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目 錄
摘 要 1
關(guān)鍵字 1
引言. 1
1 水合機(jī)的概況及現(xiàn)狀分析......................................................2
1.1概況...................................................................2
1.2現(xiàn)狀分析...............................................................2
2 水合機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理......................................................3
2.1結(jié)構(gòu)...................................................................3
2.2工作原理...............................................................4
3 設(shè)計(jì)方案的確定 4
3.1 原始資料、數(shù)據(jù) 4
3.2任務(wù)...................................................................4
3.3 設(shè)計(jì)方案選擇 4
4 運(yùn)動和動力參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 6
4.1 物料在傾斜硬質(zhì)材料面上的運(yùn)動及其運(yùn)動軌跡 6
4.2硬質(zhì)材料材料及驅(qū)動方式的選擇...............................................9
4.3功率的計(jì)算及電動機(jī)的選擇 10
4.3.1功率的計(jì)算 10
4.3.2 電動機(jī)的選擇 12
4.4 傳動比及動力參數(shù)的計(jì)算 13
4.4.1 傳動比的分配 13
4.4.2 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算 13
5 零部件的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選用 13
5.1 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 14
5.1.1 初算軸的直徑 14
5.1.2 初選軸的形式 14
5.1.3軸的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 14
5.1.4 軸的強(qiáng)度校核 15
5.1.5擇軸和聯(lián)軸器的鍵 17
5.2 硬質(zhì)材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 27
5.3 聯(lián)軸器的計(jì)算及選擇 28
5.3.1 聯(lián)軸器的選用 28
5.3.2軸器的型號和主要尺寸 28
5.4 滾動軸承及軸承座的選擇 29
5.4.1 類型選擇 29
5.4.2型號選擇 29
5.4.3 軸承的結(jié)構(gòu)和定位方法 31
5.4.4滾動軸承潤滑和密封 31
5.4.5滾動軸承座的選擇及其配置 31
5.5 減速器的選擇 32
6 電氣控制 33
致謝.........................................................................34
參考文獻(xiàn) 35
摘要 : 軸是機(jī)械中非常重要的零件，用來支承回轉(zhuǎn)運(yùn)動零件，如帶輪、齒輪、蝸輪等，同時實(shí)現(xiàn)同一軸上不同零件間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和動力的傳遞。軸的設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮多方面因素和要求，其中主要問題是軸的選材、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和剛度。其中對于軸的強(qiáng)度校核尤為重要，通過校核來確定軸的設(shè)計(jì)是否能達(dá)到使用要求，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。
本文根據(jù)軸的受載及應(yīng)力情況采取相應(yīng)的計(jì)算方法，對于1、僅受扭矩的軸2、僅受彎矩的軸3、既承受彎矩又承受扭矩的軸三種受載情況的軸的強(qiáng)度校核進(jìn)行了具體分析，并對如何精確計(jì)算軸的安全系數(shù)做了具體的簡紹。
校核結(jié)果如不滿足承載要求時，則必須修改原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果，再重新校核。
軸的強(qiáng)度校核方法可分為四種：
1） 按扭矩估算
2） 按彎矩估算
3） 按彎扭合成力矩近視計(jì)算
4） 精確計(jì)算（安全系數(shù)校核）
關(guān)鍵詞：安全系數(shù)；彎矩；扭矩
引言
技術(shù)領(lǐng)域
背景水合拋光是一種利用在工件表面產(chǎn)生水合反應(yīng)，再利用拋光盤的摩擦力去除水合層而進(jìn)行的高效、精密拋光方法。
1水合機(jī)的概況及現(xiàn)狀分析
1.1概況
水合是一種與人們生活實(shí)踐關(guān)系十分密切的勞動，人類從遠(yuǎn)古時期就開始從事這種勞動。由于傳統(tǒng)水合操作簡單，或只是作為一道工序依附于生產(chǎn)過程中，沒有引起廣泛關(guān)注。進(jìn)入21世紀(jì)，人們生活已經(jīng)從溫飽階段進(jìn)入到舒適時代，對于水合產(chǎn)品越來越多的需求，加速了新產(chǎn)品研發(fā)步伐；同時，制造業(yè)的高速發(fā)展，也促進(jìn)了水合設(shè)備、水合劑等企業(yè)的快速進(jìn)步。民用、工業(yè)兩大水合領(lǐng)域巨大的市場需求，造就了中國水合行業(yè)嶄新的未來。
