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毕设说明书-王淼毕设说明书-王淼 题 目 四立柱液压万能试验机 结构设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0914 学 生 王淼 学 号 20090421334 指导教师 陶立英 二〇一 三 年 五 月 二十三 日 designate a person responsible for periodically repaired, if significant quality problems, whether it's design or construction reasons, are re...

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毕设说明书-王淼 题 目 四立柱液压万能试验机 结构设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0914 学 生 王淼 学 号 20090421334 指导教师 陶立英 二〇一 三 年 五 月 二十三 日 designate a person responsible for periodically repaired, if significant quality problems, whether it's design or construction reasons, are required at the first meeting to study and propose solutions; 5) post through re-examination on the basis to resolve all remaining issues, well prepared for formal acceptance. 9, officially accepted: 1) the letter of acceptance issued by the Chief Engineer, project manager, and submitted it to the construction completion data; 2) by the employer organization design, supervision and quality supervision stations, construction and other construction units work together to check the quality and acceptance of views put forward, assessed quality rating; 3) Unit checked and confirmed after the completion of works comply with the standards and requirements, issue a certificate of completion to the construction unit, construction and design, quality supervision station, the engineer, civil engineering and other units to sign the certificates of completion; 4) signed a final acceptance certificate and construction unit, and according to the contract provisions of settlement procedures, unless indicated in the contract by the contractor of the warranty work, economic and legal responsibilities of each party are able to remove; 5) get the files transfer and project procedures. 10 quality tracking, maintenance plan is an important part of our quality assurance system, the company sold products and installation works are carried out by the after-sales service obligations. In particular, we developed a departmental duties and quality guarantee measures, as follows: 1) visited customers and product usage information. 2) collect customer feedback, product information, customer reports, complaints. 3) based on customer comments and respond promptly to complaints, to the site to identify the cause analysis, engineering quality problems and fill in the data form. 4) record type, the location, cause, and complete solutions. 