【正文】 統(tǒng)是采用普通機(jī)械或液壓傳動(dòng)方 式產(chǎn)生位移對(duì)測(cè)力系統(tǒng)施加負(fù)荷的裝置，精密加載則由壓電陶瓷力發(fā)生裝置完成?？刂蒲b置運(yùn)用微型計(jì)算機(jī)和微電子控制技術(shù)，以標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的輸出作為反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施加負(fù)荷和力值穩(wěn)定調(diào)節(jié)的閉 環(huán)控制和工作過(guò)程自動(dòng)化。其中主機(jī)包括機(jī)架（機(jī)器的結(jié)構(gòu)主體），驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（用以實(shí)現(xiàn)粗加載的傳動(dòng)系統(tǒng)），控制器，工作儀表。 液壓式 優(yōu)點(diǎn)： ? 手動(dòng)容易 ? 易于實(shí)現(xiàn)大的力值， 加荷平衡，加荷速度可自由調(diào)節(jié)。 傳動(dòng)方式 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)方式有單絲杠式，雙絲杠式，多絲杠式。 本試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)主要為螺旋傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)。至于另兩 級(jí)帶傳動(dòng)，由于結(jié)構(gòu)的限制，可采用電機(jī)張緊方式張緊。蝸輪蝸桿具有自鎖性能，在裝配時(shí)必須注意其旋轉(zhuǎn)方向。 總體結(jié)構(gòu) 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖如下頁(yè)圖一所示： 考慮到成本等方面的因素，決定采用雙電機(jī)工作方式，因?yàn)槿绻捎脝坞姍C(jī)工作方式，單電機(jī)為飼服電機(jī)，其價(jià)格較高。加載時(shí)，絲桿的轉(zhuǎn)速低，其運(yùn)動(dòng) 速度慢，當(dāng)兩元件的距離較遠(yuǎn)時(shí)，如不采用快進(jìn)機(jī)構(gòu)則其效率較低。由原理圖上可知，當(dāng)快進(jìn)時(shí)，如不把步進(jìn)電機(jī)隔離，則步進(jìn)電機(jī)將被被動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，且其轉(zhuǎn)達(dá)速進(jìn)十分高，易把步進(jìn)電機(jī)燒壞，因些在其上面加一分離機(jī)構(gòu)（離合器）。揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 10 因此，在工進(jìn)時(shí)，異步電機(jī)被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 所采用的絲杠為滾珠絲杠，滾珠絲杠必須考慮自鎖，其自鎖方式有多種，本 系統(tǒng)中利用蝸輪蝸桿（降速比較大）來(lái)實(shí)現(xiàn)其自鎖。且應(yīng)使其便于安裝和運(yùn)輸。因此必須采取防松措施。 揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 11 圖 23 工作示意圖（ 2） 本試驗(yàn)機(jī)使用的潤(rùn)滑方式為脂潤(rùn)滑。軸承的預(yù)緊情況將直接影響其運(yùn)轉(zhuǎn)性能。如過(guò)緊，則又使機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)不良。因此，焊接的方法，質(zhì)量就直接影響試驗(yàn)機(jī)的整機(jī)性能和壽命。預(yù)緊方式采用墊片式。同時(shí)檢驗(yàn)其載荷是否超過(guò)額定靜載荷（低速）。 采用內(nèi)循環(huán)方式，墊片式消隙和預(yù)緊。217?? 承載能力系數(shù) 51500aC ? N 217300Coa? N 滾珠螺旋傳動(dòng)由于精度要求較高，比較復(fù)雜，所以一般均由專業(yè)廠生產(chǎn)。 靜載荷條件 39。HK — 靜載荷硬度影響系數(shù) 查表 14? ， 39。oa F HC K K F? = 144000=172800N 217300Coa? N 即絲杠滿足靜載荷條件。 絲杠強(qiáng)度計(jì)算 絲杠轉(zhuǎn)矩： 1T （ /Nmm ） 0 tan( ) / 2TFd ???? T? — 當(dāng)量摩角 T? =1039。 ，取 T? 1739。??? 計(jì)算 1T （ /Nmm ） 0 tan( ) / 2TFd ???? 14 40 00 50 t a n( 2 17 39。) / 2 16 13 76 /N m m? ? ? ? ? ? 