清洗机传动机构设计与制作.doc

南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计（论文） 学院（系）： 机电工程系 专 业：机械设计制造及其自动化学 生： 指导教师： 完成日期 2011 年 5 月 南阳理工学院本科生毕业设计（论文）清洗机传动机构设计与制作Design and Manufacture of Transmission Mechanism for Cleaner总计： 毕业设计（论文）24页表 格： 1 个插 图 ： 11 幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）清洗机传动机构设计与制作Design and Manufacture of Transmission Mechanism for Cleaner学 院（系）： 机电工程系 专 业：机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师（职称）： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2011年5月 南阳理工学院Nanyang Institute of Technology清洗机传动机构设计与制作清洗机传动机构设计与制作机械设计制造及其自动化专业 摘 要近年来，随着经济的快速发展和工业设计能力的提高，机械设计产品在工业清洗、医疗器械产品行业的应用非常普及。而清洗设备作为重要的工艺装备，越来越引起人们的关注。本课题所涉及的是清洗机传动机构的设计，主要是根据使用要求完成总体机构所需驱动功率选择合适的电机；依据输送带和辊刷机构的工作速度对V带机构和输送链进行理论计算和设计。在本次设计中采用了双层清洗结构，为了保持下层与上层运行方向相反，这里应用了一对标准直齿圆柱齿轮来进行换向，最后又对部分零件的加工工艺进行了编制。本次设计的传动机构性能稳定，生产率较高，具有广泛的应用前景。关键词 带传动；换向齿轮；清洗机Design and Manufacture of Transmission Mechanism for CleanerMechanical Design , Manufacturing and Automation MajorAbstract: With the rapid economic development and the enhancement of the industrial design ability, the application of mechanical products is very popular in the industrial cleaning and medical products industry in recent years. And people pay more attention to the cleaning equipment which is an important process equipment.This topic is related to the design on cleaning transmission mechanism, and the appropriate motor is chosen by the driving power determined by requirements of the overall agency; and the parameters of V belt and conveyor chain are calculated and designed according to the velocity of conveyor belt and roller brush mechanism. And the double-decked cleaning structure is chosen in this paper，and a pair of standard gears are used to keep the opposite directions on the lower and upper. Finally, partial components processing craft is established. The transmission mechanism has some advantages such as stable performance