毕业设计（论文）-换桶断丝器纺丝组件推举装置的设计【全套图纸】.doc

邵阳学院毕业设计 论文 I 内容提要 本设计主要是针对纺织组件推举装置的设计 在国内现有的这种装置效率太低 为了提高生产效率 减轻工人的劳动强度 所以进行此种推举装置研究 本设计通 过动力参数的计算以及对结构参数的确定 从而确定出了最终的方案 设计了推举 装置的驱动装置及其传动装置 也设计了推举装置的夹紧装置 其夹紧装置是采用 螺栓的自锁功能实现的 其传动装置采用齿轮传动和带传动 驱动装置采用气动装 置 本设计是对大学四年所学课程的综合运用 对所学知识起到融会贯通的作用 提高了自己解决实际问题的能力 同时 通过这次的毕业设计 我锻炼了自己独立 查阅资料 以及应用各种软件的能力 全套图纸 加全套图纸 加 153893706 邵阳学院毕业设计 论文 II Summary This design is mainly aimed at the design of press device of textile component the device efficiency of domestic existing too low in order to improve production efficiency reduce the labor intensity of workers so the press device research through the calculation of dynamic parameters of the design and the determination of the structural parameters which determine the final scheme Driving device and driving device press device design a clamping device press device is designed the clamping device is adopted to realize self locking bolt the gear transmission and belt transmission the use of pneumatic driving device The design of the integrated use of the university four years course of study to study the knowledge plays the role of interconnection improve their ability in solving problems At the same time through the graduation design I exercise their access to information independence and ability of application software 邵阳学院毕业设计 论文 III 邵阳学院毕业设计 论文 1 1 绪论 1 1 选题背景 纺织业被世界称为 末日行业 他之所以被称为 末日行业 主要在于其 发展前景的不乐观性 但是近些年来 我国纺织工业迎来了一片发展的好势头 虽然其根基不及外国 但是在国家政府的支持下出现增长趋势 因此 随着纺织工业的发展 对于纺织机 械类推举装置的设计是势在必行 推举装置是一种用于解决工业中那些重量较重 不太适宜于人为搬动或工作的 装置 它是一种能够促进企业实现机械化 自动化生产过程的一种新型装置 近年 来 随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用 推举装置的自动化的研制和生产 已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术 它更加促进了机械行业的发展 并且 工业上的推举装置能代替人类完成危险 重复枯燥的工作 减轻人类劳动强 度 提高劳动生产力 而自动化的推举装置越来越广泛的得到了应用 在机械行业 中它可用于零部件组装 加工工件的搬运 装卸 特别是在自动化数控机床 组合 机床上使用更普遍 并且它适应于中 小批量生产 可以节省庞大的工件输送装置 结构紧凑 而且适应性很强 但是目前我国的自动化技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离 应 用规模和产业化水平低 而国外多采用机械手来完成工业制造过程 故对此推举装 置进行设计是十分必要的 1 2 设计目的 本课题的目的在于解决纺织工业中重物的推举问题 从而在生产过程中节省人 力和物力 减轻工人的劳动强度 并提高安全系数 邵阳学院毕业设计 论文 2 并且通过对本课题设计的意义在于通过对纺丝组件推举装置的设计 学会从机 器的功能出发 合理选择机构的动力装置 制定总体的设计方案 