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XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 摘 要 .2 ABSTRACT .3 第一章 概述 .4 1.1 耐破度測試儀概述 .4 第二章 耐破度測試儀的結(jié)構原理 .10 第三章 設計中有關計算 .11 3.1 電動機的選擇 .11 3.2 傳動裝置總傳動比的計算及其分配 .11 3.3 蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)的設計與校核 .12 3.4 錐齒輪的傳動設計 .15 3.5 滾珠絲杠傳動的設計與校核 .21 3.5.1 工作壓強計算 .21 3.5.2 靜載荷計算 .22 3.5.3 螺桿強度 .23 3.6.4 壽命計算 .23 結(jié)論 .26 致謝 .27 參考文獻 .28 XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 摘 要 為檢測紙張、紙板、瓦楞紙板的耐破度而生產(chǎn)的專用檢測器具，目前普遍使用的耐破 度儀勻為繆倫(Mullen)式耐破度儀(又稱破裂強度試驗機)。 本文首先概述了耐破度測試儀的基本定義、分類。然后是設計出一款環(huán)壓強度試驗機。 試驗機的傳動部分主要由齒輪箱、液壓傳動、滾珠絲杠三部分組成。經(jīng)過校核后所有 設計均符合要求。用CAD軟件完成試驗機的總裝圖，然后得到了測試儀的二維零件圖。 在文章的最后簡明的介紹了做本次畢業(yè)設計的一些心得體會。 關鍵詞: 耐破度；齒輪箱；滾珠絲杠； XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 ABSTRACT For the detection of paper, cardboard, corrugated cardboard bursting and the production of special testing equipment, the current widespread use of breaking resistance of the device to absorb Mullen ( Mullen ) type bursting tester ( also known as the rupture strength testing machine ). This paper first outlines the bursting strength tester definition, classification. Then design a ring crush strength testing machine. Test drive part is mainly composed of a gear box, hydraulic transmission, the ball screw is composed of three parts. After checking all the design to meet the requirements. Using CAD software to complete the test machine assembly diagram, then get the tester of 2D part drawings. At the end of the article briefly introduces the graduation design, some experience. Key words: bursting; gear box; ball screw; XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 第一章 概述 1.1 耐破度測試儀概述 耐破度測試儀的設計之初衷為測試紙箱之耐壓強度，以防范因紙箱強度不夠?qū)е庐a(chǎn)品 在使用、搬運、堆疊、倉儲、運輸過程中產(chǎn)品變形、損壞之不良現(xiàn)象發(fā)生，可配合多 種材料做全方位之測試，在紙張包裝材料方面， 進行多種紙張品質(zhì)測試。 按種類可分為：環(huán)壓（RCT） 、平壓（FCT） 、邊壓（ECT） 、粘合（PAT ）及一般抗壓 （CMT ）等測試。以下是各種環(huán)壓強度試驗機詳細參數(shù)。 