机械毕业设计（论文）-笔记本转轴寿命试验机机构设计【全套图纸】.pdf

毕业设计说明书 - 1 - JIANGSU UNIVERSITY 本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 笔记本转轴寿命试验机机构设计 Mechanism Design of Notebook Pin Span Testing Machine 学院名称： 机械学院 专业班级： 机械 0903 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 年 月 毕业设计说明书 - 2 - 目 录 第一章 总体方案设计1 1.1 设计要求 1 1.1.1 笔记本转轴试验机的基本设计要求 1 1.1.2 笔记本转轴试验机的具体设计要求 2 1.2 方案拟定 2 1.2.1 方案 1 3 1.2.2 方案 2 3 1.2.3 方案 3 4 1.3 方案对比 4 1.4 机构的组成 5 第二章 原动机的选择5 第三章 辅助支撑机构的设计 7 3.1 机架的设计 7 3.2 支撑板的设计 9 第四章 传动机构的设计 10 4.1 主动机构的设计10 4.1.1 键 10 4.1.2 摆杆的设计 11 4.1.1 螺钉紧固轴端挡圈的选取 12 4.2 从动机构的设计 12 4.2.1 从动轴的设计 13 4.2.2 轴承的选取和寿命计算 16 毕业设计说明书 - 3 - 第五章 执行机构的设计17 5.1 横杆的设计 17 5.2 夹爪的设计 17 5.3 压块的设计 18 结论 19 致谢 20 参考文献 21 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 毕业设计说明书 - 4 - 笔记本转轴寿命试验机机构设计 专业班级：机械 0903 学生姓名： 指导教师： 职称： 摘要 本次毕业设计是设计一个笔记本转轴试验机的机械机构部分。 转轴是链接 笔记本屏幕和主机的重要部件，其寿命影响着笔记本的使用寿命。进行笔记本转 轴寿命测试可以鉴定其使用性能，了解转轴的设计缺陷，为笔记本的使用以及结 构的改进提供重要依据。因此，根据笔记本生产的实际需求，进行转轴寿命试验 机构的设计，可以为笔记本性能测试提供可靠的试验工具，具有较高的理论和实 际应用价值。 笔记本转轴试验机的机构部分比较简单，市场上已经有不少较为成熟的产 品。但是，绝大多数的产品只能实现笔记本 180开合的试验，而本款试验机的 创新之处就在于它可以实现笔记本 360旋转的测试。 机构设计的主要内容包括支撑板、机架等支撑固定结构的设计；电机选取， 轴系设计和摆杆等传动系统的设计；还有夹爪、压板等夹具的设计。其中传动系 统和夹具的设计是关键。由于 360 旋转设计的独特之处，试验机构的空间干涉问 题是本次设计的最大难点。另外还要进行设计校核计算。 关键词：笔记本转轴试验机；360旋转；轴系设计；夹具设计；干涉 毕业设计说明书 - 5 - Mechanism Design of Notebook Pin Span Testing Machine Abstract ：This graduation design is aiming to create a mechanical part of the notebook pin span testing machine. Pin is a very important part which fit the notebook screen together with the main part. Its span affects a lot of the service life of the notebook. The notebook pin span test can tell