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本科毕业设计 题 目: 便携式现场快速修复镗孔机的结构设计 英文题目: Structure Design of Boring Machine Rapid Repair Portablefield 院 部: 机电工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 姓 名: 王 琪 学 号: 20110460119 指导教师: 殷淑芳 2015 年 5 月 15日毕业设计独创性声明该毕业设计是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 作者签名： 日期： 年 月 日 毕业设计使用授权声明本人完全了解青岛滨海学院有关保留、使用毕业设计的规定，即：学校有权保留送交毕业设计的复印件，允许被查阅和借阅；学校可以公布全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存该毕业设计。保密的毕业设计在解密后遵守此规定。作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要便携式现场快速修复机是为现场镗孔而设计的。它体积较小，重量比较轻，镗孔的精度高，镗孔质量有保证；主要用于现场加工管道内孔、同心间隔孔、大型设备的通孔以及孔端面的加工及修复，适用于挖掘机、起重机、吊车等工程机械等轴孔的修复。便携式现场快速修复机最大的特点就是不受地点和空间的限制，矿场，工程现场等都可以方便的携带，随时随地的加工。镗孔机主要由主轴、转动电机、步进电机、镗刀、联轴器、支架结构组成。该设计主要介绍了镗孔机的总体设计方案。关键词：轴孔 修复 镗孔机 AbstractPortable on-site rapid repair machine is designed for on-site boring. It has the advantages of small volume, light weight, high precision boring, boring quality assurance; mainly used for processing and repairing hole site processing pipe hole, hole concentric interval, large equipment and hole end surface, and it is suitable for repairing the excavator, crane, cranes and other construction machinery axle hole.Portable on-site rapid repair machine is the biggest characteristic of regardless of location and space constraints, mine, construction site and so on can be convenient to carry, whenever and wherever possible processing. Boring machine is mainly composed of a main shaft, the rotating motor, stepping motor, coupling, boring, frame structure. The paper introduces the design of the overall design scheme of boring machine.Keywords： The Saft Hole Repair Boring Machine目 录前 言11 镗孔机的总体设计方案21.1镗孔机的简介21.1.1镗孔机的用途21.1.2镗孔机的工作过程21.1.3镗孔机的应用前景21.2镗孔机的工作原理21.2.1定位21.2.2对刀31.2.3粗镗31.2.4精镗31.2.5检测31.3 镗孔机的类型31.4 镗孔机的设计要求和参数确定41.4.1镗孔机的要求41.4.2镗孔机的参数确定42 镗孔机切削部分的设计62.1切削部分的简述62.1.1切削部分的介绍62.1.2切削部分的组成62.2 镗孔机镗杆的设计和计算62.2.1镗杆的介绍和选择62.2.2镗杆的尺寸设计82.2.3镗杆的装配82.2.4镗杆的强度计算校核102.2.5镗杆的安全系数计算校核122.2.6镗杆的刚度计算校核142.3镗孔机镗刀的设计和计算162.4镗孔机的固定装置162.4.1固定装置的用途162.4.2固定装置的注意事项173 镗孔机进给部分的设计和计算183.1进给部分的概况介绍183.1.1进给部分的工作原理183.1.2进给部分的组成介绍183.2步进电动机的设计193.2.1步进电动机的工作原理193.2.2步进电动机的选择193.3丝杠的计算设计203.3.1丝杠的原理及作用203.3.2丝杠的尺寸设计203.4联轴器的设计223.4.1联轴器的用途223.4.2联轴器的选择22总 结24参考文献25致 谢26青岛滨海学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计前 言随着时代的发展，挖掘机在各行各业中的应用越来越频繁，大规模的作业使得挖掘机的轴孔过度磨损，由于挖掘过程中还会夹杂泥土等杂物，使得轴孔的空隙越来越大，长久以此，挖掘机在工作时就会产生强烈的晃动，这大大减缓了挖掘机的工作效率。由于传统的维修方法复杂，耗费时间较多，不利于工作的有序进行，所以，有一个可以现场操作的便携式镗孔机就方便很多，它操作简单，便于携带，节约时间和成本。便携式修复机主要用作挖掘机等大型设备镗孔的现场修复，本文主要介绍修复机的结构设计，镗杆的设计，镗刀、轴承的选择。由于自己的知识经验有限，设计中难免存在不足之处，恳请各位老师能做批评指教，使自己取得进步。