汽車同步帶測長機設計,汽車同步帶測長機設計,汽車,同步帶,長機,設計 序號（學號）： 長 春 大 學 畢 業(yè) 設 計（論 文） 汽車同步帶測長機設計 姓 名 學 院 機 械 工 程 學 院 專 業(yè) 機械工程及自動化 班 級 指導教師 教授 2007 年 6 月 20 日 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 長 春 大 學 畢業(yè)設計（論文）紙 目 錄 引 言 1 第1章 緒論 3 §1.1傳動帶性能參數(shù)測試系統(tǒng)研究的意義 3 §1.2傳動帶測長的應用及成果 3 第2章 傳動帶性能參數(shù)測試系統(tǒng)的基本結構和程序 5 §2.1測長系統(tǒng)的基本結構 5 §2.2測量程序 5 第3章 總體方案設計 6 §3.1測量原理 6 §3.2方案比較與選擇 6 §3.3 測長機機總體布局 8 第4章 汽車同步帶測長機的主要部件設計 10 §4.1確定中心距離 10 §4.2 傳動系統(tǒng)的計算 11 4.2.1 選擇電動機 11 4.2.2 靜同步帶輪軸的設計與校核 12 §4.3 收繩輪裝置的設計 18 4.3.1 電機的選擇 18 4.3.2 收繩論軸的設計與校核 18 §4.4 光柵尺的安裝方法及測量原理 26 4.4.1光柵尺的選擇 26 4.4.2 選用光柵尺工作參數(shù) 26 4.4.3 安裝及測量原理 26 4.4.4 光柵尺的安裝優(yōu)點 27 總 結 28 致 謝 29 參考文獻 30 引 言 同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的一種新型傳動帶。由于同步帶是利用齒工作面與帶輪齒槽嚙合進行傳動,因此帶與帶輪之間在傳動過程中沒有滑差而呈現(xiàn)同步傳動。同步帶和V帶(三角帶)相比具有帶體輕而薄,強度高,傳動比準確,傳動效率高,傳動功率范圍大,傳動速度高等優(yōu)點。同步帶傳動與鏈條傳動相比具有同步性能好、無須潤滑、可實現(xiàn)多軸傳動、重量輕、成本低及維修養(yǎng)護方便等優(yōu)點。由于同步帶傳動的優(yōu)點很多,因而發(fā)展非常迅速。 汽車傳動帶是汽車發(fā)動機重要的零部件，也是傳動帶重要的組成部分?？梢哉f，傳動帶的許多技術進步和發(fā)明與汽車工業(yè)的發(fā)展息息相關，如V帶發(fā)明，切邊V帶、多楔帶和同步帶的快速發(fā)展，都是為了適應汽車工業(yè)最新技術要求而獲得迅速發(fā)展的。汽車用同步帶最早是美國通用汽車公司于20世紀60年代后期用于新發(fā)明的頂置式凸輪軸發(fā)動機，以代替原來使用的滾子鏈條傳動。由于使用很成功，日本于20世紀70年代初由本田技術研究院首次采用，隨后富士重工也效仿。目前日本80%轎車采用了同步帶傳動技術，美國也有40%，我國引進的輕型轎車生產(chǎn)線除廣州標致外也都采用[1]。 同步帶在我國起步較晚，但發(fā)展較快，已形成生產(chǎn)規(guī)模，但面臨的問題也很多。同步帶為節(jié)能產(chǎn)品，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為了大力發(fā)展我國同步帶行業(yè)，一方面要做好宣傳推廣工作，擴大同步帶的應用范圍;另一方面要進一步提高同步帶的質量，替代進口產(chǎn)品 我國自改革開放后，傳動帶的標準陸續(xù)按國際標準和歐美標準制定，這些標準長度是按基準制和有效制表示的，擯棄了我過沿用幾十年內周制，因此 需要專用的測量工具測量。我國在上世紀80年代中，上海飛機設計所為配合《汽車V帶尺寸》標準的制定開始研制汽車V帶測長機。隨著我國V帶新標準的實施，V帶測長機成生產(chǎn)廠家必備的測量工具。青島橡膠工業(yè)研究所，營口實驗機廠，將都名著材料實驗機廠均有生產(chǎn)，同步帶測長機精度要求較高，一般采用比較法測量，無錫橡膠廠從SCHOLZ引進一套同步帶測長機，動南大學為南京汽車制造廠研制過一臺，青島宜利大公司有生產(chǎn)。 同步帶為彈性嚙合件，需在一定張緊力的條件下實現(xiàn)傳動，為保證同步帶與帶輪良好的嚙合，要求膠帶生產(chǎn)廠對帶長進行逐條測量，因此，汽車同步帶測長機是生產(chǎn)必須的檢測設備。同步帶測長機是就同步帶的長度誤差和橫向擺動誤差來判斷同步帶質量的測量設備，它根據(jù)測量結果來判斷同步帶是否符合相關的標準要求，以此來判定是“合格”還是“不合格”，在同步帶生產(chǎn)過程中，該機是確保各種傳動帶產(chǎn)品質量、提高產(chǎn)品合格率的必備設備之一。 目前國內研制的同步帶測長機測量精度最高達到，且沒有帶傳動的橫向擺動量的測量，2003年汽車同步帶GB12734-2003標準實施以來，國內尚沒有測量精度為的測長機。而日本、法國等國家的膠帶生產(chǎn)企業(yè)均有高精度、自動化的同步帶測長機、無錫貝爾特膠帶公司就從德國SCHOLE公司引進了一套同步帶數(shù)控測長機。