扭矩試驗(yàn)臺(tái)的改造及扭矩電測(cè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)[帶圖紙]

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1論文研究的背景和意義1</p><p>　　1.2 試驗(yàn)平臺(tái)研究的必要性2</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究的進(jìn)展2</p><p>　

2、　1.4 試驗(yàn)臺(tái)的類型2</p><p>　　1.4.1 功率流開(kāi)放式試驗(yàn)臺(tái)3</p><p>　　1.4.2 電功率流封閉式試驗(yàn)臺(tái)3</p><p>　　1.4.3 機(jī)械功率流封閉式試驗(yàn)臺(tái)4</p><p>　　1.4.4 功率流方向的確定5</p><p>　　1.5 現(xiàn)有試驗(yàn)裝置的局限5</p&

3、gt;<p>　　1.6 多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)內(nèi)容6</p><p>　　2 試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1 試驗(yàn)臺(tái)的總體要求7</p><p>　　2.2 試驗(yàn)臺(tái)的功能分析與定位8</p><p>　　2.3 改造方案對(duì)比8</p><p>　　2.3.1 方案一8&

4、lt;/p><p>　　2.3.2 方案二9</p><p>　　2.3.3 方案三9</p><p>　　2.4 中心距的設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.4.1 中心距的設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.4.2 理想的中心距10</p><p>　　3 關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算11&l

5、t;/p><p>　　3.1 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算11</p><p>　　3.1.1 材料的選擇11</p><p>　　3.1.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算14</p><p>　　3.2.1 軸的材料選擇14</p><p>　　3.2.2 軸

6、的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.2.3 按許用彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算15</p><p>　　3.2.4 按軸的疲勞強(qiáng)度安全因素校核17</p><p>　　3.3 滾動(dòng)軸承的選擇與壽命計(jì)算18</p><p>　　3.4 聯(lián)軸器的選擇19</p><p>　　3.4.1 彈性聯(lián)軸器19</p&

7、gt;<p>　　3.4.2 聯(lián)軸器的選擇20</p><p>　　4 傳感器的選擇21</p><p>　　4.1 傳感器21</p><p>　　4.2 傳感器的分類22</p><p>　　4.2.1 根據(jù)傳感器工作原理22</p><p>　　4.2.2 按其用途22</p&

8、gt;<p>　　4.3 傳感器的選用23</p><p>　　4.4 STY扭矩傳感器的基本原理24</p><p>　　4.5 STY系列扭矩傳感器技術(shù)性能指標(biāo)24</p><p>　　4.6 STY扭矩傳感器安裝使用25</p><p>　　4.7 使用特別注意事項(xiàng)26</p><p>　

9、　5 數(shù)據(jù)采集與處理27</p><p>　　5.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)27</p><p>　　5.2 效率的計(jì)算的原理27</p><p>　　6 螺旋滾珠式機(jī)械加載器28</p><p>　　6.1 加載器結(jié)構(gòu)原理28</p><p>　　6.2 螺旋滾珠式機(jī)械加載器的特點(diǎn)29</p>

10、;<p><b>　　7 實(shí)驗(yàn)測(cè)量30</b></p><p>　　7.1 測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介及試驗(yàn)檢測(cè)30</p><p>　　7.2 控制和測(cè)量30</p><p>　　7.3 計(jì)算機(jī)參與全程控制專用的測(cè)量和數(shù)據(jù)處理軟件31</p><p>　　7.3.1 軟件功能簡(jiǎn)介31</p>&

11、lt;p>　　7.3.2 使用環(huán)境31</p><p>　　7.4 設(shè)備運(yùn)行；設(shè)備，環(huán)境參數(shù)的設(shè)置31</p><p>　　7.4.1 系統(tǒng)所用通訊端口的設(shè)置和所用的設(shè)備設(shè)置31</p><p>　　7.5 實(shí)驗(yàn)環(huán)境33</p><p>　　7.6 測(cè)量與控制33</p><p>　　7.7 程序控制

12、34</p><p>　　7.8 數(shù)據(jù)處理34</p><p>　　7.9 曲線擬合35</p><p><b>　　8 結(jié)論36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　致謝38</b></

13、p><p><b>　　附錄39</b></p><p>　　扭矩試驗(yàn)臺(tái)的改造及扭矩電測(cè)</p><p>　　摘 要：機(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是用試驗(yàn)的方法研究機(jī)械傳動(dòng)的各種失效形式并測(cè)定其承載能力、傳動(dòng)效率及有關(guān)性能的基本手段，長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)的傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的研制基本上還停留在傳統(tǒng)的人工方式水平上。這些試驗(yàn)臺(tái)都存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)：自動(dòng)化程度低，無(wú)法模擬實(shí)際工況

14、對(duì)各種機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)控及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理都較麻煩且準(zhǔn)確性低。近些年來(lái)的研究取得一些進(jìn)步，但目前的絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)還只能進(jìn)行恒定載荷加載或簡(jiǎn)單的程序控制階梯加載，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試依然有較大的差距。</p><p>　　本文提出改進(jìn)機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)室的齒輪試驗(yàn)臺(tái)的方案，在成本不高的情況下，增加其測(cè)試功能--可以測(cè)量聯(lián)軸器，離合器，帶傳動(dòng)的效率和壽命，使其成為一臺(tái)多功能機(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。</p&

15、gt;<p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械傳動(dòng)；齒輪；聯(lián)軸器；扭矩傳感器 </p><p>　　The Transformation of Torque Test Rig and Torque Measurement</p><p>　　Abstract: Mechanical transmission experiment platform is a basic device for

16、the study of some types of mechanical failure,the transmission efficiency, and the related performance of mechanical transmission and the measurement of the load ability. In our country, the ability of studying and desig

17、ning mechanical transmission experiment platform is still at such stage that the experimental device is operated manually, leaving some common shortcomings among those platforms,such as low-automation bec</p><

18、p>　　This paper presents improved mechanical principle of the laboratory test gear program,the costs are law in the circumstances, increase its test function can be measured coupling clutch, belt drive efficiency and l

19、ifespan, as a multifunctional mechanical transmission test.</p><p>　　Key word: Mechanical Transmission;Gear;Coupling;Torque sensor</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題來(lái)源

20、與意義</p><p>　　人類為了生存的需要，創(chuàng)造了各種各樣的機(jī)械以達(dá)到減輕體力勞動(dòng)和提高生產(chǎn)率的目的。隨著社會(huì)的進(jìn)步，機(jī)械已從最初的簡(jiǎn)單工具發(fā)展到現(xiàn)在的多功能、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的現(xiàn)代化系統(tǒng)。</p><p>　　中小功率的機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品有著廣泛的應(yīng)用。這一類產(chǎn)品的主要功能和目的是將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為可以直接利用的形式，同時(shí)實(shí)施規(guī)定的運(yùn)動(dòng)，完成相應(yīng)的工作。而所有這些功能和目的都必須通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝

