螺旋弹簧疲劳试验机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 螺旋弹簧疲劳试验机设计 摘 要 :整机结构主要由电动机、机架、传动带、偏心轮构成。由电动机产生动力通过带轮减速器将需要的动力传递到带轮上，带轮带动 V 带，从而带动整机装置运动 本论文研究内容摘要： (1) 螺旋弹簧疲劳试验机 总体结构设计。 (2) 螺旋弹簧疲劳试验机 工作性能分析。 (3)电动机的选择。 (4)对 螺旋弹簧疲劳试验机 的传动系统、执行部件及机架设计。 (5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词： 螺旋弹簧疲劳试验机 ，结构设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he of he is of a a a an by a to to so as to of (1) of (2) of (3) of (4) of (5) of of (6) of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 第 1 章 绪论 1 题研究的目的和意义 1 究内容 2 计方案 2 第 2 章 螺旋弹簧疲劳试验机总体参数的设计 6 统总体方案的分析 6 动原理图 6 弹簧设计计算 7 算切削功率所需切削速度的确定 12 切削功率推算许用工作转速 17 第 3 章 带传动的计算 20 传动设计 20 择带型 21 定带轮的基准直径并验证带速 21 定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 22 定带的根数 z 23 定带轮的结构和尺寸 23 定带的张紧装置 23 第 4 章 主轴组件要求与设计计算 26 轴的基本要求 26 旋转精度 26 刚度 26 抗振性 27 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 温升和热变形 27 耐磨性 28 轴组件的布局 28 轴结构的初步拟定 31 轴的材料与热处理 31 轴的 技术要求 32 主轴直径的选择 32 轴前后轴承的选择 33 轴承的选型及校核 34 主轴前端悬伸量 36 主轴支承跨距 37 主轴结构图 38 主轴组件的验算 38 支承的简化 38 主轴的挠度 39 主轴倾角 40 第 5 章 键的选择与校核 48 轮 1 上键的选择与校核 48 的选择 48 的校核 48 轮 2 上键的选择与校核 50 的选择 50 的校核 50 第 6 章 试验机其他主要零件的设计与校核 52 偏心轮尺寸的设计与校 核 52 偏心轮尺寸的设计 52 偏心轮的校核 52 连接轴（一）的设计与校核 54 连接轴的设计 54 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 连接轴的校核 54 连接轴（二）的设计与校核 59 连杆的设计与校核 60 连杆的设计 60 连杆的校核 60 结 论 62 参考文献 63 致 谢 64 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 X 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 共 74 页 第 1章 绪论 题研究的目的和意义 螺旋弹簧疲劳试验机是在各种条件、环境下测定螺旋弹簧等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验弹簧疲劳的精密测试仪器，可以对材料弹簧疲劳等试验。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。 中国螺旋弹簧疲劳试验机的现状验机制造行业在旧中国是空白，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，逐步发展成初具规模，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题限制出口的产品。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备。所以，要发展中国的试验 机公司为首的中国试验机民营企业的不断努力下，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逐步的缩小。 该设计培养了学生综合运用各学科的基本理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，同时还培养学生的独立工作能力、开发创造能力，其就是对学生自身综合素质的考验和提升。螺旋弹簧疲劳试验机设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的考核。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以 在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 共 74 页 究内容 （ 1）弹簧疲劳试验机的需求分析。 （ 2）弹簧疲劳试验机的总体结构设计。 （ 3）确定弹簧疲劳试验机的结构参数，设计主要零部件并进行强度计算。 （ 4）绘制主要零件图和装配图。 （ 5）整理并组织相关材料，完成设计图及设计说明书的撰写。 计方案 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 1示： 图 1案一示意图 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 1示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 共 74 页 图 案二示意图 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 1示： 图 1案三示意图 4 方案四 本方案与上述两种文件有所不同，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，然后经回油管路流回回油缸再次利用。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，可惜的是我国控制系统买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页 共 74 页 方面还较薄弱。如图 1示： 图 1案四示意图 5 方案五 本机采用传统的连杆机构。机械部分由电机、偏心装置、随动器、直线导轨、夹具等组成。动力由变频调速电动机输出 , 通过减速器、轴承座、偏心装置传递至连杆 , 带动压盘对弹簧进行压缩 (或拉伸 ) 往复疲劳试验。如图 1 所示。对导向装置产生较大的侧向力 , 设计的压力角尽量减小 , 采用加长连杆的方式 ; 导向装置的设计 , 导向装置采用直线导轨。这样 , 不仅简化了结构 , 降低了成本 ,而且试验机在运行过程中 , 同样稳 定、可靠。弹簧预压力的调节 , 方便、轻捷。对导向装置产生较大的侧向力 , 设计的压力角尽量减小 , 采用加长连杆的方式 ; 导向装置的设计 , 导向装置采用直线导轨。这样 , 不仅简化了结构 , 降低了成本 ,而且试验机在运行过程中 , 同样稳定、可靠。弹簧预压力的调节 , 方便、轻捷。 图 5 方案 5 示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页 共 74 页 由于以上方案都存在操作安装不方便的问题，均不采用，最终方案见下一章节所述 . 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 页 共 74 页 第 2章 螺旋弹簧疲劳试验机 总体参数的设计 统总体方案的分析 我们螺旋弹簧疲劳试验机的目的是要将主轴的水平旋转运动 转化为弹簧的上下往复直线运动（压缩或者伸长）。我们进车间进行实地考察，询问工人师傅。他们耐心的给我们讲解运动，还拆开主轴部位让我们详细了解。凭借他们多年的操作经验，首先他们对我们改进的课题给予了肯定，之后我们彼此交流了想法。回来之后我们结合所学专业知识分析得如下运动简图： 图 2体方案分析 动原理图 我们螺旋弹簧疲劳试验机的目的是要将主轴的水平旋转运动转化为弹簧的上下往复直线运动（压缩或者伸长），这让我们想到了曲柄滑块机构，如上图 4示，曲柄 1做回转运动，滑块 3 在轨 道 4 上作竖直方向往复直线运动，连杆 2 可将曲柄 1 和滑块 3连接起来，针对上述原理的分析并结合实际考虑强度、便与主轴配合以及使用寿命等等 . 弹簧 试验机的动力由电磁调速电机输出，将载荷传递到试验机的主动轴上，主动轴上装有曲柄滑块机构，由于曲柄相对很短，在机械设计中一般将其设计成偏心轮机构，偏心轮与驱动杆之间通过连杆铰接在一起。当主动轴带动偏心轮机构转动时，连杆把偏心轮的旋转运动变成为驱动杆的往复直线运动，从而带动其顶端的弹簧压盘做往复运买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 页 共 74 页 动，压缩其间的弹簧，使弹簧受到往复的压力，从而模拟其在工作状态下的受力，如图2示，本实验的机械构建主要由大带轮、主轴、偏心连杆机构、机架、弹簧压盘座等组成，对应着不同的试验弹簧直径，有相对应的一组弹簧压盘与其对应，更换压盘，即可进行不同直径的弹簧的检测。 12345簧、 7890111213图 2心轮疲劳试验机机械结构简图 弹簧设计计算 弹簧选择圆柱螺旋压缩弹簧 30，具体设计方法和步骤 1) 工作时，假设弹簧所受最大工作载荷 为 600N，工作环境有腐蚀性，故选择材料为 1123类弹簧 ，许 用切 应 力 用弯 曲应力123， 弹性模量 变模量 123，此种材料耐腐蚀，耐高温，有良好的工艺性，适用于小弹簧。 2) 选择旋绕比 Pa(b)，暂取 则根据公式 a 6买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8 页 共 74 页 计算出曲度系数 1 84 据安装空间，初定弹簧中径 4 ， 则根据公式 算出 4）计算弹簧丝直径 6.1 m a x 取 5）对于压缩弹簧，工作圈数根据公式 3 计算 实际工作中正常情况下 1 2 9( ，为保证检测时钻杆过度偏向一边时的仪器的安全，这里取 弹簧内径 26481 弹簧外径 26482 弹簧节距 弹簧自由长度 因在实际安装中，允许的空间满足不了所设计的弹簧自由高度值，也即0符合实际应用要求，需重新设计。 