裝訂線長 春 大 學 畢業設計（論文）紙前 言同步齒型帶是一種兼有帶傳動、齒輪傳動和鏈傳動優點的新型高效傳動帶。隨著汽車發動機結構更為緊湊、性能不斷提高,對發動機中用來驅動凸輪軸的汽車同步帶的質量提出了更高的要求。為使同步帶能夠在汽車一定行駛里程之內可靠地傳遞載荷而不損壞,必須對膠帶的壽命進行比較準確的估計。疲勞壽命指標的準確檢測可為膠帶生產廠家控制產品質量、保證產品可靠性和穩定性提供有力的保障。因此,目前世界各國的汽車制造業和膠帶生產廠家都十分重視汽車同步帶的疲勞試驗。目前國內膠帶生產企業對同步齒型帶在綜合使用性能、可靠性和疲勞壽命等方面還不能全面檢測,尤其是疲勞試驗。雖然相關國家標準已經頒布,但是除了引進的幾臺兩輪試驗機外,符合疲勞試驗國家標準的汽車同步帶三輪疲勞試驗設備在國內還是空白。針對目前在我國汽車同步帶疲勞壽命試驗方面存在的問題，本設計在原有的汽車同步帶試驗設備上做了進一步的完善和改進，本設計工作原理如圖1.1所示，其主要技術參數為：試驗功率 20 kW試驗扭矩 35 Nm主、從動試驗輪中心距 1252000 mm試驗帶長 6 m驅動軸轉速 (39006000) rmin機械傳動試驗機是對傳動帶進行綜合性能測試的試驗設備。通過試驗來檢驗傳動帶的各方面性能。國外較早地開始了這方面的研究，如美國Gleason公司在五十年代就設計出了用輪系作為加載系統的傳動試驗臺的方案。比較著名的還有美國國家航空航天局（NASA)下屬的Lewis研究中心、前蘇聯中央機械制造與設計研究院、美國通用動力公司、德國RENK公司、日本明電舍動力公司、日本豐田汽車公司、美國伊利諾斯大學機械工程系、法國Skoda公司等。從試驗臺方案的設計到最終的樣品制造他們都進行了大量的研究工作，形成了系列化的設計模式。與國外相比，國內對于傳動試驗臺的研究起步相對較晚。研究工作始于八十年代初期。國內較早從事這方面研究工作的主要單位有重慶大學、鄭州機械研究所、長春汽車研究所、西安重型機械研究所、西安理工大學、合肥工業大學、四川工業學院、西安減速機廠、西安公路交通大學等單位。他們先后建立起了各種形式的傳動試驗臺，這些試驗臺的建立從理論上和實踐上都取得了很大的進步，積累了豐富的經驗，代表著我國機械傳動試驗設備的發展水平。第1章 設計方案11 設計題目汽車同步帶疲勞壽命試驗機。12 設計原理 本設計的工作原理如圖1.1所示。圖 1.1 汽車同步帶疲勞壽命試驗機工作原理示意1三相異步電動機；2聯軸器；3扭矩傳感器；4軸承座；5傳動帶； 6主動增速帶輪；7從動增速帶輪；8主動試驗帶輪；9從動試驗帶輪；10試驗帶；11主動降速帶輪；12從動降速帶輪；13負載發電機。本設計中以三相異步電動機為主動電機，聯軸器實現電動機、扭矩傳感器、軸承座、負載發電機之間的連接，增速機構提升轉速滿足試驗帶的要求，降速機構降低轉速滿足負載發電機的要求。13 工作方式的選擇目前汽車同步帶疲勞壽命試驗機的工作方式主要有兩種，一種是機械封閉方式，另一種是電封閉方式。汽車同步帶三輪疲勞壽命試驗機采用有扭矩法動態模擬汽車同步帶的實際使用過程,試驗功率傳遞方式為機械封閉式,其傳動原理如圖1.2所示。圖 1.2 同步帶疲勞壽命試驗機工作原理示意圖1扭矩傳感器；2從動輪；3傳動帶；4主動輪；5行星輪系；6力矩電機；7系桿；8主電機；9主動試驗輪；10試驗帶；11從動試驗輪。該試驗機中,從被試驗帶、扭矩傳感器到傳動帶、減速器整個傳動過程為封閉式。傳動輪安裝在行星齒輪減速器的外殼上,力矩電機通過多楔帶與減速器的輸入軸相連,主電機通過驅動傳動軸與減速器的輸出軸相連。主電機驅動傳動軸運轉時,傳動輪的轉速與主電機和力矩電機的轉速有關。當電機的轉速固定時,由力矩電機輸入不同的轉速來調節傳動帶輪的轉速,從而使傳動帶與被試驗帶之間的傳動比不同,由此對被試驗帶加上不同的載荷(扭矩)。試驗時傳動帶同樣承受扭矩,為確保試驗數據準確,傳動帶不能有較大滑動,因此該試驗機采用滑動較小、傳遞功率大的多楔帶傳動,同時加大傳動帶的包角。疲勞試驗機所有部件應具有足夠的強度和剛度,并能滿足連續運轉的要求,該同步帶疲勞試驗機主要包括以下部分:(1)主動輪及其驅動裝置主動輪由主電機驅動,驅動軸兩端分別與試驗帶輪和行星減速器相連接。