【正文】 受載情況，軸上零件的布置和固定方式，軸承的類(lèi)型和尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝及安裝、運(yùn)輸?shù)葪l件。軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)是盡量減少應(yīng)力集中，受力合理，有良好工藝性，并使軸上零件定位可靠，裝拆方便。對(duì)于要求剛度打的軸，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)上考慮減少軸的變形。 由于影響軸的結(jié)構(gòu)因素很多，故軸不可能有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式，必須根據(jù)情況具體分 析比較，確定方案 [9]。 軸上零件的固定 ， 零件與軸的固定或聯(lián)接方式，隨零件的作用而異。一般情況下，為了保證零件在軸上具有固定的工作位置，需從軸向和周向加以固定 。 采用合理結(jié)構(gòu)措施提高軸的疲勞強(qiáng)度 ， 軸的破壞多少屬于疲勞破壞。在軸的截面變化處（如軸肩、鍵槽、環(huán)槽等），會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，軸的疲勞破壞往往在此產(chǎn)生。因此在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)力要降低集中。提高軸的表面質(zhì)量也是 提高軸的疲勞強(qiáng)度的有力措施，因?yàn)檩S的表面工作應(yīng)力最大。在結(jié)構(gòu)上為了保證軸的疲勞強(qiáng)度，軸肩出的過(guò)渡圓角半徑不應(yīng)過(guò)小。 提高軸的表面質(zhì)量包括降低軸的表面粗 糙度，對(duì)軸表面進(jìn)行處理，如熱處理，機(jī)械處理和化學(xué)處理等，都能達(dá)到提高軸的疲勞強(qiáng)度的目的。 由電機(jī)選型得知： 電機(jī)為 Y132M16，額定功率為 4KW， 電機(jī)輸出軸的直徑為 38mm,饒性 聯(lián)軸器的效率為 （機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得） ，在經(jīng)過(guò)軸的 聯(lián)接后其轉(zhuǎn)速約為960r/min。 電機(jī)軸的直徑為 mm38? 。 初步估計(jì)軸的最小直徑 [9] 按扭矩初步估算軸頸 a、 估算軸徑 選擇軸的材料為 45 鋼，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理 ，由表 查得材料的機(jī)械性能數(shù)據(jù)為 [9]： MPaEMPaMPaMPaMPasb511155270360650???????????? 根據(jù)表 公式初步計(jì)算軸徑，由于材料為 45 鋼，由表 選取 118?A ，則得 mmnPAd 33m in ??? （ 38） 考慮到 軸做高速運(yùn)動(dòng) ， 且載荷 激振力 受力較大，故依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 ,取軸的大端直徑為 50mm。 b、選擇 聯(lián)軸器 考慮動(dòng)載荷及過(guò)載 ，取聯(lián)軸器工作情況系數(shù) K=（根據(jù)聯(lián)軸器選?。?，則聯(lián)軸器技術(shù)轉(zhuǎn)矩 [9]： 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 mNmmNKTT e ????????? 4 根據(jù)工作要求選擇 開(kāi)式 輪胎聯(lián)軸器，由軸徑 d=50mm 和 eT 選取聯(lián)軸器的型號(hào)為：UL8， 其允許最大轉(zhuǎn)矩 mNTe ?? 。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 要確定軸的具體結(jié)構(gòu)，必須充分考慮所有安裝在軸上零件的結(jié)構(gòu)尺寸。根據(jù) 軸 承的受力 情況 ，選取調(diào)心滾子軸承， 該系列軸承的 滾道 呈 球面形，能適應(yīng)兩滾道軸心線(xiàn)間的角偏差及角運(yùn)動(dòng)的軸承 。 初選軸承為 53613， 其寬度 mmB 48? 。 