3275 氣動扳手設(shè)計

3275 氣動扳手設(shè)計,氣動,扳手,設(shè)計 目 錄氣動扳手概述 .......................................................11 總體方案設(shè)計 .....................................................21.1 參數(shù)要求 ...................................................21.2 整體結(jié)構(gòu)概述 ...............................................21.3 氣壓傳動的工作原理 ..........................................21.4 氣壓傳動的組成 ..............................................31.5 整體方案 ...................................................31.6 方案選擇 ....................................................41.7 氣動機(jī)械的優(yōu)勢特點(diǎn) ..........................................62 氣壓系統(tǒng)設(shè)計 .....................................................62.1 擬訂氣壓系統(tǒng)原理圖 .........................................62.1.1 確定氣壓馬達(dá) ..........................................62.1.2 葉片式氣動馬達(dá)的性能 ..................................72.1.3 夾緊或松開扳手時氣動馬達(dá)的轉(zhuǎn)換 ........................72.1.4 氣壓馬達(dá)選用材料 ......................................82.2 其他輔助元件設(shè)計 ............................................92.2.1 氣壓管道 ..............................................92.2.2 管接頭 ...............................................112.2.3 密封件 ...............................................133 傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算 ............................................143.1 一般傳動系統(tǒng)設(shè)計的基本要求 .................................143.2 齒輪機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)設(shè)計 .......................................153.2.1 選定齒輪的類型、精度、材料、齒數(shù) .....................153.2.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算 ...........................153.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度計算 ..................................173.2.4 幾何尺寸計算 .........................................184 鍵聯(lián)接選擇和校核 ................................................194.1 平鍵連接 ...................................................194.2 聯(lián)接的強(qiáng)度校核 ............................................204.3 矩形花鍵 ...................................................215 軸的設(shè)計與校核 ..................................................235.1 軸的設(shè)計 ...................................................235.2 軸的材料 ...................................................245.3 計算軸上轉(zhuǎn)矩和初步確定最小直徑 .............................255.3.1 軸的選擇和熱處理方式 .................................255.3.2 計算軸上轉(zhuǎn)矩和初步確定最小直徑 .......................255.3.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .........................................25總結(jié) ..............................................................27致謝 ..............................................................28參考文獻(xiàn) ..........................................................29共 30 頁 第 1 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊氣動板手設(shè)計概述首先說起氣動扳手不得不說起氣壓傳動。氣壓傳動是風(fēng)動技術(shù)與液壓技術(shù)演變、發(fā)展而來。氣壓傳動是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)傳遞運(yùn)動和動力。由于氣壓傳動的動力傳遞介質(zhì)是取之不盡的空氣，所以污染小，因此在自動化領(lǐng)域中具有廣闊的發(fā)展前景。氣壓傳動廣泛應(yīng)用于紡織、機(jī)械、汽車、電子、軍事、鋼鐵、化工、食品、包裝等行業(yè)中。隨著原子能、空間技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展，氣壓傳動技術(shù)必將更加廣泛地應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域。氣 動 板 手 （ Impact wrench） ， 也 稱 為 是 棘 輪 板 手 及 電 動 工 具 總 合 體 ，主 要 提 供 高 扭 矩 輸 出 最 小 的 消 耗 的 工 具 。壓 縮 空 氣 是 最 常 見 的 動 力 源 ， 盡 管 電 動 或 液 壓 動 力 也 使 用 。 氣 動 板 手被 廣 泛 應(yīng) 用 在 許 多 行 業(yè) ， 如 汽 車 修 理 ， 重 型 設(shè) 備 維 修 ， 產(chǎn) 品 裝 配 （ 通 常 稱 為“脈 沖 工 具 ”和 專 為 精 確 的 扭 矩 輸 出 ） ， 重 大 建 設(shè) 項 目 ， 以 及 其 他 任 何 一 個地 方 的 高 扭 矩 輸 出 需 要 。氣 動 板 手 可 在 每 一 個 標(biāo) 準(zhǔn) 的 棘 輪 插 座 驅(qū) 動 器 大 小 ， 從 小 型 的 1 / 4“驅(qū) 動 器 的 工 具 小 組 裝 和 拆 卸 ， 到 3.5 ”都 有 。