轴设计校核
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机械设计中轴的强度设计与校核轴是在机械设施中的主要构成零件之一。
全部在机械设施上,用于作展转运动的传动零件,都要先把其装入于轴上才能够把运动和动力传达出去,与此同时,还要经过轴承和机架联接,因此就构成了一个以轴为基准的组合体—轴系零件。
因为在不一样的机器里,轴发挥的作用常常不一样。
而轴的构造主假如由以下的要素决定的:轴在整个设施中的安装地点和发挥的作用,轴上安装的全部零件的种类和大小,载荷的性质、大小、方向和详细散布状况,以及轴的加工流程等。
进行合理的轴的构造设计就要保证:轴上全部零件能够合理地部署,在合理的受力的状况下,轴能够进一步提升强度和刚度;轴和轴上零件要有比较固定的工作地点;轴上零件能够方便地进行装拆调整。
一般来说,在设计时,我们首当其冲的就是考虑轴的作用。
依据作用,为轴选择相应的资料,一般轴的毛坯主假如由圆钢、锻造或焊接获取,因为锻造质量难以保证轴有足够的强度和刚度,因此轴极少会采纳铸件作毛坯。
轴的构成部分有三大块。
轴上被支承,安装轴承的部分叫轴颈;支承轴上零件,安装轮毂的部分称为轴头;联络轴头和轴颈的部分称为轴身。
轴颈上安装转动轴承时,直径尺寸必定要依据转动轴承的国标尺寸来选择,尺寸公差和表面粗拙度必定要依据国家规定的标准来选用;轴头的尺寸必定要联合轮毂的尺寸来做出选择,轴身尺寸确准时要尽可能地保证轴颈与轴头的过渡合理,特别是要根绝截面尺寸变化过大,与此同时,还要有较好的工艺性。
假如在设计时,我们从装置能否简单这一角度来考虑:则合理的设计非定位轴肩,使轴上不一样零件在安装时尽可能减少不用要的配合面;为了保证简单装置,轴端要设计成45°的倒角;在装键的轴段,要保证键槽凑近轴与轮毂先接触的直径变化处,以保证在安装时,零件上的键槽与轴上的键简单瞄准;采纳过盈配合时,考虑到装置的方便性,直径变化能够用于锥面过渡等。
2.轴的强度校核方法2.1 强度校核的定义:强度校核实质上就是对轴的资料或设施的力学性能做好检测工作,并改良轴的设计的一种方式,而且这类方式是不会损坏资料和设计性能的。
轴得设计、计算、校核以转轴为例,轴得强度计算得步骤为:一、轴得强度计算1、按扭转强度条件初步估算轴得直径机器得运动简图确定后,各轴传递得P与n为已知,在轴得结构具体化之前,只能计算出轴所传递得扭矩,而所受得弯矩就是未知得。
这时只能按扭矩初步估算轴得直径,作为轴受转矩作用段最细处得直径dmin,一般就是轴端直径。
根据扭转强度条件确定得最小直径为:(mm)式中:P为轴所传递得功率(KW)n为轴得转速(r/min)Ao为计算系数,查表3若计算得轴段有键槽,则会削弱轴得强度,此时应将计算所得得直径适当增大,若有一个键槽,将d min增大5%,若同一剖面有两个键槽,则增大10%。
以dmin为基础,考虑轴上零件得装拆、定位、轴得加工、整体布局、作出轴得结构设计。
在轴得结构具体化之后进行以下计算。
2、按弯扭合成强度计算轴得直径l)绘出轴得结构图2)绘出轴得空间受力图3)绘出轴得水平面得弯矩图4)绘出轴得垂直面得弯矩图5)绘出轴得合成弯矩图6)绘出轴得扭矩图7)绘出轴得计算弯矩图8)按第三强度理论计算当量弯矩:式中:α为将扭矩折合为当量弯矩得折合系数,按扭切应力得循环特性取值:a)扭切应力理论上为静应力时,取α=0、3。
b)考虑到运转不均匀、振动、启动、停车等影响因素,假定为脉动循环应力,取α=0、59。
c)对于经常正、反转得轴,把扭剪应力视为对称循环应力,取α=1(因为在弯矩作用下,转轴产生得弯曲应力属于对称循环应力)。
9)校核危险断面得当量弯曲应力(计算应力):式中:W为抗扭截面摸量(mm3),查表4。
为对称循环变应力时轴得许用弯曲应力,查表1。
如计算应力超出许用值,应增大轴危险断面得直径。
如计算应力比许用值小很多,一般不改小轴得直径。
因为轴得直径还受结构因素得影响。
一般得转轴,强度计算到此为止。
对于重要得转轴还应按疲劳强度进行精确校核。
