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武漢工業(yè)學院 畢業(yè)設計論文
內(nèi)容摘要
武鋼輝寶材料有限公司是國內(nèi)武鋼輝寶第一家大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)冷軋卷帶金屬復合材料的工廠，其剪切生產(chǎn)線設備主要由開卷機、校平機、縱剪機、活套坑、張力機構、剪板機等設備組成。在開卷校平剪切生產(chǎn)線上，定尺機構精確送出冷板的設定剪切長度是設計定尺機構的核心工作，也是衡量開卷校平剪切生產(chǎn)線設備技術性能的重要指標。
本設計的任務是根據(jù)所提供的參數(shù)，并結合生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，設計出一套經(jīng)濟實用的定尺機構。要求：
1.機構傳動平穩(wěn)，送料準確。
2.冷板與送料輥之間不能產(chǎn)生相對移動。
關鍵詞： 冷板剪切線、開卷機、校平機、剪板機、定尺機構
Abstract
The WuHan steel material co. ltd is the first domestic factory which has a large-scale to produce the cold roll matel continuesly. The shear to slice Production line is made of the openning machine, down cutting machine, school shears machine, pit machine, tension organization machine, trigger machine etc.At the opening shear and trigger produced line ,the fix ruler machine precisicely give the length of cold plank,which is the core task of design the fix ruler machine, and is also the important guideline to weigh the technique capability of the opening shear trigger produced line equipment.
The assignment of the design is through the provided parameter,and combine with the practice complexion of manufactured spot to work out a suit of the fix ruler machine ,which is cheap and applied. Required.:
1. The machine drives placiditily and delivers material precisely.
2. Between the cold plank and the deliver roller ,there is no relative motion.
Key words: the tangent of the cold plank shears, the openning machine,the shearing machine, the trigger, fix ruler machine
目 錄
第一章 前言 (5)
第二章 開卷校平生產(chǎn)線的概述 (8)
2.1 國內(nèi)金屬卷板剪切生產(chǎn)線發(fā)展現(xiàn)狀 (8)
2.2 開卷校平生產(chǎn)線的組成和工作原理 (9)
2.2.1 開卷校平剪切生產(chǎn)線的設備組成 (9)
2.2.2 薄板定尺機構的工作原理 (10)
2.3 薄板定尺機構的設計任務 (10)
2.3.1 課題背景 (11)
2.3.2 設計參數(shù) (11)
2.3.3 設計任務 (11)
第三章 薄板定尺機構的設計及計算 (12)
3.1 軸的設計 (12)
3.1.1 主軸的受力分析 (12)
3.1.2 最小軸徑的設計計算 (12)
3.1.3 軸的校核 (14)
3.2 橫梁和立柱部件 (14)
3.3 氣缸的選擇 (15)
3.4 齒輪齒條的設計 (16)
第四章 標準件的選擇和校核 (21)
4.1 軸承的選擇和校核 (21)
4.1.1 軸承類型的選擇和尺寸 (21)
4.1.2 校核軸承的壽命 (21)
4.2 彈簧的選擇 (22)
4.3 標準聯(lián)接件 (23)
4.3.1 螺栓聯(lián)接 (23)
4.3.2 螺釘聯(lián)接 (23)
4.3.3 緊定螺釘聯(lián)接 (23)
第五章 總結 (24)
附：主要參考文獻 (25)
第一章 前 言
在設計之前，我想對國內(nèi)外機械制造的現(xiàn)狀做個粗略介紹。世界范圍內(nèi)，韓國已制定機械工業(yè)十大發(fā)展計劃，包括：機械園區(qū)、尖端生產(chǎn)系統(tǒng)、設計技術、研究技術革新中心、高速/智能加工、機械零件設計、紡織機械研究、模具技術綜合支援中心、電子商務系統(tǒng)等。預期到2010年韓國機械產(chǎn)業(yè)的自給率達到80%，2005年則定為機械工業(yè)貿(mào)易平衡的第一年。美國企業(yè)通過網(wǎng)絡企業(yè)對企業(yè)（B2B）的服務有效整合供應商與客戶的采購和存貨系統(tǒng)；大型汽車公司（通用、福特、戴姆勒/克萊斯勒）和航天航空公司（波音、洛克希德）都通過B2B在全球范圍內(nèi)與相關體系同步設計開發(fā)。機床業(yè)的制程管理、遠端監(jiān)控、故障排除和售后服務日漸普及。日本機械工業(yè)協(xié)會已制定2010至2025年機床 技術革新戰(zhàn)略，重點在強調網(wǎng)絡連接加工型態(tài)、信息化/智能化對應技術、遠距離診斷/控制、三維電腦輔助設計/電腦輔助制造（3DCAD/CAM）、環(huán)境調和、省能源、微小化、高精度、高速化對應技術等。日本雖經(jīng)歷十年不景氣，但機床廠對未來十年市場仍樂觀。各廠紛紛加強信息科技技術及網(wǎng)絡應用、環(huán)境保護、人材培養(yǎng)、經(jīng)營彈性、顧客滿意度、收益能力等。 我國機械行業(yè)的發(fā)展歷史悠久，目前面臨的問題更是嚴峻：
