万能材料试验机(38page)PAGE 万能材料试验机 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。近年来，试验机行业技术突飞猛进。试验机向着两个方向即超微外力检测与超大外力检测发展。高检测精度、高灵敏度、运动平稳、易于操纵是目前试验机的主要发展趋势。 本文首先概述了试验机的基本定义、分类与国内外一些重要生产商的成果。第二部分论述了所想...

  PAGE 万能材料试验机 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。近年来，试验机行业技术突飞猛进。试验机向着两个方向即超微外力检测与超大外力检测发展。高检测精度、高灵敏度、运动平稳、易于操纵是目前试验机的主要发展趋势。 本文首先概述了试验机的基本定义、分类与国内外一些重要生产商的成果。第二部分论述了所想到的四种

  和对比。前三种方案均为利用滚珠丝杠，最后一种则利用液压。在彼此比较后决定选第一种方案。第三部分则是说明了试验机的主要物理运动部分的设计以及对它们的校核过程。试验机的传动部分主要由蜗轮蜗杆、锥齿轮、滚珠丝杠三部分所组成。经过校核后所有设计均符合标准要求。用ProE软件完成试验机的三维总装图，然后得到了整个试验机的二维装配图和蜗轮蜗杆、锥齿轮、轴等二维零件图。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；蜗轮蜗杆；锥齿轮；滚珠丝杆；ProE Universal testing machine ABSTRACT:Test machine in various conditions and environment in metal materials, non-metallic materials, machinery accessory, engineering structures such as mechanical properties, technics performance, Internal defects and checking dynamic imbalance rotating parts of sophisticated testing equipment, such as materials tension, compression, bending, shear, reversing, impact, fatigue, creep, lasting and relaxation, wear, hardness tests. In recent years,the technic of the test machine industry advances rapidly. Test machine is the direction toward the development of the super-tiny force detection and the development of super-large external force testing. Detection of high-precision, high sensitivity, smooth motion, easily operated test machine is the main development direction presently. This paper first summarizes the test machines basic definition, classification, and some important domestic and foreign manufacturers results. The second part, discussing about the experiences of the four projects as well as advantages and disadvantages of these projects are analyzed and compared . The foregoing three programs are the use of ball screw, the last one is using the hydraulic pressure. In comparison with each other decide the first option. The third part is the experiment, the major part of the mechanical drive design and the process of checking them. The main drive system of the test machine includes the worm,taper gear, ball screw three components. After checking all the design had complied with the request. The three-dimensional assembly drawings of the test machine are finished by the soft called PROE.Then,export the planar drawings,such as worm gear&worm,taper gear,shaft and so on. In the end concisely introduce the meeting and what had learned in the graduate design experiences. Keywords:Test Machine, Worm Gear & Worm，Taper Gear，Ball Screws ,Proe 第一章 概述 1.1材料试验机概述 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。大范围的应用于机械、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、提升产品质量、减少相关成本、保证产品安全可靠等都具备极其重大作用。 材料试验机的种类很多，有多种不同的分类

