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1、-毕业设计（论文）-单层下切式机械剪的设计（全套图纸）-第 35 页摘 要本次毕业设计课题为单层下切式机械剪，设计内容主要是机械剪的传动方案的选择，相关零部件的设计和校核，非标准件的机构设计以及机架上零部件的布置问题。剪切机是轧钢生产线上用于热轧件的切头切尾和薄钢板的定尺长度的剪切，在轧钢生产线上起了非常重要的作用。本设计是经过现场实习，依据平行刀片剪切机生产过程和工作原理。首先对剪切机的最大剪切力以及刀刃行程进行计算选择，然后通过模拟机构选出电动机，再根据工作方式和工作要求对减速器进行了设计，以及减速器的轴和键的强度校核，对各处使用的轴承进行选择和强度校核，最终完成设计。本文主要运用材料力学
2、，机械制图，机械设计，机械原理等内容来设计校核相关的零部件，在现有的图纸资料上进行分析和设计，并绘制出自己的机械剪装配图以及零部件。图纸基本上采用Autocad2007和Caxa二维软件进行绘图。本次设计的目的是根据其要完成的功能来设计机械剪的结构，以使机械剪能满足相应的生产要求，通过理论设计及计算，设计出了剪切质量好、扭曲变形小、工作安全可靠的剪切机。关键字: 剪切机; 减速器; 扭曲变形全套图纸加153893706AbstractThe graduation project under the cut for the single mechanical shear, mechanical
3、shear design is primarily aimed at the choice of transmission scheme, the relevant parts of the design and verification, non-standard parts of the body design and chassis parts layout problem. Shearing machine is used for hot rolling production line, cut the first piece of the tail and cut the lengt
4、h of thin steel plate shear length, in the rolling production line plays a very important role.This design is the result of on-site training, according to the parallel shear blade production process and work. First, the maximum shear force shear blade stroke and calculated choice, and then elected b
5、y simulating the body motor, and work according to work requirements for the design of gear and gear shaft and the key strength check , on bearings used throughout the selection and strength check of the eventual design.In this paper, the use of materials, mechanics, mechanical drawing, mechanical d
