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1、湘潭大學興湘學院 目錄 1引言 1 1.1 清洗建筑表面的意義 1. 1.2 目的和現(xiàn)實意義 1 1.3 研究現(xiàn)狀 2.. 2方案評價與選擇 3 2.1 高樓外墻清潔機的結構和工作 3 2.1.1 設置于頂樓的支撐突梁 3 2.1.2 支撐纜繩 4 2.1.3 乘載用掛籠 4 2.1.4 動作馬達 4 2.1.5 升降結構 5 2.1.6 清洗刷 5 2.2 方案評價與選擇 5 3運動學及結構方案的確定 6 3.1 運動學參數(shù)選定 6 3.2 計算總傳動比和分配各級傳動比 8 3.3 計算傳動裝置運動和動力參數(shù) 8 4傳動零件的設計計

2、算 10 4.1 第一級齒輪傳動設計計算 10 4.1.1 .初步計算 10 4.1.2 校核計算 10 4.2 第二級齒輪傳動設計計算 14 4.2.1 .初步計算 14 4.2.2 校核計算 14 4.2.3 確定傳動主要尺寸 16 4.3 畫簡圖 18 4.3.1 初估軸徑 18 4.3.2 初選聯(lián)軸器 19 4.3.3 初選軸承 19 5軸的校核計算 20 5.1 高速軸受力分析 20 5.2 中間軸校核計算 錯誤！未定義書簽。 6高速軸軸承驗算 28 致謝 30 參考文獻 31 附錄 31 附錄1外文文獻翻譯 附錄2外文文獻原文

3、 附錄3自動墻臂清洗機裝配圖A0 附錄4自動墻臂清洗機零件圖1 A1 附錄5自動墻臂清洗機零件圖2 A1 附錄6自動墻臂清洗機零件圖3 A3 2 湘潭大學興湘學院 1引言 1.1 清洗建筑表面的意義 隨著人類社會的不斷發(fā)展進步，城市規(guī)模不斷擴大，城市建筑更加規(guī)范，完美。千 姿百態(tài)的各式建筑，尤其是高層建筑外墻都用各種建筑材料進行裝飾，如粘帖各色墻 磚，瓷磚，馬賽克，或涂上涂料，但是，自然界的風吹雨打，日光輻射，塵埃污染，以 及一些人為或偶然事故等原因，一段時間過后，建筑表面都將不同程度地變得污濁灰 暗，破舊不堪，在環(huán)境差的地區(qū)，污染或損壞還相當嚴重。 建筑表面就像人身

4、上的外衣, 要保持清潔，就需要經(jīng)常清洗，整理。為此，世界發(fā)達國家和地區(qū)，對保持建筑表面的 清潔非常重視，并以法律的形式明確規(guī)定，每年必須定期清洗，否則將受到處罰。近年 來，我國各級政府部門的環(huán)境保護意識已發(fā)生了很大改變，國內一些大，中城市，特別 是旅游，開放城市，旅游景點，為保持建筑表面清潔，也制定出臺了相應的法規(guī)，全國 范圍的衛(wèi)生評比活動，把保持建筑表面清潔列為考核的重要指標之一，其中高層建筑的 外墻，醒目，突出，自然也就成為檢查的重中之重。 有信息表明，十?五期間國家用于環(huán)境保護的投資將由九?五期間國民生產(chǎn)總值的 1.5%羽倍增力口至4%,同時還伴隨以產(chǎn)業(yè)政策的優(yōu)惠。所以，隨著我國改革開

5、放的不斷 深入，政府，公民的環(huán)保意識的不斷加強，建筑表面清潔問題必將引起各方面的高度重 視，建筑清洗行業(yè)必然具有廣泛的發(fā)展前景，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益 . 建筑表面清洗主要包括外墻清洗和中央空調風管的清洗，目前外墻清洗是采用傳統(tǒng)的 “蜘蛛人”清洗，這是以犧牲生命為代價的非人工作，部分城市頒布了建筑表面清洗條 例；由于非典事件，公共衛(wèi)生得到了高度的重視，特別是中央空調風管的清洗，最近 有關中央空調的清洗條例很快出臺；因此對于建筑表面清洗提供一個完備的解決方案， 必然打破一個傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)格局，改變了人們的工作方式，用機器人清洗代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人 清洗或無法清洗，是必然的發(fā)展趨勢。 1.2 目的

6、和現(xiàn)實意義 洗墻機的功能主要在于清洗大樓窗戶、外墻等外部結構，然而礙于在清洗大樓時清 洗后廢水的處理，清洗的效果、效率等等，目前市面上尚無自動的大樓洗墻機。 改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，高層式建筑如雨后春筍般的拔地而起。 高樓外墻的外觀保養(yǎng)和清潔成為樓宇管理不可缺少的一部份。有需求就由市場，高樓外 墻的清潔必將成為一種經(jīng)濟效益高，前景廣闊的行業(yè)。在中國，這種行業(yè)正在逐漸興趣。 我國高墻清潔主要采取兩種形式。 1.3 研究現(xiàn)狀 綜觀目前市面上可見的洗墻機，清洗方式主要還是以人工清洗為主，所以都是以掛 籠垂降，再以人工方式清洗墻面；然而垂掛以及掛籠的升降方式便較具變化。傳統(tǒng)的是

7、人手清潔，用繩把人系住和定位，逐層清潔。這種方式人在半空吊來吊去的（好象攀崖 運動員下山時那樣），勞動強度高，效率低，因為主體是人，所以帶有一定的危險性。 現(xiàn)代的機器人清潔，現(xiàn)代科技的發(fā)展，機器人代替人手工作是必然的趨勢，在國外 和我國的一些清潔公司已經(jīng)采用了機器人來進行高樓外墻的清潔工作，但是這些機器人 構造復雜，操作復雜，功能繁多（有些功能是很少用到或在某些場合不會用到） ，造成成 本高（如果是一些由人工智能的機器人就更加不用說了）和資源浪費的現(xiàn)象。針對這個 問題，我們設計了一個操作簡單，經(jīng)濟實用的高樓外墻清潔機器。 2 湘潭大學興湘學院 2方案評價與選擇 2.1 高樓