21、置來(lái)完成，因而，機(jī)械傳動(dòng)裝置在其中擔(dān)任著重要的角色。從某種意義上說(shuō)，機(jī)械傳動(dòng)裝置性能的好壞決定了機(jī)械傳動(dòng)的綜合性能。</p><p>　　通常一種新的機(jī)械產(chǎn)品從誕生到使用要經(jīng)歷設(shè)計(jì)、試制、定型、大規(guī)模生產(chǎn)、</p><p>　　銷售等環(huán)節(jié)。上述各環(huán)節(jié)無(wú)不滲透著對(duì)產(chǎn)品優(yōu)異性能和可靠質(zhì)量的不懈追求。而對(duì)機(jī)械傳動(dòng)裝置的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)包括性能測(cè)試(如效率、功率、噪聲、振動(dòng)等特性)、運(yùn)行監(jiān)測(cè)、故障診斷等

22、，是完善一切機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造的手段和方法以及評(píng)價(jià)設(shè)備性能優(yōu)劣等不可或缺的重要內(nèi)容，也是設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。</p><p>　　因此，針對(duì)機(jī)械傳動(dòng)綜合性能測(cè)試的研究已成為現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。構(gòu)建機(jī)械傳動(dòng)綜合測(cè)試系統(tǒng)同樣對(duì)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備的開(kāi)發(fā)和研究具有重要理論價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。齒輪是各種機(jī)器上必不可少的傳動(dòng)零件，對(duì)齒輪的各種性 能進(jìn)行測(cè)定是保證齒輪可靠使用的必經(jīng)之路。目前，大部分齒輪試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

23、只是針對(duì)某一種特定的輪副，雖然專用性對(duì)于實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)成本帶來(lái)一定有利因素，但功能的單一性制約了設(shè)備的使用效率。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展多功能組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)是改進(jìn)原有齒輪試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的一條十分必要而有效的途徑多功能組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)能按照機(jī)器零件的工作能力和可靠性的基本準(zhǔn)則進(jìn)行精度，摩擦損失，強(qiáng)度，剛度，耐熱性和抗震性等多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，在保證評(píng)定試驗(yàn)的精度和結(jié)果可靠的前提下，達(dá)到快速、簡(jiǎn)便可靠的效果。</p><p>　　機(jī)械原理

24、實(shí)驗(yàn)室的齒輪試驗(yàn)臺(tái)是雙慶公司90年代購(gòu)進(jìn)的一臺(tái)專利設(shè)備，該試驗(yàn)臺(tái)的功能是測(cè)量齒輪的效率和壽命，其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有一套封閉加載系統(tǒng)，具有明顯的節(jié)能效果，但是由于其功能單一，不能滿足現(xiàn)代測(cè)試的要求，為了節(jié)約資金，利用其優(yōu)點(diǎn)，所以對(duì)試驗(yàn)臺(tái)做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，增加測(cè)量帶傳動(dòng)，聯(lián)軸器，離合器或其他的傳動(dòng)件的效率和壽命的功能，使其成為真正的多功能機(jī)械傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。</p><p>　　1.2 試驗(yàn)平臺(tái)研究的必要性</p>

25、<p>　　隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展和科研水平的不斷提高，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)與檢測(cè)手段不斷提出了更高的要求。傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是用試驗(yàn)的方法研究機(jī)械傳動(dòng)的各種失效形式并測(cè)定其承載能力、傳動(dòng)效率及有關(guān)性能的基本手段，長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)的傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)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(jī)械力或液壓力加載的機(jī)械功率流開(kāi)放式試驗(yàn)臺(tái)，機(jī)械功率流封閉式試驗(yàn)臺(tái)和用發(fā)電機(jī)作負(fù)載的電功率封閉式試驗(yàn)臺(tái)。這些試驗(yàn)臺(tái)或由于節(jié)能或由于加載方面各具特色

26、，但都存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)---自動(dòng)化程度低，很難按事先設(shè)計(jì)的試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)，無(wú)法模擬實(shí)際工況對(duì)各種機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，因此試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況總免有相當(dāng)距離，傳動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)大多采用人工操縱方式，試驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)控及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理都較麻煩且準(zhǔn)確性低，不易實(shí)現(xiàn)多參數(shù)自動(dòng)控制和失效判定。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究的進(jìn)展</p><p>　　隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展和科研水平的不斷提高，對(duì)

27、機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)與檢測(cè)手段不斷提出了更高的要求。目前國(guó)內(nèi)普遍采用的是實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)。將現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)移至實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架上加以復(fù)現(xiàn)，采用模擬加載保持著負(fù)荷作用的某種隨機(jī)性，使同一隨機(jī)過(guò)程可多次復(fù)現(xiàn)。因此可使不同的機(jī)器可以經(jīng)受完全同一的隨機(jī)作用。這無(wú)疑將有助于改善試驗(yàn)結(jié)果的可比性。　 國(guó)內(nèi)在相似實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了齒輪傳動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)最大特點(diǎn)是采用電液比例控制全液壓傳動(dòng)、制動(dòng)、加載系統(tǒng)，并由LABVIEW測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自

28、動(dòng)控制并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)為履帶式實(shí)驗(yàn)臺(tái)，由發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)輪胎在履帶上滾動(dòng)，研究發(fā)動(dòng)機(jī)+液壓系統(tǒng)這一負(fù)荷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)負(fù)荷下的性能反映。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)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(jī)械力或液壓力的機(jī)械功率流封閉式試驗(yàn)臺(tái)和用發(fā)電機(jī)作負(fù)載的電功率封閉試驗(yàn)臺(tái)。這些試驗(yàn)臺(tái)或由于節(jié)能或由于加載方面而各具特色，都存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)，但自動(dòng)化程度低，很難按事先設(shè)計(jì)的試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)，無(wú)法模擬實(shí)際工

29、況對(duì)各種機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品的影響，因此試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況總難免有相當(dāng)距離，這在很大程</p><p><b>　　1.4 試驗(yàn)臺(tái)類型</b></p><p>　　根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)的功率的傳遞原理和加載方法的不同，試驗(yàn)臺(tái)可分為開(kāi)放功率流式、封閉功率流式和電功率流封閉式三大類。</p><p>　　1.4.1 功率流開(kāi)放式試驗(yàn)臺(tái)</p><

30、p>　　這類試驗(yàn)臺(tái)和一般機(jī)器相似，由三部分組成，只是把一般機(jī)器的工作部分由一個(gè)耗能負(fù)載裝置代替。因此，該類試驗(yàn)臺(tái)設(shè)備通常由原動(dòng)機(jī)、齒輪裝置和耗能負(fù)載三部分組成。所謂開(kāi)放功率流，就是齒輪傳動(dòng)所傳遞的功率由電動(dòng)機(jī)傳來(lái)，經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)和試驗(yàn)裝置中的所有傳動(dòng)件，最后傳到耗能裝置，即加載裝置。如圖1-1所示，電動(dòng)機(jī)，被試驗(yàn)的齒輪裝置，機(jī)械制動(dòng)器—耗能裝置，功率流不能傳回電動(dòng)機(jī)，很顯然，其功率流只是由電動(dòng)機(jī)流向耗能負(fù)載裝置，功率流動(dòng)方向不是一個(gè)

