目录
1 绪论 1
1.1论文研究的背景和意义 1
1.2 试验平台研究的必要性 2
1.3 国内外研究的进展 2
1.4 试验台的类型 2
1.4.1 功率流开放式试验台 3
1.4.2 电功率流封闭式试验台 3
1.4.3 机械功率流封闭式试验台 4
1.4.4 功率流方向的确定 5
1.5 现有试验装置的局限 5
1.6 多功能实验台的设计要求和设计内容 6
2 试验台的总体设计 7
2.1 试验台的总体要求 7
2.2 试验台的功能分析与定位 8
2.3 改造方案对比 8
2.3.1 方案一 8
2.3.2 方案二 9
2.3.3 方案三 9
2.4 中心距的设计 10
2.4.1 中心距的设计 10
2.4.2 理想的中心距 10
3 关键零部件的设计与计算 11
3.1 齿轮的设计与计算 11
3.1.1 材料的选择 11
3.1.2 按齿面接触强度设计 14
3.2 轴的设计计算 14
3.2.1 轴的材料选择 14
3.2.2 轴的结构设计 14
3.2.3 按许用弯曲强度条件计算 15
3.2.4 按轴的疲劳强度安全因素校核 17
3.3 滚动轴承的选择与寿命计算 18
3.4 联轴器的选择 19
3.4.1 弹性联轴器 19
3.4.2 联轴器的选择 20
4 传感器的选择 21
4.1 传感器 21
4.2 传感器的分类 22
4.2.1 根据传感器工作原理 22
4.2.2 按其用途 22
4.3 传感器的选用 23
4.4 STY扭矩传感器的基本原理 24
4.5 STY系列扭矩传感器技术性能指标 24
4.6 STY扭矩传感器安装使用 25
4.7 使用特别注意事项 26
5 数据采集与处理 27
5.1 数据采集系统的原理与结构 27
5.2 效率的计算的原理 27
6 螺旋滚珠式机械加载器 28
6.1 加载器结构原理 28
6.2 螺旋滚珠式机械加载器的特点 29
7 实验测量 30
7.1 测量系统简介及试验检测 30
7.2 控制和测量 30
7.3 计算机参与全程控制专用的测量和数据处理软件 31
7.3.1 软件功能简介 31
7.3.2 使用环境 31
7.4 设备运行；设备，环境参数的设置 31
7.4.1 系统所用通讯端口的设置和所用的设备设置 31
7.5 实验环境 33
7.6 测量与控制 33
7.7 程序控制 34
7.8 数据处理 34
7.9 曲线拟合 35
8 结论 36
参考文献 37
致谢 38
附录 39

扭矩试验台的改造及扭矩电测
摘要：机械传动试验台是用试验的方法研究机械传动的各种失效形式并测定其承载能力、传动效率及有关性能的基本手段，长期以来我国的传动试验台的研制基本上还停留在传统的人工方式水平上。这些试验台都存在一个共同的缺点：自动化程度低，无法模拟实际工况对各种机械传动产品进行试验，试验过程的监控及试验数据的采集和处理都较麻烦且准确性低。近些年来的研究取得一些进步，但目前的绝大多数实验台还只能进行恒定载荷加载或简单的程序控制阶梯加载，实验结果与现场测试依然有较大的差距。
本文提出改进机械原理实验室的齿轮试验台的方案，在成本不高的情况下，增加其测试功能--可以测量联轴器，离合器，带传动的效率和寿命，使其成为一台多功能机械传动试验台。

关键词：机械传动；齿轮；联轴器；扭矩传感器

The Transformation of Torque Test Rig and Torque Measurement
Abstract: Mechanical transmission experiment platform is a basic device for the study of some types of mechanical failure,the transmission efficiency, and the related performance of mechanical transmission and the measurement of the load ability. In our country, the ability of studying and designing mechanical transmission experiment platform is still at such stage that the experimental device is operated manually, leaving some common shortcomings among those platforms,such as low-automation because they can't simulate real working environment accurately during testing the mechanical products, and the accuracy of acquiring data is low. Although a number of achievements have been made in recently years, these platforms can just perform with invariant load or with simple skip load. There is a big gap between experiments and real working environment.
This paper presents improved mechanical principle of the laboratory test gear program,the costs are law in the circumstances, increase its test function can be measured coupling clutch, belt drive efficiency and lifespan, as a multifunctional mechanical transmission test.

