試驗臺的設計畢業(yè)設計.doc

濟南大學畢業(yè)設計1 緒論前言阻尼器，是以提供運動的阻力，耗減運動能量的裝置。利用阻尼來吸能減震不是什么新技術(shù)，在航天、航空、軍工、槍炮、汽車等行業(yè)中早已應用各種各樣的阻尼器(或減震器)來減振消能。1.1課題背景及研究意義汽車阻尼器即減震器，是汽車懸架系統(tǒng)中的一個尤其重要阻尼元件，它的主要作用就是緩和車輛的振動，提高乘客乘坐的舒適性，降低車體給予各部分的動應力，近一步的來提高整車的壽命以及安全性，減震器性能的優(yōu)劣直接影響到車輛的性能。因此，在車輛運行過程中，必須保證減震器能夠保持可靠和穩(wěn)定的性能。設計生產(chǎn)高質(zhì)量的減震器是提高車輛技術(shù)性能的重要的內(nèi)容。然而，設計生產(chǎn)高質(zhì)量的減震器需要性能完善、先進的試驗設備作保證。目前，（阻尼器）減震器試驗臺按照其作用形成分為機械式、液壓式、交流伺服式和其他形式。減震器試驗臺主要應用于汽車懸架筒式見證其的臺架性能試驗。其特點：(1)減振器的示功試驗，繪制示功圖;(2)減振器的速度特性試驗，繪制速度特性曲線;(3)減振器內(nèi)摩擦阻力測定，繪制摩擦力位移曲線;(4)減振器的溫度特性試驗，繪制溫度特性曲線;(5)減振器的耐久性試驗;國內(nèi)在減震器的檢測方面比較落后，第一個主要的原因就是國內(nèi)相應的試驗設備不能夠滿足試驗性能的要求以及能實現(xiàn)但是昂貴的試驗器材的費用很昂貴，因此制約著我國在減震器以及在減震器試驗臺性能的提升?，F(xiàn)在的試驗臺，都是以測試示功圖以及滯回曲線為主用的目的，我國國內(nèi)的試驗臺大多是開環(huán)、機械式、液壓伺服等形式。這些形式的試驗臺存在著許多不合理的地方。并且在這方面的技術(shù)還不是成熟，主要的功能只是局限于測試示功圖，不能快速而且準確地對減震器（阻尼器）的各個性能進行檢測，存在著眾多的不足之處。據(jù)統(tǒng)計現(xiàn)在汽車減震器（阻尼器）大部分都是筒式液阻減震器，其阻尼力主要通過油液流經(jīng)空隙的節(jié)流作用產(chǎn)生。汽車懸架系統(tǒng)一般是由彈性元件（彈簧）、阻尼元件（減震器）、導向傳力裝置三大部分組成。由此可見，減震器（阻尼器）是懸架系統(tǒng)的重要組成部分。汽車減震器（阻尼器）衰減的是汽車震動的振幅，而不是振動頻率，因此減震器對于車輛的平順、舒適、安全、轉(zhuǎn)向操作和通過等等性能起決定性作用。1.2課題解決的問題和主要工作目前我國國內(nèi)常見的減振器試驗臺大多是機械式，有曲柄連桿形式如圖（1-1）和上下曲柄滑塊機構(gòu)形式如圖（1-2）圖1-1圖1-2曲柄連桿形式的試驗臺的動力源是電動機，由傳動系統(tǒng)經(jīng)過減速后，帶動著一整套曲柄滑塊機構(gòu)，對減振器實現(xiàn)正弦力作用。由扭力桿測出正弦力的大小，使減振器上端的活塞作上下運動，從而對減震器作用。減振器的下端固定在曲拐上，曲拐裝在一根測力扭桿上，利用扭桿變形，測量減振器的阻力大小。試驗時，曲拐上不得記錄筆在記錄板上畫出一個示功圖。記錄臺的記錄筆在左右方向的偏移量表示扭桿扭力的大小，也表示減震器阻力的大小。最后繪制出減震力示功圖。它存在著很多的缺點：激振頻率范圍較窄，高低頻率實驗受到限制，只能采用單一的正弦波激振，不能繪制出速度特性曲線，示功圖在理論上也只是一個近似的通行，利用這種設備測試減振器時，不能真實的反應減振器在其允許的速度范圍內(nèi)工作的阻力變化規(guī)律；根據(jù)行業(yè)標準，減振器一般有以下四個方面的內(nèi)容：（1）示功圖實驗：減振器的阻力與位移實驗（f-s）；（2）速度特性實驗：減振器的阻力與活塞速度實驗（f-v）；（3）溫度特性實驗：減振器的阻力與試件的溫度實驗（f-t）；（4）耐久性實驗：工作循環(huán)一百萬次以后，減振器的阻力與位移實驗（f-s）。目前國內(nèi)對現(xiàn)有的實驗規(guī)范以檢測示功圖為主要目的，國內(nèi)試驗臺的不科學，不嚴謹，以及設備設計不合理，可操作性差，測量誤差大。