机械毕业设计（论文）-导辊除锈机床设计【全套图纸】2.doc

黑龙江工程学院本科生毕业设计全套图纸，加153893706第1章 绪 论1.1课题目的及意义 随着国民经济的发展，我国正在成为世界制造大国的一员，制造业中许多机械零件在加工过程中和存放等一系列的原因，会使其表面产生锈迹。零件的除锈技术的掌握程度直接影响产品的质量及外观。随着科学技术的不断进步与提高，产品在市场的竞争日益剧烈，对金属设备的零部件的表面质量要求越来越高。本发明原理可靠，结构简单，制作和运行成本低，效率高，可节省人力和财力，以取代现有的钢管钢筋的传送和清洗除锈设备。导辊可能需要装配橡胶筒等，或者导辊外圆需要处理（例如：喷漆、烤蓝等）。由于导辊管型材存储期间生锈，所以机械加工前要求进行有设计外圆除锈机床的要求，提高除锈的速度和质量，节约时间，提高经济效益。 1.2国内外钢管除锈技术发展概况1.2.1目前国内外除锈技术分析所谓除锈即除去金属表面上的腐蚀锈层。它是涂漆和其他表面处理的首道工序。方法有机械除锈、热除锈、化学除锈和电解除锈等。机械除锈法多种多样，方便易行，适用于各种构件和场合。例如：小型多量的部件可用滚筒；大面积除锈可用风动工具；结构复杂的设备可用喷砂机；最普通的是纱布或砂纸除锈。1、手工除锈 手工除锈的工具有榔头、铲刀、刮刀、钢丝刷等，一般厚的锈斑用榔头敲松再用铲刀铲出。劳动强度大，除锈效率低，一般0.20.5/h，环境恶劣，难以除去氧化皮等污物，除锈效果不佳，难以达到规定的清洁度和粗糙度，已逐步被机械方法和化学方法所代替。但在修船过程中，特别是对局部缺陷的修补，常采用此方法；对于机械除锈难以达到的部位，如狭小的舱室、型钢反面角隅边缘等作业困难区域，也多应用于手工除锈。2、机械除锈 机械除锈的工具和工艺较多，其中主要如下： （1）小型风动或电动除锈：主要以电或压缩空气为动力，装备适当的除锈装置，进行往复运动或旋转运动，以适应各种场合的除锈要求。如角向磨光机、钢丝刷、风动针束除锈器、风动敲锈锤、齿型旋转除锈器等，属于半机械化设备，工具轻巧、机动性大，能较彻底去除锈、旧涂层等，能对涂层进行打毛处理，效率比手工除锈大大提高，可达12m2/h，但不能出去氧化皮，表面粗糙度较小，不能达到优质的表面处理质量，工效较喷射处理低。可在任何部分使用，特别在修船过程中得到广泛应用。（2）喷丸（砂）除锈：主要以颗粒喷射冲蚀作用构成的以达到表面清洁和适宜的粗糙度，设备包括敞开式喷丸（砂）机应用较为广泛，能较为彻底地清楚金属表面所有的杂质，如氧化皮、锈蚀和旧漆膜，除锈效率高45 m2/h，机械程度高，除锈质量好。但由于磨料一般不能回收，对其他作业有影响，清理现场麻烦。所以环境污染较重，近来逐渐被限制使用。（3）高压水磨料除锈：利用高压水射流的冲击作用（加上磨料的磨削作用）和水撬作用破坏锈蚀和涂层对钢板的附着力。其特别事无粉尘污染，不损伤钢板，大大提高出除锈效率，可达15 m2/h以上，除锈质量好。但除锈后的钢板易返锈，须涂装专门的防湿除锈涂料，对一般性能涂料的涂装有较大影响。（4）抛丸除锈：抛丸除锈是利用高速旋转的叶轮将磨料抛向钢铁表面来达到除锈目的，是一种对船体钢料进行除锈的较为先进的机械处理方法，不仅生产效率高，而且费用低、自动化程度高，可实现流水线操作，环境污染少，但尽在室内操作。3、化学除锈化学除锈主要是利用酸与金属氧化物发生化学反应，而除掉金属表面的锈蚀产物的一种除锈方法，即通常所说的酸洗除锈，只能在车间内操作。我国钢管除锈技术是比较落后的，1965年以前，普遍事人用钢丝刷、砂纸和红砖除锈，效率低，质量差，劳动强度高，空气污染严重。后来，采用机械钢丝刷除锈，沥青防腐工厂预制化生产。对沿用管道使用寿命和提高经济效益起了一定作用。虽然，以后对这种方法几经改良和提高，但基本采用的抛丸除锈的沥青防腐，一直使用至今。这种情况与当前国外普遍采用的抛丸除锈和高分子合成材料防腐相比，落后一代。近年来，随着石油化学工业的飞速发展，并对钢管除锈涂料高分子合成材料大量出现，推动了普通钢管防腐技术的发展，并对钢管除锈质量提出了更高的要求见表1.1。在各种除锈方法之中只有抛丸才能达到这样高的等级。而目前采用的钢丝刷除锈的方法是无法达到的。这样在我国的钢管防腐技术中，出现了钢丝刷除锈质量差，满足不了合成高分子材料对除锈质量要求。