自制20T拉床設計【含8張CAD圖紙+PDF圖】

自制20T拉床設計【含8張CAD圖紙+PDF圖】,含8張CAD圖紙+PDF圖,自制,20,拉床,設計,CAD,圖紙,PDF 河北建筑工程學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題 名稱 自制20T拉床設計 系 別： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機083班 學生姓名： 秦煒鵬 學 號： 36號 指導教師： 孫有亮 課題來源 導師課題 課題類別 工程設計 一 、論文資料的準備 拉床，是用拉刀加工工件各種內外成型表面的金屬切削機床。拉削時，一般工件不動，只有拉刀平穩(wěn)、低速的直線切削運動，它是加工過程的主運動，進給運動則靠拉刀刀齒的齒升量來完成。在拉削過程中，拉刀要承受的切削力很大，為了獲得平穩(wěn)的主運動，通常采用液壓驅動。液壓拉床的優(yōu)點是運動平穩(wěn)，無沖擊振動，拉削速度可無級調節(jié)，拉力可通過壓力來控制。 拉床的生產效率高，加工質量好。拉削加工時，切屑薄，運動平穩(wěn)，因而可獲得較高的加工精度（拉削精度可達IT7～IT8）和較細的表面粗糙度（Ra＜0.63μm）。拉床工作時，拉刀通過加工表面的一次行程中可完成粗、精加工，因此生產率高，但拉削不同的表面，需要不同的專用拉刀，且拉刀的結構復雜，成本較高，因此適用于大批大量生產。拉床的主參數為額定拉力。 拉床的類型:內拉床：用于拉削內表面，如花鍵孔、方孔等。工件貼住端板或安放在平臺上，傳動裝置帶著拉刀作直線運動，并由主溜板和輔助溜板接送拉刀。內拉床有臥式和立式之分。前者應用較普遍，可加工大型工件，占地面積較大；后者占地面積較小，但拉刀行程受到限制。外拉床：用于外表面拉削，主要有下列幾種：①立式外拉床，工件固定在工作臺上，垂直設置的主溜板帶著拉刀自上而下地拉削工件，占地面積較小。②側拉床，臥式布局,拉刀固定在側立的溜板上,在傳動裝置帶動下拉削工件，便于排屑，適用于拉削大平面、大余量的外表面，如氣缸體的大平面和葉輪盤榫槽等。③連續(xù)拉床，較多采用臥式布局，分為工件固定和拉刀固定兩類。前者由鏈條帶動一組拉刀進行連續(xù)拉削，適用于大型工件；后者由鏈條帶動多個裝有工件的隨行夾具通過拉刀進行連續(xù)拉削，適用于中小型工件。此外，還有齒輪拉床、內螺紋拉床、全自動拉床、數控拉床和多刀多工位拉床等。 拉床的發(fā)展概況：第一臺真正高效率的拉床是在1898年，美國的J.N.拉普安特制造了第一臺機械傳動臥式內拉床。之后隨著工業(yè)化的發(fā)展，逐漸有了更加專業(yè)化，專一型的拉床。20世紀30年代，在德國制成雙油缸立式內拉床，在美國制造出加工氣缸體等的大平面?zhèn)壤病?0年代初出現了連續(xù)拉床。 拉床的應用前景：拉床是機械設備中很重要的一個分支，是機械制造業(yè)的基本加工設備，它的品種、性能、質量和技術水平直接影響著國民經濟各部門產品的性能、質量、生產技術和企業(yè)的經濟效益。拉床的品種越來越多，拉削的工藝范圍也逐步擴大，可以加工內孔鍵槽、各種成型的通孔，也可以加工中小型零件的各種成型表面，如氣缸體軸承座的連接面，合金軸瓦的結合面及半圓弧和兩側倒角等。隨著少、無切削量設備的發(fā)展和機床加工業(yè)整體水平的提高，金屬切削機床的應用范圍和品種規(guī)格等將會不斷增加新的內容。專業(yè)化，高精度的拉床也預示著它的高價位，但是在很多時候，中小型的工廠內部需要使用拉床進行機加工，但是如果買進專業(yè)化的拉床，其所花的費用對于所得利潤來說，成本太大，而且有時不需要那么高的精度要求，而使用這些拉床無疑是種浪費。這就需要工廠內部自己制造一些簡單的，可以完成一般要求加工的拉床。 二、本課題的目的（重點及創(chuàng)新點） 通過畢業(yè)設計培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎理論、專業(yè)知識和基本技能，提高分析與解決實際問題的能力,熟悉生產技術工作的一般程序和方法；培養(yǎng)學生懂得工程技術工作所必須的全局觀念、生產觀念和經濟觀念，樹立正確的設計思想和嚴肅認真的工作作風；培養(yǎng)學生調查研究，查閱技術文獻、資料、手冊、進行工程計算、圖樣繪制及編寫技術文件的能力。并且掌握一般機械機構的設計思路、方法和步驟，掌握常用工程材料的性能和選配能力。盡快完成學生到工程技術人員的過渡。 通過對自制拉床的總體設計以及機械系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)的設計，對自制拉床的工作原理、傳動機構等進行掌握、理解。使其滿足工作性能要求來完成拉床各部分的設計，能加工工件各種內外成型表面，并且能夠換刀進行多種加工作業(yè)。并在此前提下要滿足操作簡便、安全，生產成本低，效率高，維修方便以及外觀、經濟上的要求，做到和生產實際相結合。 重點：本課題分兩個部分：自制拉床的總體設計和電力控制系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)的設計。該機構主要由床身、動力機構、傳動機構、附屬裝置等組成。對總體設計需對拉床的工作原理、各機構之間關系、各零、部件組成及關系進行掌握。 創(chuàng)新點：自制拉床主要由機械系統(tǒng)、電力系統(tǒng)兩大部分組成。本拉床以電動機為動力裝置，能耗小，結構簡單，成本低，效率高，并且操作方便，相對來說更適于中小型企業(yè)、工廠進行機加工作業(yè)；采用滑動絲杠螺母為傳動裝置，提高了機械傳動效率，節(jié)約了能源，降低了使用成本。 三、主要內容、研究方法、研究思路 自制拉床的方案設計，包括總體設計，機械系統(tǒng)設計和電力系統(tǒng)設計。 工作要求：額定拉力為20T ㈠、根據工作要求及設計要求確定其工作原理，選擇機構和傳動方式。 1. 由工作原理確定自制拉床的基本構成和總體布局，主要零、部件的基本結構形式； 2. 自制拉床的機械系統(tǒng)和電力系統(tǒng)各采用何種傳動方式； ㈡、初步確定電動機、主要元件或構件的基本參數和技術性能，如功率、承載、速度、行程或調節(jié)幅度、外形尺寸等。在運動分析的基礎上進行動力分析，確定各機構各部分傳遞的功率、轉矩和力的大小，根據這些數據和使用要求進行強度、剛度、發(fā)熱效率等方面的計算或校核。 ㈢、通常提出幾種不同方案，從技術和設計兩個方面比較論證，選擇最理想的，即在考慮滿足職能要求的同時，要注意取得較好的經濟效果，使設計出的裝備成本低，功率消耗及維修費用少，能滿足給定的生產效率。 ㈣、系列標準及選用，焊接操作機的零件有良好的加工工藝性能，合理選用原材料，盡量采用標準化的零部件。 四、總體安排和進度（包括階段性工作內容及完成日期） 　3.28~4.4 完成畢業(yè)實習報告、開題報告 4.5 ~ 4.11 完成外文翻譯 4.12~4.18 設計任務分析與總體方案的確定 4.19~6.6 實施設計、計算、繪圖、實驗。 6.7~6.18 進行計算機仿真樣機和優(yōu)化設計，并編寫設計說明書 6.18~6.21 畢業(yè)設計（論文）答辯及成績評定 五、主要參考文獻 1 劉堅 莫秀群.機械加工設備.北京：機械工業(yè)出版社，2006 2 陳雪瑞.金屬切削機床概論.山西：山西科學教育出版社，2003 3 徐灝.新編機械設計師手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1995 4 朱喜林.張代治主編.機電一體化設計基礎.北京：科學出版社，2004 5 董剛,李建功,潘鳳章主編.機械設計（第三版）.北京：機械工業(yè)出版社，1998 6 雷天覺.液壓工程手冊.北京：機械工程出版社，1990 7 孫桓,陳作模主編.機械原理（第六版）.北京：高等教育出版社，2001 8 王愛玲主編.現代數控機床.北京：國防工業(yè)出版社，2003 9 趙如福主編.金屬機械加工人員手冊（第三版）.