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中文摘要和關鍵詞 摘 要： 本文根據(jù)筷子現(xiàn)有的制作工藝及加工設備的基礎上，詳細闡述了對竹筷采用摩擦原理進行機械拋光的設計，其主要內(nèi)容包括動力裝置、傳動裝置的選擇、功率計算、軸的結構設計以及強度校核、機架和箱體等幾個主要方面的設計。通過對V帶傳動的研究，結合目前的發(fā)展情況和所要面臨解決的問題，建立了適應于竹筷拋光機的V帶傳動方案，設計具有傳遞大功率、小重量、利于加工等優(yōu)點的傳動裝置。在設計中，考慮到其傳遞的功率大和傳動的平穩(wěn)性，重點對軸的結構進行設計。 關鍵詞：摩擦拋光；V帶傳動；結構設計；裝配 Abstract and Keyword Abstract： This article according to the bamboo chopsticks existing manufacture craft and in the processing equipment foundation, detail elaborated bamboo chopsticks uses the friction principle to carry on the machinery polishes, its main content including power unit, the choice of transmission device, power computation, axis structural design as well as intensity examination, rack and box body and so on several principal aspects designs. Through to V belt transmission research, the union at present development situation and must face the solution the question, established adapted in the bamboo chopsticks buffing machine V belt transmission plan, the design has the transmission high efficiency, the small weight, favor merit the and soon processing transmission device. In the design, considered its transmission the power is big and the transmission stability, the key countershaft structure carries on the design. Key word: scraping polishing; V belt transmission; Structural design; Assembly 第一章 緒論 隨著人民生活水平的不斷提高，對筷子的要求也越來越高，不再只要求其堅固耐用，更要求其外表美觀，在實現(xiàn)其基本使用功能的同時，達到裝飾廚房或餐廳的目的；另一方面，生活水平的提高也激發(fā)了人們更新筷子的欲望，筷子的使用周期縮短，這使得社會需求量增大，款式更新速度提高。這就對筷子的制作工藝及加工設備提出了新的要求 ，筷子的生產(chǎn)已基本脫離了以前的模式 ，轉而以工業(yè)化的生產(chǎn)為主。 在70年代以前，國內(nèi)的竹工機械幾乎是一片空白。據(jù)現(xiàn)有的資料，當時的竹子除造紙外，主要用作建筑腳手架和曬墊涼席，前者是使用原竹，后者則基本上是手工破篾，手工編織，最多使用了手搖分片機，談不上使用機械。 進入80年代，竹材加工業(yè)迅速向深加工發(fā)展，為適應竹材加工的需要，逐步從境外引進了一些竹材加工機械，但是引進機械不僅價格高，而且維修困難，停機時間長。鑒于這種情況，國內(nèi)一些有遠見的廠家開始投入大量人力、物力、財力研制竹工機械，進入90年代，國內(nèi)的竹工機械行業(yè)已可以為竹材加工企業(yè)提供品種規(guī)格基本齊全的各類竹工機械。目前國內(nèi)生產(chǎn)的竹工機械種類繁多起來。因此竹筷拋光機作為竹工機械的一種，就具有很大的市場需求量。 我國光整加工及去毛刺技術的發(fā)展起步較晚，它一問世便受到有識之士的重視和青睞。被稱為終加工工序的光整技術已從金屬領域擴展到非金屬領域，成為現(xiàn)代機械工業(yè)發(fā)展必不可少的內(nèi)容。以“三新”（即技術新、工藝新、設備新）、“三高”（即質(zhì)量高、生產(chǎn)率高、效益高）為特點的光整加工必然取代存有種種弊端傳統(tǒng)加工方法。尤其加入WTO后，與國際慣例接軌，光整技術開發(fā)應用更為迫切和重要。這一正在興起“朝陽產(chǎn)業(yè)”，具有蓬勃旺盛的生命力，有著潛在的巨大市場。光整加工是機械加工零件需急迫解決的現(xiàn)實問題，更是現(xiàn)代市場競爭必然發(fā)展的大勢所趨。近年來，我國的拋光技術有了長足的進步，目前，工業(yè)生產(chǎn)領域常用的拋光方法有：機械拋光、化學機械拋光、熱化學拋光、等離子體(離子束)拋光。化學機械拋光引起的沖擊和振動會使樣品受損，而熱化學拋光具有加工溫度很高的缺點；等離子體(離子束)主要用于對曲面拋光，材料去除速率很低，它的不足之處還在于要選擇刻蝕層或平面層，從而使拋光工藝變得更加復雜。