10吨超长拉拔机机构设计毕业论文.doc

目录10吨超长拉拔机机构设计毕业论文 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1课题的背景11.2拉拔机的国内外发展现状21.2.1拉拔机的种类31.2.2拉拔新工艺、新技术简介41.2.3拉拔机存在的一些问题5第2章 有关拉拔机的一些基本概念72.1拉拔机的用途72.2拉拔机的组成72.3拉拔机主要结构的简介72.4拉拔机与机架102.5拉拔小车与夹紧122.6夹扶钳14第3章 受力分析与设计公式推导203.1电机的选择203.2 钢丝绳的选取213.2.初选小卷筒的直径为400mm223.4齿轮的计算校核223.5 联轴器的选择253.7轴承的选择33结论38参考文献40致谢41附录1 开题报告42附录2 文献综述48附录3 外文翻译5565第一章绪论 第1章 绪论1.1课题的背景机器制造业和国民经济其他各重要部门的高速发展, 要求大量增加钢管的生产。为高速发展, 要求大量增加钢管的生产。为此, 必须进一步提高拔机的拉生产能力, 其基本途径是提高拉拔速度, 加大小车的工作行程, 减少拉拔过程的辅助时间。但是, 只能在一定范围内来设计出合理更加实用的拉拔机。基于此点我和同学们进行了此次有关十吨超长拉拔机的毕业设计。我负责的部分是拉拔机的结构设计。随着20世纪90年代，我国开始研究、应用冷拔钢管技术以来，冷拔钢管技术以广泛引用于单体液压缸筒及工程机械油缸的制造，拉拔机作为冷拔钢管的主要加工设备，它是用于常温下拔制黑色及有色金属棒料材和对热轧、挤压之后的荒管进行二次加工，是生产小口径，精密，薄壁，高机械性能管材的主要加工设备。拉拔中需要解决如下问题1）拉拔机的整体结构和细节结构的设计2）运动学参数的选择以及工艺参数的计算3）拉拔小车、头座、尾座、C形支架、大小卷筒的设计 4）电机的选择、数据的具体计算设计步骤如下 1.设计结构时，根据给出的拉拔长度，首先选出的工作的长度，在根据各部分的结构算出十吨拉拔机的整体的大小 2.减速器的选择是根据拉拔速度和返回速度、卷筒的直径、钢丝的直径长度选出合适的传动比，选择大小齿轮，并对其进行校核。3.联轴器，滑轮各个小部件的选择 4.画出各部分零件图和总图。1.2拉拔机的国内外发展现状拉拔是一种高经济效益的加工工艺。随着世界经济的不断发展, 石油、化工、机器制造等行业对冷拔钢管等冷拔钢材的需求量日益增加, 提高拉拔机的生产能力是增加冷拔钢材产量的最好办法。早在40年代, 欧美各国就对提高拉拔机的生产能力进行了研究, 其基本途径是： 提高拔制速度； 加大小车的工作行程；减少拔制过程中的辅助时间。实践表明, 提高拔制速度和加大小车的工作行程在一定范围内对提高拉拔机生产能力是可行的, 但超过一定范围是不经济的。所以, 只有通过减少拔制过程中的辅助时间来提高生产能力, 于是,就致力于连续式拉拔机的研究。连续式拔制与周期式拔制在原料、拔制速度和产品规格相同的情况下, 前者由于生产流程连续化, 生产装置机组化, 操作过程自动化, 生产管理科学化而比后者的生产作业率高40% , 成材率高5% , 劳动生产率高70% , 成本低1520% , 占地面积少70%,生产周期、产品质量也都比后者的好。近年来我国已开始对连续拔制的工艺和设备结构进行研究试验。连拔技术的开发和研制始于19 81年。我国第一台L L JZ 一4 一工型黑色金属棒材拉拔机和1 .5 吨铜棒剥皮拉拔机分别于19 82 年和19 83年通过部局的技术鉴定, 并分别荣获冶金部和市局科研技术三等奖、局技术迸步奖。前者已为国内许多厂家所采用, 一这标志着我国已经开始走向一自己设计制年第e 期造连续拉拔机的时代。近几年, 根据我工作实践, 结合我国国民经济的发展情况, 主要开展了以下几项工作: 已确立了适合我国国情的连续拉拔机组的系列设计, 使连拔机的设计、制造系列化、规范化。其产品规格见表7 。同时扩大连拔机的使用范围, 除了用于上述黑色和有色棒材外, 我院为上海某厂设计的连焊一连拔机组已获得成功;其拉拔速度为50 m /m我国由于拉拔工艺和设备都十分落后,拉拔材的产量和质量远远不能满足国民经济发展的需要, 国家每年要花一大笔外汇向国外购买大量的各种拉拔材。为了迅速改变这种现状, 在几年前就开始开发和研制黑色棒材、管材和有色棒材的连续冷拔新工艺及其装置, 第一台机组巳于1983年在上海拉型钢厂投产使用成功。这项新技术的开发研制成功为改变我国冷拔生产的落后面貌,提高冷拔材的产量和质量满足我国国民经济发展的需要起到很大作用。材联合拉拔机由于能将冷拨矫直、剪切、抛光, 甚至探伤、分选、包扎等多道工序连续完成, 经济效益显著, 故各厂竞相引进或仿制。已引进的有长城钢厂北京铜厂、洛阳铜加工厂等。