I摘 要LD 型立式無懸臂拉絲機(jī)是恒速拉拔的單次拉絲機(jī)。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的介紹了拉拔的發(fā)展歷史和單次拉拔的優(yōu)點(diǎn)，通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出拉拔的最佳速度，通過合理分配傳動(dòng)比，設(shè)計(jì)帶輪和蝸桿兩級(jí)減速裝置使卷筒達(dá)到有利于拉拔的速度來進(jìn)行拉拔加工。進(jìn)行拉絲機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)和蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出適合蝸桿傳動(dòng)的拉絲機(jī)箱體尺寸，保證了拉絲機(jī)的工作性能。對(duì)卷筒、拉絲模盒等重要零件進(jìn)行了計(jì)算與校核，還對(duì)輔助零件（大帶輪、小帶輪、蝸輪輪芯、蝸輪輪緣等）進(jìn)行了簡(jiǎn)單的尺寸設(shè)計(jì)。最后，本設(shè)計(jì)了大量采用標(biāo)準(zhǔn)件，降低了產(chǎn)品成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵字：?jiǎn)晤^拉絲機(jī)；立式；帶傳動(dòng)；蝸桿傳動(dòng)。IIABSTRACTSingle head vertical non-cantilever is constant speed wire drawing machine . The design is briefly introduced the history of the development of the advantages of drawing and a single drawing, and calculate the optimum speed of the drawing by the empirical formula, a reasonable allocation ratio, pulleys and worm through double reduction unit has reached the spool drawing speed conducive to drawing. Wire drawing machine power train design machine design and worm drive, worm drive designed for drawing the chassis body to ensure performance drawing machine. On the rolls, drawing dies boxes and other important parts of the calculation and verification, but also on the secondary part (large pulley, small pulley, worm wheel core, etc.) for a simple design size. Finally, the design of the extensive use of standard parts, reducing product cost, with significant economic benefits.Keywords: single-head drawing machine; vertical; belt transmission; worm drive.i目 錄第一章 緒論11.1 引言11.2 課題研究的目的和意義11.2.1 課題的來源及研究.11.2.2 國(guó)內(nèi)外拉拔工藝的發(fā)展.21.3.1 課題的研究?jī)?nèi)容.21.3.2 課題的研究思路.2第二章 設(shè)計(jì)方案的確定 32.1 提出問題32.2 電動(dòng)機(jī)的選擇32.3 傳動(dòng)布局設(shè)計(jì)32.4 拉拔模材料的選擇4第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 63.1 拉拔模參數(shù)計(jì)算63.1.1 拉拔模材料的選用.63.1.2 加工率 ξ63.1.3 拉拔?？谛螤钤O(shè)計(jì).63.1.4 拉拔功率的計(jì)算 W 73.1.5 卷筒轉(zhuǎn)速計(jì)算.73.1.6 拉拔模設(shè)計(jì).7ii3.2 傳動(dòng)比的分配與初步設(shè)計(jì)93.3 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算93.3.1 確定計(jì)算功率 Pca .93.3.2 確定 V 帶參數(shù) 93.3.3 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速.123.3.4 計(jì)算壓軸力.123.4 渦輪蝸桿的選擇133.5 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算133.5.1 蝸桿的選擇.133.5.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì).133.5.3 蝸桿與蝸輪的幾何參數(shù).163.5.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度.173.5.5 驗(yàn)算效率 η203.5.6 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定.213.5.7 尺寸和行狀公差.213.5.8 熱平衡計(jì)算.213.5.9 誤差項(xiàng)目.223.6 蝸桿軸的設(shè)計(jì)與校核223.6.1 蝸桿的參數(shù)計(jì)算.223.6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).233.6.3 蝸桿軸的載荷計(jì)算.253.6.4 按彎扭合成應(yīng)力校核疲勞強(qiáng)度.28iii3.6.5 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度.283.7 蝸輪軸的設(shè)計(jì)與校核333.7.1 渦輪軸的參數(shù)計(jì)算.333.7.2 蝸輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).343.7.3 軸上載荷的計(jì)算.353.7.4 渦輪桿的校核.373.8 軸承壽命校核383.8.1 蝸桿校核.383.8.2 蝸輪校核.393.9 其他部件的校核計(jì)算403.9.1 平鍵強(qiáng)度校核.403.9.2 蝸輪連接螺栓的校核.40第四章 卷筒及蝸桿減速器箱體設(shè)計(jì) .414.1 卷筒尺寸設(shè)計(jì).414.2 減速器尺寸設(shè)計(jì)424.3 減速箱體的附件說明43總 結(jié)44參考文獻(xiàn).45致 謝 .46- 1 -第一章 緒論1.1 引言金屬拉拔成型是讓加工材料通過有錐度的孔模具來減小它截面積的塑性加工成型方法，通過冷拔成型可以形成各種幾何截面的型材，是制備線材和管材的重要方法之一。由于拉拔成型能獲得高精度和高表面質(zhì)量，并且沒有材料浪費(fèi)，尤其在當(dāng)今注重資源節(jié)約型的發(fā)展時(shí)代，拉拔技術(shù)變得越來越重要。金屬拉拔技術(shù)具有悠久的歷史，其應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛。拉拔成型廣泛應(yīng)用于加工碳鋼、不銹鋼、合金鋼、銅、鋁及其合金等各種金屬材料,可生產(chǎn)直徑大至數(shù)十毫米的棒材和管材,小至數(shù)微米的計(jì)算機(jī)導(dǎo)線等數(shù)千種不同規(guī)格、用途的制品。例如我國(guó)高速鐵路的蓬勃發(fā)展，高速列車牽引電機(jī)日益受到重視，因此對(duì)牽引電機(jī)關(guān)鍵材料——電磁線的性能提出了較高的要求。電磁線對(duì)表面質(zhì)量、尺寸精度和柔軟度方面要求比較高，毛勇[1]對(duì)這個(gè)方面進(jìn)行相關(guān)的研究，取得一定的成果。近十幾年來，通過對(duì)高速拉拔的研究，成功制造了多線鏈?zhǔn)嚼螜C(jī)和圓盤拉拔機(jī)，高速拉拔的速度達(dá)到了 80m/s；拉拔制品的產(chǎn)量也在逐年增加，產(chǎn)品的品種和規(guī)格也在不斷增加，拉拔范圍從 Φ0.002mm 的細(xì)絲到 Φ500 的管材，加工性能合乎要求，表面質(zhì)量高，因此拉拔在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要的作用。