并且确定零件的 尺寸 形状 结构以及所用材料 从而培养机械设计的能力 同时提高学生查阅标 准 规范 图册等技术的能力 而且本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行 整合 完成一个特定功能 特殊要求的纺织机构的推举装置的设计 能够比较好地 体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平 实践动手能力以及专业 精神和态度 具有较强的针对性和明确的实施目标 能够实现理论和实践的有机结 合 目前 在国内很多纺织工厂的生产线上装卸工件仍由人工完成 劳动强度大 生产效率低 为了提高生产加工的工作效率 降低成本 并使生产线发展成为柔性制造 系统 适应现代自动化大生产 针对具体生产工艺 利用自动化技术 设计一推举装置 来代替人工工作 以提高劳动生产率 1 3 国内外研究现状和趋势 现在国内外现状为 在国内 还有一部分生产厂家仍采用人力对重物进行推举 但大部分生产厂家采用机械装置进行操作 而在国外 生产厂家基本采用机械手对 重物进行推举 目前 在国内外各种推举装置的研究现状和大体趋势如下 A 机械结构向模块化 可重构化发展 B 通过推举装置中的液压或气压元件进行自动化设计 通过控制元件与计算机 的连接 从而实现自动化 并因此而提高了此机械装置使用时的安全性 C 对于机械设计中出现的材料刚度韧性等的不足 以及机械结构所出现的笨大 黑粗现象 从而展开了对新材料的研究 从而达到实现减轻机械装置整体质量 并 大幅度提高其设计质量的目的 邵阳学院毕业设计 论文 3 总的来说 大体是两个方向 其一是推举装置的自动化 多传感器 多控制器 先进的控制算法 复杂的机电控制系统 其二是对新材料的研究 从而满足机械设 计中的高要求 并满足对市场的需求 1 4 设计原则 在设计之前 必须要有一个指导原则 这次毕业设计的设计原则是 以任务书 所要求的具体设计要求为根本设计目标 充分考虑机械手工作的环境和工艺流程的 具体要求 在满足工艺要求的基础上 尽可能的使结构简练 尽可能采用标准化 模块化的通用元配件 以降低成本 同时提高可靠性 本着科学经济和满足生产要 求的设计原则 同时也考虑本次设计是毕业设计的特点 将大学期间所学的知识 如机械设计 机械原理 液压 气动 电气传动及控制 传感器 可编程控制器 PLC 电子技术 自动控制 机械系统仿真等知识尽可能多的综合运用到设计 中 使得经过本次设计对大学阶段的知识得到巩固和强化 同时也考虑个人能力水 平和时间的客观实际 充分发挥个人能动性 脚踏实地 实事求是的做好本次设计 邵阳学院毕业设计 论文 4 2 设计方案的论证 2 1 纺丝组件推举装置设计的主要内容 2 1 1 对此推举装置的驱动元件进行设计 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置 通常由动力源 控制调 节装置和辅助装置组成 常用的驱动系统有液压传动 气压传动 电力传动和机械 传动 1 气动驱动方式 这种驱动系统是用换向阀来控制推举装置中活塞杆的运动方向 用气流调节阀 来调节其运动速度 由于气动驱动系统价格较低 所以气动夹持器在工业中应用较 为普遍 另外 由于气体的可压缩性 使推举装置的运动具有一定的柔顺性 这一 点对于推举动作是十分需要的 2 电动驱动方式 电动驱动推举装置也较为广泛 这种推举装置 一般采用直流伺服电机或步进 电机 并需要减速器以获得足够大的驱动力和力矩 电动驱动方式可实现推举装置 的力与位置控制 但是 这种驱动方式不能用于有防爆要求的条件下 因为电机有 可能产生火花和发热 3 液压驱动方式 液压驱动系统传动刚度大 可实现连续位置控制 2 1 2 推举装置常用的传动机构形式 1 齿轮传动机构 在推举装置中常用的齿轮传动机构有圆柱齿轮 圆锥齿轮 谐波齿轮 摆线针 轮及蜗轮蜗杆传动等 邵阳学院毕业设计 论文 5 推举装置中齿轮传动设计的一些问题 1 齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择 齿轮传动部件是转矩 转速和 转向的变换器用于伺服系统的齿轮减速器是一个力矩变换器 齿轮传动比应满足驱 动部件与负载之间的位移及转矩 转速的匹配要求 其输入电动机为高转速 低转 矩 而输出则为低转速 高转矩 故齿轮传动系统要有足够的刚度 还要求其转动 惯量尽量小 以便在获得同一加速度时所需的转矩小 即在同一驱动功率时 其加 速度响应最大 齿轮的啮合间隙会造成传动死区 失动量 若该死区是闭环系统 中 则可能造成系统不稳定 常使系统产生低频振荡 因此要尽量采用齿侧间隙小 精度高的齿轮 为尽量降低制造成本 要采用调整齿侧间隙的方法来消除或减小啮 合间隙 从而提高传动精度和系统的稳定性 2 各级传动比的最佳分配原则 当计算出传动比后 为使减速系统结构紧凑 满足动态性能和提高传动精度的要求 要对各级传动比进行合理的分配 原则如下 a 