而且采用光機電一體化技術研究帶的動態(tài)測量是目前國內外帶生產(chǎn)技術的發(fā)展方向。 總之，帶傳動在現(xiàn)代機械傳動中占據(jù)著重要的地位。帶傳動品種開發(fā)和理論研究、帶傳動檢測裝置和試驗設備、傳動帶和帶輪制造設備和工藝控制技術等等方面，我國與工業(yè)發(fā)達國家都有相當大的差距。我們應針對帶傳動行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，切實解決一些基本和關鍵問題，使帶傳動技術真正為滿足各行業(yè)機械裝備對帶傳動日益增長的需求和提高質量的要求服務。 第1章 緒論 §1.1傳動帶性能參數(shù)測試系統(tǒng)研究的意義 近年來，橡膠類傳動帶如V帶、同步帶、多楔帶等各種形式的帶在傳動中得到了越來越多的應用，而同步帶在汽車、工程機械等領域的應用更是日益的廣泛。它們具有傳動力矩大、噪音小、無須潤滑等優(yōu)點?？萍及l(fā)展要求動力裝置越來越小，而功率越來越大且傳遞更加準確。這是技術發(fā)展的一種趨勢，在汽車、飛機制造行業(yè)尤其如此。 在實際使用中，傳動帶各項尺寸精確與否，對其使用性能及壽命都有很大的影響。技術的發(fā)展和向國際標準靠攏的趨勢都對傳動帶各項性能及標準提出了新的要求。新的國標對各種傳動帶的各項參數(shù)及測試方法都做了詳細的規(guī)定，使新的標準與舊標準之間有很大的區(qū)別。為了適應傳動帶新的發(fā)展趨勢和采用新的國際標準，依照國家標準設計了此傳動帶性能參數(shù)測試系統(tǒng)的機械結構部分。 §1.2傳動帶測長的應用及成果 傳動帶的測長是傳動帶技術中的一項重要內容，是傳動帶生產(chǎn)、檢驗、應用的必不可少的環(huán)節(jié)。如在應用中帶的長度對中心距、預緊力的調整都有影響，并進而對帶的正常工作、壽命等產(chǎn)生影響。測長技術水平直接與帶的生產(chǎn)質量、檢驗質量、應用的合理性等直接相關。提高測長技術對提高同步帶的生產(chǎn)、檢驗質量、使用的合理性以及應用經(jīng)濟效益等都有直接的促進作用。因此，同步帶測長技術的發(fā)展是同步帶技術發(fā)展中必不可少的一項重要環(huán)節(jié)。 測量系統(tǒng)是同步帶測量的技術裝備，研制先進的高精度的測長機是現(xiàn)今我國汽車同步帶技術推廣應用的當務之急，也是發(fā)展、改進同步帶的一個重要環(huán)節(jié)，為同步帶技術奠定了基礎。 §1.3傳動帶性能參數(shù)測試系統(tǒng)的要求和技術指標 要求：該性能參數(shù)測試系統(tǒng)主要用于汽車同步帶測量。要實現(xiàn)半自動測量，自動打印，同時也可適用于切邊V帶、多楔帶等測長的要求?？梢愿鼡Q帶輪測量不同種類的傳送帶。 技術指標：1、測長范圍：400~2600mm 2、測量精度：mm 3、主動輪轉速：200~600轉/分，可調 4、測量張力：20N~1200N 5、橫向擺動精度：mm 6、工作時間8小時/天 第2章 傳動帶性能參數(shù)測試系統(tǒng)的基本結構和程序 §2.1測長系統(tǒng)的基本結構 測長系統(tǒng)由兩個相同的，安裝在水平軸上的測量用帶輪，施加測量力的機構，兩帶輪中心距測量機構組成。一個帶輪安裝在固定軸上，另一個帶輪安裝在滑動軸上【3】。如圖2-1所示： 圖2-1測量系統(tǒng)的基本結構 §2.2測量程序 對帶施加測量力F后，將帶轉動至少兩圈，測出兩輪中心矩a用公式（2.1）計算出帶的有效長度L【26】。 ……………………………（2.1） 式中：L——帶的有效長度，mm； a——此時的中心距，mm； d——帶輪有效圓周長，mm。 經(jīng)過多次測量得的a值求平均值，則可得L的長度。精度為mm。 第3章 總體方案設計 §3.1測量原理 由測量用帶輪（一個裝置固定在軸上，另一個固定在滑動軸上），負荷加載機構，帶輪軸間距離指示機構組成，測量同步帶的長度。其測量原理與測V帶一樣。使一個帶輪固定，另一個帶輪可以在滑動導軌上滑動，在加載情況下，使帶輪轉動三轉后，利用測量裝置就可以測出帶長。 固定帶輪 滑動帶輪 皮帶 測量力 測量裝置 圖3-1 測量裝置示意圖 §3.2方案比較與選擇 立式傳方案動帶測量系統(tǒng)（如圖3-3）有很大的優(yōu)點，易于控制，控制自動化程度高，且滑動端所受的拉力是自由載荷，卸載加載容易。但是，由于人是操作者，要以人為本，考慮到人的身高和所要測量的帶長，這個裝置不能超過人的正常工作身高，僅僅因為這一點這個方案不可取。但此方案特別適用于測量短小的帶。 圖3-2立式傳動帶測量系統(tǒng) 1.固定端帶輪 2.移動端帶輪 3.機架 4.重砣 5.液壓裝置 6.拉構 7.帶 8.細化鋼絲繩 所以改用方案為臥式測量。以下為臥式測量系統(tǒng)方案的詳細比較： 方案一： 采用電機做動力源實現(xiàn)加、卸載荷和帶的轉動，采用光柵尺測量帶長。 優(yōu)點： 操作方便、測量準確、讀數(shù)直觀、測長速度快、測量精度高、卸載自動化好，制造成本較低。 