同時為了便于試驗帶安裝并減小同長度同步帶因位置調整引起的試驗誤差,在試驗帶輪與主電機之間采用高速萬向花鍵副連接。對于不同長度的同步帶,位置由電機驅動做相應的調整。(2)從動輪及其相連的加載裝置從動輪及其相連的加載裝置包括加載力矩電機、傳動帶、扭矩傳感器及行星減速器等。扭矩加載裝置可充分發揮行星減速器的差動原理,能提供準確、穩定的試驗扭矩,并用重錘進行扭矩校正。為模擬汽車發動機的工作環境,在從動輪附近設有加熱裝置。(3)張緊輪(平輪)裝置張緊輪裝置能使張緊輪沿張緊力的作用方向自由運動,以使試驗所需的張緊力準確地作用到被試同步帶上。該張緊裝置在有一定軸向偏角時可實現高速旋轉。(4)控制系統控制系統采用工業控制計算機系統為核心處理系統,配以光柵高速計數器、扭矩傳感器控制,采用行星齒輪減速器加載,實現了數據設定后的自動計算、顯示和實時記錄并打印整個試驗過程的實時曲線與歷史曲線及報表,避免了復雜的按鈕操作,整個試驗過程實現遠程網絡控制。該試驗機與同類進口設備相比,增加了實際加載扭矩、滑差率、主動輪和從動輪轉速的計算分析,可以真實地反映整個試驗過程中數據的變化,數據分析形象直觀,同時系統采用實時打印和歷史打印,便于數據的獲取和備案。汽車同步帶疲勞壽命試驗機采用電封閉工作方式，變頻器控制三項異步電動機驅動主動輪在給定轉速下工作，試驗帶安裝在主動輪、從動輪和張緊輪之間，從動輪、扭矩傳感器、轉速傳感器、減速器、直流發電機串聯安裝。負載（采用直流發電機）通過減速器作用在扭矩傳感器上，扭矩傳感器與從動輪通過聯軸器連接，直流發電機輸出直接進入有源逆變器輸入端，有源逆變器輸出與驅動發電機變頻器電源輸入并聯，實現能源回饋，達到節能目的。負載的調節通過計算機D/A轉換卡，輸出-10V+10V電壓來控制，通過扭矩傳感器檢測負載的變化，實現負載加載閉環控制。試驗帶的滑動率由主動輪轉速傳感器，從動輪轉速傳感器檢測，通過計算機計算求得。該方案優點：（1）定轉速以下（直至零轉速）恒扭矩特性，額定轉速以上恒功率特性。可實現正反轉向同樣的加載特性。（2）節能：采用電力回饋，大大節約能源消耗。一般可以節能70%以上（主要取決被測系統損耗），這對于疲勞工作試驗系統，節能效益就非常可觀了。（3）正向加載（發電機運轉）、反轉倒托（電動機運轉），無環流任意切換。（4）全數字化調節，精度高，穩定性好，可靠性好。（5）使用方便：無需水冷油冷裝置；調節方便；設備簡單，占地少。（6）響應快。現代的機械傳動試驗機正朝著電封閉功率流式的方向深入發展。采用電封閉功率流的試驗機易于控制，易于設計制造，各組成部分之間逐漸模塊化、單元化，以便于使用和維護。在其組成上，原動機采用電動機，負載裝置采用發電機。由于直流電動機具有易于控制、運行平穩和機械特性硬等優點，因此在電封閉試驗臺中處于主導地位，作為負載的發電機也多采用直流發電機，直流發電機發出的電能可以直接回饋給電動機，不需要逆變環節。這樣就可以大大地簡化試驗臺的組成，降低系統的復雜程度。在控制系統上，早期建立的試驗臺沒有專門的控制系統，僅靠機構組合及傳動零件間的嚙合作用來實現特定的加載功能。隨著加載技術的不斷發展，逐漸開始采用繼電器控制來完成簡單的控制操作。現代傳動試驗機已經廣泛地應用電子技術和現代控制理論來實現試驗過程的自動控制，如電動機的啟動、轉速調節、力矩調節以及試驗過程的自動監測、保護等功能。在數據測量系統上，大多采用計算機自動測量技術來實現數據的自動采集，如湘儀動力測試儀器廠生產的以Z80計算機為核心的JXW-1型機械效率儀，其它還有用Apple計算機、單板機、單片機為核心的數據采集系統。14 結構概述本設計選擇電封閉工作方式，該系統由計算機控制管理試驗全過程，可以完成不同型號的汽車同步帶試驗。驅動電機采用變頻調速控制技術。主動輪與從動輪的位置調整底座其下安裝直線導軌，其為滾動摩擦、調整方便，更主要是減少對從動輪的張緊力的影響，提高加力系統的精度。扭矩傳感器1完成驅動電機輸出扭矩、轉速的測試，計算機根據該測試可以準確的調節電機的輸出功率和轉速，滿足試驗帶的要求。扭矩傳感器2完成實驗裝置負載扭矩的測試。