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电弧喷涂用绕丝机工装设计【25张图纸】【优秀】

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电弧 喷涂 绕丝机 工装设计 电弧喷涂用 图纸 喷涂绕丝机
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电弧喷涂用绕丝机工装设计

61页 25000字数+说明书+任务书+25张CAD图纸【详情如下】

A0总装图.dwg

A1减速器 (带油塞).dwg

A1大焊丝盘支架.dwg

A2机架.dwg

A3架子.dwg

A3箱体.dwg

A3蜗杆.dwg

A3蜗轮.dwg

A3蜗轮轴.dwg

A3轮芯.dwg

A4V带轮1.dwg

A4V带轮2.dwg

A4安装板.dwg

A4小焊丝盘支架.dwg

A4工作轴.dwg

A4挡板.dwg

A4支撑架.dwg

A4箱盖.dwg

A4脚支架.dwg

A4蜗杆轴承透盖.dwg

A4蜗杆轴承闷盖.dwg

A4蜗轮轴.dwg

A4蜗轮轴承透盖.dwg

A4蜗轮轴承闷盖.dwg

A4钢筒.dwg

任务书.doc

电弧喷涂用绕丝机工装设计说明书.doc

目录摘要.doc

目     录

第一章  绪论1

1.1 热喷涂概述1

1.1.1 热喷涂的定义及原理1

1.1.2 热喷涂的种类和特点3

1.2 电弧喷涂技术概述4

1.2.1 电弧喷涂的技术原理及特点4

1.2.2 电弧喷涂技术的应用6

1.2.3 电弧喷涂技术的新发展7

1.3 设计绕丝机的意义和目的9

第二章  总体设计11

2.1 绕丝机总体设计及其适用范围11

2.2 设计方案的确定11

第三章  传动部分的设计14

3.1 传动部分总体设计的要求14

3.2 传动系统的分析和拟定14

3.3 绕丝机传动系统的确定15

3.4 电动机的选择16

3.4.1 电动机类型的选择16

3.4.2 电动机功率的选择18

3.4.3 电动机转速的选择20

3.5 传动装置传动比的拟定及确定21

3.5.1 总传动比的确定21

3.5.2 传动装置各级传动比的分配21

3.6 传动装置的运动与动力参数的计算22

3.6.1 运动及动力参数的计算方法22

4.6.2 运动与动力参数的确定23

3.7 V带传动设计24

3.7.1 第一级V带传动的设计及校核24

3.7.2 第二级V带传动的设计及校核28

3.8 减速器的选择及设计31

3.8.1 减速器的选择31

3.8.2 减速器的设计32

3.8.3 蜗杆、蜗轮的设计及校核36

3.9 轴的设计及校核40

3.9.1 轴的初估40

3.9.2 轴的强度校核43

3.10 轴承的选择及校核47

3.10.1 轴承的选择47

3.10.2 轴承的校核49

第四章  机架的设计52

4.1 机架的设计52

4.2 机架焊接结构的设计53

4.2.1 焊接结构的设计措施54

4.2.2 机架采用焊接结构是遇到的问题54

结论55

致谢56

参考文献57

第一章  绪论

1.1 热喷涂概述

1.1.1 热喷涂的定义及原理

1. 热喷涂定义

利用各种热源,将欲喷涂的固体涂层材料加热至熔融或半熔融状态,借助于高速气流的雾化效果使其形成微细熔滴,然后喷射沉积到经过预处理的工件基体表面形成堆积结构涂层的加工方法称为热喷涂技术[1]。

2. 热喷涂原理

1) 喷涂涂层形成过程和涂层形成原理

喷涂时,首先是喷涂材料被加热达到熔融或半熔融状态;紧接着是熔滴雾化阶段;然后是被气流或热源射流推动向前喷射的飞行阶段;最后以一定的动能冲击基体表面,产生强烈碰撞展平成扁平状涂层并瞬间凝固(图1-1a)。再凝固冷却的0.1s中,此扁平状涂层继续受环境和热气流影响(图1-1b)。每隔0.1s第二层薄片形成,通过已形成的薄片向基体或涂层进行热传导,逐渐形成层状结构的涂层(图1-1c)。

2) 涂层结构

喷涂层的形成过程决定了涂层的结构。喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。颗粒与颗粒直不可避免存在一部分孔隙或空洞,其孔隙率一般在4%~20%之间。涂层中伴有氧化物和夹杂,如图1-2。采用等离子弧等高温热源、超音速喷涂以及低压或保护气氛喷涂,可减少以上缺陷,改善涂层结构和性能。