5) identify reasons to propose solutions and, 济南大学毕业设计 摘 要 工作目的:我们通过对液压万能材料试验机的机械部分的设计,加强对试验机功用的了解,巩固、加深和运用课本上的基本理论知识,掌握试验机的强度、刚度的计算方法,学会操作与之有关的机器和仪 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 来检测材料性能,初步培养独立确定设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 、正确处理计算过程和计算结果的能力,通过设计还将培养严谨认真的学风,为中国的试验机业做出自己的贡献。 研究方法:本课题是对四立柱液压万能材料试验机主机结构进行设计,液压万能试验机是利用液压加荷,对金属材料拉伸、压缩、弯曲及剪切实验以及对塑料、水泥及混凝土等材料做压缩及弯曲实验用以检测材料力学性能的一种测试仪器。为了保证试验机指示负荷读书有较高的准确性,采用动摆测力计指示实验力。试验机分为主机和测力计两个部分。本课题的主要对试验机主机进行总体设计,该主机包括上部和下部两个部分,上部分包括油缸活塞和上压盘等结构,下部为主传动系统和试样的拉伸机构,包括电机调整空间的下钳口部分和液压油缸活塞通过反向架控制的上钳口(动横梁)部分进行的方案论证、计算说明、结构设计以及设计说明。 成果和结论:在这次设计中将会对液压万能材料试验机的结构做一个全面的分析,从强度和刚度的计算着手,对四立柱液压万能试验机的总体结构及关键零部件进行全面的设计,对所设计的内容进行详细的分析计算和说明。 关键词:动力系统;试验机;液压部分;钳口 I - - 济南大学毕业设计 ABSTRACT Though the strengthening essential to the design of the testing machine, the mechanical part of the design of the hydraulic universal testing machine, we should strengthen the understanding of the function of the testing machine, consolidate, deepen and basic theoretical knowledge on the use of textbooks, master testing machine strength, stiffness calculation method, relating to learn how to operate the machine and instrumentation to detect the material properties, preliminary design culture determined independently, correctly handle the calculation and calculation results, the design will also develop rigorous style of study, China testing machine industry to make its own contribution. Methods: The issue is the four-column hydraulic universal testing machine host structure design, hydraulic universal testing machine using hydraulic loading, metallic materials tensile, compression, bending and shear test as well as plastic, cement and concrete material compression and bending test to detect mechanical properties of a test instrument. In order to ensure that the testing machine indicates that the load reading has a higher accuracy, the pendulum dynamometer indicates the experimental force. The testing machine is divided into the host and dynamometer two parts. This issue is the major overall design of the testing machine host, the host, including both upper and lower parts, on the part of the structure of the cylinder piston and the pressure plate, the lower part of the main drive system and the tensile institutions, including motor adjustment the lower jaw part of the space and the