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畢業(yè)設計（論文）
題目： 加速度過載模擬實驗臺設計
院( 系 ) 航空與機械工程學院
專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化
班級學號 078105234
學生姓名 鄢馳
指導教師 許瑛
二O一一 年 六 月
畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目 加速度過載模擬實驗臺設計
專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化
班 級 學 號 078105234
學 生 姓 名 鄢馳
指 導 教 師 許瑛
填 表 日 期 2011 年 04 月 10 日
一、選題的依據(jù)及意義：
導彈等飛行器特別是對空發(fā)射等高質(zhì)量、高精度的武器，它們有很高的要求：要有很好的機動性能，導彈的機動性能越好，要求它的整體結構強度就越高，承受機動過載能力越強，發(fā)動機的結構性能要求越高，像這種高科技武器，一般是要求沒有質(zhì)量問題，所以我們在生產(chǎn)使用前必須對一些參數(shù)進行實驗性測試，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)，因此我們必須設計出相關的儀器來測試出其參數(shù)。導彈在機動過載的情況下其殼體的受力比較復雜，它會受到很多方面的影響。主要有導彈的主翼壓心（F主）、質(zhì)心（F質(zhì)）及尾翼壓心（F尾）。實踐證明如果導彈發(fā)動機只做地面普通熱試車試驗，不研究在法向加速度作用下的性能，可能會導致導彈在機動飛行中失效。為保證導彈的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，必須設計和制作一套地面過載熱試車系統(tǒng)，對導彈在法向加速度作用下的性能進行評價，用于指導產(chǎn)品設計和質(zhì)量控制。
所以，綜上所述，設計的機器不僅要能滿足地面的普通的熱試車試驗，而且還要能在法向加速度作用下對飛行器進行性能的檢測，不至于導彈在機動飛行中失效。
二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：
導彈是20世紀40年代開始出現(xiàn)的武器。第二次世界大戰(zhàn)后期，德國首先在實戰(zhàn)中使用了V-1和V-2導彈,從歐洲西岸隔海轟炸英國。V-1是一種亞音速的無人駕駛武器，射程300多公里,很容易用殲擊機及其他防空措施來對付。V-2是最大射程約320公里的液體導彈，由于可靠性差及彈著點的散布度太大，對英國只起到騷擾的作用,作戰(zhàn)效果不大。但V-2導彈對以后導彈技術的發(fā)展起了重要的先驅(qū)作用。
導彈的氣動布局是這樣設計的：在導彈的紅外導引頭之后，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} 對副翼，與自由滾轉(zhuǎn)的尾部一起實現(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，以在導彈進行大過載機動時對彈體后段起加強作用。因為在攻擊末段，固體發(fā)動t;J!O%L(kk機已快燃燒完，彈體后段實際上是一個空殼，如果沒有這些翼板，在導彈進行大過載機動*v A^\J0t%x:Q時，彈體可能由于應力作用而解體。據(jù)認為，巨蟒4導彈可承受的最大加速度過載高達70g，而美國的AIM9M卻只有35g。
三、研究內(nèi)容及實驗方案：
研究內(nèi)容：
1、了解該課題的特點以及發(fā)展狀況
2、傳動系統(tǒng)方案的設計、比較與確定
3、各零件設計、選擇、計算以及圖紙的初步繪制
4、工件的夾緊方案的設計、比較與確定
5、與生產(chǎn)部門討論加工問題
實驗方案：
方案一、用同步帶傳動，圓盤式轉(zhuǎn)盤，使用8根支撐柱結構，工件采取傾斜擺放方式，整機高度較高
方案二、用同步帶傳動，圓盤式轉(zhuǎn)盤，使用8根支撐柱結構，工件采取傾斜擺放方式，整機高度較低， 但不利于拆卸
方案三、用齒輪傳動，轉(zhuǎn)盤結構為圓盤帶轉(zhuǎn)臂式，夾具直接裝在轉(zhuǎn)臺上，取消剎車系統(tǒng)，整機高度下降
四、目標、主要特色及工作進度
目標：要滿足地面普通熱試車試驗，在法向加速度作用下對飛行器進行性能檢測，不至于導彈在機動飛行中失效。
主要特色：1.課題與生產(chǎn)實際緊密結合；
2.結構簡單、較好的制造工藝、傳動效率高、過載的環(huán)境下能夠自我保護、測量角度范圍大、風阻方面考慮周到。
工作進度：
1、開題報告 3月31日
2、總體方案設計 4月20日
3、零部件的結構設計 5月11日
4、計算與強度校核 5月29日
5、外文資料翻譯 6月4日
五、參考文獻
[1]孫桓等主編.機械原理.高等教育出版社，2001
[2]濮良貴等主編.機械設計.高等教育出版社，2001
[3]成大先主編.機械設計手冊.化學工業(yè)出版社，1997
[4]曹維慶等主編.機械設計.機械工業(yè)出版社，2000
[5]Shigley J E,Uicher J J.Theory of machines and mechanisms.New York: McGraw-Hill Book Company,1980
發(fā)動機過載模擬實驗臺
學生姓名：鄢馳 班級：078105234
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
導師姓名及職稱：許瑛 教授
論文起止年月：2011年3月至2011年6月
摘要：隨科技的進步，世界各國對導彈的機動性能要求越來越高，但導彈在過載飛行過程中的受力比較復雜，為保證導彈產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，不會在機動過載飛行中失效，因而需要一種地面模擬裝置，模擬導彈發(fā)動機飛行的過載。所以設計了發(fā)動機過載模擬實驗臺。
發(fā)動機過載模擬實驗臺是通過傳動系統(tǒng)使固定在旋轉(zhuǎn)架上的發(fā)動機轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生離心力，在過載情況下測試其某些性能參數(shù)的變化情況的機器。通過離心機可以實現(xiàn)發(fā)動機內(nèi)的彈道參數(shù)、離軸加速度、殼體應變以及溫度等的測量。
根據(jù)上述思想和原理，圍繞方案的可行性、工藝制造的簡捷性以及盡可能的低成本方面考慮，最后得出現(xiàn)行方案。本設計已通過生產(chǎn)部門確認，為此后的制造加工奠定了基礎。
關鍵詞：發(fā)動機 實驗 旋轉(zhuǎn) 離心加速度 設計
指導教師簽名：
日期：
Overload simulation laboratory bench of the engine
Student's name: yanchi Class：078105234
Speciality: The machinery design and automatic technology
Tutor's name and professional title: Professor Xu Ying
Thesis start-stop date: From March of 2011 to June of 2011
Abstract: With the advancements of technology, the world of the missile’ s maneuverability increasingly high demand. However, the missiles are flying off course by the relatively complex. Missile products to ensure the quality and reliability, tactical not overload failure in flight, As a result, Need a kind of ground to imitate the device which imitate the guided missile to launch the machine flight of over carry。Therefore, The overload simulation laboratory bench of the engine has been designed.
