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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923810 學(xué)生姓名： 曹菊菊 指導(dǎo)教師： 陳偉明 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 橡膠切割機 的改進(jìn)設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的成 果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表 示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、 集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 97 學(xué) 號： 0923810 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 本課題是由實際生產(chǎn)應(yīng)用中提出的，并且能夠達(dá)到實際要求。 隨著社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展，橡膠制品的需求和應(yīng)用越來越廣泛。 橡膠切割機的開發(fā)改進(jìn)漸漸被國家和許多企業(yè)提上日程。由于我國 在這方面的起點比較低，以前橡膠切割機大多需要從國外進(jìn)口，我 國的切割技術(shù)長期處于落后狀態(tài)，但由于近幾年來需求越來越大， 考慮到經(jīng)濟及技術(shù)方面的情況，我國急需改變這種依附進(jìn)口來實現(xiàn) 發(fā)展的現(xiàn)狀。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，我國切割機生產(chǎn)廠家也漸漸發(fā) 展起來，技術(shù)也蒸蒸日上，并日臻成熟。在近幾年的切割行業(yè)得到 了飛速發(fā)展， 相信在不久的將來，我們就會實現(xiàn)在切割行業(yè)完全依 靠自己的目標(biāo)。在這個背景下提出了此課題。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 了解橡膠切割機行業(yè)的背景、現(xiàn)狀和發(fā)展歷程； 了解電動機和減速器的選型依據(jù)； II 熟練掌握帶傳動的選型及設(shè)計原理； 熟練掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，受力分析與計算； 掌握熟練使用 AUTOcad 進(jìn)行的繪制相應(yīng)的圖紙； 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機械 97 班 姓名 曹菊菊 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所 所長簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 橡膠切割機是一種常用的機械裝置，其主要功能是幫助廣大用戶快速完成切割橡膠， 切割效率是人工的十倍以上。如此高效率的橡膠切割機就是為了橡膠生產(chǎn)企業(yè)專門制作 的，橡膠切割機產(chǎn)生就節(jié)省了大量的人工費用，大大提高了切割效率。 本課題由實際生產(chǎn)應(yīng)用中提出，并且能夠達(dá)到實際要求。隨著社會、經(jīng)濟的快速發(fā) 展，橡膠制品的需求和應(yīng)用越來越廣泛。橡膠切割機的開發(fā)和改進(jìn)漸漸被國家和許多企 業(yè)提上日程。以前我國的橡膠切割機大多需要從國外進(jìn)口，切割技術(shù)處于落后狀態(tài)，但 由于近幾年來需求越來越大，考慮到經(jīng)濟及技術(shù)方面的情況，我們急需發(fā)展橡膠切割機 的生產(chǎn)技術(shù)。實現(xiàn)在橡膠切割行業(yè)完全依靠自己的目標(biāo)。因此在這個大的背景下提出了 此課題，即根據(jù)已經(jīng)有的資料，對現(xiàn)有的橡膠切割機提出改進(jìn)的方法，并進(jìn)行模擬驗算， 從而達(dá)到更加實用和有效的目的。 本文是針對國外現(xiàn)有的產(chǎn)品，對其進(jìn)行改進(jìn)。在此次設(shè)計中，在現(xiàn)有橡膠切割機材 料為前提的條件下，對帶輪、刀具、齒輪、軸等相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行全面的設(shè)計，著重設(shè)計了 帶輪與減速器的配合使用，希望在實際生產(chǎn)中能有作用，讓此產(chǎn)品更適合工廠和顧客的 需求。 最后，希望此次設(shè)計的橡膠切割機能到達(dá)預(yù)期的設(shè)計要求，并能在實際的應(yīng)用中取 得良好的效果。 關(guān)鍵詞：帶輪；齒輪；刀具；軸；改進(jìn) IV Abstract Rubber cutting machine is a commonly used mechanical devices, its main function is to help the majority of users cut rubber quickly and the efficiency is ten times of labor. The efficient rubber cutting machine is specially crafted for rubber manufacturers, it also saves much labor costs and improves the efficiency of cutting greatly. The topic put forward from the practical application and can reach the actual requirements. With the rapid development of society and economy, the demand and used for rubber products is more and more widely. The developments and improvements of the Rubber cutting machine is gradually put on the agenda in country and many companies. In our country, cutting technology is bad ,rubber cutting machine need to be imported from abroad in past years for a long time.But in recent years,for the reason of the demand for it is more and more large,we are urgent need to develop the production technology of rubber cutting machine for economic and technical , Reaching a goal which entirely on our own in the rubber cutting industry . So the topic put forward in this background . We should proposed a method to improve the rubber cutting machine according to the existing