標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)的總體及夾緊裝置的設(shè)計(jì)【4張CAD圖紙】

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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目：標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)的總體及夾緊裝置的設(shè)計(jì) 系 別 航空工程系 專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)學(xué)號(hào) 078105332 學(xué)生姓名 徐立軒 指導(dǎo)教師 羅海泉 二O一一 年五月 目錄 1 標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)概述 ………………………………………………………………5 1.1. 課題背景……………………………………………………………………5 1.2. 標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)的基本工作原理……………………………………………5 1.3. 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)篩的類(lèi)型簡(jiǎn)介……………………………………………………6 1.4. 標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)使用過(guò)程中的工作和工況要求……………………………6 1.5. 設(shè)計(jì)任務(wù)……………………………………………………………………7 2 標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)的總體設(shè)計(jì)……………………………………………………8 2.1. 總體位置方案的確定………………………………………………………8 2.2. 電動(dòng)機(jī)的選擇………………………………………………………………9 3 緊機(jī)構(gòu)的設(shè)…………………………………………………………………………11 3.1. 夾緊裝置的基本結(jié)構(gòu) ……………………………………………………11 3.2. 夾緊裝置的基本要求 ……………………………………………………11 3.3. 夾緊裝置的計(jì)算 …………………………………………………………13 3.3.1. 夾緊裝置受力分析 ………………………………………………………13 3.3.2. 離心力的計(jì)算 ……………………………………………………………14 3.3.3. 圓筒剪切強(qiáng)度校核 ………………………………………………………15 4 振擊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………16 4.1. 打擊軸的工作原理 ………………………………………………………16 4.2. 打擊軸的計(jì)算校核 ………………………………………………………16 4.2.1. 圓柱銷(xiāo)的剪切應(yīng)力校核 …………………………………………………16 4.2.2. 打擊軸的強(qiáng)度計(jì)算 ………………………………………………………17 5 偏心軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………………19 5.1. 大偏心軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ……………………………………………………19 5.1.1. 大偏心軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及其選材 ……………………………………19 5.1.2. 大偏心軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………19 5.1.3. 大偏心軸的校核計(jì)算 ……………………………………………………21 5.2. 小偏心軸的設(shè)計(jì) …………………………………………………………27 5.2.1. 小偏心軸的設(shè)計(jì)要求 ……………………………………………………27 5.2.2. 小偏心軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………28 6 托盤(pán)與托盤(pán)支承的設(shè)計(jì) ………………………………………………………29 6.1. 托盤(pán)的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………29 6.2. 托盤(pán)支撐的設(shè)計(jì) …………………………………………………………29 7 箱體的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………34 7.1. 振篩機(jī)箱體設(shè)計(jì)的基本要求 ……………………………………………34 7.2. 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) …………………………………………………………34 8 標(biāo)準(zhǔn)零件的選擇 …………………………………………………………………37 8.1. 滾動(dòng)軸承的選用 …………………………………………………………37 8.1.1. 滾動(dòng)軸承的確定 …………………………………………………………37 8.1.2. 軸承的壽命計(jì)算 …………………………………………………………38 8.2. 滑動(dòng)軸承的確定 …………………………………………………………40 8.2.1. 軸承的選材 ………………………………………………………………40 8.2.2. 軸套結(jié)構(gòu)的確定 …………………………………………………………41 8.3. 鍵的選擇 …………………………………………………………………41 9 滑桿等非標(biāo)準(zhǔn)零件的選擇 ……………………………………………………42 9.1. 雙頭螺桿的設(shè)計(jì)和選擇 …………………………………………………42 9.2. 滑竿的設(shè)計(jì)選擇 …………………………………………………………42 9.3. 馬蹄定位環(huán)的設(shè)計(jì) ………………………………………………………42 10 潤(rùn)滑與密封 ………………………………………………………………………44 10.1. 潤(rùn)滑簡(jiǎn)介 …………………………………………………………………44 10.2. 軸承的潤(rùn)滑 ………………………………………………………………44 10.2.1. 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 …………………………………………………………44 10.2.2. 滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 …………………………………………………………45 10.3. 潤(rùn)滑方式的選擇 …………………………………………………………45 10.4. 密封 ………………………………………………………………………45 11 軸的工藝路線……………………………………………………………………46 11.1. 加工要求 …………………………………………………………………46 11.2. 零件各主要部分的作用及技術(shù)要求 ……………………………………46 11.3. 工藝分析 …………………………………………………………………46 11.4. 基準(zhǔn)選擇 …………………………………………………………………46 11.5. 工藝過(guò)程 …………………………………………………………………46 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………49 致謝………………………………………………………………………………………50 1．標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)概述 1．1 課題背景 目前，在我國(guó)，選礦設(shè)備的種類(lèi)有很多，機(jī)械式的占絕大多數(shù)。隨著選礦技術(shù)變得越來(lái)越成熟，新型的電磁振動(dòng)式振篩機(jī)現(xiàn)在也得到運(yùn)用。但不管對(duì)于實(shí)驗(yàn)室還是工地現(xiàn)場(chǎng)，機(jī)I械式振篩機(jī)的運(yùn)用占據(jù)了主要位置。