PC-Ф800×800锤式破碎机结构设计.doc

洛阳理工学院毕业设计（论文）PC-800800锤式破碎机结构设计摘 要锤式破碎机大量应用于水泥厂、电厂等各个部门，所以，它的设计有着广泛的前景和丰富的可借鉴的经验。其设计的实质是，在完成总体的设计方案以后，就指各个主要零部件的设计、安装、定位等问题。在各个零部件的设计中，要包括材料的选择、尺寸的确定、加工的要求，结构工艺性的满足，以及与其他零件的配合的要求等。在强度的校核是，要运用的相关公式，进行危险部位的分析、查表、作图和计算等。并随后对整体进行安装、工作过程以及工作后的各方面的检查，最后对两个主要工作零件的加工精度、公差选择进行分析，以保证破碎机最终设计的经济性和可靠性。关键词 锤式破碎机，锤头，强度 PC-800800STRUCTURE DESIGN OF HAMMER CRUSHERABSTRACT Hammer type breakers are applied to such each department as the cement plant,power plant,etc.in a large amount,so its design has an extensive prospect and experience that can be used for reference. Its design essence is,formerly after total conceptual design,a design which points each main spare part ,question of installing and making a reservation etc.And carry on the intensity to check and test to the specific part.In the design of each spare part,should include the choice,sureness,demand processed,structure craft satisfaction of the size of the material,and the demand for cooperating with other parts,etc.When the intensity is checked,should use relevant formula ,carry on the analysis of the dangerous position,need to check form,mapping,calculation,etc.Then to to install ,work course ,work situation after predict that carries on more overall inspection whole ,Finally,choose to analyze in machining accuracy, public errand to two groundwork parts,economy and dependability that the breaker soed as to ensure is designed finally.Key Words Hammer type breakers hammer intensity 目录前言1第1章 绪论21.1 破碎机的简介21.2 研究内容及实验方案21.2.1 实验方案21.2.2研究内容2第2章 锤式破碎机32.1 锤式破碎机的结构32.1.1.机壳42.1.2.转子42.1.3.