1、JD-213 環(huán)壓強度試驗機 產(chǎn)品簡介： 本機以高精度傳感器感應,經(jīng)軟件解析以數(shù)字顯示出強度.用于厚度在 1以下瓦楞 XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 蕊紙及牛皮紙帶等.試樣置于環(huán)盤之容器內(nèi),以本機檢驗其直立方向之耐壓強度,配合各種 附件使用,并可測試紙板之環(huán)壓強度、邊壓強度、平壓強度、粘合強度、抗壓強度等試 驗項目。 2、JD-211A 全自動破裂強度試驗機 名稱： JD-211A 全自動破裂強度試驗機 產(chǎn)品簡介： 全自動破裂強度試驗機是國際通用型繆綸（Mullen）式儀器，廣泛地適用于包裝 材料，主要用于測定各種紙板及單層和多層瓦楞紙板，也可用于絲綢、棉布等非紙質(zhì) 材料的耐破強度的測試。只要放進材料，即自動偵測，自動試驗，自動油壓回位及自 動計算、儲存測試數(shù)據(jù)、打印，儀器用數(shù)字顯示并能自動打印測試結(jié)果和數(shù)據(jù)處理。 3、JD-212 破裂強度試驗機(帶列印) XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 名稱： JD-212 破裂強度試驗機(帶列印) 產(chǎn)品簡介： 本機采用數(shù)字顯示壓力，試料破裂時，自動保留最大破裂強度值， 指示方式為數(shù)位式, 容量為 0100kg/cm2 廣泛的適用于包裝材料,包括一般紙張、瓦楞紙、衛(wèi)生紙、包裝紙 等等, 用于皮革、布類、 包裝薄膜之上, 可有效的對產(chǎn)品質(zhì)量進行監(jiān)測。 4、JD-112 指針式撕裂強度試驗機 XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 名稱： JD-112 指針式撕裂強度試驗機 產(chǎn)品簡介： 本機系以扇型擺錘動時，撕裂試樣，并指示撕裂強度值。 XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 5、 JD-223 平壓取樣器 一、產(chǎn)品簡介 瓦楞紙板平壓試樣取樣器是瓦楞紙平壓強度試驗（FCT）必備的專用取樣器具，可 快速、準確地切取規(guī)定面積的試樣，是瓦楞紙板及紙箱生產(chǎn)、科研及質(zhì)量監(jiān)督檢驗等 部門理想的輔助試驗器具。 用途：平壓取樣器是瓦楞紙板平壓強度測定時切取標準試樣的專用取樣器; XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 名稱： JD-206 小型抗壓機 產(chǎn)品簡介： 本機為電子顯示環(huán)壓/拉力試驗機，使用馬達傳動螺桿而使夾具移動，將裝置好試樣材 料的試驗夾具置傳動螺桿而使夾具移動，將裝置好試樣材料的試驗夾具置于上下兩夾 具之間，然后施予規(guī)定之速度，上夾具向下壓縮試樣時，上夾具上端的荷重立即感到 壓力；而拉力測試是上夾具向上移動，下夾具向下移動，同樣夾具感受到壓力，并將 力轉(zhuǎn)換成電壓訊號給顯示器，結(jié)果連用 LOADCELL 力量感應器連接顯示器自動顯示力 量值。 XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 第二章 耐破度測試儀的結(jié)構原理 紙板耐破度儀的工作原理：是根據(jù)帕斯卡定律：加在密閉液體上的壓強能夠按照 原來的大小，由液體向各個方向傳遞。在儀器密封的油缸和壓紙座的容腔內(nèi)，裝滿甲 基硅油作為壓力傳遞的介質(zhì)，當電機帶動活塞勻速前進時，膠膜受到硅油的加壓而突 起；此時夾持在膠膜上方，被上下夾盤固定住的試樣，均勻受力，直到試樣破裂。處 理芯片鎖住最大壓力值，通過液晶屏顯示該壓力值，此壓力值即為本次試樣的耐破度。 如何 2-1 所示為耐破度測試儀的結(jié)構原理 圖 2-1 耐破度測試儀結(jié)構圖 XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 第三章 設計中有關計算 3.1 電動機的選擇 由設計要求及已知條件可知，假設試驗機頂進速度為 120mm/min，試驗機所施 加的外力為 100KN。故 (3-1) 3120106PFVW 式中：F試驗機輸出力，N；V 絲杠速度，m/s。 電機功率在傳遞過程中必然有一定的損失。參閱機械工程手冊可知，絲杠與絲杠 螺母間傳動效率為 0.9，錐齒輪之間傳動效率為 0.94，渦輪蝸桿間傳動效率為 0.8，其 他聯(lián)結(jié)件傳動效率為 0.9。