微動摩擦試驗(yàn)機(jī)設(shè)計含10張CAD圖
微動摩擦試驗(yàn)機(jī)設(shè)計含10張CAD圖,微動,摩擦,磨擦,試驗(yàn),實(shí)驗(yàn),設(shè)計,10,cad
微動摩擦試驗(yàn)機(jī)設(shè)計摘 要微動摩擦的含義是指在工件間發(fā)生很小的相對位移所產(chǎn)生的摩擦。微動摩擦與常見摩擦一樣,對生產(chǎn)生活有十分巨大的危害。比如,致使產(chǎn)生表面裂紋以及摩擦磨損加劇而使得零件更加容易損壞。尤其是在工業(yè)領(lǐng)域中造成的損壞已經(jīng)十分巨大。因此,對于微動摩擦的研究,有十分重要的意義。微動摩擦方面的研究已經(jīng)顯得十分迫切,但是相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝備略有不足。這里描述了微動摩擦的概念,簡要記錄了摩擦試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計過程以及設(shè)計數(shù)據(jù)。以摩擦學(xué)為基礎(chǔ),機(jī)械學(xué)科知識為理論依據(jù),利用CAD、CATIA和ANSYS等軟件對試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械部分進(jìn)行了設(shè)計以及優(yōu)化分析。希望設(shè)計的微動摩擦試驗(yàn)機(jī)能夠有效的改善當(dāng)前微動摩擦研究不足的狀況,或者給別的研究人員以一定的研究思路。本設(shè)計采用凸輪和三角結(jié)構(gòu)來減少位移量,實(shí)現(xiàn)微動;采用上端加壓的方式來實(shí)現(xiàn)改變載荷;具有一定的自動控制與反饋系統(tǒng),可以方便地進(jìn)行各種情況下的微動摩擦的實(shí)驗(yàn)以及環(huán)境模,并對方案的相關(guān)工件的夾具進(jìn)行了設(shè)計。關(guān)鍵詞:微動摩擦,試驗(yàn)機(jī),加壓,凸輪 AbstractFretting friction refers to the friction that occurs when there is very little movement between the contact surfaces. Fretting friction, like common friction, is a great hazard. For example, it leads to surface cracks and increased friction and wear, which results in a reduction in the life of parts. In particular, the damage caused in the industrial field has been enormous. Therefore, the study of fretting friction has very important significance . The study of fretting friction has become very urgent, but the relevant experimental equipment is also slightly inadequate.This article describes the concept of fretting friction and briefly analyzes the design process and design data of the fretting friction tester. Based on tribology and knowledge of mechanical disciplines, the mechanical parts of the tester were designed and optimized using software such as CAD, CATIA and ANSYS.It is hoped that the micro-motion friction testing machine designed can effectively improve the current research situation of fretting friction, or give other researchers a certain amount of research ideas. This design adopts cam and triangle structure to reduce the displacement and achieve micro-motion; adopts the upper end of the pressure to achieve the change of load; has a certain automatic control and feedback system, which can easily perform the fretting experiment under various conditions. As well as the environmental model, the fixtures of the related parts of the project were designed.Key words:Fretting friction、Testing Machine、Pressurized、cam目 錄引 言1第一章 緒 論21.1摩擦學(xué)概述21.2 微動摩擦學(xué)基本概念21.2.1 微動摩擦的定義21.2.2微動的分類21.3 試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀31.4 本文的研究目的及工作4第二章 