機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺設(shè)計【說明書+CAD+三維+仿真】

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Engineering professional its the combination of theory and practice degree is high. The new age of education need to meet the students to integrate theory with practical needs. To achieve this goal while cultivating students' creative and practical ability to improve the overall quality, the new mufti-purpose bench has become particularly important. The mechanical design course is a professional majors and mechanical drive system is an important part of the mechanical design. In order to meet the needs of higher education to train professionals in conjunction with the mechanical design course teaching reform, through the training of more complete experimental teaching to enable students to master the mechanical performance test ability. In this paper, the design of a mechanical drive system performance test bench, enabling students to master basic mechanical transmission of the performance test, and improve the students learn to deal with the analysis of engineering problems and thus the ability to solve practical problems. Key word：Education reform; Mechanical drive system; Comprehensive performance test; Dynamics simulation. 目　錄 摘　要 II 目　錄 IV 1 緒論 1 1.1 引言 1 1.2 實驗臺概述 1 1.2.1 國內(nèi)實驗臺發(fā)展 2 1.2.2 機械傳動綜合實驗臺發(fā)展趨勢 2 2 方案選定 3 2.1 方案提出 3 2.2 方案說明 3 3 電機的選擇 5 4 減速器設(shè)計 6 4.1 齒輪傳動設(shè)計 7 4.1.1 確定齒輪類型、制作材料及其精度等級 7 4.1.2 按齒面接觸強度設(shè)計 7 4.1.3 按齒根彎曲強度設(shè)計 8 4.2 輸入軸、輸出軸設(shè)計 10 4.2.1 輸入軸設(shè)計 10 4.2.2 輸出軸設(shè)計 11 4.3 軸承校和 12 4.3.1 高速軸承校和 12 4.3.2 低速軸承校和 13 5 帶傳動 14 5.1 帶輪計算 14 5.2 帶輪的結(jié)構(gòu) 16 6 鏈傳動 17 6.1 鏈輪計算 17 6.2 鏈輪的結(jié)構(gòu)，材料及布置 18 7 四桿機構(gòu) 19 7.1 四桿機構(gòu)設(shè)計 19 7.2 ADAMS仿真分析 19 8 聯(lián)軸器、磁粉制動器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器等的選擇 25 8.1 聯(lián)軸器的選擇 25 8.2 磁粉制動器選擇 25 8.3 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器選擇 26 9 總結(jié)和展望 27 參考文獻 28 致謝 29 附錄 30 29 寧波大學機械工程與力學學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 1 緒論 1.1 引言 隨著經(jīng)濟和科技的高速發(fā)展，社會對新型人才的需求不斷加大。21世紀要求我們不僅具備扎實的專業(yè)知識，而且要有較強的解決實際問題的能力。這就要求工程型、研究型大學教學在注重知識的積累同時，還要加大對學生開放性思維、實踐能力、開拓創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。