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机械设计常识(三)

轴承基础知识(往期文章《轴承组合设计》):

1)考虑到轴工作时因受热而伸长,在轴承盖与外圈端面之间应留出0.25~0.4mm热补偿间隙(该间隙很小,结构图上不必画出。)

轴承配合种类的选取,应根据轴承的类型和尺寸,载荷的大小、方向和性质,转速的高低,工作温度的变化和拆装条件等来决定。

一般原则是:回转套圈应选较紧配合,不回转套圈应选较松配合;载荷大、振动大、转速高或工作温度高等情况下应选紧一些的配合;需经常拆卸或游动套圈则应采用较松的配合。与较高公差等级轴承配合的轴与孔,对其加工精度、表面结构中的粗糙度及形位公差都有相应的较高要求,可查阅有关的标准和手册。轴承内圈与轴的配合,常采用的公差代号为n6、m6、k6、js6等。轴承外圈与轴承座孔的配合,常采用的公差代号为K6、J7、H7、G7等。

套圈配合的分类:

滑动配合: f6、g6和G7、H8、H7;

定位配合:h6、js6和J7、K7;

压入配合:k6、m6、n6、r6和M7、N7。

直线轴承的配合选择:

闭型和调整型直线运动球轴承,与导轨轴和轴承座孔的配合可参考下表选择:

与轴和轴承座孔的配合

直线运动球轴承

轴承座孔

类型

公差等级

一级间隙

小间隙

间隙配合

过渡配合

闭型

L9、L7

f6、g6

h6

H7

J7

L6

f5、g5

h5

H6

J6

调整型

h6

j6

H7

J7

2)滑动轴承:

滑动轴承,瓦背强度高,轴承衬减摩性好。轴承衬厚度通常由十分之几毫米到6毫米,直径大的取大值。

轴瓦与轴承座一般采用过盈配合。为连接可靠,可在配合表面的端部用紧定螺钉固定。轴瓦外径与内径之比一般取值为1.15~1.2。

剖分式轴瓦,轴瓦厚度为b,轴颈直径为d,一般取b/d0.05。

3、联轴器轴孔与轴伸的配合:

直径d/mm

6~30

30~50

50

配合代号

H7/j6

H7/k6

H7/m6

根据使用要求也可选用H7/r6或H7/n6配合

4、键对轴强度的影响极其处理方式

考虑平键槽轴径的增大值

轴径d/mm

~30

30~100

100

增大值/%

1个键槽

7

5

3

2个键槽

15

10

7

注:两个键槽相隔180°布置(即:上下对称布置)。(在强度校核时,考虑到载荷分布的不均匀性,可按1.5个键计算。)

5、常用材料的性能:

(1)蜗杆材料及工艺要求:

