1、濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目 WE-1000液壓萬能試驗(yàn)機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班 級 機(jī)設(shè)07Q1 學(xué) 生 衡培銀 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 遲清 二一一 年 五 月 十一 日1 前言1.1 試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)是根據(jù)靜力單軸拉伸試驗(yàn)原理而制造的一種測量工具。50、60年代，液壓靜力單軸拉壓系統(tǒng)的測量與顯示系統(tǒng)是純機(jī)械式的擺錘測力、度盤指針顯示系統(tǒng)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理由試驗(yàn)操作人員手工完成1。70年代，以美國的MTS公司、ISTRON公司、SHIMADZU公司為代表的試驗(yàn)機(jī)制造商在試驗(yàn)機(jī)上廣泛應(yīng)用了傳感器測量、數(shù)字顯示技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式擺錘測力、度盤顯示系統(tǒng)，習(xí)

2、慣上稱為數(shù)字顯示試驗(yàn)機(jī)時代。從50到70年代末，液壓試驗(yàn)機(jī)大部分采用了手動液壓閥控制實(shí)驗(yàn)過程，只有極少數(shù)的試驗(yàn)機(jī)采用了模擬式電液伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)，可靠性差。80年代，上述幾家公司率先將先進(jìn)的Z80等微處理機(jī)用于試驗(yàn)機(jī)的控制和數(shù)據(jù)采集以及數(shù)字顯示單元，生產(chǎn)了第一代實(shí)用微型機(jī)控制電液伺服試驗(yàn)機(jī)，用微機(jī)數(shù)字式控制器取代了原先的模擬式控制器，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，方便了試驗(yàn)機(jī)控制性能超群的調(diào)試，同時，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動處理和打印記錄。90年代末，液壓試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)進(jìn)步主要體現(xiàn)在PC機(jī)控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的后處理技術(shù)上。全數(shù)字式PC機(jī)控制器面向不同試驗(yàn)對象的數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用

3、，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的磁盤存儲與再分析擴(kuò)大了試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用范圍。進(jìn)入21世紀(jì)，最前沿的技術(shù)是試驗(yàn)機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬試驗(yàn)，實(shí)用化的遠(yuǎn)程試驗(yàn)，讓用戶可以在網(wǎng)絡(luò)上操作試驗(yàn)機(jī)并做到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)用戶共享。隨著調(diào)速電機(jī)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)據(jù)采集技術(shù)和處理技術(shù)、傳感放大技術(shù)、國外液壓閥（MOOG）技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品的應(yīng)用，工業(yè)產(chǎn)品人性化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢如下：1油缸下置式的主機(jī)結(jié)構(gòu)將代替油缸上置式主機(jī)結(jié)構(gòu)。2采用電機(jī)代替液壓馬達(dá)來驅(qū)動下夾頭的升降，既方便加工，又方便鉗口的裝夾，從而降低機(jī)器的制造成本。3 電液伺服控制系統(tǒng)自動控制試驗(yàn)過程代替目前手動閥控制模式。液壓系統(tǒng)采用德國博世公司生產(chǎn)的伺服比例閥和日本NAC HI公司生產(chǎn)的油泵

4、電機(jī)組1。4 系統(tǒng)將增加獨(dú)立液壓夾緊系統(tǒng)，以消除鉗口的滑移現(xiàn)象。5 開發(fā)全中文控制軟件包，采用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)力、試驗(yàn)力峰值、橫梁位移、試樣變形及試驗(yàn)曲線的屏幕顯示。實(shí)現(xiàn)符合國際標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)據(jù)處理功能并具有良好的擴(kuò)展性，可以根據(jù)特殊使用要求處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，處理結(jié)果以ASC碼的形式進(jìn)行磁盤存儲，為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的再分析、數(shù)據(jù)庫管理，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)群筇幚矶继峁┓奖?。綜上所述，液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)的主機(jī)框架部分（包括試樣夾持部分）各單元技術(shù)都趨于完備，具有加載穩(wěn)定、使用范圍廣泛、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)，只是為適用不同時代的審美要求而略有變化，技術(shù)的進(jìn)步主要體現(xiàn)在試驗(yàn)系統(tǒng)的控制的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)上。1.2 試驗(yàn)機(jī)

