【正文】 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 34 參 考 文 獻(xiàn) [1] 呂言 , 周建國 , 阮澎等 . 最新伺服壓力機(jī)開發(fā)以及今后的動向 [J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù) , 2020,41(1):1114 [2] 張力重 , 林紅旗 . 交 流伺服電機(jī)的機(jī)械式壓力機(jī)的發(fā)展 [J]. 機(jī)械制造技術(shù) , 2020(3):4952 [3] 謝軍 . 交流伺服電機(jī)的應(yīng)用趨勢 [J]. 伺服控制 , 2020(5):2425 [4] 濮良貴 , 紀(jì)名剛 . 機(jī)械設(shè)計 [M]. 高等教育出版社 , [5] 蘇敏 , 王隆太 . 幾種伺服壓力機(jī)傳動結(jié)構(gòu)方案的分析與比較 [J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù) ,2020,(5):3538 [6] 錢功 . 數(shù)控伺服開式壓力機(jī)的設(shè)計驗(yàn)證 [J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù) , 2020,(10):2630 [7] 魯文其 , 胡育文 , 黃 文新 . 基于交流電機(jī)重載的復(fù)合型伺服壓力機(jī) [J]. 電機(jī)與控制應(yīng)用 ,2020,35(9):1114 [8] 吳宗澤 , 羅圣國 . 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊 [M]. 高等教育出版社 , 2020,4 [9] 成大全 , 機(jī)械設(shè)計手冊（單行本） — 機(jī)械傳動 [M]. 北京 。因?yàn)闇y試部分不屬于此次設(shè)計的主要內(nèi)容，因此在審計中只是對測試元件進(jìn)行了初步的選擇，此次設(shè)計的 試驗(yàn) 機(jī)主要是測量出上壓板施加的壓力以及包裝紙箱發(fā)生變形的數(shù)值，所以測量元件主要選擇了測力傳感器和位移傳感器。則根據(jù)下面公式 [4]： ? ?arp YFXFfP ?? () 將已知條件代入公式 ()得： ? ? ? ? )( 9 7 8 NFYFXfP arp ???????? 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 32 ? ? ? ? )( NFYFXfP arp ???????? （ 4） 驗(yàn)算軸承壽命 因?yàn)?P1P2，所以按軸承 1 的受力大小來進(jìn)行驗(yàn)算，主軸承壽命公式如下： εh PCnL ?????????166010 () 對于球軸承 ε =3，齒輪轉(zhuǎn)速設(shè)最大為 300r/min，則將已知數(shù)值代入公式 ()可得： 39。 對于 7000AC 型軸承，按表 [4]，軸承派生力的軸向力為 Fd=，因此可以算出： Fd1==(N)， Fd2==(N)。設(shè)軸承的預(yù)期工作壽命為 L’h=3600(h)（連續(xù)工作五年，每年按 300 個工作日計）。根據(jù)第三強(qiáng)度理論進(jìn)行校核，因?yàn)檩S單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)應(yīng)變，取 α=，則軸的計算應(yīng)力： ? ?W TαMσ ca 22 ?? () 已知軸的抗彎截面系數(shù) W=(mm3)，通過查可以得到軸的許用彎曲應(yīng)力為[σ1]=60(MPa)。支點(diǎn)反力為： )( 7 12 4 3221 NFFF tNHNH ???? () 圓柱齒輪中心處 截面的彎矩為： )( 4 7 5 0 55 4 7 11 mmNLFM AHH ????? () 3）作垂直面內(nèi)的彎矩圖，如圖 ()所示。通常把軸當(dāng)做置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)。 1:對軸 1 進(jìn)行校核 通過軸的設(shè)計，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）以可以求得，因而可按彎扭合成強(qiáng)度條件對軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計算。根據(jù)設(shè)計得： T1=32600() ， K=， u=4， d1=60(mm)， ΦR=1/3，ZE=(MPA1/2)， [σH]1=540(MPa)， [σH]2=528(MPa)，則將以上已知數(shù)據(jù)代入公式 ()，可以得出： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 27 ? ? )(540)(1321 M P aσM P aσ HH ??????????? ??????? ? ? )(5 2 8)( 0 33 2 6 0 8 952322 MPaσMPaσ HH ??????????? ??????? 