31、封閉回路，而是開(kāi)放的。</p><p>　　圖1-1 功率流開(kāi)放式試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　開(kāi)放功率流式就是借助耗能裝置給齒輪傳動(dòng)加載。耗能裝置所消耗的全部能量，以及試驗(yàn)臺(tái)各運(yùn)動(dòng)鏈環(huán)的摩擦損失，都由電動(dòng)機(jī)供給。開(kāi)放功率流式試驗(yàn)臺(tái)與一般的機(jī)械類似，只是最后工作機(jī)部分由一個(gè)簡(jiǎn)單的耗能裝置代替。為了保證試驗(yàn)?zāi)軌蛘＿M(jìn)行，耗能裝置應(yīng)該滿足下列基本要求:</p><p&g

32、t;　　a) 保證載荷穩(wěn)定，并且能平穩(wěn)地加載和改變載荷；</p><p>　　b) 有足夠的設(shè)施能保證能量的有效吸收和散發(fā)，絕大部分的耗能裝置 ，都是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌l(fā)出去，因此要有足夠有效的冷卻設(shè)備。</p><p>　　1.4.2 電功率流封閉式試驗(yàn)臺(tái)</p><p>　　根據(jù)使用電機(jī)的不同，電功率流封閉式試驗(yàn)臺(tái)分為直流電機(jī)式、交流</p>&

33、lt;p>　　異步電機(jī)式和交流整流子電機(jī)。直流電機(jī)式電封閉試驗(yàn)臺(tái)工作原理如圖1-2</p><p>　　圖1-2 直流電機(jī)式電封閉試驗(yàn)臺(tái)工作原理圖</p><p>　　圖為典型的直流電機(jī)式電封閉齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的工作原理圖。試驗(yàn)機(jī)把兩臺(tái)同型號(hào)的他激式直流電機(jī)1， 4同時(shí)并接于電源，并用試驗(yàn)齒輪箱(通常為減速傳動(dòng)）和陪試齒輪箱(通常為增速傳動(dòng))聯(lián)接起來(lái)。電機(jī)啟動(dòng)后，這兩臺(tái)電機(jī)均為電動(dòng)機(jī)運(yùn)

34、行，即空載(零扭矩)啟動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)不傳遞功率。如將電機(jī)上的磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱提高其轉(zhuǎn)速，并增強(qiáng)電機(jī)4的磁場(chǎng)強(qiáng)度，這時(shí)，電機(jī)1就迫使電動(dòng)機(jī)4超過(guò)其本身的轉(zhuǎn)速而進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，電機(jī)4輸出電功率，同時(shí)在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生阻力矩，使試驗(yàn)傳動(dòng)件受載。由于電機(jī)4發(fā)出的電功率的極性與電源一致，所以能反饋給電源線路。這樣，兩臺(tái)電機(jī)互為能源又互為負(fù)載而組成了電功率流封閉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能目的。試驗(yàn)臺(tái)加 載扭矩大小的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)兩臺(tái)電機(jī)激磁電流的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。即在某

35、一轉(zhuǎn)速下，通過(guò)改變發(fā)電機(jī)4和電動(dòng)機(jī)1的激磁電流的差值，可以改變發(fā)電機(jī)4的輸出功率，控制其加載扭矩的大小。激磁電流差值越大，加載扭矩也越大。試驗(yàn)臺(tái)可采用可控硅整流調(diào)速，并采用程序定值控制器，使試驗(yàn)機(jī)能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速和無(wú)級(jí)變載，從而可實(shí)現(xiàn)多階載荷譜的程序疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)，這是該試驗(yàn)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是:電器功率必須大于試驗(yàn)試件所需的功率，電器調(diào)試</p><p>　　交流異步電機(jī)式和交流整流子電機(jī)式是把上述直流電機(jī)式電

36、封閉試驗(yàn)臺(tái)兩臺(tái)直流電機(jī)改為兩臺(tái)交流異步電機(jī)或兩臺(tái)交流整流子電動(dòng)機(jī)而成的。下面就交流整流子電機(jī)式作一說(shuō)明。</p><p>　　三相交流整流子電動(dòng)機(jī)是在轉(zhuǎn)子的鐵芯上嵌著兩個(gè)繞組:一個(gè)是普通的三相交流繞組，另一個(gè)是調(diào)節(jié)繞組。調(diào)節(jié)繞組和直流電機(jī)一樣，每個(gè)線圈都接到換向器上，在換向器的表面放著兩套可以作相反方向移動(dòng)的電刷轉(zhuǎn)盤。在定子鐵芯上有一套普通的多相繞組，由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)出電機(jī)的次級(jí)電勢(shì)。而每相次級(jí)繞組的兩端分別接到換

37、向器端、兩塊電刷轉(zhuǎn)盤的相應(yīng)電刷支桿上。當(dāng)兩塊轉(zhuǎn)盤上的同相電刷移開(kāi)一個(gè)角度時(shí)，相同電刷間產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì);如果這個(gè)感應(yīng)電勢(shì)和次級(jí)繞組的電勢(shì)方向相反，則電極的轉(zhuǎn)速降低，在同步轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行;如果這個(gè)感應(yīng)電勢(shì)和次級(jí)繞組電勢(shì)的方向相同，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升，在同步轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行。因此，只要改變同相電刷在電刷轉(zhuǎn)盤上的位置，就可以控制和改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在運(yùn)行過(guò)程中，只要減慢電機(jī)1的轉(zhuǎn)速，就能使電機(jī)工成為電動(dòng)機(jī)，而電機(jī)4成為加載發(fā)電機(jī)。加載發(fā)電機(jī)4也同樣使試驗(yàn)齒

38、輪受載，同時(shí)發(fā)出的電功率回饋電網(wǎng)，從而形成了電封閉系統(tǒng)，以達(dá)到節(jié)能的目的。</p><p>　　采用這種試驗(yàn)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)速和加載方便，可進(jìn)行載荷譜模擬試驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，電氣線路也不復(fù)雜，所用零部件均可外購(gòu)，制造周期短，很適用于工廠的跑合試驗(yàn)。</p><p>　　1.4.3 機(jī)械功率流封閉式試驗(yàn)臺(tái)</p><p>　　圖1-4 機(jī)械功率流封閉式試驗(yàn)

39、臺(tái)</p><p>　　械封閉功率流齒輪試驗(yàn)的總體方案設(shè)計(jì)如圖1-4所示。試驗(yàn)臺(tái)由電動(dòng)機(jī)、陪試齒輪箱、被試齒輪箱，加載裝置，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器五大部分組成，所有試驗(yàn)臺(tái)零部件都安裝在工作臺(tái)上。在設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)相同的被試齒輪，一個(gè)減速，一個(gè)增速，且速比相同。當(dāng)被測(cè)對(duì)象的中心距不同時(shí)，改變的僅僅是兩個(gè)被試齒輪箱的中心距，而對(duì)于整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的傳動(dòng)路線不會(huì)產(chǎn)生影響。這種加載方法具有簡(jiǎn)單可靠，操作方便，可在動(dòng)態(tài)情況下反向加載，加載

