机械毕业设计（论文）-无托盒饼干包装机的设计（全套图纸三维）

毕业设计论文 目录 1 1 一、摘要一、摘要 本次毕业设计是关于无托盒饼干包装机的设计。首先对无托盒饼干包装机作了简单的 概述；接着分析了各部分元件、零件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；接着对所选择的各主要零部件进行了校核。 本次设计主要由上料装置、输送装置、套袋装置、打断热粘装置、下料装置、主体钢结构、 动力源等部件组成。最后简单的说明了安装与维护。 目前，无托盒饼干包装机主要具备结构紧凑、操作简便、性能稳定可靠、饼干破碎率 低、损失率低等优点。为了更好的满足实际工作要求，设计者们还应努力尝试设计出能应 对多种饼干外形、实现最大自动化生产的机械设备。近年来出现各种功能独特的食品机械， 在这方面我国与国外先进水平的差距确实存在，但是正在不断缩小。国内在设计制造特种 食品机械的过程中也积累了大量的实际经验。 本次无托盒饼干包装机设计代表了设计的一般过程, 难免存在各种纰漏、 失误。 权当一 次难得的实践过程，希望对今后的选型设计工作有一定的参考和借鉴价值。 关键词：无托盒饼干包装机；选型设计；主要部件；养护维修。 全套图纸，三维加全套图纸，三维加 153893706 毕业设计论文 目录 2 2 二、二、Abstract This graduation design is to design a supporting box free biscuit packaging machine. The supporting box free biscuit packaging machine is summarized; and then analyzes the selection principle and calculation method of components, parts; then according to these design criteria and selection calculation method according to the givenparameters selection design; then the check of the main parts of choice. This design is mainly composed of a feeding device, conveying device, bag device, hot sticking device, interrupted feeding device, the main steel structure, power supply and other components. Finally, a simple description of the installation and maintenance. At present, supporting box free biscuit packaging machine has compact structure, convenient operation, stable and reliable performance, low broken rate, the loss rate of biscuit etc In order to better meet the actual work requirements, designers should also try to design the largest machinery and equipment automation production to deal with a variety of appearance, realization of biscuits. Mechanical food unique functions in recent years, the domestic and foreign advanced level gap exists, but is shrinking. In the process of design and manufacture of special domestic food machinery has also accumulated a lot of practical experience. The supporting box free biscuit packaging machine design represents the general design process, there are many flaws, mistakes. As a rare practice, hope to have some reference value for the selection of the design work in future. Keywords: supporting box free biscuit packaging machine; design; main components; maintenance and repair. 