高頻疲勞試驗機 設(shè)計說明書

1、長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙前 言型微機控制高頻拉壓疲勞試驗機是一種通用的電磁激勵共振型疲勞試驗機，它可以對金屬材料進行250Hz以下的拉壓疲勞試驗。本機引入微機直接參與管理與控制，因而大大擴大了傳統(tǒng)高頻疲勞試驗機的功能。它除了可進行常規(guī)的疲勞試驗外，還可進行程控加荷試驗，由于計算機的引入，從而在試驗中實現(xiàn)了對負(fù)荷放大器的自動校準(zhǔn)；試驗過程中對交變負(fù)荷及平均負(fù)荷的自動穩(wěn)幅控制；并可自動定時存儲負(fù)荷值及頻率、循環(huán)次數(shù)；試驗結(jié)束后，可打印出數(shù)據(jù)報表。試驗中，在CRT顯示器上顯示各種操作提示，使操作者感到得心應(yīng)手，同時在屏幕上進行多參數(shù)的同時顯示（交變負(fù)荷、平均負(fù)荷、諧振頻率、循環(huán)次數(shù)、工作時

2、間累計等），并自動控制事故停機及故障顯示。本機電控系統(tǒng)采用先進的脈沖調(diào)寬型系統(tǒng)及開關(guān)型晶體管功率放大器，消除了憑經(jīng)驗進行調(diào)諧、移相操作的不便。因此，啟動容易，操作方便，效率高，功耗低。平均負(fù)荷控制系統(tǒng)采用直流電機無級調(diào)速，因此傳動平穩(wěn)，加載、卸載迅速，控制精度極高。 本機既可以做不對稱疲勞試驗，也可做對稱疲勞試驗。另外，本機可電動升降上夾頭，工作臺面有形槽，可以裝置各種專用夾具和附件，可配備三點彎曲、四點彎曲、板材、緊湊拉伸等夾具，可對汽車連桿、齒輪和鏈條、螺栓、抽油管等零件或材料進行試驗，并可根據(jù)需要配備包絡(luò)線、裂紋擴展速率、S-N曲線等試驗部件。本機性能良好，功能完備，適用于機械、冶金、交

3、通等部門及大專院校、科研單位使用。我們的設(shè)計題目為：30T 高頻疲勞試驗機的設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容包括：設(shè)計變壓器繞線機及其微機控制系統(tǒng)一套。該系統(tǒng)應(yīng)具有微機自動控制，數(shù)據(jù)采集，顯示和通訊功能，可實現(xiàn)線圈繞制過程自動化?？傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計方案包括：繞線機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、微機控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計。這是一次非常有意義的設(shè)計，不但是對我們以前所學(xué)知識的總結(jié)，把理論應(yīng)用于實際，增加了我們的動手能力，也為我們以后進行設(shè)計工作打下堅實的基礎(chǔ)。由于時間倉促和個人的知識水平有限，設(shè)計和論文中的錯誤和不足在所難免，請各位老師給予批評指正。共 23 頁 第 1 頁 裝 訂 線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙

4、第1章 總體方案設(shè)計. 本次設(shè)計的課題是：30T 高頻疲勞試驗機的設(shè)計。其設(shè)計的要點是要保證：結(jié)構(gòu)簡單、沒有維護的液壓源及閥門、泵或冷卻系統(tǒng)、使用操作方便、效率高、耗能低等。 1.1 工作原理 主機負(fù)荷框架由橫梁、立柱、底座、減振彈簧組成。由直流伺服電機、兩對蝸輪副、絲杠及弓形環(huán)等組成平均負(fù)荷系統(tǒng), 該系統(tǒng)除了施加平均負(fù)荷（拉或壓）外,砝碼等組成交變負(fù)荷激勵系統(tǒng)。試樣、砝碼、弓形環(huán)組成一個質(zhì)量彈簧系統(tǒng), 當(dāng)電磁鐵的激勵信號頻率與該系統(tǒng)固有頻率相同時, 則產(chǎn)生共振, 使試樣上所受的交變負(fù)荷要比在電磁鐵上所施加的激勵力大出好多倍。 絲桿與連接板通過四根拉桿同中橫梁固定在一起, 弓形環(huán)固定在中橫梁的

