3D药芯焊丝成型机设计

湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 1 第一章第一章 绪论绪论 5 变频调速电动机型号 YVP90L 4 1 5kw 3 8A 10N M e P e I e T min 1500rnr 6 工作寿命 10 年 每年 300 个工作日 每天工作 12 个小时 四 预计达到的目标 1 拉丝工艺简单 生产速度高 表面质量好 2 有比较合理的价格和较低的使用成本 3 操作 使用方便 舒适性好 五 主要特色 1 拉丝工艺比轧丝工艺更简单 生产速度更高 成本更低 2 易损件拉丝模是标准件 有专业工厂可批量生产 价格大大低于轧辊 3 设备简单 使用 造价低 各主动轴由一台电动机拖动 1 2 方案分析与说明 一 选题依据 我国药芯焊丝的应用和生产从上世纪 90 年代快速起步 近年来都以 20 30 速度快速发展 到 2001 年国内市场消费总量已超过 1 5 1 6 万吨 2002 年 可望达 2 万吨左右 虽然其在焊材总量比例还仅占 1 5 左右 但其增长潜力很 大 业内人士预测其在焊材中的比重 3 5 年内年达到 3 5 万吨 8 10 年内达到 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 2 8 10 万吨 甚至更多 药芯焊丝属于焊材中的高技术领域 它涉及成套生产装备 相关制造工艺和 药芯配方等三个方面 其中成套生产装备则是重要的基础硬件 由于它的特殊 性和复杂性 国内过去一直未能自行制造 因而研制开发出国产药芯焊丝成套 生产设备对于发展国产药芯焊丝产业及其重要 二 方案比较 目前世界上制造焊丝的工艺有许多种 比较流行工艺方案 拔模法 连轧法 冷轧带钢法 轧拔法 有缝型 盘圆轧制法轧拔法 钢管拔制法 药 芯 焊 丝 无缝型 在线焊合法 1 连轧法 连轧法是指药芯焊丝从钢带到成品焊丝的全部加工过程都在一套连轧机组 上完成 工艺过程如图 1 图 1 连轧工艺示意图 1 连轧法工艺特点 a 药芯焊丝成型和减径完全在同一台机组上完成 因此工艺简洁 设 备紧凑 占地面积小 b 由于越细焊丝轧制困难 若不再拉拔工艺直接轧至1 2mm 以下细 焊丝比较困难 所以不宜用制造1 6mm 以下细结果钢用药芯焊丝 比较适合 制造粗径迎面堆焊用药芯焊丝 c 焊丝的直径偏差 椭圆度 表面光洁度及焊丝挺度较差 因而送丝 性能较差 d 由于轧辊尺寸有限 因此生产效率远不如轧 拔法制造工艺高 e 由于轧辊对材质和加工精度要求很高 本身又是易损件 因此设备 备件费用较高 f 由于焊丝表面没有拉丝润滑剂残留物 所以其熔敷金属的扩散氢含 量较低 2 连轧法结论 由于上述原因 近年国内外已经较少适用连轧法工艺生产结构钢和不锈 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 3 钢用细径焊丝 但在粗径堆焊焊丝的生产中则适用较多 2 轧 拔法 轧 拔法是将焊丝的成型 加粉 合口工序仍放在轧丝机上完成 即可采 用先轧 后拉的工艺 其工艺简图如下 图 2 轧 拔法工艺简图 1 轧 拔法工艺的优点 a 拉丝工艺比轧丝工艺简单 生产速度更快 成本更低 表面质量 也更好 b 由于拉丝机 拉丝模 润滑剂的改进 使得拉丝速度可以达 12 14m s 最快甚至可达 25m s c 易损部件是标准件 有专业工厂可以批量生产 价格大大低于轧 辊 所以将焊丝的减径工序大部分放在拉丝机上来完成是合理的 2 被动式轧机 生产线中的轧辊完全是被动的 轧制过程完全依靠作为动力的拉丝机来 牵引 轧辊本身无动力驱动 由于被动轧辊之间转速可自协调不需要任何电气 控制系统 所以比较简单 3 集中传动式轧机 轧丝机的各垂直轧辊为主动辊 各主动辊采用电机拖动 传动系统可以采 用一根长轴将动力依次分配到各机架 也可采用齿轮系统将动力分配到各机架 三 方案选取 根据实际情况 本设计采用轧 拔法 采用集中式传动设计 以达到 1 工艺简单 生产速度更快 成本更低 2 传动系统可以采用一 根长轴将动力依次分配到各机架 并采用齿轮系统将动力分配到各机架 3 降 低设备成本 管理方便 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 4 第二章第二章 传动设计传动设计 2 1 电机选择 根据技术要求 选择电机为 YVP90L 4 技术参数如下 3 8A 1500r minkWP5 1 ImNT 10 r n 2 2 传动方案分析 因为从电机输出的功率有两个方向 一个方向由电机经过主轴传递到加粉装 置 还有一个方向传递到轧辊 并且两个方向相互垂直 所以需要锥齿轮来进行垂直方向的功率传递 即经过轴将功率传递到加粉装 置 另外一个方向由斜齿轮将功率传递到轧辊 通过技术要求可以算出 在出口处 转速 n 600 9 r min 在电机处转速 n 600 r min 可以算出总的传动比 i 9 因为需要将功率传递到成型机构 