机械毕业设计（论文）-导辊除锈机床设计【全套图纸】 .pdf

黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 第 1 章 绪 论 1.1 课题目的及意义 随着国民经济的发展，我国正在成为世界制造大国的一员，制造业中许多机械 零件在加工过程中和存放等一系列的原因，会使其表面产生锈迹。零件的除锈技术的 掌握程度直接影响产品的质量及外观。随着科学技术的不断进步与提高，产品在市场 的竞争日益剧烈，对金属设备的零部件的表面质量要求越来越高。本发明原理可靠， 结构简单，制作和运行成本低，效率高，可节省人力和财力，以取代现有的钢管钢筋 的传送和清洗除锈设备。 导辊可能需要装配橡胶筒等，或者导辊外圆需要处理（例如：喷漆、烤蓝等） 。由 于导辊管型材存储期间生锈，所以机械加工前要求进行有设计外圆除锈机床的要求， 提高除锈的速度和质量，节约时间，提高经济效益。 1.2 国内外钢管除锈技术发展概况 1.2.1 目前国内外除锈技术分析 所谓除锈即除去金属表面上的腐蚀锈层。它是涂漆和其他表面处理的首道工序。 方法有机械除锈、热除锈、化学除锈和电解除锈等。机械除锈法多种多样，方便易行， 适用于各种构件和场合。例如：小型多量的部件可用滚筒；大面积除锈可用风动工具； 结构复杂的设备可用喷砂机；最普通的是纱布或砂纸除锈。 1、手工除锈 手工除锈的工具有榔头、铲刀、刮刀、钢丝刷等，一般厚的锈斑用榔头敲松再用 铲刀铲出。劳动强度大，除锈效率低，一般 0.20.5 /h，环境恶劣，难以除去氧化 皮等污物，除锈效果不佳，难以达到规定的清洁度和粗糙度，已逐步被机械方法和化 学方法所代替。但在修船过程中，特别是对局部缺陷的修补，常采用此方法；对于机 械除锈难以达到的部位，如狭小的舱室、型钢反面角隅边缘等作业困难区域，也多应 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 用于手工除锈。 2、机械除锈 机械除锈的工具和工艺较多，其中主要如下： （1）小型风动或电动除锈：主要以电或压缩空气为动力，装备适当的除锈装置， 进行往复运动或旋转运动，以适应各种场合的除锈要求。如角向磨光机、钢丝刷、风 动针束除锈器、风动敲锈锤、齿型旋转除锈器等，属于半机械化设备，工具轻巧、机 动性大，能较彻底去除锈、旧涂层等，能对涂层进行打毛处理，效率比手工除锈大大 提高，可达 12m2/h，但不能出去氧化皮，表面粗糙度较小，不能达到优质的表面处 理质量，工效较喷射处理低。可在任何部分使用，特别在修船过程中得到广泛应用。 （2）喷丸（砂）除锈：主要以颗粒喷射冲蚀作用构成的以达到表面清洁和适宜的 粗糙度，设备包括敞开式喷丸（砂）机应用较为广泛，能较为彻底地清楚金属表面所 有的杂质，如氧化皮、锈蚀和旧漆膜，除锈效率高 45 m2/h，机械程度高，除锈质量 好。但由于磨料一般不能回收，对其他作业有影响，清理现场麻烦。所以环境污染较 重，近来逐渐被限制使用。 （3）高压水磨料除锈：利用高压水射流的冲击作用（加上磨料的磨削作用）和水 撬作用破坏锈蚀和涂层对钢板的附着力。其特别事无粉尘污染，不损伤钢板，大大提 高出除锈效率，可达 15 m2/h 以上，除锈质量好。但除锈后的钢板易返锈，须涂装专 门的防湿除锈涂料，对一般性能涂料的涂装有较大影响。 （4） 抛丸除锈： 抛丸除锈是利用高速旋转的叶轮将磨料抛向钢铁表面来达到除锈 目的，是一种对船体钢料进行除锈的较为先进的机械处理方法，不仅生产效率高，而 且费用低、自动化程度高，可实现流水线操作，环境污染少，但尽在室内操作。 3、化学除锈 化学除锈主要是利用酸与金属氧化物发生化学反应，而除掉金属表面的锈蚀产物 的一种除锈方法，即通常所说的酸洗除锈，只能在车间内操作。 我国钢管除锈技术是比较落后的，1965 年以前，普遍事人用钢丝刷、砂纸和红砖 除锈，效率低，质量差，劳动强度高，空气污染严重。后来，采用机械钢丝刷除锈， 沥青防腐工厂预制化生产。 对沿用管道使用寿命和提高经济效益起了一定作用。 虽然， 以后对这种方法几经改良和提高， 但基本采用的抛丸除锈的沥青防腐， 一直使用至今。 这种情况与当前国外普遍采用的抛丸除锈和高分子合成材料防腐相比，落后一代。 近年来，随着石油化学工业的飞速发展，并对钢管除锈涂料高分子合成材料大量 出现， 推动了普通钢管防腐技术的发展， 并对钢管除锈质量提出了更高的要求见表 1.1。 在各种除锈方法之中只有抛丸才能达到这样高的等级。而目前采用的钢丝刷除锈的方 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 法是无法达到的。这样在我国的钢管防腐技术中，出现了钢丝刷除锈质量差，满足不 了合成高分子材料对除锈质量要求。国外各工业发达国家对金属表面处理质量极为重 视，不但制定有完备的除锈标准，还有各种检测仪器和专门的检测人员，并普遍的采 用了抛丸除锈工艺。 美国西阿西 克劳斯公司的钢管抛丸除锈装置， 使用 0.7mm 钢丸， 除锈速度为 6.613.3mm/min；法国绝缘公司色当防腐厂的钢管抛丸除锈装置，除锈 速度为 1015mm/min。 