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1、济南大学泉城学院毕业设计毕 业 设 计题 目 冲压式磨粒磨损试验机传动系统 及其三维设计 摘 要本设计是冲压式磨粒磨损试验机的传动系统,该系统主要分为两大部分。第一部分是冲压机构,另一部分是传动系统。本设计中由于冲锤要实现的是往复运动,所以需要将回转运动变成往复直线运动,冲锤的往复运动可以有很多方式实现。例如,曲柄摇杆机构,凸轮机构,等等。由于冲锤频率是比较快的,所以我们不能用凸轮机构,因为凸轮在高频率的运动中容易磨损过快。为此选用曲轴连杆机构,曲轴连杆机构设计简单并且容易设计,简单的曲轴机构不仅能适应高频率的运动,同时也不受速度变化的影响。传动系统是本设计的重中之重,本设计的重点在于要实现冲
2、动系统的变速功能。传动系统又分为两个主要功能,第一个功能是减速功能,主要是将电动机的转速减到一个合适的速度;第二个功能是变速功能。本设计中的所有传动都是靠齿轮来实现的,为了实现冲动系统的变速功能,我们采用了滑移齿轮来实现变速。本设计对以上的内容都做了详细的论述,对于此相关的设计可做依照。关键词:冲压机构 传动系统 变速 ABSTRACTThis design is the drive system of the ramjet abrasive wear testing machine, which is mainly divided into two parts. The first part
3、 is the press agency, and the other is the drive system. As the hammer, in this design is aimed to achieve the reciprocating motion, so it is necessary to make the rotary motion into reciprocating linear motion, so that the reciprocating motion of the hammer can achieve in a lot of ways, such as the
4、 crank-rocker mechanism, the cam mechanism, and so on. As the frequency of the hammer is relatively fast, we cannot use the cam, because the cam is easy to wear too fast in a movement at high frequencies. So we use the crank link mechanism, which is designed simply and easy to design. Simple crank i
5、nstitution not only can adapt to high frequency movements, but also rise superior tothe speed change. The drive system is the top priority of this design, whose focus is to achieve the function of the impulse transmission system. The transmission system has two main functions. The first is to slow d
6、own, mainly decelerate the motor an appropriate speed; the second is the speed capabilities. All of the transmission in this design is achieved by the gear. In order to achieve the transmission function of the impulse system, we use sliding gears to achieve transmission. All of the content of the ab
7、ove are particularly discussed in this design, which can be samples to the designs interrelated to this.Key words:press agency drive system transmission目 录摘 要IABSTRACTII1 前言11.1 背景和意义11.2摩擦试验机的分类11.3摩擦试验机的现状及发展趋势22冲压式磨粒磨损试验机传动系统32.1试验机工作原理32.2冲压机构的设计32.2.1曲轴的计算42.2.2连杆的计算42.3传动系统的设计62.3.1电动机的选择62.4计
8、算传动装置的运动和动力参数72.4.1传动装置的中传动比及其分配72.4.2各轴转速、输入功率、输入转矩的计算72.5传动件的设计计算(齿轮)82.5.1单级减速器齿轮的计算82.5.2轴的设计112.滚动轴承的计算152.6.1求比值152.6.2 计算当量动载荷P162.3计算轴承的寿命163 结 论17参 考 文 献18致 谢19- II -1 前言1.1 背景和意义 摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、润滑和磨损,以及三者间相互关系的理论与应用的一门交叉学科。 摩擦学研究的对象很广泛,在机械工程中主要包括动、静摩擦;零件表面受工作介质摩擦或碰撞、冲击;机械制造工艺的摩擦学问题;弹性