1.2 課題研究的目的和意義1.2.1 課題的來源及研究我國(guó)的金屬制品大部分產(chǎn)品基本能滿足國(guó)內(nèi)需求，但在制品品種和質(zhì)量上仍未完全滿足需要；與世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍有較大的差距。加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，提高拉絲機(jī)的質(zhì)量和效率是當(dāng)前我們的重中之重。拉絲機(jī)的內(nèi)孔由圓柱與圓錐面組成。圓錐面是對(duì)線材的壓縮區(qū)，圓柱面是拉絲機(jī)的定徑區(qū)（拉區(qū)） 。拉絲機(jī)的質(zhì)量直接決定線材的形狀、尺寸、表面粗糙度及使用壽命。目前采用的?？坠に囀轻樐スに嚒＿@種工藝的可靠性不高，且生產(chǎn)效率較低。由于拉絲機(jī)工作過程中作用在摩擦表面微觀體積上周期性的接觸載荷或交變應(yīng)力的存在，極易讓表面或次表面形成裂紋。由此造成?？讋×夷p，拉出的線材質(zhì)量差。設(shè)備可靠性的主要指標(biāo)是壽命和性能。針磨工藝是比較落后的，所以就要求改進(jìn)國(guó)內(nèi)的拉絲機(jī)技術(shù)。我們應(yīng)該大力發(fā)展拉絲機(jī)技術(shù)，以保證在未來金屬制品行業(yè)不至于落后其他國(guó)家，- 2 -是我國(guó)拉拔技術(shù)一直處于世界的前列，這將對(duì)我們的各個(gè)行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，為中國(guó)制造業(yè)貢獻(xiàn)較大的力量，不斷增強(qiáng)我國(guó)的制造實(shí)力。 1.2.2 國(guó)內(nèi)外拉拔工藝的發(fā)展近年來，不少學(xué)者對(duì)傳統(tǒng)拉拔工藝進(jìn)行了改進(jìn)，開發(fā)了許多新的拉拔工藝。反張力拉拔是在拉拔時(shí)在拉模后端對(duì)坯料施以反方向拉力的加工方法，這種方法大大減少了拉拔模具的磨損，同時(shí)減少了拉線材或者型材被拉斷現(xiàn)象。輥式模拉拔是日本學(xué)者五弓勇雄提出把拉拔和軋制結(jié)合在一起的生產(chǎn)工藝，即用孔型軋輥代替?zhèn)鹘y(tǒng)的孔模，把大部分的滑動(dòng)摩擦變成了滾動(dòng)摩擦，極大地減少了摩擦阻力，可實(shí)現(xiàn)高速拉拔，該項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用在復(fù)雜截面的異型鋼管成形。強(qiáng)制潤(rùn)滑拉拔是拉模前端裝一根細(xì)長(zhǎng)的增壓導(dǎo)管或增壓模，拉拔時(shí)借助于運(yùn)動(dòng)著的坯料和潤(rùn)滑劑的粘性，將高粘度的潤(rùn)滑油帶入拉模，迫使?jié)櫥瑒┻M(jìn)入模孔，在坯料與拉模之間形成一層潤(rùn)滑油膜，產(chǎn)生流體動(dòng)力效應(yīng)，從而產(chǎn)生減小摩擦的作用。另外，有人利用金屬材料的超塑性開發(fā)出超塑性無模拉拔，在拉拔模上施加超聲波振動(dòng)制成超聲波振動(dòng)拉拔等等。這些新工藝都對(duì)解決拉拔高能耗、提高制品質(zhì)量等問題，有較高的理論和實(shí)用價(jià)值。1.3 課題研究?jī)?nèi)容與思路1.3.1 課題的研究?jī)?nèi)容1）完成 LD 型無懸臂立式拉絲機(jī)總傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)、選擇及確定；2）完成 LD 型無懸臂立式拉絲機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)、計(jì)算及校核；3）完成傳動(dòng)零件、卷筒、拉拔模等重要零件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及校核；4）完成 LD 型無懸臂立式拉絲機(jī)總裝圖及主要零件圖的繪制；5）完成設(shè)計(jì)說明書一份。1.3.2 課題的研究思路首先通過查資料、結(jié)合傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)和機(jī)械線材行業(yè)的發(fā)展需要，設(shè)計(jì)LD 型無懸臂立式拉絲機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及總傳動(dòng)方案；然后采用 Sliodworks 軟件初步設(shè)計(jì)出拉絲機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，以及各個(gè)附屬機(jī)構(gòu)；其次根據(jù)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定其結(jié)構(gòu)并選定各零件的材料；最后繪制三維圖紙和工程圖紙，根據(jù)要求和設(shè)計(jì)過程，編寫設(shè)計(jì)說明書。- 3 -第二章 設(shè)計(jì)方案的確定2.1 提出問題LD 型單模無懸臂立式拉絲機(jī)是一次拉拔成型，原材料為 φ4mm，制品為 φ3mm。要求卷筒轉(zhuǎn)速為 58-220r/min，功率 15kw，拉拔 T9 碳素工具鋼。2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇預(yù)選卷筒轉(zhuǎn)速 60r/min，查表 2.1，選取電機(jī) Y160M2-2 電動(dòng)機(jī)。查得該電機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速為 2930r/min。表 2.1 部分型號(hào)電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)型 號(hào) 功 率( KW)電 流(A)轉(zhuǎn) 速r/min鐵 芯長(zhǎng) 度定 子外 徑定 子內(nèi) 徑輸 出軸 徑Y(jié)132M2-6 5.5 13 960 180 210 148 －Y132S-8 2.2 5.8 710 110 210 148 －Y132M-8 3.0 7.7 710 180 210 148 －Y160M1-2 11 22 710 125 260 150 Ф42Y160M2-2 15 29 2930 155 260 150 Ф42Y160L-2 18.5 36 2930 155 260 150 Ф42Y160M-4 11 23 1460 195 260 170 Ф42Y160L-4 15 30 1460 195 260 170 Ф42Y160M-6 7.5 17 970 145 260 180 Ф42Y160L-6 11 25 970 195 260 180 Ф42- 4 -2.3 傳動(dòng)布局設(shè)計(jì)方案一：傳動(dòng)采用兩級(jí)傳動(dòng)，先用一級(jí)帶傳動(dòng)，把電機(jī)扭矩傳給蝸桿，然后采用蝸輪蝸桿減速器將扭矩傳給卷筒，帶動(dòng)鋼絲通過拉拔模實(shí)現(xiàn)拉拔。傳動(dòng)示意圖如圖 2.1所示。方案二：傳動(dòng)采用兩級(jí)傳動(dòng)，先用蝸桿傳動(dòng)，把電機(jī)扭矩傳給蝸輪，然后采用帶傳動(dòng)將扭矩傳給卷筒，帶動(dòng)鋼絲通過拉拔模實(shí)現(xiàn)拉拔。方案比較：方案一傳動(dòng)更加平穩(wěn)，且更利于分配傳動(dòng)比，所以方案一更好。- 5 -圖 2.1 傳動(dòng)示意圖2.4 拉拔模材料的選擇楊學(xué)鋒（2006）提出：“目前，拉絲模的材料可以分為幾類，分別為合金鋼拉絲模、硬質(zhì)合金拉絲模、天然金剛石拉絲模、人造聚晶金剛石拉絲模、涂層拉絲模和陶瓷拉絲模。根據(jù)拉絲模材料分類，其加工線材的種類和直徑以及拉絲模的加工方法是有所區(qū)別的” 。目前，拉絲模的材料可以分為幾類，分別為合金鋼拉絲模、硬質(zhì)合金拉絲模、天然金剛石拉絲模、人造聚晶金剛石拉絲模、涂層拉絲模和陶瓷拉絲模。根據(jù)拉絲模材料分類，其加工線材的種類和直徑以及拉絲模的加工方法是有所區(qū)別的。 合金鋼拉絲模通常用的工具鋼，其硬度和耐磨性是幾種拉絲模中最低的，但是因其材料價(jià)格低，加工方便，所以在線材的粗加工過程中還有所使用； 硬質(zhì)合金拉絲模通常屬于鎢類和金，這些合金是由碳化鎢和鈷等組成。碳化鎢是整個(gè)合金的“骨架” ，主要起堅(jiān)硬耐磨作用，鈷是粘結(jié)金屬，是合金韌性的來源。硬質(zhì)合金模具有以下特性：耐磨性高；拋光性好；粘附性??；摩擦系數(shù)小，降低能量消耗；抗蝕性高。這些特性使得拉絲模對(duì)潤(rùn)滑劑具有廣泛適應(yīng)性； 天然金剛石拉絲模脆性大，加工比較困難，一般用于制造直徑 1.2 毫米以下的拉- 6 -絲模。