拉伸試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)

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1、 摘 要 由于機(jī)械裝備在各種類型的腐蝕環(huán)境中服役，腐蝕環(huán)境會(huì)加劇機(jī)械裝備的腐蝕失效；而且在腐蝕環(huán)境中機(jī)械構(gòu)件往往還要承受各種類型的應(yīng)力的作用，應(yīng)力的作用會(huì)大大加速金屬構(gòu)件的腐蝕失效，所以必須對(duì)機(jī)械裝備在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)交互作用下〔力學(xué)化學(xué)作用〕的腐蝕行為進(jìn)行研究，這就需要相應(yīng)的試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，由此引入了對(duì)電化學(xué)腐蝕加載試驗(yàn)機(jī)的研究和設(shè)計(jì)。 金屬材料的力學(xué)化學(xué)腐蝕研究主要是對(duì)金屬的局部塑性變形－電化學(xué)溶解的交互效應(yīng)進(jìn)行研究，常用的外加載荷類型有靜載荷和動(dòng)載荷兩種。其中較多的加載方式為使用慢拉伸試驗(yàn)機(jī)加載，慢拉伸試驗(yàn)機(jī)既可以提供指定應(yīng)變速率的動(dòng)載荷，也可以提供不同范圍的靜載荷。在研究動(dòng)

2、載荷對(duì)力學(xué)化學(xué)行為的影響時(shí)，應(yīng)變速率和應(yīng)變幅是影響材料電化學(xué)行為的重要參量，一般應(yīng)變速率越慢，金屬材料的力學(xué)化學(xué)效應(yīng)表現(xiàn)的越明顯，因此通常要求慢拉伸試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)變速率較低，一般使用應(yīng)變速率范圍為10-5～10-6，本文根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)了在0-3KN的靜載荷拉伸試驗(yàn)機(jī)和0-10KN的慢拉伸試驗(yàn)機(jī)。 關(guān)鍵詞：慢拉伸試驗(yàn)機(jī)；靜載荷試驗(yàn)機(jī)；動(dòng)載荷；力學(xué)電化學(xué)腐蝕 Abstract As mechanical equipments served in various corrosion environments, corrosive media will

3、aggravate corrosion failure of mechanical equipments, moreover regularly mechanical parts served in corrosion environments sustain various kinds of applied stress, applied stress will greatly enhance the corrosion rate of mechanical part and accelerate its corrosion failure .so it is necessary to in

4、vestigate the corrosion behavior of mechanical parts under interactions of corrosive media and applied stress, so corresponding testing machine is required to carry out interrelated experiments. Research and design of electrochemical corrosion loading testing machine is imported in this thesis. The

5、 research on the mechanochemical corrosion of metals mainly aims on the interactions of electrochemical dissolution and local plastic deformations. In mechanochemical corrosion experiments both dead load and dynamic load are used, but the main load mode is dynamic load acquired through slow strain r

6、ate tension testing machine. Slow strain rate tension machine can provide dynamic load of fixed strain rare and wide-range dead load. Strain rate and strain amplitude are the parameters that can significantly affect the mechanochemical corrosion behavior of metals, ordinarily the slower is the strai

7、n rate, and the more obvious is the mechanochemical interactions. so the strain rate of slow strain rate tension testing machine is set in the range of 10-5～10-6.0-3KN dead load tension testing machine and 0-10KN slow strain rate tension machine are designed in this thesis. Keywords: slow strain

8、rate tension test machine；dead load tension machine；dynamic load；mechanoelectrochemical corrosion 目 錄 第一章 總 論 1 1.1試驗(yàn)機(jī)的開展概況 1 1.1.1試驗(yàn)機(jī)的概述 1 1.1.2試驗(yàn)機(jī)分類 1 1.2電化學(xué)腐蝕加載試驗(yàn)機(jī)的引入 2 1.2.1材料腐蝕的研究 2 1.2.2電化學(xué)腐蝕加載試驗(yàn)機(jī)的引入 3 1.3課題的內(nèi)容及意義 3 1.3.1課題內(nèi)容 3 1.3.2課題意義 4 第二章 靜載荷加載試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)

9、5 2.1 靜載荷加載試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)要求 5 2.2靜載荷加載試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方案 5 2.3 靜載荷加載試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì) 5 2.3.1基座設(shè)計(jì) 5 2.3.2拉力傳感器的選用 6 2.3.3夾頭設(shè)計(jì) 6 2.3.4 匹配部件選用 7 2.4校核 7 2.4.1 螺栓強(qiáng)度校核 7 2.4.2 螺紋強(qiáng)度校核 8 第三章 慢拉伸試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì) 9 3.1 慢拉伸試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)要求 9 3.2慢拉伸試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)方案 9 3.3 慢拉伸試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)步驟 9 第四章 慢拉伸試驗(yàn)機(jī)傳動(dòng)設(shè)備選擇 11 4.1 試驗(yàn)機(jī)參數(shù) 11 4.2 電動(dòng)機(jī)選擇 11 4.3 標(biāo)準(zhǔn)減速器的選擇

10、11 4.3.1 標(biāo)準(zhǔn)減速器1 11 4.3.2 標(biāo)準(zhǔn)減速器2 12 4.4 鏈傳動(dòng) 12 4.4.1鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 4.4.2鏈輪的尺寸及結(jié)構(gòu) 14 4.5 蝸輪-蝸桿傳動(dòng) 15 4.5.1 蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn) 15 4.5.2 蝸輪-蝸桿傳動(dòng)計(jì)算 16 4.5.3 蝸輪-蝸桿結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的根本幾何尺寸 18 4.5.4 蝸輪-蝸桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 4.6 螺旋傳動(dòng) 21 4.6.1螺旋傳動(dòng)特點(diǎn) 21 4.6.2 螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 21 4.6.3 螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu) 24 4.7 軸的校核 24 4.7.1 蝸桿軸 24 4.7.2 小鏈輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 30

11、 4.7.3 大鏈輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 34 4.8軸承校核 36 4.8.1蝸桿兩端軸承 36 4.8.2小鏈輪兩端的軸承 38 4.8.3 蝸輪兩端的軸承 39 4.9聯(lián)軸器的選擇 40 4.9.1電動(dòng)機(jī)-減速器處聯(lián)軸器選擇 40 4.9.2標(biāo)準(zhǔn)減速器間聯(lián)軸器選擇 40 4.9.3 小鏈輪處聯(lián)軸器的選擇 41 4.9.4 蝸桿-大鏈輪處聯(lián)軸器的選擇 41 4.10 鍵的選擇 41 4.10.1電動(dòng)機(jī)輸出端 41 4.10.2大鏈輪軸輸出端 42 4.10.3 蝸輪軸輪轂處 42 第五章 機(jī)架及匹配設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型 44 5.1 機(jī)架設(shè)計(jì) 44 5.2 電解池 4

12、4 5.3 拉力傳感器 44 5.4 軸承座 45 5.5 其它設(shè)備 46 5.6 校核 46 第六章 總結(jié) 48 致謝 49 參考文獻(xiàn) 50 第一章 總 論 1.1試驗(yàn)機(jī)的開展概況 試驗(yàn)機(jī)的概述 試驗(yàn)機(jī)是在各種條件、環(huán)境下測(cè)定金屬材料、非金屬材料、機(jī)械零件、工程結(jié)構(gòu)等的力學(xué)性能的精密測(cè)試儀器。在研究探索新材料、新工藝、新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的過程中，試驗(yàn)機(jī)是一種不可缺少的重要測(cè)試儀器。廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通運(yùn)輸、等工業(yè)部門以及大專院校、科研院所的相關(guān)實(shí)驗(yàn)室。對(duì)合理選材和設(shè)計(jì)

