3179 摩擦性汽车用V带、多楔带疲劳试验机设计
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摩擦性汽车用V带、多楔带疲劳试验机设计
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长 春 大 学 毕业设计论文纸摘 要本文详细论述了多楔带传动轮系优化试验台的硬件及软件设计方案。试验台的开发是围绕模拟附件轮系的实际运转，同时又能调整各个附件负载大小及各个附件的位置来进行的。论文针对的这些特殊性能要求，设计了具有独创性的台架结构，包括模拟机体部分，移动导轨部分，转向泵的工况模拟部分，测功机模拟空调压缩机作为负载工作等等。多楔带轮系优化试验台测控系统的硬件部分以计算机为核心，配以外围接口电路，信号调理单元和传感器，构成闭环控制系统，主要完成附件轮系主轴转速、主轴扭矩、空压机轴转速、空压机轴扭矩、转向泵轴转速、转向泵轴扭矩、系统噪声、系统振动频率、皮带轮垂直带面振幅、皮带轮测向振幅、减振皮带轮扭转角、减振皮带轮轮面振幅、自动张紧轮轴承温度等参数的采集和处理，同时实现对模拟附件负载大小以及主动电机运转情况的控制。关键词:多楔带; 轮系; 台架AbstractThis article presents the design plan of software and hardware of testbench for optimizing design of the poly rib driving wheel system in detail. The development of test-bed centers on imitating actual operation of wheel system and changing load size and position of each accessory at the same time. Aiming at these special demand of performance, I have designed the innovative structure of test-bed, including simulation engine gear box, the part of moving guiding tracks, the simulation part often steering pump, the part of dynamometer simulating compressor as load etc. Computer is the core of poly rib belt driving wheel system test benchs hardware, equipped with the interface circuit, signal processing unit and sensor. All those parts constitute a close loop control system to realize the signal collection and process, including the rotate speed and torque of main shaft ,rotate speed and torque of the shaft of compressor, rotate speed and torque of the shaft of the steering pump, systematic noise, systematic vibration frequency, the amplitude of surface of poly rib belt, the torsion angle and amplitude of damping pulley, bearing temperature of auto tension wheel, etc. At the same time we can control the load size of each accessories and