5、下部, 砝碼托盤固定在弓形環(huán)的下部, 四級八塊可拆卸的祛碼安裝在祛碼托盤上, 用來調(diào)節(jié)試驗機的工作頻率。上夾具 安裝在砝碼托的下部, 用以安裝試樣, 試樣又與下夾頭同傳感器連接在一起, 傳感器固定在機座上電磁鐵與銜鐵之間的氣隙可通過激勵彈簧下的調(diào)墊進行調(diào)整, 氣隙為0.2-0.6mm, 工作臺（底座）面上有T型槽, 可以安裝各種專用夾具和附件, 用來做斷裂韌性試驗 (預(yù)制裂紋) 或結(jié)構(gòu)件的疲勞試驗。 圖1-1 高頻疲勞試驗機共 23 頁 第 2 頁裝訂線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 1.2 課題研究的目的和意義 高頻疲勞試驗機在各種類型的疲勞試驗機中，具有結(jié)構(gòu)簡單、沒有維護的液壓源及閥

6、門、泵或冷卻系統(tǒng)、使用操作方便、效率高、耗能低等特點，所以它被廣泛的應(yīng)用在科研、航空航天、高等院校和工業(yè)生產(chǎn)等部門。 高頻疲勞試驗機被廣泛用來測試各種金屬材料抵抗疲勞斷裂性能、測試KIG值、S N等曲線等等；選配不同的夾具或環(huán)境實驗裝置，被廣泛用來測試各種材料和零部件（如板材、齒輪、曲軸、螺栓、鏈條、連桿、緊湊拉伸等等）的疲勞壽命，可完成對稱疲勞試驗、不對稱疲勞試驗、單向脈動疲勞試驗、塊譜疲勞試驗、調(diào)制控制疲勞試驗、高低溫疲勞試驗、三點彎、四點彎、扭轉(zhuǎn)等種類繁多的疲勞試驗。目前很多高等院校、科研部門和國際知名企業(yè)均采用高頻試驗機進行斷裂韌性試驗、測試金屬材料裂紋擴展速率及材料的門坎值，隨著微電

7、子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，以及測試手段的完善，它的使用功能正在不斷的擴大中。 1.3 試驗機現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 原瑞士Amsler公司是世界上生產(chǎn)高頻疲勞試驗機歷史最為悠久的國家, 最早期生產(chǎn)的型號是2HFP421和10HFP422, 分別是20KN和100KN的高頻疲勞試驗機, 它采用光學(xué)測力系統(tǒng),電子管電路的幅度控制型控制系統(tǒng)。七十年代相繼推出10HFP1478機型和20HFP1430于機型, 將光學(xué)測力系統(tǒng)改為電測力系統(tǒng), 電子管電路大部分被晶體管電路所取代, 但仍為幅度控制型系統(tǒng),即20HFP1430型主機結(jié)構(gòu)比以前有較大變化, 電磁鐵采用氣隙不調(diào)的方式, 激振器、磚碼、弓形環(huán)和升降機構(gòu)

8、均置于試樣下方, 負(fù)荷傳感器置于試樣上方。由于試樣與傳感器之間的動態(tài)力差異較大, 所以必須采用補償修正措施才能保證精度?？刂葡到y(tǒng)無變化, 仍沿用幅度控制系統(tǒng), 繁瑣的移相、調(diào)諧操作。到八十年代后期, 推出了HFP-5000系列, 九十年代初, 并入德國的R+K Amsler公司。近來年,Roell Amster公司對推出了HFP-5100系列, 主機又作了較大的改變, 激振器、磚碼、弓形環(huán)等都置于主機的上方, 試樣在負(fù)荷傳感器的下方, 將不調(diào)氣隙的又改為用直流伺服電機來自動調(diào)整氣隙, 它們都配置了計算機系統(tǒng), 尤其是HFP-5100系列的高頻試驗機, 它還可以做非等幅正弦波等波形的疲勞試驗,