国外各工业发达国家对金属表面处理质量极为重视，不但制定有完备的除锈标准，还有各种检测仪器和专门的检测人员，并普遍的采用了抛丸除锈工艺。美国西阿西克劳斯公司的钢管抛丸除锈装置，使用0.7mm钢丸，除锈速度为6.613.3mm/min；法国绝缘公司色当防腐厂的钢管抛丸除锈装置，除锈速度为1015mm/min。 表1.1 各种涂料对金属表面处理要求涂 料底漆干膜厚度表面处理程度描纹深度干性油和醇酸类酚醛和环氧树脂氧化橡胶乙烯类有机硅和有机硅丙烯酸脂改性环氧环氧酚醛类2323231212122424最好普通级至少普通级最好近白近 白0.75111.2511.2511.250.7510.75111.2511.25聚氨脂 双组分 单组分1223 近 白至少普通级11.2511.25厚膜衫里 改性环氧 环氧酚醛 聚 脂102010201020 出 白出 白出 白242424无机富锌 水 基 溶 剂 基 预 制352411.5 近 白最好近白近 白11.250.751.250.751 以前，抛丸技术在我国的使用只限于铸件清理、钢板除锈、钢材与机械零件表面强化，薄板成型和金属表面装饰等行业，关于钢管采用抛丸除锈问题，未见报导。1981年汉江石油管理局沙市制管厂为适应国外客商的钢管外表面除锈质量必须达到瑞典SIS除锈标准2.5级的要求，采用了喷丸除锈方法。用6把9毫升的喷枪清理7201420的螺纹管，除锈速度为0.220.44/min。喷丸是抛丸出现前的一个发展阶段，虽然除锈质量好，但效率低，耗能高，很快为抛丸所代替。在铸件清砂中，抛丸比喷丸效率高1520倍，喷丸比抛丸耗能高16.322.7倍。在船体除锈中的情况也如此表1.2。但是，喷丸以其特有的灵活性，至今还有很大的使用价值。在很多清理设备中，都是以抛丸为主 ，喷丸为辅助对固定的抛丸器清理不到的地方，由人工用喷枪清理。表1.2 抛丸和喷丸的对比表名称抛丸喷丸钢丸初速度（m/s）70806070单击消耗功率（kw）1040生产率(/h)80.375清理100时间1.256.67耗电量（kwh）12.5267 现在，随着中外技术交流活动的增加，对国外管道防腐技术有了更多的了解。大家公认，更新钢管除锈设备，研制钢管抛丸除锈装置，势在必行。石油管道科学研究院和石油管道第一工程公司联合研制的“4261020钢管抛丸除锈作业线”已于1984年5月14日在辽阳通过了石油部管道局的技术鉴定。在此之前北京市公用局管件厂和华北油田油建一公司也对钢管抛丸除锈技术做过研究。1.2.2 国内外现有的除锈设备当前，我国政府在改善生态环境方面积极努力，对各种工业污染的处理，取得了良好的效果。但在造船和修船工业领域，环境污染还存在死角，没有得到解决，随着环保力度的加大，必定会引起各方面的重视。以下从钢材表面除锈设备的使用对环境造成的污染，讨论表面处理设备对环境保护的作用及其发展趋势。我国工业起步比较晚，在技术水平方面与国外工业相比差距较大。目前，特别是钢材表面除锈的手段还是比较落后的，主要表现在除锈设备方面。1、手工除锈方法和设备手工除锈是最简单的、最原始的处理方法，其除锈效率很低、质量较差，现在已经逐步被淘汰，只是在船舶维修时还要用手工除锈。其操作工具主要是钢丝刷、刮刀、铁锤等工具，图1.1为钢丝刷除锈工具。利用钢丝刷等手工工具进行除锈，不仅效率低，而且对操作人员危害极大，如果操作人员仅依靠普通口罩进行保护，经过几个小时的工作后，鼻腔中就会沾满锈沉，长久以往，就会对人的呼吸造成严重的伤害；同时所产生的铁锈和沙尘还会注入环境中，对生物造成危害。 图1.1 钢丝刷除锈工具2、手工机械除锈的方法和设备手工机械除锈主要采用电动工具：如电动钢丝轮等工具进行除锈，图1-2为常见的质量较好的电动除锈工具。电动工具除锈是目前修船行业中使用最多的工具，其除锈效率要比手工除锈产生方法高很多倍，除锈质量也好许多，但还是达不到很好的除锈质量等级。由于采用机械工具操作，工作中产生的粉尘更大、粉尘的颗粒更细，也就容易进入施工人员的呼吸系统，对人员造成极大的伤害。其产生的锈沉也会进入环境中，对生物造成危害。目前采用的这种方法进行施工，常采用的保护措施是使用防毒面具保护，但常常由于不能及时更换吸尘材料而导致保护失效，从而对人员造成不可挽回的伤害。 