此外,对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重得轴,还应按峰尖载荷校核其静强度,以免产生过量得塑性变形。
轴的设计与校核轴是一种常见的机械元件,其功能是将机械能从一个部件传递到另一个部件。
轴承受着多种负载,例如转矩、弯曲和剪切力,因此轴的设计与校核至关重要。
本文将介绍轴的设计与校核的基本概念和步骤。
1. 轴的设计轴的设计应该考虑到其所处的应用环境和负载类型。
在设计轴时需要考虑以下因素:1.1 操作条件轴所处的应用环境会影响其设计。
例如,轴可能暴露在腐蚀、高温或高湿度的环境中,此时需要选择相应的材料进行设计。
仔细分析操作条件是设计安全、可靠轴的第一步。
1.2 构造要素轴的长度、直径、几何形状和连接方式都会影响其设计。
例如,长而细的轴可能需要增加强度以避免扭曲,而大直径的轴可能需要更多的材料才能承受负载。
1.3 负载类型设计轴的最重要的因素是负载类型。
例如,将风机的力转换成排气段中的风压会产生弯曲和扭矩负载。
加强轴的弯曲刚度是应对此类负载的一种解决方案。
1.4 材料轴的材料通常是金属,且通常是钢。
轴的材料应该优先考虑强度和韧性。
强度指轴在负载下不会破裂的能力,而韧性指轴在承受重力时不会断裂的能力。
在选择材料时,还需要考虑轴是否需要抗疲劳。
2. 轴的校核校核是确定轴是否安全承受负荷的计算和实验过程。
当确定轴的设计后,需要进行校核以确保轴能够在操作条件下正常工作。
2.1 轴的应力分析轴的应力分析是校核的第一步。
应力分析确定轴受到的应力类型、大小和分布。
轴所需承受的负载类型将决定考虑什么样的应力(例如弯曲,剪切,轴向拉伸或压缩)。
2.2 轴的强度计算在进行强度计算时,需要考虑轴的几何形状、材料和应力情况。
在轴设计中,我们通常会为轴选择一种合适的材料,然后计算它在应用环境和负载条件下受到的应力。
然后,我们将应力值与轴材料的强度值进行比较,以确定轴是否能满足负载条件并安全操作。
校核轴应该考虑在负载下发生的弯曲和扭矩情况。
应该计算轴所需要的弯曲刚度和扭矩刚度以确保轴不会在负载下弯曲或扭曲过度。
轴的疲劳寿命计算是校核的最后一步。
轴的校核(机械设计用)一、引言轴是机械设计中重要的传动元件,其作用是将动力、扭矩或转动运动从一个部分传输到另一个部分,常用于制动、传动、液力传动、液压传动等装置中。
因此,轴的承载能力和稳定性对机械运转的安全性、正常性、可靠性起着关键性作用。
因此,在机械设计中,轴的校核显得尤为重要。
二、轴的校核轴的校核是指通过计算和检验的方法确定轴的受力状态和轴材的适宜性,在满足应力、变形、刚度、内部摩擦和动平衡等准则下评定轴的几何形状、尺寸和轴型的适宜性。
轴的挠度、变形和正反扭矩的产生将直接影响到机械的精度、运行可靠性和寿命,因此轴的安全性和可靠性是机械设计中必须考虑的关键因素。
轴的校核分为以下几个步骤:1. 确定轴的负载轴所承受的负载通常包括弯矩、剪力和轴向力。
在计算轴的承载能力时,需要将这些负载量化。
2. 计算轴所承受的应力应力就是单位面积上的力,轴所承受的应力与轴的几何形状、载荷以及材料的强度有关。
常用的轴应力计算方法有三种:弯曲应力、切割应力和轴向应力。
3. 判断轴的变形和挠度通过计算、分析和测试来判断轴材在所受负载下的弯曲变形和挠度。
需要将这些变形量化,以确定轴材的波纹度、平面度和圆度等几何指标的适宜性。
轴在承受负载时,其刚度会影响机器的频率响应和振动性能,同时也影响轴的几何强度。
常见的刚度指标包括挠度刚度、扭矩刚度和轴向刚度等。
5. 判断轴的内部摩擦和动平衡轴材的内部摩擦和动平衡将直接影响到机械运转的稳定性和可靠性,因此这些因素在轴的校核中也需要进行考虑。
1. 确认轴材的强度与硬度:轴材的强度与硬度将直接影响到轴材的承载能力和易损性,所以在轴的校核过程中需要先对轴材的材质、强度和硬度等参数进行确认。
2. 注意轴的材料性质:轴的材料性质将决定轴的几何尺寸和形状的合理性,同时也将影响到轴的寿命和易损性。
因此,在轴的校核中,需要特别注意轴材的硬度、韧性、延展性和强度等物理性质。