根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，為了便于軸承的裝配 ， 取軸承處的直徑為 mmd 651 ? ， 查軸承的技術(shù)參數(shù)得在此處的軸長(zhǎng)為 ： mm46 ， 裝套筒的軸徑為 mmd 601 ? ， 此處的長(zhǎng)度為 mm45 。 依次類(lèi)推，當(dāng)軸上所有零件尺寸確定后，軸的結(jié)構(gòu)也就基本確定了。圖 為軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 圖 軸簡(jiǎn)圖 軸承的選用和設(shè)計(jì) 軸承的選擇，選擇軸承時(shí)，首先是選擇軸承的類(lèi)型。根據(jù) 工況要求選用調(diào)心滾子軸承，該類(lèi)軸承在球面滾道外圈與雙滾道內(nèi)圈之間裝有球面滾子，按內(nèi)部結(jié)構(gòu)的 不同，分為 R、 RH、 RHA 和 SR 四種型式。由于外圈滾道的圓弧中心與軸承中心一致，具有調(diào)心性能，因此可自動(dòng)調(diào)整因軸或外殼的撓曲或不同心引起的軸心不正。可承受徑向負(fù)荷與雙向軸向負(fù)荷。特別是徑向負(fù)荷能力大，適用于承受重負(fù)荷與沖擊負(fù)荷。圓錐孔軸承通過(guò)使用緊固件或退卸套可使于軸上的裝拆．調(diào)心滾子軸承可承受較大的徑向載荷，同時(shí)也能承受一定的軸向載荷。該類(lèi)軸承外圈滾道是球面形，故具有調(diào)心性能，湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 當(dāng)軸受力彎曲或傾斜而使內(nèi)圈中心線(xiàn)與外圈中心線(xiàn)相對(duì)傾斜不超過(guò) 1176?！?176。時(shí)，軸承仍能工作 [9] [19]。 在受力情況下，滾子軸承要 優(yōu)于球軸承，所以選用 調(diào)心 滾子軸承。 根據(jù)振動(dòng)器選擇軸承為大游隙 調(diào)心滾子 軸承，在此只對(duì)軸承進(jìn)行計(jì)算和選擇，對(duì)軸承座等在此不作 詳盡的 設(shè)計(jì) 計(jì)算 。 軸承選擇為調(diào)心滾子軸承 22313[19] 。 其相關(guān)參數(shù)為： （ 1）基本 尺寸 ： 65?d ； 140?D ； 48?B ； ?r （ 2） 安裝尺寸： mmda 77min ? ； mmda 128max ? ； mra ? （ 3） 計(jì)算系數(shù)： ?e ； ?Y ； ?Y ； ?Y （ 4） 額定動(dòng)負(fù)載荷 ： kNCr 188? （ 5） 額定靜載荷 ： kNr 252C0 ? （ 6） 極限轉(zhuǎn)速 ： 油潤(rùn)滑 3200r/min 脂潤(rùn)滑 2400r/min。 彈簧的選用 彈簧是一種彈性元件，它可以在載荷作用下產(chǎn)生較大的彈 性變形。彈簧在各類(lèi)機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛，主要用于： 1）控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，如制動(dòng)器、離合器中的控制彈簧，內(nèi)燃機(jī)氣缸的閥門(mén)彈簧等； 2）減振和緩沖，如汽車(chē)、火車(chē)車(chē)廂下的減振彈簧，以及各種緩沖器用的彈簧等； 3）儲(chǔ)存及輸出能量，如鐘表彈簧、槍閂彈簧； 4）測(cè)量力的大小，如測(cè)力器和彈簧秤中的彈簧等。按照所承受的載荷不同，彈簧可以分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等四種 [9] [17]。 螺旋彈簧是用彈簧絲卷制成的，由于制造簡(jiǎn)便，所以應(yīng)用最廣。在一般機(jī)械中，最為常用的是圓柱螺旋彈簧。所以在此選用圓柱螺旋壓縮彈簧。 根 據(jù)篩箱的設(shè)計(jì)，可以近似的計(jì)算出篩箱的重量約為 參振質(zhì)量 [5]： 654321 MMMMMMM ?????? ， kg； （ 39） 式中， 1M ——篩箱質(zhì)量， kg； 2M ——振動(dòng)器質(zhì)量， kg； 3M ——支撐裝置上彈簧座總質(zhì)量， kg； 4M ——聯(lián)軸器及其罩的質(zhì)量， kg； 5M ——物料質(zhì)量， kg； ?? iw HBLfM ?5 ； wf ——物料結(jié)合系數(shù)，取 ； L ——篩面的長(zhǎng)度， m； ?iH ——各層篩面上料層平均厚度的總和， m； 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 6M ——其它參振質(zhì)量， kg。 