its function is good or not, and help people get to know the defect of the pin. So the designer can refine the construction of the notebook and the pin to make it a better product. So in the process of manufacturing notebooks, according to the practical needs to create a notebook pin span test machine is valuable so that we can provide the test a reliable tool. The mechanical part is simple to design, there are many products already. However, most of them can only test the 180 opening kind of notebook, this design is trying to invent a machine which can test the 360spin notebook and this is something new. The mechanical design include mainly refers to the design of shoe plate and body frame which are using to hold the notebook and the other components. And also I have to choose the motor size and design the transmission part. Fixture is also an important part which can hold the notebook while spinning. Because its special to spin 360 , I have to avoid space interference to make sure the machine wont get collided. After all, verifying calculation is needed to make sure the components are OK. Key word: notebook pin testing machine ; 360spin ; shaft design ; fixture design; interference 毕业设计说明书 - 1 - 引言 转轴是链接笔记本屏幕和主机的重要部件， 其寿命影响着笔记本的使用寿命。 进行 笔记本转轴寿命测试可以鉴定其使用性能， 了解转轴的设计缺陷， 为笔记本的使用以及 结构的改进提供重要依据。因此，根据笔记本生产的实际需求，进行转轴寿命试验机构 的设计， 可以为笔记本性能测试提供可靠的试验工具， 具有较高的理论和实际应用价值。 笔记本转轴寿命试验的目的是为了检测笔记本的使用性能是否达到要求， 其检测的 结果和试验数据可以作为设计、 生产和销售的依据和指导。 笔记本转轴试验机构的设计 的要点是在笔记本固定在试验台的情况下， 夹持笔记本的屏幕， 实现笔记本的反复开合， 通过传感器及控制系统， 可以记录笔记本开合的次数和扭力。 通过分析扭力随着合开次 数的变化趋势，来分析转轴的工作情况和寿命。 第一章 总体方案设计 1.1 设计要求 1.1.1 笔记本转轴试验机的基本设计要求 马履中教授编著的机械原理与设计一书中对机械设计的基本要求是：机械设计 首先要保证的是产品的功能及其可靠性， 并保证产品具有良好的工艺性， 主要包括机器 及零、部件的设计。 