中速磨磨棍修复转台的结构设计【含CAD图纸、说明书】
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本科生毕业设计题 目：中速磨磨棍修复转台的结构设计学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 完成时间： 目 录摘要 VAbstract VI1 绪论11.1 中速磨磨棍修复转台设计的主要内容11.2 中速磨磨棍修复转台的总体布局11.3 中速磨磨棍修复转台概况21.4设计准则22中速磨磨棍修复转台总体方案32.1 中速磨磨棍修复转台设计方案32.1.1中速磨磨棍修复转台方案一32.1.2 中速磨磨棍修复转台方案二42.1.3中速磨磨棍修复转台方案三42.1.4中速磨磨棍修复转台方案四42.2 中速磨磨棍修复转台执行机构的选型与设计52.3 中速磨磨棍修复转台传动装置方案确定53 转台具体参数计算73.1电动机的选择73.2 传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配83.3 运动参数和动力参数计算84 圆柱齿轮传动零件的设计计算114.1 选择齿轮材料及精度等级114.2按齿面接触疲劳强度设计114.3 根据齿根弯曲疲劳强度设计125 蜗轮蜗杆传动设计计算165.1 选择蜗杆传动类型165.2 选择材料165.3 按齿面接触疲劳强度进行设计165.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸175.5 校核齿根弯曲疲劳强度185.6 验算效率195.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定195.8 热平衡核算196 轴的设计计算206.1 轴的结构设计206.2 轴的结构设计226.3 轴的结构设计246.4 校核轴的强度267 轴承的选择和校核317.1 高速轴轴承的校核317.2 低速轴轴承的校核327.3 计算输入轴轴承347.4 计算输出轴轴承368 键联接的选择和校核388.1 键的选择388.2 键的校核388.3 联轴器的选择399 减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择409.1 传动零件的润滑409.1.1 齿轮传动润滑409.1.2滚动轴承的润滑409.2 减速器密封409.2.1 轴外伸端密封409.2.2 轴承靠箱体内侧的密封409.2.3 箱体结合面的密封4010 减速器箱体设计及附件的选择和说明4111 中速磨磨棍修复转台调整机构设计4311.1 缸体的设计计算4311.2 活塞和活塞杆的设计计算4411.3 顶盖的设计4411.4 气控液压千斤顶的体积4511.5 部件连接方式45结束语47参考文献48致谢49IV中速磨磨棍修复转台的结构设计摘 要：本次毕业设计是关于中速磨磨棍修复转台的设计。首先对焊接转台作了简单的概述；接着分析了焊接转台的选型原则及计算方法；然后根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的焊接转台各主要零部件进行了校核。在中速磨磨棍修复转台的设计、制造以及应用方面,目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造中速磨磨棍修复转台过程中存在着很多不足。整机结构主要由电动机产生动力将需要的动力传递到齿轮上，然后通过齿轮传递到齿轮，通过齿轮再过渡到另外一组齿轮上，然后再通过齿轮过渡到蜗轮蜗杆上。同时本文对该方案焊接转台的关键零部件设计过程进行了详细阐述，其主要内容包括系统总体方案的设计、电动机的选择、执行机构的设计、传动零部件的设计、轴的设计与校核以及轴承的选择、等。本文主要介绍焊接转台的发展状况，焊接转台结构设计原理，焊接转台总体方案分析及确定，焊接转台结构设计内容所包含的机械图纸的绘制，的计算，结构设计结论与建议。本论文研究内容：(1) 焊接转台总体结构设计。(2) 焊接转台工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 焊接转台的传动系统、执行部件。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。关键词：中速磨磨棍修复转台，传动装置，连杆，减速器50The Structure Design of Medium Speed Grinding Rod Repair Turntable Abstract：This graduation design is the design of a medium speed grinding rod repair turntable. First to welding turntable made brief overview; then analyzes the welding turntable type selection and calculation method; then calculated based on these design criteria and selection method in accordance with the given parameters requires selection of design; then the choice of welding table of the main parts of the check. In the medium speed grinding rod repair table design, the manufacture and the application, at present our country and the overseas advanced level compared still had the big disparity, domestic in the design manufacturing medium