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畢業(yè)設(shè)計(論文)
課題：熱處理加熱爐裝料機
摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計是關(guān)于加熱爐裝料機的設(shè)計。首先對裝料機作了簡單的概述；接著分析了裝料機的選型原則及計算方法；然后根據(jù)這些設(shè)計準(zhǔn)則與計算選型方法按照給定參數(shù)要求進行選型設(shè)計；接著對所選擇的裝料機各主要零部件進行了校核。在加熱爐裝料機的設(shè)計、制造以及應(yīng)用方面,目前我國與國外先進水平相比仍有較大差距,國內(nèi)在設(shè)計制造加熱爐裝料機過程中存在著很多不足。
整機結(jié)構(gòu)主要由電動機產(chǎn)生動力將需要的動力傳遞到齒輪上，然后通過齒輪傳遞到齒輪，通過齒輪再過渡到另外一組齒輪上，然后再通過齒輪過渡到蝸輪蝸桿上。同時本文對該方案裝料機的關(guān)鍵零部件設(shè)計過程進行了詳細闡述，其主要內(nèi)容包括系統(tǒng)總體方案的設(shè)計、電動機的選擇、執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計、傳動零部件的設(shè)計、飛輪的設(shè)計、軸的設(shè)計與校核以及軸承的選擇、等。
本文主要介紹裝料機的發(fā)展?fàn)顩r，裝料機結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，裝料機總體方案分析及確定，裝料機結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容所包含的機械圖紙的繪制，的計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)論與建議。
本論文研究內(nèi)容：
(1) 裝料機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。
(2) 裝料機工作性能分析。
(3)電動機的選擇。
(4) 裝料機的傳動系統(tǒng)、執(zhí)行部件。
(5)對設(shè)計零件進行設(shè)計計算分析和校核。
(6)繪制整機裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計零件的零件圖。?
關(guān)鍵詞：加熱爐裝料機，傳動裝置，連桿，減速器
80
Abstract
This graduation design is the design of a heating furnace charging machine. The loader is summarized; then analyzes the selection principle and the calculation method of the filling machine; then calculated based on these design criteria and selection method in accordance with the requirements of the given parameters selection and design; then check on the major components of loader selected. In the design, heating furnace charging machine manufacturing and application, at present our country compared with foreign advanced level there are still large gaps, China in the design and manufacture of heating furnace charging machine process there are many shortcomings.
The structure is mainly produced by the motor power will need to transfer the power to the gear, and then transferred to the gear through the gear, the gear and the transition to another set of gear, and then through the transition to the worm gear. Design of key parts and the scheme of charging machine were introduced in detail, the main contents include system overall plan design, the choice of motor, actuator design, transmission parts of the design, the flywheel design, shaft design and checking and bearing selection, etc..
This paper introduces the development situation of the filling machine, filling machine structure design principle, analysis of loader and determine the overall scheme, drawing, mechanical drawings charging machine structure design content contained in the calculation, the conclusion and suggestion of structure design.
The research of this thesis:
(1) the overall structure design of loading machine.
(2) analysis of loader working performance.
(3) the choice of motor.
(4) transmission system, executive component loading machine.
(5) the design of components for the design calculation and check.
(6) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.
Key words heating furnace charging machine, transmission device, connecting rod, gear reducer
目 錄
摘 要 II
Abstract III
1 緒論 1
1.1 加熱爐裝料機的發(fā)展史 1
1.2 加熱爐裝料機的用途 1
1.3 加熱爐裝料機的優(yōu)越性 1