氣動扳手是用氣壓推動葉片，壓力能轉(zhuǎn)化為扳手內(nèi)軸的機(jī)械能。緊固強(qiáng)度通過設(shè)置氣壓的大小來設(shè)置。比較形象的比喻就是把電風(fēng)扇反過來使用就是氣動扳手。氣動扳手的扭矩值是以改變氣壓的大小來控制的，且沒有精度，而是以重復(fù)度表示。但若在氣動扳手上加裝氣動扳手專用的傳感器，則可用精度表示?，F(xiàn)今主要流行的氣動扳手有雙轉(zhuǎn)速型式等其主要特點(diǎn)是：? 基于傳統(tǒng)的氣動扭力扳手,標(biāo)準(zhǔn)系列的氣動扳手是經(jīng)過 40 年的經(jīng)驗累積下來的成果,也達(dá)成到今日工業(yè)的要求. ? 應(yīng)用于全世界上千種場合,氣動扭力扳手持續(xù)展現(xiàn)著 NORBAR 大扭力工個范圍的根基. ? 此型式適合于各種有螺絲的應(yīng)用. ? 正反轉(zhuǎn)操作. ? 靜音、非沖擊式可降低操作者的疲勞. ? 扭力重復(fù)度+/-5%. ? 各式各樣的反作用力臂型式可供各種工作場合搭配使用. 共 30 頁 第 2 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 總體方案設(shè)計1.1 參數(shù)要求（1）最大扭矩： 6 公斤.米（2）無負(fù)荷轉(zhuǎn)速： 4000 轉(zhuǎn)/分（3 ） 工作氣壓： 4~6 公斤/厘米1.2 整體結(jié)構(gòu)概述機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)是由計算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制，用于完成包括機(jī)械力，運(yùn)動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。其核心是由計算機(jī)控制的，包括機(jī)械，電力，電子，氣壓，光學(xué)等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。他的主要功能是完成一系列機(jī)械運(yùn)動。每一個機(jī)械運(yùn)動可單獨(dú)由控制電動機(jī)，傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成，而這些子系統(tǒng)要由計算機(jī)協(xié)調(diào)控制，以完成其功能要求。因此機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計要求考慮產(chǎn)品的總體布局，機(jī)構(gòu)選型，結(jié)構(gòu)造型的合理化和最優(yōu)化。1.3 氣壓傳動的工作原理 氣壓傳動工作原理是利用空氣壓縮機(jī)把電動機(jī)或其他原動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能，然后在控制元件的控制下，通過執(zhí)行元件把壓力能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動形式的機(jī)械能，從而完成各種動作并對外做功。具體例子：圖11.1 為氣動剪切機(jī)的氣動系統(tǒng)工作原理圖。圖示位置為工料被剪前，即非工作位置。當(dāng)工料 5 由上料裝置送入剪切機(jī)并到達(dá)規(guī)定位置時，行程閥 8 的頂桿受壓使閥內(nèi)通路打開，氣控?fù)Q向閥 7 的控制腔便與大氣相通，閥芯受彈簧力作用而下移，由空氣壓縮機(jī) 4 產(chǎn)生并經(jīng)過初次凈化處理后儲藏在儲氣罐 1 中的壓縮空氣，經(jīng)分水濾氣器 11、減壓閥 10 和油霧氣 9 及氣控?fù)Q向閥 7，進(jìn)入氣缸 6 的下腔；汽缸上腔的壓縮空氣通過氣控?fù)Q向閥 7 排入大氣。此時，氣缸 6 活塞向上運(yùn)動，帶動剪刀將工料 5 切斷。當(dāng)工料剪下后，隨之與行程閥 8 脫開，行程閥在彈簧作用下復(fù)位，閥芯封住排氣通道，氣控?fù)Q向閥 7 的控制腔 C 中的氣壓升高，使閥芯上移，B 口與 P 口相通，A 口與 O 相通，氣路變換。此時壓縮空氣便進(jìn)入氣缸 6 的上腔，而下腔空氣則通過氣控控制閥 7 上的 A 從 O 口排氣，活塞下移，帶動剪刀復(fù)位準(zhǔn)備第二次剪切工料。共 30 頁 第 3 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊圖 1.3.11.4 氣壓傳動的組成 圖 11.1 為典型氣壓傳動系統(tǒng)圖。與液壓傳動系統(tǒng)相似，也是由四部分組成。(1)氣源裝置：是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。包括空氣壓縮機(jī)。(2)執(zhí)行元件：是將氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。包括各種氣缸和氣馬達(dá)等。(3)控制元件：用以控制系統(tǒng)中空氣的壓力、流量和流動方向以及執(zhí)行元件的工作程序，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定的動作。包括各種壓力、流量、方向控制閥等。共 30 頁 第 4 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊(4)輔助元件：保證氣壓系統(tǒng)正常工作所必需的部分。包括油水分離器、干燥器、過濾器等氣源凈化裝置以及貯氣罐、消聲器、油霧器、管網(wǎng)、壓力表及管件等。1.5 整體方案圖1-1 整體外觀圖1-馬達(dá)軸；2-轉(zhuǎn)子；3-定子；4-內(nèi)齒輪；5-行星架；6，7-牙嵌離合器【等邊梯形齒】；8-牙嵌離合器【鋸齒型齒】；9-扳手軸。本氣動扳手可裝成夾緊扳手或者松開扳手，兩者的主要區(qū)別為：氣動馬達(dá)得轉(zhuǎn)子和定子得安裝方向相反。本扳手采用兩套牙嵌離合器，在空載時和加載后可分別使扳手軸自動獲得高，低兩種轉(zhuǎn)速 ?？蛰d時，馬達(dá)軸1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)過一級行星齒輪減速器后傳至行星架5，然后接住等邊梯形牙嵌離合器6和7傳至扳手軸9使其高速回轉(zhuǎn)。此時由于牙嵌離合器8【與軸9花鍵連接】得轉(zhuǎn)速大于內(nèi)齒輪4得轉(zhuǎn)速 ，因此牙嵌離合器8便沿鋸齒形牙的斜面打滑。加載后，牙嵌離合器6和7過載打滑，馬達(dá)軸1得運(yùn)動便經(jīng)由二級行星齒輪減速傳至內(nèi)齒輪4，并123456789z4321【ACCABD共 30 頁 第 5 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊通過牙嵌離合器8將運(yùn)動傳至扳手軸9，使其低速回轉(zhuǎn)。此時由于內(nèi)齒輪4是主動件，牙嵌離合器8是從動件【與告訴回轉(zhuǎn)時正好相反】因此由鋸齒形牙的垂直 面?zhèn)鬟f扭矩，并繼續(xù)迫使牙嵌離合器6和7過載打滑。 對于夾緊扳手，牙嵌離合器8只能傳遞右旋扭矩；對于松開扳手，只能傳遞左旋扭矩。 1.6 方案選擇本設(shè)計提供兩套方案：第一套方案：采用液壓傳動方式第二套方案：采用氣壓傳動方式兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下：第一套方案;1）液壓元件制造精度要求高 由于元件的技術(shù)要求高和裝配比較困難，使用維護(hù)比較嚴(yán)格。2）實現(xiàn)定比傳動困難 液壓傳動是以液壓油為工作介質(zhì)，在相對運(yùn)動表面間不可避免的要有泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的。因此不宜應(yīng)用在在傳動比要求嚴(yán)格的場合，例如螺紋和齒輪加工機(jī)床的傳動系統(tǒng)。