上海科學技術出版社，1990 10 齊麟,張亞雄,黎上威,董學朱,胡松春編著.蝸桿傳動設計（上、下冊）.北京：機械工業(yè)版社，1987 11 《現代機械傳動手冊》編委會編著 .現代機械傳動手冊.北京：機械工業(yè)出版社， 1995 12 郭愛蓮主編.新編機械工程技術手冊.經濟日報出版社，1991 13 楊公源主編.機電控制技術及應用.北京：電子工業(yè)出版社，2005 14 顧維邦，焦根昌.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社，2000 15 陸玉,何在洲,佟延偉主編.機械設計課程設計（第三版）.北京：機械工業(yè)出版社， 1999 指導教師意見： 指導教師簽名： 日期： 教研室意見： 教研室主任簽名： 日期： 系意見： 系領導簽名： 日期： 系蓋章 河北建筑工程學院 畢業(yè)實習報告 系 別 機械工程系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機083 姓 名 秦煒鵬 學 號 2008307336 指導教師 孫有亮 實習成績 畢業(yè)實習報告 一、實習目的 畢業(yè)實習是畢業(yè)設計中的一個重要的環(huán)節(jié)，它既是我們在大學里的最后一次實習，同時也是我們在走上工作崗位之前的最后一次實戰(zhàn)演練。做好畢業(yè)實習，不僅是我們做好畢業(yè)設計的前提條件，也是對即將離開校園的學子的最后一次檢驗。通過生產實習使我更深入地接觸專業(yè)知識，進一步了解機械工程專業(yè)工作的實際問題、機械工程管理過程中存在的問題、理論和實際相沖突的難點問題，并通過撰寫實習報告，使我學會綜合應用所學知識，提高分析和解決專業(yè)問題的能力。只有通過實習，我們才能更加深入的了解并鞏固自己的專業(yè)知識，學習新技能，增加新經驗，以便明天更好地走向工作崗位。 畢業(yè)實習與先前的很多實習都有所不同，首先時間很長，我們用了四周的時間進行實習，畢業(yè)實習主要是具有針對性的實習，是我們必經的一門社會實踐課。畢業(yè)實習我們準備得比較充分。首先老師把我們各自的課題告訴我們，就讓我們去構思各種設計，尋找自己可能遇到的困難問題，把問題記錄下來，帶著問題進行實習。 二、實習內容 第三周，我們進入了了畢業(yè)實習階段。在孫老師的帶領下，我們首先來到了張家口大力神鍋爐廠進行參觀實習。 張家口市大力神鍋爐制造有限公司擁有國家頒發(fā)的B級鍋爐制造許可證(P=2.5MPa)，一、二類壓力容器設計、制造許可證，D級鍋爐安裝、修理許可證。質量體系完善，按規(guī)范運作，大力神鍋爐銷往全國各地，市場份額尤以華北、西北、東北為重。并相繼承擔了大批國家重點項目的建設，闖出了一片屬于大力神的藍天。大力神鍋爐以其高效、節(jié)能、安全、可靠的特性，創(chuàng)出了河北省鍋爐業(yè)唯一的名牌產品；被機械工業(yè)部評為一等品；連年被中國保護消費者基金會、河北省消費者協會授予“消費者信得過產品”“用戶滿意產品”。大力神商標被評為全國市場上榜品牌和河北省優(yōu)秀商標，企業(yè)連年榮獲河北省先進集體、省百強企業(yè)榮譽。公司的產品已發(fā)展為：燃煤、燃油（氣）、電加熱和特種鍋爐三大系列13個品種，84個規(guī)格的產品。這些產品將高質量的服務于社會各行各業(yè)。面對新世紀的挑戰(zhàn)，張家口大力神鍋爐制造有限公司的目標是：鑄現代管理之魂，提升品牌形象，創(chuàng)世紀之星。 首先我們在室外看到了除銹機，不過這臺除銹機已經閑置了很長時間沒用過了。簡易管子除銹機的基本結構和除銹原理：簡易管子除銹機一般由機械動力頭、機身、傳動機構、工作裝置等組成。除銹原理也較為簡單，將管子固定在機身，通過動力機構帶動其旋轉，工作裝置利用摩擦的原理即可對管子完成快速而簡易的除銹。常見的金屬管子除銹方法及其特點：（1）摩擦除銹及本次設計所采用的方法，成本低，操作簡單，除銹效果因設備不同而差異較大，噪音和粉塵問題突出。（2）噴丸除銹，可以有效的清除金屬表面的氧化皮，銹蝕，舊漆膜等雜質。（3）化學除銹，化學清洗雖然能使表面達到一定的清潔度和粗糙度，但其對環(huán)境的污染問題較為嚴重，影響工人健康。 隨后，我們跟著孫老師觀看了彎管機的外形結構，實地觀看了彎管機的工作過程，并在現場與指導老師討論了該設備需要改進的地方。我們還拍下了彎管機在工作過程中的不同階段，以備設計參考。除此以外我們還看了數控離子切割機等設備，擴大了我們的視野。 由于我們這一組每個人的設計題目都不相同，在設計過程中肯定會出現一些靠個人力量很難解決的問題，為了我們大家在將來的設計中能互相幫助，發(fā)揮團隊精神，大家通力合作，順利完成設計，同時也為了我們能學到更多專業(yè)性知識，增強我們的專業(yè)技能，開闊我們的眼界。 三、實習結果 通過這次的畢業(yè)實習加上老師在實習過程中的現場指導，使我對其他同學的課題有了進一步的認識。這次實習唯一的遺憾就是沒能看到與我課題相關的設備，當老師想帶領我們去看與我設計相關的叉車時，人家的叉車已經出售了。真可惜，不過我在網上找到了很多相關的資料，為設計做了很多的準備。 在短短的一個月的實習中，孫老師帶領和教導下，以及自已的努力參與學習，對機械專業(yè)的各個方面有了深刻的理解和認識，并且鞏固了書本上的知識，將理論運用到實際中去，從實際施工中豐富自已的理論知識，學會運用辯證法去處理機械生產中遇到的各種問題，我堅信能過這一段時間的實習，所獲得的實踐經驗對我終身受益，在我畢業(yè)后的實際工作中將不斷的得到驗證。 四、實習總結 生產實習是我們機械專業(yè)知識結構中不可缺少的組成部分，其目的在于通過實習使學生獲得基本生產的感性認識，理論聯系實際，擴大我們的知識面；同時又是鍛煉和培養(yǎng)學生業(yè)務能力及素質的重要渠道，培養(yǎng)當代大學生具有吃苦耐勞的精神，也是學生接觸社會、了解企業(yè)的一個絕好的機會。我們的實習達到了我們所希望的效果，相信通過此次畢業(yè)實習，會使我們每一位同學將理論與實際結合的更緊密，更能夠使我們掌握工程機械設計的基本流程、各種參數的選取、各種影響因素產生的特點；使我們從容的面對以后的設計和即將踏入的工作崗位。 為期一個學期的畢業(yè)設計即將結束，也就意味著我的大學生活即將結束。實習雖然結束了，再過兩個多月，我們真的就要走上工作崗位了，想想自己大學四年的生活，有許多讓我回味的思緒，我感謝老師們對我的諄諄教會，在這個春意盎然的季節(jié)，伴隨著和煦的春風一起飛揚，飛向遠方，去追逐我的夢想！ 河 北 建 筑 工 程 學 院 本科畢業(yè)設計（論文） 題 目 自制20T拉床 學 科 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機083 班 姓 名 秦煒鵬 學 號 2008307336 指 導 教 師 孫有亮 輔 導 教 師 目錄 第一章 前言 ……………………………………………………………………… 1 第二章 總體設計………………………………………………………………… 3 2.1設計任務 ……………………………………………………………………… 3 2.2 設計目的……………………………………………………………………… 3 2.3研究方法、思路 ……………………………………………………………… 4 2.4 設計題目分析 ………………………………………………………………… 4 2.5 總體布置簡圖 ………………………………………………………………… 5 第三章 螺旋機構的設計………………………………………………………… 7 3.1 耐磨性計算 …………………………………………………………………… 7 3.2 驗算自鎖條件 ………………………………………………………………… 10 3.3 校核強度 ……………………………………………………………………… 10 3.4 螺桿穩(wěn)定性計算 ……………………………………………………………… 14 3.5螺桿剛度計算 ……………………………………………………………………14 第四章 