通過上面的結(jié)果可以看出本文 所設(shè)計的直齒錐齒輪滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度的要求 [4]。齒根危險截面的彎曲強(qiáng)度條件為： ? ? ? ?FRSaFatF σφbm YYKFσ ??? () 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 26 根據(jù)前面所設(shè)計的直齒錐齒輪，可以查到公式 ()中所有的相關(guān)的數(shù)據(jù)。則將 T1代入公式 ()可以得到 Ft=(N)，最后將所有的已知數(shù)據(jù)代入公式 ()中： ? ? )(420)(253 11 111 M P aσM P amb YYKFσ FFaSatF ???? ????? 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25 ? ? )( 3 8)(248 4 22 222 M P aσM P amb YYKFσ FFaSatF ???? ????? 通過上面的結(jié)果可以看出本文所設(shè)計的直齒圓柱齒輪滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的要求。 直齒圓柱齒輪的校核 （ 1） 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 輪齒在受載時，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強(qiáng)度最弱。強(qiáng)度準(zhǔn)則就是指零件中的應(yīng)力不得超過允許的限度。 傳感器及其組成 （ 1） 傳感器 傳感器 是能按一定方式種將 各種非電量（其中包括化學(xué)量、生物量及物理量等 ）轉(zhuǎn)換成為別種量值傳輸出 （一般是電量）的裝置 [10][11]。 5） 軸承端蓋的總寬度為 20mm(由軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定 )。參照工作要求并根據(jù) dBC= dJK=41(mm)，可以選擇角接觸球軸承的型號為 7309AC，其尺寸為 2510045 ????? BDd [8]，故 dCD=dIJ=45(mm)，而 LCD= LIJ=25(mm)。軸環(huán)寬度 b，則可以取 LEF=10(mm)。 （ 3） 軸上零件的周向定位 齒輪與軸的連接是采用平鍵連接的。連個軸承的一段都采用軸肩定位，查手冊可以得到軸肩的高度 h=6(mm)，則 dDE=dHI=46(mm)。 根據(jù) 前面設(shè)計的錐齒輪，可以確定軸段 AB、 KL的直徑 dAB=dKL=30(mm)，錐齒輪輪轂的寬 B=40(mm)， 為了使軸端擋圈的端面更可靠的壓緊齒輪，則此軸應(yīng)該略短于輪轂的寬度，故取 LAB= LKL=36(mm)，齒輪右端采用軸肩定位，軸肩高度 h，故取 h=6(mm)，則下一段軸處的直徑 dBC= dJK=36(mm)。滾動軸承的周向定位是由過渡配合來保證的 [4]。 3）根據(jù)前面所設(shè)計的直齒圓柱齒輪，因?yàn)樾↓X輪的分度圓直徑為 48(mm)，則CD 軸段的直徑為 dCD=48(mm)；通過計算出小齒輪的齒寬可以確定 CD 軸段的長度LCD=53(mm)，在根據(jù)總體的布局初步?jīng)Q定 FG 軸段的長度 LFG=35(mm)。兩個軸承都用軸肩定位，由手冊上查得 6207 型軸承的軸肩為 ，則可以取 dBC=dDE=42(mm)。因?yàn)榘肼?lián)軸器的長度 L=60(mm)[8]，為了更合理的裝配， GH 軸段的直徑比 L 的略短一些，所以可以選定軸段 GH 的長度為 LGH=50(mm)。 因?yàn)樵O(shè)計時初步設(shè)定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的總傳動比為 20，所以減速器的傳動比大約可以選定為 50，通過查機(jī)械設(shè)計手冊 結(jié)合所屬按電動機(jī)可以找到傳動比為 50 的二級圓柱齒輪減速器，可以查到減速器與齒輪軸相連的伸出軸的軸徑為 28mm。 該包裝紙箱壓力變形試驗(yàn)機(jī)以交流 伺服電機(jī)為動力，最大下壓速度 10(mm/min)，所以滿足最大下壓速度時，鏈輪的轉(zhuǎn)速 n=(r/min)。通過設(shè)計可以得到鏈傳動的簡圖，其簡圖如圖 所示： 圖 鏈傳動結(jié)構(gòu)簡圖 減速器的選擇 機(jī)器一般是由 原動機(jī)、傳動裝置和工作裝置三部分組成。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 初選中心距 a0=(3050)p=~(mm)。 取小鏈輪的齒數(shù) z1=21，大鏈輪的齒數(shù)為 212112 ???z ，（傳動比 1?i ）。 