3. 考虑不同的负载类型:轴所承受的负载类型、位置和大小也会对轴的应力和变形产生不同的影响。
轴的设计、计算、校核以转轴为例,轴的强度计算的步骤为:一、轴的强度计算1、按扭转强度条件初步估算轴的直径机器的运动简图确定后,各轴传递的P和n为已知,在轴的结构具体化之前,只能计算出轴所传递的扭矩,而所受的弯矩是未知的;这时只能按扭矩初步估算轴的直径,作为轴受转矩作用段最细处的直径dmin,一般是轴端直径;根据扭转强度条件确定的最小直径为:mm式中:P为轴所传递的功率KWn为轴的转速r/minAo为计算系数,若计算的轴段有键槽,则会削弱轴的强度,此时应将计算所得的直径适当增大,若有一个键槽,将d min增大5%,若同一剖面有两个键槽,则增大10%;以dmin为基础,考虑轴上零件的装拆、定位、轴的加工、整体布局、作出轴的结构设计;在轴的结构具体化之后进行以下计算;2、按弯扭合成强度计算轴的直径l绘出轴的结构图2绘出轴的空间受力图3绘出轴的水平面的弯矩图4绘出轴的垂直面的弯矩图5绘出轴的合成弯矩图6绘出轴的扭矩图7绘出轴的计算弯矩图8按第三强度理论计算当量弯矩:式中:α为将扭矩折合为当量弯矩的折合系数,按扭切应力的循环特性取值:a扭切应力理论上为静应力时,取α=;b考虑到运转不均匀、振动、启动、停车等影响因素,假定为脉动循环应力,取α=;c对于经常正、反转的轴,把扭剪应力视为对称循环应力,取α=1因为在弯矩作用下,转轴产生的弯曲应力属于对称循环应力;9校核危险断面的当量弯曲应力计算应力:式中:W为抗扭截面摸量mm3,;为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力,;如计算应力超出许用值,应增大轴危险断面的直径;如计算应力比许用值小很多,一般不改小轴的直径;因为轴的直径还受结构因素的影响;一般的转轴,强度计算到此为止;对于重要的转轴还应按疲劳强度进行精确校核;此外,对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重的轴,还应按峰尖载荷校核其静强度,以免产生过量的塑性变形;二、按疲劳强度精确校核按当量弯矩计算轴的强度中没有考虑轴的应力集中、轴径尺寸和表面品质等因素对轴的疲劳强度的影响,因此,对于重要的轴,还需要进行轴危险截面处的疲劳安全系数的精确计算,评定轴的安全裕度;即建立轴在危险截面的安全系数的校核条件;安全系数条件为:式中:为计算安全系数;、分别为受弯矩和扭矩作用时的安全系数;、为对称循环应力时材料试件的弯曲和扭转疲劳极限;、为弯曲和扭转时的有效应力集中系数,为弯曲和扭转时的表面质量系数;、为弯曲和扭转时的绝对尺寸系数;、为弯曲和扭转时平均应力折合应力幅的等效系数;、为弯曲和扭转的应力幅;、为弯曲和扭转平均应力;S为最小许用安全系数:~用于材料均匀,载荷与应力计算精确时;~用于材料不够均匀,载荷与应力计算精确度较低时;~用于材料均匀性及载荷与应力计算精确度很低时或轴径>200mm时;三、按静强度条件进行校核静强度校核的目的在于评定轴对塑性变形的抵抗能力;这对那些瞬时过载很大,或应力循环的不对称性较为严重的的轴是很有必要的;轴的静强度是根据轴上作用的最大瞬时载荷来校核的;静强度校核时的强度条件是:式中:——危险截面静强度的计算安全系数;——按屈服强度的设计安全系数;=~,用于高塑性材料≤制成的钢轴;=~,用于中等塑性材料=~制成的钢轴;=~2,用于低塑性材料制成的钢轴;=2~3,用于铸造轴;——只考虑安全弯曲时的安全系数;——只考虑安全扭转时的安全系数;式中:、——材料的抗弯和抗扭屈服极限,MPa ;其中=~;Mmax、Tmax——轴的危险截面上所受的最大弯矩和最大扭矩,;Famax——轴的危险截面上所受的最大轴向力,N;A——轴的危险截面的面积,m;W、W T——分别为危险截面的抗弯和抗扭截面系数,m;四、轴的设计用表表1 轴的常用材料及其主要力学性能材料牌号热处理毛坯直径mm硬度HBS抗拉强度极限σb屈服强度极限σs弯曲疲劳极限σ-1剪切疲劳极限τ-1许用弯曲应力σ-1备注Q235A 