水合可以從不同的角度進(jìn)行分類，根據(jù)水合范圍的不同，目前通常將水合分為民用水合和工業(yè)水合兩類。在日常生活中，與個人和家庭生活密切相關(guān)的洗滌，包括衣物水合，人體皮膚，頭發(fā)水合，家庭用品，房屋的水合等，通常稱為民用水合。在工業(yè)生產(chǎn)勞動過程中涉及到的水合都屬于工業(yè)水合的范疇。食品工業(yè)。紡織工業(yè)。造紙工業(yè)。印刷工業(yè)．石油加工業(yè)。交通運(yùn)輸業(yè)，電力工業(yè)、金屬加工業(yè)、機(jī)械工業(yè)．汽車制造，儀器儀表，電子工業(yè)、郵電通訊、家用電器、醫(yī)療儀器。光學(xué)產(chǎn)品、軍事裝備，航空航天，原子能工業(yè)等都大量應(yīng)用到水合技術(shù)。
今后，水合技術(shù)的發(fā)展將更加迅速普及，大批的大專院校、科研院所、專業(yè)公司的科技人員將加入水合技術(shù)研究開發(fā)隊(duì)伍，一些現(xiàn)在存在的行業(yè)技術(shù)問題得到解決，行業(yè)總體技術(shù)水平大幅度提高。新技術(shù)、新產(chǎn)品大量涌現(xiàn)，各種新穎的水合設(shè)備進(jìn)入市場和人們的日常生活。人們將不再只是依靠經(jīng)驗(yàn)來水合．各種實(shí)用化的計(jì)算機(jī)軟件將問世；行業(yè)分工更加專業(yè)、細(xì)致，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范得到推廣普及，行業(yè)管理規(guī)范有序，水合行業(yè)的前景無限美好。
1.2現(xiàn)狀分析
傳統(tǒng)拋光機(jī)分為單面拋光機(jī)和雙面拋光機(jī)，它們在加工過程中都屬于常溫常壓下的開放式(不用密封)加工，在加工過程中含有磨料的拋光液從拋光盤上方不斷注入盤面，實(shí)際上就是工件、磨料和拋光盤三者之間的切削。由于拋光頭的運(yùn)動方式不同單面拋光機(jī)又可分定偏心式、不定偏心式和擺動式；雙面拋光機(jī)具有上拋光盤和下拋光盤兩個盤面，分別對工件上下面進(jìn)行拋光，工件由行星輪帶動。前文所述幾種對硬質(zhì)材料等難加工材料拋光的方法大多用這兩種拋光機(jī)進(jìn)行加工。
為了克服已有的各種拋光機(jī)在加工硬質(zhì)材料時不能兼顧加工質(zhì)量和加工精度、加工效率的不足，本發(fā)明提供一種在加工硬質(zhì)材料時既具有良好的加工質(zhì)量，又具有高的加工精度、加工效率的水合拋光機(jī)。
2 水合機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理
2.1結(jié)構(gòu)
一種水合拋光機(jī)，包括機(jī)座、主軸電機(jī)、主軸、拋光盤、真空吸盤和吸盤電機(jī)，所述主軸電機(jī)與主軸傳動連接，所述主軸安裝在機(jī)座內(nèi)，所述主軸的上端與拋光盤傳動連接，所述真空吸盤位于所述拋光盤的上方，所述真空吸盤與吸盤電機(jī)傳動連接，所述水合拋光機(jī)還包括蒸汽發(fā)生器、輸汽管和基盤，所述蒸汽發(fā)生器的出口連接所述輸汽管，所述主軸內(nèi)部設(shè)有通孔，所述輸汽管白下而上貫串所述通孔，所述主軸的上端與所述基盤的中心固接，所述基盤上部與拋光盤固接，在所述基盤和拋光盤之間設(shè)有過渡空腔，所述輸氣管穿過所述基盤與所述過渡空腔連通，所述過渡空腔的底部設(shè)有排水管，所述拋光盤開有通孔。
作為優(yōu)選的一種方案：在所述基盤上安裝用于對水蒸氣進(jìn)行加熱的溫控系統(tǒng)。進(jìn)一步，所述基盤的底部呈傾斜狀，所述排水管安裝在所述基盤
的最低處。
更進(jìn)一步，在所述通孔內(nèi)設(shè)有保溫石棉瓦，所述保溫石棉瓦包覆在所述輸汽管外。
所述蒸汽發(fā)生器包括水溶液儲液罐、水蒸氣發(fā)生裝置和用于將水
蒸氣輸出的泵，泵的輸出端與所述輸汽管連通。所述主軸電機(jī)的輸出軸設(shè)有第～帶輪，所述第一皮帶輪通過皮帶
與第二皮帶輪傳動連接，所述第二皮帶輪安裝在主軸的底端。
所述水合拋光機(jī)還包括機(jī)蓋，所述機(jī)蓋與機(jī)座固定密封連接。的技術(shù)構(gòu)思為：綜合利用機(jī)械拋光方法和化學(xué)拋光方法的優(yōu)勢，保持機(jī)械拋光的形狀精度，求得化學(xué)拋光的無損傷加工面，基于這種思想，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高亮度LED硬質(zhì)材料晶圓的混合汽體化學(xué)液輔助高溫水蒸汽狀態(tài)下具有微量加工特性的水合拋光機(jī)。
蒸汽發(fā)生器的輸出端通過輸汽管向拋光盤提供化學(xué)輔助高溫水蒸汽，拋光盤體有很多通孔，使高溫水蒸汽可以從通孔中溢出與工件接觸，從而提高加工效果，溫控系統(tǒng)對水蒸汽進(jìn)行加熱，以避免水蒸汽冷凝成水。
有益效果主要表現(xiàn)在：1、可以使硬質(zhì)材料得到不錯的表面粗糙度，硬質(zhì)材料表面不會產(chǎn)生微小劃痕或造成次表面損傷，可獲得硬質(zhì)材料的全局平面化；2、機(jī)器設(shè)備成本低，加工條件簡單，可以獲得較高的加工精度和加工效率，具有廣泛的應(yīng)用前景；3、與其他拋光設(shè)備相比，本發(fā)明拋光機(jī)工作時不會產(chǎn)生很大的噪音，拋光過程無毒、無害，無粉塵產(chǎn)生，可以達(dá)到亞納米級綠色無污染拋光，且拋光狀態(tài)穩(wěn)定，拋光面上不殘留拋光紋路；4、化學(xué)液輔助高溫水蒸汽通過蒸汽發(fā)生汽輸出，實(shí)現(xiàn)水蒸汽的自動、均勻地供給；5、當(dāng)電機(jī)通過皮帶輪和皮帶帶動主軸和拋光盤轉(zhuǎn)動時，輸汽管可直接通過主軸的中心孔向拋盤輸送水蒸汽；6、基盤底部設(shè)為1：100的坡度，且在邊緣設(shè)有一排水閥，可以使冷凝的水蒸汽從盤的邊緣排出；7、輸汽管上有固定支，固定支架可支撐輸汽管并對其進(jìn)行定位。
圖1、硬質(zhì)材料水合機(jī)結(jié)構(gòu)圖
2.2工作原理
硬質(zhì)材料水合機(jī)的工作原理是硬質(zhì)材料在水合溝槽中被水浸泡后，附著在表面的相當(dāng)一部分大塊泥土脫落，經(jīng)傳送帶送入硬質(zhì)材料式硬質(zhì)材料水合機(jī)進(jìn)料口,硬質(zhì)材料經(jīng)進(jìn)料斗進(jìn)入到旋轉(zhuǎn)的硬質(zhì)材料內(nèi)，在水池中旋轉(zhuǎn)，利用硬質(zhì)材料自身的重力的分力作為推進(jìn)力，實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)材料的自動推進(jìn)。硬質(zhì)材料沿硬質(zhì)材料壁向前運(yùn)動，在運(yùn)動過程中硬質(zhì)材料不斷被水刷洗，硬質(zhì)材料之間的摩擦、翻轉(zhuǎn)間的刷洗，硬質(zhì)材料與硬質(zhì)材料壁之間的磨擦，在共同作用下完成硬質(zhì)材料表面的水合過程。
