设计计算说明书

1、目录一、绪论1.1 课题的意义1.2 万能材料试验机的发展和趋势1.3 本次设计的内容以及主要技术指标二、万能材料试验机的总体设计2.1 加载方案的设计与选择2.2 传动方案的设计与选择2.3 总体结构的设计三、设计计算与说明3.1电动机的选择3.2 传动比的分配与选择3.3 锥齿轮的设计计算3.4 蜗轮蜗杆的设计计算3.5 滚珠丝杆机构的设计计算、绪论1.1课题的意义材料试验机是对材料、零件和构件进行机械性能和工艺性试验的设备。产品好坏，除了从结构设计、加工工艺、处理规范诸方面去考虑以外，合理选择材料也是一个重要方面，例如金属、非金属、各种新型的高温合金、高分子化合物及复合材料等要达到物尽其

2、用，就必须知道材料的性能；在研究新材料、新工艺，也需测定材料的机械性能；对新型机器或设备的受力部件，特别是大型构件（如桥梁、船体等）有时还需进行整机试验，以考虑所用材料及工艺设计是否合理等，都需要各种专门的材料试验机来测量相关参数。材料受载后表现出弹性、塑性、断裂三个变型过程，并且在各个过程已有相关技术标准（规范）规定出相关性能的技术指标，这些性能指标的具体测定必须在试验机上来完成。试验机的功能和计量特性指标是否满足预期使用要求，是材料机械性能试验的关键。材料试验机不仅是研究材料机械性能理论的基本手段和依据，也是企业、事业单位目前生产检验的基本手段之一。国外，在工业比较发达的国家中，对于试验机

3、的研制和生产，都是比较重视的。这是因为，材料试验机作为一个基础工业部门，对于工业生产和科研工作有直接的不容忽视的影响。实际上，对于工业生产和各种工程设计来说，材料试验机是确保各种机器，车辆，船舶和结构物的合理设计与安全运行的重要测试设备。因为，为了既经济又安全可靠地从事各种工程设计，必须根据材料的机械性能选取合适的材料。否则，可能造成浪费，或者导致发生严重的事故。而要获得准确的材料机械性能数据，只有使用材料试验机。在工业生产特别是军事工业生产中，为了保证产品质量，常常需要对各种材料和零部件或整机进行检定和测试。许多重要性的热处理零部件，如轧钢机的钢辊，机器的主轴和汽车的连杆等，都要百分之百的进

4、行硬度检定。在冶金工业生产中，随着科学技术的飞速发展，也提出了许多新问题。例如现代技术的发展，需要一些具有特殊性能的，能在高温，低温，高压，高速以及各种复杂条件下工作的材料，因此必须研制新型材料与合金。钢铁厂生的的钢材，也需要随时检验。显而易见，所有这些研究和检验工作，离开材料试验机是无法进行的。上述几点，已足以说明材料试验机的发展对航空，冶金，机械，建筑和造船等工业部门，在合理设计工程结构，节约材料，提高产品质量，改进工艺和降低成本方面具有重要的意义。另外，由于材料试验机所涉及到的科学技术领域比较广泛，如高温技术，低温技术，真空技术，液压技术，光学技术，电子技术和激光技术等，并且还应用各种测

5、试，记录和显示仪器，所以材料试验机的技术发展，往往取决于很多科学技术领域的水平。1.2、万能材料试验机的发展和趋势1.2.1、国外万能材料试验机的发展国外电子万能试验机经过四十年的发展，先后推出四代产品，即：第一代为电子管与晶体管模拟时代，第二代为集成电路模拟时代，第三代为数字时代，第四代为计算机时代。比较有代表性的厂家有英国的英斯特朗公司和日本岛津制作所。英斯特朗公司生产的第一代产_.品是I110系列第二代产品是1190系卧1英国英斯特公罷爲帶岛障生产万能列，第三代产品是1100、6000袅列。第司主产的櫛粗颐材相艇机四代产品是4500系列（精密型）和40（H）（4200、4300）系列（标

6、准型）。岛津制作所生产的第一代产品是1s系列第二代产品是DSS系列第三代产品AGAB、C系列，第四代产品是AGE系列。1.2.2、我国万能材料试验机的发展（1）解放前的旧中国，几乎没有企业生产制造试验机产品，更谈不上形成一个产业。（2）新中国建立后受到了以美国为首的西方国家经济技术的封锁。为摆脱西方国家的封锁，加快我国经济技术和国防工业发展的步伐，1949年10月20日，我国第一个试验机专业生产厂家一一长春仪器厂（长春材料试验机厂）诞生，标志着中国试验机制造业的开始。1959年3月，经国家有关部门批准，第一机械工业部材料试验机研究所在长春成立，标志着我国开始独立自主地开展试验机制造技术与产品的

