拖拉機(jī)駕駛室試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

.PAGE.....本科生畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)題目:拖拉機(jī)駕駛室試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名:學(xué)院:工學(xué)院專業(yè):農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化班級(jí):農(nóng)機(jī)91學(xué)號(hào):導(dǎo)教師:職稱:教授2013年5月9日XX農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處制.....目錄引言11.拖拉機(jī)駕駛室試驗(yàn)臺(tái)研究11.1國內(nèi)外關(guān)于ROPS的研究現(xiàn)狀11.2拖拉機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)要求21.3技術(shù)路線〔如圖132.試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)32.1拖拉機(jī)駕駛室試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)32.2機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)43.拖拉機(jī)和拖拉機(jī)駕駛室固定系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.1設(shè)計(jì)方案53.2電動(dòng)機(jī)的選擇5動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算53.3蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算6蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)和幾何尺寸73.4軸的設(shè)計(jì)計(jì)算8輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算8輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算83.5確定軸上鍵的尺寸94.加載位置調(diào)整設(shè)計(jì)104.1設(shè)計(jì)方案104.2加載裝置的水平方向位移的螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)11根據(jù)耐磨性計(jì)算螺紋參數(shù)11自鎖性驗(yàn)算12螺桿強(qiáng)度計(jì)算12螺母螺紋強(qiáng)度驗(yàn)算12螺桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算124.3加載裝置豎直方向位移的螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)13根據(jù)耐磨性計(jì)算螺紋參數(shù)13自鎖性驗(yàn)算14螺桿強(qiáng)度計(jì)算14螺母螺紋強(qiáng)度驗(yàn)算14螺桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算15總結(jié)16致謝17參考文獻(xiàn)17.....拖拉機(jī)駕駛室試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生指導(dǎo)教師摘要：現(xiàn)有的拖拉機(jī)駕駛室試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)中,對(duì)于被試拖拉機(jī)的定位采用固定平臺(tái)支撐,在試驗(yàn)過程中拖拉機(jī)需要多次轉(zhuǎn)向定位,給整個(gè)試驗(yàn)帶來了不便、且試驗(yàn)耗時(shí)長。因此,考慮采用旋轉(zhuǎn)平臺(tái)設(shè)計(jì),提高試驗(yàn)效率。本設(shè)計(jì)通過蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng),對(duì)試驗(yàn)過程中的液壓裝置的上下左右移動(dòng)設(shè)計(jì)了絲杠傳動(dòng),并給出了這些傳動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行了尺寸、結(jié)構(gòu)等。為拖拉機(jī)駕駛室試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)提高了機(jī)械傳動(dòng)方面的設(shè)計(jì)參數(shù)。