衬板和打击板52.2 特点52.3工作原理62.4 分类62.5 主要用途62.6优缺点7第3章 PC-800800锤式破碎机的总体及主要参数设计83.1总体方案设计83.2 该型号破碎机的工作参数设计计算93.2.1 转子转速的计算93.2.2 生产率的计算103.2.3 电机功率的计算103.3 该种破碎机的主要结构参数设计计算103.3.1转子的直径与长度：113.3.2给料口的宽度和长度：113.3.3排料口的尺寸113.3.4锤头质量的计算：11第4章 PC-800800锤式破碎机的主要结构设计124.1锤头设计与计算134.2圆盘的结构设计与计算134.3主轴的设计及强度计算144.3.1 轴的材料的选择154.3.2 轴的最小直径和长度的估算154.3.3 结构设计的合理性检验154.3.4 轴的弯扭合成强度计算174.3.5 轴的疲劳强度条件的校核计算：214.4轴承的选择234.4.1材料的选择234.4.2轴承类型的选择244.4.3 轴承的游动和轴向位移244.4.4 轴承的安装和拆卸254.5 传动方式的选择与计算254.6飞轮的设计与计算274.7棘轮的选择274.8蓖条位置调整弹簧的选择284.9箱体结构以及其相关设计284.9.1铸造方法294.9.2截面形状的选择294.9.3 肋板的布置29结论30谢 辞31参考文献32III洛阳理工学院毕业设计论文前言随着我国经济的持续发展，我国的钢铁工业和矿业得到了快速的发展。各种金属，非金属，化工矿物等物料的社会需求量和生产规模的日益扩大，需要破碎的物料迅速增加，因此破碎的需求也越来越大，各种规格破碎机的开发和发展，与建筑，高等级公路，桥梁，水坝和矿业的发展息息相关，它的使用范围也越来越大锤式破碎机是矿山生产、建设用料加工及聚合化工生产的主要设备之一，被广泛应用于各种金属和非金属矿山，化工矿物以及水泥，建材等物料的生产加工中。近年来，随着矿山生产和建材加工中一些新理论的提出，用户希望散体矿石能够在破碎阶段尽可能地得到粒度更细，块度更好的产品。此外，随着全球矿产贫化现象的出现，在保持或增加各种金属和非金属矿产量的前提下，要求处理的原矿量就大大增大，这对破碎设备提出更高的要求，也面临更大的挑战。无疑，现行落后的锤式破碎机不能承担新时期的生产任务，必须开发高性能，低能耗的新型锤式破碎机，总结在锤式破碎机设计、使用和测试方面得经验，积累适合我国破碎机结构特点的试验资料和数据，建立破碎机最优化设计的理念和方法并使之推广普及，提高我国锤式破碎机技术性能，赶超国际先进水平。第1章 绪论1.1 破碎机的简介锤式破碎机主要是靠冲击能来完成破碎物料作业的。锤式破碎机工作时，电机带动转子作高速旋转，物料均匀的进入破碎机腔中，高速回转的锤头冲击、剪切撕裂物料致物料被破碎，同时，物料自身的重力作用使物料从高速旋转的锤头冲向架体内挡板、筛条，大于筛孔尺寸的物料阻留在筛板上继续受到锤子的打击和研磨，直到破碎至所需出料粒度最后通过筛板排出机外。被破碎物料为煤、盐、白垩、石膏、砖瓦、石灰石等。还用于破碎纤维结构、弹性和韧性较强的碎木头、纸张或破碎石棉水泥的废料 以 回收石棉纤维等等。此外，锤式破碎机不仅可用于破碎生产线，制砂生产线，也可在选矿生产线中替代圆锥式破碎机。1.2 研究内容及实验方案1.2.1 实验方案毕业设计使用的原始资料及设计技术要求：1. 生产能力：30；2. 转子的直径D=800mm,转子的长度L=800mm；3. 最大物料给料粒度：小于150mm；4. 最大排料粒度不能超过：10mm；1.2.2研究内容运动及动力参数计算，总装图设计，主要零部件强度及选用计算，用Solid Works对连接轴进行有限元分析，绘制零部件图，设计说明书的编写。第2章 锤式破碎机锤式破碎机是直接将最大粒度为600-1800毫米的物料破碎至25或25毫米以下的一段破碎用破碎机。锤式破碎机适用于在水泥、化工、电力、冶金等工业部门破碎中等硬度的物料，如石灰石、炉渣、焦碳、煤等物料的中碎和细碎作业。2.1 锤式破碎机的结构锤式破碎机箱体、转子、锤头、反击衬板、筛板等组成。锤式破碎机结构图如图2-1所示。图2-1 锤式破碎机结构破碎机的主轴上安装有数排挂锤体。在其圆周的销孔上贯穿着销轴，用销轴将锤子铰接在各排挂锤体之间，锤子磨损后可调换工作面。挂锤体上开有两困销孔。销孔中心至回转轴心的距离是不同的，用来调整锤子和箅条之间的间隙。为了防止挂锤体和锤子的铂向窜动，在挂锤体两端用压紧锤盘和锁紧螺母固定。转于两端支承在滚动轴承上，轴承用螺栓固定在机壳上。主轴和电动机用弹性联轴器直接连接。为了使转子运转平稳，主轴的一端装有一个飞轮。圆弧状卸料筛条安装在转子下方，箅条的两端装在横梁上，员外面的箅条用压板压紧，箅排列方向和转子运动方向垂直。箅条间隙由箅条中间凸出部分形成。为了便于物料排出。箅条缝隙向下逐步扩大，同时还向转子回转方向倾斜。为了更好了解锤式破碎机的结构，接下来一一讲述其结构组成部分。