speed grinding rod repair process, there are many deficiencies of the turntable.The whole structure mainly by the motor generates dynamics will require the power delivered to the gear and then through a gear is transferred to the gear, through the gear and the transition to another set of gear, and then through the transition gear to the worm. At the same time, the scheme welding turntable is the key part of the design process are discussed in detail. The main contents include the design of the overall scheme of the system design, motor selection, actuator design, transmission parts, the shaft of the design and check and bearing selection, etc.Is mainly introduced in this paper turntable development of welding, welding turntable structure design principle, welding turntable scheme analysis and determination, welding turntable structure design content includes mechanical drawing of rendering, calculation of structure design conclusion and suggestions.Content of this paper:Design of the overall structure of (1) welding table.Analysis on working performance of (2) welding table.(3) the choice of motor.(4) the transmission system and the executive part of the welding table.(5) the design of the parts to design calculation and check.(6) drawing the assembly drawing of the whole machine and the assembly drawing of the important parts and the parts drawing of the design parts.Keywords: medium speed grinding rod repair turntable, transmission device, connecting rod, gear reducer1 绪论进入21世纪，我国工件工业快速发展，深加工产业规模也在飞速扩大,现有工件机械设备生产能力小,不能满足大型加工厂的生成要求。因此,改进和扩大现有工件机械设备是完全必要的。中速磨磨棍修复转台作为工件加工的基础设备， 在我国广泛应用几十年。生产实践证明,该设备对品种、粒度、外在水份等适应性强,与其他给料设备相比,具有运行安全可靠、性能稳定、噪音低、维护工作量少等优点,仍不失推广使用的价值。1.1 中速磨磨棍修复转台设计的主要内容通过对数控中速磨磨棍修复转台设计，希望学生熟悉机电一体化系统中机械系统设计过程，以及掌握利用AutoCAD来绘制二维图形或创建三维实体的能力。对数控中速磨磨棍修复转台的设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。基本任务及要求（1）熟悉数控回转工作太本身的特点，明确设计要求（2）拟定中速磨磨棍修复转台系统的总体方案（机械部分）（3）进行机械部分的结构设计1.2 中速磨磨棍修复转台的总体布局数控中速磨磨棍修复转台其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。它的进给、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。工作台的运动是由伺服电动机，经齿轮减速后由蜗杆传给蜗轮。为了消除蜗杆副的传动间隙，采用了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置调整间隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同的螺距，因此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的啮合。当工作台静止时必须处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部的辐射方向有8对夹紧瓦，并在底座上均布同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞便压向钢球，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮。在工作台需要回转时，先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧的作用下，钢球抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。