毕业设计（论文）-丝锥铲梢机结构设计（全套图纸）.pdf

毕业设计说明书 题目名称题目名称： 丝锥铲梢机结构设计说明书丝锥铲梢机结构设计说明书 院系名称院系名称： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 班班 级级： 学学 号号： 学生姓名学生姓名： 指导教师指导教师： 2015 年年 5 月月 I 摘摘 要要 本课题来源于当今社会机械工业丝锥铲梢设备的创新和更新换代基础之上，通过设 计出丝锥铲梢机，从而来满足当今社会丝锥铲梢机设备不足的缺陷。 国内丝锥铲梢设备的研发及制造要与全球号召的高效经济、铲稍质量好，效率高等 主题保持一致。近期对机械行业中丝锥铲梢机的使用情况进行了调查，发现在机械行业 中，丝锥的使用非常普遍。自然而然在机械中它们的加工也非常重要。传动的丝锥在没 有铲稍设备而需要人工磨削的情况下，工作效率低下，劳动强度大，所以设计一个专用 的丝锥铲梢机势在必行。 本文运用大学所学的知识，提出了丝锥铲梢机的结构组成、工作原理以及主要零部 件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了丝锥铲梢机总的指导思想，从而 得出了该丝锥铲梢机的优点是高效，经济，并且铲稍质量高，运行平稳的结论。 关键字关键字：丝锥铲梢机，设计，设备，高效 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II Abstract With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety. Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow atcompressedneceengththdirectionprocedurework. The inverted pendulum is a typical high order system, with multi variable, non- linear, str ong- coupling, fleet and absolutely instable. It is representative as an ideal model to prove new control theory and techniques. During the control process, pendulum can effectively reflect ma ny key problems such as equanimity, robust, follow- up and track, therefore.This paper studies a control method of double inverted pendulum . First of all, the mathematical model of the doub le inverted pendulum is established, then make a control design to double inverted pendulum o n the mathematical model, and determine the system performance index weightmatrix , by usi ng genetic algorithm in order to attain the system state feedback control matrix. Finally, the sim ulation of the system is made by . Key word: pneumatic manipulator cylinder pneumatic loop Fout degrees of freedom. III 目目 录录 摘要 . I Abstract . II 1 引言 . 1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 . 1 1.2 丝锥铲梢机的发展现状 . 2 2 丝锥铲梢机总体结构的设计 . 12 2.1 丝锥铲梢机的总体方案图 . 12 2.2 丝锥铲梢机的工作原理 . 15 2.3 机械传动部分的设计计算 . 17 2.3.1 伺服电机的选型计算 . 18 2.3.2 转动轴的设计计算 . 19 2.3.3 直线导杆的选型计算 . 19 2.3.4 液压缸的设计计算 . 20 2.3.5 齿轮传动的设计计算 . 20 3 各主要零部件强度的校核 . 21 3.1 转动轴强度的校核与计算 . 22 3.2 轴承强度的校核计算 . 23 3.3 齿轮强度的校核 . 33 4 机架的设计 . 37 5 设计总结 . 38 结论 . 38 IV 致谢 . 39 参考文献 . 