7、研发。到1979年建国30周年，长春、天水、济南、上海、莱州、汕头、丹东、苏州等地成为试验机的重点生产区域，主要生产企业约30家左右，初步形成了一个试验机制造行业。产品以仿制国外产品为主，主要有机械式、液压式的万能试验机及其附具、硬度计、摩擦磨损试验机、振动台、动平衡机、超声探伤仪、X射线探伤仪等。多数属低端产品，技术含量不高，生产规模也不大，估计在5000万元1亿元之间（无准确的统计数据）。国内试验机行业的兴起和发展减轻了西方国家对我国经济技术封锁所产生的影响，对我国国民经济建设和国防事业的发展起到了积极的促进作用。在此期间，作为我国试验机行业唯一一家国家级科研事业单位，长春试验机研究所对推

8、动试验机行业的技术进步做出了重大贡献。在二十世纪六十年代，长春试验机研究所曾将科研成果（如硬度计等）无偿转让给生产企业，极大地促进了试验机制造业的发展。1976年，长春试验机研究所在全国仪器仪表与自动化装备展览会上展出的电子万能试验机、电液伺服疲劳试验机、1300C高温真空冲击试验机、1600C高温真空蠕变试验机、声发射检测仪等产品代表了我国试验机行业当时的技术发展水平。长春材料试验机研究所以其试验机行业归口研究所的身份，开展了试验机行业产品的标准化工作、行业发展规划的编制工作，建立了试验机行业技术情报网，设立了材料试验机测试中心站、编辑出版了我国试验机行业专业技术刊物材料试验机（现名工程与试

9、验），对我国试验机行业的技术发展起到重大的推动作用。（3）改革开放后的30年（19792009），尤其是后20年（19892009）,试验机行业同其他行业一样，发生了重大变化，取得了重大发展。重大发展是由于对外开放、计划经济向市场经济转变的重大变化而引起的。重大发展主要表现为： 人力作为可由市场配置的资源能够自由流动，使得科技、管理人才可以走出高等院校、研究院所、国有企业进入市场创办试验机民营生产企业。据不完全统计，1989年，全国生产试验机的厂家接近50家。到2009年，规模化以上企业接近80家，而规模化以下企业，保守估计已达到200家以上。我国试验机生产企业的数量堪称世界第一。 试验机生产

10、企业的资本结构发生了根本性的变化。到目前为止，全国除个别试验机生产企业还处于国家控股外，都进行了资本结构上的改制，成为民营或股份制企业。截止到2008年底，深圳新三思（已被美国MechanicalTesting&Simulation并购）、济南试金、苏州苏试、苏州东菱科技、上海华龙、丹东奥龙等民营公司年销售收入已接近或超过1亿RMB成为试验机行业较大规模的企业。体制上的改变促使企业的运行机制更加适应市场经济发展的需要，促进生产规模的迅速扩大。统计资料显示，我国试验机行业的工业总产值从1989年的3亿元RM咗右上升到2008年的40亿元RMB（76家规模化以上企业的数据）。76家规模以上

11、企业2008年的销售额也接近40亿元RMB如果加上其他小企业的数据，到2009年底，试验机行业工业总产值和销售收入约在50亿RM咗右。 市场的对外开放使得国外试验机制造企业大举进入国内市场。美国、日本、德国等发达国家知名试验机制造企业几乎全部登陆中国试验机市场。国内试验机生产厂家在面对国内同行的激烈竞争中同时参与了同国外同行的竞争。市场残酷的竞争使得国内试验机产品的技术水平有了很大的提高，产品的质量也有了显著的提升，取得了可喜的业绩。静态力学性能测试仪器的典型产品电子万能试验机、液压万能试验机的测量、控制技术实现了重大突破。力值、位移的测量技术全部由机械式改为电子式；基于微处理器技术（含基于D