8、外墻清潔機的結構和工作 現(xiàn)代高樓外墻自動清洗機的結構主要分為下面幾種 ： 2.1.1 設置于頂樓的支撐突梁 以下為一些常見的支撐突梁： (1)固定式如圖2.1所示： (A) F型突梁 (B) L 型突梁 圖2.1固定式突梁 (2) 活動式： 設有活動滑軌，如圖2.2為一種滑軌： 圖2.2滑軌 滑軌式的作動情形如圖2.3所示: Type 70  圖2.3滑軌式的作動情形 滑軌有多種形式如圖2.4所示: B.自走平臺 C.垂直式滑軌 A.水平式滑軌 B < 圖2.4多種形式的滑軌 直接將大型起降車設置于頂樓，方便隨時清洗，亦有助施工維修，但

9、成本高昂且占 空間。 2.1.2 支撐纜繩 纜繩能承受高度張力，目前專用纜繩就可達到需求。 2.1.3 乘載用掛籠 小型掛籠如圖2.5所示: 圖2.5小型掛籠 中型掛籠如圖2.6所示: 圖2.6中型掛籠 2.1.4 動作馬達 對于馬達，一般來說有以下要求: A.高扭力、低轉速。 1.1.1 動煞車。 C.機械煞車裝置。 D.靜定功能。 2.1.5 升降結構 對于升降的結構，目前計劃主要依現(xiàn)有一般市面上可見的機構加以改良，作為自動 洗墻機的作動裝置，裝在樓頂?shù)牟竭M電動機帶動卷桶控制鋼絲繩的收放，使的刷子部分 的執(zhí)行機構能在高墻上縱向移動。在這里，選擇

10、卷揚機類似的機構，加以改進。 2.1.6 清洗刷 考慮到刷子受到的摩擦力很小 ，刷子的轉動動力由小電機提供，如圖所示 刷子部分采用紅外線測距。當墻上的玻璃窗等與墻的豎直距離不等時，刷子不能很好的 清洗玻璃等凹或凸出來的部分。所以從機器采用紅外線測距， 使刷子能更好的工作, 即使有突出的墻沿，也可以通過機器自己調節(jié) （線圈產(chǎn)生的磁場和彈簧力來調節(jié)） 刷子由一個獨立的電動機帶動。 為了使機器在刷子往返運動中，不會使機構左右搖擺，所以采用一些輔助機構來減 少左右搖擺，如圖所示，采用末端加有一個輪，此輪與墻接觸。當機器向下運動時，輪 與墻之間是滾動摩擦，使機器向下運動時，可以使機器與墻之間保持

11、一定的距離，從而 不會撞到墻或者玻璃，當墻左右搖晃時，這時，輪與墻之間產(chǎn)生滑動摩擦，對機器左右 搖擺有一定的抑制作用。 還有一些輔助機構使得清潔機在墻上工作更加平穩(wěn)。 2.2方案評價與選擇 根據(jù)任務書的要求，結構簡單，操作方便，投資小，成本低，安全可靠，工作效率 高，故選用，水平式滑軌，支撐纜繩，小型掛籠，升降機構采用類似卷揚機機構，工作 部，利用工作電動，經(jīng)減速器減速，帶動清洗刷轉動，實現(xiàn)清洗功能。 20 3運動學及結構方案的確定 根據(jù)任務書要求，一小時可以清洗墻面 600-800平方米，考慮到結構簡單，直接單 向進給，故只考慮升降，而且要達到 600-800平方米，所以要選

12、用大型號的清洗刷。其 結構如圖3.1所示： —! 1] I IJ K ： B'll L_1_j L_tJ 圖3.1清洗刷結構圖 3.1運動學參數(shù)選定 初選卷揚機，根據(jù)GB/T 1995-2002,選用雙卷快速快溜放卷揚機，額定速度為 20m/min-25min,額定載荷為 25KN 根據(jù)初選的卷揚機，則定清洗刷直徑應 500mm 清洗刷與墻面的摩擦力 查機械設計手冊得工程塑料的動摩擦因數(shù)在 1 =0.1。0.5之間，因為，清洗刷基本 上靠自動壓在墻面上，又要考慮到清洗干凈，故選用動摩擦因數(shù)較大的工程塑料，選定 其動摩擦因數(shù)為uk =0.5,估算清洗裝置200LI 3

13、00kg ,故 F=NUk=2000N 0.5 = 1000N 工作機所需輸入功率： = 2.30KW F 1000 2.3 Pw 二 二 1000 w 1000 1 各部件的傳動效率: 工作機的效率：w=1 傳動裝置中各部分的效率，查機械手冊得 8級精度的一般齒輪傳動效率：州齒=0.97 彈性聯(lián)軸器傳動效率：i = 0.992 齒式聯(lián)軸器傳動效率： =0.99 球軸承傳動效率：“球=0.99(一對) 滾子軸承：”滾=0.99(一對) 電動機至工作機之間傳動裝置的總效率： n - n n n n n n n i球齒滾齒滾 =0.992 0.99 0.9

14、 7 0.9 8 0.9 7 0 .=9 8 2. 3 0 2 6 1K W 0. 8 79 所需電動機功率 Pw Pd = —— n 由 二 Dnw /日 60 1000、 60 1000 2.30 v = 」得 nw = = = 87.5 r min 6 0 1 0 0 0 二 D 二 500 查表13-2,得圓柱齒輪傳動單級傳動比常值為 3?5,故電動機轉速的可選范圍： n =(i1i2)nw =(32~52) 87.535 = 787.817~2188.38r. min 對Y系列電動機通常多選用同步轉速為 1000r/min或1500r/min的電動機，故

15、選用同 步轉速為1500r/min。 選用Y100L2-4，額定功率3KW,滿載轉速1430r/min,電動機極數(shù)為4,軸伸尺寸 281.004 *60。其具體參數(shù)如下： 型號： Y100L2-4 額定功率/kW: 3.0 鐵心長度/mm: 135 氣隙長度/mm: 0.3 定子外徑/mm: 155 定子內徑/mm: 98 定子線規(guī)nc-dc: 1-1.18 每槽線數(shù)： 31 并聯(lián)支路數(shù)： 1 繞組型式： 單層交叉 節(jié)距： 1?9/2?10/18?11 槽數(shù) Z1/Z2: 36/32 轉動慣量 /(kg mA2): 0.0067 質量/kg: 38 3.2

