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附錄
一種新的檢測(cè)液壓油的機(jī)械試驗(yàn)方法應(yīng)用
施密特，克勞斯
產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究所，漢堡技術(shù)大學(xué)，德國(guó)
摘 要：本文介紹了在一臺(tái)新開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行一個(gè)摩擦磨損試驗(yàn)，該試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)發(fā)于涂漢堡哈爾堡，用于研究液壓油的潤(rùn)滑性能。開(kāi)發(fā)這種新的檢測(cè)方法的目的是為了更好的表述摩擦學(xué)與流體動(dòng)力機(jī)械之間的影響與聯(lián)系，采用線(xiàn)接觸研究液壓油的潤(rùn)滑性能表明，可利用摩擦、磨損和腐蝕試驗(yàn)區(qū)分不同液體的潤(rùn)滑性能。在不同的試驗(yàn)通過(guò)不斷的改進(jìn)試驗(yàn)裝置和開(kāi)發(fā)測(cè)試實(shí)驗(yàn)的全自動(dòng)控制程序來(lái)滿(mǎn)足高重復(fù)性的邊界條件。該試驗(yàn)機(jī)的開(kāi)發(fā)符合測(cè)試程序、形狀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的要求，可以從各種材料和生產(chǎn)設(shè)備公司生產(chǎn)，現(xiàn)有的這類(lèi)公司都生產(chǎn)流體動(dòng)力元件。
關(guān)鍵詞：液壓 流體 潤(rùn)滑 試驗(yàn)
1.引言：
液壓油的一個(gè)非常重要特點(diǎn)的是它可能使摩擦加載面分離以減少這種連接中的摩擦磨損，試驗(yàn)測(cè)試液壓油潤(rùn)滑性能最可靠的試驗(yàn)是實(shí)地測(cè)試，即流體在典型工作條件和典型操作期間下的應(yīng)用。出于多種原因，實(shí)地測(cè)試費(fèi)時(shí)而且成本高，以及操作環(huán)境的不同應(yīng)用方法通常也會(huì)很大不同，因此實(shí)地測(cè)試的結(jié)果往往不具有通用性。這種情況導(dǎo)致流體生產(chǎn)者以及靜壓機(jī)械生產(chǎn)者必須先在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室測(cè)試他們的產(chǎn)品，然后再去做現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。應(yīng)當(dāng)清楚地看到，只有當(dāng)他們能夠逼真的模擬出機(jī)器摩擦接觸時(shí)的狀態(tài)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試才能起到作用。
漢堡科技大學(xué)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究所開(kāi)發(fā)了新的試驗(yàn)臺(tái)和測(cè)試方法，用于研究液壓油的潤(rùn)滑性能[1]，按照DIN51389，今后的這項(xiàng)測(cè)試可能代替葉片泵試驗(yàn)[2]。該項(xiàng)目的目的是找到一個(gè)測(cè)試方法，盡可能的再現(xiàn)所有摩擦磨損對(duì)液壓機(jī)械的影響，通過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)試形式和試驗(yàn)臺(tái)的簡(jiǎn)單測(cè)量，從中獲得力學(xué)參數(shù)。負(fù)載條件下的摩擦系統(tǒng)內(nèi)液壓件（接觸壓力，相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式）、速度、析構(gòu)函數(shù)和連接部分的屬性決定了連接區(qū)域的參數(shù)（溫度和幾何構(gòu)造），對(duì)摩擦系統(tǒng)的摩擦系數(shù)、臨界載荷和磨損性能產(chǎn)生主要影響。測(cè)試方法和試驗(yàn)機(jī)的開(kāi)發(fā)源自研究項(xiàng)目DGMK514[3]，514-1[4]610[5]的一種系統(tǒng)方法。
2.主要測(cè)試儀器的安排
開(kāi)發(fā)新的測(cè)試方法是為了實(shí)現(xiàn)以下目的：
·使定量測(cè)試結(jié)果精度高；
·測(cè)試樣本簡(jiǎn)單，不需要特殊的制造技術(shù)；
·自動(dòng)化、能耗低、測(cè)試液量小和測(cè)試時(shí)間短的測(cè)試方法。
對(duì)液壓件內(nèi)部的摩擦接觸的詳細(xì)分析是對(duì)這個(gè)新的測(cè)試方法和試驗(yàn)臺(tái)詳細(xì)說(shuō)明的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)方法、順序配置以及實(shí)驗(yàn)的主要發(fā)現(xiàn)如圖1所示。這臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)的配置允許測(cè)試線(xiàn)接觸和面接觸。在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，線(xiàn)接觸更有趣，能夠產(chǎn)生數(shù)據(jù)區(qū)分不同液壓油的潤(rùn)滑性能。這也是大多數(shù)的測(cè)試只使用線(xiàn)接觸數(shù)據(jù)的原因。
圖1 MPH試驗(yàn)臺(tái)-主要測(cè)試儀器的安排
液壓油的潤(rùn)滑性能量化參數(shù)如下：
·PHD,crit 壓力導(dǎo)致材料粘結(jié)掉落（金屬粘結(jié)磨損）
·μEx,average 線(xiàn)接觸的平均摩擦系數(shù)
·Vline 試樣滑塊的磨損量
這些參數(shù)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性確定了測(cè)試液壓油潤(rùn)滑性能的優(yōu)劣程度，可分為高，中，低等。而對(duì)速度、轉(zhuǎn)矩和壓力等機(jī)械參數(shù)的精確測(cè)量、計(jì)算中考慮導(dǎo)向裝置和軸承中可能的摩擦接觸力、精確的方法測(cè)量和計(jì)算試樣的磨損體積是取得可靠結(jié)果的根本。
在研究過(guò)程中，為了改善測(cè)量的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)做了許多的改進(jìn)。
3.試驗(yàn)條件
為了確定短期和長(zhǎng)期測(cè)試（短期試驗(yàn)是臨界載荷試驗(yàn)，長(zhǎng)期試驗(yàn)是測(cè)試摩擦系數(shù)和磨損量）最佳試驗(yàn)條件做了大量的測(cè)試工作，這些測(cè)試結(jié)果表明，試驗(yàn)的起動(dòng)過(guò)程對(duì)測(cè)試結(jié)果有重要影響。
3.1起動(dòng)方法
起動(dòng)過(guò)程通過(guò)設(shè)置補(bǔ)償參數(shù)和線(xiàn)接觸中運(yùn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)誤差調(diào)整。而這一起動(dòng)過(guò)程的自動(dòng)化使得后面的試驗(yàn)誤差有了明顯的改善。
3.2短期試驗(yàn)
短期試驗(yàn)是用來(lái)尋找滑動(dòng)接觸到開(kāi)始磨損材料從自然到磨損的臨界壓力PHD,crit，作用在活塞上的壓力產(chǎn)生的臨界壓力使得摩擦接觸時(shí)起潤(rùn)滑作用的潤(rùn)滑膜消失，混合摩擦變?yōu)楣腆w摩擦。圖2顯示了一個(gè)典型的短期測(cè)試的參數(shù)隨時(shí)間改變情況。
圖2 短期測(cè)試參數(shù)的典型變化
3.3長(zhǎng)期試驗(yàn)
長(zhǎng)期試驗(yàn)是用來(lái)尋找線(xiàn)接觸具體工作流體摩擦系數(shù)和試樣滑塊的損失量。所有試驗(yàn)的摩擦接觸的負(fù)載都是恒定的，這里的負(fù)載是指作用在活塞上的平均壓力，從而使得孔測(cè)試中作用于偏心軸和滑動(dòng)器線(xiàn)接觸上的力恒定。圖3顯示了一個(gè)典型的長(zhǎng)期測(cè)試的參數(shù)隨時(shí)間改變情況。
圖3 長(zhǎng)期測(cè)試參數(shù)的典型變化
4.COMPLETET系列試驗(yàn)結(jié)果
