扬州大学毕业设计说明书 - 图文

摘 要

振动试验台的目的在于确定所设计、制造的机器、构件在运输和使用过程中承受外来振动或者自身产生的振动而不至破坏，并发挥其性能、达到预定寿命的可靠性。本次设计的主要工作内容包括：确定岩石振动激励模拟系统的结构形式、主体结构尺寸，并确定零、部件的结构尺寸及其选型。首先进行强度和稳定性的计算，主要进行传动齿轮的设计计算及校核，V型带的计算，电动机的选型，滚珠丝杠的选择及校核，其次对这些零部件进行结构设计。整个设计过程都要依据设计规范和标准进行的，设计结果满足工程设计要求。

关键字：振动试验台；齿轮；V型带；滚珠丝杠；电动机

Abstract

The vibration test bench aims to determine the design, manufacturing machinery, member during transport and use under external vibration or vibration generated from destruction, and exert its performance, reaching the predetermined reliability. The design of the main work includes: determining rock vibration excitation simulation system structure, the main structure size, and identify the components, structure and size selection. First, the strength and stability calculation, the main transmission gear design calculation and checking, type V band calculations, motor selection, the choice of ball screw and check, followed by the structural design of these components. The whole design process is based on norms and standards for design, engineering design results meet the design requirements.

KEY WORDS: vibration test bench，gear，V belt，ball screws， motor

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目 录

中文摘要 Abstract

第一章 前 言................................................................................................................................... 1

1.1本次毕业设计课题的目的、意义 ................................................................................... 1 1.2 振动现象简介 ...................................................................................................................... 1 1.3课题研究的主要功能 ......................................................................................................... 2

第二章 希尔振动试验台 ........................................................................................................... 3

2.1 振动试验台的简介 ............................................................................................................. 3 2.2振动试验台的特点 .............................................................................................................. 3 2.3振动试验机的现状和发展趋势 ....................................................................................... 4

第三章 系统总体方案确定 ..................................................................................................... 5

3.1 仪器基本技术参数 ............................................................................................................. 5 3.2 技术参数 ............................................................................................................................... 5 3.3设备技术指标 ....................................................................................................................... 6

第四章 系统机械结构的设计 ................................................................................................ 7

4.1电动机的选择 ....................................................................................................................... 8 4.2 设计V带和带轮 ............................................................................................................... 10 4.3齿轮的设计 .......................................................................................................................... 12 4.4 滚珠丝杠的选择 ............................................................................................................... 20 4.5联轴器的选择 ..................................................................................................................... 24 4.6冲头的选择 .......................................................................................................................... 25 4.7弹簧的选择 .......................................................................................................................... 26 4.8 其他结构材料的选择 ...................................................................................................... 27

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致 谢 ................................................................................................................................................... 29 心得体会 ........................................................................................................................................... 31 参考文献 ........................................................................................................................................... 32

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第一章 前 言

1.1本次毕业设计课题的目的、意义

毕业设计是培养学生综合运用本学科的基本理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，完成工程师的基本训练和初步培养从事科学研究工作的重要环节。毕业设计也是完成教学计划达到专业培养目标的一个重要的教学环节；学生通过毕业设计，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。使学生的实践动手、动笔能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争，去创造的自信心。 毕业设计以下具有目的：

(1)通过阅读有关资料对当前计算机软、硬件技术的发展有进一步的了解。 (2)融汇、贯通几年里所学习的专业基础知识和专业理论知识。

(3)综合运用所学专业理论知识和技能提高独立分析问题和解决实际问题的能力。

(4)培养和提高与设计群体合作、相互配合的工作能力。

1.2 振动现象简介

振动在国民经济中的应用越来越广泛, 涉及面很广, 并日益受到人们的重视。振

动利用的实例很多。振动利用的发展充实了振动利用工程学科的内涵, 说明人们已经由认识振动发展到利用振动来改造世界、改善生活、创造价值, 这是一个非常重要的转变, 它将给振动利用工程带来一个美好的前景。随着电子计算机和计算数学的发展进展迅速, 电磁场数值计算得到了迅速的发展, 从60 年代的差分法到70 年代的有限元法、积分方程法、边界元法以及一些组合方法, 再到后来的棱单元法等都是电磁场数值计算的标志性成果。电磁振动是一个新兴的学科, 我们应该大力开展电磁振动利用工程实际应用的研究与开发工作, 扩大电磁振动技术的应用领域与范围, 将电磁振动技术广泛应用于各种工艺过程。其研究范围不应只限于工程技术领域, 还应扩展到人民生活和社会经济等各个领域之中。在研究电磁振动技术应用的基础上, 深入开展电磁振动利用工程基础理论与工作机制的研究, 为此, 必须加

