模切机总体和传动系统设计【9张cad图纸】【原稿可编辑】
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北京印刷学院毕业设计（论文）课 题 名 称： 模切机总体和传动部分设计 专 业 班 级： 机械工程及自动化101班 学 生 姓 名： 苏世雄 学 生 学 号： 100110111 起迄日期： 2013年11月9日 2014年5月23日 指导教师： 孙玉秋 孙建新 职称： 副教授 日期： 2014年 5 月20 日毕业设计说明书（论文）中文摘要本文主要介绍模切机的发展状况，模切机总体及传动部分结构设计原理，模切机总体及传动部分总体方案分析及确定，模切机总体及传动部分结构设计内容所包含的机械图纸的绘制，总体及传动部分的计算，结构设计结论与建议。整机结构主要由电动机产生动力将需要的动力传递到带轮上，提高劳动生产率和生产自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作，采用总体及传动部分是有效的；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本论文研究内容：(1) 模切机总体及传动部分总体结构设计。(2) 模切机总体及传动部分工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 模切机总体及传动部分的传动系统、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：模切机，总体及传动部分，结构设计， 毕业设计说明书（论文）外文摘要This paper mainly introduces the development status of the die-cutting, die-cutting machine and transmission part of the overall structural design principle, overall scheme and the overall analysis of the die-cutting machine transmission part and determine, drawing mechanical drawing die cutting machine and transmission part of the overall structural design contains, to calculate the overall and the transmission part, conclusion and suggestion of structure design.The whole structure was produced mainly by the motor power will need to transfer the power to the belt wheel, improve labor productivity and automation level of production. Industrial production in the often cumbersome workpiece handling and frequent, the long, monotonous operation, the general and the transmission part is effective; in addition, it can operate in high temperature, low temperature, water, the universe, radioactive and other toxic, environmental pollution condition, more show its superiority, has a promising broad.The research of this thesis:(1) part of the overall structure design of die cutting machine and the overall transmission.(2) performance analysis of die cutting machine and transmission part of the overall.(3) the choice of motor.