万能材料试验机的设计含全套CAD图纸万能材料试验机的设计(含全套CAD图纸) 全套设计(图纸)加 36396305 各专业都有 摘 要 试验机是在各种条件、环境下测 定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺 陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料来拉伸、压缩、 弯曲、剪切、扭转、冲击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。在研究 探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，试验机是一种必不可少的重要测 试仪器。 本文首先概述了试验机的基本定义、研究背景及意义、分类与国内外一些 重要生产商的成果...

  万能材料试验机的设计(含全套CAD图纸) 全套设计(图纸)加 36396305 各专业都有 摘 要 试验机是在各种条件、环境下测 定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺 陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料来拉伸、压缩、 弯曲、剪切、扭转、冲击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。在研究 探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，试验机是一种必不可少的重要测 试仪器。 本文首先概述了试验机的基本定义、研究背景及意义、分类与国内外一些 重要生产商的成果。第二部分论述了滚珠丝杠-锥齿轮、滚珠丝杠-链传动、滚珠丝 杠-直齿轮和液压驱动四种传动

  ，并作对比分析，最后选择滚珠丝杠-锥齿轮 传动系统作为本文的设计对象。第三部分对试验机的主要物理运动部分，如电动机、 滚珠丝杠传动系统、锥齿轮传动系统、减速器、轴以及轴承、无级变速器等各部分 做出合理的选择、详细设计与计算，经过校核后所有设计均符合标准要求。在文章的最后简明 的介绍了做本次毕业设计的一些心得体会。关键词: 试验机 滚珠丝杆 锥齿轮 蜗轮 蜗杆 Design of Universal Material Testing MachineABSTRACT: Testing machine is a precision measuring instrument that can be measured suchas mechanical properties process performance internal defects and verification of dynamicunbalance of rotating parts of metal materials non-metallic materials machinery parts andengineering structure in various conditions and environment determination. It can be performedon material tensile compression bending shear torsion impact fatigue creep lastingrelaxation wear hardness testing. Testing machine is an important test equipment for theprocess of research and explore new materials new technology and new structure. This paper provides an overview of the testing machine’s basic definition researchbackground and significance classification and a number of achievements of importantmanufacturers. The second part discusses four drive scheme witch are ball screw - bevel geardrive ball screws - chain drive ball screw - straight gear drive and hydraulic drive. This paperchoice bevel gear transmission system as the object of design after the ball screw - comparesthese transmissions. The third part is selection detailed design and calculation of the testingmachine’s mechanical transmission part such as a motor the ball screw drive system bevelgear drive system speed reducer shaft and bearing CVT parts after checking all the designconforms to the requirements. At the end of the article introduced some experience of thegraduation design. Keywords: Testing Machine Worm Gear amp Worm Taper Gear Ball Screws 目 录1 绪论 ................................................................... 41.1 研究背景及意义 ....................................................... 41.2 国内外研究现 状 ....................................................... 41.2.1 国内材料试验机的现 状 ............................................... 41.2.2 国外材料试验机的现 状 ............................................... 71.3 本论文研究内 容 ....................................................... 82 万能材料试验机物理运动部分设计方 案 ..................................... 92.1 方案简述 ............................................................. 92.1.1 方案一 :锥齿轮传动 ................................................ 92.1.2 方案二:圆柱齿轮传 动 ............................................... 92.1.3 方案三:丝杠传 动 .................................................. 102.1.4 方案四:液压传 动 .................................................. 112.2 各种方案分 析 ........................................................ 113 万能材料试验机传动部分设 计 ............................................ 133.1 万能材料试验机传动部分总体结 构 ...................................... 133.2 传动部件的设计与校 核 ................................................ 133.2.1 电动机的选 择 ...................................................... 133.2.2 传动装置总传动比的计算及其分配 .................................... 153.2.3 蜗轮蜗杆传动系统的设计与校 核 ...................................... 153.2.4 锥齿轮的传动设计与校 核 ............................................ 203.2.5 工作主轴的设计与校 核 .............................................. 273.2.6 滚珠丝杠传动的设计与校 核 .......................................... 373.2.7 无级变速器设计与校 核 .............................................. 424 总结 .................................................................. 58 参 考 文 献 ........................................................... 59Abstract .................................................................. 2致 谢 ............................................. 错误～未定义