3）油液受溫度的影響 由于油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。 4)不適宜遠(yuǎn)距離輸送動力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠(yuǎn)距離輸送動力。 5）油液中混入空氣易影響工作性能 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。 6）油液容易污染 油液污染后，會影響系統(tǒng)工作的可靠性。7）發(fā)生故障不易檢查和排除。 第二套方案：1、空氣容易獲取、且工作壓力低，用過的空氣可就地排放，無需回收管道。 共 30 頁 第 6 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2、氣的粘性小、流動阻力損失小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。3、氣動執(zhí)行元件運(yùn)動速度高。 4、氣動系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，能在溫度范圍很寬，潮濕和有灰塵的環(huán)境下可靠工作，稍有漏泄不會污染環(huán)境，無火災(zāi)爆炸危險，使用安全。 5、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、成本低廉。 6、氣動元件壽命長。 7、氣動元件的執(zhí)行輸出比液壓小、運(yùn)動較快、適應(yīng)性強(qiáng)、可在易然、易爆、多沉、潮濕、沖擊的惡劣環(huán)境中工作，不污染環(huán)境，工作壽命長，構(gòu)造簡單，便于維護(hù)，價格低廉。所以本次設(shè)計采用氣動方式。1.7 氣動機(jī)械的優(yōu)勢特點(diǎn)氣動機(jī)械排放的是空氣及微量冷凝水，在躁音得以控制的情況下，氣動機(jī)械如下特點(diǎn)電動機(jī)械無法比擬。1.三防：即防潮、防爆、防塵，適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。2.在相同轉(zhuǎn)速及負(fù)載條件下, 氣動機(jī)械比電動機(jī)械占用空間小得多。3.可無級調(diào)速。根據(jù)需要，通過調(diào)節(jié)供氣流量、壓力，實現(xiàn)無級調(diào)速。4.可實現(xiàn)遠(yuǎn)控、自控。5.過載自動保護(hù)。在一定范圍內(nèi)，超載自動停車，降載自動啟動。從而自動保護(hù)。對極限扭矩有衡定要求的場合特別適宜。綜上所述，氣動機(jī)械在當(dāng)今世界，特別是我國國內(nèi)，有待開拓的空間巨大。共 30 頁 第 7 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2 氣壓系統(tǒng)設(shè)計2.1 擬訂氣壓系統(tǒng)原理圖2.1.1 確定氣壓馬達(dá)本次設(shè)計氣動馬達(dá)采取葉片式氣動馬達(dá)因為其特點(diǎn) 1.可以無級調(diào)速。只要控制進(jìn)氣閥或排氣閥的流量，就能調(diào)節(jié)氣動馬速的功率和轉(zhuǎn)速.2.能夠在瞬時間改變轉(zhuǎn)向、并可在一轉(zhuǎn)至兩轉(zhuǎn)內(nèi)升至全速運(yùn)行。3.工作安全，適用于惡劣的環(huán)境，在易燃易爆、高溫、潮濕等不利條件下均能正常工作。4.有過載保護(hù)作用，不會因過載而發(fā)生故障。過載時，馬達(dá)只是轉(zhuǎn)速降低或停轉(zhuǎn)，并不產(chǎn)生機(jī)件損壞等故障.5.操縱方便，維修容易. 。2.1.2 葉片式氣動馬達(dá)的性能上 圖 是 在 一 定 工 作 壓 力 下 作 出 的 葉 片 式 氣 馬 達(dá) 的 特 性 曲 線 。 由 圖 可 知 ， 氣 動馬 達(dá) 具 有 軟 特 性 的 特 點(diǎn) 。 當(dāng) 外 加 轉(zhuǎn) 矩 丁 等 于 零 時 ， 即 為 空 轉(zhuǎn) ， 此 時 速 度 達(dá) 到最 大 值 nmax 氣 動 馬 達(dá) 輸 出 的 功 率 等 于 零 ； 當(dāng) 外 加 轉(zhuǎn) 矩 等 于 氣 動 馬 達(dá) 的 最 大轉(zhuǎn) 矩 Tmax 時 ， 馬 達(dá) 停 止 轉(zhuǎn) 動 ， 此 時 功 率 也 等 于 零 ； 當(dāng) 外 加 轉(zhuǎn) 矩 等 于 最 大 轉(zhuǎn)矩 的 一 半 時 ， 馬 達(dá) 的 轉(zhuǎn) 速 也 為 最 大 轉(zhuǎn) 速 的 1/2， 此 時 馬 達(dá) 的 輸 出 功 率 P 最大 。所 以 將 下 面 所 列 數(shù) 據(jù) 帶 入 上 圖 所 示 曲 線 可 以 得 出 ：共 30 頁 第 8 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊（1）最大扭矩： 12kgm;18nm（2）無負(fù)荷轉(zhuǎn)速： 4000 轉(zhuǎn)/分（3）工作氣壓： 0.63MPa結(jié)果：馬達(dá)輸出功率最大時轉(zhuǎn)速 2000 轉(zhuǎn)/分當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速小于 2000 轉(zhuǎn)/分時其工作效率降低較慢實際使用時可以時候但不能大于最大扭矩 18nm.當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速大于 2000 轉(zhuǎn)/分時候其工作效率降低較快實際使用時將造成不必要的浪費(fèi)。2.1.3 夾緊或松開扳手時氣動馬達(dá)的轉(zhuǎn)換本氣動扳手可裝成夾緊扳手或者松開扳手，兩者的主要區(qū)別為：氣動馬達(dá)得轉(zhuǎn)子和定子得安裝方向相反。圖 2.1.3圖示：兩種情況下氣動馬達(dá)的變化2.1.4 氣壓馬達(dá)選用材料1.輸出軸(轉(zhuǎn)子)：40 鉻 40cr 鋼材化學(xué)成分和力學(xué)性能 成分：碳 0.37～0.45％，硅 0.17～0.37％，錳 0.5～0.8，鉻 0.8～1.1％ 退火硬度：小于 207HBS 正火硬度：小于 250HBS 調(diào)質(zhì)處理：試樣直徑：25mm，850 度淬火加熱油淬，520 度回火后：抗拉 1000兆帕，屈服 800 兆帕，延伸 9％，斷面收縮 45％，沖擊韌性 588.3 千焦/平方米 2.定子：球墨鑄鐵從材料性能以及性價比分析可得定子采用球墨鑄鐵。1【 2【共 30 頁 第 9 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊其機(jī)械性能良好。機(jī)械性能的好是因為球鐵是石墨以球狀存在在基體上,石墨的強(qiáng)度可以認(rèn)為為零,從機(jī)械性能的角度上看鑄鐵就是鋼材的基體上有許多的孔洞,孔洞就是石墨的位置,這些孔洞會對基體有割裂作用,而石墨的形狀就決定了其的割裂作用的程度,球狀的割裂作用最小,所以其的機(jī)械性能在鑄鐵中最好.而鑄造性能差就因為流動性差. 2.2 其他輔助元件設(shè)計2.2.1 氣壓管道在氣壓傳動裝置中，常用的管子有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。鋼管能承受較高的壓力，價廉；但彎制比較困難，彎曲半徑不能太小，多用在壓力較高、裝配位置比較方便的地方。一般采用無縫鋼管，當(dāng)工作壓力小于 1.6MPa 時也可用焊接鋼管。此設(shè)計采用無縫鋼管。紫銅管能承受的壓力較低 。經(jīng)過加熱冷卻處理后，紫銅(6.310)pMPa?:管軟化，裝配時可按需求進(jìn)行彎曲；但價貴且抗振性能力較弱。尼龍管用在低壓的系統(tǒng)；塑料管一般只作回油管用。膠管用作兩個相對運(yùn)動的部件之間的管道。膠管分高、低壓兩種。高壓膠管是鋼絲編織體為骨架的膠管，可用于壓力較高的回路中。