表 1.1 各种涂料对金属表面处理要求 涂 料 底漆干膜厚度 表面处理程度 描纹深度 干性油和醇酸类 酚醛和环氧树脂 氧化橡胶 乙烯类 有机硅和有机硅丙烯 酸脂 改性环氧 环氧酚醛类 23 23 23 12 12 12 24 24 最好普通级 至少普通级 最好近白 近 白 0.751 11.25 11.25 11.25 0.751 0.751 11.25 11.25 聚氨脂 双组分 单组分 12 23 近 白 至少普通级 11.25 11.25 厚膜衫里 改性环氧 环氧酚醛 聚 脂 1020 1020 1020 出 白 出 白 出 白 24 24 24 无机富锌 水 基 溶 剂 基 预 制 35 24 11.5 近 白 最好近白 近 白 11.25 0.751.25 0.751 以前，抛丸技术在我国的使用只限于铸件清理、钢板除锈、钢材与机械零件表面 强化， 薄板成型和金属表面装饰等行业， 关于钢管采用抛丸除锈问题， 未见报导。 1981 年汉江石油管理局沙市制管厂为适应国外客商的钢管外表面除锈质量必须达到瑞典 sis 除锈标准 2.5 级的要求， 采用了喷丸除锈方法。 用 6 把9 毫升的喷枪清理720 1420 的螺纹管， 除锈速度为 0.220.44 /min。 喷丸是抛丸出现前的一个发展阶段， 虽然除锈质量好，但效率低，耗能高，很快为抛丸所代替。在铸件清砂中，抛丸比喷 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 丸效率高 1520 倍， 喷丸比抛丸耗能高 16.322.7 倍。 在船体除锈中的情况也如此表 1.2。但是，喷丸以其特有的灵活性，至今还有很大的使用价值。在很多清理设备中， 都是以抛丸为主 ，喷丸为辅助对固定的抛丸器清理不到的地方，由人工用喷枪清理。 表 1.2 抛丸和喷丸的对比表 名称 抛丸 喷丸 钢丸初速度（m/s） 7080 6070 单击消耗功率（kw） 10 40 生产率(/h) 8 0.375 清理 100 时间 1.25 6.67 耗电量（kwh） 12.5 267 现在，随着中外技术交流活动的增加，对国外管道防腐技术有了更多的了解。大 家公认，更新钢管除锈设备，研制钢管抛丸除锈装置，势在必行。石油管道科学研究 院和石油管道第一工程公司联合研制的 “4261020 钢管抛丸除锈作业线” 已于 1984 年 5 月 14 日在辽阳通过了石油部管道局的技术鉴定。 在此之前北京市公用局管件厂和 华北油田油建一公司也对钢管抛丸除锈技术做过研究。 1.2.2 国内外现有的除锈设备 当前，我国政府在改善生态环境方面积极努力，对各种工业污染的处理，取得了 良好的效果。但在造船和修船工业领域，环境污染还存在死角，没有得到解决，随着 环保力度的加大，必定会引起各方面的重视。以下从钢材表面除锈设备的使用对环境 造成的污染，讨论表面处理设备对环境保护的作用及其发展趋势。 我国工业起步比较晚，在技术水平方面与国外工业相比差距较大。目前，特别是 钢材表面除锈的手段还是比较落后的，主要表现在除锈设备方面。 1、手工除锈方法和设备 手工除锈是最简单的、最原始的处理方法，其除锈效率很低、质量较差，现在已 经逐步被淘汰，只是在船舶维修时还要用手工除锈。其操作工具主要是钢丝刷、刮刀、 铁锤等工具，图 1.1 为钢丝刷除锈工具。利用钢丝刷等手工工具进行除锈，不仅效率 低，而且对操作人员危害极大，如果操作人员仅依靠普通口罩进行保护，经过几个小 时的工作后，鼻腔中就会沾满锈沉，长久以往，就会对人的呼吸造成严重的伤害；同 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 时所产生的铁锈和沙尘还会注入环境中，对生物造成危害。 图 1.1 钢丝刷除锈工具 2、手工机械除锈的方法和设备 手工机械除锈主要采用电动工具：如电动钢丝轮等工具进行除锈，图 1- 2 为常见 的质量较好的电动除锈工具。电动工具除锈是目前修船行业中使用最多的工具，其除 锈效率要比手工除锈产生方法高很多倍，除锈质量也好许多，但还是达不到很好的除 锈质量等级。由于采用机械工具操作，工作中产生的粉尘更大、粉尘的颗粒更细，也 就容易进入施工人员的呼吸系统，对人员造成极大的伤害。其产生的锈沉也会进入环 境中，对生物造成危害。目前采用的这种方法进行施工，常采用的保护措施是使用防 毒面具保护，但常常由于不能及时更换吸尘材料而导致保护失效，从而对人员造成不 可挽回的伤害。 图 1.2 电动除锈工具 3、干喷砂除锈方法和设备 喷砂除锈是国际上公认的除锈效率高、除锈质量好的一种方法。其主要为封闭式 除锈和敞开式除锈二类。在敞开式除锈中有可分固定式除锈，如工厂除锈车间，一般 采用打型的除锈工具，固定在厂房内，这样的除锈方式主要由小型除锈效果好质量都 较好，适用于钢材的批量处理；移动式除锈，主要由小型除锈设备组成，如可移动的 空压机、压力灌、储砂灌、回收装置等。这里的除锈方法主要是干喷砂除锈，因此对 人员和环境的危害与手工除锈方法相同，而对人体的危害更甚。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 图 1.3 喷砂除锈工具 1.2.3 国外除锈设备的新发展 鉴于上述的几种新方法都或多或少的对人体和环境造成危害，因此，国内外都对 这方面进行了多种和探索研究，发现除锈设备已有不少的改进，有的已基本达到对人 体和环境无害的程度，主要有以下几种。 1、回收式喷砂除锈设备 这种设备在原有的基础上进行了改进，再喷口位置加上了一个吸引装置，可在喷 砂的同时将打下来的氧化皮、铁锈和沙子吸入回收装置，回收物进行处理后其沙子还 可以继续使用。这样处理后，打下来的杂质和粉尘就不会到处飞扬，基本上不会对施 工人员造成危害。