實驗是學生對課堂所學理論進行驗證的關(guān)鍵步驟，是理論結(jié)合實踐中不可或缺的一環(huán)。為了跟上時代的發(fā)展需求，需要對實驗方式和實驗設(shè)備進行改革，將學生推到實驗主體的位置，充分挖掘、發(fā)揮其主觀能動性和創(chuàng)造性，引導他們向創(chuàng)新領(lǐng)域邁進。為此，一種新型機械傳動綜合實驗臺的研發(fā)就顯得極為必要與迫切。通過新型設(shè)備配合系統(tǒng)的教學訓練，從而使學生了解掌握各機械傳動裝置及機械產(chǎn)品性能測試的綜合能力,以期使學生學會分析應(yīng)對各種現(xiàn)實工程問題，學會評估并解決它們。通過這種實驗，能在豐富和鞏固課堂所學理論知識的同時，確立和強化學生的實踐意識，激發(fā)學生的求知欲，提高學生的綜合素質(zhì)。 1.2 實驗臺概述 實驗是實踐教學的重要組成部分，它在培養(yǎng)創(chuàng)新精神與實踐能力方面占有重要地位,但是舊的實驗教學觀往往輕視或忽視了這一點。長期以來，機械設(shè)計實驗受限于各種客觀條件，呈現(xiàn)出單一性、封閉性的特點。隨著時代發(fā)展教育界越來越成關(guān)注如何使實驗向綜合性、開放性、創(chuàng)新性方向轉(zhuǎn)變，于此同時我國實驗設(shè)備的研發(fā)水平不能適應(yīng)教學改革的需要，尤其缺乏能夠滿足綜合性、開放性、創(chuàng)新性實驗項目的新型實驗設(shè)備。機械傳動系統(tǒng)是機器必不可少的一部分，同時也是應(yīng)用最為普遍的機構(gòu)之一。傳統(tǒng)的傳動實驗臺往往功能單一，設(shè)備陳舊，基本上只能測試某一方面或某一種傳動方式的數(shù)據(jù)。這樣就在很大程度上限制了學生在實踐教學中所能汲取到的知識，制約了學生的實際操作能力，打擊了學生的學習熱情和創(chuàng)新能力的發(fā)揮，不利于培養(yǎng)社會所需要的能夠做到理論與實踐相結(jié)合，綜合素質(zhì)高的人才?；谶@種背景,新型傳動方案綜合設(shè)計試驗臺的研究與設(shè)計開發(fā)就顯得十分必要。這種新型實驗臺將通過提供相應(yīng)的驅(qū)動電機，通用的標準化傳動零件、聯(lián)接零件、支承及其它調(diào)整零件，根據(jù)不同實驗需要配套的測試儀器及所需的工具庫等元器件，最終實現(xiàn)在同一實驗平臺上組建多種傳動方案并進行相應(yīng)數(shù)據(jù)測試的功能。 1.2.1 國內(nèi)實驗臺發(fā)展 隨著教育改革深入，學校對于實驗課程的重視程度與日俱增。新型機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺的研究已有了重大進展與成果。早在2001年，陜西工學院研制了一種實驗臺，取得了預(yù)期效果。實驗臺已經(jīng)形成產(chǎn)品有了實際應(yīng)用，但是價格還是比較昂貴。如JLC-A型機械傳動性能測試綜合實驗臺，JZC機械傳動創(chuàng)意組合性能測試臺(圖1.1)，JCZS-Ⅱ機械傳動性能綜合實驗臺等。這些產(chǎn)品依據(jù)高等院校機械類教學大綱、基礎(chǔ)實驗教學大綱要求而專業(yè)設(shè)計，保證了機械傳動性能綜合測試實驗臺的方便性、實用性，同時也保證了科研輔助功能及實驗教學功能。能快速組裝60多種組合機械傳動，通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、工控機、測控軟件，運用計算機的強大功能進行處理，做到全程跟蹤，確保數(shù)據(jù)的正確、真實，并能適時繪制各項所需曲線測試各種傳動的速比、轉(zhuǎn)矩、效率。工作條件任意選定，可在恒定加載、恒轉(zhuǎn)速、恒轉(zhuǎn)矩等條件下工作，通過軟件自動收集分析數(shù)據(jù)，能保證連續(xù)同步采樣，并自動得出實驗結(jié)果。 數(shù) 圖1.1 JZC機械傳動創(chuàng)意組合性能測試臺 1.2.2 機械傳動綜合實驗臺發(fā)展趨勢 設(shè)計研發(fā)新型的傳動系統(tǒng)實驗平臺具有極其重要的現(xiàn)實意義。在確保總體性能的條件下，新型傳動方案綜合設(shè)計實驗臺在設(shè)計上應(yīng)力求簡潔，開放，同時應(yīng)用人機工程學確保操作的方便性。使用標準化通用零部件保證互換性，從而使學生了解在設(shè)計產(chǎn)品時如何保證互換性和通用性。另外在測試部分則根據(jù)實際需要使用最新的測試設(shè)備和技術(shù)。如今的實驗臺正向著小型化、輕型化、低成本、智能化、開放化、模塊化發(fā)展。 2 方案選定 2.1 方案提出 根據(jù)任務(wù)要求，結(jié)合自己所學專業(yè)設(shè)計傳動方案，根據(jù)機械傳動方案選擇標準零件，設(shè)計非標準零件。設(shè)計的綜合實驗臺采用開放式結(jié)構(gòu)，把減速器，V帶傳動，鏈傳動，轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)速傳感器，磁粉制動器，變頻電機等組合在一起。