(zhì)量的一種手段。使用功能和表現(xiàn)功能 使用功能是指產(chǎn)品的實際使用價值。表現(xiàn)功能是在使用功能的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品起美化裝飾作用的功能，它是通過造型設(shè)計來實現(xiàn)的。必要功能和不必要功能 必要功能是指用戶所需要的功能，包括產(chǎn)品的基本功能和輔助功能，也包括使用功能和表現(xiàn)功能，反之則稱為不必要功能。2.2 功能原理方案設(shè)計基于功能原理方案設(shè)計包括原理方案的功能原理分析，功能分解，分功能求解和功能原理方案確定等五項內(nèi)容，就是求取一個最佳的功能系統(tǒng)的解，構(gòu)成一個原理方案，實現(xiàn)所提出的創(chuàng)造目標，并滿足周邊的各種限制條件。2.2.1 功能你原理分析任何一個機械產(chǎn)品的功能目標確定后，經(jīng)過功能分析和綜合，就能針對產(chǎn)品的主要功能提出一些原理方案，對于多楔帶疲勞壽命的測試，總體原理方案可以是主張力曲撓運轉(zhuǎn)試驗，多轉(zhuǎn)鼓曲軌運轉(zhuǎn)試驗，沖擊試驗，動態(tài)接頭試驗等。不同的原理方案和加工工藝會有不同的設(shè)備，原理方案還與執(zhí)行功能工藝過程及執(zhí)行元件有著密切的聯(lián)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共比較選擇。（1）功能分解產(chǎn)品和技術(shù)系統(tǒng)的總功能稱為產(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)都比較復雜，難以直接求得滿足功能的原理解?？衫孟到y(tǒng)工程的分解性原理將功能系統(tǒng)按總功能，分功能，功能元進行分解，化繁為簡，以便通過個功能元件的有機組合求得技術(shù)系統(tǒng)解。功能分解可示為樹狀的功能結(jié)構(gòu)，稱為功能樹，功能樹起源于總功能，按分功能，二級功能求解，末端功能元，功能元是可以直接求解的最小組成單元。總功能確定后，功能分解可按一下方法進行a 按解決問題的因果關(guān)系或目的手段進行分解。功能樹起源于相當于總功能的樹干，實現(xiàn)總功能這一目的所需要采用的全部手段構(gòu)成一級分功能，這些分功能相當于樹枝，實現(xiàn)這一級分功能目的的手段又構(gòu)成了二級分功能，構(gòu)成了小樹枝，如此分解，知道分解到可以直接求解的位于樹枝末端的功能元為止。b 按照工藝過程的空間順序或時間順序來分解，為了更好的尋求機械產(chǎn)品的工作原理方案，將機械產(chǎn)品的總功能分解為比較簡單的分功能是一種行之有效的方法，通過功能分解可使用每個分功能的輸入量和輸出量關(guān)系更為明確，因長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙8而可以比較易求得各分功能的工作原理解。2.2.2 功能求解分功能求解的基本思路可以簡明的描述為分功能——作用原理——功能載體，作用原理是指在某一功能載體上有某一物理效應(yīng)實現(xiàn)的某一個功能的動作原理，這里的工作原理包括基礎(chǔ)科學揭示的一般科學原理和應(yīng)用研究證實的技術(shù)原理，分功能求解的目的是尋求完成分功能的作用原理和功能載體，其主要方法有調(diào)查分析法，創(chuàng)造性方法和設(shè)計目錄法。a 調(diào)查分析法 根據(jù)當前國內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展狀況，大量查閱有關(guān)文獻資料調(diào)查分析已有同類產(chǎn)品的優(yōu)缺點，構(gòu)思滿足分功能要求的作用原理和功能載體，在調(diào)查過程中，調(diào)查面盡可能放寬一點，或許能得到一些新的啟示，例如采用方法學和生物工程方法，有意識的研究大自然及動植物生態(tài)特點有益于尋求新穎實用的功能解和技術(shù)方案。b 創(chuàng)造性方法 創(chuàng)造性方法是指設(shè)計人員憑借個人的經(jīng)驗，智慧，靈感和創(chuàng)造能力，采用智暴法，類比法和綜合法等方法來尋求各種分功能的原理解。c 設(shè)計目錄法 設(shè)計目錄是一種設(shè)計信息庫，它把設(shè)計過程中的大量信息有規(guī)律的加以分類，排列和存儲，以便于設(shè)計者查找和調(diào)用。2.3 功能原理方案確定由于每個功能元的解有多個，因此組成機械的功能原理方案可以有多個功能原理方案的組合，可以采用形態(tài)矩陣就行綜合分析。