【《曲柄压力机主要零部件结构设计计算》4100字】

曲柄压力机主要零部件结构设计计算目录TOC\o"1-3"\h\u31313曲柄压力机主要零部件结构设计计算 165191.1传动轴设计 147601.2键设计 3268611.3轴瓦受力分析 428741.4轴承设计 81.1传动轴设计1.1.1按扭转强度条件计算选轴的材料45钢，根据参考文献计算公式;(5-1)因，查参考文献表取代入上式得。考虑到有键槽d应扩大，取。1.1.2按弯扭合成强度条件计算传动轴上的作用力有两个，一个是齿轮作用力，另一个是皮带作用力大齿轮对小齿轮的法向力。其中模数,齿数，小齿轮所需传递的扭矩;故由皮带轮设计可知，皮带对轴的作用力;轴的受力情况如图1.1，图中R1和R2是支座反力。图1.1传动轴受力分析图由于截面Ⅰ－Ⅰ的弯矩和扭矩最大，所以此截面最危险。下面核算Ⅰ－Ⅰ截面的强度：由参考文献[12]表18-3选取轴的许用弯曲应力;(5-2)其中是考虑弯距和转距所产生的应力的循环特性不同而引入的修正系数。选取=1，代入计算得。圆整后，取。1.1.3核算轴的疲劳强度安全系数由于Ⅱ－Ⅱ截面有台阶，应力集中现象比较严重，且直径较小,扭矩又比较大，扭矩和其它截面相同弯矩，所以核算此截面的疲劳强度。由参考文献表得：，由参考文献[12]表18-2得；取由参考文献表查得：圆角处的由参考文献[12]表6-14查得：。又因为(5-3)仅考虑扭转应力时的安全系数为：(5-4)Ⅱ－Ⅱ截面的安全系数为：(5-5),所以轴安全。1.2键设计传动轴与大皮带轮之间用圆头普通平键连接，如图1.2。图1.2平键轴的直径,键的截面尺寸。初步拟定键长,对于圆头普通平键，因为两端的圆头部分与轮毂上的键槽不接触，所以：。平键连接所需传递的扭矩。平键材料为号钢，大皮带轮的材料为HT200(比平键和轴的材料差)。按参考文献表查得：。普通平键工作时，受到挤压和剪切，但其主要失效形式是因挤压而造成的压溃破坏，所以应验算挤压强度。受压表面的挤压应力,,;传动轴与小齿轮之间用圆头普通平键连接,其中。则b×h=18×11，初拟l=50mm，所以;按参考文献表查得：[p]=200～250MPa;;故：强度符合要求。1.3轴瓦受力分析当机器运动时，组成运动副的零件表面不可避免地发生直接接触摩擦，造成表面磨损，产生不同的摩擦阻力F。润滑是减少、减少甚至避免磨损的直接措施。由于摩擦表面之间的油膜厚度不同，使得摩擦状态可以分为干摩擦、边界摩擦、混合摩擦和液体摩擦，最极端的摩擦状态是干摩擦，因为摩擦副表面没有润滑油膜，摩擦表面容易形成粘着撕裂，摩擦阻力f=1；理想的磨损条件是流体摩擦，润滑油膜将摩擦表面完全分离，液体分子之间只有摩擦系数f=0.00~0.008，但形状不均匀，形成液体摩擦状态的条件非常复杂。摩擦系数f=0.001~0.1。轴承的摩擦系数曲线f随特征系数X=NN/P而变化。为了减少摩擦副之间液体摩擦引起的磨损，必须在轴瓦和轴颈之间形成流体动力润滑，这必须满足以下条件：(1)润滑油粘度选择适当，润滑油供应连续充足；（2)严格控制多支承轴承的同轴缺陷和磨损；（3）板材和轴承应具有精确的几何形状；（4）轴颈应保持一定的线速度，以获得足够的油型压力；（5）在摩擦状态下，轴瓦与轴承之间的摩擦并不是造成轴瓦磨损的唯一原因，由于摩擦副表面的油膜形态和特性不同，应力的相互作用形成不同的表面磨损形态。