它具有各向異性的特點(diǎn)，拉拔過程中當(dāng)整個(gè)孔的周圍都處在工作狀態(tài)下時(shí)，天然金剛石在孔的某一位置將發(fā)生擇優(yōu)磨損。因其價(jià)格較貴，所以這種拉絲模并不是我們最終所尋求的即經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的材料； 人造聚晶金剛石拉絲模是用人造金剛石單晶體、加上少量硅、鈦等結(jié)合劑，在高溫高壓的條件下聚合而成。用聚晶金剛石制成的拉絲模硬度高、耐磨性好，孔壁磨損均勻，抗沖擊能力強(qiáng)，拉拔效率高。目前，聚晶金剛石拉絲模在拉拔行業(yè)中應(yīng)用廣泛；涂層拉絲模是新近發(fā)展起來的，其主要方法就是在硬質(zhì)合金拉絲模上涂層金剛石薄膜，具有單晶體金剛石的光澤度、耐溫性且具有聚晶金剛石的耐磨性等優(yōu)點(diǎn)。表 2.2 各種拉絲模材料的性能對(duì)比種類 加工難易程度 機(jī)械性能 加工類型合金鋼 加工容易 機(jī)械性能差 粗加工硬質(zhì)合金鋼 拋光性能好、能耗低 耐磨性差，加工困難 大中直徑線材天然金剛石 硬度高、耐磨性好 脆性大，加工難 極小直徑線材人造聚晶金剛石 硬度高、耐磨性好 加工困難，成本高 中小型線材涂層拉絲模 光潔度高，耐高溫 工藝復(fù)雜、加工困難 各種線材陶瓷材料 耐磨、耐高溫、耐腐蝕 抗熱沖擊差、韌性低、加工難各種線材綜合各項(xiàng)優(yōu)缺點(diǎn)，選擇陶瓷拉絲模。- 7 -第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算與校核3.1 拉拔模參數(shù)計(jì)算3.1.1 拉拔模材料的選用陶 瓷 拉 拔 模 適 于 應(yīng) 力 不 大 的 條 件 下 ， 拉 制 φ 6.0m以 下 的 鋼 絲 、 有 色 金 屬 線 材 或 棒材 ， 綜 上 所 述 拉 拔 模 選 用 3Y-TZP/Al2O3材 料 。 3.1.2 加工率 ξ(3.1)4.75%10D)-(2QH2Q?????通過查表 3.1，拉拔模角 α 用插值法選取 。???102?，表 3.1 拉拔不同材料時(shí)最佳模角與道次加工率的關(guān)系道次加工率 純銅 軟銅 硬鋼 鋁 銅 黃銅10 5 3 2 7 5 415 7 5 4 11 8 620 9 7 6 16 11 925 12 9 8 21 15 1230 15 12 10 26 18 1535 19 15 12 32 22 1840 23 18 15 - - -3.1.3 拉拔?？谛螤钤O(shè)計(jì)查表 3.2，取摩擦系數(shù) f=0.10，查表 3.3 由插值算得 1d=3.2mm，l ch=0.2-0.3D1。 表 3.2 拉拔平均摩擦系數(shù)金屬與合金 道次加工率為 1 道次加工率為 2 道次加工率為 3 道次加工率為 4- 8 -表 3.3 棒料拉拔工作帶長(zhǎng)與模孔直徑的關(guān)系?？字睆?5-15 15.1-25 25.1-40 40.1-60工作帶長(zhǎng)度 3.5-5.0 4.5-6.5 6-8 10取 lch=0.3D1=0.9mm。(3.2) ?cot5.0aL1max0y ????）（ Da=1.05-1.3，取 1.2。算得 Ly=3.40mm。1r.(3.3)取系數(shù)為 1.3 。 Lf=3.9mm。3.1.4 拉拔功率的計(jì)算 W準(zhǔn)備參數(shù) 567.0tanB??f（3.4）78.1D2Q?H?（3.5）427.0DlfC1d??（3.6）查得 δ S=1274MPa。紫銅 0.10-0.12 0.15 0.15 0.16H62 0.11-0.12 0.11 0.11 0.11H68 0.09 0.09 0.12 -HSn70-1 0.10 0.11 0.12 -- 9 -769.0)1(s1????BX??（3.7）850.11s??CSeX?（3.8）KW645.7DW211????s（3.9）3.1.5 卷筒轉(zhuǎn)速計(jì)算取蝸桿傳動(dòng)機(jī)械效率為 80%，電機(jī)功率 W=15KW，則。smsW/143/2.10VB ????蝸（3.10）卷筒直徑為 Φ450mm，周長(zhǎng) L=1413mm，則。sVB/r1/Lf??（3.11）所以轉(zhuǎn)速 n=60*f=60r/min。3.1.6 拉拔模設(shè)計(jì)拉拔模尺寸示意圖如 3.1 所示，為了方便模具的更換，設(shè)計(jì)將拉拔模采用冷壓壓入硬質(zhì)合金模套中，采用間接冷卻方法。見圖 3.2 所示。- 10 -圖 3.1 拉絲模尺寸a) 拉絲模冷壓 b)拉絲模的間接冷卻圖 3.2 拉絲模冷壓和間接冷卻示意圖- 11 -3.2 傳動(dòng)比的分配與初步設(shè)計(jì)預(yù)選卷筒轉(zhuǎn)速 60r/min，選取電機(jī) Y160M2-2 電動(dòng)機(jī)。查得該電機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速為2930r/min?？倐鲃?dòng)比 I=2930/60=48.8。預(yù)分配傳動(dòng)比為 i 帶 =2，i 蝸 =24.4。3.3 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1 確定計(jì)算功率 Pca工作時(shí)間為 8h。查表 3.4 查得工作情況系數(shù) KA=1.0，故。WPca15??（3.12）表 3.4 工作情況系數(shù) KA空、輕載啟動(dòng)每天工作小時(shí)數(shù) H 重載啟動(dòng)每天工作小時(shí)數(shù) H工況16 16載荷變動(dòng)微小 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3載荷變動(dòng)小 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4載荷變動(dòng)大 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.63.3.2 確定 V 帶參數(shù)1）選擇 V 帶的帶型小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=2930/2=1465r/min。根據(jù) Pca、n 1由圖 3.3 選擇 B 型。- 12 -圖 3.3 計(jì)算功率圖2）確定 V 帶的中心距 a 和基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld。因?yàn)?0.7（d 1+d2）2.00 0.13 0.22 0.25 0.30 0.38 0.46 0.51 0.63 0.76 0.894）計(jì)算單根 V 帶初拉力的最小值（F 0） min查表 3.9 得 B 型帶質(zhì)量系數(shù) q=0.18kg/m。 得。NqvzKPca5.416)5.2(0F2min ??????（3.17）表 3.9 V 帶單位長(zhǎng)度的質(zhì)量帶型 Y Z A B C D Eq/(kg/m) 0.02 0.06 0.10 0.18 0.30 0.61 0.92應(yīng)使每根 V 帶實(shí)際初拉力大于最小初拉力值。3.3.3 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速?gòu)膱D 3.3 查出 dd1 范圍為 125-140。查表 3.10 和表 3.11，取 dd1=140mm。表 3.10 普通 V 帶輪的基準(zhǔn)直徑系列帶型 基準(zhǔn)直徑Y(jié) 20,22.4,25,28,31.5,35.5,40,45,50,56,63,71,80,90,100,112,115Z 71,75,80,90,100,112,125,132,140,150,160,180,200,224,250,280,315,355,400,500,630A 80,85,90,95,100,106,112,118,125,132,140,150,160,180,200,224,250,280,315,355,400,1- 16 -50,500,560,630,710,800B 132,140,150,160,170,180,200,224,250,280,315,355,400,500,560,600,630,710,750,800,900,1000,1120C 200,212,224,236,250,265,280,300,315,335,355,400,450,500,560,600,630,710,750,800,900,1000,1120,1250,1400,1600,2000D 375,400,425,450,475,500,560,600,630,710,750,800,900,1000,1060,1120,1250,1400,1500,1600,1800,2000E 500,530,560,600,630,670,710,800,900,1000,1120,1250,1400,1500,1600,1800,2000,2240,2500表 3.11 V 帶輪的最小基準(zhǔn)直徑槽型 Y Z A B C D Ed/min 20 50 75 125 200 355 500驗(yàn)算帶速smndvs /25/73.106/m5?????