The overload simulation laboratory bench of the engine is through the transmission system 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 launch machine and leave the stalk acceleration, hull adapts to changes and the diagraph that temperature wait.
According to the above thought and the principle, revolve the plan of feasibility, craft manufacture simple and as far as possible low cost aspect considered, finally obtains the present plan. This design confirmed through the production department, and for hereafter the manufacture processing has laid the foundation.
Key words: The engine Experiment Revolves
The centrifugal acceleration Design
The signature of the adviser:
Date:
南昌航空大學科技學院士學位論文 1 目錄 一 前 言 1.1 選題的意義 ..........................................................................................................1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況 ................................................................................................2 1.3 論文的主要內(nèi)容 ..................................................................................................3 1.4 本設計的特點： ...................................................................................................4 二 實驗臺的方案設計與選擇 2.1 原始數(shù)據(jù)及技術要求 ...........................................................................................5 2.1.1 待測發(fā)動機數(shù)據(jù) ...............................................................................................5 2.1.2 實驗臺技術參數(shù) ...............................................................................................5 2.1.3 轉(zhuǎn)臺運動控制 ...................................................................................................5 2.2 總體方案的設計 ..................................................................................................5 2.2.1 方案 1 ................................................................................................................5 2.2.2 方案 2 ................................................................................................................7 2.2.3 方案 3 ................................................................................................................8 2.3 方案選擇 .............................................................................................................10 2.3.1 方案的特點 ......................................................................................................10 2.3.2 各方案之間的比較與選擇 .............................................................................12 三 設計計算和校核 3.1 電動機的選擇： .................................................................................................13 3.1.1 選擇電動機類型和結構型式 ..........................................................................13 3.1.2 選擇電動機的容量 .........................................................................................13 3.1.3 確定電動機轉(zhuǎn)速 ..............................................................................................14 3.1.4 電動機的安裝 .................................................................................................15 3.2 V 帶的選擇與計算 .............................................................................................16 3.2.1 傳動方式的比較和選用 ..................................................................................16 