軟磨料磨損試驗(yàn)機(jī)三維設(shè)計(jì)

-III-學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)軟磨料磨損試驗(yàn)機(jī)三維設(shè)計(jì)

摘要本文設(shè)計(jì)軟磨料磨損試驗(yàn)機(jī)，從刀片的材料和材料加工工藝入手，對(duì)不同材料、不同結(jié)構(gòu)、不同加工工藝的刀片耐磨性進(jìn)行研究。本文的目的就是為了在不同的轉(zhuǎn)速、不同的作用力和不同的磨料的作用下，進(jìn)行磨料磨損的三維實(shí)驗(yàn)，具體如下：在投料處設(shè)計(jì)上下兩個(gè)投料箱，上箱中間安有隔板可選用同種或不同種的軟磨料進(jìn)行測(cè)試，下箱通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)攪拌棒進(jìn)行混料，將傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的帶輪傳動(dòng)，通過(guò)帶輪將動(dòng)力輸送給從動(dòng)軸上的橡膠輪，軸的一端和中間用支架支撐，中間安裝圓錐滾子軸承和擋油環(huán)。通過(guò)氣壓系統(tǒng)完成被測(cè)材料的進(jìn)給，并且可以通過(guò)手搖裝置實(shí)現(xiàn)更換被測(cè)材料，完成磨損測(cè)試試驗(yàn)。關(guān)鍵詞：軟磨料；橡膠輪；刀片；磨損；試驗(yàn)機(jī)

AbstractInthispaper,asoftabrasiveweartestingmachineisdesigned.Startingwiththematerialandmaterialprocessingtechnologyoftheblade,thewearresistanceofthebladewithdifferentmaterials,differentstructuresanddifferentprocessingtechnologyisstudied.Thepurposeofthispaperistocarryoutthree-dimensionalexperimentsofabrasivewearunderdifferentrotatingspeeds,differentforcesanddifferentabrasives.Thedetailsareasfollows:Theupperandlowerfeedingboxesaredesignedatthefeedingplace.Apartitionisinstalledinthemiddleoftheupperbox,andthesameordifferentkindsofsoftgrindingmaterialscanbeselectedfortesting.Thelowerboxdrivesthemixingrodtomixthematerialsthroughthemotor.Thetransmissiondeviceisdesignedasabeltpulleytransmissionwithsimplestructure.Thepoweristransmittedtotherubberwheelonthedrivenshaftthroughthebeltpulley.Oneendandthemiddleoftheshaftaresupportedbyasupport,andthetaperedrollerbearingandoilretainingringareinstalledinthemiddle.Thefeedingofthetestedmaterialiscompletedthroughthepneumaticsystem,andthetestedmaterialcanbereplacedthroughthemanualdevicetocompletetheweartest.Keywords:softabrasive;Rubberwheel;blade;Wear;testingmachine

目錄摘要 IAbstract II前言 IV第一章緒論 11.1磨料磨損的概述 11.2磨損試驗(yàn)機(jī)的研究現(xiàn)狀 21.3磨料磨損試驗(yàn)機(jī)發(fā)展前景 3第二章方案設(shè)計(jì) 52.1試驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì)介紹 52.2選用電動(dòng)機(jī)的選擇原則 62.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇與計(jì)算 72.4V帶選擇以及計(jì)算 92.5帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 142.6從動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 162.7聯(lián)軸器的選擇 172.8鍵的選擇 182.9滾動(dòng)軸承的選擇、計(jì)算和校核 202.10蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 22第三章氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 273.1氣壓傳動(dòng)的發(fā)展和特點(diǎn) 273.2氣壓傳動(dòng)的工作回路 27第四章有限元分析 304.1有限單元的分析方法 304.2關(guān)鍵部件的應(yīng)力分析 30結(jié)論 32參考文獻(xiàn) 33致謝 34附錄 35前言磨損是一種最基本的失效形式，它是指零件的幾何形狀縮小，使其失去原來(lái)的設(shè)計(jì)功能，這就是所謂的故障。失效指的是完全失去原有的功能，性能下降，存在重大損害或潛在危險(xiǎn)，持續(xù)使用將喪失可靠性和安全性。摩擦學(xué)中的磨料磨損是指物體表面與硬質(zhì)顆?；蛴操|(zhì)凸出物（包括硬金屬）相互摩擦引起表面材料損失的現(xiàn)象。磨料磨損是因?yàn)橐粋€(gè)表面堅(jiān)硬的突起部與另一個(gè)面接觸，或兩個(gè)磨面間有硬質(zhì)粒子，或該微粒嵌于兩個(gè)磨面的一面，當(dāng)兩個(gè)面發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)面的某一面的物料會(huì)產(chǎn)生位移。關(guān)于磨料磨損分類，有四種分類方式：第一種，鑿削式磨料磨損，粗糙磨料在磨具上產(chǎn)生大量的微粒。當(dāng)大量物料被運(yùn)輸或粉碎時(shí)，這些磨損往往會(huì)產(chǎn)生高應(yīng)力。如顎式破碎機(jī)中的齒板、輾輥。第二種，高應(yīng)力碾碎式磨料磨損，磨料在兩個(gè)工作面之間相互擠壓、磨擦，將磨料磨碎為更小的碎塊，其整體負(fù)荷可能很低，但局部應(yīng)力很大。例如磨棒、磨球、襯板、輥?zhàn)拥取５谌N，低應(yīng)力擦傷磨料磨損，疏松的研磨材料在表面上自由滑動(dòng)，不會(huì)造成研磨材料的斷裂。如犁頭、料倉(cāng)、漏斗、料車等犁地和運(yùn)輸工序。第四種，沖擊磨料磨損，磨料（一般為塊狀）在物料的表面上垂直或傾斜，與沖刷磨損類似，但是局部應(yīng)力更大。例如在破碎機(jī)上的一個(gè)滑道或一個(gè)錘頭。然而造成磨料磨損的影響因素中有金屬材料硬度，磨料的硬度，磨料顆粒的大小，金屬冷卻硬化及沖擊條件。