機械畢業(yè)設計18本科畢業(yè)設計論文四軸旋轉彎曲疲勞試驗機的設計

本科畢業(yè)設計論文 題 目 四軸旋轉彎曲疲勞試驗機的 設計 專業(yè)名稱 航空宇航制造工程 學生姓名 呂苗苗 指導教師 陶華 畢業(yè)時間 2005 年 7 月 畢業(yè) 任務書 一、題目 四軸旋轉彎曲疲勞試驗機的 設計 二、 研究背景及意義 目前的彎曲疲勞試驗機大多一 次只能對單根試件進行疲勞試驗。疲勞試驗周期長，效率低，能量耗費大，試驗成本較高。因此有必要研制能夠對多個試件同時進行旋轉彎曲或拉伸疲勞試驗的多軸疲勞試驗機。 三、 研究目標與內容 目標：完成四軸旋轉彎曲疲勞試驗機各部分的原理設計及其圖紙設計 。 內容：給定驅動形式下的四軸旋轉彎曲疲勞試驗機的執(zhí)行機構與加載結構的結構設計。 要求：需要有對結構強度等的校核，優(yōu)化。 需要有最終的加工圖紙與裝配圖紙。 四、 進度安排 設計 論文 第五周 第六周：查閱相關資料； 第六周 第七周：翻譯相關英文資料； 第八周 第十周：制定 23套不同的方案的四軸旋轉彎曲疲勞試驗機的結構草圖，并進行比較，選取一方案； 第十一周 第十四周：確定結構草圖的動力與傳動、加載機構、總體結構各基本尺寸、參數(shù)，并完成對各主要部分進行靜強度和疲勞強度等校核； 第十五周：繪制二維主要零件圖紙及總體裝配圖紙，三維零件實體模型以及裝配模型； 第十六周 第十七周：撰寫論文； 第十八周：論文答辯。 五、 參考資料 機械設計 機械設機新論 電工速查速算手冊 Solid Works 2004 使用指南 中國航空材料手冊 目 錄 目 錄 . 1 摘要 . 1 ABSTRACT . 2 第一章 前 言 . 3 1.1 研究背景與意義 . 3 1.1.1疲勞研究背景 . 3 1.1.2疲勞試驗機的研究意義 . 4 1.2 目前的疲勞研究方法 . 4 1.3 國內外研究現(xiàn)狀與分析 . 6 1.3.1國外的研究現(xiàn)狀： . 6 1.3.2 國內的研究現(xiàn)狀 . 7 第二章 設計目的、任務和各設計階段任務的確定 . 10 2.1設計目的 . 10 2.2 設計任務確定 . 10 2.2.1確定試驗機總框架圖 . 10 2.3設計階段確定 . 11 第三章設計裝配圖 . 13 3.1 軸的結構設計 . 13 3.1.1軸的初步計算 . 13 3.1.2軸的結構設 計 . 15 3.2 支承結構設計 . 16 3.2.1軸承的選擇 . 16 3.2.2.甩油環(huán) . 18 3.2.3.軸承座 . 19 3.2.4.軸承蓋 . 19 3.2.5.支承結構的安裝與拆卸 . 20 3.2.6軸上支承零件位置的確定 . 20 3.3 軸的強度校核 . 21 3.3.1軸的疲勞強度校核 . 21 3.3.2軸的靜強度驗算 . 24 3.3.3軸的剛度驗算 . 26 3.4 夾持部分設計 . 29 3.4.1試件的標準 . 29 3.4.2結構設計 . 30 3.5 加載部分設計 . 31 第四章繪制裝配圖 . 33 4.1 概述 . 33 4.2 裝配圖的尺寸、技術要求及零件明細表 . 33 4.2.1配合尺寸的選擇 . 34 4.2.2技術要求 . 35 4.2.3零件編號 . 36 4.2.4編寫零件明細表、標題欄 . 36 4.2.5檢查裝配圖 . 36 第五章繪制零件工作圖 . 37 5.1 概述 . 37 5.2 軸的零件工作 圖 . 37 總結與展望 . 39 致謝 . 41 參考文獻 . 42 本科畢業(yè)設計論文 1 摘 要 本文簡述了國內外在旋轉彎曲疲勞試驗機研制領域的發(fā)展現(xiàn)狀，論述了我國設計并擁有高精度、高效率旋轉彎曲疲勞試驗機的必要性，并對一個自行研制的四軸旋轉彎曲疲勞試驗機的 設計過程和功能 進行了詳細地介紹。 