operation of electrical machinery by the control system.Keywords: Poly rib belt； wheel system；25目 录第1章 绪 论21.1 本课题研究的目的与意义21.2 发展现状21.2.3 技术要求5第2章 机构总体设计方案62.1 机构原理62.2 功能原理方案设计72.3.1动力源选取92.3.2传动装置设计92.3.3 加载装置10第3章 疲劳试验机各部分计算113.1 多楔带疲劳试验机设计计算113.2 同步带传动的设计计算123.3 轴的设计与计算153.4 主动轴轴承设计计算193.5 张紧轮轴的结构设计与计算19第4章 设计与人机工程学214.1 根据人体尺度确定设备的合理尺寸214.2 根据人体的力参数合理设计操纵装置21总 结22参考文献23致 谢24第1章 绪 论1.1 本课题研究的目的与意义带传动是机械传动中重要的传动形式，广泛应用于传递和运动传动，在传动领域占有重要地位，并已经取得了越来越广泛的应用，近年来，特别是在汽车工业的，家用电器和办公自动化机械以及各种新型的机械装备中相当中相当普遍。由于带传动具有结构简单，传动平稳，价格低廉，不需要润滑，缓冲吸振等优点，使得带传动在机械中占有重要的位置，随着传动的演变，在许多场合取代了其他的运动形式，同时随着材料学制造工艺及生产设备的进步，带传动的总类不断更新，传动能力。虽然近年来传动带质量有了显著提高，但是与国际水平还有一点的差距，其中原因之一是由于疲劳试验机的普及程度还不够，通过疲劳试验机来改进带的结构，配方和工艺，提高产品质量已经得到生产厂家的认可，个生产厂家只有通过疲劳试验机，取得符合国际标准的实验数据，才能够使产品与国际市场接轨。该疲劳试验机的研制成功对于打破国内疲劳试验机基本上依赖进口的局面，完善国内带生产线的完整性，生产测试设备的更新换代的需要具有重要的意义。1.2 发展现状多楔带传动在平带的基体下做出许多纵向楔，带轮也有相应的环形轮槽，其工作面为楔的侧面，具有极高的灵活性，柔性，传动平稳，摩擦力大，传动功率大，张紧力小，传动比范围大，传动速度高，结构合理，使用寿命长，兼有平带和三角带的优点而弥补其不足。适用于结构紧凑，传动功率较大场合，特别适合要求三角带根数多，垂直地面的平行轴传动，但对于多楔带与轮槽间均匀性要求较高，否则会产生写楔面不接触或接触不良其楔面摩擦效应大大削弱。20世纪80年代以来，未解决三角带多根同组传动是因产生不一样长的传动效率和使用寿命下降等问题，在多根三角带的上底用一层薄的橡胶连接起来，习惯称之为联组三角带的v型平带，具有极大的优越性，因而有出现v型平带取代包布式和切边式三角带的现象。这种三角带与平带结合的胶带，虽然对带轮沟槽有特殊的要求，然而由于带体很薄，与带轮的接触面积达，弯曲性好，带轮缩小，使传动装置进一步小型化，节能化，可补偿槽距误差，弥补了多楔带的缺点，在世界发达国家的生产量急剧增加。目前，多楔带生产状况在我国规模形成规模，生产设备基本为引进或吸收消化制造，产品质量好持续大批量为汽车等多种机械传动装置配套。1.2.1带的类型（1）齿形多楔带齿形多楔带类似于齿形切边v带，即在楔部切成齿形，以提高带的曲挠性能及带的散热性能，可明显提高带使用寿命。固特异公司研究表明，相同的氯丁橡胶材料多楔带，高温疲劳试验普通多楔带66h，有齿多楔带可达167h。有齿多楔带还可以降低对带的装配精度要求，但有齿多楔带在使用时通过带轮会带进带出气流，产生有节奏的气流声。固特异 公司通过斜齿，DAYCO公司做成不规则齿来抵消这种声音，可较少15db左右的噪音。 （2）植绒多楔带多楔带传动缺点之一是传动噪音较大，在低速或角速度变化快使用时，以及一段时间后，楔面磨损，硬化和张力松弛，或在雨天沾到水后，传动时会发出刺耳的尖叫声，影响汽车的NVH性能。解决办法之一是楔面留有0.11.0mm高强度短纤维。由于纤维摩擦系数稳定，具有吸音功能，因此大大降低多楔带传动噪音。传动多楔带一般用特殊的研磨工艺来实现。研磨时，先将楔块速磨成大致的楔形，然后低速湿磨，将橡胶磨掉，楔面露出一定长度的纤维。（3）弹性多楔带弹性多楔带最早应用于白色家电上。