（3.18）故帶速是合適的。計(jì)算大帶輪直徑 dd2 因?yàn)?dd2=i 帶 dd1=280mm。查表 3.8 取dd1=280mm。3.3.4 計(jì)算壓軸力根據(jù)公式算得NFz7.16932sin2mi0inP????（3.19）取壓軸力為 1700N 代入軸承校核計(jì)算。- 17 -3.4 渦輪蝸桿的選擇考慮到桿傳動(dòng)難以保證較 【】高的接觸精度。故蝸桿和渦輪不能同時(shí)用硬材料制造，選擇其中一個(gè)用減摩擦性良好的軟材料來制造?？紤]到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度不高，故蝸桿用 45 鋼，又希望效率高，耐磨性好，故蝸桿的螺旋齒面需要淬火處理，使硬度達(dá)到 45-55HRC。渦輪用鑄磷錫青銅 ZCnSn10P1，金屬模鑄造成型。考慮到渦輪直徑可能比較大，故齒圈采用青銅鑄造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 砂模鑄造成型。通過這些對(duì)比選取蝸桿材料為 40Gr 滲碳 45HRC~55HRC，表面淬火Ra1.6~Ra0.8；選取渦輪材料為鑄磷錫青銅 ZCuSn10P1，砂模鑄造。3.5 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.5.1 蝸桿的選擇根據(jù) GB/T10085-1988 的推薦，選用阿基米德蝸桿（ZA） 。該蝸桿齒形角 α 0=200。加工方便，可在車床上直接加工成型。3.5.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)由閉式蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距 a32][???????HEZKTa??（3.20）1) 確定蝸桿頭數(shù) z1。因?yàn)?i 蝸 =24.4，選擇 z1=2。2)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2。估取效率 η=80%。則(3.21)mNnPn??????18360105.9105.926262 帶?3)確定載荷系數(shù) K- 18 -VAK??（3.22）因?yàn)槔芜^程中載荷分布均勻，有小沖擊，查表 3.12，取 KA=1.0。預(yù)選齒輪精度等級(jí)為 8 級(jí)，查表 3.13 取 KHβ =1.16。表 3.12 使用系數(shù) KA工作類型 1 2 3載荷性質(zhì) 均勻無沖擊 不均勻小沖擊 不均勻大沖擊每小時(shí)啟動(dòng)次數(shù) 50啟動(dòng)載荷 小 較大 大KA 1 1.15 1.2因?yàn)楸緳C(jī)為一般減速器所以齒寬系數(shù) Φd 取 0.4。圖 3.3 動(dòng)載系數(shù) KV 值- 19 -查圖 3.3 取 KV=1.15，算得 K=1.38。4)確定彈性影響系數(shù) ZE選用蝸輪與鋼蝸桿相配，故 。 21MPa60?5)確定接觸系數(shù) ?Z預(yù)選 d1/a=0.3。查圖 3.4 得 Zρ=3.1，故由中心距設(shè)計(jì)式 3-2 得 。預(yù)選m2.04a?a=225mm。故 d1=80mm，m=8，d 1/a=0.355，查圖 3.4，知 Zρ=2.62.9 該結(jié)m35.9a?果不可用。故選 Zρ=2.6。6)確定許用接觸應(yīng)力[ ]H?根據(jù)鑄磷錫青銅作為蝸輪材料，蝸桿的螺旋齒面硬度大于 45HRC，故查表 3.14 得蝸輪的基本許用應(yīng)力 。MPaH268]['?表 3.14 鑄錫青銅蝸桿的基本許用接觸應(yīng)力 （MPa ）'][H?蝸桿材料 鑄造方法 蝸桿螺旋面硬度45HRC砂模鑄造 150 180鑄錫磷青銅金屬模鑄造 220 268砂模鑄造 113 135鑄錫鋅鉛青銅金屬模鑄造 128工作壽命 Lh取 12000h。應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N7h2103.460N??Ljn（3.23）壽命系數(shù) KHN832.01K87?NH（3.24）則 MPaHNH5.23][]['?（3.25）- 21 -7)計(jì)算中心距 a m3.206)5.316(803.1????故取 a=225mm。3.5.3 蝸桿與蝸輪的幾何參數(shù)查表 3.15 查得蝸輪與蝸桿主要尺寸如下:表 3.15 普通圓柱蝸桿基本尺寸和主要參數(shù)中心距 傳動(dòng)比 模數(shù) 分度圓直徑 頭數(shù) 蝸輪齒數(shù) 變位系數(shù) 說明7.25 12.5 90 4 29 -0.1009.5* 10 71 4 38 -0.05011.75 8 80 4 61 -0.37515.25 6.3 63 4 61 +0.214319.5* 10 71 2 38 -0.05023.5 8 80 2 47 -0.37530.5 6.3 63 2 61 +0.214338* 10 71 1 38 -0.05047 8 80 1 47 -0.375－－－－－－－－－61 6.3 63 1 61 +0.2143 自鎖71 5 90 1 71 +0.50022580* 5 90 1 80 0.00－－注：*表示基本傳動(dòng)比；表中自鎖只有靜止和無振動(dòng)條件下才能保證。1)蝸桿模數(shù) m=8，蝸桿長(zhǎng)度 b。- 22 -mz125)06.1(b2????（3.26）取 b=200mm，直徑系數(shù) q=10。分度圓直徑 d1mq80d1?（3.27）齒頂圓直徑 da1mhdaa962*1??（3.28）齒根圓直徑 df1mchdaf 8.60)(2*1????（3.29）分度圓導(dǎo)程角 r= ，軸向齒距 px=25.133mm。'39425o2)蝸輪蝸輪齒數(shù) z2=47，變位系數(shù) x2=-0.375。驗(yàn)算傳動(dòng)比 ii=z2/z1=23.5 （3.30）這時(shí)的傳動(dòng)比誤差為 是允許的。%68.34.25-??蝸輪分度圓直徑 d2d2=mz2=8×47=376mm (3.31）- 23 -寬度 B 取 82mm，齒根圓直徑 df2??m8.3502*2*2????cxhmaf(3.32)齒頂圓直徑 da2xaa 6)(2*2(3.33)喉圓直徑 da2mxhdaa38)(2*2???(3.34)咽喉母圓半徑 rg2ra21g?(3.35)驗(yàn)算正解。3.5.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度][K53.12FFaFYmdT?????（3.36）1)許用彎曲應(yīng)力 ][F?查表 3.16 得出鑄磷錫青銅金屬模鑄造的彎曲應(yīng)力為 。MPaF56]['??應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N： (3.37)37801.6206??hjnL表 3.16 蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力蝸輪材料 鑄造方法 單側(cè)工作 雙側(cè)工作鑄錫青銅 砂模鑄造 40 29- 24 -鑄錫青銅 金屬模鑄造 56 40砂模鑄造 26 22鑄錫鋅鉛青銅鑄錫鋅鉛青銅 金屬模鑄造 32 26砂模鑄造 80 57鑄鋁鐵青銅鑄鋁鐵青銅 金屬模鑄造 90 64砂模鑄造 40 28灰鑄鐵 HT150灰鑄鐵 HT200 砂模鑄造 48 34壽命系數(shù) KFn(3.38)6.01K9?NFn許用彎曲應(yīng)力 ][F?(3.39)MPaKFnF4.37][]['???2)螺旋角影響系數(shù) Yβ(3.40)95.014??r?3)當(dāng)量齒數(shù) zv2(3.41)70.cosZ32?rzv4)齒形系數(shù) Yfa2根據(jù)變位系數(shù)和當(dāng)量齒數(shù)，查文獻(xiàn)三圖 3.5 可得齒形系數(shù) YFa2=2.7。彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒向載荷分布系數(shù) ?FK(3.42)68.5)09/(2/???hb- 25 -查圖 3.6 得 。12.??FK圖 3.5 蝸桿的齒形系數(shù) （ ）2FaYnamh3.0,10*????代入彎曲應(yīng)力校核式（3.36）中得：2.1?K][37.6FF???故彎曲強(qiáng)度是滿足要求的。