形態(tài)矩陣學是一種系統(tǒng)的搜索和程式化求解的分功能組合求解方法，形態(tài)矩陣法是進行機械系統(tǒng)組成和創(chuàng)新的基本途徑，得到多種可行方案后，經(jīng)過篩選，評價可以獲得最佳方案。形態(tài)矩陣法的運用步驟如下：（1）通過總體功能分解可以求得若干分功能 這種總功能分解往往要與機械的工藝動作過程聯(lián)系起來考慮，使分功能的動作能夠用一類的執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)。（2）功能分解 這就是要從分功能的性質(zhì)來尋求實現(xiàn)的工作原理，然后從功能原理尋求功能載體。（3）方案組成 在功能分解和功能求解的基礎(chǔ)上，利用形態(tài)學矩陣進行方案綜合，在全體方案中還必須考慮相容性條件，直接條件等。因此有些方案并無存在價值或價值不大，可以在初步篩選時去除。（4）方案評價和選擇 由于根據(jù)形態(tài)學矩陣法所得到的可行方案數(shù)量很大，所以必須先進行評估，初評的標準是可以定位新穎性，先進性和實用性，把一長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙9些不好的先加以篩除，然后用適合該類機械系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標進行綜合評價，選擇出綜合最佳的方案。多楔帶疲勞試驗機的形態(tài)學矩陣功能分解1 2 3 4動力源 汽油機 柴油機 電動機 液壓馬達傳動裝置 同步帶傳動 鏈傳動 齒輪傳動 蝸桿傳動加載裝置 重物加載 機械式加載 氣壓加載 液壓加載表 2.12.3.1 動力源選取動力系統(tǒng)是一臺機器的重要組成部分，只有選取了合適的動力裝置，試驗機才能夠穩(wěn)定的工作充分發(fā)揮其功效，因此首先要選取一個合適的動力裝置。常用的動力源有汽油機，柴油機，電動機，液壓馬達等。其各自的特點如下：汽油機的主要特點是結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，便于移動，轉(zhuǎn)速高，能很快達到滿載運轉(zhuǎn)，但燃料價格高昂，依然廢氣會造成大氣污染，汽油機常用于汽車方面。柴油機的主要特點是工作可靠，壽命長，便于維護，但初始成本較高且廢氣會污染大氣，其應(yīng)用較廣。由于汽油機和柴油機二者成本均比較昂貴且產(chǎn)生污染氣體，在此疲勞試驗機中不易采取二者作為動力源。電動機初始成本較低，運轉(zhuǎn)費用很低，維護要求較少，功率范圍較廣。由電動機的以上特點以及結(jié)合疲勞試驗機的工作情況，選擇電機作為動力源比較合適。而電動機又有著幾種類型，直流的，交流的，同步的，異步的。直流電動機可通過改變電樞的電阻，電壓或改變磁通進行調(diào)速，而交流電動機通常是不調(diào)速的，需要時則可以通過變頻，變極或轉(zhuǎn)差率進行調(diào)速。由于試驗中不需要變速，因此應(yīng)該選取交流電機。交流電動機又有同步和異步之分，交流同步電機的特點是恒轉(zhuǎn)速，功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，提供勵磁的直流電源，價格貴。交流異步電機結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，常用于載荷平穩(wěn)，不易調(diào)速，長期工作的機器。從二者的比較可以看出，應(yīng)該使用交流異步電機。綜上所述，此疲勞試驗機選取交流異步電機作為其動力源。長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙102.3.2 傳動裝置設(shè)計從電機出來的動力需要經(jīng)過一傳動裝置將動力傳動到繞有實驗帶的軸上，因此要選取一個適合的傳動裝置。常用的傳動裝置有帶傳動，鏈傳動，齒輪傳動，蝸桿傳動等，各自的特點如下：（1）帶傳動 帶傳動的特點是結(jié)構(gòu)簡單，軸間距里范圍較廣，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，能夠緩沖吸振，有過載保護，安裝維修技術(shù)不高，成本低，外廓尺寸大，摩擦型有滑動的特點。傳動帶又有不同的類型，有同步帶，平帶，多楔帶，V 帶等，不同的傳動帶有不同的使用場合，平帶的運用范圍較廣，主要缺點是沒有恒定的傳動比，而同步帶卻有精確的傳動比，不易打滑。多楔帶可以提供較大的摩擦力，常用于大功率的傳動中。由于此疲勞試驗機工作是需要運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，且要有恒定的傳動比，可以優(yōu)先考慮同步帶傳動作為其傳動裝置。