仿制并已鉴定的有上海冷拉型钢厂、上海第一铜棒厂等然而,到目前为止, 所有引进或仿制的联合拉拔机都还是六十年代的水平（参阅本刊1983 年第3 期, “ 多功能连续拉拔机”一文）。1983 年, 我厂分别与联邦德国舒马格公司和日本宫崎铁工株式会社进行了引进谈判, 最后引进了舒马格的一台第二代水平的联合拉拔机。 1.2.1拉拔机的种类1连续拉拔机连续拉拔机是对棒、线材和管材进行连续拉拔加工的设备。在原料、拉拔速度、产品规格相同的情况下与周期式拉拔机相比, 由于其生产流程连续化、生产装置机组化、操作过程自动化, 使作业率提高40% , 成材率提高5% ,节省中间搬运时间, 成本可降低15%一20% , 而且设备辅助面积减少70% , 最大减径量可达, 劳动强度降低, 产品质量指标也优于周期性拉拔。其显著的经济效益已引起国内冶金行业的普遍重视。近些年来, 国内厂家引进的各类连续拉拔设备和自行研制的连续拉拔设备,但据使用厂家反映,部分引进拉拔设备和国产拉拔设备在生产中还存在拉拔工作不稳定, 动态力矩变化大, 而且冲击振动和噪音也大等缺点, 即设备的动态特性差。本文针对上述问题, 在对拉拔机组性能参数动态实测的基础上, 从设计、制造角度分析了产生的原因, 并提出了相应的改进措施, 为我国今后连续拉拔设备的设计制造提供有益参考。2.履带式连续拉拔机履带式连续拉拔机由两条单向传动的环形链组成, 链士固定着装有支撑滚轮的移动机构, 滚轮靠在可以调的导向装置上。为了形成必要的拉拔力, 用夹紧初构进行导向。履带式拉拔机的相互区别主要在于夹紧机构的结构型式和移动机构在牵引链上的固定方法。捷克型履带式拉拔机的结构中牵引链 的每一个链环都装有滚轮, 在拉拔区段, 滚轮沿夹紧梁. 移动。夹紧初构由两个液压缸驱动, 液压缸的活塞杆同上牵引链的夹紧梁铰接, 而缸体同下牵引链的夹紧梁铰接为了使两个夹紧梁的移动同步, 装有扇形齿褚。楔形送进构件固定在可以轴向移动的链环回程时, 送进构件靠本身的弹簧与牵引链分离。3.滑座式连续拉拔机 滑座往复运动的拉拔机目前, 往复运动的双滑座连续拉拔机获得了最广泛的应用, 这种拉拔机, 当一个滑座按正常速度进行拉拔时, 另一个滑座快速返回到接近拉模的极限位置, 然后反向加速到正常速度, 并夹紧制品。当该滑座进行拉拔时, 另一滑座再返回到初始位置, 如此循环进行。滑座式拉拔机的优点是, 制品作用在钳口士的力在滑座壳体中被相互平衡。制造滑座式传拔机的厂家很多, 著名的有. “ 苏马哥” 、“梅尔” （西德） 挪尔托” （英国）劳马机器制造公司” （美国)、杜布切克一挪得一巴哥城的机器和冶金厂(捷克)等。这些公司的拉拔机在结构上的主要区别是滑座的传动型式不同. 1.2.2拉拔新工艺、新技术简介1）反张力拉拔早在20年代，德国的Weissenberg和Siebel研究出一种划时代的加工方法，于拉拔的同时在拉模后方对柸料以反方向的拉力，这种加工方法叫做反张力拉拔。经过几十年的不断研究开发，现已研制出几种采用反张力机构的实用拉拔机，该项技术在日本的钢铁工业得到广泛应用。2.6交互弯曲的中温矫直法实验日本的五弓、岸、小掠等对用交互弯曲的中温矫直进行了实验, 矫直时由于交互弯曲而得到20左右的断面减小率, 也起到拉拔的作用2）超声波振动拉拔法1955年Blana 和Lagencher 发现 当一面给以超声波振动一面拉拔时, 变形抗力可显著降低。1963年Robinson 等又发现, 将其应用于拉线, 拉拔力可降低50。有两种方法, 一种是在拉线模上施加超声波振动, 使其变形抗力减小, 并造成有效润滑；另一种是在湿法水箱拉丝的情况下给润滑剂以超声波振动, 可消除金属粉渣滓等固体物质, 提高净化效果和有效地咬入润滑油, 从而减小了拉拔力。3）超塑性无模拉拔金属材料在某些特定的条件下（一般包括特定的组织结构、较高的变形温度、较低的应变速度）能够出现超过寻常几十倍、几百倍的塑性和减小变形抗力（只为常温下变形抗力的几分之一、几十分之一）这为金属的成形加工开创了诱人的前景及应用上的巨大潜力, 这就是国外30 多年来, 中国20 多年来蓬勃兴起的金属超塑性。利用金属的这种特异加工性, 国外曾有人（韦斯等）进行了无模拉拔试验如图 所示 , 用一个感应线圈将材料进行局部加热, 使这部分材料处于超塑性状态而进行拉伸, 可获得很大的断面收缩率。改变速度V1 、与V2的关系, 可获得任意断面的各种实心与空心制品。如英国弗尔顿飞机公司曾用钦合金型材进行超塑性无模拉拔, 制得“工”字型的构件。对于断面收缩率要求不大的拉拔, 此方法也能用于非超塑性材料。超塑性拉拔对高熔点材料或有模拉拔时易引起烧结的难加工材料是很有利的。