(4) transmission system, execution parts die-cutting machine and transmission part of the overall.(5) the design of components for the design calculation and check.(6) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.Keywords: die cutting machine, overall and transmission parts, structure design,目 录1 绪 论11.1 模切机定义11.2 模切机工作原理及构成11.3 模切机种类22 模切机总体及传动部分装置总体方案设计32.1模切机的设计要求32.2模切机机械运动方案设计33 模切机系统总体及传动部分的机械计算13.1 确定电机所需功率13.2 带轮的计算33.2.1 带传动设计33.2.2选择带型43.2.3确定带轮的基准直径并验证带速43.2.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角53.2.5确定带的根数z63.2.6确定带轮的结构和尺寸63.2.7确定带的张紧装置63.3 总体部分到输纸机构之间同步带传动计算83.3.1 同步带计算选型83.3.2 同步带的主要参数（结构部分）123.3.3 同步带的设计143.3.4 同步带轮的设计143.4 轴的设计153.5 轴的校核153.6 键的校核163.7 轴承的校核164 墙板的设计及计算184.1对墙板结构的基本要求184.2 墙板的结构194.3 横梁设计204.4 墙板的基本尺寸的确定224.5 架子材料的选择确定224.6墙板的强度与刚度的计算23总 结28致 谢29参考文献301 绪 论1.1 模切机定义模切机（Die Cutting Machine ）又叫啤机、数控冲压机，主要用于相应的一些非金属材料、不干胶、EVA、双面胶、电子、手机胶垫等的模切（全断、半断）、压痕和烫金作业、贴合、自动排 废，模切机利用钢刀、五金模具、钢线（或钢板雕刻成的模版），通过压印版施加一定的压力，将印品或纸板轧切成一定形状。是印后包装加工成型的重要设备。1.2 模切机工作原理及构成平压模切机是压力机的一种形式，通过传动系统把电动机的运动和能量传给工作机构，从而使胚料获得确定的外形和压痕，制成所需的产品。图21为半自动平压模切机的工作示意图。 图21其工作原理如下：由电动机通过V带将运动传给蜗杆，然后通过蜗轮蜗杆传动带动曲轴转动，既而带动平面六杆机构中的滑块机构做周期性上下运动；与此同时，送料机构与下冲头按一定的相位关系作周期性运动，保证胚料准确传送到模切位置并在模压后输送到出料口。半自动平压模切机在整个工作周期内，冲压模切机构仅在瞬间内承受很大生产阻力，为了减小周期性速度波动可选用较小容量的电机，同时安装飞轮以平衡能量。依据上述的工作原理，半自动平压模切机一般有以下几部分组成:（1）原动机（2）传动机构（3）工作机构 （4）其它辅助及附属装置1.3 模切机种类1、平压平模切机平压平模切机是目前应用最广泛的最普遍的类型，也是国内外生产厂家最多的机型。国内的有上海亚华、唐山玉印、信川机 械、北人集团公司、河南新机集团、北京胜利伟业印刷机械有限公司等生产厂家；国外有瑞士BOBST、德国IMG、日本ASAHI、美国标准纸盒机械公司、 西班牙IBERICA、韩国YoungShin机械有限公司、日本IIJIMA以及等生产厂家。平压平模切机可以用于各种类型的模切，既能人工续纸半自动 模切，也能全自动高速联动模切；既能模切瓦楞纸板、卡纸、不干胶，又能模切橡胶、海绵、金属板材等。立式平压平模切机，俗称老虎嘴，一说其工作时类似嘴的咬合动作，一说其工作起来不安全容易伤人，因而得名。不管怎 样，形象地说明了立式平压平模切机的工作特点。立式平压平模切机在结构上主要分为机身和压架两大部分，模切版台装在机身上。按照其动作方式有两种类型：单 摆式和双摆式。所谓单摆式是指模切时，压架摆动，机身不动（即版台不动），版台与压架下部先接触，上部后接触，模切结束时上部先离开，下部后离开，这样受 力时间不同，且受力不均，因此使用越来越少，慢慢淘汰了。双摆式是指模切时，机身和压架都有动作，接触之前压架平版和版台是平行的，之间的接触形式是平行 移动，因此压力大而均匀。生产的立式平压平模切机大部分属于此种类型。立式平压平模切机根据自动化程度又可以分为半自动和全自动两种类型。目前国内生产的 立式平压平模切机（老虎嘴）主要是半自动的，模切是机器完成的，总体及传动部分和收纸是靠人工完成。