【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ：a）卷制；b）掛鉤的制作或端面圈的精加工；c）熱處理；d）工藝試驗(yàn)及強(qiáng)壓處理。對(duì)于重要的壓縮彈簧，為了保證兩端的承壓面與其軸線垂直，應(yīng)將端面圈在專用的磨床上磨平；對(duì)于拉伸及扭轉(zhuǎn)彈簧，為了便于聯(lián)接、固著及加載，兩端應(yīng)制有掛鉤或桿臂。彈簧在完成上述工序后，均應(yīng)進(jìn)行熱處理。冷卷后的彈簧只作回火處理，以消除卷制時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。熱卷的須經(jīng)淬火及中溫回火處理。熱處理后的彈簧，表面不應(yīng)出現(xiàn)顯著的脫碳層。此外，彈簧還須進(jìn)行工藝試驗(yàn)和根據(jù)彈簧的技術(shù)條件的規(guī)定進(jìn)行精度、沖擊、疲勞等試驗(yàn)，以檢驗(yàn)彈簧是否符合技術(shù)要求。要特別指出的是，彈簧的持久強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度，在很大程度上取決于彈簧絲的表面狀況，所以彈簧絲表面必須光潔，沒有裂紋和傷痕等缺陷。表面脫碳會(huì)嚴(yán)重影響材料的持久強(qiáng)度和抗沖擊性能。為了提高承載能力，還可在彈簧制成后進(jìn)行強(qiáng)壓處理或噴丸處理。強(qiáng)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(yīng)力區(qū)產(chǎn)生塑性變形和有益的與工作應(yīng)力反向的殘余應(yīng)力，使彈簧在工作時(shí)的最大應(yīng)力下降，從而提高彈簧的承載能力。但由于長(zhǎng)期振動(dòng)、高溫或腐蝕性介質(zhì)中的彈簧，不宜進(jìn)行強(qiáng)壓處理。圖6 承載件結(jié)構(gòu)示意圖彈簧的材料及許用應(yīng)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，同時(shí)應(yīng)具有足夠的韌性和塑性，以及良好的可熱處理性。在這次設(shè)計(jì)中，我們所采用的是碳素彈簧鋼絲，它的強(qiáng)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(qiáng)度極限。圖7 碳素彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度極限在圖7中要注意以下幾點(diǎn)：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(chǎng)合；Ⅲ類N103。 2）碳素彈簧鋼絲按機(jī)械性能不同分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ四組，Ⅰ組強(qiáng)度最高，依次為Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ組。 3）彈簧的工作極限應(yīng)力：Ⅰ類≤[τ]；Ⅱ類≤[τ]；Ⅲ類≤[τ]。 4）軋制鋼材的機(jī)械性能與鋼絲相同。 5）～4mm直徑有效，4mm取下限。彈簧的參數(shù)許用扭應(yīng)力[τT]：Ⅰ類彈簧 ⅡⅢ類彈簧 許用彎曲應(yīng)力[σb]/MPa ：Ⅰ類彈簧 Ⅱ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(qiáng)度高，性能好，適于做小彈簧。（二）杠桿杠桿平衡：杠桿靜止不動(dòng)或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)都叫做杠桿平衡，注意我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室所做的杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)，是在杠桿水平位置平衡進(jìn)行的，但在實(shí)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?yàn)楦軛U作用受到幾個(gè)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(dá)式：動(dòng)力動(dòng)力臂=阻力阻力臂即：動(dòng)力/阻力=阻力臂/動(dòng)力臂，公式表示為：F1L1=F2L2 即：F1/F2=L2/L1注意：①?gòu)母軛U的平衡可知，力和力臂的大小成反比，即力臂越長(zhǎng)，力就越小。②計(jì)算時(shí)，單位要統(tǒng)一，即動(dòng)力和阻力的單位要統(tǒng)一，動(dòng)力臂和阻力臂的單位要統(tǒng)一。杠桿的分類（三種杠桿）1）動(dòng)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(dòng)力臂小于阻力臂的杠桿，即費(fèi)力杠桿。如：縫紉機(jī)腳踏板，理發(fā)剪刀。3）動(dòng)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(fèi)距離；費(fèi)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(fèi)力，要通過動(dòng)力臂與阻力臂的大小相比較來確定。為了比較動(dòng)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(diǎn)、動(dòng)力、阻力、動(dòng)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(jié)構(gòu)示意圖如圖8：圖8 杠桿結(jié)構(gòu)示意圖試驗(yàn)盤安裝在載物盤上由主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，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(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于防止下試件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將磨屑和潤(rùn)滑劑甩到試驗(yàn)機(jī)上。上試件為球體，可直接選用不同材料的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)示意圖（一）設(shè)計(jì)原理在確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，不僅要考慮滿足強(qiáng)度和剛度的要求，而且還應(yīng)保證軸上所有零件準(zhǔn)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(dāng)軸的支點(diǎn)跨距未確定時(shí)，軸上各截面承受的彎矩是未知的，所以軸的設(shè)計(jì)應(yīng)分兩步進(jìn)行。