0123-转臂式加速度过载模拟实验台结构设计与分析【全套4张CAD图+说明书】
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转臂式
加速度
过载
模拟
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实验
试验
结构设计
分析
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转臂式加速度过载模拟实验台结构设计与分析
摘要：现代军事、国防领域对火工品飞行器的机动性要求很高。火工品的机定性越好，对其整体强度要求及越高，其承受机动过载的能力越强。为保证火工品的产品的质量和可靠性，必须进行火工品的地面过载实验，对火工品在法向加速度作用下的性能进行评价，用于指导产品设计与质量控制。离心加速度实验装置就是在地面上测试过载情况下火工品飞行器(如导弹等)某些性能的一种专用设备。
此次设计的实验台，采用箱体式结构，由圆锥齿轮传动带动转臂传动。用转臂取代圆盘转架，大大减轻质量，节省材料，降低成本，同时减轻加于支撑基础的载荷。本系统的传动方案采用一对圆锥齿轮传动取代带传动，可避免更换带传动带来的一系列问题，而且齿轮传动所需的空间尺寸较小，易于维护。
研究的主要内容：查阅资料，了解离心实验台在国内外的发展状况和存在的问题。了解转臂式离心加速度过载模拟实验装置的特点以及在日常生产生活中的用途。在对所选课题有个初步的了解之后，再确定转臂式离心加速度过载模拟实验的研究内容及实验方案。根据方案，画出装配图,装配图画好后,从装配图中设计计算选择各零件以及完成对零件图的初步绘制。
关键字： 过载、测试、锥齿轮、维护、装配图
- 内容简介：
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2007年11月修订; 2007年12月30日发表 ）摘要:为满足高速数控加工的需求，一个加速和减速控制装置是必要的。此外,速度曲线也是由三次多项式模型构成连续性避免了在高速数控强烈震动的离散特征。此外，还设立了数据采样控制离散数学模型，离散表达了理论减速长度是很难获得在预先确定的减速点的问题。自适应控制算法的加速和减速，是从理论的表达式推导出的。实验结果证明了加减控制模型具有容易实现的特点，它运动平稳，而且震动小。这种模型已成功应用于多轴高速微机机械加工制造。 关键词:高速数控加工，加速和减速控制模型，三次速度曲线，离散,数学模型，自适应控制算法的加速和减速引言 数控加工正向高速和高效率发展。在高速机械加工，每个运动的轴心必须加速到进入运动状态，同时，在数秒钟之内，也能实现精确的停止。因此，研究在高效率加速度和减速控制方法，是实现高速加工的需求一个关键在现代的高性能数控系统的问题。 目前大部分国家常用的经济型数控装置是是线性模式和指数模式。但是，震动很容易造成加速度不连续性，从而影响加工质量和设备的使用寿命。为了降低振动，S形曲线运动的议案是采用了先进的数控系统。加速度（或减速）在S -曲线阶段是由英寸压痕加速阶段，不断加速和减少加速阶段构成。通过分级加速度控制，进给速度的连续性可以变的更好。但是，这个算法过于复杂。三角函数的方法更为灵活，但该算法有广泛和更复杂的计算，难以满足实时性要求。多项式的方法选择函数，可以产生很多加减速特征，此外，可以使特色减速独立于那些加速度。为了实现对高性能运动控制，议案必须有相应的配置文件该系统的限制，如最大加速度和最大位置轨迹速度。如果速度分布的位置轨迹是平滑的，那他就是由多项式函数的方法产生的。它需要大量的计算。数字卷积方法远比多项式函数更有效，容易由硬件实现。由这个剖面产生的流速剖面，加速间隔总是与减速间隔相同，减速特征都由加速特征决定。一个存储简单有效生成速度分布的方法， 根据加减控制所要求的特点，每个组系数可以被计算和存储。由于移动的距离和加减速间隔，可有效地利用这些系数产生预期的特征。对于长间距和短间距，如果选择相同的加减速间隔，有效速度配置文件不能为不同间距的运动计算。 本文组织如下。第二节提出了为高速数控加工的一种三次多项式加减控制模型；第三节，基于离散特征的采样插补，提出了数据三次多项式加减控制离散数学模型；第四节推导出了预先减速度任意路径的加速和减速自适应控制算法；第五节列出了实验结果；第六节做出了结论总结。三次多项式加速和减速控制模型 为了适应高速加工，切削速度必须平稳改变，加速度必须保持连续性。其边界条件为：（1）初始状态的水平位移为0；（2）初速度和末速度都和规定速度保持一致；（3）加速度在开始时和结束时都为0。 进给率加速和减速的曲线函数由以下三次多项式构建， 据推测，是加速或减速持续时间，是作为加速或减速从初速度到末速度的加速度或减速度的同步旋转轴，u=t，tO，。 另外动力学特性曲线的加速度与约束反力可以通过区分取得进给速度曲线。 同样，综合（1）随着时间差的位移曲线的功能 边界条件是 其中和代表加速或减速阶段的初速度和末速度。曲线函数的计算方法是， 在上式中，让u=0.5，加速度A（u）等于最大加速度。同时可以算出如下，n是个真实的数值，表示当加速度或减速度从到的插入期阶段理论运行的理论次数。 当=时，理论加速或减速时间长度可由公式（4）得出， 速度V，加速度A，约束反力J的关系如图1所示，在这个三次多项式的加速度和减速度控制模型中，连续的加速度避免了高速加工时强烈振动的情况发生。计算约束反力、加速度、速度、位移和速度的变化过程简单、容易实现，因为只是几个四个基本的计算。 图 1三次多项式加速和减速控制离散模型数据采集插值特性 控制与数据采集插值是一种离散控制模式。