從世界范圍看，機械行業(yè)的發(fā)展是與其他技術的發(fā)展密切相關的。在工業(yè)革命時期，蒸汽機的應用使人類從繁重的體力勞動中解放出來，機械設備也開始大規(guī)模地使用；在電動機出現(xiàn)以后，機械設備開始普遍使用電動機作動力，加工精度大幅度提高；計算機出現(xiàn)后，機械設備與其結合普遍實現(xiàn)了數(shù)字化控制，已經(jīng)可進行鏡面磨削，最高的加工精度已達10納米（1納米=10-9米），目前正在向納米級加工發(fā)展。反過來看，機械行業(yè)的發(fā)展又促進了其他行業(yè)的發(fā)展，即出現(xiàn)了互相促進共同發(fā)展的局面。
從國內(nèi)的發(fā)展過程來看，機械行業(yè)的發(fā)展充滿艱辛，一波三折。鴉片戰(zhàn)爭后，帝國主義列強在我國取得了沿海和內(nèi)河的航行權，為了適應航運業(yè)發(fā)展的需要，外國資本先后在廣州、上海、廈門、福建等地建立了20多家船舶修理廠。1845年英國人柯拜在廣州設立的柯拜船舶廠，是我國領土上的第一家機械工廠。1866年建立的上海發(fā)昌鋼鐵機器廠是中國民族資本家開辦的第一家民用機械工廠。我國的機械工業(yè)誕生于半封建半殖民地時期，一開始就帶有明顯的半封建半殖民地烙印。自此以后直到解放前的七八十年，外國資本基本上壟斷了中國的機械工業(yè)，民族資本經(jīng)營的機械工業(yè)雖有發(fā)展，但其規(guī)模遠不如外資企業(yè)，而且由于社會制度的束縛，始終沒有形成自己的機器制造業(yè)。
解放后我國機械工業(yè)在曲折中前進，在大起大落中發(fā)展，逐步形成了自己的制造業(yè)體系。從1949到1952年，是機械工業(yè)恢復與改造階段。從1953到1957年是打基礎階段。在此期間共發(fā)展新產(chǎn)品三千多種，國民經(jīng)濟建設所需設備的國內(nèi)自給率已達到62％，1957年機械工業(yè)總產(chǎn)值比1952年增長了2.6倍。1958到1965年出現(xiàn)了第一次大起大落，主要由于“大躍進”的影響，1965年與1957年相比機械工業(yè)產(chǎn)值增長了183.6％。1966到1976年機械工業(yè)在動亂中掙扎前進。1977年發(fā)生了第二次大起大落，主要由于大量引進國外成套設備，大上基本建設，超過了國力負擔的可能。經(jīng)過調整1983年機械工業(yè)又步入正常發(fā)展的軌道。1976年與1986年相比產(chǎn)值增長了126.9％，主要是靠增加人員和設備實現(xiàn)的。據(jù)統(tǒng)計，1984年我國共有機械工業(yè)企業(yè)22萬多個，從業(yè)人員約2100萬，總產(chǎn)值達1054.2億元，1996年我國制造業(yè)企業(yè)約45萬個，從業(yè)人員2000多萬，產(chǎn)值達到4000多億元。很明顯，機械工業(yè)產(chǎn)生了巨大的進步，但是，近幾年隨著改革開放的深入進行，以國有大中型企業(yè)為主體的機械行業(yè)的發(fā)展又遇到了很大困難。在機械行業(yè)中的國有大中型企業(yè)明虧、潛虧、微利各占三分之一，據(jù)1994年1—9月份的統(tǒng)計結果顯示，機械產(chǎn)品銷售額達2526億元，其中國有大中型企業(yè)占81.1％，即2048.586億元，但利潤只占銷售額的4.83％，只有98.96億元，同上年同期相比下降了29.9％，虧損企業(yè)數(shù)上升。造成這種情況的原因是多方面的，既有內(nèi)因也有外因。
21世界創(chuàng)新將進一步成為經(jīng)濟和社會發(fā)展的主導力量，機械工業(yè)最需要創(chuàng)新，機械設計制造又是機械工業(yè)的基礎，因此，機械設計制造的魅力歷久彌新。制造技術是國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱，世界上各個發(fā)達工業(yè)國經(jīng)濟上的競爭，主要是制造技術的競爭。在各個國家企業(yè)生產(chǎn)力的構成中，制造技術的作用一般占55%~65%，日本及亞洲四小龍的發(fā)展，在很大程度上都是依靠他們重視制造技術。這些國家十分重視將世界各國高新技術專利買過來，通過制造技術，形成獨、特、高的產(chǎn)品，首先占領世界市場，這就是他們之所以能崛起、騰飛的訣竅。機械制造工業(yè)必須依靠信息科學、材料科學來改造自己，另一方面信息科學、材料科學也必須依賴于制造技術來取得新的發(fā)展。例如，在計算機的發(fā)展中最關鍵的問題是高密集度的大規(guī)模集成電路與存儲器件的制作，它們有賴于制造技術的發(fā)展。要重新認識機械制造業(yè)，尚包含著另一種意義。它已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的機械制造，即所謂的機械加工。它是集機械、電子、光學、信息科學、材料科學、生物科學、激光學、管理學等最新成就為一體的一個新興技術與新興工業(yè)。
21世紀初機械制造業(yè)發(fā)展的總趨勢是柔性化、靈捷化、智能化和信息化，21世紀初產(chǎn)品的更新?lián)Q代將不斷加快，各種各樣的需求不斷增加，國內(nèi)外競爭日趨激烈。
世界各國的競爭從表面上看是經(jīng)濟實力的競爭，本質上是人才的競爭，我國與發(fā)達國家的差距實際上是人的差距。任何事情都應該以人為中心，通過發(fā)揮人的主觀能動性克服前進中遇到的困難。
20世紀是知識不斷創(chuàng)新，科學技術突飛猛進，世界深刻變化的世紀。21世界創(chuàng)新將進一步成為經(jīng)濟和社會發(fā)展的主導力量。世界各國綜合國力競爭的核心是知識創(chuàng)新、技術創(chuàng)新的高新技術產(chǎn)業(yè)化。技術創(chuàng)新是科技創(chuàng)新的重要方面。加強技術創(chuàng)新，發(fā)展高科技，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化是一項系統(tǒng)工程，對提高國民經(jīng)濟質量和效益，提高我國的國際競爭力有決定的意義。生產(chǎn)過程機械化與自動化的實現(xiàn)，極大地推動了技術創(chuàng)新與社會進步，充分體現(xiàn)了機械工業(yè)在國發(fā)經(jīng)濟中所起到的至關重要的作用。
