1000w畜力发电机设计

河北建筑工程学院毕业设计计算书指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢设计项目计算与说明欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321结果第1章 前言第2章 总体设计2.1概述2.2设计任务2.3设计目的2.4设计方案的选择2.5设计题目分析第3章 平面蜗卷弹簧设计3.1弹簧的功用3.2平面蜗卷弹簧的类型3.3 平面蜗卷弹簧设计第4章 直齿圆柱齿轮的设计4.1齿轮传动的基本问题4.2齿轮的失效形式4.3齿轮设计准则4.4齿轮的材料及其选择4.5齿轮的基本参数及其校核第5章 直齿圆锥齿轮的设计5.1齿轮参数设计及计算5.2齿面接触疲劳强度计算第六章 轴的设计6.1轴的分类6.2轴的材料6.3轴设计的主要问题6.4轴的结构设计6.5轴的校核第七章 飞轮的选择设计7.1概述7.2飞轮参数设计7.3飞轮校核第八章 轴承的选择及校核8.1滚动轴承的构造和材料8.2滚动轴承的类型8.3滚动轴承选型校核8.3.1 轴承选型8.3.2轴承的校核第九章 棘轮逆止机构设计9.1棘轮机构简介9.2棘轮机构的计算9.2.1 棘轮齿的强度计算9.2.2 棘爪的强度计算 9.2.3 棘爪轴的强度计算第十章 机架的分析设计10.1机架的分类10.2 机架的设计准则10.3 机架设计的一般要求10.4 机架设计步骤10.5 机架结构的选择10.6 机架常用的材料第十一章 键的校核11.1键的分类11.2 平键连接的强度计算11.3键的校核第十二章 联轴器的校核12.1联轴器的分类及性能特点12.2 联轴器的选择及其验算第十三章 增速器的选用及验算13.1增速器的选用及验算第1章 前言本产品属于一种小功率的发电设备，是一种特别适合饲养有大型家畜，如牛、马、驴、骡等的农户使用的发电机。在许多边远山区采用水力发电、风力发电、地热发电等方法解决电问题。但不少地区水力、风力、地热资源都比较贫乏，而且水利发电、风力发电投资很大，往往给这些地区发电问题造成困难，因而需要一种新型电机来为这些地区的人解决这一问题。而采用畜力发电机既可用于边远山区、草原、海岛，又可用于农闲季节的农村。能源转化合理方便，成本问题得以合理解决。目前，在广大农村地区，能源供应主要有两种途径，一是向外够入，如煤、油、电、气等，此种情况一来需要支出资金，二来容易出现资金原因，在急需时停止供应，三来由于农村地处偏远，输电线路过长或运输距离过远而导致使用成本居高不下 ；并且由此造成能源在传输过程损失过多。二是向周边环境索取，这容易造成对周围生态环境的破坏。 本产品的设计目的在于针对上述情况，为饲养有大型家畜的农户提供一种简单实用，成本低廉家用畜力发电设备，以满足农户对能源的要求。 该产品结构简单，主要由机架、调变速装置、传动机构、发电机、调压装置及附件组成，制造成本低廉，可满足农户的一般电力需求，并且由于其以家畜作为动力，因而不会造成环境的破坏，符合绿色环保要求。第2章 总体设计 2.1概述总体设计是机械设计中极为关键的环节，它是对所设计的机械的总的设想，总体设计的成败，关系到整部机械的经济技术指标，直接决定了机械设计的成败。总体设计指导机构设计和部件设计的进行，一般由主任工程师（或总工程师）主持进行。在接受设计任务以后，应进行深入细致的调查研究，收集国内外同类机械的有关资料，了解当前国内相关机械的使用、生产、设计和科研情况，并进行分析和比较，制定总的设计原则，设计原则应当保证所设计机型符号有关的方针、政策，在满足使用要求的基础上，力求结构合理、技术先进、经济性好、寿命长。总的设计原则：1 遵守“三化”:零件标准化、产品系列化、部件通用化。2 采用“四新”:新技术、新结构、新材料、新工艺。3 满足“三好”:好制造、好使用、好维修。