由于生产质量和生产效率与操作者的熟练程度有关，且容易出安全事 故，所以美国等发达国家已经明令禁止使用这种设备了。2、圆压圆模切机ASAHI 全自动平压模切机 CartonMaster一个滚筒相当于压印滚筒，模切时施加压力；另外一个是滚筒刀模。滚筒刀模有木质和金属两大类，前者主要模切很厚的瓦 楞纸板，后者有采用化学腐蚀或电子雕刻方法加工的金属滚筒刀模，主要用于不干胶标签及商标的模切，还有一种金属滚筒刀模主要用于中高档长线产品，采用压切 式或剪切式形式。3、圆压平模切机圆压平模切机在市场上的应用很少，国内没有专业生产厂家，这里不赘述。2 模切机总体及传动部分装置总体方案设计2.1模切机的设计要求最大输纸尺寸（mm）：720*520 最大模切尺寸（mm）：710*510最小输纸尺寸（mm）:340*290 最高模切速度（s/h）：6000 最大工作压力（t）：150 可加工纸厚度（mm）：瓦楞纸5；纸板0.1-1.52.2模切机机械运动方案设计为了便于分析与研究，将所研究的半自动平压模切及整个工作过程分为如下几个阶段：向送料机构放料压制纸板送出成品。其工艺动作顺序为：夹紧纸板输入走纸模压输出走纸松开纸板。总体设计思想：1、 用一个电机提供动能以实现送料和模压动作的同步协调。2、 模压采用上压式。3、 采用机械机构来实现送料动作。三个阶段的执行机构必须协调，即要满足如下要求：1 机器各机构的动作过程和先后次序要符合机器的生产工艺路线方案所提出的要求。2 机器各执行机构的运动循环的时间同步化，即各执行机构的循环时间间隔相同或按生产工艺过程要求成一定的倍数，使各执行机构的动作不但保证在时间上有顺序关系，而且能够实现周而复始的循环协调动作。3 机器各执行机构在运行过程中不仅要在时间上保证一定的顺序关系，而且在一定运动循环时间间隔内，运动轨迹互不干扰。模切机构和送料机构不仅要在时间上保持一致，更重要的是在相对工作位置上保持一致。这即所谓机器执行机构运动循环空间同步化。首先分析主运动机构的可行方案。主运动机构是通过电机来带动冲压头的上下滑动从而实现切制纸板的。实现这一要求的可选方案有：移动推杆圆柱凸轮机构，移动推杆盘形凸轮机构，摆动推杆盘形凸轮与摆杆滑块机构，曲柄滑块机构，平面六杆（带滑块）机构等。其次分析送料过程的可能实现方案。由于所加工的配料为纸板，所以只需实现平移运动即可。运动形式为连续转动变换成带停歇的往复直线移动。可选机构有：圆柱凸轮间歇机构，蜗杆凸轮间歇机构，曲柄摇杆棘轮机构，不完全齿轮机构，槽轮机构等。最后是传动机构。传动机构是把运动和力通过传动装置传到工作部分去，实现这一要求的方案有：带传动，链传动，蜗杆传动，齿轮传动，摆线针轮传动，行星传动等。方案的提出方案一：原动机采用电动机，通过带传动、蜗轮蜗杆传动，带动平面六杆机构实现模切动作，如图2-2。工作原理分析：该方案利用平面六杆机构实现模切动作，原动机采用电动机，通过V带及蜗轮蜗杆传动到六杆机构，同时得到工作所需的循环周期。该机构采用V带传动具有传动平稳缓冲吸震等特点，蜗杆传动结构紧凑冲击较小，平面六杆机构能准确实现模切动作，都适合用于冲压机械。 图2-1图中：1电动机、2V带轮、3蜗杆轴、4蜗轮、5曲轴、6连杆、7摆杆、8滑块方案二：原动机采用电动机，通过齿轮减速器传动，带动平面六杆机构实现模切动作，如图2-3。工作原理分析：该方案利用平面六杆机构实现模切动作，原动机采用电动机，通过齿轮减速器传动到六杆机构，同时得到工作所需的循环周期。相对于蜗杆传动，齿轮传动冲击较大。方案三：原动机采用电动机，通过带传动、蜗轮蜗杆传动，带动曲柄滑块机构实现模切动作，如图2-4。工作原理分析：该方案利用曲柄滑块机构实现模切动作，原动机采用电动机，通过V带及蜗轮蜗杆传动到曲柄滑块机构，同时得到工作所需的循环周期。曲柄滑块机构也能准确实现模切动作，但和六杆机构相比较而言，其承受的载荷较大且没有急回功能。 图2-2 方案一简图图中：1电动机、2齿轮、3曲轴、4连杆、5摆杆、6滑块。 图2-3 方案二简图图中：1电动机、2V带轮、3蜗杆轴、4蜗轮、5曲轴、6滑块。图2-4 方案三简图在机械动力分析方面：平面六杆曲柄滑块机构有良好的力学性能，在飞轮的调节下，能大大的降低因短时间承受很大生产阻力而带来的冲击震动；整个机构（特别是六杆机构和特殊齿轮组）具有很好的耐磨性能，可以长时间安全、稳定的工作。相对凸轮机构而言，连杆机构的运动副一般均为低副，其运动副元素为面接触，压力较小，润滑好，磨损小，则承载能力较大，有利于实现增力效果。