絲錐鏟梢機床結構設計說明書

1、畢亞設計說明書題目名稱：絲錐鏟梢機結構設計說明書院系名稱：機械設計制造及其自動化班 級：學 號：學生姓名：指導教師：2015年5月摘要本課題來源于當今社會機械工業(yè)絲錐鏟梢設備的創(chuàng)新和更新?lián)Q代基礎之上，通過設 計出絲錐鏟梢機，從而來滿足當今社會絲錐鏟梢機設備不足的缺陷。國內絲錐鏟梢設備的研發(fā)及制造要與全球號召的高效經濟、鏟稍質量好，效率高等 主題保持一致。近期對機械行業(yè)中絲錐鏟梢機的使用情況進行了調查，發(fā)現(xiàn)在機械行業(yè) 中，絲錐的使用非常普遍。自然而然在機械中它們的加工也非常重要。傳動的絲錐在沒 有鏟稍設備而需要人工磨削的情況下，工作效率低下，勞動強度大，所以設計一個專用 的絲錐鏟梢機勢在必行。本

2、文運用大學所學的知識，提出了絲錐鏟梢機的結構組成、工作原理以及主要零部 件的設計中所必須的理論計算和相關強度校驗，構建了絲錐鏟梢機總的指導思想，從而 得出了該絲錐鏟梢機的優(yōu)點是高效，經濟，并且鏟稍質量高，運行平穩(wěn)的結論。關鍵字：絲錐鏟梢機，設計，設備，高效abstractwith development of all kind of science technology and global economy, pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements

3、to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. it can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.therefore widely used in machine b

4、uilding，metallurgy，electronics，light industry and atomic energy sec tors.the pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop，by controlling and regulating pressure, flow atcompressedneceengththdirectionprocedurework.the inverted pen

5、dulum is a typical high order system，with multi variable，non-linear, str ong-coupling，fleet and absolutely instable. it is representative as an ideal model to prove new control theory and techniques. during the control process，pendulum can effectively reflect ma ny key problems such as equanimity，ro

6、bust，follow-up and track，therefore.this paper studies a control method of double inverted pendulum . first of all，the mathematical model of the doub le inverted pendulum is established，then make a control design to double inverted pendulum o n the mathematical model，and determine the system performa

7、nce index weightmatrix , by usi ng genetic algorithm in order to attain the system state feedback control matrix. finally，the sim ulation of the system is made by .key word: pneumatic manipulator cylinder pneumatic loop fout degrees of freedom.摘要abstract ii2. 引言11.1課題的來源與研究的b的和意義11.2絲錐鏟梢機的發(fā)展現(xiàn)狀23. 絲錐

8、鏟梢機總體結構的設計122.1絲錐鏟梢機的總體方案圖122.2絲錐鏟梢機的工作原理152.3機械傳動部分的設計計算173 1伺服電機的選型計算18(1) 3. 2轉動軸的設計計算193. 3直線導桿的選型計算192. 3. 4液壓缸的設計計算202.3. 5齒輪傳動的設計計算204. 各主要零部件強度的校核213. 1轉動軸強度的校核與計算222軸承強度的校核計算23(2) 3齒輪強度的校核335. 機架的設計37386. 設計總結38結論hiai射39獻401引言1.1課題的來源與研究的目的和意義機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經濟提供裝備和為人民生活提供耐用消 費品的產業(yè)。不論是傳統(tǒng)產業(yè)，

9、還是新興產業(yè)，都離不幵各種各樣的機械裝備， 機械工業(yè)所提供裝備的性能、質量和成本，對國民經濟各部門技術進步和經濟效 益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經濟實力和科 學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經濟的 戰(zhàn)略重點之一。機械工程的服務領域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能 源和材料生產的部門，都需要機械工程的服務。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大 服務領域：研制和提供能量轉換機械、研制和提供用以生產各種產品的機械、研 制和提供從事各種服務的機械、研制和提供家庭和個人生活中應用的機械、研制 和提供各種機械武器。不論服務于哪一領域，機械工程的工

10、作內容基本相同，主要有：建立和發(fā)展 機械工程的工程理論基礎。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金 屬和非金屬材料的性能，及其應用的工程材料學；研究熱能的產生、傳導和轉換 的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結構、設計和計算的機 械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金 屬工藝學等等。研究、設計和發(fā)展新的機械產品，不斷改進現(xiàn)有機械產品和生產新一代機械 產品，以適應當前和將來的需要。機械產品的生產，包括：生產設施的規(guī)劃和實 現(xiàn)；生產計劃的制訂和生產調度；編制和貫徹制造工藝；設計和制造工具、模具; 確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包

