发布时间 : 星期三 文章新式灌装机的设计与工程分析毕业设计论文更新完毕开始阅读
新式灌装机的设计与工程分析
表3-1中列出了轴的常用材料及其主要力学性能[7]。
表3-1 轴的常用材料及其主要力学性能
抗拉强度极限材料牌号 热处理 毛坯直径/mm 硬度/HBS 屈服强敌极限弯曲疲劳极限剪切疲劳极限许用弯曲应力?B ?S ?-1 MPa ?-1 ??-1? 备注 热轧或Q235-A 锻后空冷 ?100 >100~250 400~420 375~390 590 用于不225 170 105 40 重要和受载荷不大的轴 295 255 140 55 应用最广泛 60 用于载 170~217 162~217 217~255 215 正火回火 45 ?100 >100~300 570 285 245 135 调质 ?200 ?100 640 355 275 155 735 241~286 685 540 355 200 70 荷较大而无很大冲击的重要轴 40Cr 调质 >100~300 490 335 185 ?100 40CrNi 调质 >100~300 270~300 240~270 900 735 430 260 75 用于很重要的轴 用于要785 570 370 210 20Cr 渗碳淬火回火 ?60 渗碳56~62HRC 求强度640 390 305 160 60 及韧性均较高的轴 由于该中心轴的载荷不大而且转速也不高的环境下工作，因此选用轴的材料为45钢，调质处理，??T?取335MPa。 3.4.2 中心轴的安装
由于本毕业设计采用的是旋转型的总体结构，所有机构必须由一个旋转着的中心轴带动转动，完成灌装，故该中心轴的安装直接关系到灌装机能否正常工作以及它工作性能的
19
无锡太湖学院学士学位论文
好坏。灌装机的中心轴底部安装在支撑箱体上，所以底部与支撑箱体之间要使用轴承连接。 轴承受竖直方向上受轴本身的以及来自于轴所带动的机构的重力，同时中心轴的旋转使得轴承又受到一些径向力，故该轴承要能承受较大的轴向力以及一些径向力。根据这些要求，我们选择使用推力球轴承5，他能满足这些要求。如右图3.3所示在中心轴6动力起始处安装了一个推力球轴承，它安装于支撑板的阶梯通孔上，轴在旋转时，会使轴的上方沿中心线左右颤动，故我们在中心轴的中段位置处添加一圆锥滚子球轴承2，它安装于支撑箱体表面上的凸台1处，凸台1的作用除了可以减少加工箱体表面的加工量，而且处于轴中间段处，可以使轴更加稳定。圆锥滚子球轴承安装在轴套3内部，轴套又可以更好地支撑轴。
图3.3 中心轴的安装方式
3.4.3 中心轴的结构尺寸
轴的结构设计包括定出轴的合理外形，和全部结构尺寸。
轴的结构设计主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构性时又要随着具体情况的不同而异，所以，轴没有标准的结构形式。设计中，必须针对不同情况进行具体分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。
为了保证零件在轴上有固定的位置，必须将零件在径向、轴向和周向予以固定。轴上零件的固定方法：
a.轴上零件的径向固定：一般靠零件内孔与轴径的配合性质来保证，配合表面为圆形。 b.轴上零件的轴向固定：用轴肩固定，其特点是结构简单，定位可靠，可承受较大轴 向力。
c.轴上零件的周向固定：键槽起到齿轮的周向固定和拨瓶板的定位作用。
20
新式灌装机的设计与工程分析
d.确定轴上的圆角和倒角尺寸[10]。
根据灌装机中心轴的旋转的整体要求，最终确定中心轴的结构方案如题3.4，图中轴1段适于锥齿轮配合，用圆头普通平键连接；轴2段是与轴承配合；轴3段是与大齿轮配合；轴4段是与灌装机上的挡板配合连接，也是用圆头普通平键连接；轴5是一段过渡轴；轴6段是与液箱连接，用得是单圆头的普通平键。
图3.4 轴的结构示意图
3.4.4 中心轴的计算
轴的计算通常都是在初步完成结构设计后进行校核计算，计算准则是满足轴的强度或者刚度要求，必要时还应校核轴的稳定性。
（1）按扭转强度条件计算
这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度；如果还受有不大的弯矩时，则用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。在做轴的结构设计时，通常用这种方法，初步估算轴径。对于不大重要的轴，也可作为最后计算结果。轴的扭转强度条件为
P9550000Tn???????T (3.9) TWT0.2d3式中：?T——扭转切应力，MPa；
T——轴所受的扭矩，N·mm；
WT——轴的扭转截面系数，mm3； n——轴的转速，r/min； P——轴传递的功率，kW； d——计算截面处轴的直径，mm； ??T?——许用扭转切应力，MPa，见表4.1。 由式3.10可得轴的直径
95500P009550030P0P33d???A00.2??T?n0.2??T?nn3 （3.10）
21
无锡太湖学院学士学位论文
9550000式中，A0?3，查表3-2，对于空心轴，则
0.2??T? 式中，??d?A03P （3.11）
n(1??4)d1，即空心轴的内径d1与d之比，通常取?=0.5~0.6。 d表3-2 轴常用的几种材料的T和A0值
?轴的材料 Q-235—A、20 15~25 149~126 Q275、35（1Cr18Ni9Ti） 20~34 135~112 45 25~45 126~103 40Cr、35SiMn、38SiMnMo、3Cr13 35~55 112~97 ??T?/MPa A0 注：1）表中??T?值是考虑了弯矩影响而降低了许用扭转切应力。
2）在下述情况时，??T?取较大的值，A0取较小值：弯矩较小或只受扭矩作用、载荷较平稳、 无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、加速器的低速轴、轴只做单向旋转：反之，??T?取较小 的值， A0取较大值。
应当指出，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径d>100mm的轴，由一个键槽时，轴径增大3%；与两个键槽时，应增大7%。对于直径d<100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大5%~7%；与两个键槽时，应增大10%~15%。然后将轴径圆整为标准直径。应当注意，这样求得直径，只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径dmin。
本设计中，由下式得，中心轴上的功率为
P?1.1?0.97?0.76?0.97?0.89?0.70kW
中心轴的转速为
n?7r/mi n 由下式估算轴的最小直径
69.55?10?0.703d??51.48mm min0.2?35?7（1?7%）?55.08mm，因为安装锥齿轮处受 考虑到轴上键槽的影响，dmin?51.48?到的扭转力最大，故将轴最小直径圆整为dmin?60mm。
（2）按弯扭合成强度条件计算
通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴的零件的位置，以及外载荷的支反力的作用位置均已确定，轴上的载荷（弯矩和扭矩）已可以求得，因而可按弯扭矩合成强度条件
22