3 設(shè)計(jì)方案的確定
3.1 原始資料、數(shù)據(jù)
1、拋光機(jī)拋光盤的的直徑約為250mm；
2、轉(zhuǎn)速50~500轉(zhuǎn)/分；
3、工件的往復(fù)行程10mm
3.2 設(shè)計(jì)方案選擇
以下是三種傳動設(shè)計(jì)方案的論證過程。
方案一（見圖2），首先通過皮帶的一級減速，然后由兩級圓柱齒輪減速器把速度降到工作機(jī)的轉(zhuǎn)速要求。在這一方案中轉(zhuǎn)速能夠比較容易降到工作機(jī)的要求，而且?guī)鲃泳哂幸欢ǖ臏p振作用。這是一種常見的傳動方式。但它也有一個突出的缺點(diǎn)，就是減速裝置不易于安裝和維護(hù)，而且減速器不易固定，且齒輪減速器尺寸較大，使的整機(jī)占用較大的工作空間。
方案二（見圖 3），摩擦輪裝在一個長軸上硬質(zhì)材料兩邊，而且硬質(zhì)材料兩邊均有摩擦輪，并且相互對稱，其夾角為90°，長軸的一端與傳動裝置相連；另一端裝有托輪，不與傳動系統(tǒng)相連。主動軸從傳動系統(tǒng)中得到動力后帶動其上的摩擦輪轉(zhuǎn)動，摩擦輪緊貼滾圈3，滾圈3固接在轉(zhuǎn)筒上，因此，摩擦輪與滾圈相互間產(chǎn)生的摩擦力驅(qū)動硬質(zhì)材料轉(zhuǎn)動。這種傳動簡單，運(yùn)行平穩(wěn)，但會出現(xiàn)硬質(zhì)材料與摩擦輪之間打滑的現(xiàn)象，運(yùn)行情況很差。
方案三（見圖4），電動機(jī)與減速器直接聯(lián)式（電機(jī)直聯(lián)式減速器），減速器采用的是擺線針輪減速器。擺線針輪減速器的傳動比較大（一級減速器的傳動比即可達(dá)到80），省去了皮帶傳動，這樣結(jié)構(gòu)方案就得到了簡化。工作機(jī)的主軸通過金屬滑塊聯(lián)軸器和減速器的輸出軸相聯(lián)。金屬滑塊聯(lián)軸器可以補(bǔ)償軸一定的軸向、徑向和角向偏移。該方案的缺點(diǎn)是擺線針輪減速器價格比較昂貴，但擺線針輪減速器工藝性較好，其壽命較長。綜合考慮采用方案三。
1-電動機(jī) 2-帶傳動 3-減速器 4-聯(lián)軸器 5-工作機(jī)
圖2、方案一
圖2、方案二
圖4、方案三
4 運(yùn)動和動力參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 硬質(zhì)材料在傾斜硬質(zhì)材料的運(yùn)動及其運(yùn)動軌跡
首先推導(dǎo)硬質(zhì)材料的轉(zhuǎn)速時以假設(shè)硬質(zhì)材料水平放置來推導(dǎo)，在實(shí)際中，硬質(zhì)材料是傾斜成一定的角度。那么硬質(zhì)材料為何要設(shè)置一定的傾角呢？
我們知道由于硬質(zhì)材料的轉(zhuǎn)動，物料在水平的硬質(zhì)材料上的相對運(yùn)動軌跡是個正圓。這時，硬質(zhì)材料沒受到其它向前推進(jìn)力的作用，只能在面上周而復(fù)始地作圓周運(yùn)動，不能由一端向另一端推進(jìn)。即使與硬質(zhì)材料壁接觸的那部分物料也只能沿壁作逆向旋轉(zhuǎn)。這與要求硬質(zhì)材料從硬質(zhì)材料的一端向另一端移動并不相符合。因此，僅依靠硬質(zhì)材料與硬質(zhì)材料壁接觸的摩擦力來推進(jìn)硬質(zhì)材料移動的方法并不能完成水合任務(wù)。
常用的物料的推進(jìn)方法：
⑴ 利用物料的壓力進(jìn)行自身推進(jìn)
當(dāng)硬質(zhì)材料連續(xù)不斷的進(jìn)入硬質(zhì)材料，在硬質(zhì)材料進(jìn)口處將形成堆積高度。在硬質(zhì)材料的回轉(zhuǎn)運(yùn)動中，借助物料的自身的落差，向出口處推進(jìn)。由于水的大量存在，水可以把物料向另一端起沖擊的作用，但由于硬質(zhì)材料之間的滑動很困難，這樣便形成一端物料堆積嚴(yán)重，而另一端物料缺少的現(xiàn)象，從而起不到推進(jìn)的效果。這種方式一般應(yīng)用在物料之間的摩擦特別小的情況。
⑵ 利用螺旋推進(jìn)器進(jìn)行物料的推進(jìn)
這種方式既有較快的推進(jìn)速度，又可促進(jìn)物料的攪動。但這種方式制造工藝比較復(fù)雜，成本較高，不易維修。
⑶ 硬質(zhì)材料與水平面成一定角度
這種方法是利用硬質(zhì)材料自身的重力的分力 作為推進(jìn)力，實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)材料的自動推進(jìn)。對于硬質(zhì)材料來說，只要使硬質(zhì)材料傾斜一個很小的角度就可使其向前移動。這種方法易于實(shí)現(xiàn)，而且制造比較簡單，實(shí)際意義更大。在本設(shè)計(jì)中將采用這種方法。
現(xiàn)在就傾斜的硬質(zhì)材料來分析硬質(zhì)材料的受力，硬質(zhì)材料的受力如下（圖5）所示使硬質(zhì)材料向前推進(jìn)。
圖5、 單個硬質(zhì)材料顆粒存在的受力
物料受到自身重力G ，慣性離心力P ，摩擦力F ，硬質(zhì)材料對物料的法向反力N 的共同作用，在這種情況下，物料沿硬質(zhì)材料向下運(yùn)動的條件是：
(3—1)
(3—2)
(3—3)
θ—硬質(zhì)材料與硬質(zhì)材料的靜摩擦角。
由上式可得硬質(zhì)材料內(nèi)物料向下運(yùn)動的最低速度與轉(zhuǎn)速為：
(3—4)
(3—5)
同理分析可推導(dǎo)出硬質(zhì)材料內(nèi)物料向上運(yùn)動的最低轉(zhuǎn)速為：
(3—6)
硬質(zhì)材料在傾斜硬質(zhì)材料內(nèi)運(yùn)動時，由于受到物料自身重力在硬質(zhì)材料傾斜方向下滑力的作用；物料在硬質(zhì)材料內(nèi)受到一定大小的加速度，其運(yùn)動軌跡不再是一個正圓，而是一條封閉的螺旋線。
圖6、物料在傾斜的硬質(zhì)材料內(nèi)的運(yùn)動
假使沿硬質(zhì)材料傾斜方向取x 軸，沿硬質(zhì)材料橫向取y 軸。在 xo1y 坐標(biāo)中，硬質(zhì)材料顆粒M的運(yùn)動的速度為：
(3—7)
(3—8)
因?yàn)?
