1235-放線機(jī)升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1235-放線機(jī)升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),放線,升降,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 1 頁(yè) 共 46 頁(yè)本設(shè)計(jì)已經(jīng)通過(guò)答辯，如果需要圖紙請(qǐng)聯(lián)系QQ 251133408 另專業(yè)團(tuán)隊(duì)代做畢業(yè)設(shè)計(jì)，質(zhì)量速度有保證1 緒論1.1 設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)算機(jī)通訊線纜或類似線纜的裁切的自動(dòng)供料，以保證線纜切線長(zhǎng)度。1.2 設(shè)計(jì)的主要思路設(shè)計(jì)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。以便更好的使用放中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 2 頁(yè) 共 46 頁(yè)線機(jī)。本人的想法是想用液壓驅(qū)動(dòng)不想用陳規(guī)的螺桿升降，要解決這些問(wèn)題必須解決升降系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)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(huì)大大的降低工作效率，所以選用液壓升降會(huì)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(gè)可靠的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，現(xiàn)在一般用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樗性S多優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)線卷的拉力大小來(lái)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(gè)變頻器，可以無(wú)限調(diào)速，可以得到任何想要得轉(zhuǎn)速。驅(qū)動(dòng)裝置則是用液壓驅(qū)動(dòng)，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(jì)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(dòng)力可采取外驅(qū)動(dòng)力。3 升降過(guò)程要求平穩(wěn).快捷。4.放線時(shí)線圈外徑懸空高度 200mm—400mm。5.線圈形狀尺寸示于圖 1.1中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 3 頁(yè) 共 46 頁(yè)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(lái)越要求精確的技術(shù)，以此同時(shí)我們還不能以犧牲效率為代價(jià)?，F(xiàn)在線路的應(yīng)用越來(lái)越多，相應(yīng)各種線的切割，也越來(lái)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(lái)研究放線機(jī)有很好的經(jīng)濟(jì)很社會(huì)效益?，F(xiàn)階段我國(guó)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(guò)了科技成果鑒定。鑒定委員會(huì)認(rèn)為，該設(shè)備的研制對(duì)推動(dòng)我國(guó)高端金屬線材制造技術(shù)的發(fā)展，扭轉(zhuǎn)我國(guó)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(guó)家的被動(dòng)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(huì)主任由中科院院士吳宏鑫擔(dān)任，來(lái)自中國(guó)航天科技集團(tuán)、中國(guó)冶金設(shè)計(jì)院、南京航天航空大學(xué)、等國(guó)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(jì)方案、技術(shù)資料和制造工序的基礎(chǔ)上，參照了國(guó)際、國(guó)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(dòng)結(jié)構(gòu)和單側(cè)主動(dòng)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(tái)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(dòng)態(tài)性集中控制，來(lái)進(jìn)行各種放線機(jī)的升降運(yùn)動(dòng)。江蘇泰隆機(jī)械集團(tuán)幾年前開(kāi)始金屬線材設(shè)備的開(kāi)發(fā)研制，通過(guò)自主開(kāi)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(kāi)發(fā)與制造體系，不僅國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)70％以上，而且出口10多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。企業(yè)成為全國(guó)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(shí)產(chǎn)權(quán)和專利技術(shù)。這次通過(guò)技術(shù)成果鑒定的25模高速水箱拉絲機(jī)已申報(bào)了7項(xiàng)中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 4 頁(yè) 共 46 頁(yè)專利。隨著國(guó)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(duì)升降機(jī)要求也越來(lái)越高，高、深、尖液壓技術(shù)在升降機(jī)上的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，液壓系統(tǒng)展示了強(qiáng)大的發(fā)展趨勢(shì)。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(kāi)式液壓系統(tǒng)，然而，現(xiàn)代施工對(duì)起升系統(tǒng)提出了新的要求：節(jié)能、高效、可靠以及微動(dòng)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(jì)方案本人的想法是想用液壓驅(qū)動(dòng)不想用陳規(guī)的螺桿升降，要解決這些問(wèn)題必須解決升降系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)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(huì)大大的降低工作效率，所以選用液壓升降會(huì)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(gè)可靠的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，現(xiàn)在一般用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樗性S多優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)線卷的拉力大小來(lái)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(dòng)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(duì)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(dòng)，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(guò)溢流閥進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)壓力表觀察壓力表讀數(shù)值。 