3.2.2 計算 .................................................................................................................16 3.3V 帶輪的設計 ......................................................................................................19 3.3.1V 帶輪設計的要求 ...........................................................................................19 3.3.2 帶輪的材料 ......................................................................................................20 3.3.3 結構尺寸 ..........................................................................................................20 3.3.4V 帶輪的形狀和尺寸設計 ...............................................................................20 3.4 聯(lián)軸器的選擇和校核 .........................................................................................21 3.4.1 用途 ..................................................................................................................21 3.4.2 特點與選擇 .....................................................................................................21 3.4.3 校核 ..................................................................................................................22 3.5 軸承的選擇 .........................................................................................................22 3.5.1 概述： ..............................................................................................................22 南昌航空大學科技學院士學位論文 2 3.5.2 特點與選擇 ......................................................................................................22 3.6 鍵的選擇和校核 .................................................................................................23 3.6.1 概述 ..................................................................................................................23 3.6.2 旋轉(zhuǎn)平臺與被動帶輪的鍵的選擇和校核 ......................................................24 3.7 旋轉(zhuǎn)平臺的設計與校核 ....................................................................................24 3.7.1 概述： .............................................................................................................24 3.7.2 旋轉(zhuǎn)平臺的設計與校核計算 ..........................................................................25 四 零部件的外形結構設計 4.1 總體裝配圖 .........................................................................................................31 4.1.1 圖形 ..................................................................................................................31 4.1.2 基本數(shù)據(jù) ..........................................................................................................31 4.2 支撐定架 ............................................................................................................32 4.2.1 圖形 ..................................................................................................................32 4.2.2 基本數(shù)據(jù) ..........................................................................................................32 4.3 定軸 .....................................................................................................................33 4.3.1 圖形 ..................................................................................................................33 4.3.2 