机械专业本科毕业论文轧染车传动装置的设计.doc

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1、2011届 分类号 ： 单位代码 ：10452 本科专业职业生涯设计轧染车传动装置的设计姓 名 赵亚丹 学 号 200825820136 年 级 2007 级 专 业 机械设计制造及其自动化 系（院） 工 学 院 指导教师 李连天 2011年 3 月 10 日目录第一部分 我的工程师之路11自我分析12 机械行业12.1现状初步分析12.2发展前景23 对学生的要求23.1世纪人才规格23.2世纪对人才知识的要求24 职业取向分析35 选择考研之路36 学校选择3第二部分 轧染车传动装置的设计5摘要5ABSTRAT6前言7绪论7轧染现状分析71 轧染车的传动方案设计91.1 轧染车的作用和工作

2、方式91.2 轧染车的传动方案设计92 轧辊传动的设计112.1轧辊的传动方案112.2电动机的选择112.3减速器的选择122.4轧染车主传动轴的设计142.4.1轴设计的主要问题142.4.2主传动轴的设计计算与说明152.5 轴的强度校核182.5.1轴的强度校核步骤182.5.2轴的校核计算193 扩幅辊传动部件的设计233.1 扩幅辊传动方案233.2 扩幅辊电动机的选择233.2.1电动机功率的确定233.2.2 电动机转速的选择243.3 带传动的设计253.4 带轮的设计293.4.1小带轮的设计计算293.4.2大带轮的设计计算32总结34参考文献35致谢36第一部分 我的工

3、程师之路1自我分析对于我自身而言，我学习的专业是机械设计制造及自动化专业。毕业之后也想从事本专业。在大学的学习生活中，我学习很多关于专业知识，例如：材料力学，工程材料，机械设计，机械制造工艺学，机械制图等。但通过做课程设计（一级圆柱齿轮减速器）发现不能灵活将机械设计，材料力学等多门课程的东西结合起来.在这次的课程展示中我会综合所学的知识，有条理的完成它。当今社会可谓瞬息万变，设计这个行业对我来说仅仅代表一种可能的机会，而且充满竞争。市场是多变的，现实是多变的，计划中要有变化，我要保持清醒的头脑，解决好随时遇到的困难。用理性面对一切,相信我会做的更好。我对抽象的、分析的、灵活的定向任务性质的职业

4、比较感兴趣，我自己对逻辑推理的能力相对比较强，而信息分析能力也不错的，比较喜欢对复杂的事务进行思考，工作认真、负责。但是，偶尔有时想法过于复杂以至于较难与别人交流和让别人理解。观察力强,我对工作的自觉性比较好的，而且对工作比较热情，能够吃苦耐劳，更善于处理概念和想法。总是试图找运用理论分析各种问题；对一个观点或形势能做出超乎常人的、独立准确的分析，会提出尖锐的问题，也会向自己挑战以发现新的合乎逻辑的方法。喜欢在工作中接触人，和喜欢团体工作。头脑灵活,有较强的发展、提升意识，逻辑推理能力比较强，有注重团体精神。有强烈的上进心. 但是也有一定的能力劣势，所以要发挥自己的优势，培养自己不够的能力。2

5、 机械行业2.1现状初步分析1. CAD应用基本普及2. 管理信息化取得一定进展行业内多数企业在单项业务方面已实现了计算机管理，相当一部分企业已开始应用MRP II/ERP软件。但从制造企业整体情况看，MRP/ERP的应用还不广泛，即便已开始应用，与现代企业管理模式还有脱节，成功率还不够高。3. 产品技术含量增加数控装置、工业机器人、激光加工机、快速原型技术及装置、自控系统以及具有一定智能化的高档农业机械和工程机械等含有较高信息技术含量的产品，已开始批量生产，并正在进入市场。4. 生产管理与过程控制自动化程度有所提高柔性生产线、自动化生产线、自动检测线、现代物流系统及立体仓库等制造过程自动化，