12、SP技术）的国产控制器全面装备了电子万能试验机和液压万能试验机。在计算机被广泛用于试验机的同时，应用程序（试验软件）也得到了快速发展，并在不断改版升级和完善。大部分国产电子万能试验机和微机控制液压万能试验机的性能指标已和国际同类产品的性能指标接近，其中部分国内产品的性价比已优于国外产品。正因为如此，近几年来，国外同类产品的进口量在大幅度下降，且其价格也随之大幅下降。基于DSP技术的电液伺服动静试验机控制器的研制成功，基于全数字化技术的高频疲劳试验机等产品的投入市场标志着国产动态力学性能测试仪器的关键技术有了较大的提高。多通道协调加载动静态力学性能测试系统和多自由度实际工况模拟试验系统的开发有较

13、快进展，有些产品已开始投入国内市场并被用户选用。硬度计的制造技术在采用CCD技术、微处理器技术、屏显技术进行参数测量、数据处理、测量过程控制、结果显示等方面都有较明显的进展。常规硬度计成为试验机行业出口量较大的一种产品。里氏硬度计不但统领了国内市场，而且在国际市场也占有相当大的份额。有些试验机制造商推出了很多非金属材料力学性能测试仪器，如：溶体流动速率仪、塑料管材冲击试验机、乳胶高速机械稳定性测定仪、全缺口蠕变试验机等，其中有的产品已出口到欧美等国。大吨位（如20吨、35吨）电动振动台的研制成功标志着我国环境模拟试验仪器制造技术有了较快的发展。动平衡机国产电控箱的性能指标和稳定性有了较大的提高

14、；大吨位、高速动平衡机的研发也有一定的进展，有些新的产品推出；国产全自动去重动平衡机已开始小批量投放国内市场。零部件性能、整机整车性能检测装置的研发、生产、销售发展很快，如：汽车离合器、减震器、弹簧、传动轴、曲轴、方向盘、安全带等零部件性能检测装置、整车碰撞台等整车性能试验装置、铁路客车的转向架性能检测装置等等。其中部分检测装置是在线检测设备，已成为生产过程中质量检测和质量保证的一个不可缺少的环节。在无损检测仪器制造领域，用于工业探伤的X射线实时成像检测系统、全数字化的超声波探伤仪、智能多功能涡流检测仪等产品发展很快，技术水平有了较大的提高。尤其是在辐射成像技术领域，我国自主研发的大型货物/车

15、辆检查系统、行李检查系统、液体安全检查系统等产品以其优良的性价比居世界领先水平。满足用户个性化要求的各类试验装置、仪器、系统发展很快，如：生物力学性能试验装置、大型结构试验机、恒温恒湿、盐雾环境试验机、岩土力学模型试验机等。这说明，试验机的应用、服务领域正在向外延伸。老产品更新换代的速度也在加快，如：电子蠕变试验机正以较快的速度取代杠杆式蠕变试验机。團"鑼評拠生产的万酬（4）在此期间，试验机行业工作取得了明显的进步。1980年，中国仪器仪表学会试验机分会宣告成立。试验机分会曾多次成功举办了试验机制造技术的学术交流活动，组织了对美、英、日、德等国同行的技术座谈和技术交流。试验机分会和长

16、春试验机研究所合办出版的科技期刊一一工程与试验（原名曾为：材料试验机、试验技术与试验机）成为试验机制造业和试验机用户进行学术交流的平台，有力地推动了试验机行业的技术进步。1986年，经原国家标准局批准，国家试验机产品监督检验测试中心在长春试验机研究所建立。20多年来，国家试验机产品监督检中心做了大量质检、测试、监督工作，对试验机产品质量的提升起到了重要的作用。1988年，经原国家标准局批准，全国试验机标准化技术委员会（SAC/TC122成立。到2008年止，由全国试验机标准化技术委员会（SAC/TC122组织制修订的国家标准41项、机械行业标准78项，共计119项。这些标准的实施对我国试验机行

17、业的健康发展起到了非常关键性的作用。1989年，中国仪器仪表行业协会试验仪器分会成立。20年来，试验仪器分会开展了丰富多彩的行业活动，努力发挥试验机生产企业与政府之间的桥梁作用，对试验机行业的健康有序发展做出了一定的贡献。（5）此期间，试验机行业科技创新体系发生了重大变化。1999年7月1日，按国家科技体制改革的相关规定，试验机行业唯一的一个国家级科研机构一一长春试验机研究所作为国务院十部委所属242家科研机构之一转制为国有企业。自此，试验机行业的技术与产品创新完全由企业承担，企业成为产业科技创新的主体。这一事件标志着试验机行业的科技创新体制发生了重大变化。1.2.3、本次设计的内容以及主要技

