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§3.2.2已知参数
该轴传递的功率为:p= ;转速: :轴中间装输送链主动链轮,轴端装从动链轮。
§3.2.3 设计计算
一. 按转矩初步估计轴径
选择轴的材料为45钢,经调质处理,由表15-1,查得材料力学性能系数据为:
, , ,
,
根据表15-2公式初步计算轴径,由于材料为45钢,由表15-3可知:
A=103~123,选取A=110,则得:
(3-5)
考虑到轴上装有传动链从动链轮需要加键,将轴径增加3%~7%, ,取d=80mm
二.轴的结构设计
如图所示,根据轴的设计原则,轴段①和轴段②之间应该有定位轴肩,轴段③、④之间因该有装配轴肩,,轴段⑤、⑥之间应该有定位轴肩,
今取 = =80mm(轴承定位轴肩), = =84mm(定位轴肩), =100(轴承定位轴肩), =90(安装导向主链轮),。根据要求初步选定各轴段长: =225.5, =225.5,
三. 按许用应力计算轴径
(一)、轴的受力分析
1、轴传递的转矩:
(3-6)
式中 p——轴传动的功率,取 p=2.844KW;
n——轴的转速,取 n=8.57r/min;
2、链传动的圆周力:
输送链主传动链的圆周力:
(3-7)
式中 d——尾部链轮的直径取d=409.23mm
3、链轮的径向力
(1)、由输送链条张力计算中可得:
输送链主动链轮所受的径向力:
(二)、求支承反力
1、水平支承反力
由 (3-8)
得 (3-9)
由
得 (3-10)
2、垂直面支承力
由图可知
(3-11)
(三)、作弯矩图和转矩图
1、水平弯矩图:
(3-12)
(3-13)
2、垂直弯矩图
垂直面弯矩:
(3-15)
3、合成弯矩
(3-16)
(3-17)
4、扭矩图
由前面已经计算可知
四. 轴的疲劳强度安全因数校核计(确定危险截面)
根据载荷分布(弯矩图、转矩图)、应力集中和轴的结构尺寸,选取轴上B、D、E截面分析,截面E处弯矩较大,有园角及过盈配合引起的应力集中;截面D载荷最大,有键槽及过盈配合引起的应力集中;截面B载荷较大,有过盈配合引起的应力集中,故属于危险截面,比较后取截面D进行校核计算。另外由于中间安装链轮处的轴左右两侧轴径相同所以只需要校核一侧即可。
左侧:
抗弯截面系数为: (3-18)
抗扭截面系数为: (3-19)
弯曲应力幅: (3-20)
切应力幅: (3-21)
由于轴的材料为45钢,且为调质处理,由机械设计课本表15—1查得
, ,
截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 和
按照附表3—2查,因为 , (3-22)
(3-23)
经过插值后查得 ,
又由附表3—1得材料敏感系数 ,
故有效应力集中系数有:
(3-24)
(3-25)
由附图3—2尺寸系数图可得
由附图3—3扭转系数图可得
由于轴需要磨削加工,由附图3—4得表面质量系数
轴未经表面强化处理即 ,按照式(3—12)及(3—12a)得综
合系数为: , (3-26)
。 (3-26)
由式§3.1及§3.2得碳钢特性系数 : ,取0.1
,取0.05
于是可计算安全系数S值有:
(3-27)
(3-28)
(3-29)
所以该轴是安全的。
§3.3尾部轴承的设计计算
§3.3.1 设计任务
对FU270型链式输送机头节链轮轴承进行计算。
§3.3.2 已知参数
选用轴承的型号为:6216;由轴的设计计算可知轴承的支反力为: , ;轴径d=80mm; 转速 n=8.57r/min;轴承采用脂润滑。
§3.3.3 设计计算
一. 寿命计算
(一)、查表39.2-4,可得轴承的基本额定动载荷: ;基本额定静载荷: ,采用脂润滑的极限转速 。
(二)、计算内部轴向力
(3-30)
式中 e——判断系数;
——轴承所受的径向载荷,取 800N, 25791N;查表39.3.3,可得判断系数e=0.19。
(3-31)
(3-32)
(三)、计算当量动载荷
查表39.3.3,可得 ,
由式(39.3-4b)可得:
即: (3-33)
(3-34)
( 四)、轴承寿命计算
由于 = ,所以按照轴承任何一个的受力大小计算都行
由式(39.3-12)可得: (3-35)
式中 ——滚动轴承的基本额定寿命;
n——轴承转速,取n=8.57r/min;
C——基本额定动载荷,取c=71.5KN;
P——当量动载荷,取p=4572.5N;
——寿命系数,选用深沟球轴承,取 =3。
二. 静载荷的计算
查表39.3-8,可得深沟球轴承的系数:
,
由式(39.3-14)可得:
(3-36)
(3-37)
其中径向当量载荷为两者中的最大值。
式中 ——轴承径向当量静载荷;
——轴承所受的径向载荷,
取 =800N, =25791N;
——轴承所受的轴向力,取0N
§3.4张紧装置的设计
§3.4.1张紧装置的介绍
