【正文】 要像帶那樣張的很緊，所以作用于軸上的徑向壓力比較小，而且結(jié)構(gòu)較為緊湊，同時，鏈傳動能在高溫和潮濕的環(huán)境中工作，并且鏈傳動需要的張緊力較小。因此鏈傳動正適合做此次試驗機的傳動裝置 [4]。 總體方案的設(shè)計 機器的工作性能和制造工藝是由機器的總體方案的設(shè)計直接決定的，因總體方案的設(shè)計是機器的設(shè)計過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)。如圖 （ a） 所示 該方案的優(yōu)點是整體結(jié)構(gòu)簡單，底座較低可以節(jié)省材料。 方案二： 將交流伺服電動機放在壓力變形試驗機底座內(nèi)，通過齒輪和兩條雙排鏈將動力傳濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 6 遞到上壓板上用來實現(xiàn)壓力變形試驗機的工作。 （ a） （ b） 圖 兩種方案的對比 方案 的 選定 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 通過兩種設(shè)計方案的比較，此次設(shè)計的包裝紙箱壓力變形試驗機選擇的是第二種設(shè)計方案。在整個運動過程中電機通過聯(lián)軸器跟軸相連進而帶動軸轉(zhuǎn)動，一級傳動是通過 直齒圓柱齒輪來實現(xiàn)的，即與電機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)動帶動鏈的上下移動來實現(xiàn)壓板的上下移動，來壓紙箱通過紙箱的變形來測出紙箱所能承受的壓力。 中間軸通過直齒錐齒輪與兩端的縱向的軸相連，為了實現(xiàn)鏈的運動方向一致（即兩邊的鏈帶動壓板同時上升后同時下降），因此在設(shè)計直 齒錐齒輪的連接時要注意直齒錐齒輪的轉(zhuǎn)動方向從而達到保證縱向的兩軸相朝相反的方向運動，這樣才可以保證兩邊的鏈是同時下降或同時上升的。因此鏈輪的選擇同樣要選用雙排鏈輪，因為總的轉(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。首先為了保持機架的穩(wěn)定性可以在機架的 中間加一根橫梁以保持架子的穩(wěn)定性；其次為了保持壓板的穩(wěn)定性，可以在壓板上設(shè)計導(dǎo)向輪，壓板下降時讓導(dǎo)向輪沿著機桿運動以確保壓板下降時不會亂擺動，保證了整個機構(gòu)和壓板下降時的穩(wěn)定性。因此選用的電動機是交流伺服電動機，采用伺服電動機的原因是：因為 交流伺服電機運轉(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)步進電機的丟步或過沖的現(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 。 因此系統(tǒng)的整個運動過程就是：交流伺服電機帶動軸轉(zhuǎn)動，軸上裝有直齒圓柱齒輪，繼而帶動橫向軸 的轉(zhuǎn)動，橫向軸通過直齒錐齒輪帶動兩根縱向軸轉(zhuǎn)動，兩根縱向濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 8 軸上裝有鏈輪，鏈輪與鏈嚙合從帶動鏈的移動，進而帶動壓板的上下移動。如圖 所示 圖 22 執(zhí)行機構(gòu)簡圖 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 3 執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計 電動機的選擇 傳統(tǒng)的壓力變形試驗機，它是以液壓系統(tǒng)為動力源來推動壓板來實現(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)的完成壓縮實驗， 工作過程中液壓油容易泄漏，會造成試驗樣品的污染， 而且噪音很 大，然而交流伺服電機具有使運動控制更加柔性、 消除液壓油泄漏 等許多 的 優(yōu)點。 隨著微處理技術(shù) 、 材料、控制理論與電機理論 、電力電子技術(shù) 的發(fā) 展，壓力 變形試驗 機采用 交流 伺服電 動 機直接驅(qū)動的條件已經(jīng) 逐漸的 成熟。 [2][3][4] 交流伺服電 動 機其優(yōu)點主要有以下幾點： （ 1） 控制精度高，對壓板的速度和位移可以進行精確控制，可分別實現(xiàn)恒壓 、恒速 、恒轉(zhuǎn)矩、定量行程四種工作狀態(tài)。 （ 3） 加速性能好 ，具有過載能力。 因此結(jié)合了 上 述 的 優(yōu)點 可以 選取交流伺服電機作為該 包裝紙箱壓力變形試驗機的動力機。 )(1000/ KNFVPw ? () 公式 ()中： F工作阻力 (KN)； V最大下壓速度 (mm/min)。其技術(shù)參數(shù)如表 所示 表 電機的技術(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 ? 此電動機可以進行速度控制、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。因此可以根據(jù)所選電動機型號，得到電動機伸出軸的直徑為 25mm，進而可以選聯(lián)軸器型號為 GY4。軸孔直徑 d=25(mm)，軸孔長度 L=62(mm)[8]。 直齒圓柱齒輪的設(shè)計 、材料及齒數(shù) （ 1）包裝紙箱壓力變形試驗機為一般工作機器，速度不高，故可以選用 7 級精度。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。 由下面設(shè)計公式進行計算，即： ? ?3211 ???????????HEdt σZuuφKTd () （ 1）確定公式內(nèi)各數(shù)值 1）初選載荷系數(shù) Kt=。 )( 31 151 mmNn PT ????? () 3）由表 [4]查得尺寬系數(shù) Φd=1。 5）由圖 [4]按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 σHlim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強度極限 σHlim2=550MPa。 