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溫 州 大 學(xué) 甌 江 學(xué) 院 WENZHOU UNIVERSITY OUJIANG COLLEGE 本科畢業(yè)設(shè)計 題 目 機器人筑砌磚墻專用泥漿泵設(shè)計 專 業(yè) 機械工程及其自 動化 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 職 稱 溫州大學(xué)甌江學(xué)院教務(wù)部制 摘 要 液壓泵作為液壓系統(tǒng)的動力裝置，越來越受到人們的關(guān)注，因為它的性能 的好壞直接影響整個液壓系統(tǒng)的工作可靠性。被廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、鍛壓、 注塑、船舶、重型等機械設(shè)備中。但在實際生產(chǎn)中還不能解決很好地流量脈動、 剛性和柔性沖擊等問題。平衡式徑向柱塞泵的設(shè)計可以很好地解決流量脈動、 剛性和柔性沖擊等問題。通過設(shè)計使此泵在結(jié)構(gòu)功能上能夠適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)高 要求的專用泥漿泵。 泥漿泵（Mud Pump）也是一種寬泛的泵的一個通俗概念，不同的地域，習(xí)慣， 最終涉及的泵型不會一樣，本詞條所闡述的泥漿泵是多數(shù)意義上的的一種泵型。 事實上，污水泵，渣漿泵等一些非清水泵和泥漿泵在叫法上也有通用的時候。 本設(shè)計是根據(jù)給定設(shè)計參數(shù)完成專用泥漿泵泵結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包括帶輪、泵 的結(jié)構(gòu)設(shè)計。確定出幾何參數(shù)，繪制并檢查投影圖，采對泵進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪 制了裝配圖和部分零件圖，并對軸進行了強度校核計算。 關(guān)鍵詞：泥漿泵，專用泥漿泵，結(jié)構(gòu)設(shè)計 Abstract The hydraulic pump as the power device of hydraulic system, more and more attention, because of its working reliability will directly influence the performance of the whole hydraulic system. Widely used in metallurgy, mining, forging, injection molding, shipbuilding, heavy machinery and other equipment. But in actual production is not properly resolve the flow pulsation, rigid and flexible impact problems. Better solve the problem of flow pulsation, rigid and flexible impact design balanced radial piston pump can. Through the design of the pump 2X-70 rotary vane vacuum pump can meet the high requirements of the modernized industry structure function. Vacuum pump with mechanical, physical, chemical, physical and chemical method for pumping the container, in order to obtain and maintain a vacuum device. Vacuum pumps and other equipment (such as a vacuum container, vacuum valve, vacuum measuring instruments, the connection pipelines) consists of vacuum system, widely used in electronics, metallurgy, chemical industry, food, machinery, pharmaceuticals, aerospace and other departments. The design is based on the rotary vane vacuum pump structure design to complete a given design parameters, including the structure design of belt wheel, pump. To determine the geometric parameters, and check the projection mapping, mining design the structure of the pump, drawing the assembly drawing and parts drawing, and for the