  签。1 绪论1.1 研究背景及意义 材料试验机是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，试验机是一种不可缺少的重要测试仪器。广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通运输、等工业部门以及大专院校、科研院所的相关实验室。对有效使用材料、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用。 材料试验机的种类很多，有多种不同的分类方法。按加荷方法分类: 静负荷试验机静态和动负荷试验机动态。其中静态试验机一个主要组成部分。万能试验机又可分为机械万能试验机、液压万能试验机、电液伺服万能试验机和电子万能试验机。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内材料试验机的现状 图1-1 电子万能试验机 我国计量检测事业的历史悠久，但试验机制造行业在旧中国是空白，中华人民共和国成立后，党和政府十分重视计量检测技术的发展，采取了许多重要措施来发展仪器仪表工业。经过五十多年的努力，我国万能材料试验机的制造，从无到有、从小到大，从单参数到多参数，从静态到动态，逐步发展成初具规模，具有能生产静负荷试验机(如拉、压万能试验机、扭转试验机、松弛试验机、持久强渡试验机、蠕变试验机、复合应力试验机等)和动负荷试验机(如冲击试验机和疲劳试验机等)的能力，有效地促进了国民经济建设和国防建设的发展。我国万能材料试验机市场已形成一定的规模，试验机产品的发展日趋大型化、智能化、动静态功能复合化，有的试验机产品已出口到国外，远销到亚洲和欧美市场，具有一定的竞争能力。 上图1-1所示为电子万能材料试验机双柱落地式，它主要用于金属、非金属材料的拉伸、压缩、弯曲等力学性能测试和分析研究。可自动求取 ReH、ReL、Rp0.2、Fm、Rt0.5、Rt0.6、Rt0.65、Rt0.7、Rm、E 等试验参数，并可根据 GB、ISO、DIN、ASTM、JIS 等国际

  进行试验和提供数据。 电子万能试验机双柱落地式性能特点:电子万能试验机双柱落地式采用高强度光杠固定在上横梁和工作台面，使之构成高刚性的门式框架结构。采用伺服电机驱动伺服电机通过传动机构带动移动横梁上下移动实现试验加载过程.分为单空间和双空间两种机型。主本机采用先进的 DSCC-1全数字闭环控制系统进行控制及测量，采用计算机进行试验过程及试验曲线的动态显示，并进行数据处理，试验结束后可通过图形处理模块对曲线放大进行数据再分析编辑，产品性能达到国 际先进水平。 图1-2 液压万能试验机 上图1-2所示为液压万能试验机 WAW-100型，它的程序采用开放的数据库结构定义，符合标准 GB228—87、GB/T228—2002、GB7314-87等试验方法，也可恨据用户要求定制特殊的试验方法。测量方式采用的是高精度压力传感器、高精度位移传感器、高线性低杂信的信号处理及放大模块，人机交互方式分析计算测试材料的机械性能指标，试验结束时自动计算弹性模量、屈服强度、非比例延伸应力等，在自动分析的基础上，还可以人工修正分析结果提高分析的准确性。 液压万能试验机可配置专用于材料试验机的闭环控制和数据采集的电液控制器可以根据客户要求配置进口控制器，如:DOLI，它具备强大的功能，叉兼有十分优异的性能价格比。适用于科研单位、大专院校、质监部门及检测中心进行检测、科研、仲裁及特殊试验的需要。 一、液压万能试验机 WAW-100型的特点: 1、控制模式:等速率活塞行程控制、等速率力控制、等速率应力控制、等速率应变控制、力保持控制、定应力转定应变控制。 2、试验力量程自动转换功能:若达到容量的90自动转换到较大容量 3、自动夹持:采用液压自动夹紧，夹持可靠， 、多重保护:具有软件、硬件过载和位置保护 5、自动校准:负荷、变形、不打滑 4 位移可按标准值自动校准 6、自动停机:实验结束后活塞自动停止工作 图1-3 电液伺服万能试验机 上图1-3所示为电液伺服万能试验机 WAW-600L，它主要用于预应力混凝土钢绞线的拉伸试验，适用于冶金、建筑、轻工、航空、航天、材料、大专院校、科研单位等领域。试验操作和数据处理符合 GB/T5224-1995《预应力混凝土 -4所示为 AG-IC 钢绞线 国外材料试验机的现状产品详细介绍 下图1系列立式电子万能试验机，它是日本岛津苏州工厂组装的最先进的电子万能试验机，现已在国内的机械、电子、大学、研究院所等行业得到广泛的应用。该系列立式电子万能试验机已经取得国际 CE 认证。一(电子万能试验机的特点1.简便直观的中文试验软件。2.具有2.5ms 采样间隔的高速度数据采集，适合各种特性材料的测试数据的线.高速返回原点功能，缩短下次试验的准备时间，提高试验效率。4.拥有多种完善的试验夹具，适合多种样品的试验要求。二(电子万能试验机的用途1(各种金属材料、非金属材料、复合材料的拉伸试验、压缩、弯曲试验2(机械部件、电子部件的拉伸、剥离、焊接强度试验3(控制或循环试验4(应力松弛或蠕变试验 图1-4 电子万能试验机 下图1-5所示为岛津液压万能试验机 UH-I 系列，它是以电子控制液压驱动的伺服式万能试验机，试验载荷采用高精度压力传感器，被广泛的应用在钢铁、建材等行业。一(岛津液压万能试验机的用途1(各种金属材料的拉伸试验、压缩、弯曲试验2(木材、纤维板的压缩、弯曲试验3(上述材料的载荷保持试验4(沥青、混凝土的压缩试验二(岛津液压万能试验机的特点1.采用大形 LCD 轻触屏，可以显示试验曲线，操作方便、可视性好。2.丰富的自动控制程序为标准配置。3.可以选择模拟指针式度盘显示器。4.通过试验软件，实现高速数据采集。 图1-5 液压万能试验机1.3 本论文研究内容 以往，国内外生产的万能试验机主要包括:机械式、液压式和电子式三种。七十年代初期又发展了电液伺服万能试验机。机械式万能试验机是应用较久的一种万能试验机。其研究的具体内容:一是明确材料试验机的改造思路;二是硬件部分设计;三是软件部分设计。 本论文主要研究万能材料试验机的机械传动部分。材料试验机装置包括机身、横梁、齿轮、电动机、传动轴、夹具等。其中机身、横梁及支撑装置只需满足强度、刚度和稳定性要求即可 而齿轮、传动轴、电动机等则是试验机的关键装置和部件。因此在设计的过程中应尽 量解决试验机内机构之间的传动，材料方面的选择，加工精度等诸多科学问