針對竹筷的特點，也能達到提高產(chǎn)品檔次、去除毛刺、棱邊倒圓、銳邊鈍化，提高粗糙度等級，提高其表面綜合質(zhì)量性能和使用性能，延長其使用壽命等各種要求，機械拋光固然有不足之處，但是和以上拋光技術相比能降低成本，同時能達到竹筷的拋光精度。 美、日等發(fā)達國家新研制成的NH-125k超聲波模具拋光機采用高頻電火花脈沖電源與超聲波快速振動研磨的原理進行拋光。它能完成一般拋光工具難以伸人的窄槽、窄縫、邊、角等曲折部位的拋光，拋光后不塌棱角，不影響模具的精度。該機的上市可以解決用戶過去因工件形狀復雜難以達到拋光要求這一難題，并且縮短了拋光時間，提高了工作效率。趨勢有如下特點：具有振動頻率自動跟蹤功能， 以適應各種外界條件的變化，從而使換能器始終工作在最佳狀態(tài)，大大地提高了工作效率；精拋不影響工件精度，不塌棱角；工具頭取材廣泛，用戶均可自制；操作簡單易學；超聲波電脈沖復合拋光；超聲波鏡面拋光；“電蝕”快速墨菊修直、斷錐取出；“砂底”、打砂底、毛面粗紋；多項強大功能；超聲波輸出無級調(diào)節(jié)；電脈沖輸出無級凋節(jié)；微電腦控制，工作頻率數(shù)字顯示；頻率自動跟蹤，不需人工調(diào)諧；內(nèi)置穩(wěn)壓電源。 鑒于以上情況，為了滿足市場發(fā)展需求，通過反復思考設計，從加工成本出發(fā)，本文創(chuàng)新開發(fā)出一種竹筷拋光機。 第二章 整體設計部分分析 2、1 竹筷拋光機的工作原理 將竹筷放入六角木桶內(nèi)，打開電動機開關，帶動皮帶輪轉動，經(jīng)過芯軸傳遞轉速，竹筷在六角木桶內(nèi)旋轉，通過相互摩擦以及在棱角的打磨而拋光。 2、2 竹筷拋光機的整體結構 竹筷拋光機大體由軸、皮帶輪、箱體、軸承、軸承座、機架、動力裝置組成。 2、3 動力裝置的選擇 對于一般的機器，選擇的動力裝置為電動機和柴油機。而竹筷拋光機的動力裝置選擇電動機，因為和比柴油機相比具有以下優(yōu)點 1) 適用范圍廣。對于一般工廠的車間，用電都比較方便。 2) 成本低。加工同樣數(shù)量的竹筷耗電量成本要低于柴油成本。 3) 衛(wèi)生程度高。由于竹筷加工過程中，柴油機的油煙會污染竹筷，而電動機在加工過程中無污染物。 2、4 傳動裝置的選擇 目前，工業(yè)生產(chǎn)領域常用的機械傳動有：帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動，鏈傳動主要用在要求工作可靠，且兩軸相距較遠，以及其他。例如低速重型及極其惡劣的工作條件下應用，齒輪傳動的制造及其裝置精度要求高，價格教貴。且不宜用于傳動距離過大的場合。蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸傳遞運動和動力的一種傳動機構，也不適宜拋光機的傳動，而帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、造價低廉，以及緩沖吸振等特點，故傳動裝置選帶傳動。 第三章 傳動裝置的總體設計 傳動裝置總體設計的內(nèi)容為：確定傳動方案，選定電動機型號，計算總傳動比和合理分配各級傳動比，計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)，為設計各級傳動件和裝配圖設計提供條件。 3、 1 確定傳動方案 傳動方案一般用機構簡圖表示，它反映運動和動力傳遞路線和各部件的組成和連接關系。 圖3-1為拋光機傳動裝置及機構簡圖 　 圖3-1 為降低成本，本文決定剪除以上變速箱裝置，采用一級傳動，其傳動方案圖如圖3-2所示 圖3-2 3、2 選擇電動機 選擇電動機的內(nèi)容包括：電動機類型、結構形式、容量和轉速，要確定電動機具體型號。選擇電動機的順序如圖3-3所示 1) 選擇電動機類型和結構型式 電動機類型和結構型式要根據(jù)電源（交流和直流）.工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸等）和載荷特點（性質(zhì)、大小、啟動性能和過載情況）來選擇。沒有特殊要求時均應選用交流電動機，其中以三相鼠籠式異步電動機用得最多。表12 1所列Y系列電動機為我國推廣采用的新設計產(chǎn)品，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體的場合，以及要求具有較好啟用性能的機械。在經(jīng)常啟用. 制動和反轉的場合（如起重機），要求電動機具有轉動慣量小和過載能力大，則應選用起重及冶金用三相異步電動機YZ型（籠型）或YZR型（環(huán)繞型）。電動機結構有開啟式、防護式、封閉式和防爆式等，可根據(jù)防護要求選擇。同一類型的電動機又具有幾種安裝型式，應根據(jù)安置條件確定。 2) 選擇電動機的容量 標準電動機的容量由額定功率表示。所選電動機的額定功率應等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求，則不能保證工作機正常工作，或使電動機長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；容量過大，則增加成本，并且由于功率和功率因數(shù)低而造成浪費。電動機的容量主要由運動發(fā)熱條件限定，在不變或變化很小的載荷下長期連續(xù)運動的機械，只要其電動機的負載不超過額定值，電動機便不會過熱，通常不必效驗發(fā)熱和啟動力矩。