传动性能测试试验台结构设计【三维图】.zip
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!【包含文件如下】【机械类设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc【需要咨询购买全套设计请企鹅97666224】.bat1.txtSY-10轴承座底座.DWGSY-11支撑轴.DWGSY-4行星齿轮减速器.DWGSY-8操作平台.DWGSY-9传感器底座.DWG总装体(solidworks2014源文件）.zip总装体.STEP总装体11SLDASM.DWG总装体5.10.zip设计说明书.docx摘 要在机械设备中，都离不开动力设备，其形式可以采用电动机、液压泵及空压机等，这些动力设备是设备运转的动力提供者，而目前常用的设备当中，还是以电动机使用量最多，这是由于电动机的结构简单，电能也比较容易获得。电动机的输出转速一般较高，每分钟都能达到几百到上千转，但同时其输出扭矩较低，执行元件的一般的需求转速低、扭矩高，这就需要在电动机后面增加传动系统，传动系统是目前使用最多的在电动机和工作机之间连接的组件，传动系统包括减速机构，能够根据输出端的目标转速，对其进行合理的调速。随着现代技术的更新换代，传动系统的策略产生了很大的改变，最开始机械传动技术采用的是齿轮传动技术，而后人们对减速机构的尺寸、可靠性及减速比提出了更高的要求，传动机构也进行了更新换代，行星齿轮减速器等先进的减速器机构逐渐诞生，并被大量工厂所采用，并凭借其各自的技术特点，在很多场合都起到了决定的作用。将来传动系统的发展还要向着尺寸更加紧凑、传动效率更高、减速比更大地方向发展。本文以传动系统实验台为研究对象，采用整体框架结构，根据设计要求，分析现有的传动系统实验台的发展现状，采用三维设计软件，对传动系统实验台的整体方案进行设计，包括驱动电机、联轴节、转速转矩测试设备、减速传动系统、磁粉制动器等几部分，并对其传动系统进行详细设计，对电动机选型、减速比分配、各减速单元进行定量设计，最后根据磁粉制动器轴的实际受力情况，对轴的整体受力进行详细的受力分析及强度校核，为后续传动系统实验台研究提供了切实的借鉴意义。关键词：实验台，传动系统，弯曲强度AbstractIn mechanical equipment, all cannot do without the power equipment, can be used in the form of motor, hydraulic pump and air compressor, the power equipment is the power provider of equipment operation, and the current commonly used equipment, or to the motor use amount is maximum, it is easy to get power. With the development of modern technology, the transmission system strategy has been changed a lot, the beginning of the mechanical transmission technology is gear transmission technology, then the people of reducer size, reliability and higher reduction ratio was proposed, the transmission mechanism has also been updated, planetary gear reducer, cycloid reducer and harmonic reducer has been developed, and by virtue of their technical characteristics, on many occasions have played a decisive role. In the future, the development of the transmission system will be more compact, higher transmission efficiency and greater development of the gear ratio.In this paper, using SolidWorks 3D software for overall design of transmission system of experiment bench, which comprises a driving motor, coupling, reducer, torque and speed test equipment system, magnetic powder brake etc. a few parts, and the detailed design of the transmission system, the motor selection, deceleration ratio distribution, the quantitative design of reduction unit, finally according to the actual axis of the magnetic powder brake force, detailed stress analysis and strength analysis of axial stress of the whole, which provides a practical reference for subsequent transmission system the experimental study of taiwan.Keywords: The experimental station, transmission system, bending strength目录摘 要IAbstractII第一章 绪论- 1 -1.1 传动系统实验台现状- 1 -1.2 国内外传动实验台研究现状- 3 -1.3 传动系统实验台的发展方向- 4 -1.4文章研究的内容及结构- 5 -第二章 机械传动实验台机械设计- 7 -2.1 机械传动含义- 7 -2.2 SolidWorks三维软件简介- 8 -2.3 整体系统结构设计- 9 -2.4 操作实验台结构- 10 -2.5 行星减速器结构- 11 -2.5 摆线针轮减速器结构- 13 -2.6 蜗轮蜗杆减速器结构- 15 -2.7 圆锥齿轮减速器结构- 16 -2.8带传动系统结构- 17 -第三章 传动系统实验台传动系统选型设计- 20 -3.1 电动机选择- 20 -3.2 联轴器设计计算- 21 -3.3 传动系统选型及设计- 22 -3.3.1摆线针轮减速机选型及设计- 22 -3.3.2 V形带选型及设计- 23 -3.3.3 圆锥齿轮减速器选型及设计- 24 -3.3.4 蜗轮蜗杆传动计算- 27 -第四章 磁粉制动器轴强度校核- 32 -4.1 轴强度校核定义- 32 -4.2 磁粉制动器轴强度校核- 32 -4.2.1 磁粉制动器轴受力分析- 33 -4.2.2 磁粉制动器轴抗弯截面系数计算- 34 -4.2.3 磁粉制动器轴强度精确计算- 35 -结论- 40 -摘 要在机械设备中，都离不开动力设备，其形式可以采用电动机、液压泵及空压机等，这些动力设备是设备运转的动力提供者，而目前常用的设备当中，还是以电动机使用量最多，这是由于电动机的结构简单，电能也比较容易获得。