3275 氣動(dòng)扳手設(shè)計(jì)

3275 氣動(dòng)扳手設(shè)計(jì),氣動(dòng),扳手,設(shè)計(jì) 目 錄氣動(dòng)扳手概述 .......................................................11 總體方案設(shè)計(jì) .....................................................21.1 參數(shù)要求 ...................................................21.2 整體結(jié)構(gòu)概述 ...............................................21.3 氣壓傳動(dòng)的工作原理 ..........................................21.4 氣壓傳動(dòng)的組成 ..............................................31.5 整體方案 ...................................................31.6 方案選擇 ....................................................41.7 氣動(dòng)機(jī)械的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn) ..........................................62 氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) .....................................................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(dòng)馬達(dá)的性能 ..................................72.1.3 夾緊或松開(kāi)扳手時(shí)氣動(dòng)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(jì) ............................................92.2.1 氣壓管道 ..............................................92.2.2 管接頭 ...............................................112.2.3 密封件 ...............................................133 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ............................................143.1 一般傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 .................................143.2 齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......................................153.2.1 選定齒輪的類(lèi)型、精度、材料、齒數(shù) .....................153.2.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 ...........................153.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 ..................................173.2.4 幾何尺寸計(jì)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(jì)與校核 ..................................................235.1 軸的設(shè)計(jì) ...................................................235.2 軸的材料 ...................................................245.3 計(jì)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(jì)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(jì) .........................................25總結(jié) ..............................................................27致謝 ..............................................................28參考文獻(xiàn) ..........................................................29共 30 頁(yè) 第 1 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊氣動(dòng)板手設(shè)計(jì)概述首先說(shuō)起氣動(dòng)扳手不得不說(shuō)起氣壓傳動(dòng)。氣壓傳動(dòng)是風(fēng)動(dòng)技術(shù)與液壓技術(shù)演變、發(fā)展而來(lái)。氣壓傳動(dòng)是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。由于氣壓傳動(dòng)的動(dòng)力傳遞介質(zhì)是取之不盡的空氣，所以污染小，因此在自動(dòng)化領(lǐng)域中具有廣闊的發(fā)展前景。氣壓傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于紡織、機(jī)械、汽車(chē)、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(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展，氣壓傳動(dòng)技術(shù)必將更加廣泛地應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。氣 動(dòng) 板 手 （ Impact wrench） ， 也 稱(chēng) 為 是 棘 輪 板 手 及 電 動(dòng) 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(jiàn) 的 動(dòng) 力 源 ， 盡 管 電 動(dòng) 或 液 壓 動(dòng) 力 也 使 用 。 氣 動(dòng) 板 手被 廣 泛 應(yīng) 用 在 許 多 行 業(yè) ， 如 汽 車(chē) 修 理 ， 重 型 設(shè) 備 維 修 ， 產(chǎn) 品 裝 配 （ 通 常 稱(chēng) 為“脈 沖 工 具 ”和 專(zhuān) 為 精 確 的 扭 矩 輸 出 ） ， 重 大 建 設(shè) 項(xiàng) 目 ， 以 及 其 他 任 何 一 個(gè)地 方 的 高 扭 矩 輸 出 需 要 。氣 動(dòng) 板 手 可 在 每 一 個(gè) 標(biāo) 準(zhǔn) 的 棘 輪 插 座 驅(qū) 動(dòng) 器 大 小 ， 從 小 型 的 1 / 4“驅(qū) 動(dòng) 器 的 工 具 小 組 裝 和 拆 卸 ， 到 3.5 ”都 有 。氣動(dòng)扳手是用氣壓推動(dòng)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(guò)設(shè)置氣壓的大小來(lái)設(shè)置。比較形象的比喻就是把電風(fēng)扇反過(guò)來(lái)使用就是氣動(dòng)扳手。氣動(dòng)扳手的扭矩值是以改變氣壓的大小來(lái)控制的，且沒(méi)有精度，而是以重復(fù)度表示。但若在氣動(dòng)扳手上加裝氣動(dòng)扳手專(zhuān)用的傳感器，則可用精度表示?，F(xiàn)今主要流行的氣動(dòng)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(dòng)扭力扳手,標(biāo)準(zhǔn)系列的氣動(dòng)扳手是經(jīng)過(guò) 40 年的經(jīng)驗(yàn)累積下來(lái)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(chǎng)合,氣動(dòng)扭力扳手持續(xù)展現(xiàn)著 NORBAR 大扭力工個(gè)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(chǎng)合搭配使用. 共 30 頁(yè) 第 2 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 總體方案設(shè)計(jì)1.1 參數(shù)要求（1）最大扭矩： 6 公斤.