《钢筋弯曲切断机结构设计及分析毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢筋弯曲切断机结构设计及分析毕业论文.doc（52页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、毕业设计(论文)钢筋弯曲切断机结构设计及分析所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要目前国产的设备大多是对国外进口产品的简单仿制，因此针对钢筋弯曲切断机关键部件的深入研究，对原理、结构、运动、功能等分析，提供结构简单可靠、操作方便、化程度高、使用范围广的机械是很有必要的。本文在分析钢筋弯曲切断机的工艺和使用要求的基础上，通过对关键部件的理论分析，提出一种实用、简单、可靠和通用的传动系统，将结构等关键部件的设计原理、结构特点等做了较为详细的研究和设计;本文分析各机构的运动学规律，提出可行的优化结构满足包装工艺;对关键部件提出完整的设计方法，旨在满足市场需求，推动企业创新步伐。
2、本文借助了ANSYS等软件分析运动规律和结构设计，这种利用计算机辅助设计和分析的方法，可以应用于其它类型机械设备的设计和分析中。关键词：钢筋弯曲切断机，传动，有限元分析，结构设计49AbstractMost of the current China-made equipment for imported products of simple imitation, so the steel bar bending and cutting machine key components of the in-depth study, on principle, structure, movement,
3、 functional analysis, to provide a simple and reliable structure, convenient operation, high integration degree, the use of a wide range of machinery is necessary.Based on the analysis of bending and cutting machine technology and the requirements on the basis of key components, through theoretical
4、analysis, put forward a kind of practical, simple, reliable and universal transmission system, the structure and other key components of the design principles, structure features in detail research and design; this paper analyses the mechanism of kinematic law, puts forward the feasible optimization
5、 structure meet the packaging technology; the key parts of the complete design method, designed to meet the needs of the market, promote enterprise innovation pace.Based on the ANSYS software analysis of motion and structure design, the use of computer aided design and analysis methods, and can be a
6、pplied to other types of machinery and equipment design and analysis.Key Words: Steel bar bending and cutting machine, transmission, finite element analysis, structure design目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章绪 论51.1 钢筋弯曲切断机的概念51.2 钢筋切断机特点51.3 钢筋切断机分类61.4 钢筋弯曲切断机的发展现状6第2章 钢筋弯曲切断机的工作原理92.1 钢筋弯曲切断机的切断部分工作原理92.