系統(tǒng)的原理圖見圖2.1.1，實驗臺的結(jié)構(gòu)布局見圖2.1.2。 圖2.1.1 綜合實驗臺系統(tǒng)原理圖 圖2.1.2 綜合實驗臺的結(jié)構(gòu)布局 1. 變頻電機 2.聯(lián)軸器 3.轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 4.傳動裝置件 5.磁粉制動裝置 6.工控機 7.電氣控制柜 8.工作臺 2.2 方案說明 根據(jù)任務(wù)書要求，設(shè)計機械傳動系統(tǒng)性能綜合測試實驗臺。設(shè)計的實驗臺采用開放式結(jié)構(gòu)。為了滿足設(shè)計需要，動力驅(qū)動系統(tǒng)裝置將采用可變頻調(diào)速的變頻電機。由任務(wù)書可知此實驗臺要滿足各種傳動形式的實現(xiàn)。本次設(shè)計傳動裝置基本目標見圖2.2.1。 圖2.2.1 傳動裝置原理圖 故需要設(shè)計減速器，V帶傳動，鏈傳動，四桿機構(gòu)等零部件。總傳動比由減速器，V帶傳動，鏈傳動分擔。因為是實驗需要，所以減速器采用一級圓柱齒輪減速器即可滿足要求，它具有工藝簡單，精度易于保證等優(yōu)點。V帶傳動將采用普通V帶傳動，鏈傳動采用單排滾子鏈傳動。各部分零件組裝定位均采用普通平鍵連接，它具有對中性好、結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便等優(yōu)點。輸入軸，輸出軸之間采用彈性柱銷聯(lián)軸器連接，具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝拆卸方便，耐久性好等優(yōu)點，且有一定的緩沖吸振能力，選用HL型聯(lián)軸器。傳動裝置實體效果見圖2.2.2。 圖2.2.2 傳動裝置總體三維效果圖 機械傳動除了形式多樣，其性能測試項目數(shù)目也不少，針對這一特點以及教育改革的發(fā)展趨勢，需要研制一種新型的機械傳動綜合實驗臺。根據(jù)上述情況實驗臺應(yīng)當采用開放式結(jié)構(gòu)，同時保證各部分零件之間的通用性，從而讓學生能根據(jù)不同的測試內(nèi)容和測試要求，組裝出相應(yīng)的符合條件的實驗臺進而完成實驗。以此設(shè)想為指導方針，并配以相應(yīng)的變頻電機、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、磁粉制動裝置等測試儀器完成本次畢業(yè)設(shè)計。 3 電機的選擇 根據(jù)設(shè)計要求，選用可進行變頻調(diào)速的變頻電機。通過文獻[7]選擇YCT系列電磁調(diào)速三相異步電動機，型號為YCT112-4B見表3.1。 表3.1電動機基本數(shù)據(jù) 電 動 機 型號 YCT112-4B 額定功率(kw) 0.75 轉(zhuǎn)速變化率(%) 2.5 調(diào)速范圍(r/min) 電源(v) 380 YCT系列電磁調(diào)速電動機是近年來設(shè)計的一種新式變頻調(diào)速電機。它由測速發(fā)電機、三相異步電動機、電磁轉(zhuǎn)差離合器三部分組成，通常與ZTKJD型或JD型控制器配套共同組成無級調(diào)速裝置。它通過改變勵磁電流大小這種方法來達到調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速的目的。此系列電機具有調(diào)速范圍廣，振動小、噪音低、效率高、有速度負反饋，無失控區(qū)等優(yōu)點，其安裝尺寸和功率等級均符合IECJ及B/T7123-93標準。 YCT系列電機臥式結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，YCT112-4B尺寸見表3.2 圖3.1 電機結(jié)構(gòu)示意圖 表3.2 YCT112-4B尺寸 型號 安裝尺寸 外形尺寸 H A A/2 WB WC AB AD YCT112 -4B 273 150 D E F G K HD L 275 520 4 減速器設(shè)計 本實驗臺采用一級直齒圓柱齒輪減速器，效果如圖4.1，圖4.2所示。 圖4.1 減速器三維圖1 圖4.2 減速器三維圖2 4.1 齒輪傳動設(shè)計 4.1.1 確定齒輪類型、制作材料及其精度等級 （1）因為是實驗臺用減速器，故選一級圓柱齒輪減速器，選用直齒圓柱齒輪傳動； （2）實驗臺一級齒輪減速器速度不高，精度要求高，故選用7級精度； （3）材料選擇，由文獻[8]表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS； （4）初選小齒輪齒數(shù)為，則大齒輪齒數(shù)為。齒厚為80mm,75mm。 4.1.2 按齒面接觸強度設(shè)計 按設(shè)計計算公式（文獻[8]10-9a）計算，即： （4-1） （1）確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 1）選擇載荷系數(shù)=1.3。 2）計算小齒輪傳遞扭矩 （4-2） 3）由文獻[8]表10-7選取齒寬系數(shù)。 