功率循环齿轮传动振动试验台设计与应用Word格式.docx
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DesignandApplicationofaPower-cycleGearTransmissionVibrationBench
DongshengCAI,SchoolofUrbanRailTransportation
Supervisor:
ZhongkuiZHU
Abstract:
Vibrationtestbenchistheexperimentplatformformachinefaultdiagnosisresearch.Thisprogramproposedaenergy-cyclevibrationtestsystemforrotatingmachinefaultdiagnosisbasedonthestructureanalysisoftherotatingmachinetransmissionsystem,andthencarriedoutgeneraldesignandpartdesign.Thisexperimentsystemwasmanufactured,vibrationtestiscarriedoutundertheconditionthatapartisfault,andtheapplicabilityandeffectivenessofthisvibrationexperimentisverified.
Keywords:
Closedpower;
Testbench;
Rotatingmachine;
Gear；
Bearing;
Faultsetting
第一章设计方案
传统的试验台有功率流开放式和功率流封闭式两种。
功率流开放式试验台，仅相当于一般的工作机,功率流不能形成一个封闭回路,电动机输出功率经由升速齿轮箱和减速齿轮箱传送到负载。
这种试验台将电动机的全部输出功率消耗在各传动链的摩擦损失上，动力消耗很大，对长期运转的试验是不适宜的。
功率流封闭式试验台将被试齿轮箱背靠背串联于试验台的封闭传动链中，主电机驱动试验台回转并可按要求调整其驱动转速。
加载时，依靠加载器使封闭回路产生一强制弹性变形，形成所谓的“封闭功率”，借此也实现对被试齿轮箱的加载，主电机回转时所提供的功率仅仅是试验台系统回转时所消耗的功率，即用较小的驱动功率就可实现很大功率齿轮箱的试验。
综合考虑，选用功率流封闭式试验台，如图1所示。
图1：
功率流封闭式试验台简图
1—电动机2—减速齿轮箱3—联轴器4—加载器5—轴承座6—升速齿轮箱
第二章相关性能参数计算
2.1电动机的选择
三相异步电动机Y100L1-4,其额定功率为2.2kW，额定转数为1420r/min，是试验台的动力源。
2.2减速器的选择
考虑到在用两台减速机构成的一个功率循环系统中，其中一台作减速使用，而另一台作升速使用，工作状况恶劣，为了使作升速使用的减速机不至于发热过大，应选择较小传动比的减速器，故试验台选用传动比为1.25的减速器，满足尽量使减速机的输入输出轴转速接近的要求。
选用减速器的型号为ZDY80-1.25-IXJB/T8853-2001
2.3传动装置的运动和动力参数计算
2.3.1各轴转速
2.3.2各轴输入功率
2.3.3各轴输入扭矩
第三章系统设计
3.1轴的设计
3.1.1轴Ⅰ的设计
1.确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢，调质处理。
由机械设计手册知，由于所设计的系统基本只受扭矩作用，故取
，于是得
输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。
为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。
联轴器的计算转矩
，查联轴器工作情况系数表，取
，则：
按照计算转矩
应小于联轴器公称转矩的条件，查标准手册，选用LM4型梅花形联轴器，其公称转矩为
，半联轴器的孔径
，故取
，半联轴器长度
。
2.轴的结构设计
（1）根据轴上零件的装配要求，采用如下图所示轴的结构。
图2：
轴I的结构
（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1）为满足半联轴器的轴向定位要求，采用M10的紧钉螺钉，由半联轴器长度
，取
，轴肩
，
2）初步选择滚动轴承。
因轴承主要承受径向载荷作用，故选用深沟球轴承。
参照工作要求并根据
，由轴承产品目录中选取深沟球轴承6206，其尺寸为
，轴承安装位置在Ⅲ，Ⅸ两处，故
，考虑到轴承的安装及轴的加工，在轴设计上加上退刀槽，故
3）为满足深沟球轴承的轴向定位要求，Ⅲ轴段右端和IX轴段左端需制出一轴肩，故
4）设置故障轴承选择。
选用深沟球轴承安装位置确定在VI段，参照设计要求并根据
，由轴承产品目录中选取深沟球轴承6207，其尺寸为
，故
，考虑到轴承的安装及轴的加工，在轴设计上加上退刀槽，
，为满足设置故障轴承的轴向定位要求，VI轴段左端需制出一轴肩，故
5）扭矩加载装置安装轴段。
根据扭矩加载装置，取
6）确定轴总长。
根据试验台总体尺寸，选择轴总长为
7）为了方便给试验台加载，在轴段IV上设计出一个轴向宽30mm，棱长19mm，截面为正八边形的加载部分。
至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。
（3）轴上零件的周向定位
联轴器与轴段i的连接采用平键连接，选用平键为
，半联轴器与轴配合为
轴段I与对应零件的连接采用平键连接，
6206滚动轴承与轴的周向配合是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为
6207滚动轴承与轴的周向配合是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为
（4）确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为
，轴段Ⅰ-Ⅱ，轴段VII-VIII,，轴段X-i的轴肩处的圆角半径为1mm，轴段Ⅲ-Ⅳ，轴段VIII-IX，轴段V-VI的轴肩处的圆角半径为0.8mm，轴段IV-V的轴肩处的圆角半径为2mm。
3.校核轴的强度
（1）判断危险截面
危险截面出现在轴径最小处，故轴段Ⅰ和轴段i为危险轴段，只需校核轴段Ⅰ和轴段i即可。
（2）强度校核
抗扭截面系数
扭转切应力
轴的材料为45钢，调质处理，查机械设计手册得：
取安全系数
，则
故取许用扭转切应力
由于
，故以上设计的轴是安全的。
3.1.2轴Ⅱ的设计
（1）根据轴上零件的装配要求，采用如下图所示轴的结构
图3：
轴Ⅱ的结构
3）为满足深沟球轴承的轴向定位要求，Ⅲ轴段右端需制出一轴肩，故
4）确定轴总长。
5）轴左右两端对称，故右端尺寸同左端。
联轴器与轴的连接采用平键连接。
选用平键为
，滚动轴承与轴的周向配合是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为
，轴段Ⅰ-Ⅱ的轴肩处的圆角半径为1mm，轴段Ⅲ-Ⅳ的轴肩处的圆角半径为0.8mm。
危险截面出现在轴径最小处，故轴段Ⅰ为危险轴段，只需校核轴段Ⅰ即可。
，故以上所设计的轴安全。
3.1.3轴Ⅲ的设计
（5）根据轴上零件的装配要求，采用如下图所示轴的结构
图4：
轴Ⅲ的结构
（6）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
，轴承安装位置在Ⅲ，Ⅹ两处，故
3）为满足深沟球轴承的轴向定位要求，Ⅲ轴段右端和Ⅹ轴段左端需制出一轴肩，故
选用深沟球轴承安装位置确定在Ⅶ段，参照设计要求并根据
，为满足设置故障轴承的轴向定位要求，Ⅶ轴段左端需制出一轴肩，故
，故取轴段Ⅴ的尺寸为
（7）轴上零件的周向定位
联轴器与轴段ii的连接采用平键连接，选用平键为
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