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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁(yè)
1 緒論
1.1 鋼材打捆機(jī)簡(jiǎn)介
鋼材打捆機(jī)，就是將鋼材捆扎成形的設(shè)備，利用盤(pán)條、鋼帶等捆扎材料將螺紋鋼、型鋼(如槽鋼、角鋼、工字鋼)、帶鋼、線(xiàn)材等捆扎起來(lái)，以便于鋼材的運(yùn)輸、存儲(chǔ)和銷(xiāo)售.按照功能，打捆機(jī)一般可分為送絲系統(tǒng)、抽絲及蓄絲系統(tǒng)、擰絲系統(tǒng)以及與其配合的輔助元器件組成。由于鋼材產(chǎn)品的種類(lèi)繁多，包括型材、板材、棒材、管材、線(xiàn)材等多種外形完全不同的類(lèi)型，因此剛才包裝設(shè)備為適應(yīng)不同種類(lèi)鋼材包裝的需要?jiǎng)荼匾笥卸喾N不同的類(lèi)型。如專(zhuān)門(mén)為管材、棒材進(jìn)行打捆包裝的設(shè)備；對(duì)薄板鋼材進(jìn)行鋼圈包裝的設(shè)備等等。
1.2 鋼材包裝設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀
鋼鐵行業(yè)正在向著連續(xù)化、自動(dòng)化、大型化的方向發(fā)展，質(zhì)量和效率成為了鋼鐵行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的基礎(chǔ)，而能否實(shí)現(xiàn)快速有效的自動(dòng)包裝正式?jīng)Q定一個(gè)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)效率的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)之一.自二十世紀(jì)六十年代以來(lái)各國(guó)競(jìng)相展開(kāi)了對(duì)打捆機(jī)的研制.如瑞典的sundBirsta公司相繼研制了不同類(lèi)型的線(xiàn)材、棒材及型材打捆機(jī)，該公司研制的KNRA型打捆機(jī)主要應(yīng)用于對(duì)棒材、型材、鋼管以及盤(pán)條的打捆，該類(lèi)型的打捆機(jī)由以下幾部分組成:捆扎機(jī)組:捆扎機(jī)組由液壓控制，其組件有盤(pán)條進(jìn)給輪、控制盤(pán)條進(jìn)給的感應(yīng)器和安全設(shè)備、剪切器、擰絲系統(tǒng)等;液壓機(jī)組:包括油箱、油泵、濾油器、壓力開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等;機(jī)座;儲(chǔ)線(xiàn)倉(cāng);控制器:包括電器線(xiàn)路板、開(kāi)關(guān)、繼電器等.KNRA型打捆機(jī)主要性能指標(biāo)為:捆扎盤(pán)條為03~5mm的退火盤(pán)條;捆扎時(shí)間為9~14s。
日本撞川工藝公司自1959年以來(lái)，致力于研究軋鋼精整設(shè)備自動(dòng)化方面的研究，研制了TMB系列自動(dòng)化打捆機(jī)，可捆扎圓鋼、型鋼、管材及盤(pán)卷，結(jié)構(gòu)組成主要有擰絲頭、機(jī)座、線(xiàn)夾、差動(dòng)齒輪箱、液壓馬達(dá)、捆扎盤(pán)條、供線(xiàn)輪、夾送輥、導(dǎo)線(xiàn)軌、限位開(kāi)關(guān)、設(shè)備外殼等.該打捆機(jī)的性能特點(diǎn)是設(shè)備采用了差動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu).捆線(xiàn)夾緊、切斷及擰絲等幾種主要操作均可利用同一馬達(dá)進(jìn)行，使得打捆機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于小型化，維修方便.TMB系列自動(dòng)化打捆機(jī)主要性能指標(biāo)為導(dǎo)絲槽內(nèi)徑700mm;打捆時(shí)間8s;使用盤(pán)條;電機(jī)功率S. SkW.