1.3.1 加熱爐裝料機的特點 1
1.3.2 加熱爐裝料機與其他工件裝料機的比較 2
1.4加熱爐裝料機減速器 2
2 加熱爐裝料機總體方案 3
2.1 加熱爐裝料機設(shè)計方案 3
2.1.1加熱爐裝料機方案一 3
2.1.2 加熱爐裝料機方案二 3
2.1.3加熱爐裝料機方案三 4
2.1.4加熱爐裝料機方案四 4
2.2 加熱爐裝料機執(zhí)行機構(gòu)的選型與設(shè)計 5
2.3 加熱爐裝料機傳動裝置方案確定 6
3 電動機選擇、傳動系統(tǒng)運動和動力參數(shù)計算 8
3.1電動機的選擇 8
3.2 傳動裝置總傳動比的確定及各級傳動比的分配 10
3.3 總體設(shè)計方案 11
4 圓柱齒輪傳動零件的設(shè)計計算 12
4.1 選擇齒輪材料及精度等級 12
4.2按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 12
4.3 根據(jù)齒根彎曲疲勞強度設(shè)計 14
5 蝸輪蝸桿傳動設(shè)計計算 15
5.1 選擇蝸桿傳動類型 15
5.2 選擇材料 15
5.3 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 15
5.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 17
5.5 校核齒根彎曲疲勞強度 18
5.6 驗算效率 19
5.7 精度等級公差和表面粗糙度的確定 19
5.8 熱平衡核算 19
6 軸的設(shè)計計算 20
6.1 Ⅰ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 20
6.2 Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 23
6.3 Ⅲ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 24
6.4 校核Ⅱ軸的強度 27
7 軸承的選擇和校核 32
7.1 高速軸軸承的校核 32
7.2 低速軸軸承的校核 34
7.3 計算輸入軸軸承 36
7.4 計算輸出軸軸承 38
8 基于虛擬技術(shù)的裝料機設(shè)計及裝配仿真 40
8.1設(shè)計參數(shù) 40
8.2創(chuàng)建齒輪基本圓 40
8.3創(chuàng)建齒廓曲線 41
8.4創(chuàng)建掃引軌跡 44
8.5創(chuàng)建圓柱 45
8.6變截面掃描生成第一個輪齒 47
8.7陣列創(chuàng)建輪齒 48
8.8蝸桿的建模 49
9 工藝設(shè)計及PLC數(shù)控程序的開發(fā) 55
9.1金屬材料的分析 55
9.2 各零部件的材料選擇及工藝分析 57
9.3 主要零件的參數(shù)設(shè)置及加工路徑分析 59
9.4加工程序的編制 71
結(jié)束語 76
參考文獻 77
致謝 78
1 緒論
進入21世紀(jì)，我國工件工業(yè)快速發(fā)展，深加工產(chǎn)業(yè)規(guī)模也在飛速擴大,現(xiàn)有工件機械設(shè)備生產(chǎn)能力小,不能滿足大型加工廠的生成要求。因此,改進和擴大現(xiàn)有工件機械設(shè)備是完全必要的。加熱爐裝料機作為工件加工的基礎(chǔ)設(shè)備， 在我國廣泛應(yīng)用幾十年。生產(chǎn)實踐證明,該設(shè)備對品種、粒度、外在水份等適應(yīng)性強,與其他給料設(shè)備相比,具有運行安全可靠、性能穩(wěn)定、噪音低、維護工作量少等優(yōu)點,仍不失推廣使用的價值。
1.1 加熱爐裝料機的發(fā)展史
運輸機設(shè)備是礦生產(chǎn)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一,給設(shè)備的可靠性,特別是關(guān)鍵咽喉部位給設(shè)備的可靠性,直接影響整個生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行。目前,我國礦使用的給設(shè)備主要是加熱爐裝料機和電振工件裝料機。 加熱爐裝料機最早研制于20世紀(jì)60年代初,70年代,國外工件裝料機發(fā)展?fàn)顩r也與國內(nèi)大相徑庭,并沒有更高的技術(shù)含量,但價格卻是國內(nèi)同類產(chǎn)品的4～5倍。
1.2 加熱爐裝料機的用途
最通用的加熱爐裝料機為K型，一般用于或其他磨琢性小、黏性小的松散粒狀物料的給料。加熱爐裝料機適用于礦井和選廠，將碳經(jīng)倉均勻地裝載到裝料機或其它篩選、貯存裝置上。
1.3 加熱爐裝料機的優(yōu)越性
1.3.1 加熱爐裝料機的特點
(1) 結(jié)構(gòu)簡單,維修量小
在加熱爐裝料機中,電動機和減速器均采用標(biāo)準(zhǔn)件,其余大部分是焊接件,易損部件少,用在礦惡劣條件下,其適用性深受使用單位的好評。
(2) 性能穩(wěn)定
加熱爐裝料機對的牌號,粒度組成,水分、物理性質(zhì)等要求不嚴(yán),當(dāng)來料不均勻,水分不穩(wěn)定且夾有大塊、橡膠帶、木頭及鋼絲等時,仍能正常工作。
(3) 噪音低
加熱爐裝料機是非振動式給料設(shè)備,其噪音發(fā)生源只有電動機和減速器,而這兩個的噪音都很低。尤其在井下或倉等封閉型場所,噪音無法擴散,這一點是電動給料機所無法達到的。
(4) 安裝方便、高度小
加熱爐裝料機一般安裝在倉口,不需另外配制倉口閘門溜槽及電動機支座,安裝可一步到位,調(diào)整工作量小,而電動工件裝料機由于不能直接承受倉壓,需要另外安放倉口過渡溜槽,相比之下,加熱爐裝料機占有高度小,節(jié)省了建筑面積和投資。
1.3.2 加熱爐裝料機與其他工件裝料機的比較
往復(fù)式與振動式工件裝料機兩種給料方式不同點是給料頻率和幅值以及運動軌跡不同。在使用過程中，由于振動式給料機給料頻率高，噪聲也大；由于它是靠高頻振動給料，其振動和頻率受物料密度及比重影響較大，所以，給料量不穩(wěn)定，給料量的調(diào)整也比較困難；由于是靠振動給料，給料機必須起振并穩(wěn)定在一定的頻率和振幅下，但振動參數(shù)對底板受力狀態(tài)很敏感，故底板不能承受較大的倉壓，需增加倉下給料槽的長度，結(jié)果是增加了料倉的整體高度，使工程投資加大；由于給料高度加大，無法用于替換目前大量使用的加熱爐裝料機。減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動、蝸桿傳動或齒輪—蝸桿傳動所組成的獨立部件，常用在動力機與工作機之間作為減速的傳動裝置；在少數(shù)場合下也用作增速的傳動裝置，這時就稱為增速器。減速器由于結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運動準(zhǔn)確可靠、使用維護簡單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機械中應(yīng)用很廣。
1.4加熱爐裝料機減速器
減速器類型很多，按傳動級數(shù)主要分為：單級、二級、多級；按傳動件類型又可分為：齒輪、蝸桿、齒輪-蝸桿、蝸桿-齒輪等。
電動機
聯(lián)軸器
高速軸
中間軸
