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1 哈 爾 濱 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 題 目 型冰切割機的設計及裝配仿真 院 系 姓 名 指導教師 系 主 任 年 月 日 哈爾濱理工大學學士學位論文 II 型冰切割機的設計及裝配仿真 摘要 本文主要介紹型冰切割機的發(fā)展狀況 型冰切割機傳動裝置結(jié)構(gòu) 設計原理 型冰切割機傳動裝置總體方案分析及確定 型冰切割機傳 動裝置結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容所包含的機械圖紙的繪制 傳動裝置的計算 傳 動裝置的結(jié)構(gòu)設計結(jié)論與建議 工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期 頻繁 單調(diào)的操 作 采用傳動裝置是有效的 此外 它能在高溫 低溫 深水 宇宙 放射性和其它有毒 污染環(huán)境條件下進行操作 更顯示其優(yōu)越性 有 著廣闊的發(fā)展前途 本論文研究內(nèi)容 1 型冰切割機傳動裝置總體結(jié)構(gòu)設計 2 型冰切割機傳動裝置工作性能分析 3 電動機的選擇 4 型冰切割機傳動裝置的傳動系統(tǒng) 執(zhí)行部件及機架設計 5 對設計零件進行設計計算分析和校核 6 運用計算機輔助設計 對設計的零件進行三維建模 7 繪制整機裝配圖及重要部件裝配圖和設計零件的零件圖 關(guān)鍵詞 型冰切割機傳動裝置 結(jié)構(gòu)設計 三維建模 步進電機 哈爾濱理工大學學士學位論文 III Design and assembly simulation of ice cutting machine Abstract Is mainly introduced in this paper ice type cutting machine the current situation ice type cutting machine transmission device structure design principle ice type cutting machine transmission device the overall scheme analysis and determination ice type cutting machine drive device structural design content contained in the mechanical drawing of rendering calculation of the drive device transmission device of the structure design of the conclusions and recommendations Industrial production often appears in the heavy work of handling and long term frequent and monotonous operation by transmission device is effective in addition it can be operated at high temperature low temperature water the universe radioactive and other toxic and pollution of the environment conditions its superiority has broad development prospects Research content of this thesis 1 the overall structure design of the transmission device of the ice cutting machine 2 working performance analysis of the transmission device of the ice cutting machine 3 motor selection 4 the transmission system the execution parts and the frame design of the transmission device of the ice cutting machine 5 design and calculation of the design parts for calculation and verification 6 the use of computer aided design the design of three dimensional modeling of parts 7 drawing the assembly drawings and important parts of the assembly drawings and parts drawings of the design parts Key words ice cutting machine transmission device structure design 3D modeling stepper motor 哈爾濱理工大學學士學位論文 IV 目錄 摘要 II Abstract III 1 緒論 1 1 1 概述 1 1 2 課題研究的目的和意義 1 1 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 1 4 本課題的基本設計思路及研究方法 2 1 5 本文研究主要內(nèi)容 2 2 型冰切割機總體方案設計 4 2 1 項目的研究背景 4 2 2 研究的目的意義 4 2 3 項目的研究內(nèi)容 5 2 4 研究的手段及方法 5 2 5 方案擬定 6 2 6 傳動裝置材料的選擇 6 2 7 機械的運動方式 7 2 8 傳動裝置的驅(qū)動元件 7 3 型冰切割機傳動裝置的機械計算 8 3 1 電機的選取 8 3 2 同步帶的概述及計算 10 3 2 1 同步帶介紹 10 3 2 2 同步帶的特點 11 3 2 3 同步帶傳動的主要失效形式 11 3 2 4 同步帶傳動的設計準則 14 3 2 5 同步帶分類 14 3 2 6 同步帶計算選型 14 3 2 7 同步帶的主要參數(shù) 結(jié)構(gòu)部分 17 3 2 8 同步帶的設計 19 3 2 9 同步帶輪的設計 20 3 3 軸的設計 20 3 4 軸的校核 21 3 5 鍵的校核 22 3 6 軸承的校核 23 4 型冰切割機主軸部分及其設計計算 25 4 1 型冰切割機主軸所需標準 25 4 1 1 主軸的剛度 25 哈爾濱理工大學學士學位論文 V 4 1 2 主軸的耐磨性 26 4 1 3 主軸的旋轉(zhuǎn)精度 26 4 1 4 主軸的抗震能力 27 4 1 5 主軸的熱變形 27 4 2 型冰切割機主軸部分的分布 27 4 3 型冰切割機主軸形狀的選擇 28 4 4 型冰切割機主軸的熱處理 28 4 5 