3297 汽車多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì),汽車,多楔帶,疲勞,試驗(yàn),實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)
汽車多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)第 1 章 緒論1.1 概述汽 車 傳 動(dòng) 帶 是 汽 車 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 重 要 的 零 部 件 , 也 是 傳 動(dòng) 帶 重 要 的 組 成 部 分 。目 前 國(guó) 內(nèi) 關(guān) 于 汽 車 傳 動(dòng) 帶 的 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 機(jī) 的 研 制 尚 處 于 發(fā) 展 階 段 , 市 場(chǎng) 上使 用 的 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 機(jī) 大 多 是 機(jī) 械 封 閉 式 的 , 它 的 實(shí) 驗(yàn) 穩(wěn) 定 性 較 差 , 不 能 良好 的 模 擬 帶 的 實(shí) 際 工 況 , 所 得 的 實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 同 實(shí) 際 情 況 偏 差 較 大 , 國(guó) 外 的 發(fā) 達(dá)國(guó) 家 幾 乎 均 采 用 電 封 閉 式 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 機(jī) 來(lái) 代 替 機(jī) 械 封 閉 式 的 。 目 前 國(guó) 內(nèi) 的汽 車 傳 動(dòng) 帶 的 質(zhì) 量 普 遍 低 于 美 國(guó) 、 日 本 等 發(fā) 達(dá) 國(guó) 家 的 同 類 產(chǎn) 品 的 一 個(gè) 主 要 原因 在 于 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 不 過(guò) 關(guān) , 因 此 研 發(fā) 一 種 適 合 我 國(guó) 國(guó) 情 的 , 達(dá) 到 國(guó) 外 同 類產(chǎn) 品 水 平 的 新 型 傳 動(dòng) 帶 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 機(jī) 是 必 要 的 。 帶 的 疲 勞 壽 命 實(shí) 驗(yàn) 機(jī) 幾 乎是 與 傳 動(dòng) 帶 同 時(shí) 出 現(xiàn) 的 , 要 提 高 帶 的 質(zhì) 量 和 使 用 壽 命 , 必 須 對(duì) 其 進(jìn) 行 壽 命 試驗(yàn) 。 現(xiàn) 代 工 業(yè) 的 發(fā) 展 , 尤 其 是 汽 車 工 業(yè) , 它 對(duì) 傳 動(dòng) 帶 提 出 了 更 高 的 要 求 。 國(guó)外 的 很 多 代 生 產(chǎn) 廠 家 都 在 研 發(fā) 與 汽 車 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 同 壽 命 的 傳 動(dòng) 帶 。 要 實(shí) 現(xiàn) 這 一 目標(biāo) , 不 僅 要 改 進(jìn) 帶 的 生 產(chǎn) 工 藝 和 配 方 , 對(duì) 帶 的 檢 測(cè) 手 段 也 要 進(jìn) 行 新 的 研 發(fā) ,有 其 是 帶 的 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 機(jī) 。 我 國(guó) 的 橡 膠 工 業(yè) 起 步 晚 , 技 術(shù) 差 , 相 應(yīng) 的 配 套設(shè) 施 不 完 善 , 整 個(gè) 行 業(yè) 沒(méi) 有 一 個(gè) 完 善 的 , 能 在 全 行 業(yè) 推 廣 的 檢 測(cè) 手 段 。 這 其中 的 一 個(gè) 重 要 原 因 就 是 對(duì) 帶 的 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 設(shè) 備 不 過(guò) 關(guān) , 不 能 對(duì) 帶 的 整 體 質(zhì)量 和 存 在 的 不 足 做 出 合 理 的 評(píng) 估 , 使 對(duì) 帶 的 生 產(chǎn) 工 藝 和 配 方 的 改 進(jìn) 無(wú) 從 下 手 。雖 然 我 國(guó) 制 訂 了 相 應(yīng) 的 傳 動(dòng) 帶 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) , 但 執(zhí) 行 起 來(lái) 卻 困 難 重 重 。 傳 動(dòng) 帶 生產(chǎn) 廠 家 如 果 從 國(guó) 外 進(jìn) 口 帶 疲 勞 壽 命 檢 測(cè) 設(shè) 備 不 僅 價(jià) 格 昂 貴 , 大 多 數(shù) 廠 家 難 以承 受 ; 而 且 , 進(jìn) 口 的 設(shè) 備 都 是 按 各 自 的 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) 進(jìn) 行 生 產(chǎn) 和 研 制 的 , 有 很 多地 方 并 不 適 合 我 國(guó) 的 國(guó) 情 。 因 此 , 為 配 合 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) 的 貫 徹 實(shí) 施 , 根 據(jù) 國(guó) 家 有關(guān) 標(biāo) 準(zhǔn) 研 制 出 符 合 我 國(guó) 國(guó) 情 的 實(shí) 驗(yàn) 檢 驗(yàn) 設(shè) 備 成 為 相 關(guān) 科 研 院 所 和 工 業(yè) 企 業(yè) 的重 要 任 務(wù) 。1.2 帶的種類 傳 動(dòng) 帶 有 傳 遞 和 變 速 兩 種 功 能 , 分 為 摩 擦 傳 動(dòng) 和 嚙 合 傳 動(dòng) 兩 大 類 別 。 到目 前 為 止 , 全 球 各 傳 動(dòng) 帶 生 產(chǎn) 廠 在 結(jié) 構(gòu) 形 狀 上 已 形 成 V 帶 、 平 帶 、 齒 帶 和 圓帶 四 大 體 系 , 包 括 尺 寸 規(guī) 格 在 內(nèi) 已 逾 千 種 。 特 別 是 齒 帶 , 最 近 十 幾 年 來(lái) , 隨著 精 密 機(jī) 械 和 電 子 信 息 技 術(shù) 的 進(jìn) 步 , 作 為 橡 膠 工 業(yè) 的 高 新 技 術(shù) 產(chǎn) 品 , 在 世 界各 地 發(fā) 展 十 分 迅 猛 , 產(chǎn) 量 急 劇 擴(kuò) 大 。1.2.1 平帶圖 1-1 平帶平帶是傳動(dòng)帶最老的一個(gè)品種,約有 100 余年的歷史,但直至 20 世紀(jì)中葉,仍占據(jù)傳動(dòng)帶中一半左右的市場(chǎng)份額。它以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)方便、不受距離限制、容易調(diào)節(jié)更換等特點(diǎn),在各種工農(nóng)業(yè)機(jī)械中得到普遍采用。平板帶寬度一般由 16-600mm,長(zhǎng)度最大可達(dá) 100~200m,層數(shù)最多為 6 一帶中最常見(jiàn)的為帆布帶,分為包層式、疊層式和疊包式三種。疊層帶為包層帶(又稱圓邊帶)的改進(jìn)產(chǎn)品,具有帶體柔軟,富有彈性,耐屈性好等優(yōu)點(diǎn),適于在小帶輪和 20m/s 以上的快速傳動(dòng)裝置上使用。而疊包帶介于兩者之間,用于邊部易受磨損的傳動(dòng)。由于平板帶的傳動(dòng)效率低(一般為 85%左右) ,且占據(jù)面積較大,因此,從 20 世紀(jì) 60 年代以后世界各國(guó)產(chǎn)量逐年下降。