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1 哈 爾 濱 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 型冰切割機(jī)的設(shè)計(jì)及裝配仿真 院 系 姓 名 指導(dǎo)教師 系 主 任 年 月 日 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II 型冰切割機(jī)的設(shè)計(jì)及裝配仿真 摘要 本文主要介紹型冰切割機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 型冰切割機(jī)傳動裝置結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)原理 型冰切割機(jī)傳動裝置總體方案分析及確定 型冰切割機(jī)傳 動裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容所包含的機(jī)械圖紙的繪制 傳動裝置的計(jì)算 傳 動裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yùn)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(jìn)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(jī)傳動裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 型冰切割機(jī)傳動裝置工作性能分析 3 電動機(jī)的選擇 4 型冰切割機(jī)傳動裝置的傳動系統(tǒng) 執(zhí)行部件及機(jī)架設(shè)計(jì) 5 對設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核 6 運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 對設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行三維建模 7 繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖 關(guān)鍵詞 型冰切割機(jī)傳動裝置 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 三維建模 步進(jìn)電機(jī) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)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(xué)學(xué)士學(xué)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(shè)計(jì)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(jī)總體方案設(shè)計(jì) 4 2 1 項(xiàng)目的研究背景 4 2 2 研究的目的意義 4 2 3 項(xiàng)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(jī)械的運(yùn)動方式 7 2 8 傳動裝置的驅(qū)動元件 7 3 型冰切割機(jī)傳動裝置的機(jī)械計(jì)算 8 3 1 電機(jī)的選取 8 3 2 同步帶的概述及計(jì)算 10 3 2 1 同步帶介紹 10 3 2 2 同步帶的特點(diǎn) 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(shè)計(jì)準(zhǔn)則 14 3 2 5 同步帶分類 14 3 2 6 同步帶計(jì)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(shè)計(jì) 19 3 2 9 同步帶輪的設(shè)計(jì) 20 3 3 軸的設(shè)計(jì) 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(jī)主軸部分及其設(shè)計(jì)計(jì)算 25 4 1 型冰切割機(jī)主軸所需標(biāo)準(zhǔn) 25 4 1 1 主軸的剛度 25 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)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(jī)主軸部分的分布 27 4 3 型冰切割機(jī)主軸形狀的選擇 28 4 4 型冰切割機(jī)主軸的熱處理 28 4 5 型冰切割機(jī)主軸的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 28 4 6 型冰切割機(jī)主軸上軸承的挑選 29 4 7 型冰切割機(jī)主軸上軸承的校對計(jì)算 30 4 8 型冰切割機(jī)主軸外部伸長量 31 4 9 型冰切割機(jī)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(jī)主軸的撓度 33 4 9 3 型冰切割機(jī)主軸的傾角 33 4 10 主軸結(jié)構(gòu)圖 34 5 型冰切割機(jī)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(jī)架的強(qiáng)度與剛度的計(jì)算 37 結(jié)束語 42 致 謝 43 參考文獻(xiàn) 44 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒論 1 1 概述 在任何一個(gè)國家的國民生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中 機(jī)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(jì)發(fā)展的根本基礎(chǔ) 是社會發(fā)展的不可或缺的部分 機(jī)械制造業(yè)在國防 交通業(yè) 工農(nóng)業(yè) 科學(xué)研究等這些部門中提供著品種繁多的工具 設(shè)備等 同時(shí)也為機(jī)械行業(yè)本身提供著各種生產(chǎn)設(shè)備 看一個(gè)國家或地區(qū)的科技發(fā)展 和經(jīng)濟(jì)水平 很大程度上就是看這個(gè)國家的機(jī)械行業(yè)的水平怎樣 然而 以切割機(jī)加工生產(chǎn)為代表的精密加工是機(jī)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(dá)到所要求的精度等級 在機(jī)械設(shè)備的加工總工作量 中 有很大一部分是靠以切割機(jī)的磨削為代表的加工工藝來完成的 因此 機(jī)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(gè) 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(gè)國家或地區(qū)的工業(yè)化 所以 以切割機(jī)為代表的磨頭磨削在一個(gè)國家的工業(yè)現(xiàn)代化和經(jīng)濟(jì)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(jì)的八九時(shí)年代到現(xiàn)在的二十一世紀(jì) 機(jī)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(jì)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(jì)全球化 的浪潮已經(jīng)撲面而來 然而 由于我國的機(jī)械發(fā)展水平相對于世界上的發(fā)達(dá)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(yàn) 