低壓膠管是麻線或棉線編織體為骨架的膠管，多用于壓力較低的回路中。由于膠管制造比較困難，成本高，因此非必要時盡量不用。油管內(nèi)徑尺寸一般可按照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進(jìn)行計算?？蛇x鋼管的公稱直徑為 12mm 外徑為 18mm 管接頭螺紋 M18×1.5 公稱壓力 1.6MPa 管路通過流量 40l7Min紫銅管的外徑為 18mm 壁厚為 1.5mm氣管系統(tǒng)中使用的氣管種類很多，有鋼管、銅管、尼龍管、塑料管、橡膠管等，必須按照安裝位置、工作環(huán)境和工作壓力來正確選用。本設(shè)計中油管采用鋼管，因為本設(shè)計中所須的壓力是高壓，P=31.25MPa ， 鋼管(6.3)PMa?能承受高壓，價格低廉，耐油，抗腐蝕，剛性好，但裝配是不能任意彎曲，常在裝拆方便處用作壓力管道一中、高壓用無縫管，低壓用焊接管。本設(shè)計在彎曲的地方可以用管接頭來實現(xiàn)彎曲。尼龍管用在低壓系統(tǒng)；塑料管一般用在回油管用。膠管用做聯(lián)接兩個相對運(yùn)動部件之間的管道。膠管分高、低壓兩種。高壓膠管是鋼絲編織體為骨架或鋼絲纏繞體為骨架的膠管，可用于壓力較高的油路中。低壓膠管是麻絲或棉絲編織體為骨架的膠管，多用于壓力較低的油路中。由于膠管制造比較困難，成本很高，因此非必要時一般不用。共 30 頁 第 10 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊（1）管接頭的選用：管接頭是氣管與油管、氣管與氣壓件之間的可拆式聯(lián)接件，它必須具有裝拆方便、連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、壓降小、工藝性好等各種條件。管接頭的種類很多，氣壓系統(tǒng)中氣體管道與管接頭的常見聯(lián)接方式有：焊接式管接頭、卡套式管接頭、擴(kuò)口式管接頭、扣壓式管接頭、固定鉸接管接頭。管路旋入端用的連接螺紋采用國際標(biāo)準(zhǔn)米制錐螺紋（ZM）和普通細(xì)牙螺紋（M） 。錐螺紋依靠自身的錐體旋緊和采用聚四氟乙烯等進(jìn)行密封，廣泛用于中、低壓系統(tǒng)；細(xì)牙螺紋密封性好，常用于高壓系統(tǒng)，但要求采用組合墊圈或 O 形圈進(jìn)行端面密封，有時也采用紫銅墊圈。氣壓系統(tǒng)中的泄漏問題大部分都出現(xiàn)在它管系中的接頭上，為此對管材的選用，接頭形式的確定（包括接頭設(shè)計、墊圈、密封、箍套、防漏涂料的選用等） ，管系的設(shè)計（包括彎管設(shè)計、管道支承點(diǎn)和支承形式的選取等）以及管道的安裝（包括正確的運(yùn)輸、儲存、清洗、組裝等）都要考慮清楚，以免影響整個氣壓系統(tǒng)的使用質(zhì)量。國外對管子的材質(zhì)、接頭形式和連接方法上的研究工作從不間斷，最近出現(xiàn)一種用特殊的鎳鈦合金制造的管接頭，它能使低溫下受力后發(fā)生的變形在升溫時消除——即把管接頭放入液氮中用芯棒擴(kuò)大其內(nèi)徑，然后取出來迅速套裝在管端上，便可使它在常溫下得到牢固、緊密的結(jié)合。這種“熱縮”式的連接已經(jīng)在航空和其它一些加工行業(yè)中得到了應(yīng)用，它能保證在 40~55Mpa 的工作壓力下不出現(xiàn)泄漏。本設(shè)計根據(jù)需要，選擇卡套式管接頭。要求采用冷拔無縫鋼管。（2）管道內(nèi)徑計算：4Qdmv??式中 Q——通過管道內(nèi)的流量 3sv——管內(nèi)允許流速 ，見表：允許流速推薦值氣體流經(jīng)的管道 推薦流速 m/s氣壓系統(tǒng)壓油管道 3～6，壓力高，氣壓系統(tǒng)回油管道 1.5~2.61) 氣壓管道的內(nèi)徑： 取 v=4m/s共 30 頁 第 11 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊4Qdmv??345016.6.dv??根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》成大先 P20-641 查得：取 d=20mm,鋼管的外徑 D=28mm; 管接頭聯(lián)接螺紋 M27×2。2) 氣壓管道的內(nèi)徑：取 v=2.4m/s 4Qdmv??3470.6512.dv???根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》成大先 P20-641 查得：取 d=25mm,鋼管的外徑 D=34mm; 管接頭聯(lián)接螺紋 M33×2。（3）管道壁厚 的計算?2[]pdm???式中： p——管道內(nèi)最高工作壓力 Pa d——管道內(nèi)徑 m——管道材料的許用應(yīng)力 Pa，[]?[]bn?——管道材料的抗拉強(qiáng)度 Pabn——安全系數(shù)，對鋼管來說， 時，取 n=8； 時，7pMPa?17.5pMPa?取 n=6； 時，取 n=4。17.5pPa?根據(jù)上述的參數(shù)可以得到：我們選鋼管的材料為 45#鋼，由此可得材料的抗拉強(qiáng)度 b?=600MPa; 60a[]15P4??1) 氣壓管道的壁厚633.2012.[]5pdmmMa????2) 氣壓管道的壁厚共 30 頁 第 12 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊所以所選管道適用。6331.25012.6[]pdmmMPa??????2.2.2 管接頭由表 1-10 可選用擴(kuò)口式管接頭。 利用管子端部擴(kuò)口進(jìn)行進(jìn)行密封，不需要其他密封件。結(jié)構(gòu)簡單，適用于薄壁管件連接，工作壓力〈8MPa擴(kuò)口式管接頭適用于薄壁銅管，適用于中低壓管路系統(tǒng)。接頭體和機(jī)體的連接有兩種形式：一種采用米制錐螺紋，此時依靠錐螺紋自身的結(jié)構(gòu)和塑料填料進(jìn)行密封；另一種采用普通細(xì)牙螺紋，此時接頭體和機(jī)件端的連接處需加密封墊圈。擴(kuò)口式管接頭有 A 型和 B 型兩種結(jié)構(gòu)形式。A 型有三個主要部分：具有 74° 外錐面的管接頭體、起壓緊作用的螺母和帶有 66°內(nèi)錐孔的管套；B 型有兩個主要部分具有 90°外錐面的管接頭體和帶有 90°內(nèi)錐孔的螺母。表 2-10 擴(kuò)口式端直通管接頭管子外徑DOO D L6 L10 el e S 1 S重量/Kg（100 件）18 15M22X1.514 49 34.6 31.2 33 s 17.8表 2-11 擴(kuò)口式三通直接頭管子外徑 DOdO D I6 L14 e3 e1 S1 S3 S18 15 M27×1.5 10 34 31.2 34.6 30 27 42表 2-12 擴(kuò)口式直角管接頭管子子外徑 DOdODL9L17K1 j1e4 ElS1 S48 5 M27× 43 41.5 11 10 34.6 34.6 30 30 24共 30 頁 第 13 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊l.52.2.3 密封件密封件是用于油田油井，水壓設(shè)備以及其他帶壓力的設(shè)備用的一種密封工件，現(xiàn)在的密封件是單個，或螺旋形，它是一個整體實心形，在機(jī)械動力運(yùn)動下，機(jī)械運(yùn)動就會對密封件造成磨損，實心密封件磨損后難以彌補(bǔ)，因此造成液體與氣體漏失，造成了經(jīng)濟(jì)損失和工作量增加。O 型橡膠密圈：由耐油橡膠制成，具有結(jié)構(gòu)簡單、密封性能好、摩擦力小、溝槽尺寸小且易制造等優(yōu)點(diǎn)，所以在選用。 本實用新型氣壓密封件具有圓形通孔，密封件壁增放有石棉繩與尼龍繩。這樣增加了密封件的磨損度，增長使用壽命，密封件內(nèi)充有氣體，在機(jī)械磨損時，密封件在受壓力的情況下就會自行彌補(bǔ)。（1） 影響密封性能的因素密封性能的好壞與很多因素有關(guān)，主要有1） 密封裝置的結(jié)構(gòu)與形式；2） 密封部位的表面加工質(zhì)量與密封間隙的大??