2.1.1.机壳锤式破碎机的机壳由下机体、后上盖、左侧壁和右侧壁组成，通过螺栓将各部分连接为一体。上部开设进料口一个，机壳内壁全部以高锰钢衬板镶嵌，方便衬板磨损后的更换。下机体采用碳素结构钢板焊接而成，为了两侧安放轴承支持转子，特采用高锰钢焊接了轴承支座。机壳的下部可以直接用地脚螺栓在混凝土上固定，机壳的后上盖、左侧壁和右侧壁也全部采用碳素结构钢板焊接而成。机壳和轴之间没有防护措施漏灰现象十分严重，为了防止漏灰，机壳的任一部位与轴接触的地方全部设有轴封。为了方便检修、调整更换篦条和锤头，下机体、两侧壁都开有检修孔。2.1.2.转子转子是锤式破碎机的主要工作部位，转子由主轴、锤盘、销轴、锤头等组成，圆盘上均匀开有分布的销孔，用销轴悬挂锤头，为了防止圆盘和锤头的轴向窜动，用锁紧螺母在销轴两端固定。转子支承在两个滚动轴承上，轴承通过螺栓固定在下机体的支座上，还有两个定位销钉固定在轴承的中心距上。为了使转子在运动中存储一定的动能，用来减小电机的尖峰负荷和减轻锤头的磨损，特意在主轴的一端装有飞轮。下面把转子的几个主要部件加以详细介绍。（1）主轴 主轴是锤式破碎机支撑转子的最为主要的部件，转子、锤头的重量、冲击力都由其承受，所以主轴的材质需要具有较高的韧性和强度，主轴的材质采用优质合金钢，通过超声波探伤来加工进行调质处理。（2）锤盘 锤式破碎机的锤盘是用来悬挂锤头的，在锤式破碎机的运转中，锤盘不可避免的要受到矿石的冲击和磨擦，所以锤盘要要求其具有一定的耐磨性，锤盘及锤孔采用高猛钢渗碳热处理来提高了其耐磨性。（3）锤头 锤头是锤式破碎机最为重要的工作部件。其中锤头的质量、形状和材质决定着锤式破碎机的生产能力，锤头动能的大小与锤头的重量是成正比的，锤头越重，动能越大，破碎的效率越高，锤头重量种类齐全，最小锤头15公斤，最大锤头可达298公斤，多种锤头重量可以根据客户需求为其定制，锤头采用新型优质多元素高铬锰钢复合铸造，其使用寿命是一般锤头的数倍。2.1.3.衬板和打击板锤式破碎机通过锤头高速捶打矿石，瞬间内矿石具有极大的速度和动能，为了防止机架的磨损，在机架的内壁用锰钢做衬板，打击板采用高猛钢铸造淬火经过强化处理，保证了衬板和打击板优越的耐磨性和耐冲击性。 由于锤式破碎机工作环境恶劣，所以锤式破碎机的质量决定着其使用寿命，锤式破碎机的质量是由其组成部件的材质决定的.2.2 特点工作锤头，采用新工艺铸造，具有耐磨、耐冲击。可据客户要求，调节需要的粒度。锤破机体结构密封，解决了破碎车间的粉尘污染和机体漏灰问题。整体设计造型美观、结构紧凑，易损件少，维修方便等优点，是升级换代产品。结构紧凑，外形美观，耐磨性好，维护方便。2.3工作原理锤式破碎机主要是靠冲击能来完成破碎物料作业的。锤式破碎机工作时，电机带动转子作高速旋转，物料均匀的进入破碎机腔中，高速回转的锤头冲击、剪切撕裂物料致物料被破碎，同时，物料自身的重力作用使物料从高速旋转的锤头冲向架体内挡板、筛条，大于筛孔尺寸的物料阻留在筛板上继续受到锤子的打击和研磨，直到破碎至所需出料粒度最后通过筛板排出机外。2.4 分类锤式破碎机分为：单段锤式破碎机、高效锤式破碎机、打砂机、立轴锤式破碎机、可逆锤式破碎机、环锤式破碎机。将锤式破碎机的锤头换为钢环的环式碎煤机，环式碎煤机是锤式破碎机的变型。它利用高速冲击和低速碾压的综合作用来破碎物料，因而可获得更细的产品，主要用来为发电厂破碎煤炭，但也可用于石膏、盐化工原料和一些中硬物料的破碎。被破碎物料为煤、盐、白亚、石膏、砖瓦、石灰石等锤式破碎机的类型1.按转子的数目，分为单转子和双转子两类。2.按转子的回转方向，可分为不可逆式及可逆式两类。3.按锤子的排列方式，分为单排式和多排式两类。前者锤子安装在同一回转平面上，后者锤子分布在好几个回转平面上。2.5 主要用途被破碎物料为煤、盐、白垩、石膏、砖瓦、石灰石等。还用于破碎纤维结构、弹性和韧性较强的碎木头、纸张或破碎石棉水泥的废料 以 回收石棉纤维等等。此外，锤式破碎机不仅可用于破碎生产线，制砂生产线，也可在选矿生产线中替代圆锥式破碎机。2.6优缺点锤式破碎机的优点是：破碎比大（一般为10-25，高者达50），生产能力高，产品均匀，过粉现象少，单位产品能耗低，结构简单，设备质量轻，操作维护容易等。锤式破碎机系列产品适用于破碎各种中等硬度和脆性物料，如石灰石、煤、盐、白亚、石膏、明矾、砖、瓦、煤矸石等。