180型復合管鏈條式脫模機的設計【含4張CAD圖帶開題報告+外文翻譯-獨家】.zip
180型復合管鏈條式脫模機的設計【含4張CAD圖帶開題報告+外文翻譯-獨家】.zip,含4張CAD圖帶開題報告+外文翻譯-獨家,180,復合管,鏈條,脫模,設計,CAD,開題,報告,外文,翻譯,獨家
180型復合管脫模機（鏈條式）設計
目 錄
摘 要 ……………………………………………………………………………………..…....................................... I
Abstract …………………………………………………………………………………......................................... II
第一章 緒論………………………………………………………………………… ...........................................1
1.1 目的及意義…………………………………………………………………….......................................…..1
1.2 發(fā)展狀況 ……………………………………………………..……………….......................................…..1
第二章 總體脫模方案的確定 ……………………………………………….......................................…..2
2.1 總體脫模方案 ………………………………………………………………........................................….2
第三章 驅動裝置的選擇………………………………………………………........................................…….4
3.1 電動機的選擇.……………………………………………………………........................................…....4
3.2 傳動比的分配……………………….……………………………………........................................……..7
3.3 傳動裝置對運動和參數計算........................................................................................6
3.4 鏈條傳動設計方案........................................................................................................7
3.5 軸的設計及校核..........................................................................................................12
3.6 液壓缸的設計..............................................................................................................16
3.7 主要部件的設計..........................................................................................................18
第四章 標準件的設計………………………………………………………......................................…………21
4.1 螺栓的選擇…………………………………………………………………......................................….....21
4.2 螺栓的選擇…………………………………………………………………......................................……..21
4.3 鍵的選擇…………………………………………………………………......................................………...21
4.4 滾動軸的選擇……………………………………........................................................................22
總 結 …….…………………………………………………..…………………………......................................…...23
致 謝 …….……………………………………………………..…………………….....................................…….…24
摘 要
復合管是一種外觀豪華，強度高，價格適中的裝飾材料。按不同的加工工藝生產的復合管其特性與價格也各不相同。纖維纏繞和脫模機作為生產作為復合纖維纏繞制品的專用設備，它是機械設計制造的重要內容。
針對180型復合管脫模裝置設計，本文提出了180型復合管脫模的整體設計方案、設計目標和功能要求，給出了脫模機的整體結構和傳動執(zhí)行部件的具體設計實現方案，并對主要零部件進行了校核。
本文涉及的180型復合管裝置主要由脫模機基座、鏈條傳動、液壓系統以及芯片磨夾緊機構組成。脫模機基座為本次設計的基礎，液壓系統負責提供脫模力，鏈條傳動用于將芯模拉出，芯模夾緊機構由卡圈和基座等部分組成，主要實現芯模沿著自身軸線移動。