本文設計的疲勞試驗機， 主要用于 圓柱 形試件的疲勞試驗 ， 特點是 可同時對四根試件進行試驗，以 數(shù)字顯示疲勞 循環(huán) 次數(shù) ， 試件斷裂后自動停機 ，操作方便可靠， 為 研究材料 的 疲勞斷裂 提供了 重要的工具與手段 。 作者重點論述了試驗機傳動、夾持、加載部分的結構設計，主軸和軸承的強度校核，并且利用 Auto CAD 畫圖軟件提供了整個疲勞試驗機 的裝配圖，為進一步了解疲勞試驗機提供了途徑。 關鍵字 彎曲疲勞試驗機； 結構設計 ；強度校核；公差配合；裝配圖。 本科畢業(yè)設計論文 2 ABSTRACT In the paper, the development in the manufacture of rotating bending fatigue machine is outlined, and the necessity for china to design and manufacture the rotating bending fatigue machine which is high quality and high efficiency is discussed . The design process and the performance of the 4-axises rotating bending machine made by the author is mainly presented in this paper. This machine is used for the column fatigue test specimens. It can work with four fatigue test specimens at one time .It is special because of its directly show of the number of fatigue cycles and self-stop device .it also operates conveniently and reliably. In this paper， the author will describe not only the design process of the principal axis、 the clamp and the method to load ， but also the check of strength、 the choice of the tolerance。 In the end， it offers a assembly drawing ， which provides a way to know the fatigue machine more。 Key words ： fatigue machine； design process ; the check of strength; tolerance; assembly drawing。 本科畢業(yè)設計論文 3 第一章 前 言 1.1 研究背景與意義 1.1.1 疲勞研究背景 疲勞（ fatigue）這個詞起源于拉丁文的 “fatigue”一詞，意思是 “疲倦 ”。雖然通常它指人們的身心疲勞，但也成為工程詞匯表中被廣泛接受的術語，用以表達材料在循環(huán)載荷的作用下的損傷和破壞。國際標準化組織（ ISO） 在 1964年發(fā)表的報告 金屬疲勞實驗的一般原理 中給疲勞下了一個描述性的定義。這份報告把疲勞定義成一個專門術語：金屬材料在應力或應變的反復作用下所發(fā)生的性能變化叫做疲勞；雖然在一般情況下，這個術語特指那些導致開裂或破壞的性能變化 。 這一描述也普遍適用于非金屬材料。 