缺點： 需要兩臺異步電動機，使結構復雜。同時，由于測量系統(tǒng)的最大功率在100w左右，所以對于電動機來說，有很大的功率浪費。 方案二： 采用電動機作為動力實現(xiàn)帶輪的轉動，采用汽缸作為動力實現(xiàn)加、卸載。用光柵尺測量。 優(yōu)點： 操作方便、測值準確、讀數(shù)直觀、測長速度快、加、卸載自動化程度更高。 缺點： 汽缸制造成本高，而且工作時必須有良好的氣源供氣，有可能因為氣源原因而無法工作，同時測量系統(tǒng)的要求也較高。最大的缺點是測量力不是自由載荷，使測量結果失真。電動機同方案一樣有同樣的缺點。 方案三：、 采用電動機動力實現(xiàn)帶輪的轉動，用重砣加載，卸載機構采用杠桿作用。用光柵尺測量。 優(yōu)點： 結構簡單、操作方便、測值準確、讀數(shù)直觀、測量速度快、卸載機構簡單。 缺點： 仍然是造成電動機功率浪費，但是卸載速度慢，自動化程度不高。 經(jīng)過比較在臥式測量系統(tǒng)中，我認為還是方案一可行，符合工廠生產(chǎn)的實際情況【21】。 §3.3 測長機機總體布局 （1）測試臺 測試臺由上臺面、支撐架、直線導軌組成。支撐架用地腳螺栓牢固地固定在底板上；上臺面左右裝有稱輪，引導張緊裝置的張緊力；定同步帶輪架固定在直線導軌左端，動同步帶輪固定在直線導軌的滑塊上；導軌末端裝有擋鐵。 （2）中心距測量裝置 此裝置中光柵尺安裝在測試臺上，與直線導軌平行安裝，其動頭用連接板與動同步帶輪連接，與動同步帶輪保持同步。動同步帶輪可以在直線導軌上自由移動，根據(jù)被測同步帶長度確定位置。測量之前應用標定裝置標定光柵尺，光柵尺讀數(shù)直接由工控機記錄。 （3）轉速測量裝置 光電轉速傳感器安裝在傳感器架上，在電機聯(lián)軸器上裝有帶孔鋁板，轉動時光電傳感器即可記錄轉速數(shù)據(jù)，直接輸入工控機處理。 （4）橫向擺動量測量裝置 激光測位儀是一種非接觸的測量儀器。激光測位儀由測位儀架安裝在動同步帶輪左側，通過測位儀架可以在豎直和水平方向進行微調。測位儀架的長度保證了測量位置在距動同步帶輪中心125cm位置處。測量得到的數(shù)據(jù)直接輸入工控機進行處理。 （5）張緊裝置 張緊裝置由重砣和鋼絲繩組成，用于使同步帶張緊。 （6）帶輪 該裝置配有與不同型號同步帶相配的成套標準帶輪，測量不同型號的同步帶時，可以方便而迅速地更換相應的帶輪。 （7）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)的采集、計算、處理、報表生成、結果判斷和動作控制。它由PC工控機、顯示器、打印機和各外部信號處理器組成。 圖3.3 測長機結構圖 第4章 汽車同步帶測長機的主要部件設計 §4.1確定中心距離 帶長的測量原理如圖4.1所示： 圖4.1 帶長測量原理 兩個直徑相等的帶輪組成，其中一個帶輪在固定軸上轉動，另一個帶輪在游動軸上自由轉動，使中心距a可移，并在移動輪上施加所要求的測量力F。帶輪的要求由表4-1和ISO9011規(guī)定。 表4-1 帶節(jié)線長測量用帶輪 帶型號 齒數(shù)Z 節(jié)圓周長/mm 外徑do/mm 跳動 Ph×Z 徑向/mm 軸向/mm ZA、ZB、ZH、ZS 20 190.5 59.266±0.013 0.013 0.025 YH、YS 22 176 54.651±0.013 0.013 0.025 ZR 20 190.5 59.138±0.013 0.013 0.025 YR 22 176 54.522±0.013 0.013 0.025 帶的節(jié)線長等于一個帶輪的節(jié)圓周長加上兩倍的所測中心距。實際測量時，在帶至少轉動2-3圈時，測得中心距，并按下式求得帶長：（d為帶節(jié)圓直徑） 由于汽車同步帶輪是ZA和ZB型，初選ZA型號的帶輪，則： a=( L-)/2=(400-190.5)/2=104.75>59.138 所以所選型號的帶輪符合條件。 因此最大中心距a=( L-)/2=(2600-190.5)/2=1204.75mm 為了設計方便，這里取 a=100-1300mm。 §4.2 傳動系統(tǒng)的計算 4.2.1 選擇電動機 1.初定傳動方案 初定驅動電動機1500轉/分（額定轉速），經(jīng)過變頻器變速，帶動主動輪轉動。 這里不采用齒輪變速，因為用齒輪變速機器的重量和結構都要增大，而且靈活性也沒有變頻器好。 2.選擇電動機 1） 選擇電動機的類型 生產(chǎn)單位一般都用三相交流電源，，我國推廣采用新設計的Y系列三相異步電動機，淘汰了原來廣泛采用的JO2和JO3系列小型異步電動機。它適用于不易燃，無腐蝕性氣體的場合和要求具有較好啟動性能的機械中，。因此采用三相交流異步電動機。采用新設計Y系列。 2） 選擇電動機的容量 電動機額定功率（電動機所需功率） ==2.1KW 式中：F —工作機的阻力（N）； v —工作機線速度（m/s）； —工作機的阻力矩(Nm)； —工作機的轉速(r/min)； —工作機的效率； —由電動機至工作機的總效率。 