【文章內(nèi)容簡介】 加熱爐 F8 負(fù)載調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) F9 試件夾緊 螺紋鏈接夾緊 F10 調(diào)節(jié)對偶試件的貼合 調(diào)節(jié)絲杠上的轉(zhuǎn)輪 F11 載荷的測量 測量彈簧壓縮長度 F12 摩擦力測量 扭矩傳感器 F13 摩擦系數(shù)的測量 由測得的摩擦力和載荷通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)得出 F14 速度的測量 測速電機(jī) F15 溫度的測量 測量熱電偶 F16 自動(dòng)記錄和顯示 計(jì)算機(jī)控制 濟(jì)南大學(xué) 泉城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 3 臥式高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì) 及校核 本 章介紹了臥式高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)及工作原理，該試驗(yàn)機(jī)是由機(jī)體、傳動(dòng)系統(tǒng)、橫向加載系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、摩擦副裝夾具這 5 個(gè)部分組成，并分別介紹了其結(jié)構(gòu)和功能。 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的總體設(shè)計(jì)及工作原理 摩擦 磨損試驗(yàn)機(jī)是通過齒輪傳動(dòng)將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給主軸，從而帶動(dòng)式樣盤旋轉(zhuǎn)。通過該試驗(yàn)機(jī)，主要可以獲得試驗(yàn)所產(chǎn)生的摩擦力、摩擦系數(shù)、磨損量等數(shù)據(jù)。 試驗(yàn)機(jī)的工作原理示意圖見圖 所示： 1變頻電機(jī) 2齒輪 3圓弧齒同步帶 4齒輪 5主軸 (空心 ) 6螺釘 7圓形盤 8加熱爐 9式樣銷 10摩擦盤 11主軸 12止推球軸承 13施力彈簧 14蝸輪 15蝸桿 16步進(jìn)電機(jī) 17手輪 18導(dǎo)軌 19徑向球軸承 20大螺母 2 22絲杠 23螺母施力板 圖 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)總做原理示意圖 試驗(yàn)機(jī)分為主動(dòng)、被動(dòng)、加熱三個(gè)模塊，主動(dòng)模塊：變頻電機(jī) 1 帶動(dòng)齒輪 2 旋轉(zhuǎn)，通過圓弧齒同步帶 3 帶動(dòng)齒輪 4 轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)主軸 5 旋轉(zhuǎn)。主軸上固定有裝夾式樣銷的圓形盤，圓形盤 7 隨著主軸旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。圓形盤上有螺釘 6，可以調(diào)節(jié)螺釘?shù)乃删o控制式樣銷固定在圓形盤上。 式樣銷 9 旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)摩擦盤 10 有轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢，主軸 11上裝有扭矩傳感器，測量銷盤之間的摩擦力。 被動(dòng)模塊： 步進(jìn)電機(jī) 15 帶動(dòng)渦輪 16濟(jì)南大學(xué) 泉城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 蝸桿 1 絲杠 21 做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由一對 徑向球軸承 19 使 螺母施 力板 23 左右移動(dòng)，壓縮施力彈簧 13，實(shí)現(xiàn)力的加載。 12 為力傳感器，可以檢測施加力的大小，同時(shí)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，根據(jù)蝸輪蝸桿、絲杠螺母施力板、彈簧的彈性系數(shù)和彈簧的壓縮長度，也可以控制施加力的大小。施加的力通過主軸 11 添加給摩擦盤 10，實(shí)現(xiàn)銷 盤之間的加載。通過手輪 17 可以帶動(dòng)絲杠 22 旋轉(zhuǎn)，使固定螺母 20 和被動(dòng)模塊左右移動(dòng)。加熱模塊為加熱爐 8，實(shí)現(xiàn)溫度的加載。上面有溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)測 [2]。 試驗(yàn)機(jī)各組成部分設(shè)計(jì)與其功能 傳動(dòng)系統(tǒng) 本試驗(yàn)機(jī) 選用 變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，帶動(dòng)齒輪及齒輪 帶傳遞扭矩，實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 這里選用 同步齒形 帶實(shí)現(xiàn)齒輪與齒輪間力的傳遞，其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確同步不打滑，無需潤滑，無污染，傳動(dòng)噪聲小，效率高，節(jié)能，傳遞負(fù)載大，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，他可以代替鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、三角帶和梯形齒同步帶 [10]。 在這里選用 YD100L 6/4/2 型變頻調(diào)速電機(jī)。電機(jī)的功率為 ，同步轉(zhuǎn)速為 1000/1500/3000 轉(zhuǎn) /分，滿載轉(zhuǎn)速為 945/1450/2910。根據(jù)主軸的轉(zhuǎn)速要求 ，傳動(dòng)比為 2。齒輪選用 7 級精度，小齒輪選用材料為 40Cr，硬度為 280HBS，大齒輪材 料為 45 鋼（調(diào)制），硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。選用銷齒輪齒數(shù)Z1= Z2=2X24=48。 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)： （ 1） 根據(jù)公式 (31)： ? ? 2131 ???????????HEdtZuuKTd?? （ ） 1）選定 tK =； 2）小齒輪轉(zhuǎn)矩 。 1151 n PT ??? = 24 5 ?? =71625 mmN? 3） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [10]表 107 選 取齒寬系數(shù) d? =1； 4） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [10]表 106 查得 材料的彈性影響系數(shù) 2189 MPaZ E ? ； 5) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [10]表 1021d 按 照設(shè)計(jì)的 齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限6001lim ?H? aMP ；大齒輪的接觸疲勞極限 5501lim ?H? aMP 。 6） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [10]表 1019 取接觸疲勞壽命 ?HNK ； ?HNK 。 濟(jì)南大學(xué) 泉城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 7）取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1， 根據(jù)公式 ()： ? ?SKHNH lim?? ? （ ） ? ? MP aMP aSK HNH ???? ??? ? MP aMP aSK HNH ???? ?? （ 2） 計(jì)算小齒輪的分度圓直徑 td1 ，帶入較小的 ? ?H? 。 ? ? ????????????????????????? mmZuuKTd HEdt232131 231?? （ 3） 計(jì)算 齒寬 b。 b= mmmmd td ????? （ 4） 計(jì)算齒寬與齒高之比 hb 。 模數(shù) mmmmzdm tt ??? 齒高 mmmmmh t 7 3 7 ???? ??hb （ 5） 計(jì)算載荷系數(shù)。 參考文獻(xiàn) [10]表 108 選取動(dòng)載系數(shù) 1?AK ； 直齒輪 1?? ?? FH KK ； 參考文獻(xiàn) [10]表 102 查 使用系數(shù) 1?AK ； 參考文獻(xiàn) [10]表 104 按插值法 查得 7 級精度，小齒輪 ??HK 。 由 ?hb ， ??HK 查得 ??FK ，故載荷系數(shù) ： K= 4 2 ?????? HHVA KKKK = (6)按照實(shí)際的載 荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由公式 ()： 濟(jì)南大學(xué) 泉城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 tt KKdd 311 ? （ ） tt KKdd 311 ? = ? = (7)計(jì)算模數(shù) m。 ??? zdm 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)： 1） 參考文獻(xiàn) [10]表 1020c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 MPaFE 5001 ?? ； 大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 MPaFE 3802 ?? ； 2） 參考文獻(xiàn) [10]表 1018 查 取 彎曲疲勞壽命系數(shù) ?FNK ， ?FNK ； 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 彎曲疲勞安全系數(shù) S=，由式 （ ）得 : ? ? SK FEFNF ?? ? （ ） ? ? ???? SK FEFNF ?? ? ? ???? SK FEFNF ?? 4)計(jì)算載荷系數(shù) K。 K ?????? ?? FFVA KKKK 5)查取齒形系數(shù) 。 按照 參考文獻(xiàn) [10]表 105 查得 ?FaY , ?FaY 6)查取應(yīng)力校正系數(shù) 。 按照 參考文獻(xiàn) [10]表 105 查得 ?SaY ， ?SaY 7）計(jì)算大小齒輪的 ? ?FFaSaYY? ，并加以比較。 ? ? 01 11 ???F FaSa YY ? 濟(jì)南大學(xué) 泉城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 ? ? 22 ???F FaSa YY ? 大齒輪數(shù)值較大。 （ 2）設(shè)計(jì)計(jì)算： ? ? ????????? F SaFad YYzKTm ?? 2113 2 （ ） ? ? ?????????? F SaFad YYzKTm ?? 21 13 2 71 23 ??? ?? 對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)的計(jì)算所得的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，但模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，可取 彎曲強(qiáng)度算的模數(shù) ，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=2mm，按接觸強(qiáng)度算的分度圓直徑 ?d ?? mdz 33? 663322 ???z 。 這樣設(shè)計(jì)出來的齒輪傳動(dòng)，滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，也滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免了浪費(fèi)。 幾何尺寸 設(shè)計(jì) （ 1）計(jì)算分度圓直徑： 6623311 ???? mzd mm 13226622 ???? mzd mm （ 2）計(jì)算中心距 mmmmdda 992 132662 21 ????? （ 3）計(jì)算齒輪寬度 mmmmdb d ???? ? 取 B1=20mm， 則 B2=22mm。 齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算。 （ 1）輸出軸的功率 kWP ? ，轉(zhuǎn)速 min/2190rn ? 于是 95500009550000 ?? nPT mmN ?? 濟(jì)南大學(xué) 泉城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 （ 2）初步確定軸的最小直徑 nPAd 30min ? （ ） 按公式（ 36）初步估取軸最小直徑。 取軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理 。 按照 參考文獻(xiàn) [1]表 135 選取 1120 ?A 得 mmnPAd 330m in ???? 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩為 TKT Aca ? ， 參考文獻(xiàn) [1]表 141，考慮到轉(zhuǎn)矩變化非常小，選取?AK ，得： mmNmmNTKT Aca ?????? 1 0 2 0 47 8 4 考慮到電機(jī) 軸的直徑為 28mm， 選用凸緣聯(lián)軸器 GY4 型， 4428 6228??JY GB/T 58432020 所以，軸 mmd 28????? 。 （ 3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）擬定軸上的零件的裝配方案 。 現(xiàn)在選用圖 所示的裝配方案。 圖 齒輪軸的結(jié)構(gòu) 濟(jì)南大學(xué) 泉城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段的直徑和長度 為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求， Ⅰ Ⅱ軸段的左端需要制作出一軸肩，?、?Ⅲ段直徑 mmd 33??????