但由于装置复杂，相对降低了除锈效率，特别是大型工程上使用时 受到了限制，加上施工对设备的要求较高，很容易出现故障，因此目前还没有大规模 推广使用。图 1.4 为回收式喷砂除锈机。 图 1.4 循环回收式喷砂机 2、喷砂除锈设备 湿喷砂除锈设备是利用高压水夹砂除锈的，目的是减少粉尘飞扬，这种喷砂设备 除锈效率较高，可以与干喷砂系统相媲美，同时可以减少粉尘污染，因此目前许多厂 家正在想着方面发展。 湿喷砂除锈系统存在的问题、 虽然其防止了粉尘对空气的污染， 减少了对操作人员的伤害， 但其排放的铁锈和砂粒还是会随着排放系统流入到水域中， 从而对水域造成危害；同时由于湿喷砂系统除锈后还需要防止刚才表面返锈，因此除 锈完毕后必须立即进行表面干燥，在涂装防锈底漆来保护其已处理的表面。一般这种 防锈底漆须由一定的带湿涂装功能，还必须有较好的防锈功能。图 1.5 为几种湿喷砂 除锈机样品 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 图 1.5 封闭式湿喷砂除锈机 3、高压水除锈设备 高压水除锈设备无污染，真正满足环保要求，具有很高评价的除锈高压水除锈设 备是技术含量相对较高的系统，效率。这种系统的缺点与湿喷砂除锈工艺一样，其目 前国内还没有厂家生产，主要靠国外进口，除锈后处理工序要跟上，以防止钢板返锈。 这种产品主要品牌有美国的 f10w 公司、aqua 公司以及德国 dyne 公司。由于技术含 量高、价格昂贵，因此在国内推广使用 woma 机械制造有限公司，采用这种系统后 受到了一定的限制。 图 1.6 为 woma 公司生产的以完全避免粉尘对施工人员和环境造 成的伤害和高压水除锈设备。 图 1.6 woma 公司高压水除锈设备 1.3 本课题的任务及技术要求 1.3.1 课题任务 导辊可能需要装配橡胶筒，或者导辊外圆柱面需要处理（例如：喷漆、烤蓝等） 。 由于导辊管型材存储期间生锈， 所以机械加工前要求进行有设计外圆除锈机床的要求， 提高除锈的速度和质量，节约时间，提高经济效益。 导辊除锈机床要实现导辊回转运动，刀具作直线进给并作回转运动。导辊装夹要 实现自动定位、夹紧。 导辊除锈机床满足生产效率高、静态动态性能好、结构简单、使用方便、维修容 易、造型美观、耗能少、成本低的要求。设计尽量向低成本、高效率、简化操作、符 合人机工程方向考虑。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 1.3.2 主要技术要求 导辊轴加工长度： 4081700mm 导辊管加工直径： 108 133 159 193.7 219 导 辊 管 加 工 长 度 ： 20 50mm 生产纲领：4 0万/年 （两班制，215 天/年。负荷率 85%，13.5 小时/天 节拍 =251135360040/万=30 秒，设计为 3035 秒） 。 床身最大回转直径： 350 mm 最大工件长度： 1600 mm 最大切削长度： 2000 mm 主轴孔径： 30 mm 主轴转速范围： 40- 1400min 主轴电机输出功率： 1.5kw 中心高 距床身： 400 mm 距地面： 1130 mm 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 第 2 章 导辊除锈机床原理及方案设计 2.1 导辊除锈机床的原理 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 注：1-电机 2-主轴 3 -顶尖 4-工件 5-钢丝刷 6-刀架 7-滚珠丝杠 8-尾座主轴 9-油缸 10-步进电机 11-速调机构 图 2.1 导辊除锈机床原理 导辊除锈机原理如图 2.1 所示：工件 4 通过支撑机构 9 支撑，有双顶尖3 定位并夹 紧，装夹后支撑机构 9 自动下降。电机1 通过带传动带动主轴2旋转，从而带动工件运 动。钢丝刷 5 在刀架 6 上回转运动，步进电机 10 带动丝杠 7 传递运动，并有丝杠 7 带动刀架体 6 直线进给运动，进而完成除锈。 2.2 导辊除锈机床的方案设计 机床工业是机器制造业的重要部门，肩负着为农业、工业科学技术和国防现代化 提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保 证。设计机床的目标就是选用技术先进、经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的 经济效益和社会效益。 因此，从事机床设计的人员，应不断地把经过实践检验的新理论、新技术、新方 法应用到设计当中，做到既要技术先进，经济效益好、效率高。要不断的吸收国内外 的成功经验，做到既要符合我国国情，有要赶超国际水品。要不断地开拓创新，设计 和制造出更多的生产率高、静态动态性能好、结构简单、使用方便、维修容易、造型 美观、耗能少、成本低的现代化机床。设计本着以上原则进行，尽量向成本低、高效 率、简化操作、符合人机工程的方向考虑。 2.2.1 导辊除锈机床的结构设计方案 本次导辊除锈机床的结构设计选出了三种方案，各个方案优缺点及简图看表 2.1 . 方案一、钢丝刷直线往复运动，导辊管不动，仿刨床设计除锈机床。 方案二、钢丝刷直线运动，导辊管做回转运动，仿车床设计除锈机床。