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河北建筑工程學院 畢業(yè)設(shè)計論文及計算書 指導教師：孫有亮 顏景潤 設(shè)計題目：大直徑圓片下料機設(shè)計 設(shè)計人：王建超 設(shè)計項目 計算與說明 結(jié)果 前言 第一章 前言 下料機是一些輕工行業(yè)不可缺少的設(shè)備。傳統(tǒng)觀念，下料機是借助于機器運動的作用力加壓于刀模，對材料進行切割加工的機器。近代的下料機發(fā)生了一些變化，開始將高壓水束、超聲波等先進技術(shù)用于皮革沖切技術(shù)中，但人們?nèi)匀粚⑦@些設(shè)備歸納在下料機類的設(shè)備中。 　　自動化程度高的裁斷設(shè)備有:由電腦控制的動頭式下料機、激光下料機(振蕩刀具)、高壓水束切割機和電腦下料機等。另外，意大利和英國USM公司生產(chǎn)一種投影下料機，這種設(shè)備的下料臺上設(shè)有振蕩型刀具及目視觀察裝置，用于對皮革進行輪廓掃描，或在皮革上進行投影以引導下料工安排下料樣板在皮革上的套排。 　　目前在中國市場上有各種型號由國內(nèi)外不同廠家生產(chǎn)的下料機，現(xiàn)根據(jù)其產(chǎn)品性能，我們建議您從以下幾個方面進行對比選擇： 　　一、根據(jù)它們的傳動方式、結(jié)構(gòu)和用途分類如下： 　　1、按照傳動形式分： 　　A、機械傳動下料機：是比較老型的機器。 　　B、液壓傳動下料機：是現(xiàn)代比較通用的下料機。 　　C、全自動滾壓式下料機：用三文治的方法進行加工整張皮料或者紡織品等。 　　D、電腦控制水束下料機：是現(xiàn)代比較先進的下料機，無須使用刀模，根據(jù)輸入程序進行裁斷。沖切源為高壓水束發(fā)生器。 　　E、電腦控制超聲波下料機：控制形式與水束下料機相似，沖切源為超聲波發(fā)生器。 　　2．按照結(jié)構(gòu)方式分： 　　A、搖臂式下料機：沖切部件為可以擺動的搖臂，適合于天然材料的沖切。 　　B、龍門式下料機：沖切部件為可以沿著橫梁左右移動的沖切頭，刀?？梢怨潭ㄔ跊_切頭上，也可以放在被加工物上。大型、電腦控制的龍門下料機沖頭上安裝著可以旋轉(zhuǎn)的刀模架，可以根據(jù)程序排版，選擇相應的刀具；當然相應需配備自動送料機構(gòu)。 　　C、平板式下料機：它與龍門式下料機的區(qū)別在于橫梁直接進行沖切，沒有可以移動的沖切頭。平板下料機又分為：橫梁固定或橫梁可前后移動及工作臺滑板可前后移動的兩大類。 　　D、四柱式精密下料機：雙油缸，四立柱自動平衡連桿結(jié)構(gòu)。 　　3、按照加工部件用途分： 　　A、專用下料機：適合于泡罩加工的吸塑下料機。 　　B、臥式下料機：適合于加工輪胎材料。 　　二．機械傳動裁斷機： 　　一般機械傳動的下料機速度較快，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定（調(diào)整好后，沖程下限不會發(fā)生變化），沖切力較大；其最大的缺點是噪音較大。所以自60年代以來逐步為液壓傳動的下料機所代替。 　　三、 液壓傳動下料機： 　　判斷液壓下料機功能的主要依據(jù)是：沖切力大小和沖切速度。沖切力很大，但沖切速度很低，或者沖切速度很高，但沖切力很小的機器，都不能順利地完成沖切任務。 　　對于機械傳動的下料機一般沖切速度都較高，約為250次/分；其沖切速度是變值，平均沖切速度為：200毫米/秒。液壓下料機的沖切速度一般為：大于75毫米/秒。 　　機械傳動的下料機和液壓傳動的下料機不同點，主要由兩種傳動的不同的特性所決定的：機械傳動是剛性傳動，而液壓傳動確有一定的柔性。 　　液壓下料機的特點是：當沖切頭通過刀模作用于被加工物的瞬時，作用油缸內(nèi)的壓力并未達到額定壓力，壓力將隨著接觸（切入工作物）的時間增加而增加，直到電磁換向閥接收到信號，換向閥換向，沖切頭開始復位；這時油缸內(nèi)的壓力由于受到進入油缸的壓力油時間的限制，可能并未達到設(shè)定的額定壓力值；也就是說，系統(tǒng)壓力未達到設(shè)計值，沖切就已經(jīng)完成。 　　四、下料機使用現(xiàn)狀： 　　1．機械傳動的下料機，雖然還有廠家在繼續(xù)生產(chǎn)，一些小型、個體廠商仍在使用，但這種形式的下料機勢必將被淘汰。 　　2．液壓傳動的下料機，現(xiàn)在仍然處于主流地位。在液壓下料機中，大量被采用的是噸位在14-18噸的搖臂式下料機。平板式和龍門下料機多數(shù)用于比較大型的生產(chǎn)廠家，更適合于對人造材料的沖切。 　　3．全自動下料機在我國已經(jīng)開始使用，由于制造業(yè)工業(yè)現(xiàn)代化程度在不久的將來可能會有一的提高，定的市場。但在近期，它將不可能替代液壓下料機。 我所設(shè)計的大直徑圓片下料機屬于剪切機類，主要用于剪裁各種鋁板。在各種鋁制品、軋鋼、汽車、飛機、船舶、拖拉機、橋梁、電器、儀表、鍋爐、壓力容器等各個工業(yè)部門中有廣泛應用。下料機種類較多，按其工藝用途和結(jié)構(gòu)類型可以分為： 1、平刃下料機：剪切質(zhì)量好，扭曲變形小，但剪切力大，耗能大。機械傳動的較多。該下料機上下兩刀刃彼此平行，按其剪切方式又可分為上切式和下切式。 2、斜刃下料機：下料機的上下兩刀片成一定的角度，一般上刀片是傾斜的，其傾斜角一般為1°~6°。