18、术指标本次设计主要设计万能材料试验机的机械部分，机械部分分为加载部分、传动部分和执行部分。设计的重点在材料试验机的结构设计以及关键零件的强度和刚度的校核。本次设计主要达到的技术指标有：1、最大试验力：100kN2、横梁速度范围：0.005mm/min500mm/min无级；任意设定3、试验空间宽度：600mm4、外形尺寸（长X宽X高）：1520mrK840mm<2125mm5、整机形式：立式二、万能材料试验机的总体设计2.1加载方式：加载方式可以选用以下几种方式:液压加载机械加载现在分别讨论：液压加载:采用如下图所示的液压传动，它具有以下特点: 当电磁换向阀压缸位置保持不动； 当电磁换向

19、阀压缸处于工进状态； 当电磁换向阀压缸处于快退状态；5置于中位时,5置于左位时,5置于右位时, 同时，储能元件4能及时吸收多余的能量，并在原动件能量提供不足时释放能量，与溢流阀2配合保持系统的恒压； 可变液压泵1能根据使用要求提供数值上连续的压力油 若要生成扭转运动可以使用摇摆式液压缸，若要生成直线运动则可以使用柱塞式液压缸机械加载用于生成上下直线运动的方案:凸轮传动，如下图所示：图2-1凸轮机构加载方案图优点：结构简单，紧凑缺点：由于点线接触，易磨损，从动件行程不易过大曲柄滑块机构图2-3曲柄滑块机构加载方案图特点：曲轴双端支承，受力好；滑块行程较大，行程不可调。大型曲轴锻造困难，受弯、扭作

20、用，制造要求高。滚珠丝杆机构：当丝杆传动时带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成的循环返回滚道，从而形成滚珠流动的闭合通道。图2-4滚珠丝杆机构加载方案图特点：摩擦阻力矩小，传动效率高，轴向刚度高，运动平稳，传动精度高,不易磨损，使用寿命长。用于生成扭转运动的方案:齿轮传动图2-5齿轮加载方案图特点：能够传递任意两轴间的运动和动力，传动平稳、可靠，效率高，寿命长，结构紧传动速度和功率范围广。但需要专门设备制造，加工精度和安装精度较高，且不适宜远距离传动。涡轮蜗杆传动图2-6涡轮蜗杆加载方案图特点：1）结构紧凑、并能获得很大的传动比，一般传动

21、比为7-802）工作平稳无噪音3）传动功率范围大4）可以自锁5）传动效率低齿轮齿条机构:图2-7齿轮齿条加载方案图特点：这样的机构可以反向驱动，也就是齿条做直线运动来带动齿轮旋转，适合大距离的传递，如机床导轨底下带动托板箱移动的就是齿轮齿条传动，齿轮齿条机构需要外加锁紧装置，因为齿轮齿条机构不能自锁。2.2传动方案的设计 同步齿式带传动，其特点有：1、无打滑现象，传动比稳定不变2、可以用于速度较高的场合3、传动效率较高4、结构紧凑，耐磨性好 齿轮传动，其特点如前所述 链传动，其特点有：1、无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；2

22、、所需张紧力小，作用于轴上的压力小；3、能在咼温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。4、仅能用于两平行轴间的传动；5、成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。2.3总体结构设计方案选择综上加载方案和传动方案的选择，可以设计以下几种总体结构方案：电动机产生动力后通过减速箱带动带运动，由带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。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试验台上。该方案具有下述特占：八、(1) 传动精度高，运动平稳，无爬行现象滚动丝杠传动基本上是滚动摩擦，

23、摩擦阻力小，摩擦阻力的大小几乎与运动速度完全无关，这样就可以保证运动的平稳性，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)。閣2-B方寮一示福图(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较高，光洁度要求也较咼，故制造成本咼。(4) 丝杆机构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) 带传动不能保持恒定的传动比。电动机产生动力后通过减速箱，再经过涡轮蜗杆的传动，带动圆锥齿轮运动，由圆锥齿轮的转动带动丝杠转动。与此同时与丝杠配合的丝