hydraulic cylinder piston upper jaw reverse frame control (dynamic beam) part of the demonstration program, calculations show that the structural design and design specifications. Comprehensive results and conclusions: In this design the structure of the hydraulic universal testing machine to do a comprehensive analysis proceed from the calculation of the strength and stiffness of the overall structure and key components of the four-column hydraulic universal testing machine design, detailed design analysis and calculation and description. Keywords: power system; testing machine; hydraulic part; jaw II 济南大学毕业设计 目 录 摘要…………………………………………………………………………………….I ABSTRACT……………………………………………………………………………II 1前言……………………………………………………………………………………….1 1.1 材料试验机的国内外研状.........................................................................................1 1.2 材料试验机的当前技术发展趋势………………………………………………….1 1.3 设计的技术要求…………………………………………………………………….1 2 材料试验机的机械部分…………………………………………………………………2 2.1 材料试验机的结构说明.............................................................................................2 2.2材料试验机工作原理………………………………………………………………..2 2.2.1主体部分……………………………………………………………………...2 2.2.2测力计………………………………………………………………………...3 2.2.3操作按钮……………………………………………………………………...4 2.3材料试验机的主要用途及使用范围………………………………………………..4 3主要零部件的分析、计算及校核…………………………………………………….....5 3.1机座的强度计算……………………………………………………………………..5 3.2机座的变形计算……………………………………………………………………..6 3.3下钳口座的强度计算………………………………………………………………..7 3.4下钳口座的变形……………………………………………………………………10 3.5连接螺栓的强度校核………………………………………………………………11 3.6油缸座的强度校核…………………………………………………………………11 3.7横梁的强度校核……………………………………………………………………15 3.8支柱的强度及稳定性校核…………………………………………………………17 3.8.1支柱的强度校核…………………………………………………………….17 3.8.2支柱的稳定性校核………………………………………………………….17 3.9丝杠的强度校核……………………………………………………………………18 3.10电机功率的校核…………………………………………………………………..19 3.11螺母的强度校核…………………………………………………………………..20 3.11.1螺纹副耐磨性计算…………………………………………………………20 3.11.2螺牙的强度计算……………………………………………………………21 4 材料试验机液压部分结构设计及说明………………………………………………..22 4.1液压动力置…………………………………………………………………………22 4.2液压传动系统………………………………………………………………………22 III - - 济南大学毕业设计 4.3送油阀及回油阀……………………………………………………………………23 4.4缓冲阀………………………………………………………………………………23 4.5液压夹持控板………………………………………………………………………24 5 结论……………………………………………………………………………………..25 参 考 文 献………………………………………………………………………………26 致谢………………………………………………………………………………………..27 IV 济南大学毕业设计 1 前言 1.1 材料试验机的国内外研究现状: 试验机是一种精密仪器,它能在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷。另外他还能校验旋转零部件动态不平衡量。它广泛应用于建材、化工、机械、石油、冶金、造船、交通运输、 [1]建工、航空航天等工业部门。