毕业设计论文 目录 3 3 三、目录三、目录 一、 摘要 . 1 二、 Abstract 2 三、 目录 . 3 四、 绪论 . 5 （一） 原始参数 5 （二） 设计解决的问题 6 五、 无托盒饼干包装机设计概述 7 （一） 无托盒饼干包装机主传动部分（上料、输送、套袋、打断热粘、下料、主 体钢结构、动力源）的工作原理 7 1 上料装置 7 2 输送装置 8 3 套袋装置 8 4 打断、热粘装置 8 5 动力源 . 8 6 下料装置 8 7 主体钢结构 8 （二） 无托盒饼干包装机的工艺原理 9 六、 无托盒饼干包装机的设计计算 10 （一） 已知原始数据及工作条件 10 （二） 计算步骤 10 1 外形尺寸的确定: 10 2 链轮驱动力计算 10 3 传动功率计算 13 4 电动机功率计算 14 5 传动皮带张力计算 14 6 皮带轮最大扭矩计算 15 毕业设计论文 目录 4 4 7 万向脚轮 15 8 轴的作用及类型 18 9 轴与轮的配合结构 23 10 轴的计算及校核： 24 11 链轮的计算与校核 28 12 减速机的选用 34 13 制动装置 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 七、 电气及安全保护装置 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 八、 结论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 九、 致谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 十、 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 毕业设计论文 绪论 5 5 四、绪论四、绪论 顾名思义，无托盒饼干包装机是对饼干进行分组、套袋、封口等操作以达到包装处理 的机械设备。此设备大量节约了人力成本，并且避免了以往纯手工包装所出现的生产率低、 浪费量大等缺点。合理选择包装机是保证产品质量，提高经济效益的重要途径。一般来说， 应密切联系生产实际，尽量选择质量好、效率高、结构简单、使用维修方便、体积小、重 量轻的包装机。 在选择包装机时，以满足生产工艺为主要原则。首先应根据饼干原料的性质（大小、 硬度、干湿程度等）选择适宜的包装机，以满足生产工艺要求。例如对于外形尺寸基本一 致的饼干原料，一般应采用定尺式包装机；对于外形尺寸不一、参差不齐的饼干原料，则 采用无极分类式包装机。其次，应使包装机的生产能力和前后工序的生产能力相匹配。 为了使产品在使用操作、精度误差、装机调整、设备清洗、维护保养等方面更加简单 方便，包装机的设计应紧凑合理、外形简洁美观，工作速度调节方便。本次设计主要用于 定尺饼干（外径 30mm，厚度 5mm）的一次包装。此设计大大提高了生产加工的工作效率 及稳定性。 包装机的工艺范围是指其适应不同生产要求的能力。工艺范围越宽，越能提高设备的 利用率，实现一机多用，即利用同一设备可以包装多种原料和规格。因此为了适应食品加 工行业多品种、多规格的生产要求，应选择工艺范围尽可能宽的包装机。 选择无托盒饼干包装机的设计作为毕业设计的选题，能培养我们独立解决工程实际问 题的能力。通过这次毕业设计是对所学基本理论和专业知识的一次综合运用，也使我们的 设计、计算和绘图能力都得到了全面的训练。 （一）原始参数（一）原始参数 1.工作环境：正常状态下的室内厂房及带有坡度的厂房地面。 2.负载能力：100kg 3.额定功率：7.5Kw 4.包装速度：20 袋/min 5.外形尺寸：2545mm（长）x450mm（宽）x515（高） 毕业设计论文 绪论 6 6 （二）设计解决的问题（二）设计解决的问题 熟悉无托盒饼干包装机各部分的功能与作用，对主要部件进行选型设计与计算，解决 在 实 际 使 用 中 容 易 出 现 的 问 题 ， 并 大 胆 地 进 行 创 新 设 计 。 毕业设计论文 无托盒饼干包装机的概述 7 7 五、无托盒饼干包装机设计概述五、无托盒饼干包装机设计概述 （一）无托盒饼干包装机主传动部分（上料、输送、套袋、（一）无托盒饼干包装机主传动部分（上料、输送、套袋、 打断热粘、下料、主体钢结构、动力源）的工作原理打断热粘、下料、主体钢结构、动力源）的工作原理 无托盒饼干包装机主要是由上料装置、输送装置、套袋装置、打断热粘装置、下料装置、主体 钢结构、动力源等部分组成。 其外形布置及工作原理如图 5- 1- 1 所示。 图 5-1-1 主传动部分简图 1-上料装置 2-输送装置 3-套袋装置 4-打断、热粘装置 5-动力源 6-下料装置 7-主体钢结构 1上料装置上料装置 上料装置是由不锈钢板焊接、加工而成。此装置可以一次装填 10Kg 原料以达到半自动上料目 的。并通过上料支架上的安装孔准确无误的固定在指定工位。此结构稳定性高、造价低廉、使用简 毕业设计论文 无托盒饼干包装机的概述 8 8 单明了。 