24、杠螺母则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试验台上。该方案采取了圆锥齿轮传动，可以使丝杆机构实现自锁，运动过程中冲击较小。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试验台上。该方案由于采用了液压驱动，故有以下特占：八、(1) 液压传动能够实现无级变速，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；上彳B1下夹具下鹤|柵1上勰图L1U方秦三示意團(3) 液压传动对油温和负载变化极为敏感，对外部环

25、境要求较高；(4) 液压元件精度高，造价高；(5) 液压传动一旦出现故障时不易追查原因，不易迅速排除。综合考虑上述方案，并综合市场上主流选择，我采用方案二作为最终选择。三、设计计算与说明3.1电动机的选择：由设计要求有最大试验力为100kN以及横梁速度最大为500mm/min求得有效功率350010P=FXV=100X103x50010=833W60式中：P有效功率，wF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，锥齿轮传动效率为0.94，涡轮蜗杆传动效率为0.9，其他联结件传动效率为0.9。故n总=n蜗n丝

26、杆n齿n其他=0.9X0.9X0.94X0.9=0.677所以P833P电机=1230W总0.677上式中P试验机有效功率P电机试验机所需功率总试验机总效率而设计要求试验机实现无级调速，故可采用三相异步电动机，查询设计手册，选择变频调速三相异步电动机，型号为YVP90L-4图3-1YVP90L-4电动机三维示意图该电机的主要参数为：额定功率P=1.5Kw;额定电流3.8A额定转矩10N?m;同步转速1500r/min;3.2传动比的分配与选择：查询机械设计手册，选择螺距为10mm的普通丝杆则丝杆传动螺杆最大转速为:=50r/minV500nw=-P10而前面选择电动机的转速为1500r/min

27、,则总传动比为:i=丄=竺=30nw50又有：i=i箱i蜗i齿综合考虑各传动比合理范围，不妨选择i箱=2，i蜗=10,i齿=1.53.3锥齿轮的设计计算：由设计要求可以知，417锥齿轮最大输入功率P2=R=土7=443.6W0.94锥齿轮输入转速n2=n3=75r/min传动比i=1.5预定使用时间5年3.3.1选材、热处理、选齿数 查询机械设计，可以选取小齿轮材料为45钢，调质至230HBS大齿轮45钢，正火至190HBS均取8级精度。 确定齿数z选z1=35,z2=1.5X35=52.5,取z2=53;(2) 计算u=z1/z2=53/35=1.51;(3) i=1.51-1.5=0.00

28、67<0.05，符合要求1.53.3.2按接触强度计算d1查询机械设计，接触疲劳强度计算公式为d13/4K/2(ZEZH)2:ru(10.5r)(h以下计算公式中各参数：1计算T1二04444T1=9.55106=5.6X10N.mm752. 计算KKKAKvK(1) 由机械设计选取使用系数Ka=1.0试选动载荷系数Kz记Kt试选Kt=1.18取r=0.3值,贝Udm=dml=0.32(4) 由图4-45，查机械设计得齿向载荷分布系数氐=1.1计算KtKAKvK11.181.11.293弹性系数Ze由机械设计查得Ze=189.8MPa4. 节点系数Zh查得Zh=2.55许用应力h也皿心S

29、h(1)由所选材料，查机械设计手册得Hlim1=570MPa,Hlim2=460MPa(2) 由已知条件计算N仁60nt=60X75X5X300X24=1.62X108N2Ni=1.07X108u查得寿命系数Khn=1.02Khn=1.04(4)查得安全系数Sh=1计算得H1-hjlKhn1592MPaShh2-Khn2478MPaSh代入小值计算。计算di,/4KtT/ZEZH、2di3(H)=64.48mm.rU(10.5r)2h6由于Kt为试选所得，下面对前面所得到的di进行检验(1) 模数m=di=648=1.84Zi35查机械设计手册取m=2mm(2) 按几何关系计算didit=mz

30、=2X35=70mmdmi=di(1-0.5r)=59.5mm(3) 圆周速度Vmdm1nlVn=59575=0.23m/s601000601000查得K/=1.10(4)校对d1：11070=68.38mmd1=3=3KVt'1.18与d1t相差不大，不需要重算。3.3.3按齿根弯曲强度校核查机械设计得计算公式：4KT1VR（10.5r）2Z；J1下面计算式中的参数：1计算当量齿数YFaYsa2ufcosuu1_1.5-1.520.832则:1=33.7o而:2=90o-1=56.3所以：cos20.555那么当量齿数：Z“-Z=42.07cos1Zv2=95.50cos22由当量齿