但同時(shí) 我們也面臨 著新的機(jī)遇 從產(chǎn)品零件的理論設(shè)計(jì)到最終的加工出來 所需的時(shí)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(shí)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(jī)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(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展 很多企業(yè)已經(jīng)越來越注重精細(xì)化生產(chǎn)和發(fā) 展 從而來滿足人們對復(fù)雜多變的產(chǎn)品的需要 因而 在現(xiàn)代機(jī)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(fù)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(jìn)行磨削加工 但是由于高科技 高精 度的專用設(shè)備其在價(jià)格 設(shè)備的日常管理 操作維護(hù)和保養(yǎng)等方面的成本均比較高 所以在現(xiàn)實(shí)中很多企業(yè)尤其是中小規(guī)模的企業(yè) 出于對經(jīng)濟(jì)成本等方面因素的考慮 廠里有不少的普通車床設(shè)備 然而擁有能滿足較高精度的磨削加工生產(chǎn)的專用設(shè)備的 企業(yè)數(shù)量卻寥寥無幾 但是在日常的實(shí)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(jìn)行改造 車床改 設(shè)計(jì)出一種符合磨削加工生產(chǎn)要求的切割 機(jī)機(jī)構(gòu)裝置安裝在現(xiàn)有機(jī)床上 從而實(shí)現(xiàn)用現(xiàn)有的普通車床卻能實(shí)現(xiàn)的功能對零件進(jìn) 行加工 這樣 既滿足了零件的加工生產(chǎn)要求 同時(shí)也省去了企業(yè)買專用設(shè)備的一筆 昂貴的費(fèi)用 從而達(dá)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(qiáng)了企業(yè) 在社會生產(chǎn)發(fā)展中的競爭力 大學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年中的一項(xiàng)非常重要的工作 其通過根據(jù)大學(xué)四年所 學(xué)的專業(yè)知識 運(yùn)用機(jī)械原理的思想進(jìn)行設(shè)計(jì) 從而很好地培養(yǎng)了自己在實(shí)踐中提出 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 問題 分析問題 解決問題的實(shí)踐能力 為畢業(yè)后能成為一名優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員做了很 好的鋪墊 本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 我的題目是 車床切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 通過此次的 設(shè)計(jì) 我可以對切割機(jī)裝置的內(nèi)部零件結(jié)構(gòu) 運(yùn)動方式 工作原理等方面能有進(jìn)一步 的理解 通過車床切割機(jī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 從而掌握設(shè)計(jì)的基本原理和方法 同時(shí)也能夠 對專用的設(shè)計(jì)作進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和理解應(yīng)用 同時(shí)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(shè)計(jì)人員 1 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 機(jī)械制造業(yè)是一個(gè)國家或地區(qū)的核心產(chǎn)業(yè)之一 其先進(jìn)水平標(biāo)志著一個(gè)國家的工 業(yè)現(xiàn)代化現(xiàn)狀和綜合國力的強(qiáng)弱 因而實(shí)際上甚至具有超過其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的戰(zhàn)略地位 現(xiàn)如今 我國的機(jī)械制造水平總體上與世界上一些發(fā)達(dá)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(dá)國家 他們的機(jī)械化水平已相當(dāng)高 機(jī)械加工已呈現(xiàn)高精度 高技術(shù)的特點(diǎn) 他們已把設(shè)計(jì)型冰切割機(jī)作為新的經(jīng)濟(jì)增長 點(diǎn) 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(jī)床最多的國家之一 但是由于大多的現(xiàn)有機(jī)床服役時(shí)間比較長 設(shè)備也已經(jīng) 陳舊落后 因而面臨的形勢實(shí)際上很嚴(yán)峻 由于可以通過對現(xiàn)有的普通車床進(jìn)行改造 通過設(shè)計(jì)出靈活多變的切割機(jī)裝置安 裝在車床上 從而能夠?qū)α慵M(jìn)行磨削加工 這樣既滿足了加工生產(chǎn)的需要 同時(shí)也 節(jié)約了設(shè)備成本 提高了生產(chǎn)率 所以是眾多機(jī)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?yàn)槿绻淙抠徺I新的專用進(jìn)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(jī)床設(shè)備得不到有效利用而形成資源浪費(fèi) 我國的機(jī)械 制造業(yè)起步較晚已是事實(shí) 因而迫切需要大力發(fā)展 能充分利用現(xiàn)有的舊機(jī)床設(shè)備進(jìn) 行資源整合 從而進(jìn)行加工生產(chǎn) 這樣既能減小資源浪費(fèi)又能以較小的代價(jià)而獲得性 能比較先進(jìn)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(shè)計(jì)思路及研究方法 本課題要研究的內(nèi)容 根據(jù)學(xué)校和指導(dǎo)老師的要求 到機(jī)械廠實(shí)際參觀學(xué)習(xí) 根據(jù)企業(yè)的具體加工生產(chǎn) 要求 設(shè)計(jì)出一種型冰切割機(jī) 安裝在廠里 以求能達(dá)到實(shí)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(xué)校圖書館查閱與本課題有關(guān)的書 籍和資料本 同時(shí)上網(wǎng)瀏覽最新的有關(guān)課題的文獻(xiàn)資料 因?yàn)檫@是企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)工 藝 所以我還需到企業(yè)進(jìn)行實(shí)地參觀學(xué)習(xí) 弄明白機(jī)床的具體改造要求 切割機(jī)機(jī)構(gòu) 的具體工作原理 具體的設(shè)計(jì)和安裝要求 以及其具體要實(shí)現(xiàn)的功能 同時(shí)要弄明白 整個(gè)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(shè)計(jì)出 符合實(shí)際加工要求的型冰切割機(jī) 1 5 本文研究主要內(nèi)容 通過利用網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)符合要求 滿足需要 