目前在發(fā)達(dá)國(guó)家,除部分農(nóng)業(yè)機(jī)械和輕紡機(jī)械尚少量使用之外,已處于被淘汰的狀態(tài)。 另一方面,在這一時(shí)期,以化纖帆布和簾布為芯體而制成的無(wú)接頭和熱接頭環(huán)形帶,則在全球獲得了長(zhǎng)足發(fā)展。它以強(qiáng)度大、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)輸圓滑、耐屈撓、壽命長(zhǎng)和無(wú)需接頭等為特點(diǎn),使用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,并在微型傳動(dòng)帶中形成主流。1.2.2 三角帶圖 1-2 各種三角帶三角帶又稱 V 型帶,是傳動(dòng)帶中產(chǎn)量最大、品種最多、用途最廣的一種產(chǎn)品。自從 1917 年首次由美國(guó)制成汽車風(fēng)扇帶,20 年代初開(kāi)始推廣用于工農(nóng)機(jī)械之后,半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)久盛不衰,發(fā)展十分迅速,現(xiàn)已成為傳動(dòng)帶的主流。在世界各國(guó)傳動(dòng)帶中,從橡膠用量來(lái)看,三角帶現(xiàn)已占到 65%上,齒型帶為25%,平板帶則已退減到 10%以下。目前,三角帶已成為世界各種機(jī)械裝置動(dòng)力傳動(dòng)和變速的主要器材,在當(dāng)今農(nóng)機(jī)、機(jī)床、汽車、船舶、辦公設(shè)備等廣泛領(lǐng)域,發(fā)揮著日益重要的作用。按照斷面尺寸,三角帶可分為產(chǎn)業(yè)機(jī)械用的 Y、O、A、B、C、D、E 七種工業(yè)型號(hào)和汽車、拖拉機(jī)等用的各類風(fēng)扇帶,共計(jì)兩大類別。Y、O 型為最小的 V型帶,主要用于打字機(jī)、切書機(jī)等辦公設(shè)備、家電制品(洗衣機(jī)、榨汁器、吸塵器)。一般產(chǎn)業(yè)機(jī)械,隨著馬力的增大,順序使用 A、B、C、D、E 等 V 型帶,其中 D、E 型為重型帶,用于船舶、電力等大型機(jī)械。至于風(fēng)扇帶,除了汽車、拖拉機(jī)之外,還大量用在水泵、空調(diào)等方面。在發(fā)達(dá)國(guó)家,三角帶與風(fēng)扇帶的生產(chǎn)比率已達(dá)到 2:1-3:2 的程度,風(fēng)扇帶呈現(xiàn)明顯上升的勢(shì)頭。三角帶一般都是指包布式 V 型帶,從 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始,為提高傳動(dòng)帶的耐久性,又出現(xiàn)了切邊式 V 型帶。這種切邊 V 型帶,由于膠帶結(jié)構(gòu)側(cè)面沒(méi)有包布,帶體十分柔軟,耐屈撓疲勞性能非常好,因而得到迅速發(fā)展。進(jìn)入 80年代,為解決三角帶多根成組傳動(dòng)時(shí)因產(chǎn)生不一樣長(zhǎng)而帶來(lái)的傳動(dòng)效率和使用壽命下降等問(wèn)題,又興起了多根三角帶用平板帶固定在一起的三角帶。習(xí)慣稱之為聯(lián)組三角帶的 V 型平板帶,具有極大的優(yōu)越性,因而又開(kāi)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(duì)帶輪溝槽有特殊的要求,然而由于帶體很薄,與帶輪的接觸面積大,彎曲性好,帶輪縮小,可使傳動(dòng)裝置進(jìn)一步小型化、節(jié)能化,在世界發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)量急劇增長(zhǎng)。近些年來(lái),為適應(yīng)各種傳動(dòng)裝置的特殊需要,除普通標(biāo)準(zhǔn)型的三角帶之外,還出現(xiàn)了數(shù)量眾多、形狀各異的特種三角帶,它們主要有:(1) 窄型和寬型三角帶普通三角帶的寬高比為 1:1.5~1.6,而窄型和寬型的三角帶分別為1:1.2 和 1:2。窄型 V 帶的結(jié)構(gòu)尺寸比普通 V 帶可以減少約 50%,能節(jié)省大量原材料,同時(shí)強(qiáng)力均勻,有效接觸面積大,彎曲應(yīng)力小,可大大延長(zhǎng)使用壽命。窄型 v 帶的傳動(dòng)效率可達(dá) 90%一 97%,極限速度達(dá) 40-50m/s,傳動(dòng)能力提高 0.5~1.5 倍,最適于短距離、小帶輪于變速傳動(dòng),故又稱之為變速帶。其特點(diǎn)是在帶的上下表面,大多制成單面或雙面的弧形或齒形狀態(tài),使之易于調(diào)速,主要用在低速的圓錐式和圓盤式無(wú)級(jí)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(zhǎng)使用壽命,適于設(shè)備的小張力傳動(dòng)。大角 V帶為上半部呈矩形,下半部呈倒梯形的六角帶,能使摩擦損失減小,承載能力增大,帶體柔軟,適于輕小型設(shè)備的高速傳動(dòng)。(3) 活絡(luò)和沖孔三角帶活絡(luò)帶由多個(gè)小段以金屬螺釘連結(jié)而成。沖孔帶在帶體縱向沖有許多等距的透孔用以連接接頭。這種 V 帶都是可以接頭的三角帶,可根據(jù)需要長(zhǎng)度隨意自由接頭定長(zhǎng)。它彌補(bǔ)了普通三角帶無(wú)接頭,只能按規(guī)定長(zhǎng)度使用的限制。另外一個(gè)好處是,在使用中,當(dāng)三角帶體出現(xiàn)局部損壞后,可更換損壞部位繼續(xù)使用,同時(shí),它還有可簡(jiǎn)單自由調(diào)節(jié)長(zhǎng)度大小的優(yōu)點(diǎn)。但因強(qiáng)度較低,只能用于低速傳動(dòng),又由于存在精確度低、傳動(dòng)效率差等問(wèn)題,近些年來(lái)使用日趨減少。此外,對(duì)指定用于汽車、拖拉機(jī)等各種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇而用的三角帶,人們專門稱之為風(fēng)扇帶。它的特點(diǎn)是以單根使用為主,帶輪很小,傳距很短,速度與功率常變,是屬于接觸溫度較高、在苛刻環(huán)境條件下使用的一種 V 帶。風(fēng)扇帶也常用在發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、動(dòng)力泵等方面。風(fēng)扇帶由于其性能要求與普通三角帶完全不同,在工業(yè)上單獨(dú)分類統(tǒng)計(jì)。近些年來(lái),世界風(fēng)扇帶的發(fā)展十分迅速,數(shù)量已占到三角帶總量的三分之一。風(fēng)扇帶分為普通和窄型兩種,細(xì)分為包布式平底 V 帶、圓齒 V 帶、切邊式平底V 帶和波浪 V 帶等多種類型。風(fēng)扇帶的結(jié)構(gòu)一般比普通三角帶要復(fù)雜,見(jiàn)附圖,除強(qiáng)力層、伸張層、壓縮層和包布層之外,又增加了緩沖層和支撐層?,F(xiàn)在使用最多的是切邊式波浪 V 帶,生熱低、散熱快、摩擦大、噪聲小、強(qiáng)度好、效率高,行駛里程可達(dá) 18~20 萬(wàn)公里,比一般風(fēng)扇帶高出約一倍。近年來(lái),隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高和旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn),以及液壓轉(zhuǎn)向裝置和冷風(fēng)裝置的增多,對(duì)風(fēng)扇帶的要求日益嚴(yán)酷,不僅帶輪小型化,而且采用雙向兩面驅(qū)動(dòng)的方式越來(lái)越多,因此,橡膠和芯體材料也隨之產(chǎn)生了重大改變,普通三角帶、V 型平板帶與風(fēng)扇帶比較 1-上膠布層:2-下膠布層;3-橡膠伸張層:4-橡膠壓縮層:5-線繩強(qiáng)力層;6-橡膠緩沖層: 1.2.3 圓形帶圓形帶為斷面呈圓形的傳動(dòng)帶,它可以自由彎曲驅(qū)動(dòng)。這種帶多為聚氨酯制造的,通常沒(méi)有芯體,結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單,使用方便。