31、数Zv查机械设计得齿形系数YFa12.38、YFa2=2.19,齿根应力修正系数YSa11.67、YSa21.79。3.确定m(1)查机械设计得Fiim1=420MPa、Fiim2=380MPa查得Kfn1=0.89,Kfn=0.87取安全系数Sf1.2计算F1皿YFN1=311.5MPaSfF2Flim2SfKFN2=282MPa分别计算大小齿轮的汁值小齿轮涪=0.01276，大齿轮證=。.0139。比较，有YFalYsal>YFa2Ysa2F1F2故取大齿轮值代入计算=1.66mm:4KTi_YFaYsa.r(10.5R)2Zi21U2F这说明m=2m符合齿根弯曲疲劳强度条件3.3.

32、4几何尺寸计算1 分度圆直径dd1=mz=70mmd2=mz=106mm2 节锥角ucos12rVu211.5.0.832-1.521则：1=33.7o而：2=90o-1=56.3o3.节锥距RR=_d1=70=63.68mm2sin12sin33.7齿宽bb=RR=18.9mm就近取整，取b=20mm齿顶高ha1=m=2mm齿根高hf1=1.2m=2.4mm7齿顶圆直径dada仁d1+2ha1cosS仁70+2X2X0.823=73.3mmda2=d2+2ha2cosS2=106+2X2X0.555=108.2mm3.4涡轮蜗杆的设计计算由设计要求可以知，涡轮蜗杆最大输入功率P=443：6=

33、492.9W0.9涡轮最大转速n2=75r/min蜗杆最大转速ni=750r/min传动比i=10预定使用时间5年（36000工时）3.4.1选择蜗杆传动类型根据GB/T10085-1998的推荐，采用渐开线涡轮3.4.2涡轮蜗杆材料的选择考虑到蜗杆速度不大，选择蜗杆材料为45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故将其淬火至50HRC涡轮材料为铸造锡青铜（ZCuSn10P1，金属模铸造。3.4.3按齿面接触疲劳强度计算根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度计算，再校核齿根弯曲疲劳强度。查询机械设计，传动中心距计算公式为：107以下确定各个参数：1、确定作用在涡轮上的转矩T2按乙=4,估取

34、效率n=0.9，则T2=9.55X106x旦=9.55X106x0.4436=5.65X104N.mmn2752、确定载荷系数K=K&Kv因工作载荷较稳定，故取载荷分配不均系数K.=1,查机械设计选取使用系数Kx=1.15，又因转速不太高，冲击不大，取动载系数K/=1.08则:K=KKaKv=1X1.15X1.08=1.2423、确定弹性影响系数因选取铸造锡青铜与45钢的配合，故ZE=160、MPa4、确定接触系数Zp先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a=0.35，从机械设计中可查得接触系数Zp=2.95、确定许用接触应力ch根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSnlOP1金

35、属模铸造，蜗杆硬度45HRC,可查得铸锡青铜蜗轮的基本许用应力cH=268MPs。应力循环系数N=60jn24=1.62X108寿命系数«=1.62108=0.0.71则门H=门KHN=189.21MPa6计算中心距ZeZ241602.92a3E(e)=31.2425.65104()2=75.01mm”h189.217查表取中心距a=100mm又根据i=6，查询机械设计取模数m=4mm蜗杆分度圆直径d1=40mm分度圆导程角丫=21°48'05。这时da=0.4,查得接触系数Zp'=2.7，因为Zp'<Zp,因此以上计算结果可用3.4.4蜗杆与

36、蜗轮的主要参数与几何尺寸1、蜗杆主要参数与几何尺寸轴向齿距Pa=nm=12.56mm直径系数q=10mm齿顶圆直径da仁di+2m=48mm齿根圆直径df1=d1-2.4m=30.4mm1蜗杆轴向齿厚sa=-nm=6.28mm2蜗杆齿宽：b1(12.5+0.1z1)m=51.6mm,取b1=52mm2、蜗轮主要参数与几何尺寸蜗轮齿数Z2=41;蜗轮分度圆直径d2=mz=164mm变位系数X2=2ad1d2=-0.52m蜗轮喉圆直径da2=d2+2(m-0.5)=168mm蜗轮齿根圆直径dt2=m(z2-2.4)=148.8mm1蜗轮咽喉母圆半径rg2=a-da2=16mm2蜗轮齿宽B<0

