【導讀】堆焊機減速器的承載特性分析及設計

　　

【正文】 蝸桿軸零件裝配示意圖 （ 1）軸段 1 此段安裝滾動軸承和齒 輪。齒輪與軸為無鍵的間隙配合，齒輪靠軸肩作軸向定位。 滾動軸承左端利用端蓋進行軸向定位，右端利用軸套作軸向定位，而軸套則借助于已定位的齒輪左端面起定位作用。這里選用窄系列深溝球軸承 204，其各項技術參數(shù)如下。 尺寸： mm20?d ， mm47?D ， B=14mm， mm1min ?sr 。 安裝尺寸： mm251 ?D ， mm422 ?D ， mm1?gr 。 額定載荷： ?（動）C kN， ?（靜）C kN。 極限轉(zhuǎn)速： 14000lim ?n r/min。 考慮到裝拆方便和其他原因需要，取： mm201 ?d ， 301?l mm。 （ 2）軸段 2 此段安裝齒輪，齒輪左端靠軸套作軸向定位，右端設一軸肩作軸向定位，其尺寸為： ??? hb 。 利用平鍵軸向 定位，平鍵的尺寸： mm22mm7mm8 ????? lhb 。?。簃m202 ?d ， mm302 ?l 。 蝸桿與軸是一個整體，不需定位。 （ 3） 軸段 3 前一段不安裝零件，?。?mm254 ?d ， mm584 ?l 。 后一段安裝滾動軸承，滾動軸承左端利用軸肩進行軸向定位，右端利用端蓋作軸向定位，這里選用輕（ 2）窄系列深溝球軸承 204，技術參數(shù)同上。 配方案 根據(jù)之前的計算結(jié)果，首先進行過橋齒輪軸的結(jié)構(gòu)及尺寸草圖設計，如圖 28 所示。 （ 1）軸段 1 此段與箱壁為過盈配合，其固定軸的作用。右端用軸肩作軸向定位，軸肩高 ，根據(jù)減速器的內(nèi)壁 到電動機齒輪端面的距離，可將軸肩寬度取為 5mm。取軸段 1的尺寸為： mm15mm20 ??? ld 。 （ 2）軸段 2 此段安裝齒輪，與軸為無鍵的間隙配合。 按轉(zhuǎn)矩估算軸的最小直徑，利用式（ 45），由設計手冊取 100?C ，于是： ?d 。 圖 過橋齒輪軸上的零件裝配 因該端面處有螺釘，對軸的消弱較大，為增大強度取 mm18?d 。 齒輪左側(cè)用軸肩軸向定位，右側(cè)用擋圈定位（直徑為 20mm，中間有一個直徑為 的孔，厚度為 ），用 M 46? 的螺釘將其固定于軸端。 主軸在工作中同時承受彎矩和扭矩作用，在前面軸的設計中就是利用彎扭組合第三強度理論來設計軸頸的，故強度校核在此略過。 軸受彎矩作用將產(chǎn)生彎 曲變形（以撓度 y 或偏轉(zhuǎn)角 ? 度量），收扭矩作用將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形（以扭轉(zhuǎn)角 ? 度量）。軸的剛度不足，在工作時將產(chǎn)生過大的變形，影響正常工作。對于一般軸頸，如果偏轉(zhuǎn)角過大，就會使 滑動軸承的工作性能變差，影響正常工作。對于一般軸頸，如果偏轉(zhuǎn)角過大，就會使滑動軸承的工作性能變差，因此，在設計機器使時也常有剛度要求。下面主要進行軸的剛度以及軸承壽命校核。 軸的剛度校核，通常是指計算軸的預定的工作條件下的上述變形量，應使其不大于允許值，才 能達到剛度要求，要求如下。 撓度： ??yy? 。 偏轉(zhuǎn)角： ????? 。 轉(zhuǎn)角： ? ???? 。 式中， ??y ， ??? ， ??? ，分別為軸的許用撓度、許用偏轉(zhuǎn)角和許用扭轉(zhuǎn)角。 由《機械設計手冊》查得： ???y （ ~） tm ，取 ? ? ?y ； 29 ? ? ? ?r a ~?? ，取 ?? ?? ； ??? 在 m/1~ ?? 之間，取?? m/ ??? 。 （ 1）彎曲剛度校核 主軸垂直方向受力如圖 所示。 