7、2 钢筋弯曲切断机的弯曲部分工作原理9第3章 动力计算与选择104.1弯曲钢筋需用力计算104.2弯曲钢筋需用功率计算104.3 切断钢筋需用力计算114.4 切断钢筋需用功率计算124.5 功率确定12第4章 主要结构设计134.1 齿轮传动设计134.2 轴的校核194.3 键的校核274.4 轴承的校核284.4.1 初选轴承型号294.4.2寿命计算29第5章 对典型零部件（齿轮）的有限元分析325.1 应用有限元法研究齿轮的优势325.2 齿轮参数及材料的确定325.3 子模型法对齿轮应力集中问题的应用335.3.1 三维齿轮模型的研究335.3.2 二维齿轮模型的研究365.4 P
8、单元法在齿轮应力集中问题解决中的应用38总结与展望41参考文献42致 谢44附则45 第1章 绪 论1.1 钢筋弯曲切断机的概念钢筋弯曲机,钢筋加工机械之一。工作机构是一个在垂直轴上旋转的水平工作圆盘，把钢筋置于图中虚线位置，支承销轴固定在机床上，中心销轴和压弯销轴装在工 作圆盘上，圆盘回转时便将钢筋弯曲。为了弯曲各种直径的钢筋， 在工作盘上有几个孔，用以插压弯销轴，也可相应地更换不同直径的中心销轴。钢筋切断机是 一种剪切钢筋所使用的一种工具。一般有全自动钢筋切断机，和半自动钢筋切断机之分。它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
9、。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。显然，钢筋弯曲切断机是钢筋弯曲机和切断机二者的叠加，二者的功能都要具备。1.2 钢筋切断机特点一般有全自动钢筋切断机，和半自动钢筋切断机之分。全自动的也叫电动切断机是电能通过马达转化为动能控制切刀切口，来达到剪切钢筋效果的。而半自动的是人工控制切口，从而进行剪切钢筋操作。而目前比较多的是应该属于液压钢筋切断机 液压钢筋切断机又分为充电式和便携式两大类。 便携式钢筋切断机 便携式钢筋切断机1.3 钢筋切断机分类适用于建筑工程上各种普
10、通碳素钢、热扎圆钢、螺纹钢、扁钢、方钢的切断。 切断圆钢：（Q235-A）直径：（6-40）mm 切断扁钢最大规格：（70x15）mm 切断方钢：（Q235-A）最大规格：（32x32）mm 切断角钢最大规格：（50x50)mm1.4 钢筋弯曲切断机的发展现状国内外切断机的对比：由于切断机技术含量低、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24mm，而国内一般为17mm看似省料、齿轮结构偏小些，但给用户带来麻烦，不易管理因为在由切大料到切小料时，不是换刀垫就是换刀片，有时还需要转
11、换角度。 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，刀片厚度够薄，40型和50型刀片厚度均为17mm；而国外都是双螺栓固定，2527mm厚，因此国外刀片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2831次，国外要高出1520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
12、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。钢筋弯曲切断机属于一种对钢筋弯曲切断机结构的改进。本实用新型包括减速机、大齿轮、小齿轮、弯曲切断盘面，其特征在于结构中：双级制动电机与减速机直联作一级减速；小
13、齿轮与大齿轮啮合作二级减速；大齿轮始终带动弯曲切断盘面旋转；弯曲切断盘面上设置有中心轴孔和若干弯曲切断轴孔；工作台面的定位方杠上分别设置有若干定位轴孔。由于双级制动电机与减速机直联作一级减速，输入、输出转数比准确，弯曲切断速度稳定、准确，且可利用电气自动控制变换速度，制动器可保证弯曲切断角度。利用电机的正反转，对钢筋进行双向弯曲切断。中心轴可替换，便于维修。可以采用智能化控制。当前我国正在大力发展基础建设及城市化建设,各种建筑耗费了大量的钢筋,其中箍筋加工的效率和质量是最难解决的问题之一,箍筋不仅使用量非常大,而且形状和尺寸变化复杂,尺寸精度要求高,箍筋的制做在原钢筋加工中是劳动强度大,人力物
14、力消耗大,低效率,低质量保证的环节。随着我国建筑行业的快速发展，为了响应政府及各建筑单位对箍筋制做自动化技术的迫切要求，我们进行技术攻关改进工艺，终于在经过不懈的努力研制出自有专利技术的-可调速钢筋弯曲切断机GW-40B钢筋弯曲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弯曲切断。钢筋弯曲切断机与其他弯曲切断设备相比，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。国内外弯曲切断机的对比：由于弯曲切断机技术含量低、易仿造、利润不高等原因，所以厂家几十年