9、其仍然處于國際領(lǐng)先水平據(jù)了解, HFP-5100的100KN高頻試驗機的價格在20萬美元以上, 所以國內(nèi)用戶很難接受。Instron是國際上生產(chǎn)高頻疲勞試驗機的另一主要廠家, 七十年代末推出1603型高頻試驗機, 其主機結(jié)構(gòu)和電控系統(tǒng)在當(dāng)時均獨樹一幟。色將傳感器、琺碼、主振彈簧、激振器、升降加荷機構(gòu)均置于試樣下方, 試樣上端通過機架共 23 頁 第 3 頁裝訂線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 及四片飯簧與機座相連, 試樣下端聯(lián)接傳感器, 主振動質(zhì)量通過另外四片板簧連于機座。氣隙用一套伺服系統(tǒng)自動調(diào)節(jié), 1603型的控制系統(tǒng)采用了新型的脈沖調(diào)寬型控制系統(tǒng), 消除了繁瑣的操作, 使起振變得十

10、分容易, 且不致在試樣剛度發(fā)生變化時造成停振。但由于試樣與傳感器間的連接件質(zhì)量較大,造成試樣與傳感器之間動態(tài)力誤差高達(dá)10°以上。為克服這個缺點, 到了八十年代, 在測量系統(tǒng)中附加了一套補償裝置。另外一個缺點是其功率管經(jīng)常被燒壞, 給用戶的使用帶來了一定的困難。八十年代后期, 為擴大功能, 在該機增配了HP95B通用微型計算機, 除了可以進行常規(guī)疲勞試驗外, 還可進行程控疲勞試驗和裂紋擴展試驗 國外生產(chǎn)高頻疲勞試驗機的國家還有日木、原蘇聯(lián), 但無論是機種、規(guī)模、技術(shù)均不足與Amsler 、Instron公司相抗衡。西歐也有一些小公司曾生產(chǎn)過高頻疲勞試驗機, 但均未能推出主流品種 國內(nèi)

11、批量生產(chǎn)高頻疲勞試驗機的有兩家:月水紅山試驗機廠和長春試驗機研究所。 紅山廠八十年代以前一直引進Amsler 2HFP421和10HFP422型機, 七十年末引進20HFP143。并于八十年代進行投產(chǎn)。近年來, 尚未看到有關(guān)新型高頻疲勞試驗機的報導(dǎo)。 長春試驗機研究所六十年代初即開始研制高頻疲勞試驗機, 七十年代初已生產(chǎn)出類似于Amsler10HFP1478 的產(chǎn)品, 并于八十年代初投入小批量生產(chǎn), 又于1987年研制成功采用脈沖調(diào)寬枝術(shù)和開關(guān)型晶體管功率放大器的PLC-100A型高頻疲勞試驗機, 鑒定認(rèn)為“ 其主要技術(shù)指標(biāo)和性能達(dá)到八十年代水平, 特別在動態(tài)力誤差, 實現(xiàn)真正脈動循環(huán)及整機能

12、量消耗方面均超過國際現(xiàn)有同類產(chǎn)品水平 。于1989年獲部科技進步三等獎并被機電部指定為替代進口產(chǎn)品。1989年又研制成功采用直流伺服系統(tǒng)的PLC-100B型、PLC-300B型100KN和300KN高頻勞試驗機, 性能進一步提高, 至此, 已為研制智能化高頻疲勞試驗機打下了堅實的基礎(chǔ)。之后PLC-100B型、PLC-300B型投入了小批生產(chǎn), 并將其技術(shù)應(yīng)用改造國內(nèi)外生產(chǎn)的各類高頻試驗機上。 1988年該所開始研制新型智能化高頻疲勞試驗機, 并于1991年通過機電部基金會對PLC-100C型智能化高頻疲勞試驗機的鑒定。鑒定委員會認(rèn)為“ 該試驗機采用計算機技術(shù)和PWM技術(shù), 對試驗機進行參數(shù)預(yù)置

