机械毕业设计18本科毕业设计论文四轴旋转弯曲疲劳试验机的设计

本科毕业设计论文 题 目 四轴旋转弯曲疲劳试验机的 设计 专业名称 航空宇航制造工程 学生姓名 吕苗苗 指导教师 陶华 毕业时间 2005 年 7 月 毕业 任务书 一、题目 四轴旋转弯曲疲劳试验机的 设计 二、 研究背景及意义 目前的弯曲疲劳试验机大多一 次只能对单根试件进行疲劳试验。疲劳试验周期长，效率低，能量耗费大，试验成本较高。因此有必要研制能够对多个试件同时进行旋转弯曲或拉伸疲劳试验的多轴疲劳试验机。 三、 研究目标与内容 目标：完成四轴旋转弯曲疲劳试验机各部分的原理设计及其图纸设计 。 内容：给定驱动形式下的四轴旋转弯曲疲劳试验机的执行机构与加载结构的结构设计。 要求：需要有对结构强度等的校核，优化。 需要有最终的加工图纸与装配图纸。 四、 进度安排 设计 论文 第五周 第六周：查阅相关资料； 第六周 第七周：翻译相关英文资料； 第八周 第十周：制定 23套不同的方案的四轴旋转弯曲疲劳试验机的结构草图，并进行比较，选取一方案； 第十一周 第十四周：确定结构草图的动力与传动、加载机构、总体结构各基本尺寸、参数，并完成对各主要部分进行静强度和疲劳强度等校核； 第十五周：绘制二维主要零件图纸及总体装配图纸，三维零件实体模型以及装配模型； 第十六周 第十七周：撰写论文； 第十八周：论文答辩。 五、 参考资料 机械设计 机械设机新论 电工速查速算手册 Solid Works 2004 使用指南 中国航空材料手册 目 录 目 录 . 1 摘要 . 1 ABSTRACT . 2 第一章 前 言 . 3 1.1 研究背景与意义 . 3 1.1.1疲劳研究背景 . 3 1.1.2疲劳试验机的研究意义 . 4 1.2 目前的疲劳研究方法 . 4 1.3 国内外研究现状与分析 . 6 1.3.1国外的研究现状： . 6 1.3.2 国内的研究现状 . 7 第二章 设计目的、任务和各设计阶段任务的确定 . 10 2.1设计目的 . 10 2.2 设计任务确定 . 10 2.2.1确定试验机总框架图 . 10 2.3设计阶段确定 . 11 第三章设计装配图 . 13 3.1 轴的结构设计 . 13 3.1.1轴的初步计算 . 13 3.1.2轴的结构设 计 . 15 3.2 支承结构设计 . 16 3.2.1轴承的选择 . 16 3.2.2.甩油环 . 18 3.2.3.轴承座 . 19 3.2.4.轴承盖 . 19 3.2.5.支承结构的安装与拆卸 . 20 3.2.6轴上支承零件位置的确定 . 20 3.3 轴的强度校核 . 21 3.3.1轴的疲劳强度校核 . 21 3.3.2轴的静强度验算 . 24 3.3.3轴的刚度验算 . 26 3.4 夹持部分设计 . 29 3.4.1试件的标准 . 29 3.4.2结构设计 . 30 3.5 加载部分设计 . 31 第四章绘制装配图 . 33 4.1 概述 . 33 4.2 装配图的尺寸、技术要求及零件明细表 . 33 4.2.1配合尺寸的选择 . 34 4.2.2技术要求 . 35 4.2.3零件编号 . 36 4.2.4编写零件明细表、标题栏 . 36 4.2.5检查装配图 . 36 第五章绘制零件工作图 . 37 5.1 概述 . 37 5.2 轴的零件工作 图 . 37 总结与展望 . 39 致谢 . 41 参考文献 . 42 本科毕业设计论文 1 摘 要 本文简述了国内外在旋转弯曲疲劳试验机研制领域的发展现状，论述了我国设计并拥有高精度、高效率旋转弯曲疲劳试验机的必要性，并对一个自行研制的四轴旋转弯曲疲劳试验机的 设计过程和功能 进行了详细地介绍。 本文设计的疲劳试验机， 主要用于 圆柱 形试件的疲劳试验 ， 特点是 可同时对四根试件进行试验，以 数字显示疲劳 循环 次数 ， 试件断裂后自动停机 ，操作方便可靠， 为 研究材料 的 疲劳断裂 提供了 重要的工具与手段 。 作者重点论述了试验机传动、夹持、加载部分的结构设计，主轴和轴承的强度校核，并且利用 Auto CAD 画图软件提供了整个疲劳试验机 的装配图，为进一步了解疲劳试验机提供了途径。 