牙刷自动直线式平磨毛一体机设计论文

仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 扬州大学广陵学院 本科生毕业论文 毕业论文题目 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 学 生 姓 名 仇 洋 洋 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械 81001 班 指 导 教 师 竺志大 完 成 日 期 2014 年 6 月 4 日 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 II 摘 要 牙刷平磨毛一体机 是提高效率，进行生产牙刷加工的设备。 工效比原来单一的机器操作提高了 3 5 倍 , 日完成量达 6 000 7 000 支牙刷 , 极大地满足了市场的需求 , 取得了较好的经济效益。本课题的目的就是为了使每个 流程之间联系起来，提高机械化程度，减少人工的参与，既能够减少成本又能够提高成产效率。 综合了以上考虑之后，我将本次设计的题目定为牙刷平磨毛一体机设计，设计中主要使用了 CAD、 Solidworks 等工程制图软件进行绘图和结构分析。并对一些重要的部件进行必要的计算和校核。 关键词：平磨毛一体机；设计；结构分析 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 III ABSTRACT Toothbrush flat sanding machine is to improve the efficiency ， for device production toothbrush processing.Efficiency than the original single machine operations increased by 3 to 5 times， the date of completion 6000 amounted to 7 000 Toothbrush in every day，great to meet the needs of the market.and achieved good economic.The purpose of this project is to make the link between each process, and enhance the degree of mechanization to reduce labor participation, both to reduce costs and to improve the efficiency of a production. After considering a combination of the above,I will be the topic of this design is ttoothbrush flat sanding machine design.Design of the main uses CAD, Solidworks and other engineering drawing software for drawing and structural analysis. And some important components necessary calculations and verification. Key words: Toothbrush flat sanding machine；Design；Structural Analysis 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 目 录 摘 要 ABSTRACT 第 1 章 绪 论 1.1 课题背景和研究意义 1 1.2 近代牙刷的发展历程 3 1.3 国内外牙刷自动直线式平磨毛一体机的状态 3 1.4 本课题的立题依据 4 1.5 本课题研究的内容 4 第 2 章 牙刷自动直线平磨毛一体机的结构及工作原理 2.1 平磨毛一体机的布局以及总体结构 5 2.2 平磨毛一体机的工作原理 6 第 3 章 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计方案选择确定 3.1 设计方案的选择 7 3.2 各方案之间的对比以及确定 7 3.3 牙刷 磨毛机构以及平毛机构传动方式的选择确定 8 3.4 本章小结 心得 10 第 4 章 牙刷上下料随行夹具间隙运动系统分析及 设计计算 4.1 牙刷上下料随行夹具链传动链的选择设计计算、带传动带的选择设计计算以及注意事项 11 4.2 槽轮机构的设计以及分析计算 15 4.3 减速器蜗轮蜗杆传动的载荷计算和强度校核 16 错误 !未定义书签。 