2新型阻尼器實驗裝置的設計方案論述2.1實驗裝置功能結(jié)構(gòu)分析本課題針對國內(nèi)減震器性能測試系統(tǒng)普遍存在的價格昂貴、精度偏差和測試效率低，以及示功特性或速度特性不能同時測試的現(xiàn)狀等缺點。依據(jù)各種不同要求，設計出一套使用方便、靈活、測試精度高的減震器性能測試系統(tǒng)。系統(tǒng)以適宜在惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用的工業(yè)控制計算機為控制核心，實現(xiàn)自動控制與數(shù)據(jù)采集，提高了試驗效率，簡化了試驗操作。采用機械式滑塊，其本身在耐久試驗中的損耗很小，維護方便，可靠實用。較之結(jié)構(gòu)復雜、價格昂貴的液壓加振機構(gòu)，性能價格比高，有著顯著的優(yōu)越性。新型阻尼器實驗裝置的測量可以用渦輪蝸桿機構(gòu)手動的測量靜態(tài)的最大以及最小的拉（壓）力f，同時可以得到準確的位移，從而可以繪制出f-s曲線。這是最大靜力測試。圖2-1方案設計流程圖2.2總體設計方案圖2-2總體結(jié)構(gòu)圖3.3.1總體設計（1）新型阻尼器實驗裝置的測量可以用渦輪蝸桿機構(gòu)手動的測量靜態(tài)的最大以及最小的拉（壓）力f，同時可以得到準確的位移，從而可以繪制出f-s曲線。這是最大靜力測試。（2）實驗裝置還可以用異步電動機實現(xiàn)恒定速度下，給予固定壓力，測量慢速下最大受力檢測。（3）用異步電動機作為動力原件，帶著一個齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪帶動軸轉(zhuǎn)動使曲柄滑塊做規(guī)則的正弦激振，用來測量動循環(huán)次數(shù)。（4）用手動渦輪蝸桿裝置在加載至超載的狀態(tài)下，進行超載的測試。1.選擇動力源：機械振動的動力有多種形式可供采用, 可用液壓馬達, 也可用電機, 液壓馬達可通過調(diào)節(jié)進油量改變馬達轉(zhuǎn)速, 亦即改變了攪拌葉輪的轉(zhuǎn)速。但其結(jié)構(gòu)復雜, 油管多, 能耗大, 兩臺攪拌機合用一臺泵站時, 還要用分流器來保證各馬達轉(zhuǎn)速相等。電機雖不能調(diào)速, 但系統(tǒng)簡單, 能耗低, 各攪拌機可單獨控制, 操作方便, 本設計考慮到可由變速箱進行變速,電機無需改變速度, 故選用電機作為攪拌機的動力源。電動機是試驗臺機械振動的動力源，電動機的好壞直接影響著振動的幅度和頻率，電動機的選取是非常重要的。應根據(jù)攪拌軸功率和攪拌設備周圍的工作環(huán)境等因素選擇電動機的型號,并遵循以下基本原則:（1）根據(jù)曲柄滑塊機構(gòu)的負載性質(zhì)和工藝條件對電動機的啟動、制動、運轉(zhuǎn)、調(diào)速等的要求,選擇電動機類型。（2）根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動頻繁程度等要求,考慮電動機的溫升限制、過載能力和啟動轉(zhuǎn)矩,合理選擇電動機容量,并確定冷卻通風方式。同時選定的電動機型號和額定功率應滿足攪拌設備開車時啟動功率增大的要求。（3）根據(jù)使用場所的環(huán)境條件,如溫度、灰塵等,考慮必要的防護方式和電動機的結(jié)構(gòu)型式,確定電動機的防爆等級和防護等級。（4）根據(jù)企業(yè)電網(wǎng)電壓標準和對功率因數(shù)的要求,確定電動機的電壓等級。（5）根據(jù)攪拌設備的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程的性能要求,以及機械減速的復雜程度,選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速。除此之外,選擇電動機還必須符合節(jié)能要求,并綜合考慮運行可靠性、供貨情況、備品備件通用性、安裝檢修難易程度、產(chǎn)品價格、運行和維修費用等因素。