所以变速箱里有 2 对齿轮只起传递作用 而不起变速作用 因此可以采用 锥齿轮处传动比 i 3 第一对斜齿轮传动比 i 3 其余斜齿轮的传动均为 1 2 3 锥齿轮设计 齿轮精度 机器为一般机器 速度不高 故选用 8 级精度 GB 10095 88 材质 小齿轮 40 调质 硬度 280HBS 大齿轮 45 钢 调质 硬度 r C 240HBS 参数 小齿轮 18 大齿轮 54 20 模数 m 3mm i 3 1 Z 2 Z 3tancot 21 2 Z Z u97 18 1 2 3 1 按齿面接触强度设计 3 2 1 2 1 5 01 92 2 u KTZ d RRH E 1 确定公式内各数字 1 试选载荷系数 1 6 t K 2 计算小齿轮传递的扭矩 mmN n P T 4 5 1 1 5 1 104 2 600 5 110 5 9510 5 95 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 5 3 由 机械设计 表 10 7 选取齿宽系数 1 d 3 1 R 4 由表查得材料的弹性影响系数 189 E Z 2 1 MPa 5 由表查得小齿轮接触疲劳强度分别为 大齿轮的接触疲MPa H 600 1lim 劳强度为MPa H 550 2lim 6 计算应力循环次数 4 32 1012300 16006060 11 h jLnN 8 10 2 N 8 8 1044 1 3 1032 4 7 取接触疲劳寿命系数 91 0 1 HN K93 0 2 HN K 8 计算接触疲劳许用应力 取失效率为 1 安全系数为 1 由公式得 aa HN H MPMP S K 54660091 0 1lim1 1 aa HN H MPMP S K 5 51155093 0 2lim2 2 2 计算 1 试算小齿轮分度圆直径 代入中较小的值 t d1 H mm u KTZ d RRH E 93 44 3 3 1 2 1 1 3 1 104 26 1 5 511 8 189 92 2 5 01 92 2 3 2 4 2 3 2 1 2 1 2 计算圆周速度 v sm nd v t 411 1 100060 60093 44 100060 11 3 计算齿宽 b mmdb td 93 4493 441 1 4 计算齿宽与齿高之比 h b 模数 mm z d m t t 496 2 18 93 44 1 1 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 6 齿高 mmmh t 61625 5 496 2 25 2 25 2 8 61625 5 93 44 h b 5 计算载荷系数 根据 v 1 41m s 8 级精度 由图可以查得动载系数1 1 V K 锥齿轮 1 FH KK875 1 25 1 5 15 1 eHFH KKK 由表可查使用系数 1 A K 动载系数 0625 2 875 1 11 11 HHVA KKKKK 6 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 mm K K dd t t 898 48 6 1 0625 2 93 44 3 3 11 7 计算模数 m mm z d m7165 2 18 898 48 1 1 2 3 2 按齿根弯曲强度设计 3 2 2 1 2 1 1 5 01 4 F SaFa RR YY uz KT m 1 确定公式中的各个计算数值 1 由图可查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲MPa FE 500 1 劳强度极限 MPa FE 380 2 2 由图查得弯曲疲劳寿命系数 85 0 1 FN K88 0 2 FN K 3 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 1 4 由公式得 MPa S K FEFN F 57 303 4 1 50085 0 11 1 MPa S K FEFN F 857 238 4 1 38088 0 22 2 4 计算动载荷系数 K 0625 2 875 1 11 11 FFVA KKKKK 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 7 5 查取齿形系数与应力校正系数 锥齿轮的当量齿数 03 19 976 18cos 18 cos 1 1 1 Z ZV 25 170 024 81cos 54 cos 2 2 2 Z ZV 由当量齿数可查得 85 2 1 Fa Y54 1 1 Sa Y13 2 2 Fa Y845 1 2 Sa Y 6 计算大 小齿轮的并加以比较 1F SaFaY Y 01445 0 57 303 54 1 85 2 1 11 F SaFaY Y 01645 0 857 138 845 1 13 2 2 22 F SaFa