【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 計(jì)算是以受拉力為計(jì)算依據(jù)，因?yàn)楫?dāng)齒輪長(zhǎng)期工作后，在受拉力和壓力將先后產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋發(fā)展、速度前者較慢，后者較快，故輪齒疲勞折斷通常是從受拉力開始發(fā)生。為了對(duì)輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行理論分析和計(jì)算 ，必須先確定齒根危險(xiǎn)截面的位置。確定齒根危險(xiǎn)部分的剖面的方法有很多，其中以30度直線與齒根圓角曲線相切，連接兩切點(diǎn)的剖面即為齒根的危險(xiǎn)剖面。下面就是對(duì)乳化液泵齒輪進(jìn)行強(qiáng)度較核。因傳動(dòng)力矩較大，批量較小，故小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241286HB，平均取為260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229286HB，平均取為240HB。（二）.齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 轉(zhuǎn)矩 =齒寬系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表36取= =接觸疲勞強(qiáng)度極限 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖316(b)=710MPa=590MPa查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖318，表34初選接觸強(qiáng)度計(jì)算壽命系數(shù)，最小安全系數(shù)為 ， 初步計(jì)算接觸許用應(yīng)力[] = 因電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)載荷平穩(wěn)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表31得使用系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表31 =動(dòng)載系數(shù) =齒向載荷分布系數(shù) 齒間載荷分配系數(shù) 則 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖311，表32得 ， 取 傳動(dòng)比初步計(jì)算小齒輪直徑d 取初步計(jì)算齒寬b 圓周速度 精度等級(jí)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表35 選7級(jí)精度 初選齒數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表37，取 =61總工作時(shí)間應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 接觸壽命系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖318得 ， 許用接觸應(yīng)力 驗(yàn)算 = 計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無(wú)需調(diào)整，否則調(diào)整后還應(yīng)再進(jìn)行驗(yàn)算。 實(shí)際分度圓直徑d 基圓直徑 （國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定分度圓壓力角的標(biāo)準(zhǔn)值）齒頂高 齒根高 （正常齒標(biāo)準(zhǔn)）齒頂圓直徑 齒跟圓直徑 中心距 齒寬 齒形系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖314 應(yīng)力修正系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖315 彎曲疲勞極限 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖317得 彎曲最小安全系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表34 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 彎曲壽命系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖319 試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)取許用彎曲應(yīng)力 驗(yàn)算 傳動(dòng)無(wú)嚴(yán)重過(guò)載，故不作靜強(qiáng)度校核。（三）.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可將齒輪與軸做成一體，采用齒輪軸結(jié)構(gòu)。 