國(guó)內(nèi)的首鋼于20世紀(jì)80年代末從意大利的Danieli公司引進(jìn)了兩臺(tái)打捆機(jī)，一直沒(méi)能投人正常使用，存在的問(wèn)題有:車(chē)體的定位系統(tǒng)不穩(wěn)定，車(chē)體很難調(diào)整到正確位置;控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)不能正常工作.經(jīng)過(guò)北京航空航天大學(xué)科研人員的努力，圓滿(mǎn)解決了問(wèn)題，使設(shè)備投人正常使用.鞍鋼于1990年引進(jìn)了4臺(tái)打捆機(jī)，由于技術(shù)保密及設(shè)備備件的原因，已報(bào)廢了2臺(tái)，也急需新的打捆機(jī)投人使用.國(guó)內(nèi)不少科研院所曾經(jīng)仿制研究精整包裝生產(chǎn)線(xiàn)上的全自動(dòng)打捆機(jī)，但都不很理想.我國(guó)已成為鋼鐵生產(chǎn)大國(guó)，由于國(guó)外的售后服務(wù)及設(shè)備問(wèn)題不適合國(guó)內(nèi)企業(yè)的要求，研制適合國(guó)內(nèi)需要的打捆機(jī)，具有良好的市場(chǎng)前景。
1.3 現(xiàn)實(shí)意義
社會(huì)對(duì)鋼材的需求日益提高，促進(jìn)了鋼鐵企業(yè)的現(xiàn)代化改造，使鋼鐵產(chǎn)量逐年提高，而傳統(tǒng)的人工包裝由于其生產(chǎn)效率低下是造成鋼鐵產(chǎn)量提高的最大障礙，同時(shí)由于人工打捆存在著不可克服的缺點(diǎn)，如散捆、混號(hào)和松捆等，已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要;同時(shí)用戶(hù)為便于鋼材的運(yùn)輸和存儲(chǔ)，對(duì)鋼鐵產(chǎn)品的包裝質(zhì)量提出了更高的要求，鋼鐵產(chǎn)品的包裝質(zhì)量已成為企業(yè)升級(jí)和獲得經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素，因此盡快提高鋼鐵產(chǎn)品的包裝質(zhì)量，是鋼鐵企業(yè)的迫切任務(wù)之一，也是用戶(hù)對(duì)鋼鐵行業(yè)的要求.人工包裝的低效率與鋼鐵產(chǎn)量的提高之間的矛盾日益突出，研制鋼材精整包裝生產(chǎn)線(xiàn)的關(guān)鍵設(shè)備—鋼材包裝打捆機(jī)將解決我國(guó)鋼材生產(chǎn)的急需，同時(shí)，鋼材包裝的自動(dòng)化可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高包裝質(zhì)量，而且可以減少包裝現(xiàn)場(chǎng)的工傷事故、擴(kuò)大外貿(mào)出口、增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，包裝機(jī)械的發(fā)展，體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家或一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)水平。因此研制高性能的鋼材包裝打捆機(jī)具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
1.4 本課題中研發(fā)的鋼材打捆機(jī)
本課題中所研發(fā)的鋼材打捆機(jī)是針對(duì)型材、棒材、管材進(jìn)行打捆包裝的設(shè)備，其整體結(jié)構(gòu)主要包括以下部分，分別是機(jī)架及行走機(jī)構(gòu)、引送線(xiàn)機(jī)構(gòu)、矯直機(jī)構(gòu)、剪切機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、擰緊機(jī)構(gòu)、四桿機(jī)構(gòu)。液壓站部件以及電控部件，采用液壓驅(qū)動(dòng)，用PLC實(shí)現(xiàn)程序控制。
其工作原理通過(guò)以下幾個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)，步驟如下：
1.在機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作時(shí)首先需要把打捆用的鋼線(xiàn)引入由輥道、送線(xiàn)機(jī)構(gòu)、矯直輥組成的滑道內(nèi)，做好打捆前的準(zhǔn)備工作；
2工作開(kāi)始時(shí)根據(jù)捆料的規(guī)格與形狀，通過(guò)行走機(jī)構(gòu)調(diào)整好機(jī)體位置。
3待捆扎鋼材會(huì)進(jìn)入抱緊器機(jī)構(gòu)的抱緊爪的范圍內(nèi)，導(dǎo)線(xiàn)達(dá)到傳感位置后，液壓馬達(dá)使四桿機(jī)構(gòu)下壓。
4四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)上剪刃將導(dǎo)線(xiàn)切成預(yù)期的長(zhǎng)度，同時(shí)推壓柄及兩個(gè)壓緊柄比較快的速度下降，把靠自重的導(dǎo)線(xiàn)壓緊在被打捆材的上面。導(dǎo)線(xiàn)下端下垂到夾緊件的兩側(cè)。
5在液壓缸下壓的同時(shí)，擰緊件也轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線(xiàn)的下端逐漸擰緊，此時(shí)液壓缸下降，推壓柄和壓緊柄離開(kāi)被打捆件。
即是說(shuō)，液壓缸往返一回，就完成了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的下降、捆線(xiàn)壓緊、脫開(kāi)上升等一系列動(dòng)作，此時(shí)，擰緊件也同時(shí)將捆線(xiàn)擰緊。因此，液壓缸往返運(yùn)動(dòng)一次，全部動(dòng)作就都完成，也就是說(shuō)如果液壓缸往返一次需要一秒，則打捆作業(yè)也就是在一秒之內(nèi)即可完成。
