【文章內(nèi)容簡介】 器和離合器等都必須用軸來支承，才能正常工作，因此軸類零件是機械中必不可少的重要零件。本節(jié)將要討論軸的類型、軸的材料和輪轂聯(lián)接及軸的設(shè)計問題，其包括軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度計算。結(jié)構(gòu)設(shè)計是合理確定軸的形狀和尺寸，它除了要考慮軸的強度和剛度外，還要考慮適用性，加工和裝配等方面的許多因素。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸上與軸承配合的部分稱為軸勁，與傳動零件配合的部分稱為軸頭，連接軸勁和軸頭的部分稱為軸身，起定位作用的階梯軸上截面變化的部分稱為軸肩。 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求有： 1 )便于軸上零件的裝配蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文）10 軸的結(jié)構(gòu)外形主要取決于軸在箱體上的安裝位置及形式，軸上零件的布置及固定方式，受力情況和加工工藝等。為了便于軸上零件的裝拆，將軸做成階梯軸，中間直徑最大，向兩端逐漸減小。近似為等強度軸。 2)保證軸上零件的準確定位和可靠固定 軸上零件的定位方式主要有：軸肩定位、套筒定位、圓螺母定位、軸擋圈定位和軸承端蓋定位。 3)軸向定位的固定 ①軸肩或軸環(huán)：軸肩定位是最方便可靠的定位方式，但采用軸肩定位會使得軸的直徑增大，而且軸肩處會處于軸徑的突變而產(chǎn)生應力集中。因此，多用于軸向力較大的場合。定位軸肩的高度 ， 為與零件相配合處的軸徑尺寸。要??.～?求 孔軸孔軸 或 CrR ②套筒和圓螺母：定位套筒用于軸上兩零件的距離較小，結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠。圓螺母用于軸上兩零件的距離較大，需要在軸上切制螺紋，對軸的強度影響較大。 ③彈性擋圈和緊定螺釘：這兩種固定方式，常用于軸向力較小的場合。 ④軸端擋圈圓錐面：軸端擋圈與軸肩、圓錐面與軸端擋圈聯(lián)合使用，常用于軸端起雙向固定。裝拆方便，多用于承受劇烈振動和沖擊的場合。 4)周向定位和固定 軸上零件的周向固定是為了防止零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。常用的固定方式有：a、鍵連接 b、過盈配合聯(lián)接 c、圓錐銷聯(lián)接 d、成型聯(lián)接 過盈配合是利用軸和零件輪轂孔之間的配合過盈量來聯(lián)接的，能同時實現(xiàn)周向和軸向的固定，結(jié)構(gòu)簡單，對中性較好，對軸的削弱小，但是裝拆不便。成型聯(lián)接是利用非圓柱面與相同的輪轂孔配合，對中性好，工作可靠，制造困難應用少。 5)具有良好的制造和裝配工藝性 ①軸為階梯軸便于裝拆。軸上磨削和車螺紋的軸段應分別設(shè)有砂輪越程槽和螺紋退刀槽。 ②軸上沿長度方向開有幾個鍵槽時，應將鍵槽安排在軸的同一母線上。同一根軸上所有圓角半徑和倒角的大小應盡可能的一致，以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)。為使軸上零件容易裝拆，軸頭和軸肩處都應有 倒角。為便于加工定位，軸的兩端應?45該鉆有中心孔。 ③減少應力集中，改善軸的受力情況，軸大多在變應力下工作，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應減少應力集中，以提高軸的疲勞強度，尤為重要。軸截面尺寸突變處會造成應力集中，所以對階梯軸，相鄰兩段軸徑變化不宜過大，在軸勁變化處得過渡圓角半徑不宜過小。盡量不在軸面上切制螺紋和凹槽以免引起應力集中，盡量使用圓盤銑刀。