疲勞破壞以許多不同的形式出現(xiàn)，它包括僅有外加應力或應變波動造成的機械疲勞，循環(huán)載荷和高溫聯(lián)合作用引起的蠕變 疲勞；循環(huán)受載部件的溫度也變動時引入的熱機械疲勞（即熱疲勞和機械疲勞的組合）；在存在侵蝕性化學介質或致脆介質的環(huán)境中施加反復載荷時的腐蝕疲勞 ；載荷的反復作用與材料之間的滑動和滾動接觸相結合分別產(chǎn)生的滑動接觸疲勞和滾動接觸疲勞；脈動應力與表面間的來回相對運動和摩擦滑動共同作用產(chǎn)生的微動疲勞。機器和結構部件的失效大多數(shù)是由于發(fā)生上述某一種疲勞過程造成的。引起疲勞失效的循環(huán)載荷的峰值往往遠遠小于根據(jù)靜態(tài)斷裂分析估算出來的安全載荷。 疲勞是一個包含許多學科的研究分枝，它可以為基礎研究和工業(yè)研究大量地提供多種多樣的現(xiàn)象。從已發(fā)表的報告看，關于材料疲勞的研究可追溯到19 世紀上半葉。從那時起，為闡明各種金屬和非金屬、脆性材料和延性材 料 ，以及單一材料和復合材料 的疲勞，有眾多科學家和工程師做出了開拓性貢獻。材料疲勞作為材料學科的一個分枝，它為科學研究提供了廣闊多樣的復雜機理性過程。在這一研究領域里，有意義的觀察尺度范圍跨越亞微觀（甚至原子）水平到幾十或幾百米的構件尺度。疲勞破壞牽連到人類生活的許多方面。每當 本科畢業(yè)設計論文 4 有災難性事故，例如造成人員傷亡的飛機失事公布 于 眾時，疲勞破壞的后果變得最為顯而易見。 第二次世界大戰(zhàn)過后，隨著英國和歐洲大陸經(jīng)濟的恢復，空中遠程旅行的生意迅速增長，為了適應這種需求，英國德 .維蘭飛機公司設計和制造了彗星號噴氣飛機，而彗星號客艙結構的疲勞破壞導致了 50 年代幾起飛機失事，沉重打擊 了 英國在民用噴氣飛機工業(yè)中起到的杰出作用 。 民用噴氣飛機彗星號的一系列失事清楚 地 表明了疲勞裂紋擴展對飛機的結構機械完整性的重要影響。也引起了全世界范圍內對于金屬疲勞斷裂的不斷研究。 1.1.2 疲勞試驗機的研究意義 在我國航空發(fā)動機以往所發(fā)生的各類重大機械斷裂失效事件中，轉動部件的斷裂失效率高達 80%以上，其中主要是轉子系統(tǒng)中的葉片、盤、軸及軸承的斷裂失效。在它們的疲勞失效分析中，發(fā)現(xiàn)彎曲應力起了一定的破壞作用。比如，飛機發(fā)動機結構中非常重要的承力構件 軸，它的疲勞失效形式主要就是彎曲疲勞、扭轉疲勞以及軸向疲勞。而且彎曲疲勞也是大部分機械系統(tǒng)中，最普遍的一種疲勞失效形式。因此，有必要進行零部件和材料的彎曲疲勞特性研究，用以提高設計的可靠性。 而旋轉彎曲疲勞試驗機可以測出材料在一定應力狀態(tài)下的疲勞壽命，繪出材料疲勞的 S-N 曲線，是研究材料疲勞斷裂的最重要的工具與手段。 目前，國產(chǎn)的旋轉彎曲疲勞試驗機主要有 PQQ 型，它們普遍存在試驗精度低和試驗效率低的缺點。而國外的一些彎曲疲勞試驗機價格又很昂貴，維修也不方便。因此研制一臺彎曲疲勞試驗機，使其具有較高的精度，可以滿足工廠要求，又具有較高 的效率，是很具有現(xiàn)實意義的。 1.2 目前的疲勞研究方法 參見 GB4337-84 金屬旋轉彎曲疲勞試驗方法 所述： 1.試驗原理： 試驗適用于 1535 空氣條件下，測定金屬圓形橫截面試樣在旋轉狀態(tài)下承受彎曲力矩時的疲勞性能。 本科畢業(yè)設計論文 5 試樣旋轉并承受一定彎矩，產(chǎn)生彎矩的力 F 恒定不變且不轉動。試樣可裝成懸臂，在一點或兩點加力；或裝成橫梁，在四點加力。試驗一直進行到試樣失效或者超過預定循環(huán)次數(shù)。（失效 試件出現(xiàn)肉眼可見的疲勞裂紋或完全斷裂。在特殊應用中，可用試樣的塑性變形或裂紋擴展速率確定試驗的終止。） 2.術語和定義 疲勞 材料在交變應力或應變作用下，產(chǎn)生局部累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)數(shù)而失效。 