重新设计如下 : 重选 6C 则 曲度系数： 64 r 1F r 2F r 1F r 2F t 1F t 1F t 1F t 2A B取 弹簧中径： 0 弹簧内径：F 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页 共 74 页 弹簧外径：F 1M 1弹簧节距：M 22弹簧工作圈数：F 3M 3取 自 由 长 度 ： 取 100 7）验算稳定性：细长比 00 不需要进行稳定性验算。 8）疲劳强度和静应力强度的验算 疲劳强度验算公式 已知： 2 1 由 2211 可得 23m a x 13m i n 对于变应力作用下的普通圆柱螺旋压缩弹簧，疲劳强度安全系数值按公式 S m a xm 计算， 式中： 弹簧的设计计算和材料的力学性能数据精确性高时，取 S ； 0变载荷作用次数 N，由下表查取； 表 3弹簧参数表 变载荷作用次数 N 410 510 610 710 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10 页 共 74 页 a/0BBS 6 3 01 8 0 630 1）选材： 100 50 97000 3000 2）旋绕比 C ：取 6C ， 则 64 簧中径 D ： 0 4）弹簧丝直径 d ： 6.1 m a x 取 5）对于压缩弹簧工作圈数根据公式 3 计算，其中 73000 在实际工作中正常情况下 这里取 则 0 0 08 33m a x m a x 取 n 6）计算弹簧内径，外径，节距，自由长度： 弹簧内径 55301 弹簧外径 55302 弹簧节距 弹簧自由长度 1 取 100 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11 页 共 74 页 7）验算稳定性：细长比 00 不需要进行稳定性验算。 8）疲劳强度和静应力强度的验算 疲劳强度验算公式 23 002 1 由 2211 可得 23m a x 13m i n 对于变应力作用下的普通圆柱螺旋压缩弹 簧，疲劳强度安全系数值 按公式 S m a xm 演算 a xm i 即 S 故弹簧设计合理。 大弹簧的有关参数如下表： 表 3弹簧参数表 参数名称及代号 计算公式 结果 中径 30径 1D 1 25径 2D 2 35文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12 页 共 74 页 旋绕比 6 长细比 b 0由长度 0110作长度 H 效圈数 n m a a 总圈数 1n 21 节距 p 9向间距 4开长度 L 旋角 质量 0m s 4 2 算切削功率所需切削速度的确定 切削速度（ B 点的速度）主要由所设计的偏心轮的转速（铣床主轴的输出转速）、以及转动的位置等决定。经过分析，当转速一定为 N 时，得到一个转速最大的位置，从而分析此位置，并进行计算。 下图 2为机构运动的各个位置图，我们可以借助它来进行分析。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13 页 共 74 页 213234567891011121 构运动位置图 我们可以按照机械原理课程设计的方法对机构运动的速度进行分析，从而得到一个最大速度的运动点。 经过分析，易得运动左右两部 分为对称结构，速度也相互对称，所以只需要分析一边（取右边）进行。 经过分析得到 B 点的速度可以根据 A 点的速度结合作图的方法求得，公式如下所示 ： = 2 式 4 = + 式 4 方向： 竖直向下 杆 1 杆 2 大小： ？ 2 ？ 1、先分析从 1 点处到 4 点的位置的运动：（ 1 点 0），经过分析它的速度由 0开始逐渐增大。分析 2 点得各杆位置图如下： 123图 2 点各杆位置图 注： 60 表示偏心轮偏心长度为 60100 表示杆 2 长度为 100 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14 页 共 74 页 根据 2 点各杆位置图，进行速度分析如下： b 2图 2 点速度多边形分析图 注： 度表示 大小； 60 表示 小，为一个标定值（下同），所以 只需要比较 度就可以比较 大小 分析上图 4 3 点得各杆位置图如下： 123图 2 点各杆位置图 根据 3 点各杆位置图，进行速度分析如下： b 3 图 2 点速度多边形分析图 对比以上两点的 ，由于 所以取 3、 4 点之间的一点再进行分析 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15 页 共 74 页 对上图 2的 3、 4 中间点进行分析得各连杆的位置图如下： 123图 2、 4 点中间点各杆位置图 根据 3、 4 中间点各杆位置图，进行速度分析如下： 、 4 点中间点速度多边形分析图 得： 分析上图 4示 4 点位置的运动 对图 4的 4 点进行分析得各连杆的位置图如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16 页 共 74 页 123图 2 点各杆位置图 