電動機型號 Y2-100L1-4 額定功率2.2KW 滿載轉速 1410r/min 3.變速裝置—變頻器 變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，它可以通過改變電壓改變頻率，從而改變電動機的速度。它的特點是：節(jié)能省電，只要用不完的功率都可以節(jié)省下來，大大降低生產(chǎn)成本，矢量自動化控制，保護電機，延長電機壽命，在啟動時平穩(wěn)，慢慢啟動，對電機的沖擊小，它強大的菜單功能，完善的輸入，輸出信號及通訊端口，為自動化控制，現(xiàn)場總線控制條工了最佳解決方案。 4.2.2 靜同步帶輪軸的設計與校核 設計靜同步帶輪軸： 1.求軸上的功率P、轉速n和轉矩T 由于軸和電動機直接相連，則 P=2.2KW n=200r/min 于是 T=9 550 000=9 550 000×N．mm=105050 N．mm 2.求作用在主動輪上的力 因已知主動輪外徑為 d=59.266mm 而 （2×105050）/59.266N=3545N 950N 圓周力，徑向力及軸向力的方向如圖所示。 3. 初步確定軸的最小直徑 先按公式初步計算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調質處理。根據(jù)表，取=112，于是得 112×=22mm 表4.2 軸的材料 Q235-A、20 Q275、35 45 40Cr、35SiMn /MPa 15-25 20-35 25-45 35-55 149-126 135-112 126-103 112-97 軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯(lián)軸器型號。 聯(lián)軸器的計算轉矩，查表，考慮到轉矩變化很小，故取 =1.3， 則： =1.3×35017 N．mm=136565 N．mm 按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件，查GB/T5014—1985或手冊，選用HL4型彈性聯(lián)軸器，其公稱轉矩為。聯(lián)軸器的孔徑d=28mm。故取的1-2段的直徑d=28mm，半聯(lián)軸器長度L=84mm,聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長L1=62mm。 4.軸的結構設計 1）擬定軸上零件的裝配方案 擬定軸上零件的裝配方案是進行軸的結構設計的前提，它決定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預定出軸上主要零件的裝配方向，順序和相互關系。 為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉的要求者外，都必須進行軸向和周向定位，以保證其準確的工作位置。軸上零件的定位用軸肩，軸承端蓋和圓螺母定位。 2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 (1) 為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，1-2軸段左端需制作出一軸肩，故2-3段的直徑d=38mm；右端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=40mm。聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L=62mm，為了保證軸端擋圈只壓在聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故1-2段的長度應比L略短一些，現(xiàn)取l=60mm. (2) 初步選擇滾動軸承。 因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù)d=62mm,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組，標準精度級的單列圓錐滾子軸承30313，其尺寸為D×d×T=140mm×65mm×36mm,故；而。 右端滾動軸承采用軸肩進行定位。由手冊上查得30313型的定位軸肩高度h=6mm,因此，取。 (3)取安裝主動輪處的軸段4-5的直徑；齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知輪的輪轂為80mm，為了使套筒端面可靠的壓緊輪，此軸應略短于輪轂寬度，故取。輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度h>0.07d，取h=6mm，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度b≥1.4h，取。 (4)軸承端蓋的總寬度為20mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與聯(lián)軸器右端面間的距離l=30mm，故取 。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 3）軸上零件的周向定位 主動輪，聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按由手冊查得平鍵截面b×h=20mm×12mm（GB/T1095-1979）,鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為63mm（標準鍵長見(B/T1095-1979）,同時為了保證輪與軸配合有良好的對中性。故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣，聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為16mm×10mm×70mm,聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 4）確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表，取軸端倒角為2×，各軸肩處的圓角半徑見圖。 表4.3 零件倒角C與圓角半徑R的推薦值 mm 直徑d >6-10 >10-18 >18-30 >30-50 >50-80 >80-120 >120-180 C或R 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0 5.求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結構圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承的支點位置時，從手冊中查得a值。對于30313型圓錐滾子軸承，由手冊查得a=29mm。因此，作為簡支梁的軸的支承跨矩=71mm+141mm=212mm。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是危險截面，現(xiàn)將計算出的截面C處的，及M的值列于下表： 表4.4 載荷 水平面H 垂直面 V 支反力F 332N，167N 186N, -30N 彎矩M 23621N 13269Nmm,-414Nmm 總彎矩 Nmm Nmm 扭矩 T=105050Nmm 6.按彎矩合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。根據(jù)軸的彎矩合成強度條件公式 式中： —軸的計算應力，單位為MPa； M—軸所受的彎矩，單位為N.mm； T—軸所受的扭矩，單位為N.mm； W—軸的抗彎截面系數(shù)，單位為； —對稱循環(huán)應變力時軸的許用彎曲應力 及上表的數(shù)值，并取=0.6，軸的計算應力 =18.6MPa 前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，查得=60 MPa。因此<，故安全。 7.精確計算軸的疲勞強度 1）判斷危險截面 截面A，2，3，B只受扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過渡配合所引起的應力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉強度較為寬裕地確定的，所以截面A，2，3，B均無需校核。 從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面4和5處過盈配合引起的應力集中最嚴重；從受載的情況來看，截面C上的應力最大。截面V的應力集中的影響和截面4的相近，但截面5不受扭矩作用，同時軸徑也較大，故不必做強度校核。截面C上雖然應力最大，但應力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大，故截面C也不必校核。截面6和7顯然更不必校核。鍵槽的應力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需校核截面4左右兩側即可 2）截面4左側 抗彎截面系數(shù) ： W=0.1=0.1×=27463 抗扭截面系數(shù) ： =0.2×=54925 截面4左側的彎矩M為： M=13356 截面4上的扭矩T為： T=105050Nmm 截面上的彎曲應力： =4086MPa 截面上的扭轉切應力： =17.48 MPa 軸的材料為45鋼，調質處理。由手冊查得=640MPa, =275MPa,=155 MPa。 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及由資料查取。