16、 計算總傳動比和分配各級傳動比 傳動裝置的總傳動比要求為 = 16.336 nm 1430 i =-= nw 87.535 式中：nm—電動機滿載轉速，r/min. 一般推薦展開式二級圓柱齒輪減速器高速級傳動比 i1 = (1.3?1.5)i2,取 i1 =4.782,i2 =3.416 。 3.3 計算傳動裝置運動和動力參數(shù) 該傳動裝置從電動機到工作機有三軸，依次為I、n、田軸，則： 3.3.1 各軸轉速 m = nm =1430r； min n --= 1430 = 299.038 r min 11 4.782 n - nm 1430 n =——= =87

17、.537 r. min 12 i1i216.336 式中：nm一為電動機滿載轉速,r/min ； n1 n)p n皿一分別為I、H、in軸轉速，r/min; I為高速軸，in為低速軸. 3.3.2 各軸功率 P =Pd i =2.753 0.992 = 2.731KW Pjl = P『齒"球=Pdnin 齒”球=2.753父 0.992父0.97父 0.99 = 2.623KW P BI = P 非齒”滾=Pd^n齒'求"齒"滾=2.753父 0.992 父 0.97 父 0.99父 0.97^0.98 = 2.493KW 式中：P d 一為電動機輸出功率，KW； P ］、Pn

18、、P小一分別為I、H、m軸輸入功率，KW? 3.3.3 各軸轉矩 T -9.55 106 P：n =9.55 106 2.73T1430 = 18238.50N mm T =9.55 106 P n =9.55 10 2.623 299.038 = 83767.45N mm T ill 9.55 106 P .iii, n =9.55 106 2.493 87.537 = 271978.14N mm 4傳動零件的設計計算 4.1 第一級齒輪傳動設計計算 因傳動無嚴格限制,生產(chǎn)批量小,故小齒輪用40Cr,調質處理,硬度241HEB- 286HB, 平均取為260HB;大齒輪用45鋼

19、，調質處理，硬度為229HB- 286HB，平均取為240HB.齒輪 采用非對稱支承結構安裝。計算步驟如下： 齒面接觸強度計算 4.1.1 初步計算 轉矩 T1 , T1 =18238.50 N mm 齒寬系數(shù)翼d ,由表12.13,取手d =1.0 A值,由表12.16,估計P定13)取Ad =88 接觸疲勞極限仃Hlim,由圖12.17C,得 二h im1 =710MPa,；「Him2 =580MPa 初步計算的許用接觸應力l-H 1： Lh1 ] ： 0.9；「Hiim1 =0.9 710=639MPa k H2 ] ： 0.9。h lm 2 = 0.9 580 = 52

20、2MPa 傳動比i, i (=u) =4.782 初步計算小齒輪直徑d1 ,d1之Ad3 /L2U =38.1mm,取d1 = 45 j 巾d |(THj U 初步齒寬 b , b = d .d[ = 1.0 45 = 45mm 4.1.2 校核計算 d1n1 二 45 1430 0? 圓周速度 v, v = = = 3.37 m. s 60 1000 60 1000 精度等級 由表12.6,選用8級 齒數(shù)Zi、模數(shù)m和螺旋角P : Zi =22,Z2 =iZ1 =105.24 ,取 Z2=105 d1 45 mt = — = 一=2.045455,由表 12.3,

21、取 mn = 2mm Zi 22 mt a =arccosm- =arccos =1206'5''(和估計值接近) 2.045455 使用系數(shù)Kx由表12.9,, Ka =1.25 動載系數(shù)Kz,由圖12.9, Kv=1.18 齒間載荷分配系數(shù)Kh ： l 2T1 2 18238.50 Ft = = = 810.6 N d1 45 KAFt 1.25 810.6 45 = =22.52 ：： 100N / mm 1 二=1.88-3.2 z cosP 1.88-3.2 - 22 105/ cos12 6'5'' =1.67

22、 一 bsin I d Z1 1.0 22 ;= = tan - = tan12 6'5'' = 1.50 二 mn tan - in tan 20 二 t = arctan - = arctan 20 25'2' cos : cos12 6'5'' cos :b = cos : cos： n cos」=0.98 由此得 Kh 二=Kf 二-cos" b = 1.67 0.982 = 1.74 齒向載荷分布系數(shù)KhP,由表12.11, bo bo o Kh ： = A B 1 0.6( )2( )2 C 10 b _ d1 d1 =1.17 0.16 1

23、0.6 12 12 0.61 10, 45 =1.453 載荷系數(shù) K , K =KaKvKh 二 Kh B = 1.25 1.18 1.74 1.453 =3.73 彈性系數(shù) Ze，由表 12.12, Ze =189.8jMPa 節(jié)點區(qū)域系數(shù)Zh ,由圖12.16, Zh =2.45 重合度系數(shù)Z名,由式12.31,因呻＞1,取期=1故 Z ；- 1.67 = 0.77 螺旋角系數(shù) Z 一：，Z B二.Jcos<= cos12 65' = 0.99 接觸最小安全系數(shù)Sh min,由表12.14，得Sh min =1.05（ 一般可靠） 總工作時間 th, th

24、 =4 250 16 =16000h 應力循環(huán)次數(shù)Nl： Nli=60 nith =60 1 1430 16000 = 1.3728 109 Nl2 = Nli i1 =1.3728 109 4.782 = 2.8708 108 接觸壽命系數(shù) Zn,由圖 12.18, Zni=0.97, Zn2 = 1.15 許用接觸應力Lh 1： 驗算 ， ,, H lim 1ZN1 H1 ,= Sh lim 710 0.97 1.05 OH lim2ZN2 580 1.15 Sh lm - 1.05 Ch 7八7 2KT1| U 1 . ZeZhZ " bdHu = 6