；3） 密封件與結(jié)合面的裝配質(zhì)量與偏心程度4） 工作介質(zhì)的種類、特性和粘度；（2） 選用的密封件本實用新形技術(shù)設(shè)計方案是這樣的，它是一整條長條形橡膠材料加工而成，外邊是正方形或長方形，加工時立機(jī)器中擠壓出來，再定成螺旋形，根據(jù)需要切成所需要的長度，然后把兩端孔眼密封。這樣件內(nèi)就形成了氣體。在受壓力的情況下，橡膠壁就各側(cè)面膨脹變形。這樣在磨損時，以達(dá)到自行彌補(bǔ)。增長使用壽命，達(dá)到更加密封的效果。共 30 頁 第 14 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊3 傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算3.1 一般傳動系統(tǒng)設(shè)計的基本要求(1) 在保證主軸的強(qiáng)度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求使傳動軸和齒輪為最少；(2) 在保證有足夠強(qiáng)度的前提下，主軸、傳動軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少，以減少各類零件的品種；(3) 通常應(yīng)避免通過主軸帶動主軸，否則見增加主動主軸的傳動負(fù)荷；(4) 最佳傳動比為 1-1.5，但允許才有到 3-3.5；(5)粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡可能靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形；(6)盡可能避免升速傳動，必要的升速最好放在傳動鏈的最末一、二級，以減少功率損失。齒輪齒數(shù)、傳動軸轉(zhuǎn)速的計算公式：?。?Z 主/Z 從=n 從/n 主ⅱ）Z 主+Z 從=2A/mⅲ）Z 主=2A/m-Z 從=2A/m（1+n 主/n 從）ⅳ）Z 從=2A/m-Z 主=2A/m（1+n 從/n 主）式中 Z 主 ——主動輪齒數(shù)Z 從——從動輪齒數(shù)；n 主——主動輪轉(zhuǎn)速（r/min）；n 從——從動輪轉(zhuǎn)速（r/min）；A——中心距（mm）；m——模數(shù)（mm）。依據(jù)以上公式對多軸箱的傳動進(jìn)行計算與設(shè)計，排列齒輪時，要注意先滿足轉(zhuǎn)速最低及主軸間距最小的那組主軸的要求還要使中間軸轉(zhuǎn)速盡量高些，從而 m 較小，且使驅(qū)動軸和其它傳動軸連接的傳動比不至太大。共 30 頁 第 15 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊3.2 齒輪機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)設(shè)計圖 3-2 齒輪傳動示意圖3.2.1 選定 齒輪的類型、精度、材料、齒數(shù)因為傳動比較簡單，結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，直接采用最常用的圓柱直齒輪傳動，其安裝可靠，設(shè)計制造，維護(hù)成本低。3.2.2 按齒 面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算由設(shè)計計算公式（10 – 9a）進(jìn)行試算，即(10-9a)2132.[]EtdHKTZu???????????（1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值試選載荷系數(shù)為 。1.t?小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩為 380TNm??由表 10-7 選取齒寬系數(shù) 。.4d?由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) 。128EZMPa?由表 10-21d 按齒面硬度查 得兩齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限同 為共 30 頁 第 16 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊。lim50HMPa??由式 10-13 計算應(yīng)力循環(huán) 次數(shù)。 6121604102.410hNnjL?????由圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 。2HNK計算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為 ，安全系數(shù) ,由式（10-12）得%S1lim2li2.460[] 85.2.HNMPaKS????（2）計算1）試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值 。1td[]H?2 231 331 .18. . 1.06[]045.EtdHTZu m????????????????????2）計算圓周速度 。v 316/1.82/60nmss???3）計算齒寬 b10.46.4dt?????4）計算齒寬與齒高之比 。h模數(shù) 123ttmmz齒高 1.25..5???79bh5）計算載荷系數(shù)，7 級精度，由圖 10-8 查得動載荷系數(shù) ；3012.6/vms??? 1VK?直齒輪， ；1HFK??由表 10-2 查得使用系數(shù) ；A由表 10-4 用插值法查得 7 級精度，小齒輪懸梁布置時， 。1.89H?由 , 查圖 10-13 得 ；故載 荷系數(shù)8bh?1.9H? 1.08FK??9.AVHK????按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（ 10-10a）得共 30 頁 第 17 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊3311.8966.4ttKdm???7）計算模數(shù) 。m1.41.93z3.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度計算由式（10 - 5）得彎曲強(qiáng)度的 設(shè)計公式為 132[]FaSdYKTmz?????????（1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值1）由圖 10-20c 查得兩齒輪 的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為 ；1250FEMPa?2）由圖 10-18 取彎曲疲勞 壽命系數(shù) ；120.8FN?3) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù) ，由式（10-12）得1.4S?220.85[] 30.57.28.614FNEKMPaaS???4）計算載荷系數(shù) 。 .01AVFKK??????查取齒形系數(shù)。由表 10-5 查得 。12.80FaY5）查取應(yīng)力校正系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計》表 10-5 查 得 12.5SaY?6) 計算大小齒輪的 值。[]FaS?12.930.1475.6.[]8aSFY??（2）設(shè)計計算 3321.00.1.764mm????共 30 頁 第 18 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊91.8HbhK??