型冰切割機主軸的設計標準 28 4 6 型冰切割機主軸上軸承的挑選 29 4 7 型冰切割機主軸上軸承的校對計算 30 4 8 型冰切割機主軸外部伸長量 31 4 9 型冰切割機主軸的校核 32 4 9 1 受力作用的轉(zhuǎn)換 32 4 9 2 型冰切割機主軸的撓度 33 4 9 3 型冰切割機主軸的傾角 33 4 10 主軸結(jié)構(gòu)圖 34 5 型冰切割機主軸相關(guān)部件 35 5 1 調(diào)整墊圈 35 5 2 圓螺母 35 5 3 主軸套筒 36 6 機架的強度與剛度的計算 37 結(jié)束語 42 致 謝 43 參考文獻 44 哈爾濱理工大學學士學位論文 1 1 緒論 1 1 概述 在任何一個國家的國民生活和經(jīng)濟發(fā)展中 機械制造行業(yè)都起著舉足輕重的作用 是各行各業(yè)生存發(fā)展的依靠 是經(jīng)濟發(fā)展的根本基礎(chǔ) 是社會發(fā)展的不可或缺的部分 機械制造業(yè)在國防 交通業(yè) 工農(nóng)業(yè) 科學研究等這些部門中提供著品種繁多的工具 設備等 同時也為機械行業(yè)本身提供著各種生產(chǎn)設備 看一個國家或地區(qū)的科技發(fā)展 和經(jīng)濟水平 很大程度上就是看這個國家的機械行業(yè)的水平怎樣 然而 以切割機加工生產(chǎn)為代表的精密加工是機械企業(yè)生產(chǎn)所需裝備的核心之一 其加工主要靠金屬的切削工藝來達到所要求的精度等級 在機械設備的加工總工作量 中 有很大一部分是靠以切割機的磨削為代表的加工工藝來完成的 因此 機械產(chǎn)品 零件的加工質(zhì)量和企業(yè)的效率 在很大程度上都是受磨頭的磨削工藝 所以說 一個 國家或地區(qū)的工業(yè)發(fā)展水平和科研能力 很大程度上是依靠這個國家或地區(qū)的工業(yè)化 所以 以切割機為代表的磨頭磨削在一個國家的工業(yè)現(xiàn)代化和經(jīng)濟全球化浪潮中有著 令人不用質(zhì)疑的重要性 從近數(shù)十載的世界工業(yè)發(fā)展史來看 從上世紀的八九時年代到現(xiàn)在的二十一世紀 機械發(fā)展的趨勢已從之前的一味只追求如何提高產(chǎn)品的節(jié)約經(jīng)濟性到如今的產(chǎn)品所含 技術(shù)水平的競爭 如今 我國已成為 WTO 的成員國之一 工業(yè)現(xiàn)代化 經(jīng)濟全球化 的浪潮已經(jīng)撲面而來 然而 由于我國的機械發(fā)展水平相對于世界上的發(fā)達國家還有 不小的差距 因而 我們國家的工業(yè)發(fā)展還面臨著很大的考驗 但同時 我們也面臨 著新的機遇 從產(chǎn)品零件的理論設計到最終的加工出來 所需的時間周期不斷變小 產(chǎn)品所需包含的質(zhì)量水平和技術(shù)要求不斷提升 同時國民心中的安全和營造綠色家園 的心聲愈演愈烈 所以以磨頭磨削為代表的高技術(shù)水平的加工生產(chǎn)將是現(xiàn)代機械企業(yè) 生存和發(fā)展的必然之選 1 2 課題研究的目的和意義 隨著社會生產(chǎn)和科學技術(shù)的迅速發(fā)展 很多企業(yè)已經(jīng)越來越注重精細化生產(chǎn)和發(fā) 展 從而來滿足人們對復雜多變的產(chǎn)品的需要 因而 在現(xiàn)代機械工業(yè)生產(chǎn)中 小批 量多品種零件的加工生產(chǎn)占產(chǎn)品總數(shù)量的比例會越來越高 而零件的復雜性和精度等 級要求也會迅速地提高 所以很多產(chǎn)品都需要進行磨削加工 但是由于高科技 高精 度的專用設備其在價格 設備的日常管理 操作維護和保養(yǎng)等方面的成本均比較高 所以在現(xiàn)實中很多企業(yè)尤其是中小規(guī)模的企業(yè) 出于對經(jīng)濟成本等方面因素的考慮 廠里有不少的普通車床設備 然而擁有能滿足較高精度的磨削加工生產(chǎn)的專用設備的 企業(yè)數(shù)量卻寥寥無幾 但是在日常的實際加工生產(chǎn)中 企業(yè)卻經(jīng)常會遇到一些小批量 甚至是單件大型零件的磨削加工 針對此種情況 很多中小企業(yè)會根據(jù)企業(yè)的自身現(xiàn) 狀 對現(xiàn)有的普通車床進行改造 車床改 設計出一種符合磨削加工生產(chǎn)要求的切割 機機構(gòu)裝置安裝在現(xiàn)有機床上 從而實現(xiàn)用現(xiàn)有的普通車床卻能實現(xiàn)的功能對零件進 行加工 這樣 既滿足了零件的加工生產(chǎn)要求 同時也省去了企業(yè)買專用設備的一筆 昂貴的費用 從而達到了既節(jié)約了成本 提高了加工生產(chǎn)效率 又很好的增強了企業(yè) 在社會生產(chǎn)發(fā)展中的競爭力 大學生的畢業(yè)設計是大學四年中的一項非常重要的工作 其通過根據(jù)大學四年所 學的專業(yè)知識 運用機械原理的思想進行設計 從而很好地培養(yǎng)了自己在實踐中提出 哈爾濱理工大學學士學位論文 2 問題 分析問題 解決問題的實踐能力 為畢業(yè)后能成為一名優(yōu)秀的設計人員做了很 好的鋪墊 本次畢業(yè)設計 我的題目是 車床切割機的機構(gòu)設計與應用 通過此次的 設計 我可以對切割機裝置的內(nèi)部零件結(jié)構(gòu) 運動方式 工作原理等方面能有進一步 的理解 通過車床切割機機構(gòu)的設計 從而掌握設計的基本原理和方法 同時也能夠 對專用的設計作進一步的學習和理解應用 同時也能夠很好的提高自身的專業(yè)技能水 平 爭取早日成為一名優(yōu)秀的設計人員 1 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 機械制造業(yè)是一個國家或地區(qū)的核心產(chǎn)業(yè)之一 其先進水平標志著一個國家的工 業(yè)現(xiàn)代化現(xiàn)狀和綜合國力的強弱 因而實際上甚至具有超過其經(jīng)濟價值的戰(zhàn)略地位 現(xiàn)如今 我國的機械制造水平總體上與世界上一些發(fā)達國家如美國 德國 日本等 還有不小的差距 在美國 日本和德國這些發(fā)達國家 他們的機械化水平已相當高 機械加工已呈現(xiàn)高精度 高技術(shù)的特點 他們已把設計型冰切割機作為新的經(jīng)濟增長 點 如今從事這方面的企業(yè)生意盎然 正處于黃金發(fā)展階段 我國雖然是世界上生產(chǎn) 和使用機床最多的國家之一 但是由于大多的現(xiàn)有機床服役時間比較長 設備也已經(jīng) 陳舊落后 因而面臨的形勢實際上很嚴峻 由于可以通過對現(xiàn)有的普通車床進行改造 通過設計出靈活多變的切割機裝置安 裝在車床上 從而能夠?qū)α慵M行磨削加工 這樣既滿足了加工生產(chǎn)的需要 同時也 節(jié)約了設備成本 提高了生產(chǎn)率 所以是眾多機械企業(yè)尤其是中小規(guī)模的企業(yè)生存和 發(fā)展的必然趨勢 因為如果其全部購買新的專用進行磨削加工 不僅所需一筆不小數(shù) 目的資金 而且也造成現(xiàn)有的機床設備得不到有效利用而形成資源浪費 我國的機械 制造業(yè)起步較晚已是事實 