2 打捆機(jī)方案的選擇與擬定
2.1 打捆機(jī)方案的選擇
本打捆機(jī)主要應(yīng)用于小型鋼材材生產(chǎn)機(jī)主后部，對(duì)生產(chǎn)出的棒材進(jìn)行自動(dòng)打捆，所以在打捆形狀上采用圓形。打捆材料選用φ6.5材質(zhì)為A3的碳鋼絲。本打捆機(jī)主要應(yīng)用于北方地區(qū)，而氣動(dòng)對(duì)氣候的適應(yīng)較差，所以在氣動(dòng)與液壓傳動(dòng)之間優(yōu)先采用液壓傳動(dòng)。
液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：
1. 在同等體積下，液壓裝置比電動(dòng)裝置提供的動(dòng)力大，任何應(yīng)用系統(tǒng)中的壓力可比電磁驅(qū)動(dòng)力打30-40倍。
2. 液壓裝置工作比較平穩(wěn)，容易實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且還可以再運(yùn)行過(guò)程中調(diào)節(jié)，易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。
3. 由于液壓軟件已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。此外液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。
4. 用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)單。
液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)：
1. 液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。
2. 液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中有較大的能量損失，尤其長(zhǎng)距離傳動(dòng)，液壓系統(tǒng)的效率較低。
3. 為了減少泄露現(xiàn)象，液壓元件的制造精度很高，而且需要單獨(dú)的能源
4. 液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不一找出原因。
2.2 打捆方案的擬定
打捆機(jī)的打捆過(guò)程包括七個(gè)基本動(dòng)作：送線(xiàn)、矯直、夾緊、剪切、壓下、擰緊和行走。這七個(gè)動(dòng)作分別由七個(gè)機(jī)構(gòu)完成，送線(xiàn)機(jī)構(gòu)、矯直機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、剪切機(jī)構(gòu)、四桿壓下機(jī)構(gòu)、擰緊機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)。這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須協(xié)調(diào)配合，每個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行時(shí)機(jī)有相應(yīng)的反饋信號(hào)控制，反饋信號(hào)來(lái)自于安裝在打捆機(jī)和周邊設(shè)備上的傳感器。
打捆機(jī)的總體設(shè)計(jì)主要取決于其功能要求和使用范圍。被捆材料的規(guī)格、形狀、捆線(xiàn)的直徑和性能、鋼捆運(yùn)輸詭誕的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、捆結(jié)的擰緊圈數(shù)、每個(gè)滾接的捆線(xiàn)圈數(shù)等都對(duì)打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很大的影響。
此外，圍繞打捆機(jī)的動(dòng)作要求和現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行其功能設(shè)計(jì)，主要是對(duì)液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。
控制系統(tǒng)除主要完成上述各個(gè)動(dòng)作的實(shí)時(shí)控制之外，還對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行監(jiān)控及時(shí)與生產(chǎn)線(xiàn)其他控制系統(tǒng)和總控臺(tái)進(jìn)行通訊?？刂葡到y(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)和控制輥道上鋼材的運(yùn)輸，根據(jù)捆線(xiàn)架上的捆線(xiàn)數(shù)量，打捆機(jī)本身的狀態(tài)，預(yù)緊成型狀態(tài)等條件自動(dòng)打捆。
圖2.1 打捆機(jī)簡(jiǎn)圖
主要參數(shù)的確定本打捆機(jī)是小型鋼材自動(dòng)打捆機(jī)。
打捆尺寸：φ250-400mm
長(zhǎng)度：4-6m
捆重：3-4噸
鋼材直徑：φ10-40
料捆長(zhǎng)：5-7m
捆線(xiàn)直徑：6.5mm
料捆擺動(dòng)架擺動(dòng)時(shí)間:3sec
擰緊裝置轉(zhuǎn)速：n=90r/min
擰緊裝置送進(jìn)速度：v1=60mm/s
捆線(xiàn)送進(jìn)速度：v2=1000mm/s
夾緊動(dòng)作：t=1sec
捆線(xiàn)倒數(shù)：4-5
輥道速度：2m/s
3 打捆機(jī)本體設(shè)計(jì)
3..1 擰緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1.1 夾緊力及扭矩的計(jì)算