303 模切机系统总体及传动部分的机械计算3.1 确定电机所需功率根据课题要求，最小输纸尺寸（mm）:340*290 最高模切速度（s/h）：6000 最大工作压力（t）：150 可加工纸厚度（mm）：瓦楞纸5；纸板0.1-1.5根据最大工作压力（t）：150 ，最高模切速度（s/h）：6000 预估参考这个/moqieji.htm功率取7.5KW查机械设计课程设计手册得：选择，其铭牌如下表3-1：表3-1 Y系列三相异步电动机 电动机型号额定功率 KW满载转速 r/min堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩质量 KgY132M-4 7.5同步转速1500 r/min,4级 14402.22.281（a）（b） 图3.1 电动机的安装及外形尺寸示意图表3.2 电动机的安装技术参数中心高/mm 外型尺寸/mm L（AC/2+AD）HD 底脚安装 尺寸AB地脚螺栓 孔直径K 轴伸尺 寸DE 装键部位 尺寸FGD132515 345 315216 1781238 8010 43 3.2 带轮的计算3.2.1 带传动设计输出功率P=7.5kW,转速n1=1440r/min,n2=500r/min表4 工作情况系数工作机原动机类类一天工作时间/h10161016载荷平稳液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（）；离心式压缩机；轻型运输机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（）；发电机；旋转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大螺旋式运输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机1.31.41.51.51.61.8根据V带的载荷平稳，两班工作制（16小时），查机械设计P296表4，取KA1.1。即3.2.2选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按机械设计P297图1311选取。根据算出的Pd8.25kW及小带轮转速n11440r/min ，查图得：dd=80100可知应选取A型V带。3.2.3确定带轮的基准直径并验证带速由机械设计P298表137查得，小带轮基准直径为80100mm则取dd1=90mm ddmin.=75 mm（dd1根据P295表13-4查得）表3 V带带轮最小基准直径槽型YZABCDE205075125200355500由机械设计P295表13-4查“V带轮的基准直径”，得=250mm 误差验算传动比： （为弹性滑动率）误差 符合要求 带速 满足5m/sv300mm，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。带轮的材料：选用灰铸铁，HT200。3.2.7确定带的张紧装置 选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。3.8计算压轴力由机械设计P303表1312查得，A型带的初拉力F0133.46N，上面已得到=153.36o，z=8，则对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小, 带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40，为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V带轮槽角 为32、34、36、38（按带的型号及带轮直径确定），轮槽尺寸见表7-3。装在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。表 普通V带轮的轮槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92） 项目 符号 槽型 Y Z A B C D E 基准宽度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基准线上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基准线下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽间距 e 8 0.3 12 0.3 15 0.3 19 0.4 25.5 0.5 37 0.6 44.5 0.7 第一槽对称面至端面的距离 