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。 2.2设计任务在现有2 KW汽油发电机组的基础上，将动力源改为畜力（骡、马或牛），既可用于边远山区、草原、海岛，又可用于农闲季节的农村；既可单机使用，又能并网发电。该机结构主要由机架、调变速装置、传动机构、发电机、调压装置和辅件等组成。其他要求同柴油发电机组。本设计要求达到结构合理、生产成本低、整机重量轻、操作方便、满足工作性能的目的；要求震动、噪声小，适合批量生产。2.3设计目的1培养学生综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。 2培养学生懂得工程技术工作所必须的全局观念、生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。3培养学生调查研究，查阅技术言文献、资料、手册，进行工程计算、图样绘制及编写技术文件的能力。2.4设计方案选择原发电机为汽油发电机，现改为畜力发电机。方案一：畜力直接驱动1、优点：结构简单，容易查找故障根源，排除故障方便，对操作人员技术要求不高，并且生产成本低。2、缺点：速度不易控制，家畜休息时无法发电，转速变化较大，输出不稳定，很难达到实际应用要求。方案二：弹簧储能，飞轮稳速。 1、优点：速度容易控制，家畜休息时装置也能发电。并且有反馈控制部分，可以提高输出的稳定性。2、缺点：结构较第一种方案复杂，会提高制造成本。2.5设计题目分析 经查相关的资料，确定马的行走速度大约是1.1m/s，功率大约为0.55KW，所以机构用2匹马工作，电机选用湖南省嘉禾水电设备厂生产的TFDW-2型汽油发电机。P=2.2KW=500N1.1m/s4。马的工作力臂L=1.3m。工作转矩T=FL=50041.3=1300N.M。一分钟路程S=VT=1.160=66m一圈路程S=d=4.082m. 1分钟所走的圈数n1= S/S=66/4.082=16圈 发电机转速n=1500r/min 总传动比i=16/1500=1/93.75发电机的外形及安装尺寸如下：A=150 B=140 C=90 D=22 E=40 F=6 G=24.5 L=380 b=190 h=355 K= a=50 第3章 平面蜗卷弹簧设计3.1弹簧的功用 弹簧是一种弹性元件，多数机械设备均离不开弹簧。弹簧利用本身的弹性，在受载后产生较大的变形，当外载卸除后，变形消失而外载恢复原状。弹簧在产生变形和恢复原状时，能够把机械功或动能转变为变形能，或把变形能转变为机械功或动能。利用弹簧的这种特性，可以满足机械中的一些特殊要求，其主要功用是： 1）控制机构的运动，如内燃机中的气门、制动器、离合器上的弹簧。 2）减振和缓冲，如各种车辆的悬挂弹簧、联轴器中的弹簧。 3）储能及输出能量，如钟表中的弹簧。 4）测量力的大小，如弹簧称、测力器中的弹簧。 按照载荷的性质，弹簧可分为压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧；按照弹簧外形可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧等；按材料的不同还可以分为金属弹簧和非金属弹簧等。3.2平面蜗卷弹簧的类型这里的设计选择平面蜗卷弹簧进行储能，在牲畜休息时弹簧释放能量进行发电。平面蜗卷弹簧是将等截面的细长材料绕制成平面螺旋线形，工作时一端固定，另一端施加转矩，线材个截面承受弯曲力矩而产生弯曲弹性变形，在本身平面内产生扭矩，其变形角的大小和施加的转矩成正比。它的刚度较小，一般在静载荷下工作。由于卷绕圈数可以很多，变形角大，能在较小体积内储存较多能量。材料截面形状多半是长方形的，也有的是圆形。平面蜗卷弹簧依据相邻圈是否接触分为2类：非接触型和接触型。非接触型平面蜗卷弹簧在工作中各圈均不接触，常用来产生反作用力矩，如电动机电刷的压紧弹簧和仪表、钟表中游丝均属于这种弹簧。