該項(xiàng)目對(duì)HL類(lèi)、HLP類(lèi)和HEES合成酯類(lèi)礦物油進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)還把測(cè)試對(duì)象擴(kuò)大到以多級(jí)機(jī)油和齒輪油為主的礦產(chǎn)和酯類(lèi)?，F(xiàn)已完成測(cè)試階段的主要任務(wù)是找出這些類(lèi)型油液的不同潤(rùn)滑性能，因?yàn)樗鼈兛赡艽碇煌?lèi)型。最重要的一點(diǎn)是相同的流體多次測(cè)試結(jié)果要在一個(gè)狹窄的變換范圍，可查看平均值小偏離。本文介紹了有關(guān)6種不同類(lèi)型液壓油的測(cè)試結(jié)果，其中一種HEES型，三種HLP型和兩種HL類(lèi)型。所有油液都有抗腐蝕和老化添加劑，在HEES類(lèi)和HLP類(lèi)添加了不同濃度的EP、AW添加劑。
圖4中的表格提供一個(gè)典型測(cè)試的范圍絕對(duì)值。重要的是要看到，三次試驗(yàn)得出的臨界壓力和平均摩擦系數(shù)或多或少接近平均值，而相同精度條件，相同油液下不同試驗(yàn)試樣的體積損失顯示較大偏差。它也可以看出，臨界載荷、平均摩擦系數(shù)和體積損失之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。另一方面，該表顯示，比較流體相對(duì)潤(rùn)滑能力并不是很容易的，因?yàn)榇罅康脑囼?yàn)結(jié)果都必須考慮進(jìn)去。因此，不同的產(chǎn)生了不同的比較方式，這也顯示在圖4，如圖所示基于測(cè)試結(jié)果的等距介紹，數(shù)字橢球代表不同流體測(cè)量值，所有值以HF-1類(lèi)油液作為參考基準(zhǔn)。
圖4 試驗(yàn)結(jié)果的絕對(duì)值和等距表示
圖5顯示了圖4三維圖可以清楚的看到用MPH試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試不但能夠區(qū)分不同類(lèi)別的油液而且同類(lèi)的中的不同油液也能區(qū)分。
圖5 結(jié)果參數(shù)的三維圖顯示（見(jiàn)圖4）的結(jié)果參數(shù)
結(jié)論
通過(guò)MPH項(xiàng)目大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，MPH試驗(yàn)臺(tái)完全有測(cè)試區(qū)分液壓油的潤(rùn)滑性能的能力，隨著試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)改進(jìn)和全自動(dòng)控制的發(fā)展，試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性有所改善，通過(guò)最近試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)可以看出，摩擦系數(shù)和臨界壓力值平均偏差不超過(guò)±10％，試樣磨損量偏差范圍為最大量的±15％，這可通過(guò)更準(zhǔn)確的測(cè)量技術(shù)來(lái)減少[6][7]。測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性是MPH項(xiàng)目的要點(diǎn)，已取得的精確度可以用于其他用來(lái)測(cè)試液壓油試驗(yàn)的比較標(biāo)準(zhǔn)。在葉片泵試驗(yàn)也就是FZG試驗(yàn)[8]中沒(méi)有確定試運(yùn)行的最低數(shù)量，測(cè)試結(jié)果中也沒(méi)有精確要求。根據(jù)這兩項(xiàng)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)流體分類(lèi)只有一個(gè)試運(yùn)行是必要的，這導(dǎo)致的結(jié)論是，假設(shè)至少每流體進(jìn)行三次試運(yùn)行，MPH試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試能比其他測(cè)試提供更好的可靠數(shù)據(jù)。
參考文獻(xiàn)
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本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 中文題目 1KN 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)設(shè)計(jì) 英文題目 Design of Structure for 1KN electronic universal testing machine 學(xué)生姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 學(xué) 院 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 職稱(chēng) 副教授 摘要 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高。機(jī)械產(chǎn) 品需要滿(mǎn)足社會(huì)的需要，就應(yīng)該具有高精度、高效率、通用性和靈活性 等性能，加上機(jī)械產(chǎn)品不斷加快的更新?lián)Q代速度，因此對(duì)檢驗(yàn)設(shè)備也相 應(yīng)地提出了精度高、效率高、通用性好和靈活性強(qiáng)的要求。電子萬(wàn)能試 驗(yàn)機(jī)作為試驗(yàn)機(jī)床家族中的高端產(chǎn)品，在現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)被越來(lái)越 多的采用，具有機(jī)型美觀(guān)，操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)工作可靠，測(cè)量精度高等特 點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)為 1KN 拉壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)機(jī)本體仿照 WDW- 100C-1000C 進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)上可滿(mǎn)足相應(yīng)的參數(shù)要求，試驗(yàn)機(jī)重要部分 的強(qiáng)度和剛度經(jīng)過(guò)軟件的模擬分析，滿(mǎn)足可靠性試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)要求。 關(guān)鍵詞：加工中心；試驗(yàn)機(jī)；可靠性；拉壓力；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Abstract With the continuous development of science and technology, the requirements of mechanical products have become more sophisticated.Mechanical products need to meet the needs of society, they should have high accuracy, high efficiency, versatility and flexibility performance．Coupled with the condition that upgrading speed of mechanical products is accelerating,so the machine equipment is raised correspondingly high precision, high efficiency, good versatility and flexibility requirements. Electronic universal testing machine，as a high-end product of the CNC machine tool family ，is being more and more used in the field of modern machinery industry ,its capacity with Beautiful models, Simple Operation , high precision, High efficiency, high versatility features. Testing machine plays an important role on today's Machining Center, whose reliability has a huge effect on machine reliability. In order to improve the MTBF level of Machining Center, it is significant to invent a testing bed to test the reliability of Various materials. The