5、的主要功能用途本試驗(yàn)機(jī)利用液壓加荷，操作方便，試驗(yàn)讀數(shù)準(zhǔn)確可靠，能做一般鋼材等金屬材料之拉伸，壓縮，彎曲及剪切試驗(yàn)，亦可對塑料、水泥及混凝土等非金屬材料進(jìn)行壓縮及彎曲斷裂試驗(yàn)。本試驗(yàn)機(jī)主要適用于建材、冶金、科研單位、大專院校、質(zhì)量檢測中心和商品檢測等部門，做金屬和非金屬的拉伸、壓縮、彎曲、及剪切等試驗(yàn)2。為了保證試驗(yàn)機(jī)指示負(fù)荷讀數(shù)有較高的準(zhǔn)確性，采用動擺測力計(jì)指示試驗(yàn)負(fù)荷，為使試樣斷裂時所產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動不致影響測力計(jì)指針?biāo)甘镜呢?fù)荷讀數(shù)，試驗(yàn)機(jī)分為主體與測力計(jì)兩個獨(dú)立組成部分。1.3 設(shè)計(jì)參數(shù)要求1試驗(yàn)力最大負(fù)荷1000千牛頓；2拉伸鉗口間最大距離800毫米；3壓縮面間距離0300毫米；4油泵

6、電動機(jī)功率1.5千瓦。2 WE-1000液壓萬能試驗(yàn)機(jī)機(jī)械部分綜述本試驗(yàn)機(jī)采用液壓加荷，試樣夾持采取液壓系統(tǒng)中的回油路完成。操作方便，試樣讀數(shù)準(zhǔn)確可靠，能做一般鋼鐵等金屬材料之拉伸、壓縮、彎曲試驗(yàn)也可做一段材料，如塑料、水泥及水泥制品的壓縮及彎曲試驗(yàn)3。為了保證試驗(yàn)機(jī)指示負(fù)荷讀數(shù)有較高的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)用正切擺錘測力機(jī)構(gòu)，指示負(fù)荷，為使試驗(yàn)機(jī)在試樣斷裂所產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動不致影響測力系統(tǒng)指示負(fù)荷的準(zhǔn)確性，固將試驗(yàn)機(jī)的主體和測力計(jì)兩個部分獨(dú)立分開。試驗(yàn)機(jī)采用的液壓夾持裝置，只要是按照順序按動使用按鈕就能完成動作。在測力計(jì)內(nèi)裝置著活塞式軸向柱塞泵，由電機(jī)徑皮帶傳動減少振動，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，音響正常4 。負(fù)荷指示

7、度盤采用封閉式結(jié)構(gòu)，刻度清洗，使實(shí)驗(yàn)者讀數(shù)時減少誤差。自動描繪器，裝于測力計(jì)外殼的右上方，并備兩套方式可測得試樣變形和受力曲線。放大倍數(shù)可實(shí)現(xiàn)2、4、10、20、50倍。本機(jī)的液壓系統(tǒng)控制是由兩個測力計(jì)外殼，送回油手柄和幾個明顯按鈕實(shí)現(xiàn)負(fù)荷增減穩(wěn)定和試樣夾緊松開，操作方便，保證安全。試驗(yàn)機(jī)的示值相對誤差在1%(從每級度盤最大負(fù)荷20%而又不小于試驗(yàn)機(jī)最大負(fù)荷的4% 。 2.1 試驗(yàn)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)說明液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)是由主體、測力計(jì)兩部分組成的。主體是試驗(yàn)的執(zhí)行部分，主要由油缸、工作活塞、電機(jī)、試臺、機(jī)座等部分組成。油缸及工作活塞用于試驗(yàn)時液壓加荷，電機(jī)用于試驗(yàn)前試臺的快速升降，以節(jié)省工作時間，試