被破碎物料的抗压强度不超过150兆帕。该机主要用于水泥、选煤、发电、建材及复合肥等行业，它可以把大小不同的原料破碎成均匀颗粒，以利于下道工序加工，机械结构可靠，生产效率高，适用性好。锤式破碎机的缺点是：锤头和蓖条筛磨损快，检修和找平衡时间长，当破碎硬物质物料，磨损更快；破碎粘湿物料时，易堵塞蓖条筛缝，为此容易造成停机（物料的含水量不应超过10%）。粉碎坚硬物时，锤头和衬板磨损大，消耗金属材料多，经常更换易磨损件需点用较多检修时间，在破碎粘湿物料时，蓖条易堵塞而导致生产能力降低。第3章 PC-800800锤式破碎机的总体及主要参数设计3.1总体方案设计本次设计的是单转子、多排锤、不可逆式锤式破碎机，型号为PC-800800。由机壳、转子、蓖条、打击板、锤头、支架、衬板等组成。1.机壳由上机体、后上盖、左侧壁和右侧壁组成，各部分用螺栓连结成一体，上部开有进料口,内部镶有高锰钢衬板，磨损后可以更换，机壳和轴之间漏灰现象十分严重，为了防止漏灰，设有轴封。机壳下部直接安放在混凝土基础上，并用地脚螺栓固定。为了便于检修、调整和更换蓖条，下机体的前后两面都开有一个检修孔。为了便于检修、更换锤头方便，两侧壁也对称的开有检修孔。2.转子由主轴、圆盘、销轴等组成，圆盘上开有6个均匀分布的销孔，通过销轴将68个锤头悬挂起来。为了防止圆盘和锤子的轴向窜动。销轴两端用锁紧螺母固定。转子支承在两个滚动轴承上。此外，为了使转子在运动中储存一定的动能，避免破碎大块物料时，锤头的速度损失不致过大和减小电动机的尖峰负荷，在主轴的一端还装有一个飞轮。3.主轴是支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，要求其材质具有较高的韧性和强度。通常断面为圆形，且有平键和其他零件连接。4.打击板有两块，折线型。一个可以调整，一个是固定的。调整的一个靠的是安装在箱体上的螺杆装置。5.锤头是主要的工作部件。其质量、形状、和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。因此，根据不同的进料尺寸来选择适当的锤头质量。要破碎中等硬度的物料，可以采用如图3-1所示的形状。图3-1 锤头的形状锤头用高碳钢铸造或锻造，也可用高锰钢铸造。为了提高耐磨性，有的锤头表面涂上一层硬质合金，有的采用高铬铸铁。6.蓖条的排列形式是与锤头的运动方向垂直的。与转子的回转半径有一定的间隙的圆弧状，合格的产品通过蓖缝排出。其断面形状为梯形，常用锰钢铸成。蓖条多为一组尺寸相等的钢条。安装时，插入蓖条架上的凹槽，两蓖条之间用垫片隔开。截面形状用梯形。7.蓖条和锤头间隙用凸轮装置调整（通过棘轮带动凸轮）。8.给定的原始数据是：（1） 破碎能力为20到30吨。（2） 破碎机转子的转速在900和1100 之间（3） 破碎机的最大物料给料粒度为：小于150（4） 破碎机的最大排料粒度不能超过：10（5） 破碎机的物料容许湿度小于9%。（6） 破碎机的破碎程度为：中、细。（7） 破碎机的应用场所是：水泥厂、选煤厂、火力电厂等。（8） 破碎机的破碎对象是：石灰石、煤块、焦碳、石膏等软物料3.2 该型号破碎机的工作参数设计计算3.2.1 转子转速的计算锤式破碎机的转子转速按所需的圆周速度计算，锤头的圆周速度根据被破碎物料的性质、破碎产品的粒度、锤头的磨损等因素来确定。按公式 来计算。式中 锤头的圆周速度（m/s） 转子的直径（m）一般中小型破碎机转速为750到1500，圆周速度为25到70，速度越高，产品的粒度越小。锤头及衬板、蓖条的磨损越大。功耗增加。对机器零部件的加工、安装精度要求随之提高。在满足其粒度要求的情况下，圆周速度应偏低选取。3.2.2 生产率的计算生产率与锤式破碎机的规格、转速、排料蓖条间隙的宽度、给料粒度、给料状况以及物料性质等因素有关。一般采用经验公式：式中 Q 生产率() 物料的密度() 经验系数因为该型号的破碎机破碎的是中、硬物料。取值在30到45之间。3.2.3 电机功率的计算电机功率的消耗取决于物料的性质、给料的圆周速度。破碎比和生产率。目前，尚无一个完整的计算公式，一般根据实践经验和实验数据，根据经验公式进行计算： 系数取值在0.1到0.15之间。