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      糧食加工機(jī)械軸類零件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

      2021-08-19 07:06:10劉素山
      糧食加工 2021年1期
      關(guān)鍵詞:軸類鍵槽碳鋼

      吳 夢,劉素山

      (河北蘋樂面粉機(jī)械集團(tuán)有限公司,河北 正定 050800)

      糧食加工機(jī)械主要指應(yīng)用于糧食清理、粉碎、輸送、碾磨等工序的機(jī)械設(shè)備。這些設(shè)備主要工作部件都離不開軸類零件,所有這些設(shè)備只要軸類零件出現(xiàn)破損、斷裂,就會(huì)造成停工停產(chǎn)狀況,甚至導(dǎo)致安全事故發(fā)生,因此軸類零件的設(shè)計(jì)非常重要。這里結(jié)合軸類零件設(shè)計(jì)方法和步驟以及注意事項(xiàng),有針對性地做一詳細(xì)介紹。

      1 軸類零件的設(shè)計(jì)要求

      軸類零件設(shè)計(jì)一般要滿足強(qiáng)度、剛度以及使用壽命等要求,不能在設(shè)備生命周期內(nèi)出現(xiàn)疲勞破壞、彎曲報(bào)廢等。一般軸類零件設(shè)計(jì)要可靠,杜絕磨損、疲勞、斷裂。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮工況環(huán)境、合理選擇材質(zhì)、正確設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、合理設(shè)計(jì)余量。在滿足使用功能前提下,軸類零件的設(shè)計(jì)還要同時(shí)考慮設(shè)計(jì)成本、加工成本、維護(hù)成本和安裝方便等因素。

      2 軸類零件材質(zhì)的確定

      軸類零件材料,主要是普通碳鋼Q235、45#鋼和合金鋼如20Cr,40Cr,35SiMn,42SiMn等。根據(jù)軸類零件的重要程度確定具體材質(zhì)的選用。不重要軸類零件或強(qiáng)度要求不高的軸類零件選用Q235。對于強(qiáng)度和剛度,以及耐磨性能等有要求的軸類零件宜選用優(yōu)質(zhì)碳鋼30#、40#、45#鋼,其中最常用的是45#鋼。為保證良好的機(jī)械性能,應(yīng)對其進(jìn)行熱處理,如調(diào)質(zhì)、淬火、回火及正火等。通過熱處理,45#鋼抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到600~650 MPa。

      盡量少用合金鋼材料,糧食加工機(jī)械對材料要求并不苛刻,合金類材料價(jià)格昂貴,并且合金類材料易應(yīng)力集中,對設(shè)計(jì)和機(jī)加工精度要求都高,控制不好會(huì)得不償失,設(shè)計(jì)上杜絕采用合金材料來替代普通碳鋼熱處理設(shè)計(jì)。

      3 軸徑的確定方法

      軸類機(jī)械零件設(shè)計(jì)直徑的確定,是機(jī)械設(shè)計(jì)入門者糾結(jié)的一個(gè)問題。直徑小了強(qiáng)度不夠,直徑大了浪費(fèi)材料。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮設(shè)備使用壽命、工況環(huán)境條件、重要程度及加工成本等諸多因素。如何確定,通常有三個(gè)方法。

      3.1 類比法

      這個(gè)方法最直觀簡便,就是類比應(yīng)用成熟的同類產(chǎn)品,別人用多大直徑,就用多大直徑。測繪設(shè)計(jì)就是如此,直接參照前人經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)成果。

      3.2 經(jīng)驗(yàn)公式法

      根據(jù)不同功率,從動(dòng)力方面入手考慮。就是以電動(dòng)機(jī)軸頭直徑來做參考確定。這里確定的直徑是軸類零件最細(xì)處的直徑。一般取d≈(0.8~1.2)D,D為電機(jī)軸頭直徑,d為設(shè)計(jì)軸最細(xì)處直徑。

      3.3 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算確定

      軸類零件一般承受彎矩和扭矩,彎矩與軸類零件支撐點(diǎn)距離及軸類零件受到的徑向力有關(guān),這里不再贅述。只考慮扭矩,由力學(xué)知識可知,軸類零件承受扭矩作用時(shí),其強(qiáng)度條件為:

      由(1)推導(dǎo)出

      式中:d為軸的直徑,mm;

      τ為軸剖面中最大扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,MPa;

      P為軸傳遞的功率,kW;

      n為軸的轉(zhuǎn)速,r/min;

      「τ」為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,MPa,見表 1;

      C為由許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力確定的系數(shù),見表1;

      表1 軸的常用材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力「τ」和C值

      Wr為抗扭剖面模量。

      計(jì)算得出軸最小直徑d后,如果該最小軸處的剖面有鍵槽時(shí)要做相應(yīng)地直徑補(bǔ)償,當(dāng)有一個(gè)鍵槽時(shí),直徑增大5%,當(dāng)有兩個(gè)鍵槽時(shí),直徑增大10%。

      4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與機(jī)械本身結(jié)構(gòu)和使用功能密切相關(guān)。沒有固定形式,但設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下幾點(diǎn)。

      4.1 制造容易、安裝方便

      在滿足使用功能條件下,結(jié)構(gòu)盡可能簡單,保證容易制造和方便安裝。

      4.2 軸上零部件的固定方法

      軸上零部件的固定方法主要有利用軸肩固定法,利用頂絲固定法,利用套筒及圓螺母固定法,利用軸端擋圈固定法,以及定位要求不高時(shí)利用彈性擋圈固定法等。

      利用軸肩固定法,設(shè)計(jì)時(shí)軸肩根部合理設(shè)計(jì)成圓弧角,該圓弧角半徑要小于安裝零件的接觸軸肩根部部位圓角半徑。對于要求精度高或特別重要的軸類零件設(shè)計(jì),需要考慮過度肩環(huán)、凹切圓角、增加卸載槽、退刀槽等具體設(shè)計(jì)方案。對于糧食機(jī)械來說一般不建議采用,這里不詳細(xì)敘述。

      4.3 提高軸的強(qiáng)度措施

      合理布置軸上傳動(dòng)零部件位置,降低最大轉(zhuǎn)矩。合理設(shè)計(jì)軸上零件結(jié)構(gòu),避免應(yīng)力集中。減小應(yīng)力集中,合理設(shè)計(jì)倒角、退刀槽等結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。對軸類材料采用45#鋼以及合金類材料時(shí),應(yīng)進(jìn)行表面熱處理如正火、回火、調(diào)質(zhì)、淬火及滲碳等增強(qiáng)軸耐磨性地處理,提高軸類零件抗疲勞破壞的強(qiáng)度。

      5 總結(jié)

      實(shí)際設(shè)計(jì)完成后,往往需要對軸的強(qiáng)度和剛度以及安全性系數(shù)進(jìn)行校核驗(yàn)算,確保所設(shè)計(jì)的軸類零件安全可靠。限于篇幅所限,這里只針對糧食加工機(jī)械設(shè)計(jì)中通常遇到的問題闡述一些觀點(diǎn),一切以實(shí)用為主,免去冗余理論推導(dǎo)。其它相關(guān)數(shù)據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊均可參閱采納,這里不再贅述。

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