帶傳動設計計算 ………………………………………………………… 15 4.1 設計功率 ………………………………………………………………………15 4.2選定帶型 …………………………………………………………………………15 4.3帶傳動傳動比 ……………………………………………………………………15 4.4帶輪直徑 …………………………………………………………………………15 4.5實際轉速 …………………………………………………………………………16 4.6 帶速 ………………………………………………………………………………16 4.7 軸間距設計計算 ……………………………………………………………… 16 4.8 V帶的根數……………………………………………………………………… 17 4.9 單根V帶的預緊力 …………………………………………………………… 18 4.10 帶輪的結構尺寸 ……………………………………………………………… 18 第五章蝸輪蝸桿的設計計算 …………………………………………………… 19 5.1 蝸輪蝸桿的類型、特點………………………………………………………… 19 5.2 蝸輪蝸桿的設計計算…………………………………………………………… 21 第六章 螺母和蝸輪凸緣的強度計算 ………………………………………… 25 第七章 夾具的結構及性能分析 ……………………………………………… 27 第八章 拉床的電氣控制系統(tǒng)的設計…………………………………………… 29 8.1 控制系統(tǒng)總體方案的確定 ……………………………………………………… 29 8.2 行程開關 ………………………………………………………………………… 29 8.3 主控制系統(tǒng)………………………………………………………………………30 第九章 軸承的選擇與計算 ………………………………………………………31 9.1軸承的選擇 ………………………………………………………………………31 9.2 軸承的構造 ………………………………………………………………………31 9.3 軸承的類型 ………………………………………………………………………32 9.4 滾動軸承選型和校核 ……………………………………………………………33 9.5 滾動軸承的壽命計算 ……………………………………………………………35 第十章 傳動、減速裝置的潤滑…………………………………………………37 第十一章 軸的校核 ……………………………………………………………… 40 第十二章 機架的分析與設計……………………………………………………41 11.1 機架的分類 ……………………………………………………………………41 11.2 機架的設計準則 ………………………………………………………………42 11.3 機架設計的一般要求 …………………………………………………………43 11.4 機架設計步驟 …………………………………………………………………44 11.5機架的結構選擇 ……………………………………………………………… 45 11.6 機架選用的材料……………………………………………………………… 46 畢業(yè)設計小結 ……………………………………………………………………… 47 參考文獻 …………………………………………………………………………… 48 畢業(yè)實習報告 ……………………………………………………………………… 49 附:英文翻譯 英文原文 Abstract This article describes the design of self-made 20T broaching machine. Broaching machine is a machine which using the pulling knife to processing various internal and external surface molding. Broaching machine only has the linear motion of the broach, which is the main movement processing, feed movement by pulling the knife is to achieve the structure itself. Specialized broaching machine also indicates that its high price, and sometimes it does not require so much high precision, and the use of these types of broaching machine is also a waste. This requires its own factory can manufacture a few simple and can finish most of the broaching processing machines. The self-made broaching machine is without doubt a good choice, its structure is very simple, very little timber ,and it can choose a number of standard parts to the assembly. Although some parts are not standard parts of their factory, the processing is also very easy. And therefore low cost for small and medium enterprises is the best choice. Broaching machine in this article is mainly used for the aperture broaching, keyway broaching. It’s composed mainly by the bed structure, power agencies, transmission, ancillary part and so on. It mainly uses the leather belt drive,worm reduction gear ,glide screw nut drive to complete the broaching work. This design has rational structure, low cost, high efficiency, good performance, and easy to operate. Key words: self-made broaching machine worm gear glide screw nut 摘要 本文介紹的是自制20T拉床的設計。拉床是用拉刀加工工件各種內外成型表面的機床。拉削時機床只有拉刀的直線運動，它是加工過程的主運動，進給運動則靠拉刀本身的結構來實現。專業(yè)化的拉床也預示著它的高價位，而且有時不需要那么高的精度要求，而使用這些拉床無疑是種浪費。這就需要工廠內部自己制造一些簡單的，可以完成大部分加工的拉床。而自制拉床無疑是個好的選擇，它的結構很簡單，用材很少可以選擇一些標準件來組裝，部分不是標準件的地方自己工廠內部加工制造也很容易。因而成本很低，對于中小型企業(yè)來說是最好不過的選擇了。本文中的自制拉床是一種主要用于拉削零件內孔、鍵槽的小型機械式拉床。結構主要由床身、動力機構、傳動機構、附屬裝置等組成。它主要是由皮帶傳動、蝸輪蝸桿減速器、滑動絲杠螺母傳動來完成拉削工作的。本設計結構合理，生產成本低，效率高，滿足工作性能，而且操作方便。 關鍵詞：自制 拉床 蝸輪蝸桿 滑動絲杠 河北建筑工程學院 畢業(yè)設計計算書 指導教師：孫有亮 設計題目：自制20T拉床設計 設計人：秦煒鵬 設計項目 計算與說明 結果 前言 第一章 前言 機床是工作母機，機床制造業(yè)對國民經濟的發(fā)展起著重要作用。