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1、 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 中文題目 1KN 電子萬能試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)設(shè)計(jì) 英文題目 Design of Structure for 1KN electronic universal testing machine 學(xué)生姓名 張彥波 班級 410704 學(xué)號(hào) 41070425 學(xué) 院 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 陳菲 職稱 副教授 摘要 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對機(jī)械產(chǎn)品的要求也越來越高。機(jī)械產(chǎn) 品需要滿足社會(huì)的需要，就

2、應(yīng)該具有高精度、高效率、通用性和靈活性 等性能，加上機(jī)械產(chǎn)品不斷加快的更新?lián)Q代速度，因此對檢驗(yàn)設(shè)備也相 應(yīng)地提出了精度高、效率高、通用性好和靈活性強(qiáng)的要求。電子萬能試 驗(yàn)機(jī)作為試驗(yàn)機(jī)床家族中的高端產(chǎn)品，在現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)被越來越 多的采用，具有機(jī)型美觀，操作簡單，系統(tǒng)工作可靠，測量精度高等特 點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)為 1KN 拉壓萬能試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)機(jī)本體仿照 WDW- 100C-1000C 進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)上可滿足相應(yīng)的參數(shù)要求，試驗(yàn)機(jī)重要部分 的強(qiáng)度和剛度經(jīng)過軟件的模擬分析，滿足可靠性試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)要求。 關(guān)鍵詞：加工中心；試驗(yàn)機(jī)；可靠性；拉壓力；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Abst

3、ract With the continuous development of science and technology, the requirements of mechanical products have become more sophisticated.Mechanical products need to meet the needs of society, they should have high accuracy, high efficiency, versatility and flexibility performance．Coupled with the co

4、ndition that upgrading speed of mechanical products is accelerating,so the machine equipment is raised correspondingly high precision, high efficiency, good versatility and flexibility requirements. Electronic universal testing machine，as a high-end product of the CNC machine tool family ，is being m

5、ore and more used in the field of modern machinery industry ,its capacity with Beautiful models, Simple Operation , high precision, High efficiency, high versatility features. Testing machine plays an important role on todays Machining Center, whose reliability has a huge effect on machine reliabili

6、ty. In order to improve the MTBF level of Machining Center, it is significant to invent a testing bed to test the reliability of Various materials. The article is the strutural design of the 1KN tension and compression testing machine.the test rig design ontologies modeled on the WDW-100C- 1000C, th

7、e structure can meet the requirement of the Requirements of the corresponding parameters.The strength and stiffness of important part of test bench is simulated by analysis software to meet the reliability test requirements. Keywords：Maching Center； Reliability；Tensiler；Structural Design 目錄 ABSTRACT

8、.......................................................................3 第 1 章 緒論 ......................................................................6 第 1 節(jié) 試驗(yàn)機(jī)的定義 .......................................................................................................6 第 3 節(jié) 試驗(yàn)機(jī)行業(yè)發(fā)展展望 ............

9、...............................................................................8 第 2 章 1KN 拉壓試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)概述 .............................9 第 1 節(jié) 總體設(shè)計(jì) ...............................................................................................................9 第 2 節(jié) 部件設(shè)計(jì) ................................

10、...............................................................................9 2.1 變速箱的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................9 2.1.1 傳動(dòng)的選擇 ....................................................................................

11、......................................9 2.2 帶輪的設(shè)計(jì) .................................................................................................................14 2.3 絲杠的定位與固定 ....................................................................................................15 2.4 光杠的固定 ........

12、........................................................................................................16 2.5 夾具的設(shè)計(jì) ................................................................................................................17 第 3 章 尺寸設(shè)計(jì) .........................................................

13、...19 第 1 節(jié) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)選擇 .............................................................................................19 1.1 技術(shù)指標(biāo)（主機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)指標(biāo)） ............................................................................19 1.2 傳動(dòng)比的確定及分配 .......................................................................

14、.........................19 1.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 ........................................................................................................19 1.4 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù) ....................................................................................20 第 2 節(jié) 零部件尺寸設(shè)計(jì) ...................................

15、..............................................................22 2.1 帶輪的設(shè)計(jì) ................................................................................................................22 2.1.1 第一級同步齒形帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) .................................................................................22 2.2 軸的設(shè)

16、計(jì) ....................................................................................................................31 結(jié) 論 ................................................................................34 致 謝 ................................................................................35 參 考 文

17、 獻(xiàn) ....................................................................36 第 1 章 緒論 第 1 節(jié) 試驗(yàn)機(jī)的定義 試驗(yàn)機(jī)是測試、評定和研究材料、零部件、整機(jī)（整車） 和類工程 項(xiàng)目的物理性能、機(jī)械（力學(xué)） 性能、工藝性能、安全性能、舒適性能 的試驗(yàn)儀器和設(shè)備，是科學(xué)儀器眾多種類中很重要的一類測試儀器。試 驗(yàn)機(jī)對材料及品、零部件、整機(jī)（整車） 、工程項(xiàng)目的性能檢測和試驗(yàn)、 質(zhì)量控制和質(zhì)量保證起著不可替代的作用；對各類工程科學(xué)理論研究和 工程項(xiàng)目的實(shí)施起著極其重要的保障作用；多數(shù)試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品還屬于計(jì)量 器具，對保證和維

