【文章內(nèi)容簡介】 潔，沒有裂紋和傷痕等缺陷。表面脫碳會嚴重影響材料的持久強度和抗沖擊性能。 為了提高承載能力，還可在彈簧制成后進行強壓處理或噴丸處理。強壓處理是使彈簧在超過極限載荷作用下持續(xù) 6? 48h，以便在彈簧絲截面的表層高應力區(qū)產(chǎn)生塑性變形和有益的與工作應力反向的殘余應力，使彈簧在工作時的最大應力下降，從而提高彈簧的承載能力。但由于長期振動、高溫或腐蝕性介質中的彈簧，不宜進行強壓處理。 圖 6 承載件結構示意 圖 彈簧的材料及許用應力 為了使彈簧能夠可靠地工作，彈簧材料必須具有高的彈性極限和疲勞極限， 江蘇技術師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 15 頁 共 37 頁 同時應具有足夠的韌性和塑性，以及良好的可熱處理性。在這次設計中，我們所采用的是碳素彈簧鋼絲，它的強度高，加工性能好，適用于小尺寸彈簧。 圖 7給出了碳素彈簧鋼絲的抗拉強度極限 。 圖 7 碳素彈簧鋼絲的抗拉強度極限 在圖 7中要注意以下幾點： 1） 按受力循環(huán)次數(shù) N 不同，彈簧分為三類：Ⅰ類 N106；Ⅱ類 N=103～ 105以及受沖擊載荷的場合；Ⅲ類 N103。 2） 碳素彈簧鋼絲按機械性能不同分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ a、Ⅲ四 組，Ⅰ組強度最高，依次為Ⅱ、Ⅱ a、Ⅲ組。 3） 彈簧的工作極限應力 lim? ：Ⅰ類≤ [τ ]；Ⅱ類≤ [τ ]；Ⅲ類≤[τ ]。 4） 軋制鋼材的機械性能與鋼絲相同。 5） 碳素鋼絲的切變模量和彈性模量對 ～ 4mm 直徑有效， 4mm 取下限。 彈簧的參數(shù) 許用扭應力 [τ T]：Ⅰ類彈簧 b? Ⅱ類彈簧 b? Ⅲ類彈簧 b? 許用彎曲應力 [σ b]/MPa ： Ⅰ類彈簧 b? 江蘇技術師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 16 頁 共 37 頁 Ⅱ類彈簧 b? 切變模量 G/GPa： ～ 彈性模量 E/GPa： 204～ 202 推薦使用溫度 ℃： 40～ 120 特性及用途 ： 強度高，性能好，適于做小彈簧 。 （ 二 ） 杠桿 杠桿平衡： 杠桿靜止不動或勻速轉動都叫做杠桿平衡，注意我們在實驗室所做的杠桿平衡條件的實驗，是在杠桿水平位置平衡進行的，但在實際生產(chǎn)和生活中，這樣的平衡 是不多的，在許多情況下，杠桿是傾斜靜止，這是因為杠桿作用受到幾個相互平衡力作用。所以說杠桿不論處于怎樣的靜止，都可以理解成平衡狀態(tài)。 杠桿平衡條件表達式：動力動力臂 =阻力阻力臂 即：動力 /阻力 =阻力臂 /動力臂 ， 公式表示為： F1L1=F2L2 即： F1/F2=L2/L1 注意： ①從杠桿的平衡可知，力和力臂的大小成反比，即力臂越長，力就越小。 ②計算時，單位要統(tǒng)一，即動力和阻力的單位要統(tǒng)一，動力臂和阻力臂的單位要統(tǒng)一。 杠桿的分類（三種杠桿） 1） 動力臂大于阻力臂的杠桿作用，即省力杠桿。如：手推車， 瓶蓋起子。 2） 動力臂小于阻力臂的杠桿，即費力杠桿。如：縫紉機腳踏板，理發(fā)剪刀。 3） 動力臂等于阻力臂的杠桿，即等臂杠桿。如：天平 。 注意： ①省力杠桿，省力但費距離；費力但省距離，又省力又省距離的杠桿是沒有的。 ②判定使用杠桿省力還是費力，要通過動力臂與阻力臂的大小相比較來確定。為了比較動力臂和阻力臂的大小，最好畫出杠桿的示意圖，在圖上把杠桿的支點、動力、阻力、動力臂和阻力臂都表示出來，建立直觀的圖象，便于判定。 