关键字 弯曲疲劳试验机； 结构设计 ；强度校核；公差配合；装配图。 本科毕业设计论文 2 ABSTRACT In the paper, the development in the manufacture of rotating bending fatigue machine is outlined, and the necessity for china to design and manufacture the rotating bending fatigue machine which is high quality and high efficiency is discussed . The design process and the performance of the 4-axises rotating bending machine made by the author is mainly presented in this paper. This machine is used for the column fatigue test specimens. It can work with four fatigue test specimens at one time .It is special because of its directly show of the number of fatigue cycles and self-stop device .it also operates conveniently and reliably. In this paper， the author will describe not only the design process of the principal axis、 the clamp and the method to load ， but also the check of strength、 the choice of the tolerance。 In the end， it offers a assembly drawing ， which provides a way to know the fatigue machine more。 Key words ： fatigue machine； design process ; the check of strength; tolerance; assembly drawing。 本科毕业设计论文 3 第一章 前 言 1.1 研究背景与意义 1.1.1 疲劳研究背景 疲劳（ fatigue）这个词起源于拉丁文的 “fatigue”一词，意思是 “疲倦 ”。虽然通常它指人们的身心疲劳，但也成为工程词汇表中被广泛接受的术语，用以表达材料在循环载荷的作用下的损伤和破坏。国际标准化组织（ ISO） 在 1964年发表的报告 金属疲劳实验的一般原理 中给疲劳下了一个描述性的定义。这份报告把疲劳定义成一个专门术语：金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化叫做疲劳；虽然在一般情况下，这个术语特指那些导致开裂或破坏的性能变化 。 这一描述也普遍适用于非金属材料。 疲劳破坏以许多不同的形式出现，它包括仅有外加应力或应变波动造成的机械疲劳，循环载荷和高温联合作用引起的蠕变 疲劳；循环受载部件的温度也变动时引入的热机械疲劳（即热疲劳和机械疲劳的组合）；在存在侵蚀性化学介质或致脆介质的环境中施加反复载荷时的腐蚀疲劳 ；载荷的反复作用与材料之间的滑动和滚动接触相结合分别产生的滑动接触疲劳和滚动接触疲劳；脉动应力与表面间的来回相对运动和摩擦滑动共同作用产生的微动疲劳。机器和结构部件的失效大多数是由于发生上述某一种疲劳过程造成的。引起疲劳失效的循环载荷的峰值往往远远小于根据静态断裂分析估算出来的安全载荷。 疲劳是一个包含许多学科的研究分枝，它可以为基础研究和工业研究大量地提供多种多样的现象。