故得：
(3—9)
(3—10)
t—硬質(zhì)材料顆粒理論每旋轉(zhuǎn)一周所用的時間，s；
兩邊積分得：
(3—11)
(3—12)
當(dāng)t = 0 時，x = 0 、y = 0 求得C1 = rr 、C2 =0 。
代入(3—11)和(3—12)即得在xo1y坐標(biāo)中硬質(zhì)材料顆粒的相對運(yùn)動軌跡方程式：
(3—13)
(3—14)
根據(jù)(3—13)和(3—14)兩式即可作出硬質(zhì)材料顆粒在傾斜硬質(zhì)材料內(nèi)的運(yùn)動軌跡。
其軌跡如圖7所示：
圖7、物料顆粒在傾斜硬質(zhì)材料內(nèi)的運(yùn)動軌跡
所以得出物料為套圈狀或螺旋狀向前推進(jìn)。由圖6可知，物料在傾斜硬質(zhì)材料內(nèi)每旋轉(zhuǎn)一圈，物料沿硬質(zhì)材料傾斜方向前進(jìn)的距離 S 為：
(3—15)
當(dāng)時，
故 (3—16)
因此，物料在硬質(zhì)材料內(nèi)的前進(jìn)速度為：
(3—17)
由式(3—17)可知，物料在硬質(zhì)材料內(nèi)的前進(jìn)速度與硬質(zhì)材料傾角成正比，即硬質(zhì)材料傾斜角愈大，則物料前進(jìn)速度愈大，與硬質(zhì)材料回轉(zhuǎn)速度成反比，即速度越高，物料前進(jìn)速度越慢。
對于大斜面硬質(zhì)材料，物料可能沒有O2 到O3 ，因?yàn)槲锪系淖畲髴T性力可能還小于摩擦力與重力分力之和，其臨界條件為：
(3—18)
由此可得，臨界傾斜角為：
(3—19)
當(dāng)硬質(zhì)材料傾斜角大于ac 時，物料在硬質(zhì)材料內(nèi)的運(yùn)動將不再是套圈形而是蛇形軌跡。這時，物料在硬質(zhì)材料內(nèi)的停留時間短，總行程小，翻滾效果也不好，不利于提高水合效果，因此，硬質(zhì)材料傾角ac 不宜太大，一般為3度到5度最好，在此次設(shè)計(jì)中取硬質(zhì)材料的傾角為5度。
4.2 硬質(zhì)材料材料及驅(qū)動方式的選擇
4.2.1 硬質(zhì)材料材料的選擇
筒體部分的質(zhì)量占到整機(jī)的70%～80%, 因此筒體的材質(zhì)和壁厚是決定設(shè)備制作成本的重要因素。筒體的大小標(biāo)準(zhǔn)著規(guī)格和生產(chǎn)能力。筒體應(yīng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度。在安裝和運(yùn)行中應(yīng)保持規(guī)范化，這對減小運(yùn)轉(zhuǎn)阻力及功率消耗、減輕不均勻磨損、減少機(jī)械事故、保證長期安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)、延長回轉(zhuǎn)圓筒的壽命都十分重要，必須根據(jù)這一要求來設(shè)計(jì)筒體。筒體的剛度主要是筒體截面在較大力作用下，抵抗徑向變性的能力。同體的強(qiáng)度問題表現(xiàn)為筒體在載荷作用下產(chǎn)生裂紋及變形。筒體材料一般用A3鋼、普通低合金鋼，其中以16Mn用的較多；也可以用鍋爐鋼。要求耐腐蝕時，用不銹鋼。本設(shè)計(jì)中筒體材料選用A3鋼。
4.2.2筒體最小壁厚計(jì)算
1.筒體的最小壁厚按下式核算：
式中：R——筒體半徑，R=D/2=50cm
——筒體材料在操作溫度下的屈服應(yīng)力（溫度為150℃時的）
K——抄板與筒體壁重量比的系數(shù)，對于舉升式抄板，K=1.6
C——材料腐蝕欲度，C=0.3cm
表一、筒體厚度與直徑的關(guān)系（統(tǒng)計(jì)值）
Table 1 ，Dryer and diameter of the cylinder (statistics）
筒體直徑
D (m)
<1
1.1~
1.3
1.3~2
2~
2.6
2.6~
3
3.3~
3.6
3.3~
4
筒體厚度
（mm）
8
10
12
14
16
18
20
/D
0.008
0.009~0.0077
0.0092~0.006
0.007~0.0054
0.0062~
0.0053
0.006~0.005
0.006~0.005
當(dāng)工作條件較差時(如物料對筒體磨損嚴(yán)重)，一般可增加2mm；長度較短時，可適當(dāng)減薄；如果筒體只因剛度較差，其他都可以滿足條件時，除增加壁厚外，還可以通過其他途徑來增加筒體的剛度。
4.2.3 硬質(zhì)材料轉(zhuǎn)動驅(qū)動方式的選擇
硬質(zhì)材料的最大生產(chǎn)能力為每小時2噸，設(shè)計(jì)的硬質(zhì)材料的內(nèi)徑為1米，長度為2米，這在制造中也比較容易。這里就可以計(jì)算出硬質(zhì)材料的大致轉(zhuǎn)速范圍了。
由硬質(zhì)材料的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式:
r/min (3—20)
可得
= 11.3～19.8 r/min
所選硬質(zhì)材料驅(qū)動方式是采用中間軸式傳動。