米（2）無(wú)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(jì)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(dòng)和能量流等動(dòng)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(jì)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(dòng)。每一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)可單獨(dú)由控制電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來(lái)完成，而這些子系統(tǒng)要由計(jì)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(jì)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(dòng)的工作原理 氣壓傳動(dòng)工作原理是利用空氣壓縮機(jī)把電動(dòng)機(jī)或其他原動(dòng)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(guò)執(zhí)行元件把壓力能轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)械能，從而完成各種動(dòng)作并對(duì)外做功。具體例子：圖11.1 為氣動(dòng)剪切機(jī)的氣動(dòng)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(shí)，行程閥 8 的頂桿受壓使閥內(nèi)通路打開(kāi)，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(guò)初次凈化處理后儲(chǔ)藏在儲(chǔ)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(guò)氣控?fù)Q向閥 7 排入大氣。此時(shí)，氣缸 6 活塞向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)剪刀將工料 5 切斷。當(dāng)工料剪下后，隨之與行程閥 8 脫開(kāi)，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(shí)壓縮空氣便進(jìn)入氣缸 6 的上腔，而下腔空氣則通過(guò)氣控控制閥 7 上的 A 從 O 口排氣，活塞下移，帶動(dòng)剪刀復(fù)位準(zhǔn)備第二次剪切工料。共 30 頁(yè) 第 3 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊圖 1.3.11.4 氣壓傳動(dòng)的組成 圖 11.1 為典型氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖。與液壓傳動(dòng)系統(tǒng)相似，也是由四部分組成。(1)氣源裝置：是將原動(dòng)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(dòng)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(dòng)作。包括各種壓力、流量、方向控制閥等。共 30 頁(yè) 第 4 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊(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(guò)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(guān)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(dòng)扳手可裝成夾緊扳手或者松開(kāi)扳手，兩者的主要區(qū)別為：氣動(dòng)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(shí)和加載后可分別使扳手軸自動(dòng)獲得高，低兩種轉(zhuǎn)速 ?？蛰d時(shí)，馬達(dá)軸1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)一級(jí)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(shí)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(guò)載打滑，馬達(dá)軸1得運(yùn)動(dòng)便經(jīng)由二級(jí)行星齒輪減速傳至內(nèi)齒輪4，并123456789z4321【ACCABD共 30 頁(yè) 第 5 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊通過(guò)牙嵌離合器8將運(yùn)動(dòng)傳至扳手軸9，使其低速回轉(zhuǎn)。此時(shí)由于內(nèi)齒輪4是主動(dòng)件，牙嵌離合器8是從動(dòng)件【與告訴回轉(zhuǎn)時(shí)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(guò)載打滑。 對(duì)于夾緊扳手，牙嵌離合器8只能傳遞右旋扭矩；對(duì)于松開(kāi)扳手，只能傳遞左旋扭矩。 1.6 方案選擇本設(shè)計(jì)提供兩套方案：第一套方案：采用液壓傳動(dòng)方式第二套方案：采用氣壓傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)困難 液壓傳動(dòng)是以液壓油為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間不可避免的要有泄漏，同時(shí)油液也不是絕對(duì)不可壓縮的。因此不宜應(yīng)用在在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，例如螺紋和齒輪加工機(jī)床的傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(huì)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(guò)的空氣可就地排放，無(wú)需回收管道。 共 30 頁(yè) 第 6 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2、氣的粘性小、流動(dòng)阻力損失小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。3、氣動(dòng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度高。 4、氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)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(huì)污染環(huán)境，無(wú)火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)，使用安全。 5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、成本低廉。 6、氣動(dòng)元件壽命長(zhǎng)。 7、氣動(dòng)元件的執(zhí)行輸出比液壓小、運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，價(jià)格低廉。所以本次設(shè)計(jì)采用氣動(dòng)方式。1.7 氣動(dòng)機(jī)械的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)氣動(dòng)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(dòng)機(jī)械如下特點(diǎn)電動(dòng)機(jī)械無(wú)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(dòng)機(jī)械比電動(dòng)機(jī)械占用空間小得多。3.可無(wú)級(jí)調(diào)速。根據(jù)需要，通過(guò)調(diào)節(jié)供氣流量、壓力，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。4.可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控、自控。5.過(guò)載自動(dòng)保護(hù)。在一定范圍內(nèi)，超載自動(dòng)停車(chē)，降載自動(dòng)啟動(dòng)。從而自動(dòng)保護(hù)。對(duì)極限扭矩有衡定要求的場(chǎng)合特別適宜。綜上所述，氣動(dòng)機(jī)械在當(dāng)今世界，特別是我國(guó)國(guó)內(nèi)，有待開(kāi)拓的空間巨大。