【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （45）考慮軸上鍵槽的削弱，軸徑需加大，取.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段長(zhǎng)和直徑擬定軸上的零件裝配方案，軸上的大部分零件包括齒輪，套筒，軸承和軸承端蓋及聯(lián)軸器幾大部分。（1）由計(jì)算可的軸的最小直徑為30mm,故軸段I的直徑為?？紤]到軸承的寬度及軸承軸向定位等，故取軸段I的長(zhǎng)度。（2）軸段II采用鍵定位，其尺寸為，由于軸段II僅僅是用鍵來(lái)定位的，所以軸段II的長(zhǎng)度與鍵的寬度和高度有關(guān)，考慮到齒輪輪轂的寬度及軸向定位要求等。（3）取安裝軸承處的軸段III的直徑，考慮到定位要求，故軸段III的長(zhǎng)度為。（4）軸段IV的左端是由推力球軸承51405固定，為了是軸的受力均勻和穩(wěn)定，故設(shè)計(jì)軸段IV并用支承環(huán)進(jìn)行固定，通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三卷，根據(jù)選定的推力球軸承的支承環(huán)的高度為9mm，并且選定軸IV的直徑，為了使軸承緊密的固定在軸上，軸段IV的長(zhǎng)度選為。（5）軸段V用螺母將中間軸固定在中間板上，螺母與中間板中間用墊片隔開(kāi)，起到密封固定的作用，通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，墊片的厚為2mm（GB97－96），故軸段V的直徑。軸上零件的周向定位齒輪和軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按查得平鍵截面（GB/T1095－1979），鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪廓與軸的配合為H7/p6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。確定軸上圓角和倒角尺寸參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取軸端倒角為245176。，各軸肩處的圓角半徑為R＝1mm。 求軸上的載荷，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得， （46）（1）計(jì)算外力取三維坐標(biāo)系oxyz，將嚙合力分解為水平方向的徑向力和豎直方向的切向力：分別平行y軸和z軸，再將兩個(gè)切向力分別向齒輪中心平移，在平移的同時(shí)必須加以附加力偶：由 （47） （48） （49） （50）切向力和徑向力由圖中可知（2）作內(nèi)力圖確定危險(xiǎn)切面，根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果分別作出水平平面內(nèi)和豎直平面內(nèi)的彎矩圖和扭矩圖，為此先算出A,B兩點(diǎn)的支反力：在坐標(biāo)系oxz平面內(nèi) （51） （52）在坐標(biāo)系oxy平面內(nèi)可以確定軸承的支撐點(diǎn)跨距。水平面彎矩： （53）垂直面彎矩： （54） 畫(huà)彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖總彎矩： （55）扭矩： T=18225N?mm從圖中可知，截面E為危險(xiǎn)截面，在截面E上，扭矩T和合成彎矩M分別為：T＝18225N?mmM＝86145N?mmFigure Analysis of load working shaft 校核軸的疲勞強(qiáng)度在上面的分析中已判定E截面為危險(xiǎn)截面，所以現(xiàn)在校核C面左右兩側(cè)即可，其他截面均無(wú)需校核。截面C右側(cè)面校核，抗彎截面系數(shù)W為W===2700mm3抗扭截面系數(shù)WT為 WT===5400mm3彎矩M及彎曲應(yīng)力為M=86145=== （58） 扭矩T3及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為 T3 ＝?mm== = （59）軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理， =640MPa,=275MPa,=155MPa。過(guò)盈配合處的值，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》[3]用插入法求出，并取，于是得=, == （60）軸按磨削加工，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[3]得表面質(zhì)量系數(shù)為==故得綜合系數(shù)為：K=1=+ = （61）K=+1=+ =計(jì)算安全系數(shù)： S== = （62） S== =Sca== =S= （63） 故安全。 截面D左側(cè)面校核：抗彎截面系數(shù)W為：W===2700mm3抗扭截面系數(shù)WT為：WT===3125mm3彎矩M及彎曲應(yīng)力為: M=35939 扭矩T3及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：T3= === （64）根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》[2]用插入法求得軸上鍵槽處的有效應(yīng)力集中系數(shù)：, 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[2]得尺寸系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[2] 得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)軸按磨削加工，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[3]得表面質(zhì)量系數(shù)為==軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則按《機(jī)械設(shè)計(jì)》[2] ，得綜合系數(shù)值為：K=1=0+= （65）K=+1=+= （66）計(jì)算安全系數(shù)：S== = S== = Sca===S= 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核由《材料力學(xué)》可知 （67）式中： T ——軸傳遞的轉(zhuǎn)矩Nmm；——軸的抗扭截面模量；P ——軸的傳遞功率KW，n ——軸的轉(zhuǎn)速（r/min）， n =210r/min； τ——軸的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力MPa。將數(shù)值帶入公式得 （68）由《材料力學(xué)》查得：由公式（）得 所以滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件，符合要求疲勞強(qiáng)度校核判斷根據(jù)為S≥[S]。當(dāng)該式不能滿足時(shí)，應(yīng)改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以降低應(yīng)力集中，其主要措施可參見(jiàn)表。亦可采用熱處理，表面強(qiáng)化處理等工藝措施以及加大軸徑，改用較好材料等方法解決。軸的疲勞強(qiáng)度是根據(jù)差事能夠器作用在軸上的最大變載荷進(jìn)行校核計(jì)算。