關鍵詞：玻璃鋼；脫模設備；鏈條傳動；液壓系統
II
Abstract
Composite pipe is a decorative material with luxurious appearance,high intensity and moderate price. The properties and prices of composite pipes produced by different processing technologies are also different. Filament winding and demoulding machines are special equipments for producing composite filament winding products. They are important parts of mechanical design and manufacture.
In view of the design of 180 type compound pipe die removal device, the overall design scheme, design target and functional requirements of the 180 type compound pipe die release are put forward. The design and Realization of the whole structure of the demoulding machine and the implementation of the driving components are given, and the main parts are checked.
The 180 type composite pipe device is mainly composed of a pedestal base, a chain drive, a hydraulic system and a chip grinding clamping mechanism. The base of the demoulding machine is the foundation of this design. The hydraulic system is responsible for providing the demoulding force. The chain drive is used to pull out the core mold. The core mould clamping mechanism is composed of the ring and the base, which mainly realizes the movement of the core mold along its axis.
Keywords: FRP; demoulding equipment; chain drive; hydraulic system
III
第1章 緒論
1.1 目的及意義
復合管作為一種新型復合材料，在我們日常生活中有著十分廣泛的應用通過在兩端裝上電極系統，使各自兩端都能獨立通過電子流從而實現各種功能，復合管經常被用于電力、石油、化工、冶金、采礦、污水處理等工業(yè)領域。
本次畢業(yè)設計的題目是“180型復合管脫模裝置（鏈條式）”。此次設計的目的是設計出一款針對于圓柱形的或管狀芯模的機械傳動的脫模裝置。此裝置有著自動化的特點，通過電機、齒輪。鏈條等進行機械傳動從而達成脫模自動化，可以讓人免于勞動強度大、精確度低、效率低的人工脫模。
本次設計得出的鏈條式脫模裝置作為機械傳動式脫模裝置的一種，它通過鏈輪、鏈條、小車等零部件所組成的傳動系統，再配合由固定擋塊和可換擋圈所組成的脫模系統，實現芯模（或管模）的脫模運動。于此同時，輥輪、托塊、支架等輔助設備在脫模過程中主要起到了支撐作用，從而保證傳動和脫模的平穩(wěn)進行。該脫模裝置制品最大直徑為180mm，長度最大為2500mm，脫模力為15噸（80000N），脫模后可以較好地保證芯模表面無損傷，從而提高制造出來的產品的壽命與質量，以方便工程上的使用。
1.2 發(fā)展狀況
復合管是近年來我國發(fā)展前景十分良好的一個產品，通過對以往的中國復合管的市場分析，其消費規(guī)模有著良好增長趨勢，復合管市場有著十分良好的市場潛力與成長性。而脫模裝置也隨著復合管的普及也同樣得到了迅速的發(fā)展。復合管因為其多種且強大的功能早已被應用于電力、石油、化工、冶金、采礦、污水處理等工業(yè)領域，并廣受好評。復合管是一種十分廣的統稱，根據其制造工藝的不同，復合管有著許許多多的類型，其特性也是天差地別，這也使得復合管具有其特殊性，不同的復合管可能有著完全相反的優(yōu)缺點，這使得復合管市場有著很大可塑性。市場可以通過不同的需求、需求量來選擇符合市場需要的復合管。因此復合管的是一種民間企業(yè)使用平凡、經濟實惠的材料。而復合管脫模作為制作復合管的一個必要工藝過程，它的工藝質量好壞將直接影響到復合管本身的好壞。因此復合管脫模裝置對于復合管來說是一種極為重要的工具。
目前來看我國脫模裝置的脫模方式一般可分為兩種，一種是頂芯脫模裝置，一種是電車直接拉出，但這兩種脫模方式無論是哪種都有著難以控制脫模力和速度慢的問題。為了解決這一問題，當代使用全自動的脫模裝置來進行脫模，脫模裝置有了許多的改進，如今自動脫模裝置脫模的方式有液壓式脫模、鏈式脫模、螺旋式脫模。本次畢業(yè)設計是設計一款鏈式脫模裝置，此裝置對于脫模有著很好精度，能夠保證制造出的復合管有著良好的質量。