40、范圍大等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1.4.4 功率流方向的確定</p><p>　　機(jī)械封閉功率流試驗(yàn)臺(tái)的功率流的方向，取決于加載器加載力矩的方向和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向(方向總是從主動(dòng)流向從動(dòng))圖為未安裝被試件時(shí)陪試齒輪箱傳動(dòng)的功率流方向圖，當(dāng)按圖1-5方向加扭矩了1 ，且電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向?yàn)閚時(shí)，則有：</p><p>　　a) 給輪5的力與輪5在回轉(zhuǎn)方向相同，為輸入功；&l

41、t;/p><p>　　b) 輪2給輪5的力與輪5的回轉(zhuǎn)方向相反，為阻抗功；</p><p>　　c) 輪5給輪2的力與輪2的回轉(zhuǎn)方向相同，為輸入功；</p><p>　　d) 輪6給輪3的力與輪3的回轉(zhuǎn)方向相反，為阻抗功；</p><p>　　e) 輪3給輪6的力與輪6的回轉(zhuǎn)方向相同，為輸入功；</p><p>　　f)

42、輪4給輪6的力與輪6的回轉(zhuǎn)方向相反，為阻抗功；</p><p>　　g) 輪6給輪4的力與輪4的回轉(zhuǎn)方向相同，為輸入功。</p><p>　　圖1-5 功率流的方向圖</p><p>　　1.5 現(xiàn)有試驗(yàn)裝置的局限</p><p>　　開(kāi)放式試驗(yàn)臺(tái)加載后，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期工作的齒輪試驗(yàn)裝置，但由于其

43、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，目前仍有單位使用，其結(jié)構(gòu)原理如圖1-1所示。閉齒輪試驗(yàn)臺(tái)分為電封閉式與機(jī)械封閉式兩大類。電封閉試驗(yàn)臺(tái)，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)試驗(yàn)齒輪箱，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī) 試驗(yàn)齒輪箱加載裝置如圖1-6</p><p>　　圖1-6 變速箱背靠背性能、效率試驗(yàn)布置圖</p><p>　　封閉式試驗(yàn)裝置發(fā)出的電能又回到電動(dòng)機(jī)中去，形成封閉系統(tǒng)。它可以節(jié)約50％的電能，但是電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的功率至少與試

44、驗(yàn)齒輪箱的功率相等，因此，電封閉試驗(yàn)臺(tái)也不適用大功率試驗(yàn)裝置。適用大功率試驗(yàn)裝置的是機(jī)械封閉試驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)兩個(gè)相同的試驗(yàn)箱，中間的加載裝置加載。封閉功率流式試驗(yàn)臺(tái)較制動(dòng)式試驗(yàn)有著明顯的優(yōu)越性。</p><p>　　1.6 多功能試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　針對(duì)試驗(yàn)室試驗(yàn)臺(tái)的具體情況的考慮，為了降低成本，不在移動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的位置，因此試驗(yàn)臺(tái)的底板和電動(dòng)機(jī)不在重新設(shè)計(jì)選擇，與指導(dǎo)

45、老師商討論證，將齒輪箱作為一個(gè)模塊進(jìn)行試驗(yàn)，在增加聯(lián)軸器離合器的測(cè)試，本設(shè)計(jì)的要求如下：</p><p>　　a) 試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)和工作原理探討</p><p>　　b) 增加試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試功能</p><p>　　c) 選擇新的傳感器</p><p>　　d) 關(guān)鍵零件的功能分析及剛度，強(qiáng)度校核</p><p>　　

46、e) 中心距的設(shè)計(jì)與探討</p><p>　　2 多功能試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 試驗(yàn)臺(tái)的總體要求</p><p>　　無(wú)論是傳動(dòng)試驗(yàn)或試驗(yàn)室中未知因素的探索試驗(yàn)，已知因素的驗(yàn)證試驗(yàn)，都應(yīng)該使試驗(yàn)條件與傳動(dòng)的實(shí)際工作條件一致，而工作條件中主要是載荷和速度。因此試驗(yàn)若是在規(guī)定的載荷和速度下，傳動(dòng)件像工作時(shí)那樣轉(zhuǎn)動(dòng)，即在運(yùn)轉(zhuǎn)情況下試驗(yàn)則最符合實(shí)際。&

47、lt;/p><p>　　傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)就是在所要求的轉(zhuǎn)速下，加上規(guī)定的試驗(yàn)載荷運(yùn)轉(zhuǎn)，所以加載裝置是試驗(yàn)臺(tái)的重要組成部分。加載裝置不同，試驗(yàn)臺(tái)的性能也不同，試驗(yàn)臺(tái)的準(zhǔn)確度、適用性和動(dòng)力消耗等等也就不同。試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)該滿足下面的主要要求:</p><p>　　a) 能研究和試驗(yàn)比較多的影響因素，能適應(yīng)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，盡可能做到一機(jī)多能；</p><p>　　b) 要有適宜的準(zhǔn)確度

48、。試驗(yàn)臺(tái)的載荷、速度和各種測(cè)量應(yīng)有足夠的準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度應(yīng)與試驗(yàn)?zāi)康南噙m應(yīng)，脫離實(shí)際的過(guò)高的準(zhǔn)確度也是不合適的:</p><p>　　c) 要盡量符合試驗(yàn)齒輪的實(shí)際工作情況，真實(shí)性好；</p><p>　　d) 要有足夠的強(qiáng)度和剛度，使用性能好；</p><p>　　e) 要節(jié)省人力物力經(jīng)濟(jì)性好。試驗(yàn)臺(tái)的成本應(yīng)在滿足試驗(yàn)要求下盡量降低。 試件的拆換，各個(gè)參數(shù)的測(cè)量、試

49、驗(yàn)臺(tái)的維護(hù)等等要省力方便 ，且節(jié)約動(dòng)力消耗。</p><p>　　試驗(yàn)臺(tái)的加載裝置應(yīng)該滿足下列要求：</p><p>　　a) 能夠可靠地加上規(guī)定的試驗(yàn)載荷，且有足夠的準(zhǔn)確性；</p><p>　　b) 能保證試驗(yàn)臺(tái)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，載荷不受外來(lái)因素的影響；</p><p>　　c) 在試驗(yàn)臺(tái)啟動(dòng)前和停車后齒輪傳動(dòng)應(yīng)不受載荷作用，因?yàn)閷?shí)際齒輪傳動(dòng)

50、有在傳動(dòng)才受載，若齒輪傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)前受載，則試驗(yàn)結(jié)果就要有較大誤差；</p><p>　　d) 需要時(shí)應(yīng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中能方便地按一定規(guī)律改變?cè)囼?yàn)載荷的數(shù)值和方向 ；</p><p>　　e) 加載裝置容易制造、安裝和調(diào)整。</p><p>　　試驗(yàn)臺(tái)的控制裝置應(yīng)滿足下面要求：</p><p>　　a) 能夠在線實(shí)時(shí)控制轉(zhuǎn)速、負(fù)載的變化，響應(yīng)速度快；

