徐州工程学院毕业设计(论文)

2 拉压试验机的整体结构设计方案

参考国内外有关拉压试验机厂家的分类和型号，结合试验机的具体工作环境，本次设计的小型拉压试验机主要用于最大拉压力为196000N，螺杆高度为6m，螺母沿螺杆升降速度为3m/min的立式小型拉压试验机。

2.1 拉压试验机结构的主要结构组成

拉压试验机主要由螺纹升降机构、二级链轮传动机构、液压缸升降机构三部分组成?1? （1）螺纹升降机构主要由螺杆、螺母、上模板、上挡板组成，其升降速度在考虑具体应用的基础上取3m/min，四根螺杆承受的拉压力最大为196000N，每根螺杆承受的最大轴向力为49000N。

（2）二级链轮传动部分是本设计的重点部分，也是拉压试验机最重要的组成部分。它具有区别于其它试验机的独到之处，它主要由步进电机、减速器、一级链轮、二级链轮、单排链链条、张紧轮等部件组成。其基本工作方式是步进电机通过减速器将运动传递至一级链轮和二级链轮上，然后由链轮通过链条将运动传递至与整个上模块相连的螺母以及链轮上。一级链传动使用传动比i?1，二级链传动传动比i?2，从动轮转速和螺母转速一样

为220r/min,主动轮转速为440r/min。本拉压试验机减速采用二级齿轮减速装置，步进电机选取时根据其工作环境（正常环境）、工作性质（载荷平稳、连续工作、低转速）等特点选用的电动机型号为Y250M-8。

（3）液压缸升降机构主要由下模板、下挡板、液压缸组成，下模板与螺杆的连接部分采用光孔结构以螺杆为导轨，通过液压缸活塞杆的伸缩实现下模板与下挡板的升降运动。液压缸输出的最大推力为150000N，工作压力为5MPa。

2.2 拉压试验机所受载荷的简化方法

拉压试验机的机身由四根螺杆支撑，上下模块在固定的四根螺杆上进行升降运动，整机结构高且窄。拉压试验机在进行拉力实验时将主要承受上模块、上挡板以及实验品铅垂方向的作用，在进行压力实验时上挡板不动由下挡板上升对固定在上挡板上的实验品试压，此时螺杆主要承受竖直向上的载荷。为保证实验的顺利进行螺杆高度有6m，因此必须对螺杆的结构强度和刚度进行校核以确保机器的可靠性。??

1下面就本次小型拉压试验机设计中，拉压试验机所受载荷简化的基本方法一一罗列。 （1）拉压试验机拉力

在进行拉力实验时设计的最大拉力为180000N，此时由于上挡板和上模板产生的重力总共为16000N，故四根螺杆每根螺杆承受的轴向载荷为49000N，方向为铅垂方向

（2）拉压试验机压力

在进行压力实验时设计的最大压力为134000N，下模板和下挡板产生的重力总共为

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16000N，故液压缸产生的推力最少需为150000N。

2.3拉压试验机的螺杆结构

此小型拉压试验机机身主要由上、下模块，传动螺杆三部分组成。上模块依靠螺纹传动在螺杆上进行升降运动，下模块以传动螺杆为导轨在液压缸的活塞杆伸缩作用下沿螺杆做升降运动。

在上模块上装有步进电机、二级链轮传动结构、减速器、上挡板等各种装置与传动螺母紧固在一起，依靠电机带动传动螺母使整个上模块进行升降运动。

由于进行拉力实验时是上模块进行升降运动，此时所需产生的拉力就由螺纹传动保证，由此产生的轴向载荷会对螺杆产生动、静方面的影响。螺杆在轴向会产生饶曲，整个螺杆成为振动体，其螺杆顶端会产生较大震动。所以螺杆应拥有足够的强度和稳定性，同时由于是螺纹传动因此必须保证螺母螺纹牙的强度以及螺纹的耐磨性。

在进行压力试验时是上模块不动，下模块带动下挡板对实验品试压。此时上模块不动，因此要保证螺杆螺纹具有自锁性。

2.4拉压试验机的链轮传动结构

链轮传动是本设计中的重点部分，是将电机的运动传递到传动螺母上的传动机构，因此必须保证链轮传动机构的传动平稳性，本设计采用了二级链轮传动其传动结构图如下

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图2-1

1、2、3、4、11为从动轮,10为主动轮10号轮下方还有一个链轮与链13配合，5、6、7、8、9为张紧轮，12、13、14为单排链。

从动轮1、2、3、4均与传动螺母连接在一起，电机输出的运动一是通过轮10和单排链12传动至从动轮1、2带动传动螺母升降，二是通过10号轮下方的主动轮与链13的配合传递至从动轮11，然后通过从动轮11和链14传递至从动轮3、4带动传动螺母升降。这部分主要计算主传动轮的模数和齿数，以及从动轮的模数和齿数，确定单排链的型号，链节数和中心距。

2.5拉压试验机的步进电机选取

小型拉压试验机不需要在高温或者高湿度的环境中工作，一般处于正常工作环境，且其工作性质可确定载荷一般不会突然增加或减少，在进行材料拉压实验时需要连续工作，其转速需求也较低所以选用步进电机型号为Y250M-8这一系列。??

1此部分计算中需要计算电机所需实际功率以及电机的额定功率，从而确定选取电机转速。

2.6拉压试验机的减速器机构

小型拉压试验机由于其实际所需转速较低而电机转速一般较高，所以必须在电机与链轮传动之间加上减速器机构，由其实际所需即电机转速与主动轮转速之比可确定采用单级圆柱齿轮减速器，将齿轮做成直齿即可。

在减速器部分的计算中需要确定的有减速器中齿轮的齿数以及齿轮材料的选取，确定传动比。

2.7拉压试验机的液压缸机构

小型拉压试验机在进行压力实验时由液压缸提供所需的支撑力，因此此部分需要计算的主要是液压缸的缸径、活塞杆直径、且需对活塞杆进行强度校核确保液压缸的可靠性。

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3拉压试验机的螺杆设计计算

3.1拉压试验机螺杆的尺寸设计

拉压试验机螺杆设计计算参数如下： d—螺纹大径； H—螺母高度；

d2—螺纹中径； P—螺纹螺距； F—螺杆的轴向力； ?—螺纹升角；

?v—当量摩擦角；

fv—螺旋副的当量摩擦系数； f—摩擦系数；

?ca—计算应力；

???—螺杆材料许用应力；

T—螺杆所受扭矩；

A—螺杆螺纹段的危险截面面积； b—螺纹牙根部的厚度； l—螺杆弯曲力臂；

???—螺母材料的许用切应力；

SSc—螺杆稳定性的计算安全系数； Ss—螺杆稳定性安全系数； Fcr—螺杆的临界载荷； E—螺杆材料的拉压弹性模量 ； I—螺杆危险截面的惯性矩。

3.2螺杆传动螺纹的选取

以传递动力为主，要求以小的转矩产生大的轴向推力，以克服机器工作阻力，承受很大的轴向力，间歇性的工作，工作时间较长，工作速度不高，具有自锁力。所以根据这些条件，参考文献《机械设计》教材中表5-1 选定为矩形螺纹。

3.3螺杆和螺母使用材料的选取

由表3-2，选定均采用45号钢，其中螺杆为45号钢，螺母采用45号钢制造内控浇注青铜。??

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