毕业设计（论文）-小型拉压试验机设计.doc

图书分类号：密 级：毕业设计(论文)小型拉压试验机设计THE SMALL TENSION AND COMPRESSION TESTING MACHINE DESIGN学生姓名学院名称机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师2014年05月日 徐州工程学院毕业设计(论文)徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日33摘要本文仔细叙述了建筑材料质量检验过程中广泛应用的小型拉压试验机其设计方案。文中对于试验机的结构特点和运动方式进行了仔细的叙述。拉压试验机是建筑材料质量检验过程中必不可少的工具，它的出现使得建筑材料质量有了数字化的评判标准，它能够对各类建筑材料如砖块、混凝土预制板等进行拉压试验检测其力学性能，判断是否符合建筑要求。设计重点主要包括：拉压试验机的机身结构、升降结构及其运动方式、步进电机的选取以及液压缸的设计。本说明书在确定拉压试验机的总体结构设计方案的前提下，对其各零部件进行受力分析和设计计算以及确定其整体运动方案，最后对各零部件进行相关校核并确定各零部件尺寸的最终取值。本次的毕业设计运用多种现代机械设计方法，特别是运用计算机辅助设计（AutoCAD）的方法，在计算机上将拉压试验机的设计图纸CAD化，大大提高了设计的效率，节省了时间。关键词：小型拉压试验机；升降螺杆；链轮传动机构；液压缸机构；减速器机构AbstractThis paper describes a small carefully tension and compression testing machine supplies quality inspection process is widely used in its design. For structural features of the text and movement pattern of the testing machine was carefully described. Tension and compression testing machine building materials quality inspection process is an essential tool that makes building materials quality has been the emergence of digitized criteria, it is capable of all kinds of building materials such as brick, precast concrete panels, etc. tension and compression testing detection of mechanical properties to determine whether compliance with building requirements.Design focus mainly include: selection and design of the hydraulic cylinder tension and compression testing machine body structure, elevating structure and movement pattern, the stepper motor. The manual pull in determining the overall structure of the design pressure testing machine premise of its various parts stress analysis and design calculations and to determine its overall exercise program, the last of the various