非接触型平面蜗卷弹簧非为外端固定和外端回转两种。它门的强度和变形角计算略有差异，但它们的特性都属于线性的。 接触型平面蜗卷弹簧常用来作为各仪器和钟表机构中的发条。弹簧外端固定在簧盒内壁上，内端固定在心轴上。心轴上施加转矩时，弹簧被卷紧并储存能量。 接触型平面蜗卷弹簧的转矩与变形角间的关系不但与弹簧材料、簧盒内径、心轴直径 、弹簧长度、截面尺寸和内、外端的固定形式有关，还与弹簧材料的表面粗糙度和润滑条件有关。要精确计算比较困难，所以有关计算式多为近似式，计算结果与实际情况有一定误差。3.3平面蜗卷弹簧设计平面蜗卷弹簧的特性线参考书目机械设计手册新版2以下计算中出现的公式出自7-51页。弹簧内端固定形式内端固定图示这种内端固定形式用于材料较厚的弹簧，承受拉力较大，可以防止拉力过大时弹簧拉断。弹簧外端固定形式：衬片固定 衬片固定图示 在端部铆接衬片，衬片两侧凸耳分别插入盒底和盒盖的长方形中，衬片在方孔中可移动，减少了圈间摩擦，有较高的稳定度，是较合理的固定形式。计算公式：1弹簧材料由表12-20选用II级强度热处理钢带(60Si2MnA)，再由表12-22，取硬度为4855HRC，抗拉强度b=1700Mpa.当使用寿命大于105次时，取=（0.50.6）b=8501020Mpa。根据重要程度取=1000MPa。2.计算最小工作转矩和极限转矩极限工作转矩由前面知：。3.弹簧材料的截面尺寸 设宽度b=200mm,弹簧要求外端固定，取K2=1，所以。取h=。4.弹簧工作长度由l/h=30007000,最大15000，取l/h=7000,所以L=5000h=7700mm。5.芯轴直径，取=40mm6.弹簧内半径，取R1=22mm7.各部分圈数：自由状态下的圈数：=40.37 取n0=40圈理论工作转数：未受转矩时的圈数：卷紧在心轴上的圈数： 8簧盒内径取D2=370mm9.材料展开长度 L=l+ld+lDld固定于芯轴上的长度，lD固定于簧盒的长度 平面蜗卷弹簧第4章 直齿圆柱齿轮的设计参考书目机械设计第六版。4.1齿轮传动的基本问题 齿轮传动是最基本的机械传动形式之一。与带传动等相比，齿轮传动具有寿命长、瞬时传动比恒定、效率高、结构紧凑、速度和功率的适用范围广等许多优点。其主要缺点是对制造和安装的精度要求较高，并且需要专用机床，因而生产成本较高；在精度较低或高速运行情况下，震动和噪声较大；无过载保护作用。 虽然齿轮传动的类型很多，用途各异，但是从传递运动和和动力的要求出发，各种齿轮传动都必须解决两个基本问题： （1）传动平稳 就是要保证瞬时传动比恒定，以尽可能减少齿轮啮合中的冲击、振动和噪声。 （2）足够的承载能力 就是要在尺寸、质量较小的前提下，保证正常所需的强度、耐磨性等方面的要求。保证在预定的使用期限内不发生失效。 有关传动平稳的问题，涉及到齿轮传动的齿廓条件、正确啮合、连续传动等多方面。4.2齿轮的失效形式正常情况下，齿轮的失效主要集中在轮齿部位。轮齿的失效形式很多，但归结起来可分为二大类：齿体损伤失效和齿面损伤失效。1.轮齿折断2.齿面点蚀3.齿面胶合4.齿面磨粒磨损5.齿面塑性变形。4.3齿轮设计准则普通齿轮传动的设计准则如下。1.闭式传动 其只要失效形式为齿面点蚀和轮齿的弯曲疲劳折断。当采用软齿面时，其齿面接触疲劳强度较低，因此，一般应首先按齿面接触疲劳强度条件计算齿轮的分度圆直径及其主要集合参数，然后对其齿轮内的疲劳弯曲强度进行校核。当采用硬齿面时，则一般应首先按轮齿的抗弯疲劳强度确定齿轮的模数及其余主要几何参数，然后再校核其齿面接触疲劳强度。2.开式传动 其主要失效形式为齿面磨粒磨损和轮齿的弯曲疲劳折断。由于目前齿面磨粒磨损尚无完善的计算方法，因此通常只对其进行抗弯疲劳强度计算，并且适当加大模数的方法来考虑齿面磨粒磨损的影响。4.4齿轮的材料及其选择 由齿轮的失效形式可知，在齿轮设计中，应使齿轮的工作表面具有较高的抗点蚀、耐磨损、抗胶合和抗塑性变形的能力，而齿根则应具有较高的抗折断能力。