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畜力发电机设计【说明书+CAD】,畜力,发电机,设计,说明书,CAD
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河北建筑工程学院毕业设计计算书指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢设计项目计算与说明结果第1章 前言第2章 总体设计2.1概述2.2设计任务2.3设计目的2.4设计方案的选择2.5设计题目分析第3章 平面蜗卷弹簧设计3.1弹簧的功用3.2平面蜗卷弹簧的类型3.3 平面蜗卷弹簧设计第4章 直齿圆柱齿轮的设计4.1齿轮传动的基本问题4.2齿轮的失效形式4.3齿轮设计准则4.4齿轮的材料及其选择4.5齿轮的基本参数及其校核第5章 直齿圆锥齿轮的设计5.1齿轮参数设计及计算5.2齿面接触疲劳强度计算第六章 轴的设计6.1轴的分类6.2轴的材料6.3轴设计的主要问题6.4轴的结构设计6.5轴的校核第七章 飞轮的选择设计7.1概述7.2飞轮参数设计7.3飞轮校核第八章 轴承的选择及校核8.1滚动轴承的构造和材料8.2滚动轴承的类型8.3滚动轴承选型校核8.3.1 轴承选型8.3.2轴承的校核第九章 棘轮逆止机构设计9.1棘轮机构简介9.2棘轮机构的计算9.2.1 棘轮齿的强度计算9.2.2 棘爪的强度计算 9.2.3 棘爪轴的强度计算第十章 机架的分析设计10.1机架的分类10.2 机架的设计准则10.3 机架设计的一般要求10.4 机架设计步骤10.5 机架结构的选择10.6 机架常用的材料第十一章 键的校核11.1键的分类11.2 平键连接的强度计算11.3键的校核第十二章 联轴器的校核12.1联轴器的分类及性能特点12.2 联轴器的选择及其验算第十三章 增速器的选用及验算13.1增速器的选用及验算第1章 前言本产品属于一种小功率的发电设备，是一种特别适合饲养有大型家畜，如牛、马、驴、骡等的农户使用的发电机。在许多边远山区采用水力发电、风力发电、地热发电等方法解决电问题。但不少地区水力、风力、地热资源都比较贫乏，而且水利发电、风力发电投资很大，往往给这些地区发电问题造成困难，因而需要一种新型电机来为这些地区的人解决这一问题。而采用畜力发电机既可用于边远山区、草原、海岛，又可用于农闲季节的农村。能源转化合理方便，成本问题得以合理解决。目前，在广大农村地区，能源供应主要有两种途径，一是向外够入，如煤、油、电、气等，此种情况一来需要支出资金，二来容易出现资金原因，在急需时停止供应，三来由于农村地处偏远，输电线路过长或运输距离过远而导致使用成本居高不下 ；并且由此造成能源在传输过程损失过多。二是向周边环境索取，这容易造成对周围生态环境的破坏。 本产品的设计目的在于针对上述情况，为饲养有大型家畜的农户提供一种简单实用，成本低廉家用畜力发电设备，以满足农户对能源的要求。 该产品结构简单，主要由机架、调变速装置、传动机构、发电机、调压装置及附件组成，制造成本低廉，可满足农户的一般电力需求，并且由于其以家畜作为动力，因而不会造成环境的破坏，符合绿色环保要求。第2章 总体设计 2.1概述总体设计是机械设计中极为关键的环节，它是对所设计的机械的总的设想，总体设计的成败，关系到整部机械的经济技术指标，直接决定了机械设计的成败。总体设计指导机构设计和部件设计的进行，一般由主任工程师（或总工程师）主持进行。在接受设计任务以后，应进行深入细致的调查研究，收集国内外同类机械的有关资料，了解当前国内相关机械的使用、生产、设计和科研情况，并进行分析和比较，制定总的设计原则，设计原则应当保证所设计机型符号有关的方针、政策，在满足使用要求的基础上，力求结构合理、技术先进、经济性好、寿命长。总的设计原则：1 遵守“三化”:零件标准化、产品系列化、部件通用化。2 采用“四新”:新技术、新结构、新材料、新工艺。3 满足“三好”:好制造、好使用、好维修。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。 2.2设计任务在现有2 KW汽油发电机组的基础上，将动力源改为畜力（骡、马或牛），既可用于边远山区、草原、海岛，又可用于农闲季节的农村；既可单机使用，又能并网发电。该机结构主要由机架、调变速装置、传动机构、发电机、调压装置和辅件等组成。其他要求同柴油发电机组。本设计要求达到结构合理、生产成本低、整机重量轻、操作方便、满足工作性能的目的；要求震动、噪声小，适合批量生产。2.3设计目的1培养学生综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。 2培养学生懂得工程技术工作所必须的全局观念、生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。3培养学生调查研究，查阅技术言文献、资料、手册，进行工程计算、图样绘制及编写技术文件的能力。2.4设计方案选择原发电机为汽油发电机，现改为畜力发电机。方案一：畜力直接驱动1、优点：结构简单，容易查找故障根源，排除故障方便，对操作人员技术要求不高，并且生产成本低。2、缺点：速度不易控制，家畜休息时无法发电，转速变化较大，输出不稳定，很难达到实际应用要求。方案二：弹簧储能，飞轮稳速。 1、优点：速度容易控制，家畜休息时装置也能发电。并且有反馈控制部分，可以提高输出的稳定性。2、缺点：结构较第一种方案复杂，会提高制造成本。2.5设计题目分析 经查相关的资料，确定马的行走速度大约是1.1m/s，功率大约为0.55KW，所以机构用2匹马工作，电机选用湖南省嘉禾水电设备厂生产的TFDW-2型汽油发电机。P=2.2KW=500N1.1m/s4。马的工作力臂L=1.3m。工作转矩T=FL=50041.3=1300N.M。一分钟路程S=VT=1.160=66m一圈路程S=d=4.082m. 1分钟所走的圈数n1= S/S=66/4.082=16圈 发电机转速n=1500r/min 总传动比i=16/1500=1/93.75发电机的外形及安装尺寸如下：A=150 B=140 C=90 D=22 E=40 F=6 G=24.5 L=380 b=190 h=355 K= a=50 第3章 平面蜗卷弹簧设计3.1弹簧的功用 弹簧是一种弹性元件，多数机械设备均离不开弹簧。