目前社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)正處于快速發(fā)展的時(shí)期，隨著冶金、電力以及工程機(jī)械等行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)磨損危害的認(rèn)識(shí)有了相當(dāng)?shù)奶岣?。?jù)估計(jì)，世界上的能源消耗中約有1/3～1/2是由于摩擦和磨損造成的，在普通的機(jī)器設(shè)備中，大約80%的部件會(huì)因?yàn)槟p而損壞。在使用機(jī)器設(shè)備時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磨損，而磨料磨損是最普遍的一種，在生產(chǎn)生活中經(jīng)常發(fā)生磨損，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全行業(yè)中，磨料磨損所導(dǎo)致的損耗約為50%。農(nóng)作物秸稈資源的開發(fā)和利用對(duì)于國(guó)家和人民很重要，在生產(chǎn)過(guò)程中，稻草會(huì)影響到機(jī)器的能源的消耗，這也會(huì)導(dǎo)致刀片的材料消耗，從而影響到稻草的品質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，軟磨料與硬磨料的摩擦作用其實(shí)是相對(duì)的，其耐磨性能不僅由其本身的硬度決定，而且還與其硬度Hm與磨料硬度Ha之比有關(guān)，當(dāng)Hm/Ha大于1.3時(shí)，通常將其稱為“軟磨料磨損”。磨料磨損對(duì)人類的生產(chǎn)、社會(huì)生活造成了很大的影響，甚至危及到了人類的生命和財(cái)產(chǎn)。因此研究軟磨料磨損機(jī)理，提高機(jī)械設(shè)備的使用壽命和性能，對(duì)軟磨料的磨損問(wèn)題進(jìn)行深入的研究，不僅有利于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也有利于社會(huì)的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

第一章緒論1.1磨料磨損的概述摩擦學(xué)是一門綜合性的科學(xué)，包括摩擦學(xué)、材料學(xué)、材料力學(xué)、材料工程、工程化學(xué)等，摩擦學(xué)三大主題包括摩擦、磨損和潤(rùn)滑。當(dāng)前，進(jìn)行磨料磨損試驗(yàn)主要是為了了解被測(cè)材料在各種磨料情況下的磨料磨損情況，從而了解其特性。因此，對(duì)材料性質(zhì)的影響可以從磨料磨損試驗(yàn)中得到。由于磨料的磨損是由多種因素引起的，其機(jī)理和現(xiàn)象也是各不相同，而試驗(yàn)所用的機(jī)器種類也各不相同。在磨料磨損試驗(yàn)中，要精確地記錄磨料磨損過(guò)程中的數(shù)據(jù)，磨料磨損的測(cè)量技術(shù)和資料分析是機(jī)械設(shè)備效率、機(jī)械設(shè)備與摩擦之間關(guān)系的重要因素，磨損會(huì)使機(jī)械的工作性能下降，使其可靠性下降，并使設(shè)備提前報(bào)廢。零件的磨損過(guò)程，大致可分為三個(gè)階段；主要分為跑合磨合階段、穩(wěn)定磨損階段和嚴(yán)重磨損階段。(1)在跑合磨損階段新的摩擦副在運(yùn)轉(zhuǎn)早期，由于對(duì)偶面的表面粗糙度大、實(shí)際接觸面積小、接觸點(diǎn)數(shù)少、大部分接觸點(diǎn)面積大、接觸點(diǎn)粘附嚴(yán)重。在跑合磨損階段，為了避免摩擦副的損壞，通常采取空載和低速運(yùn)行；為了減少跑動(dòng)時(shí)間，也可以采用含添加劑和固體潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑材料，以便在高負(fù)荷和高速度下進(jìn)行跑合。跑步結(jié)束后，要進(jìn)行清洗，并更換新的潤(rùn)滑油。(2)穩(wěn)定磨損階段在此階段，磨損速度較慢，磨損速率較大，屬于一般工作狀態(tài)，圖1-1中相應(yīng)的橫坐標(biāo)就是摩擦副的耐磨壽命。(3)劇烈磨損階段在長(zhǎng)期穩(wěn)定磨損后，摩擦副之間的空隙和表面形態(tài)發(fā)生變化，并產(chǎn)生摩擦副的表面疲勞，使得摩擦副的磨損率急劇增加，從而降低機(jī)械效率，降低精度，產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲，摩擦副溫度迅速上升，最后造成摩擦副失效。在跑合和穩(wěn)定磨損階段，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有顯著的磨損。當(dāng)表面超過(guò)了疲勞的限度，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損，而滾動(dòng)軸承就是其中之一。跑合磨損階段的磨損速度比較快，進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段以后，在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)幾乎沒(méi)有磨損，沒(méi)有出現(xiàn)顯著的嚴(yán)重磨損。特別堅(jiān)硬的物料（例如工具等）的磨損都是此類，一些摩擦副的磨損，從一開始就有了加速磨損，比如氣門的磨損。在穩(wěn)定磨損階段，摩擦狀況維持不變，這一階段表示部件的使用壽命。在長(zhǎng)期的摩擦下，工件的表面會(huì)出現(xiàn)損傷，兩個(gè)相對(duì)移動(dòng)的表面間隙增大，同時(shí)也會(huì)引起更大的動(dòng)態(tài)負(fù)荷、噪聲和振動(dòng)。在這樣的條件下，潤(rùn)滑狀況不能很好的維持，摩擦副的溫度升高迅速，機(jī)械裝置的磨損率也隨之大幅提高。圖1-1材料的磨損與工作時(shí)間的曲線（磨損曲線）Fig.1-1curvebetweenmaterialwearandworkingtime(wearcurve)1.2磨損試驗(yàn)機(jī)的研究現(xiàn)狀磨料磨損實(shí)驗(yàn)旨在了解磨料的磨損現(xiàn)象和性質(zhì)，以準(zhǔn)確地評(píng)估各種因素對(duì)磨料磨損特性的影響，以求出滿足使用需求的最佳磨具參數(shù)。磨料磨損實(shí)驗(yàn)的研究范圍很廣，包括對(duì)磨損與潤(rùn)滑的機(jī)制、影響因素、新的耐磨、減磨、摩擦材料、潤(rùn)滑劑等。磨料磨損是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，其磨損情況也不同，測(cè)試手段和設(shè)備多種多樣，因此，如何準(zhǔn)確地獲得磨料磨損的參數(shù)是一個(gè)非常有意義的問(wèn)題。磨料磨損試驗(yàn)機(jī)是一種非常有用的測(cè)試裝置，它可以幫助研究和檢驗(yàn)機(jī)械工程中的磨損問(wèn)題及其影響因素。磨損試驗(yàn)機(jī)是一種重要的工業(yè)設(shè)備，它的存在直接影響著企業(yè)的生產(chǎn)、科研工作。在實(shí)際應(yīng)用中，磨損試驗(yàn)機(jī)是保證各類機(jī)械、交通工具、船舶、建筑物等的合理設(shè)計(jì)和使用的關(guān)鍵。因此，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)依據(jù)其力學(xué)特性選擇適當(dāng)?shù)牟牧希赃_(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的目的。