1 镗孔机的总体设计方案1.1镗孔机的简介1.1.1镗孔机的用途挖掘机在一些大量作业操作过程中，由于轴和轴孔之间的摩擦，会造成轴孔的变形，便携式镗孔机是对磨损失圆的轴孔进行修复的过程。1.1.2镗孔机的工作过程便携式镗孔机的主要修复过程操作比较简单，首先，先在变形的轴孔上均匀补上一层焊，使补焊之后的孔径小于原来的的标准孔径，然后再用镗孔机进行镗孔，从而使孔达到原来的标准尺寸。1.1.3镗孔机的应用前景便携式镗孔机用起来方便快捷，省时省力，节约成本，安全可靠，工作效率高，从经济效益的角度上来看，具有较高的市场应用前景。1.2镗孔机的工作原理镗孔机主要包括镗杆、旋转电机、步进电机、镗刀、丝杠、固定和支撑结构组成。镗孔机的工作过程可分为五个阶段：定位、对刀、粗镗、精镗、检测。先将镗杆进行定位，使孔和镗杆的同轴度相同，启动旋转电机，使镗杆进行旋转，然后启动步进电机，步进电机带动丝杠进行旋转，通过丝杠的旋转运动带动镗杆进行轴向的进给运动，从而对工件进行修复。1.2.1定位镗孔机在工作之前必须进行定位，保证镗杆与轴孔在同一同轴度上，这样加工才准确，工作过程才稳定。定位装置如图1-1所示。图1-1 定位装置示意图将此装置放于镗杆的两端，调节其中的丝杠来调节镗杆的高度，保证镗杆和轴孔在同一同轴度上。调节好以后，再从镗杆两侧分别套入十字镗模，并调整镗杆与孔的轴线重合。将其焊接到工件上，起到紧固的作用，同时减轻震动，减小误差。在对完刀以后可将定位装置拆除。1.2.2对刀首先启动镗孔机的变速电机，使镗杆进行转动，再启动步进电机，步进电机通过联轴器与丝杠连接带动丝杠转动，丝杠转通过螺纹套筒带动镗杆整体向前移动进行对刀。1.2.3粗镗启动变速电机和步进电机，使镗杆匀速前进行粗镗。目的是去除补焊，对孔进行加工。1.2.4精镗粗镗结束后，将镗杆的转速调高，进给速度保持不变，对孔精镗，提高孔的加工精度。1.2.5检测加工完成后进行检测，如果符合尺寸就可结束，如果尺寸相差过大，必须重新加工一次。1.3镗孔机的类型镗孔机的主要作用是对孔的加工修复，但是挖掘机转轴孔的大小也有多种多样，因此，通过查阅相关资料，对常规的挖掘机铲斗转轴孔来说，将镗杆的尺寸定为长1500mm,直径40mm。图1-2 镗孔机整体结构图1.4 镗孔机的设计要求和参数确定1.4.1镗孔机的要求1.保证支撑的高度和稳定度来适应各种环境，提高加工精度。2.镗杆的刚度和强度要满足要求。3.确保镗刀的硬度。4.圆锥滚子轴承要有足够的刚度来承受轴向力。5.定位准确，保证镗杆和转轴孔的同轴度。6.焊接固定要牢固。7.连接元件要保证稳定。8.确保供电的充足。1.4.2镗孔机的参数确定1.镗杆的确定 通过转轴孔的大小、间距和受力来确定镗杆的直径和长度。2.变速电机的确定 通过切削时镗杆的转速来确定。3.步进电机的确定 通过镗杆进给所需要的速度确定。4.固定装置的确定 通过镗杆的尺寸来确定。5.丝杠的确定 通过与步进电机相连的联轴器受力，尺寸确定。6.镗刀的确定 通过镗杆和轴孔的直径来确定，镗刀装在镗刀块上，方便调节。7.支撑结构 底座做成可伸缩的结构，有利于高度的调节。2 镗孔机切削部分的设计2.1切削部分的简述2.1.1切削部分的介绍切削部分是镗孔机的整个工作过程中比较重要的部分，也是它的中心环节，它主要的工作过程是电动机转动带动镗杆转动，步进电机转动带动丝杠转动，丝杠转动带动镗杆做轴向运动向前进给，镗刀固定在镗刀块上，镗刀块上安装镗刀，镗刀位置可以根据孔的大小来自由调节，之后对补焊的焊层进行切削，对孔进行修复。2.1.2切削部分的组成切削部分的主要零件结构图如图2-1所示。图2-1 切削部分零件结构图由上图我们可以知道切削部分主要组成结构包括镗刀、镗杆以及固定装置。镗杆起到传动作用，镗刀负责切削，固定装置起到定位和紧固的作用。通过与其他结构的相互配合来实现切削运动。2.2镗孔机镗杆的设计和计算2.2.1镗杆的介绍和选择镗杆是镗孔机的重要组成部分，通过镗杆的传动才能使镗刀顺利的切削。因为镗杆要传递动力，所以说镗杆在镗孔机的运行过程中起到非常重要的作用。由于镗孔机在工作过程中既要受到在变速电机带动下的转动运动，又要受到步进电机带动下的轴向运动，所以在对镗杆进行设计时要考虑多方面的因素，主要包括镗杆的材料选择、机构的设计、强度和刚度。因此，在保证正常转动的情况下，还要让镗杆可以稳定的进给。表2-1 钢的力学性能材料牌号热处理毛坯直径屈服点弯曲疲劳极限扭转疲劳极限抗拉强度硬度许用静应力许用疲劳应力Mpa 不小于 MpaMpa45正火25360260150610241244173200正火正火回火回火100100300300500500750300290280270240235225215140135130125600180560540170217162217156217240238224216160184156180150173143165调质200360270155650217255180180207从镗杆的受力、刚度、强度和耐磨性等方面，还有镗杆加工完成后要进行的热处理工艺方式，以及镗杆的制作工艺来考虑，要力求经济实惠，性价比最高的材料，既满足刚度、强度等受力问题，价格又不贵，综合多种材料和各地的物价来看，选用45号优质碳素结构钢，即45号钢1 ，（这里加了引用）这也是设计轴时比较常用的材料。45号钢的力学性能由表2-1可知。2.2.2镗杆的尺寸设计因为在设计中多个零件与镗杆相连接，因此，其他零件尺寸的确定都依赖于镗杆的尺寸，所以镗杆的设计必须要事先考虑好。通过搜集和查找资料对挖掘机铲斗转轴孔的尺寸以及轴孔之间的距离有一定掌握，根据它的实际情况和镗孔机的整体结构装配，镗杆的设计尺寸如图2-2所示。图2-2 镗杆尺寸示意图但是由于在实际作业中挖掘机的型号不同，所以铲斗转轴孔的尺寸也会有多种多样，这里设计的只是一种型号的镗杆，不同直径的轴孔设计不同直径的镗杆，这样就能保证在实际应用中镗孔机可以修复不同尺寸的挖掘机铲斗转轴孔。2.2.3镗杆的装配镗杆的运行是整个镗孔机工作的中心环节，必须要有良好的配合才能保证工序的稳定有序进行，所以，镗杆的装配连接也是十分重要的，图2-3是镗杆连接图。 图2-3镗杆连接图加工时，将镗杆与转轴孔找准在同一轴线上，将十字镗模从两侧套入，并且将镗杆固定住。