所需電動機功率為 P= Kw （3-1） 式中： P——工作機實際需要的電動機需要功率，Kw； P——工作機所需輸入功率，Kw； η——電動機至工作機之間傳動裝置的總效率。 工作機所需功率P 應由機器工作阻力和運動參數(shù)計算求得，例如 P= Kw 或 P= Kw （3-2） 式中： F——工作機的阻力，N； ν——工作機的線速度，m/s; T——工作機的阻力矩，N·m； n——工作機的轉速，r/min; η——工作機的效率。 總效率η按下式計算： η = η η η ... η （3-3） 其中η、 η、 η 、... η 分別為傳動裝置中每一傳動副（齒輪、蝸桿、帶或鏈）每對軸承、每個聯(lián)軸器的效率，其概略值見《機械設計課程設計手冊》表1-7。選用此表數(shù)值時，一般取中間值，如工作條件差，潤滑維護不良時取最低值，反之取高值。本文取帶傳動的效率為0.96，滾動軸承的效率為0.99，故總的效率為0.96。 3) 確定電動機轉速 同一類型的電動機，相同的額定功率有多種轉速可供選用。如選用低轉速電動機，因極數(shù)較多而外廓尺寸及重要較大，故價格較高，但可使傳動裝置總動比及尺寸減小。選用高轉速電動機則相反。因此應全面分析比較利弊來選定電動機轉速。 按照工作機轉速要求和傳動機構的合理傳動比范圍，可以推算電動機轉速的可選范圍，如 n =（i i……i） r/min （3-4） 式中：n——電動機可選轉速范圍，r/min； i i……i——各級傳動機構的合理傳動比范圍 對Y系列電動機，通常多選用同步轉速為1500r/min或1000r/min的電動機，如無特殊需要，不選用低于750r/min的電動機。 根據(jù)選定的電動機類型、結構、容量和轉速，由《機械設計課程設計手冊》表12-1～12-11查出電動機型號，并記錄其型號、額定功率、滿載轉速、外形尺寸、中心高、軸伸尺寸、鏈聯(lián)接尺寸、地腳尺寸等參數(shù)備用。 設計傳動裝置時一般按工作機實際需要的電動機輸出功率Pd計算，轉速則滿載轉速。 本文選用Y160M1-8型號的電動機，其額定功率為4kw，滿載速度為720r/min，查《機械設計課程設計手冊》表12-3 ，機座帶底腳，端蓋無凸緣電動機的安裝及外形尺寸得其、外形尺寸、中心高、軸伸尺寸、鏈聯(lián)接尺寸、地腳尺寸。 圖3-3 查表得：A=254，B=210，C=108，D=42，E=110，F(xiàn)=14，G=42.5，H=180，K=15，AB=330，AC=325，AD=255，HD=385，BB=270，L=600。 3、3 計算總傳動比和分配各傳動比 傳動裝置的總傳動比要求應為 i = （3-5） 式中：n——電動機滿載轉速，r/min。 在已經(jīng)總傳動比要求時，如何合理選擇和分配各級傳動比，要考慮以下幾點： （1）各級傳動機構的傳動比應盡量在推薦范圍內(nèi)選取。 （2）應使傳動裝置結構尺寸較小、重量較輕。 （3）應使各傳動件尺寸協(xié)調(diào)，結構勻稱合理，避免干涉碰撞。 本設計為節(jié)約成本設計成一級帶傳動，其總傳動比為4，符合《機械設計課程設計手冊》表1-8： 傳動類型 傳動比 傳動類型 傳動比 平帶傳動 ≤5 錐齒輪傳動：1、開式 2、單級減速器 ≤5 ≤3 V帶傳動 ≤7 圓柱齒輪傳動 1、開式 2、單級減速器 3、單級外吁合和內(nèi)愈合行星減速器 ≤8 ≤4~6 3~9 蝸桿傳動： 1、開式 2、單級減速器 15~60 8~40 鏈傳動 ≤6 摩擦輪傳動 ≤5 各級傳動的傳動比（參考值），V帶傳動的傳動比≤5，傳動裝置的實際傳動比要由選定的標準帶輪直徑準確計算，因而與要求傳動比可能有誤差。一般允許工作機實際轉速與要求轉速的相對誤差為±（3~5）%。 3、4 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 設計計算傳動件時，需要知道各軸的轉速、轉矩或功率，因此應將工作機上的轉速、轉矩或功率推算到各軸上。 本設計傳動裝置從電動機到工作機有二軸，依次為Ⅰ、Ⅱ軸，則 1) 各軸轉速 n= n = （3-6） n= =180 r/min （3-7） 　式中：n為電動機滿載轉速， 　　　n為傳動軸的轉速 2) 各軸功率 Ｐ＝Ｐ＝4kw （3-8） Ｐ=Ｐη=4×0.96=3.84kw （3-9） 根據(jù)《機械設計課程設計手冊》表1-7，取V帶傳動的傳動效率η=0.96 式中：Ｐ為電動機輸出功率 Ｐ為電動機心軸輸入功率 η為電動機軸與傳動軸的傳動效率 3) 各軸轉距 Ｔ=Ｔ N·m （3-10） Ｔ＝Ｔiη N·m （3-11） 式中: Ｔ為電動機軸的輸出轉距 Ｔ＝9550 （3-12） =9550× =53.05 N·m Ｔ=255 N·m Ｔ為傳動軸的輸入轉距。 第四章 傳動零件的設計計算 4、1 帶傳動的設計 1) V帶輪的設計要求 設計V帶輪時應滿足的要求有：質(zhì)量??；結構工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應力；質(zhì)量分布均勻，轉速高時要經(jīng)過動平衡；輪槽工作面要精細加工（表面粗糙度為3.2），以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。 2) 帶輪的材料 帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150或HT200，本文選擇HT150。 3) 結構尺寸 鑄鐵制V帶輪的典型結構有以下幾種形式：（1）實心式；（2）腹板式；（3）孔板式；（4）橢圓輪輻式。 帶輪基準直徑d≤2.5d(d為軸的直徑)時，可采用實心式；d≤300mm時，可采用腹板式（當D-d≥100mm時，可采用孔板式）；d＞300mm時，可采用輪輻式。 （a） （b） d=(1.8~2)d, d為軸的直徑 h=0.8h D=0.5（D+ d） b=0.4h d=(0.2~0.3)(D-d) b=0.8b C=() B S= C L=(1.5~2)d,當B〈 1.5 d時，L=B f=0.2h h= 290 f=0.2h 式中：P——傳遞的功率 n ——帶輪的轉速 z ——輪輻數(shù) 圖4-1 V帶輪的結構 4) 帶傳動設計應注意的問題： 設計帶傳動時，應注意檢查帶輪尺寸與傳動裝置外廓尺寸的相互關系，例如小帶輪外圓半徑是否大于電動機中心高，大帶輪外圓半徑是否過大造成帶輪與機械底座相干涉等，要注意帶輪孔尺寸與電動機軸或減速器輸入軸尺寸是否相適應。帶傳動的主要失效形式為打滑和疲勞破壞。因此，帶傳動的設計準則應為：在保證帶傳動不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命。 本文現(xiàn)已知電動機型號為Y 160M1-8，額定功率P=4kw，轉速n=720r/min,傳動比i=4，一天運轉時間為8h。 1) 確定計算功率Pca 由機械設計表8—6查得工作情況系數(shù)KA=1.1，故 Pca=K P （4-1） =1.1×4=4.4 kw 2) 選取V帶帶型 根據(jù)要求選擇普通V帶中的A型帶。 3) 確定帶輪基準直徑 由《機械設計》表8—3和表8—7取主動輪基準直徑dd1=80mm 根據(jù)式（4-2） dd2=i dd1=4×80=320mm （4-2） 從動輪基準直徑dd2=320mm。 根據(jù)《機械設計》表8—7，取dd2=320mm。 按式（4-3）驗算的速度 V = （4-3） = =4.71m/s 驗算帶的速度v 對于普通V帶v=25~30m/s。 V< v 帶的速度合適。 4) 確定V帶的基準長度和傳動中心距 根據(jù)0.7（dd1+ dd2）< a0 < 2（dd1+ dd2），初步確定中心距a0 =400 mm 根據(jù)式（8—20）計算帶所需的基準長度 L′d =2 a0 +（dd1+ dd2） + （4-5） =2×400+（80+320）+ =1464 mm 由機械設計表8—2選帶的基準長度L d =1600 mm。 按式（8—21）計算實際中心距a a = a0 + =400+ =468 mm 5) 驗算主動輪上的包角a1 由公式（4-6）得 a1 =180°－×57.5° （4-6） =180°－ =141.85° 一般a ≥120°,最小不低于90°,如果a較小,應增加a或采用張緊輪 因此主動輪上包角合適。 6) 計算V帶的根數(shù)Z 由式（4-7）知 Z= （4-7） 由n1 =720 r／min、dd1 =125 mm、i=4.8，查表8—5c和8—5d得 P0=1.34 KW △P0=0.22 KW 查表8-8 得Ka=0.89,查表8—2得 KL =1.03，則 Z= =2.985 取Z =3根 。 7) 計算預緊力F0 由式 （4-8） F=500+qv （4-8） 查機械設計表8-4得q=0.17kg/m,故 F0 = 274.54 Pca 8) 計算作用在軸上的壓軸力 由式（4-9） F=2zFsin （4-9） =1556.1 9) 帶輪的結構設計 a) 小帶輪的設計 根據(jù)小帶輪基準直徑長度d≤2.5d，故本設計選取實心式帶輪，由圖（2） a)的數(shù)據(jù)可得出小帶輪的結構，見圖4-2 圖4-2 b) 大帶輪的設計 根據(jù)大帶輪的基準直徑長度d＞300mm，故本設計選取大帶輪為輪輻式帶輪，由圖（2）的數(shù)據(jù)以及接下來的軸的設計中得到d =34mm 可得出大帶輪的結構，見附圖 4、2 軸的設計 1) 軸的設計的主要內(nèi)容 軸的設計也和其他零件的設計相似，包括結構設計和工作能力計算兩方面的內(nèi)容，軸的結構設計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結構形式和尺寸。 軸的工作能力計算指的是軸的強度，剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。 2) 軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故本文選用45鋼：調(diào)質(zhì)處理。 3) 軸的計算 按扭距強度條件計算 在工作軸的結構設計時，通常用這種方法初步估算軸徑，軸的扭距強度條件為 τ=≈≤[τ ] （4-10） 式中：τ——扭轉切應力 W ——軸的抗扭截面系數(shù) n ——軸的轉速 P ——軸傳遞的功率 d ——計算截面處軸的直徑 τ ——許用扭轉切應力 由上式可得軸的直徑 d ≥=A 根據(jù)《機械設計》表15-3，由于軸的材料為45鋼，取A=112。 由 P=P η （4-11） 式中：P——工作機實際需要的電動機輸出功率 P——工作機所需輸入功率 則 P=4×0.96=3.84 kw d=112×=33.5mm 軸的最小直徑顯然是安裝在大帶輪的直徑，為了使所選的軸直徑與大帶輪的孔徑相適應，故需同時選取大帶輪的直徑，本文取d=34mm,由于大帶輪的L=72mm,左端用擋板定位，為了保證軸端擋圈只壓在大帶輪上而不壓在軸的端面上，故L=70mm。 4) 軸的結構設計 軸的結構設計包括定出軸的合理外形和全部結構尺寸。軸的結構主要取決于以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。 