Key word: Mechanical Transmission;Gear;Coupling;Torque sensor

一、设计内容
设计改造一个扭矩检测试验台，用于检测轴上的扭矩和齿轮等传动系统的效率。要
求该试验台能实现扭矩的自动检测和数据显示。
设计内容包括：
1．总体设计
1）确定试验台的型式；
2）确定试验台的传动路线；
3）试验台的结构设计，绘制总装图。
2．零部件的结构设计
1）选择动力源，零部件设计计算，绘制零件图；
2）扭矩的测定和数据显示；
3）试验研究，对试验结果进行分析。

二、设计依据
1．课题来源：建湖双庆有限公司；
2．产品名称：多功能扭矩试验台；
3．试验轴的最高转速3000r/min;
4．轴的最大扭矩400 。

三、设计要求
1．能满足扭矩检测要求，操作方便；
2．运行平稳，工作可靠，结构简单，便于维修；
3．尽量使用通用件，以便降低制造成本；
4．设计图样总量：折合成A0幅面在3张以上；工具要求：应用计算机软件绘图；过
程要求：装配图需提供手工草图；
5．毕业设计说明书符合相关要求；
6．查阅文献资料10篇以上，并有不少于3000汉字的外文资料翻译；
7．到相关单位进行毕业实习，撰写不少于3000字实习报告；
8．撰写开题报告。

四、毕业设计物化成果的具体内容及要求

1．毕业设计要求
毕业设计说明书字数不少于1万字，按教务处格式规范要求统一编排、打印。
1）设计说明书 1份
2）试验台总装图 1张
3）部装图 1张
4）其他零件图若干张

2．外文资料翻译（英译中）要求
1）外文翻译材料中文字不少于3000字。
2）内容必须与毕业设计课题相关；
3）所选外文资料应是近10年的文章，并标明文章出处。

扭矩试验台的改造及扭矩电测

内容简介：: 中國機械工程學刊第二十七卷第期第 707715頁 (民國九十五 ) of 15 (2006) K. L. * KH by to a=10m by BN of on in of be as On is no of to of at it to on of is At by NC in a NC of is To it be by on it a of to be by of is to of to to in of is in to of In to 1010in of of a a its to be an by a by of be to As a be in a a a ,400 be to 0 nm no It is to C” 0 nm by a 76 m of 2006. 2006. 2006. 2101, R. O. C., * 2101, R. *2101, R. J. 2006) of be in is at is an of In in to in to of to of to of of In to in of of in At is a is by In be In as of on of be n a of as to As 1, of by of a=1015 m BN : of et by of by AM of of or of by to to 0 of as in of on as (1)to to (2)by or of (3)(4)(5)1651200oC 16560oC to 0, 63 7 of . (6)to (7)to as , in an by on 1). In to of on of of as . : of o W V : of : of d=1255000, 6500, 7000, 8000, 9000 mm/0of 2830:97 20 m3/h， 8 J. 2006) of of of by of by an to KH of of is to to to is by BN of is to of be by of of of 0 it of to be by BN of it KH of 50 mm/KH it is : of as a of of 50 m/000 750 m/a is to of be BN to BN an of to on BN to On it of is to be by be of to of be in g of 13 In to to an of on of BN of et : of a of BN of 140 533 N/to of of of as , at of is If of on of BN of be a a of BN is it of 0BN in to of be of of is of is to of At of it is to of to a to is a of on he of in of is to to of on of is of at . It be an of On of is of is at 8000 is in . 