弹簧利用本身的弹性，在受载后产生较大的变形，当外载卸除后，变形消失而外载恢复原状。弹簧在产生变形和恢复原状时，能够把机械功或动能转变为变形能，或把变形能转变为机械功或动能。利用弹簧的这种特性，可以满足机械中的一些特殊要求，其主要功用是： 1）控制机构的运动，如内燃机中的气门、制动器、离合器上的弹簧。 2）减振和缓冲，如各种车辆的悬挂弹簧、联轴器中的弹簧。 3）储能及输出能量，如钟表中的弹簧。 4）测量力的大小，如弹簧称、测力器中的弹簧。 按照载荷的性质，弹簧可分为压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧；按照弹簧外形可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧等；按材料的不同还可以分为金属弹簧和非金属弹簧等。3.2平面蜗卷弹簧的类型这里的设计选择平面蜗卷弹簧进行储能，在牲畜休息时弹簧释放能量进行发电。平面蜗卷弹簧是将等截面的细长材料绕制成平面螺旋线形，工作时一端固定，另一端施加转矩，线材个截面承受弯曲力矩而产生弯曲弹性变形，在本身平面内产生扭矩，其变形角的大小和施加的转矩成正比。它的刚度较小，一般在静载荷下工作。由于卷绕圈数可以很多，变形角大，能在较小体积内储存较多能量。材料截面形状多半是长方形的，也有的是圆形。平面蜗卷弹簧依据相邻圈是否接触分为2类：非接触型和接触型。非接触型平面蜗卷弹簧在工作中各圈均不接触，常用来产生反作用力矩，如电动机电刷的压紧弹簧和仪表、钟表中游丝均属于这种弹簧。非接触型平面蜗卷弹簧非为外端固定和外端回转两种。它门的强度和变形角计算略有差异，但它们的特性都属于线性的。 接触型平面蜗卷弹簧常用来作为各仪器和钟表机构中的发条。弹簧外端固定在簧盒内壁上，内端固定在心轴上。心轴上施加转矩时，弹簧被卷紧并储存能量。 接触型平面蜗卷弹簧的转矩与变形角间的关系不但与弹簧材料、簧盒内径、心轴直径 、弹簧长度、截面尺寸和内、外端的固定形式有关，还与弹簧材料的表面粗糙度和润滑条件有关。要精确计算比较困难，所以有关计算式多为近似式，计算结果与实际情况有一定误差。3.3平面蜗卷弹簧设计平面蜗卷弹簧的特性线参考书目机械设计手册新版2以下计算中出现的公式出自7-51页。弹簧内端固定形式内端固定图示这种内端固定形式用于材料较厚的弹簧，承受拉力较大，可以防止拉力过大时弹簧拉断。弹簧外端固定形式：衬片固定 衬片固定图示 在端部铆接衬片，衬片两侧凸耳分别插入盒底和盒盖的长方形中，衬片在方孔中可移动，减少了圈间摩擦，有较高的稳定度，是较合理的固定形式。计算公式：1弹簧材料由表12-20选用II级强度热处理钢带(60Si2MnA)，再由表12-22，取硬度为4855HRC，抗拉强度b=1700Mpa.当使用寿命大于105次时，取=（0.50.6）b=8501020Mpa。根据重要程度取=1000MPa。2.计算最小工作转矩和极限转矩极限工作转矩由前面知：。3.弹簧材料的截面尺寸 设宽度b=200mm,弹簧要求外端固定，取K2=1，所以。取h=。4.弹簧工作长度由l/h=30007000,最大15000，取l/h=7000,所以L=5000h=7700mm。5.芯轴直径，取=40mm6.弹簧内半径，取R1=22mm7.各部分圈数：自由状态下的圈数：=40.37 取n0=40圈理论工作转数：未受转矩时的圈数：卷紧在心轴上的圈数： 8簧盒内径取D2=370mm9.材料展开长度 L=l+ld+lDld固定于芯轴上的长度，lD固定于簧盒的长度 平面蜗卷弹簧第4章 直齿圆柱齿轮的设计参考书目机械设计第六版。4.1齿轮传动的基本问题 齿轮传动是最基本的机械传动形式之一。与带传动等相比，齿轮传动具有寿命长、瞬时传动比恒定、效率高、结构紧凑、速度和功率的适用范围广等许多优点。其主要缺点是对制造和安装的精度要求较高，并且需要专用机床，因而生产成本较高；在精度较低或高速运行情况下，震动和噪声较大；无过载保护作用。 虽然齿轮传动的类型很多，用途各异，但是从传递运动和和动力的要求出发，各种齿轮传动都必须解决两个基本问题： （1）传动平稳 就是要保证瞬时传动比恒定，以尽可能减少齿轮啮合中的冲击、振动和噪声。 （2）足够的承载能力 就是要在尺寸、质量较小的前提下，保证正常所需的强度、耐磨性等方面的要求。保证在预定的使用期限内不发生失效。 有关传动平稳的问题，涉及到齿轮传动的齿廓条件、正确啮合、连续传动等多方面。4.2齿轮的失效形式正常情况下，齿轮的失效主要集中在轮齿部位。轮齿的失效形式很多，但归结起来可分为二大类：齿体损伤失效和齿面损伤失效。1.轮齿折断2.齿面点蚀3.齿面胶合4.齿面磨粒磨损5.齿面塑性变形。4.3齿轮设计准则普通齿轮传动的设计准则如下。1.闭式传动 其只要失效形式为齿面点蚀和轮齿的弯曲疲劳折断。当采用软齿面时，其齿面接触疲劳强度较低，因此，一般应首先按齿面接触疲劳强度条件计算齿轮的分度圆直径及其主要集合参数，然后对其齿轮内的疲劳弯曲强度进行校核。当采用硬齿面时，则一般应首先按轮齿的抗弯疲劳强度确定齿轮的模数及其余主要几何参数，然后再校核其齿面接触疲劳强度。2.开式传动 其主要失效形式为齿面磨粒磨损和轮齿的弯曲疲劳折断。由于目前齿面磨粒磨损尚无完善的计算方法，因此通常只对其进行抗弯疲劳强度计算，并且适当加大模数的方法来考虑齿面磨粒磨损的影响。4.4齿轮的材料及其选择 由齿轮的失效形式可知，在齿轮设计中，应使齿轮的工作表面具有较高的抗点蚀、耐磨损、抗胶合和抗塑性变形的能力，而齿根则应具有较高的抗折断能力。因此，一般的讲，理想的齿轮材料应具备这样的特点：即齿面要硬、齿心要韧。在这方面，钢通过适当的热处理，能收到满意的效果，是最理想的齿轮材料。制造齿轮多采用碳素结构钢和合金结构钢，并已锻造形式的方法制作毛坯，这类钢叫锻钢。毛坯经锻造加工后，可以改善力学性能，使其内部形成有利的纤维方向，有利于轮齿强的的提高。钢制齿轮常通过调质、正火、表面淬火、渗氮等各种热处理方法改善材料力学性能，以适应齿轮的不同的工作要求。齿轮常用铸铁为灰铸铁和球墨铸铁。普通灰铸铁句良好的铸造工艺性和机械加工性，易于得到复杂的结构形状，而且价格便宜，同时，灰铸铁还具有一定的抗点蚀和抗胶合能力，但其抗弯强度低、韧性差，因此多用于低速、无冲击及尺寸不受限制的场合。灰铸铁中的石墨具有润滑作用，尤其使用于制作润滑条件较差的开式传动齿轮。与灰铸铁相比，球墨铸铁不仅强度高，且具有较强的抗冲击能力。