注：以上 数字所代表的意义同上； 根据 4 点各杆位置图，进行速度分析如下： Pa(b)图 2 点速度多边形分析图 说明： 表 小与 表 大小相等、但 b a 重合代表 大小为 0； 所以易得： = 式 6 3、对如图 4的 4 点到 7 点的运动进行分析 据 5 点时各杆的位置图，绘制如下 5 点的速度分析图： a 5图 2 点速度 多边形分析图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17 页 共 74 页 说明： 段长度代表的是 大小； 根据 6 点的各杆的位置图，绘制如下 6 点的速度图： a 6图 2 点速度多边形分析图 分析 7 点易得 值为 0； 对 4、 5、 6、 7 点的 比得：其值在逐渐的减小。 综上 大体变化规律为由如图 6示 13 点时逐渐增大； 3 点到 4 点减小到与 等大小； 4 点到 7 点的过程为一个逐渐递减的过程，直到 7 点减小到 0。 所以，据切削功率的计算公式取最大的切削速度进行计算，故取 3 点的速度 大 进行计算： 60 ， 70 ， R=60A = 2 式 4以 : = 切削功率推算许用工作转速 由于带在传动过程中，存在着功率的损失，查机械设计课程设计手册 1 可得， 1 为 V 带的效率 , 2 为第一、二对轴承的效率， 3 为联轴器的效率。 则电机所需功率为 机械设计课程设计手册得： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 18 页 共 74 页 选择，其铭牌如下 表 2 表 2Y 系列三相异步电动机 电动机型号 额定功率 载转速 r/转转矩 /额定转矩 最大转 矩 /额定转矩 质量 132步转速 1500 r/ 级 1440 1 （ a） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 19 页 共 74 页 （ b） 图 2电动机的安装及外形尺寸示意图 表 2电动机的安装技术参数 中心高/型尺寸/（ +脚安装 尺寸AB 地脚螺栓 孔直径 K 轴伸尺 寸DE 装键部位 尺寸F32 515 345 315 216 178 12 38 80 10 43 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 20 页 共 74 页 第 3章 带 传动 的计算 传动设计 输出功率 P=速 440r/00r/表 3作情况系数原动机 类 类 一天工作时间 /h 101016 16101016 16载荷 平稳 液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（ ）；离心式压缩机；轻型运输机 荷 变动小 带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（ ）；发电机；旋转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛 荷 变动较大 螺旋式运输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械 荷 变动很大 破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机 据 V 带的载荷 平稳 ，两班工作制（ 16 小时），查机械设计 4， 取 1 . 1 7 . 5 8 . 2 5 k e P k W 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 21 页 共 74 页 择带型 普通 V 带的带型根据传动的设计功率 小带轮的转速 机械设计 3 11 选取。 图 3型图 根据算出的 小带轮转速 1440r/查图得： 0 100 可知应选取 A 型 V 带。 定带轮的基准直径并验证带速 由机械设计 13 7 查得，小带轮基准直径为 80 100取 075 据 13得） 表 3 带带轮最小基准直径 槽型 Y Z A B C D E 0 75 125 200 355 500 21211440 = 2 . 8 8 , = 9 0 2 . 8 8 = 2 5 9 . 2 m 所 以 由机械设计 13 “V 带轮的基准直径 ”，得250文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 22 页 共 74 页 误差验算传动比：21250= 2 . 8 3(1 ) 9 0 (1 2 % )d 误（ 为弹性滑动率） 误差112 . 8 3 2 . 8 81 0 0 % 1 0 0 % 1 . 5 8 % 5 %2 . 8 8 误 符合要求 带速 1 9 0 1 4 4 0v = 6 . 7 9 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 满足 5m/以宜选用 E 型轮辐式带轮。 总之，小带轮选 H 型孔板式结构，大带轮选择 E 型轮辐式结构。 带轮的材料：选用灰铸铁， 定带的张紧装置 选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 24 页 共 74 页 算压轴力 由机械设计 13