图1.2 电动除锈工具3、干喷砂除锈方法和设备喷砂除锈是国际上公认的除锈效率高、除锈质量好的一种方法。其主要为封闭式除锈和敞开式除锈二类。在敞开式除锈中有可分固定式除锈，如工厂除锈车间，一般采用打型的除锈工具，固定在厂房内，这样的除锈方式主要由小型除锈效果好质量都较好，适用于钢材的批量处理；移动式除锈，主要由小型除锈设备组成，如可移动的空压机、压力灌、储砂灌、回收装置等。这里的除锈方法主要是干喷砂除锈，因此对人员和环境的危害与手工除锈方法相同，而对人体的危害更甚。 图1.3 喷砂除锈工具1.2.3国外除锈设备的新发展鉴于上述的几种新方法都或多或少的对人体和环境造成危害，因此，国内外都对这方面进行了多种和探索研究，发现除锈设备已有不少的改进，有的已基本达到对人体和环境无害的程度，主要有以下几种。1、回收式喷砂除锈设备 这种设备在原有的基础上进行了改进，再喷口位置加上了一个吸引装置，可在喷砂的同时将打下来的氧化皮、铁锈和沙子吸入回收装置，回收物进行处理后其沙子还可以继续使用。这样处理后，打下来的杂质和粉尘就不会到处飞扬，基本上不会对施工人员造成危害。但由于装置复杂，相对降低了除锈效率，特别是大型工程上使用时受到了限制，加上施工对设备的要求较高，很容易出现故障，因此目前还没有大规模推广使用。图1.4为回收式喷砂除锈机。 图1.4 循环回收式喷砂机2、喷砂除锈设备湿喷砂除锈设备是利用高压水夹砂除锈的，目的是减少粉尘飞扬，这种喷砂设备除锈效率较高，可以与干喷砂系统相媲美，同时可以减少粉尘污染，因此目前许多厂家正在想着方面发展。湿喷砂除锈系统存在的问题、虽然其防止了粉尘对空气的污染，减少了对操作人员的伤害，但其排放的铁锈和砂粒还是会随着排放系统流入到水域中，从而对水域造成危害；同时由于湿喷砂系统除锈后还需要防止刚才表面返锈，因此除锈完毕后必须立即进行表面干燥，在涂装防锈底漆来保护其已处理的表面。一般这种防锈底漆须由一定的带湿涂装功能，还必须有较好的防锈功能。图1.5为几种湿喷砂除锈机样品图1.5 封闭式湿喷砂除锈机3、高压水除锈设备高压水除锈设备无污染，真正满足环保要求，具有很高评价的除锈高压水除锈设备是技术含量相对较高的系统，效率。这种系统的缺点与湿喷砂除锈工艺一样，其目前国内还没有厂家生产，主要靠国外进口，除锈后处理工序要跟上，以防止钢板返锈。这种产品主要品牌有美国的F10w公司、Aqua公司以及德国Dyne公司。由于技术含量高、价格昂贵，因此在国内推广使用WOMA机械制造有限公司，采用这种系统后受到了一定的限制。图1.6为WOMA公司生产的以完全避免粉尘对施工人员和环境造成的伤害和高压水除锈设备。 图1.6 WOMA公司高压水除锈设备1.3本课题的任务及技术要求1.3.1 课题任务导辊可能需要装配橡胶筒，或者导辊外圆柱面需要处理（例如：喷漆、烤蓝等）。由于导辊管型材存储期间生锈，所以机械加工前要求进行有设计外圆除锈机床的要求，提高除锈的速度和质量，节约时间，提高经济效益。导辊除锈机床要实现导辊回转运动，刀具作直线进给并作回转运动。导辊装夹要实现自动定位、夹紧。导辊除锈机床满足生产效率高、静态动态性能好、结构简单、使用方便、维修容易、造型美观、耗能少、成本低的要求。设计尽量向低成本、高效率、简化操作、符合人机工程方向考虑。1.3.2主要技术要求 导辊轴加工长度： 4081700mm导辊管加工直径： 108 133 159 193.7 219导辊管加工长度： 2050mm 生产纲领：40万/年 （两班制，215天/年。负荷率85%，13.5小时/天 节拍=251135360040/万=30秒，设计为3035秒）。床身最大回转直径： 350 mm最大工件长度： 1600 mm最大切削长度： 2000 mm主轴孔径： 30 mm主轴转速范围： 40-1400min主轴电机输出功率： 1.5kw中心高 距床身： 400 mm距地面： 1130 mm第2章 导辊除锈机床原理及方案设计2.1导辊除锈机床的原理 注：1-电机 2-主轴 33-顶尖 44-工件 55-钢丝刷 6-刀架 7-滚珠丝杠 8-尾座主轴 9-油缸 10-步进电机 11-速调机构 图2.1 导辊除锈机床原理 导辊除锈机原理如图2.1所示：工件4通过支撑机构9支撑，有双顶尖3定位并夹紧，装夹后支撑机构9自动下降。