總體設(shè)計52.1試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)52.2 總體設(shè)計的內(nèi)容及設(shè)計原則52.3微位移系統(tǒng)設(shè)計62.4加壓系統(tǒng)設(shè)計72.5夾具部分設(shè)計82.5本章小結(jié)9第三章 設(shè)計計算103.1設(shè)計計算的幾個方面103.2錐齒輪的相關(guān)設(shè)計計算103.2.1 選精度等級、材料及齒數(shù)103.2.2根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算103.2.3確定傳動尺寸123.2.4校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度123.2.5計算錐齒輪傳動其它幾何參數(shù)133.3高速軸設(shè)計計算153.4低速軸設(shè)計計算183.5 帶傳動設(shè)計223.5.1計算設(shè)計功率Pd223.5.2選擇帶型223.5.3確定基準(zhǔn)直徑233.5.4確定基準(zhǔn)長度、驗(yàn)算小輪包角233.5.5確定帶的根數(shù)z243.5.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸243.5.7確定帶的張緊裝置243.5.8計算壓軸力24第四章 工作裝置設(shè)計254.1箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸254.2鍵的選擇254.3聯(lián)軸器的選擇254.4螺栓,螺母,螺釘?shù)倪x擇254.5銷的選擇264.6導(dǎo)軌滑塊的選用264.7本章小結(jié)26總結(jié)29參考文獻(xiàn)30謝 辭31引 言 此次畢業(yè)設(shè)計的目的是為了加深對于所學(xué)習(xí)的機(jī)械專業(yè)知識,提高學(xué)生自身機(jī)械設(shè)計的綜合能力。此次畢業(yè)設(shè)計范圍涉及機(jī)械所學(xué)知識的綜合運(yùn)用以及電機(jī)領(lǐng)域的參考知識。學(xué)習(xí)前人的實(shí)驗(yàn)成果,并進(jìn)一步完善和創(chuàng)新。將眾多重要部件通過自我鉆研和查閱國內(nèi)國外刊物設(shè)計出來,在研究前輩們設(shè)計結(jié)果時,一定加入自我創(chuàng)新,這對于自我知識的完善總結(jié)有很大的幫助,使自身加深對于機(jī)械所學(xué)知識的認(rèn)識。通過關(guān)注國內(nèi)外在微動摩擦試驗(yàn)機(jī)方面的相關(guān)知識進(jìn)行探討研究,在目前的情況下,雖然通過自我研究很艱難,但是通過這一過程一定會對于以后的機(jī)械領(lǐng)域的學(xué)習(xí)打下堅實(shí)基礎(chǔ),這個堅實(shí)基礎(chǔ)對于自身來說是相當(dāng)重要的。通過對機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計、理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程的多方面深層次的研究探討,這對于機(jī)械領(lǐng)域的學(xué)習(xí)完善是相當(dāng)重要的,并且對于我們國家工業(yè)生產(chǎn)業(yè)和制造業(yè)等多領(lǐng)域具有重大的意義。研究過程,其對于所學(xué)知識的要求很高,其所含有的知識份量業(yè)很重,所以必須要有很扎實(shí)的知識功底來創(chuàng)造一個美好的工業(yè)時代,能夠?qū)崿F(xiàn)對于節(jié)能、環(huán)保、減排等多方面的綜合水平標(biāo)準(zhǔn),為我們祖國的偉大復(fù)興貢獻(xiàn)積極的力量。34第一章 緒 論1.1摩擦學(xué)概述摩擦學(xué)是一門發(fā)現(xiàn)物體表面的相互作用規(guī)律的學(xué)科,它不僅包括了摩擦、磨損,還包括了表面的潤滑以及處理技術(shù)。而摩擦學(xué)的廣泛性導(dǎo)致,盡管是十分微小的摩擦,其帶來的損害也是非常巨大的。無論是能源上的消耗還是零部件的失效,或者是裝備事故。在當(dāng)前世界發(fā)展情況下,資源節(jié)約越來越成為國際性話題,而關(guān)于微動摩擦的研究也就被提上日程,并且越來越加以重視。從原始社會起,摩擦的發(fā)現(xiàn)與利用就已經(jīng)變得十分普遍。但是到目前為止,人們依然沒有完全認(rèn)清起其原理。其發(fā)生機(jī)理,作用因素以及機(jī)制等方面都沒有形成完整的體系。但是它的進(jìn)一步研究卻引起了一大批材料工程以及機(jī)械學(xué)科的革新。所以,對摩擦學(xué)的研究就被放在尤為重要的位置。很多的學(xué)習(xí)內(nèi)容都包含著摩擦學(xué)的內(nèi)容。而摩擦學(xué)的研究數(shù)據(jù)卻又來自于無數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和廣泛的生產(chǎn)實(shí)踐。開展并加深對摩擦學(xué)的研究對于人類的發(fā)展以及生活生產(chǎn)需要具有重大的意義和指導(dǎo)工作。1.2 微動摩擦學(xué)基本概念1.2.1 微動摩擦的定義微動摩擦其相對位移量十分微小,不易察覺。然而其大量的存在于裝置裝備和生活生產(chǎn)工具中。正是其隱蔽性,微動摩擦導(dǎo)致的危害更加巨大且不易察覺。作為一種摩擦方式,微動摩擦和別的摩擦方式的產(chǎn)生條件相同:相對位移、一對接觸表面、承受一定載荷。微動摩擦和別摩擦的不同點(diǎn)在于這里的相對運(yùn)動非常的難以察覺。1.2.2微動的分類微動摩擦大概的可以簡化為球和面的高級副模型。