电动机的输出转速一般较高，每分钟都能达到几百到上千转，但同时其输出扭矩较低，执行元件的一般的需求转速低、扭矩高，这就需要在电动机后面增加传动系统，传动系统是目前使用最多的在电动机和工作机之间连接的组件，传动系统包括减速机构，能够根据输出端的目标转速，对其进行合理的调速。随着现代技术的更新换代，传动系统的策略产生了很大的改变，最开始机械传动技术采用的是齿轮传动技术，而后人们对减速机构的尺寸、可靠性及减速比提出了更高的要求，传动机构也进行了更新换代，行星齿轮减速器等先进的减速器机构逐渐诞生，并被大量工厂所采用，并凭借其各自的技术特点，在很多场合都起到了决定的作用。将来传动系统的发展还要向着尺寸更加紧凑、传动效率更高、减速比更大地方向发展。本文以传动系统实验台为研究对象，采用整体框架结构，根据设计要求，分析现有的传动系统实验台的发展现状，采用三维设计软件，对传动系统实验台的整体方案进行设计，包括驱动电机、联轴节、转速转矩测试设备、减速传动系统、磁粉制动器等几部分，并对其传动系统进行详细设计，对电动机选型、减速比分配、各减速单元进行定量设计，最后根据磁粉制动器轴的实际受力情况，对轴的整体受力进行详细的受力分析及强度校核，为后续传动系统实验台研究提供了切实的借鉴意义。关键词：实验台，传动系统，弯曲强度AbstractIn mechanical equipment, all cannot do without the power equipment, can be used in the form of motor, hydraulic pump and air compressor, the power equipment is the power provider of equipment operation, and the current commonly used equipment, or to the motor use amount is maximum, it is easy to get power. With the development of modern technology, the transmission system strategy has been changed a lot, the beginning of the mechanical transmission technology is gear transmission technology, then the people of reducer size, reliability and higher reduction ratio was proposed, the transmission mechanism has also been updated, planetary gear reducer, cycloid reducer and harmonic reducer has been developed, and by virtue of their technical characteristics, on many occasions have played a decisive role. In the future, the development of the transmission system will be more compact, higher transmission efficiency and greater development of the gear ratio.In this paper, using SolidWorks 3D software for overall design of transmission system of experiment bench, which comprises a driving motor, coupling, reducer, torque and speed test equipment system, magnetic powder brake etc. a few parts, and the detailed design of the transmission system, the motor selection, deceleration ratio distribution, the quantitative design of reduction unit, finally according to the actual axis of the magnetic powder brake force, detailed stress analysis and strength analysis of axial stress of the whole, which provides a practical reference for subsequent transmission system the experimental study of taiwan.Keywords: The experimental station, transmission system, bending strength目录摘 要IAbstractII第一章 绪论- 1 -1.1 传动系统实验台现状- 1 -1.2 国内外传动实验台研究现状- 3 -1.3 传动系统实验台的发展方向- 4 -1.4文章研究的内容及结构- 5 -第二章 机械传动实验台机械设计- 7 -2.1 机械传动含义- 7 -2.2 SolidWorks三维软件简介- 8 -2.3 整体系统结构设计- 9 -2.4 操作实验台结构- 10 -2.5 行星减速器结构- 11 -2.5 摆线针轮减速器结构- 13 -2.6 蜗轮蜗杆减速器结构- 15 -2.7 圆锥齿轮减速器结构- 16 -2.8带传动系统结构- 17 -第三章 传动系统实验台传动系统选型设计- 20 -3.1 电动机选择- 20 -3.2 联轴器设计计算- 21 -3.3 传动系统选型及设计- 22 -3.3.1摆线针轮减速机选型及设计- 22 -3.3.2 V形带选型及设计- 23 -3.3.3 圆锥齿轮减速器选型及设计- 24 -3.3.4 蜗轮蜗杆传动计算- 27 -第四章 磁粉制动器轴强度校核- 32 -4.1 轴强度校核定义- 32 -4.2 磁粉制动器轴强度校核- 32 -4.2.1 磁粉制动器轴受力分析- 33 -4.2.2 磁粉制动器轴抗弯截面系数计算- 34 -4.2.3 磁粉制动器轴强度精确计算- 35 -结论- 40 -III第一章 绪论1.1 传动系统实验台现状制造业是一个国家基础工业的重要依托，也，虽然近些年中国的制造业发展并不景气，整体社会的互联网经济和金融等发展速度和势头远超制造业，但制造业作为国家经济的基础和国民物质生活的载体，依然在我国占有十分重要的地位，首先，制造业创造了大量的就业机会，现在我国的制造业还处于发展的早期阶段，还处于劳动密集型产业，大量的工厂雇佣了大量的工人解决了人民的就业，为社会稳定做出了重要贡献；另一方面，制造业是其他行业的载体，各行各业的发展都离不开自动化的机械，包括国防事业的发展，更是得依托国民强大的制造业为后盾1。