25、55.90MPa = 635.24MPa = 189.8 2.45 0.77 0.99 ? 3^7 嗎38%.782 1 45 452 4.782 = 478.81Mpa 二 k"] 計算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無須調整 4.1.3 確定傳動主要尺寸 中心距a d1 i 1 45 4.782 1 a = = = 130.095 mm 2 2 實際分度圓直徑 d1=45.000mm, d2 #1d1 =4.782 45=215.190mm 齒寬 b , b =^d1 =1.0m 45 =45mm,取b1 =55mm, b2 =45mm 齒根彎曲疲勞強

26、度驗算 齒形系數(shù)Yf： : Zvi = —Z3^ =一產(chǎn)—— =23 cos3 : cos312 65' ZV2 Z2 cos3 : 105 cos312 65' 二 112  由圖 12.21, Yf：.”2.67, YF .2-2.18 應力修正系數(shù) Ysa ,由圖 12.22, Ys& = 1.58, Yso2= 1.82 重合度系數(shù)、：,二v 二;1.88-3.2（z：1 ? z［）cos - 1 1 =1.88 -3.2(— ——)cos12 6'5'' =1.67 2 23 112 0.75 c CL 0.75 c rc Y ； 0 0.25

27、= 0.25 = 0.70 二v 1.67 螺旋角系數(shù) Y 二 Y mn -1 -0.25 =1 -0.25 1 =0.75 (當啡之1時，按啡=1計算.) 12 1 Yp = 1 —祁——=1 —1M =0.9 >YPmin ,故Yp=0.9 120 120 齒間載荷分配系數(shù)Kf : , —3.17 =2.7 二Y ； 1.67 0.70 前已求得Kfo(=1.74 <」-,故 U74 二Y二 b 45 齒向載荷分配系數(shù) 仆0 ,由圖12.14, °= 5 =10, KfB = 1.41 h 2.25 2 載荷系數(shù) K , K = KaKvKf：KfB =

28、1.25 1.18 1.74 1.41 =3.62 彎曲疲勞極限

29、 lim YN1Y( 6 F1，= & min 600 0.89 1 1.25 = 427.20MPa F lim 2Yn 2YX Sf min 450 0.94 1 1.25 = 338.4MPa 驗算 2K「 二 fi = Yf： iYs：.iY Y ; bdimn 2 3.62 18238.50 ,1 = 2.67 1.52 0.70 0.9 = 83.36MPafi 1 45 45 2 Yf 2YS -2 ”” 2.18 1.82 二f 2 二；= F1 = 83.36 = 78.40 ：二 I。F2.

30、YF ：1Ys ：1 2.67 1.58 傳動無嚴重過載，故不做靜強度校核。 4.2第二級齒輪傳動設計計算 因傳動無嚴格限制，生產(chǎn)批量小，故小齒輪用40Cr,調質處理，硬度取為280HB;大齒輪 用45鋼，調質處理，硬度取為260HB齒輪采用非又t稱支承結構.計算步驟如下： 齒面接觸強度計算 4.2.1 初步計算 轉矩 T2 , T2 =83767.45N mm 齒寬系數(shù) 中d ,由表12.13,取Td =1.0 A值,由表12.16,估計P之133，取Ad =88 接觸疲勞極限O-H lim ,由圖12.17C,得 二H lim1 =710MPa,；「Hlim2 = 580M

31、Pa 初步計算的許用接觸應力： L-hi1 0.9;Hlim1 =0.9 710=639MPa L H21 ： 0.9= h lm 2 = 0.9 580 = 522MPa =64.70 傳動比 i , i( = u) =3.416 初步計算小齒輪直徑d1 初步齒寬 b , b =:d.d1=1.0 72 =72mm 4.2.2 校核計算 dm2 二 72 299.038 .仆 圓周速度 v, v = = = 1.13m，s 60 1000 60 1000 精度等級 選用8級 齒數(shù)、模數(shù)和螺旋角: Zi =282 =iZ1 =3.416 28 = 95.648，取Z2

32、 =96 d1 72 .一 一 一 mt = = =2.571492，由表 12.3，取 mn = 2.5 Zi 28 a = arccos mn = arccos—25—=13q32'10"（和估計值接近） mt 2.571492 使用系數(shù)KA，表12.9,, Ka=「25 動載系數(shù)，由圖12.9, KV=1.10 齒間載荷分配系數(shù)K” 2326.87 N l 2T 2 2 83767.45 Ft = = di 72 KAFt 1.25 2326.87 b 一 72 = 40.40 ；100N / mm 1 =1.88-3.2 — +961 c

33、os1332'10” =1.68 一 bsin '! d Z1 - 1.0 28 二二 = tan : = tan13 32'10'' -2.15 二mn 三 三 ；--1.68 2.15 =3.83 =20 31'27'' ，tan : n ， tan 20 -1 : arctan 二 arctan cos - cos13 32'10'' cos : b = cos : cos ： n. cos 二 t = cos13 32'10''cos 20, cos20 3T27'' =0.98 由此得 Kh ： = Kf：-二cos2 -b

34、 =1.68 0.982 =1.75 齒向載荷分布系數(shù)KhP,由表12.11, KhB = A b b 2 1 O.%) b 2 3 ()C 10 b d1 =1.17 0.16 1 0.6 12 12 0.61 10, 72 = 1.47 載荷系數(shù) K , K =KaKvKhoKhP = 1.25M1.10M1.75M1.47 =3.54 彈性系數(shù) Ze ,由表 12.12, Ze =189.8jMPa 節(jié)點區(qū)域系數(shù)Zh ,由圖12.16, Zh =2.44 重合度系數(shù)ZB ,由式12.31,因幫》〔,取那二1,故 Z ； = 0.77 螺旋

35、角系數(shù) Z，=、cos 一：二 cos13 32'10'' = 0.99 接觸最小安全系數(shù)Sh min ,由表12.14，得Sh min *.05（ 一般可靠） 總工作時間 th, th=4M250M16 = 16000h 應力循環(huán)次數(shù)NL: Nli=60 n2th =60 1 299.038 16000 = 2.87 108 Nl2 = Nli i2 =2.87 108 3.416=8.40 107 接觸壽命系數(shù)Zn,由圖12.18, ZN1=1.10, Zn"1」6 許用接觸應力--H 1 驗算 Ichi I = 二 H lim iZNI Sh lim 710 1