而標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)憑借其優(yōu)良的工作性能和方便輕巧的優(yōu)點(diǎn)也深受用戶的喜愛(ài)，所以，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)的研究與設(shè)計(jì)變得越來(lái)越重要。 在選礦設(shè)備中，振篩機(jī)是一種很有代表性的選礦設(shè)備，其廣泛運(yùn)用于試驗(yàn)室的選礦工作中。標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)是與小200毫米試驗(yàn)篩配套使用，對(duì)顆粒物料進(jìn)行分級(jí)篩分的專用設(shè)備，可代替人工篩分操作，并具有兩種功能，一種為搖動(dòng)和振擊，另一種為純搖動(dòng)篩分。并廣泛用于地質(zhì)、冶金、化工、煤炭、國(guó)防、科研、砂輪制造、水泥生產(chǎn)等部門(mén)化驗(yàn)室對(duì)物料進(jìn)行篩分分析。振擊次數(shù)穩(wěn)定可靠，裝夾套篩方便靈活，夾緊牢靠，并能自動(dòng)停車(chē)，根據(jù)用戶需要，可篩分多種特性的產(chǎn)品每次開(kāi)機(jī)五分鐘，既方便又簡(jiǎn)單完成分級(jí)工作。 1.2 標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)的基本工作原理 若不考慮電磁式標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)，但就機(jī)械式振篩機(jī)而言，我們所設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)屬于直線頂擊式振篩機(jī)。它屬于仿人工篩分功能機(jī)械，所以，它具有振擊和搖動(dòng)的功能，正是在這種仿人工篩分的機(jī)械動(dòng)作，是煤粒的篩分作業(yè)得以實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)直線頂擊功能通過(guò)一對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，而其搖動(dòng)的機(jī)械動(dòng)作，我們通過(guò)安裝偏心輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本機(jī)結(jié)構(gòu)主要由機(jī)座、篩與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成?？膳鋫鋵Ｓ脢A具、即可裝夾Φ200試驗(yàn)篩，又可裝Φ75、 Φ100套篩，裝夾方便靈活，夾緊牢靠，并能自動(dòng)停機(jī)。 有的標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)振擊功能是通過(guò)兩個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)振機(jī)篩分運(yùn)動(dòng)的，我們采用純機(jī)械式傳動(dòng)，只要在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上做些設(shè)計(jì)改進(jìn)，就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)振擊和篩分的雙重功能， 既節(jié)省了設(shè)計(jì)成本，又使動(dòng)作更穩(wěn)定。 其基本工作原理如圖1. 1所示，煤流在振動(dòng)和搖動(dòng)的作用下，通過(guò)篩組從上往下流動(dòng)，通過(guò)篩組時(shí)，我們可以根據(jù)要求得到幾組不同粒度值的煤粒。 圖1.1 篩分過(guò)程中煤流運(yùn)動(dòng)示意圖 1.3標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)篩的類(lèi)型簡(jiǎn)介 試驗(yàn)篩式振篩機(jī)的很重要的附件，它就象計(jì)算機(jī)的軟件一樣，它的選擇直接決定我們所要得到的煤樣的粒度。 Φ200試驗(yàn)篩根據(jù)篩面材料分為金屬絲編織網(wǎng)試驗(yàn)篩和金屬穿孔板試驗(yàn)篩。金屬絲編織網(wǎng)試驗(yàn)篩采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6003.1-1997 生產(chǎn)。其網(wǎng)孔基本尺寸為2.36mm-0.038mm，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO3310-1：1990 R20/3，R20，R40/3 系列，篩網(wǎng)材質(zhì)為黃銅、錫青銅、不銹鋼。 金屬穿孔板試驗(yàn)篩采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6003.2-1997，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO3310-2：1990 R20/3、R20、R40/3 系列，篩網(wǎng)材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)不銹鋼，并采用數(shù)控沖壓穿孔而成。 借鑒進(jìn)口試驗(yàn)篩的優(yōu)點(diǎn)，在下篩框增加了密封膠圈，較好地解決了振篩機(jī)震篩時(shí)粉料漏失現(xiàn)象，減少了飛濺粉料濺入振篩機(jī)縫隙內(nèi)磨損齒輪的機(jī)會(huì)，盡可能的延長(zhǎng)振篩機(jī)的使用壽命。同時(shí)還能減小噪音，一定程度地改善了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)噪音條件。 1.4標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)使用過(guò)程中的工作和工況要求 1.4.1必須均勻給料： 給料量以滿足設(shè)備處理為準(zhǔn)。一次投料過(guò)多，阻礙物料在篩面上的正常運(yùn)動(dòng)，不但易使篩網(wǎng)疲勞變松，而且會(huì)大大降低物料處理量。一次性給予大量物料，會(huì)使本身處于不平衡運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)負(fù)荷驟然增加，而造成電機(jī)損壞、減低電機(jī)的壽命。如給料量達(dá)不到設(shè)備的處理能力，即浪費(fèi)能源，又降低了產(chǎn)量。1.4.2在有強(qiáng)大沖擊力的給料方式，必須加裝緩沖料斗，物料直接沖擊網(wǎng)面，不但消耗振動(dòng)源所產(chǎn)生的激振力，更易造成網(wǎng)面破損及篩網(wǎng)疲勞，而影響產(chǎn)量及篩分.過(guò)濾的質(zhì)量。 1.5設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)的題目是標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)的總體設(shè)計(jì)和夾緊裝置的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)參數(shù)主要為： 電動(dòng)機(jī)額定功率 P=0.37KW 搖動(dòng)頻率 w=221rad/min 振擊頻率 f=141次/min 匹配篩具直徑 200mm 設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是首先對(duì)振篩機(jī)的總體進(jìn)行布局，合理化裝配空間，并對(duì)搖動(dòng)、打擊、夾緊等機(jī)構(gòu)或裝置的工作原理進(jìn)行系統(tǒng)分析,然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求初歩擬定一個(gè)設(shè)計(jì)方案,然后對(duì)其主要部件進(jìn)行受力分析并校核,從而確定一個(gè)更加科學(xué)的設(shè)計(jì)方案。 7 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2.1總體位置方案的確定 借鑒已有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)大致整體結(jié)構(gòu)沒(méi)有作很大的變動(dòng)，因?yàn)楝F(xiàn)有的產(chǎn)品在其各零部件的布置上以及總體尺寸的設(shè)計(jì)上有它的優(yōu)點(diǎn)。 總體位置方案:篩組由夾緊裝置固定成一個(gè)部分,單獨(dú)布置在箱體的外部,下面由托盤(pán)支撐與偏心盤(pán)聯(lián)接起來(lái),托盤(pán)支撐還能增強(qiáng)打擊軸的打擊力度.箱體內(nèi)部依舊是布置振擊部分和減速機(jī)構(gòu)，并將其設(shè)計(jì)成不同的單元，這樣能夠更加有利于裝配和維修。 20 1.夾緊裝置 2.