这样技能保证镗杆的旋转运动，又能保证镗杆的轴向运动。在镗杆右侧套入一个圆锥滚子轴承，再从圆锥滚子轴承外部套装上轴承座，在轴承座底部安装支撑杆,这样保证轴承与轴承座顺利配合，镗杆可以顺利的做轴向进给运动，同时，也要保证支撑架构上的孔与轴孔和镗杆处于同一轴线上，保证切削的准确性。 图2-4支撑座定位调节装置示意图图2-4是镗杆定位时的定位调节装置，用来承载镗杆的部件，它的直径与镗杆的直径相同，定位时直接将镗杆安装在调节装置上即可，然后调节定位装置上的螺纹来调节镗杆的高度。该装置的主要作用就是调节镗杆的高度来实现镗杆与铲斗转轴孔位于同一轴线上，方便对刀。在固定装置焊接好以后，就可以将该装置拆卸下来。2.2.4镗杆的强度计算校核轴的强度校核方法可分为3种，在对轴的强度进行校核计算时，应该根据轴的受力情况，来选择相对应的计算方法，并且恰当的选择许用应力2。引用主要包括：(1)对仅受扭矩的轴按扭矩估算。(2)对仅受弯矩的轴按弯矩估算。(3)对既承受扭矩又承受弯矩的轴按弯扭合成力矩计算。由于镗孔机主要受到的是扭矩作用，所以就按扭矩进行估算。对轴的强度的强度校核时需要用到功率P和转速n，所以在计算之前应先将变速电动机选择好，通过查阅机械工程师设计手册电子版3，选定电动机型号为YS系列三相异步电动机，额定功率为1.5KW的电动机。因为便携式镗孔机的主轴转速不需要很快，所以设主轴转速为140r/min,之前设计的主轴直径为40mm,现在计算镗杆的扭转切应力是否符合标准的数值，若计算得出的扭转切应力小于许用扭转切应力，证明设计的镗杆的尺寸符合规定，若得出的数值与标准数值相差较大，则证明之前设计的镗杆的直径尺寸不符合规定，就必须对镗杆的轴径进行修改，然后再次验证是否与许用扭转切应力相吻合，如果吻合，那证明所设计的镗杆的直径是正确的，就可以正常的进行旋转镗孔。因为镗孔机的的镗杆为实心轴，所以由扭转强度计算公式得：因为已经设了镗杆的直径为40mm，键槽深度为5mm,所以扭转切应力得：T为轴受到的扭矩，Nmm为轴的抗扭截面系数，n为轴的转速，r/mind为镗杆的直径，mmP为电动机的额定功率，KW为轴受到的扭转切应力，Mpa为轴的许用扭转切应力，Mpa的值与材料的种类有关，不同的材料，的值不相同，常用的轴的材料值如表2-2。因为设计的镗杆主轴材料用的是45号钢，由表2-2可以知道45号钢的值为25Mpa45Mpa，上面求得的值为11.93，可以知道S，所以设计的镗杆主轴的疲劳强度符合标准。轴的静强度校核是为了评定塑性变形的抵抗力。静强度校核是根据在轴上作用的最大瞬时载荷，校核的标准也是SS。危险截面安全系数校核的公式为：式中 只考虑弯曲时的安全系数 只考虑扭转时的安全系数其中： 式中 、材料的拉伸和扭转屈服点（Mpa）；一般、轴危险截面上的最大弯矩和最大转矩（Nm） 静强度的许用安全系数、轴危险截面抗弯和抗扭的截面系数（）因为镗杆主轴的弯矩不考虑，所以通过查找机械工程师设计手册,由以上式子可以得出： 表2-4 扭转安全系数0.45-0.550.55-0.70.7-0.9铸造轴1.2-1.51.4-1.81.7-2.2.16-2.5通过表2-4与结果对比来看，所求得的SS，所以设计的镗杆主轴的静强度符合标准。2.2.6镗杆的刚度计算校核刚度是材料或零件在受力时抵抗弹性变形的能力。轴在内力的作用下，会产生弯曲或者扭转变形，如果变形量过大，超过了允许的范围，轴就会发生变形，影响设备正常稳定的工作，甚至会对机器造成性能上的破坏。所以，在对镗杆主轴进行设计时，刚度的检验是必须要进行的一个环节6。镗杆主轴的扭转变形用每米轴长的扭转角来表示,因为设计的镗杆主轴为实心圆柱轴，所以计算公式为：式中 T轴传递的扭矩，Nm d轴的直径，mm由上式可以求得： 轴的扭转刚度校核条件为 是每米长的允许扭转角通过表2-5和上面的计算结果可以得知，求得的，每米轴长扭转角小于每米轴长允许扭转角，所以设计的镗杆主轴的刚度满足要求，符合标准，可以在工作中正常使用。表2-5 轴的许用扭转角每米轴长许用扭转角一般轴0.5-1精密传动轴0.25-0.5精度要求不高的传动轴12.3镗孔机镗刀的设计和计算镗刀是镗孔机在工作过程中用来切削的重要组成部件，镗刀在切削过程中要承受很大的切削力，所以镗刀的设计必须要保证有足够的刚度、强度，还有包括在耐磨性等方面都必须达到足够的要求，这样才能保证镗孔机的正常运作，不至于在工作时造成镗刀的损坏，减少不必要的麻烦。通过查阅相关资料等，刀片的材料选用Cr2，这也是比较常见的刀片的材料。Cr2钢相较于碳素工具钢Cr的含量要相对高一些，而且Cr2钢在成分上和滚珠轴承钢GCr15相当。所以，它的淬透性、硬度和耐磨性相对来说要高于其他材料，刀片可选用菱形国际通用刀片，它的刀尖角是55，法向后角是7，厚度为3.97，圆角半径为0.40.1mm，根据精度要求，选用M级精度。可以确定刀片的型号为DCMT11T304-V17。已知刀片法向后角为7，刀片刃倾角为0，车刀的独立角度为62.5，刃倾角为4，预选后角为4。刀杆槽主偏角为62.5，刀杆刃倾角为-4，经过计算可得后角为3.99，跟预选后角大致相同，所以说，预选后角符合规定。镗刀选用镗刀块结构，这里需要选择的是转位镗刀块，使用转位镗刀块可以便于刀具的安装和拆卸，在镗孔时便于调节镗刀的位置，准确控制微调的量的多少，保证镗孔的精度准确8。镗刀块的结构包括刀片、刀垫、刀柄和螺钉等元件，刀片安装在滑动刀柄上，并用螺钉将其紧固，滑动刀柄通过纵向的螺钉紧固在镗刀块上，镗刀块的孔径选择40mm，上下偏差为+0.272和+0.112，镗刀块直接穿过镗杆主轴，并通过螺钉紧缩在主轴上，滑动刀柄上有调节刀柄位置的刻度，镗孔的范围是2mm-150mm，精度是0.01mm，通过调节刻度，来调节刀的位置，对孔进行加工。2.4镗孔机的固定装置2.4.1固定装置的用途镗孔机在切削加工的过程中，因为镗杆主轴要旋转，所以要承受比较大的扭转力，再加上还要保持进给运动，因此，还要承受比较大的径向力，而且在镗孔加工的过程中，肯定产生振动，采用固定装置可以将镗杆主轴有效的紧固住，减少镗孔加工过程中振动，保证镗孔机工作的有序进行。