因此，在一定程度上 可以代替钢制作齿轮。但由于生产工艺比较复杂，目前使用尚不够普遍。某些在特殊场合下工作的齿轮，根据需要，可以采用铜、铁以外的其他材料制造。例如：在腐蚀介质中工作的轻载齿轮，可以采用铜、铝、钛等有色金属制造。要求降低噪声的高速、轻载齿轮，可以采用尼龙、酚醛塑料和酚醛层压布板等非金属材料制造。齿轮材料的选择 选择齿轮材料时，要从齿轮的工作条件、制造工艺性和经济性等方面考虑。现提出一些看法，供选择材料时参考。 1.选择材料要满足工作条件的要求 一般的说，工作速度较高的闭式齿轮传动，齿轮容易发生齿面点蚀或胶合，应选择能使齿面硬度叫高的高频感应加热淬火用钢中速中载齿轮传动，可选择综合性能较好的调质钢。开式齿轮润滑条件较差，主要失效形式为齿面的磨粒磨损，应选择减摩、耐磨性较好的材料。高速轻载的齿轮，为了降低噪声，可选用非金属材料。重要的或结构要求紧凑的齿轮传动，应当选择较好的齿轮材料。一对齿轮的材料搭配十分重要。一般的说，对于标准齿轮传动，小齿轮齿根较弱而且回转次数又多，故应使小齿轮材料的强度和耐磨性比大齿轮要高一些。设计中，对于软齿面齿轮传动，通常其小齿轮比大齿轮高出20-50HBS，且传动比越大其硬度差也越大。当一对齿轮 采用软、硬齿面搭配时，经过磨制的硬齿面小齿轮，对于软齿面大齿轮，通过碾压作用产生冷作硬化现象，从而可以提高大齿轮齿面的疲劳强度。对于高速齿轮传动，为了防止齿面发生胶合，除了要重视润滑和散热条件以外，在选择齿轮材料时，还应从摩擦学的角度来认识。一般认为，为了提高齿面硬度差有利于防止发生胶合，而一对齿轮材料的硬度、成分和内部组织越接近，对于防止发生胶合越不利。2.选择材料要考虑齿轮毛坯的形成方法、热处理和切齿加工条件 直径在400mm以上的齿轮，因一般锻压设备不便加工而采用铸造成型毛坯，故选用铸钢或铸铁。单件或小批量生产的大直径齿轮，往往采用焊接的方法制作毛坯，这不但可以缩短生产周期，而且有利于降低齿轮的制造成本。当齿轮的热处理选择调质、正火或表面淬火时，需要采用中碳钢或中碳合金钢。调质钢在强度、硬度、和韧性等各项力学性能方面均优于正火钢，但切削性能不如正火钢。在切削性能方面，一般的说，合金钢不如碳素钢，通常滚齿和插齿等切齿方法，只能切削硬度小于250HBS的齿坯，它大体为调质或真火钢的材料硬度。超过该硬度时，齿轮往往需要进行磨齿加工而增大齿轮的制造成本。但是，若齿轮选择表面淬火，由于热处理工程中加热时间短而轮齿变形较小，故对于普通精度要求的齿轮可以不磨齿，是这种热处理方法的一大优点 。其次，由于生产率高，并且便于实现热处理工艺的自动化的自动化而非常适合大规模生产方式。3.选择材料要考虑齿轮生产的经济性 在满足使用性能的前提下，选择材料必须注意降低齿轮生产的的总成本。总成本应当包括材料本身的价格和与生产有关的一切费用。一般的说，碳钢和铸铁的价格较低，且句要较好的工艺性，因此在满足使用性能的前提下，应优先考虑选用。这里应特别强调：在选择齿轮材料时必须认真考虑齿轮制造工艺性的好坏。在小批量生产条件下，工艺性能的好坏显得并不突出，而在大批量生产条件下，它有时可能成为选择齿轮材料的决定因素。此外，在选择齿轮材料时，还应当考虑材料的资源和供应情况，所选钢种应供应充足且尽量集中。在必须采用合金钢时，应首先立足于资源比较丰富的硅、锰等类合金钢。计算 及其校核4.5齿轮的基本参数及其校核1选材料确定初步参数 （1）选材料 小齿轮：40Cr调质，平均取齿面硬度为260HBS 大齿轮：45钢调质,平均取齿面硬度为230HBS(2)初设传动比 i1=1:5 (3)初选齿数 取小齿轮齿数Z1=54，则大齿轮齿数Z2=270， （4）齿数比 u=Z2/Z1=5(5)选择齿宽系数 参照表9-14，取齿宽系数，初估小齿轮直径d1估=100mm，则齿宽b估=60mm(6)小齿轮圆周转速则，齿轮圆周速度 （7）计算小齿轮转矩T1 （8）确定重合度系数，由P173 式（9-13） （9）确定载荷系数KH，KF。 1）使用系数KA，由已知查表9-9，取KA=1.5 2）动载荷系数KV，由图9-6，取KV=1.17 3）齿向载荷分布系数，由图9-6， 4）齿间载荷分配系数，根据条件查表（9-10）得 5）载荷系数KH，KF，由式9-7，9-82.齿面接触疲劳强度计算 （1）确定许用应力1）总工作时间 2)应力循环次数N1，N2，由式（9-16）及表9-12得 3）寿命系数，由图9-17，取ZN1=1.13，ZN2=1.16 4）接触疲劳极限，由图9-13a,取 5）安全系数，参照表9-17，取SH=1 6）许用应力，由式（9-15）得（2）弹性系数，由表9-11，（3）节点区域系数，由图9-12，取ZH=2.5（4）所需小齿轮直径，由式（9-11）得与初估大小基本符合。 （5）确定主要参数 1）模数 m=5 2)分度圆直径 d1=mz1=100mm,d2=mz2=500mm 3)中心距 a=0.5(d2+d1)=300mm 4)确定齿宽 取小齿宽b1=b=60mm.b2=60mm3.齿根抗疲劳强度验算 （1）求许用应力 1）应力循环次数，由式（9-16）及表9-12得 2）寿命系数 取YN1=YN2=1 3）极限应力 由图9-21 4）尺寸系数 由图9-26，取YX=1 5）安全系数 参照表9-13，取SF=1.5 6）许用应力，由式（9-20）得（2）齿形系数 由图9-19，取（3）应力修正系数，由图9-19，取（4）校核齿根抗弯疲劳强度，由式（9-11）得抗疲劳强度满足要求4齿面静强度验算 （1）确定许用接触应力，参照表9-13，取静强度安全系数，由图9-17取寿命系数 （2）校核齿面静强度，根据过载条件，由式（9-21），齿面最大接触应力5齿根抗弯强度计算 （1）确定许用弯曲应力，参照表9-13，取静强度安全系数，由图9-25，取寿命系数 （2）最大弯曲应力并校核强度，由式（9-22），最大弯曲应力静强度满足要求。第5章 直齿圆锥齿轮的设计参考书目机械设计图册（上）和机械设计。锥齿轮用于相交轴之间的传动。两轴之间的交角可根据需要确定，但大多数为直角，即两轴垂直相交传动形式。锥齿轮传动分为直齿、斜齿和曲线齿三种类型。其中斜齿锥齿轮传动应用较少。曲线锥齿轮传动具有工作平稳、承载能力高、使用寿命长等优点，适用于高速、重载应用场合。其主要缺点是制造困难，要求具备专用加工机床。所以，专业性很强，一般场合不便推广。目前，应用最多的还是直齿齿轮传动，这主要是因为其设计、制造都比较简单。