模擬負載用于模擬傳動功率，其采用發電機模擬吸收負載方案。采用電力回饋，大大節約能源消耗。一般可以節能7080%以上。加力裝置用于同步帶試驗機結構施加規定的預緊力，其力值由力傳感器測量并反饋在計算機中顯示。加力砝碼為有級組件，按規定的預緊力級別有級組合，以適應不同型號的同步帶。溫控箱控制試驗帶的溫度。試驗帶輪兩側安裝有防護網，以防止工作人員在試驗帶斷裂時受到傷害。工作臺采用高剛度設計。試驗系統配置多套帶輪工裝以適應不同型號規格的傳動帶試驗用。14 方案特點本設計可以對傳動帶以及常規的機械傳動裝置進行多方面的試驗測試。這些測試既可以是開發性產品測試，又可以是系列產品性能的測試，通常進行的試驗項目主要有以下幾個方面:（1）空運轉試驗通過空運轉試驗來驗證某些參數及功能是否符合設計指標，檢查加工、裝配的質量，從而找出設計、加工、安裝中存在的問題，以便采取相應措施加以改進。（2）負載試驗通過承載性能試驗，可以檢驗其在承載時的工作性能，這樣可以對被試傳動帶或傳動裝置的真實工作性能加以檢驗。（3）疲勞壽命試驗用來考核被試傳動帶或傳動裝置各傳動元件的疲勞強度以及整機的使用壽命。（4）噪聲、溫升和振動試驗通過試驗來判定被試裝置的安裝調試精度及其內部各零件之間的摩擦、磨損情況，檢驗其結構設計、加工安裝等環節的合理與否。（5）超負荷試驗用來確定被試裝置在過載情況下是否能正常工作以及過載解除后的性能是否仍符合技術要求。在生產實際中，還有許多其它的試驗項目須根據需要進行，限于篇幅本文不再介紹。 第2章 汽車同步帶疲勞壽命試驗機的技術參數及計算2.1 電機的選擇試驗帶技術規格： 轉速范圍：39006000rmin 傳動功率：20kw 最大張緊力：930N 模擬負載功率：12kw 高溫：45根據試驗帶技術規格本設計中選擇三項異步電動機，初步選擇電機型號為Y180-2，為全封閉自扇冷電動機。技術參數為=22kw；n=2940r/min；T=2.0nm；Tmax=2.2 nmm=180kg；：電機額定功率；n ：滿載轉速；T ：額定轉矩；Tmax ：最大轉矩；m ：電機質量。電機容量的選擇電機容量工作要求：價格高，能力不能充分利用，功率效率低，浪費。=(kw):工作機實際所需電動機的輸出功率kw；：工作機所需輸入功率kw； ：電動機至工作機之間傳動裝置的總效率。按照設計要求，=20kw；試驗帶所需最高轉速為6000120r/min。=：同步帶效率，取98%；：球軸承效率，取99%（稀油潤滑）=20.8kw所選電機滿足要求。電機的安裝尺寸如圖2.1所示。A=279 B=241 C=121 D=48E=110 H=180 AB=360 AC=355AD=285 HD=430 BB=311 L=670圖 2.1 電機安裝尺寸2.2 同步帶輪的設計本設計中選用的傳動帶為同步帶。根據設計要求，試驗帶所需轉速為=6000120r/min，電機轉速為=2980r/min，由結構簡圖可知小帶輪轉速為電機轉速，大帶輪轉速為實驗帶輪轉速，增速傳動比為=2.041初步選擇帶輪型號為H小帶輪：節圓直徑為97.02mm；外徑為95.65mm；齒數為24小帶輪：節圓直徑為194.04mm；外徑為192.67mm；齒數為48經查表驗證滿足最小需用齒數要求。校核傳動比=2 滿足要求。同步帶輪一般由齒圈、輪轂和擋圈組成。帶輪型號與帶相同，按節距分為7種型號。同步帶輪直線尺廓尺寸及公差如表2.1所示,直線齒廓如圖2.2所示。表 2.1同步帶輪直線齒廓尺寸及公差型 號LH齒槽低寬3.050.104.190.13齒槽深2.673.05齒槽半角2020齒根圓角半徑1.191.60齒頂圓角半徑1.171.6兩倍節頂距0.7621.372 圖 2.2同步帶的直線齒廓帶輪擋圈結構可以自行設計。標準結構尺寸見圖2.3和表2.2。圖4-2中，=+（0.380.25）（mm）=+(mm)為帶的外徑。 圖 2.3 帶輪擋圈表 2.2 擋圈尺寸型 號LH擋圈最小高度（K）1.52.0擋圈厚度t1.02.01.52.5大帶輪： =193.3mm =197.3mm小帶輪： =96.28mm =100.28mm帶輪寬度如表2.3所示，本設計中選擇的輪寬代號為300。