中速磨磨棍修复转台的导轨面由大型滚动轴承支承，并由深沟球轴承及双列向心圆柱滚子轴承保持准确的回转中心。数控中速磨磨棍修复转台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度，因而必须采用高精度蜗杆副。在半闭环控制系统中，可以在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿角度的位置和补偿的值，记忆在补偿回路中，由数控装置进行误差补偿。在全闭环控制系统中，由高精度的圆光栅发出工作台精确到位信号，反馈给数控装置进行控制。1.3 中速磨磨棍修复转台概况随着生产力水平的发展，中速磨磨棍修复转台越来越广泛的应用于各个领域。数控中速磨磨棍修复转台是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，它常被使用于各类设备上，可提高加工效率，完成更多的工艺，它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。本次毕业设计主要是解决倾斜式焊接中速磨磨棍修复转台中速磨磨棍修复转台的工作原理和机械机构的设计与计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。目前数控中速磨磨棍修复转台已广泛应用于数控机床和加工中心上，它的总的发展趋势是：1在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台；2在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转速和转台的承 载能力；3在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 数控转台的市场分析：随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年600台左右。1.4设计准则我们的设计过程中，本着以下几条设计准则：1）创造性的利用所需要的物理性能2）分析原理和性能3）判别功能载荷及其意义4）预测意外载荷5）创造有利的载荷条件6）提高合理的应力分布和刚度7）重量要适宜8）应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸9）根据性能组合选择材料10） 零件与整体零件之间精度的进行选择11） 功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求2 中速磨磨棍修复转台总体方案基本任务和要求2.1 中速磨磨棍修复转台设计方案 设计方案： 1.采用分离气缸和定位夹紧气缸实现物料的运送和分离 2.利用机械手进行送料 3.采用伺服电机控制工作台进行送料 4、采用电机带动减速器，然后带动连杆机构实现往复运动2.1.1中速磨磨棍修复转台方案一方案一采用双作用缸实现物料的分离功能和定位夹紧功能气动送料机由两个基本应用模块组成：物料分离模块及传送模块。物料分离模块由两个双作用气缸组成，分别实现物料的分离功能和定位夹紧功能。为保证真空系统的气流通畅，以提高真空发生器的真空度，回路4中的真空控制回路不安装节流阀。同时，回路4中的所有连接气管应尽可能的短， 以减小空气流通阻力，提高真空度。采用气缸的优点：减少了物料的运送步骤，缩短了加工时间，操作简单。缺点：对物料的放置有很高的精度要求，造价高昂，一般的小型企业不采用2.1.2 中速磨磨棍修复转台方案二 方案二利用机械手进行送料机械手是以小车形式通过钢绳同滑块联接起来， 由冲床滑块上升运动牵引小车作前进的水平运动完成送料，由通过钢绳连接的重物使小车作复位运动。由小车机械手将工件送至冲床下进行冲孔，提高了生产效率，保证了质量，改善了劳动强度，确保了人生安全。采用机械手送料的优点：送料与冲床节拍相同，可以连续生产。缺点：首先由于整个过程均由机械手实现，所以对机械手的要求度很高，其次，如果工件大小不一要经常更换。2.1.3中速磨磨棍修复转台方案三方案三采用伺服电机控制工作台进行送料由单片机产生驱动脉冲信号，步进电机的驱动器收到驱动脉冲信号后，步进电机将会按照设定的方向转动一个固定的角度，将电脉冲转化成交位移。电机的转速由脉冲信号频率来控制决定，再由电机控制工作台进行送料冲压。优点：1、可以连续生产，并且能实现一人控制几台机器2、可靠性高，由于送料机构外部由步进电机控制，所以每次的行程都是固定值。3、低功耗，低电压。在许多没有电力供应的应用场合，较低的功耗和工作电压是生产便捷化的必要条件。4、维护方便，经济实用。中速磨磨棍修复转台结构是由电动机、减速器、联轴器、H形架、连杆、底板(给料槽)、传动平台、漏斗闸门、托辊等组成。2.1.4中速磨磨棍修复转台方案四方案四采用电机带动减速器，然后带动连杆机构实现往复运动传动原理：当电动机开动后，经弹性联轴器、减速器、曲柄连杆机构拖动倾斜的底板在托辊上作直线往复运动，当底板正行时,将仓和槽形机体内的带到机体前端;底板逆行时,槽形机体内的被机体后部的斜板挡住,底板与之间产生相对滑动,机体前端的自行落下。将均匀地卸到运输机械或其它筛选设备上。该机设有带漏斗、带调节阀门和不带漏斗、不带调节阀门两种形式。综合以上的比较，选择方案4来设计中速磨磨棍修复转台机构。2.2 中速磨磨棍修复转台执行机构的选型与设计 （1）机构分析 执行机构由电动机驱动，电动机功率2kw，原动件输出等速圆周运动。传动机构应有运动转换功能，将原动件的回转运动转变为推杆的直线往复运动，因此应有急回运动特性。同时要保证机构具有良好的传力特性，即压力角较小。 为合理匹配出力与速度的关系，电动机转速快扭矩小，因此应设置蜗杆减速器，减速增扭。（2）机构选型 方案一：用摆动导杆机构实现运动形式的转换功能。 方案二：用偏置曲柄滑块机构实现运动形式的转换功能。 方案三：用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联组合，实现运动形式的转换功能。方案三方案二方案一 （3）方案评价 方案一：结构简单，尺寸适中，最小传动角适中，传力性能良好，且慢速行程为工作行程，快速行程为返回行程，工作效率高。 