电机1通过带传动带动主轴2旋转，从而带动工件运动。钢丝刷5在刀架6上回转运动，步进电机10带动丝杠7传递运动，并有丝杠7带动刀架体6直线进给运动，进而完成除锈。2.2导辊除锈机床的方案设计机床工业是机器制造业的重要部门，肩负着为农业、工业科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。设计机床的目标就是选用技术先进、经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。因此，从事机床设计的人员，应不断地把经过实践检验的新理论、新技术、新方法应用到设计当中，做到既要技术先进，经济效益好、效率高。要不断的吸收国内外的成功经验，做到既要符合我国国情，有要赶超国际水品。要不断地开拓创新，设计和制造出更多的生产率高、静态动态性能好、结构简单、使用方便、维修容易、造型美观、耗能少、成本低的现代化机床。设计本着以上原则进行，尽量向成本低、高效率、简化操作、符合人机工程的方向考虑。2.2.1导辊除锈机床的结构设计方案本次导辊除锈机床的结构设计选出了三种方案，各个方案优缺点及简图看表2.1.方案一、钢丝刷直线往复运动，导辊管不动，仿刨床设计除锈机床。方案二、钢丝刷直线运动，导辊管做回转运动，仿车床设计除锈机床。方案三、钢丝刷既作直线运动，又做回转运动，导辊管做回转运动，仿外圆磨床设计除锈机床。 表2.1 方案对比简图对比方案一钢丝刷做直线往复运动，对导辊管的外圆面除锈，空行程太多，造成时间的浪费。若钢丝刷往复运动过快，由于惯性作用，钢丝刷在行程终点若要静止，处理上不是很容易。方案二虽然钢丝刷运动空行程浪费时间太多的问题解决了，但是钢丝刷做直线运动，导辊管做回转运动，钢丝刷整体的磨损情况不一致，导致刀具的使用寿命下降。方案三没有空行程的问题，还延长了钢丝刷的使用寿命 方案一、钢丝刷做直线往复运动，对导辊管的外圆面除锈，空行程太多，造成时间的浪费。若钢丝刷往复运动过快，由于惯性作用，钢丝刷在行程终点若要静止，处理上不是很容易。方案二、虽然钢丝刷运动空行程浪费时间太多的问题解决了，但是钢丝刷做直线运动，导辊管做回转运动，钢丝刷整体的磨损情况不一致，导致钢丝刷的使用寿命下降。方案三、没有空行程的问题，还延长了钢丝刷的使用寿命。所以，本次设计采用了方案三作为本次课题的解决方案。2.2.2机床主要部件及其运动方式的选定主运动是动力源三项变频调速电动机通过同步带轮带动主轴旋转来实现的。进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，其动力有步进电机通过丝杠传递。考虑到生产效率以及生产的经济性，机床附件如油管等，以及标准件如滚珠丝杠、轴承等均匀选择外购形式。2.3本章小结本章对导辊除锈机床的工作原理作了简单的介绍并提出三种设计方案进行对比，最终采用第三种方案。第3章 结构设计3.1主轴箱结构设计图3.1是导辊除锈机床的主轴。主轴支撑是主轴组件的重要组成部件，主轴支撑是指主轴轴承、支撑座及其相关零件的组合体，其中核心元件是轴承。滚动轴承的主要优点是适应转速和载荷变动的范围大；能在零间隙或负间隙条件下稳定运转，具有较高的旋转精度和刚度；轴承润滑容易，维修、供应方便，摩擦因数小等。主轴是除锈机床的重要零件，要满足足够的刚度、强度，还要满足轴承、传动件等轴向定位的需要。主轴一般是阶梯形的轴。为了方便于装配，主轴直径从前端向后一次增加或是从中间向两端部逐段缩小，并且各阶梯之间应有退刀槽。本次设计采用主轴直径从前端向后依次增大。 图3.2是导辊除锈机床的主轴箱装配体。其基本原理是电动机4通过V带轮2进行传动带动V带1从而带动蜗杆6旋转，将运动传递到蜗轮5，之后通过蜗轮、蜗杆减速后使主轴获得需要的转速。1-轴承 2-套筒3-主轴 4-锁紧螺母 5-轴承挡圈 6-顶尖图3.1 主轴1-V带 2-带轮筒3-带轮罩 4-电机 5-蜗轮 6-蜗杆图3.2 主轴箱3.2刀架结构 1-钢丝刷 2-锁紧螺丝 3-前端盖 4-密封环 5-刀架 6-后端盖 7-主轴 8-步进电机 9-同步带10-吸尘罩图3.3 刀架剖视图 图3.3是刀架剖视图，其原理是动力源步进电动机8通过同步带9带动刀架7旋转，进而带动钢丝刷1 转动。