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小轮缘厚 5 5.5 67.5 10 12 15 带轮宽 B B =( z -1) e + 2 f z 轮槽数 外径 d a 轮 槽 角 32 对应的基准直径 d d 60 - - - - - - 34 - 80 118 190 315 - - 36 60 - - - - 475 600 38 - 80 118 190 315 475 600 极限偏差 1 0.5 V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式： （1） 实心带轮：用于尺寸较小的带轮(dd(2.53)d时)，如图7 -6a。 （2） 腹板带轮：用于中小尺寸的带轮(dd 300mm 时)，如图7-6b。 （3） 孔板带轮：用于尺寸较大的带轮(ddd) 100 mm 时)，如图7 -6c 。 （4） 椭圆轮辐带轮：用于尺寸大的带轮(dd 500mm 时)，如图7-6d。（a） （b） （c） （d）图7-6 带轮结构类型根据设计结果，可以得出结论：小带轮选择实心带轮，如图（a）,大带轮选择腹板带轮如图（b）3.3 总体部分到输纸机构之间同步带传动计算3.3.1 同步带计算选型设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下：式中需要传递的名义功率工作情况系数，按表2工作情况系数选取=1.7；表2.工作情况系数确定带的型号和节距 可根据同步带传动的设计功率Pd和小带轮转速n1，由同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。查表3-2-2表3-2-2选同步带的型号为H：，节距为：Pb=8.00mm3) 选择小带轮齿数z1，z2 可根据同步带的最小许用齿数确定。查表3-3-3得。 查得小带轮最小齿数14。实际齿数应该大于这个数据初步取值z1=34故大带轮齿数为：z2=iz1=1z1=34。 故z1=34，z2=34。4） 确定带轮的节圆直径d1，d2小带轮节圆直径d1=Pbz1/=8.0034/3.1486.53mm大带轮节圆直径d2=Pbz2/=8.0034/3.1486.53mm5） 验证带速v 由公式v=d1n1/60000计算得， svmax=40m/s,其中vmax=40m/s由表3-2-4查得。10、同步带带长及其齿数确定=() = =719.7mm11、带轮啮合齿数计算有在本次设计中传动比为1，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即=17。12、基本额定功率的计算查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步带的基准额定功率为=0.21KW表4-3 基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量13、计算作用在轴上力=71.6N3.3.2 同步带的主要参数（结构部分）1、同步带的节线长度 同步带工作时，其承载绳中心线长度应保持不变，因此称此中心线为同步带的节线，并以节线周长作为带的公称长皮，称为节线长度。在同步带传动中，带节线长度是一个重要参数。当传动的中心距已定时，带的节线长度过大过小，都会影响带齿与轮齿的正常啮合，因此在同步带标准中，对梯形齿同步带的各种哨线长度已规定公差值，要求所生产的同步带节线长度应在规定的极限偏差范围之内（见表4-4）。表4-4 带节线长度表2、带的节距Pb如图4-2所示，同步带相邻两齿对应点沿节线量度所得约长度称为同步带的节距。带节距大小决定着同步带和带轮齿各部分尺寸的大小，节距越大，带的各部分尺寸越大，承载能力也随之越高。因此带节距是同步带最主要参数在节距制同步带系列中以不同节距来区分同步带的型号。在制造时，带节距通过铸造模具来加以控制。梯形齿标准同步带的齿形尺寸见表4-5。3、带的齿根宽度 一个带齿两侧齿廓线与齿根底部廓线交点之间的距离称为带的齿根宽度，以s表示。带的齿根宽度大，则使带齿抗剪切、抗弯曲能力增强，相应就能传动较大的裁荷。图4-2 带的标准尺寸表4-5 梯形齿标准同步带的齿形尺寸4、带的齿根圆角 带齿齿根回角半径rr的大小与带齿工作时齿根应力集中程度有关t齿根圆角半径大，可减少齿的应力集中，带的承载能力得到提高。但是齿根回角半径也不宜过大，过大则使带齿与轮齿啮合时的有效接触面积城小，所以设计时应选适当的数值。5、带齿齿顶圆角半径八 带齿齿项圆角半径八的大小将影响到带齿与轮齿啮合时会否产生于沙。由于在同步带传动中，带齿与带轮齿的啮合是用于非共扼齿廓的一种嵌合。