在硬質(zhì)材料的中心線上設(shè)有傳動軸，用支承臂與硬質(zhì)材料相連，電動機(jī)通過減速器把動力傳到中心軸，由中心軸帶動硬質(zhì)材料轉(zhuǎn)動。這種傳動方式比較簡單。由于所設(shè)計(jì)要求的硬質(zhì)材料長度不長，轉(zhuǎn)動比較平穩(wěn)。但是，硬質(zhì)材料有時會和中心軸及支撐臂發(fā)生碰撞，硬質(zhì)材料重量及體積又不大 ，而且硬質(zhì)材料的轉(zhuǎn)速和傾角都不是太大，故一般硬質(zhì)材料顆粒不會對中心軸及支承臂造成太大的沖擊力。所以我們選擇中心軸驅(qū)動的方式。
4.3 功率的計(jì)算及電動機(jī)的選擇
4.3.1功率的計(jì)算
下面來計(jì)算硬質(zhì)材料工作所需的功率[8]：
(3—23)
其中：
n—硬質(zhì)材料的轉(zhuǎn)速，r/min；
M—驅(qū)動硬質(zhì)材料轉(zhuǎn)動所需的力矩，N.m；
η—傳動的效率。
由力矩計(jì)算公式得：
(3—24)
D—硬質(zhì)材料直徑，m；
G—硬質(zhì)材料本身重量G1 與硬質(zhì)材料內(nèi)原料重量G2 之和。
G1 =G3 +G4 +G5 (3—25)
G3 —橫向支撐臂的重量，N；
G4 —縱向支撐臂的重量，N；
G5 — 兩端鐵皮的重量，N。
(3—26)
R —硬質(zhì)材料內(nèi)半徑，m；
L —硬質(zhì)材料長度，m；
Y1—物料重度，N/m3；
Q —硬質(zhì)材料在硬質(zhì)材料中的充填系數(shù)。
（在理論上應(yīng)按物料升角來計(jì)算物料在硬質(zhì)材料中的充填系數(shù)）物料的升角為35~45度，這樣其硬質(zhì)材料的利用率應(yīng)為1/6~1/9。由于物料瞬間移動等因素的存在，物料充填系數(shù)比理論上要小的多。一般取Q為0.01~0.1，在此我們選Q為0.02。
從以上的計(jì)算中知道傳動效率η為0.6~0.7。
在(3—24)中，由上述可知：
D = 1 m
(3—27)
(3—28)
(3—29)
S —支撐臂的截面積，m2；
L —支撐臂的長度，m；
P —材料的密度，kg/m3；
n —所用材料的數(shù)量；
r —支撐臂的截面半徑，m；
所以
G3=×62×10-6×2×7.85×103×9.8×8=139 N
G4= S×L×P×n×g
=73 N
G5=S×d×P×g×n
= 290 N
式中：
S—鐵皮的表面積
d—鐵皮材料的厚度
n—鐵皮的數(shù)量
G2 =R2LY1Q N
=769.3 N
G = G1 +G2=G2+G3+G4+G5
= 1271.3 N
據(jù) (3—30)
得
= 1271.3×1/2 = 635.65 N·m
(3—31)
將w的取值代入得：
=1.26 kw
—工作機(jī)的功率；
—工作機(jī)的效率，一般取0.9~0.97。
經(jīng)過計(jì)算可得理論上工作機(jī)達(dá)到所需轉(zhuǎn)速需要的最低功率為1.26kw。
下面計(jì)算電動機(jī)的所需功率Pd 。首先確定從電動機(jī)到工作機(jī)之間的總效率。 設(shè)1 ，2 ，3 ，4 ，分別為，減速器，滑塊聯(lián)軸器，滾動軸承，硬質(zhì)材料的效率。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表2—2查得：1 =0.96 ， 2=0.98 . 3=0.97 . 4 =0.99 . 則傳動裝置的總效率為[10]：
(3—32)
= 0.96×0.982×0.97×0.992
= 0.88
(3—33)
=1.26／0.88
= 1.43（kw）
4.3.2電動機(jī)的選擇
4.3.2.1電動機(jī)功率的選擇
選擇電動機(jī)包括選擇電動機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)、功率、轉(zhuǎn)速和型號。在工業(yè)上一般采用三相交流電動機(jī)，Y系列三相交流異步電動機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護(hù)方便等特點(diǎn)，故一般應(yīng)優(yōu)先考慮。當(dāng)轉(zhuǎn)動慣量和啟動力矩較小時，可選用Y系列三相交流異步電動機(jī)，在經(jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn)、間歇或短時工作的場合，要求電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量小和過載能力大，應(yīng)選用YZ和YZR系列三相交流異步電動機(jī)，電動機(jī)的結(jié)構(gòu)有開啟式、防護(hù)式、封閉式、防爆式[7]。在此可選用封閉式的電動機(jī)。
所以選用Y系列全封閉式籠型三相異步電動機(jī)。
選擇原則：功率選的過小，不能保證工作機(jī)的正常工作或使電動機(jī)長期過載而過早損壞；功率選的過大，則電動機(jī)價格高，且常不在滿載下運(yùn)行，功率因素很低，造成浪費(fèi).