strength calculation. Keywords: pump, design, structure IV 目 錄 摘 要 ...................................................................II ABSTRACT ................................................................III 緒 論 ....................................................................1 1.1 泥漿泵簡介 ...........................................................1 1.2 工作原理 .............................................................1 1.3 泥漿泵的性能 .........................................................2 1.4 泥漿泵的分類 .........................................................2 第 2 章 結(jié)構(gòu)與工作原理 .....................................................3 2.1 結(jié)構(gòu) ................................................................3 2.2 工作原理 ............................................................3 第 3 章 泥漿泵總體設(shè)計 .....................................................5 3.1 設(shè)計參數(shù) ............................................................5 3.2 電動機的選擇 ........................................................5 3.3 總體傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計 ....................................................6 第 4 章 泥漿泵主要零部件的設(shè)計 ............................................7 4.1 帶傳動設(shè)計 ..........................................................7 4.2 選擇帶型 .............................................................8 4.3 確定帶輪的基準直徑并驗證帶速 .........................................8 4.4 確定中心距離、帶的基準長度并驗算小輪包角 .............................9 4.5 確定帶的根數(shù) Z ......................................................10 4.6 確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 ................................................10 4.7 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 ........................................................11 4.8 確定帶的張緊裝置 ....................................................13 4.9 計算壓軸力 ..........................................................13 4.10 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 ...................................................21 4.10.1 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算 ............................................24 4.10.2 按剛度條件計算 .................................................25 4.10.3 精確校核軸的疲勞強度 ..........................................25 4.11 軸承選取設(shè)計計算 ..................................................28 4.11.1 軸承的設(shè)計參數(shù) ................................................28 