液缸的活塞向下運(yùn)動(dòng)（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(dòng)安全可靠，在回油路上設(shè)置平衡閥，平衡回路、保持壓中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 5 頁(yè) 共 46 頁(yè)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(dòng)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(shí)能安全自鎖。安裝了超載聲控報(bào)警器,用以區(qū)別超載或設(shè)備故障。 電器控制系統(tǒng)通過(guò)防爆按鈕 SB1—SB6 來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，隔爆型電磁換向閥的換向，以保持載荷提升或下降，且通過(guò)“LOGO”程序調(diào)整時(shí)間延遲量，避免電機(jī)頻繁起動(dòng)而影響使用壽命。 1.5.2 夾緊的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)放線機(jī)的夾緊也一個(gè)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(dòng)頂尖的夾緊方法。當(dāng)液壓缸把線卷升到指定高度時(shí)，先將其一端放入固定頂尖，然后在推動(dòng)活動(dòng)頂尖將其夾緊。因?yàn)闈L子的重量比較大，所以在其活動(dòng)頂尖的一端再加一個(gè)液壓缸，通過(guò)液壓來(lái)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(jì)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，中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 6 頁(yè) 共 46 頁(yè)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(guò)高頻或火焰表面淬火。所以根據(jù)要求選擇 45 號(hào)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(shí)，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(shí)，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(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。根據(jù)載荷方向選擇軸承類型時(shí)，對(duì)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(duì)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(shí)，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(shí)，還有不大的軸向載荷 Fa 時(shí)，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(shí)，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(duì)類型的選擇不發(fā)生什么影響，只有在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，才會(huì)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(gè)轉(zhuǎn)速是指載荷不太大，冷卻條件正常，且為 0 級(jí)公差等級(jí)軸承時(shí)的最大允許轉(zhuǎn)速。但是，由于極限轉(zhuǎn)速主要是受工作時(shí)溫升的影響，因此，不能認(rèn)為樣本中是一個(gè)絕對(duì)不能超過(guò)的界限。從工作的轉(zhuǎn)速對(duì)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(shí)應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 7 頁(yè) 共 46 頁(yè)2〉在內(nèi)徑相同的條件下，外徑越小，則滾動(dòng)體就越小，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)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(dòng)下工作。故在高速時(shí)，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(chǎng)合。要用一個(gè)外徑較小的軸承而承載能力達(dá)不到要求時(shí)，可再裝一個(gè)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(duì)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(shí)，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(guò)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(jí)，或者適當(dāng)?shù)募哟筝S承的徑向游隙。選擇循環(huán)潤(rùn)滑或油霧潤(rùn)滑，加強(qiáng)對(duì)循環(huán)油的冷卻，等措施來(lái)改善軸承的高速性能。若工作轉(zhuǎn)速超過(guò)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(jì)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(jì)算 5.0/25Fr ?a查表 6-24 知向心軸承的最大 e=0.44(2) 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 PP=fd(X*FR+Y*Fa) 中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 8 頁(yè) 共 46 頁(yè)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(hào)及 C0 取定后才能最終確定，現(xiàn)暫時(shí)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(jì)算額定動(dòng)載荷 CC=P 3636105*27810*?nl=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(hào)軸承。即型號(hào)為 36312 號(hào)軸承。（5）驗(yàn)算。1）C0=49400N051.492*0?Cifa2）查表 6-24 知這時(shí) Y 在 1.8～1.6 之間，用插值法計(jì)算 Y 值。Y=1.8- 7.104.7)5(*)6.18(??