不同磨损形态后可分为粘着磨损、磨粒磨损和腐蚀防护。导致轴承箱胶合的机理：在径向应力作用下，轴承与车间局部摩擦面直接接触，使金属粘在接触形式上。在随后的操作中，粘着点被切断，导致金属的转移和粘着，导致粘着磨损；轴承的磨粒磨损机理：摩擦副表面有硬磨粒。磨粒的切削作用是在摩擦副表面划伤或磨粒嵌入软质材料的表面。这主要是由于润滑油中的机械杂质渗入轴的工作面造成的；3）摩擦副表面的腐蚀防护主要包括电化学腐蚀涂层和空化磨损。由于建华油含水量高，在轴承低油压区容易蒸发。当它到达突然高压储存区时，会突然爆裂产生液锤。这会使轴承表面的局部金属疲劳减少，形成坎普瓦表面的蜂蜜状腐蚀；或因润滑油在高含水量下溶解于酸性氧化物中，在特殊介质上发生电化学腐蚀。流体动力润滑利用液体的粘附力使液体粘附在摩擦表面上，如果摩擦副处于相对运动状态，则液体在两个摩擦副的摩擦表面之间流动。当摩擦副表面形成收敛的工具空间时，插入摩擦副摩擦表面的流体形成一定的压力，该压力与摩擦副的运动速度和流体的粘度有关。变化。如果液体的粘度恒定，摩擦副的运动速度越快，形成流体的压力就越大；如果摩擦副的运动速度恒定，流体的粘度就越大，进入摩擦表面的液体的流动压力就越大，就变得像模具一样是的。摩擦副的恒定相对运动产生一定的压力，将液体排出到两个摩擦表面，例如分离两个摩擦表面的形状和两个摩擦表面之间的直接接触。轴承有滚动轴承和滑动轴承。从结构上来看，滚动轴承由滚动体来支撑轴；而滑动轴承直接由轴瓦的面来支撑轴。从运动方式来看，滚动轴承是由滚动体的滚动来支撑轴的，滚动轴承的内圈与轴保持相对静止；而滑动轴承中，轴与轴瓦直接接触，并发生相对滑动。与滚动轴承相比，滑动轴承的接触面更大，那么它的受力面积也就越大，所以滑动轴承在巨大冲击、重载、速度低、润滑差等不良情况下也能够稳定的运行。根据所承受的主要载荷方向的不同，我们将滑动轴瓦分成了推力滑动轴瓦和径向滑动轴瓦俩类，径向滑动轴承的主要组成零件为：轴承盖、轴承和轴瓦。轴瓦与轴直接接触，并且支撑着轴，与轴发生相对滑动，如图1.3。图1.3轴瓦与轴相对位置图轴瓦是滑动轴承最核心的零件。这就是轴瓦的设计和制造要求特别严格的原因，轴瓦作为滑动轴承的核心零件，不仅要支撑轴、承受轴给它的径向力，而且还要与轴发生相对滑动，容易让轴瓦出现磨粒磨损、刮伤、胶合等失效现象，轴瓦有一直在相同的位置承受往复的力。为满足上述要求，轴承必须具有较高的强度、减磨性、耐磨性、抗咬黏性。根据结构差异，把轴瓦分为整体式和对开轴瓦。对开式轴瓦的结构更为复杂和昂贵，如果轴瓦发生磨损，可以将滑动轴承的轴承盖打开，调整轴承与轴之间的间隙，提高了轴承的使用寿命。常见的轴承材料有三类：（1）金属材料：（2）多孔质金属材料：（3）非金属材料。常用的金属轴瓦材料有轴承合金（也叫巴式合金或白合金）、铜合金、铝基轴承合金、灰铸铁及耐磨铸铁。白合金弹性模量与极限都比较低，嵌入性和摩擦顺应性最好，易磨合、不易胶合，但强度较低，所以不单独做成轴瓦，通常附着在其他材料上做轴承衬，用于中高速、重载场合，价格较高。铜合金强度高、耐磨性和减磨性好，锡青铜合金轴瓦常用于中速重载场合；铅青铜合金轴瓦常用于高速重载场合；铝青铜合金轴瓦常用于低速重载场合。