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XXX 大学本科毕业设计说明书摘 要 .2ABSTRACT .3第一章 概述 .41.1 耐破度测试仪概述 .4第二章 耐破度测试仪的结构原理 .10第三章 设计中有关计算 .113.1 电动机的选择 .113.2 传动装置总传动比的计算及其分配 .113.3 蜗轮蜗杆传动系统的设计与校核 .123.4 锥齿轮的传动设计 .153.5 滚珠丝杠传动的设计与校核 .213.5.1 工作压强计算 .213.5.2 静载荷计算 .223.5.3 螺杆强度 .233.6.4 寿命计算 .23结论 .26致谢 .27参考文献 .28XXX 大学本科毕业设计说明书摘摘 要要为检测纸张、纸板、瓦楞纸板的耐破度而生产的专用检测器具，目前普遍使用的耐破度仪匀为缪伦(Mullen)式耐破度仪(又称破裂强度试验机)。本文首先概述了耐破度测试仪的基本定义、分类。然后是设计出一款环压强度试验机。试验机的传动部分主要由齿轮箱、液压传动、滚珠丝杠三部分组成。经过校核后所有设计均符合要求。用CAD软件完成试验机的总装图，然后得到了测试仪的二维零件图。在文章的最后简明的介绍了做本次毕业设计的一些心得体会。关键词关键词: 耐破度；齿轮箱；滚珠丝杠；XXX 大学本科毕业设计说明书ABSTRACTFor the detection of paper, cardboard, corrugated cardboard bursting and the production of special testing equipment, the current widespread use of breaking resistance of the device to absorb Mullen ( Mullen ) type bursting tester ( also known as the rupture strength testing machine ).This paper first outlines the bursting strength tester definition, classification. Then design a ring crush strength testing machine. Test drive part is mainly composed of a gear box, hydraulic transmission, the ball screw is composed of three parts. After checking all the design to meet the requirements. Using CAD software to complete the test machine assembly diagram, then get the tester of 2D part drawings. At the end of the article briefly introduces the graduation design, some experience.Key words: bursting; gear box; ball screw;XXX 大学本科毕业设计说明书第一章第一章 概述概述1.11.1 耐破度测试仪概述耐破度测试仪概述耐破度测试仪的设计之初衷为测试纸箱之耐压强度，以防范因纸箱强度不够导致产品在使用、搬运、堆叠、仓储、运输过程中产品变形、损坏之不良现象发生，可配合多种材料做全方位之测试，在纸张包装材料方面， 进行多种纸张品质测试。按种类可分为：环压（RCT） 、平压（FCT） 、边压（ECT） 、粘合（PAT）及一般抗压（CMT）等测试。以下是各种环压强度试验机详细参数。1、JD-213 环压强度试验机产品简介：本机以高精度传感器感应,经软件解析以数字显示出强度.用于厚度在 1以下瓦楞XXX 大学本科毕业设计说明书蕊纸及牛皮纸带等.试样置于环盘之容器内,以本机检验其直立方向之耐压强度,配合各种附件使用,并可测试纸板之环压强度、边压强度、平压强度、粘合强度、抗压强度等试验项目。2、JD-211A 全自动破裂强度试验机名称：JD-211A 全自动破裂强度试验机产品简介： 全自动破裂强度试验机是国际通用型缪纶（Mullen）式仪器，广泛地适用于包装材料，主要用于测定各种纸板及单层和多层瓦楞纸板，也可用于丝绸、棉布等非纸质材料的耐破强度的测试。只要放进材料，即自动侦测，自动试验，自动油压回位及自动计算、储存测试数据、打印，仪器用数字显示并能自动打印测试结果和数据处理。