所以 X=0.56 Y=1.7 3）P=1.2*（0.56*5000+1.7*2500）=8460N4）驗(yàn)算 Lh 值。中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 9 頁(yè) 共 46 頁(yè)L h= 33)8461(*5)(*167?pcn=5799h預(yù)期壽命小于現(xiàn)壽命，所以選 36312 號(hào)軸承。(6)在此選用的附表全部來(lái)自《機(jī)械設(shè)計(jì)制圖手冊(cè)》--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)尺寸表 2.2.3 軸承的標(biāo)準(zhǔn)載 荷 額定動(dòng)載荷 C 額定靜載荷 C0 極限轉(zhuǎn)速 r /min83.0KN 72.5KN 48002.2.4 軸承的標(biāo)準(zhǔn)外形和安裝尺寸圖d D B Tman Tmin r R1 a60 130 31 31 30.5 3.5 2 25.6D1 D2 rg73 117 2中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 10 頁(yè) 共 46 頁(yè)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(duì)象液壓傳動(dòng)是研究已有的壓流體為能源物質(zhì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的船東和自動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行能量的傳遞，控制和轉(zhuǎn)換。液壓傳動(dòng)所用的工作介質(zhì)為液壓油或其他合成液體，液壓傳動(dòng)傳遞動(dòng)力大，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。但由于液體粘性大，在流動(dòng)過(guò)程中阻力損失大，因而不宜作遠(yuǎn)距離傳動(dòng)和控制。2.3.2 液壓的工作原理 現(xiàn)在以液壓千斤頂來(lái)簡(jiǎn)述液壓傳動(dòng)的工作原理。中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 11 頁(yè) 共 46 頁(yè)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(shí)，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(shí)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(gè)等值的壓力 P，也就是說(shuō)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(dòng)的基本公式。由于 P=W/A2，因此，當(dāng)負(fù)載 W 增大時(shí)，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(dòng)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。中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 12 頁(yè) 共 46 頁(yè)即A1H1=A2H2或 ...................................（2.2）`21AH?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(shí)除以活塞移動(dòng)的時(shí)間 t 得tHAt21?即 ..................................（2.3）211v式中，v1,v2 分別為小活塞和大活塞的移動(dòng)速度。從式（2.3）可以看出，活塞的運(yùn)動(dòng)速度和活塞的面積成反比。AH/t 的物理意義是單位時(shí)間內(nèi)液體流過(guò)截面面積為 A 的某一個(gè)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(dòng)速度為v= .................................（2.5）A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(dòng)速度，這就是液壓無(wú)及調(diào)速的原理。2.3.3 功率關(guān)系由式（2.1）和式（2.3）可得中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 13 頁(yè) 共 46 頁(yè)F1v1=Wv2...............................(2.6)式（2.6）左端為輸入功率，右端為輸出功率，這說(shuō)明在不計(jì)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(dòng)中最基本最重要的兩個(gè)參數(shù)，他們相當(dāng)于機(jī)械傳動(dòng)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(jiàn)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(dòng)的液壓缸，做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)等。（3） 控制調(diào)節(jié)裝置 對(duì)液壓系統(tǒng)中流體的壓力，流動(dòng)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(guò)濾器，空氣過(guò)濾器，油霧器，蓄能器，他們對(duì)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(dòng)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(wú)級(jí)變速2） 體積小，重量輕3） 工作平穩(wěn)4） 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，標(biāo)準(zhǔn)化，系列化中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 14 頁(yè) 共 46 頁(yè)（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(dòng)裝置的設(shè)計(jì) （1） 根據(jù)題意，裝置由定量泵供油，當(dāng)油缸向上動(dòng)作頂物體后，蓄能器充油，油壓增高，壓力繼電器動(dòng)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(shí)，壓力繼電器又接通電機(jī)，繼續(xù)使油泵供油。用于加工時(shí)間較長(zhǎng)的機(jī)床夾具，優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約動(dòng)力和防止油溫過(guò)高。（2） 下面是原理圖帶蓄能器的連鎖裝置的穩(wěn)壓回路 中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 15 頁(yè) 共 46 頁(yè)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(jì)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)的確定中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 16 頁(yè) 共 46 頁(yè)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(jì)算液壓缸的尺寸A= 24510*9.320178mPF??D= 248.19.34A???