低速軸
減速器系統(tǒng)框圖
2 加熱爐裝料機總體方案
2.1 加熱爐裝料機設(shè)計方案
設(shè)計方案：
1.采用分離氣缸和定位夾緊氣缸實現(xiàn)物料的運送和分離
2.利用機械手進行送料
3.采用伺服電機控制工作臺進行送料
4、采用電機帶動減速器，然后帶動連桿機構(gòu)實現(xiàn)往復(fù)運動
2.1.1加熱爐裝料機方案一
方案一采用雙作用缸實現(xiàn)物料的分離功能和定位夾緊功能
氣動送料機由兩個基本應(yīng)用模塊組成：物料分離模塊及傳送模塊。物料分離模塊由兩個雙作用氣缸組成，分別實現(xiàn)物料的分離功能和定位夾緊功能。
為保證真空系統(tǒng)的氣流通暢，以提高真空發(fā)生器的真空度，回路4中的真空控制回路不安裝節(jié)流閥。同時，回路4中的所有連接氣管應(yīng)盡可能的短， 以減小空氣流通阻力，提高真空度。
采用氣缸的優(yōu)點：
減少了物料的運送步驟，縮短了加工時間，操作簡單。
缺點：
對物料的放置有很高的精度要求，造價高昂，一般的小型企業(yè)不采用
2.1.2 加熱爐裝料機方案二
方案二利用機械手進行送料
機械手是以小車形式通過鋼繩同滑塊聯(lián)接起來， 由沖床滑塊上升運動牽引小車作前進的水平運動完成送料，由通過鋼繩連接的重物使小車作復(fù)位運動。
由小車機械手將工件送至沖床下進行沖孔，提高了生產(chǎn)效率，保證了質(zhì)量，改善了勞動強度，確保了人生安全。
采用機械手送料的優(yōu)點：
送料與沖床節(jié)拍相同，可以連續(xù)生產(chǎn)。
缺點：
首先由于整個過程均由機械手實現(xiàn)，所以對機械手的要求度很高，其次，如果工件大小不一要經(jīng)常更換。
2.1.3加熱爐裝料機方案三
方案三采用伺服電機控制工作臺進行送料
由單片機產(chǎn)生驅(qū)動脈沖信號，步進電機的驅(qū)動器收到驅(qū)動脈沖信號后，步進電機將會按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，將電脈沖轉(zhuǎn)化成交位移。電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率來控制決定，再由電機控制工作臺進行送料沖壓。
優(yōu)點：
1、可以連續(xù)生產(chǎn)，并且能實現(xiàn)一人控制幾臺機器
2、可靠性高，由于送料機構(gòu)外部由步進電機控制，所以每次的行程都是固定值。
3、低功耗，低電壓。在許多沒有電力供應(yīng)的應(yīng)用場合，較低的功耗和工作電壓是生產(chǎn)便捷化的必要條件。
4、維護方便，經(jīng)濟實用。
加熱爐裝料機結(jié)構(gòu)是由電動機、減速器、聯(lián)軸器、H形架、連桿、底板(給料槽)、傳動平臺、漏斗閘門、托輥等組成。
2.1.4加熱爐裝料機方案四
方案四采用電機帶動減速器，然后帶動連桿機構(gòu)實現(xiàn)往復(fù)運動
傳動原理：當(dāng)電動機開動后，經(jīng)彈性聯(lián)軸器、減速器、曲柄連桿機構(gòu)拖動傾斜的底板在托輥上作直線往復(fù)運動，當(dāng)?shù)装逭袝r,將倉和槽形機體內(nèi)的帶到機體前端;底板逆行時,槽形機體內(nèi)的被機體后部的斜板擋住,底板與之間產(chǎn)生相對滑動,機體前端的自行落下。將均勻地卸到運輸機械或其它篩選設(shè)備上。該機設(shè)有帶漏斗、帶調(diào)節(jié)閥門和不帶漏斗、不帶調(diào)節(jié)閥門兩種形式。
綜合以上的比較，選擇方案4來設(shè)計加熱爐裝料機機構(gòu)。
2.2 加熱爐裝料機執(zhí)行機構(gòu)的選型與設(shè)計
（1）機構(gòu)分析
① 執(zhí)行機構(gòu)由電動機驅(qū)動，電動機功率2kw，原動件輸出等速圓周運動。傳動機構(gòu)應(yīng)有運動轉(zhuǎn)換功能，將原動件的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的直線往復(fù)運動，因此應(yīng)有急回運動特性。同時要保證機構(gòu)具有良好的傳力特性，即壓力角較小。
② 為合理匹配出力與速度的關(guān)系，電動機轉(zhuǎn)速快扭矩小，因此應(yīng)設(shè)置蝸桿減速器，減速增扭。
（2）機構(gòu)選型
方案一：用擺動導(dǎo)桿機構(gòu)實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換功能。
方案二：用偏置曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換功能。
方案三：用曲柄搖桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)組合，實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換功能。
方案三
方案二
方案一
（3）方案評價
方案一：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸適中，最小傳動角適中，傳力性能良好，且慢速行程為工作行程，快速行程為返回行程，工作效率高。
方案二：結(jié)構(gòu)簡單，但是不夠緊湊，且最小傳動角偏小，傳力性能差。
方案三：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且滑塊會有一段時間作近似停歇，工作效率低，不能滿足工作周期4.3秒地要求。
綜上所述，方案一作為裝料機執(zhí)行機構(gòu)的實施方案較為合適。
（4）機構(gòu)設(shè)計
急回系數(shù)k定為2，則, , 得。
簡圖如下：暫定機架長100mm，則由可得曲柄長50mm，導(dǎo)桿長200mm。
（5）性能評價
圖示位置即為最小位置,經(jīng)計算。性能良好。
2.3 加熱爐裝料機傳動裝置方案確定
（1）傳動方案設(shè)計
由于輸入軸與輸出軸有相交，因此傳動機構(gòu)應(yīng)選擇錐齒輪或蝸輪蝸桿機構(gòu)。
方案一：二級圓錐——圓柱齒輪減速器。
方案二：齒輪——蝸桿減速器。
方案三：蝸桿——齒輪減速器。
方案三
方案二
方案一
（2）方案評價
由于工作周期為4.3秒，相當(dāng)于14r/min, 而電動機同步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min,故總傳動比為71或107 , 較大，因此傳動比較小的方案一不合適，應(yīng)在方案二與方案三中選。而方案二與方案三相比，結(jié)構(gòu)較緊湊，且蝸桿在低速級，因此方案二較為合適。
3 電動機選擇、傳動系統(tǒng)運動和動力參數(shù)計算
3.1電動機的選擇
1.確定電動機類型
按工作要求和條件,選用y系列三相交流異步電動機。
2.確定電動機的容量
由于曲柄軸的功率為3.5KW,曲柄軸的角速度為4.25rad/s
根據(jù)周期計算公式
3.選擇電動機轉(zhuǎn)速
由[2]表13-2推薦的傳動副傳動比合理范圍
圓柱齒輪傳動 i齒小于8
蝸輪蝸桿傳動 i齒=8～40
則傳動裝置總傳動比的合理范圍為
i‘總=（2～8）×（8～40）=（16～200）
