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1緒論
1.1設(shè)計專用精壓機的目的和意義
設(shè)計的目的是為了更實用,精壓機構(gòu)運動更科學(xué),科技和技術(shù)含量提高,運動效率更高,更節(jié)省成本。隨著科學(xué)技術(shù)的提高,各種復(fù)雜專業(yè)場合對精壓機提出了更高或者更專門的要求。因此對專用精壓機進(jìn)行改造設(shè)計具有極大的現(xiàn)實意義。設(shè)計的目的是為了實用,面對激烈的市場競爭,只有技術(shù)性能更加進(jìn)步、更加符合生產(chǎn)實際需要的產(chǎn)品才能贏得市場。
1.2本課題所涉及的問題及國內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀及分析
1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析
我國今年來隨著工業(yè)的發(fā)展,對壓力機械的要求也逐漸提高,尤其是其精度,效率,社會效益,經(jīng)濟性等各方面。精壓機的發(fā)展就有了很大的研究空間。各種環(huán)境下的品種繁多。萬變不離其宗,歸根結(jié)底還是對其組成機構(gòu)的優(yōu)化。目前國內(nèi)主要科研機構(gòu)、學(xué)校研發(fā)中心、工業(yè)企業(yè)等主要的工作是從其運動學(xué)的角度對機構(gòu)的優(yōu)化工作進(jìn)行可行性分析。隨著國內(nèi)基本建設(shè)和國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展,我國的建設(shè)機械市場已經(jīng)成為國際設(shè)備制造商關(guān)注的焦點,精壓機械行業(yè)也不例外,外資的進(jìn)入,進(jìn)一步加劇了市場的競爭程度,國內(nèi)破碎機械企業(yè)要想在競爭的大潮中取得先機,其首要問題就是要提高現(xiàn)有精壓設(shè)備的質(zhì)量和技術(shù)含量,盡快縮小與國外先進(jìn)水平的差距,創(chuàng)造自己的品牌,爭取市場主動。
1.2.2國外研究現(xiàn)狀及分析
國外關(guān)于精壓機方面的研究比之國內(nèi)要深入和寬廣的多,并且多以理論聯(lián)系實驗綜合進(jìn)行分析考慮,經(jīng)過總結(jié)所查閱的文獻(xiàn),大致可將國外所做關(guān)于精壓機的研究工作歸納為對其運動機構(gòu)的優(yōu)化,對干殼體所作的改進(jìn) ,包括從材料方面入手。精壓機械在國外已受到政府部門、企業(yè)界、高等學(xué)校與研究機構(gòu)的高度重視。美國MIT、Berkeley、Stanford\AT&T的15名科學(xué)家在上世紀(jì)八十年代末機械加工提出"小機器、大機遇:關(guān)于新興領(lǐng)域--微動力學(xué)的報告"的國家建議書,聲稱"由于動力學(xué)(微系統(tǒng))在美國的緊迫性,應(yīng)在這樣一個新的重要技術(shù)領(lǐng)域與其他國家的競爭中走在前面",建議中央財政預(yù)支費用為五年5000萬美元,得到美國領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)重視。日本通產(chǎn)省1991年開始啟動一項為期10年、耗資250億日元的精壓機械大型研究計劃,研制兩臺樣機。該計劃有筑波大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)、早稻田大學(xué)和富士通研究所等幾十家單位參加。歐洲工業(yè)發(fā)達(dá)國家也相繼對微型系統(tǒng)的研究開發(fā)進(jìn)行了重點投資。
1.3完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法
