跌落试验台零件的设计

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跌落试验台零件的设计

发布时间:2015-01-31 11:37      浏览次数:

跌落试验台零件的设计

4.1底座和支架的设计

由于该试验台属于小型的试验台,对底座和支架的强度和硬度要较低所以选择ZG230-450号钢。该钢的特性和应用见表4-1。
 表4-1 一般工程用铸造碳钢的特性和应用
牌  号 主要特性 应用举例
ZG200-400 低碳铸钢,韧性及塑性均好,但强度和硬度较低,低温冲击韧度大,脆性转变温度低,导磁、导电性能良好,焊接性好,但铸造性差  机座、电气吸盘、变速箱体等受力不大,但要求韧性的零件
ZG230-450  用于负荷不大、韧性较好的零件,如轴承盖、底板、阀体、机座、侧架、轧钢机架、箱体、犁柱、砧座等
ZG270-500 中碳铸钢,有一定的韧性及塑性,强度和硬度较高,切削性良好,焊接性尚可,铸造性能比低碳钢好 应用广泛,用于制作飞轮、车辆车钩、水压机工作缸、机架、蒸气锤气缸、轴承座、连杆、箱体、曲拐
ZG310-570 用于重负荷零件、如联轴器、大齿轮、缸体、气缸、机架、制动轮、轴及辊子
ZG340-640 高碳铸钢,具有高强度、高硬度及高耐磨性,塑性韧性低,铸造、焊接性均差,裂纹敏感性较大 起重运输机齿轮、联轴器、齿轮、车轮、阀轮、叉头

 底座和支架组装图

                             图4-1 底座和支架组装图

4.2主提升装置零件的设计

4.2.1螺杆螺纹的设计与校核
    (1)螺杆材料、热处理
 螺杆是在高温、一定腐蚀、强烈磨损、大扭矩下工作的,因此,螺杆必须:
 ① 耐高温,高温下不变形;
 ② 耐磨损,寿命长;
 ③ 耐腐蚀,物料具有腐蚀性;
     ④ 高强度,可承受大扭矩,高转速;
 目前我国常用的螺杆材料有45号钢、40Cr、氨化钢、38CrMOAl等。所以根据上述和表4-2本设计螺杆的制造材料均为45号钢。螺纹部分采用表面淬火处理,保证硬度达到45HRC,使螺纹具有较好的强度和韧性。
材料牌号 热处理种类 截面尺寸 力学性能 硬度
直径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
调    质 ≤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 螺杆材料及力学性能表
    (2)螺杆尺寸设计
 
 式中:[P]为材料的许用压力;见表4-3
           值一般取1.2~3.5;                                                 
表4-3 滑动螺旋副材料的许用压力[ P]
螺杆—螺母的材料  滑动速度 (/s) 许用压力(MPa)
钢—青铜  低速  1825 
≤3.0  11~18 
6~12  7~10 
>15  1~2 
淬火钢—青铜  6~12  10~13 
钢—铸铁  <2.4  13~18 
6~12  4~7 
因此综上所述:取2   材料的许用应力[P]取1.5MPa带入(4-2)式得                                                               
根据查阅得:                                           公称直径,螺距,螺杆小径,螺杆中径,
 底座和支架组装图 
   图4-2螺杆
    (3)螺杆的校核
      ① 自锁验算
   自锁条件是                    λ≤                               (4-4)
        式中:λ为螺纹中径处升角;
              为摩擦角;
               摩擦系数f取0.08 ;滑动摩察系数f的取值见表2
 
 
 符合自锁条件 
表4-3 滑动摩擦系数
螺杆—螺母的材料  摩擦系数f 
钢—青铜  0.08~0.10 
淬火钢—青铜  0.06~0.08 
钢—钢  0.11~0.17 
钢—铸铁  0.12~0.15 
      ② 螺杆强度的计算
      对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。其中扭矩
                                                     (4-5)                                    式中:为螺纹中径处升角;
               为当量摩擦角;
 对受力较大的螺杆应根据第四强度理论交合螺杆强度:
                                           (4-6)
式中: F—螺杆所受的轴向压( N);
A—螺杆螺纹的危险截面面积;
—螺杆螺纹段的抗扭截面系数;
—螺杆螺纹小径(mm);
T—螺杆所受的扭矩;
[s]—螺杆材料的许用应力 (MPa) ;                                                                 — 螺杆螺纹段的危险截面面积
                                                                 (4-7)
—螺杆螺纹段的抗扭截面系数
 
由前面可知螺杆的材料是45号钢,查表4-2得其屈服强度,所以其许用应力,许用应力取最大值有。
由4-4公式得   
右公式4-5公式得          
综上的 ,符合强度计算的条件。
     ③ 螺杆的稳定性计算
对于长径比大的受压螺杆,当轴向压力大于某一临界值时,螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此,在正常情况下,螺杆承受的轴向力必须小于临界载荷。  则螺杆的稳定性条件为 
                            (4-8)       
式中:Ssc—螺杆稳定性的计算安全系数; 
  SF—螺杆稳定性安全系数;对于传力螺旋(如起重螺杆等) ; 于传导螺旋, ;对于精密螺杆或水平螺杆;
          —螺杆的临界载荷 ;
    若螺杆危险截面面积 则                                             
   螺杆的柔度                  
取值见表3
    当λS≥100时,临界载荷Qc可按欧拉公式计算,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,;
                         