and high productivity. And it will have broad prospect of application.Key words: belt transmission; reversing gear; cleaner2目 录1 引言11.1国外新型的清洗机11.1.1超声波清洗机11.1.2轻便型高压清洗机11.2 设计方案和关键问题21.2.1设计方案21.2.2关键问题22 清洗机及传动机构分析22.1 清洗机总体布置简图22.2清洗机工作的原始数据32.3传动机构的设计分析32.4传动机构主要设计内容33 电机的选择43.1电机类型的选择43.2电机的功率选择54 传动机构的设计与计算54.1带传动的设计与计算54.1.1带传动概述54.1.2 V带传动的设计与计算64.1.3带轮的结构设计84.1.4计算单根V带初拉力的最小值和压轴力104.2 链传动的设计与计算104.2.1链轮的设计与计算104.2.2链轮的结构设计124.3 换向齿轮的结构设计144.3.1确定齿轮的主要参数和尺寸144.3.2齿轮受力分析154.4 轴的结构设计164.4.1初估轴的直径164.4.2确定四种轴每部分的直径及其尺寸174.5 轴承的选择184.5.1主动齿轮轴轴承的选择184.5.2从动齿轮轴轴承的选择195 棒料切割机部分零部件加工工艺规程的编制20结论22参考文献23致谢2421 引言现在的许多机器零件不仅精度要求高，而且对其清洁度要求也非常高。在各行各业当中,几乎都涉及到洗净技术。例如机械制造、电子器件、仪器仪表、光学元件、医疗器械、钟表首饰等行业,都有进行该项作业的人员或清洗设备。以下叙述一些典型的应用。在轴承方面的应用。轴承的清洁度对其振动、噪声和使用寿命有很大影响,尤其对于小型低噪声深沟球轴承而言更是如此。所以,清洁度是轴承质量的一项考核指标,必须由生产过程的清洗质量来保证。轴承清洗在生产过程中一般分为两步,即装配前的零件清洗和装配后的成品清洗。轴承的常规清洗方法有刷洗、浸洗、喷淋清洗或高压喷洗等。在阀类零件中的应用。阀类零件结构多样,其典型零件为阀体、阀芯和阀瓣(或阀杆)。阀体零件一般结构较复杂,具有深孔、细孔、盲孔、狭缝凹槽或内腔等结构特征;而阀芯和阀瓣(或阀杆)具有较高的精度和表面粗糙度要求。该类零件装配时要求洁净无尘,对装配前的零件清洗质量要求高。将超声洗净技术应用于阀类零件清洗的设备上,可实现批量零件高效率的自动化清洗,提高零件的清洁度,并有效防止手工清洗时极易发生的零件表面划伤及碰撞,可提高清洗作业的可靠性和安全性。1.1国外新型的清洗机 国外工业发达国家，都很重视清洗工艺的研究开发，各种清洗设备也很多。主要有高压清洗机和超声波清洗机等。1.1.1超声波清洗机超声波清洗机是利用超声波在液体中的气化作用，对各种物体进行清洗。气化作用是液体中的一种物理现象:液体在超声波的作用下，能产生大量非稳态的微小空泡或气泡，在声场的作用下，这些气泡进行生长、闭合运动，液体微粒之间在1秒内发生数万次激烈的碰撞，能产生非常强大的能量。由于碰撞力很高，在49100MPa之间，这样被清洗物的污粒会在液体加速作用下极快地被清除掉。1.1.2轻便型高压清洗机这种清洗机的特点是耗水少，喷水量13L/min，吸水量14L/min，清洗最高压力可达50MPa。使用安全，机械泵和清洗喷枪均备有保护装置；结构简单，重量轻，移动方便；喷枪长300mm，采用扇形喷嘴，直吸式吸水方式，使用方便。1.2 设计方案和关键问题 1.2.1设计方案应用电磁调速电机作为驱动力，根据要求来调节速度，以便机构能够高效率的工作。利用V带传动带动其它构件，其中在第二层应用一对换向齿轮使其运行方向与第一层的相反，这样可以顺利地取下零件。承载零件的输送带机构为不锈钢网状结构且两边辅一链结构，通过链与链轮的啮合来带动输送带。上层使大带轮与链轮相连，下层应使从动换向齿轮与链轮相连。它们通过轴上的法兰盘与链轮用螺栓相连，每两个链轮间用连接轴焊接在一起。在机构的链轮轴的两侧安装一对轴承，保持机构平行稳定的运行。1.2.2关键问题(1) 机械结构布局合理、简单、高效，具有足够的强度和使用寿命；(2) 机构运行平稳、可靠，避免零件变形和传动时噪音过大；(3) 选用的零件加工工艺具有可行性、经济性；(4) 工作零件标准化、系列化、通用化。2 清洗机及传动机构分析2.1 清洗机总体布置简图图2-1 清洗机总体装配图清洗机的功能：本次清洗机的设计主要是针对一些薄型、轻型片状零件外表面的清洗，应用清洗机上下两层设计，用不锈钢网状传送带并辅以加强筋来运送零件，一边喷淋一边辊刷清洗零件，从而达到清洗的目的，有效去除零件表面的污垢，以便在使用时有更好的清洁度和精度。