機械設計是機械工業(yè)的基礎技術。科技成果要轉變成為有競爭力的新產(chǎn)品，設計起著關鍵性的作用。設計工作的質量和水平，直接關系到產(chǎn)品質量、性能和技術經(jīng)濟效益。工業(yè)發(fā)達國家都極為重視機械設計工作，不斷地研制出適應市場需要的機電產(chǎn)品，有力地促進了全球經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展。本設計為開卷機的設計，在創(chuàng)新設計類型中屬“改進設計”，即在已有產(chǎn)品的基礎上，進行原理方案、機構、結構、參數(shù)、尺寸的變異以適應市場新的要求或提高競爭力。
本次畢業(yè)設計使我受益匪淺，在這里要特別感謝導師郭志雄給我學術上的指導，同時也對那些幫助過我的老師和同學們表示莫大的感激。
第二章 開卷校平剪切生產(chǎn)線的概述
2.1 國內(nèi)金屬卷板剪切生產(chǎn)線發(fā)展現(xiàn)狀
（一）南京飛宇鍛壓機床制造有限公司的剪切生產(chǎn)線
性能：板料開卷剪切線具有高效定尺剪切板之功能，可將各種卷板材料經(jīng)開卷、整平、定尺、分條，同時剪切成不同規(guī)格板材的企業(yè)，能夠顯著地增加產(chǎn)量，降低成本，保證質量，提高生產(chǎn)效率。在剪切線之后可配置數(shù)控回轉頭壓力機、雙動薄板拉伸機，可使加工零件一次成型，是現(xiàn)代企業(yè)必不可少的高效加工機械。
用途：T44QK系列數(shù)控板料開卷校平剪切線，主要用途是將冷軋、熱軋鋼卷板等開卷、校平剪切各種規(guī)格的定尺板材。適用于車輛制造、家用電器、開關電柜、鋼結構辦公用品、不銹鋼廚房用品、機器制造等行業(yè)。
開卷、校平、剪切生產(chǎn)線 主要參數(shù)和價格
規(guī)格 T44QK-1.5×1500 T44QK-2.0×1350 T44QK-3×1600 T44QK-3×1200 T44QK-5×1600
剪切最大板寬 1500 1350 1600 1200 1600
剪切最大板厚 1.5 2.0 3 3 5
剪切長度范圍 10.0-9999.9 10.0-9999.9 10.0-9999.9 10.0-9999.9 10.0-9999.9
剪切精度 ±0.05 ±0.05 ±1.0 ±1.0 ±1.0
整平輪數(shù)量 ≥5 ≥5 ≥5 ≥5 ≥5
整平輪外徑 110 125 135 135 180
最大分條數(shù)目 4 4 4 4 2
送料速度 35000 30000 25000 20000 25000
主電機功率 11 11 22 22 22
重量（Kg） 18000 19000 26000 26000 40000
價格（萬元） 115 135 145 140 155
開卷校平剪切生產(chǎn)線
??? 開卷校平剪切生產(chǎn)線是對金屬卷料進行開卷、校平、剪切、垛料、打包的組合加工設備。廣泛用于汽車、集裝箱、家電、金屬家具、食品包裝、建筑、造船、鍋爐等行業(yè)。
該公司生產(chǎn)的開卷校平剪切生產(chǎn)線綜合了目前國內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進結構，并采用閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，具有較高的自動化程度和剪切精度，卷材上料后系統(tǒng)可根據(jù)設定的參數(shù)自動完成開卷、粗校、精校、剪切、堆垛等工序，有效地減輕了工人的勞動強度、提高了生產(chǎn)率。
（二）武鋼輝寶復合材料有限公司冷板剪切線
武漢輝寶復合材料有限公司的冷板剪切生產(chǎn)線設備于1996年6月投入生產(chǎn)，用于冷板的開卷、校平與剪切；開卷校平剪切生產(chǎn)線是對金屬卷料進行開卷、校平、剪切、垛料、打包的組合加工設備，它一般由上料車、開卷機、引料機、粗校機、飛邊機、測量裝置、橫剪機、縱剪機、精校機、垛料機、夾送輥道和活套裝置等單機組成。其產(chǎn)品廣泛用于汽車、集裝箱、家電、食品包裝、建筑、造船、鍋爐制造等金屬板材的加工產(chǎn)業(yè)。
武鋼輝寶復合材料有限公司冷板剪切線全線設備由國內(nèi)技術實力和機械加工能力較強的濟南第二機床集團有限公司設計與制造。該設備吸收了國內(nèi)同類型設備先進的工藝技術特性，如：電氣控制系統(tǒng)采用了德國力士樂公司DKC數(shù)控交流伺服定位系統(tǒng)和日本OMRONC200HE可編程控制器（PLC），日本三菱公司的交流變頻調速器，英國CT公司的全數(shù)字式直流系統(tǒng)驅動裝置的國外先進控制設備，機械設備采用了十七輥校平先進的圓盤剪刀縱剪機、燕尾刀橫剪機等一系列有助于提高產(chǎn)品精度的設備;全線設備集開卷、縱剪、橫剪以及收卷于一體,工藝先進,功能齊全,操作方便靈活,控制準確可靠,自動化程度高。
2.2 開卷校平剪切生產(chǎn)線的組成和工作原理
2.2.1開卷、校平、剪切生產(chǎn)線的設備組成：
1、開卷機 用于安放板卷。開卷機的開卷方式有主動開卷和被動開卷；結構形式有錐筒式、托輥式、漲心式。用戶可根據(jù)實際需要選擇。
2、引料機 主要作用在于使板卷的板頭順利地進入校平機，其各種動作均由液壓油缸來完成。本機上還設有托輥和糾偏機構。使用該機可避免板頭靠人工及其他牽引方法進入校平機帶來的效率低、勞動強度大、不安全等問題。
3、校平機 本生產(chǎn)線采用我公司生產(chǎn)的W43型輥式校平機。
4、定尺機構 該機構上裝有編碼器和計數(shù)輪，板料移動時帶動計數(shù)輪和編碼器旋轉，編碼器將板料移動量轉換為脈沖量反饋給控制系統(tǒng)并控制校平機、剪板機的運行和動作實現(xiàn)定尺剪切。定尺精度為±0.30毫米。
5、剪板機 本生產(chǎn)線采用機械式剪板機，可滿足一般用戶對板料剪切的要求。對用戶有特殊要求，可另行配置。
6、邊料纏繞機 主要用于邊料的收集。
7、送料機 送料機的作用是將定尺剪切后的板料送至碼垛機構。如用戶
不需要對成品板料進行碼垛，則可在此位置配置落料架，用來停放成品板料。
8、碼垛機 該機是將經(jīng)校平、剪切后的板料進行碼垛，以便包裝和運輸。
9、控制系統(tǒng) 生產(chǎn)線采用閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)控制，可根據(jù)工作要求方便地設
定系統(tǒng)開板速度、定尺長度。該系統(tǒng)操作簡單，運行可靠，調速成范圍寬，手動/自動操作方式切換靈活，控制精度高等優(yōu)點。
2.2.2 定尺機構的工作原理??
