畢業(yè)論文終稿-汽車安全帶蝸簧疲勞特性試驗機設(shè)計[下載送CAD圖紙 全套打包資料]

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The scroll spring fatigue characteristics directly determine the reliability and effectiveness of the seat belt within the stipulated period. This article is designed to seat belts worm spring fatigue characteristics test machine, which consists of a base, frame, motor, turbine reducer, cranks, pulleys, belts, pulley shaft, strut, lift shafts and other components.The design is first, by making the car seat belts and scroll spring structure and principle analysis, and analysis of the scroll spring fatigue test requirements, the analysis presented in this car seat belts worm spring fatigue testing machine design characteristics on the basis; Next, the main technical parameters were calculated selection; then, all the major parts and components for the design and verification; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw a diagram of the fatigue test machine assembly, gear assembly drawing and major components Fig.Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software on the future work of great significance in life.Keywords: belts, scroll spring, fatigue testing machineVVIVIIVIII西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）1第一章 緒論1.1研究背景以意義汽車安全帶是安全乘駕必需的設(shè)施，其中蝸卷彈簧總成是安全帶的核心部件，其作用是收放帶長和在扯拉加速度達到一定值時進行自鎖。而蝸卷彈簧的疲勞特性直接決定安全帶在規(guī)定期限內(nèi)的可靠性及有效性。檢測蝸卷彈簧疲勞特性是一項必須的重要工作。本課題的主要任務(wù)是按機械設(shè)計的功能與可靠性、經(jīng)濟性與工藝性、操作與安全性等要求，完成汽車安全帶蝸簧疲勞特性試驗機設(shè)計。1.2汽車安全帶概述1.2.1定義安全帶具有織帶、帶扣、調(diào)節(jié)件以及將其固定在車內(nèi)的附件，用于在車輛驟然減速或撞車時通過限制佩戴者身體的運動以減輕其傷害程度的總成，該總成一般稱為安全帶總成，它包括吸能或卷收織帶的裝置。1.2.2起源最早在 100 多年前，在歐美國家的馬車座位上就已經(jīng)有了安全帶，以防止乘客從馬車上被顛下來。1902 年 5 月 20 日，美國紐約舉行汽車競賽。參賽選手沃爾特貝克工程師害怕在激烈的車賽中翻車受傷，他從學(xué)步幼兒在童車?yán)锉徊紬l系捆防止摔出車外的事例中受到啟發(fā)，也在“魚雷牌”賽車上釘上了幾根繩帶，參賽時把自己和同伴馬達技工緊緊系好。競賽進行中，高速飛馳的“魚雷牌”賽車突然撞上一根垂直地面的鋼軌，騰空跳起，墜入觀眾席，當(dāng)場壓死 2 人，傷 10 人，可是貝克和那位技工卻安然無恙。這便是汽車安全帶的起源。1922 年，賽車場上的跑車開始使用安全帶，1955 年，美國福特汽車裝備了安全帶。而大多數(shù)使用的三點式安全帶卻是瑞典人尼波林于 1957 年發(fā)明的，他原來在做saab（薩博）的飛機設(shè)計工作，到了美國沃爾沃公司后發(fā)明了這個真正廣泛應(yīng)用的安全帶。1.2.3基本結(jié)構(gòu)和功能（1）安全帶的基本結(jié)構(gòu)西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）2轎車安全帶一般由織帶、安裝固定件和卷收器等部件組成，具體結(jié)構(gòu)見下圖(三點緊急鎖止式)：安全帶固定螺栓 織帶 鎖舌 導(dǎo)向環(huán) 卷收器固定螺栓 卷收器 預(yù)張緊器 鎖扣 高調(diào)器 導(dǎo)向片（2）安全帶的組成部分1）織帶：織帶是構(gòu)成安全帶的主體，多用尼龍、聚脂、維尼綸等合成纖維原絲紡編織成寬約 50 毫米，厚約 1.5 毫米的帶子?？