material and simulate checking this method .Which achieve the purpose of much more capable and effective. The purpose of this article is to improve the existing products in home and abroad.In this article ,the design of cutting machine is on pulley, tool, gears, shafts, and other related system and focus on the coordinate use of pulley and gear unit to make this product is more suitable for factories and customer needs. Finally, I hope that the design of the rubber cutting machine can reach the expected design requirements and achive a good results in practical applications. Keywords: pulley;gearing ;cutter;axle; improve V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 背景介紹 .1 1.2 切割行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展前景 .1 1.2.1 切割行業(yè)的現(xiàn)狀 .1 1.2.2 切割行業(yè)的發(fā)展趨勢 .3 1.2.3 切割機發(fā)展存在的問題 .4 1.3 本課題的主要內(nèi)容 .5 2 傳動方案的總體設(shè)計 .6 2.1 總體方案的確定 .6 2.2 電動機 .6 2.2.1 電動機的選擇 .6 2.2.2 選擇原動機時應(yīng)考慮的因素 .7 2.2.3 結(jié)論 .7 2.3 減速器 .7 2.3.1 減速器的選擇 .7 3 帶傳動的設(shè)計 .9 3.1 帶傳動的類型 .9 3.2 帶的彈性滑動和打滑 .9 3.3 V 帶輪的設(shè)計計算 .9 3.3.1 確定計算功率 .9 3.3.2 選擇 V 帶的帶型 .9 3.3.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 d并驗算帶速 v.9 3.3.4 確定 V 帶的中心距 a和基準(zhǔn)長度 dL.9 3.3.5 計算實際中心距 .10 3.3.6 驗算小帶輪上的包角 1.10 3.3.7 計算帶的根數(shù) z。 .10 3.3.8 計算單根 V 帶的初拉力最小值 min0)(F.10 3.3.9 計算壓軸力 pF.10 3.4 V 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 .11 3.5 V 帶傳動的張緊、安裝與防護(hù) .11 3.5.1 V 帶傳動的張緊 .11 3.5.2 V 帶傳動的安裝 .12 3.5.3 V 帶傳動的防護(hù) .12 VI 4 主要零部件的設(shè)計 .13 4.1 刀具 .13 4.1.1 外形設(shè)計 .13 4.1.2 刀具材料 .13 4.2 齒輪設(shè)計 .13 4.2.1 整體方案 .13 4.2.2 齒輪的材料，熱處理及精度 .14 4.2.3 初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸 .14 4.2.4 齒輪的最終選擇 .16 4.3 主動軸 .18 4.3.1 擬定整體方案 .18 4.3.2 材料、尺寸的選擇設(shè)計 .19 4.3.3 軸的受力分析與校核 .20 4.4 從動軸 .23 4.4.1 從動軸的結(jié)構(gòu) .23 4.4.2 材料、尺寸的選擇設(shè)計 .24 4.5 鍵 .25 4.5.1 鍵的選擇 .25 4.5.2 鍵聯(lián)接強度計算 .25 4.6 聯(lián)軸器 .25 4.6.1 聯(lián)軸器的選擇 .26 4.6.2 定聯(lián)軸器的品種、形式、規(guī)格（型號） .26 4.6.3 聯(lián)軸器的尺寸、安裝與維護(hù) .26 5 減速器箱體設(shè)計 .28 5.1 箱體設(shè)計 .28 5.2 減速器附件設(shè)計 .29 6 結(jié)論與展望 .31 致 謝 .32 參考文獻(xiàn) .33 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 1 1 緒論 1.1 背景介紹 本次設(shè)計是畢業(yè)設(shè)計首先，是對學(xué)生四年所學(xué)知識全面、系統(tǒng)、綜合考察的一次測 試，是大學(xué)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)。通過導(dǎo)師的指導(dǎo)我們自主進(jìn)行，培養(yǎng) 了學(xué)生的自身思考和動手能力，讓學(xué)生對設(shè)計的內(nèi)容認(rèn)識更加深刻，可以讓學(xué)生清楚的 認(rèn)識到自己的不足與劣勢，以便查漏補缺鞏固知識。同時還可以使學(xué)校全面考察了解教 學(xué)質(zhì)量，總結(jié)經(jīng)驗改進(jìn)工作。其次，這也是訓(xùn)練學(xué)生獨立進(jìn)行設(shè)計研究的過程，通過做 畢業(yè)設(shè)計可以使學(xué)生了解科學(xué)研究的過程，掌握如何收集、整理和利用材料；如何利用 圖書館，檢索文獻(xiàn)資料；如何撰寫論文等方法。設(shè)計過程中它不僅有教師的指導(dǎo)與傳授， 可以減少摸索中的一些失誤，少走彎路，而且直接參與和親身體驗了設(shè)計研究工作的全 過程及其各環(huán)節(jié)，是一次系統(tǒng)的、全面的實踐機會。最后，此次設(shè)計可以幫學(xué)生更生動、 更切實、更深入的把學(xué)過的專業(yè)知識運用于實際，既可以印證學(xué)過的書本知識，又可以 學(xué)到許多課堂和書本里學(xué)不到的活生生的新知識。同時，對所學(xué)專業(yè)的某一側(cè)面和專題 作了較為深入的研究，會培養(yǎng)學(xué)習(xí)的志趣，這對大學(xué)生今后該如何選擇確定具體的就業(yè) 發(fā)展方向起到了指引性的作用。 本課題由實際生產(chǎn)應(yīng)用中提出，并且能夠達(dá)到實際要求。隨著社會、經(jīng)濟的快速發(fā) 展，橡膠制品的需求和應(yīng)用越來越廣泛。橡膠切割機的開發(fā)和改進(jìn)漸漸被國家和許多企 業(yè)提上日程。由于我國在這方面的起點比較低，以前橡膠切割機大多需要從國外進(jìn)口， 我國的切割技術(shù)長期處于落后狀態(tài)，但由于近幾年來需求越來越大，考慮到經(jīng)濟及技術(shù) 方面的情況，我們急需改變這種依附進(jìn)口來實現(xiàn)發(fā)展的現(xiàn)狀。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，我 國切割機生產(chǎn)廠家也漸漸發(fā)展起來，技術(shù)也蒸蒸日上，并日臻成熟。在近30年來有了飛 速的發(fā)展，相信在不久的將來，我們就會實現(xiàn)在橡膠切割行業(yè)完全依靠自己的目標(biāo)。因 此在這個大的背景下提出了此課題，即根據(jù)已經(jīng)有的資料，對現(xiàn)有的橡膠切割機提出改 進(jìn)的方法，并進(jìn)行模擬驗算，從而達(dá)到更加實用和有效的目的。 