内容简介:
毕 业 设 计 任 务 书班 级 材料2002级 学生姓名 刘朋 学 号 发题日期: 2006年03月10日 完成日期:毕业当年的 月 日题 目 电弧喷涂用绕丝机工装设计 设计原始资料 电弧喷涂技术的应用、特点,相关绕丝机构的比较。 1、 设计各部分内容及时间分配:(共 14 周)第一部分 查阅文献及调研( 1周 )第二部分 设计方案制定,并进行相关的计算校核 ( 2 周 )第三部分 绘制设备结构图 ( 8 周 ) 第四部分 控制部分设计 ( 2周 )第五部分 论文书写 ( 周 )评阅及答辩( 1周 ) 3、计算说明书内容 1)文献综述 2)方案选择与确定 3)结构计算与校核 4)计算结果 5)控制部分设计制造 5)参考文献 4、 应交出之图纸及文件 1)完成A0当量图纸大于3张, 2)设计说明书1份 3)英文翻译大于10000字符 4)毕业论文日志 5、 参考文献 1)各类机械设计的书籍 2)前几届毕业学生的毕业论文 等等 指导教师: 年 月 日审 批 人: 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第57页摘 要随着热喷涂、电镀等表面改性技术的发展,电弧喷涂表面技术的广泛推广,绕丝机在钢结构电弧喷涂和防腐工程中的应用中不可缺少。本次绕丝机的设计,其主要目的是提高电弧喷涂的效率,降低成本,减轻劳动强度,从而改善电弧喷涂的经济效益,推进热喷涂技术的更广泛应用。主要依据是电弧喷涂绕丝机的功用,设计要求等。同时对绕丝机的传动装置,工作机构以及机架等部分进行了说明。本绕丝机具有操作简单,结构紧凑,工作效率高,降低工人的劳动强度等优点。适合于单件、小批量和批量生产,都能获得很好的经济效益,具有良好的发展前景。关键词:绕丝机;热喷涂;电弧喷涂AbstractWith the Development of surface modification technology, such as thermal spraying、electroplate, arc spraying surface technologys widely used. At present, winding machine is indispensable in the application of structural steelwork arc spraying and corrosion engineering.The main purpose of the design on the winding machine is to improve the efficiency of arc spraying, to low costs, and to reduce the intensity of labor. Thereby to improve arc spraying economic benefits and promote wider application of thermal spray technology. This design is mainly based on the function of arc spraying winding machine and design requirements. Also, it mainly explains the transmission device, operating mechanism and the body of the machine.The winding machine has the advantage of compact structure, simple operation, low labor intensity and high efficiency and so on. Because of its evident economic benefit, it is suitable for single, small-scale and large manufacture.Key words: Winding machine; Thermal spraying; Arc spraying 目 录第一章 绪论11.1 热喷涂概述11.1.1 热喷涂的定义及原理11.1.2 热喷涂的种类和特点31.2 电弧喷涂技术概述41.2.1 电弧喷涂的技术原理及特点41.2.2 电弧喷涂技术的应用61.2.3 电弧喷涂技术的新发展71.3 设计绕丝机的意义和目的9第二章 总体设计112.1 绕丝机总体设计及其适用范围112.2 设计方案的确定11第三章 传动部分的设计143.1 传动部分总体设计的要求143.2 传动系统的分析和拟定143.3 绕丝机传动系统的确定153.4 电动机的选择163.4.1 电动机类型的选择163.4.2 电动机功率的选择183.4.3 电动机转速的选择203.5 传动装置传动比的拟定及确定213.5.1 总传动比的确定213.5.2 传动装置各级传动比的分配213.6 传动装置的运动与动力参数的计算223.6.1 运动及动力参数的计算方法224.6.2 运动与动力参数的确定233.7 V带传动设计243.7.1 第一级V带传动的设计及校核243.7.2 第二级V带传动的设计及校核283.8 减速器的选择及设计313.8.1 减速器的选择313.8.2 减速器的设计323.8.3 蜗杆、蜗轮的设计及校核363.9 轴的设计及校核403.9.1 轴的初估403.9.2 轴的强度校核433.10 轴承的选择及校核473.10.1 轴承的选择473.10.2 轴承的校核49第四章 机架的设计524.1 机架的设计524.2 机架焊接结构的设技534.2.1 焊接结构的设计措施544.2.2 机架采用焊接结构是遇到的问题54结论55致谢56参考文献57第一章 绪论1.1 热喷涂概述1.1.1 热喷涂的定义及原理1. 热喷涂定义利用各种热源,将欲喷涂的固体涂层材料加热至熔融或半熔融状态,借助于高速气流的雾化效果使其形成微细熔滴,然后喷射沉积到经过预处理的工件基体表面形成堆积结构涂层的加工方法称为热喷涂技术1。2. 热喷涂原理1) 喷涂涂层形成过程和涂层形成原理喷涂时,首先是喷涂材料被加热达到熔融或半熔融状态;紧接着是熔滴雾化阶段;然后是被气流或热源射流推动向前喷射的飞行阶段;最后以一定的动能冲击基体表面,产生强烈碰撞展平成扁平状涂层并瞬间凝固(图1-1a)。再凝固冷却的0.1s中,此扁平状涂层继续受环境和热气流影响(图1-1b)。每隔0.1s第二层薄片形成,通过已形成的薄片向基体或涂层进行热传导,逐渐形成层状结构的涂层(图1-1c)。 (a) (b) (c)图1-1 热喷涂涂层形成过程示意图2) 涂层结构喷涂层的形成过程决定了涂层的结构。喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。颗粒与颗粒直不可避免存在一部分孔隙或空洞,其孔隙率一般在4%20%之间。涂层中伴有氧化物和夹杂,如图1-2。采用等离子弧等高温热源、超音速喷涂以及低压或保护气氛喷涂,可减少以上缺陷,改善涂层结构和性能。由于涂层层状结构,是一层一层堆积而成,所以涂层的性能具有方向性,垂直和平行涂层方向上的性能是不一致的。涂层经适当处理后,结构会发生变化。如涂层经重熔处理,可消除涂层中的氧化物夹杂和孔隙,层状结构变为均质结构,与基体表面的结合状态也发生变化。图1-2 喷涂层结构示意图3) 涂层结合机理涂层的结合包括涂层与基体表面的结合和涂层内部的结合。涂层与基体表面的结合强度称为结合力;涂层内部的结合强度称为内聚力。涂层中颗粒与基体表面之间的结合以及颗粒之间的结合机理目前尚无定论,通常认为又以下几种方式:a) 机械结合。碰撞成扁平状并随基体表面起伏的颗粒,由于和凹凸不平的表面互相嵌合,形成机械钉扎而结合。一般来说,涂层与基体表面的结合以机械结合为主。b) 冶金-化学结合。这是当涂层和基体表面出现扩散和合金化时的一种结合类型,包括在结合面上生成金属间化合物或固溶体。当喷涂后进行重熔(即喷焊)时,喷焊层与基体的结合主要是冶金结合。c) 物理结合。颗粒对基体表面的结合,是范德华力或次价键形成的结合。4) 涂层残余应力当熔融颗粒碰撞基体表面时,在产生变形的同时受到激冷而凝固,从而产生微观收缩应力,涂层的外层受拉应力;基体,有时也包括涂层的内层则产生压应力。