I摘 要LD 型立式無懸臂拉絲機(jī)是恒速拉拔的單次拉絲機(jī)。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的介紹了拉拔的發(fā)展歷史和單次拉拔的優(yōu)點(diǎn)，通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出拉拔的最佳速度，通過合理分配傳動(dòng)比，設(shè)計(jì)帶輪和蝸桿兩級(jí)減速裝置使卷筒達(dá)到有利于拉拔的速度來進(jìn)行拉拔加工。進(jìn)行拉絲機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)和蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出適合蝸桿傳動(dòng)的拉絲機(jī)箱體尺寸，保證了拉絲機(jī)的工作性能。對(duì)卷筒、拉絲模盒等重要零件進(jìn)行了計(jì)算與校核，還對(duì)輔助零件（大帶輪、小帶輪、蝸輪輪芯、蝸輪輪緣等）進(jìn)行了簡(jiǎn)單的尺寸設(shè)計(jì)。最后，本設(shè)計(jì)了大量采用標(biāo)準(zhǔn)件，降低了產(chǎn)品成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵字：?jiǎn)晤^拉絲機(jī)；立式；帶傳動(dòng)；蝸桿傳動(dòng)。IIABSTRACTSingle head vertical non-cantilever is constant speed wire drawing machine . The design is briefly introduced the history of the development of the advantages of drawing and a single drawing, and calculate the optimum speed of the drawing by the empirical formula, a reasonable allocation ratio, pulleys and worm through double reduction unit has reached the spool drawing speed conducive to drawing. Wire drawing machine power train design machine design and worm drive, worm drive designed for drawing the chassis body to ensure performance drawing machine. On the rolls, drawing dies boxes and other important parts of the calculation and verification, but also on the secondary part (large pulley, small pulley, worm wheel core, etc.) for a simple design size. Finally, the design of the extensive use of standard parts, reducing product cost, with significant economic benefits.Keywords: single-head drawing machine; vertical; belt transmission; worm drive.i目 錄第一章 緒論11.1 引言11.2 課題研究的目的和意義11.2.1 課題的來源及研究.11.2.2 國(guó)內(nèi)外拉拔工藝的發(fā)展.21.3.1 課題的研究?jī)?nèi)容.21.3.2 課題的研究思路.2第二章 設(shè)計(jì)方案的確定 32.1 提出問題32.2 電動(dòng)機(jī)的選擇32.3 傳動(dòng)布局設(shè)計(jì)32.4 拉拔模材料的選擇4第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 63.1 拉拔模參數(shù)計(jì)算63.1.1 拉拔模材料的選用.63.1.2 加工率 ξ63.1.3 拉拔?？谛螤钤O(shè)計(jì).63.1.4 拉拔功率的計(jì)算 W 73.1.5 卷筒轉(zhuǎn)速計(jì)算.73.1.6 拉拔模設(shè)計(jì).7ii3.2 傳動(dòng)比的分配與初步設(shè)計(jì)93.3 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算93.3.1 確定計(jì)算功率 Pca .93.3.2 確定 V 帶參數(shù) 93.3.3 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速.123.3.4 計(jì)算壓軸力.123.4 渦輪蝸桿的選擇133.5 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算133.5.1 蝸桿的選擇.133.5.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì).133.5.3 蝸桿與蝸輪的幾何參數(shù).163.5.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度.173.5.5 驗(yàn)算效率 η203.5.6 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定.213.5.7 尺寸和行狀公差.213.5.8 熱平衡計(jì)算.213.5.9 誤差項(xiàng)目.223.6 蝸桿軸的設(shè)計(jì)與校核223.6.1 蝸桿的參數(shù)計(jì)算.223.6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).233.6.3 蝸桿軸的載荷計(jì)算.253.6.4 按彎扭合成應(yīng)力校核疲勞強(qiáng)度.28iii3.6.5 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度.283.7 蝸輪軸的設(shè)計(jì)與校核333.7.1 渦輪軸的參數(shù)計(jì)算.333.7.2 蝸輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).343.7.3 軸上載荷的計(jì)算.353.7.4 渦輪桿的校核.373.8 軸承壽命校核383.8.1 蝸桿校核.383.8.2 蝸輪校核.393.9 其他部件的校核計(jì)算403.9.1 平鍵強(qiáng)度校核.403.9.2 蝸輪連接螺栓的校核.40第四章 卷筒及蝸桿減速器箱體設(shè)計(jì) .414.1 卷筒尺寸設(shè)計(jì).414.2 減速器尺寸設(shè)計(jì)424.3 減速箱體的附件說明43總 結(jié)44參考文獻(xiàn).45致 謝 .46- 1 -第一章 緒論1.1 引言金屬拉拔成型是讓加工材料通過有錐度的孔模具來減小它截面積的塑性加工成型方法，通過冷拔成型可以形成各種幾何截面的型材，是制備線材和管材的重要方法之一。由于拉拔成型能獲得高精度和高表面質(zhì)量，并且沒有材料浪費(fèi)，尤其在當(dāng)今注重資源節(jié)約型的發(fā)展時(shí)代，拉拔技術(shù)變得越來越重要。金屬拉拔技術(shù)具有悠久的歷史，其應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛。拉拔成型廣泛應(yīng)用于加工碳鋼、不銹鋼、合金鋼、銅、鋁及其合金等各種金屬材料,可生產(chǎn)直徑大至數(shù)十毫米的棒材和管材,小至數(shù)微米的計(jì)算機(jī)導(dǎo)線等數(shù)千種不同規(guī)格、用途的制品。例如我國(guó)高速鐵路的蓬勃發(fā)展，高速列車牽引電機(jī)日益受到重視，因此對(duì)牽引電機(jī)關(guān)鍵材料——電磁線的性能提出了較高的要求。電磁線對(duì)表面質(zhì)量、尺寸精度和柔軟度方面要求比較高，毛勇[1]對(duì)這個(gè)方面進(jìn)行相關(guān)的研究，取得一定的成果。近十幾年來，通過對(duì)高速拉拔的研究，成功制造了多線鏈?zhǔn)嚼螜C(jī)和圓盤拉拔機(jī)，高速拉拔的速度達(dá)到了 80m/s；拉拔制品的產(chǎn)量也在逐年增加，產(chǎn)品的品種和規(guī)格也在不斷增加，拉拔范圍從 Φ0.002mm 的細(xì)絲到 Φ500 的管材，加工性能合乎要求，表面質(zhì)量高，因此拉拔在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要的作用。