输出轴转角误差最小原则 为了提高齿轮传动系统的运动精度 各级传动 比应按 先小后大 的原则分配 以便降低齿轮的加工误差 安装误差及回转误差 对输出转角精度的影响 设齿轮传动中各级齿轮的转角误差换算到末级输出轴上的 总转角误差为 则 max 2 1 1 max kn n i k i 式中 第个齿轮所具有的转角误差 k k 第个齿轮的转轴至n级输出轴的传动比 kn ik 则四级齿轮传动系统的各级齿轮的转角误差 换算到末 1 2 8 级输出轴上的总转角误差为 2 2 8 4 76 43 54 432 321 max iiiiiii 邵阳学院毕业设计 论文 6 由此可知总转角误差主要取决于最末级齿轮的转角误差和传动比的大小 因此 在设计中最末两级的传动比应取大一些 并尽量提高其加工精度 b 等效转动惯量最小原则 利用该原则设计的齿轮系统要使换算到电动机轴 上的等效转动惯量最小 各级传动比也是按照 先小后大 的次序分配 以使其结 构紧凑 具体而言有几点 1 对要求运动平稳 起停频繁和动态性能好的伺服系统 按最小等效转动惯 量和总转角误差最小的原则来处理 2 对于变负载的传动齿轮系统的各级传动比最好采用不可约的比数 避免同 期啮合以降低噪音和振动 3 对于提高传动精度和减小回程误差为主的传动齿轮系统 按总转角误差最 小原则 对于增速传动 由于增速时容易破坏传动齿轮系工作的平稳性 应在开始 几级就增速 并且要求每级增速比最好大于1 3 以有利于增加轮系的刚度 减小 传动误差 4 对以比较大传动比传动的齿轮系 往往需要将定轴轮系和行星轮系结合为 混合轮系 对于相当大大传动比 并且要求传动精度与传动效率高 传动平稳以及 体积小重量轻时 可选用新型的谐波齿轮传动 2 谐波齿轮传动 谐波齿轮传动具有结构简单 体积小重量轻 传动比大 几十到几百 传动 精度高 回程误差小 噪音低 传动平稳 承载能力强 效率高等一系列优点 故 在工业机器人系统中得到广泛的应用 谐波齿轮传动与少齿差行星齿轮传动十分相 似 它是依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力与运动的 故谐波齿轮传动与一般的齿轮传动具有本质上的差别 3 螺旋传动 邵阳学院毕业设计 论文 7 螺旋传动及丝杠螺母 它主要是用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动 变换为旋转运动 螺旋传动有传递能量为主的 如螺旋压力机 千斤顶等 有以传 递运动为主的 如机床工作台的进给丝杠 丝杠螺母传动分为普通丝杠 滑动摩擦 和滚珠丝杠 滚动摩擦 前者结构 简单 加工方便 制造成本低 具有自锁能力 但是摩擦阻力矩大 传动效率低 30 40 后者虽然结构复杂 制造成本高 但是其最大的优点是摩擦阻力矩 小 传动效率高 92 98 其运动平稳性好 灵活度高 通过预紧 能消除间 隙 提高传动刚度 进给精度和重复定位精度高 使用寿命长 而且同步性好 使 用可靠 润滑简单 因此滚珠丝杠在机器人中应用很多 由于滚珠丝杠传动返行程 不能自锁 因此在用于垂直方向传动时 须附加自锁机构或制动装置 在选用滚珠 丝杠要考虑以下几项指标 1 滚珠丝杠的精度等级 2 滚珠丝杠的传动间隙允许值和预加载荷的期望值 3 载荷条件 静 动载荷 以及载荷允许值 4 滚珠丝杠的工作寿命 5 滚珠丝杠的临界转速 6 滚珠丝杠的刚度 减小滚珠丝杠空回行程的方法 多是采用双螺母结构 使螺母与丝杠之间有一 定的预加载荷 这样可以消除传动间隙 提高传动精度与刚度 但是预加载荷会使 滚珠丝杠寿命下降 所以 预加载荷不应超过工作载荷的1 3 4 同步带传动 同步带传动是综合了普通带传动和链轮链条传动优点的一种新型传动 它在带 的工作面及带轮外周上均制有啮合齿 通过带齿与轮齿作啮合传动 为保证带和带 轮作无滑动的同步传动 齿形带采用了承载后无弹性变形的高强力材料 无弹性滑 邵阳学院毕业设计 论文 8 动 以保证节距不变 同步带具有传动比准确 传动效率高 可达98 节能效 果好 能吸振 噪声低 不需要润滑 传动平稳 能高速传动 可达40m s 传 动比可达10 结构紧凑 维护方便等优点 故在机器人中使用很多 其主要缺点是 安装精度要求高 中心距要求严格 同时具有一定的蠕变性 同步带带轮齿形有梯 形齿形和圆弧齿形 5 钢带传动 钢带传动的特点是钢带与带轮间接触面积大 是无间隙传动 摩擦阻力大 无 滑动 结构简单紧凑 运行可靠 噪声低 驱动力矩大 寿命长 钢带无蠕变 传 动效率高 6 链传动 在机器人中链传动多用于腕传动上 为了减轻机器人末端的重量 一般都将腕 关节驱动电机安装在小臂后端或大臂关节处 由于电机距离被传动的腕关节较远 故采用精密套筒滚子链来传动 7 钢丝绳轮传动 钢丝绳轮传动具有结构简单 传动刚度大 结构柔软 成本较低等优点 其缺 点是带轮较大 安装面积大 加速度不宜太高 2 1 3 控制装置的设计 1 对于液压驱动装置一般采用液压控制阀来控制驱动装置 也可以在液压控制阀 