一級擺線錐齒輪減速器設(shè)計掘進機之減速器設(shè)計,一級,擺線,齒輪,減速器,設(shè)計,掘進機 故障的分析、尺寸的決定以及凸輪的分析和應(yīng)用 凸輪是被應(yīng)用的最廣泛的機械結(jié)構(gòu)之一。凸輪是一種僅僅有兩個組件構(gòu)成的設(shè)備。主動件本身就是凸輪，而輸出件被稱為從動件。通過使用凸輪，一個簡單的輸入動作可以被修改成幾乎可以想像得到的任何輸出運動。常見的一些關(guān)于凸輪應(yīng)用的例子有： ——凸輪軸和汽車發(fā)動機工程的裝配 ——專用機床 ——自動電唱機 ——印刷機 ——自動的洗衣機 ——自動的洗碗機 高速凸輪(凸輪超過1000 rpm的速度)的輪廓必須從數(shù)學意義上來定義。無論如何，大多數(shù)凸輪以低速(少于500 rpm)運行而中速的凸輪可以通過一個大比例的圖形表示出來。一般說來，凸輪的速度和輸出負載越大，凸輪的輪廓在被床上被加工時就一定要更加精密。 材料的設(shè)計屬性 當他們與抗拉的試驗有關(guān)時，材料的下列設(shè)計特性被定義如下。 靜強度： 一個零件的強度是指零件在不會失去它被要求的能力的前提下能夠承受的最大應(yīng)力。因此靜強度可以被認為是大約等于比例極限，從理論上來說，我們可以認為在這種情況下，材料沒有發(fā)生塑性變形和物理破壞。 剛度： 剛度是指材料抵抗變形的一種屬性。這條斜的模數(shù)線以及彈性模數(shù)是一種衡量材料的剛度的一種方法。 彈性： 彈性是指零件能夠吸收能量但并沒有發(fā)生永久變形的一種材料的屬性。吸收的能量的多少可以通過下面彈性區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力圖表來描述出來。 韌性： 韌性和彈性是兩種相似的特性。無論如何，韌性是一種可以吸收能量并且不會發(fā)生破裂的能力。因此可以通過應(yīng)力圖里面的總面積來描述韌性，就像用圖2.8 b 描繪的那樣。顯而易見，脆性材料的韌性和彈性非常低，并且大約相等。 脆性： 一種脆性的材料就是指在任何可以被看出來的塑性變形之前就發(fā)生破裂的材料。脆性的材料一般被認為不適合用來做機床的零部件，因為當遇到由軸肩，孔，槽，或者鍵槽等幾何應(yīng)力集中源引起的高的應(yīng)力時，脆性材料是無法來產(chǎn)生局部屈服的現(xiàn)象以適應(yīng)高的應(yīng)力環(huán)境的。 延展性： 一種延展性材料會在破裂之前表現(xiàn)出很大程度上的塑性變形現(xiàn)象。延展性是通過可延展的零件在發(fā)生破裂前后的面積和長度的百分比來測量的。一個在發(fā)生破裂的零件，其伸長量如果為5%，則認為該伸長量就是可延展性和脆性材料分界線。 可鍛性： 可鍛性從根本上來說是指材料的一種在承受擠壓或壓縮是可以發(fā)生塑性變形的能力，同時，它也是一種在金屬被滾壓成鋼板時所需金屬的重要性能。 硬度： 一種材料的硬度是指它抵抗擠壓或者拉伸它的能力。一般說來，材料越硬，它的脆性也越大，因此，彈性越小。同樣，一種材料的極限強度粗略與它的硬度成正比。 機械加工性能（或切削性）： 機械加工性能是指材料的一種容易被加工的性能。通常，材料越硬，越難以加工。 壓應(yīng)力和剪應(yīng)力 除抗拉的試驗之外，還有其它一些可以提供有用信息的靜載荷的實驗類型。 壓縮測試： 大多數(shù)可延展材料大約有相同特性，當它們處于受壓狀態(tài)的緊張狀態(tài)時。極限強度，無論如何，不能夠被用于評價壓力狀態(tài)。