000 m/500 m/of is of is It is to a 500 m/on by BN of of it is to a In , it be an of a it is of on is at 5000 7000 90004000 6000 8000 10000a(m)0mm/: of as a of of of KH 50 0 mm/It is of an of at 90 mm/ of an of it a m). J. 2006) 000 90004000 6000 8000 10000a(m)0mm/: of as a of to u, BN a as a a to a of of of As a of 0 of of a to of of KH by BN be of of As a of of of be EM of at of o, W, o, or of Ra a) (b) (c) : (a) (b) c) a=m 00 x. 5 m of the 1 外文翻译专业机械制造及其自动化学生姓名仲苏州班级 B 机制 053 学号 0510110309 指导教师朱龙英 2 外文资料名称：文资料出处 :of 15 (2006) 附件：指导教师评语：签名：年月日 3 精密模具用的纳米级研磨表面研发钟鹤华，杨凯琳，廖心慈仲苏州译关键词：精密磨削，表面粗糙度，磨削速度。摘要：模具加工高速化的目的主要在于得到高精化的自由曲面及缩短抛光作业时间，特别在高磨削搭配高硬材的使用是近国内外模具业者竞相采用以提高竞争的加工技术。本研究系以同系具钢材作前置加工，再用精密磨石研磨达 0 为微细加工部分，然后又以密研磨模具钢表面。探讨同主轴转速，进给及工件硬之一些加工机制包括削、工件表面粗糙及磨痕显微相片等变化。结果显示在较低硬 51 模具钢磨削时提高转速时明显改善表面粗糙，但是对较高硬著。此外，当较低磨削速时，磨削变化很大，造成工件表面粗糙品质变化相当显着。但当较高磨削速时，磨削变化几乎维持水平，导致工件表面粗品质改善趋于缓和，无法在进一步得到较精致表面粗。 1 导言切削加工技术最有效的方法是模具加工。目前，采用数控车床与铣床炮塔结合在加工中处于领先数控加工中心最常见的产品加工方法。但是，在粗加工的模具表面却极为粗糙。要得到光滑的模具表面，它应再次精加工和手工抛光。这一进程需要依靠经验丰富的技师手动操作，而且费用很长时间。此外，精度和质量铸模难以进一步增强。因此，我们的主要目标是高速模具加工，以获取高精度自由曲面，从而缩短抛光手术时间，并降低制造成本。特别是，在最近的几年中，结合高速模具加工高硬度材料的加工技术是模具行业提高竞争力的重要手段。为了获得亚微米级（ 10状精度和纳米级（ 10面粗糙度，通常采用金刚石铣，钻车，和金刚石砂轮用于这类的超加工。长谷川和善表面粗糙度，工件将达到饱和度值很长的时间下的波澜，它很难得到进一步改善。中的工件表面粗糙度可以减少到低于 5 纳米左右。因此，制造微型元件也可适用于半导体行业。朱博士研制出了五纳米轴超精密机床，其中包括珠丝杠和伺服这台机器通常附有超 4 光电编码器脉冲与 6400 万转 /秒的转速。因为没有摩擦力和反弹的问题，表面粗糙度可减少到大约 50 纳米低以下极端速度。这必须要有有良好的加工工具动态特性和高刚性，特别是脆性材料。专利 “ C ”制定的者斯蒂芬森和科贝特报告说，表面光洁度超过 10 纳米可以使用使用 76 微米和轮电解修整（在线电解修整）协助磨削。在制造过程中，去除超精密加工率可提高显着。形状精度和表面粗糙度也非常重要的半导体行业。表面粗糙度的要求是硅片大约在纳米级。表面粗糙度为光电子和存储设备是一个重要的因素直接影响到产品的性能。总之，加工要实现纳米级的铣削和车削硬化钢，提高产品的精度，延长寿命的精密模具，并减少表面粗糙度的工件是为目前的趋势。为了节省能源和装置的养护，表面粗糙度的程度为纳米的紧固件为中使用的传输部件车辆增加了其必要性。目前，淬硬模具钢，这是一个共同的精度紧固件材料，通常是通过精确的制造磨削。在未来，高效率的精确磨削和变纳米硬车削技术以及磨削精度铸模将得到发展。在这项研究中，我们将对工具钢的选择，模具工件，和影响的磨削速度，材料的硬度，磨削力和进给量的表面粗糙度的工件将加以研究。 2 实验方法实验台设置，在这项研究中，高转速微粉碎机安装测量系统及周边许多种不同的加工设备（如作为数控车床 /铣床，第四轴）被用来进行研究。正如在图 1 ，操作程序这一高转速自动精确微型磨床被显示。首先，经热处理后，高硬度材料预处理钻石加工和钻石切割。其次，工件表面粗糙度降低到 0= 10 15 微米以内的精密磨削精度。 5 图 1 示意图高转速微型磨床螺杆等研究纳米级磨削表面 , 高转速下车轴往复的动作，曲面和线路磨削截断的钻石切割工具，建设纲要的磨削截断了的需要的部分表面工件被删除和精辟极硬超微米金刚石磨料颗粒或毛刺被发现。最后，运动路径砂轮生产的钻石切割工具是重复的热处理模具，工具钢有微米级的精确接触式磨削然后表面粗糙度可达到低于 50 纳米。实验程序：三种类型的模具工具钢（作为样本的工作，并标有不同颜色的分类。处理工作进行了样品的分类。下列步骤：（ 1）切割：切割粗糙接近样本长度。（ 2）粗加工：轮廓加工的光盘或气缸磨削，修剪切割结束。（ 3 ）数控车床粗加工：车床外径从车床计划。（ 4）数控粗铣：从形状铣铣削程序。（ 5）热处理：工作样本在 11651200165分别熄火。随后，样本退火 5600 ， 63和 67硬度。化学成分的样本列于表 1 。（ 6）精密车床：车床为标准长度。（ 7）精密磨削：磨削的几何形状如图 2所示，然后清洗前进行实验。该工序使用丙酮置于超声波清洗机清洗了数分钟。表面粗糙度的测量，表面粗糙度测量仪固定的速度微粉碎机超高转速（图 1）。为了调查的影响切削速度和样品硬度的因素，对研磨的情况下，操作变量转速，切削深度，横向进给量，冷却射流，浓度和磨削温度泥浆。详细数据列表如下：实验条件为表 2所列。 