棊?yīng)保證作用在佩帶者身體上的壓力沿其全部寬度盡可能均勻分布，而且在負(fù)荷下不發(fā)生扭曲?？棊У闹饕阅苤笜?biāo)有抗拉強度、伸長率、能量吸收性、寬度、厚度、耐磨性、耐高溫性、耐低溫性、抗水性、耐磨色勞度、耐水色勞度、耐光色勞度、橫向剛度、縱向剛度、燃燒性、氣味性等?？棊У目估瓘姸龋℅B141661993）：類別 抗拉強度（ N）腰帶 26700肩帶 17700腰肩連續(xù)帶 22300織帶的寬度（GB141661993）：在拉伸載荷為 9810N 的拉力時，織帶寬度不小于 46mm?？棊扉L率（GB141661993）：在拉伸載荷達到 196N 狀態(tài)下，在式樣中間部位向兩端各 100mm 處標(biāo)明初始點，測定拉伸載荷為 11100N 時兩端點之間的距離。伸長率不得大于下表要求： 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）3類別 伸長率腰帶 20肩帶 40腰肩連續(xù)帶 30織帶的其他性能要求詳見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2）安裝固定件：安裝固定件是與車體或座椅構(gòu)件相連接的耳片、插件和螺栓等，它們的安裝位置和牢固性，直接影響到安全帶的保護效果和乘員的舒適感。特別注意的是，與織帶直接接觸的金屬件應(yīng)當(dāng)經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓に囂幚硐J邊，可在銳邊噴涂塑料，也可增加金屬或塑料制的保護墊。3）卷收器：織帶卷收機構(gòu)一般由卷帶筒和卷簧組件組成。卷帶筒是用于收卷和儲存織帶的零件。它可以由金屬沖壓件組合而成，也可用鋁合金壓鑄件。還有僅用于收卷作用的注塑件卷帶筒。為了使卷帶筒在卷繞織帶時均衡，其中心纏繞織帶的部分截面最好設(shè)計成螺旋曲線，其截面螺旋曲線的螺距應(yīng)等于或略大于纏繞織帶的厚度。卷簧組件的主要零件是卷簧，目前卷簧多為彈簧鋼制成的螺旋式平卷簧，其作用是平穩(wěn)地將拉出的織帶卷回卷帶筒。卷收力大小取決于卷簧轉(zhuǎn)矩的大小。敏感機構(gòu)：卷收器敏感機構(gòu)分為織帶拉出加速度敏感型、車輛加速度敏感型和復(fù)合敏感型?？棊舾行徒Y(jié)構(gòu)：它用織帶軸上裝配的慣性板感應(yīng)織帶的拉出加速度。當(dāng)織帶正常拉出和卷入時，慣性板和中心軸等是同步運動的，當(dāng)織帶拉出加速度達到一定值后，慣性板相對感應(yīng)織帶加速度用的棘爪有一滯后量，使棘爪被推動而與棘輪相嚙合，以達到鎖止的目的。車體敏感型結(jié)構(gòu)：它使用鋼球來感應(yīng)車輛加速度和車體傾斜角度。當(dāng)車輛加速度或車體傾斜角度達到一定值時，鋼球滾動以推動棘爪與棘輪相嚙合，從而達到鎖止的目的。復(fù)合敏感型機構(gòu)：復(fù)合敏感型機構(gòu)是將上述兩種敏感機構(gòu)組合成一體的機構(gòu)，可起雙重保護作用，是目前普遍使用的結(jié)構(gòu)。鎖止機構(gòu)：包括收卷機構(gòu)鎖止式、織帶鎖止式和預(yù)張緊機構(gòu)。收卷機構(gòu)鎖止式：無論是通過車感和帶感鎖止，還是直接鎖止卷軸或通過棘爪、棘輪來鎖止卷帶筒，都稱為收卷機構(gòu)鎖止式。西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）4織帶鎖止式：是一種在卷收器上對織帶進行架夾緊鎖止的卷收器?？梢詼p小卷收器在緊急鎖止時織帶的拉出長度，一般用于裝有安全氣囊的前排座椅。當(dāng)敏感機構(gòu)作用時，首先鎖止卷軸，織帶繼續(xù)拉出時，只能向拉出方向拉動卷帶筒，而不能使卷帶筒旋轉(zhuǎn)，此時浮動的卷帶筒推動織帶鎖止機構(gòu)夾緊織帶，減少織帶在卷帶筒里拉出的長度。預(yù)張緊機構(gòu)：預(yù)張緊機構(gòu)一般由敏感機構(gòu)和回拉機構(gòu)組成。由于其制造成本高，一般僅用于裝有安全氣囊的前排座椅。敏感機構(gòu)是觸發(fā)回拉機構(gòu)工作的一種裝置，分機械式和電子式兩種?；乩瓩C構(gòu)常用爆燃發(fā)生器產(chǎn)生高壓氣體作為回拉動力，實現(xiàn)織帶的預(yù)張緊。一般預(yù)張緊織帶長度為 80150mm。4）導(dǎo)向件導(dǎo)向件是用來改變織帶方向的零件，便于安全帶卷收器的布置，使安全帶能緊貼乘員身體，有效地約束乘員身體運動，提高乘員佩帶安全帶的舒適性。但由于織帶在通過導(dǎo)向件時彎曲變形并產(chǎn)生滑動阻力，要求導(dǎo)向件表面光滑、摩擦系數(shù)小、圓弧面曲率適中、減小織帶在滑動時的變形和阻力。導(dǎo)向件的織帶滑動表面通常有光滑的鍍鉻表面、包涂尼龍層表面、鑲嵌式光滑金屬環(huán)表面及包塑成型表面等。