按照微動摩擦的運(yùn)動方式我們可以將其大致分為四種類型:(1)切向摩擦;(2)徑向摩擦;(3)滾動摩擦和(4)扭動摩擦。其運(yùn)動具有隱蔽和復(fù)雜的性質(zhì)。盡管四種摩擦都十分常見于微動摩擦,由于其研究困難重重。微動摩擦的磨損情況根據(jù)出現(xiàn)的磨傷狀態(tài)分為大致三種:(1)微動磨損;(2)微動疲勞;(3)微動腐蝕。其造成的損壞有表面磨損和疲勞裂紋。1.3 試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀使用微動摩擦試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)的主要目的是測量工件的摩擦系數(shù),模擬工件的工作環(huán)境,以此來得到工件的工作狀況。使用實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。但是這樣實(shí)驗(yàn)也有很多不足之處。比如,沒有辦法做到單一變量,對參數(shù)的測定比較困難,無法保證其精度,不具有普遍意義,試驗(yàn)周期長,成本較高。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)更加接近理想化實(shí)際工況,但也具有其局限性。但是如果避開其局限性用來研究微動摩擦的摩擦情況,將會給微動摩擦實(shí)驗(yàn)帶了很大的便捷。微動摩擦試驗(yàn)具有很多的方面,直到目前為止,關(guān)于這方面的標(biāo)準(zhǔn)不能夠進(jìn)行完全的統(tǒng)一。到現(xiàn)在為止,常見的的試驗(yàn)機(jī)被分為以下幾種:表 1常用微動摩擦試驗(yàn)機(jī)形式試驗(yàn)機(jī)形式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)機(jī)械式電磁式電液伺服式結(jié)構(gòu)簡單、成本低頻帶寬、體積小實(shí)現(xiàn)循環(huán)、控制精度高精度差、自動化程度低振幅不高、激振力小體積大、易漏油、成本高微位移方面需要包含三個部分,即:微位移方面、檢測方面和控制方面的裝置。而微位移的實(shí)現(xiàn)方式可以使用機(jī)械傳動、彈性變形和電磁等不同的產(chǎn)生方式。機(jī)械傳動應(yīng)用的比較多一點(diǎn),形式可以十分多樣,但是精度比較差,靈敏度低,傳動具有很大的誤差。因此不適用于巨大和特別短的微位移中。彈性變形的方式,容易產(chǎn)生摩擦以及震動,影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。而且彈性變形方式設(shè)計出來的微位移系統(tǒng)精度要求較高,難以維護(hù)。電磁式的微位移系統(tǒng),容易發(fā)熱且易產(chǎn)生震蕩,靈敏度過高時十分不穩(wěn)定??紤]到以上幾點(diǎn),以及對于實(shí)驗(yàn)室研究能力的判斷以后,我們選擇機(jī)械方式的微位移更加方便和現(xiàn)實(shí)。在此過程中,調(diào)查大量的微動摩擦試驗(yàn)機(jī),發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段的摩擦試驗(yàn)機(jī)對于自動控制方面十分不足。只有由微機(jī)控制,實(shí)現(xiàn)自動化以后才能更好的開展對于微動摩擦的實(shí)驗(yàn)。微動摩擦本來就是十分的難以察覺,而自動的傳感和測量就可以將小的位移進(jìn)行放大。由于微動摩擦所造成的磨損十分微小可以忽略,而現(xiàn)有的磨損測量都是通過質(zhì)量,因此,我們的設(shè)計不進(jìn)行磨損方面的設(shè)計。1.4 本文的研究目的及工作從原始社會起,摩擦的發(fā)現(xiàn)與利用就已經(jīng)變得十分普遍。但是到目前為止,人們依然沒有完全認(rèn)清起其原理。其發(fā)生機(jī)理,作用因素以及機(jī)制等方面都沒有形成完整的體系。但是它的進(jìn)一步研究卻引起了一大批材料工程以及機(jī)械學(xué)科的革新。所以,對摩擦學(xué)的研究就被放在尤為重要的位置。很多的學(xué)習(xí)內(nèi)容都包含著摩擦學(xué)的內(nèi)容。而摩擦學(xué)的研究數(shù)據(jù)卻又來自于無數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和廣泛的生產(chǎn)實(shí)踐。開展并加深對摩擦學(xué)的研究對于人類的發(fā)展以及生活生產(chǎn)需要具有重大的意義和指導(dǎo)工作。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)更加接近理想化實(shí)際工況,但也具有其局限性。但是如果避開其局限性用來研究微動摩擦的摩擦情況,將會給微動摩擦實(shí)驗(yàn)帶了很大的便捷。微動摩擦試驗(yàn)具有很多的方面,直到目前為止,關(guān)于這方面的標(biāo)準(zhǔn)不能夠進(jìn)行完全的統(tǒng)一。(一)緒論:提出摩擦學(xué)的概述和微動摩擦學(xué)的一些理論,讓大家對微動摩擦學(xué)有一定的了解,然后明白微動摩擦試驗(yàn)機(jī)的必要性。然后拋出現(xiàn)在試驗(yàn)機(jī)的研究現(xiàn)狀以及不足之處,從中的到一定的靈感,以便于設(shè)計自己的微動摩擦試驗(yàn)機(jī)。(二)試驗(yàn)機(jī)總體方案:由前面對現(xiàn)有的微動摩擦試驗(yàn)機(jī)的闡明,找到得當(dāng)?shù)脑O(shè)計,對微動摩擦試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行總體方案設(shè)計。然后對設(shè)計后的摩擦試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行一定的分析和優(yōu)化。