原理是，带的长度比轮系计算周长小，带在装配时，使用专用工具强制拉伸在固定的带轮上，通过带的弹性变形力使带产生足够的张紧力，在整个的过程中无需调整 张力，这样可以省略张力调整机构。近几年，小型家用轿车为了简化发动机前端附件轮系结构也开始使用弹性多楔带作为驱动用带。弹性多楔带一般使用扯断伸长率大于20%的高捻度纤维作为强力层线绳。（4）d EPDM多楔带近年来，多楔带在汽车得到普遍应用，而发动机室的温度越来越高，有的要求橡胶能耐150摄氏度，瞬间能耐170摄氏度，传统氯丁橡胶显然达不到要求。由于HNBR过于昂贵，人们在研究发现小量的油污不对发动机前端的皮带造成损害，可使用廉价耐热性好多的三元乙丙橡胶作为多楔带主题橡胶材料。但EPDM耐磨性，高温抗撕裂和动态性能不理想，与其他材料粘合差，这些都需要通过改性如添加ZDA或ZDMA和其他材料加以解决。EPDM多楔带耐高温性能和高温疲劳寿命明显提高。1.2.2疲劳试验机发展现状 传动带都是在动态状态下使用的，有的使用条件极为苛刻，如汽车、农用机械。如何模拟实况使用一直是传动带生产厂家和带传动研究重要课题。我国早在上世纪70年代末，中国农机院、江汉机械研究所和哈尔滨工业大学等，为配合当时的农机带和石油机械用带的研制，开始这方面的研究和疲劳实验机的研制工作。疲劳寿命实验分为无扭矩法和有扭矩法，前者亦称曲挠机。我国目前采用无扭矩试验机为适应普通V带新标准（GB1174-96）而研制的，即墨新城机械有限公司和江都明珠材料试验机厂均有生产。试验过程中实验带不传递扭矩，与带轮之间无相对滑动，也不能使带体内的张力产生变化，仅能模拟带通过带轮时产生的曲挠，记其曲挠次数和伸长率，一般需要57天。它是通过减小带轮直径或加大初拉力来强化疲劳的，与传动带实际使用情况的相关性差。但该试验方法由于相关因子单一，试验设备结构简单、能耗小，是控制生产过程质量好办法。龙山橡胶厂自行设计一台农机V带用曲挠试验机。有扭矩疲劳寿命试验能够在较短的时间内对传动带质量有一个全面和较准确的评价，有扭矩法又可以分为开式和闭式两类，开始的能量流动没有形成闭合回路，电动机的能量全部有消耗装置消耗掉，不符合节能要求。闭式则能够将部分能量收回，形成封闭的回路，节约了能源。封闭式又可以分为两种，一种是电封闭式：加载装置中装有电机，发出的电回馈给电机一部分；另一种是机械封闭式：电动机所提供的仅仅是克服系统摩擦力所需要的功率，因此试验中消耗的动力远远小于加到被试带上的载荷，具有明显的节能效果。国内洛阳、上海、贵阳、无锡、开封随引进设备进口德国的汽车V带疲劳寿命试验机。哈尔滨工业大学曾为原上海橡胶制品二厂、长春汽车研究所研制等汽车V带疲劳寿命试验机。长春光机学院参照克莱斯勒汽车公司标准为辽阳机带厂设计过一台多楔带寿命强化试验台。无锡贝尔特还引进汽车多楔带疲劳寿命试验机，可做高温疲实验。该机采用机械封闭原理，用电磁加载器加载。通过调节加载器工作电流的大小，可调节所加负载的大小。该机具有较好的节能效果，节能可达63以上。它采用PLC控制，试验数据可根据要求进行分段或即时打印。王洁民发明的“带全功能动态性能试验装置”，利用现有带机械封闭试验机的原理，并以其基本组成封闭试验系统的主动轴总成进行简化，并以此轴为对称轴，在其反方向再增加一套同样的封闭试验系统，联轴器使两个封闭试验系统共用一个主动轴总成。这两个封闭试验系统组合后形成了两个各自独立的封闭力流，而两试验系统又组成了相互影响的整体，该装置可进行各种带的有扭矩和无扭矩的全部动态性能试验。主要目的是用于多楔带的断面性能测试，对多楔带的性能在较短的时间内给出一个较为正确的评估，其中主要包括带的测试方法，测试装置，带轮直径，电力负荷以及对实验所得的数据进行必要的说明与解释。该试验机为多楔带的曲挠疲劳试验机，即带在试验的过程中不收到扭矩的影响。实验带的尺寸是1200mm 10mm，用这种长度的实验带所得到的数据即被认为同等质量长度和技术规格的所有带的有效数据。1.2.3 技术要求 目标和要求： 带长：120010mm； 主动轮转速：3300转/分； 带张力：400.5N； 带速：10.4m/s； 试验温度：100130； 带宽：6楔； 试验拉力：800N第2章 机构总体设计方案2.1 机构原理机械系统功能设计的原理内容是构思能够实现功能目标的解法原理，功能原理设计首先通过调查研究确定符合当时技术发展的明确的功能目标，然后进行创新构思寻求新的解法原理并进行原理认证，最后选择较为合理的方案。