11、裝發(fā)運；對產品質量進行 有效的控制。機械制造企業(yè)的經營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、 加工過程的精密零件組裝而成的復雜的制品。生產批量有單件和小批，也有中批、 大批，直至大量生產。銷售對象遍及全部產業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會 經濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經營特 別復雜，企業(yè)的生產管理、規(guī)劃和經營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。機械產品的砬用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維護、 修理和改造各產業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產品在長期使用中 的可靠性和經濟性。機械產品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調 整、操作

12、、維護、修理和改造各產業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械 產品在長期使用中的可靠性和經濟性。研究機械產品在制造過程中，尤其是在使 用中所產生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是 現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務，而且蘇重要性與日俱增。機械的種類繁多， 可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、 粉碎機械等；按服務的產業(yè)可分為農業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原 理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設計、 制造、運用等過程中都要經過幾個工作性質不同的階段。按這些不同階段，機械 工程又可劃分為互相銜接、互

13、相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設計、 機械制造、機械運用和維修等。這些按不同方面分成的多種分支學科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械 工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理 分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、 內燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的屮心電站設備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、 船舶輪機工程、汽車工程等都有復雜的交叉和重疊關系。船用汽輪機是動力機械， 也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可 能也屬于核動力裝置等等。19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的 大學院校中它一般還與

14、土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半 葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發(fā)展和知識總量 的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在 20世紀屮期，即在第二次世界大戰(zhàn)結束的前后期間達到了最高峰。由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不 可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大 規(guī)模的工程的全貌和全局，并丑縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現(xiàn)和技術 整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識 過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調困難，也不利

15、于繼續(xù)自學提高。因 此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論， 拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。械工程以增加生產、提高勞動生產率、提 高生產的經濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產品。在未來的時代，新產品的研 制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為 超經濟的0標任務。機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的 工作，而且完成得更快、更好?，F(xiàn)代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復雜的 機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，k潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬

16、、軟件科 學使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新 的發(fā)展已經顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象 的奇跡。人類智慧的墻長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、 更復雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的筲慧。在人 類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進 化的。人工智能與機械工程之間的關系近似于腦與手之間的關系，其區(qū)別僅在于人 工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制， 其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和祌經系統(tǒng)的限制，人工筲能將會消 除了這個

17、限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工 程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。19世紀時，機械工程的知識總量還很有 限，在歐洲的大學院校屮它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程, 19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發(fā)展 和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分 解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結束的前后期間達到了最高峰。由于機械工程的知識總量己擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是 必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌 稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并

18、且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現(xiàn)和 技術整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的 知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調困難，也不利于繼續(xù)自學提高。 因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)丫綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論， 拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復循環(huán)，是知 識發(fā)展的合理的和必經的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具 有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互 相協(xié)同工作的有力集體。綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內部有綜合與專業(yè) 的矛盾；在全面的工程技術中也同樣有綜合和專業(yè)問

19、題。在人類的全部知識中， 包括社會科學、&然科學和工程技術，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè) 問題。1.2絲錐鏟梢機的發(fā)展現(xiàn)狀機械工程通過不斷擴大的實踐，從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手 藝的一種技藝，逐漸發(fā)展成為一門有理論指導的、系統(tǒng)的和獨立的工程技術。機 械工程是促成1819世紀的工業(yè)革命，以及資本主義機械大生產的主要技術因素。 動力是發(fā)展生產的重要因素。17世紀后期，隨著各種機械的改進和發(fā)展，隨著煤 和金屬礦石的需要量的逐年增加，人們感到依靠人力和畜力不能將生產提高到一 個新的階段。在英國，紡織、磨粉等產業(yè)越來越多地將工場設在河邊，利用水輪來驅動工 作機械。但當時的煤礦

20、、錫礦、銅礦等礦井屮的地下水，仍只能用大量畜力來提 升和排除。在這樣的生產需要k，18世紀初出現(xiàn)了紐科門的大氣式蒸汽機，用以 驅動礦井排水泵。但是這種蒸汽機的燃料消耗率很高，基本上只應用于煤礦。1765年，瓦特發(fā)明了有分開的冷凝器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年瓦特 又創(chuàng)制出提供冋轉動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應用范圍。蒸汽機的發(fā)明和發(fā) 展，使礦業(yè)和工業(yè)生產、鐵路和航運都得以機械動力化。蒸汽機幾乎是19世紀唯 一的動力源，但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重，應用 很不方便。19世紀末，電力供應系統(tǒng)和電動機開始發(fā)展和推廣。20世紀初，電動機已在 工業(yè)生產中取代了蒸汽機，成

21、為驅動各種工作機械的基本動力。生產的機械化已 離不開電氣化，而電氣化則通過機械化才對生產發(fā)揮作用。發(fā)電站初期應用蒸汽機為原動力。20世紀初期，出現(xiàn)了高效率、高轉速、大功率 的汽輪機，也出現(xiàn)了適應各種水利資源的水輪機，促進了電力供應系統(tǒng)的蓬勃發(fā) 展。19世紀后期發(fā)明的內燃機經過逐年改進，成為輕而小、效率高、易于操縱、 并可隨時啟動的原動機。它先被用以驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以后又 用于汽車、移動機械和輪船，到20世紀中期開始用于鐵路機車。蒸汽機在汽輪機 和內燃機的排擠下，已不再是重要的動力機械。內燃機和以后發(fā)明的燃氣輪機、 噴氣發(fā)動機的發(fā)展，是飛機、航天器等成功發(fā)展的基礎技術因素之一。工

