浸漬干燥機(jī)的調(diào)偏機(jī)構(gòu)的設(shè)計論文

浸漬干燥機(jī)的調(diào)偏機(jī)構(gòu)的設(shè)計 摘 要 文章著重介紹了調(diào)偏機(jī)構(gòu)的工作原理和主要組成部分及其調(diào)偏機(jī)構(gòu)典型各部分（如 :軸承、軸、氣缸、電動機(jī)）的選用理由和設(shè)計步驟 ,概述了浸漬干燥生產(chǎn)線系統(tǒng)的構(gòu)成及其特點 ,闡述了調(diào)偏機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng) .描述了其系統(tǒng)的電機(jī)控制、糾偏控制和電路控制 ,最后對調(diào)偏機(jī)構(gòu)在浸漬干燥機(jī)上應(yīng)用進(jìn)行了探討 . 關(guān)鍵詞 糾偏；控制；調(diào)偏機(jī)構(gòu)工作原理 ；軸承 ；軸 ；氣缸 ；設(shè)計步驟 目 錄 前言 浸漬干燥生產(chǎn)線的在市場上應(yīng)用前景及意義 第 1章 生產(chǎn)線簡介 1.1 生產(chǎn)線組成部分 1.2 生產(chǎn)線主要設(shè)備簡介 1.3 生產(chǎn)線主要特點 第 2章 調(diào)偏機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng) 2.1 電機(jī)的控制 2.2 糾偏控制 2.3 電路控制 第 3章 調(diào)偏機(jī)構(gòu)的主要組成 第 4章 調(diào)偏機(jī)構(gòu)的工作原理 第 5章 調(diào)偏機(jī)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)設(shè)計說明 5 1滾動軸承的選用 5 2軸的設(shè)計過程 5 3氣缸的選用 5 4電機(jī)的選用 總 結(jié) 致 謝 參考文獻(xiàn) 附 圖 前 言 浸漬干燥機(jī)，是在引進(jìn)、消化吸收國外先進(jìn)浸漬設(shè)備的基礎(chǔ)上，研制出的新一代浸漬干燥自動生產(chǎn) 線。生產(chǎn)線包括原紙的導(dǎo)入、接紙、浸漬、干燥、冷卻、調(diào)偏、拉紙、剪切及自動堆紙等。 生產(chǎn)線采用變頻調(diào)速，干燥機(jī)屬于水平無接觸氣浮式，干燥機(jī)各室溫度可以分別設(shè)定，并可實現(xiàn)溫度的自動反饋控制。生產(chǎn)線是通過變頻調(diào)速的方法來保證紙張張力的恒定，從而保證生產(chǎn)線的正常運行。生產(chǎn)線可以通過操縱通紙鏈系統(tǒng)自動通紙，生產(chǎn)線電控系統(tǒng)采用 PLC控制。生產(chǎn)線中還設(shè)置了調(diào)偏裝置和靜電消除裝置，各生產(chǎn)設(shè)備采用膨脹螺栓固定，因而生產(chǎn)線的安裝非常方便。 該機(jī)投入市場，立即引起巨大反響，國內(nèi)許多廠家紛紛采購。隨著市場的不斷發(fā)展，浸漬干燥生產(chǎn)線 ，滿足了國內(nèi)外客戶對寬幅面浸漬機(jī)日益高漲的需求。干燥機(jī)具有能耗低、速度快、上膠量均勻，自化程度高等優(yōu)點，為國內(nèi)眾多裝飾材料及絕緣材料廠制造浸漬干燥機(jī)。 隨著高科技的迅猛發(fā)展 ,機(jī)械產(chǎn)品的日趨更新 ,市場競爭如此激烈 ,這要求我們所設(shè)計的產(chǎn)品能步入科學(xué)技術(shù)的腳步 ,能更好地適應(yīng)我們社會的發(fā)展 !本人設(shè)計的是浸漬機(jī)部分之一 -調(diào)偏機(jī)構(gòu) ,該機(jī)構(gòu)的作用是對卷材進(jìn)行調(diào)偏 ,防止卷材跑偏 .本文著重介紹了調(diào)偏機(jī)構(gòu)的工作原理和控制系統(tǒng)及其部分零件的選擇理由及設(shè)計步驟等 . 第 1章 生產(chǎn)線簡介 1.1 生產(chǎn)線組成部分 1.開卷機(jī) 2.一次浸漬擠膠 3.一次干燥段 4. 一次排濕 5. 一次冷卻 6.張力機(jī) 7. 二次覆涂 8.二次干燥段 9. 二次排濕 10.二次冷卻 11.調(diào)偏機(jī) 12.牽引機(jī) 13.切紙機(jī) 14.堆紙升降臺 1.2生產(chǎn)線主要設(shè)備簡介 1.浸漬機(jī) 浸漬機(jī)主要由單面背涂部分、展開、呼吸段延時機(jī)構(gòu)、排氣、雙面涂膠裝置、擠膠裝置（由固定擠膠輥和活動擠膠輥組成）、計量裝置、抹平機(jī)構(gòu)、位移檢測機(jī)構(gòu)、膠槽及其升降裝置、傳動機(jī)構(gòu)及氣路系統(tǒng)等組成。 浸漬時比較重要的一條是把卷材中的空氣排除，而可靠的方法 是以樹脂排除空氣，使卷材能夠得到充分浸漬，所以在浸漬機(jī)中設(shè)置了單面背涂部分和呼吸延時機(jī)構(gòu)。原紙經(jīng)過單面涂膠輥后、膠液通過毛細(xì)血管的作用將卷材內(nèi)的空氣排除。為了達(dá)到單面背涂的效果，并防止卷材經(jīng)浸膠后打折，從單面背涂到雙面涂膠需間隔一段時間（稱為呼吸段），并在此之間設(shè)有展開輥以防止打折。呼吸段的長短可以通過手動調(diào)延時機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。 