的基础上辅以电气装置 从而实现电气控制 继而实现计算机控制 2 对于气压驱动装置来说一般采用气压控制元件进行控制 当然也可以通过电气 元件与气压元件的配合 从而实现自动化 3 对于电气驱动装置的控制装置 一般情况下采用电气元件进行控制 也能采用 机械方式或人工方式进行控制 2 1 4 其他元件的设计 邵阳学院毕业设计 论文 9 1 行走机构 当推举装置需要完成较远距离的操作 或扩大使用范围时 可在机座上安 装滚轮 轨道等行走机构 以实现工业机械手的整机运动 滚滚轮轮式式布行走机 构可分为有轨的和无轨的两种 驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置 2 机座 机座是机械手的基础部分 机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座 上 故起支撑和连接的作用 2 2 设计具体采用方案 2 2 1 对于驱动装置的选择 由前面可知 驱动装置的选择有三种 即气压驱动 液压驱动和电气驱动 翻阅资料可知 气压驱动相对于液压驱动和电气驱动具有以下优点 1 空气可以从大气中取得 同时 用过的空气可以直接排放到大气中 对环境 无污染 处理方便 万一空气管路有泄漏 除引起部分功率损失外 不致产生不利 于工作的严重影响 也不会污染环境 2 空气的黏度很小 约为液压油的万分之一 在管道中的压力损失较小 因 此便于集中供气和远距离输送 3 与液压相比 气动反应快 动作迅速 气动元件结构简单 制造容易 适于 标准化 系列化 通用化 气压元件可靠性高 使用寿命长 有效动作最大可达一 亿次 4 压缩空气的工作压力较低 一般为0 3 0 8MPa 因此对气动元件的材质要 求较低 5 气动系统维护简单 管道不易堵塞 也不存在介质变质 补充 更换等问题 邵阳学院毕业设计 论文 10 6 使用安全 没有防爆的问题 并且便于实现过载自动保护 7 气动元件采用相应的材料后 能够在恶劣的环境 强振动 强冲击 强腐蚀 和强辐射等 下进行正常工作 安全可靠性优于液压 电子和电气系统 8 排气时气体因膨胀而温度降低 因而气动设备可以自动降温 长期运行也不 会发生过热现象 所以综上所述 应该选用气动装置 2 2 2 传动装置的选择 因为本次传动装置主要用于行走装置 故其不太要求传动比的精确性 对于传 动结构的紧凑也无特殊要求 而同步带作为被称为有划时代意义的新型传动装置 比起其他传动设备 有几 个明显的优点 第一点 同步带的传送的过程中很精确 不会有打滑等现象 同步带本身是靠啮 合传动的 虽然本身具有一定的弹性 但是其中承载压力的中心载绳有这在拉力作 用下不会伸长的特点 所以能保证传送带的不会被拉长 也能保证传送带与轮齿之 间的准确的啮合 能达到同步的效果 第二点 是传动效率高 动能损耗少 因为是无滑动的同步传送 所以在动力方 面不会有太大的浪费 跟三角带比起来 就能体现出十分大的节能的效果 第三点 是日常维护方便 省事 因为同步带使用了伸缩率很低的玻璃纤维或者 钢丝等做承载绳 所以不会在运转作业中伸长变行等 不需要想三角带及其他传送 装置要经常性的去调节设备的张紧力 而且同步带也不需要润滑油之类的 维护费 用就便宜很多 最后点就是同步带的工作环境比较广 能适应一些相对比较差的环 境 比如空气中灰尘比较多 又或者是工作环境有水或者是腐蚀性的环境中 如果 是链条传动 则可能会是链条生锈劳损 而三角带则会发生打滑的现象 而同步带 则不会有这个问题 啮齿传动的同步带 不会因为雨水等打滑 相反 水分还能给 邵阳学院毕业设计 论文 11 橡胶起到良好的润滑作用 而每次同步带在啮齿的过程中还能对齿轮起到清理的作 用 也不用担心灰尘的问题啦 至于腐蚀性的问题 由于材料的关系 一般都具有 较高的耐腐蚀以及耐热性 所以都能正常的工作 故综上所述 可以选用同步带传动 2 2 3 控制装置的选择 由前面可知 本设计中的驱动装置选用的是气压驱动 故参照前面资料 可以 选用气动控制阀来控制推举装置的升举 例如 可以选用气压换向阀来控制气流流 向 从而控制推举装置的运动 如果条件允许 还可以采用气压元件与电气元件相 结合的原理 实现自动控制 2 2 4 其他元件的选择 由资料可知 机座的材料一般有水泥 HT150 HT200等 又因为铸铁具有 成型容易 价格便宜 具有良好的减振性等优点 故优先选用铸铁 依据以往经验 可以选用HT150 邵阳学院毕业设计 论文 12 3 驱动装置的设计 3 1 气动系统的设计 可设计气压系统图如下图 图 3 1 气压系统图 其中 1 空气压缩机 2 后冷却器 3 除油器 4 干燥器 5 储气罐 6 过滤器 7 调压器 8 气压表 9 油雾器 10 手动换向阀 11 单向节流阀 12 汽缸 13 单向阀 原理 1 将原动机的机械能转换为气体的压力能 2 起冷却作用 3 起除油等作 用 4 起到去除水分的作用 5 储存压缩空气并稳定压力 6 起过滤净化空气的作用 7 