旋架式加速度過載模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析說明書

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1 選題的意義………………………………………………………………………(1)</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r…………………………………………………………………(4)</p>&

2、lt;p>　　1.3 論文的主要內(nèi)容 ………………………………………………………………(5)</p><p>　　2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總體方案設(shè)計(jì) </p><p>　　2.1 技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì) …………………………………………………………………(5)</p><p>　　2.2 總體方案的提出以及特點(diǎn) ……………………………………………………(6)</p

3、><p>　　3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 …………………………………………………………………(8)</p><p>　　3.2 裝配圖的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………(10)</p><p>　　3.3 帶傳動(dòng)的選擇與計(jì)算 ………………………………………………………(11)<

4、/p><p>　　3.4 軸的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………(12)</p><p>　　3.5 底座的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………(16)</p><p>　　3.6 立柱的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………(17)</p><p>　　4 主要零件的設(shè)計(jì)驗(yàn)算

5、</p><p>　　4.1 軸的校核 ……………………………………………………………………(18)</p><p>　　4.2 軸承的選擇與校核 …………………………………………………………(25)</p><p>　　4.3 螺栓與螺釘?shù)倪x擇與校核 …………………………………………………(27)</p><p>　　4.4 鍵的選擇

6、與校核 ……………………………………………………………(28)</p><p><b>　　5 工件的夾緊</b></p><p>　　5.1工件的夾緊的要求 …………………………………………………………(29)</p><p>　　5.2方案 ……………………………………………………………………………(29)</p>&

7、lt;p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………(31)</p><p>　　小 結(jié) ………………………………………………………………………………(32)</p><p>　　致 謝 ………………………………………………………………………………(32)</p><p>　　摘要：導(dǎo)彈等飛行器特別是對(duì)對(duì)空發(fā)射等高質(zhì)量、高精度的

8、武器，它們有很高的要求，要有很好的機(jī)動(dòng)性能，導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)性能越好，要求它的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就越高，承受機(jī)動(dòng)過載的能力越強(qiáng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)性能就要求越高，所以我們?cè)谏a(chǎn)使用前必須對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性測(cè)試，這樣才能保證它在高空過載情況下正常放心使用，并且保證其誤差在允許范圍內(nèi)，因此，我們必須設(shè)計(jì)出相關(guān)儀器來(lái)測(cè)試出其參數(shù), 因此，所以發(fā)動(dòng)機(jī)過載模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)產(chǎn)生了。</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)過載模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)是通過傳動(dòng)系統(tǒng)使固定在旋

9、轉(zhuǎn)架上的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生離心力，在過載情況下測(cè)試其某些性能參數(shù)的變化情況。通過離心機(jī)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的彈道參數(shù)、離軸加速度、殼體應(yīng)變以及溫度等的測(cè)量.現(xiàn)主要工作就是系統(tǒng)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)和測(cè)試件的夾緊。研究?jī)?nèi)容：了解該課題的特點(diǎn)以及發(fā)展?fàn)顩r.傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)、比較與確定.零件設(shè)計(jì)、選擇、計(jì)算以及圖紙的初步繪制,工件的夾緊方案的設(shè)計(jì)、比較與確定,生產(chǎn)部門討論加工問題.</p><p>　　此次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)在不作點(diǎn)火的情況

10、下，對(duì)可兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，也可作單件測(cè)試。測(cè)試件一般在2m以內(nèi)，重量不超過100㎏，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，工作可靠、維護(hù)方便等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是要滿足地面普通熱試車試驗(yàn)，在法向加速度作用下對(duì)飛行器進(jìn)行性能檢測(cè)，不至于導(dǎo)彈在機(jī)動(dòng)飛行中失效。</p><p>　　關(guān)鍵字： 離心機(jī)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、發(fā)動(dòng)機(jī)、過載、失效</p><p>　　Rack centrifugal acceleration

11、to overload simulation design</p><p>　　Abstract: The aircraft such as missile is the high quality and precision weapon lauched by air to air .They have high requirement and have excellent maneuverability. T

12、he better maneuverability the missile have, the higher the intensity of holistic structure requires .The better it bear the mobile over loading,the higher the structure capability of engine requires.To ensure that the m

13、issile can run normally in the case of high-position and overloaded, and also make sure that error is under cont</p><p>　　The overload simulation laboratory bench of the engine is through the transmission sy

14、stem make the engine which install at the rotators shelf to rotate, that make the engine has the centrifugal force, tests its certain performance parameter change in the overload situation.pass left scheming can realize

15、launch machine and leave the stalk acceleration, hull adapts to changes and the diagraph that temperature wait. Presently the main work is the system transmission design and measures the test sam</p><p>　　Th

16、is experiment pedestal of design under the condition of not make some fire, to can two launch the machine to carry on the test, also can make a test.Test the piece generally at 2 m in, weight not over 100 Kg, have the st

17、ructure simple, tightly packed, work dependable, support the convenience etc. characteristics. The aim of the design of this laboratory bench is to satisfy the common hot test-drive on the ground and to test the capabili

18、ty of the aircraft with the function of the vertical accel</p><p>　　Keywords:Leave the scheming revolve the set deliver the motive over loading invalidation</p><p><b>　　1 前

19、 言</b></p><p><b>　　1.1 選題的意義</b></p><p>　　現(xiàn)代軍事、國(guó)防領(lǐng)域?qū)鸸て凤w行器的機(jī)動(dòng)性能要求很高?；鸸て返臋C(jī)動(dòng)性能好，對(duì)其整體強(qiáng)度要求就越高，承受機(jī)動(dòng)過載的能力越強(qiáng)。</p><p>　　我國(guó)對(duì)導(dǎo)彈等飛行器的研究方向大多集中在對(duì)其控制系統(tǒng)的研究這方面。但是為了滿足現(xiàn)代導(dǎo)彈的一些高性能要求，

20、如導(dǎo)彈的全方位、大空域機(jī)動(dòng)，末端變化軌跡運(yùn)動(dòng)等，采用傳統(tǒng)的姿態(tài)控制方案是難以奏效的，必須對(duì)導(dǎo)彈的法向過載直接加以控制。以往過載控制是基于局部線性化的線性模型，并且過載控制與姿態(tài)控制并存于同一個(gè)系統(tǒng)中，導(dǎo)彈過載控制系統(tǒng)的非線性反演設(shè)計(jì)【16】提出了一種新的過載控制方案，這種方案只需要對(duì)過載量進(jìn)行測(cè)量控制，而不再需要對(duì)一些角度進(jìn)行測(cè)量和控制，因此這種方案使整個(gè)控制系統(tǒng)所需要的零部件減少，控制器結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單明了。非線性自適應(yīng)控制在最近十幾年引