因此在带齿进入或退出啮合时，带齿齿顶和轮齿的顶部拐角必然会超于重叠，而产生干涉，从而引起带齿的磨损。因此为使带齿能顺利地进入和退出啮合，减少带齿顶部的磨损，宜采用较大的齿顶圆角半径。但与齿根圆角半径一样，齿顶圆角半径也不宜过大，否则亦会减少带齿与轮齿问的有效接触面积。 6、齿形角梯形带齿齿形角日的大小对带齿与轮齿的啮合也有较大影响。如齿形角霹过小，带齿纵向截面形状近似矩形，则在传动时带齿将不能顺利地嵌入带轮齿槽内，易产生干涉。但齿形角度过大，又会使带齿易从轮齿槽中滑出，产生带齿在轮齿顶部跳跃现象。3.3.3 同步带的设计在这里，我们选用梯形带。带的尺寸如表4-6。带的图形如图4-3。表4-6 同步带尺寸型号节距齿形角齿根厚齿高齿根圆角半径齿顶圆半径H840。6.124.31.021.02图4-3 同步带3.3.4 同步带轮的设计同步带轮的设计的基本要求1、保证带齿能顺利地啮入与啮出由于轮齿与带齿的啮合同非共规齿廓啮合传动，因此在少带齿顶部与轮齿顶部拐角处的干涉，并便于带齿滑入或滑出轮齿槽。2、轮齿的齿廊曲线应能减少啮合变形，能获得大的接触面积，提高带齿的承载能力即在选探轮齿齿廓曲线时，应使带齿啮入或啮出时变形小，磨擦损耗小，并保证与带齿均匀接触，有较大的接触面积，使带齿能承受更大的载荷。3、有良好的加了工艺性 加工工艺性好的带轮齿形可以减少刀具数量与切齿了作员，从而可提高生产率，降低制造成本。4、具有合理的齿形角齿形角是决定带轮齿形的重要的力学和几何参数，大的齿形角有利于带齿的顺利啮入和啮出，但易使带齿产生爬齿和跳齿现象；而齿形角过小，则会造成带齿与轮齿的啮合干涉，因此轮齿必须选用合理的齿形角。3.4 轴的设计可选轴的材料为45钢，调质处理。1、轴的外形结构2、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度。（1）、根据内径可得d67=30 mm，根据的宽度可得出L67=20 mm，右侧采用轴肩定为，取d78=38 mm，L78=11 mm。（2）、初选深沟球轴承D6204，其尺寸为dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根据装配关系取L45=L910=15 mm 。（3）、5处为一定位轴肩，故取d56=d89=25 mm，根据装配关系，计算得L56=L89=383 mm 。（4）、3处为一定位轴肩，故取d23=d910=16 mm，根据装配关系，计算得L23=L910=33 mm。（5）、1处为轴的最小直径d=10 mm，攻螺纹，与螺母配合，选择螺母为 GB/T 6172.1。通过查机械设计手册的螺母厚度m=5 mm，由于采用双螺母预紧，故取L12=L1213=19 mm。（6）、4处为一定位轴肩，所以取d34=d1011=18 mm，根据装配关系计算得出，L34=L1011=40 mm。至此已经确定了轴的各段长度和直径。3.5 轴的校核需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差%3）.当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径进行计算，计算花键轴传动轴一般只验算弯曲刚度，花键轴还应进行键侧挤压验算。弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径或当量直径。一般将轴化为集中载荷下的简支梁，其挠度和倾角计算公式见【5】表7-15.分别求出各载荷作用下所产生的挠度和倾角，然后叠加，注意方向符号，在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。：通过受力分析，最大挠度：查【1】表3-12许用挠度； 。3.6 键的校核键和轴的材料都是钢，由【4】表6-2查的许用挤压应力,取其中间值，。键的工作长度，键与轮榖键槽的接触高度。由【4】式（6-1）可得可见连接的挤压强度足够了，键的标记为：3.7 轴承的校核、轴轴承的校核轴选用的是深沟球轴承6206，其基本额定负荷为19.5KN, 由于该轴的转速是定值，所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对轴未端的滚子轴承进行校核。轴传递的转矩 受力 根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为:在水平面：在水平面： 因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，【4】表13-6查得载荷系数，取，则有： 轴承的寿命计算:所以按轴承的受力大小计算寿命 故该轴承6206能满足要求。