6、esign, mechanical design principles, etc. to check the relevant parts, drawing on the existing data on the analysis and design, and draw their own mechanical shear assembly drawing and parts. Basically Autocad2007 and Caxa drawing two-dimensional drawing software. The purpose of this design is to be
7、 completed in accordance with its function to design the structure of mechanical shear, so that the corresponding mechanical shear to meet production requirements, through the theoretical design and calculation, design of shear quality, distortion is small, work safety Reliable shear.朗读显示对应的拉丁字符的拼音字
8、典Key words: Cutting-off machine; Reducer; Distorted目录1 引言11.1 课题的背景和意义11.2 剪切机的发展及现状11.2.1 剪切机的分类11.2.2 国内研究现状22 总体设计计算42.1 现有剪切机结构原理及存在问题42.2 剪切机的主要参数计算72.2.1 剪切力的计算72.2.2 剪刃长度的确定72.2.3 剪切次数的确定82.2.4 最大剪切功83 电机功率预选93.1 静力矩的计算93.2 电机功率预选104 齿轮传动设计124.1 设计传动比1：8124.2 齿轮材料选择124.3 初步设计计算124.3.1 基本参数124
9、.3.2 主要参数的选取124.3.3 接触疲劳强度计算134.3.4 齿根弯曲疲劳强度验算154.4 设计结果165 变速箱输入轴的设计计算175.1 输入轴的转速计算175.2 输入轴的输入功率计算175.3 传动轴的输入转矩计算175.4 传动轴的受力分析175.5 传动轴的直径计算及校核226 变速箱中间轴的设计计算246.1 中间轴的转速计算246.2 输入轴的输入功率计算246.3 传动轴的输入转矩计算246.4 传动轴的受力分析246.5 传动轴的直径计算及校核297 主轴的设计计算317.1 主轴的转速计算317.2 主轴的输入功率计算317.3 主轴的输入转矩计算317.4
10、主轴的受力分析327.5 主轴的直径的计算与校核378 轴承的选择与校核计算398.1 变速箱中间轴上轴承的选择与校核计算398.2 变速箱输入轴上轴承的选择与校核计算398.3 变速箱输出轴上轴承的选择与校核计算418.4 主轴上轴承的选择与校核429 键的选择与校核449.1 变速箱输入轴键的选择与校核449.2 变速箱中间轴键的选择与校核449.3 变速箱输出轴键的选择与校核449.4 主轴键的选择与校核44结论45参考文献46致 谢471 引言1.1 课题的背景和意义剪切机是随着工业自动化进程的深入而得到越来越广泛的应用。近二十年来，国内的轧钢生产得到了长足的发展，由于市场对产品不断提
11、出新的要求，生产厂对各种剪切机的要求也在不断的变化。在钢板弹簧的生产工艺中，钢板剪切下料是关键工序之一，因此，下料机是其重要的板簧设备。过去的下料设备一般采用圆棒剪切机、机械鳄鱼剪床等，都是采用皮带轮、齿轮传动，噪音大，占地面积大，节拍固定，灵活性差。因此，需要开发一种新形式的机械剪床，以适应国内外市场的需求。精密加工是现代机械加工发展的方向之一，它对毛坯的体积（重量）误差，断面形状及其他几何参数提出越来越高的要求，而现在的下料方法普遍存在能耗高、效率低、材料消耗大和下料质量差等问题。板料高速剪切机是一种新型的剪切下料设备，它采用机械系统驱动，实现高速剪切；板料高速剪切机的液压系统，是保证板料