21、起人們的廣泛關(guān)注，并取得了顯著的發(fā)展。其中比較典型的是反演設(shè)計(jì)技術(shù)，它是一種系統(tǒng)的非線性設(shè)計(jì)方法，通過一步一步地構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)推導(dǎo)出控制律，取得了全局的穩(wěn)定性，并且這種穩(wěn)定性分析是構(gòu)造性的。文章中證明了飛行器姿態(tài)的收斂與過載收斂等價(jià)，并提出了一種關(guān)于導(dǎo)彈過載量嚴(yán)格反饋形式的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型。并利用反演設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)了該過載系統(tǒng)的控制器，并應(yīng)用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)給出實(shí)例，進(jìn)行了仿真。導(dǎo)彈過載控制系統(tǒng)的非線性反演設(shè)計(jì)

22、【16】在證明了飛</p><p>　　導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng),它是導(dǎo)彈的核心組成部分,而對(duì)導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)的研究落腳于對(duì)制導(dǎo)規(guī)律和控制規(guī)律的設(shè)計(jì),參照導(dǎo)彈實(shí)體,結(jié)合工程實(shí)際,考慮現(xiàn)有制導(dǎo)規(guī)律和控制規(guī)律存在的問題,具體進(jìn)行的主要工作如下: (1)導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)分析。主要包括對(duì)導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)的原理、組成的分析,介紹其分類,并給出了設(shè)計(jì)制導(dǎo)控制系統(tǒng)應(yīng)滿足的指標(biāo),結(jié)合研究對(duì)象,對(duì)自動(dòng)尋的制導(dǎo)控制系統(tǒng)進(jìn)行

23、了詳細(xì)的探討。 (2)導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。引入了研究導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)常用的坐標(biāo)系及各坐標(biāo)系之間的關(guān)系;分析了作用在導(dǎo)彈上的力與力矩,在此基礎(chǔ)上建立了導(dǎo)彈動(dòng)力學(xué)方程和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,結(jié)合導(dǎo)彈質(zhì)量變化和對(duì)導(dǎo)彈的操縱關(guān)系,建立了空空導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型;針對(duì)研究對(duì)象,在一定假設(shè)的基礎(chǔ)上建立了傾斜轉(zhuǎn)彎導(dǎo)彈的數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　在飛行器工程領(lǐng)域【17】，能量管理技術(shù)并不陌生。如軌道器無(wú)推力再人返回段的末端能量管理(TAEM

24、)，以及耗盡關(guān)機(jī)固體彈道導(dǎo)彈的能量管理。與這兩種已有能量管理技術(shù)不同的是，THAAD導(dǎo)彈的EMM發(fā)生在剛剛發(fā)射后的主動(dòng)段，導(dǎo)彈飛行在距離發(fā)射點(diǎn)不遠(yuǎn)的稠密大氣層中。受反導(dǎo)攔截反應(yīng)時(shí)間的限制，其能量管理不宜采用TAEM式的增大飛行距離辦法。而可供選擇的另一種方法就是增大導(dǎo)彈的飛行攻角，依靠阻力的增大、主發(fā)動(dòng)機(jī)推力沿速度軸分量的減小來(lái)降低速度、耗散能量。通過大攻角飛行特性分析可知，在導(dǎo)彈飛行主動(dòng)段，當(dāng)導(dǎo)彈以90。以內(nèi)的大攻角飛行時(shí)，阻力作用增

25、大，推力增速作用減小，導(dǎo)致飛行速度增幅減小，從而轉(zhuǎn)彎慣性減小；推力在速度法向的分量與非線性升力相疊加，彈道轉(zhuǎn)彎作用力增大，法向加速度增大。所以，在轉(zhuǎn)彎慣性減小與法向加速度增大兩項(xiàng)作用下，導(dǎo)彈具有“速度耗散”與“高機(jī)動(dòng)快速轉(zhuǎn)彎”的綜合特性。并且，主動(dòng)段大攻角高機(jī)動(dòng)飛行，由于可以采用高操縱性的推力矢量控制方法進(jìn)行大攻角飛行穩(wěn)定控制而具有可實(shí)現(xiàn)性。因此，采用大攻角飛行的彈道設(shè)計(jì)方法可以達(dá)成對(duì)導(dǎo)彈速度的能量管理。顯然，大攻角飛行可以達(dá)到能量耗散

26、的目的。然而，如何給定適</p><p>　　導(dǎo)彈等飛行器特別是對(duì)對(duì)空發(fā)射等高質(zhì)量、高精度的武器，它們有很高的要求：要有很好的機(jī)動(dòng)性能，導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)性能越好，要求它的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就越高，承受機(jī)動(dòng)過載的能力越強(qiáng)，特別是戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈，這類導(dǎo)彈用于攻擊快速活動(dòng)目標(biāo)，對(duì)姿態(tài)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)要求較高，尤其要求具有反應(yīng)迅速和能使導(dǎo)彈產(chǎn)生所需較大過載（橫向和法向加速度）的性能，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)性能就要求越高，像這種高科技武器，一

27、般是要求沒有質(zhì)量問題，所以我們?cè)谏a(chǎn)使用前必須對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性測(cè)試，這樣才能保證它在高空過載情況下正常放心使用，并且保證其誤差在允許范圍內(nèi)，因此，我們必須設(shè)計(jì)出相關(guān)儀器來(lái)測(cè)試出其參數(shù)。導(dǎo)彈在機(jī)動(dòng)過載情況下其殼體的受力比較復(fù)雜，它會(huì)受到很多方面的影響：導(dǎo)彈在機(jī)動(dòng)過載情況下其殼體的受力比較復(fù)雜，假設(shè)導(dǎo)彈的主翼壓心（F主）、質(zhì)心（F質(zhì)）及尾翼壓心（F尾）的分布是按圖1-1所示。如果控制導(dǎo)彈的俯仰、偏航是由F尾（F尾可能是尾翼、燃?xì)舛婊蛉嵝?/p>