斜刃下料機剪切力比平刃下料機小，故電機功率及整機重量等大大減小，實際應用最多，下料機廠家多生產(chǎn)此類下料機。 該類下料機按刀架運動形式分閘式下料機和擺式下料機；按主傳動系統(tǒng)不同分為液壓傳動和機械傳動兩類 下料機剪板料,料彎曲有以下幾種可能：厚度與寬度比太小,造成板料扭曲. 壓料力偏小,造成剪切過程中板料位移. 刀片鈍了,局部刀口經(jīng)常作剪切,剪長料時受力不均勻. 上下刀片間隙沒根據(jù)板料厚度作調(diào)整。 解決辦法， 1，上下剪刃間隙調(diào)整到料厚的5%。有時侯顯示數(shù)值與實際數(shù)值不符。 2，增加壓料力，同時必須要校核夾持裝置的承載力是否允許。 3，檢查定位或調(diào)整定位。 總體設(shè)計 概述 確定總體設(shè)計方案 各部分的設(shè)計 確定選用電動機的型號 傳動系統(tǒng)設(shè)計 參數(shù)的確定 鍵的選擇校核 工作軸的校核 第二章 總體設(shè)計 2.1概述 總體設(shè)計是機械設(shè)計中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，它是對滿足機械技術(shù)參數(shù)及形式的總的構(gòu)想，總體設(shè)計一旦失敗，整個設(shè)計也就沒什么意義了，因此決定了機械設(shè)計的成敗。 總體設(shè)計指導各個部件和各個機構(gòu)的設(shè)計進行。一般由技術(shù)負責人（總工程師）主持進行。在接受設(shè)計任務以后，應進行深入細致的調(diào)查研究。收集國內(nèi)外的同類機械的有關(guān)資料，了解當前的國內(nèi)外剪切圓片機械的使用、生產(chǎn)、設(shè)計和科研的情況，并進行分析比較，制定總的設(shè)計原則。設(shè)計原則應當保證所設(shè)計的機型達到國家的有關(guān)標準的同時，力求結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進，經(jīng)濟性好，工藝簡單，工作可靠。 制定設(shè)計總則以后，便可以編寫設(shè)計任務書，在調(diào)研的基本上運用所學的知識，從優(yōu)選擇確定總體方案，保證設(shè)計的成功。 2.2 確定總體設(shè)計方案 2.2.1 選擇確定總體參數(shù) 1.總體方案的選擇 本次設(shè)計的課題是設(shè)計大直徑圓片下料機。 2.結(jié)構(gòu)形式 本機床由四組主要機構(gòu)組成： 1、圓片刀剪切機構(gòu) 2、工作臺 3、傳動機構(gòu) 4、夾持裝置 2.2.2總體設(shè)計方案 大直徑圓片下料機的設(shè)計方案選擇： 本設(shè)計大直徑圓片下料機是在以前大直徑圓片下料機的基礎(chǔ)上進行改進、創(chuàng)新設(shè)計。 大直徑圓片下料機，其工作原理為一三相異步電動機通過帶傳動帶動一級減速軸旋轉(zhuǎn)，一級減速軸在通過帶傳動帶動主工作軸做旋轉(zhuǎn)運動，主、從動工作軸用對齒輪連接，轉(zhuǎn)速相同，方向相反，帶動軸上的刀具作轉(zhuǎn)速相同方向相反的運動，對被剪切鋁板進行裁剪，鋁板由夾緊裝置來加緊。總體設(shè)計如圖2-1所示 圖2-1 總體設(shè)計圖 該方案取消了中間傳動軸，用減速器實現(xiàn)降速增扭，簡化了傳動系統(tǒng)，但是減速器的加入并沒有減輕整機的重量和生產(chǎn)成本，而且刀具的剪切速度比較低，不適用于帶傳動方式。該方案是用減速電動機代替兩級軸減速和減速器減速，而選用體積小重量輕的減速電動機，達到了減輕整機重量、簡化了傳動系統(tǒng)減速電動機有以下優(yōu)點：1.傳動比大：一級減速時，傳動比即為9-87，2.效率高：由于和嚙合部位采用了滾動接觸，故效率可達90%以上，3.結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕：由于采用了擺線行星傳動結(jié)構(gòu)，并且選用高強度材料，制造精度高，所以機型獲得較小的尺寸；與同等功率的其它類型減速電動機比較，其體積和重量均減少一半左右，4.故障少、壽命長：減速機構(gòu)主要部件全部使用軸承鋼制造。在制造過程中，經(jīng)過淬火處理，然后進行精密磨削，因此，機械強度和耐磨性較高，具有故障少，壽命長的優(yōu)異性能，5.對過載和沖擊有較強的承受能力：一般的漸開線齒輪，同時嚙合齒數(shù)最多2個。但此減速結(jié)構(gòu)在理論上嚙合齒數(shù)為擺線輪齒數(shù)的1/2。此外擺線齒形為圓滑的連續(xù)曲線，所以不會受彎折斷。由于這些原因，此種擺線減速機比其他漸開線齒輪減速機有較強的承受沖擊和過載能力。使用鏈傳動不僅可以滿足低速大扭矩動力的傳輸，而且不會打滑，傳動鏈可以用張緊輪張緊，保證鏈輪包角，帶傳動是兩個或多個帶輪之間作為饒性拉零件的傳動，工作時借助零件之間的摩擦（或捏合）來傳遞運動或動力。根據(jù)帶的截面形狀不同，可分為平帶傳動、V帶傳動、同步帶傳動、多楔帶傳動等，帶傳動是具有中間饒性件的一種傳動，所以：1）能緩和載荷沖擊；2）運行平穩(wěn)，無噪聲；3）制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣嚴格；4）過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其它零件的損壞；5）可增加帶長以適應中心距加大的工作條件，但帶傳動有下列缺點：1）有彈性滑動和打滑，使效率降低但不能保持準確的傳動比（同步帶傳動是靠嚙合傳動的，所以可保證傳動同步）；2）傳遞同樣大的圓周力時，輪廓尺寸和軸上的壓力都比嚙合傳動大；3）帶的壽命較短。