36、.10 =743.81MPa 1.05 二 Hlim2ZN2 580 1.16 Sh lim 1.05 = 640.76MPa 二 h = ZeZhZ 2 H 2KT2, u 1 bd12 * u =189.8 2.44 0.77 0.99 =505.97Mpa ：：： Ich2 ] 計算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無須調整 4.2.3 確定傳動主要尺寸 此處省略nnnnnnnnnnnNnM于圖紙不能上傳，如需全套設計和圖紙資料請 聯(lián)系扣扣九七一九二零八零零! 湘潭大學興湘學院 6高速軸軸承驗算

37、查手冊7307c軸承主要性能參數(shù)如下： Cr =32.8KN,Cor =24.8KN, No =75000r/min（脂潤滑），e = 0.68 壽命計算 打1 _FU 左邊軸承徑向力 Fri ==107.062 235.072- -258.30N 右邊軸承徑向力 Fr2 = 194.682 575.532 = 607.56N 軸向力 FA = Fai =173.80N ,方向向左 附加軸向力 查表18.4 ,可得 Fs1 =0.68Fr1 =175.64N , Fs2 = 0.68Fr2 = 413.14N 因Fs2 +Fa =413.14 +173.80 >Fs1

38、 ,故左邊軸承被壓緊 軸承軸向力 Fa1 = Fs2 Fa =413.14 173.80 =586.94N Fa2 =Fs2 =413.14N X,Y 值 Fa^ i = 586.94Ca on = 2.27 >e,故 X1 = 0.41,Y1 = 0.87 Fr1 258.30 F%r2 =413.1%07.56 =0.68 =e ,故 X2 = 1,Y2 = 0 沖擊載荷系數(shù) 考慮中等沖擊查表18..8得fd=1.2 當量動載荷 P1 = fd(X1Fr1 Y1Fa1) =1.2 (0.41 258.30 0.87 586.94) =739.85N P2 = fd(X2F

39、r 2+Y2Fa2) =1.2 父(1^607.56 +0) =729.07N 軸承壽命 因P1 > P2 ,只計算軸承1的壽命 ? 卜 16670 /Cr、3 16670 / 32800、3 6k 。命 L10h = (一)= 黑( ) =1.02黑10 h >8年 n P1 1430 739.85 故高速級軸承滿足壽命要求。 靜載荷計算 Xo、Y0 查表 18.12,得 X0=0.5, 丫0=0.38 當量靜載荷 P0r1 -X0Fr1 Y0Fa1 = 0.5^258.30 +0.38父586.94 =352.19N ＞取大者 P0r1 = F.1 =258.30N

40、 P0r2 = X0Fr2 Y0Fa2 = 0.5x607.56 +0.38x413.14 = 460.77 N〉取大者 P0r2 =Fr2 =607.56N = 1.5 安全系數(shù)Sc正常使用角接觸球軸承，查表18.14,得S0 計算額定靜載荷 C 0r2 =S0P0r2 =1.5 607.56 = 911.34N （因P0r1 < P0r2,故只計算軸承2） 載荷系數(shù)f1 P1 Cr 1 許用轉速驗算 739.85 /日 = = 0.023,查圖 18.19，得 f 11 =1 32800 P2 Cr2 729.07 32800 = 0.022，查圖18

41、.19，得 f12=1 23 載荷分布系數(shù)f2 Fa1 Fr1 586.94 258.30 = 2.27，查圖 18.20，得f 21 =0.96 Fa2 413.14 F「2 607.56 = 0.68，查圖 18.20，得 f 22 = 0.99 許用轉速 N N1 = fnf 21N0 =1 0.96 7500 = 7200r min N2 = f 12f 22N0 =1 0.99 7500 = 7425r, min 均大于工作轉速1430r/min。 經(jīng)檢驗該軸承合格。 致謝 本論文是在楊世平老師的悉心指導和熱情關

42、懷下完成的。在整個設計過程中，不僅 在學業(yè)上得到了老師細致、耐心的教導和講解，使自己鞏固、完善了所學知識，并且治 學嚴謹、塌實沉穩(wěn)的學風給人以深厚影響，在我的學習、待物中產(chǎn)生了積極作用，也使 得本次設計能夠順利完成。 再此衷心感謝在這過程中幫助及指導過我的老師和同學，讓我開闊了眼界，增加了 學識。 參考文獻 [1]吳彥農(nóng).康志軍.Solidworks2003實踐教程.淮陰：淮陰工學院，2003 [2]葉偉昌.機械工程及自動化簡明手冊（上冊）.北京：機械工業(yè)出版社，2001 [3]徐錦康.機械設計.北京：機械工業(yè)出版社，2001 [4]成大先.機械設計手冊（第四版 第4卷）.北京：化

43、學工業(yè)出版社，2002 [5]葛常清.機械制圖（第二版）.北京：中國建材工業(yè)出版社，2000 [6]朱 敬.孫明，邵謙謙.AutoCAD2005.電子工業(yè)出版社，2004 口 董玉平.機械設計基礎.機械工業(yè)出版社，2001 [8]曾正明.機械工程材料手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2003 [9]周昌治.楊忠鑒，趙之淵，陳廣凌.機械制造工藝學.重慶：重慶大學出版社，199910 曲寶章.黃光煒.機械加工工藝基礎.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2002 [11]張福潤.徐鴻本，劉延林.機械制造基礎（第二版）.武漢：華中科技大學出版社， 2002 [12]徐錦康.機械設計.北京：高等教

44、育出版社，2004 [13]寧汝新.趙汝嘉.CAD/CAM技術.北京：機械工業(yè)出版社，2003 [14]司徒忠.李璨.機械工程專業(yè)英語.武漢：武漢理工大學出版社，2001 [15]牛又奇.孫建國.新編Visual Basic程序設計教程.蘇州：蘇州大學出版社，2001 [16]甘登岱.AutoCAD2000.航空工業(yè)出版社，2000 [17]夸克工作室.SolidWorks2001.科學出版社，2003 [18]吳權威.SolidWorks2003科學出版社，2004 [19]甘永立.幾何量公差與檢測.上?？茖W技術出版社，2004 附錄1外文文獻翻譯 工藝規(guī)程制訂與并行工程