電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為
故電動機轉(zhuǎn)速可選范圍為。符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速
根據(jù)電動機所需功率和同步轉(zhuǎn)速，查[2]表12-1，符合這一范圍的常用同步轉(zhuǎn)速有1500、1000。
估算由電動機至運輸帶的傳動的總效率為
為聯(lián)軸器的傳動效率根據(jù)設(shè)計指導(dǎo)書參考表1初選
為蝸桿傳動的傳動效率
為軸承的傳動效率出選
為卷筒的傳動效率出選
估算由電動機至運輸帶的傳動的總效率為
為聯(lián)軸器的傳動效率根據(jù)設(shè)計指導(dǎo)書參考表1初選
為蝸桿傳動的傳動效率
為軸承的傳動效率出選
為卷筒的傳動效率出選
為一對齒輪的傳動效率出選
工作機所需的功率：
4 確定電動機的型號
選上述不同轉(zhuǎn)速的電動機進行比較，查《機械基礎(chǔ)》P499附錄50及相關(guān)資料得電動機數(shù)據(jù)和計算出總的傳動比，列于下表：
表3-1 電機參數(shù)比較表
方案
電機型號
額定功率kW
電機轉(zhuǎn)速r/min
電機質(zhì)量kg
參考
價格（元）
同步
轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
1
Y132S-4
5.5
1500
1440
38
760
2
Y132M2-6
5.5
1000
940
63
1022
3
Y160M2-8
5.5
750
710
79
800
選用同步轉(zhuǎn)速為:1500 r/min
為降低電動機重量和價格，由表二選取同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的Y系列電動機，型號為Y132S-4。
查《機械基礎(chǔ)》P500附錄51，得到電動機的主要參數(shù)以及安裝的有關(guān)尺寸(mm)，見以下兩表：
具體參數(shù)表如下：
表3-2 電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)
電動機型號
額定功率
（kw）
同步轉(zhuǎn)速
（r/min）
滿載轉(zhuǎn)速
（r/min）
Y132S-4
5.5
1500
1440
2.2
2.2
圖3-1
3.2 傳動裝置總傳動比的確定及各級傳動比的分配
1.傳動裝置總傳動比
==
式中nm----電動機滿載轉(zhuǎn)速:1440r/min;
nw----工作機的轉(zhuǎn)速:40.60 r/min。
2.分配傳動裝置各級傳動比
齒輪傳動比為0.7，
那么取蝸輪蝸桿減速比為50
其中、、、分別為
3.3 總體設(shè)計方案
4 圓柱齒輪傳動零件的設(shè)計計算
4.1 選擇齒輪材料及精度等級
根據(jù)傳動方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動。
運輸機為一般工作機器，速度不高，選用7級精度，要求齒面粗糙度。
因為載荷中有輕微振動，傳動速度不高，傳動尺寸無特殊要求，屬于一般的齒輪傳動，故兩齒輪均可用軟齒面齒輪。查《機械設(shè)計》P322表14－10，小齒輪選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度236HBS；大齒輪選用45號鋼，正火處理，硬度為190HBS。
取小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)，使兩齒輪的齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，取值,選取螺旋角。初選螺旋角
由表[1]?。ㄒ蚍菍ΨQ布置及軟齒面）。
4.2按齒面接觸疲勞強度設(shè)計
因兩齒輪均為鋼制齒輪，所以由課本公式得：
確定有關(guān)參數(shù)如下：
1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1)試選=1.2
2）選取區(qū)域系數(shù) Z=2.43
3）
則
4)計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
5)由表10-7選取齒寬系數(shù)=0.9
6）由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)
（4）、許用接觸應(yīng)力
由圖[1]查得，
由式[1]計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
由圖[1]查得接觸疲勞的壽命系數(shù)，
通用齒輪和一般工業(yè)齒輪按一般可靠度要求選取安全系數(shù)。所以計算兩輪的許用接觸應(yīng)力：
故得：
則模數(shù)：
由表[1]取初步選擇標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：
（5）、校核齒根彎曲疲勞強度
4.3 根據(jù)齒根彎曲疲勞強度設(shè)計
由式（10-17）
（1） 確定計算參數(shù)
1） 計算載荷系數(shù)
2） 根據(jù)縱向重合度從圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)
3） 計算當(dāng)量齒數(shù)
4） 查齒形系數(shù)
由表10-5查得,
5)查應(yīng)力校正系數(shù)
由表10-3查得，,
6)由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限
7）由圖10-18取彎曲疲勞系數(shù),
8）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得
9）計算大小齒輪的,并加以比較
大齒輪的數(shù)值較大
（1） 設(shè)計計算
對比計算結(jié)果，由齒根接觸疲勞強度計算法面模數(shù)大于齒面彎曲疲勞強度計算帶模數(shù)，去，以滿足彎曲強度。
確定有關(guān)參數(shù)和系數(shù)：
5 蝸輪蝸桿傳動設(shè)計計算
5.1 選擇蝸桿傳動類型
根據(jù)GB/T10085—1988的推薦,采用漸開線蝸桿(ZI) 。
5.2 選擇材料
考慮到蝸桿傳動功率不大,速度只是中等,故蝸桿采用45鋼;因希望效率高些,耐磨性好些,故蝸桿螺旋齒面要求淬火,硬度為45～55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬,僅齒圈用青銅制造,而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。
5.3 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計
根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則,先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計,再校核齒根彎曲疲勞強度。由教材【1】P254式(11—12),傳動中心距