鏈傳動是在兩個或多于兩個鏈輪之間用鏈作為饒性拉元件的一種嚙合傳動，因其經(jīng)濟、可靠，故廣泛用于農(nóng)業(yè)、采礦、冶金、起重、運輸、石油、化工、紡織等各種機械的動力傳動中。和帶傳動比較，鏈傳動的主要優(yōu)點是：1）沒有滑動；2）工況相同時，傳動尺寸比較緊湊；3）不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較?。?）效率較高；5）能在溫度較高，濕度較大的環(huán)境中使用等。因鏈傳動具有中間元件（鏈），和齒輪、蝸桿傳動比較，需要 時軸間距離可以很大。 2.2.3主要技術(shù)參數(shù)性能 1. 要求剪切冷鋁板，板材厚度為1.2mm。 2. 刀片的工作轉(zhuǎn)速為50r／min。 2.2.4　設(shè)計原則 總的設(shè)計原則： 1.遵守“三化”：零件標準化、產(chǎn)品系列化、部件通用化。 2.采用“四新”：新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝。 3.滿足“三好”：好制造、好使用、好維修。 制定總則之后，便可以編制設(shè)計任務書，在調(diào)研的基礎(chǔ)上，運用所學知識，從優(yōu)選擇總體方案，以確保設(shè)計的成功。 第三章 各部分的設(shè)計 3.1．確定選用電動機的型號 3.1.1確定軸心距 1.初定軸承 選帶立式座外球面球軸承UCP309（GB/T7810-1995）。 2.確定軸心距 軸承軸心距底面距離H=67mm，所以軸心距S軸≥2H=134mm，固定軸承座的型鋼厚5mm，調(diào)整墊片厚度為：下墊片10mm，上墊片21mm，S軸=170mm。 3.1.2功率的計算 1.確定刀具直徑 上下刀具的重合尺寸為8mm，所以刀具直徑為178mm。 2.功率的計算 由任務書知工作中剪切鋁板的最大厚度為1.5mm，材料為硬鋁， 切應力τ=0.6×[σ]=0.6×235=141MPa 剪切刃厚度為0.5mm。 圖3-1 刀具受力簡圖 F2=F剪=τ×A=141×106×1.2×10-3×0.5×10-3 =84.6N Cosθ==0.955 θ=17.2o F1==282N F3=F1Cosθ=270.72N 1) 切削功率的計算 取刀具轉(zhuǎn)速n=50r/min，得角速度=5.21rad 切削位置的線速度為=0.46m/s,得切削功率為W1=F1=282×0.46=129.72W 2) 軸向摩擦力功率 取刀具的錐度角=45o，則刀具的側(cè)向壓力F4=F2tan=84.6N 查得鋁對鋼的滑動摩擦系數(shù)=0.3 工作時刀具與被剪鋁板的摩擦力=50.76N 軸向摩擦力功率=22.3N 3) 總功率的計算 額定工作為三組刀具同時切削，所以刀具總功率 取總傳動效率=80%，取能量儲備系數(shù)為1.5,工作總功率 =570W 5.確定電動機 由JB/T6447-1992選擇齒輪減速三相異步電動機YCJ-132-2.2-171 3.2傳動系統(tǒng)設(shè)計 3.2.1 鏈輪的設(shè)計（鏈輪設(shè)計中圖、表引用自《機械設(shè)計手冊》2—機械工業(yè)出版社） 已知：傳遞功率P=2.2KW，輸入轉(zhuǎn)速n1=171r/min，輸出轉(zhuǎn)速n2=50r/min 1.選擇鏈輪齒數(shù) 估計鏈速=0.5-2m/s 取小鏈輪齒數(shù)=17 傳動比i==3.42 =3.42×17=58.4 2.初定中心距 =55p 3.鏈節(jié)數(shù) =148.81 4.計算功率 =1.0(平穩(wěn)載荷) =0.887 =1(單排鏈) 5.鏈節(jié)距 取，由圖11-12選用12A滾子鏈，查機械設(shè)計手冊表14.2-2得=19.05mm 6.確定實際中心距 =638.02 7.驗算鏈速 與原假設(shè)相符 圖3-2鏈輪受力簡圖 8.工作拉力 9.作用在軸上載荷 10.潤滑方式根據(jù)=19.05mm 由圖11-17查出用滴油潤滑 3.2.2滾子鏈校核 1.滾子鏈靜強度計算 鏈條靜強度 n= （1）鏈條極限拉伸載荷Q 查表14.2-2 Q=62.3KN （2）工況系數(shù) 查表14.2-4 =1.0 （3）有效拉力F （4）離心力引起的拉力 當時忽略不計 （5）懸垂拉力 在和中選用大者 = = 1) 鏈條每米質(zhì)量 查表14.2-9 2) 中心距 已知=640mm 3）與地面夾角 = 4）由圖14.2-6 =30 =288N =311.2N 5）許用安全系數(shù)[n] [n]= 在安全范圍內(nèi) 2.滾子鏈的耐磨損工作能力計算 使用壽命T （1） 鉸鏈比壓 1)鉸鏈承壓面積A 211.58mm2 2)鉸鏈比壓 96.7MPa （2）磨損系數(shù) 由圖14.2-7 取=6.0 （3） 節(jié)距系數(shù) 查表14.2-10 =1.34 （4）齒數(shù)—速度系數(shù) 由圖14.2-8 取=1.00 （5）許用磨損伸長率[] []<3% （6）使用壽命T =2912.7h 3.2.3小鏈輪設(shè)計 已知：齒數(shù)Z=17 節(jié)距p=19.05mm =11.91mm 1.