XX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目： 全自動鞭炮卷筒機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： XX 學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué) 號： XX63245 姓 名： XX 指導(dǎo)教師： XX 完成日期： 2012 年 5月 29號 XX 大 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書論文（設(shè)計(jì)）題目 全自動鞭炮卷筒機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué) 號 XX63245 學(xué)生姓名 XX 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 指導(dǎo)教師姓名 XX 系主任 XX 一、主要內(nèi)容及基本要求主要研究全自動鞭炮分切卷筒機(jī)結(jié)構(gòu)，這個(gè)機(jī)器由送紙機(jī)構(gòu)，沾液機(jī)構(gòu)、搓紙機(jī)構(gòu)和脫筒機(jī)構(gòu)組成。經(jīng)分析，考慮采用機(jī)械結(jié)構(gòu)控制，實(shí)現(xiàn)自動上膠、卷筒、切筒，使整機(jī)所有動作實(shí)現(xiàn)全自動操作。技術(shù)指標(biāo)：1. 拾紙方式:手動絲桿萬向可調(diào)技術(shù)2. 直接將卷筒紙制成紙管并隨機(jī)分切為所需長度的成品紙管3. 紙頭自動加水,紙頭不彈起4. 同時(shí)卷筒、切筒二、重點(diǎn)研究的問題卷筒的設(shè)計(jì)原理、工作特性。 三、進(jìn)度安排各階段完成的內(nèi)容 起止時(shí)間1 查閱相關(guān)資料，熟悉課題 第一、二周2 運(yùn)用相關(guān)軟件，完成初步設(shè)計(jì)和方案的設(shè)計(jì)可行性第三、四周3 進(jìn)行各部分機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的具體計(jì)算第五到第九周4 初步完成裝配圖以及各種零件圖。第十到十三周5 編寫設(shè)計(jì)說明書 第十四到十五周6 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)、答辯 第十六周78910四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)[1] 隨明陽主編.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京機(jī)械工業(yè)出版社,1999 年[2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京機(jī)械工業(yè)出版社,2004 年[3] 楊可楨主編.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).人民教育出版社,1990 年[4] 陳鐵鳴.機(jī)械設(shè)計(jì).第 3版哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003[5] 胡宗武主編.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊.北京科技技術(shù)出版社，2003 年[6] 江耕華等主編.機(jī)械傳動設(shè)計(jì)手冊.煤炭工業(yè)出版社，1992 年[7] 陳道南等主編.起重機(jī)課程設(shè)計(jì).冶金工業(yè)出版社，1991 年 目錄摘要 1第 1 章 緒論 .2第 2 章 鞭炮生產(chǎn)的難題 3第 3 章 鞭炮卷筒主體零件的設(shè)計(jì) 4§3.1 卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸確定 4§3.1.1 卷筒的分類 .4§3.1.2 卷筒繩槽的確定 .5§3.1.3 卷筒的設(shè)計(jì) .5§3.1.4 卷筒節(jié)徑 設(shè)計(jì) 50D§3.1.5 卷筒的長度設(shè)計(jì) .6§3.1.6 卷筒壁厚設(shè)計(jì) .7§3.1.7 卷筒強(qiáng)度計(jì)算及檢驗(yàn) .7§3.3 卷筒軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 8§3.2.1 卷筒軸的受力計(jì)算及工作應(yīng)力計(jì)算 .8§3.2.2 卷筒軸的設(shè)計(jì) .9§3.2.3 心軸作用力計(jì)算 .10§3.2.4 心軸垂直面支承反力及彎矩 .10§3.2.5 心軸水平面支承反力及彎矩支反力 .10§3.2.6 計(jì)算心軸工作應(yīng)力 .11§3.2.7 心軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 .11§3.2.8 心軸的靜強(qiáng)度計(jì)算 .12§3.3 電動機(jī)選擇 13§3.4 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 14§3.4.1 卷揚(yáng)機(jī)總傳動比計(jì)算 .14§3.4.2 減速器的計(jì)算 .14§3.4.3 分配減速器的各級傳動比 .14§3.4.4 計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) .14§3.4.4 圓柱齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 .16§3.4.5 齒輪參數(shù)設(shè) 計(jì) .17§3.4.6 齒輪軸參數(shù)設(shè) 計(jì) .21§3.5 制動器，聯(lián)軸器的選擇 22§3.5.1 制動器的分類及選擇 .22§3.5.2 聯(lián)軸器的選擇.23參考文獻(xiàn) .23致 謝 .24附錄 25摘要在中國鞭炮做為中國文化的傳承，一直受到民眾的喜愛，它給人帶來了喜慶，歡樂的氣氛。雖然在城市管制嚴(yán)格，但依舊是市民喜慶、歡喜的代名詞。無論是節(jié)日的來臨或者婚嫁迎娶、喬遷升學(xué)都會聽到一陣陣悅耳且?guī)е唤z嘈雜的鞭炮聲。中國人在春節(jié)期間燃放煙花爆竹的習(xí)俗由來已久，甚至可追溯到春秋時(shí)期，并在唐代普及到了整個(gè)中國。到了宋朝，民間出現(xiàn)了制造煙火爆竹的作坊和專業(yè)匠人，煙火表演也隨之豐富了起來。加之造紙業(yè)的發(fā)展，使煙花爆竹業(yè)變得空前發(fā)達(dá)。而煙花爆竹的普及與盛行，主要是社會生活的需要所致，后來潛移默化，逐漸衍變?yōu)橐环N文化，而且涉及到了文化信仰乃至政治生活。這與今天人們所理解的鞭炮只是為了營造節(jié)日的歡快氣氛有本質(zhì)的不同。本論文一研究工作的進(jìn)展順序?yàn)檎?，分章、?jié)逐一論述了課題的起因、發(fā)展意義以及環(huán)境保護(hù)等問題的研究。在設(shè)計(jì)中遇到的問題與難點(diǎn)極其解決方法與措施都一一闡述。