从已发表的报告看，关于材料疲劳的研究可追溯到19 世纪上半叶。从那时起，为阐明各种金属和非金属、脆性材料和延性材 料 ，以及单一材料和复合材料 的疲劳，有众多科学家和工程师做出了开拓性贡献。材料疲劳作为材料学科的一个分枝，它为科学研究提供了广阔多样的复杂机理性过程。在这一研究领域里，有意义的观察尺度范围跨越亚微观（甚至原子）水平到几十或几百米的构件尺度。疲劳破坏牵连到人类生活的许多方面。每当 本科毕业设计论文 4 有灾难性事故，例如造成人员伤亡的飞机失事公布 于 众时，疲劳破坏的后果变得最为显而易见。 第二次世界大战过后，随着英国和欧洲大陆经济的恢复，空中远程旅行的生意迅速增长，为了适应这种需求，英国德 .维兰飞机公司设计和制造了彗星号喷气飞机，而彗星号客舱结构的疲劳破坏导致了 50 年代几起飞机失事，沉重打击 了 英国在民用喷气飞机工业中起到的杰出作用 。 民用喷气飞机彗星号的一系列失事清楚 地 表明了疲劳裂纹扩展对飞机的结构机械完整性的重要影响。也引起了全世界范围内对于金属疲劳断裂的不断研究。 1.1.2 疲劳试验机的研究意义 在我国航空发动机以往所发生的各类重大机械断裂失效事件中，转动部件的断裂失效率高达 80%以上，其中主要是转子系统中的叶片、盘、轴及轴承的断裂失效。在它们的疲劳失效分析中，发现弯曲应力起了一定的破坏作用。比如，飞机发动机结构中非常重要的承力构件 轴，它的疲劳失效形式主要就是弯曲疲劳、扭转疲劳以及轴向疲劳。而且弯曲疲劳也是大部分机械系统中，最普遍的一种疲劳失效形式。因此，有必要进行零部件和材料的弯曲疲劳特性研究，用以提高设计的可靠性。 而旋转弯曲疲劳试验机可以测出材料在一定应力状态下的疲劳寿命，绘出材料疲劳的 S-N 曲线，是研究材料疲劳断裂的最重要的工具与手段。 目前，国产的旋转弯曲疲劳试验机主要有 PQQ 型，它们普遍存在试验精度低和试验效率低的缺点。而国外的一些弯曲疲劳试验机价格又很昂贵，维修也不方便。因此研制一台弯曲疲劳试验机，使其具有较高的精度，可以满足工厂要求，又具有较高 的效率，是很具有现实意义的。 1.2 目前的疲劳研究方法 参见 GB4337-84 金属旋转弯曲疲劳试验方法 所述： 1.试验原理： 试验适用于 1535 空气条件下，测定金属圆形横截面试样在旋转状态下承受弯曲力矩时的疲劳性能。 本科毕业设计论文 5 试样旋转并承受一定弯矩，产生弯矩的力 F 恒定不变且不转动。试样可装成悬臂，在一点或两点加力；或装成横梁，在四点加力。试验一直进行到试样失效或者超过预定循环次数。（失效 试件出现肉眼可见的疲劳裂纹或完全断裂。在特殊应用中，可用试样的塑性变形或裂纹扩展速率确定试验的终止。） 2.术语和定义 疲劳 材料在交变应力或应变作用下，产生局部累积损伤，经一定循环数而失效。 疲劳寿命 N 在规定的应力应变作用下，材料失效前所经受的循环次数。 S-N 曲线图 应力与疲劳寿命的关系曲线图形。如图 1-1。 应力比 R 最小应力与最大应力的比值，即 min/max。 条件疲劳极限 R/(N) 对应于规定循环次数的中值疲劳强度。 疲劳极限 当 N 无穷大时的中值疲劳强度。 理论应力集中系数 Kt 根据弹性理论计算的应力集中区最大应力与该区标称应力的比值。 存活率 疲劳寿命高于规定值的百分比。 图 1-1.对称应力循环 试验过程： 1)将试样装入试验机，牢固夹紧，并使其与试验机主轴保持良好的同轴。当用手慢慢转动试验机主轴时，用百分表在纯弯曲试验机的主轴上或在悬臂弯曲试验机中试样自由端上测得的径向跳动量均应不大于 0.03mm。启动试验机后，空载正常运转时，在主轴筒加力部位测得的径向跳动量应不大于 0.06mm。加力前，必须检定上述值，使之符合要求。装试样时切忌接触试样实验部分。 2)获得试验速度 本科毕业设计论文 6 开动试验机，使速度达到规定值。 推荐试验速度范围为 90010000rpm。同一批试验的试验速度应相同。 3)以递增的方式，平稳而无冲击地加到规定值。 4)终止试验 试验一直进行到试样失效或达到规定的循环次数时终止，试验原则上不能中断。