首先應考慮受載（彎矩和扭矩）較大的軸段，通常是軸上各受力點附近的軸段，為了便于軸上零件的裝拆，故常做成階梯形軸；綜合考慮軸上零件的定位和固定及減少軸的應力集中，這是決定階梯軸的相鄰直徑變化大小的重要因素。 1) 擬定軸上零件的裝配方案 擬定軸上零件的裝配方案是進行軸的結構設計的前提，軸上零件的裝配方案對軸的結構形式起著決定性的作用。現(xiàn)擬訂兩種裝配方案：第一種、將箱體的軸向定位用套筒。第二種、將箱體的軸向定位用絲桿法蘭，其軸的裝配方案如下所示： 顯而易見，較第一種方案在第二種方案中，對于箱體的軸向定位更好，本文選第二方案。 圖4-2 （a） 圖4-2 （b） 2) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 確定軸的徑向尺寸時，要在初估軸徑的基礎上，考慮軸承型號選擇、軸的強度、軸上零件的定位和固定，以及便于加工裝配等。 (1) 為了滿足大帶輪的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，又由于Ⅱ-Ⅲ段需安裝軸承，為了使軸的直徑d與軸承的孔徑相適應，故需選取軸承型號 (2) 初步選取軸承 根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動摩擦軸承和滾動摩擦軸承兩大類。滾動軸承由于摩擦系數(shù)小，起動阻力小，而且它標準化選用，潤滑，維護都很方便，因此在一般機械中應用較廣，而且滑動軸承成本較高，故本文我們選用滾動軸承 根據(jù)《機械設計》表13-1，以及拋光機中軸承的性能特點：主要承受徑向載荷，選取深溝球軸承，這種軸承在工作中允許內(nèi)，外圈軸線偏斜量≤8’~16’,可大量生產(chǎn)，價格較低，很適合本文成本計算不能太高的產(chǎn)品。 根據(jù)《機械設計課程設計手冊》表6-1，常用的深溝球軸承，選取0基本游隙組，標準精度級的深溝球軸承6008，其尺寸為d×D×T=40×68×30 ，故d=d=40mm。 a) 滾動軸承的組合設計 軸系的軸向固定和調(diào)整 本設計采用滾動軸承座對軸承定位。 b) 滾動軸承的潤滑與密封 潤滑：在摩擦面加入潤滑劑不僅可以降低摩擦，減輕磨損，保護零件不遭銹蝕，而且在采用循環(huán)潤滑時還能起到散熱降溫的作用。由于液體的不可壓縮性，潤滑油膜還具有緩沖、吸振的能力。使用膏狀的潤滑脂，既可防止內(nèi)部的潤滑劑外泄，又可阻止外部雜質(zhì)侵入，避免加劇零件的磨損，起到密封作用。 本設計采用脂潤滑，（當滾動軸承速度較低時，常采用脂潤滑，脂潤滑的結構簡單，易于密封，一般每隔半年左右補充或更換一次潤滑脂。潤滑脂的裝填量不應超過軸承空間的1/3~1/2，可通過軸承座上的注油孔及通道注入。 密封：軸伸端密封方式有接觸式和非接觸式兩種，氈圈密封在接觸式密封中壽命是較低的，由于其簡單、經(jīng)濟，適用于脂潤滑軸承中，故本設計中選用氈圈密封。 (3) 選取滾動軸承座 根據(jù)《機械設計課程設計手冊》表6-15，參照所選軸承，由滾動軸承座產(chǎn)品目錄中初步選取SN208。 其尺寸為d×d×D×g=40×50×68×30，故L= (A-g)/2+B=57.5mm d=d=50mm, 根據(jù)滾動軸承座的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取滾動軸承座的外端面與大帶輪右端面間的距離 L =20mm 故取L=77.5mm?！? (4) 選取法蘭　 對于箱體的軸向及周向定位，我們本文選取法蘭， 根據(jù)拋光機的實際工作能力，取箱體的長度L’=800mm　為了便于法蘭盤的裝拆，需要留L’=20mm的扳手空間，然后取法蘭的寬度L”=30mm,得到L=27.5+20+30+800+30+20+27.5=955mm。法蘭的其它尺寸如附圖 圖4-3 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 (5) 軸上零件的周向定位 確定軸的軸向尺寸主要取決于軸上傳動件及支承件的軸向寬度及軸向位置，并應考慮有利于提高軸的強度和剛度。一般要注意以下幾點 a) 保證傳動件在軸上的固定可靠 b) 支承件的位置應靠近傳動件 c) 應便于零件的裝拆 鍵是一種標準零件，通常用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉矩，鍵連接的主要類型有：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。半圓鍵工作時靠其側面來傳遞轉矩，由于軸上鍵槽較深，對軸的強度削弱較大，故一般只用于輕載靜聯(lián)接中，楔鍵緊后，軸和輪轂的[配合產(chǎn)生偏心和偏斜，主要用于轂類零件的定心精度要求不高和低轉速的場合，；平鍵聯(lián)接具有結構簡單、裝拆方便、對中性較好等優(yōu)點，本文我們選取普通平鍵。 大帶輪與軸的聯(lián)接采用平鍵連接，查《機械設計課程設計手冊》平鍵截面b×h=10×8，鍵槽用鍵槽銑刀加工，一般鍵的長度L可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪轂的長度，查《機械設計》表6-1，鍵的長度系列L=56mm。同時為了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇帶輪輪轂與軸的配合為H7/n6。 滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 (6) 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考《機械設計》表15-2， 直徑d >6~10 >10~18 >18~30 >30~50 C或R 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 直徑d >50~80 >80~120 >120~180 C或R 2.0 2.5 3.0 取軸端倒角為1.6×45°,各軸肩處的圓角半徑見附圖 (7) 求軸上的載荷 a) 作出軸的計算簡圖 軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。計算時，常將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點取為載荷分布段的中點。作用在軸上的扭矩，一般從傳動件輪轂寬度的中點算起，在作計算簡圖時，應先求出軸上受力零件的載荷，并將其分解成水平分力和垂直分力。 根據(jù)下面的箱體設計得其總體尺寸為：長L=800mm,寬B=700mm。 如 圖： 圖4-3 求其體積：V=L×S （4-12） =0.35×0.35×6×0.8/ =0.17 m 由于竹子的密度 ρ =0.9 kg/m 根據(jù)實際拋光情況設計其每次加入量為箱體體積的2/3，則竹筷的重量為 G =Vρ×98 （4-13） =9.8××0.17×0.9×10 =980N 考慮其工作時，竹筷對軸有沖擊力，查資料得其對軸的作用力為重力的1.5倍，故箱體（本身質(zhì)量忽略）對軸的壓軸力為 F=980×1.5=1470N 本軸沒有受到周向力。 b) 作出彎矩圖 根據(jù)上述簡圖，分別按水平面和垂直面計算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計算結果分別作出總彎矩并作出M圖 M= （4-14） c) 作出扭矩圖 在確定軸承的支點位置時，應從手冊中查取a值，對于深溝球軸承a=B/2=15mm，因此 圖4-4 作出軸的支承矩 L=70+20+27.5+15=132.5 mm L=15+955/2=492.5 mm L=955/2+27.5+15=520 mm 則其軸的載荷分析圖如下： 圖4-5 軸的載荷分析圖 列平衡方程有: F+F=F+F (1) （4-15） T+F·L+F·(L+L+L)=F·(L+L) (2) （4-16） F=F F =F 從軸的結構圖以及彎矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面，現(xiàn)將計算出的截面C處的M值列于下表： 載 荷 垂直面V 支反力F F=3760.78 N F=260.22 N 彎矩 M M=205507.5 N·mm M=390309.15 N·mm 扭矩 T=255000 N·mm 按彎矩合成應力效核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩扭矩的截面（即危險截面C）的強度，根據(jù)公式 σ= 及上表的數(shù)值 （4-17） 式中： σ——軸的計算應力 ，單位為MPa M ——軸所受的彎矩 單位為N·mm T ——軸所受的扭矩 單位為N·mm W ——軸的抗彎截面系數(shù) 單位為N·mm 查機械設計表15-4，抗彎抗扭截面系數(shù)公式 W=0.1d=0.1×50 當扭轉切應力為靜應力時，取a≈0.3，若扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力時，取a≈0.6，若扭轉切應力亦為對稱循環(huán)變應力時，取a=1，本文根據(jù)工作機的實際情況 取a=0.6。 則 σ=33.451 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由機械設計表15-1，查得[σ]= 60MPa ，因此 σ〈 [σ]，故安全。 4、3 零件校核 鍵的強度校核 鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由《機械設計》表6-2 許用擠壓應力 許用壓力 聯(lián)接工作方式 鍵或轂、軸的材料 載荷性質(zhì) 靜載荷 輕微沖擊 沖擊 [σ] 靜聯(lián)接 鋼 120~150 100~120 60~90 鑄鐵 70~80 50~60 30~45 [P] 動聯(lián)接 鋼 50 40 30 查得許用擠壓應力 [σ]=100~120MPa,取其平均值，[σ]=110MPa。鍵的工作長度 l=L-b=56-10=46mm,鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k = 0.5h = 0.5×8 = 4 mm。由式 σ= （4-18） = =81.52MPa<[σ] (合適) 第五章 箱體及機架設計 5.1 箱體的設計 箱體結構設計應考慮的問題 箱體要具有足夠的剛度 本設計箱體在加工和使用過程中，因不受很大的變載荷，因此設計時要注意以下幾點： 1) 合理選材 從經(jīng)濟的角度考慮，可以選用木制箱體，同時考慮其拋光原理屬于摩擦拋光，故在箱體的內(nèi)表面加一層有一定粗糙度的薄板不銹鋼材料以便拋光竹筷，也起到加固箱體的作用。 2) 合理確定箱體的尺寸與形狀 箱體的尺寸直接影響它的剛度，首先要確定合理的箱體壁厚δ，它與受載大小有關。由于箱體受載不大，故選取δ=10 mm。由于箱體的棱角起拋光作用，故箱體的形狀直接影響它的工作性能，以致拋光機的多棱角的選擇成為當務之急。目前，一般的箱體選擇有：三角木桶、六角木桶、八角木桶。