4.4 牙刷上下料随行夹具链传动的运动，平磨毛机构的运动分析计算以及它们的联系 19 4.5 本章小结心得 27 参考文献 28 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 总结与展望 29 致谢 30 附件图 31 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 1 第一章 绪 论 1.1 课题背景和研究意义 公元前 3500 年，巴比伦人挑选富有香气的细根树枝末端嚼松软，形如刷毛，用于刷牙，另一端则削成尖头，方便剔牙。公元前 3000 年苏美人乌尔城邦的国王墓穴中就曾发现过清理口腔用的最早工具 -牙棒。中国大约在公元前 1600 年就有牙刷和刷牙了，公元 15 世纪已经有了如今牙刷方式的雏形。唐代开始，人们用柳枝做成刷，蘸药水揩齿，这就是早期牙刷、牙 膏的雏形。宋代，人们主张每日早晚用柳枝揩牙两次。到了元代，一般人用柳枝当做牙刷，参合中草药制成的揩齿粉末刷牙。公元 16世纪，中国人利用西伯利亚山猪毛和竹子或骨骼做柄发明了史上第一支真正的牙刷，人们用竹子做柄，附着野猪毛，这样的牙刷就是今天牙刷的祖先。世界上第一支牙刷，长 16.5cm 宽 1.1cm 厚 0.2cm 共三排 31 孔，中间为 11 孔，两边为 10孔，孔直径为 0.22cm 整体为骨质结构，头部和尾部为眼观见骨。 20世纪 30 年代，Wallace H Carothers 在杜邦实验室发明了尼龙，尼龙成为现代化的标志，这 个发明永远改变了牙刷的历史。 建国初，刷柄使用有机玻璃和赛璐珞， 60 年代开始采用聚苯乙烯（），刷毛改用尼龙丝，少量用白猪鬃。 PS 和尼龙丝开始依靠进口，后随着国内化工原材料工业的发展采用国产料，产品档次有所提高。建国前，各厂生产的牙刷一直分散经营，自产自销： 1950 年起大部分由中国百货公司上海采购供应站统购统销。毛刷管是用挤出成型的方法制造的，制造工艺：将颗粒状或粉状塑料置于注射机料筒内加热，使其软化后用推杆或旋转螺杆连续从模口挤出（模口的形状即为所需制品的断面形状，长度视需要而定），冷却后即为所需的制品。 这种方法通常用于加工连续的管子 ,棒材或片状制品。刷毛的选择应软硬适中，或稍软的。但要注意，太软的刷毛易刷不干净。刷毛多用尼龙丝制成，可分为两种 普通丝和杜邦丝。杜邦丝弹性较好，不容易倒。磨毛处理也很重要，刷毛在切割后，如果没有经过圆滑处理，容易因太过尖锐而造成伤害。把刷毛尖磨圆的磨毛牙刷，可防止这种伤害，对牙龈保护作用更强。市场中牙刷主要分为普通牙刷和电动牙刷。目前 ,市场上大多数厂商生产和销售的都是普通牙刷。市场上普通牙刷的价格从两元到四十多元不等。不发达地区及农村主要是售价为 5.00 元以下的牙刷 ；而 10.00 元以上仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 2 以大城市为其主要市场。电动牙刷相对普通牙刷来说 ,价格高很多 ,从 50.00 元至1200.00 元不等。低价的电动牙刷一般是电池型。 普通牙刷组成： 牙刷把 刷头 手柄 牙刷毛。普通牙刷的原材料：牙刷把：聚苯乙烯，牙刷把上软软的部分 ：弹性橡胶粒子，牙刷毛：目前的刷毛多用尼龙丝制成。可分为两种普通丝和杜邦丝。压线：铝或铜。生产牙刷需要的设备为注塑机，植毛机，打磨机。牙刷生产工艺流程：注塑、植毛、平毛、打磨处理、检测、包装。其中，注塑：将颗粒状或粉状塑料置于注射机料筒内加热，使其软化后用推杆或旋转 螺杆连续从模口挤出（模口的形状即为所需制品的断面形状，长度视需要而定），冷却后即为所需的制品 .植毛：就是将牙刷的毛送到牙刷柄中去，植毛后要把毛切成各种需要的形状。打磨处理：刷毛在切割后，如果没有经过圆滑处理，容易因太过尖锐而造成伤害。把刷毛尖磨圆，可防止这种伤害。以及拉应力检测和对牙刷进行包装。 牙刷的需求量与人口的数量是呈正相关关系的。中国及全球的人口数据表明 ,近 五年来 ,牙刷的需求量是在不断增长中的。联合国人口基金会日前发表的 2010 年世 界人口状况报告显示 ,目前世界人口总数为 69.09 亿。而按照口 腔卫生要求 ,一把 牙刷使用时间最好不超过 3 个月。那么每人每年应购买 4 支牙刷 ,按该数据计算 , 牙刷的使用总量应该为 276.36 亿支 ,除去部分落后的不使用牙刷的群体以及婴幼 儿和无牙老年人 ,全球牙刷的理论使用量约为 200 亿支。这与 2010 年全球的牙刷销 售量 62.08 亿支相比较 ,那么目前全球牙刷的市场空缺约为为 138.924 亿支。从以上 中国和全球的牙刷总销售量及总销售量的数据中可以看出 ,近三年牙刷的销售量处 于持续增长中 ,但是增长幅度不大。各个牙刷厂商进行激烈的竞争抢夺缓慢增长的现 有市场。但是 ,由 2010 年 全球的牙刷销售量 (62.076 亿支 )以及全球人口总数 (69.09 亿人 )计算 ,平均每人每年的牙刷拥有量仅为 0.898 支 ,每人的拥有量还不及 1 支。可 见 ,未开发的牙刷市场空间非常大。从 2006 年至 2010 年的社会消费品零售总额变动 情况以及居民收入状况数据中 ,我们可以看出 ,随着生活水平的提高 ,人们在消费品 上的支出也随之增加了 ,在这些消费品中 ,牙刷所属的日用品类在 2006 年至 2010 年 间增长了 25.1% 。