圓形帶為膠帶傳動(dòng)開(kāi)辟了新的途徑,世界各國(guó)在小型機(jī)床、縫紉機(jī)、精密機(jī)械等方面需用量急劇增長(zhǎng),今后潛力很大。1.2.4 齒型帶齒型帶亦稱同步帶,分為單面齒帶和雙面齒帶兩種類型。前者主要用于單軸傳動(dòng),后者為多軸或反向傳動(dòng),系從 1980 年以來(lái)世界新出現(xiàn)的又一種高效傳動(dòng)帶。齒型帶根據(jù)齒的形狀又分為梯形和圓弧形兩種,以圓弧形齒的同步帶所承受的扭矩為最大。從所用材料上,齒型帶可區(qū)分為橡膠型和聚氨酯型兩大類,而前者又有普通橡膠(通常為氯丁橡膠)和特種橡膠(多為飽和丁腈橡膠)之分。它們的結(jié)構(gòu)是由鋼簾線或玻璃纖維組成的強(qiáng)力層和以橡膠及尼龍布形成的外包橡膠層或聚氨酯膠層構(gòu)成。齒型帶包括多楔帶,近 20 年來(lái)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(chǎng)。目前,除已大量用于汽車及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之外,并進(jìn)一步擴(kuò)大到 OA 機(jī)器(辦公設(shè)備)、機(jī)器人等各種精密機(jī)械的傳動(dòng)。由于膠帶內(nèi)側(cè)帶有彈性體的齒牙,能實(shí)現(xiàn)無(wú)滑動(dòng)的同步傳動(dòng),而且具有比鏈條輕、噪音小的特點(diǎn),現(xiàn)今歐洲 80%以上的轎車、美國(guó)40%的轎車都已裝用了這種齒型帶。我國(guó) 2000 年生產(chǎn)汽車 200 萬(wàn)輛,齒型帶需要 700 萬(wàn)條以上。最近出現(xiàn)的圓齒帶較之方齒帶,更進(jìn)一步增大了傳動(dòng)力和肅靜性,作為新一代的環(huán)保帶,其使用范圍更趨廣泛?,F(xiàn)在,已開(kāi)始成為對(duì)同步傳動(dòng)、噪音要求極為嚴(yán)格的家用和工業(yè)用縫紉機(jī)、打字機(jī)、復(fù)印機(jī)的使用對(duì)象。1.3 帶傳動(dòng)的工藝設(shè)備趨向多 年 來(lái) , 傳 動(dòng) 帶 的 生 產(chǎn) 工 藝 在 世 界 各 地 一 直 沒(méi) 有 大 的 變 化 , 不 外 煉 膠 、 成 型 、硫 化 三 大 老 的 工 藝 。 所 不 同 的 是 , 切 割 式 三 角 帶 取 消 了 V 型 帶 成 型 時(shí) 的 包 布 ,并 改 為 在 硫 化 后 切 割 , 同 時(shí) 增 加 研 磨 工 序 。 而 對(duì) 于 齒 型 帶 則 是 在 帶 齒 形 溝 槽的 模 型 上 , 先 置 入 外 包 帆 布 , 然 后 呈 螺 旋 狀 纏 上 芯 線 , 而 后 上 覆 橡 膠 片 , 連同 模 型 一 起 送 入 硫 化 罐 硫 化 。 此 時(shí) , 利 用 橡 膠 在 加 熱 中 的 塑 性 流 動(dòng) , 從 芯 線的 縫 隙 將 帆 布 充 入 模 齒 內(nèi) 而 形 成 帶 齒 , 硫 化 后 再 從 模 型 中 取 出 成 適 當(dāng) 的 寬 度 。這 種 生 產(chǎn) 工 藝 , 把 傳 動(dòng) 帶 的 制 造 過(guò) 程 人 為 地 分 割 成 好 幾 塊 , 無(wú) 法 聯(lián) 結(jié) 起 來(lái) ;加 之 傳 動(dòng) 帶 的 品 種 規(guī) 格 太 多 , 生 產(chǎn) 批 量 很 小 , 產(chǎn) 品 變 動(dòng) 頻 繁 , 給 工 藝 設(shè) 備 的連 續(xù) 化 、 自 動(dòng) 化 帶 來(lái) 了 諸 多 困 難 , 生 產(chǎn) 效 率 十 分 低 下 。 當(dāng) 前 國(guó) 外 的 發(fā) 展 趨 勢(shì) ,一 是 努 力 研 究 實(shí) 現(xiàn) 工 藝 的 連 續(xù) 化 生 產(chǎn) , 提 高 設(shè) 備 自 控 水 平 , 促 使 生 產(chǎn) 效 率 大幅 度 提 高 : 二 是 繼 續(xù) 擴(kuò) 大 使 用 聚 氨 酯 等 液 體 彈 性 體 , 從 根 本 上 簡(jiǎn) 化 工 藝 , 縮短 流 程 , 改 變 傳 統(tǒng) 的 橡 膠 工 藝 加 工 方 式 。 現(xiàn) 在 , 聚 氨 酯 液 相 加 工 工 藝 在 小 型和 微 型 帶 中 , 已 占 據(jù) 主 導(dǎo) 地 位 , 前 景 十 分 樂(lè) 觀 。還 有 , 短 纖 維 橡 膠 的 混 合 也 是 當(dāng) 今 世 界 傳 動(dòng) 帶 業(yè) 界 一 大 課 題 。 如 何 使 短 纖 維在 橡 膠 中 均 勻 分 散 , 并 解 決 由 此 而 產(chǎn) 生 的 膠 料 高 粘 度 化 , 造 成 生 產(chǎn) 效 率 下 降的 現(xiàn) 象 , 需 要 在 混 煉 方 法 和 控 制 方 式 有 新 的 突 破 。 另 外 , 短 纖 維 橡 膠 的 纖 維排 列 取 向 也 是 不 可 忽 視 的 又 一 個(gè) 問(wèn) 題 , 通 常 采 用 壓 延 機(jī) 和 壓 出 機(jī) 定 向 供 膠 出片 、 按 流 動(dòng) 方 向 取 片 的 方 法 , 也 并 非 最 佳 良 策 。 無(wú) 紡 布 、 復(fù) 合 片 材 是 今 后 開(kāi)發(fā) 的 方 向 ??v 觀 半 個(gè) 多 世 紀(jì) 以 來(lái) 世 界 傳 動(dòng) 帶 的 發(fā) 展 趨 勢(shì) , 隨 著 全 球 高 新 技 術(shù) 產(chǎn) 業(yè) 化 的 迅猛 發(fā) 展 , 今 后 傳 動(dòng) 帶 的 主 流 是 向 著 小 型 化 、 精 密 化 和 高 速 化 的 方 向 發(fā) 展 。 老式 的 平 板 帶 將 被 日 漸 淘 汰 , 新 型 的 環(huán) 形 平 板 帶 重 新 崛 起 ; 切 割 三 角 帶 將 取 代大 部 分 包 布 V 型 帶 、 同 時(shí) 代 之 而 起 的 V 型 平 板 帶 、 多 楔 帶 、 齒 型 帶 可 能 成 為新 的 主 流 產(chǎn) 品 。我 國(guó) 生 產(chǎn) 傳 動(dòng) 帶 的 廠 家 十 分 雜 亂 , 除 200 家 國(guó) 有 、 三 資 企 業(yè) 之 外 , 還 有 1000余 家 集 體 、 私 營(yíng) 和 個(gè) 體 所 有 制 企 業(yè) , 僅 V 型 帶 一 種 產(chǎn) 品 年 產(chǎn) 即 達(dá) 4 億 A 米 以上 , 在 產(chǎn) 量 上 雖 已 位 居 世 界 前 列 , 而 略 具 規(guī) 模 水 平 的 不 過(guò) 十 幾 家 。 除 少 數(shù) 引進(jìn) 技 術(shù) 設(shè) 備 和 合 資 企 業(yè) 外 , 大 多 處 于 后 進(jìn) 狀 態(tài) , 亟 待 改 組 、 改 造 、 改 革 。 調(diào)整 傳 動(dòng) 帶 行 業(yè) 結(jié) 構(gòu) , 淘 汰 老 舊 產(chǎn) 品 , 開(kāi) 發(fā) 創(chuàng) 新 產(chǎn) 品 , 迎 頭 趕 上 世 界 傳 動(dòng) 帶 先進(jìn) 技 術(shù) 水 平 , 可 說(shuō) 是 當(dāng) 前 最 為 緊 迫 的 任 務(wù) 。1.4 本課題的研究目的,意義及研究成果目 前 國(guó) 內(nèi) 的 汽 車 傳 動(dòng) 帶 的 質(zhì) 量 普 遍 低 于 美 國(guó) 、 日 本 等 發(fā) 達(dá) 國(guó) 家 的 同 類 產(chǎn)品 的 一 個(gè) 主 要 原 因 在 于 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 不 過(guò) 關(guān) , 因 此 研 發(fā) 一 種 適 合 我 國(guó) 國(guó) 情 的 ,達(dá) 到 國(guó) 外 同 類 產(chǎn) 品 水 平 的 新 型 傳 動(dòng) 帶 疲 勞 壽 命 試 驗(yàn) 機(jī) 是 必 要 的 。 