原卷材經(jīng)單面背涂后進(jìn)行雙面浸膠，隨之進(jìn)入擠膠十分精密光潔，其運行可實現(xiàn)變頻調(diào)速。一對水平擠膠輥的間隙可以通過計量裝置精密調(diào)整。正常工作時一對擠膠輥之間保持一定間隙相對而轉(zhuǎn)（間隙大小可 根據(jù)浸膠量的需要調(diào)整）?；顒訑D膠輥由氣缸帶動，在通紙時或有接頭通過時，可以使動擠膠輥拉開。浸膠紙經(jīng)過擠膠輥作用而擠去多余的膠液，使紙張帶上均勻等厚的膠層（即達(dá)到工藝規(guī)定的浸膠量）， 然后進(jìn)入干燥機(jī)進(jìn)行干燥。 2.干燥機(jī) 用于生產(chǎn)線的干燥機(jī)均為水平臥式干燥結(jié)構(gòu)，上下噴嘴對吹熱氣流，浸漬紙浮動在上下風(fēng)嘴之間。浸漬紙在干燥機(jī)中干燥是分等級的，干燥機(jī)加熱溫控系統(tǒng)采用了先進(jìn)的檢測控制技術(shù)。各干燥室溫度可以分別設(shè)定，使溫控實現(xiàn)連續(xù)的 PID閉環(huán)調(diào)節(jié)控制功能。目前，氣浮式干燥機(jī)已經(jīng)形成系列化，每種形式又都有兩種加熱方式，一種 是導(dǎo)熱油加熱，另一種是蒸汽加熱。 1.3生產(chǎn)線主要特點 1.浸膠時，先單面背涂、展開、呼吸、排氣、吸收，然后雙面浸膠、計量、抹平，最后至水平擠膠。 2.生產(chǎn)線中采用了無接觸氣浮式干燥機(jī)，干燥機(jī)的加熱介質(zhì)分導(dǎo)熱油和蒸汽兩種方式。 3. 干燥機(jī)各干燥室的溫度可分別設(shè)定，并可實現(xiàn)連續(xù)的 PID控制。 4.電控系統(tǒng)采用 PLC控制。調(diào)速系統(tǒng)采用較高精度和良好變頻性能的變頻控制器進(jìn)行調(diào)速。 PLC控制、旋轉(zhuǎn)編碼器和張力輥組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過變頻調(diào)速保證紙張張力的一致，保證生產(chǎn)線運行時不斷紙，使紙的 運行速度和張力實現(xiàn)連續(xù) 控制。 5.調(diào)偏機(jī)采用了性能可靠的 EPC調(diào)偏機(jī)構(gòu)，調(diào)偏靈敏度高，可有效的防止紙張的跑偏。 物流方向 第 2章 調(diào)偏機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng) 2.1電機(jī)的控制 調(diào)偏機(jī)構(gòu)上有兩個光電開關(guān)，在通過卷材的上方，當(dāng)光電開關(guān)的光線照到紙的時候，調(diào)偏機(jī)構(gòu)下方的同步電機(jī)正轉(zhuǎn)，從而使與同步電機(jī)連接的絲桿伸長，推動調(diào)偏機(jī)構(gòu)上的可活動支架向光電開關(guān)所在位置的另一方運動；當(dāng)兩個光電開關(guān)的光線都照不到卷材的時候，調(diào)偏機(jī)構(gòu)下方的同步電機(jī)反轉(zhuǎn)，從而使與電機(jī)連接的絲桿縮短，拉動調(diào)偏機(jī)構(gòu)上的可活動支架向光電開關(guān)所在位 置方向運動。 2.2糾偏控制 糾偏控制的三種基本方式 開卷糾偏 該方式主要用在卷材放卷過程中，通過往返移動放卷輥筒（機(jī)架）的位置，來確保卷材始終按預(yù)設(shè)的位置進(jìn)行放卷作業(yè)。檢邊傳感器獨立固定，在放卷過程中，它的位置不隨卷筒移動。 行進(jìn)間糾偏 該方式一般用在卷材生產(chǎn)過程中，以防止材料出現(xiàn)蛇行現(xiàn)象或連接下一工序時出現(xiàn)邊緣不齊的情況，傳感器獨立固定，根據(jù)卷材位置偏移狀況，控制導(dǎo)向輥部分作回轉(zhuǎn)運動，使卷邊始終通過檢測點。根據(jù)應(yīng)用場合不同，可分為中心支點和端支點式兩種。 收卷糾偏 該方式用于確保卷材收卷時卷邊整齊。它與 開卷糾偏非常相似，但安裝時有較大區(qū)別：傳感器與收卷軸位置相對固定，隨卷邊的擺動而擺動，通過推動收卷軸（機(jī)架）追隨卷邊擺動來確保收卷邊緣整齊。 調(diào)偏機(jī)構(gòu)的糾偏方式是行間糾偏中的中心支點式 ，該機(jī)構(gòu)包括一個固定基座和一個帶有導(dǎo)向輥的浮動框架。一對或多對 Accuweb專利的線性軸承支起機(jī)構(gòu)的浮動部分，它允許浮動部分以行程中卷材平面上的一個支點作回轉(zhuǎn)運動。線性軸承的運用可確保導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以水平、豎直或倒置安裝時正常工作。該方式除了安裝稍微麻煩外， 是行進(jìn)間糾偏控制中效果最好的一種。故選用該方式。 糾偏控制系統(tǒng)原理：探頭 探測卷材的邊緣或線條，讀出卷材實際位置與設(shè)定位置的偏移量，將偏移量轉(zhuǎn)換成與之成正比的電信號；再將該信號輸入控制器，信號經(jīng)控制器放大、校準(zhǔn)后，輸出至電驅(qū)動器，電驅(qū)動器根據(jù)信號的大小，驅(qū)動糾偏導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，將卷材回復(fù)至設(shè)定位置。