因而迫切需要大力發(fā)展 能充分利用現(xiàn)有的舊機床設備進 行資源整合 從而進行加工生產(chǎn) 這樣既能減小資源浪費又能以較小的代價而獲得性 能比較先進的加工生產(chǎn)工藝 所以是眾多中小企業(yè)的明智之選 1 4 本課題的基本設計思路及研究方法 本課題要研究的內(nèi)容 根據(jù)學校和指導老師的要求 到機械廠實際參觀學習 根據(jù)企業(yè)的具體加工生產(chǎn) 要求 設計出一種型冰切割機 安裝在廠里 以求能達到實際生產(chǎn)之用 本課題擬采用的手段和途徑 本課題的研究需要查閱大量的資料 我要先到學校圖書館查閱與本課題有關(guān)的書 籍和資料本 同時上網(wǎng)瀏覽最新的有關(guān)課題的文獻資料 因為這是企業(yè)的實際生產(chǎn)工 藝 所以我還需到企業(yè)進行實地參觀學習 弄明白機床的具體改造要求 切割機機構(gòu) 的具體工作原理 具體的設計和安裝要求 以及其具體要實現(xiàn)的功能 同時要弄明白 整個加工的工藝流程 要虛心的向企業(yè)里的技術(shù)人員和師傅請教 以求最終能設計出 符合實際加工要求的型冰切割機 1 5 本文研究主要內(nèi)容 通過利用網(wǎng)絡工具 圖書館的書籍和各類期刊 雜志查閱了解裝置的 相關(guān)知識 確定本設計符合要求 滿足需要 具體設計方法如下 1 查閱資料 結(jié)合所學專業(yè)課程 產(chǎn)生結(jié)構(gòu)設計的基本思路 2 查閱各類機械機構(gòu)手冊 確定合理的傳動裝置結(jié)構(gòu) 哈爾濱理工大學學士學位論文 3 3 根據(jù)給定技術(shù)參數(shù)來選擇合適的部位 4 重點對驅(qū)動機構(gòu)及控制機構(gòu)進行設計研究 5 通過研究國內(nèi)外情況 確定本設計課題的重點設計 6 完成 2D 裝配圖的設計和繪制 并由此繪制零件圖 7 編寫設計說明書 8 檢查并完善本設計課題 本設計采用的方法是理論設計與經(jīng)驗設計相結(jié)合的方案 所運用的資 料來源廣泛 內(nèi)容充足 哈爾濱理工大學學士學位論文 4 2 型冰切割機總體方案設計 2 1 項目的研究背景 中國 哈爾濱冰雪大世界憑借哈爾濱的冰雪時節(jié)優(yōu)勢 以大 型冰雪藝術(shù)精品工程為特色 逐漸成為中國向世界展示冰雪美景 與中華傳統(tǒng)文化的名片 為推出大型冰雪藝術(shù)精品工程 展示北 方名城哈爾濱冰雪文化和冰雪旅游魅力 冰雪大世界需以浩大工 程作為基礎(chǔ) 在冰雪工藝加工工程中 起初由于缺乏些許經(jīng)驗 自動化設備缺失 從采冰到最終竣工驗收 人力 物力都體現(xiàn)出 很大程度上的消耗 到現(xiàn)階段隨著工程量逐漸加大 規(guī)模逐漸宏 偉 消耗越來越大 龐大的冰雪工程便需要數(shù)目巨大的冰料 毛 坯 易得 精工 難制 而目前 加工毛坯的冰只能通過人為徒手 用一般的切削用具如電鋸 鏟鋸等進行有限的加工處理 手段頗 為原始 耗時耗力 工期進行較為緩慢 現(xiàn)如今 國內(nèi)外尚沒有 完備的可加工冰毛坯料的設備 不能形成較完善的自動化加工流 水線 需對其提高加工效率 簡化結(jié)構(gòu)和提升各方面加工性能等 進一步研究 2 2 研究的目的意義 隨著哈爾濱冰雪大世界知名度的提升和影響力的拓展 景區(qū) 的占地面積和用冰量也逐年增加 以 1999 年為例 景區(qū)位于松 花江段江心沙灘 總占地面積近 20 萬平方米 總用冰量 6 萬立 方米 總用雪量 13 萬立方米 工程項目 500 余項 5000 余名建 筑工人參加建設 投入大小運冰車輛 600 余臺 歷時 33 天 到 2010 年哈爾濱冰雪大世界占地面積已達到 60 萬平方米 建筑工 人近萬人 而采冰和型冰的工藝和設備仍然大部分為人工完成 不能形成自動化流水線 并且加工冰塊的形狀 尺寸及精度不能 得到精確的保障 特別是 近萬名建筑工人的人身安全不能得到 良好的保障 所以 從提高冰雪大世界型冰的效率 加工工藝及 安全性的角度來看 型冰自動化加工設備都是迫切的 哈爾濱理工大學學士學位論文 5 2 3 項目的研究內(nèi)容 該項目的主要研究內(nèi)容是做一條 型冰 的生產(chǎn)線 并做到相 對嚴整的歸方和歸料 考慮到現(xiàn)場外面的條件惡劣等因素 有效 的提高冰料表面的工藝性 以減少不必要的時間 增加效率 2 4 研究的手段及方法 該項目主要是針對將毛坯冰按一定確定的尺寸通過所設計的 設備進行規(guī)整型冰 在做方案之前 我們對冰雪大世界施工地點進行了細致的調(diào) 研 通過詢問工作人員了解到 總工程需作業(yè)人員近兩萬人 用 冰量和用雪量分別約為 18 萬立方米和 16 萬立方米 通過在現(xiàn)場 觀測 一個毛坯要被分成三塊型冰 在精度要求的范圍內(nèi) 對毛 坯進行指定要求形狀加工 目前 我們的研究只能從木料加工設備著手 將冰料毛坯和 木料進行對比 研究其獨有特性 如冰的脆性等 并對木料加工 設備進行改進 其中 設備的安全性猶為重要 在設計的過程中 加以考慮嚴寒的環(huán)境 在操作設備不復雜的情況下 降低設備行 進過程中的危險性 來完成設備的構(gòu)造 與此同時 我們也需要 有對突發(fā)情況的應對和處理的能力 哈爾濱理工大學學士學位論文 6 2 5 方案擬定 主要通由 2 個部分組成 一個是送料傳動機構(gòu) 一個部分是 切割部分 其他部分為輔助部分 比如機架 起支撐作用 等組 成 2 6 傳動裝置材料的選擇 l 碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等高強度鋼 這類材料強度好 尤其是 合金結(jié)構(gòu)鋼強度增加了很多倍 彈性模量大 抗變形能力強 是應用最廣 泛的材料 2 鋁 鋁合金及其它輕合金材料 其共同特點是重量輕 彈性模量不 大 但是材料密度小 但仍可與鋼材相比 3 陶瓷 陶瓷材料具有良好的品質(zhì) 但是脆性大 可加工性不高 一 般用于和金屬連接的特殊部位 然而 國外已經(jīng)設計出純陶瓷的傳動裝置 臂了 從本文設計的傳動裝置的角度來看 在選用材料時不需要很大的負載 能力 也不需要很高的彈性模量和抗變形能力 此外還要考慮材料的成本 可加工性等因素 在衡量了各種因素和結(jié)合工作狀況的條件下 初步選用 鋁合金作為機械臂的構(gòu)件材料 哈爾濱理工大學學士學位論文 7 2 7 機械的運動方式 考慮到傳動裝置的作業(yè)特點 即要求其動作靈活 有較大的工作空間 且要求結(jié)構(gòu)緊湊 占用空間小等特點 故選用水平傳動裝置 2 8 傳動裝置的驅(qū)動元件 在傳動裝置驅(qū)動系統(tǒng)中 電氣驅(qū)動是利用各種電動機產(chǎn)生的力或力矩 直接或經(jīng)過減速機構(gòu)去驅(qū)動傳動裝置的關(guān)節(jié) 來獲得動力 電氣驅(qū)動主要 有步進電機 直流伺服電機 交流伺服電機 直線電動機以及最近幾年出 現(xiàn)的超聲波電機和 HD 電動機 10 等幾種 步進電機是一種用電脈沖信號進行控制 每輸入一個脈沖 步進電機 就進行回轉(zhuǎn)一定的角度 脈沖數(shù)與角度數(shù)成正比 旋轉(zhuǎn)方向取決于輸入脈 沖的順序 步進電機可在很寬的范圍內(nèi) 