铝基轴承合金耐蚀性好、疲劳强度较高，摩擦性也不错，价格较轴承合金和青铜低一些，可以作为其替代品。灰铸铁及耐磨铸铁比较脆，且磨合性差，只适用于低速轻载的场合。多孔质金属由多种不同金属粉末压制、烧结而成，结构疏松、多孔，润滑油易进入孔中，所以也叫含油轴承，具有自润滑性，但韧性较差，只能用于平稳无冲击的低速状况。非金属轴瓦材料有木材、碳-石墨、塑料、橡胶等。如四氟乙烯抗强酸弱碱，有自润滑性，减磨性和耐磨性也很好；碳-石墨适用与不良环境；橡胶可以在以水为润滑剂且环境较脏的情况下使用；木材多孔，可以在灰尘较多的情况下使用。然而，随着新型复合材料的不断生产，出现了大量的新型复合材料。这些复合材料综合性能高，可以根据需要表现出不同的性能，复合材料在轴瓦中使用的频率在不断的增大。润滑油膜的厚度是由轴瓦和轴的相对速度来决定的，相对滑动速度越低，油膜厚度就会越低，润滑效果就越差，反之相对滑动速度越高，形成的油膜就会越厚，油膜也会更加完整，对其相对运动的润滑效果也就会更好。所以只有轴与轴承的相对速度大到一定程度时，所形成的油膜才能起到比较好的润滑作用。所以在滑动轴承与轴瓦的相对滑动速度过低时，油膜厚度小于俩接触面摩擦系数之和，无法起到润滑作用，处于干摩擦状态，此时滑动轴承与轴瓦之间的摩擦和磨损就会特别大。在静止状态下，由于轴受重力的作用，轴和轴瓦下正下方紧密接触，接触的地方只有很少的油、或者几乎没有，它们之间没有发生相对运动，那么也就没有摩擦和磨损，此时轴瓦仅对轴起着支承作用。压力机工作时，滑块的速度是可以变化的的，使轴的转速不稳定，在工作过程中会不断化。当轴与轴瓦相对速度较低时，油膜无法形成，或者生成的油膜不完整、不稳定、厚度薄，因此很难形成一个完整的、稳定的油膜用于高速重载轴瓦，所以轴承与轴瓦不能处于液体润滑状态。（1）轴瓦厚度对轴瓦受力的影响。随着厚度的增加，轴瓦的应力分布越均匀，等效载荷越低。这意味着它的承载能力提高了，但是它的剪切张力增加了，因此更容易产生疲劳失效。再次验证了轴瓦越薄，疲劳强度越高的结论。（2）轴瓦与轴的间隙越小，轴瓦的支承面越大，等效负载越小，应力分布越均匀。随着轴瓦间隙值的增大，其径向变形也会增大，但变形前后的间隙差值随着间隙值的增大先减小后增大，说明轴瓦与轴在一定的范围内有一个间隙值的最优解。1.4轴承设计在曲柄压力机中，曲轴的轴承负荷较大，冲击较严重，径向尺寸又有一定的限制，所以一般采用滑动轴承；而其它轴的轴承，一般采用滚动轴承曲轴上滑动轴承设计拟定：轴瓦的内径，轴瓦的工作长度。查参考文献表得。已知曲轴转速核算比压,所以。核算pv因为，所以，,。核算的计算结果可以说明,正常安装的轴承发热情况并非很严重,但这主要是基于在正确的安装及保证润滑条下面所得出的结论,但是如果安装方法不正确,轴承的润滑的条件也不好,轴承将会在极差的条件下工作,会导致轴承摩擦力增大，加剧磨损，大大降低其使用寿命，甚至轴承可能会被直接烧坏传动轴上滚动轴承的设计已知滑块行程次数，公称压力角。由参考文献表查得，负荷性质为中等冲击。由参考文献表查得。传动轴转速。由“传动轴”计算可知，皮带作用力，齿轮法向作用力。根据各支点的弯矩等于零得，即：，求得;，求得。由于支承1和支承2采用的轴承型号相同，而，所以只需计算支承2的寿命和静负荷。由参考文献表选定轴承型号为角接触球轴承，该轴承的参数为：。要求寿命大于小时。