4.11.2 軸承的當(dāng)量動載荷計算 ..........................................28 4.12 鍵的選擇、鍵的校核 .................................................29 第 5 章 典型零件（帶輪）加工工藝設(shè)計 .....................................31 5.1 零件的分析 .........................................................31 5.1.1 零件的作用 .....................................................31 5.1.2 零件的工藝分析 .................................................31 5.2 工藝規(guī)程的設(shè)計 .....................................................32 5.2.1 基準的選擇 .....................................................32 V 5.2.2 制定工藝路線 ....................................................32 5.2.3 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 ..........................32 5.3 確定切削用量及基本工時 .............................................32 第 6 章 泥漿泵的保養(yǎng)與維護 ................................................40 6.1 泥漿泵的保養(yǎng) .......................................................40 6.2 泥漿泵防止過載的方法 ...............................................41 6.3 常見故障及消除方法 .................................................42 總 結(jié) ....................................................................44 參考文獻 .................................................................45 謝 辭 ....................................................................46 1 緒 論 1.1 泥漿泵簡介 泥漿泵，是指在鉆探過程中向鉆孔里輸送泥漿或水等沖洗液的機械。泥漿 泵是鉆探設(shè)備的重要組成部分。 在常用的正循環(huán)鉆探中﹐它是將地表沖洗介質(zhì)──清水﹑泥漿或聚合物沖洗液 在一定的壓力下，經(jīng)過高壓軟管﹑水龍頭及鉆桿柱中心孔直送鉆頭的底端，以達 到冷卻鉆頭、將切削下來的巖屑清除并輸送到地表的目的。 常用的泥漿泵是活塞式或柱塞式的，由動力機帶動泵的曲軸回轉(zhuǎn)，曲軸通 過十字頭再帶動活塞或柱塞在泵缸中做往復(fù)運動。在吸入和排出閥的交替作用 下，實現(xiàn)壓送與循環(huán)沖洗液的目的。 1.2 工作原理 泥漿泵是在鉆探過程中，向鉆孔輸送泥漿或水等沖洗液的機械。泥漿泵 是鉆探機械設(shè)備的重要組成部分。它的主要作用是在鉆進過程中將泥漿隨鉆頭 鉆進注入井下，起著冷卻鉆頭，清洗鉆具、固著井壁、驅(qū)動鉆進，并將打鉆后 巖屑帶回地面的作用。在常用的正循環(huán)鉆探中﹐泥漿泵是將地表沖洗介質(zhì)─清水﹑ 泥漿或聚合物沖洗液在一定的壓力下﹐經(jīng)過高壓軟管﹑水龍頭及鉆桿柱中心孔直送 鉆頭的底端﹐以達到冷卻鉆頭﹑將切削下來的巖屑清除并輸送到地表的目的。常用 的泥漿泵是活塞式或柱塞式的﹐由動力機帶動泵的曲軸回轉(zhuǎn)﹐曲軸通過十字頭再帶 動活塞或柱塞在泵缸中做往復(fù)運動。在吸入和排出閥的交替作用下﹐實現(xiàn)壓送與 循環(huán)沖洗液的目的。 2 1.3 泥漿泵的性能 泥漿泵性能的兩個主要參數(shù)為排量和壓力。排量以每分鐘排出若干升計算﹐ 它與鉆孔直徑及所要求的沖洗液自孔底上返速度有關(guān)﹐即孔徑越大﹐所需排量越大。 要求沖洗液的上返速度能夠把鉆頭切削下來的巖屑﹑巖粉及時沖離孔底﹐并可靠地 攜帶到地表。地質(zhì)巖心鉆探時﹐一般上返速度在 0.4～1 米/分左右。泵的壓力大 小取決于鉆孔的深淺﹐沖洗液所經(jīng)過的通道的阻力以及所輸送沖洗液的性質(zhì)等。 鉆孔越深﹐ 管路阻力越大﹐ 需要的壓力越高。隨著鉆孔直徑﹑深度的變化﹐要求泵的 排量也能隨時加以調(diào)節(jié)。在泵的機構(gòu)中設(shè)有變速箱或以液壓馬達調(diào)節(jié)其速度﹐以 達到改變排量的目的。為了準確掌握泵的壓力和排量的變化﹐泥漿泵上要安裝流 量計和壓力表﹐ 隨時使鉆探人員了解泵的運轉(zhuǎn)情況﹐同時通過壓力變化判別孔內(nèi)狀 況是否正常以預(yù)防發(fā)生孔內(nèi)事故。 