通過脈沖頻率同步 能夠按照脈 沖要求進行起動 停止 反轉(zhuǎn)和制動變速 有較強的阻礙偏離穩(wěn)定的能力 在傳動裝置中位置控制系統(tǒng)中得到了極大的應用 主要有永磁式 反應式 永磁感應子式三種 直流伺服電機是用直流電供電的電動機 其功能是將輸入的受控電壓 電流能量轉(zhuǎn)換為電樞軸上的角位移或角速度輸出 直流伺服電機的工作原 理和基本結(jié)構(gòu)均與普通動力用直流電機相同 特點是穩(wěn)定性好 可控性好 響應迅速 轉(zhuǎn)矩大 一般有永磁式和電磁式 在傳動裝置驅(qū)動系統(tǒng)中多采 用永磁式直流伺服電機 交流伺服電機的使用情況與直流伺服電機相同 但交流伺服電機與直 流伺服電機相比 結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 功率大 過載能力強 無電刷 維修方便 因而交流伺服電機是今后傳動裝置用電機的主流 低速電機主要用于系統(tǒng)精度要求高的傳動裝置 為了提高功率效率比 伺服電機制成高轉(zhuǎn)速 經(jīng)齒輪減速后帶動機械負載 由于齒輪傳動存在間 隙 系統(tǒng)精度不易提高 若對功率效率比要求不十分嚴格 而對于精度有 嚴格的要求 則最好取消減速齒輪 采用大力矩的低速電機 配以高分辨 率的光電編碼器及高靈敏度的測速發(fā)電機 實現(xiàn)直接驅(qū)動 環(huán)形超聲波電 動機具有低速大轉(zhuǎn)矩的特點 使用在傳動裝置的關(guān)節(jié)處 不需齒輪減速 可直接驅(qū)動負載 因而可大大改善功率重量比 并可利用其中空結(jié)構(gòu)傳遞 信息 HD 電動機是一種小型大轉(zhuǎn)矩 大推力 的電動機 電動機可直接與負 載連接 可應用在系統(tǒng)定位精度要求高的傳動裝置產(chǎn)品中 通過上述對幾種傳動裝置常用電機的分析和比較 綜合考慮本文傳動 裝置臂并不要求有很高的扭矩 但是要求有較高精度并要求能夠快速啟動 和制動 所以選擇應用較為廣泛的步進電機作為驅(qū)動電機 哈爾濱理工大學學士學位論文 8 3 型冰切割機傳動裝置的機械計算 3 1 電機的選取 1 粗略計算驅(qū)動電機的功率 已知重量為 m 100kg g 10N kg 總重力 G1 mg 1000N 查表 3 1 得摩擦系數(shù)為 0 035 表 3 1 摩擦系數(shù)表 冰 塊采用 的參數(shù)依照木材取值 1 驅(qū)動功率計算 則工件受到的摩擦力為 10 35fmgN 則移行電機所需牽引力為 F 假設直徑 R 125mm 假設轉(zhuǎn)速 na 61rpm 速度 v Rna 0 125 61 24m min 設功率安全系數(shù)為 1 2 驅(qū)動裝置的效率為 0 8 則需要的驅(qū)動功率為 kWFVP 05 8106 2 45 87 016 2 2 電動機至的總效率 b 對滾動軸承效率 b 0 99 v 帶效率 v 0 94 cy 效率 cy 0 96 估算傳動系統(tǒng)總效率 v b c cy 0 94 0 99 0 99 0 96 0 88 3 所需電動機的功率 Pd kw Pd Pw 0 05 0 88 0 06kw 物品與接觸的底面材料作用在一個滾動軸上的 載荷 包括滾軸自重 N 金屬 木材 硬底板 0 110 0 04 0 045 0 05 110 450 0 035 0 035 0 05 450 900 0 025 0 03 0 045 900 0 02 0 025 0 05 哈爾濱理工大學學士學位論文 9 1 基于電動機的以上特點 本文選用作為北京和利時電機技術(shù)有限公 司部分 110BYG 系列混合式步進電機輸送機床的驅(qū)動裝置 圖 3 1 是北京和利時電機技術(shù)有限公司部分 110BYG 系列混合式步進電機 的技術(shù)數(shù)據(jù) 圖 3 1 110BYG 系列混合式步進電機的技術(shù)數(shù)據(jù) 所以根據(jù)計算所得數(shù)據(jù)選擇 110BYG350DH SAKRMA 型號的電機 圖 3 2 是 110BYG 系列混合式步進電機的型號說明 圖 3 2 110BYG 系列混合式步進電機的型號說明 110BYG 系列混合式步進電機的外形尺寸 如圖 3 3 所示 哈爾濱理工大學學士學位論文 10 圖 3 3 110BYG 系列混合式步進電機的外形尺寸 110BYG 系列混合式步進電機的矩頻特性曲線 如圖 3 4 所示 圖 3 4 110BYG350DH 型電機矩頻特性曲線 3 2 同步帶的概述及計算 3 2 1 同步帶介紹 同步帶是綜合了帶傳動 鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新 塑傳動帶 它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進行傳動 其強 哈爾濱理工大學學士學位論文 11 力層是由拉伸強度高 伸長小的纖維材料或金屬材料組成 以使同步帶在 傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變 帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動 從而保證主 從動輪間呈無滑差的間步傳動 同步帶傳動 見圖 3 5 時 傳動比準確 對軸作用力小 結(jié)構(gòu)緊湊 耐油 耐磨性好 抗老化性能好 一般使用溫度 20 80 v 50m s P 300kw i 10 對于要求同步的傳動也可用于低速傳動 圖 3 5 同步帶傳動 同步帶傳動是由一根內(nèi)周表面設有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應吻 合的輪所組成 它綜合了帶傳動 鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點 轉(zhuǎn)動時 通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力 同步帶傳動具有準確的傳動比 無滑差 可獲得恒定的速比 傳動平穩(wěn) 能吸振 噪音小 傳動比范圍大 一般可達 1 10 允許線速度可達 50M S 傳遞功率從幾瓦到百千瓦 傳動 效率高 一般可達 98 結(jié)構(gòu)緊湊 適宜于多軸傳動 不需潤滑 無污染 因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作 本產(chǎn)品廣 泛用于紡織 機床 煙草 通訊電纜 輕工 化工 冶金 儀表儀器 食 品 礦山 石油 汽車等各行業(yè)各種類型的機械傳動中 同步帶的使用 改變了帶傳動單純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍?擴展了帶傳動的范圍 從而成為帶 傳動中具有相對獨立性的研究對象 給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑 3 2 2 同步帶的特點 1 傳動準確 工作時無滑動 具有恒定的傳動比 2 傳動平穩(wěn) 具有緩沖 減振能力 噪聲低 3 傳動效率高 可達 0 98 節(jié)能效果明顯 4 維護保養(yǎng)方便 不需潤滑 維護費用低 5 速比范圍大 一般可達 10 線速度可達 50m s 具有較大的功率 傳遞范圍 可達幾瓦到幾百千瓦 6 可用于長距離傳動 中心距可達 10m 以上 哈爾濱理工大學學士學位論文 12 3 2 3 同步帶傳動的主要失效形式 在同步帶傳動中常見的失效形式有如下幾種 1 同步帶的承載繩斷裂破壞 同步帶在運轉(zhuǎn)過程中承載繩斷裂損壞是常見的失效形式 失效原因是 帶在傳遞動力過程中 在承載繩作用有過大的拉力 而使承載繩被拉斷 此外當選用的主動撈輪直徑過小 使承載繩在進入和退出帶掄中承受較大 的周期性的彎曲疲勞應力作用 也會產(chǎn)生彎曲疲勞折斷 見圖 3 6 圖 3 6 同步帶承載繩斷裂損壞 2 同步帶的爬齒和跳齒 根據(jù)對帶爬齒和跳齒現(xiàn)象的分析 帶的爬齒和眺齒是由于幾何和力學 兩種因素所引起 因此為避免產(chǎn)生爬齒和跳齒 可采用以下一些措施 1 控制同步帶所傳遞的圓周力 使它小于或等于由帶型號所決定的許 用圓周力 2 控制帶與帶輪間的節(jié)距差值 使它位于允許的節(jié)距誤差范圍內(nèi) 3 適當增大帶安裝時的初拉力開 使帶齒不易從輪齒槽中滑出 4 提高同步帶基體材料的硬度 減少帶的彈性變形 可以減少爬齒現(xiàn) 象的產(chǎn)生 3 帶齒的剪切破壞 帶齒在與帶輪齒嚙合傳力過程中 在剪切和擠壓應力作用下帶齒表面 產(chǎn)生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴展 并沿承線繩表面延件 直至整個帶齒 與帶基體脫離 這就是帶齒的剪切脫落 見圖 3 7 造成帶齒剪切脫落的 原因大致有如下幾個 1 同步帶與帶輪問有較大的節(jié)距差 使帶齒無法完全進入輪齒槽 從 而產(chǎn)生不完全嚙合狀態(tài) 而使帶齒在較小的接觸面積上承受過大的載荷 從而產(chǎn)生應力集中 導致帶齒剪切損壞 2 帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)過少 使嚙合帶齒承受過大的載荷 而產(chǎn)生剪切破壞 3 同步帶的基體材料強度差 為減少帶齒被剪切 首先應嚴格控制帶與帶輪間的節(jié)距誤差 保證帶 齒與輪齒能正確嚙合 其次應使帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)等于或大 哈爾濱理工大學學士學位論文 13 于 6 此外在選材上應采用有較高勿切韌擠壓強度的材料作為帶的基體材料 圖 3 7 帶齒的剪切破壞 4 帶齒的磨損 帶齒的磨損 見圖 3 8 包括帶齒工作面及帶齒齒頂因角處和齒谷底部 的廓損 造成磨損的原因是過大的張緊力和忻齒和輪齒間的嚙合干涉 因 此減少帶齒的磨損 應在安裝時合理的調(diào)整帶的張緊力 在帶齒齒形設計 時 選用較大的帶齒齒頂圓角半徑 以減少嚙合時輪齒的擠壓和刮削 此 外應提高同步帶帶齒材料的耐磨性 圖 3 8 帶齒磨損 5 同步帶帶背的龜裂 圖 3 9 同步帶在運轉(zhuǎn)一段時期后 有時在帶背會產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象 而使帶失效 同步帶帶背產(chǎn) 生龜裂的原因如下 1 帶基體材料的老化所引起 2 帶長期工作在道低的溫度下 使帶背基體材料產(chǎn)生龜裂 哈爾濱理工大學學士學位論文 14 圖 3 9 同步帶帶背龜裂 防止帶背龜裂的方法是改進帶基體材料的材質(zhì) 提向材料的耐寒 耐 熱性和抗老化性能 此外盡量避免同步帶在低溫和高溫條件下工作 3 2 4 同步帶傳動的設計準則 據(jù)對同步帶傳動失效形式的分析 可知如同步帶與帶輪材料有較高的 機械性能 制造工藝合理 帶 輪的尺寸控制嚴格 安裝調(diào)試也正確 那 么許多失效形式均可避免 因此 在正常工作條件下 同步帶傳動的主要 失效形式為如下三種 1 同步帶的承載繩疲勞拉斷 2 同步帶的打滑和跳齒 3 同步帶帶齒的磨損 因此 同步帶傳動的設計淮則是同步帶在不打滑情況下 具有較高的 抗拉強度 保證承線繩不被拉斷 此外 在灰塵 雜質(zhì)較多的工作條件下 應對帶齒進行耐磨性計算 3 2 5 同步帶分類 同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類 弧齒又有三種系列 圓弧齒 H 系列又 稱 HTD 帶 平頂圓弧齒 S 系列又稱為 STPD 帶 和凹頂拋物線齒 R 系列 梯形齒同步帶 梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種 簡稱為單 面帶和雙面帶 雙面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型 代號 DA 和交錯 齒型 代號 DB 梯形齒同步帶有兩種尺寸制 節(jié)距制和模數(shù)制 我國采用節(jié)距制 并 根據(jù) ISO 5296 制訂了同步帶傳動相應標準 GB T 11361 11362 1989 和 GB T 11616 1989 弧齒同步帶 弧齒同步帶除了齒形為曲線形外 其結(jié)構(gòu)與梯形齒同 步帶基本相同 帶的節(jié)距相當 其齒高 齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯 形齒大 帶齒受載后 應力分布狀態(tài)較好 平緩了齒根的應力集中 提高 了齒的承載能力 故弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率大 且能防止嚙 合過程中齒的干涉 哈爾濱理工大學學士學位論文 15 弧齒同步帶耐磨性能好 工作時噪聲小 不需潤滑 可用于有粉塵的 惡劣環(huán)境 已在食品 汽車 紡織 制藥 印刷 造紙等行業(yè)得到廣泛應 用 3 2 6 同步帶計算選型 設計功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率 載荷性質(zhì) 原動機類型和每天連續(xù) 工作的時間長短等因素共同確定的 表達式如下 dAmPK 式中 需要傳遞的名義功率mP 工作情況系數(shù) 按表 3 2 工作情況系數(shù) 選取 1 7 AKAK 表 3 2 工作情況系數(shù)WPK Ad 63 07 1 2 確定帶的型號和節(jié)距 可根據(jù)同步帶傳動的設計功率 Pd 和小帶輪轉(zhuǎn)速 n1 由同步帶選型圖中來 確定所需采用的帶的型號和節(jié)距 其中 Pd 0 63kw n 1 61rpm 查表 3 3 表 3 3 同步帶選型 哈爾濱理工大學學士學位論文 16 選同步帶的型號為 H 節(jié)距為 P b 8 00mm 3 選擇小帶輪齒數(shù) z1 z2 可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定 查表 3 3 3 得 查得小帶輪最小齒數(shù) 14 實際齒數(shù)應該大于這個數(shù)據(jù) 初步取值 z1 34 故大帶輪齒數(shù)為 z 2 i z1 1 z1 34 故 z1 34 z 2 34 4 確定帶輪的節(jié)圓直徑 d1 d 2 小帶輪節(jié)圓直徑 