此外，提高軸的表面質(zhì)量，降低表面粗糙度，采用表面碾壓、噴丸和滲碳淬火等表面強化方法，均可提高軸的疲勞強度。當轉(zhuǎn)矩由一個傳動件輸入，而有幾個傳動件輸出時，為了減少軸上的轉(zhuǎn)矩，應將輸入件放在中間。 軸承的設(shè)計與校核 軸承種類的選擇 查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》(GB/T2761944) 滾動軸承由于采用兩端固定，采用深溝球軸承 620滾針軸承 NA4901 和深溝球軸承 6182.。設(shè)計中主要采用深溝球軸承。蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文）11 深溝球軸承結(jié)構(gòu) 深溝球軸承一般由一對套圈，一組保持架，一組鋼球組成。其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，是生產(chǎn)最普遍，應用最廣泛的一類軸承。 該類軸承主要用來承受徑向載荷，但也可以承受一定量的任意方向的軸向載荷。當在一定的范圍內(nèi)，加大軸承的徑向游隙，此種軸承具有角接觸球軸承的性質(zhì)，還可以承受較大的軸向載荷。 深溝球軸承裝在軸上以后，可使軸或外殼的軸向位移限制在軸承的徑向游隙范圍內(nèi)。同時，當外殼孔和軸(或外圈對內(nèi)圈)相對有傾斜時，仍可以正常的工作，然而，既有傾斜從在，就必然降低軸承的使用壽命。 軸承的計算與校核 手動吊籃提升機選用了多個深溝球軸承 6203 支承，已知軸的轉(zhuǎn)速 ，min/562r=軸上齒輪作用于軸的軸向力 ,而軸承的徑向載荷 。工作是中度沖擊，NFa50?NFr107=脂潤滑，正常工作溫度，預期壽命 ，設(shè)計計算步驟h8（1）確定 6203 軸承的主要性能參數(shù)查閱設(shè)計手冊得： 、==通過計算： 104785oraF查閱設(shè)計手冊得： YX和過計算： Fra=查閱設(shè)計手冊得： 、 P??NYXPar ???? hL通過《機械設(shè)計基礎(chǔ)》查表 111110 可知：載荷因數(shù) 、溫度因數(shù) ，又因為 6203 是深溝球軸承，壽命因數(shù) ，故有：=Pftf 3ε= 8??該軸承滿足使用要求 殼體和滑輪的設(shè)計和選擇 殼體的設(shè)計 1)殼體和滑輪都采用鑄鋼件的結(jié)構(gòu)，對鑄件提出的技術(shù)要求是合理的，直接影響鑄蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文）12件的質(zhì)量，成本，生產(chǎn)率及勞動條件。 合理鑄件結(jié)構(gòu)應保證以下幾個方面： ①利于得到優(yōu)質(zhì)鑄件。 ②生產(chǎn)鑄件的工藝裝配簡單，易于制作。 ③整個鑄件工藝過程操作，檢驗的方法簡便，易于掌握。2)鑄鋼材料的特點：①綜合機械性能高，抗壓強度與本身的抗拉強度相等，消震性差。②壁厚變化對機械性能影響較小，壁厚增大，機械性能不是成比例的增大，由于壁越厚，冷卻速度越慢，組織粗松，在一定條件下性能反而降低。③鑄造性能差，流動性不好，對缺口的敏感性大，因此易產(chǎn)生變形，開裂，縮孔，縮松等現(xiàn)象。3)鋼件的結(jié)構(gòu)要素本次殼體設(shè)計采用鑄鋼材料 ZG200—400，鑄件的壁厚過厚容易出現(xiàn)縮孔，縮松，金相組織不均，致使性能降低，所以，在保證鑄件使用性能的前提下應盡量采用與鋼水流動性和鑄造工藝性相適應的最小壁厚，砂型鑄造鑄件的最小壁厚參考表如下表 。表 砂型鑄造鑄件的最小壁厚鑄件尺寸 20≤ 5020～ 50最小壁厚 86～ 1～ 1鑄件壁的連接和不同壁厚連接處的平滑過渡是防止鑄件產(chǎn)生應力，變形，裂紋，縮孔等缺陷的結(jié)構(gòu)要素。 