【正文】 □ 及格 □ 不及格 評(píng)定成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1 前言 課題的意義 包裝紙箱壓力 變形 試驗(yàn)機(jī) 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課題是根據(jù)目前包裝紙箱行業(yè)的實(shí)際需要而提出的 重要 課題。其中美國 的 Lansmont Corporation 公司 建 立 于 1971 年，是包裝紙箱壓力變形測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域的先驅(qū) ,他被稱為 “包裝設(shè)計(jì)六步法 ” 的開創(chuàng)者。 本文主要的研究工作 針對(duì)傳統(tǒng)的壓力試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)速度和行程控制不精確、精確度不高等的問題，提出 了本次 設(shè)計(jì) 的 目標(biāo)：設(shè)計(jì)一種新型包裝 紙箱 壓力 變形 試驗(yàn)機(jī)，采用基于 交流伺服電機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)和基于傳感器的測(cè)試 系統(tǒng)。 本次設(shè)計(jì)的試驗(yàn)機(jī)主要采用的是鏈傳動(dòng)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要用到了直齒圓柱齒輪、直齒錐齒輪、鏈輪等傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。動(dòng)力源 采用伺服電動(dòng)機(jī)的原因是：因?yàn)?交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象 ，而且 交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出 ， 不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠 ，最主要的是它速度響應(yīng)快 從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速僅需幾毫秒 。缺點(diǎn)是將電動(dòng)機(jī)放在機(jī)器的頂部，很難固定住，因此會(huì)導(dǎo)致機(jī)器的整體穩(wěn)定性不好，況且電動(dòng)機(jī)還要與減速器相連，工藝上較為難實(shí)現(xiàn)，而且電動(dòng)機(jī)放在外面很容易受到外物沖撞，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度，用絲杠傳動(dòng)成本較高，安裝精度要求高，而且不適合遠(yuǎn)距離傳輸。 由于下壓板的重量較大，所以選用雙排鏈，以保證機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度要求。 通過選定的方案進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，可以選擇出在本文所設(shè)計(jì)的包裝紙箱壓力變形試驗(yàn)機(jī)中所用到得所有機(jī)械零部件，以及零部件的連接方式，因此就可以得初步的包裝紙箱壓力變形試驗(yàn)機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的簡圖。 （ 4） 工作噪音小，環(huán)保，消除了油液的 污染。根據(jù)聯(lián)軸器的型號(hào)可以得到一些相關(guān)的參數(shù)。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 2）計(jì)算小齒輪傳遞的扭矩。 )( mmdφb td ????? () 4）計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h。 6） 查取齒形系數(shù) 由表 [4]查得 YFa1=； YFa2=。選擇小齒輪的材料為 45（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS，二者材料硬度相差為 40HBS。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過程考慮到 鏈的承載能力，所以設(shè)計(jì)時(shí)選用的是雙排鏈，進(jìn)而鏈輪相應(yīng)的選用的是雙排鏈輪。 鏈輪齒寬用下面的公式計(jì)算，對(duì)于雙排鏈 11 bbf ? () 通過查表 可得 b1=，則鏈輪的齒寬 bf1=(mm)[4]。 由以上的數(shù)據(jù)可以確定總傳動(dòng)比為 i=30/=1000。參照工作要求并根據(jù) dFG=32(mm)，可以選擇深溝球軸承的型 號(hào)為 6207，其尺寸主要為 177235 ????? BDd [8]，故 dEF=dAB=35(mm)；而 LEF=17(mm)，而 LAB的長度要比軸承稍微小點(diǎn)，所以可以取 AB 軸段的長度 LAB=15（ mm）。根據(jù) dGH=28(mm)，由參考文獻(xiàn) [5]中查表 41 查得平鍵截面尺寸 78???hb ，再根據(jù) LGH=50(mm)，可以選擇平鍵的長度為 L2=40(mm)。參照工作要求并根據(jù) dBC= dJK=36(mm)，可以選擇角接觸球軸承的型號(hào)為 7308AC，其尺寸為 239040 ????? BDd [8]，故 dCD=dIJ=40(mm)，而 LCD= LIJ=23(mm)。齒輪左端采用軸肩定位，軸肩高度 h，故取 h=10(mm),則軸環(huán)處的直徑 dEF=70(mm)。 4） 根據(jù)方案簡圖以及整體的布局來確定軸段 BC、 DE、 HI、 JK 的長度，初步設(shè)定 LBC= LJK=210(mm)， LDE=LHI=280(mm)[8]。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 4 主要 零部件的校核 在零件的設(shè)計(jì)中 ，強(qiáng)度準(zhǔn)則是最基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。而圓周力 Ft 可以用下面公式計(jì)算： 112dTFt ? () 式中小齒輪傳遞的扭矩 T1=13040()。 （ 2） 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式如下所示： ? ? ? ?HRREH σudφφ KTZσ ??? () 同樣根據(jù)前面所設(shè)計(jì)的直齒錐齒輪，可以查到公式 ()中所有的相關(guān)的數(shù)據(jù)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起。 通過彎矩、扭矩圖可以看出按有直齒圓柱齒輪中心截面處是整個(gè)軸的危險(xiǎn)截面。由力分析可知： )( 25211 NdFFF aerevr ?? ????? ???? () 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 )( NFFF vrrevr ????? () )( NFF teHr ?????? () )( 7 7 4 312 NFFF HrteHr ????? () )( 2221211 NFFF Hrvrr ????? () )( 2222222 NFFF Hrvrr ????? () 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 圖 軸承受力分析圖 （ 2）求兩軸承的軸向力 Fa1和 Fa2。 （ 2） 測(cè)試部分的選擇。 化學(xué)工業(yè)出版社 , 2020 [10] 熊詩波 , 黃長藝 . 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 , [11] 梁森 , 王侃夫 , 黃航美 . 自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù) [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 , [12] 李長本 , 邵東波 . 機(jī)械 設(shè)計(jì) [M]. 清華大學(xué)出版社 , [13] 劉俊 . 多功能包裝壓力試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì) [J]. 陜西科技大學(xué) , [14] 秦憶 . 現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng) [M]. 武漢 : 華中理工大學(xué)出版社 , 1995 [15] 劉鴻文 . 材料力學(xué) [M]. 高等教育出版社 , [16] Jozsef ,Balazs Vargha,Istvan Frequency Domain System Indentificatin Based on a Virtual Instrument[J]. Instrumentation and measurement, 2020,49（ 6） :1260~1263 [17] Alfonso Carkisena, Carlos Macua, Miroslav Zivanovic. Instrument for the Measurement of the Instantaneous Frequency[J]. Instrumentation and measurement, 2020,49（ 4） :783~789 。63616 )(1059 106010 hεh LhPCnL ???????????????????? 所以本次設(shè)計(jì)中所選軸承滿足壽命要求 [4]。 （ 1）求兩軸承受到的徑向載荷 Fr1和 Fr2。支點(diǎn)反力為： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 ? ? )(914543 240782 21 11 NLL dFFF arV ???????? (49) )( 0 9 92 NFFF VrV ????? 圓柱齒輪中心處截面左側(cè)的彎矩為： )(4 9 4 1 354391111 mmNLFM VV ????? () )( 9 0 2 45 4 0 8222 mmNLFM VV ????? 4）合成做彎矩圖，如圖 ()所示。其計(jì)算步驟如下： （ 1） 軸所受的載荷軸上零件 傳來的。根據(jù)設(shè)計(jì)得： [σF]1=(MPa)， [σF]2=(MPa)， YSa1=， YSa2=， YFa1=，YFa2=， ΦR=1/3， m=4(mm)， b=41(mm)， K=，而圓周力 Ft 可以用下面公式計(jì)算： 112mt dTF? () 式中小錐齒輪傳遞的扭矩 T1=32600()。齒根危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度條件為： ? ?FSaFatSaFF σbm YYKFYσσ ??? 0 () 根據(jù)前面所設(shè)計(jì)的直齒圓柱齒輪，可以查到公式 ()中所有的相關(guān)的數(shù)據(jù)。 （ 2） 傳感器的組成 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 通常由敏 感元件、測(cè)量電路和轉(zhuǎn)換元件三部分組成了傳感器 ，有時(shí)候還需要添加輔助電源 [10][11]，如圖 所示： 圖 傳感器結(jié)構(gòu) 測(cè)力傳感器及位移傳感器的選用 1） 測(cè)力傳感器 根據(jù)此次包裝紙箱壓力變形試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)要求，決定采用 壓力傳感器中的一種 —— 稱重傳感器，它是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的 電信號(hào)并輸出裝置，具有測(cè)量范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、準(zhǔn)確度高、頻率響應(yīng)特性好等優(yōu)點(diǎn) [10][11]。連個(gè)軸承的一段都采用軸肩定位，查手冊(cè)可以得到軸肩的高度 h=7(mm)，則 dDE=dHI=52(mm)[8]。根據(jù) dAB=dKL=30(mm)，由參考文獻(xiàn) [5]中查表 41 查得平鍵截面尺寸 78???hb ，同樣的根據(jù) dFG=56(mm)，可以查得平鍵截面尺寸 1016???hb [4]。 2） 初步選擇 滾動(dòng)軸承。 （ 3）軸上零件的周向定位。 2） 初步選定滾動(dòng)軸承。 壓桿的上行速度暫定為最大下壓速度的 5 倍，即 50(mm/min)，則壓板上行時(shí)鏈輪的的轉(zhuǎn)速為 (r/min)。取 a0=1500(mm)， 則相應(yīng)的煉廠節(jié)數(shù)可用下面公式計(jì)算： 1 922202122100 ??????? ????? apπ zzzzpaL p () 取鏈長節(jié)數(shù) Lp=120 節(jié)。 （ 1） 計(jì)算分度圓直徑 根據(jù)公式 ()計(jì)算出錐齒輪的分度圓直徑 d1=60(mm)， d2=240(mm)。根據(jù)本文的設(shè)計(jì)，可以得到大直齒圓柱齒輪的簡圖，其簡圖如圖 所示： 圖 直齒圓柱齒輪結(jié)構(gòu)簡圖 直齒錐齒輪的設(shè) 計(jì) 、材料及齒數(shù) （ 1）包裝紙箱壓力變形試驗(yàn)機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故可以選用 7 級(jí)精度。 ?????? βFαFVA KKKKK () 5） 查取應(yīng)力校正系數(shù)。 取失效概率為 1%， ，安全系數(shù) S=1，由下面公式計(jì)算得： ? ? )(5281 i m11 M P aSσKσ HNH ???? () ? ? )( i m22 M P aSσKσ HNH ???? () （ 2） 計(jì)算 1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1t，將 [σH]中較小的值代入公式 ()中 得： ? ?3211 ???????????HEdtt σZuuφ TKd )(4 9 5 8 3 0 4 32 mm??????????? 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 2）計(jì)算圓周速度 v。 （ 3）選小齒輪的齒數(shù)為 Z1=24，大齒輪齒數(shù)為 1205242 ???Z ，（傳動(dòng)比 i=5）。 因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速較低、無沖擊、沒有很大的振動(dòng)，所以可以選擇凸緣聯(lián)軸器，而且凸緣聯(lián)軸器的構(gòu)造就簡單、成本低。 （ 2） 采用變頻調(diào)速，能耗小 、轉(zhuǎn)矩特性好、 效率高。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，由于機(jī)架箱體比較