否則，會(huì)造成資源的浪費(fèi)，或引起重大的意外。國(guó)外的磨損測(cè)試設(shè)備、拉伸測(cè)試設(shè)備，可分為三大類：機(jī)械、液壓、電動(dòng)三大類。另外，根據(jù)其它特性，也可劃分為高溫、低溫、大、小、自動(dòng)化等。機(jī)械式磨料磨損試驗(yàn)機(jī)中的加荷機(jī)構(gòu)、測(cè)力機(jī)構(gòu)通常都是由機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)完成。該試驗(yàn)機(jī)的工作精度高，工作穩(wěn)定。但是，由于測(cè)力機(jī)構(gòu)具有很大的慣性，使得載荷的加載速率有一定的局限性。液壓磨損試驗(yàn)機(jī)，采用液壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行載荷測(cè)試。與機(jī)械萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)相比，它具有負(fù)載均衡、負(fù)載均衡、加載速率可任意調(diào)整的特點(diǎn)。電子摩擦測(cè)試和電子拉伸測(cè)試設(shè)備是當(dāng)今世界上最重要的兩種技術(shù)。它是一種新的磨料磨損測(cè)試設(shè)備，它把電子技術(shù)用于測(cè)試機(jī)械載荷和變形系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)試和記錄。磨料磨損試驗(yàn)機(jī)用于評(píng)定材料的磨損機(jī)理和測(cè)定材料的摩擦系數(shù)，并可模擬各種材料在干摩擦、濕摩擦、磨料磨損等不同工況下磨損試驗(yàn)。1.3磨料磨損試驗(yàn)機(jī)發(fā)展前景近十年來(lái)，由于對(duì)材料性能的本質(zhì)精確度越來(lái)越高，自動(dòng)化技術(shù)、虛擬儀器等技術(shù)的飛速發(fā)展，使其在實(shí)際生產(chǎn)中得到了快速的發(fā)展。能運(yùn)用電腦技術(shù)進(jìn)行控制，測(cè)量，數(shù)據(jù)分析和研磨；因此，對(duì)磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了測(cè)量與控制。磨料磨損試驗(yàn)機(jī)是用于測(cè)量各種物料的性能指標(biāo)的儀器，它用于各種物料的質(zhì)量檢驗(yàn)、生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制、材料科學(xué)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面的試驗(yàn)。而在磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的拉伸、壓縮、彎曲和剪切試驗(yàn)尤其普遍。如果對(duì)其指示、記錄系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造，將會(huì)使儀器的技術(shù)性能和應(yīng)用價(jià)值得到極大的提升，從而為材料的研究、質(zhì)量控制和實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。常規(guī)磨料磨損試驗(yàn)機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)，該試驗(yàn)裝置有一定的缺陷。該系統(tǒng)通過(guò)油泵將燃油輸送到液壓油缸，并由流量調(diào)節(jié)閥來(lái)控制。油泵、測(cè)力油缸的液壓系統(tǒng)易出現(xiàn)故障，不僅會(huì)影響到測(cè)試設(shè)備的正常使用和測(cè)試質(zhì)量，還會(huì)增加維護(hù)工作的繁重；其油壓夾具的鉗口底座較為沉重，易受損傷；用擺式測(cè)力儀進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，擺錘的慣性較大，對(duì)負(fù)載的測(cè)量精度較差，而且量程較窄。電子磨料磨損試驗(yàn)機(jī)具有閉環(huán)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移控制能力；實(shí)驗(yàn)中不需要選定測(cè)量范圍，可以實(shí)現(xiàn)全流程的自動(dòng)化控制；該系統(tǒng)具有很好的性能，可以直接將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在PC上，計(jì)算并輸入測(cè)試結(jié)果，并打印出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)測(cè)試流程進(jìn)行控制，確保了測(cè)試的質(zhì)量。電子磨損試驗(yàn)機(jī)是將現(xiàn)代電子技術(shù)和先進(jìn)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)的一種大型精密試驗(yàn)設(shè)備，充分發(fā)揮了機(jī)器和電氣技術(shù)的各自優(yōu)勢(shì)，具有較高的技術(shù)含量和設(shè)計(jì)方法。應(yīng)用分布式技術(shù)，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的功能，實(shí)現(xiàn)了多種功能的組合管理和控制，實(shí)現(xiàn)了多種功能的測(cè)試。雖然磨料磨損試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)在有很大發(fā)展，但在某些領(lǐng)域仍有很大的進(jìn)步空間。例如，飛機(jī)等航空航天的機(jī)械，它內(nèi)部機(jī)械零件經(jīng)常工作在高空甚至真空的環(huán)境中。其工作是處于極端的溫度條件，并且經(jīng)常高負(fù)荷的運(yùn)行。如何在現(xiàn)實(shí)中模擬出這種惡劣的工作環(huán)境進(jìn)行磨料磨損測(cè)試仍然是困難所在。國(guó)內(nèi)有幾臺(tái)磨料磨損試驗(yàn)機(jī)，專門用于這種特殊的試驗(yàn)，但還在摸索中，不能用于實(shí)際生產(chǎn)。我認(rèn)為，今后的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)將會(huì)在下列方面發(fā)展：(1)使用一種高效率的機(jī)器及電機(jī)。該高性能電機(jī)具有高速調(diào)整比、高穩(wěn)定、無(wú)級(jí)變速等特點(diǎn)，可優(yōu)化電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，降低磨損量，延長(zhǎng)機(jī)器部件的使用壽命。機(jī)械設(shè)備的安全性、可靠性得到了提高。例如伺服電機(jī)、變頻電機(jī)。(2)應(yīng)用于高精度的測(cè)量與控制系統(tǒng)及資料處理系統(tǒng)。采用各種高精度的傳感器及可編程控制器，實(shí)時(shí)、精確地獲取多個(gè)信號(hào)，并利用閉環(huán)反饋調(diào)整系統(tǒng)，可以動(dòng)態(tài)地設(shè)置磨料磨損試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù)。(3)多元化的試驗(yàn)體系。在今后的發(fā)展中，將會(huì)有各種各樣的多用途測(cè)試設(shè)備，用于測(cè)試各種金屬材料和非金屬材料（尼龍、塑料）在滑動(dòng)、滾動(dòng)、復(fù)合摩擦、間歇摩擦等情況下的摩擦特性，并可以對(duì)各種材料在不同摩擦情況下進(jìn)行濕摩擦、干摩擦、磨料摩擦等進(jìn)行測(cè)試，從而測(cè)量出各種材料的摩擦因數(shù)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)的同時(shí)原位檢測(cè)如摩擦力、載荷力、在線磨損深度以及在線三維形貌（磨損深度、寬度、體積、粗糙度等）等。