6 表 1 元素分析模具工具钢热处理后试验样品化学成分 C W V - 2 实验条件磨削加工的模具工具项目条件样品材料轮 d=125速（ 5000, 6500, 7000, 8000,9000 工作速度 (mm/90削深度 (磨浆温度 (输出 : 28出： 30磨浆浓度原来磨削液 /水 = 3:97 喷射冷却量体积流率： 20m3/h，压力： 2 六角冲头的几何精度研磨 7 图 3:磨削力和切削速度不的模具钢材料时，进给量和切削深度分别维持在 150 毫米 /关系图 4 在切削温度较低的自然减员的磨削粒子是由基地和砂轮生产规模较小的研磨区域 8 9 在每一种转速，切削深度，进给量，磨削力，振动频率，磨削温度泥浆被高精密重传感器，数字存储振动测量仪和非接触式温度计所确定后，审查了磨削后的工件表面形态扫描电子显微镜（图像。此外，能量色散光谱仪，罗克韦尔结果与讨论表面行为的轮的主要目是高速模具处理，以获取自由曲面表面上高精度的，从而减少研磨时间，并降低成本。因为采用了高效磨削的立方氮化硼砂轮，高主轴转速，和高流动和更深入的进入，从开始到结束期间期间整个磨削过程其切割数量几百倍于传统的磨床。因此，纳米级磨削表面可以通过漏报的修理和维护程序砂轮来改变切削条件。硬度模具表面通常较高，此外，模具的精度要求和表面平滑过高，将使一般刀具难以胜任。而立方氮化硼砂轮是最适用于精密加工模具表面的，这主要得益于它的多角度。图 3 显示的关系是磨削力和切削速度不的模具钢材料时，进给量和切削深度分别维持在 150 毫米 /分钟和米，为三种模具钢材料，可以清楚地看到，磨削力下降。图 3 ：在变化的磨削力，切削速度下，条件的进给量 150 米 /分，饲料量为米。明显当切削速度增加从 2000 至 2750纳米 /分钟，然后接近饱和值。这一结果是由于这样一个事实，即热产生的磨削模具工具容易消散，而此，随着越来越高的切割速度，切割温度很容易集中在研磨颗粒轮上，以 10 减少磨削力的损失。另一方面，我们还发现从图 3 中，碳含量和较高的硬度在上升，这也是相同的值切割速度，磨削力的具钢小于因。这一结果可以解释的现象，有较低的软化温度和碳化物能分开淬火后。分离硬质合金的摩擦系数影响的切割面然后导致减少磨削力。阿斯伯沃尔和吴亮在研究切削磨削力速度模具钢不同淬透性和结果表明，与同样的切削条件和同样的材料，磨削力不一定是大的高淬透性工件。在磨削力方面，切割温度将上升到一定的程度，提高切削速度然后热集中在磨削颗粒的立方氮化硼砂轮。当数量的集中热超过了粘结强度削颗粒的磨削力将会略有增加，从 3140至 3533 n 是一代由于过度磨粒子，图 4 中，在切削温度较低的自然减员的磨削粒子是由基地和砂轮生产规模较小的研磨区域。如果数量热量过于集中在研磨颗粒在轮，较大的地区和磨料软化温度较高的工件将制作。在这样的双重作用下，磨削颗粒出现了一个渐进的和轻微上升趋势，然后接近饱和的价值。使用轮的原因的是，它的优点较高的材料去除率，容易磨去，约 40的立方氮化硼晶体暴露在外部，容易切割，并保持同样的形状从开始到结束。因此，工件表面损伤也减少了，即表面粗糙度工件相当于研磨的结果。 3 结论影响磨削力，进给量，和表面粗糙度对淬硬模具的影响结论如下 :这些结果提供参考磨削加工精密模具钢材。（ 1）随着切削速度维持在 2000 至 2750 米 /分钟，显着改善表面粗糙度发生由于大型磨武力。然而，随着切削速度增加超过米 /分钟时，磨削力明显下降，然后接近饱和度值。表面粗糙度不能进一步改善。（ 2）微观结构的观察揭示了阿克塞尔转速砂轮和硬度的工件主要受表面粗糙度影响。（ 3）精密磨削的最佳磨削条件的进给量为米 /秒，转速轮 9000 每分钟转速，工作表速度 90 米 /分，此时表面粗糙度的热处理可减少到低于 50纳米。篇名萬向接頭之研究作者徐哲崙。國立埔里高工。機械科三年乙班吳宗穎。國立埔里高工。機械科三年乙班陳健宏。國立埔里高工。機械科三年乙班 ro 壹前言一、研究動機與目的二年級下學期，接觸到的機械原理這門課，課堂上聽到老師說到萬向接頭，看著課本上的圖示，看起來似曾相識，但是對他的功能卻是一無所知，看著課本上描述的功能，看不出萬向接頭怎麼動作的，對此機構充滿了許多問題及疑惑，所以和同學決定要將萬向接頭這個機構更深入的去探討，並了解此機構對機械的應用和她所帶來的方便性，配合3用各種組裝方式將各機件組合成機構，於定運動的參數及條件，呈現出機構的運動狀態模擬。二、研究架構研究架構如圖一所示，依循其步驟完成本研究。蒐集資料確定研究方向擬定研究主題蒐集相關文獻資料統整資料機構動態模擬分析撰寫書面報告結論與建議完成設計成品圖一、研究架構圖貳正文一、何謂萬向接頭 ro 萬向接頭 (乃為球面四連桿組之應用，可用來連接兩個相交的軸又稱虎克接頭(s 十字接頭(應用於兩軸的中心交於一點，主動軸以等角速度旋轉，從動軸作不等速度運動，且兩軸之角速比在為兩軸夾角)之間變化，且從動軸的角速度隨兩軸角度的偏差位置之大小而變更，偏差角度愈大，從動軸的角速度變化亦愈大，兩軸交角不得大於30，以5以下最理想。此種接頭常成對使用，即再原動軸與從動軸間加裝一副軸(或稱為中間軸)，其偏位角度需相等，如此可使原動軸與從動軸之角速度相等。(註一) 這種接頭主要應用在長距離輸送動力時，可克服中心軸不亦對齊或在動力傳遞過程中，震動較大的地方。有時因為這種接頭搭配，可以使動力軸更有彈性，廣泛應用於機械工業，如汽車、曳引機等動力之傳輸線上，是不可或缺的一項元件。二、萬向接頭的種類十字軸式萬向接頭為汽車常用之不等速萬向接頭，結構簡單傳動效率高為其優點，允許兩軸的最大交角為1520，如圖二所示。(註二) 圖二、十字軸萬向接頭雙聯式萬向接頭實際上是將一套雙十字萬向接頭連桿軸的長度縮短為最小，利用中間的球頭與球碗做聯結使主動軸與從動軸作等速運動，如圖三所示。