具體設(shè)計(jì)方法如下 1 查閱資料 結(jié)合所學(xué)專業(yè)課程 產(chǎn)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思路 2 查閱各類機(jī)械機(jī)構(gòu)手冊 確定合理的傳動裝置結(jié)構(gòu) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)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(diǎn)對驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究 5 通過研究國內(nèi)外情況 確定本設(shè)計(jì)課題的重點(diǎn)設(shè)計(jì) 6 完成 2D 裝配圖的設(shè)計(jì)和繪制 并由此繪制零件圖 7 編寫設(shè)計(jì)說明書 8 檢查并完善本設(shè)計(jì)課題 本設(shè)計(jì)采用的方法是理論設(shè)計(jì)與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方案 所運(yùn)用的資 料來源廣泛 內(nèi)容充足 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 2 型冰切割機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 2 1 項(xiàng)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(shí)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(yàn) 自動化設(shè)備缺失 從采冰到最終竣工驗(yàn)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(jìn)行有限的加工處理 手段頗 為原始 耗時(shí)耗力 工期進(jìn)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(shè)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(jìn)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(xiàng)目 500 余項(xiàng) 5000 余名建 筑工人參加建設(shè) 投入大小運(yùn)冰車輛 600 余臺 歷時(shí) 33 天 到 2010 年哈爾濱冰雪大世界占地面積已達(dá)到 60 萬平方米 建筑工 人近萬人 而采冰和型冰的工藝和設(shè)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(shè)備都是迫切的 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 2 3 項(xiàng)目的研究內(nèi)容 該項(xiàng)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(yán)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(shí)間 增加效率 2 4 研究的手段及方法 該項(xiàng)目主要是針對將毛坯冰按一定確定的尺寸通過所設(shè)計(jì)的 設(shè)備進(jìn)行規(guī)整型冰 在做方案之前 我們對冰雪大世界施工地點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)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(gè)毛坯要被分成三塊型冰 在精度要求的范圍內(nèi) 對毛 坯進(jìn)行指定要求形狀加工 目前 我們的研究只能從木料加工設(shè)備著手 將冰料毛坯和 木料進(jìn)行對比 研究其獨(dú)有特性 如冰的脆性等 并對木料加工 設(shè)備進(jìn)行改進(jìn) 其中 設(shè)備的安全性猶為重要 在設(shè)計(jì)的過程中 加以考慮嚴(yán)寒的環(huán)境 在操作設(shè)備不復(fù)雜的情況下 降低設(shè)備行 進(jìn)過程中的危險(xiǎn)性 來完成設(shè)備的構(gòu)造 與此同時(shí) 我們也需要 有對突發(fā)情況的應(yīng)對和處理的能力 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 2 5 方案擬定 主要通由 2 個(gè)部分組成 一個(gè)是送料傳動機(jī)構(gòu) 一個(gè)部分是 切割部分 其他部分為輔助部分 比如機(jī)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(qiáng)度鋼 這類材料強(qiáng)度好 尤其是 合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度增加了很多倍 彈性模量大 抗變形能力強(qiáng) 是應(yīng)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(diǎn)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(shè)計(jì)出純陶瓷的傳動裝置 臂了 從本文設(shè)計(jì)的傳動裝置的角度來看 在選用材料時(shí)不需要很大的負(fù)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(jī)械臂的構(gòu)件材料 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 2 7 機(jī)械的運(yùn)動方式 考慮到傳動裝置的作業(yè)特點(diǎn) 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(diǎn) 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(jī)產(chǎn)生的力或力矩 直接或經(jīng)過減速機(jī)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(jìn)電機(jī) 直流伺服電機(jī) 交流伺服電機(jī) 直線電動機(jī)以及最近幾年出 現(xiàn)的超聲波電機(jī)和 HD 電動機(jī) 10 等幾種 步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號進(jìn)行控制 每輸入一個(gè)脈沖 步進(jìn)電機(jī) 就進(jìn)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(jìn)電機(jī)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(jìn)行起動 停止 反轉(zhuǎn)和制動變速 有較強(qiáng)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(yīng)用 主要有永磁式 反應(yīng)式 永磁感應(yīng)子式三種 直流伺服電機(jī)是用直流電供電的電動機(jī) 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(jī)的工作原 理和基本結(jié)構(gòu)均與普通動力用直流電機(jī)相同 特點(diǎn)是穩(wěn)定性好 可控性好 響應(yīng)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(jī) 交流伺服電機(jī)的使用情況與直流伺服電機(jī)相同 但交流伺服電機(jī)與直 流伺服電機(jī)相比 結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 功率大 過載能力強(qiáng) 無電刷 維修方便 因而交流伺服電機(jī)是今后傳動裝置用電機(jī)的主流 