建國初期，在優(yōu)先發(fā)展重工業(yè)的方針指導下，機床制造業(yè)迅速發(fā)展，按國民經濟發(fā)展計劃建立了一大批機床制造廠，專業(yè)分工明確，機床型號齊全，形成了完整的通用機床制造體系。向各行各業(yè)提供了大量的工作母機，有力地推動了國民經濟的發(fā)展。改革開放以來，國民經濟飛速發(fā)展，給機床制造業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇，同時也提出了更高的要求。然而由于長期在計劃經濟的條件下組織生產，不能很快適應市場經濟的要求，使國內很多機床廠家陷入困境。借鑒國外的經驗，明確我們的發(fā)展方向，迅速適應市場需求，是我國機床制造業(yè)面臨的重要課題。專用機床一般用于大量生產，需要加工精度長期穩(wěn)定，因此，對其質量的要求與通用機床有很大不同。 拉床是用拉刀加工工件各種內外成型表面的機床。拉削時機床只有拉刀的直線運動，它是加工過程的主運動，進給運動則靠拉刀本身的結構來實現。按工作性質的不同，拉床可分為內拉床、外拉床、連續(xù)拉床、側拉床等等。拉床一般都是液壓傳動，它只有主運動，結構簡單。液壓拉床的優(yōu)點是運動平穩(wěn)，無沖擊振動，拉削速度可無級調節(jié)，拉力可通過壓力來控制。拉床的生產效率高，加工質量好，精度一般為IT9-IT7，表面粗糙度Ra值為1.6-0.8um。但由于一把拉刀只能加工一種尺寸表面，且拉刀較昂貴，所以拉床主要用于大批量生產。 拉床的類型可分為以下幾種：內拉床：用于拉削內表面，如花鍵孔、方孔等。工件貼住端板或安放在平臺上，傳動 設計項目 計算與說明 結果 總體設計 傳動方案 布置簡圖 耐磨性 強度 螺桿強度 螺紋牙的強度 螺桿穩(wěn)定性計算 螺桿剛度計算 帶傳動設計 帶輪結構設計 渦輪蝸桿設計計算 凸緣計算 夾具結構及性能設計分析 電氣控制系統(tǒng)設計 軸承的選擇與計算 床身 軸承壽命計算 裝置的潤滑 軸的校核 機架的分析與設計 裝置帶著拉刀作直線運動，并由主溜板和輔助溜板接送拉刀。內拉床有臥式和立式之分。前者應用較普遍，可加工大型工件，占地面積較大；后者占地面積較小，但拉刀行程受到限制。外拉床：用于外表面拉削，主要有下列幾種：①立式外拉床，工件固定在工作臺上，垂直設置的主溜板帶著拉刀自上而下地拉削工件，占地面積較小。②側拉床，臥式布局,拉刀固定在側立的溜板上,在傳動裝置帶動下拉削工件，便于排屑，適用于拉削大平面、大余量的外表面，如氣缸體的大平面和葉輪盤榫槽等。③連續(xù)拉床，較多采用臥式布局，分為工件固定和拉刀固定兩類。前者由鏈條帶動一組拉刀進行連續(xù)拉削，適用于大型工件；后者由鏈條帶動多個裝有工件的隨行夾具通過拉刀進行連續(xù)拉削，適用于中小型工件。此外，還有齒輪拉床、內螺紋拉床、全自動拉床、數控拉床和多刀多工位拉床等。專業(yè)化，高精度的拉床也預示著它的高價位，但是在很多時候，中小型的工廠內部需要使用拉床進行機加工，但是如果買進專業(yè)化的拉床，其所花的費用對于所得利潤來說，成本太大，而且有時不需要那么高的精度要求，而使用這些拉床無疑是種浪費。這就需要工廠內部自己制造一些簡單的，可以完成一般的加工的拉床。而自制拉床無疑是個好的選擇，它的結構很簡單，用材很少可以選擇一些標準件來組裝，僅有少部分沒有標準件的地方自己工程內部加工制造也很容易。因而成本很低，對于中小型企業(yè)來說是最好不過的選擇了。本設計課題任務的內容是自制20T拉床設計，它是一種主要用于拉削零件內孔、鍵槽的小型機械式拉床。結構主要由床身、動力機構、傳動機構、附屬裝置等組成。本設計要求達到結構合理，生產成本低，效率高，滿足工作性能，而且操作方便的目的。 第二章 總體設計 2.1設計任務 本畢業(yè)設計課題任務的內容：自制20T拉床的設計。自制20T拉床設計是一種主要用于拉削零件內孔、鍵槽的小型機械式拉床。結構主要由床身、動力機構、傳動機構、附屬裝置等組成。 本設計要求達到結構合理，生產成本低，效率高，滿足工作性能，而且操作方便的目的。 2.2設計目的 1．培養(yǎng)學生綜合應用所學理論知識和技能，分析和解決機械工程實際問題的能力，熟悉生產技術工作的一般程序和方法。 2．培養(yǎng)學生懂得工程技術工作所必須的全局觀念、生產觀念和經濟觀念，樹立正確的設計思想和嚴肅認真的工作作風。 3．培養(yǎng)學生調查研究，查閱技術言文獻、資料、手冊，進行工程計算、圖樣繪制及編寫技術文件的能力。 2.3主要內容、研究方法、研究思路 （1）設計任務：自制20T拉床的設計計算 （2）技術要求：額定拉力20噸， （3）工作要求：額定拉力20T，結構主要由床身、動力機構、傳動機構、附屬裝置等組成。本設計要求達到結構合理，生產成本低，效率高，滿足工作性能，而且操作方便的目的 （4）設計要求：設計說明書不少于2萬字；工程繪圖量不少于折合成圖幅為A0號的圖紙3張；用計算機進行設計、計算與繪圖一般不少于2/3；查閱文獻15篇以上，翻譯與課題有關的外文資料，譯文字數不少于3000字。 研究方法： 設計任務書為基礎，翻閱，查找工具書為輔，比較國內外在機械式拉床設計方面的優(yōu)點及缺陷，在設計時借鑒和注意。 研究思路：先從大局著手，兼顧細節(jié)。首先明確設計任務，由相關的任務書和工具書確定設計的傳動方案并確定其結構形式；其次，查找主要技術參數，明確設計原則，由相關的公式進行軸及各類零件的強度，穩(wěn)定性及壽命的校核計算；第三，進行機架的設計，包括床身，加緊裝置形式的明確和對其強度，剛度，穩(wěn)定性的校核計算。最后，全面分析設計結果是否符合設計要求，完善各個細節(jié)。 2.4設計題目分析 2.4.1額定拉削力為20T 2.4.2.工作速度的設定 根據同類產品的經驗和總體工作方案，選擇工作速度為1m/min，絲杠長度選為1800mm 工作裝置所需功率: 電動機輸出功率: 取螺桿的導程：P=24mm, 則螺桿轉速為：n= 電動機是機床工作的動力源。是不可或缺的一個組成部分。電動機的選擇正確與否直接關系到機床能否正常工作的問題。功率選擇大了則浪費能源，提高了成本；小了則不能工作。封閉式小型三相異步電動機自扇冷卻、封閉式結構，能夠防止灰塵、水滴大量進入電機內部?？梢宰鲆话愕尿寗釉矗从糜隍寗訉有阅堋⒄{速性能及轉差率無特殊要求的機器和設備；亦可以用于灰塵較多、水土飛濺的場所。根據同類產品的經驗和計算要求，可以選擇電動機為Y160L1-4，額定轉速為1458r/min,額定功率為15KW 則總傳動比為:i= 由同類產品參考得來電動機輸出功率的減速增扭過程采用二級減速方案。機械傳動剛性大,為了增加柔性,改善過載對原動機的沖擊，擬第一級采用V帶傳動，傳動比大約為1.2，傳動效率為0.96；經過第一級減速后，第二級減速采用蝸輪蝸桿減速機，傳動比為20，傳動效率為0.8；最終拉動拉刀的是穿過機箱的絲杠螺母螺旋傳動機構，螺旋傳動機構用兩條平衡支撐滑杠作為支撐，連接上裝拉刀的裝置。選擇渦輪蝸桿傳動可以改變傳動方向，可以選擇更大的傳動比。選擇絲杠螺母螺旋傳動可以把軸向轉動改變?yōu)闄M向進給運動。如此傳動則可以完成拉床拉削工作需要。 2.5總體布置簡圖 總體布局采用三維立體空間布局，主要驅動軸布置在機床的中央，主要工作機構水平式布局安排，各工位工作在同一水平線上。原動機布置在機架上方，工人操作平臺應控制在1.2米左右，便于工人操作。 具體的工作順序為:電動機將動力傳給帶輪，帶輪將動力傳給蝸輪蝸桿，蝸桿再將動力傳給螺母，從而帶動絲杠做直線運動，最后完成拉削運動。 總體布置簡圖如下： 圖2-1總體布置簡圖 A向 第三章 螺旋機構的設計與選擇 螺旋傳動利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現傳動要求主要用來把回轉運動變?yōu)橹本€運動，同時傳遞動力。 螺旋傳動具有以下特點：在主動件上作用一較小力矩時，可使從動件得到很大的軸向力；螺桿旋一周，螺母只移動一個導程，可以得到大的減速比；傳動均勻準確，可以得到較高的傳動精度；傳動易于實現反向自鎖；傳動平穩(wěn)，結構簡單。 