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强电磁场的分析计算研究和电磁场分析软件开发。

振动现象广泛存在各种物质介质中，如金属材料(钢铁、铝、各种有色金属)和非金属材料(岩石、陶瓷、玻璃、水泥)等。岩石振动激励模拟测试系统是一种包括振动激励模拟和测试分析的试验系统。该系统可以用来分析金属材料和非金属材料的振动特性。

1.3课题研究的主要功能

其主要功能主要包括两个方面：其一是使岩石产生各种激励信号，如低频高振

幅和高频低振幅的激励信号，使岩石发生各种各样状态的振动，通过调节激励可以激发岩石等材料进入共振状态，并记录共振频率、共振幅度、系统阻尼等参数；另一方面是测试分析金属材料和非金属材料的振动特性，对存在振动的试验样品进行振动特性进行采集及各参数分析，整体的机械设计如图1.1。

图1.1模拟系统的整体结构

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第二章 希尔振动试验台

2.1 振动试验台的简介

L系列振动试验系统是用于小型电子部件、汽车部件、手提设备、储存设备、接

插件等筛选试验的最理想的设备。

L系列振动试验系统设计满足 MIL、ASTM、IEC、ISO、BS、JIS 等军用标准以及其它国际试验标准。

L系列振动试验系统具有大直径的动圈，配备高强度的导向，从而可以配置 各种附加台面，能进行各种试件的试验，并且获得良好的振动传递率。

L系列振动系统能够轻松地完成小型部件的试验要求，包括运输振动模拟试验、振动气候综合试验以及地震模拟试验。 L215M振动试验台技术参数如图2-1

图2.1振动机的技术参数

2.2振动试验台的特点

试验台外形尺寸如图2-2

动圈直径范围为150毫米到230毫米 试样有效负载最高300公斤 持续位移高达51毫米 试验频率高达4,500Hz

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牢固的耳轴设计，配备轴承导向 双层加固动圈，具有较高的加速度性能

滚轴桁架弯曲悬挂系统，具有较高的抗倾覆力矩 低台体设计，便于结合环境试验箱使用

振动台和功率放大器外形简洁，节省宝贵的空间面积

图2.2振动试验台

2.3振动试验机的现状和发展趋势

振动试验机的目的在于确定所设计、制造的机器、构件在运输和使用过程中承受外来振动或者自身产生的振动而不至破坏，并发挥其性能、达到预定寿命的可靠性。随着对产品，尤其是航空航天产品可靠性要求的提高，作为可靠性试验关键设备的振动试验系统的发展显得越来越重要。

60年代，702所为满足航天产品振动试验的需要，开始了振动试验系统的研制，包括推力10N至100kN的振动台及各种振动测量仪表和传感器。目前，702所的振动试验设备不仅在航天领域而且在其他行业发挥着作用，成为该所的一项重要民品。用于振动试验的振动台系统从其激振方式上可分为三类：机械式振动台、电液式振动台和电动式振动台。从振动台的激振方向，即工作台面的运动轨迹来分，可分为单向(单自由度)和多向(多自由度)振动台系统。从振动台的功能来分，可分为单一的正弦振动试验台和可完成正弦、随机、正弦加随机等振动试验和冲击试验的振动台系统。以下笔者对各种振动台，主要对电动振动台，及其辅助设备的结构、性能和成本的现状及发展等进行简单的论述。

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第三章 系统总体方案确定

3.1 仪器基本技术参数

1．仪器名称：岩石振动激励模拟测试系统 2．型号：研制 3．技术参数

1）基本参数

旋转速度：0～1000r/min，无级可变；采用800W西门子交流伺服电机，通过摩擦轮带动冲头旋转，交流伺服控制系统在单片机控制主板控制下实现无级调速。

冲击力：10～1000N，无级可变；

如果振幅2mm, 频率2000Hz, 近似按匀加速运动计算，平均速度

0.002/0.0005=4m/s 0.04/0.0000002s=160000m/s2

平均功率FV=1000N*4m/s=4KW 冲击力的实现采用伺服驱动预应力加载系统实现。

冲击头：10～100mm，系列尺寸的一组冲头。可调尺寸冲击头采用一组冲头实现，

材料Cr12MoV，大位移低频率振动的实现:振动幅度±10mm，无级调频10-1000Hz，冲击力100-1000N采用普通线圈激振方式实现，上下夹板中心开孔，让电磁线圈衔铁穿过，并与冲头预应力接触。

3.2 技术参数

1）基本参数

旋转速度：0～1000r/min，无级可变； 产生频率范围：1～2000Hz，无级可变； 冲击力：10～1000N，无级可变； 冲击头：10～100mm，尺寸可调。 2）试样要求