按標(biāo)準(zhǔn)取 D=83mm根據(jù)設(shè)計(jì)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(lái)確定活塞桿的直徑452??dD45D2=55D2-55d2d=35.39mm取 d=35 mm則活塞缸有效作用面積為無(wú)桿腔面積：A1= 2254cmD??有桿腔面積：A2= 224)(d?2.4 電機(jī)的選用中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 17 頁(yè) 共 46 頁(yè)2.4.1 電動(dòng)機(jī)選用的一般原則 （1） 在選用電動(dòng)機(jī)類型時(shí)要根據(jù)工作機(jī)的要求來(lái)選取，不需要調(diào)速的機(jī)械包括長(zhǎng)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(dòng)機(jī)。負(fù)荷平穩(wěn)但無(wú)特殊要求的長(zhǎng)期工作制機(jī)械，應(yīng)首先采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。常周期性波動(dòng)負(fù)荷的長(zhǎng)期工作機(jī)械，在帶飛輪和啟動(dòng)條件沉重時(shí)，應(yīng)采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)。某些反復(fù)短期工作制機(jī)械，當(dāng)選用交流電動(dòng)機(jī)，在發(fā)熱，啟動(dòng)制動(dòng)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(guò)低時(shí)，應(yīng)采用直流電動(dòng)機(jī)。帶周期性性沖擊負(fù)荷的機(jī)械，應(yīng)采用直流電動(dòng)機(jī)?？刹捎猛诫妱?dòng)機(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(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)首先考慮交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。（2） 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有開(kāi)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(dòng)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(dòng)時(shí)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(dòng)機(jī)功率應(yīng)由適當(dāng)?shù)膫溆萌萘浚绮捎玫念~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(zhǎng)期過(guò)載而使電動(dòng)機(jī)過(guò)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(shí)電機(jī)價(jià)格升高。通常對(duì)在變載荷作用下，長(zhǎng)期穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械，所選用的電動(dòng)機(jī)額定功率應(yīng)稍大于工作機(jī)的功率。 中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 18 頁(yè) 共 46 頁(yè)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(dòng)機(jī) Y 系列電動(dòng)機(jī)是封閉風(fēng)扇自冷式，鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)是我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)取代 JO2 系列的更新產(chǎn)品Y 系列電動(dòng)機(jī)效率高，節(jié)能，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高，噪音低，振動(dòng)小，運(yùn)行安全可靠，安裝尺寸和功率等級(jí)完全符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。Y 系列電動(dòng)機(jī)為一般用途的電動(dòng)機(jī)，適用于驅(qū)動(dòng)無(wú)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(dòng)機(jī)G 系列電動(dòng)機(jī)為開(kāi)啟扇冷式的單相交流串激電動(dòng)機(jī)，體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，維修方便，啟動(dòng)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(chǎng)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(dòng)工具等。Z3 系列小型直流定動(dòng)機(jī) Z3 系列電動(dòng)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(dòng)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(dòng)用。使用方便。2.4.3 選用電動(dòng)機(jī)（1） 根據(jù)綜前所述，應(yīng)選用 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)。（2） 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)表示中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 19 頁(yè) 共 46 頁(yè)（3） 電機(jī)的選用...........................（2.8）KWPaw,0??式中： —工作機(jī)械所需要的功率，單位 KW， —從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)械間各運(yùn)WP`a?動(dòng)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(dòng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。WP= ........................（2.9）KFva,10?或 = ........................（2.10）WPTnaw,95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w?總的機(jī)械效率可按下式計(jì)算：...................（2.11）nw????321中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 20 頁(yè) 共 46 頁(yè)式中： 。分別為傳動(dòng)鏈中各運(yùn)動(dòng)副的效率。n?,.21根據(jù)上式可計(jì)算出 ，所以選電機(jī)的功率為 1.1KW。KWP1.0?所以選擇電機(jī)型號(hào)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)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 G90L 90 140 100 56 24 50 8*7 20k b b1 b3 h AA BB HB L110 180 155 90 190 36 130 12 310電機(jī)的外形圖型號(hào) 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中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 21 頁(yè) 共 46 頁(yè)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(dòng)機(jī)速度控制。