清洗机的工作环境：由于所要清洗的零件有着不同的材料、不同的精度，其表面的污垢也不尽相同，故对零件清洗所采用的清洗水溶液也不同。与此同时，清洗水溶液所反映出的化学特性对清洗机有着明显的腐蚀性和氧化性。因此，要满足清洗机在极其恶劣的环境中工作，对其部件的设计应注重在抗腐蚀性和抗氧化性上。 因此，设计时尽量应用耐腐蚀和耐氧化的材料，如应用不锈钢等材料。2.2清洗机工作的原始数据传送带速度V1（m/min）:1525；辊刷机构旋转速度V2（m/min）:23 V1；传送带长、宽（mm）：3800/2800、870；清洗机总重：1500Kg左右。2.3传动机构的设计分析(1)确定传动设计方案；(2)参考相关资料和实际应用的需求，选用最优的传动方案并选用合适的参数；(3)依据需要和零部件的加工及装配的技术标准使用合理的结构；(4)根据所设计传动机构及其相关参数进行疲劳强度、使用寿命的计算和校核；(5)传送带应为不锈钢的网状结构。2.4传动机构主要设计内容(1) 电动机的选择 ；(2) V带及带轮的设计与选择；(3) 链和链轮的设计与选择；(4) 轴的设计；(5) 轴承的选择；(6) 传送带的结构设计。3 电机的选择 由于清洗机要随着零件的大小和形状调整运行速度，传统的减速器和固定传动比的减速机构已不能满足要求。随着半导体等电子产业的快速发展，许多新型无级变速装置快速涌现于市场，比较常用的有调速电机，它可分为直流和交流调速系统。此外还有电磁调速电机和矢量变换控制调速电机等。3.1电机类型的选择这里使用电磁调速电机。电磁调速电机是由单速或多速鼠龙型异步电动机和电磁转差离合器组成，通过控制器可在较广范围内进行无级调速。离合器是由两个同心而独立旋转的部件所组成：一个称为磁极（内转子），另一个称为电枢（外转子）。当磁极的激励线圈通过直流电时，沿气隙圆周表面的爪极便形成若干对急性相互交替的空间磁场。当离合器的电枢拖动电动机旋转时，由于电枢与磁场间有相对移动，在电枢内就产生涡流；此涡流与磁极相互作用，产生转矩，带动磁极按同一方向旋转。电磁调速三相异步电动机的工作原理。当励磁线圈内通入可调的直流电时，在爪极内产生极性。外转子也称电枢，是由原动机带动，并以额定转速旋转。内转子（磁极）是固定在从动轴上的，即和负载机械相联接的轴，从动轴的转速决定于励磁线圈中直流电流的多少，所以控制励磁电流大小可以改变电机转速。内转子上有爪极，有几个爪便有几对极。当外转子（电枢）由原动机拖动旋转时，将切割爪极上的磁力线，在外转子表面上感应出涡流。此涡流与内转子的磁极相互作用，产生转矩，这个转矩带动内转子转动，从而带动从动轴，使生产机械沿着电枢转动方向旋转。内转子转速必须低于电枢转速，否则因无相对运动，将不能产生转矩，所以这种电动机又称滑差电动机。电磁调速电动机由拖动电机（Y系列电动机）、电磁转差离合器和控制器三部份组成，可用于恒转距负载场合，特别适宜在递减转矩负载中使用，有较明显的节能效果。YCT系列电磁调速电动机能在规定的调速范围内均匀地、连续地无级调速，并能输出额定转矩。 YCT系列电机的特点：(1) 调速范围广，速度调节平稳；(2) 具有速度负反馈自动调节系统，转速变化率小；(3) 起动力矩大，起动平稳；(4) 控制功率小，并能实现多种方式控制。应用范围：YCT系列电磁调速电动机，可用于油漆流水线、装配流水线的传输带、注塑机、印染机、印刷机、水泵、鼓风机、拉线机、卷纸机、卷板机、输送设备等。3.2电机的功率选择电机的输出功率为： 其中为工作输出功率(KW) 其中Ff200N, 1525,为工作机效率，查表12-8，带传动的传动效率取0.95。最终可选得P=0.75KW。因此电机选用为型号：YCT160-4B；功率：0.75KW；转速：1250125r/min。4 传动机构的设计与计算4.1带传动的设计与计算4.1.1带传动概述(1) 带传动组成带传动一般由主动轮、从动轮和环形带组成。(2) 带传动性质安装带传动时，须将环形带紧套在两个带轮的轮缘上，使带和带轮轮缘接触面间产生压紧力。当主动轮回转时，靠带与带轮接触面间的摩擦力拖动从动轮一起回转。(3) 带传动分类（按截面形状分）平（型）带：截面为扁平矩形，工作面是与轮面相接触的内表面。V（型）带：（三角带）截面为梯形，工作面是与轮槽相接触的两侧面，但V带与底槽不接触，由于轮槽的楔形效应，预拉力相同时，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，故具有较大牵引能力（传递较大功率）应用更广。