對比計算結(jié)果可以看出，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)序列內(nèi)的 m=1mm，既可以滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又可以滿足齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計，所以設(shè)計可取標(biāo)準(zhǔn)值 m=1mm。由此可以算出齒輪的齒數(shù)為3.2.4 幾何尺寸計算水平傳動機(jī)械結(jié)構(gòu)采用一級圓柱直齒輪傳動，傳動 比定為 ，考 慮到102i?水 電機(jī)的安裝位置（大徑安裝尺寸為 50 ）限制，空 間的結(jié)構(gòu)（中心轉(zhuǎn)軸m）安排，給出的幾何尺寸如下：mr5.7?優(yōu)先滿足傳動比，防止產(chǎn)生根切，則齒數(shù) （上面已給出齒數(shù) 60）；中心17?z距 ；a.30??水壓力角 ；?2?模數(shù) ；?所以中心距為 mzmd130)2()(21????對于主動輪：分度圓直徑 ；631齒頂高 ；ha*1?齒根高 ；cf 5.2.)(???齒頂圓直徑 ；mdaa 70462*1?齒根圓直徑 ；hf 5.61.)(????齒厚 ；ms4.3???齒距 ；p286對于從動輪：分度圓直徑 ；zd1922???齒頂高 ；ha*2齒根高 ；mcmf 5..)(?齒頂圓直徑 ；aa 64*2?齒根圓直徑 ；mhdf 5.1872.19)( ??????齒厚 ；s14.3??齒距 ；mp286齒寬的確定：共 30 頁 第 19 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊；mdB2.74018????為了設(shè)計的需要取從動齒輪齒寬為 ；2所以取主動齒輪 。m214 鍵聯(lián)接選擇和校核4.1 平鍵連接鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，通常用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動導(dǎo)向。按用途分，平鍵可分為普通平鍵、導(dǎo)向鍵和滑鍵三類，其中普通平鍵應(yīng)用最為廣泛，用于靜聯(lián)接。導(dǎo)向鍵和滑鍵用于動聯(lián)接。普通平鍵——用于靜聯(lián)接—即軸與輪轂間無相對軸向移動。鍵的兩側(cè)面為工作面，靠鍵與槽的擠壓和鍵的剪切傳遞扭矩軸上的槽用盤銑刀或指狀銑刀加工輪轂槽用拉刀或插刀加工。這種鍵定心性較好，裝拆方便。但這種鍵不能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定。所設(shè)計中采用的是平鍵聯(lián)接（圖 5.1）。圖 4.1 平鍵聯(lián)接鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的強(qiáng)度要求來選定。鍵的主要尺寸為其截面尺寸（一般以鍵寬 b×鍵高 h 表示）與長度L。鍵的截面尺寸 b×h 按軸的直徑 d 由標(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長度 L 一般可按輪轂的長度而定,即鍵長等于或略小于輪轂的長度；而導(dǎo)向平鍵的長度則按零件所需滑動的距離而定。重要的鍵聯(lián)接在選出鍵的類型和尺寸后，還應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校共 30 頁 第 20 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊核計算。普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸見下表，所選定的鍵長應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長度系列。軸的直徑 d 6~8 >8~10 >10~12 >12~17 >17~22 >22~30 >30~38鍵寬 b×鍵高 h 2×2 3×3 4×4 5×5 6×6 8×7 10×8軸的直徑 d >44~50 >50~58 >58~65 >65~75 >75~85 >85~95 >95~100鍵寬 b×鍵高 h 14×9 16×10 18×11 20×12 22×14 25×14 28×16鍵的長度系列 L 6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32,36,40,45,50,56,63,70,80,90,100,110,125,140,180, 200,220,250,...表 4-1 普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸4.2 聯(lián)接的強(qiáng)度校核本設(shè)計對扭矩較大的軸的校核即可失效形式： 壓潰（鍵、軸、轂中較弱者——靜聯(lián)接）磨損（動聯(lián)接）鍵的剪斷（較少）1)已知參數(shù)：軸徑 d＝35mm，齒輪輪轂寬度為 22mm扭矩 T=674Nm 載荷有輕微沖擊軸、鍵和齒輪的材料均為采用鋼2)假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為：（5.1）導(dǎo)向平鍵聯(lián)接和滑鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為：（5.2）式中：T－傳遞的轉(zhuǎn)矩（T=F×y≈F×d/2），單位為 N·m；k－鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，h 為鍵的高度，單位為 mm；l－鍵的工作長度，圓頭平鍵 l=L-b，平頭平鍵 l=L，單圓頭平鍵 l=L-共 30 頁 第 21 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊b/2，L- 鍵的長度，b 為鍵的寬度，單位均為 mm；d－軸的直徑，單位為 mm；[σp]－鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為 MPa；[p] －鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力，單位為 MPa；表 5-2 鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力和許用壓強(qiáng)(MPa)聯(lián)接方式 聯(lián)接中較弱零件的材料 靜載荷 輕度沖擊 載荷 沖擊載荷鋼 125～150 100～120 60～90靜聯(lián)接時許用擠壓應(yīng)力[?p] 鑄鋼 70～80 50～60 30～45動聯(lián)接時許用壓強(qiáng)[ p] 鋼 50 40 30注:如與鍵有相對滑動的被聯(lián)接件表面經(jīng)過淬火,則動聯(lián)接的許用壓力[ p]可提高 2—3 倍。3)平鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時，聯(lián)接中各零件的受力如右圖 4.3 所示。對于采用常見的材料組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的普通平鍵聯(lián)接，其主要失效是工作面被壓潰，而一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。因此，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計算。對于導(dǎo)向鍵聯(lián)接和滑鍵聯(lián)接，其主要失效形式是工作面的過度磨損。因此，通常按工作面上的壓力進(jìn)行條件性的強(qiáng)度校核計算。圖 4.2 平鍵聯(lián)接受力情況4）計算根據(jù)直徑 d＝35mm，從表 1-7 中查得鍵分截面尺寸為 b×h＝8mm×7mm，取鍵長 L＝20mm工作長度為 l＝L－b＝12mm工作高度 k=h/2＝3.5mm軸、鍵和齒輪的材料均為采用鋼許用擠壓應(yīng)力[σ]=100-120Mpa,取其平均值共 30 頁 第 22 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊[σ p]＝110Mpa= （5.3）206743.510PTkld???