9、体摩擦;特殊工况条件下的摩擦学问题;深海作业的高压、腐蚀、润滑剂稀释和防漏密封等情况下的摩擦。摩擦学涉及许多学科。如完全流体润滑状态的滑动轴承的承载油膜,基本上可以运用流体力学的理论来解算。在计算摩擦阻力时则需要认真考虑油的流变性质,甚至要考虑瞬时变化过程的效应,而不能把它简化成牛顿流体。为了了解磨损的发生发展机理,寻找各种磨损类型的相互转化以及复合的错综关系,需要对表面的磨损进行全过程进行微观研究。仅就油润滑金属摩擦来说,就需要研究润滑力学、弹性和塑性接触、润滑剂的流变性质、表面形貌、传热学和热力学、摩擦化学和金属物理等问题,涉及物理、化学、材料、机械工程和润滑工程等学科。1.2摩擦试验机的
10、分类摩擦试验的目的是为了对摩擦磨损现象及其本质进行研究,正确地评价各种因素对摩擦磨损性能的影响,从而确定符合使用要求的摩擦副元件的最优参数。摩擦磨损试验研究的内容非常广泛,如探讨摩擦、磨损和润滑机理以及影响摩擦、磨损的诸因素,对新的耐磨、减磨及摩擦材料和润滑剂进行评定等。由于摩擦磨损现象十分复杂,摩擦磨损条件不同,试验方法和装置种类繁多,如何准确地获取摩擦磨损过程中的参数变化成为一个十分重要的研究课题。为了探索和验证机械工程中摩擦磨损问题的机理以及有关影响因素,在摩擦学研究中开展摩擦磨损测试技术和数据分析研究具有非常重要的作用。摩擦磨损试验机的种类繁多,分类的方式各不相同,最具代表性的分类方法
11、有苏联的一种分类法和美国润滑工程师协会的分类法。参照磨损类型的分类提出了一种按摩擦系统的结构和摩擦副的相对运动形式对摩擦磨损试验机进行分类的新方法。这种分类方法突出了摩擦元素的特点和对试验的特殊功能要求,从而便于采用设计方法学原理对试验机进行设计。这种方法将摩擦磨损试验机分成了五大类:第一类是固体固体摩擦磨损试验机这类试验机根据摩擦副的运动形态又分为5小类,即单项滑动、往复运动,旋转滑动、冲击和微动摩擦磨损试验机(根据需要可以在摩擦元素间加或不加润滑剂)。可以认为,大部分摩擦磨损试验机种都属于这一大类,它们可以重现粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和摩擦化学磨损。根据试件的磨损特性和运动特性可以
12、将其分为3小类,即三体磨粒磨损、二体磨粒磨损和动载磨粒磨损试验机。与第一类试验机相比,三体磨粒磨损试验机要在摩擦副的摩擦面上加磨粒。固定磨粒磨损试验机的摩擦副的一边是固定磨粒(一般都采用砂布盘),另一边则可设计成各种不同形式,其特例是研究单个磨粒磨损的试验机。第二类是固体固体加磨粒(或固体磨粒)的试验机,统称为磨粒磨损试验机第三类是固体液体加磨粒(或固体液体)的试验机该类试验机的最大特点是使含磨粒(或不含磨粒)的液体冲刷固体表面,因而其关键是要在试件表面形成具有一定流速的液流。通常利用泵、势能和离心力来实现这种目的。从相对运动的原理出发,也可以让试件相对于液体运动。液流和试件形成的冲击角是一个
13、重要参数,通常要求可调。第四类是固体气体加磨粒的试验机其功能是使含磨粒的气流去冲刷固体表面。作为这类试验机的特例是单颗磨粒冲击装置。这种试验机有以下三种形式:供气系统加磨粒试件;高速运动的试件加供给的磨粒。利用离心力抛出磨粒。第五类是除了以上所述之外的特殊摩擦磨损试验机可控载荷、可控气氛、高温或低温磨损试验机均可归入此类。这类试验机在摩擦过程中摩擦元素所受的载荷是变化的。可控气氛摩擦磨损试验机有抽真空、通入或不通入特种气体和控制或不控制湿度等特殊要求。密封问题对这类试验机而言十分重要,非接触式传动磁力传动在这类试验机上也得到了充分的应用。高温或低温摩擦磨损试验机要求在高温或低温下工作,因而需要
14、考虑高温隔热和低温防护,其选材也要能够满足高温或低温要求。1.3摩擦试验机的现状及发展趋势由于实际摩擦的环境可能千变万化,而进行摩擦试验要模拟实际的摩擦系统,在试验室再现摩擦现象及其规律性,以便对各参数进行观察测量,因此,设计一个满足要求的试验机成为很多人研究的课题。相信随着研究领域的不断扩大,各种环境不同的需要,很多新型的试验机也将同样随之不断的涌现出来。2冲压式磨粒磨损试验机传动系统2.1试验机工作原理图2.1 试验机的传动示意图2.工作情况:已知条件试验机所能实现的主要功能包括:(1) 试验机采用3相380V、50Hz的电源供电,利用电动机带动;(2) 试验机的冲锤做往复运动,从而得到冲
15、击载荷。冲击功可以改变;(3) 冲击次数可以随着主轴转速的调整而得到改变,要求冲锤的冲击次数可以在以下范围内调整:50、100、150、200次/分。已知数据:(1) 冲击功:0-5焦耳;(2) 冲锤质量:100牛顿;(3) 冲击频率:50、100、150、200次/分。2.2冲压机构的设计任务书中要求试验机的冲锤能够做往复运动,同时能够改变冲锤的频率,所以为了满足任务书中的要求,实现相应的功能,做如下设计:由于冲锤要实现的是往复运动,所以需要将回转运动变成往复直线运动,冲锤的往复运动可以有很多方式实现。例如,曲柄摇杆机构,凸轮机构,等等。任务书中规定的冲锤频率是比较快的,所以我们不能用凸轮机构,因为凸轮在高频率的运动中容易磨损过快。为此我们联想到汽车发动机的汽缸,汽缸的运动频率是非常快的,而且可以适应不同的速度变化。所以选用曲轴机构,曲轴设计简单并且容易设计,简单的曲轴机构不仅能适应高频率的运动,同时也不受速度变化的影响。2.2.1曲轴的计算因为冲锤所做的功在0-5J内,最大转速200r/min,最小50