气动扳手的设计

气动扳手的设计摘要气动扳手是机械产品生产线上的主要工具。在生产线上大量螺母须要被锁紧的情况下时，选择有动力装置的气动扭矩扳手可以节省大量的工作时间和人力，有效提高工作效率。本次设计的主要工作包括：确定气动扭力扳手结构形式、主体结构尺寸，并确定零部件的结构尺寸及使用原理。首先拆开实体，并了解各部分实体结构。其次，量出各部分实体尺寸。最后，根据所了解的实体及零件画出气动扳手三维装配图。整个设计过程都是依据设计规范和标准进行的，设计结果满足工程设计要求。关键词气动扳手；原理设计；要件校核；实体造型Design of Pneumatic WrenchABSTRACT: Pneumatic wrench is the main tool for mechanical products line. When circumstances the production line of large nut needs to be locked, Select a power device of the pneumatic torque wrench can save a lot of time and manpower and pre Improve work efficiency. The design of the main tasks include: Determine tthe pneumatic torque wrench structure and the size of the main structure. Determine the structure dimensions and using principle components. First open the entity and. Understanding each part entity structure. Secondly, amount of each entity size. Finally, according to the understanding of the entity and the parts drawing pneumatic wrench 3D assembly drawing. The whole design process is based on norms and standards for design, engineering design results meet the design requirements.KEY WORDS: pneumatic wrench； principles of design； condition checking；solids model目录1概述11.1本次毕业设计的目的意义11.2气动扳手的分类11.3气动扳手在国内外的研究及其分析22气动扳手的简介32.1简介32.2气动扳手的特点42.3气动扳手的不足43气动扳手的工作原理54气动扳手的零件及选型94.1气动扳手的结构设计94.2气动扳手的原理装配图124.3密封件124.3.1相关数据分析134.4传动系的设计与计算174.4.1一般传动系的基本要求174.5齿轮机构传动系统设计184.5.1选定齿轮的类型、精度、材料、齿数184.5.3按齿根弯曲强度计算204.6轴的结构设计与校核224.6.1轴的设计224.6.2轴的材料234.6.3计算轴上的转矩和确定最小直径23总结25致谢26参考文献27外文翻译28附件391概述1.1本次毕业设计的目的意义本次毕业设计的课题在于使学生更好的了解机械原理，了解气动扳手在机械生产流水线中所占的位置。毕业设计课题是培养学生综合运用本学科的基本理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，完成工程师的基本训练和初步培养从事科学研究工作的重要环节。毕业设计也是完成教学计划达到专业培养目标的一个重要的教学环节；学生通过毕业设计，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。使学生的实践动手、动笔能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争，去创造的自信心。毕业设计以下具有目的：(1) 通过阅读有关资料对当前的机械生产有一定的了解。(2) 融会贯通几年里所学习的专业基础知识和专业理论知识。(3) 综合运用所学专业理论知识和技能提高独立分析问题和解决实际问题的能力。 (4) 培养和提高与设计群体合作、相互配合的工作能力。1.2气动扳手的分类气动扳手是用压缩空气作为动力来运行。有的装有调节和限制扭矩的装置，称为全自动可调节扭力式。简称（全自动气动扳手）有的无以上调节装置，只是用开关旋钮调节进气量的大小以控制转速或扭力的大小。称为半自动不可调节扭力式。简称（半自动气动扳手）。主要用于各种装配作业。有气动马达，捶打式装置或减速装置几大部分组成。由于它的速度快、效率高、温升小、已经成为组装行业必不可缺的工具。形式有半自动捶打式，全自动扭力控制式。操作启动模式有下压式，手按式分别。