4）辊式模拉拔普通的孔摸拉拔，毛坯材料和拉拔模孔是直接全面接触，产生相当大的滑动摩擦，消耗的摩擦功A2非常大，而且将转变为摩擦热，使材料与模具产生粘连，甚至烧结，还使附加的剪切变形功A3增大，拉拔时A2+A3约占总攻的50-60，不能不引起人们极大的关注。国内外不少研究人员都跟着眼于此。日本五弓勇雄教授将拉拔与轧制结合起来，与1956年研究成功了辊式模拉拔法，即用孔型辊代替孔模，把大部分滑动摩擦变成了滚动摩擦，由于成功地将材料表面的摩擦阻力减少，从而减少了拉拔力，加上使用冷却效果好的水溶性油做润滑剂，可实现高速拉拔，此外还获得很多额外效益，如提高了产品质量，降低了成本，而且该项技术还可应用于其他场合，如拉拔锥形线，将非圆断面线拉成圆形线等等，带动了其他新技术的开发。5）强制润滑拉拔1955年Christopherson研究成功一种强制润滑的流体润滑拉线加工法, 能够大大减小摩擦和延长拉模寿命, 适用于高速高压的拉拔生产, 还可拉拔难以加工的材料1.2.3拉拔机存在的一些问题设备辅助面积大 外部擦大 能耗高 工艺复杂 生产效率不高该设备在生产过程中辐射强烈的噪声, 对操作工人健康危害极大, 同时对整个厂区和厂外周围环境也有干扰，。 厂家反映,部分引进拉拔设备和国产拉拔设备在生产中还存在拉拔工作不稳定, 动态力矩变化大, 而且冲击振动和噪音也大等缺点 拉拔的最大缺点是用于克服摩擦所消耗的能量较多，约占总能量的5060；其次是由于受材料塑性的限制，每道的拉拔率很小，两次退火的总变形量（极限变形）不大，因 而一次产品往往需要几道，十几道，甚至几十道的拉拔和数次中间退火，因而生产率不高一般拉拔技术的问题所在第二章 有关拉拔机的一些基本概念第2章 有关拉拔机的一些基本概念2.1拉拔机的用途拉拔机是对金属材料进行拉拔的设备。通过拉拔使金属材料的直径发生改变，以达到所需的直径要求。通过空拉，游头拉等各种拉拔方式及改变模具可拉制各种不同规格直径的棒材和管材。2.2拉拔机的组成拉拔机组由机械设备、润滑设备、电气设备、液压及气动系统等组成。机械部分：机械部分由放卷机、预矫直机、联合拉拨机、水平矫直机、垂直矫直机、液压剪,输送机,异型下料台,抛光矫直机,翻料装置,自动倒角机等组成2.3拉拔机主要结构的简介冷拔的优缺点及工艺流程冷拔是继热轧、挤压或焊接之后对管材进行二次加工以生产精密、薄壁和高机械性能产品的主要方法。其主要优点是：生产率较高；生产中变更产品规格比较方便，灵活性大；工具的设计和制作以及设备的结构和维护比较简单。他的主要缺点是：道次形变量小，因此加工道次多，生产周期长；金属消耗大。其生产的一般工艺流程图如下：2、冷拔的基本特点、拔管方式和分类到了一定程度后的在制品为了消除加工硬化及其他需要在继续冷变形之前都要进行一系列准备工作，工序比较多；管料从投产到加工成成品通常要经过多次冷变形，而且整个生产过程往冷拔钢管生产的基本特点是：管料在冷变形前和累积冷变形量达往包含多个由准备工序和变形工序组成的从生产循环，循环往复，生产周期长，金属消耗大；设备多为单体布置，一般是间断性生产。拉拔机的主要拔管方式有4种：1）无芯棒拔制；2）短芯棒拔制；3）长芯棒拔制；4）游动芯棒拔制。其中前两种在生产上应用的尤其普遍，无芯棒拔制用来减小钢管的外径，其他三种主要是用来压缩钢管的壁厚，同时也有一定的减径变形。按传动方式分类，拔管机有链式、齿条式、丝杠式、钢绳传动、液压传动、卷筒式等各种类型，其中以链式拔管机应用最为广泛。按作业方式分类，拔管机可分为间歇式、半连续式和连续式三种。3、拉拔机的工作原理及发展趋势拉拔机的拔制原理：设在头座上的拔模，可沿轨道移动的拉拔小车和与拉拔小车连接的牵引装置，牵引装置包括设在头座上的滑轮组，电机和与电机连接的减速器，滑轮组包括定滑轮、动滑轮和定滑轮，滑轮组上缠绕细钢丝绳，动滑轮上设有可对细钢丝绳的张紧力起调节作用的调节丝杠，细钢丝绳穿过定滑轮的一端连接拉拔小车的后端，穿过定滑轮7的另一端与设在轨道8前端的小卷筒15连接，拉拔小车9的前端通过粗钢丝绳与安装在小卷筒一侧的大卷筒相连接，小卷筒的一端设有小齿轮，大卷筒的一端设有与小齿轮相啮合的大齿轮，大齿轮与减速器连接：拉拔小车包括车轮和车架，车架后端的两侧设有定楔块，两个定楔块相对的侧面上设有形状与定楔块相配合的动楔块，定楔块与动楔块在结合面上以燕尾槽形式滑动连接，拉拔小车的前端设有缠绕粗钢丝绳的滑轮，动楔块的前端通过可沿滑道移动的滑板连接在电液推杆的活塞杆上，电液推杆的缸体固定在拉拔小车上，其中动楔块由两个相同的板块相对组成，两个板块相对的侧面上均设有凹槽，凹槽中设有夹钳口，两个夹钳口相对形成夹钳嘴，两个板块的前端均设有横向长孔，横向长孔通过销轴与滑板连接，销轴穿过横向长孔，当滑板通过销轴推动动楔块纵向移动时，也允许动楔块相对横向移动，带动两个板块上的夹钳口向内移动，使得夹钳口夹住管头；轨道上设有夹持装置，夹持装置包括C型支架和夹持钳，C型支架上设有电磁铁，电磁铁的下端设有连接轴，夹持钳由两个相交的钳臂组成，两个钳臂的相交位置通过销轴与连接板活动连接，连接板固定在C型支架上，钳臂的上端通过连板与连接轴活动连接，控制连板的长度使其容易形成转动死点，即电磁铁失电时钳臂落下处于夹持状态两个连板之间的夹角角度为160。