在加工开始前使用支架结构可以有效的调节镗杆高度，保证对刀的准确性，操作起来方便快捷，可以更有效的在现场使用9。2.4.2固定装置的注意事项镗杆固定的主要受力点是圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承选用352208E这一型号，内径为40mm，外径为80mm,主要材质为Cr,可承受的轴向力为128KN，因为设计的镗杆主轴直径为40mm,所以这里选用内径为40mm的圆锥滚子轴承，但是要带有一定的偏差，保证圆锥滚子轴承与镗杆主轴之间有一定的游走间隙，可以顺利的进行轴向的滑动，圆锥滚子轴承套在镗杆上时的注意事项：1)在加工制作连接架时，要保证每一个连接架的尺寸大小要相同，保证固定时的稳定性。2)在焊接连接架时，要保证连接架所成的角度相同，防止受力不均匀的现象发生。3）选用的制作连接架的材料必须要有足够的刚度和硬度，这样可以防止在将连接架敲下来得时候发生弯曲变形，影响下一次的使用。4）连接架在焊接时要焊接适当牢固，不可以太紧，负责加工结束后敲不下来，也不可以过于松懈，过于松懈在加工过程中容易震落10。3 镗孔机进给部分的设计和计算3.1进给部分的概况介绍3.1.1进给部分的工作原理进给部分也是镗孔机设计中的重要一个环节。镗孔机进给运动的工作原理首先是步进电机的转动来使得齿轮转动，通过齿轮的转动带动丝杠的转动，旋转电动机固定在带有套筒的一个平台上，平台底面两端分别焊接有两个套筒，分别套在连接固定镗杆主轴的竖直平台的两根光滑导杆上，使套筒和光滑导杆可以做相对的滑动运动，导杆的目的也是为了承载电动机的重量，然后通过丝杠和套筒的配合转动来使旋转电动机进行轴向的进给运动。同时，镗杆主轴和旋转电动机相连的部分要用联轴器进行连接，来保证运动的平稳性11。3.1.2进给部分的组成介绍图3-1，图3-2是连接结构和传动机构的结构图。 图3-1连接传动机构图 图3-2连接传动示意图如图3-2所示，主要的组成结构有：丝杠、滑杆、套筒、步进电机、支撑架、联轴器。镗孔机前段支架与地面连接，通过圆锥滚子轴承与镗杆的主轴相连接，在支架的中间部分有两根滑杆，滑杆上套有套筒，滑杆直接连接到后端的支架，主要用来承重，在后端支架上焊接上可以用来放置步进电动机的承重板，然后通过联轴器与丝杠连接，丝杠上有带有螺纹的套筒，通过转动可以带动电动机和镗杆进行轴向进给。3.2步进电动机的设计3.2.1步进电动机的工作原理步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。选择步进电机的好处是没有误差，结构简单，使用维修方便，而且步进电动机带动负载惯量的能力大，而且适用的速度精度要求不高12。3.2.2步进电动机的选择要确定步进电动机的型号，应该先计算步进电动机的负载情况。因为整体结构是丝杠驱动水平运动负载，所以计算公式为：T为负载力矩；M为负载重量； 为螺距；为效率；i为传动比，因为丝杠螺距没定，所以设为6mm，可通过后面设计验证是否合理，质量大约为50KG，效率为90%，可以得出负载力矩约为5.308Nm，可以选出步进电机型号为86HS85，步距角为1.8，静力矩为8.5 Nm,长度118mm,重量为3.8KG13。3.3丝杠的设计3.3.1丝杠的原理及作用丝杠在镗孔机的工作过程中起到传递的作用。它主要是将步进电动机的旋转运动转化为轴向的进给运动。3.3.2丝杠的尺寸设计表3-1 载荷性质载荷性质无冲击平稳运转一般运转有冲击和振动运转1-1.21.2-1.51.5-2.5 表3-1 滚道实际硬度滚道实际硬度58555045401.01.111.562.43.85 表3-3 精度系数精度系数1、23、45101.01.11.251.43可以将丝杠的行进的螺纹长度设为600mm，工作载荷约为5KN，直径为40mm,平均转速为100r/min,使用寿命约为15000h，材料为CrWMn,滚道的硬度为58-62HRC,传动的精度要求为0.03mm。载荷 额定动载荷 按照的原则，通过查表可知表3-4丝杠的型号规格型号公称导程丝杠外径钢球直径丝杠内径循环圈数动负荷FFZD5006-550648.93.96945.76526.4可选则FFZD5006-5型号的丝杠。因为镗孔机的丝杠固定是两端固定的，所以不会失稳14。滚珠丝杠在工作负载F和转矩T共同作用下的每个导程变形量为：A为丝杠的截面积为丝杠的极惯性矩G为丝杠切变模量P为公称导程T为转矩 Nm取F最大时 丝杠在工作长度上面的弹性变形引起的误差为： 一般来说，丝杠的导程误差小于传动精度的1/2,查表可知：15um刚度满足要求滚珠丝杠的传动效率为： 满足要求在90%-95%之间，所以选择的丝杠符合使用要求。求得的螺距为6mm，与设计前假设的吻合，所以步进电动机也符合要求,可以选用。3.4联轴器的设计3.4.1联轴器的用途联轴器的作用是把两个分离的轴连接到一起并且在运行过程中保证不能分离，而且在维修时拆卸简便。3.4.2联轴器的选择在对联轴器进行选择时要考虑以下几点：(1)对转矩大小的要求。(2)联轴器的制作成本和安装成本。(3)保证两轴尽量不发生相对的偏移15。首先，根据转矩公式可知，旋转电动机的功率和转速已知，K=1.7，所以T可知为332.17Nm，则Nm，通过查找机械工程师设计手册，镗杆主轴与旋转电动机相连的联轴器为弹性柱销齿式联轴器，型号为LZ3，Y型2562、40112。步进电动机和丝杠的连接也采用联轴器，已知所选型号的步进电动机T为8.5N,则Nm，为了方便连接连接，所以将丝杠前段做成阶梯式，轴承采用单列圆锥滚子轴承，尺寸为35mm。通过查找机械工程师设计手册，丝杠与步进电动机相连所选联轴器选为弹性套柱销联轴器，型号为LT2，Y型1432、1942。总 结经过几个月毫不松懈的努力，毕业设计终于在经过一步一步的量变最终达到了基本完成的质变，已经不只是简单的喜悦而是自我知识方面的提高。通过这次从头到尾完完整整的毕业设计，使我对知识的理解和掌握又向上提高了一个层次，并且对以前不明白和不了解的东西经过一开始的晦涩难懂，到现在有了一个新的认识和理解。本文是自动下料机的设计，使其结构、操作更加的简单便利。设计的主要内容包括了电动机的选择，传动系统的设计，电动机的选择，和自动下料机整体架构的概述，以及运用AUTOCAD对自动下料机整体结构的绘制。