低速電機(jī)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(jī)制成高轉(zhuǎn)速 經(jīng)齒輪減速后帶動機(jī)械負(fù)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(yán)格 而對于精度有 嚴(yán)格的要求 則最好取消減速齒輪 采用大力矩的低速電機(jī) 配以高分辨 率的光電編碼器及高靈敏度的測速發(fā)電機(jī) 實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動 環(huán)形超聲波電 動機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn) 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(fù)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(jī)是一種小型大轉(zhuǎn)矩 大推力 的電動機(jī) 電動機(jī)可直接與負(fù) 載連接 可應(yīng)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(jī)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(yīng)用較為廣泛的步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 3 型冰切割機(jī)傳動裝置的機(jī)械計(jì)算 3 1 電機(jī)的選取 1 粗略計(jì)算驅(qū)動電機(jī)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(jì)算 則工件受到的摩擦力為 10 35fmgN 則移行電機(jī)所需牽引力為 F 假設(shè)直徑 R 125mm 假設(shè)轉(zhuǎn)速 na 61rpm 速度 v Rna 0 125 61 24m min 設(shè)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(jī)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(jī)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(gè)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 1 基于電動機(jī)的以上特點(diǎn) 本文選用作為北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公 司部分 110BYG 系列混合式步進(jìn)電機(jī)輸送機(jī)床的驅(qū)動裝置 圖 3 1 是北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司部分 110BYG 系列混合式步進(jìn)電機(jī) 的技術(shù)數(shù)據(jù) 圖 3 1 110BYG 系列混合式步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù) 所以根據(jù)計(jì)算所得數(shù)據(jù)選擇 110BYG350DH SAKRMA 型號的電機(jī) 圖 3 2 是 110BYG 系列混合式步進(jìn)電機(jī)的型號說明 圖 3 2 110BYG 系列混合式步進(jìn)電機(jī)的型號說明 110BYG 系列混合式步進(jìn)電機(jī)的外形尺寸 如圖 3 3 所示 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 3 3 110BYG 系列混合式步進(jìn)電機(jī)的外形尺寸 110BYG 系列混合式步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線 如圖 3 4 所示 圖 3 4 110BYG350DH 型電機(jī)矩頻特性曲線 3 2 同步帶的概述及計(jì)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(diǎn)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(jìn)行傳動 其強(qiáng) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 力層是由拉伸強(qiáng)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(shí) 傳動比準(zhǔn)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(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)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(diǎn) 轉(zhuǎn)動時(shí) 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(zhǔn)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(dá) 1 10 允許線速度可達(dá) 50M S 傳遞功率從幾瓦到百千瓦 傳動 效率高 一般可達(dá) 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(jī)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(jī)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(kuò)展了帶傳動的范圍 從而成為帶 傳動中具有相對獨(dú)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(diǎn) 1 傳動準(zhǔn)確 工作時(shí)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(dá) 0 98 節(jié)能效果明顯 4 維護(hù)保養(yǎng)方便 不需潤滑 維護(hù)費(fèi)用低 5 速比范圍大 一般可達(dá) 10 線速度可達(dá) 50m s 具有較大的功率 傳遞范圍 可達(dá)幾瓦到幾百千瓦 6 可用于長距離傳動 中心距可達(dá) 10m 以上 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)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(yùn)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(dāng)選用的主動撈輪直徑過小 使承載繩在進(jìn)入和退出帶掄中承受較大 的周期性的彎曲疲勞應(yīng)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(xué) 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(dāng)增大帶安裝時(shí)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(yīng)力作用下帶齒表面 產(chǎn)生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴(kuò)展 并沿承線繩表面延件 直至整個(gè)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(gè) 1 同步帶與帶輪問有較大的節(jié)距差 使帶齒無法完全進(jìn)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(yīng)力集中 導(dǎo)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(qiáng)度差 