但由于其制造精度普遍较低，工作中振动和噪声较大，故圆周转速不宜过高。5.1齿轮参数设计及计算设计及其校核（其中出现的公式出自机械设计）1.选材料确定初步参数 （1）选材料 齿轮1 45钢调质，平均齿面硬度为200HBS。 齿轮245钢调质，平均齿面硬度为160HBS。 （2）初选齿数 Z1=35，Z2=50 齿数比 (3)选择齿宽系数， （4）确定传动的精度等级，初选传动的精度等级为8级 （5）计算小齿轮转矩T1 （6）确定载荷系数K 1）使用系数KA 由已知条件，查机械设计课本表P190表10-2，取KA=1.25 2）动载系数KV 由机械设计课本表P192图10-8，取KV=1.0 3）齿向载荷分配系数， 按小齿轮悬臂考虑，取 4）载荷系数 5.2 齿面接触疲劳强度计算 （1）确定许用应力1）寿命系数ZN 由已知条件取 2）安全系数SH 由表9-13，取 3）接触疲劳极限 由机械设计课本表P206图10-19，取 4）许用应力 大齿轮的许用应力小，故去大齿轮的许用应力。 （2）弹性系数ZE 由机械设计课本表P198表10-6，取 （3）节点区域系数ZH 由图9-12，取ZH=2.5 （4）求齿轮所需大端分度圆直径d1 取d1=175mm (5)验算速度vmt (6)确定模数m=d1/z1=51. 齿根抗弯疲劳强度验算（1） 确定去用弯曲应力1） 寿命系数 由已知条件查机械设计课本P202图10-18，取2） 安全系数SF，取安全系数 3）极限应力，查机械设计课本P204图10-20（c），取4）求许用弯曲应力 （2）齿形系数 由机械设计课本P197表10-5，取 1)分锥角， 2）当量模数 （3）应力修正系数 由由机械设计课本P197表10-5取（4）齿根抗弯疲劳强度 抗弯强度足够。4.主要几何尺寸计算 （1）大端分度圆直径 d1=mz1=175mm，d2=mz2=250mm。 （2）分锥角 （3）锥距 （4）齿宽 （5）当量齿数 （6）平均模数 （7）平均分度圆直径 （8）齿顶高 （9）齿根高 （10）齿顶圆直径 （11）齿根圆直径 第六章 轴的设计 参考书目机械设计手册6.1轴的分类轴是机械设备中重要的零件之一。轴的主要功能是支撑旋转零件，并传递运动和动力。直轴一般都做成实心的，若因机器需要或为减轻机器质量，也可以制成空心轴。考虑加工方便，轴的截面多为圆形，为了轴上零件定位及装拆方便，轴多作成阶梯轴。只有一些结构简单或具有特殊要求的轴，才做成直径轴。 根据轴的承载情况，可分为转轴-工作中既受弯矩又受转矩的轴，这类轴在各类机器中最常见；心轴-工作中只受弯矩而不受传递转矩的轴，心轴有转动心轴和固定心轴两种；传动轴-工作中只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小的轴。6.2轴的材料轴的材料是决定其承载能力的重要因素，制造轴的主要在材料是碳素钢及合金钢。 一般机器中的轴常用优质中碳钢制造，这类钢比合金钢低廉，对应力敏感性较低，其中45号钢最为常用。为了提高材料的力学性能，通常进行调质或正火处理。不重要或受力较小的轴以及一般传动轴也可以使用Q235、Q275等普通碳钢制造。 对于重要的轴，大功率机器中要求尺寸小、质量轻、耐磨性高的轴以及处于高温或低温环境工作的轴，应选用合金钢制造。合金钢具有较高的的力学性能和良好的热处理性能，但价格较贵，对应力集中敏感。另外，在一般温度下，各种碳钢和合金钢弹性模量的数值相差不多，热处理对它的影响也不小。因此采用合金钢只能提高其强度和耐磨性，对轴的刚度影响甚微。 钢轴可用轧制圆钢或锻件经切削加工制成，对于直径较小的轴，可直接利用冷拔圆钢加工。 形状复杂的轴，也可以采用铸钢、合金铸铁和球墨铸铁制造。经过铸造成形，易于得到更合理的形状，而且铸铁的吸振性好，应力集中的敏感性较低。但是铸造轴的品质不易控制，可靠性较差。6.3轴设计的主要问题 为了保证轴的正常工作，对于一般机器的轴，应进行强度校核，防止因轴的强度不够而断裂；对于有刚度要求的轴，还需进行刚度校核，防止轴工作中产生过大的变形；对于高速运转的轴，还要进行振动稳定性计算，防止轴发生共振。在设计轴时除了要按上述设计准则进行设计计算或校核计算外，在结构设计还需使轴满足轴上零件的安装、固定及制造工艺性要求等，合理地确定出其各部分的形状及结构尺寸。6.4轴的结构设计在进行轴的结构设计时，一般应已知：轴的转速、传递功率、传动布置方案、回转件的主要尺寸等。 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和各部结构尺寸，使轴的各段直径和长度，既要满足承载能力要求，有要符合标准零部件及标准尺寸的规范，另外，还要符合零件的安装、固定、调整原则以及轴的加工工艺规范。总之，影响轴结构的因素很多，所以轴的机构设计灵活多变，没有一成不变的规律，只能具体问题具体分析。 轴和轴上零件的结构、工艺、轴上零件的布置等对轴的疲劳强度及刚度有很大的影响，改进这些方面能提高轴的承载能力。轴的尺寸如能减小，整个机器的质量也会随之降低。 1.改善轴的受载状况 2.减少应力集中 3.改善轴的表面品质具体数据见图纸轴1，轴2.6.5轴的校核1. 轴的扭转强度计算查机械设计手册619页表（6118），实心轴的扭转强度校核公式为 d轴端直径 mm T轴所传递的扭矩. N.m n轴的工作转速 r/min. A按表（6119）选取.按表（6119）选取.P轴所传递的功率. KW轴1：A取80，p=1.1 KW，n=16 r/min45mm轴2：n=80r/min40mm校核结果：轴的扭转强度符合要求.2. 轴的扭转刚度计算 查机械设计手册表（6118）得B按表（6120）选取.取B=82.7轴1：45mm轴2：40mm校核结果：轴的扭转刚度符合要求.第七章 飞轮的选择设计参考书目机械设计图册机械原理7.1概述 飞轮的作用是当机械中的驱动功超过阻力功时，将多余的能量储存起来，使动能和瞬时速度增大；相反，当阻力功超过驱动功时，又将储藏的能量释放出来，补充驱动功的不足并使瞬时速度降低。因此飞轮可利用其较大的转动惯量用其积蓄的动能来帮助克服尖峰负载而减少原动机的所需功率，同时机械运转的周期性速度波动幅度控制在允许的范围内，动力机械、冲压机械等往往需要安装飞轮。 飞轮的材料主要有铸铁HT150-HT200，功率较大，速度较高时用35-40钢。其主要结构形式有实心圆盘形飞轮、辐板式和孔板式飞轮。 