第二章方案設(shè)計(jì)2.1試驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì)介紹該軟磨料磨損試驗(yàn)機(jī)主要是由主動(dòng)部分和手動(dòng)部分兩部分組成。如圖2-1所示，主動(dòng)部分主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，帶輪，傳送帶，傳動(dòng)軸，聯(lián)軸器，支架，軸承，螺栓，氣缸，橡膠輪，滑臺(tái)等。手動(dòng)部分主要包括手柄，蝸輪，蝸桿，螺母，圓盤等。在主動(dòng)部分上電機(jī)軸的伸出端通過(guò)小帶輪帶動(dòng)大帶輪中間用皮帶連接，大帶輪安裝在從動(dòng)軸上，中間安裝橡膠輪，在一端和中間用支架支撐，軸承安裝在支架上，對(duì)從動(dòng)軸起固定和支承作用；測(cè)試所需的軟磨料從上投料箱倒入，漏入下投料箱中，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)攪拌棒對(duì)投入的軟磨料進(jìn)行攪拌混合，可選用同種軟磨料或不同的軟磨料。通過(guò)氣缸的進(jìn)給推動(dòng)滑軌滑臺(tái)，滑臺(tái)上的轉(zhuǎn)臺(tái)通過(guò)手搖裝置帶動(dòng)蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)圓盤旋轉(zhuǎn)，平面圓盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)測(cè)試材料支架的旋轉(zhuǎn)。圖2-1軟磨料磨損試驗(yàn)機(jī)總體結(jié)構(gòu)Fig.2-1overallstructureofsoftabrasiveweartestingmachine1-底座2-機(jī)架3、10-電機(jī)4-帶輪5-橡膠輪6-支架7-軸承8-上投料箱9-下投料箱11-聯(lián)軸器12-攪拌棒13-氣缸14-滑臺(tái)15-被測(cè)材料16-接料箱整體中的設(shè)計(jì)由三個(gè)部分組成。第一部分：選擇YD90S-4型電機(jī)，驅(qū)動(dòng)普通V帶進(jìn)行傳動(dòng)。第二部分：小帶輪在電機(jī)的作用下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，大帶輪在V帶驅(qū)動(dòng)下作旋轉(zhuǎn)，再將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳至從動(dòng)軸上的橡膠輪，由裝料箱注入軟磨料，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)攪拌棒對(duì)投入的軟磨料進(jìn)行攪拌混合，橡膠輪對(duì)被測(cè)金屬進(jìn)行磨損試驗(yàn)。第三部分：對(duì)進(jìn)行磨料磨損試驗(yàn)的物料，采用螺栓，壓板等進(jìn)行緊固。本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并根據(jù)力學(xué)原理、機(jī)械傳動(dòng)等方面的知識(shí)，對(duì)整臺(tái)設(shè)備進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，繪制裝配圖、零件圖。最終達(dá)到了設(shè)計(jì)規(guī)范的整理和計(jì)算，并完成了整個(gè)設(shè)計(jì)。2.2選用電動(dòng)機(jī)的選擇原則2.2.1選擇要求(1)根據(jù)機(jī)器負(fù)載和系統(tǒng)運(yùn)行需要，選用與系統(tǒng)功能相適應(yīng)的電機(jī)。這樣，就可以在生產(chǎn)過(guò)程中，達(dá)到一系列的機(jī)械系統(tǒng)需求。(2)保護(hù)機(jī)械周圍環(huán)境的電動(dòng)機(jī)，滿足冷卻形式的需要。另外，電機(jī)的結(jié)構(gòu)也符合機(jī)器的安裝需求。(3)電動(dòng)機(jī)在使用期間，發(fā)生故障時(shí)，易于維護(hù)，安全性能高。機(jī)器設(shè)備要考慮電機(jī)的替換，因此要盡可能地使用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)機(jī)。2.2.2選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)的電氣機(jī)械性能電動(dòng)機(jī)的選型應(yīng)包括電動(dòng)機(jī)的電氣、機(jī)械零件等。GB/T12497-2006《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》的具體電機(jī)選型方法：(1)在決定采用何種電機(jī)之前，必須了解機(jī)器的負(fù)載和特性。在不需要特別的啟動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)速調(diào)整的情況下，采用籠型異步電機(jī)。選用GB18613-2006系列電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。(2)在需要啟動(dòng)、功率控制和轉(zhuǎn)速調(diào)整的情況下，所選擇的電機(jī)必須符合相應(yīng)的阻轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩，選擇的電機(jī)必須與調(diào)速方式相適應(yīng)。綜述，軟磨料磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)電機(jī)性能的要求不高，并具有防水、耐腐蝕的特點(diǎn)；采用YD90S-4型無(wú)級(jí)變速電機(jī)，可快速適應(yīng)測(cè)試需要的轉(zhuǎn)速。（圖2-2）圖2-2電動(dòng)機(jī)尺寸圖Fig.2-2dimensiondiagramofmotor表2-1電動(dòng)機(jī)尺寸明細(xì)表Table2-1listofmotordimensions中心高外形尺寸地腳螺栓安裝尺寸地腳螺栓孔直徑電動(dòng)機(jī)軸伸出尺寸鍵尺寸電機(jī)功率HL×HDA×BKD×EF×GP90（mm）315×195（mm）140×100（mm）10(mm)24×50（mm）8×20（mm）0.85（kw）2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇與計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)主要的作用是將動(dòng)力傳輸?shù)綇膭?dòng)軸上的橡膠輪，通過(guò)軟磨料的下落實(shí)現(xiàn)對(duì)所測(cè)試材料的磨損檢測(cè)。