1.4 泥漿泵的分類 泥漿泵分單作用及雙作用兩種型式﹐單作用式泥漿泵在活塞往復(fù)運動的一個 循環(huán)中僅完成一次吸排水動作。而雙作用式泥漿泵每往復(fù)一次完成兩次吸排水 動作。若按泥漿泵的缸數(shù)分類﹐有單缸﹑雙缸及三缸 3 種型式。 污水泥漿泵 是單級單吸立式離心泵,主要部件有蝸殼、葉輪、泵座、泵殼、支撐筒、電機座、 電動機等組成。蝸殼、泵座、電機座、葉輪螺母是生鐵鑄造、耐腐蝕性較好,加 工工藝方便。葉輪為三片單園弦彎葉,選用半封閉葉輪,并采用可鍛鑄鐵、所以強 度高,耐腐蝕;加工方便,通過性好,效率高。為了減輕重量和減少車削量、泵軸是 優(yōu)質(zhì)碳素鋼冷拉園鋼制造。泥漿泵座中裝有四只骨架油封和軸套,防止軸磨損,延 長軸的使用壽命。本泥漿泵可垂直或傾斜使用,占地面積小,蝸殼需埋在工作介質(zhì) 中工作,容易啟動,不需引水,旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)從電機尾部看是順時針方向工作?？倷C 長度備有各種規(guī)格,以便使用單位根據(jù)用途因地制宜地選用。 3 第 2 章 結(jié)構(gòu)與工作原理 2.1 結(jié)構(gòu) 泥漿泵由動力段和液力端兩大部分組成。動力端的功能，是將動力機的回 轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊?或柱塞)的直線往復(fù)運動。它包括傳動離合裝置、變速減速 裝置和曲柄連桿。它們的相互位置與安排決定著泵的總體結(jié)構(gòu)型式，決定著泵 的驅(qū)動方案及結(jié)構(gòu)方案的選擇。動力端的主要零部件包括皮帶輪，離合器曲軸 箱體及其中的傳動軸，齒輪副，曲軸，連桿及十字頭滑塊。液力端油泵頭體、 缸套、活塞、活塞桿吸入閥和排出閥等組成，它的作用是通過活塞在缸套中作 往復(fù)運動形成液缸容腔變化，完成能量轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)吸入和排出液體。 此泵曲軸箱由兩極齒輪變速機構(gòu)和曲柄連桿機構(gòu)組成。曲軸箱的輸入軸和 輸出軸通過牙鉗聯(lián)軸器對接傳動。當(dāng)曲軸箱的輸入軸上的雙聯(lián)變速齒輪分別和 曲軸上的對應(yīng)齒輪相嚙合，曲軸可得到快慢兩級轉(zhuǎn)速。加上變速箱的四級變速。 曲軸上總共可獲得 8 級轉(zhuǎn)速，實現(xiàn) 8 級變速。液力端屬于直通式結(jié)構(gòu)，便于制 造，裝配精度高。 2.2 工作原理 對單作用泵來說其工作原理可簡化下圖說明： 圖 2-1 為單缸單作用泵工作原理示意圖。它由濾水器 l、吸入閥 2、泵缸 3(即工作腔室) 、活塞 4、活塞桿 5、十字頭 6、連桿 7、曲柄軸 8、曲柄銷 9、 排出閥 10、排出管道 11 等主要零部件組成。 圖 2-1 工作原理示意圖 1．濾水器 2.吸入閥 3. 泵缸 4.活塞 5.活塞桿 6 .十字頭 7. 連桿 8. 曲柄軸 9. 曲柄 10.排出閥 11.排出管道 通常以十字頭為分界線，靠近泵缸一端稱為泵的液力端，靠近動力輸入一 端稱為泵的動力端。 動力機通過皮帶、皮帶輪、齒輪等傳動件帶動主軸旋輪，曲柄軸 8 以角速 4 度 。隨主軸一起轉(zhuǎn)動，同時曲柄軸一端相連的連桿 7 隨著曲柄軸的轉(zhuǎn)動帶動? 連桿另—端的十字頭 6 作往復(fù)運動，十字頭通過與它相連的活塞桿 5 帶動活塞 4 作往復(fù)運動，從而實現(xiàn)容腔 3 的容積有規(guī)律地變化。 當(dāng)活塞由泵缸的左端位置(左死點)向右方移動時，活塞左端泵缸容積不斷變 化。由于泵缸是密閉容腔，不與外界大氣相通，所以左邊缸室內(nèi)壓力降低，形 成負壓（低于大氣壓力)，吸水池中的液體在液面大氣壓力的作用下，擠開吸入 閥進入泵缸，擠開吸入閥進入泵缸，直到活塞移至最右邊位置(右死點)為止。 這一工作過程稱為泵的吸入過程．當(dāng)活塞到達右死點后(即曲柄轉(zhuǎn)過 rad)工作? 液停止吸入，吸入閥在自重和彈簧力作用下被關(guān)閉，活塞向左方(向液力端)移 動，這時液力端一邊泵缸的容積縮小工作液受擠壓，缸內(nèi)壓力逐漸加大，擠開 排出閥，液體排出，進入排出管道，這—過程稱為泵的排出過程?；钊谝淮?往復(fù)過程中，此單作用泵吸入和排出液體一次，活塞不斷循環(huán)往復(fù)運動使液以 體不斷吸入和排出。由泥漿泵的工作過程可以得出:泥漿泵是一個往復(fù)泵，它之 所以能夠?qū)崿F(xiàn)吸、排液體，是由于活塞在泵頭體內(nèi)作往復(fù)運動.使泵頭體工作腔 的容積發(fā)生周期性變化，從而使吸入管產(chǎn)生真空，使排出管壓力升高。由于泥 漿泵是借助于工作腔容積變化進行吸、排液體的，所以泥漿泵也是一種容積式 泵。 泥漿泵屬于往復(fù)泵，往復(fù)泵的突出優(yōu)點是:高泵壓，泵壓不隨流量(排量)變 化，泵的效率高、并且不隨流量變化，能輸送高粘度、高含砂量及含磨礪性固 體顆粒的液體.同其它類型泵相比，往復(fù)泵的缺點是:流量比較小，瞬時流量和 泵壓是脈動的，泵的體積大，易損件較多，維修工作量大。 盡管往復(fù)泵有上述不足，但是，這并不意味著往復(fù)泵有全部被其它類型泵 所取代的趨勢。今后往復(fù)泵發(fā)展的趨勢是:充分發(fā)揮往復(fù)泵配套性強，適應(yīng)介質(zhì) 廣泛的優(yōu)勢，充分發(fā)揮往復(fù)泵在流量較小而排出壓力很高時整機效率高及運轉(zhuǎn) 性能好的優(yōu)勢，充分發(fā)揮往復(fù)泵的流量與排出壓力無關(guān)的優(yōu)勢.