三角木桶由于其棱角過少，摩擦邊不夠，造成用電量過大，其效率不高；八角木桶由于其棱角過多，使其內(nèi)角過大，造成棱邊太平緩，不利于拋光，故效率也不高；六角木桶因為拋光角度合適，棱邊數(shù)也足夠加工，故效率較其它的要高，所以本設計選取六角木桶。 3) 便于加工 對于箱體在加工過程中因為要便于排泄以及重新放入竹筷，本文因此而設計了一個活動倉門，利用鉸鏈將其固定。 4) 箱體形狀應力求勻稱、美觀 外形的簡潔和整齊會增強統(tǒng)一協(xié)調(diào)的美感，本文主要設計其對稱。 5.2 機架設計 5.2.1 機架設計的準則 （1）工況要求 任何機架的設計首先必須保證機器的特定工作要求。例如：保證機架上安裝的零件部件能順利運轉，機架的外行或內(nèi)部結構不致有阻礙運動件通過的突起；設置執(zhí)行某一工況所必需的平臺；保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。 本文中的拋光機考慮到加工工人的操作，故將機架的高度設計為1500mm。 （2）剛度要求 在必須保證特定外行條件下，對機架的主要要求是剛度。這里選取機架的材料為角鋼，能滿足其剛度。 （3）強度要求 對于一般設備的機架，剛度達到要求，同時也能滿足強度的要求。但對于重載設備的強度要求必須引起足夠的重視。其準則是在機器運轉中可能發(fā)生的最大載荷情況下，機架上任何點的應力都不得大于允許應力。此外，還要滿足疲勞強度的要求。 對于某些機器的機架尚需滿足振動或抗振的要求。例如振動機械的機架；受沖擊的機架；考慮地震影響的高架等。 （4）穩(wěn)定性要求 對于細長的或薄壁的受壓結構及受彎—壓結構存在失穩(wěn)問題，某些板殼結構也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。設計的梯形架能有效的解決穩(wěn)定性要求 （5）美觀 目前對機器的要求不僅要能完成特定的工作，還要使外行美觀。 （6）其他 如散熱的要求；防腐蝕及特定環(huán)境的要求；對于精密機械、儀表等熱變形小的要求等。 5.2.2 機架設計的一般要求 在滿足機架設計準則的前提下，必須根據(jù)機架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各項要求，并有所偏重。 （1） 機架的重量輕，材料選擇合適，成本低。 （2） 結構合理，便于制造。 （3） 結構應使機架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便。 （4） 結構設計合理，工藝性好，還應使機架本身的內(nèi)應力小，由溫度變化引起的變形應力小。 （5） 抗振性能好。 （6） 耐腐蝕，使機架結構在服務期限內(nèi)盡量小修理。 （7） 有導軌的機器要求導軌面受力合理，耐磨性良好。 5.2.3 設計步驟 （1）初步確定機架的形狀和尺寸。根據(jù)設計準則和一般要求，初步確定機架結構的形狀的尺寸，以保證其內(nèi)外部零件能正常運轉。 （2）根據(jù)機架的制造數(shù)量、結構形狀及尺寸大小，初定制造工藝。例如非標準設備單件的機架、機座，可采用焊接代替鑄造。 （3）分析載荷情況。載荷包括機架上的設備重量、機架本身重量、設備運轉的動載荷等。對于高架結構，還要考慮風載、雪載和地震載荷。 （4）確定結構的形式。例如采用桁架結構還是板結構等。在參考有關資料，確定結構的主要參數(shù)（既高、寬、板厚與材料等）。 （5）畫出結構簡圖。 （6）參數(shù)類似設備的有關規(guī)范、規(guī)程，確定本機架結構所允許的撓度和應力。 （7）進行計算，確定尺寸。 （8）有必要時，進行詳細計算并校核或模型試驗，對設計進行修改。確定最終尺寸。 圖5-1 根據(jù)前面的準則和要求，進行機架結構形式的選擇仍是一個較復雜的過程。對結構形式、構件截面和結點構造等均需要結合具體的情況進行仔細的分析。對結構方案要進行技術經(jīng)濟比較。由于各種設備有不同的規(guī)范和要求，制定統(tǒng)一的機架結構選擇方法較困難。但是，可以利用結構力學的知識提出下列一般的規(guī)則。這些規(guī)則是為了節(jié)約材料在選擇結構形式時應遵守的一般規(guī)律。 （1）結構的內(nèi)力分布情況要與材料的性能相適應，以便發(fā)揮材料的優(yōu)點。軸力較彎矩能更充分地利用材料。桿件受軸力作用時，截面上材料的應力分布是均勻的，所以材料都得到充分利用。但是彎矩作用下截面上的應力分布是不均勻的，所以材料的利用不夠經(jīng)濟 殼體結構由于主要受軸力作用，使用材料極為經(jīng)濟。 （2）結構的作用在于把載荷由施力點傳到基礎。載荷傳遞的路程愈短，結構使用的材料愈省 （3）結構的連續(xù)性可以降低內(nèi)力，節(jié)省材料。 第六章 竹筷拋光機零件圖設計 6.1 尺寸及其偏差的標注 標注尺寸要符合機械制圖的規(guī)定。尺寸要有足夠而不多余。同時，標注尺寸應考慮設計要求便于零件的加工和檢驗。因此，在設計中應該注意以下幾點 （1） 從保證設計要求及便于加工制造出發(fā)，正確選擇尺寸基準。 （2） 圖面上應有供加工測量用的足夠尺寸，盡可能避免加工時作任何計算。 （3） 大部分尺寸應盡量集中標注在最能反映零件特征的視圖上。 （4） 對配合尺寸及要求精確的幾何尺寸（如軸孔配合尺寸、鍵配合尺寸、箱體孔中心距等）均應該注出尺寸的極限偏差。 （5） 零件工作圖上的尺寸應與裝配工作圖一致。 在設計軸類零件時，應該注好其其徑向尺寸和軸向尺寸。對于徑向尺寸，要注意配合部位的尺寸及其偏差。