components related check and make sure that all parts final value dimensions.The graduation project using a variety of modern mechanical design methods, in particular the use of computer-aided design (AutoCAD) method, the computer will be in tension and compression testing machine design drawings CAD technology, which greatly improves the efficiency of the design, saving time.Keywords: Small tension and compression testing machine elevating screw sprocket drive mechanism hydraulic cylinder mechanism reducer mechanism目 录摘要IAbstractII1 绪论21.1小型拉压试验机的研究背景及意义31.2拉压试验机的特点及发展现状31.2.1小型拉压试验机的特点31.2.2试验机的发展现状41.3小型拉压试验机的设计内容和要求41.3.1 主要设计内容41.3.2设计要求42 拉压试验机的整体结构设计方案42.1 拉压试验机结构的主要结构组成52.2 拉压试验机所受载荷的简化方法52.3拉压试验机的螺杆结构52.4拉压试验机的链轮传动结构62.5拉压试验机的步进电机选取72.6拉压试验机的减速器机构72.7拉压试验机的液压缸机构73拉压试验机的螺杆设计计算83.1拉压试验机螺杆的尺寸设计83.2螺杆传动螺纹的选取93.3螺杆和螺母使用材料的选取93.4螺杆螺纹耐磨性计算93.5校核螺旋副的自锁性103.6螺杆强度校核103.7螺杆螺纹牙的强度计算113.8螺杆的稳定性校核124拉压试验机的链传动机构144.1链传动的总体结构设计144.2链轮传动设计计算参数144.3一级链传动计算154.3.1链轮齿数和的选取154.3.2传动链链条的选取164.3.3计算当量的单排链的计算功率164.3.4确定链条型号和节距p174.3.5计算链节数和中心距184.3.6计算链速，确定润滑方式194.4二级链传动设计计算204.4.1链轮齿数和的选取204.4.2传动链链条的选取204.4.3计算当量的单排链的计算功率204.4.4确定链条型号和节距p214.4.5计算链节数和中心距214.4.6计算链速，确定润滑方式214.4.7计算链传动作用在轴上的压轴力215、小型拉压试验机步进电机机构选取225.1步进电机选取设计计算参数225.2步进电机型号的选取225.3步进电机所需输出功率的设计计算225.4步进电机各项系数的设计选取236小型拉压试验机的减速器机构设计计算246.1减速器设计计算参数246.2减速器齿轮齿数初步设定及齿轮材料选取256.3减速器齿轮设计266.3.1计算小齿轮的齿面接触强度266.3.2按小齿轮齿根弯曲强度设计276.4减速器齿轮尺寸设计计算287液压缸机构的设计计算297.1初步计算液压缸缸筒内径和活塞直径D297.2初步计算活塞杆直径d297.3活塞杆直径强度校核307.4液压缸最小导向长度H317.5液压缸活塞缸长度L和液压缸缸筒长度s31结 论32致谢33参考文献341 绪论随着中国经济的持续高速发展和科学技术的突飞猛进以及政府对于经济建设、民生建设的高度重视，在这种社会大环境下建筑行业的高速发展是必然的。而对于建筑行业来说建筑质量这一问题不仅仅直接关系着其工程能否通过检验，更间接的关系着民众安全问题，因此建筑质量已经越来越为整个社会所关注。而作为建筑中的基础各种建筑材料的质量问题自是重中之重，由此诞生了各种材料质量检测设备，其中拉压试验机由于其操作方便、结构简单而越来越受到建筑行业的亲睐。