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┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 具有分布式載荷特色的升降大重工件的起重系統(tǒng) 盡管人們非常熱衷于深水域和超深水域的極限壓力活動，可是他們并沒有意識到，在淺水域他們同樣面臨著許多技術(shù)難題。特別是像起重機(jī)這樣在淺水域重負(fù)荷下工作的裝置，正變得越來越“多才多藝”，逐漸成為穩(wěn)固的生產(chǎn)解決方式。 道哈恩，OSL近海系統(tǒng)及德克機(jī)械的主席，說，他們公司的起重機(jī)的承載能力正在增加。這歸功于行業(yè)心態(tài)的新建與現(xiàn)有裝置的升級。一般元素就是生產(chǎn)設(shè)備早期生產(chǎn)是，從許多深水域經(jīng)濟(jì)意義下的操作方式來看，好像淺水域的操作人員已經(jīng)也將這一觀點(diǎn)記在心里了?，F(xiàn)在，操作人員希望起重機(jī)裝置在淺水域既能鉆孔又能鑿井，而不是僅僅能夠移動鉆孔。 對設(shè)計并建造起重機(jī)系統(tǒng)的道哈恩來說，有意義的事就事最大載荷能力的增加，富有挑戰(zhàn)性的工作就是如何才能安全地吊起和安全地卸荷，以消除過載并超過系統(tǒng)未預(yù)想承載能力的技術(shù)性限制的這一上升危險性。就拿設(shè)計這一環(huán)節(jié)來說，每個都愿意從一張潔凈的紙張開始，可是實(shí)際上很少如此。地球上確實(shí)有數(shù)以百計的近海域的起重機(jī)。當(dāng)在現(xiàn)有的裝置上改進(jìn)一個新的系統(tǒng)時，道哈恩和他的工作人員就在受限的空間和現(xiàn)有能力范圍內(nèi)開展工作。著時一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的工作，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，起重機(jī)支架和點(diǎn)輪系統(tǒng)的設(shè)計受所有材料方面的限制也就是說，對齒輪牙的大小及系統(tǒng)所用材料，僅有這么多可用的額外能力。另外，真正的危險在于起重過程中較重裝置會擊穿海床，因此，反復(fù)考慮整體設(shè)計是非常重要的，這就是OSL所要做的。 道哈恩說，“增強(qiáng)起重系統(tǒng)能力的關(guān)鍵是明確機(jī)殼載荷是如何通過起重系統(tǒng)弦桿齒輪架及齒輪系統(tǒng)上，與機(jī)器支架相聯(lián)的最低的齒輪載荷最大載荷。”載荷的分布基本上是以一個齒輪到下一個齒輪降低20%。比如，在一個有3個齒輪的裝置上，有一半載荷有最低的齒輪承載，下一齒輪就承擔(dān)30%，最上層的承擔(dān)20%，然后逐漸減少。 OSL的目標(biāo)是，設(shè)計一個通過各樣齒輪完全分配機(jī)器支架承載的系統(tǒng)。道哈恩說，提出的設(shè)計里僅有2%的多樣性，所有并不是要獲得多樣性。這樣就實(shí)現(xiàn)了兩件事：系統(tǒng)的可靠性得到實(shí)質(zhì)性的提高；齒牙的疲勞壽命也得到提高。 為了保證具有持續(xù)的速度，就OSL電力驅(qū)動系統(tǒng)使轉(zhuǎn)矩多樣化。這樣在開動機(jī)器時，漸漸上升或下降的系統(tǒng)就不會超出齒輪所能承受的壓力值。傳統(tǒng)系統(tǒng)上，當(dāng)起重機(jī)啟動時將會產(chǎn)生一股強(qiáng)大的電流，這在工作過程一開始就使齒輪受壓并產(chǎn)生疲勞。 這項(xiàng)新系統(tǒng)消除了這一現(xiàn)象，可是與一開始就立即進(jìn)入工作狀態(tài)不同，在起重過程開始提升之前，機(jī)器就被安放好以使所有齒輪平衡受載。道哈恩說，這一電力系統(tǒng)另外以好處就是，制動過程中仍可以給馬達(dá)供油，為保證機(jī)器支架能承受工件載荷，系統(tǒng)使每個支架都承擔(dān)力矩。力矩逐漸增至能夠舉起工件的水平，比如，如果其中一個支架將要過載，系統(tǒng)就在這以支架上將速度增加3倍并有效的加以延長，直至使力矩保持在原有水平的10%之內(nèi)。然后，系統(tǒng)下降，保持在一定水平位置。這一系統(tǒng)還能補(bǔ)充在承載下沉的支架以保持裝置水平。能對不利的環(huán)境有迅速反應(yīng)的關(guān)鍵能力。一旦一支架與海床接觸，力矩便能在原處保持一種動態(tài)的狀態(tài)，直到另外的支架也是如此。當(dāng)所有的支架都穩(wěn)固后，承載等的操作以這種動態(tài)的操作狀態(tài)開始進(jìn)行。 這種系統(tǒng)能夠安裝在一個起重機(jī)上，或安裝在現(xiàn)有起重系統(tǒng)的動力輸入上。不斷變化的頻率驅(qū)動馬達(dá)以適當(dāng)?shù)鸟R力和力矩與現(xiàn)有驅(qū)動齒輪箱的輸入相適應(yīng)。 通過運(yùn)用專門的技術(shù)，其母公司Oigear在液壓業(yè)不斷發(fā)展壯大。OSL設(shè)計了這樣一項(xiàng)系統(tǒng)。它能改變作用在齒牙上的載荷以使載荷平均分布在與支架相連的各個齒牙上。同時，它能對使加其上的載荷變化做出迅速的反應(yīng)。這種設(shè)計另外一個好處就是，它能使分布在每個齒輪上的載荷按有序地發(fā)生變化。比如，當(dāng)暴風(fēng)雨來臨時，能控制分布載荷反向。這意味著，一定比例的載荷會被轉(zhuǎn)移到上層齒輪上，以用于補(bǔ)償施予支架的海浪作用產(chǎn)生的風(fēng)暴載荷；這樣就在總體結(jié)構(gòu)上與風(fēng)暴作用力效應(yīng)相抵消。 傳統(tǒng)的千斤頂和齒輪起重系統(tǒng)所能承載的極限時1500千磅左右。千斤頂和齒輪設(shè)計的幾何形狀有AGMAS統(tǒng)一規(guī)定。齒牙的布置必須符合這些所涉標(biāo)準(zhǔn)。從材料這方面來講，這種裝置最多用100ksi。可是要采用更多的進(jìn)口金屬，成本不允許。增強(qiáng)承載能力的另一途徑時加寬齒輪。現(xiàn)在一般千斤頂齒牙接觸部分的極限寬度約為，生產(chǎn)在寬一點(diǎn)的齒輪就變得成本不允許。另外一種方法是增加與支架相連的齒輪數(shù)量，大多數(shù)起重機(jī)有36個齒輪。道哈恩說。加長系統(tǒng)會達(dá)到54至72個。可是這樣一來，每個齒輪就給系統(tǒng)成本增添200000美元。 道哈恩說，為了顯著增加可變載荷，就要退一步看，重新看待起重機(jī)是如何起重的。現(xiàn)有的設(shè)計都采用接觸撞擊圓筒的操作方式—oifgear和Bet lehem Shipyard設(shè)計系統(tǒng)，這一系統(tǒng)里有一圓筒，一個上下移動支架或傳統(tǒng)千斤頂?shù)妮S，齒輪類型系統(tǒng)。 OSL設(shè)計一項(xiàng)新的系統(tǒng)，采用三機(jī)筒裝置作為連續(xù)直線馬達(dá)同步操縱，這些機(jī)筒使支架以120度角排列。因此當(dāng)?shù)讓訖C(jī)筒嚙合機(jī)架時，上層機(jī)筒釋放受力。當(dāng)有2個機(jī)筒作業(yè)時，第三個機(jī)筒被重置以承擔(dān)部分載荷。道哈恩強(qiáng)調(diào)說，這三個機(jī)筒能提供連續(xù)平穩(wěn)的動力，使裝置以每分鐘約1-2英尺的速度上下運(yùn)動。 道哈恩說，這種設(shè)計和容易調(diào)整，通過增加或減少機(jī)筒直徑，以及每個支架弦桿的數(shù)量更高的可變性載荷。由于這些不是單齒輪嚙合的齒輪驅(qū)動，桿尾千斤頂嚙合機(jī)筒卡盤以多牙與支架。平均地分布并傳遞載荷于齒牙。因?yàn)閮蓚€機(jī)筒的整個卡盤面總是嚙合在一起，這種設(shè)計業(yè)確定一種更大的起重面積分布里載荷。這改善了載荷的分布情況并且便于千斤頂更具用耐磨性。道哈恩說，采用這一設(shè)計，他的公司就能建立可承載幾倍與市場上通行的最大起重機(jī)的承載能力。 共 3 頁 第 3 頁 中北大學(xué)分校2007屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 1 緒論 1.1 設(shè)計的主要目的 本課題主要完成的是一放線機(jī)升降結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括線圈夾緊.