涂层中的这种残余应力时由喷涂热条件及喷涂材料与基体材料物理性质的差异所造成的,它影响涂层质量,限制涂层的厚度。工艺上要采取措施以消除和减少涂层残余应力1。1.1.2 热喷涂的种类和特点1. 热喷涂种类按涂层加热和结合方式,热喷涂有喷涂和盆熔两种。前者是基体不熔化,涂层与基体形成机械结合;后者则是涂层经再加热重熔,涂层与基体互溶并扩散形成冶金结合。它们与堆焊的根本区别都在于母材基体不熔化或极少熔化。热喷涂技术按照加热喷涂材料的热源种类分为:火焰喷涂、电弧喷涂、高频喷涂、等离子喷涂(超音速喷涂)、爆炸喷涂、激光喷涂和电子束喷涂。而本实验所运用的是高速火焰喷涂和等离子喷涂两种方法1。2. 热喷涂特点1) 适用范围广。涂层材料可以是金属和非金属(如聚乙烯、尼龙等塑料,氧化物、氮化硅、氮化硼等陶瓷)以及复合材料。被喷涂工件也可以是金属和非金属(如木材)。用复合粉末喷成的复合涂层可以把金属和塑料或陶瓷结合起来,获得良好的综合性能。其他方法难以达到。2) 工艺灵活。施工对象小到10mm内孔,大到铁塔、桥梁等大型结构。喷涂既可在整体表面上进行,也可以在指定区域内涂敷,既可在真空或控制气氛中喷涂活性材料,也可在野外现场作业。3) 喷涂层的厚度可调范围大。涂层厚度可从几十微米到几毫米,表面光滑,加工量少。用特细粉末喷涂时,不加研磨即可使用。4) 工件受热程度可以控制。除喷熔外,热喷涂时一种冷工艺,例如氧-乙炔喷涂、等离子喷涂或爆炸喷涂,工件受热程度均不超过250,工件不会发生畸变,不改变工件的金相组织。5) 生产率高。大多数工艺方法的生产率可达到每小时喷涂数千克喷涂材料,有些工艺方法可高达50kg/h以上1。热喷涂技术也已经应用在新的领域,热喷涂技术与其他学科相互交叉渗透形成了新的表面出理工艺,如热喷涂与处理工艺结合出现了炉内烧结重熔和高频感应重熔渗透工艺;与电镀工艺结合产生了镀涂工艺和涂镀工艺;采用新的能源,出现了激光重熔和电子束重熔等2。1.2 电弧喷涂技术概述1.2.1 电弧喷涂的技术原理及特点1. 电弧喷涂的原理电弧喷涂的原理如图1-3所示,在喷嘴中两条金属丝作为自耗性通电两极,两极间夹角=3060,接触后形成电弧将金属丝熔化,由中间管子中吹出的高压气流(压缩气体)将熔融状态的金属雾化并喷射到工件表面形成涂层3。 图1-3 电弧喷涂2. 电弧喷涂的特点电弧喷涂具有以下特点:1) 涂层与基体结合强度高。电弧喷涂较火焰线材或粉末喷涂粒子飞行速度高(约为100180m/s,一般线材火焰喷涂为80160m/s),粒子含热量大,因此,当熔融状态下的粒子打到基体表面时,形成局部微冶金结合的可能性要大得多,因此涂层与基体有较强的结合强度。一般电弧喷涂涂层与基体的结合强度为线材火焰喷涂的1.52倍。2) 喷涂效率高。在20世纪70年代初和中期,电弧喷钢生产率可达2030/h,喷锌为4555/h,为线材火焰喷涂的2倍。到了80年代,电弧喷锌的生产率可到达140kg/h以上。3) 设备投资及使用成本低。两种线材喷涂工艺成本比较见表1-1(美国通用电器公司)。美国一家公司使用一台电弧喷涂设备代替以前使用的四台火焰喷涂设备对管子和钢制电线杆喷锌,使生产连续进行。用直径为3.2的锌丝,生产率可达80.8/h。电弧喷涂与线材火焰喷涂消耗比较见表2-2。表1-1 两种线材喷涂工艺成本比较喷涂方法设备成本操作成本/(美元h-1)合计/(美元h-1)设备价格/万美元设备使用价格/(美元h-1)人工气体电电弧0.40.90.558.0空气0.300.359.2线材火焰0.20.44.808.0O2:1.90C2H2:2.60空气:0.3017表1-2 电弧喷涂与线材火焰喷涂比较喷涂方法设备台数电能消耗/kW消耗量/(Lmin-1)总成本(比例)Zn损失/%生产率 /kgh-1空气O2C2H2电弧线材火焰 1 41711302490165.299.12030.53480.880.84) 防腐寿命长,是其它防腐方法无法比拟的,一次防腐,一劳永逸。设备及原材料国产化达100,工艺简单易行。与热浸锌相比,电弧喷涂灵活方便,一套设备能对不同形状和尺寸零件进行防腐施工,便于流动施工。而热浸锌防腐不同尺寸和形状构件将会受到熔池尺寸的限制,也不便流动施工。5) 电弧喷涂可根据不同腐蚀环境喷涂相应耐蚀材料涂层,工艺系统具有普遍适用性。热浸锌仅能制备锌涂层,对复杂的腐蚀环境,单一的锌涂层将难以适应,会大大降低涂层耐蚀寿命。而利用电弧喷涂的锌涂层会提高工件的耐腐蚀寿命。相对于其他涂层技术,电弧喷涂技术具有质量好、工件变形小、生产效率高、能源利用率高、经济效益好、操作简单和易于野外作业等显著优点。表1-3为电弧喷涂与其他涂层的寿命比较。表1-3 不同防腐涂层的寿命比较防腐方法油漆涂装电镀锌热浸锌电弧喷涂防腐寿命15年38年10年30年1.2.2 电弧喷涂技术的应用电弧喷涂的涂层质量好、致密度高、结合力强、喷涂效率高。可喷涂铝、锌、不锈钢、铜等金属丝材,应用于各种防腐工程和机械维护。电弧喷涂工艺中主要是热喷涂铝或锌涂层,所以电弧喷涂的应用也可以说是热喷涂铝或锌涂层的应用。热喷涂铝或锌涂层是历史最早、技术最为成熟的、应用面也是最广的热喷涂层。金属防护目前主要有3种方法:第一种是将工件与环境介质隔开,使环境介质无法对工件产生腐蚀作用,例如采用有机涂层,电层,化学镀层,釉瓷,搪瓷层等;第二种是采用电保护,例如阴极保护;第三种是减弱介质对工件的腐蚀,例如向介质(或反应剂)中加缓蚀剂,在涂料中加缓蚀颜料。而热喷涂铝或锌涂层在一定程度上兼具了上述的三种保护作用3。热喷涂铝或锌层在防腐工程中的实例:1.大型水闸钢闸门及水工结构(耐水腐蚀,水库)。基本情况:闸门是水库、水电站、水闸、船闸、抽水站等水利工程中的重要构件,长期浸水,启闭时频繁干湿交替,高速水冲击,水线部分受水、气、日光及水生物浸蚀剂泥沙冲磨,因此易腐蚀。刷油漆一般防护期为34年,较好的可达78年,较差的为12年,喷锌或铝寿命可达20年。2.电厂输电铁塔、广播电视塔、电站管道等(耐大气腐蚀,电厂、电视台等)。从我国发电厂运行的可靠分析资料表明,在发电设备事故中,锅炉事故最多,而在锅炉事故中,“四管”爆漏次数最高,“四管”爆漏是锅炉安全运行的最大障碍。每次检修都带来很大经济损失,国外资料表明,“四管”造价最贵每平方英尺需500-2000美元,当一台用于纸浆厂的1200t余热锅炉检修时,每天损失达20万美元。国内从七十年代中期开始对锅炉“四管”喷涂保护并取得了良好效果。如 1990年5月在秦岭电厂喷涂再热管28根,至今涂层完好运行正常。3.煤矿井下钢结构长效防腐(井下潮湿大气防腐,煤矿)。基本情况:平顶山煤矿二矿、十一矿,井下水滴如注,空气中含CO2、SO2、NO2等腐蚀气体,工字钢制梁及支架每年腐蚀约0.71,投产6年已经严重腐蚀。井筒寿命一般为1015年,平顶山14个矿,每年至少1、2个矿的井筒因腐蚀必须更换。井筒是煤矿提升工人、煤及其他物料的关键部位,更换井筒一般要30天,维修停产损失费达500万元之巨。全国煤矿系统每年因维修井筒消耗钢材达4.5万吨,停产损失达亿元以上。现已采用喷铝防护。4.甲醇部分氧化反应器喷铝防腐蚀(高温水气腐蚀,化工厂)。基本情况:甲醇部分氧化反应器为生产甲醇的重要设备,设备尺寸为356822,高7m,外壳材质相当于Q235。反应器中因反应温度高,外加冷却水管,导致外壳严重水腐蚀,几乎需要年年除锈,漆膜多则三个月即全部脱落,某些部分腐蚀速度达1/年,壁厚减薄严重。对设备外壳进行喷铝防腐(加封闭)后,获得很好的效果3。5.在建筑装潢上也正在推广热喷涂工艺,如愈来愈多的地方采用塑雕进行美化。整体铸一尊铜像要花费很多铜材,如果在水泥、石膏、树脂塑像上喷上一层铜或其它装饰涂层、既经济又美观。近年来大庆、北京、上海、沈阳、江西、四川、云南等地采用喷涂方法搞了许多大型塑雕、饰物、大型壁画等收到了良好效果4。1.2.3 电弧喷涂技术的新发展51. 熔滴速度高速电弧喷涂技术(HVAS)是20世纪90年代开发出的先进热喷涂技术,因其熔滴飞行速度的大幅度提高(达到350ms)和雾化效果的进一步改善,从而制备出与等离子喷涂相近的高结合强度、低孔隙率的高质量涂层,大大拓宽了电弧喷涂的应用领域。电弧喷涂涂层的性能受到多种因素的影响,其所具有的快速凝固组织与雾化过程中熔滴的动力学及热传输有密切关系。对雾化过程的动力学和热传输行为进行分析,不仅是选择喷涂工艺参数的重要依据,也有助于正确地理解高速电弧喷涂涂层组织的形成与演变机制。但由于试验技术的限制,难以用实测方法获得熔滴温度、冷却速度等热传输参数,通常采用理论模型进行数值模拟计算,而确定雾化气流速度和熔滴速度是进行模拟计算的前提条件。