經(jīng)計(jì)算得： kgM ? ； kgM ? ； kgM ??? ； kgM ? ； kgM 505 ? 。 kgMMMMMMM 6 0 0654321 ??????? 。 1調(diào)整螺栓 2法蘭 3彈簧座 4=螺旋彈簧 5橡膠座 6橡膠體 7篩箱側(cè)板 8套筒 圖 支撐彈簧簡(jiǎn)圖 振動(dòng)篩上選用的彈簧如圖所示，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮問(wèn)題：支撐彈簧可以用橡膠彈簧或螺旋彈簧。亦可用復(fù)合彈簧，一般在支撐裝置中還設(shè)計(jì)有摩擦阻尼器，但是鑒于橡膠彈簧和復(fù)合彈簧的橡 膠內(nèi)阻較大，對(duì)過(guò)共振區(qū)時(shí)的振幅有一定的限制作用，所以可以不設(shè)計(jì)阻尼器和其他的限制裝置。只需對(duì)圓柱螺旋壓縮彈簧進(jìn)行計(jì)算考慮。 彈簧要求在一般的載荷條件下工作，并要求中徑約為 95mm，外徑約為 110mm，彈簧的伸縮量約為 0～ 7mm，且所加載荷為篩箱質(zhì)量、振動(dòng)器質(zhì)量、物料質(zhì)量。 其中， kgM ? 、 kgM ? 。 由式 （ 32） 知 htFqQ /1 4 ???? 知，計(jì)算得單位時(shí)間處理量為 skg/40 。為盡量簡(jiǎn)化且精確計(jì)算，取 kgM ??? 根據(jù)設(shè)計(jì)的 偏心塊 ， 可以算出激振力 0F 的大小， rmF 20 ?? （ 310） 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 式中， 0F ——激振力， N ； m——偏心塊重量， kg ； r——偏心塊回轉(zhuǎn)半徑， mm 。 代入數(shù)據(jù)得： NrmF 908620 ?? ? ， 且 NF 47601 ? ， NMFFF 1 4 3 4 65102 ???? ；NMFFF 3 8 2 65103 ???? ；且 13 rrA ?? 。取 mmA 4? 。 圖 支撐彈簧受力壓縮簡(jiǎn)圖 由上可以計(jì)算得： NFF 642m a x ??， NFF m in ??， mm5?? 。 彈簧的許用應(yīng)力 彈簧的 許用應(yīng)力 應(yīng)根據(jù) 工作條件料 來(lái) 確定 。 因彈簧在一般的載荷條件下工作，可以按第 Ⅲ 類(lèi)彈簧來(lái)考慮?，F(xiàn)選用硅錳彈簧鋼（ MnSi260 ） Ⅲ 級(jí)。根據(jù)mmDD 16951 1 12 ???? ， 估取彈簧鋼絲直徑為 16mm。 由表 163[14]暫選 許用彎曲應(yīng)力 MPaB 1570?? ，則根據(jù)表 162[14]可知 ： 許用切應(yīng)力 M P aB ][ ???? ?? 。 彈簧絲直徑 根據(jù)強(qiáng)度條件計(jì)算 來(lái)確定 彈簧絲 的 直徑 。 現(xiàn)取旋繞比 C=6，則由 文獻(xiàn) [14]中 式（ 164） 得 ： 14 ???? ??????? CCCK 根據(jù)式 （ 1610） 得 ： mmmmKCFd 628 ][ m a x1 ?????? ? 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 改取 mmd 16? ，查得 [14] B? 不變，故 [? ]不變 。 取 mmD 95? ， ??C ，計(jì)算得 ?K 。 于是 ， mmmmd 628 39。 ?????。 上值與原來(lái)的估計(jì)值相近，取彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)直徑為 mmd 16? ，此時(shí) D=95mm，為標(biāo)準(zhǔn)值，則 mmmmdDD 1 2 01 1 116952 ?????? 。所得尺寸與題中的限制條件相符，合適。 彈簧的圈數(shù) n 根據(jù)剛度條件， 來(lái) 計(jì)算彈簧的圈數(shù) n。 由式 文獻(xiàn) [14]中 （ 169） 得彈簧鋼度 ： mmNmmNFFFFk F /526/5 86m i nm a x12 m i nm a x ???????? ??? 由 文獻(xiàn) [14]中 表 162 ， 取 MPaG 82022? ，則彈簧的圈數(shù) n 為 ： 16820228 3 43 4 ??? ???FkDGdn 取 8?n 圈。此時(shí)彈簧的剛度為 mmNmmNkF /502/ ??? 