2输送装置输送装置 输送装置是由摆线针轮减速机、轴、链轮、滚子链等组成。其原材料价格低廉、性能可靠、寿 命长久。此装置是整个设备的脉络通道，用于将原料从上料端运输到下料端。属于辅助装置的一部 分。通过调节减速机速比可以调节整个设备的运转速度，以达到最佳效果。此结构稳定性高、造价 低廉、输送效果明显。 3套袋装置套袋装置 套袋装置是本设备的重要一环。其作用为将输送到套袋工位的饼干进行套袋处理，属于执行装 置的一部分。通过网上查询得知大连昊林食品机械公司所加工制造的 LTM- 121396 型圆形饼干套袋 机能够很好的执行此操作。其优越的套袋能力可使整个设备生产率大大提高。 4打断、热粘装置打断、热粘装置 打断、热粘装置是本设备的核心。其作用为将输送到本工位的套袋饼干进行打断、热粘处理， 也是属于执行装置的一部分。通过网上查询得知北京天明自动机械有限公司所加工制造的 HL- 0613 型饼干打断、热粘机能够很好的执行此操作。其优越的打断、热粘能力可使整个设备生产率大大提 高。为成功包装创造了先决条件。 5动力源动力源 动力源是由摆线针轮减速机、链轮、链条、皮带、带轮、轴承座、轴承、紧固件等部分组成。 此装置是整个设备的动力输出源泉。为正台设备的正常运转提供了先决条件。此结构的特点为：稳 定性高、造价低廉、控制简单明了。 6下料装置下料装置 此装置为整个设备的最后一环，其作用亦不容小觑。在之前工位所包装完成的成品套袋饼干在 此工位由操作者进行分拣，整理。其本身所采用的皮带传动能够大大节省操作者的体力劳动和工作 效率。 7主体钢结构主体钢结构 主体钢结构作为整个装置的骨架为其他各部分元件提供可依靠，安装的平台。下部的万向制动 脚轮可以使整个设备具备更高的机动性，可以拖拽到不同工位之间。并能在有坡度的地面上实现制 动定位。为使整个装置具备更好的强度和适应性。主体钢结构为普通钢材焊接、加工而成，成本低 廉，强度可靠；若应对酸、碱、高温等情况时酌情采用特殊材质金属制作，本设计不予考虑。主体 毕业设计论文 无托盒饼干包装机的概述 9 9 的钢结构的强度足以应付 200kg 以下的负载，在运料及承重方面性能卓越。万向脚轮的材质可以选 这钢制滚花或硬质橡胶，视情况而定，本次设计为硬质橡胶。 另外，为提高传动装置的稳定性及可靠性可以从以下方面考虑： (1)严格执行图纸尺寸，配合表面确保润滑条件； (2)安装之后反复调试，确保万无一失，如果存在问题早发现早解决； (3)养护工作及时、到位，增加使用寿命及年限。 （二）无托盒饼干包装机的工艺原理（二）无托盒饼干包装机的工艺原理 (1)操作者通过上料支架装填原料； (2)运行减速机，为整个设备提供动力输出； (3)输送装置进行原料输送； (4)到达套袋工位后套袋机进行套袋操作； (5)套袋完毕到达打断、热粘工位后，进行打断、热粘操作； (6)一切进行完毕到达下料工位，有操作者进行分拣、装箱； (7)循环下一个工序。 毕业设计论文 参考文献 10 10 六、无托盒饼干包装机的设计计算六、无托盒饼干包装机的设计计算 （一）已知原始数据及工作条件（一）已知原始数据及工作条件 无托盒饼干包装机的设计计算，应满足下列原始数据及工作条件资料 1.工作环境：正常状态下的室内厂房及极带有坡度的厂房地面 2.负载能力：100kg 3.额定功率：7.5Kw 4.包装速度：包装速度：20 袋/min 5.外形尺寸：2545mm（长）x450mm（宽）x515（高） （二）计算步骤（二）计算步骤 1外形尺寸的确定外形尺寸的确定: 由于基础外形条件为：2545mm（长）x450mm（宽）x515（高）； 确定主体钢结构外形尺寸。 2链轮驱动力计算链轮驱动力计算 (1). 计算公式 链轮上所需圆周驱动力 U F 为整个包装机所有阻力之和，可用式（6.2.1）计算： 12UHNSSSt FFFFFF=+ （6.2.1） 式中 H F 主要阻力，N； N F 附加阻力，N； 1S F 特种主要阻力，N； 2S F 特种附加阻力，N； St F 倾斜阻力，N。 五种阻力中， H F 、 N F 是所有机械设备都有的，其他三类阻力，根据包装机工作类型 及工况而定，由设计者选择。 毕业设计论文 参考文献 11 11 对于普通工况而言，附加阻力 N F 明显的小于主要阻力，可用简便的方式进行计算，不 会出现严重错误。，则公式变为下面的形式： 12UHSSSt FCFFFF=+ （6.2.2） （2）主要阻力计算 包装机带轮的主要阻力 H F是在负载运行时与踏面及轴承座的摩擦和承载加工误差所 产生阻力的总和。可用式（6.2.3）计算： (2)cos HRORUBG FfLg qqqq=+ （6.2.3） 式中f模拟摩擦系数，根据工作条件及制造安装水平决定，一般可按表查取。 