而其中小型拉压试验机由于其体型较小比较适合建筑现场环境，有着无可比拟的灵活性，因此它的应用已越来越广泛。本文从其实际用途入手，参考机械设计手册就小型拉压试验机的结构、运动方式、液压缸设计以及步进电机选取等进行重点叙述。1.1小型拉压试验机的研究背景及意义在现代的工民建筑生产中使用的各种材料如混凝土预制板、砖块等的性能优劣直接影响建筑产品的质量安全。因此进行建筑之前必须对材料的抗压抗拉能力进行检测，而拉压试验机的出现正是这一需求的具体体现，拉压试验机最早出现于两百多年前的西欧，其结构已由最初的机械杠杆砝码加压发展到现在的电业控制，作用领域也在不断拓展。研究意义：由于国外的拉压试验技术出现的早开发和应用的时间比较长,所以它们发展也比较成熟。我国的拉压试验技术起步比较晚，而且我国的工业基础比较薄弱，目前国内拉压试验技术与国外存在一定差距，而现在国家经济正处于高速发展时期，在建设领域对于拉压试验机的依赖性较高。因此本课题的研究对国家经济的进步有重要意义，符合当前的国情发展。从实际情况来看拉压试验机将逐渐向小型化高效化、电业控制化的方向发展，故本课题的研究具有较高的实际应用意义和市场经济意义。1.2拉压试验机的特点及发展现状1.2.1小型拉压试验机的特点为实现在各建筑现场复杂环境下进行材料性能检测，小型拉压试验机在结构和性能方面具有以下几个特点：(1)由于其升降结构采用矩形螺纹的传动螺杆进行传动，因此其传动结构简单，效率高，但矩形螺纹牙根强度弱，在螺旋副磨损后，间隙难以修复和补偿，导致整体传动精度降低。(2)本拉压试验机沿传动螺杆的Y-Y方向垂直升降，由于其传动螺母具有自锁功能因此能够在任何部位悬停，能够精确的对材料进行拉压试验保证了获得的质量数据的准确性。(3)小型拉压试验机因其体型较大型试验机而言要小得多因此具有无法比拟的灵活性，可以在建筑施工现场进行工作，能够及时判断材料的性能方便建筑施工。(4)本机器采用了二级链轮的独特传动方式，具有传动平稳、精确且占用空间较小的独到性。(5)其挡板与上模块的连接部分采用了减震弹簧和螺纹套的结构，确保了在升降的过程中其运动平稳性。1.2.2试验机的发展现状试验机随中国的经济发展，经历了功能从简单到复杂、控制方式从手动控制到电气化控制、实验参数从单参数到多参数，运动方式从静态到动态，试验机行业逐步发展目前已初具规模，具有能生产各类负荷试验机,从工业基础上为国家的经济建设以及国防军事建设提供着坚实的保障。长期以来，试验机一直是发达国家对我国的科研课题限制出口的产品。我国主要的科研院所，不能直接进口某些关键材料试验的仪器设备，导致整体材料科学水平的落后。所以，要发展中国的科学技术产业，就必须走自主创新试验机的道路。使试验机更符合中国人的使用习惯更加适合中国国情。1.3小型拉压试验机的设计内容和要求1.3.1 主要设计内容（1）传动螺纹的设计计算；（2）链传动机构的设计计算；（3）步进电机的基本数据设计计算以及机型选取；（4）减速器部分的设计计算；（5）液压缸的基本尺寸设计计算以及液压缸型号的选取。1.3.2设计要求(1)为使试验机能对材料进行准确的质量检测，必须满足以下设计要求：具备升降的功能，能对被检验材料进行拉力试验和压力试验；(2)螺杆螺纹必须具有自锁功能，能悬停并保证实验的准确性；(3)电机传动具有平稳性，保证整个实验过程中机器的平稳可靠，避免对质量检验实验造成额外影响；(4)在满足整体的强度、刚度和安全可靠性的前提下，尽可能减小试验机的体积质量、选用较为经济适用的制造材料，并提升其传动功率以减小其功率损耗；2 拉压试验机的整体结构设计方案参考国内外有关拉压试验机厂家的分类和型号，结合试验机的具体工作环境，本次设计的小型拉压试验机主要用于最大拉压力为196000N，螺杆高度为6m，螺母沿螺杆升降速度为3m/min的立式小型拉压试验机。2.1 拉压试验机结构的主要结构组成拉压试验机主要由螺纹升降机构、二级链轮传动机构、液压缸升降机构三部分组成（1）螺纹升降机构主要由螺杆、螺母、上模板、上挡板组成，其升降速度在考虑具体应用的基础上取3m/min，四根螺杆承受的拉压力最大为196000N，每根螺杆承受的最大轴向力为49000N。