要保证链运机正常工作,链条必须有一定的张力,具有挠性牵引构件的连续运输机械必须有张紧装置。张紧装置不仅使输送机构获得必要的初张力,同时也保证输送机正常共作。
它的作用如下:
(1)补偿输送系统在工作行程中的伸长。
(2)在偶然间因动力作用而是而使输送系统张力减弱时,保障牵引张紧。
(3)保证摩擦传动的驱动装置初张力有足够大小,以便输送构件满足或稳定滑轮之间传递牵引力时所必须的摩擦力。
要防止输送构件过分沉重,张紧装置一般的组成:螺旋装置,重锤箱,垂直重锤拉近装置,绞车拉紧,滑轮组。
FU型链式输送机采用螺旋张紧装置用丝杠调节可移动轴承座,其优缺点:优点,结构简单,尺寸紧凑;缺点,需要定期检查或张紧;常用张紧行程:200,320,500,800,本机采用800。丝杠选用45﹟钢,调质处理,张紧支架材料选用Q235。
§3.4.2张紧装置的计算
螺杆直径: (3-38)
式中
—螺杆中径
—轴向载荷(N),取 =
—链条最大张力, =25243.6 N
—整体式螺母取1.2~1.5,此处取1.2
—许用比压强9.78
故 16(㎜)
梯形螺纹:牙根强度高,螺纹的工艺性好,内外螺纹与锥面相贴,对中性好,不易松动,采用剖分式螺母,可以调整和消除间隙,但效率低
此处选取矩形螺纹,故可取外螺纹公称直径为20㎜,大径为20.5㎜,小径为17.5㎜,节距为6㎜。 螺纹代号为 20×6
第4章 中间接节各部的设计
§4.1 链条的设计
§4.1.1链条类型的选择
常用的链条有套筒滚子链、双板链、锻造链,其中套筒滚子链的链条灵活,在链节外单位面积的压强低于其它类型的链条,不易磨损。使用可靠,寿命长,但制造工艺复杂,加工精度要求较高,但易于实现生产的自动化,从而降低生产成本。
双板链:由于两块钢板冲压成型后,焊接或者铆接成一连杆和销轴联结而成,其使用可靠,价格便宜,尤其在大节距链上。
锻造链:通过锻压或钻铣床机械加工成连杆,用销轴联结而成,其结构简单,使用可靠,连杆的各断面可进行强度设计,在保证强度前提下,可减轻链条质量,比相同节距的其它类型的链条轻,但此链条在制造过程中,对锻压设备有一定的要求,需要提供模具和较大的加工余量,价格较贵,大批生产时可降低成本。
另外要考虑机槽的宽度,因为要把链钩焊接在外链板上。套筒滚子链的结构及配合:
外链板与销轴为过盈配合
内链板和套筒为过盈配合
套筒和销轴为间隙配合
滚子和套筒之间为大间隙配合
以上配合共组成两队转动副,使相邻的内外链节可以相对转动,使链条具有挠性。
综合以上比较,选取套筒滚子链条,但因为输送链为非标准链,故参考相关资料,选取以下参数:
链板厚度: 8㎜
链板高度: 50㎜
链钩高度: 85㎜
链钩直径: 16㎜
外宽: 224㎜
滚子长: 55㎜
滚子外径: 36㎜
套筒外径: 20㎜
重量: 12.9kg/m
销轴直径:参考《简明机械零件设计手册》 ,查得
链条的节数272
§4.1.2 链条的加工工艺要求
a.内外链板的工艺要求
内外链板的平面度要求为0.03,表面粗糙度为12.5,内外链板有一定的间隙,销轴的表面粗糙度为6.3,销孔的平行度等级为8级,值为0.02。链板材料应用低序号的优质碳结构钢,机械性能参考《工程材料》:
屈服强度为300 ,抗拉强度500 ,冲击韧性90 ,硬度 HB207,含碳较适中,具有较好的韧性,可承受一定的冲击,焊接性能较好,耐磨性能较好。
b.链板的热处理
采用碳氮共渗直接淬火,低温回火,共渗层有马氏体。硬度达HRC58-64,共渗层为0.2~0.5㎜,此处热处理可提高链板的硬度,耐磨性和疲劳强度,表面组织为回火马氏体。
套筒内表面与销轴为间隙配合,滚子外表面同导轨链轮接触,所以其内外表面粗糙度为3.2。套筒与滚子的配合有较大间隙,套筒与内链板的配合为 ;套筒与销轴的配合为 ,同轴度为8级,值为0.03;材料为20钢,采用渗碳、淬火、回火加工工艺,渗碳深度为0.8~1.2㎜。淬火后,硬度为HRC45~50。
§4.2导轨的设计
§4.2.1导轨设计的意义
输送链是为物料传递提供一定大小的拉力,使物料在内摩擦力作用下以一定的稳定状态向前运动,但不可避免会产生振荡和冲击。链传动链条主要依靠紧边链轮的牵引带动物料,因此紧边位于机槽底部,松边位于机槽上部。因此松边在回程过程中,链条容易与链轮轮齿发生干涉或与紧边相撞,这不但会增加驱动阻力,甚至会引起断链,为了使上面的链条不产生摆动,并减缓冲击,我们设计了上导轨及其支架。
§4.2.2 导轨设计的要求
导轨的宽应略小于内链板的内宽,本设计中内链板的宽度为36.5㎜,故我们选择设计的导轨的宽度为30㎜,为了便于安装,将单段导轨设计为500㎜。安装时将上导轨焊接在支架上,支架用螺栓固定在机体侧板上,下导轨用内嵌在在导轨里的螺钉联结。导轨与链条之间的摩擦为滚动摩擦。选择导轨的材料为33钢,支架材料为45钢。 |
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