故0.94.809.6絲總 錐 蝸 其 所以 (3-2)2P32.6w電 機 總 上式中 P 試驗機有效功率； 試驗機總效率?？?查閱電機手冊結(jié)合實際情況選擇合適型號為 Y802-4，它的額定功率為 0.75KW、 滿載轉(zhuǎn)速為 1390r/min。 3.2 傳動裝置總傳動比的計算及其分配 已知橫梁速度以此求得絲杠轉(zhuǎn)速 wn (3-3)1205mi8wVnrp 式中： V絲杠速度，m/s； P絲杠螺距， mm。 XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 電動機選定后，按照電動機的滿載轉(zhuǎn)速 及試驗機工作部分轉(zhuǎn)速 ，可計算出傳mnwn 動裝置的總傳動比。 (3-4)13902.675mwnii錐 蝸 再按照常用傳動機構性能及適用范圍，初步選擇各個出動部分傳動比如下： 。201.5ii蝸 錐 ， 3.3 蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)的設計與校核 由設計要求可以知， 蝸輪輸入功率 P0.758.0.51kw2 蝸輪輸入轉(zhuǎn)速 1396minnr 傳動比 i 預期壽命 15000h 故蝸桿選用 45 鋼，表面硬度45HRC。渦輪材料采用 ZCuSn10P1,金屬模鑄造。 1 按齒面接觸疲勞強度進行設計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度設計，再校核齒根彎曲疲 勞強度。由傳動中心距 13.146904.67360cos0cos.1sdnv ms (1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 2T 按 ，則 mm12z66229.5.9.510709.14pNn: (2)確定載荷系數(shù) K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù) ，由表 11-5 選取使用系數(shù)K ；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù) ；則1.5AK 1.05V 1.5.012AVK XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 (3)確定彈性影響系數(shù) EZ 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故 。 1260EaZMP (4)確定接觸系數(shù) 先假設蝸桿分度圓直徑 和傳動中心距 的比值 ，從圖 11-18 中可查得1da1.35d 。2.9Z (5)確定許用接觸應力 H 根據(jù)蝸輪材料為采用 ZCuSn10P1,金屬模鑄造，蝸桿齒面硬度45HRC ，可從表 11-7 查得蝸輪的基本許用應力 。268HaMP 應力循環(huán)次數(shù) 72609.5106.2510hNjnL 壽命系數(shù) 781.5HK 則 0926831.N aMP: (6)計算中心距 mm 2 2332 60.9.709.4.7331EHZaKT 取中心距 ,因 ，故從表 11-2 中取模數(shù) mm,蝸桿分度圓直徑15mi 5m 。這時 ，從圖 11-18 中可查詢接觸系數(shù) ，因為 ，因此150d0.4da 2.ZZ 以上計算結(jié)果可用。 2蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 (1)蝸桿 軸向齒距 mm；直徑系數(shù) mm；齒頂圓直徑15.7aPm10q mm；齒根圓直徑 mm；分度圓導程角 ；1260ad12.438fdm1836 蝸桿軸向齒厚 mm。.8as (2)蝸輪 XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 蝸輪齒數(shù) ；變位系數(shù) ；241z20.5x 驗算傳動比 ，這時傳動比誤差為 ，是允許1.i 20.5.2.5 的。 蝸輪分度圓直徑 mm2205dmz 蝸輪喉圓直徑 mm1a 蝸輪齒根圓直徑 mm22.493fz 蝸輪咽喉母圓半徑 mm75gard 3.校核齒根彎曲疲勞強度 21.53FFaFKTYdm 當量齒數(shù) 2343.8cos.vz 根據(jù) ， ，從圖 11-19 中可查得齒形系數(shù) 。