45、 T. Ramayah and Noraini Ismail 摘要：產(chǎn)品設計是用于產(chǎn)品，及它的部件裝配的計劃。為了把產(chǎn)品設計轉換成一個實際 物體，這需要一個制造計劃。而制訂一個這樣的計劃的行動就叫做工藝規(guī)程制訂。它是 產(chǎn)品設計和制造之間的連接，工藝規(guī)程制訂包括決定加工順序和制造產(chǎn)品所必須完成的 裝配步驟。在以下文章中，我們將解釋工藝規(guī)程制訂和他的一些相關主題 文章開始，我們應該區(qū)別在下列文章中被反復提到的工藝規(guī)程制訂和生產(chǎn)計劃。工 藝規(guī)程制訂與如何制造產(chǎn)品和它的零件等工程技術問題有關，制造零件和裝配產(chǎn)品需要 什么樣的設備和工具？工藝規(guī)程制訂與產(chǎn)品制造物流管理有關系。它在工藝規(guī)程制訂后 面與

46、原料分類及獲得滿足制造充分數(shù)量產(chǎn)品要求的資源有關。 工藝規(guī)程制訂 工藝規(guī)程制訂包括決定最適當?shù)闹圃旒把b配步驟和順序，在這些順序和步驟中他們 必須根據(jù)所提出的詳細的設計說明書規(guī)范完成給定零件或產(chǎn)品制造。 能夠被計劃的工 藝范圍和多樣性通常由于公司車間可用設備和技術能力而受到限制。在公司內部不能夠 制造的零件必須到外部市場購買，工藝規(guī)程制訂所提及的工藝選擇同樣也受到詳細設計 資料的限制，我們稍后將會回到這一點。 工藝規(guī)程制訂通常是由制造工程師完成的，工藝制訂者必須熟悉工廠中詳細可用的 制造流程并且能夠說明工程圖?；谥朴喺叩闹R、技術和經(jīng)驗，用于制造每個零件的 工藝步驟以最合乎邏輯的順序被

47、發(fā)展制訂。下列各項是在工藝規(guī)程制訂范圍里的許多決 定和詳細資料： .設計圖的說明. 在工藝規(guī)程制訂的開始，產(chǎn)品設計的這一部分 （材料、尺 寸、公差、表面處理等等）必須進行分析。 .工藝和順序.工藝制訂者必須選擇哪一個工藝是必需的及必需工藝的序 列。此外還必須準備好一個簡短的工藝步驟描述。 .設備選擇. 大體上，工藝制訂者必須逐步展開利用工廠現(xiàn)有機器的計劃。另 外，組件必須被購買或在新設備上的投資必須被制定。 .工具、沖模、鑄模、夾具、量具. 工藝必須決定每個工序需要什么工具，這 些工具的實際設計和制造通常通過委派工具設計部門和工具庫或者聯(lián)系專攻那種工具 制造的外面廠商來完成。 .

48、方法分析. 車間規(guī)劃，小工具，提升重物的提升問。甚至在一些人工操作情 景中的肢體動作也被指定。 .操作步驟.工作測量技術被用來為每個操作設定時間標準。 .切削工具和切削條件.這些必須對加工操作通過推薦標準手冊來進行詳細 說明。 零件工藝規(guī)程制訂 對于單個零件，加工順序通過一種被稱為進路表的表格來進行文件證明備份。就如 工程圖被用于詳細說明設計產(chǎn)品一樣，進路表被用于詳細說明工藝計劃。他們是類似 的，一個用于產(chǎn)品設計，另一個用于制造。 制造單個零件的典型加工順序包括：（1） 一個基本工序（2）二級工序（3）提高物 質特性工序和（4）最后工序。一個基本工序決定了工件的起始造型。金屬鑄件、

49、塑料成 型、金屬精煉是基本工序中的實例。起始造型常常必須通過改變起始造型操作 （或者接 近于最終造型）的二級工序來精制。二級工序習慣于和基本工序一起提供起始造型，當 砂型鑄造是基本工序，車加工通常是二級工序。當軋鋼廠制造金屬片是基本工序，沖壓 操作像沖裁和彎曲通常是二級工序。當塑料注入成型是基本工序時，二級工序通常是不 必要的，因為他的大多數(shù)幾何特征制造通過別的方式如成型制造來完成。塑料成型和其 他操作的二級工序被稱為凈成型工序的并發(fā)二級工序，需要一些但并不多的二級工序的 操作就是所提到的近似成型工序。許多有印象的摸鍛件就是這一類，這類零件能夠經(jīng)常 在鍛造（初級工序）階段被成型，因此減少了必

50、要的加工（二級工序）。 一旦模型被建立，許多零件的下一步是改良它們的機械物理性能。提高特性工序并 不改變零件模型，然而，它卻能改變零件的物理特性。金屬零件的熱處理操作就是最普 通的實例。類似的如玻璃通過熱處理來制造鋼化玻璃，對于大多數(shù)零件的制造來說，這 些特性加強工序在加工工序中并不需要。 最后工序通常對零件（或裝配體）的表面提供一個涂層。例如電鍍、薄膜沉積技術、 涂漆。表面處理的目的是改善外觀，改變顏色 型?1如電直J&J或者表面保護防止腐蝕和磨損等等。在很多零件中最后工序是并不需 要的。例如：塑料成型就很少需要最后程序。當必須需要最后程序，他通常是加工順序 的最后一■步0 裝配工