共 30 頁(yè) 第 7 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2 氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)氣動(dòng)馬達(dá)采取葉片式氣動(dòng)馬達(dá)因?yàn)槠涮攸c(diǎn) 1.可以無(wú)級(jí)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(dòng)馬速的功率和轉(zhuǎn)速.2.能夠在瞬時(shí)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(guò)載保護(hù)作用，不會(huì)因過(guò)載而發(fā)生故障。過(guò)載時(shí)，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(dòng)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(xiàn) 。 由 圖 可 知 ， 氣 動(dòng)馬 達(dá) 具 有 軟 特 性 的 特 點(diǎn) 。 當(dāng) 外 加 轉(zhuǎn) 矩 丁 等 于 零 時(shí) ， 即 為 空 轉(zhuǎn) ， 此 時(shí) 速 度 達(dá) 到最 大 值 nmax 氣 動(dòng) 馬 達(dá) 輸 出 的 功 率 等 于 零 ； 當(dāng) 外 加 轉(zhuǎn) 矩 等 于 氣 動(dòng) 馬 達(dá) 的 最 大轉(zhuǎn) 矩 Tmax 時(shí) ， 馬 達(dá) 停 止 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 此 時(shí) 功 率 也 等 于 零 ； 當(dāng) 外 加 轉(zhuǎn) 矩 等 于 最 大 轉(zhuǎn)矩 的 一 半 時(shí) ， 馬 達(dá) 的 轉(zhuǎn) 速 也 為 最 大 轉(zhuǎn) 速 的 1/2， 此 時(shí) 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(xiàn) 可 以 得 出 ：共 30 頁(yè) 第 8 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊（1）最大扭矩： 12kgm;18nm（2）無(wú)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(shí)轉(zhuǎn)速 2000 轉(zhuǎn)/分當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速小于 2000 轉(zhuǎn)/分時(shí)其工作效率降低較慢實(shí)際使用時(shí)可以時(shí)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(shí)候其工作效率降低較快實(shí)際使用時(shí)將造成不必要的浪費(fèi)。2.1.3 夾緊或松開(kāi)扳手時(shí)氣動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)換本氣動(dòng)扳手可裝成夾緊扳手或者松開(kāi)扳手，兩者的主要區(qū)別為：氣動(dòng)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(dòng)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?xún)r(jià)比分析可得定子采用球墨鑄鐵。1【 2【共 30 頁(yè) 第 9 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊其機(jī)械性能良好。機(jī)械性能的好是因?yàn)榍蜩F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(huì)對(duì)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?yàn)榱鲃?dòng)性差. 2.2 其他輔助元件設(shè)計(jì)2.2.1 氣壓管道在氣壓傳動(dòng)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(jià)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(wú)縫鋼管，當(dāng)工作壓力小于 1.6MPa 時(shí)也可用焊接鋼管。此設(shè)計(jì)采用無(wú)縫鋼管。紫銅管能承受的壓力較低 。經(jīng)過(guò)加熱冷卻處理后，紫銅(6.310)pMPa?:管軟化，裝配時(shí)可按需求進(jìn)行彎曲；但價(jià)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(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(xiàn)或棉線(xiàn)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(shí)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(jì)算?？蛇x鋼管的公稱(chēng)直徑為 12mm 外徑為 18mm 管接頭螺紋 M18×1.5 公稱(chēng)壓力 1.6MPa 管路通過(guò)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(lèi)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(lái)正確選用。本設(shè)計(jì)中油管采用鋼管，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中所須的壓力是高壓，P=31.25MPa ， 鋼管(6.3)PMa?能承受高壓，價(jià)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(wú)縫管，低壓用焊接管。本設(shè)計(jì)在彎曲的地方可以用管接頭來(lái)實(shí)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(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(shí)一般不用。共 30 頁(yè) 第 10 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊（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(lèi)很多，氣壓系統(tǒng)中氣體管道與管接頭的常見(jiàn)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(guó)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(shí)也采用紫銅墊圈。氣壓系統(tǒng)中的泄漏問(wèn)題大部分都出現(xiàn)在它管系中的接頭上，為此對(duì)管材的選用，接頭形式的確定（包括接頭設(shè)計(jì)、墊圈、密封、箍套、防漏涂料的選用等） ，管系的設(shè)計(jì)（包括彎管設(shè)計(jì)、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(chǔ)存、清洗、組裝等）都要考慮清楚，以免影響整個(gè)氣壓系統(tǒng)的使用質(zhì)量。國(guó)外對(duì)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(shí)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(lái)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(jì)根據(jù)需要，選擇卡套式管接頭。要求采用冷拔無(wú)縫鋼管。（2）管道內(nèi)徑計(jì)算：4Qdmv??式中 Q——通過(guò)管道內(nèi)的流量 3sv——管內(nèi)允許流速 ，見(jiàn)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(yè) 第 11 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊4Qdmv??345016.6.dv??根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(jì)手冊(cè)》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(jì)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(duì)鋼管來(lái)說(shuō)， 時(shí)，取 n=8； 時(shí)，7pMPa?17.5pMPa?