目前力豐源機械QKJ系列數(shù)控校平定尺開卷線有QKJ3×1600,QKJ6×1600,QKJ2×1600,QKJ1.5×1300等產(chǎn)品，其產(chǎn)品特性如下：
QKJ系列數(shù)控校平定尺開卷線，其校平機是采用十五輥精密校平，其有效校平寬度達1600mm，夾送定尺裝置是由一對夾送輥及5輥校平機組成。動力采用德國伺服電機驅動。定尺檢測編碼器安裝在相應測試軸上，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)反饋的檢測脈沖控制伺機服電機準確停位，實現(xiàn)自動定尺送進。整個數(shù)控系統(tǒng)具有長度自動檢測、修正、補償?shù)拈]環(huán)控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)人機對話智能終端設定。機組的總控制采用日本PLC實現(xiàn)全線全自動控制。本機配有測速電機，速度環(huán)反饋，可實現(xiàn)電機速度范圍內(nèi)的無級調速。整個液壓系統(tǒng)，采用優(yōu)化設計。其關鍵元件采用德國液壓件，并設有水冷裝置，以保證機械的壽命和可靠性。
2.3 定尺機構設計任務
2.3.1課題背景
武鋼輝寶復合材料有限公司冷板剪切生產(chǎn)線設備于1998年6月投入生產(chǎn)主要用于冷軋鋼板的開卷、校平與剪切；剪切生產(chǎn)線設備主要由開卷機、校平機、縱剪機、活套坑、張力機構、剪板機、鋼板碼垛機構等設備組成，其中開卷剪切線設備開卷設計能力為：開卷最大鋼卷重量為10噸、最大寬度是1650mm；鋼板厚度為0.5--3mm。在冷板的剪切加工過程中，冷板剪切的長度精度是衡量產(chǎn)品的一個最為重要的指標，因此在開卷校平剪切生產(chǎn)線上，定尺機構精確送出冷板的設定剪切長度是設計定尺機構的核心工作，也是衡量開卷校平剪切生產(chǎn)線設備技術性能的重要指標。
2.3.2 設計參數(shù)
1. 原料規(guī)格
厚度：0.5-3mm
寬度：≤1800mm
材質：普碳鋼
2.空氣壓力：0.4MPa
2.3.3設計任務：
根據(jù)所提供的參數(shù)，并結合生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，設計出一套經(jīng)濟適用的定尺機構。要求：
1． 機構傳動平穩(wěn)，送料準確。
2． 冷板與送料輥之間不能產(chǎn)生相對移動。
第三章 定尺機構的設計及計算
3.1軸的設計
軸是組成機器的主要零件之一。一切做回轉運動的傳動零件（例如齒輪、蝸輪等）， 都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此軸的主要功用是支撐回轉零件傳遞運動和動力。按照承受載荷的不同，軸可分為轉軸、心軸和傳動軸三類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸稱為轉軸，這種軸在各種機器中最為常見。只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸，心軸又分為轉動心軸和固定心軸兩種。只承受扭矩而不承受彎矩（或彎矩很?。┑妮S稱為傳動軸。
軸還可按照軸線形狀的不同，分為曲軸和直軸兩類。曲軸通過連桿可以將旋轉運動改變?yōu)橥鶑椭本€運動，或做相反的運動變換。直軸根據(jù)外型的不同，可分為廣軸和階梯軸兩種。光軸形狀簡單，加工容易，應力集中源少，但軸上的零件不易裝配及定位；階梯軸則正好與光軸相反。因此光軸主要用于心軸和傳動軸，階梯軸則用于轉軸。
直軸一般都制成實心的。在那些由于機器結構的要求而需在軸中裝設其它零件或者減小軸的質量具有特別重大作用的場合，則將軸制成空心的?？招妮S內(nèi)徑與外徑的比值通常為0.5—0.6，以保證軸的剛度及扭轉穩(wěn)定性。
3.1.1 主軸的受力分析
鋼板生產(chǎn)線送料輥部分如右圖所示，坑道深5米，寬6米，輥道長15米，鋼板寬1800mm,厚3mm,鋼板密度為7.85g/ ,g=9.8 g/.