因此，一般的讲，理想的齿轮材料应具备这样的特点：即齿面要硬、齿心要韧。在这方面，钢通过适当的热处理，能收到满意的效果，是最理想的齿轮材料。制造齿轮多采用碳素结构钢和合金结构钢，并已锻造形式的方法制作毛坯，这类钢叫锻钢。毛坯经锻造加工后，可以改善力学性能，使其内部形成有利的纤维方向，有利于轮齿强的的提高。钢制齿轮常通过调质、正火、表面淬火、渗氮等各种热处理方法改善材料力学性能，以适应齿轮的不同的工作要求。齿轮常用铸铁为灰铸铁和球墨铸铁。普通灰铸铁句良好的铸造工艺性和机械加工性，易于得到复杂的结构形状，而且价格便宜，同时，灰铸铁还具有一定的抗点蚀和抗胶合能力，但其抗弯强度低、韧性差，因此多用于低速、无冲击及尺寸不受限制的场合。灰铸铁中的石墨具有润滑作用，尤其使用于制作润滑条件较差的开式传动齿轮。与灰铸铁相比，球墨铸铁不仅强度高，且具有较强的抗冲击能力。因此，在一定程度上 可以代替钢制作齿轮。但由于生产工艺比较复杂，目前使用尚不够普遍。某些在特殊场合下工作的齿轮，根据需要，可以采用铜、铁以外的其他材料制造。例如：在腐蚀介质中工作的轻载齿轮，可以采用铜、铝、钛等有色金属制造。要求降低噪声的高速、轻载齿轮，可以采用尼龙、酚醛塑料和酚醛层压布板等非金属材料制造。齿轮材料的选择 选择齿轮材料时，要从齿轮的工作条件、制造工艺性和经济性等方面考虑。现提出一些看法，供选择材料时参考。 1.选择材料要满足工作条件的要求 一般的说，工作速度较高的闭式齿轮传动，齿轮容易发生齿面点蚀或胶合，应选择能使齿面硬度叫高的高频感应加热淬火用钢中速中载齿轮传动，可选择综合性能较好的调质钢。开式齿轮润滑条件较差，主要失效形式为齿面的磨粒磨损，应选择减摩、耐磨性较好的材料。高速轻载的齿轮，为了降低噪声，可选用非金属材料。重要的或结构要求紧凑的齿轮传动，应当选择较好的齿轮材料。一对齿轮的材料搭配十分重要。一般的说，对于标准齿轮传动，小齿轮齿根较弱而且回转次数又多，故应使小齿轮材料的强度和耐磨性比大齿轮要高一些。设计中，对于软齿面齿轮传动，通常其小齿轮比大齿轮高出20-50HBS，且传动比越大其硬度差也越大。当一对齿轮 采用软、硬齿面搭配时，经过磨制的硬齿面小齿轮，对于软齿面大齿轮，通过碾压作用产生冷作硬化现象，从而可以提高大齿轮齿面的疲劳强度。对于高速齿轮传动，为了防止齿面发生胶合，除了要重视润滑和散热条件以外，在选择齿轮材料时，还应从摩擦学的角度来认识。一般认为，为了提高齿面硬度差有利于防止发生胶合，而一对齿轮材料的硬度、成分和内部组织越接近，对于防止发生胶合越不利。2.选择材料要考虑齿轮毛坯的形成方法、热处理和切齿加工条件 直径在400mm以上的齿轮，因一般锻压设备不便加工而采用铸造成型毛坯，故选用铸钢或铸铁。单件或小批量生产的大直径齿轮，往往采用焊接的方法制作毛坯，这不但可以缩短生产周期，而且有利于降低齿轮的制造成本。当齿轮的热处理选择调质、正火或表面淬火时，需要采用中碳钢或中碳合金钢。调质钢在强度、硬度、和韧性等各项力学性能方面均优于正火钢，但切削性能不如正火钢。在切削性能方面，一般的说，合金钢不如碳素钢，通常滚齿和插齿等切齿方法，只能切削硬度小于250HBS的齿坯，它大体为调质或真火钢的材料硬度。超过该硬度时，齿轮往往需要进行磨齿加工而增大齿轮的制造成本。但是，若齿轮选择表面淬火，由于热处理工程中加热时间短而轮齿变形较小，故对于普通精度要求的齿轮可以不磨齿，是这种热处理方法的一大优点 。其次，由于生产率高，并且便于实现热处理工艺的自动化的自动化而非常适合大规模生产方式。3.选择材料要考虑齿轮生产的经济性 在满足使用性能的前提下，选择材料必须注意降低齿轮生产的的总成本。总成本应当包括材料本身的价格和与生产有关的一切费用。一般的说，碳钢和铸铁的价格较低，且句要较好的工艺性，因此在满足使用性能的前提下，应优先考虑选用。这里应特别强调：在选择齿轮材料时必须认真考虑齿轮制造工艺性的好坏。