8、臺用于夾持被測試樣。測力計(jì)是用于測量試驗(yàn)機(jī)工作時油缸內(nèi)的壓力，也就是試樣的各種性能參數(shù)，同時與其它裝置配合將讀數(shù)顯示在度盤上，以方便試驗(yàn)人員讀數(shù)。為了保證在使用試驗(yàn)機(jī)時安全問題，本試驗(yàn)機(jī)配備了安全裝置。試驗(yàn)機(jī)下鉗口座的升降設(shè)有限位開關(guān)，保證下鉗口升降安全。測力計(jì)連桿上裝有小型彎板，當(dāng)擺桿楊到最大規(guī)定限度(即指針旋轉(zhuǎn)一周后超過每級量程3%5%時)。此小彎板即接觸了限位開關(guān)而使油泵停止工作。試驗(yàn)機(jī)超過最大試驗(yàn)力易發(fā)生故障。操作時必須注意：測力計(jì)擺桿揚(yáng)程不準(zhǔn)超出最大限度，指針旋轉(zhuǎn)也不能超過一周。如果正在試驗(yàn)過程中，油泵突然停止工作，此時應(yīng)將所加試驗(yàn)力卸掉，檢查后重新開動油泵，不應(yīng)在高壓下啟動油泵火檢

9、查事故原因。如果在試驗(yàn)機(jī)工作時，電器發(fā)生失靈，啟動或停止按鈕不起作用時，應(yīng)立即切斷電源，使試驗(yàn)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。試驗(yàn)機(jī)各部應(yīng)經(jīng)常擦拭干凈，對沒有噴漆的表面擦拭干凈后應(yīng)用棉紗沾少量的機(jī)油再擦一遍，以防止生銹。每次試驗(yàn)后試臺下降，活塞不宜落到油缸底，稍留一點(diǎn)距離以利下次使用。測力計(jì)上所以活門不應(yīng)打開放置，以免塵土進(jìn)入內(nèi)部，影響測量機(jī)構(gòu)的靈敏性能。試驗(yàn)機(jī)暫停使用時應(yīng)將油泵電動機(jī)關(guān)閉5。2.2 試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械組成試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械部分主要由主機(jī)、負(fù)載指示機(jī)構(gòu)、測力計(jì)和操作部分組成。2.2.1 主機(jī)試驗(yàn)機(jī)主機(jī)上部結(jié)構(gòu)見圖2.1，四根支柱用螺母固定在機(jī)座上，其上端裝有油缸座，工作油缸固定在油缸座中央，工作油缸內(nèi)的工作或

10、是用調(diào)心球面支桿支持著小橫梁。拉桿(絲杠)的上端裝入螺母內(nèi)，絲母是在小橫梁兩端只能轉(zhuǎn)動不能竄動6。其拉桿下端固定在試臺上。當(dāng)油泵輸來油液進(jìn)入油缸時工作活塞上升，隨即試臺上升，試臺上裝有指示標(biāo)記可以讀出上升的距離，試臺前后兩側(cè)面裝有刻度尺，用以指示出彎曲支座間的距離，試臺下部是拉伸所用的上鉗口座。下鉗口直接固定在機(jī)座上。中間有一個過渡板7。圖2.1 試驗(yàn)機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)圖兩個鉗口之間空間距離的調(diào)正是借小橫梁的升降電機(jī)正反向轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)，不可用活塞上升方法調(diào)正空間大小，在不超出活塞行程的前提下可以小距離的調(diào)正。電機(jī)操作按鈕裝在立柱上電鈕上標(biāo)有試臺上升、下降字樣。在試機(jī)前必須將電機(jī)轉(zhuǎn)向接對8。油缸及活塞是主