其主要特點(diǎn)是具有高效率的驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)勢(shì)是定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁力線的結(jié)果，本質(zhì)上是定子繞組的自感電動(dòng)勢(shì)。其三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是：E1=4.44kr1f1N1 ..............................(2.12)M?式中：E1 氣息磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值，單位 Vf1 定子頻率，單位 HZN1 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 22 頁(yè) 共 46 頁(yè)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 M?由式（2.22）可知，如果定子的每相電動(dòng)勢(shì)有效值不變，改變定子頻率時(shí)就會(huì)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(huì)小于額定氣隙磁通量。其結(jié)果是：盡管電機(jī)的鐵心沒(méi)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(zhǎng)期使用不會(huì)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(huì)大于額定氣隙磁通量，其結(jié)果是：電機(jī)的鐵心產(chǎn)生過(guò)飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大歷磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)槔@組過(guò)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(shí)保持每極磁通量為額定值不變。對(duì)于直流電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，盡管存在電樞反應(yīng)，但只要對(duì)電樞反應(yīng)作適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，保持磁通量不變時(shí)很容易做到的，在交流異步電動(dòng)機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)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(shí)，必須同時(shí)降低 E1，使 E1/f1=常數(shù)，即采用采用電動(dòng)勢(shì)與頻率之比恒定的方式。然而，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)的值較高時(shí)，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）?1fV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(shí)，我們能夠證明：機(jī)械特性基本上是平行下移的，這和他勵(lì)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(lái)了。如果電動(dòng)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(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 23 頁(yè) 共 46 頁(yè)化，由于在基頻以下調(diào)速時(shí)磁通恒定，所以轉(zhuǎn)矩也恒定。根據(jù)電動(dòng)機(jī)與拖動(dòng)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(shí)，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(shí)，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(shí)，頻率往上增高，但電壓卻不能超過(guò)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(shí)，由于電壓不變，我們不難證明當(dāng)頻率提高時(shí)，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(dòng)勢(shì)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(lái)，可得到圖 2.8.1 所示的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性。因此，在選購(gòu)變頻器時(shí)，變頻器輸出的諧波越小越好。通過(guò)分析可得以下結(jié)論，當(dāng) 時(shí)，變頻裝置必須在改變輸出頻率的同時(shí)Nf1?輸出電壓的幅值，才能滿足對(duì)異步電動(dòng)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(hào) DV700T400 A1,B1,C1,D1 DV700T750 A1,B1,C1,D1 DV700T1500 A1,B1,C1,D1 DV700T2200 A1,B1,C1,D1 電動(dòng)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 額定輸出電壓 三相 AC220---240 V 電 電壓/頻率 單相 AC220---240V 50-60Hz 中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 24 頁(yè) 共 46 頁(yè)允許電壓變動(dòng) ±10% 源 允許頻率變動(dòng) ±5% 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(hào) 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(guò)載電流容量 150% 1 分鐘 A1,C1 型 20% 再生制 動(dòng)扭矩 B1,D1 型 250%以上 150%以上 150%以上 100%以上 直流動(dòng)態(tài)制動(dòng) 由參數(shù)設(shè)定啟始頻率，制動(dòng)時(shí)間，制動(dòng)扭矩 加/減速時(shí)間 0-3600 秒(0-10 秒：0.1 秒分度，10-3600 秒：1 秒分度)50Hz 變化時(shí)間， 4 段動(dòng)行加/減速時(shí)間，線性及兩種“S”形加/減速時(shí)間 點(diǎn)動(dòng)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 控 制 方 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(guò)電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、再生過(guò)壓失速防止、瞬時(shí)斷電保護(hù)、 散熱片過(guò)熱保護(hù)、自動(dòng)再起動(dòng)保護(hù)、自診斷記憶(記憶最新 5 次故障原因) 中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 25 頁(yè) 共 46 頁(yè)環(huán)境溫度 -10°C 至+40°C(無(wú)結(jié)凍) 環(huán)境濕度 90%以下(無(wú)水珠凝結(jié)現(xiàn)象) 介質(zhì) 室內(nèi)(無(wú)腐蝕性氣體，無(wú)粉塵的場(chǎng)所) 標(biāo)高 海拔 1000m 以下 環(huán)境條件 振動(dòng) 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(hào)的變頻器，它的外觀圖為中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 26 頁(yè) 共 46 頁(yè)2.6 軸的設(shè)計(jì)及校核計(jì)算2.6.1 校核計(jì)算要求軸的校核計(jì)算通常是在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后進(jìn)行的校核計(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。