方案二：结构简单，但是不够紧凑，且最小传动角偏小，传力性能差。 方案三：结构复杂，且滑块会有一段时间作近似停歇，工作效率低，不能满足工作周期4.3秒地要求。 综上所述，方案一作为焊接转台执行机构的实施方案较为合适。（4）性能评价 图示位置即为最小位置,经计算。性能良好。2.3 中速磨磨棍修复转台传动装置方案确定（1）传动方案设计 由于输入轴与输出轴有相交，因此传动机构应选择锥齿轮或蜗轮蜗杆机构。 方案一：二级圆锥圆柱齿轮减速器。 方案二：齿轮蜗杆减速器。 方案三：蜗杆齿轮减速器。方案三方案二方案一（2）方案评价 而方案二与方案三相比，结构较紧凑，且蜗杆在低速级，因此方案二较为合适。磨辊的修复过程实际上是旧磨辊的夹持及对中磨辊修复过程。它的实现是焊接变位机通过特别焊接工装卡具卡住磨辊使其沿某一水平轴线匀速转动，并畏以焊接枪的沿该轴线方向的恰当移动，从而实现对磨辊的周向堆焊。这里对磨螺的对中要求较高，否则将严重影响磨辊堆焊后的尺寸形状，甚至会发生导电嘴与工件表面打火现象，使得导电嘴严重烧损。因此焊接转台必须对旧磨辊的平持有很好的对中，同时为了保证有好的焊接质量，磨辊的转动变必须稳定及要匀速。同是为了制造方便它的减速及动力机械尽可能的选用标准件，通过多方面比较最后拟定焊接转动的原动件采用运动平衡的电动机。电动机到磨辊的减速采用标准的蜗轮蜗杆来实现；磨辊的摆角则采用曲柄小滑块、或者凸轮等机构实现此处为了节约成本采用了导杆与滑块的组合机构。3 转台具体参数计算3.1电动机的选择1.确定电动机类型 按工作要求和条件,选用y系列三相交流异步电动机。2.确定电动机的容量由于工作周期为4.3 秒,电动机功率2kw根据周期计算公式 3.选择电动机转速由2表13-2推荐的传动副传动比合理范围 圆柱齿轮传动 i齿小于8 蜗轮蜗杆传动 i齿=840则传动装置总传动比的合理范围为 i总=（28）（840）=（16200）电动机转速的可选范围为故电动机转速可选范围为。符合这一范围的同步转速根据电动机所需功率和同步转速，查2表12-1，符合这一范围的常用同步转速有1500、1000。4 确定电动机的型号选上述不同转速的电动机进行比较，查机械基础P499附录50及相关资料得电动机数据和计算出总的传动比，列于下表：表3-1 电机参数比较表方案电机型号额定功率kW电机转速r/min电机质量kg参考价格（元）总传动比同步转速满载转速1Y100L1-42.2150014203876013.272Y112M -62.210009406310228.973Y132S-82.2750710798006.63选用同步转速为:1500 r/min为降低电动机重量和价格，由表二选取同步转速为1500r/min的Y系列电动机，型号为Y100L1-4。查机械基础P500附录51，得到电动机的主要参数以及安装的有关尺寸(mm)，见以下两表：具体参数表如下：表3-2 电动机的技术数据电动机型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）Y100L1-42.2150014202.22.2图3-1 电动机3.2 传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配1.传动装置总传动比=式中nm-电动机满载转速:1420r/min; nw-工作机的转速:13.95 r/min。2.分配传动装置各级传动比齿轮传动比为2那么取蜗轮蜗杆减速比为50.895其中、分别为、单级圆柱齿轮、滚动轴承、蜗杆传动、联轴器和效率，查取机械基础P459的附录3 选取、=0.98（8级精度）、=0.99（球轴承）、=0.99、3.3 运动参数和动力参数计算 1.各轴转速计算 2.各轴输入功率3.各轴输入转矩 表3-3 传动装置各轴运动参数和动力参数表项目轴号功率转速转矩传动比0轴2.2142014.791轴2.178142014.64782轴2.091571028.13250.轴1.656413.951133.95总体设计方案简图3-2如下：图3-2 总体设计方案简图4 圆柱齿轮传动零件的设计计算4.1 选择齿轮材料及精度等级根据传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。运输机为一般工作机器，速度不高，选用7级精度，要求齿面粗糙度。因为载荷中有轻微振动，传动速度不高，传动尺寸无特殊要求，属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械设计P322表1410，小齿轮选用45号钢，调质处理，硬度236HBS；大齿轮选用45号钢，正火处理，硬度为190HBS。取小齿轮齿数，则大齿轮齿数，使两齿轮的齿数互为质数，取值,选取螺旋角。初选螺旋角则实际传动比：传动比误差：，可用齿数比：由表1取（因非对称布置及软齿面）。4.2按齿面接触疲劳强度设计因两齿轮均为钢制齿轮，所以由课本公式得：确定有关参数如下：1）确定公式内的各计算数值1)试选=1.22）选取区域系数 Z=2.43 3） 则 4)计算小齿轮传递的转矩 5)由表10-7选取齿宽系数=0.96）由表10-6查得材料的弹性影响系数（4）、许用接触应力由图1查得，由式1计算应力循环次数由图1查得接触疲劳的寿命系数，通用齿轮和一般工业齿轮按一般可靠度要求选取安全系数。所以计算两轮的许用接触应力：故得： 则模数：由表1取初步选择标准模数：（5）、校核齿根弯曲疲劳强度4.3 根据齿根弯曲疲劳强度设计 由式（10-17） （1） 确定计算参数1） 计算载荷系数2） 根据纵向重合度从图10-28查得螺旋角影响系数3） 计算当量齿数4） 查齿形系数由表10-5查得, 5)查应力校正系数 由表10-3查得，, 6)由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 7）由图10-18取弯曲疲劳系数, 8）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得 9）计算大小齿轮的,并加以比较大齿轮的数值较大（1） 设计计算对比计算结果，由齿根接触疲劳强度计算法面模数大于齿面弯曲疲劳强度计算带模数，去，以满足弯曲强度。