article is the strutural design of the 1KN tension and compression testing machine.the test rig design ontologies modeled on the WDW-100C- 1000C, the structure can meet the requirement of the Requirements of the corresponding parameters.The strength and stiffness of important part of test bench is simulated by analysis software to meet the reliability test requirements. Keywords：Maching Center； Reliability；Tensiler；Structural Design 目錄 ABSTRACT.......................................................................3 第 1 章 緒論 ......................................................................6 第 1 節(jié) 試驗(yàn)機(jī)的定義 .......................................................................................................6 第 3 節(jié) 試驗(yàn)機(jī)行業(yè)發(fā)展展望 ...........................................................................................8 第 2 章 1KN 拉壓試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)概述 .............................9 第 1 節(jié) 總體設(shè)計(jì) ...............................................................................................................9 第 2 節(jié) 部件設(shè)計(jì) ...............................................................................................................9 2.1 變速箱的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................9 2.1.1 傳動(dòng)的選擇 ..........................................................................................................................9 2.2 帶輪的設(shè)計(jì) .................................................................................................................14 2.3 絲杠的定位與固定 ....................................................................................................15 2.4 光杠的固定 ................................................................................................................16 2.5 夾具的設(shè)計(jì) ................................................................................................................17 第 3 章 尺寸設(shè)計(jì) ............................................................19 第 1 節(jié) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)選擇 .............................................................................................19 1.1 技術(shù)指標(biāo)（主機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)指標(biāo)） ............................................................................19 1.2 傳動(dòng)比的確定及分配 ................................................................................................19 1.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 ........................................................................................................19 1.4 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù) ....................................................................................20 第 2 節(jié) 零部件尺寸設(shè)計(jì) .................................................................................................22 2.1 帶輪的設(shè)計(jì) ................................................................................................................22 2.1.1 第一級(jí)同步齒形帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) .................................................................................22 2.2 軸的設(shè)計(jì) ....................................................................................................................31 結(jié) 論 ................................................................................34 致 謝 ................................................................................35 參 考 文 獻(xiàn) ....................................................................36 第 1 章 緒論 第 1 節(jié) 試驗(yàn)機(jī)的定義 試驗(yàn)機(jī)是測(cè)試、評(píng)定和研究材料、零部件、整機(jī)（整車(chē)） 和類(lèi)工程 項(xiàng)目的物理性能、機(jī)械（力學(xué)） 性能、工藝性能、安全性能、舒適性能 的試驗(yàn)儀器和設(shè)備，是科學(xué)儀器眾多種類(lèi)中很重要的一類(lèi)測(cè)試儀器。試 驗(yàn)機(jī)對(duì)材料及品、零部件、整機(jī)（整車(chē)） 、工程項(xiàng)目的性能檢測(cè)和試驗(yàn)、 質(zhì)量控制和質(zhì)量保證起著不可替代的作用；對(duì)各類(lèi)工程科學(xué)理論研究和 工程項(xiàng)目的實(shí)施起著極其重要的保障作用；多數(shù)試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品還屬于計(jì)量 器具，對(duì)保證和維持我國(guó)長(zhǎng)度、力值、硬度量值的準(zhǔn)確和溯源具有舉足 輕重的作用。