岩样形状：规则和不规则岩样

规则岩样尺寸范围：方形0～300(长)mm×0～300(宽)mm×0～400(高)mm，

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圆柱形φ300mm×400mm；

不规则岩样尺寸范围：最大直径φ0mm ～φ400mm； 3）控制模式

冲击力加载方式：恒压加载；

操作方式：人工设定、计算机自动控制 4）测量系统

采样频率：每通道最高1MHz； 振动测量范围：5～10000Hz； 压力传感器：量程2Mpa、精度0.1%； 位移传感器：量程425mm、精度0.05%；

转速传感器：量程0-600r/min、精度±0.01 r/min； 扭矩传感器：量程2000N.m、精度0.2%。

数据采集、记录与计算：计算机自动采集、记录与计算 记录动态曲线：

（1）钻压--------钻时 （2）转速---------钻时 （3）吃入深度----钻时 （4）扭矩---------钻时 （5）吃入深度----钻压

钻头 （1）钻压---------钻时 （2）转速---------钻时 （3）深度---------钻时 （4）扭矩---------钻时

3.3设备技术指标

轴向静载：最大值达0～50kN，无级可变，破岩时恒定加载，由图 旋转速度：0～500r/min，无级可变，由图中12提供； 最大钻孔深度：0mm～200mm；

产生频率范围：1～4000Hz，无级可变，由图中3、4提供； 冲击力：10～1000N，无级可变，由图中3、4提供； 冲击头：10～100mm，尺寸可调，由图6提供。 测量系统

振动测量范围：5～10000Hz；

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3.1中5提供；

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压力传感器：包括液压测量和轴载、冲击载荷测量。其中液压传感器量程 60KN、精度0.1%，轴载和冲击载荷测量传感器量程分别为60KN和2KN； 位移传感器：量程250mm、精度0.05%；

转速传感器：量程0-600r/min、精度±0.01 r/min； 扭矩传感器：量程2000N.m、精度0.2%。

数据采集、记录与计算：计算机自动采集、记录与计算。

图3.1模拟系统设备

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第四章 系统机械结构的设计

4.1电动机的选择

1）选择电动机的类型

按工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，

电压380V。

2）选择电动机的容量 工作机的有效功率为

FV?1000N?4m/s?4KW???????????????????????(4.1)

从电动机到冲头间的总效率为

13?4?0.92?????????????????????????????????????????(4.2) ?????

由《机械设计课程设计》可知：

? 1： V带传动效率 0.96

?3：齿轮传动效率 0.97 （7级精度一般齿轮传动）

?4：联轴器传动效率 0.99（弹性联轴器）

??d?PW?????W?????????????????????????????????????????(4.3)所以电动机所需工作功率为

??

3）确定电动机转速

'i??4~30 推荐的传动比合理范围，一级圆柱齿轮减速器传动比而工作机卷筒轴的转速为

所以电动机转速的可选范围为

nw?

v????????????????????????????????????????????????????????(4.4)?D

nd?i?nw????????????r/min=(480~3600)r/min???????(4.5)

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符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min和3000r/min四种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000r/min的电动机。

根据电动机类型、容量和转速，由《机械设计课程设计指导书》表4-1选定电动机型号为Y132S-6外形如图4-1。

表4-1电动机型号 电动机型号 额定功率/kw 满载转速/(r/min) 启动转矩额定转矩 最大转矩额定转矩 Y132S-6

4 1000 2.0 2.0 电动机的主要安装尺寸和外形如下表4-2

图4-1电机的外形

表4-2电机的安装尺寸

中心高 外型尺寸 底脚安L×（AC/2+AD）装尺寸×HD A×B 地脚螺栓孔直径K 轴伸尺装键部位尺寸D×E 寸F×GD

100 380× 350× 245 160 140 ×12 28× 60 8 ×7

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4.2 设计V带和带轮

电动机输出功率Pd=4.3kw ，转速n1=nw=1000r/min，带传动传动比i=3.2，每天工作16小时。 1).确定计算功率Pca

由《机械设计》查得工作情况系数KA=1.2，故Pca=KaPd=5.16kw 2).选择V带类型

根据Pca，n1,由《机械设计》可知，选用A型带 3).确定带轮的基准直径dd1并验算带速 (1).初选小带轮基准直径dd1

由《机械设计》查得，选取小带轮基准直径

dd1?100mm，dd12?H?100mm

其中H为电动机机轴高度，满足安装要求。 (2).验算带速v

v??dd1n160?1000??=?.??m/s???????????????????????????????????(4.6)

因为5ms?v?30ms，故带速合适。

(3).计算大带轮的基准直径

dd2?idId1??=320mm???????????????????????????????????????????(4.7)