  。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.国内材料试验机的现状 中国材料试验机的现状验机制造业在旧中国是空白，中华民共和国成立后，党和政府十分重视我国计量检测事业的历史悠远长久，但试计量检测技术的发展，采取了许多重要措来发展仪器仪表工业。经过五十多年的努力，我国材料试验机的制造，从无到有从小到大，从单参数到多参数，从静态到动态，慢慢地发展成初具规模，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。 长期以来，试验机也一直是欧美对我国尖端科研课

  限制出口的产品。我国的国防科技工业和其它部门的科产业，就必须走自主创新的道路。在新三思集团研院所不能直接进口某些关键材料试验的仪器设施。所以，要发展中国的试验机公司为首的中国试验机非公有制企业的不断努力下，中国试验机的技术水平得到了长足的进步，国内与国外的试验机技术水平的差距正在慢慢地的缩小。 本文章版权归新三思集团公司及原作者所有，转载必究。 上海百贺仪器科技有限公司（下图1-1为公司的产品） 图1-1电子万能试验机 电子万能材料试验机(双柱落地式)大多数都用在金属、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)采取高强度光杠固定上横梁和工作台面，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。主本机使用先进的DSCC-1全数字闭环控制管理系统进行控制及测量，采用计算机做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，产品性能达到国际领先水平。（下图1-2为公司的产品） 图1-2液压万能试验机 液压万能试验机WAW-100型程序采用开放的数据库结构定义，符合规定标准GB228—87、GB/T228—2002、GB7314-87等试验方法，也可恨据用户想要定制特殊的试验方法。测量方式选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(能够准确的通过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、质监部门及检验测试中心进行仔细的检测、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：采取了液压自动夹紧，夹持可靠，不打滑。 4、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、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 二、液压万能试验机WAW-100型的技术参数： 1、最大试验力：100KN 2、测量范围：1-100KN 3、负荷测量精度：±1% 4、试验速度mm/min：0-190 5、变形精度：示值的±0.5%以内 6、位移精度：示值的±0.5%以内 7、应变速率范围：2-60 8、应变速率范围：0.00025-0.0025l/s 9、活塞行程：150mm 10、拉伸钳口间最大距离（包括活塞行程）：520mm 11、圆试样夹持直径：直径6-12，12-20mm 12、扁试样夹持厚度mm：0-8×60 13、压板尺寸mm：直径120 14、主柱间距离：400mm 15、试样直径：10mm 16、弯曲支承最大距离：300mm 17、移动电机功率：0.18KW 18、电压：380V 19、油泵功率：0.75KW（下图1-3为公司的产品） 图1-3电液伺服万能试验机 电液伺服万能试验机WAW-600L大多数都用在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《预应力混凝土钢绞线》的要求。 电液伺服万能试验机WAW-600L技术参数： 1、最大试验力(kN)：600。 2、试验力测量范围(kN)：12-600。 3、试验机级别：1级。 4、试验力示值相对误差：≤±1%。 5、位移测量分辨力(mm)：0.01。 6、位移示值相对误差：≤±1%。 7、最大拉伸试验空间(mm)：1200 8、活塞行程(mm)：250。 9、变形观测范围：2%-100%FS。 10、引伸计示值相对误差：≤±1%。 11、活塞移动速度(mm/min)：70。 12、钢绞线夹持直径范围(mm)：Φ9.5-Φ15.4 。 13、夹紧方式 独立式液压加紧。 14、伺服/夹紧油泵电机功率(kW)：1.5/1.5。 15、横梁升降电机功率(kW)：1.1。 16、主机最大外观尺寸(mm)：1180×750×3440。 17、控制柜外观尺寸(mm)：600×700×1100。 2．国外材料试验机的现状 岛津公司（下图1-4岛津公司的产品） 图1-4电子万能试验机 产品详细的介绍 AG-IC系列立式电子万能试验机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普遍的应用。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．电子万能试验机的规格 1.载荷容量：100KN 2.