【文章內(nèi)容簡介】 177。24176。）時，通過扭矩傳感器測出擺桿的擺矩。擺桿擺動定位由限位開關(guān)完成。擺矩測完，由步進(jìn)電機(jī)鎖定擺桿擺 24176。，由三相交流電機(jī)帶動桿 2 轉(zhuǎn)動，同樣通過轉(zhuǎn)矩傳感器測出轉(zhuǎn)矩。測完轉(zhuǎn)矩后，擺桿擺回到中間位置，并從內(nèi)圈中拔出。2）整個試驗(yàn)機(jī)的自動控制由可編程控制器 PLC 完成。傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)體積大，全為機(jī)械式觸點(diǎn)，動作慢，且可靠性差，接線復(fù)雜，維護(hù)也相當(dāng)復(fù)雜。PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，PLC 內(nèi)部全為“ 軟接點(diǎn)” ，動作快。PLC 控制功能改變，一般僅修改程序即可，極其方便，且 PLC 的可靠性比繼電接觸控制的高。3）傳感器都有與之配套的顯示儀表，可直接讀出所測轉(zhuǎn)矩、擺矩。顯示儀表具有輸出具有輸出超量程報警信號的功能。3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本試驗(yàn)機(jī)具體工作過程如下：工人把被測試樣等速萬向聯(lián)軸節(jié)裝入試驗(yàn)機(jī)臺上，按下起動按鈕，氣源打開，試驗(yàn)機(jī)開始自動進(jìn)行一系列動作。提升氣缸下降將彈性夾頭擠入內(nèi)圈中，扣壓缸外伸將壓板翻轉(zhuǎn)成水平，阻擋缸縮回壓板翻轉(zhuǎn)成垂直，主電機(jī)轉(zhuǎn)動，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動擺臂往復(fù)擺動兩次來測擺角和擺矩，擺臂復(fù)位垂直，將轉(zhuǎn)矩清零，擺臂擺動 β176。并保持8s 來測轉(zhuǎn)矩，后擺臂復(fù)位，將主電機(jī)停止，扣壓缸外伸將壓板翻轉(zhuǎn)成水平，阻擋缸縮回，提升缸上升則彈性夾頭與內(nèi)圈分離，扣壓缸縮回則壓板翻轉(zhuǎn)成垂直，截?cái)鄽饴?，讀顯示結(jié)果根據(jù)結(jié)果來判斷試樣是否是合格品，將顯示儀復(fù)位，卸載試件，整個測試過程結(jié)束。 配重塊：如圖 所示提升氣缸與阻擋氣缸都固定在一個可擺動的平板 M 上，平板豎直放置，與步進(jìn)電機(jī)帶動的軸相配合，因此可前后擺動，從而帶動擺桿擺動。平板 M下半部分明顯比上半部分輕，若擺動起來，平板 M 自身就有擺矩，此時測出的擺桿的擺矩帶有附加力矩。具體方法：把平板 M（提升氣缸、阻擋氣缸等都全部安裝完畢）擺到水平位置，調(diào)節(jié)配重塊，使其靜止在水平位置即可，此外，再通過大量的試驗(yàn)或是先前積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)配重塊，從而消除過重現(xiàn)象，這樣就可把附加力矩去掉了。圖 提升氣缸與擺桿的聯(lián)接靠軸承套和軸承聯(lián)接：此處軸承受力主要是軸向力，選用一對正裝的角接觸球軸承，此種軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，也可以單獨(dú)承受軸向載荷。承受徑向和軸向負(fù)荷的能力為良，低噪音，使用壽命長，價格也低，能在較高轉(zhuǎn)速下正常工作。由于一個軸承只能承受單向的軸承力，因此，一般成對使用。承受軸向載荷的能力由接觸角 α決定。接觸角大的，承受軸向載荷的能力也高。該對角接觸球軸承一端由軸肩固定，另一端由圓螺母及止動墊圈固定。止動墊圈與圓螺母配合使用，主要用于滾動軸承的固定。若沒有止動墊圈，使用時間長了后圓螺母容易松動，使用止動墊圈鎖住圓螺母就可以防止此種情況發(fā)生。 夾頭設(shè)計(jì)：夾頭的作用是對萬向節(jié)的內(nèi)圈組件提升定位，與軸桿一起對萬向節(jié)施加轉(zhuǎn)動力矩。因此夾頭與內(nèi)圈間的夾緊力應(yīng)至少能克服 220N 的最大滑移阻力，并能承受 20Nm 的最大轉(zhuǎn)動力矩。采用圖 5 所示結(jié)構(gòu)。這種由鋼件作骨芯，聚氨酯作外套的組合式夾頭，耐磨且結(jié)構(gòu)非常簡單，對尺寸參數(shù)變化適應(yīng)性好，夾頭使用壽命提高了數(shù)倍。圖 擺桿的下端帶有夾頭，此夾頭用來擠壓入等速萬向節(jié)的內(nèi)圈中以帶動內(nèi)圈在萬向節(jié)中滑移和轉(zhuǎn)動，此夾頭用聚氨酯制成。