(1) 確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩=1274.26 Nm
(2)確定載荷系數(shù)K
因工作載荷有輕微沖擊,故由教材【1】P253取載荷分布不均系數(shù)=1;由教材P253表11—5選取使用系數(shù)由于轉(zhuǎn)速不高,沖擊不大,可取動載系數(shù);則由教材P252
(3)確定彈性影響系數(shù)
因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故=160。
(4)確定接觸系數(shù)
先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值=0.35從教材P253圖11—18中可查得=2.9。
(5)確定許用接觸應(yīng)力
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造, 蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC,可從從教材【1】P254表11—7查得蝸輪的基本許用應(yīng)力=268。由教材【1】P254應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60=60127.28（2810365）=9.56
j為蝸輪每轉(zhuǎn)一周每個輪齒嚙合的次數(shù)j=1
兩班制，每班按照8小時計算，壽命10年。
壽命系數(shù)
則
(6)計算中心距
(6)取中心距a=200mm,因i=50,故從教材【1】P245表11—2中取模數(shù)m=6.3mm, 蝸輪分度圓直徑=63mm這時=0.315從教材【1】P253圖11—18中可查得接觸系數(shù)=2.9因為=,因此以上計算結(jié)果可用。
5.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
(1) 蝸桿
軸向尺距mm;直徑系數(shù);
齒頂圓直徑;
齒根圓直徑;
蝸桿齒寬B1>=(9.5+0.09)m+25=112mm
蝸桿軸向齒厚mm；分度圓導(dǎo)程角;
(2) 蝸輪
蝸輪齒數(shù)53;
變位系數(shù)mm;
演算傳動比mm,這時傳動誤差比為, 是允許的。
蝸輪分度圓直徑mm
蝸輪喉圓直徑=346.5mm
蝸輪齒根圓直徑
蝸輪咽喉母圓半徑
蝸桿和軸做成一體，即蝸桿軸。由參考文獻【1】P270圖蝸輪采用齒圈式，青銅輪緣與鑄造鐵心采用H7/s6配合，并加臺肩和螺釘固定，螺釘選6個
5.5 校核齒根彎曲疲勞強度
當(dāng)量齒數(shù)
根據(jù)從教材【1】P255圖11—19中可查得齒形系數(shù)
螺旋角系數(shù)
從教材P25知許用彎曲應(yīng)力
從教材【1】P256表11—8查得由ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力=56
由教材P255壽命系數(shù)
<56Mpa可見彎曲強度是滿足的。
5.6 驗算效率
已知=;;與相對滑動速度有關(guān)。
從教材P【1】264表11—18中用插值法查得=0.0264, 代入式中得=0.884,大于原估計值,因此不用重算。
5.7 精度等級公差和表面粗糙度的確定
考慮到所設(shè)計的蝸桿傳動是動力傳動,屬于通用機械減速器,從GB/T10089—1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇7級精度,則隙種類為f,標(biāo)注為8f GB/T10089—1988。然后由參考文獻【3】P187查得蝸桿的齒厚公差為 =71μm, 蝸輪的齒厚公差為 =130μm;蝸桿的齒面和頂圓的表面粗糙度均為1.6μm, 蝸輪的齒面和頂圓的表面粗糙度為1.6μm和3.2μm。
5.8 熱平衡核算
初步估計散熱面積：
取(周圍空氣的溫度)為。
6 軸的設(shè)計計算
6.1 Ⅰ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1．選擇軸的材料及熱處理方法
查[1]表15-1選擇軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45；根據(jù)齒輪直徑，熱處理方法為正火。
2．確定軸的最小直徑
查[1]的扭轉(zhuǎn)強度估算軸的最小直徑的公式：
mm
再查 [1]表15-3，
考慮鍵：因為鍵槽對軸的強度有削弱作用，開有一個鍵槽，所以軸的軸徑要相應(yīng)增大
mm
3．確定各軸段直徑并填于下表內(nèi)
名稱
依據(jù)
單位
確定結(jié)果
mm
且由前面的齒輪的設(shè)
計可得，齒輪的孔徑為30，mm
＝30
＝30
查 [2]表7-12 35
35
因為處裝軸承，所以只要＞即可，選取7類軸承，查 [2]表6-6，選取7208AC，故 ＝40
＝40
46
由于是齒輪軸所以等于高速級小齒輪的分度圓直徑：
40
40
4．選擇軸承潤滑方式，確定與軸長有關(guān)的參數(shù)。
查 [2]（2）“潤滑方式”，及說明書“（12）計算齒輪圓周速度” = 1.54，故選用脂潤滑。
將與軸長度有關(guān)的各參數(shù)填入下表
名稱
依據(jù)
單位
確定結(jié)果
箱體壁厚
查 [2]表11-1
8
地腳螺栓直徑及數(shù)目n
查 [2]表11-1
查 [2]表3-13， ?。?0，
＝16
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
查 [2]表11-1
查 [2]表3-9，?。?6
＝12
軸承旁聯(lián)接螺栓扳手空間、
查 [2] 表11-1
軸承蓋聯(lián)接螺釘直徑
查 [2]表11-2
查 [2]表11-10，得當(dāng)取
軸承蓋厚度
查 [2]表11-10
，
小齒輪端面距箱體內(nèi)壁距離
查 [2]
=10
軸承內(nèi)端面至箱體內(nèi)壁距離
查 [2] 因為選用脂潤滑，所以
＝10
軸承支點距軸承寬邊端面距離a
查 [2]表6-6，選取7208AC軸承，
故
5.計算各軸段長度。
名稱
計算公式
單位
計算結(jié)果
由于與大齒輪配合，則：
63
由公式
＝56
由公式
32
由公式
＝110.5
齒輪1輪轂寬度：
＝65
由公式
＝40
L（總長）
＝365.5
（支點距離）
＝197.5
6.2 Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1．選擇軸的材料及熱處理方法
查[1]表15-1選擇軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45；根據(jù)齒輪直徑，熱處理方法為正火回火。
2．確定軸的最小直徑
查[1]的扭轉(zhuǎn)強度估算軸的最小直徑的公式：
=(126~103)
再查 [1]表15-3，
3．確定各軸段直徑并填于下表內(nèi)
名稱
依據(jù)
單位
確定結(jié)果
由于和軸承配合，取標(biāo)準(zhǔn)軸徑為：
=45
由于和齒輪配合，取
查 [2]表1-6，取＝50
=50
查 [2]表1-6，取=60
=60
與高速級大齒輪配合，?。?