-180。，这样，在两个钳臂上施加分开力时，两个连板相互顶死形成自锁机构，使得夹持钳能够夹紧管材，电磁铁得电时吸合，夹持钳的两个钳臂处于打开状态，另外在钳臂的下端凹槽内设有尼龙垫块；拔模内设有固定座，固定座通过螺栓与连接板连接，连接板通过螺栓固定在模座的一侧台阶上，模座连接连接板的一侧凹槽内设有定径模，另一侧凹槽内设有密封模，模座连接密封模的一侧通过螺栓与模盖板固定连接，定径模与密封模中间穿过管材，模座与润滑油管连接，润滑油管向定径模、模座、密封模和管材之间的空隙输送高压油从而形成高压油腔，进而在管材与定径模之间形成润滑油膜，减少了管材与定径模之间的摩擦，减小了拉拔力。发展方向：(1)随着拉拔机的数量和种类不断增加，制造拉拔机的企业，拉拔机行业内急需行业标准规范拉拔机的生产，来实现规范化及通用性。(2)随着用户对拉拔机的个性化需求，各拉拔机制造企业需采用科学先进快速的设计方法，迅捷地满足用户需求。(3)拉拔机的使用在我国已有一定的时间，拉拔机的设计应积极吸取各使用企业对拉拔机的反馈，并应用现代的计算机设计方法对拉拔机各个系统进行更加科学的优化设计，提高可靠性。近20年的工业生产与实际表明，采用冷拔工艺直接生产液压气动缸筒用管，技术先进可靠，具有较高的经济价值和社会效益。拉拔机的生产将朝着高精度、重型化、自动化、绿色安全的方面发展，其中预应力框架式液压拉拔机将是未来发展的方向，拉拔机的系列化、标准化，通用性，可换性。2.4拉拔机与机架1、拉拔机图及其工作原理示意图2、拉拔机的工作过程拉拔机对坯管进行加工时，先将管材向拔模的模腔中推进，使管材从模腔中伸出一段以作为拉头部分，启动拉拔小车上的电液推杆，电液推杆的活塞杆伸出使夹钳口对管材的拉头部分进行夹持，对管材施加初始的夹持力以防止拉拔开始时管材滑落，电机带动大齿轮与小齿轮转动，从而使小卷筒和大卷筒匀速转动，大卷筒收紧粗钢丝绳拉拔小车获得向前的作用力，小卷筒收紧细钢丝绳拉拔小车同时获得向后的作用力，由于向后的作用力小于向前的作用力拉拔小车获得向前牵引力，在拉拔小车的牵引下管材从模腔拉出；此时夹持装置的电磁铁处于得电吸合状态，夹持钳的两个钳臂在电磁铁作用下处于打开状态以便于拉拔小车通过，拉拔小车每通过一个夹持装置，接近开关就控制电磁铁失电使夹持钳的两个钳臂落下夹持管材，钳臂下端的尼龙垫块对管材进行扶持以防止管材变形；同时电液推杆由吊挂在C型支架内与电路连接的滑线槽持续供电，可保证在整个拉拔过程中对管材的持续稳定的主动夹持力，不会产生拉脱现象；管材被全部拉出后，控制电液推杆使夹钳口打开，同时控制电磁铁使夹持钳打开进行卸料，卸下的管材从C型支架的开口处滑下，然后对管材进行退火处理，更换模具以改变模口尺寸，重复上述步骤直至获得所需尺寸的成品。3、机架的受力分析2.5拉拔小车与夹紧1.拉拔小车图2.夹紧块受力分析2.6夹扶钳1. 夹扶钳2、夹扶钳受力分析小齿轮加工图：小齿轮3D图夹紧块加工图纸钳臂的加工图纸：第三章 受力分析与设计公式推导第3章 受力分析与设计公式推导3.1电机的选择 拉拔电机的选择1.拉拔力=10吨 F=10100010=100000N=FV(100060)=10000012(100060)=20KW 卷筒所需的功率为20KW2.传动装置的总效率齿轮传动效率1=0.98 卷筒2=0.96 每对轴承的效率3=0.98联轴器4=0.99 总的传动效率总=0.85 电机的传动功率=200.85=23.5KW 考虑到电机的效率，和其他的损耗选取30KW的电机 返回电机的选择1.小车的重量=525KG 52510=5250N 材料为Q235A 钢-钢的滑动摩擦系数=0.05=52500,.05=262.5N2.钢丝绳与轮的摩擦=1000000.05=5000N=F60（100060）=5.3KW电机的传动效率=5.30.85=6.3KW拉拔电机的选择1.