毕业设计（论文）-车辆试验拉压传感器标定装置设计.doc

车辆试验拉压传感器标定装置设计摘 要在实践操作过程中，往往需要知道测量出传动机构中拉压力的大小，了解将动力以不同的力学形式传递给工作装置。通常采用压电式传感器放入测试试验台，通过采集，处理压电信号来表征拉压力的测量。本装置采用电动机作为滑动螺旋机构的进给、回退的动力源。蜗轮蜗杆实现减速增扭，在蜗杆上加装转动手柄以及机械式千斤顶此两者作为对拉压传感器力的加载。最大载荷50000N。 同类产品设计中，由于该套试验装置应用多在车辆上，我国的汽车产业自建国以来虽发展迅速，但核心研发的试验能力不强，所以国内产品较少且水平有限。国外由于汽车产业发展历史悠久，科研实力强，特别是欧美等西方发达国家设备精良，试验人才多，技术上领先于国内。我们应多汲取国外的先进技术、设备，在此基础上加以消化改进最终转化为自己的。而在测量技术上，更多的朝向智能化、科技化、微量化、信息化、生物智能化的方向发展。因此在机构设计，理论研究中要有创新意识，不断的发展前进。关键词：传感器，测量，信号，车辆CALIBRATION DEVICE DESIGN OF PULL AND PRESS SENSOR OF VEHICLE EXPERIMENTABSTRACTIn the process of practicing an operation in, usually need to know the diagraph size which spreads to move to pull pressure in the organization, understanding deliver the motive equips for work with the different mechanics form.Usually adopt to press an electricity type to spread a feeling machine to put into the test experiment set, pass to collect, handle to press telecommunication number to come to token to pull the diagraph of pressure.The this device adoption electric motor is to glide enter of spiral organization to, return to back of motive source.The Gua round Gua pole carries out deceleration to increase to twist and add to turn to begin handle and machine type jack this both on the Gua pole Be press to spread the feeling machine add of dint to carry towards pull.Biggest carry the lotus 50000 Ns.(can overload 75000 Ns) The same kind product design medium, because of that set of experiment the device be much more applied on the vehicle, our country of car industry from found a nation although development quick, core development of experiment the ability be not strong, so local product less and level are limited.Abroad because of car industry development the