搖動(dòng)機(jī)構(gòu) 3.上斜齒輪 4.機(jī)架 5.減速機(jī)構(gòu) 6.下斜齒輪 7.振擊機(jī)構(gòu) 圖2.1 標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)剖面圖 2.2電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，我們所使用的電機(jī)功率為0.37KW，這種電機(jī)屬于微型電機(jī)，通過(guò)查閱相關(guān)手冊(cè)【9】，列舉了功率為0.37KW，各種微型電機(jī)性能參數(shù)表（表2.1） 表2.1 部分微型電機(jī)性能參數(shù)對(duì)比表[9] 電機(jī)型號(hào) 功率（P） 額定電流(A) 額定電壓(V) 電流頻率(HZ) 轉(zhuǎn)速(r/min) 功率因素cosφ 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 啟動(dòng)電流(A) 最大轉(zhuǎn)矩 A02-7112 370 0.95 220/380 50 2800 0.8 2.2 6 2.4 AO2-7124 370 1.12 220/380 50 1400 0.72 2.2 6 2.4 B02-8012 370 3.36 220 50 2800 0.77 1.1 30 1.8 B02-8024 370 4.24 220 50 1400 0.64 1.2 30 1.8 C02-8012 370 3.36 220 50 2800 0.77 2.8 21 1．8 C02-8024 370 4.24 220 50 1400 0.64 2.5 21 1.8 通過(guò)仔細(xì)比較各種電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，我們所選擇電機(jī)的型號(hào)為A02-7124，轉(zhuǎn)速為1400r/min 。因?yàn)樗霓D(zhuǎn)速相對(duì)來(lái)說(shuō)比較慢，這有利于傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，且其所承受的轉(zhuǎn)矩較大，能更好地滿足工作要求。 在電動(dòng)機(jī)的選擇上,選擇45號(hào)機(jī)座,此尺寸在各個(gè)方面都比較小，更加有利于振篩機(jī)的小型化設(shè)計(jì),在圖2.1中，列出了每個(gè)安裝尺寸的位置，并在表2.2中列出了每個(gè)安裝尺寸的數(shù)值。 圖2.1 A02系列 IMB3型驅(qū)動(dòng)微型電機(jī)外形尺寸安裝圖 表2.2 A02系列 IMB3型驅(qū)動(dòng)電機(jī)的外形尺寸數(shù)值表 機(jī)座號(hào) 安裝尺寸 B3、B4、B14外形尺寸不大于 A A/2 B C D E F G H AB AC AE HD L 45 71 35.5 56 28 9 20 3 7.2 90 100 70 0 115 150 3 夾緊裝置的設(shè)計(jì) 3.1夾緊裝置的基本結(jié)構(gòu) 振篩機(jī)在工作過(guò)程中會(huì)遇到離心力和慣性力等各種力的作用，因此定位后必須夾緊。夾緊裝置一般由夾緊機(jī)構(gòu)和動(dòng)力源組成。 1、夾緊機(jī)構(gòu)：接受和傳遞動(dòng)力源的原始作用力，使其變?yōu)閵A緊力的中間機(jī)構(gòu)和夾緊元件稱為夾緊機(jī)構(gòu)。它直接與工件夾緊表面接觸并完成夾緊任務(wù)。 2、動(dòng)力源：產(chǎn)生的原始作用力的部分，一般指機(jī)動(dòng)夾緊。如氣動(dòng)、液動(dòng)、電磁和電動(dòng)等。如人的體力對(duì)工件的夾緊，則稱為手動(dòng)夾緊。 3.2夾緊裝置的基本要求 3.2.1在不破壞工件精度，并保證加工質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量使夾緊裝置到： （1）夾緊作用準(zhǔn)確、安全、可靠； （2）夾緊動(dòng)作迅速、操作省力方便； （3）夾緊變形??； （4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易 3.2.2確定夾緊力的基本原則 1、夾緊力的方向選擇： （1）夾緊力的方向應(yīng)盡量垂直于主要定位基面； （2）夾緊力方向應(yīng)盡量與切削力的方向一致 2、夾緊力的作用點(diǎn)的選擇： （1）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)跟支承元件相對(duì)，否則工件容易變形不穩(wěn)固； （2）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近加工面，以增強(qiáng)工件部位剛性，防止振動(dòng) 根據(jù)實(shí)際需要，我們列舉了一些常用的夾緊機(jī)構(gòu)，如表3.1所示。實(shí)際上我們的動(dòng)力源為人力對(duì)夾緊機(jī)構(gòu)所施的力，也是我們所稱的手動(dòng)夾緊。 表 3.1 類(lèi)型 動(dòng)力源 增力比 主要參數(shù) 特點(diǎn) 斜契 多數(shù)為氣動(dòng)、液壓 2-5 1、斜契角α=5°-15° 2、行進(jìn)比i 1、能改變作用力的方向 2、加緊行程較小 3、與一般氣動(dòng)、液壓部分連接，α應(yīng)大于自鎖角 螺旋 多數(shù)為手動(dòng) 65-140 選擇螺紋直徑一般M8-M24 1、增力比大 2、自鎖性好 3、加緊行程受限制較小 4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 5、操作費(fèi)事 偏心 多數(shù)為手動(dòng) 12-14 1、偏心距e一般取2-6 2、偏心外徑D 1、自鎖性隨偏心特性D/e變化，當(dāng)D/e>14時(shí)，與螺旋加緊相比，自鎖性較差，適用與震動(dòng)不大的工序 2、加緊行程較小 杠桿 氣動(dòng)、液壓、手動(dòng) 0.5-3 杠桿比一般取0.5-3 1、本身無(wú)自鎖性。因此必須與其他機(jī)構(gòu)組合使用 2、根據(jù)不同結(jié)構(gòu)可以改變作用力的方向 鉸鏈 氣動(dòng)、液壓 1.5-4 1、夾緊斜角α>10° 2、加緊行程Sz 3、加緊儲(chǔ)備Sω 4、鉸鏈臂長(zhǎng)L 1、能改變作用力的方向 2、加緊行程易受限制 3、同一機(jī)構(gòu)夾緊力隨夾緊斜角的變化而有較明顯變化 4、一般與氣動(dòng)液壓部件連接 3.3夾緊裝置的計(jì)算 3.3.1夾緊裝置受力分析 振篩機(jī)在工作工程中的，由于存在上下的振擊運(yùn)動(dòng)，固定篩組也與托盤(pán)在夾緊機(jī)構(gòu)的作用下固定成一體，并在打擊軸的作用下沿著滑桿在作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)打擊軸完成一個(gè)工作行程掉下的過(guò)程，固定篩組隨其一同自由落下的那一瞬間，產(chǎn)生一個(gè)向上的慣性力，而這個(gè)慣性力所針對(duì)的重量體為裝料的固定篩組和加緊機(jī)構(gòu)的重量和（不包括下面的托盤(pán)〕。我們估計(jì)其最大的重量值為300N因此我們估計(jì)篩組自由下落時(shí)所產(chǎn)生的最大慣性力F1max=300N，如果把慣性力等效成一種負(fù)載的話，那么這個(gè)負(fù)載的承載力為夾緊機(jī)構(gòu)與夾緊支撐體(滑竿）的摩擦力。我們選擇壓桿，螺紋傳動(dòng)副和滑竿的材料都為45號(hào)鋼，我們?cè)O(shè)計(jì)的壓桿與滑竿接觸處為一段圓弧面接觸。 圖3.1 壓塊 查閱相關(guān)資料，我們選定的鋼-鋼無(wú)摩擦潤(rùn)滑時(shí)的靜摩擦系數(shù)為f=0.15因?yàn)榻佑|面為圓弧面，因此其當(dāng)量摩擦系數(shù)為： Fv=(1-π/2)f (3.1) 需要產(chǎn)生的摩擦力 F1’=F1MAX=F2×fv F2=F1’÷fv/3≤300÷0.15/3=667N 在計(jì)算中，因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)了三根滑竿，因此運(yùn)算過(guò)程中乘了一個(gè)1/3。其中F2是產(chǎn)生摩擦力所需要的水平分力。 所設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)的水平力主要由一個(gè)類(lèi)似楔塊機(jī)構(gòu)的的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖所示，錐螺母相當(dāng)于楔塊1，壓桿相當(dāng)于楔塊2，錐螺母與退拔螺母組成一個(gè)具有自鎖功能的螺旋傳動(dòng)副。當(dāng)錐螺母順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，錐螺母則向上運(yùn)動(dòng)，從而其產(chǎn)生的水平力推動(dòng)壓桿向外運(yùn)動(dòng)通過(guò)壓桿與滑竿的摩擦夾緊振動(dòng)篩組。 