由此 ,我们可以推测牙刷的潜在需求量是在不断增长的。而如果企 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 3 业能采取一定的措施将部分潜在需求转化为实 际销售量 ,那么企业的业绩将会得到 很大的提升。 1.2 近代牙刷的发展历程 1、 通用型和特异型保健牙刷。既符合卫生标准又不损伤牙齿和牙龈。 2、指套式牙刷：适用于婴幼儿。 3、电动牙刷：有洁齿及按摩牙龈的作用，效果均比普通的牙刷好。 4、声波牙刷：一分钟 3 万次的冲击力。清洗牙齿上的污垢和食物残渣。 5、电离子牙刷：刷牙时可发出一系列微量元素和阴离子，有消炎杀菌作用。 6、磁性保健牙刷：利用磁场（磁场强度高达 1500 高斯）起保健按摩、清洁口腔同时可达到消炎止痛、活血固齿的功效。 1.3 国内外平磨毛一体机的状态 据统计 ,目前我国牙刷行业中的生产企业有 300 多家。鉴于高露洁、佳洁士等一 些国际品牌占领了大部分市场 ,而一些个体私营企业由于开发力度不够 ,产品只能以 低价面向低收入消费群体 ,以及一次性牙刷市场。我国大多数中小企业虽然有一定的 实力 ,但主要是开发国内市场 ,没有外销市场 ,或者有外销市场 ,但五分之二的生产能 力用于贴牌加工 ,而对自己的品牌开发、宣传力度不够 ,市场拓展力度不大。行业中 的很多企业开发投入不足 ,产品品种不多。 我国目前也是制造牙刷的出口大国。但是生产现状却不是那么乐观，这是多种原 因造成的。首 先我国是劳动密集型国家，而且牙刷制造的工艺流程中每道工序之间 是相互独立的，有其先后顺序，也突出每一道工序的重要性，每道工序之间都存在 半成品要人工上料和下料的问题，这种问题有利有弊，首先这大大解决了我国机械 行业劳动就业的问题，但是这道工序比较呆板，机械，不能充分调动员工的加工积 极性，所以我国目前现在大量在做牙刷上料和下料的机械手，一方面提高了加工效 率 ,另一方面降低了成本，从而提高了牙刷的销售利润，而且每道工序之间半成品流 动运输 ,周转都导致生产率低，同时半成品占据厂房空间大，间接地提高了成本，相 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 4 对于欧美发达国家，牙刷制造的质量不稳定，工人劳动强度大，工作环境噪声，橡 塑气味都影响工人身体健康。众所周知，牙刷的利润很低，对于上述我国牙刷制造 设备以及工艺的落后状态，我们要通过自身的努力设计制造先进的牙刷制造设备， 来弥补不足。首先设备要简单好操作，成本低，工人劳动量小，且劳动生产率高， 其次要提高每道工序半成品之间的流转速度，减少厂房的压货利用率，还要在加工 工艺上有所改进，减少原料的浪费，主要还是要向国外多学习学习，借鉴借鉴，取 其精华，从而提高自身的自动化水平，以自身的优势在牙刷制造方面挤进世界 前列， 超越先进国家，将中国变成牙刷制造强国。 1.4 本课题的立题依据 牙刷是我们日常生活中离不开的口腔卫生工具，在调查问卷中，有 44.4%的人坚持早晚刷牙。每天早上起床后第一件事就是刷牙，睡觉前的最后一件事也是刷牙。在如今的生活中，刷牙不再仅仅为了口腔卫生，还能提高一个人的个人形象。 牙刷生产过程中毛植入刷炳后，刷炳上的毛是不整齐的，同时，毛的端头部（直接与人的牙齿接触的）是带有棱角的，不能直接接触人的牙龈和牙齿的，所以需要进行平毛和磨毛。 而平磨毛一体机的出现则大大的减少了牙刷对人类牙齿的伤害，是牙刷生产 中的必要环节，也 极大地满足了市场的需求。 综上所述，选择“牙刷自动直线平磨毛一体机 设计 ”这个题目，这个平磨毛一体机主要用于在扬州艾萨克科技有限公司生产牙刷。 1.5 本课题研究的内容 牙刷生产工艺流程：刷柄注塑、注胶、切毛、植毛、平毛、磨毛、包装。牙刷生产过程中毛植入刷炳后，刷炳上的毛是不整齐的，同时，毛的端头部（直接与人的牙齿接触的）是带有棱角的，不能直接接触人的牙龈和牙齿的，所以需要进行平毛和磨毛。设计要求： 38-50 支 /分钟。 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 5 第二章 平磨毛一体机的结构以及工作原理 2.1 平磨毛一体机的布局以 及总体结构 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 6 整台机器的框架布局结构如图所示。 2.2 平磨毛一体机的工作原理 下面介绍这台机器的运动原理：右下角的总电机通过带传动将速度传给减速机， 减速机与槽轮机构以及牙刷的链传动之间是同步带传动，槽轮机构一方面与牙刷的 链传动形成间隙运动，另一方面伸出一根轴连接曲柄连杆，曲柄连杆与平毛装置相 连，使得平毛装置在滑槽内左右滑动，在平毛装置里有滚刀，用一个独立的电机通 过带传动与其相连，实现剪毛，再往左，就是磨毛装置，在第二章已述，这台机器 主要是实现平毛磨毛的功能，当然在整个加工过程中还需加入 粉尘吸收装置，这样 有利于保护环境，当然还有卸料装置等等。 