d1 Pbz1 8 00 34 3 14 86 53mm 大帶輪節(jié)圓直徑 d2 Pbz2 8 00 34 3 14 86 53mm 哈爾濱理工大學學士學位論文 17 5 驗證帶速 v 由公式 v d1n1 60000 計算得 s v max 40m s 其中 vmax 40m smdv 276 060153 84 60 由表 3 2 4 查得 10 同步帶帶長及其齒數(shù)確定 0L2 a21d 53 86 4 3 719 7mm 11 帶輪嚙合齒數(shù)計算 有在本次設計中傳動比為 1 所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半 即 17 mz 12 基本額定功率 的計算0P 查基準同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表 4 31 20vTPa 可以知道 2100 85N m 0 448kg m 所以同步帶的基準額定功率為 0 21KW0101 48 52 2 表 3 4 基準寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量 13 計算作用在軸上力 rF rFvPd10 71 6N 3 2 7 同步帶的主要參數(shù) 結(jié)構(gòu)部分 1 同步帶的節(jié)線長度 哈爾濱理工大學學士學位論文 18 同步帶工作時 其承載繩中心線長度應保持不變 因此稱此中心線為 同步帶的節(jié)線 并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮 稱為節(jié)線長度 在同步 帶傳動中 帶節(jié)線長度是一個重要 參數(shù) 當傳動的中心距已定時 帶的節(jié)線長度過大過小 都會影響帶齒與 輪齒的正常嚙合 因此在同步帶標準中 對梯形齒同步帶的各種哨線長度 已規(guī)定公差值 要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長度應在規(guī)定的極限偏差范圍之 內(nèi) 見表 3 5 表 3 5 帶節(jié)線長度表 2 帶的節(jié)距 Pb 如圖 3 10 所示 同步帶相鄰兩齒對應點沿節(jié)線量度所得約長度稱為同步帶 的節(jié)距 帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小 節(jié)距越大 帶的各部分尺寸越大 承載能力也隨之越高 因此帶節(jié)距是同步帶最主要 參數(shù) 在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號 在制造時 帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制 梯形齒標準同步帶的齒形尺寸見表 3 6 3 帶的齒根寬度 一個帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點之間的距離稱為帶的齒根寬 度 以 s 表示 帶的齒根寬度大 則使帶齒抗剪切 抗彎曲能力增強 相 應就能傳動較大的裁荷 哈爾濱理工大學學士學位論文 19 圖 3 10 帶的標準尺寸 表 3 6 梯形齒標準同步帶的齒形尺寸 4 帶的齒根圓角 帶齒齒根回角半徑 rr 的大小與帶齒工作時齒根應力集中程度有關(guān) t 齒根 圓角半徑大 可減少齒的應力集中 帶的承載能力得到提高 但是齒根回 角半徑也不宜過大 過大則使帶 齒與輪齒嚙合時的有效接觸面積城小 所以設計時應選適當?shù)臄?shù)值 5 帶齒齒頂圓角半徑八 帶齒齒項圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時會否產(chǎn)生于沙 由于在同步帶傳動中 帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合 因此在帶齒進入或退出嚙合時 帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會超于重疊 而產(chǎn)生干涉 從而引起帶齒 的磨損 因此為使帶齒能順利地進入和退出嚙合 減少帶齒頂部的磨損 宜采用較大的齒頂圓角半徑 但與齒根圓角半徑一樣 齒頂圓角半徑也不 宜過大 否則亦會減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積 6 齒形角 梯形帶齒齒形角日的大小對帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響 如齒形 角霹過小 帶齒縱向截面形狀近似矩形 則在傳動時帶齒將不能順利地嵌 入帶輪齒槽內(nèi) 易產(chǎn)生干涉 但齒形角度過大 又會使帶齒易從輪齒槽中 滑出 產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象 哈爾濱理工大學學士學位論文 20 3 2 8 同步帶的設計 在這里 我們選用梯形帶 帶的尺寸如表 3 7 帶的圖形如圖 3 11 表 3 7 同步帶尺寸 型號 節(jié)距 齒形角 齒根厚 齒高 齒根圓角半徑 齒頂圓半徑 H 8 40 6 12 4 3 1 02 1 02 圖 3 11 同步帶 3 2 9 同步帶輪的設計 同步帶輪的設計的基本要求 1 保證帶齒能順利地嚙入與嚙出 由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動 因此在少帶齒頂部與輪齒 頂部拐角處的干涉 并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽 2 輪齒的齒廊曲線應能減少嚙合變形 能獲得大的接觸面積 提高帶齒的 承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時 應使帶齒嚙入或嚙出時變形小 磨擦 損耗小 并保證與帶齒均勻接觸 有較大的接觸面積 使帶齒能承受更大 的載荷 3 有良好的加了工藝性 加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員 從而可提 高生產(chǎn)率 降低制造成本 4 具有合理的齒形角 齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學和幾何參數(shù) 大的齒形角有利于 帶齒的順利嚙入和嚙出 但易使帶齒產(chǎn)生爬齒和跳齒現(xiàn)象 而齒形角過小 則會造成帶齒與輪齒的嚙合干涉 因此輪齒必須選用合理的齒形角 3 3 軸的設計 3 3 1 材料 可選軸的材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 哈爾濱理工大學學士學位論文 21 3 3 2 計算軸的最小直徑 電機軸的直徑為 14 由于軸的直徑小于 100mm 且由 3 個鍵槽 故將軸徑增加 15 即 將軸徑圓整為標準直徑 取 d 14mm 3 3 3 軸的結(jié)構(gòu)設計 1 軸的外形結(jié)構(gòu) 2 根據(jù)軸向定位的要求 確定軸的各段直徑和長度 1 根據(jù)內(nèi)徑可得 d67 