2
第2章 脫模方案的確定
2.1 總體脫模方案
在復合管成型的過程中，首先是進行纏繞式，將樹脂纖維纏繞至芯模上，然后再將復合管產品從芯膜上取出，整個過程需要有精確的力，來保證制造出來的產品能夠完好無損的被取出，需要控制好力度，應根據產品的需要選擇相應的電機。整個脫模的過程是首先轉動芯模進行纏繞，將調制好的樹脂纖維纏繞到芯膜上，這一過程的是通過芯模自轉將樹脂纖維纏到芯膜上，所要纏繞的細線要經過張力控制器、預浸槽以及一個連著小車的吐絲嘴，細線穿過吐絲嘴，小車能夠沿著芯模軸移動帶動吐絲嘴移動，使得吐絲嘴帶著細線移動讓細線能夠纏繞整個芯模（如圖2-1）。
當芯模纏繞完成后通過烘干、固化使得纏繞的纖維固化成型。之后便要將芯模和固化纖維分離。一般來說，目前有三種方式使它們分離鏈傳動的方式將芯模從中移即手動脫模、機械式傳動脫模、氣動或液壓傳動脫模。鏈條式脫模裝置屬于機械式脫模，該脫模裝置是利用鏈條傳動提供的開模動力，分型后塑件隨動模一起移動，達到一定位置時，脫模機構被機床上固定不動的擋架頂住，不在隨動模移動，從而把塑件（玻璃鋼）從動模上脫下來。該脫模方式較其他兩種脫模裝置具有脫模力大、生產效率高、使用與大批量生產等優(yōu)點。
圖2-1脫模過程
32
鏈傳動是以鏈條為中間撓性件的嚙合傳動，它由裝在平行軸上的主、從動鏈輪和繞在鏈輪上的鏈條所組成，并通過鏈條和鏈輪之間的嚙合來傳遞動力。鏈傳動兼有齒輪傳動和帶傳動的特點，與齒輪傳動相比，鏈傳動較易安裝，成本低廉；遠距離傳動（中心距最大可達十多米）時，其結構要比齒輪傳動輕便得多。與帶傳動比較，鏈傳動的平均傳動比準確、傳動效率高、需要的張緊力小、壓軸力也小、結構尺寸緊湊、能在低速重載下較好地工作、能適應較惡劣環(huán)境如油污多塵和高溫等場合。因此，鏈條式脫模裝置具有成本低、操作方便、生產效率高、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點。
此次設計的題目是180型復合管脫模裝置（脫模力為15t，長度最大為2500mm），因此此次設計傳動脫模機構采用兩根鏈條（每根鏈條受力要均勻，脫模力均為7.5t）和四個鏈輪，在兩根鏈條之間連接移動頭，采用兩個圓柱銷把移動頭和兩根鏈條分別連接起來；采用圓柱銷連接、固定移動頭和接頭。具體工作原理如下：電機通過鏈輪帶動減速器，然后通過安裝在減速器上面的小鏈輪帶動安裝在主傳動軸上面的大鏈輪，使鏈輪以0.1m/s的速度做直線運動，然后分別帶動移動頭和接頭使待脫模的制品向左運動，當制品運動到固定在機架上面的鑄鐵擋架和法蘭盤時，制品表面的玻璃鋼管坯則被擋住，而管芯繼續(xù)以一定的速度在托輥上面向左移動，托輥采用絕緣性的軟材料聚氨酯，以保證管芯表面無損傷；而脫落后的管坯則保留在兩個支撐托架上面，從而達到脫模的目的。由于兩根鏈條帶動移動頭向左運動時路徑可能有一定的偏移，因此在機架上面安裝直線導輥，作為移動頭的導向裝置，確保移動頭做直線運動，保證脫模精度。在脫模工藝中，為了防止模具損傷，保護芯模，提高脫模效率，經常在脫模模具上面涂上一定的脫模劑。設計總裝圖如圖2-2。
圖2-2脫模機簡圖
第3章 驅動裝置的選擇
3.1 電動機的選擇
電動機主要是提供力的以供后續(xù)部件進行工作,電動機的選擇主要是根據所需要的力的大小來決定的。根據機械負載情況和生產工藝對電動機的啟動、制動、反轉、調速等因素來確定電動機的類型。
根據負載轉矩、速度變化范圍和啟動頻率程度等要求，考慮電動機在工作時的升溫、過載和啟動轉矩，在選擇電動機時應選擇比工作要求所需最大功率要大一些，這樣可以使電機在使用過程中有更長的壽命，并且要在設計中確定冷卻方法，以保證電動機能夠有良好的降溫。一般來說，負荷率通常選擇0.8-0.9。過大的的電動機功率會造成效率的低下，且成本上升。
3.1.1 選擇電動機的類型與結構
電動機的類型和結構形式應該根據電源種類、工作條件、工作時長及載荷的性質、大小、啟動性能等方面來進行選擇。
工業(yè)上一般采用三相交流電動機。Y系列三相交流異步電動機由于其結構簡單、價格低廉、維護方便等優(yōu)點，在工業(yè)上應用廣泛。在啟動、制動、反轉間隙和短時工作的場合，要求電動機的轉動慣量小和過載能力大。由于本次設計的脫模機在脫模剛開始時，應用液壓缸將芯模頂出一段距離，再靠鏈條傳動拉動芯模，這會導致前后速度不同，故選用調速功能。此次設計按照要求選擇使用YZD起重用多速三相異步電動機。
3.1.2 確定電動機的轉速
Y型電動機的同步速率，根據查表可知250r/min，300r/min，750r/min，1000r/min和1500r/min等轉速。一般來說，電機同步轉速越高，磁極對數越少，外廓尺寸越小，其價格越低。當工作轉速高時，選擇高速的越經濟。若工作要求轉速不高卻選擇轉速高的，會導致總傳動比增大，使傳動裝置結構復雜。在本次設計中，結合各個要求，保證脫模的質量與高效，選擇轉速為300r/min和750r/min最好。
3.1.3 確定電動機的功率與型號
電動機功率的選擇是一個十分重要的環(huán)節(jié)，若選擇功率太小會導致無法完成脫模工作，若是太大會損壞脫模，而且電動機造價也高，沒有經濟效益。而電動機的功率大小，主要靠其載荷大小、工作時間長短、發(fā)熱多少相掛鉤。對于長期連續(xù)工作、載荷較穩(wěn)的機械，可以根據電動機所需要的功率Pd來確定，不需要檢驗電動機發(fā)熱等問題。選擇時電動機的額定功率應該略大于電動機所需要的功率Pd。
設脫模速度為v=0.1m/s；采用兩根鏈條，脫模力15噸，每根鏈條平均受力為F=7.5噸，則工作機所需的有效功率為：
PW=Fv/1000=7500×9.8×0.1=7.35kw
電機所需的功率：
Pd=PW/η
式子中，η為傳動裝置的總效率。