捆線(xiàn)材料為含碳量為0.08%的低碳鋼絲A3鋼，查文獻(xiàn)[3]表2-7得：σs=235MPa。取[σ]=200MPa，則許用剪切應(yīng)力[τ]=(0.5~0.6) [σ]=120MPa。捆線(xiàn)在打結(jié)過(guò)程中可簡(jiǎn)化為彎曲和扭轉(zhuǎn)的組成，捆線(xiàn)半徑為6.5㎜。因此。所需的最大彎矩和扭矩分別為：
M=d3[σ]=×6.53×10-9×200×106=5.4N·m (3-1)
T=d3[τ]=×6.53×10-9×120×106=6.4N·m (3-2)
圖3.1-1 扭結(jié)頭受力分析圖
式中：T—捆線(xiàn)被扭轉(zhuǎn)所需要的扭矩；
L—兩跟捆線(xiàn)中心之間的距離；
N—扭轉(zhuǎn)頭產(chǎn)生的夾緊力；
f—捆線(xiàn)與扭轉(zhuǎn)頭之間產(chǎn)生的摩擦力；
M—捆線(xiàn)彎曲所需要的彎矩；
d—捆線(xiàn)的直徑。
由于捆線(xiàn)打結(jié)時(shí)三圈時(shí)，鑒于安全點(diǎn)O點(diǎn)受總彎矩取8M，總扭矩4T；擰緊時(shí)需兩線(xiàn)頭固定。由于矩平衡對(duì)O點(diǎn)取矩列方程：
（f1+f2）*R+N1*L-2T-4M=0
臨界狀態(tài)時(shí)：N2=0、f2=0 則：
F1*R+N1*L=2T+4M
又因?yàn)椋篺1*μ=N1查[6]表1-24μ=0.1~0.8，取μ=0.5；則
N==1.9KN (3-3)
取夾緊力N=2.5KN。
扭轉(zhuǎn)頭所需要的總的力矩為：
Mmax≥4T+8M=4×6.4+8×5.4=68.8N·m (3-4)
取Mmax=100 N·m
3.1.2 液壓馬達(dá)的選擇
扭轉(zhuǎn)頭用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)Mmax=100 N·m選擇液壓馬達(dá)。由文獻(xiàn)[3]表30-44選擇擺線(xiàn)馬達(dá)，型號(hào)：BM1-08型。它的具體參數(shù)如下：
排量：80mL/r；
壓力：10MPa；
轉(zhuǎn)速：15~500r/min；
總效率：0.55~0.65；
質(zhì)量：5.4kg；
扭矩：100 N·m。
3.1.3 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)
扭轉(zhuǎn)頭由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，由于安裝要求，液壓馬達(dá)經(jīng)一對(duì)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)扭轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)。因?yàn)閿Q緊頭轉(zhuǎn)速n=90r／min在液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，不需要經(jīng)過(guò)變速，因此取傳動(dòng)比i=1。由于這對(duì)齒輪只起到傳遞扭矩的作用，為動(dòng)力齒輪，所以設(shè)計(jì)時(shí)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。
1、 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
①傳遞扭矩不大，因此采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
②打捆機(jī)為一般工作機(jī)，速度不高，選用8級(jí)精度。
③材料選擇 材料選用45鋼調(diào)質(zhì)處理。由文獻(xiàn)[3]表2-8查得硬度為240HBS。
④初步選定齒數(shù)Z1=Z2=35。
2、 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式文獻(xiàn)[1]式(10-5)進(jìn)行試算，即
(3-5)
1)確定公式內(nèi)的各參數(shù)數(shù)值
①試選載荷系數(shù) =1.3。
②確定齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=100N·m=1×105N·mm。
③由文獻(xiàn)[1]表10-7選取齒寬系數(shù) =0.4。
④由文獻(xiàn)[1]表10-5選取齒形系數(shù)和正應(yīng)力校正系數(shù)。
⑤由文獻(xiàn)[1]圖10-20(c)查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。
⑥由文獻(xiàn)[1]式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。(按工作15年每年工作300天每天工作16小時(shí)計(jì)算)
N=60njLh=60×90×1×(15×300×16)=3.91×108
⑦由文獻(xiàn)[1]圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) 。
⑧計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由文獻(xiàn)[1]式10-12得
2）計(jì)算
①試算齒輪的模數(shù)。
=
②初算齒輪的尺寸。
h=2.25=2.25×1.896=4.266mm
③計(jì)算齒寬與齒高之比。
=
④計(jì)算圓周速度。
⑤計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)0.343m/s，8級(jí)精度，由文獻(xiàn)[1]圖10-18查得動(dòng)載荷系數(shù)=1.2。
根據(jù)文獻(xiàn)[1]表10-3得(由于是直齒齒輪) 。
根據(jù)文獻(xiàn)[1]表10-2查得使用系數(shù)。
根據(jù)文獻(xiàn)[1]表10-4用插值法查得8級(jí)精度，懸臂布置時(shí)，1.219。
由=7.11，1.219查圖10-13得1.275；故載荷系數(shù)