（1） 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取其許用應(yīng)力，對(duì)于僅僅（或主要）承受扭矩的軸，應(yīng)按扭矩條件進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于只受彎矩的軸（心軸） ，應(yīng)根據(jù)彎曲強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，對(duì)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(jì)算，需要時(shí)還應(yīng)按疲中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 27 頁(yè) 共 46 頁(yè)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)稱性較為嚴(yán)重那個(gè)軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過(guò)量的塑性變形，下面介紹幾種常見(jiàn)的計(jì)算方法。（1） 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算這種方法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)力的方法予以考慮。在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，同常用這種方法 初步估算軸的直徑，對(duì)于不大重要的軸，也可作為最后計(jì)算的結(jié)果，軸的扭矩條件強(qiáng)度為≤〔 〕.............. (2.14)32.0/*95dnPWT??T?式中 扭矩切應(yīng)力，單位 MP aTT 軸所受的扭矩，單位為 N*mmWT 軸的抗扭結(jié)面系數(shù)，單位為 mm3N 軸的轉(zhuǎn)速，單位 r/minP 軸的傳遞功率，單位為 KWd 計(jì)算截面處軸的直徑，單位為 mm許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 MPaT?軸常見(jiàn)的幾種材料〔 〕及 A0 的值 T?表 2.6.1 常見(jiàn)的幾種材料軸的材料 Q235-A20 Q275.35 45 40CR 3CR〔 〕aTMP/?15～25 20～35 25～45 35～55中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 28 頁(yè) 共 46 頁(yè)A0 149～126 126～103 126～103 112～97注①：1）表中〔 〕值是用來(lái)考慮了彎矩影響而降低了許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力T?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(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，〔 〕取較小值， A0 取較大值。T?由上式可得軸的直徑：d≥ ................(2.15)????303332.0952.095npApTT?????式中 A0= 查得 對(duì)于空心軸 則3.Td≥ ??341??np式中 即空心軸的內(nèi)徑 d1 與外徑 d 之比。通常取 ～0.6d1? 5.0??應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)軸截面上升有過(guò)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 d≥100 mm 的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大 3%兩個(gè)增大 7%，對(duì)于直徑≤100mm 的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大 5%-7%，兩個(gè)時(shí)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(jì)算通過(guò)軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 29 頁(yè) 共 46 頁(yè)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(jì)算。一般的軸用這種方法即可。其步驟如下：1〉做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖即力學(xué)模型軸所受的載荷，是從軸上零件傳來(lái)的，計(jì)算時(shí)，常按軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)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(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，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(jiǎn)圖，分別按水平面垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩并按計(jì)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(jì)算總彎矩：M= ..........................（2.16）2LHM?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(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)度計(jì)算，根據(jù)第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力..........................（2.17）24????ca通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)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(duì)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(jì)算公式為?......................（2.18）22)(4?????ca中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 30 頁(yè) 共 46 頁(yè)式中的彎曲應(yīng)力對(duì)循環(huán)變應(yīng)力，當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取 。