YY 大齿轮的数值大 取大的数值 2 设计计算 mm YY uz KT m F SaFa RR 8 201645 0 1018 3 1 5 01 3 1 104 26025 2 4 1 5 01 4 3 22 4 3 2 2 1 2 1 由于齿面模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力 而齿面接触疲 劳强度所决定的承载能力 仅与齿轮直径有关 因此可以取由弯曲强度所算的 模数 2 8 并就近圆整为 3 为标准值 因此 齿轮模数 m 3 18 1 Z54 2 Z 2 3 3 几何尺寸计算 1 计算分度圆直径 mmmzd54183 11 mmmzd162543 22 2 计算平均分度圆直径 mm45 6 1 1 54 5 01 11 Rm dd mmdd Rm 135 6 1 1 162 5 01 22 2 4 斜齿轮设计 齿轮精度 机器为一般机器 速度不高 故选用 8 级精度 GB 10095 88 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 8 材质 小齿轮 40 调质 硬度 280HBS 大齿轮 45 钢 调质 硬度 r C 240HBS 由表查得小齿轮接触疲劳强度分别为 大齿轮的接触疲MPa H 600 1lim 劳强度为MPa H 550 2lim 参数 小齿轮齿数 初选螺旋角 由电机输出的扭矩17 1 Z16 mmNT 4 1 102 7 2 4 1 按齿面接触强度设计 由公式可知 3 2 1 1 12 H EH d t t ZZ u uTK d 1 确定公式内的各个数值 1 试选 6 1 t K 2 由图所给定的区域 可以查到 4 2 H Z 2 1 8 189 MPaZE 3 由图查 则725 0 1 a 82 0 2 a 545 1 82 0 725 0 21 aaa 4 许用接触应力 应力循环次数 1 44 1 N 8 10 81 2 1048 0 3 N N 接触疲劳寿命系数 93 0 1 HN K95 0 2 HN K 材料的许用应力 取 S 1 MPa S KHN H 558 1 60093 0 1lim1 1 MPa S KHN H 5 522 1 55095 0 2lim2 2 因为 所以 2 1067 1 1 2 H H MPa HH H 25 540 2 5 522558 2 21 2 计算 1 试算小齿轮分度圆直径 由计算公式得 t d1 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 9 mm ZZ u uTK d H EH d t t 118 36 25 540 8 1894 2 3 13 545 1 1 102 76 1212 3 2 4 3 2 1 1 2 计算圆周速度 sm nd v t 378 0 100060 200118 36 100060 11 3 计算齿宽 b 及模数 nt m mmdb td 118 36118 361 1 mm z d m t nt 04 2 17 16cos118 36cos 1 1 mmmh nt 595 4 04 2 25 2 25 2 86 7 595 4 118 36 h b 4 计算纵向重合度 55 1 16tan171318 0 tan318 0 1 z d 5 计算载荷系数 K 根据实际情况取 1 A K09 1 V K36 1 H K342 1 F K 4 1 FH KK 075 2 36 1 4 109 1 1 HHVA KKKKK 6 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 由公式得 mm K K dd t t 387 39 6 1 075 2 118 36 3 3 11 7 计算模数 n m mm z d mn227 2 17 16cos387 39cos 1 1 2 4 2 按齿根弯曲强度设计 3 1 2 2 1 cos2 F SaFa d n YY z YKT m 1 确定计算参数 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 10 1 计算载荷系数 K 047 2 342 1 4 109 1 1 FFVA KKKKK 2 由 1 55 知 螺旋角影响系数 87 0 Y 3 计算当量齿数 39 19 16cos 17 cos 33 1 1 Z ZV41 57 16cos 51 cos 33 2 2 Z ZV 4 查取齿形系数 查得 81 2 1 Fa Y29 2 2 Fa Y 5 查取应力校正系数 查得 548 1 1 Sa Y72 1 2 Sa Y 6 计算弯曲许用应力 由图可查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲MPa FE 500 1 劳强度极限 MPa FE 380 2 取弯曲疲劳寿命系数 