用于将气体压力调节到气压传动装置所需的工作压力并保持稳定 9 用于将润滑油 喷成雾状 悬浮于压缩空气内 使控制阀及气缸得到润滑 经过处理的压缩空气 经气压控制元件 10 11 进入气缸 推动活塞带动负载工作 其中 11 起到减振缓冲 作用 13 起到反向截止作用 3 2 气动执行元件设计 气动执行元件将压缩空气的压力能转换为机械能 驱动机构做直线往复运动 摆动或旋转运动 气动执行元件分为气缸和气马达两大类 其中气缸又分为直线往 邵阳学院毕业设计 论文 13 复运动的气缸和摆动气缸 用于实现直线运动和摆动 气马达用于实现连续回转运 动 本设计采用气缸 3 2 1 气缸的选择 因为串联气缸有效面积总和大 可以增加输出推力 故选择串联气缸 又因为 灰铸铁价格便宜 且容易铸造出气缸毛坯 且铸铁具有较好的抗振性 又能达到气 缸的抗压强度 故选择气缸材料为HT100 3 2 2 气缸作用力及内径的计算 查资料得气缸活塞杆的推力 F1 和拉力 F2 分别为 F1 D P 4 N 3 1 F2 D d P 4 N 3 2 又由下图可知 图 3 2 受力分析图 得 F1 3465N 又因为式中 D d分别为气缸内径 m 和活塞杆直径 m P为气缸工作压力 Pa 为负载率 且当气缸高速运动或垂直安装时取 0 3 低速运动 时 取 0 5 取 0 5 邵阳学院毕业设计 论文 14 又查贺尚红主编的 液压与气压传动 表12 2得 P 可取为 0 3MPa 所以得 D 0 1715m 171 5mm 又可知为了提高安全系数 D 应当提升 30 所以 可知 D 223mm 又查贺尚红主编的 液压与气压传动 表 12 3 可知 可取 D 250mm 与计算气缸内径 D 相同 一般取 d D 0 2 0 3 必要时也可取 d D 0 16 0 4 算 出 d 后 按贺尚红主编的 液压与气压传动 表 12 4 标准的系列圆整 所以可取 d D 0 3 得 d 75mm 又查贺尚红主编的 液压与气压传动 表 12 4 得 d 80mm 3 2 3 气缸筒壁厚 的计算 可知一般气缸筒壁厚 与缸径之比小于1 10 D 1 10 可按薄壁圆筒 公式计算 DPs 2 m 3 3 b n MPa 3 4 式中 D为缸筒内径 m Ps为试验压力 Pa 取为工作压力P的1 5倍 为缸筒材料的许用压力 Pa b为缸筒材料的抗拉强度 Pa n为安全系数 一般取为n 6 8 邵阳学院毕业设计 论文 15 由贺尚红主编的 液压与气压传动 表 12 5 得 缸筒壁厚 16mm 验证 由公式 3 4 查 机械设计课程设计 表 13 2 得 HT200 b 80MPa n 可取为 8 所以可知 10MPa 由公式 3 3 可知 Ps 1 5P 0 45MPa D 250mm 所以可知 5 625mm 16mm 故 可取为 16mm 所以 16mm 3 2 4 耗气量的计算 气动执行元件的耗气量是设计选择气源系统的重要依据 气缸的耗气量是指气 缸活塞作往复运动时所消耗的压缩空气量 其最大耗气量为 qmax P 0 1 2D d L 4 v t 0 1 3 5 式中 D为缸径 d为杆径 L为气缸行程 t为气缸一次往复行程所需要的时间 P为工作压力 v为气缸的容积效率 通常取 v 0 9 0 95 3 3 气动控制元件的选用 3 3 1 压力控制阀 邵阳学院毕业设计 论文 16 压力控制阀主要用来控制系统中气体的压力 以满足各种压力要求或节能 所 有的气压压力控制阀都是利用空气压力和弹簧压力相平衡的原理工作的 在气动系统中 一般是由空气压缩机先将空气压缩 贮存在贮气罐内 然后用 管路输送给各个气动装置使用 而贮气罐的空气压力往往比后台设备实际所需要的 压力高 同时其压力波动值也较大 因此要用减压阀将其压力调节至每台气动装置 所需的工作压力 按调压方式不同 减压阀分为直动式和先导式两大类 直动式减压阀由旋钮直 接通过调节弹簧来改变其输出压力 先导式减压阀 则是由压缩空气来代替调压弹 簧来调节输出压力 又因为减压阀输出压力不是太高 故可选用直动式减压阀 其 图如下 图 3 3 直动式减压阀 3 3 2 流量控制阀 流量控制阀是通过控制压力传动系统中气体的流量达到控制气动执行元件的运 动速度 也可以通过控制气体的流量 控制换向阀的换向时间和气动信号的传递速 邵阳学院毕业设计 论文 17 度 改变流量阀的通流截面积 便可改变流量控制阀的通流量 常用的流量控制阀 有节流阀 单向节流阀 排气节流阀和快速排气阀等 又因为单向节流阀结构简单 体积小 且适用于此系统 故可选用单向节流阀 其结构图如下 图 3 4 单向节流阀 3 3 3 方向控制阀 气压传动系统中通过改变压缩空气的流动方向和气流的通断 来控制执行元件 启动 停止及运动方向的的气动元件称为方向控制阀 1 单向阀 单向阀是气流只能向一个方向流动而不能反向流动的方向控制阀 压缩空气从 P口进入 克服弹簧力和摩擦力使单向阀阀口开启 压缩空气从P口流至A 当P 口无压缩空气时 在弹簧力和A口余气压力作用下 