長(zhǎng)期以來(lái)，試驗(yàn)機(jī)作為很重要的一類(lèi)科學(xué)儀器， 被廣泛地 應(yīng)用于冶金、建筑、航天、航空、機(jī)械、交通、國(guó)防軍工、水利、電力、 石油、化工、輕工、紡織等行業(yè)的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)實(shí)驗(yàn)室、計(jì)量 室、質(zhì)檢機(jī)構(gòu)和制造業(yè)的生產(chǎn)線(xiàn)及各類(lèi)工程現(xiàn)場(chǎng)?？蒲性核?、大專(zhuān)院校、 質(zhì)檢計(jì)量機(jī)構(gòu)、各類(lèi)企業(yè)構(gòu)成了試驗(yàn)機(jī)的用戶(hù)群。按照 GB/T 4754— 2002 《國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類(lèi)》的規(guī)定，試驗(yàn)機(jī)制造業(yè)屬于儀器儀表行業(yè)的 一個(gè)小類(lèi)。試驗(yàn)機(jī)主要包括以下產(chǎn)品：金屬材料試驗(yàn)機(jī)、非金屬材料試 驗(yàn)機(jī)力與變形檢測(cè)儀器、動(dòng)平衡機(jī)、振動(dòng)臺(tái)、沖擊臺(tái)與碰撞臺(tái)、無(wú)損檢 測(cè)儀器摩擦、磨損、潤(rùn)滑與工藝試驗(yàn)機(jī)、包裝件試驗(yàn)機(jī)、大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn) 機(jī)、汽車(chē)專(zhuān)用試驗(yàn)設(shè)備、各種環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置及其功能附件等。試驗(yàn) 機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)是多品種、小批量，用戶(hù)個(gè)性化要求多。這是集機(jī)、光、電、 液和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高技術(shù)產(chǎn)品，涉及到的學(xué)科范圍非常廣泛,下圖 為國(guó)產(chǎn)一款試驗(yàn)機(jī)。 第 2 節(jié) 試驗(yàn)機(jī)行業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)要回顧 我國(guó)試驗(yàn)機(jī)制造業(yè)自建國(guó)以來(lái)，從無(wú)到有，不斷發(fā)展壯大，已經(jīng)走過(guò)了六十年 的歷程。 （1）解放前的舊中國(guó)，幾乎沒(méi)有企業(yè)生產(chǎn)制造試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品，更談不上形成 一個(gè)產(chǎn)業(yè)。 （2） 新中國(guó)建立后受到了以美國(guó)為首的西方國(guó)家經(jīng)濟(jì)技術(shù)的封鎖。為 擺脫西方國(guó)家的封鎖，加快我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)和國(guó)防工業(yè)發(fā)展的步伐， 1949 年 10 月 20 日，我國(guó)第一個(gè)試驗(yàn)機(jī)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家——長(zhǎng)春儀器廠(chǎng)（長(zhǎng)春材料試驗(yàn)機(jī)廠(chǎng)） 誕 生，標(biāo)志著中國(guó)試驗(yàn)機(jī)制造業(yè)的開(kāi)始。1959 年 3 月， 經(jīng)國(guó)家有關(guān)部門(mén)批準(zhǔn)，第 一機(jī)械工業(yè)部材料試驗(yàn)機(jī)研究所在長(zhǎng)春成立，標(biāo)志著我國(guó)開(kāi)始獨(dú)立自主地開(kāi)展試驗(yàn) 機(jī)制造技術(shù)與產(chǎn)品的研發(fā)。到 1979 年建國(guó) 30 周年，長(zhǎng)春、天水、濟(jì)南、上海、 萊州、汕頭、丹東、蘇州等地成為試驗(yàn)機(jī)的重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域，主要生產(chǎn)企業(yè)約 30 家 左右，初步形成了一個(gè)試驗(yàn)機(jī)制造行業(yè)（3）改革開(kāi)放后的 30 年（1979~2009） ， 尤其是后 20 年（ 1989 ~2009） ，試驗(yàn)機(jī)行業(yè)同其他行業(yè)一樣，發(fā)生了重大變化， 取得了重大發(fā)展。重大發(fā)展是由于對(duì)外開(kāi)放、計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變的重大變化 而引起的。重大發(fā)展主要表現(xiàn)為：① 人力作為可由市場(chǎng)配置的資源能夠自由流動(dòng)， 使得科技、管理人才可以走出高等院校、研究院所、國(guó)有企業(yè)進(jìn)入市場(chǎng)創(chuàng)辦試驗(yàn)機(jī) 民營(yíng)生產(chǎn)企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1989 年，全國(guó)生產(chǎn)試驗(yàn)機(jī)的廠(chǎng)家接近 50 家。② 試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的資本結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變化。體制上的改變促使企業(yè)的運(yùn)行機(jī) 制更加適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，促進(jìn)生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴(kuò)大。統(tǒng)計(jì)資料顯示， 我 國(guó)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值從 1989 年的 3 億元 RMB 左右上升到 2008 年的 40 億元 RMB（76 家規(guī)?；陨掀髽I(yè)的數(shù)據(jù)） 。靜態(tài)力學(xué)性能測(cè)試儀器的典型產(chǎn)品— —電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的測(cè)量、控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重大突破。力值、位 移的測(cè)量技術(shù)全部由機(jī)械式改為電子式； 基于微處理器技術(shù)（含基于 DSP 技術(shù)） 的國(guó)產(chǎn)控制器全面裝備了電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。在計(jì)算機(jī)被廣泛用于 試驗(yàn)機(jī)的同時(shí)，應(yīng)用程序（試驗(yàn)軟件）也得到了快速發(fā)展，并在不斷改版升級(jí)和完 善。大部分國(guó)產(chǎn)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和微機(jī)控制液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的性能指標(biāo)已和國(guó)際同 類(lèi)產(chǎn)品的性能指標(biāo)接近，其中部分國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比已優(yōu)于國(guó)外產(chǎn)品。正因?yàn)槿绱耍?近幾年來(lái)，國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的進(jìn)口量在大幅度下降，且其價(jià)格也隨之大幅下降。 （4） 在此期間， 試驗(yàn)機(jī)行業(yè)工作取得了明顯的進(jìn)步。1980 年， 中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)試 驗(yàn)機(jī)分會(huì)宣告成立。試驗(yàn)機(jī)分會(huì)曾多次成功舉辦了試驗(yàn)機(jī)制造技術(shù)的學(xué)術(shù)交流活動(dòng)， 組織了對(duì)美、英、日、德等國(guó)同行的技術(shù)座談和技術(shù)交流。