另外,一些大专院校和科研院所的相关实验室也会用到。 1.2 材料试验机的当前技术发展趋势: 试验机技术正向着:“精、细、新、小、大”方向发展。 (1)“精”是指精度。精度是试验机发展的方向,随着试验机精度的提高,使用试验机的行业的水平一定会大大的提高。 (2)“细”是指试验机测量的材料的性能和分类日益精细。随着材料的性能和分类日益精细,材料的各项性能也越来越重要,这就需要更加精准的试验机检测。 )“新”是指试验机试验机的更新。随着新型材料的不断发现和使用,试验机的功(3 能也应随之而改变,从而适应不断发展的新材料。 (4)“小”是指试验机适用于微小材料。在生物技术方面,人们需要对一些微小材料、微小部件进行性能评价,试验机恰恰满足这个条件。 (5)“大”是指试验机的性能更加庞大。随着宇航制造、飞机制造、轮船制造业等制 [2]造业的迅猛发展,巨大、复杂的构件需要更加庞大的试验机来检测性能。 1.3 设计的技术要求: (1)试验力的最大负荷1000千牛顿; (2)拉伸钳口间的最大距离800毫米; (3)压缩面间的距离为0-300毫米; 1 - - 济南大学毕业设计 2 材料试验机的机械部分 2.1 材料试验机的结构说明 本万能试验机是由主体、测力计两部分组成的。主体是试验机的执行部分,主要 [3]由油缸、工作活塞、电机、试台、机座、钳口等部分组成。油缸及工作活塞用于试验时加荷,电机用于试验前试台的快速升降,试台用于夹持被测试件。测力计是用于测量试验机工作时油缸内的压力,同时与其它装置配合将读数显示在度盘上。另外为了保证在使用试验机时操作人员的安全,本试验机配备了安全装置。例如在试验机下钳口座的升降处设有限位开关,保证下钳口升降安全。因为试验机超过最大试验力易发生故障,所以操作时必须注意:测力计测量时摆杆扬程不准超出最大限度,指针旋转也不能超过一周。例外,如果在试验过程中,油泵突然停止工作,此时,应将所加试验力卸掉,检查后再重新开动油泵;不应在高压下启动油泵检查事故原因。如果在试验机工作时,电器突然发生失灵,启动或停止按钮不起作用,应立即切断电源,使试验机停止运转。试验机各部分应经常擦拭干净,对于没有喷漆的表面,在擦拭干净后应用棉纱沾少量的机油再擦一遍,以防止生锈。每次试验后试台下降时,活塞不宜落到油缸底,稍留一点距离以便于下次使用。测力计上活门不能打开放置,以免尘土 [4]进入内部,影响测量机构的灵敏性。试验机暂停使用时应将油泵电动机关闭。 2.2材料试验机工作原理 2.2.1 主体部分 1,其中四根立柱用螺帽固定在机座上,其上端装有油缸座,主体部分结构如图2- 工作油缸固定在油缸座中央,工作油缸内的工作活塞用调心球面支杆支撑着小横梁。拉杆的上端装入丝母内,丝母是在小横梁两端只能转动而不能串动。其拉杆下端固定在试台上。当油泵输来的油液使工作活塞上升时,试台随即上升,试台上装有指示标记可以订出上升距离尺寸。试台前后两侧面装有刻度尺,用以指示出弯曲支座的距离。试台下部是拉伸用的上钳口座,(撇开式)。下钳口座直接固定在基座上,中间有一个过渡板。两个钳口之间空间距离的调整,是接小横梁的升降电机正反转动来实现,切不可用活塞上升方法调整空间大小,在不超过活塞行程的前提下可以小距离的调整。防限位失灵。油缸和活塞是主机的主要部分,它们的接触表面是经过精密加工,并保持一定的配合间隙和适当的油膜,使活塞能自由移动而将摩擦减小到最低限度,当油泵打来的高压油进入油缸后,托着活塞连同横梁及试台等上升,使负荷作用在试件上。 2 济南大学毕业设计 以下对其结构进行设计: 图2.1 万能试验机主体部分结构简图 2.2.2测力计 本试验机采用正切摆锤测力原理设计而成,其测力系统由负荷指示、自动描绘、 [5]高压柱塞泵及操作手柄等部分组成。以上这些部分完全被封闭在钢板外壳内,外壳各面必需要设有活门,打开时能清楚的看到其内部机构,以便个别部分的调整和修理,并使各机构处在清洁良好的条件下工作。 3 - - 济南大学毕业设计 因为测力活塞受力与主体上工作活塞的受力面积成正比,当油压作用在测力活塞上时,测力活塞必定向下移动并且通过联板和上部方铁上的刀刃使主轴带动摆杆和砣产生一个角位移,并借助推板的位置改变推动齿杆,齿杆的位移大小与负荷大小成正 [6]比例关系。 2.2.3操作按钮 高压油泵的电动机开关按钮安装在测力计台面上,电源按钮和指示灯按钮一体,夹持电磁阀送电按钮和断电按钮也在面板上,电磁阀换向按钮在主体的立柱上。送油阀处在电磁阀右边,该阀是由压力阀和流量阀的合成,利用此阀可使油泵输出的油产生高压输送到工作油缸,同时也可控制负荷增减的速度。回油阀可以看做是一个开关,压力的形成必须关闭回油阀,回油时才能打开回油阀。 2.3材料试验机的主要用途及适用范围 本试验及机可用于各种金属材料非金属材料的拉伸、压缩、弯曲、剪切等力学性 [7]能试验。随机带有拉伸、压缩、弯曲、剪切等附件。本试验及主要用于建材、冶金、科研单位、检测中心等部门。 4 济南大学毕业设计 3 主要零部件分析、计算及校核 3.1机座的强度计算 机座可以简化为简支梁,受力及弯矩图如图3.1、图3.2所示 L610,0.76m已知:= ,从弯矩图可以得出最大弯矩在处,且NPL2 6PL10,0.766 M,,,0.19,10(N,m)max44 最大弯矩处截面形状简化为如图3.3所示 图3.1 简支梁 图3.2 受力弯矩图 图3.3 机座截面 根据图3.3,查机械设计手册得: 抗弯截面模量: 222h(a,4ab,b)W, (3.1) xa12(a,2b) 5 - - 济南大学毕业设计 222h(a,4ab,b) (3.2) W,xb12(2a,b) 其中: a,0.68m b,0.71m h,0.15m 比较 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 (3.1)(3.2),因为 a,b 所以,a面为危险截面,解(3.1)式得 W,Wxaxb 2220.15,(0.68,4,0.68,0.71,0.71),33 W,,2.58,10(m)xa12,(0.68,2,0.71)弯曲应力 6M0.19,107max ,,,,7.3,10(Pa)a,3W2.58,10xa 7,,20,10Pa,机座材料为HT20—40,强度极限,查手册得=取安全系数bb ,许用应力 n,2.5 720,10,7b[],,,8,10(Pa) ,n2.5 ,,[,]所以有满足强度条件。 