【正文】 ABNCMMAMnnn0nn圖 交流異步電動機(jī)機(jī)械特性曲線山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文42M ——堵轉(zhuǎn)力矩； M ——額定力矩； M 最大力矩； n ——同步轉(zhuǎn)速； n ——額AnB0定轉(zhuǎn)速電機(jī)起動階段可用直線 AN 近似代替；正常運(yùn)行階段可用直線 NC 近似代替，兩直線的方程可近似表示為：AN 直線：M= M + 式（）nnA?)(?NC 直線：M= 式（）n?0)(執(zhí)行工作機(jī)構(gòu)等效力學(xué)模型的建立不同的工作機(jī)構(gòu)，根據(jù)機(jī)械原理的有關(guān)知識，可簡化為等效構(gòu)件 E，其等效轉(zhuǎn)動慣量時(shí) J ；等效的阻力矩時(shí) M 。畫裝配尺寸鏈，判斷增、減環(huán)，校驗(yàn)各環(huán)基本尺寸根據(jù)題意，軸向間隙為 ，則封閉環(huán)尺寸 A =0 mm,公差 T = 06.?0山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文38mm。同樣由式（）可求0得 F ≥ N。lx計(jì)算每個(gè)螺栓所受的軸向載荷，由前面的計(jì)算結(jié)果知螺栓所收到的總軸向載荷為 F = N，那么每個(gè)螺栓所受的軸向載荷為 F= NHF /z =。軸承的靜強(qiáng)度應(yīng)滿足下式C ≥S P 式（）00式中：C ——軸承的基本額定靜載荷，查軸承手冊知 C =102 KN；0 0 P ——軸承的當(dāng)量靜載荷 S ——軸承的安全系數(shù)，可以有以下方法確定：對于轉(zhuǎn)速較低的場合，0經(jīng)過綜合考慮并查手冊可以確定 S =。滿足強(qiáng)度條件?；ㄦI軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩為T=K T =484 = 式（）zN其中：K ——為綜合過載系數(shù)，K =；zz T ——電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，T =484 ；NN計(jì)算花鍵的抗扭截面系數(shù) W ,由公式：TW = 式（）??Dzbdd16))(24???式中：D——花鍵的大經(jīng)，D=75 mm； d——花鍵的內(nèi)經(jīng)，d=69 mm； z——花鍵的齒數(shù)，z=6； b——花鍵的寬度，取標(biāo)準(zhǔn)的花鍵齒，在此取 b=10 mm。圖 反饋級離心塊的截面尺寸計(jì)算該離心塊的質(zhì)心，根據(jù)該離心塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以將該離心塊分成以下四部分：（1）大空心圓柱體，X =0,Y =0,Z =54/2=27 mm （根據(jù)其對稱性） ，其體積11為 V = = mm = mm)(42dDh??)367(452???33式（）（2）中間的空心小圓柱體，同理有，X =0，Y =0，Z =9/2 mm= mm，體222積為 V = mm 。而與彈簧座孔同軸的螺栓孔的質(zhì)量為y Kg。（2）計(jì)算彈簧的實(shí)際剛度 P ，由式2P = 式（）?fQ將數(shù)據(jù)代入并整理得：P = N/ mm。1 111（3）計(jì)算彈簧的有效圈數(shù) n ，由式n = 式（）11348FfGd得：n =，取 n =。則主動級離心塊的受力分析圖如下圖 所示。12 摩擦材料及摩擦片的選擇根據(jù)其使用條件和煤礦的有關(guān)規(guī)定，由于摩擦盤一般是片狀，其厚度是相當(dāng)小的，一般的材料是不能滿足本次設(shè)計(jì)所要求的強(qiáng)度的，并且一般的摩擦材料的擠壓強(qiáng)度也是不夠的，為此經(jīng)過多方面的考慮應(yīng)選擇綜合力學(xué)性能好的摩擦材料。該方案的采用離心式接合楔緊以實(shí)現(xiàn)傳動，且采用主動級的離心結(jié)合機(jī)構(gòu)關(guān)于反饋級對稱布置的設(shè)計(jì)思想，這一設(shè)計(jì)思想實(shí)際上是為了能夠獲得更好的軟啟動效果，這是本次設(shè)計(jì)的根本宗旨所在。并通過合理設(shè)計(jì)使各個(gè)零件具有良好的結(jié)構(gòu)及加工工藝性以降低制造成本。 