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跌落試驗台零件的設計

发布时间:2015-01-31 11:37 浏览次数:

跌落試驗台零件的設計

4.1底座和支架的設計

由于該試驗台屬于小型的試驗台,對底座和支架的強度和硬度要較低所以選擇ZG230-450號鋼。該鋼的特性和應用見表4-1。
 表4-1 一般工程用鑄造碳鋼的特性和應用
牌  號 主要特性 應用舉例
ZG200-400 低碳鑄鋼,韌性及塑性均好,但強度和硬度較低,低溫沖擊韌度大,脆性轉變溫度低,導磁、導電性能良好,焊接性好,但鑄造性差  機座、電氣吸盤、變速箱體等受力不大,但要求韌性的零件
ZG230-450  用于負荷不大、韌性較好的零件,如軸承蓋、底板、閥體、機座、側架、軋鋼機架、箱體、犁柱、砧座等
ZG270-500 中碳鑄鋼,有一定的韌性及塑性,強度和硬度較高,切削性良好,焊接性尚可,鑄造性能比低碳鋼好 應用廣泛,用于制作飛輪、車輛車鈎、水壓機工作缸、機架、蒸氣錘氣缸、軸承座、連杆、箱體、曲拐
ZG310-570 用于重負荷零件、如聯軸器、大齒輪、缸體、氣缸、機架、制動輪、軸及輥子
ZG340-640 高碳鑄鋼,具有高強度、高硬度及高耐磨性,塑性韌性低,鑄造、焊接性均差,裂紋敏感性較大 起重運輸機齒輪、聯軸器、齒輪、車輪、閥輪、叉頭

 底座和支架组装图

                             圖4-1 底座和支架組裝圖

4.2主提升裝置零件的設計

4.2.1螺杆螺紋的設計與校核
    (1)螺杆材料、熱處理
 螺杆是在高溫、一定腐蝕、強烈磨損、大扭矩下工作的,因此,螺杆必須:
 ① 耐高溫,高溫下不變形;
 ② 耐磨損,壽命長;
 ③ 耐腐蝕,物料具有腐蝕性;
     ④ 高強度,可承受大扭矩,高轉速;
 目前我國常用的螺杆材料有45號鋼、40Cr、氨化鋼、38CrMOAl等。所以根據上述和表4-2本設計螺杆的制造材料均爲45號鋼。螺紋部分采用表面淬火處理,保證硬度達到45HRC,使螺紋具有較好的強度和韌性。
材料牌號 熱處理種類 截面尺寸 力學性能 硬度
直徑D,mm 壁厚S,mm ,N/mm2 ,N/mm2 HB HRC
45 正火 ≤100 ≤50 588 294 169~217  
    101~300 51~150 569 284 162~217  
301~500 151~250 549 275 162~217
501~800 251~400 530 265 156~217
調    質 ≤100 ≤50 647 373 229~286
101~300 51~150 628 343 217~255
301~500 151~250 608 314 197~255
表面淬火   40~50
表4-2 螺杆材料及力學性能表
    (2)螺杆尺寸設計
 
 式中:[P]爲材料的許用壓力;見表4-3
           值一般取1.2~3.5;                                                 
表4-3 滑動螺旋副材料的許用壓力[ P]
螺杆—螺母的材料  滑動速度 (/s) 許用壓力(MPa)
鋼—青銅  低速  1825 
≤3.0  11~18 
6~12  7~10 
>15  1~2 
淬火鋼—青銅  6~12  10~13 
鋼—鑄鐵  <2.4  13~18 
6~12  4~7 
因此綜上所述:取2   材料的許用應力[P]取1.5MPa帶入(4-2)式得                                                               
根據查閱得:                                           公稱直徑,螺距,螺杆小徑,螺杆中徑,
 底座和支架组装图 
   圖4-2螺杆
    (3)螺杆的校核
      ① 自鎖驗算
   自鎖條件是                    λ≤                               (4-4)
        式中:λ爲螺紋中徑處升角;
              爲摩擦角;
               摩擦系數f取0.08 ;滑動摩察系數f的取值見表2
 