1、全自动气动扳手在达到设定扭力后能够完全自动刹车并停止运转的气动起子称为全自动气动扳手；全自动气动扳手结构相对复杂，有马达、离合器、减速、闭气刹车等装置构成。通常用在小型螺丝且锁付扭力要求较严格的场合如：电子电器、家电等。2、半自动捶打式气动扳手在达到设定扭力后不会自动刹车的气动扳手，称之为半自动捶打式气动扳手。通常半自动设计为手按式且内部装有击锤进行螺丝锁付；半自动捶打式气动扳手通常结构简单，耐用，但无扭力控制，通常用在大型螺丝且锁付扭力要求不严格的场合如：摩托车、汽车、轮船、钢构等。3、下压式电动扳手操作启动模式无需用手指按住启动杠杆，或压板按钮等。直接对准工件压下就可启动。4、手按式气动扳手操作启动模式需用手指按住启动杠杆，或压板按钮等。气动扳手产生的背景随着工业技术的发展，各种规格、型号的机动扳手如液压扳手、电动扳手等在产品装。配生产线上得到广泛应用，这些扳手显著地提高工作效率，大大减轻了工作强度。液压扳手以液压油为工作介质，附带一套液压装置，投资成本高，使用不方便并且易，造成污染，因此在装配生产中使用不多。电动扳手由于无污染、可精确控制作用到紧固件上的扭矩，应用于汽车、船舶等行业，但由于产品中螺纹紧固件多、所需的扭矩较大，需要长时间的持续工作。而气动扳手尺寸小，重量轻，单位重量输出功率大，对环境污染小，可以实现较大的扭矩输出，成本低在产品装配线上可以得到广泛应用，尤其是一些需要大扭矩的场合。综上，液压扳手、电动扳手都没有气动扳手具有明显的优点，所以进行气动扳手的设计。1.3气动扳手在国内外的研究及其分析国外的机电，汽车制造已普遍采用可控扭矩、可控转角和控制屈服点的审批工具，并采用了微机控制的智能型装配系统。在气动工具方面，比较著名的由英格兰公司，该公司主要生产气动工具等，是全美最大的机械设备生产厂家，拥有ARO，BEEBE，CHARLESMATRE等一些气动产品品牌。中国机电、汽车产品的装配拧紧工具目前还比较落后，虽然有江苏同润集团等一些进口公司，但是他们制造的拧紧工具主要以手动扳手为主。而在气动工具方面的生产单位，无论从装配质量还是多用性上都与国外产品有较大差距。也不能系列的批量供应在生产的中、高档拧紧工具及装配系统。气动扳手提供动力主要是压缩空气。以压缩空气作为动力原料，取材方面没有污染。气动扳手不像液压扳手，液压扳手在密封上有很高的要求，而且液压扳手出液口的液体也必须回流，使液压机里面反复循环的压缩和收集。但气动扳手气口的气体不需要回流，可以直接排在空气里面，因此在一定的程度上减轻了压力机的技术要求。和电动扳手相比，气动扳手有较高的安全性，要生产高强度的转动动力，必须有高压和强电流，因此在技术上要求有很高的材料绝缘性。冲击扳手和定扭矩扳手相比是冲击扳手能瞬时产生高强度冲击力，满足高扭力连接的需要。2气动扳手的简介2.1简介首先说起气动扳手不得不说起气压传动。气压传动是风动技术与液压技术演变、发展而来。气压传动是以压缩空气作为工作介质传递运动和动力。由于气压传动的动力传递介质是取之不尽的空气，所以污染小，因此在自动化领域中具有广阔的发展前景。气压传动广泛应用于纺织、机械、汽车、电子、军事、钢铁、化工、食品、包装等行业中。随着原子能、空间技术、计算机技术等的发展，气压传动技术必将更加广泛地应用于各个工业领域。气动板手（Impactwrench），也称为是棘轮板手及电动工具总合体，主要提供高扭矩输出最小的消耗的工具。压缩空气是最常见的动力源，尽管电动或液压动力也使用。气动板手被广泛应用在许多行业，如汽车修理，重型设备维修，产品装配（通常称为“脉冲工具”和专为精确的扭矩输出），重大建设项目，以及其他任何一个地方的高扭矩输出需要。气动板手可在每一个标准的棘轮插座驱动器大小，从小型的1/4“驱动器的工具小组装和拆卸，到3.5”都有。气动扳手是用气压推动叶片，压力能转化为扳手内轴的机械能。紧固强度通过设置气压的大小来设置。比较形象的比喻就是把电风扇反过来使用就是气动扳手。气动扳手的扭矩值是以改变气压的大小来控制的，且没有精度，而是以重复度表示。但若在气动扳手上加装气动扳手专用的传感器，则可用精度表示。现今主要流行的气动扳手有双转速型式等其主要特点是：（1）基于传统的气动扭力扳手,标准系列的气动扳手是经过40年的经验累积下来的成果,也达成到今日工业的要求.（2）应用于全世界上千种场合,气动扭力扳手持续展现着NORBAR大扭力工个范围的根基.（3）此型式适合于各种有螺丝的应用:正反转操作.（4）静音、非冲击式可降低操作者的疲劳:扭力重复度+/-5%.各式各样的反作用力臂型式可供各种工作场合搭配使用气动扳手，又名气扳机，是一种螺母紧固的高效工具，气小，扭矩被广泛用于石油化工、交通运输、建筑安装、电力、铁路、桥梁、矿山、冶金、船舶、汽车,机械制造与维修等各种行业。2.2气动扳手的特点（1）气动工具体积、重量非常轻巧，适于更紧凑的工业装备中。 （2）气动工具结构合理,密封性能好、耗气量小。 （3）气动工具马达摩擦很小,长时运做不发热,长期使用也不会改变工具的输出转速、扭矩、功率等性能。 （4）气动工具选用优质材料,坚固耐用。 （5）的气动工具反作用力小,可减少操作员的控制力,减少工具工作中产生的震动惯性,可使操作员的操作更加准确到位,可提供高速、高质量、高保障的生产。