根据《机械设计》查得，选取

dd2?315mm，则传动比

idd2I=d=3.15??????????????????????????????????????????????????????(4.8)d1 从动轮转速

nn12

=i=450.8r/min????????????????????????????????????????????(4.9)I

4).确定V带的中心距和基准长度 (1).由式 0.7(dd1?dd2)?a0?2(dd1?dd2) 得

290.5?a0?830，取

a0?700mm

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而

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(2).计算带所需的基准长度

(dd2-dd1)2Ldc=2a0+(dd1?+dd2)+=2068mm??????(4.10)24a0

? 由《机械设计》查得选取V带基准长度

Ld?2000mm

(3) .计算实际中心距a

a=a0+Ld-Ld0=666mm??????????????????????????????????????(4.11)?x

amax?a?0.03Ld?726mmamin?a?0.015Ld?636mm5).验算小带轮上的包角?1

?1=180-(dd-dd)21o57.3o??161.5o?90o??????????????(4.12)

6).计算带的根数Z

(1) 计算单根V带的额定功率Pr

由

dd1?100mm和n1=1000r/min，查《机械设计》查得

P0?1.31kw

根据n1?1420rmin，i??3.2和A型带，查《机械设计》查得

?P0?0.17kw

，查得KL?1.03，于是

查《机械设计》得

K??0.95

(2)计算V带的根数

Pr?(P0??P0)?K??KL?1.448KW?????????????????(4.13)

取2根。

Z=Pca2.844??1.96?????????????????????????????????????(4.14)Pr1.448

7).计算单根V带的初拉力的最小值

(F0)min

由《机械设计》得A型带的单位长度质量q?0.1kgm，所以

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(F0)min=500(2.5-K?)Pca+qv2=162N?????????????????(4.15)K?zv

应使带的实际初拉力F0?(F0)min。 8).计算压轴力

Fp

压轴力的最小值为

9).带轮的结构设计

(Fp)min=2z(F0)minsin?12=640N????????????????????????????(4.16)

小带轮采用实心式，大带轮为腹板式，由单根带宽为13mm，取带轮宽为35mm。

4.3齿轮的设计

1选择齿轮材料、热处理方法及精度等级 ① 齿轮材料、热处理方法及齿面硬度

因为载荷中有轻微振动，传动速度不高，传动尺寸无特殊要求，属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮。查《机械基础》，小齿轮选用45号钢，调质处理，硬度260HBS；大齿轮选用45号钢，调质处理，硬度为220HBS。 ② 精度等级初选

减速器为一般齿轮传动，圆周速度不会太大，根据《机械设计学基础》，初选7级精度(GB 10095-88)。 2按齿面接触疲劳强度设计齿轮

由于本设计中是软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强

d1?3(度决定，其设计公式为：确定载荷系数K

3.53ZE??H?)2KM1?u?1??d?u 因为该齿轮传动是软齿面的齿轮，圆周速度也不大，精度也不高，而且齿轮相对轴承是对称布置，根据电动机和载荷的性质查《机械设计学基础》，得K的范围为1.4～1.6， 取K＝1.5。 小齿轮的转矩

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T1?9549接触疲劳许用应力

P1=9549?100000?4/1000?38200N.mm????????????????(4.17)n1

??P???SHlimZNHmim ⅰ）接触疲劳极限应力

由《机械设计学基础》图4-2中的MQ取值线，根据两齿轮的齿面硬度，查得45钢的调质处理后的极限应力为

?Hlim1=600MPa ，

?Hlim2=560MPa

图4-2接触疲劳极限应力

ⅱ）接触疲劳寿命系数ZN

应力循环次数公式为 N=60 n jth 工作寿命每年按300天，每天工作8小时，故 TH=(300×10×8)=24000h

N1=60×466.798×1×24000=6.722×108

N16.722?108N2?==1.681?108???????????????????(4.18)i4

查《机械设计学基础》如下图4-3，且允许齿轮表面有一定的点蚀 ZN1=1.02 ZN2=1.15

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图4-3接触疲劳寿命系数

接触疲劳寿命系数KHN(当N>Nc时，可根据经验在网纹区内取KHN值) ⅲ) 接触疲劳强度的最小安全系数SHmin 查《机械设计学基础》图4-4，得SHmin＝1

图4-4接触疲劳最小安全系数

ⅳ）计算接触疲劳许用应力?HP。 将以上各数值代入许用接触应力计算公式得

=MPa=612MPa????????(4.19)SHmin1 ?Hlim2ZN2560?1.15?p2==MPa=644MPa????????(4.20)SHmin1