其 目 的 是 進(jìn)一 步 推 進(jìn) 汽 車 傳 動(dòng) 帶 的 研 發(fā) 能 力 , 為 國(guó) 內(nèi) 生 產(chǎn) 企 業(yè) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 的 控 制 與 監(jiān) 測(cè) 、標(biāo) 準(zhǔn) 化 的 制 定 提 供 理 論 依 據(jù) 。 對(duì) 帶 進(jìn) 行 疲 勞 試 驗(yàn) , 從 而 能 保 證 帶 的 質(zhì) 量 和 耐用 度 。第 2 章 總體方案的設(shè)計(jì)2.1 技術(shù)要求技術(shù)要求:負(fù)載功率:10KW;主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速:4900r/min±2%;帶張緊力:680±30N;高溫箱:85℃±5℃;要求測(cè)量主動(dòng)輪、從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量精度為±1%。由 GB13552-1998 查得:帶長(zhǎng):850—1000mm主動(dòng)輪從動(dòng)輪有效直徑 121±0.002mm張緊輪直徑:55±0.2mm帶的彈性模量 E=7.8Mpa帶的橫截面積 A=71.2 2m2.2 加載方式的選擇2.2.1 機(jī)械封閉功率試驗(yàn)機(jī)的工作原理眾所周知,V 帶是靠摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。在傳動(dòng)中特有一個(gè)彈性打滑現(xiàn)象,它是由于在傳動(dòng)中,帶輪的倆邊拉力不相等造成的。我們用滑差率 ε%表示彈性滑動(dòng)的大小。從膠帶的變形關(guān)系可以推出滑差率 (1)式中: =帶緊邊拉力, =帶松邊拉力,F(xiàn)=帶有效拉力, = 主動(dòng)輪線速1F2FV度,=從動(dòng)輪線速度, =主動(dòng)輪直徑, =從動(dòng)輪直徑, =主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速,2V1d2d1n=從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速,E=膠帶的彈性模量,A=膠帶的橫截面積。n由(1)式中可以看出,有效拉力 F 越大,則彈性滑動(dòng)越大,滑差率 ε%就越大,有效拉力即為帶傳動(dòng)中的載荷,所以帶中傳遞的載荷也越大。機(jī)械封閉功率試驗(yàn)機(jī)就是系統(tǒng)的載荷在整個(gè)系統(tǒng)中封閉傳遞,并且傳遞的是機(jī)械彈性變形能。2.2.2 加載傳動(dòng)方式的選擇可供選擇的方案: 用行星輪系和力矩電機(jī)的加載傳動(dòng)方式○ 1采用電磁加載器加載的傳動(dòng)方式○ 2對(duì)比分析1)采用行星輪系和力矩電機(jī)的加載傳動(dòng)方式傳動(dòng)原理○ 1該種方式的傳動(dòng)原理如圖 1 示: 圖 2-1 行星輪系和力矩電機(jī)加載的傳動(dòng)原理該種方式中,兩個(gè)試驗(yàn)帶輪直徑相等,主傳動(dòng)輪安裝在行星輪系的外殼上,主電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸與輪系的系桿聯(lián)接,力矩電機(jī)與輪系的中心輪聯(lián)接。該輪系為差動(dòng)輪系,有兩個(gè)自由度。該種方式中需要用到力矩電機(jī)和主電機(jī)兩個(gè)電機(jī),而且需要設(shè)計(jì)行星輪系,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且結(jié)構(gòu)不夠緊湊。1) 采用電磁加載器加載的傳動(dòng)方式傳動(dòng)原理○ 1該種方式的傳動(dòng)原理如圖 2 所示:圖 2-2 電磁加載器加載方式的傳動(dòng)原理該種方式的顯著特點(diǎn)是傳動(dòng)帶有兩條,兩主動(dòng)輪直徑不等,而從動(dòng)輪直徑相等。主動(dòng)輪 裝在與電磁加載器外殼相連接的空心軸 13 上,主傳動(dòng)輪 裝在與加載器的芯軸相連接的中心軸 12 上。當(dāng)電磁加載器使兩主動(dòng)輪剛性聯(lián)接時(shí),由于傳動(dòng)帶傳動(dòng)比不等,為系統(tǒng)加上載荷。當(dāng)電磁器斷電時(shí),系統(tǒng)為開(kāi)式系統(tǒng),無(wú)扭矩產(chǎn)生,即無(wú)載荷傳動(dòng)。此種方式只需一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)緊湊,而且,電磁加載器屬于外購(gòu)件,選購(gòu)方便,而且降低了成本。比較兩種傳動(dòng)方式選擇第二種電磁加載方式。2.2.3 電磁加載器的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇南通遠(yuǎn)辰設(shè)備有限公司的電磁加載器型號(hào)為:WZ-70P主要技術(shù)參數(shù)為:額定功率:P=16kw額定轉(zhuǎn)矩: T=70Nm最高轉(zhuǎn)速:2000-2800轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:J=0.005kg 2m圖 4-4 外形及安裝尺寸圖一、使用環(huán)境1、最高的環(huán)境溫度不超過(guò)40℃2、海拔高度不超過(guò)1000m3、當(dāng)環(huán)境溫度為20 時(shí),相對(duì)溫度不大于85%二、冷卻水1、水質(zhì)冷卻水的水質(zhì)為自來(lái)水、一般工業(yè)用水、地下水或經(jīng)初步過(guò)濾的河水。水中不含有直徑1mm 以上的固定果斷或其它雜物,其PH 值為6-8 ,硬度以200ppm以下為宜,最大值為300ppm.2、水壓進(jìn)水壓力一般不小于0.05MPa,不大于0.2MPa,本產(chǎn)品對(duì)水壓要求不嚴(yán),建議用戶在安裝時(shí)加進(jìn)水閥門,以方便調(diào)節(jié)水量。3、水量冷卻水量見(jiàn)參數(shù)表,進(jìn)水量的大小按測(cè)試功率的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般按千瓦損耗約0.5L/min 的水量供給。4、進(jìn)水溫度最高不超過(guò)30℃,但不低于4℃,出水溫度約為70℃為宜,使用時(shí)可根據(jù)出水溫度的高低調(diào)節(jié)冷卻水量。2.3 功能原理方案設(shè)計(jì)基于功能原理方案設(shè)計(jì)包括原理方案的功能原理分析,功能分析。分功能求解和功能原理方案確定等 5 項(xiàng)內(nèi)容,就是求取一個(gè)最佳的功能系統(tǒng)的解,構(gòu)成一個(gè)原理方案,實(shí)現(xiàn)所提出的創(chuàng)造目標(biāo),并滿足周邊的各種限制條件。1.功能原理分析任何一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的功能分析和綜合,就能針對(duì)產(chǎn)品的主要功能提出一些原理,方案,例如設(shè)計(jì),機(jī)械封閉或汽車多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī),總體原理方案可以通過(guò)加載傳動(dòng)方式來(lái)體現(xiàn),有如下幾種方式:1 采用行星輪系和力矩電機(jī)加載2 采用電磁加載器加載不同的原理和加工工藝會(huì)有不同設(shè)備。原理方案還有執(zhí)行功能工藝過(guò)程以及執(zhí)行元件有著密切關(guān)系。尋求作用原理,關(guān)鍵在于提出創(chuàng)新構(gòu)思,使思維“發(fā)散”,力求提出較多的解法供比較選擇。2.功能分解產(chǎn)品和技術(shù)系統(tǒng)的總體功能稱為產(chǎn)品的總功能。產(chǎn)品的用途不同,其總功能也不同。技術(shù)系統(tǒng)都比較復(fù)雜,難以直接求得滿足總功能的原理解。可利用系統(tǒng)工程的分解性原理將功能系統(tǒng)按總功能,分功能。 。 。 。 。 。