升降機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)線圈的夾緊.裝卸操作。該放線機(jī)用于計算機(jī)通訊線纜或類似線纜的裁切的自動供料，以保證線纜切線長度。 1.2 設(shè)計的主要思路 設(shè)計研究的主要思路就是想把傳統(tǒng)的螺旋式升降改為液壓升降，這樣就可以大大的節(jié)省人力物力，而且也能精準(zhǔn)的完成機(jī)械的自由升降。以便更好的使用放線機(jī)。本人的想法是想用液壓驅(qū)動不想用陳規(guī)的螺桿升降， 要解決這些問題必須解決升降系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)，在常規(guī)的螺桿升降的前提下，要提升很大重量到指定高度是非常困難的，這樣會大大的降低工作效率，所以選用液壓升降會大大節(jié)省人力物力，還有就是因?yàn)閯偩碣|(zhì)量非常大，單靠鋼絲繩的拉力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，想要正常的自由旋轉(zhuǎn)就必須要有一個可靠的驅(qū)動系統(tǒng)，現(xiàn)在一般用的驅(qū)動系統(tǒng)都是電機(jī)驅(qū)動，因?yàn)樗性S多優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)線卷的拉力大小來調(diào)節(jié)他的轉(zhuǎn)速，還可以進(jìn)行一般的正反轉(zhuǎn)，還有就是在電機(jī)上安裝一個變頻器，可以無限調(diào)速，可以得到任何想要得轉(zhuǎn)速。驅(qū)動裝置則是用液壓驅(qū)動，它可以避免由于螺桿滑絲而引起的不必要的工程事故，而且力大可以迅速提升到指定高度。 1.3 設(shè)計的要求 1.夾緊只限于軸向，線繞度不受限制，夾緊力不致使線軸破壞。 2.驅(qū)動力可采取外驅(qū)動力。 3升降過程要求平穩(wěn).快捷。 4.放線時線圈外徑懸空高度200mm—400mm。 5.線圈形狀尺寸示于圖1.1 圖1.1 線卷的零件圖 1.4 放線機(jī)發(fā)展情況綜述 科學(xué)的發(fā)展越來越要求精確的技術(shù)，以此同時我們還不能以犧牲效率為代價?，F(xiàn)在線路的應(yīng)用越來越多，相應(yīng)各種線的切割，也越來越多，這就要求我們有一種設(shè)備既有很高的效率又能保證精度要求。所以我們來研究放線機(jī)有很好的經(jīng)濟(jì)很社會效益。 現(xiàn)階段我國在各項(xiàng)技術(shù)中一直處于先進(jìn)水平，在一些領(lǐng)域還保持著領(lǐng)先。 一種應(yīng)用于鋼簾線及高精度、高性能金屬線材生產(chǎn)的現(xiàn)代化關(guān)鍵設(shè)備——25模多功能智能化高速水箱拉絲機(jī)，由江蘇泰隆機(jī)械集團(tuán)研制成功，并于4月9日通過了科技成果鑒定。鑒定委員會認(rèn)為，該設(shè)備的研制對推動我國高端金屬線材制造技術(shù)的發(fā)展，扭轉(zhuǎn)我國金屬線材產(chǎn)量雄踞世界第一而裝備技術(shù)卻受制于發(fā)達(dá)國家的被動局面，具有重大現(xiàn)實(shí)意義。 這一技術(shù)成果的鑒定委員會主任由中科院院士吳宏鑫擔(dān)任，來自中國航天科技集團(tuán)、中國冶金設(shè)計院、南京航天航空大學(xué)、等國家高科技領(lǐng)域的科研院所及高校的權(quán)威專家組成鑒定小組。專家組在認(rèn)真審定江蘇泰隆機(jī)械集團(tuán)提供的設(shè)計方案、技術(shù)資料和制造工序的基礎(chǔ)上，參照了國際、國內(nèi)重點(diǎn)用戶的應(yīng)用結(jié)論，一致認(rèn)定，該項(xiàng)成果采用集成化、立體式傳動結(jié)構(gòu)和單側(cè)主動式25道次拉拔技術(shù)，鋼絲拉拔直線性能好，模具消耗低，拉絲效率高；單臺設(shè)備集拉絲機(jī)、收線機(jī)、張力柜、配電柜等多種設(shè)備功能于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，大大節(jié)省了金屬材料、裝配工序和使用空間；以變頻技術(shù)為依托，采用智能化技術(shù)實(shí)施動態(tài)性集中控制，來進(jìn)行各種放線機(jī)的升降運(yùn)動。 江蘇泰隆機(jī)械集團(tuán)幾年前開始金屬線材設(shè)備的開發(fā)研制，通過自主開發(fā)和引進(jìn)消化，逐步形成從金屬拉絲、高速層繞、重卷、外繞、放線、CO2氣體保護(hù)焊絲及各類特種金屬線材成套設(shè)備的開發(fā)與制造體系，不僅國內(nèi)市場占有率達(dá)70％以上，而且出口10多個國家和地區(qū)。企業(yè)成為全國最大的金屬線材制品設(shè)備生產(chǎn)、銷售和出口大戶。目前，該集團(tuán)在線材制品設(shè)備的工藝技術(shù)方面已擁有多項(xiàng)自主知識產(chǎn)權(quán)和專利技術(shù)。這次通過技術(shù)成果鑒定的25模高速水箱拉絲機(jī)已申報了7項(xiàng)專利。 隨著國家現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代施工項(xiàng)目對升降機(jī)要求也越來越高，高、深、尖液壓技術(shù)在升降機(jī)上的應(yīng)用也越來越廣泛，液壓系統(tǒng)展示了強(qiáng)大的發(fā)展趨勢。前最常用的起升液壓系統(tǒng)為定量泵、定量或變量馬達(dá)開式液壓系統(tǒng)，然而，現(xiàn)代施工對起升系統(tǒng)提出了新的要求：節(jié)能、高效、可靠以及微動性、平穩(wěn)性好。為了適應(yīng)這些新的要求，以前的定量泵將逐步被先進(jìn)可靠的具有負(fù)載反饋和壓力切斷的恒功率變量泵所取代，先前的定量馬達(dá)或液控變量馬達(dá)也將被電控變量馬達(dá)所取代。這種系統(tǒng)將能有效的達(dá)到輕載高速、重載低速和節(jié)能的效果。 1.5 放線機(jī)升降機(jī)構(gòu)總體設(shè)計方案 本人的想法是想用液壓驅(qū)動不想用陳規(guī)的螺桿升降，要解決這些問題必須解決升降系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)，在常規(guī)的螺桿升降的前提下，要提升很大重量到指定高度是非常困難的，這樣會大大的降低工作效率，所以選用液壓升降會大大節(jié)省人力物力，還有就是因?yàn)閯偩碣|(zhì)量非常大，單靠鋼絲繩的拉力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，想要正常的自由旋轉(zhuǎn)就必須要有一個可靠的驅(qū)動系統(tǒng)，現(xiàn)在一般用的驅(qū)動系統(tǒng)都是電機(jī)驅(qū)動，因?yàn)樗性S多優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)線卷的拉力大小來調(diào)節(jié)他的轉(zhuǎn)速，還可以進(jìn)行一般的正反轉(zhuǎn)，然而用液壓驅(qū)動就可以避免由于螺桿滑絲而引起的不必要的工程事故，而且力大可以迅速提升到指定高度。當(dāng)然這對機(jī)架的材料要求又有了提高，必須要選一種可以承擔(dān)大壓力的支架材料，要進(jìn)行校核。 1.5.1 液壓的工作原理 液壓油形成一定的壓力，經(jīng)濾油器、隔爆型電磁換向閥、節(jié)流閥.液控單向閥、平衡閥進(jìn)入液缸下端，使液缸的活塞向上運(yùn)動，提升重物，液缸上端回油經(jīng)隔爆型電磁換向閥回到油箱，其額定壓力通過溢流閥進(jìn)行調(diào)整，通過壓力表觀察壓力表讀數(shù)值。 液缸的活塞向下運(yùn)動（既重物下降）。液壓油經(jīng)防爆型電磁換向閥進(jìn)入液缸上端，液缸下端回油經(jīng)平衡閥、液控單向閥、節(jié)流閥、隔爆型電磁換向閥回到油箱。為使重物下降平穩(wěn)，制動安全可靠，在回油路上設(shè)置平衡閥，平衡回路、保持壓力，使下降速度不受重物而變化,由節(jié)流閥調(diào)節(jié)流量，控制升降速度。 