試驗(yàn)機(jī)分會(huì)和長(zhǎng)春試驗(yàn) 機(jī)研究所合辦出版的科技期刊——《工程與試驗(yàn)》 （原名曾為：《材料試驗(yàn)機(jī)》 、 《試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)機(jī)》 ） 成為試驗(yàn)機(jī)制造業(yè)和試驗(yàn)機(jī)用戶(hù)進(jìn)行學(xué)術(shù)交流的平臺(tái)，有 力地推動(dòng)了試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。 第 3 節(jié) 試驗(yàn)機(jī)行業(yè)發(fā)展展望 展望未來(lái)，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的進(jìn)程中，我國(guó)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)必將會(huì)有更大的作為。 （1）對(duì)試驗(yàn)機(jī)制造企業(yè)而言，未來(lái) 10 年~20 年的發(fā)展關(guān)鍵取決于企業(yè)的自主創(chuàng) 新能力的提升。試驗(yàn)機(jī)制造企業(yè)自身 R（2） 試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)的空間還是很 大的。多年來(lái)， 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)始終有近 50%的份額被進(jìn)口產(chǎn)品所占有，國(guó)外的市場(chǎng)容 量也是很可觀(guān)的，尤其是發(fā)展中國(guó)家的市場(chǎng)是很廣闊的。這對(duì)于有自主創(chuàng)新能力、 市場(chǎng)開(kāi)拓能力、科學(xué)管理能力的制造企業(yè)而言，是會(huì)大有作為的。 （3）隨著市場(chǎng)經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展，在有序的競(jìng)爭(zhēng)中，試驗(yàn)機(jī)制造企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一些積極的變化。 名品會(huì)造就一批名企，假冒偽劣產(chǎn)品會(huì)使其制造者被淘汰出局，一個(gè)適度規(guī)模、發(fā) 展有序的試驗(yàn)機(jī)行業(yè)會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中形成?？梢灶A(yù)測(cè)， 經(jīng)過(guò) 10 年~20 年的努力，我 國(guó)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)在技術(shù)與產(chǎn)品的發(fā)展上可以基本滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，并會(huì)有批量產(chǎn) 品出口，基本趕上或在某些領(lǐng)域超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平。 第 2 章 1KN 拉壓試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)概述 第 1 節(jié) 總體設(shè)計(jì) 參考試驗(yàn)機(jī)各種機(jī)型，以及設(shè)計(jì)要求，先應(yīng)確定其傳動(dòng)原理，我設(shè)計(jì)的為小型 試驗(yàn)機(jī)，最大的拉壓力才為 1KN，選用單空間結(jié)構(gòu)原理，其工作原理為：電機(jī)通 過(guò)帶輪變速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)兩平行的滾珠絲杠，從而驅(qū)動(dòng)移動(dòng)橫梁來(lái)實(shí)現(xiàn)加載，被測(cè)試件 夾在夾具上，而被測(cè)試件的負(fù)荷由傳感器測(cè)量。如圖 第 2 節(jié) 部件設(shè)計(jì) 2.1 變速箱的設(shè)計(jì) 2.1.1 傳動(dòng)的選擇 由于，總的傳動(dòng)比為 30，將其分配為 4,3,2.5 這三個(gè)等級(jí)滿(mǎn)足要求，分級(jí)是利 用電機(jī)的電調(diào)比來(lái)實(shí)現(xiàn)的因此，無(wú)需要離合器等零件，而因?yàn)樵囼?yàn)機(jī)試驗(yàn)壓力小 1KN，因此不宜設(shè)計(jì)復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以免產(chǎn)生不必要的能耗或誤差，也減小了密 封，潤(rùn)滑，維修等的壓力，最終決定選用三級(jí)齒形帶傳動(dòng)，如圖所示 左下角帶輪連接電機(jī)輸出軸所帶的帶輪，傳動(dòng)比為 2.5 上方的兩個(gè)帶輪主要其改變傳動(dòng)比的作用，傳動(dòng)比為 3 而中間套與軸上的兩個(gè)帶輪則分別連接左右兩個(gè)絲杠下的帶輪，以此帶動(dòng)絲杠 傳動(dòng)而使橫梁上下移動(dòng)，從而施加拉或壓力。 同步帶輪傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒的封閉環(huán)形膠帶和相應(yīng)的帶輪所 組成。運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶齒與帶輪的齒槽相嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，是一種嚙合傳動(dòng)，因而 具有齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和平帶傳動(dòng)的各種優(yōu)點(diǎn) 。 同步帶按材質(zhì)可分為氯丁橡膠加纖維繩同步帶，聚氨酯加鋼絲同步帶，按齒的 形目前主要分為梯形齒和圓弧齒兩大類(lèi)，按帶齒的排布面又可分為單面齒同步帶和 雙面齒同步帶。同步帶傳動(dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無(wú)滑差，可獲得恒定的速比，可精 密傳動(dòng),傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸震，噪音小，傳動(dòng)速比范圍大，一般可達(dá) 1∶10，允許線(xiàn)速 度可達(dá) 50m/s，傳動(dòng)效率高，一般可達(dá) 98℅―99℅ 。傳遞功率從幾瓦到數(shù)百千瓦。 結(jié)構(gòu)緊湊還適用多軸傳動(dòng)，張緊力小，不需潤(rùn)滑，無(wú)污染，因而可在不允許有污染 和工作環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)合下正常工作。 2.1.2 變速箱中張緊輪的設(shè)計(jì) 因?yàn)闉閹鲃?dòng)，所以必須安裝張緊輪，由于空間位置的限制，決定 在此變速空間內(nèi)安裝上兩個(gè)張緊輪，分別為第二級(jí)和第三級(jí)的一個(gè)帶輪 張緊，張緊輪的位置用螺栓調(diào)節(jié)，與帶輪接觸的面用兩個(gè)軸承一個(gè)滾輪 來(lái)施加壓力并盡可能的減小阻力，如圖設(shè)計(jì) 上圖為截面圖 此圖為俯視圖 由于變速箱內(nèi)空間有限，且有其他的支撐結(jié)構(gòu)，因此張緊輪的位置 選擇就非常的重要，否則，就會(huì)出現(xiàn)，裝不進(jìn)，卸不掉，螺釘無(wú)空間， 與支撐結(jié)構(gòu)重位等清況，為避免些情況的發(fā)生，張緊輪的位置選擇如圖 所示兩畫(huà)圈處即是安裝帶輪之處。 2.1.3 變速箱支撐結(jié)構(gòu)的選擇 支撐結(jié)構(gòu)在變速箱中起著非常重要的作用，是整個(gè)機(jī)構(gòu)能正常運(yùn)行 的保證，尤其對(duì)強(qiáng)度，剛度等的影響，更會(huì)直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)機(jī)的精度問(wèn) 題。此變速箱中，由于有帶輪，張緊輪已經(jīng)它們所附帶的軸，軸承，套 等零件，一方面要盡量壓縮支撐結(jié)構(gòu)的空間，另一方面又要增強(qiáng)支撐結(jié) 構(gòu)在強(qiáng)度，剛度方面的承受能力，所以，我用雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且此雙層 結(jié)構(gòu)是由螺釘，螺栓，焊接等有效的，保證精度的鏈接在一起的，大致 的結(jié)構(gòu)可以由如圖看出 左側(cè)底面與上臺(tái)板底面用螺栓鏈接，增加鏈接強(qiáng)度，保證支撐起整 個(gè)變速箱的重量，以及傳動(dòng)時(shí)所帶來(lái)的附加力的影響，第二層結(jié)構(gòu)與第 一層的面板用立柱相連，一方面保證了其強(qiáng)度要求，另一方面立柱的加 工更精細(xì)，比螺釘，螺栓等更能保證兩板間的平行度，以便于軸孔很好 的對(duì)位，從而保證軸的正確安裝，立柱與中間板面的鏈接用焊接，增強(qiáng) 可靠性及精度。 