2. 金属电弧喷涂金属喷涂是用压缩气体将熔融状态的金属雾化成微粒,喷涂沉积在预先准备的工件表面上,形成一完整的金属覆盖层。一般来说,金属喷涂主要有三方面用途:(1)用于抗腐蚀、抗高温氧化或耐磨损等防护性涂层;(2)用于修复零件尺寸,如由于大范围磨蚀或局部机械加工错误而造成构件几何尺寸的不足,可通过金属喷涂予以修复;(3)用表面喷涂金属的非金属材料来代替金属制造设备或部件。金属电弧喷涂是利用交流或直流电弧熔化不断进给的金属喷丝,再由压缩空气通过喷嘴使之雾化并喷射到工件表面,该喷涂工艺的主要装置称为金属电弧喷涂枪。俄罗斯的BHNNTYBN研究所多年来一直从事金属电弧喷涂的工艺和设备研究工作,目前它在总结、吸收国内外先进经验的基础上研制成功一种高效能的M一5型电弧喷涂枪。它与同类装置相比较具有以下优点:喷射角减小到13,使喷涂材料利用率提高25,对于24mm喷丝,喷涂过程中的重量消耗可减少3040;直径超过100mm的圆柱状套形零件,其内表面的喷涂深度可达400mm;该设备采用可拆卸结构,且零部件的装操作比较简单,因此其维护性良好;通过控制台进行设备操作简易、方便。金属的电弧喷涂有着十分广泛的用途,如:修复各类活塞式发动机的汽缸套,修复各类轴或轴承零件;铝或锌的电弧喷涂层有良好的耐腐蚀性,可用于各种管道、罐体或扩散装置的内壁防护;铝、铜、青铜、黄铜的喷涂层可用于各种金属或非金属制品的表面防护和装饰。3. 超音速电弧喷涂超音速电弧喷涂是最新研制出的表面防腐耐磨涂层新技术。这种新技术在防腐、修复和机械制造等领域有着广泛的应用。可用于船舶、桥梁、矿井支架和设备、锅炉管道的防腐处理、热轧辊柱塞、造纸、烘缸、模具的修复;机械制造中零件尺寸超差的恢复、零件表面强化、零件特殊的制备以及模具的快速制造;可部分取代电镀工艺。它的应用将会产生很大的经济效益和社会效益。由解放军第二炮兵工程学院主持研制的超音速电弧喷涂技术已经通过国家级技术鉴定。这项成果的问世,使困扰世界机械制造行业达40余年的设备表面喷涂难题迎刃而解。长期以来,国内外机械制造业沿用的金属粒子热喷涂技术,存在着成本高、喷速慢、效率低、涂层强度差等弊病,严重影响机械设备的质量和寿命。因此,从五十年代起,国内外机械制造方面的专家一直进行着为机械设备“穿一层金属超薄耐磨外衣”的电弧喷涂技术研究,但始终收效甚微。超音速电弧喷涂证明其金属粒子喷速比目前世界最先进的喷涂设备高出两倍以上,电弧稳定性、金属粒子雾化率、涂层孔隙率、耐磨性能、表面硬度等多项指标,均达到国际最高水平。该项技术还成功地在西安昆仑机械厂等企业进行了应用试验,成功地修复了一批磨损严重的进口曲轴和模具。我国钢铁产量位居世界前列,但由于对钢结构的防护不当,每年被腐蚀掉的钢铁几乎占总产量的三分之一,造成极大的浪费。传统的钢结构防腐以涂刷油漆为主,不仅防腐效果差,维护成本高,对环境也造成了严重污染。电弧喷涂技术,成为当前解决钢结构件防腐蚀问题最为有效的途径,在实际应用中具有较大的社会效益和经济效益。1.3 设计绕丝机的意义和目的绕丝机是电弧喷涂工程施工中重要的部分之一,在绕丝机没有制造出来之前,热喷涂的所用的金属丝是直接放在大焊丝盘上进行电弧喷涂,或者是人工绕丝。这样的情况下,效率低,劳动强度高,提高表面电弧喷涂的成本。在现在的市场经济强烈竞争的情况之下,为了降低成本,提高工作效率,改善劳动强度,绕丝机在其他技术条件改善的同时也随之产生。绕丝机的出世,可以说对电弧喷涂技术的改进也有了很大帮助,是电弧喷涂在表面工程技术的行业中占据了比较重要的地位。现在,绕丝机在电弧喷涂工程技术的行业当中不可缺少,表面工程技术在机械行业和桥梁钢结构中应用越来越重要。在现代工业技术发展的情况,随着表面工程技术在诸多行业的广泛应用,绕丝机的作用也越来越明显,提高了电弧喷涂的效率,降低成本,促进了电弧喷涂技术的更好的发展,也推动了表面工程技术的改进。绕丝机主要用在热喷涂中的电弧喷涂。除此之外,对本绕丝机加以改进,改变绕丝机传动装置中的传动比,是工作轴的速度满足自动焊接的一半速度,并将工作轴的安装方向旋转90,使工作轴的轴心线垂直,再加上一些其他的附件,如托盘、固定卡具等,此时,绕丝机可用作焊接回转台。第二章 总体设计2.1 绕丝机总体设计及其适用范围热喷涂绕丝机设计的出发点是要满足进行热喷涂之前所必须的前期工作。绕丝机进行绕丝,把喷涂用的金属丝绕到热喷涂用的小焊丝盘上,这个环节在电弧喷涂的整个流程当中是较为重要的。2.2 设计方案的确定在对绕丝机的设计时,其设计依据是绕丝机在工作时所需要的功率、运行时工作轴的转速以及绕丝速度等有关信息。还要综合考虑其他因素,如传动的效率、工作条件等。本绕丝机由工作轴、传动装置、电动机、机架、控制装置等部分组成。工作轴带动小焊丝盘转动进行绕丝工作,从大焊丝盘将焊丝逐步的绕到规定的小焊丝盘上。大焊丝盘设在外置的另一个大焊丝盘支架上,工作轴的转动带动其一起转动。221常用传动机构的一般布置原则是9:1. 摩擦传动(例如带传动)的承载能力一般较低,在传递相同的扭矩时其结构尺寸大于啮合传功,故在多级传动中宜置于高速级,又因其工作平稳性好,故置于高速级还能起吸震缓冲作用。2. 啮合传动中的蜗杆传动多用于大传动比和中小功率场合,其承载能力一般较齿轮传动低,为获得较小的结构尺寸,宜置于高速级。这时,虽然齿面相对滑动速度较高,却有利于建立流体润滑油膜,能为提高承载能力和效率带来好处。3. 考虑到大尺寸、大模数的圆锥齿轮加工比较困难,故在多级传动中宜置于高速级,但这时圆周速度较大,需提高制造精度,导致成本提高。4. 斜齿传动的工作平稳性优于直齿传动,相对来说应置于高速级。5. 链传动具有固有的运转不均匀特性,冲击甚大,故宜置于低速级。6. 开式齿轮传动的工作环境一般甚差,润滑条件不良,故宜置于低速级。7. 改变运动形式的传动和机构(如螺旋传动、连杆机构、凸轮机构),应布置在多级传动中的最后一级。8. 对于NGW(2KH)型和N(KHV)型内啮合行星传动,因具有承裁能力高而结构尺寸小、效率高而传动比大的特性,故在多级传动中可考虑置于低速级。9 若机械中有制动装置,则其后不应采用摩擦传动。顺便指出,机械中的制动装置通常置于高速级。222传动机构类型选择的一般原则9:1. 小功率传动,宜选用结构简单、价格便宜、标准化程度高的传动机构,以降低制造成本。2. 大功率传动,应优先选用传动效率高的传动机构,如齿轮传动,以降低能耗。3. 工作中可能出现过载的工作机,应选用具有过载保护作用的传动机构,如带传动。但在易爆、易燃场合,不能选用摩擦传动,以防止静电引起火灾。4. 载荷变化较大,换向频繁的工作机,应选用具有缓冲吸振能力的传动机构,如带传动。5.工作温度较高、潮湿、多粉尘、易爆、易燃场合,宜选用链、闭式齿轮或蜗杆传动。6. 要求两轴保持准确的传动比时,应选用齿轮或蜗杆传动。此外,设计多级传动时,运动链越简短越好。运动链越简短,机构和零件的数量就越少,能量消耗也少,制造、装配、使用、维修和保养费用也低并利于提高整机的效率和运转精度。根据以上设计准则以及设计要求,工作轴由电动机驱动,经过大传动比的蜗杆减速器及两级带轮减速,以获得要求的稳定转速。传动路线基本可以确定为:电动机第一级带传动蜗杆减速器第二级带传动工作轴。第三章 传动部分的设计3.1 传动部分总体设计的要求1.根据绕丝速度的要求,并考虑是人工操作的因素,预设定:绕丝机进行工作时工作轴的转速大约为nw=6r/min;2.结构简单,以便于加工制造,重量轻;3.尽量采用标准件,降低制造成本。3.2 传动系统的分析和拟定一般工作机器都是由原动机、传动装置和工作装置三个基本职能部分构成。工作装置必需电动机输入动力才能进行工作,传动装置将原动机的动力转化成为运动,以实现工作装置预定的工作要求,它是机器的主要的组成部分。现实中,原动机与工作装置直接相联的情况并不多见,通常是在这二者之间设有传动装置,简称传动。传动装置在机器的作用主要是三个方面: 改变速度(可以是减速、增速或者是调速); 改变运动形式; 在传递运动的同时传递动力。机器的三个职能部分彼此协调运行,并准确、安全、可靠地完成整机功能6。实践证明,传动装置的重量和成本通常整台机器中占有很大的比重;且机器的工作性能很运转费用在很大程度上也是取决于传动装置的性能、质量以及设计布局是否合理。对于传动装置来说,合理的结构设计及方案拟定基本上决定了一台工作机器的质量和性能。因此,在机械的设计中经济合理的传动方案设定是非常重要的。