3.3 该种破碎机的主要结构参数设计计算3.3.1转子的直径与长度：锤式破碎机的规格用转子的直径D和长度L来表示，所以转子的直径D=800mm，转子的长度L=800mm 。3.3.2给料口的宽度和长度：锤式破碎机的给料口的长度与转子的相同。其宽度B2。3.3.3排料口的尺寸 该尺寸由蓖条间隙来控制，而蓖条间隙由产品的粒度的大小来决定。对该破碎机来说，产品的平均粒度为间隙的1/5到1/3。3.3.4锤头质量的计算：因为铰接在转子上，所以正确选择锤头质量对破碎效率和能耗都有很大影响，如果锤头质量选得过小，则可能满足不了锤击一次就将物料破碎的要求。若选得过大，无用功耗过大，离心力也大，对其他零件会有影响并易损坏。根据动量定理计算锤头质量时，考虑到锤头打击物料后，必然会产生速度损失，若损失过大，就会使锤头绕本身的悬挂轴向后偏倒。降低生产率和增加无用功的消耗。为了使锤头打击物料后出现偏倒，能够通过离心力作用而在下一次破碎时物料很快恢复到正确工作位置。所以，要求锤头打击物料后的速度损失不宜过大。一般允许速度损失40%到60%（根据实践经验）即：式中 锤头打击物料后的圆周线速度(m/s) 锤头打击物料前的圆周线速度(m/s)若锤头与物料为了弹性碰撞。且设物料碰撞之前的运动速度为0，根据动量定理，可得： (3-1)由上式可知， 式中 锤头折算到打击中心处的质量(kg) 最大物料块的质量(kg)综上所述， 但是，只是锤头的打击质量。实际质量应根据打击质量的转动顺序和锤头的转动惯量求得，式中 锤头打击中心到悬挂点的距离(m) 锤头质心到悬挂点的距离 (m)第4章 PC-800800锤式破碎机的主要结构设计4.1锤头设计与计算锤头是主要工作零件，其设计主要是指结构的设计。因为锤头的形状、质量、材质与破碎机的生产能力有很大影响。尤其形状对质量的分布、材料的充分利用有很大的影响。关于锤头 的结构设计及相关改进在专题中有较详细的论述。总之，其形状、结构的设计，对于其工作能力，对整个机器的生产能力。以及经济性等各方面有深远的影响。锤头形状大体分轻型、中型、重型。本型号的锤式破碎机主要是设计中型的 锤头。其形状如前面的图3-1所示。并有相关的计算。锤头材料的选择问题是很关键的问题。材料的选择取决于工作零件的工作状况和要求。因为破碎机要破碎的是石灰石等中等硬度的物料。一般用高碳钢锻造或铸造，也可用高锰钢铸造。为了提高其耐磨性，采用高锰低合金钢，有的在工作表面涂上一层硬质合金。有的采用高铬铸铁，其耐磨性比高锰钢锤头提高数倍。关于材料的选择问题，在专题部分：提高锤头的耐磨性研究中，有专门的论述。就不详细介绍了。总之，锤头材料的选择，不仅关系到锤头的工作寿命，机器的生产能力、生产效率，还关系到各方面的经济性4.2圆盘的结构设计与计算根据设计的要求，每根销轴上需要有8个锤子。圆盘是用来悬挂锤头的，一共需有9个圆盘，最两侧的两个，共有的特点是，一侧设置了锁紧螺母，另一端用轴肩定位。所用的螺母为GB-812-85，这样每个圆盘均匀分布6个圆孔，即可以通过六根销轴，用来悬挂锤头，锤头和院盘之间的间隙除了通过削轴连接，还有隔套隔开，为了保护圆盘的侧面，减少或尽量避免其侧面的磨损。圆盘的大小取决于转子的直径，转子的直径的大小是圆盘的设计大小的依据。因为，该型号的破碎机，光凭其型号就可以知道，转子的直径为800mm，所以，圆盘的大小的取值就有了一定的范围。不妨取做560 mm，圆孔沿径向的距离也是依据起承受载荷的能力和强度，尽可能取整数；圆孔的大小和锤头的圆孔的大小近似相等即可。圆盘是通过键与主轴相连接的，而随主轴高速回转的。所以结构中一定有键槽，其厚度也是满足强度要求、工作状况的。不宜过大。圆盘之间也是通过主轴的轴套隔开（其作用是，在高速回转时，保证圆盘的运动平稳，并使其轴向定位）。圆盘的结构，如图4-1所示。图4-1圆盘的结构4.3主轴的设计及强度计算通常轴的设计包括两个部分，一个是结构设计，一个是工作能力计算。后者主要是指强度计算。主轴的结构设计根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造、工艺等方面的要求，合理确定出其结构和尺寸，轴的工作能力的计算不仅指轴的强度计算，还有刚度、稳定性等方面的计算，当然大多数情况下，只需要对轴的强度进行计算即可。因为其工作能力一般主要取决于轴的强度。此时只做强度计算，以防止或检验断裂和塑性变形。