51、</p><p>　　b) 控制精度高，模擬實(shí)際工況能力強(qiáng)；</p><p>　　c) 抗干擾能力強(qiáng)；</p><p><b>　　d) 操作簡(jiǎn)單。</b></p><p>　　試驗(yàn)臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)的采集與處理應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件:</p><p>　　a) 采樣精度高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；</p>&

52、lt;p>　　b) 采樣范圍寬，能實(shí)現(xiàn)不同頻率下的采樣；</p><p>　　c) 自動(dòng)處理分析數(shù)據(jù)，得出分析結(jié)果；</p><p>　　d) 操作方便，易于控制。</p><p>　　上述的有關(guān)試驗(yàn)臺(tái)加載裝置、控制裝置、數(shù)據(jù)采集處理裝置的要求，對(duì)每一臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)不易全部滿足。這就要求在設(shè)計(jì)齒輪試驗(yàn)臺(tái)時(shí)進(jìn)行充分地調(diào)查研究，結(jié)合試驗(yàn)?zāi)康暮蜅l件，具體情況具體對(duì)待，對(duì)各

53、種方案進(jìn)行分析比較之后，確定出合理的試驗(yàn)臺(tái)方案。</p><p>　　2.2 試驗(yàn)臺(tái)的功能分析與定位</p><p>　　本試驗(yàn)臺(tái)的原來(lái)功能只是對(duì)進(jìn)行效率壽命的測(cè)試，作為改進(jìn)裝置，主要是改變其功能的單一，增加功能.使其可以對(duì)離合器，聯(lián)軸器，V帶，鏈等傳動(dòng)件也可以測(cè)試，因此，將齒輪箱作為模塊進(jìn)行測(cè)試，并在增加聯(lián)軸器，離合器的試原理如圖2-1</p><p>　　圖2-

54、1 離合器的試驗(yàn)臺(tái)原理圖</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)傳出扭矩由扭矩傳感1采集信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)， 扭矩傳到齒輪箱1，再傳到機(jī)械加載器，傳到齒輪箱2，傳到傳感器2，由傳感器2采集信號(hào)到計(jì)算機(jī)，則由傳感器12可以測(cè)量齒輪箱的效率和壽命，然后扭矩傳到被測(cè)試的離合器或聯(lián)軸器，傳到傳感器3，而傳感器23的信號(hào)可以測(cè)量它們之間的傳動(dòng)件的效率和壽命。扭矩傳到齒輪箱，傳回到電動(dòng)機(jī)，這就是封閉系統(tǒng)。</p><

55、p>　　2.3 改造方案對(duì)比</p><p><b>　　2.3.1 方案一</b></p><p>　　在電動(dòng)機(jī)與第一個(gè)齒輪箱之間加聯(lián)軸器，離合器等傳動(dòng)件，其原理如圖2-2</p><p>　　圖2-2 方案一原理圖</p><p>　　缺點(diǎn)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)繪情況可知電動(dòng)機(jī)到齒輪箱空間太小很難安裝兩個(gè)傳感器及測(cè)試

56、件。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：齒輪箱位置不再移動(dòng)和更改。</p><p><b>　　2.3.2 方案二</b></p><p>　　如圖所示為在電動(dòng)機(jī)與齒輪箱之間加鏈條或帶傳動(dòng)的測(cè)試件。</p><p>　　缺點(diǎn)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)繪情況可知傳動(dòng)臺(tái)的寬度為630mm，可以測(cè)量的寬度很有限，這也是本試驗(yàn)臺(tái)底座的缺點(diǎn)。<

57、/p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：齒輪箱位置不再移動(dòng)和更改。</p><p>　　圖2-3 方案二原理圖</p><p><b>　　2.3.3 方案三</b></p><p>　　如圖2-4所示，本方案將兩個(gè)相同齒輪箱作為模塊，而且齒輪箱中的齒輪也一樣。在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，并在兩個(gè)齒輪箱之間加被測(cè)試的離合器或聯(lián)軸器，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試知

58、兩個(gè)齒輪箱之間的空間比較大，比較合適一些傳動(dòng)件的測(cè)試。</p><p>　　圖2-4 方案三原理圖</p><p>　　本試驗(yàn)臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)分析：</p><p>　　封閉功率試驗(yàn)臺(tái)在機(jī)械制造教學(xué)，科研中得到廣泛的應(yīng)用，他的最大的優(yōu)點(diǎn)是用少的能耗進(jìn)行大功率的試驗(yàn)，例如進(jìn)行100KW變速器試驗(yàn)只需1.0KW的電機(jī)在目前能源緊缺的情況下，封閉式試驗(yàn)臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)就顯得尤為突出了。&

59、lt;/p><p>　　封閉式試驗(yàn)中的一個(gè)關(guān)鍵部位是加載器。一般加載器有：液壓加載，電封閉加載，機(jī)械式加載等，前兩種投資大，結(jié)構(gòu)龐大。如液壓加載，必須要有專門的高壓油泵站，各種閥，管道，回轉(zhuǎn)油缸等。大功率試驗(yàn)還要求更大的油泵站，因此投資很大。所以在很多場(chǎng)合采用機(jī)械加載簡(jiǎn)單投資少，這項(xiàng)設(shè)計(jì)就是其加載器--螺旋滾珠式加載器，它可以在不停機(jī)的情況下加載。因此方案三最為合理。</p><p>　　2.

60、4 中心距的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4.1 中心距的設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖2-5所示，由于本試驗(yàn)臺(tái)是改進(jìn)設(shè)計(jì)，考慮成本及試驗(yàn)臺(tái)不再移動(dòng)，并且底座是鑄鐵材料，及其形狀的限制，所以只好將原來(lái)的底座改進(jìn)，即在底座上鉆一系列的孔，被試驗(yàn)的齒輪箱中心距應(yīng)該按照設(shè)計(jì)的孔的地距離而定。</p><p>　　圖2-5 中心距設(shè)計(jì)圖</p><p&g

61、t;　　2.4.2 理想的中心距</p><p>　　如圖2-6所示，理想的中心距是將底座做成T型槽，中心距的問(wèn)題可以很好的解決。</p><p>　　圖2-6 中心距調(diào)整圖</p><p>　　3 關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　3.1 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　已知的參數(shù)電動(dòng)機(jī)功率P=4KW

62、最高轉(zhuǎn)速n=3000r/min，最大封閉扭矩T=400。</p><p>　　3.1.1 材料的選擇 </p><p>　　由實(shí)驗(yàn)臺(tái)的要求可以知道，兩個(gè)齒輪箱完全一樣，因此所設(shè)計(jì)的次輪完全一樣，取材料為45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS齒數(shù)選擇=67。</p><p>　　3.1.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　由文獻(xiàn)[1]設(shè)計(jì)計(jì)算