热轧或锻后空冷≤100400~42022517010540用于不重要及受载荷不大的轴>100~250375~39021545正火回火≤10170~21759029522514055应用最广泛>100~300162~217570285245135调质≤200217~2556403552751556040Cr 调质≤100>100~300241~28673568554049035535520018570用于载荷较大,而无很大冲击的重要轴40CrNi 调质≤100>100~300270~300240~27090078573557043037026021075用于很重要的轴38SiMnMo 调质≤100>100~300229~286217~26973568559054036534521019570用于重要的轴,性能近于40CrNi38CrMoAlA 调质≤60>60~100>100~160293~321277~302241~27793083578578568559044041037528027022075用于要求高耐磨性,高强度且热处理氮化变形很小的轴20Cr 渗碳淬火回火≤60渗碳56~62HRC64039030516060用于要求强度及韧性均较高的轴3Cr13调质≤100≥24183563539523075用于腐蚀条件下的轴1Cr18Ni9Ti 淬火≤100≤19253019519011545用于高低温及腐蚀条件下的轴180110100~200490QT600-3190~270600370215185用于制造复杂外形的轴QT800-2245~335800480290250表2 零件倒角C与圆角半径R的推荐值直径d>6~10>10~18>18~30>30~50>50~80>80~120>120~180 C或R表3 轴常用几种材料的和A0值轴的材料Q2351Cr18Ni9Ti354540Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi 12~2012~2520~3030~4040~52A0160~135148~125135~118118~107107~98表4 抗弯抗扭截面模量计算公式。
轴的强度校核方法轴是指承受转矩或轴向载荷的机械零件,其强度校核是为了保证轴在工作过程中不产生变形、断裂等失效情况,从而确保机械系统的可靠运行。
轴的强度校核方法可以分为理论计算方法和实验测试方法两类。
一、理论计算方法1.强度校核理论基础:强度校核的理论基础是材料力学和工程力学,其中最基本的理论是应力和应变的关系,即胡克定律。
按照强度校核的要求,轴的应力必须小于其材料的抗拉强度,即σ<σt。
其中,σ为轴上的应力值,σt为材料的抗拉强度。
2.强度校核方法:强度校核方法根据所受力的不同可以分为两类:弯曲强度校核和扭转强度校核。
-弯曲强度校核:弯曲强度校核是指轴在承受弯曲力矩时的强度校核。
轴在工作过程中往往会受到弯曲力矩的作用,而产生弯曲应力。
弯曲强度校核需要计算轴的最大弯曲应力值σb和抗拉强度σt比较,其中σb计算公式为:σb=(M*c)/I其中,M为轴所受的弯曲力矩,c为轴上一点到中性轴的距离,I为轴的截面惯性矩。
-扭转强度校核:扭转强度校核是指轴在受扭矩作用时的强度校核。
轴在工作过程中也会受到扭矩的作用,而产生扭转应力。
扭转强度校核需要计算轴的最大扭转应力值τt和剪切强度τs比较,其中τt计算公式为:τt=(T*r)/J其中,T为轴所受的扭矩,r为轴的半径,J为轴的极限挠率。
3.动载荷和疲劳强度校核:在实际工作中,轴往往还会承受动载荷并产生疲劳应力,因此需要对轴进行动载荷和疲劳强度校核。
动载荷强度校核需要考虑轴在受动载荷作用下的应力变化情况,疲劳强度校核需要考虑轴在工作过程中的疲劳寿命。
动载荷和疲劳强度校核方法与静载荷强度校核方法类似,但需要考虑应力的变化规律。
二、实验测试方法1.材料强度测试:2.离心试验:离心试验是指将轴样品固定在离心试验机上,并施加拉力或扭矩进行加载,观察轴的变形情况,以评估轴的强度性能。