通過上試樣不動而下式樣移動的方法來形成相對位移,采用上方加壓的方式來實(shí)現(xiàn)摩擦實(shí)驗(yàn)的載荷需求以及試件實(shí)際工況的模擬。(三)微動摩擦試驗(yàn)機(jī)設(shè)計計算:對設(shè)計的摩擦試驗(yàn)機(jī)的零件設(shè)計及計算校核,尋找其主要配件的工作原理和型號參數(shù)。(四)工作裝置設(shè)計:對于箱體的設(shè)計、軸承和電機(jī)等的選用進(jìn)行必要的設(shè)計,來保證整機(jī)的工作狀況,對于滑軌型號的選用以及傳感器的選用的詳細(xì)描述。(五)總結(jié)及鳴謝:對畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和計算的總結(jié),然后提出畢業(yè)設(shè)計的缺點(diǎn)和對未來發(fā)展的展望。同時,對本次畢業(yè)設(shè)計整個過程給予我?guī)兔Φ娜酥乱猿绺叩母兄x。第二章 總體設(shè)計2.1試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)指標(biāo) 根據(jù)已有的微動摩擦試驗(yàn)機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行參考,以及對于本次設(shè)計實(shí)際需要,大致設(shè)計本試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)如下:表 2微動摩擦試驗(yàn)機(jī)技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)機(jī)技術(shù)指標(biāo)具體參數(shù)水平運(yùn)動行程加載(豎直)運(yùn)動行程加載重復(fù)定位精度載荷(正壓力)范圍摩擦力范圍1m-2mm0-40mm0.02mm0-1000N0-500N 2.2 總體設(shè)計的內(nèi)容及設(shè)計原則微動摩擦試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計總體可以分為一下幾個方面:微位移系統(tǒng)、負(fù)載系統(tǒng)、夾具以及控制系統(tǒng)的設(shè)計。本文記錄了微位移、負(fù)載和夾具的設(shè)計方面。通過對以上幾種系統(tǒng)的設(shè)計來完成在實(shí)驗(yàn)室能夠有效地將摩擦副工件工作狀態(tài)的重現(xiàn),以此記錄摩擦副的情況,從而能夠總結(jié)其規(guī)律。作為研究微動摩擦的基礎(chǔ)裝備,通過設(shè)置基礎(chǔ)的參數(shù)來改變摩擦環(huán)境,從而達(dá)到模擬工件實(shí)際工作環(huán)境和摩擦系統(tǒng)的目的。本設(shè)計從實(shí)際需要出發(fā),結(jié)合了機(jī)械驅(qū)動方式以及現(xiàn)代化的測量與控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等方面,設(shè)計出一臺能夠滿足研究需要的一臺較為自動化的微動摩擦試驗(yàn)機(jī)裝置。而自動化和傳感器的應(yīng)用不僅能夠解放人力資源而且使得測量的數(shù)據(jù)更加的接近真實(shí),達(dá)到可靠的地步。本設(shè)計一部分程度上的完善了機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計所導(dǎo)致的精度不足的問題。但是在與精度方面,相比于其他的系統(tǒng)所設(shè)計的摩擦試驗(yàn)機(jī)還需要較大的改善。圖 1摩擦試驗(yàn)機(jī)的組成根據(jù)圖一可知,通過控制上下工件的相對運(yùn)動以及其載荷、運(yùn)動頻率、時間等因素。通過應(yīng)變片等檢測裝置來收集相關(guān)數(shù)據(jù),獲得摩擦力、摩擦系數(shù)、預(yù)應(yīng)力等數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對微動摩擦的實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)收集。2.3微位移系統(tǒng)設(shè)計微位移系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)中兩個摩擦副的左右運(yùn)動的裝置。在保證位移的同時,針對本實(shí)驗(yàn)機(jī)還需要能夠?qū)崿F(xiàn)微小位移的移動。此設(shè)計中的移動裝置需要能夠有十分小的位移,而且還要有高頻率、低震動和很好的穩(wěn)定性。圖 2微位移系統(tǒng)概念圖使用凸輪作為曲柄,由一個電機(jī)帶動凸輪的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微小高頻率往復(fù)運(yùn)動。同時,為了確保工件的運(yùn)動,將工件放置在滑塊上,滑塊與滑軌鏈接,以此來確保整個運(yùn)動裝置的運(yùn)動方向以及減小桌面對運(yùn)動副運(yùn)動的相關(guān)影響。由于對于運(yùn)動速度方面的要求,在電機(jī)與凸輪的連接過程中還需要加入減速的裝置,這里我們將連接過程中加入了減速器以及皮帶連接來達(dá)到能夠減速的目的。在連桿連接中,為了保持連接的穩(wěn)定性,制作一個前后對稱的運(yùn)動傳遞裝置,用一根桿進(jìn)行連接。這樣就可以保證滑塊前后側(cè)運(yùn)動的同步,使水平左右移動的十分平穩(wěn)。圖 3微位移動力傳遞方案2.4加壓系統(tǒng)設(shè)計在摩擦的幾個因素之中,想要發(fā)生摩擦就需要摩擦副間具有壓力。在摩擦試驗(yàn)機(jī)設(shè)計中加壓系統(tǒng)也十分重要。