疲勞壽命 N 在規(guī)定的應力應變作用下，材料失效前所經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)。 S-N 曲線圖 應力與疲勞壽命的關系曲線圖形。如圖 1-1。 應力比 R 最小應力與最大應力的比值，即 min/max。 條件疲勞極限 R/(N) 對應于規(guī)定循環(huán)次數(shù)的中值疲勞強度。 疲勞極限 當 N 無窮大時的中值疲勞強度。 理論應力集中系數(shù) Kt 根據(jù)彈性理論計算的應力集中區(qū)最大應力與該區(qū)標稱應力的比值。 存活率 疲勞壽命高于規(guī)定值的百分比。 圖 1-1.對稱應力循環(huán) 試驗過程： 1)將試樣裝入試驗機，牢固夾緊，并使其與試驗機主軸保持良好的同軸。當用手慢慢轉動試驗機主軸時，用百分表在純彎曲試驗機的主軸上或在懸臂彎曲試驗機中試樣自由端上測得的徑向跳動量均應不大于 0.03mm。啟動試驗機后，空載正常運轉時，在主軸筒加力部位測得的徑向跳動量應不大于 0.06mm。加力前，必須檢定上述值，使之符合要求。裝試樣時切忌接觸試樣實驗部分。 2)獲得試驗速度 本科畢業(yè)設計論文 6 開動試驗機，使速度達到規(guī)定值。 推薦試驗速度范圍為 90010000rpm。同一批試驗的試驗速度應相同。 3)以遞增的方式，平穩(wěn)而無沖擊地加到規(guī)定值。 4)終止試驗 試驗一直進行到試樣失效或達到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)時終止，試驗原則上不能中斷。試樣失效如果發(fā)生在最大應力部位之外、或斷口有明顯缺陷、或中途停試產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)，則試驗結果無效。 5)測定試件的條件疲勞極限、 S-N 曲線等。 試驗結果可以用兩種方 法表示：列表法和圖示法。 1.3 國內外研究現(xiàn)狀與分析 1.3.1 國外的研究現(xiàn)狀： 相對于國內來說，國外一些發(fā)達國家的旋轉彎曲疲勞試驗，無論從精 度 還是從效率方面，都比國內的要先進，而且型號也多一些。 圖 1.2 是日本生產(chǎn)的 四連式旋轉彎曲疲勞試驗機，主軸轉速為 3150r/min,可同時對 4 個試件（標準件）進行試驗，試件的夾持方式是懸臂式，它的效率已有了提高 。 它的特點是：數(shù)字顯示疲勞次數(shù)、試件斷裂后自動停機、高度的自控和檢測、并可對金屬和塑料兩種材料的試件進行試驗。 圖 1.2 四連式超長壽命旋轉彎曲疲勞試驗機 本科畢業(yè)設計論文 7 1.3.2 國內的研究現(xiàn)狀 目前，國內主要生產(chǎn)三種型號的旋轉彎曲疲勞試驗機。 1)PQQ型疲勞試驗機。加載方式為橫梁式。他它們的使用性能基本相同，一次只能對一個試樣進行試驗，效率較低。 圖 1.3是天水紅山試驗機廠生產(chǎn)的 PQ1-6型純彎曲疲勞試驗機。該機用于對黑色金屬及其合金材料在室溫條件下進行純彎曲疲勞試驗。手輪加載，操作方便 ,試件斷裂后，自動停機。 主要技術參數(shù) ： 1、電動機轉速： 1420/2750 r/min。 2、試樣轉速： 500010000r/min。 3、載荷 產(chǎn)生的彎矩： 660N m。 4、彎矩相對誤差： 1%。 圖 1.4為寧夏青山試驗機廠生產(chǎn)的 PQQ-60型 純彎曲疲勞試驗機 ， 該機采用無級變頻調速裝置，速度平穩(wěn)噪音小，數(shù)字顯示疲勞次數(shù)，主要用于測定金屬材料在對稱反復交變的彎曲應力作用下 的 彎曲疲勞極限 。 主要技術參數(shù)： 1、最大彎矩 60Nmm。 