阀口处于关闭状态 使从A 至P流量不通 单向阀应用于不允许气流反向流动的场合 如空压机向气罐充气时 邵阳学院毕业设计 论文 18 在空压机与气罐之间设置一单向阀 当空压机停止工作时 可防止气罐中的压缩空 气回流到空压机 单向阀还常与节流阀 顺序阀等组合成单向节流阀 单向顺序阀 其结构图如下 图 3 5 单向阀 2 换向型方向控制阀 通过改变气流通道而使气体流动方向发生变化 从而达到改变气动执行元件运 动方向的气动元件称为换向型方向控制阀 根据控制方式不同 换向阀分为气压控制换向阀 电磁控制换向阀 机械控制 换向阀 人力控制换向阀和时间控制换向阀等 本次设计中 换向型方向控制阀采用人力控制中位机能为O型的三位四通换向 阀 其结构图如下 图 3 6 换向阀 3 4 其他辅助元件的设计 3 4 1 过滤器 邵阳学院毕业设计 论文 19 可知空气的过滤是气压传动系统中的重要环节 不同的场合 对压缩空气的要 求也不同 过滤器的作用是进一步滤除空气中的杂质 常用的过滤器有一次性过滤 器 滤灰效率为50 70 二次过滤器 滤灰效率为70 99 在要求较高 的场合 可使用高效率的过滤器 滤灰效率大于99 又因为本次设计的推举装置对过滤器要求不是很高 故根据实用情况可选用二 次过滤器 又因为分水滤气器滤灰能力较强 在气动系统中使用最普遍 是气动系 统中不可缺少的辅助元件 故可以选用分水滤气器 其结构图如下 图 3 7 普通分水滤气器 1 旋风叶片 2 滤芯 3 存水杯 4 挡水板 5 平动放水阀 3 4 2 油雾器 查资料可知油雾器是一种特殊的注油装置 使润滑油雾化后 注入空气流中 并随空气进入需要润滑的部件 达到润滑的目的 邵阳学院毕业设计 论文 20 又可知 润滑油在一次油雾器中只经过一次雾化 油雾粒径为20 35um 一般 输送距离在5m以内 适于一般元件润滑 二次油雾器能使油滴在雾化器内进行两次雾化 使油雾粒度更小 更均匀输送 距离更远 根据实用情况 选用一次油雾器 其结构图如下 图 3 8 油雾器 1 吸油管 2 单向阀 3 视油器 4 螺母 螺钉 5 7 密封垫 6 油室 8 喷嘴 9 节流阀 10 钢球 11 弹簧 12 阀座 13 存油杯 邵阳学院毕业设计 论文 21 4 传动装置的设计 4 1 选择传动装置动力装置 4 1 1 类型选择 因为本次设计中的传动装置主要用于行走装置 行走装置主要用于推举装置的 移动 又因为设计的推举装置体型有点大 所以其移动速度不宜过大 应该以平缓 为主 所以选择的动力装置转速不宜过大 且振动应小 又因为三相交流异步电动机的结构简单 价格低廉 维护方便 可直接接于三 相交流电网中 故选用三相交流异步电动机 又因为Y系列电动机具有效率高 性 能好 噪声低 振动小等优点 故可选用Y系列电动机 4 1 2 功率确定 如图 邵阳学院毕业设计 论文 22 图 4 1 传动系统结构图 1 工作机所需功率Pw kw Pw FwVw 1000 w 4 1 其中 Fw 2KN Vw 1 3m s 带式传动 w 0 96 所以得 Pw 2 70833 kw 2 电动机至工作机的总效率 n 4 2 式中 n为各级传动机构 轴承以及联轴器的效率 查李育锡主编的 机械设计课程设计 表3 1得 球轴承效率为0 99 一对 8级圆柱齿轮效率为0 97 联轴器为0 99 所以得 0 894507 3 所需电动机的功率Pd kw 可知 Pd Pw 4 3 得 Pd 3 02773483 kw 4 电动机额定功率Pm 可知 Pm Pd 查表 取Pm 4 kw 5 转速的确定 因为同步转速低的电动机磁极多 外部尺寸大 重量大 价格高 但可使传动 系统的传动比和结构尺寸减小 从而降低传动装置的制造成本 邵阳学院毕业设计 论文 23 故可优先选用型号为Y112M 4 额定功率为4kw 满载转速为1440r min 的电动机 4 2 传动比分配 查资料得公式 i Nm Nw 4 4 i为传动系统总传动比 且 i i i i i in 4 5 式中 i i i i in为传动系统中各级传动机构的传动比 又可知 Nm 1440r min Nw 138r min 所以得 i 10 43478 可使圆柱齿轮传动比为 i 4 且V带传动比为 i 2 61 可知此传动比符合一级齿轮减速器带传动比 id 要小于齿轮传动比 i 的原则 4 3 传动参数计算 1 各轴转速 高速轴 轴的转速 N 551 7241r min 低速轴 轴的转速 N 137 931r min 工作机轴 输出 邵阳学院毕业设计 论文 24 N N 137 931r min 2 各轴输入功率 高速轴 的输入功率 P Pm 其中 为V带轮的传动效率 Pm为电动机额定功率 为球轴承效率 得 P 3 8016 kw 低速轴 的输入功率 P P 3 7636 kw 工作机轴 输出功率 P P 为联轴器效率 得 P 3 6887 kw 各轴的输入扭矩 得 T 9550P N 65 803 N m T 9550P N 