数据采集插值是基于一条接近直线的曲线，它的长度与局部轴向计划速度成比例。加速和减速控制首先用来进行要求的进给率控制。然后进给率控制V在笛卡尔坐标上被作为插入值去计算每根轴的行进距离。（、和）。行进距离、和沿着X、Y、Z的位移最后作为位置控制回路上运动控制程序的位置指令。 当数据采样插值法用于位置控制,它是条件,确保每个同步运动轴到达目地。同时,他们的运动是连续的，所以,每一个轴运转时间t不只是插值周期T的整数倍。这种条件可以通过调整同步运动轴的可控制进给率来实现。 通过上述分析，n应该是一个整数。假设N是一个不小于n的最小整数， 在上式里，用整数N取代实数n， （6）离散模型的构建鉴于函数y =f（t）提供任何曲线中，以区间【】划分成N个部分。挑选如图2（a）所示左端点的高度来确定高度。它的大 概区域在函数y=f（t）下，区间【】的范围内。 图2实现曲线f(t)。（1）左端点作为矩形的高度;（2）右端点作为矩形的高度 这种曲线下的找出近似区域的方法被称为左总和法。 如图2（b）所示选择右端点来决定高度，它的大概区域在函数y=f（t）下，区间【】的范围内。 这种曲线下的找出近似区域的方法被称为右总和法。 假设约束反力的斜率是K，约束反力的初始值、加速度、速度、位移分别为、。约束反力的离散模型由左总和法来得出，则， （7） 加速度、速度、位移曲线的离散模型由右总和法得出，则 为了满足这种加速度最后为0，且考虑到用右总成法实施加速度曲线的特点（高度在时刻相应的矩形为），边界条件时的加速度曲线是， 边界条件时的速度和位移曲线是， 因此约束反力曲线的离散模型用左总成法实施则， 加速度、速度、位移曲线的离散模型用右总成法来实施 则 当=NT时，用离散表达的加速度或减速度长度为， （10）在加速度曲线中，当时，用离散表达的理论加速度长度为， 在减速度曲线中，当时，用离散表达的理论减速度长度为， 其中是允许的最大进给率，M是在加速度过程中的所有插入阶段，N是减速度过程中的所有插入阶段。 当加速度和减速度都得出了，则可算出最小长度， （11）通过以上的推论，三次多项式加速度和减速度控制离散模型的建立和用离散表达的理论减速度长度也得出了。自适应式加速度和减速度控制算法在插入程序中，插值先于加速度/减速度或加速度/先于插值都是可行的，前者被称为插入前的加速度/减速度控制，后者称为插入后的加速度/减速度控制。在插入前的加速度/减速度控制中，插值的过程包括插入的的进给率运用的加减速的的加速度和减速度。插入后的加减速原因在控制运动轴时分别延迟。控制各自轴的延迟是由加速度和减速度减低了机器的加工精度导致。因此本文采用前一种方式。 针对这个问题，插前的加速度/减速度控制几乎没有预先加速点，自适应加速点/减速度算法是推算出来的。总的来说，控制过程包括阶段：加速或减速阶段、加速/减速阶段和加速、匀速、减速阶段。加速（或减速）阶段如果，线段是减速阶段，通过公式（10），最大减速度的离散表示长度可以计算出来。如果L，由于L为线段长度，进给的末速度就不能达到线段末点。在减速阶段，理论减速点应该提前计算，否则可能导致超标。设=L, 然后，N的值可以算出，初速度可以修正， 减速曲线的离散模型能够表示为， 如果L，由于L为线段长度，进给的末速度同样无法得出。M的值能够算出，末速度能由以上分析来修正， 加速曲线的离散模型能够表示为， 加速度/减速度都产生当加速度/减速度都产生后，最小长度能由公式（11）得到。假设是线段的最大实际加速度。结合公式（6）和公式（11）， 然后，M、N、的值都能算出。加速曲线的离散模型能表示为，减速曲线的离散模型能表示为，加速、匀速、减速阶段都产生假如L，加速、匀速、减速阶段都产生。线段的实际最大速度即为最大允许给进速度。加速曲线的离散模型能表示为，减速曲线的离散模型能表示为，匀速曲线的离散模型能表示为， 从而自适应加速减速控制算法被推算出来了，为了确保插补精度和在高速数控加工速度，本文运用了参数插入算法。实验结果基于以上提到的模型，数据采集参数插入器在电脑数值控制实验系统的软件上使用，它的控制系统式基于步进电机系统这是一个框架的PC-NC系统和类似的同步控制的三轴运动系统。（图3） 图 3 为了评价加减速控制模型计划的有效性，由十一条虚线构成的专用3D工具路线在图4中采用了，那是鞋模型的一部分。这个用于实验的参数如下: 最大约束反力和加速度限制分别设定为8000mm/、600mm/，最大允许给进率定为50mm/s，插入时间设为0.004s，等效脉冲定为0.5，初速度和末速度为2mm/s。实验结果在表1中列出。通过每根虚线的长度可以初速度和末速度能自动修改，然后能得到最大实际速度，采用提出的自适应加减速控制算法可以精确地预定减速点。这个实验曲线的位移、速度和加速度都显示在图5。可以从图中看到三次多项式的加减速控制模型规定了加速的连续性，避免了高速数控机床的强烈振动。在变速过程中计算约束反力、加速度、速度、位移非常高效和容易理解，因为都是一些四则运算。结论 在本文中，提出了三次多项式加减速控制高速数控加工模型。针对在插入前难以确定加减速控制中的减速点，自适应式加减速控制算法应运而生。实验结果证明加减速控制规定了加速的连续性，它避免了在高速运行时的强烈振动，减速点也能通过算法精确预计。在插入过程中，约束反力、加速度、速度和位移的计算都非常有效和容易理解，这十分满足实际工作需要。目前，控制模型已成功应用于多轴高速微制造加工。参考文献1. 陈丽.一种基于数字的加速/减速曲线运动控制系统 1998年(7)。2. 郭新贵.李从心 一种新型柔性加减速算法期刊论文-上海交通大学学报 2003(2)3. 郭新贵.李从心.