機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度由立柱的數(shù)量來(lái)保證，為了確保我總共使用了 9 個(gè)立柱。 經(jīng)過(guò)粗略的估算，符合要求。 2.2 帶輪的設(shè)計(jì) 2.2.1 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了保證傳動(dòng)的穩(wěn)定，減少震動(dòng)帶輪的固定，定位就非常的重要， 因?yàn)榇俗兯傧涞恼w結(jié)構(gòu)是朝下的，因此帶輪是平置著的，首先應(yīng)想到 帶也是平置，為了防止掉帶，必須設(shè)計(jì)擋邊。如圖所示 上面幾個(gè)圖是不同的幾個(gè)帶輪其的擋邊。 2.2.2 帶輪的定位與固定 由于帶輪水平，所以所設(shè)計(jì)的帶輪固定裝置不僅需要有定位功能， 還必須能承受帶輪的重量，以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的附加力，考慮到這種因素， 大帶輪的設(shè)計(jì)為 可以看出，下方由墊片和雙圓螺母來(lái)定位和固定，上方用軸套，以 確保支撐力足夠，以及避免出現(xiàn)掉輪，晃動(dòng)的情況。 而小帶輪的設(shè)計(jì)為 如圖，用螺釘和墊圈來(lái)定位和固定。 2.3 絲杠的定位與固定 滾 珠 絲 杠 是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。 滾 珠 絲 杠 由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是 將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng) 發(fā)展的重要意義就是將軸 承 從滑動(dòng)動(dòng)作變成滾動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的 摩 擦 阻 力 ，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 滾 珠 絲 杠 是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴?矩 轉(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精 度、可逆性和高效率的特點(diǎn)，在試驗(yàn)機(jī)中，絲杠的作用是最重要的部件， 其可外購(gòu)，但定位必須好，以便橫梁能順利的移動(dòng)。如圖設(shè)計(jì)： 圖中可知，絲杠套是利用螺栓固定在臺(tái)面板底面上，為了保證其穩(wěn)定性， 共采用了六個(gè)螺栓。 2.4 光杠的固定 與絲杠情況相似，因此，光杠的固定件也與絲杠的相似，如圖所示 在裝配圖中的情況是 2.5 夾具的設(shè)計(jì) 機(jī) 械 制 造 過(guò)程中用來(lái)固定加工對(duì)象，使之占有正確的位置，以接受 施工或檢測(cè)的裝置。又稱(chēng)卡 具 。從廣義上說(shuō)，在工 藝 過(guò) 程 中的任何工 序 ， 用來(lái)迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱(chēng)為夾具。例如焊 接 夾 具 、檢驗(yàn)夾具、裝配夾具、機(jī) 床 夾具等。其中機(jī)床夾具最為常見(jiàn)，常簡(jiǎn) 稱(chēng)為夾具 。在機(jī)床上加工工件時(shí)，為使工件的表面能達(dá)到圖紙規(guī)定的尺 寸 、幾何形狀以及與其他表面的相互位 置 精 度 等技術(shù)要求 ，加工前必 須將工件裝好（定位） 、夾牢（夾緊） 。夾具通常由定位元 件 （確定工件 在夾具中的正確位置） 、夾緊裝置 、對(duì) 刀 引導(dǎo)元件 (確定刀 具 與工件的相 對(duì)位置或?qū)б毒叻较?、分 度 裝 置 （使工件在一次安裝中能完成數(shù)個(gè) 工 位 的加工，有回轉(zhuǎn)分度裝置和直線(xiàn)移動(dòng)分度裝置兩類(lèi)） 、連接元件以及 夾具體（夾具底座）等組成。 此試驗(yàn)機(jī)中，因?yàn)橐蟮淖畲罄瓑毫H為 1KN，且沒(méi)有扭轉(zhuǎn)的功能， 因此夾具可以在保證相應(yīng)的同軸度，及對(duì)稱(chēng)位置的情況下，盡量簡(jiǎn)化， 甚至可以在加緊部分購(gòu)買(mǎi)成品。如圖設(shè)計(jì) ，此圖為上橫梁上的夾具 此圖為面板臺(tái)上用的夾具 第 3 章 尺寸設(shè)計(jì) 第 1 節(jié) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)選擇 1.1 技術(shù)指標(biāo)（主機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)指標(biāo)） 最大負(fù)荷 10KN 動(dòng)橫梁移動(dòng)速度 0.05-500mm/min 1.2 傳動(dòng)比的確定及分配 a.傳動(dòng)比的確定 本機(jī)調(diào)速系統(tǒng)初步采用寬調(diào)速鎖相控制系統(tǒng)，其電調(diào)比 1:10000， 轉(zhuǎn)速范圍 0.15-1500r/min。則 ??=10×(0.15?1500)(0.05?500) =30 b.傳動(dòng)比的分配 傳動(dòng)比分配時(shí)要充分考慮到各級(jí)傳動(dòng)的合理性，以及帶輪的結(jié)構(gòu)尺 寸，要做到結(jié)構(gòu)合理。傳動(dòng)裝置分為三級(jí)，傳動(dòng)比分配為 i=30=2.5×3×4。各級(jí)均為同步齒形帶傳動(dòng)，具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)緊 湊，傳動(dòng)比范圍大以及在低速下傳遞動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)。另外由于兩對(duì)滾珠絲 杠副的存在，其中第三級(jí)傳動(dòng)包括兩組同步帶傳動(dòng)。 1.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 根據(jù)試驗(yàn)機(jī)輸出載荷與加荷速度，折算到驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需功率，選擇 驅(qū)動(dòng)電機(jī)。整機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副（導(dǎo)程 s=10） ，同步齒形帶傳 動(dòng)，傳動(dòng)總效率 η=0.7-0.8。則功率 ??= ????1000?60???=103×0.51000×60×0.6=0.014???? 式中：F—輸出載荷， ；103?? v—加荷速度。0.5m/min； 代入數(shù)據(jù)得 。??=0..014???? 選取寬調(diào)速永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 2-1 表 2-1 70SYX 寬調(diào)速永磁直流伺服電機(jī)技術(shù)參數(shù) 規(guī)格型號(hào) 額定功率 額定轉(zhuǎn)矩 最高轉(zhuǎn)速 70SYX 0.05KW 0.33N.M 2000r/min 額定電壓 最高電流 允許轉(zhuǎn)速差± 10% 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 48V 4A 200 564Kg.cm.s2 該電機(jī)具有精度高，響應(yīng)快，調(diào)速范圍寬（電調(diào)比 1:10000） ，力矩 波動(dòng)小，線(xiàn)性度好，過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。 1.4 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù) 設(shè)電機(jī)輸出軸為 1 軸，然后各級(jí)依次為 2、3、4 軸。對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為 n1，n 2，n 3；對(duì)應(yīng)功率為 P1，P 2，P 3；對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩為 T1，T 2，T 3。