63、9公式(10-9a)進(jìn)行計(jì)算，即</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　A. 確定公式中的參數(shù)</p><p>　　a) 選擇載荷系數(shù)1.3</p><p>　　b) 計(jì)算齒輪的轉(zhuǎn)矩=400 </p><p>　　c) 由文獻(xiàn)[2] 9-42 得=0.2</p

64、><p>　　d) 由文獻(xiàn)[1]表10-6 =189.8</p><p>　　e) 由文獻(xiàn)[1]圖10-21d的齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=550</p><p>　　f) 由文獻(xiàn)[1]式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p><p>　　N=60njLh=6030001(2830015) =次</p><p>　　g)計(jì)算接觸

65、疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取失效率為1%，安全系S=1，由文獻(xiàn)[1]式(10-12)</p><p>　　= =0.9600=540</p><p><b>　　B. 計(jì)算</b></p><p>　　a) 計(jì)算齒輪分度圓直徑</p><p>　　==200.182mm

66、 （3-2）</p><p>　　b) 計(jì)算圓周速度v</p><p>　　v===10.476m/s （3-3）</p><p><b>　　c) 計(jì)算齒寬b</b></p><p>　　b==0.2200.182=53.51</p><p>　　d) 計(jì)算齒寬與齒高之比

67、 b/h</p><p>　　模數(shù)m==200.182/67=2.988</p><p>　　齒高h(yuǎn)=2.25m=6.732</p><p><b>　　b/h=7.427</b></p><p><b>　　e) 計(jì)算載荷系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)v=2.8m/

68、s動(dòng)載荷系數(shù)=1.12；</p><p>　　直齒輪，假設(shè)/b<100.由文獻(xiàn)[1]表10-3查得</p><p><b>　　==1.2;</b></p><p>　　由文獻(xiàn)[1]表10-2C查得使用系數(shù)=1；</p><p>　　由表10-.4查得7級(jí)精度.齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置時(shí)</p><

69、;p>　　=1.12+0.18(1+0.6)+0.2353.51=1.164</p><p>　　由b/h=7.427 =1.164 查文獻(xiàn)[1] 1.164圖10-13得 =1.12</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　

70、　f) 按實(shí)際載荷系數(shù)校正所計(jì)算的分度圓直徑，由文獻(xiàn)[1]式10-10a得</p><p>　　=200.182=218.882mm （3-5）</p><p>　　g) 計(jì)算模數(shù)m==3.234</p><p>　　C. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由文獻(xiàn)[1]公式 10-5得</p><p><b>　　

71、（3-6）</b></p><p>　　a) 確定公式中的參數(shù) </p><p>　　由文獻(xiàn)[1]圖10-28c 查的=，b文獻(xiàn)[1]圖 10-18查的彎曲壽命系數(shù)=0.88</p><p>　　b) c計(jì)算彎曲許用應(yīng)力</p><p>　　c) 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 由文獻(xiàn)[1]公式10-12得</p>

72、<p>　　===238.86 （3-7）</p><p><b>　　d) 計(jì)算載荷系數(shù)</b></p><p>　　K==1.1811.21.1=1.5581</p><p><b>　　e) 查取齒形系數(shù)</b></p><p>　　由文獻(xiàn)[1]10-5可查得

73、 =2.24</p><p>　　f)查取應(yīng)力校正系數(shù)</p><p>　　由文獻(xiàn)[1]10-5可查得 =1.75</p><p><b>　　g) 計(jì)算</b></p><p>　　= =0.01641</p><p><b>　　D. 設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p>

74、<p>　　= =2.25 （3-8）</p><p>　　對(duì)比計(jì)算結(jié)果， 由齒面接觸強(qiáng)度的模數(shù)m大于齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于齒根彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸強(qiáng)度所決定的承載能力，僅于齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān)，可取彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.25圓整為3，算出齒數(shù)</p><p><b>　　Z==72.0

75、2</b></p><p>　　圓整為71這樣計(jì)算出的齒輪傳動(dòng)，既滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足齒根彎曲疲強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，并避免浪費(fèi)。</p><p><b>　　E. 幾何尺寸計(jì)算</b></p><p>　　a) 計(jì)算分度圓直徑</p><p>　　d=mz=3 錯(cuò)誤!未找到引用源。71=213mm&

76、lt;/p><p>　　中心矩a=d=213 圓整為210mm</p><p>　　齒寬 b=d=0.2 錯(cuò)誤!未找到引用源。210=42</p><p>　　人為加寬5到10 則齒寬b=50</p><p><b>　　b) 驗(yàn)算</b></p><p>　　= =3755.9N</p>

77、;<p>　　則 = =72.51 錯(cuò)誤!未找到引用源。100</p><p>　　3.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.2.1 軸的材料的選擇</p><p>　　a) 選擇45號(hào)調(diào)質(zhì)處理， 由文獻(xiàn)[2]表15-1查得材料力學(xué)性能為</p><p>　　=650Mpa，=360Mpa，=270Mpa，= 155<

78、/p><p>　　b) 按許用扭應(yīng)力初步估算軸徑</p><p>　　由文獻(xiàn)[2]表 15-2知</p><p><b>　　（3-9）</b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　T---加載器的扭矩</p><p><b&

79、gt;　　n---軸的轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　--由文獻(xiàn)[2]表15-3得 =103</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　=103=36.770 （3-10）</p><p>　　考慮軸與聯(lián)軸器連接及健的影響， 所以對(duì)尺寸做一定的調(diào)整取d最小

80、為45mm。 </p><p>　　3.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-1 軸的設(shè)計(jì)圖</p><p>　　如圖3-1所示，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則1，2之間有定位軸肩。軸段2和3，3和4之間有裝配軸肩，4和5有定位軸肩，5和6，及3和4之間有擋油環(huán)，今取軸段1直徑為45mm，軸段2為55mm，軸段3直徑為65mm（初選滾動(dòng)軸承型號(hào)為6213） 軸段4直

81、徑為75mm，軸段6直徑為75mm。</p><p>　　3.2.3 按許用彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算</p><p><b>　　A. 軸的受力分析</b></p><p>　　a) 因?yàn)門=400</p><p><b>　　齒輪的圓周力</b></p><p>　　==3755.