22、業(yè)革命以前，機械大都是木結構的，由木工用手工制成。金屬（主要是銅、鐵） 僅用以制造儀器、鎖、鐘表、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機 匠的精工細作，以達到需要的精度。蒸汽機動力裝置的推廣，以及隨之出現(xiàn)的礦 山、冶金、輪船、機車等大型機械的發(fā)展，需要成形加工和切削加工的金屬零件 越來越多，越來越大，要求的精度也越來越高。應用的金屬材料從銅、鐵發(fā)展到 以鋼為主。機械加工包括鍛造、鍛壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術及其裝備，以及切 削加工技術和機床、刀具、量具等，得到迅速發(fā)展，保證了各產業(yè)發(fā)展生產所需 的機械裝備的供應。社會經濟的發(fā)展，對機械產品的需求猛增。生產批量的增大和精密加工技術 的進

23、展，促進了大量生產方法的形成，如零件互換性生產、專業(yè)分工和協(xié)作、流 水加工線和流水裝配線等。簡單的互換性零件和專業(yè)分工協(xié)作生產，在古代就已出現(xiàn)。在機械工程中， 互換性最早體現(xiàn)在莫茨利于1797年利用其創(chuàng)制的螺紋車床所生產的螺栓和螺帽。 同時期，美國工程師惠特尼用互換性生產方法生產火槍，顯示了互換性的可行性 和優(yōu)越性。這種生產方法在美國逐漸推廣，形成了所謂“美國生產方法”。20世紀初期，福特在汽車制造上又創(chuàng)造了流水裝配線。大量生產技術加上泰勒在 19世紀末創(chuàng)立的科學管理方法，使汽車和其他大批量生產的機械產品的生產效率很快達到了過去無法想象的高度。20世紀屮、后期，機械加工的主要特點是：不斷提高機

24、床的加工速度和精度， 減少對手工技藝的依賴；提高成形加工、切削加工和裝配的機械化和自動化程度; 利用數(shù)控機床、加工屮心、成組技術等，發(fā)展柔性加工系統(tǒng)，使中小批量、多品 種生產的生產效率提高到近于大量生產的水平；研究和改進難加工的新型金屬和 非金屬材料的成形和切削加工技術。18世紀以前，機械匠師全憑經驗、直覺和手藝進行機械制作，與科學幾乎不 發(fā)生聯(lián)系。到1819世紀，在新興的資本主義經濟的促進k,掌握科學知識的人 士開始注意生產，而直接進行生產的匠師則開始學：科學文化知識，他們之間的 交流和互相啟發(fā)取得很大的成果。在這個過程屮，逐漸形成一整套圍繞機械工程 的基礎理論。動力機械最先與當吋的先進科學

25、相結合。蒸汽機的發(fā)明人薩弗里、瓦特，應 用丫物理學家帕潘和布萊克的理論；在蒸汽機實踐的基礎上，物理學家卡諾、蘭 金和開爾文建立起一門新的科學一一熱力學。內燃機的理論基礎是法國的羅沙在 1862年創(chuàng)立的；1876年奧托應用羅沙的理論，徹底改進了他原來創(chuàng)造的粗陋笨重、 噪聲大、熱效率低的內燃機而奠定了內燃機的地位。其他如汽輪機、燃氣輪機、 水輪機等都在理論指導k得到發(fā)展，而理論也在實踐屮得到改進和提高。早在公元前，中國己在指南車上應用復雜的齒輪系統(tǒng)，在被中香爐中應用了能永 保水平位置的十字轉架等機件。古希臘已有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動的記 載。但是，關于齒輪傳動瞬時速比與齒形的關系和齒形曲線的

26、選擇，直到17世紀 之后方有理論闡述。手搖把和踏板機構是曲柄連桿機構的先驅，在各文明古國都有悠久歷史，但 是曲柄連桿機構的形式、運動和動力的確切分析和綜合，則是近代機構學的成就。 機構學作為一個專門學科，遲至19世紀初才首次列入高等工程學院（巴黎的工藝 學院）的課程。通過理論研究，人們方能精確地分析各種機構，包括復雜的空間連 桿機構的運動，并進而能按需要綜合出新的機構。機械工程的工作對象是動態(tài)的機械，它的工作情況會發(fā)生很大的變化。這種變化 有時是隨機而不可預見；實際應用的材料也不完全均勻，可能存有各種缺陷；加 工精度有一定的偏差，等等。與以靜態(tài)結構為工作對象的土木工程相比，機械工程中各種問題更