28、噴管等產(chǎn)生的側(cè)向力）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，導(dǎo)彈在有大的離軸角度變向（如抬頭）時(shí)其飛行軌跡如圖1-1。</p><p>　　圖1-1 導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)過載下的受力簡(jiǎn)圖</p><p>　　導(dǎo)彈在機(jī)動(dòng)過載情況下產(chǎn)生的法向加速度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響為：</p><p>　　1） 法向加速度對(duì)導(dǎo)彈機(jī)械結(jié)構(gòu)的影響</p><p>　　一般機(jī)動(dòng)性能好的導(dǎo)彈過載高達(dá)幾十個(gè)g，在這種

29、情況下彈體的彎曲變形非常明顯，彎曲幅度在幾十毫米甚至上百毫米（與導(dǎo)彈長(zhǎng)度有關(guān)）。很顯然這么大的變形勢(shì)必影響發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，甚至彈體可能會(huì)被折斷；同時(shí)大變形也可能引起絕熱層的脫粘等，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)著火、燒穿等的可能性。</p><p>　　2 ） 法向加速度對(duì)導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)的影響</p><p>　　法向加速度造成彈體的變形改變了發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部空間，內(nèi)流場(chǎng)有很大變化，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)的后部形成折射

30、使該處能量相對(duì)聚集，加速了此處絕熱層的沖刷和燒蝕，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)燒穿的可能性。</p><p>　　法向加速度造成發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的燃燒產(chǎn)物（特別是凝聚相組份）會(huì)沿著法向方向有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。也就是說此刻的內(nèi)流場(chǎng)中燃燒產(chǎn)物分布的密度有很大差別，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)法向方向一側(cè)凝聚相產(chǎn)物的密度要大大高于另一側(cè)，這種現(xiàn)象又加速了這側(cè)的燒蝕。</p><p>　　法向加速度對(duì)導(dǎo)彈的影響結(jié)果如圖1-2所示。<

31、;/p><p>　　圖1-2 法向加速度對(duì)導(dǎo)彈的影響示意圖</p><p>　　實(shí)踐證明如果導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)只做地面普通熱試車試驗(yàn)，不研究在法向加速度作用下的性能，可能會(huì)因此而導(dǎo)致導(dǎo)彈在機(jī)動(dòng)飛行中失效。為保證導(dǎo)彈的產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，必須設(shè)計(jì)和制作一套地面過載熱試車系統(tǒng)，對(duì)導(dǎo)彈在法向加速度作用下的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，用于指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制。</p><p>　　所以，綜上所述

32、，設(shè)計(jì)的機(jī)器不僅要能滿足地面的普通的熱試車試驗(yàn)，而且還要能在法向加速度作用下對(duì)飛行器進(jìn)行性能的檢測(cè)，不至于導(dǎo)彈在機(jī)動(dòng)飛行中失效。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　導(dǎo)彈的氣動(dòng)布局是這樣設(shè)計(jì)的：在導(dǎo)彈的紅外導(dǎo)引頭之后，緊接著有兩組十字型翼面。前面一組為固定的鴨式翼，后面一組用于俯仰和偏航控制。在俯仰和偏航控制翼面之后有一%W6a(X6} 對(duì)副翼，與自由滾轉(zhuǎn)的尾部

33、一起實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定。在彈體的后段還有4片翼板與十字型尾翼連0i+ly~接在一起，以在導(dǎo)彈進(jìn)行大過載機(jī)動(dòng)時(shí)對(duì)彈體后段起加強(qiáng)作用。因?yàn)樵诠裟┒?，固體發(fā)動(dòng)</p><p>　　t;J!O%L(kk機(jī)已快燃燒完，彈體后段實(shí)際上是一個(gè)空殼，如果沒有這些翼板，在導(dǎo)彈進(jìn)行大過載機(jī)動(dòng)*v A^\J0t%x:Q時(shí)，彈體可能由于應(yīng)力作用而解體。據(jù)認(rèn)為，巨蟒4導(dǎo)彈可承受的最大加速度過載高達(dá)70g，而美國(guó)的AIM9M卻只有35g。&

34、lt;/p><p>　　到目前為止，在加速度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響方面，人們主要進(jìn)行了火箭自旋引起的橫向加速度對(duì)推進(jìn)劑藥柱產(chǎn)生的加速度效應(yīng)研究，即燃速增加導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道性能發(fā)生畸變，影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，這方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和理論分析工作，并取得了重大的進(jìn)展。</p><p>　　然而實(shí)踐證明，自旋產(chǎn)生的橫向加速度與導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)飛行的橫向加速度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的影響是有較大差別的，

35、后者對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響更為突出，而且長(zhǎng)期被人們忽視，國(guó)內(nèi)外至今缺乏對(duì)其的研究資料。橫向加速度對(duì)飛行發(fā)動(dòng)機(jī)絕熱層燒蝕影響的實(shí)驗(yàn)研究[10]設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行了一系列飛行固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)橫向過載模擬實(shí)驗(yàn)，獲得了不同加速度下發(fā)動(dòng)機(jī)絕熱層燒蝕率定量化的式樣數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了橫向加速度嚴(yán)重影響局部絕熱層燒蝕的事實(shí)，研究表明，橫向加速度對(duì)絕熱層燒蝕影響主要原因是由于橫向加速度導(dǎo)致燃燒室內(nèi)流場(chǎng)發(fā)生改變，離心力方向側(cè)壁絕熱層形成“燒蝕坑”，并且絕熱層

36、的燒蝕率隨橫向加速度的增加有加倍增長(zhǎng)的趨勢(shì)。因此十分必要開展橫向加速度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響研究，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)工程型號(hào)設(shè)計(jì)。</p><p>　　固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)【12】，從方案設(shè)計(jì)、動(dòng)力源選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳感器選擇等方面研究了高速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)涉及的幾個(gè)主要問題。雖然從實(shí)際使用情況看，圖示固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)能夠滿足推力和壓力—時(shí)間曲線同時(shí)測(cè)量的要求，同時(shí)震動(dòng)噪聲也較低，試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)、使用和維護(hù)

37、性能也較好。但此試驗(yàn)臺(tái)不能滿足我們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行離心過載的模擬實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　圖1-3 高速旋轉(zhuǎn)立式實(shí)驗(yàn)臺(tái)組成原理示意圖</p><p>　　國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐證明如果導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)只做地面普通熱試車試驗(yàn)，不研究在法向加速度作用下的性能，可能會(huì)因此面導(dǎo)致導(dǎo)彈在機(jī)動(dòng)飛行中失效。為保證導(dǎo)彈的產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，必須設(shè)計(jì)和制作一套熱試車系統(tǒng)，對(duì)導(dǎo)彈在法向加速度作用下的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，用于指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)