13、、改良工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低本錢、保證產(chǎn)品平安可靠等都具有重要作用。 試驗(yàn)機(jī)分類 試驗(yàn)機(jī)的種類繁多，有多種不同的分類方法。 按照傳統(tǒng)分類方法可以分為：金屬材料試驗(yàn)機(jī)、非金屬材料試驗(yàn)機(jī)、動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)、振動(dòng)臺(tái)和無損探傷機(jī)等五大類。 按用途分類：測(cè)定機(jī)械性能用試驗(yàn)機(jī)和工藝試驗(yàn)用試驗(yàn)機(jī) 按加載方法分類:靜負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)(靜態(tài))和動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)(動(dòng)態(tài)) 靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)主要包括： ☆萬能試驗(yàn)機(jī)：液壓萬能試驗(yàn)機(jī)和電子萬能試驗(yàn)機(jī) ☆壓力試驗(yàn)機(jī) ☆拉力試驗(yàn)機(jī) ☆扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī) ☆蠕變?cè)囼?yàn)機(jī) 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)機(jī)主要包括：疲勞試驗(yàn)機(jī)、動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)、單向脈動(dòng)疲勞試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)等 。 按測(cè)力方式分類：機(jī)

14、械測(cè)力試驗(yàn)機(jī)和電子測(cè)力試驗(yàn)機(jī) 按控制方式分類：手動(dòng)控制和微機(jī)伺服控制試驗(yàn)機(jī) 按油缸位置分類：油缸上置式和油缸下置式試驗(yàn)機(jī) 該畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及到的拉伸腐蝕試驗(yàn)機(jī)屬于拉力試驗(yàn)機(jī)〔也稱拉力機(jī)〕，拉力機(jī)是用來對(duì)材料進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、剝離等力學(xué)性能試驗(yàn)用的機(jī)械加力的試驗(yàn)機(jī)，適用于塑料板材、管材、異型材，塑料薄膜及橡膠、電線電纜、防水卷材、金屬絲等材料的各種物理機(jī)械性能測(cè)試，其使用行業(yè)范圍遍布：科研院所、商檢仲裁機(jī)構(gòu)、大專院校以及橡膠、輪胎、塑料、電線電纜、制鞋、皮革、紡織、包裝、建材、石化、航空等行業(yè)，為材料開發(fā)、物性試驗(yàn)、教學(xué)研究、質(zhì)量控制、進(jìn)料檢驗(yàn)、生產(chǎn)線的隨機(jī)檢驗(yàn)等不可缺少的檢測(cè)設(shè)備

15、。 1.2電化學(xué)腐蝕加載試驗(yàn)機(jī)的引入 1.2.1材料腐蝕的研究 金屬材料是國(guó)家建設(shè)和社會(huì)開展的支柱和重要根底，國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和高新技術(shù)的開展都離不開金屬材料，而金屬材料在使用過程中總是處在腐蝕介質(zhì)等環(huán)境中，通常很容易發(fā)生腐蝕和失效等問題。材料腐蝕和失效不僅給國(guó)家?guī)碇卮蟮慕?jīng)濟(jì)損失和大量資源和能源的消耗，還會(huì)給設(shè)備、裝備、建筑物及人身平安帶來威脅。因此開展對(duì)金屬材料在自然環(huán)境〔大氣、水、土壤〕中的腐蝕試驗(yàn)，通過長(zhǎng)期的觀察與檢測(cè)，積累腐蝕數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的分析研究，掌握各類材料在典型自然環(huán)境中的腐蝕規(guī)律，對(duì)于控制材料的自然環(huán)境腐蝕，減少經(jīng)濟(jì)損失，為新材料的研究開發(fā)、傳統(tǒng)材料質(zhì)量與性能

16、的提高，以及防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)的制定提供科學(xué)依據(jù)，為重點(diǎn)工程的建設(shè)和國(guó)防建設(shè)中的合理選材、科學(xué)用材、采用正確的防護(hù)措施、保證工程質(zhì)量和可靠性提供科學(xué)依據(jù)具有十分重要的意義。 為了充分的利用腐蝕數(shù)據(jù)庫中所得到的大量數(shù)據(jù)，必須對(duì)在加載條件下的金屬自然環(huán)境腐蝕行為進(jìn)行研究。以往的對(duì)金屬在加力條件下的腐蝕行為研究主要集中在應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、氫致開裂和摩耗腐蝕等特定的腐蝕模式，但是金屬在應(yīng)力作用下的腐蝕行為并不等同于應(yīng)力腐蝕或者是腐蝕疲勞等特定的腐蝕模式，力學(xué)化學(xué)效應(yīng)應(yīng)該是一種金屬在應(yīng)力腐蝕環(huán)境作用下的整體效應(yīng)，這種效應(yīng)是必然的，這種效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致金屬腐蝕行為的加速和腐蝕特征的改變，進(jìn)而形成應(yīng)力腐蝕、腐蝕

17、疲勞等特定的腐蝕模式，但是在應(yīng)力作用時(shí)應(yīng)力腐蝕或腐蝕疲勞等腐蝕模式的出現(xiàn)并不是必然的，只有在特定的條件下才可能出現(xiàn)。國(guó)外及近年來國(guó)內(nèi)的一些研究成果證明應(yīng)力在腐蝕過程中起著不可忽略的作用。為了研究在應(yīng)力作用下應(yīng)力對(duì)金屬腐蝕行為的影響和判斷在無應(yīng)力條件下的自然腐蝕數(shù)據(jù)能否推廣到存在應(yīng)力的環(huán)境下，有必要對(duì)金屬腐蝕的力學(xué)化學(xué)交互行為進(jìn)行研究。 然而，現(xiàn)在大多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一般都是在無應(yīng)力作用下〔只有試樣自重的作用，不包括內(nèi)應(yīng)力的作用〕的腐蝕數(shù)據(jù)，所以在進(jìn)行現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理之余，還有一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的問題，在日常生活中很多金屬構(gòu)件是承力構(gòu)件，這些承力構(gòu)件在自然條件下的腐蝕危害更加嚴(yán)重。顯然金屬在承載不同應(yīng)力時(shí)的自

18、然環(huán)境腐蝕規(guī)律和無應(yīng)力下的自然環(huán)境腐蝕規(guī)律是不同的，所以在無應(yīng)力條件下得到的自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)是不能直接應(yīng)用到承載應(yīng)力條件下的。這就自然發(fā)生如下的問題，應(yīng)力對(duì)腐蝕的機(jī)理和表征參量的影響是什么樣的？無應(yīng)力下的腐蝕數(shù)據(jù)能否在實(shí)際受力的狀態(tài)下使用？應(yīng)該如何充分利用在無應(yīng)力狀態(tài)下的腐蝕數(shù)據(jù)？如果有影響的話，應(yīng)該如何進(jìn)行修正和進(jìn)一步試驗(yàn)？如果要對(duì)金屬在力學(xué)化學(xué)作用下的腐蝕行為進(jìn)行研究就需要一種能夠提供力和腐蝕環(huán)境的加載設(shè)備——電化學(xué)腐蝕加載試驗(yàn)機(jī)。 1.2.2電化學(xué)腐蝕加載試驗(yàn)機(jī)的引入 面對(duì)各種新型材料及日趨復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，需要產(chǎn)生與之相應(yīng)的試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，這就引入了對(duì)電化學(xué)腐蝕加載試驗(yàn)機(jī)的研究