拉拔力=10吨 F=10100010=100000N =FV(100060)=10000012(100060)=20KW 卷筒所需的功率为20KW传动装置的总效率齿轮传动效率1=0.98 卷筒2=0.96 每对轴承的效率3=0.98 联轴器4=0.99总的传动效率总=234=0.85电机的传动功率=200.85=23.5KW考虑到电机的效率，和其他的损耗选取30KW的电机返回电机的选择小车的重量=525KG 52510=5250N 材料为Q235A 钢-钢的滑动摩擦系数=0.05=52500,.05=262.5N钢丝绳与轮的摩擦=1000000.05=5000N=F60（100060）=5.3KW电机的传动效率=5.30.85=6.3KW3.2 钢丝绳的选取拉拔力10吨F=10吨=10000KG=100kN由机械设计手册选取钢丝绳最小破断力为119kN的钢丝钢丝绳的直径为D1=16mm 标准槽型 d=18.0mm H=6.0mm K=0.8加深槽型 d=21.0mm H=9.5mm K=0.5返回拉力为5000N细钢丝的直径为D2=6mm标准槽型 d=8.0mm H=2.0mm K=0.8加深槽型 d=11.0mm H=5.5mm K=0.53.2.初选小卷筒的直径为400mm1.初选小卷筒的直径为400mm0.4n=12n=9.55取n=9 把其带入所以小卷筒的直径为=426mm2.大卷筒的直径为8000.8n=60n=23.8 取n=23大卷筒的直径=830粗钢丝绳的直径为16mm L=63m3.4齿轮的计算校核选择材料，精度及参数 材料选择直齿锥齿轮的齿加工多为刨齿,不宜采用硬齿面。小齿轮用40Cr,调质处理。241HB286HB。选取平均硬度260HB。大齿轮选用42simn, 调质处理。217HB255HB。选取平均硬度230HB。A.1)小齿轮选取45钢，调制，=240HBS; 大齿轮选取45钢，正火=200HBS,二者的差为40HBS，合适。2)选8级精度，按GBT 100953)选取齿轮 =23；=3.223=73.6， 圆整取=74实际齿数比=3.217齿数比的误差=0.54% 在允许的范围。4)螺旋角初选=。 齿宽系数=0.8齿面接触疲劳强度计算：B. 按齿面接触强度设计 按式 d1) 确定载荷系数K 由表6-4 得使用系数=1.25; 估计圆周速度v=0.14,=3.3 ,得Kv=1.01 =1.25 =1.88-3.2(+)=1.65 2) 计算转矩 =9.55=3.2N.mm3) 区域系数=2.434) 重合度系数 因为1，取=1 =0.785) 螺旋角系数6) 查的接触疲劳极限应力 =590MPa， =470MPa 7) 由上面的数据带入得=4658) 圆周速度v=0.2199) 修正系数=0.219=0.048 Kv=1.01 分度圆直径465mm 10) 计算法向模数 =19.21 圆整成标准值为20mm11) 中心距a=1000mm12) 之值改变很多，参数也不必修正13) 分度圆直径 14) 齿宽b=0.8475=380C.校核齿根弯曲疲劳强度 , 1）重合度系数=0.25+=0.702）螺旋角系数=0.833）齿数当量 z1=25.2,z2=814）查取齿形系数=2.65，=2.235）查取修正力系数=1.58，=1.776）计算弯曲应力 应力合适3.5 联轴器的选择联轴器的分类：刚性联轴器和挠性联轴器刚性联轴器：不具有补偿性，但是结构简单，易制造，成本低，不需要维护挠性联轴器：允许转子有单独的轴向位移，且相连两转子对中可有一定的偏差的联轴器联轴器的的选择和计算（1）选择类型 根据使用的要求和工作条件，参考一下几点 1）需传递的扭矩大小和性质以及对缓冲、减震方面的要求 对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对有严重冲击载荷或要求消除轴系扭转震动的传动，可选用弹簧联轴器等具有较高弹性的联轴器 2）联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小 对于高速传动轴应选用平衡精度高的膜片联轴器（金属弹性元件挠性联轴器的一种）、齿式联轴器等。 3）两轴相对位移的大小和方向 当安装调整后难以保持两轴精确对中或工作中两轴将产生较大的附加位移时，应选取挠性联轴器；径向位移较大时选用滑块联轴器；角位移较大或相交两轴的链接可选用万向联轴器。 4）联轴器的可靠性和工作环境 通常由金属元件制成不需要润滑的联轴器比较可靠，需润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响。含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀性介质、光等比较敏感，而且容易老化。 5）联轴器的制造、安装、维护和成本 在满足使用性能的前提下，应选取装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。如夹壳联轴器可在不移动两轴的情况下进行拆装，用于低速、刚性大的传动轴。一般的非金属弹性元件联轴器（如弹性套柱销联轴器等）由于具有良好的综合性能，适用于一般中小功率传动(2) 选择型号 选定联轴器类型后 应按计算转矩、轴伸直径及转速选择所需要的型号和尺寸。