η=η13η22
式子中η1、η2分別為鏈傳動和滾動軸承傳動效率。根據機械設計手冊可以知道 η1=0.96，η2=0.98，則總效率為：
η=0.96×0.96×0.96×0.98×0.98=0.8
則電動機的功率為：
Pd=7.35÷0.85=8.64kw
綜上所述，查閱機械設計手冊可知道電動機額定功率Pd=11kw。
根據機械設計手冊，可知道適合的Y型電動機的型號為Y180L-8起重用多速三相異步電動機，其同步轉速有750r/min，對應的功率為11kw。
綜上，可將電機數據參數記于下表3-1，電機外形如圖3-1：
表3-1電動機數據
電動機型號
額定功率/KW
同步轉速/（r/min）
滿載轉速/（r/min）
Y180L-8
11.0
750
730
圖3-1電動機
3.2 傳動比的分配
在本次設計中，傳動比的分配是一項重要的環(huán)節(jié)。傳動比分配若是不合理，那么會造成結構尺寸大、相關尺寸不協調、成本高、安裝不了等問題。因此，在分配傳動比時要注意傳動比分配原則。
（1）傳動的每級傳動比應在（2-4）的范圍內。
（2）各級傳動比應該使傳動裝置尺寸協調、結構均勻、不發(fā)生干擾。
（3）當減速器內的齒輪采用油池浸潤使，為了使各大齒輪浸油深度合理，各級大齒輪直徑相差不應過大，以避免低速級大齒輪浸油過深而造成損失。
此次設計的方案中采用兩條鏈，主動軸和從動軸上安裝相同的的鏈輪，所選的滾子鏈為20A，鏈截距為P=31.75mm，鏈輪齒數為z=25，故可得鏈輪的轉速n4，n5和主從動軸的傳動比i4如下：
n4=n5=（150×1000×v）/（z1×p）=（150×1000×v）/（25×31.75）=18.9r/min
i4=1
由此可知電動機到從動軸上鏈輪的總傳動比為：
i=n/n4=730/18.9=38.6
電動機與減速器、減速器與主傳動軸之間的傳動均為鏈傳動，傳動比也相同，結合鏈傳動i≤7，故可取傳動比i1=i2=3，由此可知減速器的減速比為：
i2=i/（i1i3i4）=38.6/（1×3×3）=4.3
3.3 傳動裝置對的運動和參數計算
3.3.1 各軸的轉速計算
電動機上傳動軸的轉速：
減速器上的兩個傳動軸的轉速n2，n3，分別為：
n2=n1/i1=750/3=250r/min
n3=n2/i2=250/4.3=58r/min
主傳動軸和從傳動軸的轉速n4，n5分別如下：
n4=n5=n3/i3=58/3=19r/min
3.3.2 各軸輸入功率計算
P1=P2=8.64kw
P2=P1η1=8.64×0.96=8.3kw
P3=P2=8.3kw
P4=P3 η1η2=8.3×0.96×0.98=7.8kw
P5=P4η1η2=7.8×0.96×0.98=7.3kw
3.3.3 各軸的輸入轉矩計算
T1=9550P1/η1=9550×8.64/750=110N·m
T2=9550P2/η2=9550×8.3/250=317N·m
T3=9550P3/η2=9550×8.3/58=1366N·m
T4=9550P4/η4=9550×7.8/19=3920N·m
T5=9550P5/η5=9550×7.3/19=3669N·m
記錄數據見下表3-2
表3-2軸的轉速表
軸號
轉速n/（r/min）
功率P（kw）
轉矩T/（N·m）
1
750
8.64
110
2
250
8.3
317
3
58
8.3
1366
4
19
7.8
3920
5
19
7.3
3669
3.4 鏈傳動設計方案
鏈傳動是在裝于平行軸上的鏈輪之間,以鏈條作為繞性曳引元件的一種嚙合傳動。與帶傳動、齒輪傳動相比鏈傳動的優(yōu)點是:沒有彈性滑動和打滑,能保證準確的平均傳動比,傳動效率高,軸的壓力較小,傳動功率大,過載能力強,能在低速重載下較好工作,能適應惡劣環(huán)境(如多塵、油污、腐蝕和剛強度場合)。
傳動鏈的主要類型有滾子鏈和齒形鏈。本次設計中選用的是滾子鏈。滾子鏈主要由內鏈板、外鏈板、銷軸、套筒和滾子五部分組成。如圖3-2
圖3-2滾子鏈
3.4.1鏈傳動的設計約束
鏈傳動中的多種失效形式是制約鏈傳動設計的約束條件。所以鏈傳動的承載能力,應根據其主要的失效形式,由滿足相應的約束條件來確定。
鏈傳動的主要失效形式：
（1）鉸鏈磨損。鏈條在進入嚙合和推出嚙合時,銷軸和套筒之間存在相對滑動,在不能保證充分潤滑的條件下,將引起鉸鏈的磨損。磨損導致鏈輪節(jié)距的增加,鏈與鏈輪的嚙合點外移,最終將導致跳齒或脫鏈而使傳動失效。
（2）鏈的疲勞破壞。由于鏈在傳動過程中所受的載荷不斷變化,因而鏈在變應力的狀態(tài)下工作,經過一定的循環(huán)次數后鏈板產生疲勞斷裂或滾子表面產生疲勞點蝕和疲勞裂紋。在潤滑良好和設計正確的情況下,疲勞強度是決定鏈傳動工作能力的主要因素。
（3）多次沖擊破斷。工作中由于鏈條反復啟動、制動、反轉或受重復沖擊載荷時承受較大的動載荷,經過多次沖擊,滾子、套筒和銷軸最后產生沖擊斷裂。
（4）膠合。由于套筒和銷軸之間存在相對運動,在變載荷的作用下,潤滑油膜難以形成,當轉速很高時,使套筒和銷軸間發(fā)生金屬直接接觸而產生很大的摩擦力,其產生的熱量將導致套筒和銷軸的膠合。
（5）過載拉斷。在低速重載的傳動中或是鏈突然受到很大的過載時,鏈條靜力拉斷,承載能力受到鏈條元件的靜拉力強度限制。
（6）鏈輪輪齒的磨損或塑性變形。在滾子鏈傳動中,鏈輪輪齒磨損或塑性變形超過一定量后,鏈條的工作壽命明顯下降。可采用適當的材料和熱處理來降低其磨損量和塑性變形。
圖3-3 滾子鏈傳動功率曲線
圖3-3為滾子鏈傳動為滾子鏈傳動的額定功率曲線,它是將在特定的條件下由實驗得到的極限功率曲線作了一些修改而得到的。特定條件是指Z1=19;L=100p;單排鏈兩輪安裝在平行的水平軸上,兩鏈輪共面;載荷平穩(wěn);按照推薦的潤滑方式潤滑工作壽命為15000小時;鏈輪因磨損而引起的相對伸長量不超過3%。