危險(xiǎn)截面安全系數(shù)S的校核計(jì)算公式為： （69）式中：——只考慮彎矩作用時(shí)的安全系數(shù)；——只考慮扭矩作用時(shí)的安全系數(shù)；[S ]——按疲勞強(qiáng)度計(jì)算的許用安全系數(shù) （70） （71）——對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的材料彎曲疲勞極限MPa；——對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限MPa；——彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)的有效應(yīng)力集中系數(shù)；——表面質(zhì)量系數(shù)；——彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)的尺寸影響系數(shù)；——材料拉伸和扭轉(zhuǎn)時(shí)的平均應(yīng)力折算系數(shù)；——彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力MPa；——扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力MPa由《材料力學(xué)》可知，，，計(jì)算 （72）將其代入式()得符合疲勞強(qiáng)度安全系數(shù) 軸的剛度校核 （73）式中： ——扭轉(zhuǎn)角rad；——軸傳遞的扭矩；l ——軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形部分的長(zhǎng)度cm；G ——材料的剪切彈性模量，對(duì)于鋼材，G =In ——軸的斷面機(jī)慣性矩。（1）對(duì)于空心軸： （74）式中 D——軸的外徑cm；d ——軸的內(nèi)徑，實(shí)心軸時(shí)d=0cm；N ——軸傳遞的額定功率KW；N f ——軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）。（2）當(dāng)軸上有鍵槽時(shí)，應(yīng)乘以數(shù)K （75） 式中：h ——鍵槽的深度；n ——系數(shù)。，在同一斷面內(nèi)有兩個(gè)互成90176。的鍵槽時(shí)為1，有兩個(gè)互成180176。有一個(gè)鍵槽n=，h=4 代入數(shù)值：ψ[ψ]=，所以剛度滿足要求故該軸在截面右側(cè)面是安全的，又因?yàn)檩S無(wú)大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性。 蝸輪蝸桿的計(jì)算及校核 由于蝸輪的端面模數(shù)和螺桿的軸向模數(shù)相等，m模數(shù)去標(biāo)準(zhǔn)值首先按照強(qiáng)度要求計(jì)算, （76）利用強(qiáng)度計(jì)算：=，m=，i=50，a=94mm， ,螺輪螺桿的常用材料螺旋線升角：螺桿分度圓直徑：得到： （77） （78） （79）7 軸承選取與壽命計(jì)算 蝸桿有軸向力和徑向力，故擬采用角圓錐滾子軸承，根據(jù)軸直徑20，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得軸承型號(hào)7004C。 初選軸承型號(hào)選用軸承，錐齒輪有軸向力，查標(biāo)準(zhǔn)擬采用角接觸，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得軸承的，C = 42800N。 計(jì)算軸承的徑向載荷.由計(jì)算得知軸承的支反力，故軸承的徑向載荷。 計(jì)算軸承的軸向載荷 角接觸球軸承派生軸向力的計(jì)算Table Calculation of angular contact ball bearing axial force are derived角接觸球軸承7000C（=）70000AC()70000B()由《機(jī)械設(shè)計(jì)》得軸承的內(nèi)部軸向力為：S= （80） 故， 軸承當(dāng)量載荷計(jì)算當(dāng)量載荷P（或）（N）的一般計(jì)算公式 （81）式中： X ——為徑向和軸向載荷系數(shù)；Y ——軸向載荷系數(shù)；——為考慮載荷性質(zhì)引入的載荷系數(shù)。 載荷系數(shù)Table coefficient of load載荷性質(zhì)舉例無(wú)沖擊或細(xì)微沖擊電動(dòng)機(jī) 汽輪機(jī) 通風(fēng)機(jī) 水泵等中等沖擊車(chē)輛 動(dòng)力機(jī)械 起重機(jī) 造紙機(jī) 冶金機(jī)械等強(qiáng)烈沖擊破碎機(jī) 軋鋼機(jī) 鉆探機(jī) 振動(dòng)篩等，按表， 之間，e 之間取值；線性插值得 由此得， 之間線形插值得 （82） ，由教材《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得：X2 =，Y2 =由教材《機(jī)械設(shè)計(jì)》表如上可知：，取 （83） 計(jì)算軸承的基本額定壽命 （84）式中：ε—軸承壽命指數(shù)。軸承壽命足夠大，故初選軸承7004C符合要求，一般傳動(dòng)軸的滾動(dòng)軸承失效形式，主要是疲勞破壞，故應(yīng)進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算。7004C角接觸球軸承校核由前面可知主動(dòng)軸的軸向力Fa=所受徑向力Fr=200/2=100N故軸承壽命合格。8 PLC概述 PLC的定義 可編程控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱PLC，它具備了模擬量控制、過(guò)程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能，所以美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller）,簡(jiǎn)稱PC。但是個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）也簡(jiǎn)稱PC，為了避免混淆，將用于邏輯控制的可編程控制叫做PLC（Programmable Logic Controller）.PLC是一種專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它其實(shí)就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，它以接入式CPU為核心，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都是很容易與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，容易擴(kuò)展其功能的?？删幊炭刂破魇且环N工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用計(jì)算機(jī)。它是為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，工業(yè)環(huán)境一般辦公環(huán)境有較大的區(qū)別。由于PLC的特殊構(gòu)造，使它能在高粉塵、高噪音、強(qiáng)電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。為了能控制機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程，它要能很容易的與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，這些都是個(gè)人計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的。可編程控制器是一種通用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它能控制各種類型的工業(yè)設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程。它的功能能夠很容易地?cái)U(kuò)展，它的程序是可以根據(jù)控制對(duì)象的不同，讓使用者來(lái)編制的。也就是說(shuō)，可編程控制器較其以前的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，如單片機(jī)工業(yè)控制系統(tǒng)，具有更大的靈活性，它可以方便地應(yīng)用在各種場(chǎng)合。 PLC的由來(lái)及發(fā)展1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)可編程序控制器（Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱PLC），在美國(guó)通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線上使用，取得了巨大的成功。20世紀(jì)70