1.錐螺母 2，壓桿 3，滑桿 圖3.2 夾緊裝置夾緊機(jī)構(gòu)示意圖 設(shè)計(jì)錐面與水平方向的夾角為75°。 按照示意圖，可以反過(guò)來(lái)推倒：F2=667N 反作用力 F23=F32=F2=667N 摩擦力 f12=f21=F12×f 摩擦角 Φ=arctan0.15=9.5° 水平力 F12×cos15°+f12×cos75°=F23=667N 即 F2=F12×0.15×cos75°+F12×cos15° （3.3) 解得 F12=1.01F2=667N 夾緊機(jī)構(gòu)外壁對(duì)壓桿產(chǎn)生的力可等效成一個(gè)摩擦力 fw=100N 則 F12’=F12+fw=767N 由于楔塊垂直方向的加緊力由螺紋結(jié)構(gòu)提供，因此無(wú)須對(duì)楔塊的自鎖性進(jìn)行校核。也就是說(shuō)在螺旋傳動(dòng)下產(chǎn)生了 F12’這一水平力，其受力的大小和受力的平衡都是螺旋副來(lái)保證的。螺旋副能夠承受比較大的徑向載荷和軸向載荷，且此處的螺桿沒(méi)有轉(zhuǎn)速要求，因此一般都能滿足要求，我們這里選外螺紋直徑為Φ27的螺旋副傳動(dòng)。 3.3.2離心力的計(jì)算 在工作過(guò)程中，振篩機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比較快（設(shè)計(jì)要求為221rad/min)。而且在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程托盤(pán)和起上面夾緊機(jī)構(gòu)固定的部分都構(gòu)成一個(gè)整體，這個(gè)整體圍繞一個(gè)中心以一定的半徑作圓周運(yùn)動(dòng)。我們把上面考慮成一個(gè)單獨(dú)的質(zhì)量體，其在作偏心運(yùn)動(dòng)時(shí)必將產(chǎn)生一個(gè)離心力，我們的設(shè)計(jì)部件必須不被這個(gè)離心力所破壞，我們考慮最危險(xiǎn)的情況。 偏心半徑R=12.5mm 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)上面部分的最大重量Fa=500N〔包括托盤(pán)，篩組，夾緊機(jī)構(gòu)以及物料等〕。 由離心力公式F3=Mv2/r,即F3=Mω2r=500/9.8×0.0125×(2212/60)=519N 由于上端轉(zhuǎn)動(dòng)組織的在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的離心力可分擔(dān)在滑竿上面，滑竿與篩組有6 個(gè)固定點(diǎn)，我們所求的力應(yīng)該是平均到每個(gè)竿所受到的力。相對(duì)應(yīng)的是滑竿又會(huì)對(duì)其起導(dǎo)向作用的夾緊機(jī)構(gòu)圓筒產(chǎn)生剪切力，剪切力的大小則為離心力與壓桿對(duì)滑竿的力之和。 即 Fj=F12+F3/6=667+341/6=724N 3.3.3圓筒剪切強(qiáng)度校核 在工作過(guò)程中，夾緊機(jī)構(gòu)圓筒將會(huì)受到來(lái)自滑竿的剪切應(yīng)力。脆性材料斷裂時(shí)的應(yīng)力是6 13 ，塑性材料達(dá)到屈服時(shí)的應(yīng)力是屈服極限，這兩者都是構(gòu)件實(shí)效時(shí)的極限應(yīng)力，為保證構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度，在載荷作用下的構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)力6顯然要低于極限應(yīng)力。 選材為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)剛45號(hào)鋼。 根據(jù)表5.1查手冊(cè)[1] [σs]=353MP 參考現(xiàn)有產(chǎn)品，初步設(shè)計(jì)圓筒的長(zhǎng)度L=55mm，厚度W=6mm 則園筒截面積As=55×6=330mm2 剪切應(yīng)力σ=724/(330×10-6)=2.19MPa 顯然σ<[σs],滿足強(qiáng)度要求。 4．振擊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1打擊軸的工作原理 振擊機(jī)構(gòu)是通過(guò)凸輪傳動(dòng)帶動(dòng)打擊軸實(shí)現(xiàn)的，如圖4.1所示，打擊軸1是通過(guò)一個(gè)銷(xiāo)聯(lián)接在上凸輪2空心軸部分的，當(dāng)上凸輪軸2與下凸輪軸3產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于凸輪傳動(dòng)作用使上凸輪向上運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程，同時(shí)，打擊軸是空套在上，下凸輪軸之間的，當(dāng)上凸輪軸向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，則通過(guò)銷(xiāo)連接在上凸輪空心軸上的打擊軸也要隨之運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程。從而完成打擊作用。 圖4.1 振擊結(jié)構(gòu)示意圖 4.2打擊軸的計(jì)算校核。 4.2.1圓柱銷(xiāo)的剪切應(yīng)力校核[10] 銷(xiāo)的形式很多，主要可分為圓柱銷(xiāo)、圓錐銷(xiāo)、槽銷(xiāo)與槽釘、彈性銷(xiāo)、開(kāi)口銷(xiāo)和軸銷(xiāo)等。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用圓柱銷(xiāo)，材料選用45號(hào)鋼。 圖4.2 打擊軸示意圖 如上圖所示，我們?cè)O(shè)計(jì)銷(xiāo)孔的直徑為Φ5mm，圓柱銷(xiāo)選用5×40mm規(guī)格，其在向上打擊的過(guò)程中，受到剪切，需對(duì)其進(jìn)行校核。 計(jì)算公式：銷(xiāo)剪切 τ=4F/πd2≤[τ] (4.1) 其中F為圓柱銷(xiāo)受到的剪切力。 表4.1 銷(xiāo)與銷(xiāo)聯(lián)接的許用應(yīng)力表[10] 許用應(yīng)力 鋼，抗拉強(qiáng)度σb(MPa) 鑄鋼 鑄鐵 400 500 600 700 [τ] 40 50 60 70 ------- ------- [σ]p 65 90 105 120 60 50 [σ]w 55 80 95 105 ------- ------- 表中數(shù)值對(duì)靜載荷乘以1.4，對(duì)交變載荷乘以0.7 表中 [τ]—銷(xiāo)剪切應(yīng)力; [σ]p—銷(xiāo)壓應(yīng)力; [σ]w—銷(xiāo)彎曲應(yīng)力 取打擊軸受到的軸向力為Fz=F=600N τ=（4×600）/π·（5×10-3）2 =30.57MPa 而查表45號(hào)鋼抗拉強(qiáng)度σb=598MPa，所以我們選擇[τ]=60MPa τ<[τ] 因此所選圓柱銷(xiāo)滿足強(qiáng)度要求 4.2.2打擊軸的強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)總體尺寸和受力情況，我設(shè)計(jì)打擊軸的打擊軸打擊端的軸徑為15mm，下端支撐端軸徑為17.5mm，總長(zhǎng)度為255mm。 通過(guò)查閱材料手冊(cè),打擊軸材料選擇4 5號(hào)鋼，其各性能參數(shù)為 極限壓應(yīng)力σab=σs=275MPa 截面積 A=π×7.252=165×10-6m2 打擊壓應(yīng)力 Pbc=Fz=600N 許用截面積 [A]=Pbc/σbc=600/275=1.09×10-6m2 因此 [A]〈A ， 設(shè)計(jì)滿足要求 另外，在上面部分，打擊軸套在短偏心軸內(nèi)部甩動(dòng)上面部分作偏心運(yùn)動(dòng)，所以在工作時(shí)，離心運(yùn)動(dòng)將在偏心軸小端產(chǎn)生剪切力。 同理由上，離心力 F3=519N (短偏心軸離心力Fd=40N ) 剪切力 F4=F3+Fd=519+40=559N 小端直徑 d=15mm 剪切應(yīng)力 τ=F4/π（d/2）2=559/(3.14×7.252)=3.4MPa 查表得 [τ]=60×0.7=42MPa 因此 τ＜[τ] 所以打擊軸抗剪切應(yīng)力滿足要求 打擊軸在工作過(guò)程中有沖擊作用，因此，打擊軸必須有一定的沖擊韌度,提高沖擊韌度的途徑有:降低C、P等含量,采用微細(xì)粒,采用高溫回火馬氏體組織等。 5．