1了解精壓機及其整個精壓機行業(yè)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀:上網(wǎng)和圖書館查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)。
2確定設(shè)計方案:參考資料,進(jìn)行設(shè)計,問詢老師、同學(xué)。
3確定各種組成機構(gòu):上網(wǎng)和圖書館查閱,到學(xué)校工廠進(jìn)行實際測量
4畫裝配圖:利用運用AutoCAD軟件制圖
5計算校核:參考資料書中的計算方法和公式等進(jìn)行計算校核
2、工作原理及工藝動作過程
專用精壓機是用于薄壁鋁合金制件的精壓深沖工藝,它是將薄壁鋁板一次沖壓成為深筒形。如圖1(a)所示,上模先以比較小的速度接近坯料,然后以勻速進(jìn)行拉延成形工作,以后,上模繼續(xù)下行將成品推出型腔,最后快速返回。上模退出下模以后,送料機構(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置,完成一個工作循環(huán)。它的主要工藝動作有:
(1) 將新坯料送至待加工位置;
(2) 下模固定、上模沖壓拉延成形將成品推出膜腔。
(a) (b)
圖1 加工工件及上模運動規(guī)律
3、原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求
(1) 動力源是電動機,作轉(zhuǎn)動;沖壓執(zhí)行構(gòu)件為上模,作上下往復(fù)直移運動,其大致運動規(guī)律如圖1(b)所示,具有快速接近工件、等速工作進(jìn)給和快速返回的特性。
(2) 精壓成形制品生產(chǎn)率約每分鐘70件。
(3) 上模移動總行程為280 mm,其拉延行程置于總行程的中部,約100 mm。
(4) 行程速比系數(shù)K≥1.3。
(5) 坯料輸送的最大距離200 mm。
(6) 上?;瑝K總質(zhì)量40 kg,最大生產(chǎn)阻力為5000 N,且假定在拉延區(qū)內(nèi)生產(chǎn)阻力均衡;
(7) 設(shè)最大擺動件的質(zhì)量為40kg/mm,繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量為2 kg??m2/mm,質(zhì)心簡化到桿長的中點。其它構(gòu)件的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量均忽略不計;
(8) 傳動裝置的等效轉(zhuǎn)動慣量(以曲柄為等效構(gòu)件,其轉(zhuǎn)動慣量設(shè)為30 kg??m2,機器運轉(zhuǎn)許用不均勻系數(shù)[δ]為0.05)
(9) 機構(gòu)應(yīng)具有較好的傳力性能,特別是工作段的壓力角應(yīng)盡可能小,傳動角大于或等于許用傳動角
4、模擬機構(gòu)運動循環(huán)圖
根據(jù)此設(shè)計的運動基本原理模擬此機構(gòu)的運動循環(huán)過程,通過下圖表示:
圖2 機構(gòu)運動循環(huán)圖
由上圖可知:上模運動在它的正行程時,推桿和上頂機機構(gòu)在一個運動周期內(nèi),當(dāng)機構(gòu)都在回程中;當(dāng)上模沖壓完成之后,推桿開始將胚料輸送至待加工位置,上頂機構(gòu)也同時將成品頂出下模,實現(xiàn)一個工作周期。
5、機構(gòu)運動方案的評定和選擇
5.1提出設(shè)計方案:
該專用精壓機包含有沖壓和送料兩個執(zhí)行機構(gòu)。在沖壓機構(gòu)的工作段要求從動件能夠等速運動,在回程階段應(yīng)具有急回特性,此外對機構(gòu)的動力性能也有一定的要求,傳動角與壓力角需符合標(biāo)準(zhǔn)。同時送料機構(gòu)能夠準(zhǔn)確的在一定時間內(nèi)將坯料送至待加工位置。則有以下三種方案。三種可能的方案輪控制其運動方式,無太大的受力,需要的傳動結(jié)構(gòu)簡單,通過倒置法能夠確定凸輪的大致輪廓。送料機構(gòu)是由擺桿滑塊機構(gòu)完成。