為減少帶齒被剪切 首先應(yīng)嚴(yán)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(yīng)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 于 6 此外在選材上應(yīng)采用有較高勿切韌擠壓強(qiáng)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(yīng)在安裝時(shí)合理的調(diào)整帶的張緊力 在帶齒齒形設(shè)計(jì) 時(shí) 選用較大的帶齒齒頂圓角半徑 以減少嚙合時(shí)輪齒的擠壓和刮削 此 外應(yīng)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(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)期后 有時(shí)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(xué)學(xué)士學(xué)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(jìn)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(shè)計(jì)準(zhǔn)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(jī)械性能 制造工藝合理 帶 輪的尺寸控制嚴(yán)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(shè)計(jì)淮則是同步帶在不打滑情況下 具有較高的 抗拉強(qiáng)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(yīng)對帶齒進(jìn)行耐磨性計(jì)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(cuò) 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(yīng)標(biāo)準(zhǔn) 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(dāng) 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(yīng)力分布狀態(tài)較好 平緩了齒根的應(yīng)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 弧齒同步帶耐磨性能好 工作時(shí)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(yīng) 用 3 2 6 同步帶計(jì)算選型 設(shè)計(jì)功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率 載荷性質(zhì) 原動機(jī)類型和每天連續(xù) 工作的時(shí)間長短等因素共同確定的 表達(dá)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(shè)計(jì)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(xué)學(xué)士學(xué)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(shí)際齒數(shù)應(yīng)該大于這個(gè)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 5 驗(yàn)證帶速 v 由公式 v d1n1 60000 計(jì)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(jì)算 有在本次設(shè)計(jì)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(jì)算0P 查基準(zhǔn)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(zhǔn)額定功率為 0 21KW0101 48 52 2 表 3 4 基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量 13 計(jì)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 同步帶工作時(shí) 其承載繩中心線長度應(yīng)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(gè)重要 參數(shù) 當(dāng)傳動的中心距已定時(shí) 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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(yīng)點(diǎn)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(shí) 帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸見表 3 6 3 帶的齒根寬度 一個(gè)帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點(diǎn)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(qiáng) 相 應(yīng)就能傳動較大的裁荷 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 圖 3 10 帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸 表 3 6 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)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(shí)齒根應(yīng)力集中程度有關(guān) t 齒根 圓角半徑大 可減少齒的應(yīng)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(shí)的有效接觸面積城小 所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值 5 帶齒齒頂圓角半徑八 帶齒齒項(xiàng)圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時(shí)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(jìn)入或退出嚙合時(shí) 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(jìn)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(shí)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 3 2 8 同步帶的設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 同步帶輪的設(shè)計(jì)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(yīng)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(shí) 應(yīng)使帶齒嚙入或嚙出時(shí)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(xué)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(shè)計(jì) 