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 方案三、钢丝刷既作直线运动，又做回转运动，导辊管做回转运动，仿外圆磨床 设计除锈机床。 表 2.1 方案对比 简图 对比 方案一 钢丝刷做直线往复运动， 对导 辊管的外圆面除锈， 空行程太 多， 造成时间的浪费。 若钢丝 刷往复运动过快， 由于惯性作 用， 钢丝刷在行程终点若要静 止，处理上不是很容易。 方案二 虽然钢丝刷运动空行程浪费 时间太多的问题解决了， 但是 钢丝刷做直线运动， 导辊管做 回转运动， 钢丝刷整体的磨损 情况不一致， 导致刀具的使用 寿命下降。 方案三 没有空行程的问题， 还延长了 钢丝刷的使用寿命 方案一、钢丝刷做直线往复运动，对导辊管的外圆面除锈，空行程太多，造成时 间的浪费。若钢丝刷往复运动过快，由于惯性作用，钢丝刷在行程终点若要静止，处 理上不是很容易。方案二、虽然钢丝刷运动空行程浪费时间太多的问题解决了，但是 钢丝刷做直线运动，导辊管做回转运动，钢丝刷整体的磨损情况不一致，导致钢丝刷 的使用寿命下降。方案三、没有空行程的问题，还延长了钢丝刷的使用寿命。 所以，本次设计采用了方案三作为本次课题的解决方案。 2.2.2 机床主要部件及其运动方式的选定 主运动是动力源三项变频调速电动机通过同步带轮带动主轴旋转来实现的。 进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，其动力有步进电机通过丝杠传递。 考虑到生产效率以及生产的经济性， 机床附件如油管等， 以及标准件如滚珠丝杠、 轴承等均匀选择外购形式。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 2.3 本章小结 本章对导辊除锈机床的工作原理作了简单的介绍并提出三种设计方案进行对比， 最终采用第三种方案。 第 3 章 结构设计 3.1 主轴箱结构设计 图 3.1 是导辊除锈机床的主轴。主轴支撑是主轴组件的重要组成部件，主轴支撑 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 是指主轴轴承、支撑座及其相关零件的组合体，其中核心元件是轴承。滚动轴承的主 要优点是适应转速和载荷变动的范围大；能在零间隙或负间隙条件下稳定运转，具有 较高的旋转精度和刚度；轴承润滑容易，维修、供应方便，摩擦因数小等。主轴是除 锈机床的重要零件，要满足足够的刚度、强度，还要满足轴承、传动件等轴向定位的 需要。主轴一般是阶梯形的轴。为了方便于装配，主轴直径从前端向后一次增加或是 从中间向两端部逐段缩小，并且各阶梯之间应有退刀槽。本次设计采用主轴直径从前 端向后依次增大。 图 3.2 是导辊除锈机床的主轴箱装配体。其基本原理是电动机 4 通过 v 带轮 2 进 行传动带动 v 带 1 从而带动蜗杆 6 旋转，将运动传递到蜗轮 5，之后通过蜗轮、蜗杆 减速后使主轴获得需要的转速。 1-轴承 2-套筒 3-主轴 4-锁紧螺母 5-轴承挡圈 6-顶尖 图 3.1 主轴 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 1-v 带 2-带轮筒 3-带轮罩 4-电机 5-蜗轮 6-蜗杆 图 3.2 主轴箱 3.2 刀架结构 1-钢丝刷 2-锁紧螺丝 3-前端盖 4-密封环 5-刀架 6-后端盖 7-主轴 8-步进电机 9-同步带 10-吸尘罩 图 3.3 刀架剖视图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 图 3.3 是刀架剖视图，其原理是动力源步进电动机 8 通过同步带 9 带动刀架 7 旋 转，进而带动钢丝刷 1 转动。刀架主轴 7 有主轴等零部件支撑。除锈过程中产生的锈 尘很容易进入到轴承等零部件的间隙中，影响润滑，从而加速期磨损耗费，进而影响 正常生产。密封环 4 起到防止锈尘等对安装在刀架内部的零件腐蚀，提高零部件的使 用寿命。锁紧螺母 2 对密封环 4 有夹紧和调整位置的作用。吸尘罩 10 吸走大量锈尘， 减少锈尘等对人体及机床的影响，净化工作环境。 3.3 尾座结构设计 1-顶尖 2-主轴 3-轴承压盖 4-后主轴箱 5-推杆 6-“o”型图 7-油缸安装座 8-油缸 9-轴承 10-锁紧螺母 图 3.3 尾座结构 图 3.3 是导辊除锈机床的尾座结构。其原理为：尾座主轴 2 装配的零部件与主轴 箱主轴相似。尾座主轴 2 上的轴承 9 由锁紧螺母 10 和轴承压盖 3 定位夹紧， “o”型 圈 6 用来密封。工件有顶尖 1 定位夹紧后，后主轴 2 随着工件一起运动。推杆 5 在油 缸 8 的作用下，清理工件内部。 3.4 溜板箱结构设计 溜板箱是机床的重要组成部分，它具有纵、横向走刀进给和快速移动等功能，是 工作最频繁的部件。溜板箱是将丝杠和光杠传来的旋转运动变成溜板的直线运动并带 动刀架进给，控制刀架运动的接通、断开和换向。当机床过载时，能使刀架自动停止； 还可以手动操作刀架移动或实现快速运动等。其结构简单，零件少，成本低，操作方 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 便，使用灵活，并肩有纵、横向定程装置和保护装置，安全可靠。 图 3.4 是导辊除锈机床的溜板箱。其原理为：刀架小溜板 4 由丝杠 2 带动作直线 运动，从而带动刀架完成纵向进给运动，丝杠 2 的动力源为步进电机 1.