2.1.1功能及其分类（1）功能的描述十九世纪四十年代，美国通用电气公司的工程师迈尔斯首先记住了功能的概念，它和人们常说的共用用途性能和能力等概念既有区别又有联系，功能的描述要正确简洁，抓住本质。不同的功能定义会产生不同的思想设计和方法，寻求到不同的功能载体，得出完全不同的设计方案。系统工程常用“黑箱法”来描述功能，对于复杂的未知系统犹如不知其内部结构的黑箱，可以利用外部观测，通过分析黑箱与周围环境的联系，输入与输出，了解其功能特性从而进一步探求其内部结构与原理。把待求系统看作黑箱分析比较系统输入输出的能量，物料和信号，输入和输出的转换关系，从而确定系统的功能，魔塔型汽车威带，多楔带疲劳试验机，主要是用来检测威带，多楔带的疲劳寿命，通过试验对其质量给于一个正确的评价，从而使生产厂家努力提高带的生产质量，以适应现代市场的发展要求。（2）功能的分类从不同的角度出发，功能可以有各种不同的分类。按其性质，用途重要程度和逻辑关系可将功能如下分类：基本功能与辅助功能 基本功能是产品所具有的用于满足某种需求的效能也就是产品的用途和使用价值，多谢带疲劳试验机主要对多谢带的断面性能做一测试看其质量如何，辅助功能是以基本功能并存的，次要的附带的功能。多楔带疲劳试验机暂无其辅助功能。目的功能和手段功能 任一功能的存在都是有目的的，因此任何功能不论是基本功能还是辅助功能都可以视为目的功能，而该目的功能往往又是实现另一目的的手段，相对于另一功能来说，它又是一种手段功能。多楔带疲劳试验机其目的功能是对于多楔带的质量水平的提高得以正确的评估，而此目的又是为了提高多楔带寿命与质量的一种手段。使用功能和表现功能 使用功能是指产品的实际使用价值。表现功能是在使用功能的基础上，对产品起美化装饰作用的功能，它是通过造型设计来实现的。必要功能和不必要功能 必要功能是指用户所需要的功能，包括产品的基本功能和辅助功能，也包括使用功能和表现功能，反之则称为不必要功能。2.2 功能原理方案设计基于功能原理方案设计包括原理方案的功能原理分析，功能分解，分功能求解和功能原理方案确定等五项内容，就是求取一个最佳的功能系统的解，构成一个原理方案，实现所提出的创造目标，并满足周边的各种限制条件。2.2.1功能你原理分析任何一个机械产品的功能目标确定后，经过功能分析和综合，就能针对产品的主要功能提出一些原理方案，对于多楔带疲劳寿命的测试，总体原理方案可以是主张力曲挠运转试验，多转鼓曲轨运转试验，冲击试验，动态接头试验等。不同的原理方案和加工工艺会有不同的设备，原理方案还与执行功能工艺过程及执行元件有着密切的联系，寻求作用原理，关键在于提出创新构思，使思维发散，力求提出较多的解法共比较选择。（1）功能分解产品和技术系统的总功能称为产品的总功能，产品的用途不同，其总功能也不同，技术系统都比较复杂，难以直接求得满足功能的原理解。可利用系统工程的分解性原理将功能系统按总功能，分功能，功能元进行分解，化繁为简，以便通过个功能元件的有机组合求得技术系统解。功能分解可示为树状的功能结构，称为功能树，功能树起源于总功能，按分功能，二级功能求解，末端功能元，功能元是可以直接求解的最小组成单元。总功能确定后，功能分解可按一下方法进行a 按解决问题的因果关系或目的手段进行分解。功能树起源于相当于总功能的树干，实现总功能这一目的所需要采用的全部手段构成一级分功能，这些分功能相当于树枝，实现这一级分功能目的的手段又构成了二级分功能，构成了小树枝，如此分解，知道分解到可以直接求解的位于树枝末端的功能元为止。b 按照工艺过程的空间顺序或时间顺序来分解，为了更好的寻求机械产品的工作原理方案，将机械产品的总功能分解为比较简单的分功能是一种行之有效的方法，通过功能分解可使用每个分功能的输入量和输出量关系更为明确，因而可以比较易求得各分功能的工作原理解。2.2.2功能求解分功能求解的基本思路可以简明的描述为分功能作用原理功能载体，作用原理是指在某一功能载体上有某一物理效应实现的某一个功能的动作原理，这里的工作原理包括基础科学揭示的一般科学原理和应用研究证实的技术原理，分功能求解的目的是寻求完成分功能的作用原理和功能载体，其主要方法有调查分析法，创造性方法和设计目录法。