12、高速剪切机实现动作循环和决定其性能优劣的核心环节。板料高速剪切机要求机械系统工作可靠、响应灵敏度高，具有广阔的市场前景。因此，针对旧式剪切机的上述缺点，展开对单层下切式剪切机的研究是符合市场需要的1.2 剪切机的发展及现状1.2.1 剪切机的分类剪切机的种类很多。对剪切机的分类，从不同的角度出发，有不同的分法。按剪切方式可分为横剪和纵剪；按被剪切钢板的温度分为热剪和冷剪；按剪切机的驱动方式分为机械剪、液压剪和气动剪;按机架的形式分为开式剪和闭式剪；按剪切钢板的品种又分为钢坯剪切机、钢板剪切机、型钢剪切机和切管机等。通常，按剪切机的剪刃形状与配置等特点可分为平行刃剪切机(见图1.1)、斜刃剪切机
13、(见图1.2)和圆盘剪切机(见图1.3)。下面按剪切机的剪刃形状的分类对三种结构分别进行介绍:图1.1 平行刃剪切机 图1.2 斜刃剪切机 图1.3 圆盘剪切机（1）平行刃剪切机平行刃剪切机的两个剪刃是彼此平行的，它通常用来在热态下横向剪切方形及矩形断面的钢坯。也可用来冷剪型材，将刀片做成成型剪刃来剪切非矩形断面的钢板。平行刃剪切机按剪切机构的运动特点，分为上切式和下切式两种型式。上切式剪切机的下剪刃是固定的，由上剪刃的上下运动进行剪切。其剪切机构通常采用曲柄连杆机构。下切式剪切机的两个剪刃都运动，剪切过程是通过下剪刃上升来实现剪切的，其剪切机构通常有偏心轴式和浮动式。平行刃剪切机，在工作时能
14、承受的最大剪切力是它的主要参数，故人们习惯上以最大剪切力来命名。（2）斜刃剪切机斜刃剪切机的一个剪刃相对另一个剪刃成某一角度放置。斜刃剪切机按剪切机构的运动特点也可分为上切式、下切式和复合式等。上切式斜刃剪:这种剪切机的下剪刃平直而固定，上剪刃是倾斜的并上下运动实现剪切。上切式斜刃剪通常是作为单独设备，用来剪切宽的板材，当板材厚度大于20mm时，可用在连续作业线上横切板材，但要有摆动辊道，另外，当板材厚度大于25mm不能用圆盘剪切边时，在连续作业线上的两边设置上切式斜刃剪进行切边。下切式斜刃剪:这种剪切机的上剪刃是固定的，由下剪刃上下运动进行剪切。由于它是下剪刃向上运动进行剪切，故不需要设置摆
15、动辊道，一般多用于连续作业线上横切带材。这种剪刃机的剪刃通常上剪刃是倾斜的，下剪刃是水平的。但近来采用上剪刃是水平的，下剪刃是倾斜的愈来愈多，生产经验证明，这种型式能够保证钢板的剪切面相对带材中心线及表面垂直度。其缺点是由于压板要放在下面而造成结构复杂化。复合式斜刃剪:在连续式作业线上的尾部，为了将原来焊接起来的长带材分成一定重量的卷材，设有复合式斜刃剪切机。这种剪中间有固定的双刃刀架，上下有活动刀架，也称上下双层斜刃剪切机。当带材通过固定双刃刀架上部，带材由一台卷取机卷取。当需要分卷时，上活动刀架下降切断带材，后面的带材通过固定双刃刀架下部，由另一台卷取机卷取。（3）圆盘式剪切机这种剪切机的
16、上下剪刃是圆盘状的。剪切时，圆盘刀以相等于钢板的运动速度做圆周运动，形成了一对无端点的剪刃。圆盘剪通常设置在板材或带材的剪切线上，用来纵向剪切运动的板材或带材。值得注意的还有塑性力学Durkcer公设的提出者Ducrker等力学家的工作。1.2.2 国内研究现状技术工艺是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。随着国内液压剪切机市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外液压剪切机生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势，对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。丁时锋等人针对板料剪切生产线