當(dāng)然，要使往復(fù) 泵不斷發(fā)展，不僅要充分發(fā)揮它的優(yōu)勢，而且還要不斷地克服它的缺點。 5 第 3 章 泥漿泵總體設(shè)計 3.1 設(shè)計參數(shù) 技術(shù)指標： 輸送泥漿能力：2.0-4.0 m3/h 輸送泥漿額定壓力：2.0 MPa 泥漿最高壓力：2.5 MPa 柱塞直徑：ф140 mm 柱塞調(diào)定行程：250 mm 泥漿吸入高度：4 m 傳動形式：液壓 冷卻水(20℃) 耗量：20 L/min 電機功率：5.5 kW 外形尺寸：1760×1242×1985 (mm) (長× 寬×高) 設(shè)備總重：922 kg 用途：輸漿 泥漿工作壓力范圍：0.5～2.0 Mpa 壽命：連續(xù)運轉(zhuǎn) 500 小時性能不變。 3.2 電動機的選擇 泵的潤滑部位僅限于軸承和齒輪，以及動密封處。泥漿泵沒有往復(fù)運動不 見，故可實現(xiàn)良好的動平衡。因此，泥漿泵運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速高，尺寸小可獲得 大的抽速。 故選用 Y132M-4 型異步電動機 根據(jù) Y 系列三相異步電動機的技術(shù)數(shù)據(jù),Y 系列三相異步電動機為一般用途 全封閉自扇冷式籠型異步電動機，具有防塵埃、鐵屑或其他雜物侵入電動機內(nèi) 部的特點，B 級絕緣，工業(yè)環(huán)境溫度不超過+40℃，相對濕度不超過 95%，海拔 高度不超過 1000m，額定電壓 380V，頻率 50Hz。適用于無特殊要求的機械上， 如機床，泵，風(fēng)機，攪拌機，運輸機，農(nóng)業(yè)機械等。 根據(jù)以上計算，為滿足轉(zhuǎn)速和功率要求，選擇 Y 系列三相異步電動機型號 為：Y100L2-4, 其技術(shù)參數(shù)見下表 3-1. 6 表 3-1 Y132M-4 型電動機技術(shù)數(shù)據(jù) 電動機型 號 額定功率 /KW 滿載轉(zhuǎn)速/rmp 額定轉(zhuǎn)矩/N.m 最大轉(zhuǎn)矩/N.m Y132M-4 5.5 1440 2.2 2.2 1. 傳動比的分配 因為電機軸的轉(zhuǎn)速 =1440r/min，假設(shè)本課題需要的柱塞泵往復(fù)次數(shù)為 120 次/分，n電 即 ， = . = =12；120/minr?總 i帶 減 速 器 n電柱 =2， =6；i帶 行 3.3 總體傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計 電動機功率 P=5.5kW,轉(zhuǎn)速 n1=1440r/min,大帶輪輸出轉(zhuǎn)速 n2=720r/min （1）總體傳動比 ： 3-3i01427wn? （2）傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算 Ⅰ軸： 3-405.Pk014/minnr 3-5 3005.9. 6.5TN???? Ⅱ軸： = 3-61??.9.4kw 3-70472/minnri? 3-8 3115.109.572.PTN??? （3）故定最小軸徑 3-9????mdd 38~4.09.~80.~80???電 機 所以選取聯(lián)軸器軸孔 1電 機 d52? 7 圖 3-3 聯(lián)軸器示意圖 第 4 章 泥漿泵主要零部件的設(shè)計 4.1 帶傳動設(shè)計 輸出功率 P=5.5kW,轉(zhuǎn)速 n1=1440r/min,n2=720r/min 計算設(shè)計功率 Pd edAdPK? 表 4 工作情況系數(shù) AK 原動機 ⅰ類 ⅱ類 一天工作時間/h 工作機 10? 10~16 16?0?10~16 16? 載荷 平穩(wěn) 液體攪拌機；離心式水泵； 通風(fēng)機和鼓風(fēng)機（ ） ；離心式壓縮機；7.5kW? 輕型運輸機 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 載荷 變動小 帶式運輸機（運送砂石、 谷物） ，通風(fēng)機 （ ） ；發(fā)電機；旋.k? 轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機床； 剪床；壓力機；印刷機； 振動篩 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 8 載荷 變動較 大 螺旋式運輸機；斗式上料 機；往復(fù)式水泵和壓縮機； 鍛錘；磨粉機；鋸木機和 木工機械；紡織機械 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 載荷 變動很 大 破碎機（旋轉(zhuǎn)式、顎式等） ； 球磨機；棒磨機；起重機； 挖掘機；橡膠輥壓機 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 根據(jù) V 帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16 小時） ，查《機械設(shè)計》P 296表 4， 取 KA＝1.1。即 1.56.05kWdAedPK??? 4.2 選擇帶型 普通 V 帶的帶型根據(jù)傳動的設(shè)計功率 Pd 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 n1 按《機械設(shè)計》 P297 圖 13－11 選取。 