试样失效如果发生在最大应力部位之外、或断口有明显缺陷、或中途停试产生异常数据，则试验结果无效。 5)测定试件的条件疲劳极限、 S-N 曲线等。 试验结果可以用两种方 法表示：列表法和图示法。 1.3 国内外研究现状与分析 1.3.1 国外的研究现状： 相对于国内来说，国外一些发达国家的旋转弯曲疲劳试验，无论从精 度 还是从效率方面，都比国内的要先进，而且型号也多一些。 图 1.2 是日本生产的 四连式旋转弯曲疲劳试验机，主轴转速为 3150r/min,可同时对 4 个试件（标准件）进行试验，试件的夹持方式是悬臂式，它的效率已有了提高 。 它的特点是：数字显示疲劳次数、试件断裂后自动停机、高度的自控和检测、并可对金属和塑料两种材料的试件进行试验。 图 1.2 四连式超长寿命旋转弯曲疲劳试验机 本科毕业设计论文 7 1.3.2 国内的研究现状 目前，国内主要生产三种型号的旋转弯曲疲劳试验机。 1)PQQ型疲劳试验机。加载方式为横梁式。他它们的使用性能基本相同，一次只能对一个试样进行试验，效率较低。 图 1.3是天水红山试验机厂生产的 PQ1-6型纯弯曲疲劳试验机。该机用于对黑色金属及其合金材料在室温条件下进行纯弯曲疲劳试验。手轮加载，操作方便 ,试件断裂后，自动停机。 主要技术参数 ： 1、电动机转速： 1420/2750 r/min。 2、试样转速： 500010000r/min。 3、载荷 产生的弯矩： 660N m。 4、弯矩相对误差： 1%。 图 1.4为宁夏青山试验机厂生产的 PQQ-60型 纯弯曲疲劳试验机 ， 该机采用无级变频调速装置，速度平稳噪音小，数字显示疲劳次数，主要用于测定金属材料在对称反复交变的弯曲应力作用下 的 弯曲疲劳极限 。 主要技术参数： 1、最大弯矩 60Nmm。 2、试样转速： 900-10000r/min。 3、左右主轴同轴度： 0.02mm。 4、主轴箱温升 30。 5、计数器容量： 1108 。 图 1.5为宁夏青山试验机厂生产的 PQ-6型 纯弯曲疲劳试验机 ， 该机采用无级变频调速装置，速度平稳噪音小，数字显示疲劳次数，主要用于测定金属材料在对称反复交变的弯曲应力作用下 的 弯曲疲劳极限 。 主要技术参数： 1、 最大弯矩 60Nmm。 2、 试样转速： 3000r/min。 3、 左右主轴同轴度： 0.02mm。 4、 主轴箱温升 30 。 5、 计数器容量： 110 7。 本科毕业设计论文 8 图 1.3 PQ1-6型纯弯曲疲劳试验机 图 1.4 PQQ-60型 纯弯曲疲劳试验机 图 1.5 PQ-6纯弯曲疲劳试验机 2) 图 1.6 为 轻合金车轮 专用的旋转弯曲疲劳试验机，主要用来完成对摩托车的 轻合金车轮 的旋转弯曲疲劳试验及检测。它采用微机控制， 电子测量，无级调节试验转速，能够快速有效装夹试件。最大试验弯矩 700N m,试验最大转速 800r/min。效率偏低，但精度很高，试验结果可靠。国内还有一些专用的弯曲疲劳试验机，它们都是很切实有效的。 图 1.6 PQW-700 型微机 控制轻合金车轮旋转弯曲疲劳试验机 本科毕业设计论文 9 3) 对于 PQU型疲劳试验机 ,目前国内还没有成品。 可以看到，目前国内外的弯曲疲劳试验机同万能试验机相比还不是很先进，试件在疲劳过程中，弯曲程度无法测量，而且也不能进行应变控制的弯曲疲劳试验。 本科毕业设计论文 10 第二章 设计目的、任务和 各 设计阶段 任务的确定 2.1 设计目的 本次毕业设计的目的是： 1)通过拟订传动方案、结构方案和使用条件（如选用材料，考虑制造及装配工艺、润滑等），完成机器部件的设计，并全面考虑设计内容和过程，熟悉和运用设计资料（国标 GB4337_84、技术条件 ZBN71006-87），完成满足要求的四轴旋转疲劳试验机 设计 。 2)运用基本的设计理论知识和实际设计技能，培养独立 的 机械设计能力，加强对 Auto CAD, SolidWorks 等软件的运用 能力 。 