由于電驅(qū)動器的驅(qū)動信號只與卷材跑偏量成正比關(guān)系，這就使得對于各種不同的卷材，系統(tǒng)都能提供精確的糾偏控制。 2.3電路控制 X27、 X43為調(diào)偏機(jī)構(gòu)的兩個光電開關(guān)，其光對紙起敏感作用，當(dāng)光電開關(guān)的電柱照到卷材上時，其觸點閉合，反之，斷開。 X3、 X4為限位開關(guān) RAB1、 RAB2為同步電機(jī)的 兩相電 控制過程：當(dāng)卷材通過調(diào)偏機(jī)構(gòu)時，如果 X43、 X27同時閉合，則同步電機(jī)正轉(zhuǎn)；反之則同步電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)到 X3、 X4時，則電機(jī)停止。見下圖； RAB1 RAB2 X43 X43 X27 X27 X3 X4 N LA 第 3章 調(diào)偏機(jī)構(gòu)的主要組成 調(diào)偏機(jī)構(gòu)主要由底架、 擺架、 支撐架、 8211軸承、 通蓋、 壓圈、 中心軸、 支架、 活動支架、 擺臂支架、 固定輥、 滾輥組合、 連接桿、 總裝 (光電跟蹤 )、 氣缸支座、 50X150氣缸、 耳座 、 50氣缸接頭、 電動機(jī)安裝底板、 電動機(jī)裝配體、 調(diào)節(jié)耳座、 壓緊機(jī)構(gòu)、 6211深溝球軸承、 M48X1.5圓螺母等組成 ,詳細(xì)請見總裝圖 第 4章 調(diào)偏機(jī)構(gòu)的工作原理 調(diào)偏機(jī)構(gòu)是根據(jù)浸漬生產(chǎn)線的需要，能自動調(diào)節(jié)并保證通紙時卷材的準(zhǔn)確位置的一種機(jī)構(gòu)。也是浸漬生產(chǎn)線必不可少的調(diào)整機(jī)構(gòu)。它其中包含了電動機(jī)構(gòu)和氣動機(jī)構(gòu)。 它的動作原理：當(dāng)紙從烘箱出來通過調(diào)偏裝置時，手動的打開氣動手柄，從而使調(diào)偏機(jī)構(gòu)上的托紙輥臺起，使紙與其上方的輥筒緊密接觸。調(diào)偏機(jī)構(gòu)上有對卷材敏感的兩個光電開關(guān)，在通過的卷材的上方。當(dāng)光電開關(guān)的光線照到卷材的時候，調(diào)偏機(jī)構(gòu)下方的同步電機(jī)正轉(zhuǎn)，從而使與同步電機(jī)連接的絲桿伸長，推動調(diào)偏機(jī)構(gòu)上的可活動支架向光電開關(guān)所在位置的另一方運動，也就是實現(xiàn)了兩根輥筒拉動紙向光電開關(guān)所在位置的另一方運動。當(dāng)兩個光電開關(guān)的光線都照不到卷材的時候，調(diào)偏機(jī)構(gòu)下方的同步電機(jī)反轉(zhuǎn)，從而使與電機(jī)連接的絲桿縮短，拉動調(diào)偏機(jī)構(gòu)上的可活動支架向光電開關(guān)所在位置方向運動，也就是實現(xiàn)了兩根輥筒拉動卷材向光電開關(guān)所在位置一方運動。通過這樣原理保證卷材在兩個光電開關(guān)的中間通過，也就是保證了通紙（卷材）的準(zhǔn)確位置。其中光電開關(guān)如何控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是通過 PLC程序 實現(xiàn)。 以上動作原理的實現(xiàn)，保證了浸漬干燥生產(chǎn)線的對通紙（卷材）位置的需求，也保證了生產(chǎn)線正常運行的需求。 第 5章 調(diào)偏機(jī)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)設(shè)計說明 5.1滾動軸承的選用 (一 )、滾動軸承的概述 滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，由軸承廠大批量生產(chǎn)，因此熟悉標(biāo)準(zhǔn)，正確選用并進(jìn)行 軸承組合設(shè)計是本設(shè)計的主要任務(wù)之一 .。 滾動軸承一般由內(nèi)圈 1、外圈 2、滾動體 3 和保持架 4組成，如圖 12-15 所示。內(nèi)、外圈分別與軸頸、軸承座孔裝配在一起。當(dāng)內(nèi)、外圈相對轉(zhuǎn)動時滾動體即 在內(nèi)外圈的滾道間滾動。保持架使?jié)L動體分布均勻，減少滾動體的摩擦和磨損。 滾動軸承的內(nèi)外圈和滾動體一般由軸承鋼制造，工作表面經(jīng)過磨削和拋光，其硬度不低于 60HRC。保持架一般用低碳鋼板沖壓制成，也可用有色金屬和塑料制成。 (二 )、滾動軸承的類型和選擇 1.類型 滾動軸承按受載方向分為向心軸承和推力軸承兩大類。向心軸承主要承受徑向載荷，推力軸承主要承受軸向載荷。按滾動體形狀，滾動軸承又可分為球軸承與滾子軸承兩大類。軸承的類型代號及特性見表 12-4。 滾動軸承的內(nèi)外圈與滾動體之間存在一定的間隙，如圖 12-16 所示，因此，內(nèi)外圈可以有相對位移，最大位移量稱為軸承游隙。當(dāng)軸承的一個座圈固定，則另一座圈沿徑向的最大移動量稱為徑向游隙 r，沿軸向的最大移動量稱為軸向游隙 a。游隙的大小對軸承的壽命、溫升和噪聲都有很大的影響。 2.