15、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)国外弯曲切断机偏心轴的偏心距较大，如日本立式弯曲切断机偏心距24mm，而国内一般为17mm看似省料、齿轮结构偏小些，但给用户带来麻烦，不易管理因为在由切大料到切小料时，不是换刀垫就是换刀片，有时还需要转换角度。2)国外弯曲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，使弯曲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)国内弯曲切断机刀片设计不合理，单螺栓固定，刀片厚度够薄，40型和50型刀片厚度均为17mm；而国外都是双螺栓固定，2527mm厚，因此国外刀片在受力及寿命等综合性能方面都较国内
16、优良。4)国内弯曲切断机每分钟弯曲切断次数少国内一般为2831次，国外要高出1520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)国内弯曲切断机外观质量、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
17、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。全球经济建设的快速发展为建筑行业，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用户的需求，尽快缩短与国外先进企业的差距，无疑是我国钢筋弯曲切断机生产企业生存与发展的必由之路。第2章 钢筋弯曲切断机的工作原理2.1 钢筋弯曲切断机的切断部分工作原理切断部分工作原理
18、：采用电动机经二级齿轮传动后,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弯曲切断钢筋。2.2 钢筋弯曲切断机的弯曲部分工作原理弯曲部分工作原理：钢筋弯曲机属于一种对钢筋弯曲机结构的改进。本实用新型包括减速机、大齿轮、小齿轮、弯曲盘面，其特征在于结构中：双级制动电机与减速机直联作一级减速；小齿轮与大齿轮啮合作二级减速；大齿轮始终带动弯曲盘面旋转；弯曲盘面上设置 有中心轴孔和若干弯曲轴孔；工作台面的定位方杠上分别设置有若干定位轴孔。由于双级制动电机与减速机直联作一级减速，输入、输出转数比准确，弯曲速度稳 定、准确，且可利用电气自动控制变换速度，
19、制动器可保证弯曲角度。利用电机的正反转，对钢筋进行双向弯曲。中心轴可替换，便于维修。可以采用智能化控制。 国外品牌都是贴牌生产 很少是全套进口 据调查所知 很多国外打牌都是国内生产商生产。弯曲原理图弯曲机的工作机构是一个在垂直轴上旋转的水平工作圆盘，如图所示，把钢筋置于图中虚线位置，支承销轴固定在机床上，中心销轴和压弯销轴装在工作圆盘上，圆盘回转时便将钢筋弯曲。为了弯曲各种直径的钢筋， 在工作盘上有几个孔，用以插压弯销轴，也可相应地更换不同直径的中心销轴。第3章 动力计算与选择 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
20、小、合过载保护等优点，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,而钢筋弯曲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。4.1弯曲钢筋需用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。即弯曲切断钢筋的条件为： 查资料可知钢筋的许用剪应力为：MPa,取最大值
21、142MPa。由于本弯曲切断机弯曲切断的最大刚筋粗度为：mm。则本机器的最小弯曲切断力为：取弯曲切断机的Q=22000N。4.2弯曲钢筋需用功率计算由图可知，刀的速度小于曲轴处的线速度。则弯曲切断处的功率P：W 查表可知在传动过程中，带传动的效率为= 0.940.97； 二级齿轮减速器的效率为= 0.960.99； 滚动轴承的传动效率为= 0.940.98； 连杆传动的效率为= 0.810.88；滑动轴承的效率为由以上可知总的传动效率为:= 0.940.960.980.81=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
22、Y112M-6，输出功率为2.2kw，输出速度为960 r/min。4.3 切断钢筋需用力计算受力情况与计算有关的几何尺寸标记图1。设钢筋所需弯矩：Mt=式中 F为拨斜柱对钢筋的作用力；Fr为F的径向分力;a为F与钢筋轴线夹角。 当Mt一定，a越大则拨斜柱及主轴径向负荷越小；a=arcos(L1/Lo)一定，Lo越大。因此，弯曲机的工作盘应加大直径，增大拨斜柱中心到主轴中心距离L0钢筋弯曲机的工作盘设计：直径400mm，空间距120mm，L0=169.7 mm，Ls=235，a=44.80.钢筋弯曲机所需主轴扭矩及功率按照钢筋弯曲加工规范规定的弯曲半径弯曲钢筋，其弯曲部分的变形量均接近或过材料