刀架小溜板 4 和刀架大溜板 5 间通过直线导辊和滑块 6 进行连接。滑块 9 和床身上的导轨相连，由 丝杠螺母座 8 及步进电机共同作用，完成刀架的横向进给运动。 1-步进电机 2-丝杠 3-丝杠螺母座 4-刀架小溜板 5-刀架大溜板箱 6-滑块 7-导轨 8-丝杠螺母座 9-滑块 图 3.4 溜板箱 3.5 床身结构设床身结构设 1-滚珠丝杠 2-刀架丝杠螺母座 3-丝杠轴承安装座 4-同步带 5-步进电机 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 图 3.5 床身剖视图 1-尾座丝杠轴承安装座 2-滚珠丝杠 3-尾座丝杠螺母座 4-同步带 5-步进电机 图 3.6 床身剖视图 图 3.5 和图 3.6 是导辊除锈机床的床身结构设计。图 3.6 中，步进电机 5 通过同步 电机 4 带动滚珠丝杠 2 进行旋转，进而通过尾座丝杠螺母座 3 带动尾座纵向移动。 3.6 本章小结 本章对机床的总要组成部件进行了简单的阐述，并且对主轴箱、尾座、刀架、溜 板箱进行结构设计及其各部件的运动原理。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 第 4 章 设计校核 4.1 主轴 v 带设计 带传动是通过中间挠性件传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。在 这种场合下，与应用广泛的齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本低廉等优点。因 此，带传动是常用的传动。 由相关材料 1 表 12- 1， 选用电动机为 y1006 p=1.5kw n=940r/min p额定 功率 n满载转速 v 带： （1）求计算功率 pc 查相关材料 2 表 8- 9 得 ka=1.2 ka带传动工作情况系数，故 pc= ka p=1.21.5kw=1.8kw （4.1） （2）选 v 带型号 根据计算功率 pc 和小带轮带的转速 n1查相关材料 2 图 812，选取 a 型带。 （4）验算带速 v： 查相关材料 2 表 84 ，d1应不小于 75，现取 d1=106mm 查相关材料 1 表 132，v 带传动，i=24，取 i=2 所以 d1应取为：d1=106mm d2=2 d1=212mm 1 1 3.14 106 940 = 60 100060 1000 d n v p = =5.12m/s 带速在 525m/s 范围内合适 （5）求 v 带基准长度 ld 和中心距 a 由相关材料 2 式(827)：0.7(d1+ d2)120o 确定包角合适 （7）求 v 带根数 z 计算单根 v 带的额定功率 pr 由 d1=106mm 和 n1=940r/min。a 型带查相关材料 2 表 86，p0=1.15kw 由 n1=940r/min，i=2。a 型带查相关材料 2 表 87。p0=0.11kw 由相关材料 2 表 88 得 ka=0.98 由相关材料 2 表 83 得 kl=0.99 pr=(p0+p0)kakl=1.15+0.110.980.99=1.22 (4.6) 计算 v 带的根数 1.8 1.48 1.22 c r p z p = 取 z=2 4.2 钢丝刷的计算钢丝刷的计算 工件周进给速度，工件的旋转运动是外圆磨削的周进给运动，该运动的磨削用量 是工件的圆周运动速度 vw，一般情况下，工件的圆周运动速度为砂轮速度的 1/60 1/120， 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 3.14 219 10 10001000 ww w d n v p = (4.7) =6.88m/s 所以工件圆周运动速度为 412.6m/s825.2m/s 式中 dw工件的直径 n w工件的转速 取 vs=450m/s ds=150mm 1000 1000 ss s s s s d n v v n d p p = = = 955.4 r/min 取电动机型号 y132m16 功率 4kw 转速 960 r/min 钢丝刷 v 带： （1）求计算功率 相关材料 2 得 ka=1.2 ，故 pc= ka p=1.24kw=4.8kw （2）选 v 带型号 选用 a 型带 根据 pc=4.8kw，n=2890r/min 由相关材料 2 查出此坐标点位于 a 型区域，选用 a 型 计算 （3）求大，小带轮基准直径 d2 d1 由相关材料 2 得，d1应不小于 75，现取 d1=100mm d2=2d2=200mm （4）验算带速 v： 1 1 3.14 100 2890 = 60 100060 1000 d n v p = (4.8) =15.12m/s 带速在 525m/s 范围内合适 （5）求 v 带基准长度 ld 和中心距 a 初步选取中心距 a0=1.5(d1+ d2)=1.5（100+200）=450mm (4.9) 取 a0=400mm 符合 0.7(d1+ d2)120o 查找相关材料 2 确定包角合适 （7）求 v 带根数 z 今 n=960r/min d1=100mm 查相关材料 2 表 86 得额定功率 p0=0.95kw 查相关材料 2 得： 0 0.11pkwd = 由1=168o 查相关材料 2 得 ka=0.98 查相关材料 2 得 kl=0.96 所以 pr=(p0+p0)kakl=1 4.8 4.8 pr1 c p z = （4.13） 取整取 5 根 4.3 蜗轮、蜗杆的设计 蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，它用于传递交错轴之间的回转运动和动力，通常两 轴交错角为 90 度。