     所以该轴合格。          
表4-4 长度系数
端  部  支  撑  情  况  长度系数μ 
 两端固定  0.50 
 一端固定,一端不完全固定  0.60 
 一端铰支,一端不完全固定  0.70 
 两端不完全固定  0.75 
 两端铰支  1.00 
 一端固定,一端自由  2.00 
 

4.2.2螺母的设计与校核

   (1)螺母的设计
由于本设计使用整体式螺母,因而将内螺纹设计于工作台之内。
根据GB/T 5796.3-2005,。取(内螺纹)公称直径,对应的中径,小径,螺距。
螺母高度 H= 
旋和圈数
基本牙型高度
螺母(工作台)材料使用灰铸铁(HT200)螺纹渡青铜。
   (2) 螺母螺纹牙的强度计算 
螺纹牙多发生剪切和挤压破坏,一般螺母的材料强度低于螺杆,故只需校核螺母螺纹牙的强度。      
根据螺母的材料查表取
螺纹的剪切强度                                             (4-9)
螺纹的弯曲应力                                           (4-10)
—螺母材料的许用切应力
—螺杆材料的许用应力
 
 
表4-5 滑动螺旋副材料的许用应力
螺旋副材料       许用应力(MPa)                                 
               
螺杆  钢  /(3~5)       
螺母  青铜     40~60  30~40 
铸铁     40~55  40 
钢     (1.0~1.2)  0.6 
          注:(1)为材料屈服极限。 
                    (2)载荷稳定时,许用应力取大值。 
 

4.3轴承的尺寸与润滑设计

两轴承的内径均为.根据GB 292-64,上轴承选取70303 AC的角接触球轴承。轴承的宽度系列为0(窄)系列,直径系列为3(中)系列,内径,外径厚度,公称接触角。下轴承选带座轴承选取内径,外径,座宽。
因此,与轴承配合处的轴段直径设定为17mm,采用过盈配合、基孔制,配合公差为H6/k7。轴极限偏差分别为,;轴承的极限偏差为,。此外,本设计中轴承为油润滑,润滑油型号CK220。

4.4 副提升装置的设计

直线导轨又称线轨、滑轨、线性导轨、线性滑轨,用于直线往复运动场合,拥有比直线轴承更高的额定负载, 同时可以承担一定的扭矩,可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。下图为直线导轨图
      
                         1、滚珠滑块 2、直线导轨
                             图4-3 直线导轨图
直线滚动导轨在数控机床中有广泛的应用。相对普通机床所用的滑动导轨而言,它有以下几方面的优点:
    (1) 定位精度高,容易获得高度的行走精度                                                                                                                                                                                                                             
    (2) 可实现无间隙轻快地高速运动                                                                                  
    直线滚动导轨由于摩擦阻力小,因此发热少,可实现机床的高速运动,提高机床的工作效率20~30%。                                                                                                   
    (3) 可长期维持机床的高精度                                                                                
    对于滑动导轨面的流体润滑,由于油膜的浮动,产生的运动精度的误差是无法避免的。在绝大多数情况下,流体润滑只限于边界区域,由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的,在这种摩擦中,大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。与之相反,滚动接触由于摩擦耗能小.滚动面的摩擦损耗也相应减少,故能使直线滚动导轨系统长期处于高精度状态。同时,由于使用润滑油也很少,大多数情况下只需脂润滑就足够了,这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变得非常容易了。                                   
    (4) 所有方向都具有高刚性                                                                      
    滚动直线导轨的滑块与导轨间为微间隙或负间隙,因此可以极大提高导轨的整体刚性和运动精度。                                                                                               
    (5) 容许负荷大                                                                                           
    滑块和导轨紧密配合成一整体,刚性大,四方向等负荷,因此具有较大的负荷承载能力。
    (6) 维护保养简便                                                                                                   

4.5试验台夹具的设计

4.5.1试验台的夹具的选择

新疆香梨的表面很脆,选择一般的加持装置会在不经意间就损伤了香梨的表面,对后面香梨跌落冲击试验的试验结果造成影响和误差,所以要设计一种不会损伤香梨表面的加持装置。通过查资料确定使用真空系统来实现香梨的加持,即靠气力系统吸香梨从而达到夹持香梨的目的。真空系统大致结构简图
 
1、真空泵 2、硅胶管 3、真空破坏阀 4、真空吸盘
图4-4 真空系统结构简图

4.5.2真空系统工作原理

气力系统如图4-5所示,首先将真空吸盘通过接管与真空泵接通,启动真空泵抽气,初始时真空破坏阀和真空切换阀均处于关闭状态,当吸盘与待提升香梨接触时,通过控制系统打开真空切换阀使吸盘内产生负气压,从而将待测香梨品吸牢。要放下香梨时通过系统关闭真空切换阀,并打开真空破坏阀使真空腔与大气压相通,则真空吸盘的负气压变为零气压,香梨就会脱离真空吸盘,从而完成香梨吸放的全过程。
 
 
 
1、干燥器 2、过滤器 3、减压阀 4、真空罐 5、真空调压阀 6、真空泵 7、消声器 8、真空破坏阀 9、抱具 10、真空切换阀 11、真空吸盘 12、香梨 13、真空表  
                          图4-5 气力系统示意图 


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