确定有关参数和系数：1）计算中心距 修正后的中心距为80mm. 2)按圆整后的中心距修整螺旋角 因改变不多，故参数,等不必修正。 3）计算大小齿轮分度圆直径 齿度： 取 ，其他几何尺寸的计算（，）齿顶高 由于正常齿轮， 所以齿根高，由于正常齿 所以全齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 表4-1 齿轮参数表名 称计 算 公 式结 果 /mm模数m2.5压力角n分度圆直径d153.33d2106.66齿顶圆直径齿根圆直径中心距80齿 宽5 蜗轮蜗杆传动设计计算5.1 选择蜗杆传动类型 根据GB/T100851988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI) 。5.2 选择材料考虑到蜗杆传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆采用45钢;因希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100制造。5.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核齿根弯曲疲劳强度。由教材【1】P254式(1112),传动中心距(1) 确定作用在蜗杆上的转矩=1274.26 Nm (2)确定载荷系数K因工作载荷有轻微冲击,故由教材【1】P253取载荷分布不均系数=1;由教材P253表115选取使用系数由于转速不高,冲击不大,可取动载系数;则由教材P252(3)确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故=160。(4)确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值=0.35从教材P253图1118中可查得=2.9。(5)确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造, 蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从从教材【1】P254表117查得蜗轮的基本许用应力=268。由教材【1】P254应力循环次数应力循环次数N=60=60127.28（2810365）=9.56j为蜗轮每转一周每个轮齿啮合的次数j=1两班制，每班按照8小时计算，寿命10年。寿命系数则(6)计算中心距 (6)取中心距a=200mm,因i=50,故从教材【1】P245表112中取模数m=6.3mm, 蜗轮分度圆直径=63mm这时=0.315从教材【1】P253图1118中可查得接触系数=2.9因为=,因此以上计算结果可用。5.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1) 蜗杆轴向尺距mm;直径系数;齿顶圆直径;齿根圆直径;蜗杆齿宽B1=(9.5+0.09)m+25=112mm蜗杆轴向齿厚mm；分度圆导程角;(2) 蜗轮蜗轮齿数53;变位系数mm;演算传动比mm,这时传动误差比为, 是允许的。蜗轮分度圆直径mm蜗轮喉圆直径=346.5mm蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径蜗杆和轴做成一体，即蜗杆轴。由参考文献【1】P270图蜗轮采用齿圈式，青铜轮缘与铸造铁心采用H7/s6配合，并加台肩和螺钉固定，螺钉选6个5.5 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据从教材【1】P255图1119中可查得齿形系数螺旋角系数从教材P25知许用弯曲应力从教材【1】P256表118查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56由教材P255寿命系数56Mpa可见弯曲强度是满足的。5.6 验算效率已知=;与相对滑动速度有关。从教材P【1】264表1118中用插值法查得=0.0264, 代入式中得=0.884,大于原估计值,因此不用重算。5.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动,属于通用机械减速器,从GB/T100891988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择7级精度,则隙种类为f,标注为8f GB/T100891988。然后由参考文献【3】P187查得蜗杆的齿厚公差为 =71m, 蜗轮的齿厚公差为 =130m;蜗杆的齿面和顶圆的表面粗糙度均为1.6m, 蜗轮的齿面和顶圆的表面粗糙度为1.6m和3.2m。5.8 热平衡核算初步估计散热面积：取(周围空气的温度)为。6 轴的设计计算6.1 轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：mm再查 1表15-3， 考虑键：因为键槽对轴的强度有削弱作用，开有一个键槽，所以轴的轴径要相应增大mm3确定各轴段直径并填于下表内表6-1 各轴段直径表名称依据单位确定结果mm且由前面的齿轮的设计可得，齿轮的孔径为30，mm3030查 2表7-123535因为处装轴承，所以只要即可，选取7类轴承，查 2表6-6，选取7208AC，故 404046由于是齿轮轴所以等于高速级小齿轮的分度圆直径：40404选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2（2）“润滑方式”，及说明书“（12）计算齿轮圆周速度” = 1.54，故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表表6-2 与轴长度有关的各参数名称依据单位确定结果箱体壁厚查 2表11-18地脚螺栓直径及数目n查 2表11-1查 2表3-13， 取20，16轴承旁联接螺栓直径查 2表11-1查 2表3-9，取1612轴承旁联接螺栓扳手空间、查 2 表11-1轴承盖联接螺钉直径查 2表11-2查 2表11-10，得当取轴承盖厚度查 2表11-10，小齿轮端面距箱体内壁距离查 2 =10轴承内端面至箱体内壁距离查 2 因为选用脂润滑，所以10轴承支点距轴承宽边端面距离a查 2表6-6，选取7208AC轴承，故5.