20.5x24.8vz 2.87FaY 螺旋角系數(shù) 1.310.904Y 許用彎曲應力 FFNK: 從表 11-8 中查得由 ZCuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應力 。56FaMP 壽命系數(shù) 69710.32.25FNK .aMP 1.30142.870913.86258.3F aMP 彎曲強度是滿足的。 4.驗算效率 tan0.95.6v: XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 已知 ； ； 與相對滑動速度 有關。1836arctnvvf1089GBTfsv 13.453.70os6cos.sdms 從表 11-18 中用插值法查得 ；代入式中得 ，大于0.2186vvf、 0.84 原估計值，因此不用重算。 5.精度等級公差和表面粗糙度的確定 從 圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 8 級精度，側(cè)隙種類為 ,標注為1089GBT f 。然后由有關手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度。8f 由于蝸桿滑動速度較低，產(chǎn)生熱量較少，故可以不進行溫度驗算。試驗機利用頻 率較低，故可以不潤滑，或者偶爾噴油潤滑即可 3.4 錐齒輪的傳動設計 由設計要求可以知， 錐齒輪輸入功率 20.9.5Pkw3 錐齒輪輸入轉(zhuǎn)速 6minnr 傳動比 1.5i 預期壽命 15000h 說明錐齒輪的傳動設計的這部分全參照實用機械設計 ，下面涉及的就不再說明 了。 一、選材、熱處理、選 z 1注意點 (1)大小齒輪選材，熱處理不同，小齒輪比大齒輪齒面硬度高 ；305HBS: (2)一般用鍛鋼毛坯，尺寸太大可用鑄鋼； (3軟尺面適用中載中速； (4)盡可能用優(yōu)質(zhì)碳素鋼； (5)熱處理后切齒，精度可達 級左右；89: XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 2按表0-4 表0-9 以及表4-4、4-5 選材、熱處理，由表4-6確定精度等級，設計后: 由4-7校訂，或由表5-3 查出。 小齒輪45鋼，調(diào)質(zhì)217HBS 255HBS，取中間值236HB ；大齒輪45鋼，正火: 163HBS 217HBS,取中間值190HBS ，8級精度。 3確定齒數(shù) z,校核 5ui (1)選 取 ；125z.32.、 z3 (2)計算 ；12.51u (3) 。.i: 二、按接觸強度計算 1d 1計算 1T mm66431 0.59.509.18710PnN: 2計算 KAvK (1)由表 4-8選取使用系數(shù) 1.0A (2)試選動載荷系數(shù) 記 試選vKt.2vt (3)取 值（一般 ） ， 值，則R0.3Ru 221.150.3Rdmb XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 (4)由圖4-45，查得齒向載荷分布系數(shù) 1.K (5)計算因 （試選）vtK.81.29tAv 3彈性系數(shù) 由表4-9查得EZ189.EZMPa 4節(jié)點系數(shù) 由4-58查得HH2.5 5許用應力 lim1NWHZS (1)由圖4-58查得 lim1lim2570460HMPaPa、 (2)由已知條件計算 71N6159.2510nrt: 7124.0u (3) 由圖4-59查得壽命系數(shù) N12Z=、 (4)由表4-11查得安全系數(shù) HS (5)由圖4-60查得工作硬化系數(shù) wZ=1 (6)計算 lim11570HNWMPaS 代入小值計算。lim224610HNZ (7)計算 1d XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 mm21EH312RR4.7Z()109.4(05)tKTdu: 三、校核 1 因試選 ，可能與實際不符vK 1模數(shù) 取標準值 取1tdmz109.43.125tdmz3.5m 2按幾何關系計算 mm11.7 mm1(0.5)3.7(0.53)96.mRd 3圓周速度 v (1) 13.496.753.26001mdnms (2) 計算 由 查圖 4-43得1.52.vz1vz1.23vK 4校對 1d 與 相差不大，勿須重算。