history be long, the research real strenght is strong, especially Europe, the United States, Japan waits a western and flourishing and national equipments excellent, experiment talented person many, lead in the technique with domestic.We should draw advanced technique of take the abroad more, equipments, take in to digest to improve an end conversion on this foundation for own of.But morely turn toward the intelligence in measuring a technique, technological, little by little turn, information-based, the living creature intelligence turn of the direction develop.Therefore design in the organization, theories research in have to have innovation consciousness, continuously of develop headway.KEY WORDS: sensor, measurement, signal, vehicle目 录第一章 绪论.1第二章 滑动螺旋传动设计.22.1螺旋副传动的设计.22.2滑动螺旋副的结构与材料.2 2.3滑动螺旋副的特点.32.4滑动螺旋副的应用.32.5滑动螺旋传动参数的选择与计算.32.5.1 耐磨性.42.5.2 自锁条件.52.5.3 螺杆强度.52.5.4 验算螺纹强度.52.5.5 螺杆的稳定性.62.5.6 横向振动.62.5.7 机械效率.62.5.8 驱动转矩.6第三章 蜗轮蜗杆传动设计.73.1蜗杆传动的特点.73.2 蜗杆传动的类型.73.3 蜗杆传动的主要参数及其选择.73.4 蜗杆传动的失效形式.103.5 蜗杆材料的选则.103.6 蜗杆受力分析.103.7 蜗轮齿面接触疲劳强度计算.103.8 蜗杆传动的效率.133.9 蜗杆轴的强度验算.13第四章 轴承的选择与校核.174.1 蜗杆轴上两轴承校核.174.2 螺杆上轴承校核.17第五章 轴承盖的选取.18第六章 电动机的选取.196.1 电动机类型和结构形式.196.2 电动机的容量.196.3 电动机的转速.20第七章 联轴器的选取. 22第八章 键的选取与校核. 238.1 键连接的类型. 238.2 键的选择. 238.3 键的校核. 23 第九章 拉压传感器的工作原理与应用. 25第十章 测量误差分析. 3010.1测量误差的合成. 3010.2测量误差的分配. 31第十一章 技术要求和材料处理. 3211.1 圆形零件自由表面过渡圆角.3211.2 铸件设计一般规范.3211.3 钢的常用热处理方法及应用.33第十二章 结论.34参考文献.35致谢.36第一章 绪 论本章是本设计说明书的总论，简要概括了总体设计的过程，中心思想，及一些方法。本套装置在行业领域的发展情况，同类产品的技术水平，围绕此些内容在横向和纵向的改进创新。本次设计中采用拉压传感器作为拉压力的测量装置。通过拉压力的信号转换为电信号，根据所对应的由三等标准测力计的输出力值判定大小。 人们在自然科学各个领域内从事的研究工作，一般是利用已知的规律对观测，试验的结果进行概括、推理，从而对所研究的对象取得定量的概念并发现它的规律性，然后上升为理论。因此，现代化检测手段所达到的水平很大程度上决定了科学研究的深度和广度、检测技术达到的水平越高提供的信息越丰富可靠，科学研究取得突破性进展的可能性就越大。