【正文】 其受力分析如下圖所示，圖中 A點距離軸的支撐處為 50mm，支撐的寬度 b=50mm： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 56。 1 、啟動性能 （ 1）由手輪和曲柄的受力平衡式，人的正常扭力取 nF =600（ N），手輪直徑 mm300?? 。 （ 2） 為達到密封要求所需正壓力計算： 應(yīng)急門關(guān)閉時的狀態(tài)如下圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 54 .所選密封橡膠的彈性模量為 2MPa，為達到密封要求，需要將密封材料壓縮 3mm，則壓緊桿所需提供的壓力為： 由公式 FLL EA?? 得， 3L mm?? ， 20L mm? ， 2E MPa? ， 周長 3 .1 4 6 5 0 =2 0 4 1 m mCD?? ? ? 密封條面積 232 0 4 1 1 0 = 2 .0 4 1 1 0Am?? ? ? ??? l lEAF壓 622 10 2. 04 1 10 0. 00 3 ?? ? ? ? ?（ KN） 應(yīng)急門采用四點鎖緊方案，每個壓緊點上所受的平均力： NNFF 153061204141 ???? 壓 在壓緊楔塊處進行受力分析， NFF N o s ??? NFfF Nf 2 3 01 5 3 ????? （ 2） 、計算應(yīng)急門的驅(qū)動性能 根據(jù)對該機構(gòu)進 行 Pro/E 方針演示在機構(gòu)剛開始運動時，由于壓縮量小，所受阻力非常河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 55 小，人通過手輪所能提供的驅(qū)動力足以克服壓緊時所需的阻力，因此，該機構(gòu)啟動性能良好，當機構(gòu)運行到一定角度時，壓縮量逐漸增大，所需克服的阻力也隨之增大，因此需要手輪提供更大的驅(qū)動力才能鎖緊門框，以達到密封要求，根據(jù)機構(gòu)進行的運動仿真，以??? 65A 時開始為啟動時校核驅(qū)動力是否能提供所需壓緊力的位置。 緊急 門 結(jié)構(gòu)計算 （ 1） 緊急門門板設(shè)計 ： 根據(jù)人體結(jié)構(gòu)學(xué)，為了能使人從緊急門中逃生， 門的面積 S≥ ，取門的內(nèi)徑為mmSd 6184 ?? ? （實際尺寸取為 mmd 650? ）。 ③ 軸上零件的周向固定 手輪軸的周向固定采用平鍵連接，按 1d 由表查得平鍵截面 mmmmhb 78 ??? ，鍵 槽用鍵槽銑刀加工，長為 20mm，為了保證手輪與軸配合有良好的對中性，故選擇手輪輪轂與軸的配合為 76Hn 。 第 2 部分為為軸環(huán)，其作用是用于軸與軸承座孔左端的軸向定位，直徑取為2 70d mm? ，長度為 10l mm? 。 第 5 段為齒輪，根據(jù)上面計算得到的齒輪的個幾何尺寸，確定該段的直徑為齒輪齒頂圓直徑 mmd 44? ，長度為齒輪齒寬 mml 40? 。 ( 1 0 .0 7 ) 2 2 .9 1 .0 7 2 4 .4 7d d m m? ? ? ? ? ? 取手輪軸的直徑為： 25d mm? 2） 手輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 由于手輪軸的最小直徑同齒輪的分度圓直徑相差不大，因此將手輪軸同齒輪作為一體的結(jié)構(gòu)，即齒輪軸。查閱資料可得，對于直徑100d mm? 的軸，有一個鍵槽時，軸頸需要增大 5%~7% 。 （ 7） 、 手輪軸的 設(shè)計 1）確定首輪軸的最小直徑 手輪軸上受到的阻力距為： 4 6 9 7 4 0 1 8 7 8 8 0T N m m N m m? ? ? ? 按照剪切強度確定手輪軸的直徑： ][m axm ax ?? ?? tWT 查表得 45 鋼的許用剪切應(yīng)力為： MPa80][ ?? 抗扭截面系數(shù)： 163dWT ?? 計算軸的直徑為： 39。故軸承剖分面處所用的螺栓尺寸同樣選取 12d mm? （ 6） 、手輪尺寸確 定 選用手輪直徑為 300mm?? 人在屈曲狀態(tài)下的輸出力為 F=544? 244N,取人的輸出力為 600N。于是螺栓的危險截面的拉伸強度條件為 :221 []4Fd?????、 選擇螺栓材料為 Q23性能等級為 的螺栓，查表得材料的屈服極限 240s MPa? ? ，選用安全系數(shù)為 ? ，故螺栓材料的許用應(yīng)力為 240[ ] 1 6 01 .5s M P a M P aS?? ? ? ? 計算 螺栓的危險截面的直徑（螺紋小徑）為： 21 4 1 . 3 4 1 . 3 9 9 3 5 . 8 1 0 . 