传动中一般蜗杆是主动件。蜗轮式从动件。蜗杆传动广泛应用于各 种机器和仪器中。蜗杆传动的主要优点是能得到很大的传动比、结构紧凑、传动平稳 和噪声较小等。 查相关材料 1 表 121 选择电机 y100l6 功率 p=1.5kw 转速 n=470r/min 传动比 i=40 1、选择材料并确定其许用应力 蜗杆用 45 钢，表面淬火，硬度为 hrc 4555 ，蜗轮用铸锡青铜 zcusn10p1砂 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 模铸造 （1）许用接触应力，查相关材料 2 得 【h】=180mpa （2）许用弯曲应力，查相关材料 2 得 【f】=50 mpa 2、选择蜗杆头数 z1，并传动效率 由 i=40，查相关材料 2 得 z2= iz1=401=40 由 z1=2，查相关材料 1 得，估计=0.8 3、确定蜗轮转矩 t2 66 2 1 9.55 109.55 101.5 0.8 40 940 p i t n h = （4.14） =487660 nmm 4、确定使用系数 ka，综合弹性系数 ze 取 ka=1.1 ； 取 ze=150 （钢配锡青铜） 5、确定接触系数 zp 假定 1 0.4 d a = ，由相关材料 2 得 zp=2.8 6、计算中心距 a 2 2 33 2 150 2.8 1.2 975319 200 ep a h z z ak t s = （4.15） =172.8mm 7、确定模数 m，蜗轮齿数 z2，蜗杆直径系数 q，蜗杆导程角，中心距 a 等参数 由相关材料 2 表得 模数 m=8mm，直径系数 q=10 所以蜗杆分度圆直径 d1=80mm () 2 0.50.5 8(1040)am qz=+=+ （4.16） =200172.8mm 合适 22 8 40320dmzmm= = （4.17） 导程角： 1 1 arctan5.71 10 o z q g= （4.18） 黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 8. 验算相对滑动速度 vs 和传递效率 蜗杆分度圆速度 1 1 3.14 100 960 = 60 100060 1000 d n v p = =3.94ms 齿面相对滑动速度 v3.94 =/3.96/ coscos5.71 vsm sm s r = 与估计值接近 蜗杆传动效率 按 vs=3.96ms，硬度45hrc，蜗杆材料为铸青铜，查表 66 得 fv=0.024,pv= 1.37 由式69得 (4.19) 估计值接近 9.热平衡计算 根据题意，取温室 t=20，散热系数取 ad=17w/mc，保证工作温度 t080 所需箱体散热面积为 s=0.29m 4.4 主轴的设计与校核 主轴是除锈机床的重要零件，要满足足够的刚度、强度，还要满足轴承、传动件 等轴线定位的需要，主轴一般是阶梯形的轴。为了便于装配，主轴直径从前端向后依 次增大或者是从中间向两端部逐渐缩小，并且各阶梯之间应有退刀槽。 1.初定主轴最小直径 轴的材料选择 45调质，其主要的力学性能如下： 材料牌号：45 热处理：调质 毛坯直径（mm）:200 硬度（hb） ：217255 抗拉强度mpa：650 屈服点mpa：360 弯曲疲劳极限mpa：270 扭转疲劳极限mpa：155 许用静应力mpa：260 黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 许用疲劳应力mpa：180270 备注：应用最广泛 根据生产纲领：40 万年（两班制，251 天年。负荷率 85%，13.5 小时/天，节 拍=25113.53600/40 万=30 秒，设计为 3035 秒） 。 对直径 d219mm，长度 1600 mm 的钢管进行除锈，刀具的进给速度 v=l mm /s, 所以 vc=53.33 mm /s,取 vc=50 mm /s。钢管的转速 n 的计算公式为： n=1000vc/d=0.073rs- 1=4.38rmin- 1 为了保证除锈效果，取 n=10r min- 1。主轴的传递功率 p=0.99kw 那么，主轴的最 小直径初估 d0为： 3 0 6 33 3 5 9.55 10 0.2 t da pp dc nn t t （4.20） 对于既传递转矩又承受弯矩的转轴，必须把轴的许用扭切应力适当降低，以 补偿弯矩对轴的影响。 