2.3气动扳手的不足虽然已经完成了本课题的设计，但还有很多地方值得进一步提高和改进。比如在实体建模方面，如果实现仿真运动那就更理想了。在测量扫描时，点数据的数量也可以加大，虽然会导致计算的复杂层度，使本课题的设计更加复杂，但如果能进行大量数据采集、分析的话，那么数据重建后所形成的曲面就会更加完美。3气动扳手的工作原理气动扳手分类较多，本次设计主要研究枪式的手握型，其外观如图所示，气动扳手的主要工作部件由两部分构成，分别是气动马达部分和和冲击捶打部分。气动扳手的组件是由偏心气缸、旋转转子、或叶片和密封端盖等部件组成，主要完成气能转换为高扭力的动能。图3-1气动扳手1-卡簧，2-主轴，3-主轴套，4-前壳，5-冲击架，6-打击块，7-冲击销，8-连接圈，9-弹性碟圈，10-垫片，11-轴承16002,12-叶轴，13气缸，14-外壳，15-B盖，16-轴承6100,17-节流套，18-节流芯，19-A盖，20-连接圈，21-螺孔，22-扳机，23-进气孔，24-开关销，25-前进气铜芯，26-后进气铜芯，27-弹簧，28-进气接头，29-滤网图3-2气动扳手构造图3-3零件图1-前壳，2-连接圈，3-弹性碟圈，4-主轴套，5-卡簧，6-主轴，7-打击块，8-冲击架，9-冲击销，10-连接套，11-垫片，12-轴承16200，,13-A盖，14-叶轴，15-B盖，16-轴承6100,17-气缸，18-叶片，19-弹性圆柱销，20-后壳，21-节流套，22-节流芯，23-调节螺帽，24-开关销，25-扳机，26-开关销，27-前进气铜芯，28-后进气铜芯，29-弹簧，30-滤网，31-进气接头被压缩的空气气流从空气压缩出来，经过管路，从气缸两个端盖上的进气口进入气缸室内，再利用气缸的偏心设计，将气流喷向旋转转子上的活叶片，于是活叶片带动旋转转子产生旋转动作，活叶片在离心力的作用下和汽缸内壁紧贴，把进气口和出气口动态隔离。此后转子就利用气流在活叶片上产生的压力差速运动，当活叶片在做圆周旋转时，它得到每一个固定角度就经过排气孔，排气孔将集中在每一间隔活叶片内的气体流排出，而排出的气体流同时与进气至密闭式气缸室内，重复转回后被利用 ，因此有了高速转子 ，将高速转子透过机械结构由原来的气能转换为高扭力的动能。冲击捶打组件主要由惯性冲击架、传动套、冲击抓和扭力输出轴等组成，主要将恒定扭力转换为高强度的脉冲力，以实现高扭力脉冲力的需要。从气缸组输出的恒定扭力通过花键连接带动捶打组的惯性冲击架，使用冲击架高速飞转产生高强度旋转惯性。如果连接件比较松的情况下，冲击架直接带动输出轴，此时输出的是冲击扭力；如果连接连件较紧，而且所需要的扭紧力比冲击架输出的扭力大时，左冲击架旋转一周的过程中，安装在冲击架上的打击块就会一下输出轴的外切线，把冲击架的惯性转化为高强度的脉冲扭力。在冲击一次输出轴后，打击块和输出轴出现锁死，捶打组个部分有一个瞬时的停顿，这时连接在风马达旋转转子上的传动套会在扭力的作用下，拨开打击块和和输出轴的死锁，冲击架继续在恒力的作用下高速飞转产生高惯性，开始下一次的冲击。图3-3气动扳手原理爆炸图4气动扳手的零件及选型4.1气动扳手的结构设计气动扭力扳手的气缸马达部分主要有气缸、转子、A盖、B盖、活动叶片这几个零件组成。（1）气缸气缸一侧大打孔是作为进气孔使用的，两侧分别控制转子正反运动。气缸底部的两个孔作为出气孔使用的。进气孔连接高压气体，出气孔直接和外界相通，两个气压在转子活叶片上所形成的压力比就导致转子转动，气缸的偏心设计也就是应用了这个原理。气缸一侧的进气孔的作用主要使活叶片均匀受力，气缸所需的高压气体是一部分经过气缸的后端盖直接进入气缸，另一部分是经过气缸两侧的进气孔传到B盖的气槽在进入气缸。 图4-1气缸（2）B盖端测的小口分别是气体进入气缸，左右两个通孔接受高压气流，并和气缸两侧进气孔连接，使气体流到气缸的A盖（如图4-2）。图4-2B盖（3）A盖其作用是，接受带气缸两侧进气孔传来的气流，通过导槽进入气缸。这样气缸里活动的叶片两侧同时受力。均匀的受到等力的驱动。图4-3A盖（4）叶轮叶轮主体分开6个叶片槽，连接花键采用12齿渐开线花键。带花键的一端和前端盖配合，另一端和后端盖配合。图4-4叶轮（5）冲击架在气动扳手中，冲击架主要就是作为储能元件被使用，它一端安装一个传动套，用来接受来之气缸组件中转子输出的扭矩。 图4-5冲击架（6）打击块两个打击块安装在冲击架上，方形部分和主轴的开口作用，爪扣部分主要和输出轴作用，在传动套的拨动下，周期性的对主轴进行冲击。 图4-6打击块（7）主轴主轴再和打击块扣槽时，要求考虑制作工艺，因此有一段过渡部分来满足零件加工制作过程中的刀具切割路径。主轴轴爪扣槽部分和打击块抓扣作用，当打击块受到轴套拨动和主轴碰撞时，即可输出冲击扭矩，当空载时输出气动马达转子的恒定扭矩。主轴输出连接端采用14厘米的方形接联键。和紧固轴套筒连接时为了避免高强度冲击产生连接不稳定，因此在输出轴端的机壳外端贴附一个弹性碟圈来缓减冲击。图4-7主轴（8）轴套考虑到高压废气高速排出所带来的不利因素，在设计扳手时，要在出气口加一个排气变流装置。