校核 （ 1）彈簧初拉力 NNNkFF F 0 7 5 8 61m i n0 ?????? ? 初應(yīng)力 39。0? 按 文獻(xiàn) [14]中 式（ 168） ， 得： MP aMP ad DFK 33039。0 ?? ????? ??? 按照 文獻(xiàn) [14]中 圖 169，當(dāng) C= 時(shí)，初 應(yīng)力 39。0? 的推薦值為 65～ 185Mpa，故此初應(yīng)力值合適。 （ 2）極限工作應(yīng)力 lim? 取 B?? ? ，則 ： M P aM P a 7 91 5 7 ???? （ 3）極限工作載荷 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 NNDKdF 3l im3l im ??? ???? ?? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 選定兩端 端部形式 ，并計(jì)算出全部尺寸（從略）。 底座 的設(shè)計(jì) 底座的功用 底座主要用來(lái)支撐整個(gè)機(jī)器，保持整個(gè)機(jī)器工作時(shí)的穩(wěn)定性和平衡性。一般機(jī)器底座的技術(shù)要求都不 是很 高，大多數(shù)尺寸都是自由公差。 ZD1224 型單軸直線(xiàn)振動(dòng)篩用為座式，其用地腳螺釘固結(jié)在混凝土中。 混凝土有良好的抗壓強(qiáng)度、防銹、吸振，它的內(nèi)阻尼是鋼的 15 倍、鑄鐵的 5 倍。 底座 材料的選擇 底座 材料 有 如下 兩種方案 選擇 ： 方案一 、采用 鑄鐵機(jī)架，牌號(hào)為 HT150?；诣T鐵來(lái)源廣，價(jià)格低，它的鑄造性能好，工藝簡(jiǎn)單；鑄造應(yīng)力小，不需人工時(shí)效；有一定的機(jī)械強(qiáng)度及良好的減振性 [910]。 方案二 、 采用焊接機(jī)架，即采用型鋼結(jié)構(gòu)（角鋼和槽鋼焊接而成），焊接機(jī)架 具有強(qiáng)度高、剛度大 等優(yōu)點(diǎn) ，對(duì) 于 同一結(jié)構(gòu) ，其 強(qiáng)度為鑄鐵的 倍 ，而且比鑄件毛坯輕30%，生產(chǎn)周期短、能適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、壁厚可以相差很大，并且可以根據(jù)工況需要不同部位選用；用于小批量的大、中型機(jī)架 [910]。 此振動(dòng)篩為單件小批量生產(chǎn)，如果采用鑄鐵機(jī)架，制作模具較為復(fù)雜，而且設(shè)計(jì)時(shí)較困難 。 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn) ， 采用槽鋼和角鋼焊接機(jī)架，能節(jié)省生產(chǎn)成本。 焊接時(shí)應(yīng)注意 （ 1） 材料的可焊性?？珊感圆畹牟牧蠒?huì)造成焊接困難，使焊縫可靠性降低。一般碳含量 %的碳鋼（如 Q235A， 20 及 25 鋼）和碳含量 %的低合金鋼可焊性良好。 （ 2） 合理布置焊縫 。 1）焊縫應(yīng)位于低應(yīng)力區(qū)，以獲得承載能力大，變形小的構(gòu)建； 2）為減小焊縫應(yīng)力集中和變形，焊縫布置盡量能對(duì)稱(chēng)，最好距中性軸的距離相等； 3）盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，且焊線(xiàn)要短； 4）焊縫不要布置在加工面和需要表面處理的部位上； 5）若條件允許應(yīng)將工作焊縫變成聯(lián)系焊縫； 6）避免焊縫匯交和密集，讓次要焊縫中斷，主要焊縫連接。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 合理選擇截面形狀和合理布肋 ，提高抗振能力； 提高焊接接頭抗疲勞能力和抗脆斷能力。 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)附件。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 第 4章 主要零 部 件的校核 軸 的校核 軸材料為 45 鋼，按 II 類(lèi) 載荷計(jì)算 [20]，其許用彎曲應(yīng)力為 MPaW ?? ， 直線(xiàn)振動(dòng)篩所用的塊偏心振動(dòng)器，有一根通軸，在其上裝有兩組偏心塊，偏心塊的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大的激振力，激發(fā)振動(dòng)篩也使自身振動(dòng)，因此軸承受著偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力 0F及偏心塊產(chǎn)生的慣性力 gF ，軸及偏心塊的自重 G 及 kW ，支撐反力 AR 、 BR ，靜轉(zhuǎn)矩 jM 。