13、, 自動控制、測量、試驗過程管理、數(shù)據(jù)處理和CRT顯示, 實現(xiàn)了機電一體化, 大幅度地提高了交變負(fù)荷、平均負(fù)荷的控制精度和智能化程度 , PLC-C型智能化高頻拉壓疲勞試驗機的技術(shù)指標(biāo)和性能在國內(nèi)領(lǐng)先,并達(dá)到了當(dāng)代國外同類產(chǎn)品先進水平” 。該機在PLC-100B型的基礎(chǔ)上采用了STD總線的控微機, 它取代了原有模擬控制系統(tǒng)中的共 23 頁 第 4 頁裝訂線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 大部功能, 自動化程度高, 具有多種試驗功能。除了可進行常規(guī)疲勞試驗外, 還可進行程控加載試驗（255段）和裂紋擴展試驗。其主要優(yōu)點為：1.采用脈寬調(diào)制型控制系統(tǒng), 操作方便, 起振容易、不易停振；2.可

14、直讀裂紋長度, 無需特殊校驗； 3.功能齊全, 擴充較容易；4.微機與模擬控制緊密配合, 形成一個統(tǒng)一的控制系統(tǒng), 一體化程度高；5.動載不需補償。主要缺點是；裂紋擴展試驗時, 試樣上需貼片, 且不能連續(xù)測量裂紋長度。 1.4 電氣控制系統(tǒng)原理簡介 負(fù)荷測量放大器將來自負(fù)荷傳感器的微弱生分信號加以放大、標(biāo)定, 將對應(yīng)于平均負(fù)荷的電壓和對應(yīng)于交變負(fù)荷峰值的電壓分離并輸出。同時還輸出一個與交變負(fù)荷同頻率同相位的正弦電壓作為同步信號, 以控制斜波發(fā)生器的頻率、相同動負(fù)荷峰值電壓與給定值進行比較, 誤差信號經(jīng)伺服放大器放大后, 與斜波電壓一起進人脈寬調(diào)制器, 其輸出為與交變負(fù)荷同頻率而其脈沖寬度與誤差

15、電壓成正比的脈沖電壓。脈沖的下降邊應(yīng)于交變負(fù)荷波形的上升邊過零點處, 這一脈沖受起停控制電路的控制而決定是否進入晶體管偏開關(guān)功率放大器。晶體管開關(guān)功率放大器受調(diào)寬脈沖的控制, 由電平轉(zhuǎn)移、晶體管及保護電路所組成, 最大峰值輸出功率可達(dá)1.5KV以上,電磁鐵的激磁繞組為其負(fù)載, 在大功率晶體管開關(guān)的控制下, 交替由直流電源充電和放電, 在繞組中形成等腰三角形的脈沖電流。電流波形的峰值點對應(yīng)于調(diào)寬脈沖的后沿。循環(huán)計數(shù)器對交變負(fù)荷的循環(huán)次數(shù)進行計數(shù), 其計數(shù)容量最大可達(dá)999999×10, 可預(yù)置循環(huán)次數(shù), 以控制試驗的停止。極限保護部分可對交變負(fù)荷峰值、平均負(fù)荷、二者之和、二者之差及頻率

16、設(shè)置上、下限值。由測力放大器得到的平均負(fù)荷電壓與給定值比較, 然后檢測誤差電壓的極性, 通過直流伺服系統(tǒng)（外購）控制直流伺服電機的轉(zhuǎn)向, 直到誤差電壓趨近于零為止, 從而實現(xiàn)了平均負(fù)荷的自動控制。 PLC系列電控系統(tǒng)采用直流伺服調(diào)速系統(tǒng)和PWM脈沖調(diào)寬技術(shù), 為計算機控制高頻疲勞試驗機奠定了基礎(chǔ)。 1.5 主要技術(shù)參數(shù) 1.最大動態(tài)試驗力50KN 2.最大靜態(tài)試驗力：100KN 3.最大夾持工件長度400MM4.頻率范圍：80-250HZ5.(動載荷)采用電磁諧振加載,靜載荷采用直流伺服電機加載6.采用雙立柱梯形絲杠傳動蝸輪蝸桿減速機構(gòu)共 23 頁 第 5 頁 裝 訂 線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)