在工农业生产、交通运输、国防以及人们的日常生活中应用的提供或转换机械能的机器,也就是我们常说的原动机,通常有电动机、内燃机,汽轮机等。然而在生产和生活中应用得最为广泛的原动机是电动机。设计和拟定传送方案是,首先必须考虑能否能够准确、安全可靠地实现工作装置预定的运动,这是最基本的要求。满足一个预定的运动可以有不同的传动方式、不同的机构类型、不同的顺序和布局,以及在保证相同的结果的前提下分配各级传动机构的传动比来设计出多种方案。但是需从多方面考虑并对各种传动方案分析比较后在诸多的方案中选择最为合理的传动方案。合理的传动方案除了应满足机器预定的功能外,还要求结构简单、尺寸紧凑、制造方便、成本低廉、传动效率高、工作可靠和使用维护方便。传动系统除了要有合理的布局和顺序,还可以考虑以下几点: 带传动的承载能力较低,在传递相同的转矩是结构尺寸叫啮合的传动比大;但待传动比较平稳,能够缓冲吸震,应置于传动系统的高速级; 一般滚子链传动运转不均匀,有冲击,不宜置于高速级; 蜗杆传动的传动比大,承载能力较齿轮低,常布于传动系统的高速级以获得比较小的结构尺寸;同时由于有较高的齿面相对滑动速度,易于形成液体动压润滑油膜,有利于提高承载能力和效率; 制动器一般设在高速轴; 在传动装置的总体设计中,必须注意防止因过载或操作失误而造成机器的损坏和人员工伤等事故,可根据具体的情况在某个环节加设安全保险装置等等。因此,此次设计的绕丝机传动装置采用带传动减速和蜗杆减速器减速。因为带传动较链传动平稳,而且减速器与工作装置之间的结构尺寸相对于齿轮传动来说过大,故采用两级带传动和蜗杆减速器系统。3.3 绕丝机传动系统的确定此次设计要考虑绕丝机工作时工作轴的转速,其转速相对于电动机的额定转速非常小,因而需要很大的传动比,故选用单级的蜗杆减速器。本减速器采用的是普通圆柱蜗杆传动,它具有以下特点: 传动比大,结构紧凑; 传动平稳,无冲击,噪声小; 可以实现自锁。传动装置选择方案如图3-1所示:图3-1 绕丝机传动装置示意图3.4 电动机的选择电动机在很多环境下工作,然而电动机的基本使用环境条件是: 海拔高度不超过1000m; 运行地点的环境空气温度随季节变化而变化,但不超过40; 运行地点的最低环境温度为-15,此时电动机已安装就位,处于运行或停机并断能状态; 运行地点的最湿月月平均最高相对湿度为90%,同时该月月平均最低温度不高于25; 运行地点的环境中,不存在腐蚀性化学物质气雾或易爆气体、盐雾、淋水等特殊情形; 正常情况下,电动机安装在刚性安装面上,且安装区域或辅助外壳对电动机的通风没有严重妨碍。当电动机运行地点的海拔和环境温度与基本的使用环境条件不符时,首先要修正的是电动机温升限值。因为运行地点的海拔和环境气温对运行中的电动机绕组温度有一定的影响,而且这种影响因电动机的绝缘等级、冷却方式和防护型式的不同而有所差别8。3.4.1 电动机类型的选择1.电动机类型选择的要求合理选择电动机的类型,对工作机械有效的工作,以及机组运行的可靠性、安全、节能剂降低设备造价都是有很大的意义的。电动机类型的选择要从负载的要求出发,考虑工作条件、负载性质、生产工艺以及供电情况等,尽量满足以下几个方面的要求:1) 机械特性由电动机类型决定的电动机的机械特性与工作机械的机械特性配合要适当,机组稳定工作;电动机的启动转矩、最大转矩、牵如转矩等性能均能满足工作机械的要求。2) 转速电动机的转速满足工作机械要求,其最高转速、转速变化率、稳速、调速、变速等性能均能适应工作机械的运行要求。3) 运行经济性从降低整个电大及驱动系统的能耗及电动机的综合成本来考虑选择电动机的类型,针对使用情况选择不同效率水平的电动机类型;对一些使用时间很短、年使用时间数也不高的机械,电动机效率低些也不会是总能耗产生很大的变化,所以并不注重电动机的效率;但另一类年利用少时较高的机械,如空调设备、循环泵、冰箱压缩机等,就需要选择效率高的电动机一降低总能耗。4) 价格低廉在满足工作机械运行要求的前提下,尽可能选用结构简单、运行可靠造价低廉的电动机。2.电动类型的选择此次的绕丝机的工作环境是在正常室温下的不连续工作,载荷平稳,双向运转,工作环境中有灰尘,除外没有其他特殊要求。直流电动机的最大的特点是运行转速可以在宽广的范围内任意控制,无级变速,由直流电动机组成的调速系统和交流调速系统相比,虽然交流调速系统的装置机构较简单,但直流调速系统控制方便,调速性能好。ZYT系列永磁直流电动机采用铁氧体永久磁铁系封闭自冷式。本系列电动机具有体积小、重量轻、力能指标高、噪音低、产品系列化程度高、零部件通用化程度强等待点,被广泛应用于各种机械及自动化控制系统中作执行元件或驱动装置。本系列电动机可配用WK、SK系列直流调速电源,实现无级调速、张力控制、正反运行等功能;电机可与多种系列减速器相配合,满足用户对转速、转矩、安装工位的不同要求。其使用条件: 海拔不超过4000m; 环境温度:-25C+40C; 相对湿度:小于等于95%(+25C); 允许温升:不超过75K(海拔为1000m时)。按工作间条件和要求选用ZYT系列永磁直流电动机。3.4.2 电动机功率的选择1.电动机功率选择的原理7电动机的功率的选择是否合理,对电动机的工作和经济性有很大的影响。若功率小于工作要求时,电动机不能保证工作装置的正常工作,或使电动机的因过载而过早的损坏;电动机的功率过大,则电动机的价格高,能量不能充分利用,其效率和功率因素较低而造成浪费。此次电动机在常温下工作,载荷很少变化且变化的值不大,则只需使电动机的负载不超过其额定值即可。选电动机的额定功率Pm等于或略大于电动机所需的输出功率P0,即PMP0。通常按公式(3-1)选择电动机功率。电动机的额定功率为: (3-1)电动机所需的输出功率为: (3-2)式中: PW工作装置所需的输入功率,; 有电动机到工作装置的传动装置的总效率。工作装置所需的功率PW与机器的工作阻力和运动有关,通常按照下面两个公式计算得出: (3-3)或 (4-4)式中: FW工作装置的阻力,N; 工作装置的线速度,m/s; 工作装置的阻力矩,Nm; 工作装置的转速,r/min; 工作装置的效率。有电动机到工作装置的总效率按式(3-5)计算: (3-5)式中:、分别为传动装置中每一级传动副(齿轮、蜗杆、带或链传动)、每对轴承或者每一个联轴器的效率。计算总效率时应注意的几个问题10:1) 所取传动副效率中是否包括其支承轴承的效率,如已包括,则不再计人该对轴承的效率。轴承效率均指一对轴承而言。2) 同类型的几对传动副、轴承或联轴器,要分别计入各自的效率。3) 资料推荐的效率一般有一个范围,可根据传动副、轴承和联轴器等的工作条件、精度等要求选取具体值。例如,工作条件差、精度低、润滑不良的齿轮传动取小值,反之取大值。4) 蜗杆传动啮合效率与蜗杆参数、材料等因素有关,设计时可先初估蜗杆头数其效率值,待蜗杆传动参数确定后再精确地计算效率,并校核传动功率。2.点动机功率的确定绕丝机的工作装置为手工操作,设绕丝时的有效拉力大约为FW=300N,绕丝的线速度大概是=4.095m/s,工作装置的效率考虑到轴承和焊丝盘在绕丝过程中的情况及手工绕丝的效率取=0.9。电动机所需的功率PW按照式(3-3)计算,则式中:=300N,=4.09510-2m/s。工作装置的总效率按式(3-5)计算,即。式中为V带传动效率;为有自锁性的普通圆柱蜗杆传动(稀油润滑)的效率;为滚动轴承的效率。由参考文献9中表2-4选取: =0.96 =0.45 =0.995 则,;电动机的输出功率按式(3-2)计算,则载荷平稳,考虑我国的过电情况,选择额定电压为220V的90ZYT系列永磁直流电动机的额定功率为92W,即=9210-3。3.4.3 电动机转速的选择额定功率相同的同类型电动机一般情况下会有不同的转速规格可供选择,如90ZYT系列的永磁直流电动机有1500r/min和3000r/min两种转速。电动机的转速越高,则磁极越少,尺寸和重量越小,一般价格也会越低;但是若选用的电动机的转速越高,而当工作机械低速时,那么减速传动所需传动装置的总传动比必然增大,传动级数增多,尺寸及重量增大,从而造成传动装置的成本增加。所以必须同时考虑电动机及传动装置,并加以综合分析才能确定。为减少电动机的重量和价格,选用转速为3000r/min的90ZYT系列永磁直流电动机。3.5 传动装置传动比的拟定及确定3.5.1 总传动比的确定选用电动机的额定转速nm=3000r/min,而根据绕丝机绕丝速度大概为nw=6r/min,则根据传动装置总传动比的计算公式:即总传动比=500.3.5.2 传动装置各级传动比的分配传动装置是由多级传动串联而成的,那么必须使各级的分传动比i1、i2、i3ik的乘积与总传动比相等,即 (3-6)各级传动比的分配是否合理将影响传动装置的结构尺寸、重量及润滑等多个方面。