联轴器的许应转矩、转速应大于计算转矩及实际转速，轴孔长度、结构尺寸应分别与两被联轴器相配。 由于联轴器的传动轴系载荷变化性质不同，以及联轴器本身的结构特点和性能不同，联轴器的计算（或实际传递的转矩）Tc不等于传动轴系理论上需场地的转矩T，通常以工作情况系数K表示二者的比值，或 Tc=KTT式中：T为所选联轴器的许用转矩（NM）。 联轴器的工作情况系数，除与联轴器所联轴系使用的动力机和工作机类型有关外，还有联轴器本身的结构有关。对于某一种联轴器，当缺少直接适用的工作的情况系数时，可按表确定。工作情况系数动力机 转矩变化小 转矩变化冲击中等 转矩变化冲大电动机 1.3-1.5 1.7-1.9 2.3-3.1多缸内燃机 1.5-1.7 1.9-2.1 2.5-3.3单、双杠内燃机 1.8-2.4 2.2-2.8 2.8-4.0（3）校核强度 （4）联轴器轴孔型式及其代号选取凸缘联轴器3.6轴的选择1轴的功用轴用来支承轴上回转零件、传递转矩和运动。作回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动。轴要用滑动轴承或滚动轴承来支承。 2轴的分类常见的轴有直轴和曲轴，曲轴主要用于作往复运动的机械中。本章只讨论直轴。根据轴的承载情况可分为转轴、心轴和传动轴三类，其举例、受力简图和特点见表。常用的碳素钢有30、40、45和50钢，其中最常用的是45钢。为保证其力学性能，应进行调质或正火处理。不重要的或受力较小的轴以及一般传动轴可使用Q235、Q255、Q235-AF。 合金钢具有较高的强度和硬度，可淬性也较好，可在传递大功率并要求减轻重量和提高轴颈耐磨性时采用。常用的合金钢有12CrNi2、12CrNi3、20Cr、40Cr、35CrMo和37SiMn2MoV等。轴也可以采用合金铸铁和球墨铸铁来做。它们的毛坯是铸造成形的，所以易于得到合理的形状。这些材料的吸振性高，可以用热处理方法获得所需的耐磨性，对应力集中的敏感性也较低。但是铸造轴的品质不易控制，可靠性较差。4轴设计的主要问题在一般情况下，轴的工作能力决定于它的强度和刚度，对于高转速轴，有时还决定于它的振动稳定性。在设计轴时，除了要按这些工作能力准则进行设计计算或校核计算以外，在结构设计上还须使轴能满足其他一系列要求，例如轴上零件固定的要求、热处理要求、运转维护要求等。对于重型轴，还须考虑毛坯制造和探伤等问题。第二节 轴的结构设计 轴的外形决定于下列因素：轴的毛坯种类，轴上作用力的大小和分布情沉，轴上零件的布置及固定方式，轴承类型及位置，轴的加工和装配工艺性以及其他一些要求。因为有关的因素很多，所以轴的结构设计具有较大的灵活性和多样性。 1轴的毛坯 尺寸较小的轴可以用圆钢棒料车制，尺寸较大的轴应该用锻造的毛坯，铸造毛坯应用很少。为了减轻重量或为了结构上的需要，某些机器的轴（如水轮机轴和航空发动机主轴等）常采用空心的剖面。因为传递转矩主要靠轴的外表面材料，所以空心轴比实心轴在材料的利用上较经济。当外直径矗相同时，空心轴的内径若取为do =0. 625d，则它的强度比实心轴削弱约18%，而重量却可减轻39%。但空心轴的制造比较费工，所以必须从经济和技术指标进行全面分析才能决定是否有利。有时为了节约贵重的合金钢或优质钢，或是为了解决大件锻造的困难，也可用焊接的毛坯。2轴颈、轴头、轴身轴主要由轴颈、轴头、轴身三部分组成（下图）。轴上 承斑部劈硼预辐巅，安装轮毂部分叫做轴头，联接轴颈头的部分叫做轴身。轴颈和轴头的直径应该按规范取尺寸，特别是装滚动轴承的轴颈必须按轴承的内直径选取及安装位置而有所不同，可参 1-端轴颈2轴环3轴头两章中的插图。4-中轴颈5-轴身6-轴头件的配合要根据工作条件合转轴的组成3轴的材料轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较小，所以应用较为广泛。 理地提出，同时还要规定这些部分的表面粗糙度，这些技术条件对轴的运转性能关系很大。为使运转平稳，必要时还应对轴颈和轴头提出平行度和同轴度等要求。对于滑动轴承的轴颈，有时还要提出表面热处理的条件等。从节约材料、减轻重量的观点来看，轴的各横截面最好是等强度的。但是从工艺观点来看，轴的形状却是愈简单愈好。简单的轴制造时省工，热处理不易变形，并可能减小应力集中。当决定轴的外形时，在能保证装配的前提下，既要考虑节约材料，又要考虑便于加工。因此，实际的轴多做成阶梯形（阶梯轴），只有一些简单的心轴和一些有特殊要求的转轴才做成具有同一名义直径的等直径轴。 3零件在轴上的固定轴上的零件通常是以毂和轴联在一起的（轴毂联接），毂的固定有周向固定和轴向固定两种。轴上零件的轴向固定方法见图10-4，有轴肩（或轴环）、挡圈、圆螺母、套筒、圆锥形轴头等。