功能元進(jìn)行分解,化繁為簡(jiǎn),以便通過(guò)各功能元解的有機(jī)組和求得技術(shù)系統(tǒng)解。功能分解可用樹(shù)狀的功能結(jié)構(gòu),稱為功能樹(shù)。功能樹(shù)起于總功能按分功能,二級(jí)分功能分解,其常為功能元。功能元是可以直接求解的系統(tǒng)的最小組成單元。試驗(yàn)機(jī)控制1. 扭距傳感器2. 轉(zhuǎn)速的控制(速度傳感器)3. 位移的控制(行程開(kāi)關(guān))4. 旋轉(zhuǎn)精度的控制(光電編碼器)5. 溫度的控制(溫度傳感器) (±5℃)結(jié)構(gòu)1. 床身2. 保溫箱3. 殼罩功能 1. 帶傳動(dòng)(主動(dòng)從動(dòng)帶轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī))2. 加負(fù)載(電磁加載器、行星輪系)3. 張緊(重砣絲杠電機(jī))4. 保溫(保溫箱 )5. 帶的裝卸(絲杠正反轉(zhuǎn)螺母、雙絲杠、雙電機(jī)雙螺母)圖 2-3 汽車多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)的功能樹(shù)總功能確定后,功能分解可按以下方法進(jìn)行按照解決問(wèn)題的因果關(guān)系或目的手段關(guān)系進(jìn)行分解。試驗(yàn)機(jī)采用功能樹(shù)的方法進(jìn)行分解。功能樹(shù)起源于相當(dāng)于總功能的樹(shù)干,實(shí)現(xiàn)總功能這一目的所需要采用的全部手段功能構(gòu)成一級(jí)分功能,這些分功能相當(dāng)于樹(shù)枝。實(shí)現(xiàn)一級(jí)分能目的的手段構(gòu)成了二級(jí)分功能。如此分解,直到分解到可以直接求解的位于樹(shù)枝末端的功能元為止。3.分功能求解設(shè)計(jì)目錄法設(shè)計(jì)目錄法是一種設(shè)計(jì)信息庫(kù)。它把設(shè)計(jì)過(guò)程中的大量信息有規(guī)律地加以分類。排列和儲(chǔ)存,以便于設(shè)計(jì)者查找和闊用。在計(jì)算機(jī)輔助自動(dòng)化設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)和智能系統(tǒng)中,科學(xué),完備的設(shè)計(jì)信息資料是解決問(wèn)題的重要基本條件。設(shè)計(jì)目錄的內(nèi)容和用途來(lái)看都不同于機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)或標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè),它主要的表格的形式提供與設(shè)計(jì)方法有關(guān)的分功能或功能元的原理解。4 功能原理方案確定由于每個(gè)功能元的解有多個(gè),因此自或機(jī)械的功能原理方案,可以有多個(gè)。功能原理方案的組合可采用形態(tài)矩陣進(jìn)行綜合。形態(tài)學(xué)矩陣法是一種系統(tǒng)搜索和程式化求解的分功能組合求解方法。形態(tài)學(xué)矩陣法是進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)組或和創(chuàng)新的基本途徑,得到多種可行方案后,經(jīng)篩選,評(píng)價(jià)可以獲得最佳方案。形態(tài)學(xué)矩陣法的引用步驟如下(1)通過(guò)總功能分解可以求得若干分功能。(2)功能求解(3)方案組式(4)方案評(píng)價(jià)(5)選出綜合最優(yōu)方案機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式變化解法的目錄如下表:表 2-1 試驗(yàn)機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣1 2 3 4主動(dòng)從動(dòng)帶轉(zhuǎn)動(dòng)(A) 鏈傳動(dòng) 帶傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)加負(fù)載(B) 電磁加載器 行星輪系張緊(C) 電機(jī)+絲杠 液壓系統(tǒng) 重砣保溫(D) 保溫箱裝卸帶(E) 凸輪機(jī)構(gòu) 雙絲杠 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 絲杠+ 正反轉(zhuǎn)螺母5 用形態(tài)學(xué)矩陣法選擇試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方案方式功 能元根據(jù)形態(tài)學(xué)矩陣可綜合出 72(N=3x2x3x4=72)種方案。根據(jù)是否滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)要求,運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)順序安排是否合理,運(yùn)動(dòng)精確度、成本高低、是否滿足環(huán)境、動(dòng)力源、生產(chǎn)條件等限制條件,最后選擇出比較好的運(yùn)動(dòng)方案。方案一:A2+B1+C3+D1+E4方案二:A2+B2+C2+D1+E2根據(jù)上述各功能要求,選方案一,原因如下:1)就加載方式選擇:行星輪系加載方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高,而應(yīng)用電磁加載器可以外購(gòu)使用選購(gòu)方便。應(yīng)用到試驗(yàn)機(jī)上結(jié)構(gòu)比較合理。2)就張緊而言,加重砣易于控制張緊力,液壓結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高。3)裝卸帶方面采用單絲杠+正反轉(zhuǎn)螺母,可以工作臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。而且易于控制,只需一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。雙絲杠需要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。而且做到同步也很困難,控制精度不如前者。2.4 扭矩傳感器的選擇據(jù)設(shè)計(jì)要求扭矩傳感器選擇北京工標(biāo)的 GB-DTS 系列扭矩傳感器型號(hào)為:GB-DTS 動(dòng)態(tài)法蘭扭矩傳感器s圖 4-1 GB-DTS 動(dòng)態(tài)法蘭扭矩傳感器2.4.1 產(chǎn)品特點(diǎn)1. 選 5V/12V。信號(hào)輸出波形方波幅度可2. 開(kāi)機(jī) 5 分鐘即可進(jìn)入工作狀態(tài),勿需預(yù)熱過(guò)程。3. 檢測(cè)精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強(qiáng)。4. 不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測(cè)量正反扭矩。5. 體積小、重量輕、易于安裝。6. 傳感器可脫離二次儀表獨(dú)立使用,只要按插座針號(hào)提供±15V(200mA)的電源,即可輸出阻抗與扭矩成正比的等方波或脈沖波頻率信號(hào)。2.4.2 主要性能及電氣指標(biāo)扭 矩 精 度: <±0.5%F·S、<±0.3%F·S、<±0.1%F·S(可選)頻 率 響 應(yīng): 100μs非 線 性: <±0.2 % F· S 重 復(fù) 性: <±0.1% F· S回 差: <0.1 % F· S零 點(diǎn) 時(shí) 漂: <0.2 % F· S 零 點(diǎn) 溫 漂: <0.2 % F· S /10℃輸 出 阻 抗: 350Ω±1Ω、700Ω±3Ω、1000Ω±5Ω(可選)絕 緣 阻 抗: >500MΩ靜 態(tài) 超 載: 120 % 150% 200%(可選)使 用 溫 度: -10 ~ 50℃儲(chǔ) 存 溫 度: -20 ~ 70℃電 源 電 壓: ±15V±5% 總 消耗電流: <200mA頻率信號(hào)輸出: 5KHZ—15KHZ額 定 扭 矩: 10KHZ±5kHZ (正反雙向測(cè)量值) 2.4.3 維護(hù)與保養(yǎng)1.