载荷精度：显示值的±0.5%（保证精度范围：载荷传感器容量的0.4～100%） 3.载荷量程：×1、×2、×5、×10、×20、×50、×100七个量程自动转换 4.试验速度：0.0005～1000mm/min 5.十字头速度精度：0.1% 三．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（下图1-5岛津公司的产品） 图1-5液压万能试验机 岛津液压万能试验机UH-I系列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，操作便捷、可视性好。 2.丰富的自动控制程序为标准配置。 3.可以再一次进行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。 三．岛津液压万能试验机的规格 1.载荷容量：200KN、300KN、500KN、1000KN、2000KN、30000KN、4000KN。 2.载荷精度：显示值的±0.5%。 3.载荷量程：×1、×2、×5、×10、×20、×50 六个量程自动转换。 4.试验速度：位移控制：0.5mm/min～最大试验速度。 5.载荷控制：0.1～5.0满刻度/min。 6.应变控制：0.1～80%/min。 第二章 设计的具体方案 2.1方案简述 2.1.1方案一 电动机产生动力由涡杆传到涡轮轴，然后通过蜗轮传至锥齿轮，再通过锥齿轮传动系统传递到丝杠。与此同时与丝杠配合的丝杠螺母则带动横梁上下运动，而下夹具则是固定在试验台上，至此完成试验。如图2-1所示： 图2-1 方案一示意图 2.1.2方案二 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横梁上下运动，而下夹具则是固定在试验台上，至此完成试验。如图2-2所示： 图2-2 方案二示意图 2.1.3方案三 电动机产生动力后输出到减速器，然后由直齿轮带动丝杠转动。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 本方案与上述两种文件不一样，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。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。而目前液压控制阀与计算机控制联系越来越密切，国外在计算机控制领域取得了较大进展，可惜的是我国控制管理系统方面还较薄弱。如图2-4所示： 图2-4方案四示意图 2.2各种方案比较 方案一：滚珠丝杠-螺母传动机构是在丝杠和螺母之间放入滚珠作为中间件，是丝杠与螺母的滑动摩擦传动变为滚动摩擦传动。滚珠丝杠-螺母传动机构具有下述优点：（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。 方案一：采用滚珠丝杆传动,并且蜗杆传动带有自锁作用，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。 方案二：虽然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。但是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；磨损后易发生调齿；工作是有噪声、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，必须增大连杆尺寸，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：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；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；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；液压元件精度高，造价高；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。 第三章 设计中有关计算 3.1电动机的选择 由设计的基本要求及已知条件可知，假设试验机横梁设计速度为120mm/min，试验机所施加的外力为100KN。故 (3-1) 式中：F——试验机输出力，N；V——丝杠速度，m/s。 电机功率在传递过程中必然有一定的损失。参阅机械工程手册可知，丝杠与丝杠螺母间传动效率为0.9，锥齿轮之间传动效率为0.94，涡轮蜗杆间传动效率为0.8，其他联结件传动效率为0.9。故 所以 (3-2) 上式中 P ——试验机有效功率； ——试验机总效率。 查阅电机手册结合真实的情况选择正真适合型号为Y802-4，它的额定功率为0.75KW、满载转速为1390r/min。如图3-1所示。 图3-1所选电机三维示意图 3.2传动装置总传动比的计算及其分配 已知横梁速度以此求得丝杠转速 (3-3) 式中： V——丝杠速度，m/s； P——丝杠螺距，mm。 电动机选定后，按照电动机的满载转速 及试验机工作部分转速 ，可计算出传动装置的总传动比。 (3-4) 再按照常用传动机构性能及适合使用的范围，初步选择各个出动部分传动比如下： 。 3.3蜗轮蜗杆传动系统的设计与校核 由设计的基本要求可以知， 蜗轮输入功率 蜗轮输入转速 传动比 预期寿命 15000h 故蜗杆选用45钢，表面硬度〉45HRC。涡轮材料采取使用ZCuSn10P1,金属模铸造。 