關(guān)鍵詞：試驗(yàn)臺(tái)；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)；機(jī)械傳動(dòng)；ThedesignoftractorcabteststandmechanicalsystemsStudentmajoringinAgriculturalmechanizationanditsautomationAbstract：Existingtestrigofthetractorcabdesign,forthepositioningofthetractorwasfixedplatformsupport,duringthetesttractorrequiresmultiplesteeringpositioningtheinconvenienttotheentiretest,andthetesttime-consuming.Therefore,consideringtherotatingplatformdesign,improvetestefficiency.Thedesignthroughawormgeardrivedesigntoachievetherotationoftherotatingplatform,thedesignofthescrewdrive,andgivesthetransmissionmembersuchasthesize,structuremovearoundonthetopandbottomofthehydraulicapparatusinthetestingprocess.Mechanicaltransmissiondesignparametersforthedesignofthetractorcabteststand.Keywords:test-bed；Rotating;Mechanicaltransmission;引言安全駕駛室設(shè)計(jì)的核心是確保安全空間,其強(qiáng)度特性是在保證安全空間的基礎(chǔ)上,保證結(jié)構(gòu)完整性的同時(shí),允許結(jié)構(gòu)塑性變形。當(dāng)車輛發(fā)生翻車等意外事故時(shí),沖擊能量通過駕駛室結(jié)構(gòu)的變形吸能和耗散,在一定的變形模式下,車輛應(yīng)能承受較大的撞擊載荷,最大限度地吸收能量,使結(jié)構(gòu)變形向有利于保護(hù)駕駛員空間的方向發(fā)展,把傳遞給駕駛員的碰撞能量降低到最小。若變形侵入駕駛員容身空間,則必危及到駕駛員生命[1]。拖拉機(jī)是一種用來拖拉,牽引其他不能自行移動(dòng)設(shè)備的裝備。一般來說,它是一種用來拖拽其他車輛或設(shè)備的車輛。用于牽引和驅(qū)動(dòng)作業(yè)機(jī)械完成各項(xiàng)移動(dòng)式作業(yè)的自走式動(dòng)力機(jī)。也可做固定作業(yè)動(dòng)力。由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)、行走、轉(zhuǎn)向、液壓懸掛、動(dòng)力輸出、電器儀表、駕駛操縱及牽引等系統(tǒng)或裝置組成。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳給驅(qū)動(dòng)輪,使拖拉機(jī)行駛。1.拖拉機(jī)駕駛室試驗(yàn)臺(tái)研究1.1國內(nèi)外關(guān)于ROPS的研究現(xiàn)狀國外大量統(tǒng)計(jì)資料表明,在農(nóng)業(yè)作業(yè)中,由于拖拉機(jī)翻車而造成的人身傷亡事故約占農(nóng)機(jī)總傷亡事故的70%。由翻車引起傷亡的主要原因,一是沒有牢固的安全架裝置,受到撞擊后,駕駛員必需的容身空間受到侵犯,引起窒息性傷亡；二是沒有吸收沖擊能量的裝置,使翻車后往往產(chǎn)生連續(xù)滾翻,人員受到?jīng)_撞使傷害嚴(yán)重[2]。輪式拖拉機(jī)駕駛室在發(fā)生翻車事故時(shí),受到巨大的沖擊載荷,結(jié)構(gòu)往往產(chǎn)生很大的變形,對(duì)駕駛員的生命安全構(gòu)成威脅,為此,駕駛室的安全強(qiáng)度引起人們的極大關(guān)注。國際、國內(nèi)都制定了一些輪式拖拉機(jī)駕駛室安全強(qiáng)度的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收條件,一些歐洲國家還立法規(guī)定:新的拖拉機(jī)必須安裝經(jīng)過批準(zhǔn)的安全駕駛室[3]。駕駛室保護(hù)裝置起到保護(hù)駕駛員的基本機(jī)理是：在發(fā)生落物事故時(shí),保護(hù)駕駛員不被下落物體擊中；在發(fā)生翻車事故時(shí),遇到較軟的地面保護(hù)結(jié)構(gòu)能夠扎入地面并支撐機(jī)器的自重、遇到硬地面時(shí)保護(hù)結(jié)構(gòu)能發(fā)生塑性變形吸收沖擊能量,并能承受一定的載荷,同時(shí)能留給駕駛員一定的生存空間[4]。一個(gè)安全的駕駛室結(jié)構(gòu)要求當(dāng)拖拉機(jī)發(fā)生翻車等意外事故時(shí),能夠抵抗撞擊和壓力載荷,保證駕駛員的容身空間不受侵犯,同時(shí)應(yīng)允許結(jié)構(gòu)有一定的屈服變形,以吸收外部的撞擊能量,這就是其安全強(qiáng)度準(zhǔn)則。為了在翻車事故中保障司機(jī)的生命安全,當(dāng)前最有效的方法是在工程車輛上加裝翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)〔Roll-overprotectivestructure,簡稱ROPS[5]。翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)具有一系列的結(jié)構(gòu)件,它的作用是當(dāng)工程車輛翻車時(shí),減小擠傷系安全帶坐著的司機(jī)的可能性。在國際上,工程車輛駕駛室保護(hù)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)可以追溯到1976年,1972年CIMTC提出了評(píng)價(jià)FOPS性能的實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)檢測方法和撓曲極限量<簡稱DLV[6]>的定義,從而使FOPS有了統(tǒng)一的試驗(yàn)規(guī)范。