27、難以用理 論精確解決。因此，早期的機械工程只運用簡單的理論概念，結合實踐經驗進行 工作。設計計算多依靠經驗公式；為保證安全，都偏于保守，結果制成的機械笨 重而龐大，成本高，生產率低，能量消耗很大。從18世紀起，新理論的不斷誕生，以及數(shù)學方法的發(fā)展，使設計計算的精確度不 斷的提高。進入20世紀，出現(xiàn)各種實驗應力分析方法，人們已能用實驗方法測出模型和實物上各部位的應力。20世紀后半葉，有限元法和電子計算機的廣泛應用， 使得對復雜的機械及其零。構件進行力、力矩、應力等的分析和計算成為可能。 對于掌握冇充分的實踐或實驗資料的機械或其元件，已經可以運用統(tǒng)計技術，按 照要求的可靠度，科學地進行機械設計。當

28、今社會，隨著機械工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各行各業(yè)的機械設備也在不斷地更新， 不斷地完善，絲錐鏟梢機同樣在發(fā)展著，傳統(tǒng)的絲錐鏟梢機是采用臨時的人工磨 削設備，勞動效率低，加工精度低下，不適合批量生產的場合?，F(xiàn)代絲錐鏟梢機 是用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多樣的鏟稍設備的一種對絲錐進行優(yōu)化加工的專用機。隨著機 械行業(yè)的大發(fā)展，絲錐的使用也越來越廣泛，根據不同的工況，所需鏟梢的絲錐 的大小規(guī)格也有區(qū)別。如果使用傳動的臨時的鏟梢設備的話，不但勞動強度大、 效率低、定位精度低，而且滿足不了大批量生產要求。所以使用一個專用的絲錐 鏟梢機己成為發(fā)展趨勢。2絲錐鏟梢機總體結構的設計2.1絲錐鏟梢機的總體方案圖本次設計的絲錐鏟梢機采取

29、的方案是：由位于機架底部的電機通過傘齒輪傳動帶動 連接套轉動，從而帶動上面的工作臺來回擺動。而上面的工作臺裝有尾頂尖組件和工件 主軸裝置，通過兩個裝置對絲錐進行定位，砂輪固定，然后整個工作臺來回反復擺動， 實現(xiàn)絲錐的鏟梢，其具體方案布局圖如下：做1觸傳功錢-'/-2.2絲錐鏟梢機的加工原理本次設計的題目是絲錐鏟梢機的設計，其工作原理為：電機通過傘齒輪傳動帶動連 接套轉動，從而帶動上面的工作臺來回擺動。而上面的工作臺裝有尾頂尖組件和工件主 軸裝置，通過兩個裝置對絲錐進行定位，砂輪固定，然后整個工作臺來回反復擺動，實 現(xiàn)絲錐的鏟梢。2.3機械傳動部分的設計計算2. 3.1伺服電機的選型計算

30、已知整個設備上工件與零件的重量，我們取總重量為150kg，工件主軸轉動速 度為12r/min。即:g = mg = 200 x 10 = 2000nv 二 1 - 2m/min = 16. 6 - 33. 3mm/s具體的電機設計計算如下：1、確定運行時間/ = $(t t )本次設計加速時間v負載速度(m/min)i = 1.2 0.033 3 + 60= 1.25右速度可知每秒上升50mm，電機轉速_vi_打輸一 pb3.負載慣景dd/q 005幾m =m() = 200 | =0.000126779(權.州2)2兀 2兀左右水平運動jrjrjb = plbdb4 = 7.87xl03 x

31、 0.4 x 0.24 = 3.72xl(r5(權州2 323 2電機慣量+ 人=0.00032(z:g.m2)總慣量 4.電機轉矩 啟動轉矩ts2ttnm(jm + 兒)2-x 636.9( ja/ +0.00032)60r,60x1.21.25n.m必須轉®rm=(r£ + rs)s = 2.36mms為安全系數(shù)，這里取1.0。根據以上得出數(shù)據，我們選用直流無刷電機型號為92bl-a,此無刷直流步進電機廠 家為南京森宇機電的產品。根據電機的特性曲線以及參數(shù)表如4000)90030003 2m0繁00 x92bl-4020l1v00.91 力1

32、$1092bl-4030h192b12o15huk.b馱l哦娜a2.592bi4015h1.ik.b92bk0h14k.b92bl4070h11k>bwblw1wuk.b92b14(bo11>lk>b92bl5020k11k>b400400400500600400500wci22oac)220jac1220(ac)220(ac)48|0c)g0|0c)1w)3od15®20cd20000080u2.02.03g83.722.50.55320,721.91241.1g41443824.8o.oeono.c0090.12222(a2.41055442.5483.6