18、持我國長度、力值、硬度量值的準(zhǔn)確和溯源具有舉足 輕重的作用。長期以來，試驗(yàn)機(jī)作為很重要的一類科學(xué)儀器， 被廣泛地 應(yīng)用于冶金、建筑、航天、航空、機(jī)械、交通、國防軍工、水利、電力、 石油、化工、輕工、紡織等行業(yè)的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)實(shí)驗(yàn)室、計(jì)量 室、質(zhì)檢機(jī)構(gòu)和制造業(yè)的生產(chǎn)線及各類工程現(xiàn)場?？蒲性核⒋髮Ｔ盒?、 質(zhì)檢計(jì)量機(jī)構(gòu)、各類企業(yè)構(gòu)成了試驗(yàn)機(jī)的用戶群。按照 GB/T 4754— 2002 《國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》的規(guī)定，試驗(yàn)機(jī)制造業(yè)屬于儀器儀表行業(yè)的 一個(gè)小類。試驗(yàn)機(jī)主要包括以下產(chǎn)品：金屬材料試驗(yàn)機(jī)、非金屬材料試 驗(yàn)機(jī)力與變形檢測儀器、動(dòng)平衡機(jī)、振動(dòng)臺(tái)、沖擊臺(tái)與碰撞臺(tái)、無損檢 測儀器摩擦、磨損、潤

19、滑與工藝試驗(yàn)機(jī)、包裝件試驗(yàn)機(jī)、大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn) 機(jī)、汽車專用試驗(yàn)設(shè)備、各種環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置及其功能附件等。試驗(yàn) 機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)是多品種、小批量，用戶個(gè)性化要求多。這是集機(jī)、光、電、 液和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高技術(shù)產(chǎn)品，涉及到的學(xué)科范圍非常廣泛,下圖 為國產(chǎn)一款試驗(yàn)機(jī)。 第 2 節(jié) 試驗(yàn)機(jī)行業(yè)發(fā)展簡要回顧 我國試驗(yàn)機(jī)制造業(yè)自建國以來，從無到有，不斷發(fā)展壯大，已經(jīng)走過了六十年 的歷程。 （1）解放前的舊中國，幾乎沒有企業(yè)生產(chǎn)制造試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品，更談不上形成 一個(gè)產(chǎn)業(yè)。 （2） 新中國建立后受到了以美國為首的西方國家經(jīng)濟(jì)技術(shù)的封鎖。為 擺脫西方國家的封鎖，加快我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)和國防工業(yè)發(fā)展的步伐， 1949 年 10

20、 月 20 日，我國第一個(gè)試驗(yàn)機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠家——長春儀器廠（長春材料試驗(yàn)機(jī)廠） 誕 生，標(biāo)志著中國試驗(yàn)機(jī)制造業(yè)的開始。1959 年 3 月， 經(jīng)國家有關(guān)部門批準(zhǔn)，第 一機(jī)械工業(yè)部材料試驗(yàn)機(jī)研究所在長春成立，標(biāo)志著我國開始獨(dú)立自主地開展試驗(yàn) 機(jī)制造技術(shù)與產(chǎn)品的研發(fā)。到 1979 年建國 30 周年，長春、天水、濟(jì)南、上海、 萊州、汕頭、丹東、蘇州等地成為試驗(yàn)機(jī)的重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域，主要生產(chǎn)企業(yè)約 30 家 左右，初步形成了一個(gè)試驗(yàn)機(jī)制造行業(yè)（3）改革開放后的 30 年（1979~2009） ， 尤其是后 20 年（ 1989 ~2009） ，試驗(yàn)機(jī)行業(yè)同其他行業(yè)一樣，發(fā)生了重大變化， 取得了重大發(fā)展。

21、重大發(fā)展是由于對外開放、計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變的重大變化 而引起的。重大發(fā)展主要表現(xiàn)為：① 人力作為可由市場配置的資源能夠自由流動(dòng)， 使得科技、管理人才可以走出高等院校、研究院所、國有企業(yè)進(jìn)入市場創(chuàng)辦試驗(yàn)機(jī) 民營生產(chǎn)企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1989 年，全國生產(chǎn)試驗(yàn)機(jī)的廠家接近 50 家。② 試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的資本結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變化。體制上的改變促使企業(yè)的運(yùn)行機(jī) 制更加適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，促進(jìn)生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴(kuò)大。統(tǒng)計(jì)資料顯示， 我 國試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值從 1989 年的 3 億元 RMB 左右上升到 2008 年的 40 億元 RMB（76 家規(guī)模化以上企業(yè)的數(shù)據(jù)） 。靜態(tài)力學(xué)性能測試儀