刀架主轴7有主轴等零部件支撑。除锈过程中产生的锈尘很容易进入到轴承等零部件的间隙中，影响润滑，从而加速期磨损耗费，进而影响正常生产。密封环4起到防止锈尘等对安装在刀架内部的零件腐蚀，提高零部件的使用寿命。锁紧螺母2对密封环4有夹紧和调整位置的作用。吸尘罩10吸走大量锈尘，减少锈尘等对人体及机床的影响，净化工作环境。3.3尾座结构设计 1-顶尖2-主轴 3-轴承压盖 4-后主轴箱 5-推杆 6-“O”型图 7-油缸安装座 8-油缸 9-轴承 10-锁紧螺母图3.3 尾座结构 图3.3是导辊除锈机床的尾座结构。其原理为：尾座主轴2装配的零部件与主轴箱主轴相似。尾座主轴2上的轴承9由锁紧螺母10和轴承压盖3定位夹紧，“O”型圈6用来密封。工件有顶尖1定位夹紧后，后主轴2随着工件一起运动。推杆5在油缸8的作用下，清理工件内部。3.4溜板箱结构设计溜板箱是机床的重要组成部分，它具有纵、横向走刀进给和快速移动等功能，是工作最频繁的部件。溜板箱是将丝杠和光杠传来的旋转运动变成溜板的直线运动并带动刀架进给，控制刀架运动的接通、断开和换向。当机床过载时，能使刀架自动停止；还可以手动操作刀架移动或实现快速运动等。其结构简单，零件少，成本低，操作方便，使用灵活，并肩有纵、横向定程装置和保护装置，安全可靠。图3.4是导辊除锈机床的溜板箱。其原理为：刀架小溜板4由丝杠2带动作直线运动，从而带动刀架完成纵向进给运动，丝杠2的动力源为步进电机1.刀架小溜板4和刀架大溜板5间通过直线导辊和滑块6进行连接。滑块9和床身上的导轨相连，由丝杠螺母座8及步进电机共同作用，完成刀架的横向进给运动。1-步进电机 2-丝杠 3-丝杠螺母座 4-刀架小溜板5-刀架大溜板箱 6-滑块 7-导轨 8-丝杠螺母座 9-滑块图3.4 溜板箱 3.5床身结构设 1-滚珠丝杠 2-刀架丝杠螺母座 3-丝杠轴承安装座 4-同步带 5-步进电机图3.5 床身剖视图 1-尾座丝杠轴承安装座 2-滚珠丝杠 3-尾座丝杠螺母座 4-同步带 5-步进电机图3.6 床身剖视图 图3.5和图3.6是导辊除锈机床的床身结构设计。图3.6中，步进电机5通过同步电机4带动滚珠丝杠2进行旋转，进而通过尾座丝杠螺母座3带动尾座纵向移动。3.6本章小结本章对机床的总要组成部件进行了简单的阐述，并且对主轴箱、尾座、刀架、溜板箱进行结构设计及其各部件的运动原理。第4章 设计校核4.1主轴V带设计带传动是通过中间挠性件传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。在这种场合下，与应用广泛的齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本低廉等优点。因此，带传动是常用的传动。由相关材料1表12-1，选用电动机为Y1006 P=1.5KW n=940r/min P额定功率 n满载转速V带： （1）求计算功率Pc查相关材料2表8-9得 KA=1.2 KA带传动工作情况系数，故 PC= KA P=1.21.5KW=1.8KW （4.1）（2）选V带型号根据计算功率Pc和小带轮带的转速n1查相关材料2图812，选取A型带。（4） 验算带速V：查相关材料2表84 ，d1应不小于75，现取d1=106mm查相关材料1表132，v带传动，i=24，取i=2所以d1应取为：d1=106mm d2=2 d1=212mm=5.12m/s带速在525m/s范围内合适（5） 求V带基准长度Ld和中心距a由相关材料2式(827)：0.7(d1+ d2) a02(d1+ d2)得222.6a0636 初步选取中心距a0=1.5(d1+ d2)=1.5（106+212）=477mm （4.2）取a0=500mm 符合0.7(d1+ d2) a0120o确定包角合适（7）求V带根数Z计算单根V带的额定功率Pr由d1=106mm和n1=940r/min。A型带查相关材料2表86，P0=1.15Kw由n1=940r/min，i=2。A型带查相关材料2表87。