6、在基础条件好的企业已有一定的应用，但投入产出比不理想，没有发挥应有的作用。2.2 发展前景从机械行业发展来看，当今世界工业发达国家对机械制造业的高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化的领域，以加速工业和国民经济的发展。原机械类16个专业调整后合并为“机械设计制造及其自动化”。“材料成型及控制工程”、“工业设计”、“过程装备与控制工程”四个专业。人们预测，机械类人才今后仍会有较大需求。高层次技术人才将成为各企业争夺的对象。 机械就业前景仍看好。虽然目前机械行业境况不佳，但经过国有企业的改革，经过产业结构的调整与人力资源的配置优化，一旦跟上市场经济和信息时代的步伐，定会显示出强大的生命

7、力，经济效益也会回升。那些国家重点发展产业，大中型企业，既是青年人事业发展的巨大舞台，同时在就业形势日趋严峻的今后几年，还将在环境稳定及社会福利保障等方面显示出它的优越性。3 对学生的要求3.1世纪人才规格通专结合的复合型人才，具有开拓精神的创造型人才，一专多能的应用型人才。从社会生产来看，传统产业是单一型的，所需人才也是掌握一门专业知识的单一型人才，而未来产业，由于渗透着高信息和高科技成份，产业结构及其内涵都发生变化，向着综合化、智能化方向发展。产业结构内涵的变化，对人才素质提出了新要求。能推动这个新世纪前进的人才，不仅要有学习、储存新知识的能力和迅速适应社会职业转换的能力，更重要的是有开拓

8、精神和创造能力，即创新。社会既需要理论型人才，也需要应用型人才，而且上手快、动手能力强的应用型人才更为社会所欢迎。随着我国社会主义市场经济体制的逐步的完善，新兴产业不断涌现，各部门对高素质的应用型人才大量需求。3.2世纪对人才知识的要求坚实的工具性知识，作为社会人的知识，学科专业方面的知识。工具性知识是人生存与发展的知识基础，它的多少与深浅不权决定着人的生活质量和发展前途，而且对人的先天素质和智力潜力的挖掘也具有很大的作用。要实现人的自身价值和全面发展，就必须掌握作社会人的基本素质所需要的知识。这种知识或存在于社会意识形态和人们观念之中，或以学科体系、理论体系的形式存在于人文社会科学课程中。未

9、来人才是广博与精深结合的复合型人才，而博是在专的基础上获得的，所以，无论博到什么程度，仍然是专业倾向性的。4 职业取向分析 现在的就业形式,随着大学的历年扩招，我们的大学毕业生就业形式日趋激烈残酷。据教育部公布2009年应届毕业大学生人数为600万，还有100多万的早期毕业生未找到工作,找工作难已经是近年来的一个持续热门的话题 （1）本专业的就业率不错，容易找到适合自己做的工作；（2）经过23年的工作后可能会遇到学历的限制；职业发展趋势和人才素质要求有了客观的了解，在此基础上根据自身条件的分析和社会情况的分析制定出属于自己具有可行性，现实性的职业目标和路径。职业发展趋势和人才素质要求有了客观的

10、了解，在此基础上根据自身条件的分析和社会情况的分析制定出属于自己具有可行性，现实性的职业目标和路径。不过，找到适合自己的工作不是一天两天的事，是要经过一些职业的尝试和个性的磨合期才可以最终确定下来的。所以我的观点就是不要过早的把自己的职业定位定死了，因为事物是运动变化和发展的。只有客观的评价才是有效的在实践中要脚踏实地的努力学习和工作。 目前大学生就业形势严峻，而自己的专业知识不够过硬，因此为了提升自身价值，学习更专业的技能，提高自己的能力，同时缓解就业压力，扩大自己将来的就业面，我选择考研。当今社会可谓瞬息万变，设计这个行业对我来说仅仅代表一种可能的机会，而且充满竞争。市场是多变的，现实是多

11、变的，计划中要有变化，我要保持清醒的头脑，解决好随时遇到的困难。用理性面对一切,相信我会做的更好。5 选择考研之路人们经常说“没有压力就没有动力，有了目标才有方向”。在校的大学生不做好自己的人生规划，如何在这人才济济的社会中得心应手的工作呢？在读高中时，我就希望能够考上一所理想的本科大学，考上大学之后如果有能力就继续考研。现在大学生活即将结束，正是我实现高中理想的时刻到来了。大学生活离我浪费了很多宝贵时间，所以我想考上研究生弥补我大学错过的部分。我认为考研能将自己定位在一个最能发挥自己长处的位置，可以最大限度地实现自我价值。我现在站在哪里并不重要，重要的是我下一步该决定怎么走。因此我选择了考研

