【文章內(nèi)容簡介】 針工作長度， bL =15mm。 計算得 ) 1(272 ????j?= 。 十 字軸滾針軸承的 材料 軸承鋼， 許用接觸應(yīng)力 ? ?j? =3000～ 3200MPa。 所以 設(shè)計的滾針軸承符合要求。 初步設(shè)計 傳動軸初選尺寸 第 13 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 根據(jù)萬向傳動軸已知參數(shù)和設(shè)計要求，參考專業(yè)廠的系列產(chǎn)品初步選取傳動軸尺寸（如表 43）。 表 43 傳動軸初選尺寸 傳動軸外徑 傳動軸內(nèi)徑 55mm 50mm 傳動軸 臨界轉(zhuǎn)速 當(dāng)傳動軸的轉(zhuǎn)速 接近于它的彎曲自然振動頻率時，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，撓度急劇增加，致使傳動軸折斷，這個轉(zhuǎn)速即為傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速。 傳 動軸臨界轉(zhuǎn)速 2cccK L dDn ??? ……… …………… ………… (48) 式中： cL —— 傳動軸支撐長度取兩萬向節(jié)中心距， cL =855mm； cD —— 傳動軸 外徑， cD =55mm； cd —— 傳動軸內(nèi)徑， cd =50mm。 計算得2228 ????Kn =安全系數(shù) : maxnnK K? =, maxn 為發(fā)動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 ， K=～ ， ＜ ＜ 。 因此 該傳動軸 可以 滿足要求。 傳動軸 強(qiáng)度校核 傳動軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： ? ???? ??? )(16 44 cc sc dD TD ……………… ………… ………… (49) 式中： sT —— 傳動軸計算轉(zhuǎn)矩， sT = m。 計算得)( 44 ?? ????=,傳動軸 材料為 低碳鋼， 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng) 第 14 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 力為 300MPa。 因此該傳動軸可以滿足要求。 花鍵軸設(shè)計 花鍵軸初選尺寸 根據(jù)萬向傳動軸已知參數(shù)、設(shè)計要求和傳動軸設(shè)計尺寸，參考專業(yè)廠的系列產(chǎn)品初步選取花鍵軸尺寸（如表 43）。 表 43 花鍵軸初選尺寸 花鍵外徑 花鍵內(nèi)徑 花鍵齒數(shù) 工作長度 38mm 33mm 16 75mm 花鍵 齒側(cè)擠壓應(yīng)力 0)2)(4( nLdDdD KThhhhhsy ?? ??? ……… ………… … … ……… (410) 式中： sT —— 傳動軸計算轉(zhuǎn)矩， sT = m； hD —— 花鍵的外徑， hD =38mm； hd —— 花鍵的內(nèi)徑 ， hd =33mm； 0n —— 花鍵的齒數(shù) ， 0n =16； hL —— 花鍵的工作長度， hL =75mm； K? —— 花鍵處轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)， K? =～ ,所以取 K? =。 計算得)2 ()4 (???????y?=。 滑動花鍵 材料為 40Cr， 許用擠壓應(yīng)力為 25～ 50MPa， 因此該 設(shè)計 花鍵 軸可滿足要求。 花鍵軸桿部扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 第 15 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 316 hsh dT?? ?…… … … ……………… ……………… (411) 式中： sT —— 傳動軸計算轉(zhuǎn)矩， sT = m； hd —— 花鍵軸的花鍵內(nèi)徑， hd =33mm。 計算得 316 ???h?=, 花鍵 材料為 40Cr許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 200～300MPa,因此該設(shè)計花鍵軸 符合要求 ??6 。 萬向節(jié)凸緣叉連接螺栓 設(shè)計 剪切應(yīng)力 ? ??? ??nSrTd s ………… ……………………… ……… (413) 式中 ： dr —— 螺栓分布半徑， dr =56mm； n —— 螺栓數(shù)量， n =4； S —— 螺栓截面積 241 dS ?? , d為螺栓螺紋內(nèi)徑 d=11mm； ??? —— 螺栓材料的許用應(yīng)力， 選用材料為 40號調(diào)質(zhì) 鋼， ??? =300MPa。 計算得20 1 5 7 4 3?????=。 因此萬向節(jié)凸緣叉連接螺栓符合要求 。 萬向節(jié) 凸緣叉 叉處斷面校核 （如圖 42） 第 16 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 42 萬向節(jié)叉斷面 圖 彎曲應(yīng)力 WWM彎?? …… ………… ……………………… (414) 式中：RaTM s2?彎； 62bhWW ? ； 其中 R —— 作用力回轉(zhuǎn)半徑， R = 35mm； a —— 作用力臂， a =27mm, b =21mm,h =55mm。 計算得 352 ??