卧式钢筋切断机毕业设计说明书.doc

目录第1章 绪论11.1 概述11.2 国内外研究概况及发展趋势1第2章 整体传动方案设计42.1 主要设计参数42.2 钢筋切断机的工作原理42.3 切断钢筋所需力计算52.4 剪刃行程52.5 功率计算6第3章 传动结构设计73.1 基本传动数据计算73.1.1 分配传动比73.1.2 计算机构各轴的运动及动力参数73.2 带传动设计83.2.1 确定计算功率83.2.2 带型的确定83.2.3 带轮基准直径83.2.4 验算带速83.2.5 中心距、带长及包角的确定83.2.6 确定V带的根数93.2.7 确定V带张紧力93.2.8 确定轴上的载荷93.2.9 主要设计结果93.3 高速级齿轮传动设计103.3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数103.3.2 按齿面接触强度设计113.3.3 按齿根弯曲强度设计123.3.4 几何尺-寸计算143.3.5 结构设计及绘制齿轮零件图153.4 低速级齿轮传动设计153.4.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数153.4.2 按齿面接触强度计算153.4.3 按齿根弯曲强度设计173.4.4 几何尺寸计算193.4.5 结构设计及绘制齿轮零件图193.5 轴的设计与校核203.5.1 一轴的设计与校核203.5.2 二轴的设计与校核273.6 键的强度校核333.6.1 键的选择333.6.2 验算挤压强度333.7 轴承的校核343.7.1 两轴承的轴向力343.7.2 求两轴承的计算轴向力343.7.3 求轴承的当量动载荷和353.7.4 计算轴承的寿命36第4章 三维建模和虚拟装配37第5章 结论42参考文献43致谢44第1章 绪论1.1 概述钢筋切断机是钢筋加工必不可少的设备之一，它主要用语房屋建筑、桥梁、隧道、电站、大型水利等工程中对钢筋的定长切断。钢筋切断机与其他切断设备相比，具有重量轻、耗能少、工作可靠、效率高等特点，因此近年来逐步被机械加工和小型轧钢厂等广泛采用，在国民经济建设的各个领域发挥了重要的作用。 制造业是国民经济的基础行业，随着经济全球化的不断发展、机械制造业的飞速发展，新的技术革命轰轰烈烈开展。一些传统的设计方法也在悄然的发生变化。随着现代科技的发展，计算机辅助设计已经渗透到机械发展的各个行业中，而且通过该项技术机械行业得到了大大的发展。各种计算机辅助设计软件已成为必不可少的设计工具。例如：AutoCAD、Solidwokers、UG等二维和三维建模软件，还可借助先进的Pre/E、ANSYS和ADAMS软件进行联合仿真。通过这些技术从而取代了传统的生产方式：仅仅依靠二维图纸先生产出样品，经反复实验、改进，然后才投入批量生产。通过新技术进行设计生产不仅可以降低成本还可以提高可靠性。1.2 国内外研究概况及发展趋势经过几十年的发展，我国的建筑用钢筋切断机市场现已基本形成。目前，市场上生产和销售的钢筋切断机种类很多，根据设备组成的各工作机构特点可以按6 种方法进行分类，按调直方式可分为调直模式、曲线辊式、对辊式、调直模式+ 对辊复合式。调直模式的特点：钢筋调直效果好，比较容易控制；但调直速度低，被加工钢筋表面有划伤，工作噪声较大；适合各种光圆钢筋。曲线辊式的特点调直速度较快，钢筋调直效果好，且易控制。但被加工钢筋表面划伤较重，工作噪声较大；适合各种光圆钢筋和对钢筋表面划伤要求不高的场合。对辊式的特点：调直速度快，被加工钢筋表面有划伤轻微，工作噪声小；钢筋调直效果一般，控制要求较高。适合各种钢筋，特别适合冷、热轧带肋钢筋。调直模式+ 对辊复合式的特点：钢筋调直效果比较好，比较容易控制。调直速度高于曲线辊式，低于对辊式；被加工钢筋表面有划伤。工作噪声比较小；适合各种钢筋。按切断方式可分为：锤击切断方式、飞剪切断方式、液压切断方式。锤击切断方式的特点：适用中、小直径钢筋，工作噪声连续、较大。易出现连切现象，定尺误差最小；适用于中、低速度的钢筋调直机和对定尺精度要求较高的场合。飞剪切断方式的特点：适用大、中直径钢筋，工作噪声较大，不连续。