12、之路，不仅可以实现为我的理想，还可以实现自我的价值。6 学校选择 燕山大学，学校在重型机械成套设备研制、并联式机器人理论及技术、流体传动及电液伺服控制技术、精密塑性成型技术及设备、大型锻件热处理技术、大块非晶制备技术、工业自动化控制理论与技术等研究领域具有国际先进水平。机械工程机械工程领域是以重型机械及装备为特色，以机械设计及理论、机械电子工程、机械制造及其自动化、材料加工工程等重点学科为基础的领域。机械工程一级学科所属的二级学科机械设计及理论学科于1983年获得博士学位授予权，机械电子工程于2000年获博士学位授予权，机械制造及其自动化于2003年获博士学位授予权，同年机械工程一级学科获博士

13、学位授予权。机械工程学科为首批一级学科国家级重点学科，含有机械设计及理论、机械电子工程、机械制造及其自动化三个国家级重点学科。学科拥有博士后流动站和工程硕士学位授予权。第二部分 轧染车传装置的设计摘要本论文主要研究了轧染车的传动部分。并根据轧染车的使用要求，工作环境，人机工程，经济性等方面的要求，运用机械学理论和系统工程理论等方面的知识，对轧染车的工作原理和传动装置做了一个总体的设计方案。根据机械的组成，轧染车可分为如下四个部分：（1）动力部分：动力部分是机器动力的来源；（2）传动部分：传动装置部分是将动力部分的运动和动力传递给工作部分的中间环节，因此是一部机械中的核心部分之一；（3）工作部分

14、：工作部分是直接完成机器工作任务的部分；（4）控制部分：控制部分是对机械的工作状态进行控制和调节。关键词：轧染车；轧辊；传动装置；轴传动；带轮。ABSTRAT17 In this paper we mainly investigated the transmission parts of the rolling machine. According to the request in the use of the rolling machine , the request of work environment, ergonomics, economics and so on, use mec

15、hanical systems engineering theory and the theory of knowledge, made a whole design for the principle and gear of the Rolling right machine. According to its mechanical components, the rolling machine can be divided into four sections, as follows：(1) dynamic components : dynamic part is the power so

16、urces of the machine; (2) transmission parts :the transmission device part is the centre to transfer the movement and the dynam of the dynamic part to the working parts, it is the core of a machine; (3) the working part : which completes the machinery task directly; (4)control parts : the state cont

17、rol and regulation of the machinery.Key word: Rolls mechanical; Roller; Transmission device; Axistransmission.前言由于最近几十年来科学技术，机械制造工艺和设备的迅速发展，特别是电子技术，信息技术和计算机技术的突飞猛进，以及使用者对机械产品的要求不断提高，机械产品的复杂程度，技术水平都有很大的变化。由于采用新的科学技术成果，机械设计技术近年来发展很快，机械设计已经采用了大量的新的设计理论和方法，如机械设计学，有限元计算，优化设计，可靠性设计，计算机辅助设计等，使设计质量和速度有了很大的提

18、高。随着我国与世界其他国家的联系和贸易发展，要求我国的机械产品必须具有国际市场的竞争能力。在上述情况下，迫切要求我国机械设计水平有很大的提高。绪论轧染机产品的定义:轧染车主要用于纺织印染等行业，它的主要作用是将印染或者漂洗后的布匹，在后整理过程中进行机械脱水。以防止在染色后的烘干过程中产生泳移 ( 指织物在浸轧染液的过程中染液随水分移动而移动的现象) 从而导致的染色不均匀。它是纺织行业中一种简单而高效的工具。适用于纯棉、化纤及其混纺织物的处理。轧染机产品应用过程: 首先布匹通过第一个扩幅辊和浸染杆进入浸染缸，与浸染缸里面的染液进行接触染色。当染色完成后，通过第二个扩幅辊的转动，使布匹保持平整并