1按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由传动中心距 (1)确定作用在蜗轮上的转矩 按 ，则 mm (2)确定载荷系数 因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数 ，由表11-5选取使用系数 ；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数 ；则 (3)确定弹性影响系数 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故 。 (4)确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径 和传动中心距 的比值 ，从图11-18中可查得 。 (5)确定许用接触应力 根据蜗轮材料为采用ZCuSn10P1,金属模铸造，蜗杆齿面硬度〉45HRC，可从表11-7查得蜗轮的基本许用应力 。 应力循环次数 寿命系数 则 (6)计算中心距 mm 取中心距 ,因 ，故从表11-2中取模数 mm,蜗杆分度圆直径 。这时 ，从图11-18中可查询接触系数 ，因为 ，因此以上计算结果可用。 2．蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 (1)蜗杆 轴向齿距 mm；直径系数 mm；齿顶圆直径 mm；齿根圆直径 mm；分度圆导程角 ；蜗杆轴向齿厚 mm。 (2)蜗轮 蜗轮齿数 ；变位系数 ； 验算传动比 ，这时传动比误差为 ，是允许的。 蜗轮分度圆直径 mm 蜗轮喉圆直径 mm 蜗轮齿根圆直径 mm 蜗轮咽喉母圆半径 mm 3.校核齿根弯曲疲劳强度 当量齿数 根据 ， ，从图11-19中可查得齿形系数 。 螺旋角系数 许用弯曲应力 从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 。 寿命系数 弯曲强度是满足的。 4.验算效率 已知 ； ； 与相对滑动速度 有关。 从表11-18中用插值法查得 ；代入式中得 ，大于原估计值，因此不用重算。 5.精度等级公差和表面粗糙度的确定 从 圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为 ,标注为 。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度。 由于蜗杆滑动速度较低，产生热量较少，故可以不进行温度验算。试验机利用频率较低，故可以不润滑，或者偶尔喷油润滑即可。 按照上述设计与校核做出蜗轮蜗杆三维图如图3-2、3-3、所示。 图3-2蜗杆三维示意图 图3-3 蜗轮三维示意图 3.4锥齿轮的传动设计 由设计的基本要求可以知， 锥齿轮输入功率 锥齿轮输入转速 传动比 预期寿命 15000h 说明锥齿轮的传动设计的这部分全参照《实用机械设计》，下面涉及的就不再说明了。 一、选材、热处理、选z 1．注意点 (1)大小齿轮选材，热处理不同，小齿轮比大齿轮齿面硬度高 ； (2)一般用锻钢毛坯，尺寸太大可用铸钢； (3软尺面适用中载中速； (4)尽可能用优质碳素钢； (5)热处理后切齿，精度可达 级左右； 2．按表0-4 表0-9以及表4-4、4-5选材、热处理，由表4-6确定精度等级，设计后由4-7校订，或由表5-3查出。 小齿轮45钢，调质217HBS 255HBS，取中间值236HB；大齿轮45钢，正火163HBS 217HBS,取中间值190HBS，8级精度。 3．确定齿数z,校核 (1)选 取 ； (2)计算 ； (3) 。 二、按接触强度计算 1．计算 EMBED Equation.DSMT4 mm 2．计算 (1)由表4-8选取使用系数 (2)试选动载荷系数 记 试选 (3)取 值（一般 ）， 值，则 (4)由图4-45，查得齿向载荷分布系数 (5)计算因 （试选） 3．弹性系数 由表4-9查得 4．节点系数 由4-58查得 5．许用应力 (1)由图4-58查得 (2)由已知条件计算 (3) 由图4-59查得寿命系数 (4)由表4-11查得安全系数 (5)由图4-60查得工作硬化系数 (6)计算 代入小值计算。 (7)计算 mm 三、校核 因试选 ，可能与实际不符 1．模数 取标准值 取 2．按几何关系计算 mm mm 3．圆周速度 (1) (2) 计算 由 查图4-43得 4．校对 与 相差不大，勿须重算。 四、校核齿根弯曲强度 1．计算公式 2．计算当量齿数 (1) 、 、 (2) 、 3．由当量齿数 查图4-55得齿形系数 、 ，查得4-56得齿根应力修正系数 、 。 4．确定 (1)查图4-61得 、 (2)查图4-62得 (3)查图4-63得尺寸系数 (4)查表4-11得安全系数 (5)计算 、 (6)比较 与 值 小齿轮 大齿轮 取大齿轮代入计算 5．校核弯曲强度 按弯曲强度计算的模数记为 而按接触强度计算的 ， 故取大者为模数 。 五、几何尺寸计算 1．分度圆直径 mm mm 2．节锥角 、 3．节锥距 mm 4．齿宽 、 取整 5．齿顶高 mm 6．齿根高 mm 7齿顶圆直径 mm mm 如图3-4、3-5为小锥齿轮、大锥齿轮的三维示意图 图3-4 小锥齿轮 图3-5 大锥齿轮 3.5传动轴的设计与校核 3.5.1计算蜗轮传动轴 如图3-6所示为蜗轮轴的示意图 图3-6蜗轮传动轴的结构示意图 此传动轴下部分与涡轮相连接 ， 。上部分为两个小链轮受到拉力为8088N。按许用弯曲应力计算法校核。 转矩 (3-26) 圆周力 (3-27) 轴向力 (3-28) 径向力 (3-29) 1.计算支承受力 水平面反力 (3-30) 垂直面反力 (3-31) 2.计算弯矩 水平面最大弯矩 垂直面最大弯矩 合成弯矩最大值 3.计算转矩 轴受转矩 4.许用应力 针对某些危险截面（即弯矩和扭矩大而轴径可能不足的截面）做弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力 W=4288 因选此输出轴材料为45钢，调质处理，由《机械设计》表15-1查得 ，因此 ，故安全。