取 n=6； 時(shí)，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(yè) 第 12 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊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(jiǎn)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(shí)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(shí)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(gè)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(gè)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(yè) 第 13 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊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(gè)，或螺旋形，它是一個(gè)整體實(shí)心形，在機(jī)械動(dòng)力運(yùn)動(dòng)下，機(jī)械運(yùn)動(dòng)就會(huì)對(duì)密封件造成磨損，實(shí)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(jiǎn)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(shí)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(zhǎng)使用壽命，密封件內(nèi)充有氣體，在機(jī)械磨損時(shí)，密封件在受壓力的情況下就會(huì)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?。?） 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(lèi)、特性和粘度；（2） 選用的密封件本實(shí)用新形技術(shù)設(shè)計(jì)方案是這樣的，它是一整條長(zhǎng)條形橡膠材料加工而成，外邊是正方形或長(zhǎng)方形，加工時(shí)立機(jī)器中擠壓出來(lái)，再定成螺旋形，根據(jù)需要切成所需要的長(zhǎng)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(shí)，以達(dá)到自行彌補(bǔ)。增長(zhǎng)使用壽命，達(dá)到更加密封的效果。共 30 頁(yè) 第 14 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1 一般傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少，以減少各類(lèi)零件的品種；(3) 通常應(yīng)避免通過(guò)主軸帶動(dòng)主軸，否則見(jiàn)增加主動(dòng)主軸的傳動(dòng)負(fù)荷；(4) 最佳傳動(dòng)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(dòng)，必要的升速最好放在傳動(dòng)鏈的最末一、二級(jí)，以減少功率損失。齒輪齒數(shù)、傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的計(jì)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(dòng)輪齒數(shù)Z 從——從動(dòng)輪齒數(shù)；n 主——主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速（r/min）；n 從——從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速（r/min）；A——中心距（mm）；m——模數(shù)（mm）。依據(jù)以上公式對(duì)多軸箱的傳動(dòng)進(jìn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)，排列齒輪時(shí)，要注意先滿(mǎn)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(dòng)軸和其它傳動(dòng)軸連接的傳動(dòng)比不至太大。共 30 頁(yè) 第 15 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊3.2 齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 3-2 齒輪傳動(dòng)示意圖3.2.1 選定 齒輪的類(lèi)型、精度、材料、齒數(shù)因?yàn)閭鲃?dòng)比較簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，直接采用最常用的圓柱直齒輪傳動(dòng)，其安裝可靠，設(shè)計(jì)制造，維護(hù)成本低。3.2.2 按齒 面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算由設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)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(yè) 第 16 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊。lim50HMPa??由式 10-13 計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算圓周速度 。v 316/1.82/60nmss???3）計(jì)算齒寬 b10.46.4dt?????4）計(jì)算齒寬與齒高之比 。h模數(shù) 123ttmmz齒高 1.25..5???79bh5）計(jì)算載荷系數(shù)，7 級(jí)精度，由圖 10-8 查得動(dòng)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(jí)精度，小齒輪懸梁布置時(shí)， 。1.89H?由 , 查圖 10-13 得 ；故載 荷系數(shù)8bh?1.9H? 1.08FK??9.AVHK????按實(shí)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(yè) 第 17 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊3311.8966.4ttKdm???7）計(jì)算模數(shù) 。m1.41.93z3.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算由式（10 - 5）得彎曲強(qiáng)度的 設(shè)計(jì)公式為 132[]FaSdYKTmz?????????（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)》表 10-5 查 得 12.5SaY?6) 計(jì)算大小齒輪的 值。[]FaS?12.930.1475.6.[]8aSFY??（2）設(shè)計(jì)計(jì)算 3321.00.1.764mm????共 30 頁(yè) 第 18 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊91.8HbhK??對(duì)比計(jì)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(mǎn)足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又可以滿(mǎn)足齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)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(jì)算水平傳動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)采用一級(jí)圓柱直齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng) 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(mǎn)足傳動(dòng)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(duì)于主動(dòng)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(duì)于從動(dòng)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(yè) 第 19 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊；mdB2.74018????