1.2 課題研究的目的和意義1.2.1 課題的來源及研究我國(guó)的金屬制品大部分產(chǎn)品基本能滿足國(guó)內(nèi)需求，但在制品品種和質(zhì)量上仍未完全滿足需要；與世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍有較大的差距。加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，提高拉絲機(jī)的質(zhì)量和效率是當(dāng)前我們的重中之重。拉絲機(jī)的內(nèi)孔由圓柱與圓錐面組成。圓錐面是對(duì)線材的壓縮區(qū)，圓柱面是拉絲機(jī)的定徑區(qū)（拉區(qū)） 。拉絲機(jī)的質(zhì)量直接決定線材的形狀、尺寸、表面粗糙度及使用壽命。目前采用的?？坠に囀轻樐スに嚒＿@種工藝的可靠性不高，且生產(chǎn)效率較低。由于拉絲機(jī)工作過程中作用在摩擦表面微觀體積上周期性的接觸載荷或交變應(yīng)力的存在，極易讓表面或次表面形成裂紋。由此造成模孔劇烈磨損，拉出的線材質(zhì)量差。設(shè)備可靠性的主要指標(biāo)是壽命和性能。針磨工藝是比較落后的，所以就要求改進(jìn)國(guó)內(nèi)的拉絲機(jī)技術(shù)。我們應(yīng)該大力發(fā)展拉絲機(jī)技術(shù)，以保證在未來金屬制品行業(yè)不至于落后其他國(guó)家，- 2 -是我國(guó)拉拔技術(shù)一直處于世界的前列，這將對(duì)我們的各個(gè)行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，為中國(guó)制造業(yè)貢獻(xiàn)較大的力量，不斷增強(qiáng)我國(guó)的制造實(shí)力。 1.2.2 國(guó)內(nèi)外拉拔工藝的發(fā)展近年來，不少學(xué)者對(duì)傳統(tǒng)拉拔工藝進(jìn)行了改進(jìn)，開發(fā)了許多新的拉拔工藝。反張力拉拔是在拉拔時(shí)在拉模后端對(duì)坯料施以反方向拉力的加工方法，這種方法大大減少了拉拔模具的磨損，同時(shí)減少了拉線材或者型材被拉斷現(xiàn)象。輥式模拉拔是日本學(xué)者五弓勇雄提出把拉拔和軋制結(jié)合在一起的生產(chǎn)工藝，即用孔型軋輥代替?zhèn)鹘y(tǒng)的孔模，把大部分的滑動(dòng)摩擦變成了滾動(dòng)摩擦，極大地減少了摩擦阻力，可實(shí)現(xiàn)高速拉拔，該項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用在復(fù)雜截面的異型鋼管成形。強(qiáng)制潤(rùn)滑拉拔是拉模前端裝一根細(xì)長(zhǎng)的增壓導(dǎo)管或增壓模，拉拔時(shí)借助于運(yùn)動(dòng)著的坯料和潤(rùn)滑劑的粘性，將高粘度的潤(rùn)滑油帶入拉模，迫使?jié)櫥瑒┻M(jìn)入?？?，在坯料與拉模之間形成一層潤(rùn)滑油膜，產(chǎn)生流體動(dòng)力效應(yīng)，從而產(chǎn)生減小摩擦的作用。另外，有人利用金屬材料的超塑性開發(fā)出超塑性無模拉拔，在拉拔模上施加超聲波振動(dòng)制成超聲波振動(dòng)拉拔等等。這些新工藝都對(duì)解決拉拔高能耗、提高制品質(zhì)量等問題，有較高的理論和實(shí)用價(jià)值。1.3 課題研究?jī)?nèi)容與思路1.3.1 課題的研究?jī)?nèi)容1）完成 LD 型無懸臂立式拉絲機(jī)總傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)、選擇及確定；2）完成 LD 型無懸臂立式拉絲機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)、計(jì)算及校核；3）完成傳動(dòng)零件、卷筒、拉拔模等重要零件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及校核；4）完成 LD 型無懸臂立式拉絲機(jī)總裝圖及主要零件圖的繪制；5）完成設(shè)計(jì)說明書一份。1.3.2 課題的研究思路首先通過查資料、結(jié)合傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)和機(jī)械線材行業(yè)的發(fā)展需要，設(shè)計(jì)LD 型無懸臂立式拉絲機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及總傳動(dòng)方案；然后采用 Sliodworks 軟件初步設(shè)計(jì)出拉絲機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，以及各個(gè)附屬機(jī)構(gòu)；其次根據(jù)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定其結(jié)構(gòu)并選定各零件的材料；最后繪制三維圖紙和工程圖紙，根據(jù)要求和設(shè)計(jì)過程，編寫設(shè)計(jì)說明書。- 3 -第二章 設(shè)計(jì)方案的確定2.1 提出問題LD 型單模無懸臂立式拉絲機(jī)是一次拉拔成型，原材料為 φ4mm，制品為 φ3mm。要求卷筒轉(zhuǎn)速為 58-220r/min，功率 15kw，拉拔 T9 碳素工具鋼。2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇預(yù)選卷筒轉(zhuǎn)速 60r/min，查表 2.1，選取電機(jī) Y160M2-2 電動(dòng)機(jī)。查得該電機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速為 2930r/min。表 2.1 部分型號(hào)電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)型 號(hào) 功 率( KW)電 流(A)轉(zhuǎn) 速r/min鐵 芯長(zhǎng) 度定 子外 徑定 子內(nèi) 徑輸 出軸 徑Y(jié)132M2-6 5.5 13 960 180 210 148 －Y132S-8 2.2 5.8 710 110 210 148 －Y132M-8 3.0 7.7 710 180 210 148 －Y160M1-2 11 22 710 125 260 150 Ф42Y160M2-2 15 29 2930 155 260 150 Ф42Y160L-2 18.5 36 2930 155 260 150 Ф42Y160M-4 11 23 1460 195 260 170 Ф42Y160L-4 15 30 1460 195 260 170 Ф42Y160M-6 7.5 17 970 145 260 180 Ф42Y160L-6 11 25 970 195 260 180 Ф42- 4 -2.3 傳動(dòng)布局設(shè)計(jì)方案一：傳動(dòng)采用兩級(jí)傳動(dòng)，先用一級(jí)帶傳動(dòng)，把電機(jī)扭矩傳給蝸桿，然后采用蝸輪蝸桿減速器將扭矩傳給卷筒，帶動(dòng)鋼絲通過拉拔模實(shí)現(xiàn)拉拔。傳動(dòng)示意圖如圖 2.1所示。方案二：傳動(dòng)采用兩級(jí)傳動(dòng)，先用蝸桿傳動(dòng)，把電機(jī)扭矩傳給蝸輪，然后采用帶傳動(dòng)將扭矩傳給卷筒，帶動(dòng)鋼絲通過拉拔模實(shí)現(xiàn)拉拔。方案比較：方案一傳動(dòng)更加平穩(wěn)，且更利于分配傳動(dòng)比，所以方案一更好。- 5 -圖 2.1 傳動(dòng)示意圖2.4 拉拔模材料的選擇楊學(xué)鋒（2006）提出：“目前，拉絲模的材料可以分為幾類，分別為合金鋼拉絲模、硬質(zhì)合金拉絲模、天然金剛石拉絲模、人造聚晶金剛石拉絲模、涂層拉絲模和陶瓷拉絲模。根據(jù)拉絲模材料分類，其加工線材的種類和直徑以及拉絲模的加工方法是有所區(qū)別的” 。目前，拉絲模的材料可以分為幾類，分別為合金鋼拉絲模、硬質(zhì)合金拉絲模、天然金剛石拉絲模、人造聚晶金剛石拉絲模、涂層拉絲模和陶瓷拉絲模。根據(jù)拉絲模材料分類，其加工線材的種類和直徑以及拉絲模的加工方法是有所區(qū)別的。 合金鋼拉絲模通常用的工具鋼，其硬度和耐磨性是幾種拉絲模中最低的，但是因其材料價(jià)格低，加工方便，所以在線材的粗加工過程中還有所使用； 硬質(zhì)合金拉絲模通常屬于鎢類和金，這些合金是由碳化鎢和鈷等組成。碳化鎢是整個(gè)合金的“骨架” ，主要起堅(jiān)硬耐磨作用，鈷是粘結(jié)金屬，是合金韌性的來源。硬質(zhì)合金模具有以下特性：耐磨性高；拋光性好；粘附性小；摩擦系數(shù)小，降低能量消耗；抗蝕性高。這些特性使得拉絲模對(duì)潤(rùn)滑劑具有廣泛適應(yīng)性； 天然金剛石拉絲模脆性大，加工比較困難，一般用于制造直徑 1.2 毫米以下的拉- 6 -絲模。