為使制動安全可靠，防止意外，增加液控單向閥，即液壓鎖，保證在液壓管線意外爆裂時能安全自鎖。安裝了超載聲控報警器,用以區(qū)別超載或設(shè)備故障。 電器控制系統(tǒng)通過防爆按鈕SB1—SB6來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，隔爆型電磁換向閥的換向，以保持載荷提升或下降，且通過“LOGO”程序調(diào)整時間延遲量，避免電機(jī)頻繁起動而影響使用壽命。 1.5.2 夾緊的機(jī)構(gòu)設(shè)計 放線機(jī)的夾緊也一個重要的部分，因?yàn)橹挥袏A緊裝置作好了，機(jī)構(gòu)才能正常運(yùn)行。所以我選擇采用一邊固定頂尖，一邊活動頂尖的夾緊方法。 當(dāng)液壓缸把線卷升到指定高度時，先將其一端放入固定頂尖，然后在推動活動頂尖將其夾緊。因?yàn)闈L子的重量比較大，所以在其活動頂尖的一端再加一個液壓缸，通過液壓來控制它的夾緊程度。 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)草圖示于圖1.2 圖1.2 總體設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)草圖 2理論分析及零部件的選用 2.1 材料的選用 用于要求強(qiáng)度較高，韌性中等的零件，通常在調(diào)質(zhì)或正火狀態(tài)下使用，表淬硬度在HRC10-50。用于制造齒條齒輪，鏈輪，軸，鍵，銷，蒸汽透平機(jī)的葉輪，壓縮機(jī)及泵的零件，軋輪等?？纱鏉B碳鋼做齒輪，軸，活塞銷等，但要經(jīng)過高頻或火焰表面淬火。所以根據(jù)要求選擇45號鋼。 2.2 軸承的選用 2.2.1 軸承類型的選擇方法 選用軸承時，要正確考慮它的主要因素。 (1) 軸承的載荷 軸承所受載荷的大小，方向和性質(zhì)，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。根據(jù)載荷的大小選擇軸承時，由于滾子軸承中主要元件是先接觸，以用于承受較大的載荷，承載后的變形也小。而球軸承中則主要為點(diǎn)接觸，以用于較輕的或中等的載荷，故在載荷較小時，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。 根據(jù)載荷方向選擇軸承類型時，對于純軸向載荷，一般選用推力軸承。較小的載荷可選用推力球軸承，較大的載荷可選用推力滾子軸承。對于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承。當(dāng)軸承在承受徑向載荷時，一般選用深溝球軸承，圓柱滾子軸承，滾針軸承。當(dāng)軸承在承受徑向載荷Fr的同時，還有不大的軸向載荷Fa 時，可選用深溝球軸承，或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，當(dāng)軸向載荷較大時，可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，分別承擔(dān)徑向載荷和軸向載荷。 （2）軸承的轉(zhuǎn)速 在一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低對類型的選擇不發(fā)生什么影響，只有在轉(zhuǎn)速較高時，才會有比較顯著的影響。軸承樣本中列入了各類，各種尺寸的極限轉(zhuǎn)速，這個轉(zhuǎn)速是指載荷不太大，冷卻條件正常，且為0級公差等級軸承時的最大允許轉(zhuǎn)速。但是，由于極限轉(zhuǎn)速主要是受工作時溫升的影響，因此，不能認(rèn)為樣本中是一個絕對不能超過的界限。從工作的轉(zhuǎn)速對軸承的要求看，可以確定為以下幾點(diǎn)： 1〉球軸承與滾子軸承比較，有較高的極限轉(zhuǎn)速，故在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。 2〉在內(nèi)徑相同的條件下，外徑越小，則滾動體就越小，運(yùn)轉(zhuǎn)時滾動體加在外圈軌道上的離心慣性力也就越小，因而就更適合于在高速的轉(zhuǎn)動下工作。故在高速時，宜選用同一直徑系列中外徑較小的軸承，外徑較大的軸承，宜用于低速重載的場合。要用一個外徑較小的軸承而承載能力達(dá)不到要求時，可再裝一個相同的軸承，或者考慮選用寬系列軸承。 3〉保持架的材料與結(jié)構(gòu)對軸承轉(zhuǎn)速影響極大。實(shí)體保持架與沖壓保持架允許高一些的轉(zhuǎn)速，青銅實(shí)體保持架允許更高的轉(zhuǎn)速。 4〉推力軸承的極限轉(zhuǎn)速均很低。當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高時，若軸向載荷不十分大，可以采用角接觸球軸承。 5〉若工作轉(zhuǎn)速稍微超過了樣本中規(guī)定的極限轉(zhuǎn)速，可以用提高軸承的公差等級，或者適當(dāng)?shù)募哟筝S承的徑向游隙。選擇循環(huán)潤滑或油霧潤滑，加強(qiáng)對循環(huán)油的冷卻，等措施來改善軸承的高速性能。若工作轉(zhuǎn)速超過極限轉(zhuǎn)速較多，應(yīng)選用特制的高速軸承. 2.2.2 軸承的計算選用 此軸承的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速不高，軸向載荷不大，可以代替推力軸承受純軸向載荷。 （1）根據(jù)工作條件選用0300型軸承。 軸向載荷 Fr=5000N 軸向載荷 Fa =2500N 計算 查表6-24知向心軸承的最大e=0.44 (2) 計算當(dāng)量動載荷P P=fd(X*FR+Y*Fa) 查表6-25知fd=1.0～1.2 取1.2 查表6-24知X=0.56 Y應(yīng)在型號及C0取定后才能最終確定，現(xiàn)暫時取Y=1.5待以復(fù)算。 P=1.2*（0.56*5000+1.5*2500） =1.2*（2800+3750） =7860N （3）計算額定動載荷C C=P =56680N （4）查表6-34重窄系列得知與56680N最接近的值為64100N。所以取312號軸承。即型號為36312號軸承。 （5）驗(yàn)算。 1）C0=49400N 2）查表6-24知這時Y在1.8～1.6之間，用插值法計算Y值。 Y=1.8- 所以X=0.56 Y=1.7 3）P=1.2*（0.56*5000+1.7*2500） =8460N 4）驗(yàn)算Lh值。 L h= =5799h 預(yù)期壽命小于現(xiàn)壽命，所以選36312號軸承。 (6)在此選用的附表全部來自《機(jī)械設(shè)計制圖手冊》--同濟(jì)大學(xué)出版社出版。 2.2.3 軸承的尺寸 表2.2.1軸承的標(biāo)準(zhǔn)尺寸 d D B Tman Tmin r R1 a 60 130 31 31 30.5 3.5 2 25.6 D1 D2 rg 73 117 2 表2.2.3軸承的標(biāo)準(zhǔn)載荷 額定動載荷C 額定靜載荷C0 極限轉(zhuǎn)速r /min 83.0KN 72.5KN 4800 2.2.4 軸承的標(biāo)準(zhǔn)外形和安裝尺寸圖 圖2.2.1 軸承的外形和安裝尺寸 2.3 液壓缸的選用 2.3.1 液壓的研究對象 液壓傳動是研究已有的壓流體為能源物質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的船東和自動控制的科學(xué)。液壓它是利用各種控制元件組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成能完成一定控制功能的傳動系統(tǒng)來進(jìn)行能量的傳遞，控制和轉(zhuǎn)換。 液壓傳動所用的工作介質(zhì)為液壓油或其他合成液體，液壓傳動傳遞動力大，運(yùn)動平穩(wěn)。但由于液體粘性大，在流動過程中阻力損失大，因而不宜作遠(yuǎn)距離傳動和控制。 2.3.2 液壓的工作原理 現(xiàn)在以液壓千斤頂來簡述液壓傳動的工作原理。 圖2.3.1 液壓千斤頂 （1） 力比關(guān)系 當(dāng)大活塞上有重物負(fù)載W時，大活塞下腔的油夜就將產(chǎn)生一定的壓力P，P=W/A2，根據(jù)帕斯卡原理：“在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到液體各點(diǎn)”。