3.振动试验:振动试验是指给轴样品施加振动载荷,观察轴的疲劳寿命。
振动试验可以模拟轴在实际工作环境中的振动情况,从而评估轴的疲劳性能。
2.1.1概述轴是机械中非常重要的零件,用来支承回转运动零件,如带轮、齿轮、蜗轮等,同时实现同一轴上不同零件间的回转运动和动力的传递。
1. 轴的分类根据工作过程中轴的中心线形状的不同,轴可以分为:直轴和曲轴。
根据工作过程中的承载不同,可以将轴分为:∙传动轴:指主要受扭矩作用的轴,如汽车的传动轴。
∙心轴:指主要受弯矩作用的轴。
心轴可以是转动的,也可以是不转动的。
∙转轴:指既受扭矩,又受弯矩作用的轴。
转轴是机器中最常见的轴。
根据轴的外形,可以将直轴分为光轴和阶梯轴;根据轴内部状况,又可以将直轴分为实心轴和空。
2. 轴的设计⑴ 轴的工作能力设计。
主要进行轴的强度设计、刚度设计,对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的计算。
⑵ 轴的结构设计。
根据轴的功能,轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支撑要求,同时应具有良好的工艺性。
一般的设计步骤为:选择材料,初估轴径,结构设计,强度校核,必要时要进行刚度校核和稳定性计算。
校核结果如不满足承载要求时,则必须修改原结构设计结果,再重新校核。
3. 轴的材料轴是主要的支承件,常采用机械性能较好的材料。
常用材料包括:∙碳素钢:该类材料对应力集中的敏感性较小,价格较低,是轴类零件最常用的材料。
常用牌号有:30、35、40、45、50。
采用优质碳钢时,一般应进行热处理以改善其性能。
受力较小或不重要的轴,也可以选用Q235、Q255等普通碳钢。
∙合金钢:对于要求重载、高温、结构尺寸小、重量轻等使用场合的轴,可以选用合金纲。
合金钢具有更好的机械性能和热处理性能,但对应力集中较敏感,价格也较高。
设计中尤其要注意从结构上减小应力集中,并提高其表面质量。
∙铸铁:对于形状比较复杂的轴,可以选用球墨铸铁和高强度的铸铁。
它们具有较好的加工性和吸振性,经济性好且对应力集中不敏感,但铸造质量不易保证。
2.1.2 轴的结构设计根据轴在工作中的作用,轴的结构取决于:轴在机器中的安装位置和形式,轴上零件的类型和尺寸,载荷的性质、大小、方向和分布状况,轴的加工工艺等多个因素。
(2)按扭矩强度估算直径根据表6-2得C=118~107,又由式(6-5)得d≥c(p/n)1/3=(107~118)×(3.32/76.4)1/3=37.6~41.5mm考虑到轴的最小直径处要求安装联轴器,会有键槽存在,故将计算直径加3%~5%取38.73~41.5mm,由设计手册取标准直径d1=42mm(3)设计轴的结构并绘制草图由于设计的是单级减速器,可将齿轮布置在箱体内部中央,将轴承对称安装在齿轮两侧轴的外伸端安装半联轴器。
1)、确定轴上零件的位置和固定方式,要确定轴的结构形状,必须确定轴上零件的装拆顺序和固定方式,确定齿轮从右端装入,齿轮的左端用轴肩(或轴环)定位,右端用套筒固定,这样齿轮在轴上的轴向位置完全被确定,齿轮的周向固定采用平键联接,轴承对称安装于齿轮的两侧,其轴向用轴肩固定,周向固定采用过盈配合。
2)、确定各轴段的直径,如图所示,轴段a(外伸端)直径最小,d1=42mm,考虑到要对安装在轴段a上的联轴器进行定位,轴段b上应有轴肩,同时为能很顺利地在轴段c、f 上安装轴承,轴段c、f必须满足轴承的内径的标准,故取轴段c、f的直径分别为d3=55mm d6=55mm,用相同的方法确定轴段b、d、e的直径d2=50mm d4 =60mm d5=68mm,选用6211轴承。
3)、确定各轴段的长度,齿轮的轮毂宽为72mm,为保证齿轮固定可靠,轴段d的长度应略短于齿轮轮毂宽,取L4=70mm。
为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰,齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距取该间距为13mm。