每隔一年應(yīng)給扭矩傳感器兩端軸承加潤(rùn)滑脂。加潤(rùn)滑脂時(shí),僅將兩端軸承蓋打開(kāi),將潤(rùn)滑脂加入軸承,然后裝上兩端蓋。2.應(yīng)儲(chǔ)存在干燥、無(wú)腐蝕、室溫為 -20℃——70℃的環(huán)境里。2.4.4 注意事項(xiàng)與安裝方式1.注意事項(xiàng)1)安裝時(shí),不能帶電操作,切莫直接敲打、碰撞傳感器。2)聯(lián)軸器的緊固螺栓應(yīng)擰緊 ,聯(lián)軸器的外面應(yīng)加防護(hù)罩,避免人身傷害。3)信號(hào)線輸出不得對(duì)地 ,對(duì)電源短路,輸出電流不大于 10mA? 屏蔽電纜線的屏蔽層必須與 +15V 電源的公共端(電源地)連接。2.安裝方式(1).水平安裝:如圖 4-2 所示:圖 4-2 扭矩傳感器水平安裝示意圖(2).連接方式: 扭矩傳感器與動(dòng)力設(shè)備、負(fù)載設(shè)備之間的連接1)彈性柱銷聯(lián)軸器連接: 如圖 4-3 所示,此種連接方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工容易,維護(hù)方便。能夠微量補(bǔ)償安裝誤差造成的軸的相對(duì)偏移,同時(shí)能起到輕微減振的作用。適用于中等載荷、起動(dòng)頻繁的高低速運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)合,工作溫度為-10-50℃。圖 4-3 彈性柱銷連接示意圖2)剛性聯(lián)軸器連接: 如圖 14 所示,這種連接形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,無(wú)補(bǔ)償性能,不能緩沖減振,對(duì)兩軸的安裝精度較高。用于振動(dòng)很小的工況條件。3)安裝要求:(1) 扭矩傳感器可水平安裝,也可垂直安裝(2) 如圖 11、12 所示,動(dòng)力設(shè)備、傳感器、負(fù)載設(shè)備應(yīng)安裝在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上大的震動(dòng),否則可能發(fā)生數(shù)據(jù)不穩(wěn),降低測(cè)量精度,甚至損壞傳感器。(3) 采用彈性柱銷聯(lián)軸器或剛性聯(lián)軸器連接。(4) 力設(shè)備、傳感器、負(fù)載設(shè)備軸線的同心度應(yīng)小于 Φ0.05mm。4)安裝步驟:(1)根據(jù)軸的連接形式和扭矩傳感器的長(zhǎng)度,確定原動(dòng)機(jī)和負(fù)載之間的距離,調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)和負(fù)載的軸線相對(duì)于基準(zhǔn)面的距離,使它們的軸線的同軸度小于 Φ0.03mm,固定原動(dòng)機(jī)和負(fù)載在基準(zhǔn)面上。(2)將聯(lián)軸器分別裝入各自軸上。(3)調(diào)節(jié)扭矩傳感器與基準(zhǔn)面的距離,使它的軸線與原動(dòng)機(jī)和負(fù)載的軸線的同軸度小于 Φ0.03mm,固定扭矩傳感器在基準(zhǔn)面上。(4)緊固聯(lián)軸器,安裝完成。第 3 章 疲勞試驗(yàn)機(jī)的各部分計(jì)算3.1 電機(jī)的選擇圖 3-1 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖(1)4 個(gè)軸承+兩個(gè)扭矩傳感器 傳動(dòng)效率 =0.991?(2)兩個(gè)聯(lián)軸器:彈性 =0.992?(3)兩個(gè)帶傳動(dòng) V 帶 =0.963電機(jī)功率= /負(fù)P總=10kw/ · ·60.92.20.96= 11.7kw電機(jī)選擇條件:①P=11.7kw②小型三相異步電機(jī)(封閉式) ,用途:一般用途的驅(qū)動(dòng)源無(wú)特殊要求。因此,選用三相異步電機(jī) Y160L-4 型 15kw 1460r/min圖 1-2 三相異步電機(jī) Y160L-4 型3.2 軸的設(shè)計(jì)3.2.1 軸的種類與特點(diǎn)軸是組成機(jī)械的一個(gè)重要零件。它支撐著其他轉(zhuǎn)動(dòng)件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩。同時(shí)又通過(guò)軸承和機(jī)架連接,所有軸零件都圍繞軸心線做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),形成了一個(gè)以軸為基準(zhǔn)的組合體——軸部件。所以在軸的設(shè)計(jì)中,不能只考慮軸本身,還必須和軸系零部件的整個(gè)結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來(lái)。軸按承受載荷不同可分為轉(zhuǎn)軸,心軸與傳動(dòng)軸,此疲勞試驗(yàn)機(jī)既承受彎矩又承受扭矩。故此主動(dòng)軸為轉(zhuǎn)軸。按形狀又可分為階梯軸,空心軸等。3.2.2 軸的常用材料軸的材料種類很多設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)對(duì)軸的強(qiáng)度,剛度,耐磨度等要求為采用的熱處理方式。同時(shí)考慮到選工藝問(wèn)題加以選用為求經(jīng)濟(jì)合理。軸的采用材料 35,45.50 優(yōu)質(zhì)碳素鋼。最常用的是 45 剛。多楔帶疲勞試驗(yàn)機(jī)中主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的材料均選為 45 號(hào)鋼。3.2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟1. 已知:傳遞功率 P(kw) ;轉(zhuǎn)速 N(r/min) 。軸上主要零件尺寸,軸在機(jī)器位置中的要求。2. 計(jì)算軸上的轉(zhuǎn)矩 T(N·mm)3. 選擇軸的材料和熱處理方式。4. 計(jì)算軸的最小直徑。軸的最小直徑為:d= ,軸的最小直徑若需開(kāi)30/Apn一或兩個(gè)鍵槽,則將最小直徑增加 5%或 10%。5. 選擇聯(lián)軸器 根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩、最小軸徑、軸的轉(zhuǎn)速,選擇聯(lián)軸器類型。6.初選軸承依據(jù)軸的載荷性質(zhì)、方向和大小,以及轉(zhuǎn)速的高低,選擇軸承類型。根據(jù)工作要求及輸入端的直徑在軸承選取目錄中選取軸承型號(hào),并記錄其尺寸(內(nèi)徑x 外徑 x 寬度)6. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)擬定軸上零件的裝配方案 (2)確定軸的各段直徑(3)確定軸的各段長(zhǎng)度(4)軸上零件的周向定位(5)確定軸上圓角和倒角尺寸7. 軸的校核按彎扭合成校核(1) 畫受力簡(jiǎn)圖(2) 計(jì)算作用于軸上的支反力(3) 計(jì)算軸的彎矩,并畫彎、轉(zhuǎn)矩圖(4) 計(jì)算并畫當(dāng)量彎矩圖(5) 校核軸的強(qiáng)度8. 按安全系數(shù)校核9. 繪制軸的工作圖3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程3.2.4 軸Ⅰ的計(jì)算按設(shè)計(jì)要求: =10kw =4900r/min 1P1n材料:45 熱處理方式:調(diào)質(zhì)處理根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表 15-3 取 =1210A軸Ⅰ的最小直徑為:Dmin= =121 =15.3mm0A3np310/49輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑,為了使所選軸的直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca= ,查表 14-1,考慮到轉(zhuǎn)矩變化,故取 =1.3 則:AK1TAKTca= · =1.3·19489N·mm=25336N·mmAK1T按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca 應(yīng)該小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn) GB/T5014-1985,選用 HL1 型彈性柱銷聯(lián)軸器,其許用轉(zhuǎn)矩為 160N·m。