1.2 切割行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展前景 1.2.1 切割行業(yè)的現(xiàn)狀 我國切割行業(yè)主要有以下幾類生產(chǎn)企業(yè)組成 1、門式切割機；2、小車式切割機及割 嘴；3、等離子切割電源及割嘴；4、手工焊割炬及焊割嘴等。切割行業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā) 展，其產(chǎn)品從單一的手工割炬發(fā)展成為一個門類較為齊全的產(chǎn)業(yè)。近年來，我國門式數(shù) 控切割機生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展尤為迅速。 a. 門式切割機 現(xiàn)代仿形切割仍以門式數(shù)控切割機為主，因為只有這種數(shù)控切割方式，才能有效地 保證切割過程中的工序完全自動化。我國數(shù)控切割技術(shù)發(fā)展比較晚，但其發(fā)展速度非常 快。在八十年代以前，在我國，板材下料主要是以手工或半自動小車下料為主。進(jìn)入八 十年，隨著企業(yè)改革的不斷深入，人們認(rèn)識到；利用先進(jìn)的切割技術(shù)，不僅是保證產(chǎn)品 焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，同時也使得板材利用率大幅度提高。在一些板材用量較大的企業(yè)，由 于板材利用率的提高，縮短了數(shù)控切割機的設(shè)備投資回收期，并取得了良好的經(jīng)濟效益。 因此，數(shù)控切割機的市場需求量逐年上升。從而推動了我國切割行業(yè)的飛速發(fā)展。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 數(shù)控門式自動焊機利用焊縫同步跟蹤系統(tǒng)，已成功地運用在掛車變截面底梁的自動 焊接生產(chǎn)中。使得掛車變截面底梁由原來的分段焊接，實現(xiàn)了一次連續(xù)焊接成形。這樣 不僅使產(chǎn)品的焊接質(zhì)量有了很大的提高，而且生產(chǎn)效率成倍提高。目前，已有近十家掛 車生產(chǎn)企業(yè)在使用這一設(shè)備，并取得了很好的經(jīng)濟效益。作為一個有較大市場的新產(chǎn)品， 它在今后幾年中會將得到很大的發(fā)展。 b. 小車式切割機及割嘴 小車式切割機，作為切割行業(yè)傳統(tǒng)的板材下料設(shè)備，由于操作簡便、使用靈活等特 點，所以在各個行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。這幾年在技術(shù)上和品種上雖沒有很大的發(fā)展，但 產(chǎn)品質(zhì)量總體趨于穩(wěn)定。在我國，每年仍有相當(dāng)部分的板材還是采用小車下料，因此目 前市場需求量不會有很大的波動。我國小車式切割機和割嘴生產(chǎn)廠家，大多是一些老企 業(yè)，加工設(shè)備比較落后，總體自動化程度不高，生產(chǎn)形式仍以單件多工序加工為主，生 產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制。而發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)此類產(chǎn)品，均采用自動化或半自動化設(shè) 備進(jìn)行生產(chǎn)。特別是割嘴生產(chǎn)，大多采用自動化生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)。因此產(chǎn)品質(zhì)量在生產(chǎn) 過程中得到了嚴(yán)格的控制。各企業(yè)應(yīng)加快設(shè)備更新?lián)Q代，降低勞動生產(chǎn)率，不斷開發(fā)新 品提高產(chǎn)品質(zhì)量。目前，小車切割機市場非?；钴S，為了應(yīng)對市場，參與競爭。一些企 業(yè)根據(jù)自身的特點，對企業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)、資金和人員進(jìn)行重組。產(chǎn)品向“專、精、特” 方向發(fā)展，并取得了成功。 這幾年，我國的割嘴生產(chǎn)規(guī)模有了很大的發(fā)展，全國割嘴年 產(chǎn)量約在 200 多萬只，其中每年有幾十萬只割嘴出口中東和東南亞地區(qū)。由于割嘴的加 工工序較多，生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素也很多，所以產(chǎn)品質(zhì)量不易控制。 各生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)過技術(shù)改造，生產(chǎn)工藝改進(jìn)，使得產(chǎn)品質(zhì)量有了一定提高，加之價格的優(yōu) 勢，產(chǎn)量逐年上升，出口量不斷增加。國內(nèi)割嘴生產(chǎn)，主要以寧波金風(fēng)焊割機械制造有 限公司等企業(yè)為代表。 c. 等離子切割電源及割嘴 等離子切割技術(shù)發(fā)展的歷史不長，但其發(fā)展的速度非?？?。等離子切割是利用高溫 等離子電弧的熱量使工件切口處的金屬局部熔化（和蒸發(fā)），并借高速等離子的動量排 除熔融金屬以形成切口的一種加工方法。等離子切割配合不同的工作氣體可以切割各種 氧氣切割難以切割的金屬，尤其是對于有色金屬（不銹鋼、鋁、銅、鈦、鎳）切割效果 更佳；其主要優(yōu)點在于切割厚度不大的金屬的時候，等離子切割速度快，尤其在切割普 通碳素鋼薄板時，速度可達(dá)氧切割法的 5 到 6 倍、切割面光潔、熱變形小、幾乎沒有熱 影響區(qū)。等離子切割發(fā)展到現(xiàn)在，可采用的工作氣體（工作氣體是等離子弧的導(dǎo)電介質(zhì)， 又是攜熱體，同時還要排除切口中的熔融金屬）對等離子弧的切割特性以及切割質(zhì)量、 速度都有明顯的影響。常用的等離子弧工作氣體有氬、氫、氮、氧、空氣、水蒸氣以及 某些混合氣體。等 離子切割機廣泛運用于汽車、機車、壓力容器、化工機械、核工業(yè)、 通用機械、工程機械、鋼結(jié)構(gòu)等各行各業(yè)。 等離子切割由于切割速度快、熱變形小、表面切口好等特點，因此被廣泛用于 25mm 以下的碳鋼和各種有色金屬及不銹鋼的切割。由于在等離子切割過程中會產(chǎn)生大量的煙 塵、粉塵、弧光和噪聲，這會給整個工作環(huán)境帶來一定的污染。目前通過水下等離子切 割和底抽式排氣等除塵方式，使等離子切割產(chǎn)生的環(huán)境污染問題得到有效的控制。國內(nèi) 一些知名企業(yè)生產(chǎn)的各類數(shù)控等離子切割機，已達(dá)到國外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平。 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 3 隨著等離子精細(xì)切割技術(shù)的快速發(fā)展，精細(xì)圓孔切割技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化集成系統(tǒng)已逐 步完善，這樣精細(xì)等離子切割將逐步成為碳鋼中厚板切割的主流，市場需求量將逐年增 加。 1.2.2 切割行業(yè)的發(fā)展趨勢 我國經(jīng)濟近十年來的發(fā)展迅速，帶動了我國焊接行業(yè)的發(fā)展。我國成為世界上消耗 鋼材最多的國家。隨著技術(shù)進(jìn)步焊接結(jié)構(gòu)件在建筑、工程機械、船舶、交通運輸、冶金、 石化、電力、壓力容器等行業(yè)得到廣泛的運用。