1 4[ ] 1 6 0Fd m m? ? ?? ??? ? ?? 按粗牙普通螺紋標準（ GB/T 196— 2020），選用螺紋公稱直徑 12d mm? （螺紋小徑1 10 .8 63 10 .1 4d m m m m??）。 即門板與支撐之間所用鏈接螺栓所承受的總的最大工作載荷為： 14194FN?總 此載荷位于靠近壓緊楔塊處，主要由靠近楔塊處的兩個螺栓承擔。根據(jù)上面計算的壓緊時支撐處的支反力計算螺栓直徑。 則 KF 1 . 4 4 6 9 8 2 . 8 0 1 . 5 5m = = = 1 . 8 74 0 3 8 0t F a S aFYYb ?? ? ? ? ? ??? 選用齒輪模數(shù)為 m=。查表得 MPaF 380?? 。 則水平方向的摩擦力為： 12( ) c o s 3 . 5 0 . 1 5 ( 1 4 1 9 7 7 0 9 7 ) 0 . 1 5 7 1 3 8 c o s 3 . 5 4 2 6 2 . 8 5fF f N N fN N? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 正壓力水平分量： s i n 3 . 5 7 1 3 8 s i n 3 . 5 4 3 5 . 7 6F N N? ? ? ? ? ?水 平 總的水平方向阻力： 4 2 6 2 . 8 5 4 3 5 . 7 6 4 6 9 8 NffF F F? ? ? ? ?總 水 平 手輪需要施加一個驅(qū)動力來克服水平方向阻力，該力反應(yīng)到齒條上 即為齒條齒形上所受到的切向力 Ft F =4698Nt fF? 總 （ 3） 、計算齒輪模數(shù)： 由齒根彎曲疲勞強度計算齒輪模數(shù)： KFm= t Fa SaFYYb ?? ? ?? 初步選擇齒輪齒數(shù)為 20，齒寬為 系數(shù)選為 1?? ，齒輪載荷系數(shù) K=。鎖緊機構(gòu)主要材料選取 45 鋼M P aM P a sb 3 5 5,6 4 0 ?? ?? 密封材料要求壓縮量為 L? =1mm， 密封材料面積 (1 2 5 0 6 5 0 ) 2 3 0A ? ? ? ? ? 2210m? 所需壓緊力： EA LF L???總 622 10 10 N?? ? ? ? ? 采用雙點鎖緊方案，每個鎖緊點的壓力為 11F 1 4 2 5 0 = 7 1 2 5 N22F ? ? ?總 齒條在壓緊時的受力分析 : 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 47 根據(jù)上圖受力分析圖，列力的平衡方程式： c o s 3 . 5 7 1 2 5 , 7 1 3 8N N N N? ? ? ? 7 1 3 8 0 .1 5 1 0 7 0fF N f N? ? ? ? ? ??? ????? ??? o s 1 0 0502121fFNNNNN 解方程得： 1 1 4 1 9 7 ,NN? 方 向 向 下 。 （ 2） 為達到密封要求所需正壓力計算： 緩沖門要求：密封性中等，可靠性高，開關(guān)方便 ,。 軸上零件的周向固定 手輪，連桿圓盤與軸的周向固定均采用平鍵連接，按 1d 由表查得平鍵截面10 8b h mm mm? ? ?，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 20mm，為了保證手輪與軸配合有良好的對中性，故選擇手輪輪轂與軸的配合為 76Hn ；同樣，連桿圓盤與軸的鏈接，選用平鍵為：1 0 8 3 2b h l m m m m m m? ? ? ? ?連接圓盤與軸的配合選用 76Hk ， 確定軸上倒角尺寸 參照資料，取軸端倒角為 2 45??。 第 2 部分為為軸環(huán)，其作用是用于軸與軸承座 孔左端的軸向定位，直徑取為2 70d mm? ，長度為 20l mm? 。 (1 0. 07 ) 35 .9d d m m? ? ? ? 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 擬定軸的裝配方案 該主艙門的裝配方案在上面已有敘述，現(xiàn)將其裝配圖作出如下： 根據(jù)周向定位的要求確定軸的各段直徑 和長度： 5 軸段處與手輪配合，手輪輪轂長度為 32mm，軸的右端用單螺母進行軸向固定，按該段軸的直徑取為該軸的最小直徑 5 36d mm? （將 mm? 圓整為 5 36d mm? ），手輪與軸配合的長度 32l mm? ，為保證軸端墊片只壓在手輪輪轂上而不壓在軸的端面上，故第 5 段的長度應(yīng)比 l 略短一些，現(xiàn)取 5 30l mm? 。查閱資料可得，對于直徑100d mm? 的軸，有一個鍵槽時，軸頸需要增大 5%~7% 。 （ 8） 、手輪軸的直徑計算 初步確定軸的最小直徑 根據(jù)軸的裝 配方案可知，軸與手輪配合處為軸的最小直徑，根據(jù)軸的剪切強度確定軸的最小直徑： 由上述計算可知，當艙門關(guān)緊時，通過壓緊桿所傳遞的水平方向的總的阻力為： N1 8 7 7 41 6 9 7 ????? 水平總 FFF ff 為了克服此阻力需要在手輪上施加一個 驅(qū)動力矩 ，驅(qū)動力矩的大小為：1 8 7 1 4 8 0 5 9 8 7 2 0T N m m N m m? ? ? ? ? 按照剪切強度確定手輪軸的直徑： ][m axm ax ?? ?? tWT 查表得 45 鋼的許用剪切應(yīng)力為： MPa80][ ?? 抗扭截面系數(shù)： 163dWT ?? 計算軸的直徑為： 39。 軸承剖分面處所用螺栓的直徑計算： 軸承剖分面處四個螺栓所受的拉伸載荷相等，當最大載荷為 =5640FN總 時，由每個螺栓所承受的拉伸力小于門板與支承處所用的螺栓，為了計算和制造加工的方便，此處選用的螺栓尺寸同上面所選用的螺栓尺寸一樣，使用公稱直徑為 10d mm? 。則每個螺栓所承受的工作載荷為： 11= 5 6 4 0 2 8 2 022F F N N? ? ?總 門板與支承處之間的連接屬于一般連接，并且工作載荷穩(wěn)定，查閱資料， 單純受拉伸載荷時，螺栓的殘余預(yù)緊力 1 ( ~ )FF? ，此處，選擇殘余預(yù)緊力： 1 0. 4 0. 4 28 20 11 28F F N N? ? ? ? ? 則螺栓承受的總的拉伸力為： 21 28 20 11 28 49 48F F F N? ? ? ? ? 考慮到螺栓在總拉力 2F 的作用下可能需要補充擰緊，故將總拉力增加 30% 以考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響。 壓緊時支承處的支反力 為： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 42 NNNN 2 8 2 0,5 6 4 0 21 ?? 其中 1N 方向向下， 2N 方向向上。支撐采用剖分式滑動軸承，軸承寬 50b mm? ，軸承與門板之間采用螺栓鏈接，螺栓數(shù)目選用 4 個，軸承剖分面之間的連接也采用螺栓連接，數(shù)目為 4 個。 由銷釘尺寸校核 BC 桿厚度是否滿足擠壓強度： 銷釘與 BC 桿的有效擠壓面積為： 23056 mmhdA ????? 則擠壓應(yīng)力為： M P aM P aAF p 90][ 1871 5 ?????? ? ?? 則 BC 桿厚度滿足擠壓強度。查表 得 45 鋼的 許 用剪切應(yīng)力 ? ? ,80MPa?? 許用擠壓應(yīng)力為 MPap 90][ ?? 。根據(jù)公式可得： M P abaor ?????? ?? 臨界壓力為： NAF or 2 4 8 0 0)0 0 (102 4 8 6 ??????? ? BC 桿的工作安全系數(shù)為： stor nFFn ???? 1318712 4 8 00m a x 滿足工作要求。 根據(jù)公式 ba s?? ??2，計算 45 鋼的 2? 。 BC 桿的最小橫截面積慣性矩： 433 0 812 52020 mmbhI ???? BC 桿的慣性半徑： mmAIi ???? BC 桿的柔度為： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 40 1201 ???? il?? 計算 45 鋼的 1? ，查表可得： 45 鋼： M PaM PaG PaE sp 3 5 0,2 8 0,2 1 0 ??? ?? 。此時， BC 桿所受的最大壓力即為 CD 桿的最大水平阻力。將 BC 桿做成矩形截面，根據(jù)常規(guī)設(shè)計方法， C 點處為與壓緊桿配合，將 BC 桿的尺寸初步定為 mmmmhb 520 ??? ，再按照壓桿穩(wěn)定性和擠壓強度校核該尺寸是否符合動力要求。其抗彎截面模量為 332dW ?? 因為導(dǎo)向座的長度較大， DE可以看做懸臂梁，端部在垂直方向的合力為 NF 2850? 。該 曲柄滑塊機構(gòu)滿足主艙門的運動動力條件，可以作為主艙門的鎖緊機構(gòu)。2F 大于其壓緊時的最大水平方向阻力。1 ???? ?? ? 當 ??? 5ACB 時，圖中機構(gòu)的各幾何尺寸如下： ACB? ABC? A? LAB LBC 5? ? ? 80 120 s in 1 2 0 s in 5s in807 . 5BCABL A C BALA??? ? ?? ? ? 可提供最大驅(qū)動力 : NFF 3 4 5 o s804 5c o s39。 2 、 鎖緊時的動力性能 主艙門在即將鎖緊時的示意圖： 河南理工大學(xué)