在小批量生产条件下，工艺性能的好坏显得并不突出，而在大批量生产条件下，它有时可能成为选择齿轮材料的决定因素。此外，在选择齿轮材料时，还应当考虑材料的资源和供应情况，所选钢种应供应充足且尽量集中。在必须采用合金钢时，应首先立足于资源比较丰富的硅、锰等类合金钢。计算 及其校核4.5齿轮的基本参数及其校核1选材料确定初步参数 （1）选材料 小齿轮：40Cr调质，平均取齿面硬度为260HBS 大齿轮：45钢调质,平均取齿面硬度为230HBS(2)初设传动比 i1=1:5 (3)初选齿数 取小齿轮齿数Z1=54，则大齿轮齿数Z2=270， （4）齿数比 u=Z2/Z1=5(5)选择齿宽系数 参照表9-14，取齿宽系数，初估小齿轮直径d1估=100mm，则齿宽b估=60mm(6)小齿轮圆周转速则，齿轮圆周速度 （7）计算小齿轮转矩T1 （8）确定重合度系数，由P173 式（9-13） （9）确定载荷系数KH，KF。 1）使用系数KA，由已知查表9-9，取KA=1.5 2）动载荷系数KV，由图9-6，取KV=1.17 3）齿向载荷分布系数，由图9-6， 4）齿间载荷分配系数，根据条件查表（9-10）得 5）载荷系数KH，KF，由式9-7，9-82.齿面接触疲劳强度计算 （1）确定许用应力1）总工作时间 2)应力循环次数N1，N2，由式（9-16）及表9-12得 3）寿命系数，由图9-17，取ZN1=1.13，ZN2=1.16 4）接触疲劳极限，由图9-13a,取 5）安全系数，参照表9-17，取SH=1 6）许用应力，由式（9-15）得（2）弹性系数，由表9-11，（3）节点区域系数，由图9-12，取ZH=2.5（4）所需小齿轮直径，由式（9-11）得与初估大小基本符合。 （5）确定主要参数 1）模数 m=5 2)分度圆直径 d1=mz1=100mm,d2=mz2=500mm 3)中心距 a=0.5(d2+d1)=300mm 4)确定齿宽 取小齿宽b1=b=60mm.b2=60mm3.齿根抗疲劳强度验算 （1）求许用应力 1）应力循环次数，由式（9-16）及表9-12得 2）寿命系数 取YN1=YN2=1 3）极限应力 由图9-21 4）尺寸系数 由图9-26，取YX=1 5）安全系数 参照表9-13，取SF=1.5 6）许用应力，由式（9-20）得（2）齿形系数 由图9-19，取（3）应力修正系数，由图9-19，取（4）校核齿根抗弯疲劳强度，由式（9-11）得抗疲劳强度满足要求4齿面静强度验算 （1）确定许用接触应力，参照表9-13，取静强度安全系数，由图9-17取寿命系数 （2）校核齿面静强度，根据过载条件，由式（9-21），齿面最大接触应力5齿根抗弯强度计算 （1）确定许用弯曲应力，参照表9-13，取静强度安全系数，由图9-25，取寿命系数 （2）最大弯曲应力并校核强度，由式（9-22），最大弯曲应力静强度满足要求。第5章 直齿圆锥齿轮的设计参考书目机械设计图册（上）和机械设计。锥齿轮用于相交轴之间的传动。两轴之间的交角可根据需要确定，但大多数为直角，即两轴垂直相交传动形式。锥齿轮传动分为直齿、斜齿和曲线齿三种类型。其中斜齿锥齿轮传动应用较少。曲线锥齿轮传动具有工作平稳、承载能力高、使用寿命长等优点，适用于高速、重载应用场合。其主要缺点是制造困难，要求具备专用加工机床。所以，专业性很强，一般场合不便推广。目前，应用最多的还是直齿齿轮传动，这主要是因为其设计、制造都比较简单。但由于其制造精度普遍较低，工作中振动和噪声较大，故圆周转速不宜过高。5.1齿轮参数设计及计算设计及其校核（其中出现的公式出自机械设计）1.选材料确定初步参数 （1）选材料 齿轮1 45钢调质，平均齿面硬度为200HBS。 齿轮245钢调质，平均齿面硬度为160HBS。 （2）初选齿数 Z1=35，Z2=50 齿数比 (3)选择齿宽系数， （4）确定传动的精度等级，初选传动的精度等级为8级 （5）计算小齿轮转矩T1 （6）确定载荷系数K 1）使用系数KA 由已知条件，查机械设计课本表P190表10-2，取KA=1.25 2）动载系数KV 由机械设计课本表P192图10-8，取KV=1.0 3）齿向载荷分配系数， 按小齿轮悬臂考虑，取 4）载荷系数 5.2 齿面接触疲劳强度计算 （1）确定许用应力1）寿命系数ZN 由已知条件取 2）安全系数SH 由表9-13，取 3）接触疲劳极限 由机械设计课本表P206图10-19，取 4）许用应力 大齿轮的许用应力小，故去大齿轮的许用应力。 （2）弹性系数ZE 由机械设计课本表P198表10-6，取 （3）节点区域系数ZH 由图9-12，取ZH=2.5 （4）求齿轮所需大端分度圆直径d1 取d1=175mm (5)验算速度vmt (6)确定模数m=d1/z1=51. 齿根抗弯疲劳强度验算（1） 确定去用弯曲应力1） 寿命系数 由已知条件查机械设计课本P202图10-18，取2） 安全系数SF，取安全系数 3）极限应力，查机械设计课本P204图10-20（c），取4）求许用弯曲应力 （2）齿形系数 由机械设计课本P197表10-5，取 1)分锥角， 2）当量模数 （3）应力修正系数 由由机械设计课本P197表10-5取（4）齿根抗弯疲劳强度 抗弯强度足够。4.主要几何尺寸计算 （1）大端分度圆直径 d1=mz1=175mm，d2=mz2=250mm。 （2）分锥角 （3）锥距 （4）齿宽 （5）当量齿数 （6）平均模数 （7）平均分度圆直径 （8）齿顶高 （9）齿根高 （10）齿顶圆直径 （11）齿根圆直径 第六章 轴的设计 参考书目机械设计手册6.1轴的分类轴是机械设备中重要的零件之一。轴的主要功能是支撑旋转零件，并传递运动和动力。直轴一般都做成实心的，若因机器需要或为减轻机器质量，也可以制成空心轴。考虑加工方便，轴的截面多为圆形，为了轴上零件定位及装拆方便，轴多作成阶梯轴。只有一些结构简单或具有特殊要求的轴，才做成直径轴。 根据轴的承载情况，可分为转轴-工作中既受弯矩又受转矩的轴，这类轴在各类机器中最常见；心轴-工作中只受弯矩而不受传递转矩的轴，心轴有转动心轴和固定心轴两种；传动轴-工作中只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小的轴。6.2轴的材料轴的材料是决定其承载能力的重要因素，制造轴的主要在材料是碳素钢及合金钢。 一般机器中的轴常用优质中碳钢制造，这类钢比合金钢低廉，对应力敏感性较低，其中45号钢最为常用。为了提高材料的力学性能，通常进行调质或正火处理。不重要或受力较小的轴以及一般传动轴也可以使用Q235、Q275等普通碳钢制造。 对于重要的轴，大功率机器中要求尺寸小、质量轻、耐磨性高的轴以及处于高温或低温环境工作的轴，应选用合金钢制造。合金钢具有较高的的力学性能和良好的热处理性能，但价格较贵，对应力集中敏感。另外，在一般温度下，各种碳钢和合金钢弹性模量的数值相差不多，热处理对它的影响也不小。因此采用合金钢只能提高其强度和耐磨性，对轴的刚度影响甚微。 钢轴可用轧制圆钢或锻件经切削加工制成，对于直径较小的轴，可直接利用冷拔圆钢加工。 形状复杂的轴，也可以采用铸钢、合金铸铁和球墨铸铁制造。经过铸造成形，易于得到更合理的形状，而且铸铁的吸振性好，应力集中的敏感性较低。但是铸造轴的品质不易控制，可靠性较差。6.3轴设计的主要问题 为了保证轴的正常工作，对于一般机器的轴，应进行强度校核，防止因轴的强度不够而断裂；对于有刚度要求的轴，还需进行刚度校核，防止轴工作中产生过大的变形；对于高速运转的轴，还要进行振动稳定性计算，防止轴发生共振。在设计轴时除了要按上述设计准则进行设计计算或校核计算外，在结构设计还需使轴满足轴上零件的安装、固定及制造工艺性要求等，合理地确定出其各部分的形状及结构尺寸。6.4轴的结构设计在进行轴的结构设计时，一般应已知：轴的转速、传递功率、传动布置方案、回转件的主要尺寸等。 