  。 通过各方面的考虑以及计算设计出一款实用、精度适中、效率较高、经济的万能材料试验机的传动部分。2 万能材料试验机机械传动部分设计的具体方案 本章主要描述四种万能材料试验机的传动方案，以及每个方案的特点，从而在这四种方案中选取最佳的那个方案为本论文的研究方案。2.1 方案简述2.1.1 方案一 :锥齿轮传动 电动机产生动力后通过减速?洌 倬 新治细说拇 沧冻萋衷硕 稍沧冻萋值淖 扛茏 ,氪送 庇胨扛芘浜系乃扛苈菽冈虼 虾崃荷舷略硕 ，霞芯吖潭ㄔ谏虾崃荷希 录芯咴蚴峭ü 牒掀饔爰跛傧涞缍 谝黄鸩 ぷ 硕 链送瓿试验。如图 2-1 所示: 图 2-1 方案一示意图2.1.2 方案二:链轮传动 电动机产生动力后输出到减速器，然后进入涡轮蜗杆传动系统，进一步减速并改变运动旋转方向后，通过链传动系统传递到丝杠。由链轮的转动带动丝杠转动。与此同时与丝杠配合的丝杠螺母则带动上横梁上下运动，上夹具固定在上横梁上，下夹具则通过离合器与减速箱电动机连在一起产生扭转运动，至此完成试验。如图 2-2 2-2 方案二示意图2.1.3 方案三:丝杠传动 电动机产生动力后输出到减所示: 图 速器，然后由涡轮带动丝杠转动。丝杠转动同时两个丝杠螺母同步背向或相向运动，两个连杆同时远离或靠近。这就使下夹具所在试验台向上或向下运动。上面横梁可以固定，也可以在液压、丝杠等外力驱动下上下运动，至此完成试验。如图 2-3 所示: 图 2-3 方案三示意图2.1.4 方案四:液压传动 本方案与上述三种文件不一样，本方案是由油泵驱动油缸里的活塞提供外部试验力。油泵输出油经进油管达到液压缸，然后经回油管路流油缸再次利用。液压系统带动上横梁上下运动。下夹具通过离合器与减速箱电动机连在一起产生扭转运动，而上夹具则是固定在上横梁上。此方案要求液压系统要有较精确的控制阀的配合才能实现试验目的。如图 2-4 所示: 图 2-4 方案四示意图2.2 各种方案分析 各种方案的特点如下: 方案一: (1)传动精度高，运动平稳，无爬行现象 滚动丝杠传动绝大多数都是滚动摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小几乎与运动速度完全无关，这样就能够保证运动的平稳性，且不会出现爬行现象(其静摩擦系数与动摩擦系数相差极小); (2)有可逆性 滚珠丝杠摩擦损失小，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动; (3)但是采用了蜗杆传动和圆锥齿轮传动，能轻松实现丝杆自锁(蜗杆传动有两个输出轴，并且转向相同，所以丝杆螺纹旋向要相反，才能使丝杆螺母运动方向一致); (4)成本高 滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求比较高，光洁度要求也较高，故制造成本高。 方案二: (1)传动精度高，运动平稳，无爬行现象 滚动丝杠传动绝大多数都是滚动摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小几乎与运动速度完全无关，这样就能够保证运动的平稳性，且不会出现爬行现象(其静摩擦系数与动摩擦系数相差极小); (2)有可逆性 滚珠丝杠摩擦损失小，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动; (3)成本高 滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求比较高，光洁度要求也较高，故制造成本高; (4)不能自锁 特别是垂直丝杠，由于自重惯性力的关系，运动部件在运动停止后不能自锁，需加制动装置; (5)链传动的制造与安装精度要求较低，成本也低。远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便得多; (6)只能实现平行轴间链轮的同向传动;运转时不能保持恒定的瞬时传动比; (7)磨损后易发生调齿;工作时有噪声、振动冲击。 方案三: (1)丝杠水平放置利于自锁。水平状态下不受自重惯性力，故运动停止较为 容易; (2)采用涡轮驱动丝杠，由于涡轮尤其是单头涡轮传动效率低，传动精确度也较差。同时涡轮一般都会采用较为贵重的减摩材料(如青铜)制造，从而增加了制造成本; (3)工作台有两个连杆驱动所承受力较小。在较大试验力时，连杆安全性降低，必须增大连杆