定尺精度不高，但没有连切现象；适用于高速钢筋调直机。液压切断方式的特点：适用大、中直径钢筋，工作噪声小。没有连切现象；适用于速度不太高的钢筋调直机。按落料方式可分为：支撑柱式、翻板式、撤板式、敞口式。支撑柱式的特点：结构简单，工作噪声小。适用于小直径光圆钢筋，且钢筋调直度较高的场合。翻板式的特点：结构较复杂，工作噪声较大，适用大、中直径钢筋。撤板式的特点：结构较复杂，工作噪声较大，适用大、中直径钢筋。敞口式的特点：结构简单，工作噪声较小，适用于大、中直径钢筋，且钢筋调直较好的场合。按定尺方式可分为：机械式、机电式。机械式的特点：定尺误差小，易控制。噪声较大，寿命短。适用于对定尺误差要求较高，速度要求不高的场合。机电式的特点：定尺误差稍大，噪声较小，寿命长。适用于对定尺误差要求较低，调直速度要求较高的场合。按控制方式可分为：普通电气控制、控制。普通电气控的特点：线路复杂，对维护人员要求较高。控制精度低，易发生故障，初期调试麻烦。控制的特点：线路简单，对维护人员要求不高。控制精度较高，运行比较稳定，初期调试简单。按上料方式可分为：开卷式和非开卷式。开卷式的特点：设备复杂，放线速度快、钢筋不扭转，特别适合于高速工作状态。非开卷式的特点：设备单一，适于调直速度不太高的工作场合。放线时钢筋自然扭转。纵观我国建筑用钢筋切断机的总体水平，与国际上先进产品相比还是比较落后。主要表现在：企业生产规模小，产品的技术含量低，生产效率低下。企业很少有拥有自主知识产权的产品。我国钢筋加工机械的生产一直以老机型为主缺少创新。在我国从整个钢筋加工机械行业看，存在产品单一、品种不齐全、产品系列化程度低等现象。从用户要求方面看，绝大部分用户喜欢购买老机型产品，钢筋加工机械处于机械、半机械、手工加工的局面，用户有大建筑公司、有小型施工队，大部分用户对钢筋的加工能用手工干就不采用机械干，能用简单机器完成的就不采用自动、半自动化机器。 国外钢筋加工机械从整体看，产品品种齐全，除钢筋切断机、弯曲机、调直切断机外还有螺旋状钢筋弯曲机、弯曲切断机、焊接钢筋网切断机、弯曲机，具有快速送料和无级调速的自动盘圆调直切断机，混凝土构件铁筋用细钢丝自动加工机等产品。由于钢筋切断机技术含量低、易仿造、利润不高等原因，所以厂家几十年来基本维持现状，发展不快，与国外同行相比具体有以下几方面差距。 (1)国外切断机偏心轴的偏心距较大，如日本立式切断机偏心距为24mm，而国内一般为17mm。看似省料、齿轮结构偏小些，但在由切大料到切小料时，不是换刀挚就是换刀片，有时还需转换角度，给用户带来麻烦，不易管理。 (2) 国外切断机的机架都是钢板焊接结构，零部件加工精度、粗糙度尤其热处理工艺过硬，使切断机在承受过载荷、疲劳失效、磨损等方面都超过国产机器 (3)国内切断机刀片设计不合理，单螺栓固定，刀片厚度过薄，40型和50型刀片厚度均为17mm；而国外都是双螺栓固定，刀片厚度为25，-27mm，在受力及寿命等综合性能方面都较国内优良。(4)国内切断机每分钟切断次数少。国内一般为28"-31次，国外要高出15,-,20 次，最高高出30次，工作效率较高。(5)国外机型一般采用半开式结构，齿轮、轴承用油脂润滑，曲轴轴径、连杆瓦、冲切刀座、转体处用手工加稀油润滑。国内机型结构有全开、全闭、半开半闭3种，润滑方式有集中稀油润滑和飞溅润滑2种。 (6) 国内切断机外观质量、整机性能不尽人意；国外厂家一般都是规模生产，在技术设备上舍得投入，自动化生产水平较高，形成一套完整的质量保证加工体系。尤其对外观质量更是精益求精，外罩一次性冲压成型，油漆经烤漆喷涂处理，色泽搭配科学合理，外观看不到哪儿有焊缝、毛刺、尖角，整机光洁美观。而国内一些一些厂家虽然生产历史较长，但没有一家形成规模，加之设备老化，加工过程拼体力、经验，生产工艺几十年一贯制，所以外观质量粗糙、观感较差。综上所述，我国经济建设的飞速发展为建筑行业，特别是为建筑机械的发展提供了一个广阔的发展空间，为广大生产企业提供一个展示自己的舞台。面对竞争日益激烈的我国建筑机械市场，加强企业的经营管理，加大科技投入，重视新技术、新产品的研究开发，提高产品质量和产品售后服务水平，积极、主动走向市场，使企业的产品不断地满足广大用户的需求，尽快缩短与国外先进企业的差距，无疑是我国广大钢筋切断机生产企业生存与发展的必由之路。