具 有 節(jié) 電 的 性 能 ： 與 剛 性 傳 動 相 比 具 有 起 動 電 流 小 和 對 電 網(wǎng) 沖 擊小 的 特 點(diǎn) ， 這 在 起 動 大 慣 量 負(fù) 載 時(shí) 更 為 顯 著 。③鑄鐵摩擦片；如 HT200、HT250 等，其特點(diǎn)是：具有較好的耐磨性，也有一定的強(qiáng)度和抗膠合能力，但不耐沖擊，適宜于中、低速和輕載工況下，制成較厚的摩擦片或摩擦盤，在干式或濕式的條件下與淬火鋼或青銅配對使用。干式摩擦材料主要采用無石棉有機(jī)摩擦材料和燒結(jié)摩擦材料， 濕式摩擦材料主要采用紙基摩擦材料、石墨基摩擦材料和燒結(jié)摩擦材料。就目前來說，有多處研究所都在研究這種偶合器產(chǎn)品。從動軸為花鍵軸，固定反饋級離心塊的錐面圓盤可以在花鍵軸上滑動，使得其兩側(cè)的摩擦片分擔(dān)相等的負(fù)載，杜絕了兩邊承載不均勻的現(xiàn)象。另外選擇摩擦性能較好的摩擦材料對本次設(shè)計(jì)來說顯得尤為重要，是關(guān)系到成敗的關(guān)鍵因素。軸向摩擦偶合器的發(fā)展稱得上是剛剛起步?？梢哉f這種利益是很大的。目前，有許多小型企業(yè)瞄準(zhǔn)了這個(gè)市場，但由于設(shè)備山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文4條件的限制，在生產(chǎn)工藝中須采取一些措施才能快速、經(jīng)濟(jì)地制造出來。 國內(nèi)外反饋控制軸向摩擦偶合器的發(fā)展趨勢由于反饋控制軸向摩擦偶合器較無反饋式軸向摩擦偶合器具有更好的軟啟動性能，因此將來反饋控制軸向摩擦偶合器結(jié)構(gòu)逐漸向著實(shí)用化的方向發(fā)展，從而必將呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢。因此，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，在傳統(tǒng)的無反饋式偶合器的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，將整個(gè)起動加速過程分成兩級，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文7分別通過主動級和反饋級來實(shí)現(xiàn)其功能。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文8因此，為了實(shí)現(xiàn)這一愿望，本文進(jìn)行了對新型反饋控制軸向摩擦偶合器這一課題的研究。計(jì)算電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩：T =9550 =9550 =484 式（）NnP148075其中：P—— 電機(jī)的額定功率； n——電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。由 β=176。則 Q = 2 2cN，F(xiàn) = N。c22代入數(shù)據(jù)得反饋級離心塊在剛被甩出時(shí)所需彈簧的回復(fù)力：Q = N，圓2整后取 Q =500 N。1山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文21 離心塊的設(shè)計(jì)計(jì)算為了使偶合器的傳動更加平穩(wěn)，同時(shí)為了使結(jié)構(gòu)更加緊湊，本設(shè)計(jì)主動級采用三個(gè)離心塊均勻布置在主動機(jī)的圓周上，且反饋級也采用三個(gè)離心塊均勻布置在套裝在從動機(jī)花鍵軸上的帶有徑向槽（其余離心塊的配合面是圓柱面）的錐面圓盤上。33 3則由質(zhì)心的疊加公式Z= 式（）321VZ?代入數(shù)據(jù)得：Z= mm。由以上條件代入數(shù)據(jù)并整理得：σ= Mpa＜ [σ]= 240 Mpa，符合強(qiáng)度要求。由外摩擦片所傳遞的轉(zhuǎn)矩為山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文29T = z F f r 式（）w2f其中：z——接合面數(shù)，顯然 z=2； F ——摩擦片的軸向正壓力，F(xiàn) =4210 N；2 2 f ——摩擦片間的摩擦系數(shù)，f =；r ——摩擦片的摩擦半徑，r =110 mm。代入計(jì)算得：σ= Mpa＜[σ]=54 Mpa，因此符合強(qiáng)度條件。