38、計(jì)與質(zhì)量控制。</p><p>　　1.3 論文的主要內(nèi)容</p><p>　　首先是了解該課題的特點(diǎn)以及發(fā)展?fàn)顩r,對(duì)所選課題有個(gè)初步的了解,為總體方案的提出打下基礎(chǔ).第二步是傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)、比較與確定,通過對(duì)傳動(dòng)方案的選擇,從而完成整體設(shè)計(jì).畫出裝配圖,裝配圖畫好后,從裝配圖中設(shè)計(jì)計(jì)算選擇各零件以及完成對(duì)零件圖的初步繪制, 用三維軟件SolidWorks 2010建立實(shí)體模型。給模型

39、添加運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)、質(zhì)量特性參數(shù)、力學(xué)特性參數(shù)等外部環(huán)境，基于SolidWorks SimulationXpress完成實(shí)驗(yàn)虛擬平臺(tái)下的運(yùn)動(dòng)測(cè)試。最后是對(duì)工件的夾緊方案的設(shè)計(jì)、比較與確定,完成設(shè)計(jì)后,是要與生產(chǎn)部門討論加工問題,看設(shè)計(jì)的方案是否符合加工方案,不合適的地方再加以再進(jìn).最后使之能滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要。</p><p>　　2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>

40、　　2.1技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1.1 待測(cè)件結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　本試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)該適應(yīng)以下發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)要求：</p><p>　　1）過載模擬（單臺(tái)或雙臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)）</p><p>　　2）發(fā)動(dòng)機(jī)不點(diǎn)火試驗(yàn)</p><p>　　3）待測(cè)件長(zhǎng)度：1000 ～2000mm</

41、p><p>　　4）待測(cè)件直徑：120 ～150mm</p><p>　　5）待測(cè)件重量： 35Kg</p><p>　　2.1.2 待測(cè)件載荷設(shè)計(jì)</p><p>　　最大離心加速度：70g</p><p>　　旋轉(zhuǎn)架承載能力：不低于15000N</p><p>　　2.1.3 轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)&

42、lt;/p><p>　　轉(zhuǎn)臺(tái)采用變頻調(diào)速方式，技術(shù)指標(biāo)：</p><p>　　旋轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速：小于300r/min</p><p>　　旋轉(zhuǎn)架啟動(dòng)平穩(wěn)時(shí)間：180S</p><p>　　電機(jī)額定功率：5.5KW</p><p>　　上面裝有壓力應(yīng)變片，并且配有控制箱，具有安全措施保障人員安全</p><p&

43、gt;　　2.2 總體方案的提出以及特點(diǎn)</p><p><b>　　2.2.1 方案</b></p><p><b>　　方案圖：</b></p><p>　　圖2-1 方案總圖</p><p><b>　　方案圖結(jié)構(gòu)組成：</b></p><p>

44、　　1.底座； 2.支柱； 3.支撐板； 4.大軸承；</p><p>　　5.主軸； 6.夾具； 7. 夾具1； 8. 夾具2；</p><p>　　9. 夾具3； 10. 內(nèi)軸； 11. 螺栓；</p><p>　　12.試件； 13. 小軸承； 14.螺釘； 15. 螺栓；</p><p><b>　　

45、實(shí)體圖：</b></p><p>　　圖2-2 方案實(shí)體圖</p><p><b>　　2.2.2 特點(diǎn)</b></p><p>　　主要特色是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、較好的制造工藝，并且使用同步帶的傳動(dòng)可以提高傳動(dòng)效率，在過載的環(huán)境下能夠起到自我保護(hù)作用，提高了使用的安全性能，并且可以能夠較好的滿足設(shè)計(jì)的要求性能。同時(shí)在8根支撐

46、柱的支撐作用下，可以承擔(dān)相當(dāng)大的軸向載荷，這也為在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的安全性能方面起到了很重要的穩(wěn)定作用，因?yàn)樵谳S向方向的力還是很大的，使用支撐柱而不是用箱體結(jié)構(gòu)也不影響使用帶的傳動(dòng)方式的使用。其二，使用空心軸的同時(shí)不僅能夠滿足引出線的目的，同時(shí)也提高了軸的抗扭強(qiáng)度。其三、在測(cè)試件這一塊，也有別于以往的水平和垂直放置的相對(duì)單一的擺放方式，但是同時(shí)這也對(duì)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，因?yàn)檫€有考慮剃度加速度對(duì)測(cè)試件的影響。因此，可以說這套設(shè)計(jì)方案還是有其獨(dú)特的

47、地方。</p><p>　　3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1電動(dòng)機(jī)的選擇： </p><p>　　以知條件： 旋轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速： 小于300r/min</p><p>　　旋轉(zhuǎn)架啟動(dòng)平穩(wěn)時(shí)間：180s</p><p>　　最大離心加速度：70g</p><p>　　3.1.1選擇電動(dòng)

48、機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　Y系列籠型三相異步交流電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用和維修方便，價(jià)格便宜，并且具有效率高、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)，適用于不易燃、不易爆、無(wú)腐蝕性氣體的一般場(chǎng)所和無(wú)特殊要求的機(jī)械上，故選用Y系列籠型三相異步交流電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　3.1.2 選擇電動(dòng)機(jī)的容量</p><p>　　電動(dòng)機(jī)工作時(shí)所需的功率Pd:</p>

49、<p>　　Pd=Pw/η（kw）</p><p>　　工作機(jī)所需的功率Pw： </p><p>　　Pw=T·nw / 9550（kw）</p><p>　　式中 T — 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作阻力矩 N·m；</p><p>　　nw — 實(shí)驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速 r/min，</p><p>　

50、　實(shí)驗(yàn)臺(tái)的阻力矩：T=Iz·ε（N·m）</p><p>　　式中 I — 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg·m2</p><p>　　ε— 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的角加速度rad/ s2，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取。</p><p>　　由已知條件可取被測(cè)試件的重量為35kg，被測(cè)試件的重心到轉(zhuǎn)臂中心的距離取500mm。</p><p>　　