40 V 1 引言引言 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消 费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备， 机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效 益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科 学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的 战略重点之一。机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能 源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大 服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研 制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制 和提供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：建立和发展 机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金 属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换 的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机 械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金 属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械 产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实 现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具； 确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行 有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、 加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、 大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会 经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特 别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、 修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中 的可靠性和经济性。机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调 整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械 产品在长期使用中的可靠性和经济性。研究机械产品在制造过程中，尤其是在使 用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是 现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多， VI 可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、 粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原 理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、 制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械 工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、 机械制造、机械运用和维修等。 这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机械 工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作原理 分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力装置、 内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、铁路机车、 船舶轮机工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮机是动力机械， 也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、蒸汽动力装置，可 能也属于核动力装置等等。19 世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的 大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19 世纪下半 叶才逐渐成为一个独立学科。进入 20 世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量 的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在 20 世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不 可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大 规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术 整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识 过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因 此自 20 世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论， 拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程以增加生产、提高劳动生产率、提 高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产品的研 制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为 超经济的目标任务。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的 工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的 机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。人类现在已能上游天空和宇宙， 下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科 学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新 的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象 的奇迹。人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、 更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人 VII 类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进 化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人 工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制， 其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消 除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工 程在更高的层次上开始新的一轮大发展。19 世纪时，机械工程的知识总量还很有 限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程， 19 世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入 20 世纪，随着机械工程技术的发展 和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分 解的趋势在 20 世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是 必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹 稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和 技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的 知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。 