它具有各向異性的特點(diǎn)，拉拔過程中當(dāng)整個(gè)孔的周圍都處在工作狀態(tài)下時(shí)，天然金剛石在孔的某一位置將發(fā)生擇優(yōu)磨損。因其價(jià)格較貴，所以這種拉絲模并不是我們最終所尋求的即經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的材料； 人造聚晶金剛石拉絲模是用人造金剛石單晶體、加上少量硅、鈦等結(jié)合劑，在高溫高壓的條件下聚合而成。用聚晶金剛石制成的拉絲模硬度高、耐磨性好，孔壁磨損均勻，抗沖擊能力強(qiáng)，拉拔效率高。目前，聚晶金剛石拉絲模在拉拔行業(yè)中應(yīng)用廣泛；涂層拉絲模是新近發(fā)展起來的，其主要方法就是在硬質(zhì)合金拉絲模上涂層金剛石薄膜，具有單晶體金剛石的光澤度、耐溫性且具有聚晶金剛石的耐磨性等優(yōu)點(diǎn)。表 2.2 各種拉絲模材料的性能對(duì)比種類 加工難易程度 機(jī)械性能 加工類型合金鋼 加工容易 機(jī)械性能差 粗加工硬質(zhì)合金鋼 拋光性能好、能耗低 耐磨性差，加工困難 大中直徑線材天然金剛石 硬度高、耐磨性好 脆性大，加工難 極小直徑線材人造聚晶金剛石 硬度高、耐磨性好 加工困難，成本高 中小型線材涂層拉絲模 光潔度高，耐高溫 工藝復(fù)雜、加工困難 各種線材陶瓷材料 耐磨、耐高溫、耐腐蝕 抗熱沖擊差、韌性低、加工難各種線材綜合各項(xiàng)優(yōu)缺點(diǎn)，選擇陶瓷拉絲模。- 7 -第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算與校核3.1 拉拔模參數(shù)計(jì)算3.1.1 拉拔模材料的選用陶 瓷 拉 拔 模 適 于 應(yīng) 力 不 大 的 條 件 下 ， 拉 制 φ 6.0m以 下 的 鋼 絲 、 有 色 金 屬 線 材 或 棒材 ， 綜 上 所 述 拉 拔 模 選 用 3Y-TZP/Al2O3材 料 。 3.1.2 加工率 ξ(3.1)4.75%10D)-(2QH2Q?????通過查表 3.1，拉拔模角 α 用插值法選取 。???102?，表 3.1 拉拔不同材料時(shí)最佳模角與道次加工率的關(guān)系道次加工率 純銅 軟銅 硬鋼 鋁 銅 黃銅10 5 3 2 7 5 415 7 5 4 11 8 620 9 7 6 16 11 925 12 9 8 21 15 1230 15 12 10 26 18 1535 19 15 12 32 22 1840 23 18 15 - - -3.1.3 拉拔?？谛螤钤O(shè)計(jì)查表 3.2，取摩擦系數(shù) f=0.10，查表 3.3 由插值算得 1d=3.2mm，l ch=0.2-0.3D1。 表 3.2 拉拔平均摩擦系數(shù)金屬與合金 道次加工率為 1 道次加工率為 2 道次加工率為 3 道次加工率為 4- 8 -表 3.3 棒料拉拔工作帶長(zhǎng)與?？字睆降年P(guān)系模孔直徑 5-15 15.1-25 25.1-40 40.1-60工作帶長(zhǎng)度 3.5-5.0 4.5-6.5 6-8 10取 lch=0.3D1=0.9mm。(3.2) ?cot5.0aL1max0y ????）（ Da=1.05-1.3，取 1.2。算得 Ly=3.40mm。1r.(3.3)取系數(shù)為 1.3 。 Lf=3.9mm。3.1.4 拉拔功率的計(jì)算 W準(zhǔn)備參數(shù) 567.0tanB??f（3.4）78.1D2Q?H?（3.5）427.0DlfC1d??（3.6）查得 δ S=1274MPa。紫銅 0.10-0.12 0.15 0.15 0.16H62 0.11-0.12 0.11 0.11 0.11H68 0.09 0.09 0.12 -HSn70-1 0.10 0.11 0.12 -- 9 -769.0)1(s1????BX??（3.7）850.11s??CSeX?（3.8）KW645.7DW211????s（3.9）3.1.5 卷筒轉(zhuǎn)速計(jì)算取蝸桿傳動(dòng)機(jī)械效率為 80%，電機(jī)功率 W=15KW，則。smsW/143/2.10VB ????蝸（3.10）卷筒直徑為 Φ450mm，周長(zhǎng) L=1413mm，則。sVB/r1/Lf??（3.11）所以轉(zhuǎn)速 n=60*f=60r/min。3.1.6 拉拔模設(shè)計(jì)拉拔模尺寸示意圖如 3.1 所示，為了方便模具的更換，設(shè)計(jì)將拉拔模采用冷壓壓入硬質(zhì)合金模套中，采用間接冷卻方法。見圖 3.2 所示。- 10 -圖 3.1 拉絲模尺寸a) 拉絲模冷壓 b)拉絲模的間接冷卻圖 3.2 拉絲模冷壓和間接冷卻示意圖- 11 -3.2 傳動(dòng)比的分配與初步設(shè)計(jì)預(yù)選卷筒轉(zhuǎn)速 60r/min，選取電機(jī) Y160M2-2 電動(dòng)機(jī)。查得該電機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速為2930r/min。總傳動(dòng)比 I=2930/60=48.8。預(yù)分配傳動(dòng)比為 i 帶 =2，i 蝸 =24.4。3.3 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1 確定計(jì)算功率 Pca工作時(shí)間為 8h。查表 3.4 查得工作情況系數(shù) KA=1.0，故。WPca15??（3.12）表 3.4 工作情況系數(shù) KA空、輕載啟動(dòng)每天工作小時(shí)數(shù) H 重載啟動(dòng)每天工作小時(shí)數(shù) H工況16 16載荷變動(dòng)微小 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3載荷變動(dòng)小 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4載荷變動(dòng)大 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.63.3.2 確定 V 帶參數(shù)1）選擇 V 帶的帶型小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=2930/2=1465r/min。根據(jù) Pca、n 1由圖 3.3 選擇 B 型。- 12 -圖 3.3 計(jì)算功率圖2）確定 V 帶的中心距 a 和基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld。因?yàn)?0.7（d 1+d2）2.00 0.13 0.22 0.25 0.30 0.38 0.46 0.51 0.63 0.76 0.894）計(jì)算單根 V 帶初拉力的最小值（F 0） min查表 3.9 得 B 型帶質(zhì)量系數(shù) q=0.18kg/m。 得。NqvzKPca5.416)5.2(0F2min ??????（3.17）表 3.9 V 帶單位長(zhǎng)度的質(zhì)量帶型 Y Z A B C D Eq/(kg/m) 0.02 0.06 0.10 0.18 0.30 0.61 0.92應(yīng)使每根 V 帶實(shí)際初拉力大于最小初拉力值。3.3.3 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速?gòu)膱D 3.3 查出 dd1 范圍為 125-140。查表 3.10 和表 3.11，取 dd1=140mm。表 3.10 普通 V 帶輪的基準(zhǔn)直徑系列帶型 基準(zhǔn)直徑Y(jié) 20,22.4,25,28,31.5,35.5,40,45,50,56,63,71,80,90,100,112,115Z 71,75,80,90,100,112,125,132,140,150,160,180,200,224,250,280,315,355,400,500,630A 80,85,90,95,100,106,112,118,125,132,140,150,160,180,200,224,250,280,315,355,400,1- 16 -50,500,560,630,710,800B 132,140,150,160,170,180,200,224,250,280,315,355,400,500,560,600,630,710,750,800,900,1000,1120C 200,212,224,236,250,265,280,300,315,335,355,400,450,500,560,600,630,710,750,800,900,1000,1120,1250,1400,1600,2000D 375,400,425,450,475,500,560,600,630,710,750,800,900,1000,1060,1120,1250,1400,1500,1600,1800,2000E 500,530,560,600,630,670,710,800,900,1000,1120,1250,1400,1500,1600,1800,2000,2240,2500表 3.11 V 帶輪的最小基準(zhǔn)直徑槽型 Y Z A B C D Ed/min 20 50 75 125 200 355 500驗(yàn)算帶速smndvs /25/73.106/m5?????