第2章 整体传动方案设计传动方案简述：选择三级减速，先是一级带减速，再两级齿轮减速。首先采用一级带传动，因为它具有缓冲、吸振、运行平稳、噪声小、和过载保护等优点，并安装张紧轮。然后采用两级齿轮减速，因为齿轮传动可用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有功率范围大，传动效率高，传动比准确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。动力由电动机输出,通过减速系统传动,把动力输入到执行机构。由于传动系统作的是回转运动,而钢筋切断机的执行机构需要的直线往复运动,为了实现这种转换,可以采用曲柄滑块机构,盘行凸轮移动滚子从动件机构,齿轮齿条机构。考虑现实条件，我决定采用曲柄滑块机构作为本机械的执行机构。2.1 主要设计参数本次毕业设计的任务是卧式钢筋切断机的设计。其主要参数为：切断钢筋直径（mm） 60刚进抗拉强度（MPa） 450两刀刃的最大开口距（mm） 65两刀刃的最小开口距（mm） 13剪切次数（次/min） 27/58总速比 50.6/107曲轴偏心距（mm） 26连杆长度（mm） 300电机功率（kW）/电压（V）/转速（r/min） 7.5/380/2900外形尺寸（mm） 1500*660*915整机重量（kg） 900在设计中通过计算和考虑实际情况选则合适的结构及参数，从而达到设计要求，同时尽可能的降低成本，这也是一个综合运用所学专业知识的过程。毕业设计是对四年大学所学知识的一个总结，也是走上工作岗位前的一次模拟训练。2.2 钢筋切断机的工作原理 工作原理：采用电动机经一级三角带传动和二级齿轮传动减速后,带动曲轴旋转,曲轴推动连杆使滑块和动刀片在机座的滑道中作往复直线运动,使活动刀片和固定刀片相错而切断钢筋。图2-1钢筋切断机原理图2.3 切断钢筋所需力计算为了保证钢筋的剪断，剪应力应超过材料的许应剪应力。即切断筋的条件为： 根据提供的参数钢筋的抗拉强度为450MPa，则其剪切屈服强度为380MPa。同时切断钢筋直径为60mm。则本钢筋切断机的最小切断力为 102KN2.4 剪刃行程行程太小，翘头的工件通不过，行程太大，对于曲柄式剪切机会使曲柄增大，从而使剪切机的工作扭矩和驱动功率增大，相应的结构尺寸也将增大。根据生产经验，剪刃行程可取60mm。两刀刃的最大开口距是65mm，最小开口距13mm。则曲轴的偏心距为26mm。2.5 功率计算刀的速度小于曲轴处的线速度。则切断处的功率P： 查表可知在传动过程中，带传动的效率为= 0.96；齿轮传动的效率为= 0.97； 滚动轴承的传动效率为= 0.99； 连杆传动的效率为= 0.81。由以上可知总的传动效率为:= 0.96·0.992·0.972·0.81=0.72由此可知所选电机功率最小应为KW查手册并根据电机的工作环境和性质选取电机为：Y系列封闭式三相异步电动机，代号为Y132S2-2，输出功率为7.5kw，满载转速为2900 r/min。第3章 传动结构设计3.1 基本传动数据计算3.1.1 分配传动比电动机型号为Y，满载转速为2900r/min。(1) 总传动比 (2) 分配传动装置的传动比 上式中i0、i1分别为带传动与减速器（两级齿轮减速）的传动比，在分配传动比时，为使齿轮的传动比圆整以获得圆整齿数，同时使大带轮的尺寸适当增大以起到类似于飞轮的作用。因此，初步取i0=2，则i1=50/2=25。(3) 分配减速器的各级传动比按展开式布置，查阅有关标准，取 i12=6.25，则i34=4。3.1.2 计算机构各轴的运动及动力参数（1） 各轴的转速 轴 r/min 轴 r/min 轴 r/min（2）各轴的输入功率 轴P1=P·0=7.5×0.94=7.05KW 轴P2=P1·12=7.05×0.97×0.98=6.702KW 轴P3=P2·23=6.702×0.97×0.98=6.37KW（3） 各轴的输入转矩电动机输出转矩 轴轴轴3.2 带传动设计已知条件：电动机功率P0=7.5KW，满载转速n0=2900r/min，初定传动比i0=2，电动机每天工作16小时。