選擇軸材料為40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其機(jī)械性能查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表61得抗拉強(qiáng)度 屈服極限 彎曲持久極限 剪切持久極限 軸的許用彎曲應(yīng)力查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表64得 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表63 C=105 考慮到軸端裝聯(lián)軸器需開鍵槽，將其軸徑增加4%5%，故取軸的直徑45mm.由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》表122，取工作情況系數(shù) 則計(jì)算轉(zhuǎn)矩 聯(lián)軸器的選擇 ：根據(jù)和查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐》表168取HL5彈性柱銷聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩2000； 許用轉(zhuǎn)速3550； 由于選取聯(lián)軸器的內(nèi)徑為50，故取最小軸徑為50。軸承的選擇：查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐》表142選用深溝球軸承 6012 則 軸承各項(xiàng)系數(shù)為鍵的選擇：查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐》表181選用，長(zhǎng)100普通平鍵。要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀，必須先確定軸上零件的拆裝順序和固定方式。由于軸為齒輪軸，齒輪的左端，右端有軸肩，軸承。這樣齒輪軸的機(jī)構(gòu)就確定了。軸承對(duì)稱地安裝與齒輪軸的兩側(cè)，其軸向用軸肩固定，周向采用過(guò)盈配合和軸承蓋固定。由《機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖717。計(jì)算齒輪受力直齒輪螺旋角 齒輪直徑 小輪 小齒輪受力轉(zhuǎn)矩 圓周力 徑向力 軸向力 畫齒輪軸受力圖 計(jì)算支反力水平面反力 垂直面反力 水平面受力圖 垂直面受力圖 畫軸彎矩圖水平面彎矩圖 圖垂直面彎矩圖 圖 合成彎矩圖 合成彎矩畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩圖 許用應(yīng)力許用應(yīng)力值由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表64，查得應(yīng)力校正系數(shù) 畫當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 當(dāng)量彎矩 在小齒輪中間截面處 校核軸徑齒根圓直徑 軸徑 圖1四 連桿尺寸的初步確定（一）連桿各部分的尺寸：查《機(jī)械設(shè)計(jì)大典》曲軸軸拐的直徑 = 取 查《中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典》，取連桿大頭軸瓦外徑壁厚連桿各部分尺寸的確定，查《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》表61，如圖2；連桿大頭直徑 連桿大頭外徑 連桿座螺釘厚度 連桿體螺釘厚度 連桿小頭厚度 連桿大頭厚度 連桿小頭外徑 連桿小頭襯套內(nèi)徑 查《機(jī)械設(shè)計(jì)大典》取小頭襯套外徑連桿小頭直徑 連桿兩螺栓中心距 連桿座螺釘平均直徑 連桿體平均直徑 連桿體厚度 連桿長(zhǎng)度 （二）連桿質(zhì)量的確定：由以上尺寸可得，連桿小頭體積連桿大頭體積螺釘體積連桿體的體積連桿的總體積連桿材料選用45鋼，其密度為連桿的質(zhì)量 圖2五 曲軸的設(shè)計(jì)與校核 在往復(fù)泵中，曲軸是把原動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的重要部件之一。工作時(shí)，它將承受周期性的交變載荷，產(chǎn)生交變的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，因此也是曲軸連桿機(jī)構(gòu)中最重要的受力部件。（一）.曲軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因其支承少，使曲軸和機(jī)體的加工量減少，傳動(dòng)端裝配也簡(jiǎn)單；相反地，因曲柄錯(cuò)角為120度的三拐二支承曲軸不能簡(jiǎn)化為平面曲軸，故受力狀況復(fù)雜，剛度和強(qiáng)度較差，在同等條件下就顯得粗笨。 　 ①.軸端 軸中心線與曲軸旋轉(zhuǎn)中心同心的軸向端部叫軸端。軸的外伸端叫前端。因前端一般均與原動(dòng)機(jī)或泵外減速機(jī)相連，并做為總體扭矩的輸入端，故前端也叫輸入端。相對(duì)的另一端叫后端，也叫尾端。②.軸頸 包括主軸軸頸，曲柄頸。主軸頸系指軸端上安裝主軸承（滾動(dòng)軸承）或曲軸支承在機(jī)體主軸承上的部件。曲柄頸是指曲柄上與連桿大頭連接的部件（也叫連桿軸頸），他與主軸頸不同心。③.曲拐，曲柄，曲柄半徑 曲軸上連接主軸頸和曲柄頸或兩相鄰曲柄銷的部位，叫曲柄。前者又稱為短頸，后者又稱為長(zhǎng)頸。曲柄和曲柄頸的組合體稱為曲拐?？拷鬏S頸的曲拐較短，又叫短拐；連接兩曲柄頸的較長(zhǎng)的，叫長(zhǎng)拐。由主軸頸中心到任意曲柄頸中心的距離稱為曲柄半徑。 曲軸的拐數(shù)和曲柄錯(cuò)角主要取決于泵的形式，聯(lián)數(shù)和作用數(shù)的選擇。