22、器的典型產(chǎn)品— —電子萬能試驗(yàn)機(jī)、液壓萬能試驗(yàn)機(jī)的測量、控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重大突破。力值、位 移的測量技術(shù)全部由機(jī)械式改為電子式； 基于微處理器技術(shù)（含基于 DSP 技術(shù)） 的國產(chǎn)控制器全面裝備了電子萬能試驗(yàn)機(jī)和液壓萬能試驗(yàn)機(jī)。在計(jì)算機(jī)被廣泛用于 試驗(yàn)機(jī)的同時(shí)，應(yīng)用程序（試驗(yàn)軟件）也得到了快速發(fā)展，并在不斷改版升級和完 善。大部分國產(chǎn)電子萬能試驗(yàn)機(jī)和微機(jī)控制液壓萬能試驗(yàn)機(jī)的性能指標(biāo)已和國際同 類產(chǎn)品的性能指標(biāo)接近，其中部分國內(nèi)產(chǎn)品的性價(jià)比已優(yōu)于國外產(chǎn)品。正因?yàn)槿绱耍?近幾年來，國外同類產(chǎn)品的進(jìn)口量在大幅度下降，且其價(jià)格也隨之大幅下降。 （4） 在此期間， 試驗(yàn)機(jī)行業(yè)工作取得了明顯的進(jìn)步。1980

23、年， 中國儀器儀表學(xué)會(huì)試 驗(yàn)機(jī)分會(huì)宣告成立。試驗(yàn)機(jī)分會(huì)曾多次成功舉辦了試驗(yàn)機(jī)制造技術(shù)的學(xué)術(shù)交流活動(dòng)， 組織了對美、英、日、德等國同行的技術(shù)座談和技術(shù)交流。試驗(yàn)機(jī)分會(huì)和長春試驗(yàn) 機(jī)研究所合辦出版的科技期刊——《工程與試驗(yàn)》 （原名曾為：《材料試驗(yàn)機(jī)》 、 《試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)機(jī)》 ） 成為試驗(yàn)機(jī)制造業(yè)和試驗(yàn)機(jī)用戶進(jìn)行學(xué)術(shù)交流的平臺(tái)，有 力地推動(dòng)了試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。 第 3 節(jié) 試驗(yàn)機(jī)行業(yè)發(fā)展展望 展望未來，在市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的進(jìn)程中，我國試驗(yàn)機(jī)行業(yè)必將會(huì)有更大的作為。 （1）對試驗(yàn)機(jī)制造企業(yè)而言，未來 10 年~20 年的發(fā)展關(guān)鍵取決于企業(yè)的自主創(chuàng) 新能力的提升。試驗(yàn)機(jī)制造企業(yè)自身 R（2）

24、試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品市場的空間還是很 大的。多年來， 國內(nèi)市場始終有近 50%的份額被進(jìn)口產(chǎn)品所占有，國外的市場容 量也是很可觀的，尤其是發(fā)展中國家的市場是很廣闊的。這對于有自主創(chuàng)新能力、 市場開拓能力、科學(xué)管理能力的制造企業(yè)而言，是會(huì)大有作為的。 （3）隨著市場經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展，在有序的競爭中，試驗(yàn)機(jī)制造企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一些積極的變化。 名品會(huì)造就一批名企，假冒偽劣產(chǎn)品會(huì)使其制造者被淘汰出局，一個(gè)適度規(guī)模、發(fā) 展有序的試驗(yàn)機(jī)行業(yè)會(huì)在競爭中形成。可以預(yù)測， 經(jīng)過 10 年~20 年的努力，我 國試驗(yàn)機(jī)行業(yè)在技術(shù)與產(chǎn)品的發(fā)展上可以基本滿足國內(nèi)市場的需求，并會(huì)有批量產(chǎn) 品出口，基本趕上或在某些領(lǐng)域超過發(fā)達(dá)國

25、家的技術(shù)水平。 第 2 章 1KN 拉壓試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)概述 第 1 節(jié) 總體設(shè)計(jì) 參考試驗(yàn)機(jī)各種機(jī)型，以及設(shè)計(jì)要求，先應(yīng)確定其傳動(dòng)原理，我設(shè)計(jì)的為小型 試驗(yàn)機(jī)，最大的拉壓力才為 1KN，選用單空間結(jié)構(gòu)原理，其工作原理為：電機(jī)通 過帶輪變速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)兩平行的滾珠絲杠，從而驅(qū)動(dòng)移動(dòng)橫梁來實(shí)現(xiàn)加載，被測試件 夾在夾具上，而被測試件的負(fù)荷由傳感器測量。如圖 第 2 節(jié) 部件設(shè)計(jì) 2.1 變速箱的設(shè)計(jì) 2.1.1 傳動(dòng)的選擇 由于，總的傳動(dòng)比為 30，將其分配為 4,3,2.5 這三個(gè)等級滿足要求，分級是利 用電機(jī)的電調(diào)比來實(shí)現(xiàn)的因此，無需要離合器等零件，而因?yàn)樵囼?yàn)機(jī)試驗(yàn)壓力小 1KN，因此不宜設(shè)計(jì)復(fù)