g重力加速度； RO q链带轮每米长度旋转部分重量，kg/m，用式（6.2.4）计算 1 0 RO G q a = （6.2.4） 其中 1 G承载原料时皮带轮旋转部分重量，kg； 0 a链轮宽度，m； 计算： 1 0 RO G q a = 24.3 1.2 =20.25 kg/m U a链轮间距，m； 2 15.8G =kg 计算： 2 RU U G q a =15.8 3 =5.267 kg/m G q每米长度负载质量 3.6 m G IQ q = 毕业设计论文 参考文献 12 12 = 350 60.734 3.6 1.6 = kg/m B q每米长度机身质量，kg/m， B q=9.2kg/m (2)cos HRORUBG FfLg qqqq=+ =0.0453009.820.25+5.267+（29.2+60.734）cos35=139N f运行阻力系数 f 值应根据表 6- 2- 1 选取。取f=0.045。 表 6- 2- 1 阻力系数 f 包装机工况 f 工作条件和设备质量良好，转速低，摩擦较小 0.020.023 工作条件和设备质量一般，转速较高，摩擦较大 0.0250.030 工作条件恶劣、设备质量较差，摩擦较高，倾斜角大于35 0.0350.045 （3）主要特种阻力计算 主要特种阻力 1S F包括皮带轮前倾的摩擦阻力F和轴承由于润滑不好及加工制造、安 装时的误差所引起的摩擦阻力 gl F两部分，按式（6.2.5）计算： Sl FF=+ gl F （6.2.5） F按式（6.2.6）计算： 0 () cossin BG FCL qqg =+ =50N （6.2.6） (4) 附加特种阻力计算 附加特种阻力 2S F包括传动皮带摩擦阻力 r F和减速机内部摩擦阻力 a F等部分，按下式 计算： 23Sra FnFF=+ （6.2.7） 3r FA P = （6.2.8） 毕业设计论文 参考文献 13 13 2a FB k= （6.2.9） 式中 3 n链轮总数； A链轮接触面积， 2 m P链轮与接触面的压力，N/ 2 m，一般取为 3 44 10 10 10 N/ 2 m 3 摩擦系数，一般取为 0.50.7； 查表得：A=0.008m 2 ，取p=10 4 10N/m 2 ，取 3 =0.6，将数据带入式（6.2.10） 则 r F=0.00810 4 100.6=40 N （6.2.10） 由式（6.2.10） 则 2S F=420=80 N （5）倾斜阻力计算 倾斜阻力按下式计算： St F StG Fqg H= （6.2.11） 式中：因为本包装机为水平运输，所有 H=0 StG Fqg H=0 由式（2.4- 2） 12UHSSSt FCFFFF=+ U F=1.121379+0+680=25N 3传动功率计算传动功率计算 （1）链轮功率（ A P）按式（6.3.1）计算： 1000 U A F P = （6.3.1） 毕业设计论文 参考文献 14 14 4电动机功率计算电动机功率计算 电动机功率 M P，按式（6.4.1）计算： “ A M P P = （6.4.1） 式中传动效率，一般在 0.850.95 之间选取； 1 传动效率； 1 =0.96； 2 减速器传动效率，按每级齿轮传动效率.为 0.98 计算； 二级减速机： 2 =0.980.98=0.96 电压降系数，一般取 0.900.95。 “ 多电机功率不平衡系数，一般取 “ 0.900.95 =:，单驱动时，“1 =。 根据计算出的 M P值，查电动机型谱，按就大不就小原则选定电动机功率。 由式（3.5- 1） A P= 14425 1.6 1000 =412W 由式（2.5- 2） M P= 23080 0.98 (0.98 0.98 0.98) 0.95 0.95 2 =87W 选电机型号为 Y801- 4- 0.75Kw，数量 8 台。 5传动传动皮带张皮带张力计算力计算 皮带张力在整个长度上是变化的，影响因素很多，为保证包装机正常运行，皮带张力 必须满足以下两个条件： （1）在任何负载情况下，作用在皮带上的张力应使得全部圆周力是通过摩擦传递到皮 带轮上，而两个皮带轮付之间保证不打滑、不脱轮； （2）作用在皮带上的张力应调节合适。 毕业设计论文 参考文献 15 15 6皮带轮最大扭矩计算皮带轮最大扭矩计算 单驱动时,皮带轮的最大扭矩 max M按式（6.6.1）计算： max 2000 U FD M = （6.6.1） 式中 D皮带轮的分度圆直径（mm）。 同时驱动时,传动滚筒的最大扭矩 max M按式（6.6.2）计算： 12max max () 2000 UU FFD M = （6.6.2） 分度圆直径为 71mm,则皮带轮的最大扭矩为: 12max () UU FF=358N max 29.452 0.5 2 M =51N.m 7万向脚万向脚轮轮 万向脚轮的作用及类型 要追溯脚轮的历史也是一件很困难的事，不过在人们发明了轮子之后，搬运和移动物 体变得容易了许多，但轮子只能在直线上运行，对于搬运重大物体时对方向的改变仍然非 常困难，后来人们就发明了带有转向结构的轮子，也就是我们所称的万向脚轮。万向脚轮 出现给人们搬运特别是移动物体带来了划时代的革命，不仅可以轻松搬运，还可以随任何 方向移动，大大提高了效率。 到了近代随着工业革命的兴起，越来越多的设备需要移动，万向脚轮也就在全世界应 用越来越广泛，各行各业几乎离不开万向脚轮。 