因?yàn)樵谡麄€裝置中,工件下有滑軌與滑塊連接,因此加壓裝置必須放置在整個實(shí)驗(yàn)裝置的上方。采用傳感器和一定的自動控制和反饋原理,我們可以設(shè)計出能夠自動運(yùn)行和停止的加壓裝置。在設(shè)計中我采用了絲杠來將桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動,通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來達(dá)到直線往復(fù)運(yùn)動,從而可以實(shí)現(xiàn)加壓和卸載。而滑塊可以保障摩擦工件在Z軸方向的位移,來減少X軸方向上的影響。將力傳感器安置在夾具的上方,來測試系統(tǒng)的壓力,從而可以得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果想要的數(shù)據(jù),以及求出摩擦力和摩擦系數(shù)。絲杠由電機(jī)帶動。由于運(yùn)動需要一定的可控性,我們將電機(jī)的運(yùn)動通過帶輪進(jìn)行減速,然后由聯(lián)軸器連接帶輪和電機(jī)以及帶輪和絲杠,從而達(dá)到運(yùn)動的傳遞。圖 4絲杠部分示意圖2.5夾具部分設(shè)計設(shè)計上試件為圓的,下試件為正方形的。在微動摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)中,我們要滿足加壓以及左右的水平位移。對于下試件來說,由于下試件為方形,我們在滑塊上開一個槽,將下試件放置在槽中,就可以保障其在水平方向和豎直方向的自由度,同時保障了下試件的旋轉(zhuǎn)方向的自由度。這樣,我們限制了下試件的六個自由度以后,我們就可以讓下試件只能夠隨著滑塊的移動而移動。滑塊通過滑軌的限制,也只具有水平方向上的左右移動,也就是X軸的自由度。這樣以后,整個下夾具的移動方式也就被限制在水平方向上的左右移動,滿足了實(shí)驗(yàn)的需求。上試件是圓的,上試件的運(yùn)動就是隨著絲杠的移動而上下移動。我們依然將上試件夾具開一個槽可以保證上試件可以放置進(jìn)入槽中,這時,我們還要保證上試件不會掉落以及沿豎直方向的轉(zhuǎn)動。所以這個時候就可以使用銷釘將上試件和上試件夾具進(jìn)行連接,不僅保證了上試件豎直方向的固定,而且還保證了其在沿豎直方向上旋轉(zhuǎn)的自由度。這樣我們就成功的限制了上試件,使其只能夠隨著上夾具以及絲杠的運(yùn)動而運(yùn)動。而絲杠只進(jìn)行Z軸方向的位移,達(dá)到了實(shí)驗(yàn)所需的要求。圖 5上下夾具及下試件示意圖2.5本章小結(jié)本章主要闡述了微動摩擦試驗(yàn)機(jī)設(shè)計過程中關(guān)于微位移、加壓和夾具方面的理論設(shè)計思路。這里可以是大家方便了解整個設(shè)計過程中的思路以及原理,為后面對設(shè)計的計算以及校核做一個充分的準(zhǔn)備。從上面的描述來看,我們使用凸輪來形成曲柄連桿機(jī)構(gòu),然后用三角形的連桿來減少位移。通過滑塊來控制工件的移動。通過電機(jī)帶動的絲杠螺母來進(jìn)行豎直方向的加壓動作,傳感器測試壓力大小然后反饋給微機(jī),最后微機(jī)再次控制電機(jī)來進(jìn)行自動控制的方式。夾具的設(shè)計應(yīng)該盡量方便簡單,而夾具上挖槽來控制工件的移動很簡單。在設(shè)計中我采用了絲杠來將桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動,通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來達(dá)到直線往復(fù)運(yùn)動,從而可以實(shí)現(xiàn)加壓和卸載。第三章 設(shè)計計算3.1設(shè)計計算的幾個方面設(shè)計計算是整個裝置中出標(biāo)準(zhǔn)件外的各種零件的設(shè)計,設(shè)計出來的零件需要能夠滿足試驗(yàn)機(jī)工作要求以及壽命分析。在全部設(shè)計中進(jìn)行計算的有以下幾點(diǎn):1.減速器的錐齒輪一對;2.減速器中軸的設(shè)計;3.絲杠的相關(guān)計算;4.絲杠的帶輪的設(shè)計。這五個方面就可以設(shè)計完成整個裝置的加壓以及位移系統(tǒng)方面的工作。3.2錐齒輪的相關(guān)設(shè)計計算3.2.1 選精度等級、材料及齒數(shù) (1)小齒輪45(調(diào)質(zhì)),197286HBS,大齒輪45(正火),156217HBS (2)選小齒輪齒數(shù)Z1=27,可以求出大齒輪Z2=Z1i=272=55。 實(shí)際傳動比i = 2.037 (3)壓力角= 20。3.2.2根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算(1)由設(shè)計計算公式進(jìn)行試算,即 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 試選KHt=1.3 查圖選取ZH=2.5 T=29.55kN/m 選齒寬系數(shù)R=0.3由圖查得接觸疲勞極限分別為:查圖得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa0.5 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1 = 60n1jLh =4.147*109 N2 = 20736*109 由圖查取接觸疲勞系數(shù): 計算許用應(yīng)力,取損壞的概率為1%,安全系數(shù)S=1,得 取H1和H2中較小的那個用來進(jìn)行該齒輪副的應(yīng)力計算,即 (2)計算 1)小齒輪分度圓直徑d1t,帶入較小的值可以得到d1t66.453mm 2)計算圓周速度v 56.485mm 2.839m/s 3)計算當(dāng)量齒寬系數(shù)d 42.987mm 0.761 4)計算載荷系數(shù) 查表得使用系數(shù)KA=1 查圖得動載系數(shù)KV=1.05 取齒間載荷分配系數(shù):KH=1 查表得齒向載荷分布系數(shù):KH=1.738 實(shí)際載荷系數(shù)為 1.8249 5)算得分度圓直徑 6)計算模數(shù) 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3mm。