33、21.12205.05.0根據計算和特性曲線以及電機基本參數(shù)表，我們選用直流無刷電機型號為 92bl-4030h1-lk-b,電機額定功率為0. 37kw,額定轉矩為75n. m,最大轉矩為80n. m 額定轉述為3000r/min。2. 3.2轉動軸的設計計算軸是組成精密機械的重要零件之一。一切作為回轉運動的零件，都必須在軸 上才能傳遞運動和動力。在本課題所使用的軸，承受的負荷比較小，尺寸也比較 小，制造精度高，要求材料具有足夠高的機械強度和良好的加工性能。因此，選 用材料45#，熱處理為對軸進行調質處理。軸是組成機械的重要零件之一，它是安裝各種傳動零件，使之繞其軸線轉動傳動 轉矩或回轉運動

34、，并通過軸承與機座相聯(lián)接。軸與其上的零件組成一個組合體一 軸系部件，在軸的設計中不能只考慮軸本身，必須和軸系零、不見的整個結構密 切聯(lián)系起來。由于振動輸送所用的軸即傳遞扭矩又承受彎矩，所以我所設計的階梯軸為轉軸， 由于小帶輪己經設計好，大帶輪的尺寸也就定了，只剩下軸徑的確定，軸的初步 設計是根據扭轉強度，校核彎曲強度，由于軸的材料很多，主耍根據軸的使用條 件，對軸的強度、剛度、和其他機械性能等的要求，采用熱處理方式，同時考慮 制造加工工藝并力求經濟合理，通過設計計算來選擇軸的材料，選用最常見的45# 鋼作為軸的材料，且其需用切應力為40mpa軸與其上的零件組合成一個組合體，在軸的設計中不能只考

35、慮軸本身，必須和軸 系零部件的整個結構密切聯(lián)系起來。軸的結構設計是在初算軸徑的基礎上進行的。 為滿足軸上零件的定位、緊固要求和便于軸的加工和軸上零件的裝拆，通常將軸 設計成階梯軸。軸的結構設計的任務是合理確定階梯軸的形狀和全部結構尺寸。 軸的材料選用45號鋼，為保證其力學性能，進行調質或正火處理。1、初步計算軸的直徑按照扭轉強度估算軸的最小直徑，寫成設計公式，軸的最小直徑mm,查表 16.2, c=112,p=20. 35,n=851,代入設計公式得i-32.26mm?？紤]到軸上有鍵槽以及其他因素的影響，應適當增加軸徑以補 償鍵槽對軸強度的削弱，考慮到要裝軸承座和機構的合理性，還冇螺釘?shù)鹊拈L度

36、 及其他各方面的因素，初步確定軸的各段長度。2. 3.3直線導桿的選型計算1直線軸承的選擇pom工程式塑料保持器適用于_20°c8g°c工作測試；鋼保特器適用于為 -4gqc8gqc工作溫度；不銹鋼軸承適合于水、蒸氣、硝酸等腐蝕介質及真空工作場合, 軸承型號按下述計算公式確定。硬度系數(shù) fh:硬度 hrc58 以上,fh=1.0；硬度 hrc52-58, fh=0.6-1.0。溫度系數(shù)ft:工作溫度小于loooc, ft=1.0,工作溫度100oc-125oc, ft=1.0-0.95o 接觸系數(shù)fc:每根軸裝一套軸承，fc=1.0每根軸裝二套軸承，fc=0.81每根軸裝三

37、套軸承，fc=0.72每根軸裝四套軸承，fo0.66載荷系數(shù)fw:運行速度小于15米/分鐘，無沖擊、無振動，fw=1.0-1.5；運行速度小于60米/分鐘，微小沖或振動，fw=1.5-2.0；運行速度大于60米/分鐘，或有較人沖擊、振動，fw=2.0-5.0o時間壽命 lh=（10000*l） /2 *l（s*nl*60）（位單：h 小時）l：長度壽命（萬米），ls：工作行程（米），n1：每分鐘往復次數(shù)己知行程l=0.1米，工作溫度60oc,每分鐘往復次數(shù)nl=20,微小沖擊，軸承工作載l®®c?<-te.src60,期望壽命lh=5000小時，試選擇軸承型號。接眈勝

38、逭作錢糧2 x 10=2m/min,屬于一般沖擊，選取fw=2. 0根據本次載荷重量為2000n,我們選用兩個導向光桿加上絲桿螺母，這樣滑動軸承 的所受負載就平均分配，上下六個滑動軸承分別連接底板和連接上固定圓盤，兩邊軸承 座為固定式的，中間六個為可以隨著絲桿螺母上下滑動。六個導向光桿加上絲桿螺母， 這樣每個導向光桿的滑動軸承處的所受負載為166n。本次設計屮所選擇的滑動軸承為帶 法蘭形狀的。根據每個滑動軸承的負載承受166n，我們選用滑動軸承為lmf20,軸承 中間孔徑為20mm,這樣導向光桿的直徑也為20mm。(1) 直線軸承安裝：軸承座孔公差推薦采用h7、1級，直線軸公差推薦采用g6、h