19、。在力學(xué)化學(xué)研究中，一般主要是對(duì)金屬的局部塑性變形－電化學(xué)溶解的交互效應(yīng)進(jìn)行研究，使用的外加載荷類型有靜載荷和動(dòng)載荷兩種類型。采用較多的加載方式是拉伸試驗(yàn)機(jī)加載，拉伸試驗(yàn)機(jī)既可以提供動(dòng)載荷，也可以提供靜載荷。在研究動(dòng)載荷對(duì)力學(xué)化學(xué)行為的影響時(shí)，應(yīng)變速率和應(yīng)變幅是影響材料電化學(xué)行為的重要參量，一般應(yīng)變速率越慢，材料的力學(xué)化學(xué)作用表現(xiàn)的越明顯，而且應(yīng)變速度不同，金屬可能的斷裂方式也不同。通常使用的應(yīng)變速率范圍為10-5～10-6。這就需要一個(gè)能滿足拉伸速率要求的拉力試驗(yàn)機(jī)。 在電化學(xué)腐蝕的研究中主要用到靜載荷和慢拉伸兩種不同類型的加載試驗(yàn)機(jī)。靜載荷加載試驗(yàn)機(jī)不需要專門的動(dòng)力設(shè)備，可通過螺母對(duì)工件

20、施加載荷，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加載方便的特點(diǎn)，但施加載荷不宜過大；慢拉伸試驗(yàn)機(jī)動(dòng)力是通過電動(dòng)機(jī)提供，通過一系列的減速設(shè)備將應(yīng)變速率降到需要值，以實(shí)現(xiàn)指定應(yīng)變速率下的慢拉伸實(shí)驗(yàn)。 1.3課題的內(nèi)容及意義 1.3.1課題內(nèi)容 該課題為電化學(xué)腐蝕條件下的拉力試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)，主要是在一般拉力試驗(yàn)機(jī)的根底上再為被拉伸材料附加一個(gè)電化學(xué)腐蝕電解池。根據(jù)加載方式的不同設(shè)計(jì)了靜載荷拉力試驗(yàn)機(jī)和慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)機(jī)。其中靜載荷拉力試驗(yàn)機(jī)是在腐蝕條件下對(duì)工件施加一個(gè)靜拉力，主要測(cè)試的是在恒載荷及腐蝕的聯(lián)合作用下材料的腐蝕行為；慢拉伸試驗(yàn)機(jī)是在腐蝕條件下給工件一個(gè)較慢的拉伸應(yīng)變速度〔約為〕，以測(cè)試材料在動(dòng)載荷下的電化

21、學(xué)行為。 本設(shè)計(jì)中靜載荷拉伸試驗(yàn)機(jī)為一個(gè)便攜式拉伸試驗(yàn)機(jī)，示意圖如圖2-1所示。拉伸試驗(yàn)機(jī)的主體由三局部構(gòu)成：底座、拉力傳感器和電解池。圖2-1中底座上有三塊支撐板，支撐板旁邊用加強(qiáng)筋增大強(qiáng)度，可以承受較大載荷。拉力顯示儀由兩局部構(gòu)成，一局部是拉壓力傳感器，另一局部是和拉力傳感器相連接的數(shù)字顯示儀。電解池系統(tǒng)由電解池和試樣構(gòu)成，試樣封裝在電解池中，進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量時(shí)，在電解池中注入腐蝕溶液。電解池由內(nèi)徑50的有機(jī)玻璃管加工而成，上端開口，可以注入腐蝕溶液。拉壓力傳感器和試樣通過螺栓串接起來，兩者具有相同的應(yīng)力狀態(tài)，試樣承受的拉力可以從與應(yīng)力傳感器連接的數(shù)字顯示儀中讀出，加載應(yīng)力結(jié)合試樣的橫截面

22、積可以算出實(shí)際加載應(yīng)力的大小，實(shí)際應(yīng)變可以結(jié)合在試樣上添加應(yīng)變片來進(jìn)行核準(zhǔn)。該裝置可以在范圍內(nèi)自由加載，具有加載靈活和便攜的特點(diǎn)。 慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)機(jī)方面見圖3-1所示，轉(zhuǎn)速由電動(dòng)機(jī)輸出后，經(jīng)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)減速器減速后再經(jīng)過鏈傳動(dòng)使其與蝸桿相聯(lián)接，而蝸輪-蝸桿那么改變轉(zhuǎn)速的傳遞方向，最后通過螺旋傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成豎直方向的直線運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的拉伸。應(yīng)力-應(yīng)變曲線那么通過拉力傳感器測(cè)得并由LM-15函數(shù)記錄儀記錄。力學(xué)化學(xué)作用時(shí)采用的慢應(yīng)變拉伸試驗(yàn)速率一般為10-5－10-6m/s，設(shè)計(jì)出的試驗(yàn)機(jī)速率能滿足這一要求。 以上兩款試驗(yàn)機(jī)可以很好的滿足實(shí)驗(yàn)要求，尤其可貴的是其能為實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)穩(wěn)定

23、的電化學(xué)腐蝕環(huán)境，能很好的模擬相關(guān)材料的實(shí)際應(yīng)力腐蝕狀態(tài)。 1.3.2課題意義 隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的開展，金屬材料在應(yīng)力作用下的腐蝕問題嚴(yán)重性已經(jīng)為各國(guó)所認(rèn)識(shí)并引起重視，工程結(jié)構(gòu)和設(shè)備在使用過程中往往同時(shí)遭受應(yīng)力和環(huán)境的共同作用，從而產(chǎn)生了應(yīng)力腐蝕。 要對(duì)該應(yīng)力腐蝕行為進(jìn)行研究普通試驗(yàn)機(jī)無法進(jìn)行，這就需要一種能為材料提供電化學(xué)腐蝕環(huán)境的試驗(yàn)機(jī)，而該課題所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)機(jī)剛好可以滿足該要求，尤其是慢拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸速率僅為10-5-10-6m/s，這樣就可以讓材料處于可控制的應(yīng)變速率下的對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)，從而為進(jìn)行金屬材料在力學(xué)化學(xué)環(huán)境中的腐蝕行為研究提供了設(shè)備保障。

24、 第二章 靜載荷加載試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì) 2.1 靜載荷加載試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)要求 1.能在0-3的范圍內(nèi)自由加載； 2.為工件提供一個(gè)電化學(xué)腐蝕環(huán)境； 3.具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加載靈活、使用方便的特點(diǎn)。 2.2靜載荷加載試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方案 1-拉應(yīng)力傳感器 2-試樣 3-基座 4-有機(jī)玻璃電解池 5-加強(qiáng)筋 圖2-1 靜載荷加載試驗(yàn)機(jī)示意圖 靜載荷加載試驗(yàn)機(jī)主要是在額定載荷下對(duì)樣件進(jìn)行拉力實(shí)驗(yàn)的儀器。如圖2-1所示為靜載荷加載試驗(yàn)機(jī)的示意圖。該試驗(yàn)機(jī)的主體由三局部構(gòu)成：底座、拉力

25、傳感器和電解池。其中底座采用焊接的方式，故要選取焊接性較好的金屬做材料，這樣做既不影響試驗(yàn)機(jī)的整體實(shí)驗(yàn)性能也可以降低加工難度；拉力傳感器可以選用標(biāo)準(zhǔn)儀器；由于實(shí)驗(yàn)用的工件為板狀的故應(yīng)設(shè)計(jì)專門的夾具用來夾持，而拉力傳感器那么是用帶螺紋的套筒進(jìn)行連接，方便易實(shí)現(xiàn)。圖2-1中底座上有三塊支撐板，支撐板旁邊用加強(qiáng)筋增大強(qiáng)度，可以承受較大載荷。拉力顯示儀由兩局部構(gòu)成，一局部是拉壓力傳感器，另一局部是和拉力傳感器相連接的數(shù)字顯示儀。電解池系統(tǒng)由電解池和試樣構(gòu)成，試樣封裝在電解池中，進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量時(shí)，在電解池中注入腐蝕溶液。電解池由內(nèi)徑的有機(jī)玻璃管加工而成，上端開口，可以注入腐蝕溶液。拉壓力傳感器和試樣通過