11、體的主要部分，它們的接觸表面經(jīng)過精密加工并保證一定配合間隙和適當(dāng)油點(diǎn)。使活塞能自由移動而將摩擦減小到最適當(dāng)數(shù)值。當(dāng)油泵來油進(jìn)入油缸后，活塞上升帶動試臺，在使試樣強(qiáng)行變形的前提下施加負(fù)荷。因此在使用時，將油液過濾干凈不得含有雜質(zhì)或鐵屑，保證油液的清潔是使試驗(yàn)機(jī)正常工作的一個必備條件8。安裝時應(yīng)注意：雜質(zhì)污物、砂土等不得落在試驗(yàn)機(jī)的上頂處以免油缸受損9。2.2.2 負(fù)載指示機(jī)構(gòu)負(fù)荷指示機(jī)構(gòu)封閉在玻璃罩內(nèi)。三種測量范圍刻制在一個度盤上，從外面觀察刻度清楚準(zhǔn)確，每條刻度之間有足夠的間隔距離，可以估計(jì)每小格的五分之一10。指示度盤上指示負(fù)荷數(shù)值的指針有兩根。其中一根為主動針，另一根為被動針，其尖端部分涂

12、以紅色標(biāo)記。當(dāng)試驗(yàn)終止時，卸掉負(fù)荷后，主動針自然回零位，而從動針仍由在試驗(yàn)負(fù)荷數(shù)值的原處以便試驗(yàn)人員有足夠的時間讀出準(zhǔn)確負(fù)荷數(shù)值，從動針的調(diào)正可用玻璃外面的手把按下后撥動。2.2.3 測力計(jì)本試驗(yàn)機(jī)采用正切擺錘測力原理，測力系統(tǒng)由負(fù)荷指示，自動描繪。高壓柱塞泵及操作手柄等部分組成，所以說它是一個綜合機(jī)構(gòu)，這些部分完全被封閉在簡單平滑美觀鋼板外殼內(nèi)，外殼各面必要處設(shè)有活門，打開時能清楚的看到內(nèi)部機(jī)構(gòu)，以便進(jìn)行個別部分的調(diào)整修理，并可使各機(jī)構(gòu)處在清潔良好的條件下工作11。測力活塞受力與主體上工作活塞的受力與面積成正比，當(dāng)油壓作用在測力活塞上時，測力活塞必向下移動并通過聯(lián)板及上部方鐵上的刀刃使主軸帶

13、動擺桿及砣產(chǎn)生一個角位移，這個角位移借助推板的位置改變推動齒桿，齒桿的位移大小與負(fù)荷大小成正比例關(guān)系。2.2.4 操作部分高壓油泵的電動機(jī)開關(guān)按鈕裝在測力計(jì)臺面上，電源按鈕及指示燈與按鈕一體，給夾持電磁閥送電或斷電的按鈕也在面板上，操作電磁閥換向的按鈕在主體的立柱上。送油閥處在右邊，該閥是壓力閥和流量閥的合成，利用此閥可使油泵輸出的油產(chǎn)生高壓送入工作油缸，同時可控制負(fù)荷增減的速度?；赜烷y可看做是一個開關(guān)，壓力的形成必須是關(guān)閉回油閥，回油時才能打開回油閥。3 WE-1000液壓萬能試驗(yàn)機(jī)液壓部分綜述3.1 高壓油泵及電機(jī)高壓油泵與它所用的驅(qū)動電機(jī)由三角皮帶相連接，裝在測力計(jì)底座上。油箱設(shè)置在測力