设计机器应满足的基本要求： （1） 功能性要求 这主要包括正确选择机器的工作原理， 正确设计或选用原动机、 传动机构和执行机构，以及合适配置辅助系统来保证。 具体到本次笔记本转轴试验机的机构设计， 也涉及到以上几个方面。 如机器工作原 理的确定，采用合适的方式支撑笔记本，然后通过电机和传动系统的力矩传递，实现笔 记本的自动摆动。 原动机的选择是采用异步电机、 步进电机还是伺服电机？是否需要搭 配减速器？再如笔记本的传动机构的设计，主要是轴系的设计，包括轴的设计校核，键 的设计，轴承的选择安装等。而执行机构在本产品中主要是夹持笔记本屏幕的夹具。以 毕业设计说明书 - 2 - 上这些机构的设计不仅要考虑到功能性，在本次设计中，由于要实现笔记本 360旋转 的要求，其空间干涉性也是必须考虑的。 （2）可靠性要求 机器在预定工作期限内必须具有一定的可靠性。提高机器可 靠性的关键是提高其组成零、部件的可靠度。故而，在完成具体零、部件的设计之后， 还需根据机器的运转情况进行强度、 疲劳强度和寿命的校核计算， 以保证试验机的可靠 性。当然，在确定适当的可靠性后，应做到力求机器结构简单，零件数目尽量少，尽可 能选用标准件和可靠度较高的零件。 （3）经济性要求 机器的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中。主要包 括机器的成本低；较高的效率、较低的能耗和材料消耗，以及较低管理和维护费用。 笔记本转轴试验机的功能较为简单，工作精度要求也不大，转轴的扭矩较小，故而 对零部件的要求一般。 在设计的过程中应尽量采用标准化、 通用化的零件以及材料成本 不大的零件。但在一些关键的部位，如支撑电脑的薄板，需要频繁转动的轴系零件应该 适当提高设计要求以保证其功能性。 1.1.2 笔记本转轴试验机的具体设计要求 除了以上对机器一般性的设计要求外，笔记本转轴试验机的具体设计要求如下： A最大扭矩 5Nm；最大转速 20rmin B实现笔记本的 360旋转测试，考虑到笔记本转轴自身的尺寸和零件的尺寸， 尽量使旋转范围达到 5- 355 C零部件的强度应足够。 D零部件之间没有空间干涉。 1.2 方案拟定 在选取合适的原动机后， 就要考虑笔记本转轴试验机的具体结构。 传统的笔记本转 轴试验机将电机和支撑板安装在工作台上， 通过摆杆和夹爪带动笔记本的开合转动， 实 现 180的开合测试。而本次的设计要实现笔记本的 360旋转，笔记本的下方就必须 留出足够的空间（至少留足笔记本屏幕大小的空间） ，所以笔记本就不能简单的放置在 工作台上，必须将笔记本架空。 笔记本的转轴必须具有一定的对中性， 即转轴与电机轴必须有一定的同轴度， 否则 将会造成无法旋转， 所以电机也必须随着笔记本相应的提高一定高度。 笔记本和电机都 毕业设计说明书 - 3 - 需要被架高以留出空间，则原来的工作台就必须改成机架以固定机架和安装支撑板。 另外，考虑采用支撑板结构的话，为了使笔记本旋转的范围尽量大，支撑板的厚度 应当尽量薄，并且笔记本的一部分必须露出在支撑板外面，否则旋转的范围将非常小。 1.2.1 方案 1 如图所示。 图 1.1 方案 1 方案 1 的采用两侧都安装电机的方法， 同时驱动两边的摆杆， 支撑板两侧都与机架 连接，同时为摆杆留出一定的空间以避免干涉。夹爪横向安装在摆杆上，夹爪可上下左 右调整以夹持不同大小的笔记本。 1.2.2 方案 2 如图所示。 方案 2 相比方案 1 采用一侧安装电机，另一侧做从动摆动的方式。同时，由于一侧 是从动摆杆，则夹爪不能直接安装在摆杆上，需要在两根摆杆之间增加一根横杆，夹爪 竖直安装在横杆上，横杆可以上下调整以夹持不同尺寸的笔记本。 