因此自 20 世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论， 拓宽专业领域，合并分化过细的专业。综合-专业分化-再综合的反复循环，是知 识发展的合理的和必经的过程。不同专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具 有足够的综合知识来认识、理解其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互 相协同工作的有力集体。综合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业 的矛盾；在全面的工程技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中， 包括社会科学、自然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业 问题。 1.2 丝锥铲梢机的发展现状 机械工程通过不断扩大的实践，从分散性的、主要依赖匠师们个人才智和手 艺的一种技艺，逐渐发展成为一门有理论指导的、系统的和独立的工程技术。机 械工程是促成 1819 世纪的工业革命， 以及资本主义机械大生产的主要技术因素。 动力是发展生产的重要因素。17 世纪后期，随着各种机械的改进和发展，随着煤 和金属矿石的需要量的逐年增加，人们感到依靠人力和畜力不能将生产提高到一 个新的阶段。 在英国，纺织、磨粉等产业越来越多地将工场设在河边，利用水轮来驱动工 作机械。但当时的煤矿、锡矿、铜矿等矿井中的地下水，仍只能用大量畜力来提 升和排除。在这样的生产需要下，18 世纪初出现了纽科门的大气式蒸汽机，用以 VIII 驱动矿井排水泵。但是这种蒸汽机的燃料消耗率很高，基本上只应用于煤矿。 1765 年，瓦特发明了有分开的冷凝器的蒸汽机，降低了燃料消耗率。1781 年瓦特 又创制出提供回转动力的蒸汽机，扩大了蒸汽机的应用范围。蒸汽机的发明和发 展，使矿业和工业生产、铁路和航运都得以机械动力化。蒸汽机几乎是 19 世纪唯 一的动力源，但蒸汽机及其锅炉、凝汽器、冷却水系统等体积庞大、笨重，应用 很不方便。 19 世纪末，电力供应系统和电动机开始发展和推广。20 世纪初，电动机已在 工业生产中取代了蒸汽机，成为驱动各种工作机械的基本动力。生产的机械化已 离不开电气化，而电气化则通过机械化才对生产发挥作用。 发电站初期应用蒸汽机为原动力。20 世纪初期，出现了高效率、高转速、大功率 的汽轮机，也出现了适应各种水利资源的水轮机，促进了电力供应系统的蓬勃发 展。 19 世纪后期发明的内燃机经过逐年改进，成为轻而小、效率高、易于操纵、 并可随时启动的原动机。它先被用以驱动没有电力供应的陆上工作机械，以后又 用于汽车、移动机械和轮船，到 20 世纪中期开始用于铁路机车。蒸汽机在汽轮机 和内燃机的排挤下，已不再是重要的动力机械。内燃机和以后发明的燃气轮机、 喷气发动机的发展，是飞机、航天器等成功发展的基础技术因素之一。 工业革命以前，机械大都是木结构的，由木工用手工制成。金属(主要是铜、铁) 仅用以制造仪器、锁、钟表、泵和木结构机械上的小型零件。金属加工主要靠机 匠的精工细作，以达到需要的精度。蒸汽机动力装置的推广，以及随之出现的矿 山、冶金、轮船、机车等大型机械的发展，需要成形加工和切削加工的金属零件 越来越多，越来越大，要求的精度也越来越高。应用的金属材料从铜、铁发展到 以钢为主。 机械加工包括锻造、锻压、钣金工、焊接、热处理等技术及其装备，以及切 削加工技术和机床、刀具、量具等，得到迅速发展，保证了各产业发展生产所需 的机械装备的供应。 社会经济的发展，对机械产品的需求猛增。生产批量的增大和精密加工技术 的进展，促进了大量生产方法的形成，如零件互换性生产、专业分工和协作、流 水加工线和流水装配线等。 简单的互换性零件和专业分工协作生产，在古代就已出现。在机械工程中， 互换性最早体现在莫茨利于 1797 年利用其创制的螺纹车床所生产的螺栓和螺帽。 同时期，美国工程师惠特尼用互换性生产方法生产火枪，显示了互换性的可行性 和优越性。这种生产方法在美国逐渐推广，形成了所谓“美国生产方法”。 20 世纪初期，福特在汽车制造上又创造了流水装配线。大量生产技术加上泰勒在 19 世纪末创立的科学管理方法，使汽车和其他大批量生产的机械产品的生产效率 IX 很快达到了过去无法想象的高度。 20 世纪中、后期，机械加工的主要特点是：不断提高机床的加工速度和精度， 减少对手工技艺的依赖；提高成形加工、切削加工和装配的机械化和自动化程度； 利用数控机床、加工中心、成组技术等，发展柔性加工系统，使中小批量、多品 种生产的生产效率提高到近于大量生产的水平；研究和改进难加工的新型金属和 非金属材料的成形和切削加工技术。 18 世纪以前，机械匠师全凭经验、直觉和手艺进行机械制作，与科学几乎不 发生联系。到 1819 世纪，在新兴的资本主义经济的促进下，掌握科学知识的人 士开始注意生产，而直接进行生产的匠师则开始学习科学文化知识，他们之间的 交流和互相启发取得很大的成果。在这个过程中，逐渐形成一整套围绕机械工程 的基础理论。 