17、設(shè)計（論文）紙 第2章 機械系統(tǒng)部分 2.1 主機的設(shè)計 2.1.1電機的選擇 （1） 選擇電動機的型號。 初選轉(zhuǎn)速n=1500r/min。又給出的技術(shù)參數(shù)可知:F總=300KN 有采用的是雙立柱 則 F=50KN， ni總V= ×10 60=31.25mm/s 又因為 P=F·V=1.56KW 根據(jù)以上計算 查標(biāo)準(zhǔn)手冊可以選電動機型號：Z2-41-58系列型號。共 23 頁 第 6 頁裝訂線長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 表2-1 Z2系列直流電機性能數(shù)據(jù) 則 額定功率 P=3KW，額定電壓U=220 V 。額定轉(zhuǎn)速n=1500r/min。Z2系列是我國目前應(yīng)用較普遍

18、的小型直流電動機 （2） 慣量匹配的驗算 為了使機械系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量Jd與伺服電動機的轉(zhuǎn)動慣量之比一般應(yīng)滿足下面公式，即 0.25 故滿足慣量匹配要求2.1.2 帶傳動設(shè)計帶傳動是一種撓性傳動。帶傳動的基本組成零件為帶輪（主動帶輪和從動帶共 23 頁 第 7 頁 Jd1 Jm 裝 訂 線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 輪）和傳動帶。當(dāng)主動帶輪轉(zhuǎn)動時，利用帶輪和傳動帶間的摩擦或嚙合作用，將運動和動力通過傳動帶傳遞給從動帶輪。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸震等特點，在近代機械中應(yīng)用廣泛。 帶傳動的類型： 按工作原理的不同，帶傳動可分為摩擦型帶傳動和嚙

19、合型帶傳動。在摩擦型帶傳動中，根據(jù)帶傳動的截面形狀的不同，又可以分為平帶傳動、圓帶傳動、V帶傳動和多楔帶傳動。 嚙合帶傳動一般也稱為同步帶傳動。它通過傳到帶內(nèi)表面上的等距分布的橫向齒和帶輪上的相應(yīng)齒槽的嚙合來傳遞運動。與摩擦型帶傳動相比較，同步帶傳動的帶輪和傳動帶之間沒有相對的滑動，能保證嚴(yán)格的傳動比。但同步帶傳動對中心距及其穩(wěn)定性要求較高。 初擬傳動比i2。 (1) 計算設(shè)計功率： 根據(jù)機械特性查詢選擇工況系數(shù)KA，根據(jù)公式計算 Pd=KAP P -傳遞功率； KA -載荷修正系數(shù)； 根據(jù)下表查得： KA=1.2 則 Pd=KAP =1.2×3 =3.6 KW (2)選擇帶型： 已

20、知小帶輪轉(zhuǎn)速 n=1500r/min， Pd=3.6 KW 根據(jù)小帶輪轉(zhuǎn)速和設(shè)計功率查詢得出所需帶型共 23 頁 第 8 頁 裝 訂 線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙可得 小帶輪所需帶型為：L 型(3) 輪齒數(shù)：查詢得出最小小帶輪齒數(shù) z min，根速z min輸入小帶輪齒數(shù)，帶速和安裝尺寸允許時，小帶輪齒數(shù)盡可能選取較大值。根據(jù)查詢得出最小小帶輪齒數(shù) z min，根速 z min輸入小帶輪齒數(shù)，帶速和安裝尺寸允許時，小帶輪齒數(shù)盡可能選取較大值取 z1=18(4) 大帶輪齒數(shù)：根據(jù)公式z2=i·z1 =36 (5) 小帶輪節(jié)圓直徑：根據(jù)公式共 23 頁 第 9 頁裝訂線 長 春

21、 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 d1=z1pb = 183.6 3.14 =20.6 根據(jù)下表 d1= 54 (6) 大帶輪節(jié)圓直徑：根據(jù)公式 d2=z2pb =363.6 3.14 =41.12 d2=113表2-3 帶輪齒數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)直徑表(7) 計算帶速和帶長共 23 頁 第 10 頁 裝 訂 線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 帶速：根據(jù)公式 V= =n1d1601000 3.14150054 601000 =4.24 m/s 初定軸間距： 0.7(d1+d2)a02(d1+d2) 116.9a0334 取 a0=200 mm 帶長及其齒數(shù)：根據(jù)公式： L0=2a0+2(d2-d1)+