在毕业设计的过程中，通过在学校图书馆和中国知网上相关资料的查找，不仅使我的视野更加宽广，更使我对未来的职业规划有了一定的打算，让我在自己专业方面有了更加深入详尽的了解。毕业设计不仅仅是做到完成就可以的，更是帮助我们掌握好知识并实际应用到工作与生活中的一块良好的基石。毕业设计涉及的知识面很广，当我面对自动下料机这一课题一开始也是茫然无措的，因为发现虽然通过这几年的专业知识的学习，但发现自己还是懂的东西太少，掌握的知识太少，领悟到专业知识还有很多值得去深究去学习的内容。通过此次毕业设计，我懂得了一个道理：知识是一个积累的过程，不能急于求成，眼高手低，否则是不能取得进步的。万事开头难，从一开始拿到题目时的茫然，到经过不懈努力把毕业设计论文做成型，中间也是经历了许多各式各样的困难，许多不懂的问题都需要查找资料，询问同学，如果还有弄不明白的就需要请教指导老师。现在终于完成了，有一种如释重负的感觉。但是我发现知识光是学会了还是不够的，也要懂得投入到实际中去运用，只有真正能够熟练运用所学到的知识了才算是真正的掌握了这些知识。由于才疏学浅，这次毕业设计仍有很多不足之处，希望老师能批评指正。参考文献1 成大先.机械设计手册(第五版).化学工业出版社,2008.2 赵东博,张擎宇,陆文杰.现代矿业.马鞍山矿山研究院,2013.3 机械工程师设计手册电子版.4 纪名刚.机械设计（第七版）.高等教育出版社,2005.5 哈尔滨工业大学理论力学教研组.理论力学M.高等教育出版社,2002.6 黄常艺.严晋强.机械工程测试技术基础M.机械工艺出版社,2005.7 陆元章.现代机械设备设计手册.机械工业出版，19968 刘品,徐晓希.机械精度设计与检测基础M.哈尔滨工业大学出版社,2004.9 濮良贵,纪名刚.机械设计.北京:高等教育出版社,2006.10 刘美玲,雷振德.机械设计基础M.北京:科学出版社,2005.11 徐鄢.机械设计手册.机械工业出版社,1992. 12 杨晓辉.简明机械实用手册M.北京:科学出版社,2006.13 朱龙根.简明机械零件设计手册（第二版）.机械工业出版社,2005.14VDI Richtlinien 2230.Systematic calculation of high duty bolted joints with one cylindrical bolt,2003.15Erickson D.Belt selection and application for engineers. Marcel Dekker Inc,1997.致 谢时光飞逝，伴随着毕业设计的完成，4年的大学生活也即将画上句点。做毕业设计的这几个月虽然紧张，但是过的却很充实，会给我留意难以忘却的记忆。毕业设计作为毕业前对我们的最后的考验，是对我们的综合能力的测试和我们4年来的学习生涯的一次检验和总结。通过做毕业设计，做到理论和实践相结合，为我们以后的择业打下一定的基础，为我们即将步入社会的学生提供了宝贵的经验。在做毕业设计的期间，得到了指导教师殷淑芳老师和同学的很多帮助。在此，我要对殷淑芳老师和帮助我的同学们表示衷心的感谢。在做毕业设计的过程中，通过查阅资料，与同学讨论，使自己学到了很多知识，也培养了做事认识的态度，树立了信心，我相信这对我以后的工作生活会有很大的帮助的。成功不是一朝一夕可以完成的，是需要经过长时间的积累才可以达到。再次感谢老师和同学的帮助。这次的毕业设计我收获了巨大的知识财富，这将使我受益终身。25本科毕业设计（论文） 题 目:一种带钢自动送料装置的设计 学 院：_ 专 业：_姓 名：_学 号：_指导教师：_2016年5月16日 摘要 带钢自动送料装置作为加工板材的加工设备的一种，随着机械公司的逐步增多，带钢自动送料装置的应用越来越普遍。在经济全球化背景下，现代机械产品向着高精度、高自动化和高可靠性发展、具有机电结合和多学科技术结合的特点，纯机械的产品越来越少，而且更新换代速度越来越快。机械工业是一个国家的重要产业，机械工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开机械工业的发展。生产带钢自动送料装置的企业，必须充分考虑到在带钢自动送料装置运行中可能出现的问题，尽量使带钢自动送料装置的自动化程度越高越好，从而减少人工搬运工具的时间，国内带钢自动送料装置的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。带钢自动送料装置的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。 本次设计的题目是带钢自动送料装置的设计，主要由机架、上下托辊组件、张紧装置等组成，目前，国内带钢自动送料装置的研发也在朝着运行高速化、功能复合化、控制智能化的方向发展，廉价，简单，方便成为了国内外带钢自动送料装置的发展的主题。关键词：带钢自动送料装置；托辊；装置；主题 AbstractThe environment of global economic development, China industries affected by other countries advanced technology at the same time, foreign enterprises and brand spread to more and more Chinese has become an opportunity. Cap pressing machine in industry through a variety of ways have been working with the relevant technology, and constantly improve their own strength and core competitiveness, and narrow the gap with developed countries. In the new market demand, update the sleeve pressing