26、螺栓串接起來，兩者具有相同的應(yīng)力狀態(tài)，所以試樣承受的拉力可以從與應(yīng)力傳感器連接的數(shù)字顯示儀中讀出。應(yīng)力用螺母旋轉(zhuǎn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為軸向運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行加載，所得到的載荷為靜載荷，該裝置可以在0-3范圍內(nèi)自由加載，具有加載靈活和方便的特點(diǎn)。 2.3 靜載荷加載試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì) 2.3.1基座設(shè)計(jì) 試驗(yàn)機(jī)基座有焊接、鑄造及螺栓等多種組合形式。在滿足實(shí)驗(yàn)要求的前提下，考慮到本試驗(yàn)機(jī)為便攜式的，體積較小且制造本錢和加工難度等多種因素，本試驗(yàn)機(jī)采用焊接式基座〔見靜載荷加載試驗(yàn)機(jī)裝配圖〕。力學(xué)模態(tài)選用板殼結(jié)構(gòu)，基座材料選用焊接性能較好的結(jié)構(gòu)鋼Q235，而其余局部如夾具、螺栓及套筒等選用強(qiáng)度較高的45號(hào)鋼，其屈服點(diǎn)

27、=300。 2.3.2拉力傳感器的選用 選用LLJC2型傳感器，其量程為0～5KN可以滿足試驗(yàn)機(jī)要求。該傳感器采用先進(jìn)的膜梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，外形小，安裝方便。具有高的可靠性，可以廣泛由于各類工業(yè)稱重及拉力測(cè)量中，其結(jié)構(gòu)及參數(shù)見表2-1。 表2-1 拉力傳感器尺寸及技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù) 外形根本尺寸 2.3.3夾頭設(shè)計(jì) 夾緊裝置可分為兩大類：產(chǎn)生力源的局部及加緊局部；由于本試驗(yàn)機(jī)是專用來對(duì)薄板進(jìn)行力學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的，故此夾頭無需將工件夾緊，只需在夾頭上開個(gè)孔用螺栓將工件和夾頭聯(lián)接即可滿足，制造簡(jiǎn)單方便，試驗(yàn)時(shí)拉伸應(yīng)力主要由螺栓承受，所以設(shè)計(jì)完成時(shí)應(yīng)對(duì)螺栓的剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。

28、 夾頭1的根本結(jié)構(gòu)尺寸，如圖２-2所示。 圖2-2 夾頭1 夾頭2的結(jié)構(gòu)及未標(biāo)尺寸與夾頭1相同，如圖2-3所示。 圖2-3 夾頭2 2.3.4 匹配部件選用 1.套筒用來聯(lián)接傳感器，使其兩端分別與夾頭及軸相聯(lián)〔如圖2-4〕。 圖2-4 套筒 2.夾頭處選用M8×30螺栓，加載螺母選用和螺桿螺紋相匹配的用來加載。 2.4校核 螺栓強(qiáng)度校核[2] 聯(lián)接夾頭和工件的螺栓選用M8×30，校核螺栓的剪切強(qiáng)度 其中：—橫向載荷，取=3000 —螺栓剪切面的直徑，取=8 —剪切面數(shù)量，取=2

29、 —螺栓的許用剪應(yīng)力，===120 于是 =120 所以，螺栓滿足強(qiáng)度要求。 被聯(lián)接件的孔壁強(qiáng)度校核 其中：、—同上 接觸厚度 計(jì)算對(duì)象的許用擠壓應(yīng)力== 那么， 所以，被聯(lián)接件的孔壁強(qiáng)度滿足要求。 螺紋強(qiáng)度校核[5] 由表5-8查得螺紋件材料的屈服極限；該處螺紋承受變載荷，查表5-10取螺紋連接的平安系數(shù)，那么螺紋連接件的許用拉應(yīng)力為 螺紋所受實(shí)際應(yīng)力為 由于﹥，所以螺紋強(qiáng)度滿足要求。 第三章 慢拉伸試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì) 3.1 慢拉伸試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)要求

30、1． 在0~10的范圍內(nèi)自由加載； 2． 提供較低的拉伸速率約為：； 3． 各局部設(shè)計(jì)符合機(jī)械設(shè)計(jì)的根本原那么，匹配設(shè)備選擇合理； 4． 在能滿足要求的前提下，應(yīng)本著節(jié)約本錢、安裝方便的原那么。 3.2慢拉伸試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)方案 慢拉伸試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)局部〔減速局部〕設(shè)計(jì)方案如圖3—1所示。 蝸輪6輸出的轉(zhuǎn)速經(jīng)螺旋傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成豎直方向上的直線運(yùn)動(dòng)，而螺桿與夾頭相聯(lián)，使其與螺桿一起做直線運(yùn)動(dòng)，這樣即可對(duì)試驗(yàn)機(jī)上工件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。 １—電動(dòng)機(jī) 2—聯(lián)軸器 3—標(biāo)準(zhǔn)減速器 4—鏈傳動(dòng) 5—蝸桿 6—蝸輪 7—支承座 圖3—1 3.3 慢拉伸試

31、驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)步驟 1．查閱文獻(xiàn)，了解慢拉伸試驗(yàn)機(jī)的根本工作原理及開展?fàn)顩r。 2．根據(jù)要求確定方案〔如圖2—1〕。 3．根據(jù)方案，完成各局部的設(shè)計(jì)計(jì)算及相關(guān)設(shè)備的選擇。 ①．確定傳動(dòng)方案及整體的傳動(dòng)比。 ②．根據(jù)負(fù)載對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選擇。 ③．選擇減速器，本試驗(yàn)機(jī)選用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)減速器。 ④．鏈傳動(dòng)計(jì)算，其中高速級(jí)與第二個(gè)減速器相聯(lián)，低速級(jí)與蝸桿相聯(lián)。 ⑤．用一個(gè)蝸輪蝸桿傳動(dòng)進(jìn)一步減速并且改變傳遞方向，使其有一個(gè)豎直方向的傳動(dòng)。 ⑥．最后通過螺旋傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的拉伸。 ⑦．試驗(yàn)機(jī)機(jī)身的設(shè)計(jì)。 4．繪出裝配圖及各局部零件圖。

32、 第四章 慢拉伸試驗(yàn)機(jī)傳動(dòng)設(shè)備選擇 4.1 試驗(yàn)機(jī)參數(shù) 拉力=10 拉伸速度 4.2 電動(dòng)機(jī)選擇［６］ 試驗(yàn)機(jī)工作時(shí)所需的最大功率： 所需電動(dòng)機(jī)的功率：= 式中：=為電動(dòng)機(jī)到試驗(yàn)機(jī)總的傳遞效率 其中：為每個(gè)聯(lián)軸器的效率，取=0.99 為標(biāo)準(zhǔn)減速器的效率，取=0.93 為標(biāo)準(zhǔn)減速器的效率，取=0.93 為每對(duì)軸承的效率，取=0.98 為鏈傳動(dòng)的效率，取=0.97