我国在上个世纪末端开始，全民经济活力随着改革开放被释放出来，中国人民依靠其勤劳和智慧，中国经济经过黄金发展的10年，已经成为国际的大工厂，其工业化总量居在世界前列，但依然摆脱不了大而不强的帽子，国民大部分制造业还处于技术含量较低的阶段，依然存在粗制仿造、总量不重质、价格低廉，技术附加量低等问题2。纵观世界上的制造业强国，美国、德国、日本及其他欧洲国家，都掌握着最为先进的技术，其生产的产品占用国内资源少，全能够卖出高价，具有很高的技术含量及市场竞争力，这和这些欧美国家的制造业发展时间较广也有关系，欧美国家从第一次工业革命开始，就重视到了制造业的重要性，以国家为主导力量，成立多个科研小组，将当前社会上急需的技术进行立项攻关，实现了整体社会的技术创新和革命。现在，整体世界上的制造业发展越来越趋于全球性和集成性，各个国际著名跨国企业为了能够打入本地市场及摊薄其高昂的研发费用，其纷纷采用各个其他国家大肆收购、独资建厂及合资建厂等多种方式，在自己行业中的龙头企业如SKF、海瑞克等，纷纷采用这种方式打入到其他国家的市场，并凭借其雄厚的产品研发能力，过硬的产品质量，而迅速占据了其行业的高端市场，并形成了极强的壁垒性，其他企业很难突破3。目前，制造业发展的趋势正向现代化、集成化、信息化及智能化多方面发展。首先，各地都出现某些产业集群化发展的趋势，在改革开放初期，现代化的家电等设备刚有，基本是某一个地方的厂家对这台设备有了一定的深入研究之后，后续在这个工厂中会跳槽出去几位有能力的人员在当地分别建厂，而各家企业通过不断竞争，不断创新，他们将其他地方的相关企业压紧生存空间，国家这个领域的设备彻底被他们所垄断。第二，制造业增加自动化的功能能够解决工人价格过高的问题，到了2000年之后，工厂就发现雇佣工人的价格升高，从2000元一只涨到了5000元，制造业对劳动力的增长成本更为敏感，近些年，以数控机床、自动化生产线、自动机器人在中国得到了迅猛发展，特别是互联网逐渐向制造业进行渗透，其将原本壁垒或者潜规则很明显的机械行业的枷锁撬开，解放了一大批民营制造业的活力，但不可否认的一点，中国的高端制造业还是被国外的企业所垄断，国外生产的数控机床、自动化的高端机器人在国内还不能实现替代，这不仅仅是设计水平的不足，其更多是表现为全民工业实力的落后，包括了材料冶金水平、热处理水平、制造加工水平及装配水平等多方面的，中国制造业要想在全民经济低谷中突围，必须紧握市场命脉，提高自己的核心竞争力。第三、服务全民化，现在的制造业公司不仅仅提供了材料的加工方案，一些专业的设计公司还能提供各设备的设计方案、整体问题的解决方案等多方面内容，互联网社会都围绕顾客满意度大做文章，制造业同样是如此，各家单位提供了更为细致的个性化服务；四、设备的技术含量高，现在的制造业产品从外观上来说，和10年前的都有着极大的改善，表面不像以前全是锈的样子，随着其他行业的技术快速发展，制造业在近些年的技术含量上也有了显著的提高，其采用智能化，设计的巧妙化的设备也越来越多了，国家也对能源消耗大户的制造业提出了节能减排的要求，各家企业在依托先进的设备，向高端化、精细化、智能化等多方面发展4。在机械设备中，都离不开动力设备，其形式可以采用电动机、液压泵及空压机等，这些动力设备是设备运转的动力提供者，而目前常用的设备当中，还是以电动机使用量最多，这是由于电动机的结构简单，电能也比较容易获得。电动机的输出转速一般较高，每分钟都能达到几百到上千转，但同时其输出扭矩较低，执行元件的一般的需求转速低、扭矩高，这就需要在电动机后面增加传动系统，传动系统是目前使用最多的在电动机和工作机之间连接的组件，传动系统包括减速机构，能够根据输出端的目标转速，对其进行合理的调速。随着现代技术的更新换代，传动系统的策略产生了很大的改变，最开始机械传动技术采用的是齿轮传动技术，而后人们对减速机构的尺寸、可靠性及减速比提出了更高的要求，传动机构也进行了更新换代，行星齿轮减速器等先进的减速器机构逐渐诞生，并被大量工厂所采用，并凭借其各自的技术特点，在很多场合都起到了决定的作用。将来传动系统的发展还要向着尺寸更加紧凑、传动效率更高、减速比更大地方向发展5。1.2 国内外传动实验台研究现状传动实验台是随着传动系统的研究深入被部分企业生产出来的，其最初的目的是测试模型传动齿轮箱的性能，而后研发了特制的实验台，用于一些高精端技术的相关研究。在美国对传动实验台的研究起步较早，Gleason公司在1950年就已经研发出了第一台传动实验台，其采用一台直流电机驱动，使用轮系作为传动和载荷系统，随着航空技术的发展，航空设备对传动系统的可靠性要求极高，美国的航空研究局NASA的技术研究中心建立了先进的传动系统实验台对航空设备的传动系统性能进行测试，俄国的中央设备研究中心，美国的通用汽车研究中心也成立传动系统实验台。这些公司对传动系统实验台的设计有着丰富的经验，对实验台适合的设备类型，测试数据的处理方面也进行了一定程度的探索6。我国传动系统实验台的相关研究是从1980年之后开始的，与国外的开始时间相比，还是有一些差距的，在我国主要是以科研院所为主，主导了传动系统实验台的相关研究，清华大学、大连理工大学、东北大学等高校先后建立了传动系统实验台，并以这些实验台为依托，和企业进行产学研合作，也一定程度上为企业的相关研究给予了很大的帮助，在近些年，国产企业逐渐发展起来，为了摆脱国外企业对于汽车发动机的垄断地位，我国企业企业也相继成立了传动系统实验台，其采用磁粉制动器，对发动机的加载及长时间运转可靠性进行测试，这也研究都代表了我国的传动系统实验台的相关发展现状，也从侧面体现了我国机械行业的发展历程7。目前，我国重视各大高校学生的做实验的能力很欠缺，各大高校为了让学生增加对传动系统的理解，纷纷搭建传动系统平台，机械传动系统平台也随着高校的研发取得了很大的进展，在二十世纪初期，西安交通大学组织研发了一款新型的传动系统测试平台，该实验台的测试性能优良，但由于价格过高，并没有投入到后续使用。科研院校研发的LWB型传动系统实验台是具有典型性意义的实验台8，它根据国家教育部门的定制需求及教育人员的教学经验，具有多功能、模块化的特点，采用拼装性底座，各部位都设计成模块化，能够相互连接，提高了整体系统的实用性，可组成多套系统。实验台对电机的输出转速和负载端的转速及转矩等重要参数进行采集，能够保证测量数据的准确性，并且通过工控机对测量数据进行处理，得出整体数据的变化趋势，对较为关键的几个因素，如转速、扭矩等进行模糊性分析，去除干扰性因素，分析系统的特有属性。图1.1 LWB型传动系统实验台1.3 传动系统实验台的发展方向传动系统实验台经过近些年的发展，其发展程度也逐步成熟，传动系统实验台的发展方向倾向于电循环式传动台的的相关技术，电循环式传动台是采用了电动机作为驱动设备，电动机和传动减速设备相连接，后端采用发电机作为负债设备，发电机能够根据需求的负载进行有机的调节，同时，发电机产生的电能能够提供给电动机使用，能够最大程度地节约系统的能量，这对于长时间运转的实验台尤为关键。