P0=0.11Kw由相关材料2表88得Ka=0.98由相关材料2表83得 KL=0.99Pr=(P0+P0)KaKL=1.15+0.110.980.99=1.22 (4.6)计算V带的根数 取Z=24.2钢丝刷的计算 工件周进给速度，工件的旋转运动是外圆磨削的周进给运动，该运动的磨削用量是工件的圆周运动速度Vw，一般情况下，工件的圆周运动速度为砂轮速度的1/601/120， (4.7)=6.88m/s 所以工件圆周运动速度为412.6m/s825.2m/s 式中dw工件的直径 n w工件的转速 取Vs=450m/s ds=150mm= 955.4 r/min取电动机型号 Y132M16 功率4KW 转速960 r/min钢丝刷V带： （1）求计算功率相关材料2得 KA=1.2 ，故PC= KA P=1.24Kw=4.8Kw（2）选V带型号选用A型带根据PC=4.8KW，n=2890r/min 由相关材料2查出此坐标点位于A型区域，选用A型计算（3）求大，小带轮基准直径d2 d1由相关材料2得，d1应不小于75，现取d1=100mm d2=2d2=200mm（4） 验算带速V： (4.8) =15.12m/s 带速在525m/s范围内合适（5）求V带基准长度Ld和中心距a初步选取中心距a0=1.5(d1+ d2)=1.5（100+200）=450mm (4.9)取a0=400mm 符合0.7(d1+ d2) a0120o查找相关材料2确定包角合适（7）求V带根数Z今 n=960r/min d1=100mm 查相关材料2表86得额定功率P0=0.95Kw查相关材料2得： 由1=168o 查相关材料2得 Ka=0.98 查相关材料2得 KL=0.96所以Pr=(P0+P0)KaKL=1 （4.13）取整取5根4.3蜗轮、蜗杆的设计蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，它用于传递交错轴之间的回转运动和动力，通常两轴交错角为90度。传动中一般蜗杆是主动件。蜗轮式从动件。蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中。蜗杆传动的主要优点是能得到很大的传动比、结构紧凑、传动平稳和噪声较小等。查相关材料1表121选择电机 Y100L6 功率P=1.5Kw 转速n=470r/min 传动比i=401、选择材料并确定其许用应力蜗杆用45钢，表面淬火，硬度为HRC 4555 ，蜗轮用铸锡青铜ZCuSn10P1砂模铸造（1）许用接触应力，查相关材料2得 【H】=180MPa（2）许用弯曲应力，查相关材料2得 【F】=50 MPa2、选择蜗杆头数Z1，并传动效率 由i=40，查相关材料2得 Z2= iZ1=401=40由Z1=2，查相关材料1得，估计=0.83、确定蜗轮转矩T2 （4.14）=487660 Nmm4、确定使用系数KA，综合弹性系数ZE取KA=1.1 ； 取ZE=150 （钢配锡青铜）5、确定接触系数ZP假定 ，由相关材料2得 ZP=2.86、计算中心距a （4.15）=172.8mm7、确定模数m，蜗轮齿数Z2，蜗杆直径系数q，蜗杆导程角，中心距a等参数 由相关材料2表得 模数m=8mm，直径系数q=10所以蜗杆分度圆直径 d1=80mm （4.16）=200172.8mm合适 （4.17）导程角： （4.18） 8. 验算相对滑动速度Vs和传递效率蜗杆分度圆速度 =3.94ms齿面相对滑动速度与估计值接近蜗杆传动效率 按Vs=3.96ms，硬度45HRC，蜗杆材料为铸青铜，查表66得 Fv=0.024,Pv= 1.37由式69得 (4.19) 估计值接近 9.热平衡计算根据题意，取温室t=20，散热系数取ad=17w/mc，保证工作温度t080所需箱体散热面积为s=0.29m4.4主轴的设计与校核主轴是除锈机床的重要零件，要满足足够的刚度、强度，还要满足轴承、传动件等轴线定位的需要，主轴一般是阶梯形的轴。为了便于装配，主轴直径从前端向后依次增大或者是从中间向两端部逐渐缩小，并且各阶梯之间应有退刀槽。 1.初定主轴最小直径 轴的材料选择45调质，其主要的力学性能如下： 材料牌号：45 热处理：调质 毛坯直径（mm）:200 硬度（HB）：217255 抗拉强度MPa：650 屈服点MPa：360 弯曲疲劳极限MPa：270 扭转疲劳极限MPa：155 许用静应力MPa：260 许用疲劳应力MPa：180270 备注：应用最广泛根据生产纲领：40万年（两班制，251天年。