3 p dc n （4.21） 33 0.99 11553.245 10 p dc n = 圆整为 60mm 蜗轮的几个力： 圆周力：ft1=fa2=2t1/d1 轴向力：fa1=ft2=2t2/d2 径向力：fr1=fr2=fa1tan t2=t1i=487660nmm t1=t2/ i=15239.4 nmm ft1=fa2=2t1/d1=215239.4/80=38 n=ft fa1=ft2=2t2/d2=2487660/320=3048 n=fr fr1=fr2=fa1tan=3048tan20o=1109 n=fa d2=320mm l=200mm k=300mm 弯曲应力校核强度： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 25 () 2 2 1 3 1 0.1 eb me mt wd sas - =+ （4.22） () 2 2 memta=+ （4.23） 式中：me当量弯矩，d根据转矩性质而定的折合系数，对不变的转矩， 1 1 0.3 b b d s s - + = () 2 2 3 3 11 10 0.1 bb mt me d a ss - + = （4.24） 22 hv mmm=+ 解： （1）求垂直面的支承反力 2 1 200320 60962219 2222 200 ra v dl ff f l - = （4.25） =1272.8n 21 6096 1272.84823.4 vrv fffn=-=-= （4.26） （2）求水平面的支承反力 （图 4.1a） 12 762 381 22 hh ft ffn= （4.27） （3）绘制垂直的弯矩图 （图 4.1b） 2 200 4823.2482.32 22 avv l mfn mm= = （4.28） 1 200 1272.8127.28 22 avv l mfn mm= = （4.29） （4）绘制水平弯矩图 （图 4.1c） 1 200 38138.1 22 ahh l mfn mm= = （4.30） （5）求合成弯矩图 （图 4.1e） 黑龙江工程学院本科生毕业设计 26 ()() 2 222 482130500 anavah mmmn mm=+=+= （4.31） （6）求轴传递的转矩 （图 f） 2 320 762121600121.6 22 t d tfn mm= = （4.32） （7）求危险截面的当量弯矩 （图 g） ()() 22 22 5000.3 121.6501.4 a memtn mma=+=+= （4.33） （8）计算危险截面处轴的直径 轴的材料选用 45 钢，调质处理，由相关材料 2 查得 650 b mpas = 1 60 b mpas - = 则 3 3 3 1 501.4 10 =43.7 0.10.1 60 b me dmmmm s- = （4.34） 考虑到键槽对轴的削弱，将 d 值加大 5%故 d=1.0543.7=45.960mm 图 4.1 主轴受力分析图 轴校验完毕。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 27 4.5 轴承的设计计算 1、先求出当量动载荷 p 因该向心轴承受 fr 和 pa 的作用，必须求出当量动载荷 p0，计算时用到的径向系 数 y 要根据 fa/cor 值查取， 而 cor 是轴承的径向额定静载荷， 在轴承型号未选出之前 暂不知道，故用试算法，据相关材料 2 得，暂取 fa/cor=0.028，则 e=0.02。因 fa/fr=2219/6096=0.364e 由相关材料 2 得 x=0.56，y=1.99 由相关材料 2 得 p=xfr+yfa=0.566096+1.992219=7830n 即轴承在 fr=6096n 和 fa=2219n 作用下的使用寿命，相当于在纯径向载荷为 7830n 作用下的使用寿命。 2、计算所需的径向基本额定动载荷值 由相关材料 2 得 1 6 60 10 p rh t f p n cln f e = （4.34） 上式中 fp=1.1 相关材料 2 得 ft=1（因工作温度不高） ，所以： 1 6 1.1 7830 60 10 11293 110 rh clnn e = 3、选择轴承型号 查手册，选 6213 轴承，其 cr=57200n7830n cor=40000n，故 6213 轴承的 fa/cor=0.0555,与原估计接近。 4.6 滚珠丝杠副选择与校核滚珠丝杠副选择与校核 4.6.1 滚珠丝杠副简介滚珠丝杠副简介 黑龙江工程学院本科生毕业设计 28 1-滚珠丝杠 2-滚珠螺母 3-滚动体 4-返回装置 图 4.2 滚珠丝杠副结构图 如图 4.2 所示，滚珠丝杠副一般由滚珠丝杠 1、滚珠螺母 2、滚动体即滚珠（钢球） 3 及滚珠返回装置 4 四个部分组成。根据构造的差异性和类型的不同，其工作特性、 传动精度和制造工艺也有所不同。 一般的丝杠构造， 除螺纹滚道法向截形有所不同外， 各种类型丝杠的结构都差异不大，通常所用的滚珠丝杠副可分为单元弧滚道型面滚珠 丝杠副和双圆滚道型面滚珠丝杠副。滚珠螺母的构造，主要与滚珠体循环装置（即反 向器）采用的类型及调隙预紧的形式有关，一般可分为外循环、内循环及双螺母齿差 式、双螺母螺纹式、双螺母垫片式和单螺母变位导程自预紧式等。另外，滚珠丝杠副 还可以根据用途分为定位滚珠丝杠副和传动滚珠丝杠副。 滚珠丝杠副传动就是指在滚珠丝杠与滚珠螺母旋合滚道之间放置相当数量的滚 动体（滚珠）作为中间传动体，并借助返回通道，构成滚珠可在闭合回路中反复循环 运动的螺旋运动。当滚珠丝杠或螺母传动时推动滚珠在滚道间形成滚珠链式的反复循 环运动。这样，丝杠与螺母的相对运动就借助于滚珠链的作用，把滑动接触转化为滚 动接触。所以，滚珠丝杠传动的运动机理可以概括为：以滚动摩擦代替滑动摩擦，而 滚动丝杠副在机械传动中的作用是：将旋转运动变为直线运动，也可以将直线运动变 为旋转运动。 