 
 符合自鎖條件 
表4-3 滑動摩擦系數
螺杆—螺母的材料  摩擦系數f 
鋼—青銅  0.08~0.10 
淬火鋼—青銅  0.06~0.08 
鋼—鋼  0.11~0.17 
鋼—鑄鐵  0.12~0.15 
      ② 螺杆強度的計算
      對受力較大的螺杆應根據第四強度理論校核螺杆的強度。其中扭矩
                                                     (4-5)                                    式中:爲螺紋中徑處升角;
               爲當量摩擦角;
 對受力較大的螺杆應根據第四強度理論交合螺杆強度:
                                           (4-6)
式中: F—螺杆所受的軸向壓( N);
A—螺杆螺紋的危險截面面積;
—螺杆螺紋段的抗扭截面系數;
—螺杆螺紋小徑(mm);
T—螺杆所受的扭矩;
[s]—螺杆材料的許用應力 (MPa) ;                                                                 — 螺杆螺紋段的危險截面面積
                                                                 (4-7)
—螺杆螺紋段的抗扭截面系數
 
由前面可知螺杆的材料是45號鋼,查表4-2得其屈服強度,所以其許用應力,許用應力取最大值有。
由4-4公式得   
右公式4-5公式得          
綜上的 ,符合強度計算的條件。
     ③ 螺杆的穩定性計算
對于長徑比大的受壓螺杆,當軸向壓力大于某一臨界值時,螺杆就會突然發生側向彎曲而喪失其穩定性。因此,在正常情況下,螺杆承受的軸向力必須小于臨界載荷。  則螺杆的穩定性條件爲 
                            (4-8)       
式中:Ssc—螺杆穩定性的計算安全系數; 
  SF—螺杆穩定性安全系數;對于傳力螺旋(如起重螺杆等) ; 于傳導螺旋, ;對于精密螺杆或水平螺杆;
          —螺杆的臨界載荷 ;
    若螺杆危險截面面積 則                                             
   螺杆的柔度                  
取值見表3
    當λS≥100時,臨界載荷Qc可按歐拉公式計算,即
         
式中:E—螺杆材料的拉压弹性模量,E=2.06           I—螺杆危险截面的惯性矩,;
                         
     所以該軸合格。          
表4-4 長度系數
端  部  支  撐  情  況  長度系數μ 
 兩端固定  0.50 
 一端固定,一端不完全固定  0.60 
 一端鉸支,一端不完全固定  0.70 
 兩端不完全固定  0.75 
 兩端鉸支  1.00 
 一端固定,一端自由  2.00 
 

4.2.2螺母的設計與校核

   (1)螺母的設計
由于本設計使用整體式螺母,因而將內螺紋設計于工作台之內。
根據GB/T 5796.3-2005,。取(內螺紋)公稱直徑,對應的中徑,小徑,螺距。
螺母高度 H= 
旋和圈數
基本牙型高度
螺母(工作台)材料使用灰鑄鐵(HT200)螺紋渡青銅。
   (2) 螺母螺紋牙的強度計算 
螺紋牙多發生剪切和擠壓破壞,一般螺母的材料強度低于螺杆,故只需校核螺母螺紋牙的強度。      
根據螺母的材料查表取
螺紋的剪切強度                                             (4-9)
螺紋的彎曲應力                                           (4-10)
—螺母材料的許用切應力
—螺杆材料的許用應力
 
 
表4-5 滑動螺旋副材料的許用應力
螺旋副材料       許用應力(MPa)                                 
               
螺杆  鋼  /(3~5)       
螺母  青銅     40~60  30~40 
鑄鐵     40~55  40 
鋼     (1.0~1.2)  0.6 
          注:(1)爲材料屈服極限。 
                    (2)載荷穩定時,許用應力取大值。 
 

