机械设计课程设计说明书-电磁帽坯件机设计.docx

电磁帽坯件机设计机械系统设计课程设计指导教师：程 相 文日 期：2012-03-08班 级：08机设2班学 号: 200803010202姓 名：李 龙第一部分设计前的调查一. 电瓷帽坯件机的用途及设计要求。电瓷帽是变配电设备中的一个重要零件，属系列产品，是易损件之一。图 1 是一种电瓷帽的外形和尺寸。它由土壤做成圆柱形状，并在上端挖有凹孔成帽；坯件凉干后配釉烧成瓷器。使用时将电瓷帽翻盖在金属导杆的顶端，起到绝缘和安全保护作用。电瓷帽坯件机是制造电瓷帽坯件的一种主要机械设备。电磁帽坯件尺寸如有图所示设计要求为：生产率约2000 只/小时；结构简单，体积小，维护方便，成本低；更换模头和冲头后可生产小尺寸电瓷帽坯件系列产品，设备利用率高，使用期限约45年，68个月检修一次。二 总体方案设计1、 工艺分析采用自动填料成型冲出的过程，所有模具布置在一个圆形工作台上。料放置在工作台上方的搅拌箱内，工作台转动的同时料由搅拌箱填入模孔中，随工作台转动进入冲头下方，随冲头下落冲压成型。继续转动到冲出冲头下方从模具中冲出，继续转动，进入待料状态，为下一工作循环做准备。2、 对执行构件的运动要求（1）拌料、喂料、刮除余料 将瓷土在搅拌箱内充分拌匀，填入模孔后刮平。搅拌箱内的搅拌叉可同时起填料推杆和刮平板的作用，它在搅拌箱内做连续回转运动。（2）物料输送和各工序转移 转盘上的模孔数至少应有四个，其工艺只能分别为待料、填料、成型和冲出。转盘与模孔做间歇回转运动，由控制系统控制回转速度的快慢和停顿，实现物料输送和各工序之间的转移。（3）电瓷帽坯件的成型和冲出 两冲头做直线往复运动，在模孔中将瓷土挤压成型和冲出电瓷帽坯件，成型冲头比冲出冲头的工作行程要长，其差值取决于电瓷帽坯件的尺寸、瓷土的土质和湿度，以及所选曲柄滑块机构的杆长关系等。 （4）协调配合关系 两冲头在模孔中运动时，转盘应静止；当两冲头脱离模孔后，转盘才可带动物料做工序转移，并且转盘的转速与搅拌转速要协调，以便填料。3、 机构选型与传动方案设计1拟定机器运动原理图运动和动力由电动机经带传动传入，分两条传动路线传到执行机构，一路经齿轮机构、曲柄连杆机构传到滑杆，使滑杆做上下往复运动，以实现冲压和冲出电瓷帽坯件的动作；另一路通过其他齿轮传动，将运动传给转盘，以实现模孔的转位动作，同时搅拌和供给瓷土。电瓷帽坯件机的运动原理图如下图所示。 电瓷帽坯件机的运动原理图2拟定传动方案及绘出机构运动简图拟定电瓷帽坯件机传动方案的关键在于如何使模孔的转位、定位与冲头上下移动的动作彼此协调配合。有两种传动方案可以选择。方案一：采用离合器使轴的连续转动变成模孔转盘的间歇运动，停止运动时冲头冲下，冲头上升时模孔转盘转动。达到彼此相互协调配合的效果。方案二：冲头进入模孔后随模孔转动，冲出完成后离开模孔后靠装在冲头上的扭力弹簧弹回到进入模孔前的位置继续下一次冲压工作，靠带动冲头的曲柄与带动模孔转动的齿轮的传动实现彼此相互协调配合的效果。综合考虑以上两种方案，方案一的机构比较复杂，转盘的间歇运动直接影响工效的提高。方案二的冲头座部分结构稍复杂，转盘与轴之间的磨损也较快，但其他方面都优于方案一。因压制电瓷帽坯件的压力较小，压紧和冲出机构可以设计得简单些，所以选用第二种方案作为设计方案。传动方案二简图如下：传动方案简图1电动机 2小带轮 3带 4大带轮 5齿轮z5 6齿轮z6 7锥齿轮z7 8锥齿轮z8 9齿轮z9 10搅拌叉 11搅拌箱 12模孔转盘及转盘齿轮z12 13曲柄 14连杆 15扭簧16冲头座 17调整螺钉座 18调整螺钉 19冲头4、总体布局电瓷帽坯件机总体布局的特点为：1. 