表 2.3 帶輪寬度尺寸型 號輪寬代號輪寬基本尺寸雙邊擋圈帶輪最小寬度無擋圈帶輪最小寬度單邊擋圈帶輪最小寬度L05007510012.719.125.414.020.326.717.023.329.715.521.828.2H07510015020030019.125.438.150.876.220.326.739.452.879.024.831.243.957.383.522.629.042.755.181.32.3 同步帶的設計1.設計功率=（1+）（1+）：名義功率 20kw；：考慮載荷性質和運轉的工況修正系數；：考慮增速的修正系數；：考慮張緊輪配置的修正系數。經查表得 =1.7 =0.3 =0.2=53kw本設計中選擇同步帶的型號為H型。2. 同步帶傳動速度=（m/s）小帶輪節圓直徑 （mm）大帶輪節圓直徑 （mm）經計算的=29.85m/s帶速限制如下：MXL-L型，=4050m/s；H 型，=3040m/s。速度滿足要求。3.同步帶的節線長度、齒數及轉動中心距C節線長度計算如下：=：傳動中心距，初步可按下列范圍選取角按下式計算：取=300，計算得=1360.86mm,經查表圓整標準節線長度為：長度代號 540，節線長1371.6mm同步帶齒數可根據確定的標準節線長度計算如下：H型取=12.70，計算得=108。此時傳動中心距為=300mm4.校核帶于小帶輪的嚙合齒數 按下式計算：=24 =48=116,滿足要求5.確定實際所需同步帶寬度（1）計算所選型號同步帶在基準寬度下所允許傳遞的額定功率按下式計算：（kw）：各種型號同步帶在基準寬度下的許用圓周力（N），查表4-4；：各種型號同步帶的單位長度質量（kg/m），查表4-4；： 同步帶傳動速度（m/s）。經查表2.4節距制同步帶的基準寬度下的許用圓周力和單位長度質量=2100.85N =0.448kg/m 取=40m/s 計算的=55.36kw帶 型 號基準寬度（mm）許用圓周力（N）單位長度質量 （kg/m）L25.4244.460.095H76.22100.850.448（2）計算嚙合系數當。表 2.4 節距制同步帶的基準寬度下的許用圓周力和單位長度質量（3）計算齒寬系數（4）確定實際所需同步帶寬度 帶的設計功率應不大于帶的額定功率：將以上各式帶入上式，可得實際寬度：73.34mm經驗算取：帶輪為H型，輪寬代號300，帶寬基本尺寸76.2mm雙邊擋圈最小寬度為79mm大帶輪：48H300小帶輪：24H3002.4軸的結構設計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。根據表2.5零件倒角和圓角半徑的推薦值。取 50 =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，與齒輪和聯軸器等零件相配合的軸段長度一般比輪轂長度短23mm。表 2.5 零件倒角和圓角半徑的推薦值直徑183030505080或1.01.21.62.0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。1. 按扭轉強度條件計算：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，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2.6。表 2.6 軸常用幾種材料的及軸的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35SiMn/MPa1525203525453555149126135112126103112-97取kw mm。軸的直徑：16mm根據表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。根據圓柱型軸伸和軸肩軸環尺寸設計，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2.4所示。圖 2.4 軸的結構尺寸2軸的受力分析帶與帶輪的安裝方法如圖2.5所示，軸的受力分析如圖2.6所示。