由于鑲嵌金屬環(huán)和包塑成型的導(dǎo)向件與織帶接觸的圓弧面大，因此織帶拉出和回卷時阻力小。但在制造包塑成型的表面時，應(yīng)使合模棱角處平滑，有時合模分型面處設(shè)計成凹陷狀，以減小織帶拉動時的阻力，避免拉毛織帶。5）鎖扣：鎖扣是既能把乘員約束在安全帶內(nèi)，又能快速釋放的連接裝置。鎖扣的分類及特點按按鈕位置可分為兩種：一是側(cè)按式，二是頂按式。側(cè)按式結(jié)構(gòu)簡單，但因按鈕在鎖體的外測，易于接觸異物而造成誤開鎖，一般開啟力較大。頂按式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但強度較高，其開啟性能穩(wěn)定，而且在鎖體內(nèi)易于安裝安全開關(guān)或警告燈開關(guān)，強制駕駛員使用安全帶，若駕駛員不使用安全帶，則車輛無法啟動或警告燈告警。按連接方式可分為兩種：剛性連接式和柔性連接式。柔性連接式又分為鋼絲桿連接式和柔性織帶連接式。西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）5剛性型鎖扣：一般用于前座椅帶扣。有時為了保護座椅，在與座椅面料接觸處貼上保護塑料墊，或在剛性支架外面包塑料管或熱塑管。鋼絲型鎖扣：鋼絲外套塑料管或熱塑管，一般用于后座連接較短的鎖扣。織帶型鎖扣：一般用于后座的鎖扣，當(dāng)連接部分?jǐn)R在座墊上不使用時，也便于將鎖頭移至合適的地方。由于帶扣鎖系統(tǒng)在動態(tài)碰撞時，受力非常大，因此當(dāng)柔性織帶于任何金屬體連接時，要避免與金屬銳邊接觸，可在銳邊噴涂塑料，也可增加金屬或塑料制的保護墊。鎖舌分類及特點鎖舌可分為兩類：平板型鎖舌和折灣型鎖舌。平板型鎖舌在閉鎖時鎖扣受力情況較好，在受力時不產(chǎn)生側(cè)向力矩，且制造簡單。折灣型鎖舌在閉鎖時按鈕處空間增大，因此在快速解脫時操作方便。鎖扣系統(tǒng)設(shè)計要點鎖扣的設(shè)計應(yīng)能排除任何不正確使用的可能性，例如后排中主座與邊坐安全帶鎖舌應(yīng)能防止誤插，同時要特別保證鎖扣不能處于部分嚙合的位置，因此在帶扣閉鎖或打開的過程中感覺必須明確。鎖扣與佩帶者身體接觸的區(qū)域其接觸面積應(yīng)不小于 20cm2，寬度不小于 46mm，以保證發(fā)生事故時不傷害乘客。在鎖頭按鈕設(shè)計時，對于包圍式鎖扣按鈕，其外露表面面積不小于 4.5 cm2，寬度不小于 15mm；對于非包圍式鎖扣按鈕，其外露面積不小于 2.5 cm2，寬度不小于織帶型鎖扣 鋼絲型鎖扣 剛性型鎖扣西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）610mm。按鈕的表面應(yīng)為紅色，以示醒目警示。帶鎖扣材料：帶扣體、鎖止部件、鎖舌等受力部件一般都采用高強度鋼板，不能使用脆性材料，熱處理后的金相組織是強度高、韌性大的金相組織；外罩及按鈕多采用熱塑性樹脂，如 ABS 塑料、聚丙烯等；內(nèi)部功能部件多用聚甲醛等。1.3主要研究內(nèi)容（1）調(diào)研，明確汽車安全帶蝸簧疲勞特性試驗機的功能和技術(shù)參數(shù)；（2）汽車安全帶蝸簧疲勞特性試驗機功能、結(jié)構(gòu)組成、工作原理分析；（3）汽車安全帶蝸簧疲勞特性試驗機總體設(shè)計；（4）汽車安全帶蝸簧疲勞特性試驗機運動分析、運動設(shè)計及其組合設(shè)計；（5）課題工作總結(jié)和撰寫論文。第二章 總體方案設(shè)計2.1安全帶參數(shù)分析（1）織帶參數(shù)主要材料是聚酯,寬度一般在 48mm 左右，厚度為 11.5mm（2）卷收器（蝸簧）參數(shù)卷受力：1N7N ；卷收自鎖條件：當(dāng)承受 0.7g 以上的加速度是，進行鎖止。2.2 蝸簧疲勞特性試驗要求分析蝸卷彈簧疲勞特性的試驗原理方法：即將蝸卷彈簧在一定的速度范圍內(nèi)反復(fù)進行旋緊與釋放（旋緊的程度依不同規(guī)格而定） ，直至失效為止。將其承受交變應(yīng)力作用的次數(shù)用作橫梁彈簧的抗疲勞特性，車用安全帶所用卷簧的抗疲勞參數(shù)在數(shù)萬次以上。國內(nèi)外通常采取對車用安全帶總成產(chǎn)品進行試驗的方式，以檢測所用蝸卷彈簧的疲勞指數(shù)。通觀現(xiàn)有的檢測設(shè)備，缺乏統(tǒng)一性與標(biāo)準(zhǔn)特征，多為各廠根據(jù)產(chǎn)品需求的設(shè)計要求與自身條件自行設(shè)計。從結(jié)構(gòu)原理方面，大多數(shù)采用“曲柄滑塊機構(gòu)”原理，也有少數(shù)采用“曲柄搖桿機構(gòu)” ，將動力機（或減速裝置）的圓周運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運動或往復(fù)擺動。再利用往復(fù)直線運動或往復(fù)擺動實施對蝸卷彈簧的收緊與釋放。