根据结构的需要，选择辐板式飞轮，其结构如下7.2飞轮参数设计具体参数选择设计（HT150: ）参考机械原理176页飞轮简易设计与机械设计图册下514页最大外圆直径 轮缘厚度轮毂直径 宽度轮毂长度 斜度= 参靠理论力学，飞轮的质量主要集中在轮缘。转动惯量计算公式为7.3飞轮校核参考机械设计图册下册515页进行飞轮切线速度验算。 其中铸铁的=3035m/s.所以13.94m/s=3035m/s验算合格.第八章 轴承的选择及校核参考书目：机械设计手册（第四版第二卷）机械零件设计手册机械设计（第七版）轴承是支撑轴的部分。根据轴承工作时的摩擦性质。轴承可分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承两类。滚动轴承是由专业工厂生产的标准件，滚动轴承的类型、尺寸和公差等级等已制订有国家标准，在机械设计中只需根据工作条件选择合适的轴承类型、尺寸和公差等级等，并进行轴承的组合结构设计。8.1滚动轴承的构造和材料 滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。通常内圈装在轴承座孔内不动，但亦有外圈转动、内圈不动或内、外圈按不同转速回转的使用情况。滚动体在内、外圈滚道内滚动。保持架将滚动体均匀隔开，以减少滚动体的摩擦和磨损。滚动体的形状有球形和滚子形。 滚动轴承的内、外圈和滚动体均采用强度高、耐磨性好的铬钢和铬锰硅钢制造，前者适宜于制造尺寸较小的轴承，后者适宜制造尺寸较大的轴承。常用的牌号有GCr9、GCr15和GCr15SiMn，经淬火后硬度可达58-66HRC。保持架多用低碳钢板冲压制成，为了减小与滚动体之间的摩擦和减轻滚动体的磨损，也可采用铜合金、铝材或塑料。8.2滚动轴承的类型按滚动轴承承受载荷的作用方向，常用轴承可分成三类，即径向接触轴承、向心角接触轴承和轴向接触轴承 1.径向接触轴承主要承受径向载荷。这类轴承有：（1）深沟球轴承轴承主要承受用于径向载荷，也可承受一定的轴向载荷。高转速时可代替推力球轴承受纯轴向载荷。与外形尺寸相同的其他类型轴承相比，其摩擦因数小，允许极限转素高，价格低廉，故应用广泛。（2）调心球轴承轴体有两列球体，其外圈滚道为内球面，具有自动调心性能。主要用语承受径向载荷，也可承受很小的轴向载荷，但不宜用来承受纯轴向载荷。这类轴承适用于轴的刚度较小、二轴承孔同轴度较低以及多支点的场合。（3）调心滚子轴承与尺寸相同的调心球轴承相比，有较高的承载能力，可承受大的径向载荷也可承受不大的轴向载荷，但不宜用来承受纯轴向载荷，适用场合和 调心轴承相同。（4）圆柱滚子轴承 圆柱形滚子与保持架装在有挡边的内圈上，外圈无挡边，内、外圈沿轴可以分离，属于分离型轴承。轴承只能承受径向载荷，其承载能力比相同尺寸的球轴承约大1.7倍，这类轴承对轴线的偏斜很敏感，适用于轴的钢性较大、二轴承孔同轴度好的场合。（5）滚针轴承 轴承通常有内、外圈和一组滚针组成，有时滚针也带保持架，这类轴承的径向尺寸小，能承受很大的径向载荷，对轴的偏斜非常敏感，摩擦力也较大。适用于低速、重载和径向尺寸受限制的场合。2.向心角接触轴承，轴承能同时承受径向载荷和较大的轴向载荷。这类轴承有：（1）角接触球轴承3.轴向接触轴承，轴承只能承受轴向载荷，（1）推力球轴承（2）推力圆柱滚子轴承。 根据各种轴承的特点，最后选择推力球轴承。轴承上的两个套圈的内孔直径不同，直径较小的套圈紧配在轴颈上，称为轴圈；直径较大的套圈安放在机座上，离心力大，轴承对滚动体的约束力不够，故允许的转速很低8.3滚动轴承选型校核8.3.1 轴承选型 滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一,它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗少，起动容易等优点。常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业厂家大量制造及供应各种常用规格的轴承。滚动轴承的选择计算，是根据轴承的工作条件，合理地选择轴承类型、尺寸、公差等级及游隙等，并验算轴承寿命（或承载能力）、静强度及极限转速。各种类型的轴承具有各自的特性，具有各自的场合。通常选择轴承类型时应考虑下列特点：1）负荷情况 负荷是选择轴承最主要的依据，通应根据负荷的大小、方向和性质选择轴承。（1）负荷方向 本设计中丝杠与集箱之间纯轴向力作用，拟选定推力轴承。（2）负荷性质 收口模压缩钢管加载过程中载荷冲击不大，拟选定球轴承以提高效率。（3）负荷大小 轴承所需基本额定静载荷的确定，按额定静负荷选择轴承的基本公式为 式中 基本额定静负荷，N 安全系数 ，见 表8.227.28 当量静负荷，N推力轴承的轴向当量静负荷按下列公式计算 =90的推力轴承 90的推力轴承 2）高速性能 本设计中轴转速很低0.88 r/min 可以忽略。3）调心性能 当轴两端轴承孔同心性差（制造误差或安装误差所致）或轴的刚度小，变形较大，以及多支点轴，均要求轴承调心性好。本设计中轴的刚度大，集箱的两孔同心误差不大（集箱长度不大）及工作过程对同轴度要求不高。不用选调心轴承。4）允许的空间 本机械结构简单轴向空间大不用考虑选用窄系列的问题。5）安装与拆卸方便 整体式轴承座或频繁装拆时应选用内、外圈可分离的轴承。 6）滚动轴承的公差等级选择：滚动轴承的公差等级分为6级，普通级、6级、6X级、5级、4级及2级。普通级最低，2级最高，普通级应用最广。考虑砌筑机械手的实际应用价值，技术要求及成本考虑选用普通级。滚动轴承的游隙选择：滚动轴承的游隙分为径向和轴向游隙。轴承游隙大小对承载能力有影响，实验分析表明工作游隙比零稍小的负值时轴承寿命最大。产品样本中所列的基本额定动负荷及基本额定静载负荷是工作游隙为零时的负荷数值。转速很低或在回转中产生振荡的轴承，采用无游隙或预紧安装。为了防止刚球与滚道之间的滑动，在加载轴向载荷前应保持一定的轴向力，所以采用预紧安装。 2） 轴承的定期检查对设备的定期检修，运转检查及外围零件更换时被拆卸下来的轴承进行检查，以次判断可否再次使用或使用情况的好于坏。要仔细调查和记录被拆下来的轴承和外观情况，为了弄清和调查润滑剂的剩余量，取样以后，要很好地清洗一下轴承。其次检查滚道面，滚动面和配合面的状况以及保持架的磨损状态等有无损伤和异常情况。判断轴承可否再次使用，要在考虑轴承损伤的程度，机器性能、重要性、运行条件、检查周期等以后再来决定。