因r/d=2.0/65=0.031,D/d=70/65=1.08,經(jīng)插值后可查得： =2.0， =1.31 又可查得軸的材料的敏性系數(shù)為： =0.82， =0.85 故有效應力集中系數(shù)為： =1+（-1）=1.82 =1+（-1）=1.26 由資料查得尺寸系數(shù)；扭轉尺寸系數(shù) 軸按磨削加工，可查得表面質量系數(shù)為： ==0.92 軸未經(jīng)表面強化處理，即=1，則可得綜合系數(shù)值為： 2.80 1.62 由查得碳鋼的特性系數(shù) 取=0.1 取=0.05 于是，計算安全系數(shù)值，得： 20.21 10.62 =9.40》S=1.5 故可知其安全。 3）截面4右側 抗彎截面系數(shù) W=0.1=34300 抗扭截面系數(shù) =68600 彎矩M及彎曲應力為 M=13356Nmm =3.89 MPa 扭矩T及扭轉切應力 T=105050 Nmm =14.00 MPa 過盈配合處的值，查資料用插入法求出，并取=0.8， 于是得 3.16 0.8×3.16=2.53 軸按磨削加工，查得表面質量系數(shù)為： 0.92 故得綜合系數(shù)為： 3.25 2.62 所以軸在截面4右側的安全系數(shù)為 21.75 8.29 =7.75>S=1.5 故該軸在截面5右側的強度也是足夠的。因其無太大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。 8.繪制軸的工作圖 如下圖所示： 圖4.2 §4.3 收繩輪裝置的設計 4.3.1 電機的選擇 由于收繩論的轉速要求很低，所以需要選擇速比較大的電機，經(jīng)過查閱資料發(fā)現(xiàn)XWD4-17-2.2型號的電機適合要求。它的技術參數(shù)為功率2.2KW，速比為17。它具有以下特點： （1）結合國際技術要求制造，具有很高的科技含量； （2）節(jié)省空間，可靠耐用，減速比可達17； （3）能耗低，性能優(yōu)越，效率廠可達95%以上； （4）振動小，噪音低，節(jié)能高； （5）選用優(yōu)質鍛鋼材料，剛性鑄鐵箱體，齒輪表面經(jīng)過高頻熱處理； （6）經(jīng)過精密加工，確保軸平行度和定位軸承要求，完全保證了產(chǎn)品使用質量特性。 4.3.2 收繩論軸的設計與校核 1）軸的結構設計主要取決于： （1）軸在機器中的安裝位置及形式； （2）軸上安裝的重要零件類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法； （3）載荷的性質、大小、方向及分布情況。 軸沒有標準的結構形式，初步設計軸的直徑=48mm。 根據(jù)表零件倒角和圓角半徑的推薦值。 取 =1.2 =1.6 有配合要求的軸段，盡量采用標準直徑。 為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合的軸段長度一般比輪轂長度短2到3mm。 表4-5零件倒角和圓角半徑的推薦值 直徑 或 1.0 1.2 1.6 2.0 為了減少軸所受的彎矩，傳動件盡量靠近軸承。較大的過度圓角半徑會降低應力集中。 軸的結構工藝性要求：一般來說軸的結構越簡單工藝性越好，軸端有倒角。 2）按扭轉強度條件計算： 式中 ：扭轉切應力，單位為MPa； ：軸所受的扭矩，單位為Nmm； ：軸的彎扭截面系數(shù)，單位為； ：軸的轉速，單位為r/min； ：軸傳遞的功率，單位為kw； ：計算界面處軸的直徑，單位為mm； ：許用扭轉切應力，單位為MPa，見表4-6。 表4-6 軸常用幾種材料的及 軸的材料 Q235-A、20 Q275、35 45 40Cr、35SiMn /MPa 1525 2035 2545 3555 149126 135112 126103 11297 取 kw mm 。 軸的直徑： 16mm 根據(jù)表4-6取 =103 軸的直徑100mm，軸上有兩個鍵槽，軸的直徑擴大10%15%，軸上有一個鍵槽時擴大5%7%，本設計中擴大15%，軸的直徑為18.4mm。取軸端直徑為24mm滿足要求。 根據(jù)圓柱型軸伸和軸肩軸環(huán)尺寸設計，取30mm，長系列 80mm，(0.070.1) 1.4 初步選擇軸承型號為 7207C，油封型號為 J型無骨架橡膠油封。 為了滿足軸的設計要求，軸各段初步設計如圖所示。 圖4.3 收繩輪軸 3）軸的受力分析 （1）軸的受力分析圖 圖4-4 受力圖 由經(jīng)驗公式得 =2。 在面列平衡方程，受力如圖4-5： = = =2 = = r/min kw 計算得 N N 圖4-5 面受力圖 在面列平衡方程，受力如圖4-8： 計算得 N N 圖4-6 面受力圖 （2）作出彎矩圖 軸在面所受彎矩如圖4-7所示： ==18785.4Nmm 圖4-7 面彎矩圖 軸在面所受彎矩如圖4-8所示： ==172721.1Nmm 圖4-8 面彎矩圖 （3）作出扭矩圖 軸所受扭矩如圖4-9所示： Nmm 圖4-9 扭矩圖 （4）校核軸的強度 已知軸的彎矩和扭矩，軸承處為危險截面，應力計算： ：軸的計算應力，單位為MPa； ：折合系數(shù)，扭轉應力為靜應力，取。 