?p1=?Hlim2ZN1600?1.02

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ⅴ）齿数比 因为 Z2=iZ1，所以 ⅶ）齿宽系数

由于本设计的齿轮传动中的齿轮为对称布置，且为软齿面传动，查《机械基础》如

Z2?4Z1

??1。

下表4-3，得到齿宽系数的范围为0.8～1.1。取d表4-3齿宽系数

装置两支承相对于小齿轮做对称布两支承相对于小齿轮小齿轮做悬状况 置 ?d 0.9～1.4（1.2～1.9） 做不对称布置 臂布置 0.7～1.15(1.1～0.4～0.6 1.65) ⅵ）计算小齿轮直径d1 由于

?p2??p1，故应将

?p13代入齿面接触疲劳设计公式，得

d1t?2.32

④ 圆周速度v

KtT1u+1Ze2(）?44.2mm????????????(4.21)?du[?H]

60?100060?1000

查《机械设计学基础》图4-5，v1=3.32m/s，该齿轮传动选用7级精度。

v??d1n1???44.2?1000?3.32m/s???????????(4.22)

图4-5动载荷系数Kv值

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主要参数选择和几何尺寸计算 齿数

对于闭式软齿面齿轮传动，通常z1在20～40之间选取。为了使重合度较大，取z1＝20，则z2＝iz1＝80。使两齿轮的齿数互为质数，最后确定Z2=81。 模数m

标准模数应大于或等于上式计算出的模数，查《机械基础》，选取标准模数m=3mm。 分度圆直径d

d1?mz1?3?20mm?60mm?????????????????????????????????(4.24) d2?mz2?3?81mm?243mm???????????????????????????????(4.25)

中心距a

m?d144.2??2.21mm???????????????????????????????????????(4.23)z120

11a?(d1?d2)?(60?243)mm?151.5mm????????(4.26)22

齿轮宽度b

大齿轮宽度 b2??dd1?1?60mm?60mm???????????????????????????????????(4.27) 小齿轮宽度 b1?b2?(5~10)mm?70mm????????????????????????????????????(4.28) 其他几何尺寸的计算（齿顶高

ha?ha*m*ha?1*c，?0.25）

由于正常齿轮

ha*?1，

所以 ha?ha*m?1?3mm?3mm??????????????????????????????????????(4.29) 齿根高

hf?(ha*?c*)m 由于正常齿c*?0.25

所以 hf?(ha*?c*)m?(1?0.25)?3mm?3.75mm???????????(4.30) 全齿高 h?ha?hf?(2ha*?c*)m?(2?1?0.25)?3mm?6.75mm???????(4.31) 齿顶圆直径 da1?d1?2ha?60?6?66mm???????????????????????????????????(4.32) da2?d2?2ha?243?6?249mm???????????????????????????????(4.33)

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齿根圆直径 df1?d1?2hf?60?2?3.75?52.5mm???????????????????????(4.34) df2?d2?2hf?243?2?3.75?235.5mm??????????????????(4.35) 齿根校核

?F?齿根弯曲疲劳强度的校核公式为齿形系数YF

2KT1YF??FPbmd1

根据Z1、Z2,查《机械设计学基础》图4-6，得YF1＝2.81，YF2＝2.24

图4-6展成齿轮的复合齿形系数

弯曲疲劳许用应力

?FP的计算公式

?FP=

?FlimSFminYN

ⅰ)弯曲疲劳极限应力?Flim

根据大小齿轮的材料、热处理方式和硬度，由《机械设计学基础》图4-7的MQ取值线查得

?Flim1=180MPa ， ?Flim2=170MPa

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图4-7弯曲疲劳应力

ⅱ）弯曲疲劳寿命系数YN

8668?103?103?101.681?10 根据N1=6.722>和N2=>，查《机械设计学基础》图4

－8得，

YN1=1 , YN2=1

图4-8弯曲疲劳寿命系数

弯曲疲劳寿命系数KFN(当N>Nc时，可根据经验在网纹区内取KFN值)

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ⅲ)弯曲疲劳强度的最小安全系数SFmin

本传动要求一般的可靠性，查《机械设计学基础》图4-9，取SFmin＝1.2。

图4-9弯曲疲劳强度最小安全系数

ⅳ）弯曲疲劳许用应力

将以上各参数代入弯曲疲劳许用应力公式得

180?1MPa?150MPa????????????????(4.36)SFmin1.2 ?Plim2170?FP2?YN2??1MPa?141.67MPa????????????????(4.37)SFmin1.2

?FP1??Plim1YN1?ⅴ）齿根弯曲疲劳强度校核

2KT12?1.5?42758YF1??2.81MPa?33.37MPa??FP1???????????????(4.38)bmd160?3?60 2KT12?1.5?42758?F2?YF2??2.24MPa?26.6MPa??FP2?????????????????(4.39)bmd160?3?60