3.2.1 确定计算功率查表8-7可知 工况系数取 KA=1.5，Pc=1.5×7.5=11.25kw。3.2.2 带型的确定由设计可知：V带传动的功率为7.5kw，小带轮的转速为2900r/min，大带轮的转速为1450r/min。根据以上数值及小带轮的转速查图8-11选取B型V带。3.2.3 带轮基准直径查阅相关手册选取小带轮基准直径为d0=100mm，则大带轮基准直径为d1=2×100=200mm，选定d1=200mm。3.2.4 验算带速因为5m/s<v<30m/s，所以带速合适。3.2.5 中心距、带长及包角的确定由式0.7（+）<<2(+)则210<<650，初选=400mm由教材式8-22得V带基准长度查表8-2得：由教材式8-23得实际中心距中心距变化范围为：363mm415mm。验算小带轮包角：3.2.6 确定V带的根数根数的计算公式为 由，查表8-4a得知p0=2.96KW由，查表8-4b得p0=0.04KW查表8-5得，查表8-2得则取Z=53.2.7 确定V带张紧力由教材表8-3得：A型V带单位长度质量为q=0.1Kg/m应使实际初拉力3.2.8 确定轴上的载荷压轴力最小值为：3.2.9 主要设计结果（1)小带轮材料：选用铸铁HT150。（2)小带轮结构尺寸：结构形式采用整体式，内孔直径d=38mm。（3)大带轮结构尺寸： 初算大带轮孔径：由公式可初步计算大带轮孔径。初算输入轴材料为45钢，调质处理，去，则减速器输入端轴的最小直径取，即大带轮孔径 图3-2即大带轮结构图图3-2 大带轮的结构图3.3 高速级齿轮传动设计已知条件：输入功率KW，小齿轮转速，齿数比u=6.25，电动机驱动，工作寿命15年（每年工作300天），两班制工作，转向不变。3.3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数(1) 按图1-1所示传动原理图，选用直齿圆柱齿轮传动。(2) 切断机为一般工作机器，转速不高，故选用7级精度（GB10095-88）。(3) 由教材表10-1可知，选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS。(4) 选定小齿轮齿数为，则大齿轮齿数。3.3.2 按齿面接触强度设计由教材公式（10-9a）试算即(1) 确定公式内各计算数值1) 试选载荷系数2）计算小齿轮传递的转矩。3）由教材表10-7选取齿宽系数。4）由教材表10-6可知材料的弹性影响。5）由教材图(10-21d)的：小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。6）由教材式6-13计算应力循环次数7)由教材图10-19取接触疲劳寿命系数，8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由教材是10-12得(2) 计算1）试算小齿轮分度圆直径，带入中较小值2）计算圆周速度v3）计算尺宽b4）计算齿宽与齿高之比b/h。模数齿高5）计算载荷系数。根据v=1.02m/s，7级精度，由图10-8得；直齿轮，；由教材表10-2查得使用系数；由教材表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置是，由，查教材图10-13得，故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由教材式（10-10a）得：7）计算模数m。3.3.3 按齿根弯曲强度设计由教材式（10-5）得弯曲强度的设计公式为（1）确定公式内的各计算数值1）由教材图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；2）由教材图10-18取弯曲疲劳寿命系数,;3)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得4）计算载荷系数K。5）查取齿形系数。由表10-5查得 ；。6）查取应力校正系数。