控制系统是实验平台的核心内容，在最早的传动系统实验台的使用过程中，并没有配备相对应的控制系统，其只是控制电机的启动及停止，随着现代技术的逐步发展，电机控制技术也达到了前所未有的静姐，能够通过控制电机转速、电机输出功率等方式控制传动系统实验台的加载条件，使得传动系统实验台的实验条件更加与实际情况相符。测量系统是整个实验台的眼睛，能够通过测量系统得到操作人员想要的数据，最开始的传感器的测量能力有限，也导致了实验台的发展受限，随着传感器技术及数据处理技术的相关发展，实验台多采集系统作为整个实验台的数据采集终端，对各传感器采集到的数据进行处理和分析。1.4文章研究的内容及结构机械传动实验台主要是针对各传动设备的力学性能进行测试，针对一些平时使用较多的传动设备，包括齿轮传动机构、摆线针轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、带传动机构等传动设备，针对其特有的物理特性，采用直流电机驱动，通过联轴节连接各部件，操作台上有安装孔和连接台，对这些设备进行安装和连接，并搭配磁粉制动器对整体系统进行加载。机械传动实验台能够测试传动系统的传动性能，针对加工、装配等出现的问题能够及时察觉，并针对一个新的设计，进行模拟工况实验，测试这台设备的设计合理性及使用寿命。测试台能够针对运行过程中的实时数据进行测试，包括输入端和输出端的扭矩、转速、振动及温度等相关指标，设计人员针对以上指标深入分析，能够极大地为设计人员的设计和改进提供了借鉴意义。随着旋转设备逐步向大型化、高速化等极端方向发展，设计人员对传动系统提出了更为苛刻的要求，这就依靠传动实验台模拟真实的工况对传动系统的设计提供了借鉴，因此，本文对传动系统实验台的结构原理及整体架构进行深入的研究，具有很强的现实意义。本文主要内容和结构如下：第一章：论文选题意义、传动系统实验台分类和特点以及国内外发展与研究现状；第二章：分析现有减速传动术，采用三维软件SolidWorks，对传动系统实验台的机械结构进行三维造型； 第三章：对传动系统实验台的传动系统进行设计，包括电动机选型、减速比分配、减速器选型及设计等内容；第四章：利用材料力学所学知识，对轴结构进行强度校核；第五章：结论与展望。第二章 机械传动实验台机械设计2.1 机械传动含义机械传动是将输出动力传递给执行部件的一类设备的总称，机械传动是在日常生活中常见的一类机械设备，按照作用原理分类，能够将机械传动分为以下两类：首先，作用机理是摩擦力，代表传动机构为带传动，其依靠传递部件之间产生的摩擦力，进而驱动执行元件运动的过程。摩擦传动是借助于摩擦力实现传动，能够达到无极变速的要求，同时，摩擦传动大多适用于两个轴距离较远的场合，而且遇到过载传动的时候，能够出现打滑情况，防止电机端被卡死等情况发生9；第二类，靠两个元件相互啮合完成的传动过程，其代表类型为齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、行星齿轮传动、谐波齿轮传动等，谐波齿轮传动适用于机器人、自动化设备等，其具有传动比大、传动平稳及传动运转性高等优点，是目前最为先进的一代减速机，很符合机械手对减速机的使用要求，但由于谐波壁的加工难点，国内企业还不能自主生成谐波壁。但是机械传动件的种类很多，各种传动设备的减速比及传动原理各部相同，机械类学生在学习相关章节时，理解较难，不能准确掌握。另一方面，机械传动件是机械设备中的一个十分关键的组成部分，机械传动件直接关系到整体设备的传动效率和使用可靠性，往往设备出现问题，是由于传动系统的故障导致的，机械设计师在设计机械传动系统的时候，希望能够设计出整体性能可靠，传动效率高的传动系统，但是，由于摆线针轮减速机、谐波减速机等都是内部结构较为复杂的传动系统，如果出现了一点制造误差，就会导致整体系统的传递效率到不到设计要求，进而影响整体设备的运转，同时设计效率是根据理想情况设计的，而往往实际工况的工作环境较为恶劣，轴承的润滑情况也不能达到理想状态，这都导致了设计与实际工况有很大的距离，这往往需要提前对整体传动系统进行模拟实际工况的实验，并分析实验数据，对设计进行一定的修改，并能够满足使用要求10。随着传动系统实验台的逐步发展，国内各所大学都配备了传动系统实验台，同时，这些实验台能够配备不同的减速传动系统，能够满足演示和实验大部分常用的传动设备的要求，这种一台实验台多种演示功能的实验台能够减少在实验台的占地面积，减少学校的采购费用。这种实验台能够配合学校相关课程的讲解，增加学生对相关设备的理解，让学生们懂得传动原理，及一般设备的传动系统的组成因素，其主要分为驱动电机、联轴设备、传动设备、测量设备及负载设备等几部分，在学校搭建传动系统实验台能够培养学生依靠课本当中所学的机械专业知识，对各种传动系统进行动手的组装，能够培养学生的自主实验能力，这能够让学生们更好地理解传动系统的设计思想，为将来走上工作岗位进行难度更好的设计工作打好基础。2.2 SolidWorks三维软件简介Solidworks软件是目前最为流行的机械工程师建立模型的三维软件，其以后自身强大的功能及人性化的设计，已经成为帮助机械工程师进行设计的最佳工具。SolidWorks公司成立于90年代初期，发起人是两个机械工程师，他们建立公司的初衷是研发一款建立实体模型的单位软件，帮助机械工程师解决复杂结构的设计难题，原始没有三维软件的时候，机械工程师进行复杂结构的设计，都是依靠自身的设计经验和强大的空间三维想象能力，工作效率低、易出现错误、入职门槛过高。当这个软件研发出来后，解决了机械工程师的难题，正因为如此，SolidWorks软件自创办以来，得到了迅速发展，目前已经在全球成立了累计达到300余家的经销网点，并多次获得最受机械工程师最受欢迎软件称号11。SolidWorks软件带来了一个创新的时代，其采用创新性的三维模型技术，是世界上第一款在Windows系统上实现三维建模的软件，其软件功能十分强大，同时，其采用的窗口型操作方式，和windows操作极为相似，并通过人性化的帮助向导功能，提升了新人的熟悉度，SolidWorks软件特点是功能丰富、极易入手和技术创新，其具体表现为以下几点：首先，随着软件的更新，内部逐渐兼容了有限元分析功能、标准件导入功能、二维图制作功能、演示动画制作、管路及电缆制作等多项功能，基本是涵盖了机械工程师在日常工作中所需的所有功能，方便使用者通过这一个软件完成整个设计的完整的过程，极大地简化了平时工作的繁琐性，提升了工作效率；软件极易上手，SolidWorks内部包含了多种语言的演示实例和帮助文件，并且其采用和windows相似的窗口操作系统，使初学者只要熟悉了Windows系统之后，就能极易入手。2.3 整体系统结构设计本方案用三维软件对整体结构进行三维造型，首先在零件操作中，根据各零件的实体尺寸建立零件，螺栓、螺钉、螺母等标准件不需要建立三维模型，三维软件能够直接查找到这些标准件的模型，节约了设计者的建模时间。各零件模型建立成功后，在软件中建立装配体，根据各零件自身的装配关系，现将零件装配到子装配体中，包括驱动电机装配体、联轴节装配体、减速器装配体、测速传感器装配体、磁粉制动器装配等几部分。对其外表改变其颜色，完成整体结构的建模12。