方案一:凸輪—連杠沖壓機構(gòu)+擺桿—滑塊送料機構(gòu)(見圖3)。沖壓機構(gòu)由凸構(gòu)組成的,按機構(gòu)運動循環(huán)圖可確定搖桿工作位置和從動件的運動規(guī)律,使其能在規(guī)定時間內(nèi)將工件送至待加工位置。
圖3凸輪—連杠沖壓機構(gòu)+擺桿—滑塊送料機構(gòu)
方案二:凸輪—連桿沖壓送料機構(gòu)(見圖4)送料和沖壓機構(gòu)都是由凸輪連桿機構(gòu)組成。連桿機構(gòu)可通過對桿長的計算設(shè)計,當(dāng)選擇好適當(dāng)?shù)臈U長尺寸后,能實現(xiàn)所需的行程速比以及運動要求。通過鉸鏈點與桿長的適當(dāng)選擇,能使機構(gòu)具有較小的壓力角和較為理想的傳動角,使其達(dá)到運動功能,滿足傳動要求。凸輪輪廓線可根據(jù)運動的要求用機構(gòu)倒置法求出,從而使送料、沖壓和上頂同時完成,并也能滿足急回與勻速這一運動要求,在完成預(yù)定運動的同時,使整個加工效率提高。
圖4凸輪—連桿沖壓送料機構(gòu)
方案三:擺動導(dǎo)桿沖壓機構(gòu) + 曲柄-滑塊送料機構(gòu)。沖壓機構(gòu):參考《機械設(shè)計基礎(chǔ)》中的有關(guān)連桿機構(gòu),并且經(jīng)過改進(jìn),將其凸輪機構(gòu)高副低代后得到了由搖桿和滑塊組成的擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。導(dǎo)桿機構(gòu)的尺寸確定可按給定的行程速度變化系數(shù)K設(shè)計,上模將具有急回的特性,搖桿滑塊機構(gòu)的組合可按照要求使上模在工作段接近于勻速。送料機構(gòu):搖桿滑塊送料機構(gòu)通過齒輪與上部曲柄軸相連??烧{(diào)節(jié)其在整個運動中的初始位置使推桿在預(yù)定時間將胚料送至待加工的位置。如取一定的偏距,則其也具有急回的特性。如下:
圖5擺動導(dǎo)桿沖壓機構(gòu) + 曲柄-滑塊送料機構(gòu)
5.2最終方案的確定
考慮到配料被沖壓成形之后如果還留有切邊,則成品就不能從下模的下部離開,而在第3方案的設(shè)計基礎(chǔ)上,成品只可由一機構(gòu)垂直將其頂出上模,然后同時由下一個送來的配料將其橫向地推出下模工作臺面。這樣就在第3方案的基礎(chǔ)上增加了一個”上頂“機構(gòu),此機構(gòu)的運動方向基本和上模相同,上模在回程時呈現(xiàn)出急回的特性,而”上頂”機構(gòu)為了能迅速的將在下模中的成品頂出,其需要急速向上運動的特性。所加“上頂機構(gòu)”如下圖6:
圖6上頂機構(gòu)
所以,綜上可以得到整體的機構(gòu)簡圖,其優(yōu)點是顯而易見的:穩(wěn)定性良好,傳動平穩(wěn),整體結(jié)構(gòu)比較簡單,經(jīng)濟性較好,易于流水線生產(chǎn),可以形成規(guī)模;加工成本也是相對而言比較少的??v觀以上幾點在加上“上頂機構(gòu)”的添加,此總體這樣是最為合適的,則設(shè)計此機構(gòu)的總體簡圖如下圖7:
圖7最終方案
5.3最終決定方案的工作原理
參見機械運動簡圖7:搖桿-滑塊送料機構(gòu)JHG用推板K將待加工工件推到預(yù)定加工位置(D、Q的正下方)。在送料機構(gòu)JHG送料后回程時,上模滑塊沖壓機構(gòu)CBA已經(jīng)進(jìn)入工作階段,D處滑塊先快速接近原料,再以等速對其進(jìn)行沖壓,同時下模滑塊沖壓機構(gòu)PNM恰好到達(dá)最低極限位置頂住工件。當(dāng)沖壓完成后,上模沖壓機構(gòu)CBA滑塊急回向上退回,而下模沖壓機構(gòu)PNM由最低位置急速向上運動頂出工件。此時,送料機構(gòu)JHG再次送料,新的待加工工件在成品被完全頂出時到達(dá)預(yù)定位置,將成品推下工作臺,這樣就完成了一個周期的動作。
6、傳動系統(tǒng)方案的設(shè)計
6.1電動機的計算與選擇