17、采用人工控制，定长过程耗时过多，钢板长度尺寸不一致，同时剪切过程总是简单的重复劳动，工人劳动强度大等问题，改为继电器接触器控制，但控制柜接线复杂，使用维护不便。为了解决剪切过程中的板料定长问题，减少加工工时，提高生产效率，同时为了提高生产的自动化程度，并保证生产的稳定，对原系统进行了改造，设计了一种基于PLC的板料机械剪切机系统。该系统工作性能稳定，完全解决了剪切过程中板料的定长问题，提高了生产线的自动化程度，并切实提高了生产线的生产效率。在棒料剪切机机械系统的研究方面，杜诗文等人应用液压大系统建模方法建立了数学模型，构建了仿真模型，对棒料高速剪切机机械系统动态特性进行了建模与仿真研究。实践表
18、明：采用机械驱动、径向夹紧的棒料高速剪切机，生产效率高，棒料剪切断面质量得到显著提高。仿真结果表明：机械系统具有良好的动态特性，且系统建模方法与理论可广泛应用于机械系统动态特性分析为了解决精轧生产线取料问题，梁春光等人通过对剪切及剪应力的分析，同时根据机械剪的工作原理，进行了 HC520-3新型机械剪主要几何尺寸及其结构参数的设计。实验结果证明：该机械剪能快速剪切 20mm以下的铬不锈钢以及合金钢等，不但保证了轧材的表面质量，还保护了设备，且经济效益显著。2 总体设计计算2.1 现有剪切机结构原理及存在问题通过生产实践和科学实验证实:剪切过程是由压入变形和剪切滑移两个阶段组成，剪切过程的实质是
19、金属塑性变形的过程。如图1.1所示，当上剪刃下移与钢板接触后，剪刃便开始压入钢板，由于P力在开始阶段比较小，在钢板剪切断面上产生的剪切力小于钢板本身的抗剪能力，因此钢板只能发生局部塑性变形，故这一阶段称为压入变形阶段。随着上剪刃下移量增加，钢板压入变形增大，力P也不断增加。当剪刃压入到一定深度，即力P增加到一定值时，钢板的局部压入变形阻力与剪切断面的剪切力达到相等，剪切过程处于由压入变形阶断过渡。到剪切滑移阶段的临界状态。当剪切力大于钢板本身的抗剪能力时，钢板沿着剪切面产生相对滑移，开始了真正的剪切，这一阶段被称为剪切滑移阶段。在剪切滑移阶段，由于剪切断面不断变小，剪切应力也不断变小，直至钢板
20、的整个断面被剪断为止，完成一个剪切过程。下面分析一下剪切过程中作用力的变化。为了便于分析，应该忽略剪刃与钢板之间的摩擦力、剪刃的间隙、钢板的重量以及其它因素。由图2-1看出，当剪刃压入钢板后，上下剪刃对钢板的压力P形成一力偶Pa, 此力矩使钢板转动，但在钢板转动过程中，将遇到剪刃侧面的阻挡，即剪刃侧面给钢板以侧推力T，则上下剪刃的侧推力又构成另一力偶Tc，力图阻止钢板转动。随着刀片的逐渐压入，钢板转动角度不断增大，当转过一个角度Y后便停止转动，此时两个力矩平衡，即图2.1 剪切原理图Pa=TC （2.1）假设在压入变形阶段，沿面积x和0.5Z(这里取钢板宽度为1)上的单位压力均匀分布且相等，则
21、 （2.2） （2.3）式中：z剪刃压入钢板的深度。由图2-1中的几何关系，得 （2.4） （2.5）将式(2-3)、(2-4)、(2-5)代入式(2-1)中可得，剪切时，钢板的转角与剪刃压入深度z的关系 （2.6）由式(2-6)知，剪刃的压入深度z越大，钢板转角了也越大，这会导致钢板剪切质量下降。并且钢板被剪断后，翘起的钢板端部会对设备产生冲击。由式(2-3)知，当钢板转角了增大时，侧推力T随之增大。这样，不仅使剪刃台与机架的滑道磨损加剧，而且当上下剪刃台的刚性较差时，还会改变剪刃的间隙，以致造成剪切困难。因此了角的增大对设备是很不利的。为了克服钢板在剪切过程中转动带来的缺点，一般剪切机都设
