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增加。常用于零件距离大的轴段。 螺母 定位可靠,单重量件数增加。常采用细牙螺纹,常用双螺母或单螺母与止退垫圈。用于零件与轴承间距离较大,轴上允许车螺纹的轴段 弹性挡圈 结构工艺性较好,但应力集中较大,削弱了轴的疲劳强度。用于轴向力小,或仅防止轴向移动的场合。常用于固定滚动轴承和滑移齿轮的限位。 轴段挡圈 定位可靠,装拆方便,能比弹性挡圈承受更大的轴向力。仅用于轴端固定 紧定螺钉 结构简单,可兼作轴向固定。用于作用力小的零件。 轴上的零件固定方式
固定方式 花键 优点: (1)键与轴一体,花键槽较浅,键槽应力集中较小,提高了传递扭矩的能力 (2)花键齿与槽的总结出面积较大,提高了抗挤压和耐磨损能力 (3)齿与槽布置均匀,对中性好 (4)需要时零件可以在轴上滑移 (5)一般情况下,轴与孔的配合比平键松,因而装卸比平键方便 缺点是制造复杂 广泛用于机床的传动中 平键 制造容易,使用于中、小载荷 特点及应用范围 5.1.2轴的材料及热处理
机床上的大多数轴都应该有足够的刚度,而刚度的大小与材料的弹性模量有关。碳钢与合金钢的弹性模量相差不大,故从刚度观点出发,一般的轴采用45即钢可以满足。当对疲劳强度、耐磨性等有特殊要求时,可采用合金钢,一般采用40Cr或45MnB。
在滚动轴承中工作的轴,装轴承的轴承轴颈部位无耐磨性要求,一般可以不进行热处理,但适当的硬度可以改善装配工艺和保证装配精度,一般常进行调质处理,硬度为
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HB220~250。大型的轴可以进行正火处理,以改善切削性能、消除锻造应力、细化晶体及消除组织不均匀性,在滑动轴承中工作的轴,其轴颈部位有耐磨性要求,局部表面应淬硬,硬度为HRC 45~50,也可在调质的基础上进行表面淬硬,以获得均匀致密的硬化层。装有滑移齿轮的花键轴,一般进行调质处理,或在调质基础上把花键轴部分表面淬硬,硬度为HRC 45~50。
5.1.3计算轴的功率、转速及轴颈
pI?7.5 KW nI?1450r/min
26=698r/min 54pII?7.5?0.97=7.275 KW nII?1450?d2?11?47.275?36mm 根据轴的标准系列 故取d2?36mm 69816=286r/min 39pIII?7.275?0.99=7.202KW nIII?698?d3?11?47.275?63mm 根据轴的标准系列 故取d3?65mm 28618=109r/min 47pIV?7.202?0.99=7.129KW nIV?286?d4?11?47.202?63mm 轴为花键轴并且该轴上有键槽, 28619=98r/min 21根据轴的标准系列 故取d4?65mm
pV?7.129?0.99=7.057KW nV?109?d5?11?47.057?99mm 109根据轴的标准系列 故取d5?100mm 5.1.4轴的强度校核计算
轴的强度计算应根据轴上所受的在和类型,采用相应的方法。对于仅(或主要)用于传递扭矩的传动轴,应按扭转强度计算;对于既受弯矩又受扭矩的转轴,应按弯扭合成强度计算。
机器传动机构中的轴,多数是转轴,其计算准则为弯扭组合疲劳强度问题。轴的疲劳计算时要采用到综合系数K和等效系数Ψ,这两个系数均为与轴的结构和尺寸有关,但这些因素在设计开始时尚不能确定。因此,对于精度要求计算的转轴,在前面对轴的
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初步估算的基础上,然后进行结构设计,画出轴的结构尺寸,画出轴的结构草图,确定轴的全部结构和尺寸,才能进行精确的强度校核。 按弯扭合成进行强度计算
对于转轴,当轴的支点和轴上载荷大小、方向和作用点后,即可求出轴的支承反力,画出弯矩图和扭矩图,从而按弯扭合成强度计算设计轴的直径。
在画轴的计算简图时,首先确定轴承支承反力的作用点。把轴视作一简支梁,作用在轴上的载荷,一般按集中载荷考虑,其作用点取零件轮缘的中点。轴上的支反力的作用点(滚动轴承或滑动轴承)按有关手册选取。 首先计算齿轮啮合节点的作用力: 圆周力:
轴向力:
Fa=0 径向力:
危险界面的复合强度校核按下列步骤进行: 1作III轴的受力简图:(图3-1a) ○
2作轴垂直面的受力简图,求支座反力, ○
并作弯矩图:(图3-1b)
C点稍偏左处弯矩为:
图5.1
C点稍偏右处弯矩为:
3作轴水平面的受力简图,求支座反力,并作弯矩图:(图5-1c) ○
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C点处弯矩为:
4作出轴的合成弯矩图:(图5-1d) ○
C点稍偏左处的合成弯矩为:
C点稍偏右处的合成弯矩为:
5作轴的扭矩图:(图5-1e) ○
6作出轴的当量弯矩图:(图5-1f) ○
最大当量弯矩在C点处,其值为:
根据单向传动,式中校正系数α=0.58. 7计算危险截面尺寸: ○
根据轴的材料Q235号钢,调质处理其[σ-1]=170MPa,则危险截面直径为:
考虑到键槽影响,轴径加大5%,则d=31.08㎜。 结构设计时,实际采用轴径为:32㎜,故满足要求。 轴III轴的强度校核方法与步骤与从动轴相同,故省略。
5.2齿轮
齿轮传动机构的特点:齿轮机构是现代机械中应用最广泛的传动机构,用于
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传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力。
齿轮传动主要优点:传动效率高,结构紧凑,工作可靠、寿命长,传动比准确。
齿轮机构主要缺点:制造及安装精度要求高,价格较贵,不宜用于两轴间距离较大的场合。
5.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1) 按进给系统的传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动和圆锥齿轮。 2) 根据机床的特点,故选择8级精度。(GB10095-88)
3) 材料选择:由《机械设计》表10-1选择齿轮材料为38CrMoAlA,硬度为850HBS,齿轮材料为45钢(调质)硬度为240HBS。
4) 初选齿轮齿数z=18。
5) 选取螺旋角:初选螺旋角??20?。
5.2.2计算齿轮参数
按齿面接触强度设计
ktT1u?1d?766?E3?
?d???HP?u (5-1) (1)确定公式中的各计算数值 试选Kt=1.6 (2)选取齿宽系数?d=1
(3)齿轮副材料对传动尺寸的影响系数 取?E?1 (4)计算小齿轮传递转矩
T?95.5?105p1.455?95.5?105??18572(N/mm) (5-2) n750上式中p1为小齿轮轴所传递的功率,单位W;n1为小齿轮轴的转速,单位r/min 。
(5)由《机械设计》表10-7选取齿宽系数?d?2.4
(6)由《机械设计》表10-6查得材料的弹性影响系数ZE?189.8MPa (7)由《机械设计》图10-21d按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限计算,齿轮的接触疲劳强度极限?Hlim2?550MPa
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