4）由文獻[8]表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。 5）小齒輪直徑。 （2）計算接觸疲勞許用應(yīng)力 1）通過文獻[8]圖10-21d按照齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪接觸疲勞強度極限。 2）定工作壽命為15年（每年300天），四班制，每班1.5h則根據(jù)文獻[8] 公式10-12計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： （4-3） 3）由文獻[8]圖10-19得接觸疲勞壽命系數(shù)，。 4）定失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，則由文獻[8]公式10-12得： （4-4） 所以，取。 （3）計算 （4-5） 所以，綜上所述齒面接觸疲勞強度符合要求。 4.1.3 按齒根彎曲強度設(shè)計 由文獻[8]公式10-5得彎曲強度設(shè)計公式為： （4-6） （1）確定公式內(nèi)各數(shù)值 1）計算圓周速度 （4-7） 2）計算齒寬與齒高比 齒寬: （4-8） 齒高: （4-9） 齒寬與齒高比: （4-10） 3）、根據(jù)，7級精度，由文獻[8]圖10-8查得動載系數(shù)； 直齒輪； 由文獻[8]表10-2查得使用系數(shù)； 由文獻[8]表10-4用插值法查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時， ； 由 查文獻[8]圖10-13得，。載荷系數(shù) (4-11) （2）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 1）由文獻[8]圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限， 大齒輪的彎曲疲勞強度極限。 2）由文獻[8]圖10-18得疲勞壽命系數(shù)，。 3）取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由文獻[8]公式10-12得 (4-12) 所以，取。 4）查文獻[8]表10-5得齒形系數(shù)，； 5）查文獻[8]表10-5得應(yīng)力校核系數(shù)，。 6）計算大、小齒輪，并加以比較 (4-13) 所以取大值。 （3）計算 (4-14) 所以，彎曲疲勞強度符合要求。 綜上所述，取，m=3時符合應(yīng)力要求。 所以得出參數(shù) ，，m=3,mm，mm, 4.2 輸入軸、輸出軸設(shè)計 4.2.1 輸入軸設(shè)計 （1）選擇材料和熱處理方式 一級減速器輸入軸為一般軸設(shè)計問題，所以軸材料用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，。 （2）初定確定軸的基本直徑 根據(jù)文獻[8]表15-3，取,于是可得 (4-15) 考慮到鍵槽和配合用聯(lián)軸器，取。 （3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 選一般軸結(jié)構(gòu)，根據(jù)軸上零件使用要求，設(shè)有7個軸段，如圖4.2.1所示 圖4.2.1 高速軸結(jié)構(gòu) 1段：該段需滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，聯(lián)軸器型號根據(jù)電機選定LH1 型彈性柱銷聯(lián)軸器,其轂孔長度，故取1段長度。直徑為。 軸上鍵槽為普通平鍵，尺寸。軸與聯(lián)軸器配合為。 2段：為了滿足裝配需要，1-2軸段間需要一軸肩，選取，又因為軸承端蓋的總寬度為,根據(jù)裝配需要和潤滑要求，取半聯(lián)軸器右端與端蓋間距，所以。 3段和7段：此段安裝滾動軸承，因軸承須承擔徑向力與軸向力的共同作用，所以選擇圓錐滾子軸承。依據(jù)2段直徑，由機械設(shè)計手冊選取圓錐滾子軸承30305，尺寸，所以。根據(jù)裝配需要和軸體零件布局綜合考慮，定，。 4段：此段安裝齒輪，齒輪左右倆端分別通過套筒和軸肩進行定位，為使 齒輪與套筒間可靠配合，4段長度應(yīng)略小于齒輪齒厚，選定。同時根 據(jù)軸體零件配合需要，取。軸與齒輪配合為。軸上鍵槽為普通 平鍵，尺寸。 5段：此段為軸環(huán)，軸肩高度，取。軸環(huán)寬度， 所以。 6段：此段根據(jù)軸體零部件裝配需要和結(jié)構(gòu)要求，取。 （4）軸強度效核 已知小齒輪直徑為，所以圓周力和徑向力分別為 (4-16) 從軸結(jié)構(gòu)圖及彎矩和扭矩圖中看出危險截面C，則有 ，故安全。 4.2.2 輸出軸設(shè)計 （1）選擇材料和熱處理方式 一級減速器輸入軸為一般軸設(shè)計問題，所以軸材料用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，。 （2）初定確定軸的基本直徑 根據(jù)文獻[8]表15-3，取,于是可得 (4-17) 考慮到鍵槽和配合用聯(lián)軸器，取。 （3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 選一般軸結(jié)構(gòu)，根據(jù)軸上零件使用要求，設(shè)有7個軸段，如圖4.2.2所示 圖4.2.2 高速軸結(jié)構(gòu) 1段：該段需滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，聯(lián)軸器型號根據(jù)電機選定LH1 型彈性柱銷聯(lián)軸器,其轂孔長度，故取1段長度。直徑為。 軸上鍵槽為普通平鍵，尺寸。軸與聯(lián)軸器配合為。 2段：為了滿足裝配需要，1-2軸段間需要一軸肩，選取，又因為軸承端蓋的總寬度為,根據(jù)裝配需要和潤滑要求，取半聯(lián)軸器右端與端蓋間距，所以。 3段和7段：此段安裝滾動軸承，因軸承須承擔徑向力與軸向力的共同作用，所以選擇圓錐滾子軸承。依據(jù)2段直徑，由機械設(shè)計手冊選取圓錐滾子軸承30306，尺寸，所以。根據(jù)裝配需要和軸體零件布局綜合考慮，定，。 4段：此段安裝齒輪，齒輪左右倆端分別通過套筒和軸肩進行定位，為使 齒輪與套筒間可靠配合，4段長度應(yīng)略小于齒輪齒厚，選定。同時根 據(jù)軸體零件配合需要，取。軸與齒輪配合為。軸上鍵槽為普通 平鍵，尺寸。 5段：此段為軸環(huán)，軸肩高度，取。軸環(huán)寬度所 以。 6段：此段根據(jù)軸體零部件裝配需要和結(jié)構(gòu)要求，取。 （4）軸強度效核 已知小齒輪直徑為，所以圓周力和徑向力分別為 (4-18) 從軸結(jié)構(gòu)圖及彎矩和扭矩圖中看出危險截面C，則有 ，故安全。 4.3 軸承校核 4.3.1 高速軸承校核 選取圓錐滾子軸承30305 軸承的當量動負荷為 由文獻[8]表13－6查得，，故取值1.2。 因為Fa1=0N，F(xiàn)r1=49.6N，則 查文獻[8]表13－5得，X=1，Y=0 (4-19) 查文獻[8]表13-4得：ft=1， 查文獻[7]得：圓錐滾子球軸承的壽命指數(shù)為＝10/3,Cr=46.8KN； 則 (4-20) 所以預(yù)期壽命足夠，軸承符合要求。 4.3.2 低速軸承校和 選取圓錐滾子軸承30306 軸承的當量動負荷為 由文獻[8]表13－6查得，，故取值1.2。 因為Fa1=0N，F(xiàn)r1= 26.5N，則 查文獻[8]表13－5得，X=1，Y=0 。 (4-21) 查文獻[8]表13-4得：ft=1 ， 查文獻[7]得：圓錐滾子球軸承的壽命指數(shù)為＝10/3 ,Cr=59.0KN； 則 (4-22) 所以預(yù)期壽命足夠，軸承符合要求。 5 帶傳動 帶傳動是一種撓性傳動。它由傳動帶和帶輪（主動輪和從動輪）組成，具有傳動平穩(wěn)、緩沖戲震、結(jié)構(gòu)簡單可靠等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于機械設(shè)備中。 5.1 帶輪計算 （1）確定計算功率 由文獻[8]表8-7查得工作情況系數(shù),取減速器效率，則有 (5-1) （2）選擇V帶的類型 根據(jù)功率和小帶輪轉(zhuǎn)速n1由圖5.1選擇V帶型號。 圖5.1 普通V帶選型圖 已知 ，由此確定選用Z型V帶。 （3）確定帶輪的基準直徑并驗算帶速 1) 初選小帶輪直徑 根據(jù)V帶的類型，參考文獻[8]表8-6和表8-8確定小帶輪的基準直徑，應(yīng)使。大帶輪基準直徑可按 計算。大、小帶輪直徑一般按帶輪基準直徑系列適當加以圓整。故選取小帶輪的基準直徑。 2）驗算帶速。按文獻[8]式(8-13)驗算帶的速度 (5-2) 因為，故帶速合適。 3) 計算大帶輪基準直徑。據(jù)文獻[8]式(8-15a),計算大帶輪基準直徑 (5-3) 根據(jù)文獻[8]表8-8，圓整為。 （4）確定V帶的中心距和基準長度 1) 根據(jù)文獻[8]式(8-20)，初定中心距 (5-4) 2) 由文獻[8]式(8-22)計算帶所需的基準長度 (5-5) 由文獻[8]表8-2選帶的基準長度。 3) 按文獻[8]式(8-23)計算實際中心距 (5-6) 中心距的變化范圍為。 （5）驗算小帶輪上的包角 (5-7) （6）計算帶的根數(shù) 1) 計算單根V帶的額定功率 由，查文獻[8]表8-4a得。 根據(jù)和Z型帶，查文獻[8]表8-4b得。 查文獻[8]表8-5得，表8-2得,于是 (5-8) 2) 計算V帶的根數(shù)Z (5-9) 取4根。 （7）計算單根V帶的初拉力的最小值 由文獻[8]表8-3得Z型帶的單位長度質(zhì)量，所以根據(jù)公式可以得到 (5-10) 應(yīng)使帶的實際初拉力 。 （8）計算壓軸力 壓軸力的最小值為 (5-11) 5.2 帶輪的結(jié)構(gòu) V帶輪的結(jié)構(gòu)形式取決于它本身的基準直徑。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，V帶輪選用孔板式結(jié)構(gòu)，輪槽與對應(yīng)所選用的V帶型號。