分度圓直徑d =105.83mm 2.齒頂圓直徑 ==110.55mm 3.齒根圓直徑 ==93.92mm 4.分度圓弦齒高 =0.27p=5.14mm 5.最大齒根距 齒數(shù)為奇數(shù)=93.47mm 6.齒側(cè)凸緣直徑 <=80.7mm 3.2.3大鏈輪設(shè)計 已知：齒數(shù)Z=59 節(jié)距p=19.05mm =11.91mm 1.分度圓直徑d =359.43mm 2.齒頂圓直徑 ==369.72mm 3.齒根圓直徑 ==347.52mm 4.分度圓弦齒高 =0.27p=5.14mm 5.最大齒根距 齒數(shù)為奇數(shù)=347.39mm 6.齒側(cè)凸緣直徑 <=339.87mm 3.2.4對齒輪設(shè)計（齒輪設(shè)計中圖、表引用自《機械設(shè)計》—機械工業(yè)出版社 主編：董剛 李建功） 已知：軸心距=170mm 帶傳動的工作效率為98% 傳遞功率為 轉(zhuǎn)速n==49.27r/min 單班工作，預期壽命5年(按250天計)，工作時間大約占25% 1. 確定中心距、模數(shù)m等主要參數(shù) （1） 選擇材料：45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為230HBS （2）取齒數(shù)Z=34 中心距為170mm （3）確定齒輪直徑d d=170mm （4）確定模數(shù)m m==5 （5）齒寬系數(shù) 查表9-14 （6）齒寬b b==67.84mm 2.齒面接觸疲勞強度計算 （1）確定許用應力 1）總工作時間 =2500h 2）應力循環(huán)次數(shù)N =1.83×106 3) 壽命系數(shù) 由圖9-17 取=1.47 4) 接觸疲勞極限 由圖9-13a =720MPa 5)安全系數(shù) 查表9-13 取=1 6）許用應力 ==1058.4MPa （2） 彈性系數(shù) 查表9-11 = （3） 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 由圖9-12 取=2.41 3.齒根抗彎疲勞強度計算 （1）許用彎曲應力[] 1）應力循環(huán)次數(shù) =1.83×106 2）壽命系數(shù) 由圖9-25 取=1.3 3）極限應力 由圖9-21 取=220MPa 4）尺寸系數(shù) 由圖9-26 取=1 5)安全系數(shù) 查表9-13 取=1.25 6)許用應力[] []=457.6MPa （2）齒形系數(shù) 由圖9-19 取=2.5 （3）應力修正系數(shù) 由圖9-20 取=1.63 （4）計算重合度 斷面重合度==1.692 （5）重合度系數(shù) =0.69 （6）確定載荷系數(shù)、 1)使用系數(shù) 查表9-9 取=1.25 2)動載系數(shù) 由圖9-6 取=1.5 3)齒向載荷分布系數(shù) 由圖9-8 取=1.15 4)齒間載荷分配系數(shù) 由條件查表9-10 5) 載荷系數(shù)、 == =3.83 （7）齒輪轉(zhuǎn)矩T = （8）校核齒根抗彎疲勞強度 = =156.1MPa<[] 4.齒面靜強度驗算 （1）確定許用接觸應力 查表9-13 取靜強度安全系數(shù) 由圖9-17 取壽命系數(shù) 許用接觸應力 = =1106.8MPa （2） 校核齒面靜強度 =1093.1MPa< 齒面靜強度足夠 5.齒根彎曲強度驗算 （1）確定許用彎曲應力 查表9-13 靜強度安全系數(shù) 由圖9-25 壽命系數(shù) 許用彎曲應力 （2）校核抗彎靜強度 最大彎曲應力 =143.04< 靜強度足夠 齒輪的幾何尺寸：（mm） 分度圓直徑 齒頂高 齒根高 全齒高 h=11.25 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒距 齒厚 槽寬 中心距 頂隙 第四章 參數(shù)的確定 4.1鍵的選擇校核 4.1.1鍵1的選擇（鍵設(shè)計中圖、表引用自《機械設(shè)計》—機械工業(yè)出版社 主編：董剛 李建功） 圖4-1鍵 1. 選擇鍵的類型 選A型普通平鍵 選用45鋼 2.確定鍵的尺寸 查機械設(shè)計手冊得 鍵寬b=12mm 鍵高h=8mm 鍵長L=70mm 3.驗算擠壓強度 （1） 鍵工作長度l l=L-b=70-12=58mm （2）擠壓面高度k k=t1=3.3 （3）轉(zhuǎn)矩T T= (4） 許用擠壓應力 查表6.3-3 =150MPa （5）擠壓應力 = 圖4-2鍵2 4.1.2鍵2的選擇 1.選擇鍵的類型 選A型普通平鍵 選用45鋼 2.確定鍵的尺寸 查機械設(shè)計手冊得 鍵寬b=12mm 鍵高h=8mm 鍵長L=60mm 3.驗算擠壓強度 （2） 鍵工作長度l l=L-b=60-12=48mm （2）擠壓面高度k k=t1=3.3 （3）轉(zhuǎn)矩T T= (5） 許用擠壓應力 查表6.3-3 =150MPa （5）擠壓應力 = 4.2工作軸的校核 4.2.1從動工作軸校核 1)軸的受力簡圖 圖4-3從動軸受力分析圖 2）求作用在軸上的力 水平面 垂直面 齒輪 刀具1 軸承反力 3）做出彎矩圖 水平面 垂直面 Ⅰ截面 合成彎矩 Ⅱ截面 合成彎矩 4）轉(zhuǎn)矩圖 0截面 Ⅰ截面 5) 作當量彎矩圖 0截面 Ⅰ截面 Ⅱ截面 Ⅲ截面 6)確定許用應力 已知軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)，查《機械設(shè)計》表12-3得=60MPa 7)校核軸徑 截面Ⅰ 截面Ⅱ 4.2.2從動工作軸上軸承的校核 1. 