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和各部结构尺寸，使轴的各段直径和长度，既要满足承载能力要求，有要符合标准零部件及标准尺寸的规范，另外，还要符合零件的安装、固定、调整原则以及轴的加工工艺规范。总之，影响轴结构的因素很多，所以轴的机构设计灵活多变，没有一成不变的规律，只能具体问题具体分析。 轴和轴上零件的结构、工艺、轴上零件的布置等对轴的疲劳强度及刚度有很大的影响，改进这些方面能提高轴的承载能力。轴的尺寸如能减小，整个机器的质量也会随之降低。 1.改善轴的受载状况 2.减少应力集中 3.改善轴的表面品质具体数据见图纸轴1，轴2.6.5轴的校核1. 轴的扭转强度计算查机械设计手册619页表（6118），实心轴的扭转强度校核公式为 d轴端直径 mm T轴所传递的扭矩. N.m n轴的工作转速 r/min. A按表（6119）选取.按表（6119）选取.P轴所传递的功率. KW轴1：A取80，p=1.1 KW，n=16 r/min45mm轴2：n=80r/min40mm校核结果：轴的扭转强度符合要求.2. 轴的扭转刚度计算 查机械设计手册表（6118）得B按表（6120）选取.取B=82.7轴1：45mm轴2：40mm校核结果：轴的扭转刚度符合要求.第七章 飞轮的选择设计参考书目机械设计图册机械原理7.1概述 飞轮的作用是当机械中的驱动功超过阻力功时，将多余的能量储存起来，使动能和瞬时速度增大；相反，当阻力功超过驱动功时，又将储藏的能量释放出来，补充驱动功的不足并使瞬时速度降低。因此飞轮可利用其较大的转动惯量用其积蓄的动能来帮助克服尖峰负载而减少原动机的所需功率，同时机械运转的周期性速度波动幅度控制在允许的范围内，动力机械、冲压机械等往往需要安装飞轮。 飞轮的材料主要有铸铁HT150-HT200，功率较大，速度较高时用35-40钢。其主要结构形式有实心圆盘形飞轮、辐板式和孔板式飞轮。 根据结构的需要，选择辐板式飞轮，其结构如下7.2飞轮参数设计具体参数选择设计（HT150: ）参考机械原理176页飞轮简易设计与机械设计图册下514页最大外圆直径 轮缘厚度轮毂直径 宽度轮毂长度 斜度= 参靠理论力学，飞轮的质量主要集中在轮缘。转动惯量计算公式为7.3飞轮校核参考机械设计图册下册515页进行飞轮切线速度验算。 其中铸铁的=3035m/s.所以13.94m/s=3035m/s验算合格.第八章 轴承的选择及校核参考书目：机械设计手册（第四版第二卷）机械零件设计手册机械设计（第七版）轴承是支撑轴的部分。根据轴承工作时的摩擦性质。轴承可分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承两类。滚动轴承是由专业工厂生产的标准件，滚动轴承的类型、尺寸和公差等级等已制订有国家标准，在机械设计中只需根据工作条件选择合适的轴承类型、尺寸和公差等级等，并进行轴承的组合结构设计。8.1滚动轴承的构造和材料 滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。通常内圈装在轴承座孔内不动，但亦有外圈转动、内圈不动或内、外圈按不同转速回转的使用情况。滚动体在内、外圈滚道内滚动。保持架将滚动体均匀隔开，以减少滚动体的摩擦和磨损。滚动体的形状有球形和滚子形。 滚动轴承的内、外圈和滚动体均采用强度高、耐磨性好的铬钢和铬锰硅钢制造，前者适宜于制造尺寸较小的轴承，后者适宜制造尺寸较大的轴承。常用的牌号有GCr9、GCr15和GCr15SiMn，经淬火后硬度可达58-66HRC。保持架多用低碳钢板冲压制成，为了减小与滚动体之间的摩擦和减轻滚动体的磨损，也可采用铜合金、铝材或塑料。8.2滚动轴承的类型按滚动轴承承受载荷的作用方向，常用轴承可分成三类，即径向接触轴承、向心角接触轴承和轴向接触轴承 1.