蜗杆材料

热处理

硬度

表面粗糙度/μm

40Cr、40CrNi、42SiMn、35CrMo

表面淬火

(40~55)HRC

1.6~0.08

20Cr、20CrMoTi、12CrNi3A

表面渗碳搓火

(58~63)HRC

1.6~0.08

45、40Cr、42CrMo、35SiMn

调质

350HBW

6.3~3.2

38CrMoAlA、50CrV、35CrMo

表面渗碳

(60~70)HRC

3.2~1.6

(2)轴的常用材料及其主要力学性能

材料及热处理

毛坯直径/mm

硬度/HBW

强度极限σb

屈服极限σs

弯曲疲劳极限σ-1

应用说明

/MPa

Q235

≤100

400~420

225

170

用于不重要或载荷不大的轴

100~250

375~390

215

35正火

≤100

149~187

520

270

250

塑性好,强度适中,可做一般曲轴、转轴等。

45正火

≤100

170~217

590

295

255

用于较重要的轴,应用最为广泛

45调质

≤200

217~255

640

355

275

40Cr调质

25

1000

800

500

用于载荷较大,而无大冲击的重要的轴

≤100

214~286

735

540

355

100~300

685

490

355

40MnB调质

25

1000

800

485

性能接近于40Cr,用于重要的轴

≤200

241~286

750

500

335

35CrMo调质

≤100

207~269

750

550

390

用于重载荷的轴

20Cr渗碳淬火回火

15

表面(56~62)HRC

640

390

305

用于要求强度、韧性及耐磨性均较高的轴

≤60

QT400-15

(156~197)HRC

400

300

145

结构复杂的轴

QT600-3

(197~269)HRC

600

420

215

结构复杂的轴

(3)轴的许用牛应力τp(MPa)

轴材料

Q235、20

Q255、35

45

40Cr、35SiMn、42SiMn、38SiMnMo、20CrMnTi、2Cr13

τp/MPa

12~20

20~30

30~40

40~52

6、设计需要调节的的零部件,如果需要同时调节,最好把它们连接在一起,避免多个单独调节。

7、将易损件从大件中分离,避免破坏后整体更换,易损件更换要尽量简单,方便。

8、轴承外购选型下单一般写上:型号(内孔-外径-厚度)还有精度;

9、尼龙有一定弹性,弹性模量比金属低很多,可缓和冲击。尼龙耐磨性好,摩擦系数小,有自润滑作用,但对温度较敏感,故使用温度限制在-20~+70℃的范围内。

10、直线导轨的摩擦系数,一般取0.08

11、经车削、铣削后的表面如需用磨削来进一步提高精度和表面质量,一般应留出0.3~0.5mm的磨削余量。

12、设计时考虑材料的尺寸,尽量做好不良费材料。平时注意收集材料的型号规格。例如:有机玻璃板料尺寸一般为1220x2440;铁板尺寸常见有1000x2000;1200x2000;1250x2500等;铝管长度为2500;铝型材长度为6000等。

13、工程项目资料管理:

一般工程文件管理:

1)BOM及表格文件;

2)标准件;

3)工装夹具;

4)项目资料/技术文件(协议);

5)零件及工程图纸;

6)图纸归档(CADpdf);

7)操作说明及维修手册。

14、工程图纸管理:

图纸的继承性(传承性);

图纸的升级和更正,就是技术的积累,就是公司的物性资产,这是非常必要做的。小处修改(例如个别公差、表面粗糙度等)可以在图上做标记,并在标题栏注明修改处数及修改内容,大改就关系到图纸的升版了。

15、图纸编码的一般思路:(仅供参考)

机型号(公司名称缩写、系列机型名称(特征数字加系列字母))一字母(部装号,一个大写字母)一数字(小一级部装号,可用两位数字表示)一零件序号(01.02….n)及版本号(两位数字加一位大写字母(注:字母用于图纸变更较大的场合,否则不加字母。小处修改,如:个别尺寸、公差等级的变更,直接在图纸上作记号,并在图纸标题栏处写下标记符号、内容及处数))

做到图号的唯一性(最简单粗暴,图号用日期命名后续加-01~-nn序号排序),名称的统一性(系列机型相同部位尽量用相同的名称,方便装配和内部培训)。

16、设计构思思路:

1)罗列设计需实现的功能和要求;

2)罗列能实现该功能的n种方法(此过程最见设计功力);

3)拟定框架限制条件:如空间限制、成本限制、载荷限制、现有加工能力限制以及原材料的来源限制等等),并分析剔除不可行方案(方法);

4)深入分析剩下的方案,权衡利弊,得出最终解决方案。

即:

(1)确定这些分功能,即工艺动作的运动规律,不同的运动规律匹配不同的机构;

(2)同一种运动规律,可用(选用或创造)不同的机构型式来实现;

(3)同一种功能,可选用不同的工作原理,不同的机构来满足功能要求;