轴肩的结构简单，可以承受较大的轴向力；螺钉锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴上，在轴上零件两侧各用一个挡圈时，可任意调整轴上零件的位置，装拆方便，但不能承受大的轴向力，且钉端会引起轴应力集中；当轴上零件一边采用轴肩定位时，另一边可采用套筒定位，以便于装拆；如果要求套筒很长时可不采用套筒而用螺母固定轴上零件，螺母也可用于轴端；轴端挡圈常用于轴端零件的固定；圆锥形轴头对中好，常用于转速较高时，也常用于轴端零件的固定。硭垫硭私拦垫拄ja1轴肩一锁紧挡圈 b）轴肩一弹性挡圈 c）双锁紧挡圈 d）轴肩一套筒硭蛰终拦社群孙e1轴肩一圆螺母 f）轴肩一轴端档圈g）套筒一轴端档圈 h）圆锥形轴头一轴端如下图档圈轴上零件的轴向固为了使轴上零件与轴肩端面紧密贴合，应保证轴的圆角半径r、轮毂孔的倒角高度C（或圆角半径R）、轴肩高度日之间有下列关系： rCa或rRa见图10-5。与滚动轴承相配的轴肩尺寸应符合国家标准规定。 4提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施 可以从结构和工艺两方面采取措施来提高轴的承载能力。的尺寸如能减小，整个机器的尺寸也常会随之减小。轴图10一5 轴的圆角设计(l)合理布置轴上零件，减小轴承受的转矩例如将图10-6a)中的输入轮1的位置放置在输出轮2和3之间图10-6b），则轴所受的最大转矩将由(T2+T3 +T4)降低到(T3 +T4)。(2)改进轴上零件结构，减小轴承受的弯矩例如图l0-7a）中的卷筒的轮毂很长，轴的弯曲力矩较大，如把轮毂分成两段图l0-7b)，不仅可以减小轴的弯矩，提高轴的强度和刚度，而且能得到良好的轴孔配合。卷筒的轮毂结构(3)改进轴的结构，减少应力集中主要措施有：尽量避免形状的突然变化，宜采用较大的过渡圆角。若圆角半径受到限制，可改用内圆角、凹切圆角图10-8a）盛肩环以保证 圆角尺寸图l0-8b)；过盈配合的轴，可在轴上或轮毂上开减载槽；在轴上打孔、紧定螺钉端坑、键槽圆角过小等，都常会引起应力集中而降低轴的疲劳强度。(4)改善表面品质，提高轴的疲劳强度试验证明，表面愈粗糙，轴的疲劳强度愈低。采用表面强化，如辗压、喷丸、碳氮共渗、渗氮、渗碳、高频或火焰表面淬火等方法，可以显著提高轴的承载能力。绘出轴的结构草图是设计轴的重要环节之一，也是对轴进行受力分析及强度计算的主要依据。除了轴的直径有待强度或刚度计算确定外，其他如轴上零件布置和固定方法、支承点的位置、装配工艺、制造方法等都必须在结构设计中全面考虑。第三节 轴的强度计算 轴的强度计算主要有按许用切应力计算、许用弯曲应力计算和安全系数校核计算三种方法。按许用切应力计算只需知道转矩的大小，方法简便，但计算精度较低。它主要用于下列情况：传递以转矩为主的传动轴；初步估算轴径以便进行结构设计；不重要的轴。弯矩等影响可在计算中适当降低许用切应力。 按许用弯曲应力计算必须已知作用力的大小和作用点的位置、轴承跨距、各段轴径等参数。为此，常先按转矩估算轴径并进行轴的结构设计后，即可绘出轴的弯扭合成图，然后计算危险剖面的最大弯曲应力。它主要用于计算一般重要的、弯扭复合的轴，计算精度中等。安全系数校核计算也要在结构设计后进行，不仅要定出轴的各段直径，而且要定出过渡圆角、过盈配合、表面粗糙度等细节。它主要用于重要的传动轴或工作轴，计算精度较高，但计算较复杂，且常要有足够的资料才能进行。安全系数校核计算能判断各危险截面的安全程度，而改善各薄弱环节，有利于提高轴的疲劳强度。 以上三种方法可单独使周或逐个使用。一般转轴按许用弯曲应力计算已足够可靠，不一定再用安全系数法校核。需要用安全系数法校核的轴，不一定需要再用许用弯曲应力法计算。强度计算不能满足要求时，应修改结构设计，两者常相互配合、交叉进行。1按许用切应力计算受转矩T(Nmm)的实心圆轴，其切应力rT (MPa)写成设计公式，轴的最小直径d(mm)式中：WT为轴的抗扭截面系数()；P为轴传递的功率(kW)；咒为轴的转速(r/min)；rT为许用切应力(MPa)；C为与轴材料有关的系数，可由表查对于受弯矩较大的轴宜取较小的TT值。当轴上有键槽时，应适当增大轴径，单键增大轴径3%，双键增大轴径7%。2按许用弯曲应力计算由弯矩所产生的弯曲应力应不超过许用弯曲应力。一般计算顺序如下：(l)画出轴的空间受力简图。将轴上作用力分解为水平面受力图和垂直面受力图。求出水平面上和垂直面上的支承点反作用力。(2)分别作出水平面上的弯矩M副图和垂直面上的弯矩M。(3)作出合成弯矩M=。(4)作出转矩T图。(5)应用公式，绘出当量弯矩M，式中d是根据转矩性质而定的应力校正系数。对于不变的转矩，取a一害署昌；对于脉动的转矩，取a一宅嘉导；对于对称循环的转矩。 (6)计算应满足下列条件：式中：w为轴的抗弯截面系数。