滾動軸承的代號 圖 12-15 滾動軸承的結(jié)構(gòu) 圖 12-16 滾動軸承的游隙 國家標(biāo)準(zhǔn)（ GB/T272-93）規(guī)定，軸承的類型、尺寸、精度和結(jié)構(gòu)特點，由軸承代號表示。軸承代號由基本代號、前置代號和后置代號三部分構(gòu)成。代號一般刻在外圈端面上，排列順序如下： (1)前置代號。在基本代號左側(cè)用字母表示成套軸承的分部件，如 L表示可分離的軸承是分離 內(nèi)圈或外圈， K 表示滾子和保持架組件。例如 LN308，表示 (0)3 尺寸系列的單列圓柱滾子軸承可分離外圈。 (2)基本代號?；敬柋硎据S承的類型、結(jié)構(gòu)和尺寸。一般由五個數(shù)字或字母加四個數(shù)字表示（如下圖所示）。各代號意義見表 12-5 所示。 （高） 表 12-4 滾動軸承的基本類型及特性 類型及代號 結(jié)構(gòu)簡圖 承載方向 主要性能及應(yīng)用 調(diào)心球軸承 （ 1） 其外圈的內(nèi)表面是球面，內(nèi)、外圈軸線間允許角偏移為 2 3 ,極限轉(zhuǎn)速低于深溝球軸承。可承受徑向載荷及較小的雙向軸 向載荷。用于軸變形較大及不能精確對中的支前置代號 基本代號 后置代號 五 一 二 三 四 類 型 代 號 寬 度 系 列 直 徑 系 列 內(nèi) 徑 代 號 承處。 調(diào)心滾子軸承 （ 2） 軸承外圈滾道是球面，主要承受徑向載荷及一定的雙向軸向載荷，但不能承受純軸向載荷，允許角偏移 0.5 2。常用在長軸或受載荷作用后軸有較大變形及多支點的軸上。 圓錐滾子軸承 （ 3） 可同時承受較大的徑向及軸向載荷，承載能力大于 “7”類軸承。外圈可分離，裝拆方便，成對使用。 推力球軸承 （ 5） 只能承受軸向載荷，而且載荷作用線必須與軸線相重合，不允許有角偏差，極限轉(zhuǎn)速低。 雙向推力 軸承 （ 5） 能承受雙向軸向載荷。其余與推力軸承相同。 深溝球軸承 （ 6） 可承受徑向載荷及一定的雙向軸向載荷。內(nèi)外圈軸線間允許角偏移為816。 角接觸球軸承 （ 7） 可同時承受徑向及軸向載荷。承受軸向載荷的能力由接觸角 的大小決定， 大，承受軸向載荷的能力高。由于存在接觸角 ，承受純徑向載荷時，會產(chǎn)生內(nèi)部軸向力，使內(nèi)、外圈有分離的趨 勢，因此這類軸承要成對使用。極限轉(zhuǎn)速較高。 推力滾子軸承 （ 8） 能承受較大的單向軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速低。 圓柱滾子軸承 （ N） 能承受較大的徑向載荷，不能承受軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速也較高，但允許的角偏移很小，約 2 4。設(shè)計時，要求軸的剛度大，對中性好。 滾針軸承 （ NA） 不能承受軸向載荷，不允許有角度偏斜，極限轉(zhuǎn)速較低。結(jié)構(gòu)緊湊，在內(nèi)徑相同的條件下，與其他軸承比較，其外徑最小。適用于徑向尺寸受限制的部件中。 (3)后置代號。作為補(bǔ)充代號，軸承在結(jié)構(gòu)形狀、尺寸公差、技術(shù)要求等有 改變時，才在基本代號右側(cè)予以添加。一般用字母（或字母加數(shù)字）表示。后置代號共分八組。第一組表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，例如角接觸球軸承接觸角 40時，代號為 B； 25時，代號為 AC； 15時，代號為 C。第五組為公差等級，按精度由低到高代號依次為： /P0、 /P6、 /P6x、 /P5、 /P4、 /P2，其中 /P0為普通級，可省略不標(biāo)注。 表 12-5 基本代號 類型 寬 (高 )度 直徑系 內(nèi)徑代號 代號 系列代號 列代號 用一位數(shù)字或一至兩個字母表示，見表 表示內(nèi)徑、外徑相同而軸承寬 (高 )度不同，有一個遞增的系列尺寸，用一位數(shù)字表示。 表示同一內(nèi)徑而不同外徑的系列，用一位數(shù)字表示。 內(nèi)徑代號。內(nèi)徑為，的軸承直接用內(nèi)徑表示，例表示內(nèi)徑的深溝球軸承。的內(nèi)徑代號如下： 兩代號連用，當(dāng)寬高度系列代號為時可省略 內(nèi)徑代號 00 01 02 03 內(nèi)徑(mm) 10 12 15 17 3.滾動軸承的選擇 滾動軸承選擇的出發(fā)點是： (1)軸承工作載荷的大小、方向及性質(zhì)。當(dāng)載荷較小而平穩(wěn)、 轉(zhuǎn)速較高時，可選用球軸承，反之，宜選用滾子軸承。 當(dāng)軸承同時承受徑向及軸向載荷，若以徑向載荷為主時可選用深溝球軸承；軸向載荷比徑向載荷大很多時，可選用推力軸承與向心軸承的組合結(jié)構(gòu)；徑向載荷和軸向載荷均較大時可選用向心角接觸軸承。 (2)對軸承的特殊要求。跨距較大或難以保證兩軸承孔同軸度的軸及多支點軸，宜選用調(diào)心軸承。 為便于安裝、拆卸和調(diào)整軸承游隙，宜選用內(nèi)外圈可分離的圓錐滾子軸承。 (3）經(jīng)濟(jì)性。一般球軸承比滾子軸承價廉；有特殊結(jié)構(gòu)的軸承比普通結(jié)構(gòu)的軸承貴。 同型號的軸承，精度越高，價格也越高，一般機(jī)械 傳動宜選用普通級（ P0）精度。 (三 )、滾動軸承的受載情況和失效形式 (1)一般轉(zhuǎn)速時，若軸承只承受徑向載荷 Fr作用，由于各元件的彈性變形，軸承上半圈的滾動體將不受力，而下半圈各滾動體受力的大小則與其所處的位置有關(guān)。