30 mm 根據(jù)的寬度可得出 L67 20 mm 右側(cè)采 用軸肩定為 取 d78 38 mm L78 11 mm 2 初選深溝球軸承 D6204 其尺寸為 dxDxB 20 x47x14 故 d45 d910 20 mm 根據(jù)裝配關(guān)系取 L45 L910 15 mm 3 5 處為一定位軸肩 故取 d56 d89 25 mm 根據(jù)裝配關(guān)系 計算得 L56 L89 383 mm 4 3 處為一定位軸肩 故取 d23 d910 16 mm 根據(jù)裝配關(guān)系 計算得 L23 L910 33 mm 5 1 處為軸的最小直徑 d 10 mm 攻螺紋 與螺母配合 選擇螺母為 GB T 6172 1 通過查 機械設計手冊 的螺母厚度 m 5 mm 由于采用雙 螺母預緊 故取 L12 L1213 19 mm 6 4 處為一定位軸肩 所以取 d34 d1011 18 mm 根據(jù)裝配關(guān)系計算 得出 L34 L1011 40 mm 至此已經(jīng)確定了軸的各段長度和直徑 3 4 軸的校核 需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度 驗算傾角時 若支撐類型 相同則只需驗算支反力最大支撐處傾角 當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的 許用值時 則齒輪處傾角不必驗算 驗算撓度時 要求驗算受力最大的齒 哈爾濱理工大學學士學位論文 22 輪處 但通常可驗算傳動軸中點處撓度 誤差 3 當軸的各段直徑相差不大 計算精度要求不高時 可看做等直徑 采 用平均直徑 進行計算 計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度 花鍵軸1d 還應進行鍵側(cè)擠壓驗算 彎曲剛度驗算 的剛度時可采用平均直徑 或當1d 量直徑 一般將軸化為集中載荷下的簡支梁 其撓度和傾角計算公式見2 5 表 7 15 分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角 然后疊加 注意 方向符號 在同一平面上進行代數(shù)疊加 不在同一平面上進行向量疊加 通過受力分析 NdTF mnPr 7 153 012 86 2 860 9 90 96 最大撓度 mEIbl3 4349222max1068 10647 53 6 3974064 24mdII MPaEE 軸 的 材 料 彈 性 模 量 式 中 查 1 表 3 12 許用撓度 y12 所 以 合 格 yYB 3 5 鍵的校核 鍵和軸的材料都是鋼 由 4 表 6 2 查的許用擠壓應力 取其中間值 鍵的工作長度MPap120 MPap10 鍵與輪榖鍵槽的接觸高度mbLl 168 由 4 式 6 1 可得hk5 37 5 PakldT pp 10 3 20 3 式 中 哈爾濱理工大學學士學位論文 23 表鍵 弱 材 料 的 許 用 擠 壓 應 力鍵 軸 輪 轂 三 者 中 最 鍵 的 直 徑 為 鍵 的 寬 度 為 鍵 的 公 稱 長 度 圓 頭 平 鍵鍵 的 工 作 長 度 為 鍵 的 高 度此 處度鍵 與 輪 轂 鍵 槽 的 接 觸 高傳 遞 的 轉(zhuǎn) 矩 264 5 0 p MPamd mbmLbll hkkNT 可見連接的擠壓強度足夠了 鍵的標記為 20319680 TGB鍵 3 6 軸承的校核 軸軸承的校核 軸選用的是深溝球軸承 6206 其基本額定負荷為 19 5KN 由于該軸的轉(zhuǎn) 速是定值 所以齒輪越小越靠近軸承 對軸承的要求越高 min80r 根據(jù)設計要求 應該對 軸未端的滾子軸承進行校核 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 nPT950 mN 869 7 受力 dFr 7 15302 根據(jù)圖 3 12 受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為 圖 3 12 受力分析和受力圖 在水平面 NlFrAH14026387 152 在水平面 lAV 5 839 3210 哈爾濱理工大學學士學位論文 24 NFAVHA 7 2315 1894022 因軸承在運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷 又由于不受軸向力 4 表 13 6 查得 載荷系數(shù) 取 則有 pf pf fPA 8 軸承的壽命計算 所以按軸承的受力大小計算壽命 hCnLh 5840 713 24 1950 6 0136 故該軸承 6206 能滿足要求 其他軸的軸承校核同上 均符合要求 哈爾濱理工大學學士學位論文 25 4 型 冰 切 割 機 主 軸 部 分 及 其 設 計 計 算 主軸的傳動軸部分是型冰切割機設計中的一項關(guān)鍵部分 這是由于主軸在實際的加 工中生產(chǎn)中 其效率高低和性能優(yōu)劣在很大程度上都是由主軸的傳動軸部分影響和決 定的 在實際設計中 型冰切割機主軸作為主軸機構(gòu)的重要部分 其主要作用就是通 過傳遞載荷和力矩 從而帶動主軸上的砂輪進行工作運轉(zhuǎn) 來對工件進行磨削加工 型冰切割機主軸和日常中的普通軸之間 既有共同之處 即都是作為載荷的傳動 裝置 都要在一定的環(huán)境下才能穩(wěn)定持續(xù)的運轉(zhuǎn) 同時其也有自己的特別之處 如其 能不依靠其他裝置 自己就可以在比較大的載荷作用下工作 同時其還要帶動砂輪運 轉(zhuǎn)來進行對工件的磨削加工 所以在對其進行設計和加工中 我們需要考慮更多的相 關(guān)參數(shù)和技術(shù)要求 4 1 型冰切割機主軸所需標準 圖 3 1 4 1 1 主軸的剛度 概念 型冰切割機主軸的剛度是指在其受到外部施加的力或者力矩作用時 其由 于內(nèi)部作用力而排斥抗衡其形狀發(fā)生變化的一項固有屬性 其具體原理圖如下所示 哈爾濱理工大學學士學位論文 26 具體公式為 N m 3 1 yFK u 在實際的方案規(guī)劃時 我們應該從全局出發(fā) 全面考慮各方面可能對其造成影響 之處 以求其能獲得更高的剛度屬性 4 1 2 主軸的耐磨性 概念 指其在長時間周期的工作運轉(zhuǎn)中能夠保證其內(nèi)部精度等級仍不變的能 力 因此 在實際選配件時 應選取一些具有比較大的硬度的配件 同時 也應努力 采取一些比如潤滑等相關(guān)措施 從而使得其使用周期延長 4 1 3 主軸的旋轉(zhuǎn)精度 概念 指當主軸主軸在人工操作下 或者是在沒有工作件時運轉(zhuǎn) 或者是在運轉(zhuǎn) 速度很小時 此時型冰切割機主軸的前面以及軸徑向的 以及 的大小 其a ro 原理圖如下圖所示 哈爾濱理工大學學士學位論文 27 4 1 4 主軸的抗震能力 概念 指其排斥受外載荷作用和自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)導致的不穩(wěn)定震蕩 仍能維持恒定 工作節(jié)奏的本領(lǐng) 由于科技及機械工業(yè)的迅猛發(fā)展 主軸機構(gòu)對其的要求也會不斷增 加 4 1 5 主軸的熱變形 概念 