當一件具有可延展性的樣品受壓發(fā)生塑性變形時，材料的其它部分會凸出來，但是在這種緊張的狀態(tài)下，材料通常不會發(fā)生物理上的破裂。因此，一種可延展的材料通常是由于變形受壓而損壞的，并不是壓力的原因。 剪應(yīng)力測試： 軸，螺釘，鉚釘和焊接件被用這樣一種方式定位以致于生產(chǎn)了剪應(yīng)力。一張抗拉試驗的試驗圖紙就可以說明問題。當壓力大到可以使材料發(fā)生永久變形或發(fā)生破壞時，這時的壓力就被定義為極限剪切強度。極限剪切強度，無論如何，不等于處于緊張狀態(tài)的極限強度。例如，以鋼的材料為例，最后的剪切強度是處于緊張狀態(tài)大約極限強度的75%。當在機器零部件里遇到剪應(yīng)力時，這個差別就一定要考慮到了。 動力載荷 不會在各種不同的形式的力之間不停發(fā)生變化的作用力被叫作靜載荷或者穩(wěn)定載荷。此外，我們通常也把很少發(fā)生變化的作用力叫作靜載荷。在拉伸實驗中，被分次、逐漸的加載的作用力也被叫作靜載荷。 另一方面，在大小和方向上經(jīng)常發(fā)生變化的力則被稱為動載荷。動載荷可以被再細分為以下的3種類型。 變載荷： 所謂變載荷，就是說載荷的大小在變，但是方向不變的載荷。比如說，變載荷會產(chǎn)生忽大忽小的張應(yīng)力，但不會產(chǎn)生壓應(yīng)力。 周期性載荷： 像這樣的話，如果大小和方向同時改變，則就是說這種載荷會反復(fù)周期性的產(chǎn)生變化的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，這種現(xiàn)象往往就伴隨著應(yīng)力在方向和大小上的周期性變化。 沖擊載荷： 這類載荷是由于沖擊作用產(chǎn)生的。一個例子就是一臺升降機墜落到位于通道底部的一套彈簧裝置上，這套裝置產(chǎn)生的力會比升降機本身的重量大上好幾倍。當汽車的一個輪胎碰撞到道路上的一個突起或者路上的一個洞時，相同的沖擊荷載的類型也會在汽車的減震器彈簧上發(fā)生。 疲勞失效－疲勞極限線圖 正如圖2.10a所示，如果材料的某處經(jīng)常會產(chǎn)生大量的周期性作用力，那么在材料的表面就很可能會出現(xiàn)裂縫。裂縫最初是在應(yīng)力超過它極限壓力的地方開始出現(xiàn)的，而通常這往往是有微小的表面缺陷的地方，例如有一處材料出現(xiàn)瑕疵或者一道極小的劃痕。當循環(huán)的次數(shù)增加時，最初的裂縫開始在軸的周圍的逐漸產(chǎn)生許多類似的裂縫。所以說，第一道裂縫的意義就是指應(yīng)力集中的地方，它會加速其它裂縫的產(chǎn)生。一旦整個的外圍斗出現(xiàn)了裂縫，裂縫就會開始向軸的中心轉(zhuǎn)移。最后，當剩下的固體的內(nèi)部地區(qū)變得足夠小，且當壓力超過極限強度時，軸就會突然發(fā)生斷裂。對斷面的檢查可以發(fā)現(xiàn)一種非常有趣的圖案，如圖2.13中所示。外部的一個環(huán)形部分相對光滑一些，因為原來表面上相互交錯的裂縫之間不斷地發(fā)生磨擦導(dǎo)致了這種現(xiàn)象的產(chǎn)生。無論如何，中心部分是粗糙的，表明中心是突然發(fā)生了斷裂，類似于脆性材料斷裂時的現(xiàn)象。 這就表明了一個有趣的事實。當正在使用的機器零件由于靜載荷的原因出現(xiàn)問題時，由于材料具有的延展性，他們通常會發(fā)生一定程度的變形。 盡管許多地由于靜壓力導(dǎo)致的零件故障可以通過頻繁的做實際的觀察并且替換全部發(fā)生變形的零件來避免。不管怎樣，疲勞失效有助于起到警告的作用。汽車中發(fā)生故障的零件中的90%的原因都是因為疲勞的作用。 