效果圖見圖5.2。 圖5.2 V帶傳動三維效果圖 6 鏈傳動 鏈傳動是一種撓性傳動。它由鏈輪（小鏈輪和大連輪輪）組成，具有適應(yīng)力強、結(jié)構(gòu)簡單可靠、傳動效率較高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于機械制造中。本次設(shè)計的是實驗用鏈傳動，故選擇單排滾子鏈。 6.1 鏈輪計算 （1）選擇鏈輪齒數(shù) 取小鏈輪齒數(shù)，則大鏈輪的齒數(shù)。 （2）確定計算功率 由文獻[8]表9-6查得工況系數(shù)，由文獻[8]圖9-13查得，單排鏈，則計算功率為 （6-1） （3）選擇鏈條型號和節(jié)距 根據(jù)及查文獻[8]圖9-11,可選08A-1。查文獻[8]表9-1，鏈條節(jié)距為。 （4）計算鏈節(jié)數(shù)和中心距 初選中心距。取。相應(yīng)的鏈長節(jié)數(shù)為 （6-2） 取鏈長節(jié)數(shù)節(jié)。 查文獻[8]表9-7得中心距計算系數(shù)，則鏈傳動最大中心距為 （6-3） （5）計算鏈速，確定潤滑方式 （6-4） 由和鏈號08A-1，查文獻[8]表9-14可知應(yīng)采用滴油潤滑。 （6）計算壓軸力 有效圓周力為： （6-5） 鏈輪水平布置時的壓軸力系數(shù)，則壓軸力為 （6-6） 6.2 鏈輪的結(jié)構(gòu)，材料及布置 鏈輪的結(jié)構(gòu)形式取決于它本身的基準直徑。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，鏈輪將選用整體式結(jié)構(gòu)，因為工作條件正常，齒數(shù)較多，故材料選35鋼，正火處理。鏈傳動應(yīng)合理布置，原則如下：兩鏈輪共面，位于鉛垂直面內(nèi)，兩鏈輪中心連線最好水平，也可傾斜，但盡量避免鉛垂位置，一般緊邊在上，松邊在下。根據(jù)文獻[8]表9-8，選擇第一種方式，效果圖見圖6.1。 圖6.1 鏈輪傳動三維效果圖 7 四桿機構(gòu) 四桿機構(gòu)被廣泛應(yīng)用于機械設(shè)計制造中，它能很好的解決很多問題。平面四桿機構(gòu)的基本型式是鉸鏈四桿機構(gòu)，如圖7.1所示。 圖7.1 鉸鏈四桿機構(gòu)示意圖 7.1 四桿機構(gòu)設(shè)計 四桿機構(gòu)的設(shè)計需滿足桿長條件，設(shè)各桿長度為。轉(zhuǎn)動副A為周轉(zhuǎn)副，則需滿足 （7-1） 即桿1為最短桿。綜合上式，取。 7.2 ADAMS仿真分析 對所涉及的四桿機構(gòu)通過ADAMS進行動力學仿真。 （1） 創(chuàng)建設(shè)計點 根據(jù)所取桿長計算四桿機構(gòu)連接點坐標，選擇ADAMS/View中零件庫中的點選項，創(chuàng)建出四個設(shè)計點，如圖7.1所示。 圖7.1 創(chuàng)建設(shè)計點模型 （2） 創(chuàng)建連桿 選擇ADAMS/View中零件庫中的連桿選項，根據(jù)設(shè)計要求確定桿長、桿寬和厚度，創(chuàng)建連桿如圖7.2所示。 圖7.2 創(chuàng)建連桿模型 （3）創(chuàng)建固定副 選擇ADAMS/View中約束庫中的固定副選項，桿4（藍色模型）為最長桿，充當機架，多余的桿（粉色模型）與桿2（綠色模型）固定在一起，創(chuàng)建約束副如圖7.3所示。 圖7.3 創(chuàng)建固定副 （4）創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)福 選擇ADAMS/View中約束庫中的旋轉(zhuǎn)副選項，四桿機構(gòu)四桿間相互存在旋轉(zhuǎn)副，創(chuàng)建約束副如圖7.4所示。 圖7.4 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副 （5）創(chuàng)建驅(qū)動 選擇ADAMS/View中驅(qū)動庫中的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動選項，設(shè)置轉(zhuǎn)速為100r/min,即 100*360/60度每秒，創(chuàng)建驅(qū)動如圖7.5所示。 圖7.5 創(chuàng)建驅(qū)動 （6） 施加載荷 選擇ADAMS/View中力庫中的力矩選項，在桿1（紅色模型）創(chuàng)建，設(shè)置相關(guān) 數(shù)據(jù)，如圖7.6所示。 圖7.6 創(chuàng)建力矩 （7）保存模型，觀察仿真效果 仿真具體效果如圖7.7所示。 圖7.7 仿真效果圖 （8）仿真結(jié)果分析 本次需要分析的是與桿2固定的桿5,分析其速度與加速度，獲取數(shù)據(jù)曲線。 1） 當主動桿轉(zhuǎn)速為時，此桿速度和加速度曲線見圖7.8和圖7.9。 圖7.2 桿的速度曲線圖 圖7.3 桿加速度曲線圖 2）當主動桿轉(zhuǎn)速為時，此桿速度和加速度曲線見圖7.4和圖7.5。 