基本數(shù)據(jù)： ...................................................................................................33 4.4 旋轉(zhuǎn)平臺： ........................................................................................................34 4.4.1 圖形 ...............................................................................................................34 4.4.2 基本數(shù)據(jù)： ...................................................................................................34 4.5 軸承半蓋： ......................................................................................................35 4.5.1 圖形： ...........................................................................................................35 4.5.2 基本數(shù)據(jù)： ...................................................................................................35 4.6 集流環(huán)套： ......................................................................................................36 4.6.1 圖形： ...........................................................................................................36 4.6.2 基本數(shù)據(jù)： .....................................................................................................36 4.7 集流環(huán)接頭： ....................................................................................................37 4.7.1 圖形： ...........................................................................................................37 4.7.2 基本數(shù)據(jù)： ...................................................................................................37 4.8 安裝圓板： ......................................................................................................38 4.8.1 圖形： ...........................................................................................................38 4.8.2 基本數(shù)據(jù)： ...................................................................................................38 五 潤滑方式的對比及選擇 5.1 潤滑油和潤滑脂的比較 .....................................................................................39 5.2 潤滑劑的選擇 ....................................................................................................39 六 夾緊方案的設計與選擇 6.1 工件的夾緊的要求 .............................................................................................40 6.2 方案的比較 ........................................................................................................40 6.2.1 方案 1 ..............................................................................................................40 南昌航空大學科技學院士學位論文 3 6.2.2 方案 2 ...............................................................................................................41 6.2.3 兩種方案的比較 ..............................................................................................42 小結 ..................................................43 致謝 ..................................................44 參考文獻 ...............................................45 外文翻譯 ...............................................46 南昌航空大學科技學院士學位論文 1 一 前 言 1.1 選題的意義 導彈等飛行器特別是對對空發(fā)射等高質(zhì)量、高精度的武器，它們有很高的要求： 要有很好的機動性能，導彈的機動性能越好，要求它的整體結構強度就越高，承受 機動過載的能力越強，發(fā)動機的結構性能就要求越高，像這種高科技武器，一般是 要求沒有質(zhì)量問題，所以我們在生產(chǎn)使用前必須對一些參數(shù)進行實驗性測試，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， 我們必須設計出相關儀器來測試出其參數(shù)。