【正文】 bbf ? () 通過查表 可得 b1=，則鏈輪的齒寬 bf1=(mm)[4]。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)。查表 [4]，可得鏈的節(jié)距為 p=。 因?yàn)榘b紙箱壓力變形試驗(yàn)機(jī)為一般工作機(jī)器，在工作中沒有劇烈振動(dòng)及沖擊，所以鏈輪的材料可以選擇 45，同樣鏈也可以選用 45。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。 （ 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)。 通過一系列的計(jì)算最后得到了錐齒輪的模數(shù) m=3(mm)，小錐齒輪的齒數(shù) z1=20，大錐齒輪的齒數(shù) z2=80。（傳動(dòng)比 i=4） 由下面設(shè)計(jì)公式進(jìn)行試算 ? ? ? ?3 2121 uφφKTσZdRRHE ?????????? () 根據(jù)計(jì)算直齒圓柱齒輪的計(jì)算過程，在參考文獻(xiàn) [4]中選取相應(yīng)的公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值的取值，通過選取的數(shù)值計(jì) 算出小錐齒輪的分度圓直徑 d1t，進(jìn)而求出小錐齒輪校正后分度圓的直徑 d1。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。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 級精度。 （ 1） 計(jì)算分度圓直徑，代入公式 () )(4822411 mmmzd ???? 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 )(2 4 021 2 022 mmmzd ???? （ 2） 計(jì)算齒寬 )(484811 mmdφb d ???? () 取 B2=48(mm)； B1=53(mm) 因?yàn)樾↓X輪的的齒根圓到鍵槽底部的距離 e2mt（ mt 為端面模數(shù)），所以可以把小齒輪做成齒輪軸。 ? ? 31 11 ?????F SaFaσ YY () ? ? 32 22 ????F SaFaσ YY () 大齒輪的數(shù)值較大。 6） 查取齒形系數(shù) 由表 [4]查得 YFa1=； YFa2=。 ?????? βFαFVA KKKKK () 5） 查取應(yīng)力校正系數(shù)。 )( mmzdm ?? 由下式得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 ? ?3 2112 ????????? F SaFad σYYzφKTm () （ 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1） 由圖 [4]查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 σFE1=500MPa， σFE2=380MPa； 2）由圖 [4]去彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=； KFN2=； 3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 根據(jù) v=(mm)， 7 級精度，由圖 查得動(dòng)載系數(shù) KV=1； 直齒輪， KHα=KFα=1； 由表 [4]查得使用系數(shù) KA=1； 由表 [4]使用插值法可以查得 7 級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時(shí)，KHβ=。 )( mmdφb td ????? () 4）計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h。 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。 6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 911 0 08211 5 0 06060 ?????????? hjLnN () 992 102 9 ????N () 7）由圖 [4]取接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=； KHN2=。 4）由表 [4]查得材料的彈性影響系數(shù) ZE=(MPA1/2)。 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。 （ 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）。 （ 2）材料的選擇。 齒輪的設(shè)計(jì) 根據(jù)總體方案的設(shè)計(jì)可以知道在此壓力變形 試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中用到了齒輪傳動(dòng)，根據(jù)方案中執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡圖，可以看出在此次壓力變形試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)中用到了直齒圓柱齒輪和直齒錐齒輪進(jìn)行傳動(dòng)。根據(jù)聯(lián)軸器的型號可以得到一些相關(guān)的參數(shù)。 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。 將已知數(shù)據(jù) F=10(KN)； V=10(mm/min)=(mm/s)=(m/s)， 代入公式 ()計(jì)算可得： )(0 0 1 0 0 1 0 0 0 01 0 0 0/ KWFVP w ???? 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 根據(jù)伺服電機(jī)選型手冊可以選擇 SM 系列的交流伺服電機(jī)，根據(jù)計(jì)算所得確定選擇 SM13015015LFB，小功率電機(jī)。通過以下計(jì)算公式可以確定所選電機(jī)型號 。 （ 4） 工作噪音小，環(huán)保，消除了油液的 污染。 （ 2） 采用變頻調(diào)速，能耗小 、轉(zhuǎn)矩特性好、 效率高。電動(dòng)機(jī)分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種，由于直流電動(dòng)機(jī)需要直流電源，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，價(jià)格較為昂貴，維護(hù)比較不便，因此本課題選用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為壓力變形試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力源。 目前市場上所用的壓力變形試驗(yàn)機(jī)多 數(shù) 是以普通電 動(dòng)機(jī)為動(dòng)力機(jī)的壓力試驗(yàn)機(jī)，常 見的是 以步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力機(jī)， 但是 步進(jìn)電機(jī)往往會(huì)出現(xiàn)失步 的 現(xiàn)象，這樣 很 容易造成 工作中的 誤差，但是交流伺服電機(jī)可省去離合器等零部件，使傳動(dòng)環(huán)節(jié)大大減少了，因而相應(yīng)的維修工作量也會(huì)大大減少。 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。