傳動(dòng)系統(tǒng)一般有帶傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)等。1）帶傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：(1)由于皮帶傳動(dòng)是柔性傳動(dòng)，其柔性、彈性好，能在減震等方面起到作用。(2)具有良好的傳動(dòng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、成本容易控制、維修方便快捷。(3)具有大的軸向負(fù)載。(4)當(dāng)傳動(dòng)帶受到張力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生彈性變形，使皮帶和帶輪產(chǎn)生彈性滑動(dòng)，其傳動(dòng)比不穩(wěn)定。(5)體積太大、效率不高。(6)皮帶使用壽命短，必須頻繁更換。2）齒輪傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：(1)與其它傳輸模式相比，效率更高。(2)不能使結(jié)構(gòu)松動(dòng)。(3)使用時(shí)間長(zhǎng)、工作穩(wěn)定。(4)變速器的傳動(dòng)比難以變化。(5)需要高精度的制造，而且還需要高的安裝費(fèi)用。3）鏈傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：(1)具有高的傳動(dòng)效率和精確的平均傳動(dòng)比。(2)在軸向上沒(méi)有太大的徑向壓力。(3)鏈條由金屬制成，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。(4)鏈傳動(dòng)具有制造、安裝精度低、成本低等特點(diǎn)。(5)僅有同向驅(qū)動(dòng)，且瞬時(shí)變速比不穩(wěn)定。表2-2傳動(dòng)類型Table2-2transmissiontype通過(guò)比較上述各類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，因電動(dòng)機(jī)與從動(dòng)軸之間的距離較遠(yuǎn)以及防止磨損測(cè)試系統(tǒng)卡死會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀等原因，最終采用普通V帶傳動(dòng)當(dāng)帶輪1進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)帶輪與皮帶之間的摩擦機(jī)理或嚙合，由V型傳送帶2向驅(qū)動(dòng)帶輪3傳送移動(dòng)和功率。帶式輸送機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在當(dāng)今各種機(jī)械上得到了廣泛應(yīng)用，它的傳遞性能穩(wěn)定，成本低，具有減震等基本性能。（圖2-3）圖2-3帶傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.2-3schematicdiagramofbeltdrivemovement2.4V帶選擇以及計(jì)算電機(jī)的型號(hào)是YD90S-4，其額定速度n=1500轉(zhuǎn)/分鐘，效率n=0.74，電動(dòng)機(jī)功率是Pd=0.81、確定計(jì)算功率Pca查表8-8得工作情況系數(shù)的數(shù)值KAPca=KA2、選擇V帶的帶型：根據(jù)Pca3、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書表8-7和表8-9，選取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1=7表2-3基準(zhǔn)直徑dd1Table2-3datumdiameterdd12）驗(yàn)算帶速v。按課本公式（8-13）驗(yàn)算帶的速度V=πdd1因?yàn)?m/s<v<30m/s，故帶速適合。3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書公式（8-15a），計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑Dd2=i0根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書表8-9，取大帶輪的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)直徑：dd2=250mm。4、確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld1）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書式（8-20），初定中心距a00.7227.5?a0初定中心距a0=500mm2）根據(jù)設(shè)計(jì)書式（8-22），計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度。L=2×5=1356mm（2-5根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書表8-2，采用皮帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度數(shù)值為L(zhǎng)d=13303）按照公式算出實(shí)際中心距a的數(shù)值：a=≈490mm（2-6）4）中心距的變化范圍為：amin=a?0.015amax=a+0.03L由公式得出，皮帶輪中心距的數(shù)值變化范圍為470mm至530mm；5、檢驗(yàn)小帶輪的包角數(shù)值。α=180°?=160°>120°6、計(jì)算帶的根數(shù)z。1）計(jì)算單根V帶的額定功率Pr由dd1=75mm和n=1500r/min，查表8-4，得P0=0.表2-4單根普通V帶額定功率Table2-4ratedpowerofsingleordinaryV-belt根據(jù)n=1500r/min，i=3和Z型帶，查表8-5得ΔP0=0.03表2-5單根普通V帶額定功率的增量Table2-5incrementofratedpowerofsingleordinaryV-belt查表8-6得Kα=0.95，查表8-2得KL=P=0.33+0.032）計(jì)算V帶的根數(shù)z。z=2.42(采用V帶根數(shù)為3根。