多楔带：以扁平部分为基体，下面有几条等距纵向槽，其工作面为楔的侧面，这种带兼有平带的弯曲应力小和V带的摩擦力大的优点（可取代若干根V带），故常用于传递动力大，而要求结构紧凑的场合。圆（形）带：截面为圆形，只能用于低速轻载的仪器或家用机械。(4) 特点（与齿轮传动相比） 优点：因为带传动是具有中间挠性件并靠摩擦力工作的，所以：具有良好弹性，缓和冲击，吸收振动，适用于中心距较大的工作条件上。制造维护方便，结构简单，成本低廉。过载时，带在带轮上打滑，不至于损坏其它零件，起安全保护作用。缺点：由于带的弹性滑动和打滑，故不能保证定传动比；传递同样大的圆周力时，轮廓尺寸和轴上压力都比啮合传动大；传动效率低；带的寿命较短；有时需张紧装置。(5) 应用：V带传动应用于对传动比无严格要求，中心距较大的场合；传动比i7；传动效率0.940.97。4.1.2 V带传动的设计与计算已知电机功率P0.75，小带轮转速 200,传动比i3.5，每天工作8小时。故=/i=200/3.5=57.14。(1) 确定计算功率P由机械设计手册查得工作情况系数K1.1，故 P KP （式4-1） 1.10.75 0.825 (2) 选择V带的带型根据P、n，由设计手册选用A型。(3) 确定小带轮的基准直径，并计算带速。初选小带轮的基准直径，取小带轮的基准直径。带速按下式计算 （式4-2） 0.9425 (4)计算大带轮的基准直径，根据式，则 315 (5) 确定V带中心距a和基准长度根据式0.72 （式4-3）初定中心距 600 。根据下式计算带所需的基准长度。 （） （式4-4） 1883.5 由设计手册选带的基准长度L1800按下式计算实际中心距a a（） （式4-5） 558 中心距的变化范围531612 (6) 验算小带轮上的包角180 （式4-6）180156.990(7) 计算带的根数z计算单根V带的额定功率由90和 ,查设计手册得 根据，.5和A带型，查设计手册得，包角修正系数，带长修正系数，于是 （式4-7） 0.23735 V带的根数 故需要4根带， 因此z取4根。4.1.3带轮的结构设计 图4-1 小带轮(1) 小带轮结构设计(如图4-1所示) 已知： ，=50。 , () （式4-8） （查设计手册，=9.75） （式4-9） Bmm （式4-10）（查得）取查设计手册：，(2) 大带轮的结构设计 已知： ；。 选取，（） （式4-11） 故如图4-2所示。 图4-2 大带轮4.1.4计算单根V带初拉力的最小值和压轴力由设计手册查得A型带的单位长度质量故单根V带初拉力的最小值= （式4-12） = =181.67N应使带的实际初拉力 压轴力为 =1423.9N （式4-13）4.2 链传动的设计与计算链传动主要是带动带在水平方向运动，故选用输送链，其结构与滚子链相似，故设计仿照滚子链设计。配置实心销轴、加装滚子在有张紧装置或托板时，其中心距可大于。已知=57.14r/min ；i=1 。4.2.1链轮的设计与计算通常17，29-2i；取链轮1齿数，链轮2的齿数为。确定设计功率。由设计手册查得K，K=1.1，单排链，则计算功率为： （式4-14）选择链条型号和节距：根据及，查设计手册可选12A-1，链条节距为 。 计算链节数和中心距：初选中心距 （式4-15） 取中心距为和。相应的链长节数为： （式4-16） 2 链长节数节=2=419.95 取链长节数节。 链条长度，故 （式4-17） 查设计手册得中心距计算系数=0.24958、0.24978，则链传动的理论中心距为 （式4-18）实际中心距为： （式4-19）=计算链速并确定润滑方式 （式4-20）所以 由和链号12A-1-315、12A-1-420；查手册可知采用人工定期润滑。有效圆周力 （式4-21）作用于轴上的拉力 （式4-22）4.2.2链轮的结构设计计算链轮的几何尺寸并绘制链轮工作图，如图4-3。查设计手册计算链轮的主要尺寸分度圆直径： （式4-23）齿顶圆直径： （式4-24）（其中为链的滚子直径） （式4-25）故取： 图 4-3 链轮齿根圆直径 ： （式4-26）齿 高： （式4-27）确定的最大凸缘： （式4-28） 取=80mm，。最大齿根距离： （式4-29）滚子链链轮轴向齿廓尺寸，如图4-4所示： 图4-4 滚子链链轮轴向齿廓尺寸齿 宽： （为内链节宽） （式4-30） 齿侧倒角 ： （式4-31）齿侧半径 ： （式4-32）4.3 换向齿轮的结构设计4.3.1确定齿轮的主要参数和尺寸由于清洗机采用双层清洗结构来清洗零件，所以机构需要换向装置来保持上层与下层的运行方向相反，故采用一对大小和参数都相同的标准直齿圆柱齿轮且为开式齿轮传动。 