88 0 1 FN K9 0 2 FN K 取弯曲疲劳安全系数 S 1 4 由公式得 MPa S K FEFN F 28 314 4 1 50088 0 11 1 MPa S K FEFN F 28 244 4 1 3809 0 22 2 7 计算大 小齿轮并加以比较 F SaFaY Y 0138 0 28 314 548 1 81 2 1 11 F FaSaY Y 0161 0 4 1 3809 0 2 22 F SaFa YY 大齿轮的数值大 2 设计计算 mm YY z YKT m F SaFa d n 04 2 0161 0 545 1 171 16cos87 0 102 7047 2 2 cos2 3 2 24 3 1 2 2 1 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 11 根据齿轮的实际情况 模数主要由齿根弯曲强度决定 因此可取齿轮模数为 2 2 4 3 几何尺寸计算 1 mm mzz a n 74 70 16cos2 2 5117 cos2 21 mmzmd n 37 35 16cos 172 cos 11 mmzmd n 106 16cos 512 cos 22 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 12 第三章第三章变速箱机械设计与变速箱机械设计与 3D 建模建模 本设计使用 Pro E 软件来进行建立 3D 模型 并就行仿真 进行仿真不仅 可以就行动态分析 并且可以更加直观的感受设计是否合理 同时又因为制造 商面临全球的激烈竞争 消费者的苛求 设计产品的日趋复杂 不得不大大缩 短的产品开发周期 利润压力以及很多其它方面因素的挑战 这些挑战给制 造商在产品设计生命过程中造成巨大的压力 它促使制造商寻求途径加速产品 设计 降低设计费用并同时提高产品质量与创新 传统的设计流程严重的阻碍了企业对设计流程做出重大改进 通常 设计 人员设计好产品之后才把问题扔给分析专家来进行分析 但是当这些分析进行 完毕之后 对于产品性能提升与创新都已经太晚了 这样的流程造成设计创 新困难且费用昂贵 因此前期的 3D 建模和仿真分析在现代设计显得越来越重要 并且逐渐成 为设计的主流 进行仿真可以获得非常好的结果 更早更好的决策 缩短产品 推向市场的时间 降低设计 更快更有竞争力的创新 在本设计中 将 3D 建模过程和仿真分析过程呈现出来 以便交流和分析 变速箱的主要模块包括箱体 轴系零件 其他附件 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 13 3 1 箱体设计与建模 1 尺寸选择 1 取最大宽度 要装 3 个斜齿轮 每个齿轮的齿轮 mm z md n 106 16cos 51 2 cos mm zzmdd a n 106 16cos2 51512 cos22 2121 从 机械设计手册 上查取 壁厚取 12mm 齿轮与机壁的间隙 b 8 12mm 取 b 10mm 故 箱体总宽度为 L 3a 2b 2 12 2 15 392mm 2 取最大高度 要装两个斜齿轮 加上底座与间隙 齿轮中心距 a 106mm 底座壁厚 12mm 润滑油的高度 l 50mm 因此 总高度 H 289mm 3 取最大厚度 壁厚 b 12mm 齿宽 B 30mm 试算总厚度 B 165mm 因此箱体外观 L B H 392 165 289 mm 2 Pro E 建模 1 拉伸底板 此时 底板为 392 165 12 mm 2 拉伸箱壁 以拉伸平面为绘制平面 就行草绘 再拉伸 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 14 3 拉伸孔特征 在拉伸平面上进行草绘 5 个圆 半径 r 47mm 再拉伸至 选定的项 选 定需要拉伸至的平面即可 去除材料 即可生成如图示的特征 4 再次拉伸其他的圆 5 箱体最后的 3D 模型 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 15 3 2 轴系设计与建模 在本设计中 轴系零件 包括轴 斜齿轮 键 套筒 轴承 一 轴建模 1 尺寸确定 因为有齿轮 轴承 套筒 键等零件 因此设计此齿轮阶梯较多 轴的基本直径 25mm 28mm 1 d 2 d 与联轴器连接的直径 20mm 3 d 定位轴肩的高度 dh 1 0 07 0 轴环宽度 hd4 1 因此 轴肩高度 2 5mm 3mm 轴环宽度 d 5mm 1 h 2 h 轴的平面示意图 2 轴的 3D 模型 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 16 将以上绘制的草绘图像 就行旋转 360 即可 二 键槽与键建模 1 尺寸确定 在 机械设计课程设计指导书 上查阅到 轴键键槽 公称直径 d公称尺寸 b h 轴 t 毂 1 t 22 