7、計(jì)算一根V帶的初拉力F0根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書，表8-3查得Z型帶，單位長(zhǎng)度質(zhì)量q=0.060kg/m，所以F=500×=45.25N(計(jì)算壓軸力FPF=267N(表2-6V帶主要尺寸Table2-6maindimensionsofV-belt帶型Z型根數(shù)3根小帶輪基準(zhǔn)直徑d75mm大帶輪基準(zhǔn)直徑d250mmV帶中心距a490mm帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度L1330mm小帶輪包角α160°帶速5.89m/s單根V帶初拉力F45.25N壓軸力F267N 2.5帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.5.1小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖圖2-4小帶輪結(jié)構(gòu)圖Fig.2-4Smallpulleystructurediagram2.5.2小帶輪的主要尺寸計(jì)算表2-7小帶輪主要尺寸Table2-7maindimensionsofsmallpulley代號(hào)名稱計(jì)算公式代入數(shù)據(jù)尺寸取值內(nèi)孔直徑d電動(dòng)機(jī)軸直徑DD=24mm24mm分度圓直徑d75mmdadd75+2×177mmd1(1.8~2)d(1.8~2)×2445mmB(z-1)×e+2×f(3-1)×12+2×738mmL(1.5~2)B(1.5~2)×3860mm2.5.3大帶輪的結(jié)構(gòu)圖圖2-5大帶輪結(jié)構(gòu)圖Fig.2-5structuraldiagramoflargepulley2.5.4大帶輪的主要尺寸計(jì)算表2-8大帶輪主要尺寸Table2-8maindimensionsoflargepulley代號(hào)名稱計(jì)算公式代入數(shù)據(jù)尺寸取值內(nèi)孔直徑d輸入軸最小直徑D=17mm17mm分度圓直徑d250mmdadd250+2×1252mmd1(1.8~2)d(1.8~2)×1732mmB(z-1)×e+2×f(3-1)×12+2×738mmL(1.5~2)d(1.5~2)×1734mmD00.5（D1+d1）0.5×（225+32）128mmd0（0.2~0.3）（D1-d1）（0.2~0.3）×（225-32）40mm2.6從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)2.6.1軸的用途及分類軸是組成機(jī)器的主要零件之一。所有用于旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)部件都要裝在軸上，以便進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和傳輸。所以，軸的作用是支撐諸如齒輪等轉(zhuǎn)動(dòng)部件，并傳輸運(yùn)動(dòng)和扭矩。根據(jù)承載力的不同，可將其分成三大類：轉(zhuǎn)軸、主軸、傳動(dòng)軸。轉(zhuǎn)軸是同時(shí)承擔(dān)彎矩和扭矩的轉(zhuǎn)軸。這個(gè)軸適用于很多機(jī)械（例如減速齒輪的軸）。僅支承彎矩的軸是主軸。軸分為旋轉(zhuǎn)軸和靜止軸兩種類型（例如，自行車的前軸，鐵路車輛的軸）。主要承擔(dān)扭矩的軸叫做傳動(dòng)軸（例如汽車的驅(qū)動(dòng)軸）。2.6.2軸的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容軸系的設(shè)計(jì)與其它部件一樣，主要是由兩個(gè)方向的軸系和工作能力的計(jì)算組成。在進(jìn)行主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮到其結(jié)構(gòu)的合理性，否則將會(huì)對(duì)其裝配性、安全穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。若不能進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將增加制造成本，增加裝配困難。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。軸的工作特性包括：強(qiáng)度，剛度，振動(dòng)，穩(wěn)定性等。在大多數(shù)情況下，軸的性能與其強(qiáng)度有關(guān)。通過(guò)對(duì)軸桿進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，能夠有效地防止其發(fā)生變形、斷裂。主要設(shè)計(jì)參數(shù)軟磨料磨損試驗(yàn)機(jī)從動(dòng)軸采用的是實(shí)心軸，材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知；按許用應(yīng)力計(jì)算公式為：d≥35Tτd為所計(jì)算剖面處軸的直徑（mm）；T為計(jì)算軸傳遞的額定轉(zhuǎn)矩（N*mm），T=9550000P/n；[τ]為該軸材料許用轉(zhuǎn)應(yīng)力（MPa）；試驗(yàn)機(jī)能夠加載的最大載荷為2000N。摩擦系數(shù)的取值為0.30。計(jì)算從動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩為T=（9550000*2000*5.89*0.3）/1500=22500（N*mm） (2-15)查機(jī)械設(shè)計(jì)書表15-3，45號(hào)鋼的τ的范圍是25到45MPa，取30MPa將數(shù)據(jù)帶入公式；d=35Tτ=35×22500所以從動(dòng)軸的最小直徑為16mm，由于要開一個(gè)鍵槽，軸徑增大5%到7%，dmin=為滿足軸上零件的定位尺寸的需求，故軸的尺寸參數(shù)如下；（1）軸L12和軸L56安裝軸承及擋油環(huán)，考慮到鍵槽所受到的摩擦力矩，將主軸擴(kuò)大到22mm。因軸承同時(shí)受到徑向力和軸向力的作用，選擇單列圓錐滾子軸承32022，其尺寸為d×D×T=22mm×44mm×15mm，軸承寬度B=15mm，還要考慮擋油環(huán)的寬度，所以D12=22mm，L12=30mm=L56。左端的滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，查機(jī)械設(shè)計(jì)書表15-2得定位軸肩高度h=2mm，因此，D23=26mm。（2）軸L45要安裝橡膠輪，已知橡膠輪的寬度為55mm。為能可靠的壓緊橡膠輪，此軸段應(yīng)略小于橡膠輪的寬度，選取L45=52mm,D45=28mm，橡膠輪與軸之間采用螺釘進(jìn)行固定，左端采用軸肩定位，h=2，D34=32mm，軸環(huán)的寬度b≥1.4h，取L（3）軸L67要安裝V帶輪進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)遞，選取L67=80mm，D67=17mm，帶輪與軸的周向定位采用平鍵連接，由表6-1查得平鍵截面b×h=5×5（4）其他軸端數(shù)據(jù)，L23=50mm，D56=22mm。圖2-6軸的安裝尺寸圖Fig.2-6installationdimensionofshaft2.7聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器一種常見的機(jī)械傳動(dòng)元件。主要用于將軸與軸相連接（或?qū)⑤S與其它旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相聯(lián)結(jié)）用于傳遞功率和轉(zhuǎn)矩，它還可以作為一個(gè)安全的工具。按接頭對(duì)不同的相對(duì)位移是否存在補(bǔ)償?shù)怯洠瑢⑵鋭澐譃閮纱箢悾簞傂择詈希ú痪哂醒a(bǔ)償功能）和柔性耦合（具有補(bǔ)償功能）。撓性耦合可以分為兩類，即不含彈性的撓性耦合和帶彈性的撓性耦合。