82、87N</p><p>　　b) 齒輪的徑向力 =1367.02</p><p>　　所以水平方向的支反力為 ===1877.94N 水平彎矩如圖所示</p><p>　　B. 作彎矩圖和扭矩圖如圖3-2所示</p><p>　　a) 計(jì)算水平彎矩 ，并作圖</p><p><b>　　= =122

83、.07</b></p><p>　　b) 計(jì)算垂直彎矩，并作圖</p><p><b>　　=44.43</b></p><p>　　c) 計(jì)算合成彎矩，并作圖</p><p><b>　　=129.90 </b></p><p>　　d) 計(jì)算扭矩，并作圖<

84、;/p><p><b>　　T=400</b></p><p><b>　　水平方向 </b></p><p>　　水平彎矩 </p><p><b>　　垂直方向</b></p><p>　　垂直彎矩

85、 </p><p>　　合成彎矩 </p><p><b>　　扭矩圖</b></p><p>　　圖3-2 軸受力彎矩圖</p>

86、<p><b>　　A. 校核軸的強(qiáng)度</b></p><p>　　以知軸的彎矩和扭矩后，可以針對(duì)某些危險(xiǎn)截面(即矩和扭矩分散而軸徑可能不足的截面)作彎矩合成強(qiáng)度校核計(jì)算，按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力，由文獻(xiàn)[1]式15-5</p><p><b>　　（3-11）</b></p><p>　　式中： -----

87、軸的計(jì)算應(yīng)力，單位MPa</p><p>　　M------軸所受的彎矩，單位</p><p>　　T------軸所受的扭矩， 單位</p><p>　　W-----軸的抗彎截面系數(shù)，單位，由文獻(xiàn)[1]表15-4可以查得</p><p><b>　　W=</b></p><p>　　--對(duì)稱循環(huán)

88、變應(yīng)力是的許用彎曲應(yīng)力，由文獻(xiàn)[1]表15-1可查得 =60</p><p>　　---折合系數(shù)，當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)式，取=1</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　=9.96960 (3-12) </p><p>　　所以按第三強(qiáng)度理論校核軸完全滿足要求。</p>

89、<p>　　3.2.4 按軸的疲勞強(qiáng)度安全因數(shù)校核</p><p><b>　　a) 確定危險(xiǎn)截面</b></p><p>　　根據(jù)載荷分布(彎矩圖和扭矩圖).應(yīng)力集中和軸的結(jié)構(gòu)尺寸，選取軸的B，D截面分析。截面D所受的彎矩最大，有鍵槽及過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中，截面B有過(guò)盈配合引起應(yīng)力集中，故屬于危險(xiǎn)截面，比較后取截面D進(jìn)行校核計(jì)算。</p>

90、<p>　　b) 校核危險(xiǎn)截面的安全因數(shù)</p><p>　　c) 彎矩作用時(shí)的安全因數(shù)</p><p>　　由于該軸轉(zhuǎn)動(dòng)，彎矩引起的對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力根據(jù)文獻(xiàn)[2]表15-9彎矩作用時(shí)的安全因數(shù)</p><p>　　= =20.16 （3-13）</p><p>　　式中： --45號(hào)的對(duì)稱循環(huán)時(shí)的疲勞極

91、限，由前面知=270</p><p>　　--彎曲應(yīng)力幅，= =3.52</p><p>　　查文獻(xiàn)[2]表15-23的抗彎截面系數(shù) W= </p><p>　　--彎曲平均應(yīng)力，=0</p><p>　　--正應(yīng)力有效應(yīng)力集中因數(shù)，由文獻(xiàn)[2]表15-10按鍵槽有插值法的 =1.825，按配合（）查得=2.73，故取=2.6

92、25</p><p>　　--表面質(zhì)量因數(shù)，軸徑車削教工，按文獻(xiàn)[2]表15-13查得=0.92</p><p>　　--尺寸因數(shù)，由按文獻(xiàn)[2]表15-16查得=0.75</p><p>　　--材料彎曲時(shí)的平均應(yīng)力折算因數(shù)，由文獻(xiàn)[2]表15-16查得=0.34</p><p>　　e) 轉(zhuǎn)矩作用時(shí)的安全因數(shù)考慮到及其運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻引起的慣

93、性力和振動(dòng)的存在，轉(zhuǎn)矩引起的切應(yīng)力視為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力根據(jù)文獻(xiàn)[2]表15-9轉(zhuǎn)矩作用時(shí)的安全因數(shù)</p><p>　　=20.10 （3-14）</p><p>　　式中： --45號(hào)鋼扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由前知道=155</p><p>　　--切應(yīng)力幅，2.55 （3-15）</p><p>　　由文獻(xiàn)[

94、2]表15-23 查得抗扭截面系數(shù)=78.3</p><p>　　--平均切應(yīng)力 ==2.55</p><p>　　--扭剪有效應(yīng)力集中因數(shù)，由文獻(xiàn)[2]表15-10按鍵槽有插值法的 </p><p>　　=1.625，按配合（）查得=1.89，故取=1.89，故取=1.89</p><p>　　--表面質(zhì)量因數(shù)，軸徑車削教工，按文獻(xiàn)

95、[2]表15-13查得=0.92</p><p>　　-- 尺寸因數(shù)，由按文獻(xiàn)[2]表15-16查得 =0.73</p><p>　　--材料扭轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)的平均應(yīng)力折算因數(shù)，由文獻(xiàn)[2]表15-16查得=0.21</p><p>　　f) 截面D的疲勞強(qiáng)度安全因數(shù)</p><p>　　=14.13 （3-16）&l

96、t;/p><p>　　由文獻(xiàn)[2]表15-19知=1.32.5 ，S>，該軸的截面D疲勞強(qiáng)度足夠。</p><p>　　3.3 滾動(dòng)軸承的選擇與壽命計(jì)算</p><p>　　根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)載荷方向知，受軸向載荷，所以可以選擇深溝球軸承，初步選擇滾動(dòng)軸承：6213 對(duì)于具有基本額定動(dòng)載荷C的軸承，當(dāng)它所受的當(dāng)量動(dòng)載荷為P時(shí)，其壽命計(jì)算公式為 </p&g

97、t;<p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　　式中：的單位為</b></p><p>　　--是基本額定動(dòng)載荷，單位為可kN，查文獻(xiàn)[3]可知C=44kN</p><p>　　--為指數(shù)，對(duì)于滾子軸承，對(duì)于球軸承，</p><p>　　--是軸的轉(zhuǎn)速，=30

98、00</p><p><b>　　--是當(dāng)量動(dòng)載荷</b></p><p>　　單位為，式中是軸向載荷，是徑向載荷。</p><p>　　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荷；但其中的軸向載荷并不完全由外界的軸向作用力產(chǎn)生，而是應(yīng)該根據(jù)整個(gè)軸向載荷（包括因徑向載荷產(chǎn)生的派生軸向力）之間的平衡條件得出，而由題意知深溝球軸

99、承只承受徑向載荷X=1，Y=0，即1367.02N。實(shí)際中，在許多支撐中還會(huì)出現(xiàn)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(chǎn)生的附加力等等，因此可對(duì)當(dāng)量動(dòng)載荷乘勝一個(gè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而定的載荷系數(shù)，有文獻(xiàn)[1]表13-6查得=1.2 所以P==1640.424N=1.64kN,滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.4 聯(lián)軸器的選擇 </p><p>　　3.4.1 彈

100、性聯(lián)軸器</p><p><b>　　A. 概述</b></p><p>　　彈性聯(lián)軸器除了能補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移，降低對(duì)聯(lián)軸器安裝的精確對(duì)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(yán)重的危險(xiǎn)性振動(dòng)。</p><p>　　彈性聯(lián)軸器利用彈性元件的彈性變形來(lái)補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移，因而可動(dòng)元件之間的間隙小，特別適宜于需要經(jīng)常起動(dòng)或逆轉(zhuǎn)的