为保证轴承安装在轴承座孔中(轴承宽度为21mm)并考虑轴承的润滑,取轴承端面距箱体内壁的距离为5mm。
所以轴段e的长度L5=18mm, 轴段f的长度L6=20mm。
轴段c由轴承安装的对称性知,L3=40mm,轴段b的长度L2=66mm,轴段 a 的长度由联轴器的长度确定得L1=83mm(由轴颈d1=42mm知联轴器和轴配合部分的长度为84mm),在轴段a 、d 上分别加工出键槽,使两键槽处于轴的同一圆柱母线上,键槽的长度比相应的轮毂宽度小约5—10mm,键槽的宽度按轴段直径查手册得到,a处选用平键12×8×70,d处选用平键18×11×60。
一、轴的分类按承受的载荷不同, 轴可分为:转轴——工作时既承受弯矩又承受扭矩的轴。
如减速器中的轴。
虚拟现实。
心轴——工作时仅承受弯矩的轴。
按工作时轴是否转动,心轴又可分为:转动心轴——工作时轴承受弯矩,且轴转动。
如火车轮轴。
固定心轴——工作时轴承受弯矩,且轴固定。
如自行车轴。
虚拟现实。
传动轴——工作时仅承受扭矩的轴。
如汽车变速箱至后桥的传动轴。
固定心轴转动心轴转轴传动轴二、轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。
钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件,有的则直接用圆钢。
由于碳钢比合金钢价廉,对应力集中的敏感性较低,同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度,故采用碳钢制造尤为广泛,其中最常用的是45号钢。
合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。
因此,在传递大动力,并要求减小尺寸与质量,提高轴颈的耐磨性,以及处于高温或低温条件下工作的轴,常采用合金钢。
必须指出:在一般工作温度下(低于200℃),各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多,因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时,所根据的是强度与耐磨性,而不是轴的弯曲或扭转刚度。
但也应当注意,在既定条件下,有时也可以选择强度较低的钢材,而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。
各种热处理(如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等)以及表面强化处理(如喷丸、滚压等),对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。
高强度铸铁和球墨铸铁容易作成复杂的形状,且具有价廉,良好的吸振性和耐磨性,以及对应力集中的敏感性较低等优点,可用于制造外形复杂的轴。
轴的常用材料及其主要力学性能见表。
三、轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。
轴的结构主要取决于以下因素:轴在机器中的安装位置及形式;轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法;载荷的性质、大小、方向及分布情况;轴的加工工艺等。
由于影响轴的结构的因素较多,且其结构形式又要随着具体情况的不同而异,所以轴没有标准的结构形式。
4.3 升降轴的设计 升降轴是升降电机动力通过链轮输入的一段,它的结构如下图:
图4-2 轴的结构图
1. 估算轴的基本直径
选用45钢,热处理方式为调质处理,由《机械设计》课本表15-3查得 取0A =120,得
mm 515
.272.2120n d 330=⨯=≥P A 所求为轴的最细处,即装联轴器处(图5-2)。