切割是焊接成品加工過程中的首要步驟， 也是焊接質(zhì)量的重要保證。利用先進(jìn)的現(xiàn)代切割技術(shù)，不但可以保證產(chǎn)品的焊接質(zhì)量， 提高勞動生產(chǎn)率，同時也使得企業(yè)產(chǎn)品的制造成本大幅度下降，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期。 新工藝、新技術(shù)的廣泛運用，智能化精密切割已成為切割機具行業(yè)發(fā)展的趨勢。這樣就 對我們切割行業(yè)提出了新的課題和新的設(shè)計理念。 a.提高切割前工件的準(zhǔn)備質(zhì)量 對鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)來說，材料在切割前必須進(jìn)行表面預(yù)處理。在板材切割過程中， 有大量焊接輪廓線和后道工序標(biāo)記需要進(jìn)行劃線、定位。在板材切割、劃線和焊接過程 中，必須除去表面防護(hù)層和銹跡。這樣才能提高切割速度和焊接質(zhì)量。如果不去除這些 防護(hù)層和銹跡，將會使得切割速度下降，在一些情況下還會產(chǎn)生切割表面缺陷，而需要 修補。在焊接過程中，還會導(dǎo)致角焊縫超標(biāo)，造成不可預(yù)測的變形和以后表面位置偏差， 生產(chǎn)代價昂貴的不良后果。同時還會使得表面劃線變得模糊不清。影響了后道工序的正 常進(jìn)行。要解決這些問題有許多種方法。目前常用的方法，主要是在切割機上安裝噴砂 裝置，這一方法是用細(xì)砂高速噴射在切割、劃線表面，從而起到清潔金屬表面的作用， 在以后的工序中，可以或多或少地起到清潔焊接表面的作用。但現(xiàn)今掌握的噴砂技術(shù)其 工作速度只能達(dá)到 4m/min，表面清潔率為 75%。這一速率只能滿足切割的要求，而目前 噴粉劃線、等離子弧劃線和噴墨劃線已達(dá)到了 20m/min 速度。顯然采用這一方法，已不 能完全適應(yīng)高速切割的工藝要求。要掌握一種裝置，使其表面處理的速率與劃線速度相 匹配，這樣才能使得生產(chǎn)效率得到提高。目前，國外已研制出一種高速打磨裝置，使得 表面處理速度達(dá)到了 20m/min，表面清潔率為 925，從而真正實現(xiàn)了高速自動化的切割方 法。 b.型鋼切割和空間曲線切割 在現(xiàn)代化的工業(yè)設(shè)計中，運用了大量型鋼焊接方式。型鋼切割成為切割行業(yè)技術(shù)發(fā) 展的一個新的熱點。近幾年，關(guān)于工業(yè)上型鋼切割的想法和報道很多。我們這里所指的 工業(yè)用型鋼，主要是指變截面，扁球面及球形截面型材。大多數(shù)型鋼切割后將直接用于 焊接，因為型鋼切割后再進(jìn)行表面加工是非常困難的，而且效率低下，質(zhì)量不易控制。 但目前所使用的型鋼切割方法，其切割輪廓線的正確性和生產(chǎn)效率，遠(yuǎn)沒有達(dá)到現(xiàn)代平 面切割的水平。目前比較有效的方法是采用機器人切割方法，通過離線編程、軟件編程 （也可采用示教編程）等方法可實現(xiàn)不同規(guī)格、不同形狀零件的加工。通過配備火焰切 割系統(tǒng)、等離子切割電源，光纖激光器等切割方法；可實現(xiàn)多種材質(zhì)的型鋼如（角鋼、 槽鋼、H 型鋼、球扁鋼）等進(jìn)行空間直線、斜線、曲線及坡口等多種方式的切割。未來市 場前景良好。金屬加工在線關(guān)注行業(yè)技術(shù)發(fā)展。 c.切割工具的改進(jìn)及應(yīng)用 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 由于計算機設(shè)計在工業(yè)設(shè)計中得到了廣泛地運用。原先在板材切割后，很多相貫切割 面，需后面多道加工工序，才能得以實現(xiàn)最終焊接面，現(xiàn)在要求在板材切割過程中，要 求完成這些相貫面的切割，這樣不僅可以減掉多道工序，而且保證了焊接質(zhì)量。等離子 切割有其獨特的優(yōu)點，利用等離子進(jìn)行坡口切割，以經(jīng)濟角度來看，變得越來越重要。 因此，許多門式數(shù)控切割機上都安裝了等離子坡口切割裝置。在切割過程中，只需啟動 與之相關(guān)切割“窗口”，輸入必要切割參數(shù)即可進(jìn)行自動切割。等離子割炬有許多電纜 和軟管，為了防止這些電纜和軟管在切割過程中纏繞。目前國外主要采用“防纏繞技術(shù)” 和“柔性切割技術(shù)”，這些技術(shù)的運用，使的等離子變坡口切割得以實現(xiàn)。 d. 激光切割技術(shù)的發(fā)展 自上世紀(jì)七十年代初，激光切割技術(shù)投入生產(chǎn)應(yīng)用以來，發(fā)展速度非常快，技術(shù)日 趨完善。目前工業(yè)發(fā)達(dá)國家對這一技術(shù)的運用較為廣泛。激光切割機具有以下特性：采 用全封閉防護(hù)，減少粉塵的污染；選用性能優(yōu)越的伺服和絲桿傳動導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，高精密滾 珠絲杠，低噪音滾珠導(dǎo)軌，高精密軸承；激光束聚焦光斑直徑小，從而加工工件的切縫 窄?。徊捎脤I(yè)軟件可隨意設(shè)計各種圖形或文字即時加工，加工靈活，操作簡單、方便； 無接觸切割，切邊受熱影響很小，基本沒有工件熱變形，切割工件質(zhì)量好，切縫一般不 需要二次加工；不受工件外形的影響，激光加工柔性好，可以加工任意圖形，可以切割 鈑金、薄板及其他異型材；切割精度高，切縫平滑，切割效率高于其它激光切割機；可 選配高度跟蹤系統(tǒng)，實時自動對焦，克服板材不平整現(xiàn)象；可選配專業(yè)，激光功率跟隨 切割速度實時調(diào)整。鑒于以上優(yōu)點，促使激光切割技術(shù)得到更多廣泛的使用。從現(xiàn)今人 們所掌握的各種切割技術(shù)來看，激光切割技術(shù)無疑是最好的切割方法。隨著人們環(huán)保意 識的不斷增強，加之激光源制造成本的下降，這樣激光切割技術(shù)優(yōu)勢更為突出。利用激 光切割技術(shù)替代火焰和等離子切割，將成為今后切割技術(shù)發(fā)展的趨勢。 1.2.3 切割機發(fā)展存在的問題 切割機分為火焰切割機、等離子切割機、激光切割機、水切割等。激光切割機為 效率最快，切割精度最高，切割厚度一般較小。等離子切割機切割速度也很快，切割面 有一定的斜度?；鹧媲懈顧C針對于厚度較大的碳鋼材質(zhì)。切割機應(yīng)用目前有金屬和非金 屬行業(yè),一般來說,非金屬行業(yè)分的比較細(xì)致,像有切割石材的石材切割機,水切割機,鋸齒 切割機,切割布料和塑料,化纖制品用的激光切割機,刀片式,切割機,切割金屬材料的則有 火焰切割面,等離子切割機,火焰切割機里面又分?jǐn)?shù)控火焰切割機,和手動的兩大類,手動 的類別有,小跑車,半自動,純手動,數(shù)控的有,龍門式數(shù)控切割機,懸臂式數(shù)控切割機,臺式 數(shù)控切割機,相貫線數(shù)控切割機等等。 全國生產(chǎn)切割機的企業(yè) 40 多家，以民營、個體、股份制企業(yè)居多。焊割機具在 2000 年的統(tǒng)計為：門式切割機 380 臺、小車式切割機 14650 臺、等離子切割機 10500 臺、 焊割炬 250 萬套，割嘴 189 萬只。我國數(shù)控切割行業(yè)發(fā)展比較晚，國內(nèi)有十幾家數(shù)控切 割機生產(chǎn)廠家，每年市場需求量約在 350-400 臺，基本滿足國內(nèi)市場需求， 進(jìn)口產(chǎn)品不 足市場總量的 10 。 目前國內(nèi)數(shù)控切割機生產(chǎn)廠家主要有上海伊薩切割機械有限公司、 梅塞爾切割焊接有限公司 (昆山)，他們在技術(shù)上得到了國外技術(shù)的大力支持，因此產(chǎn)品 在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。