22、2(d1+d24a0592 =2×200+3.14÷2×167+ 4200 =666.54 選取 Lp=1676.4 z=160共 23 頁 第 11 頁裝訂線長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 表2-4 梯形齒同步帶的節(jié)線長系列及極限偏差 （8）計算軸間距和嚙合齒數(shù) 實際軸間距：根據(jù)公式： Lp-L0 a=a0+ 2共 23 頁 第 12 頁裝訂線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 =200+1676.4-660 2 =708 mm 小帶輪嚙合齒數(shù)：根據(jù)公式： pzz Zm=ent1-b21(z2-z1) 22a =9 （9）計算作用在軸上的力 根據(jù)公式 Fv

23、= =1000Pd v10003.6 4.24 =1500 N 初擬傳動比i2 2.1.3 蝸輪蝸桿的設(shè)計 蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動機構(gòu)，兩軸線交錯的夾角可為任意值，常用的為90 度。這種運動由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、傳動平穩(wěn)以及在一定的條件下具有可靠的自鎖性等優(yōu)點，所以應(yīng)用廣泛，其不足之處是傳動的效率低。 蝸輪的轉(zhuǎn)速為20r/min，傳動比i=4。設(shè)計使用壽命為12000h。 (1)選擇蝸輪的傳動類型 根據(jù)GB/T100851988的推薦，采用漸開線蝸桿(ZI)。 (2) 選擇材料 根據(jù)庫存材料的情況，并考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號

24、鋼。為使傳動效率高，耐磨性好，蝸輪齒面要求淬火，硬度為4555HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1，金屬模鑄造。為節(jié)約貴重有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。 (3) 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根疲勞強度。傳動中心距a共 23 頁 第 13 頁 裝 訂 線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2 按i=4,估計效率=0.8，則 T2=9.55106P2 n2 =9.553.60.8/750/4 =179280N.mm 確定載荷系數(shù)K 因工作載荷比較穩(wěn)定，啟動次數(shù)比較頻繁，故取載荷

25、分布不均系數(shù)K=1；使用系數(shù)KA=1.15；因為轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，取動載荷系數(shù)KV=1.05，則 K=KAKKV=11.151.051.21 確定彈性影響系數(shù)ZE 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和剛蝸桿相配， 故 ZE=160MPa。 確定接觸系數(shù)Z 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1a=0.35， 查表得 Z=2.9。 12確定許用接觸應(yīng)力H 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10Pl，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC， 查表得 H=268MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=60jn2Lh =60175012000 4=1.125106 壽命系數(shù) KHN710 =1.25107=0

26、.98則H=KHN.H'共 23 頁 第 14 頁裝訂線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 =264MPa 計算中心距 1602.9a31.21179280 mm 2642=100mm 取中心距a=100mm，取模數(shù)為m=5mm，蝸桿分度圓直徑d1=50mm，這時d1=0.5，查資料可知Z=2.35， a所以，Z<Z，故以上計算結(jié)果可以使用。 (4)蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 蝸桿 軸向齒距Pa=3.14mm，直徑系數(shù)q=10，齒頂圓直徑da1=66mm；齒根圓直徑df1=40mm，分度圓導(dǎo)程角=11°2836，蝸桿軸向齒厚Sa=7.85mm。 蝸輪 蝸輪齒數(shù)z2

27、=41；變位系數(shù)x2=-0.500；驗算傳動比i=（10.5-10）/10=5%， 是允許的。 分度圓直徑： d2=mz2=541=255mm 蝸輪喉圓直徑： da2=271mm 蝸輪齒根圓直徑： df2=25245mm (5) 校核齒根彎曲疲勞強度 =F1.53KT2YF2YF d1d2m當(dāng)量齒數(shù) z241zV2=43.48 cos3cos11.31 根據(jù) x2=-0.5，zv2=43.48， 查得齒形系數(shù) YFa2=2.87。 螺旋角系數(shù)11.31=1-=0.9192 Y=1-140 140 許用彎曲應(yīng)力共 23 頁 第 15 頁裝訂線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 F=FKFN 查