因而要頂起大活塞及其重物負(fù)載W，在小活塞下腔就必須產(chǎn)生一個等值的壓力P，也就是說小活塞上必須施加力F1，F(xiàn)1=PA1，因而有 P=F1/A1=W/A2 或 W/F1=A2/A1.................................（2.1） 式中，A1，A2分別為小活塞和大活塞的作用面積；F1為杠桿手柄作用在小活塞上的力。 式（2.1）是液壓傳動的基本公式。由于P=W/A2，因此，當(dāng)負(fù)載W增大時，流體工作壓力P也要隨之增大，亦即F1要隨之增大；反之若負(fù)載W很小，流體壓力就很低，力也就很小。 （2） 運(yùn)動關(guān)系 如果不考慮液體的可壓縮性，漏損和缸體的變形，則從圖中可以看出，被小活塞壓出的油夜的體積必然等于或大于大活塞向上升起后大缸下腔夸大的體積。即 A1H1=A2H2 或 ...................................（2.2） 式中，H1，H2分別為小活塞和大活塞的位移。 從式（2.2）中可知，兩活塞的位移和兩活塞的面積成反比。將A1H1=A2H2兩端同時除以活塞移動的時間t得 即 ..................................（2.3） 式中，v1,v2分別為小活塞和大活塞的移動速度。 從式（2.3）可以看出，活塞的運(yùn)動速度和活塞的面積成反比。 AH/t的物理意義是單位時間內(nèi)液體流過截面面積為A的某一個截面的面積，稱為流量q，即 q=Av 即 A1v1=A2v2............................... (2.4) 如果已知進(jìn)入缸體的流量為q，則活塞的運(yùn)動速度為 v=.................................（2.5） 調(diào)節(jié)進(jìn)入缸體的流量q ,即可以調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動速度，這就是液壓無及調(diào)速的原理。 2.3.3 功率關(guān)系 由式（2.1）和式（2.3）可得 F1v1=Wv2...............................(2.6) 式（2.6）左端為輸入功率，右端為輸出功率，這說明在不計損失的情況下，輸入功率等于輸出功率。由式(2.6)還可以看出 P‘=PA1v1=PA2v2=Pq.........................（2.7） 由式（2.7）可以看出，壓力和流量是流體傳動中最基本最重要的兩個參數(shù)，他們相當(dāng)于機(jī)械傳動中的力和速度，他們的乘積即為功率。 2.3.4 液壓系統(tǒng)的組成 (1) 能源裝置 把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體的壓力能的裝置，一般常見的是液壓泵。 (2) 執(zhí)行裝置 把流體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，一般只作直線運(yùn)動的液壓缸，做回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓馬達(dá)等。 （3） 控制調(diào)節(jié)裝置 對液壓系統(tǒng)中流體的壓力，流動方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的裝置。如溢流閥，節(jié)流閥，換向閥等。這些元件的不同組合成了能完成不同功能的液壓系統(tǒng)。 （4） 輔助裝置 指出以上三種的其他裝置，如油箱，過濾器，空氣過濾器，油霧器，蓄能器，他們對保證液壓系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的工作有重大作用。 （5） 傳動介質(zhì) 傳遞能量的流體，即液壓油。 2.3.5 液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) （1） 優(yōu)點(diǎn) 1） 無級變速 2） 體積小，重量輕 3） 工作平穩(wěn) 4） 易于實(shí)現(xiàn)自動化，標(biāo)準(zhǔn)化，系列化 （2） 缺點(diǎn) 1） 能量易損失 2） 油液易受溫度影響 3） 油液易污染 4） 故障不易找出 2.3.6 液壓傳動裝置的設(shè)計 （1） 根據(jù)題意，裝置由定量泵供油，當(dāng)油缸向上動作頂物體后，蓄能器充油，油壓增高，壓力繼電器動作切斷電機(jī)電路，使油泵停止工作，力由蓄能器保持，當(dāng)壓力低額定壓力時，壓力繼電器又接通電機(jī)，繼續(xù)使油泵供油。用于加工時間較長的機(jī)床夾具，優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約動力和防止油溫過高。 （2） 下面是原理圖 帶蓄能器的連鎖裝置的穩(wěn)壓回路 圖2.3.2液壓裝置圖 D—電機(jī) 1—油泵 2—溢流閥 3—單向閥 4—壓力表 5—壓力繼電器 6—?dú)饽沂叫钅芷? 7—頂向閥 8—油缸 2.3.7 液壓缸尺寸計算 （1） 負(fù)載分析 工作負(fù)載 FL=FG=（1000+100）*9.8=10780（N） （2） 液壓缸主要參數(shù)的確定 1） 初選液壓缸的工作壓力 根據(jù)分段設(shè)備的負(fù)載不大，按類型書機(jī)床類，所以初選液壓缸的工作壓力為2.0MPa。 2） 計算液壓缸的尺寸 A= D= 按標(biāo)準(zhǔn)取 D=83mm 根據(jù)設(shè)計要求 快速上升的距離為300mm 速度要求≥45mm/s 快速下降的距離為500mm 速度要求≥55mm/s 根據(jù)快上快下的速度比值來確定活塞桿的直徑 45D2=55D2-55d2 d=35.39mm 取d=35 mm 則活塞缸有效作用面積為 無桿腔面積：A1= 有桿腔面積：A2= 2.4 電機(jī)的選用 2.4.1 電動機(jī)選用的一般原則 （1） 在選用電動機(jī)類型時要根據(jù)工作機(jī)的要求來選取，不需要調(diào)速的機(jī)械包括長期工作制，短期工作制和反復(fù)短期工作機(jī)械，應(yīng)采用異步電動機(jī)。負(fù)荷平穩(wěn)但無特殊要求的長期工作制機(jī)械，應(yīng)首先采用鼠籠式異步電動機(jī)。常周期性波動負(fù)荷的長期工作機(jī)械，在帶飛輪和啟動條件沉重時，應(yīng)采用繞線式異步電動機(jī)。某些反復(fù)短期工作制機(jī)械，當(dāng)選用交流電動機(jī)，在發(fā)熱，啟動制動特性，調(diào)速等方面不能滿足需要或技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)過低時，應(yīng)采用直流電動機(jī)。帶周期性性沖擊負(fù)荷的機(jī)械，應(yīng)采用直流電動機(jī)?？刹捎猛诫妱訖C(jī)。需要連續(xù)調(diào)速的機(jī)械，是調(diào)速要求采用交流電動機(jī)或直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)首先考慮交流電動機(jī)調(diào)速。 （2） 電動機(jī)的結(jié)構(gòu)有開啟式，防護(hù)式，封閉式和防燥式，應(yīng)根據(jù)防護(hù)要求及環(huán)境進(jìn)行選擇。 （3） 選用電動機(jī)的類型，除滿足工作機(jī)械的要求外，還須滿足電網(wǎng)的要求，如啟動時能滿足電網(wǎng)電壓水準(zhǔn)，保持功率因數(shù)在合理的范圍內(nèi)。 （4） 電動機(jī)功率應(yīng)由適當(dāng)?shù)膫溆萌萘?，如采用的額定功率小于工作及要求的功率，則不能保證工作機(jī)正常工作，甚至因長期過載而使電動機(jī)過早的損壞，如采用的額定功率比工作機(jī)要求的功率大得多，則因容量本能的充分利用而造成成本提高，同時電機(jī)價格升高。通常對在變載荷作用下，長期穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械，所選用的電動機(jī)額定功率應(yīng)稍大于工作機(jī)的功率。 