machine is a pressing matter of the moment. The production of pipe pressing machine equipment manufacturing enterprises to fully tap the potential of the market, vigorously develop the sleeves of large low cost pressing special machinery and equipment, plays a positive role in the evolution of automatic assembly, the assembly of mechanical equipment. There is a large pipe equipment on equipment safety index has strict requirements of production. With the development of science and technology, interdisciplinary mutual infiltration, mutual exchanges between the various industry, extensive use of new structure, new materials, new technology, the sleeve pressing machine is large, efficient,reliable,energysaving.Keywords： pneumatic manipulator;cylinder;pneumatic loop;value 目 录摘要IAbstractII1引言1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义1 1.2 本课题研究的内容2 1.3 三维软件设计5 1.4 带钢自动送料装置的分类72带钢自动送料装置总体结构的设计10 2.1上料部分的设计13 2.2上下托辊组件的设计13 2.3 机械传动部分的设计计算13 2.3.1电机的选型计算14 2.3.2传动轴的设计计算16 2.3.3轴承的选型计算18 2.3.4键的选型计算19 2.3.5压缩弹簧的设计计算193带钢自动送料装置中主要零件的强度校核20 3.1 机架强度的校核计算20 3.2 轴承强度的校核计算214设计总结21结论22致谢23参考文献24 1 绪论1.1 课题的来源与研究的目的和意义 随着五金制造业的迅速发展，设备的不断更新，市场的激烈竞争，产品的多元化,加工工艺简化,品质,成本,效率显得由为重要,为了降低成本，提高效率, 优化劳动力，同时保证品质,必须改变原有设备功能,满足产品的要求,降低新增设备的成本，降低操作员的疲劳,更好的实现自动化。 本项目研制是带钢自动送料装置的设计,满足板材大件机床无法装夹,能提高设备的生产效率,能更好的降低成本,减少不良率,减小操作员的疲劳，同时也满足了产品加工工艺及尺寸要求，市场竞争能力提高。 我国生产的带钢自动送料装置结构简陋，送料效率始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的带钢自动送料装置的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，带钢自动送料装置的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的带钢自动送料装置势在必行！ 相信此种带钢自动送料装置的出现将会大大提高棒材的送料能力和质量，为企业的生产的年产能方面，以及经济效益方面能够带来显著的进步，同时也在某种程度上推进了机械工业的不断发展。 五金制造业市场产品的多元化样式越来越多,满足产品的加工能力的设备也越来越多，面对市场的竞争设备费用的昂贵,利润显得渺小,目前我公司已在大力推行更新此类设备，目前我公司在新上的锻件本体类及其它机加件类已开始应用此设备，使我公司的产量提高,设备得到了合理的应用,解决了一般设备无法满足的要求。我公司还同各设备厂家紧密合作，将此设备的加工性能提升到更高一台阶。另外我们相信采用此类为主要加工设备的将在五金行业里应用会越来越广泛,效率会越高。 1.2 本课题研究的内容 本次设计主要针对带钢自动送料装置进行设计，从带钢自动送料装置的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：（1）到图书馆里查阅大量相关知识的资料，搜集各类带钢自动送料装置的原理及结构，挑选相关内容记录并学习。（2）分析带钢自动送料装置的结构与参数（3）确定设计总体方案（4）确定具体设计方案（5）带钢自动送料装置的三维图的绘制、CAD装配图、零件图的绘制。（6）说明书的整理1.3 三维软件设计 本论文主要研究运用SolidWorks对带钢自动送料装置进行设计。在设计过程中，了解SolidWorks的各种功能。 通过本次设计，再次提出了利用三维软件的水平，并吸收了大量的经验，总结出以下几点。关于图纸的绘制方面，当零件的尺寸已经给出，不考虑图纸尺寸不合适的，基于三维零件图，装配时必须考虑的大小是合适的，因为AutoCAD绘图效果不好，也会引起的尺寸误差，和甚至出现欠定义大小，因此，必须通过在这个时候对零件进行测量，进行修改，直到符合要求。该工具是方便的输入数据映射，通过选择部分的类型，标准件，可以生成，但有时需要在工具集使用部分可能找不到，所以在这个时候随机应变，其他部分而不是通过修改或满足要求增加组件的使用。三维地图应该是灵活的，解决问题的方法总比问题多，当一个方法不能正常映射，试试另一种方法，它不仅可以完成零件的生产，而且还可以开发映射一个更好的主意，并打破了新思想的规则。 学习使用一些可以节省时间的命令，如镜像，阵列，能省则省”。在装配过沉重，曾给了我一个很大的障碍，是要花很多时间去找出为什么。