??F1因此，齿轮齿根的抗弯强度是安全的。 ⅵ）结构设计及绘制齿轮零件图

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4.4 滚珠丝杠的选择

1、滚珠丝杠工作长度计算

l?l工作台?l行程?l余量

(4.4.1)

(4.4.2)

X方向丝杠工作长度：lX?100?320?20?440mm

X方向丝杠工作载荷：FX?500N

Y方向丝杠工作长度：lY?150?225?20?395mm Y方向丝杠工作载荷：FY?500N

令两方向丝杠的工况均为：每天开机6小时；每年300个工作日；工作8年以上。

(4.4.3)

丝杠材料：CrWMn钢；滚道硬度为58～62HRC；丝杠传动精度为?0.04mm。

n?v工作台?1000p?0.5?1000?125r/min4）

平均转速n=125r/min（2、计算载荷

FC求解

(4.4.4)

FC?KFKHKAFm?1.1?1.0?1.0?500N?550N 查《机电一体化设计基础》，取C级精度。

表4-3 载荷系数

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载荷性质 KF 表4-4 硬度系数

无冲击平稳运转 1～1.2 一般运转 1.2～1.5 有冲击和振动运转 1.5～2.5 滚道实际硬度 KH

表4-5 精度系数

≥58 1.0 55 1.11 50 1.56 45 2.4 40 3.85 精度等级 KA C、D 1.0 E、F 1.1 G 1.25 H 1.43

3、额定动载荷计算

寿命：

?Ca计算

??N?3160N??

??6?300?8?14400hLh(4.4.5)

??FC3Ca??nmLh200?144003??550?41.67?104?1.67?10? (4.4.6)

4、滚珠丝杠副选择

假设选用FC1型号，按滚珠丝杠副的额定动载荷

Ca等于或稍大于

?Ca的原则，选

汉江机床厂出品的2004-2.5，Ca?5393N，

表4-6滚珠丝杠参数：

D0?20mm p?2.5mm ??3?38’ 滚珠直 径d0?2.381mm滚道半径R?0.52d0?0.52?2.381?1.238mm d?2.381????2e?0.707?R?0??0.707??1.238???3.358?10mm2?2???偏心距 丝杠内径d1?D0?2e?2R?(20?2?3.358?10?2?2?1.238)mm?17.59mm

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5、稳定性验算

由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S，其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数[S]

丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷Fcr（N）按下式计算：

?2EIaFcr?(?l)2

式中，E为丝杠材料的弹性模量，对于钢，E=206GPa；l为丝杠工作长度（m）；

Ia为丝杠危险截面的轴惯性矩（m4）；?为长度系数。

3.14??0.017.59?Ia???4.7?10?9m46464依题意，

?d144 (4.4.7)

取??2/3，则

FXcr?2EIa3.142?206?109?4.7?10?9???1.11?105N22(?l)?2???0.44??3?(4.4.8)

(4.4.9)

FYcr?2EIa3.142?206?109?4.7?10?9???1.38?105N22(?l)?2???0.395??3?

安全系数

SXFcr1.11?105???222Fm500

(4.4.10) (4.4.11)

Fcr1.38?105SY???276Fm500

[S]=2.5～3.3。S>[S]，丝杠是安全的，不会失稳。

n高速长丝杠工作时可能发生共振，因此需验算其不会发生共振的最高转速——cr。

要求丝杠的最大转速

nmax?ncr

临界转速

ncr（r/min）

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fc2d13.9272?0.01759?9910?9910??31242r/min2(?l)2?2???0.44??3?ncr(4.4.12)

该丝杠工作转速n?125r/min?ncr 滚珠丝杠副还受

D0n值的限制，通常要求

D0n?7?104mm?r/min

D0n?20?125?2500?7?104(4.4.13)

所以该丝杠副工作稳定。 6、刚度验算

滚珠丝杠在工作负载F（N）和转矩T?N?m?共同作用下引起每个导程的变形量

pFp2T?L0???EA2?GJc?L0?m?为

(4.4.14)

1A??d12m2JcJc4式中，A为丝杠截面积，；为丝杠的极惯性矩，

????32d14m4??；

G为丝杠切变模量，对钢G?83.3GPa；T?N?m?为转矩。

T?FmD0tan?????2

(4.4.15)

Fm式中，?为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；

为平均工作负载。本题取摩

擦系数为tan??0.0025,则??8?40??。

T?500?20?10?3?tan?3?38'?8?40???N?m?0.33N?m2

(4.4.16)

按最不利的情况取（其中

F?Fm）

pFp2T4pF16p2T?L0????EA2?GJc?Ed12?2Gd144?4?10?3?50016?4?10?3?0.33??923.14?206?10?0.017593.142?83.3?109?0.017594?3.997?10?8m

??2(4.4.17)

则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为

?L03.997?10?2?L?l?0.44??m?4.40?m?3p4?10

(4.4.18)

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通常要求丝杠的导程误差应小于其传动精度的1/2，即

[?L]?11???0.04?0.02mm?20?m22

(4.4.19)

，?L???L?该丝杠满足刚度要求。 7、效率验算

滚珠丝杠副的传动效率?为

tan?tan3?38'??96%

tan(???)tan(3?38'?8?40??)