3.4.2鏈條的設計
（1）確定鏈輪齒數和速比
鏈輪齒數的多少對傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有很大的影響。小鏈輪齒數的選擇應適中。若小鏈輪齒數過少,運動速度的不均勻性和動載荷都會很大;鏈輪在進入和退出嚙合時,相對轉角增大,磨損增加,沖擊和功率耗損也增大。小鏈輪齒數也不宜過多。如Z1選得太大,大鏈輪齒數則將更大,除了增大傳動尺寸和質量外,也會因鏈條節(jié)距伸長而發(fā)生脫鏈,最終導致降低使用壽命。
一般小鏈輪的齒數z1可根據傳動比按表3-3選取
表3-3小鏈輪傳動比
傳動比i
1—2
3—4
4—5
>6
齒數Z1
27—31
25—33
17—21
17
由于設計的鏈傳動的傳動比為3，故可選鏈輪的齒數Z1=27，Z2=81。
（2） 確定計算功率
表3-4鏈條傳動
載荷情況
電動機
有流體結構
無流體結構
平穩(wěn)的傳動
1.0
1.0
1.2
稍有沖擊的傳動
1.3
1.2
1.4
有大沖擊的傳動
1.5
1.4
1.7
由于設計的脫模裝置由電動機拖動，稍有沖擊，所以根據表3-4可以選擇KA=1.3，計算功率為PC=KAP=1.3×8.64=11kw。
（2） 初選中心距α0，取定鏈節(jié)數Lp
中心距的大小對傳動有很大影響。中心距小時，鏈節(jié)數較少，鏈輪一定時，單位時間內每一鏈節(jié)的應力變化次數和屈伸次數增多，因此鏈的疲勞和磨損增加。中心距大的時候，鏈節(jié)數增多，吸振能力增大，使用壽命增加。但中心距α太大的話，會發(fā)生顫動現象，影響運動的平穩(wěn)性。
初選中心距為α0=（30-50）p由于兩鏈輪的實際中心距比較大，故選擇α0=50p
Lp=2α0/p+（z1+z2）/2+[（z2-z1）/2π]2p/α0
計算可得Lp=155取Lp=156節(jié)。
（3） 選擇型號，確定鏈節(jié)距和排數
鏈節(jié)距的大小直接決定了鏈條的尺寸、重量和承載能力而且也將影響鏈傳動的運動不均勻性,產生沖擊、振動和噪聲。為了既保證鏈傳動有足夠的承載能力又減小沖擊、振動和噪聲,設計時應盡量選用較小的鏈節(jié)距。在高速、重載時,宜用小節(jié)距多排練;低速、重載時,宜用大節(jié)距排數較少的鏈。
小鏈輪齒系數KZ=1.34， KL=1.09, 選擇單排鏈有KP=1.0
所需傳動的功率為P0=PC/KZKLKP 計算得P0=7.5kw
根據要求查看機械設計指導書選擇滾子鏈的型號為24B，鏈節(jié)距為38.1mm，單排鏈。
（4）確定鏈長和中心距
鏈長： L=Lpp/1000=156×38.1/1000=5.9m
中心距：
計算得到中心距a=2726mm，符合設計要求。
中心距的調整一般應該大于2p
△a=0.003a=0.003×2726=8mm
實際中心距： a=a-△a=2726-8=2718mm
（5）求實際軸的壓力
鏈速： /s
工作壓力： F=1000P/v=1000×7.5/0.32=23437N
工作平穩(wěn)，取壓軸力系數 KQ=1.2
軸上壓力： KQ=1.2×23437=28125N
（6）校核靜拉力
對于v<(0.6m/s的低速鏈傳動,由于載荷較大,其主要失效形式是鏈條靜力拉斷,靜強度占主要地位,故在進行強度校核時應按靜強度校核。靜強度安全系數應滿足下式要求:
式中: n—鏈的排數
Flim—單排鏈的拉伸極限載荷，查書可得Flim=86700N
KA—工作情況系數，查書可知KA=0.98
F1—鏈的總拉力，該公式F1=Fe+Fy
[n]—許用安全系數，[n]≥4～8，但是如果鏈傳動速度較低、從動系統慣性小，不太重要的傳動或力的確定比較準確時，可取[n]≥3。
F為鏈傳動圓周力，即有效拉力F=1000p/v=23437N。
Fe為由圓周運動產生的離心力，Fe=qv2，通常當v≤10m/s時，離心力Fe可以忽略不計，而此次設計的速度為v=0.1m/s，所以Fe=0。
Fy為鏈條本身重量而產生的懸垂拉力，它由在傳動時所允許的垂度，用求懸索拉力的計算方法Fy=Kyqga。
式中：q—鏈每米的質量，由表可知q=3.8kg/m
V—鏈的圓周速度，v=0.1m/s。
a—鏈傳動的中心距，a=2.73m。
g—重力加速度，g=9.8m/m2。
Ky—垂度系數，即當下垂量為y=0.02a時的拉力系數，結合β=60o，由機械手冊可查到Ky=4。
把上述的數據帶入即可：
F1=23437+0+4×3.8×9.81×2.73=23844N
把上述數值帶入并結合n=1可得：
所以所選滿足強度校核。
最終所設計的滾子鏈為：型號24B-1×168
GB1243.1-83,鏈輪齒數Z1=27，Z2=81，中心距a=2718,mm。
3.4.3鏈輪的設計
滾子鏈的結構尺寸主要有整體式鋼制小鏈輪、腹板式單排鑄造鏈輪以及腹板式多排鑄造鏈輪三種形式。被刺設計采用的是整體式鋼制小鏈輪,其結構形式如圖：
圖3-4 整體式鋼制鏈輪的外形
滾子鏈鏈輪分度圓直徑
脫模速度 v車=v鏈=0.1m/s
鏈輪齒頂圓直徑 da=p（0.54+cot）=346.5mm；
鏈輪齒根直徑 df=d-d1=328.2-25.4=302.8mm；
其中d1所選24B鏈條滾子的直徑為25.4mm；
齒沽厚度h h=k++0.01d=9.5+100/6+0.01×328.2=29.5mm；
取h=30mm；
輪轂長度l l=3.3h=99mm，取100mm；
其中b1為鏈條內鏈節(jié)內寬為34mm。
3.4.4 鏈傳動的潤滑、布置和張緊