在設(shè)計(jì)過程中，詳細(xì)論述了設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電機(jī)傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、齒輪傳動系統(tǒng)、卷筒傳動系統(tǒng)以及安全性進(jìn)行了設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：總體結(jié)構(gòu)； 控制系統(tǒng)； 卷筒傳統(tǒng)系統(tǒng)； 安全性AbstractIn Chinese firecrackers as the inheritance of Chinese culture, has been the subject of the public's favorite, it brings people a happy, happy atmosphere. Although the city strict control, but is still a public celebration, joy pronoun. Whether the festival or marriage marry, move the entrance will hear the waves of melody and with a loud sound of firecrackers. The Chinese people during the Spring Festival fireworks in the long-standing practices, and even can be traced back to the spring and Autumn Period in the Tang Dynasty, and spread to the whole of china. By the Song Dynasty, the folk appeared manufacturing workshops and professional master of fireworks and firecrackers, fireworks and rich rise. In addition to the development of paper-making industry, the fireworks industry becomes unprecedented developed. While the popularity and prevalence of fireworks and firecrackers, mainly is the need of social life caused by, then influence character by environment, gradually evolves into a kind of culture, but also relates to the cultural beliefs and political life. This and people today understand the firecrackers just to create a festive and cheerful atmosphere has a very different nature.In this paper, a research work in order to chapters, divided into chapters, each section is discussed in the paper, the significance of the development of the cause of environmental protection as well as the research on the problem of. In the design of the problems encountered with difficulties extremely solutions and measures are one one description. In the design process, in detail elaborated the equipment overall structural design, the motor drive system, control system, gear transmission system, transmission system and the security of web design.Key words: overall structure; control system; reel traditional system; safety第一章 緒論隨著社會的發(fā)展，人類生活水平的提高。鞭炮的應(yīng)用越來越廣并且成為了生活中不可缺少的一部分。鞭炮與傳統(tǒng) 密不可分因此受到全世界人民的喜愛。尤其在我國的鞭炮的需求量很大。無論是過年過節(jié)，還是結(jié)婚嫁娶，進(jìn)學(xué)升遷，以至大廈落成、店鋪開張等等。只要為了表示喜慶，人們都習(xí)慣放鞭炮來慶祝。這個(gè)習(xí)俗在我國已有 2000 多年的歷史了。 《荊楚歲月記》曾經(jīng)記載，正月初一，雞叫頭一遍時(shí)，大家就紛紛起床， 在自家院子里放鞭炮，來逐退瘟神惡鬼。當(dāng)時(shí)沒有火藥，沒有紙張，人們使用火燒竹子，使之爆裂發(fā)聲，以驅(qū)逐瘟神，這當(dāng)然是迷信，但卻反映了古代勞動人民渴求安泰的美好愿望。后來，煉丹家經(jīng)過不斷的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)硝石、硫磺和木炭合在一起能引起燃燒和爆炸，于是發(fā)明了火藥。有人將火藥在竹筒里燃放，聲音更大，使得火燒竹子這一古老習(xí)俗發(fā)生了根本變化。北宋時(shí)，民間已經(jīng)出現(xiàn)了用卷紙裹著火藥的燃放物，還有單響和雙響的區(qū)別，改名“爆仗” ，后來改為“鞭炮” ，但我國目前鞭炮生產(chǎn)自動化程度不高，很多工序都是人工操作，生產(chǎn)效率低，企業(yè)生產(chǎn)成本高。因此，研究鞭炮卷筒機(jī)對我國的鞭炮自動化程度顯得尤為重要。第二章 鞭炮生產(chǎn)的難題一、花炮機(jī)械科技含量有待提高。目前大部分花炮機(jī)械普遍都體積大、份量重、噪音大、安裝難，做工粗糙，機(jī)械傳遞不科學(xué)，還在生產(chǎn)運(yùn)行中常常出現(xiàn)故障。如結(jié)鞭機(jī)在下料過程中，常常因?yàn)橄铝蠒r(shí)單個(gè)爆竹傳送的不平穩(wěn)或“角子” 爆竹，而引起卡機(jī)，輕則引起結(jié)鞭缺齒，影響爆響率，重則因傳動在繼續(xù)工作而卡機(jī)不下料，摩擦高溫而引起燃燒事故。二、花炮機(jī)械市場不規(guī)范?；ㄅ跈C(jī)械是個(gè)新生事物，就市場而言，從標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量、管理等方面都基本上還是一個(gè)空白。膨脹的市場，來源于空白市場的急需，在這盲動的過程中，花炮企業(yè)對花炮機(jī)械的選購、使用都可比性，導(dǎo)致機(jī)械企業(yè)生產(chǎn)的一些傳動配置不合理，工作效率不高，質(zhì)量低劣的產(chǎn)品充斥責(zé)市場，售后服務(wù)差，給花炮機(jī)械消費(fèi)者帶來不便和引起錯(cuò)覺，實(shí)用性、適用性大打折扣。再加上全國煙花爆竹企業(yè) 7000 余家，而各類花炮機(jī)械企業(yè)僅數(shù)百家，僧多粥少，供求不平衡，至使市場價(jià)格大部分遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)械的成本價(jià)格和本身價(jià)值，如一臺結(jié)鞭封裝機(jī)，成本四千元左右，市場價(jià)格卻超過萬元，昂貴的價(jià)格讓一部分需求者望而興嘆。價(jià)高質(zhì)劣的畸形市場影響著機(jī)械化的正確使用和全面推廣。三、生產(chǎn)品種不均衡。煙花爆竹各類產(chǎn)品生產(chǎn)中的和藥、裝筑藥，禮花彈產(chǎn)品的裝藥、合球等 A2 級生產(chǎn)工序還暫無機(jī)械設(shè)備，而這些工序操作工人直接接觸裸露藥物，發(fā)生違章操作現(xiàn)象多，是事故高發(fā)工序。