圖7.4 桿的速度曲線圖 圖7.5 桿加速度曲線圖 ADAMS力學仿真能直觀的模擬機構(gòu)在實際工作中的狀態(tài)，幫助設(shè)計員更好的設(shè)計出符合要求產(chǎn)品。通過仿真，能夠獲取大量的實驗數(shù)據(jù)，減少了設(shè)計的彎路，降低了產(chǎn)品的設(shè)計周期，對于設(shè)計的幫助是極其巨大的。 8 聯(lián)軸器、磁粉制動器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器等的選擇 8.1 聯(lián)軸器的選擇 新型傳動方案綜合設(shè)計實驗臺在設(shè)計上應(yīng)力求簡潔，開放，同時應(yīng)用人機 工程學確保操作的方便性。使用標準化通用零部件保證互換性，從而使學生了 解在設(shè)計產(chǎn)品時如何保證互換性和通用性。所以依照減速器，帶輪，鏈輪等的 數(shù)據(jù)，統(tǒng)一采用LH1型彈性柱銷聯(lián)軸器。 8.2 磁粉制動器選擇 磁粉制動器是一種利用磁粉傳遞轉(zhuǎn)矩的機械設(shè)備，它以電磁原理為理論基 礎(chǔ)，具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系等特點。在同滑差無關(guān)的情況下 可以傳遞一定的轉(zhuǎn)矩，具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、無沖擊振動、無噪音、節(jié) 約能源、無污染等優(yōu)點，是一種性能優(yōu)越的多用途自動化控制元器件。常被用 于傳動機械的測功加載和制動，具有以下3個特性： （1）激磁電流——力矩特性 激磁電流與轉(zhuǎn)矩基本上成線性關(guān)系，所以通過調(diào)節(jié)激磁電流的數(shù)值可以間 接達到控制力矩的目的,其特性如圖8.2.1所示。 圖8.2.1 激磁電流——轉(zhuǎn)矩曲線 （2）轉(zhuǎn)速——力矩特性 力矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)，它的值是固定不變的。(在激磁電流大小保持恒定的狀態(tài)下，在系統(tǒng)滑差轉(zhuǎn)速允許的范圍內(nèi)其轉(zhuǎn)矩不受轉(zhuǎn)速變化的影響)無論是動力矩還是靜力矩都一樣符合這一特性。如圖8.2.2所示。 圖8.2.2 轉(zhuǎn)速——力矩特性曲線 （3）負載特性 在散熱條件確定的情況下，磁粉制動器的允許滑差功率將是固定不變的。在實際操作即選型時，我們需保證所選型號的實用滑差功率在系統(tǒng)允許滑差功率范圍以內(nèi)。另外需注意在轉(zhuǎn)速高的使用狀態(tài)中，要適當降低力矩。其特性如圖8.2.3所示。 圖8.2.3 負載特性曲線 根據(jù)實驗要求和上述特性，選擇CZ-5型磁粉制動器。 8.3 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器選擇 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器是一種專業(yè)測量扭矩、轉(zhuǎn)速及機械功率的精密測量儀器，其應(yīng)用范圍十分廣泛。它可應(yīng)用于電動機類旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備輸出扭矩，轉(zhuǎn)速及功率的檢測。其測量基本原理如下：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器采用應(yīng)變片電測技術(shù) ,即在彈性軸上組成應(yīng)變橋,則該彈性軸受扭的信號可通過應(yīng)變橋上的負載電流產(chǎn)生。信號被放大后通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，變成與扭矩變化成正比的電頻信號。具體見圖8.3 圖8.3 測試原理圖 選用ORT-803型旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器。它具有以下特點： 1）信號輸出形式多變，可任意選擇。 2）檢測精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強。 3）不需反復調(diào)零即可；連續(xù)測量正反扭矩。 4）即可測量靜止扭矩，也可測量動態(tài)扭矩。 5）體積小、重傳感器可脫離二次儀表獨立使用，量輕、易于安裝。 6）測量范圍大。 9 總結(jié)和展望 實驗臺的設(shè)計基本結(jié)束，通過這次畢業(yè)設(shè)計，我對機械傳動綜合實驗臺有了進一步的了解和認識。為了完成此次設(shè)計，我充分利用了我已有的知識積累，四年大學生涯所學到的點點滴滴是本次設(shè)計能夠達到現(xiàn)有程度的關(guān)鍵所在。 機械傳動綜合實驗臺是一種典型的機械設(shè)計，它綜合了我大學四年中學習的多門專業(yè)課程，從某種意義上講，這次論文也是對我大學四年來學習內(nèi)容的復習和成果的檢驗。因此，我始終認真、務(wù)實，在畢業(yè)設(shè)計中鍛煉自己、提高自己。