(註二) ro 圖三、雙聯式萬向接頭球籠式等速萬向接頭內的六個鋼珠球全部傳力，承載能力強，可在兩軸最大交角為42情況下傳遞扭矩，其結構簡單拆裝方便廣泛運用在汽車傳動軸，如圖四所示。(註二) 圖四、球籠式萬向接頭三、萬向接頭分析設計參數本研究針對雙十字萬向接頭，並且對交角20與40作主動軸與從動軸的運動分析，應用電腦輔助設計軟體三)建立機構模型，並且應用得數據在用數學式加以驗證。 72 DF ro 圖五、萬向接頭機構之主動軸角速度設計參數 0 10 六、萬向接頭機構之分析時間設計參數時針方向為正，逆時針方向為負。 ro 圖七、萬向接頭軸心交角之比較八、動軸）動態之一、動軸）動態之0 ( 4 o o 40 20 ro 九、動軸）動態之軸心交角40）表二、動軸）動態之角40) 0 ( 十、動軸）動態之軸心交角20）表三、動軸）動態之角20) 0 ( ro 十一、動軸）動態之軸心交角40）表四、動軸）動態之角40) 0 ( 十二、動軸）動態之軸心交角20） ro 表五、動軸）動態之角20) 0 (0 分析動軸）與動軸）之角速度關係 72 為主動軸與從動軸之交角，則四)：）將（1）式對時間微分可得：）由於角為定值，所以主動軸與從動軸的角速度比值不為定值，而是波動式的變化，將（2）式對時間微分可得： ( ) 2）由（2）式與（3）式代入可得：動軸）動態之 72 0及20。综合以上分析，可得證萬向接頭兩軸轉速比之變化與兩軸心間交角成正比，當角度變大時，從動軸角速度的波動較大，所產生的角加速度亦較大，以致慣性力較大而容易造成振動現象，所以應用於主動軸之角速度較快且傳輸功率較大的場合。參結論本文選定萬向接頭機構探討，著重於機構的運動狀態限制和分析以及其用途，透過圖片得知各種萬向接頭的形狀，分析機構中機件的運動狀態，可以得到機件的位移（角位移）、速度（角速度）及加速度（角加速度）之數據，並且依照數據ro 判斷設計之機構是否有傳動上的干涉及振動產生。未來的研究方向仍將此篇作為基礎，繼續深入探討萬向接頭機構最佳設計、進階幾何模型、各機件的受力情形分析、動態負荷等應用，同時結合便能夠符合機械工業的趨勢與潮流。肆引註資料註一、葉倫祝。機件原理。(台北縣：全華圖書股份有限公司，民96)。137136頁。註二、中華車險網。(檢索日期2008/9/3) 註三、林清安。)。(台北市：知城數位科技股份有限公司，民91)。註四、機動學論壇。(檢索日期2008/9/10) ro com传动轴的改进设计与制造大连理工大学模具研究所 (辽宁116023) 刘克成王林 1原始设计及缺陷分析本文所涉及的传动轴应用于某进口建筑工程泵车上，由于工作环境恶劣，该部件极容易损坏，更新频繁。为了降低成本，逐步实现关键零部件的国产化，国内某机械加工厂测绘仿制了该传动轴。初始的设计方案如图1所示，轴的中轴部位有一大的输油孔，轴肩部位有一直径较小的输油孔，两孔贯通。该泵车工作时液压缸的输出扭矩约为9000N槽与齿轮传动，实际生产应用中进口轴的寿命大致1年，国内仿制的使用寿命大约只有4个月。考虑到我们国内的材料性能、机械加工水平，显然该零件的初始设计加工方案中存在缺陷，需要重新进行结构设计和改进加工工艺。图1原始设计方案该传动轴的失效断裂情形如图2所示，断裂面产生在轴肩侧壁小输油孔所在截面。仔细观察该断面，可以发现，在小输油孔周围的断面颜色较深，而且表面呈不规则自由面，而该断面的其他部位几何形状较均匀一致，呈现明显的扭转断裂状。结合实际工作环境，该传动轴工作时载荷状态为低速重载，高压润滑油从轴的中壁小孑齿轮轴承提供润滑。因此，可以分析得出，侧壁小孔周围部位失效是因为在孔加工时，由于表面质量达不到要求而存在微裂纹，高压润滑油浸入裂纹，致使裂纹扩散，从而使得轴在该截面的强剪切形成图2断面分析度达不到设计要求，在下一次重载工作时造成截面的其余部位集体断裂，因摩擦而呈现近乎整齐光亮的断面。对初始设计方案应用有限元分析计算进行强度校核，结果显示在额定工作载荷下该传动轴的轴肩部位强度满足要求，然而键槽部位在额定载荷下已经产生了挤压变形，轴的根部和小孔所在部位形成了应力集中，如图3所示。图3初始方案的分析计算结果因而对该传动轴初始设计的缺陷分析如下： (1)由于小输油孔位置靠近轴根部位，在工作载荷的作用下容易在侧壁小输油孔处形成应力集中。 (2)侧壁的小输油孔是给轴承供油润滑，工作压力较大，如果内孔加工表面质量达不到要求，那么在高压油的作用下，很容易使得内孑使轴的强度达不到要求而断裂失效。 (3)键槽部位的强度不足，产生了较大的挤压变形。由分析可知，键槽部位和侧壁输油孑。继续加大载荷，在扭矩达到额定扭矩约2倍时，产生了破坏变形。 2改进后的设计及分析在以上分析的基础之上，我们做了如下改进： (1)将侧壁输油孔的位置外移了一些，避开轴根部应力集中区域。 (2)将直孔变为斜孔，增加了垂直轴向截面的强度。 (3)对内孔的加工，增添了铰孔、镗孔工序，提高内孔的表面质量。 (4)对侧壁小孑(5)将键槽传动改为六棱形花键传动，使得传动的最大扭矩得到了增强。参曷工冷加工兰生笙丝塑 st1装零件的分解设计中国瑞立集团汽车液压件公司 (浙江瑞安325000) 董玉明我们在设计工装零件时，常常采用整体设计。整体设计的零件在加工时，能保证零件的位置精度，不需要调整，同时绘图工作量小。但是对于一些位置精度要求不高的零件，如果进行分解设计，可能会得到意想不到的效果。 1分解设计工艺性好图1是我们公司压装钢球的压杆。头部压销用于压钢球(钢球直径4压杆柄端面的大半圈(220。) 尖齿用于收口。过去采用整体设计由于难于加工，只好设计成两件，一件用于压入钢球，另一件用于收口。后来改成图1所示的分解设计以后，在压杆柄端面车成一圈尖齿(装销前磨掉140。)