由于往復(fù)直線運動行程大多要求 12m 范圍，而“曲柄滑塊機構(gòu)”中直線運動行程為曲柄半西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）7徑的 2 倍，因此設(shè)備體積較大（尤其以臥式更甚） ，同時由于滑塊結(jié)構(gòu)的設(shè)置，不僅提升加工精度要求高，而且“移動副”的摩擦作用，致使機械效率低下。另外，欲實施對多件的同時檢測，不僅進一步增大設(shè)備所占用空間，也致使相關(guān)部件受力更趨于不合理。2.3蝸簧疲勞特性試驗機方案設(shè)計為了實現(xiàn)上述目的，本次設(shè)計的蝸簧疲勞特性試驗機方案是：包括底座、安裝在底座上的支架、電機、渦輪減速器、曲柄、滑輪、傳動帶、傳送帶一端繞在轆轤軸上，傳動帶另一端繞過曲柄上的滑輪上后固定在位于支架上的支柱上。轆轤軸安裝在支承座上，支承座設(shè)置在支架上端，轆轤軸上繞設(shè)有左升降帶和與左升降帶間隔設(shè)置的右升降帶，左升降帶和右升降帶下端套設(shè)升降軸。方案簡圖如下所示：圖 2-1 蝸簧疲勞特性試驗機方案簡圖西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）8第三章 總體參數(shù)選定與計算3.1安全帶疲勞試驗機技術(shù)參數(shù)選定已知參數(shù)：（1）織帶參數(shù)主要材料是聚酯,寬度一般在 48mm 左右，厚度為 11.5mm（2）卷收器（蝸簧）參數(shù)卷受力：1N7N ；卷收自鎖條件：當(dāng)承受 0.7g 以上的加速度是，進行鎖止。根據(jù)上述已知參數(shù)結(jié)合國內(nèi)外各廠自行設(shè)計的安全帶疲勞試驗機，選定本次設(shè)計的疲勞試驗機技術(shù)參數(shù)如下：（1）安全帶升降行程：1.2m（2）安全帶升降速度行程：0.81m/s（3）安全帶寬度：50mm，厚度：1.5mm3.2電動機的選擇3.2.1電動機類型的選擇由于負(fù)載比較平穩(wěn)，對啟動、制動無特殊要求，因此選用 Y 系列三相交流異步電動機。西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）9Y 系列三相交流異步電動機具有高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩高、噪聲小、可靠性高、壽命長等優(yōu)點。安裝尺寸和功率等級也完全符合 IEC 標(biāo)準(zhǔn)，一般用于無特殊要求的機械設(shè)備4。3.2.2 電動機功率的選擇標(biāo)準(zhǔn)電動機的容量由額定功率表示。所選電動機的額定功率應(yīng)該等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求，則不能保證工作機的正常工作，或使電動機長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；容量過大，則增加成本，并且由于效率和功率因數(shù)低而造成電能浪費。電動機的功率選擇是否合適，對電動機的正常工作和經(jīng)濟性都有影響。功率選得過大則電動機的價格高，能力又得不到充分發(fā)揮，而且由于電動機經(jīng)常不在滿載下運轉(zhuǎn)，其效率和功率因素都較低而造成能源的浪費。對于載荷比較穩(wěn)定，連續(xù)運轉(zhuǎn)的機械，通常只需使電動機的額定功率等于或稍大于所需電動機的工作功率 ，即 ，而不必校驗電動機的發(fā)熱和啟動轉(zhuǎn)矩。dPde根據(jù)調(diào)研國內(nèi)外各廠自行設(shè)計的安全帶疲勞試驗機，選定本次設(shè)計的疲勞試驗機電機功率為：1.1KW 。3.2.3 電動機轉(zhuǎn)速的選擇額定功率相同的同類型電動機，可能有不同的轉(zhuǎn)速。Y 系列三相交流異步電動機有四種常用的同步轉(zhuǎn)速，即 3000r/min、1500r/min、1000r/min 、750r/min，低轉(zhuǎn)速電動機的級數(shù)多，外廓尺寸及重量都比較大，價格高，但可使傳動裝置總傳動比及尺寸較小；高轉(zhuǎn)速電動機則相反。因此確定電動機轉(zhuǎn)速時，應(yīng)進行分析比較，以確定合理的電動機轉(zhuǎn)速。一般來說，如果沒有特殊要求通常選擇同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 或1000r/min 的電動機5。為了設(shè)計出合理的傳動裝置，電動機轉(zhuǎn)速的選擇范圍可以通過各個傳動副的傳動比范圍和工作機的轉(zhuǎn)速要求來推算出，即（3.6）wadni式中： 電動機可選轉(zhuǎn)速范圍；dn傳動裝置總傳動比的合理范圍；ai西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）10工作機轉(zhuǎn)速。wn蝸桿傳動推薦的傳動比范圍 860，上述已選定：（1）安全帶升降行程：1.2m（2）安全帶升降速度行程：0.81m/s故： =2025r/min2.1)80(6wn由式（3.6）可算得電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為：=（860）×（2025）=160r/min 1500r/mind 符合這一范圍的常用同步轉(zhuǎn)速有 1500r/min、1000r/min、750r/min 三種。