導彈在機動過載情況下其殼體的受力比 較復雜，它會受到很多方面的影響：導彈在機動過載情況下其殼體的受力比較復雜， 假設導彈的主翼壓心（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。如果控制導彈的俯仰、偏航是由 F 尾（F 尾可能是尾翼、燃氣舵或柔性噴管 等產(chǎn)生的側向力）來實現(xiàn)的，導彈在有大的離軸角度變向（如抬頭）時其飛行軌跡 如圖 1-1。 圖 1-1 導彈機動過載下的受力簡圖 導彈在機動過載情況下產(chǎn)生的法向加速度對發(fā)動機的影響為： 1） 法向加速度對導彈機械結構的影響 一般機動性能好的導彈過載高達幾十個 g，在這種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（與導彈長度有關） 。很顯然這么大的變形 勢必影響發(fā)動機結構強度，甚至彈體可能會被折斷；同時大變形也可能引起絕熱層 的脫粘等，增加了發(fā)動機著火、燒穿等的可能性。 2 ） 法向加速度對導彈發(fā)動機內(nèi)流場的影響 南昌航空大學科技學院士學位論文 2 法向加速度造成彈體的變形改變了發(fā)動機內(nèi)部空間，內(nèi)流場有很大變化，特別 是在發(fā)動機的后部形成折射使該處能量相對聚集，加速了此處絕熱層的沖刷和燒蝕， 增加了發(fā)動機燒穿的可能性。 法向加速度造成發(fā)動機燃燒室內(nèi)的燃燒產(chǎn)物（特別是凝聚相組份）會沿著法向 方向有相對運動。也就是說此刻的內(nèi)流場中燃燒產(chǎn)物分布的密度有很大差別，發(fā)動 機燃燒室內(nèi)法向方向一側凝聚相產(chǎn)物的密度要大大高于另一側，這種現(xiàn)象又加速了 這側的燒蝕。 法向加速度對導彈的影響結果如圖 1-2 所示。 圖 1-2 法向加速度對導彈的影響示意圖 實踐證明如果導彈發(fā)動機只做地面普通熱試車試驗，不研究在法向加速度作用 下的性能，可能會因此而導致導彈在機動飛行中失效。為保證導彈的產(chǎn)品的質(zhì)量和 可靠性，必須設計和制作一套地面過載熱試車系統(tǒng)，對導彈在法向加速度作用下的 性能進行評價，用于指導產(chǎn)品設計與質(zhì)量控制。 所以，綜上所述，設計的機器不僅要能滿足地面的普通的熱試車試驗，而且還 要能在法向加速度作用下對飛行器進行性能的檢測，不至于導彈在機動飛行中失效。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況 1 國內(nèi)： 從目前我們在這方面的發(fā)展來看：總體上是逐步地向前發(fā)展的。從解放 之初到現(xiàn)在，導彈的發(fā)射技術在這方面我們從一窮二白的基礎上到現(xiàn)在的 100 多顆 各式各樣的衛(wèi)星的升空無不體現(xiàn)出我門在這方面的成就，就如同我們的經(jīng)濟一樣， 一直持續(xù)穩(wěn)步地前進，我國也逐漸成為衛(wèi)星的發(fā)射大國，還有載人飛“太空之旅” 的成功，從此，我們應可以知道，我們在模擬控制方面取得了不少的成就。但是我 們同樣看到發(fā)展是困難重重的。目前，面臨世界各國的在這方面的大量投入，我國 南昌航空大學科技學院士學位論文 3 也必須在這方面努力，我國一直在加大這方面的投入，特別是在近兩年表現(xiàn)的尤為 突出?？梢哉f目前的現(xiàn)狀是：雖然取得了不少的成績，但發(fā)展步伐不是很快，我們 必須加快加大步伐向前走。 2 國外： 相對而言，國外在這方面，不管是發(fā)展歷史、還是成績都叫我國要長大。 在上個世紀的四五十年代，諸如美國、蘇聯(lián)等軍事強國在這方面就已經(jīng)取得了巨大 的成就，他們的衛(wèi)星比我國發(fā)射得更遠，載人飛船早就已經(jīng)登上了月球。經(jīng)過近 50 年的發(fā)展，可以說更始上了一個臺階。所以我們要看到他們的長處，利用盡可 能利用的資源來發(fā)展這方面。 世界上到目前為止只有少數(shù)國家完全掌握固體發(fā)動機研制、生產(chǎn)、實驗中的全 部技術，中國在世界排名大概 5-6 位， 和美國，俄羅斯等國家都很大的差距。這 些國家在這方面的技術非常的先進，不過從目前掌握的情況來分析，尚無立式固體 發(fā)動機的過載模擬實驗臺 1.3 論文的主要內(nèi)容 1.了解該課題的特點以及發(fā)展狀況； 了解加速度過載實驗臺的結構特點、傳動原理，為設計出好的方案奠定基石； 了解國內(nèi)外的發(fā)展情況，參考有價值的經(jīng)驗和產(chǎn)品，以求設計出功能更健全， 結構更簡便的實驗臺。 2.傳動系統(tǒng)方案的設計、比較與確定； 擬定幾個系統(tǒng)方案，充分理解各個方案的優(yōu)缺點，對比這些優(yōu)缺點，選出 更符合實際，能充分滿足要求的的方案，為具體的零部件設計確定方向。 3.各零件設計、選擇、計算以及圖紙的初步繪制； 按選定好的方案，具體設計各個零部件的尺寸，材料的選用，制造方法等， 并初步繪制出裝配圖。 4.了解電動機、的軸承等的市場價格以及各零件的市場加工成本； 了解設計中需要的成品件的價格，比如電動機，軸承，鍵，螺栓等，同時 也要了解其他設計的零件的加工成本，從而估算設計產(chǎn)品的總體成本，盡量選 用符合條件的低成本零件和成品件，以求充分節(jié)約成本。 5.與生產(chǎn)部門討論加工問題、圖紙的修改以及商定加工成本。 聯(lián)系生產(chǎn)部門，根據(jù)這些生產(chǎn)部門的具體生產(chǎn)能力，適當?shù)男薷暮吞鎿Q不 能加工的零件的圖紙，同時與生產(chǎn)部分商定加工成本，以最終確定總的加工成 南昌航空大學科技學院士學位論文 4 本。 6.工件的夾緊方案的設計、比較與確定。 設計出幾套發(fā)動機夾緊方案，充分理解各個方案的優(yōu)缺點，對比這些優(yōu)缺 點，選出更符合實際，能充分滿足要求的的方案，以求能更方便的對發(fā)動機進 行安裝和更精確的測量所需參數(shù)。 7．外文翻譯。 獨立翻譯一篇關于機械方面的英文文章，鍛煉獨立翻譯英文能力。 1.4 本設計的特點： 1.結構簡單、成本低廉； 2.零件的制造工藝簡單； 3.良好的安全性能； 4.可以實現(xiàn)單臺或雙臺發(fā)動機的過載模擬； 5.試件在固定角度下測試； 6.不作點火實驗； 7.可對不同尺寸的試件進行測量。 8.針對機械部分的設計 南昌航空大學科技學院士學位論文 5 二 實驗臺的方案設計與選擇 2.1 原始數(shù)據(jù)及技術要求 2.1.1 待測發(fā)動機數(shù)據(jù) 本試驗臺應該適應以下發(fā)動機試驗要求： 過載模擬（單臺或雙臺發(fā)動機） 發(fā)動機不點火試驗 發(fā)動機長度：小于 1200mm 發(fā)動機直徑：90 ～120mm 發(fā)動機重量：15 ～ 20kg 2.1.2 實驗臺技術參數(shù) 最大離心加速度：70g 旋轉(zhuǎn)架承載能力：大于 1500N 2.1.3 轉(zhuǎn)臺運動控制 轉(zhuǎn)臺采用變頻調(diào)速方式，技術指標： 旋轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速：小于 300r/min 旋轉(zhuǎn)架啟動平穩(wěn)時間：180S 電機額定功率：5.5KW 上面裝有壓力應變片，并且配有控制箱 具有安全措施保障人員安全 2.2 總體方案的設計 2.2.1 方案 1 方案圖： 南昌航空大學科技學院士學位論文 6 圖 2-1 方案 1 總圖 組成： 1.