3.2.3確定傳動尺寸 (1)實(shí)際傳動比 (2)大端分度圓直徑 (3)齒寬中點(diǎn)分度圓直徑 (4)錐頂距為 (5)齒寬為 取b=28mm3.2.4校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件為 1) K、b、m和R同前 2)圓周力為 小齒輪當(dāng)量齒數(shù): 大齒輪當(dāng)量齒數(shù): 查表得: 疲勞極限為: 由圖查取彎曲疲勞系數(shù): 取S=1.25,得 故彎曲強(qiáng)度足夠。3.2.5計算錐齒輪傳動其它幾何參數(shù) (1)齒輪數(shù)據(jù) (2)分錐角(由前面計算) (2)計算齒頂圓直徑 (3)計算齒根圓直徑 (4)計算齒頂角 a 1 = a2 = atan(ha/R) = 15210 (5)計算齒根角 f1 = f2 = atan(hf/R) = 21435 (6)計算齒頂錐角 a1 = 1 + a1 = 28059 a2 = 2 + a2 = 654322 (7)計算齒根錐角 f1 = 1 - f1 = 235413 f2 = 2 - f2 = 6136353.3高速軸設(shè)計計算 1.已知 轉(zhuǎn)速n=960r/min;功率P=2.97kW;軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩T=29550Nmm 2.軸的材料為45調(diào)質(zhì)。許用彎曲應(yīng)力為60MPa 3.由于高速軸的彎矩大扭矩小,故取A0=112。 Dmin=25mm 故取dmin=25 4.確定各軸段的直徑和長度。 (1)聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩Tca = KAT。取KA = 1.3 查GB T4323-2002,選用LX2聯(lián)軸器。半聯(lián)軸器的孔徑為25mm,長度為62mm。選用平鍵,A型鍵,bh = 87mm(GB T 1096-2003),L=45mm。 (2)初步選擇滾動軸承。根據(jù)d23 = 30 mm,選擇球軸承7207C,dDT = 357217mm,故d34 = d56 = 35 mm。則d67=30mm。(3)取小齒輪距箱體內(nèi)壁之距離1 =10mm??紤]誤差,=10mm,小齒輪寬L=36mm,那么 5.軸的受力分析 a.計算作用在軸上的支座反力 水平面內(nèi)的支反力 垂直面內(nèi)的支反力 總支承反力為: b.繪制水平面彎矩圖 截面A在水平面內(nèi)彎矩 截面B在水平面內(nèi)彎矩 截面C在水平面內(nèi)彎矩 截面D在水平面內(nèi)彎矩 c.繪制垂直面彎矩圖 截面A在垂直面內(nèi)彎矩 截面B在垂直面內(nèi)彎矩 截面C在垂直面內(nèi)彎矩 截面D在垂直面內(nèi)彎矩 d.繪制合成彎矩圖 e.扭矩 f.當(dāng)量彎矩 A處當(dāng)量彎矩 B處當(dāng)量彎矩 C處當(dāng)量彎矩 D處當(dāng)量彎矩 圖 6高速軸受力6.校核軸的強(qiáng)度 B為危險剖面 其抗彎截面系數(shù)為 抗扭截面系數(shù)為 最大彎曲應(yīng)力為 剪切應(yīng)力為 折合系數(shù)=0.645調(diào)質(zhì)處理B=640MPa,軸的許用彎曲應(yīng)力-1b=60MPa,ca-1b,所以強(qiáng)度滿足要求。3.4低速軸設(shè)計計算 1.已知的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速n=133.3r/min;功率P=2.77kW;軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩T=198450Nmm 2.使用45調(diào)質(zhì),應(yīng)力為=60MPa 3. 由于低速軸受到的彎矩較小而受到的扭矩較大,故取A0=112。 故取dmin=40 (1)選取軸徑d12=40mm,取L1=56mm。用A型平鍵,bh = 87mm(GB T 1096-2003),L=45mm。 (2)初步選擇滾動軸承。根據(jù)d23 = 43 mm,選擇滾動球軸承7209C,其尺寸為dDT =458519mm。 采用軸肩定位,h = 2.5 mm,因此,取d45 = 50mm (3)取直徑d67 = 47 mm;故取L67 = 88 mm。(4)螺釘C1=20mm,C2=18mm,箱座壁厚=16mm。5.軸的受力分析 大齒輪圓周力 徑向力 軸向力 Fae=Fa4=202N 軸承A和軸承B在水平面上的支反力RAH和RBH 低速軸上徑向力Q=1248N 軸承A和軸承B在垂直面上的支反力RAV和RBV 軸承A的總支承反力為: 軸承B的總支承反力為: a.計算彎矩 b.繪制合成彎矩圖 截面A處合成彎矩彎矩: 截面B處合成彎矩: 截面C左側(cè)合成彎矩: 截面C右側(cè)合成彎矩: 截面D處合成彎矩: c.繪制扭矩圖 d.繪制當(dāng)量彎矩圖 截面A處當(dāng)量彎矩: 截面B處當(dāng)量彎矩: 截面C左側(cè)當(dāng)量彎矩: 截面C右側(cè)當(dāng)量彎矩: 截面D處當(dāng)量彎矩:圖 7低速軸受力6.