＝ 9.8Mpa[]10paP??＝結(jié)論：符合要求齒輪與軸采用平鍵配合，根據(jù)軸段的直徑選取花鍵的型號。GB1096-79 平鍵 820?平鍵工作時，靠其兩側(cè)面?zhèn)鬟f扭矩，鍵的上表面和輪轂槽底之間留有間隙。這種鍵定心性較好，裝拆方便。但這種鍵不能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定。4.3 矩形花鍵按齒高的不同，矩形花鍵的齒形尺寸在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定兩個系列，即輕型和中型系列。輕型系列承載能力小，多用于靜連接或輕連接；中型系列用于中等載荷的連接。矩形花鍵的定心方式為小徑定心，即外花鍵和內(nèi)花鍵的小徑為配合面。其特點(diǎn)是定心精度高，定心的穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理引起的變形。矩形花鍵連接應(yīng)用廣泛。花鍵軸一段采用花鍵連接，這樣既可以傳遞扭矩，又可以實現(xiàn)軸的平動。圖 4-3 花鍵類型共 30 頁 第 23 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊7062213DdhC?????表 4-3 矩形花鍵的基本尺寸系列選擇外花鍵尺寸為 z d D B=6 60 70 10??花鍵的連接強(qiáng)度計算式中： 為載荷步均系數(shù)，與齒數(shù)多少無關(guān)，一般取 =0.7~0.8，齒數(shù)多時取偏小值；?? z 為花鍵的齒數(shù)； 為齒的工作長度，l mm；0lh 為花鍵齒側(cè)面的工作高度， C 為倒角尺寸?；ㄦI的平均尺寸，md花鍵連接的許用擠壓應(yīng)力[σ]，許用壓強(qiáng)（MPa）取其平均值 P＝30Mpa結(jié)論：符合要求32.5md??3210mTpzhl??3321026016.0.8.5mTp MPazhld???? ?共 30 頁 第 24 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊5 軸的設(shè)計與校核5.1 軸的設(shè)計安裝時，由軸的小端由上至下依次穿過支架的兩個安裝孔，再穿過中間安裝架的孔（該處未作定位要求），裝好后，再從安裝架底部安裝垂直向第一級圓柱直齒從動齒輪，固定好。軸的設(shè)計是根據(jù)給定的軸的功能要求(傳遞功率或轉(zhuǎn)矩，所支持零件的要求等)和滿足物理、幾何約束的前提下，確定軸的最佳形狀和尺寸，盡管軸設(shè)計中所受的物理約束很多，但設(shè)計時，其物理約束的選擇仍是有區(qū)別的，對一般的用途的軸，滿足強(qiáng)度約束條件, 具有合理的結(jié)構(gòu)和良好的工藝性即可。對于靜剛度要求高的軸，如機(jī)床主軸，工作時不允許有過大的變形，則應(yīng)按剛度約束條件來設(shè)計軸的尺寸。對于高速或載荷作周期變化的軸，為避免發(fā)生共振，則應(yīng)需按臨界轉(zhuǎn)速約束條件進(jìn)行軸的穩(wěn)定性計算。軸的設(shè)計并無固定不變的步驟，要根據(jù)具體情況來定，一般方法是：（1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件或與同類機(jī)器類比，初步確定軸的最小直徑。（2）考慮軸上零件的定位和裝配及軸的加工等幾何約束，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定軸的幾何尺寸。值得指出的是：軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果具有多樣性。不同的工作要求、不同的軸上零件的裝配方案以及軸的不同加工工藝等，都將得出不同的軸的結(jié)構(gòu)型式。因此，設(shè)計時，必須對其結(jié)果進(jìn)行綜合評價，確定較優(yōu)的方案。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作要求，選擇相應(yīng)的物理約束，檢驗是否滿足相應(yīng)的物理約束。若不滿足，則需對軸的結(jié)構(gòu)尺寸作必要修改，實施再設(shè)計，直至共 30 頁 第 25 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊滿足要求。設(shè)計軸時，要使軸的結(jié)構(gòu)便于加工、測量、裝拆和維修，力求減少勞動量，提高勞動生產(chǎn)率。為了便于加工，減小加工工具的種類，應(yīng)使一軸上的圓角半徑、鍵槽、越程槽、退刀槽的尺寸各自應(yīng)相同。一根軸上的各個鍵槽應(yīng)開在軸的同一母線上。當(dāng)有幾個花鍵軸段時，花鍵尺寸最好也應(yīng)統(tǒng)一。為了便于裝配，軸的配合直徑應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，軸端應(yīng)加工出倒角(一般為 45 度)；過盈配合零件軸端應(yīng)加工出導(dǎo)向錐面。各軸段所需的直徑與軸上載荷的大小有關(guān)。初步確定軸的直徑時，通常還不知道支反力的作用點(diǎn)，不能決定彎距的大小與分布情況，因而還不能按軸所受的具體載荷及其引起的應(yīng)力來確定軸的直徑。但在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)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估算軸所需的最小直徑 d，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從 d 處起逐一確定各段軸的直徑。在實際設(shè)計中，軸的直徑亦可憑設(shè)計者的經(jīng)驗取定，或參考同類機(jī)械用類比的方法確定。有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。安裝標(biāo)準(zhǔn)件(如滾動軸承、聯(lián)軸器、密封圈等)部位的軸徑，應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值及所選配合的公差。為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應(yīng)采用較小的直徑。為了使與軸作過盈配合的零件易于裝配，相配軸段的壓入端應(yīng)制出錐度；或在同一軸段的兩個部位上采用不同的尺寸公差。確定各軸段長度時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時還要保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。軸的各段長度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來確定的。為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合部分的軸段長度一般應(yīng)比輪轂長度短 2～3mm。5.2 軸的材料 軸的材料種類很多，選擇時應(yīng)主要考慮如下因素：1)軸的強(qiáng)度、剛度及耐磨性要求。2)軸的熱處理方法及機(jī)加工工藝性的要求。3)軸的材料來源和經(jīng)濟(jì)性等。軸是組成機(jī)器的重要零件之一，其主要功能是支持作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的傳動零件(如齒輪、蝸輪等)，并傳遞運(yùn)動和動力。該播種機(jī)作業(yè)的時候播種輪靠和土地的壓力滾動，播種輪帶動主軸。主軸靠鏈傳動使排種器轉(zhuǎn)動，從而排種。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。