增大加載力度。由于安裝了壓力傳感器，加載力可更為精確。結構示意圖如 江蘇技術師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 17 頁 共 37 頁 圖 8： 圖 8 杠桿結構 示意圖 試驗機 夾具 部分 試驗盤安裝在載物盤上由主軸帶動旋轉，小球安裝在專用夾具上，專用夾具則安裝在加載軸上。這種設計的優(yōu)點在于防止下試件轉動時將磨屑和潤滑劑甩到試驗機上。上試件為球體，可直接選用不同材料的標準軸承球；下試件為圓盤，可選用不同材料經(jīng)車削加工而成。如圖 9： 圖 9 夾具結構示意圖 江蘇技術師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 18 頁 共 37 頁 零件的設計 軸的設計 （一）設計原理 在確定軸的結構尺寸時，不僅要考慮滿足強度和剛度的要求，而且還應保證軸上 所有零件準確可靠的的固定（周向和軸向），便于裝拆，良好的加工藝性等，一般多做 成階梯軸。 當軸的支點跨距未確定時，軸上各截面承受的彎矩是未知的，所以軸的設計應分兩步進行。先初定一個軸徑，通過畫草圖設計軸的結構，待定出跨距后再根據(jù)彎矩和轉矩校核軸的強度。 軸徑可按下式初定： d≥ ? ?3 T ??， ㎜ 式中， ??T? —— 許用扭轉切應力，單位為 MPa，查表得 ??T? =25? 45MPa，它是考慮了彎矩影響而降低了的許用扭轉切應力。 P —— 軸上傳遞功率， KW； n —— 軸的轉速， r/min。 （ 1）軸的徑向尺寸設計 當 軸徑 的變化僅僅是為裝拆方便或區(qū)別加工表面時，相鄰直徑的變化應小，以減少切削加工量和材料消耗，并可減少應力集中，一般取軸徑差為 1? 3 ㎜ ； 當軸徑的變化是為了軸上零件的軸向固定或同時承受軸向載荷時，軸徑的變化應足夠大，以保證可靠的定位和傳遞軸向載荷，一般取軸徑差為 5? 10 ㎜ 。 （ 2）軸的軸向尺寸 設計 軸的軸向尺寸設計的目的是確定出階梯軸各個變斷面的位置。 當軸的變斷面是為了得到軸上零件的軸向定位面時，變斷面的位置應與輪轂端面平齊；用軸套等零件來傳遞軸向載荷及軸向定位時，軸徑變化的 端面與軸套或輪轂端面間應留有一小段距離，以保證零件可靠的定位。 江蘇技術師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 19 頁 共 37 頁 當軸上傳動零件利用平鍵作周向固定時，通常取鍵長較輪轂短 5? 10㎜。鍵端距輪轂裝入側的軸端應近些，以便于裝配時對中，一般取 2? 5 ㎜。當一根軸上兩處有鍵時，布置方位應一致，以便于軸上鍵槽的加工。 （二）軸上零件的定位 為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉的要求者外，都必須進行軸向和周向定位，以保證其準確的工作位置。 （ 1）零件的軸向定位 軸向定位主要目的是防止工作時軸上零件沿軸向竄動。常用的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等 。 （ 2）零件的周向定位 周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對轉動。常用的周向定位零件有鍵、花鍵、銷、緊定螺釘以及過盈配合等，其中緊定螺釘只用在傳力 不大之處。 （三）軸的失效形式及設計準則 軸在彎矩或扭矩作用下產(chǎn)生的應力一般為變應力，因此軸的主要失效形式是疲勞斷裂。設計時一般應進行疲勞強度校核。 對于瞬時過載很大，應力性質較接近于靜應力的軸，可能產(chǎn)生塑性變形，還應按最大載荷進行軸的靜強度校核。 