3、JD-212 破裂强度试验机(带列印)XXX 大学本科毕业设计说明书名称：JD-212 破裂强度试验机(带列印)产品简介：本机采用数字显示压力，试料破裂时，自动保留最大破裂强度值， 指示方式为数位式,容量为 0100kg/cm2 广泛的适用于包装材料,包括一般纸张、瓦楞纸、卫生纸、包装纸等等, 用于皮革、布类、 包装薄膜之上, 可有效的对产品质量进行监测。4、JD-112 指针式撕裂强度试验机XXX 大学本科毕业设计说明书名称：JD-112 指针式撕裂强度试验机产品简介：本机系以扇型摆锤动时，撕裂试样，并指示撕裂强度值。XXX 大学本科毕业设计说明书5、JD-223 平压取样器一、产品简介 瓦楞纸板平压试样取样器是瓦楞纸平压强度试验（FCT）必备的专用取样器具，可快速、准确地切取规定面积的试样，是瓦楞纸板及纸箱生产、科研及质量监督检验等部门理想的辅助试验器具。用途：平压取样器是瓦楞纸板平压强度测定时切取标准试样的专用取样器;XXX 大学本科毕业设计说明书名称：JD-206 小型抗压机产品简介：本机为电子显示环压/拉力试验机，使用马达传动螺杆而使夹具移动，将装置好试样材料的试验夹具置传动螺杆而使夹具移动，将装置好试样材料的试验夹具置于上下两夹具之间，然后施予规定之速度，上夹具向下压缩试样时，上夹具上端的荷重立即感到压力；而拉力测试是上夹具向上移动，下夹具向下移动，同样夹具感受到压力，并将力转换成电压讯号给显示器，结果连用 LOADCELL 力量感应器连接显示器自动显示力量值。XXX 大学本科毕业设计说明书第二章第二章 耐破度测试仪的结构原理耐破度测试仪的结构原理纸板耐破度仪的工作原理：是根据帕斯卡定律：加在密闭液体上的压强能够按照原来的大小，由液体向各个方向传递。在仪器密封的油缸和压纸座的容腔内，装满甲基硅油作为压力传递的介质，当电机带动活塞匀速前进时，胶膜受到硅油的加压而突起；此时夹持在胶膜上方，被上下夹盘固定住的试样，均匀受力，直到试样破裂。处理芯片锁住最大压力值，通过液晶屏显示该压力值，此压力值即为本次试样的耐破度。如何 2-1 所示为耐破度测试仪的结构原理图 2-1 耐破度测试仪结构图XXX 大学本科毕业设计说明书第三章第三章 设计中有关计算设计中有关计算3.13.1 电动机的选择电动机的选择 由设计要求及已知条件可知，假设试验机顶进速度为 120mm/min，试验机所施加的外力为 100KN。故 (3-1) 3120100 102001000 60PF VW式中：F试验机输出力，N；V丝杠速度，m/s。 电机功率在传递过程中必然有一定的损失。参阅机械工程手册可知，丝杠与丝杠螺母间传动效率为 0.9，锥齿轮之间传动效率为 0.94，涡轮蜗杆间传动效率为 0.8，其他联结件传动效率为 0.9。故0.9 0.94 0.8 0.90.609 丝总锥蜗其所以 (3-2)200PP328.40.609w电机总上式中 P 试验机有效功率； 试验机总效率。总查阅电机手册结合实际情况选择合适型号为 Y802-4，它的额定功率为 0.75KW、满载转速为 1390r/min。 3.23.2 传动装置总传动比的计算及其分配传动装置总传动比的计算及其分配已知横梁速度以此求得丝杠转速wn (3-3)12015min8wVnrp式中： V丝杠速度，m/s； P丝杠螺距，mm。XXX 大学本科毕业设计说明书电动机选定后，按照电动机的满载转速及试验机工作部分转速，可计算出传mnwn动装置的总传动比。 (3-4)139092.6715mwninii i锥蜗再按照常用传动机构性能及适用范围，初步选择各个出动部分传动比如下：。201.5ii蜗锥，3.33.3 蜗轮蜗杆传动系统的设计与校核蜗轮蜗杆传动系统的设计与校核由设计要求可以知，蜗轮输入功率 P0.75 0.8 0.850.51kw2蜗轮输入转速 2139069.5min20nr传动比 20i 预期寿命 15000h故蜗杆选用 45 钢，表面硬度45HRC。涡轮材料采用 ZCuSn10P1,金属模铸造。1 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由传动中心距 1 13.14 63 13904.67360 1000cos60 1000cos11.31sd nvm s(1)确定作用在蜗轮上的转矩2T按，则 mm12z 662229.55 100.519.55 1070079.1469.5pTNn:(2)确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数，由表 11-5 选取使用系数1K；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数；则1.15AK 1.05VK 1.15 1 1.051.21AVKK K K XXX 大学本科毕业设计说明书(3)确定弹性影响系数EZ因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故。