2.4.2 常用電機(jī)的特性及用 系列名稱 特征及用途 Y-系列三相異步電動機(jī) Y系列電動機(jī)是封閉風(fēng)扇自冷式，鼠籠型三相異步電動機(jī)是我國統(tǒng)一設(shè)計取代JO2系列的更新產(chǎn)品 Y系列電動機(jī)效率高，節(jié)能，啟動轉(zhuǎn)矩高，噪音低，振動小，運(yùn)行安全可靠，安裝尺寸和功率等級完全符合國際標(biāo)準(zhǔn)。 Y系列電動機(jī)為一般用途的電動機(jī)，適用于驅(qū)動無特殊要求的各種機(jī)械設(shè)備，如金屬切削機(jī)床，鼓風(fēng)機(jī)，水泵等。 G系列微型單相交流串激電動機(jī) G系列電動機(jī)為開啟扇冷式的單相交流串激電動機(jī)，體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，維修方便，啟動轉(zhuǎn)矩高，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變化，用調(diào)壓或改變激磁繞組電阻的方法可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 一般用戶要求調(diào)速范圍廣的場合，如醫(yī)療器械，小型機(jī)床，風(fēng)扇，攪拌器，離心沉淀器，排字機(jī)，涂漆機(jī)，電動工具等。 Z3系列小型直流定動機(jī) Z3 系列電動機(jī)基本結(jié)構(gòu)形式為自通風(fēng)防滴式，還可制成外通風(fēng)，自帶鼓風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，不隨負(fù)載的變化而變化，體積小，重量輕，轉(zhuǎn)動慣量小，調(diào)速范圍廣，廣泛用于機(jī)床，造紙，水泥，染織等部門，坐電力拖動用。使用方便。 2.4.3 選用電動機(jī) （1） 根據(jù)綜前所述，應(yīng)選用Y系列三相異步電動機(jī)。 （2） 電動機(jī)的型號表示 （3） 電機(jī)的選用 ...........................（2.8） 式中：—工作機(jī)械所需要的功率，單位KW，—從電動機(jī)到工作機(jī)械間各運(yùn)動副總機(jī)械效率。 工作機(jī)械所需工作功率可根據(jù)工作機(jī)械的工作阻力和運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行計算。 =........................（2.9） 或 =........................（2.10） 式中：F—工作機(jī)的工作阻力，單位，N；v—工作機(jī)的速度，單位，m/s；nw=工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位，r/min;—工作機(jī)的效率 總的機(jī)械效率可按下式計算： ...................（2.11） 式中：。分別為傳動鏈中各運(yùn)動副的效率。 根據(jù)上式可計算出，所以選電機(jī)的功率為1.1KW。 所以選擇電機(jī)型號為：Y90L-6。 技術(shù)數(shù)據(jù) 表2.4.1 電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù) 型號 功率KW 電流 轉(zhuǎn)速 效率 功率因數(shù) 額定轉(zhuǎn)矩 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 Y90L-6 1.1 3.2 910 73.5 0.72 2.0 6.0 2.0 電機(jī)的安裝尺寸和外形尺寸 表2.4.2 電機(jī)的安裝尺寸 中心高 H A B C D E F*GD G 90L 90 140 100 56 24 50 8*7 20 k b b1 b3 h AA BB HB L1 10 180 155 90 190 36 130 12 310 電機(jī)的外形圖 圖2.4.1 電機(jī)尺寸圖 2.5 變頻器的選用 隨著電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)及控制理論的發(fā)展，變頻器已經(jīng)廣泛用于交流電動機(jī)速度控制。其主要特點(diǎn)是具有高效率的驅(qū)動性能，良好的控制性能。應(yīng)用變頻器不僅可以節(jié)約大量電能，而且變頻器的自動控制性能可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，機(jī)械行業(yè)中變頻器是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的重要手段，發(fā)展變頻器的應(yīng)用技術(shù)，可以有效的提高經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量。 2.5.1 變頻器的基本工作原理 由《電機(jī)學(xué)》可知，定子繞組的反電動勢是定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場磁力線的結(jié)果，本質(zhì)上是定子繞組的自感電動勢。其三相異步電動機(jī)定子每相電動勢的有效值是： E1=4.44kr1f1N1..............................(2.12) 式中：E1 氣息磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有效值，單位V f1 定子頻率，單位HZ N1 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù) kr1 與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) 每極氣隙磁通量，單位為W b 由式（2.22）可知，如果定子的每相電動勢有效值不變，改變定子頻率時就會出現(xiàn)下面兩種情況： 如果f1 大于電機(jī)的額定頻率，那么氣隙磁通量就會小于額定氣隙磁通量。其結(jié)果是：盡管電機(jī)的鐵心沒有得到充分利用是一種浪費(fèi)，但在機(jī)械條件的允許下長期使用不會損壞電機(jī)。 如果f1 小于電機(jī)的額定頻率，那么氣隙磁通量就會大于額定氣隙磁通量，其結(jié)果是：電機(jī)的鐵心產(chǎn)生過飽和，從而導(dǎo)致過大歷磁電流，嚴(yán)重時會因?yàn)槔@組過熱而損壞電機(jī)。 要實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，在不損壞電機(jī)的條件下，充分利用電機(jī)鐵心，發(fā)揮電機(jī)轉(zhuǎn)矩的能力，最好在變頻時保持每極磁通量為額定值不變。對于直流電機(jī)，勵磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，盡管存在電樞反應(yīng)，但只要對電樞反應(yīng)作適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，保持磁通量不變時很容易做到的，在交流異步電動機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁動勢合成產(chǎn)生的，如何才能保持磁通基本不變呢？ 1.基頻以下調(diào)速 由式（2.22）可知，要保持磁通不變，當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)時，必須同時降低E1，使E1/f1=常數(shù)，即采用采用電動勢與頻率之比恒定的方式。然而，繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，當(dāng)電動勢的值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓V1≈E1，則得 常數(shù)................................（2.13） 這是恒壓頻比的控制方式。在恒壓頻比的條件下改變頻率時，我們能夠證明：機(jī)械特性基本上是平行下移的，這和他勵直流變壓器調(diào)速特性相似，所不同的是，當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大到最大值以后，特性曲線就折回來了。