⑥按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的模數(shù)，由文獻(xiàn)[1]式(10-10b)得
mm
按實(shí)際情況取m=3。
⑦尺寸計(jì)算。
分度圓直徑：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
中心距：
齒寬：
取齒寬B1=48mm，B2=54mm。
3、 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核
由文獻(xiàn)[1]式(10-8a)得接觸疲勞強(qiáng)度校核公式
(3-6)
1)計(jì)算
式中：K—載荷系數(shù)，
式中：KA—使用系數(shù)，查文獻(xiàn)[1]表10-2取KA=1.2；
KV—?jiǎng)虞d荷系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]圖10-8取 KV=1.1；
—齒間載荷分布系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]表10-3取=1；
—齒向載荷分布系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]表10-4得=1.2245。
代入式中，=1.2×1.1×1×1.2245=1.616。
Ft—齒輪的圓周力，；
—彈性影響系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]表10-6得；
u—齒輪的傳動(dòng)比，u=1；
2) 確定接觸疲勞許用應(yīng)力
式中：—接觸疲勞壽命系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)[1]圖10-19查得=0.92；
—接觸疲勞強(qiáng)度極限，由文獻(xiàn)[1]圖10-21(d)查得=550MPa；
S—安全系數(shù)，取失效概率為1%，S=1。
3)校核接觸疲勞強(qiáng)度
=340.38MPa<=506MPa
因此所設(shè)計(jì)的齒輪滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度要求。
4、齒輪的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
總上，根據(jù)安裝要求和齒輪的強(qiáng)度要求，確定齒輪的結(jié)構(gòu)如右圖3.1-2所示。
圖3.1-2齒輪嚙合簡(jiǎn)圖
3.1.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
1、根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件初步確定軸的直徑
軸的材料選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[1]表15-3得，取=35MPa。由文獻(xiàn)[1]式(15-3)得軸的直徑
(3-7)
式中：—許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa，=35MPa；
d—計(jì)算截面處軸的直徑，mm；
A0—；
n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
P—軸傳遞的功率，KW，P=；
—空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，取=0.5。
由于是空心軸，軸上有螺紋和鍵槽，綜合考慮，初選軸的最小直徑為40mm。
2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置以及形式；軸上零件的類(lèi)型、尺寸、數(shù)量以及連接方法；載荷性質(zhì)、大小、方向以及分布情況；軸的加工工藝等。所設(shè)計(jì)完成的軸要滿(mǎn)足以下要求：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整等。結(jié)合軸上零件的定位原則和軸的結(jié)構(gòu)工藝，具體設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)如下：
圖3.1-3 軸的結(jié)構(gòu)圖
3.1.5軸的強(qiáng)度校核
1、軸的分析受力及參數(shù)計(jì)算
軸的分析受力如圖3.1-4所示，計(jì)算各個(gè)未知參數(shù)，先計(jì)算作用在齒輪上的力：
標(biāo)準(zhǔn)直齒輪無(wú)軸向力， =20°
(3-8)
(3-9)
式中：Ft—齒輪的周向力，N；
T—齒輪傳遞的扭矩，N·m；
d—齒輪的分度圓直徑，m；
Fr—齒輪的徑向力，N；
—齒輪的壓力角，=20°。
計(jì)算兩個(gè)軸承處的支反力，根據(jù)力矩的平衡原理得：
將Ft=1900N，F(xiàn)r=690N，L1=76mm，L2=65mm代入上式求得：
計(jì)算豎直面的彎矩和水平面的彎矩
計(jì)算合成彎矩
(3-10)
有合成彎矩圖知1截面為危險(xiǎn)截面，根據(jù)文獻(xiàn)[1]式15-5進(jìn)行強(qiáng)度校核
(3-11)
式中：—軸的計(jì)算應(yīng)力，N；
—軸所受的彎矩，N·mm；
—軸所受的扭矩，N·mm；
—折合系數(shù)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取=0.6；
—軸的抗彎截面系數(shù)，，
； (3-12)
—對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用應(yīng)力，根據(jù)文獻(xiàn)[1]表15-1取=60MPa。
代入計(jì)算得
(3-13)
由于=7.5MPa<=60MPa，說(shuō)以所設(shè)計(jì)的軸滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。3.