我们应多汲取国外的先进技术，设备，在此基础上加以消化改进最终转化为自己的。而在测量技术上，更多的朝向智能化，科技化，微量化，信息化，生物智能化的方向发展。因此在机构设计，理论研究中要有创新意识，不断的发展前进。第二章 滑动螺旋传动设计螺旋传动主要是将旋转运动变成直线运动，进行能量和力的传递。根据其用途的不同，可分为传力螺旋传动（以传递能量为主，如螺旋压力机等），传动螺旋传动（以传递运动为主，有较高的传动精度，如机床的进给螺旋丝杠等）和调整螺旋传动（调整零件的相互位置，如轧钢机轧辊的压下螺丝等）。传动螺旋传动和调整螺旋传动在许多情况下也承受较大的轴向载荷。2.1 螺旋副传动的设计滑动螺旋副的失效主要是螺纹磨损，因此螺杆的直径和螺母高度通常是根据耐磨性设计计算确定的。传力螺旋应校核螺杆危险截面的强度；而青铜或铸铁螺母，以及承受重载的传力螺旋应校核螺纹牙的剪切强度和弯曲强度；要求自锁的螺杆应校核其自锁性；当螺杆受压力，其长径比又很大时，应校核其稳定性；螺纹要求自锁时，采用单线螺纹；为了提高传动效率以及要求较高的直线运动速度时，可采用多线螺纹，以得到较大的螺纹升角和导程。2.2 滑动螺旋副的结构与材料滑动螺旋的螺杆一般采用整体结构，整体的螺母结构简单，但磨损后轴向间隙不能补偿，仅用于精度较低的场合。当传力螺杆短而粗且垂直布置时，可利用螺母本身作为支撑；当螺杆细而长且水平布置时，应在螺杆两端或中间加支撑。螺杆材料应具有高强度和良好的加工工艺性，可选用40CrNi合金钢。螺母材料除要有足够的强度外，与螺杆配合后应有较低的摩擦系数和较高的耐磨性，选为ZCuAL10Fe3。2.3 滑动螺旋副的特点：一. 结构简单，加工方便，成本低廉。二. 当螺纹升角小于摩擦角时能够自锁。 三. 传动平稳。四. 自锁时效率在0.3-0.5之间。五. 长期使用时，磨损较快。2.4 滑动螺旋副应用：广泛用于金属切削机床的进给和分度机构的传导螺旋，摩擦压力机及千斤顶的传力螺旋。2.5 滑动螺旋传动参数的选择与计算相关参数如下：d-外螺纹大径（公称直径）P-螺距-牙顶间隙H1-基本牙型高 H1 = 0.5Ph3-外螺纹牙高 h3 = H1 + H4-内螺纹牙高 H4 = H1 + Z-牙顶高 Z = 0.25P = H1/2d2-外螺纹中径 d2 = d - 2z-内螺纹中径 = d - 2z-外螺纹小径 = d - 2h3-内螺纹小径 = d - 2H1 = d - p-内螺纹大径 = d + 2acb-牙根部宽度2.5.1 耐磨性（选择梯形螺纹）一. 螺纹中径d2 0.8 (2 1)F-轴向载荷 = 75000N Pp-螺纹副许用压强查机械设计-机械传动表11-1-9 Pp = 18 25 N/ = 1.2 1.5 取 = 2.0 Pp = 20N/则d2 0.8= 35.63查表4-1-6 选d2 = 36.5 P = 7 = 41 d3 =32 D1 =33 公称直径d = 40二. 螺母高度 H = * d2 = 73三. 旋合圈数 n = H / P 110 12 n = 10.4四. 基本牙型高度 H1 = 0.5P = 3.5五. 工作压强P =F/d2 H1n = 17.98 Pp2.5.2. 自锁条件螺旋升角 = arctans/d2 (2 2)s=p=7 =3030 = arctanf/cosa/2 -当量摩擦角 f-摩擦因数 f=0.09 s-导程 =192.5.3 螺杆强度当量应力 ca= (2 3)Mt-转矩 -外螺纹小径 -螺杆许用应力 查机械设计-机械传动表11-1-10 = 表11-1-3螺纹摩擦力矩 Mt1=F=209448N.mm ca=108.487N/ =110 N/因为 ca 所以螺杆强度足够。2.5.4 验算螺纹强度螺母选用ZCuAL10Fe3强度低于螺杆所以只求螺母螺纹强度。1. 螺纹牙根部的宽度 b=0.65P=4.55mm2. 剪切强度 =F/bn =12.31 N/ 所以剪切强度足够。3. 弯曲强度 = (2 4)=28.14MpaF 所以螺杆的稳定性足够。 