由表10-5查得 ；7）计算大小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大。（2）设计计算mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于有齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.71并就近圆整为标准值m=2mm，按齿面接触疲劳强度算得的分度圆直径mm，算出小齿轮齿数大齿轮齿数这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。3.3.4 几何尺-寸计算（1）计算分度圆直径mmmm（2）计算中心距mm（3）计算齿轮宽度mm取=56mm,=60mm3.3.5 结构设计及绘制齿轮零件图图3-3 高速级齿轮传动大齿轮结构图3.4 低速级齿轮传动设计已知条件：输入功率KW，小齿轮转速，齿数比u=4，电动机驱动，工作寿命15年（每年工作300天），两班制工作，转向不变。3.4.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数(1) 按图1-1所示传动原理图，选用直齿圆柱齿轮传动。(2) 切断机为一般工作机器，转速不高，故选用7级精度（GB10095-88）。(3) 由教材表10-1可知，选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS。(4) 选定小齿轮齿数为，则大齿轮齿数3.4.2 按齿面接触强度计算由教材公式（10-9a）进行试算即(1) 确定公式内各计算数值1) 试选载荷系数2）计算小齿轮传递的转矩。3）由教材表10-7选取齿宽系数。4）由教材表10-6可知材料的弹性影响。5）由教材图(10-21d)的：小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。6）由教材式6-13计算应力循环次数 7)由教材图10-19取接触疲劳寿命系数，8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由教材是10-12得：(2) 计算1）试算小齿轮分度圆直径，带入中较小值mm2）计算圆周速度v3）计算尺宽bmm4）计算齿宽与齿高之比b/h。模数齿高mm5）计算载荷系数。根据v=1.097m/s，7级精度，由图10-8得=1.05；直齿轮，；由教材表10-2查得使用系数；由教材表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置是，=1.426由，查教材图10-13得=1.35，故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由教材是（10-10a）7）计算模数m。3.4.3 按齿根弯曲强度设计由教材式（10-5）得弯曲强度的设计公式为（1）确定公式内的各计算数值1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa；大齿轮的弯曲强度极限MPa；2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数,;3)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得4）计算载荷系数K。5）查取齿形系数。由表10-5查得 ；。6）查取应力校正系数。由表10-5查得 ；7）计算大小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大。（2）设计计算mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于有齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数2.81并就近圆整为标准值m=3.0mm，按齿面接触疲劳强度算得的分度圆直径90.387mm，算出小齿轮齿数大齿轮齿数这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。