而哈爾濱四海數(shù)控設(shè)備有限公司、哈爾濱焊接切割成套設(shè)備有限 公司、哈爾濱電機有限責(zé)任公司機械電子設(shè)備制造廠、中船總公司船舶工藝研究所、深 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 5 圳博利昌數(shù)控切割設(shè)備公司、無錫華聯(lián)焊割設(shè)備廠等企業(yè)，則利用各自企業(yè)自身的優(yōu)勢， 在技術(shù)上發(fā)展也很快，產(chǎn)品滿足了不同用戶的需求。我國切割行業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展打破了焊 接與切割之間的傳統(tǒng)界線，其產(chǎn)品已跨接焊接、切割兩大行業(yè)，有很多企業(yè)同時生產(chǎn)焊 接和切割設(shè)備。 切割機行業(yè)存在問題 ： a. 市場無序競爭，表現(xiàn)在互相貶低、互相壓價、互相挖人； b. 研發(fā)投入少，或根本沒有投入； c. 在機械和控制水平上與國外產(chǎn)品差別不大，但對國外控制系統(tǒng)了解不透，只停留在 會應(yīng)用的水平；企業(yè)間沒有合作，不能聯(lián)合起來開辟市場，比如在配套件的采上企業(yè) 集中起來會降低成本。 d. 一些技術(shù)含量低的同類產(chǎn)品處于低水平、低價格的競爭，使企業(yè)陷入利潤極低的狀 況，很難再自我發(fā)展。 e. 有較強綜合實力，能為推動行業(yè)發(fā)展，在行業(yè)自律中發(fā)揮積極作用的企業(yè)少。 f. 業(yè)整體協(xié)調(diào)能力差。 現(xiàn)代切割機技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的運用將是多方面的，以上僅是對現(xiàn)代切割技術(shù),在 提高切割工藝水平和提高焊接質(zhì)量等方面，介紹了國外一些切割技術(shù)的發(fā)展趨勢和動態(tài)。 今后我們切割行業(yè)還有很多工作要做，如非金屬切割技術(shù)，大功率激光切割技術(shù)，全自 動切割流水線等項目的研制開發(fā)。只有通過不斷努力，不斷拓寬我們的工作思路，切割 行業(yè)將在新形勢下得到進(jìn)一步的發(fā)展。 1.3 本課題的主要內(nèi)容 本課題的主要內(nèi)容是完成橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計，分析其工作原理，根據(jù)我國的切 割要求，完成主要零部件的設(shè)計計算和裝置的裝配設(shè)計，另外本設(shè)計是通過帶傳動與減 速機的配合連接實現(xiàn)減速傳動，取代了原有日本減速裝置，將此產(chǎn)品國有化。 本設(shè)計需滿足的要求如下： a. 達(dá)到技術(shù)指標(biāo)所規(guī)定要求，滿足實際工作需要。 b. 整機結(jié)構(gòu)簡單實用，滿足設(shè)計要求。 c. 工作時能盡量減少噪音，設(shè)備外形力求簡約且美觀。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 2 傳動方案的總體設(shè)計 2.1 總體方案的確定 此次畢業(yè)設(shè)計的橡膠切割機的工作原理，是由電動機帶動有一定傳動比的帶傳動裝 置，再連接到減速機上，然后通過聯(lián)軸器將主動軸與減速器的輸出軸的連接起來，帶動 主動軸轉(zhuǎn)動。在從動軸上，設(shè)計一組與主動軸相互撮合的齒輪，通過這組齒輪實現(xiàn)主動 軸與從動軸沿相反方向的轉(zhuǎn)動，從而再分別帶動其上的切割刀具切割橡膠。這樣正好能 夠?qū)崿F(xiàn)兩根軸和兩根刀具的反向旋轉(zhuǎn)。 圖2.1 原理圖 由圖可知，該設(shè)備原動機為電動機，減速裝置為減速器加帶帶傳動的配合連接使用， 工作機為刀具切割設(shè)備。傳動裝置為斜齒輪，軸承為了抵消斜齒輪的軸向力，初步選用 角接觸球軸承。 2.2 電動機 2.2.1 電動機的選擇 根據(jù)用途選用 Y 系列三相異步電動機 切割刀具所需的最大功率 kwFvPw672.010.75 查表132-1 取，帶傳動效率 1=0.95，減速器效率 2=0.68，聯(lián)軸器效率 3=0.99， 得電動機到工作機間的總效率為 總 = 1 2 3=0.95*0.682*0.99=0.64 選擇電動機功率 電動機所需工作效率為： P0= Pw/ 總 =0.67/0.64 Kw=1.04Kw 主動軸的工作轉(zhuǎn)速為 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 33 min/8.1260rdvnw 由表132-2 可知帶傳動傳動比 i 帶 =24，兩級減速器傳動比 i 齒 =840，則總傳動 比范圍為： i 總 =i 錐 i 齒 =（24）*（840）=16160 電動機的轉(zhuǎn)速范圍為 204.82048r/min 2.2.2 選擇原動機時應(yīng)考慮的因素 1） 必須考慮到現(xiàn)場能源的供應(yīng)情況。在有電源的情況下盡量選擇電力驅(qū)動，因為它 的成本低、操作控制方便，機械活動范圍廣。 2） 必須考慮到原動機的機械特性和工作制度與工作機相匹配。如紡織機械上用電動 機應(yīng)選用連續(xù)的工作制，而起重機械上用的電動機應(yīng)根據(jù)起重機工作的頻繁程度選相應(yīng) 的工作制。 3） 必須考慮到工作機對原動機提出的啟動、過載、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、調(diào)速和控制等方面的 要求。 4） 必須考慮到工作環(huán)境的因素。如防爆、防塵、防腐蝕等。 5） 必須考慮工作可靠，操作簡易，維修方便。 6） 為了提高機械系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，必須考慮經(jīng)濟成本：包括初始成本和運轉(zhuǎn)維護(hù)成 本。 2.2.3 結(jié)論 結(jié)合以上原動機的各種選擇要求，我選定設(shè)計中的原動機為電動機。考慮到電動機 的選用原則以及電動機的成本和橡膠切割機的設(shè)計要求，我最后決定選用實用又廉價的 Y 系列三相異步電動機中的電動機型號為 Y90L-6，額定功率為 1.1kw，滿載轉(zhuǎn)速為 910r/min，極數(shù)為 3，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩為 2.0，最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩為 2.0，質(zhì)量為 23kg。但根據(jù)實際需求，還需將該電動機進(jìn)行改進(jìn)。 2.3 減速器 2.3.1 減速器的選擇 根據(jù)經(jīng)驗，一般不自行設(shè)計減速器，可以根據(jù)市場上減速器進(jìn)行選擇。 本文選用 F 系列減速機。該減速機的特點有： 1、 平行輸出、結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞扭矩大、工作平穩(wěn)、噪音低、壽命長。 2、 該產(chǎn)品是結(jié)合國際技術(shù)要求制造，具有很高的科技含量。 3、 節(jié)省空間，可靠耐用，能耗低，承載過載能力高，性能優(yōu)越。 4、 經(jīng)過精密加工，使軸具有很好的平行度和定位的精度。 5、 具有多種安裝方式：底座安裝、空心軸安裝、法蘭安裝、扭力臂安裝。 6、 二級傳動效率平均達(dá) 95%。