a 3.2机座的变形计算 根据公式变形得: 3PLf,48EJ 11E,1.5,10PaE—弹性模量,查手册得 Jx—最危险截面c惯性矩, 322332h(a,b,4ab)0.15,(0.68,0.71,4,0.68,0.71),34J,,,0.45,10(m)x36(a,b)36,(0.68,0.71) 所以 6 济南大学毕业设计 6310,0.76,2 f,,0.013,10m,0.13(mm)11,348,1.5,10,0.45,10机座最大变形约为0.13毫米。 3.3下钳口座的强度计算 下钳口座受力分析如图3.4 图3.4 图3.5 7 - - 济南大学毕业设计 图3.6 图3.7 图3.8 8 济南大学毕业设计 6已知 Q,10N 根据力平衡条件: Q N,,1.46Q2sin20: 和截面如图3.5和3.6所示 m,mn,n 下钳口破坏有可能在和截面产生 m,mn,n对截面进行验算 m,m 设力作用在钳口座顶端,并用表示 NN'有 N,N' 则 N'',N',cos20:,1.46Qcos20:,1.37Q已知: H,0.38mh,0.15ma,0.26mb,0.2m h,0.23m1且可简化为悬臂梁如图4.7所示 m,m 最大弯矩 ''66M,N,h,1.37,100.15,0.21,10(N,m) max J求m,m截面惯性矩 m 按矩形求得 3ah13,441J,,,0.26,0.23,2.6,10(m) m1212 弯曲应力 6Mh,0.21,10,0.2372max1 ,,,,9,10(N/m),4J22,2.6,10m 下钳口座材料为ZG45,屈服极限为 72,,32,10N/m s 取安全系数为,许用应力 n,3 732,1072,,,,,10.6,10(N/m) 3 ,,,,, 满足强度条件 s n,n对截面进行强度校核 n,n对受力分析扔如图4.4所示,同样简化为简支梁如图4.7: 9 - - 济南大学毕业设计 最大弯曲可近似等于截面情况,有: Mm,mmax 6 M,0.21,10N,mmax 截面惯性矩: n,n 1133,44 J,,a,b,,0.26,0.2,1.7,10(m)n1212 弯曲应力 6Mb,0.21,10,0.272max ,,,,12,10(N/m),4J22,1.7,10n 取安全系数 则许用应力 n,2.5 732,1072,, ,,,12.8,10(N/m)2.5 满足强度条件,从和截面看出,通过比较得:截面比较危险 m,mn,nn,n 3.4下钳口座的变形 3PL,f变形 3EJ 其中: 6L,h,0.15mP,N'',1.37,10N E,弹性模数,查手册: 112E,2.1,10N/m ,44 J,J,1.7,10mn 则: 631.37,10,0.15,5f,,4.3,10m,0.043(mm) 11,42.1,10,3,1.7,10 0.043mm下钳口座端变形约。 10 济南大学毕业设计 3.5连接螺栓的强度校核 连接螺栓可按拉伸校核强度: 4F0,,拉伸强度应力 2d, 且 F,F,F01 6 —工作负荷,取=10N FF F一般为(0.2-0.6),取F=(F为剩余预紧力) 0.2FF111所以 6=1.2,10N F,F,F01 ,3d,26.54,10m为螺栓直径: d 单个螺栓所受到的力(共6个螺栓承受全部负荷): 6F414,1.2,1080,,,,,3.6,10(Pa) 1,226,d63.14,26.54,10,6 8螺栓的材料为40Cr,查表得需用应力为 ,,5.5,10Pas取安全系数 n,1.5 许用应力 85.5,10,8s[],,,3.66,10(Pa) ,n1.5 ,,[,]满足强度条件。 , 3.6油缸座的强度校核 油缸座的强度计算可简化为简支梁计算,支点距离为立柱中心距离。在加压时,力是 通过油缸台肩传递给油缸座的,如图 3.9所示: 11 - - 济南大学毕业设计 图3.9油缸座受力简图 D—为支承台肩半圆环的垂心到油缸中心距离,一般可简化为 SS,,—油缸台肩外径,且=0.3m ,油缸座的受力分布及弯矩图如图4.10,图4.11 DD 图3.10 剪力图 图3.11 弯矩图 12 济南大学毕业设计 最大弯矩为A、B之间, 其中 6 L,0.76m,P,10N PLS2 M,,(1)maxL4 6100.7620.3,, ,,,(1)40.763.14, 6 ,0.14,10(N,m) 油缸座的强度条件: M,hmax,,,[,] JC —截面形心至最外点距离 h —截面惯性矩 Jc 以下求,先求出截面尺寸如图3.12所示: h、J 图3.12 油缸座截面图 已知: abl=0.28m ,=0.42m ,=0.64m, chhh,0.315=0.06m , =0.15m , =0.05m, m 123 13 - - 济南大学毕业设计 形心 FZii ,y,cFi h112222h(b,a),(l,b),h,2h(h,)3121222 y,c2h(b,a),(l,b)h,2h312 