(4)同一种工作原理,可选用、创造不同的机构及其组合来实现。

例如:运动的转换、放大、变向三个功能,每个功能都可用推拉传动原理、摩擦传动原理,流体传动原理来实现。可分别采用不同机构,如凸轮机构、齿轮机构、带传动机构,气动液压机构来满足功能要求。

17、机构构思选型要点:

1、要仔细分析透工艺动作的要求;

2、要熟悉各种基本机构及其演绎、组合,了解其运动特性,会灵活选用机构设计手册或其他机构专著中各种形式的机构;

3、要多积累机构选型方面的知识,具有较丰富的时间经验,如选用到不合适的机构形式时,还要会创造性地构思出合适的机构形式,以满足运动要求。

18、常见功能实现形式小总结(+《机械设计常识(二)》第22、23条):

1)转动变双向摆动:

曲柄摇杆机构,摆动从动件凸轮机构,曲柄 摇杆该机构,电风扇摇头机构,摆动导杆机构,曲柄六连杆机构。

2)转动变单向间歇转动:

槽轮机构,平面凸轮间歇机构,不完全齿轮机构,圆柱凸轮分度机构,针轮间歇转动机构,蜗杆凸轮分度机构,偏心轮分度定位机构,内啮合星轮间歇机构。

3)转动变单侧间歇摆动:

摆动从动件凸轮机构,连杆曲线间歇摆动机构,曲线槽导杆机构。

4)转动变双侧间歇摆动:

六连杆机构两极限位置停歇摆动机构,四连杆扇形齿轮双侧停歇摆动机构。

5)转动变实现预定轨迹:

曲柄滑块的连杆直线机构,连杆凸轮组合机构,行星轮直线机构,联动凸轮机构,起重机近似直线机构,铰链六杆椭圆轨迹机构,曲柄凸轮式直线机构,行星轮摆线正多边形轨迹机构。

6)摆动变单向间歇转动:

棘轮机构、摩擦钢球超越单向机构。

7)转动变单向直线移动:

齿轮齿条机构,螺旋机构,带传动机构,链传动机构。

8)转动变双向直线移动:

曲柄滑块机构,六连杆滑块机构,移动从动件凸轮机构,不完全齿轮齿条机构,连杆凸轮组合机构,正弦机构。

9)转动变单侧间歇移动:

连杆单侧停歇曲线槽轮导杆机构,移动凸轮间歇移动机构,行星轮内摆线间歇移动机构。

10)转动变双侧间歇移动:

不完全齿轮齿条往复移动间歇机构(用于印刷机),不完全齿轮移动导杆间歇机构,移动从动件凸轮机构,八连杆滑块上下端停歇机构,(用于喷气织机开口机构)。

(1)匀速转动机构:

摩擦传动机构、齿轮轮系传动机构、平行四杆机构、转动导杆机构。

(2)非匀速转动机构:

非圆齿轮机构、双曲柄四杆机构、转动导杆机构、组合机构。

(3)往复运动机构:

曲柄-摇杆往复运动机构、双摇杆往复运动机构、滑块往复移动机构、凸轮式往复运动机构、齿轮式往复运动机构。

(4)间歇运动机构:

间歇转动机构(棘轮、槽轮、凸轮、不完全齿轮等)、间歇摆动机构(一般利用连杆曲线上近似圆弧或直线段)、间歇移动机构(凸轮机构、行星轮机构等)。

(5)差动机构:

差动螺旋机构、差动棘轮机构、差动齿轮机构、差动连杆机构、差动滑轮机构。

(6)实现预期轨迹的机构:

直线机构(连杆机构、行星齿轮机构等)、特殊曲线绘制机构(椭圆、抛物线、双曲线等)、工艺轨迹机构(连杆机构、凸轮机构、轮一连杆机构等)。

(7)增力及夹持机构:

斜面杠杆机构、铰链杠杆机构、肘杆式机构。

(8)可调行程机构:

棘轮调节机构、偏心调节机构、螺旋调节机构、摇杆调节机构。

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