因此,我们在工分配各级的传动比时,应注意以下几点:1.传动比的取值大小会影响传动的外廓尺寸,亦即影响传动零件的径向尺寸。因此确定各级传动的传动比时,应当注意协调各级传动,特别是从动零件尺寸方面的匀称关系,使之便于安装。例如在多级的齿轮传动中,如斗高速级的传动比过大将会造成高速级大齿轮与低速轴相碰。2.减速传动中,传动比尽可能不超过其允许的最大值,各级传动的传动比最好选取在推荐使用的范围内。3.尽量使用系统简单、级数少、传动机构数少的传动系统,从而提高机器的传动效率和减少精度的降低。4.应使传动装置的外廓尺寸尽可能的紧凑。两级以上的传动装置中,相同的总传动比,若各级的传动比分配不同,其外廓尺寸就会有差别,一般在多级传动中,相邻两级的传动比不宜相差太大9。此次的传动装置系统如图3-1所示,共有三级减速传动:第一级V带传动、单级蜗杆减速器和第二级V带传动。为使第一级V带传动的外廓尺寸不至过大和减速器输入轴的安装中心不至过高,取第一级的V带传动比ib1=2。绕丝机所需原动机的功率不大,因此选用单级的普通圆柱蜗杆减速器,其特点是:传动比大,结构紧凑,常用于小功率的传动装置中。它的传动比范围在780,故选择蜗杆减速器的传动比ig=60,则根据式(3-6)可以得出第二级V传动的传动比。即此传动装置的各级传动比为:第一级V带传动比 ib1=2蜗杆减速器传动比 ig=60第二级V带传动比 ib2=4.173.6 传动装置的运动与动力参数的计算3.6.1 运动及动力参数的计算方法传动装置的运动和动力参数,主要是各轴的转速、功率和转矩,这些都是进行传动机构设计计算的重要依据。如图3-1所示为此次绕丝机的传动装置,用的是单级的有自锁性的普通圆柱蜗杆减速传动和两级带轮传动。设、和分别为轴、轴和工作轴的转速,r/min;、和分别为轴、轴和工作轴的输入功率,;、和分别为轴、轴和工作轴的输入转矩,Nm;、和分别为电动机轴至轴、轴至工作轴之间的传动比;、和分别为电动机轴至轴、轴至轴和轴至工作轴之间的传动效率。由电动机轴至工作轴的传动顺序按式(3-7)(3-8)(3-9)分别计算各轴的转速、输入功率和输入转矩。1. 各轴的转速 (3-7)式中:为电动机的满载转速,r/min。2. 各轴的输入功率 (3-8)式中:为电动机输出功率,;为带传动的效率;为蜗杆减速器的传动效率;为一对滚动轴承的效率。3. 各轴的输入转矩 (3-9)4.6.2 运动与动力参数的确定在这个传动装置中,传动比=,=,=;效率=,=,=。则各轴的转速、输入功率和输入转矩通过式(3-7)、(3-8)、(3-9)计算。1. 各轴的转速由式(3-7)得:轴: 轴: 工作轴:2. 各轴的输入功率由式(3-8)得:轴: 轴 工作轴:3.各轴的输入转矩由式(3-9)得:轴: 轴: 工作轴:3.7 V带传动设计设计V带传动的依据一般是:传动用途,工作情况,带轮转速,传递的功率,外廓尺寸和空间位置条件等。3.7.1 第一级V带传动的设计及校核第一级V带传动是由电动机到蜗杆减速器的输入轴的传动,传递电动机的功率和运动,是一级减速传动。电动机的功率为=92W,额定转速为=3000r/min。此次传动的名义功率=92W,=3000r/min。1.选择V带型号一般根据计算功率和小带轮由参考文献7图3-14选取V带型号。计算功率由计算公式(3-10)确定: (3-10)式中: 需要传递的名义功率,; 工作情况系数。由参考文献7中表3-6查得工作情况系数=1.1,则计算功率通过式(4-7)得:。根据和由6中的图3-14选用Z型普通V带。2.确定带轮的基准直径dd1、dd2由7中表3-7中选取小带轮基准直径dd1=56,则计算大带轮的基准直径dd2= ib1dd1=112,由6中表3-7基准直径系列选dd2=112。3.验算带速带速过高,带的离心力很大,使带的离心应力增大,并使带于轮之间的压紧力减小,摩擦力也随之减小,从而使传动能力下降;反之带速过低,传递相同的功率时代带传递的圆周力增大,则需要增加带的根数。一般应使带速在525m/s的范围内工作。带速的计算公式: (m/s) (3-11)则V带的速度由式(3-11)得:,在525(m/s)范围内。4.确定带传动的中心距和V带的基准长度Ld1) 初选中心距。一般没有对中心距提出具体要求时,初选中心距为:0.7(dd1+dd2)2(dd1+dd2),则可以的得出:117.6336。即选择初选中心距222,符合取值范围。2) 计算初定的带长Ld0。初选中心距选择以后。可以通过式(3-12)计算初定的带长Ld0。 (3-12)则()3) 确定带长。由参考文献7表3-2选择V带的长度=710。4) 实际中心距的计算。实际中心距由公式(3-13)计算确定: (3-13)则(),留出适当的中心距调整量。5 计算并校核小带轮上的包角为了保证带的传动能力,应大于120(至少大于90)。可以通过式(3-14)计算得出: (3-14)则:,即=165.2120,合适。6 确定带的根数求得的带的根数应取整数,带的根数可以通过式(3-15)计算 (3-15)式中:为包角系数;为带长度系数。为使每一根带的受力比较均匀,根数不宜过多,否则应增大带轮直径,从而使外廓尺寸增大。由和值查文献7的图3-13a得=0.35;按公式(3-16)计算: (3-16)式中:为弯曲影响系数;为传动比系数;为小带轮的转速,r/min。分别查看文献7中的表3-4、表3-5得出=0.3910-3和=1.12。根据式(3-16)得: 根据文献7中表3-2和表3-3得=0.99和=0.964。则根数按式(3-15)计算得:。选用Z型普通V带1根。7 确定带的预拉力F0预拉力F0可按公式(3-17)计算得出: (3-17)查文献7表3-1得Z型V带的每米质量=0.06/m,则8 计算作用在轴上的力Q为设计安装带轮的轴和轴承,须确定带传动作用在带轮轴上的力Q。Q可近似的按公式(3-18)计算: (3-18)则通过式(4-18)计算得: (N)则第一级带传动的带选用基准长度=710的Z型普通V带。3.7.2 第二级V带传动的设计及校核第二级V带传动是减速器输出轴至工作轴的减速传动。需要传递的名义功率=14.3110-3,此级的小带轮的速度=25r/min,传动比=4.17。1.选择V带型号一般根据计算功率和小带轮由参考文献7图3-14选取V带型号。计算功率由计算公式(3-10)确定: (3-10)式中: 需要传递的名义功率,; 工作情况系数。由参考文献7中表3-6查得工作情况系数=1.1,则计算功率通过式(3-7)得:。根据和由7中的图3-14选用Z型普通V带。2.确定带轮的基准直径dd1、dd2由7中表3-7中选取小带轮基准直径dd1=50,则计算大带轮的基准直径dd2= ib1dd1=208.5,由7中表3-7基准直径系列选dd2=200。3.验算带速带速过高,带的离心力很大,使带的离心应力增大,并使带于轮之间的压紧力减小,摩擦力也随之减小,从而使传动能力下降;反之带速过低,传递相同的功率时代带传递的圆周力增大,则需要增加带的根数。一般应使带速在525m/s的范围内工作。带速的计算公式: (3-11)则V带的速度由式(3-11)得:,虽在525(m/s)范围内,但对整个传动装置的运动和传动效率影响不大。4.确定带传动的中心距和V带的基准长度Ld1) 初选中心距。一般没有对中心距提出具体要求时,初选中心距为:0.7(dd1+dd2)2(dd1+dd2),则可以的得出:175500。即选择初选中心距=312,符合取值范围。2) 计算初定的带长Ld0。初选中心距选择以后。可以通过式(3-12)计算初定的带长Ld0。 (3-12)则:()3) 确定带长。由参考文献7表3-2选择V带的长度=1000。4) 实际中心距的计算。实际中心距由公式(3-13)计算确定: (3-13)则,(),留出适当的中心距调整量。5 计算并校核小带轮上的包角为了保证带的传动能力,应大于120(至少大于90)。可以通过式(3-14)计算得出: (3-14)则:,即=150.8120,合适。6 确定带的根数求得的带的根数应取整数,带的根数可以通过式(3-15)计算得出: (3-15)式中:为包角系数;为带长度系数。为使每一根带的受力比较均匀,根数不宜过多,否则应增大带轮直径,从而使外廓尺寸增大。