110.05222,,,,,,,,0.315(0.420.28)(0.640.42)0.1520.05(0.15)222 , 20.35(0.420.28)(0.640.42)0.1520.05,,,,,,, ,0.122m 求截面惯性矩: 3h1h132321 Jc,h(b,a),(,y)(b,a)h,h(l,b),(y,)h(l,b) 3c31c1122122 h132,[h(l,b,2c),(h,,y),(l,b,2c)h] 21c2122 10.3151323,,0.315,(0.42,0.28),(,0.122),(0.42,0.28),0.315,,0.15 1222 10.1532,,,,0.05(0.64042{ ,,,,,,,(0.640.42)(0.122)0.15(0.640.42)122 0.05 ,,,,,,,,,,20.06)(0.150.122)(0.640.4220.06)0.05}2 ,44 ,5.47,10(m) M,hmax,,h,h,y 其中 max3cJc 60.14,10,(0.315,0.122),, max,45.47,10 7 ,4.9,10(Pa) 油缸座的材料为QT500-7 。取安全系数 n,5 760,107[,],,12,10Pa则许用应力 5 ,,[,]满足强度条件 max 14 济南大学毕业设计 3.7横梁的强度校核 横梁可以化为简支梁,受力分布及弯矩图如图3.13, 图3.14所示, 图3.13 受力图 图3.14弯矩图 L从图中知最大弯矩为处,其截面形状如图3.15所示,为计算方便面积删H,h2 去进行近似计算,简化后截面如图3.16所示, 图3.15 截面形状图 15 - - 济南大学毕业设计 图3.16 简化截面形状图 已知: 6a,0.28mb,0.2mL,0.576mD,0.032mP,10N,,,, 截面惯性矩: 1133,4J,(b,a)a,(0.2,0.032),0.28,3.1,10(m) 1212 最大弯矩: PL166M,,,10,0.576,0.144,10(N,m) max44 弯曲应力: 6Ma,0.144,0.28,107max,,,,6.5,10(Pa) max,4J22,3.1,10 7横梁的材料为QT500-7,n,5,,取安全系数则,,60,10Pab ,7b[],,12,10(Pa), 5 ,,[,]所以满足强度条件。 max 16 济南大学毕业设计 3.8支柱的强度及稳定性校核 3.8.1支柱的强度校核 ,P1,,,[,]支柱可只考虑受压力,压应力, 2d,已知: P16P,,,10(N) 144 ,3 d,42.5,10(m) 164,,10P4741,,,,17.6,10(Pa) ,6,d3.14,42.5,102 745n支柱材料为 ,查手册,取安全系数=1.5 ,则许用应力 ,,30,10Pas 630,107[,],,20,10(Pa) 1.5 所以, ,满足强度条件。 ,,,[] 3.8.2支柱的稳定性校核 11E,2.1,10Pa已知,弹性模量 7,3L,2.08m,,,,30,10Pad,65,10m,支柱长度,支柱直径 ps 则极限柔度 2,E, ,1,p 2113.142.110,,,,83 73010, 4,d0.7,,,uJ四支柱可以简化为一端固定,一端铰支,取压杆长度系数,则 64 17 - - 济南大学毕业设计 压杆柔度 uL, ,,i Jdi,,其中,—为截面积。 FF4 所以 : ,,,,,,,,,适用于欧拉公式。 ,,,,,,89,65,3,104 根据欧拉公式: 临界压力为: ,EJ,P ,j12(uL) 412,3.146510,,2113.142.110,,,64P ,1j2(0.72.08), 6,0.85,10N 工作安全系数 6P0.85,10j1n,,,3.4 6P10 4 n,nn,1.8,3稳定安全系数 ,所以有 ,满足稳定性要求 ww 3.9丝杠的强度校核 丝杠在该试验机中又称为拉杆,主要进行拉伸作用,所以对其要进行拉伸强度校 核 拉应力: 4P1,, 2d, P16,3P,,,10Nd,62.5,10m 122 18 济南大学毕业设计 所以 164,,1072,,,16.3,10(Pa) ,323.14,(62.5,10) #45丝杠材料为,查手册得: 7 ,,30,10Pas 取安全系数 =1.5 则许用应力 730,10,7s [],,,20,10(Pa),n1.5 ,满足强度条件 ,,[,] 3.10电机功率的校核 n,1410r/minP,0.55Kw已知:电机功率 , 转速 DD 带轮直径=,100,=,153 12 Z,1 蜗杆头数 ,蜗轮 丝杠螺距 Z,50S,812(1)求丝杠转速 n,D,Z1410,100,111rn,,,18.4() 丝minD,Z50,15322 丝杠速度 mV,n,s,18.4,8,0.1472() 丝丝min(2)求电机传给丝杠的输出功率 ,,已知: 皮带轮效率=0.95 轴承效率=0.99 ,, ,, 蜗轮效率=0.8 丝杠功率=0.5 ,, 总效率 ,,,,,,,,,,0.95,0.99,0.8,0.5,0.376 ,,,, 19 - - 济南大学毕业设计 丝杠输出功率 P,P,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,w)0 丝杠提升的总重量: 由功率得: P,mg,v0丝 P2060m,,,8568(Kg) 0.1472gv9.8,丝60 丝杠实际需带以下重物: 试台,横梁,丝杠,油缸、活塞、球面支杆m,170Kgm,670Kgm,360Kg312 ,其他 m,1000Kgm,350Kg54 所以丝杠上升共需带重物的总重量: m,m,m,m,m,m,670,360,170,350,1000,2550(Kg)12345 所以丝杠能提升的最大重量大于实际提升重量,可见电机功率足够。 