检查结果，如果发现轴承有损伤和异常情况时，伤一节的内容查明原因，制定对策。另外，检查结果，如果有下面几种缺陷的话，轴承就不能再用了，需要更换新的轴承。 a. 内外圈、滚动体、保持架其中任何一个有裂纹和出现碎片的。 内外圈、滚动体其中任何一个有剥离的。 滚道面、挡边、滚动体有显著卡伤的。 保持架的磨损严重或铆钉松动厉害的。 滚道面、滚动体生锈和有伤痕的。 滚动面、滚动体上有显著压痕和打痕的。 内圈内径面或外圈外径上有蠕变的。 过热变色厉害的。 润滑脂密封轴承的密封圈和防尘盖破损来严重的。 3）、运转中检查与故障处理 运转中的检查项目有轴承的滚动声、振动、温度、润滑的状态等，具体情况如下：（1）轴承的滚动声 采用测声器对运转中的轴承的滚动声的大小及音质进行检查，轴承即使有轻微的剥离等损伤，也会发出异常音和不规则音，用测声器能够分辨。 （2）轴承的振动 轴承振动对轴承的损伤很敏感，例如剥落、压痕、锈蚀、裂纹、磨损等都会在轴承振动测量中反映出来，所以，通过采用特殊的轴承振动测量器（频率分析器等）可测量出振动的大小，通过频率分不可推断出异常的具体情况。测得的数值因轴承的使用条件或传感器安装位置等而不同，因此需要事先对每台机器的测量值进行分析比较后确定判断标准。 （3）轴承的温度 轴承的温度，一般有轴承室外面的温度就可推测出来，如果利用油孔能直接测量轴承外圈温度，则更位合适。通常，轴承的温度随着运转开始慢慢上升，1-2小时后达到稳定状态。轴承的正常温度因机器的热容量，散热量，转速及负载而不同。如果润滑、安装部合适，则轴承温都会急骤上升，会出现异常高温，这时必须停止运转，采取必要的防范措施。根据大量测试数据，列出了各种机械中轴承工作时外圈温度的平均值，以供参考。由于温度受润滑、转速、负荷、环境的影响，表中值只表示大致的温度范围。使用热感器可以随时监测轴承的工作温度，并实现温度超过规定值时自动报警户或停止防止燃轴事故发生。 （4）润滑 轴承润滑的作用润滑对滚动轴承的疲劳寿命和摩擦、磨损、温升、振动等有重要影响，没有正常的润滑，轴承就不能工作。分析轴承损坏的原因表明，40%左右的轴承损坏都与润滑不良有关。因此，轴承的良好润滑是减小轴承摩擦和磨损的有效措施。除此之外，轴承的润滑还有散热，防锈、密封、缓和冲击等多种作用，轴承润滑的作用可以简要地说明如下： 在相互接触的二滚动表面或滑动表面之间形成一层油膜把二表面隔开，减少接触表面的摩擦和磨损。 采用油润滑时，特别是采用循环油润滑、油雾润滑和喷油润滑时，润滑油能带走轴承内部的大部分摩擦热，起到有效的散热作用。 采用脂润滑时，可以防止外部的灰尘等异物进入轴承，起到封闭作用。 润滑剂都有防止金属锈蚀的作用。 延长轴承的疲劳寿命。 （5）脂润滑和油润滑的比较轴承的润滑方法大致分为脂润滑和油润滑两种。为了充分发挥轴承的功能，重要的是根据使用调减和使用目的，采用润滑方法。 （6）脂润滑润滑脂是由基础油，增稠剂及添加剂组成的润滑剂。当选择时，应选择非常适合于轴承使用条件的润油脂，由于商标不同，在性能上也将会有很大的差别，所以在选择的时候，必须注意。轴承常用的润滑脂有钙基润滑脂、钠基润滑脂、钙钠基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂和二硫化钼润滑脂等。轴承中充填润滑脂的数量，以充满轴承内部空间的1/2-1/3为适宜。高速时应减少至1/3。过多的润滑脂使温度升高。 润滑脂的选择按照工作温度选择润滑脂时，主要指标应是滴点，氧化安定性和低温性能，滴点一般可用来评价高温性能，轴承实际工作温度应低于滴点10-20。合成润滑脂的使用温度应低于滴点20-30。根据轴承负荷选择润滑脂时，对重负荷应选针入度小的润滑脂。在高压下工作时除针入度小外，还要有较高的油膜强度和极压性能。根据环境条件选择润滑脂时，钙基润滑脂不易溶于水，适于干燥和水分较少的环境。 油润滑在高速、高温的条件下，脂润滑已不适应时可采用油润滑。通过润滑油的循环，可以带走大量热量。粘度是润滑油的重要特性，粘度的大小直接影响润滑油的流动性及摩擦面间形成的油膜厚度，轴承工作温度下润滑油的粘度一般是12-15cst。转速愈高应选较低的粘度，负荷愈重应选较高的粘度。常用的润滑油有机械油、高速机械油、汽轮机油、压缩机油、变压器油、气缸油等。（7） 油润滑方法包括： 油浴润滑油浴润滑是最普通的润滑方法，适于低、中速轴承的润滑，轴承一部分浸在由槽中，润滑油由旋转的轴承零件带起，然后又流回油槽油面应稍低于最低滚动体的中心。 滴油润滑滴油润滑适于需要定量供应润滑油得轴承部件，滴油量一般每3-8秒一滴为宜，过多的油量将引起轴承温度增高。 循环油润滑用油泵将过滤的油输送到轴承部件中，通过轴承后的润滑油再过滤冷却后使用。由于循环油可带走一定的热量，使轴承降温，故此法适用于转速较高的轴承部件。 喷雾润滑用干燥的压缩空气经喷雾器与润滑油混合形成油雾，喷射轴承中，气流可有效地使轴承降温并能防止杂质侵入。此法适于高速、高温轴承部件的润滑。 喷射润滑用油泵将高压油经喷嘴射到轴承中，射入轴承中的油经轴承另一端流入油槽。在轴承高速旋转时，滚动体和保持架也以相当高的旋转速度使周围空气形成气流，用一般润滑方法很难将润滑油送到轴承中，这时必须用高压喷射的方法将润滑油喷至轴承中，喷嘴的位置应放在内圈和保持架中心之间。 固体润滑在一些特殊使用条件下，将少量固体润滑剂加入润滑脂中，如加入35%的1号二硫化钼可减少磨损，提高抗压耐热能力，对于高温、高雅、高真空、耐腐蚀、抗辐射，以及极低温等特殊条件，把固体润滑剂加入工程塑料或粉末冶金材料中，可制成具有自润滑性能的轴承零件，如用粘结剂将固体润滑剂粘结在滚道、保持架和滚动体上，形成润滑薄膜，对减少摩擦和磨损有一定效果。 8)润滑剂的补充与更换 （ 1）润滑脂的补充间隔时间由于机械作用，老化及污染的增加，轴承配置中所填的润滑基将逐渐失去其润滑性能。因此，对润滑秩需不断补充和更新。润滑剂补充的间隔时间会因轴承的形成、尺寸和转速等而不同，根据运转时间需要补充润滑脂的大致间隔时间。另外，当轴承温度超过70的情况下，轴承温度每上升15，就要使用润滑脂的补充间隔时间减少一半。双面封闭轴承在制造时已经装入脂，“HRB”在这些产品中使用的是标准润滑脂，共运行温度范围和其他性能适宜于所规定的场合，且填脂量也与轴承大小相应，脂的使用寿命一般可超过轴承寿命，除特殊场合，不需补充润滑脂。 （2）润滑油的更换周期润滑油的更换周期因使用条件和油量等不同，一般情况下，在运转温度为50以下，灰尘少的良好环境下使用时，一年更换一次，当油温达到100时，要3个月或更短时间更换一次。 停机检查 定期的检查轴承封维持轴承于最佳状况是很重要的工作。最有利的检查时间是安排在定期的停机检查时期，事先的计划及知道轴承的信轩及备有轴承图面通常是及助于检查工作。 干净轴的重要性： 保持轴承及润滑的干净是很重要的;检查前需先清洁机器表面，然后拆卸轴承周边的零件。油封是很脆弱的零件，因此需小心的拆卸，切勿过度施力，然后仔细的检查油封及其周边的零件，如果已呈现出不良的症状时，务必更换掉，不良的油封会导致轴承的损坏及严得的设备停机。 检查润滑剂沾上点点润滑剂在两指之间摩擦，若有污染物存在，可感觉出来，或在手背上涂一薄层润滑剂 ，然后封光检查。 更换润滑剂机油润滑的轴承在泻除旧机油后，可能的话，再灌入新鲜的机油并让机器在低转速旋转几分钟。尽可能使机油收集残馀的污染物，然后再泻除这些机油，机油在使用前最好先经过滤。滑脂润滑的轴承在更换滑脂时所使用的乔除器应避免带有棉质物接角到轴承的任一部位，因为这些残留的纤维可能楔入于滚动件之间并且造成损坏，尤其是小轴承的应用更需注意此问题。 覆盖暴露的轴承检查轴承时，千万不要让轴承暴露于污染物或湿气的环境。如果工作中断时，应以油纸塑胶片或类似材料覆曾机器。若在不用拆卸而可能执行检查的情形下清洗无掩蔽的轴承的，要以涂敷用的刷子沾上石油溶剂（white spirit）清洗，再以一块不起毛的布料擦干或用压缩空气吹干（注意不要让轴承组件起动旋转）。以一面小镜子及类似牙医所用的那种探针来检查轴承之轨道面、保持器和珠子。不可清洗加密封盖或防尘的轴承；只擦拭其外部表面即可。如果轴承呈受损情形时即需更换掉。在定期的停机保养时期内更换 轴承远比由于阵承损坏所选成的突然停机之损失来得经济多了。 润滑油的更换周期润滑油的更换周期因使用条件和油量等不同，一般情况下，在运转温度为50以下，灰尘少的良好环境下使用时，一年更换一次，当油温达到100时，要33个月或更短时间更换一次。8.3.2轴承的校核本方案中以供选择了六个圆锥滚子轴承，查机械设计手册（第四版第二卷）7368页，其型号及各基本数据见下表.型号eY/KNKN322120.41.50.8132180302100.421.40.873.292.0323070.311.91.199118332070.351.70.982.5102332/320.351.7168.882.2323120.351.71228302 各轴承转速n3000r/min.轴和轴的转速皆低于100 r/min。转速符合要求。轴上各轴承校核：（1） 轴承32212的校核： 轴承在工作过程中主要受径向力，轴向力可忽略不计，即.分析轴上零件装配位置可知：轴承32212的径向力。. 查机械设计314页表135可知1） 静强度校核查滚动轴承应用手册（刘泽九主编）1239页公式：所以.由于.取查机械设计318页表138选而=2000N.静强度满足要求。2） 寿命计算 查滚动轴承应用手册1239页公式当量动载荷所以查机械设计312页公式（136）取，其寿命设计寿命 寿命满足要求（2） 轴承30210的校核 1）静强度校核经受力分析可得，查滚动轴承应用手册（刘泽九主编）1239页公式：所以.由于.取，查机械设计318页表138选.静强度满足要求。 2）寿命计算查滚动轴承应用手册1239页公式当量动载荷所以查机械设计312页公式（136）取，其寿命设计寿命 寿命满足要求。（3） 轴承32307的校核两个轴承排列很近，径向受力一样。1）静强度校核经受力分析可得，查滚动轴承应用手册（刘泽九主编）1239页公式：所以.由于.取，查机械设计318页表138选.静强度满足要求。2）寿命计算查滚动轴承应用手册1239页公式当量动载荷所以查机械设计312页公式（136）取，其寿命设计寿命 寿命满足要求。（4） 轴承33207的校核1）静强度校核经受力分析可得，查滚动轴承应用手册（刘泽九主编）1239页公式：所以.由于.取，查机械设计318页表138选.静强度满足要求。2）寿命计算查滚动轴承应用手册1239页公式当量动载荷所以查机械设计312页公式（136）取，其寿命设计寿命 寿命满足要求。轴上各轴承校核：（1）轴承332/32的校核1）静强度校核根据轴上零件装配关系，经计算其径向力,查滚动轴承应用手册（刘泽九主编）1239页公式：所以.由于.取，查机械设计318页表138选.静强度满足要求。2)寿命计算查滚动轴承应用手册1239页公式当量动载荷所以查机械设计312页公式（136）取，其寿命设计寿命 寿命满足要求。（2）轴承32312的校核1）静强度校核根据轴上零件装配关系，经计算其径向力,查滚动轴承应用手册（刘泽九主编）1239页公式：所以.由于.取，查机械设计318页表138选.静强度满足要求。2）寿命计算查滚动轴承应用手册1239页公式当量动载荷所以查机械设计312页公式（136）取，其寿命设计寿命 寿命满足要求。第九章 棘轮逆止机构设计参考书目机械设计图册和机械零件设计手册9.1棘轮机构简介棘轮机构能将往复摆动运动转换成单向间歇运动。常用于工件的进给或分度。可用做防逆止装置，也可用做超越离合器。齿式棘轮机构结构简单，制造方便，运动可靠，应用广泛，但爪在齿面滑行时引起噪音，齿尖易磨损，且棘轮运动角只能有级变化，不宜用于高速运动。棘轮的齿形已经标准化，周节根据齿顶圆来考虑，棘轮的齿数通常在6 30的范围内选取。但有特殊用途时，可以更多或更少些。齿数愈多，冲击愈小，但尺寸较大。为了减少冲击可以两个或多个棘爪。 一般棘轮机构长用的是单棘爪，但当载荷较大时，棘轮因受尺寸限制齿数z只能很少时，装有棘爪的摆杆每次摆动的角度，可能小于棘轮相邻两齿所对应的中心角，棘爪将无法进入棘轮内推它转动，所以必须采用多棘爪。棘轮棘爪机构图9.2棘轮机构的计算9.2.1 棘轮齿的强度计算 棘轮模数按齿受弯曲计算来确定： 式中 棘轮模数（mm），P -周节（mm）。Mn 棘轮轴所受的扭矩Z 棘轮的齿数 -齿宽系数9.2.2 棘爪的强度计算 家抓的回转中心，一般选在圆周力P的作用线方向，棘爪长度通常取等于2P。 棘爪可制成直头形的或钩头形的，对直头形的棘爪应按受偏心压缩来进行强度计算；对钩头形的棘爪应按受偏心拉伸来计算。