12160EaZMP(4)确定接触系数Z先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，从图 11-18 中可查得1da10.35da。2.9Z(5)确定许用接触应力H根据蜗轮材料为采用 ZCuSn10P1,金属模铸造，蜗杆齿面硬度45HRC，可从表11-7 查得蜗轮的基本许用应力。268HaMP应力循环次数 726060 69.5 150006.25 10hNjn L寿命系数 787100.79526.25 10HNK则 0.7952 268231.13HHNHaKMP:(6)计算中心距 mm22332160 2.91.21 70079.1469.73231.13EHZ ZaKT取中心距,因，故从表 11-2 中取模数mm,蜗杆分度圆直径125amm20i 5m 。这时，从图 11-18 中可查询接触系数，因为，因此150d 10.4da2.7ZZZ以上计算结果可用。2蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 (1)蜗杆 轴向齿距mm；直径系数mm；齿顶圆直径15.7aPm10q mm；齿根圆直径mm；分度圆导程角；11260addm112.438fddm111836蜗杆轴向齿厚mm。17.852asm(2)蜗轮XXX 大学本科毕业设计说明书蜗轮齿数；变位系数；241z 20.5x 验算传动比，这时传动比误差为，是允许214120.52ziz20.5200.0252.520的。蜗轮分度圆直径 mm22205dmz蜗轮喉圆直径 mm222215adm z蜗轮齿根圆直径 mm222.4193fdm z蜗轮咽喉母圆半径 mm22117.52garad3.校核齿根弯曲疲劳强度 22121.53FFaFKTYYd d m当量齿数 2234143.48coscos11.31vzz根据，从图 11-19 中可查得齿形系数。20.5x 243.48vz22.87FaY螺旋角系数 11.31110.9192140140Y 许用弯曲应力 FFFNK:从表 11-8 中查得由 ZCuSn10P1 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力。56FaMP寿命系数 697100.6326.25 10FNK 56 0.63235.37FaMP 1.53 1.21 70079.142.87 0.91923.33863 258.3 6.3FaMP弯曲强度是满足的。4.验算效率 tan0.950.96tanv:XXX 大学本科毕业设计说明书已知；与相对滑动速度有关。111836arctanvvf10089 1988GB Tfsv 1 13.14 50 13903.760 1000cos60 1000cos11.31sd nvm s从表 11-18 中用插值法查得 ；代入式中得，大于0.02351.1867vvf、0.84原估计值，因此不用重算。5.精度等级公差和表面粗糙度的确定从圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择 8 级精度，侧隙种类为,标注为10089 1988GB Tf 。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度。8f10089 1988GB T由于蜗杆滑动速度较低，产生热量较少，故可以不进行温度验算。试验机利用频率较低，故可以不润滑，或者偶尔喷油润滑即可3.43.4 锥齿轮的传动设计锥齿轮的传动设计由设计要求可以知，锥齿轮输入功率 20.99 0.990.5PPkw3锥齿轮输入转速 3269.5minnnr传动比 1.5i 预期寿命 15000h说明锥齿轮的传动设计的这部分全参照实用机械设计 ，下面涉及的就不再说明了。一、选材、热处理、选 z1注意点(1)大小齿轮选材，热处理不同，小齿轮比大齿轮齿面硬度高；3050HBSHBS:(2)一般用锻钢毛坯，尺寸太大可用铸钢；(3软尺面适用中载中速；(4)尽可能用优质碳素钢；(5)热处理后切齿，精度可达级左右；89:XXX 大学本科毕业设计说明书 2按表0-4表0-9以及表4-4、4-5选材、热处理，由表4-6确定精度等级，设计后:由4-7校订，或由表5-3查出。 小齿轮45钢，调质217HBS255HBS，取中间值236HB；大齿轮45钢，正火:163HBS217HBS,取中间值190HBS，8级精度。 : 3确定齿数 z,校核5uii (1)选取；1235z1.5 3552.5z 、2z53 (2)计算；12531.5135uzz (3)。1.51 1.551.5uiiu :二、按接触强度计算1d 1计算 1T mm6643130.59.55 109.55 106.87 1069.5PTnN: 2计算 KAvKK K K (1)由表4-8选取使用系数1.0AK (2)试选动载荷系数记试选vKvtK1.2vtK (3)取值（一般） ，值，则R0.3Ru 22110.3 1.5110.32220.3RdmmRubdXXX 大学本科毕业设计说明书 (4)由图4-45，查得齿向载荷分布系数1.1K (5)计算因（试选）vvtKK1 1.18 1.11.29tAvKK K K 3弹性系数由表4-9查得EZ189.8EZMPa 4节点系数由4-58查得HZH2.5Z 5许用应力 lim1HNWHHZ ZS (1)由图4-58查得lim1lim2570460HHMPaMPa、 (2)由已知条件计算711N6060 1 15000 69.56.225 10n r t : 712NN4.14 10u (3) 由图4-59查得寿命系数N1N2Z=1Z=1、 (4)由表4-11查得安全系数HS =1 (5)由图4-60查得工作硬化系数wZ =1 (6)计算 lim115701 15701HNWHHZ ZMPaS 代入小值计算。 lim224601 14601HNWHHZ ZMPaS (7)计算1dXXX 大学本科毕业设计说明书 mm 21EH312RR4.7Z Z()109.49(1 0.5)tHK Tdu: 三、校核1d 因试选，可能与实际不符vK 1模数取标准值 取11tdmz11109.493.1235tdmz3.25m 2按几何关系计算 mm1d113.25 25113.75dmz mm11(1 0.5)113.75(1 0.5 0.3)96.7mRdd 3圆周速度mv (1) 1 13.14 96.7 69.53.5260 100060 1000mmd nvm s (2) 计算 由查图4-43得13.52 351.232100100mv z1100mv z1.23vK 4校对1d 与相差不大，勿须重算。33111.23109.49110.391.2vtvtKddK1td四、校核齿根弯曲强度 1计算公式 1322214.7(1 0.5)1FaSaFRRFKTY Ymzu XXX 大学本科毕业设计说明书 4322224.71 1.29 6.87 102.24 1.782.62100.6350.3(1 0.5 0.3)1.511 190FMPa 2计算当量齿数 11lim212.4 1.660.01732190230FaSaFFYYMPa (1) 、 1221.51cos0.833711.511uu133.517 、 22211cos0.552211.511u256.483 (2)、1113541.98cos0.8337vzz2225395.98cos0.5522vzz 3由当量齿数查图4-55得齿形系数、，查得4-56得vz12.4FaY22.24FaY齿根应力修正系数、。11.66SaY21.78SaY 4确定3.25m (1)查图4-61得 、lim1230FMPalim2190FMPa (2)查图4-62得121NNYY (3)查图4-63得尺寸系数1xY (4)查表4-11得安全系数1FS (5)计算、 lim111230FNxFFY YMPaS lim222190FNxFFY YMPaSXXX 大学本科毕业设计说明书 (6)比较与 值 111FaSaFYY 222FaSaFYY 小齿轮 1112.4 1.660.01732230FaSaFYY 大齿轮 取大齿轮代入计算 2222.24 1.780.02099190FaSaFYY 5校核弯曲强度 41223222322214.74.71 1.29 6.87 102.24 1.78100.6(1 0.5)13.25350.3(1 0.5 0.3)1.511FaSaFFRRKTY YMPam zu 按弯曲强度计算的模数记为Fm 413322222214.74.71 1.29 6.87 102.24 1.782.62(1 0.5)1350.3(1 0.5 0.3)1.511 190FaSaFRRFKTY Ymzu 而按接触强度计算的，故取大者为模数1113.75d 11113.753.2535Hdmz。