偏心軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1大偏心軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1.1大偏心軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及其選材 軸的設(shè)計(jì)跟其它零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的工作能力的計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性方面的計(jì)算，多數(shù)情況下軸的工作能力取決于軸的強(qiáng)度。 表5.1 45鋼的強(qiáng)度極限應(yīng)力[1] 材料牌號(hào) 熱處理 毛坯直徑 (mm) 硬度/HBS 抗拉強(qiáng)度極限σb 屈服強(qiáng)度極限σs 彎曲疲勞極限σ-1 剪切疲勞極限τ-1 許用彎曲應(yīng)力（σ-1） 備注 MPa 45 正火 《100 170-217 590 295 255 140 55 應(yīng)用最廣泛 回火 〉100-300 162-217 570 285 245 135 調(diào)質(zhì) 《200 217-255 640 355 275 155 60 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。合金鋼比碳鋼具有高的力學(xué)性能和更高的淬火性能，因此，在傳遞大動(dòng)力， 并要求減少尺寸與質(zhì)量，提高軸徑的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下的工作的軸， 常采用合金鋼，但碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸較為廣泛。經(jīng)過(guò)比較，本設(shè)計(jì)選擇45號(hào)鋼作為大偏心軸的材料，表5.1列舉的是其主要力學(xué)性能。 5.1.2大偏心軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素： 1、軸在機(jī)器中的安裝位置及形式：振篩機(jī)的大偏心軸需要安裝到箱體的內(nèi)部，通過(guò)箱體架的巧妙設(shè)計(jì)使其只有一端仲出箱體，而另一端固定在內(nèi)部。 2、軸上安裝的零件的類(lèi)型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；大偏心軸上需安裝三個(gè)軸承，其中一個(gè)是在偏心軸端。軸上裝有一個(gè)斜齒輪，會(huì)產(chǎn)生軸向力。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素很多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)，必須針對(duì)不同情況而具體分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置，便于拆裝和調(diào)整等等。 這里設(shè)計(jì)的大偏心軸與其它一般的軸不同。常規(guī)的軸一般都是橫向平躺著工作的， 而為了滿足振篩機(jī)型能的要求，我們把振篩機(jī)的大偏心軸豎直放立，且為了滿足結(jié)構(gòu)要求，有一段還需要懸空。具體設(shè)置如下 （1）裝配方案：從大偏心軸的工作位置分析，其下端通過(guò)鍵聯(lián)接裝斜齒輪，中間裝一對(duì)軸承，頂端因作偏心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而放置1軸承。 （2）零件的軸向定位：兩軸承采取套筒定位保持其相對(duì)間隔，向外通過(guò)箱體的機(jī)械結(jié)構(gòu)固定。因?yàn)樘淄捕ㄎ唤Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，軸上不需要開(kāi)槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強(qiáng)度。且兩軸承相距不大，僅相距20mm。軸的下端采用圓螺母與止動(dòng)墊圈配合使用固定，因?yàn)閳A螺母可承受較大的軸向力。 （3）各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定 零件在軸上的定位和裝拆方案確定后，軸的大小形狀便大體確定.各軸段所需的直徑與軸上的載荷有關(guān).初步確定軸的直徑時(shí),通常還不能知道只反力的作用點(diǎn)，不能決定彎矩的大小和分布的^情況，因而不能按軸所受的具體載荷及其引起的應(yīng)力來(lái)確定軸的直徑.但在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前,通常已能求得軸所受的扭矩.因此,可按軸所受的扭矩初步來(lái)估算軸所受的直徑,具體公式見(jiàn)公式5.4，將初步求出的直徑做為承受扭矩的軸段的最小直徑dmin，然后按照軸上零件的定位方案和裝配要求，從dmin起逐一確定各段軸的直徑。 本次設(shè)計(jì)的大偏心軸是一根空心軸，所以我們估算的最小直徑只能是等效換算成圓環(huán)的大小來(lái)設(shè)計(jì)。確定各軸段長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡可能使其結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還要保證零件所需的裝配和調(diào)整要求。通過(guò)相關(guān)計(jì)算，計(jì)算的最小直徑為12.8mm(5.1.3中有講述）。根據(jù)此條件，選擇推薦的軸徑作為最小軸徑。大偏心軸由于中間有打擊軸通過(guò)，所以其必須設(shè)計(jì)成為空心軸，設(shè)計(jì)具體示意圖如圖5.1。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 圖5.1 大偏心軸 5.1.3軸的校核計(jì)算 軸的計(jì)算通常都是在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后進(jìn)行校核計(jì)算，計(jì)算準(zhǔn)則是滿足軸的強(qiáng)度或剛度要求，必要時(shí)還要校核軸的振動(dòng)穩(wěn)定性。對(duì)于軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已基本完成，各部分細(xì)節(jié)均已基本完成，也即軸系的裝配草圖已完成，此時(shí)需對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。一般有三種方法： （1）許用扭應(yīng)力校核法。用于主要傳遞轉(zhuǎn)矩〔不受彎矩或僅受較小彎矩）的軸。此法較粗糙，實(shí)際上是估算法的起源。 （2）許用彎曲應(yīng)力校核法。用于主要承受彎矩（同時(shí)也傳遞轉(zhuǎn)矩）的軸。此法較上法略精確，但最重要的軸仍很粗糙。 （3）安全系數(shù)校核計(jì)算法。這是最精確的方法，最重要的軸都要用它。 在實(shí)用中，一般都用前兩種方法中的一種，先粗算一下，有點(diǎn)把握，再用第三種方法驗(yàn)算。我們采用第二種方法來(lái)進(jìn)行校核。進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的受載及應(yīng)力情況，采用相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取許用應(yīng)力。對(duì)于僅僅（或主要） 承受扭矩的軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)條件計(jì)算；對(duì)于只承受彎矩的軸（心軸〉，應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于既承受彎矩又承受扭矩的軸，應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算，需要時(shí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核。此外，對(duì)于瞬時(shí)過(guò)載很大或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生塑性變形。 1、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算這種方法是只按軸所受的扭矩來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度；如果還受有不大的彎矩時(shí)，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法加以考慮。在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常有這種方法初步估計(jì)軸徑。