對于直徑為的圓軸，彎曲應力,扭轉切應力，將和代入上式，則軸的彎扭合成強度條件為： ：軸所受的彎矩，單位為Nmm； ：軸所受的扭矩，單位為Nmm； ：軸的抗彎截面系數(shù)，單位為mm； ：對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力，經(jīng)查表取=55MPa。 計算得 MPa，滿足要求。 按疲勞強度條件進行精準校核，安全系數(shù)，本設計中軸的材料均勻，載荷與應力計算精準，取=1.4。 只考慮彎矩和軸向力時的安全系數(shù)： 根據(jù)查表的=295MPa，本設計中軸向力=0；=7.14。 只考慮扭矩時的安全系數(shù)： 171.1MPa 8414.2 mm =43.43 故可知軸安全。 4） 軸承的選擇與校核 根據(jù)工作條件決定在軸的兩端正裝兩個角接觸球軸承。由設計軸的數(shù)據(jù)可知，帶輪傳遞轉矩為33148.9Nmm，所受圓周力為=2=1366.7N，帶輪直徑為99.02mm，軸的轉速為5880r/min，軸承的預期壽命為1000h，初步選擇軸承為7207C。 查滾動軸承樣本（或設計手冊）可知7027C軸承的=30500N，=20000N。 兩軸承所受到的徑向載荷為和， =-534.1N =534.1N =-4910.7N =4910.7N 4939.7N 4939.7N 軸承所受的軸向力忽略不計。 對于70000C型軸承，按表4-7，軸承派生軸向力，為判斷系數(shù)，先初取，。 表4-7 約有半數(shù)滾動體接觸時派生軸向力的計算公式 圓錐滾子軸承 角接觸球軸承 70000C 70000AC 70000B N N N N 由表4-8確定載荷系數(shù)，取 表4-8 載荷系數(shù) 載 荷 性 質 舉 例 無沖擊或輕微沖擊 1.01.2 電機、汽輪機、通風機、水泵等 中等沖擊或中等慣性力 1.21.8 車輛、動力機械、起重機、造紙機、冶金機械、選礦機、卷揚機、機床等 強大沖擊 1.83.0 粉碎機、軋鋼機、鉆探機、震動篩等 取 =0.47，， N 驗算軸承壽命 取=3.3 h 滿足要求 共 33 頁 第 33 頁 §4.4 光柵尺的安裝方法及測量原理 4.4.1光柵尺的選擇 為了精確測量膠帶長度，特別是同步帶長度，本設備選用的高精度光柵線位移傳感器作為測長傳感器。 本設備所選用的是中國科學院長春精密機械研究所所生產(chǎn)的光柵線位移傳感器，型號-A，它是以高精度光柵做檢測元件的密封式高精度傳感器與數(shù)顯表配套組成高精度數(shù)字化測量裝置，適用于各類機床及儀器進行技術改造實現(xiàn)位移量數(shù)字化顯示。 由于利用莫爾條紋原理進行位移測量，因此它比其它類型的傳感器具有高精度，性能穩(wěn)定可靠，抗干擾強，安裝調整方便等優(yōu)點。 4.4.2 選用光柵尺工作參數(shù) （1）準確度：為高精度測量膠帶，選±5um準確度。 （2）光柵尺的柵距：同樣為了達到測量精度的要求，在所提供的兩種光柵距：0.02mm（50對線/毫米）和0.04mm（25對線/毫米），選擇0.04mm（25對線/毫米）。在測量時，PLC的計數(shù)方式采用加減運算模式高度計數(shù)，把相位差4倍的光柵尺輸出二相信號（A相和B相）與Z相信號加減模式輸入PLC，故其一個柵距計數(shù)脈沖為0.01mm。 （3）零位：為了消除重復運動精度的變化，并提高生產(chǎn)率，該光柵尺選用50mm一個零位。使在測量中，每次測長時，傳動帶張緊時均自動通過一個零位進行自動清零，從而可保證重復測量精度。 （4）測長范圍：為實現(xiàn)可最大測量長度2600mm帶長的要求，選擇測量長度為1300mm。 （5）工作電壓：該尺的工作電壓為：5V±5%。 4.4.3 安裝及測量原理 本設備中光柵尺的安裝不同于其它用途的安裝方式，其主尺與張緊輪固定在一起，而其副尺與驅動輪固定在一起，這樣的安裝有獨到之處，即可方便自動清零，以滿足高精度測量要求，又可使每次測量時的移動距離較短，滿足高效率的工作要求。其測量原理如下： 因從動輪與光柵尺寸主尺固定，從動輪軸心到主尺的最右端第一個零位的距離為，此值由機械安裝決定，為一固定值。 當測量不同帶長時，可通過手輪、齒輪、齒條驅動電機、驅動帶輪及光柵尺寸尺移到某一大概位置，并加以固定，此時副尺的刻度對應主尺的某兩個零位中間（光柵尺每50mm即有一個零位），如圖所示，設n-1及n個零位中間某一值。此時通過MPT或上位PC機將零位號輸入PLC對應的數(shù)據(jù)區(qū)。當測長工作開始后，減速電機開始收繩，從動輪在重砣的作用下將帶張緊，此時主尺也一同移動，在運動中光柵尺通過第n個零位時，PLC計數(shù)值清零，而且，當光柵尺繼續(xù)移動過程中，即使再過一個零位時程序保證不在清零。再向前運動，PLC即從零開始計數(shù)，因PLC采用增減計數(shù)方式，故PLC計數(shù)時，光柵尺輸出信號輸入PLC為相位差4倍率單機輸入。 