14、計(jì)側(cè)面油面有油窗觀察，高壓柱塞泵是由七個活塞副組成的軸向柱塞泵，泵的結(jié)構(gòu)合理，制造精密，壽命長，剛性好。3.2 液壓夾持控制板在測力計(jì)的下方靠右的地方，按入一個控制油路，將送油閥的回油口分成兩個支路，一路接上鉗口，一路接下鉗口，原理相同。在夾持試樣完畢后，從送油閥回油口的油是通過電磁換向閥內(nèi)流出兩路匯合流回油箱，在裝夾試樣前送電，裝夾完畢，斷電有專用按鈕來操作。3.3 緩沖閥準(zhǔn)確調(diào)試和操作試驗(yàn)機(jī)，使其達(dá)到良好工作狀態(tài)是每次對材料測試前必須要做的一項(xiàng)重要工作，其中對緩沖閥的調(diào)試往往被部分測試人員特別是初學(xué)者忽視，由此造成試驗(yàn)機(jī)的精度降低，甚至損壞。緩沖閥是安裝在試驗(yàn)機(jī)回油閥體上的，其作用是當(dāng)受壓

15、試樣加荷達(dá)到極限荷載值（或受拉試樣斷裂后），工作油缸及高壓油路系統(tǒng)和測力油缸內(nèi)的油液壓強(qiáng)驟然下降，因而擺桿及鉈就以很大的速度回落，為了防止這種快速的回落而采用了緩沖閥。如無阻止措施，它會按自由落體下落，為使下落的速度是符合要求，而采取的一種緩沖裝置12。3.4 送油閥和回油閥送油閥在升起試臺時可以開的大些，使試臺以最快的速度上升，減少試驗(yàn)的輔助時間(手輪約轉(zhuǎn)動四周)。當(dāng)試件加荷時應(yīng)注意操縱，必須根據(jù)試料規(guī)定的加荷速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，不應(yīng)升的過快，使試料受到?jīng)_擊，也不應(yīng)無故關(guān)閉，使試料所受負(fù)荷突然下降，因而影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。如果是做測定規(guī)定的屈服點(diǎn)或其他特殊試驗(yàn)的情況下，負(fù)荷需要反復(fù)增減時，也需平

16、穩(wěn)的操作?；赜烷y在試件加荷時，必須將其關(guān)緊，不許有油漏回。在試件斷裂后，慢慢打開回油閥，卸除負(fù)荷并使試驗(yàn)機(jī)活塞回落到原來位置，使油回到油箱，應(yīng)注意，送油閥手輪不用擰的過緊，以免損傷油針的尖端，回油閥手輪必須擰緊，因有較大的鈍角，所以不易損傷。3.5 液壓傳動系統(tǒng)一部機(jī)器要實(shí)現(xiàn)對動力傳遞和控制的目的，是借助于傳動機(jī)構(gòu)來完成的。傳動形式可分為：機(jī)械傳動、電氣傳動、氣壓傳動、液壓傳動。液壓傳動是以液體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的方式。液壓傳動主要是利用液體靜壓能傳遞功能的一種傳遞方式，絕大多數(shù)采用礦物油作為傳動介質(zhì)，所以也稱為油壓傳動。液壓傳動。液壓傳動由以下特點(diǎn)：以液壓為傳動介質(zhì)：由于油液沒有固

17、定的形狀，但由一定的體積，所以這種傳動必須在密閉的容器內(nèi)(油缸、油管)進(jìn)行；液體只能受壓力，所以液體傳動是靠靜壓力來實(shí)現(xiàn)的。WE型萬能材料試驗(yàn)機(jī)是常見的一種試驗(yàn)機(jī)，在試驗(yàn)機(jī)中液壓傳動被國內(nèi)外廣泛應(yīng)用著，如動靜萬能試驗(yàn)機(jī)、測力機(jī)、諧振與非諧振試驗(yàn)機(jī)，振動臺等，它們的工作部分基本上都是直線往復(fù)運(yùn)動，也由作擺動運(yùn)動的。這些液壓傳動比較復(fù)雜，本著由淺入深的原則，這里首先要分析一下WE型萬能試驗(yàn)機(jī)的液壓系統(tǒng)及它的工作原理13。它有兩條主油路，一條是進(jìn)油路，一條是回油路。在兩條油路上，分別各由一個閥來控制整個液壓系統(tǒng)的各種狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)開始工作時，首先把回油路上的回油閥（節(jié)流閥）關(guān)緊，按下起動按鈕，電動機(jī)帶