本方案设计的传动实验台由操作实验台和实验设备摆放台组成，操作实验台是采用钢板焊接制成，上面有两个操作控制箱，操作箱上是一个多按钮、多开关及多显示灯集成的操作台，操作实验台的正面面板上还有两个显示屏，显示屏上能够显示各个传感器的测量数据，并对这些数据进行处理分析，将其按照算法绘制数据分析曲线，操作台内部装载了单片机控制器，单片机控制器固定在操作台内部，是本次试验的大脑，通过采集各传感器及开关的信号，对其内容进行分析、处理，进而控制各执行器动作及将相关信息显示在显示屏上，完成了整体系统的控制14。试验设备摆放台采用方形钢管和钢板焊接制成，钢板作为试验设备的摆放载体，在钢板下侧焊接有方形钢管，其作为钢板的加强筋，提高钢板的刚度，钢板上方钻有设备安装孔，各设备能和安装孔通过螺栓连接，完成设备的固定。试验设备摆放台上摆放了驱动电机、联轴节、转矩转速传感器、磁粉制动器及传动测试设备15。驱动电机作为整体设备的驱动端，放置于摆放台的一段，驱动电机可以通过控制台调节其转速和扭矩，驱动电机通过联轴节和输传感器连接，这个输入端的转速转矩传感器主要是测量电机输入端的转速和转矩及其他参数，这个减速器端可以使摆线针轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、齿轮箱减速器、V型带轮减速器中的一种或者几种，它们之间可以通过联轴节实现连接，根据具体的实验要求及减速比等设计要求，选择它们之间的一种或者几种减速器进行减速传动，选择几种减速器配合使用的时候，如果想观测其中每个减速器的转速和转矩，可以在当中增加中间端的转速转矩传感器，实现观测中间端的转速和转矩。在待测减速器的后端和输出转速转矩传感器相连，输出转速转矩传感器检测输出端的转速和转矩，通过检测输出端的数据和输入端的数据，通过控制台数据处理系统，能够得出减速系统的减速比，功率损失，转矩比等关键参数，对后续研究人员对减速器的设计有着指导意义。减速器末端和磁粉联轴器相连，磁粉联轴器根据系统需要的负载，可以调节特殊的和真实情况相符的载荷情况，能够仿真真实的负载情况16。图2.1 传动系统实验台整体结构2.4 操作实验台结构操作台共有两个操作面板、两个显示屏和一个单片机处理器，左操作面板主要是控制驱动端电机的启动及停止，并能够根据实际工况调节电机的转速等相关参数，左操作面板上面有按钮指示灯，用于观察个传感器是否安装到位及设备的其他相关状态，左操作面板上面还有急停开关，急停开关是设备的总开关，遇到紧急情况气动急停开关，能够关掉所有设备的电能，当急停开关恢复功能时，各电气设备才能正常运转。右操作面板上面有旋钮开关和操作指示灯，用于控制磁粉制动器的制动扭矩等参数。同时，操作台的正面板上还有两个显示屏，左显示屏显示了各传感器的采集参数及电机运转的状态，右显示屏能够根据操作者要求，对传感器采集的数据进行处理及分析，为操作者分析测量减速设备的状态提供参考。操作台采用厚度为3mm的钢板焊接制成，为了增加内部的刚度，在棱边处焊接有宽度为30mm的方形钢管，操作台后侧采用折页开门形式，所有设备安转通过将操作台后门打开，完成设备的放入和安装。图2.2 控制台操作面板2.5 行星减速器结构行星减速器是较为常用的一种减速器，它的运动原理是通过太阳轮作为输入轴端，行星轮作为输出轴端完成的一种减速增扭传动机构，行星减速器的行星轮数量一般为3个，如果尺寸较大的行星减速器，可以根据设计要求增加行星轮数量，以便满足高功率的传递要求17。行星减速器是在上世纪80年代被美国公司首先研发出来，之后经过的多年的发展改进，目前，已经在各行各业得到了广泛应用，行星减速器最大的优点是作为一个普遍在工业领域中应用的行星减速器，其性能能够达到其他种类减速器军品级别的性能要求，而其价格也比其他那种军品类减速器低廉很多，所以在其性能得到完善之后，迅速得到了广泛的应用13。行星减速器优点主要表现在以下几个方面：1）单级减速比最大为10，这个减速比和摆线针轮等大传动比的减速机相比，还有一定的差距，但与传统的齿轮减速机相比，行星减速器的减速比超过了同尺寸的齿轮减速机；2）结构紧凑，行星减速机是采用同轴传递的原理，并采用多级行星轮分担扭矩，所以整体尺寸能够做到很紧凑，尺寸远小于普通的齿轮减速机，因此机器适用于结构紧凑的需求场所；3）承载能力强，行星减速器采用功率分流原理，多个行星轮同时啮合，传递平稳，承载能力强；4）使用寿命高，由于行星减速器多齿轮同时啮合，在设计合理的前提下，并保证在行星齿轮减速器使用过程中，对其及时润滑，行星齿轮减速器的使用寿命会达到很长，超过传统使用寿命20。本文设计的行星减速器的减速比为8，根据机械设计标准选用功率和电动机匹配的行星齿轮减速器进行设计，包括了太阳轮、行星轮、保持架、大齿圈、壳体、法兰盖、安装座、输入轴、输出轴及连接螺栓等几部分组成。图2.3行星齿轮减速器结构输入轴是采用花键形式，和前段的减速器及其他机构，通过花键连接方式进行配合，输入轴的总长为105mm，最大轴径处的直径为40mm，输入轴材质为45#钢，45#钢具有很好的力学强度及很好的韧性，同时45#钢是市场上常用的一种钢材，性价比高，价格低于同种强度的其他钢材。输入轴的加工精度要求较高，需采用车削工艺能够达到输入轴的工艺需求，并需保证关键配合圆周的同轴度和圆度21。太阳轮和输入轴采用键连接方式，通过输入轴的旋转，带动内齿轮旋转，完成转矩的传递，太阳轮是行星齿轮的关键因素，其强度及设计合理性，直接关系到行星齿轮减速器的性能，太阳轮模数为1.5，共有50个齿，材质采用20CrMnTi渗碳淬火，整体强度可靠，使用性能能够满足要求。太阳轮加工采用插齿工艺，插齿工艺需配合和太阳轮啮合的齿轮相同的插齿刀，插齿刀对太阳轮的加工分为以下几个步骤：1）切削运动：插齿刀和太阳轮位于正确的切削位置后，插齿刀的切断磨有切削人，通过插齿刀的向下切削运动，太阳轮被完成切削；2）齿轮回转运动：在插齿刀对太阳轮的某几个齿形完成切削后，太阳轮旋转一定角度，旋转的角度需保证和齿轮下次需加工的角度相对应，同时，控制太阳轮旋转的旋转轴需和太阳轮有相同的同轴精度；3）回程运动：插齿刀在完成一个切削行程后，需要进行回程运动，插齿刀退回到初始位置，以便于进行下一次切削；4）让刀运动：在插齿刀回程运动之前，为保证不破坏已经加工好的切削面，插齿刀需向后退出一定的距离；5）进给运动：一个齿形往往需要多次切削才能完成，在一次切削完成后，插齿刀向前方前进一定的距离，进行下一次切削22。本方案设计的行星减速器中的行星轮共有3个，它们相隔120度，均匀分布在太阳轮的四周，性能轮内部和太阳轮啮合，外部和外齿轮啮合，绕着太阳轮旋转，行星轮一边产生自转，一边产生绕着太阳轮的公转，进而带到保持架，实现了从输入轴到输出轴的减速运动。行星轮模数和材质材质为20CrMnTi，模数为1.5，齿数为24个，行星轮内部留用18mm的圆孔，这个圆孔的作用是和保持架进行配合，需保证行星轮内圆和外齿的同轴度误差不超过0.05mm，同样，行星轮也是采用插齿工艺生产。最大的外齿轮是保持行星轮的作用，最大的外齿轮并不旋转，上面有8个直径为5mm的圆孔，用于和壳体采用直径为4mm的M4螺栓进行连接，内齿圈不旋转，固定行星轮和保持行星轮绕着太阳轮进行旋转，内齿圈和太阳轮的模数相同为1.5，齿数为120个，同时，内齿圈厚度为15mm，整体结构紧凑，能够满足在狭小空间的使用要求。