，端面中心钻、铰装压销孔，然后过盈装配一件端面带内锥的压销即可，加工变。I ”I 。lI。_ 一ll 改进后的设计方案如图4所示，在析软件中进行扭矩模拟分析，得出分析结果如图5所示。分析结果显示，在扭矩达到额定载荷3倍时，花键表面和小油孔部位的强度都得到了满足，保证了实际工作的需要。图4改进后的设计方案按照改进后的设计方案加工成本稍有增加，但与进口部件相比，成本仍不到13，而且显著提高了工件寿命。经生产实践应用，该传动轴的寿命已经由一图5 改进后方案的分析计算结果原来的4个月提高到10个月以上，完全替代了进口部件，降低了该机械的使用成本。收稿日期：20080707) 口生：茎丝塑参磊肛籼工简单易行。另外，压杆还可以进一步分解设计成图2 所示的三体式结构。压头2和手柄3用合金工具钢，压销1用45钢，更能发挥材料和热处理的优点。 1压杆分解设计图 1压销2压杆柄 2分解设计寿命长图3是我们公司产品试验用的油箱。过去一直采用整体设计，用圆棒料车成，费工费料。而且后端$215处厚度只有 12试验一台产品，出油口接图2压杆三体设计图 1压销2压头3手柄 1 2 3 4 图3油箱分解设计图 1箱体2密封圈3端盖4螺钉头都要在此处拧上拧下，油箱经常因此部位磨损和变形而报废。改成分解设计后，只需更换端盖。箱体也不用圆棒料而改用管料加工，省工省料，大大地延长了油箱的使用寿命。 3结语我们在设计工装零件时，如果改变一下设计思路，更换一下设计方法，就能改善零件的加工工艺性，易损部位能更换，就能够得到比较满意的设计结果。收稿日期：20080729) 十字轴万向节式传动轴常见故障原因分析阚金山(装甲兵技术学院 , 吉林长春 130117)【摘要】很多农用车都装有万向传动装置 , 它一般由万向节和传动轴组成。在万向传动装置使用过程中 , 常由于各部件装配不当、保养不及时产生故障 , 影响了动力传递 , 增加了噪音 , 还会加速机件磨损。万向传动装置常见的故障是异响和振抖。本文着重分析了传动轴异响、振抖和万向节、伸缩节异响。从故障现象分析原因 , 并得出故障诊断和排除方法。【关键词】异响 ; 振抖 ; 故障诊断 ; 排除方法中图分类号 : 献标识码 : 传动装置是车辆底盘传动系的主要总成之一 , 在工作中承受着巨大的扭矩和动负荷。经长期使用后 , 技术状况会发生变化 , 从而将直接影响发动机动力的传递 , 降低传动效率 , 增加燃料消耗 , 加速轮胎磨损 , 同时还会影响变速器和驱动桥的正常工作。为保证车辆正常使用的需要 ,对其提出如下要求 : 传动轴在转动时不发生振抖和异响 , 万向节不得有裂纹和松旷现象。如果万向传动装置出现故障 , 可能造成车辆行车事故。万向传动装置结构虽然比较简单 , 但是发生故障时的现象及原因却是复杂多变的 , 为了能够快捷准确地排除故障 , 因此 , 在日常保养及使用时应注意检查 , 发现故障及时诊断、及时排除。万向传动装置常见的故障是异响和振抖。通常包括传动轴的异响 , 万向节和伸缩节 (花键轴副 ) 的异响并伴着振抖等。1 传动轴异响及振抖111 现象传动轴异响及振抖主要表现在 : 在万向节与伸缩节技术状况良好的情况下 , 传动轴在中、高速转动时出现异响 , 且转速越高 , 响声越大。严重时车身及方向盘发出振抖 , 甚至握方向盘的手有麻木感 , 若此时空挡滑行 , 则振抖更为强烈。112 原因导致这种现象的原因主要有 :(1) 传动轴弯曲、轴管凹陷、传动轴装配时未将标记对正或传动轴万向节叉和花键轴与轴管焊接时歪斜 , 破坏了原件的动平衡。(2) 传动轴上的平衡片失落或原件未进行动平衡补偿。(3) 装配时 , 同一传动轴两个万向节叉不在同一平面。(4) 传动轴花键轴与套管叉的花键磨损过甚 ,间隙过大。(5) 万向节法兰盘连接螺栓松动 , 使传动轴位置发生偏斜。113 故障诊断及排除方法(1) 首先检查万向节法兰盘连接螺栓是否松动 , 视情况预以紧固。(2) 如果响声非以上原因造成 , 则检查传动轴轴管是否有磕碰凹陷 , 平衡片是否失落。平衡片的失落需要在原焊点位置重新焊接相同的平衡片。如果传动轴管有明显凹陷使传动轴本身失去平衡 , 应将花键轴和万向节叉在车床上切下 , 在 151 第 28 卷第 3 期2008 年 6 月农业与技术 2008轴管中穿入一根比轴管内径细的心轴 , 在凹陷处垫上型锤敲击修复。然后将切下的花键轴和万向节叉焊回原位。为保证修理质量 , 施焊时 , 应将轴管放在专用支架上 , 先在圆周对称点焊数点 ,然后校正其偏摆量 , 经校正后再沿圆周焊复。焊完冷却后。再复查一次 , 若摆差过大应重新焊接。该项工艺过程较为复杂。如果传动轴大面积凹陷损伤 , 则需要更换该节传动轴。(3) 如果异响和振抖仍未消除 , 则要检查伸缩节是否对准标记安装 , 如果安装正确 , 则要支起车体 , 启动发动机以怠速抵挡运转 , 若传动轴摆动量大 , 可用划针测量出偏摆部位、方向、偏摆量 , 如果传动轴两端不正或弯曲 , 则要在压条上垫以与轴管相吻合的软质金属进行冷压校正。(4) 如果故障现象仍未消失 , 则要拆下传动轴总成 , 在平衡机上进行平衡试验 , 不平衡度超差者 , 要进行平衡片补偿。2 万向节和伸缩节异响211 现象万向节和伸缩节异响主要表现在 : 车辆起步或车速突然改变时 , 传动装置发出 “ 嘎 ” 一声 ;当车辆缓行时 , 响声更为明显 , 发出 “ 呱啦、呱啦 ” 的响声。212 原因导致万向节和伸缩节异响的主要原因有 :(1) 由于长期缺少润滑油 , 引起万向节轴径磨损、轴承磨损或损坏 , 造成松旷 , 使万向节游动角度过大。