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 2.2 減速器 根據(jù)上文敘述，本文選用的減速器型號為 FA76-Y 1.1-4P-35.5-M6，傳動比 。5.3i 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 33 3 帶傳動的設(shè)計 帶傳動是一種撓性傳動。帶傳動的基本組成為帶輪（主動輪和從動輪）和傳動帶。 當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)動時，利用皮帶輪和傳動帶間的摩擦和嚙合作用，將運動和動力通過傳動帶 傳遞給從動輪。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，價格低廉和緩沖吸震等特點，在近代 機械中廣泛發(fā)展。 3.1 帶傳動的類型 按工作原理不同，帶傳傳動可分為摩擦型帶傳動和嚙合型帶傳動。在摩擦型帶傳動 中，可分為平帶傳動、圓帶傳動、V 帶傳動、多楔帶傳動。 3.2 帶的彈性滑動和打滑 傳動帶在受到拉力作用時會發(fā)生彈性變形。在小帶輪上，帶的拉力從緊邊拉力逐漸 低到松邊拉力，帶的彈性變形量逐漸減少，因此帶相對與小輪向后退縮，使得帶的速度 低于小帶輪的線速度；在大帶輪上，帶的拉力從松邊拉力逐漸上升為緊邊拉力，帶的彈 性變形量逐漸增加，帶相對與大帶輪向前伸長，使得帶的速度高于大帶輪線速度。這種 由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪間的微小滑動，稱為傳動帶的彈性滑動。彈性滑動 總是存在，不可避免的。 帶與帶輪之間由于功率過大，而發(fā)生顯著的相對滑動，稱為打滑，打滑可以避免的， 在機械傳動種種起到過載保護(hù)的作用。 3.3 V 帶輪的設(shè)計計算 3.3.1 確定計算功率 首先確定本文的帶傳動的傳動比為 i=2 由機械設(shè)計表 8-7 查得工作情況系數(shù) ，故1.AKkWPAca. 3.3.2 選擇 V 帶的帶型 根據(jù) 、 由機械設(shè)計圖 8-11 選用 A 型。caP1n 3.3.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 并驗算帶速dv 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 ，由機械設(shè)計表 8-6 和表 8-8，取小帶輪基準(zhǔn)直徑1 。md01 驗算帶速 。按公式驗算帶的速度v sndv /m1.50691061 因為 ，故帶速合適。ss/30/5 計算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)公式，計算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 2did212 根據(jù)機械設(shè)計表 8-8，圓整為 。02 3.3.4 確定 V 帶的中心距 和基準(zhǔn)長度adL 根據(jù) ，初定中心距 。)()(7.021021dd ma250 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 計算帶所需的基準(zhǔn)長度 maddaLd 9812504-201250)()(212）（）（ 由機械設(shè)計表 8-2 選帶的基準(zhǔn)長度 Ld9 3.3.5 計算實際中心距 aad2100 根據(jù) mLd975.mina230 x 中心距變化范圍為 。23719 3.3.6 驗算小帶輪上的包角 1 90152.7)(8012ad 3.3.7 計算帶的根數(shù) 。z 計算單根 V 帶的額定功率 。由 和 ，查機械設(shè)計表rPmd1in/1rn 8-4a 得 。kWP89.0 根據(jù) ， 和 A 型帶，查機械設(shè)計表 8-4b 得 ,min/1rn2 kWP1.0 查機械設(shè)計表 8-5 的 ，表 8-2 得 ，于是93.0aK87.0LKkPar 1)( 計算 V 帶的根數(shù) z 36.8.0rcaz 取 2 根。 3.3.8 計算單根 V 帶的初拉力最小值 min0)(F 由機械設(shè)計表 8-3 得 A 型帶的單位長度質(zhì)量 ，所以mkgq/10.NvzKPac94.51.293.0)5(.) 2in0 應(yīng)使帶的實際初拉力 。min0)F 3.3.9 計算壓軸力 p 壓軸力最小值為 Nzp 3652sin)(2)(1m0min 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 33 3.4 V 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù) V 帶輪的基準(zhǔn)直徑和帶輪輪速等已知條件，確定帶輪材料為 HT200；帶輪基準(zhǔn)直 徑 ，采用腹板式帶輪；輪槽截面尺寸參照機械設(shè)計表 8-10 進(jìn)行設(shè)計，對md30 于大帶輪，因 同時 ，則大帶輪采用孔板式帶輪，其與減速器0d mdD101 相連。 繪制帶輪零件圖如下： 圖 3.1 小帶輪 圖 3.2 大帶輪 3.5 V 帶傳動的張緊、安裝與防護(hù) 3.5.1 V 帶傳動的張緊 V 帶傳動運轉(zhuǎn)一段時間后，會因為帶的塑性變形和磨損而松弛。為了保證帶傳動正常 工作，應(yīng)定期檢查帶的松弛程度，采取定期改變中心距的方法來調(diào)節(jié)帶的初拉力，使帶 重新張緊。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 3.5.2 V 帶傳動的安裝 帶輪的軸線應(yīng)相互平行，各帶輪相對應(yīng)的 V 型槽的對稱平面應(yīng)重合，誤差不得超過 。多跟 V 帶傳動時，為避免各根 V 帶的載荷分布不均，帶的配組公差應(yīng)在規(guī)定的范圍20 內(nèi)（參見 GB/T 13575.192） 。 3.5.3 V 帶傳動的防護(hù) 為安全起見，帶傳動應(yīng)置于保護(hù)罩之內(nèi)，使之不能外露。 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 33 4 主要零部件的設(shè)計 4.1 刀具 4.1.1 外形設(shè)計 根據(jù)廠家的生產(chǎn)實際要求，設(shè)定刀具的角速度為77/s。最大切割力為5KN。另外綜 合已有的資料和經(jīng)驗，初步確定刀具外形如下圖所示： 圖 4.1 刀具 4.1.2 刀具材料 刀具除刀尖的部分外主要起支撐連接的作用，因此可以使用普通的 45 號鋼。而對于 刀尖部分，切割橡膠受沖擊載荷較小，但要求有高的耐磨性，可選用 cr12 鋼。Cr12 鋼是 一種應(yīng)用廣泛的冷作模具鋼，高碳、高鉻類型萊氏體鋼，具有較好的淬透性和良好的耐 磨性。SKD 11 是一種高碳高鉻合金工具鋼，熱處理后具有很高的硬度磨性，并具有淬 透性強，尺寸穩(wěn)定性好的特點，適宜制做高精度長壽命冷作模具及熱固成型塑料模具。 國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)冷作模具鋼 Cr12MoV 鋼化學(xué)成分（GB/T 12992000）/ C Si Mn Cr Mo P S V 1.451.70 0.40 0.35 11.012.50 0.400.60 0.030 0.030 0.150.30 性能： 高碳、高鉻 類型萊氏體鋼，具有良好的淬透性，截面尺寸在 400mm 以下可以完全淬透，且具有很高 的耐磨性，淬火時體積變化小。其碳含量比 Crl2 鋼低很多，且加入了鉬、釩，因此，鋼 的熱加工性能、沖擊韌性和碳化物分布都得到了明顯改善。 