22、置了专门的压板装置，其作用是给钢板一个压力Q，把钢板紧紧压在下剪刃台上，从而达到克服钢板转动的目的。在剪刃的压入变形阶段，钢板作用在剪刃的力为 （2.7）由式（2-6）可得 ，则 （2.8）设，则式（2-8）可改写为 （2.9）式中: p单位面积上的压力(N/mm2);b钢板的宽度(mm);h钢板的厚度(mm);相对切入深度(%)。由上式可知，若认为剪刃压入阶段的单位压力P为常数，则总压力P随z值增加，即按一个抛物线增大，直到钢板开始沿整个剪切断面产生滑移时，P力达到最大值Pmxa。在剪切滑移阶段，剪切力P按下式计算: （2.10）式中被剪切钢板单位面积上的剪切抗力(N/mm2)。从上述分析可
23、得出，剪切过程中作用力及其变化规律:剪切力随着z的增加而变化，当剪切力P为最大值后，钢板开始产生滑移。剪切力P的值是同单位剪切抗力丁有关。单位剪切抗力丁并非常数，其数值大小和钢板材质、剪切温度、剪切速度、剪刃形状、剪刃间隙及相对切入深度等因素有关。单位剪切抗力T的确定有实验曲线法和理论计算法两种。以下对影响单位剪切抗力公的因素进行定性的描述:（1）金属性质:金属材料的强度极限越高，则单位剪切抗力越大;塑性越低，对应于。剪断时的相对切入深度越小，即金属断的越早。因此单位剪切抗力与金属的强度和塑性有关。（2）剪切温度:钢板剪切时的温度越高，单位剪切抗力越小，对应于剪断时相对切入深度则越大。（3）变
24、形速度:热剪时，理论上变形速度与剪切速度成正比关系，单位剪切抗力随变形速度增加而增加;冷剪时，剪切速度对单位剪切抗力的影响很小，一般可不加以考虑。（4）剪刃侧向间隙:剪刃侧向间隙的大小，可以使剪切时的受力状况发生变化。当侧向间隙由零逐渐增大时，钢板的受力状况分别为压缩剪切弯曲状态，侧向间隙过小或过大都会使单位剪切抗力增加。因此，合理选择和保持剪刃侧向间隙的大小，对于正确使用剪切机是十分重要得。（5）刀钝半径:刀钝半径的大小，直接影响单位剪切抗力的大小。刀钝半径越大，刀就越不“快”，剪切抗力就越大。但在压入阶段剪切力的计算中，不考虑刀钝半径的影响是允许得。（6）剪切断面的宽高比b/h：当b/h小
25、于1时，与b/h几乎无关；当b/h大于1时，值随b/h的增大而迅速增大。除上述因素影响外，压板、剪刃与钢板的摩擦系数及剪刃的几何形状等因素，对单位剪切抗力也都有一定的影响，但这些因素相对来说影响很小，可以忽略不计。现有剪切机一般存在占地面积广、噪音大、节拍固定、灵活性差等问题，尚需解决。2.2 剪切机的主要参数计算2.2.1 剪切力的计算在设计剪切机时，首先要根据所剪轧件最大断面尺寸来确定剪切机公称能力，它是根据计算的最大剪切力并参照有关标准和资料确定的。最大剪切力Pmax可按下式计算：Pmax=Kmax Fmax （2.11）Fmax被剪轧件最大的原始断面面积，mm2；max被剪轧件材料在相
26、应剪切温度下最大的单位剪切阻力，MPa；K考虑由于刀刃磨钝、刀片间隙增大而使剪切力提高的系数，其数值根据剪切机能力选取；小型剪切机（P10MN） K=1.1在本设计课题中，选K=1.3。当所剪材料无单位剪切阻力实验数据时，可按下式计算最大剪切力 Pmax=0.6Kb Fmax （2.12） b被剪轧件材料在相应剪切温度下的强度极限，MPa。式中的系数0.6是考虑单位剪切阻力与强度极限的比例系数。 表2.1 45钢在相应剪切温度下的强度极限温度100095090085080045钢 8090 110120 150在本设计课题中，选45钢温度为1000摄氏度，此时b=80MPa。Fmax=2mm*