负荷率85%，13.5小时/天，节拍=25113.53600/40万=30秒，设计为3035秒）。对直径d219mm，长度1600 mm的钢管进行除锈，刀具的进给速度v=l mm /s,所以Vc=53.33 mm /s,取Vc=50 mm /s。钢管的转速n的计算公式为：n=1000Vc/d=0.073rs-1=4.38rmin-1 为了保证除锈效果，取n=10r min-1。主轴的传递功率p=0.99KW 那么，主轴的最小直径初估d0为： （4.20）对于既传递转矩又承受弯矩的转轴，必须把轴的许用扭切应力适当降低，以补偿弯矩对轴的影响。 （4.21）圆整为60mm蜗轮的几个力：圆周力：Ft1=Fa2=2T1/d1轴向力：Fa1=Ft2=2T2/d2径向力：Fr1=Fr2=Fa1tan T2=T1i=487660Nmm T1=T2/ i=15239.4 Nmm Ft1=Fa2=2T1/d1=215239.4/80=38 N=Ft Fa1=Ft2=2T2/d2=2487660/320=3048 N=Fr Fr1=Fr2=Fa1tan=3048tan20o=1109 N=Fa d2=320mm L=200mm K=300mm弯曲应力校核强度： （4.22） （4.23）式中：Me当量弯矩，d根据转矩性质而定的折合系数，对不变的转矩， （4.24）解：（1）求垂直面的支承反力 （4.25）=1272.8N （4.26）（2）求水平面的支承反力 （图4.1a） （4.27）（3）绘制垂直的弯矩图 （图4.1b） （4.28） （4.29）（4）绘制水平弯矩图 （图4.1c） （4.30）（5）求合成弯矩图 （图4.1e） （4.31）（6）求轴传递的转矩 （图f） （4.32）（7）求危险截面的当量弯矩 （图g） （4.33）（8）计算危险截面处轴的直径轴的材料选用45钢，调质处理，由相关材料2查得 则 （4.34）考虑到键槽对轴的削弱，将d值加大5%故d=1.0543.7=45.960mm图4.1 主轴受力分析图轴校验完毕。4.5轴承的设计计算1、先求出当量动载荷P因该向心轴承受Fr和Pa的作用，必须求出当量动载荷P0，计算时用到的径向系数Y要根据Fa/Cor值查取，而Cor是轴承的径向额定静载荷，在轴承型号未选出之前暂不知道，故用试算法，据相关材料2得，暂取Fa/Cor=0.028，则e=0.02。因Fa/Fr=2219/6096=0.364e 由相关材料2得 X=0.56，Y=1.99由相关材料2得 P=XFr+YFa=0.566096+1.992219=7830N即轴承在Fr=6096N 和Fa=2219N 作用下的使用寿命，相当于在纯径向载荷为7830N作用下的使用寿命。2、计算所需的径向基本额定动载荷值由相关材料2得 （4.34）上式中 fp=1.1 相关材料2得ft=1（因工作温度不高），所以： 3、选择轴承型号查手册，选6213轴承，其Cr=57200N7830N Cor=40000N，故6213轴承的Fa/Cor=0.0555,与原估计接近。4.6滚珠丝杠副选择与校核4.6.1 滚珠丝杠副简介1-滚珠丝杠 2-滚珠螺母 3-滚动体 4-返回装置 图4.2 滚珠丝杠副结构图 如图4.2所示，滚珠丝杠副一般由滚珠丝杠1、滚珠螺母2、滚动体即滚珠（钢球）3及滚珠返回装置4四个部分组成。根据构造的差异性和类型的不同，其工作特性、传动精度和制造工艺也有所不同。一般的丝杠构造，除螺纹滚道法向截形有所不同外，各种类型丝杠的结构都差异不大，通常所用的滚珠丝杠副可分为单元弧滚道型面滚珠丝杠副和双圆滚道型面滚珠丝杠副。滚珠螺母的构造，主要与滚珠体循环装置（即反向器）采用的类型及调隙预紧的形式有关，一般可分为外循环、内循环及双螺母齿差式、双螺母螺纹式、双螺母垫片式和单螺母变位导程自预紧式等。另外，滚珠丝杠副还可以根据用途分为定位滚珠丝杠副和传动滚珠丝杠副。滚珠丝杠副传动就是指在滚珠丝杠与滚珠螺母旋合滚道之间放置相当数量的滚动体（滚珠）作为中间传动体，并借助返回通道，构成滚珠可在闭合回路中反复循环运动的螺旋运动。