選用軸承的型號 選用UCP309型帶立式座外球面球軸承，查GB/T7810-1995得軸承的小腦性能參數(shù)為：， 2. 壽命校核計算 軸承1 只受徑向載荷 841.3N 由表13-10（《機械設(shè)計》）查得X=1，Y=0 由表13-11（《機械設(shè)計》）查得=1.0 軸承2 只受徑向載荷 587.7N 由表13-10（《機械設(shè)計》）查得X=1，Y=0 由表13-11（《機械設(shè)計》）查得=1.0 由于，且軸承1、2又采用型號、尺寸相同的軸承，故只對軸承1進行壽命計算 合格 3. 靜強度校核計算 軸承1 只受徑向載荷 軸承2 只受徑向載荷 由于，且軸承1、2又采用型號、尺寸相同的軸承，故只對軸承1進行壽命計算 查表13-15得安全系數(shù) 合格 4.2.3主動工作軸校核 1)軸的受力簡圖 圖4-4主動軸受力分析圖 鏈輪的受力情況 圖4-5鏈輪受力簡圖 1零件為大連輪，2零件為小鏈輪 2）求作用在軸上的力 水平面 垂直面 鏈輪 齒輪 刀具1 軸承反力 3）做出彎矩圖 水平面 垂直面 Ⅰ截面 合成彎矩 Ⅱ截面 合成彎矩 Ⅲ截面 合成彎矩 6)確定許用應力 已知軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)，查《機械設(shè)計》表12-3得=60MPa 7）校核軸徑 截面Ⅰ 截面Ⅱ 截面Ⅲ 4.2.4主動工作軸上軸承的校核 1.選用軸承的型號 選用UCP309型帶立式座外球面球軸承，查GB/T7810-1995得軸承的小腦性能參數(shù)為：， 2.壽命校核計算 軸承1 只受徑向載荷 2604.3N 由表13-10（《機械設(shè)計》）查得X=1，Y=0 由表13-11（《機械設(shè)計》）查得=1.0 軸承2 只受徑向載荷 303.9N 由表13-10（《機械設(shè)計》）查得X=1，Y=0 由表13-11（《機械設(shè)計》）查得=1.0 由于，且軸承1、2又采用型號、尺寸相同的軸承，故只對軸承1進行壽命計算 合格 3. 靜強度校核計算 軸承1 只受徑向載荷 軸承2 只受徑向載荷 由于，且軸承1、2又采用型號、尺寸相同的軸承，故只對軸承1進行壽命計算 查表13-15得安全系數(shù) 合格 通常選擇軸承類型時應考慮下列特點： 1）負荷情況 負荷是選擇軸承最主要的依據(jù)，通應根據(jù)負荷的大小、方向和性質(zhì)選擇軸承。 （1）負荷方向 本設(shè)計中絲杠與集箱之間純軸向力作用，擬選定推力軸承。 （2）負荷性質(zhì) 收口模壓縮鋼管加載過程中載荷沖擊不大，擬選定球軸承以提高效率。 （3）負荷大小 軸承所需基本額定靜載荷的確定， 2）高速性能 本設(shè)計中軸轉(zhuǎn)速很低， 可以忽略。 3）調(diào)心性能 當軸兩端軸承孔同心性差（制造誤差或安裝誤差所致）或軸的剛度小，變形較大，以及多支點軸，均要求軸承調(diào)心性好。本設(shè)計中軸的剛度大，集箱的兩孔同心誤差不大（集箱長度不大）及工作過程對同軸度要求不高。不用選調(diào)心軸承。 4）允許的空間 本機械結(jié)構(gòu)簡單軸向空間大不用考慮選用窄系列的問題。 5）安裝與拆卸方便 整體式軸承座或頻繁裝拆時應選用內(nèi)、外圈可分離的軸承。 6）滾動軸承的公差等級選擇：滾動軸承的公差等級分為6級，普通級、6級、6X級、5級、4級及2級。普通級最低，2級最高，普通級應用最廣。考慮砌筑機械手的實際應用價值，技術(shù)要求及成本考慮選用普通級。 滾動軸承的游隙選擇：滾動軸承的游隙分為徑向和軸向游隙。軸承游隙大小對承載能力有影響，實驗分析表明工作游隙比零稍小的負值時軸承壽命最大。產(chǎn)品樣本中所列的基本額定動負荷及基本額定靜載負荷是工作游隙為零時的負荷數(shù)值。轉(zhuǎn)速很低或在回轉(zhuǎn)中產(chǎn)生振蕩的軸承，采用無游隙或預緊安裝。為了防止剛球與滾道之間的滑動，在加載軸向載荷前應保持一定的軸向力，所以采用預緊安裝。 2） 軸承的定期檢查 對設(shè)備的定期檢修，運轉(zhuǎn)檢查及外圍零件更換時被拆卸下來的軸承進行檢查，以次判斷可否再次使用或使用情況的好于壞。要仔細調(diào)查和記錄被拆下來的軸承和外觀情況，為了弄清和調(diào)查潤滑劑的剩余量，取樣以后，要很好地清洗一下軸承?！　? 其次檢查滾道面，滾動面和配合面的狀況以及保持架的磨損狀態(tài)等有無損傷和異常情況?！　? 判斷軸承可否再次使用，要在考慮軸承損傷的程度，機器性能、重要性、運行條件、檢查周期等以后再來決定。檢查結(jié)果，如果發(fā)現(xiàn)軸承有損傷和異常情況時，傷一節(jié)的內(nèi)容查明原因，制定對策。另外，檢查結(jié)果，如果有下面幾種缺陷的話，軸承就不能再用了，需要更換新的軸承。 a. 內(nèi)外圈、滾動體、保持架其中任何一個有裂紋和出現(xiàn)碎片的。 內(nèi)外圈、滾動體其中任何一個有剝離的。 滾道面、擋邊、滾動體有顯著卡傷的。 保持架的磨損嚴重或鉚釘松動厲害的。 滾道面、滾動體生銹和有傷痕的。 滾動面、滾動體上有顯著壓痕和打痕的。 