由工作示意圖可知，汽缸提供給軸的壓力產(chǎn)生的摩擦力應大于鋼板在坑道內(nèi)的重力和鋼板在輥道上的摩擦力，即G+F〈P。
查表得鋼與鋼之間的滾動摩擦系數(shù)=0.5，鋼與鋼之間的滑動摩檫系數(shù)=0.005。將數(shù)值帶入式中，
，
p>,
p>7.8510009.8(0.0031.8+0.0051.8150.003)/0.5
=49028N
取 P=60000N，既汽缸提供給軸的力為60000N，據(jù)設計準則，軸的最大撓度應不大于0.01,軸為空心軸。軸的受力情況如下圖所示：
彎矩方程為：M=qlx/2-q/2,
彎矩圖如下：
據(jù)撓曲線微分方程：
鉸支座上的撓度等于零，故
x=0時，v=0
因為梁上的外力和邊界條件都對跨度中點對稱，撓曲線也應對該點對稱。因此，在跨度中點，撓曲線切線的斜率和截面的轉角都應等于零，即
x=l/2時， =0
把以上兩個邊界條件分別代入v和的表達式，可以求出
C=-q/24, D=0
于是轉角方程及撓曲線方程為
EI=EI=ql-q-ql/24
EIv=ql/12-q/24-qx/24
在跨度中點，撓曲線切線的斜率等于零?？芍?，
3.1.2軸的最小直徑
查表得彈性模量E=206Gpa,轉動慣量I=-，P=ql,q=60000/2=30000N/m, L=2m.將數(shù)值代入式中，
=5300003842063.14(1-/64<0.01
得出D114mm
為滿足要求，取D=300mm
3.1.3軸的校核
將D=300代入式中，
=5300003842063.14(1-/64
=0.0023。滿足要求。
3.2橫梁和立柱部件
設計中橫梁和立柱部分設計中是焊接而成的。橫梁和立柱結構簡單，在此部分我對焊接方法作了介紹。焊接的方法很多，機械制造業(yè)中常用的是屬于熔融焊的電焊，氣焊與電渣焊，其中尤以電焊應用最廣。電焊又分為電阻焊與電弧焊兩種。前者是利用大的低壓電流通過被焊件時，在電阻最大的接頭處（被焊接部位）引起強烈發(fā)熱，使金屬局部融化，同時機械加壓而形成的聯(lián)接；后者是利用電焊機的低壓電流，通過電焊條（為一個電極）與被焊件（為另一個電極）間形成的電路，在兩極間形成電弧來熔融被焊接部分的金屬和焊條，使熔融的金屬混合并填充接縫而形成的。
焊接時形成的接縫叫做焊縫。電弧焊縫常用的形式除了受力較小和避免增大質量時采用塞焊縫外，其他焊縫大體上可以分為對接焊縫與角焊縫兩類。前者用于連接位于同一平面內(nèi)的被焊件，后者用于連接不同平面內(nèi)的被焊件。
與鉚接相比，焊接具有強度高、工藝簡單、由于連接而增加的質量小、工人勞動條件較好等優(yōu)點。所以應用日益廣泛，新的焊接方法發(fā)展也很迅速。另外，以焊代鑄可以大量節(jié)約金屬，也便于制成不同材料的組合件而節(jié)約貴重或稀有金屬。在技術革新、單件生產(chǎn)、新產(chǎn)品試制的情況下，采用焊接制造箱體、機架等，一般比較經(jīng)濟。
焊接的金屬結構常用材料為Q215、Q235、Q255；焊接的零件則常用Q275、15—50號碳鋼，以及50Mn、50Mn2等合金鋼。在焊接中，廣泛的使用各種型材、板材及管材。焊條的種類很多，應針對具體要求從手冊中選取。常用的焊條型號為E4301、E43-3、E5001、E5003等。型號中的數(shù)字，前兩位表示熔敷金屬的最大抗拉強度極限（如43表示43kgf/mm420Mpa），第三位“0”或“1”表示適用于各種位置的焊接（平焊、立焊、仰焊、橫焊），第四位表示藥皮類型及焊接電源，第三、四兩位組合時，01表示鈦鐵礦型，03表示鈦鈣型，二者的電源均為交流或直流正反接。
為保證焊接的質量，避免未焊透或缺焊現(xiàn)象，焊縫應按被焊件的厚度制成相應的坡口形式，或進行一般的倒棱修邊工藝。在焊接前，應對坡口進行清洗修邊整理。
熔融的金屬冷卻時要收縮，因此使焊逢內(nèi)部產(chǎn)生殘余應力，導致構件翹曲。這不僅使焊接件難以獲得精確的尺寸，且將影響到焊接的強度。所以在滿足強度條件下，焊逢的長度應按實際結構的情況盡可能取得短些或分段進行焊接，并應避免焊逢交叉；還應在焊接工藝上采取措施，使構件在冷卻時能有微小的自由移動的可能；焊接后應經(jīng)熱處理（如退火），以消除殘余應力。此外，在焊接厚度不同的對接板件時，應將較厚的板件沿對接部位平滑碾薄或削薄到較薄板的厚度，以利焊逢金屬均勻熔化和承載時的力流得以平滑過度。
在設計焊接件時，應注意恰當選擇母體材料及焊條；根據(jù)被焊件厚度選擇接頭及坡口形式；合理布置焊逢及焊逢長度；正確安排焊接工藝，以避免施工不便及殘余應力源。對于那些有強度要求的重要焊縫，必須按照有關行業(yè)的強度規(guī)范進行焊縫的尺寸較核，同時還應規(guī)定一定技術水平的焊工進行焊接，并在焊后仔細的進行質量檢查。
3.3 氣缸的選擇設計
1.氣缸的作用
在定尺機構中，氣缸的功能分為兩部分：
一、 在送料前，可將上輥抬起，以方便薄板料的送入。
二、 在送料時，氣缸向下壓緊，可對上輥提供一個向下的壓緊力，使得
薄板與輥之間無滑動摩擦。
2.氣缸缸徑的選擇
已知缸的壓力為0.4Mpa
選用 QGB型氣缸。
為保證精確送料，采用兩邊對稱的雙汽缸形式。
將氣缸的作用點定在支撐輥兩倍力臂距線上，
由支撐輥上的作用力為 N=60000N，
則氣缸提供的作用力為 F=N/2=30000N
由P>F/A A是氣缸的橫截面積 D為缸徑
又知A=D2/4
得D>186.32mm
故可取缸徑為D=250mm
3. 氣缸行程的選擇
上輥的抬起距離為200mm，氣缸的作用點定在支撐輥兩倍力臂距線上
則氣缸的工作行程S=200mm
所以 取氣缸的工作行程S=280mm
4. 總結上述，選擇代號為QGB 250×280 的氣缸
缸徑為：D=250mm
工作行程為：S=280mm
工作壓力為：P=0.4MPa
3.4齒輪齒條的設計
齒輪傳動是機械傳動中最為主要的一類傳動，型式很多，應用廣泛，傳遞的功率大，圓周速度可達200m/s。
齒輪傳動的主要特點有：
1） 效率高 在常用的機械傳動中，齒輪的傳動效率最高。
2） 結構緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需要的空間尺寸一般很下。
3） 工作可靠、壽命長 設計制造的合理正確、使用維護良好的，工作十分可靠，壽命可長達一、二十年，這是其它機械傳動所不能比擬的。
4） 傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。
齒輪齒條抬起重量G=500kg,傳動速度為20mm/s ,齒輪轉速為30r/min。設齒輪工作壽命10年，每年工作300天，每天8小時。則功率P=FV=0.01KW。
1．選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù)
1）根據(jù)傳動方案，選用直齒輪和直齒條傳動。
2）升降機構為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）。
3）材料選擇。由表10-1選擇齒輪材料為40Cr（調質），硬度為280HBS，齒條材料為45鋼（調質）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
4）選齒輪齒數(shù)21 ，121=21 ，取z2=21 .