彎M= mm 65521??WW= 所以 ?? =, 材料為 40號調(diào)質(zhì)鋼， 彎曲應(yīng)力許用值為 50～ 80MPa ,則 該傳動軸叉符合要求。 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 nWM扭?? …… ……………… ……… ………………… (415) 式中：ReTM 21?扭； 第 17 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 2KhbWn ? ； K 是與 bh 有關(guān)的系數(shù)取 ； e —— 作用力臂， e =30mm。 計算得352 ? ??扭M= mm, ???W = 所以 ?? = , 40號 調(diào)質(zhì)鋼， 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的許用值為 80～ 160MPa ,該傳動軸叉符合要求 ??7 。 第 18 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 5 基于 MATLAB的 傳動軸優(yōu)化設(shè)計 設(shè)計變量 一般說來，設(shè)計變量越少，優(yōu)化就越簡單，所以設(shè)計變量必須審慎選擇，對影響設(shè)計指標(biāo)的所有參數(shù)進(jìn)行分析比較，從中選擇對設(shè)計質(zhì)量確有顯著影響且能獨(dú)立控制的獨(dú)立參數(shù)作為設(shè)計變量。 本設(shè)計對傳動軸優(yōu)化，傳動軸為空心的，因此確定 傳動軸的外徑和內(nèi)徑作為設(shè)計變量。 則設(shè)計變量為： X=[1x 2x ]T =[ cD cd ]T 式中： cD 傳動軸的外徑 cd 傳動軸的內(nèi)徑 目標(biāo)函數(shù) 目標(biāo)函數(shù)是評價設(shè)計方案的好壞和標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)問題和要求的不同提出相應(yīng)的設(shè)計方案以及評價標(biāo)準(zhǔn)。在優(yōu) 化傳動軸時，根據(jù)實際情況，選擇傳動軸的體積 最小作為目標(biāo)函數(shù)，在滿足安全系數(shù)和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的條件下追求體積最小。 則目標(biāo)函數(shù)為： ? ?ccc LdDVxf )(4 22 ??? ?…… …… …… (51) 式中： cL 傳動軸支撐 長度， cL =855mm。 即目標(biāo)函數(shù)為： ? ? )( 2221 xxxf ?? 約束函數(shù) 安全系數(shù)約束條件 所謂臨界轉(zhuǎn)速，即 當(dāng)傳動軸的轉(zhuǎn)速接近于它的彎曲自然 振動頻率時，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，撓度急劇增加，致使傳動軸折斷的轉(zhuǎn)速。 傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速為：2cccK L dDn ??? …………… … ……… (52) 式中： cL —— 傳動軸支撐長度取兩萬向節(jié)中心距， cL =855mm； cD —— 傳動軸 外徑 ， cD =55mm； 第 19 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 cd —— 傳動軸內(nèi)徑 ， cd =50mm。 安全系數(shù) : maxnnK K? =～ 式中： maxn 發(fā)動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速， maxn =6200rpm 因此安全系數(shù)所決定的約束條件為 （ 1） ? ? 02)855(6200 2222181 ?????? xxxg （ 2） ? ? 0)855(6200 2222182 ?????? xxxg 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件 設(shè)計傳動軸要有足夠的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，軸管的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ? 應(yīng)滿足： ? ?ccc sc dD TD ??? ??? )(16 44…… … … …… …………… (53) 式中： sT —— 傳動軸計算轉(zhuǎn)矩， sT = m； ??c? 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， ? ? MPac 300?? 。 因此扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度所決定的約束條件為 ? ? 4241 13 ???? xx xxg 幾何約束 傳動軸的外徑比內(nèi)徑大 3mm，因此幾何約束條件為 ? ? 03 214 ???? xxxg 傳動軸的優(yōu)化設(shè)計模型 綜合上面的分析結(jié)果，得出最后的數(shù)學(xué)模型 。 目標(biāo)函數(shù)： ? ? )( 2221 xxxf ?? 約束函數(shù)： ? ? 02)855(6200 2222181 ?????? xxxg 第 20 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 ? ? 0)855(6200 2222182 ?????? xxxg ? ? 4241 13 ???? xx xxg ? ? 03