對于有剛度要求的軸（如機床主軸、跨度大的蝸桿軸等），應進行剛度計算。 對高轉速軸（如汽輪 機軸）或載荷作周期性變化的軸，為防止共振，還要進行振動穩(wěn)定性計算。 軸的設計應滿足下列幾方面的要求：合理的結構、足夠的強度、必要的剛度和振動穩(wěn)定性及良好的工藝性等。一般而言，軸的設計主要包括兩個方面的內(nèi)容：軸的結構設計和軸的強度設計。 （ 四 ） 軸的 計算 軸的直徑的計算 材料： 45 鋼 正火 硬度： 170? 217HBS 采用計算法：設傳遞的功率為 ，按扭轉強度條件粗估軸徑 江蘇技術師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 20 頁 共 37 頁 由公式 ? ?TTT d nPWT ?? ???? 9 5 5 0 0 0 0，得出 d≥ ? ?3 T ??? = 3 ?? ?≈ ㎜ （圓整，取 mind =12㎜ ） 又∵軸上有一個鍵槽 ∴ d= mind （ 1+7%） =12 = ㎜ （圓整 ,取 d=13 ㎜ ） 為了方便與電動機的聯(lián)接以及使聯(lián)軸器簡單化 ,我們?nèi)?d=27 ㎜ 。 其中 P 為傳遞的功率，不是電動機的功率， n 為軸的轉速（ r/min）， d 為軸的最小直徑（㎜），由于軸即承受彎矩，又承受轉矩， ??T? 取最小值 25mpa，以補償彎矩對軸的影響。 以上所設計的軸的尺寸主要考慮的是與實際零件的配合。 如圖 10： 圖 10 軸 軸的強度校核 江蘇技術師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 21 頁 共 37 頁 圖 11 軸的受力簡圖 ①軸的受力簡圖如圖 11 b） 所示。 ②求支承反力 。 Z面支承反力 ： ????? 聯(lián)軸器?TT D 上式中： MNT ?? ?聯(lián)軸器? （查《機械原理與設計》表 ） 根據(jù)平衡原理 ,可以得出下式 : 0??? CBA FFF Ⅰ ? ? 0211 ?????? LLFLF CB Ⅱ 又∵ ?? DA TT （平衡原理） ∴ 3 ?????? ?AAD FdFT 即 NFA ? 將已知條件代入Ⅰ、Ⅱ式，可以得出： NFF CB ?? ? ? 0295050 ?????? CB FF 江蘇技術師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 22 頁 共 37 頁 ∴ NFB ? NFC 558? ③畫出軸的彎矩圖，合成彎矩圖及轉矩圖 MNLFM BB ??????? ? 0 8 8 1 31 ? ?22 TMM ???? （該軸單向工作，轉矩產(chǎn)生的剪切應力按脈動循環(huán)應力考慮，取 α =） ? ? ? ? MNTMM AAA ???????? 222 ? ? ? ? ? MNTMM BBB ???????? 2222 ? ? ? ? ? MNTMM CCC ???????? 2222 ? ? ? ? ? MNTMM DDD ???????? 222 ? ④指出危險剖面的位置 如圖 11中， 均為有應力集中的剖面，均有可能是危險截面。由圖 11 e）可知 B點處為 危險截面。 ⑤按彎扭合成應力校核軸的剛度 333 ????? ddW ? 3mm mmNMNM ????? 4m a x 104 1 mmNMNT ????? 3m a x ? ? ? ? ? ? MP aW TMca 232322 ???????? ?? 前已選定軸的材料為 45 鋼， 正火 處理，