2.按齒面接觸強度設計
由設計計算公式進行試算，即
1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
（1）試選載荷系數(shù)1.3
（2）計算小齒輪傳遞的轉矩
95. 580.01/30N.mm =3.2N.mm
（3） 由表10-7選取齒寬系數(shù) =1
（4）由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)
（5）由圖10-21d按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限；齒條的接觸疲勞強度極限 ；
（6）計算應力循環(huán)次數(shù)
60301（830010）=8.64
8.64
（7）由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù) 0.98 0.98
（8）計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，則有
0.98600Mpa=588Mpa
0.98550=539MPa
2）計算
（1）試算齒輪分度圓直徑d1t,代入[σH]中較小的值
（2）計算圓周速度
（3）計算齒寬b
（4）計算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
80.06/8.57=9.35
（5）計算載荷系數(shù)
根據(jù) ，7級精度，由圖10-8查得動載系數(shù) 1.06
直齒輪，假設。由表10-3查得KHα=KFα= 1.1 ;
由表10-2查得使用系數(shù)KA= 1.00 ；
由表10-4查得7級精度，齒輪對稱布置時，
將數(shù)據(jù)代入后得
由9.35 ,KHβ=1.42 查圖10-13得KFβ=1.38 ;故載荷系數(shù)
11.061.11.38=1.6
(6)按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，即
（7）計算模數(shù)m
3.按齒根彎曲強度設計
彎曲強度的設計公式為
1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
（1） 由圖10-20c查得齒輪的彎曲疲勞強度極限；齒條的彎曲疲勞強度極限；
（2） 由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
（3） 計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù)得
（4） 計算載荷系數(shù)K
11.061.11.38=1.6
（5） 查取齒形系數(shù)
由表10-5查得
（6）查取應力校正系數(shù)
由表10-5可查得
（7）計算齒輪.齒條的并加以比較
齒條的數(shù)值大。
2）設計計算
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可取模數(shù)m =4
齒條齒數(shù)
這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到了結構緊湊，避免浪費。
4.幾何尺寸計算
1）計算分度圓直徑
2）計算齒輪寬度
第四章 標準件的選擇和校核
4.1 軸承的選擇和校核
4.1.1 軸承類型的選擇和尺寸
滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支承轉動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小，功率消耗小，啟動容易等優(yōu)點。
滾動軸承具有摩擦系數(shù)低，起動阻力小，且已標準化，對其進行設計、使用、維護都很方便，因此選用滾動軸承。又由于此處軸承在軸上僅受徑向作用力，故可選用價格較低廉的深溝球軸承。
常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，并由專業(yè)工廠大量制造及供應各種常用規(guī)格的軸承。軸選用6312軸承即可。
根據(jù)機器的生產(chǎn)狀況和使用情況，選取其預期計算壽命為：小時由P=（XR+YA）查表取=1.2，則
P=R=1.2=29400N
基本額定動載荷為：
C=P==76KN
對基本額定動載荷為C=40.8KN的6312軸承驗算：
基本額定靜載荷C。=24.0KN。
當量動負荷P=1.2=29400N，即與當量靜負荷相等
4.1.2 校核軸承的壽命
軸承壽命為：
==35050小時>30000小時
即選用6312軸承的使用壽命高于預期計算壽命，故合適。
滾動軸承具體結構是由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架等四部分組成。內(nèi)圈用來和軸頸裝配，外圈用來和軸承座裝配。通常是內(nèi)圈隨軸頸回轉，外圈固定，但也可用于外圈回轉而內(nèi)圈不動，或是內(nèi)、外圈同時回轉的場合。當內(nèi)外圈相對轉動時，滾動體及在內(nèi)、外圈的滾道間滾動。
常用的滾動體，有a）球；b）圓柱滾子；c）滾針；d）圓錐滾子；e）球面滾子；f）非對稱球面滾子等幾種。軸承內(nèi)、外圈上的滾道，有限制滾動和側向位移的作用。
保持架的主要作用是均勻的隔開滾動體。如果沒有保持架，則相鄰滾動體轉動時將會由于接觸處產(chǎn)生較大的相對滑動速度而引起摩擦。保持架有沖壓的和實體的兩種。沖壓保持架一般用低碳鋼板沖壓制成，它與滾動體間有較大的間隙。實體保持架常用銅合金、鋁合金或塑料經(jīng)切削加工制成，有較好的定心作用。
軸承的內(nèi)、外圈和滾動體，一般是用軸承鉻鋼制造的，熱處理后硬度一般不低于60HRC。由于一般軸承的這些元件都經(jīng)過150℃的回火處理，所以通常當軸承的工作溫度不高于120℃時，元件的硬度不會下降。