当滚珠丝杠或螺母传动时推动滚珠在滚道间形成滚珠链式的反复循环运动。这样，丝杠与螺母的相对运动就借助于滚珠链的作用，把滑动接触转化为滚动接触。所以，滚珠丝杠传动的运动机理可以概括为：以滚动摩擦代替滑动摩擦，而滚动丝杠副在机械传动中的作用是：将旋转运动变为直线运动，也可以将直线运动变为旋转运动。如图4.3所示，滚珠丝杠副的工作原理叙述如下：当螺母2（或丝杠1）传动时，在丝杠与螺母间布置的滚珠3依次沿螺纹滚道滚动， 1-滚珠丝杠 2-滚珠螺母 3-滚动体 4-返回装置 （a）外循环结构 （b）内循环结构图4.3 滚珠丝杠副原理图 同时滚珠3促使丝杠1（或螺母2）做直线运动。为了防止滚珠沿螺纹滚导滚出，在螺母上设有滚珠循环返回装置（反向器）4，构成一个滚珠循环通道。借助反向装置，滚珠沿滚道面运动后，经通道自动地返回其循环起始处，从而使滚珠能在螺纹滚道上继续不断地参与工作。4.6.2滚珠丝杠副的选择及校核 本次设计选择的是20055系列丝杠滚珠丝杠副刚度校核：滚珠丝杠选用之后，为了保证机床安装调试后能正常运转和工作，还要进行刚度、临界转速等方面的校验。1、滚珠丝杠的刚度校验滚珠丝杠副的轴向变形将引起丝杠稻城发生变化，从而影响其定位精度和运动平稳性，由轴向刚度不足引起的轴向变形量一般不应大于机床定位精度的1/2。如果变形量大于机床定位精度要求，应通过改用直径较大的丝杠、采用贴塑导轨、改变丝杠支撑方式或对丝杠进行预拉伸等措施来提高丝杠副的刚度。滚珠丝杠副的轴向刚度校核时主要考虑丝杠本身受拉压时的刚度K1，滚珠与螺纹滚道间的接触刚度K2和螺母的支撑刚度K3。具体校核方法可采用滚珠丝杠的总变形量小于允许变形量来进行，即。（1）轴向载荷Fa产生的轴向变形量F本设计机床，其纵向进给机构的滚珠丝杠副拟采用一端固定、一段铰支的支撑方式。它常采用于较长的卧式丝杠，可补偿热变形，但这种支撑方式的滚珠丝杠不能预紧，对于一端固定、一端铰支的支撑方式。 (4.45) 式中Lj为丝杠的计算长度，即轴向力和转矩作用处到固定支撑端的距离，Lj=1100mm。计算可得F=3.610-3mm。（2）转矩T产生的轴向变形量T mm (4.46)式中 T为螺旋传动的转矩， G为丝杠材料的切变模量， Ph为丝杠导程， Ip丝杠计算截面的极惯性矩， (4.47)那么计算可得T=0.04210-3 mm。（3）轴向载荷Fa使用钢球与螺纹滚道间产生轴变形变形量a由于本滚珠丝杠副采用了双螺母垫片预紧，则： mm (4.48) 式中 Kz为载荷不均匀系数，取1.2；Fp为滚珠丝杠、螺母间的预加载荷。Fp一般情况下，取Fp=Fm/3（Fm为当量载荷）。由上式计算得： mm（4）轴向总变形量 mm，取mm（5）刚度校核 丝杠的轴向刚度 Nmm由文献9可知，滚珠丝杠的许用轴向刚度K，对点位控制的数控机床，一般取1820104 Nmm，所以丝杠的刚度刚好能够满足要求，为了稳妥起见，应采取措施提高刚性；通过改进丝杠的支撑方式来提高丝杠刚度，把原来的一端固定，一端铰支改为两端固定的支撑方式，并在安装时对丝杠进行预拉伸，以抵消运行时因发热而引起的丝杠伸长。2、滚珠丝杠副的极限转速与允许转速nc研究滚珠丝杠副的极限转速的目的主要是避免滚珠丝杠副在高速运转时产生共振现象，使滚珠丝杠副正常运转，对于数控车床来说，滚珠丝杠的最高转速是指快速移动时的转速，如果丝杠轴的临界转速与丝杠自身的自振频率接近，就会导致强迫共振，影响机床正常工作，从自振频率角度考虑，临界转速：式中 K安全系数 L2支承间距离 丝杠材料的密度丝杠底径的横截面积丝杠底径的惯性矩f,表示与丝杠支撑形式有关的系数。一端固定、一端自由的支撑形式适用于短丝杠和垂直安装丝杠，=1.875，f=3.4；两端固定的支撑，适用于长丝杠和对刚度及位移精度要求较高的场合=4.307，f=21.9；一端固定，一端浮动的支撑，适用于长丝杠或卧式安装丝杠，=3.972，f=15.11112.本设计中，确定采用两端固定方式，则滚珠丝杠副的允许转速nc=4770r/min1200 r/min，符合实际要求。4.7本章小结本章对导辊除锈机床的主轴V带；钢丝刷的计算；蜗轮、蜗杆的设计；主轴的校核；轴承的设计计算及选用的滚动丝杠作了校核。 结 论 本文阐述了除锈机床国内外目前的发展状况并作了简单的对比。我国工业