設增速裝置在左端的帶輪與右端的試驗帶輪型號相同（取極限），同步帶松邊近似平行于工作臺。 圖 2.5 帶輪安裝方法 圖 2.6 受力圖由經驗公式的=2。在面列平衡方程，受力如圖2.7：= = =2 = = r/min kw計算得 NN 圖 2.7 面受力圖在面列平衡方程，受力如圖2.8： 計算得 NN 圖 2.8 面受力圖3.作出彎矩圖軸在面所受彎矩如圖2.9所示：=18785.4Nmm 圖 2.9 面彎矩圖軸在面所受彎矩如圖4-10所示：=172721.1Nmm 圖 2.10 面彎矩圖4.作出扭矩圖軸所受扭矩如圖2.11所示： Nmm圖 2.11 扭矩圖5.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，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，單位為mm；：對稱循環變應力時軸的許用彎曲應力，經查表取=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，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：根據查表的=295MPa，本設計中軸向力=0。=7.14只考慮扭矩時的安全系數：171.1MPa 8414.2 mm=43.43故可知軸安全。4.5 軸承的選擇與校核根據工作條件決定在軸的兩端正裝兩個角接觸球軸承。由設計軸的數據可知，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 =4910.7N4939.7N4939.7N軸承所受的軸向力忽略不計。對于70000C型軸承，按表2.7，軸承派生軸向力，為判斷系數，先初取，。表 2.7 約有半數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70000C70000AC70000BNNN N由表2.8確定載荷系數，取表 2.8 載荷系數載 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=3.3h 滿足要求4.6 滾珠絲杠副的選擇根據本設計要求，實驗帶輪中心距約為2000mm，所以電機的移動范圍應該接近1800mm，故選擇絲杠螺紋全長為1750mm，絲杠全長為2020mm。在本設計中絲杠的功能是為了實現電機在工作臺上簡單的位移，橫向載荷很小，可以忽略，精度要求很低，根據經驗（數控立銑機床：工作臺重量為250 kg，）選擇絲杠的公稱直徑20mm，確定滾珠絲杠副的型號為 CMD205-3-2/20201750，本絲杠副為插管埋入式，法蘭直管組合雙螺母墊片預緊，基本導程為5mm，負荷滾珠總圈數為3圈，精度等級為2級。滾珠絲杠的支承結構形式：滾珠絲杠副的支承，主要是約束絲杠的軸向竄動，其次才是徑向約束。本設計中選擇的是兩端支承形式的兩端均為單向推力（單推單推，JJ） 如圖2.11所示。圖 2.11 單推單推支承組合4.7 箱體的選擇首先要考慮箱體內零件的布置及與箱體外部零件的關系，箱體的形狀和尺寸常由箱體內部零件及內部零件間的相互關系來決定，決定箱體結構尺寸和外觀造型的這一設計方法稱為結構包容法，當然還應考慮外部有關零件對箱體形狀和尺寸的要求。箱體壁厚的設計多采用類比法，對同類產品進行比較，參照設計者的經驗或設計手冊等資料提供的經驗數據，確定壁厚、筋板和凸臺等的布置和結構參數。對于重要的箱體，可用計算機的有限元法計算箱體的剛度和強度，或用模型和實物進行應力或應變的測定，直接取得數據或作為計算結果的校核手段。如車床按兩頂尖要求等高，確定箱體的形狀和尺寸，此外還應考慮以下問題： （1）滿足強度和剛度要求。對受力很大的箱體零件，滿足強度是一個重要問題；但對于大多數箱體，評定性能的主要指標是剛度，因為箱體的剛度不僅影響傳動零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。 （2）散熱性能和熱變形問題。