如果電動機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電機(jī)都能在溫升條件允許下長期運(yùn)行，這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化，由于在基頻以下調(diào)速時磁通恒定，所以轉(zhuǎn)矩也恒定。根據(jù)電動機(jī)與拖動原理，在基頻以下調(diào)速屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的性質(zhì)。低頻時，V1和E1都較小，定子阻抗所占的分量就比較顯著，不能在忽略。這時，可以人為的八電壓調(diào)高一些，以便近似的補(bǔ)償定子壓降。 2.基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時，頻率往上增高，但電壓卻不能超過額定電壓，最多只能保持相等，這就迫使磁通隨頻率增高而降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁生速的情況。在基頻以上變頻調(diào)速時，由于電壓不變，我們不難證明當(dāng)頻率提高時，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機(jī)械特性上移，由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁動勢必然減弱，倒置轉(zhuǎn)矩減小。由于轉(zhuǎn)速升高了，可以認(rèn)為輸出功率基本不變。所以基頻以上調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。 把基頻以上和基頻以下兩種情況和起來，可得到圖2.8.1所示的異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制特性。因此，在選購變頻器時，變頻器輸出的諧波越小越好。 通過分析可得以下結(jié)論，當(dāng)時，變頻裝置必須在改變輸出頻率的同時輸出電壓的幅值，才能滿足對異步電動機(jī)的調(diào)速的基本要求. 2.5.2 變頻器的選擇 （1）技術(shù)規(guī)格 型號 DV700T400 A1,B1,C1,D1 DV700T750 A1,B1,C1,D1 DV700T1500 A1,B1,C1,D1 DV700T2200 A1,B1,C1,D1 額 定 輸 出 電動機(jī)(KW) 0.4 0.75 1.5 2.2 容量(KVA) 1.0 1.7 2.9 4.2 輸出電流(A) 2.5 4.0 7.0 10.0 額定輸出電壓 三相 AC220---240 V 電 源 電壓/頻率 單相AC220---240V 50-60Hz 允許電壓變動 ±10% 允許頻率變動 ±5% 控 制 方 式 控制方式 正弦波脈寬帶調(diào)制（PWM）、固定載波頻率 輸出頻率范圍 1.0---120Hz（啟/止頻率 1Hz） ±1.5% 頻率精度 ±0.5%(25°C±10°C) 頻率分辨率 數(shù)字：0.1Hz；模擬：設(shè)定頻率范圍/1000Hz(最小0.06Hz) 頻率設(shè)置信號 DC0---+5V、0---+10V、4---+20mA 電壓/頻率模式 基本頻率：30---400Hz(第檔1Hz),最大輸出電壓：0-100% 扭矩提升，平方扭矩衰減模式，第二V/F模式 過載電流容量 150% 1分鐘 再生制 動扭矩 A1,C1型 20% B1,D1型 250%以上 150%以上 150%以上 100%以上 直流動態(tài)制動 由參數(shù)設(shè)定啟始頻率，制動時間，制動扭矩 加/減速時間 0-3600秒(0-10秒：0.1秒分度，10-3600秒：1秒分度)50Hz變化時間， 4段動行加/減速時間，線性及兩種“S”形加/減速時間 點(diǎn)動頻率范圍 0---30Hz 運(yùn)行模式 雙速運(yùn)行模式、四速運(yùn)行模式、八速運(yùn)行模式、十六速運(yùn)行模式 其它 可選擇重置功能，參數(shù)鎖定功能。 功能保護(hù) 低電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、再生過壓失速防止、瞬時斷電保護(hù)、 散熱片過熱保護(hù)、自動再起動保護(hù)、自診斷記憶(記憶最新5次故障原因) 環(huán)境條件 環(huán)境溫度 -10°C至+40°C(無結(jié)凍) 環(huán)境濕度 90%以下(無水珠凝結(jié)現(xiàn)象) 介質(zhì) 室內(nèi)(無腐蝕性氣體，無粉塵的場所) 標(biāo)高 海拔1000m以下 振動 5.9m/s 2 (0.6G)以下(10---60Hz) 保護(hù)構(gòu)成 全封閉型（IP40） 冷卻方式 自然風(fēng)冷 強(qiáng)制冷風(fēng) 重量(kg) 1.4 2.3 3.6 3.6 （2）所以選擇DV70型號的變頻器，它的外觀圖為 2.6 軸的設(shè)計及校核計算 2.6.1 校核計算要求 軸的校核計算通常是在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計后進(jìn)行的校核計算，計算準(zhǔn)則是滿足軸的強(qiáng)度或剛度要求，必要時還要校核軸的振動穩(wěn)定性。 （1） 軸的強(qiáng)度校核計算 進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取其許用應(yīng)力，對于僅僅（或主要）承受扭矩的軸，應(yīng)按扭矩條件進(jìn)行計算，對于只受彎矩的軸（心軸），應(yīng)根據(jù)彎曲強(qiáng)度進(jìn)行計算，對于既承受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成條件進(jìn)行計算，需要時還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核，此外，對于瞬時過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對稱性較為嚴(yán)重那個軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過量的塑性變形，下面介紹幾種常見的計算方法。 （1） 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行計算 這種方法只按軸所受的扭矩來計算軸的強(qiáng)度，如果還受有不大的彎矩時，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的方法予以考慮。在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，同常用這種方法 初步估算軸的直徑，對于不大重要的軸，也可作為最后計算的結(jié)果，軸的扭矩條件強(qiáng)度為 ≤〔〕.............. (2.14) 式中 扭矩切應(yīng)力，單位MP a T 軸所受的扭矩，單位為N*mm WT 軸的抗扭結(jié)面系數(shù)，單位為mm3 N 軸的轉(zhuǎn)速，單位r/min P 軸的傳遞功率，單位為KW d 計算截面處軸的直徑，單位為mm 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa 軸常見的幾種材料〔〕及A0的值 表2.6.1 常見的幾種材料 軸的材料 Q235-A20 Q275.35 45 40CR 3CR 〔〕 15～25 20～35 25～45 35～55 A0 149～126 126～103 126～103 112～97 注①：1）表中〔〕值是用來考慮了彎矩影響而降低了許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 1）在下述情況，〔〕取較大值，A0取較小值 ，彎矩較小或只受扭矩作用，在和較平穩(wěn)，無軸。 向載荷或只有較小的軸向載荷，減速器的低速軸，軸只做單向旋轉(zhuǎn)。反之，〔〕取較小值，A0取較大值。 由上式可得軸的直徑： d≥................(2.15) 式中 A0=查得 對于空心軸 則 d≥ 式中 即空心軸的內(nèi)徑d1與外徑d之比。