曲柄錯(cuò)角選擇還應(yīng)該考慮到有利于流量不均勻（性）度，慣性力和慣性力矩的平衡并有利于兩主軸頸處撓曲變形相接近。因此對(duì)于三聯(lián)單作用泵，不僅取錯(cuò)角為120度，而且若以靠近曲軸輸入端為第一曲柄，并以它為基準(zhǔn)順旋轉(zhuǎn)方向計(jì)算時(shí)，第二曲柄和第一曲柄間錯(cuò)角取240度，第三曲柄與第一曲柄將錯(cuò)角取120度。這樣才有利于主軸頸處的變形相近，特別是軸前端主軸頸外伸部位有附加力矩時(shí)，更是如此。 三拐曲軸大多為兩支承的，支承處安裝主軸承。二支承三拐曲軸的剛度較差，主軸承處的主軸頸變形，傾角較大，故主軸承多采用允許傾角較大的調(diào)心滾子軸承。主軸軸承型號(hào)。 由于制造工藝的原因，短在曲軸的軸頸一般均制成實(shí)心圓柱體。乳化液泵曲軸即采用這種實(shí)心圓柱體形式，因此是鍛件。 往復(fù)泵曲軸常采用的曲柄外形有橢圓形，圓形和矩形三種形式。其中乳化液泵采用圓形，其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于曲軸平衡；加工方便；但材料利用率次于橢圓形曲柄。成形方法：一般為鍛造成形，也有用棒料車削而成的。這種曲軸外形適用于小批量生產(chǎn)各種類型泵，特別是多支承曲軸圓形曲柄可兼作中間支承頸。曲柄設(shè)計(jì)原則總是盡肯能的將曲柄不 影響強(qiáng)度的多余金屬去掉，以減少曲柄重量，減少旋轉(zhuǎn)慣性質(zhì)量。當(dāng)泵工作時(shí)，軸頸與曲柄頸連接處最容易形成應(yīng)力集中，而導(dǎo)致曲軸早期破壞，因此在此處采用圓滑過(guò)渡的圓角以提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。過(guò)渡圓角常見形式有單圓弧過(guò)渡圓角和雙圓弧圓角、內(nèi)凹過(guò)渡圓角。乳化液泵采用最常見的是過(guò)渡圓角，我設(shè)計(jì)采用單圓弧過(guò)渡。這種過(guò)渡圓角的特點(diǎn)是：可減少軸頸與曲軸相連處的應(yīng)力集中，疲勞強(qiáng)度較高，并便于軸頸和圓角部分的加工。其中r=()D式中D為曲柄頸直徑。r1≥t1,t1由具體結(jié)構(gòu)決定，但不應(yīng)小于2mm。過(guò)渡圓角設(shè)計(jì)是應(yīng)注意： ① 圓角半徑越大，應(yīng)力集中就越小，曲軸疲勞強(qiáng)度就越高；但軸頸有有效工作長(zhǎng)度變短且圓角制造質(zhì)量也難保證，因此應(yīng)合理選取。 ② 軸頸圓柱面和過(guò)渡圓角表面應(yīng)為一次磨成，保證銜接處過(guò)渡平滑。對(duì)重要曲軸、圓角表面應(yīng)施以滾壓，以提高疲勞強(qiáng)度的范圍。 ③ 同一曲軸上的圓角，包括軸頸突然變化處的圓角r1應(yīng)盡量取同一圓角半徑，以利于加工。 軸前端一般與皮帶輪、齒輪、聯(lián)軸器等連接，連接必須可靠。軸端見形式是：前端多為圓柱體或圓錐體，后端多為圓柱體。圓柱軸端加工方便，但拆卸較困難。圓柱面配合一般為H7/KH7/js6。軸端有中心孔，一般取GB1451985選取60度中心孔。① 曲軸各部件的尺寸和形狀應(yīng)在保證強(qiáng)度和剛度的條件下確定，不影響強(qiáng)度和剛度的部件只要是制造工藝允許并易于實(shí)現(xiàn)的就應(yīng)當(dāng)去掉，以便于減輕重量。另外工作表面尺寸應(yīng)考慮到相關(guān)文件（軸承內(nèi)孔等）尺寸和尺寸數(shù)列的標(biāo)準(zhǔn)化，最后進(jìn)行圓整；②曲柄、曲軸頸尺寸和形狀、曲柄半徑、曲柄間錯(cuò)角以及曲柄頸軸間距應(yīng)均等，兩主軸頸間距也盡可能小，并盡量使主軸間距小的同時(shí)盡可能（減?。?duì)曲軸幾何中心的不對(duì)稱，以利于泵運(yùn)轉(zhuǎn)是慣性力矩的平衡。③ 曲軸各工作表面過(guò)渡圓角在條件允許下應(yīng)力要求做好表面硬化處理并有足夠的尺寸精度和表面光潔度以減少應(yīng)力集中，提高各工作表面耐 磨性和疲勞強(qiáng)度。④曲軸各部件形狀尺寸選擇還應(yīng)考慮到制造和拆裝維修方便。如下 圖。圖3由于型乳化泵為低速泵，曲軸材料選用45鋼 。曲軸曲拐的直徑查《中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典》 取 ①曲軸個(gè)軸段直徑的確定由d得軸段L的直徑最小，軸段K、A上分別安裝調(diào)心滾子軸承，所以其直徑必須滿足軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)，由《中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典》，其，故取軸段K、A直徑，軸段J、B為軸肩，所以，軸段I、C、E、G為軸柄，軸段D、F、H為軸拐的直徑，它與連桿大頭連接，其直徑應(yīng)當(dāng)有連桿大頭內(nèi)徑來(lái)定，所以確定其內(nèi)徑。②曲軸各軸段長(zhǎng)度的確定軸段L安裝大齒輪，所以其長(zhǎng)度為125mm,軸段A、K安裝調(diào)心滾子軸承，故取該軸段長(zhǎng)度為52mm，所以；為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪端面與箱體內(nèi)壁間就留有一定間距，取間距為10mm，為保證軸承安裝在想體軸承座孔中，并考慮軸承的潤(rùn)滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為2mm，所以軸段B、J長(zhǎng)度為12mm；軸段C、I