通過兩種疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行設(shè)計， 這 樣設(shè)計出齒輪即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi) [4]。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 16 （ 3）選小齒輪的齒數(shù) z1=20，大齒輪齒數(shù) 804202 ???z 。因?yàn)榇簖X輪的齒頂圓直徑 da160(mm)，所以可以把大圓柱齒輪做成腹板式結(jié)構(gòu) [4]。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 7） 計算大小齒輪的 ? ?FSaFaσYY 并加以比較。 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=，有下列公式計算得： ? ? )( M P aSσKσ FEFNF ???? ? ? )( 3 3 8 2 M P aS σKσ FEFNF ???? () 4）計算載荷系數(shù) K。 模數(shù) )( mmzdm tt ??? () 齒高 )( mmmh t ???? () ??hb () 5）計算載荷系數(shù)。 8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力。 )( 31 151 mmNn PT ????? () 3）由表 [4]查得尺寬系數(shù) Φd=1。由表 [4]選擇小齒輪的材料為 45（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，大齒輪的材料為 45（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。軸孔直徑 d=25(mm)，軸孔長度 L=62(mm)[8]。其技術(shù)參數(shù)如表 所示 表 電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 主要參數(shù) 輸出功率 W 額定轉(zhuǎn)矩 MN? 最大轉(zhuǎn)速 min/r 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 2/mKg 數(shù)值 15 1500 ? 此電動機(jī)可以進(jìn)行速度控制、位置控制和轉(zhuǎn)矩控制，結(jié)合本次設(shè)計采用位置控制和速度控制兩種模式。 因此結(jié)合了 上 述 的 優(yōu)點(diǎn) 可以 選取交流伺服電機(jī)作為該 包裝紙箱壓力變形試驗(yàn)機(jī)的動力機(jī)。 [2][3][4] 交流伺服電 動 機(jī)其優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)： （ 1） 控制精度高，對壓板的速度和位移可以進(jìn)行精確控制，可分別實(shí)現(xiàn)恒壓 、恒速 、恒轉(zhuǎn)矩、定量行程四種工作狀態(tài)。如圖 所示 圖 22 執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡圖 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計 電動機(jī)的選擇 傳統(tǒng)的壓力變形試驗(yàn)機(jī)，它是以液壓系統(tǒng)為動力源來推動壓板來實(shí)現(xiàn)其工作的，但是此種動力源無 法精確地控制壓板恒速下壓 ，而且 速度響應(yīng)慢 ，無法靜態(tài)的完成壓縮實(shí)驗(yàn)， 工作過程中液壓油容易泄漏，會造成試驗(yàn)樣品的污染， 而且噪音很 大，然而交流伺服電機(jī)具有使運(yùn)動控制更加柔性、 消除液壓油泄漏 等許多 的 優(yōu)點(diǎn)。因此選用的電動機(jī)是交流伺服電動機(jī)，采用伺服電動機(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 在低速時也不會出現(xiàn)振動現(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 。因此鏈輪的選擇同樣要選用雙排鏈輪，因?yàn)榭偟霓D(zhuǎn)矩及總的功率不是很大，所以鏈輪的尺寸可以不用選的很大，鏈輪同過螺栓與下壓板相連，下壓板的上表面可以做一些空心的結(jié)構(gòu)以減輕壓板的重量。在整個運(yùn)動過程中電機(jī)通過聯(lián)軸器跟軸相連進(jìn)而帶動軸轉(zhuǎn)動，一級傳動是通過 直齒圓柱齒輪來實(shí)現(xiàn)的，即與電機(jī)相連的軸上連接的是直齒圓柱齒輪，另一端連接的是中間的橫向的軸，中間的橫向的軸兩端通過直齒錐齒輪與兩個縱向的軸相連，縱向軸的兩端安裝有鏈輪，通過鏈輪的轉(zhuǎn)動帶動鏈的上下移