28、表可知ZcuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 F=56MPa。 壽命系數(shù) KHN610 =71.2510=0.755 F=560.755MPa =42.3 MPa F=1.53KT21.531.21179280YFa2Y=2.870.9192 d1d2m502555=13.7 MPa 彎曲強度是滿足的。 (7) 精度等級公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從GB/T10089-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級精度，側(cè)隙種類為f，標(biāo)準(zhǔn)為8fGB/T10089-1988。 2.1.4 梯形絲杠的參數(shù)設(shè)計及校核 螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋

29、副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動和動力。 根據(jù)螺桿和螺母的相對關(guān)系，螺旋傳動的常用運動形式，主要有以下兩種：一是螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動；二是螺母固定螺桿轉(zhuǎn)動并移動， 它以傳遞動力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，用以克服工件的阻力。工作的時間較短，工作的速度也不高，而且要求有自鎖性。 梯形絲桿工作時，主要承受轉(zhuǎn)矩及軸向拉力（或壓力）的作用，同時在螺桿和螺母的旋合螺紋之間有較大的相對滑動。其失效形式主要是螺紋磨損。因此，其基本尺寸通常是根據(jù)耐磨性條件來確定的。 (1) 絲杠材料的選擇根據(jù)絲杠軸的用途和具體工作情況，選取鋼（淬硬拋光）青銅作為絲杠螺母的材料，

30、(2) 絲杠螺母的耐磨性計算共 23 頁 第 16 頁裝訂線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 梯形絲桿螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關(guān)。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大螺旋副越容易形成過度磨損。因此，絲桿的耐磨性計算，主要限制螺紋工作面上的壓力p，使其小于材料的許用壓力 絲杠的耐磨性計算根據(jù)下列公式計算： PSP=P d2hzL其中對于梯形螺紋：h=0.5P，則 d20.8F p代入數(shù)據(jù)P=25MPa ，取=2.0，計算得 100103 d20.8622510=71.6mm 按國家標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)的公稱直徑, 取 d2=75mm 螺母的高

31、度 H=d2 =275 =150mm 旋合的圈數(shù) N=H P=15 因為梯形絲桿要求自鎖性，故 f=arctanf v=v cos 滿足要求 (3) 絲杠的穩(wěn)定性計算對于長徑比大的受壓螺桿，當(dāng)軸向壓力大于某一個臨界值時，螺桿就會發(fā)生突然側(cè)向彎曲而喪失穩(wěn)定性。因此，在正常的情況下螺桿承受的軸向力F必須小于臨界載荷Fcr。則螺桿的穩(wěn)定性條件為：共 23 頁 第 17 頁裝訂線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 Scr=FcrSs F 式中：Scr-螺桿穩(wěn)定性的計算安全系數(shù)。 Ss-螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)。 Fcr-螺桿的臨界載荷； 根據(jù)螺桿的柔度s值的大小來選用不同的公式計算，s=li。 其中螺桿的

32、長度系數(shù)，見表機械設(shè)計表5-14， 得=2.0 取Ss=4.0 ,臨界載荷 Fcr可按歐拉公式計算，即 Fcr=2EI 2l式中：E-螺桿材料的拉壓彈性模量，MPa ， E=2.06105MPa d14 I-螺桿危險截面的慣性矩， I= 64代入數(shù)據(jù)得： Ssc=5.12Ss 則滿足穩(wěn)定性條件 (4) 絲杠的剛度計算 計算公式： 4PS16MS2s=±±24 2Ed1Gd1代入數(shù)據(jù)計算 M=p4000.05=0.25N·m 25=查表得 E=2.1104kg/mm2， G=8.5103kg/mm2 代入數(shù)據(jù)得： 440200160.252002s=±&#

33、177;2= 42343.142.110658.51065=1.5510-3mm(5) 絲杠的強度計算 計算公式為共 23 頁 第 18 頁裝訂線長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 d= 2查表得許用應(yīng)力=6kg/mm，代入計算得 d=1.512kg/mm2 絲杠強度符合要求。 (6) 螺紋牙的強度計算 螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破環(huán)，一般螺母的材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強度。 螺母螺紋牙的強度： =3PhS 2dbLz=絲杠螺紋牙的強度： PS dbLz=3PhS 2d1bLzPS d1bLz查表：螺母：=6kg/mm2 =4kg/mm2 絲杠：=7.2 kg/mm2 =4.32