對(duì)于不太重要的軸，也可作為最后的計(jì)算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度為 τT=T/WT=955000/0.2/d3≤[τT] 式中：τT——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（MPa） T——軸所受的扭矩（Nmm） WT——軸的抗扭截面系數(shù)（mm3） N——軸的轉(zhuǎn)速（r/min） P——軸傳動(dòng)的功率（KW） D——計(jì)算截面處的直徑（mm） [τT]——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 由上可得軸的直徑d≥=AO 對(duì)于空心軸，則有d≥AO 式中β=d1/d，即空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，通常取0.5-0.6。 設(shè)計(jì)的大偏心軸的內(nèi)徑與外徑之比為0.6（即d=30mm,d1=18mm） 表5.1 軸的幾種材料的[τT]及AO值【1】 軸的材料 Q235-A、20 Q275、35 45 40Cr，35SiMn，38SiMnMo，3Cr13 [τT] 15-25 20-35 25-45 35-55 AO 149-126 135-112 126-103 112-97 注：（1）表中[τT]值是考慮了彎矩影響而降低了許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。 （2）在下述情況下，[τT]取較大值，AO取較小值：彎矩較小或只受扭矩作用、載荷叫平穩(wěn)、無(wú)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，[τT]取最小值，AO取最大值。 設(shè)計(jì)的外徑為30mm，完全滿足要求 應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)軸截面上開(kāi)有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑>100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大3°；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大7°。對(duì)于直徑≤100匪的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，增大5°-7°；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大10°-15°。然后將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。應(yīng)當(dāng)注意，這里求出的直徑，只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑dmin。 從圖上我們可以看出，軸的右端是個(gè)大偏心，從受力上分析，當(dāng)偏心軸工作時(shí)，其大偏心輪部分受到了很大的剪切力，但作為軸的校核，我們應(yīng)該考慮最危險(xiǎn)的情況。由于作偏心運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力的方向是不斷變化的，因此我們?nèi)∫粋€(gè)最危險(xiǎn)的截面來(lái)分析。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：一對(duì)角接觸球軸承設(shè)置在中間位置，另外一個(gè)同類(lèi)型的軸承套在大偏心軸末端。我們?cè)O(shè)計(jì)的軸在負(fù)載段我們選用內(nèi)外徑比β=0.6的比值設(shè)計(jì)，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，外徑設(shè)計(jì)為Φ30，內(nèi)徑設(shè)為Φ18。中間采用套筒定位，不需要設(shè)置軸肩，減少加工難度。 如圖5.2所示，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為，一對(duì)角接觸球軸承設(shè)置在中間位置，另外一個(gè)同類(lèi)型的軸承套在大偏心軸末端，以支撐大偏心軸的偏心運(yùn)動(dòng)。其具體安裝圖如圖所示 圖5.2 大偏心軸安裝示意圖 2、按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算【1】 通過(guò)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的重要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的定位，以及外載荷支反力的作用位置均已確定，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)度條件對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。且大偏心軸在工作過(guò)程中，確實(shí)也受到彎矩和扭轉(zhuǎn)的作用。 從圖上我們可以看出，軸的右端是個(gè)大偏心，從受力上分析，當(dāng)偏心軸工作時(shí)，其大偏心輪部分受到了很大的剪切力，但作為軸的校核，我們應(yīng)該考慮最危險(xiǎn)的情況。由于作偏心運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力的方向是不斷變化的，因此我們?nèi)∫粋€(gè)最危險(xiǎn)的截面來(lái)分析。另外，我們所設(shè)計(jì)的軸是空心的，所以我們只能將這個(gè)截面圓環(huán)等效成一個(gè)校核直徑來(lái)進(jìn)行校核。 （1）做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（即力學(xué)模型） （如圖5.3、5.4） 軸所受的載荷是從軸上零件傳來(lái)的。計(jì)算時(shí)，常將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力， 其作用點(diǎn)取為載荷分布的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件了，輪轂寬度中點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類(lèi)型和布置方式有關(guān)。我們把軸上零件的載荷分解為水平分力和垂直分力，然后求出各支撐處的水平反力FNH觀和垂直反力FNV 。 經(jīng)計(jì)算 Ft=0.479×103 Fa=Fttanβ=0.429×103N Fr=Ft/cosβ=0.479×103/cos20°=0.51×103N Ma=Fa×d/2=0.429×103×65/2=13900N/m 由離心力公式 F3=mv2/r=519N 通過(guò)力矩的平衡原理： Ft×30.5+F’×65.5=FNV2×20+Ma Fnv2=Fr2=(Fr30.5+Fr’×65.5-13.9×103)/20 =(0.51×103×30.5+519×65.5-13.9×103)/20=1753N（方向向上） 同理 Fr×51.5+Fr’×44.5=FNV1×20+Ma FNV1=Fr1=(Fr×51.5+Fr’×44.5-Ma)/20 =（0.51×103×51.5+519×44.5-13.9×103）/20=1773N（方向向下） M1= Fr30.5-Ma =0.51×103×30.5-13.9×1030.51×103×30.5 =1655 N.mm M2= Fr’×44.5 =14863 N.mm Mv=M2=14863 N.mm 25 ^人學(xué)本科牛畢業(yè)設(shè)計(jì) 水平彎矩 FNH2×21=Ft×30.5 FNH2=0.479×106 × 30.5/21=700N FNH1×21= Ft×51.5 FNH1=0.479×103× 51.5/21=14863N Mh=0.479× 103× 30.5=14610N.mm M==14863N.mm 計(jì)算扭矩，作扭矩圖(圖5.4) T=955000P/n =955000.0.37/221 =15989Nmm 25 ^人學(xué)本科牛畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖5.3 大偏心軸垂直方向彎矩圖 25 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 圖5.3 大偏心軸水平方向彎矩圖 校核軸的強(qiáng)度[1] 已知軸的彎矩和扭矩后，可針對(duì)某些危險(xiǎn)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)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力 σca= （5.5） 通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力σ是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ則常不時(shí)對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)α，則計(jì)算應(yīng)力為： 26 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 σca= 式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取α≈3；當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取α≈0.6；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力亦為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取α=1。 