径向接触轴承主要承受径向载荷。这类轴承有：（1）深沟球轴承轴承主要承受用于径向载荷，也可承受一定的轴向载荷。高转速时可代替推力球轴承受纯轴向载荷。与外形尺寸相同的其他类型轴承相比，其摩擦因数小，允许极限转素高，价格低廉，故应用广泛。（2）调心球轴承轴体有两列球体，其外圈滚道为内球面，具有自动调心性能。主要用语承受径向载荷，也可承受很小的轴向载荷，但不宜用来承受纯轴向载荷。这类轴承适用于轴的刚度较小、二轴承孔同轴度较低以及多支点的场合。（3）调心滚子轴承与尺寸相同的调心球轴承相比，有较高的承载能力，可承受大的径向载荷也可承受不大的轴向载荷，但不宜用来承受纯轴向载荷，适用场合和 调心轴承相同。（4）圆柱滚子轴承 圆柱形滚子与保持架装在有挡边的内圈上，外圈无挡边，内、外圈沿轴可以分离，属于分离型轴承。轴承只能承受径向载荷，其承载能力比相同尺寸的球轴承约大1.7倍，这类轴承对轴线的偏斜很敏感，适用于轴的钢性较大、二轴承孔同轴度好的场合。（5）滚针轴承 轴承通常有内、外圈和一组滚针组成，有时滚针也带保持架，这类轴承的径向尺寸小，能承受很大的径向载荷，对轴的偏斜非常敏感，摩擦力也较大。适用于低速、重载和径向尺寸受限制的场合。2.向心角接触轴承，轴承能同时承受径向载荷和较大的轴向载荷。这类轴承有：（1）角接触球轴承3.轴向接触轴承，轴承只能承受轴向载荷，（1）推力球轴承（2）推力圆柱滚子轴承。 根据各种轴承的特点，最后选择推力球轴承。轴承上的两个套圈的内孔直径不同，直径较小的套圈紧配在轴颈上，称为轴圈；直径较大的套圈安放在机座上，离心力大，轴承对滚动体的约束力不够，故允许的转速很低8.3滚动轴承选型校核8.3.1 轴承选型 滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一,它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗少，起动容易等优点。常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业厂家大量制造及供应各种常用规格的轴承。滚动轴承的选择计算，是根据轴承的工作条件，合理地选择轴承类型、尺寸、公差等级及游隙等，并验算轴承寿命（或承载能力）、静强度及极限转速。各种类型的轴承具有各自的特性，具有各自的场合。通常选择轴承类型时应考虑下列特点：1）负荷情况 负荷是选择轴承最主要的依据，通应根据负荷的大小、方向和性质选择轴承。（1）负荷方向 本设计中丝杠与集箱之间纯轴向力作用，拟选定推力轴承。（2）负荷性质 收口模压缩钢管加载过程中载荷冲击不大，拟选定球轴承以提高效率。（3）负荷大小 轴承所需基本额定静载荷的确定，按额定静负荷选择轴承的基本公式为 式中 基本额定静负荷，N 安全系数 ，见 表8.227.28 当量静负荷，N推力轴承的轴向当量静负荷按下列公式计算 =90的推力轴承 90的推力轴承 2）高速性能 本设计中轴转速很低0.88 r/min 可以忽略。3）调心性能 当轴两端轴承孔同心性差（制造误差或安装误差所致）或轴的刚度小，变形较大，以及多支点轴，均要求轴承调心性好。本设计中轴的刚度大，集箱的两孔同心误差不大（集箱长度不大）及工作过程对同轴度要求不高。不用选调心轴承。4）允许的空间 本机械结构简单轴向空间大不用考虑选用窄系列的问题。5）安装与拆卸方便 整体式轴承座或频繁装拆时应选用内、外圈可分离的轴承。 6）滚动轴承的公差等级选择：滚动轴承的公差等级分为6级，普通级、6级、6X级、5级、4级及2级。普通级最低，2级最高，普通级应用最广。考虑砌筑机械手的实际应用价值，技术要求及成本考虑选用普通级。滚动轴承的游隙选择：滚动轴承的游隙分为径向和轴向游隙。轴承游隙大小对承载能力有影响，实验分析表明工作游隙比零稍小的负值时轴承寿命最大。产品样本中所列的基本额定动负荷及基本额定静载负荷是工作游隙为零