、其他轴的轴承校核同上，均符合要求。4 墙板的设计及计算4.1对墙板结构的基本要求墙板是整个机床的基础支持件，一般用来放置重要部件。为了满足机床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化程度的要求，与普通机床相比，机床应有高的静、动刚度，更好的抗振性。 一、对机床的墙板主要在以下3 个方面提出了更高的要求： 1很高的精度和精度保持性 在墙板上有很多安装零部件的加工面和运动部件的导轨面，这些面本身的精度和相互位置精度要求都很高，而且要长时间保持。另外，机床在切削加工时，所有的静、动载荷最后往往都传到墙板上，所以，墙板受力很复杂。为此，为保证零部件之间的相互位置或相对运动精度，除了满足几何尺寸位置等精度要求外，还需要满足静、动刚度和抗振性、热稳定性、工艺性等方面的技术要求。 2应具有足够的静、动刚度 静刚度包括：墙板的自身结构刚度、局部刚度和接触刚度，都应该采取相应的措施，最后达到有较高的刚度-质量比。动刚度直接反映机床的动态性能，为了保证机床在交变载荷作用下具有较高的抵抗变形的能力和抵抗受迫振动及自激振动的能力，可以通过适当的增加阻尼、提高固有频率等措施避免共振及因薄壁振动而产生噪音。 3较好的热稳定性 对机床来说，热稳定性已经成了一个突出问题，必须在设计上要做到使整机的热变形小，或使热变形对加工精度的影响小。热变形将直接影响墙板的原有的精度，从而是产品精度下降，如立轴矩台平面磨床，立柱前臂的温度高于后臂，是立柱后倾，其结果磨出的零件工作表面与安装基面不平行；有导轨的墙板，由于导轨面与底面存在温差，在垂直平面内导轨将产生中凸或中凹热变形。因此，墙板结构设计时应使热变形尽量小。 二、墙板墙板设计的一般要求 ： 1） 在满足强度和刚度的前提下，墙板的重量应要求轻、成本低； 2） 抗振性好。把受迫振动振幅限制在允许范围内； 3） 躁声小； 4） 温度场分布合理，热变形对精度的影响小； 5） 结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工； 6） 结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件； 7） 有导轨的墙板要求导轨面受力合理、耐磨性良好； 8） 造型好。使之既适用经济，有美观大方。4.2 墙板的结构1墙板结构 根据机床的类型不同，墙板的结构形式有各种各样的形式。例如车床墙板的结构形式有平墙板、斜墙板、平墙板斜导轨和直立墙板等四种类型。 另外，斜墙板结构还能设计成封闭式断面，这样大大提高了墙板的刚度。钻高精度立式万能磨床、加工中心等这一类机床的墙板结构与车床有所不同。例如加工中心的墙板有固定立柱式和移动立柱式两种。前者一般使用于中小型立式和卧式加工中心，而后者又分为整体T形墙板和前后墙板分开组装的T形墙板。所谓T形墙板是指墙板是由横置的前墙板和与它垂直的后墙板组成。整体式墙板，刚性和精度保持性都比较好，但是却给铸造和加工带来很大不便，尤其是大中型机床的整体墙板，制造时需要大型设备。而分离式T形墙板，铸造工艺性和加工工艺性都大大改善。前后墙板联接处要刮研，联接时用定位键和专用定位销定位，然后再沿截面四周， 用大螺栓固紧。这样联接成的墙板，再刚度和精度保持性方面，基本能满足使用要求。这种分离式T形墙板适用于大中型卧式加工中心。 由于墙板导轨的跨距比较窄，致使工作台在横溜板上移动到达行程的两端时容易出现翘曲，将会影响加工精度，为了避免工作台翘曲，有的立式加工中心增设了辅助导轨。 2墙板的截面形状 机床的墙板通常为箱体结构，合理设计墙板的截面形状及尺寸，采用合理布置的肋板结构可以在较小质量下获得较高的静刚度和适当的固有频率。墙板肋板一般根据墙板结构和载荷分布情况，惊醒设计，满足墙板刚度和抗振性要求，V形肋板有利于加强导轨支承部分的刚度；斜方肋和对角肋结构可明显增强墙板的扭转刚度，并且便于设计成全封闭的箱形结构。 此外，还有纵向肋板和横向肋板，分别对抗弯刚度和抗扭刚度有明显效果；米字形肋板和井字形肋板的抗弯刚度也较高，尤其是米字形肋板更高。 3墙板的结构设计 墙板结构设计时，应尽量避免薄壁结构并简化表面形状。根据本设计的具体情况及要求，墙板的结构设如下：4.墙板的设计步骤 根据墙板上的零件、部件情况和设计要求初步确定墙板及墙板的结构形状和尺寸，以保证墙板内外的零件能正常运动 根据产品批量和结构形式初步确定制造方法，合理选择材料，单件小批量的非标准设备墙板可以采用焊接和锻喊结合的墙板 分析承载情况，根据承载情况合理的选择截面形式，确定主要设计参数 画出结构草图，进行必要的强度和刚度计算和尺寸修改 对重要设备的墙板，还应该进行模拟实验设计和模拟实验，并根据实验结果对设计进行修改。