26、雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以免產(chǎn)生不必要的能耗或誤差，也減小了密 封，潤滑，維修等的壓力，最終決定選用三級齒形帶傳動(dòng)，如圖所示 左下角帶輪連接電機(jī)輸出軸所帶的帶輪，傳動(dòng)比為 2.5 上方的兩個(gè)帶輪主要其改變傳動(dòng)比的作用，傳動(dòng)比為 3 而中間套與軸上的兩個(gè)帶輪則分別連接左右兩個(gè)絲杠下的帶輪，以此帶動(dòng)絲杠 傳動(dòng)而使橫梁上下移動(dòng)，從而施加拉或壓力。 同步帶輪傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒的封閉環(huán)形膠帶和相應(yīng)的帶輪所 組成。運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶齒與帶輪的齒槽相嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，是一種嚙合傳動(dòng)，因而 具有齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和平帶傳動(dòng)的各種優(yōu)點(diǎn) 。 同步帶按材質(zhì)可分為氯丁橡膠加纖維繩同步帶，聚氨酯加鋼絲同步帶，按齒的

27、形目前主要分為梯形齒和圓弧齒兩大類，按帶齒的排布面又可分為單面齒同步帶和 雙面齒同步帶。同步帶傳動(dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無滑差，可獲得恒定的速比，可精 密傳動(dòng),傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸震，噪音小，傳動(dòng)速比范圍大，一般可達(dá) 1∶10，允許線速 度可達(dá) 50m/s，傳動(dòng)效率高，一般可達(dá) 98℅―99℅ 。傳遞功率從幾瓦到數(shù)百千瓦。 結(jié)構(gòu)緊湊還適用多軸傳動(dòng)，張緊力小，不需潤滑，無污染，因而可在不允許有污染 和工作環(huán)境較為惡劣的場合下正常工作。 2.1.2 變速箱中張緊輪的設(shè)計(jì) 因?yàn)闉閹鲃?dòng)，所以必須安裝張緊輪，由于空間位置的限制，決定 在此變速空間內(nèi)安裝上兩個(gè)張緊輪，分別為第二級和第三級的一個(gè)帶輪 張緊，張緊輪的

28、位置用螺栓調(diào)節(jié)，與帶輪接觸的面用兩個(gè)軸承一個(gè)滾輪 來施加壓力并盡可能的減小阻力，如圖設(shè)計(jì) 上圖為截面圖 此圖為俯視圖 由于變速箱內(nèi)空間有限，且有其他的支撐結(jié)構(gòu)，因此張緊輪的位置 選擇就非常的重要，否則，就會(huì)出現(xiàn)，裝不進(jìn)，卸不掉，螺釘無空間， 與支撐結(jié)構(gòu)重位等清況，為避免些情況的發(fā)生，張緊輪的位置選擇如圖 所示兩畫圈處即是安裝帶輪之處。 2.1.3 變速箱支撐結(jié)構(gòu)的選擇 支撐結(jié)構(gòu)在變速箱中起著非常重要的作用，是整個(gè)機(jī)構(gòu)能正常運(yùn)行 的保證，尤其對強(qiáng)度，剛度等的影響，更會(huì)直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)機(jī)的精度問 題。此變速箱中，由于有帶輪，張緊輪已經(jīng)它們所附帶的軸，軸承，套 等零件，一方面要盡量壓縮支撐結(jié)構(gòu)的空間，

29、另一方面又要增強(qiáng)支撐結(jié) 構(gòu)在強(qiáng)度，剛度方面的承受能力，所以，我用雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且此雙層 結(jié)構(gòu)是由螺釘，螺栓，焊接等有效的，保證精度的鏈接在一起的，大致 的結(jié)構(gòu)可以由如圖看出 左側(cè)底面與上臺(tái)板底面用螺栓鏈接，增加鏈接強(qiáng)度，保證支撐起整 個(gè)變速箱的重量，以及傳動(dòng)時(shí)所帶來的附加力的影響，第二層結(jié)構(gòu)與第 一層的面板用立柱相連，一方面保證了其強(qiáng)度要求，另一方面立柱的加 工更精細(xì)，比螺釘，螺栓等更能保證兩板間的平行度，以便于軸孔很好 的對位，從而保證軸的正確安裝，立柱與中間板面的鏈接用焊接，增強(qiáng) 可靠性及精度。 機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度由立柱的數(shù)量來保證，為了確保我總共使用了 9 個(gè)立柱。 經(jīng)過粗略的估算，符合要求。

30、2.2 帶輪的設(shè)計(jì) 2.2.1 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了保證傳動(dòng)的穩(wěn)定，減少震動(dòng)帶輪的固定，定位就非常的重要， 因?yàn)榇俗兯傧涞恼w結(jié)構(gòu)是朝下的，因此帶輪是平置著的，首先應(yīng)想到 帶也是平置，為了防止掉帶，必須設(shè)計(jì)擋邊。如圖所示 上面幾個(gè)圖是不同的幾個(gè)帶輪其的擋邊。 2.2.2 帶輪的定位與固定 由于帶輪水平，所以所設(shè)計(jì)的帶輪固定裝置不僅需要有定位功能， 還必須能承受帶輪的重量，以及運(yùn)動(dòng)過程中的附加力，考慮到這種因素， 大帶輪的設(shè)計(jì)為 可以看出，下方由墊片和雙圓螺母來定位和固定，上方用軸套，以 確保支撐力足夠，以及避免出現(xiàn)掉輪，晃動(dòng)的情況。 而小帶輪的設(shè)計(jì)為 如圖，用螺釘和墊圈來定位和固定。 2.3