动力机械最先与当时的先进科学相结合。蒸汽机的发明人萨弗里、瓦特，应 用了物理学家帕潘和布莱克的理论；在蒸汽机实践的基础上，物理学家卡诺、兰 金和开尔文建立起一门新的科学热力学。内燃机的理论基础是法国的罗沙在 1862 年创立的； 1876 年奥托应用罗沙的理论， 彻底改进了他原来创造的粗陋笨重、 噪声大、热效率低的内燃机而奠定了内燃机的地位。其他如汽轮机、燃气轮机、 水轮机等都在理论指导下得到发展，而理论也在实践中得到改进和提高。 早在公元前，中国已在指南车上应用复杂的齿轮系统，在被中香炉中应用了能永 保水平位置的十字转架等机件。古希腊已有圆柱齿轮、圆锥齿轮和蜗杆传动的记 载。但是，关于齿轮传动瞬时速比与齿形的关系和齿形曲线的选择，直到 17 世纪 之后方有理论阐述。 手摇把和踏板机构是曲柄连杆机构的先驱，在各文明古国都有悠久历史，但 是曲柄连杆机构的形式、运动和动力的确切分析和综合，则是近代机构学的成就。 机构学作为一个专门学科，迟至 19 世纪初才首次列入高等工程学院(巴黎的工艺 学院)的课程。通过理论研究，人们方能精确地分析各种机构，包括复杂的空间连 杆机构的运动，并进而能按需要综合出新的机构。 机械工程的工作对象是动态的机械，它的工作情况会发生很大的变化。这种变化 有时是随机而不可预见；实际应用的材料也不完全均匀，可能存有各种缺陷；加 工精度有一定的偏差，等等。 与以静态结构为工作对象的土木工程相比，机械工程中各种问题更难以用理 论精确解决。因此，早期的机械工程只运用简单的理论概念，结合实践经验进行 工作。设计计算多依靠经验公式；为保证安全，都偏于保守，结果制成的机械笨 重而庞大，成本高，生产率低，能量消耗很大。 从 18 世纪起，新理论的不断诞生，以及数学方法的发展，使设计计算的精确度不 断的提高。进入 20 世纪，出现各种实验应力分析方法，人们已能用实验方法测出 X 模型和实物上各部位的应力。20 世纪后半叶，有限元法和电子计算机的广泛应用， 使得对复杂的机械及其零。构件进行力、力矩、应力等的分析和计算成为可能。 对于掌握有充分的实践或实验资料的机械或其元件，已经可以运用统计技术，按 照要求的可靠度，科学地进行机械设计。 当今社会，随着机械工业的蓬勃发展，各行各业的机械设备也在不断地更新， 不断地完善，丝锥铲梢机同样在发展着，传统的丝锥铲梢机是采用临时的人工磨 削设备，劳动效率低，加工精度低下，不适合批量生产的场合。现代丝锥铲梢机 是用来代替传统的多样的铲稍设备的一种对丝锥进行优化加工的专用机。随着机 械行业的大发展，丝锥的使用也越来越广泛，根据不同的工况，所需铲梢的丝锥 的大小规格也有区别。如果使用传动的临时的铲梢设备的话，不但劳动强度大、 效率低、定位精度低，而且满足不了大批量生产要求。所以使用一个专用的丝锥 铲梢机已成为发展趋势。 2 丝锥铲梢机总体结构的设计丝锥铲梢机总体结构的设计 2.1 丝锥铲梢机的总体方案图 本次设计的丝锥铲梢机采取的方案是：由位于机架底部的电机通过伞齿轮传动带动 连接套转动，从而带动上面的工作台来回摆动。而上面的工作台装有尾顶尖组件和工件 主轴装置，通过两个装置对丝锥进行定位，砂轮固定，然后整个工作台来回反复摆动， 实现丝锥的铲梢，其具体方案布局图如下： XI 2.2 丝锥铲梢机的加工原理 本次设计的题目是丝锥铲梢机的设计，其工作原理为：电机通过伞齿轮传动带动连 接套转动，从而带动上面的工作台来回摆动。而上面的工作台装有尾顶尖组件和工件主 轴装置，通过两个装置对丝锥进行定位，砂轮固定，然后整个工作台来回反复摆动，实 现丝锥的铲梢。 2.3 机械传动部分的设计计算 2.3.1 伺服电机的选型计算伺服电机的选型计算 已知整个设备上工件与零件的重量，我们取总重量为150Kg，工件主轴转动速 度为12r/min。即： mm s G = mg = 200 10 = 2000N V = 1 - 2m/min = 16.6 - 33.3/ 具体的电机设计计算如下: 1、确定运行时间 本次设计加速时间 01 (t - t ) 60 = Vl l Vl负载速度（m/min） XII 有速度可知每秒上升50mm， 0.033 1.2=1.2 360 = ls 电机转速 电机 = Vl n PB 3.负载惯量 左右水平运动 2 2 2 0.005 ()2000.000126779(.) 22 = PB JLMMkg m 电机惯量 43452 7.87 100.4 0.23.72 10 (.) 3232 = BB JBL Dkg m 总惯量 2 0.00032(.)=+= LLMB JJJkg m 4.电机转矩 启动转矩 1 2()2636.9(0.00032) 1.25 . 6060 1.2 + = S NM JMJLJM TN m t 必须转矩 ()2.36 .=+=TMTLTS SN m S 为安全系数，这里取 1.0。 