由前面的計算結(jié)果可知： 490?F N， ?VR N， ?VR N，?rF N， ?F N。 aF 和 F 對彎曲變形的影響較小，故可忽略不計。由之前的強度校核計算知，主軸的危險截面為力 rF 作用處（截面 b 處），因此只校核該面，計算 b 截面 的撓度和 ac 面得轉(zhuǎn) 角。 圖 主軸垂直方向受力示意圖 在 rF 單獨作用下： ? ?EIl blabFr 61 ??工作? ? ?E IlalabFr 62 ??工作? ? ?EI blbFF rb 48 4322 ?? 式中 E —— 材料的彈性模量， MPa， 40Cr 的彈性模量 ??E MPa； I —— 慣性距， 444 mm63585064/6064/ ??? ?? dI 。 則 ? ?? ?? ? 0 5 4241???????????yF b????工作工作 所以 ，該軸滿足彎曲剛度要求。 （ 2）扭轉(zhuǎn)剛度校核 ? ??? ??ptmGIM m a xm a x 180 （ ） 式中 maxtM —— 最大扭矩， N mm， 1 0 2 4 4 4 22m a x ?? TM t N m； G —— 材料的剪切彈性模量， GPa， 80?G GPa； pI —— 極慣性矩，只與截面尺寸有關的幾何量， 4mm ， 32/4p dI ?? 。 對于截面 b ： ? ? m/?? ??? ?? 可見，該軸滿足扭轉(zhuǎn)剛度要求。 30 滾動軸承壽命的校核 動軸承在工作一段時間后，可能出現(xiàn)的失效形式是接觸 表面發(fā)生疲勞點蝕。此現(xiàn)象產(chǎn)生的條件是滾動軸承在運轉(zhuǎn)后，滾動體與內(nèi)外圈滾道接觸處產(chǎn)生變化的接觸應力，應力足夠大的循環(huán)次數(shù)達到一定值。對于 一般在正常工作狀態(tài)下運轉(zhuǎn)的軸承，疲勞點蝕是主要的失效形式，應按此進行壽命計算。其目的是保證選用適當?shù)妮S承在給定的運轉(zhuǎn)條件下能夠?qū)崿F(xiàn)預期的壽命。 （ 1）軸承的受力分析 齒輪軸上的齒輪均為直齒輪，因此軸兩端的軸承只受徑向力。而蝸桿軸與渦輪軸的軸承同時還受到軸向力。 ① 齒輪軸軸承受力分析。由之前的強度校核計算可知軸承的受力為： ）（）（右左NRRFNRRFHVrHVr22222121?????? ② 蝸桿軸軸承的受力分析。按實際的工作載荷計算得軸承的受力為： NF NFrr 3000700??右左 此外，右端軸承還受到軸向力： NFa 1500? ③ 主軸軸承的受力分析。由前面的討論可知軸承的受力為： ）（）（右左NRRFNRRFHVrHVr 4 7 35 3 7 722222121?????? 此外，左端軸承還受軸向力： NFa ? （ 2）軸承的選擇及壽命校核 ①齒輪軸軸承的選擇及壽命的 校核。由于面得計算可知，齒輪軸上僅受徑向力（軸向載荷基本為 0），因此選用深溝球軸承，根據(jù)軸的直徑分別選用輕窄列深溝球軸承 104 與 202 型。 輕（ 1）窄系列深溝球軸承 104 技術參數(shù)如下。 尺寸： mm20?d ， mm42?D ， mm12?B 。 額定載荷： ?（動）C kN， ?（靜）C kN 輕（ 2）窄系列深溝球軸承 202 型技術 參數(shù)如下。 尺寸： mm15?d ， mm35?D ， mm11?B ， ?sr 。 安裝尺寸： mm191 ?D mm312 ?D ， ?gr 。 31 額定載荷： ? ? ?動C Kn, ? ? ?靜C kN。 校核軸承的使 用壽命： ????????? PCnLh 60106 （ ） 式中 n —— 軸承轉(zhuǎn)速， r/min, ?n r/min。 ? —— 壽命指數(shù)，對球軸承 3?? ； C —— 額定動載荷， N； P — — 當量動載荷， N， ? ?YAXRKP p ?? 。 由于軸向力可忽略， eRA ?/ ，查設計手冊，取 0,1 ?? YX ，取 ?pK ，則 ? ?? ? ? ?NP NP ????? ?????右左 ）（ 所以 ? ?? ?601060105666??????????????????????????右右左左PCnLPCnLhh 由參考文獻（ 6）可知，每天 8h工作的機械和不經(jīng)常滿載工作的機械的軸承推薦使用壽命 h1039。L 為 14000~30000h。所以，主軸兩端的軸承滿足使用要求。 軸上受到齒輪和蝸輪的共同作用，因此軸承同時承受徑想載荷與軸向載荷，根據(jù)軸的直徑都選用輕（ 2）窄系列深溝球軸承 204 型。 輕（ 2）窄系列深溝球軸承 204型各項技術參數(shù)如下。 尺寸： 。，， mm1mm14mm47mm20 m i n ???? srBDd 安裝尺寸： 。， mm1mm42mm25 21 ??? grDD 額定載荷： ? ? ?動C KN， ? ? ?靜C KN。 校核左端軸承的使用壽命：由于軸向力可忽略， ??RA/ ，根據(jù)設計手冊，取 1?X ， 0?Y ，同樣由設計手冊中取 ?pK ，則 ? ? 7 0 007 0 ?????P (N) 所以 ? ?6010 56h ???????????? ?左左 PCnL 校核右端軸承的使用壽命： ? ? ，???CA 由設計手冊中取 32 ， eRAe ???? ， ?? YX 由 設 計 手 冊 中 取?K ，則 ? ? ??????P (N) 所以 ? ?6010 46h ???????????? ?右右 pCnL 所以，蝸桿軸兩端的軸承滿足使用要求。 ②主軸承載的選擇及壽命的校核。主軸上同時承受徑向力與軸向力，但軸向力較小，由于軸向力作用于左端軸承，且根據(jù)軸的直徑分別 選用中（ 3）窄系列深溝球軸承 310 與輕（ 2）窄系列深溝球軸承 212型。 （ 2）窄系列深溝球軸承 212 型。 中（ 3）窄系列深溝球軸承 310 和項技術參數(shù)如下。 尺寸： mm50?d ， mm110?D ， mm27?B ， mm2min ?sr 。 安裝尺寸： mm601 ?D ， mm1002 ?D ， mm2?gr 。 額定載荷： ? ? ?動C kN， ? ? ?靜C kN。 輕（ 2）窄系列深溝球軸承 212 型各項技術參數(shù)如下。 尺寸： mm60?d ， mm110?D ， mm22?B ， 。 ?sr 安裝尺寸： mm681 ?D ， mm1022 ?D ， 。?gr 額定載荷： ? ? ?動C kN， ? ? ?靜C kN。 校核左端軸承的使用壽命： ??????????? pCnL 60106h （ ） 式中 n —— 軸承轉(zhuǎn)速， r/min。 ? —— 壽命指 數(shù)，對球軸承 ? =3； C —— 額定動載荷， N； P —— 當量動載荷， N， ? ?YAXRKP ?? p 。 ? ? ，0 4 6 3 ???CA 由 設 計 手 冊 取 ?e ，eRA ??? 3 0 3 7 7/3 9 6 4 9/ ，取 ?X ， ?Y ，同樣由設計 手冊中取?K ，則 ? ? ??????P （ N） 33 所以 ? ?6010 66h ???????????PCnL 校核右端軸承的使用壽命： 由于軸向力可忽略， eRA ?/ ，取 1?X ， 0?Y ， 由設計手冊取 ?K ，則 ? ? 4 7 4 7 ?????P （ N） 所以 ? ?6010 66h ???????????PCnL 所以，主軸兩端的軸承滿足使用要求。