夹爪 支撑板 电机 机架 摆杆 毕业设计说明书 - 4 - 图 1.2 方案 2 1.2.3 方案 3 如图所示 图 1.3 方案 3 方案 3 也采用一个电机驱动， 并采用非对称布置的方式。 只用一根摆杆和一个夹爪 带动笔记本旋转，支撑板则一侧与机架固定安装，另一侧悬空。 1.3 方案对比 机架 电机 夹爪 支撑板 横杆 机架 摆杆 夹爪 支撑板 摆杆 电机 毕业设计说明书 - 5 - 方案 1 将 2 个夹爪直接安装在摆杆上， 不用横杆的方法可以减小整个试验机的空间 尺寸， 减小发生空间干涉的情况。 但是要根据不同的笔记本直接的调整夹爪的位置较为 繁琐。 此外， 两侧都采用电机时， 还要考虑电机的同步性， 如果两个电机同步性不一致， 不仅会影响测试结果的有效性，还会损坏试验机和笔记本。 方案 2 增加了一根横杆，在调节夹爪的位置时，只需要上下移动横杆，相比于方案 1 更加简单方便。而一侧安装电机作为原动机，另一侧做从动机构的方式也消除也两个 电机存在同步性不一致的可能。该方案的缺点是，机构尺寸相对较大，从动机构的设计 比较复杂。 方案 3 采用支撑板一侧固定一侧悬空的方法， 很好的解决了笔记本 360旋转引起 的空间干涉问题，且机构更加简单。但是其不对称的设计会造成刚度不足的问题。支撑 板的一侧固定很有可能会因受力而弯曲， 而只有一根摆杆的设计也会大大降低机构整体 的刚度，同时对零部件的强度要求也更高。 综上所述， 最后采用方案 2 作为笔记本转轴试验机的总体方案。 通过具体的结构设 计避免空间干涉问题，尽量增加测试的旋转范围 1.4 机构的组成 笔记本转轴试验机主要由原动机、传动机构、执行机构以及辅助支撑机构组成。 原动机主要是指单侧布置的电机。 传动机构的零件包括：电机轴，摆杆，键，从动轴，轴承以及一些挡圈端盖等零件。 执行机构的零件主要是一些固定夹持部件， 如横杆上的夹爪和固定笔记本主题的压 板等。 辅助支撑机构主要由机架、支撑板和横杆等零件组成。 第二章 原动机的选择 电动机的比较 步进电机： 步进电机是将电脉冲信号转化为相应的角位移或直线位移， 与普通电机 相比成本较高，其控制精度不如伺服电机，一般用于控制精度要求不太高的地方。在负 载扭矩较大时，可能会发生丢步现象，故可靠度也不如伺服电机。 伺服电机： 伺服电机可以通过改变信号电压的大小和极性非常灵敏又准确的控制其 毕业设计说明书 - 6 - 转速和转向。伺服电机的成本较高，一般用于控制精度要求较高的场合。 普通电机：普通电机成本较低，输出的扭矩大，但一般需要配合减速器使用，故而 其机构比较复杂，所占空间也更大。 在本次设计中，由于笔记本转轴的扭矩保持力不大，一般不大于 5Nm，如果采用 普通电机配合减速器，则机构过于庞杂，不便于安置，且用普通电机不容易控制电机旋 转的角度。而伺服电机的成本太高，一般的伺服电机价格都要上千元，再加上配套的驱 动器，传感器等设配，该试验机的经济性就比较差。步进电机的价格一般在几百元，且 该试验机的控制精度要求并不是特别高，故而可采用步进电机。 根据笔记本的参数，确定最大扭矩为 5Nm，最大转速 30rmin。由该参数，选取 步进电机的规格为 86 规格，型号为飞力美的 86BYG350-113 表 2.1-86 系列步进电机 86BYG350 数据 环境温度： -20-+40 绝缘电阻： 500V DC 100M Min 步 距 角： 0.6/1.2 温 升： 75K Max 绝缘等级： B 型号 相数 步距角 静转距 电压 电流 电阻 电感 量 机身长度 86BYG350 -98 三相 0.6 / 1.2 4.5Nm 60V 5.2A 0.6 3mH 98mm 86BYG350 -113 三相 0.6 / 1.2 6.0Nm 60V 5.2A 0.9 5.9mH 113mm 86BYG350 150 三相 0.6 / 1.2 7.0Nm 60V 5.0A 1.5 8mH 150mm 毕业设计说明书 - 7 - 图 2.1 电机尺寸 电机轴为14，在电机生产时，可在电机轴上直接加工出平键键槽，平键尺寸为 b h=55。 