51、考慮到實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作時(shí)要求轉(zhuǎn)臂兩邊平衡，可在轉(zhuǎn)臂另一邊對(duì)稱的放置一個(gè)配重，則實(shí)驗(yàn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，</p><p>　　則，被測(cè)試件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</p><p>　　I1=2mR2=2350.52=17.5 kg·m2</p><p>　　另外，轉(zhuǎn)臂自身及其夾具的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可初步估算，這里取：I2=12.5 kg·m2</p><p&

52、gt;　　則，實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I=17.5+12.5=30 kg·m2</p><p>　　實(shí)驗(yàn)臺(tái)從啟動(dòng)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)所需的時(shí)間為3分鐘，其最大角加速度為70g，選取ε=3.8/ s2</p><p>　　則，實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作阻力矩為：T=I·ε=303.8=114 N·m</p><p>　　所以Pw=114300/9550=3.58 kW

53、</p><p><b>　　傳動(dòng)總效率η：</b></p><p>　　V帶輪的傳動(dòng)效率η1=0.96；四角接觸球軸承的傳動(dòng)效率η2=0.98；滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率η3=0.98；</p><p>　　=η1η2η3=0.960.980.98=0.922</p><p>　　因此Pd=Pw/η=3.58/0.992=3.

54、30 kW</p><p>　　因?yàn)楹雎粤孙L(fēng)阻以及系統(tǒng)的一些摩擦力矩，電動(dòng)機(jī)額定功率Pde大于Pd即可，由《機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)》的表14-1選得 Y 系列電動(dòng)機(jī)額定功率Pde為5.5 kW。</p><p>　　3.1.3 選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速</p><p>　　回轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)約速為300r/min</p><p>　　通常，帶輪輪傳動(dòng)i=2~4 ,故電

55、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為600~1200 r/min</p><p>　　從重量、價(jià)格以及傳動(dòng)比等考慮，選用 Y160M2—8 電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　3.1.4確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速</p><p>　　同一類型、功率相同的電動(dòng)機(jī)具有多種轉(zhuǎn)速。如選用轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)，其尺寸和重量小，價(jià)格較低，但是會(huì)使傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比、尺寸結(jié)構(gòu)和重量增加。選用速度低的情況剛好相反。因此，在綜

56、合考慮電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格，并且根據(jù)傳動(dòng)比的需要，選用電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為：1000 r／min?，F(xiàn)由根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》選電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為：Y160M2—8。具體參數(shù)如下：</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　3.1.5 電動(dòng)機(jī)的安裝</p><p><b>　　B3型安裝型式尺寸&

57、lt;/b></p><p><b>　　安裝圖樣</b></p><p>　　圖3-1 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.2裝配圖的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　方案圖：</b></p><p>　　圖3-2 方案總

58、圖</p><p><b>　　方案圖結(jié)構(gòu)組成：</b></p><p>　　1.底座； 2.支柱； 3.支撐板； 4.大軸承；</p><p>　　5.主軸； 6.夾具； 7. 夾具1； 8. 夾具2；</p><p>　　9. 夾具3； 10. 內(nèi)軸； 11. 螺栓；</p><

59、p>　　12.試件； 13. 小軸承； 14.螺釘； 15. 螺栓；</p><p><b>　　實(shí)體圖：</b></p><p>　　圖3-3 方案實(shí)體圖</p><p>　　轉(zhuǎn)臂的長(zhǎng)度1987.85mm; 整體高度：1655mm</p><p>　　箱體底座離轉(zhuǎn)盤的距離：655mm</p>

60、<p>　　3.3帶傳動(dòng)的選擇與計(jì)算</p><p>　　以下公式參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本—帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》P31表14.1—33</p><p>　　1、選帶：膠帆布平帶</p><p>　　2、帶速：取v=10 m/s < 20 m/s</p><p>　　3、小帶輪直徑：===265.26 mm</p>

61、<p><b>　　取 =280 mm</b></p><p>　　4、大帶輪直徑:= i=2.4280(1-0.01)= 665.28 mm</p><p><b>　　取 =710 mm</b></p><p>　　5、中心距：=（1.5～2）（+）=（1.5～2）（280+710）=1485～1980 m

62、m</p><p>　　取 =1700 mm</p><p>　　6、帶長(zhǎng)：L=2+(+)+=21700+(250+600)+ </p><p>　　=4754.9167 mm</p><p>　　取 L=5000 mm</p><p>　　7、小帶輪包角：=1800-57.30=1800-57.30=165.5060

63、>1500</p><p>　　8、撓曲次數(shù)：y= ==2</p><p>　　9、帶厚：=1.2n=1.26=7.2 mm</p><p><b>　　10、設(shè)計(jì)功率：</b></p><p><b>　　工況系數(shù)：=1.1</b></p><p>　　小帶輪傳遞功率

64、：P=5.5 kw</p><p>　　功率：Pd=P=1.15.5=6.05 kW</p><p>　　11、帶截面積：A=</p><p>　　膠帶單位面積所能傳遞的基本額定功率：=2.0</p><p>　　包角修正系數(shù)：=0.97</p><p>　　傳動(dòng)布置系數(shù)：=1.0</p><p&g

65、t;　　計(jì)算得：A===3.11856 cm2 </p><p>　　12、帶寬：b===43.31mm</p><p><b>　　取 b=90 mm</b></p><p>　　13、為帶的預(yù)緊應(yīng)力，取=1.8 MPa</p><p>　　14、有效圓周力：Ft===605 N</p><p>

66、;　　15、作用在軸上的力：Fr===1113.71312 N</p><p><b>　　3.4軸的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　軸設(shè)計(jì)的主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容：</p><p>　?。?）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工

67、作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。</p><p>　?。?）軸的工作能力計(jì)算是指軸的強(qiáng)度、剛度和震動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時(shí)只需對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止鍛裂和塑性變形。而對(duì)剛度要求高的軸和受力的細(xì)長(zhǎng)軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作是產(chǎn)生過大的彈性變形。</p><p&g

68、t;<b>　　3.4.1軸的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)過程如下：以下數(shù)據(jù)均出自《機(jī)械設(shè)計(jì)》</p><p>　　3.4.1.1.初步確定軸的最小直徑</p><p>　　先按式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取A0=126,于是得</p><p>　　dm

69、in=A0=126=33.87 mm</p><p>　　P1=P=5.50.922=5.071 kW</p><p>　　β為空心軸內(nèi)外徑比,取β=0.6</p><p>　　為安全，乘安全系數(shù)1.8，d=33.87×1.8=60.96 mm，現(xiàn)取d=60 mm</p><p>　　考慮軸上開有兩個(gè)鍵槽應(yīng)增大10%-15%即d=7