我國在1984年曾對(duì)ROPS模型試驗(yàn)進(jìn)行過初步的探討,但研究工作未深入開展[7]。此后,科研人員在ROPS計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方面做了大量的工作。經(jīng)歷了由塑性極限分析[8],彈性極限分析[9]；考慮能量吸收性能的增量變剛度法計(jì)算的研究[10]；到推導(dǎo)了彈性、彈塑性階段ROPS/FOPS變形的計(jì)算公式[11,12]；提出采用非對(duì)稱彎曲梁的彈性和塑性極限強(qiáng)度理論分析方法[13]的發(fā)展過程。隨著非線性理論研究的不斷深入和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的日趨成熟,應(yīng)用非線性有限元方法對(duì)ROPS性能進(jìn)行模擬分析,已經(jīng)成為ROPS設(shè)計(jì)計(jì)算的主流。1.2拖拉機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)要求為了保證拖拉機(jī)駕駛員的安全,拖拉機(jī)駕駛室必須要有足夠的強(qiáng)度和剛度,能夠承受來自各個(gè)方向的載荷和沖擊,而拖拉機(jī)又不會(huì)產(chǎn)生較大的變形,以此來保證拖拉機(jī)駕駛員的人身安全。以此我們要對(duì)拖拉機(jī)駕駛室進(jìn)行加載試驗(yàn)。目前我們國家已經(jīng)有相關(guān)的研究人員對(duì)此進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)。結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于拖拉機(jī)ROPS的研究,拖拉機(jī)試驗(yàn)臺(tái)主要是對(duì)拖拉機(jī)進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：1.動(dòng)載試驗(yàn)項(xiàng)目和順序〔與靜載試驗(yàn)任選<1>對(duì)前輪承受無配重重量小于50％的拖拉機(jī)按下列順序試驗(yàn)：a.后撞擊試驗(yàn)b．后壓垮試驗(yàn)c．前撞擊試驗(yàn)d.側(cè)撞擊試驗(yàn)e.前壓垮試驗(yàn)對(duì)于單立柱和雙立柱防護(hù)裝置：a．后撞擊試驗(yàn)b．壓垮試驗(yàn)c．側(cè)撞擊試驗(yàn)<2>對(duì)前輪承受無配重重量等于或大于50％的拖拉機(jī)則按下列順序試驗(yàn)：a．前撞擊試驗(yàn)b．側(cè)撞擊試驗(yàn)c.后壓垮試驗(yàn)d．前壓垮試驗(yàn)對(duì)于單立柱和雙立柱防護(hù)裝置a.前撞擊試驗(yàn)b．側(cè)撞擊試驗(yàn)c.壓垮試驗(yàn)靜載試驗(yàn)項(xiàng)目和順序〔與動(dòng)載試驗(yàn)任選a.縱向加載試驗(yàn)b．第一次壓垮試驗(yàn)c．側(cè)向加載試驗(yàn)d．第二次壓垮試驗(yàn)e．第二次縱向加載試驗(yàn)對(duì)于單立柱和雙立柱防護(hù)裝置縱向加載試驗(yàn)b．壓垮試驗(yàn)c．側(cè)向加載試驗(yàn)1.3技術(shù)路線〔如圖1圖12.試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)2.1拖拉機(jī)駕駛室試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)拖拉機(jī)駕駛室試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)主要由總體設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)四部分組成〔如圖2。機(jī)架主要用于對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的安裝定位,液壓加載部分主要用來提供加載實(shí)驗(yàn)的動(dòng)力源,電氣控制部分用于試驗(yàn)全程控制、使試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到顯示、處理、打印,機(jī)械部分則主要用于對(duì)拖拉機(jī)駕駛室加載點(diǎn)位置的控制。支架電氣控制柜液壓傳動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)絲杠傳動(dòng)支架電氣控制柜液壓傳動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)絲杠傳動(dòng)圖2設(shè)計(jì)內(nèi)容：總體設(shè)計(jì)：試驗(yàn)臺(tái)的整體尺寸、結(jié)構(gòu)組成以及確定試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)范圍；液壓系統(tǒng)：加載油缸運(yùn)動(dòng)的液壓回路的設(shè)計(jì)；電氣系統(tǒng)：對(duì)液壓系統(tǒng)中電磁閥的開啟關(guān)閉的控制；機(jī)械系統(tǒng)：試驗(yàn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)底盤、加載試驗(yàn)時(shí)使液壓缸的移動(dòng)的絲杠傳動(dòng)。