51、藝規(guī)程制訂 一個既定產(chǎn)品的典型裝配方法由以下因素決定的：（1）預期產(chǎn)品數(shù)量 ⑵ 裝配產(chǎn)品的 復雜性。例如：不同組件的數(shù)量和（3）常用裝配工藝。例如：機械定位焊接、對于小數(shù) 量產(chǎn)品，通常在人工裝配線上進行裝配。對于大量制造的一打或這樣組件的簡單零件， 要采用適當?shù)淖詣踊b配線。無論如何這里有一個工作必須被完成的優(yōu)先順序，這個優(yōu) 先需求經(jīng)常用一個優(yōu)先表來進行圖表描繪。 裝配工藝規(guī)程制訂包括裝配指令的發(fā)展，但是更詳細地對于小批量生產(chǎn)。在一個崗 位完成整個裝配，對于一個裝配線上的大批量生產(chǎn)，工藝規(guī)程制訂由一種分配工作條件 到裝配線個別工位并被叫做人工投入線性平衡法的程序組成。這種裝配線按照裝配線平

52、 衡解決方案決定的順序發(fā)送工作單元到個別工位，在個別組成，任意工具或夾具的工藝 規(guī)程制訂時，一條裝配線的決定、設計和制造必須被完成，并且工作站的必須被列出來。 制造或購買決定 在工藝制定過程中出現(xiàn)的一個重大問題是一個特定零件應該在公司內部的工廠內 生產(chǎn)還是從外部銷售商處購買，并且這個問題的答案被認為是制造或購買決定。如果公 司沒有技術設備或制造零件所必須的詳細制造工藝中的專門技術，那么答案就很明顯 了。因為沒有其他選擇零件必須購買。然而，在很多例子中零件既可以在利用現(xiàn)有設備 在內部制造或者可以從外部擁有相似制造能力的生產(chǎn)銷售商處購買。 在我們的關于制造或購買的決定的討論中，他應該認識到在

53、開始幾乎所有的制造者 從供應商那里購買原料。一個機械加工廠從一個金屬經(jīng)銷商購買他的起動柄原料或從一 個鑄造廠購買他的砂型鑄件。一個塑料成型廠從一個化工廠購買他的模塑料。一個沖壓 廠可以去經(jīng)銷商或直接從軋鋼廠購買金屬片。很少的公司能夠在操作中從原料一直進行 垂直整合，這看來至少購買一些也許在他的工廠可以另外制造的零件是合理的。也有可 能為公司使用的每一個組成要求制造或購買決定。 這里有許多影響制造或購買決定的因素，一個人可能認為成本是決定是購買還是制 造零件的最重要的因素。如果一個外部經(jīng)銷商比公司工廠更精通于制造零件的工藝，因 而公司內部生產(chǎn)成本可能比經(jīng)銷商賺取成本后的價格還要高?？墒?，如果購

54、買決定導致 公司工廠設備和勞動的閑置，購買零件的表面優(yōu)勢就會喪失?？紤]以下例子制造或購買 決定。 為一個特定零件被引述的價格是100個單位的每單位$20.00。制造零件的成分如下 所示： 單位原料成本=每單位$8.00 直接勞動成本=每單位$6.00 勞動加班150%每單位$9.00 設備修理成本=每單位$5.00 總計二每單位$28.00 這個組成應該被購買還是在內部制造？ 解決方案：盡管經(jīng)銷商的引證似乎支持購買決定，讓我們來考慮如果引證被接受可 能在生產(chǎn)操作中的沖突。$5.00設備維修成本是已經(jīng)被制定的投資成本，如果設備設計 因為購買零件的決定而變的沒有利用價值，那么這

55、個固定成本仍然繼續(xù)盡管設備閑置 著。同樣，如果零件被購買由工廠空間，效用和勞動成本組成的 $9.00的勞動間接成本 仍然繼續(xù)。通過這種推理，如果應該已用于生產(chǎn)零件的設備閑置的購買決定并不是一個 好決定因為他可能花費公司將近$20.00+$5.0+$9.00=$34.0每單元。另一方面，如果正 在討論的設備可以被用于生產(chǎn)其他零件并且內部生產(chǎn)成本低于外部聯(lián)系報價，那么一個 購買決定就是一個好決定。 制造或購買決定并不像這個例子中的那樣直接。這幾年的一個趨勢，尤其在汽車工 業(yè)，公司和零件供應者建立緊密關系。由此我們將引出并行工程。 在計劃操作方面制造公司有很大興趣利用計算機輔助工藝（CAPP系

56、統(tǒng)來完成。 奪虜國甲咫于那些熟悉加工詳細資料和其他工藝的工廠培訓的工人逐漸退休，并且 這些人在將來工藝制訂的過程中是非常有用的。一種可選擇的用于完成這種功能的方式 是必需的，CAPP提供了這種選擇。CAP陳常被看作是計算機輔助制造（CAM的一部分。 然而這種趨向意味著CAM1一系列系統(tǒng)。事實上，當CADW計算機輔助設計協(xié)同作用創(chuàng)造了一個CAD/CA陳統(tǒng)。在這樣一個系統(tǒng)中，CAP誠為設計和制造之間的直接聯(lián)結。來 自計算機輔助工藝的優(yōu)點包括以下幾點： .工藝合理化和標準化.自動工藝規(guī)程制訂比完全用手工編制工藝產(chǎn)生的更 合理化和一致化。標準設計趨向產(chǎn)生低成本和高生產(chǎn)質量。 .增強工藝制訂者的

57、生產(chǎn)力.在數(shù)據(jù)文件中的系統(tǒng)方法和標準加工設計的實 用性使工藝制訂者可完成更多的工作。 .減少工藝規(guī)程的制訂時間.與手工準備相比，利用CAPP（統(tǒng)的工藝制訂者 可以在較短的時間內準備好進路表。 .改良異讀性.計算機準備的進路表比手工準備的進路表更容易簡潔。 .結合其他應用軟件.CAPP系統(tǒng)可以在界面上與其它應用軟件結合，象成本 估計和工作標準。 計算機輔助工藝圍繞著兩個路徑來設計，這兩個路徑被叫做：（ 1） CAPP僉索系統(tǒng) 和（2） CAPPt成系統(tǒng)。許多CAPPS統(tǒng)結合這兩種路徑而被稱為生成檢索 CAPPS統(tǒng)。 制造業(yè)的并行工程和設計 并行工程引用一種常用于產(chǎn)品發(fā)展的路徑，通過