a 调查分析法 根据当前国内外的技术发展状况，大量查阅有关文献资料调查分析已有同类产品的优缺点，构思满足分功能要求的作用原理和功能载体，在调查过程中，调查面尽可能放宽一点，或许能得到一些新的启示，例如采用方法学和生物工程方法，有意识的研究大自然及动植物生态特点有益于寻求新颖实用的功能解和技术方案。b 创造性方法 创造性方法是指设计人员凭借个人的经验，智慧，灵感和创造能力，采用智暴法，类比法和综合法等方法来寻求各种分功能的原理解。c设计目录法 设计目录是一种设计信息库，它把设计过程中的大量信息有规律的加以分类，排列和存储，以便于设计者查找和调用。2.3功能原理方案确定由于每个功能元的解有多个，因此组成机械的功能原理方案可以有多个功能原理方案的组合，可以采用形态矩阵就行综合分析。形态矩阵学是一种系统的搜索和程式化求解的分功能组合求解方法，形态矩阵法是进行机械系统组成和创新的基本途径，得到多种可行方案后，经过筛选，评价可以获得最佳方案。形态矩阵法的运用步骤如下：（1）通过总体功能分解可以求得若干分功能 这种总功能分解往往要与机械的工艺动作过程联系起来考虑，使分功能的动作能够用一类的执行机构来实现。（2）功能分解 这就是要从分功能的性质来寻求实现的工作原理，然后从功能原理寻求功能载体。（3）方案组成 在功能分解和功能求解的基础上，利用形态学矩阵进行方案综合，在全体方案中还必须考虑相容性条件，直接条件等。因此有些方案并无存在价值或价值不大，可以在初步筛选时去除。（4）方案评价和选择 由于根据形态学矩阵法所得到的可行方案数量很大，所以必须先进行评估，初评的标准是可以定位新颖性，先进性和实用性，把一些不好的先加以筛除，然后用适合该类机械系统的技术经济指标进行综合评价，选择出综合最佳的方案。 多楔带疲劳试验机的形态学矩阵 功能分解 1 2 3 4动力源汽油机柴油机电动机液压马达传动装置同步带传动链传动齿轮传动蜗杆传动加载装置重物加载机械式加载气压加载液压加载表2.12.3.1动力源选取动力系统是一台机器的重要组成部分，只有选取了合适的动力装置，试验机才能够稳定的工作充分发挥其功效，因此首先要选取一个合适的动力装置。常用的动力源有汽油机，柴油机，电动机，液压马达等。其各自的特点如下：汽油机的主要特点是结构紧凑，重量轻，便于移动，转速高，能很快达到满载运转，但燃料价格高昂，依然废气会造成大气污染，汽油机常用于汽车方面。柴油机的主要特点是工作可靠，寿命长，便于维护，但初始成本较高且废气会污染大气，其应用较广。由于汽油机和柴油机二者成本均比较昂贵且产生污染气体，在此疲劳试验机中不易采取二者作为动力源。电动机初始成本较低，运转费用很低，维护要求较少，功率范围较广。由电动机的以上特点以及结合疲劳试验机的工作情况，选择电机作为动力源比较合适。而电动机又有着几种类型，直流的，交流的，同步的，异步的。直流电动机可通过改变电枢的电阻，电压或改变磁通进行调速，而交流电动机通常是不调速的，需要时则可以通过变频，变极或转差率进行调速。由于试验中不需要变速，因此应该选取交流电机。交流电动机又有同步和异步之分，交流同步电机的特点是恒转速，功率因数可以调节，提供励磁的直流电源，价格贵。交流异步电机结构简单，启动转矩大，常用于载荷平稳，不易调速，长期工作的机器。从二者的比较可以看出，应该使用交流异步电机。综上所述，此疲劳试验机选取交流异步电机作为其动力源。2.3.2传动装置设计从电机出来的动力需要经过一传动装置将动力传动到绕有实验带的轴上，因此要选取一个适合的传动装置。常用的传动装置有带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动等，各自的特点如下：（1）带传动 带传动的特点是结构简单，轴间距里范围较广，运转平稳，噪音小，能够缓冲吸振，有过载保护，安装维修技术不高，成本低，外廓尺寸大，摩擦型有滑动的特点。传动带又有不同的类型，有同步带，平带，多楔带，V带等，不同的传动带有不同的使用场合，平带的运用范围较广，主要缺点是没有恒定的传动比，而同步带却有精确的传动比，不易打滑。多楔带可以提供较大的摩擦力，常用于大功率的传动中。