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 7 第三章 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 方案选择与确定 3.1 设计方案的选择 方案一：牙刷采取直线式平波带传动 方案二：牙刷采取直线式链传动 3.2 方案一和方案二对比以及确定 方案一：牙刷采取直线式带传动。首先带传动 适用于中心距较大的传动 ， 结构简单，成本低廉 ，但是 传动的外廓尺寸较大，需要张紧装置，由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比，带的寿命短，传动效率较低。 缺点与优点相比，缺点的弊仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 8 端更 大，因为零件之间的摩擦和带的寿命短，导致带传动不能承受长时间的运动，另一方面会使牙刷生产的效率大大降低。 方案二：牙刷采取直线式链传动。这种设计相对带传动而言，比较繁琐，但它有带传动没有的优点，比如 链传动可把动力传导到较远的距离，能够相对容易地得到不同的传动比（链轮直径可以自由选择）， 而且 传动效率高，不易打滑 ， 寿命比带传动长 。 在相同功率条件下，链传动比带传动结构紧凑，并适用于低速、重载下工作。 结合整台机器考虑，采用方案二。因为这台机器主要是实现牙刷的平磨毛，首先选取传动方式的材料寿命要长 ，而且传动效率要高，能够保证牙刷的生产效率。 3.3 牙刷 磨毛机构以及平毛机构传动方式的选择确定 3.3.1牙刷磨毛机构传动方式的选择确定 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 9 磨毛头是由两个运动复合而成的，第一个运动：每个磨毛器下面都有一个电机，电机与磨毛器中间的软轴相连，控制磨头的自转，第二个运动：是通过一个总电机，用链通过张紧轮与其他电机相连，从而实现磨毛装置的公转，而且相邻两个磨毛器的方向相反，正是这两个运动的组合实现牙刷的磨毛。 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 10 3.3.2牙刷平毛机构传动方式的选择确定 牙刷的平毛刀口的运动是由两个运动 复合而成的，第一个运动是通过曲柄连杆带动平毛装置在直线滑槽中往复运动实现平毛，另一个运动是平毛装置中的滚刀通过一个独立的电机与其的带传动，带动滚刀做圆周运动，从而实现剪毛。 3.4 本章小结心得 这一章主要研究了自己课题的设计方案，通过自己查资料，和同学交流以及请 教老师，确定了牙刷运动的设计方案，而且这台机器主要是要实现牙刷的平毛和磨 毛，是牙刷生产中必不可少的一个环节，顾名思义，还有平毛，磨毛装置需要设计， 通过工厂的实习和参观，也得益于老师的帮助，设计出了平毛磨毛装置，至此，整 台机器的设计差不多了，整 体框架也浮现在脑海中。设计及方案的选择中还遇到好 多问题，例如要选择怎样的零件才能使自己的设计合理，能更好的运用到工程生产 中，这样的想法就为后来的机构的计算打好了基础，只有通过设计计算，才能选择 有利于设计的零件。 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 11 第四章 牙刷上下料随行夹具间隙运动系统分析及设计计算 4.1 牙刷上下料随行夹具链传动链的选择和带传动带的选择设计计算以及注意事项 4.1.1牙刷上下料随行夹具链传动链的选择设计计算 1.选择链轮齿数 因为传动比是 1:1，所以取链轮齿数 Z=27. 2.确定计算功率 查机械设计手册得 aK =1.0， zK =0.92，双排链，则计算功率为 PKKP zaca =1.0*0.92*3KW=2.76KW 3.选择链条型号和节距 根据 caP =2.76KW 及 n=30r/min 查的，可选 20A 1.链条节距为 P=31.75mm。 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 12 4.计算链节数和中心距 初选中心距 a=（ 3050） p=（ 3050） *31.75mm=952.51587.5mm.取 a=1500.相应的链长节数为pL=2a/p+(21 zz )/2=2*1500/31.75+27=121.48,取链长节数pL=122 节 5.计算链速 v，确 定润滑方式 V=（ nzp ） /(60*1000)=(30*27*31.75)/60000=0.43m/s 由 V=0.43m/s 和链号 20A-1，查手册应采用滴油润滑。 6.计算轴压力pF 有效圆周力为：eF=1000P/v=(1000*3)/0.43=6976N 链轮水平布置时的 压轴力系数pKf=1.15，则压轴力为pF=epFKf=1.15*6976=8022.4N 4.1.2 链传动注意事项 （一） 链传动的布置 链传动布置时，链轮必须位于铅垂面内，两链轮共面。中心线可以水平，也可以倾斜，但尽量不要位于铅垂位置。一般紧边在上，松边在下，以免在上的松边下 垂量过大而阻碍链轮的顺利运转。 （二） 链传动的张紧 链传动张紧的目的，主要是为了避免在链条的松边垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象，同时也为了增加链条与链轮的啮合包角。当中心线与水平线的夹角大于 60时，通常设有张紧装置。 张紧的方法很多。当中心距可调时，可通过调节中心距来控制张紧程度；当中心距不可调时，可设置张紧轮以恢复原来的张紧程度。张紧轮可以是链轮，也可以是滚轮。张紧轮的直径应与小链轮的直径相近。张紧轮有自动张紧和定期张紧，前者多用弹簧，吊重等自动张紧装置，后者可用螺旋，偏心等调整装置，另外 还可用压板和托板张紧。 （三）链传动的润滑 链传动的润滑十分重要，对高速、重载的链传动更为重要。良好的润滑可缓和冲仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 13 击，减轻磨损，延长链条的使用寿命。润滑油推荐采用牌号 32、 46、 68的全损耗系统用油。对于开式及重载低速传动，可在润滑油中加入22 ,WSSMo等添加剂。对于不便使用润滑油的场合，允许使用润滑脂，但应定期清洗和更换润滑脂。 （四） 链传动的防护 为了防止工作人员无意中碰到链传动装置中的运动部件而受到伤害，应该用防护罩将其封 闭。防护罩还可以将链传动与灰尘隔离，以维持正常的润滑状态。 4.1.3带传动带的选择设计计算 1.确定计算功率 caP 查手册得工作情况系数 aK =1.1，故 PKPaca =1.1*3=3.3KW 2.选择同步带的带型 根据 caP ， n查得选用 A 型。 3.初选带轮的基准直径 d并验算带速 V 1） 初选小带轮的基准直径 1d .查表得，取小带轮的基准直径 1d =75mm 2） 验算带速 V.带的速度 V=（ 3.14dn)/(60*1000)=(3.14*75*1440)/(60000)=5.56m/s 因为 5m/sV90 4.1.4 带传动注意事项 （一） 带传动的张紧 带传动运转一段时间以后，会因为带的塑性变形和磨损而松弛。为了保证带传动正常工作，应定期检查带的松弛程度，采取相应的补救措施。常见的有以下几种。 1.定期张紧装置 采用定期改变中心距的方法来调节带的初拉力，使带重新张紧。 2.自动张紧装置 3.采用张紧轮的张紧装置 当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张 紧。设置张紧轮应注意：（ 1）一般应放在松边的内侧，使带只受单向弯曲；（ 2）张紧轮还应尽量靠近大带轮，以免减少带在小带轮上的包角；（ 3)张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮的直径。 如果中心距过小，可以将张紧轮设置在带的松边外侧，同时应靠近小带轮。但这种方法使带产生反向弯曲，不利于提高带的疲劳寿命。 （二） 带传动的安装 各带轮的轴线应互相平行，各带轮相对应的型槽的对称平面应重合，误差不得超过 20。 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 15 多根带传动时，为避免各根带的载荷分布不均，带的配组公差应在规定的范围内（参见 GB/T 13575.1 92）。 （三） 带传动的防护 为安全起见，带传动应置于铁丝网或保护罩之内，使之不能外露。 4.2 槽轮机构的设计以及分析计算 1)槽轮的转角 1 =360/4=90，则拨盘的运动角 2 =180-90=90 取槽轮的中心距 L=140mm 2)槽轮轴心到槽口的长度： AO2 =Lcos45=99mm 3)拨盘曲柄长度 1R AO1 =Lsin45=99mm 4)滚子半径： 3r = 6/1R =99/6=16.5mm,取 16mm 5)锁止弧半径： HR hrAO 31=99-16-(0.60.8） *16=70.2mm，取 70mm 拨盘上锁止弧所占角度，以 AO1 为起始线两边各 2/ 角中无锁止弧。 6)槽轮上槽口至槽底深： Ls= AO2 -（ L- AO1 ） +3r =99-（ 140-99)+16=74mm 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 16 7）槽轮机构的动停比3122 zzttkjd 4.3 减速器蜗轮蜗杆传动的载荷计算和强度校核 1.选择减速器的类型 根据需要，选择的减速器型号为 WPS 型蜗轮蜗杆减速器。 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，硬度是 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。 