＝=45
＝45
4．選擇軸承潤滑方式，確定與軸長有關(guān)的參數(shù)。
查 [2]（二）“滾動軸承的潤滑”，及說明書“六、計算齒輪速度” ，故選用脂潤滑。
將與軸長度有關(guān)的各參數(shù)填入下表
名稱
依據(jù)
單位
確定結(jié)果
軸承支點距軸承寬邊端面距離a
選用7209AC軸承，查 [2]表6-6
得
5.計算各軸段長度
名稱
計算公式
單位
計算結(jié)果
＝43
＝93
＝10
齒輪配合長度：
＝58
＝45.5
L（總長）
L＝249.5
（支點距離）
196.1
6.3 Ⅲ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1．選擇軸的材料及熱處理方法
查[1]表15-1選擇軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45；根據(jù)齒輪直徑，熱處理方法為正火回火。
2．確定軸的最小直徑
查[1]的扭轉(zhuǎn)強度估算軸的最小直徑的公式：
=
再查 [1]表15-3，
考慮鍵：因為鍵槽對軸的強度有削弱作用，開有一個鍵槽，所以軸的軸徑要相應(yīng)增大
3．確定各軸段直徑并填于下表內(nèi)
名稱
依據(jù)
單位
確定結(jié)果
由于與聯(lián)軸器配合，配合軸徑為d1=60mm
＝60
考慮聯(lián)軸器定位：
查 [2]表7-12，?。?0
＝70
為了軸承裝配的方便： ，取符合軸承標(biāo)準(zhǔn)孔徑大小為
＝75
考慮軸肩定位，查（1）表1-16，取標(biāo)準(zhǔn)值=86
＝86
考慮齒輪的定位：
92
由于與齒輪配合=80mm
=80
由于軸承配合：＝＝75
＝75
4．選擇軸承潤滑方式，確定與軸長有關(guān)的參數(shù)。
查 [2]（二）“滾動軸承的潤滑”，及說明書“六、計算齒輪速度”， ，故選用脂潤滑。將與軸長度有關(guān)的各參數(shù)填入下表
名稱
依據(jù)
單位
確定結(jié)果
軸承支點距軸承寬邊端面距離a
選用7015AC軸承，查 [2]表6-6
得
5.計算各軸段長度
名稱
計算公式
單位
計算結(jié)果
選聯(lián)軸器軸孔長度為107mm，則：
105
由公式
＝47
由公式
＝39
由公式
＝73
由公式
＝10
配合齒輪4：
88
＝51.5
L（總長）
413.5
（支點距離）
＝184.3
6.4 校核Ⅱ軸的強度
齒輪的受力分析：
斜齒輪上的圓周力：；徑向力：；軸向力：
分別將:
代入以上3式，得：
表6.4 和軸長度有關(guān)的參數(shù)
齒輪2上的圓周力
齒輪上的徑向力
齒輪上的軸向力
3189.49
1195.80
788.14
齒輪3上的圓周力
齒輪上的徑向力
齒輪上的軸向力
4958.7
2720.77
1750.14
求支反力、繪彎矩、扭矩圖
軸Ⅱ受力簡圖
圖4.6 Ⅱ軸的受力圖
其中， 方向均向外；方向都指向軸心；向左，向右。
1.垂直平面支反力，如圖a)
軸向力平移至軸心線形成的彎矩分別為：
2.垂直平面彎矩圖，如圖b)
計算特殊截面的彎矩：
3.水平平面支反力，如圖c)
4.水平平面彎矩圖,如圖d)
計算特殊截面的彎矩：
5.合成彎矩圖, 如圖e)
6.扭矩圖,如圖f)
2．按彎扭合成校核軸的強度
（1）確定軸的危險截面
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和彎矩圖可知：截面3受到的合力矩最大，且大小為：
（2）按彎矩組合強度校核軸危險截面強度
（軸的抗彎截面系數(shù)，初選鍵：b=12,t=5,d=50;解得W=11050.63 mm3）
取，則：
查表15-1得[]=60mpa,因此,故安全。
7 軸承的選擇和校核
7.1 高速軸軸承的校核
①根據(jù)軸承型號30307查設(shè)計手冊取軸承基本額定動載荷為：C=75200N；基本額定靜載荷為：
② 求兩軸承受到的徑向載荷
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個平面力系。有力分析可知：
③求兩軸承的計算軸向力
對于圓錐滾子軸承，軸承派生軸向力，Y由設(shè)計手冊查得為1.9，因此可以估算：
則軸有向右竄動的趨勢，軸承1被壓緊，軸承2被放松
④求軸承當(dāng)量動載荷
查設(shè)計手冊知e=0.31
查課本表13-5得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)
軸承1
軸承2
因軸承運轉(zhuǎn)中有輕微沖擊,查課本表13-6得 則
⑤ 驗算軸承壽命
因為,所以按軸承1的受力大小驗算
選擇軸承滿足壽命要求.
7.2 低速軸軸承的校核
①根據(jù)軸承型號30306查設(shè)計手冊取軸承基本額定動載荷為：C=59000N；基本額定靜載荷為：
② 求兩軸承受到的徑向載荷
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個平面力系。有力分析可知：
③求兩軸承的計算軸向力
對于圓錐滾子軸承，軸承派生軸向力，Y由設(shè)計手冊查得為1.9，因此可以估算：
則軸有向左竄動的趨勢，軸承1被壓緊，軸承2被放松
④求軸承當(dāng)量動載荷
查設(shè)計手冊知e=0.31
查課本表13-5得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)
軸承1
軸承2
因軸承運轉(zhuǎn)中有輕微沖擊,查課本表13-6得 則
⑤ 驗算軸承壽命
因為,所以按軸承1的受力大小驗算
選擇軸承滿足壽命要求.