還有產(chǎn)品的褙皮、封裝等勞動用人多，做工繁瑣的工序 ，機(jī)械化程度不高或根本沒有相應(yīng)的機(jī)械，研制開發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后著行業(yè)的發(fā)展。四、機(jī)械化綜合程度不高。按生產(chǎn)工藝流程來說，各工序是連貫順暢的，但現(xiàn)在好多單個(gè)工序的機(jī)械有了，綜合連貫工序的機(jī)械卻很少，裁紙的就是裁紙的，拌漿卷筒的就是拌漿卷筒的，插引的就是插引的，結(jié)鞭的就是結(jié)鞭的，機(jī)械化缺乏連貫性，傳統(tǒng)工藝流程方面進(jìn)步不大。目前，爆竹的結(jié)鞭和封裝可以在一臺機(jī)器上連貫完成，說明了機(jī)械綜合程度有很大的發(fā)展空間。五、發(fā)展市場不合理。全國除西藏外，各省市都有煙花爆竹生產(chǎn)企業(yè)，萍瀏醴是煙花爆竹產(chǎn)品最大的集中產(chǎn)區(qū)，也是花炮機(jī)械研制生產(chǎn)、銷售的集中產(chǎn)區(qū)，現(xiàn)有的 90%以上的花炮機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)集中在萍瀏醴及相鄰地區(qū)，產(chǎn)銷一條龍，當(dāng)?shù)氐臋C(jī)械化普及率相當(dāng)高。綜上所述，選擇正確的、科學(xué)的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)鞭炮卷筒機(jī)勢在必行。。 第三章 鞭炮卷筒機(jī)主體零件的設(shè)計(jì)§3.1 卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸確定卷筒尺寸的由已知起升速度、起升高度和鋼絲繩的尺寸來確定。卷筒用來卷繞鋼絲繩，把原動機(jī)的驅(qū)動力傳遞給鋼絲繩，并把原動機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)樗枰闹本€運(yùn)動。卷筒通常是中空的圓柱形，特殊要求的卷筒也有做成圓錐或曲線形的?！?.1.1 卷筒的分類按照鋼絲繩在卷筒上的卷繞層數(shù)分，卷筒分單層繞和多層繞兩種。一般起重機(jī)大多采用單層繞卷筒。只有在繞繩量特別大或特別要求機(jī)構(gòu)緊湊的情況下，為了縮小卷筒的外形尺寸，才采用多層繞的方式。本設(shè)計(jì)采用單層繞?！?.1.2 卷筒繩槽的確定卷筒繩槽槽底半徑 R，槽深 c 槽的節(jié)矩 t 其尺寸關(guān)系為： R=（0.54~0.6）d（d 為鋼絲繩直徑） （3-7）繩槽深度：標(biāo)準(zhǔn)槽： =（0.25~0.4 ）d （3-8）1深槽： =（0.6~0.9）d （3-9）2c繩槽節(jié)距：標(biāo)準(zhǔn)槽： ＝d＋（2~4） （3-10）1t深槽： ＝d＋（6~8） （3-11）2卷筒槽多數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)槽，只有在使用過程中鋼絲繩有可能脫槽的情況才使用深槽，本設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)槽，鋼絲繩直徑選用 14 mm，R=（0.54~0.6）d=7.56~8.4 mm 取 R=8 mm （3-12）c=（0.25~0.4）d =3.5~5.6 mm 取 c=4 mm （3-13）所以 t＝d＋（2~4）=16 mm§3.1.3 卷筒的設(shè)計(jì)卷筒按照轉(zhuǎn)矩的傳遞方式來分．有端側(cè)板周邊大齒輪外嚙合式和筒端或筒內(nèi)齒輪內(nèi)嚙合式，其共同特點(diǎn)是卷筒軸只承受彎矩，不承受轉(zhuǎn)矩。本設(shè)計(jì)卷筒采用內(nèi)齒輪嚙合式。如圖 3-1。圖 3-1 內(nèi)齒嚙合式卷卷筒的設(shè)計(jì)主要尺寸有節(jié)徑 、卷筒長度 L 、卷筒壁厚 δ。0D§3.1.4 卷筒節(jié)徑 設(shè)計(jì)0卷筒的節(jié)徑即卷筒的卷繞直徑，由設(shè)計(jì)知 不能小于下式：0（3-14）0minhd?式中 —按鋼絲繩中心計(jì)算的卷筒最小直徑，mm；0minDh — 與機(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，根據(jù)工作環(huán)境級別為 ，7M查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 h=28 mm;d — 鋼絲繩的直徑,mm。按式計(jì)算：＝392 mm0minDhd?所以選取 =400 mm （3-15）§3.1.5 卷筒的長度設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用雙聯(lián)滑輪組，如圖 3-2圖 3-2 雙聯(lián)滑輪組卷筒的長度 （3-16）式??0123Lll??中 —卷筒總長度，mm；L—繩槽部分長度，其計(jì)算公式為：0（3-17）00HaLntD?????????其中 —最大起升高度，mm；H—滑輪組倍率；a—卷筒卷繞直徑，mm；0D— 繩槽節(jié)矩， mm；t— 附加安全圈數(shù)，使鋼絲繩端受力減小，便于固定，通常取nn＝1.5~3 圈；—固定鋼絲繩所需要的長度，一般取 ＝3t ，mm；1l 1l—兩端的邊緣長度（包括凸臺在內(nèi)） ，根據(jù)卷筒結(jié)構(gòu)而定，mm；2—卷筒中間無繩槽部分長度，由鋼絲繩的允許偏斜角 α 和卷筒軸到動滑3l輪軸的最小距離決定。對于有螺旋槽的單層繞卷筒，鋼絲繩允許偏斜度通常為 1：10，可知選取 ＝100 mm。3l=380 mm。00HaLntD?????????＝3t=48 mm1l所以 ＝996 mm。選取標(biāo)準(zhǔn)卷筒長度為 1000 mm§3.1.6 卷筒壁厚設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為了延長鋼絲繩的壽命，采用鑄鐵卷筒，對于鑄鐵卷筒可按經(jīng)驗(yàn)公式初步確定，然后進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。對于鑄鐵筒壁 mm （3-18）??0.26~10D???根據(jù)鑄造工藝的要求，鑄鐵卷筒的壁厚不應(yīng)小于 12 mm，所以 15mm??所以卷筒的參數(shù)選擇為：繩槽節(jié)距 t＝16 mm、槽底半徑 ＝4 mm、卷筒節(jié)距1c＝400 mm、卷筒長度 L=1000 mm、卷筒壁厚 mm。0D 5??§3.1.7 卷筒強(qiáng)度計(jì)算及檢驗(yàn)卷筒材料一般采用不低于 HT200 的鑄鐵，特殊需要時(shí)可采用 ZG230-450、ZG270-500 鑄鋼或 Q235-A 焊接制造。本設(shè)計(jì)的卷筒五特殊需要，額定起重重量不是很大，所以選擇 HT200 的鑄鐵制造。一般卷筒壁厚相對于卷筒直徑較小，所以卷筒壁厚可以忽略不計(jì)，在鋼絲繩的最大拉力作用下，使卷筒產(chǎn)生壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和扭曲應(yīng)力。其中壓應(yīng)力最大。當(dāng) 3 時(shí)彎曲應(yīng)力和扭曲應(yīng)力的合成力不超過壓應(yīng)力 10%,所以當(dāng) 3 時(shí)L?0D L?0D只計(jì)算壓應(yīng)力即可。本設(shè)計(jì)中 L=1000 mm D=400 mm，符合 3 的要求，所以只計(jì)算壓應(yīng)L?0D力即可。