如图 4.3 所示，滚珠丝杠副的工作原理叙述如下：当螺母 2（或丝杠 1）传动时， 在丝杠与螺母间布置的滚珠 3 依次沿螺纹滚道滚动， 1-滚珠丝杠 2-滚珠螺母 3-滚动体 4-返回装置 （a）外循环结构 （b）内循环结构 图 4.3 滚珠丝杠副原理图 同时滚珠 3 促使丝杠 1（或螺母 2）做直线运动。为了防止滚珠沿螺纹滚导滚出， 在螺母上设有滚珠循环返回装置 （反向器） 4， 构成一个滚珠循环通道。 借助反向装置， 黑龙江工程学院本科生毕业设计 29 滚珠沿滚道面运动后，经通道自动地返回其循环起始处，从而使滚珠能在螺纹滚道上 继续不断地参与工作。 4.6.2 滚珠丝杠副的选择及校核 本次设计选择的是 20055 系列丝杠 滚珠丝杠副刚度校核： 滚珠丝杠选用之后， 为了保证机床安装调试后能正常运转和工作， 还要进行刚度、 临界转速等方面的校验。 1、滚珠丝杠的刚度校验 滚珠丝杠副的轴向变形将引起丝杠稻城发生变化，从而影响其定位精度和运动平 稳性， 由轴向刚度不足引起的轴向变形量一般不应大于机床定位精度的 1/2。 如果变形 量大于机床定位精度要求，应通过改用直径较大的丝杠、采用贴塑导轨、改变丝杠支 撑方式或对丝杠进行预拉伸等措施来提高丝杠副的刚度。滚珠丝杠副的轴向刚度校核 时主要考虑丝杠本身受拉压时的刚度 k1，滚珠与螺纹滚道间的接触刚度 k2 和螺母的 支撑刚度 k3。 具体校核方法可采用滚珠丝杠的总变形量 小于允许变形量来进行， 即 。 （1）轴向载荷 fa 产生的轴向变形量f 本设计机床，其纵向进给机构的滚珠丝杠副拟采用一端固定、一段铰支的支撑方式。 它常采用于较长的卧式丝杠，可补偿热变形，但这种支撑方式的滚珠丝杠不能预紧， 对于一端固定、一端铰支的支撑方式。 ffalj ead = (4.45) 式中 lj 为丝杠的计算长度，即轴向力和转矩作用处到固定支撑端的距离， lj=1100mm。计算可得 f=3.610- 3mm。 （2）转矩 t 产生的轴向变形量 t ()2ttljphgipdp= mm (4.46) 式中 t 为螺旋传动的转矩， g 为丝杠材料的切变模量， ph 为丝杠导程， ip 丝杠计算截面的极惯性矩， () 4 0 32 w dd ip p- = (4.47) 那么计算可得 t=0.04210- 3 mm。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 30 （3）轴向载荷 fa 使用钢球与螺纹滚道间产生轴变形变形量 a 由于本滚珠丝杠副采用了双螺母垫片预紧，则： () 3 0.3 10 zawp ak fz d f - d = mm (4.48) 式中 kz 为载荷不均匀系数，取 1.2；fp 为滚珠丝杠、螺母间的预加载荷。fp 一般情况下，取 fp=fm/3（fm 为当量载荷） 。 由上式计算得： 3 0.27 10 a d - = mm （4）轴向总变形量 3 3.943 10 fta d ddd - =+= mm，取 3 4 10d - = mm （5）刚度校核 丝杠的轴向刚度 4 19 10 a kf d d= nmm 由文献 9可知， 滚珠丝杠的许用轴向刚度 k ， 对点位控制的数控机床， 一般取 18 2010 4 nmm，所以丝杠的刚度刚好能够满足要求，为了稳妥起见，应采取措施提高 刚性；通过改进丝杠的支撑方式来提高丝杠刚度，把原来的一端固定，一端铰支改为 两端固定的支撑方式，并在安装时对丝杠进行预拉伸，以抵消运行时因发热而引起的 丝杠伸长。 2、滚珠丝杠副的极限转速与允许转速 nc 研究滚珠丝杠副的极限转速的目的主要是避免滚珠丝杠副在高速运转时产生共振 现象，使滚珠丝杠副正常运转，对于数控车床来说，滚珠丝杠的最高转速是指快速移 动时的转速， 如果丝杠轴的临界转速与丝杠自身的自振频率接近， 就会导致强迫共振， 影响机床正常工作，从自振频率角度考虑，临界转速： 2 7 10 2 22 22 60 10.min 2 c dei nkfr lal l pg = 式中 k安全系数 l2支承间距离 丝杠材料的密度 丝杠底径的横截面积 丝杠底径的惯性矩 f,表示与丝杠支撑形式有关的系数。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 31 一端固定、一端自由的支撑形式适用于短丝杠和垂直安装丝杠，=1.875，f=3.4； 两端固定的支撑， 适用于长丝杠和对刚度及位移精度要求较高的场合 =4.307， f=21.9； 一端固定，一端浮动的支撑，适用于长丝杠或卧式安装丝杠，=3.972，f=15.1 11 12. 本设计中，确定采用两端固定方式，则滚珠丝杠副的允许转速 nc=4770r/min1200 r/min，符合实际要求。 4.7 本章小结 本章对导辊除锈机床的主轴 v 带；钢丝刷的计算；蜗轮、蜗杆的设计；主轴的校 核；轴承的设计计算及选用的滚动丝杠作了校核。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 32 结 论 本文阐述了除锈机床国内外目前的发展状况并作了简单的对比。我国工业起步比 较晚，在技术水平方面与国外工业相比差距较大。目前，特别是钢材表面除锈的手段 还是比较落后的，主要表现在除锈方法和除锈设备方面。 导辊在存储、运输期间很容易锈蚀，为钢管后期的加工产生了很大的障碍。人们 为了除锈花费