當(dāng)扭3.0??轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)切應(yīng)力時(shí)，取 ，若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取6.??。1??對(duì)于直徑為 d 的圓軸，彎曲應(yīng)力 ，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 將 和WM??WT2???代入式（2.12） ，則軸的彎扭合成強(qiáng)度為：?...（2.19）????122224??????????????????????TTca式中 軸的計(jì)算應(yīng)力。單位 MPa caM 軸所受的彎矩。單位為 Nmm T 軸所受的扭矩。單位為 NmmW 軸的抗彎截面系數(shù)。單位為 mm3對(duì)稱循環(huán)變力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力??1??由于心軸的只受彎矩而不承受扭矩，所以 T=0，轉(zhuǎn)動(dòng)心軸的彎矩在軸截面上所引起的應(yīng)力是循環(huán)變動(dòng)力。對(duì)于固定心軸，考慮啟動(dòng)，停車等的影響，彎矩在軸截面上引起的應(yīng)力可視為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力。所以在應(yīng)用式時(shí)，固定心軸的許用應(yīng)力為 ， （ 為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)的彎曲應(yīng)力， ）??0?0 ??0?17.??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(guò)分析確定出一個(gè)或幾個(gè)危險(xiǎn)截面，求出計(jì)算安全系數(shù) Sca，并應(yīng)使其稍大于或至少等于設(shè)計(jì)安全系數(shù) S，即.........................（2.20）SSca???2*??僅有法向應(yīng)力應(yīng)滿足中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 31 頁(yè) 共 46 頁(yè).......................（2.21）SKSm???????01僅有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時(shí)應(yīng)滿足......................（2.22）??SSKm??????1計(jì)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(jì)算精確的。S=1.5～1.8 用于材料不夠均勻，計(jì)算精度較低的。S=1.8～2.5 用于材料均勻及計(jì)算精度低，或軸的直徑 d＞200mm時(shí)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(duì)塑性變形的抵抗能力，這時(shí)那些瞬時(shí)過(guò)載很大，或應(yīng)力循環(huán)的不對(duì)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(shí)載荷來(lái)校核的。靜強(qiáng)度校核的強(qiáng)度條件為....................（2.23）SScaS???2*??式中 Sca 危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)SS 按屈服強(qiáng)度的設(shè)計(jì)安全系數(shù)SS=1.2～1.4 用于高塑性材料， （ 制成的鋼軸)6.0/?Bs?SS=1.4～1.8 用于中塑性材料， （ ）制成的鋼8./??s軸中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 32 頁(yè) 共 46 頁(yè)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) ?sS............................(2.24)????????AFWMsSmaxa??..................................(2.25)TSS/max???式中： 材料的抗彎抗扭屈服極限。單位 MPas??,Mmax,Tmax 軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大彎矩和最大扭矩。單位 Nmm F amax 軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大軸向力。單位 NA 軸的危險(xiǎn)截面的面積。單位 mm2W.WT 分別為截面的抗彎，抗扭截面系數(shù)。單位 mm2.6.2 軸的校核計(jì)算過(guò)程（1）較長(zhǎng)軸的受力比較短軸大，無(wú)論是從彎矩，扭矩還是軸向力都是長(zhǎng)軸的大，所以在校核時(shí)只需校核長(zhǎng)軸即可。長(zhǎng)軸的形狀尺寸根據(jù)所要結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)，下面是長(zhǎng)軸的尺寸中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 33 頁(yè) 共 46 頁(yè)圖 2.6.1 長(zhǎng)軸的尺寸 下面是周的應(yīng)力分析圖中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 34 頁(yè) 共 46 頁(yè)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?中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 35 頁(yè) 共 46 頁(yè)的計(jì)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(dòng)機(jī)和聯(lián)軸器所帶的附加彎矩 M3。1〉M1 的計(jì)算：T=955*104*P/n =955*104*11/258=407170Nmm線卷上的圓周力Ft= N10798*5.4.0?dT軸向力Fx =0M1=Fr*70=500Kg*9.8*70=343000Nmm 2> M2 的計(jì)算F21=F22=T=10179NM2=Ft*70=10179*70=712530Nmm3〉M3 的計(jì)算聯(lián)軸器的直徑為：D=130 mm Ft’= N624130*5.47.0?DT附加載荷 Fc 取為 0.25 Ft’Fc =0.25* Ft’=0.25*6264=3132NM3= Fc*L=3132*180=563760Nmm所以 .............................（2.26）32125.0MM???中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 36 頁(yè) 共 46 頁(yè)= 563*.133402?=812655Nmm2) :扭矩 是常量數(shù)值為 T?M?=T=407170Nmm?3) 疲勞強(qiáng)度計(jì)算：在前述的各項(xiàng)表中查得各項(xiàng)系數(shù)：74.0???94.0??21/75mN???76.1??k25.1lk 327w?...................（2.27）????221*?????Mkks???= ????224071*5.816*7.23019.04?=8.57539S≥SP 合格這根軸長(zhǎng)度大，而且長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)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(dòng)中常用的部件。