58、它使工程設計功能、工程制造功能 和其他功能綜合起來以減少一種新產(chǎn)品投放市場所需要的共用時間，也被稱為并發(fā)工 程，他可能被認為是CAD/CAMfc術的類似組織版本，按照傳統(tǒng)路徑來使一件產(chǎn)品投放市 場。如圖（1）a所示，工程設計功能和工程制造功能這兩種功能是分開并且連續(xù)的，產(chǎn)品 設計部門開展一項新的設計有時很少考慮到公司的制造能力，也很少有機會能夠讓制造 工程師來提供如何使設計更容易制造的一些建議。他好像消除了在設計和制造之間的一 堵墻，當設計部門完成設計，他投擲工程圖和說明書越過這面墻，并且那時工藝規(guī)程制 訂也開始了。 圖（1）比較：（a） 傳統(tǒng)產(chǎn)品發(fā)展周期和（b）并行產(chǎn)品的發(fā)展周期 通過比

59、較，實行并行工程的公司，工程制造部門在早期就參與到產(chǎn)品發(fā)展周期。為 如何使產(chǎn)品和他的組成能夠被設計的更適于制造提供建議。他同樣為產(chǎn)品提供制造計劃 繼續(xù)進行的早期準備，這種并行工程的路徑在圖（1）b中被描繪出。除了工程制造以外其 他功能同樣被包括在產(chǎn)品發(fā)展周期中，如質量工程、制造部門、后勤服務、市場供應評 定組成和一些情況下將使用這些產(chǎn)品的消費者。在產(chǎn)品發(fā)展階段的所有這些功能不僅能 改善新產(chǎn)品的功能和性能，同時也能改善他的可造性、自檢性、易測性、服務能力和可 維護性。通過早期功能改善，因為在最終產(chǎn)品設計之后的回顧太晚以至于不能對設計進 行便利的修改的不利因素的消除，使產(chǎn)品發(fā)展周期的持續(xù)期大大

60、減少。 并行設計包含以下因素：（1） 一些制造和裝配設計（2）質量設計（3）成本設計和（4）生 命周期設計。另外，像快速成型、虛擬制造、和組織轉變等輔助技術需要被用來促進公 司的并行工程。 制造和裝配設計 據(jù)估計一件產(chǎn)品的70%勺生命周期成本是由在產(chǎn)品設計時所做的基本決定所決定 的，這些設計決定包括每個零件的材料、零件模型、公差、表面處理、零件是如何被組 織裝配的和常用裝配方法。一旦這些決定被指定，減少產(chǎn)品制造成本的能力就會被限 制。例如，如果產(chǎn)品設計者決定用鋁砂型鑄造法制造一個分開零件，但是這個零件的工 藝特性只能通過加工來完成（如螺紋孔和配合公差），制造工程師沒有選擇的余地，只能 按

61、照先砂型鑄造在加工的方法來達到既定要求。在這個例子中，用一個在單獨步驟所需 要的塑料模制品也許是一個較好的決定。因此，當產(chǎn)品設計展開時給制造工程師 :S反I受:固臣囹一個忠告設計者的機會對產(chǎn)品的順利可造性是非常重要的。 這種被用于嘗試描述順利改變一件新產(chǎn)品的可造性的條件是制造設計 （DFM劑裝配 設計（DFA）。當然,DFMf口 DFA是緊密相連的，因此讓我們用制造和裝配設計 （DFM/A）的 形式來表達。制造和裝配設計包括在一件新產(chǎn)品中的可造性和可裝配性的綜合考慮，這 包括：（1）組織變化和 ⑵ 設計原理和指導方針。 .在DFM/A中的組織變化.DFM/A的有效執(zhí)行包括公司組織機構的

62、正式或非正式 的變化，因此設計職工和制造職工之間有很好的交流和交互作用。這可以通過以下方法 來完成：（1）通過成立由產(chǎn)品設計者制造工程師和其他員工 （例如：質量工程師、材料專 家）組成的攻關小組來進行產(chǎn)品開發(fā)；（2）通過要求設計工程師用一些事業(yè)時間在制造 上，以能夠掌握第一手可造性和可裝配性是如何通過產(chǎn)品設計聯(lián)系在一起的； （3）通過 指派制造工程師到產(chǎn)品設計部門在一個臨時的或專任的基礎上做一個還原性顧問。 .設計說明和指導方針.DFM/A為了理解如何設計一個既定產(chǎn)品來使可造性和可 裝配性最大化也依賴于設計說明和指導方針的使用，這些通用設計指導方針中的一些幾 乎適用于任何產(chǎn)品設計。在其他

63、方面，一些設計原理只適用于特定工序，例如：軸或錐 度在階梯中的使用和利用模制品來切除模內零件，在制造過程中我們只把這些具體過程 指導方針放在書本上。 指導方針有時互相矛盾，一條指導方針是“簡化零件模型，避免不必要的特征”。 但是在同一表格里的另一指導方針為了裝配安全而規(guī)定在設計產(chǎn)品時“特殊幾何特征 必須不時加上他的組成”。而且他也許值得來結合個別裝配件的特征來減少產(chǎn)品中零件 的數(shù)量。在這些示例中零件制造設計與裝配設計相沖突，在這個矛盾沖突的兩邊，一個 適當解決方法必須被發(fā)現(xiàn)。 附錄2外文文獻原文 Process Planning and Concurrent Engineering T

64、. Ramayah and Noraini Ismail Abstract:The product design is the plan for the product and its components and subassemblies. To convert the product design into a physical entity, a manufacturing plan is needed. The activity of developing such a plan is called process planning. It is the link between

65、product design and manufacturing. Process planning involves determining the sequence of processing and assembly steps that must be accomplished to make the product. In the present chapter, we examine processing planning and several related topics. Process Planning Process planning involves determi

66、ning the most appropriate manufacturing and assembly processes and the sequence in which they should be accomplished to produce a given part or product according to specifications set forth in the product design documentation. The scope and variety of processes that can be planned are generally limited by the available processing equipment and technological capabilities of the company of plant. Parts that cannot be made internally must be purchased from outside vendors. It should be mentioned th