電動機是機械系統(tǒng)中的驅(qū)動部分。工作機對起動、過載、運轉(zhuǎn)平整性、調(diào)速和控制要求較高,且專用精壓機要求潔凈的工作平臺,所以它要求不能污染成品與工作臺而且便于清洗,因而液壓傳動不符合條件,同時氣壓和液壓的成本都較高,最終選擇電動機傳動。通過對機構(gòu)的分析和實際情況的綜合考慮,對電機的各個參數(shù)做出如下計算:
首先,考慮到電機輸出功率的傳遞效率問題,電機應(yīng)該安裝在靠近工作件的齒輪軸上,又由于大齒輪輸入動力時可以傳遞較大的扭矩,故選擇將電機安裝在與齒輪F的軸線上,且根據(jù)任務(wù)書的要求;每分鐘生產(chǎn)70個工件,則電機的轉(zhuǎn)速可以確定為35r/min,故齒輪A的角速度就可以算得:ω=3.6rad/s,那么由此首先可以確定A輪的轉(zhuǎn)動慣量:
1/2mv12=1/2jω2
這里V1取半個行程的速度平均值V1=0.32m/s,上模塊質(zhì)量m=40kg,由此可以推算齒輪A的轉(zhuǎn)動慣量為:J=40*0.322/3.62kg*m2=0.32kg*m2
從而可以推出其他齒輪的轉(zhuǎn)動慣量:JF=JL=2.56kg*m2,JA=JG=JM=0.32kg*m2
從而由此根據(jù)能量守恒定律在沖壓成形的過程中,可以估算出電機的功率:
P=(1/2mv2+1/2J1ω12*3+1/2J2ω2*2+Ff*d)/t
代入數(shù)據(jù)可得:P=746w
考慮到齒輪傳輸中的機械損失,取功率為1.1KW的電機。查閱《機械設(shè)計手冊》選擇三相交流異步電動機,其型號為Y90L-6。
Y90L-6型電動機的基本參數(shù)為:轉(zhuǎn)速910r/min,W額=1.1KW,最大轉(zhuǎn)矩2.2N*mm,電機軸的直徑D=24mm,鍵槽F=8mm。
6.2減速箱的計算與選擇
根據(jù)生產(chǎn)成品的速率可知主軸轉(zhuǎn)速為35r/min,則公稱傳動比i=n1/n2=26,查閱《機械設(shè)計手冊》選擇標(biāo)準(zhǔn)三級圓柱齒輪減速器,其型號為ZSY。其公稱傳動比范圍:22.4—100,總中心距范圍:352—1570,重量150—10800kg。具體選擇型號ZSY(低速級中心距),傳動比i=20—35.5,中心距160,輸入軸d1=24mm m6;輸出軸d2=75mm n6
6.3聯(lián)軸器的選擇
根據(jù)實際需要,以及電動機軸和減速箱輸入軸的數(shù)據(jù),查閱《機械設(shè)計實用手冊》選擇齒式聯(lián)軸器,型號GⅡCL1,公稱轉(zhuǎn)矩355N*m,許用轉(zhuǎn)速4000r/min,軸孔直徑24mm。減速箱輸出軸和齒輪軸F之間的減速器同樣為齒式聯(lián)軸器,其型號為GⅡCL5,公稱轉(zhuǎn)矩2800N*m,許用轉(zhuǎn)速4000r/min,軸孔直徑40mm;75mm。
6.4機械系統(tǒng)傳動方案
當(dāng)電動機、減速箱、聯(lián)軸器,選擇確定以后,本方案選擇齒輪傳動動力,整體傳動方案為:電動機提供原動力,通過減速箱,輸出設(shè)計需要的轉(zhuǎn)速,在通過齒輪傳動,最后沖壓機構(gòu)完成動作。則整體傳動系統(tǒng)圖為下圖:
圖8精壓機傳動系統(tǒng)
7、機構(gòu)的尺寸設(shè)計
7.1執(zhí)行機構(gòu)的尺寸設(shè)計
7.1.1上模沖壓機構(gòu)的尺寸設(shè)計
因上模沖壓機構(gòu)采用曲柄滑塊的傳動機構(gòu),且根據(jù)任務(wù)書的要求行程速比系數(shù)K取1.8,則級位夾角=180°(K-1)/(K+1)=52°。且要求上模沖壓的總行程為280mm,則沖模錘的最高點到最低點的距離H為140mm;則考慮兩個極限位置時可以算出
2*CD*Sin/2=280
CD=320mm
取曲柄AB=250mm,得知AC=513mm。
7.1.2下模頂出機構(gòu)的尺寸設(shè)計
下模采用與上模相稱的設(shè)計方案,K值與上移距離均與上模相同。即曲柄MN=AB=250mm,機架PM=AC=513mm。
7.2傳動系統(tǒng)的尺寸設(shè)計