指當其在運轉(zhuǎn)時由于進行不同的運動而導致各部分部件間發(fā)生相互作用 而導致自身溫度變高 以致其結(jié)構(gòu)外貌導致變化 在實際的設計和加工中 應努力采取一些措施來避免此種情況的發(fā)生 從而使得 型冰切割機能夠持續(xù)穩(wěn)定地工作運行 加工出符合要求的零件產(chǎn)品 4 2 型冰切割機主軸部分的分布 在我們實際對型冰切割機主軸部分的設計過程中 一定要充分考慮到前面提到的 幾點 再根據(jù)實際情況 具體設計型冰切割機主軸的分布 主軸的主軸裝置有兩種不同的安裝設計形式 一種是用左右分布受力 另外一種 是除了前面已有的 再加一個中間的受力點 而在實際設計中 還是選擇第一種的比 較大眾化 在本次的設計中 我所選擇的也是第一種的形式 而在具體的型冰切割機主軸設 計過程中 需要滿足如下一些條件 1 能夠符合型冰切割機主軸內(nèi)部構(gòu)造的匹配 如果必須使得主軸的內(nèi)部構(gòu)造比較簡潔 而同時需要其在功用方面具有承受比較 大的力作用時 我們可以采取在其受力點處安裝多個受力配件的方式 而如果是的內(nèi)部配件之間距離較小的時候 因為受到其本身構(gòu)造的影響 我們可 以采取讓其內(nèi)部的軸承分布在不同之處 2 能夠符合其加工質(zhì)量的需要 在進行加工安裝時 采取不同的安裝方式 可能會對最后主軸機構(gòu)的加工質(zhì)量產(chǎn) 生很大的影響 因此在進行安裝各部件時 一定要先仔細構(gòu)思好 選擇一個合理的 能夠滿足加工質(zhì)量要求的安裝方式 3 能夠在較大負荷作用下工作 在實際設計中 應根據(jù)其裝置所要承受的負荷大小來決定其具體選用什么樣的配 件 而對于在中的關(guān)鍵部件軸承來說 其選用不同的型號以及數(shù)目 會對整個裝置的 整體受力性能產(chǎn)生很大的影響 表 3 1 不同型號軸承的對比 滑動軸承基本要求 滾動軸承 動壓軸承 靜壓軸承 剛度 只和型號有關(guān) 預 緊后可提高一些 隨轉(zhuǎn)速和載荷升高 二增大 與節(jié)流形式有關(guān) 與載荷轉(zhuǎn)速無關(guān) 旋轉(zhuǎn)精度 精度一般或較差 單油楔軸承一般 多油楔較高 可很高 承載能力 一般為恒定值 隨轉(zhuǎn)速增加而增加 高速時受溫升限制 與油槍相應壓差有 關(guān) 哈爾濱理工大學學士學位論文 28 抗振能力 不好 較好 很好 速度性能 中低速較好 中高速較好 適應于各種轉(zhuǎn)速 摩擦功耗 一般較小 較小 本身較小 壽命 受疲勞強度限制 在不頻繁啟動時 較大 自身無限 但供油 系統(tǒng)壽命有限 噪聲 較大 無噪聲 本身沒有 泵有噪 聲 4 能夠符合利益最大化的需要 在實際設計中 除了要考慮一些技術(shù)性的參數(shù)外 同時還有一個很重要的考慮點 那就是利益最大化 在進行設計方案中 在能夠滿足其使用功用的同時 應選取其成 本比較低的 從而實現(xiàn)其節(jié)約性的要求 4 3 型冰切割機主軸形狀的選擇 在實際設計中 要確定型冰切割機主軸的具體形狀 需要考慮的因素有很多 比 如其上所選擇的密封設備 軸承等部件的型號 大小 多少等等 另外其工作方式 組合類型等也都要考慮在內(nèi) 在實際設計中 經(jīng)常會做成階梯狀的形式 這里我所選 擇的也同樣是把的傳動軸做成階梯軸 從而達到拆裝容易的目的 4 4 型冰切割機主軸的熱處理 我們知道 金屬剛的彈性模量是一個固定值 其與具體的剛是什么類型基本沒關(guān) 系 而剛的材料卻在很大程度上由其決定著 所以從實際情況出發(fā) 在進行選材時 比較低價的 45 剛應成為我們的第一之選 同時為了使其具有更高的使用性能 應對其 進行相關(guān)的熱處理工藝 材料牌號工作條件 使用機床 常用 代用 熱處理 硬度 輕中負載 車 鉆 銑 磨床主軸 45 50 調(diào)質(zhì) HB220 250 輕中負載局部要 求高硬度 磨床的砂輪 軸 45 50 高頻淬火 HRC52 58 輕中負載 PV 40 N m c m s 2 車 鉆 銑 磨床的主軸 45 50 淬火回火 高頻淬火 HRC42 50 HRC52 58 4 5 型冰切割機主軸的設計標準 在實際過程中 必須對型冰切割機主軸作出一些具體的設計標準 型冰切割機主 軸的表面質(zhì)量對傳動軸上各部分配件的運轉(zhuǎn)精度等級作用甚大 傳動軸與上面的各部 哈爾濱理工大學學士學位論文 29 分配件相接觸點的表面質(zhì)量越好 那么相互作用之后的形變量也就越低 所以其加工 質(zhì)量性能也就越好 所以在設計中 必須要保證型冰切割機主軸具有能夠滿足加工質(zhì) 量要求的設計標準 4 6 型冰切割機主軸上軸承的挑選 經(jīng)過以上對型冰切割機主軸以及其配件的相關(guān)分析論證 經(jīng)過翻閱相關(guān)設計參數(shù) 資料 我們即可確定此處可采用的軸承型號是 36206 也就是角接觸球軸承 其接觸 角是 15 度 但這代號是其以前的名稱 現(xiàn)在它的代號為 7206C 其具體參數(shù)結(jié)構(gòu)如下 圖所示 圖 3 4 軸承圖 哈爾濱理工大學學士學位論文 30 4 7 型冰切割機主軸上軸承的校對計算 我們在實際中挑選軸承時 要考慮的因素很多 不但要選取大小合適的 還要能 夠滿足其加載在裝置中能夠滿足加工質(zhì)量的要求 其選擇的正確 則可以使整個裝置 的性能得到優(yōu)化 而如果挑選的不合適 那就回影響其本身使用期限甚至整個機構(gòu)的 使用性 所以我們在挑選時 一定要根據(jù)實際情況 具體問題具體分析 根據(jù)其工作 環(huán)境 要滿足的加工質(zhì)量要求 拆裝方便 以及現(xiàn)有機器的實際情況等 來挑選出最 佳的型號 同時 為了確保軸承能夠在工作運行時安全穩(wěn)定持續(xù) 我們還要對其進行相應的 校對計算 此處 因為傳動機構(gòu)的實際轉(zhuǎn)速比較大 所以我們可以根據(jù)計算基本額定 動載荷在挑選及校核其能不能達到使用標準 因為一般是在合理的狀態(tài)下工作的 所 以我們可以選擇其標準使用期限為 500 小時 其計算過程如下 3 2 rTndmhCPf 哈爾濱理工大學學士學位論文 31 上式中 fd 沖擊載荷因數(shù) 1 5 fn 速度因數(shù) 0 822 P 當量動載荷 N C 基本額定動載荷計算值 N fT 溫度因數(shù) 1 fm 力矩載荷因數(shù) 力矩載荷較小時取 1 5 較大時取 2 CT 軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動載荷 N fh 壽命因數(shù) 1 經(jīng)過翻閱機械設計資料求出 f d 1 5 fm 1 5 f T 1 fh 1 f n 0 822 在這里的型冰切割機設計中 我們可以假設其軸承只受到徑向的負荷 則其當量 動載荷就是 3 3 YFaXrP 經(jīng)翻閱 機械設計 書 求出 X 1 且 Y 0 所以 N 由以上可得 128 經(jīng)過詳細的計算論證 這里我們應采用的型號是 7206C 其詳細的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是 小徑 d 25mm 外圓直徑 D 62mm 其 k