由于之前已算得電動機的額定功率為 1.1kW，符合這一轉(zhuǎn)速范圍的同步轉(zhuǎn)速只有1500r/min、1000r/min 兩種。以兩種方案作比較，結(jié)果如表 2.1 所示。表 2.1 電動機方案表方案 電動機型號 額定功率 同步轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速 電動機重量 總傳動比1 Y90S-4 1.1 1500 1400 22 56702 Y90L-6 1.1 1000 910 25 36.445.5綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、傳動比等因素，第 2 種方案比較合適，選定電動機型號為 Y90L-6，其主要技術(shù)參數(shù)列于表 2.2。表 2.2 Y90L-6 電動機主要技術(shù)參數(shù)滿載時電動機型號 額的功率（kW） 轉(zhuǎn)速（r/min）電流（A） 效率（% ） 功率因素Y90L-6 1.1 910 4 77.5 0.74Y90L-6 電動機主要外形尺寸和安裝尺寸如下圖 3-1 所示。西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）11圖 3-1 電動機外形、安裝尺寸簡圖按圖 3-1 所示，Y90L-6 電動機主要外形尺寸和安裝尺寸如下表 3-1 所示。表 3-1 Y90S-6 電動機主要外形尺寸和安裝尺寸H A B C D E F G K AA AC AB AD HD L90 140 100 56 24 50 8 20 10 62 195 180 155 250 3203.3運動和動力參數(shù)計算3.3.1傳動比計算滿載轉(zhuǎn)速 。故總傳動比為：min/910rnm 415.4.3625 iiw 取 ， 結(jié) 合 渦 輪 傳 動 比 系 列3.3.2各軸的轉(zhuǎn)速1 軸 min/9101rn2 軸 i/2.42i3.3.3各軸的輸入功率1 軸 kwP089.1.101 2 軸 62.3223.3.4各軸的輸入轉(zhuǎn)矩電機軸 mNnPT 54.190.59500西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）121 軸 mNnPT 43.1908.5950112 軸 2.7.2622整理列表軸名功率 kwP/轉(zhuǎn)矩 mNT/轉(zhuǎn)速 in)/(r傳動比電機軸 1.1 11.54 9101 軸 1.089 11.43 910 12 軸 0.862 370.82 22.2 41第四章 主要零部件的設(shè)計與選擇4.1渦輪減速器的設(shè)計4.1.1渦輪蝸桿傳動的設(shè)計（1）選擇蝸桿傳動類型因為蝸輪蝸桿傳動的特點，并考慮到傳動系統(tǒng)空間的布置，和嚙合等特點選擇為圓柱蝸桿傳動。并根據(jù) GB/T 10085-1998 的推薦，在此傳動系統(tǒng)中采用漸開線蝸桿（ZI 蝸桿） 。（2）選擇材料因為考慮到蝸桿傳動的功率不大，速度只是中等，所以蝸桿用 45 鋼；又因希望效西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）13率高些，耐磨性好些，所以蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度選為 45-55 HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，用金屬模鑄造。并且為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，但輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造。（3）按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計從根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，首先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度。由機械設(shè)計中式（11-12） ，傳動中心距為：（4.1）232)(HPEZKTa（a）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T1上述計算可知：T1=370.82N·m（b）確定載荷系數(shù) K因為工作載荷較穩(wěn)定，故載荷分布不均勻系數(shù) K =1;由表 11-5 選取使用系數(shù)K=1.15 ；由于轉(zhuǎn)速一般不高，沖擊載荷也不大，可取動載荷系數(shù) Kv=1.05；則K=KK Kv=1.05 ×1.15×1=1.21（b）確定彈性影響系數(shù) ZE因為選用的蝸輪材料是鑄錫磷青銅，蝸桿材料是 45 號鋼，因此彈性影響系數(shù)ZE=160MPa1/2（d）確定接觸系數(shù) Zp我們先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 d1 和傳動中心距 a 的比值為 d1/a=0.35，因此我們可以從機械設(shè)計圖 11-18 中可查到：Zp=2.9。