由和值查文献7的图3-13a得很小,几乎等于零。则选用Z型普通V带1根。7 确定带的预拉力F0预拉力F0可按公式(3-17)计算得出: (3-17)查文献7表3-1得Z型V带的每米质量=0.06/m,查文献6中表3-3得包角系数=0.922。则8 计算作用在轴上的力Q为设计安装带轮的轴和轴承,须确定带传动作用在带轮轴上的力Q。Q可近似的按公式(3-18)计算: (3-18)则通过式(3-18)计算得: (N)则第二级带传动的带选用基准长度=1000的Z型普通V带。3.8 减速器的选择及设计3.8.1 减速器的选择减速器是一种由封闭在刚性箱体内的齿轮或者蜗杆传动所组成的,具有固定传动比的部件。蜗杆传动具有传动比大而结构尺寸紧凑等优点,在许多设备的传动系统中得到了广泛的应用。最常用的是单级蜗杆减速器,在蜗杆减速器中只有一对蜗杆副。根据蜗杆与蜗轮的位置布置得不同,单级蜗杆减速器有四种结构型号: 蜗杆在蜗轮下面; 蜗杆在蜗轮上面; 蜗杆在蜗轮侧面,蜗轮轴线垂直; 蜗杆在蜗轮侧面,蜗杆轴线垂直。立式蜗杆减速器,其机构是蜗杆在蜗轮侧面,蜗轮轴线垂直。特点有: 结构简单,体积小,重量轻;传动比范围大;承载能力大;运动精度高;运动平稳,无冲击,噪声小;可实现向密闭空间传递运动及动力10。由于此次的绕丝机要求传动比大,而立式蜗杆减速器传动比大、承载能力大、传动精度高、重量轻、体积小、结构简单。则选用立式蜗杆减速器。3.8.2 减速器的设计减速器的基本结构由传动零件(齿轮或蜗杆、蜗轮)、轴和轴承、箱体、润滑和密封装置以及减速器附件等组成。3.8.2.1 蜗杆的选择1. 蜗杆传动的特点1) 传动比大,结构紧凑。蜗杆和螺旋一样,也有单线、双线和多线之分,螺纹的线数就是蜗杆的头数,如果蜗轮的齿数为,则蜗杆每转一圈,蜗轮将转过/圈。设、分别为蜗杆、蜗轮的转速,则蜗杆传动的传动比为,参考文献7得: (3-19)通常较小(=14),而蜗轮齿数可以很多,由上式可见单级蜗杆传动即可获得大的传动比。在动力传动中,一般取传动比为1080;当功率很小、主要用来传递运动(如分度机构)时,传动比甚至可达1000。2) 传动平稳,噪声小。3) 可以实现自锁。和螺纹副相同,当蜗杆螺旋升角小于其齿面间的当量摩擦角时,反行程自锁,即只能是蜗杆驱动蜗轮,而蜗轮不能驱动蜗杆。这对某些要求反行程自锁的机械设备(如起重)很有意义。蜗杆传动的主要缺点是由于齿面间存在较大的相对滑动,传动中摩擦大,发热大,效率低(通常为0.70.8),自锁时啮合效率低于0.5,因而需要良好的润滑和散热条件,不适用于大功率传动(一般不超过50kw),为了减少齿面磨损和防止胶合,便于跑合,蜗轮齿圈常需用比较贵重的有色金属(如青铜)制造。2. 模数和分度圆直径的选择由文献7中表6-1得出表3-1。从表3-1中选择模数=2,分度圆直径=28,压力角=20。表3-1 模数、蜗杆分度圆直径及值()11.251.62()1820 22.420 28(18) 22.4 (28) 35.52()1831.5 3551.2 71.6872 89.6 112 142()2.53.154()(22.4) 28 (35.5) 45(28 35.5 (45) 56(31.5) 40 (50) 712()140 175 221.9 281277. 352.2 446.5 555.6 504 640 800 1136()56.38()(40) 50 (63) 90(50) 63 (80) 112(62) 80 (100) 1402()1000 1250 1575 22501985 2500 3175 44454032 5376 6400 8960()1012.516()(71) 90 (112) 160(90) 112 (140) 200(112) 140 (180) 2502()7100 9000 11200 1600014062 17500 21875 3125028672 35840 46080 640003. 蜗杆头数和蜗轮齿数的选择蜗杆头数的选择与传动比、效率、制造等有关。若要得到大传动比,可取1,但传动效率较低。当传动功率较大时,为提高传动效率可采用多头蜗杆,取24,头数过多,加工精度不易保证。蜗轮齿数=。为了避免蜗轮轮齿发生根切,不应少于26;动力蜗杆传动,一般2780。若过多,会使结构尺寸过大,蜗杆长度也随之增加,导致蜗杆刚度降低,影响啮合精度。和的推荐值见表4-2,由参考文献7中表6-2得出。根据蜗轮蜗杆的传动比要求及表3-2的推荐值,选择蜗杆头数和蜗轮齿数的值分别为:=1=60表3-2 、的荐用值传动比=/789131427284040蜗杆头数43、42、31、21蜗轮齿数2832275228812880404. 蜗杆分度圆直径和分度圆上的螺旋升角与齿条相应,我们定义蜗杆上理论齿厚与理论齿槽宽相等的圆柱称为蜗杆的分度圆。由于切制蜗轮的滚刀必须与分歧相啮合的蜗杆的直径和齿形参数相当,为了减少滚刀数量并便于标准化,每一对模数规定有限个蜗杆的分度圆直径值。该分度圆的直径与模数的比值称为蜗杆的直径系数,用表示,即 (3-20)蜗杆分度圆上的螺旋升角由式(3-21)计算得出, (3-21)根据设计要求,需要蜗轮蜗杆能够实现自锁功能,即蜗杆螺旋升角小于其齿面间的当量摩擦角。由式(3-20)得:;由式(3-21)得:,则=4.0839,即=452,因此能够实现自锁。3.8.2.2 蜗轮的选择蜗轮蜗杆传动中,对于轴间交错角为90的蜗杆传动,蜗轮轮齿的分度圆螺旋角应等于蜗杆的螺旋升角,且二者的旋向一致。再者,设计时为了配凑中心距,或消除蜗轮轮齿的根切现象,常需采用变为的蜗杆传动。标准普通圆柱蜗杆传动的基本尺寸关系和计算公式如表3-3所示,可通过表3-3计算设计出蜗轮的基本尺寸。3.8.2.3. 减速器箱体的选择此次设计时单件生产,为了缩短制造期限,降低制造成本,减速器的箱体采用焊接结构。焊接箱体也比铸铁的轻很多,为了增前焊接箱体的刚度,在箱体的轴承支座出设置加强筋。轴承支座处要有足够的厚度,已备机械加工有足够的余量。其轴承支座采用锻件,箱体用Q235钢板制造,焊后需要进行热处理一消除残余应力。3.8.2.4 减速器的润滑与密封1.减速器的润滑减速器中的蜗轮、蜗杆以及轴承在工作时都需要良好的润滑。齿轮传动的圆周速度12m/s,可采用浸油润滑,轴承也用减速器内用于蜗轮的油来润滑,油面不高于轴承最下面的滚动体的中心,亦采用浸油润滑。2.减速器的密封减速器需要密封的部位一般有轴伸出处、轴承室内侧、箱体接合面和轴承盖等处。轴伸出处采用毡圈式密封;箱盖与箱座接合面上涂密封胶密封;检查孔盖板、排油螺塞、油标与箱体的接合面之间均用纸封油垫或者皮油封圈进行密封。表3-3 蜗杆传动几何尺寸的计算名称符号蜗杆蜗轮分度圆直径d1=mq =mz1/tand2=mz2中心距aa=0.5m(qz2)齿顶圆直径齿根圆直径蜗轮最大外圆直径蜗轮齿顶圆弧半径蜗轮齿根圆弧半径蜗轮轮缘宽度3时,0.75;=4时,0.67蜗杆分度圆上的螺旋升角=arctan/q齿距蜗杆螺旋部分长度L=1、2时,L(11+0.06);=3、4时,L(12.5+0.09);磨削蜗杆加长量:当10()时,加长25();=1016()时,加长3540();=16()时,加长50()3.8.3 蜗杆、蜗轮的设计及校核基于蜗杆传动的特点,蜗杆副的材料组合首先要求具有良好的减摩、耐磨、易于跑合的性能和抗胶合能力,也要求有足够的强度。1. 蜗杆传动的材料选择及许用力的确定1) 由4.5可知需要传递的功率等于减速器输入轴的功率,即=31.9610-3,蜗杆轴的转速=1500r/min,蜗轮轴的转速=25r/min。2) 由4.8.2.1可知分度圆直径=28,模数=2,蜗杆分度圆上的螺旋升角=4.0839。3) 计算齿间的滑动速度。滑动速度对蜗杆传动发热和啮合处的润滑情况以及损坏有很大的影响,由式(3-22)可知: (3-22)式中:为蜗杆分度圆直径,;为蜗杆转速,r/min;为蜗杆分度圆上的螺旋升角。则: 即2=2.210(m/s)。综合考虑功率、转速和滑动速度,蜗轮材料选用ZCuSn5Pb5Zn5,砂模铸造;蜗杆材料选用45钢调质处理,硬度约220250HBS。由参考文献7中表6-4查得许用接触应力=128N/2。2. 齿面接触强度的计算由于蜗杆材料的强度较蜗轮高得多,其螺牙通常不会先于蜗轮损坏,一般不进行蜗杆齿的强度计算。