18、動油泵轉(zhuǎn)動，油箱中的油液經(jīng)過濾油網(wǎng)吸入油泵，再經(jīng)油泵的出油管送到送油閥內(nèi)。當(dāng)送油手輪打開時，高壓油經(jīng)油管經(jīng)過油管進(jìn)入工作油缸，使工作活塞上升進(jìn)行工作，改變送油閥的節(jié)流口大小，就能調(diào)節(jié)經(jīng)過節(jié)流口的油液流量，使多余的油經(jīng)過溢流管流回油箱。因而控制了工作活塞的上升速度，同時高壓油通過油管經(jīng)回油閥中的單向閥的孔路進(jìn)入測力油缸，使測力油缸內(nèi)的測力活塞被壓向下移，并通過拉桿、擺桿、推板、推桿等的作用使指針沿度盤轉(zhuǎn)動，指示出試驗(yàn)載荷的數(shù)值。在試驗(yàn)過程中，由于試件突然斷裂，工作油缸中的油壓由高壓就會急劇降到低壓，為防止工作油缸油壓突然下降，單向閥中的鋼球堵住油管的進(jìn)油口，這時測力油缸中的高壓油由節(jié)流口流回油箱

19、，使擺桿緩慢下落。工作活塞向下運(yùn)動時，需將回油路上的回油閥（節(jié)流閥）打開，工作油缸中的壓力油經(jīng)油管與回油針的節(jié)流口，從回油管流回油箱。改變回油路上回油閥的節(jié)流口大小，就能調(diào)節(jié)通過節(jié)流口的油液流量，因而控制了工作活塞的下降速度。根據(jù)工作情況不同，油泵打出的油液流量應(yīng)當(dāng)能夠調(diào)整，這個功能是由溢流閥來完成的。從油泵打出的定量油進(jìn)入工作油缸，而進(jìn)入工作油缸的流量要經(jīng)過節(jié)流閥來調(diào)節(jié)。當(dāng)油泵供油量大于工作油缸所需油量時，油壓升高，把溢流閥的閥芯推開，使多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱。4 WE-1000液壓萬能試驗(yàn)機(jī)主要零件的選擇與校核4.1 試驗(yàn)機(jī)底座強(qiáng)度校核機(jī)座可以簡化為簡支梁，受力及彎矩圖如圖4-1、圖4-

20、2所示已知：=N =0.76m，從彎矩圖可以得出最大彎矩在處，且最大彎矩處截面形狀簡化為如圖4-3所示圖4.1 簡支梁圖4.2 受力彎矩圖圖4.3 機(jī)座截面根據(jù)圖4.3，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得：抗彎截面模量： （4.1） （4.2）其中： 比較公式（4.1）（4.2），因?yàn)樗?，面為危險(xiǎn)截面，解（4.1）式得彎曲應(yīng)力 （4.3）機(jī)座材料為HT2040，強(qiáng)度極限，查手冊得=取安全系數(shù)，許用應(yīng)力 （4.4） 所以有滿足強(qiáng)度條件。4.2 試驗(yàn)機(jī)絲杠強(qiáng)度校核絲杠在該試驗(yàn)機(jī)中又稱為拉桿，主要進(jìn)行拉伸作用，所以對其要進(jìn)行拉伸強(qiáng)度校核拉應(yīng)力 （4.5） 所以 絲杠材料為，查手冊 取安全系數(shù) =1.5 則許用應(yīng)力