一種材料的疲勞強度是指在壓力的反復(fù)作用下的抵抗產(chǎn)生裂縫的能力。持久極限是用來評價一種材料的疲勞強度的一個重要參數(shù)。進一步說明就是，持久極限就是指在無限循環(huán)的作用力下不引起失效的壓力值。 讓我們回頭來看在圖2.9 所示的疲勞試驗機器的。試驗是這樣被進行的：一件小的重物被插入，電動機被啟動。在試樣的失效過程中，由計算寄存器記錄下循環(huán)的次數(shù)N，并且彎曲壓力的相應(yīng)最大量由第2.5 方程式計算。然后用一個新的樣品替換掉被毀壞的樣品，并且將另一個重物插入以增加負荷量。壓力的新的數(shù)值再次被計算，并且相同的程序再次被重復(fù)進行，直到零件的失效只需要一個完整周期時為止。然后根據(jù)壓力值和所需的循環(huán)的次數(shù)來繪制一個圖。正如圖表2.14a所示圖形，該圖被稱為持久極限曲線或者S-N 曲線。由于這需要的前提是要進行無限次的循環(huán)，所以我們可以以100萬個循環(huán)用來作循環(huán)參考單位。因此，持久極限可以從圖表2.14a那里看到，該材料是在承受了100萬個循環(huán)后而沒有發(fā)生失效的。 用圖2.14 描繪的關(guān)系對于鋼的材料來說更為典型，因為當N 接近非常大的數(shù)字時，曲線就會變得水平。因此持久極限等于曲線接近一條水平的切線時的壓力水平。由于包含了大量的循環(huán)，在繪圖時，N通常會被按照對數(shù)標度來畫，如圖2.14 b中所示。當采用這樣的方法做時，水平的直線就可以更容易發(fā)現(xiàn)材料的持久極限值。對于鋼的材料來說，持久極限值大約等于極限強度的50%。無論如何，已經(jīng)加工完成的表面如果不是一樣的光滑，持久極限的值就會被降低。例如，對于鋼材料的零件來說，63 微英寸（ μin ）的機械加工的表面，零件的持久極限占理論的持久極限的百分比降低到了大約40%。而對于粗糙的表面來說 （300μin，甚至更多），百分比可能降低到25%左右的水平。 最常見的疲勞損壞的類型通常是由于彎曲應(yīng)力所引起的。其次就是扭應(yīng)力導(dǎo)致的失效，而由于軸向負載引起的疲勞失效卻極少發(fā)生。彈性材料通常使用從零到最大值之間變化的剪應(yīng)力值來做實驗，以此來模擬材料實際的受力方式。 就一些有色金屬而論，當循環(huán)的次數(shù)變得非常大時，疲勞曲線不會隨著循環(huán)次數(shù)的增大而變得水平。，而疲勞曲線的繼續(xù)變小，表明不管作用力有多么的小，多次的應(yīng)力反復(fù)作用都會引起零件的失效。這樣的一種材料據(jù)說沒有持久極限。對于大多數(shù)有色金屬來說，它們都有一個持久極限，數(shù)值大小大約是極限強度的25%。 溫度對屈服強度和彈性模數(shù)的影響 一般說來，當在說明一種擁有特殊的屬性的材料時，如彈性模數(shù)和屈服強度，表示這些性能在室溫環(huán)境下就可以存在。在低的或者較高的溫度下，材料的特性可能會有很大的不同。例如，很多金屬在低溫時會變得更脆。此外，當溫度升高時，材料的彈性模數(shù)和屈服強度都會變差。圖2.23 顯示了低碳鋼的屈服強度在從室溫升高到1000oC過程中被降低了大約70%。 當溫度升高時，圖2.24顯示了低碳鋼在彈性模數(shù)E方面的削減。正如從圖上可以看見的那樣，彈性模數(shù)在從室溫升高到1000oC過程中大約降低了30%。從這張圖表中，我們也能看到在室溫下承受了一定載荷而不會發(fā)生變形的零件卻可能在高溫時承受相同載荷時發(fā)生永久變形。