到了现代随着科技的不断发展，设备也越 来越多功能和高利用率，万向脚轮就成了不可缺少的部件。万向脚轮的发展也就更为专业 化而成为了一个特殊的行业。 万向脚轮大致分为定向万向脚轮与非定向万向脚轮。 定向万向脚轮没有旋转结构，不能转动；万向万向脚轮的结构允许 360 度旋转。 万向脚轮细分 超重型万向脚轮、特重型万向脚轮、异型万向脚轮以及刹制万向脚轮、减震万向脚轮、 毕业设计论文 参考文献 16 16 可调节万向脚轮和轻型万向脚轮、中型万向脚轮、重型万向脚轮等。 应用行业 工业、商业、医疗器械以及机械、物流运输、环保清洁用品、家具行业、美容器械、 食品机械、五金生产等各行业。 万向脚轮材质 主要分为超级人造胶万向脚轮、聚氨酯万向脚轮、塑料万向脚轮、尼龙万向脚轮、钢 铁万向脚轮、耐高温万向脚轮、等。 性能特点 超级人造 胶 聚氨酯 尼龙 钢铁 耐高温轮 承载（KG） 27502 311905 1001400 1812040 270450 适用温度（） - 4385 - 4385 - 4385 - 43126 - 43180 轮硬度 65(5)A 55(5)D 转动灵活性 优 优 优 优 优 转动宁静 优 优 一般 差 良 地板保护 优 优 一般 差 良 无轮印 无 无 无 无 无 耐冲击 优 优 良 良 优 耐磨损 优 优 良 优 优 防水性能 优 优 差 差 优 防化学品性能 优 优 良 良 优 安装高度：指从地面到设备安装位置之间的垂直距离，万向脚轮的安装高度是指与万 向脚轮底板与轮子边远最大的垂直距离。 支架转向中心距：指中心垂直线到轮芯中心的水平距离。 转动半径：指中心垂直线到轮胎外边缘的水平距离，适当的间距令万向脚轮能作 360 度转向。转动半径的合理与否直接影响到万向脚轮的使用寿命。 行驶负荷：万向脚轮在移动时承重能力也称动负荷，万向脚轮的动负荷因工厂的试验 方式不同而有所差别，也因轮子的材料不同而不同，关键在于支架的结构和质量是否能够 毕业设计论文 参考文献 17 17 抗冲击和震荡。 冲击负荷：当设备受到承载物冲击或震动时万向脚轮的瞬间承重能力。 静态负荷静态 负荷静态负荷静态负荷：万向脚轮在静止状态下能承受的重量。静态负荷一般情况应为行 使负荷（动承载）的 56 倍，静态负荷至少应是冲击负荷的 2 倍。 转向：硬质、窄小的轮子比软质、宽的轮子较易转向。转动半径是轮子转动的一个重 要参数，转动半径过短会增加转向难度，过大则会导致轮子晃动及寿命缩短。 行驶灵活性：影响万向脚轮行驶灵活性的因素有支架的结构和支架钢材的选用、轮子 的大小、轮子类型、轴承等，轮子越大行驶灵活性越好，在平稳地面上硬质、窄小的轮比 平边软质的轮子省力，但在不平的地面上软质的轮子省力，但在不平的地面上软质的轮子 能更好地保护设备并避震！ 最简单的发明往往最重要，万向脚轮正具备这种特性。同时一个城市的发达程度高低 往往与万向脚轮使用多少成正相关，像上海、北京、天津、重庆、无锡、成都、西安、武 汉、广州、佛山、东莞、深圳等城市的万向脚轮使用率就非常高。 万向脚轮的构造由单轮装在支架上而成，用于安装在设备下面令其自由移动。万向脚 轮主要分为两大类： （1）固定万向脚轮 固定支架配上单轮，只能沿直线移动。 （2）活动万向脚轮 360 度转向的支架配上单轮，能随意向任何方向行驶。 万向脚轮的单轮种类繁多，在大小、型号、轮胎面等各不相同。选择合适的轮子取于 以下几个条件： （1）使用场地环境。 （2）产品的载重量 （3）工作环境中含有化学品、血、油脂、机油、盐等物质。 （4）各种特殊气候，如湿度、高温或严寒 （5）抗冲击、碰撞和行驶宁静的要求。 车轮选择 1、选择车轮材质：首先考虑使用路面的大小，障碍物、使用场地上残留物质（如铁屑、 油脂），所处环境状况（如高温、常温或低温）及车轮所能承载的重量等不同条件来决定 选择适合的车轮材质。例如：橡胶轮不能耐酸、油脂和化学品，超级聚氨脂轮、高强度聚 氨脂轮、尼龙轮、钢铁轮和耐高温轮则能适用于不同的特殊环境。 毕业设计论文 参考文献 18 18 2、计算承载重量：为了能够计算出各种万向脚轮需要的载重能力，必须知道运输设备 自重、最大荷重和所用单轮和万向脚轮的数量。一个单轮或万向脚轮所需的载重能力计算 如下： T=(E+Z)/MN： - - - T=单轮或万向脚轮所需承载重量； - - - E=运输设备的自重； - - - Z=最大荷重； - - - M=所用单轮和万向脚轮的数量； - - - N=安全系数（约 1.31.5）。 3、决定轮径大小：通常车轮直径愈大愈容易推动，荷重能力也愈大同时也较能保护地 面不受损坏，轮径大小的选择首先应考虑承载的重量和荷重下搬运车的起动推力来决定。 4、车轮材质软硬的选择：通常车轮有尼龙轮、超级聚氨脂轮、高强度聚氨脂轮、高强 度人造胶轮、铁轮、打气轮。超级聚氨脂轮、高强度聚氨脂轮不论在室内室外的地面行驶， 都能满足你的搬运要求；高强度人造胶轮则能适用于酒店、医疗器械、楼层、木地板、瓷 砖地面等要求行走时噪音小宁静的地面上行驶；尼龙轮、铁轮适用于地面不平或地面上有 铁屑等物质的场地；而打气轮则适用于轻荷重及路面软不平坦的场合。 