阮雪榆采用线性加减速伺服系统的快速准确定位方法期刊论文-机械工程学报 2003(7)4. 胡寥,研究和比较了几种在数控系统中的加速/减速的曲线（1999年）5. Inaba,H.Sakakibara 在运动时加速/减速控制可没有突变的元素的方法与装置（1985年）6. Jeon J.W加速和减速数控机床广义的途径(1996年)7. Jeon,J.W.Ha Y.Y一个广义的途径关于加速和减速数控机床的工业机器人 2000(1)。8. Kaan,E.Yusuf、高速数控系统设计样条插值的轨迹（2001年）9.Khalsa,D.S.Mahoney,B.P高性能运动轨迹的基础上控制指令卷积积分和数字滤波（1990年）10.Nam,S.H.Yang研究广义参数的加速度实时圆弧插补器 2004(1)11.Park,J.S 在加速条件下，运动剖面为最大的能量点对点控制的重复 1996(6)12.张莉彦基于数据采样插补的加减速控制的研究期刊论文-北京化工大学学报(自然科学版) 2002(3)相似文献(0条) 开题报告 题目 转 臂式加速度过载模拟 实验 台结构 设计 与分析 一、 选题的依据及意义： 现代军事、国防领域对火工品飞行器的机动性要求很高。火工品的机定性越好，对其整体强度要求及越高， 其 承受机动过载的能力越强。 为保证火工品的产品的质量和可靠性，必须进行火工品的地面过载实验，对火工品在法向加速度作用下的性能进行评价，用于指导产品设计与质量控制。离心加速度实验装置就是在地面上测试过载情况下火工品飞行器 (如导弹等 )某些性能的一种专用设备。 举例来说吧，飞机在作水平盘旋机动时 所受的力与角加速度有直接关系，质量大的飞机由于有受力极限角加速度就不能太大，而质量小的飞机在同样的受力 - 1 - 极限上可以达到更大的角加速度，也就是说可以转的更快，转弯半径更小，水平机动性能更好。 二、 国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 转臂式离心过载模拟实验台是通过传动系统使固定在旋转架上的发动机转动而产生离心力，在过载情况下测试其某些性能参数的变化情况， 主要用于航天航空 等 领域的科学 研究。 普通的离心机装置是靠不同物质的沉降系数的不同，在一定的离心力的作用下，将不同的物质分离出来。即它是通过离心运动中不同比重 的物质所受离心力不同，因而被分离开来，在工业生产中，离心机基本上属于后处理设备，主要用于脱水、浓缩、分离、澄清、净化及固体颗粒分级等工艺过程，它是随着各工业部门的发展而相应发展起来的。 至 目前为止 ,在加速度对发动机性能的影响方面 ,人们主要进行了由火箭自旋引起的横向加速度对推进剂药柱产生的加速度效应研究 ,即燃速增加导致发动机内弹道性能发生畸变 ,影响发动机的正常工作。这方面 ,国内外学者进行了大量的试验研究和理论分析工作 ,并取得了重大进展 。 然而，某飞行试验的结果发现，由自旋产生的横向加速度与由导弹机动飞行产生的 横向加速度对发动机工作产生影响的侧重面是有较大差别的，后者对发动机内绝热层烧蚀的影响最为突出，而且长期被人们所忽视，国内外至今缺乏对其的研究资料 已有专家 设计了实验发动机与实验装置 ,进行了一系列飞行固体火箭发动机横向过载模拟试验 ,获得了不同加速度下发动机内绝热层烧蚀率定量化的试验数据。验证了横向加速度严重影响局部绝热层烧蚀的事实。机理分析表明 ,此种结果是由于横向加速度作用下燃气中 态粒子偏离发动机中心线 ,沿离心力方向大量沉积所致。此项研究为相关的工程设计提供了基础性的依据。 离心 试验台 不仅在调速技 术方面取得进展，而且随着制造和应用技术的发展，在多功能和自动化方面也有长足进步，如可变速率起制动、程序变速、直接输入离心力、操作程序的存储和调用、仪器状态的自动诊断、要求尽可能全的显示离心机的参数和状态信息、更加完善的安全保护功能等，有些功能不仅是锦上添花，而且直接影响离心效果，如可变速率起制动和程序变速可以改善区带离心效果和缩短离心时间等。 - 2 - 从离心试验台制造业整体来看，不可否认的是，我国离心试验台制造行业的整体水平与国外的离心试验台的制造、新技术研发、尤其在整机可靠性、稳定性、使用寿命、装配精度、操作的灵 活性、人性化、以及某些新技术的应用（主要是是新概念的应用）等方面等方面还存在一定的差距。但我国离心试验台工业已经有部分厂家、在某些技术、性能方面，已经达到了国际先进水平，在某些专项技术上甚至已经超过了部分国外品牌。目前国内离心试验台制造商主要从多方面考虑进行设计、改进，使我国的卧螺离心试验台新技术应用、生产技术等方面得到进一步提高。 离心试验（过载试验、恒定加速度试验、恒加速度试验、加速度试验）一般可分为两类：第 I 类为性能试验，用以验证设备功能适应使用加速度环境的能力；第 为结构试验，用以验证设备结构承 受使用加速度环境的能力。如无明确规定，设备一般应进行这两类试验 ，在通过所规定各方向的性能试验考核后，再作各方向结构试验的考核。 三、 研究内容及实验方案： 离心试验（过载试验、恒定加速度试验、恒加速度试验、加速度试验）分为两类 :第 I 类为性能试验，用以验证设备功能适应使用加速度环境的能力；第 以验证设备结构承受使用加速度环境的能力。如无明确规定，设备一般应进行这两类试验，在通过所规定各方向的性能试验考核后，再作各方向结构试验的考核。 在对恒加速度离心机转臂结构参数取值范围粗略估计的基础上 ,安排以 件实现的正交数值实验 ,并用正交多项式拟合出各主要参数对转臂重量、转臂所受最大应力和转臂最大位移的响应面模型 以转臂的重量为优化目标 ,而以转臂所受的最大应力和最大位移量为约束条件 ,对响应面模型进行优化 ,找出转臂最合理的结构参数组合 ,并用有限元软件对优化结构所受最大应力和最大位移进行验证 为基础的稳健设计 ,可提高设计效率 ,并得到满意的设计结果 。 