31、絲杠的定位與固定 滾 珠 絲 杠 是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。 滾 珠 絲 杠 由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是 將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng) 發(fā)展的重要意義就是將軸 承 從滑動(dòng)動(dòng)作變成滾動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的 摩 擦 阻 力 ，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 滾 珠 絲 杠 是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴?矩 轉(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精 度、可逆性和高效率的特點(diǎn)，在試驗(yàn)機(jī)中，絲杠的作用是最重要的部件， 其可外購，但定位必須好，以便橫梁

32、能順利的移動(dòng)。如圖設(shè)計(jì)： 圖中可知，絲杠套是利用螺栓固定在臺(tái)面板底面上，為了保證其穩(wěn)定性， 共采用了六個(gè)螺栓。 2.4 光杠的固定 與絲杠情況相似，因此，光杠的固定件也與絲杠的相似，如圖所示 在裝配圖中的情況是 2.5 夾具的設(shè)計(jì) 機(jī) 械 制 造 過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受 施工或檢測的裝置。又稱卡 具 。從廣義上說，在工 藝 過 程 中的任何工 序 ， 用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具。例如焊 接 夾 具 、檢驗(yàn)夾具、裝配夾具、機(jī) 床 夾具等。其中機(jī)床夾具最為常見，常簡 稱為夾具 。在機(jī)床上加工工件時(shí)，為使工件的表面能達(dá)到圖紙規(guī)定的尺 寸 、幾何形狀

33、以及與其他表面的相互位 置 精 度 等技術(shù)要求 ，加工前必 須將工件裝好（定位） 、夾牢（夾緊） 。夾具通常由定位元 件 （確定工件 在夾具中的正確位置） 、夾緊裝置 、對 刀 引導(dǎo)元件 (確定刀 具 與工件的相 對位置或?qū)б毒叻较?、分 度 裝 置 （使工件在一次安裝中能完成數(shù)個(gè) 工 位 的加工，有回轉(zhuǎn)分度裝置和直線移動(dòng)分度裝置兩類） 、連接元件以及 夾具體（夾具底座）等組成。 此試驗(yàn)機(jī)中，因?yàn)橐蟮淖畲罄瓑毫H為 1KN，且沒有扭轉(zhuǎn)的功能， 因此夾具可以在保證相應(yīng)的同軸度，及對稱位置的情況下，盡量簡化， 甚至可以在加緊部分購買成品。如圖設(shè)計(jì) ，此圖為上橫梁上的夾具 此圖為面板臺(tái)上用的夾具

34、 第 3 章 尺寸設(shè)計(jì) 第 1 節(jié) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)選擇 1.1 技術(shù)指標(biāo)（主機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)指標(biāo)） 最大負(fù)荷 10KN 動(dòng)橫梁移動(dòng)速度 0.05-500mm/min 1.2 傳動(dòng)比的確定及分配 a.傳動(dòng)比的確定 本機(jī)調(diào)速系統(tǒng)初步采用寬調(diào)速鎖相控制系統(tǒng)，其電調(diào)比 1:10000， 轉(zhuǎn)速范圍 0.15-1500r/min。則 ??=10(0.15?1500)(0.05?500) =30 b.傳動(dòng)比的分配 傳動(dòng)比分配時(shí)要充分考慮到各級傳動(dòng)的合理性，以及帶輪的結(jié)構(gòu)尺 寸，要做到結(jié)構(gòu)合理。傳動(dòng)裝置分為三級，傳動(dòng)比分配為 i=30=2.534。各級均為同步齒形帶傳動(dòng)，具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)緊 湊，傳動(dòng)比范圍大以

35、及在低速下傳遞動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)。另外由于兩對滾珠絲 杠副的存在，其中第三級傳動(dòng)包括兩組同步帶傳動(dòng)。 1.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 根據(jù)試驗(yàn)機(jī)輸出載荷與加荷速度，折算到驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需功率，選擇 驅(qū)動(dòng)電機(jī)。整機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副（導(dǎo)程 s=10） ，同步齒形帶傳 動(dòng)，傳動(dòng)總效率 η=0.7-0.8。則功率 ??= ????1000?60???=1030.51000600.6=0.014???? 式中：F—輸出載荷， ；103?? v—加荷速度。0.5m/min； 代入數(shù)據(jù)得 。??=0..014???? 選取寬調(diào)速永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)，技術(shù)參數(shù)見表 2-1 表 2-1 70SYX 寬調(diào)速永磁直流伺服電機(jī)

36、技術(shù)參數(shù) 規(guī)格型號(hào) 額定功率 額定轉(zhuǎn)矩 最高轉(zhuǎn)速 70SYX 0.05KW 0.33N.M 2000r/min 額定電壓 最高電流 允許轉(zhuǎn)速差 10% 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 48V 4A 200 564Kg.cm.s2 該電機(jī)具有精度高，響應(yīng)快，調(diào)速范圍寬（電調(diào)比 1:10000） ，力矩 波動(dòng)小，線性度好，過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。 1.4 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù) 設(shè)電機(jī)輸出軸為 1 軸，然后各級依次為 2、3、4 軸。對應(yīng)轉(zhuǎn)速為 n1，n 2，n 3；對應(yīng)功率為 P1，P 2，P 3；對應(yīng)轉(zhuǎn)矩為 T1，T 2，T 3。為計(jì)算方 便，各級傳動(dòng)效率取 η=0.9。 a.各軸轉(zhuǎn)速 ?? 1=1500???????