4.3軸承的尺寸與潤滑設計

兩軸承的內徑均爲.根據GB 292-64,上軸承選取70303 AC的角接觸球軸承。軸承的寬度系列爲0(窄)系列,直徑系列爲3(中)系列,內徑,外徑厚度,公稱接觸角。下軸承選帶座軸承選取內徑,外徑,座寬。
因此,與軸承配合處的軸段直徑設定爲17mm,采用過盈配合、基孔制,配合公差爲H6/k7。軸極限偏差分別爲,;軸承的極限偏差爲,。此外,本設計中軸承爲油潤滑,潤滑油型號CK220。

4.4 副提升裝置的設計

直線導軌又稱線軌、滑軌、線性導軌、線性滑軌,用于直線往複運動場合,擁有比直線軸承更高的額定負載, 同時可以承擔一定的扭矩,可在高負載的情況下實現高精度的直線運動。下圖爲直線導軌圖
      
                         1、滾珠滑塊 2、直線導軌
                             圖4-3 直線導軌圖
直線滾動導軌在數控機床中有廣泛的應用。相對普通機床所用的滑動導軌而言,它有以下幾方面的優點:
    (1) 定位精度高,容易獲得高度的行走精度                                                                                                                                                                                                                             
    (2) 可實現無間隙輕快地高速運動                                                                                  
    直線滾動導軌由于摩擦阻力小,因此發熱少,可實現機床的高速運動,提高機床的工作效率20~30%。                                                                                                   
    (3) 可長期維持機床的高精度                                                                                
    對于滑動導軌面的流體潤滑,由于油膜的浮動,産生的運動精度的誤差是無法避免的。在絕大多數情況下,流體潤滑只限于邊界區域,由金屬接觸而産生的直接摩擦是無法避免的,在這種摩擦中,大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反,滾動接觸由于摩擦耗能小.滾動面的摩擦損耗也相應減少,故能使直線滾動導軌系統長期處于高精度狀態。同時,由于使用潤滑油也很少,大多數情況下只需脂潤滑就足夠了,這使得在機床的潤滑系統設計及使用維護方面都變得非常容易了。                                   
    (4) 所有方向都具有高剛性                                                                      
    滾動直線導軌的滑塊與導軌間爲微間隙或負間隙,因此可以極大提高導軌的整體剛性和運動精度。                                                                                               
    (5) 容許負荷大                                                                                           
    滑塊和導軌緊密配合成一整體,剛性大,四方向等負荷,因此具有較大的負荷承載能力。
    (6) 維護保養簡便                                                                                                   

4.5試驗台夾具的設計

4.5.1試驗台的夾具的選擇

新疆香梨的表面很脆,選擇一般的加持裝置會在不經意間就損傷了香梨的表面,對後面香梨跌落沖擊試驗的試驗結果造成影響和誤差,所以要設計一種不會損傷香梨表面的加持裝置。通過查資料確定使用真空系統來實現香梨的加持,即靠氣力系統吸香梨從而達到夾持香梨的目的。真空系統大致結構簡圖
 
1、真空泵 2、矽膠管 3、真空破壞閥 4、真空吸盤
圖4-4 真空系統結構簡圖

4.5.2真空系統工作原理

氣力系統如圖4-5所示,首先將真空吸盤通過接管與真空泵接通,啓動真空泵抽氣,初始時真空破壞閥和真空切換閥均處于關閉狀態,當吸盤與待提升香梨接觸時,通過控制系統打開真空切換閥使吸盤內産生負氣壓,從而將待測香梨品吸牢。要放下香梨時通過系統關閉真空切換閥,並打開真空破壞閥使真空腔與大氣壓相通,則真空吸盤的負氣壓變爲零氣壓,香梨就會脫離真空吸盤,從而完成香梨吸放的全過程。
 
 
 
1、幹燥器 2、過濾器 3、減壓閥 4、真空罐 5、真空調壓閥 6、真空泵 7、消聲器 8、真空破壞閥 9、抱具 10、真空切換閥 11、真空吸盤 12、香梨 13、真空表  
                          圖4-5 氣力系統示意圖 

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