2.2 设计 任务 确定 研究工作的任务是：查阅相关的机械设计资料，认真分析其结构组成及所实现的功能，借鉴国内外已有的研究成果，结合现代的高新技术， 创新性的 设计机器的组成结构，设计一台符合国标 GB4337_84 和技术条件 ZBN71006-87要求的旋转弯曲疲劳试验机。 该机应符合：速度平稳噪音小，用于对金属及其合金材料在室温条 件下进行纯弯曲疲劳试验，主要测定金属材料在对称反复交变的弯曲应力作用下的弯曲疲劳极限。可同时对 4 个试件（标准件）进行试验，试件的夹持方式是悬臂式，可快速有效装夹试件。数字显示疲劳次数、试件断裂后自动停机，操作方便 。 2.2.1 确定 试验机总框架图 参照 日本生产的四连式旋转弯曲疲劳试验机 ，初步确定本疲劳试验机的总体 本科毕业设计论文 11 结构框架如图 2-1： 1 电动机 2 皮带 3 皮带轮 4 试件（ 4） 5 轴（ 2 根） 6 砝码 图 2-1.试验机总体框架 系 统技术难点分析： 1.试 件与转轴的连接 试件与轴的连接要满足下列条件： 试件与轴之间不能相对滑动， 要确保试件与轴之间的同心度， 要便于安装， 要保证轴的寿命和刚度。 2.自动停车 当试件断裂以后，如果试验机还在运转， 不仅浪费电力资源 ，而且还可能发生意外事故。为确保安全，如何控制试验机的自动停车，尤为重要。 3.砝 码的加载和卸载 砝码的加载应趋于自动化，而且当试件断裂后，砝码可以自动卸载。 4.加载装置 砝码加载前，中间件要确保试件装夹后与轴同轴，加载后，要确保试 样 所受的力的作用线垂直向下，且位 于 轴的纵 剖面内。 2.3 设计阶段确定 由于本设计是由作者和夏哲同学联合完成，在设计过程中分别有不同的任 本科毕业设计论文 12 务与分工，现特注明设计任务中，加粗部分为作者完成的工作。 设计阶段 设 计 内 容 准备工作 1.研究设计题目，方案拟订。 2.必要的机械设计知识。 3.学习 AutoCAD,SolidWorks. 运动参数 计算 1.分析确定传动方案。 2.计算传动机构总功率，选择电动机。 3.确定传动比 ， 计算轴的转速、功率。 传动机构 设计 1.设计带传动 。 2.夹持部分设计 。 3.加载部分设计。 4.主轴 结构设计。 5.支承结构设计。 6.制动和保险。 7.计数部分设计。 8.箱体设计。 绘制装配图 1.检查轴结构、支承结构、箱缘尺寸。 2.画出装配图。 3.编排零件号，标注外廓尺寸、配合尺寸。 4.填写零件明细表。 绘制三维 图 1.绘制三维零件图 ，进行预装配 。 2.确定配合，进行装配 绘制零件图 1.绘制有关重要配合的零件图。 2.确定零件的外形误差。 3.确定形位误差和粗糙度 总结与整理 1.编写毕业论文。 2.准备答辩 。 本科毕业设计论文 13 第三章 设计装配图 机器（部件）的装配图是表达设计者设计机器总体结构意图的图样，也是制造、装配机器及绘制零件工作图的技术依据。因此，绘制装配图是机器设计过程中的重要环节，必须综合考虑强度、刚度、加工、装拆、调整和密封等多方面的要求。 机器（部件）的装配图的设计及绘制过程比较复杂，因此必须先作装配草图设计，然后再经过讨论修改，最后加深或重新绘成正式的装配图。 装配草图设计包括计算、结构设计、制图等内容，而且计算与制图常需交叉进行。其基本任务为： 1）确定各零件的结构尺寸，以及它们在机器的相互位置关系。 2）得出校 核零件强度（刚度）所需的尺寸及数据。 3.1 轴的 结构 设计 轴设计的特点是：在轴系零、部件的具体结构未确定之前，轴上力的作用点和支点之间的跨距无法精确确定，故弯矩大小和分布情况不能得出，因此，在轴的设计中，必须把轴的强度计算和轴系零、部件的结构设计交错进行，边画图、边计算、边修改。 轴的设计程序是： 1）根据机械传动方案的整体布局，拟定轴上零件的布置和装配方案； 2）选择轴的合适材料； 3）初步估计轴的直径； 4）进行轴系零、部件的结构设计； 5）进行强度、刚度计算； 6）根据计算结果修改设计 。 3.1.1 轴的初步计算 轴的材料种类很多，设计时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求选 本科毕业设计论文 14 用。