33、 為蝸輪蝸桿的傳動(dòng)效率，取=0.7 為螺旋傳動(dòng)的效率，取=0.42 那么：= 所以， = 由?機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?知，選Y90S-6型的電動(dòng)機(jī)，其額定功率，滿載轉(zhuǎn)速，同步轉(zhuǎn)速為 4.3 標(biāo)準(zhǔn)減速器的選擇［６］ 4.3.1 標(biāo)準(zhǔn)減速器1 試選用型號(hào)為ZDY80的減速器，其公稱輸入功率,傳動(dòng)比，公稱輸入轉(zhuǎn)速；驗(yàn)證該減速器是否可行。 1．選用減速器的額定功率 拉力試驗(yàn)機(jī)載荷均勻，能夠保持二十四小時(shí)內(nèi)連續(xù)加載，查表15-2-8得 選取啟動(dòng)系數(shù)和可靠系數(shù)，查表15-2-10得=1.12，=1.56；載荷功率為 == 按式〔15-2-8〕計(jì)算，得出計(jì)算功率

34、為 == 所選減速器的公稱輸入功率=7。 ＜,滿足要求 2．校核熱平衡許用功率 查表15-2-11～表15-2-13查得：環(huán)境溫度系數(shù)—；載荷系數(shù)—；由于非常小，可以取較大值=5。 按式〔15-2-2〕計(jì)算，得出熱平衡許用功率為 == 對(duì)于ZDY80型減速器=12～25,＜,故滿足條件。 所以該減速器可以選用。 標(biāo)準(zhǔn)減速器2 對(duì)第二個(gè)減速器也選用上述型號(hào)，驗(yàn)證該減速器是否可行。 1．選用減速器的額定功率 拉力試驗(yàn)機(jī)載荷均勻，能夠保持二十四小時(shí)內(nèi)連續(xù)加載，查表15-2-8得 選取啟動(dòng)系數(shù)和可靠系數(shù)，查表15-2-10得=1.12，=1.56；載荷功率： ==

35、 按式〔15-2-8〕計(jì)算，得出計(jì)算功率： == 所選減速器的公稱輸入功率=7。 ＜,滿足要求 2．校核熱平衡許用功率 查表15-2-11～表15-2-13查得：環(huán)境溫度系數(shù)—；載荷系數(shù)—；由于非常小，可以取較大值=5。 按式〔15-2-2〕計(jì)算，得出熱平衡許用功率： == 對(duì)于ZDY80型減速器=12～25,＜,故滿足條件。 所以可以選用。 該標(biāo)準(zhǔn)減速器根本參數(shù)為 輸入軸直徑，輸出軸的直徑，中心高。 4.4 鏈傳動(dòng) 鏈傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)，它由鏈條和鏈輪組成。通過鏈輪輪齒和鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，具有制造與安裝精度要求低，本錢低及傳動(dòng)輕便的特點(diǎn)。根據(jù)以上特點(diǎn)本

36、處采用鏈傳動(dòng)。 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算［３］ 本處采用滾子鏈傳動(dòng)。其結(jié)構(gòu)主要有滾子、套筒，銷軸、內(nèi)鏈板和外鏈板組成。 ：鏈輪輸入軸轉(zhuǎn)速為：，輸入功率，輸入轉(zhuǎn)矩： 1．選擇傳動(dòng)比，小鏈輪齒數(shù)， 大鏈輪齒數(shù) 2． 確定計(jì)算功率 由表13-2-3得工況系數(shù)=1.0，那么設(shè)計(jì)功率為 由圖13-2-4查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)=0.887；圖13-2-5得=1 特定條件下單排鏈傳遞的功率為 3．選擇鏈條型號(hào)和節(jié)距 根據(jù)=及，又圖13-2-1知，可選05B型鏈條，其節(jié)距p=8。 驗(yàn)算小鏈輪軸孔最大許用直徑=53，那么：=53 4．計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距 初定中心距= 由于＜4，那么，

37、 取=320 以節(jié)距計(jì)的初定中心距為 鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)為 查表13-2-7得，k=22.80，那么 取鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù) 鏈條長(zhǎng)度為 由表13-2-8查得=0.24825,那么其計(jì)算中心距為 實(shí)際中心距 其中取 5．鏈條速度，確定潤(rùn)滑方式 由知，該傳動(dòng)為低速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采用定期人工潤(rùn)滑。 6．計(jì)算軸上力 有效圓周力為 由于該傳動(dòng)為水平傳動(dòng)，那么作用在軸向力為 鏈輪的尺寸及結(jié)構(gòu) 1〕鏈輪結(jié)構(gòu)尺寸 1．分度圓直徑，那么 小鏈輪分度圓直徑為 大鏈輪分度圓直徑為 2． 齒頂圓直徑為 帶入數(shù)據(jù)得：，取 ，取

38、3． 齒根圓直徑為 帶入數(shù)據(jù)得：， 4．分度圓齒高為 帶入數(shù)據(jù)得：， 5．齒側(cè)凸緣直徑為 帶入數(shù)據(jù)得： ， 其中，由表13-2-1查得為 6．輪轂厚度為 其中：，， 帶入數(shù)據(jù)得：大鏈輪輪轂厚度 ，取厚度為14 7．取輪轂長(zhǎng)度，查表13-2-15得 2〕 軸面齒廓尺寸見表4-1 表4-1 鏈輪軸面尺寸 名稱 計(jì)算公式 齒寬 齒側(cè)凸輪圓角半徑 齒側(cè)倒角 齒側(cè)半徑 3〕 鏈輪結(jié)構(gòu) 小鏈輪尺寸較小加工時(shí)

39、將它和軸制成一個(gè)整體〔見裝配圖〕，大鏈輪制成孔板式〔如圖4-1所示〕。 4.5 蝸輪-蝸桿傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn) 蝸桿傳動(dòng)是空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩軸線交錯(cuò)的夾角一般為。該傳動(dòng)的特點(diǎn)為： 1．當(dāng)使用單頭蝸桿〔相當(dāng)于單線螺紋〕時(shí)，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，因而能實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比。 2．在蝸桿傳動(dòng)中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合及逐漸推出嚙合的，同時(shí)嚙合的齒對(duì)又較多，故沖擊載荷小，傳遞平穩(wěn)，噪聲低。 3．當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)便具有自鎖性。 基于蝸桿傳動(dòng)所具有的以上等特點(diǎn)，所以在該處選用蝸桿傳動(dòng)較好

40、。 圖4-1 大鏈輪結(jié)構(gòu) 蝸輪-蝸桿傳動(dòng)計(jì)算［３］ ：輸入功率 蝸桿轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)比 工作壽命要求： 1． 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用漸開線蝸桿〔ZI〕 2． 選擇材料 考慮到傳動(dòng)功率及速度均較小，故蝸桿用45號(hào)鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45～55HRC。蝸輪用ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造。 3． 初選幾何參數(shù) 參照表14-4-4，當(dāng)=70時(shí)；=1，==70 4． 計(jì)算蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩 粗取傳動(dòng)效率為 = 作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩為

41、 5． 確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)表14-4-13當(dāng)蝸輪材料為錫青銅時(shí)， 由表14-4-14查得 由圖14-4-10查得滑動(dòng)速度=0.05m/s 采用噴油潤(rùn)滑，由圖14-4-2求得 由圖14-4-4中公式求得 根據(jù)的值由圖14-4-4查得=1.44 所以= 6． 求載荷系數(shù) 由表14-4-13知： 設(shè)＜3m/s，按表14-4-13取=1；查表14-4-16，8級(jí)精度時(shí)=1.0；由于=100,由圖14-4-5得=1.0；由表14-4-17查得；由表14-4-18查得；由圖14-4-6查得=1.0。那么， 7． 計(jì)算和值 綜合考慮各種因素，查表14-4-3，取，那