（2）二级链轮传动部分是本设计的重点部分，也是拉压试验机最重要的组成部分。它具有区别于其它试验机的独到之处，它主要由步进电机、减速器、一级链轮、二级链轮、单排链链条、张紧轮等部件组成。其基本工作方式是步进电机通过减速器将运动传递至一级链轮和二级链轮上，然后由链轮通过链条将运动传递至与整个上模块相连的螺母以及链轮上。一级链传动使用传动比，二级链传动传动比，从动轮转速和螺母转速一样为220r/min,主动轮转速为440r/min。本拉压试验机减速采用二级齿轮减速装置，步进电机选取时根据其工作环境（正常环境）、工作性质（载荷平稳、连续工作、低转速）等特点选用的电动机型号为Y250M-8。（3）液压缸升降机构主要由下模板、下挡板、液压缸组成，下模板与螺杆的连接部分采用光孔结构以螺杆为导轨，通过液压缸活塞杆的伸缩实现下模板与下挡板的升降运动。液压缸输出的最大推力为150000N，工作压力为5MPa。2.2 拉压试验机所受载荷的简化方法拉压试验机的机身由四根螺杆支撑，上下模块在固定的四根螺杆上进行升降运动，整机结构高且窄。拉压试验机在进行拉力实验时将主要承受上模块、上挡板以及实验品铅垂方向的作用，在进行压力实验时上挡板不动由下挡板上升对固定在上挡板上的实验品试压，此时螺杆主要承受竖直向上的载荷。为保证实验的顺利进行螺杆高度有6m，因此必须对螺杆的结构强度和刚度进行校核以确保机器的可靠性。下面就本次小型拉压试验机设计中，拉压试验机所受载荷简化的基本方法一一罗列。（1）拉压试验机拉力在进行拉力实验时设计的最大拉力为180000N，此时由于上挡板和上模板产生的重力总共为16000N，故四根螺杆每根螺杆承受的轴向载荷为49000N，方向为铅垂方向（2）拉压试验机压力在进行压力实验时设计的最大压力为134000N，下模板和下挡板产生的重力总共为16000N，故液压缸产生的推力最少需为150000N。2.3拉压试验机的螺杆结构此小型拉压试验机机身主要由上、下模块，传动螺杆三部分组成。上模块依靠螺纹传动在螺杆上进行升降运动，下模块以传动螺杆为导轨在液压缸的活塞杆伸缩作用下沿螺杆做升降运动。在上模块上装有步进电机、二级链轮传动结构、减速器、上挡板等各种装置与传动螺母紧固在一起，依靠电机带动传动螺母使整个上模块进行升降运动。由于进行拉力实验时是上模块进行升降运动，此时所需产生的拉力就由螺纹传动保证，由此产生的轴向载荷会对螺杆产生动、静方面的影响。螺杆在轴向会产生饶曲，整个螺杆成为振动体，其螺杆顶端会产生较大震动。所以螺杆应拥有足够的强度和稳定性，同时由于是螺纹传动因此必须保证螺母螺纹牙的强度以及螺纹的耐磨性。在进行压力试验时是上模块不动，下模块带动下挡板对实验品试压。此时上模块不动，因此要保证螺杆螺纹具有自锁性。2.4拉压试验机的链轮传动结构链轮传动是本设计中的重点部分，是将电机的运动传递到传动螺母上的传动机构，因此必须保证链轮传动机构的传动平稳性，本设计采用了二级链轮传动其传动结构图如下图2-11、2、3、4、11为从动轮,10为主动轮10号轮下方还有一个链轮与链13配合，5、6、7、8、9为张紧轮，12、13、14为单排链。从动轮1、2、3、4均与传动螺母连接在一起，电机输出的运动一是通过轮10和单排链12传动至从动轮1、2带动传动螺母升降，二是通过10号轮下方的主动轮与链13的配合传递至从动轮11，然后通过从动轮11和链14传递至从动轮3、4带动传动螺母升降。这部分主要计算主传动轮的模数和齿数，以及从动轮的模数和齿数，确定单排链的型号，链节数和中心距。2.5拉压试验机的步进电机选取小型拉压试验机不需要在高温或者高湿度的环境中工作，一般处于正常工作环境，且其工作性质可确定载荷一般不会突然增加或减少，在进行材料拉压实验时需要连续工作，其转速需求也较低所以选用步进电机型号为Y250M-8这一系列。此部分计算中需要计算电机所需实际功率以及电机的额定功率，从而确定选取电机转速。2.6拉压试验机的减速器机构 小型拉压试验机由于其实际所需转速较低而电机转速一般较高，所以必须在电机与链轮传动之间加上减速器机构，由其实际所需即电机转速与主动轮转速之比可确定采用单级圆柱齿轮减速器，将齿轮做成直齿即可。