齿轮的结构如图4-5所示：已知压力角 ；齿数 ；模数 ； 。： （式4-33）可知两支撑相对于齿轮做不对称布置，分度圆： （式4-34）齿顶高： =3mm （为齿顶高系数） （式4-35）齿根高： （式4-36）齿顶圆： （式4-37）齿根圆： （式4-38）齿 距： （式4-39）齿厚： （式4-40）可得： ； ； ； ；。图4-5 齿轮4.3.2齿轮受力分析齿轮传递转矩 ： （式4-41）圆 周 力： （式4-42）径 向 力： （式4-43）由于齿轮低速轻载传递运动，故不需要再对齿轮进行强度校核，只需对齿面进行强化处理即可。4.4 轴的结构设计 本次传动设计共需要四种不同类型的轴，即带轮主动轴、齿轮主动轴、齿轮从动轴和链轮轴。此外链轮之间的连接轴为一空心轴，主要是为了装配时方便使其与链轮焊接在一起。由于清洗机工作速度较低，且运行较平稳，故按扭转强度计算。4.4.1初估轴的直径对于实心轴 ： （在126103之间故取112） （式4-44）故： 为了提高安全系数，取轴的最小直径 。 图4-6 齿轮主动轴 图4-7 齿轮从动轴4.4.2确定四种轴每部分的直径及其尺寸(1) 齿轮主动轴的设计齿轮主动轴的主要形状及相关尺寸如图4-6所示；(2) 齿轮从动轴的设计齿轮从动轴的主要形状及相关尺寸如图4-7所示；(3) 带轮主动轴的设计带轮主动轴的主要形状及相关尺寸如图4-8所示；(4) 链轮轴的设计链轮轴的主要形状及相关尺寸如图4-9所示； 图4-8 带轮主动轴 图4-9 链轮轴4.5 轴承的选择4.5.1主动齿轮轴轴承的选择轴装轴承处的轴颈直径为，径向力 转时有轻微的冲击，预期计算寿命，已知自重约10kg，考虑到以后的扩展功能承受重量约100kg，单个轴承所受的径向力： （式4-45）考虑到安全问题，取安全系数为1.2。故： （式4-46）轴向载荷较小，在这里可以忽略；轴承的转速为57.14r/min，预期计算寿命：。初步计算当量动载荷P，根据式 （式4-47）按设计手册，。，故为： 求轴承应有的基本额定动载荷值 （式4-48） 按照轴承样本或设计手册选择的6307轴承，其中验算6307轴承的寿命： （式4-49） 故选择的轴承合适。4.5.2从动齿轮轴轴承的选择轴装轴承处的轴颈直径为，径向力 ，转时有轻微的冲击，预期计算寿命，自重约10kg。考虑到以后的扩展功能承受重量约50kg，单个轴承所受的径向力为 考虑到安全问题，取安全系数为1.2。故： 轴向载荷较小，在这里可以忽略；轴承的转速为，预期计算寿命初步计算当量动载荷P，根据式 按设计手册，。，故为求轴承应有的基本额定动载荷值： 按照轴承样本或设计手册选择的6209轴承，其中。验算6209轴承的寿命： 故选择的轴承合适。链轮轴其受力比齿轮从动轴还要小一些，而且安装轴承端的直径也为45mm,所以也选用6209轴承，不用校核即可。5 棒料切割机部分零部件加工工艺规程的编制砂轮加紧片加工是棒料切割机加工的一部分，其加工简图如下所示： 图5-1 砂轮夹紧片砂轮加紧片加工工艺表如下所示：表1 砂轮夹紧片加工工艺过程序号工序工序内容1下料6030mm2粗车夹左端，车端面，见平即可钻中心孔3.53粗车粗车外圆，留加工余量4钻孔钻孔至要求尺寸5切断6检验结论本次毕业设计的主要内容是清洗机的传动机构的设计。主要是根据使用要求完成总体机构所需驱动功率的确定以及选择合适的电机；为了应用方便并减小总体尺寸采用了电磁调速电机。依据输送带和辊刷机构的工作速度对V带机构和输送链进行理论计算和设计，选用合适的带型确定带轮的合理尺寸；应用滚子链的设计知识设计链传动机构，在实际应用中可按照所需规格向厂家订购所需的链子构件。在应用中为了能够清洗采用了双层清洗结构，这就要求使用中需要换向装置来保持下层与上层运行方向相反，这里应用了一对标准直齿圆柱齿轮来进行换向。本机构一共使用了五种类型的轴，主要是按照扭转强度的条件计算和设计的。其中链轮连接轴按链轮尺寸设计，选用的是空心轴且它与链轮焊接使用，另外计算出最小所需直径进行适当的放大设计而成。对于所用轴承主要按照所用轴的直径选用，并进行了适当的校核，基本满足使用要求。通过这次设计巩固了以前所学的专业知识，也让我对机械设计有了一定的感性认识，并且也感受到要严谨、灵活地应用所学知识。由于本人的学识和经验有限，在整个设计中有错误和疏忽的地方还望老师们多多指