（2）鏈傳動結(jié)構(gòu)簡單，軸間距范圍大，傳動比恒定，能在惡劣的環(huán)境下工作，工作可靠，作用在軸上的力小，瞬時速度不均勻，不如平帶傳動平穩(wěn)，鏈磨損伸長后易產(chǎn)生震動，掉鏈，常用于重型機械。再加上其轉(zhuǎn)速較高時容易發(fā)生脫鏈現(xiàn)象和磨損加劇，降低了使用的壽命，故不可選取鏈傳動。（3）齒輪傳動齒輪傳動的類型很多，其優(yōu)點是具有恒定的傳動比，但軸間距較小，制造與安裝精度較高，常用于一些重要的傳動中。由于疲勞試驗機傳動距離較遠，不能選用齒輪傳動。（4）蝸桿傳動傳動比較大，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小，結(jié)構(gòu)緊湊，軸間距離較小，且制造工藝比較復雜。由于其軸間距離較小，也不易作為傳動裝置。比較以上各種傳動裝置，且結(jié)合疲勞試驗機的工作情況，由于其中心距較長且需要在一個平穩(wěn)的條件下工作，，故選擇帶傳動為最佳，傳動帶為梯形齒同步帶。2.3.3 加載裝置 常用的加載裝置有機械加載，重物加載，氣壓加載，液壓加載等方式。在此疲勞試驗機中其加載裝置的主要作用是給測試帶提供一個恒定的張緊力。機械式加載常用于重型機械中，氣壓加載和液壓加載也不適用于此處，在這里選擇重物加載最為合適。綜上所述，此多楔帶疲勞試驗機應(yīng)該選交流異步電機作為其動力源，同步帶傳動作為其傳動裝置，重物加載作為其加載裝置。長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙11第 3 章 疲勞試驗機各部分計算3.1 多楔帶疲勞試驗機設(shè)計計算3.1.1 選擇電機 電動機有直流電機和交流電機之分。直流電動機通?？梢酝ㄟ^改變電機電阻，電壓 以改變磁通進行調(diào)速，交流電動機通常是不調(diào)速的，需要時則可通過變頻成彎轉(zhuǎn)差進行調(diào)速。疲勞試驗機是不需要調(diào)速的，所以運用交流電動機。交流電動機又有同步和異步之分，交流同步電機通常用于不調(diào)速的低速和大功率機器。而交流異步電機常用于載荷平穩(wěn)長期工作的機器，因此選用交流異步電機。3.1.2 計算功率 得由 NnDp·k109N216???（3-7.85KW1.3095.K109P662 ??1）其中正壓力 N= （3-N27cos28?2）—摩擦系數(shù)?—小帶輪直徑，單位 mm2D—小帶輪轉(zhuǎn)速，單位 r/minnK—載荷系數(shù)查手冊，由所需功率可選取 Y33 小型三相異步交流電動機，此電機是我國近年來研制成功的節(jié)能型電機，其應(yīng)用面廣，產(chǎn)量大。根據(jù)實驗條件和傳動功率大小可選取電機型號為 Y160M-4 的三相異步交流電機，其額定功率為 3kw。轉(zhuǎn)速為 1460r/min，效率為 88.5%功率為 0.85 質(zhì)量 m=114kg長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙123.2 同步帶傳動的設(shè)計計算同步帶有梯形齒和弧齒兩種。梯形齒為常用的同步帶齒形，傳遞的功率較小?；↓X同步帶的齒形為曲線。其結(jié)構(gòu)與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當承載能力較高，常用于大功率的傳動之中，由上可見此疲勞試驗機的傳動裝置應(yīng)該選為梯形齒的同步帶。設(shè)計步驟要求3.2.1 給出傳動要求（1）原動的名義功率：Pm=3kw（2）主動軸轉(zhuǎn)速 =1430r/min 從動輪轉(zhuǎn)速： =3300r/min1n2n（3）中心距要求：500mm 左右（4）原動機：3kw 異步交流電（5）工作機：疲勞試驗機（6）運轉(zhuǎn)時數(shù)：每天 8—10 小時3.2.2 選擇帶的節(jié)距（1）求出設(shè)計功率 Pda 由表查得載荷修正系數(shù) =1.2，因未使用張緊輪，故表 ，由于是增速運0k3A動，表 查得增速傳動修正系數(shù)為 =1.24A1b.計算設(shè)計功率（3-3.84kw2.071.Pmk10d ???3）選擇帶的距由 =3.84kw 和小帶輪轉(zhuǎn)速 =3300r/min 查圖可選擇 L 型帶對應(yīng)的節(jié)距為dp2n9.525mm。確定帶輪直徑和帶節(jié)線長由表 得：L 型帶，小帶輪轉(zhuǎn)速 =3300r/min 時，帶輪最小徑用 =18，取最1A1n2Z小帶輪齒數(shù) =18。2Z傳動 （3-3014ni21?