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，由于機(jī)架箱體比較大，所有設(shè)計(jì)時(shí)所用的軸就會(huì)比較的長，因此設(shè)計(jì)時(shí)要注意軸的定位問題，選擇合適的軸承，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中除了有軸承定位還涉及到了圓螺母定位，軸端有軸端檔圈定位。 因?yàn)閴喊逑陆档乃俣群蛪喊逑陆档郊埾浜笙聣旱乃俣仁遣灰粯拥模瑝喊逑陆悼梢宰孕姓{(diào)節(jié)但是壓板下降到紙箱時(shí)下壓的速度卻很小，因此為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，選用電動(dòng)機(jī)時(shí)就要考慮到選用的電動(dòng)機(jī)不僅可以調(diào)節(jié)速度而且要有很快的速度響應(yīng)，來完成結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中的速度轉(zhuǎn)換。 由四條鏈帶動(dòng)壓板下降的時(shí)候，壓板肯定會(huì)四處擺動(dòng)不平穩(wěn)，所以為了保持架子和壓板的穩(wěn)定性在機(jī)架上應(yīng)做一些設(shè)計(jì)。 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。與電機(jī)通過聯(lián)軸器相連的軸因?yàn)樾↓X輪的軸頸較小所以在設(shè)計(jì)時(shí)可以把這根軸設(shè)計(jì)成為齒輪軸，來與直齒圓柱齒輪相嚙合，實(shí)現(xiàn)一級傳動(dòng)。 此方案的機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理是： 在整個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)中采用的動(dòng)力源是交流伺服電機(jī)，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向是豎直向下的。如圖 （ b）所示 該方案的優(yōu)點(diǎn)是用鏈傳動(dòng)安裝，精度要求較低，成本也較低， 工作穩(wěn)定可靠，比較適合遠(yuǎn)距離及低速重載時(shí)的傳輸，而且將電動(dòng)機(jī)放在試驗(yàn)機(jī)底座的內(nèi)部，使電動(dòng)機(jī)盡可能少的受到外界的沖撞，而且外表簡單美觀，更重要的是保證了電動(dòng)機(jī)和減速器的穩(wěn)定工作。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。 方案比較 方案一： 將電動(dòng)機(jī)放在包裝紙箱壓力變形試驗(yàn)機(jī)的上部，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過減速器和滾珠絲杠副轉(zhuǎn)化為壓板的直線運(yùn)動(dòng)的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器的工 作。 此次設(shè)計(jì)的壓力變形試驗(yàn)機(jī)不但保持了機(jī)械驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，而且也改變了其他工作特性不可調(diào)的缺點(diǎn)，簡化了整體的結(jié)構(gòu)，減輕了總裝置的質(zhì)量，使壓力變形試驗(yàn)機(jī)的工作性能大大提高了。鏈傳動(dòng)主要用在工作可靠，兩軸相距較遠(yuǎn)，低速重載的場合 。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 。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 理論依據(jù) 傳統(tǒng)的 壓力試驗(yàn)機(jī)一般采用皮帶輪傳動(dòng)動(dòng)、滾珠絲杠傳動(dòng)、普通（或步進(jìn)）電動(dòng)機(jī)等，對傳動(dòng)速度和行程控制不夠準(zhǔn)確，而且效率較差能耗較高，不適合現(xiàn)代包裝理念中對實(shí)驗(yàn)的要求。由于，是對一個(gè)完整的工作任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以除了對以上每個(gè)分功能進(jìn)行設(shè)計(jì)內(nèi)容的研究外，之后還要從整體上看各個(gè)裝置、機(jī)構(gòu)的整體配合， 以及它們之間的連接元件等。 包裝紙箱 壓力 變形 試驗(yàn)機(jī)機(jī)械部分 的 設(shè)計(jì) 為 了 能 夠 滿足各種包裝 紙箱 的測試要求，該 壓力變形 試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)主要包括如下幾個(gè)部分： （ 1） 壓力變形試驗(yàn)機(jī)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)； （ 2） 交流伺服電機(jī)的選型； （ 3） 鏈及鏈輪的選擇； （ 4） 直齒圓柱齒輪的選擇及校核； （ 5） 錐齒輪的選擇及校核； （ 6） 軸以及軸承、鍵的選擇和校核； 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 （ 7） 減速器的選擇及應(yīng)用分析； （ 8） 一些其他零部件的設(shè)計(jì)。 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)。 當(dāng)今傳統(tǒng)包裝紙箱壓力變形試驗(yàn)機(jī)一般采用普通（或步進(jìn) ）電機(jī) 、皮帶輪傳動(dòng)、直齒輪傳動(dòng) 等，傳動(dòng)速度和行程的 控制 精確度都不能保證，而且效率較低，能耗 較 高，不適合現(xiàn)代包裝理念中對實(shí)驗(yàn)的要求。由于紙箱在運(yùn)輸過程中可能受到各種各樣的損害，如沖擊、振動(dòng)、擠壓 等的作用。通過試驗(yàn)機(jī)上的壓力傳感器和位移傳感器將 壓力和位移信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)調(diào)理后送入計(jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)中反映 測試值。 本文主要的研究工作 針對傳統(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)和基于傳感器的測試 系統(tǒng)。而面向包裝 行業(yè)的濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 小型壓力 變形 試驗(yàn)機(jī)供 應(yīng)量 比較少 。 吉田精機(jī)株式會(huì)社 建立 于 1949 年 11 月， 它 主要 是 生產(chǎn)鐵道用 的 各種測試 儀器、 車輛 的 各種振動(dòng)儀器 的 解析系統(tǒng) 、以及開發(fā)測量系統(tǒng)、產(chǎn)品與包裝貨物的沖擊與解析系統(tǒng)， 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安裝工程，解析處理 ， 測量資料的軟件開發(fā)，技術(shù)，售后服務(wù)，維修等業(yè)務(wù) [1][3]。從 高科技電子產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備、基礎(chǔ)包裝材料到 大型 的 日用品 等領(lǐng)域都可以看到該公司的產(chǎn)品，公司生產(chǎn)的 產(chǎn)品被應(yīng)用到了 更多更廣泛的領(lǐng)域 。其中美國 的 Lansmont Corporation 公司 建 立 于 1971 年，是包裝紙箱壓力變形測