根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为 92BL- A，此无刷直流步进电机厂 家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： XIII 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用直流无刷电机型号为 92BL-4030H1-LK-B， 电机额定功率为 0.37KW， 额定转矩为 75N.m， 最大转矩为 80N.m， 额定转速为 3000r/min。 2.3.2 转动轴的设计计算转动轴的设计计算 轴是组成精密机械的重要零件之一。一切作为回转运动的零件，都必须在轴 上才能传递运动和动力。在本课题所使用的轴，承受的负荷比较小，尺寸也比较 小，制造精度高，要求材料具有足够高的机械强度和良好的加工性能。因此，选 用材料 45#，热处理为对轴进行调质处理。 XIV 轴是组成机械的重要零件之一，它是安装各种传动零件，使之绕其轴线转动传动 转矩或回转运动，并通过轴承与机座相联接。轴与其上的零件组成一个组合体 轴系部件，在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须和轴系零、不见的整个结构密 切联系起来。 由于振动输送所用的轴即传递扭矩又承受弯矩，所以我所设计的阶梯轴为转轴， 由于小带轮已经设计好，大带轮的尺寸也就定了，只剩下轴径的确定，轴的初步 设计是根据扭转强度，校核弯曲强度，由于轴的材料很多，主要根据轴的使用条 件，对轴的强度、刚度、和其他机械性能等的要求，采用热处理方式，同时考虑 制造加工工艺并力求经济合理，通过设计计算来选择轴的材料，选用最常见的 45# 钢作为轴的材料,且其需用切应力为 40MPa 轴与其上的零件组合成一个组合体，在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须和轴 系零部件的整个结构密切联系起来。轴的结构设计是在初算轴径的基础上进行的。 为满足轴上零件的定位、紧固要求和便于轴的加工和轴上零件的装拆，通常将轴 设计成阶梯轴。轴的结构设计的任务是合理确定阶梯轴的形状和全部结构尺寸。 轴的材料选用 45 号钢，为保证其力学性能，进行调质或正火处理。 1、初步计算轴的直径 按 照 扭 转 强 度 估 算 轴 的 最 小 直 径 ， 写 成 设 计 公 式 ， 轴 的 最 小 直 径 6 3 3 min 9.55 10 0.2 Pp dc nn = mm，查表 16.2，c=112, p=20.35, n=851,代入设计公 式得 min d =32.26mm。考虑到轴上有键槽以及其他因素的影响，应适当增加轴径以补 偿键槽对轴强度的削弱，考虑到要装轴承座和机构的合理性，还有螺钉等的长度 及其他各方面的因素，初步确定轴的各段长度。 2.3.3 直线导杆的选型计算直线导杆的选型计算 1 直线轴承的选择 POM 工程式塑料保持器适用于 2080CC 工作测试；钢保持器适用于为 4080CC工作温度；不锈钢轴承适合于水、蒸气、硝酸等腐蚀介质及真空工作场合， 轴承型号按下述计算公式确定。 硬度系数 FH：硬度 HRC58 以上，FH=1.0；硬度 HRC52- 58，FH=0.6- 1.0。 温度系数 FT：工作温度小于 100oC，FT=1.0，工作温度 100oC- 125oC，FT=1.0- 0.95。 接触系数 FC： 每根轴装一套轴承，FC=1.0 XV 每根轴装二套轴承，FC=0.81 每根轴装三套轴承，FC=0.72 每根轴装四套轴承，FC=0.66 载荷系数 FW： 运行速度小于 15 米/分钟，无冲击、无振动，FW=1.0- 1.5； 运行速度小于 60 米/分钟，微小冲或振动，FW=1.5- 2.0； 运行速度大于 60 米/分钟，或有较大冲击、振动，FW=2.0- 5.0。 时间寿命 Lh=(10000*L) /2 *L(S*n1*60) (位单：h 小时) L：长度寿命 (万米)， LS：工作行程 (米)， N1：每分钟往复次数 已知行程 L=0.1 米，工作温度 60oC，每分钟往复次数 n1=20，微小冲击，轴承工作载 荷 PC=200Kg，硬度大于 HRC60，期望寿命 Lh=5000 小时，试选择轴承型号。 按以上工作条件： 1.0,1.0,0.81 =1 0.2 10=2m/min = 运行速度， 属于一般冲击，选取FW 2.0 = FHFTFC V 根据本次载荷重量为 2000N，我们选用两个导向光杆加上丝杆螺母，这样滑动轴承 的所受负载就平均分配，上下六个滑动轴承分别连接底板和连接上固定圆盘，两边轴承 座为固定式的，中间六个为可以随着丝杆螺母上下滑动。六个导向光杆加上丝杆螺母， 这样每个导向光杆的滑动轴承处的所受负载为 166N。 本次设计中所选择的滑动轴承为带 法兰形状的。根据每个滑动轴承的负载承受 166N，我们选用滑动轴承为 LMF20，轴承 中间孔径为 20mm，这样导向光杆的直径也为 20mm。 2.直线轴承安装： 轴承座孔公差推荐采用 H7、J7 级，直线轴公差推荐采用 g6、h6 级，轴承安装必须 用台阶芯轴压入；直线轴安装必须对准轴承孔插入，动作轻缓，轴倾斜插入会导至保持 器变型 和钢球脱落， 轴承安装方向应按照表 1 所示， 可以提高轴承承载能力， 延长寿命。 