19、匀速送入轧辊内,启动汽缸控制开关，使轧染车的从动辊向下移与主动辊接触，压紧需要脱水的布匹，然后启动主动轧辊的工作电机和扩幅辊电机，轧染车便进入工作状态开始工作。一般使用的是连续轧染机，连续轧染机由一些单元机组成，主要有轧染车 ( 浸轧装置 ) 、固色、平洗、烘燥、汽蒸等单元装置。各种染料由于染色工艺过程及条件不同，因而有各种轧染机。如还原染料悬浮体轧染机，不溶性偶氮染料连续轧染机，可溶性还原染料连续轧染机等。轧染现状分析1. 大生产与小样一致性差生产车间对小样处方的参考性不强，小样与大生产的一致性差。由于实验室环境和大生产的环境不一致，加上称料、调制染液完全是凭操作者的经验来控制调配，经常造成

20、小样与大生产的结果不一致，出现较大的偏差，甚至同一个操作者每次调出的染液也不相同。2. 自动化程度低，生产效率低长期以来轧染车运行过程中，停车待料是常有的事，机器的运转效率在习以为常的状态下浪费。3、手工配液的精确性差造成各种色差的产生，严重影响成品品质，增加回修额外成本。尽管有了电子测配色系统、仿真仿色设备，情况依旧没有突破性的改变。究其原因，称料、配液这一看似简单，而又很重要的工序，依旧沿袭几十年的磅秤、料筒、手推车、人工配液、机械搅拌程序，其准确性往往取决于操作工的责任心。实践证明这种责任心的随意性是不可监督的，称料配液的误差也当然是不可避免的。4、无法满足小批量定制化生产要求随着国际纺

21、织品市场竞争的加剧及纺织品个性化的发展要求，小批量成为发展的必然趋势。新形势下，效率和质量已成为发展的必然趋势。新形势下，效率和质量已成各印染企业和相关部门争相研究的课题。以小批量为主导致的现状是染色主机轧染车色光符样率大为下降。试样次数成倍增加，工人劳动强度大幅增大，运行效率下降3040%。小批量时代的到来，重现性问题严重影响轧染车的效率。八十年代早期估算一条线的生产能力为120万米/月，进入九十年代后以小批量为主，实际达到7080万米/月已经算较好状态。生产效率的下降，带来生产成本的上涨，这也是众多以轧染为主的国有染厂效益滑坡的重要因素。5. 工艺管理无法实现技术档案信息化管理技术档案和资

22、料完全靠人工的经验积累与人工记录，信息数据共享性差，不能完成技术数据的在线调用与核对。6. 无法实时掌握对染化料的耗用，不利于成本控制7. 残液比较多，浪费严重，同时造成环保危害据不完全统计，全国印染工厂的残液日排放量达300400万吨。随着排放标准日趋严格，以及水费、排污费不断上涨，印染废水的回用已引起人们的重视。1 轧染车的传动方案设计1.1 轧染车的作用和工作方式轧染车主要用于纺织印染等行业，它的主要作用是将印染或者漂洗后的布匹，在后整理过程中进行机械脱水。以防止在染色后的烘干过程中产生泳移 ( 指织物在浸轧染液的过程中染液随水分移动而移动的现象) 从而导致的染色不均匀。它是纺织行业中一

23、种简单而高效的工具。适用于纯棉、化纤及其混纺织物的处理。将布匹导入到轧染车后，启动汽缸控制开关，使轧染车的从动辊向下移与主动辊接触，压紧需要脱水的布匹，然后启动主动轧辊的工作电机和扩幅辊电机，轧染车便进入工作状态开始工作。首先布匹通过第一个扩幅辊和浸染杆进入浸染缸，与浸染缸里面的染液进行接触染色。当染色完成后，通过第二个扩幅辊的转动，使布匹保持平整并匀速送入轧辊内进行机械脱水，以除去多余的染液，防止布匹在烘干过程产生泳移，从而提高织物染色的质量和减少烘干所用的成本。1.2 轧染车的传动方案设计1对轧染车的要求：轧液要求均匀，前、后、左、中、右的带液率要求均匀一致 . 目前较理想的轧染车是均匀轧