當(dāng)鋼絲繩單層卷繞時(shí)，卷筒所受壓應(yīng)力按下式來計(jì)算：=A （3-19 ）???tF?max??bc其中 為鋼絲繩單層卷繞時(shí)卷筒所受壓應(yīng)力，MPa；?為鋼絲繩最大拉力，N；maxF為卷筒壁厚，mm；?A 為應(yīng)力減小系數(shù)，一般取 A=0.75為許用壓力，對于鑄鐵 =??bc ??bc?5?為鑄鐵抗壓強(qiáng)度極限?所以 =A 39 MPa??tF?max??bc?查教材機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知 195MPa，所以 39MPa。????bc??所以 ???bc經(jīng)檢驗(yàn)計(jì)算，卷筒抗壓強(qiáng)度符合要求。§3.2 卷筒軸的設(shè)計(jì)計(jì)算卷筒軸是支持卷揚(yáng)機(jī)正常工作的重要零件，合理設(shè)計(jì)與計(jì)算卷筒軸對卷揚(yáng)機(jī)性能至關(guān)重要?！?.2.1 卷筒軸的受力計(jì)算及工作應(yīng)力計(jì)算常用的卷筒軸分軸固定式軸轉(zhuǎn)動式（如圖 3-3）兩種情況。卷揚(yáng)機(jī)卷筒工作時(shí)，鋼絲繩在卷簡上的位置是變化的。鋼絲繩拉力經(jīng)卷筒及支承作用到軸上產(chǎn)生的力矩，其大小隨鋼絲繩在卷簡上位置的變化而不同。強(qiáng)度計(jì)算時(shí)應(yīng)按鋼絲繩在卷筒上兩個(gè)極限位旨分別計(jì)算。由卷揚(yáng)機(jī)工作情況和軸的受力分析可知，a、b 因卷筒軸主要承受彎矩，可簡化為簡單的心軸。a 圖為固定心軸，b 圖為轉(zhuǎn)動心軸。對于轉(zhuǎn)動心軸，其彎曲應(yīng)力一般為對稱循環(huán)變化；對固定心軸，其應(yīng)力循環(huán)特征為 ，視具體的載荷性質(zhì)而定。對固定心軸的疲勞失效而言，最危險(xiǎn)的應(yīng)01r??力情況是脈動循環(huán)變化，為安全起見，卷筒的固定心軸應(yīng)力以按脈動循環(huán)處理為宜。c 圖卷筒軸既受彎又受扭，為轉(zhuǎn)軸。其彎曲應(yīng)力的應(yīng)力性質(zhì)為對稱循環(huán)變應(yīng)力，而扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力性質(zhì)可視為脈動循環(huán)變化。由此可知，卷筒軸在正常使用條件下，最終將發(fā)生疲勞破壞。但也不排除在超載或意外情況下發(fā)生靜強(qiáng)度破壞。圖 3-3 卷筒軸的類型a: 軸固定式 b、c: 軸轉(zhuǎn)動式§3.2.2 卷筒軸的設(shè)計(jì)由于卷筒軸的可靠性對卷揚(yáng)機(jī)安全、可靠的工作非常重要，因此應(yīng)十分重視卷筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度、剛度計(jì)算。卷筒軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡可能簡單、合理，應(yīng)力集中應(yīng)盡可能小。卷筒軸不僅要計(jì)算疲勞強(qiáng)度，而且還要計(jì)算靜強(qiáng)度；此外，對較長的軸還需校核軸的剛度。本設(shè)計(jì)以計(jì)算出的參數(shù)有：繩的額定拉力 ＝ kN，卷筒直徑rF41.250?400 mm，鋼絲繩的直徑 14 mm，外齒軸套齒輪分度圓直徑 D＝224 mm，0D?d?查機(jī)械傳動設(shè)計(jì)手冊，軸的材質(zhì)選擇 45 鋼，調(diào)制處理， MPa， 650??BMPa， MPa， MPa。360S??130?????01b??由圖 5—1 可知，該卷筒軸用軸端擋板固定于卷筒上，是不動的心軸。計(jì)算時(shí)應(yīng)按鋼絲繩在卷筒上兩個(gè)極限位置分別計(jì)算。根據(jù)受力分析可知，當(dāng)鋼絲繩位于右極限位置時(shí)，心軸受力較大，因此應(yīng)按有極限位置進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算時(shí)，卷筒支承作用到心軸的力，可簡化為作用于軸承寬度中點(diǎn)的集中力，左端距支承點(diǎn) 72.5 mm，右端距支承點(diǎn) 202.5 mm。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊、機(jī)械傳動設(shè)計(jì)手冊、起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊，初步得到心軸各段直徑和長度，如圖 3-4 所示,本設(shè)計(jì)心軸左邊選用調(diào)心滾子軸承圓柱孔圖 圖 3-4 心軸的各部分尺寸20000 型，右邊選用調(diào)心球軸承圓柱孔 10000（TN1、M ）型。將軸上所有作用力分解為垂直平面的力和水平平面的力，如下圖 3-5 所示?！?.2.3 心軸作用力計(jì)算齒輪圓周力： ＝18.7 kN （3-20）112et DdFTd????????齒輪徑向力： ＝6.8 kN （3-21）rtg?§3.2.4 心軸垂直面支承反力及彎矩支反力，如下圖 3-5b。＝26.92 kN （3-22）??78059etDVFR???＝15.63 kN （3-23）6teC彎矩，如下圖 3-5c。＝-781.5 kN mm （3-24）50AVCMR??＝1615.2 kN mm （3-25）60BVDMR??§3.2.5 心軸水平面支承反力及彎矩支反力水平面支承反力如下圖 3-5d。＝0.382 kN （3-26）5089rDHFR?＝6.42 kN （3-27）4rC彎矩計(jì)算，如下圖 3-5e＝321 kN mm （3-28 ）50AHCMR??＝22.9 kN mm （3-29 ）6BD合成彎矩，如下圖 3-5f＝844.8 kN mm （3-30 ）2AVAH???＝1615.3 kN mm （3-31 ）2BBM?§3.2.6 計(jì)算心軸工作應(yīng)力 此軸為固定心鈾，只有彎矩，沒有轉(zhuǎn)矩。由下圖 3-5 可知．最大彎矩發(fā)生在剖面 B 處。設(shè)卷筒軸該剖面直徑為 ，則彎曲應(yīng)力為：Bd（3-32）??30.1bb???則：＝74.46 mm??30.1BBhMd??圖 3-5 軸的彎矩圖圓整后 ＝75 mm，中間軸段 ＝75＋15＝90 mmBd0d§3.2.7 心軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 卷筒軸的疲勞強(qiáng)度，應(yīng)該用鋼絲繩的當(dāng)量拉力進(jìn)行計(jì)算，即（3-33）式deFK?中 — 鋼絲繩的當(dāng)量拉力，N；dF— 當(dāng)量拉力系數(shù)。K為使計(jì)算簡便，可假設(shè) ＝1。由前述可知，心軸應(yīng)力的性質(zhì)可認(rèn)為是按脈d動循環(huán)規(guī)律變化，則 。彎曲應(yīng)力為2bmn??＝97.1 Mpa （3-34）30.1dBbKM平均應(yīng)力 和應(yīng)力幅 為m?a＝48.55 Mpa （3-35） 2bmn??軸的形狀比較簡單，且為對稱結(jié)構(gòu)，在 B 截面處尺寸有變化，則有應(yīng)力集中存在，且該處彎矩最大，可以認(rèn)為置截面是危險(xiǎn)截面，應(yīng)在此處計(jì)算軸的疲勞強(qiáng)度。查得有效應(yīng)力集中系數(shù)尺 ＝1.88，表面狀態(tài)系數(shù) ＝0.92，絕對尺寸系數(shù)K??＝ 0.78，等效系數(shù)小 ＝0.34。???疲勞強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)為＝2.1 （3-36）1amSK????????