支撐定架 ；2.帶輪傳動； 3.旋轉(zhuǎn)平臺；4.旋轉(zhuǎn)支架； 5.剎車系統(tǒng) ；6.定 軸； 7.減震系統(tǒng)；8.安裝系統(tǒng)； 9.軸 承 ；10.底 座； 傳動路線及裝夾方案分析： 傳動路線：21—22—20—19—14—10--8 即電動機啟動，通過聯(lián)軸器帶動減速器轉(zhuǎn) 動，減速器通過帶輪和 V 帶帶動旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動， ，固定在旋轉(zhuǎn)平臺上的發(fā)動機隨旋轉(zhuǎn) 平臺一起轉(zhuǎn)動。 夾具方案：用了三處加緊裝置，上夾緊裝置和中夾緊裝置是通過方形板塊把工件和 旋轉(zhuǎn)軸連接在一起，采用的是螺栓聯(lián)接。下夾緊裝置也是通過螺栓聯(lián)接把把工件的 底部和承力塊固定住，承力塊則是通過螺栓聯(lián)接固定在旋轉(zhuǎn)臺上，于是這樣就解決 了工件的裝夾。 實體圖： 南昌航空大學科技學院士學位論文 7 圖 2-2 方案 1 實體圖 2.2.2 方案 2 方案圖： 圖 2-3 方案 2 總圖 組成： 1.集流環(huán)套； 2.測控設備； 3.集流環(huán) ； 4.夾 具； 5.定 軸； 6.夾緊裝置； 7.旋轉(zhuǎn)平臺； 8.推力軸承； 9.底 座； 10.帶 輪； 11.軸承半蓋；12.角接觸軸承； 21.電 機； 南昌航空大學科技學院士學位論文 8 傳動路線及裝夾方案分析： 傳動路線：22—21—20—19—10—7—6 即即電動機啟動，通過聯(lián)軸器帶動減速器轉(zhuǎn) 動，減速器通過帶輪和 V 帶帶動旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動， ，固定在旋轉(zhuǎn)平臺上的發(fā)動機隨旋 轉(zhuǎn)平臺一起轉(zhuǎn)動。 夾具方案：用了二處加緊裝置，上夾緊裝置采用分離的兩個夾緊半蓋，并利用螺栓 螺母聯(lián)接來固定發(fā)動機，夾緊裝置和撐桿焊接在一起，撐桿則通過其焊有的底座被 螺栓螺母上緊而被固定在旋轉(zhuǎn)平臺上。下夾緊裝置也是采用分離的兩個夾緊半蓋通， 并利用螺栓螺母聯(lián)接把把工件的底部和承力塊固定住，下夾緊裝置和承力塊通過銷 軸和開口銷聯(lián)接，承力塊則是通過螺栓聯(lián)接固定在旋轉(zhuǎn)臺上，于是這樣就解決了工 件的裝夾 實體圖： 圖 2-4 方案 2 實體圖 2.2.3 方案 3 方案圖： 南昌航空大學科技學院士學位論文 9 2-5 方案 3 總圖 組成： 1.箱 體； 2.集流環(huán)； 3.角接觸球軸承； 4.大轉(zhuǎn)動軸； 5.大錐齒輪； 6.套 筒； 7.箱體蓋； 8.大軸承蓋； 9.拉 桿； 13.旋轉(zhuǎn)架； 19.套 杯； 20.圓錐滾子軸承； 22.小軸承蓋； 24.齒輪軸； 29.箱體底蓋； 31.連接塊 傳動路線及裝夾方案分析： 傳動路線：24—5—4—13 即電機通過聯(lián)軸器帶動齒輪軸轉(zhuǎn)動，通過齒輪傳動與齒輪 軸配合的齒輪通過鍵聯(lián)接帶動垂直方向的軸轉(zhuǎn)動，再帶動旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動。然后是固定 在旋轉(zhuǎn)臺上的發(fā)動機隨轉(zhuǎn)臺一起轉(zhuǎn)動。 夾緊方案：將夾具直接裝在轉(zhuǎn)臺上，通過一個 90°的調(diào)角架來實現(xiàn)的，上面同時安 裝刻有刻度的分度盤，測量的角度可以直接讀出來。 實體圖： 圖 2—6 方案 3 實體圖 南昌航空大學科技學院士學位論文 10 2.3 方案 選擇 2.3.1 方案的特點 2.3.1.1 方案一的特點 方案一的主要特色是：結構簡單、拆裝方便、較好的制造工藝，并且使用同步 帶的傳動可以提高傳動效率，在過載的環(huán)境下能夠起到自我保護作用，提高了使用 的安全性能，并且可以能夠較好的滿足設計的要求性能。同時在 8 根支撐柱的支撐 作用下，可以承擔相當大的軸向載荷，這也為在實驗臺的安全性能方面起到了很重 要的穩(wěn)定作用，因為在軸向方向的力還是很大的，使用支撐柱而不是用箱體結構也 不影響使用帶的傳動方式的使用。其二，使用空心軸的同時不僅能夠滿足引出線的 目的，同時也提高了軸的抗扭強度。其三、在測試件這一塊，也有別于以往的水平 和垂直放置的相對單一的擺放方式，但是同時這也對設計提出了更高的要求，因為 還有考慮剃度加速度對測試件的影響。因此，可以說這套設計方案還是有其獨特的 地方。但是，也存在不少問題：第一、其中使用帶的傳動方式就有很大的問題，雖 然能夠一定程度上的自我保護，但是卻也會造成當載荷稍大于一定值時，就會就出 現(xiàn)帶無法帶動帶輪的情況，無辦法實現(xiàn)傳動，這嚴重影響了測試件的測量范圍；第 二、由于體積龐大，高度上近三米，這不僅會對造成隱患。因為高度過高，會造成 整體受力的平衡性很難得到保證，一定程度上的搖擺不定，同時這樣的設計回會對 零部件的性能提出很高的要求，無形中也提高了成本。再者，也要求在安裝該機器 的地方征用很大的空間，無形中造成了成本的上升。第三、大軸承的使用也會造成 一些不必要的麻煩，首先在無形中增加了制造成本，根據(jù)市面上提供的數(shù)據(jù)顯示， 這樣的一個軸承在價格將近 2 萬，同時我們還得考慮運輸費用、安裝的問題所帶來 的一系列費用。還有個最大的缺點就是當實驗時風阻特別大，測量角度很有限。因 此這樣的選用有待進一步論證，在能不使用的情況下我們盡量不是用。 2.3.1.2 方案二的特點 方案二除擁有方案一的特色：結構簡單、拆裝方便、較好的制造工藝，并且使 用同步帶的傳動可以提高傳動效率，在過載的環(huán)境下能夠起到自我保護作用，提高 了使用的安全性能，同時在 8 根支撐柱的支撐作用下，可以承擔相當大的軸向載荷 外，由于高度和夾緊裝置的簡化，在風阻方面進行了很大的改進，測量的穩(wěn)定性也 得到很大的提高，對零件性能的要求反而降低了，取消了剎車系統(tǒng)，簡化了整體結 南昌航空大學科技學院士學位論文 11 構，同時對可測量的角度范圍也大大增加了，而且可以調(diào)整待測發(fā)動機離旋轉(zhuǎn)平臺 中心的位置，這點是一方案所不能做到的，但是因為這套方案需要很多套夾具，并 且要在旋轉(zhuǎn)平臺上打上幾組螺孔和銑兩個長通槽（以適應多角度和多位置測量） ，但 測量的角度還是比較有限，所以在測不同角度時，可能需要更換夾具，這樣給拆卸 方面帶來不便，根據(jù)其機構仍然得使用特制軸承，這樣的話成本仍然很高。 2.3.1.3 方案三的特點 1 轉(zhuǎn)盤的結構，從圓盤式變成圓盤帶轉(zhuǎn)臂式； 轉(zhuǎn)盤的修改主要從三個方面來考慮：① 能節(jié)省材料，降低成本。在減少了材料 后首先肯定會降低成本，我們將通過鑄造的形式來形成這樣的形狀，這樣就能節(jié)省 很多的材料。② 降低對下支撐架的性能要求，由于根據(jù)這個設計要求，還是有相 當?shù)闹亓浚@樣對支撐件和軸承等受力大的零部件有很大的要求，若能在這一塊降 低，都能為零部件的加工提供方便。③ 降低扭矩：過大的盤在高速的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下 會產(chǎn)生很大的扭矩，這樣很容易對零部件造成破壞，因此盡可能降低盤的直徑以降 低其產(chǎn)生的扭矩就成為該設計的更改的源動力。 