23、的额定延伸率，钢筋应力超过屈服极限产生塑性变形。1.按32钢筋公称直径计算M0=K1Ws式中，M0为始弯矩，W为抗弯截面模数，K 1为截面系数，对圆截面K 1=1.7；对于25MnSi螺纹钢筋M0=373（N/mm2）,则得出始弯矩M0=3977（Nm）2. 钢筋变形硬化后的终弯矩钢筋在塑性变形阶段出现变形硬化（强化），产生变形硬化后的终弯矩：M=（K 1+K0/2Rx）Ws式中，K0为强化系数，K0=2.1/p=2.1/0.14=15, p为延伸率，25MnSi的p=14%，Rx=R/d0,R为弯心直径，R=3 d0，则得出终弯矩 M=11850（Nm）4. 钢筋弯曲所需距Mt=(M0+M)
24、/2/K=8739（Nm）式中，K为弯曲时的滚动摩擦系数，K=1.05 按上述计算方法同样可以得出50I级钢筋（b=450 N/mm2）弯矩所需弯矩：Mt=8739（Nm）,取较大者作为以下计算依据。4.4 切断钢筋需用功率计算由功率扭矩关系公式 A0=Tn/9550=1.9KW,考虑到部分机械效率=0.85，则电动机最大负载功率 A= A0/=1.9/0.85=2.0（KW），电动机选用Y系列三相异步电动机，额定功率为=2.2（KW）,额定转速=1440r/min。4.5 功率确定根据上述计算，在这里选择电动机选用Y系列三相异步电动机，额定功率为=2.2（KW）,额定转速=1440r/min
25、。第4章 主要结构设计4.1 齿轮传动设计4.1.1 第一级齿轮传动设计a) 选材料、确定初步参数1) 选材料 小齿轮：40Cr钢调制，平均取齿面硬度为260HBS 大齿轮：45钢调制，平均取齿面硬度为260HBS2) 初选齿数 取小齿轮的齿数为20，则大齿轮的齿数为206.4=1283) 齿数比即为传动比 4) 选择尺宽系数d和传动精度等级情况，参照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=0.6初估小齿轮直径d1=60mm，则小齿轮的尺宽为b=d d1=0.660=36mm5) 齿轮圆周速度为： 参照手册选精度等级为9级。6) 计算小齿轮转矩T17) 确定重合度系数Z、Y：由公式可知重合度为则
26、由手册中相应公式可知：8) 确定载荷系数 KH 、KF确定使用系数 KA：查阅手册选取使用系数为KA=1.85确定动载系数Kv：查阅手册选取动载系数Kv=1.10确定齿间载荷分布系数KHa、KFa：则 载荷系数KH、KF 的确定，由公式可知b) 齿面疲劳强度计算1) 确定许用应力H 总工作时间th，假设该弯曲切断机的寿命为10年，每年工作300天，每天工作8个小时，则： 应力循环次数 N1、N2 寿命系数 Zn1、Zn2 ，查阅相关手册选取Zn1=1.0、Zn2=1.15 接触疲劳极限取：hlim1=720MPa、hlim2=580MPa 安全系数取：Sh=1.0 许用应力 h1、h2 2)
27、弹性系数ZE 查阅机械设计手册可选取3) 节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.54) 求所需小齿轮直径d1 与初估大小基本相符。5) 确定中心距，模数等几何参数 中心距a： 圆整中心矩取222mm 模数m：由中心矩a及初选齿数Z1 、Z2得： 分度圆直径d1,d2 确定尺宽：取大齿轮尺宽为 b1=600.6=36mm 小齿轮尺宽取 b2=40mmc) 齿根抗弯疲劳强度验算1) 求许用弯曲切断应力 F 应力循环次数NF1、NF2 寿命系数Yn1、Yn2 ，查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2=1 极限应力取：Flim1=290MPa、Flim2=220MPa 尺寸系数Yx：查阅机械设计
28、手册选，取Yx=1.5 安全系数SF：参照表9-13，取SF=1.5 需用应力F1 、F2 由式（9-20），许用弯曲切断应力 2) 齿形系数YFa1、YFa2 由图9-19，取 YFa1=2.56 YFa2=2.153) 应力修正系数Ysa1、Ysa2 由图9-20，取 Ysa1=1.62 Ysa2=1.824) 校核齿根抗弯疲劳强度 由式（9-17），齿根弯曲切断应力 4.1.2 第二级齿轮传动设计：a) 选材料、确定初步参数1) 选材料 小齿轮：40Cr钢调制，平均取齿面硬度为260HBS 大齿轮：45钢调制，平均取齿面硬度为260HBS2) 初选齿数 取小齿轮的齿数为28，则大齿轮的齿