搅拌箱处于整机的最高位置，便于直接将瓷土在填料推杆作用下，通过箱体底部的缺口自动填入下部转盘的模孔中。2. 两冲头同一个曲柄滑块机构带动，并且带动两冲头的滑轴v（即曲柄滑块机构中的滑块）与转盘的回转轴合二为一，搅拌器的转轴与小齿轮z12的转轴共用轴iv，结构因此得到简化，传动紧凑，提高了传动精度。3. 搅拌箱下面的支撑体采用“双八字”型铸件，电动机处于机体的最低位置，有利于降低重心，稳定机身。4. 带轮和高速齿轮置于支撑体左侧，滑轴、冲头及转盘置于支撑体右侧，一方面高速传动部分便于集中安装防护罩，另一方面有利于整机的平衡，此外也有利于装配、检修及润滑。总体布局如下图：电瓷帽坯件机总体布局图1电动机 2小带轮 3v带 4电动机支架 5大带轮 6电动机支架拉杆 7搅拌箱 8扭力弹簧 9冲头座 10冲出冲头及冲出杆 11模孔转盘及转盘齿轮z12 12滑动轴 13连杆 14偏心轮 15轴 16锥齿轮z8 17锥齿轮z7 18轴 19大齿轮z6 20轴 21小齿轮z5 22机架 23轴 24小齿轮z9 25搅拌叉 26压紧冲头及压紧杆5、绘制工作循环图第二部分、技术设计（一）运动设计与动力计算1电动机功率的选择电瓷帽坯件机功率消耗主要有三部分：1）压制和冲出时做工，但主要消耗在第一工位。模孔转盘上均匀分布着6个模孔，据每小时生产定额，模孔转盘的转速为转盘每转一圈，冲头做上下6次往复运动，偏心轮转速为n偏设偏心轮偏心距e=80mm，则冲头最大位移速度v冲max为估计压紧冲头工作时所受平均压力f压紧 = 1000n 。由运动循环图得知，冲头速度曲线上的a点对应于压紧冲头向下开始压紧土壤的速度，该偏心轮相应的角位移为，则有从而得到压紧冲头所消耗功率为：考虑冲出过程所耗功率，以及两冲头随模孔转盘一起转动时与模孔内壁间的上下摩擦所耗功率，取2） 转盘转动时要克服滑轴与转盘间的滑动摩擦，以及带动两冲头转动时克服的扭转弹簧力，估计所耗功率为。因搅拌器转速较低，估计所消耗功率为总功率为：估计传动系统总机械效率为，则电机的功率至少应选用y系列小型三相异步电机，根据y系列（ip44）三相异步电动机技术条件选用y90s-4型，其功率为其主要技术数据、外形尺寸及安装尺寸见下表：型号额定功率满载转速最大转矩额定转矩重量kgy90s-41.114002.122外形尺寸中心高mmh安装尺寸mm轴伸尺寸mm平键尺寸902、 确定各传动机构的传动比电瓷帽坯件机的传动路线分为外传动路线和内传动路线两条1) 外传动路线由电机、带传动、直齿圆柱齿轮5和6、曲柄（偏心轮13）滑块（滑轴）机构组成。因为，则外传动链总传动比为考虑带传动的传动比不宜太大，故传动比分配为i带 = 4 ，。2) 内传动路线由偏心轮13、圆锥齿轮7和8、直齿圆柱齿轮9及转盘齿轮12组成。当偏心轮转6圈时，要求转盘转一圈，其总传动比为现在取，即小齿轮9的转速与偏心轮13的转速相同。对搅拌叉兼刮板10的转速没有严格要求，为简化机构，定其转速与与齿轮9相同，装在同一根轴上。3、 计算各轴的转速和功率i. 各轴的转速3) 各轴的功率查机械设计手册，效率，a) 转盘所需功率（前面确定）b) 轴所需功率c) 轴所需的功率d) 轴所需的功率e) 轴所需的功率故所选电机型号满足工作要求。（二）机构设计与强度校核1，锥齿轮的设计过程1）选择材料、热处理、精度等根据初步拟定的锥齿轮的传动比，由于电瓷帽坯件机属于一般电瓷机械，因此可以选用常用材料及热处理。