內(nèi)圈內(nèi)徑面或外圈外徑上有蠕變的。 過熱變色厲害的。 潤滑脂密封軸承的密封圈和防塵蓋破損來嚴重的。 3）、運轉(zhuǎn)中檢查與故障處理 　　 運轉(zhuǎn)中的檢查項目有軸承的滾動聲、振動、溫度、潤滑的狀態(tài)等，具體情況如下： （1）軸承的滾動聲 　　 采用測聲器對運轉(zhuǎn)中的軸承的滾動聲的大小及音質(zhì)進行檢查，軸承即使有輕微的剝離等損傷，也會發(fā)出異常音和不規(guī)則音，用測聲器能夠分辨。 （2）軸承的振動　　 軸承振動對軸承的損傷很敏感，例如剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損等都會在軸承振動測量中反映出來，所以，通過采用特殊的軸承振動測量器（頻率分析器等）可測量出振動的大小，通過頻率分不可推斷出異常的具體情況。測得的數(shù)值因軸承的使用條件或傳感器安裝位置等而不同，因此需要事先對每臺機器的測量值進行分析比較后確定判斷標準。 （3）軸承的溫度　　 軸承的溫度，一般有軸承室外面的溫度就可推測出來，如果利用油孔能直接測量軸承外圈溫度，則更位合適。通常，軸承的溫度隨著運轉(zhuǎn)開始慢慢上升，1-2小時后達到穩(wěn)定狀態(tài)。軸承的正常溫度因機器的熱容量，散熱量，轉(zhuǎn)速及負載而不同。如果潤滑、安裝部合適，則軸承溫都會急驟上升，會出現(xiàn)異常高溫，這時必須停止運轉(zhuǎn)，采取必要的防范措施。根據(jù)大量測試數(shù)據(jù)，列出了各種機械中軸承工作時外圈溫度的平均值，以供參考。由于溫度受潤滑、轉(zhuǎn)速、負荷、環(huán)境的影響，表中值只表示大致的溫度范圍。使用熱感器可以隨時監(jiān)測軸承的工作溫度，并實現(xiàn)溫度超過規(guī)定值時自動報警戶或停止防止燃軸事故發(fā)生。 （4）潤滑 軸承潤滑的作用潤滑對滾動軸承的疲勞壽命和摩擦、磨損、溫升、振動等有重要影響，沒有正常的潤滑，軸承就不能工作。分析軸承損壞的原因表明，40%左右的軸承損壞都與潤滑不良有關(guān)。因此，軸承的良好潤滑是減小軸承摩擦和磨損的有效措施。 除此之外，軸承的潤滑還有散熱，防銹、密封、緩和沖擊等多種作用，軸承潤滑的作用可以簡要地說明如下： 在相互接觸的二滾動表面或滑動表面之間形成一層油膜把二表面隔開，減少接觸表面的摩擦和磨損。 采用油潤滑時，特別是采用循環(huán)油潤滑、油霧潤滑和噴油潤滑時，潤滑油能帶走軸承內(nèi)部的大部分摩擦熱，起到有效的散熱作用。 采用脂潤滑時，可以防止外部的灰塵等異物進入軸承，起到封閉作用。 潤滑劑都有防止金屬銹蝕的作用。 延長軸承的疲勞壽命。 （5）脂潤滑和油潤滑的比較　　軸承的潤滑方法大致分為脂潤滑和油潤滑兩種。為了充分發(fā)揮軸承的功能，重要的是根據(jù)使用調(diào)減和使用目的，采用潤滑方法。 （6）脂潤滑　　潤滑脂是由基礎(chǔ)油，增稠劑及添加劑組成的潤滑劑。當選擇時，應選擇非常適合于軸承使用條件的潤油脂，由于商標不同，在性能上也將會有很大的差別，所以在選擇的時候，必須注意。軸承常用的潤滑脂有鈣基潤滑脂、鈉基潤滑脂、鈣鈉基潤滑脂、鋰基潤滑脂、鋁基潤滑脂和二硫化鉬潤滑脂等。軸承中充填潤滑脂的數(shù)量，以充滿軸承內(nèi)部空間的1/2-1/3為適宜。高速時應減少至1/3。過多的潤滑脂使溫度升高。 潤滑脂的選擇　　按照工作溫度選擇潤滑脂時，主要指標應是滴點，氧化安定性和低溫性能，滴點一般可用來評價高溫性能，軸承實際工作溫度應低于滴點10-20℃。合成潤滑脂的使用溫度應低于滴點20-30℃。根據(jù)軸承負荷選擇潤滑脂時，對重負荷應選針入度小的潤滑脂。在高壓下工作時除針入度小外，還要有較高的油膜強度和極壓性能。根據(jù)環(huán)境條件選擇潤滑脂時，鈣基潤滑脂不易溶于水，適于干燥和水分較少的環(huán)境。 油潤滑　　在高速、高溫的條件下，脂潤滑已不適應時可采用油潤滑。通過潤滑油的循環(huán)，可以帶走大量熱量。粘度是潤滑油的重要特性，粘度的大小直接影響潤滑油的流動性及摩擦面間形成的油膜厚度，軸承工作溫度下潤滑油的粘度一般是12-15cst。轉(zhuǎn)速愈高應選較低的粘度，負荷愈重應選較高的粘度。常用的潤滑油有機械油、高速機械油、汽輪機油、壓縮機油、變壓器油、氣缸油等。 （7） 油潤滑方法包括： 油浴潤滑　　油浴潤滑是最普通的潤滑方法，適于低、中速軸承的潤滑，軸承一部分浸在由槽中，潤滑油由旋轉(zhuǎn)的軸承零件帶起，然后又流回油槽油面應稍低于最低滾動體的中心。 滴油潤滑　　滴油潤滑適于需要定量供應潤滑油得軸承部件，滴油量一般每3-8秒一滴為宜，過多的油量將引起軸承溫度增高。 循環(huán)油潤滑　　用油泵將過濾的油輸送到軸承部件中，通過軸承后的潤滑油再過濾冷卻后使用。由于循環(huán)油可帶走一定的熱量，使軸承降溫，故此法適用于轉(zhuǎn)速較高的軸承部件。 噴霧潤滑　　用干燥的壓縮空氣經(jīng)噴霧器與潤滑油混合形成油霧，噴射軸承中，氣流可有效地使軸承降溫并能防止雜質(zhì)侵入。此法適于高速、高溫軸承部件的潤滑。 噴射潤滑　　用油泵將高壓油經(jīng)噴嘴射到軸承中，射入軸承中的油經(jīng)軸承另一端流入油槽。在軸承高速旋轉(zhuǎn)時，滾動體和保持架也以相當高的旋轉(zhuǎn)速度使周圍空氣形成氣流，用一般潤滑方法很難將潤滑油送到軸承中，這時必須用高壓噴射的方法將潤滑油噴至軸承中，噴嘴的位置應放在內(nèi)圈和保持架中心之間。 