在减速器部分的计算中需要确定的有减速器中齿轮的齿数以及齿轮材料的选取，确定传动比。2.7拉压试验机的液压缸机构小型拉压试验机在进行压力实验时由液压缸提供所需的支撑力，因此此部分需要计算的主要是液压缸的缸径、活塞杆直径、且需对活塞杆进行强度校核确保液压缸的可靠性。3拉压试验机的螺杆设计计算3.1拉压试验机螺杆的尺寸设计拉压试验机螺杆设计计算参数如下：d螺纹大径；H螺母高度；螺纹中径；P螺纹螺距；F螺杆的轴向力；螺纹升角；当量摩擦角；螺旋副的当量摩擦系数；f摩擦系数；计算应力；螺杆材料许用应力；T螺杆所受扭矩；螺杆螺纹段的危险截面面积；b螺纹牙根部的厚度；螺杆弯曲力臂；螺母材料的许用切应力；螺杆稳定性的计算安全系数；螺杆稳定性安全系数；螺杆的临界载荷；E螺杆材料的拉压弹性模量 ； I螺杆危险截面的惯性矩。3.2螺杆传动螺纹的选取以传递动力为主，要求以小的转矩产生大的轴向推力，以克服机器工作阻力，承受很大的轴向力，间歇性的工作，工作时间较长，工作速度不高，具有自锁力。所以根据这些条件，参考文献机械设计教材中表5-1 选定为矩形螺纹。3.3螺杆和螺母使用材料的选取由表3-2，选定均采用45号钢，其中螺杆为45号钢，螺母采用45号钢制造内控浇注青铜。表1 螺旋传动常用的材料螺旋副材料牌号应用范围螺杆Q235、Q275、45、50材料未经热处理，适用于运动多，受力不大，转速较低的传动40Cr、65Mn、T12、40WMn、20CrMnTi材料需经过热处理，用以提高其耐磨性，适用于重载、转速较高的重要动9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl材料需经过热处理，用以提高其尺寸的稳定性，适用于精密传导螺旋传动螺母ZCuSn10Pl、ZCuSn5PbZn5（铸锡青铜）材料耐磨性好，适用于一般传动ZCuAl9Fe4Ni4Mn2（铸铝青铜）ZCuZn25Al6Fe3Mn3（铸铝黄铜）两者耐磨性好，强度高，适于重载、低速的传动。对于尺寸较大或高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，内控浇注青铜或巴氏合金3.4螺杆螺纹耐磨性计算 式（3.1）由式1、2、3 式（3.2） 式（3.3）得： 3.5校核螺旋副的自锁性式中为螺纹升角；为当量摩擦角；为螺旋副的当量摩擦系数；f为摩擦系数，见于表2. 式（3.4） 式（3.5）表2 滑动螺旋副材料的许用压力及摩擦系数螺杆螺母的材料滑动速度/许用压力/摩擦系数钢青铜低速18250.080.103.011186127101512淬火钢-青铜61210130.060.08钢-铸铁2.413180.120.1561247钢-钢低速7.5130.110.17注：1）表中许用压力值适用于=2.54的情况。当2.5时可提高20%；若为剖分螺母时应降低15%20%。2）表中摩擦系数启动时取大值，运转中取小值。3.6螺杆强度校核计算应力，许用应力，见表3-4,螺杆所受扭矩；螺杆螺纹小径，；F-螺杆所受载荷，N；A螺杆的危险截面积； 式（3.6） 式（3.7） 式（3.8） 式（3.9） 式（3.10）经校核螺杆强度合格表3 滑动螺旋副材料的许用应力螺旋副材料许用应力/MPa螺杆钢螺母钢注：1）为材料屈服极限； 2）载荷稳定时，许用应力取大值。3.7螺杆螺纹牙的强度计算螺纹牙危险截面的剪切强度条件为：b为螺纹牙根部的厚度，mm，对于矩形螺纹，b=0.5P。弯曲力臂，mm，;螺母材料的许用切应力，MPa，见表3 式（3.11） 式（3.12）3.8螺杆的稳定性校核对于长径比大的受力螺杆，当轴向压力F大于某一极限值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲。因此，在正常情况下，螺杆所受的轴向载荷必须小于材料的极限载荷（单位为N）。则螺杆的稳定性条件为： 式（3.13）式中：螺杆的安全系数；螺杆稳定性安全系数；螺杆的临界载荷，N；根据螺杆的柔度值的大小选用不同的公式计算， 式（3.14） 此处，为螺杆的长度系数，见表4； 为螺杆危险截面的惯性半径；若螺杆危险截面积，则： 式（3.15）临界载荷可按欧拉公式计算，即： 式（3.16）式中：螺杆材料的拉压弹性变量，；螺杆危险截面的惯性矩，。