260 582N m T 9550P N 255 4 N m 4 4 传动零件设计和联轴器选择 4 4 1 V 带传动 邵阳学院毕业设计 论文 25 1 确定计算功率 由公式可知 Pca KaP 4 6 可知式中 Pca为计算功率 Ka为工作状况系数 P为所需传递的额定功率 查西北工业大学机械原理及机械零件教研室 编著的 机械设计 第八版表 8 7得 Ka 1 3 又由前面可知 P 3 8016 kw 得 Pca 4 94208 kw 2 选择V带带型 根据计算功率Pca和小带轮转速n 从 机械设计 图8 11选取普通V带带 型 故由图可知 应选择dd 100mm 3 确定带轮的基准直径dd并验算带速v 根据v带带型 参考 机械设计 表8 6和表8 8 确小带轮基准直径 使 dd1 dd min 据表 取A型V带 使dd 100 mm 根据式 v dd n 60 1000 4 7 得 v 7 54m s 又由dd idd 得 dd 261mm 又查 机械设计 表8 8圆整dd 得 邵阳学院毕业设计 论文 26 dd 280mm 确定中心距 并选择V带的基准长度Ld 由式 0 7 dd dd 0 2 dd dd 4 8 得 266mm 0 760mm 综合考虑取 0 600mm 可由公式 Ld0 2 0 dd dd 2 dd dd 4 0 4 9 得 Ld0 1403 5mm 由 机械设计 表8 2圆整得 Ld 1400mm 传动的实际中心距近似为 0 Ld Ld0 2 4 10 得 598 25 mm 考虑到带轮的制造误差 带长误差 带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张 紧的需要 常给出中心距的变动范围 min 0 015Ld max 0 03Ld 得 min 577 25 mm max 640 25 mm 验算小带轮上的包角 邵阳学院毕业设计 论文 27 可知 180 dd dd 57 3 90 4 11 得 162 76 确定带的根数 Z Pca Pr KaP P0 P0 K Kl 4 12 得 Z 3 936 圆整得 Z 4 4 4 2 V 带轮的设计 1 带轮的材料 可以选择带轮材料为HT150 2 带轮的结构形式 V带轮由轮缘 轮辐和轮毂组成 根据轮辐结构的不同 V带轮可以分为实心式 腹板式 孔板式 椭圆轮辐式 V带轮的结构形式与基准直径有关 当带轮基准直径为 dd 2 5d时 可采用实心式 当dd 300mm时 可采用腹板式 当dd 300mm 同时D d 100mm时 可采用孔板式 当dd 300mm时 可采用轮辐式 依上所述 结合前面得出的数据 选用孔板式 邵阳学院毕业设计 论文 28 得大带轮结构图如下 图 4 2 大带轮结构图 4 4 3 齿轮的设计 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 1 由前面可知 选用直齿圆柱齿轮传动 2 可知推举装置为一般装置 速度不是很高 故选用7级精度 GB 1095 88 3 由西北工业大学机械原理及机械零件教研室主编的 机械设计 第八版 表10 1选择小齿轮材料为40Cr 调质 硬度为280HBS 大齿轮材料为45钢 调质 硬度为240HBS 二者材料硬度差为40HBS 4 选小齿轮齿数z 24 大齿轮齿数为z 24 4 96 邵阳学院毕业设计 论文 29 2 按齿面接触强度设计查资料得公式 4 13 确定公式内的各计算数值 1 试选载荷系数 1 3 2 计算小齿轮传递的转矩 T 6 5803 10 N mm 3 由表10 7选取齿宽系数 1 4 由表10 6查得材料的弹性影响系数 189 8 MPa 5 由图10 21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 600 MPa 大齿轮的接触疲劳强度极限 550 MPa 6 由式10 13计算应力循环系数 N 60n j 2 383 N 5 958 7 由图10 19取接触疲劳系数 0 90 0 95 8 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1 安全系数S 1 由式可知 0 9 600MPa 540MPa 0 95 550MPa 522 5MPa 计算 1 试算小齿轮分度圆直径 代入 中较小的值 邵阳学院毕业设计 论文 30 得 56 9802mm 2 计算圆周速度v V 1 6461m s 3 计算齿宽 b 1 56 9802mm 56 9802mm 4 计算齿宽与齿高之比 模数 56 9802 24 mm 2 3742mm 齿高 h 2 25 5 342mm 10 67 5 计算载荷系数 根据 v 1 6461 m s 7级精度 由图10 8查得动载系数 1 08 直齿轮 1 由西北工业大学机械原理及机械零件教研室主编的 机械设计 第八版表10 2查得使用系数 1 