長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙134）故 = =41.5，按標準帶輪齒數(shù)取1Z302?40Z?小帶輪直徑： （3-m6.54ZPd22??5）大帶輪直徑： （3-3.1d16）3.2.3 選擇帶長帶長 （3-1802dacosL21p ）（）（ ???????7）經(jīng)計算求的 （先知 a=500mm） ， mm o21.3asin??）（ 5.1278Lp?（3-8）選擇標準帶長 =1289.05mm，該帶的齒數(shù)為 132pL（3-m502.17805.92a00 ???????9）3.2.4 選擇標準帶寬（1）確定基準額定功率小帶輪齒數(shù) =18 直徑 =54.6mm）轉(zhuǎn)速 =3300r/min。由表求得 L 型帶的1Z2d2n基準額定功率 =2.23kw0p（2）確定額定功率 p首先計算需要的帶寬 ，選擇標準帶寬。sb（3）驗算工作能力a 嚙合齒數(shù)系數(shù) 嚙合 zk（3-69Zc2PZent21bm??????????）（?長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙1410） 1Z?kb 帶寬系數(shù) kw（3-14.s0w??????11） L 型帶 =25.4mms0bc 額定功率 p （3-kwbzk14.s0?12）3.2.5 選擇帶寬 3根據(jù)設(shè)計要求。 pd?故帶寬 查表選擇帶寬帶號為 150L 型帶寬mkzd6.35)b14.0s??（其中 mm.38s?3.2.6 工作能力驗算（3-kw10VmvbTkp320sawz ????）（13）許用工作拉力查表得 85.2a?帶的長度質(zhì)量查表得 m=0.448kg帶的圓周速度 s/m0.96nzpv1d工作能力驗算（3-kw76.2.106.3.148.027658.210.7651p 324. ??????????????????? ?長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙1514）額定功率大于設(shè)計功率，故帶的傳動能力足夠3.2.7 結(jié)果整理帶：選用 L 型同步帶， =9.525mm =132. .dpbzm1289Lp?6.35bs?帶輪 =121.3mm 18z?402?6.52傳動中心距 a=505mm其余略3.3 軸的設(shè)計與計算3.3.1 軸的種類與特點軸是組成機械的一個重要零件。它支撐著其他轉(zhuǎn)動件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩。同時又通過軸承和機架連接，所有軸零件都圍繞軸心線做回轉(zhuǎn)運動，形成了一個以軸為基準的組合體——軸部件。所以在軸的設(shè)計中，不能只考慮軸本身，還必須和軸系零部件的整個結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來。軸按承受載荷不同可分為轉(zhuǎn)軸，心軸與傳動軸，此疲勞試驗機既承受彎矩又承受扭矩。故此主動軸為轉(zhuǎn)軸。按形狀又可分為階梯軸，空心軸等。3.3.2 軸的常用材料軸的材料種類很多設(shè)計時主要根據(jù)對軸的強度，剛度，耐磨度等要求為采用的熱處理方式。同時考慮到選工藝問題加以選用為求經(jīng)濟合理。軸的采用材料35,45.50 優(yōu)質(zhì)碳素鋼。最常用的是 45 剛。多楔帶疲勞試驗機中主動軸與從動軸的材料均選為 45 號鋼。3.3.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計決定于受載情況，軸零件的布置和固定方式。軸承的類型和尺寸，軸的主坯制造和裝配工藝及安裝，運輸條件。軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量減小應(yīng)力緩沖，受力合理，有良好的工藝性并使軸的零件定位可靠，裝拼方便，對于要求剛度大的軸還應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮減小軸的變形。由于影響軸的因素較多，顧軸不可能有標準的結(jié)構(gòu)形式，必須根據(jù)情況具體分析比較，確定方案。長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙16圖 3-1 主動軸示意圖由于軸的材料是 45 號鋼，查表可知 E=216mpa。（3-15）NFr123F121r ??