由于此疲劳试验机工作是需要运转平稳，且要有恒定的传动比，可以优先考虑同步带传动作为其传动装置。（2）链传动结构简单，轴间距范围大，传动比恒定，能在恶劣的环境下工作，工作可靠，作用在轴上的力小，瞬时速度不均匀，不如平带传动平稳，链磨损伸长后易产生震动，掉链，常用于重型机械。再加上其转速较高时容易发生脱链现象和磨损加剧，降低了使用的寿命，故不可选取链传动。（3）齿轮传动齿轮传动的类型很多，其优点是具有恒定的传动比，但轴间距较小，制造与安装精度较高，常用于一些重要的传动中。由于疲劳试验机传动距离较远，不能选用齿轮传动。（4）蜗杆传动传动比较大，运转平稳，噪声小，结构紧凑，轴间距离较小，且制造工艺比较复杂。由于其轴间距离较小，也不易作为传动装置。比较以上各种传动装置，且结合疲劳试验机的工作情况，由于其中心距较长且需要在一个平稳的条件下工作，故选择带传动为最佳，传动带为梯形齿同步带。2.3.3 加载装置 常用的加载装置有机械加载，重物加载，气压加载，液压加载等方式。在此疲劳试验机中其加载装置的主要作用是给测试带提供一个恒定的张紧力。机械式加载常用于重型机械中，气压加载和液压加载也不适用于此处，在这里选择重物加载最为合适。综上所述，此多楔带疲劳试验机应该选交流异步电机作为其动力源，同步带传动作为其传动装置，重物加载作为其加载装置。第3章 疲劳试验机各部分计算3.1 多楔带疲劳试验机设计计算3.1.1选择电机 电动机有直流电机和交流电机之分。直流电动机通常可以通过改变电机电阻，电压 以改变磁通进行调速，交流电动机通常是不调速的，需要时则可通过变频成弯转差进行调速。疲劳试验机是不需要调速的，所以运用交流电动机。交流电动机又有同步和异步之分，交流同步电机通常用于不调速的低速和大功率机器。而交流异步电机常用于载荷平稳长期工作的机器，因此选用交流异步电机。3.1.2计算功率 （3-1）其中正压力N= （3-2） 摩擦系数 小带轮直径，单位mm 小带轮转速，单位r/minK载荷系数查手册，由所需功率可选取Y33小型三相异步交流电动机，此电机是我国近年来研制成功的节能型电机，其应用面广，产量大。根据实验条件和传动功率大小可选取电机型号为Y160M-4的三相异步交流电机，其额定功率为3kw。转速为1460r/min，效率为88.5%功率为0.85质量m=114kg3.2 同步带传动的设计计算同步带有梯形齿和弧齿两种。梯形齿为常用的同步带齿形，传递的功率较小。弧齿同步带的齿形为曲线。其结构与梯形齿同步带基本相同，带的节距相当承载能力较高，常用于大功率的传动之中，由上可见此疲劳试验机的传动装置应该选为梯形齿的同步带。设计步骤要求3.2.1 给出传动要求（1）原动的名义功率：Pm=3kw（2）主动轴转速=1430r/min 从动轮转速：=3300r/min（3）中心距要求：500mm左右（4）原动机：3kw异步交流电（5）工作机：疲劳试验机（6）运转时数：每天810小时3.2.2 选择带的节距（1）求出设计功率Pda由表查得载荷修正系数=1.2，因未使用张紧轮，故表，由于是增速运动，表查得增速传动修正系数为=1.2b.计算设计功率 （3-3）选择带的距由=3.84kw和小带轮转速=3300r/min 查图可选择L型带对应的节距为9.525mm。确定带轮直径和带节线长由表得：L型带，小带轮转速=3300r/min时，带轮最小径用=18，取最小带轮齿数=18。传动 （3-4）故 =41.5，按标准带轮齿数取小带轮直径： （3-5）大带轮直径： （3-6）3.2.3 选择带长带长 （3-7）经计算求的 （先知a=500mm），mm （3-8）选择标准带长=1289.05mm，该带的齿数为132 （3-9）3.2.4 选择标准带宽（1）确定基准额定功率小带轮齿数=18直径=54.6mm）转速=3300r/min。由表求得L型带的基准额定功率=2.23kw（2）确定额定功率p首先计算需要的带宽，选择标准带宽。（3）验算工作能力a 啮合齿数系数啮合 （3-10） b 带宽系数kw （3-11） L型带 =25.4mmc 额定功率p （3-12）3.2.5 选择带宽根据设计要求。 