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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 3 3 2 計(jì)算軸的最小直徑 電機(jī)軸的直徑為 14 由于軸的直徑小于 100mm 且由 3 個(gè)鍵槽 故將軸徑增加 15 即 將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑 取 d 14mm 3 3 3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(jì)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(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊 的螺母厚度 m 5 mm 由于采用雙 螺母預(yù)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(jì)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(yàn)算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度 驗(yàn)算傾角時(shí) 若支撐類型 相同則只需驗(yàn)算支反力最大支撐處傾角 當(dāng)此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的 許用值時(shí) 則齒輪處傾角不必驗(yàn)算 驗(yàn)算撓度時(shí) 要求驗(yàn)算受力最大的齒 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 輪處 但通常可驗(yàn)算傳動軸中點(diǎn)處撓度 誤差 3 當(dāng)軸的各段直徑相差不大 計(jì)算精度要求不高時(shí) 可看做等直徑 采 用平均直徑 進(jìn)行計(jì)算 計(jì)算花鍵軸傳動軸一般只驗(yàn)算彎曲剛度 花鍵軸1d 還應(yīng)進(jìn)行鍵側(cè)擠壓驗(yàn)算 彎曲剛度驗(yàn)算 的剛度時(shí)可采用平均直徑 或當(dāng)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(jì)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(jìn)行代數(shù)疊加 不在同一平面上進(jìn)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(yīng)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 表鍵 弱 材 料 的 許 用 擠 壓 應(yīng) 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(qiáng)度足夠了 鍵的標(biāo)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(fù)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(shè)計(jì)要求 應(yīng)該對 軸未端的滾子軸承進(jìn)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 NFAVHA 7 2315 1894022 因軸承在運(yùn)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(jì)算 所以按軸承的受力大小計(jì)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 4 型 冰 切 割 機(jī) 主 軸 部 分 及 其 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 主軸的傳動軸部分是型冰切割機(jī)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)關(guān)鍵部分 這是由于主軸在實(shí)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(shí)際設(shè)計(jì)中 型冰切割機(jī)主軸作為主軸機(jī)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(jìn)行工作運(yùn)轉(zhuǎn) 來對工件進(jìn)行磨削加工 型冰切割機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn) 同時(shí)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(shí)其還要帶動砂輪運(yùn) 轉(zhuǎn)來進(jìn)行對工件的磨削加工 所以在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jī)主軸所需標(biāo)準(zhǔn) 圖 3 1 4 1 1 主軸的剛度 概念 型冰切割機(jī)主軸的剛度是指在其受到外部施加的力或者力矩作用時(shí) 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(xiàng)固有屬性 其具體原理圖如下所示 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 具體公式為 N m 3 1 yFK u 在實(shí)際的方案規(guī)劃時(shí) 我們應(yīng)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(shí)間周期的工作運(yùn)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(shí)際選配件時(shí) 應(yīng)選取一些具有比較大的硬度的配件 同時(shí) 也應(yīng)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(dāng)主軸主軸在人工操作下 或者是在沒有工作件時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn) 或者是在運(yùn)轉(zhuǎn) 速度很小時(shí) 此時(shí)型冰切割機(jī)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(xué)學(xué)士學(xué)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(dǎo)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(jī)械工業(yè)的迅猛發(fā)展 主軸機(jī)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(dāng)其在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于進(jìn)行不同的運(yùn)動而導(dǎo)致各部分部件間發(fā)生相互作用 而導(dǎo)致自身溫度變高 以致其結(jié)構(gòu)外貌導(dǎo)致變化 在實(shí)際的設(shè)計(jì)和加工中 應(yīng)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(jī)能夠持續(xù)穩(wěn)定地工作運(yùn)行 加工出符合要求的零件產(chǎn)品 4 2 型冰切割機(jī)主軸部分的分布 在我們實(shí)際對型冰切割機(jī)主軸部分的設(shè)計(jì)過程中 一定要充分考慮到前面提到的 幾點(diǎn) 再根據(jù)實(shí)際情況 具體設(shè)計(jì)型冰切割機(jī)主軸的分布 主軸的主軸裝置有兩種不同的安裝設(shè)計(jì)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(gè)中間的受力點(diǎn) 而在實(shí)際設(shè)計(jì)中 還是選擇第一種的比 較大眾化 在本次的設(shè)計(jì)中 我所選擇的也是第一種的形式 而在具體的型冰切割機(jī)主軸設(shè) 計(jì)過程中 需要滿足如下一些條件 1 能夠符合型冰切割機(jī)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(shí)需要其在功用方面具有承受比較 大的力作用時(shí) 我們可以采取在其受力點(diǎn)處安裝多個(gè)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(shí)候 因?yàn)槭艿狡浔旧順?