2.5 摆线针轮减速器结构摆线针轮减速器是采用KHV传动原理理论研究出来的减速传动机构，其结构具有创新性，它不同于传统的齿轮型减速机，单独依靠齿数比进行减速传动，其结构采用新颖的少齿差结构，外圆和内圆采用偏心原理，同时外圆的齿比内圆的齿数多一个，行程一种减速传动的机构。目前，摆线针轮减速机已经广泛用于建筑、化工、市政等各种机械上，其采用的是类似于行星齿轮传动的方式进行驱动，其结构包括驱动轮、偏心轴、执行轮等几个部分，采用巧妙的设计将其结合在一起，并且执行轮比外面的针轮齿圈少一个齿，利用差齿配合传动原理，在驱动轮转动一圈的时候，执行轮只转过了一个齿，通过这种运行方式，实现了大幅减速的目的25。摆线针轮减速机自从面世以来，就收到了各行各业设备的青睐，这是以后几点优点：1.大减速比：目前摆线针轮减速机的最大减速比能够做到87，仅次于谐波齿轮结构，是目前单级减速比较大的减速机；2.结构紧凑，由于摆线针轮减速机的输出轴和输入轴的同轴性，整体结构紧凑，能够满足各种狭小空间的使用要求；3.运行平稳，啮合机构是整个机构完整受力，受力性能优良，力学性能好，使用可靠性高。本文采用三维设计软件设计的摆线针轮结构，摆线针轮结构是按照国家标准进行设计的，摆线针轮的选型和设计已经达到标准化了，国家已经出台了相关标准，本项目中选择的摆线针轮减速机的减速比为35，查找相关表格，确定摆线针轮减速器的对应尺寸，进而绘制出三维模型，如下图所示。图2.4 摆线针轮减速器结构2.6 蜗轮蜗杆减速器结构在很多工业场合还在使用蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆传动是采用蜗轮和蜗杆传动原理的一种减速器，也是常用的减速器中的一种，但技术相对落后，一些场合被这些技术所替代，蜗轮减速器的特点较为明显，减速比高，标准型蜗轮蜗杆传动减速器能够达到减速比63，同时蜗轮蜗杆减速器两个轴都是垂直布置，蜗轮蜗杆减速器的传递效率较低，国产的蜗轮蜗杆减速器的传动比约为65%。本方案设计的蜗轮蜗杆减速器采用蜗杆输入，蜗轮输出的方式，减速比能够达到35，整体外壳材质为Q235，蜗杆的材质是45#钢，整体结构设计紧凑，蜗杆的两端通过两个深沟球轴承拖起，根据蜗杆尺寸，选取标准的深沟球轴承进行配合，蜗轮的两端也是通过深沟球轴承对其实现对中和固定，蜗轮为实现减重，在其圆周方向上钻几个减重孔，实现对其减重。壳体分为上壳体和下壳体两部分，上下壳体通过螺栓连接实现固定。在蜗轮上方钻有注油孔，可以在注油孔中加入润滑油，润滑油主要是由润滑和冷却两个功能，使得蜗轮蜗杆运动副在良好的工作条件下实现运转。图2.5 蜗轮蜗杆减速器结构2.7 圆锥齿轮减速器结构齿轮减速箱是最古老的一种，其采用两种齿形相同，齿数不同的圆锥齿轮对其实现传递扭矩的运动，齿轮减速器目前依然是使用种类最多的减速器，按照其结构又可以分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器。这两种减速器的最大区别在于两个轴是否在一个平面上，但一般轴线并不相同，根据客户的定制要求，也可以做成同轴线的圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器采用两个圆锥齿轮相互啮合，其输入轴和输出轴并不在一个截面上，两个轴相互垂直，所以主要用于需要改变两个轴方向的场合。在1990年以后，以SEW为代表的一批国际巨头齿轮企业进军到中国市场，我国上千家齿轮减速箱生产企业，但我国的齿轮减速箱企业还处于低端，一部分企业在按照国家标准，剩下的企业则在模仿国外的顶尖企业在生产相同规格的减速箱，并没有自己的核心技术28。齿轮传动的优缺点都比较明显，分别为以下几类：1效率高：齿轮传动是采用与其他传动系统不相同，齿轮传动由于其传动的特性，传动效率较高。普通的齿轮传动，传动效率能够做到99%，就是因为齿轮传动效率的高效性，齿轮传动被广发使用；2)结构紧凑：传统的齿轮箱的结构采用平行轴，在两个轴之间可以采用多级齿轮传动，能够极大地节约空间；3)工作可靠、寿命长：齿轮结构是采用多个轮齿交替啮合完成动力传递的情况，在载荷设计合理的前提下，整体工作较为平稳，使用寿命可靠，一般使用寿命能够达到20年左右，稳定的可靠性能够保证系统性能，在维护性不好的场所，这点事很关键的，因此齿轮传动机构在煤矿、航空领域被广泛应用；4)传动比稳定：齿轮采用啮合原理，传动比能够保证在一个较为稳定的范围内，适合用于对传动比要求较高的场合。齿轮传动按照结构的组成可以分为开式、半开式及闭式。开式齿轮传动是指在一些与齿轮结构要求不强的场所，在齿轮结构外面并没有专用的防护罩或者机壳，并且开式齿轮结构并没有相应的齿轮油，齿轮工况较为恶劣，属于干摩擦情况，这种多用于拖拉机、生产设备等。半开式齿轮传动是指并没有完全封闭性的机壳，只有部分机壳对齿轮进行防护，部分齿轮浸泡在润滑油总，这种工况相比较开式齿轮结构，齿轮工作的工况有些改善，但是还是不能解决齿轮之间的进杂质等问题，适合用于对工况要求不苛刻的机械设备中。闭式齿轮传动是指齿轮在一个封闭的箱体内，齿轮在充分润滑的过程中完成运转，大部分机械设备都采用这种齿轮传动结构，其具有工作条件优良、齿轮工作寿命长等优点。齿轮减速箱的优点是结构简单，易于拆卸，使用寿命长，本方案设计的为圆锥齿轮减速器，和以上几种减速器相比，整体结构较为简单，包括上壳体、下壳体、输入轴、输出轴、挡圈及轴承等几部分，输入轴和输出轴整体结构和下壳体装配完成后，安装好上壳体完成装配，上壳体安装有注油孔，用于向壳体内部注入润滑油脂，完成整体润滑和冷却。输入轴和高速端是采用平键连接，输出轴和低速端采用花键连接，整体结构性能可靠，完成整体系统的扭矩传递30。图2.6 圆锥齿轮减速器结构2.8带传动系统结构带传动是采用摩擦传动原理实现的传动运动，结构主要是由三部分组成，皮带、大皮带轮和小皮带轮，大皮带轮一般都固定于低速输出端，小皮带轮一般固定于高速输入端，通过两个皮带轮尺寸的不同，由于皮带运动的速度是等于两个皮带轮圆周的线速度，所以带传动传动的减速比等于两个皮带轮直径的反比。皮带轮开始的过程是有电动机驱动小皮带轮进行运转，通过皮带轮和皮带之间的啮合或者摩擦，进而带动大皮带轮的运动。同步带传动，是一种啮合式的传动方式，他是利用皮带和带轮做出类似于齿轮的轮齿，利用皮带和带轮啮合运动实现的带传动，它客服传统带传统的传动比准确率低的问题，这种同步带传动机构能够保持稳定的传动比，不会造成滚轮产生滑动等，将带轮的优点和链传动的优点两个皮带轮，同时，同步带传动的皮带是采用氟丁橡胶及其他相似橡胶材料制作而成，有着良好的延展性，并适应高速端运转的情况，带传动一般都接在电机的高速端，作为电机的首次减速装置，同步带的减速比最大可以做到10，整体传送效率也较高，传动的噪声较小，由于皮带是较软材料，所以能够有效地减小传递噪声，远小于齿轮、链传动。但是同步带对安装精度要求极高，由于皮带轮两个轮需要和皮带的齿完全啮合上，所以对安装精度要求特别高。普通带传动的结构较为简单，适合大轴距间的减速传递运动，由于其特有的特点，普通带传动的传递原理是采用摩擦原理进行传递，按照带的类型，可以将普通带传动又分为平带传动、V形带传动及多口带传动，目前被广泛用于各种设备上，作为电机端的首级传递减速机构还能起到保护电机的作用，当负载端出现卡死、过载情况，皮带轮会出现打滑情况，保护电机，避免电机损坏，同时还能避免将负载端的振动传递给电机端，也起到电机保护作用，但是普通带传动的传动比并不准确，皮带会出现滑动情况，具体滑动距离需根据张紧轮的涨紧量进行确定，皮带轮传动还可以被用于传递物料等场所，这种工作场所的时候，两个皮带轮的直径基本相同，不对传动比进行改变。