校核軸的強(qiáng)度 A為危險剖面 其抗彎截面系數(shù)為 抗扭截面系數(shù)為 最大彎曲應(yīng)力為 剪切應(yīng)力為 系數(shù)=0.6,當(dāng)量應(yīng)力為 45調(diào)質(zhì)處理抗拉強(qiáng)度極限B=640MPa,許用彎曲應(yīng)力-1b=60MPa,ca ddmin=75 mm 由機(jī)械設(shè)計查“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”,得mm誤差驗(yàn)算傳動比:(為彈性滑動率)誤差 符合要求 帶速 滿足5m/sv2530m/s的要求,驗(yàn)算后滿足需要。3.5.4確定基準(zhǔn)長度、驗(yàn)算小輪包角由式可得0.7(180+90)2(180+90)即189540,選取=300mm 所以有:由機(jī)械設(shè)計P293表132查得Ld1110mm實(shí)際中心距符合要求。 3.5.5確定帶的根數(shù)z查機(jī)械設(shè)計手冊,取P1=0.35KW,P1=0.03KW由機(jī)械設(shè)計P299表138查得,取Ka=0.95 由機(jī)械設(shè)計P293表132查得,KL1.16 則帶的根數(shù)所以z取整數(shù)為3根。3.5.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸電機(jī)的主軸直徑為d=28mm;由書“V帶輪的結(jié)構(gòu)”選擇H型孔板式作為小帶輪。選用E型輪輻式帶輪。帶輪的材料:選用灰鑄鐵,HT200。3.5.7確定帶的張緊裝置 選用結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)整方便張緊裝置。3.5.8計算壓軸力 由書得,初拉力F0117第四章 工作裝置設(shè)計4.1箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸箱體具有放置零部件的用途,是使軸類等不進(jìn)行相對位移、保證各個傳動零件位置并接受試驗(yàn)機(jī)施加的壓力的零件。箱體還有當(dāng)做盛放潤滑油的油箱。結(jié)構(gòu)尺寸如下:表 3箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸名稱符號公式尺寸箱座壁厚0.025a+388mm凸緣厚度b11.5112mm螺栓的直徑df0.036a+12M18螺栓的數(shù)目n4軸承旁連接螺栓直徑d10.75dfM14蓋與座連接螺栓直徑d2(0.50.6)dfM10軸承端蓋螺釘直徑d3(0.40.5)dfM8定位銷直徑d(0.70.8)d28mm軸承旁凸臺半徑R1C218mm凸臺高度h35mm軸承端蓋外徑D2D+(55.5)d3;D-軸承外徑132mm、102mm、112mm4.2鍵的選擇查表10-33機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計:A型普通平鍵,b*h=8*74.3聯(lián)軸器的選擇 根據(jù)軸的數(shù)據(jù),選用聯(lián)軸器的型號LX3和LX4。 GB5014-20034.4螺栓,螺母,螺釘?shù)倪x擇螺栓GB5783-2003,M14*51,數(shù)量為4個 M23*100,數(shù)量為6個螺母GB6170-2000,M26,數(shù)量為4個 M20,數(shù)量為6個螺釘GB5782-2000,M10*20,數(shù)量為4個 M12*25,數(shù)量為4個4.5銷的選擇選用銷GB117-86,B6*54,數(shù)量為2個選用墊圈GB93-87數(shù)量為8個選用止動墊片1個選用石棉橡膠墊片2個選用08F調(diào)整墊片4個4.6導(dǎo)軌滑塊的選用導(dǎo)軌可以提高試驗(yàn)機(jī)的精度?;瑝K在導(dǎo)軌上運(yùn)動時,鋼球只會產(chǎn)的滾動摩擦這樣就可以有效的降低導(dǎo)軌與滑塊之間的摩擦力,從而減少運(yùn)動阻力。方向器可以使鋼珠返回。在微動摩擦試驗(yàn)機(jī)設(shè)計中需要選用三個導(dǎo)軌滑塊裝置。分別是微位移中的導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)以及兩個在加壓中用于豎直方向移動的導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)。因此,選用型號為GGB20AA1P1100-2、以及兩個GGB20AA1P1140-2兩種共三個導(dǎo)軌滑塊。4.7本章小結(jié)我們使用凸輪來形成曲柄連桿機(jī)構(gòu),然后用三角形的連桿來減少位移。通過滑塊來控制工件的移動。通過電機(jī)帶動的絲杠螺母來進(jìn)行豎直方向的加壓動作,傳感器測試壓力大小然后反饋給微機(jī),最后微機(jī)再次控制電機(jī)來進(jìn)行自動控制的方式。夾具的設(shè)計應(yīng)該盡量方便簡單,而夾具上挖槽來控制工件的移動很簡單。選定了整個設(shè)備的部分零件的選取原則,保證了試驗(yàn)機(jī)的工作以及壽命。除此之外,在此過程中,調(diào)查大量的微動摩擦試驗(yàn)機(jī),發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段的摩擦試驗(yàn)機(jī)對于自動控制方面十分不足。只有由微機(jī)控制,實(shí)現(xiàn)自動化以后才能更好的開展對于微動摩擦的實(shí)驗(yàn)。微動摩擦本來就是十分的難以察覺,而自動的傳感和測量就可以將小的位移進(jìn)行放大。由于微動摩擦所造成的磨損十分微小可以忽略,而現(xiàn)有的磨損測量都是通過質(zhì)量,因此,我們的設(shè)計計不進(jìn)行磨損方面的設(shè)計。這里描述了微動摩擦的概念,簡要記錄了摩擦試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計過程以及設(shè)計數(shù)據(jù)。