(2) 连接件的固定螺栓松动 , 包括万向节法兰盘连接螺栓松动。(3) 伸缩节花键副因磨损过甚 , 或传动轴过短以致花键啮合长度不足 , 导向作用差 , 造成松旷。(4) 车辆经常用高速挡走低速 , 行驶中车体本身发生抖动对万向节和伸缩节造成可损坏性的冲击。(5) 变速器二轴、中间传动轴及主减速器锥齿轮的花键轴与凸缘花键槽磨损过甚。213 故障诊断及排除方法(1) 用检查锤敲击万向节法兰盘连接螺栓 ,检查其松紧程度 , 对松动的进行紧固 , 并向万向节轴承加注润滑脂。(2) 如果试车响声仍未消失 , 则停车后 , 用双手握住万向节伸缩节的主、从动部分 , 检查游动角度 , 如万向节游动角度过大 , 则拆卸万向节叉及轴承 , 视油封、轴径、轴承磨损具体情况更换损坏零件。(3) 如果响声系伸缩节游动角度过大造成 ,则可确定前、后传动箱传动凸缘松动或前、中、后桥主减速器主动齿轮的花键轴与传动凸缘花键轴槽磨损过甚造成 , 应视具体情况紧固螺栓 (母 )或更换损坏零件。当然 , 对上述故障现象的诊断方法和分析也不是一成不变的。在实际使用中要根据具体情况进行具体分析。比如有的车辆特别是新车在低速行驶及空挡滑行时 , 有清脆而有节奏的金属撞击声 , 应检修万向节十字轴轴承外径与孔配合是否过紧 , 以及轴承与十字轴轴端游隙是否过小 , 从而视情况调整或更换零件。通过对万向传动装置故障采取上述的诊断分析 , 可得出如下结论 : 万向传动装置虽然简单 ,但是发生故障的原因却是多方面的 , 直接影响行车安全 , 影响车辆正常使用。因此对万向传动装置故障要做到早发现、早排除 , 保证车辆经常处于完好状态。业与技术 2008 年 6 月 152 文献资料专业机械设计制造及其自动化学生姓名仲苏州班级 B 机制 053 学号 0510110309 指导教师朱龙英文献资料 1 刘克成 ,王林 . 传动轴的改进设计与制造 .J金属加工 ,2008,(22):432 文西芹 ,张永忠 . 扭矩传感器的现状与发展趋势 J. 仪表技术与传感器，2001， (12)： 13 鲁顺昌 . 96 98 型多功能智能电测仪的设计 J. 自动化与仪器仪表， 2004，(4)： 424 龙云汉，余志成 J2001， (10):9035 杜友民，刘鹏 . 电阻应变式驾驶杆力传感器的研制 J2007,(12):16 喻洪麟 ,朱传新 ,杨张利 . 光栅扭矩动态测量系统设计及实现 J. 应用光学 ,2009,(5):4427 许哲伦 ,吴宗颖 ,陈健宏 J2003，（ 3） :18 何庆中，王勇勤，严兴春，江贵云 . 高速大功率磨削主轴与新型卸荷扭矩传递装置 J机械技术与制造 3):419 温志明 ,康向东 . 测定扭矩的电测法 J. 实用测试技术， 2001， (11)：2010 阚金山 , 十字轴万向节式传动轴常见故障原因分析 .J. 农业与技术 ):151 电阻应变式驾驶杆力传感器的研制中航电测仪器股份有限公司杜友民刘鹏【摘要】介绍了采用半导体电阻应变计的驾驶杆力传感器的特殊要求、结构特点和主要性能，重点介绍了其弹性体选材、梁结构、力学模型建立、设计计算以及零位温度补偿、迟滞特性的改善和减少纵横两方向作用力交叉影响等主要的工艺技术措施。【关键词】应变计传感器弹性元件力学模型温度补偿【中图分类号】【文献标识码】B of o. Du on in 前言飞机驾驶杆是飞机操纵系统中重要的操纵部件。作为其组成部分之一的驾驶杆力传感器，主要用于感受和测量飞机驾驶操纵力，也可用于其它有关驾驶、操纵作用力的检测。在飞机电传操纵系统中，则要利用杆力传感器输出的信号去控制舵机，使飞机的舵面产生所需要的偏转角，从而达到操纵飞机的目的。因此，在航空应用中，杆力传感器不仅是操纵力的测量器件，也是驾驶员发出操纵指令的中央控制器件，其稳定性和可靠性直接关系到飞机的飞行安全。杆力传感器是飞机操纵和飞行控制系统前端重要的信息源。杆力传感器作为机载传感器，应该满足机载传感器的特殊要求，即应有较高的可靠性和稳定性、动态响应快、抗电磁干扰、耐电源波动及突变的能力强、精度要求较高等。还要有适应机载严酷环境的能力，即工作环境温度范围宽、气压变化范围大、耐振动、冲击、过载、耐湿热、盐雾、霉菌等1。随着测试技术的迅速发展，电阻应变式传感器也有了长足的进步。该种传感器与其它类型传感器相比，具有测量范围广、精度高、输出特性的线性好、性能稳定工作可靠、能在恶劣的环境条件下工作等特点2。应变式传感器由于具有以上优点，得到了日益广泛的应用，如拉压力、称重、压力、扭矩、位移、加速度测量等。尤其在力的高精度测试中，大多数情况下都使用了应变式测力传感器。现有的杆力传感器产品，几乎均采用了电阻应变式的变换原理。一、杆力传感器的特点和主要性能指标 1杆力传感器的特点（ 1）为提高杆力传感器的可靠性，采用冗余设计技术。即纵或横的同一应力方向上设计有三到四个传感器桥路，同时感受应变并转换成电信号，实现二到三组余度输出。（2 ）通过合理的弹性元件结构设计和组桥方式，基本消除纵向和横向作用力之间的交叉干扰。（ 3）通过合理的弹性元件结构设计和优化的贴片位置，消除握点位置对测量精度的影响，使得飞行员的握杆位置不会影响到纵向、横向作用力的测量精度。（ 4）对零位温度漂移采取补偿措施，使杆力传感器适应于较宽的工作温度范围，确保检测的准确度。（5 ）纵、横两个受力方向上设计有过载保护装置，以达到传感器过载时予以有效保护的目的，提高杆力传感器的安全性。 2杆力传感器主要性能指标：（1 ）额定量程：纵向推/ 拉各 250N；横向右压/ 左压各 100N。（2 ）输出梯度（灵敏度）：40每（3 ）零位数出：20 +60温度范围内）。