8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力。 )( 0 0 060 1 5 0 0 0 060 11 mmπndπv t ?? ????? () 3）計算齒寬 b。 模數(shù) )( mmzdm tt ??? () 齒高 )( mmmh t ???? () ??hb () 5）計算載荷系數(shù)。由 b/h=,KHβ=,查圖 得 KFβ=；故載荷系數(shù)： ?????? αHβHVA KKKKK () 6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由下列公式計算的： )( 3311 mmKKdd tt ????? () 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 7）計算模數(shù) m。 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。 由表 [4]查得 YSa1=； YSa2=。 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 7） 計算大小齒輪的 ? ?FSaFaσYY 并加以比較。 （ 2）設(shè)計計算，代入公式 () )(241 23 mmm ?? ????? 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m 要 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，故可取彎曲疲勞強度算得的模數(shù) 并就近圓整為標準值 m=2(mm),按接觸強度算得的分度圓直徑 d1，算出小齒輪齒數(shù) [4]，代入公式 ()： 2411 ?? mdz 大齒輪數(shù) 1205242 ???z 這樣設(shè)計出齒輪即滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。因為大齒輪的齒頂圓直徑 da160(mm)，所以可以把大圓柱齒輪做成腹板式結(jié)構(gòu) [4]。 （ 2） 材料選擇。 濟南大學(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 。 有下面的設(shè)計公式進行試算 ? ? ? ?3 2212 1 4 F SaFaRR σ YYuzφφ KTm ??? () 同樣根據(jù)計算直齒圓柱齒輪的計算過程，在參考文獻 [1]中選取相應(yīng)的公式內(nèi)的各計算數(shù)值的取值，通過選取的數(shù)值計算出錐齒輪的模數(shù)，然后再按標準圓整為標準模數(shù)。 通過兩種疲勞強度公式進行設(shè)計， 這 樣設(shè)計出齒輪即滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費 [4]。通過設(shè)計可以得出大錐齒輪的結(jié)構(gòu)簡圖，其簡圖如圖 所示： 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 圖 錐齒輪結(jié)構(gòu)簡圖 鏈及鏈輪的設(shè)計 根據(jù)總體方案的設(shè)計可以知道在此壓力變形試驗機的傳動系統(tǒng)中用到了鏈傳動，因此相應(yīng)的也會鏈輪的存在，于是應(yīng)該在設(shè)計鏈的同時要把相應(yīng)的鏈輪一起設(shè)計出來。 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 ）。 由表 [4]查得 KA=， 由圖 913 查得主動鏈輪 KZ=，雙排鏈，則系數(shù) KP=每條 鏈所需要傳遞的功率為 P=(w)，則計算功率為： )( wK PKKP P ZAca ????? () 根據(jù) Pca=(KW)，查圖 [4]可以選出鏈的型號為 12A2。 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 初選中心距 a0=(3050)p=~(mm)。 則相應(yīng)的鏈輪的分度圓直徑用下面公式計算 ： ?????????zpd?180sin () 將 p=， z=21 代入公式 ()可以計算出鏈輪的分度圓直徑 d=254(mm)。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 機器一般是由 原動機、傳動裝置和工作裝置三部分組成。傳動裝置是否合理可以直接影響機器的工作性能、機器的重量和成本。 該包裝紙箱壓力變形試驗機以交流 伺服電機為動力，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)。 暫定為最大速度下壓時，交流伺服點電動機的轉(zhuǎn)速設(shè)為 30(r/min),上行的時侯電動機的轉(zhuǎn)速設(shè)為 150(r/min)。 因為設(shè)計時初步設(shè)定執(zhí)行機構(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，通過查機械設(shè)計手冊 結(jié)合所屬按電動機可以找到傳動比為 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。 齒輪軸的 結(jié)構(gòu) 設(shè)計 （ 1） 初步擬定軸上零件的裝配方案： 通過前面總體方案的設(shè)計進行分析，初步選用圖 所示的裝配方案： 圖 齒輪軸 的結(jié)構(gòu)與 裝配 （ 2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。因為半聯(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)。因為在此處軸承主要承受徑向載荷，所以可以選用深溝球軸承。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)。 根據(jù)所選的軸承的基本尺寸可以初步確定軸承套的尺寸。 3）根據(jù)前面所設(shè)計的直齒圓柱齒輪，因為小齒輪的分度圓直徑為 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)。 聯(lián)軸器與軸的周向定位采用的是平鍵連接。滾動軸承的周向定位是由過渡配合來保證的