故带宽查表选择带宽带号为150L型带宽其中mm3.2.6 工作能力验算 （3-13）许用工作拉力查表得带的长度质量查表得m=0.448kg带的圆周速度 工作能力验算（3-14）额定功率大于设计功率，故带的传动能力足够3.2.7 结果整理带：选用L型同步带，=9.525mm =132.带轮 =121.3mm 传动中心距 a=505mm其余略3.3 轴的设计与计算3.3.1 轴的种类与特点轴是组成机械的一个重要零件。它支撑着其他转动件回转并传递转矩。同时又通过轴承和机架连接，所有轴零件都围绕轴心线做回转运动，形成了一个以轴为基准的组合体轴部件。所以在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须和轴系零部件的整个结构密切联系起来。轴按承受载荷不同可分为转轴，心轴与传动轴，此疲劳试验机既承受弯矩又承受扭矩。故此主动轴为转轴。按形状又可分为阶梯轴，空心轴等。3.3.2 轴的常用材料轴的材料种类很多设计时主要根据对轴的强度，刚度，耐磨度等要求为采用的热处理方式。同时考虑到选工艺问题加以选用为求经济合理。轴的采用材料35,45.50优质碳素钢。最常用的是45刚。多楔带疲劳试验机中主动轴与从动轴的材料均选为45号钢。3.3.3 轴的结构设计轴的结构设计决定于受载情况，轴零件的布置和固定方式。轴承的类型和尺寸，轴的主坯制造和装配工艺及安装，运输条件。轴的结构应尽量减小应力缓冲，受力合理，有良好的工艺性并使轴的零件定位可靠，装拼方便，对于要求刚度大的轴还应从结构上考虑减小轴的变形。由于影响轴的因素较多，顾轴不可能有标准的结构形式，必须根据情况具体分析比较，确定方案。图3-1 主动轴示意图由于轴的材料是45号钢，查表可知E=216mpa。 （3-15） （3-16）又以上两个式子可得到=350N，=873N取d=35mm得 （3-17）挠度 （3-18）挠度 （3-19）从而可知故可取直径3.3.4 轴的强度校核计算进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体负载及应力情况，采用相应的计算方法，并恰当的选取其许用应力。对于仅仅（主要）承受扭矩的轴（传动轴），应按扭转强度条件计算；对于只承受弯矩的轴（心轴）应按弯曲强度条件进行计算；对于既受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），应按弯扭合成强度条件进行计算。需要时还应按疲劳强度进行精确校核。此外对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静强度，以免产生过量的塑性变形。轴的扭转强度条件为： （3-20）式中 扭转切应力MPa T轴所受的扭矩Nmm 轴的抗扭截面系数 n轴的转速r/min p轴传递的功率kw d计算载面处轴的直径mm由此可得 （3-21）对于直径d100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大5%-7%。有两个键槽时应增大10%-15%然后将轴圆整为标准直径。故可取3.3.5 精确校核轴的疲劳强度截面AB，只受扭矩作用，虽然键槽轴肩及过度配合的引起的应力基中将旋转轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面AB均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面V的应力集中的影响和截面的相近，但截面V不受扭矩作用，同时轴径也比较大。不必做强度校核，截面c虽然应力最大，但应力集中不大，而且这里的轴的直径是最大的，故截面c也不必进行校核，截面和显然不必校核。由机械设计第三章可知，键槽的应力集中系数比过盈配合小，因而该轴只需按截面两侧即可。截面的右侧抗弯截面系数： （3-22）弯矩及弯曲应力为 （3-23） （3-24）其中弯曲应力M弯矩过盈配合的用插值法求之并取于是得 （3-27）查表可得表面质量系数为 （3-28） （3-29）又可得到碳钢的特性系数，于是计算安全系数值 （3-30）故可知其安全截面左侧抗弯截面系数 w=0.1 （3-31）截面左侧的弯矩M （3-32）截面c的弯曲应力 （3-33）轴的材料为45号钢，调制处理，由表查得 截面由于轴肩而形成的理论应力系数及均可按表查询。