兩班制，每班按照8小時計算，壽命10年。
=2810365=58400小時。
7.3 計算輸入軸軸承
初選兩軸承30208型單列圓錐滾子軸承查參考文獻【3】可知蝸桿承軸Ⅰ30208兩個，蝸輪軸承30213兩個，(GB/T297-1994)表6：
軸承代號
基本尺寸/mm
計算系數(shù)
基本額定/kN
d
D
T
a
受力點
e
Y
動載荷Cr
靜載荷Cor
30208
40
80
19.75
16.9
0.37
1.6
63.0
74.0
30212
60
110
23.75
22.4
0.4
1.5
103
130
圖七
(1)求兩軸承受到的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面圖(2)和水平面圖(3)兩個平面力系。其中圖(3)中的為通過另加轉(zhuǎn)矩而平移到指定軸線;圖(1)中的亦通過另加彎矩而平移到作用于軸線上。由力分析知:
N
（2）求兩軸承的計算軸向力
對于30208型軸承,按教材P322表13-7,其中,e為教材P321表13-5中的判斷系數(shù)e=0.37,因此估算
按教材P322式(13-11a)
=284N
(3)求軸承當(dāng)量動載荷和
因為
46720h故所選軸承滿足壽命要求。
7.4 計算輸出軸軸承
初選兩軸承為30212型圓錐滾子軸承查圓錐滾子軸承手冊可知其基本額定動載荷=103KN基本額定靜載荷=130KN
(1)求兩軸承受到的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面圖(2)和水平面圖(3)兩個平面力系。其中圖(3)中的為通過另加轉(zhuǎn)矩而平移到指定軸線;圖(1)中的亦通過另加彎矩而平移到作用于軸線上。由力分析知: N
（2）求兩軸承的計算軸向力
對于30213型軸承,按教材P322表13-7,其中,e為教材P321表13-5中的判斷系數(shù)e=0.4,因此估算
按教材P322式(13-11a)
=415N
(3) 求軸承當(dāng)量動載荷和
46720h故所選軸承滿足壽命要求
8 基于虛擬技術(shù)的裝料機設(shè)計及裝配仿真
8.1設(shè)計參數(shù)
打開PROE，在菜單中點擊工具，選擇菜單，然后設(shè)置參數(shù)，如下圖
8.2創(chuàng)建齒輪基本圓
（1）繪制蝸輪基本圓曲線。在工具欄內(nèi)單擊按鈕，彈出“草繪”對話框，選擇“FRONT”面作為草繪平面，選取“RIGHT”面作為參考平面，參考方向為向“右”，如圖3-189所示；單擊【草繪】進入草繪環(huán)境；
（2）進入草繪以后，點擊圓，畫4個圓，退出草圖，然后設(shè)置參數(shù)
8.3創(chuàng)建齒廓曲線
（1）創(chuàng)建漸開線。在工具欄內(nèi)單擊按鈕，彈出“曲線選項”對話框，點擊從方程，單擊選取基準(zhǔn)坐標(biāo)系PRT_CSYS_DEF作為參照。系統(tǒng)彈出設(shè)置坐類型菜單管理器，單擊笛卡爾在系統(tǒng)彈出的記事本窗口中輸入曲線方程為：
r=72.66/2
Theta=t*45
x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180
y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180
z=0
(3)在曲線定義對話框內(nèi)，點擊確定完成漸開線的創(chuàng)建。如圖：
（4) 鏡像漸開線。在工具欄內(nèi)單擊按鈕，創(chuàng)建分度圓曲線與漸開線的交點，如圖所示：
（5）在工具欄內(nèi)單擊按鈕，彈出“基準(zhǔn)軸”對話框，通過2個面創(chuàng)建一條基準(zhǔn)軸。如下圖：
（6）在工具欄內(nèi)單擊按鈕，彈出“基準(zhǔn)平面”對話框，選擇一條基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)點創(chuàng)建一個基準(zhǔn)平面。如圖
（7）在工具欄內(nèi)單擊按鈕，彈出“基準(zhǔn)平面”對話框，在“旋轉(zhuǎn)”文本框內(nèi)輸入旋轉(zhuǎn)角度為3，在“基準(zhǔn)平面”對話框內(nèi)單擊確定完成基準(zhǔn)平面的創(chuàng)建，如圖
（8）單擊選取漸開線，點擊鏡像單擊選取“DTM3”面作為參照平面，單擊√完成漸開線的創(chuàng)建。
8.4創(chuàng)建掃引軌跡
（1）創(chuàng)建投影曲面。在工具欄內(nèi)單擊旋轉(zhuǎn)按鈕，彈出“旋轉(zhuǎn)”定義操控面板，在面板內(nèi)選擇曲面旋轉(zhuǎn)，然后單擊 “放置”→ “定義”，彈出“草繪”定義對話框，用DTM3作為平面。
（2）單擊草繪，繪制如圖：
（4）在工具欄內(nèi)單擊基準(zhǔn)平面按鈕，設(shè)置基準(zhǔn)平面，以中心軸和DMT2為參照，繪制出DMT3。
（5）創(chuàng)建投影線。在主菜單內(nèi)依次單擊 “編輯”→ “投影”，彈出“投影”操作面板，選擇一個平面，方向→，再選擇DMT3
在點擊參照，選擇草繪投影，以DMT3為投影，方向為底部進入草繪
8.5創(chuàng)建圓柱
（1）選擇拉伸選項，以FOROTN面為平面，方向相右，繪制一個直徑為88.25的圓，完成草圖。然后選擇對稱，深度為30、
（2）、創(chuàng)建倒角選擇倒角按鈕，選擇倒角為2.5
（3）在工具欄內(nèi)單擊旋轉(zhuǎn)按鈕，彈出“旋轉(zhuǎn)”操控面板，在操控面板內(nèi)單擊【位置】按鈕，然后單擊【定義】按鈕，彈出“草繪”定義對話框，單擊草繪按鈕進入草繪環(huán)境，繪制如圖單擊√按鈕完成草圖的繪制。
（4）在操控面板內(nèi)單擊按鈕，單擊√按鈕完成后的蝸輪如圖
8.6變截面掃描生成第一個輪齒
（1）在工具欄內(nèi)單變截面掃操控面板，單擊參照按鈕彈出一個上滑面板，按如圖所示的設(shè)置定軌跡
（2）在操控面板內(nèi)，單擊選項按鈕彈出一個上滑面板，在下拉列表框中選擇“恒定剖面”選項
（3）在操控面板內(nèi)，單擊按鈕進入草繪環(huán)境，繪制如圖所示的草圖，單擊按鈕√完成草圖繪制。
（4）在操控面板內(nèi)，單擊按鈕，單擊√按鈕完成后的特征如圖29所示。
（5）創(chuàng)建另外半個齒輪。按上述（1）-（4）步驟進行操作，不同地方是在第（1）步驟的軌跡選取中，選取另一條投影線。設(shè)置參數(shù)
8.7陣列創(chuàng)建輪齒
首先單擊選取已經(jīng)創(chuàng)建好的輪齒，然后在工具欄內(nèi)單擊按鈕，彈出“陣列”的控制面板
完成如圖
最后再實行渦輪的修整，點擊旋轉(zhuǎn)以RIGHT為平面進入草繪，創(chuàng)建如圖
完成草繪，旋轉(zhuǎn)以后如圖
最后通孔，選擇拉伸，進入草繪，繪制如圖
完成草繪，然后去除材料，如圖
8.8蝸桿的建模
1.建立新零件，，使用三個平面
2設(shè)置參數(shù)：
3.（1建立基準(zhǔn)平面DTM1，TOP平面往下偏距，編輯關(guān)系式DO=（M*Z2-M*Q）/2
（2）建立蝸桿軸線A1，F(xiàn)RONT平面與TOP的交線
（3）建立軸線A2，RIGHT平面與DTM1的交線。
（4）建立直角坐標(biāo)系CSO，x垂直與TOP平面向上，y垂直與FRONT平面向外，z垂直與RIGHT平面向右。
（5）建立坐標(biāo)系CS1，X垂直與DTM1平面向上，Y垂直與RIGHT平面向右，Z垂直與FRONT平面向里。
（6）建立直角坐標(biāo)系CS2，參照為CS1，相對Z軸旋轉(zhuǎn)角度D3=360/（4*Z2）.