如图3-7所示为蜗轮轴的三维图 图3-7蜗轮传动轴三维图 3.5.2 锥齿轮传动轴 如图3-8所示为蜗轮轴的示意图 图3-8锥齿轮传动轴的结构示意图 轴的直径由联轴器内径、锥齿轮内径、轴承内径等决定。 1.计算受力 此传动轴左侧部分与小锥齿轮相连接 EMBED Equation.DSMT4 ，按许用弯扭应力计算法校核。 转矩 圆周力 轴向力 径向力 2.计算支承受力 水平面反力 垂直面反力 3.计算弯矩 水平面最大弯矩 垂直面最大弯矩 合成弯矩最大值 4.计算轴的转矩 轴受转矩 5.校核轴的强度 针对某些危险截面（即弯矩和扭矩大而轴径可能不足的截面）做弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力 W=4288 因选此输出轴材料为40Cr钢，调质处理，由《机械设计》表15-1查得 ，因此 ，故安全。如图3-9所示为锥齿轮轴的三维图 图3-9锥齿轮轴 3.6滚珠丝杠传动的设计与校核 3.6.1工作压强计算 螺母的轴向位移： (3-36) 式中： 令该螺纹为单线 由于丝杠带动横梁的移动距离为1200mm，又要留下一定的余量，可令螺纹长度L＝1500mm 设计使螺纹移动时，手轮转动150圈，即 由此可知， 螺纹中径： ， 其中 带入数据，有 (3-37) 由表可知，取 螺母高度： 旋和圈数： 基本牙型高度： 工作压强： (3-38) 工作压强满足规定的要求。 为了能够更好的保证自锁，螺纹升角 螺纹牙根部的宽度： 3.6.2静载荷计算 基本额定静载荷特性值 (3-39) 式中： ——钢球直径，mm； ——螺杆滚道曲率半径，mm； ——接触角； ——滚动螺旋公称直径，mm。 基本额定静载荷 (3-40) 静载荷条件 (3-41) 条件满足，故合格。 3.6.3螺杆强度 螺杆的强度 (3-42) 螺杆最大弯曲应力 查表可知 故螺杆强度合格。 3.6.4寿命计算 螺母接触系数 螺杆接触系数 寿命系数 转速系数 寿命条件 (3-43) 式中： ——载荷系数； ——硬度影响系数； ——短行程系数； F——试验机工作力，N。 故满足条件合格。采用固定式内循环如图3-10为内循环示意图、图3-11为滚珠丝杆副的组成 图3-10固定式内循环示意图 1-滚珠；2-丝杆；3-反向器；4-螺母 图3-11滚珠丝杆副的组成 接触角 钢球直径 mm 螺纹滚道曲率半径 mm 偏心距 mm 螺纹升角 螺杆大径 螺杆小径 螺杆接触点直径 螺杆牙顶圆角半径 螺母螺纹大径 螺母小径 下图为丝杆的三维示意图 图3-12丝杆 结论 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。本文在查阅大量国内外试验机生产厂商资料的基础上，对所设计的抗弯强度试验机进行了仔细研究，根据所提出来的技术指标要求，设计了试验机的机械部分。 在这次设计中，查阅了关于试验机的一些书刊资料，对试验机有了基本的认识。在这种情况下，结合所查阅到的资料，设计出了四种方案，并对这四种方案进行了相互比较，最后选定了第一种方案。方案选定后，随之对试验机的传动系统做了设计与校核。这些传动系统有涡轮蜗杆传动系统、直齿锥齿轮传动系统、丝杠传动系统。在一系列的力、弯矩、转矩计算与校核后，确定所有零件的结构设计均符合标准要求。 在设计与校核过程中，电动机的选择要考虑试验机所输出力、输出速度，然后以此倒退求知电机功率及其外观尺寸。在选择具体传动比时，要选择各种传动机构合理范围以内的值。蜗轮蜗杆的设计时，除了要计算齿受力情况外，还要校核蜗杆的弯曲强度。由于丝杠的转速很低，故采用了锥齿轮传动。本试验机的关键传动部分是滚珠丝杠-螺母传动系统，要进行工作压强、静载荷、螺杆强度、寿命的一系列计算。 毕业设计是对四年中所学知识的一次综合性的考察，它可以比较全面的检查我们的专业相关知识水平，及时让我们得知缺点和不足。在毕业设计中，我回顾了四年所学的知识充分认识到了自己的欠缺，学会了运用手册和查阅相关书籍资料，学会了用标准来规范自己。毕业设计和毕业论文是本科生培养方案的重要环节。所谓“温故而知新”，只有对已学过的知识真正掌握了，才能吸收新的知识。而新的知识反过来则能更加进一步促进对已学知识有新的理解。 致谢 本次设计是在尊敬的周后明老师的悉心指导和严格要求下完成的，导师渊博的知识、严谨的治学态度、高度的责任心以及严于律己、待人诚恳的思想品德深深的影响着我，这不仅使我顺利完成了此项设计，而且也将成为使我受益终生的宝贵财富。几个月的时间里，从课题的选定、资料的收集、方案的拟定、课题的具体设计到论文的审定改进，周老师都给与了极大的帮助，倾注了大量的心血。通过这次的毕业设计，学生不仅开拓了思路、扩大了视野、丰富了知识面，还初步掌握了处理具体实践问题的科学方法，为学生今后发展打下了坚实的基础。 从课题的选择到完成，周后明老师都始终给予我耐心细致的指导和不懈的支持和督促，在此谨向周后明老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时也得到了一些同学的的热情帮助和鼓励，对此，表示深深的感谢和衷心的祝福。 参考文献 [1]. 吴宗泽、罗圣国，机械设计课程设计手册（第三版）， 北京高等教育出版社，2006.5 4～170 [2]. 濮良贵、纪名刚等，机械设计（第八版），北京 高等教育出版社，2006.6 186～272 [3]. 成大先等，机械设计手册（第四版）北京化学工业出版社，2001.11 210～351 [4]. 王中发、吴宗泽，实用机械设计，北京理工大学出版社，1998.2 [5]. 《现代物理运动手册》编辑委员会，现代物理运动手册（第二版），北京机械工业出版社，2002.5 145～167 [6]. 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