39、6級，軸承安裝必須 用臺階芯軸壓入；直線軸安裝必須對準軸承孔插入，動作輕緩，軸傾斜插入會導至保持 器變型和鋼球脫落，軸承安裝方內應按照表1所示，可以提高軸承承載能力，延長壽命。軸承座孔有可能壓縮軸承，引志游隙變小，此時用手轉動直線軸，如果軸能接觸鋼 球xl能輕松轉動，配合游隙為0+0.01mm;如果稍加力才能轉動，配合游隙為-0.01 0mm （已過盈）；如果加力也不能轉動，配合游隙已多于0.01mm,這種情況鋼球滾動時 可能同時作滑動，會降低軸承和軸的作用壽命，只有在輕載、低速且定心要求高的情況 下才可采用。調整型、開口型軸承內、外徑在割口前測量，割口后會冇一些彈性變形， 配合游隙應裝入軸承

40、座a測量（鋼保持器軸承、kh軸承情況類似）。游隙可調節(jié)的軸承 座調節(jié)方向應和軸承割門方向垂直以保證游隙均勻，直線軸承結構特點不能作旋轉運動， 同吋要求有良好的導向性，所以直線軸承一般以二根軸+四套軸承或二根軸+二套加長型 軸承為一個組合使用，二根軸安裝要平直，整個組合裝配后，用手推拉必須靈活無阻滯 才可安裝傳動機構，傳動動力要足夠克服軸承磨擦阻力，直線軸承磨擦阻力近似為千分 之一工作載荷。(2) 直線軸承潤滑和防塵：軸承出廠涂有防銹油，使用時需加潤滑劑。油脂潤滑噪音較 低，常用的有2號鋰基脂和低噪音軸承潤滑脂，填脂量為保持器空隙的三分之一。油潤 滑不需清除防銹油，根據工作測試采用15#100/

41、f潤滑油，工作溫度低采用低粘度油， 工作測試高采用高粘度油，常用的有透平油，機械油和錠子油，無密封軸承把油滴在軸 上即可，帶密封軸承需把油加到軸承內，本公司為用戶準備了帶油孔的軸承和軸承座。 對于一些不允許有油（脂）的工作場所，先清除防銹油，干燥后在每列鋼球上噴一些市 售的二硫化鉬噴劑，再次干燥后即可使用，帶密封軸承應避免密封圈和軸干磨擦引起密 封唇口擠入軸承內，造成軸承的非預期損壞。鐵屑會極人地降低軸承壽命，粉塵和臟物 會阻塞保持器球道，使鋼球不能回轉，引起保持器損壞、鋼球擠膠。帶密封軸承可用于 一般帶粉塵工場所，像木工機械、鑄造機械等多粉塵場合，請在軸承兩端另加密封，防 止粉塵進入并可減少

42、油脂損耗。(3) 軸承的載荷和壽命：軸承運動和換向時承受過大的沖擊負荷，或當軸承靜止時，由 于機器振動等因素都會使接觸處形成凹坑。外界硬粒進入軸承內，也可在接觸表面形成 壓痕，這種永久變形量超過一定限度，就會防礙直線運動平穩(wěn)性，引起振動和噪咅，振 動會進一步沖擊凹坑周圍材料，造成惡性循環(huán)，使凹坑面積擴大，這種永久變形量用基 本額定靜載荷限定。鋼球和套圈接觸點兩者永久變形量之和等于鋼球直徑的萬分之一時 的靜載荷，定義為基本額定靜載荷co。軸承使用吋，沖擊力很難測定，常用選取適當?shù)?靜載荷安全系統(tǒng)來保證軸承靜載荷不超過基本額定靜載荷。選型時使軸承承受的靜載荷 po co/fs,不受振動和沖擊場合f

43、s取1.0 1.5，受振動和沖擊工作場合fs取2.07.0。軸承由于反復承受工作載荷，首先在表面下一定深度處，強度較弱部分形成裂紋， 繼而發(fā)展到接觸表面，使金屬成片狀剝落下來，這種剝落稱為疲勞剝落。在安裝、潤滑、 密封正常的情況k,絕人多數(shù)軸承的破壞是疲勞破壞，一般所說的軸承壽命就是指軸承 的疲勞壽命。直線軸承額定壽命規(guī)定為5萬米，通過限定基本額定動載荷c來保證。由 于軸承壽命具有分散性，即同一批材料、相同工藝生產、相同使用條件下的軸承壽命不 相同，所以軸承基本額定動載荷c定義為一批相同的軸承在相同條件卜運行5萬米，軸 承不生任何疲勞剝落現(xiàn)象所能承受的動載荷。2.3.4液壓缸的設計計算1）液壓