37、? ??2=??1??1=15002.5=600???????? ??3=??2??2=6003 =200???????? ??4=??3??3=2004 =50???????? b.各軸功率 ?? 1=0.014?????? 2=??1??=0.0140.9≈0.0126???? ??3=??1??2=0.0140.92≈0.0113???? ??4=??1??3/2=0.0140.93/2≈0.005???? c.各軸轉(zhuǎn)矩 ??1=9550??1??1=95500.0141500=0.089????? ??2=9550??2??2=95500.0126600=0.200????? ??3=

38、9550??3??3=95500.0113200=0.540????? ??4=9550??4??4=95500.00550=0.955????? 具體計(jì)算結(jié)果填入表 2-2 中供設(shè)計(jì)計(jì)算使用。 表 2-2 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果 1 軸 2 軸 3 軸 4 軸 轉(zhuǎn)速 ??/(??????????1) 1500 600 200 50 功率 ??/???? 0.014 0.0126 0.0113 0.005 轉(zhuǎn)矩 ??/(?????) 0.089 0.200 0.540 0.955 傳動(dòng)比 i 2.5 3 4 第 2 節(jié) 零部件尺寸設(shè)計(jì) 2.1 帶輪的設(shè)計(jì) 2.1.1 第一級同步齒形帶傳

39、動(dòng)設(shè)計(jì) （1）確定計(jì)算功率 ????=(????+????)??1 式中： —工作情況系數(shù)；1.2???? —增速比系數(shù)； 0???? 代入數(shù)值得： ????=0.06???? （2）模數(shù) 由 以及 查表，取???? ??1 ??=1.5???? （3）選擇帶輪 、??1 ??2 查表得小帶輪最小齒數(shù) ，取 ，??1??????=14 ??1=24 則 ??2=????1=2.524=60?? 1=????1=1.524=36?????? 2=????2=1.560=90???? 帶速 ??= ????1??1601000=3.1436150060000=2

40、.826??/?? （4）確定中心距 a 及帶長 ???? 初選 ??0=100???? 初定膠帶節(jié)線長度 ??0??≈2??0+??2(??1+??2)+(??2???1)24??0 =370???? 查表取 ????=377???? 中心距 ??≈??0+???????0??2 =104???? （5）確定帶寬 單位帶寬的離心拉力 ????=????2??=1810?42.826210=0.0014???????? 小帶輪嚙合齒數(shù) ????≈(12???2???16??)??1=7 帶寬 ??= 102??????????([??]?????) 式中： —單位寬度的許用拉力，0.4K

41、g/mm[??] —嚙 合 齒 數(shù) 系 數(shù) ， ???? 代入數(shù)據(jù)得 ，圓整，取??=5.4???? ??=12???? (6)計(jì)算帶輪幾何尺寸 齒形角 ??=40 頂圓直徑 ????1=??1?2?? 式中： —節(jié)線到齒根間距離，0.375mm?? 代入數(shù)值得 ，????1=39.25???? 同理 ????2=74.25???? 齒槽深 ?=?‘+?? 式中： —齒高， 0.9mm?‘ —徑向間隙，0.55mm?? 代入數(shù)據(jù)得 ?=1.45???? 根圓直徑 ，????1=????1?2?=26.35???? 同理 ????1=71.35

42、???? 帶輪齒寬 ??=??+(3~10)=16???? 2.1.2 第二級同步齒形帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) （1）確定計(jì)算功率 ????=(????+????)?? 式中： —工作情況系數(shù)；1.2???? —增 速 比 系 數(shù) ； 0???? 代入數(shù)值得： ????=0.06???? （2）模數(shù) 由 以及 查表，取???? ??1 ??=1.5???? （3）選擇帶輪 、??1 ??2 查表得小帶輪最小齒數(shù) ，取 ，??1??????=14 ??1=24 則 ??2=????1=324=72?? 1=????1=1.524=36?????? 2=????2=1.572=108??