畢業(yè)設(shè)計中，我經(jīng)過了資料收集，方案選擇、比較和論證，方案設(shè)計，計算分析，工程圖紙繪制以及畢業(yè)設(shè)計論文撰寫等多個環(huán)節(jié)。經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計的鍛煉，我對大學四年所學的專業(yè)知識有了一個整體的、全新的、深層次的理解，同時，也對工程機械有了更加深刻和準確的認識。 這次設(shè)計讓我對機械傳動系統(tǒng)的了解更加深入，對分析、設(shè)計、選用機械零件等方面有了長足的進步。通過數(shù)月時間的努力，我總結(jié)了過去四年中學習到的機械零件的基本知識，了解了常用機構(gòu)、常用傳動方式、聯(lián)接零部件、軸系零部件等的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。通過學習掌握了通用零件的設(shè)計方法即運用標準,規(guī)范,手冊,圖冊,查資料獲取信息，具備了設(shè)計簡單機械的能力如減速器的設(shè)計，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，各傳動方式設(shè)計等。使我對機械設(shè)計方面的基本內(nèi)容有一個全方位的了解。這次設(shè)計同時讓我對機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)有了更深的認識。當然從初定到驗算再到最后的結(jié)論，這個過程磕磕絆絆，暴露了很多不足，但我最終順利完成了此次設(shè)計，其中的不足之處，我會在未來的的過程中更加改進的。 在機械傳動綜合實驗臺設(shè)計中我掌了握機械傳動的組成、機構(gòu)的運動學和動力學分析，理解輪系運動方式及動力傳遞，進一步了解了機構(gòu)組成及其運動特性。根據(jù)給定的設(shè)計任務(wù)書，完成最優(yōu)方案，培養(yǎng)了我在實際工程中的動手能力及創(chuàng)新意識及綜合設(shè)計能力。讓我對我的未來更有信心。 畢業(yè)的日子就在眼前，回想起數(shù)月做畢業(yè)設(shè)計的日子，感觸良多。大學最后的畢業(yè)設(shè)計是對自己大學生涯的最好總結(jié)，是四年大學所學知識的集中體現(xiàn)。在本次設(shè)計中我除了溫故已學知識同時學習了不少到新知識，比如ADAMS軟件的運用，提高了自己綜合運用知識的能力。 參考文獻 [1] 李成祥，楊洋,張斗南.機械系統(tǒng)交互式多功能綜合實驗臺的設(shè)計與開發(fā)[J].機械設(shè)計,2006（9）:32～35. 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[12] H.Giberti,S.Cinquemani,G.Legnani,Effect of transmission mechanical characteristics on the choice of a motor-reducer[J].Mechatronics 20 (2010) 604–610. 致謝 通過這次畢業(yè)設(shè)計，我學到了很多書本上沒有的知識，擴大了自己的知識面，增強了自己的獨立學習能力。畢業(yè)論文是一件很嚴肅的事情，是對自己大學四年學習成果的總結(jié)，也是給自己大學四年學習生涯畫上一個圓滿的句號。 回首四年的寧大求學生活，心中充滿無限感激和留戀之情。感謝母?！獙幉ù髮W為我提供的良好學習環(huán)境，使我能在此暢游知識的海洋。感謝四年來在我的求學道路上教導過我，幫助過我的人們。 本篇論文得以順利完成所需要感謝的人實在太多了。首先要衷心地感謝我的指導老師彭文飛老師，您嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，開闊的思維，循循善誘的指導給了我很大的幫助。從選題、開題報告，到CAD繪制裝配圖、零件圖、三維圖以及ADAMS力學仿真到最后完成說明書，期間每一個過程都得到指彭老師的細心指導。老師強烈的事業(yè)心和責任感，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和一絲不茍的工作作風，使我受益無窮，終生難忘。 另外，我還要感謝我的同學們，在論文的不斷修改中，和同學們的積極交流，對我完成這次畢業(yè)設(shè)計起了很大幫助。 然后還要感謝所有在大學期間傳授我知識的老師，每一位老師的悉心教導都是我完成這篇論文的基礎(chǔ)。還有那些一直陪伴在我身邊的朋友，在我無助時無私幫助我的同學，正是有了你們，我大學四年過的無比快樂，如今也順利畫上圓滿的句號。 最后，我必須感謝我的母?！獙幉ù髮W四年來對我的栽培，感謝家人對我的支持與養(yǎng)育，讓我有機會完成論文。 附錄 （1） 應(yīng)用Solid Edge繪制的三維零件圖和裝配圖。 （2） 應(yīng)用Auto CAD繪制的減速器裝配圖，小帶輪、小鏈輪零件圖。 （3） 應(yīng)用ADAMS制作的四桿機構(gòu)仿真動畫（AVI）。