固體潤滑　　在一些特殊使用條件下，將少量固體潤滑劑加入潤滑脂中，如加入3~5%的1號二硫化鉬可減少磨損，提高抗壓耐熱能力，對于高溫、高雅、高真空、耐腐蝕、抗輻射，以及極低溫等特殊條件，把固體潤滑劑加入工程塑料或粉末冶金材料中，可制成具有自潤滑性能的軸承零件，如用粘結(jié)劑將固體潤滑劑粘結(jié)在滾道、保持架和滾動體上，形成潤滑薄膜，對減少摩擦和磨損有一定效果。 8)潤滑劑的補充與更換 （ 1）潤滑脂的補充間隔時間　　 由于機械作用，老化及污染的增加，軸承配置中所填的潤滑基將逐漸失去其潤滑性能。因此，對潤滑秩需不斷補充和更新。潤滑劑補充的間隔時間會因軸承的形成、尺寸和轉(zhuǎn)速等而不同，根據(jù)運轉(zhuǎn)時間需要補充潤滑脂的大致間隔時間。另外，當軸承溫度超過70℃的情況下，軸承溫度每上升15℃，就要使用潤滑脂的補充間隔時間減少一半。雙面封閉軸承在制造時已經(jīng)裝入脂，“HRB”在這些產(chǎn)品中使用的是標準潤滑脂，共運行溫度范圍和其他性能適宜于所規(guī)定的場合，且填脂量也與軸承大小相應，脂的使用壽命一般可超過軸承壽命，除特殊場合，不需補充潤滑脂。 （2）潤滑油的更換周期　　 潤滑油的更換周期因使用條件和油量等不同，一般情況下，在運轉(zhuǎn)溫度為50℃以下，灰塵少的良好環(huán)境下使用時，一年更換一次，當油溫達到100℃時，要3個月或更短時間更換一次。 停機檢查 　定期的檢查軸承封維持軸承于最佳狀況是很重要的工作。最有利的檢查時間是安排在定期的停機檢查時期，事先的計劃及知道軸承的信軒及備有軸承圖面通常是及助于檢查工作。 干凈軸的重要性： 　　保持軸承及潤滑的干凈是很重要的;檢查前需先清潔機器表面，然后拆卸軸承周邊的零件。油封是很脆弱的零件，因此需小心的拆卸，切勿過度施力，然后仔細的檢查油封及其周邊的零件，如果已呈現(xiàn)出不良的癥狀時，務必更換掉，不良的油封會導致軸承的損壞及嚴得的設(shè)備停機。 　　 檢查潤滑劑　　沾上點點潤滑劑在兩指之間摩擦，若有污染物存在，可感覺出來，或在手背上涂一薄層潤滑劑 ，然后封光檢查。 　　 更換潤滑劑　　機油潤滑的軸承在瀉除舊機油后，可能的話，再灌入新鮮的機油并讓機器在低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)幾分鐘。盡可能使機油收集殘馀的污染物，然后再瀉除這些機油，機油在使用前最好先經(jīng)過濾?；瑵櫥妮S承在更換滑脂時所使用的喬除器應避免帶有棉質(zhì)物接角到軸承的任一部位，因為這些殘留的纖維可能楔入于滾動件之間并且造成損壞，尤其是小軸承的應用更需注意此問題。 　　 覆蓋暴露的軸承　　檢查軸承時，千萬不要讓軸承暴露于污染物或濕氣的環(huán)境。如果工作中斷時，應以油紙塑膠片或類似材料覆曾機器?！　? 若在不用拆卸而可能執(zhí)行檢查的情形下清洗無掩蔽的軸承的，要以涂敷用的刷子沾上石油溶劑（white spirit）清洗，再以一塊不起毛的布料擦干或用壓縮空氣吹干（注意不要讓軸承組件起動旋轉(zhuǎn)）。　　 以一面小鏡子及類似牙醫(yī)所用的那種探針來檢查軸承之軌道面、保持器和珠子。不可清洗加密封蓋或防塵的軸承；只擦拭其外部表面即可。如果軸承呈受損情形時即需更換掉。在定期的停機保養(yǎng)時期內(nèi)更換 軸承遠比由于陣承損壞所選成的突然停機之損失來得經(jīng)濟多了。 潤滑油的更換周期　　潤滑油的更換周期因使用條件和油量等不同，一般情況下，在運轉(zhuǎn)溫度為50℃以下，灰塵少的良好環(huán)境下使用時，一年更換一次，當油溫達到100℃時，要3個月或更短時間更換一次。 設(shè)計總結(jié) 轉(zhuǎn)眼之間，歷經(jīng)整整大四的下半個學期、近四個月的畢業(yè)設(shè)計馬上就要結(jié)束了，這是我們大學之中最后一個也是最重要的一個設(shè)計、一個階段。畢業(yè)設(shè)計是考驗我們大學這四年來的所學，它要求我們將大學這四年來所學到的知識能夠融會貫通、熟練應用，并要求我們能夠理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)我們的綜合運用能力以及解決實際問題的能力。 在設(shè)計中遇到了不少問題，但通過孫老師的輔導和自己的努力問題不斷得以解決，在畢業(yè)設(shè)計過程中，個人的設(shè)計和孫老師的輔導是相輔相成的，這樣可以啟發(fā)我們的思維，拓寬我們的視野，并且在設(shè)計中深深體會到了作為一名設(shè)計工作者的辛苦和執(zhí)著，提高了我們的綜合運用所學知識和查閱各種資料的能力，使我們受益匪淺。首先，通過對外文資料的翻譯與理解，進一步鞏固了我的英語知識。由于我國科技水平的限制以及英語在世界范圍內(nèi)的普及，前沿的科技文獻都是用英語給出的，給我們非英語國家造成了一定的不便。這就要求我們在科研工作中必須能夠快速準確的閱讀理解并翻譯英文文獻資料。在這次畢業(yè)設(shè)計中，通過對相關(guān)資料的翻譯，增加我的詞匯量和對機械方面的文摘的理解。這在很大程度上鍛煉了我對外文資料的閱讀理解水平，從一定程度上提高了我對外文資料的翻譯能力 其次我學會了對相關(guān)科技文獻的檢索，一切科學研究都是建立在前人研究的基礎(chǔ)之上的。因此，對于相關(guān)文獻資料的檢索顯得尤為重要。