计算各轴段长度。表6-3各轴段长度表名称计算公式单位计算结果由于与大齿轮配合，则：63由公式56由公式32由公式110.5齿轮1轮毂宽度：65由公式40L（总长）365.5（支点距离）197.56.2 轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火回火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：=(126103) 再查 1表15-3， 3确定各轴段直径并填于下表内表6-4 各轴段直径表名称依据单位确定结果由于和轴承配合，取标准轴径为： =45由于和齿轮配合，取查 2表1-6，取50=50查 2表1-6，取=60=60与高速级大齿轮配合，取：=45454选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2（二）“滚动轴承的润滑”，及说明书“六、计算齿轮速度” ，故选用脂润滑。 将与轴长度有关的各参数填入下表表6-5 与轴长度有关的各参数表名称依据单位确定结果轴承支点距轴承宽边端面距离a选用7209AC轴承，查 2表6-6得 5.计算各轴段长度表6-6 各轴段长度表名称计算公式单位计算结果439310齿轮配合长度：5845.5L（总长）L249.5（支点距离）196.16.3 轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火回火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：=再查 1表15-3， 考虑键：因为键槽对轴的强度有削弱作用，开有一个键槽，所以轴的轴径要相应增大 3确定各轴段直径并填于下表内表6-7 各轴段直径表名称依据单位确定结果由于与联轴器配合，配合轴径为d1=60mm 60考虑联轴器定位：查 2表7-12，取7070为了轴承装配的方便： ，取符合轴承标准孔径大小为75考虑轴肩定位，查（1）表1-16，取标准值=8686考虑齿轮的定位：92由于与齿轮配合=80mm=80由于轴承配合：75754选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。表6-8 轴承支点距轴承宽边端面距离表查 2（二）“滚动轴承的润滑”，及说明书“六、计算齿轮速度”， ，故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果轴承支点距轴承宽边端面距离a选用7015AC轴承，查 2表6-6得5.计算各轴段长度表6-9 各轴段长度表名称计算公式单位计算结果选联轴器轴孔长度为107mm，则：105由公式47由公式39由公式73由公式10配合齿轮4：8851.5L（总长）413.5（支点距离）184.36.4 校核轴的强度齿轮的受力分析：斜齿轮上的圆周力：；径向力：；轴向力：分别将:代入以上3式，得：表6-10和轴长度有关的参数表齿轮2上的圆周力齿轮上的径向力齿轮上的轴向力3189.491195.80788.14齿轮3上的圆周力齿轮上的径向力齿轮上的轴向力4958.72720.771750.14求支反力、绘弯矩、扭矩图轴受力简图图6-1 轴的受力图其中， 方向均向外；方向都指向轴心；向左，向右。1.垂直平面支反力，如图a)轴向力平移至轴心线形成的弯矩分别为： 图6-2(a) 轴的受力图2.垂直平面弯矩图，如图b)计算特殊截面的弯矩：图6-2(b) 垂直平面弯矩图3.水平平面支反力，如图c)图6-2(c) 水平平面支反力图4.水平平面弯矩图,如图d)计算特殊截面的弯矩：图6-2(d) 水平平面弯矩图5.合成弯矩图, 如图e)图6-2(e) 合成弯矩图6.扭矩图,如图f)图6-2(f) 扭矩图2按弯扭合成校核轴的强度（1）确定轴的危险截面根据轴的结构尺寸和弯矩图可知：截面3受到的合力矩最大，且大小为： （2）按弯矩组合强度校核轴危险截面强度（轴的抗弯截面系数，初选键：b=12,t=5,d=50;解得W=11050.63 mm3）取，则：查表15-1得=60mpa,因此,故安全。7 轴承的选择和校核7.1 高速轴轴承的校核根据轴承型号30307查设计手册取轴承基本额定动载荷为：C=75200N；基本额定静载荷为：图7-1 高速轴轴承 求两轴承受到的径向载荷将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。有力分析可知：求两轴承的计算轴向力对于圆锥滚子轴承，轴承派生轴向力，Y由设计手册查得为1.9，因此可以估算：则轴有向右窜动的趋势，轴承1被压紧，轴承2被放松求轴承当量动载荷 查设计手册知e=0.31查课本表13-5得径向载荷系数和轴向载荷系数轴承1 轴承2 因轴承运转中有轻微冲击,查课本表13-6得 则 验算轴承寿命因为,所以按轴承1的受力大小验算选择轴承满足寿命要求.7.2 低速轴轴承的校核根据轴承型号30306查设计手册取轴承基本额定动载荷为：C=59000N；基本额定静载荷为：图7-2 低速轴轴承 求两轴承受到的径向载荷将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。有力分析可知：求两轴承的计算轴向力对于圆锥滚子轴承，轴承派生轴向力，Y由设计手册查得为1.9，因此可以估算：则轴有向左窜动的趋势，轴承1被压紧，轴承2被放松求轴承当量动载荷 查设计手册知e=0.31查课本表13-5得径向载荷系数和轴向载荷系数轴承1 轴承2 因轴承运转中有轻微冲击,查课本表13-6得 则 验算轴承寿命因为,所以按轴承1的受力大小验算选择轴承满足寿命要求.