半聯(lián)軸器的孔徑=20mm,故取 dmin=20mm。半聯(lián)軸器長(zhǎng)度 L=40mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔1d長(zhǎng)度 =52mm。L2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)擬定軸上零件的裝配方案 ,如下圖:圖 3-1 軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(2)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度1)為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求,Ⅰ—Ⅱ軸段右端需制出一軸肩,故Ⅱ——Ⅲ段的直徑 DⅡ—Ⅲ=30mm;左端用軸承擋圈定位,按軸端直徑取擋圈直徑 D=32mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度 L1=52mm,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不在軸的端面上,故Ⅰ—Ⅱ段的長(zhǎng)度應(yīng)比 L1 略短一些,現(xiàn)取LⅠ—Ⅱ=50mm。2)初步選取滾動(dòng)軸承,因軸承只承受徑向力,故選用角接觸球軸承。參照工作要求并根據(jù) DⅡ—Ⅲ=30mm,由軸承目錄中初步選取 0 基本游隙組,標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的角接觸球軸承 7006C 型,其尺寸為:表 3-1 角接觸球軸承 7006C 參數(shù)基本尺寸 安裝尺寸 基本額定載荷 KN極限轉(zhuǎn)速r/min質(zhì)量 kgd D B a damin Damax Cr Cor 油潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑W30 55 13 12.2 36 49 15.2 10.2 1500 1400 0.11故 DⅡ—Ⅲ=DⅥ—Ⅶ=30mm,而 LⅢ—LⅣ=15mm兩軸承均采用軸肩定位。故取 DⅢ—Ⅳ=DⅤ—Ⅵ=35mm由手冊(cè)查得 7006C 的定位軸肩高度為 h=5mm。3)取安裝主動(dòng)帶輪處的軸段 DⅧ—Ⅸ=26mm,已知帶的輪轂寬度為 80mm,故取LⅦ—LⅧ=60mm。至此已初步確定Ⅰ軸的各段直徑和長(zhǎng)度。(3)軸上零件的周向定位帶輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按 DⅠ—Ⅱ由表 6-1 查得平鍵截面 bxh=8x7mm,鍵槽用鍵槽銑刀加工,長(zhǎng)度為 56mm,同時(shí)為了保證帶輪與軸配合有良好的對(duì)中性,故選帶輪輪轂與軸的配合為 H7/n6;同樣半聯(lián)軸器與軸的連接,選用平鍵為 8x7x36mm,半聯(lián)軸器與軸的配合為 H7/k6。滾動(dòng)軸與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的,此處選軸的直徑尺寸公差為 m6。(4)確定軸上圓角和倒角尺寸參考表 15-2,取軸端倒角為 2x2,各軸肩處圓角半徑為 R2。3.2.5 軸的校核進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí),應(yīng)根據(jù)軸的具體負(fù)載及應(yīng)力情況,采用相應(yīng)的計(jì)算方法,并恰當(dāng)?shù)倪x取其許用應(yīng)力。對(duì)于僅僅(主要)承受扭矩的軸(傳動(dòng)軸) ,應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算;對(duì)于只承受彎矩的軸(心軸)應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算;對(duì)于既受彎矩又承受扭矩的軸(轉(zhuǎn)軸) ,應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。需要時(shí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核。此外對(duì)于瞬時(shí)過(guò)載很大或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的軸,還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度,以免產(chǎn)生過(guò)量的塑性變形。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 ??ttt dnpWT????32.095式中 ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPaT——軸所受的扭矩 N`mm——軸的抗扭截面系數(shù) 3mn——軸的轉(zhuǎn)速 r/minp——軸傳遞的功率 kwd——計(jì)算載面處軸的直徑 mm由此可得 ??12npA0.29530T???對(duì)于直徑 d 100mm 的軸,有一個(gè)鍵槽時(shí),軸徑增大 5%-7%。有兩個(gè)鍵槽時(shí)應(yīng)增?大 10%-15%然后將軸圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。故可取 18mdin?首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖。在確定軸承后與點(diǎn)位置時(shí),應(yīng)從手冊(cè)中查詢 a 值,根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。圖 3-2 軸的載荷分析圖載荷 水平面 H 垂直面 V支反力 30NF1?15462 1675NFV?-48H2彎矩 m8M?m3M?m-567MV2??總彎矩 3221 ??扭矩 T T=85045N`mm進(jìn)行校核時(shí),通常只校核軸承受最大彎矩與扭矩的截面的強(qiáng)度。由于軸是單向旋轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈沖循環(huán)變應(yīng)力。取 0.6?應(yīng)力 20.5MPaa.7854)(504W)(2T3221ca ????????由于前已測(cè)定軸的材料為 45 鋼,調(diào)后處理,由表 15-1 查得 。??60at?同上 。故安全??tca?3.2.6 軸承的校核由表 3-1 的角接觸球軸承 7006C 的基本額定動(dòng)載荷 C=15.2KN,基本額定靜載荷=10.2KN。0C1.求兩軸承受到的徑向載荷 和 。1rF2r將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面(圖 3-2b)和水平面(圖 3-2c)兩個(gè)平面系。其中:圖 3-2c 中的 為通過(guò)另加轉(zhuǎn)矩平移到指向軸線。te由受力分析可知:= = N=218.2NvrF145802??dxaee 1524307x?= - =750-218.2=531.8N2evr1= = x1800N=748.6Nr1Hte2= - =1800-748.6=1051.4N2tehr1= = =756.7N1rFHv?26.748.?= = =1431.5N22rr 210532.