24、染车，这种轧染车在轧辊的两端用压缩空气加压，在轧辊内部用油泵加压，通过调节使整个幅度上的压力相同，不易造成织物边部和中间的深浅疵病。均匀轧染车的一对轧辊都是软辊，浸轧一般有一浸一轧、一浸二轧、二浸二轧或多浸一轧等几种形式，视织物、设备，染料等情况而定。织物厚、渗透性差、染料用量高，则宜用一浸一轧。机器通常是由原动机、传动装置和工作装置三部分组成。传动装置用来传递原动机的运动和变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。合理的传动方案首先要满足机器的功能要求,例如传递功率的大小,转速和运动形式。此外还要适应工作条件（工作环境、场地、工作制度等），满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑，传

25、动效率高、使用维护便利、工艺性和经济性合理等要求。轧染车工作的时候，首先汽缸工作，推动从动辊支架，使从动辊离开主动辊升起，形成空隙；将布匹按图中9所示的虚线位置平整地通过扩幅辊、浸染杆、浸染缸进入轧辊部位；启动汽缸，推动从动辊支架运动，使从动衮返回原位，接触主动辊，压紧被动辊；然后打开电机开关，使主动轴电机和扩幅辊电机开始工作，轧染车进入工作状态。当轧染车工作一段时间后，如果需要对浸染槽里面的浸染液进行更换，侧只需启动汽缸，汽缸臂伸长，使浸染缸倾斜，将浸染缸内的浸染液倒出，清洗后，启动汽缸，汽缸臂恢复原长，浸染糟也恢复原状。此时再往浸染缸里面添加新的浸染液，轧染车便可以重新开始工作。根据以上分

26、析的轧染车主要作用和工作方式，对轧染车的传动方案进行设计。初步确定轧染车的传动方案如下图（图1）。 图1 轧染车的传动方案图图中：1-从动辊；2-主动棍；3-浸染缸；4-汽缸；5-汽缸（两个）；6-机架；7-从动辊支架；8-带轮；9-须脱水的布匹；10-浸染杆。根据轧染车的工作原理，又可将轧染车的传动部分分为如下两个部分。（1）轧辊传动部分：它主要由电动机、减速器、主传动轴等组成；（2）扩幅辊传动部分：它主要由电动机、带传动等组成。在下面的传动设计中，也将把轧染车的传动部分设计按轧辊传动部分和扩幅辊传动部分分别进行设计计算。2 轧辊传动的设计22.1轧辊的传动方案轧辊的传动是轧染车的核心传动部

27、分，它的作用是带动轧染车的主动辊和从动辊运动，从而将从主动辊和从动辊之间经过的布匹进行挤压脱水。根据以上轧染车总体传动方案，可画出轧辊的传动方案图如下图所示（图2）。 图2 轧辊传动简图 1-电动机；2-减速器；3-联轴器；4-滚动轴承；5-从动辊；6-主动辊；7-主传动轴；8-支架。2.2 电动机的选择 选择电动机的内容包括：电动机类型，电动机结构型式，容量和转速的选择。再根据以上参数确定电动机的具体型号。标准电动机容量由额定功率表示。所选电动机的额定功率应该等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求，则不能够保证机器的正常工作，或者使电动机长期过载，发热大而过早损坏；容量过大，则制造和使

28、用成本增加，造成了大量的能源浪费。电动机的容量主要由其运行时发热条件决定，在不变或者变化很小的载荷下长期连续运行的机械，只要求电动机的载荷不超过额定值，电动机便不会过热，通常不必要校核发热和启动力矩。所需电动机的功率为： 1 （2.1） 式中：工作机实际的电动机输出功率，kW;工作机所需输入功率，kW;电机之工作机之间传动装置的总效率。工作机所需要功率由机器的工作阻力和运动参数求得 =kw （2.2）式中F工作机的阻力，N；V工作机的线速度，m/s;工作机的效率总效率=其中为摆线针轮减速器的传动效率，0.90-0.97为联轴器的传动效率，0.99为轴承对的传动效率，0.98要求轧辊的线速度：