而对于刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应该进行刚度计算，防止产生过大的线性变形。对于高速运转的轴，还应该进行振动稳定性计算。以防止产生共振破坏。因此，对该破碎机的主轴来说，只需进行强度计算。4.3.1 轴的材料的选择轴的材料主要是碳素钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件。有的则直接用圆钢。碳素钢比合金钢低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的方法提高其耐磨性和抗疲劳强度的。故采用碳钢制造轴尤为广泛。最常用的是45号钢。4.3.2 轴的最小直径和长度的估算零件在轴上的安装和拆卸方案确定了之后，轴的形状便大体确定了，因为对该主轴来说，其安装顺序为：先安装中间的转子部分，然后放置在箱体上，再安装轴承端盖，接着是轴承、外轴承座。最后两端分别是带轮和飞轮。各轴段的直径所需要的轴径与轴上的载荷的大小有关。在初步确定其直径的同时，还通常不知道支反力的作用点，不能确定其弯矩的大小及分布情况。因此还不能按轴上的所受的具体载荷及其引起的应力来确定主轴的直径。但是，在对其进行结构设计之前，通常能求出主轴的扭矩。所以，先按轴的扭矩初步估计所要的轴的直径。并记此时所求出的最小直径为。然后再按照主轴的装配方案和定位要求，从处逐一确定各轴段的直径的大小。另外 ，有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径，比如安装轴承的轴段，安装标准件的部位的轴段，都应取为相应的标准直径及所选的配合的公差。确定主轴的各段的长度，尽可能使其结构紧凑，同时还要保证，转子以及带轮、飞轮、轴承所需要的装配和调整的空间，也就是说，所确定的轴的各段长度，必须考虑到各零件与主轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的间隙。前面已经通过设计计算，得到转子、飞轮、带轮的大体尺寸，所以轴的长度也可大致确定了。4.3.3 结构设计的合理性检验对于轴的结构必须满足：. 主轴和安装在主轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件便于安装和拆卸、调整。轴应有良好的制造工艺性。1.轴上零件的安放顺序如下：飞轮、轴承、圆盘、轴套、轴承、带轮因为主轴是阶梯轴，根据阶梯轴的特点，并且轴上零件的安装要求也不高，所以上面提到的第二条容易满足。至于第三条：轴的制造工艺性，主要是指便于加工和装配轴上的零件。并且生产率高、成本低。一般来说，结构越简单，工艺性越好。所以应该尽量简化轴的结构。为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45度倒角。在需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。起尺寸都可查有关的标准和手册。若需要磨削加工的轴段，应留有砂轮和越程槽。具体分析如下：该主轴有3个轴段有键槽，为了减少装夹工件所需的时间，应在这些不同的轴段上开的键槽在轴的同一条母线上。另外，还为了减少加工刀具的种类和提高劳动生产率，轴上直径近似的地方，圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度，退刀槽宽度等尽可能采用相同的尺寸。2.下面仍就轴上零件的定位问题，详细地阐述一下，一些轴向和周向定位零件的使用及特点。先说轴上零件的轴向定位，就以此主轴为例，主要有轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈、轴承端盖等，靠这些定位元件来保证的。轴肩主要分为两大类，定位轴肩和非定位轴肩。在该主轴上，轴肩很多，这两大类都包括。虽然利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但是采用轴肩就必然导致一个问题，那就是不可避免的使轴径加大，而且轴肩处将因为截面突变而引起应力集中。另外，轴肩也不利于加工。所以，在考虑轴的设计时，尽量避免过多的轴肩定位。而且，还有一点需要说明，轴肩多用于轴向力比较大的场合。