箱體內零件摩擦發熱使潤滑油粘度變化，影響其潤滑性能；溫度升高使箱體產生熱變形，尤其是溫度不均勻分布的熱變形和熱應力，對箱體的精度和強度有很大的影響。 （3）結構設計合理。如支點的安排、筋的布置、開孔位置和連接結構的設計等均要有利于提高箱體的強度和剛度。 （4）工藝性好。包括毛坯制造、機械加工及熱處理、裝配調整、安裝固定、吊裝運輸、維護修理等各方面的工藝性。 （5）造型好、質量小。箱體內腔的設計： 在本設計中，帶輪的轉速較高，所以采用稀油對帶輪軸軸承進潤滑，為了更好的實現散熱，采用潤滑油循環冷卻的方法散熱。初步設計箱體的內腔為0.18m。箱體的熱平衡計算：:單位時間內的發熱量，單位為W；：帶輪軸傳遞功率，單位為kw；：同步帶傳遞的總效率。：同步帶傳動效率；：軸承效率；：攪油效率，通常。：熱流量，單位為W；：油傳熱系數，取116175W/( m)；：箱體內表面積，單位為m；：油的工作溫度，一般限制在60-70，最高不應超過80；：周圍空氣的溫度，常溫情況可取20。按照熱平衡條件，可求出正常工作下箱體所需的散熱面積為=22kw =0.970.99 =160 =65 =20=0.1213 m滿主要求。4.8 轉速傳感器的選擇當汽車傳動帶疲勞試驗機對傳動帶做壽命試驗時，可用光軸將扭矩傳感器換下，以提高扭矩傳感器的壽命。這時利用轉速傳感器測量試驗帶所需的輸入與輸出轉速，當試驗帶出現打滑現象時，輸入輸出轉速有所變化，提示試驗結束。轉速測量通常有以下幾種傳感器可選：電渦流轉速傳感器、無源磁電轉速傳感器、有源磁電轉速傳感器等。具體需要選擇哪類傳感器，則要根據轉速測量的要求而定。如:低速測量是否需要檢測零轉速，高速測量的最高轉速，轉速發生的裝置情況。轉速發生裝置有以下幾種：用標準的漸開線齒輪（M1M5）作轉速發生信號、在轉軸上開一鍵槽、在轉軸上開孔眼、在轉軸上開凸鍵等轉速發生信號裝置。一、FS8000系列電渦流轉速傳感器： FS8000系列電渦流轉速傳感器，適合于測量從零轉速以上的任何一轉速，對于被測體轉軸的轉速發生裝置要求也很低，被測體齒輪模數可以很小,被測體也可以是一個很小的孔眼，一個小凸鍵、一個小的凹槽。1.電渦流傳感器測轉速，通常選用3mm、4mm、5 mm、8 mm、10mm的探頭。轉速測量為010KHZ。2.電渦流傳感器測轉速，傳感器輸出的信號幅值較高（在低速和高速整個范圍內）。3.作轉速測量的電渦流傳感器有一體化和分體兩種。一體化電渦流轉速傳感器取消前置器放大器、安裝方便、適用于工作溫度在20100的環境下，帶前置器放大器的電渦流傳感器適合在50250的工作環境中。二、磁電式轉速傳感器測量技術要求：如果選用凸塊型（齒型），那么尺頂的表面A（部分）應做成同心圓的柱面，而不要做成平面。輸出信號幅值：30r/min500mV（P-P）（測試條件：發訊齒輪，齒數為6， 材料為電工鋼，模數為2，傳感器端面距齒頂1mm）。信號幅值大小，與轉速成正比，與端面和齒頂間隙的大小成反比。探頭直徑3（4）581011靶塊尺寸推薦（mm）A3578.510B3578.510C1.52.52.534D610151720安裝間隙推薦 (mm)0.701.501.501.504.0輸出電壓波形: 漸開線齒輪近似正弦波，若齒輪略有偏心則為調幅正弦波；孔近似方波。齒輪材料：應采用高導磁材料。齒形：漸開線齒形是最合適的齒形。用大模數的齒輪或用其它的齒形將會產生巨大的波形畸變，這將會妨礙精確的檢測。如果主軸在軸向有移動，則應注意磁極的中心不要處在齒輪的位置上。選擇傳感器型號：FS8001-1 M161.0 適用于模數為24的漸開線齒輪測試，殼體無螺紋長2mm，殼體總長78mm, 電纜5m整體連接，溫度范圍-20100。4.8 扭矩傳感器的選擇本設計選用的是動態扭矩傳感器，動態扭矩傳感器電阻應變式原理，結合電子技術，實現非接觸電源供電與信號輸出，精度高，性能穩定可靠，量程范圍廣。動態扭矩傳感器基本原理采用應變電測技術和環形變壓器非接觸傳遞能源和頻率信號，有效的避免了集流環和電刷產生的摩擦，解決了動態測量中能源供應的不穩定和信號傳輸干擾的問題。動態扭矩傳感器采用霍爾效應或光電碼盤對轉速進行測量，60個脈沖/轉。