殼體的設(shè)計 滑輪是支持鋼絲繩和改變鋼絲繩及其拉力方向的零件。它還可組成滑輪組以達到省力或增速的目的，在起重機械中，滑輪組主要用來省力。本次設(shè)計要求滑輪和內(nèi)齒輪一體，滑輪采用鑄鋼材料 ZG200——400。 滑輪的直徑對鋼絲繩的疲勞壽命有很大的影響。為了不使鋼絲繩壽命縮短，滑輪直徑不宜過小，一般應使 hdD=min 式中， ——滑輪的最小直徑許用名義直徑，mmminD ——與機構(gòu)工作級別和鋼絲繩機構(gòu)有關(guān)的系數(shù)h ——鋼絲繩的直徑d表 32 直徑比系數(shù) e機構(gòu)工作級別 卷筒 1h滑輪 2hM1～M3 14 16M4 16 18M5 18 20M6 20 M7 25M8 25 28 滑輪的直徑對鋼絲繩直徑匹配關(guān)系見表 表 滑輪與鋼絲繩直徑匹配關(guān)系蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文）13鋼絲繩直徑 d滑輪直徑 D7～8 8～ 9 9～10 10～ 11 11～ 12 12～ 13 13～ 14225260280315355 注：在滑輪軸上安裝滑輪時，推薦使用劃“\” 區(qū)對應的值。 滑輪如圖 所示 棘輪與棘爪的設(shè)計與校核 棘輪的選擇 棘輪機構(gòu)的設(shè)計主要應考慮：棘輪齒形的選擇、模數(shù)齒數(shù)的確定、齒面傾斜角的確定、行程和動停比的調(diào)節(jié)方法。1) 棘輪形狀的選擇常用齒形，不對稱梯形用于承受載荷較大的場合；當棘輪機構(gòu)承受的載荷較小時，可采用三角形或是圓弧形齒形；矩形和對稱梯形用于雙向式棘輪機構(gòu)。2) 模數(shù)、齒數(shù)的確定與齒輪相同，棘輪輪齒的有關(guān)尺寸也用模數(shù) 作為計算的基本參數(shù)，但棘m輪的的標準模數(shù)要按照棘輪的頂圓直徑 來計算。而且棘輪的參數(shù)趨近于標準化，根據(jù)ad設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容確定棘輪的基本尺寸。為了使設(shè)計合理，縮小提升機的體積，假定取棘輪的直徑 ，齒數(shù) ，故棘輪的模數(shù)為 。查得標準模數(shù)為m70=ad12?z ?6=m 棘輪的齒數(shù) 一般由棘輪機構(gòu)的使用條件和運動要求選定。對于一般進給和分度所用的棘輪機構(gòu)，可根據(jù)所要求的棘輪最小轉(zhuǎn)角來確定棘輪的齒數(shù)，然后選定模數(shù)??38,25≤～一 般 取 zz 棘爪的校核 在手動吊籃提升機中，棘輪、棘爪的自鎖作用非常的關(guān)鍵。在棘爪的校核過程中，把棘爪看作是懸臂梁，受到彎矩的作用。其最大正應力發(fā)生在于棘輪接觸的截面上。 棘爪的設(shè)計尺寸為 ， 。對棘爪的進一步強度校核。12=b30h 要使梁具有足夠的剛度，必須使梁的最大內(nèi)應力 不超過材料的許用應力 。maxσ??σ 已知棘爪的設(shè)計尺寸，截面上的最大彎矩 =蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設(shè)計（論文）14，材料的許用應力為 MPa62bhWZ=??60σ???σ≤maxaxZWM式中， ——抗彎截面系數(shù)Z ——材料的許用應力，MPa；??σ ——橫截面上的最大彎矩，maxM??PabhWZ ???????故棘爪的強度足夠。蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設(shè)計（論文）154. 工藝規(guī)程的設(shè)計 確定毛胚的制造形式零件材料為 45 鋼。考慮到吊籃在運行中要經(jīng)常正、反像行駛，零件在工作過程中受到交變載荷及其沖擊載荷較小，因此應該選擇鑄造件，以保證零件工作可靠。由于零件的輪廓尺寸不大，故可采用鑄造成型。 