在本此軟磨料磨損試驗(yàn)機(jī)中，選擇使用梅花彈性聯(lián)軸器（圖2-7）。特點(diǎn)：梅花彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕、傳遞扭矩高；有效改善機(jī)械的運(yùn)行質(zhì)量和穩(wěn)定性；當(dāng)軸與軸安裝時(shí)出現(xiàn)偏差，彈性體的鼓形齒避免了應(yīng)力集中；有效糾正軸向、徑向、和角向的安裝偏差。柔性部件的材料是高強(qiáng)度聚氨酯，該部件具有耐磨、耐腐蝕、承載能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)和安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的梅花彈性間隔體材料是這個(gè)聯(lián)軸器的一大優(yōu)勢(shì)，不同的硬度和溫度承受力，來(lái)滿足實(shí)際應(yīng)用的性能標(biāo)準(zhǔn)。圖2-7梅花彈性聯(lián)軸器Fig.2-7Plumblossomflexiblecoupling2.8鍵的選擇2.8.1鍵的選擇原則鍵是一種可兼容的部件，用以實(shí)現(xiàn)軸套與輪轂間的圓周定位，從而實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞。在某些情況下，也可以為軸上部件的軸向定位和軸向位移提供引導(dǎo)。鍵的主要形式有四種：楔形鍵連接、平鍵連接、半圓鍵連接、切線連接，平鍵連接的結(jié)構(gòu)（圖2-8）。圖2-8普通平鍵連接Fig.2-8ordinaryflatkeyconnection鍵的兩邊都是工作面，在工作時(shí)，軸的側(cè)向和鍵槽會(huì)產(chǎn)生扭矩，軸上表面與軸凹槽底部表面之間會(huì)有一道裂縫。平鍵連接因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于拆裝、便于裝配、具有較好的中性特性而得到了廣泛的應(yīng)用。該鍵不能承受軸向力，因而不能起到將部件緊固到軸上的作用。2.8.2帶輪的鍵選擇及校核大帶輪與從動(dòng)軸，采用普通平鍵的尺寸數(shù)值為：b×h×l=5×5×28（mm），工作長(zhǎng)度:l'=28-5=23mm，則鍵聯(lián)接所能傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩為：T=0.25=58.65N·m表2-9普通平鍵的主要尺寸（摘自GB/T1096-2003）Table2-9themaindimensionsofordinaryflatkeys(takenfromGB/T1096-2003)普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為：σP=2000Tkld式中：T為傳遞的轉(zhuǎn)矩（T=Fy=Fd2k為鍵與輪轂鍵槽的接觸高度的數(shù)值，k=0.5h，h表達(dá)鍵的高度，mm；l為代表鍵工作長(zhǎng)度，mm，圓頭平鍵l=L-b；d為安裝普通平鍵軸的直徑，mm；[σP]為鍵、軸、輪轂；采用三者中最弱的許用擠壓應(yīng)力，MPa，取值為130MPa，見表2-10表2-10鍵連接的許用擠壓應(yīng)力、許用壓力Table2-10allowableextrusionstressandallowablepressureofkeyconnection則大帶輪處鍵的強(qiáng)度為：σ==120MPa≤σP故鍵滿足強(qiáng)度要求。小帶輪處的選擇與校核；該處采用的普通平鍵尺寸數(shù)值為：b×h×l=8×7×32（mm），工作長(zhǎng)度:l'=32-8=24mm，則鍵聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為：T=0.25hld=0.25×7×32×24×=161N·m則小帶輪處鍵的強(qiáng)度為：σ==119MPa≤σP故鍵滿足強(qiáng)度要求。2.9滾動(dòng)軸承的選擇、計(jì)算和校核在當(dāng)今社會(huì)，滾動(dòng)軸承是一種廣泛使用的機(jī)械零件，它的內(nèi)外圈之間存在著一個(gè)滾動(dòng)體，它依賴于各主要零件的滾動(dòng)接觸來(lái)支持轉(zhuǎn)動(dòng)零件。滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)是啟動(dòng)力矩小，旋轉(zhuǎn)精度高，易于選擇。滾動(dòng)軸承的構(gòu)造見圖2-9，它包括四個(gè)部件：內(nèi)環(huán)1，外環(huán)2，滾動(dòng)體3，保持器4。一般采用內(nèi)環(huán)與軸頸安裝，外環(huán)與支座孔相匹配。內(nèi)環(huán)一般隨軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)，外環(huán)固定于支座孔，外環(huán)可作轉(zhuǎn)動(dòng)，但內(nèi)環(huán)與軸頸不能轉(zhuǎn)動(dòng)，或內(nèi)外環(huán)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著內(nèi)環(huán)和外環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，滾動(dòng)件在內(nèi)環(huán)和外環(huán)的軌跡之間滾動(dòng)。圖2-9滾動(dòng)軸承Fig.2-9rollingbearing2.9.1軸承的選擇、計(jì)算及校核根據(jù)軸設(shè)計(jì)部分選定軸承，查手冊(cè)可知32022軸承，基本額定動(dòng)載荷Cr=26KN軸承的選擇、計(jì)算及校核初步選擇滾動(dòng)軸承。選取單列圓錐滾子軸承30202，其中其參數(shù)如下所示：d×D×T=22mm×44mm×15mm，e=0.40,Y=1.5，根據(jù)軸的校核部分計(jì)算可知FNV1=-1315.5N，F(xiàn)NV2Fr1=FFr2=FNV2則Fd1=Fr1Fd2=FrFd則Fa1=Fd1=492.75Fd則Fa2=Fd1+Fa=1095.25N則Fa1Fr1=492.751478.25=則PrPr1=Fr則Lh=10故合格 故所選軸承滿足壽命要求。2.10蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算蝸輪驅(qū)動(dòng)是一種在兩個(gè)空間交錯(cuò)的軸之間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力的傳動(dòng)裝置。1)采用單頭蝸桿，蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)一次，蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一次，就可以達(dá)到大的傳動(dòng)比。在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)中，總的傳動(dòng)比i為5-80；在分度和手工傳動(dòng)中，最大的齒輪比為300；在僅傳遞的情況下，傳動(dòng)比可以達(dá)到10000。因?yàn)槠渚哂休^大的傳動(dòng)比和較小的部件，所以其結(jié)構(gòu)非常緊湊。