27、1200mm=2400mm2所以，最大剪切力Pmax=0.6*1.3*80*2400 MN=0.15MN2.2.2 剪刃长度的确定剪刃尺寸包括剪刃长度、高度和宽度。这些尺寸主要根据所剪轧件的最大截面尺寸来选定。剪刃长度可按下述经验公式确定。对剪切小方坯的剪切机，考虑经常同时剪切几根轧件，取剪刃长度L为被轧件宽度的34倍，即L=(34)Bmax （mm） （2.13） 式中Bmax 被轧件最大宽度，mm。对于剪切大、中型方坯的剪切机，剪刃长度LL=(22.5) Bmax （mm）对剪切板坯的剪切机，取剪刃长度L= Bmax +(100300) (mm)剪刃高度和宽度，可按下式确定h=（0.651
28、.5）hmax （m） （2.14） b= h（2.53） （mm） 式中 h剪刃断面高度，mm； hmax被轧件最大高度，mm；由以上可知，本课题中设计的剪切机主要用于板坯，故剪刃长度L=Bmax+（100-300）mm，而B=1200mm，取L=1400mm剪刃高度h=1.25hmax=1.252=2.5mm剪刃宽度b= h /2.5=1mm2.2.3 剪切次数的确定根据生产要求，剪切机所要求达到的剪切次数确定为最快每分钟30次。2.2.4 最大剪切功A= Pmax* Fmax* a （2.15）式中 a -单位剪切功，它等于单位剪切阻力曲线所包围的面积，也就是剪切高度为1mm，断面为1m
29、m2 试件所需要的剪切功。根据经验公式，单位剪切功可按下式近似确定a =(0.720.96) b （2.16）其中，b =80MPa, =0.17所以，a=0.72*0.17*80=9.792N*mm/mm3因此，最大剪切功A=9.792*2400*0.15=3.589kN*m3 电机功率预选剪切机的驱动:一般分为电动和液压两种方式.电动方式又分为直流电机驱动与交流电机驱动,大型剪切机一般采用直流电机,并采用起运工作制,这类剪切机多属于下切式结构,大多数上切式剪切要,采用交流电机驱动,属于连续运转的长期工作制,其传动系统的高速轴上均装有飞轮,也有采用直流电机驱动达到高速状态的.保证飞轮达到所需
30、求的能量储备,因此,在预选电机功率时,应区分带飞轮和不带飞轮两种情况并分别进行计算。不论是带飞轮或是不带飞轮,其电机功率的确定,都要以剪切时电机轴上所应承担的静力矩为依据,所以这里应首先计算静力矩。3.1 静力矩的计算偏心轴上静力矩随着偏心轴的转动而改变着,可按下式计算, （3.1）式中, 偏心轴上的静力矩；剪切力矩；空载力矩；P剪切各断面的剪切力；C剪切力的推算力臂。 当偏心轴旋转到某一角度时,曲柄连杆机构的杆件占有的位置OAB如图3-1所示图3.1模拟受力分析各绞结中心以下列半径作摩擦圆=0.1*190=19mm=0.1*240=24mm=0.1*450=45mm作A及B处摩擦圆的公切线.
31、与B摩擦圆相切于F点,假设FD线段等于作用在连杆AB上的力.则由剪切力在偏心轴上产生的静力矩为 （3.2）式中 作用在连杆上的力,考虑到A及B的摩擦影响,则该力是沿着DF直线方向的m力臂作图比例通过D点偏一摩擦角作直线DM直线与直线BM相交,则有同一比例的线DK将等于作用于滑座滑槽上的垂直压力NN=sin （3.3）线段KM将等于滑座滑槽中摩擦力,KM=Ntg=N线段MF将等于剪切力P.由图3.1知 （3.4）所得到的推算力臂的解析式可以用图解法来代替,由点D偏过一摩擦角作直线DT由点E对直线OB作垂线,使与直线DT相交,则线段ET=c用图解法计算出偏心轴由0旋转到180中的各个位置的推算力臂
32、,再乘以作图比例m,便可得到实际推算力臂值找出不同的时的值和前面计算出的剪切力P值,即可计算出在剪切板材时的剪切力矩(包括了摩擦力矩),该剪切机的空载力矩= 0.15兆牛.米 这样,偏心轴上的静力矩就可以求出。3.2 电机功率预选这台剪切机为不带飞轮的这类剪切机在剪切时,其全部静负载转矩由电机直接承担,电机功率按下式计算: （3.5）式中: 偏心轴上的静力矩所选电机的额定转速所选电机的过载系数一般=1.31.7 i 电机到偏心轴的速比偏心轴上的静力矩是随的不同而变化着,故在计算时要用平均静力矩.可以由两种方法确定由剪切功确定 （3.6）式中: A剪切功 完成一次剪切,偏心轴的实际工作角度,对于