21、，滿足強(qiáng)度條件4.3 電機(jī)功率校核已知：電機(jī)功率 ， 轉(zhuǎn)速 帶輪直徑=，= 蝸桿頭數(shù) ，蝸輪 絲杠螺距 1. 求絲杠轉(zhuǎn)速 （4.6）絲杠速度 （4.7）2. 求電機(jī)傳給絲杠的輸出功率已知： 皮帶輪效率=0.95 軸承效率=0.99 蝸輪效率=0.8 絲杠功率=0.5 總效率 （4.8） 絲杠輸出功率 （4.9）絲杠提升的總重量： 由功率 （4.10） 得 絲杠實(shí)際需帶以下重物：試臺，橫梁，絲杠，油缸、活塞、球面支桿，其他所以絲杠上升共需帶重物的總重量： 所以絲杠能提升的最大重量大于實(shí)際提升重量，可見電機(jī)功率足夠。4.4渦輪蝸桿的選取1選擇蝸桿傳動類型根據(jù)GB100851988的推薦，采用阿基米

22、德蝸桿（ZA）。2選擇材料根據(jù)庫存材料的情況，并考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。由機(jī)械設(shè)計(jì)課本可知傳動中心距如下式所示： （4.11）（1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩按=1，估取效率，則 （4.12）（2）確定載荷系數(shù)因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)=1；工作載荷

23、小，視為無沖擊，取使用系數(shù)=1.0；取動載荷系數(shù)=1.1；則載荷系數(shù)： （4.13） =1.1（3）確定彈性影響系數(shù)因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故=160（MPa）。（4）確定接觸系數(shù)先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值/=0.3，則得=3.1。（5）確定許用接觸應(yīng)力根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，可知蝸輪的基本許用應(yīng)力=268MPa。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： =60 （4.14） =0.675壽命系數(shù)： =1.05 （4.15）則： =281.496（MPa） （4.16）（6）計(jì)算中心距 （4.17）（mm）取中心距=160mm，再根據(jù)=53查機(jī)械設(shè)計(jì)手

24、冊模數(shù)=5mm，蝸桿分度圓直徑=50mm，蝸桿頭數(shù)=1，蝸輪齒數(shù)=53，變位系數(shù)=0.5，分度圓導(dǎo)程角9。這時， 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得，因此以上結(jié)果可用。4.5 油缸座的強(qiáng)度校核油缸座的強(qiáng)度計(jì)算可簡化為簡支梁計(jì)算，支點(diǎn)距離為立柱中心距離。在加壓時，力是通過油缸臺肩傳遞給油缸座的，如圖 4.4所示，圖4.4 油缸座受力簡圖為支承臺肩半圓環(huán)的垂心到油缸中心距離，一般可簡化為油缸臺肩外徑，且=0.3m ，油缸座的受力分布及彎矩圖如圖4.5，圖4.6圖4.5 剪力圖 圖4.6 彎矩圖最大彎矩為A、B之間， （4.18） 油缸座的強(qiáng)度條件： （4.19）截面形心至最外點(diǎn)距離截面慣性矩以下求，先求出截面尺寸

25、如圖4-7所示：圖4.7 油缸座截面圖已知：=0.28m ,=0.42m ,=0.64m, =0.06m , =0.15m , =0.05m, m 形心 （4.20） 求截面慣性矩： （4.21） 其中 （4.22）油缸座的材料為QT500-7 。取安全系數(shù)則許用應(yīng)力滿足強(qiáng)度條件4.6 連接螺栓的強(qiáng)度校核連接螺栓可按拉伸校核強(qiáng)度：拉伸強(qiáng)度應(yīng)力 （4.23）且 工作負(fù)荷，取= 一般為（0.2-0.6），取=（為剩余預(yù)緊力）所以=為螺栓直徑：單個螺栓所受到的力（共6個螺栓）螺栓的材料為40Cr，查表得需用應(yīng)力為取安全系數(shù)許用應(yīng)力 （4.24）滿足強(qiáng)度條件。4.7 鉗口的強(qiáng)度剛度計(jì)算最大負(fù)荷1000