29、=3.6 m/s工作机阻力：F= 根据以上设计要求得=7.26kw根据，再考虑到轧染车的工作过程中需要对轧辊的速度进行调节，故选择电动机为 YVP132M4（变频调速三相异步电动机）。它具有体积小、重量轻、电气性能良好、经济指标先进等优点，而且结构牢固、使用方便，易于维修。它的主要参数如下表(表1)。表1 YVP132M4型电动机的主要参数表电机型号标称功率额定电流额定转矩堵转转矩/ 额定转矩转速YVP132M47.5KW15.5A 49 N.M 1.251503000r/min2.3 减速器的选择减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作要求。为了保证

30、整机设备结构的紧凑性，所选用的减速器最好是能使输入轴与输出轴在同一轴线上。符合这一要求的减速器大体上有同轴式两级圆柱齿轮减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮行星减速器、谐波减速器等。比较其各自的特点：同轴式两级圆柱齿轮减速器长度方向尺寸较短，但轴向尺寸较大不宜适用于本组件；行星齿轮减速器由数个行星轮分担载荷，采用均载机构，避免各行星轮之间载荷分配不均。承载大，体积小，效率高；摆线针轮行星减速器承载能力高，体积小，重量轻，传动比大，传动平稳，承受过载和冲击能力强，使用寿命长，效率高。谐波减速器传动比大，同时参加啮合的齿对数多，承载能力大，体积小，重量轻，但其传动效率不高(0.0650.90) 1比较

31、不理想。为了使轧辊传动装置更加轻小、紧凑、高效，在这里我们选择摆线针轮减速器做为主传动轴的减速装置。摆线针轮减速器是行星减速器的一种类型。它由外齿轮齿廓为变态摆线、内齿轮轮齿为圆销的一对内啮合齿轮和输出机构所组成的行星齿轮传动。除齿轮的齿廓外,其他结构与少齿差行星齿轮传动相同。摆线针轮行星减速器的传动比约为687，传递效率较高，一般可达到0.90.94。摆线针轮传动的优点是：传动比大、结构紧凑、传动效率高、运转平稳和使用寿命长。再根据电动机功率和轧辊的速度要求，选取BJWPD(7.5)-6-17型摆线针轮减速器。它采用电动机和减速器直联式结构设计，从而使得轧辊的主传动轴结构更加紧凑、轻小。它的

32、传动比为17，额定功率为7.5kW。根据电动机转速和减速器传动比，可计算出轧辊的线速度的范围。 =0.18 m/s （2.3）=3.6 m/s其中 =150 r/min=3000 r/min i=17 D为轧辊直径，初定为为390mm。则轧辊的变速范围为0.18 m/s3.6 m/s。满足工作要求，故该电动机和减速器的搭配满足设计转速要求，所以设计是合理的。BJWPD(7.5)-6-17型摆线针轮减速器的安装尺寸(表2)，轴伸连接尺寸(表3)，和外形尺寸(表4 )分别如下。表2 摆线针轮减速器安装尺寸表机型号中心高 安装尺寸地脚螺钉hn27200-0.535js1527580380304M20

33、表3 轴伸联结尺寸表机型号输出轴输入轴2770m62074.510535k6103858表4 外形尺寸机型号外形尺寸HBDA直联型27435430360335383接电动机 2.4 轧染车主传动轴的设计152.4.1 轴设计的主要问题轴是组成机器的重要零件之一，它的主要作用是支承回转零件及传递运动和动力。轴的设计主要要解决下列问题：选择轴的材料3；轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢廉价，对应力敏感性小，又可通过热处理提高其耐摩性及疲劳强度，故应用最为广泛，其中最常用的是45号优质碳素结构钢，为保证力学性能，一般应进行调质或者正火处理。进行轴的结构设计；由于结构设计十尚不知道轴的直径

34、，所以要进行初步计算，粗略估算出轴的直径，并初步确定各部分的形状和尺寸，然后细致的进行结构设计。在结构设计中必须考虑轴在机器中的位置，轴上零件固定定位要求，工艺性要求，热处理要求，运转维护要求的要求等。进行轴的强度校对4；在一般情况下轴的工作能力主要取决于它的强度，且大多数轴是在变应力条件下工作，因此还要进行疲劳强度的校核计算；必要的时候还需进行轴的刚度和震动稳定性计算。例如对机床主轴，其刚度计算尤为重要，而对于一些高速转轴和汽轮机轴，为避免因发生共振而破坏，则必须进行振动稳定性计算。2.4.2 主传动轴的设计计算与说明轴主要用来支承作旋转运动的零件，如齿轮、带轮，以传递运动和动力。，根据设计

35、要求，设计的具体步骤、内容如下：（1） 选择轴的材料确定许用应力普通用途、只承受中小功率和中小转矩。故选用45钢，由于轴长度较长，为了消除轴的内应力，防止轴变形，在加工过程中，我们需要对轴进行需进行调质处理。查设计手册可得：它的抗拉强度=640 Mpa, 屈服强度=355 Mpa，弯曲疲劳极限=27 Mpa 5，剪切疲劳极限=155Mpa。许用切应力=40 Mpa,按弯曲许用切应力，初估轴的最小直径由已经可得经减速器输出轴的功率=7.5KW转速 =3000/17=176r/min转矩 =9.55=9.55=4.1N.mm根据公式 （2.4）即初步计算出轴的直径查设计手册得其中C=115, =4

36、0 Mpa,可求得46mm（2） 轴的结构设计轴的结构设计主要有三项内容：各轴段径向尺寸的确定；各轴段轴向长度的确定；其它尺寸（如键槽、圆角、倒角，退刀槽等）的确定。根据轴系结构分析要点，结合后述尺寸确定，按比例绘制轴的草图。考虑到轴需要承受较大的径向载荷，故选用调心滚子轴承，选用轴用弹性挡圈对轴承内圈进行轴向定位。并根据机器的工作性能要求和工作环境要求，选用适当的密封圈进行防油防尘。并采用内嵌式轴承端盖实现轴承两端单向固定，依靠普通平键联接实现轴向固定，利用轴肩结构和止动环实现轴与轴承的轴向固定。根据以上条件，可绘制轴的草图，先根据轴的工作要求确定轴的小直径，然后再依次确定轴上各段的直径。再

37、根据装配关系，确定轴各轴段的轴向尺寸。现根据设计要求，绘制轴的草图如下图（图3所示）。（轴与其它零部件相配合的具体情况见装配图）。 图3 主传动轴草图（4）轴尺寸的确定 各轴段径向尺寸的确定；如草图3所示，从轴左段开始确定各轴段的径向尺寸。与轴承内径相配合，并为了对轴承内径进行轴向固定，在进行轴的设计时，我们采用右端用轴肩固定，左端采用止动环进行固定，考虑轴的最小尺寸要求以及轴与减速器联结及联轴器的配合问题，结合轴的标准直径系列并符合轴承内径系列，取=90, 选定轴承代号为22318C/W33的轴承。从左至右逐段选取相邻轴段的直径。为轴肩部分，直径要求大于22318C/W33的最小安装尺寸要求

38、，并要与密封圈的内圈相配合，故取=105mm。与工作件相配合，考虑到轴的工作可靠性和经济性及安装的方便性，可初取轴径为=120mm。根据轴的对称性，可分别求得，=105mm，=90mm。是轴与减速器输出轴相连接的部分，考虑轴的最小尺寸要求以及轴与减速器联结及联轴器的配合问题，结合轴的标准直径系列并符合轴承内径系列，取=80mm。所以可得各轴段直径为：=90； =105mm；=120mm； =105mm；=90mm； =80mm根据以上数据，可初步确定各轴段的径向尺寸草图如下图所示（图4）。 图4 轴的径向尺寸草图 各轴段轴向长度的确定；如图4所示，从轴左段开始确定各轴段的轴向尺寸。与轴承223

39、18C/W33相配合，与轴径等于90mm的A型轴用弹性挡圈相配合，查机械设计手册，可得轴承安装尺寸宽度=64mm, A型轴用弹性挡圈的安装尺寸宽度S=2.5mm ，轴端取=18.5mm。=+S+=64mm +2.5mm+13.5mm =80mm；轴与端盖及密封圈相配合的部分，根据计算，取=213mm。为轴和工作件相配合部分，由工作要求W=1100mm，故取=W+20=1120mm。=213mm =80mm。为联轴器相配合部分，根据计算和查手册，取=150mm。 所以可得到各轴段长度分别为：=80mm； =213mm。=1120mm； =213mm。=80mm； =150mm。根据以上数据，可初