普通带传动的三种，针对一般机械设备的运转工况，v带传动可以满足大部分工况的使用要求，v带的断面形状类似于英文字母V，它的横截面呈等腰梯形，同时，需要根据皮带的形状，对带轮的形状进行相应的配做。和普通平带传动的摩擦机理不同，V形轮是采用两个等腰梯形的侧边和带轮采用配合接触，通过皮带和带轮之间的摩擦，传递相应的传动，V形带等腰梯形的侧面是和带轮的接触面，当张紧轮进行张紧时，带轮和摩擦轮即以两侧面为工作面，由于V形带传动的接触面更大，所以比平带传动有更好的摩擦力。本方案设计的带传动为V形带传动，两端都通过带有键槽的轴传递运动，同时，两个皮带轮直径直径比为2.5，因此减速比为2.5。图2.7 V形带轮减速器结构第三章 传动系统实验台传动系统选型设计本项目设计的传动实验台是一个针对不同减速机构的实验台，在实验台测试机构的前方和后方分别增加了测试实验台主轴扭矩转速等实验装置，便于研究人员分析不同的传统装置的传动特性，下文实验台的传动系统进行选型设计。3.1 电动机选择电动机是是本实验台的工作母机，其提供能量驱动各个实验设备的运转和运行，本方案的设计经过多级减速设备的输出端的功率最大为0.5kw，因此，对本方案的电机记性选型设计。(1)电动机类型： 计算电动机工作所需功率：输出所需功率：;电机驱动功率：;本实验台主要是针对皮带轮传动系统，圆锥齿轮减速器及蜗轮蜗杆减速器进行试验性能校核，所需功率最大的工况是连接皮带轮、蜗轮蜗杆及圆锥齿轮的工况，因此，针对此种工况，进行电动机所需功率设计。其中，为联轴节及轴承工作效率，0.8 为皮带轮效率，0.97 为圆锥齿轮效率，0.97 为蜗轮蜗杆减速器效率，0.7所以（2）电机型号确定根据电机选型手册，对电机功率留有一定安全系数，对电机型号查表得出，驱动电机为：Y90L-6，电机功率：1.1Kw，转速：910。3.2 联轴器设计计算联轴器在实验台设备中起到了连接各轴径的作用，同时也传递轴的转矩，为保证设备的安全运转，联轴器强度设计的合理性尤为关键。电机输出功率为1.1kw，采用多级转速驱动，减速比最大为60，电机的输出转速为15r/min，针对这种情况，对联轴器进行设计计算。轴所承受的最大扭矩为：联轴器的转矩计算：式中，-载荷系数，按下表查得，取=1.1。载荷性质无冲击平稳转动一般运动有冲击和振动运转11.21.21.51.52.5-硬度系数，按下表查得，取=1.0。滚道实际硬度HRC58555045401.01.111.562.43.85-精度系数，按下表查得，取=1.0。精度系数C、DE、FGH1.01.11.251.43因此，计算得出，联轴器转矩为875N.M。选取联轴节时，需选取公称转矩大于实际工作转矩的联轴节，根据机械设计手册，查表得出，选取公称转矩为900N.M的凸缘联轴器，这种联轴器是在平时应用较多的一种联轴器，其具有结构简单，制作方便，整体性能可靠，易拆装，易维护等多方面优点。；3.3 传动系统选型及设计针对目前较为常用的摆线针轮减速机、齿轮减速机、V型带传动、蜗轮蜗杆传动等进行选型和设计，由于实验台的负载情况情况各不相同，还有可能采用他们之间相互配合的两级及多级传动方式，本文对采用以上方法的减速其进行设计，同时减速比根据具体设计要求，特定给出。3.3.1摆线针轮减速机选型及设计目前，摆线针轮减速机已经广泛用于建筑、化工、市政等各种机械上，其采用的是类似于行星齿轮传动的方式进行驱动，其结构包括驱动轮、偏心轴、执行轮等几个部分，采用巧妙的设计将其结合在一起，并且执行轮比外面的针轮齿圈少一个齿，利用差齿配合传动原理，在驱动轮转动一圈的时候，执行轮只转过了一个齿，通过这种运行方式，实现了大幅减速的目的。摆线针轮减速机自从面世以来，就收到了各行各业设备的青睐，这是以后几点优点：1.大减速比：目前摆线针轮减速机的最大减速比能够做到87，仅次于谐波齿轮结构，是目前单级减速比较大的减速机；2.结构紧凑，由于摆线针轮减速机的输出轴和输入轴的同轴性，整体结构紧凑，能够满足各种狭小空间的使用要求；3.运行平稳，啮合机构是整个机构完整受力，受力性能优良，力学性能好，使用可靠性高。摆线针轮的选型和设计已经达到标准化了，国家已经出台了相关标准，在标准中设计了BL、BW型等多种摆线针轮减速机的外形尺寸和载荷系数，设计时，需根据具体要求对相关数据进行设计，本项目中选择的摆线针轮减速机的减速比为35，查找相关表格，可以确定采用BL2-35-1.5型摆线针轮减速器，具体参数如下表所示。表3.1 BL2-35-1.5摆线针轮减速器的主要参数输入转速r/min输入功率 kw减速比输入轴轴径 mm输出轴轴径 mm9551.13530553.3.2 V形带选型及设计V形带也是常用的一种减速驱动方式，一般用于电机的驱动端，减速比高，能够远距离改变电机输出轴径的目的，同时，V形带是软连接方式，能够避免负载端的振动或者卡死将电机端憋坏，本文针对V形带的设计要求，进行详细结构设计。（1）确定计算功率 根据机械设计手册，查表得出： 故（2）选V带带型根据，查找V带轮选型表，进而选择A型带。（3）计算带轮直径和带速v1）查表得出，小带轮基准直径2）验算带速v：3）查表得：（4）计算V带中心距a和基准长度由于V带轮中心距公式为 取计算所需基准长度选取基准长度计算实际中心距 变动范围 （5）验算小带轮的包角（6）计算带的根数1）计算单根由和，查表得出。根据，A型带，查表得出。查表得：，进而得：2） V带根数 根，为留有较大的安全系数，取Z2（7）计算V形带受力情况查表得出，由于V形带为A型，取（8）计算压轴力3.3.3 圆锥齿轮减速器选型及设计齿轮减速器是目前使用种类最多的减速器，按照其结构又可以分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器。齿轮减速器是使用最早的减速器结构，在人们发现不同齿数的齿轮进行啮合的时候，会参生两个齿轮的转速不一样的情况，而它们转速比正是两个齿轮齿数比的时候，齿轮减速器就产生了。在1990年以后，以SEW为代表的一批国际巨头齿轮企业进军到中国市场，我国上千家齿轮减速箱生产企业，但我国的齿轮减速箱企业还处于低端，一部分企业在按照国家标准，剩下的企业则在模仿国外的顶尖企业在生产相同规格的减速箱，并没有自己的核心技术。本文针对圆锥齿轮减速机进行选型和设计，减速比为2.3。1、圆锥齿轮设计计算根据齿形国家标准GB12369-90，齿形角（1）确定齿轮材质根据强度设计要求，齿轮材料均选取45号钢。小齿轮齿面硬度为250HBS，大齿轮齿面硬度为220HBS。精度等级取8级。试选小齿轮齿数取调整后（2）按齿面接触疲劳强度设计根据传统接触强度计算公式，计算齿轮齿面为试选载荷系数：。计算小齿轮传递的扭矩：取齿宽系数：查表得出弹性影响系数：查表得出区域因子：查表计算应力循环次数：查表得接触疲劳寿命系数：，查表得疲劳极限应力：，计算接触疲劳许用应力，安全系数，计算出小齿轮直径：，则齿轮的圆周速度计算载荷系数：a：查表得齿轮使用系数 b：查表得动载系数c：查表得齿间分配系数d：查表得齿向载荷分布系数 查表得，所以e：接触强度载荷系数按载荷系数校正分度圆直径取标准值，模数圆整为计算齿轮的相关参数，确定齿宽：圆整取(3)校核齿根弯曲疲劳强度载荷系数当量齿数，查表得，取安全系数查表得弯曲疲劳寿命系数，查表得弯曲疲劳极限为：，许用应力校核强度计算得出，因此得出齿轮能够满足使用要求。