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，先按齿面接触强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距 23 2 HpE ZZKTa （ 1） 确定作用在蜗轮上的转矩 2T 按 11Z ，估取效率 8.0 ，则 mmNmmNinPnPT 1528001015008.031055.91055.91055.9 612162262 （ 2） 确定载荷系数 K 因总做载荷较稳定，故取载荷分布不均系数 1K，查表选取使用系数 15.1AK ，由于转速不高，冲击不大，可取动载系数 05.1VK，则 21.105.1115.1 VA KKKK （ 3） 确定弹性影响系数 EZ 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故 21160 MPaZ E 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 17 （ 4） 确定接触系数pZ 先假设蜗杆分度圆直径 1d 和传动中心距 a 的比值 35.01 ad，查表得 9.2pZ （ 5） 确定许用接触应力 H 根据蜗杆材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于 45HRC，查表得蜗轮的基本许用应力 MPaH 268, 应力循环次数 82 1008.11 2 0 0 015016060 hLjnN 寿命系数 7427.01008.110887 HNK 则 M P aKHHNH 1992687427.0, （ 6） 计算中心距 mmmma 172.100199 9.21601 5 2 8 0 021.123 取中心距 mma 100 ，因 10i ，故查表取模数 mmm 5 ，蜗杆分度圆直径 mmd 501 。这时 2.01 ad，查得接触系数 74.2, pZ，因为pp ZZ ,，因此以上计算结果可用。 4.蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 轴向齿距 10；1 3 3.25 qmmpa 直径系数；齿顶圆直径 mmda 961 ；齿根圆直径mmd f 8.601 ；分度圆导程角 ， 361811 ；蜗杆轴向齿厚 mms a 5664.12 （ 2） 蜗轮 蜗轮齿数 102 z ，变位系数 5.02 x 蜗轮分度圆直径 mmmzd 5010522 蜗轮喉圆直径 mmhddaa 6682502 222 蜗轮齿根圆直径 mmhddff 3482502 222 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 18 蜗轮咽喉母圆半径 mmdarag 67662110021 22 5.校核齿根弯曲疲劳强度 FFaF YYmddKT 221 253.1 当量齿数 2.1031.11c o s 10c o s 322 zz v 根据 2.10,5.022 vzx，查得齿形系数 5.12 FaY 螺旋角系数 9 1 9 2.01 4 01 Y 许用弯曲应力 FNFF K , 查表由 ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 MPaF 56, 寿命系数 M P aM P aKFFN6.336.0566.01008.1 109 86 M P aF 2.319192.05.155050 152 8 0021.153.1 弯曲强度是满足的。 6.验算效率 v t an t an96.095.0 已知 361811 =11.31；vv farctan； vf 与相对滑动速度 av 有关。 m / s431.11c o s1 0 0 060 1 5 0 050c o s1 0 0 060 11 ndv a 插值法查得 1687.1,0204.0 vvf ； 带入式中得 86.0 ，大于原估计值，因此不要验算。 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/T 10089-1988圆柱蜗杆，蜗轮精度中选取 8级精度，侧隙种类为 f，标注为 8f GB/T 10089-1998。仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 19 然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度。 4.4牙刷上下料随行夹具链传动的运动，平磨毛机构的运动分析计算以及它们之间的联系 4.4.1 牙刷上下料随行夹具链传动的运动分析计算 该计算主要是验算设计的机器是否满足设计任务，牙刷平均 38-50支 /分钟。 1）选择的电动机为 Y 系列，型号为 Y100L2-4，额定功率为 3KW，满载转速为 1420r/min，同步转速为 1500r/min.即 r/min1500电n。 