現(xiàn)取α=0.6 對(duì)于直徑為d的圓軸，彎曲應(yīng)力α=M/W，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ=M/WT=M/2W σca=≤[σ-1] （5.6） 查表得[σ-1]=55MPa σca——軸的計(jì)算應(yīng)力(MPa) M——軸所受的彎矩（Nmm） T——軸所受的扭矩 W——軸的抗彎截面系數(shù)mm3 經(jīng)計(jì)算 M=17.6×106Nmm 對(duì)于空心軸 W≈0.1d3 (1-β3) = 0.1×303(1-0.63) =2700×0.784 =2117 σca=≈0.008MPa≤[σ-1] 所以，設(shè)計(jì)的軸滿足強(qiáng)度要求 5.2小偏心軸的設(shè)計(jì) 5.2.1小偏心軸的設(shè)計(jì)要求 小偏心軸是對(duì)偏心盤(pán)機(jī)構(gòu)起輔助作用的,其數(shù)量是3個(gè),既對(duì)托盤(pán)上面部分起輔助支撐作用,并跟隨偏心盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng),使偏心盤(pán)各個(gè)方向都受力均衡,并保持偏心盤(pán)在動(dòng)作時(shí)的平行度和穩(wěn)定性。小偏心軸的徑向和軸向都受力不大,對(duì)其材料亦可選擇45鋼，無(wú)需進(jìn)行強(qiáng)度校核，因此對(duì)其設(shè)計(jì)主要在于結(jié)構(gòu)上滿足裝配的要求，并考慮其需要與滑動(dòng)軸承的配合，因此還需要考慮它們配合后的潤(rùn)滑。對(duì)此采用了在小偏心軸上鉆潤(rùn)滑油孔, 在托盤(pán)上儲(chǔ)存潤(rùn)滑油的方法,來(lái)達(dá)到潤(rùn)滑的目的。 5.2.2小偏心軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 通過(guò)考慮裝配等各方面的結(jié)構(gòu)和功能要素,所設(shè)計(jì)的小偏心軸如圖5.5所示,其中，右端的潤(rùn)滑油孔是與滑動(dòng)軸承配合后通潤(rùn)滑油的.且右端標(biāo)注的12.5mm為小偏心軸的偏心距，與大偏心軸一致。 圖5.5 小偏心軸 6．托盤(pán)與托盤(pán)支承的設(shè)計(jì) 6.1托盤(pán)的設(shè)計(jì) 托盤(pán)的的結(jié)構(gòu)要求主要是下部有一個(gè)短偏心軸安裝在托盤(pán)內(nèi)部，并且與之配套地需要安裝一個(gè)深溝球軸承。通過(guò)打擊軸一邊上下打擊運(yùn)動(dòng)，一點(diǎn)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而甩動(dòng)偏心軸做偏心運(yùn)動(dòng)。 軸承深居托盤(pán)內(nèi)部，其密封方式采用脂潤(rùn)滑，也就是在托盤(pán)上面加工一個(gè)加脂孔。托盤(pán)上面部分是安放篩組的，通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)使篩組與托盤(pán)固定成為一個(gè)整體，且滑桿時(shí)通過(guò)螺紋副聯(lián)接在托盤(pán)上面的，所以托盤(pán)還需要加工三個(gè)螺紋孔。 29 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 圖6.1 托盤(pán)結(jié)構(gòu)剖視圖 從圖6.1上我們可以看出，中間的階梯孔是安裝短偏心軸和軸承的，旁邊的長(zhǎng)孔為安裝滑竿的螺紋孔。兩個(gè)螺釘?shù)淖饔檬枪潭ㄝS承蓋。 6.2托盤(pán)支撐的設(shè)計(jì) 三角盤(pán)上支撐托盤(pán)的結(jié)構(gòu)是托盤(pán)支撐。在靜止的狀況下，彈簧處于自幼仲縮狀態(tài)在工作時(shí)，能保證托盤(pán)在一定的振幅內(nèi)運(yùn)動(dòng)，不至于使托盤(pán)在打擊軸的作用下而發(fā)生托盤(pán)脫離機(jī)械體的事故，且由于彈簧的拉力能增強(qiáng)打擊軸的打擊強(qiáng)度。 彈簧的選擇：在設(shè)計(jì)中，我們根據(jù)彈簧的最大載荷、最大變形、以及結(jié)構(gòu)要求（也就是安裝空間對(duì)彈簧尺寸的限制）來(lái)決定彈簧直徑、彈簧中徑、工作圈數(shù)、彈簧的螺旋升角和長(zhǎng)度等。 查閱相關(guān)表格【1】，《機(jī)械設(shè)計(jì)》中介紹，在選擇材料時(shí)，應(yīng)考慮到彈簧的用途、重要程度、使用條件（包括載荷性質(zhì)，大小極其循環(huán)特性，工作持續(xù)時(shí)間，工作溫度和周?chē)橘|(zhì)情況等），以及加工、熱處理和經(jīng)濟(jì)性等因素。同時(shí)，也要參照現(xiàn)有的設(shè)備中使用的彈簧，選擇出較為合用的材料，我們選擇的彈簧材料為65Mn，旋向?yàn)橛倚側(cè)?shù)10.5 圈，有效圈數(shù)為8 圈，彈簧中徑D=16mm，自由高度為45mm。通過(guò)對(duì)彈簧絲直徑的試算我們可以簡(jiǎn)單校核彈簧是否滿足工作要求。 其公式為： d’≥1.6 （6.1） Fmax——彈簧收到的最大壓力 K——曲度系數(shù) C—旋繞比 [τ]—許用剪切應(yīng)力 表6.1 彈簧的拉伸強(qiáng)度極限[1] 鋼絲直徑 1-1.2 1.4-1.6 1.8-1.2 2.2-2.5 2.8-3.4 σB 1800 1750 1700 1650 1600 選擇C=5，則d=16/5=3.2mm 則 內(nèi)徑 D1=D-d=12.8mm 外徑 D2=D+d=19.2mm K≈（4C-1）/(4C-4)+0.615/C (6.2)≈1.19 經(jīng)查表得 [τ]≈0.3σB=510MPa 去最大壓力Fmax=220N 所以求得 d’≥1.6≈2.56mm 則我們所選用的彈簧滿足要求。 由于彈簧所受的載荷為交變載荷，而振篩機(jī)的工作是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，因此我們必須對(duì)彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算（如果變載荷的作用次數(shù)N≤103，或載荷變化的幅度不大時(shí)，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算）彈簧在交變載荷作用下，當(dāng)彈簧所受載荷在F1 和F2 不斷變化時(shí)，彈簧材料內(nèi)部所產(chǎn)生的最大和最小循環(huán)切應(yīng)力為 τmax=(8KD/πd3)F2[1] (6.3) τmin=(8KD/πd3)F1[1] (6.4) F1—安裝載荷 λ1—預(yù)壓變形量 F2—最大載荷 λ2—最大變形量 經(jīng)過(guò)計(jì)算 τmax=325MPa τmin=0MPa 對(duì)于上述變應(yīng)力作用下的普通圓柱螺旋壓縮彈簧，疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算值Sca 以及強(qiáng)度條件可按下式計(jì)算： Sca=≥SF【1】 （6.5） 式中τ0 ——彈簧脈動(dòng)循環(huán)剪切疲勞強(qiáng)度極限，按交變載荷作用次數(shù)N，由下表查出； SF——彈簧疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，當(dāng)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算和材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)精確性很高時(shí)，取SF=1.3-1.7。當(dāng)精確性低時(shí)，取SF=1.8-2.2。 