通常取～0.6 應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)軸截面上升有過槽時，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強(qiáng)度的削弱，對于直徑d≥100 mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大3%兩個增大7%，對于直徑≤100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大5%-7%，兩個時增大10%-15%，然后把軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，應(yīng)當(dāng)注意，選擇求出的直徑，只能作為承受扭矩作用的軸標(biāo)準(zhǔn)的最小直徑dmin. 2）按彎扭合成強(qiáng)度條件計算 通過軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和支反力的作用位置皆以確定，軸上的載荷。（彎矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎扭合成強(qiáng)度校核計算。一般的軸用這種方法即可。 其步驟如下： 1〉做出軸的計算簡圖即力學(xué)模型 軸所受的載荷，是從軸上零件傳來的，計算時，常按軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動件輪轂寬度的中點(diǎn)算起，通常把軸當(dāng)作鉸鏈制作上的頭，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)。 在計算簡圖時，應(yīng)先求軸上受力零件的載荷（若為空間力系，應(yīng)按空間分為水平分力和垂直分力，如要求出各支撐處的水平力和垂支反力，軸向反力可表示在適當(dāng)?shù)拿嫔希? 2〉做出彎矩圖 根據(jù)上述簡圖，分別按水平面垂直面計算各力產(chǎn)生的彎矩并按計算結(jié)果分別做出水平面上的彎矩MH和垂直面上的彎矩ML，然后按下式計算總彎矩： M=..........................（2.16） 3〉做出扭矩圖 4〉校核軸的強(qiáng)度 已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某些危險截面（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）作彎扭合成強(qiáng)度計算，根據(jù)第三強(qiáng)度理論，計算應(yīng)力 ..........................（2.17） 通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)變應(yīng)力，而且扭矩所產(chǎn)生的扭矩切應(yīng)力則常常不是對稱循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮兩者的循環(huán)特性的不同影響，則引入折合系數(shù)，則應(yīng)力計算公式為 ......................（2.18） 式中的彎曲應(yīng)力對循環(huán)變應(yīng)力，當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，取。當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動切應(yīng)力時，取，若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力時，則取。 對于直徑為d的圓軸，彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為將和代入式（2.12），則軸的彎扭合成強(qiáng)度為： ...（2.19） 式中 軸的計算應(yīng)力。單位MPa M 軸所受的彎矩。單位為Nmm T 軸所受的扭矩。單位為Nmm W 軸的抗彎截面系數(shù)。單位為 mm3 對稱循環(huán)變力時軸的許用彎曲應(yīng)力 由于心軸的只受彎矩而不承受扭矩，所以T=0，轉(zhuǎn)動心軸的彎矩在軸截面上所引起的應(yīng)力是循環(huán)變動力。對于固定心軸，考慮啟動，停車等的影響，彎矩在軸截面上引起的應(yīng)力可視為脈動循環(huán)應(yīng)力。所以在應(yīng)用式時，固定心軸的許用應(yīng)力為，（為脈動循環(huán)變應(yīng)力時的彎曲應(yīng)力， ） 3〉按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核 這種校核的實(shí)質(zhì)在于確定變應(yīng)力情況下軸的安全程度。在已知軸的外形，尺寸及載荷的基礎(chǔ)上，即可通過分析確定出一個或幾個危險截面，求出計算安全系數(shù)Sca，并應(yīng)使其稍大于或至少等于設(shè)計安全系數(shù)S，即 .........................（2.20） 僅有法向應(yīng)力應(yīng)滿足 .......................（2.21） 僅有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時應(yīng)滿足 ......................（2.22） 計算安全系數(shù)可按下列情況選取 S =1.3～1.5 用于材料切削，載荷與應(yīng)力計算精確的。 S=1.5～1.8 用于材料不夠均勻，計算精度較低的。 S=1.8～2.5 用于材料均勻及計算精度低，或軸的直徑d＞200mm時 4〉 按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核 靜強(qiáng)度的校核目的在于制定軸對塑性變形的抵抗能力，這時那些瞬時過載很大，或應(yīng)力循環(huán)的不對稱性較為嚴(yán)重的軸是很必要的。軸的靜強(qiáng)度是根據(jù)軸上作用的最大的瞬時載荷來校核的。靜強(qiáng)度校核的強(qiáng)度條件為 ....................（2.23） 式中 Sca 危險截面靜強(qiáng)度的計算安全系數(shù) SS 按屈服強(qiáng)度的設(shè)計安全系數(shù) SS=1.2～1.4 用于高塑性材料，（制成的鋼軸 SS=1.4～1.8 用于中塑性材料，（）制成的鋼軸 SS=1.8～2 用于低塑性材料的鋼 SS=2～3 用于鑄造軸 Ssa 只考慮彎矩和軸向力的安全系數(shù) 只考慮扭矩式的安全系數(shù) ............................(2.24) ..................................(2.25) 式中： 材料的抗彎抗扭屈服極限。單位MPa Mmax,Tmax 軸的危險截面上所受的最大彎矩和最大扭矩。單位Nmm F amax 軸的危險截面上所受的最大軸向力。單位N A 軸的危險截面的面積。單位mm2 W.WT 分別為截面的抗彎，抗扭截面系數(shù)。單位mm 2.6.2 軸的校核計算過程 （1）較長軸的受力比較短軸大，無論是從彎矩，扭矩還是軸向力都是長軸的大，所以在校核時只需校核長軸即可。 長軸的形狀尺寸根據(jù)所要結(jié)構(gòu)來設(shè)計，下面是長軸的尺寸 圖2.6.1 長軸的尺寸 下面是周的應(yīng)力分析圖 圖2.6.2 軸的應(yīng)力分析 (2) 選擇頂尖中心截面出進(jìn)行安全系數(shù)校核，先進(jìn)行該處的彎矩M和扭矩M的計算和校核. 1)M: M由三部分組成，即垂直面上的應(yīng)力彎矩M1，水平面上的應(yīng)力彎矩M2。電動機(jī)和聯(lián)軸器所帶的附加彎矩M3。 1〉M1的計算： T=955*104*P/n =955*104*11/258=407170Nmm 線卷上的圓周力 Ft=N 軸向力 Fx =0 M1=Fr*70=500Kg*9.8*70=343000Nmm 2> M2的計算 F21=F22=T=10179N M2=Ft*70=10179*70=712530Nmm 3〉M3的計算 聯(lián)軸器的直徑為：D=130 mm Ft’=N 附加載荷Fc取為0.25 Ft’ Fc =0.25* Ft’=0.25*6264=3132N M3= Fc*L=3132*180=563760Nmm 所以 .............................