30 8 7 43 3 因为本设计采用轴直径为 25 故取 b h 8 7 长度 L 18 2 键槽在轴上建模 首先以 TOP 平面建立基准平面 绘制草绘图形 拉伸 去除材料 对称拉伸 3 键的 3D 模型 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 17 三 齿轮的 3 维建模 在斜齿轮有 5 个大齿轮 1 个小齿轮 取大齿轮的模型作为代表进行建模 1 参数确定 法面模数 mm 齿数 z 51 螺旋角 2 n m16 齿宽 B 30mm 轴径 D 28mm 键槽 t 3 3mm 2 斜齿轮建模 1 输入参数 2 输入关系 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 18 3 绘制齿形 4 特征复制 平移 5 扫描混合 6 阵列 7 齿轮模型 3 小齿轮建模 小齿轮的建模与大齿轮建模过程类似 只有齿数不一样 因此不再赘述 四 套筒建模 1 尺寸确定 套筒直径 d 25mm 长度为 12mm 2 3D 模型 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 19 套筒建模简单 只要一个拉伸特征即可 五 轴承建模 1 轴承选用 本设计中采用了 斜齿轮传动 斜齿轮具有很多优点 1 啮合性能好 传动平稳 噪音小 2 重合度小 降低了每对齿轮的载荷 提高了齿轮的承载能力 3 不产生根切的齿数少 但是也使得运转时产生轴向推力 因此 本设计中 不能采用深沟球轴 承 本设计采用角接触轴承 下表是角接触球轴承的资料 结构代号基本额定动载 荷比 极限转速比轴向承载 能力 性能和特点 70000C 15 1 0 1 4一般 70000AC 25 1 0 1 3较大 角 接 触 球 轴 承 70000B 40 1 0 1 2 高 更大 可以承受径 向载荷及轴 向载荷 也 可以单独承 受轴向载荷 要成对使用 本设计中 轴的直径为 25mm 因此采用轴径为 25mm 的轴承 国标代 号为 7205AC 2 轴承参数 本设计采用的轴承代号为 7205 角接触球轴承 小径 d 25mm 大径 D 52mm 轴承宽度 B 15mm 3 轴承 3D 模型 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 20 3 3 装配建模 3 3 1 轴系装配建模 在轴上需要装配齿轮 键 套筒 轴承等零件 在之前所有的零件均已完 成 3D 建模 现在只需要对其装配即可 其装配过程如下 1 进入 组件 环境 2 加入 轴 3 与键进行装配 4 与斜齿轮进行装配 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 21 5 与套筒装配 6 与轴承装配 角接触球轴承需要成对使用 因此在轴两端都需要装配轴承 轴承代号为 7205 满足轴的工作需求 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 22 此时 装有斜齿轮的轴 已经装配完毕 但是还需要将此轴系装配至箱体上 3 3 2 变速箱整体装配 轴系装配完成后 就将已经装配完成的轴系与箱体就行装配 就可以完成 整个变速箱的装配过程 注 为了显示变速箱的内部结构 特意将箱盖隐藏 即不显示 3 4 变速箱仿真 通过新建伺服电机 并且设定速度为 36 s 经过 10 s 时间 就可以看 到一整圈的过程 整个变速箱的仿真过程可以在电脑上展示 在此不在赘述 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 23 第四章第四章 加粉装置机械设计与加粉装置机械设计与 3D 建模建模 加粉装置是将药粉输送到轧成 U 型槽的钢带里的装置 其机械机构主要由规则的块状机构构成 因而其零件建模与装配均比较简 单 因此 下文将直接给出主要零件的建模结果和装配结果 4 1 加粉装置设计与建模 主要零件的建模结果 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 24 4 2 加粉装置装配过程 4 2 1 机械底板的装配模型 4 2 2 带轮部分建模结果 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 25 4 2 3 整体装配建模结果 4 3 加粉装置仿真 加粉装置采用带传动 由卷筒带动皮带 再由皮带将药粉加至 U 型钢槽中 仿真部分 由电脑演示 此处不再赘述 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 26 第五章第五章 零件校核零件校核 5 1 轴校核 在第一级变速箱上 传递的功率最大 因此校核 第一级变速箱上的装有锥 齿轮的轴 1 轴的尺寸 轴的直径 d 25mm 装有齿轮的部分直径 D 45mm 总长 L 