但因此处有个键槽,故轴颈应增大5%,即m m 5.5305.151d min =⨯=。
为了使所选的直径与联轴器孔径相适应,故需同时选择与其相适应的联轴器。
由《机械设计课程设计》课本查得采用凸缘联轴器,其型号选为YLD10,取与轴配合的的半联轴器孔径55mm ,故轴颈m m 55d 12=,与轴配合长度84mm 。
2. 轴的结构设计
(1)初定各段直径,见表4-1
位置 轴颈/mm 说明
装联轴器轴段1-2
12d =55 与半联轴器的内孔配合,故取55mm 定位轴承段
2-3
23d =60 放置端盖处,故取115mm 轴承段 3-4
34d =70 选用深沟球轴承6012,其孔径为70mm 装链轮段 4-5
45d =80 与链轮轮毂内孔配合 轴环段 5-6
56d =90 链轮的轴向定位 自由锻 6-7
67d =80 轴承的左端轴向定位 轴承段 3-4
78d =70 选用深沟球轴承6012,其孔径为70mm
(2)确定各段长度,见表4-2
3. 轴上零件的周向固定
半联轴器的周向定位均采用平键连接,按12d 由《机械设计》查得平键尺寸801016l h b ⨯⨯=⨯⨯,长为80mm ,半联轴器与轴的配合代号为H7/k6。
同样,链轮毂与轴连接处,选用平键为251422l h b ⨯⨯=⨯⨯,为保证链轮与轴的周向固定,故选择链轮轮毂与轴的配合代号为H7/k6。
4. 考虑轴的结构工艺性
考虑轴的结构工艺性,轴肩处的圆角半径R 值为2.5,轴端倒角c=2mm ;为便于加工,链轮和半联轴器处的键槽布置在同一轴面上。
4.4 升降轴的强度校核
1. 轴的受力分析
轴的力学模型如下图:
根据升降传动轴的受力情况,此轴主要受扭矩作用。
(1)求出轴传递的扭矩:
m N 7645.272.295509550⋅=⨯==n P T
KN T F t 9.7193.07642d 2=⨯==
KN F F t 9.7r ==
图4-3 轴的载荷分析图
求轴上的作用力:
水平面受力分析得:
t NH NH F F F =+21
1505521⋅=⋅NH NH F F
计算得:KN F NH 78.51=,KN F NH 12.22=。
水平面的最大弯矩1M =mm KN F NH ⋅=⋅5.317551
垂直面受力分析得:
r NV NV F F F =+21
150
5521⋅=⋅NV NV F F 计算得:KN F NV 78.51=,KN F NV 12.22=。
垂直面的最大弯矩2M =mm KN F NV ⋅=⋅9.317551
总弯矩为M :
mm KN M M M ⋅=+=43.3382
221
垂直面的最大弯矩2M =mm KN F NV ⋅=⋅9.317551
总弯矩为M : mm KN M M M ⋅=+=43.3382
221
进行校核时通常只校核轴上承受最大弯矩额地方,可以看出轴的第二个键槽中心截面C (即与链轮配合处)受扭矩最大,为危险截面,应对它进行扭应力强度较核:
垂直面的最大弯矩2M =mm KN F NV ⋅=⋅9.317551
总弯矩为M : mm KN M M M ⋅=+=43.3382
221
进行校核时通常只校核轴上承受最大弯矩额地方,可以看出轴的第二个键槽中心截面C (即与链轮配合处)受扭矩最大,为危险截面,应对它进行扭应力强度较核: ][)(122-≤+=
ταδW T M ca (4-7) 式中 mm 764N 5
.272.295509550⋅=⨯==n P T ; 根据《机械设计》课本表15-4得:
d t d bt W 2
3
)(32d --=π 已知:d=80mm 、b=16mm 、t=6mm 。
计算得:d t d bt W 23
)(32d --=π52
31042.408.0071.0006.0016.0-3208.0-⨯=⋅⋅⋅=π 根据《机械设计》课本表15-1、轴调质处理得:Mp 60][1=-δ
计算得:][p 89.1210
42.427646.042.338)(15-222-≤=⨯⋅+=+=δαδM W T M ca )( 由此可知强度符合要求,设计合理。