為了方便運算以及統(tǒng)一性,且在保證大于沖錘的沖程范圍。取三個小齒輪的分度圓直徑d=160mm,大齒輪分度圓直徑D=320mm,所有齒輪模數(shù)相同m=8mm。則小齒輪的齒數(shù)z=20,大齒輪的齒數(shù)Z=40。GL水平距離取200mm,與此同時,為了保證推桿送料機構(gòu)具有急回特性,且方便計算,采用曲柄滑塊機構(gòu)輸送原料。根據(jù)輸送原料時的推桿最大行程以及四連桿機構(gòu)的行程速比系數(shù)K=1.8,考慮兩處極限位置,可以算出曲柄NG=78mm,連桿JN=164mm。
8、齒輪的設(shè)計計算與校核
根據(jù)設(shè)計要求需要5個齒輪。齒輪對稱布置,軟齒面。三個相同的小齒輪,兩個相同的大齒輪。
8.1確定許用應(yīng)力
設(shè)計小齒輪采用40MnB調(diào)質(zhì)處理,查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-1知:齒面硬度為241-286HBS,σ=730MPa,σFE=600MPa;大齒輪用ZG35SiMn調(diào)質(zhì)處理,齒面硬度為241-269HBS,σ=620 MPa,σFE2=510MPa。繼續(xù)查閱《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-5,取SH=1.1,SF=1.25,故:
= (8-1)
= (8-2)
== (8-3)
= (8-4)
8.2按齒面接觸強度設(shè)計
設(shè)齒輪按8級精度制造,取載荷系數(shù)K=1.5(表11-3),齒寬系數(shù)φd=0.8(表11-6)。
大齒輪上的轉(zhuǎn)矩T=9.55×10×=9.55×10×=271N*m (8-5)
?。?88(表11-4)
=376.4mm (8-6)
齒數(shù): Z=40 Z= =20;
模數(shù)m=8mm;
齒寬b=,取302mm;
則b1=302mm,b2=312mm
則實際的d1=z*m=40*8=320mm,d2=20*8=160mm;
中心距:===240mm;
取a=240mm。
8.3驗算輪齒彎曲強度
齒形系數(shù)YFa1=2.56,(圖11-8),YSa1=1.63(圖11-9),查閱《機械設(shè)計基礎(chǔ)》獲得
同理YFa2=2.13,YSa2=1.81
== (8-7)
(8-8)
安全,故符合設(shè)計要求。
8.4齒輪的圓周速度
(8-9)
對照《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-2可知選用8級精度是合宜的。
9軸的設(shè)計計算與校核
9.1軸的材料的選擇
此設(shè)計中用到了五根齒輪軸,根據(jù)設(shè)計要求兩根大齒輪軸相同,三根小齒輪軸相同。而軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉,對應(yīng)力集中的敏感性較低,同時也可以熱處理或化學(xué)處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強度。所以我們用的是45鋼,調(diào)質(zhì)處理。
9.2大齒輪軸最小直徑的計算
根據(jù)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》公式(14-6)可得大齒輪軸的最小直徑
(9-1)
而為當(dāng)量彎矩,其中是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異的系數(shù),其含義是將非對稱循環(huán)變化的扭矩轉(zhuǎn)化為對稱循環(huán)變化的當(dāng)量扭矩切應(yīng)力。因通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)的變應(yīng)力,而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對稱循環(huán)的變應(yīng)力,故在求當(dāng)量彎矩時,必須計及這種循環(huán)特性差異的影響。即當(dāng)扭矩切應(yīng)力為靜應(yīng)力時,≈0.3;扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時,取≈0.6;若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力亦為對稱循環(huán)變應(yīng)力時,則取=1。為軸的許用彎曲應(yīng)力,其值按參考資料[6]表11.4選用。