3.1耐磨性計算 《新編機械設計師手冊》（機械工業(yè)出版社）中查得 螺桿選用材料：40Cr Tr 200×64/2-8e 螺母 2CuAl9Fe4Ni4Mn2 （鑄鋁青銅） 滑動螺旋傳動采用梯形螺紋 3.1.1. 螺桿中徑計算： 圖3-1 F —— 軸向載荷 A —— 螺紋的承壓面積（指螺紋工作面表面投影 到垂直于軸向力的平面上的面積） d1 —— 螺紋小徑（單位為mm） d2 —— 螺紋中徑（單位為mm） d3 —— 螺紋大徑（單位為mm） h —— 螺紋工作高度（單位為mm） P —— 螺紋螺距（單位為mm） H —— 螺母高度（單位為mm） Z —— 螺紋工作圈數 = H/P 滑動螺旋傳動的失效形式多為螺紋牙磨損，因此，螺桿直徑和螺母高度通常由耐磨性計算確定。傳力較大時，應當檢驗螺桿危險截面的強度和螺牙的強度；要求自鎖時，應校核螺紋副自鎖條件。要求運動精確時，還要校核螺桿剛度，此時，螺桿直徑往往由剛度確定。對于長徑比很大的受壓螺桿，應校核其穩(wěn)定性?？紤]到螺桿受力情況復雜并有剛度和穩(wěn)定性問題，計算其螺紋部分的強度和剛度時截面積和慣性矩可按螺紋小徑計算。 《新編機械設計師手冊》（機械工業(yè)出版社）中查得 設計公式： （整體式螺母=1.2-12.5設計按經驗參考取值1.5） 對于矩形和梯形螺紋，h=0.5P，則 查表5-12《機械設計》（西北工業(yè)大學） [P]取值10MPa 查《機械設計手冊》表22.1-14： 取d2=128mm 公稱直徑d=140；螺距p=20；小徑d1=D1=116mm 3.1.2.螺母高度： 《新編機械設計師手冊》（機械工業(yè)出版社）中查得 3.1.3.旋合圈數： 《新編機械設計師手冊》（機械工業(yè)出版社）中查得 合格 取 Z=10 3.1.4.螺紋的工作高度： 《新編機械設計師手冊》（機械工業(yè)出版社）中查得 3.1.3.工作強度： 式中， —— 螺紋螺距，為24mm。 —— 螺紋工作高度(mm)，梯形螺紋h=0.5P=12mm。 H—— 螺母高度。 所以滿足工作條件 3.2驗算自鎖 螺紋升角 ： 由于系單頭螺紋 所以導程 ，由《機械設計手冊》（機械工業(yè)出版社）查得 3.3校核強度 由于螺母的材料一般比螺桿材料軟，所以磨損主要發(fā)生在螺母的螺紋牙表面?；瑒勇菪哪p與螺紋牙工作面上的壓強，滑動速度，螺紋牙表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關。其中最主要的是螺紋牙工作面上的壓強，其他因素的影響尚無完善的計算方法。所以，耐磨性計算主要是限制螺紋牙工作面的壓強不超過許用值 3.3.1.螺桿強度的校核 壓力（或拉力）F和扭矩T的作用。螺桿危險截面既有壓應力，又有切應力。因此校核螺桿強度時，應根據第四強度理論求出危險截面的計算應力σca.由《機械設計》（西北工業(yè)大學）查得 或 式中：F —— 螺桿所受的軸向壓力，單位為N。 A —— 螺桿螺紋的危險截面面積；A=πd12/4，單位為mm2。 Wτ —— 螺桿螺紋段的抗扭截面系數， Wτ=πd13/16=Ad1/4，單位為mm3。 T —— 螺桿所受的扭矩，， 單位為N·mm 。 —— 螺桿材料的許用應力，單位為MPa 表5-1《機械設計》（西北工業(yè)大學）查得 由式5-48 由表5-12取 查《機械工程材料手冊》（曹正明） 40Cr σb σs HBS 980MPa 785 MPa 207 表3-1 查表5-13《機械設計》（西北工業(yè)大學）[σ]=σs/4=196.25 所以滿足工作條件。 3.3.2.螺紋牙的強度計算 螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強度。 如圖3-1所示，如果將一圈螺紋沿螺母的螺紋大徑D（單位為㎜）處展開，則可看作寬度為πD的懸臂梁。假設螺母每圈螺紋所承受的平均壓力為F/z，并作用在以螺紋中徑D2（單位為㎜）為直徑的圓周上，則螺紋牙危險截面a-a的剪切強度條件為 螺紋牙危險截面a-a的彎曲強度條件為 式中：b —— 螺紋牙根部的厚度，單位為㎜，對于矩形螺紋，b=0.5P，對于梯形螺紋，b=0.65P，對于鋸齒形螺紋，b=0.75P，P為螺距； —— 彎曲力臂，單位為㎜（=（D-D2）/2； [τ] —— 螺母材料的許用切應力，單位為MPa； [σb] —— 螺母材料的許用彎曲應力，單位為MPa 取z=12 螺桿： ； 螺桿抗彎強度： 抗剪強度： 螺母： =30-40MPa； =40-70MPa 螺母抗剪強度： 螺母抗彎強度 所以滿足工作條件。 圖3-2螺紋牙簡圖 3.4螺桿的穩(wěn)定性計算 對于長徑比大的受壓螺桿，當軸向力F大于某一臨界值時，螺桿就會突然發(fā)生側向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力F必須小于臨界載荷Fcr。 根據螺桿的柔度值λS的大小選用不同的公式計算， 此處，μ為螺桿的長度系數； 為螺桿的工作長度，單位㎜；螺桿兩端支承時取兩支點的距離作為工作長度 ，螺桿一端以螺母支承時以螺母中部到另一端支點的距離作為工作度 ； 為螺桿危險截面的慣性半徑，單位為㎜； 若螺桿危險截面面積 ； 則。 設計螺桿螺紋段的長度 為1800㎜；查表5-14《機械設計》（西北工業(yè)大學）取μ=0.70。則 ；所以不必校核穩(wěn)定性。 3.5螺桿剛度計算： 查《機械設計手冊》得： 軸向載荷產生的變形量：mm 轉矩產生的變形量：mm 導程變形總量：mm 式中：E=2.07 G=8.3 總變形量可以忽略，剛度滿足設計要求。 第四章 帶傳動的設計計算 帶傳動的主要失效形式即為打滑和疲勞破壞。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。 查《新遍機械設計師手冊》表4.1-2初擬選用普通V帶傳動。注：以下均為《新編機械設計師手冊》表。 已知：原動機Y160L1-4 傳遞功率為P=15KW 轉速n1=1500 r/min 傳動比i為1.2 每天工作8h。 4.1設計功率 由表4.1-9查得工況系數Ka=1.0 =15×1.0=15KW 4.2 選定帶型 根據=15KW和n1=11458 r/min ，由圖4.1-1選定B型普通V帶。 4.3 帶傳動傳動比 帶傳動的傳動比 i為1.2 4.4 帶輪直徑 小帶輪基準直徑 ： 參考表4.1-14；表4.1-15和圖4.1-1取 大帶輪基準直徑： 由表4.1-14取 ε —— 彈性滑動率 ；通常ε=0.01~0.02。 4.5減速機的實際轉速 4.6帶速 V < VMAX=25-30(選普通V帶；窄V帶35-40 m/s) V > VMIN=5 m/s（一般V 不得低于5 m/s） 4.7軸間距設計計算 初選a0=1000mm 所需基準長度： 查表4.1-6選取基準長度2500㎜。 實際軸間距： 安裝時所需最小軸間距： mm bd ——— 基準寬度，查表4.1-5取bd=14。 安裝時所需最大軸間距：（張緊或補償伸長） 4.8 V帶的根數 小帶輪包角： 單根V帶的額定功率： 根據=140㎜和n1=1458 r/min 由表4.1-12d查得B型帶P1=2.83 KW。 ΔP1： 考慮傳動比的影響，額定功率的增量ΔP1由表4.1-12d查得ΔP1=0.25KW。 式中 —— 考慮包角不同時的影響系數，簡稱包角系數 —— 考慮帶的長度不同時的影響系數，簡稱長度數 —— 單根V帶的基本額定功率 —— 計入傳動比的影響時，單根V帶額定功率的增量（因P0是按α=180o即dd1=dd2的條件計算的，而當傳動比越大時，從動輪直徑就比主動輪大，帶繞上從動輪的彎曲應力就比繞上主動輪時的小，故其傳動能力即有所提高） 查表4.1-10 查得=0.99 查表4.1-11 查得=1.03 取Z=4根。 4.9單根V帶的預緊力 考慮離心力的不利影響，單根V帶所需的預緊力為 用帶入上式，并考慮包角對所需預緊力的影響，可將F0的計算式寫為 其中各符號的意義和單位同前。 ——— 傳動帶的單位長度的質量，單位㎏/m。 查《機械設計》（西北工業(yè)大學）表8-4取=0.10 由于新帶容易松弛，所以對非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時的預緊力應為上述預緊力的1.5倍。 4.10 帶輪的結構尺寸 設計帶輪時，應使其結構工藝性好，質量分布均勻，重量輕，并避免由于鑄造產生過大的內應力。V>25m/s 時尚需進行動平衡。本設計中V=9.267m/s，無須進行動平衡。 帶輪材料常采用灰鑄鐵、鋼、鋁合金、或工程塑料等。其中灰鑄鐵應用最廣，當V<25m/s時用HT150或HT200，本設計中采用HT200。 帶輪由輪緣、輪輻和輪轂三部分組成。輪輻部分有實心、輻板（或孔板）和橢圓形輪輻等三種形式。查表4.1-14得 輪緣尺寸 表4-1 型號 B 基準寬度 14 基準線上槽深 3.5 基準線下槽深 10.8 槽間距 19±0.4 槽邊距 11.5 最小輪緣厚度 5.5 帶輪寬 80 小帶輪外徑 147 大帶輪外徑 18 輪槽角 34o 偏差 ± 根據帶輪的基準直徑參照表4.1-17，決定小帶輪、大帶輪采用實心輪輻。根據電動機尺寸和后面的蝸桿尺寸確定小帶輪內徑為80，大帶輪內徑為82mm，鍵選用普通平鍵C型b=14,h=9,L=50。 帶輪輪槽工作表面粗糙度為Ra 3.2 μm，輪緣和軸孔端面為Ra 6.3 - 12.5 μm。輪槽棱邊要倒圓或倒鈍。A型帶帶輪輪槽間距的累計誤差±0.6，兩槽的基準直徑差0.4。（摘自GB/T 13575.1-92） 第五章 蝸輪蝸桿的設計與計算 5.1 蝸輪蝸桿的類型、特點 減速器是指原動機與工作機之間獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速并相應地增大轉矩。減速器的種類很多，但幾乎大部分的減速器已有標準系列產品，使用時只需結合所需傳動功率、轉速、傳動比、工作條件和機器的總體布置等具體要求，從產品目錄或有關手冊中選擇即可。只有在選不到所滿足工作條件的產品時，才自行設計制造。 蝸桿傳動屬于空間嚙合傳動，用于傳遞兩交錯(既不平行又不相交)軸間的回轉運動和動力。軸交角∑可為任意值，但在絕大多數情況下使用正交蝸桿副，即∑=90°。它主要由蝸桿和蝸輪組成，蝸桿相當于一頭或多頭的等導程(或變導程)螺旋，蝸輪則為變態(tài)斜齒輪(或為直齒輪)。在蝸桿傳動中，通常蝸桿為主動件，蝸輪為從動件。但有時為了增速如離心器中的蝸桿傳動，蝸輪是主動件，而多頭或人導程角的蝸桿則為從動件。根據蝸桿形狀的不同，蝸桿傳動可以分成三種類型：圓柱蝸桿傳動，環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動。圓弧圓柱蝸桿減速器：CWU（蝸桿在下）、CWS（蝸桿在側）、CWO（蝸桿在上）為單級圓弧圓柱蝸桿減速器，主要適用于冶金、礦山、起重、運輸、化工建筑等各種機械設備的減速傳動，蝸桿為圓環(huán)面包絡圓柱蝸桿（ZC1蝸桿），C1齒形。標準減速器的工作條件； 蝸桿轉速不超過1500r/min；工作環(huán)境溫度為-40 — +40oC；當工作環(huán)境溫度低于0oC時，起動前潤滑油必須加熱到0oC以上，當工作環(huán)境溫度高于40oC時，必須采取冷卻措施；蝸桿軸可正，反兩向運轉。 5.2 蝸輪蝸桿的設計計算 1.選擇蝸桿傳動類型 采用漸開線普通圓柱蝸桿（ZI） 2.選擇材料 蝸桿選用45鋼，整體調質，蝸輪為ZCuAl9Fe4Ni4Mn2 （鑄鋁青銅） 3.按齒面接觸疲勞強度進行設計 傳動中心距： 其中，K——載荷系數 ——蝸輪上的公稱轉矩。 ——材料的彈性影響系數，=160MPa ——接觸系數。 ——蝸輪齒面許用接觸應力。 ① 確定作用在蝸輪上的轉矩 查表確定蝸桿頭數=2，傳動比為i=20,蝸輪齒數為=40，，嚙合效率 ② 確定載荷系數K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系 數 由書2.P250表11-5 選取使用系數 由于轉速低，沖擊不大，可取動載系數 則 =1.05 ③ 確定接觸系數 先假設蝸桿分度圓直徑和傳動中心距a的比 值/a=0.35，查書2.圖11-18得=2.9 ④ 確定許用接觸應力 根據蝸輪材料為ZCuAl9Fe4Ni4Mn2 （鑄鋁青銅），蝸桿為45鋼，可以從書2.表11-7中查得許用接觸應力=128MPa， （因控制要求，適用滑動速度） ⑤ 計算中心距 取a=200mm。 從表11-2中取模數m=8mm,蝸桿分度圓直 徑=80mm，這時/a=0.4，從圖11-18可查 得接觸系數=2.8<，因此以上計算結果可用。 4. 蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸 ①蝸桿 軸向齒距 直徑系數 齒頂圓直徑（為齒頂高系數=1） 齒根圓直徑 為頂隙系數，=0.25。 分度圓導程角 蝸桿軸向齒厚 ② 蝸輪 蝸輪齒數 ，變位系數， 蝸輪分度圓直徑 蝸輪喉圓 =338mm 蝸輪齒根圓直徑 =302mm 蝸輪咽喉母圓半徑 5.校核齒根彎曲疲勞強度 其中， ——蝸輪齒根彎曲應力。 ——蝸輪齒形系數，查書2.圖11-19得=2.22 ——螺旋角影響系數， 當量齒數 （根據 從圖11-19可查得=2.22） 螺旋角影響系數 =0.919 許用彎曲應力 從表11-8中查得2CuAl9Fe4Ni4Mn2 （鑄鋁青銅）蝸輪的基本許用彎曲應力，壽命系數 N為應力循環(huán)次數。 其中， j——蝸輪每轉一轉，每個齒輪嚙合次數，為1。 ——蝸輪轉速為60r/min。 ——工作壽命，取為15000h。 則 彎曲強度滿足。 第六章 螺母和蝸輪凸緣的強度計算 在螺旋傳動螺母的設計計算中，除了進行耐磨性計算與螺紋牙的強度計算外，還要進行螺母下段與螺母凸緣的強度計算。如圖3-2所示的螺母結構形式，工作時，在螺母凸緣與底座的接觸面上產生擠壓應力，凸緣根部受到彎曲及剪切作用。螺母下段承受壓力和螺紋牙上的摩擦力矩作用。 設螺母下部分承受全部外載荷F，并將F增加20%-30%來代替螺紋牙上摩擦力矩的作用，則螺母下部分截面b-b內的最大壓縮應力為 式中為螺母材料的許用壓縮應力為1.6[σb]，查表5-13《機械設計》（西北工業(yè)大學）為80MPa 圖3-3螺母結構簡圖 D1 —— 螺母小徑（單位為mm） D2 —— 螺母中徑（單位為mm） D3 —— 螺母大徑（單位為mm） D —— 蝸輪分度圓直徑（單位為mm） —— 蝸輪外徑（單位為mm） 參照上述設計D1=116mm; D2= 128mm； D3=160mm; D4=338mm; D=320mm;α=70mm；b=256mm. 1） 螺母受壓力學校核 所以滿足工作條件 2） 凸緣接觸表面的擠壓強度計算 所以滿足工作條件 3） 凸緣根部的彎曲強度計算 = 所以滿足工作條件。 第七章 夾緊夾具的結構及性能分析 夾具的設計制造在機械制造生產準備工作中占有很重要的地位，它的設計與制造質量對保證產品質量有決定性的影響，其設計與制造的周期在整個生產準備中最長，實際決定著整個生產準備周期。一般來說，夾具的生產屬于單件生產，減少設計周期是減少整個生產準備周期的關鍵。此外，夾具應具有自鎖功能，裝夾方便。通過調查分析注意到夾具設計有以下的特點： (1)夾具設計中盡量采用標準件和常用件 設計人員在進行夾具設計時，盡量選用標準件或通用件進行設計，若每次設計人員都需要重新對這些零件進行造型，設計人員必然要做許多重復性的勞動。 (2)夾具設計是一個高度倚賴經驗的設計問題 設計師在構思新工件的夾具設計方案時，往往根據個人的設計制造經驗將新工件的結構特征、制造特征與己有工件的結構特征和制造特征相比較，根據這些特征的相似性找出與新工件最為相似的工件及它的裝夾規(guī)劃方案和夾具元件，經過調整來獲得新夾具的設計，很少是從頭做起的。 傳統(tǒng)夾具以專用夾具為代表主要有四種功能:定位、夾緊、導向和對刀。 