試驗(yàn)臺(tái)的工作原理〔如圖3試驗(yàn)裝置應(yīng)由機(jī)械部分、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。通過IPC-PLC控制液壓泵推動(dòng)加載油缸實(shí)施加載,試驗(yàn)時(shí),壓力傳感器、位移傳感器將加載力和位移量通過A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器傳遞到IPC工控機(jī)上,再由工控機(jī)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行顯示、判斷處理后對(duì)PLC發(fā)出指令,從而實(shí)時(shí)控制加載力的大小,對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過程進(jìn)行閉環(huán)控制。對(duì)于一般拖拉機(jī)的試驗(yàn)順序〔前輪承受無配重重量小于50％的拖拉機(jī)：a.后撞擊試驗(yàn)b．后壓垮試驗(yàn)c．前撞擊試驗(yàn)d.側(cè)撞擊試驗(yàn)e.前壓垮試驗(yàn)圖3試驗(yàn)臺(tái)適用限制：適用M=〔800～5000KG,后輪最小輪距不小于1150mm的農(nóng)林輪式拖拉機(jī)。2.2機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)由于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于拖拉機(jī)駕駛室加載前的定位都比較繁瑣,本次設(shè)計(jì)主要對(duì)拖拉機(jī)駕駛室試驗(yàn)臺(tái)的定位進(jìn)行改善和創(chuàng)新<如圖4。圖43.拖拉機(jī)和拖拉機(jī)駕駛室固定系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)方案傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是先選定拖拉機(jī)試驗(yàn)時(shí)的位置,選定后將拖拉機(jī)的輪轂拆下,再將其固定在底座上,當(dāng)需要拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí),就需要重復(fù)上面的步驟。這樣的方法在操作時(shí)有很大的不便,也給試驗(yàn)人員加大了工作量。本次設(shè)計(jì)將會(huì)針對(duì)拖拉機(jī)的定位和轉(zhuǎn)向進(jìn)行重點(diǎn)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。旋轉(zhuǎn)底座的設(shè)計(jì)方案：本次設(shè)計(jì)將在實(shí)驗(yàn)室里設(shè)置一個(gè)底座,拖拉機(jī)駕駛室放置在底座上,底座下設(shè)計(jì)安裝一個(gè)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu),底座可以在蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下進(jìn)行水平方向的360°旋轉(zhuǎn),當(dāng)拖拉機(jī)駕駛室一個(gè)方向的實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,可以通過蝸輪蝸桿的運(yùn)動(dòng)使得底座旋轉(zhuǎn)一定的角度,從而使得拖拉機(jī)駕駛室旋轉(zhuǎn)一定的角度,這樣可以便于對(duì)拖拉機(jī)駕駛室的四個(gè)不同方向進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)。蝸桿傳動(dòng)是用來傳遞空間交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。最常用的是軸交角∑=90°的減速傳動(dòng)。蝸桿傳動(dòng)能得到很大的單級(jí)傳動(dòng)比在傳遞動(dòng)力時(shí)傳動(dòng)比一般為5~80常用15~50在分度機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)比可達(dá)300若只傳遞運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)比可達(dá)1000。蝸輪蝸桿傳動(dòng)工作平穩(wěn)無噪音。且因?yàn)槲仐U反行程能自鎖,這就可以避免拖拉機(jī)定位后繼續(xù)產(chǎn)生偏移量。3.2電動(dòng)機(jī)的選擇擬定蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比i蝸輪蝸桿=100；v=0.15m/s。由于要實(shí)現(xiàn)蝸輪蝸桿的自鎖,應(yīng)選用單頭蝸桿。由于本設(shè)計(jì)對(duì)蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)速無要求,蝸輪蝸桿只用來帶動(dòng)底座的旋轉(zhuǎn)。因此選擇電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速,即n電動(dòng)機(jī)=750r/min。