2.5.6 横向震动临界转速 =15000 lc-螺杆支撑距离 =1.875 =7.8kg/ n2.5.7 机械效率回转运动转化为直线运动时：=0.99*=0.422.5.8 驱动转矩Mq=Mt1+Mt2 (2 5)Mt1-螺纹摩擦力矩 Mt1=209448N.Mt2-螺旋转动轴向支撑面摩擦力矩 Mt2=83574N. -轴向支撑面间摩擦因数 =0.09 D0，d0-支撑环面的外径，内径则 Mq=293022N. 驱动功率 P= =2.76kw第三章 蜗轮蜗杆传动设计3.1 蜗杆传动的特点优点：结构紧凑，传动比大，传动平稳，振动，冲击和噪声小，在一定的条件下具有自锁性等优点。缺点：传动的摩擦发热大，效率比齿轮低，只适用于中小功率场合。3.2 蜗杆传动的类型选用普通阿基米德圆柱蜗杆。3.3 蜗杆传动的主要参数及其选择一. 模数m与压力角 与齿轮传动一样，蜗杆传动也以模数作为主要设计参数。蜗杆和蜗轮啮合时，在中间平面上，蜗杆的模数和压力角分别与蜗轮的端面模数和端面压力角相等，并将此平面内的模数和压力角规定为标准值。即： =m =二. 蜗杆分度圆直径和直径系数q q=/m (3 1)=80mm q=10mm三. 蜗杆头数及蜗轮齿数 i=u (3 2)查机械设计6-2 选=1 =40=i四. 蜗杆分度圆柱导程角tan=0.1-蜗杆轴向齿距 -蜗杆导程 =五. 凑中心距设为变位前中心距，为变位后的中心距可知： =200= -0.50.5 选0.5 则 =204六. 凑传动比 变位前后传动的中心机不变 = =0.5 =39综上所述普通阿基米德蜗杆传动的主要几何尺寸如下：1.中心距 =200mm2.蜗轮轮缘宽度 B0.75=0.75=72 B=703.蜗杆的螺纹部分长度 L=120 经磨削的蜗杆 时增加25 所以选择 L=1504.蜗杆轴向模数 m=85.蜗杆头数 =1 蜗轮齿数 =40 传动比 i=406.蜗杆直径系数 q=17.齿顶高系数 =18.蜗杆轴向齿距 9.蜗杆导程 10.蜗杆轴截面齿廓压力角 11.蜗杆分度圆柱导程角 12.顶隙 =213.蜗杆齿顶高 =m=814.蜗杆齿根高 +c=1015.蜗杆齿高 =1816.蜗杆分度圆直径 =8017.蜗杆齿顶圆直径 =9618.蜗杆齿根圆直径 =6019.蜗轮分度圆直径 =32020.蜗轮喉圆直径 =33621.蜗轮齿根圆直径 =30022.蜗轮外径 23.蜗轮齿宽角 24.蜗轮齿根圆弧面半径 25.蜗轮齿顶圆弧面半径 3.4 蜗杆传动的失效形式主要是胶合，点蚀和磨损。一般情况下，失效多发生在蜗轮上。在闭式传动中，由于蜗轮蜗杆齿面间的 相对滑动速度较大，效率低，发热量大，润滑条件变坏，容易发生胶合或点蚀。在开式传动中，蜗轮轮齿的磨损是主要的失效形式。3.5 材料的选择针对蜗杆传动的主要失效形式，要求蜗轮蜗杆的材料组合具有良好的减摩和耐磨性能。蜗杆选合金钢（40CrNi），并采用适当的热处理。表面淬火到4555HRC,然后磨削，表面粗慥度Ra为1.6，0.8或更小。蜗轮采用铸铝铁青铜（ZcuAl10Fe3）,它的强度高，价格便宜。3.6 蜗杆传动的受力分析 假设作用在蜗杆齿面上的法向力集中在点C，可分解为三个相互垂直的分力;圆周力，径向力和轴向力。 由于蜗轮轴和蜗杆轴在空间交错成，所以作用在蜗杆上的轴向力与蜗轮的圆周力，蜗杆的圆周力与蜗轮的轴向力，蜗杆的径向力与蜗轮的径向力，分别大小相等方向相反。各力的大小分别为 =4360.4N =545.1N=1587.1N=4672.2N3.7 蜗轮齿面接触疲劳强度计算一般普通圆柱蜗杆传动的蜗轮齿面接触疲劳强度计算与斜齿圆柱齿轮传动相似，仍以赫兹公式为原始公式，并按节点啮合的条件进行计算。 即： = （3 3）-齿面接触线单位长度上的计算载荷，N/mm；-综合曲率半径，mm；-弹性系数，对于青铜蜗轮与钢制蜗杆佩带时，取=一. 齿面接触线单位长度上的计算载荷 （3 4）K -载荷系数，因蜗杆传动平稳，可取=1； L-接触线长度，mm； =44.1 N/mm由于蜗轮轮齿是沿齿宽做成弧形包在蜗杆上，并考虑到重合度和接触线长度的变化，因而其最小接触线长度为 （3 5）-接触线长度变化系数； -端面重合度，=1.82.2； -蜗轮齿宽角。 