采用預(yù)緊，因此預(yù)緊產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也要計(jì)算，預(yù)緊力為最大軸向力的 1/3，則 2201 / 3 ( ) / 2( 1 ) 47 69 /TT F d N m m? ? ?? ? ? ? 絲杠合轉(zhuǎn)矩 12 ( 161 376 476 9) / 166 145 /T T T N m m N m m? ? ? ? ? 當(dāng)量應(yīng)力 2223224( ) ( )0 .2FTdd? ??? 2d — 絲杠螺紋底徑 2022sd d e r? ? ? 50 2 0. 08 4 2 3. 09 6? ? ? ? ? 揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 14 ? 計(jì)算 22234 1 4 4 0 0 0 1 6 7 1 9 5( ) ( )4 3 . 9 7 6 0 . 2 4 3 . 9 7 6? ???? ? aMp? 查表 15? ， 480 500saMp? ? ， ? ? (0. 2 0. 3) s??? 96 165? aMp 根據(jù)強(qiáng)度條件 ? ???? ，即 絲杠滿足強(qiáng)度條件。 揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 15 絲杠的剛度 軸向載荷產(chǎn)生的軸向變形量 : jF FLEA? ? iL — 絲杠的計(jì)算長(zhǎng)度，指 F和 T作用處到固定支撐端的距離，800iL mm? E — 絲杠材料彈性模量， 10E ?? A — 絲杠的計(jì)算截面面積， mm? ，直徑 0 50d mm? 2 2 20( ) / 4 ( 5 0 5 .9 5 3 ) / 4 1 5 2 4WA d D m m??? ? ? ? ? 計(jì)算51 4 4 0 0 0 8 0 0 0 .3 6 52 .0 7 1 0 1 5 2 4F mm? ????? 轉(zhuǎn)矩 T 產(chǎn)生的軸向變形 T? : 2 jhT pTLPGI? ?? hP — 絲杠的螺紋導(dǎo)程， 10hP mm? G — 絲杠材料的切變模量， 10G?? ? ? 4 440 / 3 2 ( ) 3 6 9 5 4 3pWI d D m m m m?? ? ? 計(jì)算2 jhT pTLPGI? ??=41 4 3 4 3 6 8 0 0 1 0 0 .0 0 62 8 .3 1 0 3 6 9 5 4 mm? ?? ?? ? ? 軸向載荷 F 使鋼球與螺紋流道產(chǎn)生的軸向變形量 a? : ? ?3 130 .3 1 0 Za WPKFZ D F? ??? ?（有預(yù)緊 / ? ） WD — 鋼球直徑， mm? Z — 工作臺(tái)螺母中的鋼球數(shù)， 78Z mjk?? ZK — 載荷分布不均勻系數(shù)，取 ? PF — 預(yù)緊力（ N），取 m a x / 3 40 00 0PF F N?? 揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 16 計(jì)算? ?3 144 10 0078 3 400 00a mm? ? ?? ? ??? 支撐滾珠絲杠的軸承的軸軸向變形 : 圓錐滾子軸承的軸向變形量為： .0 0 0 6 1s in s inc u FL? ????? ? — 軸承接觸角， 28 4839。 3 9 s in 2 8 4 8 39。 1 0 .2 8 82cc mm???? 總的軸向變形 : 39。 絲杠的傳動(dòng)效率功率 由轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)橐苿?dòng) : tantan( )T?? ??? ? 見圖 7? ， ?? 絲杠的驅(qū)動(dòng)功率 : 3109550TP ? ?? ? ? 33143436 1 0 4 .5 0 1 09 5 5 0 0 .8 8 kW??? ? ?? 滾珠絲杠幾何參數(shù) 公稱直徑 0 50d mm? 導(dǎo) 程 10hP mm? 螺 旋 角 21739。此外，滾珠螺旋傳動(dòng)應(yīng)盡量避免隨徑向載荷，以免使絲杠彎曲，若絲杠上有齒輪等產(chǎn)生徑向載荷的元件，則應(yīng)使其盡可能靠近絲杠的徑向軸承處。由于本試驗(yàn)機(jī)采用雙絲杠，其阻力通過(guò)兩絲杠中心線，這要靠定位安裝及加工的尺寸精度。 3）安全裝置 本試驗(yàn)機(jī)是采用垂直安裝的滾珠絲杠傳動(dòng)，容易發(fā)生螺母從絲杠螺紋上脫出而造成事故，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)采用限位擋塊以保證安全運(yùn)行。此試驗(yàn)機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用防塵罩密封。 