当40时，可以不必进行稳定性校核。 式（3.17） 式（3.18） 式（3.19）螺杆的稳定性通过校核表4 螺杆的长度系数端部支承情况长度系数两端固定一端固定，一端不完全固定一端铰支，一端不完全固定0.500.600.70两端不完全固定两端铰支一端固定，一段自由0.751.002.004拉压试验机的链传动机构4.1链传动的总体结构设计由于链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮（小链轮和大连轮）组成。通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递载荷。与摩擦型的带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率高；链条采用金属材料制造，在同样的使用条件下，链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑；同时链传动能在高温和潮湿的环境中工作。由链传动的这些优点结合我们设计小型拉压试验机的初衷，设计出：1）灵活的（要求机身体积较小，即结构紧凑）2）能适应建筑施工现场复杂环境的（能在高温和潮湿的环境中工作）3）能精确测量材料性能的（能保持准确的平均传动比）拉压试验机因此本设计中运动传递部分使用二级链轮传动，一级链传动使用传动比=1，二级链传动传动比=2，从动轮转速为螺母每分上升的圈速，主动轮转速为440r/min。4.2链轮传动设计计算参数一级链传动中小齿轮齿数；一级链传动中大齿轮齿数；主动轮转速；从动轮转速；二级链传动中小齿轮齿数；二级链传动中大齿轮齿数；工况系数；主动链轮齿数系数；多排链系数；传递的功率；链条节距；初步选定中心距；单排链的计算功率；链节数；中心距计算系数；链速；轴上的压轴力；有效圆周力；压轴力系数。4.3一级链传动计算一级链传动的传动比设定为，主动轮转速为440r/min。4.3.1链轮齿数和的选取少时，会增加链传动的不均匀性以及动载荷；且链传动的圆周力增大，。轮的最少齿数。一般，不少于25，链齿轮要进行淬硬处理。也不宜太大齿数增多也会相对增加这样就增加了整体尺寸，而且还容易发生跳链和脱链，限制了链条的寿命。因为链节数一般是偶数，为了使链条齿轮磨损均匀，并尽可能与链节数互质，优先选用的链轮齿数之一为38。在本设计中一级链传动的传动比为，大齿轮齿数和小齿轮齿数相同，所以本设计中一级链轮选用的大小齿轮齿数均为38。4.3.2传动链链条的选取传动链分为短节矩精密滚子链（简称滚子链）、齿形链等类型。滚子链常用于低速级的传动系统，一般传递的功率在100KW以下，链速不超过15m/s，推荐使用的最大传动比为8.齿形链由于结构复杂，制造困难造价高，一般不使用。因此本设计中使用滚子链。滚子链链条分为单排、双排和多排，排数越多承载力越强，但由于精度的影响，多排链中个排链间承受的载荷不相等本设计中链传动所承受的载荷不高，由于机器是进行质量检测所以需要较高精度。因此选用单排链综上所述，在本设计中链传动的链条将选用单排滚子链。4.3.3计算当量的单排链的计算功率根据本设计中链传动的工作情况、主动轮链轮齿数和链条排数将链传动所传递的功率修正为当量的单排链的计算功率。 式（4.1）式中：一级链传动的当量的单排链的计算功率；工况系数，取1.0；主动链轮齿数系数，见图4-1，取0.63；多排链系数，单排链时取1.0；传递的功率，KW。图4-1 式（4.2）4.3.4确定链条型号和节距p图4-2 表5 根据图4-2确定链条型号为：10A；由4.3.5计算链节数和中心距， 式（4.3）。链传动的最大中心距为： 式（4.4）式中为中心距计算系数，见表6。表6 中心距计算系数4.3.6计算链速，确定润滑方式 式（4.5）根据图4-3，选择润滑方式为定期人工润滑。1- 定期人工润滑；2-滴油润滑；3-油池润滑或油盘飞溅润滑；4-压力供油润滑图4-3 润滑范围选择图4.4二级链传动设计计算4.4.1链轮齿数和的选取由于二级链传动的传动比为=2，如本设计中4.3.1所述选定齿轮齿数为=38，=76。