為了設(shè)計(jì)的需要取從動(dòng)齒輪齒寬為 ；2所以取主動(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，有的還能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動(dòng)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(lèi)，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(dòng)聯(lián)接。普通平鍵——用于靜聯(lián)接—即軸與輪轂間無(wú)相對(duì)軸向移動(dòng)。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(pán)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(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定。所設(shè)計(jì)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(lèi)型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。鍵的類(lèi)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(lái)選擇；鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的強(qiáng)度要求來(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)度 L 一般可按輪轂的長(zhǎng)度而定,即鍵長(zhǎng)等于或略小于輪轂的長(zhǎng)度；而導(dǎo)向平鍵的長(zhǎng)度則按零件所需滑動(dòng)的距離而定。重要的鍵聯(lián)接在選出鍵的類(lèi)型和尺寸后，還應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校共 30 頁(yè) 第 20 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊核計(jì)算。普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸見(jiàn)下表，所選定的鍵長(zhǎng)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長(zhǎng)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(zhǎng)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(jì)對(duì)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(dòng)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(zhǎng)度，圓頭平鍵 l=L-b，平頭平鍵 l=L，單圓頭平鍵 l=L-共 30 頁(yè) 第 21 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊b/2，L- 鍵的長(zhǎng)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(shí)許用擠壓應(yīng)力[?p] 鑄鋼 70～80 50～60 30～45動(dòng)聯(lián)接時(shí)許用壓強(qiáng)[ p] 鋼 50 40 30注:如與鍵有相對(duì)滑動(dòng)的被聯(lián)接件表面經(jīng)過(guò)淬火,則動(dòng)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(shí)，聯(lián)接中各零件的受力如右圖 4.3 所示。對(duì)于采用常見(jiàn)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(huì)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(jì)算。對(duì)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(guò)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(jì)算。圖 4.2 平鍵聯(lián)接受力情況4）計(jì)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(zhǎng) L＝20mm工作長(zhǎng)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(yè) 第 22 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊[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(hào)。GB1096-79 平鍵 820?平鍵工作時(shí)，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(shí)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(gè)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?；ㄦI軸一段采用花鍵連接，這樣既可以傳遞扭矩，又可以實(shí)現(xiàn)軸的平動(dòng)。圖 4-3 花鍵類(lèi)型共 30 頁(yè) 第 23 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊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(jì)算式中： 為載荷步均系數(shù)，與齒數(shù)多少無(wú)關(guān)，一般取 =0.7~0.8，齒數(shù)多時(shí)取偏小值；?? z 為花鍵的齒數(shù)； 為齒的工作長(zhǎng)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(yè) 第 24 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊5 軸的設(shè)計(jì)與校核5.1 軸的設(shè)計(jì)安裝時(shí)，由軸的小端由上至下依次穿過(guò)支架的兩個(gè)安裝孔，再穿過(guò)中間安裝架的孔（該處未作定位要求），裝好后，再?gòu)陌惭b架底部安裝垂直向第一級(jí)圓柱直齒從動(dòng)齒輪，固定好。軸的設(shè)計(jì)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(mǎn)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(jì)中所受的物理約束很多，但設(shè)計(jì)時(shí)，其物理約束的選擇仍是有區(qū)別的，對(duì)一般的用途的軸，滿(mǎn)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(duì)于靜剛度要求高的軸，如機(jī)床主軸，工作時(shí)不允許有過(guò)大的變形，則應(yīng)按剛度約束條件來(lái)設(shè)計(jì)軸的尺寸。對(duì)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(jì)算。軸的設(shè)計(jì)并無(wú)固定不變的步驟，要根據(jù)具體情況來(lái)定，一般方法是：（1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件或與同類(lèi)機(jī)器類(lèi)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(jì)，確定軸的幾何尺寸。值得指出的是：軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，必須對(duì)其結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，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(yàn)是否滿(mǎn)足相應(yīng)的物理約束。若不滿(mǎn)足，則需對(duì)軸的結(jié)構(gòu)尺寸作必要修改，實(shí)施再設(shè)計(jì)，直至共 30 頁(yè) 第 25 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊滿(mǎn)足要求。設(shè)計(jì)軸時(shí)，要使軸的結(jié)構(gòu)便于加工、測(cè)量、裝拆和維修，力求減少勞動(dòng)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。為了便于加工，減小加工工具的種類(lèi)，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(gè)鍵槽應(yīng)開(kāi)在軸的同一母線(xiàn)上。