44、缸的類型及結構形式液壓缸冇多種類型。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結構形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動式四大類。其屮，單作用液壓缸分為：單活塞桿液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。 組合液壓缸包括：彈簧復位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動液壓缸又分為：單葉片式和雙葉片式兩種。i面以一種典型液壓缸為例，說明液壓缸的棊本組成。1234 5 67891011 1213141525 2423 22 21 2019181716圖4.6空心活塞桿式液壓缸結構1、15-活塞桿2-堵頭3-托架4、7、17-

45、密封圈5-排氣孔6-導向套8-活塞9-錐銷10-缸筒11-壓板12-鋼絲環(huán)13、23-紙墊14-排氣孔16、25-壓蓋18、24-缸蓋19-導向套20-壓板21-鋼絲環(huán)22-錐銷空心活塞式液壓缸如上圖所示。它由缸筒10,活塞8，活塞桿1、15,缸蓋18、24,密 封圈4、7、17,導向套6、19,壓板11、20等主要零件成。這種液壓缸活塞桿固定，缸 筒帶動工作臺作往復運動?；钊缅F銷9、22與空心活塞桿連接，并用堵頭2堵死活塞 桿的一頭。缸筒兩端外圓上套有鋼絲環(huán)12、21，用于阻止壓板11、20向外移動，從而通 過螺栓將缸蓋18、24與壓板相連（圖中沒有畫出），并把缸蓋壓緊在缸筒的兩端。為了

46、減少泄漏，在液壓缸中可能發(fā)生泄漏的結合面安放了密封圈和紙墊?？招幕钊麠U和其上 的油口 a、c提供了液壓缸的進、出油口。當缸筒移動到左、右終端時，油口 a、c的開 度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對運動部件起到制動緩沖作用。在缸蓋上設有與 排氣閥（圖中沒冇畫出）相連的排氣孔5、14,可以排出液壓缸中的空氣，使運動更加平 穩(wěn)。表2-1液壓缸的類型和特點類型速度作用力特點雙活塞桿液壓缸u=q/a3f=plal活塞的兩側都裝有活塞桿，只能向活塞一側供給壓力油，由外力使活塞反向運動單活塞桿液壓缸u=q/a3fl=plal活塞僅單向運動，返回行程利用自重或負荷將活塞推回柱塞式液壓缸u:q/a3fi二pl

47、al柱塞僅單向運動，由外力使柱塞反向運動差動液壓缸u3=q/a3f3=plal可使速度加快，但作用力相應減小伸縮液壓缸以短缸獲得長行程；缸由大到小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮冋雙活塞桿液壓缸ul=q/a3u2=q/a2fl= (pl-p2) a1f2= (p2-pl) a2雙邊有桿，雙向液壓驅動，雙向推力和速度均和等單活塞桿液壓缸ul=q/a3u2:q/a2fl= (pl-p2) a1f2= (p2-pl) a2單邊有桿，雙向液壓驅動，ulvu2, el> e2伸縮液壓缸雙向液壓驅動，由大到小逐節(jié)推出，由小到大逐節(jié)縮冋彈簧復位液壓缸單向由液壓驅動，回程彈簧復位串聯(lián)液壓缸ul=q/(al

48、+a2)u2=q2a2fl=pl (a1-a2)-2qa2fl=2p2a2-a2-q1 (a1+a2)用于缸的直徑受限制，而長度不受限制處，可獲得在的推力増 壓缸由活塞缸和柱塞缸組合而成，低壓油送入a腔，b腔輸出高壓油齒條液壓缸活塞的移動通過傳動機構變成齒輪的往復h轉運動單葉片液壓缸w=8q/ (b(d2-d2)t=p (l/2-cf2)b/8把液壓能變?yōu)榛剞D的機械能，輸出軸擺動角< 300 度雙葉片wt=p (d"2-cf2)把液壓能變?yōu)橐簤焊?4q/ (bb/4回轉的機械能，(d2-d輸出軸擺動角2)< 150 度注：b葉片寬度；d葉片的底端、頂端直徑；w葉片軸的角速

49、度；t理論 轉矩液壓缸的工作壓力根據負載并查表，初選工作壓力 pl=3mpa計算液壓缸尺寸鑒于砂輪要求快進、快退速度相等，可選用單桿式輕負載型液壓缸。無桿腔工作面積 a，有桿腔工作面積a2,且a,=2a2,即活塞桿直徑d與缸筒直徑d呈d=0. 707d的關系?；赜吐飞媳硥?取0. 8mpa油路壓力損失ap取0. 5mpaa,=f/(p-p2/2) =4182x10_7(3-0. 8/2)m2=0. 0016m2)=yj(4a)/ 7t =45. 13mmd=0. 707d=31. 91mm按gb/t2348-2001將直徑元整成就進標準值d=50mm d=35mm;液壓缸兩腔的實際有效而積為：