电机轴通过键连接摆杆。 另外在电机轴轴端需要一个端盖限制摆杆的轴向移 动，端盖通过螺钉与电机轴固定。 在机架上加工出相应的机座，电机通过四个螺栓与机架连接，电机轴的位置与笔记 本转轴的高度相对应。 第三章 辅助支撑机构的设计 3.1 机架的设计 机架是整个试验机最重要的部件，它用于支撑容纳其他零、部件，是试验机机构的 基础平台。 机架的设计必须保证其具有足够的刚度和强度， 从而保证笔记本转轴试验机 在工作时摆杆旋转的精度和测试精确度。 在确保刚度和强度的前提下应尽量降低机架的 成本，机架的重量尽量轻。此外机架还应具有良好的结构工艺性，便于铸造和加工；具 有良好的抗震性，工作 的确定：因为要实现笔记本的 360旋转测试，所以笔记本下 方必须留出足够的空间，故而考虑底面采用大平面支撑，由于笔记本两侧有两根摆杆， 考虑在底面上设计两个竖直平面，用于安装电机和摆杆，并为摆杆的转动留出位置。竖 直平面的高度由笔记本的尺寸和摆杆的长度决定，15 寸的笔记本电脑其屏幕高度为 256mm，而摆杆则由于还需要连接横杆，长度在 350mm 左右，所以确定竖直平面的高度 毕业设计说明书 - 8 - 在 400mm 左右，15 寸笔记本屏幕的宽度为 387.6mm，再考虑两侧摆杆和轴系的尺寸，将 两树枝侧面的距离定为 500mm 以上，再根据实际的零部件布置确定其详细尺寸。 图 3.1 机架结构 机架的长宽高尺寸分别为 770mm400mm425mm。 底面上对称分布 4 个螺栓孔，用于机架和其他工作台的连接，选取的螺栓为 M12 的 螺栓。同时机架上对称分布了 4 条肋板，每条相距 100mm，厚度为 10mm，以提高机架的 刚度和强度。 机架上需加工出直径为 73mm 的电机座，电机与机架配合后通过四个螺栓固定，电 机与机架用 M6 的螺栓连接。电机轴的轴心与笔记本转轴的轴心应当大体上保持同轴， 由于电机已固定不能移动， 故而只能通过上下微调支撑板的位置， 以保证电机轴与不同 尺寸的笔记本的转轴能大致保持同轴。 支撑板通过 4 个螺栓与机架竖直面内侧连接固定，螺栓尺寸为 M6，机架上 4 个螺 栓孔的位置应当与肋板错开。 由于机架右侧不安装电机而安装从动机构，轴系的安装需要轴承的支撑，故而机架 右侧竖直面需要加工出一定的轴承座， 并考虑轴承与轴的定位。 轴承座外还需要加工出 与轴承端盖连接的螺纹孔。 机架的材料选择 铸铁：铸铁流动性好，容易获得复杂形状，动态刚性好，抗振性好，切削性能优良。 价格便宜。 毕业设计说明书 - 9 - 铸造碳钢：铸造碳钢的强度优于铸铁，一般用于受力较大的机架。但是铸造碳钢的 流动性较差，不易获得复杂的铸造形状。 铸造铝合金：铸造铝合金密度高，重量轻，具有很高的强度，优良的塑性和韧性。 本次设计的笔记本转轴寿命试验机所承受的力比较小，笔记本的重量本身也不大， 故而对机架的刚度、强度要求并不是很高，但对其吸振性能有一定的要求，且机架在铸 造后还需要进行一定的机加工（主要是钻孔） ，故而选择最常用的铸铁既成本低，也可 达到设计要求。 机架经过铸造后，还需要进行一定的热处理以消除铸造内应力，并可改善机架的力 学性能，一般机架需要回火、退火、时效处理等工序。 3.2 支撑板的设计 图 4.2 支撑板结构 支撑板用于放置笔记本电脑， 以及安装固定笔记本主体的小压板。 笔记本的总体尺 寸长宽为 530mm250mm。安装小压板的螺纹孔根据不同笔记本的尺寸具体确定，本 次设计的笔记本转轴试验机主要满足联想笔记本 3 款不同尺寸电脑的测试要求， 如果要 测试其他的笔记本电脑， 还可根据其具体的尺寸在支撑板相应位置上加工出螺纹孔， 固 定笔记本主体。 