（4 ）滞后输出：8 （5 ）外形尺寸：73227（（6 ）重量：（7 ）系统精度：最大输出（+60 温度范围内）。二、杆力传感器的设计 1弹性体材料选择弹性元件是负荷传感器的主体，它将负荷变换成表面应变，再通过应变计测试应变，由应变计组成惠斯通桥路转换成电信号输出。弹性元件是传感器的一次敏感元件，其性能好坏直接影响传感器的性能。因而作为弹性元件的材料，其性能应有较全面的要求：强度极限高，使得在高载荷下有足够的强度储备；弹性极限高，屈强比大，使得在较大的应力范围内载荷与应变呈严格的线性关系；弹性模量具有良好的长期稳定性且温度系数小；弹性滞后小、蠕变小；组织均匀，各向同性，加工后残余应力小；冲击韧性好，使得传感器具有较好的抗冲击、振动和抗疲劳能力；热膨胀系数小；锻造、机械加工和热处理工艺性好；具有较好的抗腐蚀能力等。对于高精度电阻应变式传感器，其弹性元件材料主要常用铬镍钼钢、铬锰硅钢等，如 4005合金钢。我们选取优质合金钢 40料作为弹性元件材料。 2电阻应变计的选用目前常用的应变计按敏感材料的不同，分为金属电阻应变计和半导体电阻应变计两大类。金属电阻应变计基于金属的电阻应变效应，即金属导体的电阻随着它所受机械变形（伸长或缩短）的大小而发生变化的物理原理。半导体电阻应变计基于半导体晶体的压阻效应和晶向异性特性，即半导体晶体材料在某一晶轴方向受应力作用时其电阻率发生一定变化的物理原理。半导体电阻应变计是用硅或锗等半导体作为敏感栅材料的应变计。其最突出的优点是体积小而灵敏度高，它的灵敏系数要比金属应变计大 50，输出信号不必放大即可直接进行测量或记录；此外半导体应变计横向效应非常小，蠕变和机械滞后也极小；半导体应变计对动态应变响应极快，测量应变的频率响应范围很宽，从静态应变至高频动态应变都能测量。半导体应变计的使用，会使应变计测量系统大大简化，为应变计的发展开辟了宽阔的途径3。鉴于以上叙述的半导体电阻应变计的优点，我们选取半导体电阻应变计作为核心敏感元件。 3弹性体梁结构拟定测力传感器的弹性元件一般有筒形、柱形、环形及梁式等。筒形、柱形弹性元件一般用于较大载荷的测量；环形及梁式弹性元件一般用于较小载荷的测量，灵敏度较高。杆力传感器弹性体采用平行梁形式，由互相交叉 90的两对关联平行梁组成一个测力悬杆，其中一组感受纵向作用力，另一组感受横向作用力4，上下部分连为一体，增加了梁的刚度，提高了梁的固有频率并具有良好的散热条件。对其中每一方向作用力，由于其侧向刚度大，于是侧向负载能力强。作用力偏离中心所产生的附加力矩可由梁的上下部分轴向力组成一对平衡力偶相互抵消，提高了其偏载能力。图 1 弹性体梁结构简图 of 图 2 方框平行梁结构示意图 of 弹性元件计算杆力传感器弹性元件为方框平行梁结构。其结构示意图如图 2。力学模型的建立为便于分析和简化计算，将方框平行梁简化为一超静定刚架，力学模型如图 3 所示。因为刚架计算通常忽略轴力对变形的影响，力学模型又可进一步简化为一个反对称载荷作用的刚架，简化后的力学模型如图 4 所示。将受反对称载荷作用的刚架沿水平对称轴切开，这时有三对多余未知力，即一对剪力对轴力对弯矩余未知力如图 5 所示。 of 据结构力学反对称结构对称的外力为零的理论，因轴力矩是对称的，所以应为零。只有反对称的未知力在。基本体系在载荷 P 及单位未知力用下的弯矩图如 6、图 7 所示。利用图乘位移法求位移： 1P=21/2 （2 L （a/2 ） l/（=（（4 11=2（a/2 L ）（ a/2）l/ （+l/2（ a/2）（ a/2）（a/3 ）l/ （ =（（ 2 12. of of of 1 将 1P、 11 带入正则方程式 1P+11=0 中，并令刚度比（（ J1 a）=K，则 1P/11=-（4 （2+ 12E（1 ）（1 ）式分子、分母同乘以J2/：（4a ）K （K/2 ） +1/12- （（2a ） K（ K+1/6） -6K/ （6K+1 ）（2a ）（2 ） of 、下梁的弯矩为： 3=X1a/2 =-6K/（6K+1 ）（ /4（3 ）4=-6K/（6K+1 ）（ 4+ （） =（4 6K+1 ）+2 =（6K+2 ） /（6K+1 ）（（4 ）平行梁的弯矩图如图 8 所示。当刚度比 k 值不大时，平行梁上弯矩的零点，在靠近加载点一侧变动。当垂直梁的1大很多时，也就是刚度比很大时，平行梁上弯矩的零点趋于中点。即：4= ，3= （5 ）设刚度比k=50 ，按（ 3）、（ 4）进行计算，得L/4. 差值这样小，在工程上可以认为弯矩零点就是平行梁的中点。因此，平行梁传感器设计要求刚度比k 大于 505。弯曲应力、应变和灵敏度的计算弯曲应力（）/ （）=32（6 ）微应变 E=32（7 ）灵敏度 S=K 32（8 ）三、杆力传感器的零位温度补偿杆力传感器选用了半导体电阻应变计。由于半导体在温度作用下其电阻率会发生较大变化，如温度从到 +60变化时，所用应变计的阻值会从 600 多欧变化到 1300 欧左右，其电阻温度系数大于 70010，比金属电阻应变计大很多；其灵敏系数也比金属电阻应变计大很多。因此，半导体电阻应变计热输出比金属电阻应变计大很多。当用其构成测量桥路时，由于其各桥臂支路温度系数的不同，杆力传感器就会产生较大的热输出。因而，必须进行零位温度补偿。温度补偿常用的方法有热敏电阻补偿法、串并联电阻补偿法、有源电路分段补偿法、软件补偿法等。在杆力传感器中，采用热敏电阻补偿法对其进行零位温度补偿。如图 9 所示，

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。