43、?? 帶速 ??= ????1??1601000=3.143660060000=1.13??/?? （4）確定中心距 a 及帶長 ???? 初選 ??0=140???? 初定膠帶節(jié)線長度 ??0??≈2??0+??2(??1+??2)+(??2???1)24??0 =542.8???? 查表取 ????=565.5???? 中心距 ??≈??0+???????0??2 =152???? （5）確定帶寬 單位帶寬的離心拉力 ????=????2??=2410?41.13210=3.810?4???????? 小帶輪嚙合齒數(shù) ????≈(12???2???16??)??1=8

44、 帶寬 ??= 102??????????([??]?????) 式中： —單位寬度的許用拉力，0.6Kg/mm[??] —嚙 合 齒 數(shù) 系 數(shù) ， 1???? 代入數(shù)據(jù)得 ，圓整，取??=13.5???? ??=16???? (6)計(jì)算帶輪幾何尺寸 齒形角 ??=40 頂圓直徑 ????1=??1?2?? 式中： —節(jié)線到齒根間距離，0.50mm?? 代入數(shù)值得 ，????1=39???? 同理 ????2=119???? 齒槽深 ?=?‘+?? 式中： —齒高， 1.2mm?‘ —徑向間隙，0.69mm?? 代入數(shù)據(jù)得 ?=1.89???? 根

45、圓直徑 ，????1=????1?2?=35.22???? 同理 ????1=115.22???? 帶輪齒寬 ??=??+(3~10)=20???? 2.1.3 第三級同步齒形帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) （1）確定計(jì)算功率 ????=(????+????)?? 式中： —工作情況系數(shù)；1.2???? —增 速 比 系 數(shù) ； 0???? 代入數(shù)值得： ????=0.06???? （2）模數(shù) 由 以及 查表，取???? ??1 ??=2.5???? （3）選擇帶輪 、??1 ??2 查表得小帶輪最小齒數(shù) ，取 ，??1??????=16 ??1=16 則 ??2=????1=41

46、6=64?? 1=????1=2.516=40?????? 2=????2=2.564=160???? 帶速 ??= ????1??1601000=3.144020060000=0.42??/?? （4）確定中心距 a 及帶長 ???? 對于此級第一組帶輪， 初選 ??0=180???? 初定膠帶節(jié)線長度 ??0??≈2??0+??2(??1+??2)+(??2???1)24??0 =765.8???? 查表取 ????=801.1???? 中心距 ??≈??0+???????0??2 =198???? 對于第 2 組帶輪， 初選 ??0=240???? 初定膠帶節(jié)線

47、長度 ??0??≈2??0+??2(??1+??2)+(??2???1)24??0 =878.6???? 查表取 ????=895.4???? 中心距 ??≈??0+???????0??2 =248???? （5）確定帶寬 單位帶寬的離心拉力 ????=????2??=3510?40.50210=8.910?6???????? 小帶輪嚙合齒數(shù) ????≈(12???2???16??)??1=6 帶寬 ??= 102??????????([??]?????) 式中： —單位寬度的許用拉力，1.0Kg/mm[??] —嚙 合 齒 數(shù) 系 數(shù) ， 1???? 代入數(shù)據(jù)得 ，圓整

48、，取??=24???? ??=24???? (6)計(jì)算帶輪幾何尺寸 齒形角 ??=40 頂圓直徑 ????1=??1?2?? 式中： —節(jié)線到齒根間距離，0.75mm?? 代入數(shù)值得 ，????1=46.5???? 同理 ????2=190.5???? 齒槽深 ?=?‘+?? 式中： —齒高， 1.8mm?‘ —徑向間隙，0.82mm?? 代入數(shù)據(jù)得 ?=2.62???? 根圓直徑 ，????1=????1?2?=41.26???? 同理 ????1=185.26???? 帶輪齒寬 ??=??+(3~10)=36???? 2.2 軸的設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)取決于受力

49、情況、軸上零件的的布置和固定方式、軸承的 類型和尺寸、軸的毛坯，制造和裝配工藝、以及運(yùn)輸安裝等條件。軸的 結(jié)構(gòu)應(yīng)該使軸受力合理，避免或減輕應(yīng)力集中，有良好的工藝性，并使 軸上零件定位可靠、裝配方便。對于要求剛度較大的軸，還應(yīng)從結(jié)構(gòu)上 考慮軸。的變形。 此次設(shè)計(jì) 1 軸為電機(jī)輸出軸，結(jié)構(gòu)尺寸參照電機(jī)結(jié)構(gòu)，這里便不再 贅述。 2 軸長度尺寸與 3 軸有關(guān)，故先進(jìn)行 3 軸的設(shè)計(jì)。 2.2.1 Ⅲ軸的設(shè)計(jì) 選擇軸的材料 軸的材料選 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。取 A=110。 初步估算軸的直徑 初步估算軸的最小直徑為 ????????=?? 3??3??3=110 30.0113200????=4.2???

50、? 考慮軸端有鍵槽，軸徑應(yīng)增加 ，考慮到軸承,取10%?15% 。??=16???? 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 3-1 3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如圖所示，軸徑最小處取 16mm，與帶輪配合，根據(jù)帶輪尺寸取其軸 向尺寸為 16mm。 因第二段軸徑安裝滾動(dòng)軸承，為便于軸承裝配，軸徑按 5mm 放大， 取為 20mm。根據(jù)軸的受力，初選 6204 滾動(dòng)軸承，其基本尺寸為 。右端圓螺母固定，尺寸 M2012.??????=20????47????14???? 為保證加工質(zhì)量及滿足裝配要求，開設(shè)螺紋退刀槽 2Φ20，長度 12mm。軸承左端兩帶輪與軸配作，帶輪間加以中擋板。右?guī)л喤c軸承間 有套筒連接，左帶輪與軸承間開