碳鋼比合金鋼價格低廉，對應(yīng)力集中的敏感性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，一般用途的軸，多用含碳量為0.25～0.5%的中碳鋼。尤其是 45 號鋼，對于不重要或受力較小的軸也可用共 30 頁 第 26 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊Q235A 等普通碳素鋼。合金鋼具有比碳鋼更好的機(jī)械性能和淬火性能，但對應(yīng)力集中比較敏感，且價格較貴，多用于對強(qiáng)渡和耐磨性有特殊要求的軸。如 20Cr、20CrMnTi 等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳處理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl 等合金鋼，有良好的高溫機(jī)械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。該播種機(jī)對應(yīng)力集中的敏感性較低，采用碳鋼材料。5.3 計算軸上轉(zhuǎn)矩和初步確定最小直徑5.3.1 軸的選擇和熱處理方式 選擇軸的材料為 45 鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理, 其機(jī)械性能查得：＝640MPa ， =355MPa， =275MPa， ＝155MPa；查表（機(jī)械設(shè)計表 15-1）得， ＝60MP??1??5.3.2 計算軸上轉(zhuǎn)矩和初步確定最小直徑公式：d A （5.1）?03/np??302.95TA??最大扭矩 T=18nm初步確定軸的最小直徑軸的材料選取為 45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，按照實際情況選取 A＝112，于是得d =A =112 =35mmmin0p/3?320/5軸的材料 Q235 1Cr18Ni9Ti 35 45 40Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi[ ] 12～20 12～25 20～30 30～40 40～52A0160～135 148～125 135～118 118～107 107～98表 5.3.2 幾種軸的材料的[ ]和 A 值05.3.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計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.2)軸上安裝零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法.3)載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況.4)軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計時，必須針對不同情況進(jìn)行具體的分析。軸的結(jié)共 30 頁 第 27 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊構(gòu)應(yīng)滿足：1)軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；2)軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；3)軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。擬定軸上零件的裝配方案軸上零件的裝配按先中間后兩邊的原則根據(jù)各種裝配零件的結(jié)構(gòu)尺寸及裝配定位工藝要求最終確定各軸段直徑及長度?？偨Y(jié)本次畢業(yè)設(shè)計讓我認(rèn)識到了許多自己以前忽略的學(xué)習(xí)要點(diǎn)，它們在此次設(shè)計的過程中給了我很大的困擾但是經(jīng)過此次設(shè)計讓我對以前忽略的知識進(jìn)行了一次很深刻的研究。因此，它使我們從新的復(fù)習(xí)了一次大學(xué)四年的各種的知識論點(diǎn)。通過本次畢業(yè)設(shè)計我們不僅僅重新復(fù)習(xí)了以前所學(xué)的理論知識，而且還學(xué)習(xí)了一些新的知識，它拓展了我們的知識范圍，還增強(qiáng)了我們發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題的能力。為我們在以后的工作中能夠更好的勝任工作，獨(dú)立工作打下了良好的基礎(chǔ)。緊張的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束了，作為大學(xué)學(xué)習(xí)的最后成果，我投入了很多。雖然設(shè)計還存在許多問題。但是經(jīng)過自己最大的努力它已經(jīng)是我可以交出的最好答卷。在此，我無怨無悔。這次畢業(yè)設(shè)計總體來說對自己就是一次自我考察的過程，很多很多的知識告訴我：不求甚解，囫圇吞棗是自我欺騙。在這次設(shè)計中得到了指導(dǎo)老師和同學(xué)的辛苦幫助，才能使我順利完成。共 30 頁 第 28 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊致謝自己的畢業(yè)設(shè)計是經(jīng)過了 3 個月的時間完成的。結(jié)果此刻已顯的不是那么重要，但是設(shè)計的經(jīng)歷讓我感受很深刻，老師一遍又一遍不厭其煩的指導(dǎo)而且是占用老師的業(yè)余時間對此我在此深深說的一句“張教授辛苦了，以前的自己無知讓您勞累了很多，在此說只想說一句‘對不起，老師！’ ”首先，特別感謝張明教授。他一遍又一遍的指導(dǎo)，讓我的設(shè)計能夠順利進(jìn)行。 ，如果沒有張教授的一遍又一遍的指導(dǎo)根本不可能有現(xiàn)在的成果。在設(shè)計過程中，張教授淵博的學(xué)識，對待知識的嚴(yán)謹(jǐn)，無私的付出給了我深深的觸動。還要感謝同學(xué)對我的無私幫助它們的幫助讓我在設(shè)計的時候避免的許多彎路讓我找到了集體的魅力讓我對團(tuán)結(jié)協(xié)作有了深刻的認(rèn)識。人人為我，我為人人的思想已經(jīng)深深刻入我的心理再次說一句：“謝謝你們。 ”共 30 頁 第 29 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊參考文獻(xiàn)1：．張力平，鄧鐘明主編， 《液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計手冊》 。北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1997 （65－78）2：徐灝主編， 《機(jī)械設(shè)計手冊》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992（326－327）3：濮良貴，紀(jì)名剛主編《機(jī)械設(shè)計》 ，高等教育出版社，2007.5（4-8）4：關(guān)振彪． 《機(jī)電綜合設(shè)計指導(dǎo)》[M]．湛江：湛江海洋大學(xué)，2002． （38-160）5：周開勤． 《機(jī)械零件手冊(第四版) 》[M]．北京：高等教育出版社，1998． （40-46）6：馬曉湘，鐘均祥. 《畫法幾何及機(jī)械制圖(第二版) 》[M]．廣州：華南理工大學(xué)出版社，1998． （2-300）7：崔洪斌 范春起 編《Auto CAD 實踐教程（2005 版） 》 ，高等教育出版社，2005.6（14-212）8：《機(jī)械設(shè)計師手冊》編寫組編，機(jī)械設(shè)計師手冊，機(jī)械工業(yè)出版社出版， 1989 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