用途： 用于制造斷面較大、 形狀復(fù)雜、耐磨性要求高、承受較大沖擊負(fù)荷的冷作模具，如冷切剪刀、切邊模、滾邊 模、量規(guī)、拉絲模、搓絲板、螺紋滾模、形狀復(fù)雜的沖孔凹模、鋼板深拉伸模，以及要 求高耐磨的冷沖模和沖頭等。 綜上所述，本文選定切割刀具的刀尖材料為模具鋼 Cr12MoV。 4.2 齒輪設(shè)計 4.2.1 整體方案 由于齒輪和刀具都是安裝在軸上，它們具有相同的中心距，并且具有相同的角速度。 另外根據(jù)題目實際的要求，兩切割刀具的轉(zhuǎn)動是同步的，所以兩齒輪的分度圓直徑要相 同。于是本文設(shè)計的兩個齒輪應(yīng)該是相同的。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 4.2.2 齒輪的材料，熱處理及精度 1、因在工作條件完全相同的條件下，斜齒輪傳動可比直齒輪傳動獲得較小的傳動尺 寸，即斜齒輪傳動比直齒輪傳動具有較大的承載能力，于是本論文選用斜齒圓柱齒輪。 （1） 齒輪材料及熱處理 材料： 選用 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度 190HB 取齒輪齒數(shù) Z=48 （2） 齒輪精度 按 GB/T100951998，齒輪精度選擇 7 級 4.2.3 初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸 按齒面接觸強度設(shè)計 按有如下公式計算 2131 )(2HEdtt ZuTK 確定公式中的各參數(shù)數(shù)值 1、試選 Kt=1.6 2、查課本 圖 10-30 選取區(qū)域系數(shù) ZH=2.433217P 3、查課本 圖 10-26 查得 ， ，所以5 78.01.1 56.1780. 4、由課本 公式 10-13 計算齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)206 N=60nj =6012.81830010=0.18 hhL81 5、齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=9550P/n=95500.671000/12.8=499883Nmm 6、由課本 表 10-7 查得齒寬系數(shù) d=0.4205P 7、由 表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù)1 2/18.9MPaZE 8、由課本 圖 10-21（d）按齒面硬度查得齒輪接觸疲勞強度極限209 MPaH601lim 9、取接觸疲勞壽命系數(shù) 90.1HNK 10、接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，應(yīng)用 公式 10-12 得:205P MaSHNH469.1lim1 H=（540+540）/2MPa=540MPa 設(shè)計計算 1、試計算齒輪分度圓直徑 tdm1.4540.8193.2.56104982)(3 22t3 ）（ HEdt ZuTK 2、計算圓周速度 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 33 smndt /90.16082.4.3160 3、計算齒寬 b 和模數(shù) nm 計算齒寬 b 4.5b1td 計算摸數(shù) mn 初選螺旋角 =15 m84.245cos.cosZtn 4、計算齒寬與高之比 hb 齒高 39.68.252.hnm.39.64b 5、計算縱向重合度 64.15tan48.031.tan18.0d 6、計算載荷系數(shù) K 使用系數(shù) =1.5A 根據(jù) v=0.09m/s，7 級精度， 由課本 圖 10-8 查表得動載系數(shù) Kv=1.07194P 查課本由 表 10-3 得 KH =KF =1.2195P 查課本由 表 10-4 得 KH =1.186,6 由圖 10-13 得 KF =1.35 故載荷系數(shù) K=Ka Kv KH KH =1.51.071.1861.2=2.28 7、實際載荷系數(shù)校正分度圓直徑 mm31/dtt8.15.62143 8、計算模數(shù) 2./5cos.1m 按齒根彎曲強度設(shè)計 由彎曲強度的設(shè)計公式進(jìn)行設(shè)計計算 321cosFSdn YZYKTm 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 1、計算載荷系數(shù) K=Ka Kv KF KF =1.511.351.2=2.43 2、根據(jù)縱向重合度 =1.022，查得螺旋角影響系數(shù) Y =0.76 3、計算當(dāng)量齒數(shù) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 4、查取齒形系數(shù) Y 和應(yīng)力校正系數(shù) Y 由課本由 表 10-5 得：20P 齒形系數(shù) 6.faY 應(yīng)力校正系數(shù) 591s 5、查課本 圖 10-20c 得到彎曲疲勞強度極限：208P fe=380MPa 6、查課本由 圖 10-18 得彎曲疲勞壽命系數(shù)：206 .fnK 7、計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4a86.234.108fen MPSKF 計算模數(shù)得： m94.1n 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù) 大于由齒根彎曲疲勞強度計nm 算的法面模數(shù)，按 GB/T1357-1987 圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)， 取 2mm，以滿足彎曲強度 4.2.4 齒輪的最終選擇 根據(jù)上文的計算分析，結(jié)合設(shè)計的實際情況，本文選擇 SH 斜齒齒輪。 與直齒輪傳動相比，斜齒輪傳動的優(yōu)點為： 1)嚙合性能好，傳動平穩(wěn)，噪音小。 2)重合度大，降低了每對齒輪的載荷，提高了齒輪的承載能力 3)不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)少 圖 4.2 齒輪 67.215cos4331zv 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 33 圖 4.3 齒輪規(guī)格表 圖 4.4 齒輪型號表 圖 4.5 齒輪形狀表 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 4.6 齒輪中心距表 從以上資料中查得本文所選用的一對撮合斜齒輪是 SH2-90R 和 SH2-90L。 中心距 a=186.35mm 所以刀具設(shè)計的中心距也是 186.35mm。 齒寬 b=25mm 螺旋角 =15 法向壓力角 20 齒輪分度圓直徑 d=186.35mm 圖 4.7 齒輪 4.3 主動軸 4.3.1 擬定整體方案 根據(jù)需要，確定本次軸為階梯軸。在主動軸的左端，左端軸承，圓柱斜齒輪依次從 軸的左端向右安裝，在最左端處通過聯(lián)軸器與減速機再通過帶輪與電動機相連。在主動 軸的右端，刀具，右端軸承依次從軸的右端向左安裝。 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 33 軸的設(shè)計圖如下: 圖 4.8 主動軸 4.3.2 材料、尺寸的選擇設(shè)計 1、 選取軸的材料為 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理。