51、設(shè)軸肩定位，直徑 26mm。 軸肩左端軸徑與右端保持一致。最左處采用彈性擋圈固定，具體尺 寸參照 GB/T 894.1 查找。 帶輪的周向定位采用 A 型普通平鍵連接，根據(jù)各段軸徑，由手冊查 得平鍵截面分別為 以及?????=5????5????25???? 。同時(shí)為了保持帶輪與軸配合具有良?????=6????6????70???? 好的對中性，選擇帶輪輪轂與軸的配合為 H7/r6；滾動(dòng)軸承與軸的周向 定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 k6。 軸肩處圓角半徑取 R2，軸端倒角取 145。 2.2.2 Ⅱ軸的設(shè)計(jì) 選擇軸的材料 軸的材料選 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。取 A=110。

52、 初步估算軸的直徑 初步估算軸的最小直徑為 ????????=?? 3??2??2=110 30.14600????=3.03???? 考慮軸端有鍵槽，軸徑應(yīng)增加 ，取 。10%?15%??=16???? 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 3-1 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié) 論 本試驗(yàn)機(jī)機(jī)型采用計(jì)算機(jī)控制，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，精密滾珠絲杠機(jī)械 加載，傳感器測量信號(hào)。具有加載平穩(wěn)，測量準(zhǔn)確，等特點(diǎn)。 因?yàn)槠渥畲蟮睦瓑簝H為 1KN，所以，結(jié)構(gòu)尺寸等相對較小并不影響 其精度，強(qiáng)度，剛度等。 不同項(xiàng)目下的試驗(yàn)附件（夾具）通過松，緊緊固螺釘插拔更換，下 空間完成拉伸試驗(yàn)，操作簡單，因負(fù)載傳感器拉壓試驗(yàn)時(shí)，承受的力方 向一致，因此，

53、年檢費(fèi)用可節(jié)省一半，更具有可實(shí)踐性。 致 謝 本論文在選題、研究和撰寫的過程中，得到了導(dǎo)師陳菲老師的親切 關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。導(dǎo)師學(xué)識(shí)廣博、學(xué)術(shù)思想敏捷、治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，這一 切都是作者現(xiàn)在和將來學(xué)習(xí)的榜樣。特別是導(dǎo)師對學(xué)生在獲取知識(shí)、運(yùn) 用知識(shí)和創(chuàng)新能力方面的培養(yǎng)，使我受益匪淺。在此文完成之際，謹(jǐn)向 尊敬的導(dǎo)師致以誠摯的謝意，感謝導(dǎo)師為作者的成長所付出的心血，并 送去學(xué)生最美好的祝愿。 感謝陳菲老師，他們在作者的設(shè)計(jì)過程中幫助解決了很多的難題， 沒有他們的熱心幫助和悉心指導(dǎo)作者是很難完成這次設(shè)計(jì)的。 作者在本科期間，得到了很多老師和同學(xué)的幫助，在此，致以真誠 的謝意，衷心感謝所有關(guān)心和幫助過我的朋

54、友們！最后，感謝在百忙之 中參與評閱論文和參加答辯的專家評委。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 上海紡織學(xué)院 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 天津大學(xué).機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊.上海科學(xué) 技術(shù)出版社，1979 年 12 月 [2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第 3 版） ，北京：機(jī)械工業(yè)出 版社，2004 年 8 月 [3] 盛選禹 唐守琴 等.CATIA 有限元分析命令詳解與實(shí)例，北京：機(jī) 械工業(yè)出版社，2005 年 3 月 [4] 王曉江.機(jī)械制造專業(yè)英語，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 年 5 月 [5] Omron 公司.FA 系統(tǒng)產(chǎn)品綜合樣本，Omron 公司，2010 年 3 月 [6] 甘永立 陳曉華.機(jī)械

55、精度設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，長春：吉林人民出版社，2001 年 2 月 [7] 王霄 劉會(huì)霞等.CATIA V5R17 高級設(shè)計(jì)實(shí)例教程，北京：冶金工業(yè) 出版社，2009 年 8 月 [8] 譚慶昌 趙洪志.機(jī)械設(shè)計(jì)（修訂版） ，北京：高等教育出版社， 2009 年 6 月 [9] 李雪梅.數(shù)控機(jī)床，北京：電子工業(yè)出版社，2008 年 5 月 [10] 于駿一 鄒青.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)（第二版） ，北京：機(jī)械工業(yè)出版 社，2010 年 3 月 [11] 侯洪生.機(jī)械工程圖，北京：科學(xué)出版社，2001 年 9 月 [12] 熊軍.數(shù)控機(jī)床原理與結(jié)構(gòu)，北京：人民郵電出版社，2007 年 9 月 [13] 夏田.數(shù)控加工中心設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006 年 1 月 [14] 王仁德.機(jī)床數(shù)控技術(shù).東北大學(xué)出版社，2004 年 5 月 [15] 張仁貴.材料試驗(yàn)機(jī).中國計(jì)量出版社，2010 年 1 月