η總=η聯(lián)軸器×η2軸承×η蝸輪蝸桿=0.99×0.992×0.45=0.437；電動(dòng)機(jī)功率：P電機(jī)=FV/1000/η總=6000×0.15/1000/0.437=2.06KW其主要性能：額定功率3KW,滿載轉(zhuǎn)速750r/min,40N·m?？倐鲃?dòng)比：i總=i蝸輪蝸桿=100。動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算n0=n電動(dòng)機(jī)=750r/minn蝸桿=n0=750r/minn2=n1/i蝸輪蝸桿=750/100=7.5r/min計(jì)算各軸的功率P0=P電機(jī)=2.06KWP蝸桿=P0×η聯(lián)軸器=2.06×0.99=2.04KWP2=P蝸桿×η軸承×η蝸桿=2.04×0.99×0.45=0.909KW計(jì)算各軸扭矩T0=9.55×106P0/n0=9.55×106×2.06/750=26.23N·mT蝸桿=9.55×106P2/n蝸桿=9.55×106×2.04/750=25.98N·mT2=9.55×106P2/n2=9.55×106×0.909/7.5=1157.46N·m3.3蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算選擇蝸桿的傳動(dòng)類型：根據(jù)GB/T10085—1988的推薦,采用漸開線蝸桿。選擇材料由失效形式知道由蝸桿渦輪的材料不僅要求由足夠的強(qiáng)度,更重要的是要有良好的磨合,減磨性、耐磨性和抗膠合能力等。蝸桿一般用碳鋼或合金鋼制成,一般不太重要的低速中載的蝸桿,可采用40、45鋼,并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。高速重載蝸桿常用15Cr或20Cr、20CrMnTi等,并經(jīng)滲碳淬火。由于本次設(shè)計(jì)所用的蝸輪蝸桿只需承受較大載荷,不需高速運(yùn)轉(zhuǎn),精度不需太高,因此蝸桿的材料就選用45鋼。蝸輪材料一般采用鑄造錫青銅,鑄造鋁鐵青銅和灰鑄鐵等。錫青銅耐磨型最好但價(jià)格最高,用于滑動(dòng)速度大于3m/s的重要傳動(dòng)；鋁青銅的耐磨性較錫青銅差一些,但價(jià)格便宜,一般用于滑動(dòng)速度小于4m/s的傳動(dòng)；而灰鑄鐵一般用于滑動(dòng)速度不高,對(duì)效率要求也不高的場合。因此本次設(shè)計(jì)蝸輪材料選擇灰鑄鐵。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。由濮良貴、紀(jì)名剛等主編的機(jī)械設(shè)計(jì)教材〔下面簡稱機(jī)械設(shè)計(jì)教材P245式〔11-12,傳動(dòng)中心距：確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩T2按Z1=1,估取效率η=0.45,則T2=9.55×106P2/n2=1157.46N·m確定載荷系數(shù)K因工作載荷有輕微沖擊,故由機(jī)械設(shè)計(jì)教材P253取載荷分布不均勻系數(shù)Kβ=1;由機(jī)械設(shè)計(jì)教材P253表11-5選取使用系數(shù)KA=1.0,由于轉(zhuǎn)速不高,沖擊不大,可取動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.05；則由機(jī)械設(shè)計(jì)教材P252K=KAKβKv=1.0×1×1.05=1.05確定彈性影響系數(shù)ZE因選用的是灰鑄鐵蝸輪和鋼蝸桿相配,故ZE=160MPa1/2確定接觸系數(shù)ZP先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.45從機(jī)械設(shè)計(jì)教材P253圖11-18中可查ZP=2.7確定許用接觸應(yīng)力[σh]根據(jù)蝸輪材料為灰鑄鐵,金屬模鑄造,蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC,可從機(jī)械設(shè)計(jì)教材P254表11-7查得蝸輪的基本許用應(yīng)力[σh]’=140MPa,由機(jī)械設(shè)計(jì)教材P254應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60jn2Lh=60×1×7.5×365×24×10=39420000壽命系數(shù)KHN==0.84則[σh]=KHN×[σh]’=0.84×140=117.6MPa計(jì)算中心距a=400mm,因i=100,故從機(jī)械設(shè)計(jì)教材P254表11-2中取模數(shù)m=8mm.蝸桿分度圓直徑d1=80mm,這時(shí)d1/a=0.2,從機(jī)械設(shè)計(jì)教材P253,圖11-18中可查得接觸系數(shù)ZP’=2.7,因?yàn)閆P’=ZP,因此以上計(jì)算結(jié)果可用。蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)和幾何尺寸蝸桿軸向齒距Pa=πm=3.14×8=25.12mm;直徑系數(shù)q=10;齒頂圓直徑da1=d1+2ha＊m=80+2×1×8=86mm齒根圓直徑df1=d1-2<ha＊m+c>=63.5mm分度圓導(dǎo)程角γ=3°13’10’’蝸桿軸向齒厚Sa=πm/2=3.14×8/2=12.56mm蝸輪蝸輪齒數(shù)100；變位系數(shù)X2=+0.2937mm;蝸輪分度圓直徑d2=mz2=8×100=800mm蝸輪齒頂圓直徑da2=d2+2ha＊m=800+2×1×8=816mm蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2hf2=799.5mm校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度σF=當(dāng)量齒數(shù)根據(jù)X2=+0.2937,ZV2=100.5,從機(jī)械設(shè)計(jì)教材P255圖11-19中可查得齒形系數(shù)YFa2=2.11螺旋角系數(shù)從機(jī)械設(shè)計(jì)教材P255知許用彎曲應(yīng)力[σF]=[σF]’·KFN從機(jī)械設(shè)計(jì)教材P256表11-8查得灰鑄鐵HT200制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[σF]’=48MPa。由機(jī)械設(shè)計(jì)教材P255壽命系數(shù)[σF]=48×0.665=31.92MPa=36MPa驗(yàn)算效率ηη=〔0.95~0.96=0.475~0.48已知γ=3.22°,；與相對(duì)滑動(dòng)速度VS有關(guān)。由機(jī)械設(shè)計(jì)教材P264壽命表11-18中插值法查得=0.055；3.15°代入式中得η=0.48,大于原估計(jì)值,因此不用重算。3.4軸的設(shè)計(jì)計(jì)算輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算按扭矩初算軸徑選用45調(diào)質(zhì),硬度217~255HBS根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)教材P370〔15-2式,并查表15-3,取A0=120；考慮軸上有鍵槽,且要傳遞較大載荷,取d=60mm。輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)〔如圖5圖5軸上的零件的定位,固定和裝配本次設(shè)計(jì)中將蝸桿軸蝸齒部分安排在箱體中央,相對(duì)兩軸承對(duì)稱布置,兩軸承分別以軸肩和軸承蓋定位。確定軸各段直徑和長度Ⅰ段：安裝聯(lián)軸器,選擇凸緣聯(lián)軸器,型號(hào)為YL5,查表的聯(lián)軸器的軸孔直徑為30mm,從動(dòng)端軸孔長度為44mm,則直徑d1=60mm；長度L1=60mm；Ⅱ段及Ⅵ段,安裝軸承：初選用7015C型角接觸球軸承,其內(nèi)徑為65mm,寬度為7mm,因此Ⅲ、直徑d2=d6=50mm；采用軸肩定位；故長度L2=L6=5mm；Ⅲ段及Ⅴ段,用于軸承的軸向定位,根據(jù)教材P364,軸肩的高度h=<0.07~0.1>d,d為與零件相配處的軸的直徑,取h=0.08d,則h=0.08×65=5.2,所以d3=d5=75.4mm；Ⅳ段為蝸桿部分,軸徑d4=86mm,根據(jù)教材P250表11-4,蝸輪段b1≥<8＋0.06z2>m=〔8+0.06×100×8=112,則取b1=120,即L4=120mm。輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算輸出軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)〔如圖6圖6Ⅰ段及Ⅶ段：安裝軸承,初步選用7020C型角接觸球軸承,其內(nèi)徑為100mm,寬度為13mm；故軸徑d1=d7=100mm,長度為L1=L7=11mm；Ⅱ段及Ⅴ段,用于軸承的軸向定位,根據(jù)教材P364,軸肩的高度h=<0.07~0.1>d,d為與零件相配處的軸的直徑,取h=0.08d,則h=0.08×100=8,所以d2=d5=116mm；長度為L1=40mm；Ⅳ段安裝蝸輪,蝸輪用通過鍵連接實(shí)現(xiàn)周向定位,通過軸肩實(shí)現(xiàn)軸向定位,軸徑d4=140mm,根據(jù)教材P250表11-4,B≦0.75da1=0.75×86=64.5,取B=80mm,則L4=78mm。Ⅲ段用于蝸輪的軸向定位,根據(jù)教材P364,取軸肩的高度h=10,則d3=150,L3=10mm。3.5確定軸上鍵的尺寸選用普通平鍵作為本次設(shè)計(jì)的鍵連接。鍵的截面尺寸b×h按軸的直徑d由標(biāo)準(zhǔn)中選定。蝸輪上的鍵：由于d4=140,由教材P106查得,b×h=32×18；L=70mm3.6確定聯(lián)軸器的尺寸本次設(shè)計(jì)選用凸緣聯(lián)軸器。按照軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca。計(jì)算轉(zhuǎn)矩按下式計(jì)算：Tca=KATKA為工作情況系數(shù),由教材P351,表14-1得,KA=1.5；T=1157則Tca=1.5×1157=1735.5型號(hào)選擇從GB4323-84中查得GY8型彈性套柱銷聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為3150N·M,許用最大轉(zhuǎn)速為4800r/min,軸徑為60~70之間,故合用。旋轉(zhuǎn)底座的設(shè)計(jì)〔如圖7,圖8圖7圖84.加載位置調(diào)整設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)方案在拖拉機(jī)的試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)中,由于試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)當(dāng)能夠滿足對(duì)于多種型號(hào)的拖拉機(jī)的實(shí)驗(yàn)需求。