當(dāng)有幾個(gè)花鍵軸段時(shí)，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(guò)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(shí)，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(lái)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(shí)際設(shè)計(jì)中，軸的直徑亦可憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)取定，或參考同類(lèi)機(jī)械用類(lèi)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(dòng)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(guò)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(gè)部位上采用不同的尺寸公差。確定各軸段長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還要保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。軸的各段長(zhǎng)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(lái)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(zhǎng)度一般應(yīng)比輪轂長(zhǎng)度短 2～3mm。5.2 軸的材料 軸的材料種類(lèi)很多，選擇時(shí)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(lái)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(dòng)的傳動(dòng)零件(如齒輪、蝸輪等)，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。該播種機(jī)作業(yè)的時(shí)候播種輪靠和土地的壓力滾動(dòng)，播種輪帶動(dòng)主軸。主軸靠鏈傳動(dòng)使排種器轉(zhuǎn)動(dòng)，從而排種。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。碳鋼比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，可通過(guò)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(hào)鋼，對(duì)于不重要或受力較小的軸也可用共 30 頁(yè) 第 26 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊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(duì)應(yīng)力集中比較敏感，且價(jià)格較貴，多用于對(duì)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(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，采用碳鋼材料。5.3 計(jì)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(jì)表 15-1）得， ＝60MP??1??5.3.2 計(jì)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(shí)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(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.2)軸上安裝零件的類(lèi)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(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)，必須針對(duì)不同情況進(jìn)行具體的分析。軸的結(jié)共 30 頁(yè) 第 27 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)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(zhǎng)度。總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)到了許多自己以前忽略的學(xué)習(xí)要點(diǎn)，它們?cè)诖舜卧O(shè)計(jì)的過(guò)程中給了我很大的困擾但是經(jīng)過(guò)此次設(shè)計(jì)讓我對(duì)以前忽略的知識(shí)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(shí)論點(diǎn)。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我們不僅僅重新復(fù)習(xí)了以前所學(xué)的理論知識(shí)，而且還學(xué)習(xí)了一些新的知識(shí)，它拓展了我們的知識(shí)范圍，還增強(qiáng)了我們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。為我們?cè)谝院蟮墓ぷ髦心軌蚋玫膭偃喂ぷ鳎?dú)立工作打下了良好的基礎(chǔ)。緊張的畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)還存在許多問(wèn)題。但是經(jīng)過(guò)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(wú)怨無(wú)悔。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)總體來(lái)說(shuō)對(duì)自己就是一次自我考察的過(guò)程，很多很多的知識(shí)告訴我：不求甚解，囫圇吞棗是自我欺騙。在這次設(shè)計(jì)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(yè) 第 28 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊致謝自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)是經(jīng)過(guò)了 3 個(gè)月的時(shí)間完成的。結(jié)果此刻已顯的不是那么重要，但是設(shè)計(jì)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(shí)間對(duì)此我在此深深說(shuō)的一句“張教授辛苦了，以前的自己無(wú)知讓您勞累了很多，在此說(shuō)只想說(shuō)一句‘對(duì)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(jì)能夠順利進(jìn)行。 ，如果沒(méi)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(jì)過(guò)程中，張教授淵博的學(xué)識(shí)，對(duì)待知識(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)，無(wú)私的付出給了我深深的觸動(dòng)。還要感謝同學(xué)對(duì)我的無(wú)私幫助它們的幫助讓我在設(shè)計(jì)的時(shí)候避免的許多彎路讓我找到了集體的魅力讓我對(duì)團(tuán)結(jié)協(xié)作有了深刻的認(rèn)識(shí)。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(shuō)一句：“謝謝你們。 ”共 30 頁(yè) 第 29 頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊參考文獻(xiàn)1：．張力平，鄧鐘明主編， 《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 。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(jì)手冊(cè)》.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(jì)》 ，高等教育出版社，2007.5（4-8）4：關(guān)振彪． 《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》[M]．湛江：湛江海洋大學(xué)，2002． 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