（3-6.48.5?16）又以上兩個式子可得到 =350N， =873N1rF2r取 d=35mm得Ｉ＝ （3-744 0.3205.?????d?17）撓度 （3-18）mEIlF045.14.0216387931 ?????撓度 ｍｍ （3-19）9..57932??Il從而可知 ????21,故可取直徑ｄ＝３５ｍ3.3.4 軸的強度校核計算進行軸的強度校核計算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體負載及應(yīng)力情況，采用相應(yīng)的計算方法，并恰當?shù)倪x取其許用應(yīng)力。對于僅僅（主要）承受扭矩的軸（傳動軸） ，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強度條件計算；對于只承受彎矩的軸（心軸）應(yīng)按彎曲強度條件進行計算；對于既受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸） ，應(yīng)按彎扭合成強度條件進行計算。需要時還應(yīng)按疲勞強度進行精確校核。此外對于瞬時過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對稱性較為嚴重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強度，以免產(chǎn)生過量的塑性變形。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為：長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙17（3-??ttt dnpWT????32.09520）式中 ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPaT?T——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——計算載面處軸的直徑 mm由此可得 （3-??12npA0.29530T???21）對于直徑 d 100mm 的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大 5%-7%。有兩個鍵槽時應(yīng)增?大 10%-15%然后將軸圓整為標準直徑。故可取 18min?3.3.5 精確校核軸的疲勞強度截面 AⅡⅢB，只受扭矩作用，雖然鍵槽軸肩及過度配合的引起的應(yīng)力基中將旋轉(zhuǎn)軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕確定的，所以截面 AⅡⅢB 均無需校核。從應(yīng)力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面 V 的應(yīng)力集中的影響和截面Ⅳ的相近，但截面 V 不受扭矩作用，同時軸徑也比較大。不必做強度校核，截面c 雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，而且這里的軸的直徑是最大的，故截面 c也不必進行校核，截面Ⅵ和Ⅶ顯然不必校核。由機械設(shè)計第三章可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈配合小，因而該軸只需按截面Ⅳ兩側(cè)即可。截面的右側(cè)抗彎截面系數(shù)：（3-33m40d1.w?22）彎矩及彎曲應(yīng)力為（3-Nm13567620918M???長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙1823）（3-aMP89.30156wb????24）其中 ——彎曲應(yīng)力bM——彎矩過盈配合的 用插值法求之并取 于是得0k?b2k8.0??（3-16.3b??53.16.8??27）查表可得表面質(zhì)量系數(shù)為 92.0b???（3-8.1.67.0821kab ???????28）（3-62.19.082.1k22 ??29）又可得到碳鋼的特性系數(shù)，1.0??5.2于是計算安全系數(shù) 值cas（3-21.0mkSab1??????30）故可知其安全截面Ⅳ左側(cè)抗彎截面系數(shù) w=0.1 （3-3332746m650.1d???31）長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙19截面Ⅳ左側(cè)的彎矩 M （3-135Nm76-125048???32）截面 c 的彎曲應(yīng)力 （3-.PaWb?33）軸的材料為 45 號鋼，調(diào)制處理，由表查得 640MPaB??275Pa1-??