34、kg/mm2 b=0.65P =0.6510 =6.5mm 代入數(shù)據(jù)計算得 螺母： =3403.5200=2.29kg/mm2 722.7601=40200=0.21kg/mm2 722.7601絲杠： =3403.52002=0.94kg/mm 652.72601共 23 頁 第 19 頁 裝 訂 線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 =402002=0.24kg/mm 652.7601由上面計算可知，絲杠的各項參數(shù)強度都符合要求18。共 23 頁 第 20 頁 裝 訂 線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 結(jié) 論 大學(xué)四年的生活轉(zhuǎn)瞬即逝，能在畢業(yè)之前經(jīng)歷這次畢業(yè)設(shè)計，我心懷感激，它是對

35、我的一個檢驗，一次演練。它讓我學(xué)會了如何綜合運用所學(xué)知識和技能，怎樣理論聯(lián)系實際、獨立分析、思考、解決實際問題。本次設(shè)計中我對一件產(chǎn)品進行了系統(tǒng)完整的設(shè)計，熟悉了機械設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，在李老師的指導(dǎo)下按時完成了設(shè)計任務(wù)。 我所作的設(shè)計題目是：10T高頻疲勞試驗機的設(shè)計。當(dāng)最初面對這樣一個陌生的題目時，我忐忑萬份，不知該從何著手。我真是深感榮幸，在設(shè)計中得到了李杰老師的悉心指導(dǎo)。才對我設(shè)計的題目有了進一步的認(rèn)識和了解，在腦子里有了大概的設(shè)計思路。老師淵博的學(xué)識，豐富的經(jīng)驗給了我很大的幫助。設(shè)計過程中，在老師的指導(dǎo)下我進行了調(diào)研、設(shè)計計算、查閱資料、應(yīng)用AutoCAD繪制裝配圖及零件圖。在這過程中，

36、我對所學(xué)軟件有了進一步學(xué)習(xí)，對所學(xué)知識進一步鞏固，同時也培養(yǎng)了我們的創(chuàng)新意識，設(shè)計思想與理念。真正地把機械與設(shè)計結(jié)合起來，為我們將來的發(fā)展鋪平了道路。這是一次綜合性的鍛煉機會，將理論應(yīng)用于實踐。這就是我們大學(xué)四年最大的收獲。我們憑著這一點可以信心十足的為公司、為國家獻出我們的智慧與汗水。 由于所學(xué)知識有限，考慮問題有時不夠全面，設(shè)計過程中，也遇到了很多困難，但在老師的幫助下，我們正視困難，共同面對，都一一解決，按時完成了任務(wù)。可以說，這次設(shè)計融入了我們師生共同的心血，最終變得完善。在這里再次感謝李老師和同學(xué)們的幫助。由于所學(xué)知識與能力有限，設(shè)計中難免有不完善的地方還請老師指正。 本次設(shè)計中我受

37、益很深，這為大學(xué)生活畫上了圓滿的句號，也為以后走上工作崗位積累了更多的經(jīng)驗。 由于設(shè)計時間比較緊張，加之設(shè)計者的知識水平所限，錯誤和不足再所難免，希望本設(shè)計能夠給相關(guān)方面的設(shè)計帶來一定的參考。共 23 頁 第 21 頁 裝 訂 線 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 致 謝 在經(jīng)歷了三個多月的畢業(yè)設(shè)計后，我的收獲很大，感慨頗多。畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)生在為期四年的大學(xué)學(xué)習(xí)和生活中十分重要的環(huán)節(jié)，尤其對于我們工科的畢業(yè)生就尤為重要了。因為畢業(yè)設(shè)計是綜合運用所學(xué)知識和技能，理論聯(lián)系實際，獨立分析、解決實際問題，從事專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作基本訓(xùn)練的過程。畢業(yè)設(shè)計對于我走出校園進入工作崗位夯實了一個實實在在的其他教學(xué)環(huán)節(jié)無法代替的基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計給予我一定的自我想象和發(fā)