42、么,所以=10 8． 主要幾何尺寸 9． 蝸輪齒面接觸強(qiáng)度校核驗(yàn)算 由表14-4-13 中校核公式知 因?yàn)椹?，所以接觸強(qiáng)度夠。 10．齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 同樣由表14-4-13中的公式校核 由圖14-3-4查得，蝸輪齒形變形系數(shù)=0.46 蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角= 節(jié)圓=，=，那么： 由表14-4-14可查得許用彎曲應(yīng)力=70 由圖14-4-4可查得壽命系數(shù)=1.0，那么： ＜，滿足彎曲強(qiáng)度要求 蝸輪-蝸桿結(jié)構(gòu)

43、傳動(dòng)的根本幾何尺寸 1〕 蝸桿結(jié)構(gòu)傳動(dòng)根本幾何尺寸見表4-2。 表4-2 蝸桿結(jié)構(gòu)尺寸 (單位：) 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 結(jié)果 中心距 160 蝸桿直徑系數(shù) 根據(jù)計(jì)算查手冊(cè) 10 模數(shù) 根據(jù)計(jì)算查手冊(cè) 4 蝸桿頭數(shù) 1 齒形角 傳動(dòng)比 70 蝸輪變位系數(shù) 0 蝸桿導(dǎo)程 12.56 蝸桿分度圓直徑 40 蝸桿齒頂圓直徑 48 蝸桿齒根圓直徑 30.4 蝸桿軸向齒

44、距 12.56 頂隙 0.8 蝸桿齒頂高 4 蝸桿齒根高 4.8 蝸桿齒高 =+ 8.8 蝸桿導(dǎo)程角 漸開線蝸桿基圓導(dǎo)程角 蝸桿齒寬 70 蝸桿軸向齒厚 6.28 蝸桿法向齒厚 6.25 蝸桿節(jié)圓直徑 40 2〕蝸輪結(jié)構(gòu)傳動(dòng)根本幾何尺寸見表4-3。 表4-3 蝸桿結(jié)構(gòu)尺寸 (單位：) 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 結(jié)果 蝸輪齒數(shù) 70 蝸輪變位系數(shù)

45、 0 蝸輪分度圓直徑 280 蝸輪喉圓直徑 288 蝸輪齒根圓直徑 270.4 蝸輪齒頂高 4 蝸輪齒根高 4.8 蝸輪齒高 =+ 8.8 蝸輪咽喉母圓半徑 16 蝸輪齒寬角 蝸輪輪緣寬度 34 蝸輪節(jié)圓直徑 280 蝸輪-蝸桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1〕蝸桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 蝸桿螺旋局部的直徑不大，所以將其和軸做成一個(gè)整體，結(jié)構(gòu)如圖4-2所示，蝸桿在該處受力不大，所以采用有退刀槽的結(jié)構(gòu)，螺旋局部可以車制，也可以銑制，加工較為靈活。 圖4-1 蝸桿結(jié)構(gòu) 2〕蝸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 蝸輪

46、采用輪箍式，青銅輪緣和鑄鐵輪心通過配合，如圖4-2所示。 為了防止輪緣的軸向竄動(dòng)，除加臺(tái)肩外，周圍另加了8個(gè)螺栓固定，擰入后螺栓多余局部鋸掉。輪緣和輪心的結(jié)合形式及輪心輻板的結(jié)構(gòu)形式及主要參數(shù)見表4-4所示。 表4-4 蝸輪結(jié)構(gòu)參數(shù) 結(jié)構(gòu)圖 結(jié)構(gòu)參數(shù) ， 取 ， 為增加蝸輪強(qiáng)度取 取 圖4-2　　蝸輪結(jié)構(gòu) 4.6 螺旋傳動(dòng) 螺旋傳動(dòng)特點(diǎn) 螺旋傳動(dòng)一般是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，或反過來將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)進(jìn)行能量和力的傳遞，本試驗(yàn)機(jī)是將蝸輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。由于滑動(dòng)螺旋具有：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，本錢低廉

47、；②當(dāng)螺紋升角小于摩擦角時(shí)，能自鎖；③傳動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)。所以該處采用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。 實(shí)現(xiàn)這種傳遞有兩種方案：螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿作直線運(yùn)動(dòng)；螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母作直線運(yùn)動(dòng)。綜合考慮多種因素，第一種傳遞方案實(shí)現(xiàn)較容易實(shí)現(xiàn)且傳遞比后者更穩(wěn)定，所以，選擇前一種方案將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。 螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算［３］ ：軸向最大工作載荷,螺母轉(zhuǎn)速 1．選擇材料和許用應(yīng)力 螺桿材料選45鋼，調(diào)質(zhì)處理，； 由表12-1-10可得 ，該處取 螺母材料選用ZCuSn10Pb1。由表12-1-10可得 ，取50； ，取35 試驗(yàn)機(jī)系低速傳動(dòng)，由表12-1-9查得：，取20 2．按耐磨性計(jì)算螺紋中徑

48、 由表12-1-4中公式(1)，取=2，那么得 = 由GB/T5796.3-1986〔見第2卷〕可選，，，，，的梯形螺紋，8級(jí)精度。 螺母高度為 ==，取= 所以，螺紋圈數(shù)為 圈10～12圈 滿足要求。 工作壓強(qiáng)為 由于，所以滿足要求。 3．自鎖性驗(yàn)算 由于系單頭螺紋，導(dǎo)程，故螺紋升角為 由表12-1-7鋼對(duì)青銅，取0.09，可得 ＜，故自鎖可靠。 4．螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算 由表12-1-3，螺紋摩擦力矩為 帶入表12-1-4之式〔4〕得 由于＜，所以螺桿強(qiáng)度滿足

49、要求。 5． 螺母螺紋強(qiáng)度驗(yàn)算 因螺母材料強(qiáng)度低于螺桿，故只驗(yàn)算螺母螺紋強(qiáng)度即可。 由表12-1-4得，牙根寬度：；根本牙型高：=0.5=2。 代入表12-1-4中的式〔7〕及〔8〕有 ＜ ＜ 所以螺母的螺紋強(qiáng)度滿足要求。 4． 螺桿剛度驗(yàn)算 鋼的彈性模量，剪切彈性模量 那么，橫向載荷使導(dǎo)程產(chǎn)生的變形 = 轉(zhuǎn)矩使導(dǎo)程產(chǎn)生的變形 所以導(dǎo)程的總變形量 螺桿每米長(zhǎng)的螺距變形量為 查表12-1-6對(duì)于8級(jí)精度螺桿每米長(zhǎng)的許用螺距變形量為55，所以，螺桿剛度可以滿足要求。 圖4-3 螺母結(jié)構(gòu) 5． 效率

50、計(jì)算 由表12-1-4中式〔16〕并視支撐該螺旋傳動(dòng)的為推力軸承，效率為0.98時(shí)， 螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu) 在螺旋傳動(dòng)中將螺桿與夾頭通過螺紋相連對(duì)工件實(shí)現(xiàn)拉伸；螺母那么通過螺釘固定在蝸輪外表，使其能隨蝸輪而轉(zhuǎn)動(dòng)；螺母除和螺桿嚙合的局部外，還應(yīng)再多出約40mm長(zhǎng)的加工孔，以便拉伸工件時(shí)，螺桿有足夠的行程；螺母上做出軸肩以實(shí)現(xiàn)對(duì)推力軸承的支承。螺母結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。 4.7 軸的校核 蝸桿軸 1．求蝸桿軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 由蝸桿設(shè)計(jì)計(jì)算局部知蝸桿軸上分度圓直徑：，功率：，轉(zhuǎn)速：，蝸輪轉(zhuǎn)矩： 于是 2．求作用在蝸桿上的力 圓周力 徑向力 軸向力 3． 初