389mm 轴上的尺寸 2 锥齿轮参数 模数 m 2 mm 小齿轮齿数 18 大齿轮齿数 54 1 z 2 z 啮合角 20 18 43 71 57 1 2 传动比 i 3 3 其他参数 锥齿轮传递效率 0 4 0 97 8 级 油润滑 取 0 95 1 1 球轴承传递效率 0 99 一对 转速 n 10 600 2 s r minr 电机额定参数 1 5kw 3 8A 10 e P e I e TmN 4 轴上的功率 P 转速 n 和转矩 T P 1 5 0 95 0 99 1 42kw e P 1 2 n n 1 600minr 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 27 T 9550000mmN n P 4 10268 2 600 42 1 9550000 5 求作用在齿轮上的力 由齿轮计算公式知 分度圆直径 d mz 3 18 54mm N d T Ft02 420 54 1026 2 22 4 211 costan atr FFF 211 sintan rta FFF 420 02 tan20 cos18 43 145 03N 1r F 420 02 tan20 sin18 43 48 3813N 1a F 6 初步确定轴的最小直径 根据公式确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢 调质处理 根据可查 阅资料 取 112 于是得 0 A mm n P Ad94 14 600 42 1 112 33 0min 所选的直径 d 25 要大于最小直径 初步符合设计要求 7 求轴上的载荷 在水平面内 72 389 t F 1NH F 于是得 77 74N 1NH F 根据在水平方向 力平衡原理 420 02 77 74 342 27N 2NH F t F 1NH F 水平面内最大弯矩 72 24643 44 H M 2NH FmmN 在垂直面内 轴向力平衡得 48 38 1NV F 1a F 轴端弯矩平衡 2NV FN Fr 84 26 389 7203 145 389 72 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 28 垂直方向 力平衡 1NV FNFF NVr 18 11884 2602 145 2 弯矩 mmNMa 13 653 2 5434 48 72 118 18 8507 54 1V MmmN 28 317 8876 2V MmmN 26070 21 1 M 2 1 2 VH MM mmN 26193 1768 2 M 2 2 2 VH MM mmN 载荷水平面 H垂直面 V 支反力 F 77 74N 342 27N 1NH F 2NH F 118 18N 26 84N 1NV F 2NV F 弯矩 M 24643 44 H MmmN 8507 54 1V MmmN 8876 2V MmmN 总弯矩 26070 21 26193 1768 1 MmmN 2 MmmN 扭矩 TmmN 4 10268 2 8 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时 通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面 即危险截面 C 的强度 根据公式和上表的数据 以及轴的单向旋转 扭转切应力为脉动应力 取 0 6 轴的计算应力 W TM ca 22 2 其中 W 为抗弯截面系数 截面为圆面 故 W 0 1 333 5 1562251 0mmd 进而 MPa W TM ca 89 18 5 1562 226806 0 26193 22 22 2 前已选定轴的材料为 45 钢 调质处理 查得 60MPa 因此 故安全 ca 9 精确校核轴的疲劳强度 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 29 1 判断危险截面 键槽 轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的 疲劳强度 但是 轴的最小直径是按扭转强度较宽裕确定的 这些主要受扭矩的 截面均无需校核 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看 轴肩处的应力集中最严重 从受 载的情况来看 齿轮中心截面上的应力最大 但是安装齿轮处的轴径较大 因 此不需校核 因而该轴只要校核轴肩处的疲劳强度即可 2 截面左侧 抗弯截面系数 W 0 1d3 0 1 253 1562 5mm3 抗扭截面系数 0 2d3 0 2 253 3105mm3 T W 弯矩 M 26193 20 10 20 13096 5mmN 截面上的弯曲应力 b M W 13096 5 1562 5 8 38 MPa 截面的扭转切应力 T T 3105MP 