4. 建立螺旋線，圓柱坐標(biāo)系為CS0，方程為
R=m*q/2
Theta=-t*tx*360
Z=-T*LA
5．草繪曲線，草繪平面為FRONT，參照基準(zhǔn)為頂TOP，草繪參照為A2軸線。畫四個同心圓，圓心在A2軸線上，從外到里為D10,D9,D8,D7,并建立關(guān)系。
D9=M*Z2
D10=D2+2*M
D8=D2*COS(ALPHA_T)
D7=D2-2.4*M
完成后如圖所示：
7、講上面的漸開線沿RIGHT平面鏡像。完成后如圖：
8，將第五步所做的草繪曲線及上面兩條漸開線向左移動。設(shè)置關(guān)系為D11=LA，完成后如圖：
9.建立伸出項，草繪平面RIGHT，參照頂TOP，雙側(cè)拉伸。草繪參照為A1軸線。以A1為參照畫一個圓， 設(shè)置關(guān)系：直徑大笑D21=M*Q-2.4*M,深度D20=2*LA.完成后如圖：
10．建立掃描混合特征，參照如下圖所示：
原點軌跡為第4步建立螺旋線。草繪兩界面，螺旋線的開始與結(jié)束為兩界面的定位點。界面如圖：
選擇通過邊創(chuàng)建圖元，選擇兩漸開線及草繪曲線的最外和最里的開弧線，降漸開線和最里的圓弧線倒圓角，將圓角大小添加到草繪關(guān)系里：sd4=0.38*m。完成第一剖面繪制。接著同樣完成第二個剖面的繪制。完成后如圖：
11.將上面完成的掃描特征沿A1軸陣列，個數(shù)為z1，角度為360/Z1、完成后如圖：
12．建立基準(zhǔn)點PNTO，鏡像后的漸開線與草繪曲線的交點。
13.通過PNTO，平行也RIGHT做一個DTM2。
14建立旋轉(zhuǎn)切剪特征，草繪平面FORNT，草繪參照為A1軸線和DTM2。草繪如下：
完成后編輯關(guān)系，長度尺寸：d106=1
直徑尺寸：d105=m*(q+3)
倒角尺寸：d107=d108=1.5*m
成后如圖：
9 工藝設(shè)計及PLC數(shù)控程序的開發(fā)
9.1金屬材料的分析
9.1.1材料
機械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金，非金屬材料如塑料、橡膠等，在機械制造中也得到廣泛的應(yīng)用。
金屬材料主要指鑄鐵和鋼，它們都是鐵碳合金，它們的區(qū)別主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大于2%的稱為鐵。
1.鑄鐵
常用的鑄鐵有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。其中灰鑄鐵和球墨鑄鐵屬脆性材料，不能輾壓和鍛造，不易焊接，但具有適當(dāng)?shù)囊兹坌院土己玫囊簯B(tài)流動性，因而可鑄成形狀復(fù)雜的零件。灰鑄鐵的抗壓強度高，耐磨性、減振性好，對應(yīng)力集中的敏感性小，價格便宜，但其抗拉強度較鋼差?；诣T鐵常用作機架或殼座。球墨鑄鐵強度較灰鑄鐵高且具有一定的塑性，球墨鑄鐵可代替鑄鋼和鍛鋼用來制造曲軸、凸輪軸、油泵齒輪、閥體等。
2.鋼
鋼的強度較高，塑性較好，可通過軋制、鍛造、沖壓、焊接和鑄造方法加工各種機械零件，并且可以用熱處理和表面處理方法提高機械性能，因此其應(yīng)用極為廣泛。
鋼的類型很多，按用途分，鋼可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用途鋼。結(jié)構(gòu)鋼可用于加工機械零件和各種工程結(jié)構(gòu)。工具鋼可用于制造各種刀具、模具等。特殊用途鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐腐蝕鋼）主要用于特殊的工況條件下。按化學(xué)成分鋼可分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量，含碳量越多，其強度越高，但塑性越低。碳素鋼包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（如Q215、Q235）一般只保證機械強度而不保證化學(xué)成分，不宜進行熱處理，通常用于不太重要的零件和機械結(jié)構(gòu)中。碳素鋼的性能主要取決于其含碳量。低碳鋼的含碳量低于0.25%，其強度極限和屈服極限較低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺釘、螺母、墊圈和焊接件等。含碳量在0.1%~0.2%的低碳鋼零件可通過滲碳淬火使其表面硬而心部韌，一般用于制造齒輪、鏈輪等要求表面耐磨而且耐沖擊的零件。中碳鋼的含碳量在0.3%~0.5%之間，它的綜合力學(xué)性能較好，因此可用于制造受力較大的螺栓、螺母、鍵、齒輪和軸等零件。含碳量在0.55%~0.7%的高碳鋼具有高的強度和剛性，通常用于制作普通的板彈簧、螺旋彈簧和鋼絲繩。合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳鋼中加入某些合金元素冶煉而成。每一種合金元素低于2%或合金元素總量低于5%的稱為低合金鋼。每一種合金元素含量為2%~5%或合金元素總含量為5%~10%的稱為中