（e）確定許用接觸應(yīng)力 H因為根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，采用金屬模制造，蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC，因此我們可以從 機械設(shè)計表 11-7 中查到蝸輪的基本許用應(yīng)力是：H'=268MPA。（f）計算循環(huán)次數(shù)：N=60jn1Lh=60×1×910/41×12000=3.2×107（g）壽命系數(shù): 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）14KHN= =0.86587102.3則： H = KHN × H'=0.865×268MPa=231.8MPa（h）計算中心距= =121.6mm232)(HPEZKTa3 238.196082.701. 考慮到本次設(shè)計中傳動系統(tǒng)的空間布局，渦輪轉(zhuǎn)速較低，所需功率較低的特殊性，因此為了設(shè)計的合理性選取中心距 a=125，因為傳動比為：i=41 ，因此我們可以從機械設(shè)計表 11-2 中取模數(shù) m=5，蝸桿分度圓直徑： d1=50mm。這時 d1/a=0.4，從機械設(shè)計圖 11-18 中可查得接觸系數(shù) Z'p=2.74，所以 Z'p<Zp，所以以上計算結(jié)果可用。（4）蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸（a）蝸桿蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸如表 4.1 所示：表 4.1 蝸桿幾何參數(shù)名稱 代號 計算數(shù)值蝸桿的頭數(shù) Z1 1蝸桿直徑的系數(shù) q 10蝸桿分度圓的直徑 d1 50蝸桿齒頂圓的直徑 da1 60蝸桿齒根圓的直徑 df1 38蝸桿軸向的齒距 pa 16分度圓的導(dǎo)程角 11°1836（b）蝸輪蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸如表 4.2 所示：表 4.2 蝸輪幾何參數(shù)名稱 代號 計算數(shù)值蝸輪的齒數(shù) Z2 41渦輪分度圓的直徑 d2 205蝸輪齒根圓的直徑 df2 188蝸輪喉圓的直徑 da2 210西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）15變位系數(shù) X2 -0.5渦輪的寬度 B 40（5）校核彎曲疲勞強度（4.2）F2Fa1F53.YmdKT當(dāng)量齒數(shù)：zv2=z2/cos3 =41/（cos11°1836 ）3=42.42因為 x2=-0.5，zv2=42.42， 從機械設(shè)計 圖 11-19 中查到齒形的系數(shù)YFA2=2.87。所以螺旋角的系數(shù)： YB=1-11.31/140=0.9192。因為蝸輪的制造材料為 ZCuSn10P1，從 機械設(shè)計 表 11-8 中查得基本許用彎曲應(yīng)力為： F'=56 MPa壽命系數(shù)：KFN= =0.647 976104.5許用彎曲應(yīng)力：F = KFN × F'=0.647 ×56MPa=36.232MPaF= MPa=7.8MPa912.087520193.15. 4所以彎曲強度是滿足的。4.1.2軸的設(shè)計計算軸是組成機器的主要零件之一。軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸三類。軸按照軸線形狀的不同，分為曲軸和直軸兩大類。軸的設(shè)計也和其他零件的設(shè)計相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能了計算兩方面的內(nèi)容。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的計算通常都是在初步完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計后進行校核計算，計算準(zhǔn)則是要滿足軸的剛度或強度要求，軸的校核方法有兩種：、按扭轉(zhuǎn)強度計算。、按彎曲合成強度計算。3（1）軸的材料的選擇因為分選機所傳遞的功率比較小，對軸的重量和尺寸也沒有什么特殊的要求，所以全部選擇為常用的材料：45#鋼。