7 3MPa T W 4 10268 2 轴的材料为 45 钢 经调质处理 由表 15 1 查得 B 640MPa 1 275MPa 1 155MPa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数按表 3 2 查取 由 r d 1 6 25 0 064 D d 30 25 1 2 查得 1 89 1 5 又由附图 3 1 得轴的材料的敏性系数 q 0 82 q 0 85 则有效应力集中系数为 k 1 q 1 1 0 82 0 89 1 7298 k 1 q 1 1 0 85 0 5 1 425 由附图 3 2 得尺寸系数 0 9 由附图 3 3 得扭转尺寸系数 0 92 轴按磨削加工 由俯图 3 4 得表面质量系数为 0 92 轴未经表面强化处理 即 1 则得综合系数为 K k 1 1 7298 0 9 1 0 92 1 2 K k 1 1 425 0 92 1 0 92 1 1 64 又由 机械设计手册 中册 第二版 P772 得碳钢的特性系数 0 1 0 2 取 0 1 0 05 0 1 取 0 05 计算安全系数 S 值得 S 14 3 1 amK 275 2 9 650 1 0 S 2 75 1 amK 155 62 962 9 1 64 0 05 22 Sca 2 7 S 1 5 22 S S SS 22 14 3 2 75 14 32 75 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 30 故按此方案设计的轴是安全的 3 右侧截面 抗弯截面系数 W 0 1d3 0 1 253 1562 5mm3 抗扭截面系数 0 2d3 0 2 253 3105mm3 T W 弯矩 M 26193 20 10 20 13096 5mmN 截面上的弯曲应力 b M W 13096 5 1562 5 8 38 MPa 截面的扭转切应力 T T 3105MP 7 3MPa T W 4 10268 2 轴的材料为 45 钢 经调质处理 由表 15 1 查得 B 640MPa 1 275MPa 1 155MPa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数按表 3 2 查取 由 r d 1 6 25 0 064 D d 30 25 1 2 查得 1 89 1 5 又由附图 3 1 得轴的材料的敏性系数 q 0 82 q 0 85 则有效应力集中系数为 k 1 q 1 1 0 82 0 89 1 7298 k 1 q 1 1 0 85 0 5 1 425 由附图 3 2 得尺寸系数 0 9 由附图 3 3 得扭转尺寸系数 0 92 轴按磨削加工 由俯图 3 4 得表面质量系数为 0 92 轴未经表面强化处理 即 1 则得综合系数为 K k 1 1 7298 0 9 1 0 92 1 2 K k 1 1 425 0 92 1 0 92 1 1 64 又由 机械设计手册 中册 第二版 P772 得碳钢的特性系数 0 1 0 2 取 0 1 0 05 0 1 取 0 05 计算安全系数 S 值得 S 14 3 1 amK 275 2 9 650 1 0 S 2 75 1 amK 155 62 962 9 1 64 0 05 22 Sca 2 7 S 1 5 22 S S SS 22 14 3 2 75 14 32 75 故按此方案设计的轴是安全的 故该轴在截面右侧也是足够的 10 结论 根据上述计算 可证明本设计满足轴工作时的安全要求 此轴因无大的瞬 时过载及严重的 盈利循环不对称 所以静强度校核可以略去 此轴的设计计算 完成 11 附录 湘潭大学本科毕业设计说明书 目录 31 提高轴的强度的常用措施 1 合理布置轴上零件以减小轴的载荷 为了减小轴所承受的弯矩 传动件应该尽量靠近轴承 并尽可能不采用悬 臂的支撑形式 力求缩短支承跨距及悬臂长度等 当转矩由一个传动件输入 而由几个传动件输出时 为了减小轴上的扭矩 应将输入件放在中间 而不要置于一端 2 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 3 改进轴的结构以减小应力集中的影响 轴通常是在变应力条件下工作的 轴的截面尺寸发生突变处要产生应力集 中 轴的疲劳破坏往往在此处发生 为了提高轴的疲劳强度 应尽量较少应力 集中源和降低应力集中的程度 为此 轴肩处应采用较大的过度圆角半径 r 来 降低应力 但对定位轴肩 还必须保证零件得到可靠定位 当靠轴肩定位的零 件的圆角半径很小时 为了增大轴肩处的圆角半径 可采用内凹圆角或加装隔 离环 4 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 轴的表面粗糙度和表面强化处理方法也会对轴的疲劳强度产生影响 轴的表 面越粗糙 疲劳强度也越低 因此 应合理减小轴的表面及圆角处的加工粗糙 值 当采用对应力集中甚为