由于笔记本和转轴的自身尺寸，测试要达到 360旋转十分困难，为了尽量扩大测 试的旋转范围，支撑板的厚度必须尽量薄，故而确定支撑板厚度为 5mm。此外，如果将 笔记本整体放置在支撑板中间，则不论其厚度多小都不可能超多 180旋转，所以必须 将笔记本带有转轴的部分放置在支撑板外，假定转轴距离支撑板边界 80mm，旋转范围 毕业设计说明书 - 10 - 要求达到 5-355，则 80tan5=7mm 对于 5mm 厚的支撑板，如果达到测试范围，则笔记本转轴的半径应达到 r=2mm，而 联想最新的可 360旋转的 idealpad yoga 笔记本电脑采用的是双转轴的设计，但其转 轴的半径不能达到 2mm， 故旋转范围保守估计可达到 10-350。 这样的旋转范围应该 足以测试该款笔记本转轴扭矩的保持力。 支撑板四周除了凸出的边界都留有 2mm 的边作为加强筋， 这样可以大大提高支撑板 的刚度和强度。由于支撑板的厚度比较薄，又需要其有较强的刚度和一定的可加工性， 故而选择 45 钢作为其材料，既保证其强度，同时保证方便的在支撑板上加工出安装小 压块的螺纹孔。 第四章 传动机构的设计 4.1 主动机构的设计 4.1.1 键 键的选取 首先确定连接电机轴和摆杆的键为普通平键， 根据 GB 1095-1979 查取合适的平键。 电机轴的公称直径 d=14mm， 查表选取相应的键的公称尺寸为 bh=55， 键的长度范围 是 10mm-56mm。键的长度根据轮毂的宽度确定，一般等于或略小于轮毂宽度。与键相配 合的摆杆的宽度为 16mm， 故而确定键的长度 L=16mm。 相应的， 电机轴的键槽深 t=3.0mm， 摆杆轮毂槽深 t1 =2.3mm。 本机构中键受稳定变应力的作用，故对其强度的要求较高，所以键的材料采用 45 钢。 平键联接的失效形式 平键联接的失效形式主要是挤压破坏，即轴、键、轮毂三个零件中强度最差的一个 零件的工作面被压溃。 平键联接的强度计算 假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键联接的强度条件为： 毕业设计说明书 - 11 - 3 410 PP T hld ss = 其中键的工作长度 l=L-b=（16-5）mm=11mm，转矩 T=5Nm，载荷有轻微冲击。由 于该键联接中电机轴和键的材料都是碳素钢， 根据马履中教授编著的 机械设计与原理 （下册）中的表 2-5-2，查得二者的许用挤压强度都可取为1 P s=2 P s=100MPa。而摆 杆的材料为铸铁，故根据该表取其许用应力为3 P s=50MPa，因此，平键联接处的许用 挤压应力为 P s=50MPa，所以计算挤压应力为 33 4104 5 10 25.97 5 11 14 P T MPaMPa hld s = 所以， P s P s，键联接的强度足够，所选取的键为：键 516 GB 1096-1979。 键与轴键槽和轮毂键槽的配合都是基轴制，其中键的宽度方向尺寸的极限偏差为 h8，而正常联接的键配合，轴槽宽度的极限偏差为 N9，轮毂槽宽度的极限偏差为 JS9. 4.1.2 摆杆的设计 摆杆通过电机的驱动，配合夹爪，带动笔记本屏幕的转动。其具体尺寸结构如图所 示 图 4.1 摆杆结构 摆杆需要连接横杆， 安装夹爪， 故而摆杆的长度必须大于最大尺寸笔记本的屏幕宽 度。再考虑留一些余量，确定摆杆长度为 350mm。在保证摆杆强度的情况下，摆杆的宽 度应尽量小，以便减小发生空间干涉的可能性，并降低成本和机构的整体尺寸。 电机轴的直径为 14mm，摆杆与电机轴通过键连接，槽深为 2.3mm。电机轴和摆杆的 配合为一般的轴孔配合，基孔制，采用间隙定位配合，零件可以自由拆卸。电机轴直径 的极限偏差选取 h6，摆杆孔直径的极限偏差选取为 H7。 