高压废弃受到凸弧面的阻挡，速度自然下降。 图4-8轴套4.2气动扳手的原理装配图4-9气功扳手原理装配图4.3密封件密封件是用于油田油井，水压设备以及其他带压力的设备用的一种密封工件，现在的密封件是单个，或螺旋形，它是一个整体实心形，在机械动力运动下，机械运动就会对密封件造成磨损，实心密封件磨损后难以弥补，因此造成液体与气体漏失，造成了经济损失和工作量增加。O型橡胶密圈：由耐油橡胶制成，具有结构简单、密封性能好、摩擦力小、沟槽尺寸小且易制造等优点，所以在选用。本次用新型气压密封件具有圆形通孔，密封件壁增放有石棉绳与尼龙绳。这样增加了密封件的磨损度，增长使用寿命，密封件内充有气体，在机械磨损时，密封件在受压力的情况下就会自行弥补。（1）影响密封性能的因素密封性能的好坏与很多因素有关，主要有1）密封装置的结构与形式；2）密封部位的表面加工质量与密封间隙的大小；3）密封件与结合面的装配质量与偏心程度4）工作介质的种类、特性和粘度；（2）选用的密封件本实用新形技术设计方案是这样的，它是一整条长条形橡胶材料加工而成，外边是正方形或长方形，加工时立机器中挤压出来，再定成螺旋形，根据需要切成所需要的长度，然后把两端孔眼密封。这样件内就形成了气体。在受压力的情况下，橡胶壁就各侧面膨胀变形。这样在磨损时，以达到自行弥补。增长使用寿命，达到更加密封的效果。4.3.1相关数据分析气动马达以高压气体作为动力来源，高压气体进入汽缸内，对活动的叶片产生压力，带动子转动，如图所示为启动马达横截面图，来分析数据。图4-10受力分析圆O1是转子横截面，半径R为27.5，圆O2是气缸横截面，半径为22.5，两圆的中心距为3，AB为气缸马达活动叶片受力部分。角a、b、c的关系为b= a+c (4-1)对于 AO1O2由正弦定理得，dsinc=R1sinb (4-2) 式中：R-半径，mm可得sinc=asinbR1 (4-3) cosc=-a2sin2b+R12R1 (4-4)再由余弦定理得 AO2=R12+a2-2Racosa (4-5)得AB=AO2 R2=R12-a2-2acosR12-a2b+asin2b R2(AB(0.05,5.45)气动马达的叶片长度为L=40，所以实际受力面积是S=ABL。高压气体的压强为60-80个大气压，P取7.0106N/m2.，叶片上收到的力N=PS。所产生的扭力矩为： T=FS=0ABR2+xpLdx （4-6）式中：T-转矩，NmF-压力，（Kg/m2）S-受力面积，m2P-压强,N/m2气动马达和冲击捶打组件的联接采用渐开线花键联接。花键采用12齿啮合（z=11），分度圆压力角为30（a=30），模数为1.25（m=1.25）.分度圆的直径d: D=mz (4-7)式中D-分度圆直径，mmm-模数，mmz-齿数齿顶圆和齿根圆的高分别为ha和hf， ha=ha*m (4-8) hf=(ha*+c*)m (4-9)式中ha*和c*分别为齿顶高系数和顶隙系数，DB1356-88 规定标准值分别为1和0.25，非标准短齿为0.8和0.3。齿顶圆直径为dada=d+2ha (4-10)齿根圆直径dfDf=d-2hf (4-11)齿厚s s=m2 (4-12)由上式子可计算得出联接花键轴的各个参数，部分参数如下图所示齿数分度圆压力角模数齿根圆直径分度圆直径起点圆直径周节齿厚齿根圆弧公法线长12301.251012115.922.993.7910气动马达转子上的花键测量方法如下图所示 图4-11花键横截面图当气动扳手空载时，输出的扭矩就是T，而当打击块开始冲击主轴时，由于惯性扭矩的集中，就会产生高强度的扭矩，冲击架剖面图如下图所示。计算转动惯量： J=vr2dm (4-13)式中：J-转动惯量，Kgm2V-体积，m3r-半径，m冲击架由三部分组成： J=J1+J2+J3 (4-14)其中J1为 J=MR2=shR2 =33.5(24.352 -19.352)412J2为 J2=12M1R12-12M2R22 =210.5(262-11.82)262-11.84J3为J3=12M3R32-12M4R42 =129(262-102)262-104综合以上式子，再由J=T,w=2, T=mr2w2可以得到气动马达的空载转速为8000r/min,半轴输出的最大扭矩为T=580Nm。4.4传动系的设计与计算4.4.1一般传动系的基本要求 (1)在保证主轴的强度、刚度、转速和转向要求的前提下，力求使传动轴和齿轮为最少；(2)在保证有足够强度的前提下，主轴、传动轴和齿轮的规格要尽可能少，以减少各类零件的品种；(3)通常应避免通过主轴带动主轴，否则见增加主动主轴的传动负荷；(4)最佳传动比为1-1.5，但允许才有到3-3.5；(5)粗加工主轴上的齿轮，应尽可能靠近前支承，以减少主轴的扭转变形；(6)尽可能避免升速传动，必要的升速最好放在传动链的最末一、二级，以减少功率损失。