4.3 横梁设计 梁设计的要求与轴心受压相仿，钢梁设计应考虑强度、刚度、整体稳定和局部稳定各个方面满足要求。(1)梁的强度计算主要包括抗弯、抗剪和折算应力等强度应足够。(2)刚度主要是控制最大挠度不超过按受力和使用要求规定的容许值。(3)整体稳定指梁不会在刚度较差的侧向发生弯扭失稳，主要通过对梁的受压翼缘设足够的侧向支承，或适当加大梁截面以降低弯曲压应力至临界应力以下。(4)局部稳定指梁的翼缘和腹板等板件不会发生局部凸曲失稳，在梁中主要通过限制受压翼缘和腹板的宽厚比不超过规定，对组合梁的腹板则常设置加劲肋以提高其局部稳定性。梁的截面选择一、型钢梁截面的选择型钢梁截面应满足梁的强度、刚度、整体稳定和局部稳定四个要求，其中强度包括抗弯、抗剪、局部压应力和折算应力。由于型钢截面的翼缘和腹板等板件常有足够的厚度，一般不必验算局部稳定，无很大孔洞削弱时一般也不必验算剪应力。局部压应力和折算应力只在有较大集中荷载或支座反力时计算。型钢梁设计通常是先按抗弯强度(当梁的整体稳定有保证或Mmax处截面有较多孔洞削弱时)或整体稳定(当需计算整体稳定时)选择型钢截面，然后验算其它项目是否足够，不够时再作调整。为了节省钢材，应尽量采用牢固连接于受压翼缘的密铺面板或足够的侧向支承以达到不需计算整体稳定的要求。按抗弯强度或整体稳定(b值可先估计假定)选择单向(强轴)弯曲梁的型钢截面时，所需要的截面抵抗矩为：2、腹板尺寸梁高确定后腹板高也就确定了，腹板高为梁高减两个翼缘的厚度，在取腹板高时要考虑钢板的规格尺寸，一般使腹板高度为50mm的模数。从经济角度出发，腹板薄一些比较省钢，但腹板厚度的确定要考虑腹板的抗剪强度，腹板的局部稳定和构造要求。从抗剪强度角度来看，应满足下式：3、翼缘尺寸由式5.2.1求得需要的净截面模量，则整个截面需要的惯性矩为：4.4 墙板的基本尺寸的确定墙板是支撑及其自动变速器所有附件的可移动机构。要保证拆装自动变速器方便、安全；重量要轻，便于移动；架子要有足够的空间安装。而且自动变速器每个总成之间要考虑它们之间的协调关系。考虑到这些方面的因素后要确定的一些自动变速器尺寸根据这些数据，大概确定架子的长高。这样架子的地面的结构就确定了。支撑自动变速器的部件是支撑板，支撑板固定在支承轴上，支承轴安装在墙板上。为了使墙板能够方便移动，须在架子上装轮子，因此在架子的4个侧面通过螺栓各连接两个轮子，使得架子和轮子连接牢固。靠近转盘这端安装有锁止装置，使得架子在任何位置都能停止固定。4.5 架子材料的选择确定架子的结构确定后，就需要准备材料，买材料时要考虑钢材的性能，同时也要考虑成本，再者还要考虑到其美观，通过到市场调查分析后，台架选用6060的方钢和5050的角钢组合制作。其规格如表一所示。受力比较小的底架就用50的角钢制作，其他的受力大的转架就用60的方钢制作。在转架与支撑板的固定处需要用轴连接。表一 钢材的尺寸规格60605050横截面图长度500567材料Q235Q2354.6墙板的强度与刚度的计算由于横梁是三个方向上尺寸相差不太多的箱体零件，用材料力学的强度分析方法不能全面地反应它的应力状况。目前，在进行初步设计计算时，还只能将横梁简化为简支梁进行粗略核算，而将许用应力取得很低。按简支梁计算出的横梁中间截面的应力值和该处实测应力值还比较接近，因此作为粗略核算，这种方法还是可行的。但无法精确计算应力集中区的应力，那里的最大应力要大很多。横梁的强度及刚度计算：（1）集中载荷 如对锻造液压机砧座的窄边，可看作集中载荷，受力简图如下：图中简支梁的跨度为立柱窄边或宽边中心距由砧座的放置位置而定。最大弯矩：Mmax = PL /4最大挠度：max = PL/48EJKPL/4GF各符号代表意义同前。 （2）均布载荷 一般是对砧座宽边或模锻，镦粗等情况，受力简图如下：最大弯矩为：Mmax =PL/4qL1/8式中： q 均布力，q =P/L1（N/cm）； L1 均布力分布宽度（cm）。若设L1 =2/3L，则最大挠度为：max =11/648PL/EJ +KPL/6GF最大弯矩为：Mmax =P/2最大剪力为： Qmax =P/21受力分析 横梁I-I截面受力图及剪力弯矩图。 均布载荷 图3-3 横梁受力图 在I-I截面上弯矩为： （3-13） 截面(-)剪力： （3-17） 2截面-强度计算 截面宽度 截面高度
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