因此應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)構(gòu),使得液壓加載裝置可以上下移動(dòng),液壓缸可以左右移動(dòng)。初步設(shè)計(jì)用螺旋機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)這一功能。螺旋傳動(dòng)按其用途不同,可分為傳力螺旋,傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋。傳力螺旋以傳遞動(dòng)力為主,要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力,用以克服工件阻力,如各種起重或加壓裝置的螺旋。這種傳力螺旋主要是承受很大的軸向力,一般為間歇性工作,每次的工作時(shí)間較短,工作速度也不高,而且通常有自鎖能力。傳導(dǎo)螺旋以傳遞運(yùn)動(dòng)為主,有時(shí)也承受較大的軸向載荷,如機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的螺旋等。傳導(dǎo)螺旋常需在較長時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作,工作速度較高,因此要求具有較高的傳動(dòng)精度。調(diào)整螺旋常用以調(diào)整、固定零件的相對(duì)位置,如機(jī)床、儀器及測試裝置中的微調(diào)機(jī)構(gòu)的螺旋。調(diào)整螺旋不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng),一般在空載下調(diào)整。螺旋傳動(dòng)按其螺旋副的摩擦性質(zhì)不同,可分為滑動(dòng)螺旋、滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋?；瑒?dòng)螺旋機(jī)構(gòu)簡單便于制造,易于自鎖,但其主要缺點(diǎn)是摩擦阻力大,傳動(dòng)效率地,磨損快,傳動(dòng)精度低等。相反,滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋的摩擦阻力小,傳動(dòng)效率高,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,特別是靜壓螺旋還需要供油系統(tǒng)。因此,只有在高精度、高效率的重要傳動(dòng)中才宜使用,如數(shù)控、精密機(jī)床、測試裝置或自動(dòng)控制系統(tǒng)中的螺旋傳動(dòng)等。綜上所述,本次設(shè)計(jì)中的螺旋機(jī)構(gòu)屬于傳力螺旋以及滑動(dòng)螺旋?；瑒?dòng)螺旋的的結(jié)構(gòu)主要是指螺桿、螺母的固定和支承的結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動(dòng)的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。本次設(shè)計(jì)中的螺旋機(jī)構(gòu)屬于加壓裝置的傳導(dǎo)螺旋〔絲杠,要進(jìn)行雙向傳動(dòng),為了消除軸向間隙和補(bǔ)償旋合螺紋的磨損,避免反向傳動(dòng)時(shí)的空行程,因此采用組合螺母?；瑒?dòng)螺旋采用的螺紋類型有矩形、梯形和鋸齒形。其中梯形和鋸齒形應(yīng)用最廣。螺桿常用右旋螺紋,只用在一些特殊場合才會(huì)使用左旋螺紋。本次設(shè)計(jì)要求自鎖,因此使用單線梯形螺紋。螺桿和螺母的材料選擇螺桿材料要有足夠的強(qiáng)度和耐磨性。螺母材料除要求有足夠的強(qiáng)度外,還要求在與螺桿材料配合時(shí)摩擦系數(shù)小和耐磨。在本次設(shè)計(jì)中因?yàn)橐舐輻U要承受重載,要有足夠的耐磨性,因此螺桿材料選用40Cr。螺母則選用耐磨性好,強(qiáng)度高,適用于重載、低速場合的鑄鋁青銅?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算拖拉機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的整體尺寸中,試驗(yàn)臺(tái)的高度為4500mm,而液壓裝置在垂直方向移動(dòng)范圍為1400mm~4500mm,所以在豎直方向的螺旋機(jī)構(gòu)中,螺桿的長度為3100mm,在水平方向的螺旋機(jī)構(gòu)中,螺桿的長度為2500mm。4.2加載裝置的水平方向位移的螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.2.1根據(jù)耐磨性計(jì)算螺紋參數(shù)滑動(dòng)螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)有關(guān)。螺紋工作面上的耐磨性條件為即,對(duì)于梯形螺紋h=0.5P,因此F=100KN[p]為材料的許用壓力,其值由教材P97表5-12查得,[p]=18~25MPa,取[p]=20MPa。Φ值一般取1.2~3.5,取Φ=1.4則按國家標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)的公稱直徑d=48mm；螺距P=8,d2=44,D4=49,d3=39,D1=40的梯形螺紋,中等精度。螺母高度H=Φd2=3×44=132；螺紋圈數(shù)n=H/P=132/8=16.5自鎖性驗(yàn)算由于是單頭螺紋,導(dǎo)程S=P=8mm,故螺紋升角為由教材P97表5-11查得f=0.08~0.10取f=0.09,得λ＜ρ’,故自鎖可靠。