為計(jì)算方 便，各級(jí)傳動(dòng)效率取 η=0.9。 a.各軸轉(zhuǎn)速 ?? 1=1500???????? ??2=??1??1=15002.5=600???????? ??3=??2??2=6003 =200???????? ??4=??3??3=2004 =50???????? b.各軸功率 ?? 1=0.014?????? 2=??1×??=0.014×0.9≈0.0126???? ??3=??1×??2=0.014×0.92≈0.0113???? ??4=??1×??3/2=0.014×0.93/2≈0.005???? c.各軸轉(zhuǎn)矩 ??1=9550??1??1=9550×0.0141500=0.089????? ??2=9550??2??2=9550×0.0126600=0.200????? ??3=9550??3??3=9550×0.0113200=0.540????? ??4=9550??4??4=9550×0.00550=0.955????? 具體計(jì)算結(jié)果填入表 2-2 中供設(shè)計(jì)計(jì)算使用。 表 2-2 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果 1 軸 2 軸 3 軸 4 軸 轉(zhuǎn)速 ??/(??????????1) 1500 600 200 50 功率 ??/???? 0.014 0.0126 0.0113 0.005 轉(zhuǎn)矩 ??/(?????) 0.089 0.200 0.540 0.955 傳動(dòng)比 i 2.5 3 4 第 2 節(jié) 零部件尺寸設(shè)計(jì) 2.1 帶輪的設(shè)計(jì) 2.1.1 第一級(jí)同步齒形帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) （1）確定計(jì)算功率 ????=(????+????)??1 式中： —工作情況系數(shù)；1.2???? —增速比系數(shù)； 0???? 代入數(shù)值得： ????=0.06???? （2）模數(shù) 由 以及 查表，取???? ??1 ??=1.5???? （3）選擇帶輪 、??1 ??2 查表得小帶輪最小齒數(shù) ，取 ，??1??????=14 ??1=24 則 ??2=????1=2.5×24=60?? 1=????1=1.5×24=36?????? 2=????2=1.5×60=90???? 帶速 ??= ????1??160×1000=3.14×36×150060000=2.826??/?? （4）確定中心距 a 及帶長(zhǎng) ???? 初選 ??0=100???? 初定膠帶節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度 ??0??≈2??0+??2(??1+??2)+(??2???1)24??0 =370???? 查表取 ????=377???? 中心距 ??≈??0+???????0??2 =104???? （5）確定帶寬 單位帶寬的離心拉力 ????=????2??=18×10?4×2.826210=0.0014???????? 小帶輪嚙合齒數(shù) ????≈(12???2???16??)??1=7 帶寬 ??= 102??????????([??]?????) 式中： —單位寬度的許用拉力，0.4Kg/mm[??] —嚙 合 齒 數(shù) 系 數(shù) ， ???? 代入數(shù)據(jù)得 ，圓整，取??=5.4???? ??=12???? (6)計(jì)算帶輪幾何尺寸 齒形角 ??=40° 頂圓直徑 ????1=??1?2?? 式中： —節(jié)線(xiàn)到齒根間距離，0.375mm?? 代入數(shù)值得 ，????1=39.25???? 同理 ????2=74.25???? 齒槽深 ?=?‘+?? 式中： —齒高， 0.9mm?‘ —徑向間隙，0.55mm?? 代入數(shù)據(jù)得 ?=1.45???? 根圓直徑 ，????1=????1?2?=26.35???? 同理 ????1=71.35???? 帶輪齒寬 ??=??+(3~10)=16???? 2.1.2 第二級(jí)同步齒形帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) （1）確定計(jì)算功率 ????=(????+????)?? 式中： —工作情況系數(shù)；1.2???? —增 速 比 系 數(shù) ； 0???? 代入數(shù)值得： ????=0.06???? （2）模數(shù) 由 以及 查表，取???? ??1 ??=1.5???? （3）選擇帶輪 、??1 ??2 查表得小帶輪最小齒數(shù) ，取 ，??1??????=14 ??1=24 則 ??2=????1=3×24=72?? 1=????1=1.5×24=36?????? 2=????2=1.5×72=108???? 帶速 ??= ????1??160×1000=3.14×36×60060000=1.13??/?? （4）確定中心距 a 及帶長(zhǎng) ???? 初選 ??0=140???? 初定膠帶節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度 ??0??≈2??0+??2(??1+??2)+(??2???1)24??0 =542.8???? 查表取 ????=565.5???? 中心距 ??≈??0+???????0??2 =152???? （5）確定帶寬 單位帶寬的離心拉力 ????=????2??=24×10?4×1.13210=3.8×10?4???????? 小帶輪嚙合齒數(shù) ????≈(12???2???16??)??1=8 帶寬 ??= 102??????????([??]?????) 式中： —單位寬度的許用拉力，0.6Kg/mm[??] —嚙 合 齒 數(shù) 系 數(shù) ， 1???? 代入數(shù)據(jù)得 ，圓整，取??=13.5???? ??=16???? (6)計(jì)算帶輪幾何尺寸 齒形角 ??=40° 頂圓直徑 ????1=??1?2?? 式中： —節(jié)線(xiàn)到齒根間距離，0.50mm?? 代入數(shù)值得 ，????1=39???? 同理 ????2=119???? 齒槽深 ?=?‘+?? 式中： —齒高， 1.2mm?‘ —徑向間隙，0.69mm?? 代入數(shù)據(jù)得 ?=1.89???? 根圓直徑 ，????1=????1?2?=35.22???? 同理 ????1=115.22???? 帶輪齒寬 ??=??+(3~10)=20???? 2.1.3 第三級(jí)同步齒形帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) （1）確定計(jì)算功率 ????=(????+????)?? 式中： —工作情況系數(shù)；1.2???? —增 速 比 系 數(shù) ； 0???? 代入數(shù)值得： ????=0.06???? （2）模數(shù) 由 以及 查表，取???? ??1 ??=2.5???? （3）選擇帶輪 、??1 ??2 查表得小帶輪最小齒數(shù) ，取 ，??1??????=16 ??1=16 則 ??2=????1=4×16=64?? 1=????1=2.5×16=40?????? 2=????2=2.5×64=160???? 帶速 ??= ????1??160×1000=3.14×40×20060000=0.42??/?? （4）確定中心距 a 及帶長(zhǎng) ???? 對(duì)于此級(jí)第一組帶輪， 初選 ??0=180???? 初定膠帶節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度 ??0??≈2??0+??2(??1+??2)+(??2???1)24??0 =765.8???? 查表取 ????=801.1???? 中心距 ??≈??0+???????0??2 =198???? 對(duì)于第 2 組帶輪， 初選 ??0=240???? 初定膠帶節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度 ??0??≈2??0+??2(??1+??2)+(??2???1)24??0 =878.6???? 查表取 ????=895.4???? 中心距 ??≈??0+???????0??2 =248???? （5）確定帶寬 單位帶寬的離心拉力 ????=????2??=35×10?4×0.50210=8.9×10?6???????? 小帶輪嚙合齒數(shù) ????≈(12???2???16??)??1=6 帶寬 ??= 102??????????([??]?????) 式中： —單位寬度的許用拉力，1.0Kg/mm[??] —嚙 合 齒 數(shù) 系 數(shù) ， 1???? 代入數(shù)據(jù)得 ，圓整，取??=24???? ??=24???? (6)計(jì)算帶輪幾何尺寸 齒形角 ??=40° 頂圓直徑 ????1=??1?2?? 