在一个活跃的子组件，虽然活动范围会产生干扰，可以设置该复合物的活动范围，如先进的范围内，和角度范围，即使在这个范围内不影响母配体，不能设置。因为一旦设定的范围内，在父组件将被视为完全定义的组件模型，它将冲突分总成，将无法完成装配。看地图是最重要的任务是理解零件图，图表工具，没有工具是没有法律的零件图，所以不要急着写，想通过零件的结构，并认为通过线图，这是重中之重，映射。部分建模，一般应的特点进行深入分析，找出零件是由几个特点，摆脱所有的形状特点，它们之间的连接相对位置、表面，然后按主次特征造型的关系，按一定的顺序。一个复杂的部分，有许多简单的功能，通过切除或重叠相交。所以部分建模，序列特征是很重要的，虽然不同的建模过程可以构造出相同的实体部分，但其建模过程和实体结构的稳定性有直接的影响，实体模型可以修改应用程序，可理解性和实体模型。特别是在二维图纸，我们只能看到元器件的布局，并用虚线给说的内部特征，除了部分的相贯线，这条线各特征在路口出现。在选秀过程中零件，必须选择第一个草图平面，这是非常重要的，决定了后续的模型飞机的命令，使用简单的说，一个圆柱形围成一个圈，然后绘制，也可以作为一个长方体旋转，虽然他们的结果都是一样的，但草图平面和命令的使用。如果我们想要一个轴，那么我们应该选择第二个方法以及。 由于该零件的设计不规则零件，用于为拉伸和旋转命令，许多零部件都是对称的，所以为了节省时间，提高效率，通常用于指挥镜特性。一个完整的工程图纸应该包含以下4个方面。一组视图：一组视图（包括视图，剖面，断面，局部视图）是正确的，完整的，对各部分的结构和形状表达清楚。尺寸：尺寸的确定和零件的形状各部分的位置技术要求：表明部分的一些要求必须在制造和检验完成，如表面粗糙度，尺寸公差，形位公差，材料和热处理的方法和指标。标题栏：注明产品名称，材料，数量，拉伸比和拉伸，等。单击新建图标以显示新的文件系统，SolidWorks文件”对话框中，单击“选项”对话框中的组件，你可以进入装配工作模式，进行以后的设计工作。1.4 带钢自动送料装置的分类 带钢自动送料装置是一些轻工行业不可缺少的设备。传统观念，带钢自动送料装置是借助于机器运动的作用力加压于刀模，对材料进行送料加工的机器。近代的带钢自动送料装置发生了一些变化，开始将高压水束、超声波等先进技术用于皮革冲切技术中，但人们仍然将这些设备归纳在带钢自动送料装置类的设备中。 自动化程度高的裁断设备有:由电脑控制的动头式带钢自动送料装置、激光带钢自动送料装置(振荡刀具)、高压水束送料机和电脑带钢自动送料装置等。另外，意大利和英国USM公司生产一种投影带钢自动送料装置，这种设备的下料台上设有振荡型刀具及目视观察装置，用于对皮革进行轮廓扫描，或在皮革上进行投影以引导下料工安排下料样板在皮革上的套排。 目前在中国市场上有各种型号由国内外不同厂家生产的带钢自动送料装置，现根据其产品性能，我们建议您从以下几个方面进行对比选择：一、根据它们的传动方式、结构和用途分类如下： 1、按照传动形式分：A、机械传动带钢自动送料装置：是比较老型的机器。 机械传动式带钢自动送料装置 B、液压传动带钢自动送料装置：是现代比较通用的带钢自动送料装置。C、全自动滚压式带钢自动送料装置：用三文治的方法进行加工整张皮料或者纺织品等。D、电脑控制水束带钢自动送料装置：是现代比较先进的带钢自动送料装置，无须使用刀模，根据输入程序进行裁断。冲切源为高压水束发生器。E、电脑控制超声波带钢自动送料装置：控制形式与水束带钢自动送料装置相似，冲切源为超声波发生器。2按照结构方式分：A、摇臂式带钢自动送料装置：冲切部件为可以摆动的摇臂，适合于天然材料的冲切。B、龙门式带钢自动送料装置：冲切部件为可以沿着横梁左右移动的冲切头，刀模可以固定在冲切头上，也可以放在被加工物上。大型、电脑控制的龙门带钢自动送料装置冲头上安装着可以旋转的刀模架，可以根据程序排版，选择相应的刀具；当然相应需配备自动送料机构。C、平板式带钢自动送料装置：它与龙门式带钢自动送料装置的区别在于横梁直接进行冲切，没有可以移动的冲切头。平板带钢自动送料装置又分为：横梁固定或横梁可前后移动及工作台滑板可前后移动的两大类。D、 四柱式精密带钢自动送料装置 ：双油缸，四立柱自动平衡连杆结构。3、按照加工部件用途分：A、专用带钢自动送料装置：适合于泡罩加工的吸塑带钢自动送料装置。B、卧式带钢自动送料装置：适合于加工轮胎材料。带钢自动送料装置的相关图片如下图1，图2所示： 图1 图22 带钢自动送料装置总体结构的设计2.1上料部分的设计本次设计的带钢自动送料装置主要由机架、上下托辊组件、张紧装置等组成，通过人工将等待送料的带钢放在送料装置的机架上面，然后按下启动按钮，电机启动，在上下托辊的加持力的作用下，带钢被自动送料。由于送料部分有挡铁，所以就对下料的长度定长了。本次设计的带钢自动送料装置的总体方案图如下图3所示： 图32.2上下托辊组件的设计本次设计的上下托辊组件主要由上下托辊，传动轴，轴承，弹簧等组成，其具体结构图纸如下：2.3 机械传动部分的设计计算2.3.1 电机的选型计算已知整个送料装置的总重量150KG,其他重量50KG，我们取总重量为200Kg，带钢的移动速度为12r/min。即：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 负载速度（m/min）有速度可知每秒上升50mm，电机转速 3.负载转矩式中：4.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数，这里取1.0。根据以上得出数据，我们选用电机型号为160BL-A，此无电机厂家为机电产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用电机型号92BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为0.37KW，额定转矩为7.62N.m，最大转矩为9N.m。2.3.2 传动轴的设计计算轴作为机器的一个关键组成部分，其为各类传动部件的安装，传动的扭矩和旋转运动围绕轴进行，而且经过轴承和机架连接。为了满足定位轴上的紧固件和容易加工和装配的轴类零件和拆卸，通常轴设计成阶梯轴。