??(4.4.20)

要求在90%～95%之间，所以该丝杠副合格。

4.5联轴器的选择

（1）类型选择

为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器。 （2）载荷计算 公称转矩

T?9.55?106P4?9.55?106N?mm?39.79?103N?mm?????????????(4.5.1)n960

有《机械设计》查得Ka=2.3，故由式得计算转矩为

Tca?KAT?2.3?39.79?103N?mm?91.517N?m????????????????????????????????(4.5.2)

（3）型号选择

从GB 4323-84中查的TL5型弹性套柱销联轴器的许用转矩为125N?m，许用最大转速为4600r/min，轴径为25～35mm之间，故合用。其余计算从略。 （4）结构设计及零件图

30?10022,8

52631,344?45

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4.6冲头的选择

(1)10～100mm，系列尺寸的一组冲头。可调尺寸冲击头采用一组冲头实现，材料Cr12MoV Cr12MoV特性

合金工具钢：Cr12MoV 标准：GB/T 1299-1985 长钢Cr12MoV适用范围 冷作模具钢，钢的淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、强度均比Cr12高。用于制造截面较大、形状复杂、工作条件繁重下的各种冷冲模具和工具，如冲孔凹模、切边模、滚边模、钢板 深拉伸模、圆锯、标准工具和量规、螺纹滚模等。 物理性能：

Cr12MoV是国标的说法，德标叫做：X165CrMoV12 化学成份：

碳 C ：1.45～1.70 硅 Si：≤0.40 锰 Mn：≤0.40 硫 S ：≤0.030 磷 P ：≤0.030 铬 Cr：11.00～12.50 镍 Ni：允许残余含量≤0.25 铜 Cu：允许残余含量≤0.30 钒 V ：0.15～0.30 钼 Mo：0.40～0.60 力学性能：

硬度 ：退火,255～207HB,压痕直径3.8～4.2mm;淬火,≥60HRC Cr12MoV用途

Cr12MoV模具钢淬透性、淬火回火后的硬度、强度、韧性比CR12高，直径为300～400mm以下的工作可完全淬透，淬火变形小，但高温塑性较差。Cr12MoV多用于制造截面较大、形状复杂、工作负荷较重的合种模具和工具。

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4.7弹簧的选择

弹簧材料的选择，应根据弹簧承受载荷的性质、应力状态、应力大小、工作温

度、环境介质、使用寿命、对导电导磁的要求、工艺性能、材料来源和价格等因素确定。

在确定材料截面形状和尺寸时，应当优先选用国家标准和部颁标准所规定的系列尺寸，尽量避免选用非标准系列规格的材料。

弹簧的工作温度升高，弹簧材料的弹性模量下降，导致刚度下降，承载能力变小。因此，在高温下工作的弹簧必须了解弹性模量的变化率（值），计算弹簧承载能力下降对使用性能的影响。按照GB1239规定，普通螺旋弹簧工作温度超过60℃时，应对切变模量进行修正，其公式为：Gt=KtG 式中G——常温下的弹性模量；Gt——工作温度t下的切变模量；Kt——温度修正系数按表2—98选取。

表4-9 温度修正系数Kt

牌号 工作温度/℃ ≤60 Kt 50CrVA 60Si2Mn 1Cr18Ni9Ti 0Cr17Ni7A1 QBe2 1 1 1 1 1 0． 96 0． 99 0． 98 0． 95 0． 95 0． 95 0． 98 0． 94 0．94 0． 94 0． 94 0． 98 0． 90 0． 92 0． 92 150 200 250 在低温下，材料的脆性对表面缺陷十分敏感，因此，对材料表面质量应严格要求。 在低温下，环境介质对材料腐蚀程度比在温室下小得多，而镀镉和镀锌易引起冷脆。

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在低温下，材料的弹性模量和膨胀系数变化不大，在设计中可以不考虑。弹簧钢制作的弹簧，硬度（即强度）的选用应依据弹簧承载性质和应力大小而定。但是，硬度高低与平面应变断裂韧性关系极大。 弹簧钢牌号及用途举例如表4-10