3.7轴承的选择滚动轴承已经标准化，并由专业工厂生产。与滑动轴承比较，滚动轴承主要有下列优点：在一般工作条件下摩擦系数比滑动轴承小并且比较稳定，不随轴承速度而变化，故起动及运转力矩小，功率损耗少。对于同尺寸的轴颈，滚动轴承宽度较小，因而轴向结构紧凑。消耗润滑剂少，便于密封，易于维护。成批生产，成本较低，易于互换。滚动轴承的类型、尺寸规格、精度等级、计算方法均制订有国家标准。因此，在机械设计中只需解决两个问题：一是选用合适的滚动轴承的类型和尺寸，二是进行滚动轴承的组合结构设计。第一节 滚动轴承的构造、类型和代号1构造典型的滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架四种元件组成，如图11-1所示。内圈、外圈分别与轴颈、轴承座孔装配在一起。多数情况下轴承内圈随轴回转，外圈不转；少数情况与此相反；或内、外圈分别按不同转速回转。滚动体是滚动轴承形成滚动摩擦的核心元件，它的形状有球形、圆柱形、截锥形、鼓形等。保持架使滚动体均匀隔开，以避免滚动体之间的摩擦和磨损。 内、外圈和滚动体采用强度高、耐磨性好的轴承合金钢制造，如GCr15、GSiMnV等，热处理后表面硬可采用铜合金、塑料以及其他材料制造。2滚动轴承的分类度达6065HRC。保持架乡用低碳钢冲压制成，也动轴承的构造1外圈 2一内圈 3-滚动体4-保持架滚动轴承的构造(1)按承受载荷的方向和大小分类1)弪恂接触轴承公称接触角a=0。，主要承受径向载荷，其中某些也可承受轻微的轴向载荷。 当内、外圈轴线重合，并且元件无弹性变形时滚动体与内、外圈滚道接触处的法线与轴承径向平面间的夹角叫公称接触角（图11-2）。2)向心角接触轴承公称接触角0。a45。，能承受径向载荷和轴向载荷的联合作用，但一般以承受径向载荷为主。3)推力角接触轴承公称接触角45。a O. 1C情况下工作时，因接触应力增大、润滑状态变差；而且向心轴承受轴向载荷时，将使轴承内受载荷的滚动体增加，增大了接触表面间的摩擦也使润滑状态变坏。因而，所允许的最高转速降低，其值可由下式计算求得式中：f2为载荷系数。f2为载荷分布系数 载荷分布系数f2如果极限转速不能满足要求，需另选轴承或采取改进措施，如提高轴承精度，加大球轴承的游隙，采用青铜或夹布胶木保持架，采用喷油或油雾润滑等。综合使用以上各项措施，可使极限转速提高一倍以上。(3)调心性 由于外壳孔、轴的加工与安装误差，以及受载后轴的挠曲变形，轴和内外圈轴线在工作中不可能保持重合，必将产生定的偏斜。轴线的偏斜将引起轴承内部接触应力的不均匀分布，造成轴承的早期失效。轴承能够自动补偿轴和外壳孔中心线的相对偏斜，从而保证轴承正常工作状态的能力称为轴承的调心性。调心球轴承和调心滚子轴承都具有良好的调心性能，它们所允许的轴线偏斜角分别为3。和0.5。2。(4)运转精度用滚动轴承支承的轴，其轴向及径向运转精度既与轴承零件的精度及弹性变形有关，也与相邻部件的精度及弹性变形有关。如轴承与轴和外壳孔的配合间隙会导致轴的中心偏移，影响轴承与轴的运转精度。因此，对于运转精度要求高的轴承，需选用过盈配合。对于游动支承常使用圆柱滚子轴承，因为这种轴承的两个套圈在安装时都可采用过盈配合。轴承的套圈一般比较薄，因此与轴承相配合的轴和外壳孔的形状误差也会影响轴承的运转精度，故配合件的精度必须与轴承相一致。2滚动轴承的类型选择 选择滚动轴承类型时应考虑轴承所受载荷（大小、方向及性质）、转速与工作环境、经济性及其他特殊要求等多种因素的影响，下述原则可供参考。 (l)转速较高、载荷不大，而旋转精度要求较高时宜用球轴承；转速较低、载荷较大或有冲击载荷时宜用滚子轴承。 (2)当径向载荷和轴向载荷都比较大时，若辖速高宜用角接触球轴承，若转速不高宜用圆锥滚子轴承；当径向载荷比轴向载荷大得多并且转速较高时宜用向心球轴承。当轴向载荷比径 向载荷大得多并且转速较低时，常用两种不同类型轴承的组合，让它们分别承受轴向及径向载荷。(3)支承刚度要求较高时，可成对采用角接触型轴承。(4)需调整径向间隙时宜采用带内锥孑L的轴承。(5)支点跨距大、轴的变形大或多支点轴，宜采用调心轴承。在满足使用要求的情况下，优先选用价格低的轴承。一般来说，球轴承的价格低于滚子轴承；精度愈高价格愈贵；同精度的轴承中深沟球轴承最便宜参考文献参考文献1.冶炼设备； 【作者】 沈旦华； 【机构】 上海第一铜棒场；2.拉拔新技术；【作者】 王钧；【机构】 南通工学院；南通2260073.重型机械；【作者】 关洪明； 杨鹏； 樊萍；【机构】 西安重型机构场；4.五弓勇雄编著【金属塑性加工技术】陈天忠等译。 北京：冶金工业出版社,19875.王碧文主编【 重有色金属管棒型线材生产】职工教育教材；中国有色金属总公司,19866.盖世文, 胡佳南, 张幼文【辊模拔制异型钢管试