鏈傳動的潤滑有利于減少鉸鏈磨損、提高傳動效率,緩和沖擊從而延長鏈條壽命。通常根據鏈速和鏈節(jié)距選擇推薦的潤滑方式。該設計中選擇人工定期潤滑。
鏈傳動的布置合理與否,對傳動的工作性能和使用壽命有較大的影響。布置時,兩鏈輪應處于同一平面內,兩軸平行,一般應采用水平或接近水平布置,并使松邊在下。
鏈傳動張緊的目的主要是為了避免鏈的垂度過大,嚙合時鏈條上下顫抖,同時也可增加嚙合包角。常用的張緊方法有:
（1）靠調整中心距張緊;
（2）附加張緊裝置，當中心距不可調時,可安裝張緊輪。張緊輪一般壓在松邊靠近小輪外側處。張緊輪可以是鏈輪,也可以用無齒的輥輪,其大小應與小鏈輪接近。
本設計中采用的張緊方法是附加張緊裝置。
3.5 軸的設計及校核
3.5.1 軸的結構確定
進行軸的結構初步確定,就是根據工作條件,確定軸的結構外形和全部結構尺寸。在進行軸的結構設計時考慮的主要因素有:（1）軸的結構形狀應滿足使用要求,零件在軸上的定位要可靠,保證軸和軸上零件有準確的相對工作位置。（2）軸的結構應有利于提高軸的強度和剛度,力求受力情況合理,避免或減輕應力集中。（3）軸的加工及裝配的工藝性好。故軸在結構設計中應主要解決下面幾個問題。
（1）軸上零件的布置
軸上零件布置是否合理,關系到能否改善軸的結構合理性和裝配工藝性,有時甚至關系到能否改善軸的受力情況,提高軸的強度等問題。因此,擬定軸上零件的布置方案是進行軸的結構設計的前提。所謂布置方案,就是考慮合理安排動力傳遞路線和預定出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關系。
（2）各軸段直徑和長度的確定
對一般減速器中高速級輸入軸,可按dm=(0.8~1.2)D估算(D為電動機軸徑);相應各級低速軸的最小直徑可按同級齒輪中心距a估算,d=(0.3~0.4)a。
軸的各段長度主要是根據各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件必要的空隙來確定。
（3）軸上零件的定位與固定
為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動,軸上零件除了有特殊的結構要求外(如游動或空轉),一般都必須要求定位準確、可靠。本設計方案中采用平鍵來實現周向固定,采用軸肩、套筒和擋盤來實現軸向固定。
（4）軸的結構工藝性
軸的結構工藝性是指軸的結構形式應便于軸的加工和軸上零件的裝配,并且要求生產效率高,成本低。為了便于軸的拆裝和去掉加工時的毛刺,軸和軸肩的端部應制出45°的倒角，在需磨制加工的軸段應留有砂輪和越程槽;需要切制螺紋的軸段應留有退刀槽。此外,為便于加工,應使軸上直徑相近處的圓角、倒角、退刀槽等尺寸一致;軸上不同段的鍵槽應布置在軸的同一母線上。
3.5.2 軸的物理約束
（1）扭轉強度
對只受轉矩或以承受轉矩為主的傳動軸，應按扭轉強度條件計算軸的直徑。若有彎矩作用可用降低許用應力的方法來考慮其影響。
扭轉強度的約束條件為：
對實心圓軸,,帶入上式，可得軸的直徑約束條件
（2）彎扭合成強度條件
對于同時承受彎矩和扭矩的軸,可根據彎矩和扭矩的合成強度進行計算。計算時,先根據結構設計所確定的軸的幾何結構和軸上零件的位置,畫出軸的受力簡圖,然后,繪制彎矩圖、扭轉圖,再按第三強度理論條件建立軸的彎矩合成約束條件：
考慮到彎矩M產生的彎矩應力和轉矩T產生的轉矩應力的性質不同,對上式中的額轉矩T乘以折合系數a,則強度約束的一般公式為：
式中M成為當量彎矩;a為根據轉矩性質而定的折合系數對實心軸,上式也可寫成軸徑的約束條件：
（3）基于疲勞強度的安全系數約束
對于一般用途的軸,按當量彎矩計算軸的強度或直徑已經足夠精確。但由于上述計算中沒有考慮應力集中、軸徑尺寸和表面品質等因素對軸的疲勞強度的影響,因此對于重要的軸,還需要進行危險截面處的疲勞安全系數的精確計算,評定軸的安全裕度。即建立軸在危險截面的安全系數的約束條件。
安全系數的約束條件：
除了強度約束條件外還有剛度約束條件和臨界轉速約束條件。
3.5.3軸的設計
本次脫模機設計中的軸主要有兩條，與減速器相連并固定鏈輪的軸I和僅來固定鏈輪的軸Ⅱ。軸I為轉軸,既承受彎矩又承受轉矩，軸Ⅱ為心軸，只承受彎矩的作用?，F主要分析軸I的設計。
（1）選擇軸的材料
選擇軸的材料+,應考慮下列因素:（1）軸的強度、剛度及耐磨性;（2）熱處理方法;（3）材料來源;（4）材料加工工藝性:（5）材料價格等。結合脫模裝置中的強度要求,而且碳素鋼價格低廉,對應力集中敏感性小,可進行熱處理改變其綜合性能,加工工藝性好,故本次設計中軸的材料選用調質處理的45鋼,查機械設計手冊可知其抗拉強度極限GB=640MPa,抗拉屈服極限=355MPa,硬度為217~255HBS,許用彎曲應力[]=60MPa，[]=100MPa。
（2）初步計算軸徑
選C等于108，dmin=C 計算dmin=65mm
考慮到軸端裝聯軸器需開鍵槽,將其軸徑增加4%~5%,故選取軸徑為70m1。
（3）軸的結構設計
按工作要求,軸上所支持的零件主要有鏈輪,軸端聯軸器以及滾動軸承。軸端聯軸器選用剛性凸緣聯軸器GY8;根據軸的受力,選取深溝球軸承61816;根據軸上零件的定位、加工要求以及不同零件的裝配方案,參考軸的結構設計基本要求,可確定軸的各段尺寸。綜合考慮各種因素,初步選定軸的結構尺寸如圖3-5
圖3-5軸的結構圖
（4）按彎扭合成校核
（1）畫出受力簡圖
畫軸空間受力簡圖(a),將軸上作用力分解為垂直面受力圖(b)和水平面受力圖(c)。分別求出作用在垂直面上的支反力和水平面上的支反力。對于零件作用在軸上的分布載荷或轉矩可當做集中力作用在軸上零件的寬度中點。
（2）軸上受力分析
軸傳遞的轉矩：
鏈輪圓周力：
鏈輪徑向力： ，計算有Fr=38783N
鏈輪的軸向力：