一般軸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù) ，所以該軸疲勞強(qiáng)度足夠。??.5~8§3.2.8 心軸的靜強(qiáng)度計(jì)算 卷筒軸的靜強(qiáng)度計(jì)算，需要用靜強(qiáng)度計(jì)算拉力，可按下式求得：（3-37） maxjeF??式中 — 靜強(qiáng)度計(jì)算最大拉力 ，N；maxjF— 動載荷系數(shù)，查手冊。此處取 。?1.35靜強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)＝ ＝2.75 （3-40） max/ssSMW??/sB??當(dāng) 時(shí) ，該軸靜強(qiáng)度足夠。/0.6sb????1.2~4所以該軸符合本設(shè)計(jì)要求。此外，還有些卷筒軸、具有多支承，如三支承。對這類靜不定問題可用三彎矩方程方法計(jì)算軸受力，同時(shí)在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮軸的結(jié)構(gòu)、支承型式以及底座的剛度等問題。§3.43電動機(jī)選擇正確選擇電動機(jī)額定功率的原則是：在電動機(jī)能夠滿足機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理地決定電動機(jī)功率。本設(shè)計(jì) 5 噸橋式吊車卷揚(yáng)機(jī)屬于非連續(xù)制工作機(jī)械，而且起動、制動頻繁，工作粉塵量大。因此，選擇電動機(jī)應(yīng)與其工作特點(diǎn)相適應(yīng)。吊車用卷揚(yáng)機(jī)主要采用三相交流異步電動機(jī)。根據(jù)吊車行業(yè)的工作特點(diǎn)，電動機(jī)工作制應(yīng)考慮選擇短時(shí)重復(fù)工作制 和短時(shí)工作制 ，并優(yōu)先選用 YZR(繞3S2S線轉(zhuǎn)子) 、YZ(籠型轉(zhuǎn)子)系列起重專用電動機(jī)。多數(shù)情況下選用繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)；在工作條件較輕，接電次數(shù)較少時(shí)，亦可采用籠型轉(zhuǎn)子電動機(jī)。對于小噸位卷揚(yáng)機(jī)，考慮到多方面因素，其電動機(jī)工作制也允許選擇連續(xù)工作制 。本設(shè)計(jì)電動1S機(jī)工作制度為斷時(shí)工作制，因此不用考慮電動機(jī)的發(fā)熱計(jì)算。機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需靜功率按下式計(jì)算：（3-41）??01jQvN???式中 — 額定起升載荷，N；Q— 吊具自重，N；可取 ＝（0.02～0.04） ；0 0Q— 起升速度， ；vms— 機(jī)構(gòu)總效率，它包括滑輪組的效率、導(dǎo)向滑輪效率、卷筒的機(jī)械效?率和傳動機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率。初步計(jì)算時(shí)，對于圓柱齒輪減速器傳動的起升機(jī)構(gòu)，可取 ＝0.85～0.9。?所以 6.311 kNjN?計(jì)算電動機(jī)功率 jdeNK?考慮到工作環(huán)境，對于中小型起重機(jī)其系數(shù) =0.8，dK所以 0.8 6.311=5.049e?選用：YZ 系列冶金起重專用三項(xiàng)異步電機(jī)，型號：YZ160L —8，額定電壓：380V,額定功率：7.5KW轉(zhuǎn)速：705 轉(zhuǎn)/分效率：82.4%基準(zhǔn)工作制為 —40%3S§3.4 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算§3.4.1 卷筒機(jī)總傳動比計(jì)算按額定轉(zhuǎn)速初定總傳動比 ，總傳動比按下式計(jì)算：=35.43 （3-42）0dni?式中 — 機(jī)構(gòu)的總傳動比；i—電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速 ，r／min；dn— 卷筒轉(zhuǎn)速 ，r／min。0n§3.4.2 減速器的計(jì)算因?yàn)殡妱訖C(jī)軸到減速器高速軸由齒輪鏈接盤連接，其傳動比 =1，0i所以減速器的總傳動比 =35.43。本設(shè)計(jì)采用二級圓柱齒輪減速器。i§3.4.3 分配減速器的各級傳動比按浸油潤滑條件考慮取高速級傳動比 =1.4 ，式中 為低速級傳動傳動比。1i22i即 = =1.4 （3-43）i12所以 =7.03 =5.031i2§3.4.4 計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)電動機(jī)到卷筒軸的總傳動效率為 4231????式中： =0.99（齒形聯(lián)軸器）1?=0.98（滾子軸承）2=0.97（齒輪精度為 8 級）3=0.99（齒形聯(lián)軸器）4所以總傳動效率 =0.99 =0.88?9.07.9.023??卷筒軸所得到的功率為 0.88 =0.88 7.5=6.61 kW6.311 kWdP所以以上所選參數(shù)符合要求。 （ 為電動機(jī)功率）1. 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速Ⅰ軸 r/min （3-44a ）10dni?75Ⅱ軸 r/min （3-44b）12.4iⅢ軸 r/min （3-44c ）239.ni?卷筒軸 r/min （3-44d）.142. 計(jì)算各軸功率Ⅰ軸 kW （3-45a ）10117.25ddPp?????Ⅱ軸 kW （3-45b）212123.p??Ⅲ軸 kW （3-45c ）323236.7P?????卷筒軸 kW （3-45d）44.3. 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)矩電動機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩為： N.m9501.6ddpTn?Ⅰ軸 N.m （3-46a ）101.di??Ⅱ軸 N.m （3-46b）2212367.1i???Ⅲ軸 N.m （3-46c）33 85TiT??卷筒軸 N.m （3-46d）424.5?將計(jì)算數(shù)值列表如下表 3-1：表 3-1 傳動裝置的運(yùn)動及動力參數(shù)§3.4.4 圓柱齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算此減速器的齒輪為一般機(jī)械零件，沒有特殊要求，從降低成本，減小結(jié)構(gòu)和易于取材原則出發(fā)決定選用：小齒輪 45 鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度 217~255 HBS大齒輪 45 鋼，正火，齒面硬度 169~217 HBS1. 計(jì)算許用接觸應(yīng)力 ???查教材，小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為：小齒輪 （217~255HBS） =580 MPa1limH大齒輪 （169~217HBS） =540 MPa2li軸號 功率 P（ KW） 轉(zhuǎn)矩 T(N.m) 轉(zhuǎn)速 傳動比 i 效率電機(jī)軸 7.5 101.6 7051 0.99Ⅰ軸 7.425 100.6 7057.04 0.97Ⅱ軸 7.1 673.1 100.145.03 0.97Ⅲ軸 6.7 3128.5 19.9卷筒軸 6.63 3122.5 19.91 0.99循環(huán)次數(shù)： N1=60njLn==1.76 (3-47a)910?N2 = =2.5 (3-47b)1i8由教材查得 ZN1=1.0ZN2=1.08SH=1.1齒面接觸應(yīng)力為= =527.3 Mpa (3-48a)??1H?lim1NHZS= =530.2 Mpa (3-48b)2lim2NH取小值 = =527.3 MPa???1H2. 