3.4.4 几何尺寸计算（1）计算分度圆直径mmmm（2）计算中心距mm（3）计算齿轮宽度mm取=90mm,=94mm3.4.5 结构设计及绘制齿轮零件图图3-4 低速级齿轮传动大齿轮结构图3.5 轴的设计与校核轴是组成机械的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件，都必须装在轴上才能进行运动及动力的传递，同时它又通过轴承和机架联接，由此形成一个以轴为基准的组合体轴系部件。为保证轴上零件可靠工作，需要零件在工作过程中有准确的位置，即零件在轴上必须有准确的定位和固定。零件在轴上的准确位置包括轴向和周向两个方面。3.5.1 一轴的设计与校核（1） 选择轴的材料轴的材料主要碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的直接用圆钢。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，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢。故可采用Q235、Q275等碳素结构钢。合金钢比碳钢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。故可采用40CrNi、38CrMoAlA等合金结构钢。值得注意的是：钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响甚小，因此，如欲采用合金钢或通过热处理来提高轴的刚度并无实效。此外，合金钢对应力集中的敏感性较高，因此设计合金钢轴时，更应从结构上避免或减小应力集中，并减小其表面粗糙度值。轴的毛坯以锻件优先，其次是圆钢，尺寸较大或结构复杂者可考虑铸钢或球墨铸铁。例如，用球墨铸铁制造曲轴、凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好，对应力集中的敏感性较低、强度较好等优点。在本次毕业设计中输入轴选取45钢调质，硬度230HBS，强度极限=640MPa,屈服极限=355MPa，弯曲疲劳极限=275MPa，剪切疲劳极限=155MPa，对称循环变应力时的许用应力=60MPa（2）轴的结构设计轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。其主要要求是：(a)轴应便于加工，轴上零件要易于装拆(制造安装要求)；(b)轴上零件要有准确的工作位置(定位)，各零件要牢固而可靠地相对固定；(c)受力合理，减小应力集中。为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯形。对于一般剖分式箱体中的轴，它的直径从轴端逐渐向中间增大。轴直径设计式： 取d=25mm一轴的结构设计如图5所示图3-5 切断机输入轴装配草图（3）按弯扭合成应力校核轴的强度1）绘出轴的计算简图，轴的计算简图如图3-6b所示。图3-6b 输入轴计算简图2）计算作用在轴上的力作用在小齿轮上的受力N3）计算支反力垂直面（V面），如图3-6c所示图3-6c 输入轴支反力计算图NN水平面(H面)因为轴上的齿轮为直齿轮，所以在水平面上载荷没有分布，即N力在支点产生的支反力N则N因为Fp方向未定，因此可按最不利的情况考虑4）作弯矩图垂直面弯矩，如图3-6d所示。=74276.28N图3-6d 弯矩图水平面弯矩因水平方向上作用力为0，所以水平弯矩也为0Fp力产生的弯矩，如图3-6e所示。44371.02N图 3-6e力产生的弯矩合成弯矩，如图3-6f所示。44.3N。118.6NN图3-6f 合成弯矩图=44371.02N.mm=44.3N.m5)作转矩图，如图3-6g所示。46.43N.mm图3-6g 转矩图T=46.43N.mm6）作计算弯矩图，如图3-6h所示。