式中： —節(jié)線(xiàn)到齒根間距離，0.75mm?? 代入數(shù)值得 ，????1=46.5???? 同理 ????2=190.5???? 齒槽深 ?=?‘+?? 式中： —齒高， 1.8mm?‘ —徑向間隙，0.82mm?? 代入數(shù)據(jù)得 ?=2.62???? 根圓直徑 ，????1=????1?2?=41.26???? 同理 ????1=185.26???? 帶輪齒寬 ??=??+(3~10)=36???? 2.2 軸的設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)取決于受力情況、軸上零件的的布置和固定方式、軸承的 類(lèi)型和尺寸、軸的毛坯，制造和裝配工藝、以及運(yùn)輸安裝等條件。軸的 結(jié)構(gòu)應(yīng)該使軸受力合理，避免或減輕應(yīng)力集中，有良好的工藝性，并使 軸上零件定位可靠、裝配方便。對(duì)于要求剛度較大的軸，還應(yīng)從結(jié)構(gòu)上 考慮軸。的變形。 此次設(shè)計(jì) 1 軸為電機(jī)輸出軸，結(jié)構(gòu)尺寸參照電機(jī)結(jié)構(gòu)，這里便不再 贅述。 2 軸長(zhǎng)度尺寸與 3 軸有關(guān)，故先進(jìn)行 3 軸的設(shè)計(jì)。 2.2.1 Ⅲ軸的設(shè)計(jì) 選擇軸的材料 軸的材料選 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。取 A=110。 初步估算軸的直徑 初步估算軸的最小直徑為 ????????=?? 3??3??3=110× 30.0113200????=4.2???? 考慮軸端有鍵槽，軸徑應(yīng)增加 ，考慮到軸承,取10%?15% 。??=16???? 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 3-1 3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如圖所示，軸徑最小處取 16mm，與帶輪配合，根據(jù)帶輪尺寸取其軸 向尺寸為 16mm。 因第二段軸徑安裝滾動(dòng)軸承，為便于軸承裝配，軸徑按 5mm 放大， 取為 20mm。根據(jù)軸的受力，初選 6204 滾動(dòng)軸承，其基本尺寸為 。右端圓螺母固定，尺寸 M20×12.??×??×??=20????×47????×14???? 為保證加工質(zhì)量及滿(mǎn)足裝配要求，開(kāi)設(shè)螺紋退刀槽 2×Φ20，長(zhǎng)度 12mm。軸承左端兩帶輪與軸配作，帶輪間加以中擋板。右?guī)л喤c軸承間 有套筒連接，左帶輪與軸承間開(kāi)設(shè)軸肩定位，直徑 26mm。 軸肩左端軸徑與右端保持一致。最左處采用彈性擋圈固定，具體尺 寸參照 GB/T 894.1 查找。 帶輪的周向定位采用 A 型普通平鍵連接，根據(jù)各段軸徑，由手冊(cè)查 得平鍵截面分別為 以及??×?×??=5????×5????×25???? 。同時(shí)為了保持帶輪與軸配合具有良??×?×??=6????×6????×70???? 好的對(duì)中性，選擇帶輪輪轂與軸的配合為 H7/r6；滾動(dòng)軸承與軸的周向 定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 k6。 軸肩處圓角半徑取 R2，軸端倒角取 1×45°。 2.2.2 Ⅱ軸的設(shè)計(jì) 選擇軸的材料 軸的材料選 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。取 A=110。 初步估算軸的直徑 初步估算軸的最小直徑為 ????????=?? 3??2??2=110× 30.14600????=3.03???? 考慮軸端有鍵槽，軸徑應(yīng)增加 ，取 。10%?15%??=16???? 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 3-1 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié) 論 本試驗(yàn)機(jī)機(jī)型采用計(jì)算機(jī)控制，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，精密滾珠絲杠機(jī)械 加載，傳感器測(cè)量信號(hào)。具有加載平穩(wěn)，測(cè)量準(zhǔn)確，等特點(diǎn)。 因?yàn)槠渥畲蟮睦瓑簝H為 1KN，所以，結(jié)構(gòu)尺寸等相對(duì)較小并不影響 其精度，強(qiáng)度，剛度等。 不同項(xiàng)目下的試驗(yàn)附件（夾具）通過(guò)松，緊緊固螺釘插拔更換，下 空間完成拉伸試驗(yàn)，操作簡(jiǎn)單，因負(fù)載傳感器拉壓試驗(yàn)時(shí)，承受的力方 向一致，因此，年檢費(fèi)用可節(jié)省一半，更具有可實(shí)踐性。 致 謝 本論文在選題、研究和撰寫(xiě)的過(guò)程中，得到了導(dǎo)師陳菲老師的親切 關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。導(dǎo)師學(xué)識(shí)廣博、學(xué)術(shù)思想敏捷、治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，這一 切都是作者現(xiàn)在和將來(lái)學(xué)習(xí)的榜樣。特別是導(dǎo)師對(duì)學(xué)生在獲取知識(shí)、運(yùn) 用知識(shí)和創(chuàng)新能力方面的培養(yǎng)，使我受益匪淺。在此文完成之際，謹(jǐn)向 尊敬的導(dǎo)師致以誠(chéng)摯的謝意，感謝導(dǎo)師為作者的成長(zhǎng)所付出的心血，并 送去學(xué)生最美好的祝愿。 感謝陳菲老師，他們?cè)谧髡叩脑O(shè)計(jì)過(guò)程中幫助解決了很多的難題， 沒(méi)有他們的熱心幫助和悉心指導(dǎo)作者是很難完成這次設(shè)計(jì)的。 作者在本科期間，得到了很多老師和同學(xué)的幫助，在此，致以真誠(chéng) 的謝意，衷心感謝所有關(guān)心和幫助過(guò)我的朋友們！最后，感謝在百忙之 中參與評(píng)閱論文和參加答辯的專(zhuān)家評(píng)委。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 上海紡織學(xué)院 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 天津大學(xué).機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè).上?？茖W(xué) 技術(shù)出版社，1979 年 12 月 [2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第 3 版） ，北京：機(jī)械工業(yè)出 版社，2004 年 8 月 [3] 盛選禹 唐守琴 等.CATIA 有限元分析命令詳解與實(shí)例，北京：機(jī) 械工業(yè)出版社，2005 年 3 月 [4] 王曉江.機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 年 5 月 [5] Omron 公司.FA 系統(tǒng)產(chǎn)品綜合樣本，Omron 公司，2010 年 3 月 [6] 甘永立 陳曉華.機(jī)械精度設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，長(zhǎng)春：吉林人民出版社，2001 年 2 月 [7] 王霄 劉會(huì)霞等.CATIA V5R17 高級(jí)設(shè)計(jì)實(shí)例教程，北京：冶金工業(yè) 出版社，2009 年 8 月 [8] 譚慶昌 趙洪志.機(jī)械設(shè)計(jì)（修訂版） ，北京：高等教育出版社， 2009 年 6 月 [9] 李雪梅.數(shù)控機(jī)床，北京：電子工業(yè)出版社，2008 年 5 月 [10] 于駿一 鄒青.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)（第二版） ，北京：機(jī)械工業(yè)出版 社，2010 年 3 月 [11] 侯洪生.機(jī)械工程圖，北京：科學(xué)出版社，2001 年 9 月 [12] 熊軍.數(shù)控機(jī)床原理與結(jié)構(gòu)，北京：人民郵電出版社，2007 年 9 月 [13] 夏田.數(shù)控加工中心設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006 年 1 月 [14] 王仁德.機(jī)床數(shù)控技術(shù).東北大學(xué)出版社，2004 年 5 月 [15] 張仁貴.材料試驗(yàn)機(jī).中國(guó)計(jì)量出版社，2010 年 1 月