轴的常用材料是 35、 45、 50 优质碳素结构钢，最常用的是 45 号钢。除非有特殊要求的轴，会采用合金钢。 选择轴的材料为 45 号钢，经调质处理，由表（轴的常用材料及其主要力学性能）查得材料力学性能数据为： b =650 MPa a =360 MPa 1 =270 MPa 1 =155 MPa E=2.15 105MPa 根据经验公式 3min npAd 初步计算轴径 ： 由于材料为 45 号钢，选取 A=115。 轴端需要夹持直径为 12mm 的试件，那么，安全的方法是，按照空心轴的经验公式来计算，则得： mmVnpAd 7.211 13000 1.1115 3 433m i n 其中： d：计算剖面处轴的直径（ mm）。 P：轴传递的额定功率（ KW）。 n：轴的转速（ r/min）。 ：轴的许用转应力（ MPa）。见机械设计手册表 19.3-2。 A：按 定的系数，见机械设计手册表 19.3-2。 V：空心圆轴的内径 d0与外径 d 的比值。 V= dd0 ，数值 3 41 1V 见机械设计手册图 19.3-1。 故选轴的最小直径为 30mm。 本科毕业设计论文 15 3.1.2 轴的结构设计 根据运动简图确定的主要零件的布置图和轴的初步估算定出的轴径，进行轴的结构设计。 轴上 主要零件的布置为：轴承 小 带轮 轴承 。 1.轴上的零件轴向定位 1 键槽 2 轴肩 3 轴承盖 4 轴承 . 5 甩油环 6 小带轮 7 甩油环 8 轴承 9 圆螺母 10 轴承盖 图 3-1.轴上零件的装配方案 由于整个结构的设计，主轴要从一侧装入，所以轴要从右到左直径递减，而且在两个轴承之间轴的直径要相同。两端轴承用同一个尺寸，以便于购买、加工、安装和维修。 轴肩：定位简单可靠，不需附加 零件，能承受较大轴向力，广泛应用于轴上零件的固定。 圆螺母：定位可靠，可承受较大的轴向力，能实现轴上零件的间隙调整 。常用于轴上零件之间，也可以用于轴端。 平键 ：结构简单，在轴上加工键槽，则带轮可以靠 平键 在轴上定位。 轴上零件的装配方案设计如图 3-1。 本科毕业设计论文 16 2.轴上零件的周向定位 带轮与轴的周向定位采用过盈配合。根据设计手册，并考虑便于加工，取键槽适用的键的规格为剖面尺寸 b h=6 6 12 。配合选用 H7/k6。 滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，主轴与轴承的配合为 H7/k6。（配合选用原则和过程将在 4.2.1配合尺寸的选择中具体讲述）。 为了保证零件与定位面靠紧，轴上过渡圆角不应过大，轴肩处的过渡圆角应小于轴承的圆角，最后决定取 R1。 3.考虑轴的结构工艺性 1）考虑轴的结构工艺性，在轴的左端与右端均制成 1 45倒角。 2）为了保证轴向定位零件压紧于轴上的零件，装零件的轴段长度应较轴承套圈宽度短 2-3mm。 3.2 支承结构设计 3.2.1 轴承 的选择 1.轴承型号的选择。 选择滚动轴承的类型与多种因素有关，通常根据下列几个主要因素，并参考滚动轴承的性能比较综合考虑。 1）允许空间； 2）载荷大小和方向； 3）轴承工作转速； 4）旋转精度，一般机械可以用 G级公差轴承； 5）轴承的刚度； 6）轴向游动，一般是一端固定，一端游动； 7）安装与拆卸。 在本设计中， 选用单列角接触球轴承。是考虑到角接触轴承可以承受径向载荷与轴向载荷的联合载荷；能限制轴的单向轴向移动。角接触轴承在承受径向力的同时会产生轴向力，必须施加反向轴向力，因此一般应该成对使用。 按额 定动载荷选择轴承： 本科毕业设计论文 17 根据机械设计手册（ 2004）表 6-2-12，初步确定轴承使用寿命为 10000h。 则轴承基本额定动载荷可以按机械设计手册式 6-2-1进行粗略计算： rTn dmh CPfffffC 式中： C 基本额定动载荷计算值， N； P 当量动载荷，按式 6-2-2 计算， N； fh 寿命因数，按表 6-2-8选取； fn 速度因数，按表 6-2-9选取； fm 力矩载荷因数，取 fm=1.5； fd 冲击载荷因数，按表 6-2-10选取； fT 温度因数，按表 6-2-11选取； Cr 轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷， N。 