在現(xiàn)代社會中，隨著計算機的普及以及網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，，對于文獻的檢索已經(jīng)從圖書館的紙質(zhì)資料轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡平臺下的電子文檔。通過畢業(yè)設(shè)計，我詳細的學習并掌握了IEEE、中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫的檢索與使用。 第三，科學研究中的創(chuàng)新式建立在對基本概念與基本理論的熟練掌握的基礎(chǔ)之上的。通過這次畢業(yè)設(shè)計強化了我對大學期間所學的基礎(chǔ)課以及專業(yè)課的認識和理解，鞏固了我的知識體系結(jié)構(gòu)，為今后的工作打下了理論基礎(chǔ)。 第四，對于各種工具軟件的熟練使用也是科學研究中所必不可少的。在這次畢業(yè)設(shè)計中，這次畢業(yè)設(shè)計我認真地學習了AutoCAD這一工具軟件，其次還有Solidworks、Pro.E等的使用，并利用這些軟件進行仿真與繪圖。為今后的工作打下了基礎(chǔ)。 最后，通過這次畢業(yè)設(shè)計，我還了解了科技論文的寫作規(guī)范，熟悉了offic系列軟件在文字處理與排版等方面的使用。 我努力在設(shè)計達到了畢業(yè)設(shè)計任務書中的要求，這樣不僅僅是解決了設(shè)計中的難題，更重要的是通過一次次的解決難題來彌補了自己學習上的不足之處，這樣又學到了許多新的知識，為自己即將走上工作崗位，，可以說是打下了一個扎實的基礎(chǔ)。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我對自己又有了一個新的認識，我確信自己在新的工作崗位上一定會盡自己的一份力，發(fā)自己的一份熱，迎接工作中的種種挑戰(zhàn)。在此，請允許我向曾經(jīng)給與我無微不至的關(guān)懷、支持和幫助的老師說一聲：“老師，您辛苦了！” 畢業(yè)設(shè)計是大學四年中最合實際的一次理論和實踐相結(jié)合的過程，是對我們四年大學生活中所學知識的檢查，同時也是四年所學知識的綜合運用于提高，也是為我們將來走向社會能更好的適應社會工作的一次大練兵。 這次做畢業(yè)設(shè)計的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫設(shè)計了。與此同時，我也充分認識到自身的許多不足：基礎(chǔ)知識學得不夠扎實，缺乏綜合運用及理論聯(lián)系實際的能力等。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學習中激勵我繼續(xù)進步。不積跬步何以至千里，本設(shè)計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)設(shè)計工作順利完成。 參考文獻 【1】王文斌.機械設(shè)計手冊3. 北京：機械工業(yè)出版社，2005 【2】王文斌.機械設(shè)計手冊2. 北京：機械工業(yè)出版社，2005 【3】王文斌.機械設(shè)計手冊1. 北京：機械工業(yè)出版社，2005 【6】徐灝 機械設(shè)計手冊1. 北京：機械工業(yè)出版社 1988年 【7】徐灝 機械設(shè)計手冊5. 北京： 機械工業(yè)出版社 1988年 【8】增正明 機械工程材料手冊——金屬材料. 北京：機械工業(yè)出版社 2003 【9】孫桓 陳作模 機械原理第六版 高等教育出版社 2000 【10】蔡春源 主編 機電液設(shè)計手冊（中）. 北京： 機械工業(yè)出版社1996 【11】董剛 李建功 潘鳳章 機械設(shè)計（機械類） 第三版 . 北京： 機械工業(yè)出版社 【12】成大先.機械設(shè)計圖冊（上） 化學工業(yè)出版社1997 【13】成大先.機械設(shè)計圖冊（下） 化學工業(yè)出版社1997 【14】王文斌.機械設(shè)計手冊5. 北京：機械工業(yè)出版社，2005 【15】王文斌.機械設(shè)計手冊4. 北京：機械工業(yè)出版社，2005 【16】王文斌.機械設(shè)計手冊6. 北京：機械工業(yè)出版社，2005 =17 取=59 取=149 =2.08KW =19.05mm 取=640mm Q=62.3KN =1.0 F=2391.3 =1.5kg/m =640mm = =311.2N A=211.58mm2 =96.7MPa =6.0 =1.34 =1.00 []<3% T=2912.7h d=105.83mm =110.55mm =93.92mm =5.14mm Lx=93.47mm <80.7mm d=359.43mm =369.72mm =347.52mm =5.14mm Lx=347.39mm <339.87mm d=170mm m=5 =0.4 取b=68mm =2500h N=1.83×106 =1.47 =720MPa =1 =1058.4MPa = =2.41 =1.83×106 =1.3 =220MPa =1 =1.25 [] =457.6MPa =2.5 =1.63 =1.692 =1.25 =1.5 =1.15 = =3.83 T= 符合要求 =1106.8MPa l=58mm k= 3.3 =150MPa l=48mm k= 3.3 =150MPa