3311.209.41.3vtK1td 四、校核齒根彎曲強度 1計算公式 132214.7(05)FaSFRRFKTYmzu XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 43 2224.7196.8710.782.610.50(3)59FMPa 2計算當量齒數(shù) 1 lim2.4.7390FaS FY (1) 、 122.5cos.831u1.5 、 22cs0.5.u26.483 (2) 、13541.98cos0.7vz259.cos0.vz 3由當量齒數(shù) 查圖4-55得齒形系數(shù) 、 ，查得4-56得vz1.4FaY2.4Fa 齒根應力修正系數(shù) 、 。1.6SaY21.78Sa 4確定 3.5m (1)查圖4-61得 、li120FMPalim2190FPa (2)查圖4-62得 12NY (3)查圖4-63得尺寸系數(shù) x (4)查表4-11得安全系數(shù) 1FS (5)計算 、lim11230NxFYMPalim22190FNxYMPaS XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 (6)比較 與 值 1FaSY2FaSY 小齒輪 1.460.173223FaS 大齒輪 取大齒輪代入計算2.8.9190FaSY 5校核彎曲強度 412 232232214.74.7196.8710.7810.6(0)5(53)FaSF FRRKTY MPamzu 按彎曲強度計算的模數(shù)記為 Fm4133222214.74.7196.8710.782.6(05)50(3)5190FaSFRRFKTYzu 而按接觸強度計算的 ， 故取大者為模數(shù)1.7d1.Hdmz 。3.25m 五、幾何尺寸計算 1分度圓直徑 d mm13.2513.75dmz mm2.2 2節(jié)錐角 、11235arctnrta.498z21056.02 XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 3節(jié)錐距 R mm13.75103.42sinsi98d 4齒寬 、 取整Rb:.1.02R3b 5齒頂高 mm112()3.5aahmXh 6齒根高 mm112(.).13.9f f 7齒頂圓直徑 ad mm112cos3.752.cos3.4981.7aah mm 22.56.025.3aad 3.5 滾珠絲杠傳動的設計與校核 3.5.1 工作壓強計算 螺母的軸向位移： (3-36)2lspx 式中： ： 螺 桿 轉(zhuǎn) 角 ， rad； ： 導 程 ,mp:螺 距 ， m； x： 螺 紋 線 數(shù) 令該螺紋為單線螺紋。則 x1 由于絲杠帶動橫梁的移動距離為 1200mm，又要留下一定的余量，可令螺紋長度 L1500mm 設計使螺紋移動時，手輪轉(zhuǎn)動 150 圈，即21503rad28lpmx XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 由此可知， 81spxm 螺紋中徑： ， 其中 20.pFd2,10p 帶入數(shù)據(jù)，有 (3-37) 4210.8.58.p m 由表可知，取 63dm 螺母高度： 216H 旋和圈數(shù)： 5.7(2)8np: 基本牙型高度： 10.84m 工作壓強： (3-38) 521102.753.63pFpdhn 工作壓強滿足要求。 為了保證自鎖，螺紋升角 19 螺紋牙根部的寬度： 0.65.85.2bpm 3.5.2 靜載荷計算 基本額定靜載荷特性值 (3-39) 122012120.31.4coscos50.388647.4.WssmWDdKMPaD 式中： 鋼球直徑，mm；WDsr 螺桿滾道曲率半徑，mm； XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 接觸角；md 滾動螺旋公稱直徑，mm。 基本額定靜載荷 6 60sin4.25103sin45817.0aWCKzDN (3-40) 靜載荷條件 (3-41) 6.241aFHCK 條件滿足，故合格。 3.5.3 螺桿強度 螺桿的強度 (3-42) 662231122330.479.509.59234.096.460.pTNmnFTddMPa: 螺桿最大彎曲應力 查表可知 故螺桿強度合格。