5、转动灵活性：单轮越大转动就越省力，滚柱轴承能载较重的负载，转动时阻力较大： 单轮安装上优质的（轴承钢）滚珠轴承，能承载较重的负荷，转动更轻便，灵活宁静。 6、温度状况：严寒和高温的场合对万向脚轮的影响很大，聚氨脂轮在零下 45下的低 温，转动灵活自如，耐高温轮在高温 275下转动轻便。 特别注意：因为 3 点确定一个平面，当所用万向脚轮数量为多个时，载重量应按 3 个 计算。 8轴的作用及类型轴的作用及类型 轴是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。轴 是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状， 各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。 材料使用： 1、碳素钢 35、45、50 等优质碳素结构钢因具有较高的综合力学性能，应用较多，其中以 45 钢用 毕业设计论文 参考文献 19 19 得最为广泛。 为了改善其力学性能，应进行正火或调质处理。不重要或受力较小的轴，则可采用 Q235、Q275 等碳素结构钢。 2、合金钢 合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。 例如采用滑动轴承的高速轴，常用 20Cr、20CrMnTi 等低碳合金结构钢，经渗碳淬火后 可提高轴颈耐磨性； 汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，必须具有良好的高温力学性能， 常采用 40CrNi、38CrMoAlA 等合金结构钢。 轴的毛坯以锻件优先、其次是圆钢； 尺寸较大或结构复杂者可考虑铸钢或球墨铸铁。 例如，用球墨铸铁制造曲轴、凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好，对应力集中的敏 感性较低、强度较好等优点。 轴的力学模型是梁、多数要转动，因此其应力通常是对称循环。 其可能的失效形式有：疲劳断裂、过载断裂、弹性变形过大等。 轴上通常要安装一些带轮毂的零件，因此大多数轴应作成阶梯轴，切削加工量大。 结构设计： 轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上 安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况， 轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。 设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出最佳设计 方案，以下是一般轴结构设计原则： 1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； 2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整； 3、采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施； 4、便于加工制造和保证精度。 技术要求 1、加工精度 毕业设计论文 参考文献 20 20 1)尺寸精度 轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺寸精度和轴长尺寸精度。按使用要 求，主要轴颈直径尺寸精度通常为 IT6- IT9 级，精密的轴颈也可达 IT5 级。轴长尺寸通常规 定为公称尺寸，对于阶梯轴的各台阶长度按使用要求可相应给定公差。 2)几何精度 轴类零件一般是用两个轴颈支撑在轴承上，这两个轴颈称为支撑轴颈，也 是轴的装配基准。除了尺寸精度外，一般还对支撑轴颈的几何精度（圆度、圆柱度）提出 要求。对于一般精度的轴颈，几何形状误差应限制在直径公差范围内，要求高时，应在零 件图样上另行规定其允许的公差值。 3)相互位置精度 轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对于支撑轴颈间的同 轴度是其相互位置精度的普遍要求。通常普通精度的轴，配合精度对支撑轴颈的径向圆跳 动一般为 0.01- 0.03mm，高精度轴为 0.001- 0.005mm。 此外，相互位置精度还有内外圆柱面的同轴度，轴向定位端面与轴心线的垂直度要求 等。 2、表面粗糙度 根据机械的精密程度，运转速度的高低，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。一般情 况下，支撑轴颈的表面粗糙度 Ra 值为 0.63- 0.16 m ；配合轴颈的表面粗糙度 Ra 值为 2.5- 0.63 m 加工工艺 1、轴类零件的材料 轴类零件材料的选取，主要根据轴的强度、刚度、耐磨性以及制造工艺性而决定，力 求经济合理。 常用的轴类零件材料有 35、45、50 优质碳素钢，以 45 钢应用最为广泛。