值得注意的是，定位每一个滚动轴承的轴肩，都有两处，且都是定位轴肩。对这种定位轴肩来说，有一个要求：轴肩的高度必须低于轴承内圈端面的高度，以便拆卸轴承。轴肩的高度可查机械设计手册中的轴承安装尺寸。还有，为了使零件能紧靠轴肩而得到准确可靠的定位，轴肩处的过渡圆角半径必须小于与之相配的零件毂孔的端部的圆角半径或倒角尺寸。轴和零件上的倒角和圆角尺寸的常用规范可以查教材下册中的第651页的表。非定位轴肩是为了加工和装配方便而设置的。高度没有严格的规定，一般可取为1到2毫米。在该主轴上，还采用了套筒定位，这种定位方式的特点是，结构简单，定位可靠，轴上不需要开槽、钻孔和切制螺纹，不会影响到轴的疲劳强度。所以，在两个零件之间，且间距不大时，可以采用这种定位。同时，套筒定位还保证了两个圆盘，或者，圆盘和锤头（销轴套筒）之间的轴向定位。当然，若两零件的间距太大，则不宜用套筒定位这种方式，因为，那样就会增大套筒质量以及材料用量。另外，套筒与轴的配合比较松，如果轴的转速较高，也不宜采用套筒定位。在该主轴的轴端，以及销轴的轴端，都采用了圆螺母定位。这种定位可以承受大的轴向力，但是，轴上的螺纹处将会有较大的应力集中，降低轴的疲劳强度，所以，一般用于固定轴端的零件。就如上面所述，若两零件的间距太大，不宜用套筒定位这种方式的时候，就可以考虑采用圆螺母定位。在该主轴上，还采用了轴承端盖通过螺钉与其他部分连接。而使滚动轴承的外圈得到轴向定位。有时，整个轴的轴向定位也可以靠轴承端盖来实现。再说轴向零件一般也常用到周向定位。周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对运动。在该主轴上，有三处都采用的是平键连接，其他的常用周向定位元件有，花键、销、紧定螺钉和过盈配合等。圆盘、飞轮、带轮都是用平键连接的。其他的，如齿轮、半联轴器等与轴的周向定位也都采用这种连接方式。按其直径，由手册查地平键剖面bh，键槽用键槽铣刀加工的 。轴的草图如图4-2所示。图4-2 轴4.3.4 轴的弯扭合成强度计算在初步完成轴的结构设计之后，对上面的草图略加修改，即可进行强度的校核计算了。前面提到过，多数情况下，轴的工作能力一般主要取决于轴的强度。此时只做强度计算，以防止或检验断裂和塑性变形。而对于刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应该进行刚度计算，防止产生过大的线性变形。对于高速运转的轴，还应该进行振动稳定性计算。以防止产生共振破坏。在进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体载荷和应力情况，采用相应的计算方法，并恰当的选择其许用应力。根据计算原则，对于传动轴（仅仅或主要承受扭矩）按照扭矩强度条件进行计算，对于心轴（只承受弯矩）应该按照弯曲疲劳强度进行计算，对于该主轴，既承受扭矩还承受弯矩，是一个转轴，所以必须进行弯扭合成强度条件进行计算，需要时还应该进行疲劳强度的精确校核。先按照弯扭合成强度条件进行计算：通过对该主轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上的零件的位置以及外载荷和支反力的作用位置已经确定。轴上的载荷可以求得，因此可以按弯扭合成强度条件对该主轴进行强度的校核计算，其计算步骤如下：做出轴的计算简图（力学模型）轴上受的载荷是由轴上的零件传来的，所以，计算时，可以将轴上的分布载荷情况简化为集中力。其作用点可以一律简化，取为分布载荷的中点，作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起，通常把当作置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。在做计算简图时，应该先求出轴上的受力零件的载荷（若为空间力系，再分解为水平分力和垂直分力。然后求出各支承的水平反力和垂直反力），如图4-4所示。做弯矩图： 根据前面的简图，分别按水平面和垂直面计算各力产生的弯矩图，并按计算结果分别作出水平面上的弯矩图和垂直面上的弯矩图上，然后按照后面的公式推导出总弯矩，并作出图，如图4-4所示。作出扭矩图，如图4-3所示：图4-3 扭矩图作出计算弯矩图根据已经作出的总弯矩图和扭矩图，求出计算弯矩，并做出图。