101、傳動(dòng)。</p><p>　　對(duì)彈性聯(lián)軸器的要求有：</p><p>　　a) 強(qiáng)度高，承載能力大，在有可能發(fā)生扭振或存在瞬時(shí)尖峰載荷的場(chǎng)合，要求聯(lián)軸器的許用瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩為許用長(zhǎng)期轉(zhuǎn)矩的三倍以上。</p><p>　　b) 彈性高，阻尼大，具有足夠的減震能力，把沖擊和振動(dòng)產(chǎn)生的振幅降低到允許的范圍以內(nèi)。</p><p>　　c) 具有足夠的補(bǔ)償

102、能力，滿足安裝和工作時(shí)兩軸發(fā)生相對(duì)位移的需要。</p><p>　　d) 工作可靠，性能穩(wěn)定。</p><p>　　e) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，裝拆方便，維護(hù)容易，價(jià)格低廉。</p><p>　　B. 彈性柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)封閉式齒輪試驗(yàn)臺(tái)各方面的要求，以及彈性柱銷聯(lián)軸器的特點(diǎn)，在封閉式齒輪試驗(yàn)臺(tái)中所用的聯(lián)軸器均使

103、用彈性柱銷聯(lián)軸器。</p><p>　　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(shí)現(xiàn)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(bǔ)償兩軸相對(duì)位移和緩沖性能。為了改善柱銷與柱銷孔的接觸條件和補(bǔ)償性能，柱銷的一端制成鼓型。</p><p>　　柱銷的材料目前主要用MC尼龍6制成，其抗拉強(qiáng)度，其抗彎強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度。</p&

104、gt;<p>　　彈性柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，裝拆更換方便，不需潤(rùn)滑，并有較好的耐磨性。但尼龍易吸潮變形，尺寸穩(wěn)定較差，導(dǎo)熱率低，使用時(shí)應(yīng)注意環(huán)境的影響。</p><p>　　彈性柱銷聯(lián)軸器的許用兩軸相對(duì)位移：徑向位移軸向位移角位移。</p><p>　　因?yàn)閺碾妱?dòng)機(jī)輸出的軸直徑為38mm的軸，傳感器為標(biāo)準(zhǔn)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

105、，許用轉(zhuǎn)矩為630。</p><p>　　3.4.2 聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　a) 使用兩組聯(lián)軸器，將傳感器安裝在動(dòng)力源和負(fù)載之間，用撓性、彈性聯(lián)軸器，以保證同心度要求.安裝完成后，可以板動(dòng)主軸在不同的角度，扭矩零點(diǎn)變化在0.1%-0.2%之內(nèi)，否則就要考慮重新安裝，所以傳感器選用彈性柱銷聯(lián)軸器HL7 聯(lián)軸器 GB5014-85 HL7 聯(lián)軸器 GB5014-85 <

106、;/p><p>　　b) 電動(dòng)機(jī)輸出軸的聯(lián)軸器需根據(jù)軸和電機(jī)輸出軸進(jìn)行設(shè)計(jì)，他們之間的裝配示意圖如圖3-1</p><p>　　圖3-1 電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、傳感器及負(fù)載設(shè)備裝配示意圖</p><p>　　c) 齒輪箱輸出軸的聯(lián)軸器</p><p>　　選用聯(lián)軸器 GB5014-85和聯(lián)軸器 GB5014-85。</p><p&

107、gt;<b>　　4 傳感器的選擇</b></p><p><b>　　4.1 傳感器</b></p><p>　　信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開(kāi)發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測(cè)量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來(lái)越重要。傳感器已

108、成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來(lái)越明顯。最廣義地來(lái)說(shuō)，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC:International Electrotechnical Committee)的定義為：“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。按照Gopel等的說(shuō)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

109、組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口 。進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲。為了方便隨后的處理過(guò)程，首先要將信號(hào)整形成具有最佳特性的波形，有時(shí)還需要將信號(hào)線性化，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</p><p>　　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(zhuǎn)換成另一

110、種形式的能量。有兩類傳感器：有源的和無(wú)源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵(lì)源。 無(wú)源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵(lì)能傳感器承擔(dān)將某個(gè)對(duì)象或過(guò)程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對(duì)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(dòng)態(tài)(即過(guò)程)的。對(duì)象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過(guò)多種方式檢測(cè)。對(duì)象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理，傳感器

111、將對(duì)象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測(cè)定的電學(xué)量，然后將此電信號(hào)分離出來(lái)，送入傳感器系統(tǒng)加以評(píng)測(cè)或標(biāo)示。 各種物理效應(yīng)和工作機(jī)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(cè)量對(duì)象，也可以不接觸。用于傳感器的工作機(jī)制和效應(yīng)類型不斷增加，其包含的處理過(guò)程日益完善。</p><p>　　與當(dāng)代的傳感器相比，人類的感覺(jué)能力好得多，但也有一些傳感器比人的感覺(jué)功能優(yōu)越，例如人類沒(méi)有能力感知紫外或紅外線輻射，感覺(jué)不到電磁場(chǎng)、無(wú)色

112、無(wú)味的氣體等。</p><p>　　對(duì)傳感器設(shè)定了許多技術(shù)要求，有一些是對(duì)所有類型傳感器都適用的，也有只對(duì)特定類型傳感器適用的特殊要求。針對(duì)傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)在不同場(chǎng)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(duì)噪聲不敏感) 3)線性容易調(diào)節(jié)(校準(zhǔn)簡(jiǎn)易)4)高精度5)高可靠性6)無(wú)遲滯性7)工作壽命長(zhǎng)(耐用性)8)可重復(fù)性9)抗老化10)高響應(yīng)速率11)抗環(huán)境影響(熱、振動(dòng)、酸、堿、空氣、水、塵埃

113、)的能力12)選擇性13)安全性(傳感器應(yīng)是無(wú)污染的)14)互換性15)低成本 寬測(cè)量范圍16)小尺寸、重量輕和高強(qiáng)度、寬工作溫度范圍 。</p><p>　　4.2 傳感器的分類</p><p>　　可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。

114、 </p><p>　　4.2.1 根據(jù)傳感器工作原理</p><p>　　可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類，傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。</p><p>　　化學(xué)傳感

115、器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問(wèn)題較多，例如可靠性問(wèn)題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問(wèn)題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。 </p><p>　　4.2.2 按照其用途</p><p>　　傳感器可分類為：壓力敏

116、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(dòng)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(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為： 　　模擬傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。 　　數(shù)字傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。 </p><p>　　數(shù)字傳感器——將被測(cè)量的

117、信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換)?！　￠_(kāi)關(guān)傳感器——當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。　在外界因素的作用下，所有材料都會(huì)作出相應(yīng)的、具有特征性的反應(yīng)。它們中的那些對(duì)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(lái)制作傳感器的敏感元件。從所應(yīng)用的材料觀點(diǎn)出發(fā)可將傳感器分成下列幾類： 　　a) 按照其所用材料的類別分：金屬、聚合物、陶瓷， 混合物。