因=0.03 经插值查得=2.0 又可查表=0.82 =0.65故有效应力系数按式为： （3-34）由图的尺寸系数=0.07由图标查得的扭转尺寸系数为0.82，轴按磨制加工由图查得表面质量系数=0.92轴未经表面强处即=1，则可得到综合系数为 （3-35）所以轴在截面左侧的的安全系数为 （3-36）故该轴截面右侧的强度也是足够的。由于本轴最大的弯曲时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。3.4 主动轴轴承设计计算 由于此主动轴美欧承受轴向载荷，故可选用深沟球轴承，轴承的型号选择条件：轴承承受径向载荷F=873N，轴向载荷F=0N，轴承转速3300r/min。，运转时无冲击，预期寿命5年。初步计算动载荷P 查看 取 查表得x=1，载荷系数=1 （3-37）求轴承应有的基本额定动载荷 （3-38）按照轴承样本设计手册选得c=N的型号的轴承，基本额定静载荷=N验算如下 求动载荷P= （3-39） （3-40）即高于预期计算寿命，故满足要求。3.5 张紧轮轴的结构设计与计算带有张紧轮轴的结构如下图所示图3-2 从动轴示意图 （3-41） （3-42）由以上两个式子可得到轴的材料为号钢，查表可知其取 （3-43）挠度 （3-44）故可取轴承的计算 （3-45）求轴承的基本额定动载荷值 （3-46）选择型号型号的深沟球轴承验算如下： （3-47）故满足要求第4章 设计与人机工程学工业生产中，所有的机器设备都需要由人操纵控制。即使是全自动的控制系统或机器人操作系统也需要人的监控和维护。人是生产的核心和主导，而人，机器与工作环境形成一个不可分割的系统整体。在人机系统中应用分析利用人和机器的不同点，协调配合，提高工作效率。另外根据调查58%-78%的工业事故是由于对人机系统中人的因素估计不足造成的。汽车运输和化工部门的事故90%以上是出于人的判断错误操作。因此，进行工程设计时如何保证人机系统的可靠和安全也是极为重要的。人机工程学的要就目的是运用科学知识是人-机器-环境协调统一并形成有机的联系，创造舒适安全的工作环境，适合人的生理和心理要求；使人操作省力，准确而提高工作效率。人机工程学作为一门独立的边缘学科已有四十多年了。人机工程学在美国叫做“Human Engineering”，西欧国家称为“Ergonomics”。“Ergonomics”一词由两个希腊的词根组成，ergo意为出力，工作，nomics意为正常化，规律。由此可知Ergonomics的含义是人出力正常化或人的工作规律。在日本称为人间工学，也就是研究人机间关系的一门学科。4.1 根据人体尺度确定设备的合理尺寸进行设备设计和作业空间布置时，要根据工作要求和操作使用对象的不同，确定合理的尺寸。如站着或坐着操作的机器和控制台，在高度和宽度上均会有不同。同样的站姿工作台对美国人，法国人或日本人合适的高度也不一样。要明确设备的合理尺寸，必须了解人体的基本尺寸。人体的尺度由于国家，地区，民族，性别，年龄和生活状况等的不同而有差异。必须根据大量调查及数理统计回归分析才能得到一些参考值，列出我国人体尺度的均值和标准差。根据人体各部分尺与身高的比例可以较合理的确定相应的设备高度与工作高度，使工作时位置舒适，作用合理。如人体舒适的坐姿关节角度，肩部与臀部应同时支承身体。据此可设计较合理舒适的控制台，驾驶室及旅游座椅。重要的人机系统设计还常根据人体尺度确定数学模型或制造关节可活动的人体模型放到以设计好的操纵系统或控制系统中检查所有的相关尺寸是否合用，对改进完善设计很有好处。4.2 根据人体的力参数合理设计操纵装置人在操纵手柄，手轮或 杠杆时，单手的合理操纵力约为30-120N，右手为40-140N，左手为30-120N，双手操纵力约为250N。一般人的握力约为350N左右。当操纵力大于50-150N或操纵力小于50N但连续操纵时，一般采用脚动代替手动。脚的合理操纵力约为男子430N-480N，女子300-350N。总 结本文在系统的分析了国内外多楔带的研究与发展的基础上，介绍了多
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