【《基于曲柄滑块传动的翻板机结构设计案例》6400字】

主驱动轴的设计与校核4.1轴的选择对轴的选择要控制好材料指标，这里主要选择45钢，经过预处理。查表得，材料的力学性能为σb＝650MPa，σ-1＝270MPa，τ-1＝155MPa，E＝2.15×105MPa，按轴所受的转矩估算轴的最小直径为dmin＝A因为材料为45钢，取A＝115，得：dmin＝A·QUOTE2pn=115×3183.15因此选取轴的最小径为75cm4.2轴承的选择轴承是翻板机中必不可少的零件之一，为了能够使得套圈进行严格的定位，轴承和轴均采用过盈配合，并要求轴承在使用前必须是干净的，装配时需用专业工具或着在过盈配合环上垫上棒或着套，不可以通过滚动体和保持架传递压力或打击力[12]。这里我们主要以轴承所能承载的作用力进行规划，选择合适的轴承，最终以角接触球为主。根据dп-ш＝82mm，选取7271AC型角接触球轴承，其轴的基本尺寸如图4所示：图4轴的设计简图4.3轴的校核轴的整体结构较为复杂，结构之间的连接较为紧密，要多方面检查轴的结构，确定好结构承载负荷，保证其支撑结构稳定性，轴的载荷可以通过其他系数计算求得，基于轴强度特殊性，需要对轴强度进行校核。(1)轴的计算简图如图5所示：图5轴的力学简图(2)轮齿受力分析：圆周力：Ft＝QUOTE2Td=2×2332110130=35878.62N2T径向力：Fr＝QUOTEFttanαcosβ=35878.62×tan20.529°cos13.590轴向力：Fa＝Fttanβ＝35878.62×tan13.590°＝8673.32N(3)计算支反力：水平方向：FNH1＋FNH2－Ft＝0FNH1(l2＋l3)－Ftl3＝0FNH1＝26492.05NFNH2＝9683.57N垂直方向：FNV1＋FNV2－Fr＝0FNV1(l2＋l3)－Frl3－Ma＝0Ma＝QUOTEFaD28673.32×1302FNV1＝11703.39NFNV2＝2118.77N(4)弯矩图如图6所示：分别按水平面和垂直面计算弯矩：水平方向弯矩：MH＝FNH1·l2＝26492.05×98.5N·mm＝2609466.93N·mm垂直方向弯矩：MV1＝FNV1·l2＝11703.39×98.5N·mm＝1152783.92N·mmMV2＝FNV2·l3＝－2118.77×278N·mm＝－589018.06N·mm总弯矩：QUOTEM1=MH2+MV12=2609466.93图6弯矩图(5)根据第三强度理论进行校核σca＝QUOTEσ2+4αι2α——折合系数，由于弯曲应力和扭转切应力循环特性不同的影响。选取α＝1;σ——弯曲应力;τ——扭转切应力。弯曲应力计算：σ＝QUOTEMWMW（4-3）W——抗弯截面刚度：抗弯截面系数计算：W＝QUOTEπ32d3=π因此σ＝QUOTEMW=2852758.04215689.97=13.226Mpa扭转切应力计算：τ＝WT——抗扭截面刚度：抗扭截面系数计算：WT＝QUOTEπ16d3=2w=431379.94mm因此τ=代入式得：