对于受载荷 较小或不太重要的轴也可用 Q235、Q255 等普通碳素钢。对于受力较大，轴向尺寸、重量 受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢。如 40Cr 合金钢可用于中等精度，转速较高的 工作场合，该材料经调质处理后具有较好的综合力学性能；选用 Cr15、65Mn 等合金钢可 用于精度较高，工作条件较差的情况，这些材料经调质和表面淬火后其耐磨性、耐疲劳强 度性能都较好；若是在高速、重载条件下工作的轴类零件，选用 20Cr、20CrMnTi、20Mn2B 等低碳钢或 38CrMoA1A 渗碳钢，这些钢经渗碳淬火或渗氮处理后，不仅有很高的表面硬 度，而且其心部强度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、抗冲击韧性和耐疲劳强度的性 能。 毕业设计论文 参考文献 21 21 球墨铸铁、高强度铸铁由于铸造性能好，且具有减振性能，常在制造外形结构复杂的 轴中采用。特别是我国研制的稀土镁球墨铸铁，抗冲击韧性好，同时还具有减摩、吸 振，对应力集中敏感性小等优点，已被应用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件。 2、轴类零件的毛坯 轴类零件的毛坯常见的有型材（圆棒料）和锻件。大型的，外形结构复杂的轴也可采 用铸件。内燃机中的曲轴一般均采用铸件毛坯。 型材毛坯分热轧或冷拉棒料，均适合于光滑轴或直径相差不大的阶梯轴。 锻件毛坯经加热锻打后，金属内部纤维组织沿表面分布，因而有较高的抗拉、抗弯及 抗扭转强度，一般用于重要的轴。 加工方法 1、外圆表面的加工方法及加工精度 轴类、套类和盘类零件是具有外圆表面的典型零件。外圆表面常用的机械加工方法有 车削、磨削和各种光整加工方法。车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，但就其经 济精度来说，一般适于作为外圆表面粗加工和半精加工方法；磨削加工是外圆表面主要精 加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后的 零件精加工；光整加工是精加工后进行的超精密加工方法（如滚压、抛光、研磨等）， 适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。 由于各种加工方法所能达到的经济加工精度、表面粗糙度、生产率和生产成本各不相 同，因此必须根据具体情况，选用合理的加工方法，从而加工出满足零件图纸上要求的合 格零件。 序号 加工方法 经济精度 （公差等级） 经济粗糙度 Ra 值/ m 适用范围 1 .粗车 IT13- IT11 50- 12.5 适用于淬火钢以外的各种金属 2 .粗车 - 半精车 IT10- IT8 6.3- 3.2 3 .粗车 - 半精车- 精车 IT8- IT7 1.6- 0.8 4 .粗车 - 半精车- 精车- 滚压 IT8- IT7 0.2- 0.025 5 .粗车 - 半精车- 磨削 IT8- IT7 0.8- 0.4 主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不适用 于有色金属 6 .粗车 - 半精车- 粗磨- 精磨 IT7- IT6 0.4- 0.1 7 .粗车 - 半精车- 粗磨- 精磨- 超精加工（或轮式超精磨） IT5 0.1- 0.012 毕业设计论文 参考文献 22 22 （或 Rz 0.1） 8 .粗车 - 半精车- 精车- 精细车（金刚车） IT7- IT6 0.4- 0.025 主要用于要求较高的有色 金属 9 .粗车 - 半精车- 粗磨- 精磨- 超精磨（或镜面磨） IT5 以上 0.025- 0.006 （或 Rz 0.1） 极高精度的外圆加工 10. 粗车 - 半精车- 粗磨- 精磨- 研磨 IT5 以上 012 （或 Rz 0.1） 2、外圆表面的车削加工 (1)外圆车削的形式 轴类零件外圆表面的主要加工方法是车削加工。主要的加工形式有： 荒车 自由锻件和大型铸件的毛坯，加工余量很大，为了减少毛坯外圆形状误差和位置 偏差，使后续工序加工余量均匀，以去除外表面的氧化皮为主的外圆加工，一般切除余量 为单面 1- 3mm。 粗车 中小型锻、铸件毛坯一般直接进行粗车。粗车主要切去毛坯大部分余量（一般车 出阶梯轮廓），在工艺系统刚度容许的情况下，应选用较大的切削用量以提高生产效率。 半精车 一般作为中等精度表面的最终加工工序， 也可作为磨削和其它加工工序的预加 工。对于精度较高的毛坯，可不经粗车，直接半精车。 精车 外圆表面加工的最终加工工序和光整加工前的预加工。 精细车 高精度、 细粗糙度表面的最终加工工序。 适用于有色金属零件的外圆表面加工， 但由于有色金属不宜磨削，所以可采用精细车代替磨削加工。 但是，精细车要求机床精度高，刚性好，传动平稳，能微量进给，无爬行现象。车削 中采用金刚石或硬质合金刀具，刀具主偏角选大些（ 45 o - 90 o ）,刀具的刀尖圆弧半径小 于 0.1- 1.0mm， 以减少工艺系统中弹性变形及振动。 (2)车削方法的应用 1）普通车削 适用于各种批量的轴类零件外圆加工，应用十分广泛。单件小批量常采 用卧室车床完成车削加工；中批、大批生产则采用自动、半自动车床和专用车床完成车削 加工。 2)数控车削 适用于单件小批和中批生产。应用愈来愈普遍，其主要优点为柔性好，更 换加工零件时设备调整和准备时间短；加工时辅助时间少，可通过优化切削参数和适应控 毕业设计论文 参考文献 23 23 制等提高效率；加工质量好，专用工夹具少，相应生产准备成本低；机床操作技术要求低， 不受操作工人的技能、视觉、精神、体力等因素的影响。对于轴类零件，具有以下特征适 宜选用数控车削。 结构或形状复杂，普通加工操作难度大，工时长，加工效率低的零件。 加工精度一致性要求较高的零件。 切削条件多变的零件，如零件由于形状特点需要切槽，车孔，车螺纹等，加工中要多 次改变切削用量。 批量不大，但每批品种多变并有一定复杂程度的零件。 对带有键槽，径向孔（含螺钉孔）、端面有分布的孔（含螺钉孔）系的轴类零件，如 带法兰的轴，带键槽或方头的轴，还可以在车削加工中心上加工，除了能进行普通数控车 削外，零件上的各种槽、孔（含螺钉孔）、面等加工表面也可一并能加工完毕。工序高度 集中，其加工效率较普通数控车削更高，加工精度也更为稳定可靠。 （3）外圆表面的磨削加工 用磨具以较高的线速度对工件表面进行加工的方法称为磨削。磨削加工是一种多刀多 刃的高速切削方法，它使用于零件精加工和硬表面的加工。 磨削的工艺范围很广，可以划分为粗磨、精磨、细磨及镜面磨。 磨削加工采用的磨具（或磨料）具有颗粒小，硬度高，耐热性好等特点，因此可以加 工较硬的金属材料和非金属材料，如淬硬钢、硬质合金刀具、陶瓷等；加工过程中同时参 与切削运动的颗粒多，能切除极薄极细的切屑，因而加工精度高，表面粗糙度值小。磨削 加工作为一种精加工方法，在生产中得到广泛的应用。由于强力磨削的发展，也可直接将 毛坯磨削到所需要的尺寸和精度，从而获得了较高的生产率。 9轴与轮的配合结构轴与轮的配合结构 轴与轮的配合如图 6- 9- 1 所示： 毕业设计论文 参考文献 24 24 1- UCP 轴承 2- 轴 3- 链轮 4- 圆柱销 图：6- 9- 1 10轴的计算及校核：轴的计算及校核： 轴的强度计算的步骤为： 一、轴的强度计算 1、按扭转强度条件初步估算轴的直径 机器的运动简图确定后，各轴传递的 P 和 n 为已知，在轴的结构具体化之前，只能计 算出轴所传递的扭矩，而所受的弯矩是未知的。这时只能按扭矩初步估算轴的直径，作为 轴受转矩作用段最细处的直径 dmin，一般是轴端直径。 根据扭转强度条件确定的最小直径为： （mm） （6.10.1） 式中：P 为轴所传递的功率（KW） n 为轴的转速（r/min） Ao 为计算系数 若计算的轴段有键槽，则会削弱轴的强度，此时应将计算所得的直 径适当增大，若有一个键槽，将 dmin 增大 5，若同一剖面有两个键槽，则增大 10。 毕业设计论文 参考文献 25 25 以 dmin 为基础，考虑轴上零件的装拆、定位、轴的加工、整体布局、作出轴的结构设 计。在轴的结构具体化之后进行以下计算。 2、按弯扭合成强度计算轴的直径 l）绘出轴的结构图 2）绘出轴的空间受力图 3）绘出轴的水平面的弯矩图 4）绘出轴的垂直面的弯矩图 5）绘出轴的合成弯矩图 6）绘出轴的扭矩图 7）绘出轴的计算弯矩图 8）按第三强度理论计算当量弯矩： （6.10.2） 式中：为将扭矩折合为当量弯矩的折合系数，按扭切应力的循环特性取值: a）扭切应力理论上为静应力时，取=0.3。 b）考虑到运转不均匀、振动、启动、停车等影响因素，假定为脉动循环应力 ，取 =0.59。 c）对于经常正、反转的轴，把扭剪应力视为对称循环应力，取 =1（因为在弯矩作 用下，转轴产生的弯曲应力属于对称循环应力）。 9）校核危险断面的当量弯曲应力（计算应力）： （6.10.3） 式中：W 为抗扭截面摸量（mm3）。 为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，查表 1。 如计算应力超出许用值，应增大轴危险断面的直径。如计算应力比许用值小很多，一 般不改小轴的直径。因为轴的直径还受结构因素的影响。 一般的转轴，强度计算到此为止。对于重要的转轴还应按疲劳强度进行精确校核。此 外，对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静强度， 毕业设计论文 参考文献 26 26 以免产生过量的塑性变形。 二、按疲劳强度精确校核 按当量弯矩计算轴的强度中没有考虑轴的应力集中、轴径尺寸和表面品质等因素对轴 的疲劳强度的影响，因此，对于重要的轴，还需要进行轴危险截面处的疲劳安全系数的精 确计算，评定轴的安全裕度。即建立轴在危险截面的安全系数的校核条件。 安全系数条件为： （6.10.4） 1.31.5 用于材料均匀，载荷与应力计算精确时； 1.51.8 用于材料不够均匀，载荷与应力计算精确度较低时； 1.82.5 用于材料均匀性及载荷与应力