2 夾具：將夾具直接裝在轉(zhuǎn)臺上； 該夾具相對原先的固定架的特點是：結構簡單、成本低廉、拆裝方便。并且可以 實現(xiàn)任意角度的測量，為測試在不同的角度狀態(tài)的試件或是同一試件在不同的角度 狀態(tài)下的測試提供了方便，它的這項功能主要是通過一個 90°的調(diào)角架來實現(xiàn)的， 上面同時安裝刻有刻度的分度盤，測量的角度可以直接讀出來。這套方案不僅可以 在不同角度下測量，同時也可以在不同位置對工件的性能進行測量，在轉(zhuǎn)臂上開了 兩邊對稱的方槽，并在方槽兩邊打了好幾個孔，并且孔與孔之間是相通的，以便在 不同位置測量時的移動，同時也在拆卸方面進行了很大的改良。而且相對而言，這 種夾具的設計體積小、重量輕，這樣不僅可以減少材料的使用而且同時也降低了對 大軸承和支撐件的性能要求。 3 剎車系統(tǒng)：由原先的有剎車系統(tǒng)到取消剎車系統(tǒng)； 剎車的作用：剎車系統(tǒng)原本是想在發(fā)生過載或是意外的情況下能夠及時的停機， 以免造成不必要的損失和提高安全性。 取消的理由：現(xiàn)在的理解是在這么快的旋轉(zhuǎn)速度下，若是使用剎車系統(tǒng)，不僅在 剎車的過程中會零件造成破壞，更有甚者還可能造成在零件的破壞后的飛濺。 4 整機高度：高度從 3167㎜降到 1800㎜； 原因：整機的高度從 3167㎜降到 1800㎜，在機器的高速旋轉(zhuǎn)過程中會有很大的 扭矩，這對機器的穩(wěn)定的性能會有很大的影響，特別在結構越大的情況下表現(xiàn)得更 南昌航空大學科技學院士學位論文 12 加明顯。因此高度的降低的優(yōu)點是顯而易見的：首先我們可以通過分析整機的穩(wěn)定 性方面來考慮，開始的整機高度是超過 3000㎜，不論是從支撐件是否能夠很好的起 到支撐作用，是否能夠在這么高的結構中仍能保持良好的性能，其次還是從易發(fā)生 傾倒的角度以及結構的穩(wěn)定性方面來考慮，整機高度能夠越低越好，況且整機的高 度越高，同時也會安裝板還有地基的性能提出了更高的要求，這都是盡量要避免的。 5 帶傳動改為齒輪傳動； 齒輪傳動的主要特點是效率高、結構緊湊、工作可靠、壽命長、傳動比穩(wěn)定。在 常用的機械傳動中，齒輪傳動的效率最高，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小，在 設計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命高達 10 年以上。 根據(jù)上述帶傳動的特點以及各方面考慮，顯然齒輪傳動要好一些。 6 軸承的成本大大降低 此方案的軸承受力不是很大，不用進行特制軸承，選用一般的軸承就能滿足要 求，現(xiàn)在用的軸承成本好像是在 450 元左右，與前面的成本相比，簡直是天壤之別。 。但這種旋轉(zhuǎn)臺由于結構尺寸的限制只適合用于小測試件的測試。 2.3.2 各方案之間的比較與選擇 這幾個方案的設計，不論是從樣式上還是從性能上，都能較好的滿足要求。而 且各有各自的獨特之處和局限性。方案三較之于前兩個方案在整體結構緊湊性、測 量角度、整體結構穩(wěn)定性和降低制造成本方面的確有很大的改進，但結構緊湊也對 各個零部件在精度等方面提出更高工藝要求，而且基于其結構尺寸它的測量范圍較 小，只適合測量小測試件，在這點上不及前兩個方案；方案二除了有方案一的特色 外，在風阻方面進行了很大的改進，可測量的角度范圍也大大增加了。綜合考慮， 方案二更加合理些。 南昌航空大學科技學院士學位論文 13 三 設計計算和校核 3.1 電動機的選擇： ]2[ 3.1.1 選擇電動機類型和結構型式 Y 系列籠型三相異步交流電動機由于構造簡單，制造、使用和維修方便，價格 便宜，并且具有效率高、起動轉(zhuǎn)矩大等特點，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣 體的一般場所和無特殊要求的機械上。Y 系列三相異步電動機是籠型轉(zhuǎn)子電動機， 按照國際電工委員會（IEC）標準設計的，具有國際互換性的特點。其中 Y 系列 （IP44）電動機為一般用途全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，具有防止灰塵， 鐵屑或其它雜物侵入電動機內(nèi)部的特點，B 級絕緣，工作環(huán)境溫度不超過+40C，相 對濕度不超過 95%，額定電壓 380V，頻率 50Hz。適用于拖動無特殊要求的機械上， 如機床、泵、風機、運輸機、攪拌機、農(nóng)業(yè)機械等。 3.1.2 選擇電動機的容量 3.1.2.1 電動機工作時所需的功率 Pd： 由《機械設計指導 》P8.式（1—1）)(kWPwd?? 式中： ——工作機所需的功率，w )(k ——電動機到工作機間的傳動總效率。 工作機所需的功率 :wP 資料：《機械設計指導 》P9.式（1—3）)(950kWnT?? 式中：T——工作機的阻力矩， ；mN? ——工作機的轉(zhuǎn)速，wninr 工作機的阻力矩：T )(Iz??? 式中： ——工作機的轉(zhuǎn)動慣量，zI 2kg? 南昌航空大學科技學院士學位論文 14 β——工作機的角加速度， 2srad 由已知 = 300 ，t =180s，wnminr ；srad dt /175.0186/34.21806/ ?????? I = m （r + ）=Z??1i2i1i2i ??????14)5.17(9.).4.2[(. 4??????? 444 .235.0.15.6.)5.0(.5)..05( 885.19 kg?m????744 ])17(173) 2 ∴ T= =885.19×0.175=155N?m??zI 所以 = =4.87kwwP950? 3.1.2.2 傳動總效率 :? 由《機械設計指導》表 1—2 查得，V 帶傳動的傳動效率 =0.95；滾動軸承的?1 傳動效率 =0.98；減速器的傳動效率 0.90 聯(lián)軸器的傳動效率 =0.99；2 ?4?3 ∴ = =0.95×0.98 ×0.99 0.9=0.8130?1342? 所以 =wdP?k680.7? 因電動機啟動時的負載可能會很大，我們在選用電動的時候，一方面我們得從 計算的角度出發(fā)，通過相關的計算來確定所需的數(shù)據(jù)，另一方面我們又得從相似的 設計模型中提取共性即采用類比法來確定所需的數(shù)據(jù)，比如說：電動機的額定功率， 考慮到一些不確定的因數(shù)，我們該放大多少的倍數(shù)才能既滿足安全性能而又不至于 過大而浪費。因此在滿足條件的基礎上，相應的增大電動機的額定功率，以保證使 用時的可靠性。確定電動機的額定功率為：P=6× 1.8=10.8，最后選 P=11kw 的電動 機。 3.1.3 確定電動機轉(zhuǎn)速 ]3[ 同一類型、功率相同的電動機具有多種轉(zhuǎn)速。如選用轉(zhuǎn)速高的電動機，其尺寸 和重量小，價格較低，但是會使傳動裝置的總傳動比、尺寸結構和重量增加。選用 速度低的情況剛好相反。因此，在綜合考慮電動機及傳動裝置的尺寸、重量、價格， 南昌航空大學科技學院士學位論文 15 并且根據(jù)傳動比的需要，選用電動機的同步轉(zhuǎn)速為：1000 r／min?，F(xiàn)由根據(jù)《機械 設計實用手冊》選電動機的型號為：Y132M2—6。