50、 n 074=19. 63x10_,m2a2=h (d-d2)/4=10. 01 x 10_4m2根據上述d與d的值，可估算液壓缸在各個工作階段中的壓力4)液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計算工況推力f/n回油腔壓力汽/mpa進油腔壓力a/mpa輸入流量q/(l/min)輸入功率p/kw計算公式快啟動128901.86= =a-4進加速1193p=0. 51. 76一q=(-2) v,p= p'q恒速6451.294.810. 10工進41820.82. 541. 570.0980.07f +凡=a,。2 = av2p= pcq快退啟動128901.29f+pap= aa2 = a2

51、vp= piq加速11930. 52. 17恒速6451.625.010. 1353.5液壓缸工況圖p/mpa?q/l/min?p/kv1.865）液壓缸推力的計算根據系統(tǒng)工況，可知油壓范圍介于14mpa之間，故根據液壓缸推力計算公式可 知:f=pxs=14x3. 14x20x20=1758. 4n.2.3.5齒輪傳動的設計計算1初步計算材料選擇因傳動尺寸無嚴格限制，批量較小，故小齒輪用40cr (調質)，硬度241hb286hb, 平均取為280hb,大齒輪用45鋼(調質)，硬度229hb286hb,平均取為240hb。選齒輪 精度為7級。節(jié)錐角的計算i = cot <5,(3. 11

52、)= arc cot i = c/rc cot 1.66 = 22 2206(3. 12)4 = 90° - 22°22 06 = 67°6754(3.13)由文獻2表14-3-3可知，2/?*2x1zmin = cos<y,二 / cos22"2206n= 15.8(3. 14)m,n sin26z 1 sin2 20式中，/<齒頂高系數(shù)，/?； = 1 o 取小齒輪齒數(shù)z1=30,z2=/z丨二 1.66x30 二 49.8(3. 15)取大齒輪齒數(shù)z2=50。根據工作條件的要求，大端模數(shù)為(3. 16)(3. 17)(3. 18)m =

53、 12齒輪分度圓的直徑clx - 12x30 = 360 mmd2 = mz2 = 12x50 = 600 mm錐距(3. 19)齒輪齒頂、齒根圓直徑 由文獻3表10-9可知， 齒頂高ha = hn = 1x12 = 12 mm齒頂圓直徑da = d' + 2ha cos = 360 + 2x 12xcos 22 22 06 =382 mm da2 =d2 +2/z" cos = 600 + 2 x 12 x cos 67°67 54 = 610 mm 齒根高hf = l( + c )m = (l + 0.2)xl2 = 14.4mm齒輪基圓直徑dmx =d 0.5

54、) = 360(1-0.5 x 0.28) = 313.95 mm d m2 =d2(- 0.5/?) = 600(1 - 0.5 x 0.28)= 528 mm齒寬由文獻2表14 -3-3可知， b =(/)kr = 0.28x349.86 = 97.96 mm節(jié)圓周速度=10.48 m/stid'n'3.14x360x556v =!=60x10360x103(3.20)(3.21)(3.22)(3.23)(3.24)(3. 25)(3. 26)(3.27)3.1轉動軸強度的校核與計算1、軸的特點：軸是組成機械的主要零件之二。一切作回轉運動的傳動零件，都 必須裝在軸上刁能進行

55、運動及.力的傳遞，同時它又通過軸承和機架聯(lián)接，由此形成個以軸為基準的組合體一軸系部件。2、軸的種類1、根據承受載荷的不同分為：1）轉軸：定義既能承受彎矩又承受扭矩的軸2）心軸：定義：只承受彎矩而不承受扭矩的軸3）傳送軸：定義：只承受扭矩而不承受彎矩的軸z、根據軸的外形，可以將直軸 分為光軸和階梯軸3、根據軸a部狀況，又可以將直軸分為實心軸和空。4、軸的設計重點1、軸的設計w軸的工作能力設計。主要進行軸的強度設計、剛度設計，對于轉速較高的軸還要進行振動穩(wěn)定性的計算。 軸的結構設計。根據軸的功能，軸必須保證軸上零件的安裝固定和保證軸系在機 器中的支撐要求，同吋應具有良好的工藝性。一般的設計步驟為：選擇材料，初估軸徑，結構設計，強度校核，必要時要進行剛度校核和穩(wěn)定性 計算。2、軸的材料軸是主要的支承件，常采用機械性能較好的材料。常用材料包括：碳素鋼：該 類材料對應力集中的敏感性較小，價格較低，是軸類零件最常用的材料常用牌號 有：30、35、40、45、50。采用優(yōu)質碳鋼時，一般應進行熱處理以改善其性能。.力 較小或不重要的軸，也可以選用x235,q255等普通碳鋼。合金鋼：對于要求重載、 高溫、結構尺寸小、重量輕等使用場合的軸，可以選用合金綱合金鋼具有史好的機 械性能和熱處