此次设计的实验台，采用箱体式结构，由圆锥齿轮传动 带动转臂传动。用转臂取代圆盘转架，大大减轻质量，节省材料，降低成本，同时减轻加于支撑基础的载荷。本系统的传动方案采用一对圆锥齿轮传动取代带传动，可避免更换带传动带来的一系列问题，而且齿轮传动所需的空间尺寸较小，易于维护。 研究内容为： 设计一个测量离心 加速度的 立式转台，待测件重量 15 - 3 - 径 90度 900大离心加速度 70g。要求转台的结构设计，并进行相应的强度计算。 第一步，查阅资料，熟悉离心机原理，了解离心实验台在国内外的发展状况和存在的问题。了解 转臂式离 心加速度过载模拟实验装置 的特点以及在日常生产生活中的用途。根据其运用场合不同，适当选择合适的方案，以达到实用、经济、可靠的目的。 第二步，在对所选课题有个初步的了解之后，再确定 转臂式离心加速度过载模拟实验 的研究内容及实验方案。 第三步， 试验台的总体方案设计， 进行系统方案的设计、比较与确定 ,依据对选择的传动方案 ,查阅相关参考文献，从而完成 ，联轴器的设计 . 装配图及其各零件的设计， 设计好了之后再对各主要零部件进行强度校核，最后确定整体方案。 第四步，根据方案，画出装配图 ,装配图画好后 ,从装配图中设计计算选择各零 件以及完成对零件图的初步绘制。 第五步，对工件的夹紧方案进行设计、比较与确定，最后选择合适的润滑剂。 四、 目标、主要特色及工作进度： 1.悉离心机原理，撰写开题报告 1 周 6000 字符以上） 2 周 3 周 4零部件的结构设计 3 周 5零部件的强度计算与校 核 3 周 6 撰写毕业论文 3 周 7. 答辩准备及毕业答辩 1 周 五、参考文献： - 4 - 【 1】 . 肖玉梅主编 带式输送机设计选用手册 械工业出版社 2】 . 廖念钊等主编 中国计量出版社， 2002 【 3】 . 曹维庆等主编 机械工业出版社， 2000 【 4】 . 孙桓等主编 北京 :高等教育出版社， 2001 【 5】 . 刘庆国 刘力主编 北京：高等教育出版社 2004 【 6】 . 濮良贵等主编 北京 :高等教育出版社， 2001 【 7】 . 成大先主编，机械设计手册（液压传动） . 北京 :化学工业出版社， 2004 【 9】 . 吴宗泽主编 ,机械设计实用手册 . 北京 :化学工业出版社 ,【 10】 机械设计指导 2001 【 11】 机械设计手册 1997 【 12】 谊主编，液压传动 械工业出版社， 2000.9 转 臂 式加速度过载模拟实验 台结构 设计 与分析 摘要： 现 代军事、国防领域对火工品飞行器的机动性要求很高。火工品的机定性越好，对其整体强度要求及越高，其承受机动过载的能力越强。为保证火工品的产品的质量和可靠性，必须进行火工品的地面过载实验，对火工品在法向加速度作用下的性能进行评价，用于指导产品设计与质量控制。离心加速度实验装置就是在地面上测试过载情况下火工品飞行器 (如导弹等 )某些性能的一种专用设备。 此次设计的实验台，采用箱体式结构，由圆锥齿轮传动带动转臂传动。 用转臂取代圆盘转架，大大减轻质量，节省材料，降低成本， 同时减轻加于支撑基础的载荷。本系统的传动方案采用一对圆锥齿轮传动取代带传动，可避免更换带传动带来的一系列问题，而且齿轮传动所需的空间尺寸较小，易于维护。 研究 的主要 内容： 查阅资料，了解离心实验台在国内外的发展状况和存在的问题。了解 转臂式离心加速度过载模拟实验装置 的特点以及在日常生产生活中的用途。在对所选课题有个初步的了解之后，再确定 转臂式离心加速度过载模拟实验 的研究内容及实验方案。根据方案，画出装配图 ,装配图画好后 ,从装配图中设计计算选择各零件以及完成对零件图的初步绘制。 关键字 ： 过载 、 测试 、 锥齿轮 、 维护、装配图 目录 1 前言 题的依据及意义 (1) 验台的简要介绍与国内外发展概况 (1) 文的主要内容 (3) 2 试验台的总体方案设计 验台各零件参数设计 (3) 体方案的提出以及特点 (4) 定方案 (8) 3 试验台 的结构设计 动机的选择 (9) 轴器的设计 (12) 滑的选择 (14) 4 装配图及其各零件的设计 动形式的对比及选择 (15) 齿锥齿轮的计算与校核 (16) 的设计 (23) 体的设计 (27) 杯的设计 (29) 承盖的设计 (30) 结论 （ 32） 参考文献 （ 33） 致谢 (34) to of is is to is To of be to to in is on to as ) of of a in of of by on of a of a of by in is to at s in as as a on s to is to of of 毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计 (论文 )题目： 转臂式 加速度过载模拟实验 台结构设计与分析 业设计 (论文 )使用的原始资料 (数据 )及设计技术要求： 设计一个测试导弹空中飞行过程中离心加速度的加速度过载模拟实验台， 主要技术条件为：待测件重量 15径 90度 900 最大离心加速度 进行相应的强度计算。 业设计 (论文 )工作内容及完成时间： 1 搜集有 关资料，熟悉 离 心 机原理，撰写开题报告 1 周 2 相关外文文献资料的阅读与翻译（ 6000 字符以上） 2 周 3 总体 传动 方案设计 3 周 4 零部件的结构设计 3 周 5 零部件的强度 计算与校核 3 周 6 撰写毕业论文 3 周 7. 