2、試樣轉速： 900-10000r/min。 3、左右主軸同軸度： 0.02mm。 4、主軸箱溫升 30。 5、計數(shù)器容量： 1108 。 圖 1.5為寧夏青山試驗機廠生產(chǎn)的 PQ-6型 純彎曲疲勞試驗機 ， 該機采用無級變頻調速裝置，速度平穩(wěn)噪音小，數(shù)字顯示疲勞次數(shù)，主要用于測定金屬材料在對稱反復交變的彎曲應力作用下 的 彎曲疲勞極限 。 主要技術參數(shù)： 1、 最大彎矩 60Nmm。 2、 試樣轉速： 3000r/min。 3、 左右主軸同軸度： 0.02mm。 4、 主軸箱溫升 30 。 5、 計數(shù)器容量： 110 7。 本科畢業(yè)設計論文 8 圖 1.3 PQ1-6型純彎曲疲勞試驗機 圖 1.4 PQQ-60型 純彎曲疲勞試驗機 圖 1.5 PQ-6純彎曲疲勞試驗機 2) 圖 1.6 為 輕合金車輪 專用的旋轉彎曲疲勞試驗機，主要用來完成對摩托車的 輕合金車輪 的旋轉彎曲疲勞試驗及檢測。它采用微機控制， 電子測量，無級調節(jié)試驗轉速，能夠快速有效裝夾試件。最大試驗彎矩 700N m,試驗最大轉速 800r/min。效率偏低，但精度很高，試驗結果可靠。國內還有一些專用的彎曲疲勞試驗機，它們都是很切實有效的。 圖 1.6 PQW-700 型微機 控制輕合金車輪旋轉彎曲疲勞試驗機 本科畢業(yè)設計論文 9 3) 對于 PQU型疲勞試驗機 ,目前國內還沒有成品。 可以看到，目前國內外的彎曲疲勞試驗機同萬能試驗機相比還不是很先進，試件在疲勞過程中，彎曲程度無法測量，而且也不能進行應變控制的彎曲疲勞試驗。 本科畢業(yè)設計論文 10 第二章 設計目的、任務和 各 設計階段 任務的確定 2.1 設計目的 本次畢業(yè)設計的目的是： 1)通過擬訂傳動方案、結構方案和使用條件（如選用材料，考慮制造及裝配工藝、潤滑等），完成機器部件的設計，并全面考慮設計內容和過程，熟悉和運用設計資料（國標 GB4337_84、技術條件 ZBN71006-87），完成滿足要求的四軸旋轉疲勞試驗機 設計 。 2)運用基本的設計理論知識和實際設計技能，培養(yǎng)獨立 的 機械設計能力，加強對 Auto CAD, SolidWorks 等軟件的運用 能力 。 2.2 設計 任務 確定 研究工作的任務是：查閱相關的機械設計資料，認真分析其結構組成及所實現(xiàn)的功能，借鑒國內外已有的研究成果，結合現(xiàn)代的高新技術， 創(chuàng)新性的 設計機器的組成結構，設計一臺符合國標 GB4337_84 和技術條件 ZBN71006-87要求的旋轉彎曲疲勞試驗機。 該機應符合：速度平穩(wěn)噪音小，用于對金屬及其合金材料在室溫條 件下進行純彎曲疲勞試驗，主要測定金屬材料在對稱反復交變的彎曲應力作用下的彎曲疲勞極限?？赏瑫r對 4 個試件（標準件）進行試驗，試件的夾持方式是懸臂式，可快速有效裝夾試件。數(shù)字顯示疲勞次數(shù)、試件斷裂后自動停機，操作方便 。 2.2.1 確定 試驗機總框架圖 參照 日本生產(chǎn)的四連式旋轉彎曲疲勞試驗機 ，初步確定本疲勞試驗機的總體 本科畢業(yè)設計論文 11 結構框架如圖 2-1： 1 電動機 2 皮帶 3 皮帶輪 4 試件（ 4） 5 軸（ 2 根） 6 砝碼 圖 2-1.試驗機總體框架 系 統(tǒng)技術難點分析： 1.試 件與轉軸的連接 試件與軸的連接要滿足下列條件： 試件與軸之間不能相對滑動， 要確保試件與軸之間的同心度， 要便于安裝， 要保證軸的壽命和剛度。 2.自動停車 當試件斷裂以后，如果試驗機還在運轉， 不僅浪費電力資源 ，而且還可能發(fā)生意外事故。為確保安全，如何控制試驗機的自動停車，尤為重要。 3.砝 碼的加載和卸載 砝碼的加載應趨于自動化，而且當試件斷裂后，砝碼可以自動卸載。 