根據(jù)本設(shè)計的技術(shù)要求,又由于軸上有鍵槽或過盈配合時,為了補償軸的削弱,按上式計算的軸徑應(yīng)增大,一個鍵槽增大4﹪~6%,兩個鍵槽增大7%~13%
所以圓整后取軸的最小直徑為40mm。
9.3大齒輪軸的設(shè)計
軸上零件的定位、固定、裝配:如下圖9
Ⅰ:,;
Ⅱ:,;
Ⅲ:,;
Ⅳ:,。
Ⅴ:,。
Ⅵ:,。
Ⅶ:,。
所以軸的總長度為
圖9 大齒輪軸
9.4小齒輪軸的最小直徑的計算
根據(jù)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》公式(14-6)可得小齒輪軸的最小直徑
(9-2)
而為當(dāng)量彎矩,其中是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異的系數(shù),其含義是將非對稱循環(huán)變化的扭矩轉(zhuǎn)化為對稱循環(huán)變化的當(dāng)量扭矩切應(yīng)力。因通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)的變應(yīng)力,而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對稱循環(huán)的變應(yīng)力,故在求當(dāng)量彎矩時,必須計及這種循環(huán)特性差異的影響。即當(dāng)扭矩切應(yīng)力為靜應(yīng)力時,≈0.3;扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時,取≈0.6;若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力亦為對稱循環(huán)變應(yīng)力時,則取=1。為軸的許用彎曲應(yīng)力,其值按參考資料[6]表11.4選用。
根據(jù)本設(shè)計的技術(shù)要求,又由于軸上有鍵槽或過盈配合時,為了補償軸的削弱,按上式計算的軸徑應(yīng)增大,一個鍵槽增大(4﹪~6%),兩個鍵槽增大(7%~13%)
所以圓整后取軸的最小直徑為30mm。
9.5小齒輪軸的設(shè)計
軸上零件的定位、固定、裝配:如下圖10
Ⅰ:,;
Ⅱ:,;
Ⅲ:,;
Ⅳ:,;
Ⅴ:,;
Ⅵ:,;
Ⅶ:,。
所以軸的總長度為
圖10 小齒輪軸
9.6大齒輪軸的校核
9.6.1軸的疲勞強度校核
軸的疲勞強度校核是在軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定之后進(jìn)行的,目的是校驗軸對疲勞損壞的抵抗能力,方法是校核危險截面的疲勞強度安全系數(shù)S。軸的疲勞強度校核是根據(jù)作用在軸上的最大載荷來計算的。危險截面的位置應(yīng)是受力較大、截面較小及應(yīng)力集中較嚴(yán)重即實際應(yīng)力較大的若干截面。其安全系數(shù)公式如下:
(9-3)
軸的材料為45鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,其。
⑴求作用在齒輪上的力
(前面已算)
⑵求作用在軸上的支反力
水平面內(nèi)支反力
垂直面內(nèi)支反力
⑶求出水平面和垂直面內(nèi)各力產(chǎn)生的彎矩
總彎矩
⑷求出計算彎矩
由于是平穩(wěn)工作,所以選取循環(huán)特性系數(shù),代入求得,
⑸較核軸的強度
已知軸的彎矩后,即可針對危險截面做強度較核計算。通常只較核軸上承受最大計算彎矩的截面,代入公式,得
故大齒輪軸安全。
9.7小齒輪軸的校核