對于長期連續(xù)工作負(fù)荷較穩(wěn)定的負(fù)載機(jī)械，可根據(jù)電動機(jī)所需要的功率來選擇，選擇時應(yīng)使電動機(jī)的額定功率PN稍大于電動機(jī)的所需功率。由計(jì)算已知電動機(jī)所需功率為：=1.43 kw ,所以我們可選擇電動機(jī)功率為1.5 kw 。
4.3.2.2 確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速
同一功率的異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速有3000、1500、1000和750四種。一般來說，電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速高，磁極對數(shù)少，輪廓尺寸小、價格低；反之，轉(zhuǎn)速愈低，外輪廓尺寸愈大，價格愈高。由于工作機(jī)硬質(zhì)材料的轉(zhuǎn)速很低，所以不易選用高速電動機(jī)，一般應(yīng)選擇同步轉(zhuǎn)速為100或750 r/min 的電動機(jī)。
4.3.2.3 電動機(jī)的型號的確定
根據(jù)所要求的的轉(zhuǎn)速和功率選擇Y系列三相異步電動機(jī)，由?機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊?查得可選用電動機(jī)Y100L-6，功率1.5kw，轉(zhuǎn)速750r/min。因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境，如果不加防護(hù)，水有可能進(jìn)入電動機(jī)中導(dǎo)致電機(jī)短路而燒壞，于是在設(shè)計(jì)中選擇電機(jī)的防護(hù)等級為IP44?，F(xiàn)在將這種電動機(jī)的數(shù)據(jù)列于下表二中。
表二、電動機(jī)型號
(Table 2)，Motor model
電動機(jī)型號
額定功率
（kW）
最大轉(zhuǎn)矩
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
滿載轉(zhuǎn)速（）
額定轉(zhuǎn)矩
質(zhì)量
（kg）
Y100L-6
1.5
2.0
2.0
940
2.0
33
電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖如下(圖8)所示
圖8、電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖
4.4 傳動比及動力參數(shù)的計(jì)算
4.4.1 傳動比的分配
因所選的是一級直聯(lián)臥式擺線針輪減速器，其本身的傳動比最大可達(dá)到87，而且其體積比較小，重量比較輕，傳動效率良好,工作效率較其他較大。在使用過程中，由于減速器輸出端通過聯(lián)軸器直接與傳動軸相連，所以噪音較小，所選型號為Z WD 1.5-5A-59。因?yàn)椴捎玫氖侵虚g軸傳動，減速器輸出端通過聯(lián)軸器直接與傳動軸相連，所以不存在傳動比的分配。
4.4.2 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算
由上述理由，此處根據(jù)所選電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和減速器的傳動比可以得出硬質(zhì)材料的工作轉(zhuǎn)速。
由傳動比公式[10]：
(3—34)
可得公式：
(3—35)
式中：
：電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速，；
：執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速，。
代入數(shù)據(jù)得：
因?yàn)橛操|(zhì)材料的轉(zhuǎn)速比較低，一般低于400，而計(jì)算所得的轉(zhuǎn)速取為，是比較合適的。
5 零部件的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選用
5.1 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1.1 初算軸的直徑
聯(lián)軸器和滾動軸承的型號是根據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在初步計(jì)算軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，故要初算軸徑。
軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法進(jìn)行估算，即[10]：
(3—36)
式中：
P—軸傳遞的功率，kw；
n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
c—由軸的材料和受載情況確定的系數(shù)。
表三、各種材料系數(shù)c的取值范圍
Table 3, various materials coefficient of c scope
軸的材料
Q235 120
35
45
40Cr,35siMn
c
160—135
135—118
118—107
107—98
軸的材料一般為優(yōu)質(zhì)碳素鋼。c 取值時應(yīng)考慮軸上彎矩對軸強(qiáng)度的影響，當(dāng)只受轉(zhuǎn)矩或彎矩相對轉(zhuǎn)矩較小時，c 取小值；當(dāng)彎矩相對轉(zhuǎn)矩較大時，c 取大值。由于硬質(zhì)材料的轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩較大且彎矩小，故c 應(yīng)取較小值，在這里我們?nèi) 為108。
所以：
=41.8 mm
初算軸徑還要考慮鍵槽對軸強(qiáng)度的削弱影響。當(dāng)該軸段截面上有一個鍵槽時，d 應(yīng)增大5% ；兩個鍵槽時，d 應(yīng)增大10% 。
在本軸的設(shè)計(jì)中，軸上有一個鍵槽。
所以：
= 41.8×(1+5%)=43.89 mm
圓整取軸的直徑為50mm。
5.1.2 初選軸的形式
從上面初算軸的最小直徑為50mm，根據(jù)設(shè)計(jì)需要要設(shè)計(jì)成階梯軸來放置軸承和聯(lián)軸器。
5.1.3 軸的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
根據(jù)以上計(jì)算可知軸上所承受的最大轉(zhuǎn)矩 TP =636N.m 根據(jù)工況的要求選擇的是金屬滑塊聯(lián)軸器。選擇的材料為45號鋼，45號鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后，бb =637 Mpa , E =210Gpa。由以上計(jì)算知軸徑可為45mm，考慮裝聯(lián)軸器加鍵的影響，故取軸和聯(lián)軸器相連部分的直徑為50mm。我們知道軸上要安裝滾動軸承，為便于軸承的裝配，取裝軸承處的直徑為55mm。本設(shè)計(jì)滾動軸承中所選的型號為30311型，其寬度為29mm ,根據(jù)結(jié)構(gòu)要求選用軸肩擋圈GB886-86 55×65，由于在入料口處需布置料斗，所以軸承應(yīng)安裝在料斗的外端，以免和料斗發(fā)生干涉，根據(jù)生產(chǎn)能力為2噸/小時，再加上入料中混有大量的水，所以料斗設(shè)置應(yīng)足夠的大，料口長為300mm, 在高度上為便于安裝在機(jī)架上且不和主軸發(fā)生干涉，結(jié)構(gòu)設(shè)置請參見裝配圖。
在硬質(zhì)材料內(nèi)主軸上要焊接肋條，以支撐硬質(zhì)材料，所以在焊接處取主軸直徑為60mm,在硬質(zhì)材料的尾端要支撐和安裝聯(lián)軸器和電動機(jī)。如果在入料口端安裝驅(qū)動裝置的話，這樣就不好布置入料輸送裝置，而尾端則不會發(fā)生這些現(xiàn)象，因?yàn)槲捕说某隽峡谠跈C(jī)架的底部，所以應(yīng)在尾端安裝聯(lián)軸器和電動機(jī)。
軸承在軸上的固定，由于軸承安裝在軸承座內(nèi)，軸承可以通過軸上設(shè)置臺階來固定，也可以通過臺階和止推環(huán)來固定，這樣軸承在軸承座內(nèi)就不會發(fā)生徑向的游動，在本設(shè)計(jì)中選用臺階固定，因?yàn)檫@樣容易密封而且所選的30000系列的圓錐滾子軸承有一定的徑向補(bǔ)償，因圓錐滾子軸承軸承成對使用這樣就解決了轉(zhuǎn)動軸軸向竄動的問題。動力通過聯(lián)軸器傳給工作機(jī)的主軸，聯(lián)軸器和主軸是通過鍵槽來聯(lián)結(jié)的。在聯(lián)軸器的選用中，我們選用的是WH7型聯(lián)軸器，軸孔直徑為55mm。具體軸承的選用理由與相關(guān)校核過程會在后面滾動軸承的選擇中加以詳述。
因軸的校核需要有軸的預(yù)設(shè)長度，所以需要根據(jù)選用零件和硬質(zhì)材料設(shè)計(jì)的各個尺寸來確定軸的長度。下面是各個零件的所需長度和設(shè)計(jì)選用長度：
表四、軸的長度初選
Table 4, the length of the shaft
零件名稱
所需軸向長度（mm）
設(shè)計(jì)長度（mm）
硬質(zhì)材料長
45
45
聯(lián)軸器
45
50
軸承與軸承座（一對）
44
44
間距
165
178
總計(jì)
2264
317
根據(jù)4.1.2和表四設(shè)計(jì)的軸的輪廓如下圖9所示：
圖9、硬質(zhì)材料中心軸
5.1.4 軸的強(qiáng)度校核
進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。
對于傳動軸應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。
對于心軸應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算。
對于轉(zhuǎn)軸應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算。
2.3幾種常用的計(jì)算方法：
2.3.1按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算：
這種方法是根據(jù)軸所受的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度，對于軸上還作用較小的彎矩時，通常采用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。通常在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，常采用這種方法估算軸徑。
實(shí)心軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
由上式可得軸的直徑為
為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa
式中：
T為軸多受的扭矩，N·mm
為軸的抗扭截面系數(shù)，
n為軸的轉(zhuǎn)速，r/min
P為軸傳遞的功率，KW
d為計(jì)算截面處軸的直徑，mm
為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa，
軸的材料
Q235
20
35
45
1Cr18Ni9Ti
40Cr,35SiMn,2Cr13,42SiMn
12-20
20-30
30-40
15-25
40-52
A
160-135
135-118
118-107
148-125
100.7-98
空心軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
其中 ，即空心軸的內(nèi)徑與外徑d之比，通常取 =0.5-0.6
這樣求出的直徑只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑。
2.3.2按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算：
由于考慮啟動、停車等影響，彎矩在軸截面上鎖引起的應(yīng)力可視為脈動循環(huán)變應(yīng)力。
則
其中：
M 為軸所受的彎矩，N·mm
W 為危險(xiǎn)截面抗扭截面系數(shù)()具體數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊B19.3-15~17.