對夾具的基本要求就是將工件定位并牢固的夾持在一定位置，并在機床工作臺上有一定的方位，其次，還要滿足其他要求，如保證夾具的生產率(容易裝卸工件，采用自動或半自動夾緊裝置，切屑容易排除)，操作簡單并安全(如對貴重工件采用防誤功能的元件)，有效降低成本(考慮夾具材料和制造過程，優(yōu)先選用標準件)。因此，夾具設計是一個復雜的過程，在傳統(tǒng)夾具設計中，這些基本原理應用于具體夾具設計中主要取決于設計者的經驗。從夾具設計人員的經驗中收集和表達這些知識是開發(fā)計算機輔助夾具設計 (CAFD)系統(tǒng)的關鍵。 典型的夾具設計過程包括以下五個步驟：審閱零件圖和制造技術要求，選用定位基準決定定位夾緊方法，選定標準元件及機構和夾具結構設計。在設計和生產針對大批量工件加工的專用設備的過程中，夾具的設計已成為其中一個比較大的難點，它主要依靠設計人員運用設計經驗完成，但設計過程和原理在某種意義上說又具有相似性。 拉床的夾具是整個設備中一個關鍵部分，它的主要作用是定位和夾緊待切試樣，同其它機床夾具一樣，拉床的夾具在發(fā)揮現有設備的潛力，保證加工質量等方面起著積極的作用。 拉床夾具的設計受工作臺、防護罩等諸多因素的限制，因而在進行夾具設計時要綜合考慮，協調各種制約因素，滿足其設計要求的同時，力求拉床夾具結構簡單、裝卡試樣方便快捷。根據以上要求設計的快速夾緊夾具為力求夾具結構簡單，參照同類產品的結構形式設計為如圖4—3所示。 參照著同類產品的樣子設計出此種夾具，此圖左面是拉刀，右面和上面是夾具，因為拉床主要工作應力是拉力，所以只要裝好刀具，插上上圖中的插銷即可正常工作，結構十分簡單，操作也很方便。 第八章 拉床的電氣控制系統(tǒng)的設計 8.1 控制系統(tǒng)總體方案的確定 自制拉床的要求就是操作簡便，結構簡單，而且它不要求加工太高精度的工件，僅僅是粗加工，滿足多數的普通加工要求即可，并且，參照同類產品的控制系統(tǒng)，本設計不涉及變速系統(tǒng)，只有點動和開停控制。并且有行程開關，以防止機床床身損壞。 8.2行程開關 如圖 行程開關2和3是控制拉床工作或者是點動過程中的停止，而1和4是強制停止開關，用以防止2和3的失效時，絲杠等一直運動損壞床身。 8.3主控制系統(tǒng) 從操作簡便來考慮，拉床的主要控制系統(tǒng)如下圖所示： 停止按鈕SB1 工作按鈕SB2 正向點動按鈕SB3 反向點動按鈕SB4 SQ1~SQ4為行程開關 第九章 軸承的選擇與計算 9.1 軸承的選擇 參考書目：《機械設計手冊》（第四版第二卷） 《機械零件設計手冊》 《機械設計》（第七版） 軸承是支撐軸的部分。根據軸承工作時的摩擦性質。軸承可分為滑動摩擦軸承和滾動摩擦軸承兩類。 滾動軸承是由專業(yè)工廠生產的標準件，滾動軸承的類型、尺寸和公差等級等已制訂有國家標準，在機械設計中只需根據工作條件選擇合適的軸承類型、尺寸和公差等級等，并進行軸承的組合結構設計。 9.2滾動軸承的構造和材料 滾動軸承一般由內圈、外圈、滾動體和保持架組成。通常內圈裝在軸承座孔內不動，但亦有外圈轉動、內圈不動或內、外圈按不同轉速回轉的使用情況。滾動體在內、外圈滾道內滾動。保持架將滾動體均勻隔開，以減少滾動體的摩擦和磨損。滾動體的形狀有球形和滾子形。 滾動軸承的內、外圈和滾動體均采用強度高、耐磨性好的鉻鋼和鉻錳硅鋼制造，前者適宜于制造尺寸較小的軸承，后者適宜制造尺寸較大的軸承。常用的牌號有GCr9、GCr15和GCr15SiMn，經淬火后硬度可達58-66HRC。保持架多用低碳鋼板沖壓制成，為了減小與滾動體之間的摩擦和減輕滾動體的磨損，也可采用銅合金、鋁材或塑料。 9.3滾動軸承的類型 按滾動軸承承受載荷的作用方向，常用軸承可分成三類，即徑向接觸軸承、向心角接觸軸承和軸向接觸軸承 1.徑向接觸軸承主要承受徑向載荷。這類軸承有： （1）深溝球軸承 軸承主要承受用于徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷。高轉速時可代替推力球軸承受純軸向載荷。與外形尺寸相同的其他類型軸承相比，其摩擦因數小，允許極限轉素高，價格低廉，故應用廣泛。 （2）調心球軸承 軸體有兩列球體，其外圈滾道為內球面，具有自動調心性能。主要用語承受徑向載荷，也可承受很小的軸向載荷，但不宜用來承受純軸向載荷。這類軸承適用于軸的剛度較小、二軸承孔同軸度較低以及多支點的場合。 （3）調心滾子軸承 與尺寸相同的調心球軸承相比，有較高的承載能力，可承受大的徑向載荷也可承受不大的軸向載荷，但不宜用來承受純軸向載荷，適用場合和 調心軸承相同。 （4）圓柱滾子軸承 圓柱形滾子與保持架裝在有擋邊的內圈上，外圈無擋邊，內、外圈沿軸可以分離，屬于分離型軸承。軸承只能承受徑向載荷，其承載能力比相同尺寸的球軸承約大1.7倍，這類軸承對軸線的偏斜很敏感，適用于軸的鋼性較大、二軸承孔同軸度好的場合。 （5）滾針軸承 軸承通常有內、外圈和一組滾針組成，有時滾針也帶保持架，這類軸承的徑向尺寸小，能承受很大的徑向載荷，對軸的偏斜非常敏感，摩擦力也較大。適用于低速、重載和徑向尺寸受限制的場合。 2.向心角接觸軸承，軸承能同時承受徑向載荷和較大的軸向載荷。這類軸承有： （1）角接觸球軸承 3.軸向接觸軸承，軸承只能承受軸向載荷，（1）推力球軸承（2）推力圓柱滾子軸承。 根據各種軸承的特點，最后選擇推力球軸承。軸承上的兩個套圈的內孔直徑不同，直徑較小的套圈緊配在軸頸上，稱為軸圈；直徑較大的套圈安放在機座上，離心力大，軸承對滾動體的約束力不夠，故允許的轉速很低 9.4滾動軸承選型校核 滾動軸承是現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，功率消耗少，起動容易等優(yōu)點。常用的滾動軸承絕大多數已經標準化，并由專業(yè)廠家大量制造及供應各種常用規(guī)格的軸承。 滾動軸承的選擇計算，是根據軸承的工作條件，合理地選擇軸承類型、尺寸、公差等級及游隙等，并驗算軸承壽命（或承載能力）、靜強度及極限轉速。 各種類型的軸承具有各自的特性，具有各自的場合。通常選擇軸承類型時應考慮下列特點： （1）負荷情況 負荷是選擇軸承最主要的依據，通常應根據負荷的大小、方向和性質選擇軸承。 1）負荷方向 本設計中絲杠螺母與箱體之間為純軸向力作用，擬選定推力軸承。 2）負荷性質 拉床工作加載過程中載荷沖擊不大，擬選定球軸承以提高效率。 3）負荷大小 軸承所需基本額定靜載荷的確定，按額定靜負荷選擇軸承的基本公式為 （8.2-16） 式中 —— 基本額定靜負荷，N —— 安全系數 ，見 表8.2——27.28 —— 當量靜負荷，N 推力軸承的軸向當量靜負荷按下列公式計算 α=90o的推力軸承 α≠90o的推力軸承 查8.2-27取=1.1 則 （2）高速性能 本設計中軸轉速為60r/min。 （3）調心性能 當軸兩端軸承孔同心性差（制造誤或安裝誤差所致）或軸的剛度小，變形較大，以及多支點軸，均要求軸承調心性好。本設計中軸的剛度大，機箱的兩孔同心誤差不大（集箱長度不大）及工作過程對同軸度要求不高。不用選調心軸承。 （4）允許的空間 本機械結構簡單軸向空間大不用考慮選用窄系列的問題。 （5）安裝與拆卸方便 整體式軸承座或頻繁裝拆時應選用內、外圈可分離的軸承。 綜上所述，選擇圓錐滾子軸承代號為30332。 表5-1 軸承代號 30332 尺寸（㎜） d 160 D 340 T 75 B 68 C 58 rsmin 4 基本額定負荷（KN） 最小負荷系數 C 835.42 C0 711.42 rsmax 5 極限轉速 脂潤滑 1200 油潤滑 900 A 40.9 滾動軸承的公差等級選擇：滾動軸承的公差等級分為6級，普通級、6級、6X級、5級、4級及2級。普通級最低，2級最高，普通級應用最廣?？紤]收口機的實際應用價值，技術要求及成本考慮選用普通級。 滾動軸承的游隙選擇：滾動軸承的游隙分為徑向和軸向游隙。軸承游隙大小對承載能力有影響，實驗分析表明工作游隙比零稍小的負值時軸承壽命最大。產品樣本中所列的基本額定動負荷及基本額定靜載負荷是工作游隙為零時的荷數值。轉速很低或在回轉中產生振蕩的軸承，采用無游隙或預緊安裝。為了防止剛球與滾道之間的滑動，在加載軸向載荷前應保持一定的軸向力，所以采用預緊安裝。 