  ，这就使得试验机所需较大的外功率来驱动。 方案四: 由于采用了液压驱动，故有以下特点: (1)液压传动可以在一定程度上完成无级变速，工作平稳;同功率时液压装置体积小、质量轻; (2)液体为工作介质易泄露，造成污染;油液可压缩故传动比不准确;传动过程中损失较大，效率较低; (3)液压传动对油温和负载变化极为敏感，对外部环境要求比较高; (4)液压元件精度高，造价高; (5)液压传动如果出现故障时不易追查原因，不易迅速排除。 综合上述四种方案的优缺点以及目前市场上主流试验机形式，最后决定选择第一种方案为本设计所采取的最终方案。3 万能材料试验机传动部分设计 本章主要确定万能材料试验机传动部分的总体结构，把涉及到传动部分的相关零件(电动机、锥齿轮、蜗轮蜗杆、滚珠丝杆、无级变速器、工作主轴等)设计出来，并校核。3.1 万能材料试验机传动部分总体结构 经过各方面的考虑初步确定试验机传动部分的总体结构如下图 3-1 所示: 图 3-1 传动部分总体结构示意图3.2 传动部件的设计与校核3.2.1 电动机的选择 由设计的基本要求可知，试验机横梁最大设计速度为 500mm/min，试验机所施加的最大试验力为 100KN。故 500 P F V 100 103 833.33W 1000 60式中:F—试验机输出力，N;V—丝杠速度，m/s;P—有效功率。 电机功率在传递过程中必然有一定 0.95，在这里的损失。参阅机械设计手册可知，丝杠与丝杠螺母间传动效率(0.85—取 0.9)为 0.9，锥齿轮之间传动(8 级精度一般齿轮传动)效率为 0.94，涡轮蜗杆间(单头蜗杆传动)传动效率为 0.9，无级变速器的传动效率为 0.8，其他联结件传动效率为 0.9。故 总 杆 锥蜗箱其 0.9 0.94 0.9 0.8 0.9 0.548 故 833.33 P电机 1520.12 w 总 0.548 上式中 P —试验机有效功率; 总 —试验机总效率; P电机 —试验机所需功率。 查阅电机手册结合真实的情况选择选择电动机额定功率 Pca 1.5kw 。为了试验机的传动比不至于太大，故选择初步选择同步转速分别为 1000r/min 和 1500r/min 的两种电动机作比较，所以电动机的型号为:Y100L-6 或 Y90L-4，其技术参数如表 1 所示: 表 1 电动机参数 额定 额定 功率 堵转转矩堵转电流最大转矩 噪声 振动 转速 效率 重量型 号 功率 电流 因数 额定转矩额定电流额定转矩 1 级 2 级 速度 kW A r/min COSФ 倍 倍 倍 dBA mm/s kg Y100L-6 1.5 4 940 77.5 0.7 2.0 6.0 2.2 62 67 1.8 35 Y90L-4 1.5 3.7 1400 79.0 0.79 2.3 6.5 2.3 62 67 1.8 26 两方案均可行但方案 1500r/min 的传动比适中电动机尺寸小，且电动机启动转矩与最大转矩都较大，过载能力也强因此采用方案 1500r/min选定电动机的型号为Y90L-4。如下图 3-2 所示 图 3-2 所选电机 Y100L1-4 三维示意图3.2.2 传动装置总传动比的计算及其分配 查询机械设.

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