4b: 3.6.4 壽命計算 螺母接觸系數(shù) 0.76nMWRfD 螺桿接觸系數(shù) .81Sf 壽命系數(shù) 31350.hLK 轉(zhuǎn)速系數(shù) 1313.68n 壽命條件 (3-43) 133.2.6701140.5954haFHnCKN查 表 可 知 式中： 載荷系數(shù)；FK XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 HK硬度影響系數(shù)； 1短行程系數(shù)； F試驗機工作力，N。 故滿足條件合格。采用固定式內(nèi)循環(huán)如圖 3-10 為內(nèi)循環(huán)示意圖、圖 3-11 為滾珠絲 桿副的組成 圖 3-10 固定式內(nèi)循環(huán)示意圖 1-滾珠；2-絲桿；3-反向器；4-螺母 圖 3-11 滾珠絲桿副的組成 接觸角 45 XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 鋼球直徑 mm0.6WhDP 螺紋滾道曲率半徑 mm()0.53.SNWrD 偏心距 mm0.7.21Se 螺紋升角 0arctn54h Pd 螺桿大徑 0(.2)61.8WdD 螺桿小徑 5.24Serm 螺桿接觸點直徑 0cos.75KW 螺桿牙頂圓角半徑 (.1)06arD 螺母螺紋大徑 029.1Nderm 螺母小徑 .5()3 XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 結(jié)論 為檢測紙張、紙板、瓦楞紙板的耐破度而生產(chǎn)的專用檢測器具，目前普遍使用的 耐破度儀勻為繆倫(Mullen)式耐破度儀(又稱破裂強度試驗機)。本文在查閱大量國內(nèi) 外試驗機生產(chǎn)廠家資料的基礎上，對所設計的抗彎強度試驗機進行了仔細研究，根據(jù) 所提出來的技術指標要求，設計了測試儀的機械部分。 在設計與校核過程中，電動機的選擇要綜合考慮試驗機所輸出力、輸出速度，然 后以此倒退求知電機功率及其外形尺寸。在選擇具體傳動比時，要選擇各種傳動機構 合理范圍之內(nèi)的值。由于絲杠的轉(zhuǎn)速很低，故采用了錐齒輪傳動。本試驗機的關鍵傳 動部分是滾珠絲杠-螺母傳動系統(tǒng)，要進行工作壓強、靜載荷、螺桿強度、壽命的一系 列計算。 畢業(yè)設計是對四年中所學知識的一次綜合性的考察，它可以比較全面的檢查我們 的專業(yè)知識水平，及時讓我們發(fā)現(xiàn)缺點和不足。在畢業(yè)設計中，我回顧了四年所學的 知識充分認識到了自己的欠缺，學會了運用手冊和查閱相關書籍資料，學會了用標準 來規(guī)范自己。畢業(yè)設計和畢業(yè)論文是本科生培養(yǎng)方案的重要環(huán)節(jié)。所謂“溫故而知新” ， 只有對已學過的知識真正掌握了，才能吸收新的知識。而新的知識反過來則可以進一 步促進對已學知識有新的理解。 XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 致謝 本次設計是在尊敬的 XXX 老師的悉心指導和嚴格要求下完成的，導師淵博的知識、 嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、高度的責任心以及嚴于律己、待人誠懇的思想品德深深的影響著我， 這不僅使我順利完成了此項設計，而且也將成為使我受益終生的寶貴財富。幾個月的 時間里，從課題的選定、資料的收集、方案的擬定、課題的具體設計到論文的審定改 進，周老師都給與了極大的幫助，傾注了大量的心血。通過這次的畢業(yè)設計，學生不 僅開拓了思路、擴大了視野、豐富了知識面，還初步掌握了處理具體實踐問題的科學 方法，為學生今后發(fā)展打下了堅實的基礎。 從課題的選擇到完成，XXX 老師都始終給予我耐心細致的指導和不懈的支持和督 促，在此謹向 X 老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。同時也得到了一些同學的的熱情 幫助和鼓勵，對此，表示深深的感謝和衷心的祝福。 XXX 大學本科畢業(yè)設計說明書 參考文獻 1. 吳宗澤、羅圣國，機械設計課程設計手冊（第三版） ， 北京高等教育出版社， 2006.5 4170 2. 濮良貴、紀名剛等，機械設計（第八版） ，北京 高等教育出版社，2006.6 186272 3. 成大先等，機械設計手冊（第四版）北京化學工業(yè)出版社，2001.11 210351 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