（1）計算作用軸上的支反力
水平面內支反力：
RHA=RHB=2593N
垂直面內支反力：
RVA=RVB=38783N
（2）計算軸的彎矩，并畫彎、轉矩圖（如圖3-6）
分別作出垂直面和水平面的彎矩圖（d）、（e），并按進行彎矩合成。畫轉矩圖（f）。
（5）計算并畫當量彎矩圖
轉矩按脈動循環(huán)變化計算，去a=0.6，則
aT=0.6×4172N·m
按計算，并畫出當量彎矩圖（3-6）
圖3-6軸的受力分析
3.5.4軸的強度
一般而言軸的強度是否滿足只需對危險截面進行校核即可,而軸的危險截面多發(fā)生在當量彎矩較大且軸徑較小處。根據上圖分析知鏈輪寬度中心處的軸最為危險,故只需校核該出的軸的強度。若此處軸的強度滿足要求,則所設計的軸合格,若此處軸的強度不滿足要求,則該軸需重新設計。
強度校核：考慮到鍵槽的影響，查表計算，W=51.2cm3
而45號鋼經調質處理后的=60MPa
顯然 因此安全。
3.6液壓缸的設計
由于液壓傳動具有:工作平穩(wěn),響應速度快;體積小重量輕;易于實現大范圍的無級調速:易于實現過載保護,工作安全可靠等眾多優(yōu)點。在脫模裝置在剛開始脫模時,脫模力非常大,很容易過載。運用液壓傳動的話,就能很好的解決過載的問題。而且,利用液壓傳動的恒功率特性,能夠使得在脫模剛進行時,脫模力足夠大而速度足夠小,這樣就能夠保證脫模的平穩(wěn)進行,獲得較好的脫模質量。
本次脫模裝置的設計在液壓部分主要是針對液壓缸的結構設計。
3.6.1液壓缸簡述
液壓缸又稱油缸,它是一種液壓系統中的執(zhí)行元件,它的功能是將液壓能轉變?yōu)闄C械能,輸出直線運動或者小于360°的往復擺線運動。
液壓缸的種類很多,按其結構形式可以分為活塞缸、柱塞缸、擺動缸和組合缸;按其輸出運動又可分為推力液壓缸和擺動液壓缸;按其作用方式分為單作用式液壓缸和雙作用式液壓缸。本次設計采用的是雙作用單桿活塞缸。
液壓缸的組成:
（1） 缸體組件。缸體組件通常由缸筒、缸蓋、缸底、導向環(huán)和支撐環(huán)等零部件組成。液壓缸工作時,缸體組件與活塞組件構成密閉的油腔,承受很大的負載壓力。因此,缸體組件要有足夠的強度、較高的表面精度和可靠的密封性能。常見的缸體組件的連接形式有螺紋式、法蘭式、半環(huán)式、拉桿式和焊接式等多種形式。
（2）活塞組件?；钊M件由活塞、活塞桿和連接件等零部件組成,活塞通常制成與活塞桿分離的形式,目的是易于加工和選材。按照缸的工作壓力、安裝方式和工作條件的不同,活塞組件有多種不同的形式。由于活塞受壓力的作用在缸筒內不停的做往復運動,因此,活塞必須具有較高的強度和良好的耐磨性。活塞一般用耐磨的鑄鐵或剛制造,如HT200~300、球墨鑄鐵、優(yōu)質碳素鋼等,有時也用鋁合金材料?；钊麠U是連接工作部件的傳力零件,它必須有足夠的強度和剛度,通常由鋼制造,一般進行調制處理
（3）密封裝置。液壓缸的泄漏主要包括兩個方面:內泄漏和外泄漏。密封裝置的作用主要是防止油液的泄漏,以保證系統的正常運行,減少油液的浪費,減低對環(huán)境的污染。常見的密封裝置主要有間隙密封、摩擦環(huán)密封、0型圈密封和V型圈密封。
（4）緩沖裝置。液壓缸的活塞桿在運動時具有很大的動能,當活塞運動到行程終端時會引起機械碰撞,產生很大的沖擊力和噪聲,甚至損壞液壓缸,所以在液壓缸中一般都設有緩沖裝置。
（5）排氣裝置。液壓傳動系統在安裝的過程中或者長時間停止運轉是,液壓系統中往往會混入空氣,導致系統工作不能穩(wěn)定,產生振動、噪聲、發(fā)熱、低速爬行和啟動前沖等不正常的現象,嚴重時會使系統不能正常工作,因此,設計液壓缸是需考慮空氣的排出。對于要求不高的液壓缸,一般不設計專門的排氣裝置，而是將液壓缸的油口布置在缸筒端的最高處,從而使空氣隨油液排往油箱,再從油箱溢出。
3.6.2 液壓缸主要尺寸確定
液壓缸的結構尺寸主要有三個:缸筒內徑D、活塞桿外徑d和缸筒長度L。
（1）初選液壓缸的工作壓力
關于機床的液壓工作壓力,液壓缸的公稱壓力系列查國標GB/T7938-1978可選4,6.3,10,16,25等。液壓缸回油腔應有背壓,初選液壓缸工作壓力P=10MPa。
（2）計算液壓缸尺寸有效工作面積A
S=F/P=100000/10000000=0.01m2
（3）確定缸筒內徑D,活塞桿直徑d
安全系數為1.2 D按=1.2×112.84=135.418mm
查詢機械設計準則手冊取
D=140mm，液壓缸外徑可選168mm
活塞桿直徑d=0.71D=0.71×140=99.4mm 查書可知取d=100mm則
15.4>15所以推力合格。
（1）缸筒長度L
活塞桿的行程可據國標GB/T2349-1980選擇第一系列中的320mm。缸筒長度是由各工作部件的行程長度及其結構上的要求共同確定的,包括活塞最大工作行程1、活塞寬度B、最小導向長度H及特殊要求其他長度C等。最終設計的液壓缸長度L為740mm。
（2）缸筒壁厚的強度校核
設計中缸筒壁厚按照材料力學知識知道，當時，強度校核公式為：
式中，，為缸筒材料45鋼。
，故缸筒壁厚強度合格。
（1） 活塞桿直徑強度校核
活塞桿只受軸向推力或拉力的情況下，其直徑強度按下式進行強度校核：
因此活塞桿強度合格。
圖3-7液壓缸
3.7 主零部件的設計
3.7.1機構設計準則
機架的設計主要應保證剛度、強度和穩(wěn)定性
（1）剛度:床身的剛度決定著機床生產率和生產精度,是設計大多數機架工作能力的主要準則。
（2）強度:強度是評定重載機架工作性能的基本準則。機架的強度應根據機器在運轉過程中可能發(fā)生最大載荷或安全裝置所能傳遞的最大載荷來校核其靜強度。
（3）穩(wěn)定性:機架受壓結構及受壓彎結構都存在失穩(wěn)問題。穩(wěn)定性是保證機架正常工作的基本條件。
