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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 國內外發(fā)展狀況 ................................................................................................2 1.3 論文的主要內容 ..................................................................................................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 旋轉平臺與被動帶輪的鍵的選擇和校核 ......................................................24 3.7 旋轉平臺的設計與校核 ....................................................................................24 3.7.1 概述： .............................................................................................................24 3.7.2 旋轉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，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） 、質心（F 質）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)動機內部空間，內流場有很大變化，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 國內外發(fā)展狀況 1 國內： 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。可以說目前的現(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 旋轉架承載能力：大于 1500N 2.1.3 轉臺運動控制 轉臺采用變頻調速方式，技術指標： 旋轉架轉速：小于 300r/min 旋轉架啟動平穩(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.旋轉平臺；4.旋轉支架； 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 動，減速器通過帶輪和 V 帶帶動旋轉平臺轉動， ，固定在旋轉平臺上的發(fā)動機隨旋轉 平臺一起轉動。 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 動，減速器通過帶輪和 V 帶帶動旋轉平臺轉動， ，固定在旋轉平臺上的發(fā)動機隨旋 轉平臺一起轉動。 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動，再帶動旋轉臺轉動。然后是固定 在旋轉臺上的發(fā)動機隨轉臺一起轉動。 夾緊方案：將夾具直接裝在轉臺上，通過一個 90°的調角架來實現(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，而且可以調整待測發(fā)動機離旋轉平臺 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 轉盤的結構，從圓盤式變成圓盤帶轉臂式； 轉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? ——工作機的轉速，wninr 工作機的阻力矩：T )(Iz??? 式中： ——工作機的轉動慣量，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 確定電動機轉速 ]3[ 同一類型、功率相同的電動機具有多種轉速。如選用轉速高的電動機，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 轉速 r/min 堵轉轉矩 最大轉矩 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?。煌瑯邮褂脳l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 和小帶輪的轉速 n =970 r/min（選用 的減速器，減速器起1 1?i 轉換輸出方向的作用） ， （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：質量??；結構工藝性好；無過大的鑄造內應力； 質量分布均勻，轉速高時要經(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；