圖3.1-4 軸的載荷分析圖
3.1.6軸承的選擇與強(qiáng)度校核
根據(jù)文獻(xiàn)[6]表3.1-7以及軸的直徑，選擇普通圓錐滾子軸承(GBT297-1994)，型號(hào)：30208。主要尺寸參數(shù)如下：
外型尺寸：d=40mm D=80mm B=18mm；
極限轉(zhuǎn)速：5300r/min(脂潤(rùn)滑)；
基本額定載荷：Cr=30.2KN C0r=11.5KN。
因?yàn)椋?，所以只需要校?處的軸承。軸承所受的軸向力可忽略，計(jì)算徑向力
(3-14)
計(jì)算軸承的壽命，根據(jù)文獻(xiàn)[1]式(13-19)得
(3-15)
按每天工作24小時(shí)，每年工作300天，每小時(shí)打捆60次，每次用時(shí)2s計(jì)算，該軸承可以使用，所以軸承的壽命符合要求。
3.1.7軸承端蓋以及軸承座的設(shè)計(jì)
根據(jù)軸和軸承的尺寸，由文獻(xiàn)[7]表4.9-4確定螺釘連接式軸承蓋的結(jié)構(gòu)如圖3.1-5所示。材料選擇HT150,緊固螺釘采用M10螺釘。
由文獻(xiàn)[7]表4.8-10確定氈圈的尺寸：D=90mm d1=68mm B=8mm。具體結(jié)構(gòu)如圖3.1-6所示。
圖3.1-5 軸承端蓋 圖3.1-6 氈圈
圖3.1-7 軸承座的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
參考文獻(xiàn)[7]表3.5-10二螺柱軸承座，設(shè)計(jì)所需要的軸承座，材料選用ZG200-400。軸承座的具體機(jī)構(gòu)如圖3.1-7所示。
3.1.8鉗頭的設(shè)計(jì)與計(jì)算
圖3.1-8 鉗頭的受力簡(jiǎn)圖
鉗頭的受力分析圖如圖3.1-8所示，已知夾緊力N=2500N，，R=11333N。因?yàn)橐簤夯钊€要克服彈簧的阻力，取柱塞的推力F=6KN。
計(jì)算活塞桿的直徑，
(3-16)
式中：R—活塞桿的推力，N；
P—系統(tǒng)壓力，P=10MPa；
由文獻(xiàn)[4]表6-2取標(biāo)準(zhǔn)值d=40mm。
缸體壁厚的計(jì)算，由文獻(xiàn)[4]式(6-6)得，按薄壁計(jì)算
(3-17)
式中：P—系統(tǒng)壓力，P=MPa；
—材料許用應(yīng)力，取=100MPa；
外徑：do=D+2=32+2×2=40mm，取d0=40mm。
彈簧的選擇，為使夾頭能自動(dòng)開(kāi)啟，在上下夾頭之間安裝一個(gè)復(fù)位彈簧，由文獻(xiàn)[8]表7.1-10選擇圓柱螺旋壓縮彈簧：
材料：45鋼；
彈簧絲直徑：d=4.0mm； 彈簧中徑：D=22mm；
節(jié)距：7.12mm 工作極限載荷:657N 單圈彈簧剛度:236N/mm
安裝尺寸：
最小導(dǎo)筒直徑：29mm; 最大心軸直徑：15mm
銷(xiāo)軸設(shè)計(jì)：
上下夾頭采用銷(xiāo)軸連接：材料：45鋼，直徑：D=15mm，采用螺釘固定。
3.2矯直機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3.2-1 矯直機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
捆線(xiàn)經(jīng)由送線(xiàn)機(jī)構(gòu)后，需要經(jīng)過(guò)矯直機(jī)構(gòu)去掉捆線(xiàn)的大曲率變形，再進(jìn)入鋼絲導(dǎo)槽。本矯直機(jī)構(gòu)采用五輥矯直，軋輥懸臂布置。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.2-1所示。
3.2.1矯直機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定
輥距t和輥徑D的確定，首先確定最大輥距，為保證矯直質(zhì)量，輥距t與被矯件h有如下關(guān)系：
5h
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