故軸承運轉(zhuǎn)時，軸承套圈滾道和滾動體受變應(yīng)力作用（圖 12-17），滾動軸承的主要失效形式是疲勞點蝕。為防止疲勞點蝕現(xiàn)象的發(fā)生，滾動軸承應(yīng)按額定動載荷進(jìn)行壽命計算。 (2)轉(zhuǎn)速較低的滾動軸承，可能因過大的靜載荷或沖擊載荷，使套圈滾道與滾動體接觸處產(chǎn)生過大的塑性變形。因此，低速重載的滾動軸承應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng) 度計算。 (3)高速轉(zhuǎn)動的軸承，可能因潤滑不良等原因引起磨損甚至膠合。因此，除進(jìn)行壽命計算外，還要校核極限轉(zhuǎn)速。 (四 )、滾動軸承的壽命計算 1.軸承壽命 軸承中任一滾動體或內(nèi)、外圈滾道上出現(xiàn)疲勞點蝕的總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下的工作時數(shù)，稱為軸承壽命。 一批相同型號尺寸的軸承，因材料、熱處理、加工工藝等差異，即使在完全相同的條件下運轉(zhuǎn)，其壽命也差異很大，最長壽命和最短壽命可能差幾倍。滾動軸承的疲勞壽命是相當(dāng)離散的。因此，計算軸承壽命時應(yīng)與一定的破壞率（可靠度）相聯(lián)系。一般用 10%破壞率的軸承壽命作為軸承的基本 額定壽命，用 L表示，單位為 106 r（ 106轉(zhuǎn)）。 2.軸承壽命計算 滾動軸承的基本額定壽命 L 與承受的載荷 P有關(guān)，載荷越大，軸承中產(chǎn)生的接觸應(yīng)力也越大，因而發(fā)生疲勞點蝕破壞前所能經(jīng)受的應(yīng)力變化次數(shù)就越少，即軸承的壽命越短。圖12-18 所示為試驗得出的載荷 P 與壽命 L 的關(guān)系曲線，也稱為軸承的疲勞曲線。該曲線可用方程 P L=常數(shù)表示。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，基本額定壽命 L=1（ 106 r）時，軸承所能承受的載荷稱為基本額定動載荷，用 C表示， 圖 12-18 滾動軸承的 P-L 曲線 單位為 N。 C 值可由軸承標(biāo)準(zhǔn)中查出，于是有 1 CLP 常數(shù)，即 L=（ C / P） 106 r （ 12-1） 實際計算時常用小時（ h）表示壽命（ Lh）。將上式整理后可得 h PCnPCnL 1666760106 (h) （ 12-2） 式中： P為當(dāng)量動載荷（ N）； 為壽命指數(shù)，球軸承 =3，滾子軸承 =10/3； n為軸承轉(zhuǎn)速（ r/min）。 若已知當(dāng)量動載荷 P和轉(zhuǎn)速 n，工作使用壽命 Lh，則由式（ 12-2）可求出待選軸承所需的額定動載荷 C，從而選擇軸承并使軸承的額定動載荷 C C。軸承工作壽命Lh的推薦值見表 12-6。 表 12-6 滾動軸承預(yù)期壽命推薦值 機(jī)器種類 預(yù)期壽命 不常使用的儀器和設(shè)備 500 航空發(fā)動機(jī) 500 2000 間斷使用的機(jī)器 中斷使用不致引起嚴(yán)重后果的手動機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等 4000 8000 中斷使用會引起嚴(yán)重后果，如升降機(jī)、運輸機(jī)、吊車等 8000 12000 每天工作的機(jī)器 利用率不高的齒輪傳動、電機(jī)等 1200020000 利用率較高的通訊設(shè)備、機(jī)床等 2000030000 連續(xù)工作的機(jī)器 一般可靠性的空氣壓縮機(jī)、電機(jī)、水泵等 5000060000 高可靠性的電站設(shè)備、給排水裝置等 100000 3.當(dāng)量動載荷 P的計算 滾動軸承的基本額定動載荷 C是在特定試驗條件下得出的，就受載條件來說，向心軸承是承受純徑向載荷；推力軸承是承受純軸向載荷。而在實際工作中，作用在軸承上的實際載荷往往與試驗條件不一樣，必須將實際載荷折算成與上述條件相同的載荷，在此載荷作用下，軸承的壽命與實際載荷作用下的壽命相同，這種折算后的載荷是假定的載荷，稱為當(dāng)量動載荷，用 P表示。計算式為 P=KP（ xFr+yFa） （ 12-3） 式 中： Fr為軸承所承受的徑向載荷（ N）； Fa為軸承所承受的軸向載荷（ N）； x、 y分別為徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，見表 12-7； Kp為載荷系數(shù)，見表 12-8。 表 12-7 （單列）向心軸承的 x、 y系數(shù) 軸承類型 orCFa e eFF r a rFFa e x y x y 深溝球軸承（ 6） 0.014 0.028 0.056 0.084 0.11 0.17 0.28 0.42 0.56 0.19 0.22 0.26 0.28 0.30 0.34 0.38 0.42 0.56 2.30 1.99 1.71 1.55 1.45 1.31 1.15 1.01 0 0.44 4 1.00 角接觸球軸承 70000C （ 15 o） 0.015 0.029 0.058 0.087 0.12 0.17 0.29 0.44 0.58 0.38 0.40 0.43 0.46 0.47 0.50 0.55 0.56 0.56 0.44 1.47 1.40 1.30 1.23 1.19 1.12 1.02 1.00 1.00 1 0 70000AC（ 25 o） 0.68 0.41 0.87 1 0 70000B ( 40 ) 1.14 0.35 0.57 1 0 圓錐滾子軸承（ 3） 1.5tg 0.4 0.4ctg 1 0 注：具體數(shù)值按軸承型號查附表或有關(guān)手冊； 為公稱接觸角。 