4.4.2传动链链条的选取如本设计中4.3.2所述，选用链条为单排滚子链。4.4.3计算当量的单排链的计算功率根据本设计中链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链所传递的功率修正为当量的单排链的计算功率 式（4.6）式中：二级链传动的当量的单排链的计算功率；工况系数，取1.0；主动链轮齿数系数，见图4-1，取0.63；多排链系数，单排链时取1.0；传递的功率，KW。 式（4.7）4.4.4确定链条型号和节距p根据图4-2确定链条型号为：10A；由表5确定链条节距=15.875mm。4.4.5计算链节数和中心距初选中心距=（3050）p，按下式计算链节数 式（4.8）为了避免使用过渡链节，应将计算出的链节数圆整为偶数。链传动的最大中心距为： 式（4.9）式中为中心距计算系数，由参考表4-2得，算得可得链条的布置为中心距可调，有张紧装置4.4.6计算链速，确定润滑方式由： 根据图4-3确定润滑方式为定期人工润滑。4.4.7计算链传动作用在轴上的压轴力压轴力可近似取为：式中：有效圆周力，N；压轴力系数，=1.15；对于垂直传动 =1.05。 式（4.10）5、小型拉压试验机步进电机机构选取5.1步进电机选取设计计算参数电机额定功率；F升降过程中上模块对螺杆的轴向载荷；上模块的升降速度；电机转速；电机额定电流；电机功率因数；电机额定转矩；电机效率；一级链轮传动效率；二级链轮传动效率；减速器齿轮传动效率；联轴器传动效率；总传动效率。5.2步进电机型号的选取在本设计中，电机工作环境设定为正常环境，工作性质具有载荷平稳、连续工作、低转速等特点。因此在参考机械设计手册后，本设计中选取的电机型号为：Y250M-8。5.3步进电机所需输出功率的设计计算由公式： 式（5.1）式中：为电机所需功率（额定功率）； 为经过二级链轮传动后所需的输出功率； 为电机到链轮的整个传动过程的总传动功率。可计算出电动机所需功率为： 式（5.2） 式中F升降过程中上模块对螺杆的轴向载荷，F=196000N。 是上模块的升降速度，设定值为3m/min。5.4步进电机各项系数的设计选取本设计参考机械设计手册关于电机选取部分，最终选取Y250M-8型电机的各项具体参数如下：额定功率选定为：=45KW；转速选定为： =736r/min；电机效率为： =90.5；功率因数为： =0.8；额定转矩为： =1.8；额定电流为： =6.0A。6小型拉压试验机的减速器机构设计计算在本设计中由于电机转速较高，而链传动所需转速较低。因此在电机输出端需加上减速机构即减速器。减速器按传动形式分为齿轮减速器握杆减速器和行星减速器；按传动级数分为单级和多级齿轮减速器。而本设计中采用的减速器为单级圆柱直齿齿轮减速器，。使用单级减速器是因为本设计中传动较小，按照圆柱齿轮减速器常用的减速方法选取单级减速器。因此本设计中采用的为单级圆柱直齿齿轮减速器。减速器内部示意图：图6-1减速器示意图6.1减速器设计计算参数小齿轮齿数； 大齿轮齿数；小齿轮分度圆直径；初步计算中小齿轮分度圆直径；大齿轮分度圆直径；减速器轴1转速； 减速器轴2转速；电机输出转矩； 减速器轴1输入转矩；轴2的输入转矩； 减速器轴1的输入功率；电机输出效率； 减速器中齿轮传动效率；齿宽系数； 小齿轮接触疲劳极限； ；大小齿轮齿数比； 弹性影响系数； K载荷系数； 齿轮圆周速度；b小齿轮齿宽； h小齿轮齿高；小齿轮模数； 大齿轮模数； ；小齿轮弯曲疲劳寿命系数； 大齿轮弯曲疲劳寿命系数； ；小齿轮齿形系数； 大齿轮齿形系数；小齿轮应力核正系数； 大齿轮应力核正系数；a两齿轮中心距；6.2减速器齿轮齿数初步设定及齿轮材料选取在本设计中减速器两齿轮传动比。又由齿轮传动常选齿轮齿数，假设大小齿轮齿数分别为30、18。