計(jì)算許用彎曲應(yīng)力 ??F小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞極限分別為：小齒輪 （217~255HBS） =440 MPa1lim?大齒輪 （169~217HBS） =420 MPa2liFYN1= YN2=1 SF=1.4齒輪彎曲應(yīng)力為：= =314.3 Mpa (3-49a)??1F?lim1NFYS= =300 Mpa (3-49b) 2lim2NF§3.4.5 齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)1. 第一級傳動（1）初選參數(shù)小齒輪齒數(shù) =171Z大齒輪齒數(shù) = =17 7.04=1192i?螺旋角 0???（2）按接觸強(qiáng)度結(jié)算 1d(3-50)??3 2)()2HEdZuTK???????所以 載荷系數(shù) K=1.2彈性系數(shù) =189.8EZ2/mN節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) =2.464 =0.779H?Z螺旋角系數(shù) =0.992?取 =1d?所以 13 23 )3.5279.0468.19(95.1).(062. ?????=52.2 mm（3）主要尺寸計(jì)算模數(shù) mm (3-51)1cos52.cos103.27ndmZ??????取整數(shù) mm31n中心距 mm (3-52)15.20cos)(211???an取整數(shù) mm051?計(jì)算實(shí)際螺旋角：= (3-53)12)(arcosZmn??9.?螺旋角改變不大，系數(shù) 、 、 、 不在修正。EH??分度圓直徑 d=51.5 mm (3-54a)0112.9csoZn??=360.7 mm (3-54b)012.mdn?齒頂圓直徑 damm (3-55a)5.61325.11 ????????anahmm (3-55b)776022d齒根圓直徑 fmm (3-56a)4)25.1(35.)(*11 ??nanf chmdmm (3-56b).307602 ??????f齒寬 bmm (3-57a)5.1.12????db?mm (3-57b)561?經(jīng)校核計(jì)算，齒根彎曲強(qiáng)度足夠使用。確定齒輪精度等級及側(cè)隙分別為：小齒輪：8GJ大齒輪：8FH計(jì)算結(jié)果見下表 3-2： 表 3-2 一級傳動中大小齒輪的基本參數(shù)及主要尺寸 項(xiàng)目 小齒輪 大齒輪材料及熱處理 45 鋼調(diào)質(zhì) 45 鋼正火齒數(shù) 17 119法面模數(shù)（mm） 3分度圓法面壓力角 20°螺旋角及方向 9.2°左 9.2°右法面齒頂高系數(shù) 1 1基本參數(shù)法面齒隙系數(shù) 0.25 0.25中心距 205齒寬 56.5 51.5分度圓直徑 51.5 360.7齒頂圓直徑 56.5 366.7主要尺寸齒根圓直徑 44 353.22. 第二級傳動（1）初選參數(shù)小齒輪齒數(shù) =201Z大齒輪齒數(shù) = =20 5.03=1002i?螺旋角 0???（2）按接觸強(qiáng)度結(jié)算 2d(3-58a)2 ??3 2)()1HEdZuTK???????查設(shè)計(jì) 載荷系數(shù) K=1.2彈性系數(shù) =189.8EZ2/mN節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) =2.464 =0.779H?Z螺旋角系數(shù) =0.992?取 =1d?所以 23 23 )3.5279.0468.19(95.1).(067. ?????=101.1 mm（3）主要尺寸計(jì)算模數(shù) mm (3-59)21cos0.cos15.32ndmZ??????取整數(shù) （mm）52n中心距 mm (3-60)63.04cos)(221???an取整數(shù) mm3051?計(jì)算實(shí)際螺旋角：= (3-61)21)(arcosZmn??0.39?螺旋角改變不大，系數(shù) 、 、 、 不在修正。EH??分度圓直徑 d=101.7 mm (3-62a)120.39nZmcso???=508.3 mm (3-62b)21.nds??齒頂圓直徑 damm (3-63a)7.1527.011 ????????anahmmm (3-63b)383822d齒根圓直徑 fmm (3-64a)2.9)5.01(27.0)(*11 ??nanf chdmm (3-64b)843582 ??????f齒寬 bmm (3-65a)7.10.12?d?mm (3-65b)7.106521??b經(jīng)校核計(jì)算，齒根彎曲強(qiáng)度足夠使用。確定齒輪精度等級及側(cè)隙分別為：小齒輪：8GJ大齒輪：8FH計(jì)算結(jié)果見下表 3-3：表 3-3 二級傳動中大小齒輪的基本參數(shù)及主要尺寸項(xiàng)目 小齒輪 大齒輪材料及熱處理 45 鋼調(diào)質(zhì) 45 鋼正火齒數(shù) 20 100法面模數(shù)（mm） 5分度圓法面壓力角 20°螺旋角及方向 10.39°左 10.39°右法面齒頂高系數(shù) 1 1基本參數(shù)法面齒隙系數(shù) 0.25 0.25中心距 305齒寬 106.7 101.7分度圓直徑 101.7 508.3齒頂圓直徑 111.7 518.3主要尺寸齒根圓直徑 89.2 495.8§3.4.6 齒輪軸參數(shù)設(shè)計(jì)起重機(jī)減速器的齒輪軸屬于一般機(jī)械零件，沒有特殊要求，所以軸的材料選用 45 鋼，粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理便能滿足要求。45 鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為217~255HBS。所以可得 650MPaB??360PaS?130MPa???1[]60Pa???1. 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算軸的直徑軸的最小直徑公式為： (3-66)3minpAd?其中系數(shù) A=118~107Ⅰ軸 =25.87~23.45 mm (3-67a)3min170542.)~8(?dⅡ軸 =48.8~44.3 mm (3-67b)3min214.07)~18(?dⅢ軸 =82.1~74.4 mm (3-67c)3in39.6)(考慮到第一級傳動的小齒輪直徑較小，若使用鍵與軸連接齒輪強(qiáng)度不夠，所以把Ⅰ軸做成齒輪軸，Ⅰ軸軸頭安裝聯(lián)軸器，故將軸徑增加 5%。估?、褫S軸徑為 30 mm，安裝軸承處軸徑為 28 mm，其它尺寸由結(jié)構(gòu)而定。對于Ⅱ軸，估?、蜉S軸徑為 48 mm，安裝軸承處軸徑為 45 mm，其它尺寸由結(jié)構(gòu)而定。對于Ⅲ軸，估?、筝S軸徑為 80 mm，靠近齒輪盤接手的安裝軸承處軸徑為 80 mm，另一端為75 mm,其它尺寸由結(jié)構(gòu)而定。其他部件可以參考起重機(jī)專用減速器 QJR 型減速器而定。所計(jì)算的減速器的外形尺寸為：974 335 594。?§3.5 制動器，聯(lián)軸器的選擇§3.5.1 制動器的分類及選擇按照制動器構(gòu)造特征，可分為帶式制動器、塊式制動器、蹄式制動器盤式制動器四種。在設(shè)計(jì)或選擇制動器時(shí)，主要依據(jù)是制動力矩。