2)在蝸輪驅(qū)動(dòng)中，由于蝸輪齒輪是連續(xù)的，所以蝸輪與蝸輪的嚙合是逐步進(jìn)行的，而且齒對(duì)的嚙合也比較多，所以沖擊負(fù)荷很小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音很小。3)蝸桿的螺旋線上升角度比嚙合表面等效摩擦角小時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。4)蝸輪傳動(dòng)類似于螺旋齒輪，其嚙合部位存在相對(duì)滑動(dòng)。在高速滑移和惡劣工況下，會(huì)出現(xiàn)更大的摩擦和磨損，導(dǎo)致過(guò)度加熱，導(dǎo)致潤(rùn)滑狀況惡化。因而，摩擦力損耗大，效率低；在自動(dòng)鎖定的情況下，其效率約為0.4。2.10.1蝸桿傳動(dòng)的類型根據(jù)蝸桿形狀的不同，蝸桿傳動(dòng)可以分為圓柱蝸桿傳動(dòng)(圖2-10)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)(圖2-11)和錐蝸桿傳動(dòng)(圖2-12)等。在蝸桿驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)中，要充分考慮不同的蝸桿驅(qū)動(dòng)特性、不同的驅(qū)動(dòng)方式、不同的工作環(huán)境以及不同的運(yùn)行工況，從而達(dá)到不同的性能需求。圖2-10圓柱蝸桿傳動(dòng)圖2-11環(huán)面蝸桿傳動(dòng)圖2-12錐蝸桿傳動(dòng)Fig.2-10cylindricalwormdriveFig.2-11toroidalwormdriveFig.2-12conicalwormdrive2.10.2蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算1.選擇材料設(shè)計(jì)手搖蝸桿，人手的搖臂速度大約是30rpm，傳動(dòng)比為31，輸出功率160W，效率80%，由于蝸桿的傳動(dòng)功率不大，速度小，故蝸桿的材料選用45鋼，齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5，金屬模鑄造。2.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。由機(jī)械設(shè)計(jì)書式（11-10）m2d≥KT1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T按z1=1，效率η=0.8，則T=9.55×=9.55×=1.263×106N*mm2)確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)Kβ=1;由機(jī)械設(shè)計(jì)書表11-5選取使用系數(shù)KAK=1×1.15×1.05≈1.21(2-33)3）確定彈性影響系數(shù)Z因選用的是鑄錫鋅鉛青銅蝸輪與鋼蝸桿相配，故Z4）確定蝸輪齒數(shù)z2z2=z5）確定需用接觸應(yīng)力σ根據(jù)蝸輪材料為鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC，可從表11-7中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力σH，=應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60jn壽命系數(shù)KHN=8σH=K6)計(jì)算m2m2d1因z1=1，故從表11-2中取模數(shù)m=5mm，蝸桿分度圓直徑d1=90mm。3.蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸1）中心距a=d12）蝸桿軸向齒距pa=15.708mm;直徑系數(shù)q=18;齒頂圓直徑da1=100mm;齒根圓直徑df1=783）蝸輪蝸輪分度圓直徑d2=m蝸輪喉圓直徑da2=蝸輪齒根圓直徑df2=d蝸輪咽喉母圓半徑rg2=4.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度σF=1.53KT當(dāng)量齒數(shù)zv2=根據(jù)zv2=31.14，從圖11-17螺旋角系數(shù)Yβ=1?γ許用彎曲應(yīng)力σF=σ從表11-8中查得由鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力σ壽命系數(shù)KFN=9σF=32×1.177=37.664MPaσF=1.53×1.21×152800彎曲強(qiáng)度滿足。5.驗(yàn)算效率ηη=0.95~0.96tanγ已知γ=3°10°47°=vs=π從表11-18中用插值法查得fv=0.0572、

第三章氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1氣壓傳動(dòng)的發(fā)展和特點(diǎn)氣壓傳動(dòng)以壓縮氣體為工作介質(zhì)，通過(guò)氣體的壓力來(lái)進(jìn)行動(dòng)力和信息的傳輸。該系統(tǒng)通過(guò)管路、控制閥將壓縮氣體傳輸至氣動(dòng)執(zhí)行器，將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；該系統(tǒng)采用氣動(dòng)邏輯器件或噴流器件來(lái)完成邏輯計(jì)算等功能?？諝鈩?dòng)力系統(tǒng)包括氣源，氣動(dòng)執(zhí)行元件，氣動(dòng)控制閥，氣動(dòng)輔助元件。氣壓致動(dòng)器將氣壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，用于驅(qū)動(dòng)汽缸、起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)等工作部件。氣壓控制閥用于調(diào)整氣流方向、壓力和流量，可將其分成方向、壓力和流量三大類。氣動(dòng)輔助部件有：空氣凈化用的分水過(guò)濾器、提高空氣潤(rùn)滑效果的噴嘴、消音器、管接頭等?？諝鈩?dòng)力裝置中也有空氣感應(yīng)器，用于感知和傳送各種資訊。3.1.1氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)(1)由于氣壓驅(qū)動(dòng)的工作介質(zhì)為空氣，對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染；(2)由于空氣驅(qū)動(dòng)的工作介質(zhì)粘度較低，因此流體阻力較小，壓力損失較小，有利于氣體的集中供應(yīng)和長(zhǎng)距離運(yùn)輸；(3)快速反應(yīng)；(4)工作環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，在使用合適的材料后，可在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)腐蝕等環(huán)境下工作；(5)造價(jià)低廉、使用安全、不會(huì)發(fā)生爆炸、觸電等事故，并能實(shí)現(xiàn)過(guò)載自動(dòng)防護(hù)；(6)由于壓縮空氣的工作壓力小，所以對(duì)氣動(dòng)部件材料的要求也比較低。3.2氣壓傳動(dòng)的工作回路3.2.1工作回路結(jié)構(gòu)和工作原理由可調(diào)節(jié)氣壓缸與兩位五通換向閥串聯(lián)在一起，在空氣泵啟動(dòng)后，空氣管道會(huì)自動(dòng)排出