3.3.4 蜗轮蜗杆传动计算蜗轮蜗杆传动是采用蜗轮和蜗杆传动原理的一种减速器，也是常用的减速器中的一种，目前，在很多工业场合还在使用蜗轮蜗杆减速器，但由于摆线针轮减速器和行星减速器的适用性越来越强，一些场合被这些技术所替代，因此，蜗轮蜗杆减速器呈减少趋势。蜗轮蜗杆减速器的特点较为明显，蜗轮蜗杆减速器的减速比高，标准型蜗轮蜗杆传动减速器能够达到减速比63，同时蜗轮蜗杆减速器的输入轴和输出轴不在一个轴线上，他们同时也不在一个平面上，蜗轮蜗杆减速器的传递效率较低，国产的蜗轮蜗杆减速器的传动比约为65%，国外的能够达到80%，但传动效率依然和齿轮传动的效率相差很大，下文对蜗轮蜗杆减速器进行设计计算，蜗轮蜗杆减速器搭配带轮传动机和摆线针轮减速器传动，对驱动电机进行大幅减速。1.蜗杆功率与材料的选择蜗杆的输入功率式中，摆线针轮减速机的传动效率，；联轴器的传动效率，。由于电机转速为955r/min，摆线针轮减速比为35，计算蜗杆的转速n2=n1i1=95535=27.3r/min根据蜗杆输入功率及转速，选取蜗杆材料为45钢；蜗轮齿圈材料采用ZCuSn10P1。设螺母高为H，螺距为P，螺纹中径为，螺纹工作高度为h，则螺纹承载圈数Z=H/P，螺旋总轴向载荷为，每一圈螺纹承受的轴向载荷为,其成载面积。因此。螺纹工作面上的压强为,己耐磨性条件为： 表3.2 滑动螺旋副材料的许用压强螺杆材料螺母材料滑动速度（m/s）许用压强钢青铜低速1825钢钢7.513钢铸铁0.041318钢青铜0.051118钢铸铁0.10.247钢耐磨铸铁68钢青铜710设，则 ，代入上式并整理后可得：对于锯齿螺纹，h=0.75P，由上表3-1，选取=6Mpa则考虑到螺旋导程不能太小,取导程P=10mm。2.主要参数计算根据传动比，查机械设计表12-2，取，采用蜗轮的工作转矩进行设计计算，则查机械设计表12-5得基本许用接触应力，设计使用期限为10年（=24000h），则应力循环次数进而计算寿命系数计算许用应力由于是蜗杆与蜗轮配对使用，故=160。根据蜗轮蜗杆设计要求，进而确定蜗轮及蜗杆的主要参数，各参数如下表所示。表3.3 蜗轮及蜗杆的主要尺寸参数表名称符号计算公式及结果 mm中心距aa=245蜗杆轴向模数mm=10蜗杆头数Z1Z1=1蜗轮齿数Z2Z2=iZ1=33传动比ii=33蜗杆直径系数q16齿顶高系数ha*ha*=1蜗杆轴向齿距PxPx =m=31.41蜗杆导程PzPz = Z1Px =31.41蜗杆轴截面齿廓压力角=20间隙CC=（0.20.3）m，取C=1.5蜗杆齿顶高ha1ha1= ha*m=10蜗杆齿根高蜗杆齿高=+=21.5蜗杆分度圆直径蜗杆齿顶圆直径蜗杆齿根圆直径蜗轮分度圆直径=*m=3303.蜗轮蜗杆强度校核蜗杆材料为45钢，调质处理，查机械设计手册，蜗杆的屈服硬度为590MPa，安全系数取，计算蜗杆许用屈服强度=590/2=295Mpa蜗轮的工作扭矩为，蜗杆为单头，故，设蜗杆的工作扭矩为,则故，满足设计使用要求。由于轴承为标准件，在设计轴径的同时，需根据轴径选择所需轴承的型号。这里由于所受轴向力向里，考虑到设计的经济性，这里决定选用圆锥滚子轴承；根据蜗杆轴与轴承配合处的轴径为d=90mm，选用双列向心轴承，型号为：滚动轴承 3218GB/T2971994。第四章 磁粉制动器轴强度校核4.1 轴强度校核定义强度是指零件抵抗外力而产生形状变化的能力或者抵抗破坏的能力，它是零件设计的关键指标，也是机械工程师在设计机械系统中，保证机械运转可靠性的最基本指标。轴的强度分析是机械工程师进行转动体设计的必备环节，轴是承担着主要零部件的载体，其受到了零部件的重量，并且轴还是传递扭矩的关键部件，如果轴强度有欠缺，出现了屈服变形甚至破坏，则整体设备将出现严重的事故，对轴的强度进行校核分为弯曲强度校核、屈服强度校核及弯扭合成强度校核，需要根据各种轴的实际受力情况，进行具体的受力分析，进而得出采用何种方式对轴的强度进行校核。4.2 磁粉制动器轴强度校核实验台的传动轴共用电机轴、传感器传动轴、减速器传动轴、磁粉传动轴等5个轴，其中磁粉制动器轴的受力最为恶劣，其需承担磁粉制动器的重量，同时需承担磁粉制动器的扭矩，因此针对磁粉制动器轴进行强度校核，由于篇幅有限，其他几个轴的受力情况和磁粉制动器轴相似，在这里就不赘述了。滑轮轴为不产生扭矩传递的心轴形式，需对滑轮轴进行弯曲强度校核计算，滑轮轴材质为Q235，抗拉强度为380MPa，屈服强度为235MPa，弯曲疲劳极限为170MPa，剪切疲劳极限为105MPa，许用弯曲应力为40MPa。图4.1 磁粉制动器轴结构4.2.1 磁粉制动器轴受力分析轴强度分析的第一步，需根据轴的实际受力情况，对轴绘制出轴的受力图，轴的弯矩图及轴的弯扭合成图，分析磁粉制动器受力情况如下图所示。图4.2 磁粉制动器轴弯矩图按照上面提到的第三强度理论公式：式中：-轴的受力，Mpa；M-作用在轴上的最大弯矩， N.mm；T-作用在轴上的最大扭矩，N.mm；W-轴的抗弯截面系数，mm3。根据传动实验台各系统的详细设计参数，进而可以确定磁粉制动器轴的上式参数，如下所示：根据图分析可得：因此：=591200 N.mm=530300 N.mm同时，根据磁粉制动器轴的使用工况，查表得，取=0.6。4.2.2 磁粉制动器轴抗弯截面系数计算对设备各组成元素及零部件的截面分析特性，这种截面的状态叫做截面模量。截面模量是计算轴、梁的弯曲强度和扭曲强度的必备因数，是横梁轴、梁抵抗弯曲或者扭曲变形能力的因数。如果截面模量越大，表示这种截面抵抗弯曲或者扭曲变形的能力越强，反之则为越弱。根据以上弯扭合成受力分析图计算可知，磁粉制动器危险截面出现在带键槽的截面，其截面形状如下所示：图4.3 磁粉制动器轴危险截面结构图根据机械设计手册，确定带有键槽的圆轴的抗弯截面系数计算公式为可得：根据危险截面分析,取M=5912000 N.mm强度的计算：将以上数据分别带入上式中可得：前面已经选定轴的材料为45钢，根据机械设计手册，查表得,所以，故轴安全。4.2.3 磁粉制动器轴强度精确计算轴的精确强度计算是根据传统计算方式的改进版本，其按照分类能够分为按疲劳强度条件和按精强度条件进行精确计算。1.按疲劳强度条件进行精确计算疲劳强度校核是指轴在交变应力作用下的，轴经过多次交变应力的抵抗其强度的属性，由于针对力的方向经常改变的情况，只校核轴的静强度不能反映出轴的实际受力情况，因此，针对轴校核其疲劳强度，分析其在交变应力作用下的强度。对轴的疲劳强度校核，首先也是要分析危险截面，对危险截面的计算公式如下式所示。公式如下：其中： 为弯矩的安全系数 为扭矩的安全系数 S为按疲劳强度计算的许用安全系数：见下表。表4.1 许用安全系数选取条件S选 取 条 件1.3-1.5载荷确定精确,材料性质均匀1.5-1.8载荷确定不够精确,材料性质不够均匀1.8-2.5载荷确定不精确,材料性质均度较差由于受力情况较为复杂需根据垂直方向应力和周向方向应力单独进行校核，仅有垂直方向应力时，应满足仅有周向切应力时，应满足式中： 对弯曲疲劳强度(MPa)； 对材料扭转疲劳极限(MPa)；为特殊因素； 为表面系数；为应力
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