左端蓋連接螺栓的設(shè)計(jì)計(jì)算由于端蓋的材料一般為鑄鐵在此選擇 HT200，與端蓋連接的帶有內(nèi)花鍵的的殼體的材料為 40Cr,選擇螺栓的材料為 40Cr。代入得 d ≥ mm。經(jīng)過綜合考慮并計(jì)算后得知，主動級離心塊在開始工作時(shí)從克服彈簧的恢復(fù)力外移時(shí)開始，離心塊移動的徑向距離為 時(shí)可以獲得更佳的軟啟動效果和承載能力，因此主動級離心塊在其錐面（工作面）處可以消除的軸向間隙為 tan12176。機(jī)器的工作性能和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也在很大程度上取決于傳動裝置的優(yōu)劣。 r 式（）fq902grmn?hm（2）摩擦偶合器物理參數(shù)和幾何尺寸選擇的約束條件設(shè)電動機(jī)或原動機(jī)的過載系數(shù)為 K ，額定轉(zhuǎn)速為 n ，額定扭矩為 M ，d n堵轉(zhuǎn)力矩為 。并且傳動裝置是大多數(shù)機(jī)器或機(jī)組的主要組成部分。還有與電機(jī)相連的聯(lián)軸器的選擇，可以根據(jù)傳遞的轉(zhuǎn)矩及功率的大小選擇聯(lián)軸器的型號為 GY7，器外徑為 D=160mm。σ =900 Mpa，查表知，安全系數(shù)為 S =5。計(jì)算主動級離心塊對端蓋的作用力由前面的計(jì)算以及圖 、 中的受力分析可明顯的計(jì)算出單個(gè)主動級離心塊對于端蓋的作用力的合力（正壓力和摩擦力的合力）F = N，F(xiàn)那么二者作用的正壓力為F = F cosβ=176。在此取Hqh摩擦盤的寬度為 l=10 mm，下面校核其強(qiáng)度。525計(jì)算外摩擦片與外殼接合處的擠壓應(yīng)力 σ 1由于該連接的移動距離很小，且齒面經(jīng)過熱處理。計(jì)算固定反饋級復(fù)位彈簧的螺栓的參數(shù)由前面的計(jì)算知：螺栓所受到的最大拉力（彈簧所受載荷）F=，根據(jù)其使用條件，螺桿直徑不能比彈簧內(nèi)徑小太多，經(jīng)過綜合考慮選擇M12 規(guī)格的細(xì)牙螺栓（非全螺紋） ，性能等級為 級，材料為中碳鋼，查表知：其屈服強(qiáng)度極限為 σ =480 Mpa，取安全系數(shù)為 S=2,則許用應(yīng)力為：s[σ]= σ /S=240 Mpa。11 3②下邊的外徑為 26 mm 的空心小圓柱山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文23其質(zhì)心坐標(biāo)為 X =0，Y =0，Z =10/2=5 mm，其體積為 mm 。當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)需增加的彈簧壓縮量為：S = mm。1則節(jié)距p = =（ ）mm= mm 式（）???反饋級復(fù)位彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 由前面的分析知，反饋級的起始工作轉(zhuǎn)速 n =650rpm。CE由反饋級離心力的計(jì)算公式山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文16Q = 式（）c902　nrm?式中：m ——反饋級離心塊的質(zhì)量；2 r ——反饋級離心塊的質(zhì)心半徑； n——電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，n=1480 rpm。由手冊可知：當(dāng)銅基粉末冶金和淬火鋼配對時(shí)，其摩擦系數(shù)為 f =，1其當(dāng)量摩擦角為 β=arctan f ==176。查電機(jī)手冊可確定其型號為 YB280M—4，其輸出軸直徑為 d=75mm。我們堅(jiān)信：它必將為機(jī)械軟啟動行業(yè)做出其應(yīng)有的貢獻(xiàn)，對機(jī)械軟啟動特別是偶合器行業(yè)的發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。 本課題研究目的及意義本課題是在無反饋式軸向摩擦偶合器的基礎(chǔ)上提出的。雖然這些材料不屬于粉末冶金范疇，但是它們同屬于摩擦材料領(lǐng)域。我國摩擦偶合器的發(fā)展現(xiàn)狀為了降低成本，軸向摩擦偶合器所使用的摩擦片往往是標(biāo)準(zhǔn)的摩擦片，因?yàn)檫@樣可以大大縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期并降低產(chǎn)品的制造成本。