答辩准备及毕业答辩 1 周 、主 要参考资料： 1 孙桓等主编 ， 机械原理 ， 高等教育出版社， 2001 年 2 濮良贵等主 编 ， 机械设计 ， 高等教育出版社， 2001 年 3 成大先主编 ， 机械设计手册 ， 化学工业出版社， 1997 年 4 曹维庆等主编 ， 机构设计 ， 机械工业出版社， 2000 年 5 E, of 1980 年 - 1 - 转臂式加速度过载模拟实验 台结构 设计 与分析 1 前言 现代军事、国防领域对火工品飞行器的机动性要求很高。火工品的机定性越好，对其整体强度要求及越高，承受机动过载的能力越强。 为保证火工品的产品的质量和可靠性，必须进行火工品的地面过载实验，对火工品在法向加速度作用下的性能进行评价，用于指导产品设计与质量控制。离心加速度实验装置就是在地面上测试过载情况下火工品飞行器 (如导弹等 )某些性能的一种专用设备 。 例如 ，飞机在作水平盘旋机动时所受的力与角加速度有直接关系，质量大的飞机由于有受力极限角 加速度就不能太大，而质量小的飞机在同样的受力极限上可以达到更大的角加速度，也就是说可以转的更快，转弯半径更小，水平机动性能更好。 离心 试验台 是 由电机驱动带动实验台转动，从而通过测算轴的转速计算出加速 度的试验装置，此外，还可以将样品 进行分离 。 实验室用 试验台 的处理里量较小，体积和重量也较小，但分离的精确度较好，主要用在实验室中的分离提取与分析研究中 。由于其功能的独特性， 广泛应用干生物医学、石油化工、农业、食品卫生 、航空工业等领域，它利用不同物质在离心力场中沉淀速度的差异，实现样品的分析分离。 外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 转臂式离心过载模拟实验台是通过传动系统使固定在旋转架上的发动机转动而产生离心力，在过载情况下测试其某些性能参数的变化情况， 主要用于航天航空 等领域的科学 研究。 普通的离心机装置是靠不同物质的沉降系数的不同，在一定的离心力的作用下，将不同的物质分离出来。即它是通过离心运动中不同比重的物质所受离心力不同，因而被分离开来，在工业生产中，离心机基本上属于后处理设备，主要用于脱水、浓缩、分离、澄清、净化及固体颗粒分级等工艺过程，它是随着各工业部门的发展而相应发展起来的。 至 目前 为止 ,在加速度对发动机性能的影响方面 ,人们主要进行了由火箭自旋引起的横向加速度对推进剂药柱产生的加速度效应研究 ,即燃速增加导致发动机内弹道性能发生畸变 ,影响发动机的正常工作。这方面 ,国内外学者进行了大量的试验研究和理论分析工作 ,并取得了重大进展 。 然而，某飞行试验的结果发现，由自旋产生的横向加速度与由导弹机动飞行产生 - 2 - 的横向加速度对发动机工作产生影响的侧重面是有较大差别的，后者对发动机内绝热层烧蚀的影响最为突出，而且长期被人们所忽视，国内外至今缺乏对其的研究资料 已有专家 设计了实验发动机与实验装置 ,进行了一系 列飞行固体火箭发动机横向过载模拟试验 ,获得了不同加速度下发动机内绝热层烧蚀率定量化的试验数据。验证了横向加速度严重影响局部绝热层烧蚀的事实。机理分析表明 ,此种结果是由于横向加速度作用下燃气中 沿离心力方向大量沉积所致。此项研究为相关的工程设计提供了基础性的依据。 离心 试验台 不仅在调速技术方面取得进展，而且随着 制造和应用技术的发展，在多功能和自动化方面也有长足进步，如可变速率起制动、程序变速、直接输入离心力、操作程序的存储和调用、仪器状态的自动诊断、要求尽可能全的显示离心机的 参数和状态信息、更加完善的安全保护功能等，有些功能不仅是锦上添花，而且直接影响离心效果，如可变速率起制动和程序变速可以改善区带离心效果和缩短离心时间等。 从离心试验台制造业整体来看，不可否认的是，我国离心试验台制造行业的整体水平与国外的离心试验台的制造、新技术研发、尤其在整机可靠性、稳定性、使用寿命、装配精度、操作的灵活性、人性化、以及某些新技术的应用（主要是是新概念的应用）等方面等方面还存在一定的差距。但 我国离心试验台工业已经有部分厂家、在某些技术、性能方面，已经达到了国际先进水平，在某些专项技术上甚至已 经超过了部分国外品牌。目前国内离心试验台制造商主要从多方面考虑进行设计、改进，使我国的卧螺离心试验台新技术应用、生产技术等方面得到进一步提高。 离心试验（过载试验、恒定加速度试验、恒加速度试验、加速度试验） 一般可 分为两类 ： 第 I 类为性能试验，用以验证设备功能适应使用加速度环境的能力；第 以验证设备结构承受使用加速度环境的能力。如无明确规定，设备一般应进行这两类试验，在通过所规定各方向的性能试验考核后，再作各方向结构试验的考核。 设计一个测量离心 加速度的 立式转台，待测件重 量 15径 90度 900大离心加速度 70g。要求转台的结构设计，并进行相应的强度计算。 第一步 ，查阅资料， 熟悉离心机原理， 了解离心实验台在国内外的发展状况和存在的问题。 了解 转臂式离心加速度过载模拟实验装置 的特点以及在日常生 - 3 - 产生活中的用途。根据其运用场合不同，适当选择合适的方案，以达到实用、经济、可靠的目的。 第二步， 在对所选课题有个初步的了解之后，再 确定 转臂式离心加速度过载模拟实验 的 研究 内容及 实验方案。 第 三 步 ， 试验台的总体方案设计， 进行 系统方案的设计、比较与确定 ,依据 对选择的 传动方案 ,查阅相关参考文献， 从而完成 ，联轴器的设计 . 装配图及其各零件的设计， 设计好了之后再对各主要零部件进行强度校核，最后确定整体方案。 第四步， 根据方案， 画出装配图 ,装配图画好后 ,从装配图中设计计算选择各零件以及完成对零件图的初步绘制 。 