高轉速時用測頻的方式測量轉速。如果轉速低于60轉，則采用測量兩個脈沖之間的周期進行轉速測量。動態扭矩傳感器的原理，是采用應變電測技術和用環形變壓器非接觸傳遞能源和信號所制成的一種，可以檢測靜止扭矩和旋轉扭矩與轉速的檢測儀器,旋轉測量時與轉速和方向無關。本系列動態扭矩傳感器有效克服了因集流環和電刷的摩擦而引起的信號不穩定。利用霍爾效應或光電碼盤測量轉速。動態扭矩傳感器特點1.體積小,重量輕,可任意方向安裝；2.沒有集流環和電刷的磨擦,能長時間高速運轉；3.可以檢測靜態(靜止)扭矩,也可檢測動態(旋轉)扭矩；4.無須反復調零,可連續檢測正反向扭矩輸出；5.精度高,穩定性好,可承受100%過載量；6.抗干擾能力強,有多種信號輸出(4-20mA.1-5V)(5-10-15kHz)。動態扭矩傳感器應用領域1.電動機、發動機、內燃機等旋轉動力設備輸出扭矩和功率的檢測；2.鐵路機車、汽車、飛機、船舶等機械的扭矩和功率的檢測；3.壓縮機、水泵、攪拌機、變速器等工作時所需扭矩的檢測；4.機床加工,鉆井設備的轉速扭矩檢測和扭矩控制；5.可用于制做粘度計和扭力扳手；6.各種扭矩功率檢測設備和實驗室使用。 本設計中選擇的是DN系列非接觸式扭矩傳感器，具有緊湊的外形和多種可選擇的安裝方式。不僅適用于實驗室，也適用于工業環境中。DN的供電和測量信號都采用非接觸式傳輸方式，使其適用于長時間使用而低磨損，并且無需任何維護。針對不同的應用，還可以在傳感器中增加轉速和角度測試選項。供電電壓12V DC，內置放大器輸出010V的模擬量信號。DN-2型動態扭矩傳感器的技術參數如下：主要技術指標測量范圍0- 5 5000Nm輸出信號：扭矩05kHz轉速：60脈沖轉（轉速5000轉分）30脈沖轉（ 轉速：5000 10000轉分直線度L0.1； 0.3；0.5%F.S滯 后H0.1；0.3； 0.5%F.S重復性R0.1；0.3；0.5%F.S工作溫度-10 +60溫度補償范圍室溫 +60零點溫度影響0.1%F.S/10 激勵電壓15VDC絕緣電阻2000M/100VDC安全過負荷率120%F.S安裝尺寸如下圖：本設計中扭矩傳感器1選擇的是量程為10100 Nm，扭矩傳感器2選擇的量程為200800 Nm。電氣連接方式如下表：連接方式插頭座號導線顏色輸入（電源）正端1紅地2白輸入（電源）負端3藍轉速信號輸出4黑扭矩信號輸出5黃若插頭座號、導線顏色發生顏色變化時，請以傳感器檢定合格證書為準。4.9 發電機的選擇本設計采用發電機模擬吸收負載方案，采用電力回饋，大大節約能源消耗。初步選擇Z4系列的直流發電機。 Z4系列直流電機是我國公司最新產品，廣泛用作各類機械的傳動愿，諸如冶金工業軋機轉動、金屬切削機床、造紙、印刷、紡織、印染、水泥、塑料擠出機械等等。Z4系列電機的外形安裝尺寸除了兩底腳孔間軸向尺寸B之外，符合IEC72國際標準。 Z4系列電機的性能及技術要求可按照國際電工委員會標準，IEC34-1或西德國家標準DIN57530的要求考核。 本系列電機采用多角形結構，空間利用率高。定子磁軛為疊片式，實用整流器供電，能承受脈動電流與電流急劇變化（負載變化）之工況，磁極安裝有精確定位，因而換向良好。電機絕緣等級為F級，采用可靠絕緣結構浸漬工序，保證絕緣性能穩定和良好散熱。Z4系列電機具有體積小、性能好、重量輕、輸出功率大、效率高及可靠性高的特點，可以與當今國際先進水平的電機教量。電動機可用三相全控橋式整流電源以及不外接平波電抗器而長期工作。額定電壓為160V的電機由單相橋式電源供電，此時電樞回路須接入電抗器以抑制脈動電流。 電機性能： 1技術數據表中的數據應按下列使用條件工作 a.海拔不超過1000m； b.周圍空氣溫度不大于40； c.工作環境不應有酸性、堿性或其他對絕緣有腐蝕作用的氣體； d.電機為連續工作制（SI）； e.電動機電樞回路和勵磁回路可由靜止整流電源供電，也適應由直流發電機供電； f.本系列電機性能均符合國際GB755旋轉電機基本技術要求。 2電動機標準額定電壓為160V、440V。也可根據具體情況派生出220V、400V和660V或其他電壓。 