齿轮齿数、传动轴转速的计算公式：Z主/Z从=n从/n主 (4-15)Z主+Z从=2A/m (4-16)Z主=2A/m-Z从=2A/m（1+n主/n从） (4-17) Z从=2A/m-Z主=2A/m（1+n从/n主） (4-18)式中：Z主主动轮齿数Z从从动轮齿数n主主动轮转速（r/min）n从从动轮转速（r/min）A中心距（mm）m模数（mm）依据以上公式对多轴箱的传动进行计算与设计，排列齿轮时，要注意先满足转速最低及主轴间距最小的那组主轴的要求还要使中间轴转速尽量高些，从而m较小，且使驱动轴和其它传动轴连接的传动比不至太大。4.5齿轮机构传动系统设计4.5.1选定齿轮的类型、精度、材料、齿数因为传动比较简单，结构不复杂，直接采用最常用的圆柱直齿轮传动，其安装可靠，设计制造，维护成本低。4.5.2按齿面接触疲劳强度设计计算由下面计算公式进行计算 dt3.323KT1du1uZEH2 (4-19)式中：dt圆直径，mmK载荷系数d齿宽系数Ze材料的弹性影响系数 H接触疲劳强度极限确定公式内的各计算数值试选载荷系数为Kt=1.3小齿轮传递的转矩为T1=1.8103Nmm=查表可知齿宽系数d=0.4由表得材料的弹性影响系数ZE=188Mpa1/2按齿面硬度查得两齿轮的接触疲劳强度极限同为Hlim=550Mpa由此计算应力循环次数为 N1=N2=60n1jLh=601410000=2.4106=取接触疲劳寿命系数为KHN1=KHN2=1.42取失效率为1%，安全系数S=1，可得H1=KHN1lim1s=1.426001=852MPaH2=KHN2lim2s=1.555501=852.5MPa(2)计算1）试算小齿轮分度圆直径dt=1，代入H中较小的值dt3.323KT1du1uZEH2=66mm2）计算圆周速度vv=n1d1601000m/s=13.8210-2m/s3）计算齿宽bb=dd1t=0.466mm=26.4mm4）计算齿宽与齿高之比模数mt=dt1z1mm=2mm齿高h=1.25m=5mm5）计算载荷系数v0=r2=13.8210-2m/s （7级精度）查表可得载荷系数为Kv=1；直齿轮KHa=KFa=1使用系数KA=1；小悬梁布置时KH=1.189;由bh=8，KH=1.189，得KF=1.08；故，载荷系数K=KAKvKHKH=1.189式中：KA使用系数Kv 载荷系数KH 齿间载荷分配系数KH 齿轮齿向载荷分布系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径d1=dt13KKt=63.94mm7）计算模数mm=d1z1=1.94mm4.5.3按齿根弯曲强度计算弯曲强度的设计公式为m32KT1dz12(YFaYSaF) (4-20)式中：YFa齿形系数YSa1应力校正系数 FE弯曲疲劳极限强度 F弯曲疲劳许用应力确定公式内的各计算数值由图查得两齿轮的弯曲疲劳强度极限为FE1=FE2=500Mpa取弯曲疲劳寿命系数KFN1=KFN2=0.88;3)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4得F1=KFN1FE1s=303.57MpaF2=KFN2s=238.86Mpa4）计算载荷系数KK=KAKVKFaKF=1.08式中：KA使用系数Kv 载荷系数KFa 齿间载荷分布系数KF 齿向载荷分布系数查取齿形系数YFa1=YFa2=2.80；5）查取应力校正系数YSa1=YSa2=1.55;6)计算大小齿轮的YFaYsaF值YFa1Ysa1F1=0.0147YFa2Ysa2F2=0.0164（2）设计计算m321.081030.42020.018=0.76mmbh=9KH=1.189对比计算结果可以看出，取标准模数序列内的m=1mm，既可以满足齿面接触疲劳强度，又可以满足齿根弯曲强度设计，所以设计可取标准值m=1mm。4.6轴的结构设计与校核4.6.1轴的设计安装时，由轴的小端由上至下依次穿过支架的两个安装孔，再穿过中间安装架的孔（该处未作定位要求），装好后，再从安装架底部安装垂直向第一级圆柱直齿从动齿轮，固定好。轴的设计是根据给定的轴的功能要求(传递功率或转矩，所支持零件的要求等)和满足物理、几何约束的前提下，确定轴的最佳形状和尺寸，尽管轴设计中所受的物理约束很多，但设计时，其物理约束的选择仍是有区别的，对一般的用途的轴，满足强度约束条件,具有合理的结构和良好的工艺性即可。对于静刚度要求高的轴，如机床主轴，工作时不允许有过大的变形，则应按刚度约束条件来设计轴的尺寸。对于高速或载荷作周期变化的轴，为避免发生共振，则应需按临界转速约束条件进行轴的稳定性计算。轴的设计并无固定不变的步骤，要根据具体情况来定，一般方法是：（1）按扭转强度约束条件或与同类机器类比，初步确定轴的最小直径。（2）考虑轴上零件的定位和装配及轴的加工等几何约束，进行轴的结构设计，确定轴的几何尺寸。值得指出的是：轴结构设计的结果具有多样性。不同的工作要求、不同的轴上零件的装配方案以及轴的不同加工工艺等，都将得出不同的轴的结构型式。因此，设计时，必须对其结果进行综合评价，确定较优的方案。根据轴的结构尺寸和工作要求，选择相应的物理约束，检验是否满足相应的物理约束。若不满足，则需对轴的结构尺寸作必要修改，实施再设计，直至满足要求。设计轴时，要使轴的结构便于加工、测量、装拆和维修，力求减少劳动量，提高劳动生产率。为了便于加工，减小加工工具的种类，应使一轴上的圆角半径、键槽、越程槽、退刀槽的尺寸各自应相同。