轴承座孔有可能压缩轴承，引志游隙变小，此时用手转动直线轴，如果轴能接触钢 球且能轻松转动， 配合游隙为 0+0.01mm； 如果稍加力才能转动， 配合游隙为- 0.01 0mm（已过盈）；如果加力也不能转动，配合游隙已多于 0.01mm，这种情况钢球滚动时 可能同时作滑动，会降低轴承和轴的作用寿命，只有在轻载、低速且定心要求高的情况 下才可采用。调整型、开口型轴承内、外径在割口前测量，割口后会有一些弹性变形， 配合游隙应装入轴承座内测量（钢保持器轴承、KH 轴承情况类似）。游隙可调节的轴承 座调节方向应和轴承割口方向垂直以保证游隙均匀， 直线轴承结构特点不能作旋转运动， 同时要求有良好的导向性， 所以直线 轴承一般以二根轴+四套轴承或二根轴+二套加长型 轴承为一个组合使用，二根轴安装要平直，整个组合装配后，用手推拉必须灵活无阻滞 才可安装传动机构，传动动力要足够克服轴承磨擦阻力，直线轴承磨擦阻力近似为千分 XVI 之一工作载荷 。 3.直线轴承润滑和防尘：轴承出厂涂有防锈油，使用时需加润滑剂。油脂润滑噪音较 低，常用的有 2 号锂基脂和低噪音轴承润滑脂， 填脂量为保持器空隙的三分之一。油润 滑不需清除防锈油， 根据工作测试采用 15#100#润滑油， 工作温度低采用低粘度油， 工作测试高采用高粘度油，常用的有透平油，机械油和锭子油，无密封轴承把油滴在轴 上即可，带密封轴承需把油加到轴承内，本公司为用户准备了带油孔的轴承和轴承座。 对于一些不允许有油（脂）的工作场所，先清除防锈油，干燥后在每列钢球上喷一些市 售的二硫化钼喷剂，再次干燥后即可使用，带密封轴承应避免密封圈和轴干磨擦引起密 封唇口挤入轴承内，造成轴承的非预期损坏。铁屑会极大地降低轴承寿命，粉尘和脏物 会阻塞保持器球道，使钢球不能回转，引起保持器损坏、钢球挤胶。带密封轴承可用于 一般带粉尘工场所，像木工机械、铸造机械等多粉尘场合，请在轴承两端另加密封，防 止粉尘进入并可减少油脂损耗。 4.轴承的载荷和寿命：轴承运动和换向时承受过大的冲击负荷，或当轴承静止时，由 于机器振动等因素都会使接触处形成凹坑。外界硬粒进入轴承内，也可在接触表面形成 压痕，这种永久变形量超过一定限度，就会防碍直线运动平稳性，引起振动和噪音，振 动会进一步冲击凹坑周围材料，造成恶性循环，使凹坑面积扩大，这种永久变形量用基 本额定静载荷限定。钢球和套圈接触点两者永久变形量之和等于钢球直径的万分之一时 的静载荷，定义为基本额定静载荷 C0。轴承使用时，冲击力很难测定，常用选取适当的 静载荷安全系统来保证轴承静载荷不超过基本额定静载荷。选型时使轴承承受的静载荷 P0 C0/FS，不受振动和冲击场合 FS 取 1.0 1.5，受振动和冲击工作场合 FS 取 2.07.0。 轴承由于反复承受工作载荷，首先在表面下一定深度处，强度较弱部分形成裂纹， 继而发展到接触表面，使金属成片状剥落下来，这种剥落称为疲劳剥落。在安装、润滑、 密封正常的情况下，绝大多数轴承的破坏是疲劳破坏，一般所说的轴承寿命就是指轴承 的疲劳寿命。直线轴承额定寿命规定为 5 万米， 通过限定基本额定动载荷 C 来保证。由 于轴承寿命具有分散性，即同一批材料、相同工艺生产、相同使用条件下的轴承寿命不 相同，所以轴承基本额定动载荷 C 定义为一批相同的轴承在相同条件下运行 5 万米，轴 承不生任何疲劳剥落现象所能承受的动载荷。 2.3.4 液压缸的设计计算液压缸的设计计算 1)液压缸的类型及结构形式 液压缸有多种类型。按作用方式可分为单作用式和双作用式两种；按结构形式可分 为活塞式、柱塞式、组合式和摆动式四大类。 其中，单作用液压缸分为：单活塞杆液压缸、双活塞杆液压缸、柱塞式液压缸、差 动液压缸和伸缩液压缸。但是，差动式液压缸和柱塞式液压缸只能单作用而不能双作用。 组合液压缸包括：弹簧复位式、齿条式、串联式和增压式四种。摆动液压缸又分为：单 XVII 叶片式和双叶片式两种。下面以一种典型液压缸为例，说明液压缸的基本组成。 空心活塞式液压缸如上图所示。它由缸筒 10，活塞 8，活塞杆 1、15，缸盖 18、24，密 封圈 4、7、17，导向套 6、19，压板 11、20 等主要零件成。这种液压缸活塞杆固定，缸 筒带动工作台作往复运动。活塞用锥销 9、22 与空心活塞杆连接，并用堵头 2 堵死活塞 杆的一头。缸筒两端外圆上套有钢丝环 12、21，用于阻止压板 11、20 向外移动，从而通 过螺栓将缸盖 18、24 与压板相连（图中没有画出），并把缸盖压紧在缸筒的两端。为了 减少泄漏，在液压缸中可能发生泄漏的结合面安放了密封圈和纸垫。空心活塞杆和其上 的油口 a、c 提供了液压缸的进、出油口。当缸筒移动到左、右终端时，油口 a、c 的开 度逐渐减小，造成回油阻力逐渐增大，对运动部件起到制动缓冲作用。在缸盖上设有与 排气阀（图中没有画出）相连的排气孔 5、14，可以排出液压缸中的空气，使运动更加平 稳。 