第五步，对工件的夹紧方案进行 设计、比较与确定 ，最后选择合适的润滑剂 。 2 试验台的总体方案设计 测件结构尺寸设计 本试验台应该适应以下发动机试验要求： 过载模拟 待测件长度： 900 1200测件直 径： 90 120测件重量： 15 待测件载荷要求 最大离心加速度： 70g 旋转架承载能力：大于 1500N 台运动参数设计 - 4 - 转台采用变频调速方式，技术指标如下： 旋转架转速：小于 300r/转架启动平稳时间： 180S 电机额定功率： 验转台上装有压力应变片，且配有控制箱，从而更好的保障人员安全 体方案的提出以及特点 方案 1 方案图： 图 2方案 1总图 组成： 轴； 承； 座； 方案一优点： （ 1）整个结构尺寸较大，适合大型试件的测试； （ 2）传动部分采用带传动，在过载情况下可以保护电动机，系统的安全性能好 - 5 - （ 3） 结构简单、拆装方便、较好的制造工艺。相对于箱体结构而言，支撑柱的使用使整体结构更简单，装配也更方便。易于实现自动化，提高生产 率。其二，使用空心轴的同时不仅能够满足引出线的目的，同时也提高了轴的抗扭强度。 （ 3）：整个传动过程平稳，噪音小 （ 4）：可以测量多种形式放置和多种形状的元件。 但是同时这也对设计提出了更高的要求，因为还有考虑剃度加速度对测试件的影响。 方案一缺点： （ 1）传动带更换时需要同时拆卸实验装置主轴等部件，维修不方便。 （ 2）用八根立柱作为支承承担整个载荷，载荷过大时，立柱受载荷后容易产生扭转变形，从而降低实验装置的可靠性。 （ 3）：只能测量一定重量的待测件。由于带传动只能在轻载条件下工作，当被测件超过一定重量 时，同步带传动易出现打滑现象，从而无法实现传动。 （ 4）：传动效率低，准确性不足。由于采用带传动，使整个结构传动效率低，寿命短，而且由于带传动的传动比不准确，故在测算离心力时，其转速存在偏差，使离心力的计算结果不准确。又实验台中采用的 8 根细长的支撑柱支撑，当转台和带测件稍重时，很容易使整个结构很失稳，从而产生很大的振动，从而影响测量的准确性，此时寿命也将降低。 （ 5）：实验台床身体积庞大，操作不方便。本实验台高度上近三米，操作时极其的不方便，当机床运动时，其稳定性也很得到保证。 （ 6）生产效率低，成本高。过 高的床身会增加工人的劳动强动，且生产成本也将增加。 方案 2 方案图： - 6 - 图 2 方案 2总图 组成： 轴； 方案二 优点： （ 1） 相对方案一的结构尺寸大为减小 （ 2） 实验装置的重心降低，动架上的载荷减小，稳定性增加 （ 3） 对测量件的要求也大大降低了，而且可以实现多 个角度范围测量。 方案二 缺点 （ 1） 每个角度都需设计一套专用夹具，对于不同角度的测量需要多个夹具，提 高了生产成本高。 （ 2） 测量的角度也比较固定，在测量不同角度时，要更换夹具，给拆卸方面带 来不便，从而降低了生产效率。 方案 3 方案图： - 7 - 图 2方案 3总图 组成： 方案三 优 点 : 转盘结构的变化：从圆盘式变成圆盘带转臂式； 通过和以上两方案中转盘的比较，本方案中转盘有以下特点 ： （ 1）采用转臂式转架，使测试件在转臂上的范围扩大 （ 2）采用圆锥齿轮传动取代带传动，可避免更换带传动所带来的一系列问题 （ 3）采用箱体作为支撑零件，可承受较大的扭矩，使整个装置的稳定性和可靠 性提高。 （ 4）节省材料，降低成本。使用铸造的 方法很生成转盘，较上述两方案中转盘的制造更能节约成本。此外，适当降低转盘和待测件对箱体的作用力，可以降低轴承等受力大的零部件的制造要求，可以使整个系统结构更简洁，制造工艺更好，从而降 - 8 - 低生产成本。 （ 5）工作稳定，使测量精度高。本方案中才用齿轮传动，它具有效率高、寿命长、工作可靠、传动比稳定等特点，使测量结果更可靠，精度更高。 （ 6）扭矩低。过大的盘在高速的旋转状态下，产生很大的离心力和扭矩，这样很容易对零部件造成破坏，本方案中的采用的转盘和夹具固定在一起的方法可以减少运动时产生的离心力和扭矩。 整体结构 的变化： 在综合考虑实验台的使用性能、测量精度和生产成本的前提下，采用箱体的结构设计，使整机的高度从 3167降到 1800，并不影响其测量结果。当实验台的高速旋转时，由于离心力很大，产生的扭矩随之加大，这对轴承的选材和制造工艺有很大的要求，而且实验台的稳定性也难以保证。这中失稳在实验台越大时表现得更加明显。而且很高的实验台在高速旋转时易发生倾倒切对地基的要求也很高，因此适当简化整体的结构对测量精度和生产成本有很大影响。 传动形式的变化：带传动改为齿轮传动； 齿轮传动的主要特点是效率高、结构紧凑、 工作可靠、寿命长、传动比稳定。在常用的机械传动中，齿轮传动的效率最高，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小，在设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，综合比较以上方案中传动形式，齿轮传动明显更好。 确定方案 以上提出了三 种 设计方案 结果来看，几种方案都能满足设计要求，但 在综合比较其制造成本，制造工艺，实用性以及测量精度等各方面的要求后，方案三更合理。因此选择方案三。 3 试验台的结构设计 - 9 - 已知条件： 旋转架转速： 小于 300r/转架启动平稳时间： 180s 最大离心加速度： 70g 由于该回转实验台是空载实验，并不需要承受多大的载荷（估计就是一些系统上的摩擦力矩和风阻）。 所以该电机的功率主要是取决于启动时的功率。 