3.25m 五、几何尺寸计算 1分度圆直径d mm113.25 35113.75dmz mm223.25 53172.25dmz 2节锥角 、11235arctanarctan33.439853zz219056.5602XXX 大学本科毕业设计说明书 3节锥距R mm11113.75103.42sin2 sin33.4398dR 4齿宽、取整RbR:0.3 103.431.02RbR:32b 5齿顶高mm112(1)3.25aahmXh 6齿根高mm112(1.2)3.25 1.23.9ffhmXh 7齿顶圆直径ad mm11112cos113.752 3.25 cos33.4398119.17aaddh mm 22222cos172.252 3.25 cos56.5602175.83aaddh 3.53.5 滚珠丝杠传动的设计与校核滚珠丝杠传动的设计与校核3.5.13.5.1 工作压强计算工作压强计算螺母的轴向位移： (3-36)22lspx式中：螺杆转角，rad；s：导程, m mp: 螺距，m m ； x：螺纹线数令该螺纹为单线螺纹。则 x1由于丝杠带动横梁的移动距离为 1200mm，又要留下一定的余量，可令螺纹长度L1500mm设计使螺纹移动时，手轮转动 150 圈，即2150300 rad2212008300lpmmxXXX 大学本科毕业设计说明书由此可知，8 18spxmm 螺纹中径： ， 其中 20.8pFdp2,10pp带入数据，有 (3-37)4210 100.80.858.82 10pFdmmp由表可知，取 263dmm螺母高度： 22 63126Hdmm旋和圈数： 12615.75(1216)8Hnp:基本牙型高度： 10.50.5 84Hpmm 工作压强： (3-38)5211 102.753.14 63 4 46.3pFppd h n 工作压强满足要求。为了保证自锁，螺纹升角 2 19 螺纹牙根部的宽度：0.650.65 85.2bpmm3.5.23.5.2 静载荷计算静载荷计算基本额定静载荷特性值 (3-39)1122122201122122220.33110.14coscos450.3886cos45cos222227.7464.25WssWWmWWDDDdDKMPaD式中：钢球直径，mm；WDsr螺杆滚道曲率半径，mm；XXX 大学本科毕业设计说明书接触角；md 滚动螺旋公称直径，mm。基本额定静载荷 6600sin64.25 103 6 sin45817.8 10aWCK izDN (3-40)静载荷条件 (3-41)6601.2 1.67 200 10400 10aFHCK K F条件满足，故合格。3.5.33.5.3 螺杆强度螺杆强度螺杆的强度 (3-42)66222311223230.479.55 109.55 1029923315430.24 100 10299233326.42630.2 63pTN mmnFTddMPa:螺杆最大弯曲应力 查表可知 故螺杆强度合格。 4060bMPa:3.6.43.6.4 寿命计算寿命计算螺母接触系数 0.76nMWRfD螺杆接触系数 0.81SSWRfD寿命系数 1 31 3150003.11500500hhLK转速系数 1 31 333.333.31.618nKn寿命条件 (3-43)1333.111.2 1.67 1.06 100 101.61410.5 10965400haFHnKCK K K FKNN查表可知式中： 载荷系数；FKXXX 大学本科毕业设计说明书 HK 硬度影响系数； 1K短行程系数； F试验机工作力，N。故满足条件合格。采用固定式内循环如图 3-10 为内循环示意图、图 3-11 为滚珠丝杆副的组成图 3-10 固定式内循环示意图1-滚珠；2-丝杆；3-反向器；4-螺母图 3-11 滚珠丝杆副的组成接触角 45XXX 大学本科毕业设计说明书钢球直径 mm0.66WhDP螺纹滚道曲率半径 mm()0.553.3SNWr rD偏心距 mm0.707()0.2122WSDer螺纹升角 0arctan2 54hPd螺杆大径 0(0.2 0.25)61.8WddD螺杆小径 02256.824Sddermm螺杆接触点直径 0cos58.757KWddDmm螺杆牙顶圆角半径(0.1 0.15)0.6aWrDmm螺母螺纹大径 02269.175Nddermm螺母小径 000.5()63.6ddddmm XXX 大学本科毕业设计说明书结论结论为检测纸张、纸板、瓦楞纸板的耐破度而生产的专用检测器具，目前普遍使用的耐破度仪匀为缪伦(Mullen)式耐破度仪(又称破裂强度试验机)。本文在查阅大量国内外试验机生产厂家资料的基础上，对所设计的抗弯强度试验机进行了仔细研究，根据所提出来的技术指标要求，设计了测试仪的机械部分。在设计与校核过程中，电动机的选择要综合考虑试验机所输出力、输出速度，然后以此倒退求知电机功率及其外形尺寸。在选择具体传动比时，要选择各种传动机构合理范围之内的值。由于丝杠的转速很低，故采用了锥齿轮传