70、0 mm.</p><p>　　輸出軸的最小直徑顯然是安裝下端軸承的直徑dⅠ-Ⅱ，參照軸承設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取內(nèi)徑d=70mm，外徑D=125mm代號(hào)為33214的圓錐滾子軸承。</p><p>　　3.4.1.2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　1)擬定軸上零件的裝配方案</p><p>　　圖3-4 主軸數(shù)據(jù)1</p><

71、;p>　　圖3-4 主軸數(shù)據(jù)2</p><p>　　圖3-5 主軸數(shù)據(jù)3</p><p>　　2)根據(jù)軸向的定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度</p><p>　　(1)為了滿足軸承的軸向的定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，參照軸承安裝尺寸，故?、?Ⅲ段的直徑為79mm。Ⅰ-Ⅱ段的長(zhǎng)度參照軸承寬度尺寸，現(xiàn)取lⅠ-Ⅱ=77mm。Ⅱ-Ⅲ段的長(zhǎng)度暫時(shí)定為53mm

72、 。軸承與軸的配合公差為H7/r6。確定軸上圓角和倒角尺寸，取軸端倒角為245°。</p><p>　?。?）軸Ⅲ-Ⅳ段為軸與大帶輪配合。根據(jù)大帶輪直徑確定內(nèi)徑d=110mm，所以取段軸直徑dⅢ-Ⅳ=110mm，帶輪與軸的配合公差為H7/r6。長(zhǎng)度方向上，為滿足軸向定為，此段軸長(zhǎng)應(yīng)大于大帶輪輪緣寬度，取LⅢ-Ⅳ=120mm。</p><p>　?。?）軸Ⅳ-Ⅴ段為支撐段，考慮受力

73、及帶輪直徑，現(xiàn)取dⅣ-Ⅴ=170mm，lⅣ-Ⅴ=210mm 。</p><p>　?。?）軸Ⅴ-Ⅵ段位支撐板，考慮大帶輪外徑及安裝要求，取代號(hào)為30630的圓錐滾子軸承配合安裝，參照軸承的安裝尺寸，取dⅤ-Ⅵ=630mm，=35mm 。轉(zhuǎn)盤直徑d=1300mm，=55mm 。</p><p>　　（5）軸Ⅵ-Ⅶ段位固定夾具段，根據(jù)測(cè)試件長(zhǎng)度及旋轉(zhuǎn)半徑尺寸，現(xiàn)取dⅥ-Ⅶ=150mm，lⅥ-Ⅶ

74、=1600mm。</p><p><b>　　3)內(nèi)軸設(shè)計(jì)</b></p><p>　　內(nèi)軸的作用是：（1）將測(cè)試件上應(yīng)變片的引線通過集流環(huán)引出；</p><p>　　（2）在旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生意外的時(shí)候起到一定得保護(hù)作用。</p><p>　　圖3-5 內(nèi)軸數(shù)據(jù)</p><p>　　參照主軸，取外徑=

75、38mm，內(nèi)徑=24mm，長(zhǎng)度l=1615mm，底部為100，孔8.84均布</p><p><b>　　3.5 底座設(shè)計(jì)</b></p><p>　　此方案的底座主要承受裝置的壓力，因此選用鑄造T250剛，結(jié)構(gòu)如下圖：</p><p><b>　　具體尺寸入下圖：</b></p><p><

76、b>　　3.6 立柱設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為方便帶傳動(dòng)的工作，本方案采用的是八根支撐整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，由于立柱只承受試驗(yàn)臺(tái)的壓力，整個(gè)裝置的扭矩可以忽略，因此擬定這八根立柱的材料為鑄鋼TH250,具體尺寸如下： </p><p>　　長(zhǎng)L=370mm，兩邊聯(lián)接處厚度各為20mm</p><p>　　聯(lián)接孔的定位：在直徑為100mm的圓周上

77、均布13.58的直徑孔。</p><p>　　4 主要零件的設(shè)計(jì)驗(yàn)算</p><p><b>　　4.1 軸的校核</b></p><p>　　4.1.1 軸強(qiáng)度校核</p><p>　　進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。這次設(shè)計(jì)主要是既承受彎矩又承受扭矩

78、的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算步驟如下：</p><p>　　作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（即力學(xué)模型）</p><p>　　軸所受的載荷是從軸上零件傳來(lái)的。計(jì)算時(shí)，常將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)，通過查表確定。</p>

79、;<p><b>　　作出彎矩圖</b></p><p>　　根據(jù)簡(jiǎn)圖，分別按水平和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果分別作出水平面上的彎矩MH圖和垂直面上的彎矩圖MV；然后按下式計(jì)算總彎矩并作出M圖；</p><p><b>　　M=</b></p><p><b>　　作出彎矩圖</b

80、></p><p><b>　　校核軸的強(qiáng)度</b></p><p>　　已知軸的彎矩和扭矩后，可針對(duì)某些危險(xiǎn)截面（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）作彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力</p><p><b>　　σca=</b></p><p>　　式中：σca—軸的計(jì)算應(yīng)力

81、，單位為MPa;</p><p>　　M—軸所受的彎矩，單位為N·mm</p><p>　　T—軸所受的扭矩，單位為N·mm</p><p>　　W—軸的抗彎截面系數(shù)，單位為mm3,</p><p>　　[σ-1]—對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力。</p><p><b>　　5）旋轉(zhuǎn)軸

82、的校核</b></p><p>　　P1=P=5.50.922=5.071 kW</p><p>　　n1=n=720=300 r/min</p><p>　　T=9550000=9550000=161426.83 N·mm</p><p>　　有效圓周力： Ft===2935.03 N</p><p

83、>　　作用在軸上的力：Fr===1113.71312 N</p><p><b>　　軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：</b></p><p>　　圖4-1 軸的載荷分析圖</p><p><b>　　水平面上的受力圖：</b></p><p>　　圖4-2 軸在水平面上的受力圖</p>&l

84、t;p><b>　　水平面上的彎矩圖：</b></p><p>　　圖4-3 軸在水平面上的彎矩圖</p><p><b>　　垂直面上的受力圖：</b></p><p>　　圖4-4 軸在垂直面上的受力圖</p><p><b>　　垂直面上的彎矩圖：</b></