這就是說我們和外國的起步是相同的，所以說如果我們國家如果率先研制出了這種產(chǎn)品，這必將會增強(qiáng)我國的世界影響力，我國的綜合國力也會有很大的提高。機(jī)械軟啟動裝置漸漸在各行各業(yè)得到比較廣泛的應(yīng)用，因此近幾年來機(jī)械的軟啟動性能也越來越受到人們的廣泛關(guān)注。因此本方案具有很好的發(fā)展前景。但是，隨著現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，各種工作機(jī)構(gòu)的零部件的制造精度越來越高，這就使得其對載荷不穩(wěn)定比較敏感，甚至載荷的輕微波動都會使得機(jī)械的整體工作性能受到較大的影響，這就對主動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性要求也越來越高。目前我國的很多機(jī)械都是靠進(jìn)口，這其中的一個(gè)關(guān)鍵問題就是我們國家的制造工藝還相當(dāng)落后，尤其對材料的處理工藝還不夠成熟。鐵基材料一般用于干式條件和重載條件下, 而銅基材料則多用于濕式條件, 承受較低或中等載荷。此外還具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和良好的耐磨性，其許用強(qiáng)度高于其他的摩擦材料，可用作摩擦片襯片或摩擦塊，在濕式或干式條件下與鋼或鑄鐵配對使用，用于重載或高速工況。 反饋控制軸向摩擦偶合器的發(fā)展趨勢隨著現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，而這種沖擊載荷一般在啟動時(shí)才會產(chǎn)生，因此，這就需要整個(gè)工作機(jī)構(gòu)在啟動時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)柔和起動，即本文中所說的軟啟動。機(jī)構(gòu)中的連接件等功能元件盡量選擇的標(biāo)準(zhǔn)件，這樣也可以大大降低機(jī)加工成本，同時(shí)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量小的要求又使得各零件的結(jié)構(gòu)尺寸盡量小，這樣也縮小了整體外形尺寸使其更加緊湊。這時(shí)主動機(jī)在電機(jī)帶動下繼續(xù)加速，當(dāng)從動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到某一轉(zhuǎn)速時(shí)，反饋級離心塊開始克服彈簧的彈力外移（反饋級離心塊裝在從動機(jī)軸的徑向槽中） ，這樣就推動摩擦盤將摩擦片壓得更緊，達(dá)到硬啟動時(shí)的承載能力。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文12因此主、從動機(jī)的摩擦片選擇淬火鋼在此選擇 65Mn，其性能為：具有良好的耐磨性、導(dǎo)熱性和表面貼合性、強(qiáng)度高，且淬火后其硬度可達(dá)35～45HRC。則由正弦定理得，= 式（）)2sin(????ZEzFQ)90sin(?zfF cosβ=F 式（）zfNzF cos(α+β)= F 式（）zf 31并且由于本結(jié)構(gòu)是對稱式的，所以一側(cè)所能傳遞的轉(zhuǎn)矩等于全部轉(zhuǎn)矩的一半， βFzefα β fβ βα ze圖 主動級離心塊的受力分析有=z F f r + F cosβf r z+F f r 式（）21T2fzf1f2N1f以上各式中：Q ——主動級離心塊在額定轉(zhuǎn)速下的所受到的離心力；z F ——主動級離心塊的工作錐面上受到的正壓力和摩擦力的合zf山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文14力； F ——主動級離心塊左端面上受到的正壓力和摩擦力的合力；Nz F ——主動級單獨(dú)工作時(shí)摩擦片上受到的正壓力；1 F ——額定轉(zhuǎn)速下主動級復(fù)位彈簧的彈力。1 F ——彈簧的工作載荷，顯然 F = Q = N，將 F 圓整為 F =400 1 111N。j2極限變形量：F = = mm = mm。的斜面所截得的體積非常接近，所以采用近似計(jì)算的方法求得截去的楔塊的質(zhì)量為山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文22m =△m