當滾動體是圓柱滾子或滾針時，在某些情況下，可以沒有內(nèi)、外圈或保持架，這時的軸頸或軸承座就要起到內(nèi)圈或外圈的作用，因而工作表面應具備相應的硬度和粗糙度。此外，還有一些軸承，除了以上四種基本零件外，還增加有其他特殊零件，如在外圈上加止動環(huán)或帶密封蓋等。
按照軸承所能承受的外載荷不同，滾動軸承可以概括地分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承三大類，主要受徑向載荷R的軸承叫做向心軸承，其中有集中類型還可以承受不大的軸向載荷；只能承受軸向載荷A的軸承叫做推力軸承，軸承中與軸頸緊套在一起的叫軸圈，與機座相連的叫座圈；能同時承受徑向載荷和軸向載荷的軸承叫做向心推力軸承。向心推立軸承的滾動體與外圈滾道接觸點（線）處的法線與半徑方向的夾角叫做軸承的接觸角。軸承實際所承受的徑向載荷R與軸向載荷A的合力半徑方向的夾角，則叫做載荷角。
滾動軸承的密封裝置是為了阻止灰塵、水、酸氣和其它雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。
設計中，選用接觸式密封。其中，接觸式密封又分為：氈圈密封和唇形密封圈。選用氈圈油封。
4.2 彈簧的選擇
彈簧是一種彈性元件，它可以在載荷作用下產(chǎn)生較大的 彈性變形。彈簧在各類機械應用十分廣泛，主要用于：
1） 控制機構的運動，如制動器.離合器中的控制彈簧，內(nèi)燃機氣缸的閥門彈簧等。
2） 減震和緩沖，如汽車.火車車廂下的 減震彈簧，以及各種緩沖器用的彈簧等。
3） 儲存及輸出能量，如鐘表彈簧。
4） 測量力的大小。如測力器和彈簧秤中的彈簧等。
按照所承受的載荷不同，彈簧可以分為拉升彈簧.壓縮彈簧.扭轉彈簧和彎曲彈簧四種；按照彈簧的形狀不同。又可以分為螺旋彈簧.環(huán)形彈簧.碟形彈簧.板簧.和平面渦卷彈簧等。
根據(jù)結構需要，選取圓柱螺旋壓縮彈簧。
彈簧在自由狀態(tài)下各圈之間應有適當?shù)拈g距，以便彈簧受壓時，又產(chǎn)生相應變形的可能。為了使彈簧在壓縮后仍能保持一定的彈性，設計師還應考慮在最大載荷最用下，各圈之間仍需保留一定的間距。
彈簧的兩個端面圈應與鄰全并緊，只起支承作用，不參與變形，故稱為死圈。當彈簧的工作圈數(shù)N《7時，彈簧每端的死圈約為0.75圈；N大于七時，每端的死圈約為1-1.75圈。這種彈簧端部的結構有多種形式，最常用的有兩個端面圈均與鄰圈并緊且磨平的Y1型，、并緊不磨平的Y111型和加熱卷繞時彈簧絲兩端鍛扁且與鄰圈并緊三種。在重要場合，應采用Y1型，以保證兩支承端面與彈簧的軸線垂直，從而使彈簧受壓時不致歪斜。
據(jù)機械設計手冊，選取彈簧材料65Mn
4.3 標準聯(lián)接件的選擇
4.3.1 螺栓聯(lián)接
螺栓聯(lián)接的方式：在被聯(lián)接鍵上開有通孔，插入螺栓后在螺栓的另一端上擰上螺母。這種聯(lián)接的特點是被聯(lián)接件上的通孔和螺栓桿間留有間隙，通孔的加工精度要求低，結構簡單，裝拆方便，使用時不受被聯(lián)接件材料的限制。
根據(jù)需要，選取M6和M12兩種型號的螺母。
4.3.2 螺釘聯(lián)接
這種聯(lián)接的特點是螺栓（或螺釘）直接插入被聯(lián)接件的螺紋中，不用螺母，在結構上比雙頭螺柱聯(lián)接簡單.緊湊。其用途和雙頭螺柱聯(lián)接相似，但如經(jīng)常拆裝時，易使螺紋孔磨損，可能導致被聯(lián)接件報廢，故多用于受力不大，或不需要經(jīng)常拆裝的場合。
4.3.3 緊定螺釘聯(lián)接
緊定螺釘聯(lián)接是利用擰入零件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一表面的表面或頂入相應的凹坑中，以確定兩個零件的相對位置，并可傳遞不大力或轉矩。
總 結
機械設計是機械工業(yè)的基礎技術?？萍汲晒D變?yōu)橛懈偁幜Φ男庐a(chǎn)品，設計起著關鍵性的作用。設計工作的質量和水平，直接關系到產(chǎn)品質量、性能和技術經(jīng)濟效益。工業(yè)發(fā)達國家都極為重視機械設計工作，不斷地研制出適應市場需要的機電產(chǎn)品，有力地促進了全球經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展。本設計為定尺機構的設計，在創(chuàng)新設計類型中屬“改進設計”，即在已有產(chǎn)品的基礎上，進行原理方案、機構、結構、參數(shù)、尺寸的變異以適應市場新的要求或提高競爭力。
大學四年來年年所經(jīng)歷的無數(shù)次考試，設計論文，沒有一次像這一次那么具有挑戰(zhàn)性，那么吸引我全身心投入其中過。經(jīng)過本次畢業(yè)設計，我弄懂了做課題的整個過程，理解了開卷機的工作原理、性能指標以及整個剪切生產(chǎn)線的工藝流程，同時，我更加熟練的掌握了AUTOCAD，WORD等應用軟件，讓我學會了怎樣更有效的利用圖書管的機械專業(yè)書籍，使我深深的認識到各門機械專業(yè)理論與實際緊密聯(lián)系。在設計過程中，雖然我們遇到了很多問題，但在不斷發(fā)現(xiàn)問題的同時，解決問題，使自身的理論與實踐結合的更加緊密。更重要的是，通過對這一次畢業(yè)論文從準備到選題，從開題到起筆，從一稿到定稿，使一直懵懂的我對自己熱愛的未來所將要的事業(yè)（或者說生活的方式）有了某種清醒與頓悟。
本論文是在導師郭志雄的精心指導下完成的，導師嚴謹治學的學術作風，深淵的知識和為人師表的風范使我終生受益。作者在論文中每一點進步的取得，無不凝聚著恩師的心血。在這里向我的導師致以深深的感謝和崇高的敬意！
在課題設計和學習中得到其他各位老師的關心和指導，在此特向他們表示最真摯的謝意！