85、p><p>　　圖4-5 軸在垂直面上的彎矩圖</p><p><b>　　合成彎矩圖：</b></p><p>　　圖4-6 軸的合成彎矩圖</p><p><b>　　扭矩圖：</b></p><p>　　圖4-7 軸的扭矩圖</p><p>　　從軸

86、的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。現(xiàn)將計(jì)算出的截面C處的MH 、MV 及M的值列于下表：</p><p><b>　　表4-1</b></p><p>　　按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度</p><p>　　由于的截面變化不是很大，所以通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩截面（即截面C）的強(qiáng)度。</p><p&

87、gt;　　因?yàn)榕まD(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，所以取α=0.6</p><p>　　σca= =2.62 MPa</p><p>　　前面已經(jīng)選定軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得[σ-1]=60MPa.</p><p>　　因此σca < [σ-1],故安全。</p><p>　　4.1.2基于SolidWorks Simula

88、tionXpress軸的靜態(tài)應(yīng)力和位移分析</p><p>　　1）在軸承固定處添加夾具 </p><p>　　圖4-8 軸分析圖1</p><p>　　2）添加載荷，根據(jù)前面計(jì)算得離心載荷，現(xiàn)添加1500N的力。</p><p>　　圖4-9 軸分析圖2</p><p><b>　　3）選擇材料</b

89、></p><p><b>　　4）應(yīng)力結(jié)果分析</b></p><p>　　最小應(yīng)力：153.353 N/m^2，最小應(yīng)力位置：(1.88383mm, 491.017mm, 509.318mm)；</p><p>　　最大應(yīng)力：2.66644e+006 N/m^2，最大應(yīng)力位置：(-75.8565mm, -75.2896mm, 573.

90、238 mm)。</p><p>　　圖4-10 軸應(yīng)力分析結(jié)果圖</p><p><b>　　5）位移結(jié)果分析</b></p><p>　　最小位移0 mm，最小位移位置：(3.83314e-014mm, 313mm, 460mm)；</p><p>　　最大位移0.101821 mm, 最小位移位置：(-140mm,

91、 74.8461mm, 2162.92mm)。</p><p>　　圖4-11 軸位移分析結(jié)果圖</p><p><b>　　5）變形</b></p><p>　　變形比例：2115.37</p><p>　　圖4-12 軸變形分析結(jié)果圖</p><p>　　4.2軸承的選擇與校核</p&g

92、t;<p>　　4.2.1 特點(diǎn)與選擇：</p><p>　　軸上的軸承即要求承受徑向載荷，又承受軸向載荷，根據(jù)其具體要求選擇圓錐滾子軸承，它可以承受徑向和軸向（單向）載荷聯(lián)合作用，其特點(diǎn)為能在較高轉(zhuǎn)速下工作，由于一個(gè)軸承只能承受單方向的軸向載荷，因此一般成對(duì)使用，現(xiàn)確定的軸承代號(hào)為33214和30630。具體尺寸如下：</p><p>　　圓錐滾子軸承33214：</

93、p><p>　?。?）圓錐滾子軸承30630：</p><p>　　4.2.2 校核與計(jì)算:</p><p><b>　　圓錐滾子軸承:</b></p><p>　　由以上的設(shè)計(jì)過程可知：在軸反裝兩個(gè)圓錐滾子軸承。此回轉(zhuǎn)臺(tái)為間歇使用的機(jī)械，中斷后果嚴(yán)重 所以選預(yù)期計(jì)算壽命L`h為12000h</p><p

94、>　　查滾動(dòng)軸承樣本可知33214軸承的基本額定動(dòng)載荷為Cr =208 KN ，額定靜載荷為Cor =298 KN；30630軸承的基本額定動(dòng)載荷Cr=3410KN 額定靜載荷Cor=7100KN</p><p>　　1)求兩軸承受到的徑向載荷Fr1和Fr2</p><p>　　由軸的受力分析可知：</p><p>　　把派生軸向力的方向與外加軸向載荷Fa的方

95、向一致的軸承標(biāo)為2,另一端標(biāo)為軸承1。由于反裝所以:</p><p>　　Fr1==1009.04 N </p><p>　　Fr2==2130.19 N </p><p>　　2)求兩軸承的計(jì)算軸向力Fa1和Fa2</p><p>　　查表得33214軸承的e1=0.41 , Y1=1.5</p><p>　　查表得

96、30630軸承的e2=0.43 , Y2=1.4</p><p>　　Fd1=Fr1/(2Y1)= 1009.04/3=336.347 N</p><p>　　Fd2=Fr2/(2Y2)= 2130.19/2.8=760.782 N</p><p>　　Fa1=Fd2+Fa=760.782+15000=15760.782 N> Fd1=336.347 N

97、 所以1軸承為壓緊端</p><p>　　Fa2=Fd2=760.782 N </p><p>　　Fa1/Fr1=15760.782 /1009.04=15.62 > e1=0.41 </p><p>　　Fa2/Fr2=760.782/2130.19=0.357 < e2=0.43</p><p>　　取徑向載荷系數(shù)X1=0.

98、4 , X2=1；取軸向載荷系數(shù)Y1=1.5，Y2=0 ,所以P=fp(XFr+YFa)</p><p>　　回轉(zhuǎn)臺(tái)并不承受大載荷，所以只能是輕微沖擊，取fp=1.1。則</p><p>　　P1= fp(X1Fr1+Y1Fa1)=1.1(0.41009.04+1.515760.782) N =26449.27 N</p><p>　　P2= fp(X2Fr2+Y2

99、Fa2)=1.1(12130.19+0760.782) N=2343.21 N</p><p>　　因?yàn)镻1>P2.所以以軸承1來(lái)校核壽命。</p><p>　　Lh===53731.17 h> L`h=12000 h</p><p>　　故所選軸承可滿足壽命要求。</p><p>　　4.3螺栓與螺釘?shù)倪x擇與校核</p&g

100、t;<p>　　4.3.1各螺栓與螺釘直徑與數(shù)目的確定：</p><p>　　底座與立柱聯(lián)接和立柱與大軸承支撐板以及測(cè)試件固定架與主軸的直徑與數(shù)目：所選螺栓直徑d=12mm,數(shù)目為140個(gè)。</p><p>　　定軸與底座聯(lián)接、軸承壓板與底盤聯(lián)接、測(cè)控設(shè)備與主軸聯(lián)接的數(shù)目與直徑：確定螺釘直徑d=8mm，數(shù)目為4個(gè)。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)軸與夾具聯(lián)接