表6.2 彈簧脈動(dòng)循環(huán)剪切疲勞強(qiáng)度極限 變載荷作用次數(shù)N 104 105 106 107 τ0 0.45σB 0.35σB 0.33σB 0.3σB σB——t 彈簧材料的拉伸強(qiáng)度極限，單位為MPa，對(duì)于65Mn，σB =735MPa τ0取最小值 經(jīng)計(jì)算Sca= 由于所取的數(shù)字的精確性不是很高，所以求出的安全系數(shù)滿足要求。 31 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 圖6.2 彈簧的結(jié)構(gòu)和受力圖 彈簧的安裝為一端固定，一端可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，我們還需對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性校核為了便于制造及失穩(wěn)想象，我們?cè)O(shè)計(jì)的壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比 b=H0/D=45/16=2.5<3.7 滿足穩(wěn)定性要求 靜應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算 靜應(yīng)力強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算值SSca的計(jì)算公式及強(qiáng)度條件為 SSca=τs/τmax≥SS (6.6) 其中τS為彈簧材料的剪切屈服極限。靜應(yīng)力強(qiáng)度的設(shè)計(jì)安全系數(shù)SS的選 取與SF相同 SSca=510/325=1.75≥SS  圖6.3 托盤(pán)支承示意圖 由上面的計(jì)算可知，強(qiáng)度滿足要求 33 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7．箱體的設(shè)計(jì) 7.1振篩機(jī)箱體設(shè)計(jì)的基本要求 在一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，箱體的主要功用是把傳動(dòng)件，特別是齒輪副、蝸桿副等包容起來(lái)，對(duì)于振篩機(jī)，箱體的設(shè)計(jì)主要滿足以下幾個(gè)方面的要求。 (1)振篩機(jī)的齒輪傳動(dòng)和減速部分是振篩機(jī)結(jié)構(gòu)中一個(gè)非常中要的組成部分，由于要滿足傳動(dòng)的換向的要求，使傳動(dòng)部分出現(xiàn)了三根傳動(dòng)軸，并安裝了惰輪換向，所以所設(shè)計(jì)箱體上面應(yīng)該有合適的位置來(lái)安裝軸承，通過(guò)軸承支撐傳動(dòng)件上的軸，使軸上傳動(dòng)件保持正常的傳動(dòng)關(guān)系和運(yùn)動(dòng)精度。 (2)存儲(chǔ)潤(rùn)滑劑，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)件和軸承的潤(rùn)滑； (3)密封作用，減少環(huán)境不良因素對(duì)傳動(dòng)和軸承的不利影響。 (4)保護(hù)機(jī)器操作者的人身安全，避免傷亡事故。 箱體的種類(lèi)有以下幾種: (1)鑄造箱體，其特點(diǎn)是箱體結(jié)構(gòu)和形狀可以設(shè)置得復(fù)雜一些，結(jié)構(gòu)合理，吸振性， 機(jī)加工性能好。由于鑄造需要制作木?；蚪饘倌?，故僅適應(yīng)于成批生產(chǎn)的中小型箱體。 (2)焊接箱體,其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期較短，所以適應(yīng)于單件或小量生產(chǎn)，特別是大型箱體； (3)粘接箱體,以粘接代替焊接，可以避免熱變形，但粘接強(qiáng)度不穩(wěn)定，可靠性不高； (4)沖壓箱體,適應(yīng)于大批量，輕載荷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的小型箱體。 振篩機(jī)的箱體屬于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的箱體，且振篩機(jī)的生產(chǎn)屬于批量生產(chǎn)，一套模具可以供應(yīng)一批振篩機(jī)使用，從成本上考慮也算經(jīng)濟(jì)，因此我們選擇鑄造箱體。 7.2箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 振篩機(jī)的箱體分為上，下箱體兩部分，用螺釘聯(lián)接。根據(jù)總體的結(jié)構(gòu)尺寸要求， 我們?cè)O(shè)計(jì)的上箱體必須滿足安裝軸承等結(jié)構(gòu)的要求，如圖7.1所示 圖7.1 上箱蓋示意圖 我們?cè)O(shè)計(jì)的箱體的尺寸為長(zhǎng)\寬\高: L×W×H=396×360×190(mm) 箱體的壁厚滿足如下公式: N=(2L+W+H)/3000=(2×396+360+190)/3000=0.45mm (7.1) 圖7.2 下箱體示意圖 35 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 36 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 表7.1 鑄造箱體的最小壁厚（mm） 當(dāng)量尺寸N 箱體材料 灰鑄鐵 鑄鋼 鑄鋁合金 鑄銅 0.3 6 10 4 6 0.75 8 10-15 5 8 1.0 10 15-20 6 - 從表7.1 中我們可以選擇當(dāng)量尺寸為0.75 的灰鑄鐵，其最小外壁厚為8mm，通過(guò)參照現(xiàn)有產(chǎn)品,考慮到其裝配對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響,選用箱體最薄處的厚度為22mm。位置精度的保證通常用定位銷(xiāo)來(lái)保證箱體聯(lián)接的位置精度，定位銷(xiāo)直徑取為聯(lián)接螺栓直徑的1/3-1/2。 一般采用兩各個(gè)定位銷(xiāo)，為了提高定位精度，他們之間的距離應(yīng)盡可能遠(yuǎn)一些，所以常布置在接合面的對(duì)角線上，但不宜對(duì)稱分布，以避免裝配誤差。 對(duì)傳動(dòng)件的支承作用是箱體結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要功能，但在主傳動(dòng)那一大塊，對(duì)整個(gè)箱體這一空間來(lái)講，軸承是安裝在箱體的空間中的，所以必須設(shè)計(jì)一個(gè)和幾個(gè)與箱體相連的部分來(lái)達(dá)到固定軸承等運(yùn)動(dòng)或結(jié)構(gòu)部件的結(jié)構(gòu)要求。所以我們?cè)O(shè)計(jì)了上下三角盤(pán)。上下三角盤(pán)采用鑄造加工完成，通過(guò)其本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到給軸承的部件的定位和支承作用。其自身通過(guò)螺釘或螺栓與箱體相連接，可以支撐上面工作部分的重量。 圖7.3 上下三角盤(pán)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 8．標(biāo)準(zhǔn)零件的選擇 8.1滾動(dòng)軸承的選用 8.1.1滾動(dòng)軸承的確定 振篩機(jī)在工作過(guò)程中，其大偏心軸上的力和運(yùn)動(dòng)是通過(guò)用鍵聯(lián)接在偏心軸上的斜齒輪傳遞的，因此大偏心軸將承受一定的軸向力，而且，大偏心軸對(duì)上面的托板等部分有一定的支撐力，而這些支撐力都可作為大偏心軸所承受的軸向力，所以必須選擇合適的軸承來(lái)支撐。 通過(guò)查閱相關(guān)資料，列舉了一些典型軸承的性能介紹，如表8.1中所示。通過(guò)比較表內(nèi)所列軸承的優(yōu)缺點(diǎn)，由于我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到軸所受的軸向力和徑向力作用，我們選擇角接觸球軸承，并成對(duì)布置，查閱課程設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇的軸承代號(hào)為7026C。 表8.1 典型軸承的性能表 種類(lèi) 類(lèi)型名稱 結(jié)構(gòu)代號(hào) 基本額定動(dòng)載荷 極限轉(zhuǎn)速比 軸向承載能力 軸向限位能力 性能和特點(diǎn) 1 調(diào)心球軸承 10000 0.6-0.9 中 少量 I 因?yàn)橥馊L道表面是以承中點(diǎn)為中心的球面，能自動(dòng)調(diào)心，一般不宜受純軸向載荷 2 推力球軸承 51000 1 低 只能承受單向軸向載荷 II 為了防止鋼球與滾道之間的滑動(dòng)，工作時(shí)必須加一定的軸向載荷。高速時(shí)離心力大，鋼球保持磨損，