27.88N.mm52.33N.mm121.83N.mm118.6N.mm图3-6h 计算弯矩图单项运转扭转应力按脉动循环变应力，取系数=0.6，则=118.6N.mm=121.83N.mm=52.33N.mm=0.6×46.46=27.88N.mm7)按弯扭合成应力校核轴的强度由弯矩图可知，a截面的计算弯矩最大，该处计算应力为=9.18MPa截面的计算应力为=14.94MPa截面的计算应力为=13.44MPa以上应力值均小于轴的材料的许用应力=60MPa，故一轴安全。（4）输入轴的刚度验算算轴受弯矩作用会产生弯曲变形，受转矩作用会产生扭转变形。轴的刚度不够就会影响轴的正常工作。例如电机转子轴的挠度过大，会改变转子与定子的间隙而影响电机的性能；机床主轴的刚度不够，将影响加工精度。因此，为了使轴不致因刚度不够而失效，设计时必须根据轴的工作条件限制其变形量，即挠度、转角、扭角。式中、分别为许用挠度、许用转角和许用扭角。 所以轴的刚度足够3.5.2 二轴的设计与校核（1）选择轴的材料轴的力学模型是梁，多数要转动，因此其应力通常是对称循环。其可能的失效形式有：疲劳断裂、过载断裂、弹性变形过大等。轴上通常要安装一些带轮毂的零件，因此大多数轴应作成阶梯轴，切削加工量大。综上所述，要求轴的材料有良好的综合机械性能，常采用中碳钢、中碳合金钢。碳素钢35、45、50等优质碳素结构钢因具有较高的综合力学性能，应用较多，其中以45钢用得最为广泛。为了改善其力学性能，应进行正火或调质处理。不重要或受力较小的轴，则可采用Q235、Q275等碳素结构钢。合金钢合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。例如采用滑动轴承的高速轴，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金结构钢，经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨性；汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，必须具有良好的高温力学性能，常采用40CrNi、38CrMoAlA等合金结构钢。值得注意的是：钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响甚小，因此，如欲采用合金钢或通过热处理来提高轴的刚度并无实效。此外，合金钢对应力集中的敏感性较高，因此设计合金钢轴时，更应从结构上避免或减小应力集中，并减小其表面粗糙度值。轴的毛坯以锻件优先，其次是圆钢，尺寸较大或结构复杂者可考虑铸钢或球墨铸铁。例如，用球墨铸铁制造曲轴、凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好，对应力集中的敏感性较低、强度较好等优点。在本次毕业设计中二轴选取45钢调质，硬度230HBS，强度极限=640MPa,屈服极限=355MPa，弯曲疲劳极限=275MPa，剪切疲劳极限=155MPa，对称循环变应力时的许用应力=60MPa。（2）轴的结构设计二轴的结构设计如图3-7所示：图3-7 二轴结构形式图（3）按弯扭合成应力校核轴的强度1）绘出轴的计算简图轴的计算简图如图3-8b所示图3-8b 作用在轴上的力图3-8c 垂直面（V面）支反力图3-8d 合成弯矩图图3-8e 转矩图图3-8f 计算转矩图2）计算作用在轴上的力作用在大齿轮2上的力N因为大齿轮2是直齿圆柱齿轮，所以N作用在小齿轮3上的受力N3）计算支反力垂直面（V面），如图3-8c所示=598.87N=3848.99N水平面（H面）=04）作弯矩图垂直面弯矩，如图3-8d所示。=598.87×58=34734.46N.mm=34.7m=34.7N.m=598.87×（58+92.5）+1917.57×92.5=267505.16N.mm=267.5N.m=3848.99×69.5=267504.81N.mm=267.5N.m水平面弯矩因为二轴在水平方向没有受力，所以二轴水平方向上的弯矩也为0。合成弯矩，如图3-8d所示。=34.7N.m=34.7N.m=267.5N.m=267.5N.m5)作转矩图，如图3-8e所示。=257.8N.mm6）作计算转矩图，如图3-8f所示。