电机的输出扭矩 mNnPT 1.191500 395509550,因为电机和减速器之间是带传动，且传动比 1:1，所以减速器所需的扭矩 mN1.19 减T 2） 查取资料以及设计需要，选取的减速器的传动比为 1： 10 则减速器的输出转速 m in/1 5 0101 5 0 010 rnn 电减，即轴 3的转速 min/1503 rn 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 20 3） 轴 3和轴 4之间是通过带传动相 连，且 24,2443 zz，则 1134 i 由4334 nni ，得出 min/1504 rn 4） 轴 4和轴 5通过槽轮机构相连，且槽轮机构的动停比 31k ，则 m in/5031 5 05 rn 5） 轴 5和轴 6之间是带传动， 25.1,16,205665 izz 则 6） 由 m in/40,66556 rnnni 得出 ，即牙刷上下料随行夹具链传动的频率为 40r/min，此数值介于 3850之间，因此满足设计要求。 4.4.2 牙刷平毛机构的运动分析计算 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 21 1、初始条件 传 动 功 率 : )(12.0 kwP ， 小 带 轮 转 速 : min)/(30002 rn ，大带轮转速min )/(30002 rn ，传动比： 1i 2、选定带型和基准直径 设 计 功 率 kwP 12.0 ，带型为 PJ ， 工 况 系 数 1 ， 小 带 轮 基 准 直 径mmnPD 5.31)1 3 5 01 1 0 0(1 ，大带轮基准直径 03.3112 121 DnnDmm 有效线差 =1.2mm，弹性滑动率 =0.015 3、轴间距的确定 初定轴间距 mma 1000 ，所需带长 mma DDDDaL 96.3184 )(2 )(2 0 12210 选择标准带长 mmLe 450 ， 带长修 正系数 78.0lK ，实际轴间距 mma 52.175 4、带速、包角和带的楔数 带速 smnDv /95.46 0 00 0 3 0 005.316 0 00 01 小带轮包角 0020 6.1773.571180 a DD 包角修正系数 Ka=0.99 每楔带传递的 额定功率 P0=0.11kw 传动比功率增量 P0=0.01kw 带的楔数 Z=Ld KKPP P )( 00=4， K 包角修正系数 5、计算作用在轴上的力 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 22 有效圆周力： 310t vPF d 24.2N 作用于轴上之力： NFKFtrr 33.2 3 1s in 2 1 6、平带电机选择 （ 1）电动机类型的选择： Y 系列三相异步电动机。 （ 2）电动机功率选择： 传动装置的总效率： kw12.0总 电机所需的工作功率： kwPP 12.00 确定电动机滚筒转速：由于传动比： 1i ，且带轮之间没有减速装置，所以电机转速 min)/(3000 rn 确定电动机 型号：根据以上选用电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机：型号为 YS632-2，其主要性能：额定功率： p=0.25（ kw），额定转速：n=2840（ r/min），额定电压 380v 4.4.3牙刷磨毛机构的运动分析计算 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 23 1、 磨毛机的电机选择 （ 1）磨头电机的选择（实现磨头的自转） 已知磨头直径 mmD 1151 ，磨头孔直径 mmD 152 ，牙刷刷毛长度约 mmd 30 ，牙刷 3s从一个磨头移动到另一个磨头，一支牙刷需要经过磨毛机 600 次自转才能完成。 3s一个磨头需要的转 1 2 056 0 0a 总nn，则 m in/2 4 0 02012020 rnn 机，而该电机的选择对功率没有特殊要求。 所以磨毛机磨头的电机选用：三相异步电动机，电机型号 YS631-2，额定功率0.18kw，额定转速 2840r/min (2)主电机的选择 (实现磨毛体的公转） 主电机通过齿轮传动带动五个磨毛机转动，工作功率较小，所以确定电动机型号：型号为 Y132M-8，为减速电机，其主要性能：额定功率： p=3（ kw），额定转速：n=750（ r/min），额定电压 220v 2、 磨毛机齿轮传动设计 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 24 （ 1）磨毛机上主电机齿轮传动的计算 由装配图磨头之间的间隔可以确定齿轮分度圆直径 mmd 1601 ，传动比 1i ，主 电机的转速为 750r/min，且减速电机的复速比为 25，所以齿轮传动的转速为30r/min，即磨毛体公转的速度为 30r/min。 a）考虑此对齿轮传递的功率不大，故大、小齿轮都选用软齿面。大小齿轮选用 45 钢，调质，齿面硬度为 220 HBS。因是磨毛机用齿轮， 选 7 精度，要求齿面粗糙度 Ra1.63.2。 b）按齿面接触疲劳强度设计 因两齿轮均为钢制齿轮，所以由（ 8.28）式得 211 )( )1(43.76Hd uuKTd 确定有关参数如下： 齿数 z 和齿宽系数 d 取小齿轮齿轮 641 z ，则大齿轮齿数 646411 izz 转矩 mmNnpT 56161 1055.93031055.91055.9 查表得载荷系数 K=1.35。 