一根轴上的各个键槽应开在轴的同一母线上。当有几个花键轴段时，花键尺寸最好也应统一。为了便于装配，轴的配合直径应圆整为标准值，轴端应加工出倒角(一般为45度)；过盈配合零件轴端应加工出导向锥面。各轴段所需的直径与轴上载荷的大小有关。初步确定轴的直径时，通常还不知道支反力的作用点，不能决定弯距的大小与分布情况，因而还不能按轴所受的具体载荷及其引起的应力来确定轴的直径。但在进行轴的结构前，通常已能求得轴所受的扭矩。因此，可按轴所受的扭矩初步估算轴所需的最小直径d，然后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从d处起逐一确定各段轴的直径。在实际设计中，轴的直径亦可凭设计者的经验取定，或参考同类机械用类比的方法确定。有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件(如滚动轴承、联轴器、密封圈等)部位的轴径，应取为相应的标准值及所选配合的公差。为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径。为了使与轴作过盈配合的零件易于装配，相配轴段的压入端应制出锥度；或在同一轴段的两个部位上采用不同的尺寸公差。确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短23mm。4.6.2轴的材料轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：1)轴的强度、刚度及耐磨性要求。2)轴的热处理方法及机加工工艺性的要求。3)轴的材料来源和经济性等。轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，并传递运动和动力。该播种机作业的时候播种轮靠和土地的压力滚动，播种轮带动主轴。主轴靠链传动使排种器转动，从而排种。轴的材料主要是碳钢和合金钢。碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，一般用途的轴，多用含碳量为0.250.5%的中碳钢。尤其是45号钢，对于不重要或受力较小的轴也可用Q235A等普通碳素钢。合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强渡和耐磨性有特殊要求的轴。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳处理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金钢，有良好的高温机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。该播种机对应力集中的敏感性较低，采用碳钢材料。4.6.3计算轴上的转矩和确定最小直径4.6.3.1轴的选择和热处理方式选择45#钢，并进行调质处理，其机械性能查的力学性能b600Mpa；s355Mpa；516%；40%；AKv39J;akv49J/m2 硬度，未热处理，退火钢。4.6.3.2计算轴上转矩和初步确定最小直径dA03pn (4-20)式中：A0=395500000.2T (4-21)d轴最小直径，mmA0 由许用切应力所确定的系数n轴的转速，r/minp轴所传递的功率，kW轴的材料选取为45#钢，调质处理，按照实际情况选取A112，于是得dmin=A03Pn=70mm4.6.3.3轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：1)轴在机器中的安装位置及形式.2)轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法.3)载荷的性质、大小、方向及分布情况.4)轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，轴没有标准的结构形式。设计时，必须针对不同情况进行具体的分析。轴的结构应满足：1)轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；2)轴上的零件应便于装拆和调整；3)轴应具有良好的制造工艺性等。拟定轴上零件的装配方案轴上零件的装配按先中间后两边的原则根据各种装配零件的结构尺寸及装配定位工艺要求最终确定各轴段直径及长度。总结本次毕业设计让我认识到了许多自己以前忽略的学习要点，它们在此次设计的过程中给了我很大的困扰但是经过此次设计让我对以前忽略的知识进行了一次很深刻的研究。因此，它使我们从新的复习了一次大学四年的各种的知识论点。通过本次毕业设计我们不仅仅重新复习了以前所学的理论知识，而且还学习了一些新的知识，它拓展了我们的知识范围，还增强了我们发现问题，分析问题，解决问题的能力。为我们在以后的工作中能够更好的胜任工作，独立工作打下了良好的基础。紧张的毕业设计即将结束了，作为大学学习的最后成果，我投入了很多。虽然设计还存在许多问题。但是经过自己最大的努力它已经是我可以交出的最好答卷。