西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）16（2）軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計、初步確定各軸的最小直徑根據(jù)已知的數(shù)據(jù)，列出各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩如表 45 所示：表 4.5 軸的轉(zhuǎn)速 功率和轉(zhuǎn)矩軸名功率 kwP/轉(zhuǎn)矩 mNT/轉(zhuǎn)速 in)/(r傳動比電機軸 1.1 11.54 9101 軸 1.089 11.43 910 12 軸 0.862 370.82 22.2 41按機械設(shè)計中式（15-2）估算最小直徑：（3.9）30minPAd根據(jù)表 15-3，可查得 A0=110。于是可算得：軸： 11.7mm33101min9108.d軸： 28.2mm33202in 2.6PA、各段軸徑的確定初步估計出軸的最小直徑后，就可以按照軸上零件的安裝順序，從上往下開始確定軸的各段直徑。軸：最小軸段上面安裝聯(lián)軸器，該段直徑可選擇為：19mm。第二段安裝軸承，從而可從機械設(shè)計課程設(shè)計中表 15-3 中查得軸承的型號為：6205。外形尺寸為：d1=25mm，D1=52mm，B1=12mm。該段長度為： 12mm。軸承依靠軸肩定位，所以該段的直徑為：30mm，下一段為蝸桿，該段長度為：70mm。如圖 4-1 所示：西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）17圖 4-1 軸 1 的結(jié)構(gòu)軸：最小軸段上面安裝曲柄，該段直徑可選擇為：30mm。從而可從機械設(shè)計課程設(shè)計中表 15-3 中查得軸承的型號為：6208。外形尺寸為：d2=40mm，D2=68mm，B2=15mm。該段長度為： 40mm。軸承依靠軸肩定位，所以該段的直徑為：45mm，這段所接的為一個小渦輪，渦輪寬度為 50mm，該段長度為小渦輪寬度：50mm。 如圖 4-2 所示：圖 4-2 軸 2 的結(jié)構(gòu)（3）軸的校核計算（以軸為例）（a）求軸上的載荷對于 6208 型深溝球軸承 ma19載荷 水平面 垂直面支反力 FNNH3.012852NFV8231N6.西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）18彎矩 M mNH15423mNMV63249總彎矩 H172扭矩 T 7083（b）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，即安裝渦輪處，取，軸的計算應(yīng)力：6.0 MPaWTMca 6.132)5(14365. 70.98)( 22232 前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由機械設(shè)計，查得 ，因此 ，安全。Pa601 1ca計得： ， ，根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。mL8235圖 4-34.1.3軸承的選擇與校核西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）19（1）軸承選擇因為軸承受一定的軸向力的作用，所以選用角接觸軸承。軸：從機械設(shè)計課程設(shè)計中表 15-3 中查得軸承的型號為：6205。外形尺寸為：d1=25mm ，D1=52mm，B1=12mm 。軸：從機械設(shè)計課程設(shè)計中表 15-3 中查得軸承的型號為：6208。外形尺寸為：d2=40mm ，D2=62mm，B2=15mm 。以輸入軸為例，其他各軸校核過程類似不一一復(fù)述：（2）軸承校核1）按承載較大的滾動軸承選擇其型號，因支承跨距不大，故采用兩端固定式軸承組合方式。軸承類型選為深溝球滾子軸承，軸承的預(yù)期壽命取為：L'h29200h由上面的計算結(jié)果有軸承受的徑向力為 Fr1=340.43N，軸向力為 Fa1=159.90N，2）初步選擇滾動軸承型號為 6205，其基本額定動載荷為 Cr=51.8KN，基本額定靜載荷為 C0r=63.8KN。3） 徑向當(dāng)量動載荷 NFNVHr 43.06.187.5432221211 r 8.5.9222動載荷為 ，查得 ，則有arYFP4.06.Nr 0139.156.3. ，滿足要求。hrh LPCnL '4.52.80601 64.1.4鍵的選擇與校核（1）鍵的選擇鍵的類型有平鍵、半圓鍵、切向鍵等，是一種實現(xiàn)軸與輪轂間周向固定、用以傳遞轉(zhuǎn)矩的標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)用非常地廣泛。3、蝸桿與電機所用鍵：蝸桿鍵所在軸徑為 19mm，從機械設(shè)計中表 14-1 中查得鍵寬為：b=6mm ，鍵高為：h=6mm ，從鍵的長度系列可選擇 L=36mm。