截面 由于軸肩而形成的理論應(yīng)力系數(shù) 及 均可按表查詢。因 =0.03 ? br?dr經(jīng)插值查得 =2.0 1.0367dD?6?又可查表 =0.82 =0.65bq?故有效應(yīng)力系數(shù)按式為：（3-82.10.82.121kb ????????）（）（?34）由圖的尺寸系數(shù) =0.07 由圖標查得的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為 0.82，軸按磨制加工由??圖查得表面質(zhì)量系數(shù) = =0.92 軸未經(jīng)表面強處即 =1，則可得到綜合系數(shù)b?2 q?為（3-5.31pkbb????35）所以軸在截面左側(cè)的的安全系數(shù)為（3-75.201.89.3257mkSab ?????????36）故該軸截面右側(cè)的強度也是足夠的。由于本軸最大的彎曲時過載及嚴重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。3.4 主動軸軸承設(shè)計計算由于此主動軸美歐承受軸向載荷，故可選用深溝球軸承，軸承的型號選擇條件：軸承承受徑向載荷 F=873N，軸向載荷 F=0N，軸承轉(zhuǎn)速 3300r/min。 ，運轉(zhuǎn)時無沖擊，預期壽命 5 年。初步計算動載荷 P長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙20查看 取 查表得 x=1，載荷系數(shù) =1rpFf??2.10fp??fp?ｐｆ（3-N873137）求軸承應(yīng)有的基本額定動載荷（3-N75.8103825687310Lhn6pc106Ｋ３６ ?????38）按照軸承樣本設(shè)計手冊選得 c=９．５ＫN 的１００９０７型號的軸承，基本額定靜載荷 =６．８ＫN0c驗算如下 求動載荷 0pP= Ｎ （3-8731??39）（3-h182504h6095301pcn60L31h ???）（）ｆ（ ｔ ?40）即高于預期計算壽命，故滿足要求。3.5 張緊輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算帶有張緊輪軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙21圖 3-2 從動軸示意圖（3-NFr8021??41）（3-34652?r42）由以上兩個式子可得到 NFrr179,921?軸的材料為４５號鋼，查表可知其Ｅ＝２１６ aMP90?取ｄ＝５０ｍｍＩ＝ （3-644 10.3205.1????d?43）撓度 （3-?????????mEIFl 014.6.012398344）故可?。洌剑担埃恚磔S承的計算（3-NXFfPrp179???45）求軸承的基本額定動載荷值Ｃ＝ （3-31063106 3082579???nLfht46）選擇型號７０００１１０型號的深溝球軸承 KNCr 1.3,1.60?驗算如下：Ｐ＝１ N179??（3-hPcfnLth 182501790.6306601 3130 ???????????????47）故滿足要求長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙22第 4 章 設(shè)計與人機工程學工業(yè)生產(chǎn)中，所有的機器設(shè)備都需要由人操縱控制。即使是全自動的控制系統(tǒng)或機器人操作系統(tǒng)也需要人的監(jiān)控和維護。人是生產(chǎn)的核心和主導，而人，機器與工作環(huán)境形成一個不可分割的系統(tǒng)整體。在人機系統(tǒng)中應(yīng)用分析利用人和機器的不同點，協(xié)調(diào)配合，提高工作效率。另外根據(jù)調(diào)查 58%-78%的工業(yè)事故是由于對人機系統(tǒng)中人的因素估計不足造成的。汽車運輸和化工部門的事故 90%以上是出于人的判斷錯誤操作。因此，進行工程設(shè)計時如何保證人機系統(tǒng)的可靠和安全也是極為重要的。人機工程學的要就目的是運用科學知識是人-機器-環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一并形成有機的聯(lián)系，創(chuàng)造舒適安全的工作環(huán)境，適合人的生理和心理要求；使人操作省力，準確而提高工作效率。人機工程學作為一門獨立的邊緣學科已有四十多年了。人機工程學在美國叫做“Human Engineering”，西歐國家稱為“Ergonomics” ?！癊rgonomics”一詞由兩個希臘的詞根組成，ergo 意為出力，工作，nomics 意為正?