表 12-8 載荷系數(shù) Kp 載荷性質(zhì) Kp 應(yīng)用舉 例 無沖擊或輕微沖擊 1.0 1.2 電動機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵等 中等沖擊或中等慣性力 1.2 1.8 車輛、動力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、冶金機(jī)械、選礦機(jī)、水力機(jī)械、卷揚機(jī)、木材加工機(jī)、機(jī)床等 強(qiáng)大沖擊 1.8 3.0 破碎機(jī)、軋鋼機(jī)、石油鉆機(jī)、振動篩等 根據(jù)上述知識的介紹設(shè)計中心軸上的軸承 深溝球軸承的選用 : 已知 :軸的轉(zhuǎn)速 n=1000r/min,軸承上的徑向載荷 Fr=1600N, 軸向載荷 Fa=800N, 工作平穩(wěn)無沖擊。軸直徑 d=55mm, 要求軸承壽命 Lh=20000h,設(shè)計軸承類型 設(shè)計 步驟 : 由于軸承所受載荷 FrFa，故初定軸承類型為深溝球軸承，再用試算法確定軸承型號 ,試選深溝球軸承 ,選用型號為 6211 查手冊得 :C=118000 N， Cor=24240 N。 1)Fa/C0r=800/24240=0.033 查表 12-7知 0.033落在 0.028 0.056之間 用插值法算得 23.0)028.0033.0(028.0056.0 22.026.022.0 e 2） Fa/Fr=800/1600=0.5e 3）查表 12-7得： x= 0.56， y落在 1.99 1.71之間，用插值法算得 y= 1.94 4）查表 12-8得： Kp=1.2 5）當(dāng)量動載荷 P=Kp（ xFr+yFa） =1.2X(0.56X1600+1.94X800)=2937.6N 6）計算額定動載荷由式（ 12-2）得： C =P =2937.6X =31226.688N 6211軸承的 C = 118000 N大于計算所需的 C =31226.688N,故選軸承合用 . 5.2軸的設(shè)計過程 (一 )、軸的功能和分類 軸是組成機(jī)器的重要零件之一，其主要功能是支持作回轉(zhuǎn)運動的傳動零件 (如齒輪、蝸輪等 )，并傳遞運動和動力。 1、按受載情況分 根據(jù)軸的受 載情況的不同軸可分為轉(zhuǎn)軸、傳動軸和心軸三類。 轉(zhuǎn)軸：既受彎矩又受轉(zhuǎn)矩的軸 傳動軸：主要受轉(zhuǎn)矩，不受彎矩或彎矩很小的軸 心軸：只受彎矩而不受轉(zhuǎn)矩的軸； 根據(jù)軸工作時是否轉(zhuǎn)動，心軸又可分為轉(zhuǎn)動心軸和固定心軸。 轉(zhuǎn)動心軸：工作時軸承受彎矩，且軸轉(zhuǎn)動； 固定心軸：工作時軸承受彎矩，且軸固定 2、按軸線形狀分 根據(jù)軸線形狀的不同軸又可分為曲軸、直軸和鋼絲軟軸。 曲軸：各軸段軸線不在同一直線上，主要用于有往復(fù)式運動的機(jī)械中，如內(nèi)燃機(jī)中的曲軸 直軸：各軸段軸線為同一直線。直軸按外形不 同又可分為 光軸：形狀簡單，應(yīng)力集中少，易加工，但軸上零件不易裝配和定位。 常用于心軸和傳動軸 階梯軸：特點與光軸相反，常用于轉(zhuǎn)軸 鋼絲軟軸：由多組鋼絲分層卷繞而成，具有良好撓性，可將回轉(zhuǎn)運動靈活地 傳到不開敞的空間位置。 (二 ) 、軸的設(shè)計 軸的設(shè)計是根據(jù)給定的軸的功能要求 (傳遞功率或轉(zhuǎn)矩，所支持零件的要求等 )和滿足物理、幾何約束的前提下，確定軸的最佳形狀和尺寸，盡管軸設(shè)計中所受的物理約束很多，但設(shè)計時，其物理約束的選擇仍是有區(qū)別的，對一般的用途的軸，滿足強(qiáng)度約束條件 , 具有 合理的結(jié)構(gòu)和良好的工藝性即可。對于靜剛度要求高的軸，如機(jī)床主軸，工作時不允許有過大的變形，則應(yīng)按剛度約束條件來設(shè)計軸的尺寸。對于高速或載荷作周期變化的軸，為避免發(fā)生共振，則應(yīng)需按臨界轉(zhuǎn)速約束條件進(jìn)行軸的穩(wěn)定性計算。 軸的設(shè)計并無固定不變的步驟，要根據(jù)具體情況來定，一般方法是： (1)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件或與同類機(jī)器類比，初步確定軸的最小直徑； (2)考慮軸上零件的定位和裝配及軸的加工等幾何約束，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定軸的幾何尺寸； 值得指出的是：軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果具有多樣性。