表 2-1 液压缸的类型和特点 类型 速度 作用力 特点 XVIII 双 活 塞 杆 液 压 缸 U=q/A3 F=p1A1 活塞的两侧都 装有活塞杆，只 能向活塞一侧 供给压力油，由 外力使活塞反 向运动 单 活 塞 杆 液 压 缸 U=q/A3 F1=p1A1 活塞仅单向运 动，返回行程利 用自重或负荷 将活塞推回 柱 塞 式 液压缸 U=q/A3 F1=p1A1 柱塞仅单向运 动，由外力使柱 塞反向运动 差 动 液 压缸 U3=q/A 3 F3=p1A1 可使速度加快， 但作用力相应 减小 伸 缩 液 压缸 - - 以短缸获得长 行程；缸由大到 小逐节推出，靠 外力由小到大 逐节缩回 双 活 塞 杆 液 压 缸 U1=q/A 3 U2=q/A 2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 双边有杆，双向 液压驱动，双向 推力和速度均 相等 XIX 单 活 塞 杆 液 压 缸 U1=q/A 3 U2=q/A 2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 单边有杆，双向 液压驱动， u1 V U2，F1F2 伸 缩 液 压缸 - - 双向液压驱动， 由大到小逐节 推出，由小到大 逐节缩回 弹 簧 复 位 液 压 缸 - - 单向由液压驱 动，回程弹簧复 位 串 联 液 压缸 U1=q/ （ A1+A 2） U2=q2A 2 F1=p1（A1-A2） -2qA2 F1=2p2A2-A2-q 1（A1+A2） 用于缸的直径 受限制，而长度 不受限制处，可 获得在的推力 增 压 缸 - - 由活塞缸和柱 塞缸组合而成， 低压油送入 A 腔，B 腔输出高 压油 齿 条 液 压缸 - - 活塞的移动通 过传动机构变 成齿轮的往复 回转运动 单 叶 片 液压缸 W =8q/ （b （ D2-d 2） T=p（D2-d2） b/8 把液压能变为 回转的机械能， 输出轴摆动角 300 度 XX 双 叶 片 液压缸 W =4q/ （b （ D2-d 2） T=p（D2-d2） b/4 把液压能变为 回转的机械能， 输出轴摆动角 150 度 注：b叶片宽度；D叶片的底端 、顶端直径；w叶片轴的角速度；T- 理论 转矩 2)液压缸的工作压力 根据负载并查表，初选工作压力 P1=3MPa 3)计算液压缸尺寸 鉴于砂轮要求快进、快退速度相等，可选用单杆式轻负载型液压缸。无杆腔工作面积 A1，有杆腔工作面积 A2， 且 A1=2A2，即活塞杆直径 d 与缸筒直径 D 呈 d=0.707D 的关系。 回油路上背压 P2取 0.8MPa 油路压力损失P 取 0.5MPa A1=F/(P1-P2/2)=418210 -6/(3-0.8/2)m2=0.0016m2 D=/ ) 14( A=45.13mm d=0.707D=31.91mm 按 GB/T2348-2001 将直径元整成就进标准值 D=50mm d=35mm; 液压缸两腔的实际有效面积为： A1=D 2/4=19.6310-4m2 A2=(D 2-d2)/4=10.0110-4m2 根据上述 D 与 d 的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力 4)液压缸各工作阶段的压力、流量和功率计算 工况 推力 F/N 回油腔压力 P2/MPa 进油腔压力 P1/MPa 输入流量 / J Q（ L/min） 输入功 率 /P kW 计算公式 快启动 1289 0 1.86 - 2 1 12 FA P p AA + = XXI 进 加速 1193 1 ppp=+ P=0.5 1.76 - 121 Qv= （ A-A） 1 Pp Q= 恒速 645 1.29 4.81 0.10 工进 4182 0.8 2.54 1.57 0.098 0.07 22 1 1 Fp A p A + = 1 2 QAv= 1 Pp Q= 快 退 启动 1289 0 1.29 - 21 1 2 Fp A p A + = 2 QA v= 1 Pp Q= 加速 1193 0.5 2.17 - 恒速 645 1.62 5.01 0.135 3.5 液压缸工况图 5)液压缸推力的计算 根据系统工况，可知油压范围介于 14MPa 之间，故根据液压缸推力计算公式可 知：F=PXS=14X3.14X20X20=1758.4N. XXII 2.3.5 齿轮传动的设计计算齿轮传动的设计计算 1 初步计算 （1）材料选择 因传动尺寸无严格限制，批量较小，故小齿轮用 40Cr(调质），硬度 241HB286HB， 平均取为 280HB，大齿轮用 45 钢（调质），硬度 229HB286HB,平均取为 240HB。选齿轮 精度为 7 级。 （2）节锥角的计算 1 cot=i （3.11） 1 06222266 . 1 cotcot o =arciarc （3.12） 2 54676706222290 ooo = （3.13） 由文献2表3314可知， 8 . 15062222cos 20sin 12 cos sin 2 2 1 2 min = = oa a h z （3.14） 式中， a h 齿顶高系数，1= a h。 取小齿轮齿数30 1= z， 8 . 4