其每一個脈沖對應帶輪移動0.01mm。設當從動輪處于某一位置后，測量過程中計數(shù)器計數(shù)為K，則此時主、從動輪中心距為a=+n×50+0.01K(其中0.01K相當于圖中的△a),則帶長為L=2a+,為測量所用帶輪的有效周長。 4.4.4 光柵尺的安裝優(yōu)點 （1）因為光柵尺每50mm有一個零位，所以當帶張緊時，從動輪只需移動50mm，即可通過一個零位，從而進行清零，這樣可以保證測量結果的精度，消除測量過程中計數(shù)值的累積誤差。 （2）因光柵尺有多個零位，清零方便，克服了當若僅有一個零位時，若是要清零，有可能使光柵尺寸、副尺大范圍移動的問題。雖然可測量的帶長度范圍較大，但測量過程中光柵尺的移動距離有限，從而減少了設備的空間尺寸，提高了光柵尺的使用壽命。 如上所述，本設備的測量精度可大0.01mm，這一精度完全可以滿足現(xiàn)在同步帶的精度要求。此外該設備還可以通過監(jiān)控軟件，在測長工序中實現(xiàn)了測長計算機控制，對測量數(shù)據(jù)進行保存。另外通過更換測量帶輪，可測各種規(guī)格的同步帶，也可測V帶等。 總 結 經(jīng)過三個多月的不懈努力，終于完成了本次畢業(yè)設計。畢業(yè)設計是大學生涯中的最后一個教學環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學生實際工作能力的關鍵環(huán)節(jié)。雖然本次設計比較緊張，但總的來說，感覺比較充實。我始終以積極的態(tài)度去對待這次設計，要不就不做，做了就該盡自己的努力去作到最好。只要認真付出，一定可以得到回報。在本次的設計中，雖然我遇到了很多困難，但是我從來沒有放棄過，在老師們的悉心指導和同學的幫助下，我順利完成了本次畢業(yè)設計，在此對給予我很大幫助的老師們和同學們表示衷心的感謝！ 通過這次畢業(yè)設計的學習，我不僅對以前學的基礎知識有了更深的認識和理解，還提高了對專業(yè)知識的應用能力，使我更加了解了設計的要求。同時，也增強了我的自學能力，為以后的工作和學習奠定了基礎。設計不是一天能夠完成的，需要一定的周期才能夠完成，在設計期間，我看到了每個人鍥而不舍，堅持不懈的精神。同時，設計也不是一個人能完成的，需要老師和同學的幫助，這就需要團隊精神。通過這次設計，我認識到了團隊精神的重要。 此次設計是在原有機械結構上的一次創(chuàng)新設計。由于我的理論知識和實踐經(jīng)驗的欠缺，給本次的設計帶來了不少困難。盡管我的工作量很大，但是我盡力去學習，去查找資料，最終完成了所要求的設計任務。同時，我感受到此次設計課題的實際生產(chǎn)意義。本次設計的是同步帶測長機，對于現(xiàn)代我國的汽車行業(yè)發(fā)展來說，同步帶測長機作為測量汽車同步帶長的高精度儀器，已經(jīng)在世界多國得到迅速發(fā)展，而我國的測長機發(fā)展才處于初級階段，因此測長機具有廣闊的發(fā)展前景。從而，改進后的同步帶測長機一定將具有很強的市場競爭力。 總的來說，此次畢業(yè)設計，我學到了很多東西，不僅了解了學術上的一些知識，鍛煉了自己獨力獲取新知識的能力，在網(wǎng)上查找資料和與人交往、合作完成任務的寶貴經(jīng)驗等。同時也看到了自己專業(yè)上的不足，以及思維上的局限，這些將對我以后步入社會，走向工作崗位都具有積極的幫助。 致 謝 歷時三個多月的畢業(yè)設計終于要結束了，歡喜之余我要感謝在設計期間給予我指導和幫助的老師及同學。 首先，在這里我要感謝我的導師——李占國教授，在李老師孜孜不倦的教導下，我的設計才得以順利完成。李老師知識淵博，思維敏銳，誨人不倦，在他的精心指導下，我的思路變的清晰，信心變的更加堅定。不僅如此，李老師無論是在做學問上還是在做事上都教會了我許多，他對科學精益求精、不斷進取的精神和嚴于律己、寬以待人的崇高品質對學生是永遠的鞭策，他的言傳身教將使我在以后的工作和生活中受益良多。 同時，我要衷心的感謝他在百忙之中孜孜不倦，不厭其煩的指導了我三個多月。在此期間，我學到了很多書本上學不到的東西，他不僅給我講解了一般測長機的知識和現(xiàn)實工作中的許多技巧，給我的設計給予了極大的幫助，而且在工作和生活中，他們用自己的親身經(jīng)歷給我講解了許多做人的道理和以后工作中需要注意的問題、處理事情的方法和方式，這對于即將踏入社會走向工作崗位的我來說，這無疑是一筆寶貴的財富，可以讓我少走不少的彎路，在此，特別向李老師表示深深的感謝！ 還有很多給予過我?guī)椭娜?，在這里我不一一介紹了，總之，感謝所有幫助過我的老師和同學，感謝你們對我的支持和鼓勵，衷心的向你們表示感謝！ 參考文獻 [1] 濮良貴、紀名剛主編.機械設計.北京：高等教育出版社 [2] 邵芳，姚俊紅.我國汽車傳動帶技術分析與展望.機械制造42卷第478期.2004.6 [3] Sachio H. 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