51、步確定軸的最小直徑［５］ 先按式〔15—2〕初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15—3，取，于是得 根據(jù)蝸桿尺寸及與其它部件的聯(lián)接情況取蝸桿的最小尺寸為16，此處是與手柄聯(lián)在一起的。 4． 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ⑴　擬定軸上零件的裝配方案 各零件的裝配方案見圖4-4 ⑵　根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1〕 根據(jù)聯(lián)軸器的選擇知Ⅰ—Ⅱ直徑，長(zhǎng)度。 2〕 為滿足半聯(lián)軸器軸向定位要求，Ⅰ—Ⅱ段左端要有一軸肩，且設(shè)計(jì)Ⅱ—Ⅲ處安裝軸承，根據(jù)受力情況選擇角接觸球軸承，查手冊(cè)表7-

52、2-61,選擇7005C系列角接觸球軸承，其根本尺寸,那么該段直徑，由于該段右側(cè)對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行定位，故該段長(zhǎng)度要取比軸承寬度略大的值，取該段長(zhǎng)。左端軸承利用軸肩定位，查得表7-2-52取61804系列深溝球軸承的定位軸肩高度，那么?、蟆舳屋S肩直徑。 3〕 考慮到蝸輪尺寸較大，蝸桿采用軸承固定并最終固定在軸承座上，所以要在軸承與蝸桿之間留有足夠的空間，使蝸輪蝸桿得以嚙合，將該段做成階梯軸〔如下圖〕。?、簟醵屋S的直徑，長(zhǎng)；?、酢龆屋S的直徑，長(zhǎng)。 4〕 整個(gè)蝸桿在軸承間作對(duì)稱布置作對(duì)稱布置〔如圖4-3所示〕。 5〕

53、在試驗(yàn)機(jī)上安裝工件時(shí)，為了調(diào)節(jié)夾頭間間距，應(yīng)在蝸桿最左端安裝一個(gè)手柄以便對(duì)其進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，根據(jù)該處特點(diǎn)，遵循手動(dòng)調(diào)節(jié)方便的原那么選用球頭手柄，由手冊(cè)9-1-8選用型球頭手柄。由此確定Ⅷ—Ⅸ段軸的直徑，長(zhǎng)。 至此，蝸桿軸上各段直徑和長(zhǎng)度已全部確定。 圖4-4 軸的結(jié)構(gòu)與裝配方案 ⑶ 軸上零件的周向定位 　　　聯(lián)軸器與軸的周向定位，采用平鍵連接，軸端的直徑為20查?機(jī)械手冊(cè)?，選擇A型平鍵，其尺寸為：。 ⑷ 確定軸上圓角和倒角尺寸 軸端的倒角為，圓角半徑見裝配圖。 至此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根本完成 ⒌ 求

54、軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，如圖4-4，做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，見圖4-5所示。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取。對(duì)7005C型角接觸球軸承，由手冊(cè)中查得，而軸承是作對(duì)稱布置的。因此，作為簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距234.4。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖見圖4-5。 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出C是軸的危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將計(jì)算出的截面C處的、及的值列于表4-5中。 表4-5 載 荷 水平面 垂直面 支反力 ， 彎矩 ， 總彎矩 扭矩 ⒍ 按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面〔即危險(xiǎn)截面

55、C〕的強(qiáng)度。按式〔15-5〕及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查的。 因此＜，故平安。 ⒎ 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 ⑴ 判斷危險(xiǎn)截面 Ⅰ—Ⅲ之間只受扭矩作用，雖然鍵槽及軸肩所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭矩強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以Ⅱ、Ⅲ截面均無需校核。 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，Ⅳ和Ⅴ處應(yīng)力集中最為嚴(yán)重；從受載的情況來看鏈輪中心處應(yīng)力最大，但由于該處直徑較大且鏈輪和軸做成了一個(gè)整體，又無較大的應(yīng)力集中，不必對(duì)其進(jìn)行校核。所以危險(xiǎn)截面為Ⅴ，只需校核該截

56、面Ⅴ右側(cè)即可。 ⑵ 截面Ⅵ左側(cè)校核計(jì)算［２］ 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 截面Ⅴ左側(cè)的彎矩為 截面Ⅴ上的扭矩為 圖4-5 軸的載荷分析圖 截面上的彎曲應(yīng)力為 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 選擇軸的材料時(shí)已查得，， 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按表6-1-31查取。因 ,，經(jīng)插值后可查得 ， 查?機(jī)械設(shè)計(jì)?附圖3-1的材料敏性系數(shù)為 ， 計(jì)算有效應(yīng)力集中系數(shù)為 查表6-1-34得絕對(duì)尺寸影響系數(shù)；扭轉(zhuǎn)剪切尺寸影響系數(shù)。 軸按磨削加工，查表6-1-36得外表質(zhì)量系數(shù)為 軸外表采用淬火進(jìn)

57、行強(qiáng)化處理，查得強(qiáng)化系數(shù) 計(jì)算綜合系數(shù)為： 取碳鋼的特性系數(shù)為：， 計(jì)算疲勞強(qiáng)度平安系數(shù)： ＞＞=1.5 故可知其平安。 ⑶ 截面Ⅵ右側(cè)校核計(jì)算 抗彎截面系數(shù)： 抗扭截面系數(shù) 截面Ⅴ左側(cè)的彎矩為 截面Ⅴ上的扭矩為 截面上的彎曲應(yīng)力為 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 選擇軸的材料時(shí)已查得：，， 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)，與上述相同，那么： ， 材料敏性系數(shù)為 ， 計(jì)算有效應(yīng)力集中系數(shù)為 由表6-1-34的絕對(duì)尺寸影響系數(shù)：；扭轉(zhuǎn)剪切尺寸影響系數(shù)：。 軸按磨削加工，查表6-1-36得外表質(zhì)量系數(shù)為

58、 軸外表采用淬火進(jìn)行強(qiáng)化處理，查得強(qiáng)化系數(shù) 計(jì)算綜合系數(shù)為 取碳鋼的特性系數(shù)為， 計(jì)算疲勞強(qiáng)度平安系數(shù)為 ＞＞=1.5 故可知該軸平安。 4.7.2 小鏈輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)參數(shù)： 小鏈輪的輸入功率： 小鏈輪軸的轉(zhuǎn)速： 小鏈輪軸轉(zhuǎn)矩 1．選擇軸的材料 選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表6-1-1得，，，。 2．初步確定軸的最小直徑［5］ 查表6-1-19，取A=120，那么有 考慮軸端有鍵槽，軸徑應(yīng)增大,因軸端與聯(lián)軸器聯(lián)接，而為了和選定的YL5型凸緣聯(lián)軸器相配合，取。 3．軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ⑴ 擬定軸上零件的裝配方案 各零件的裝配方案見圖4-

59、6 圖4-6 軸的結(jié)構(gòu)與裝配方案 ⑵ 根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1〕 根據(jù)聯(lián)軸器的選擇知Ⅰ—Ⅱ直徑，長(zhǎng)度。 2〕 為滿足半聯(lián)軸器軸向定位要求，Ⅰ—Ⅱ段右端要有一軸肩，且設(shè)計(jì)Ⅱ—Ⅲ處安裝軸承，根據(jù)受力情況及拆裝方便的要求選擇深溝球軸承 查手冊(cè)表7-2-52,選擇61804系列深溝球軸承，其根本尺寸,那么該段直徑，由于該段右側(cè)對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行定位，故該段長(zhǎng)度要取比軸承寬度略大的值，取該段長(zhǎng)。左端軸承利用軸肩定位，查得表7-2-52取61804系列深溝球軸承的定位軸肩高度，那么?、蟆?。 3〕 鏈輪至軸承要留有一定的空