（3.18）故帶速是合適的。計(jì)算大帶輪直徑 dd2 因?yàn)?dd2=i 帶 dd1=280mm。查表 3.8 取dd1=280mm。3.3.4 計(jì)算壓軸力根據(jù)公式算得NFz7.16932sin2mi0inP????（3.19）取壓軸力為 1700N 代入軸承校核計(jì)算。- 17 -3.4 渦輪蝸桿的選擇考慮到桿傳動(dòng)難以保證較 【】高的接觸精度。故蝸桿和渦輪不能同時(shí)用硬材料制造，選擇其中一個(gè)用減摩擦性良好的軟材料來制造?？紤]到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度不高，故蝸桿用 45 鋼，又希望效率高，耐磨性好，故蝸桿的螺旋齒面需要淬火處理，使硬度達(dá)到 45-55HRC。渦輪用鑄磷錫青銅 ZCnSn10P1，金屬模鑄造成型?？紤]到渦輪直徑可能比較大，故齒圈采用青銅鑄造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 砂模鑄造成型。通過這些對(duì)比選取蝸桿材料為 40Gr 滲碳 45HRC~55HRC，表面淬火Ra1.6~Ra0.8；選取渦輪材料為鑄磷錫青銅 ZCuSn10P1，砂模鑄造。3.5 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.5.1 蝸桿的選擇根據(jù) GB/T10085-1988 的推薦，選用阿基米德蝸桿（ZA） 。該蝸桿齒形角 α 0=200。加工方便，可在車床上直接加工成型。3.5.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)由閉式蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距 a32][???????HEZKTa??（3.20）1) 確定蝸桿頭數(shù) z1。因?yàn)?i 蝸 =24.4，選擇 z1=2。2)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2。估取效率 η=80%。則(3.21)mNnPn??????18360105.9105.926262 帶?3)確定載荷系數(shù) K- 18 -VAK??（3.22）因?yàn)槔芜^程中載荷分布均勻，有小沖擊，查表 3.12，取 KA=1.0。預(yù)選齒輪精度等級(jí)為 8 級(jí)，查表 3.13 取 KHβ =1.16。表 3.12 使用系數(shù) KA工作類型 1 2 3載荷性質(zhì) 均勻無沖擊 不均勻小沖擊 不均勻大沖擊每小時(shí)啟動(dòng)次數(shù) 50啟動(dòng)載荷 小 較大 大KA 1 1.15 1.2因?yàn)楸緳C(jī)為一般減速器所以齒寬系數(shù) Φd 取 0.4。圖 3.3 動(dòng)載系數(shù) KV 值- 19 -查圖 3.3 取 KV=1.15，算得 K=1.38。4)確定彈性影響系數(shù) ZE選用蝸輪與鋼蝸桿相配，故 。 21MPa60?5)確定接觸系數(shù) ?Z預(yù)選 d1/a=0.3。查圖 3.4 得 Zρ=3.1，故由中心距設(shè)計(jì)式 3-2 得 。預(yù)選m2.04a?a=225mm。故 d1=80mm，m=8，d 1/a=0.355，查圖 3.4，知 Zρ=2.62.9 該結(jié)m35.9a?果不可用。故選 Zρ=2.6。6)確定許用接觸應(yīng)力[ ]H?根據(jù)鑄磷錫青銅作為蝸輪材料，蝸桿的螺旋齒面硬度大于 45HRC，故查表 3.14 得蝸輪的基本許用應(yīng)力 。MPaH268]['?表 3.14 鑄錫青銅蝸桿的基本許用接觸應(yīng)力 （MPa ）'][H?蝸桿材料 鑄造方法 蝸桿螺旋面硬度45HRC砂模鑄造 150 180鑄錫磷青銅金屬模鑄造 220 268砂模鑄造 113 135鑄錫鋅鉛青銅金屬模鑄造 128工作壽命 Lh取 12000h。應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N7h2103.460N??Ljn（3.23）壽命系數(shù) KHN832.01K87?NH（3.24）則 MPaHNH5.23][]['?（3.25）- 21 -7)計(jì)算中心距 a m3.206)5.316(803.1????故取 a=225mm。3.5.3 蝸桿與蝸輪的幾何參數(shù)查表 3.15 查得蝸輪與蝸桿主要尺寸如下:表 3.15 普通圓柱蝸桿基本尺寸和主要參數(shù)中心距 傳動(dòng)比 模數(shù) 分度圓直徑 頭數(shù) 蝸輪齒數(shù) 變位系數(shù) 說明7.25 12.5 90 4 29 -0.1009.5* 10 71 4 38 -0.05011.75 8 80 4 61 -0.37515.25 6.3 63 4 61 +0.214319.5* 10 71 2 38 -0.05023.5 8 80 2 47 -0.37530.5 6.3 63 2 61 +0.214338* 10 71 1 38 -0.05047 8 80 1 47 -0.375－－－－－－－－－61 6.3 63 1 61 +0.2143 自鎖71 5 90 1 71 +0.50022580* 5 90 1 80 0.00－－注：*表示基本傳動(dòng)比；表中自鎖只有靜止和無振動(dòng)條件下才能保證。1)蝸桿模數(shù) m=8，蝸桿長(zhǎng)度 b。- 22 -mz125)06.1(b2????（3.26）取 b=200mm，直徑系數(shù) q=10。分度圓直徑 d1mq80d1?（3.27）齒頂圓直徑 da1mhdaa962*1??（3.28）齒根圓直徑 df1mchdaf 8.60)(2*1????（3.29）分度圓導(dǎo)程角 r= ，軸向齒距 px=25.133mm。'39425o2)蝸輪蝸輪齒數(shù) z2=47，變位系數(shù) x2=-0.375。驗(yàn)算傳動(dòng)比 ii=z2/z1=23.5 （3.30）這時(shí)的傳動(dòng)比誤差為 是允許的。%68.34.25-??蝸輪分度圓直徑 d2d2=mz2=8×47=376mm (3.31）- 23 -寬度 B 取 82mm，齒根圓直徑 df2??m8.3502*2*2????cxhmaf(3.32)齒頂圓直徑 da2xaa 6)(2*2(3.33)喉圓直徑 da2mxhdaa38)(2*2???(3.34)咽喉母圓半徑 rg2ra21g?(3.35)驗(yàn)算正解。3.5.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度][K53.12FFaFYmdT?????（3.36）1)許用彎曲應(yīng)力 ][F?查表 3.16 得出鑄磷錫青銅金屬模鑄造的彎曲應(yīng)力為 。MPaF56]['??應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N： (3.37)37801.6206??hjnL表 3.16 蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力蝸輪材料 鑄造方法 單側(cè)工作 雙側(cè)工作鑄錫青銅 砂模鑄造 40 29- 24 -鑄錫青銅 金屬模鑄造 56 40砂模鑄造 26 22鑄錫鋅鉛青銅鑄錫鋅鉛青銅 金屬模鑄造 32 26砂模鑄造 80 57鑄鋁鐵青銅鑄鋁鐵青銅 金屬模鑄造 90 64砂模鑄造 40 28灰鑄鐵 HT150灰鑄鐵 HT200 砂模鑄造 48 34壽命系數(shù) KFn(3.38)6.01K9?NFn許用彎曲應(yīng)力 ][F?(3.39)MPaKFnF4.37][]['???2)螺旋角影響系數(shù) Yβ(3.40)95.014??r?3)當(dāng)量齒數(shù) zv2(3.41)70.cosZ32?rzv4)齒形系數(shù) Yfa2根據(jù)變位系數(shù)和當(dāng)量齒數(shù)，查文獻(xiàn)三圖 3.5 可得齒形系數(shù) YFa2=2.7。彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒向載荷分布系數(shù) ?FK(3.42)68.5)09/(2/???hb- 25 -查圖 3.6 得 。12.??FK圖 3.5 蝸桿的齒形系數(shù) （ ）2FaYnamh3.0,10*????代入彎曲應(yīng)力校核式（3.36）中得：2.1?K][37.6FF???故彎曲強(qiáng)度是滿足要求的。