為脈動循環(huán)應(yīng)力時許用彎曲應(yīng)力(MPa)具體數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊B19.1-1
2.3.3按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算
由于前期軸的設(shè)計(jì)過程中，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸軸上零件位置及外載荷和支反力的作用位置均已經(jīng)確定，則軸上載荷可以求得，因而可按彎扭合成強(qiáng)度條件對軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。
一般計(jì)算步驟如下：
（1） 做出軸的計(jì)算簡圖：即力學(xué)模型
通常把軸當(dāng)做置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型及布置方式有關(guān)，現(xiàn)在例舉如下幾種情況：
當(dāng),但不小于（0.25~0.35）L，對于心調(diào)軸承e=0.5L
在此沒有列出的軸承可以查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得到。通過軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸軸上零件位置及外載荷和支反力的作用位置，計(jì)算出軸上各處的載荷。通過力的分解求出各個分力，完成軸的受力分析。
（2）做出彎矩圖
在進(jìn)行軸的校核過程中最大的難度就是求剪力和彎矩，畫出剪力圖和彎矩圖，因此在此簡單介紹下求剪力和彎矩的簡便方法。
橫截面上的剪力在數(shù)值上等于此橫截面的左側(cè)或右側(cè)梁段上所有豎向外力（包括斜向外力的豎向分力）的代數(shù)和 。外力正負(fù)號的規(guī)定與剪力正負(fù)號的規(guī)定相同。剪力符號：當(dāng)截面上的剪力使考慮的脫離體有順時針轉(zhuǎn)動趨勢時的剪力為正；反之為負(fù)。
橫截面上的彎矩在數(shù)值上等于此橫截面的左側(cè)或右側(cè)梁段上的外力（包括外力偶）對該截面形心的力矩之代數(shù)和 。外力矩的正負(fù)號規(guī)定與彎矩的正負(fù)號規(guī)定相同。彎矩符號：當(dāng)橫截面上的彎矩使考慮的脫離體凹向上彎曲（下半部受拉，上半部受壓）時，橫截面上的彎矩為正；反之凹向下彎曲（上半部受拉，下半部受壓）為負(fù)。
不論在截面的左側(cè)或右側(cè)向上的外力均將引起正值的彎矩，而向下的外力則引起負(fù)值的彎矩。
利用上述結(jié)論來計(jì)算某一截面上的內(nèi)力是非常簡便的，此時不需畫脫離體的受力圖和列平衡方程，只要梁上的外力已知，任一截面上的內(nèi)力均可根據(jù)梁上的外力逐項(xiàng)寫出。因此，這種求解內(nèi)力的方法稱為簡便法。
1、列剪力方程和彎矩方程 ，畫剪力圖和彎矩圖
①梁的不同截面上的內(nèi)力是不同的，即剪力和彎矩是隨截面的位置而變化。② 為了便于形象的看到內(nèi)力的變化規(guī)律，通常是將剪力和彎矩沿梁長的變化情況用圖形來表示—剪力圖和彎矩圖。③剪力圖和彎矩圖都是函數(shù)圖形，其橫坐標(biāo)表示梁的截面位置，縱坐標(biāo)表示相應(yīng)的剪力和彎矩。④剪力圖和彎矩圖的畫法是：先列出剪力和彎矩隨截面位置變化的函數(shù)式，再由函數(shù)式畫出函數(shù)圖形。
剪力方程和彎矩方程 ：以梁的左端點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，x 軸與梁的軸線重合, 找出橫截面上剪力和彎矩與橫截面位置的關(guān)系 , 這種關(guān)系稱為剪力方程和彎矩方程。 Fs = Fs (x ) M = M（x）
2、剪力圖和彎矩圖的繪制方向的判定：
剪力 : 正值剪力畫在x軸上側(cè)，負(fù)值剪力畫在x軸下側(cè)。
彎矩 : 正值彎矩畫在x軸的下側(cè)；負(fù)值彎矩畫在x軸上側(cè)。
3、繪剪力圖和彎矩圖的基本方法：首先分別寫出梁的剪力方程和彎矩方程，然后根據(jù)它們作圖。
4、作剪力圖和彎矩圖的幾條規(guī)律
取梁的左端點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，x 軸向右為正；剪力圖向上為正；彎矩圖向下為正。以集中力、集中力偶作用處，分布荷載開始或結(jié)束處，及支座截面處為界點(diǎn)將梁分段。分段寫出剪力方程和彎矩方程，然后繪出剪力圖和彎矩圖。
梁上集中力作用處左、右兩側(cè)橫截面上，剪力值（圖）有突變，其突變值等于集中力的數(shù)值。在此處彎矩圖則形成一個尖角。梁上集中力偶作用處左、右兩側(cè)橫截面上的彎矩值也有突變，其突變值等于集中力偶矩的數(shù)值。但在此處剪力圖沒有變化。
梁上的最大剪力發(fā)生在全梁或各梁段的邊界截面處；梁上的最大彎矩發(fā)生在全梁或各梁段的邊界截面，或 F= 0的截面處。
5、求各分力的彎矩合成：
6、 軸的載荷分析圖如下：
（3）校核軸的強(qiáng)度
通過以上計(jì)算得到得彎矩M和扭矩T后，可針對某些危險(xiǎn)截面（即彎矩和扭矩大而軸徑小可能斷的截面）做彎扭合成強(qiáng)度的校核計(jì)算。
按第三強(qiáng)度理論的計(jì)算應(yīng)力公式：
為對稱循環(huán)變應(yīng)力
為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)α
則
若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時： 取α=0.3
若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)應(yīng)力時： 取α=0.6
若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)應(yīng)力時： 取α=1.0
對于直徑為d的圓軸：
彎曲應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
代入與得：
式中：
為對稱循環(huán)變應(yīng)力的軸的許用彎曲應(yīng)力 (MPa)，具體數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊B19.1-1
為軸的計(jì)算應(yīng)力 Mpa
M 為軸所受的彎矩 N·mm
T 為軸所受的扭矩N·mm