33、本例剪切钢板时, =综合以上数据及公式得= 1.37MN*m=1.12kW按照所得电机功率值选用同步转速最高为1500r/min的YCTD系列电磁调速电动机.型号为YCTD112-4A/B.额定功率1.5kW4 齿轮传动设计4.1 设计传动比1：84.2 齿轮材料选择小齿轮采用40Cr.调质处理,品质中等,齿面硬度为241HBS256HBS大齿轮采用45钢,调质处理,品质中等,齿面硬度为217HBS255HBS4.3 初步设计计算4.3.1 基本参数小齿轮传递功率小齿轮转矩, （4.1）参考文献1:齿宽系数由具体工作情况表10-10取=0.8接触疲劳极限由图10-6查得 =710N/=570N
34、/许用接触应力的粗略值由式=(0.70.9) 可得=0.9=0.9*710=639N/=0.9=0.9*570=513N/由表10-9.选取=88小齿轮直径的初步计算由式10-21得:58.6取为60mm4.3.2 主要参数的选取根据传动要求选取传动比u=8试选齿数,模数取=30,则, 模数2为标准值,即=30=8*30=240计算中心距=270mm此为整数且为标准值,=60=480验算齿数比与要求相等4.3.3 接触疲劳强度计算圆周速度V0.294m/s （4.2）根据V的值,参考表10-4 选取精度等级.选取9级精度使用系数由表10-5选取=1.75动载系数由表10-11查得=1.05齿间
35、载荷分配系数由表10-6:=643.27N35.14N/mm100N/mm=1.76=0.86=1.35齿向载荷分布系数由表10-7=1.23+0.18+0.61Xb=1.1764载荷系数K=2.84弹性系数由表10-8查取 =189.8节点区域系数由图10-15查取 =2.5重合度系数端面重合度 =0.87工作接触应力=532.67N/齿轮总工作时间：=10*240*1641600h应力循环次数N：=0.289接触疲劳强度寿命系数：由表10-2,对取m=17.56(m为疲劳曲线方程指数)=1.0737对取m=17.56(m为疲劳曲线方程指数)=1.2210接触疲劳强度最小安全系数按表10-3
36、查得=1许用接触疲劳应力=753.427N/ =617.31N/ 接触疲劳强度验算=532.67 4.3.4 齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 （4.3）齿间载荷分布系数由表10-61.47齿向载荷分布系数载荷系数K2.973齿形系数按图10-17查取=2.56 =2.08应力修正系数按图10-18查取=1.64 =1.9齿根工作应力弯曲疲劳极限按图10-17查取=300N/ =280N/弯曲寿命系数查表10-2: m=49.91(m为疲劳曲线方程指数)=0.83=0.87尺寸系数按图10-8查取=1.0弯曲疲劳强度最小安全系数按表10-3查取=1.25许用弯曲疲劳应力223.7 N/219.6
37、 N/弯曲疲劳强度验算=188.9 N/ =223.7 N/=174.1 N/ =219.6 N/4.4 设计结果取=b+(5-10)mm=60mm 取=b=55mmm=2mm a=270mm =30 =240 =60mm =55mm5 变速箱输入轴的设计计算考虑到传动比要求,轴上零件布置和定位,固定方式,轴承的类型和尺寸,兼顾到轴的强度要求,初步设计轴的结构形式如下图所示：图5.1 轴的初步设计5.1 输入轴的转速计算此轴的转速与电机转速相等,因所选电机为可控调速电机,故选取电机最高转速要求,因所选电机为YCTD112-4A/B型,查机械设计手册为=1500r/min5.2 输入轴的输入功率