同时写出其计算公式：=上式中， 考虑扭矩和弯矩的加载情况以及产生应力的循环特性差异的系数。因为通常由弯矩产生的弯曲应力是对称循环的变应力，故在求计算弯矩时，必须计算这种循环特性差异的影响。根据经验，当扭转切应力为静应力时，取 ；当扭转切应力为脉动循环变应力时， ；当扭转切应力为对称循环变应力时，取。校核轴的强度已知轴的计算弯矩后，即可针对某些危险截面（即计算弯矩大而轴的直径可能不足的截面）作强度校核计算。按第三强度理论，计算弯曲应力上式中， 轴的抗弯截面系数（）。 轴的许用弯曲应力（）。由表可查 为60 Mpa的计算公式，根据截面的不同而不同。对该主轴来说，其需要计算的截面，都带有键槽，而且是单键槽。所以，其计算公式为：主轴的载荷分析图如下图4-4所示：图4-4 主轴的载荷分析求轴上的支反力及弯矩根据以上确定的结构图可以确定出简支梁的支承距离。据此可以求出下列各值，并列表如下，主要包括，载荷、支反力、弯矩、总弯矩、扭矩、计算弯矩等，相关的计算也往往是考虑最不理想的情况。表4-1 计算弯矩的求法载荷F垂直面V支反力RR=1000N（总重量按200Kg） 弯矩M 总弯矩M 扭矩TT=9550000=396325计算弯矩 综上所述，按照弯扭合成强度条件进行轴的强度校核计算：进行具体的校核计算时，只需要校核轴上的承受的最大弯矩以及扭矩的剖面（即危险剖面）的强度。按教材中表10.1，对于的碳钢，在承受对称循环变应力时的许用应力。故安全。4.3.5 轴的疲劳强度条件的校核计算：1.对主轴进行疲劳强度计算，不妨设外力为单向不稳定变应力，则根据已经知道的条件和公式：主轴的材料为45号钢。经过调质后的性能为，= 5。现用此材料做试件，进行强度试验，以对称循环变应力作用次，作用次。根据这些条件，试计算该主轴在此条件下的计算安全系数。若以后再以的力，作用于主轴，还能循环多少次，可以保证主轴不出问题。其实，这也等于估算主轴的使用寿命。根据公式 再根据教材书上的公式（7-3.9），则该主轴的计算安全系数为：又根据式子（7-9.a），有 由以上的计算，显然可以得知，若要使主轴破坏，则由教材中式子（7-34），得=1所以，可求出，可以得出结论，该主轴在正常工作，同时考虑到不同工况，估计，在对称循环变应力的作用下，尚可承受次的应力循环。当然，事实上，该主轴可以再工作的循环次数并不会准确的等于以上所求的数值。如果按的范围计算，则所求的的值将分别等于0.50710和2.832。2.再介绍一下提高主轴的疲劳强度的途径：在零件的设计阶段，除了采取提高其强度的一般措施之外，还可以通过以下一些设计措施来提高其疲劳强度：尽可能的降低该主轴上的应力集中的影响。这是提高其疲劳强度的首要措施和主要的途径。而主轴的结构形状和尺寸的突变（比如轴肩）是应力集中的结构根源，因此，为了降低应力集中，应该尽量减小零件（即该主轴的）结构形状和尺寸的突变使其变化尽可能的平滑和均匀。为此，要尽可能的增大过渡处的圆角半径；同一段轴上相邻截面处的刚性变化应尽可能的小等等。在不可避免的要产生较大的应力集中的结构处，可采用减荷槽来降低应力集中的影响。选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法和强化工艺。提高主轴的表面质量。比如将处在应力较高区域的主轴表面加工得较为光洁。或者，如果，有的轴段，工作在腐蚀性介质中，则要对该轴段规定适当的表面保护。尽可能地减小或消除主轴表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长其疲劳寿命有着提高材料性能更为显著的作用。因此，对于重要的轴段，在设计图纸上应规定出严格的检验方法和要求。降温、减载荷，对于发热摩擦副的轴颈采取降温设计，也可显著提高其疲劳寿命。因为主轴是一个转动件，所以，在低应力下运转一定周数后，再逐步提高到设计的应力水平。4.4轴承的选择因为轴承，尤其是常用的一些轴承，主要是指一些滚动轴承，绝大数都已标准化，因而，我们需要进行一部分设计内容，根据具体的工作条件，正确选择轴承的类型和尺寸。另外是轴承组合的设计，它包括安装、调整、润滑、密封等一系列内容的设计。4.4.1材料的选择轴承的内圈、外圈、滚动体，一般是用轴承铬钢制造的，热处理后，其硬度一般不低于HRC60。一般这些元件需要150