29、数为285=1403) 齿数比即为传动比 4) 选择尺宽系数d和传动精度等级情况，参照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=2/3初估小齿轮直径d1=84mm，则小齿轮的尺宽为b=d d1=2/384=56mm齿轮圆周速度为： 参照手册选精度等级为9级。5) 计算小齿轮转矩T16) 确定重合度系数Z、Y：由公式可知重合度为则由手册中相应公式可知：7) 确定载荷系数 KH 、KF确定使用系数 KA：查阅手册选取使用系数为KA=1.85确定动载系数Kv：查阅手册选取动载系数Kv=1.0确定齿间载荷分布系数KHa、KFa：则 载荷系数KH、KF 的确定，由公式可知c) 齿面疲劳强度计算1) 确定许用
30、应力H 总工作时间th，假设该弯曲切断机的寿命为10年，每年工作300天，每天工作8个小时，则： 应力循环次数 N1、N2寿命系数 Zn1、Zn2 ，查阅相关手册选取Zn1=1.33、Zn2=1.48接触疲劳极限取：hlim1=760MPa、hlim2=760MPa安全系数取：Sh=1许用应力 h1、h2 2) 弹性系数ZE 查阅机械设计手册可选取3) 节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.54) 求所需小齿轮直径d1 与初估大小基本相符。5) 确定中心距，模数等几何参数 中心距a： 圆整中心矩取252mm 模数m：由中心矩a及初选齿数Z1 、Z2得： 分度圆直径d1,d2 确定尺宽
31、：取大齿轮尺宽为 b1=842/3=56mm 小齿轮尺宽取 b2=60mmc) 齿根抗弯疲劳强度验算1) 求许用弯曲切断应力 F 应力循环次数NF1、NF2 寿命系数Yn1、Yn2 ，查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2=1 极限应力取：Flim1=290MPa、Flim2=230MPa 尺寸系数Yx：查阅机械设计手册选，取Yx=1.5 安全系数SF：参照表9-13，取SF=1.5 需用应力F1 、F2 由式（9-20），许用弯曲切断应力 2) 齿形系数YFa1、YFa2 由图9-19，取 YFa1=2.56 YFa2=2.153) 应力修正系数Ysa1、Ysa2 由图9-20，取 Ysa1=1
32、.62 Ysa2=1.824) 校核齿根抗弯疲劳强度 由式（9-17），齿根弯曲切断应力 4.2 轴的校核4.2.1 一轴的校核 轴直径的设计式 轴的刚度计算a) 按当量弯矩法校核1) 设计轴系结构，确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图。图2 轴的受力转矩弯矩图2) 求作用在轴上的力如表1，作图如图2-c表1 作用在轴上的力垂直面（Fv）水平面（Fh）轴承1F2=12NF4=891N齿轮 2=N轴承3F1=476NF3=1570N带轮41056N3） 求作用在轴上的弯矩如表2，作出弯矩图如图2-d、2-e表2 作用在轴上的弯矩垂直面（Mv）水平面（Mh）截面N.mm合成弯矩
33、截面合成弯矩4）作出转弯矩图如图2-f5）作出当量弯矩图如图2-g，并确定可能的危险截面、如图2-a。并算出危险截面的弯矩如表3。6）确定许用应力表3截面的弯矩截面截面6）确定许用应力已知轴材料为45钢调质，查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa，=60MPa。7）校核轴径如表4表4 验算轴径截面截面结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。b) 轴的刚度计算所以轴的刚度足够4.2.2 三轴的校核 轴直径的设计式 轴的刚度计算a) 按当量弯矩法校核设计轴系结构，确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图。1） 轴的受力简图如图3-a图3 轴的受力弯矩转矩图2） 求作用
34、在轴上的力如表5，并作图如图3-c表5 作用在轴上的力垂直面（Fv）水平面（Fh）轴承1F3=1627NF1=8362N齿轮 =2381N轴承2F4=754NF3=12619N曲轴21848N3）计算出弯矩如表6，并作图如图3-d、e表6 轴上的弯矩垂直面（Mv）水平面（Mh）截面N.mm合成弯矩截面合成弯矩4）作出转弯矩图如图3-f5）作出当量弯矩图如图3-g，并确定可能的危险截面、和的弯矩如表7表7危险截面的弯矩截面截面6）确定许用应力已知轴材料为45钢调质，查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa，=60MPa7）校核轴径如表8表8 校核轴径截面截面结论：按当量弯矩法校核，
35、轴的强度足够。b) 轴的刚度计算所以轴的刚度足够4.3 键的校核4.3.1. 平键的强度校核. a) 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bh 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。由设计手册查得：键宽 b=16mm 键高 h=10mm 键