37、.67da1=32.16mm取B=30mm3.4.5校核齿根弯曲疲劳强度计算公式fBYFazYfd1d2m1、当量齿数Z2Zv2=3Cos311.313-=43.48Cos311.31。YFa=2.36-根据X2=-0.5,Zv2=43.48，查机械设计得齿形系数2、螺旋角系数Y10.9191403、查机械设计得由ZCuSn10P制造的蜗轮的基本许用弯曲应力Sf'=56MPa寿命系数心=9107=0.73M.62107那么：Sf=Sf'KFN=41.10MPa4、代入计算公式中算得Sf=1YFa2Y=侮如565002.360.9198.87MPa401644d1d2m弯曲强度是

38、满足的。3.4.6验算效率：查机械设计有,效率公式为:(0.950.96)tantan(v)已知：丫=21°48'05，而v与相对滑动速度vs有关。d1n1vs601000cos=1.6m/s6010000.98查机械设计得fv=0.024，=1°22',代入式中得=0.89，与原估计值差别不大，因此不需要重新计算重算3.5滚珠丝杆机构的设计计算3.5.1计算工作压强：1、螺母的轴向位移：lspx(3-14)22式中：©是螺杆转角，rad;s是导程，mmp是螺距，mmx是螺纹线数；令该螺纹为单双线螺纹，则x=1；由于试验机整体高度为2125mm故取

39、丝杠移动距离为968mm又要留下一定的余量，可令螺纹长度L=810mm设计使螺纹移动l=810mm时，手轮转动81圈，即：281=1622lP=-=x=2162=10811由此可知：s=px=10mm2、选取螺杆-螺母材料分别为钢-青铜查询机械设计手册，螺纹中径应满足：d20.8FPp式中：屮是螺母形式参数，整体式螺母取1.22.5，分体式螺母取2.53.5,取W=2Pp是螺纹副许用压强，N/mrl,可取Pp=9;带入数据，有:3d20.8：Pp=°810090=59.63mm故取d2=65mm；3、螺母高度：H=©d2=130mm4、旋和圈数：n=H=130=13(12,

40、16),符合要求p105、基本牙型高度：H=0.5P=5mm3&工作压强：P=一F=10010=7.54<ppd2H1n65513工作压强满足要求。7、查表得其摩擦系数f为0.080.10为了保证自锁，螺纹升角：4.57°8、螺纹牙根部的宽度：b=0.65p=6.5mm3.6.2静载荷计算查询机械设计手册得基本额定静载荷特性值K0计算公式:K0=Dg(27.7421)其中：_211=22一DW1122)(1212=1S=COS21=DdmDwCOS22式中：Dw为钢球直径，取D=4mms为螺杆滚道曲率半径，取=7.14mm是接触角，取=45°dm是滚动螺旋公称

41、直径，取dm=8mm查机械设计手册，有基本额定静载荷公式：Ga=K)iDwSinB代入计算有C0a=8.2X106OQ静载荷条件C0a>KfKF=1.2X1.67X200X10=4X10上不等式满足，故合格。3.5.3螺杆的强度计算T=9.55X106xP=9.55X106x044=8.4X104N.mmn50则根据第四强度理论：符合强度要求。3410010)2/653(48.410)20.2653)3.5.4寿命计算CaKhKFKHK1FKn以下计算各参数:1、螺母接触系数彳萨空=0.76DW2、螺杆接触系数fs=_=0.81DwL13、寿命系数如(亘)33.1150014、转速系数K

42、n=(空)31.61n5、查机械设计手册有：载荷系数Kf=1.2,硬度影响系数Kh=1.67，短行程系数K=1.06。&代入计算公式有：Ku5CaKhKfKhK1F=4.1X10Nv965400NKn故满足寿命条件。3.6圆柱齿轮的设计计算3.6.1选择精度等级、材料、齿数(1) 该试验机为一般工作机，选择7级精度(2) 查询机械设计,选取小齿轮材料为40Cr,调质处理至硬度为280HBS,大齿轮为45钢，调质处理至240HBS(3) 选择小齿轮齿数为19,由传动比i=2有:Z2=iz1=38,取Z2=37,则实际传2-195动比i'=37/19=1.95,误差为一=0.025<0.05符合要求23.6.2按齿面接触强度计算d”232汙孕(令(1) 确定公式里的各参数值试选载荷系数K=1.3计算小齿轮的转矩T19.55106R9.5510