它們主要用來(lái)連接軸或軸與其它回轉(zhuǎn)部件，以傳遞運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩，有時(shí)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(duì)中，而存在著某種程度的相對(duì)位移，這就是說(shuō)在設(shè)計(jì)聯(lián)軸器時(shí)，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(duì)位移的中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 37 頁(yè) 共 46 頁(yè)功能。根據(jù)對(duì)各種相對(duì)位移有無(wú)補(bǔ)償能力（即能否再發(fā)生相對(duì)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(jì)。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(shí)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(duì)緩沖減震功能的要求。例如，對(duì)大功率的重載轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)?？蛇x用齒式聯(lián)軸器，對(duì)嚴(yán)重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)震動(dòng)的傳動(dòng)，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(duì)于高速傳動(dòng)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(duì)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(duì)中，或工作過(guò)程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對(duì)位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。例如當(dāng)徑向位移較大時(shí)，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(wàn)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(rùn)滑的聯(lián)軸器比較可靠，需要潤(rùn)滑的聯(lián)軸器，其性能易受到潤(rùn)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(duì)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(jiǎn)單，成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且拆裝方便，可用于低速，剛性大的傳動(dòng)軸。一般的非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器，由于具有良好的綜合性能，廣泛用于中小功率傳動(dòng). 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：中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 38 頁(yè) 共 46 頁(yè)表 2.7.1 聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn) 型號(hào) 公稱扭矩(n.m)許用轉(zhuǎn)速r/min周孔直徑d(H7)軸孔長(zhǎng)度 L mmD(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(dòng)慣量（kg.m2）105 數(shù)量 6直徑 M10229 7.29 0.0432.7.2 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 中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 39 頁(yè) 共 46 頁(yè)鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)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(lái)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(lái)選取。鍵的主要尺寸為其截面尺寸與長(zhǎng)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(zhǎng)度則是按照輪轂的長(zhǎng)度來(lái)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＞22-3012*8 12 +0.0430+0.014+0.0500-0.043+-0.0125-0.018-0.0615.0 +0.203.3 +0.202.8.2 鍵的結(jié)構(gòu)圖中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 40 頁(yè) 共 46 頁(yè)圖 2.8.1 鍵的尺寸2.9 螺栓聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度計(jì)算2.9.1 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)兩個(gè)零件用螺栓進(jìn)行聯(lián)接時(shí)，常常同時(shí)使用若干個(gè)螺栓，在開(kāi)始進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，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(duì)整個(gè)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(jì)算松螺栓聯(lián)接裝配時(shí)，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）??????214dF或 …………………………………………………（2.29）????1?中 北 大 學(xué) 分 校 2007 屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書第 41 頁(yè) 共 46 頁(yè)式中： F 工作壓力，單位為 Nd1 螺栓危險(xiǎn)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(jì)算緊螺栓聯(lián)接裝配時(shí)，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(jì)算應(yīng)力為：……………………………（2.30）??????3.15.03222 ???ca所以，螺栓的危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為……………………………………………（2.31）?????21043.dFca式中： F 0 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(jì)螺栓組聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的，在于合理的確定連接結(jié)合面的幾何形狀和螺栓的布置形式，力求各螺栓和聯(lián)接結(jié)合面間受力均勻，便于加工和裝配。（1）聯(lián)接結(jié)合面的幾何形狀通常都設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀。這樣不但利于加工，而且便于對(duì)稱布置螺栓，從