9.7.1軸的疲勞強度校核
軸的疲勞強度校核是在軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定之后進(jìn)行的,目的是校驗軸對疲勞損壞的抵抗能力,方法是校核危險截面的疲勞強度安全系數(shù)S。軸的疲勞強度校核是根據(jù)作用在軸上的最大載荷來計算的。危險截面的位置應(yīng)是受力較大、截面較小及應(yīng)力集中較嚴(yán)重即實際應(yīng)力較大的若干截面。其安全系數(shù)公式如下:
(9-3)
軸的材料為45鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,其。
⑴求作用在齒輪上的力
(前面已算)
⑵求作用在軸上的支反力
水平面內(nèi)支反力
垂直面內(nèi)支反力
⑶求出水平面和垂直面內(nèi)各力產(chǎn)生的彎矩
總彎矩
⑷求出計算彎矩
由于是平穩(wěn)工作,所以選取循環(huán)特性系數(shù),代入求得,
⑸較核軸的強度
已知軸的彎矩后,即可針對危險截面做強度較核計算。通常只較核軸上承受最大計算彎矩的截面,代入公式,得
故小齒輪軸安全。
10滾動軸承的選擇與計算
本設(shè)計中有五處使用到了軸承,在兩個相同大齒輪軸和三個相同小齒輪軸上,已知大齒輪軸徑d=40mm,所以選內(nèi)徑為40mm的深溝球軸承,在機械設(shè)計手冊中,查表6-1,選擇型號為6008的深溝球軸承。另小齒輪軸徑為d=30mm,所以選內(nèi)徑為30mm的軸承,在機械設(shè)計手冊中選擇深溝球軸承;查表6-1,選擇型號為6006的軸承。
(1)計算軸承的當(dāng)量動載荷
(10-1)
(2)計算軸承壽命
(10-2)
其中:
-----基本額定壽命
------基本額定動載荷
------當(dāng)量動載荷
-------壽命指數(shù),對深溝球軸承=3
查機械設(shè)計手冊軸承6006的基本額定動載荷為13.2KN,軸承6008的基本額定動載荷為17.0KN。
計算后知:
=4000—8000h,選用軸承都可用
11鍵的選擇與驗算
11.1選擇鍵的類型和尺寸
本設(shè)計中有五處要求使用鍵聯(lián)接,即兩大齒輪和三個小齒輪與軸的連接處需要鍵連接。大齒輪軸的直徑D=40mm,小齒輪軸的直徑d=30mm。一般8級以上的精度要有定心精度的要求,所以選擇用平鍵聯(lián)接,故選用圓頭普通平鍵(A)型。
根據(jù)以上的數(shù)據(jù),從機械設(shè)計手冊,表4-1中查得大軸鍵的截面尺寸為:寬度b=12mm,高度h=8mm,可以確定取此鍵的長度L=50mm。查得小齒輪鍵的截面尺寸為:寬度b=10mm,高度h=8mm。同理取此鍵的長度L=56mm。
11.2校核鍵的強度
大齒輪軸連接鍵處:鍵、軸的材料是45號鋼,且屬于靜聯(lián)接由文獻(xiàn)1的表6-2查得許用擠壓應(yīng)力為[σp]=100-120MPa,取其平均值,[σp]=110MPa。鍵的工作長度為l=L-b=50mm-12mm=38mm,鍵與輪轂的鍵槽的接觸高度為k=0.5h=0.5×8mm=4mm。由文獻(xiàn)1的式6-1可得
= (11-1)
可見聯(lián)接的擠壓強度滿足,即該鍵可以正常工作。
小齒輪軸連接鍵處:鍵、軸的材料是45號鋼,且屬于靜聯(lián)接由文獻(xiàn)1的表6-2查得許用擠壓應(yīng)力為[σp]=100-120MPa,取其平均值,[σp]=110MPa。鍵的工作長度為l=L-b=56mm-10mm=46mm,鍵與輪轂的鍵槽的接觸高度為k=0.5h=0.5×8mm=4mm。由文獻(xiàn)1的式6-1可得
= (11-2)
可見聯(lián)接的擠壓強度滿足,即該鍵可以正常工作。
自此齒輪軸中的所有的鍵均以校核完畢,所有的鍵均滿足設(shè)計要求。
總 結(jié)
通過本次畢業(yè)設(shè)計,我深深的體會到自己在理論知識方面和實際操作方面的欠缺,同時也感到自己在知識的運用上不夠靈活,這也說明我在學(xué)習(xí)知識的過程中存在著一些缺點,導(dǎo)致設(shè)計過程中出現(xiàn)許多的失誤和差錯。再加上時間非常的緊迫,沒有做到意想的最佳效果??偨Y(jié)有以下幾點:
1.在初定方案過程中,由于自己所見實物過少,零部件的尺寸不能確定,使方案進(jìn)行了多次修改,耽誤了大量時間。在計算過程中,對于傳動齒輪、軸和曲柄滑塊的基本尺寸,計算結(jié)果與實際生產(chǎn)加工有偏差,也相應(yīng)作了修改。
2.在專用精壓機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計上,由于沒有相應(yīng)的精壓機參考。計算量過大,導(dǎo)致專用精壓機的結(jié)構(gòu)布置不是很合理,而且機架尺寸的確定也比較麻煩,在畫圖過程中,發(fā)現(xiàn)圖上尺寸與理論的差距存在嚴(yán)重,不得不重新進(jìn)行尺寸的修改。
4.在軸的設(shè)計過程中,其基本尺寸進(jìn)行了多次修改,由于工作量太大,軸的校核部分計算混亂。
總體來說,在這次畢業(yè)設(shè)計中,收獲很大,平時在學(xué)習(xí)知識的時候,總是認(rèn)為好多知識用不到,所以就沒有更深一步去理解。在此次設(shè)計中,我感到自己的知識面很窄,對知識掌握得不夠,在設(shè)計時,考慮問題太片面,導(dǎo)致零部件進(jìn)行多次修改。由于工作量較大和時間緊張。畫圖過程是積累經(jīng)驗的過程,細(xì)節(jié)把我的不是很好。總之,完成這次畢業(yè)設(shè)計就算成功了一半,至于好壞就可以體現(xiàn)出水平問題了。希望以后的畢業(yè)生能做到更好。
致 謝
對于這次畢業(yè)設(shè)計的完成,首先感謝母校---塔里木大學(xué)的辛勤培育,感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機會,使我將以前學(xué)到的知識又重新回顧了一遍,知道了學(xué)習(xí)的可貴與獲取知識的辛勤。承蒙指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo),使我順利地完成了畢業(yè)設(shè)計。在此,深深地感謝劉媛媛指導(dǎo)老師,給予了我耐心的指導(dǎo)和幫助,體現(xiàn)出了她對工作高度負(fù)責(zé)的精神,在代非畢業(yè)班的課程,有很多的不方便,但老師總能給我們答復(fù),對我們的問題耐心的指導(dǎo)。在整個設(shè)計的過程中,她耐心的指導(dǎo),才使我的設(shè)計順利完成,同時也感謝在這幾年中給予我知識的各位老師。
對于這次畢業(yè)設(shè)計,由于時間倉促和自己所學(xué)軟件掌握熟練程度等因素,設(shè)計的總體來說不盡人意,不過,至少啟發(fā)了我的思維,提高了我的動手能力和知識的綜合運用,同時,使我將以前所學(xué)的書本知識又重新復(fù)習(xí)了一遍,這為我在今后的工作崗位上發(fā)揮自己的才能奠定了堅實的基礎(chǔ)。
最后,再一次衷心的感謝學(xué)校能夠給予我這次機會,使我將所學(xué)理論知識與實踐相結(jié)合,以及在這次設(shè)計中給予我指導(dǎo)的所有老師。你們傳授的知識使我受用一生,你們的恩情我會銘記一生。
另外,感謝我身邊的所有幫助我的同學(xué)們,謝謝同學(xué)們在設(shè)計過程給予我的建議和問題,也就是在不斷的解決同學(xué)們給我的設(shè)計提出的問題的同時我完成了我大學(xué)生崖的最后一課的作業(yè)。
感謝各位老師和同學(xué)在大學(xué)的生活給我的關(guān)心和幫助,讓我在完成自己學(xué)業(yè)的同時也學(xué)到很多的生活技能,為我走向社會提供了基石。四年的專業(yè)學(xué)習(xí),使我真正掌握了一種學(xué)習(xí)的方法,這是大學(xué)給我的最寶貴的東西,也是各位老師給我的最寶貴的東西,在這里向辛勤工作的各位老師表示由衷的感謝。
最后,祝愿我們的老師和同學(xué)們在事業(yè)上蒸蒸日上,在生活上和和美美。
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