根據(jù)算出的 Pd＝6.05kW 及小帶輪轉(zhuǎn)速 n1＝1440r/min ，查圖得： dd=80～100 可知應(yīng)選取 A 型 V 帶。 4.3 確定帶輪的基準直徑并驗證帶速 初步選擇 dd1=140mm> ddmin.=75 mm（d d1根據(jù) P295表 13-4 查得） 表 3 V 帶帶輪最小基準直徑 mind 槽型 Y Z A B C D Emind 20 50 75 125 200 355 500 9 21 240=140=8m7ddi??所 以 由《機械設(shè)計》P 295表 13-4 查“V 帶輪的基準直徑” ，得 =280mm2d ① 誤差驗算傳動比： （ 為彈性滑動2180=.48()4(12%)di?????誤 ? 率） 誤差 符合要求12.08%5i?????誤 ＜ ② 帶速 141v=9./606dnms? 滿足 5m/s
1.3 3、有關(guān)系數(shù)和接觸疲勞極限 （1）使用系數(shù) AK 查《參考文獻二》表 6—7 選取 =1AK （2）動載荷系數(shù) V 查《參考文獻二》圖 6—6 可得 =1.02V （3）齒向載荷分布系數(shù) HK? 對于接觸情況良好的齒輪副可取 =1H? （4）齒間載荷分配系數(shù) 、HaF 由《參考文獻二》表 6—9 查得 = =1.1 = =1.21HaKF2HaKF （5）行星輪間載荷分配不均勻系數(shù) p 由《參考文獻二》式 7—13 得 =1+0.5（ -1）H'Hp 由《參考文獻二》圖 7—19 得 =1.5 'pK 20 所以 =1+0.5（ -1）=1+0.5×（1.5-1）=1.251HpK'Hp 仿上 =1.752 （6）節(jié)點區(qū)域系數(shù) HZ 由《參考文獻二》圖 6—9 查得 =2.06HZ （7）彈性系數(shù) E 由《參考文獻二》表 6—10 查得 =1.605E （8）重合度系數(shù) Z? 由《參考文獻二》圖 6—10 查得 =0.82Z? （9）螺旋角系數(shù) ? = =1Zcos （10）試驗齒的接觸疲勞極限 limH? 由《參考文獻二》圖 6—11～圖 6—15 查得 =520MpalimH? （11）最小安全系數(shù) 、limHSliF 由《參考文獻二》表 6-11 可得 =1.5、 =2limHSlimHF （12）接觸強度計算的壽命系數(shù) NTZ 由《參考文獻二》圖 6—11 查得 =1.38 （13）潤滑油膜影響系數(shù) 、 、LVR 由《參考文獻二》圖 6—17、圖 6—18、圖 6—19 查得 =0.9、 =0.952、 =0.82LZVRZ （14）齒面工作硬化系數(shù) w 由《參考文獻二》圖 6—20 查得 =1.2wZ （15）接觸強度計算的尺寸系數(shù) x 由《參考文獻二》圖 6—21 查得 =1x 21 所以 = =2.06×1.605×0.82×1×0H?1//EtZFdbu???? =2.95 32.65. = =2.95× =3.51H?012AVHaPK?1.02.15? = =2.95× =4.322 7 = *Hp?limli/HS =520/1.3NTLVRwxZ ×1.38×0.9×0.95×0.82 ×1.2×1=464.4 所以 齒面接觸校核合格H??p 4.10 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 軸的強度計算 （1）軸的受力分析 由軸的初步結(jié)構(gòu)圖可知軸為一簡支梁結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)矩，其受力分析圖如下 （2）由前面計算知 ， ， ，mNT??39.1 mNT??67.12 mNT??06.823''36591??? ，dFt 12748.031?dFt 5206.2901323?Nntr 8659costan/a''?????? 22 NFntr 207136591costan/a''3 ???????tat274''1t a50''3? （3）求支座反力 鉛直面支座反力： 31???rBVAFF0865.423rr 解聯(lián)立方程得： , NAV92. NFBV08.173? 水平面支座反力： 031???BHttAHFF865.4231ttB 解聯(lián)立方程得： , NAH59.?NFBH41.5?? （4）計算彎矩和扭矩 鉛直面彎矩： ，mFMAVCV??36105. mMBVD?830 水平面彎矩： ，mNFMAHC??4765. mNFMBHD??19804 23 總彎矩： mNMC ????36407361022D1598 扭矩： mNT??17602 · 24 當(dāng)量彎矩： 單向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)，取 6.0??mNT????106276.0???TMcec?472D?2 （5）分別校核 C 點和 D 點截面??mMdbcec 36.2751.041.033?????bDe...331? 因為實際軸徑遠大于計算軸徑，且兩軸承跨度也不大，所以剛度也足夠。 4.10.1 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算 （1）電機功率 kwP5.? （2）軸傳扭矩 3-515.9036.2140TNmn??? （3）軸的直徑計算 ???? 