现假设该实验台作匀角加速度启动： 则 角速度 =300 2 /60=31.4 s 角加速度 =( 1)/ t=(300 2 /60180=动转矩 T= 计算大约的最大回转半径： 2a/ 2 =(70g/： 转速变小时，回转半径应加大。 单个测试件 J=15 kg - 10 - 试验时测试件是两边对称分布 J=2J=m 最大的驱动功率 w 考虑到回转台以及轴的 J 0w 再考虑到 2 对轴承 与一对锥齿轮的传动效率 ，联轴器的传动效率 总 =d= =为忽略了风阻以 及系统的一些摩擦力矩，电动机额定功率 于 可，由机械设计指导的表 14得 Y 系列电动机额定功率 3 回转台的转约速为 300r/常，单级圆锥齿轮传动 i=36 ,故电动机的转速范围为 9001500 r/ 同一类型、功率相同的电动机具有多种转速。如选用转速高的电动机，其尺寸和重量小，价格较低，但是会使传动装置的总传动比、尺寸结构和重量增加。选用速度低的情况刚好相反。因此，在综合考虑电动机及传动装置的尺寸、重量、价格，并 且根据传动比的需要，选用电动机的同步转速为： 1000 r 由根据 机械设计实用手册 选电动机的型号为： 8。具体参数如下： - 11 - 型号 额定功率速r/电流 A 效率 % 功率因素 960 转电流 堵转转矩 最大转矩 转动惯量 重量（ 5 动机的安装 机座号 国际机座号 D F G E L K H 132M 1328 10 33 80 515 12 132 A/2 B C C D A 108 178 89 280 270 210 315 216 安装图样 图 3动机的结构设计 轴器的设计 - 12 - 途 联轴器主要用来联接轴与轴（或联接轴与其它回转零件），以传递运动与转矩。 联轴器属于机械通用零部件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲 、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的联接部件。 20 世纪后期国内外联轴器产品发展很快，在产品设计时如何从品种甚多、性能各异的各种联轴器中选用能满足机器要求的联轴器，对多数设计人员来讲，始终是一个困扰的问题。常用联轴器有膜片联轴器 ，鼓形齿式联轴器，万向联轴器，安全联轴器，弹性联轴器及蛇形弹簧联轴器。 联轴器品种、型式、规格很多，在正确理解品种、型式、规格各自概念的基础上，根据 传动系统的需要来选择联轴器，首先从已经制订为标准的联轴器中选择，目前我国制订为国标和行标的有十几种，这些标准联轴器绝大多数是通用联轴器，每一种联轴器都有各自的特点和适用范围，基本能够满足多种工况的需要，一般情况下设计人员无需自行设计联轴器，只有在现有标准联轴器不能满足需要时才需自行设计联轴器。标准联轴器选购方便，价格比自行设计的非标准联轴器要便宜很多。在众多的标准联轴器中，正确选择适合自己需要的最佳联轴器，关系到机械产品轴系传动的工作性能、可靠性、使用寿命、振动、噪声、节能、传动效率、传动精度、经济性等一系 列问题，也关系到机械产品的质量。 联轴器的类型应根据工作要求选定。联接电动机轴和减速器高速轴的联轴器，由于轴的转速较高，一般应选用具有缓冲、吸振作用的弹性联轴器，现根据联轴器的类型和尺寸选择 38 82 85，它的主要特点是结构简单，维护方便，耐久性好，传递转矩的能力大，具有一定补偿两轴相对便移和一般减振性能，相关图形、尺寸和各参数如下： - 13 - 图 3性柱销联轴器 注： 1 材料为 35 钢、 2 材料为 龙 6； 3 材料为 4 材料为 15、 35、 45钢； 5 材料为 65型号 公称扭矩 N m） 许 用 转 速 ：nr/ 轴孔直径 d2、孔长度 （ D 30 5000 38 82 160 转动惯量 （ S l 质量 0 72 8 滑的选择 - 14 - 润滑剂的主要作用 是降低摩擦、减少磨损、提高效率、延长机件的使用寿命，同时还起到冷却、缓冲、防腐蚀、密封和排污等作用。脂润滑结构简单、易于密封，但是润滑效果不如油润滑，故常用于开式齿轮的传动、开式蜗杆传动和低速滚动轴承（ 为转速为滚动轴承的内径， m ）的润滑。并且在这里考虑以简单设计为原则，若使用油的润滑方式，不仅要考虑到由于油路的设计而造成的成本的提高，而且对于这种直力式的设计方案，同时也不方便使用油的设计方式。现根据运动速度、载荷大小、工作环境温度、摩擦副表面、周围环境、润滑装置等方面考虑，确定齿轮副用油润滑，其余部分用脂润滑。 滑剂的选择 齿轮副用润滑油标准号为： 357 92；名称为：工业齿轮油；牌号为： 90 其余部分用润滑脂标号为： 6001 88；名称为：钙钠基润滑脂；牌号为： 2。 4 装配图的设计 试验台的方案的总体 装配图如下所示： - 15 - 序号010203040506070810112019181716151413122122232425箱 体名 称 数量 材料 标 准 备 注 流 环角接触球 轴承大 转 动 轴11 451大 锥 齿 轮 1 40 筒 45箱 体 盖 1大 轴 承 盖六 角 头 螺 母垫 圈键旋 转 架开槽圆柱头螺钉毡 圈六 角 头 螺 栓毡 圈套 杯圆锥滚子轴承小 轴 承 盖套 筒齿 轮 轴111141662111121454540角 头 螺 母 6 G B 6170107211 C B 29717036焊接成空架B 9 0 G B 1 0 9 6 - 7 98 3510 4045Q 433510 40B/335 公 差 为 6 公 差 为 6 公 差 为 6 杆 845键 1 1 6 5 6 G B 1 0 9 6 - 7 9技 术 要 求1 . 装 配 箱 体 与 其 他 铸 件 不 加工面应清理干净，除去毛刺毛边；并浸涂防锈漆；2 . 