無論是標(biāo)準(zhǔn)制動器，還是自行設(shè)計(jì)的制動器都要做必要的發(fā)熱驗(yàn)算。本設(shè)計(jì)選用短行程交流電磁鐵塊式制動器，型號：TKT300/200 。如圖 3-6。圖 3-6 短行程交流電磁鐵塊式制動器§3.5.2 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器根據(jù)傳遞的扭矩和工作條件選擇：(3-68)??ttTkT??321式中 T 為所傳遞扭矩的計(jì)算值為實(shí)際作用的扭矩t為聯(lián)軸器規(guī)格表中允許傳遞的扭矩??t為考慮聯(lián)軸器重要的系數(shù)，選 =1.31k 1k為考慮機(jī)構(gòu)偶工作級別的系數(shù)，選 =1.32 2為考慮角度偏差的系數(shù)，選 =13 3所以 1.3 1.3 1 101.6=171.7 N.m 小于 CL 型齒輪聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩?T?查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊，選用 CL1 型齒輪聯(lián)軸器。參考文獻(xiàn)[1] 隨明陽主編.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京機(jī)械工業(yè)出版社,1999 年[2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京機(jī)械工業(yè)出版社,2004 年[3] 楊可楨主編.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).人民教育出版社,1990 年[4] 陳鐵鳴.機(jī)械設(shè)計(jì).第 3 版哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003[5] 胡宗武主編.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊.北京科技技術(shù)出版社，2003 年[6] 江耕華等主編.機(jī)械傳動設(shè)計(jì)手冊.煤炭工業(yè)出版社，1992 年[7] 陳道南等主編.起重機(jī)課程設(shè)計(jì).冶金工業(yè)出版社，1991 年[8] 王大康等主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).青島海洋大學(xué)出版社，2006 年[9] 李恒全等主編.畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.青島海洋大學(xué)出版社，2005 年[10] 華中理工大學(xué)王昆、重慶大學(xué)何小柏、同濟(jì)大學(xué)汪信遠(yuǎn)主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).高教出版社，2005 年[11] 周涌明主編.畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.武漢華中理工大學(xué)出版社，1993 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個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，我的心情非常激動。畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，是對我四年大學(xué)期間學(xué)習(xí)與工作的總結(jié)和檢驗(yàn)；是對我進(jìn)行的一次全面鍛煉。在此，謹(jǐn)借論文完成之機(jī)，向所有關(guān)心我、鼓勵(lì)我、支持我、幫助我的人們致以誠摯的謝意。本次設(shè)計(jì)是在楊峰老師的全面指導(dǎo)和同學(xué)們的通力合作下完成的，設(shè)計(jì)的全過程無不滲透著楊老師的心血和自己的努力。在設(shè)計(jì)中的每一點(diǎn)提高都來源于楊老師的悉心教導(dǎo)和同學(xué)們的熱情幫助。楊老師知識的淵博，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，一絲不茍的工作作風(fēng)，對科學(xué)研究的熱愛和不斷進(jìn)取的精神，給我們留下了深刻印象，并會對我們產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，使我終身收益，與同學(xué)們的通力合作,也使我受益匪淺。在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向楊老師和幫助我的同學(xué)表示深切的謝意，感謝楊老師對我的悉心指導(dǎo)和感謝一起學(xué)習(xí)和工作的同學(xué)給我學(xué)習(xí)上的幫助和支持，謝謝您們帶給我快樂和幫助，在這里深深的表示感謝！同時(shí),感謝四年來關(guān)心和幫助過我的所有老師，沒有您們的關(guān)心和幫助，四年的大學(xué)生活將不會這樣充實(shí)和有意義的度過。在您們的學(xué)生即將畢業(yè)之際，向您們衷心地說一聲：老師辛苦了，謝謝您們！附錄：切削加工新概念現(xiàn)今的刀具公司再也不能只是制造和銷售刀具，為了成功，他們必須與全球化制造趨勢保持一致，通過提高效率、同客戶合作來降低成本。在這個(gè)近乎瞬間的全球競爭的后 NAFTA、后 WTO 時(shí)代，全世界的公司正對相同感覺作出更快、更輕、更便宜的反應(yīng)。換句話說，他們制造的產(chǎn)品和零件包含能在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，由于成本的壓力，最好、更輕而且要制造更便宜。取得這些目標(biāo)的一個(gè)最佳途徑是通過發(fā)展和應(yīng)用新材料，但這些新的和改進(jìn)的材料通常都難以加工。這種商業(yè)上的動力和技術(shù)上的困難的組合在汽車和航空工業(yè)尤其突出，并已成為有見識的刀具公司研發(fā)部門的首要驅(qū)動力。 例如，拿球墨鑄鐵來說，它已成為發(fā)動機(jī)零件和其它汽車、農(nóng)用設(shè)備和機(jī)床工業(yè)上的零件的日益見的材料。這種合金提供較低的生產(chǎn)成本和良好的機(jī)械性能的組合。他們比鋼材便宜，而比鑄鐵有更高的強(qiáng)度和韌性。但同時(shí)球墨鑄鐵非常耐磨，有快速磨壞刀具材料的傾向。這種耐磨性很大程度上受珠光體含量影響。某一已知球墨鑄鐵的珠光體含量越高，它的耐磨性越好，而且它的可加工性越差。另外，球墨鑄鐵的多孔性導(dǎo)致斷續(xù)切削，這更加降低壽命。 可以預(yù)計(jì)，高硬度和高耐磨的切削材質(zhì)需考慮球墨鑄鐵的高耐磨性。并且事實(shí)上材質(zhì)包含極硬的 TiC（碳化鈦）或 TiCN（碳氮化鈦）的厚涂層在切削速度每分鐘 300 米時(shí)加工球墨鑄鐵被證明通常是有效的。但是隨著切削速度的增加，切屑/刀具結(jié)合面的溫度也在增加。當(dāng)發(fā)生這樣的情況，TiC 涂層傾向于和鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并軟化，更多的壓力作用在抗月牙洼磨損的涂層上。在這些條件下，希望有一種化學(xué)穩(wěn)定性更好的涂層，如 Al2O3（雖然在較低的速度下不如 TiC 硬或耐磨） 。 化學(xué)穩(wěn)定性比耐磨性更成為一個(gè)重要的表現(xiàn)性能分界的因素，速度和溫度取決于被加工球墨鑄鐵的晶粒結(jié)構(gòu)和性能。