洛阳理工学院毕业设计论文
轴和零件上的倒角和圆角尺寸的常用规范可以查教材下册中的第651页的表。非定位轴肩是为了加工和装配方便而设置的。高度没有严格的规定,一般可取为1到2毫米。
②.在该主轴上,还采用了套筒定位,这种定位方式的特点是,结构简单,定位可靠,轴上不需要开槽、钻孔和切制螺纹,不会影响到轴的疲劳强度。所以,在两个零件之间,且间距不大时,可以采用这种定位。同时,套筒定位还保证了两个圆盘,或者,圆盘和锤头(销轴套筒)之间的轴向定位。当然,若两零件的间距太大,则不宜用套筒定位这种方式,因为,那样就会增大套筒质量以及材料用量。另外,套筒与轴的配合比较松,如果轴的转速较高,也不宜采用套筒定位。
③.在该主轴的轴端,以及销轴的轴端,都采用了圆螺母定位。这种定位可以承受大的轴向力,但是,轴上的螺纹处将会有较大的应力集中,降低轴的疲劳强度,所以,一般用于固定轴端的零件。就如上面所述,若两零件的间距太大,不宜用套筒定位这种方式的时候,就可以考虑采用圆螺母定位。
④.在该主轴上,还采用了轴承端盖通过螺钉与其他部分连接。而使滚动轴承的外圈得到轴向定位。有时,整个轴的轴向定位也可以靠轴承端盖来实现。
⑵再说轴向零件一般也常用到周向定位。周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对运动。
在该主轴上,有三处都采用的是平键连接,其他的常用周向定位元件有,花键、销、紧定螺钉和过盈配合等。圆盘、飞轮、带轮都是用平键连接的。其他的,如齿轮、半联轴器等与轴的周向定位也都采用这种连接方式。按其直径,由手册查地平键剖面b×h,键槽用键槽铣刀加工的 。
轴的草图如图4-2所示。
图4-2 轴
17
洛阳理工学院毕业设计论文
4.3.4 轴的弯扭合成强度计算
在初步完成轴的结构设计之后,对上面的草图略加修改,即可进行强度的校核计算了。前面提到过,多数情况下,轴的工作能力一般主要取决于轴的强度。此时只做强度计算,以防止或检验断裂和塑性变形。而对于刚度要求高的轴和受力大的细长轴,还应该进行刚度计算,防止产生过大的线性变形。对于高速运转的轴,还应该进行振动稳定性计算。以防止产生共振破坏。
在进行轴的强度校核计算时,应根据轴的具体载荷和应力情况,采用相应的计算方法,并恰当的选择其许用应力。根据计算原则,对于传动轴(仅仅或主要承受扭矩)按照扭矩强度条件进行计算,对于心轴(只承受弯矩)应该按照弯曲疲劳强度进行计算,对于该主轴,既承受扭矩还承受弯矩,是一个转轴,所以必须进行弯扭合成强度条件进行计算,需要时还应该进行疲劳强度的精确校核。
先按照弯扭合成强度条件进行计算:
通过对该主轴的结构设计,轴的主要结构尺寸,轴上的零件的位置以及外载荷和支反力的作用位置已经确定。轴上的载荷可以求得,因此可以按弯扭合成强度条件对该主轴进行强度的校核计算,其计算步骤如下:
①做出轴的计算简图(力学模型)
轴上受的载荷是由轴上的零件传来的,所以,计算时,可以将轴上的分布载荷情况简化为集中力。其作用点可以一律简化,取为分布载荷的中点,作用在轴上的扭矩,一般从传动件轮毂宽度的中点算起,通常把当作置于铰链支座上的梁,支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。
在做计算简图时,应该先求出轴上的受力零件的载荷(若为空间力系,再分解为水平分力和垂直分力。然后求出各支承的水平反力和垂直反力),如图4-4所示。
②做弯矩图:
根据前面的简图,分别按水平面和垂直面计算各力产生的弯矩图,并按计算结果分别作出水平面上的弯矩MH图和垂直面上的弯矩图上MF,然后按照后面的公式推导出总弯矩,并作出M图,如图4-4所示。
18
洛阳理工学院毕业设计论文
22M?MH?MV
③作出扭矩图,如图4-3所示:
图4-3 扭矩图
④作出计算弯矩图
根据已经作出的总弯矩图和扭矩图,求出计算弯矩Mc?,并做出Mc?图。同时写出其计算公式:
Mc?=M2???T?2
上式中,
?──考虑扭矩和弯矩的加载情况以及产生应力的循环特性差异的系数。
因为通常由弯矩产生的弯曲应力是对称循环的变应力,故在求计算弯矩时,必须计算这种循环特性差异的影响。根据经验,
当扭转切应力为静应力时,取 ??0.3; 当扭转切应力为脉动循环变应力时, ??0.6; 当扭转切应力为对称循环变应力时,取??1。 ⑤校核轴的强度
已知轴的计算弯矩后,即可针对某些危险截面(即计算弯矩大而轴的直径可能不足的截面)作强度校核计算。按第三强度理论,计算弯曲应力
19
洛阳理工学院毕业设计论文
M2???T?Mca?ca??????1?
WW2上式中, W ── 轴的抗弯截面系数(mm3)。 ???1? ── 轴的许用弯曲应力(Mpa)。 由表可查 ???1? 为60 Mpa
W的计算公式,根据截面的不同而不同。对该主轴来说,其需要计算
的截面,都带有键槽,而且是单键槽。所以,其计算公式为:
bt?d?t?w???0.1d3WT 322d?d32主轴的载荷分析图如下图4-4所示:
图4-4 主轴的载荷分析
⑥求轴上的支反力及弯矩
根据以上确定的结构图可以确定出简支梁的支承距离。据此可以求出下列各值,并列表如下,主要包括,载荷、支反力、弯矩、总弯矩、扭矩、计算弯矩等,相关的计算也往往是考虑最不理想的情况。
20
洛阳理工学院毕业设计论文
表4-1 计算弯矩的求法
载荷F 支反力R 弯矩Mv 垂直面V RV1?RV2=1000N(总重量按200Kg)
Mv1??24000N?mm MV2??24000?450000?426000N?mm 总弯矩M M1??24000N?mm M2?426000N?mm 扭矩T T=9550000×计算弯矩 MC? 41.5=396325 1000MC?1?4260002?3963252?680000 MC?2?240002?3963252?500000
综上所述,按照弯扭合成强度条件进行轴的强度校核计算:进行具体的校核计算时,只需要校核轴上的承受的最大弯矩以及扭矩的剖面(即危险剖面)的强度。
?c??MC?680000??6.8Mpa W100按教材中表10.1,对于?B?600Mpa的碳钢,在承受对称循环变应力时的许用应力????55Mpa??c?。故安全。
4.3.5 轴的疲劳强度条件的校核计算:
1.对主轴进行疲劳强度计算,不妨设外力为单向不稳定变应力,则根据已经知道的条件和公式:
主轴的材料为45号钢。经过调质后的性能为??1?307Mpa,m?9,N0= 5×106。现用此材料做试件,进行强度试验,以对称循环变应力
??1?500Mpa作用104次,??2?400Mpa,作用105次。
根据这些条件,试计算该主轴在此条件下的计算安全系数。若以后再以?3?350Mpa的力,作用于主轴,还能循环多少次,可以保证主轴不出问题。其实,这也等于估算主轴的使用寿命。
21