轴系的零件是由轴和它上边的零部件构成一个装配体系，研究轴的过程中不仅要研究轴体自己的数据，还要将系统里的全部零碎部件融合在一起。 传动轴是自动送料装置的最关键零件，对于保证自动送料装置正常运转和提高自动送料装置行驶能力有着重要的意义。传动轴设计首先是确定它的受力情况。自动送料装置行驶时，由于制造、安装、检修等原因，常会出现传动轴压在张紧座下口的情况。我们就按传动轴处于最不利的这种情况，作为传动轴受力状态，并且按承受最大扭矩和正常扭矩F两种集中载荷（图4.9）计算传动轴的强度。用图解可以求得和对O点的力矩 将和分解到动锥平面和垂直于进动平面的力矩 式中 偏心套给传动轴的反力与进动平面的夹角，一般=1525。 此外，动锥在进动平面内还作用着旋回力矩和重力矩，故 所以，动锥上各力对O点的总力矩为： 和被传动轴套给传动轴下端的实际反力和对O点的力矩所平衡，所以： 已知或后，把动锥的传动轴看成悬臂梁，则其危险断面上的弯曲应力为 对于强度限为5065MPa的优质钢，=100120MPa；=200240MPa。利用上述方法，可以求得传动轴危险断面bb的直径。然后，根据自动送料装置的进动角、张紧座的结构尺寸大小以及传动轴与张紧座上下口间隙，便可决定传动轴下端直径的值。传动轴上部与动锥内孔相配合部位的轴向的尺寸，可按设计确定的破碎腔椎体部分尺寸并参考实际资料确定。传动轴与椎体内孔相配合部位的直径，可参考实际资料确定。2.3.3 轴承的选型设计 （1）滚动轴承的选择 滚动轴承为深沟球轴承5206，KN，KN，。（2）寿命验算 轴承所受支反力合力 N 对于深沟球轴承，派生轴向力互相抵消。 ，N得， ， N 所以根据轴承选型手册可知，选用深沟球轴承6206系列，满足设计要求。2.3.4 键的选型计算 键联结是通过键实现轴和轴上零件的周向固定以传递运动和转矩。其中有类型也可以实现轴向固定和传递轴向力，有些类型并能实现轴向动联结，于在圆锥筛的轴上主要通过键来实现传递转矩和轴向固定所以，只需选用常见的普通平键，键的类型可根据使用要求、工作条件和联结的结构特点选定，键的长度根据轴毂的长度从标准中选取，键的bh根据径来确定。轴和带轮的联结，d=70mm, 参考资料2P5-194表5-3-18 (GB/T1095-1979)选用B2012，B1811和B128的普通A型平键，键长分别为90，70。2.3.5 压缩弹簧的设计计算 弹簧选材的原则是：首先满足功能要求，其次是强度要求，最后才考虑经济性。碳素弹簧钢是弹簧钢中用途广泛，用量最大的钢类。钢中含0.60%0.90%的碳和0.3%1.20%的锰，不再添加其它合金元素，使用成本相对较低。碳素弹簧钢丝经适当的加工或热处理，可以获得很高的抗拉强度，足够的韧性和良好的疲劳寿命。但碳素钢丝的淬透性低，抗松弛性能和耐蚀性能差，弹性模量的温度系数较大(高达30010-6/)，适用于制造截面较小，工作温度较低(120)的弹簧。合金弹簧钢一般含0.45%0.70%的碳和一定量的Si，Mn，Cr，V，W及B等合金元素。合金元素的加入改善弹簧钢的抗松弛性能，提高钢的韧性，同时显著提高钢的淬透性和使用温度，适用于制造较大截面，较高温度下使用的弹簧弹簧钢丝标准、适用范围及工艺特点。我国弹簧钢丝标准是参照ISO和JIS标准，分钢类制定的。现行国家及行业推荐标准包括碳素弹簧钢丝标准6个，合金弹簧钢丝标准4个，标准明细如表2。碳素弹簧钢丝现行国家和行业推荐标准分两种类型：一类是冷变形强化钢丝，又称冷拉弹簧钢丝。冷拉碳素弹簧钢丝首先经铅淬火处理获得索氏体组织，然后表面磷化，以很大减面率拉拔到成品尺寸，钢丝组织呈纤维状，有很高的抗拉强度和弹性极限，良好的弯曲和扭转性能。冷拉弹簧钢丝尺寸精度高，表面光洁，无氧化和脱碳缺陷，疲劳寿命比较稳定，是使用最广泛的弹簧钢丝。根据设计要求，选择弹簧的材料为碳素弹簧钢丝，弹簧的尺寸如下：3 带钢自动送料装置中主要零件的强度校核3.1 机架强度的校核计算 机架的选择根据整条输送带上面的所有滚筒，方钢的重量来定，方钢机架受力分析得出，由分析得出底座在平衡状态下只受地面对其的支撑力和在其表面上物体所给的压力。见下图： 即板材和输送带滚筒以及轴承等等给的压力为G(输送带滚筒重量)+G（零部件重量）=30000N（15000Kg）+(1000X20N)=40000N; 根据槽钢承载力计算公式：M=Pac/L(M：弯矩，P集中力，a集中力距支座距离，c集中力距另一支座距离，L跨度，L=a+c) （仅用于截面) f=M/W材料的许用应力（弹性抗拉强度/安全系数）。M=Pac/L=11960xL，本次设计初定L为1000mm则M=13456N.M，初定槽钢为60x40x5。计算W得出折算后位270Mpa查的普通碳素结构钢Q235A的抗拉强度为375500Mpa，由于270Mpa远远小于375Mpa，所以初定槽钢满足要求。3.2 轴承强度的校核计算 按轴承B的受力大小验算 h （4.3）h=年由于送料滚筒的运转平稳，必须选择较大寿命的轴承，轴承能达到所计算的寿命。经审核后，此轴承合格。4 设计总结 本次设计的题目是带钢自动送料装置的设计，经过查找各类资料和参考文献，到今天总算完成了，通过本次设计，再次提出了利用绘图软件的水平，并吸收了大量的经验，总结出以下几点。关于图纸的绘制方面，当零件的尺寸已经给出，不考虑图纸尺寸不合适的，基于零件图，装配时必须考虑的大小是合适的，因为AutoCAD绘图效果不好，也会引起的尺寸误差，和甚至出现欠定义大小，因此，必须通过在这个时候对零件进行测量，进行修改，直到符合要求。该工具是方便的输入数据映射，通过选择部分的类型，标准件，可以生成，但有时需要在工具集使用部分可能找不到，所以在这个时候随机应变，其他部分而不是通过修改或满足要求增加组件的使用。地图应该是灵活的，解决问题的方法总比问题多，当一个方法不能正常映射，试试另一种方法，它不仅可以完成零件的生产，而且还可以开发映射一个更好的主意，并打破了新思想的规则。 学习使用一些可以节省时间的命令，如镜像，阵列，能省则省”。在装配过沉重，曾给了我一个很大的障碍，是要花很多时间去找出为什么。在一个活跃的子组件，虽然活动范围会产生干扰，可以设置该复合物的活动范围，如先进的范围内，和角度范围，即使在这个范围内不