3-523305.12640PdAmn?? 25 4.10.2 按剛度條件計算 ????max 經(jīng)查表得鑄鐵剪切彈性模量 所以PG91045??5.? 3-53265.014.3828324294 ??????Td 所以轉(zhuǎn)子軸最小直徑取 D=35 4.10.3 精確校核軸的疲勞強度 （1）判斷危險截面 從應(yīng)力集中對軸的疲勞強度影響來看。截面Ⅱ處的過盈配合引起的應(yīng)力集 中最嚴重；從受載的情況來看，截面Ⅲ和Ⅳ之間上的應(yīng)力大，但應(yīng)力集中不打， 而且這里軸的直徑最大，所以不用校核，因而該軸只需校核截面Ⅱ左右兩側(cè)即 可。 軸的結(jié)構(gòu)與裝配如下圖： （2）截面Ⅱ的左側(cè) 抗彎截面系數(shù) 3-543336401.0. mdW??? 抗扭截面系數(shù) 3-5533328.2.T 彎矩 M 及彎曲應(yīng)力為 3-56mN????1795.67098 3-57PaWb024? 扭矩 T 及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 N??182 3-58MPaT41.0?? 26 軸的材料為 45，正火處理。查得 ， ，MPaB70??Pa2301???MPa187??? 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 和 ，因 ，??031.652?dr ，經(jīng)查得 ， 可得軸的材料的敏系數(shù)為08.1657?dD2??a31.? ，2?q5.? 過盈配合處的 值，由表查出取 3.16??k 3-5953.216.80????k 軸按磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為 92.0???? 故綜合系數(shù)為 3-605.3192.06.31??????????kK 3-616..5.??? 所以軸在截面Ⅱ左側(cè)的安全系數(shù)為 3-6204.18.89.32501 ???????maKS??? 3-635.7.6.11?a?? 3-64.801.4.8222???????Sc 5.1?ca 所以截面Ⅱ左側(cè)強度足夠 （2）截面Ⅱ右側(cè) 抗彎截面系數(shù) 3-543331250.01. mdW??? 27 抗扭截面系數(shù) 3-55333250.02. mdWT??? 截面Ⅱ右側(cè)的彎矩為 3-56NM?179.8679 截面Ⅱ右側(cè)的扭矩 mNT??12 截面上的彎曲應(yīng)力 3-57MPaWb83.15079?? 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 3-65pTb72.? 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 3-66????82.182.011?????????aqk 3-67635??? 軸表面未經(jīng)表面強化處理，即 ，得綜合系數(shù)值為q? 3-688.219.067.821??????????kK 3-696...??? 計算安全系數(shù)為 3-7079.160.86.4231 ???????maKS??? 3-718.24.57.1?a?? 3-721.08.29.612???????Sc 5.1?ca 28 故該截面右側(cè)的強度也足夠。 4.11 軸承選取設(shè)計計算 4.11.1 軸承的設(shè)計參數(shù) 軸承類型 深溝球軸承 軸承型號 6310 軸承內(nèi)徑 d=50 (mm) 軸承外徑 D=110 (mm) B(T)=27 基本額定動載荷 C=47500 (N) 基本額定靜載荷 Co=35600 (N) 極限轉(zhuǎn)速(油) 7500 (r/min) 4.11.2 軸承的當(dāng)量動載荷計算 軸承類型：深溝球軸承 （1）計算徑向載荷和軸向載荷 3-73kwP5.?140/minnrd50? 3-74.90182TNm?? 3-75dFt .72582 3-76ntr 54.689.034cosa???? 3-77NFta .18.72? 徑向載荷 Fr = 268.54(N) 軸向載荷 Fa = 140.55(N) 額定靜載荷 Co =35600(N) 徑向載荷系數(shù) X = 0.4 （2）計算當(dāng)量動載荷 3-78039.356.140?CFA 29 3-79523.04.681?rAF 3-80??NYXfPArd? 3-81NnLfCht 51381029640213636' ???? 所以 故符合要求?' （3）壽命校核 額定動載荷 C = 47500(N) 當(dāng)量動載荷 P = 402(N) 軸承轉(zhuǎn)速 n = 2900(r/min) 工作溫度 T =20(℃) （溫度系數(shù) ft = 1） 要求壽命 Lh' = 4500(h) 計算壽命 Lh = =16122(h) 3-82 ???????PCfnt60 所以 軸承壽命合格'hL? 4.12 鍵的選擇、鍵的校核 查《機械設(shè)計手冊》表 6-1 選擇軸 上的鍵，根據(jù)軸的直徑 ，? 30~2?d 鍵的尺寸選擇 ，鍵的長度 L 取 22。主軸處鍵的選擇同上，78?取鍵 高鍵 寬 hb 鍵的尺寸為 ，鍵的長度 L 取 100。162取鍵 高鍵 寬 7