二. 综合曲率半径由于蜗杆的齿形在中间平面为直齿齿条，故=，并取则 =57.6三. 齿面接触疲劳强度的校核及设计 0.875=140 （3 6）=5125.7查机械设计P162表61得 m=8 =80mm q=10 四. 许用接触应力 当蜗轮的材料300的青铜时，传动的承载能力常取决于蜗轮的抗胶合能力。目前尚无成熟的抗胶合计算方法，但胶合的产生与接触应力的大小有关，所以仍按接触疲劳强度的计算公式设计，但许用应力的大小与应力循环次数无关，而与齿面间的相对滑动速度有关，其许用接触应力可按机械设计P170表66选取。=250五. 蜗杆的刚度计算 蜗杆受力后，若变形过大将引起蜗杆牙齿上的载荷集中，影响蜗杆与蜗轮的正确啮合，因此蜗杆需要刚度校核。通常将蜗杆的螺旋部分，看作以齿根圆直径为中间的轴段，主要校核弯曲刚度。其最大弯曲挠度按下式作近似计算： （3 7），-分别为蜗杆所受的圆周力和径向力，N;E-蜗杆的弹性模量，；I-蜗杆危险截面的惯性距，I=；为蜗杆齿根圆直径mm;-蜗杆两端支撑间的跨距，mm； 可取=0.9；-最大许用挠度，mm，取=；为蜗杆分度圆直径，mm.0.02mm =0.08mm 所以刚度足够。3.8 蜗杆传动的效率包括轮齿啮合的效率；轴承的效率； = （3 8）-当量摩擦角=，根据相对滑动速度由机械设计P178表610选取。=4.3-蜗杆分度圆直径，mm -蜗杆转速，r/min。 =0.024 = 3.9 蜗杆轴的强度验算先做出轴的受力简图，取集中载荷作用于齿轮及轴承的中点。受力简图如下页所示：一. 齿轮上作用力的大小转矩 =29.25圆周力 =731.25径向力 =267.49 轴向力 =72.99二. 求轴承的支反力水平支反力 139=274.5 =485.04N =246.21N垂直支反力 =N N三. 画弯矩图截面C处弯矩为：水平面上弯矩 =0.139=67.42垂直面弯矩 =0.139=23.7 =26.62合成弯矩 =71.46 =72.48四. 画转矩图 =29.25N五. 画计算弯矩图 截面C处当量弯矩为 =73.58=74.5 =0.6水平受力和弯矩图： 垂直受力和弯矩图： 合成弯矩图：转矩图： 计算弯矩图: 六. 按弯扭合成应力校核轴的强度1. 截面C处当量弯矩最大，故该截面可能是危险截面。=14.6查机械设计P285表122得 =75 2. 截面D处虽只受转矩，但其直径最小，也可能为危险截面=17.55 =5.36，因力的不平衡，轴有向右移动并压紧轴承II的趋势。这时轴承II由于右端盖的止推作用，通过外圈给分离体一个附加轴向力。分离体轴向受力的平衡条件为 给分离体加上外圈后，轴承所受轴向载荷分别为 =192.35 I端轴承 =0.71e =282.54N=11985h II端轴承 =336.19N =71111 h4.2 螺杆轴承校核方法同上 =39866.9N =75000N=P=1950h =2590h第五章 轴承盖的选取轴承盖的作用是防止轴的轴向窜动，根据轴承外径选取有闷盖和透盖两种，透盖中间可穿轴。材料多为HT150。该次设计选三个透盖，相关尺寸公式如下： 轴承外径 D= 70100mm 螺钉直径=8mm 螺钉数为4个 蜗杆轴上两个轴承盖尺寸相同 D=100mm = 8mm =9mm =120mm =140mm =9.6mm=90mm =96mm =98mm螺杆上轴承盖尺寸如下： D=85mm =8mm =9mm =105mm =125mm =9.6mm =75mm=81mm =83mm第六章 电动机的选取电动机是最常见的原动机，它是由专门生产的标准部件。电动机主要是根据类型，结构，功率，转速和安装结构形式等要求来选择，并据此从产品目录中查出相应的型号和尺寸。选择电动机时应注意如下问题：6.1 电动机类型和结构形式电动机类型要根据电源种类（交流或直流），工作条件（温度，环境和空间尺寸），载荷特点（大小，过载情况）,启动性能，制动，反转的频繁程度，转速高低和调速性能等要求来确定。