同一尺寸的幾段軸徑，應逐一標示，不得省略。對圓角、倒角等細部結構的尺寸，也不要漏掉（或在技術要求中加以說明）。對于軸向尺寸，首先應該選好基準面，并盡量使標注的尺寸反映加工工藝及測量的要求，還應注意避免出現(xiàn)封閉的尺寸鏈。通常使軸中最不重要的一段軸向尺寸作為封閉環(huán)而不注出。 6.2 表面粗糙度的標注 零件的所有表面（包括非加工的毛坯表面）都應該注明表面粗糙度參系數(shù)值，在常用參數(shù)值范圍內(nèi)，推薦優(yōu)先選用Ra參數(shù)。如較多表面具有同一粗糙度參數(shù)值，則可在圖右上角集中標注，并加“其余”字樣。 表面粗糙度參數(shù)值的選擇，應根據(jù)設計要求確定，在保證正常工作的條件下，應盡量選取數(shù)值較大者，以利用加工。例如查得帶輪孔薦用表面粗糙度Ra參數(shù)值為3.2、1.6，應選用3.2。 《機械設計課程設計手冊》表16-2 為軸加工表面粗糙度Ra的推薦值。 6.3 行位公差的標注 在零件工作圖上應標出必要的行位公差，以保證其裝配質(zhì)量及工作性能。它是評定零件加工質(zhì)量的重要指標之一。 《機械設計課程設計手冊》表16—3及表16—4給出了軸類零件及帶輪類零件輪坯的行位公差推薦項目，供設計時參考。 行位公差的具體數(shù)值及標注方法參考《機械設計課程設計手冊》9-9 ~ 9-12及第十八章參考圖例。 6.4 零件工作圖的技術要求 凡在零件圖上不便圖形或符號表示，而在制造時又必須遵循的要求和條件，可在“技術要求”中注出，它的內(nèi)容根據(jù)不同的零件，不同的加工方法而有所不同，一般包括： 1) 對材料的力學性能和化學成分的要求。 2) 對鑄鍛件及其它毛坯件的要求，如要求不允許有氧化皮及毛刺等。 3) 對零件表面力學性能的要求，如熱處理方法及熱處理后的表面硬度、淬火 硬化層深度及滲碳層深度等。` 4) 對加工的要求，如是否要與其它零件一起配合加工（如配鉆和配鉸）等。 5) 其它特殊要求，如對長軸的校直要求等。 第七章 竹筷拋光機可行性、實用性及經(jīng)濟性分析 目前，隨著人民生活水平的不斷提高，對筷子的要求也越來越高，不再只要求其堅固耐用，更要求其外表美觀，另一方面，生活水平的提高也激發(fā)了人們更新筷子的欲望，筷子的使用周期縮短，這使得社會需求量增大，款式更新速度提高。這就對筷子的制作工藝及加工設備提出了新的要求。目前國內(nèi)生產(chǎn)的竹工機械種類繁多起來。因此竹筷拋光機作為竹工機械的一種，就具有很大的市場需求量。采用機械拋光竹筷既可以使竹筷外表更加美觀，而且還可以減少勞動強度。 社會效益：技術進步是十分明顯的。下崗工人及農(nóng)民如使用本產(chǎn)品創(chuàng)業(yè)，能減輕社會就業(yè)壓力。 經(jīng)濟效益：若靠人工拋光竹筷一天，才拋光少量的成品，而且其拋光度及外表的美觀明顯不及機械拋光。使用竹筷拋光機：成本核算與經(jīng)濟分析（8小時一班計算）：根據(jù)木材直徑的大小每方木材生產(chǎn) 7 ~ 10 萬雙筷子 X 市場售價 = 毛利 － 原材料進價 － 電費 － 人工 － （包括報稅、廠房、包裝等等，根據(jù)您處實際情況自定）= 每天木材生產(chǎn)的純利 X 每天用幾方木材 = 8小時的純利。綜上所述，一般生產(chǎn) 2 ~ 3 個月就可收回全部投資。機器拉回后接上電源就可生產(chǎn)，當天投資當天收效益，屬短平快項目 結論 因此，該竹筷拋光機裝置的研制和推廣不但能帶來廣大的社會效益，并能產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益，投資回收期短，且適合當前的社會購買能力，是一種有利于農(nóng)業(yè)事業(yè)發(fā)展的可靠實用的好機械。 第八章 設計總結 本次設計的目的是為了系統(tǒng)地把大學中所學的專業(yè)知識連貫起來應用于實際當中，來解決生產(chǎn)實際問題，從而鍛煉我們的分析問題和解決問題的能力，從而設計出滿足要求的機械產(chǎn)品。 本次設計完成竹筷拋光機的總體設計。在設計過程中為了使整個機器實現(xiàn)預定的功能，其主要內(nèi)容包括鉆具整體結構設計、V帶傳動部分設計、主軸的設計以及校核等幾部分。 在這次設計中最大的感受是：理論與實踐必須相結合，只有將正確的理論應用于實踐中，才能真正發(fā)揮理論的價值，才能更深刻地了解和掌握理論的真正內(nèi)涵；要作到理論與實踐相結合必須有一定的理論基礎和豐富的實踐經(jīng)驗，但在這實踐經(jīng)驗方面，我很欠缺，導致在設計內(nèi)容中出現(xiàn)了一些錯誤。這些缺點還在待于在日后的進一步學習和工作中來彌補和提高，此外，設計工作是一項繁重的工作，必須具有嚴謹細致的工作作風和頑強的決心和毅力。 由于能力所限,經(jīng)驗不足，設計中尚有許多不足之處,懇請各位老師給予指教。 參考文獻 [1]孫恒，陳作模. 機械原理 [M].北京：高等教育出版社，2001 [2]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2001 [3]王伯惠，上官興著.中國鉆孔灌注樁新發(fā)展[M].北京：人民交通出版社，1999 [4]吳宗澤，羅圣國. 機械設計課程設計[M].北京：高等教育出版社，1999 [5]鄒慧君. 機械原理課程設計手冊[M].北京：高等教育出版社， 1998 [6]劉鴻文. 材料力學[M].北京：高等教育出版社，1992.9 [7]《現(xiàn)代機械傳動手冊》編輯委員會.現(xiàn)代機械傳動手冊[M].北京：