3.11螺母的强度校核 3.11.1螺纹副耐磨性计算 根据公式: Fs,[P] 2,,dh 已知: F,mg,2550,10,25500N h,0.5sd,0.081m,,,,, 则: Fs25500,s7,,0.068,10(Pa) 22,,dh3.14,0.081,2,s 7查得许用压强[P],13,10Pa,因此满足耐磨条件。 20 济南大学毕业设计 3.11.2螺牙的强度计算 螺牙的强度条件分为剪切和弯曲两个条件,由公式 F (3.3) I,,[Z]max,dtz 3Fh (3.4) ,,,[,]max2dtz, P16d,0.086mF,,,10N已知:,螺母外径,螺母圈数,螺纹牙底宽z,2522 t,0.65s度 所以由公式(3.3)得 16,1072 I,,1.4,10(Pa)max3.14,0.086,0.65,0.008,25 7查表得许用剪切应力,,所以,满足剪切强度条件。 I,[Z][Z],4,10Pamax由公式(3.4)得 163,,10,0.5s72 ,,,3.3,10(Pa)max23.14,0.086,0.65,0.008,25 7查表得许用弯曲应力,,所以,满足弯曲强度条件。 ,,[,][,],4.5,10Pamax 21 - - 济南大学毕业设计 4 材料试验机液压部分结构设计及说明 4.1液压动力装置 [8]液压部分的动力装置为高压油泵、驱动电机和高压柱塞泵。高压油泵和驱动电机由三角皮带相连接,安装在测力计底座上,为液压部分提供动力。油箱设置在测力计的侧面,油面有油窗观察。高压柱塞泵是由七个活塞副组成的,是轴向柱塞泵,泵的结构合理,制造精密,寿命长,刚性好。 4.2液压传动系统 传动系统对一部机器来说十分重要。一部机器的运转离不开动力传递和控制,而传递和控制功能是借助于传动机构来实现的。传动机构的传动形式可分为四大类,它 [9]们分别是机械传动、电气传动、气压传动和液压传动。其中液压传动是一种比较稳定的传动方式。它是以液体为工作介质利用大气压强原理进行能量传递和控制的传动方式。另外也可以理解为液压传动是利用液体静压能传递功能的一种传递方式,因为它们绝大多数会采用矿物油作为传动介质,从而实现传动,所以有时候人们也称它为油压传动 液压传动具有以下多个特点。 (1)传动局限在密闭容器中。因为此传动以液压为传动介质,而油液并没有固定的形状却具有一定的体积,所以这种传动必须在一些像油缸,油管等的密闭的容器内进行。 (2)传动稳定性好。因为传动的介质为油,油为液体只能受压力,所以液体传动时依靠的是静压力,而静压力具有稳定性,所以液压传动可以缓慢加力,这样传动就变得很稳定,一些机床中使用的传动方式就是液压传动。 当然,液压传动还有许多其他特点,这里就不一一详述了,正是因为液压传动的这些特点,WE型万能材料试验机使用了它。它是常见的一种试验机,在试验机中,液压传动系统在国内外广泛应用着,比如振动台、测力机、动静万能试验机、谐振与非谐振试验机等,由于直线往复运动和摆动运动是它们工作主运动,所以很自然就采用了液压传动系统。这些机器使用的液压传动都比较复杂,在这里主要介绍一下WE型万能试验机的液压系统和它的工作原理。此液压系统具有两条主油路,一条是进油路,一条是回油路。在两条油路上,分别各由一个阀来控制整个液压系统的各种状态。当系统开始工作时,首先把回油路上的回油阀(节流阀)关紧,按下起动按钮,电动机带动油泵转动,油箱中的油液经过滤油网吸入油泵,再经油泵的出油管送到送油阀 22 济南大学毕业设计 内。当送油手轮打开时,高压油经油管经过油管进入工作油缸,使工作活塞上升进行工作,改变送油阀的节流口大小,就能调节经过节流口的油液流量,使多余的油经过溢流管流回油箱。因而控制了工作活塞的上升速度,同时高压油通过油管经回油阀中的单向阀的孔路进入测力油缸,使测力油缸内的测力活塞被压向下移,并通过拉杆、摆杆、推板、推杆等的作用使指针沿度盘转动,指示出试验载荷的数值。在试验过程中,由于试件突然断裂,工作油缸中的油压由高压就会急剧降到低压,为防止工作油缸油压突然下降,单向阀中的钢球堵住油管的进油口,这时测力油缸中的高压油由节流口流回油箱,使摆杆缓慢下落。工作活塞向下运动时,需将回油路上的回油阀(节流阀)打开,工作油缸中的压力油经油管与回油针的节流口,从回油管流回油箱。改变回油路上回油阀的节流口大小,就能调节通过节流口的油液流量,因而控制了工作活塞的下降速度。根据工作情况不同,油泵打出的油液流量应当能够调整,这个功能是由溢流阀来完成的。从油泵打出的定量油进入工作油缸,而进入工作油缸的流量要经过节流阀来调节。当油泵供油量大于工作油缸所需油量时,油压升高,把溢流阀的阀芯推开,使多余的油经溢流阀流回油箱。 4.3送油阀及回油阀 送油阀又叫做调速阀,当手把关闭时,油泵就会过来高压油,而所过来的高压油将作用于阀芯右端,通过克服弹簧力,使阀芯右移,从而回到油箱。当把手打开反时 [10]针旋转时,可将工作油缸内的进油量精确调整,进而控制试样的施加试验力。送油阀在液压装置中是这样起作用的:在升起试台时送油阀可以开的大些,这样做的目的是让试台以最快的速度上升,从而减少试验的辅助时间。当试件加荷时应注意操纵,必须根据试料规定的加荷速度进行调节,不应升的过快,使试料受到冲击,也不应无故关闭,使试料所受负荷突然下降,因而影响试验数据的准确性。如果是做测定规定的屈服点或其他特殊试验的情况下,负荷需要反复增减时,也需平稳的操作。 回油阀在试件加荷时,必须将其关紧,不许有油漏回。