无特殊要求选Y系列三相交流异步电动机。其中以普通笼型异步电动机应用最广。其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无特殊要求的机械上。电动机结构还有开启式，防护式，封闭式和防爆式等。电动机额度电压一般是380V。6.2 电动机的容量电动机的容量选的合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求，则不能保证工作机的正常工作或电动机长期过载而过早损坏：容量过大则电动机价格高，能力不能充分利用，由于经常不满载运行，效率和功率因数都较低，增加电能消耗造成很大浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。电动机的发热与其运行状态有关，有长期连续运行，短时运行和重复短时运行。电动机的容量选择有两种方法：一种是调查统计类比法；另一种是分析计算法。1.调查统计类比法目前我国机床的设计制造常采用调查统计类比法来选择电动机容量。这种方法是通过对机械设备拖动电动机进行实测，分析找出电机容量与设备主要数据的关系，再根据这种关系来选择电动机的容量。2.分析计算法这种方法是根据机械设备对机械传动功率的要求，确定电动机功率。所需电动机功率为 P=KW -工作机所需输入功率 -电动机至工作机之间传动装置的总效率6.3 电动机的转速一般有3000r/min.1500r/min,1000r/min.750r/min等当选用低速电动机时，因极数较多而外廓尺寸及重量较大，故价格较高，但可减少传动装置的总传动比及外形尺寸：当选用高转速电动机时则相反。因此应综合分析和比较后在选取。方法如下：1.对于不需要调速的高，中转速的机械，一般选用相应转速的电动机，以便与机械转轴直接相连接。2.对于不需要调速的低转速的机械，一般选用稍高转速的电动机，通过减速机构来传动。3.对于需要调速的机械，电动机的最高转速应与机械的最高转速相适用，连接方式可以直接传动或者通过减速机构传动。按照工作机的转速要求和传动装置中各级传动的合理传动比范围，可以推算出电动机转速的可选范围，推算如下 n=() r/min-工作机转速， -各传动副合理传动比范围:-电动机可选转速范围，。综述，根据螺杆的驱动功率和驱动转矩参看机械设计*课程设计查表221可选电动机型号Y132S6，额定功率3KW，满载转速960，质量63KG。第七章 联轴器的选取 联轴器的基本功用是连接两轴，并传递运动和转矩。有时，联轴器也作安全保险装置。联轴器所连接的两轴，只能在运动停止后经过拆装才能彼此结合或分开。联轴器可分为两大类:1.刚性联轴器 它用在被连接的两轴要求严格对中以及工作中无相对位移之处；2.挠性联轴器 它用在被连接的两轴有较大的安装误差及工作中有相对位移之处。被连接两轴主要有轴向位移，径向位移，偏角位移，综合位移几种形式影响连接的好坏。采用挠性联轴器可补偿两轴相对位移的情况。 选用滚子链式联轴器，它利用一公共滚子链（单排或双排）同时与两个齿轮数相同的并列链轮相啮合以实现两联轴器相连接。其特点是结构简单，拆装方便，径向尺寸小，质量轻，转动惯量小，效率高，具有一定的位移补偿能力(径向位移x0.02p，p为链节距；角位移10（）时，就可将上式近似为： 由此可见：放大器的输入阻抗极高，输入端几乎没有分流，电荷Q只对反馈电容充电，充电电压接近于放大器的输出电压。电荷放大器的输出电压与电缆电容无关，而与Q成正比，这是电荷放大器的突出特点。由于Q与被测压力成线性关系，因此输出电压与被测压力成线性关系。第十章 测量误差分析10.1 测量误差的合成通常一个测量系统有多个部分组成，各环节存在的局部误差影响着整个测量系统的测量。若已知各环节的误差，要求的总的测量误差称为误差的合成。 也就是说本次设计的实验装置在最后测量中有由于三等标准测力计，传感器输出的电信号，以及机构不精确所引起的误差总和，这是很重要的一部分，需要特别注意。1.设系统总的输出y与各环节的函数关系为：由于系统误