参考机械设计手册选定齿轮材料分别为：小齿轮（调制处理）硬度大齿轮（调制处理）硬度6.3减速器齿轮设计6.3.1计算小齿轮的齿面接触强度（1）计算转矩： 式（6.1）由参考文献机械设计教材表10-7选取齿宽系数由参考文献机械设计教材图10-21d，按齿面硬度查得小齿轮的解除疲劳强度极限 （2）许用接触应力计算 式（6.2） 式（6.3）（3）,代入 式（6.4）（4）计算圆周速度v： 式（6.5）（5）计算齿宽b： 式（6.6）（6）计算齿宽与齿高之比： 式（6.7）模数，齿高（7）计算载荷系数根据V=4.15m/s,按参考文献机械设计教材图10-8查得动载系数因为是直齿所以，使用系数 由参考文献机械设计10-4用插值法查得6级精度，小齿轮相对支承，对称布置时（8），由 式（6.8）得： （9）， 式（6.9）6.3.2按小齿轮齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计计算公式为： 式（6.10） 弯曲强度校核计算公式为： 式（6.11）（1）小齿轮弯曲疲劳强度极限，大齿轮弯曲疲劳强度极限由参考文献机械设计教材图10-19取弯曲疲劳寿命系数（2），由 式（6.12）得： （3）： 式（6.13）（4）查取齿形系数：由参考文献机械设计教材表10-5，查得。（5)查取应力校核系数。（6)并加以比较。 式（6.14）大齿轮的数值大，计算： 式（6.15）对比结果，齿面接触疲劳强度计算得出的模数m大于齿根弯曲疲劳强度计算得出的模数的模数。取弯曲强度算得的模数4.275并就近圆整为标准值m=5按接触强度算得的小齿轮分度圆直径=111.23mm；算出小齿轮齿数 =22；大齿轮齿数，取37。6.4减速器齿轮尺寸设计计算（1）分度圆直径 ：（2） 中心距计算a 式（6.16）计算齿轮宽度b： 式（6.17）取=110mm， =115mm 7液压缸机构的设计计算本设计中机器的下模块由液压缸承重并由液压缸的伸缩运动来带动下模块进行升降运动，从而实现对检验材料的加压检测。本设计中所需液压缸的最大推力为150000N。使用单活塞杆液压缸。初步选定液压缸工作压力P为5MPa7.1初步计算液压缸缸筒内径和活塞直径D由设计要求P=5MPa，F=150000N由公式： 式（7.1）式中D为液压缸活塞的直径； 式（7.2）：=200mm。7.2初步计算活塞杆直径d单活塞杆液压缸因左、右两腔有效面积和不等，因此当两腔压力为和，输入左、右腔的流量均为q时，液压缸左右两个方向的推力和速度不等同。如图7-1所示，当压力油进入无杆腔时，活塞上所产生的推力和速度分别为： 7-1图 式（7.3） 式（7.4）如图7-2所示，当压力油进入有杆腔时，作用在活塞上的推力和活塞运动速度分别为 式（7.5）7-2图在实际应用中将和的比值称之为往返速度比，并记为 式（7.6）本设计中往返速比=1.33初步确定活塞杆直径： 式（7.7）对液压缸活塞杆直径按GB/T2348-1993就近圆整，初步得液压缸活塞杆直径=，。7.3活塞杆直径强度校核本，第二十册中公式：，MPa 式（7.8） 式（7.9）故液压缸活塞杆强度通过校核。7.4液压缸最小导向长度H当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H。若导向长度H太小，当活塞杆全部伸出时，液压缸的稳定性将变差；反之，又势必增加液压缸长度。因此对一般液压缸有一个合适的导向长度此长度计算公式为： 式（7.10）式中：代入数据计算可得：7.5液压缸活塞缸长度L和液压缸缸筒长度s本设计中活塞杆长度为1000mm，液压缸所需工作行程为500mm，液压缸缸筒长度s取650mm结 论本次“小型拉压试验机设计”属于机械结构方面的设计，从传动螺旋设计、链传动设计、减速器机构、液压缸以及步进电机的设计选取着手，分析了拉压试验机的运作机理。论文首先从拉压试验机整体的特点及主要结构的叙述开始，按照“自顶向下”的设计方法先确定整体部件，然后针对每个部件中的具体的零件，进行细致的分析和设计计算。在本设计中首先进行的是整个机器最重要的运动机构螺旋传动机构的分析、设计和计算，该机构是对被检验材料施加拉压力的具体行动实施者。是整个机器的执行部件接着进行的是对链传动机构的分析、设计和计算，链传动机构不仅仅是整个机器的动力核心，更是本