3電動機額定轉速有3000、1500、1000、750、600、500、400、300、200r/min共九檔。減小電樞電壓為恒轉矩調速，減小勵磁電壓為恒功率調速。在額定電壓以下用調壓調速時為恒轉矩。其最低轉速均規定為不低于20r/min，此時仍能維持額定轉矩，轉速平穩。 4電動機的基本勵磁方式為他勵，標準勵磁電壓為180V，其他勵磁電壓亦可協 商。電動機允許強行勵，強勵電壓不得超過500V。電動機正常運行時勵磁電流不得超過額定勵磁電流。為確保勵磁系統絕緣的可靠性，在斷開勵磁回路時，需在勵磁繞組兩端并聯一個釋放電阻以防止自感電勢。在標準勵磁電壓時其值約為七倍勵磁繞組電阻（冷態）。勵磁電壓高于標準電壓時，并接釋放電阻值可小于七倍，反之大于七倍。 5Z4-315、Z4-355、Z4-400、和Z4-450四個機座帶有補償繞組。在Z4-250和Z4-280兩個機座號中派生帶有補償繞組的電機也是可能的。 6電機提供有接地標注的接線柱。 7技術數據表內的功率值為額定功率，額定電壓和轉速時的效率，它包括勵磁損耗，不包括鼓風機損耗。本設計中選擇的電機型號為Z4-225-11，電機中心高為225mm，電樞鐵心長度代號為11，發電機主要技術參數如下表：型號Type額定功率Rated OutputPN 額定轉速Rated Speed弱磁轉速Speed with Field WeakingnF 電樞電流Arm Curr1N 勵磁功率Arm CurrPF 電樞回路電阻Arm Circuit Resistance R電樞回路電感Arm Circuit InductanceLA 磁場電感Field InductanceLF 效率Eff.慣量矩Moment of Inertia重量Wt.400V、440VKWr/minr/minAW(20)mHH%Kg-KgZ4-225-11991360300027623000.06642.14.4587.95680110150089.46790020001930.14064.94.2884.475100086.54968013001460.24338.75.7781.255750844054012001230.3569.56.3878.24560080.83345010001030.47615.26.1076.53750078.8Z4-225-2149540100014824700.26489.54.1479.35.67405560082.44045010001250.39713.75.4176.64550078.9Z4-225-311191360240032725800.04541.55.3389.36.2800132150090.58190020002270.0933.45.386.9901000886768022501970.1675.14.5582.57575085.112Z4-250-11 1441360210039925000.04441.34.2988.88.8890160150089.99990020002810.09112.44.5586.2110100088.1Z4-250-211671360220045927500.03250.914.2889.810970185150090.58168022502340.13063.95.4183.29075085.2Z4-250-311801360240049328500.02810.875.3290.411.21070200150091.511990020003340.06681.75.4687.4132100089.16754020002040.2024.04.080.87560084.64945015001520.3057.35.178.55550082.4發電機安裝尺寸如下：型號 TYPE安裝尺寸 Mounting Dimensions 外型尺寸 Outline DimensionsABCDEFGADAEAFAGCHKLL1ABACADHDh1Z4-225-11385701149751402079.5751402079.5225191140160548047439898120Z4-225-1278112001665