以摩擦學(xué)為基礎(chǔ),機(jī)械學(xué)科知識為理論依據(jù),利用CAD、CATIA和ANSYS等軟件對試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械部分進(jìn)行了設(shè)計以及優(yōu)化分析。希望設(shè)計的微動摩擦試驗(yàn)機(jī)能夠有效的改善當(dāng)前微動摩擦研究不足的狀況,或者給別的研究人員以一定的研究思路。本設(shè)計采用凸輪和三角結(jié)構(gòu)來減少位移量,實(shí)現(xiàn)微動;采用上端加壓的方式來實(shí)現(xiàn)改變載荷;具有一定的自動控制與反饋系統(tǒng),可以方便地進(jìn)行各種情況下的微動摩擦的實(shí)驗(yàn)以及環(huán)境模,并對方案的相關(guān)工件的夾具進(jìn)行了設(shè)計。圖 9微動摩擦試驗(yàn)機(jī)裝配圖總結(jié)經(jīng)過這三個月的努力,做完了這個畢業(yè)設(shè)計,讓我學(xué)到了很多,雖然過程有些艱辛,有些波折。但在老師和同學(xué)的幫助下做完了這個畢業(yè)設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計算是我們大學(xué)生涯最后的一次考試,雖然它和一般的考試形式不同,但它是把大學(xué)四年里學(xué)到的知識進(jìn)行一次綜合的鍛煉,為我們在以后的工作打下堅實(shí)的一步。在做畢業(yè)設(shè)計的這幾個月里,我收獲很多:經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計讓我了解到了微動摩擦試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域,微動摩擦試驗(yàn)機(jī)在與對微動摩擦實(shí)驗(yàn)的大量實(shí)驗(yàn),從而尋找微動摩擦的規(guī)律。利用這些規(guī)律減少生活生產(chǎn)過程中微摩擦對于裝備裝置的大量影響。它大大加快了現(xiàn)代化的程度,對于我們社會的發(fā)展有著積極作用。剛開始看到自己的畢業(yè)設(shè)計題目也是很迷茫,不知道從那著手,最后在老師的幫助下收集資料,去參觀實(shí)物,收集各種資料。最后進(jìn)行設(shè)計計算,CAD繪圖,三維的運(yùn)動仿真,這幾個月下來對于自己能力的提升有著巨大的幫助。但是,在整個設(shè)計過程中,雖然這個微動摩擦試驗(yàn)機(jī)對現(xiàn)有的試驗(yàn)機(jī)有一定的優(yōu)化,但是依然存在許多不足之處,比如機(jī)械裝置的微位移系統(tǒng)使得整個系統(tǒng)的精度大幅度的降低;整個裝置的高度和重量都十分巨大;零件精度要求較高。但是另一方面,該試驗(yàn)機(jī)也能夠較為自動化的完成整個實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行以及數(shù)據(jù)分析。這是別的試驗(yàn)機(jī)無法取代的有點(diǎn)。希望通過不斷地發(fā)展,可以實(shí)現(xiàn)精度更高的試驗(yàn)機(jī)。在這里,這個試驗(yàn)機(jī)能夠?yàn)楦嗟娜颂峁┬碌乃悸?。通過這次的畢業(yè)設(shè)計,自己的大學(xué)生涯也算可以圓滿的結(jié)束,沒有辜負(fù)這四年里一直支持自己的家人、同學(xué)、老師。這次畢業(yè)設(shè)計學(xué)到了很多,希望自己能一直抱著求真務(wù)實(shí)的態(tài)度,在以后的工作生活中一直勤奮努力。最后愿老師們工作順利。參考文獻(xiàn)1. 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International Journal of Machine Tools & Manufacture, 46 (2006) 20512056謝 辭很快的兩三個月過去,畢業(yè)設(shè)計也即將結(jié)束,經(jīng)過這畢業(yè)設(shè)計,我認(rèn)識到自己身上存在許多不足。專業(yè)課所學(xué)知識匱乏,讓自己在完成畢設(shè)時十分費(fèi)力?;叵肫饋?,隨著時間的流逝,很多學(xué)過的專業(yè)知識都已經(jīng)忘記。而我在學(xué)習(xí)新知識的同時卻沒有對以往的所學(xué)的溫習(xí)。雖然遇到了許多問題,不過依然是一一解決。在這里我特別要感謝任靖日老師,在忙碌繁重的教學(xué)工作的同時,還要抽出大量時間為我解惑。在我初次面對課題存在疑問時是為我提供通俗易懂的資料,并且對微動摩擦試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行、原理等方面都給我做了講解,讓我真正理解了這個課題的含義和需要,為之后的設(shè)計奠定了牢固的基礎(chǔ)。第一次設(shè)計總免不了犯一些幼稚的問題,遇到一些讓人措手不及的難題,像試驗(yàn)機(jī)零部件的布局,摩擦力的計算,傳動軸的安裝工藝等。在老師細(xì)心并且恰到好處地幫我理解問題并且解決問題下,一一解決了這些問題。另外還要感謝其他同學(xué)的幫助,從老師那里我們學(xué)到了許多的專業(yè)知識和相關(guān)的設(shè)計方法,并且很好的將這些知識整理應(yīng)用起來。在此我要向在百忙之中給予我們指導(dǎo)的老師表達(dá)我最真誠的謝意,使我從這次設(shè)計中得到了很好的鍛煉。不但梳理了以往所學(xué),進(jìn)行了實(shí)踐鍛煉而其讓我們意識到自身的不足,在未來的日子里可以改正自己的缺點(diǎn),做更好的自己。馬上我們就要畢業(yè)了,從此踏入社會,這一次的畢業(yè)設(shè)計,是對我們大學(xué)生活最好的總結(jié)和告別。最后,感謝母校,感謝我的大學(xué)生活!
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