毕业设计说明书 - 12 - 横杆通过孔槽与摆杆配合，靠螺母的压紧后产生的摩擦力固定横杆在一定的高度。 13 寸的笔记本电脑屏幕高度约为 200m，15 寸的笔记本屏幕高度为 256mm，故而横杆的 高度可调范围至少有 60mm，所以将孔槽的长度确定为 70mm。 空间干涉问题是摆杆结构必须考虑的问题，因为摆杆在转动过程中不可能实现 360 旋转，否则将和支撑板相撞。摆杆的宽度最大处为 24mm，最小处为 14mm（不考虑与电 机轴的配合处） 。假设笔记本的旋转范围为 10-350，摆杆最小处碰到支撑板的最大 宽度 d 为： 80tan10=14.1mm14mm 摆杆最大处碰到支撑板的最大宽度 D 为： 210tan10=37mm24mm 故，当笔记本测试旋转范围在 10-350时，摆杆与支撑板不会发生干涉。 4.1.3 螺钉紧固轴端挡圈的选取 螺钉紧固挡圈固定于轴端，用于固定摆杆的位置。挡圈材料选取 A3，型号为 B 型。 电机轴直径为 14mm， 根据表格选取轴端挡圈的公称直径 D 为 20mm， 挡圈的厚度 H 为 4mm， 选取固定挡圈的螺钉为 M512，B 型轴端挡圈没有圆柱销。如图所示： 图 4.2 螺钉紧固轴端挡圈 4.2 从动机构的设计 毕业设计说明书 - 13 - 4.2.1 从动轴的设计 拟定轴上零件的布置方案 轴的结构设计应满足的条件有：便于加工，安装和拆卸，受力合理；轴上零件有准 确的定位；轴上零件在定位后，需固定；轴的强度应足够。轴的具体结构应根据零件的 结构尺寸确定，如安装轴承的轴段，其直径大小应与轴承内径相适应。 轴上零件的布置方案，从左到右：轴端挡圈、摆杆、键、套筒、左端轴承、右端轴 承、 轴承挡圈、 轴承端盖。 轴上零件的布置方案确定后， 轴的具体结构也就初步确定了。 轴的各段尺寸初步确定 与摆杆和键配合的轴段， 考虑到机构整体的对称性， 该轴段与电机轴的直径取同一 尺寸，即直径为 14mm，长度为 16mm。如此，轴、摆杆、键的配合则与电机轴处的一致， 简化了设计、安装过程。 安装轴承的两个轴段，根据已经选取的轴承，查取其内径为 17mm，故而确定该轴 段的直径为 17mm，考虑到轴承、套筒等零件的宽度尺寸，确定该段轴长度为 15mm，右 端轴段的尺寸与左端相同。 两个轴承中间的轴段，一般非定位轴肩的高度为 1-2mm，该段轴肩有定位作用，则 这段轴的直径为 22mm，长度取 10mm。 从动轴的具体结构如图所示 毕业设计说明书 - 14 - 图 4.3 轴的结构尺寸 按弯扭合成强度校核从动轴的强度 按试验机传递的最大扭矩 5Nm 计算，轴段 1 直径 d1=14mm，长度为 l1=16mm，轴段 2 直径 d2=17mm，长度 l2=20mm，轴段 3 直径 d3=22mm，长度 l3=10mm，轴段 4 和轴段 2 数 据相同。 （1） 轴的受力情况 转轴所受的扭矩 T=5Nm，则切向力 1 22 5 714 0.014 t T FNN d = 图 4.4 从动轴受力图 12tbbFFF=-+ 21825tbFF= 解得：2467bNF= 11181bNF= 本次设计中，从动轴不承受弯矩。 画出从动轴的受力图 （2） 计算各截面处的弯矩，画出弯矩图 第一段轴段的截面弯矩为 18714 85712tMFN mmN mm= 第二段轴段的截面弯矩为 22 467 17.58172.5 17.5bM N mN mm FN mm =- =- =- 第三段轴段的截面弯矩为 毕业设计说明书 - 15 - 32 467 7.53502.5 7.5bM N mN mm FN mm =- =- =- 图 4.5 弯矩图 由此可推断第二轴段与第三轴段相交截面为最危险截面，弯扭合成式 22 ()eMMTa+= 这里取=0.6，T=0.65000Nmm=3000Nmm，则代入得： 2222 ()8172.53000 8705.7 eMMTN mm N mm a+=+ = = 轴的材料为 45 钢， 并经过调质， 查取 机械设计与原理 表 2-10-1 得-1=60MPa。 