牌号 60、70号 85 用 途 举 例 火车车厢的螺旋弹簧，一般机器上的圆、方螺旋弹簧，小型机械的弹簧。 铁路车辆、汽车、拖拉机上承受震动的圆螺旋弹簧，板簧。 用于较大尺寸的各种扁、圆弹簧，如座垫板簧、弹簧发条、弹簧环、气门弹簧及轻载荷汽车和小汽车的离合器弹簧与制动弹簧等。 汽车、拖拉机、铁道车辆的板簧、螺旋弹簧、车辆止回阀簧及其它高应力下工作的重要弹簧。 汽车前后簧、副簧。 65Mn 55Si2M 55Si2MnB 汽车、拖拉机、铁道车汽上的板簧、螺旋弹簧，安60Si2Mn和60Si2MnA 全阀止回阀簧，制造承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧和受据烈磨损的零件。

根据以上所述选择中、小型弹簧材料为85号钢，特别是螺旋拉伸弹簧，应当优

先用经过强化处理的钢丝，铅浴等温冷拔钢丝和油淬火回火钢丝，具有较高的强度和良好表面质量，疲劳性能高于普通淬火回火钢丝，加工简单，工艺性好，质量稳定。

4.8 其他结构材料的选择

根据以上结构的设计，支架及板的宜选用Q235。 机械性能：

弹性模量（E/Gpa）：200～210 泊松比（ν）：0.25～0.33 抗拉强度（σb/MPa）：375-500 伸长率（δ5/%）： ≥26（a≤16mm）

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≥25（a>16-40mm） ≥24（a>40-60mm） ≥23（a>60-100mm） ≥22（a>100-150mm） ≥21（a>150mm）

其中 a 为钢材厚度或直径。

在板材里，是最普通的材质，属普板系列。过去的一种叫法为：A3。 执行标准：外部标准为：GB/T709-2006《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》，内部标准为：GB/T3274-2007 《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》 用途：

大量应用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D级钢还可作某些专业用钢使用。

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致 谢

在毕业论文接近末尾之时，我要衷心地感谢我们王昌龙老师，在我整个毕业设计

过程中，王昌龙老师给了我很大的帮助和细心的指导。在一个多月的毕业设计过程中，当我遇到了困难和问题时，当我们需要他的时候，王昌龙老师总是第一时间出现在我们面前，他让我们学会了以前在课堂上没有的东西。

另外，我还要特别感谢我所有的搭档，是他们给了我巨大的勇气和战胜困难的信心，在毕业设计中我们合作的很愉快，当我们遇到困难时我们一起去探讨和研究，一起去战胜它，大家也一起分享排除问题和困难后的喜悦。

同时大家也发扬我们慷慨激扬精神：特别能吃苦，特别能攻关，特别能战斗，特别能奉献 。

在此我表示真诚的感谢！

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心得体会

经过这次毕业设计，使我觉得不论从理论知识还是从实际操纵中都学到了不少知识，我想归纳起来，主要有以下四个方面：

1、经过这次毕业设计，它让我接触更多平时没有接触过的科学仪器设备、元器件以及获得相关的仪器调试经验，同时我也发现自己在这方面很多不足之处。体会到理论知识对实践有很大的指导作用，他让我知道，只有在正确的理论指引下，才能设计出合乎实际需要的硬件电路。

2、学会了高效率的查阅资料、运用工具书、利用网络查找资料。我发现，在我们所使用的书籍上有一些知识在实际应用中其实并不是十分理想，各种参数都需要自己去调整。偶而还会遇到错误的资料现象，这就要求我们应更加注重实践环节。 3、在毕业设计中，我们应当注意重点与细节的关系。 4、失败不可怕，只要不趴下，昂首向前走，希望总会有。

5、同组同学相互包容，彼此合作，取长补短，才能铸就最后的成功。

可以这样说毕业设计是对大学四年所学知识的一次运用和检阅，同时对自学能力提出很高的要求，所以平时的学习离开思考，就是严重的错误，我们学习不应该有偏科现象，各方面的知识都应该要接触，这样做才能为毕业设计打下基石。

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参考文献

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6．刘晋春，赵家齐，赵万生主编，特种加工（第4版），北京：机械工业出版社，2004

7．袁哲俊，王先逵主编．镜面和超精密加工技术．北京：机械工业出版社，2002 8．蔡颖等主编．CAD/CAM原理与应用．北京：机械工业出版社，2003

9．黄云，朱派龙编著．砂带磨削原理及其应用．重庆：重庆大学出版社，1993 10．陈永泰主编．机械制造技术实践．北京：机械工业出版社，2001

11．曾励，朱派龙主编．机电一体化系统设计，北京：高等教育出版社，2004 12．刘守勇主编．机械制造工艺与机床夹具．北京：机械工业出版社，2005 13．兰建设主编．机械制造工艺与夹具．北京：机械工业出版社，2004 14．朱淑萍主编．机械加工工艺及装备．北京：机械工业出版社，2002

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