機架設計一般要求：
（1）在滿足強度和剛度的前提下,機架的重量應要求輕、成本低。
（2）抗振性好。把受迫振動幅限制在允許范圍內。
（3）溫度場分布合理,熱變形對精度的影響小。
（4）結構設計合理,工藝性良好,便于制造、焊接和機械加工。
（5）機構力求便于安裝與調整,方便修理和更換零部件。
（6）有導軌的機架要求導軌面受力合理,耐磨性良好。
（7）造型好,使之即使用經濟,又美觀大方。
機架的材料及熱處理:
多數機架形狀比較復雜,故一般都采用鑄造,由于鑄鐵的鑄造性能好、價廉和吸振能力強,所以應用廣泛。本次設計采用鑄鋼機架。
鑄造碳鋼:由于鋼水的流動性差,在鑄型中凝固冷卻時體收縮和線收縮較大，故不宜設計復雜形狀的鑄件。鑄鋼的吸振性低于鑄鐵,但其彈性模量較大,強度也比鑄鐵高,故鑄鋼機架用于受力較大的機架。
鑄鋼機架的熱處理
鑄鋼件一般都要經過熱處理,熱處理的目的是為了消除鑄造內應力和改善力學性能。鑄鋼機架的熱處理方法一般有正火加回火,退火,高溫擴散退火和焊補后回火。結合本次設計,形狀比較復雜,對力學性能要求也較高,所以我們采用正火加回火。
3.7.2機架結構設計與緊固連接
根據本次設計制品結構尺寸,設計機架的長度為6435m,寬度為1834mm,高度為764mm,機架的壁厚為30mm。機架結構設計中必須保證機架與其上的零部件的連接以及機架與地基之間連接的強度和剛度,影響連接剛度的主要因素是:連接處的結構,連接螺栓的數量,大小及其排列形式,墊片及其結合面的機加工表面精度等。在本設計中共使用了13個地腳螺栓來加強機架的穩(wěn)定性,并且在機架內部還安放了14個肋板以增強機架的強度,其中6個是水平肋板,8個豎直肋板。此外為了加強水平肋板的承載能力也為了提升整個機架的剛度,在肋板處還相應的設置了肋條。機架三視圖如下圖示：
圖3-7機架三視視圖
3.7.3 托輥的設計
托輥是脫模裝置中重要的零部件,它的作用是用于支撐從管坯中脫離出來的芯模,防止芯模因重力作用掉落并遭到破壞,起到保護芯模的作用。故設計中,托輥采用絕緣性的軟材料,防止芯模在托輥上移動時出現刮痕。該設計中,托輥的材料選用聚酯胺。
3.7.4 直線的導輥設計
導輥的是一種導向裝置,保證零部件按照一定的方向往復運動,其具有如下特點:(1)磨耗少能長時間維持精度;(2)大幅降低電機所需驅動力;(3)可同時承受上下左右方向的負荷;(4)組裝容易并具互換性;(5)潤滑構造簡單。
該設計中采用兩根鏈條傳動,兩根鏈條分別通過圓柱銷和移動頭連接起來,移動頭通過螺釘和接頭連接起來,進而通過接頭帶動待脫模的制品往左運動。由于兩根鏈條帶動移動頭向左運動時路徑可能有一定的偏移,因此在機架上面安裝直線導輥,作為移動頭的導向裝置,確保移動頭做直線運動,保證脫模精度。
第四章 標準件的設計
本次脫模機的設計中用到的連接方式主要有螺紋連接、鍵連接和焊接。設計中用到的螺紋連接主要是螺栓連接和螺釘連接。
4.1 螺栓的選擇
螺栓連接的特點是用于連接兩個較薄的零件。在被連接件上開有通孔,插入螺栓后在螺栓的另一端擰上螺母,采用不同螺栓的釘桿與孔之間有間隙,通孔的加工要求較低,結構簡單、裝拆方便,應用廣泛。采用鉸制孔螺栓時,孔與螺桿常用過渡配合。這種連接能精確固定被連接件的相對位置,適用于承受橫向載荷,但孔的加工精度要求高。螺釘連接是將螺栓或螺釘直接擰入被連接件的螺紋孔中,不用螺母。結構比雙頭螺柱簡單、緊湊。用于兩個連接件中一個較厚,但不需要經常拆卸,以免螺紋孔損壞。設計中使用的主要是六角頭螺栓一全螺紋-C級以及十字沉頭螺釘H型等。
4.2 鍵的選擇
軸轂連接主要是使軸上零件與軸進行周向固定以傳遞運動和轉矩。常用的軸轂連接有鍵連接、花鍵連接和過盈連接。鍵連接按用途分為三種:普通平鍵、導鍵和滑鍵。鍵的兩側是工作面,工作時靠鍵同側面的擠壓來傳遞運動和轉矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間留有間隙。平鍵連接具有機構簡單、裝拆方便、對中性好等優(yōu)點。因此得到廣泛應用本次設計使用的主要是普通平鍵中的A型鍵。
鍵的類型可根據連接的結構特點、使用要求和工作條件來選定。鍵的截面尺寸(鍵寬b和鍵高h)按軸的直徑d由標準中選定;鍵的長度L可根據輪轂長確定,輪轂長度一般選取(1.52)d,鍵長等于或略小于輪轂的長度,此外鍵的長度還要符合標準規(guī)。
表4-1 鍵的選擇
軸徑d
17~22 22~30 30~38 38~44 44~50 50~58 58~65 65~75 75~85 85~95 95~100
鍵寬b
6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28
鍵高h
6 7 8 9 10 11 12 13 14 14 16
4.3聯軸器的選擇
聯軸器是用來連接兩軸,使之一起轉動并傳遞轉矩的部件。聯軸器連接的兩軸只有在機械停車后,通過拆卸的方法才能使兩軸分離。聯軸器可分為剛性聯軸器、撓性聯軸器和安全聯軸器三大類。本次設計使用的是剛性聯軸器。
剛性聯軸器無位移補償能力,用在被連接兩軸要求嚴格對中以及工作中無相對位移之處。剛性聯軸器中應用較多的是套筒式、夾殼式、凸緣式等幾種類型,而凸緣式是應用最廣的剛性聯軸器。如圖示,凸緣聯軸器是用兩個由兩個帶凸緣的半聯軸器用一組螺栓連接而成。凸緣聯軸器已經標準化,按軸徑、轉矩及轉速選定凸緣聯軸器型號,必要時應對連接兩個半聯軸器的螺栓進行強度校核。設計中使用的是凸緣聯軸器GY6和GY8。
圖4-1 凸緣連軸器外形
4.4滾動軸的選則
滾動軸承是現代機器中廣泛應用的部件之一,它已標準化。滾動體是滾動軸承的核心元件,當內外圈相對轉動時,滾動體即在內外圈的滾道間滾動。內外圈的滾道多為凹槽形,它起著降低
收藏