螺桿強(qiáng)度計(jì)算螺紋摩擦力矩代入公式螺母螺紋強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)槁菽覆牧蠌?qiáng)度低于螺桿,故只驗(yàn)算螺母螺紋強(qiáng)度即可。牙根寬度b=0.65P=0.65×8=5.2mm?；狙佬透逪1=0.5P=0.5×8=4mm。代入式中螺桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算螺桿的最大工作長度為l=2500mm；由教材表5-14,查得螺桿的長度系數(shù)μ=0.5,則因?yàn)棣耍?0,因此可以不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。水平位移機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)〔如圖9,圖10圖9圖10因此選擇的螺旋傳動(dòng)：公稱直徑d=48mm；螺距P=8,d2=44,D4=49,d3=39,D1=40的梯形螺紋,符合傳動(dòng)要求。4.3加載裝置豎直方向位移的螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)根據(jù)耐磨性計(jì)算螺紋參數(shù)滑動(dòng)螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)有關(guān)。螺紋工作面上的耐磨性條件為即,對(duì)于梯形螺紋h=0.5P,因此F=150KN[p]為材料的許用壓力,其值由教材P97表5-12查得,[p]=18~25MPa,取[p]=20MPa。Φ值一般取1.2~3.5,取Φ=1.4則按國家標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)的公稱直徑d=60mm；螺距P=14,d2=53,D4=62,d3=44,D1=46的梯形螺紋,中等精度。螺母高度H=Φd2=3×53=159；螺紋圈數(shù)n=H/P=159/14=11.4自鎖性驗(yàn)算由于是單頭螺紋,導(dǎo)程S=P=14mm,故螺紋升角為由教材P97表5-11查得f=0.08~0.10取f=0.09,得λ＜ρ’,故自鎖可靠。螺桿強(qiáng)度計(jì)算螺紋摩擦力矩代入公式螺母螺紋強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)槁菽覆牧蠌?qiáng)度低于螺桿,故只驗(yàn)算螺母螺紋強(qiáng)度即可。牙根寬度b=0.65P=0.65×14=9.1mm。基本牙型高H1=0.5P=0.5×14=7mm。代入式中4.3.5螺桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算螺桿的最大工作長度為l=3100mm；由教材表5-14,查得螺桿的長度系數(shù)μ=0.5,則因?yàn)棣耍?0,因此可以不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。豎直方向的位移機(jī)構(gòu)〔如圖11,圖12圖11圖12因此選擇的螺旋傳動(dòng)：公稱直徑d=60mm；螺距P=14,d2=53,D4=62,d3=44,D1=46的梯形螺紋,符合傳動(dòng)要求。兩個(gè)傳動(dòng)的組合如圖13。圖13總結(jié)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,主要包括拖拉機(jī)和拖拉機(jī)駕駛室固定系統(tǒng)設(shè)計(jì)和加載位置調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在拖拉機(jī)和拖拉機(jī)駕駛室固定系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,我本來想通過最普通的圓柱齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)底座的旋轉(zhuǎn),因?yàn)閳A柱齒輪傳動(dòng)的精度高,而且傳動(dòng)比較穩(wěn)定,但是考慮到電動(dòng)機(jī)的放置以及底座的整個(gè)高度不宜太高,因此選擇用蝸輪蝸桿來實(shí)現(xiàn)這一功能。加載位置調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)加載位置的改變,滿足多種型號(hào)的拖拉機(jī)的實(shí)驗(yàn)要求,在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,最理想的方法應(yīng)當(dāng)就是螺旋傳動(dòng),因?yàn)槁菪齻鲃?dòng)不但能實(shí)現(xiàn)位移還有自鎖功能。但是因?yàn)樵囼?yàn)臺(tái)的加載力較大,因此螺旋傳動(dòng)必須具備足夠的強(qiáng)度?？紤]到水平加載裝置是一端鉸接在機(jī)架上,而水平加載裝置本身也較重,因此加載裝置的另一端增加輔助裝置,使得加載裝置能夠始終處于水平位置。本次設(shè)計(jì)將使用一個(gè)動(dòng)滑輪,一根鋼繩,一個(gè)吊鉤來實(shí)現(xiàn)這一功能。吊鉤掛在滑輪上,滑輪通過鋼繩與機(jī)架連接,鋼繩的一端接在滑輪上,另一端接在機(jī)架上。以此來保證水平加載裝置始終處于水平位置,同時(shí)也增加了裝置的安全性能。在整個(gè)拖拉機(jī)駕駛