两班制，每班按照8小时计算，寿命10年。=2810365=58400小时。7.3 计算输入轴轴承初选两轴承30208型单列圆锥滚子轴承查参考文献【3】可知蜗杆承轴30208两个，蜗轮轴承30213两个，(GB/T297-1994)表7-1：表7-1 输入轴轴承计算表轴承代号基本尺寸/mm计算系数基本额定/kNdDTa受力点 e Y动载荷Cr静载荷Cor30208408019.7516.90.371.663.074.0302126011023.7522.40.41.5103130图7-3 输入轴轴承受力图(1)求两轴承受到的径向载荷和将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面图(2)和水平面图(3)两个平面力系。其中图(3)中的为通过另加转矩而平移到指定轴线;图(1)中的亦通过另加弯矩而平移到作用于轴线上。由力分析知: N （2）求两轴承的计算轴向力对于30208型轴承,按教材P322表13-7,其中,e为教材P321表13-5中的判断系数e=0.37,因此估算按教材P322式(13-11a) =284N(3)求轴承当量动载荷和因为e由教材【1】P321表13-5分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1 =0.40, =1.6对轴承2 =1, =0因轴承运转中有轻微冲击,按教材P321表13-6, ,取。则由教材P320式(13-8a)=1.1*(0.40*584.5+1.6*2759.4)=5110N67.9KN=1.1*1*909=1000N46720h故所选轴承满足寿命要求。7.4 计算输出轴轴承图7-3 输出轴轴承受力图初选两轴承为30212型圆锥滚子轴承查圆锥滚子轴承手册可知其基本额定动载荷=103KN基本额定静载荷=130KN(1)求两轴承受到的径向载荷和将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面图(2)和水平面图(3)两个平面力系。其中图(3)中的为通过另加转矩而平移到指定轴线;图(1)中的亦通过另加弯矩而平移到作用于轴线上。由力分析知: N （2）求两轴承的计算轴向力 对于30213型轴承,按教材P322表13-7,其中,e为教材P321表13-5中的判断系数e=0.4,因此估算按教材P322式(13-11a) =415N(3) 求轴承当量动载荷和 e对轴承1 =0.4, =1.5对轴承2 =1 =0因轴承运转中有轻微冲击,按教材P321表13-6, ,取。则由教材P320式(13-8a)=1.1*(0.40*1289.5+1.5*1526)=3085.5N121KN=1.1*1*1245=1369.5N46720h故所选轴承满足寿命要求8 键联接的选择和校核8.1 键的选择在本设计中，所选择的键的类型均为A型圆头普通平键，其材料为45钢，在带轮1上键的尺寸如下表8-1所示：表8-1 上键的尺寸表轴键键槽半径r公称直径d公称尺寸bh宽度b深度公称尺寸b极限偏差轴t毂一般键联结轴N9毂9公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最小最大288780-0.0360.0184.0+0.203.3+0.200.250.408.2 键的校核1 键的剪切强度校核键在传递动力的过程中，要受到剪切破坏，其受力如下图8-1所示：图8-1 键剪切受力图键的剪切受力图如图3-6所示，其中b=8 mm,L=25 mm.键的许用剪切应力为=30 ，由前面计算可得，轴上受到的转矩T=55 Nm ，由键的剪切强度条件： （其中D为带轮轮毂直径） （5-1） =10 M30 （结构合理）2.键的挤压强度校核键在传递动力过程中，由于键的上下两部分之间有力偶矩的作用，迫使键的上下部分产生滑移，从而使键的上下两面交界处产生破坏，其受力情况如下图8-2所示：（初取键的许用挤压应力=100 ）图8-2 键挤压受力图由 （5-2） =2000 N又有 （5-3）8 结构合理8.3 联轴器的选择联轴器的计算转矩，查课本表14-1，考虑到转矩变化很小，故取，则按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查手册，选用HL1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为160000N.mm。半联轴器的孔径=24mm9 减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择9.1 传动零件的润滑9.1.1 齿轮传动润滑因为齿轮圆周速度，故选择浸油润滑。9.1.2滚动轴承的润滑因为齿轮速度，故滚动轴承选用脂润滑。9.2 减速器密封9.2.1 轴外伸端密封毛毡圈油封。9.2.2 轴承靠箱体内侧的密封挡油板：防止涨油涨到轴承。9.2.3 箱体结合面的密封箱体结合面的密封性要求是指在箱体剖分面、各接触面及密封处均不允许出现漏油和渗油现象，剖分面上不允许加入任何垫片或填料。为了保证机盖与机座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度应为6.3,密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，不大于mm。10 减速器箱体设计及附件的选择和说明一、 箱体主要设计尺寸表10-1 箱体主要尺寸名称计算依据计算过程计算结果箱座壁厚8箱盖壁厚8箱座凸缘厚度12箱盖凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺栓直径0036+1216地脚螺钉数目=1712504轴承旁联接螺栓直径12箱盖与箱座联接螺栓直径8联接螺栓的间距100轴承端盖螺钉直径8定位销直径8、至外箱壁距离查2表5-1252016、至凸缘边缘距离查2表5-12314轴承旁凸台半径=16凸台高度60轴承座宽度50铸造过渡尺寸11.82大齿轮顶圆与内箱壁距离10齿轮端面与内箱壁距离101510箱盖、箱昨筋厚、810轴承端盖外径120114160轴承旁联接螺栓距离120133.5173.511 中速磨磨棍修复转台调整机构设计中速磨磨棍修复转台调整机构主要采用的是液压千斤顶进行的设计，下面着重进行液压千斤顶的设计计算。