σ前已选定轴的材料为45钢，调质处理，得[σ-1]＝60MPa。因此σca＜[σ-1]，所以安全。4.4轴承校核轴承型号为7217AC角接触轴承，轴承正装，预计设备的工作时间为40000小时，转速111r/m。(1)计算轴承数据：Fa＝8673.32NFt＝35878.62NFr1＝QUOTEFNH12+FFr2＝QUOTEFNH22+F7217AC角接触球轴承的派生轴向力为Fd＝0.68FrFd1＝0.68Fr1＝0.68×28962.01＝1969417NFd2＝0.68Fr2＝0.68×9622.73＝6543.46N (2)判断松紧端Fd1＝19649.17NFd2＋Fa＝6543.46＋8673.32＝15216.78N＜Fd1因此轴承左端放松，右端压紧。放松端轴承承受的轴向力为：Fa1＝Fd1＝19694.17N压紧端轴承承受的轴向力：Fa2＝Fd1-Fa＝19694.17－8673.32＝11020.85N(3)计算轴承的当量动载荷QUOTEFa1Fr1Fa1FQUOTEFa2Fr2Fa2Fr2＝1.145＞得，X1＝1，Y1＝0X2＝0.41，Y2＝0.87轴承的当量动载荷：P＝fd(XFr＋YFa)（4-5）fd——载荷系数，取1。因此，P1＝fd(X1Fr1＋Y1Fa1)＝1.5×(1×28962.01＋0)＝43443.02NP2＝fd(X2Fr2＋Y2Fa2)＝1.5×(0.41×9622.73＋0.87×11020.85)＝20300.19N得{P1,P2}max＝P1＝43443.02N(4)计算轴的寿命 Lℎft——温度系数，选取ft＝1;ε——指数，对于球轴承，ε＝3;C——基本额定动载荷，得C＝65.5Kn。代入得，Lh＝QUOTE10660nftc5曲柄滑块传动的设计曲柄滑块机构具有联动性的特点，各个元件之间相互连接，接触面相对比较低，加工起来也比较简单，更容易实现高效生产，同时保证精度达标。具有承载能力大，利于润滑，磨损轻，寿命长，易于加工，成本低等特点，故在机械行业中得到广泛应用[13]。曲柄滑块机构在机械中的应用频率比较高，这种机构运动及动力性能研究方法与平面铰链四杆机构有所不同。曲柄滑块机构具有一定的延伸性，可以分化为三部分，包括导杆机构、摇块机构、定快机构，它们之间都有一定的连接性，彼此之间共同作用，推动曲柄滑块机构稳定运行。定块机构用于抽水机桶机构和空油泵机构中[14]。5.1曲柄的设计曲柄滑块机构本身具有多重应用优势，结构稳定性比较高，接触面比较紧密，能够有效降低加工难度，同时精度也可以得到保障。在机械制造中的应用程度比较高。但是曲柄滑块机构还是存在一定局限性，在承载符合高的情况下机构会失去运行作用，在设计过程中要重点考虑这方面的问题。随着工业的进一步发展，要进一步优化机构的传动性能，从多个方面提高其参考系数。因为翻板装置转动的半径为900mm，齿轮的中心距为500mm，所以选择导轨长度为700mm，然而曲柄转动需保证导轨转动90度，因此曲柄必须安装在距离轴心坐标为（-250，-250）的位置上。所以曲柄的中心距为250mm，因为曲柄自身的重量可能会引起不必要的负荷，所以选取曲柄厚度为25mm，为了增加曲柄的强度和刚度，因此在有孔的配合处需要加长。销孔为48mm，电动机输出轴配合的孔直径为65mm。可绘出曲柄的三维模型，如图7所示：图7曲柄的三维模型图5.2导轨的设计在工作过程中滑块需要保证下表面与工作台上表面之间的平行度，同时滑块运动方向与工作台表面需要保证相应的垂直度，需要通过导轨保证运动精度[15]。由于齿轮轴的中心高在500mm左右，然而滑块在导轨里的滑动距离为400mm，滑块的长度为100mm，所以导轨的长度为450mm，加上孔的外圆半径为65mm，滑块的厚度为40mm，底的厚度为10mm，所以导轨的厚度为50mm。可绘制出导轨的三维零件图，如图8所示：图8导轨的三维零件图5.3滑块和销的设计在运动过程中滑块受压力Fn和摩擦力fs，选取滑块的长度为80mm，宽度为50mm，厚度为50mm，导块部分厚度为30mm。fs=Fn×=45609.2×0.21=9577.9N

F合=Fn=F/A=46603.8/0.04×0.07=16.64MPa<=191.6MPa所以能够满足要求。=s/S=230/1.2=191.7Mpa，可绘制出的滑块三维零件图，如图9所示：图9滑块三维零件图在工作过程中销受剪切力，根据强度条件得：=F/A=46603.2/3.14×0.0142=75.78MPa＜=149MPa故安全（=/S=373/2.5=149MPa，得安全系数K=1.5-2.5，选取K=2.5，初选销的直径为28mm）。可绘制出销的三维模型图，如图10所示：图10销的三维模型图结论翻板机在各个行业领域中都有一定的应用，而且应用效果相对来说比较理想。然而每一种翻板机应用的工况和要求并不完全一致，从而造成了翻板机的标准各不相同，再加上设计水准和设计手段参差不齐等弊端，翻板机的研究价值也随之体现出来。由于目前翻板机有着多种多样的形式，因此翻板机的种类也有很多。不同的翻板机其性能不同，目前我们所熟知的翻板机就有好多种，翻板机在钢厂中的应用最为广泛，同时也是钢厂中不可缺少的设备之一，它主要作用在于翻转钢板，起到一个质量检测的作用，同时也可以借助翻转板实现对钢板的人工调整。翻板机有着较为明显的结构特点，曲柄滑块机构是翻板机的延伸，它能够通过减速器实现低速转动，转化转动方式，翻板机由多个小构件组成。当翻板机在工作时，钢板被送到由多个翻转臂组成的