截面处的强度条件为 3 0.1b MM Wd s= 其中 d=17mm，代入计算得： 3 8075.7 16.44 0.1 17b M MPa W s= =-1 故可得出结论，从动轴的强度满足设计要求。 毕业设计说明书 - 16 - 4.2.2 轴承的选取和寿命计算 根据载荷的方向选择轴承类型时，对于纯轴向载荷，一般选用推力轴承。较小的纯 轴向载荷可选用推力球轴承； 较大的纯轴向载荷可选用推力棍子轴承。 对于纯径向载荷， 一般选用深沟球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承；当轴向载荷较大 时， 可选用接触角较大的角接触轴承或圆锥滚子轴承， 或者选用向心轴承和推力轴承组 合在一起的结构，分别承担径向载荷和轴向载荷。 图 4.6 轴承的安装 在本设计中，轴承基本不受轴向力的作用，且径向载荷不大，故考虑选取深沟球轴 承。根据轴段直径 d=17mm，选取的轴承的代号为 6003，其基本尺寸为 D=35mm，B=10mm， ra=0.3mm。 轴承寿命计算： 根据轴系计算中所得的，两个轴承的径向支承力分别为 Fr1=1181N， Fr2=467N，无 轴向外载荷，轴颈 d=17mm，转速 n=30rmin，有轻微冲击，轴承的预期寿命在 5 万小 时（18 年）以上。 根据 GB/T 276-1994 得：型号为 6003 的深沟球轴承的基本额定静载荷 C0=3.25kN， 而基本额定动载荷 Cr=6.00kN，轴承寿命的表达式为： 6 10 10 () 60 h P C L nf P e = 对于只受径向力的轴承，P=Fr，受轻微时，fP取 1.1，C 即基本额定动载荷，n 为转速， 对于球轴承=3。代入表达式计算得左端轴承的寿命为： 毕业设计说明书 - 17 - 66 3 10 10106000 ()()885222 6060 30 1.1 467 h P C Lh nf P e = = 右端轴承的寿命为： 66 3 10 10106000 ()()54733.5 6060 30 1.1 1181 h P C Lh nf P e = = 故而轴承的寿命可以满足设计的要求。 此外，根据轴承结构的需要选取相应的套筒，轴承挡圈和轴承端盖。 第五章 执行机构的设计 5.1 横杆的设计 横杆的结构如图所示： 图 5.1 横杆结构 横杆连接在两侧的摆杆之间， 可在摆杆间调整上下位置以方便夹取不同尺寸的笔记 本电脑屏幕。横杆上安装两个夹爪用于加持固定笔记本。横杆两侧需加工出螺纹，以连 接固定摆杆。 5.2 夹爪的设计 夹爪的结构尺寸如图所示： 夹爪一头通过螺纹固定在横杆上。 夹紧方式是通过拧紧螺栓， 从而压紧笔记本屏幕。 螺栓的头部装有塑料套头，一方面更利于压紧，另一方面也能保护笔记本屏幕。夹爪应 将笔记本的屏幕尽量固定于夹爪的对称中心，以便减小发生空间干涉的可能性。 毕业设计说明书 - 18 - 图 5.2 夹爪结构 5.3 压块的设计 压块的结构尺寸如图所示： 图 5.3 压块结构 压块用于固定笔记本的主体，设计中在笔记本左右两侧其前方各设置了 2 个压块， 同时压块的位置还可以根据不同笔记本的尺寸进行相应的调整。压块螺栓与支撑板连 接。压块与笔记本主体之间需要垫入一定量的橡胶垫片，一来便于夹紧笔记本电脑，二 来可根据不同笔记本的厚度通过垫片微调压块的高度。 毕业设计说明书 - 19 - 结 论 本次毕业设计主要是笔记本转轴寿命试验机机构部分的设计，整个过程在国家标 准和行业的规范下进行设计和计算。 设计的主要成果有： （1）在规定的时间内完成了笔记本转轴寿命试验机的设计、校核计算以及设计说 明书的编写和图纸的设计。 （2）