锥齿轮7和锥齿轮8采用相同材料，采用45号钢，硬度值为229286hbw，取硬度值为220hbs。调质处理。选择齿轮精度为8级精度（gb10095-88）轴交角 90 分锥角7=45 2) 计算锥齿轮大端分度园直径de 选， 取齿宽系数初估齿轮的平均圆周速度，参照表8-9可选齿轮精度为8级精度。 取 锥齿轮大端分度园直径 大端模数 分度圆锥角大端分度圆直径外锥距齿宽 b= 40大端分度圆直径平均分度圆直径分锥角齿宽齿顶圆直径齿顶高齿根高根锥角齿根角外锥距顶锥角冠顶距当量齿数 3) 按接触强度校核 许用接触应力 通过计算得出 则许用接触应力大于工作接触应力，接触疲劳强度安全。4）按弯曲强度校核 b= 40 许用弯曲应力 通过计算的 许用弯曲应力大于工作弯曲应力弯曲疲劳强度安全2、齿轮5和齿轮6的设计1）选择材料、热处理、精度等级及齿数根据初步拟定的锥齿轮的传动比，由于电瓷帽坯件机属于一般电瓷机械，因此可以选用常用材料及热处理。齿轮5和齿轮6采用相同材料，采用45号钢，硬度值为229286hbw,小齿轮取硬度值为260hbw，大齿轮取硬度值为235hbw。工作齿面硬度之差为（260-235）hbw=25hbw合适。调质处理。选择齿轮精度为8级精度。（gb10095-88）取小齿轮5的齿数，。开式齿轮根据齿根弯曲疲劳强度设计公式计算:对开式传动齿宽系数：取载荷系数：则扭矩为：复合齿形系数 ，弯曲疲劳极限应力，并比较 取较大者代入公式进行计算最小安全系数取得到 对于开式齿轮传动，可只按抗弯强度的计算公式确定模数m，并应将求得的m值加大10%20%，以考虑磨损的影响，则取m=3.齿轮5、6的相关尺寸为：分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽圆整后取中心距小齿轮，应做成齿轮轴结构。大齿轮，应做成腹板式结构，其孔径由与其相配合的轴的结构尺寸确定。3、轴的结构设计1) 按扭转强度初步估计轴的最小直径查表11-3，材料为45号钢时c取106118.取110。考虑键槽对轴的强度的影响，取。选用45号钢，正火硬度值170217hbw。轴的结构设计轴的结构如下图所示圆柱齿轮、偏心轮的轴向定位的轴肩直径不能太小，其轴端的固定采用螺母和止退垫圈，圆锥齿轮采用50mm的轴环定位并受轴向力，用紧定螺钉加以固定。圆柱齿轮、圆锥齿轮及偏心轮的轴向定位采用普通平键，其尺寸分别为 。两个滚动轴承采用角接触球轴承，其型号选择为7308,7307，负安装双点单向固定，其外型尺寸分别为。采用脂润滑。2） 按弯扭合成强度校核轴的直径齿轮6的尺寸结构，以及强度计算前面已经计算过，其过程不再重复。按前面的计算结果同理可以得到锥齿轮的有关数据做出轴的空间受力简图。由总装配图看出，齿轮和曲柄销所受的作用点全部位于垂直平面内，对偏心轮，由运动循环图得知，当曲柄销处于最低位置时，获得最大值，考虑压紧和冲出联合作用取如下图a所示。因偏心轮安装位置与作用点之间的距离1很小，故可以忽略由产生的附加弯矩对轴强度的影响。作出垂直面受力图、弯矩图（如下图b）作出水平面受力图、弯矩图（如下图c）求出合成弯矩，做出合成弯矩图（如下图d）作出扭矩图（如下图e）求出当量弯矩图（取）校核轴的强度查得，满足强度要求。4、轴承寿命核算据图533利用可得两处滚动轴承的名义径向载荷图533 轴承受力简图取动载荷系数实际径向力即均采用单列角接触球轴承，负安装，a处是7308型，b处是7307型。派生轴向力，即根据外部轴向力的大小和方向（上图），因为，所以轴承a被“放松”，轴承b被“压紧”，它们的名义轴向载荷和实