電動機額定功率可按下式確定:pn =（p+ ps）/ （3-1）式中：pn 電動機功率kw；p攪拌器功率kw；ps 軸封裝置的磨擦損失功率kw；傳動裝置的機械效率。3實驗裝置零部件的設計3.1電動機的選用通常應根據(jù)攪拌軸功率，考慮到電動機的溫升限制、過載能力、起動轉(zhuǎn)矩及起動電流，除此之外,選擇電動機還必須考慮運行可靠性、安裝檢修難易程度、產(chǎn)品價格、使用環(huán)境等因素。根據(jù)傳動力矩的大小，并結(jié)合研究所需的力大小可以確定功率為2kw。由于電動機到阻尼器之間的動力傳遞有功率損耗，因此應根據(jù)傳動路線查出各部分的傳動效率，求出總傳動效率，確定電機功率。 （3-2）kw；式中：萬向節(jié)的傳動效率；花鍵傳動效率；錐齒輪傳動效率；深溝球軸承傳動效率；深溝球軸承傳動效率；圓錐滾子軸承傳動效率；電機功率根據(jù)計算所需功率查機械手冊，選取電動機型號為y100l2-4，額定功率p=3kw，滿載轉(zhuǎn)速n=1430r/min。3.2萬向節(jié)機構(gòu)傳動設計圖3-1連桿1、2萬向節(jié)普通家用轎車，后橋部分就可以使用。3.3.1箱中齒輪傳動設計計算電動機輸出的功率和轉(zhuǎn)速經(jīng)過v帶傳遞，傳入變速箱中的功率為2.85kw，轉(zhuǎn)速為360r/min，經(jīng)變速箱變速后輸出的三種轉(zhuǎn)速為90r/min，其傳動比分別為。 齒輪傳動的計算（1）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)選用直齒圓柱齒輪傳動，由于速度不高，故選用7級精度，查機械手冊選取小齒輪材料為40gr（調(diào)制），硬度為280hbs，大齒輪材料為45鋼（調(diào)制），硬度為240hbs，二者材料硬度差為40hbs。（2）按齒面接觸強度設計由設計計算公式進行試算，即 （3-3）1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值試選載荷系數(shù)計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 （3-4）2）查表選取齒寬系數(shù)。3）查表得材料的彈性影響系數(shù)。4）由機械手冊按齒面硬度查得小齒輪的解除疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限。5）由公式計算應力循環(huán)次數(shù)6）選取接觸疲勞壽命系數(shù)；。7）計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1，由公式的mpampa8）計算驗算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 （3-5）mm。計算圓周速度m/s。計算齒寬bmm。計算齒寬與齒高之比模數(shù)mm；齒高mm；計算載荷系數(shù)根據(jù)v=1.1m/s，7級精度，查表得動載系數(shù)用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，由、查表得；故載荷系數(shù)按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓，由公式得mm計算模數(shù)mm。3按齒根彎曲強度設計由公式得彎曲強度的設計公式為 （3-6）1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值由表查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲強度極限；取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4，由公式得mpa；mpa。計算載荷系數(shù)k。 （3-7）查取齒形系數(shù)；。查取應力校正系數(shù)；。計算大、小齒輪的并加以比較；大齒輪的數(shù)值大。2）設計計算mm對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)2.095并就近圓整為標準值m=2.5mm，按接觸強度算得的分度圓直徑，算出小齒輪數(shù)大齒輪齒數(shù)4幾何尺寸計算計算分度圓直徑mmmm計算中心距mm計算齒輪寬度mm取mm，mm。3.3.2零件布置設計變速箱中通過其不同齒輪組的嚙合來輸出不同轉(zhuǎn)速，通過上面的計算可以確定各組齒輪的大小和傳動比，但是變速箱在同一時間內(nèi)只能輸出一種轉(zhuǎn)速，因此應當合理布局軸上零件。在一對齒輪嚙合傳動時，應保證另外兩對齒輪處于分離狀態(tài)，不能產(chǎn)生干涉。軸上的齒輪位置是固定不變的，通過改變軸齒輪位置實現(xiàn)不同齒輪組的嚙合傳動，應此軸上的齒輪是可以在軸上軸向滑動的，但軸上齒輪的相對距離不能變動，以免發(fā)生干涉。應此，三個齒輪由保持架保證其相對位置不會發(fā)生改變，當一個齒輪位置變化時，三個齒輪一同變化。確定a，b的大小通過計算可知軸上齒輪齒寬為b=60mm，軸上齒輪齒寬為b=54mm。當變速箱輸出中速時如上圖所示,當輸出低速時，齒輪4、5嚙合,齒輪2、3的位置也會發(fā)生變化，此時齒輪1會位于齒輪2、3之間。為了不影響正常工作，應保證各齒輪端面不接觸。為保證齒輪1、2不接觸，應滿足，即。為保證齒輪2、3不接觸，應滿足，即。且b應大于齒寬60mm，應此選取b=70mm，所以a的取值為，取a=125mm。3.4錐齒輪的傳動計算通過變速箱中直齒圓柱齒輪的變速傳遞，可獲得90r/min三種輸出速度，經(jīng)錐齒輪的傳遞最終攪拌軸可獲得30r/min。傳動比i=3，設計的錐齒輪應按最高轉(zhuǎn)速進行求解，即小齒輪轉(zhuǎn)速為270r/min，大齒輪轉(zhuǎn)速為90r/min，轉(zhuǎn)矩為74.3nmm，軸交角。圖3-4小錐齒輪零件圖圖3-5大錐齒輪零件圖1材料選擇小齒輪材料為40mnb鋼調(diào)質(zhì)處理，hbs=241-286；大齒輪材料用45鋼調(diào)質(zhì)處理，hbs=197-255，精度等級7級。2按接觸疲勞強度設計1）接觸疲勞極限應力mpa； （3-8），mpa。2）齒寬系數(shù)。3）綜合系數(shù)kk=1.4。4）確定小齒輪大端分度圓直徑 （3-9）3主要尺寸計算1）齒數(shù)z，2）模數(shù)mm，取m=3mm。3）大端分度圓直徑與mm；mm。4）節(jié)錐角與； （3-10）。5）錐距rmm。6）齒寬bmm。7）大端分度圓平均直徑。4按接觸強度校核計算1）額定圓周力2）查表可得，m/s。3）許用接觸應力，mpa。 （3-11）4）計算接觸應力mpa，接觸強度夠。5彎曲強度校核計算1）有關(guān)參數(shù)和系數(shù)計算；查表得 ，；，；，;，； ，。2）許用彎曲應力mpa；mpa3）計算彎曲應力；彎曲強度夠。3.5支撐的設計圖3-6支撐正視圖4軸的校核設計4.1變速箱中傳動軸的設計校核軸支承轉(zhuǎn)動零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機器中作回轉(zhuǎn)運動的零件就安裝在軸上。根據(jù)軸線形狀的不同，軸可以分為曲軸和直軸兩類。根據(jù)軸的承載情況，又可以分為：轉(zhuǎn)軸，工作時既承受彎矩又承受扭矩，是機械中最常見的軸，如各種減速器中的軸。心軸，用來支承轉(zhuǎn)動零件只承受彎矩不承受傳動扭矩，有些心軸轉(zhuǎn)動，如鐵路車輛的軸等，有些心軸則不轉(zhuǎn)動，如支承滑輪的軸等。傳動軸，主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機移動機構(gòu)中的長光軸、汽車的驅(qū)動軸等。軸的材料主要采用碳素鋼或合金鋼，也可采用球墨鑄鐵或合金鑄鐵等。