W 為軸的抗彎截面系數(shù) ()具體數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊B19.3-15-17
2.3.4精確計(jì)算（安全系數(shù)校核計(jì)算）
安全系數(shù)校核計(jì)算分為按疲勞強(qiáng)度條件和按精強(qiáng)度條件進(jìn)行精確計(jì)算。
1.按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確計(jì)算
這種校核計(jì)算的實(shí)質(zhì)在于確定變應(yīng)力情況下軸的安全程度。在已知軸的外形、尺寸及載荷的基礎(chǔ)上，即可通過分析確定出一個或多個危險(xiǎn)截面（這時不僅要考慮彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的大小，而且要考慮應(yīng)力集中和絕對尺寸等因素影響的程度），按照公式求出計(jì)算安全系數(shù)并應(yīng)使其稍大于或至少等于設(shè)計(jì)安全系數(shù)。
公式如下：
其中：
為只考慮彎矩作用時的安全系數(shù)
為只考慮扭矩作用時的安全系數(shù)
[S]為按疲勞強(qiáng)度計(jì)算的許用安全系數(shù)：見下表
[S]
選 取 條 件
1.3-1.5
載荷確定精確,材料性質(zhì)均勻
1.5-1.8
載荷確定不夠精確,材料性質(zhì)不夠均勻
1.8-2.5
載荷確定不精確,材料性質(zhì)均度較差
僅有法向應(yīng)力時，應(yīng)滿足
僅有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時，應(yīng)滿足
式中
對稱循環(huán)應(yīng)力下的材料彎曲疲勞極限(MPa)，具體數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊B19.1-1
對稱循環(huán)應(yīng)力下的材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限(MPa)，具體數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊B19.1-1
為彎曲和扭轉(zhuǎn)時的有效應(yīng)力集中系數(shù),具體數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊B19.3.5-7
為表面質(zhì)量系數(shù),具體數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊B19.3-8-10.
為材料拉伸和扭轉(zhuǎn)的平均應(yīng)力折算系數(shù),具體數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊B19.3-13.
為彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力(MPa)具體數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊B19.3-12
為轉(zhuǎn)應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力(MPa)
2.按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行精確計(jì)算
這種校核目的是評定軸對塑性變形的抵抗能力。根據(jù)軸材料的屈服強(qiáng)度和軸上作用的最大瞬時載荷，計(jì)算軸危險(xiǎn)截面處的靜強(qiáng)度安全系數(shù)。
靜強(qiáng)度校核時的強(qiáng)度條件是：
式中：
為危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)
為按屈服強(qiáng)度的設(shè)計(jì)安全系數(shù)
為1.2-1.4用于高塑性材料制成的剛軸
為1.4-1.8，用于中等塑性材料制成的剛軸
為1.8-2，用于低塑性材料制成的剛軸
為2-3，用于鑄造軸
為只考慮彎矩和軸向力時的安全系數(shù)
為只考慮扭矩時的安全系數(shù)
式中
為材料的抗彎和抗扭屈服極限，MPa
為軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大彎矩和最大扭矩，N·mm
為軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大的軸向力，N
A 為軸的危險(xiǎn)截面的面積，
分別為危險(xiǎn)截面的抗彎和抗扭截面系數(shù),具體數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊B19.3-15-17.
通過以上幾種校核強(qiáng)度的方法完成軸的設(shè)計(jì)，如果校核結(jié)果如不滿足承載要求時，則必須修改原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果，再重新校核。
查資料選擇軸的材料為:45號鋼,正火,硬度170-217HB,抗拉強(qiáng)度бb=590Mpa，бs=295MPa.因傾角為5°非常小，可以在軸的強(qiáng)度校核中以水平方式的軸作替代。
因本設(shè)計(jì)中軸為轉(zhuǎn)軸，軸主要受轉(zhuǎn)矩和彎矩，由于傳動采用中間軸傳動所以只在垂直方向有力的作用，水平方向沒有受力。
軸的受力情況如圖10(a)所示：
圖10、軸的校核
計(jì)算彎矩：
根據(jù)《材料力學(xué)》上的彎矩的公式[11]:
(3—37)
其中：
—所受的力，單位N；
—對應(yīng)力臂，單位m。
由力矩平衡，可得A點(diǎn)的受力為：
(3—38a)
同理可得B點(diǎn)的受力為：
(3—38b)
由先前計(jì)算可知：
C點(diǎn)的受力，代入數(shù)據(jù)得，
= 305 N
= 205 N
再代入公式(3—37)，得
=334.N·m
軸的彎矩圖見圖8(b)所示。
計(jì)算轉(zhuǎn)矩：
根據(jù)《材料力學(xué)》轉(zhuǎn)矩公式[11]：
(3—39)
其中：
—該點(diǎn)處的轉(zhuǎn)矩，單位N·m；
—某點(diǎn)處的的功率，單位kw；
—對應(yīng)某點(diǎn)的轉(zhuǎn)速，單位r/min。
根據(jù)所得數(shù)據(jù)功率為1.26kw，轉(zhuǎn)速16r/min，將數(shù)據(jù)代入得，
= 635.65 N·m；
軸的扭矩圖見圖8(c)所示。
求當(dāng)量彎矩圖：
根據(jù)《機(jī)