e 许用接触应力 H ： N NThH SZlim 由表查得 M P aM P a HH 520,775 2l i m1l i m 应力循环次数 LN ： 711 1032.453 0 0161306060 hL rtnN 712 1032.4 iNN LL 查得接触疲劳的寿命系数 93.0,89.0 21 NTNT ZZ 通过齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数 0.1HS 。所以计算两仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 25 轮的许用接触应力 MPaS ZH NTHH 81.6 8 911l i m1 MPaS ZH NTHH 6.4 8 322l im2 将求得的各参数代入式： 11112 11 76.822 fSaFaF M P aYYzbm KT 22222 12 18.802 fSaFaF M P aYYzbm KT 故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够。 c)计算齿根传动的中心距 a mmzzma 160)(2 21 齿轮传动计算： 模数 m=2.5,齿数 z=64 ,齿形角 =20 ,齿高系数 h=1 ，螺旋角 =0 ， 齿 轮副仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 26 中心距 =160 0.052 假象齿数 z =64， 跨测齿数 k=8 ， 公法线长度 W*=57.593 （ 2）磨头转动速度分析计算 已知磨头自转速度 min/28401 rn ，磨头半径 mmr 60 ，牙刷长度 mmd 30 ，倾角015 ，高度 h=80mm 在磨头中心处对速度进行计算。 由于磨毛机存在主电机带动的公转，和其他电机带动的自转，所以我们不难画出磨头上速度分析图 磨头自转速度 smnrv /02 8 4 0014.32211 中 因为磨毛还有一个运动，就是磨毛的公转，此运动需要一个独立的减速电机，通过齿轮传动，将速度传给每根轴，磨毛公转所用的减速电机为 Y 系列减速电机 ,型号为Y132M-8，转速为 750r/min,而且减速电机的复速比为 25，所以输出的转速n=750/25=30r/min， min/302 rn 又因为齿轮传动的传动比为 1:1，所以磨毛体公转的速度。 smnrv /65.53003.014.322 2m i n2 smvvvvv /65.575c os2 212221 总 在磨头边缘处对速度进行计算。 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 27 smnrv /52.1 7 8 32 8 4 01.014.322 1m a x1 smnrv /99.1 5 1 52 8 4 00 8 5.014.322 1m a x2 smvvvvv /80.201975c o s99.151552.1783299.151552.178375c o s2 022212221 ，总所以磨头上的速度为 smvsm /80.2 0 1 9/65.5 总 4.5本章小结心得 该章节主要是对该机器主要机构的设计计算，查阅一些资料，遇到不懂得问题主 动问老师，自己也学到了很多，之前槽轮结构都不太清楚，可以说该机器槽轮机构 的作用是巨大的，主要是实现牙刷链传动的间歇运动，计算主要是要得到槽轮机 构 的停歇比。以及该机器上一些链轮，皮带的选择，他们之间的衔接是至关重要的， 一环套一环，因为要投入生产使用，要确保工作效率，我们主要的设计任务是要保 证牙刷平均 38 50支 /分，与之相连的平毛磨毛也要满足此要求。 仇洋洋 牙刷自动直线式平磨毛一体机设计 28 参考资料 1. 李绍炎 编著 自动机与自动线 清华大学出版社 2. 朱金生 凌云 编著 机械设计实用机构运动仿真图解 电子工业出版社 3.（美） MENG KING 李幼涵 编著 机器设计中伺服电机极驱动器的选型 机械工业出版社 4.（日）日本带传动专业技术委员 会 编 齐彬 译 带传动与精确传动实用设计 化学工业出版社 5. 邹慧君 张青 编著 广义机构设计与应用创新 机械工业出版社 6.（德）乌里希菲舍尔 等著 简明机械手册 湖南科学技术出版社 7.约瑟夫迪林格 等著 机械制造工程基础 湖南科学技术出版社 8. 孙亚彬 著 IE 与单元生产 厦门大学出版社 9.车洪麒 张素辉 编著 非标准机械设计实例详解 机械工业出版社 10.（美） Robert O.Parmley， ,P.E. 主编 邹平译 机械设计零件与实用装置 机械工业出版社 11.（美） Neil Sclater， Nicholas P.Chironis 编 邹平译 机械设计实用机构与装置图册 机械工业出版社 12. 黄颖为 主编 包装机械结构与设计 化学工业出版社 13.潘杰 主编