4.加載裝置 砝碼加載前，中間件要確保試件裝夾后與軸同軸，加載后，要確保試 樣 所受的力的作用線垂直向下，且位 于 軸的縱 剖面內。 2.3 設計階段確定 由于本設計是由作者和夏哲同學聯(lián)合完成，在設計過程中分別有不同的任 本科畢業(yè)設計論文 12 務與分工，現(xiàn)特注明設計任務中，加粗部分為作者完成的工作。 設計階段 設 計 內 容 準備工作 1.研究設計題目，方案擬訂。 2.必要的機械設計知識。 3.學習 AutoCAD,SolidWorks. 運動參數(shù) 計算 1.分析確定傳動方案。 2.計算傳動機構總功率，選擇電動機。 3.確定傳動比 ， 計算軸的轉速、功率。 傳動機構 設計 1.設計帶傳動 。 2.夾持部分設計 。 3.加載部分設計。 4.主軸 結構設計。 5.支承結構設計。 6.制動和保險。 7.計數(shù)部分設計。 8.箱體設計。 繪制裝配圖 1.檢查軸結構、支承結構、箱緣尺寸。 2.畫出裝配圖。 3.編排零件號，標注外廓尺寸、配合尺寸。 4.填寫零件明細表。 繪制三維 圖 1.繪制三維零件圖 ，進行預裝配 。 2.確定配合，進行裝配 繪制零件圖 1.繪制有關重要配合的零件圖。 2.確定零件的外形誤差。 3.確定形位誤差和粗糙度 總結與整理 1.編寫畢業(yè)論文。 2.準備答辯 。 本科畢業(yè)設計論文 13 第三章 設計裝配圖 機器（部件）的裝配圖是表達設計者設計機器總體結構意圖的圖樣，也是制造、裝配機器及繪制零件工作圖的技術依據(jù)。因此，繪制裝配圖是機器設計過程中的重要環(huán)節(jié)，必須綜合考慮強度、剛度、加工、裝拆、調整和密封等多方面的要求。 機器（部件）的裝配圖的設計及繪制過程比較復雜，因此必須先作裝配草圖設計，然后再經(jīng)過討論修改，最后加深或重新繪成正式的裝配圖。 裝配草圖設計包括計算、結構設計、制圖等內容，而且計算與制圖常需交叉進行。其基本任務為： 1）確定各零件的結構尺寸，以及它們在機器的相互位置關系。 2）得出校 核零件強度（剛度）所需的尺寸及數(shù)據(jù)。 3.1 軸的 結構 設計 軸設計的特點是：在軸系零、部件的具體結構未確定之前，軸上力的作用點和支點之間的跨距無法精確確定，故彎矩大小和分布情況不能得出，因此，在軸的設計中，必須把軸的強度計算和軸系零、部件的結構設計交錯進行，邊畫圖、邊計算、邊修改。 軸的設計程序是： 1）根據(jù)機械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布置和裝配方案； 2）選擇軸的合適材料； 3）初步估計軸的直徑； 4）進行軸系零、部件的結構設計； 5）進行強度、剛度計算； 6）根據(jù)計算結果修改設計 。 3.1.1 軸的初步計算 軸的材料種類很多，設計時主要根據(jù)對軸的強度、剛度、耐磨性等要求選 本科畢業(yè)設計論文 14 用。軸的常用材料是 35、 45、 50 優(yōu)質碳素結構鋼，最常用的是 45 號鋼。除非有特殊要求的軸，會采用合金鋼。 選擇軸的材料為 45 號鋼，經(jīng)調質處理，由表（軸的常用材料及其主要力學性能）查得材料力學性能數(shù)據(jù)為： b =650 MPa a =360 MPa 1 =270 MPa 1 =155 MPa E=2.15 105MPa 根據(jù)經(jīng)驗公式 3min npAd 初步計算軸徑 ： 由于材料為 45 號鋼，選取 A=115。 軸端需要夾持直徑為 12mm 的試件，那么，安全的方法是，按照空心軸的經(jīng)驗公式來計算，則得： mmVnpAd 7.211 13000 1.1115 3 433m i n 其中： d：計算剖面處軸的直徑（ mm）。 P：軸傳遞的額定功率（ KW）。 n：軸的轉速（ r/min）。 ：軸的許用轉應力（ MPa）。見機械設計手冊表 19.3-2。 A：按 定的系數(shù)，見機械設計手冊表 19.3-2。 V：空心圓軸的內徑 d0與外徑 d 的比值。 V= dd0 ，數(shù)值 3 41 1V 見機械設計手冊圖 19.3-1。 故選軸的最小直徑為 30mm。 本科畢業(yè)設計論文 15 3.1.2 軸的結構設計 根據(jù)運動簡圖確定的主要零件的布置圖和軸的初步估算定出的軸徑，進行軸的結構設計。 軸上 主要零件的布置為：軸承 小 帶輪 軸承 。 1.軸上的零件軸向定位 1 鍵槽 2 軸肩 3 軸承蓋 4 軸承 . 5 甩油環(huán) 6 小帶輪 7 甩油環(huán) 8 軸承 9 圓螺母 10 軸承蓋 圖 3-1.軸上零件的裝配方案 由于整個結構的設計，主軸要從一側裝入，所以軸要從右到左直徑遞減，而且在兩個軸承之間軸的直徑要相同。兩端軸承用同一個尺寸，以便于購買、加工、安裝和維修。 軸肩：定位簡單可靠，不需附加 零件，能承受較大軸向力，廣泛應用于軸上零件的固定。 圓螺母：定位可靠，可承受較大的軸向力，能實現(xiàn)軸上零件的間隙調整 。常用于軸上零件之間，也可以用于軸端。 平鍵 ：結構簡單，在軸上加工鍵槽，則帶輪可以靠 平鍵 在軸上定位。 軸上零件的裝配方案設計如圖 3-1。 本科畢業(yè)設計論文 16 2.軸上零件的周向定位 帶輪與軸的周向定位采用過盈配合。根據(jù)設計手冊，并考慮便于加工，取鍵槽適用的鍵的規(guī)格為剖面尺寸 b h=6 6 12 。配合選用 H7/k6。 滾動軸承內圈與軸的配合采用基孔制，主軸與軸承的配合為 H7/k6。（配合選用原則和過程將在 4.2.1配合尺寸的選擇中具體講述）。 為了保證零件與定位面靠緊，軸上過渡圓角不應過大，軸肩處的過渡圓角應小于軸承的圓角，最后決定取 R1。 3.考慮軸的結構工藝性 1）考慮軸的結構工藝性，在軸的左端與右端均制成 1 45倒角。 2）為了保證軸向定位零件壓緊于軸上的零件，裝零件的軸段長度應較軸承套圈寬度短 2-3mm。 3.2 支承結構設計 3.2.1 軸承 的選擇 1.軸承型號的選擇。 選擇滾動軸承的類型與多種因素有關，通常根據(jù)下列幾個主要因素，并參考滾動軸承的性能比較綜合考慮。 1）允許空間； 2）載荷大小和方向； 3）軸承工作轉速； 4）旋轉精度，一般機械可以用 G級公差軸承； 5）軸承的剛度； 6）軸向游動，一般是一端固定，一端游動； 7）安裝與拆卸。 在本設計中， 選用單列角接觸球軸承。是考慮到角接觸軸承可以承受徑向載荷與軸向載荷的聯(lián)合載荷；能限制軸的單向軸向移動。角接觸軸承在承受徑向力的同時會產(chǎn)生軸向力，必須施加反向軸向力，因此一般應該成對使用。 按額 定動載荷選擇軸承： 本科畢業(yè)設計論文 17 根據(jù)機械設計手冊（ 2004）表 6-2-12，初步確定軸承使用壽命為 10000h。 則軸承基本額定動載荷可以按機械設計手冊式 6-2-1進行粗略計算： rTn dmh CPfffffC 式中： C 基本額定動載荷計算值， N； P 當量動載荷，按式 6-2-2 計算， N； fh 壽命因數(shù)，按表 6-2-8選??； fn 速度因數(shù)，按表 6-2-9選??； fm 力矩載荷因數(shù)，取 fm=1.5； fd 沖擊載荷因數(shù)，按表 6-2-10選??； fT 溫度因數(shù)，按表 6-2-11選??； Cr 軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動載荷， N。 其中：aT YFXFP =Fr=4.97KN。 fh=1.26； fn=1.494； fm=1.5； fd=1； fT =1； 29.697.41494.1 15.126.1 C查機械設計手冊表 6-2-61，選取 7007C 型號， Cr=19.5. C Cr，能滿足要求。 