但是通常厚涂層的 TiC 或 TiCN 和僅有氧化物的較薄涂層是針對球墨鑄鐵應(yīng)用的，因?yàn)榻裉齑蟛糠诌@類被加工材料的切削速度在每分鐘 150 到 335 米之間。對于速度高于每分鐘 300 米的應(yīng)用，人們對這種材料是滿意的。 為了使這個(gè)范圍性能最優(yōu)，山高研發(fā)和推出了針對球墨鑄鐵加工的材質(zhì)TX150。這種材質(zhì)有一個(gè)硬且抗變形的基體，對于加工球墨鑄鐵很理想。它的涂層由一層較厚的很耐磨的碳氮化鈦和一層較薄的抗月牙洼磨損的氧化物涂層，頂面是一薄層 TiN。這種涂層運(yùn)用目前工藝水平的產(chǎn)生耐磨性和抗月牙洼磨損需要的 CVD 涂層的全部硬度而且韌性平滑性增加的中溫化學(xué)氣相沉積（MTCVD）工藝。基體/涂層的組合性能給予很高的抗塑性變形和刃口微崩能力，使之成為正常速度下加工球墨鑄鐵的理想材質(zhì)。 涂層陶瓷也表現(xiàn)出能有效加工球墨鑄鐵。在過去，未涂層的韌性較好的諸如氮化硅和碳化硅纖維強(qiáng)化的氧化鋁陶瓷應(yīng)用受工件材料化學(xué)親和性的限制。但是今天通過使用能抵抗切屑變形過程產(chǎn)生高熱量的涂層刀具壽命已經(jīng)顯著增加。而某些早期這個(gè)領(lǐng)域的工件加工使用氧化鋁涂層晶須強(qiáng)化陶瓷，今天的多數(shù)研究活動集中于 TiN 涂層氮化硅。這種涂層能顯著拓寬韌性較好的陶瓷的應(yīng)用范圍。 切削加工時(shí)，工件的已加工表面是依靠切削工具和工件作相對運(yùn)動來獲得的。按表面形成方法，切削加工可分為刀尖軌跡法、成形刀具法、展成法三類。刀尖軌跡法是依靠刀尖相對于工件表面的運(yùn)動軌跡，來獲得工件所要求的表面幾何形狀，如車削外圓、刨削平面、磨削外圓、用靠模車削成形面等，刀尖的運(yùn)動軌跡取決于機(jī)床所提供的切削工具與工件的相對運(yùn)動；成形刀具法簡稱成形法，是用與工件的最終表面輪廓相匹配的成形刀具，或成形砂輪等加工出成形面，如成形車削、成形銑削和成形磨削等，由于成形刀具的制造比較困難，因此一般只用于加工短的成形面；展成法又稱滾切法，是加工時(shí)切削工具與工件作相對展成運(yùn)動，刀具和工件的瞬心線相互作純滾動，兩者之間保持確定的速比關(guān)系，所獲得加工表面就是刀刃在這種運(yùn)動中的包絡(luò)面，齒輪加工中的滾齒、插齒、剃齒、珩齒和磨齒等均屬展成法加工。有些切削加工兼有刀尖軌跡法和成形刀具法的特點(diǎn)，如螺紋車削。切削加工質(zhì)量主要是指工件的加工精度和表面質(zhì)量(包括表面粗糙度、殘余應(yīng)力和表面硬化)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，切削加工的質(zhì)量不斷提高。18 世紀(jì)后期，切削加工精度以毫米計(jì)；20 世紀(jì)初，切削加工的精度最高已達(dá) 0.01 毫米；至 50年代，切削加工精度已達(dá)微米級；70 年代，切削加工精度又提高到 0.1 微米。影響切削加工質(zhì)量的主要因素有機(jī)床、刀具、夾具、工件毛坯、工藝方法和加工環(huán)境等方面。要提高切削加工質(zhì)量，必須對上述各方面采取適當(dāng)措施，如減小機(jī)床工作誤差、正確選用切削工具、提高毛坯質(zhì)量、合理安排工藝、改善環(huán)境條件等。提高切削用量以提高材料切除率，是提高切削加工效率的基本途徑。常用的高效切削加工方法有高速切削、強(qiáng)力切削、等離子弧加熱切削和振動切削等。磨削速度在 45 米／秒以上的切削稱為高速磨削。采用高速切削(或磨削)既可提高效率，又可減小表面粗糙度。高速切削(或磨削)要求機(jī)床具有高轉(zhuǎn)速、高剛度、大功率和抗振性好的工藝系統(tǒng)；要求刀具有合理的幾何參數(shù)和方便的緊固方式，還需考慮安全可靠的斷屑方法。強(qiáng)力切削指大進(jìn)給或大切深的切削加工，一般用于車削和磨削。強(qiáng)力車削的主要特點(diǎn)是車刀除主切削刃外，還有一個(gè)平行于工件已加工表面的副切削刃同時(shí)參與切削，故可把進(jìn)給量比一般車削提高幾倍甚至十幾倍。與高速切削比較，強(qiáng)力切削的切削溫度較低，刀具壽命較長，切削效率較高；缺點(diǎn)是加工表面較粗糙。強(qiáng)力切削時(shí)，徑向切削力很大故不適于加工細(xì)長工件。振動切削是沿刀具進(jìn)給方向，附加低頻或高頻振動的切削加工，可以提高切削效率。低頻振動切削具有很好的斷屑效果，可不用斷屑裝置，使刀刃強(qiáng)度增加，切削時(shí)的總功率消耗比帶有斷屑裝置的普通切削降低 40％左右。高頻振動切削也稱超聲波振動切削，有助于減小刀具與工件之間的摩擦，降低切削溫度，減小刀具的粘著磨損，從而提高切削效率和加工表面質(zhì)量，刀具壽命約可提高 40％。對木材、塑料、橡膠、玻璃、大理石、花崗石等非金屬材料的切削加工，雖與金屬材料的切削類似，但所用刀具、設(shè)備和切削用量等各有特點(diǎn)。木材制品的切削加工主要在各種木工機(jī)床上進(jìn)行，其方法主要有：鋸切、刨切、車削、銑削、鉆削和砂光等。塑料的剛度比金屬差，易彎曲變形，尤其是熱塑性塑料導(dǎo)熱性差，易升溫軟化。故切削塑料時(shí)，宜用高速鋼或硬質(zhì)合金刀具，選用小的進(jìn)給量和高的切削速度，并用壓縮空氣冷卻。若刀具鋒利，角度合適，可產(chǎn)生帶狀切屑，易于帶走熱量。玻璃(包括鍺、硅等半導(dǎo)體材料)的硬度高而脆性大。對玻璃的切削加工常用切割、鉆孔、研磨和拋光等方法。對厚度在三毫米以下的玻璃板，最簡單的切割方法是用金剛石或其他堅(jiān)硬物質(zhì)，在玻璃表面手工刻劃，利用刻痕處的應(yīng)力集中，即可用手折斷。對大理石、花崗石和混凝土等堅(jiān)硬材料的加工，主要用切割、車削、鉆孔、刨削、研磨和拋光等方法。切割時(shí)可用圓鋸片加磨料和水；外圓和端面可采用負(fù)前角的硬質(zhì)合金車刀，以 10～30 米／分的切削速度車削；鉆孔可用硬質(zhì)合金鉆頭；大的石料平面可用硬質(zhì)合金刨刀或滾切刨刀刨削；精密平滑的表面，可用三塊互為基準(zhǔn)對研的方法，或磨削和拋光的方法獲得。刀具在熱強(qiáng)合金中的應(yīng)用 航空加工也變化迅速。例如，鎳基高溫合金如幾年前多數(shù)人未聽說過的Rene88 現(xiàn)在占到航空發(fā)動機(jī)制造使用總金屬量的 10~25%。對于這個(gè)有很好的表現(xiàn)和商業(yè)理由。例如，這些熱強(qiáng)合金能增加發(fā)動機(jī)壽命而且允許較小的發(fā)動機(jī)工作在大飛機(jī)上，那將提高燃燒效率并降低運(yùn)營成本。這些韌性好的材料也把費(fèi)用呈現(xiàn)在刀具上。它們的耐熱性導(dǎo)致刀尖上的溫度更高，從而降低了刀具壽命。相似地，這些合金里的碳化物顆粒顯著增加了摩擦，從而縮短刀具壽命。 作為這些條件改變的結(jié)果，曾經(jīng)能很滿意地加工很多鈦合金和鎳基合金的硬質(zhì)合金材質(zhì) C-2 在應(yīng)用到當(dāng)今的合金時(shí)遭受切削刃的壓碎和切削深度線處嚴(yán)重的溝槽磨損。但是用最新的細(xì)顆粒硬質(zhì)合金能有效加工高溫合金，刀具壽命得到提高，更重要的是提高在高溫合金應(yīng)用時(shí)的可靠性。細(xì)顆粒硬質(zhì)合金有比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金材質(zhì)更高的壓縮強(qiáng)度和硬度，只是在韌性方面增加少量的成本。而結(jié)果是在高溫合金加工上比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金抵抗常見失效模式更有效。 PVD（物理氣相沉積）涂層也被證明有效加工高溫合金。TiN（氮化鈦）PVD 涂層是最早使用的并仍然是最受歡迎的。最近， TiAlN（氮鋁化鈦）和TiCN（碳氮化鈦）涂層也能很好使用。過去 TiAlN 涂層應(yīng)用范圍和 TiN 相比限