11.1 缸体的设计计算11.1.1 选择缸筒材料 选择HT300作为缸筒的材料。11.1.2 液压千斤顶千斤顶的作用力计算 F=50009.8N=4.9N11.1.3 缸筒内径的选择 试选择内径为125mm、140mm、160mm、180mm、和200mm如：缸筒内径D()面积S（）工作压力P()11251.23.9921401.53.1831602.02.4341802.51.9252003.141.56根据以上比较，选择内径为160mm较为合理。11.1.4 缸筒壁厚度的计算缸筒壁厚度的计算=2.3 式中 表示缸筒材料的许用应力，经查 HT300=126.56 Py试验压力，工作压力P16时，Py=1.5P;工作压力P16时，Py=1.25PD液压千斤顶内径，m 缸体材料的许用应力，4.1.5 液压千斤顶筒的长度L液压千斤顶筒长度由所需行程及结构上的需要确定，一般可按如下公式计算L=活塞行程+活塞长度+活塞杆导向长度+其他长度=200+50+100+70=420其中，活塞长度=（0.31）D，导向套长度=（0.31.5）D，其他长度是指一些装置所需长度，如缸两端缓冲所需长度等。11.2 活塞和活塞杆的设计计算11.2.1 活塞杆材料的选择 选择45号钢材。11.2.2活塞杆的直径选择 活塞杆的直径选择直径D的值可按表1-2选取，如果液压千斤顶两个方向的运动速度壁由一定要求时，还需考虑这方面的要求。活塞杆受力情况工作压力活塞杆直径d受拉d=0.4D受拉或受压d=(0.50.55)Dd=(0.60.7)D7d=0.7D直径D值可按照上表选取： d=0.5D=0.5160=80mm11.2.3 活塞的选择 活塞的材料通常是钢或铸铁。活塞和缸筒内壁间需要密封，采用的密封件有“O”形环、“V”形密封、“U”形密封、“X”形密封和活塞环等。而活塞应有一定的导向长度，一般取活塞长度为缸筒内径的0.31.0 = 0.3116050mm11.3 顶盖的设计气控液压千斤顶的顶盖用来支撑，为了使用不同的场合，应该设有不同的顶盖。如直径为96mm、70mm、60mm和50mm。11.4 气控液压千斤顶的体积 缸筒的体积：W(重量)=F（断面积）L（长度，m）（密度，g/）1/1000 =(216105)0.397.851/1000 =29.6 起重杆的体积：W(重量)=F（断面积）L（长度，m）（密度，g/）1/1000 =1050.47.851/1000 =27.2 导向套的体积：W(重量)=F（断面积）L（长度，m）（密度，g/）1/1000 =(150105)0.397.851/1000 =0.75 顶盖的体积：W(重量)=F（断面积）L（长度，m）（密度，g/）1/1000 =(216105)0.397.851/1000 =0.9 活塞的体积：W(重量)=F（断面积）L（长度，m）（密度，g/）1/1000 =(216105)0.397.851/1000 =1.8千斤顶的体积29.6+27.2+0.75+0.9+1.8=60.25kg气控液压千斤顶的重量比较重，为了使用方便，应设计手提。11.5 部件连接方式1、 缸筒与端盖的连接液压千斤顶筒与端盖有法兰连接式、螺纹连接式、半环连接式、拉杆连接式和焊接连接式，其结构形式和使用的材料有关。一般工作压力P10Mpa时使用铸铁，10MpaP20Mpa使用无缝钢管，P20Mpa时使用铸铁和锻钢。选择材料为铸铁或锻钢；使用螺纹连接式；重量较轻、外形较小、拆装方便。2、 活塞与活塞杆的连接活塞和活塞杆的连接方式有锥销连接、螺纹连接和半环连接。选择螺纹连接，其装卸方便，连接可靠，适应性强，还有一定的锁紧装置。活塞杆和活塞之间设有密封圈，以防泄露。3、 活塞杆、缸筒和导向套的连接活塞杆和导向套之间使用密封圈，以防止泄露。缸筒和导向套相配合连接，使用端盖来固定。4、 进油口与进气口的连接方式进油口和进气口都使用螺纹连接。装卸方便；牢固可靠。5、 液压千斤顶密封装置的选择液压千斤顶的密封装置用以防止油液的泄露，常用的密封方法油间隙密封和用橡胶密封圈密封。间隙密封方法的摩擦阻力新奥，但密封性能差，加工精度要求高，因此，只适应于尺寸较小、压力较低、运动速度较高的场合。活塞与液压千斤顶之间的间隙通常取0.020.05mm.密封圈密封是液压系统应用最广泛的一种密封方法。密封圈用耐油橡胶、尼龙等材料做成，其截面通常做成O形、V形、Y形等选择O形密封圈；它的截面形状为圆形的密封原件，其结构简单，制造容易，密封可靠，摩擦力小，因而应用广泛，即可用于固定件的密封，又可用于运动件的密封。6、 液压千斤顶的缓冲液压千斤顶的缓结构是为了防止活塞在行程终了时，由于惯性力的作用与端盖发生撞击，影响设备的使用寿命。特别是当液压千斤顶驱动负荷或运动速度较大时，液压千斤顶的缓冲就是显得更重要。液压千斤顶的缓冲结构图如图1-1所示，它由活塞顶端的凹台和端盖上的凸槽构成。当活塞移近缸盖时，凹台逐渐进入凸槽，将凹槽内的油液经凸台和凹槽之间的缝隙挤出，增大了回油阻力，降低了活塞的运动速度，从而减少或避免活塞对端盖的撞击，实现缓冲。7、 液压千斤顶的排气液压的油液如果混有空气将会严重地影响工作部件的平稳性，为了便于排除积留在液压千斤顶内空气，油液最好从液压千斤顶的最高点进入和排出，。对运动平稳性要求较高的液压千斤顶，常在两端装有排气塞。工作前拧开排气塞，使活塞全行程空载往返数次，空气即可通过排气塞排出。空气排净后，需要排气塞拧紧，再进行工作。 结束语本次设计主要学习了总成设计过程中的设计方法、流程及关键技术，对夹具设计有了一定的接触与认识，也了解到了生产的工艺过程，设计的准则和综合运用，受益匪浅。通过毕业设计，使自己对学习的各门课程有了进一步的理解，知识得到了系统化，同时自己在这次毕业设计中，学习到了的设计知识，但在基础环节上存在许多不足之处，还需要不断学
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