求兩軸承的計(jì)算軸向力 和1Fa2對(duì)于 70000c 型軸承,軸承派生軸向力 =e ,其中 e 為判斷系數(shù),其值由drF的大小來(lái)確定,但現(xiàn)在軸承軸向力未知,故先取 e=0.4,因此可估算0aCF=0.4 =302.68N1dF1r=0.4 =572.6N2d2r= + =300+572.6=872.6N1aFe2d= =572.6N2ad= =0.08601aCF6.87= =0.05602a1.5插值計(jì)算后,得 =0.422, =0.4011e2e兩次計(jì)算 e 值相差不大,因此確定=0.422, =0.401, =872.6N, =572.6N。1e2e1aF2a圖 3-2 角接觸球軸承受力分析圖3.求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 和1P2因?yàn)椋? =1.157>1raF7.5681e= =0.401=2ra.432查表得對(duì)軸承 1 =0.44, =1.3271X1Y對(duì)軸承 2 =1, =022因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷, =1.2-1.8,取 =1.5。則pfpf= ( + )=1.5x(0.44x756.7+1.327x876.2)=1495.64N1Ppf1rF1a= ( + )=1.5x(0.44x1431.5+1.327x572.6)=1358.5N224.驗(yàn)算軸承壽命因?yàn)?> ,所以按軸承 1 的受力大小驗(yàn)算1P2= = x =48960.57h>hLn60?)(C49063)4.52('hL故所選軸承滿足壽命要求。3.3 絲杠的選擇計(jì)算3.3.1 傳動(dòng)方案的確定方案一:滾珠絲杠+電機(jī)+T 型槽方案二:滾珠絲杠+手輪+光電編碼器分析:方案一采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠在移動(dòng)過(guò)程中不易控制傳動(dòng)精度,而且電機(jī)還要選購(gòu);方案二采用手輪驅(qū)動(dòng),在本設(shè)計(jì)中手輪驅(qū)動(dòng)可以達(dá)到要求,再加上光電編碼器對(duì)傳動(dòng)精度的控制,方案二優(yōu)于方案一,所以采用方案二。導(dǎo)程的計(jì)算:3.3.2 技術(shù)要求技術(shù)參數(shù): 試驗(yàn)帶長(zhǎng) L=850-1000mm,試驗(yàn)帶輪直徑:121mm,張緊輪直徑:63mm圖 3-3 帶輪擺放位置示意圖粗略計(jì)算把試驗(yàn)帶型看成等腰直角三角形于是得:中心距 = a=0A21L?當(dāng)帶長(zhǎng)為 1000 時(shí), =585mm;當(dāng)帶長(zhǎng)為 850 時(shí), =468mm0所以絲杠的移動(dòng)范圍△=585-468=116mm3.3.3 設(shè)計(jì)步驟1)計(jì)算載荷 (N)的計(jì)算 cF= (3-1)cFKHAm式中, 為載荷系數(shù),按表 3-1 選?。?為硬度系數(shù),按表 3-2 選??;F H為精度系數(shù),按表 2-8 選??; (N)為平均工作載荷。AK表 3-2 載荷系數(shù)載荷性質(zhì) 無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn) 一般運(yùn)轉(zhuǎn) 有沖擊和震動(dòng)運(yùn) 轉(zhuǎn)FK1-1.2 1.2-1.5 1.5-2.5表 3-3 硬度系數(shù)滾道實(shí)際硬度 HRC58?55 50 45 40HK1.0 1.11 1.56 2.4 3.85表 3-4 精度系數(shù)精度等級(jí) C、D E、F G HA1.0 1.1 1.25 1.432)額定動(dòng)載荷計(jì)算值 (N)的計(jì)算a‘= (3-2)CF34hm10x67.Ln’3)根據(jù) 值從滾珠絲杠副系列中選所需要的規(guī)格,使所選規(guī)格的絲杠副的額aC定動(dòng)載荷 值等于或大于 ,并列出其主要參數(shù)值。a4)驗(yàn)算傳動(dòng)效率、剛度及工作平穩(wěn)性是否滿足要求,如不能,則應(yīng)另選其他規(guī)格并重新驗(yàn)算。3.3.4 計(jì)算過(guò)程(1)求計(jì)算載荷 由式(3-1)cF= =1.2x1.3x1.0x8500=9800NKHAm有設(shè)計(jì)條件,查表 3-1 取 =1.2,查表 3-2 取 =1.3,查表 3-3 取 D 級(jí)精度。FHK(2)計(jì)算額定動(dòng)載荷計(jì)算值 (N)由式(3-2)aC‘= =9800 =32980Na‘CF34hm10x67.Ln’3410x67.5(3)根據(jù) 選擇滾珠絲杠副 假設(shè)選用 FC1 型號(hào),按滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷 等于或稍大于 的原則,查表選定以下型號(hào)規(guī)格:aCaFC1 5010-2.5 =33638NFC1 6310-2.5 =36776Na考慮各種因素選用 FC1 5010-2.5。絲杠副的數(shù)據(jù)為:公稱直徑 D=20mm導(dǎo)程 p=3mm螺旋角 ??‘12?滾珠直徑 d=2.456mm絲杠內(nèi)徑 d=16.5mm絲杠長(zhǎng)度 L=700mm(4)穩(wěn)定性校驗(yàn)絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 (N)按下式計(jì)算:crF=crF)lEI2a?( ?式中,E 為絲杠材料的彈性模量,對(duì)于剛,E=206GPa;l 為絲杠工作長(zhǎng)度(m) ;為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩; 為長(zhǎng)度系數(shù)。aI依題意, = =6.52x NcrF2.1x6054.372?)( 510安全系數(shù) S= = =185.2。而[S]=2.5-2.3。S>[S],絲杠是安全的,mr98.不會(huì)失穩(wěn)。(5)效率驗(yàn)算 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 為? = = =0.934?)( ???tan)( )( ‘’40812tan???要求在 90%-95%之間,所以該絲杠副合格。經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證,F(xiàn)C1 5010-2.5 各項(xiàng)性能均符合題目要求。3.4 帶的設(shè)計(jì)3.4.1 技術(shù)要求設(shè)計(jì)參數(shù):主傳動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速 n=4900r/min電機(jī)轉(zhuǎn)速 =1460r/min1n電機(jī)功率 p=15kw負(fù)載功率 p=10kw傳動(dòng)比 i= =3.356146093.4.2 帶的計(jì)算按電磁加載器的傳動(dòng)分析得分兩次升速達(dá)到主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速i= · =1.78x1.8=3.3561i2第一次升速相關(guān)計(jì)算1. 確定計(jì)算功率 cap由表 8-7 查得工作情況系數(shù) =1.1AK所以 = p=1.1x15=16.5kwcapAK2. 選擇多楔帶的帶型由于本次設(shè)計(jì)是汽車多楔帶的實(shí)驗(yàn),傳動(dòng)帶一律選用 PK 型多楔帶3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 d 并驗(yàn)算帶速 V1)初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 d2。由表 8-6 和表 8-8,取小帶輪的基準(zhǔn)直徑為=126mm2d2)驗(yàn)算帶速 v。按式 8-13 驗(yàn)算帶的速度= =16.8m/sx106nd2??x1064因?yàn)?5m/s
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