（2.26） = =812655Nmm 2) :扭矩是常量數(shù)值為T =T=407170Nmm 3) 疲勞強(qiáng)度計算： 在前述的各項(xiàng)表中查得各項(xiàng)系數(shù)： ...................（2.27） = =8.57539 S≥SP 合格 這根軸長度大，而且長，經(jīng)過校核后合格，所以另一根短軸也合格。 2.7 聯(lián)軸器的選用 聯(lián)軸器是機(jī)械傳動中常用的部件。它們主要用來連接軸或軸與其它回轉(zhuǎn)部件，以傳遞運(yùn)動與轉(zhuǎn)矩，有時也可用作安全裝置。 聯(lián)軸器所連接的兩軸，由于制造及安裝誤差，承載后的變形及溫度變化的影響等，往往不能保證嚴(yán)格的對中，而存在著某種程度的相對位移，這就是說在設(shè)計聯(lián)軸器時，要從結(jié)構(gòu)上采取不同的措施，使之具有適應(yīng)一定范圍的相對位移的功能。 根據(jù)對各種相對位移有無補(bǔ)償能力（即能否再發(fā)生相對位移的情況下保持連接的功能），聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩大類。 絕大多數(shù)聯(lián)軸器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化，所以我們一般只是選用補(bǔ)用設(shè)計。根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被連接兩部件的安裝精度等，參考各類聯(lián)軸器的特性，選擇一種合適的聯(lián)軸器類型。具體選擇時可考慮一下幾點(diǎn)： （1）所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減震功能的要求。例如，對大功率的重載轉(zhuǎn)矩傳動?？蛇x用齒式聯(lián)軸器，對嚴(yán)重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)震動的傳動，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器。 （2）聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。對于高速傳動軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等等。 （3） 兩軸相對位移的大小和方向。當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對位移時，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。例如當(dāng)徑向位移較大時，可選滑塊聯(lián)軸器，角位移較大或相交兩軸的連接可選用萬向聯(lián)軸器。 （4） 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬原件制成的不需潤滑的聯(lián)軸器比較可靠，需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受到潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度，腐蝕性介質(zhì)及強(qiáng)光等比較敏感，而且容易老化。 (5) 聯(lián)軸器的制造，安裝，維護(hù)和成本。在滿足使用性能的前提下，因選用拆裝方便，維護(hù)簡單，成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡單，而且拆裝方便，可用于低速，剛性大的傳動軸。一般的非金屬彈性元件聯(lián)軸器，由于具有良好的綜合性能，廣泛用于中小功率傳動. 2.7.1 根據(jù)選擇要求和使用條件選用YL8型聯(lián)軸器，它的尺寸及標(biāo)準(zhǔn)如下圖所示： 表2.7.1 聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn) 型號 公稱扭矩(n.m) 許用轉(zhuǎn)速r/min 周孔直徑d(H7) 軸孔長度L mm D(mm) YL8 250 7000 42 112 130 表2.7.續(xù) 聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn) D1 螺栓 L0 重量 kg 轉(zhuǎn)動慣量 （kg.m2） 105 數(shù)量 6 直徑 M10 229 7.29 0.043 2.7.2 所選聯(lián)軸器的樣圖 圖2.7.1 聯(lián)軸器 2.8 鍵的選用 2.8.1 鍵的選則 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面，鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵的連接特點(diǎn)，適用要求和工作條件來選擇，鍵的尺寸則按照符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來選取。鍵的主要尺寸為其截面尺寸與長度L。鍵的截面尺寸b*h 按軸的直徑由標(biāo)準(zhǔn)選取，鍵的長度則是按照輪轂的長度來定。 根據(jù)要求選擇平鍵，尺寸如下： 表2.8.1 鍵的尺寸 軸徑 鍵 鍵槽 偏差 （較松鍵連接） 偏 差（ 一般 鍵 連接） 較 緊 件 連 接 深 度 （軸） 深 度 （轂） d b*h 寬度 b 軸( h9) 轂 （d10） 軸 N9 轂 JS9 軸 和 轂 t 偏 差 t 偏 差 ＞22 -30 12*8 12 + 0.043 0 + 0.014 + 0.050 0 -0.043 +- 0.0125 - 0.018 - 0.061 5.0 +0.2 0 3.3 + 0.2 0 2.8.2 鍵的結(jié)構(gòu)圖 圖2.8.1 鍵的尺寸 2.9 螺栓聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度計算 2.9.1 螺紋連接的強(qiáng)度計算 當(dāng)兩個零件用螺栓進(jìn)行聯(lián)接時，常常同時使用若干個螺栓，在開始進(jìn)行強(qiáng)度計算時，先要進(jìn)行螺栓組的受力分析，找出其中受力最大的螺栓和其所受的力，作為進(jìn)行校合的依據(jù)。對整個聯(lián)結(jié)的螺栓組而言，所受到的載荷可能包括軸向載荷，橫向載荷，彎矩和轉(zhuǎn)矩等。 （1） 螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算 松螺栓聯(lián)接裝配時，螺母不需要擰緊。在承受工作載荷之前，螺栓不受力，則它的拉伸強(qiáng)度條件為 ……………………………………………（2.28） 或 …………………………………………………（2.29） 式中： F 工作壓力，單位為N d1 螺栓危險截面的直徑，單位為mm 螺栓材料的許用拉應(yīng)力，單位為MPa （2） 螺栓強(qiáng)度計算 緊螺栓聯(lián)接裝配時，螺母需要擰緊，在擰緊矩作用下，螺栓除受預(yù)緊力的拉伸而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力外，還受螺紋摩擦力矩的扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，使螺栓處于拉伸扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下。由于螺栓材料是塑性的，固可根據(jù)第四強(qiáng)度理論，求出計算應(yīng)力為： ……………………………（2.30） 所以，螺栓的危險截面的拉伸強(qiáng)度條件為 ……………………………………………（2.31） 式中： F0 螺栓所受的預(yù)緊力，單位為N 其余的和前相同。 2.9.2 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計 螺栓組聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的，在于合理的確定連接結(jié)合