、蝸輪所用鍵：蝸輪所在軸徑為 14mm，從機械設(shè)計中表 14-1 中查得鍵寬為：b=5mm，鍵高為： h=5mm，從鍵的長度系列可選擇 L=36mm。西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）20（2）鍵的強度校核鍵、軸材料都是鋼，由機械設(shè)計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為 MPaP120鍵的工作長度 ，mbl412851l412，合適PP MadlkT.638.072131，合適PPl 2.45.22324.1.5箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計減速器箱體是支承和固定軸系部件、保證傳動零件正常嚙合、良好潤滑和密封的基礎(chǔ)零件，因此，應(yīng)具有足夠的強度和剛度。為提高箱體強度，采用鑄造的方法制造。為便于軸系部件的安裝和拆卸，箱體采用剖分式結(jié)構(gòu)，由箱座和箱蓋組成，剖分面取軸的中心線所在平面,箱座和箱蓋采用普通螺栓連接，圓柱銷定位。減速器箱體是支承和固定軸系部件、保證傳動零件正常嚙合、良好潤滑和密封的基礎(chǔ)零件，因此，應(yīng)具有足夠的強度和剛度。為提高箱體強度，采用鑄造的方法制造。首先保證足夠的箱體壁厚，箱座和箱蓋的壁厚取 。m81，其次，為保證減速器箱體的支承剛度，箱體軸承座處要有足夠的厚度，并設(shè)置加強肋，且選用外肋結(jié)構(gòu)。為提高軸承座孔處的聯(lián)接剛度，座孔兩側(cè)的連接螺栓應(yīng)盡量靠近（以避免與箱體上固定軸承蓋的螺紋孔干涉為原則） 。為提高聯(lián)接剛度，在軸承座旁聯(lián)接螺栓處做出凸臺，要有一定高度，以留出足夠的扳手空間。由于減速器上各軸承蓋的外徑不等，各凸臺高度設(shè)計一致。 另外，為保證箱座與箱蓋的聯(lián)接剛度，箱蓋與箱座聯(lián)接凸緣應(yīng)有較大的厚度。mb15為保證箱體密封，除箱體剖分面聯(lián)接凸緣要有足夠的寬度外，合理布置箱體凸緣聯(lián)接螺栓，采用對稱均勻布置，并不與吊耳、吊鉤和定位銷等發(fā)生干涉。（1）油面位置及箱座高度的確定西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）21對于圓柱渦輪，通常取浸油深度為一個齒高，對于多級傳動中的低速級大渦輪，其浸油深度不得超過其分度圓半徑的 1/3。為避免傳動零件傳動時將沉積在油池底部的污物攪起，造成齒面磨損，應(yīng)使大渦輪齒頂圓距油齒底面的的距離不小于3050mm。取 45mm。（2）箱體結(jié)構(gòu)的工藝性由于采用鑄造箱體，所以要注意鑄造的工藝要求，例如注意力求壁厚均勻、過渡平緩，外形簡單；考慮液態(tài)金屬的流動性，箱體壁厚不應(yīng)過薄，砂形鑄造圓角半徑??；為便于造型時取模，鑄件表面沿拔模方向設(shè)計成 的拔模斜度，m5R 10:2:以便拔模方便。箱體與其他零件的結(jié)合處，如箱體軸承座端面與軸承蓋、窺視孔與視孔蓋、螺塞等處均做出凸臺，以便于機加工。設(shè)計箱體結(jié)構(gòu)形狀時，應(yīng)盡量減小機械加工面積，減少工件和刀鋸的的調(diào)整次數(shù)。例如同一軸心線上的兩軸承座孔的直徑應(yīng)盡量一致，以便鏜孔并保證鏜孔精度，取兩軸承座孔的直徑相同。箱體的加工面與非加工面必須嚴(yán)格分開,加工處做出凸臺()。螺栓頭部或螺母接觸處做出沉頭座坑。箱體形狀力求均勻、美觀。mh53（3）箱體尺寸設(shè)計要設(shè)計啟蓋螺釘，其上的螺紋長度要大于箱蓋聯(lián)接凸緣的厚度，釘桿端部要做成圓柱形，加工成半圓形，以免頂壞螺紋。為了保證剖分式箱體軸承座孔的加工與裝配精度，在箱體聯(lián)接凸緣的長度方向兩端各設(shè)一圓錐定位銷。兩銷間的距離盡量遠(yuǎn)，以提高定位精度。定位銷直徑一般取，取 ，長度應(yīng)大于箱蓋和箱座聯(lián)接凸緣的總厚度，以利于裝拆。28.07dm7箱體相關(guān)尺寸匯總?cè)缦拢好?稱 代號 一級渦輪減速器 計算結(jié)果機座壁厚 0.04a+3mm8mm 8機蓋壁厚 1 0.85 8機座凸緣厚度 b 1.5 20機蓋凸緣厚度 b1 1.51 20機座底凸緣厚度 b2 2.5 30地腳螺釘直徑 df 0.036a+12mm 16地腳螺釘數(shù)目 n 4軸承旁連接螺栓直徑 d1 0.75 df 16西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）22機座與機蓋連接螺栓直徑 d2 (0.50.6) df 12連接螺栓 d2 的間距 l 150200mm軸承端螺釘直徑 d3 (0.40.5) df 6窺視孔蓋螺釘直徑 d4 (0.30.4) df 5定位銷直徑 d (0.70.8) d2 6df、d 1 、d 2 至外機壁距離 c1 見表 2 22,16,13df 、d 2 至緣邊距離 c2 見表 2 20,11軸承旁凸臺半徑 R1 c2 20凸臺高度 h 根據(jù)低速軸承座外徑確定 50外機壁到軸承端面距離 l1 c1+