60、間，?、簟醵巫鳛檫^渡段，其直徑，長(zhǎng)。 4〕 由于小鏈輪尺寸非常小，故可將小鏈輪和軸做成一個(gè)整體〔如圖4-4〕其直徑，長(zhǎng)。小鏈輪另一半結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)于小鏈輪對(duì)稱。 至此，小鏈輪軸上各段直徑和長(zhǎng)度已全部確定。 ⑶ 軸上零件的周向定位 聯(lián)軸器與軸的周向定位，采用平鍵連接，由軸端直徑為查?機(jī)械手冊(cè)?，選擇A型平鍵，其尺寸為：。 ⑷ 確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為，圓角半徑見裝配圖。 至此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根本完成 ⒋ 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖4-6做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖4-7。由結(jié)構(gòu)圖確定軸承的支點(diǎn)位置，而軸承是作對(duì)稱布置的。因此，作為簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距59。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖

61、做出軸的彎矩圖和扭矩圖4-7。 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出小鏈輪處是軸的危險(xiǎn)截面。現(xiàn)將計(jì)算出的截面處的、及的值列于表4-6中〔參看圖4-7〕。 表4-6 載 荷 水平面 垂直面 支反力 彎矩 總彎矩 扭矩 ⒌ 按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度［5］ 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面〔即危險(xiǎn)截面C〕的強(qiáng)度。按式〔15-5〕及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查的。 因此＜，故平安。 圖4-7 軸的載荷分布

62、 ⒍ 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 ⑴ 判斷危險(xiǎn)截面 Ⅰ—Ⅲ之間只受扭矩作用，雖然鍵槽及軸肩所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭矩強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以Ⅱ、Ⅲ截面均無需校核。 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，Ⅳ和Ⅴ處應(yīng)力集中最為嚴(yán)重；從受載的情況來看鏈輪中心處應(yīng)力最大，但由于該處直徑較大且鏈輪和軸做成了一個(gè)整體，又無較大的應(yīng)力集中，不必對(duì)其進(jìn)行校核。所以危險(xiǎn)截面為Ⅴ，只需校核該截面Ⅴ右側(cè)即可。 ⑵ 截面Ⅴ右側(cè)校核計(jì)算［2］ 抗彎截面系數(shù)為 抗扭截面系數(shù)為 截面Ⅴ左側(cè)的彎矩為 截面Ⅴ上的扭矩為 截面上的彎曲應(yīng)力

63、 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 選擇軸的材料時(shí)已查得：，， 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)，可由表5-1-31查取。因 ,，經(jīng)插值后可查得 ， 查?機(jī)械設(shè)計(jì)?附圖3-1的材料敏性系數(shù)為 ， 計(jì)算有效應(yīng)力集中系數(shù)為 查表6-1-34得絕對(duì)尺寸影響系數(shù)為 扭轉(zhuǎn)剪切尺寸影響系數(shù)為 軸按磨削加工，查表6-1-36得外表質(zhì)量系數(shù)為 軸外表未經(jīng)強(qiáng)化處理，即 計(jì)算綜合系數(shù)為： 取碳鋼的特性系數(shù)為：， 計(jì)算疲勞強(qiáng)度平安系數(shù)值，那么得 ＞＞=1.5 故可知其平安。 說明：由于Ⅴ截面左側(cè)尺寸比右側(cè)大，而應(yīng)力集中狀況相同，故可知該側(cè)是平安

64、的不必單獨(dú)再次對(duì)其校核。即，該軸是平安的 4.7.3 大鏈輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)參數(shù)： 大鏈輪的輸入功率： 大鏈輪軸的轉(zhuǎn)速： 大鏈輪軸轉(zhuǎn)矩： 1．選擇軸的材料 選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表6-1-1，得，，， 2．初步確定軸的最小直徑［5］ 查表6-1-19，取A=120，于是得 考慮軸端有鍵槽，軸徑應(yīng)增大,因軸端與聯(lián)軸器聯(lián)接，而為了和選定的YL2型凸緣聯(lián)軸器相配合，取。 3．軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ⑴ 擬定軸上零件的裝配方案 各零件的裝配方案見圖4-8 圖4-8 軸的結(jié)構(gòu)與裝配方案 ⑵ 根據(jù)軸向定位要

65、求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1〕 根據(jù)聯(lián)軸器的選擇知Ⅵ—Ⅶ段直徑，長(zhǎng)度。 2〕 為滿足半聯(lián)軸器軸向定位要求，Ⅵ—Ⅶ段右端要有一軸肩，且設(shè)計(jì)Ⅴ—Ⅵ處安裝軸承，根據(jù)受力情況及拆裝方便的要求選擇深溝球軸承 查手冊(cè)表7-2-52,選擇61804系列深溝球軸承，其根本尺寸,那么該段直徑，由于該段左側(cè)對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行定位，右側(cè)用以套筒壓緊鏈輪以實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈輪的軸向定位，同時(shí)利用套筒另一端對(duì)軸承進(jìn)行軸向定位，這樣就分別保持了軸承與聯(lián)軸器和大鏈輪有一定距離，如下圖取套筒長(zhǎng)，故設(shè)計(jì)該段長(zhǎng)。軸承左邊利用軸承座定位。 3〕 Ⅳ—Ⅴ段安裝鏈輪根據(jù)設(shè)計(jì)知該段直徑，取長(zhǎng)比輪轂寬度略小的值以便套筒對(duì)鏈輪進(jìn)行軸向定位，

66、所以取該段長(zhǎng)度。 4〕 大鏈輪左端Ⅲ—Ⅳ段做一直徑為，長(zhǎng)度為的軸肩對(duì)其進(jìn)行軸向定位。 5〕 Ⅰ—Ⅱ段安裝軸承，由上述所選軸承型號(hào)知該段直徑，長(zhǎng)度；軸承左端用階梯軸對(duì)軸承進(jìn)行軸向定位，查得表7-2-52取61804系列深溝球軸承的定位軸肩高度，那么知Ⅱ—Ⅲ段軸的直徑，長(zhǎng)度取。 至此，大鏈輪軸上各段直徑和長(zhǎng)度已全部確定。 ⑶ 軸上零件的周向定位 聯(lián)軸器與軸的周向定位，采用平鍵連接，由軸端直徑為14查?機(jī)械手冊(cè)?，選擇A型平鍵，其尺寸為：；大鏈輪周向定位同樣采用平鍵，由該段軸的直徑為，查得其根本尺寸為： ⑷ 確定軸上圓角和倒角尺寸 軸倒角為，圓角半徑見裝配圖。 至此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根本完成 說明：由對(duì)小鏈輪軸的校核可知：無論是按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度，還是精確校核軸的疲勞強(qiáng)度，其結(jié)果都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于要求。而大鏈輪軸受力情況與小鏈輪軸根本相同，且該軸的相關(guān)尺寸比小鏈輪略大，所以，無需對(duì)該軸再進(jìn)行強(qiáng)度校核，其強(qiáng)度肯定滿足要求，故其平安。 4.8軸承校核 4.8.1蝸桿兩端軸承［5］ 選用7005C型角接觸球軸承,正裝，其根本額定動(dòng)載荷C=11.5,額定靜載荷，蝸桿所受切向力