電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)的選擇 初取各級(jí)傳動(dòng)比 第一級(jí)帶傳動(dòng) 21 1 z?? 蝸輪蝸桿傳動(dòng) 2 62i ? 第二級(jí)帶傳動(dòng) 43 3 z?? 總傳動(dòng)比 1 2 3 2 .5 6 2 3 .5 5 4 2 .5i i i i? ? ? ? ? 總的傳動(dòng)效率 3 2 3 21 2 3 4 5 0 .9 8 0 .9 8 0 .9 8 0 .4 0 .9 8 0 .3 1 1? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 1? — 絲杠傳動(dòng)效率 2? — 各軸承傳動(dòng)效率 3? — 同步弧齒帶傳動(dòng)效率 4? — 自鎖蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率 5? — 離合器傳動(dòng)效率 143436 0 . 8 9 65 4 2 . 5 0 . 3 1 1N TT N mi ?? ? ? ??? 步進(jìn)電機(jī) m a x / 0 .3 0 .5 0 .8 9 6 / 0 .4 2 .2 4NT T N m? ? ? ? 異步電動(dòng)機(jī)選擇 由于變速范圍 為 0 .0 1 1 0 0 / m inm m m m 揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 19 絲杠最大轉(zhuǎn)速成m a x 100 1 0 / m in10nr?? 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速m a x 2 3 1 0 6 2 3 .5 2 1 7 0 / m inyn n i i r? ? ? ? ? ? ? 電動(dòng)機(jī)的參數(shù) 步進(jìn)電機(jī) 型號(hào) 電壓 頻率 轉(zhuǎn)速 輸入電流 110TD1 220V 50HZ 60r/min 輸入功率 轉(zhuǎn)矩 外形尺寸 110W ? m 230 135 112?? 異步電機(jī) 型號(hào) 額定功率 額定電流 額定轉(zhuǎn)速 效率 Y26312 2720r/min 65% 功率因數(shù) 最大轉(zhuǎn)矩 外形尺寸 極數(shù) 電壓 ? m 230 135 180?? 2 380V ，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 工進(jìn)時(shí)，絲杠杠的轉(zhuǎn)速 / minnr? ，功率 ? ， N m?? 三軸轉(zhuǎn)速 3 5 / m innr? ? ? 三軸功率3 4 . 5 0 5 . 3 30 . 8 8 0 . 9 8 0 . 9 8PW???? 三軸轉(zhuǎn)矩3 3 1 4 3 . 4 3 6 4 8 . 53 . 5 0 . 9 8 0 . 9 8 0 . 8 8sTT N mi ?? ? ? ???? 同理可得其它軸上的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩和功率 二軸： 2 3 2 5 60 63 / m inn n i r? ? ? ? ? 32 5 . 3 3 1 3 . 6 00 . 4 0 . 9 8 0 . 4 0 . 9 8PPW????? 32 2 4 8 . 5 2 . 0 76 2 0 . 4 0 . 9 8TT N mi ?? ? ? ??? 一軸（電動(dòng)機(jī)軸）： 1 2 1 62 155 / m inn n i r? ? ? ? ? 揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 20 21 1 3 . 6 1 4 . 20 . 9 8 0 . 9 8 0 . 9 8 0 . 9 8PPW????? 21 21 2 . 0 7 0 . 8 62 . 5 0 . 9 8TT N mi?? ? ? ?? 第一級(jí)帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算（同步） 同步帶傳動(dòng)利用帶與帶輪上齒之間的嚙合進(jìn)行傳動(dòng)。適用速度范圍寬，傳動(dòng)比可到 10，協(xié)率由幾十瓦到幾百千瓦，結(jié)構(gòu)緊湊，效率可達(dá) 98% 99%，張緊力和壓軸力小。結(jié)構(gòu)：工作面有圓弧齒，承載層為玻璃纖維繩或合成纖維繩芯的環(huán)形帶，基本為氯化丁橡膠。 ? 設(shè)計(jì)功率： 1 1dAP K P? AK 工況系數(shù) 查表 96? ， AK = 1P 一帶傳遞的功率 1P ? 計(jì)算1 1dAP K P? 1 .7 1 4 .2 2 4 .1 4W? ? ? ? 選 帶型： 根據(jù) dP 和 1n 同圖選取 3M 型帶，節(jié)距 3mm 。 ? 初定中心距 01a ：