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(jìn)行加工安裝時(shí) 采取不同的安裝方式 可能會對最后主軸機(jī)構(gòu)的加工質(zhì)量產(chǎn) 生很大的影響 因此在進(jìn)行安裝各部件時(shí) 一定要先仔細(xì)構(gòu)思好 選擇一個(gè)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(fù)荷作用下工作 在實(shí)際設(shè)計(jì)中 應(yīng)根據(jù)其裝置所要承受的負(fù)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(gè)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(yù) 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(shí)受溫升限制 與油槍相應(yīng)壓差有 關(guān) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)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(yīng)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(qiáng)度限制 在不頻繁啟動時(shí) 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(shí)際設(shè)計(jì)中 除了要考慮一些技術(shù)性的參數(shù)外 同時(shí)還有一個(gè)很重要的考慮點(diǎn) 那就是利益最大化 在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案中 在能夠滿足其使用功用的同時(shí) 應(yīng)選取其成 本比較低的 從而實(shí)現(xiàn)其節(jié)約性的要求 4 3 型冰切割機(jī)主軸形狀的選擇 在實(shí)際設(shè)計(jì)中 要確定型冰切割機(jī)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(shè)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(shí)際設(shè)計(jì)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(dá)到拆裝容易的目的 4 4 型冰切割機(jī)主軸的熱處理 我們知道 金屬剛的彈性模量是一個(gè)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(shí)際情況出發(fā) 在進(jìn)行選材時(shí) 比較低價(jià)的 45 剛應(yīng)成為我們的第一之選 同時(shí)為了使其具有更高的使用性能 應(yīng)對其 進(jìn)行相關(guān)的熱處理工藝 材料牌號工作條件 使用機(jī)床 常用 代用 熱處理 硬度 輕中負(fù)載 車 鉆 銑 磨床主軸 45 50 調(diào)質(zhì) HB220 250 輕中負(fù)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(fù)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(jī)主軸的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 在實(shí)際過程中 必須對型冰切割機(jī)主軸作出一些具體的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 型冰切割機(jī)主 軸的表面質(zhì)量對傳動軸上各部分配件的運(yùn)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 分配件相接觸點(diǎn)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(shè)計(jì)中 必須要保證型冰切割機(jī)主軸具有能夠滿足加工質(zhì) 量要求的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 4 6 型冰切割機(jī)主軸上軸承的挑選 經(jīng)過以上對型冰切割機(jī)主軸以及其配件的相關(guān)分析論證 經(jīng)過翻閱相關(guān)設(shè)計(jì)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 4 7 型冰切割機(jī)主軸上軸承的校對計(jì)算 我們在實(shí)際中挑選軸承時(shí) 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(gè)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(gè)機(jī)構(gòu)的 使用性 所以我們在挑選時(shí) 一定要根據(jù)實(shí)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(jī)器的實(shí)際情況等 來挑選出最 佳的型號 同時(shí) 為了確保軸承能夠在工作運(yùn)行時(shí)安全穩(wěn)定持續(xù) 我們還要對其進(jìn)行相應(yīng)的 校對計(jì)算 此處 因?yàn)閭鲃訖C(jī)構(gòu)的實(shí)際轉(zhuǎn)速比較大 所以我們可以根據(jù)計(jì)算基本額定 動載荷在挑選及校核其能不能達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn) 因?yàn)橐话闶窃诤侠淼臓顟B(tài)下工作的 所 以我們可以選擇其標(biāo)準(zhǔn)使用期限為 500 小時(shí) 其計(jì)算過程如下 3 2 rTndmhCPf 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)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(dāng)量動載荷 N C 基本額定動載荷計(jì)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(shí)取 1 5 較大時(shí)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(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)設(shè)計(jì)中 我們可以假設(shè)其軸承只受到徑向的負(fù)荷 則其當(dāng)量 動載荷就是 3 3 YFaXrP 經(jīng)翻閱 機(jī)械設(shè)計(jì) 書 求出 X 1 且 Y 0 所以 N 由以上可得 128 經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算論證 這里我們應(yīng)采用的型號是 7206C 其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是 小徑 d 25mm 外圓直徑 D 62mm 其 k