制定工藝路線制定工藝路線的出發(fā)點，應當使得零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定的條件下，可采用專用工、夾具，并盡量使得工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應考慮經(jīng)濟效果，以便降低生產(chǎn)成本。1)工藝路線方案一工序 1：鑄造。工序 2：分別粗銑和精銑三個外側(cè)凸臺面，使其粗糙度值達到 。工序 3：鉆 φ40 的孔，深度為 16mm，擴 φ40 的孔分別至 φ42mm 和 ，深度分別為 16mm 和 14mm，精鉸孔 的孔至 φ47mm，粗糙度值為 。工序 4：分別精車和粗車端蓋配合面及三個螺釘?shù)呐浜厦?，使其粗糙度值分別達到 和 。工序 5:分別鉆三個螺釘孔至 φ14mm 和一個 φ16mm 的軸孔。工序 6：分別精銑和粗銑大軸承孔至尺寸。工序 7：分別鉆四個 φ10mm 的安裝孔。工序 8：終檢。2)工藝路線方案二工序 1：鑄造。工序 2：分別精車和粗車端蓋配合面及三個螺釘?shù)呐浜厦?，使其粗糙度值分別達到 和 。工序 4：鉆 φ40 的孔，深度為 16mm，擴 φ40 的孔分別至 φ42mm 和 ，深度分別為 16mm 和 14mm，精鉸孔 的孔至 φ47mm，粗糙度值為 。工序 5：分別精銑和粗銑大軸承孔至尺寸。工序 6:分別鉆三個螺釘孔至 φ14mm 和一個 φ16mm 的軸孔。工序 7：分別鉆四個 φ10mm 的安裝孔。蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文）16工序 8：終檢。3)工藝方案的比較與分析上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工外側(cè)三個螺釘孔凸臺面，然后以此為基準加工殼體內(nèi)的三個軸承孔，最后再加工殼體端蓋的配合面。而方案二則與其相反，先加工殼體端蓋的配合面，然后以此為基準加工外側(cè)三個螺釘孔凸臺面，這時的位置精度容易保證，并且定位及裝夾都較方便。因此，最后的加工路線方案確定為方案一。 工序 1：鑄造。 工序 2：分別精車和粗車端蓋配合面及三個螺釘?shù)呐浜厦?，使其粗糙度值分別達到 和 。以端蓋外側(cè)的三個鑄造凸臺為粗基準，選用 CA6140 車床加工配合面及其三個螺釘?shù)呐浜厦?。以便作為后續(xù)工序的精基準基面。工序 3：分別粗銑和精銑三個外側(cè)凸臺面，使其粗糙度值達到 。以精基準基面作為定位基面，采用 XA5032 立式銑床和專用夾具體對凸臺面進行加工，用于確保凸臺相對與基面的平行度。工序 4：鉆 φ40 的孔，深度為 16mm，擴 φ40 的孔分別至 φ42mm 和 ，深度分別為 16mm 和 14mm，精鉸孔 的孔至 φ47mm，粗糙度值為 。選用 Z535 立式鉆床和專用夾具加工，加工時要保證軸承孔相對與基準面的平行度、垂直度和加工精度并倒角。工序 5：分別精銑和粗銑大軸承孔至尺寸。選用 XA5032 立式銑床和專用夾具。工序 6:分別鉆三個螺釘孔至 φ14mm 和一個 φ16mm 的軸孔。選用搖臂鉆床和專用夾具，保證三個螺釘孔相對于精基準基面的垂直度。工序 7：分別鉆四個 φ10mm 的安裝孔。選用搖臂鉆床和專用夾具。工序 8：終檢。 以上工藝過程詳見機械加工工藝過程卡片和夾具設(shè)計圖。 確定切削用量及基本工時工序 1：鑄造工序 2：分別粗精車殼體端蓋配合面及三個螺釘孔配合面工序 3：分別粗銑和精銑三個外側(cè)凸臺面a) 粗銑三個外側(cè)凸臺面加工材料——HT2040,σ b =220HBS,鑄件。機床——XA5032 型立銑。1 選擇刀具1)根據(jù)《切削用量簡明手冊》表 ，選擇 YG6 硬質(zhì)合金刀片，頂齒數(shù) Z=12 銑刀參數(shù) r0=120，a