零 件 在 装 配 前 用 煤 油 清 洗 ，轴承用汽油清洗；3 . 调 整 ， 固 定 轴 承 的 时 候 应 留有 轴 向 间 隙 0 . 2 - 0 . 5 m m ；4 . 箱 体 内 壁 涂 耐 油 油 漆 ， 箱体外表面图灰色油漆；5 . 轴 承 的 润 滑 油 使 用 代 号 为 2号的通用钙钠基润滑油( G 0 0 1 8 8 )6 . 齿 轮 装 配 后 应 用 涂 色 法 检查接触点；7 . 按 实 验 规 程 进 行 实 验 。开槽圆柱头螺钉 56 184备注标准材料数量名称2726序号28内六角圆柱头螺钉 3 5地脚螺栓 6 9920 55 螺 纹 公 差 为 6 B 656 300? 7572?3494078105211胡 文 波图 4配图的设计 转臂的长度 1271整体高度： 670体底座离高速轴的距离： 300动形式的 对比及 选择 带传动设计 虽然传动平稳，结构简单，成本低，但需 要避免与机座或其它零部件发生碰撞，而且带传动 靠摩擦传动，传动比不准确，一般运用于高速传动 ， 传动 效率低。而在本设计中，电机转速不高，且要求精确的计算轴的角速度，因此不适合运用 - 16 - 带传动。 链传动 链传动与齿轮传动相比，其制造和安装精度要求较低；链传动的受力情况较好，承载能力较大；有一定的缓冲和减振性能；中心距较大而结构轻便。 与摩擦型带传动相比，具有平均传动比准确；传动效率稍高；链条对轴的拉力较小；同样使用条件下，结构尺寸更为紧凑。一般只能实现平行轴间链轮的同向传动，运转时不能保持恒定的顺势传动比。但当其磨损后，易发生跳齿，工作时噪声比较大。它不能保证恒定传动比，故不适宜在高速和运动精度要求高以及其他采用齿轮传动的场合。因此，在可能有其它的传动形式下尽可能也不用链传动。 齿轮 传动 齿轮传动的特点 :能保证瞬时传动比恒定 ,平稳性较高 ,传递运动准确可靠 ;传递的功率和速度范围较大 ;结构紧凑、工作可靠 ,可实现较大的传动比 ;传动效率高 ,使用寿命长 ;齿轮的制造、安装要求较高 在常用的机械传动中，齿轮传动的效率最高，其瞬时传动比恒定，速度（指节圆圆周速度）和传递功率的范围大，可用于高速、中速和低速的传动；功率可以从 100000动效率高；结构紧凑，使用于近距离传动等。 综合以上传动类型的分析，从紧凑、高速、大功率传动等方面考虑，优选齿轮传动。 齿轮传动设计 由选择的电动机型号 6 的相关数据知：输入功率 小齿轮转速60r/ 齿数比 u=电动机驱动，工作寿命 15年（每年工作 300天，一天大约 4个小时），工作平稳，转向不变 4。 - 17 - 解 料 、热处理方法、精度等级 1） 按上面所述，选用直齿圆锥齿轮传动。 2）回转实验台为一般工作机器，速度不高，故选用 7级精度（ 。 3）材料选择。由机械设计表 10择小锥齿轮材料为 40质），硬度为86；大锥齿轮材料为 35质）， 69,二者材料硬度差为 40 4)按齿面接触疲劳简化设计公式设计主要参数由式 (4 3 221 ) u=i= = =50=495 入公式 : 3 2 1(9800*d=选 d=70 齿形角： =20 分锥角 :6119211 ar ct ct g = 2 齿数： 按参考文献材料成形学，不产生切根的最少齿数 (= - 18 - 取 0，则 Z2=u*2=70 模数： 按1221 m =标准模数 m=度圆直径 : 齿轮中点分度圆直径 : 11 m 22 m 外锥矩 :R= 11 b= 21 0 取 b=36 齿顶高 : ( o o o o ar c c 顶角 : ar c c 锥角 : 根锥角 : 分度圆弧齿厚 : 4 9 - 19 - 实际齿宽系数 : 4 面重合度 : )()( 211 t g at g g at g az =宽中点速度 : 100 060 )1 m = 0 060 1( 外锥高 121 分度圆弦齿厚 : 4 8 9 1(21221 1(22222 分度圆弦齿高 : 6 0 8 o o s 211211 当量齿数 : 0c zz 0c zz m 确校核齿面疲劳强度 4 - 20 - 其中 7)1 k 9) 5).1 v 表表表 kk a . 8 5 图 )(1 未进行修缘代入公式得 : 6 5 8 . 9 83 . 25 4 . 8 633 13 . 21 9 7 5 . 911 . 2 41 . 0 31 . 51 . 1 810 . 8 72 . 51 8 9 . 8 2H 2. 许用应力由式 (3 l i ml i )21(5 0 0l i m )23按无限寿命图25)9 8 (Z L V R 图 26) X 图 大小齿轮均为硬齿面 1Z W 9) 代入公式得 : 3 6 1 110 11 5 0 0 21 满足齿面接触 疲劳强度条件 确校核齿根弯曲疲劳强度 - 21 - 齿根弯曲疲劳应力由式 (4. 其中 , 31)11 图 )2F 图 20) 图 前面已查 : 7)1 k 9) 5).1 v 表表表 kk a 1 0 ) 图 代入公式得 : M P 7 M P 由式 (3 m i r 其中 28)20l i m 图M P )10 29) 1Y N 表图 R r e l Tr e l T 9) 2Y 30) m i 图 代入公式得 : 2 M 2 5 2111320 121 122 11 22 齿轮的结构设计及绘制零件图 齿轮的结构设计与齿轮的几何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及经济等因素有关。进行齿轮的结构设计时，
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