26、KN，材料為ZG310-570，其=310MPa，安全系數(shù)=2，結(jié)構(gòu)如圖4.8所示，其中=20。 圖 4.8 下鉗口座的受力分析 155（MPa） （4.25）不計(jì)摩擦力，鉗口卡板受力如圖4.9所示，顯然，（KN） （4.26）（KN），圖 4.9 鉗口卡板受力圖圖 4.10 A-A截面視圖在A-A截面上： 97.5（MPa） （4.27）在B-B截面上， =70（MPa） （4.28）圖4.11 B-B截面視圖將移至C-C截面，則在C-C截面除有拉力外，還有一附加彎矩，在C-C截面上， （4.29）=80+20=100（MPa）圖4.12 C-C截面視圖故強(qiáng)度足夠。剛度計(jì)算 （4.30）=0

27、.（rad）=0.028鉗口座最上端張口（單邊）有：=8.15m=81.5（）4.8 螺母的強(qiáng)度校核4.8.1 螺紋副耐磨性計(jì)算根據(jù)公式： （4.31）已知：，則：查得許用壓強(qiáng)，因此滿足耐磨條件。4.8.2 螺牙的強(qiáng)度計(jì)算螺牙的強(qiáng)度條件分為剪切和彎曲兩個條件，由公式 （4.32） （4.33）已知：，螺母外徑，螺母圈數(shù)，螺紋牙底寬度所以由公式(4.32)得查表得許用剪切應(yīng)力，所以，滿足剪切強(qiáng)度條件。由公式(4.33)得查表得許用彎曲應(yīng)力，所以，滿足彎曲強(qiáng)度條件4.9 支柱的強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核4.9.1 支柱的強(qiáng)度校核支柱可只考慮受壓力，壓應(yīng)力， （4.34）已知：支柱材料為 ，查手冊，取安全系數(shù)

28、=1.5 ，則許用應(yīng)力所以， ，滿足強(qiáng)度條件。4.9.2 支柱的穩(wěn)定性校核已知，彈性模量，支柱長度，支柱直徑則極限柔度 （4.35） 四支柱可以簡化為一端固定，一端鉸支，取壓桿長度系數(shù)，則壓桿柔度，其中，為截面積。所以 ：，適用于歐拉公式。根據(jù)歐拉公式：臨界壓力為： （4.36） 工作安全系數(shù) （4.37）穩(wěn)定安全系數(shù) ，所以有 ，滿足穩(wěn)定性要求。5 結(jié) 論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的液壓萬能試驗(yàn)機(jī)從液壓部分和機(jī)械部分充實(shí)了我的理論文化知識和設(shè)計(jì)能力。首先看到老師給出的設(shè)計(jì)題目，在網(wǎng)上查閱了相關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解到它的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展前景，從而開始著手設(shè)計(jì)。從方案論證開始，對試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了大體的闡述

29、，有了一個總的方案，然后開始一步一步的進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，校核計(jì)算以及繪圖工作。通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我把大學(xué)里的專業(yè)知識做了一個全面的總結(jié)應(yīng)用，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程有了一個全面的了解，通過查閱資料，自己獲取想要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的信息，很好的鍛煉了自己的設(shè)計(jì)能力，學(xué)到了在課堂上學(xué)習(xí)不到的東西。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)過程中也了解到了自己的不足，一個完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)是要有扎實(shí)的理論知識才可以完成的，這是我深深沒有達(dá)到的，所以，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我感觸很大，深切的感到專業(yè)基礎(chǔ)知識的重要性。我會在以后的工作學(xué)習(xí)中，彌補(bǔ)自己的不足，提高自己的理論知識以及設(shè)計(jì)能力，做一名出色的機(jī)械設(shè)計(jì)人員，不辜負(fù)老師們的培養(yǎng)和期望。參 考 文 獻(xiàn)1 齊向陽,張輝,閆洪峰,汪瑞軍,李樹君,高艷雯,方濤,劉清林. 電子式萬能試驗(yàn)機(jī)的