不同的工作要求、不同 的軸上零件的裝配方案以及軸的不同加工工藝等，都將得出不同的軸的結(jié)構(gòu)型式。因此，設(shè)計時，必須對其結(jié)果進(jìn)行綜合評價，確定較優(yōu)的方案。 (3)根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作要求，選擇相應(yīng)的物理約束，檢驗是否滿足相應(yīng)的物理約束。若不滿足，則需對軸的結(jié)構(gòu)尺寸作必要修改，實施再設(shè)計，直至滿足要求。 本文中心軸的設(shè)計步驟 : 一、選擇軸的材料和熱處理方式 選擇軸的材料為 45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理 , 其機(jī)械性能查表 1得 C=110 表 1 幾種軸的材料的 和 C值 軸的材料 Q235 1Cr18Ni9Ti 35 45 40Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi 12 20 12 25 20 30 30 40 40 52 160 135 148 125 135 118 118 107 107 98 二、初算軸的最小直徑 已知傳遞功率 P= 0.065kW 轉(zhuǎn)速 n=1000r/min 對實心圓軸， , 以 此 代 入 式 ，可得扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件的設(shè)計式： 軸的最小直徑為 : dmin=110 =44.23mm 軸的最小直徑是需要安裝起來的 ,查 ,取標(biāo)準(zhǔn)直 徑 d=48mm 三、初選軸承 因軸承受 主要受轉(zhuǎn)矩，不受彎矩 ,故選用傳動軸 . 四、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1、根據(jù)軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，參考軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求，得出如下圖 a的結(jié)構(gòu) 2、確定軸各段直徑和長度 :從左依右看 ,軸段 1的最小直徑為 48mm,此處裝兩個M48X1.5的圓螺母 ,確定該段長為 32mm,軸段 2要安裝 8205的滾動軸承、通蓋和軸承座 ,(圖 a) 此段長度 68為宜 ,軸段 3不需安裝 ,直徑取 65mm,軸段 4需要與擺架固定 ,直徑取為100mm,長度為 10mm 3、確定軸上倒角尺寸 :軸 1和軸 3左段倒角為 1X45度 4、確定軸的加工工藝 :見下圖 b 5、按彎扭合成校核 (1)畫受力簡圖 (如圖 c) 畫軸空間受力簡圖 c，將軸上作用力分解為垂直面受力圖 d和水平受力圖 e。分別求出垂直面上的支反力和水平面上支反力。對于零件作用于軸上的分布載荷或轉(zhuǎn)矩可當(dāng)作集中力作用于軸上零件的寬度中點。對于支反力的位置，隨軸承類型和布置方式不同而異，一般可按圖 c取定，其中 a值參見滾動軸承樣本，跨 距較大時可近似認(rèn)為支反力位于軸承寬度的中點。 圖 b (2)計算作用于軸上的支反力 水平面內(nèi)支反力 N 垂直面內(nèi)支反力 N N (3)計算軸的彎矩，并畫彎、轉(zhuǎn)矩圖 分別作出垂直面和水平面上的彎矩圖 f、 g，并按 計算合成彎矩。 畫轉(zhuǎn)矩圖 h。 (4)計算并畫當(dāng)量彎矩圖 轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)變化計算 , 取 , 則 N.mm (5)校核軸的強(qiáng)度 一般而言，軸的強(qiáng)度是否滿足要求只需 對危險截面進(jìn)行校核即可，而軸的危險(圖 c) 截面多發(fā)生在當(dāng)量彎矩最大或當(dāng)量彎矩較大且軸的直徑較小處。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和當(dāng)量彎矩圖可知， a-a 截面處彎矩最大 , 且截面尺寸也非最大 , 屬于危險截面；b-b截面處當(dāng)量彎矩不大但軸徑較小，也屬于危險截面。而對于 c-c、 d-d 截面尺寸，僅受純轉(zhuǎn)矩作用，雖 d-d 截面尺寸最小，但由于軸最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，故強(qiáng)度肯定滿足，無需校核彎扭合成強(qiáng)度。 a-a 截面處當(dāng)量彎矩為： b-b 截面處當(dāng)量彎矩為 強(qiáng)度校核 : MPa MPa 顯然： ， 故安全。 8、按安全系數(shù)校核 一般用途的軸按前述彎扭合成強(qiáng)度校核后就足夠了，對于重要的軸可直接用下述的安全系數(shù)法校核。這兩種方法不必同時進(jìn)行。 (1)判斷危險截面 截面 a-a、 b-b、 c-c、 d-d和 e-e都有應(yīng)力集中源 (鍵槽、齒輪和軸的配合、過渡圓角等 )，且當(dāng)量彎矩均較大，故確定為危險截面，下面僅以 a-a截面為例進(jìn)行安全系數(shù)校核。 (2)疲 勞強(qiáng)度校核 a、 a-a截面上的應(yīng)力： 彎曲應(yīng)力幅（對稱循環(huán)）： MPa 扭剪應(yīng)力幅（脈動循環(huán)）： MPa 彎曲平均應(yīng)力： =0 扭剪平均應(yīng)力： = =7.92 MPa b、材料的疲勞極限：根據(jù) 650MPa， 360MPa查表 7-1附注得： 0.2， 0.1 c、 a-a截面應(yīng)力集中系數(shù)：查附表 7-1得： 1.825， 1.625 d、表面狀態(tài)系數(shù)及尺寸系數(shù)：查附表 7-5、附表 7-4, 得 ： 0.81， 0.76 e、分別考慮彎矩或轉(zhuǎn)矩作用時的安全系數(shù)： 故安全。 表 7-3 軸的許用應(yīng)力 (MPa) 材料 碳鋼 400 500 600 700 130 170 200 230 70 75 95 110 40 45 55 65 合金鋼 800 900 1000 1200 270 300 330 400 130 140 150 180 75 80 90 110 鑄鋼 400 500 100 120 50 70 30 40 表 7-4 疲勞強(qiáng)度的最小許用安全系數(shù) 條件 S 載荷可精確計算，材質(zhì)均勻，材料性能精確可靠 1.3 1.5 計算精度較低，材質(zhì)不夠均勻 1.5 1.8 計算精度很低，材質(zhì)很不均勻，或尺寸很大的軸(d200mm) 1.8 2.5 表 7-5 靜強(qiáng)度的最小許用安全系數(shù) / 0.45 0.55 0.55 0.70 0.70 0.90 鑄造軸 1.2 1.5 1.4 1.8 1.7 2.2 1.6 2.5 5.3氣缸的選用 氣缸是氣動執(zhí)行元件之一 .氣缸是將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換成直線往復(fù)運動形式機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置 . (一 )、氣缸的選擇 1氣缸的選擇要點 氣缸可根據(jù)主機(jī)需要進(jìn)行設(shè)計，但盡量直接選用標(biāo)準(zhǔn)氣缸 . 1.1 安裝形式的選擇 安裝形式由安裝位置、使用目的等因素決定。在一般場合下，多用固定式安裝方式：軸向支座（ MS1式）前法蘭（ MF1式）、后法蘭（ MF2式）等；在要求活塞直線往復(fù)運動的同時又要缸體作較大圓弧擺動時，可選用尾部耳軸（ MP4或 MP2式）和中間軸銷（ MT4式）等安裝方式；如需要在回 轉(zhuǎn)中輸出直線往復(fù)運動，可采用回轉(zhuǎn)氣缸。有特殊要求時，可選用特殊氣缸。 1.2輸出力的大小 根據(jù)工作機(jī)構(gòu)所需力的大小，考慮氣缸載荷率確定活塞桿上的推力和拉力，從而確定氣缸內(nèi)徑。 氣缸由于其工作壓力較小（ 0.4 0.6MPa），其輸出力不會很大，一般在 10000N（不超過 20000N）左右，輸出力過大其體積（直徑）會太大，因此在氣動設(shè)備上應(yīng)盡量采用擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，以減小氣缸的尺寸。 1.3 氣缸行程 氣缸（活塞）行程與其使用場合及工作機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)。多數(shù)情況下不應(yīng)使用滿行程，以免活塞與缸蓋相 碰撞，尤其用來夾緊等機(jī)構(gòu)，為保證夾緊效果，必須按計算行程多加 10 20mm的行程余量。 1.4氣缸的運動速度 氣缸的運動速度主要由所驅(qū)動的工作機(jī)構(gòu)的需要來決定。 要求速度緩慢、平穩(wěn)時，宜采用氣液阻尼缸或采用節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速的方式有： 水平安裝推力載荷推薦用排氣節(jié)流；垂直安裝升舉載荷推薦用進(jìn)氣節(jié)流；用緩沖氣缸可使缸在行程終點不發(fā)生沖擊現(xiàn)象，通常緩沖氣缸在阻力載荷且速度不高時，緩沖效果才明顯。如果速度高，行程終端往往會產(chǎn)生沖擊。 2 氣缸使用注意事項 1）一般氣缸的正常工作條件：環(huán)境溫度 為 -35 80，工作壓力為 0.4 0.6MPa。 2）安裝前，應(yīng)在 1.5倍工作壓力條件下進(jìn)行試驗，不應(yīng)漏氣。 3）裝配時，所有密封元件的相對運動工作表面應(yīng)涂以潤滑脂。 4）安裝的氣源進(jìn)口處必須設(shè)置氣源調(diào)節(jié)裝置：過濾器 -減壓閥 -油霧器。 5）安裝時注意活塞桿應(yīng)盡量承受拉力載荷，承受推力載荷應(yīng)盡可能使載荷作用在活塞桿軸線上，活塞桿不允許承受偏心或橫向載荷。 6）載荷在行程中有變化時，應(yīng)使用輸出力足夠的氣缸，并附設(shè)緩沖裝置。 7）如前所述，盡量不使用滿行程。 1.5氣缸的選擇計算過程 1)根據(jù)工作機(jī)構(gòu)運動要求和結(jié)構(gòu)要求選擇標(biāo)準(zhǔn)型氣缸 ,采用尾部耳軸的安裝方式 2)根據(jù)工作機(jī)構(gòu)載荷及速度要求 ,計算氣缸直徑 .計算缸徑一般應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)缸徑 . 先計算活塞桿的直徑 :