101、用的螺栓直徑與數(shù)目：據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，確定螺釘直徑d=20mm，數(shù)目為6個(gè)。</p><p>　　固定夾具和測(cè)試件的螺栓直徑與數(shù)目：先擬定確定螺栓直徑d=16mm,數(shù)目為24個(gè)。</p><p><b>　　4.3.2校核： </b></p><p>　　1.旋轉(zhuǎn)軸與夾具的螺釘：</p><p>　　據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》

102、P表3—2—2，預(yù)緊聯(lián)接，徑向靜載荷，全部螺栓承受的徑向載荷</p><p>　　FX=G+Fcos450=(352+50)9.8+1500=2236.66 N</p><p>　　單個(gè)螺栓承受的徑向力</p><p>　　FA===372.78 N</p><p>　　所以螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度：</p><p>&

103、lt;b>　　=</b></p><p><b>　　螺栓桿的剪切強(qiáng)度：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中As為螺紋部分危險(xiǎn)截面之計(jì)算面積,As=mm，d為螺紋小徑，mm；</p><p>　　As===254.34 mm，</p>

104、;<p>　　所以===0.62 MPa <[]=72 MPa</p><p>　　===1.47 MPa <[]=72 MPa</p><p>　　2.固定試件的螺釘校核同上。</p><p>　　3.底座與支撐柱聯(lián)接用的螺栓和支撐柱與支撐板聯(lián)接用的螺栓從裝配圖結(jié)構(gòu)看，由于旋轉(zhuǎn)架及其以上各零件的重力作用，這兩處螺栓的強(qiáng)度沒有必要校核，此處

105、不校核。地腳螺栓：用類比法確定的，不校核。</p><p>　　4.4 鍵的選擇與校核:</p><p><b>　　4.4.1選擇：</b></p><p>　　據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6—1，確定鍵如下：</p><p>　　帶輪與軸的聯(lián)接鍵：鍵b×h =28×16 GB/T 1096—79；</

106、p><p><b>　　4.4.2校核:</b></p><p>　　鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6—2查得許用擠壓應(yīng)力[σp] =100～120 Mp，取其平均值，[σp]=110Mp,鍵的工作長(zhǎng)度l=L－b=100－28=72 mm，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.5×16=8mm,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（6—1）可得：σ=</p>

107、;<p>　　式中：T ——傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；</p><p>　　k ——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h,此處h為鍵的高度，單位為mm；</p><p>　　l ——鍵的工作長(zhǎng)度，單位為mm,圓頭平鍵l=L－b,平頭平鍵l=L,這里L(fēng)為鍵的公稱長(zhǎng)度，單位為mm；b為鍵的寬度，單位為mm；</p><p>　　d ——軸

108、的直徑，單位為mm。</p><p>　　T=9550=9550 N·m=161.427 N·m</p><p>　　所以σ==MPa=5.096 MPa＜[σ]=110 Mpa （合適）</p><p><b>　　5 工件的夾緊</b></p><p>　　5.1工件的夾緊的要求</p&g

109、t;<p>　　一般情況下，工件在轉(zhuǎn)動(dòng)情況下需要夾緊。因?yàn)樵谛D(zhuǎn)過程中工件受到離心力及重力等外力的作用，若不夾緊，工件在外力作用下就可能發(fā)生移動(dòng)，輕則使測(cè)量出來(lái)的參數(shù)有錯(cuò)誤，重則工件夾緊裝置，以至危害人的安全，甚至發(fā)生人生事故。同時(shí)，工件在定位過程中獲得的既定位置，也要依靠夾緊來(lái)保持，有時(shí)工件的定位也是在夾緊過程中實(shí)現(xiàn)的，因此夾緊裝置是此設(shè)計(jì)的重要組成部分。對(duì)夾緊機(jī)構(gòu)和裝置有下列基本要求：</p><p

110、>　　（1）在夾緊過程中應(yīng)能保證工件更好的得到定位；</p><p>　?。?）夾緊應(yīng)該可靠和適當(dāng)。</p><p>　?。?）夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)操作安全、方便、省力；</p><p>　　（4）夾緊機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化程度及復(fù)雜程度應(yīng)盡量相適應(yīng)。</p><p>　　設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，首先要合理選擇夾緊點(diǎn)、夾緊力作用方向，并且正確確定所需要夾緊力大小。

111、然后設(shè)計(jì)合適的夾緊機(jī)構(gòu)予以保證。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)臺(tái)開始工作時(shí)，通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在轉(zhuǎn)架上測(cè)試件隨著轉(zhuǎn)架一起旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在，我們要通過操作裝置的簡(jiǎn)便性、安全性，并且在實(shí)驗(yàn)時(shí)盡可能的多點(diǎn)與多角度測(cè)試工件的參數(shù)。于是，我們就要想一套方案，怎么把測(cè)試件固定在轉(zhuǎn)盤上。</p><p><b>　　5.2 方案</b></p><p>

112、;<b>　　圖5—1 固定支架</b></p><p><b>　　圖5—2 裝夾圖</b></p><p>　　5.2.2 方案的特點(diǎn)：</p><p>　　此方案我們把一塊方形的軸固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，同時(shí)我們?cè)谏厦妫昂髢擅嫔洗蛄?2個(gè)螺釘孔。這里我們選用了三個(gè)地方夾緊。分別是上，中，下夾緊裝置。上，中夾緊裝置，我們選用

113、了，上面打上螺釘孔，具體尺寸及位置見零件圖。分別安裝在軸的前后兩面，通過螺栓聯(lián)接和軸固定起來(lái)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作的時(shí)候，擔(dān)心由于離心力引起的螺栓松動(dòng)，我們還選用了拉桿直接將前后壓板固定聯(lián)接。下夾緊裝置，我們選用的是承力塊下夾緊裝置。通過螺栓聯(lián)接把夾座和前后兩塊壓板連接在一起。這樣實(shí)驗(yàn)時(shí)很安全，裝夾也很牢固，中途不會(huì)出現(xiàn)什么問題。但此方案也存在不少問題，一看此裝置就知道中間要有一根很大的軸，還要有好幾塊大的壓板，這樣就顯得這裝置很笨重，轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)

114、風(fēng)阻也特別大，測(cè)量角度也是非常有限。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]. 王昆等主編機(jī)械設(shè)計(jì),機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì),1995</p><p>　　[2]. 曹維慶等主編.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[3]. 洪家娣等主編.機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo).江西高校出版社，2

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