軸的工作能力一般取決于強度和剛度，轉(zhuǎn)速高時還取決于振動穩(wěn)定性。進行軸的強度校核計算時，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。對于僅僅承受扭矩的軸，應按扭矩強度條件計算；對于既承受彎矩又承受扭矩的軸，應按彎扭合成強度條件計算，需要時還應按疲勞強度條件進行精確校核。此外，對于瞬時過載很大獲應力循環(huán)不對稱性較為嚴重的軸，還應按峰尖在和校核其靜強度，以免產(chǎn)生過量的塑性變形。按扭轉(zhuǎn)強度條件計算，這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度；如果還受有不大的彎矩時，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應力的辦法予以考慮。在做軸的機構(gòu)設計時，通常用這種方法初步估算軸徑，也可以作為最后計算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 （4-1）式中：-扭轉(zhuǎn)切應力，mpa；t-軸所受的扭矩，n.mm；-軸的抗扭截面系數(shù)，；n-軸的轉(zhuǎn)速，r/min；p-軸傳遞的功率，kw；d-計算截面處軸的直徑，mm；由上式可以得軸的直徑式中，。應當指出，當軸截面上開有鍵槽時，應增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱。對于直徑的軸，由一個鍵槽時，軸徑增大5%7%；有兩個鍵槽時，應增大10%15%。然后將軸徑圓整為標準直徑。應當注意，這樣求出的直徑，只能作為承受扭矩作用的軸端的最小直徑。在下述的設計計算中，由于彎矩小或只受扭矩作用、載荷較平穩(wěn)，故取值為（2545），取值為（126103）。（1）軸的設計校核設計計算軸通過v帶與電動機相連，其上開有三個鍵槽；材料：45；mpa，。mm故取軸徑不小于11.25mm。由于在軸上最小齒輪為d=60mm，與之對應的軸徑為d=50mm，應此將齒輪與軸制造為一體為齒輪軸。（2）軸的設計校核設計計算軸上開有一個鍵槽，一個為普通平鍵。軸的材料為45號鋼，。mmmm故取軸的外徑不小于23.7mm。2）軸的結(jié)構(gòu)圖軸是一個中空軸，內(nèi)部由花鍵連接圖4-1軸的零件圖4.2軸的設計校核（1）設計計算攪拌軸在攪拌鍋中旋轉(zhuǎn)工作時，主要受到扭矩。因此可用公式初步估算直徑。軸的材料選用45號鋼，。攪拌軸的最低轉(zhuǎn)速n=30r/min。mmmm圖4-2花鍵軸（1）設計計算花鍵軸上開花鍵6x8。軸的材料為45號鋼mmmm故取軸的外徑不小于40mm。5 結(jié) 論通過這次畢業(yè)設計，我了解了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及其相關(guān)產(chǎn)品，這讓我收益頗豐。在現(xiàn)今國內(nèi)外阻尼器的檢查，國內(nèi)在減震器的檢測方面比較落后，第一個主要的原因就是國內(nèi)相應的試驗設備不能夠滿足試驗性能的要求以及能實現(xiàn)但是昂貴的試驗器材的費用很昂貴，因此制約著我國在減震器以及在減震器試驗臺性能的提升?，F(xiàn)在的試驗臺，都是以測試示功圖以及滯回曲線為主用的目的，我國國內(nèi)的試驗臺大多是開環(huán)、機械式、液壓伺服等形式。這些形式的試驗臺存在著許多不合理的地方。并且在這方面的技術(shù)還不是很熟，主要的功能就是局限在測試示功圖，不能快速并且準確地對減震器的各個性能進行檢測，存在著眾多不足之處。但由于時間的急迫，相關(guān)專業(yè)知識的欠缺，本設計中也有許多的不足需要改進。如實驗裝置在阻尼器安裝部位，夾緊及固定。在擋板處可實現(xiàn)的調(diào)節(jié)功能。在改進中應注重自動化的設計，減少勞動量。畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立