；?，規(guī)律。由此可知 Ergonomics 的含義是人出力正常化或人的工作規(guī)律。在日本稱為人間工學，也就是研究人機間關(guān)系的一門學科。4.1 根據(jù)人體尺度確定設(shè)備的合理尺寸進行設(shè)備設(shè)計和作業(yè)空間布置時，要根據(jù)工作要求和操作使用對象的不同，確定合理的尺寸。如站著或坐著操作的機器和控制臺，在高度和寬度上均會有不同。同樣的站姿工作臺對美國人，法國人或日本人合適的高度也不一樣。要明確設(shè)備的合理尺寸，必須了解人體的基本尺寸。人體的尺度由于國家，地區(qū)，民族，性別，年齡和生活狀況等的不同而有差異。必須根據(jù)大量調(diào)查及數(shù)理統(tǒng)計回歸分析才能得到一些參考值，列出我國人體尺度的均值和標準差。根據(jù)人體各部分尺與身高的比例可以較合理的確定相應(yīng)的設(shè)備高度與工作高度，使工作時位置舒適，作用合理。如人體舒適的坐姿關(guān)節(jié)角度，肩部與臀部應(yīng)同時支承身體。據(jù)此可設(shè)計較合理舒適的控制臺，駕駛室及旅游座椅。重要的人機系統(tǒng)設(shè)計還常根據(jù)人體尺度確定數(shù)學模型或制造關(guān)節(jié)可活動的人體模型放到以設(shè)計好的操縱系統(tǒng)或控制系統(tǒng)中檢查所有的相關(guān)尺寸是否合用，對改進完善設(shè)計很有好處。4.2 根據(jù)人體的力參數(shù)合理設(shè)計操縱裝置人在操縱手柄，手輪或 杠桿時，單手的合理操縱力約為 30-120N，右手為40-140N，左手為 30-120N，雙手操縱力約為 250N。一般人的握力約為 350N 左右。當操縱力大于 50-150N 或操縱力小于 50N 但連續(xù)操縱時，一般采用腳動代替手動。腳的合理操縱力約為男子 430N-480N，女子 300-350N。長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙23總 結(jié)本文在系統(tǒng)的分析了國內(nèi)外多楔帶的研究與發(fā)展的基礎(chǔ)上，介紹了多楔帶疲勞試驗機的結(jié)構(gòu)及其特點性能。隨著橡膠事業(yè)的蓬勃發(fā)展和科學技術(shù)的突飛猛進，對多楔帶的質(zhì)量的要求越來越高。應(yīng)用該疲勞試驗機主要是為了得到能夠正確評估多楔帶質(zhì)量的數(shù)據(jù)，從而進一步調(diào)高多楔帶質(zhì)量。該疲勞試驗機以交流異步電機作為動力源，通過同步帶傳動將電機輸出的動力傳送到裝有實驗帶輪的軸上，帶輪上繞有多楔帶，使其形成一條封閉的曲線，同時通過重物加載裝置給測試帶施加恒定的張緊力。讓多楔帶在張緊力的作用下繞著實驗帶輪旋轉(zhuǎn)。在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗公式有不一致的地方，不同公式的計算結(jié)果有的相差很大。在設(shè)計計算時，通過查閱相關(guān)資料并向有經(jīng)驗的人士詢問在導師幫助指導下完成了尺寸設(shè)計部分。在完成了整體設(shè)計后在計算機上進行圖紙繪制，使用AutoCAD等繪圖軟件完成了設(shè)計的制圖部分。通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅培養(yǎng)了我正確的設(shè)計思想,同時也讓我掌握了機械設(shè)計的一般程序和方法，以及鍛煉了我綜合運用知識的能力。在本次設(shè)計過程中，我大量閱讀了各種技術(shù)資料及手冊，不僅認真探討了懸掛系統(tǒng)領(lǐng)域的各種問題，而且對零件進行了比較全面的分析。因此，本次設(shè)計不僅加深了自己對專業(yè)所學知識的理解和認識，而且也拓寬了自己的知識面。長 春 大 學 畢業(yè)設(shè)計論文紙24參考文獻[1]濮良貴，紀名剛，機械設(shè)計[M].北京，高等教育出版社 2001[2]張展，非標準設(shè)計手冊北京[M]，兵器工業(yè)出版社 1993[3]朱孝錄，中國機械設(shè)計大典[M]，江西科學技術(shù)出版社 2002[4]劉鴻文，材料力學[M]，高等教育出版社 2004[5]成大先，機械設(shè)計圖冊[M]，北京化學工業(yè)出版社 2000[6]于駿一，鄒青，機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]，機械工業(yè)出版社 2004[7]張展. 機械設(shè)計通用手冊[M]. 北京：中國勞動出版社，1994.3.[8]蔡耀輝. 實用機械設(shè)計手冊[M]. 北京：機