當(dāng) 0F 、 G 、 kW 方向一致時(shí)，軸受力最大。受力狀態(tài)如圖 所示。 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 mmNT ????? 91960 109554 61 軸的受力分析，見(jiàn)圖 所示。 圖 軸的受力分析 圖中 mmL 500 ? mmL 881 ? ； mmL 6272 ? kNNGWFFF z ?????? ； 則： kNFFRR BA ???? 求彎矩和扭矩圖 （ 1） 最大 彎矩： mNLFM ??? ，彎矩圖見(jiàn)圖 所示。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 圖 彎矩圖 （ 2）扭矩 mNmmNTT ???????? 109554 61 ，扭矩圖見(jiàn)圖 所示。 圖 扭矩圖 軸的剛度校核 （ 1） 危險(xiǎn)截面 的確定 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖、扭矩圖，截面 E 處的彎矩較大，且有軸承配合引起的應(yīng)力集中， 軸上軸承 截面處的彎 矩也較大，直徑較小，又有圓角引起的應(yīng)力集中 ，故對(duì)此處的軸截面進(jìn)行校核。 （ 2） 危險(xiǎn)斷面的當(dāng)量彎矩 tM ： 22 )( TMM t ??? （ 41） 式中， M ——彎矩， mN? 。 11LFM? （ 1L 為 危險(xiǎn)斷面到 1F 點(diǎn)的距離， m； ? 為 根據(jù)扭矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)；對(duì)不變扭矩取 ?? ） ； T ——扭矩， mN? ； 由式 （ 41） 得 ： ? ? 2 2 6)( 2222 ?????? TMM t ? mN? （ 3） 危險(xiǎn)斷面的應(yīng)力 應(yīng)滿(mǎn)足： ? ?Wtw ZM ?? ?? （ 42） 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 式中 ， w? ——彎曲應(yīng)力， Pa ； 323dZ ?? ——截面模數(shù)， 3m 。 5333 )1065( ?? ?????? dZ ? 3m ? ? MP aMP aZM Wtw 5 ??????? ? ?? ， 故軸能滿(mǎn)足要求。 調(diào)心滾子軸承 的校核 根據(jù)振動(dòng)器 結(jié)構(gòu)，初步 選擇軸承為大游隙調(diào) 心滾子軸承 22313[19]。 計(jì)算系數(shù)： ?e ； ?Y ； ?Y ； ?Y 額定動(dòng)負(fù)載荷 kNCr 188? 額定靜載荷 kNr 252C0 ? 極限轉(zhuǎn)速 油潤(rùn)滑 3200r/min 脂潤(rùn)滑 2400r/min。 （ 1） 滾動(dòng)軸承 受 力 分布 圖 軸 上力的布置簡(jiǎn)圖 在軸 的 校核時(shí)已經(jīng)計(jì)算出了軸承上所 受 載荷 為： NrWF k 9 0 8 920 ?? ? ； NG 441? ； NWk 92? 圖 中，力 G 及 kW 與 0F 相比很小，為簡(jiǎn)化計(jì)算略去不計(jì)；力 gF 與 0F 方向相反，略去 gF 使之偏于安全。這樣軸承上的軸向力 為零，徑向力為： NrWFRRR kBA 908920 ????? ? 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 （ 2） 計(jì)算滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷 P [19] 因在此軸的受力中，其軸向載荷 aF 極其的小，在此可 取 NFa 100? 。 查最新軸承手冊(cè) [19] 可知： 當(dāng) 可知： eRF Aa ?/ 時(shí)， aAr FYRP 1?? ； （ 43） eRF Aa ?/ 時(shí)， aAr FYRP ?? （ 44） 由軸承的選用可 取 ?Pf ； ?e ； ?Y ； ?Y ； ?Y （ Pf 載荷系數(shù)； e 判斷系數(shù)； X 徑向動(dòng)載荷系數(shù)； Y