36、长 L=30mmb) 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 Q275 等。4.4 轴承的校核
37、 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。4.4.1 初选轴承型号 试选10000K轴承，查GB281-1994，查得10000K轴承的性能参数为： C=14617N Co=162850N (脂润滑)4.4.2寿命计算 a) 计算轴承内部轴向力. 查表得10000K轴承的内部轴向力 则： b) 计算外加轴向载荷 c) 计算轴承的轴向载荷 因为 故 轴承1 轴承2 d) 当量动载荷计算 由式 查表得： 的界限值 查表知 故 故 则： 式中. (轻度冲击的运转)由
38、于 ，且轴承1、2采用型号、尺寸相同的轴承，谷只对轴承2进行寿命计算。e) 计算轴承寿命 f) 极限转速计算 由式 查得：载荷系数 载荷分布系数 故 计算结果表明，选用的10000K型圆柱孔调心轴承能满足要求。第5章 对典型零部件（齿轮）的有限元分析5.1 应用有限元法研究齿轮的优势传统的齿轮强度设计方法是通过人工对齿轮强度进行设计和校核，通常采用材料力学的方法，把齿轮当作悬臂梁，设计校核齿根弯曲强度和齿面接触强度。然后，根据强度设计的结果进行结构设计，并画出二维图纸。这种设计方法计算繁琐，容易出现设计误差和错误，设计周期长，难以实现优化设计，而且由于齿轮结构形状和受力都较为复杂，尤其是在工作
39、过程中经常承受动载的作用，与理想梁承受静载的情况相差甚远，有较大的误差，无法反映结构整体的变形和应力情况。而且在设计过程中，一旦齿轮参数发生改变，则必须重新设计图纸。显然，这种设计方法效率低下，本研究方案针对传统的齿轮设计方法的不足，将ANSYS有限元分析技术引入齿轮设计开发领域。借助计算机及相应软件迅速、高效、准确地进行强度设计分析20。5.2 齿轮参数及材料的确定表5.1 齿轮参数序号参数数值1齿数 Z482压力角 204模数 m (mm)2.55齿顶高 h(mm)2.56分度圆直径d (mm)1207齿顶圆直径 da(mm)1258轮齿宽 B（mm）24表5.2 齿轮材料特性材料弹性模量
40、泊松比密度45钢210GPa0.37800Kg/5.3 子模型法对齿轮应力集中问题的应用详细分析齿轮结构齿根附近的三维应力场需要大量足够细小的单元，其计算工作量之大有时令人难以接受。因此，提出有效而简单的计算方法是解决此类问题的关键。子模型技术是从整体模型的局部区域中获得更加精确解的有限单元技术。该方法又称为切割边界位移法或特定边界位移法。切割边界就是子模型从整体模型分割开的边界。整体模型切割边界的计算位移值即为子模型的边界条件。子模型技术基于圣维南原理，即如果实际分布载荷被等效载荷代替以后，应力和应变只在载荷施加的位置附近有改变。如果合理选择子模型的边界，并通过对子模型进行网格加密处理，就可
41、以得到高精度的结果。关于子模型技术的有关细节，可参阅ANSYS软件包的相关文件。应用子模型技术分析齿轮结构齿根附近的应力场，只须合理定义切割边界, 边界条件插值计算可由ANSYS程序自动完成。5.3.1 三维齿轮模型的研究1）建立齿轮三维模型对齿轮三维总体模型有限元分析时，模型通过输入命令流自动生成二维齿轮模型，拉伸24mm得到三维模型如下：图5.1 建立三维模型（1）定义总体模型工作文件名为60。（2）定义单元类型，材料属性。对二维模型采用8节点Plane185号单元，给单元在本文第三章已介绍过。设置材料的弹性模量EX=2e5MPa和泊松比PREY=0.3。单元厚度设置为24mm。（3）网格
42、划分：利用ANSYS网格划分工具（Mesh Tool）提供的线尺寸控制将所要研究的齿轮廓线（即齿廓线、齿根过渡曲线等）上的单元数，然后对齿面进行划分，效果如图：图5.2 网格细化（4）边界条件：约束齿轮内圆圆弧的节点又有方向的位移。（5）载荷施加：如果假设载荷沿接触线是均匀分布的，取载荷值为F=1149N，在齿顶处施加集中力，代替节点处的接触力对齿根应力进行分析。通过文献可知，由于常用的直齿圆柱齿轮传动的重合度系数，在一般情况下处于和之间，因此会出现单、双齿交替啮合，由于轮齿的最大应力发生在单齿啮合的最高点，因此需要计算作用载荷的位置。假设所分析的齿轮传动为等比传动，且为标准安装。齿轮受力如图所示：图4.3 齿轮受力由图可得到： （5.1）其中： （5.2）计算得到：为齿顶压力角，所以齿顶法向载荷作用角大小为： （5.3）在模型中施加集中力时，将分解到X和Y方向。则X和Y方向力，大小分别为： (5.4)施加载荷和约束的效果如图：图5.4 施加载荷与约束（6）获得求解结果：通过求解，获得齿轮的应力集中云图，在图中很容易的发现最大应力处出现在齿根，应力值为117MPa。2）齿轮三维子模型有限元分析（1）指定子模型工作