38、计算按电机所需功率计算 =1.5*98%=1.47Kw （5.1）式中: 联轴器的传动效率；电机的最大输出功率。5.3 传动轴的输入转矩计算传动轴的输入转矩为 （5.2）5.4 传动轴的受力分析5.4.1 根据传动轴上的齿轮及轴承载荷的分布画出该轴的受力分析图 图5.2 轴的受力分析 图中A处为电机输出端与输入轴由联轴器相联接的部分,承受扭矩,不承受弯矩,B处装有轴承,承受弯矩不受扭矩,故其受力可简化为绞支座受力,C处装有齿轮,承受弯矩和扭矩,因是直齿渐开线齿轮传动,故轴向受力可忽略不计,D处装有轴承,与B处相同,只承受弯矩.可简化为绞支座.首先分析齿轮受力.齿轮工作时,参与啮合的齿轮所受载荷
39、为沿啮合线的分布力且在一个轮齿参与啮合的过程中,力作用线(即啮合线)的位置也是变化的,但为分析问题的方便,将分布力简化成一集中力,作用点为齿宽中点的分度圆并忽略齿面间摩擦力,则该集中力为沿啮合线而指向齿面的法向力,记为将其分解可得与节圆相切的切向力和指向各轮心的径向力.如图5.3所示:图5.3 齿轮的受力分析783.7N233.3N893.1N5.4.2 该轴H平面受力分图如下:图5.4 H平面受力分析其中: =0, =233.3N计算的大小对B点的力矩平衡:有解得 =187.4N对D点力矩平衡：解得 =117.8N计算C点弯矩: 9332.2N*m作出H平面弯矩如图5.5:图5.5 H平面弯
40、矩图5.4.3 该轴V平面的受力分析分图如下:图5.6 V平面受力分析其中: =0 =793.7N计算 的大小对B点的力矩平衡:有解得 =667.5N对D点力矩平衡解得: =379.3N计算C点弯矩: 26700N*m作出H平面弯矩图如图5.7:图5.7 H平面弯矩图5.4.4 合成H平面和V平面的弯矩得到该轴的合成弯矩图5.8 图5.8 总弯矩图由图中可以看出.最危险的截面出现在C点处.故作轴径的估算时应以此处的扭矩和弯矩作计算依据,然后再进行校核。5.4.5 根据轴传递的扭矩作出其扭矩图如图5.9:图5.9 扭矩图5.5 传动轴的直径计算及校核按当量弯矩计算轴的直径对于同时承受弯矩和扭矩的
41、转轴,应根据在弯矩和扭矩同时作用下所产生的合成应力来计算轴的直径,亦即按当量弯矩计算,对于用优质碳素钢和一般合金钢(即延性金属材料)制造的轴,按弯矩,扭矩同时作用时的合成应力计算通常采用第三强度理论,即最大应力理论进行合成,其强度条件为:由许用应力为弯曲应力可知,当量应力相当于弯曲应力性质,对于直径为d的实心圆轴, （5.3）即: 对于一般的弯轴,弯曲应力为对称循环应力,而扭转切应力常常不是对称循环,所以当量弯矩常用以下公式表示:其中: 为考虑和的循环特性不同而取的折算系数,对不变化的扭矩, 0.3,对脉动弯化的扭矩, 0.6,对频繁正反转的对称循环变化的扭矩, 1,通常,对于不是频繁正反转的
42、转轴,而扭矩弯化规律又不能确切判定时,可按脉动循环处理,即取0.6,这样,可得到轴的强度校核公式和设计公式分别为: （5.4）式中: 对称循环下许用弯曲应力.本例取值65N/本例中传动轴传递的扭矩不弯化,但由于离合器的存在,可判定属于以上中的脉动循环处理,即0.6当量弯矩 =1019.9N*m所以轴径=13.66mm（中）取轴的最小轴径19mm故轴径大于13.66mm时即安全,此轴的各尺寸见附图。6 变速箱中间轴的设计计算考虑到传动比要求,轴上零件布置和定位,固定方式,轴承的类型和尺寸,兼顾到轴的强度要求,初步设计轴的结构形式如下图所示, 图6.1 轴的初步设计6.1 中间轴的转速计算此轴的转速可根据电机的满载转速与相邻轴间的传动比计算: （6.1）其中: 变速箱中间轴的转速； 变速箱输入轴的转速； 变速箱第一对齿轮的传动比。6.2 输入轴的输入功率计算按电机所需功率计算=1.47*95%=1.396Kw （6.2）式中直齿轮的传动效率；