在實(shí)際使用過程中，若夾頭與內(nèi)圈配合的過盈量大了，則說明擠入內(nèi)圈中的力過大，可把夾頭在車床上打磨一下，減小擠入內(nèi)圈所需的力。此零件屬于易損件，需配數(shù)個備用。 阻擋缸（薄型氣缸）與舌形伸縮板(桿 1 提升時用來定位)的聯(lián)接采用一個接頭和銷軸聯(lián)接：圖 圖 為接頭，接頭右端與薄型氣缸相連，右端通過銷軸與舌形伸縮板聯(lián)接。若沒有此接頭和銷軸作為氣缸與舌形伸縮板的中間過度聯(lián)接，而采用直接相連，則每次提升缸提升擺桿碰到舌形伸縮板時，不僅給舌形伸縮板很大沖擊，給薄型氣缸也帶來沖擊，并且使氣缸受到向上的力，與氣缸內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，不能正常工作，且減少使用壽命。而采用了此種結(jié)構(gòu)就避免了此類現(xiàn)象的發(fā)生。 標(biāo)尺：固定在試驗(yàn)臺的扇形塊上，其作用是:在安裝左右限位開關(guān)時，確定去位置的。標(biāo)尺上的死擋鐵在平板 M 左右擺動擺到最大位置（ 177。24176。）時，起阻擋作用。 聯(lián)軸器設(shè)計(jì):該試驗(yàn)臺所涉及的軸與軸的聯(lián)接，均采用套筒聯(lián)軸器（利用一公用套筒以銷、鍵聯(lián)接方式與兩軸相連） 。此種聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)最簡單，零件數(shù)量少，重量輕，制造容易，成本低廉。雖然這類聯(lián)軸器不具有補(bǔ)償兩軸相對位移的能力，但是如果裝配時能保持兩軸精確對中，則工作中會有比較滿意的傳動性能，因此，在一些轉(zhuǎn)速不高，載荷平穩(wěn)的場合，仍得到廣泛應(yīng)用。該試驗(yàn)臺各軸的轉(zhuǎn)速都不太高，載荷也較平穩(wěn)，因此采用套筒聯(lián)軸器即經(jīng)濟(jì)又方便。 電控柜設(shè)計(jì)：裝有與轉(zhuǎn)矩傳感器和擺矩傳感器配套的顯示儀表、驅(qū)動三相交流電機(jī)的驅(qū)動馬達(dá)以及各按鈕。其安裝在試驗(yàn)臺的右側(cè)，以便工人操作。 零件的計(jì)算及其校核 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算：軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛其中最常用的是 45鋼。本試驗(yàn)臺所設(shè)計(jì)的軸全部采用 45鋼。(1)擺桿的設(shè)計(jì)：先按軸所傳遞的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩初步估算直徑：按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的條件計(jì)算：軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： （31）3950[].2TTPnWd?????式中： τ T——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa； T——軸所受的扭矩，Nmm； WT——軸的抗扭截面系數(shù)，mm 3； n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min； P——軸傳遞的功率， kW d——計(jì)算截面處軸的直徑，mm； [τT]——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa。表 軸常用幾種材料的 A0值軸的材料 Q235A、20 Q2735（1Cr18Ni9Ti） 4540Cr、35SiMn38SiMnMo、30Cr13A0 149～126 135～112 126～103 112～97由上式可得軸的直徑 （32）[].2[]TTPPdAnn??????式中 A 0——按軸的許用轉(zhuǎn)應(yīng)力[τ T]確定的系數(shù)， 。[]T??根據(jù)所選電機(jī) P=，n=100r/min，軸的材料選為 45鋼。根據(jù)上表，取A0=110，于是由上式（21 ）得 （mm）=1567PdA???此直徑即為按功率輸入處得軸端直徑，取 d=17mm。其它處直徑可按照結(jié)構(gòu)的需要來改變。圖 此軸只受軸向力（插入內(nèi)圈中所產(chǎn)生的力） ，故不受彎矩也不受扭矩，其強(qiáng)度滿足要求。