感謝同小組的所有同學以及機械工程系包裝工程專業(yè)所有同學對我的幫助和關心，同學的友誼將讓我永遠銘記在心。
最后，忠心感謝我的家人多年來對我的學業(yè)的支持和生活上的關心，還有朋友的愛護，正是他們的愛，理解和支持，我才得以順利完成學業(yè)。
由于本人的知識水平和時間有限，誤漏之處難免，敬請各位老師批評指正！
劉羽煉
2005. 6．10 武漢
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13.徐灝主編.機械設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1991
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16.緊固件聯(lián)接設計手冊編寫委員會編.緊固件聯(lián)接設計手冊.北京：國防工業(yè)出版社，1990
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附：圓柱齒輪傳動所需圖表
表10-1 常用齒輪材料及其力學特性
材料牌號
熱處理方法
強度極限
σP/MPa
屈服極限
σs/MPa
硬度(HRC)
齒芯部
齒面
HT250
250
170~241
HT300
300
187~255
HT350
350
197~269
QT500-5
常化
500
147~241
QT600-2
600
229~302
ZG310-570
580
320
156~217
ZG340-640
650
350
169~229
45
580
290
162~217
ZG340-640
調質
700
380
241~269
45
650
360
217~255
30CrMnSi
1100
900
310~360
35SiMn
750
450
217~269
40Cr
700
550
217~269
20Cr
700
500
241~286
45
調質后表面淬火
217~255
40~50HRC
40Cr
241~286
48~55HRC
表10-2 使用系數(shù)KA
載荷狀態(tài)
工作機器
原動機
電動機、均勻運轉的蒸汽機、燃氣輪機
蒸汽機、燃氣輪機液壓裝置
多缸內(nèi)燃機
單缸內(nèi)燃機
均勻平穩(wěn)
發(fā)電機、均勻傳送的帶式輸送機或板式輸送機、螺旋輸送機、輕型升降機、包裝機、機床進給機構、通風機、均勻密度材料攪拌機等
1.00
1.10
1.25
1.50
輕微沖擊
不均勻傳送的帶式輸送機或板式輸送機、機床的主傳動機構、重型升降機、工業(yè)與礦用風機、重型離心機、變密度材料攪拌機等
1.25
1.35
1.50
1.75
表10-3 齒間載荷分配系數(shù) KHα 、KFα
KAKt / b
≥100N/mm
<100N/mm
精度等級Ⅱ組
5
6
7
8
5級及更低
經(jīng)表面硬化的直齒輪
KHα
1.0
1.1
1.2
≥1.2
KFα
≥1.2
經(jīng)表面硬化的斜齒輪
KHα
1.0
1.1
1.2
1.4
≥1.4
KFα
未經(jīng)表面硬化的直齒輪
KHα
1.0
1.1
≥1.2
KFα
≥1.2
未經(jīng)表面硬化的斜齒輪
KHα
1.0
1.1
1.2
≥1.4
KFα
注：1）對修形齒輪，取KHα=KFα=1。
2）如大、小齒輪精度等級不同時，按精度較低者取值。
3）KHα為按齒面接觸疲勞強度計算時用的齒間載荷分配系數(shù)，KFα為按齒根彎曲疲勞強度計算時用齒間載荷分配系數(shù)。
表10-4 按接觸疲勞強度計算齒向載荷分布系數(shù)的簡化計算公式
調 質 齒 輪
精度等級
小齒輪相對支撐的布置
6
對稱
非對稱
懸臂
7
對稱
非對稱
懸臂
8
對稱
非對稱
懸臂
表10-5 齒形系數(shù)及應力校正系數(shù)
17
18
19
20
21
22
23
24
25
2.97
2.91
2.85
2.80
2.76
2.72
2.69
2.65
2.62
1.52
1.53
1.54
1.55
1.56
1.57
1.575
1.58
1.59
26
27
28
29
30
35
40
45
50
2.60
2.57
2.55
2.53
2.52
2.45
2.40
2.35
2.32
1.595
1.60
1.61
1.62
1.625
1.65
1.67
1.68
1.70
60
70
80
90
100
150
200
2.28
2.24
2.22
2.20
2.18
2.14
2.12
2.06
1.73
1.75
1.77
1.78
1.79
1.83
1.865
1.97
表10-6 彈性影響系數(shù) ZE MPa1/2
彈性模量
E/MPa
齒輪材料
配對齒輪材料
灰鑄鐵
球墨鑄鐵
鑄 鋼
鍛 鋼
夾布塑料
11.8×10
17.3×10
20.2×10
20.6×10
0.785×10
鍛 鋼
162.0
181.4
188.9
189.8
56.4
鑄 鋼
161.4
180.5
188.0
——
——
球 墨 鑄 鐵
156.6
173.9
——
灰 鑄 鐵
143.7
——
表10-7 圓柱齒輪的齒寬系數(shù) Φd
裝置狀況
兩支撐相對小齒輪作對稱布置
兩支撐相對小齒輪作不對稱布置
小齒輪作懸臂布置
Φd
0.9~1.4（1.2~1.9）
0.7~1.15（1.1~1.65）
0.4~0.6
注：1）大、小齒輪皆為硬齒面時，Φd應取表中偏下限的數(shù)值；若皆為軟齒面或僅大齒輪為軟齒面時，Φd可取表中偏上限的數(shù)值；
2）括號內(nèi)的數(shù)值用于人字齒輪，此時b為人字齒輪的總寬度；
3）金屬切削機床的齒輪傳動，若傳遞的功率不大時，Φd可小到0.2；
4）非金屬齒輪可取Φd≈0.5~1.2。
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