2.軸承的游動和調整。 設計軸承的支承結構時，正確的選擇軸承 后 ， 還要 確保軸承的軸向定位及周向定位，便于裝拆、調整，有良好的潤滑與密封。 作軸的結構設計時，已經(jīng)對滾動軸承的周向及軸向定位做了合理的設計，但軸系零件安裝時，也應該使軸具有確定的軸向位置。通常是用軸承蓋來確定軸及軸承的軸向位置。但是，軸在工作中由于升溫，有較大的熱脹量，因此，軸承應該隨軸游動，否則軸承就要被卡死。若軸上左邊的軸承已經(jīng)軸向固定，則右邊的軸承就應該有沿軸向游動的可能。及右邊的軸承蓋與軸承間應具有適當?shù)拈g隙，約取 0.2 0.3mm。如圖 3-7。 用凸緣式軸承蓋對 軸承作軸向定位時，由于這類軸承的軸向游隙要裝配來調整，因此應在軸承蓋凸緣與軸承座孔端面的接縫面之間裝有薄的紫銅調整墊片。 裝配時，借增減調整墊片的厚度以調整這類軸承的軸向游隙，使達到規(guī)定的 本科畢業(yè)設計論文 18 數(shù)值。因此軸的熱脹量亦在調整軸向游隙時一并考慮。 圖 3-7.軸承的支承設計 3.2.2.甩油環(huán) 用油潤滑的軸承，為了在啟動機器時軸承內有適量的潤滑油，會采用甩油環(huán)。但甩油環(huán)的擋油高度不應該超過軸承最低滾動體的中心。 如圖 3-8.甩油環(huán) 。 圖 3-8.甩油環(huán) 本科畢業(yè)設計論文 19 3.2.3.軸承座 此疲勞試驗機最好結構簡單。而整體式的軸承 座結構簡單，重量輕，外形也比較整齊，但是軸系的裝拆和調整也不如剖分式的箱體方便。 本設計中，軸承座的厚度不是很大，左側設置一個大的端蓋。另一端的孔直徑應該和甩油環(huán)的直徑相等，作用是保持整體的密封性。 為了制造簡單、節(jié)省成本，由于軸承座上要安裝軸承蓋的部分精度比較高，則安裝面要相對于中間部分較高，使得中間部分加工簡單、節(jié)省一些。 軸承座的設計圖如 3-9。 圖 3-9.軸承座的結構示圖 3.2.4.軸承蓋 軸承蓋的材料一般為鑄鐵 HT150。軸承蓋的作用是固定軸承、承受軸向載 荷、密封軸承座孔、調整軸承位置和軸承間隙。 為了防止當軸承蓋螺釘擰緊時，軸承蓋產(chǎn)生歪斜，必須有足夠的配合長度。 本科畢業(yè)設計論文 20 本設計中，取配合長度 10mm 。 在軸承蓋端部有車一段圓環(huán)，從而在軸承座與軸承蓋之間形成一環(huán)狀間隙，潤滑油通過此環(huán)狀間隙，再由缺口流入軸承室進行潤滑 。 3.2.5.支承結構的安裝與拆卸 1.由于軸承座的設計為整體式，所以軸系要從右側裝入。安裝的過程為： 1）從軸左端裝入軸承，軸承右側緊靠在軸肩。 2）從軸左端裝入甩油環(huán) 1，甩油環(huán)右側緊靠軸承。 3）把軸系從右到左裝入軸承座孔。 4）從軸左端裝入大帶輪 ，用緊定螺釘固定。 5）從軸左端裝入甩油環(huán) 2，甩油環(huán)右側緊靠帶輪。 6）把軸系從右到左裝入軸承座孔。 7）擰入用于軸向定位的圓螺母。 8）順次安裝左側與右側的軸承蓋。 2.拆卸就是將以上過程逆向執(zhí)行即可。 3.2.6 軸上支承零件位置的確定 軸徑：從左到右取 30 32 -35 40 -30 軸長：取決于軸上零件的寬度及它們的相對位置。 確定軸上零件的位置過程： 1）選用角接觸球軸承（ GB/T292-94） 7007C型號的軸承，其寬度為 14mm。 2）考慮到造價和材料的問題，螺母的寬度取 10mm。帶輪 的寬度為已定的寬度，為 58 mm。 3）取帶輪到軸承的距離為 13 mm，中間用甩油環(huán)軸向固定，則甩油環(huán)的寬度等于 13 mm。 4）軸肩的寬度不宜太大，取 5 mm。 5）由于兩邊的結構不同，則軸承蓋的寬度分別取 14 mm和 6 mm。 6）由于軸的兩端需