(2）帶動整個擺動部分?jǐn)[動的軸的設(shè)計(jì)：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括定出軸的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。此軸一端聯(lián)接靜扭傳感器，另一端通過平鍵與擺動平板相連，傳遞扭矩，帶動整個擺動部分?jǐn)[動，因靜扭傳感器的聯(lián)接軸尺寸為 Φ30mm，它與此軸通過聯(lián)軸套聯(lián)接，故初步也把此軸的端部尺寸定為 Φ30mm。軸承的軸向定位靠軸肩和軸承端蓋。定位軸肩的高度h=（ ～ ）d，d 為與零件相配處的軸徑尺寸。取 h==30=3mm，所以D=30+32=36mm，此軸與套筒、擺動平板皆通過平鍵聯(lián)接。軸的強(qiáng)度校核計(jì)算：（按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算）此軸只受扭矩，不受彎矩，所以所受彎矩 M=0。圖 α 是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異的系數(shù)（亦即 α 可將循環(huán)特性 γτ 折算為 γσ） 。因通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)的變應(yīng)力，而扭矩所產(chǎn)生的扭切應(yīng)力常常不是對稱循環(huán)的變應(yīng)力，故在計(jì)算彎矩時，必須考慮這種循環(huán)特性差異的影響。即當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，取 α=；扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取 α=；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力變?yōu)閷ΨQ循環(huán)變應(yīng)力時，則取 α=的 α 取 。 T=30Nm=30000Nmm計(jì)算彎矩 222()0(.630)18()caMTNm????????校核危險截面 C，按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算彎曲應(yīng)力： 1333180.()[]60().???????????[σ1]——軸的許用彎曲應(yīng)力故此軸安全。 軸承的選型:與轉(zhuǎn)矩傳感器伸出軸相配合的軸承，因要承受較大的軸向力，因此選用一對反裝（背靠背）的角接觸球軸承。此種方式安裝的角接觸球軸承通過預(yù)緊力可提高軸承剛性。外圈寬端面相對具有較大的抗彎剛性，且軸向限位能力為雙向。d 內(nèi)徑=30mm，選 7006C 型角接觸球軸承。與擺桿相配合的軸承，也要承受較大的軸向力，選用一對正裝（面對面）的角接觸球軸承。 鍵的設(shè)計(jì)及校核：普通平鍵的主要尺寸見下表：表 普通平鍵的主要尺寸 mm軸的直徑 10～12 12～17 17～22 22～30 30～38 38～44鍵寬 b鍵高 h 44 55 66 87 108 128鍵的長度系列 11112223345平鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時，工作面被擠壓，因此，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核，并假定在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為 （32）3210[]()PPTMakld?????式中， T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nm； k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=，這里 h 為鍵的高度，mm； l——鍵的工作長度，mm，圓頭平鍵 l=Lb，此處 L 為鍵的公稱長度，mm；b 為鍵的寬度，mm； d——軸的直徑，mm； [σP]——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，Mpa，見下表。表 鍵連接的許用擠壓應(yīng)力 MPa載荷性質(zhì)許用擠壓 應(yīng)力連接工作 方式鍵或轂、軸的材料 靜載荷 輕微載荷 沖擊[σP] 靜連接 鋼 120～150 10