查課本第 370 頁表 15-3 取 ，35Mpa A0=112 2、 主動軸上功率 P1=0.7kw，轉(zhuǎn)速 n1=12.8rpm，T 1=522266Nm 3、 初定軸的最小直徑：根據(jù)課本第 370 頁式 15-2 得 mn8.4.270d3310 4、 根據(jù)軸向定位的要求具體確定主動軸上各段軸的直徑和長度 a 軸的最左端要求與減速機的相連，該軸段通過減速機，并在減速機的左端通 過聯(lián)軸器連接固定。取 d1=44mm，l 1=84mm。 b 連接固定齒輪的第二階梯軸，該軸段的直徑要與前面選用齒輪相配合。齒輪 的右端通過軸肩定位，左端通過套筒固定。為了使穩(wěn)定連接，此處采用過盈 配合。取 d2=48mm，l 2=72mm。 圖 4.9 齒輪套筒 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 c 用于安裝軸承的第三段階梯軸。和該軸段配合的軸承選用 UCPA210 形軸承。 軸承右端通過軸肩定位。左邊軸肩起著定位齒輪的作用。取 d3=50mm，l 3=60mm。 d 主要起連接、支撐作用的第四段階梯軸。該軸段的左端軸肩用于定位軸承。 取 d4=64mm， l4=193mm。 e 用于安裝刀具和調(diào)整刀具距離的套筒的第五段階梯軸。為了安全，本文設(shè)計 了刀具套，兩端的距離調(diào)整套筒可以根據(jù)刀具套定位，并通過刀具套調(diào)整兩 刀具間距離。如下圖所示。取 d5=70mm，l 5=130mm。 圖 4.10 刀具套筒 f 起連接、支撐作用的第六段階梯軸。該軸段的右端軸肩用于定位軸承。取 d6=64mm，l 6=43.5mm。 g 軸的最右端用于安裝軸承。此處選用 UCPA209 形軸承。該軸承通過左端的軸 肩定位。該類軸承的外形圖如下所示。取 d7=45mm，l 7=44mm。 圖 4.11 軸承 4.3.3 軸的受力分析與校核 作用在齒輪上的圓周力為： NdTFt 536.182 軸向力為： t 148tanan 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 33 徑向力為： NtgtF5421cos/201438r 求垂直面的支承力： llr7)(321v vr 3512 求垂直彎矩，并繪制垂直彎矩圖： m6287.451av NlFMr 3732 求水平面的支承力： ltH11 Ft 653682 求水平彎矩，并繪制水平彎矩圖： m2781.4531ta NlMH 2781).()(2 求合成彎矩圖： 459362v2a a H3741 2 求危險截面當(dāng)量彎矩： 其當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù) ）0.6 m59806)26.(593)(222 NTMae 計算危險截面處軸的直徑： 因為材料選擇 調(diào)質(zhì)，查課本 362 頁表 15-3 得 ，得許用彎曲應(yīng)力#45 a4MPB ，則 160bP 所以該軸是安全的。 彎扭矩分析如下圖所示： 圖 4.12 水平面剪力圖 med 8.14.601.98.331b- 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 圖 4.13 垂直面剪力圖 圖 4.14 水平面彎矩圖 圖 4.15 垂直面彎矩圖 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 33 圖 4.16 合成彎矩圖 圖 4.17 扭矩圖 4.4 從動軸 4.4.1 從動軸的結(jié)構(gòu) 主動軸帶動從動軸，因此從動軸的來設(shè)計較主動軸而言有許多相同之處。其中包括 軸的材料、齒輪相互嚙合部分的軸徑大小及所用的軸承都是一樣的。在從動軸的左端， 左端軸承，圓柱斜齒輪依次從軸的左端向右安裝，從動軸不需要和減速機或電動機直接 相連。在從動軸的右端，刀具，右端軸承依次從軸的右端向左安裝 實際上，在此次設(shè)計中，主動軸上的齒輪與從動軸上的齒輪相互嚙合，從而帶動從 動軸，其轉(zhuǎn)向與主動軸相反，再帶動刀具按相反方向轉(zhuǎn)動完成橡膠的切割。因此從動軸 要考慮與主動軸的齒輪、軸承和刀具的配合。 對于軸承的選擇，先考慮和與主動軸相配合的部分相同。及選定齒輪端用 UCPA210 形軸承，刀具端用 UCPA209 形軸承。據(jù)此，可以基本確定主動軸的外形，如下圖所示： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 圖 4.18 從動軸 4.4.2 材料、尺寸的選擇設(shè)計 1、選軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。查課本第 370 頁表 15-3 取 ，35Mpa A0=112 2、從動軸上功率 P2=0.67kw，轉(zhuǎn)速 n2=12.8r/min，T 2=499883Nmm 3、初定軸的最小直徑，根據(jù)課本第 370 頁式 15-2 得 mA8.41.6701d330 4、根據(jù)軸向定位的要求具體確定軸各段的直徑和長度 A軸的最左端安裝和主動軸齒輪相嚙合的齒輪，由于齒輪左端不用連接減速機 或電動機，于是通過一螺釘將齒輪固定，齒輪右端通過軸肩定位。根據(jù)主動 軸的設(shè)計，該從動軸段與相對應(yīng)主動軸處的直徑應(yīng)該相同，長度等于齒輪的 長度。及 d1=48mm，l 1=65mm。 B用于安裝左端軸承的部分的第二段階梯軸。根據(jù)上文的選擇，此處軸段選用 的軸承為 UCPA210 形軸承。軸承右端通過軸肩定位。另外該軸段左邊作為軸 肩還要起著定位齒輪的作用。該段軸和主動軸上的第三段軸相同。通過上文 分析，取 d2=50mm，l 2=60mm。 C起連接、支撐作用的第三段階梯軸。左端軸肩用于定位軸承。該軸段與主動 軸第四段軸相同。取 d3=64mm，l 3=193mm。 D用于安裝刀具和調(diào)整刀具距離的套筒的第四段階梯軸。該軸段和主動軸上第 五段軸基本相同（除套筒的安裝相反外)。另外在從動軸上也需要用主動軸上設(shè) 計的刀具套。根據(jù)刀具套定位確定兩端的距離調(diào)整套筒，并通過刀具套調(diào)整兩 刀具間距離。取 d4=70mm，l 4=130mm。 E起連接、支撐作用的第五段階梯軸。該軸段的右端軸肩用于定位右端軸承。 該軸段和主動軸上第六段階梯軸相同。取 d6=64mm，l 6=43.5mm。 F在軸的最右端用于安裝軸承。此處選用 UCPA200 形軸承。該軸承通過左端的 軸肩定位。該軸段與主動軸上最右端軸段相同。取 d7=45mm，l 7=44mm。 橡膠切割機的改進(jìn)設(shè)計 33 4.5 鍵 4.5.1 鍵的選擇 由于鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵 聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點，使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強度要求 來取定。鍵的主要尺寸為其截面尺寸（一般以鍵寬 b 鍵高 h 表示）與長度 L。鍵的截面尺 寸 按軸的直徑 d 由標(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長度 L 一般可按輪轂的長度而定。即鍵長等于hb 或略短于輪轂的長度；而導(dǎo)向平鍵則按輪轂的長度及其滑動距離而定。一般輪轂的長度 可能為 。這里 d 為軸的直徑，所選定的鍵長亦應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長度系列。l25.1 根據(jù)其上面所需的要求，我們選定齒輪和軸的連接與刀具和軸的連接均采用平鍵聯(lián)接。 由于與齒輪連接軸段直徑 d=48，與刀具連接的軸段 d=70,故鍵的尺寸為