在试件断裂后,慢慢打开回油阀,卸除负荷并使试验机活塞回落到原来位置,使油回到油箱,应注意,送油阀手轮不用拧的过紧,以免损伤油针的尖端,回油阀手轮必须拧紧,因有较大的钝角,所以不易损伤。 4.4缓冲阀 准确调试和操作试验机,使其达到良好工作状态是每次对材料测试前必须要做的一项重要工作,其中对缓冲阀的调试往往被部分测试人员特别是初学者忽视,由此造成试验机的精度降低,甚至损坏。缓冲阀是安装在试验机回油阀体上的,其作用是当受压试样加荷达到极限荷载值(或受拉试样断裂后),工作油缸及高压油路系统和测 23 - - 济南大学毕业设计 力油缸内的油液压强骤然下降,因而摆杆及铊就以很大的速度回落,为了防止这种快速的回落而采用了缓冲阀。如无阻止措施,它会按自由落体下落,为使下落的速度是 [11]符合要求,而采取的一种缓冲装置。 4.5液压夹持控制板 在测力计的下方靠右的地方,按入一个控制油路,将送油阀的回油口分成两个支路,一路接上钳口,一路接下钳口,原理相同。在夹持试样完毕后,从送油阀回油口的油是通过电磁换向阀内流出两路汇合流回油箱,在装夹试样前送电,装夹完毕,断 [12]电有专用按钮来操作。 24 济南大学毕业设计 5 结 论 本次设计主要从主体部分和液压部分对四立柱万能材料试验机进行设计,并使用各种视图对其主体上部、主体中部、主体下部、油缸、活塞进行详细描述,并经过试验校核,各部件可正常使用并能很好地完成工作。所以,此次设计的万能试验机能很好实现所预期的性能。 另外在本次设计中解决了以下问题: (1)本万能材料试验机不仅适用于金属材料的力学性质的试验,对其他非金属和特殊材料同样可以完成试验。 (2)本万能材料试验机相对于其他同型机器,大大提高了精密度。 (3)相对于其他试验机,本试验机大大提高了稳定性和强度。 随着社会和科技的发展,试验机将向着更加全面、更加精密、更加实用方向进化。以后的试验机工作对象将更广泛,测量性能将更多,使用和也将更广。相信经过我们的努力,中国工业将更加先进,中国将更加强大。 25 - - 济南大学毕业设计 参 考 文 献 [1]刘鸿文.材料力学实验(第四版)[M].北京:高等教育出版社.2004.4:25-35 [2]金保森,卢智先.材料力学实验[M].北京:机械工业出版社.2003.8:60-62 [3]曹亚光,周建华.电子万能材料试验机[J].液压技术与自动化,2009,2(8):10-15 [4]郭伟.WEW1000微机屏显液压万能试验机的维护保养及故障分析与排除方法[J].科技信 [5]张桂仁.材料试验机[M].北京:中国计量出版社.2009.11:20-30 [6]黄兴宁,崔磊.WE型液压万能试验机的基本原理[J].计量与测试技术,2010,3(4):20-25 息,2009,13(10):5-13 [7]杨光.液压万能试验机[J].工程图学学报,2010,24(4):1-4 [8]张世亮.液压与气动传动[M].北京:机械工业出版社.2006.3:45-50 [9]张利平.液压控制系统及设计[M].北京:化学工业出版社.2006.3:50-55 [10]秦继荣.现代材料试验机及其系统设计[M].上海:机械工业出版.2010.3:34-38 [11]成大先.机械设计手册第五版第5卷[M].北京:化学工业出版.2008.3:200-230 [12]邹广平,吴国辉.一种用于试验机的简易标定装置[J].应用科,2002,13(9):12-16 [13]Elmqvist, H.A Structured Model Language for Large Continuous Systems[M]. Lund:PhD-Thesis Lund Institute of Technology.1978.3:12-16. [14]Beater, P.Entwurf hydraulischer Maschinen - Modellbildung, Stabilitätsanalyse und Simula-tion hydrostatischer Antriebeund Steuerungen[M].NewYork:Springer Workshop .1999.6:13-16 [15]Tummescheidt, H. Development of a Modelica Base Library for Modeling of Thermo-hydraulic Systems,[M].Lund:Modelica Workshop. 2000.4:1-5 26 济南大学毕业设计 致 谢 在本次设计中,我更大的收获不是完成设计从而成功毕业,而是能有陶老师和迟老师这两位老师做导师。陶老师和迟老师是我在大学见过的最认真负责、最称职的老师。两位老师不仅在设计上给了我指导,更是教导了许多在为人处事上的道理,另外在学习和工作方面也给了我印象深刻的指导。在此对陶老师和迟老师表示最衷心的感谢,并祝福两位老师工作进步,家庭美满,生活越过越好。 记得有一次,陶老师竟然在他休息日给我打电话询问我的设计进程情况,那可是休息日啊,老师平常工作已经够辛苦的了,在休息的时候竟然还关心我的设计进程,这是多么的认真负责。在此,再次表示对陶老师的感谢“陶老师您辛苦了,祝您幸福”,并且相信以陶老师这样工作态度,工作一定越来越好,职位一定越来越高。 在认真负责方面迟老师也是大学老师的典范。平常我们有什么问题,迟老师总是竭力为我们解释,迟老师脾气好,很有耐心,有一次我一天找了迟老师好几次询问设计相关问题,迟老师都认真详细地为我解答。迟老师为了让我们详细了解我们设计的试验机,带我们去实验室讲解了20多分钟。在此要对迟老师说:“老师你辛苦了,谢谢你的教导和栽培,祝您事业有成,阖家幸福”。 27 - -
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