9.5 滾動軸承的壽命計算 在一般條件下工作的軸承，只要類型選擇滿足工作條件，安裝、維護的好，絕大多數均因疲勞點蝕而報廢。因此，滾動軸承的尺寸（型號）主要取決于疲勞壽命。 在軸承壽命計算中常用下列術語： 壽命： 單個軸承，其中一個套圈（墊圈）或滾動體首次出現疲勞擴展之前，一套圈（或墊圈）相對另一套圈的轉數。 可靠度： 在同一條件下運轉的一組近似于相同的軸承期望值達到或超過某一規(guī)定壽命的百分率（或概率）。 基本額定壽命： 同一批軸承在相同條件下運轉，其可靠度為90%的壽命，即總轉數或給定轉數下的工作小時數，記為L10或L10h 基本額定動負荷： 同一批軸承，其基本額定壽命為一百萬轉時所承受的負荷C。對于向心軸承，這一負荷為徑向負荷Cr；對于單列角接觸軸承，這一負荷為使軸承套圈之間只產生純徑向位移的負荷的徑向分量；對于推力軸承，這一負荷為作用于軸承中心的軸向負荷Ca。 當量動負荷： 是指一大小和方向恒定的負荷。再這一負荷的作用下，軸承壽命與實際負荷作用下的壽命相等。 平均當量動負荷：平均當量動負荷用于計算在變載荷作用下工作的軸承。將此負荷作用于軸承，所得壽命與在實際使用條件下軸承達到的壽命相同。 滾動軸承基本額定壽命計算公式如下 式中： —— 失效概率10%（可靠度為90%）的基本額定壽命 106 r Cr —— 基本額定動負荷 N P —— 當量動負荷 ε —— 壽命指數，對球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3 對于給定轉速n 時，軸承壽命可用小時表示，小時壽命計算公式為 h 式中L10 —— 基本額定壽命 h L10應大于或等于軸承的預期使用壽命，常用機械設備軸承使用壽命見表8.2-20 n —— 軸承工作轉速，r/min 在推力軸承中 當量動負荷 本設計給定轉速 n = 125 r/min h 表8.2-20查得使用條件為每天8h工作的機械，但經常不是滿負荷使用，如電機，一般齒輪裝置、壓碎機、起重機和一般機械中軸承使用壽命為10000～25000小時。 符合本設計的要求，所以滿足工作條件。 由于拉力較大，在螺母和床身之間需要有推力球軸承，選用8132型號。 第十章 傳動、減速裝置的潤滑 減速器中的蝸輪、蝸桿等傳動件以及軸承在工作時都需要良好的潤滑。 蝸桿的圓周速度為： v=wr= 蝸輪的圓周速度為： v=wr= 1）齒輪和蝸桿傳動的潤滑 除少數低速（v＜0.5m/s）小型減速器采用脂潤滑外，絕大多數減速器的齒輪都采用油潤滑。 對于圓周速度v≤12m/s的齒輪傳動可采用浸油潤滑。即將齒輪浸入油中，當齒輪回轉時粘在其上的油液被帶到嚙合區(qū)進行潤滑，同時油池的油被甩到上箱壁，有助散熱。 為避免浸油潤滑的攪油功耗太大及保證輪齒嚙合區(qū)的充分潤滑，傳動件浸入油中的深度不宜太深或太淺，一般浸油的深度以浸油齒輪的一個齒高為適度，速度高的還可淺些（約為0.7倍齒高左右），但不應少于10mm；錐齒輪則應將整個齒寬（至少是半個齒寬）浸入油中。對于多級傳動，為使各級傳動的大齒輪都能浸入油中，低速級大齒輪浸油深度可允許大一些，當其圓周速度v=0.8～12m/s時，可達1/6齒輪分度圓半徑；當v＜0.5～0.8m/s時，可達1/6～1/3的分度圓半徑。如果為使高速級的大齒輪浸油深度約為一齒高而導致低速級大齒輪的浸油深度超過上述范圍時，可采用下列措施：低速級大齒輪浸油深度仍約為一個齒高，可將高速級齒輪采用帶油輪蘸油潤滑，帶油輪常用塑料制成，寬度約為其嚙合齒輪寬度的1/3～1/2，浸油深度約為0.7個齒高，但不小于10mm；也可以把油池按高低速級隔開以及減速器箱體剖分面與底座傾斜。 蝸桿圓周速度v≤10m/s的蝸桿減速器可以采用浸油潤滑。當蝸桿下置時，油面高度約為浸入蝸桿螺紋的牙高，但一般不應超過支承蝸桿的滾動軸承的最低滾珠（柱）中心，以免增加功耗。但如果因滿足后者而使蝸桿未能浸入油中（或者浸油深度不足）時，則可以在蝸桿軸的兩側分別裝上濺油輪，使其浸入油中，旋轉時可將油甩到蝸輪端面上，而后流入嚙合區(qū)進行潤滑。當蝸桿在上面時，蝸輪浸入油中，其浸入深度以一個齒高（或者超過齒高不多）為宜。 對蝸桿減速器，當蝸桿圓周轉速v≤4～6m/s時，建議蝸桿置于下方（下置式）；當v＞6m/s時，建議蝸桿置于上方（上置式）。 浸油潤滑的油池應保持一定的深度和貯油量。油池太淺易激起箱底沉渣和油污。一般齒頂圓至油池底面的距離不應小于30～50mm。我了有利于散熱，每傳遞1kw功率的需油量約為0.35～0.7L（大值用于黏度較高、傳遞功率較小時）。 當渦輪的圓周速度v＞12m/s或者蝸桿的圓周速度v＞10m/s時，則不宜采用浸油潤滑，因為粘在齒輪上的油會被離心力甩出而送不到嚙合區(qū)，而且攪動太甚會使油溫升高、油起泡和氧化等降低潤滑性能。此時宜用噴油潤滑，即利用油泵（壓力約為0.05～0.3MPa）借助管子將潤滑油從噴嘴直接噴到嚙合面上，噴油孔的距離應沿齒輪寬度均勻分布。噴油潤滑也常用于速度并不很高但工作條件相當繁重的重型減速器中和需要大量潤滑油進行冷卻的減速器中。由于噴油潤滑需要專門的管路、濾油器、冷卻及油量調節(jié)裝置，因而費用較貴。齒輪減速器的潤滑油粘度可按高速級齒輪的圓周速度v選?。簐≤2.5m/s可選用中級壓齒輪油N320；v＞2.5m/s或循環(huán)潤滑油可選用中級壓齒輪油N220。若工作環(huán)境溫度低于0℃，使用潤滑油必須先加熱到0℃以上。 蝸桿減速器的潤滑油粘度可按滑動速度Vs選擇：Vs≤2m/s時可選用N680極壓油；Vs＞2m/s時可選用N220極壓油。蝸桿上置的，粘度應增大30%。 綜上所述，蝸輪蝸桿減速器采用蝸桿下置式，并且采用浸油潤滑。 2）軸承的潤滑 減速器中的滾動軸承常用減速器內用于潤滑齒輪（或蝸桿）的油來潤滑，其常用的潤滑方式有： ①飛濺潤滑 減速器中只要有一個浸油齒輪的圓周速度v≥1.5～2m/s，即可采用飛濺潤滑。當v＞3m/s時，飛濺的油可形成油霧并能直接濺入軸承室。有時由于圓周速度尚不夠大或油的粘度較大，不易形成油霧，此時為使?jié)櫥煽?，常在箱座接合面上制出輸油溝，讓濺到箱蓋內壁上的油匯集在油溝內，而后流入軸承室進行潤滑，在箱蓋內壁與其接合面相接觸處制出倒棱，以便于油液流入油溝。在難以設置輸油溝匯集油霧進入軸承室時，亦有采用引油道潤滑或導油槽潤滑。 ②刮板潤滑 當浸油齒輪的圓周速度v＜1.5～2m/s時，油飛濺不起來；下置式蝸桿的圓周速度即使大于2m/s，但因蝸桿的位置太低、且與蝸輪的軸線成空間垂直交錯，飛濺的油難以進入蝸輪軸軸承室，此時可采用刮板潤滑。利用刮油板將油從蝸輪輪緣端面刮下后經輸油溝流入蝸輪軸軸承。則刮油板把刮下的油直接送入軸承。刮板潤滑裝置中，刮油板與輪緣之間應保持一定的間隙（約0.5 mm）,因而輪緣端面的跳動和軸的軸向竄動也應加以限制。 ③浸油潤滑 下置式蝸桿的軸承常浸在油中潤滑，如前所述，此時的油面一般不應高于軸承的最下面滾動體的中心。 減速器中當浸油齒輪的圓周速度太低時則難以使油飛濺形成油霧，或難以導入軸承，或難以使軸承浸油潤滑時，可采用潤滑脂潤滑。潤滑脂通常在裝配時填入軸承室，其裝填量一般不超過軸承室空間的1/3～1/2，以后每年添加1～2次。添置時可以拆去軸承蓋，也可以采用旋蓋式油杯或采用壓力脂槍從壓注油杯向軸承室注入潤滑脂。采用脂潤滑時，一般應在軸承室內側設置封油環(huán)或其他內部密封裝置，以免油池中的油進入軸承室稀釋潤滑脂。 綜上所述，軸承采用飛濺潤滑。 第十一章 軸的校核 （1） 校核蝸桿：蝸桿受到的扭矩較大，為： 所以有必要校核其扭轉強度。 式中：—— 軸的最小直徑 —— 軸的抗扭截面系數 ，單位 —— 軸所受的扭矩 ，單位N·㎜ 45鋼為155Mpa，40Cr為185MPa。 所以滿足要求。 （2） 校核螺桿:螺桿所受扭矩為： 所以滿足要求。 第十二章 機架的分析與設計 11.1機架的分類 在機器中支撐或容納零、部件的零件成為機架。如支撐貯藏罐的塔架、固定發(fā)動機的機架、容納傳動齒輪的減速器的殼體、機床的床身等統(tǒng)稱為機架。 按制造方法，機架可分為鑄造機架、焊接機架和螺栓連接。按機架材料可分為金屬機架、非金屬機架。非金屬機架又可分為混凝土機架、素凝土機座平臺、花崗巖機架或其他