在此，我无怨无悔。这次毕业设计总体来说对自己就是一次自我考察的过程，很多很多的知识告诉我：不求甚解，囫囵吞枣是自我欺骗。在这次设计中得到了指导老师和同学的辛苦帮助，才能使我顺利完成。致谢自己的毕业设计是经过了3个月的时间完成的。结果此刻已显的不是那么重要，但是设计的经历让我感受很深刻，老师一遍又一遍不厌其烦的指导而且是占用老师的业余时间对此我在此深深说的一句“佘老师您辛苦了，以前的自己无知让您劳累了很多，在此说只想说一句对不起，老师！”首先，特别感谢佘永卫老师。他一遍又一遍的指导，让我的设计能够顺利进行。，如果没有张教授的一遍又一遍的指导根本不可能有现在的成果。在设计过程中，张教授渊博的学识，对待知识的严谨，无私的付出给了我深深的触动。还要感谢同学对我的无私帮助它们的帮助让我在设计的时候避免的许多弯路让我找到了集体的魅力让我对团结协作有了深刻的认识。人人为我，我为人人的思想已经深深刻入我的心理再次说一句：“谢谢你们。”参考文献1：徐灏主编，机械设计手册.北京：机械工业出版社，1992（326327）2：濮良贵，纪名刚主编机械设计，高等教育出版社，2007.5（4-8）3：周开勤机械零件手册(第四版)M北京：高等教育出版社，1998（40-46）4：马晓湘，钟均祥.画法几何及机械制图(第二版)M广州：华南理工大学出版社，1998（2-300）5：崔洪斌范春起编AutoCAD实践教程（2005版），高等教育出版社，2005.6（14-212）6：机械设计师手册编写组编，机械设计师手册，机械工业出版社出版，1989（833-886）7：大连理工大学工程画教研室编机械制图（第五版）M北京：高等教育出版社，2000（2-339）8：18QUIN S,WINDRA G E O Use of Stress-strength Model in Determination of Safety Factor for Pressure Vessel Design J Journal of Pressure Vessel Technology，1996，118（27）：109-114.外文翻译BeltConveyingSystemsDevelopmentofdrivingsystemAmongthemethodsofmaterialconveyingemployed，beltconveyorsplayaveryimportantpartinthereliablecarryingofmaterialoverlongdistancesatcompetitivecostConveyorsystemshavebecomelargerandmorecomplexanddrivesystemshavealsobeengoingthroughaprocessofevolutionandwillcontinuetodosoNowadaysbiggerbeltsrequiremorepowerandhavebroughttheneedforlargerindividualdrivesaswellasmultipledrivessuchas3drivesof750kWforonebelt(thisisthecasefortheconveyordrivesinChengzhuangMine)TheabilitytocontroldriveaccelerationtorqueiscriticaltobeltconveyorsperformanceAnefficientdrivesystemshouldbeabletoprovidesmoothsoftstartswhilemaintainingbelttensionswithinthespecifiedsafelimitsForloadsharingonmultipledrivestorqueandspeedcontrolarealsoimportantconsiderationsinthedrivesystemsdesign.DuetotheadvancesinconveyordrivecontroltechnologyatpresentmanymorereliableCost-effectiveandperformance-drivenconveyordrivesystemscoveringawiderangeofpowerareavailableforcustomerschoices1.1Analysisonconveyordrivetechnologies11DirectdrivesFull-voltagestartersWithafull-voltagestarterdesigntheconveyorheadshaftisdirect-coupledtothemotorthroughthegeardriveDirectfull-voltagestartersareadequateforrelativelylow-power,simple-profileconveyorsWithdirectfu11-voltagestartersnocontrolisprovidedforvariousconveyorloadsanddependingontheratiobetweenfu11-andno-1oadpowerrequirements，emptystartingtimescanbethreeorfourtimesfasterthanfullloadThemaintenanc-freestartingsystemissimplelow-costandveryreliableHowever,theycannotcontrolstartingtorqueandmaximumstalltorquethereforetheyarelimitedtothelow-power,simple-profileconveyorbeltdrivesReduced-voltagestartersAsconveyorpowerrequirementsincreasecontrollingtheappliedmotortorqueduringtheaccelerationperiodbecomesincreasinglyimportantBecausemotortorque1safunctionofvoltagemotorvoltagemustbecontrolledThiscanbeachievedthroughreduced-voltagestartersbyemployingasiliconcontrolledrectifier(SCR)AcommonstartingmethodwithSCRreduced-voltagestartersistoapplylowvoltageinitiallytotakeupconveyorbeltslackandthentoapplyatimedlinearrampuptofullvoltageandbeltspeedHowever,thisstartingmethodwillnotproduceconstantconveyorbeltaccelerationWhenaccelerationiscompletetheSCRs,whichcontroltheappliedvoltagetotheelectricmotorarelockedinfullconduction,providingfu11-linevoltagetothemotorMotorswithhighertorqueandpulluptorquecanprovidebetterstartingtorquewhencombinedwiththeSCRstarters,whichareavailableinsizesupto750KWWoundrotorinductionmotorsWoundrotorinductionmotorsareconnecteddirectlytothedrivesystemreducerandareamodifiedconfigurationofastandardACinductionmotorByinsertingresistanceinserieswiththemotorsrotorwindingsthemodifiedmotorcontrolsystemcontrolsmotortorqueForconveyorstarting，resistanceisplacedinserieswiththerotorforlowinitialtorqueAstheconveyoracceleratestheresistanceisreducedslowlytomaintainaconstantaccelerationtorqueOnmultiple-drivesystemsanexternalslipresistormaybeleftinserieswiththerotorwindingstoaidinloadsharingThemotorsystemshavearelativelysimpledesignHowever,thecontrolsystemsforthesecanbehighlycomplexbecausetheyarebasedoncomputercontroloftheresistanceswitchingTodaythemajorityofcontrolsystemsarecustomdesignedtomeetaconveyorsystemsparticularspecificationsWoundrotormotorsareappropriateforsystemsrequiringmorethan400kWDCmotorDCmotorsavailablefromafractionofthousandsofkW，aredesignedtodeliverconstanttorquebelowbasespeedandconstantkWabovebasespeedtothemaximumallowablerevolutionsperminute(r/min)withthemajorityofconveyordrives,aDCshuntwoundmotoris