其中：aT YFXFP =Fr=4.97KN。 fh=1.26； fn=1.494； fm=1.5； fd=1； fT =1； 29.697.41494.1 15.126.1 C查机械设计手册表 6-2-61，选取 7007C 型号， Cr=19.5. C Cr，能满足要求。 2.轴承的游动和调整。 设计轴承的支承结构时，正确的选择轴承 后 ， 还要 确保轴承的轴向定位及周向定位，便于装拆、调整，有良好的润滑与密封。 作轴的结构设计时，已经对滚动轴承的周向及轴向定位做了合理的设计，但轴系零件安装时，也应该使轴具有确定的轴向位置。通常是用轴承盖来确定轴及轴承的轴向位置。但是，轴在工作中由于升温，有较大的热胀量，因此，轴承应该随轴游动，否则轴承就要被卡死。若轴上左边的轴承已经轴向固定，则右边的轴承就应该有沿轴向游动的可能。及右边的轴承盖与轴承间应具有适当的间隙，约取 0.2 0.3mm。如图 3-7。 用凸缘式轴承盖对 轴承作轴向定位时，由于这类轴承的轴向游隙要装配来调整，因此应在轴承盖凸缘与轴承座孔端面的接缝面之间装有薄的紫铜调整垫片。 装配时，借增减调整垫片的厚度以调整这类轴承的轴向游隙，使达到规定的 本科毕业设计论文 18 数值。因此轴的热胀量亦在调整轴向游隙时一并考虑。 图 3-7.轴承的支承设计 3.2.2.甩油环 用油润滑的轴承，为了在启动机器时轴承内有适量的润滑油，会采用甩油环。但甩油环的挡油高度不应该超过轴承最低滚动体的中心。 如图 3-8.甩油环 。 图 3-8.甩油环 本科毕业设计论文 19 3.2.3.轴承座 此疲劳试验机最好结构简单。而整体式的轴承 座结构简单，重量轻，外形也比较整齐，但是轴系的装拆和调整也不如剖分式的箱体方便。 本设计中，轴承座的厚度不是很大，左侧设置一个大的端盖。另一端的孔直径应该和甩油环的直径相等，作用是保持整体的密封性。 为了制造简单、节省成本，由于轴承座上要安装轴承盖的部分精度比较高，则安装面要相对于中间部分较高，使得中间部分加工简单、节省一些。 轴承座的设计图如 3-9。 图 3-9.轴承座的结构示图 3.2.4.轴承盖 轴承盖的材料一般为铸铁 HT150。轴承盖的作用是固定轴承、承受轴向载 荷、密封轴承座孔、调整轴承位置和轴承间隙。 为了防止当轴承盖螺钉拧紧时，轴承盖产生歪斜，必须有足够的配合长度。 本科毕业设计论文 20 本设计中，取配合长度 10mm 。 在轴承盖端部有车一段圆环，从而在轴承座与轴承盖之间形成一环状间隙，润滑油通过此环状间隙，再由缺口流入轴承室进行润滑 。 3.2.5.支承结构的安装与拆卸 1.由于轴承座的设计为整体式，所以轴系要从右侧装入。安装的过程为： 1）从轴左端装入轴承，轴承右侧紧靠在轴肩。 2）从轴左端装入甩油环 1，甩油环右侧紧靠轴承。 3）把轴系从右到左装入轴承座孔。 4）从轴左端装入大带轮 ，用紧定螺钉固定。 5）从轴左端装入甩油环 2，甩油环右侧紧靠带轮。 6）把轴系从右到左装入轴承座孔。 7）拧入用于轴向定位的圆螺母。 8）顺次安装左侧与右侧的轴承盖。 2.拆卸就是将以上过程逆向执行即可。 3.2.6 轴上支承零件位置的确定 轴径：从左到右取 30 32 -35 40 -30 轴长：取决于轴上零件的宽度及它们的相对位置。 确定轴上零件的位置过程： 1）选用角接触球轴承（ GB/T292-94） 7007C型号的轴承，其宽度为 14mm。 2）考虑到造价和材料的问题，螺母的宽度取 10mm。带轮 的宽度为已定的宽度，为 58 mm。 3）取带轮到轴承的距离为 13 mm，中间用甩油环轴向固定，则甩油环的宽度等于 13 mm。 4）轴肩的宽度不宜太大，取 5 mm。 5）由于两边的结构不同，则轴承盖的宽度分别取 14 mm和 6 mm。 6）由于轴的两端需