单项运转，扭转应力按脉动循环变应力，取系数=0.6，则=34.7N.m=158.5N.m=309.0N.m=267.5N.m截面的计算弯矩=111.6N.m=23.9N.m=204.1N.m7)按弯扭合成应力校核轴的强度由计算弯矩图可知，A截面的计算弯矩最大，该处的计算应力为：=41.7MPa截面的计算应力为=17.4MPa截面的计算应力为=32.4MPa截面的计算应力为=27.5MPa以上计算应力均小于许用应力=60MPa，故切断机二轴是安全的。（4）二轴的刚度校核轴受弯矩作用会产生弯曲变形，受转矩作用会产生扭转变形。轴的刚度不够就会影响轴的正常工作。例如电机转子轴的挠度过大，会改变转子与定子的间隙而影响电机的性能；机床主轴的刚度不够，将影响加工精度。因此，为了使轴不致因刚度不够而失效，设计时必须根据轴的工作条件限制其变形量，即挠度、转角、扭角。式中、分别为许用挠度、许用转角和许用扭角。所以轴的刚度足够。3.6 键的强度校核3.6.1 键的选择键的类型应根据键联接的结构使用要求和工作状况来选择。选择时应考虑传递转拒的大小，联接的对中性要求，是否要求轴向固定，联接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离长短，以及键在轴上的位置等。键的主要尺寸为其横截面尺寸(键宽b 键高h)与长度L。键的横截面尺寸b×h 依轴的直径d由标准中选取。键的长度L一般可按轮毂的长度选定，即键长略短于轮毂长度，并应符合标准规定的长度系列。故根据以上所提出的以及该机工作时的要求，故选用A型普通平键。因为三轴受力最大，所以其上的键承受较大的作用力，其应力也较大，因此，我们对三轴上的键进行校核。根据三轴上的齿轮的宽度，并查阅相关标准后，得出该键的结构尺寸分别为：键宽 b=20mm 键高 h=12mm 键长 L=70mm3.6.2 验算挤压强度平键联接的失效形式有：对普通平键联接而言，其失效形式为键，轴，轮毂三者中较弱的工作表面被压溃。工程设计中，假定压力沿键长和键高均匀分布，可按平均挤压应力进行挤压强度或耐磨性的条件计算。即静联接： 式中传递的转矩 轴的直径键与轮毂的接触高度(mm)，一般取键的接触长度(mm).圆头平键 许用挤压应力键的工作长度挤压面高度转矩许用挤压应力，查表，则，挤压应力所以 此键是安全的。附：键的材料：因为压溃和磨损是键联接的主要失效形式，所以键的材料要求有足够的硬度。国家标准规定，键用抗拉强度不低于的钢制造，如 45钢 、Q235等。3.7 轴承的校核滚动轴承是又专业工厂生产的标准件。滚动轴承的类型、尺寸和公差等级均已制订有国家标准，在机械设计中只需根据工作条件选择合适的轴承类型、尺寸和公差等级等，并进行轴承的组合结构设计。本节校核一轴的6207轴承。查GB/T276-89，查得6207轴承的性能参数为：，极限转速6300r/min(脂润滑)3.7.1 两轴承的轴向力将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。由3.5.1节计算结果可知=1269.68N，。3.7.2 求两轴承的计算轴向力对于70000C型轴承，按表13-7，轴承派生轴向力，其中，e为表13-5中的判断系数，其值由的大小来确定，但现在轴承轴向力未知，故先初取e=0.4，因此可估算187.5mm58.5按式（13-11）得由表13-5进行插值计算，的，。再计算两次计算的值相差不大，因此确定e1=0.422，e2=0.401，。3.7.3 求轴承的当量动载荷和因为由表13-5分别进行查表或插值计算的径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1 X1=0.44， Y1=1.327对轴承2 X2=1， Y2=0因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6，取。则3.7.4 计算轴承的寿命因为P1>P2，所以按轴承1的受力大小验算故所选轴承满足寿命要求。第4章 三维建模和虚拟装配随着计算机技术在各个领域的迅速应用，计算机辅助设计和计算机辅助制造技术在机械行业已经不可或缺，逐渐改变了传统的设计制造方式。减少了设计周期，提高了可靠性。如今，三维建模软件