由西北工业大学机械原理及机械零件教研室主编的 机械设计 第八版表10 4用插值法查得7级精度 小齿轮相对支承非对称布置时 1 421 由 10 67 1 421查图10 13得 1 32 故载荷系数 K 1 1 08 1 1 421 1 535 6 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 查式得 d 4 14 得 d 60 225mm 邵阳学院毕业设计 论文 31 7 计算模数m m d z 2 51mm 3 按齿根弯曲强度设计 由式得 m 4 15 确定公式内的各计算数值 1 由图10 20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 500MPa 大齿轮的弯 曲强度极限 380 MPa 由图10 18取弯曲疲劳寿命系数 0 85 0 88 2 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S 1 4 由式得 303 57 MPa 238 86 MPa 3 计算载荷系数K K 1 1 08 1 1 32 1 4256 4 查取齿形系数 由表10 5查得 2 226 5 查取应力校正系数 由表10 5查得 1 764 6 计算大 小齿轮的并加以比较 0 01379 邵阳学院毕业设计 论文 32 0 01644 大齿轮的数值大 2 设计计算 m 1 75mm 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计 算的模数 由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力 而齿面 接触疲劳强度所决定的承载能力 仅与齿轮直径有关 可取由弯曲强度算得的模数 1 75并就近圆整为标准值m 2mm 按接触强度算得的分度圆直径d 60 225mm 算出小齿轮齿数 Z d m 30 大齿轮齿数 Z 4 30 120 这样设计出的齿轮传动 既满足了齿面接触疲劳强度 又满足了齿根弯曲疲劳 强度 并做到结构紧凑 避免浪费 4 几何尺寸计算 1 计算分度圆直径 d z m 60mm d z m 240mm 2 计算中心距 d d 2 150mm 计算齿轮宽度 b d 60mm 取 B 60MM B 65mm 邵阳学院毕业设计 论文 33 5 结构设计及绘制齿轮结构图如下 下图为大齿轮结构图 图 4 3 大齿轮结构图 4 5 其他元件的设计 4 5 1 联轴器的选择 联轴器的选择包括联轴器类型和型号的选择 联轴器的类型选择应由工作要求决定 对中 小型减速器 输入轴 输出轴均 可弹性柱销联轴器 这种联轴器制造容易 装拆方便 成本较低 能缓冲减振 输 入轴如果与电动机轴相连 转速高 转矩小 也可选用弹性套柱销联轴器 对中精 度不高的低速重载轴的连接 可选用齿式联轴器 这种联轴器制造成本较高 对于 高温 潮湿或多尘的单向传动 且有一定角位移时 可选用滚子链联轴器 针对本次的设计实际情况 选用弹性柱销联轴器 由西北工业大学 李育锡主编的 机械设计课程设计 表17 5可查 邵阳学院毕业设计 论文 34 根据前面知识可知 N N 137 931r min T 9550P N 255 4 N m 可选用 LX3联轴器 轴孔长度为L1型 142mm 4 5 2 轴承的润滑和密封 可知本次设计选用的轴承为滚动轴承 且经过计算得浸油齿轮圆周速度为 1 733m s 又查资料知 当浸油齿轮的圆周速度v 2m s时 齿轮不能有效地把油飞溅到 箱壁上 因此滚动轴承通常采用脂润滑 当浸油齿轮的圆周速度v 2m s时 齿轮 能将较多的油飞溅到箱壁上 此时滚动轴承通常采用油润滑 故选用脂润滑 本次设计轴承密封采用接触式密封 又可知接触式密封分为毡圈密封和橡胶圈 密封 又因为毡圈密封结构简单 磨损快 密封效果差 而橡胶圈密封性能好 工 作可靠 寿命长 可用于脂润滑和油润滑 故综上所述 选用橡胶圈密封 邵阳学院毕业设计 论文 35 5 紧装置及其他元件的设计 5 1 夹紧装置结构图设计 图 5 1 夹紧装置结构图 1 托板 2 锁紧螺母 3 举升螺纹 5 2 夹紧装置各元件作用分析 由上图可知 元件1为托板 其作用为托起所要举升的物体 况且为了减少缓 冲 在托板上可以再垫上一层橡胶 托板材料选用Q235 其结构图参考图纸 邵阳学院毕业设计 论文 36 元件2为锁紧螺母 其作用主要是利用螺纹的自锁性能 达到锁紧推举装置中的顶 杆的作用 其实际作用为防止所要推举物体下滑 元件3为举升螺纹 主要是通过下面推举轮盘的转动 控制螺纹的旋转上升 从而 推起或降下物体 从而达到推举装置的主体功能 5 3 锁紧螺母自锁功能分析 分析图如下 图 5 2 自锁功能分析图 如图 可令 Ff fGcos Gsin fcos cos tan 得 tan tan 其中 为自锁角 为螺旋角 其中 arctanf 邵阳学院毕业设计 论文 37 结论 在这次对纺织组件