先初定一個(gè)軸徑，通過畫草圖設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)，待定出跨距后再根據(jù)彎矩和轉(zhuǎn)矩校核軸的強(qiáng)度。軸徑可按下式初定：d≥，㎜式中，——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa，查表得=25?45MPa，它是考慮了彎矩影響而降低了的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。P ——軸上傳遞功率，KW；n ——軸的轉(zhuǎn)速，r/min。（1）軸的徑向尺寸設(shè)計(jì)當(dāng)軸徑的變化僅僅是為裝拆方便或區(qū)別加工表面時(shí)，相鄰直徑的變化應(yīng)小，以減少切削加工量和材料消耗，并可減少應(yīng)力集中，一般取軸徑差為1?3㎜；當(dāng)軸徑的變化是為了軸上零件的軸向固定或同時(shí)承受軸向載荷時(shí)，軸徑的變化應(yīng)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(shè)計(jì)軸的軸向尺寸設(shè)計(jì)的目的是確定出階梯軸各個(gè)變斷面的位置。當(dāng)軸的變斷面是為了得到軸上零件的軸向定位面時(shí)，變斷面的位置應(yīng)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(shí)，軸徑變化的端面與軸套或輪轂端面間應(yīng)留有一小段距離，以保證零件可靠的定位。當(dāng)軸上傳動(dòng)零件利用平鍵作周向固定時(shí)，通常取鍵長(zhǎng)較輪轂短5?10㎜。鍵端距輪轂裝入側(cè)的軸端應(yīng)近些，以便于裝配時(shí)對(duì)中，一般取2?5㎜。當(dāng)一根軸上兩處有鍵時(shí)，布置方位應(yīng)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(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸上零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn)的要求者外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)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(shí)軸上零件沿軸向竄動(dòng)。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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。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(shè)計(jì)準(zhǔn)則軸在彎矩或扭矩作用下產(chǎn)生的應(yīng)力一般為變應(yīng)力，因此軸的主要失效形式是疲勞斷裂。設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。對(duì)于瞬時(shí)過載很大，應(yīng)力性質(zhì)較接近于靜應(yīng)力的軸，可能產(chǎn)生塑性變形，還應(yīng)按最大載荷進(jìn)行軸的靜強(qiáng)度校核。對(duì)于有剛度要求的軸（如機(jī)床主軸、跨度大的蝸桿軸等），應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算。對(duì)高轉(zhuǎn)速軸（如汽輪機(jī)軸）或載荷作周期性變化的軸，為防止共振，還要進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算。軸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列幾方面的要求：合理的結(jié)構(gòu)、足夠的強(qiáng)度、必要的剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性及良好的工藝性等。一般而言，軸的設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。（四）軸的計(jì)算軸的直徑的計(jì)算材料：45鋼正火硬度：170?217HBS采用計(jì)算法：，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件粗估軸徑由公式，得出d≥=≈㎜（圓整，取=12㎜） 又∵軸上有一個(gè)鍵槽 ∴d=（1+7%）=12=㎜（圓整,取d=13㎜） 為了方便與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接以及使聯(lián)軸器簡(jiǎn)單化,我們?nèi)=27㎜。其中P為傳遞的功率，不是電動(dòng)機(jī)的功率，n為軸的轉(zhuǎn)速（r/min），d為軸的最小直徑（㎜），由于軸即承受彎矩，又承受轉(zhuǎn)矩，取最小值25mpa，以補(bǔ)償彎矩對(duì)軸的影響。以上所設(shè)計(jì)的軸的尺寸主要考慮的是與實(shí)際零件的配合。如圖10：圖10 軸軸的強(qiáng)度校核圖11 軸的受力簡(jiǎn)圖①軸的受力簡(jiǎn)圖如圖11 b）所示。②求支承反力。Z面支承反力：上式中： （查《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》）根據(jù)平衡原理,可以得出下式: Ⅰ Ⅱ又∵（平衡原理）∴即將已知條件代入Ⅰ、Ⅱ式，可以得出：∴ ③畫出軸的彎矩圖，合成彎矩圖及轉(zhuǎn)矩圖（該軸單向工作，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力考慮，取α=）④指出危險(xiǎn)剖面的位置如圖11中，均為有應(yīng)力集中的剖面，均有可能是危險(xiǎn)截面。由圖11e）可知B點(diǎn)處為危險(xiǎn)截面。⑤按彎扭合成應(yīng)力校核軸的剛度前已選定軸的材料為45鋼，正火處理，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表151得=255MPa，因此，故安全。（五）提高軸的強(qiáng)度的常用措施軸和軸上零件的結(jié)構(gòu)、工藝以及軸上零件的安裝布置等對(duì)軸的強(qiáng)度有很大的影響，所以應(yīng)在這些方面進(jìn)行充分考慮，以利提高軸的承載能力，減小軸的尺寸和機(jī)器