具體參數(shù)如下： 電動機技術數(shù)據(jù) 3.1.4 電動機的安裝 ]2[ 型號 額定功率 KW 轉(zhuǎn)速 r/min 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 Y160L-6 11 970 2.0 2.0 B3 型安裝型式尺寸 機座號 D F G E L K H 160L 42 12 37 110 645 15 160 B C AB AC AD HD A 254 108 330 325 225 385 254 安裝圖樣 南昌航空大學科技學院士學位論文 16 3.2 V 帶的選擇與計算 3.2.1 傳動方式的比較和選用 ]4[ 3.2.1.1 V 帶傳動 帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、造價低廉以及緩沖吸振等特點，在過載的環(huán)境下 能夠起到自我保護作用，提高了使用的安全性能。在近代機械中應用廣泛。 3.2.1.2 鏈傳動 鏈傳動具有中間擾性件的嚙合的特點，它兼有齒輪傳動和帶傳動的一些特點。 與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造和安裝精度要求較低；鏈傳動的受力情況較好，承 載能力較大；有一定的緩沖和減振性能；中心距較大而結構輕便。與摩擦型帶傳動 相比具有平均傳動比準確；傳動效率稍高；鏈條對軸的拉力較??；同樣使用條件下， 結構尺寸更為緊湊。 但是，它不能保證瞬時傳動比恒定；工作時噪聲很大，磨損后易發(fā)生跳齒；最 主要是不適合使用于空間限制要求中心距較小以及急速傳動的場合。這樣將會對整 個機構的緊湊性造成影響，因此，在可能有其它的傳動形式下盡可能也不用鏈傳動。 3.2.1.3 齒輪傳動 瞬時傳動比恒定；傳動比大，可用于增速或減速；速度（指節(jié)圓圓周速度）和 傳遞功率的范圍大，可用于高速、中速和低速的傳動；功率可以從 1KW～100000KW；傳動效率高；結構緊湊，使用于近距離傳動等。 但是，齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過 大的場合。如果在我設計的實驗臺上采用這種傳動方式，基于實驗臺的結構只能采 用開式齒輪傳動，但開式齒輪傳動工作條件不好，齒輪也容易磨損，且不適用于高 速運動。 綜合考慮所設計的實驗臺結構及各種傳動形式的特點，我覺得用 V 帶傳動更好 一些。 3.2.2 計算 （按《機械設計》相關公式計算） 3.2.2.1 確定計算功率 PCa P = K P 由《機械設計》P151A 南昌航空大學科技學院士學位論文 17 式中：P —計算功率，單位為 kw；Ca P —傳遞的額定功率（例如電動機的額定功率） ，單位為 KW； K —工作情況系數(shù)。A 由于本次設計是實驗臺，載荷變動微小，每天工作時間<10/h,且是有負載起動，根 據(jù)《機械設計》P151 表 8-6 選 KA=1.1 由已知 P=11KW（電動機的額定功率）得 P =12.1KWCa 3.2.2.2 選擇帶型 根據(jù) PCa=12.1KW 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 n =970 r/min（選用 的減速器，減速器起1 1?i 轉(zhuǎn)換輸出方向的作用） ， （由《機械設計》P152 圖 8-8 選取 B 型 V 帶。 ） 3.2.2.3 確定帶輪的基準直徑 dd1和 dd2 1）初選小帶輪的基準直徑 dd1 根據(jù) V 帶截型，參考《機械設計》表 8-3 及表 8-7 選取 d =125mm。為了提高 V 帶的壽命，宜選取較大的直徑，在此取?min =150mm。1d 2）驗算帶的速度 v 根據(jù) (8-13)1061??ndv? 代入數(shù)據(jù) =7.61 m/s1069754.31??v 對于普通 V 帶 v =25~30m/s，滿足 v 。max max1? 3）計算從動輪的基準直徑的 d 根據(jù)2 d =i d （其中 i= =3.23， ）1in/3097r d =3.23 150mm=484.5mm,參考表 8-7，圓整為 500mm。2? 3.2.2.4 確定中心距 a 和帶的基準長度 L d 初定中心距 a ，取0 南昌航空大學科技學院士學位論文 18 0.7（d + d ）< a <2（d + d ）即 455< a <1300 初步選定中心距 a =500mm120120 0 根據(jù) L (8-20)d' 021210 )()(add????? 可得所需帶的基準長度 L =2265.5mmd' L 由表 8-2 中選取和 L 相近的 V 帶的基準長度 L =2400mmd' ' d 由于 V 帶傳動的中心距一般是可以調(diào)整的，故可采用下式來近似計算實際中心距即 (8-21)2'0da??? 代入已知數(shù)據(jù)可得 = 567.25mma 考慮安裝調(diào)整和補償預緊力（如帶伸長而松弛后張緊）的需要，中心距的變動范圍 為： =567.25-0.015 2400=531.25mmdLa015.min??? =567.25+0.03 2400=639.25mm3ax? 3.2.2.5 驗算主動輪上的包角 1a 根據(jù) （8-6）ad??5.7)(80121?? 及對包角的要求，應保證 )90(125.7)(18012 ??? ?至 少???ada 代入數(shù)據(jù) 144.52 滿足條件???25.67)105(180??a??120? 3.2.2.6 確定帶的根數(shù) z （8-22）LacKP)(0?? 南昌航空大學科技學院士學位論文 19 式中：Ka—考慮包角不同時的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù)，查表 8-8 KL—考慮帶的長度不同時的影響系數(shù)，簡稱長度系數(shù)，查表 8-2 —單根 V 帶的基本額定功率，查表 8-5a 或 8-5c0P —記入傳動比的影響時，單根 V 帶額定功率的增量，其值見表 8-5b 或 8-5d? 代入數(shù)據(jù) =4.2 591.03)72.30(???z ? 在確定 V 帶的根數(shù)時，為了使各根 V 帶受力均勻，根數(shù)不宜太多（通常 <10）,計z 算得到的 V 帶的根數(shù)滿足條件。 3.2.2.7 確定帶的預緊力 F 0 由 （單位為 N）11??faec （單位為 N） （8-7）2faecFfafaec e/1200??? 并考慮離心力的不利影響時，單根 V 帶所需的預緊力為 2012qvefFavc? 用 代入上式，并考慮包角對所需預緊力的影響，可將 的計算公式寫為zvpFcaec10? 0F （8-23）20)15.(qvKzvpFac??? 式中 --傳動帶單位長度的質(zhì)量，單位為 kg/m(見表 8-4)q 代入數(shù)據(jù) =287.7N20 61.70)19.52(6715?????F 南昌航空大學科技學院士學位論文 20 3.3V 帶輪的設計 3.3.1V 帶輪設計的要求 設計 V 帶輪時應滿足的要求是：質(zhì)量??；結構工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應力； 質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡；輪槽工作面要精細加工（表面粗糙度一般 應為 3.2） ，以減少帶的磨損；