基本公式如下 式中 -弯矩 -棘爪危险断面的截面系数 b1 -棘爪宽度 -棘爪危险断面的厚度 -棘爪危险断面的面积 -棘爪材料的许用弯曲应力9.2.3 棘爪轴的强度计算 式中d1 -棘爪轴为实心时的直径 -棘爪轴材料的许用弯曲应力经计算，机构符合安全要求第十章 机架的分析设计参考书目机械设计手册510.1机架的分类在机器中支撑或容纳零、部件的零件成为机架。如支撑贮藏罐的塔架、固定发动机的机架、容纳传动齿轮的减速器的壳体、机床的床身等统称为机架。 按制造方法，机架可分为铸造机架、焊接机架和螺栓连接。按机架材料可分为金属机架、非金属机架。非金属机架又可分为混凝土机架、素凝土机座平台、花岗岩机架或其他材料的机架。10.2 机架的设计准则 （1）工况要求任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如：保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起；设置执行某一工况所必须的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。（2）刚度要求 在必需保证特定外型的条件下，对机架的主要要求是刚度。例如机床的零部件中，床身的刚度则决定了机床的生产率及加工产品的精度；在齿轮减速器中，箱壳的刚度决定了齿轮的啮合性及运转性能。（3）强度要求 对于一般设备的机架，刚度达到要求，同时也能满足强度的要求。但对于重载设备的强度要求必须引起足够的重视。其准则是在机器运转中可能发生的最大载荷情况下，机架上任何点的应力都不得大于许用应力。此外，还要满足疲劳强度的要求。 对于某些机器的机架尚需满足振动或抗振的要求。例如振动机器的机架；受冲击的机架；考虑地震影响的高架等。 强度是评定重载机架工作性能的基本准则。机架的强度应根据机器在运转过程中可能发生再大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校核其静强度，此外还要校核其疲劳强度。 机架的强度和刚度都需要从静态和动态两方面来考虑。动刚度是衡量机架抗振性能的指标，而提高机架抗振性能应从提高机架构件的静刚度、控制固有频率、家大阻尼等方面着手。提高静强度和固有频率的途径是：合理设计机架构件的截面形状和尺寸，合理选择壁厚及布肋、注意机架的整体刚度与局部刚度以及结合面刚度的匹配等。（4）稳定性要求 对于细长的或薄壁的受压结构及受弯-压结构存在失稳问题，某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构产生很大的破坏，设计时必须校核。 此外对于机床、仪器等精密机械还应考虑热变形。热变形将直接影响机架原有精度，从而使产品精度下降如立轴矩台平面磨床，立柱前壁的温度高于后壁，使立柱后倾，其结果磨出的工作零件表面与安装基面不平行：有导轨的机架，由于导轨面与底面存在温差，在垂直平面内将产生中凸或中凹热变形。因此，机架结构设计时应使热变形尽量小。（5）美观 目前对机器的要求不仅能否完成特定的任务，还要使外形美观。（6）其他 如散热的要求；防腐蚀及特定环境的要求；对于精密机械、仪表等热变形小的要求等10.3 机架设计的一般要求 在满足机架设计准则的前提下，必须根据机架的不同用途和所处环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。 （1）机架的重量轻，材料选择合适，成本低。 （2）结构合理便于制造。 （3）结构应使机架上的零部件安装、调整和更换都方便。 （4）结构合理，工艺性好，还应使机架本身的内应力小，由温度变化引起的变形应力小。 （5）抗振性能好。 （6）耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少修理。 （7）有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性良好。10.4 机架设计步骤 （1）初步确定机架的形状和尺寸。根据设计准则和一般要求，初步确定机架的结构和尺寸，以保证内外部零件能正常运转。机架的结构形状和尺寸，取决于安装在它内部的与外部的零件和部件的形状与尺寸，配置情况、安装拆卸要求等。同时也取决于工艺、所承受的载荷、运动等情况。然后，综合上述情况，利用经验公式或有关资料提供的经验数据，同时结合设计人员的经验，并参考现有的机器，初步拟订出机架的结构的形状和尺寸 （2）根据机架的制造数量、结构形状和尺寸大小，初定制造工艺。例如非标准设备单件的机器、机座，可采用焊接带替铸造。 （3）分析载荷情况，载荷包括机架上的设备重量、设备运转的动载荷等。对于高架结构，还要考虑风载、雪载和地震载荷。 （4）确定结构的形式，例如采用衍架结构还是采用板结构等。再参考有关资料，确定结构的主要参数。 （5）画出结构简图 （6）参照类似设备的有关规范、规程，确定本机架结构所允许的挠度和应力。 （7）进行计算，确定尺寸。 （8）有必要时，进行详细计算并校核并做模拟试验，对设计进行修改，确定最终尺寸。10.5 机架结构的选择 根据前面的准则和要求，进行机架结构的选择仍是一个复杂的过程。对结构形式、构件截面和特点构造等均需要结合具体的情况进行仔细的分析。对结构方案要进行技术经济比较。由于各种设备有不同的规范和要求，制定统一的机架结构选择方法较困难。但是，可以利用结构力学的知识提出下列一般的规则。这些规则是为了节约材料在选择结构形式时应遵守的一般规律。 （1）结构的内力分布情况要于材料的性能相适应，以便发挥材料的优点。轴力较弯矩能更充分的利用材料。杆件受轴力作用时，截面上材料的应力分布是均匀的，所有材料都得到充分利用。但在弯矩作用下截面上的应力分布是不均匀的，所以材料的利用不够经济。 机械结构中许多构件所受的载荷都是垂直于杆轴的方向作用的。弯矩沿杆长变化很迅速。有垂直载荷处，弯矩曲线有曲率，且曲率与载荷密集度成正比。最大的弯矩常限于一小段内，在较长段内材料不能充分利用，这是弯曲构件不经济的另一个原因。 这个规则的一个明显的例子就是衍架的使用材料较梁更为经济，梁所以常用于小跨结构是因为构造的简单和制作的便利。在大跨的结构中，衍架是更经济的形式。 （2）结构的作用在于把载荷由施力点传到基础。载荷传递的路程愈短，结构使用的材料愈省。 （3）结构的连续性可以降低内力，节省材料。10.6 机架常用的材料材料的选用，主要是根据机架的使用要求，多数机
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