40、步确定各轴段的轴向尺寸草图如图（5）所示。 图5 轴向尺寸草图 其它尺寸（如键槽、圆角、倒角等）的确定6轴的右端需要与联轴器联接，所以需要设计键联接。因为轴端公称直径=80mm。根据工作要求，并结合键的标准系列并符合轴径大小，选用键2214 GB 1096-79（公称尺寸bh=2214，长度L系列为100的普通平头联接）。再根据设计要求，确定轴上倒角，退刀槽等尺寸。绘制轴的零件图，完成主动轴的设计，其结构和尺寸如图（6）所示。 图6 主动轴结构尺寸图2.5 轴的强度校核102.5.1 轴的强度校核步骤对于主要结构形状和尺寸，轴上零件的位置以及外载荷和支反力的作用位置均已经确定的轴可以按许用应力

41、进行轴的强度校正，。对于一般重要的，弯扭复合的轴采用这一方法进行强度计算也已经足够可靠，它的一般计算步骤如下： (1)画出轴的空间受力简图（如图7），将作用力分解为水平面受力和垂直面受力，求出水平面和垂直面上的支点反力。（2）分别画出水平面上的弯矩和垂直面上的弯矩。（3）作出合成弯矩M=。（4）作出转矩T图。（5）根据合成弯矩M和转矩T作出当量弯矩。的计算公式为=。 （2.5）式中是根据转矩产生的循环特征差异而定的应力校正系数。对于扭矩切应力为静应力时，取=0.3；对于扭矩切应力为脉动循环变应力时，取=0.6；对于扭矩切应力为对称循环应力时，取=1。（6）校核轴的强度，危险截面的计算应该满足下

42、列条件 （2.6）式中：W轴的抗弯截面系数，计算公式可查机械设计手册。式中：M是合成弯矩（Nmm）；，MH和MV分别为水平面上和垂直面上的弯矩；T是工作扭矩（Nmm）；是根据转矩性质而定的应力修正系数；W是轴的抗弯截面系数（mm3）；e是当量弯曲应力，MPa；-1 是许用弯曲应力（MPa）。对于有键槽的危险截面，单键时应将计算出的轴径加大5%；双键时轴径加大10%。计算出的轴径还应与结构设计中初步确定的轴径进行比较，若大于初步确定的轴径，说明强度不够，轴的结构要进行修改；若小于初步确定的轴径，除非相差很大，一般就以结构设计的轴径为准。2.5.2 轴的校核计算5 13（1） 画出轴的空间受力简图

43、，将轧辊上受力简化为集中中心作用于轴上，轴的支点反力也简化为集中力通过轴承载荷中心O作用于轴上，轴的受力简图如图（图2.6）所示。 图7 轴的受力简图（2） 画出水平面受力图，计算支点反例，画出水平面弯矩图（如图8）。考虑到C点为可能的危险截面，计算出C点处Z的弯矩。根据已经条件可知上轧辊对主动轴的的作用力在水平方向的作用力为=1700N，所以可得：支点水平反力： =850N （2.7）C点弯矩： =850=700000 N.mm （2.8） 图8 水平面弯矩图（3） 画出垂直面受力图，计算支点反力，画出垂直弯矩图（如图9）。根据已经条件可知上轧辊对下轴的的作用力在水平方向的作用力为3000N

44、，所以可得：支点反力： （2.9） （即的方向和相同）C点弯矩： 1500N=1200000 N.mm 图9 垂直弯矩图（4）求合成转矩，画出合成弯矩图，如图（图10）所示。C点合成弯矩： =1380000 N.mm （2.10） 图10 合成弯矩图（5）画出转矩T图。如图（图11）所示。图11 转矩T图（6）计算C处当量弯矩，画出当量弯矩图。如图（图12）所示。图12 当量弯矩图=1401000N.mm （2.11）（7）校核轴的强度 根据弯矩大小及轴的直径选定C截面进行强度校核查机械设计手册，当钢45钢=640MPa ，用插值法得=59Mpa 。C截面当量弯曲应力。 =8.11MPa （2.12）所以在C截面处安全,轴的设计满足工作要求。