蜗杆传动的齿面接触强度计算(即蜗轮齿面接触强度计算)的公式为: (3-23)式中:为作用在蜗轮上的转矩,N;为载荷系数,用来考虑载荷集中和动载荷的影响,=11.3,当作载荷平稳,滑动速度低以及制造和安装精度较高时,取低值;为蜗轮许用接触应力,N/2;为蜗轮齿数;为蜗轮模数,;为蜗杆分度圆直径,。式(3-23)中,;其中=31.9610-3,=25r/min,蜗杆传动的总效率可根据参考文献76-6中“在初步设计时,蜗杆传动的总效率可近似地取为:对闭式传动,当=1时,=0.070.75;=2时,=0.750.82;=3时,=0.820.87;=4时,=0.870.92。对开式传动,=1、2时,=0.600.70。”取得=0.74。则 (N)。因为载荷比较平稳,所以取=1.1。把已知的数据带入式(3-23)得:。即所选择的材料合适。3. 蜗杆与蜗轮的主要几何尺寸由4.8.2.1计算可知蜗杆分度圆直径=28,模数=2,直径系数=14,蜗杆分度圆上的螺旋升角=4.0839。按表3-3中的公式计算可得:蜗轮分度圆直径: d2=mz2=260=120;中心距: a=0.5m(qz2)=0.52(14+60)=74;蜗杆齿顶圆直径: =28+22=32;蜗轮齿顶圆直径: =120+22=124;蜗杆齿根圆直径: =28-2.42=23.2;蜗轮齿根圆直径: =120-2.42=115.2;蜗轮最大外圆直径:=124+2=126;蜗轮齿顶圆弧半径:;蜗轮齿根圆弧半径:;蜗轮轮缘宽度: 3时,0.75;取=22;齿 距: =3.142=6.28;蜗杆螺旋部分长度:L(11+0.06)=(11+0.0660)2=29.2,当10,磨削蜗杆加长25,取L=56;4. 蜗杆和蜗轮的结构蜗杆和轴通常制成一体,即为蜗杆轴,如图3-2所示。对于车制的蜗杆(图3-2),轴径应比蜗杆根圆直径小24。蜗轮通常采用组合结构。为了节省有色金属,对直径较大的青铜蜗轮通常采用组合结构,即齿圈用青铜制造,而轮芯用钢或铸铁制成。采用组合结构是,齿圈和轮芯间可以用过盈联接;为了工作可靠,沿着接合面圆周装上6个螺钉,螺钉孔的中心线均向材料较硬的一边偏移23,以便于钻孔。图3-2 车制蜗杆示意图3.9 轴的设计及校核轴是组成机器的重要的零件之一。根据所受载荷的不同,轴可以分为心轴、传动轴和转轴三类。心轴只承受弯矩,不转递转矩;传动轴之传递转矩,不承受弯矩或弯矩很小;转轴则既传递转矩和弯矩。3.9.1 轴的初估初估的轴径为轴上受扭轴段的最小直径,如该轴段有键槽时,须考虑键槽对轴强度的削弱。有一个键槽时,直径增大(35)并圆整。若外伸轴用带传动与电动机轴相联,则应综合考虑电动机轴径及带轮孔径尺寸,适当调整初算的轴径尺寸。轴的结构除应满足强度、刚度要求外,还要保证轴上零件的定位、固定和装拆方便,并有良好的加工工艺性,因此常设计成阶梯轴。轴结构设计的主要内容是确定轴的径向尺寸、轴向尺寸以及键槽的尺寸、位置等。轴上最小直径的估算,可按转矩计算轴的直径,其强度条件为: (3-24)式中:为轴的扭转剪应力,N/2;为轴所传递的转矩,N;为计算截面处轴的直径,;为轴的抗扭截面模量,3,对于圆截面轴,;为轴所传递的功率,;为轴的转速,r/min;为轴的许用扭转剪应力,N/2。由式(3-24)计算可得轴的直径为: (3-25)式中:为由轴的材料和承载情况确定的计算系数。若轴只传递转矩或弯矩相对于转矩很小时,取较小值;此式也可以用于同时受转矩和弯矩作用的转轴的计算,此时取较大值。3.9.1.1 轴的初估轴是蜗杆减速器的输入轴,是蜗杆轴,轴的转速=r/min,需传递功率=。1. 轴的材料的选择所需传递的功率不大,没有特殊的要求,故选用最常用的45号钢并作正火处理。参考文献7中表12-1查得=600N/2。2. 最小轴径的估算应用式(3-25)估算轴的最小直径。由文献7中表12-2取=118,于是得:()计算所得的最小轴径的直径很小,则选择=16。3. 轴的结构设计根据安装情况和蜗杆螺旋部分长度等条件,轴的结构尺寸可进行草图设计,如图3-3a所示。轴的输入端用V带轮与电动机轴连接,孔径16,取轴肩为0.5作定位作用,V带轮的厚度为19,取这段轴长40。蜗杆螺旋部分两侧对称安装一对30203(GB/T297)圆锥滚子轴承,其宽度为12,孔径为17。左右两个轴承都是以轴肩定位,轴肩高度取2,轴与带轮的用C型平键联接。根据减速器的内壁到轴承端面的距离以及轴承盖的拆装的需要,将轴的结构尺寸取定如图中所示,轴承跨距为140。3.9.1.2 轴的初估轴是蜗杆减速器的输出轴,是蜗轮轴,轴的转速=25r/min,需传递功率=。1. 轴的材料的选择所需传递的功率不大,没有特殊的要求,故选用最常用的45号钢并作正火处理。参考文献7中表12-1查得=600N/2。图3-3 蜗杆轴的结构尺寸、受力及弯矩图2. 最小轴径的估算应用式(3-25)估算轴的最小直径。由文献7中表12-2取=118,于是得:()计算所得的最小轴径的直径很小,则选择=22。3. 轴的结构设计根据安装情况和蜗轮的轮毂宽度等条件,轴的结构尺寸可进行草图设计,如图3-4a所示。轴的输出端用V带轮与工作轴连接,孔径22,取轴肩为1.5作定位作用,V带轮的厚度为19,取这段轴长40。蜗轮两侧对称安装一对30205(GB/T297)圆锥滚子轴承,其宽度为15,孔径为25。左右两个轴承都是以轴肩定位,根据轴承安装尺寸的要求,轴肩高度取2,轴与带轮的用C型平键联接。根据减速器的内壁到轴承端面的距离以及轴承盖的拆装的需要,将轴的结构尺寸取定如图中所示,轴承跨距为83。图3-4 蜗轮轴的结构尺寸、受力及弯矩图3.9.2 轴的强度校核轴是蜗杆与轴制成一体的蜗杆轴,轴是蜗轮轴。蜗杆传动的受力分析和斜齿轮圆柱齿轮传动相似,将啮合节点处齿间法向力分解为三个互相垂直的分力:圆周力、轴向力和径向力。蜗杆传动中,蜗杆为主动件,作用在蜗杆上的圆周力与蜗杆在该点的速度方向相反;蜗轮是从动件,作用在蜗轮上的圆周力与蜗轮在该点的速度方向相同,当蜗杆轴与蜗轮轴交错角=90时,作用于蜗杆上的圆周力等于蜗轮上的轴向力,但方向相反;作用于蜗轮上的圆周力等于蜗杆上的轴向力,方向亦相反;蜗杆、蜗轮上的径向力都分别由啮合点沿半径方向指向各自的中心,且大小相等、方向相反。如果和分别表示作用于蜗杆和蜗轮上的转矩,并掠去摩擦力不计,则各力的大小由下式确定: (3-26) (3-27) (3-28)3.9.2.1计算蜗杆、蜗轮的受力情况:蜗杆和蜗轮的分度圆直径 =28 ,d2=120作用于蜗杆和蜗轮转矩 =0.21 Nm=210 N =5.47 Nm=5470 N作用力 (N) (N) (N)3.9.2.2轴的强度校核1. 轴承反力的计算 水平面: (N) (N) 垂直面: (N)。见图3-3c和e。2. 绘制弯矩图水平面弯矩图(图3-3d) 截面b: (N) (N)垂直面弯矩图(图3-3f) (N)合成弯矩图(图3-3g) (N) (N)3. 绘制扭矩图由前面计算可知=210 N,又根据=600N/2,有文献7表12-3查得=55 N/2和=95 N/2,所以得=55/950.58,则 (N)。见图(3-3h)4. 绘制当量弯矩图对于截面b: (N)对于截面a和: (N)。见图(3-3i)5. 计算轴截面a处的直径 ()此截面虽然有键槽,但结构设计所确定的直径已达到16,所以,轴的强度足够。绘制轴的工作图见大图()。3.9.2.3 轴的强度校核1. 轴承反力的计算 水平面: (N) (N) 垂直面: (N)。见图3-4c和e。2. 绘制弯矩图水平面弯矩图(图3-4d) 截面b: (N) (N)垂直面弯矩图(图3-4f) (N)合成弯矩图(图3-4g) (N) (N)3. 绘制扭矩图由前面计算可知=5470 N,又根据=600N/2,有文献7表12-3查得=55 N/2和=95 N/2,所以得=55/950.58,则 (N)。见图(3-4h)4. 绘制当量弯矩图对于截面b: (N)对于截面a和: (N)5. 分别计算轴截面a和b处的直径 () ()此截面虽然有键槽,但结构设计所确定的直径已分别达到22和29,所以,轴的强度足够。绘制轴的工作图见大图( )。3.10 轴承的选择及校核3.10.1 轴承的选择轴承是支撑轴颈的部件,也可用来支撑轴上的回转零件。根据摩擦性质,轴承可分为滑动摩擦轴承(简称滑动轴承)和滚动摩擦轴承(简称滚动轴承)两类。由于滚动轴承多为已标准化的外购件,因而,在机械设计中,一般都选用滚动轴承。按照滚动体形状,滚动轴承分为球轴承和滚子轴承两大类。在同样的外形尺寸下,滚子轴承的滚动体与滚道成线接触,它比成点接触的球轴承承载能力大、抗冲击能力强;但球轴承制造方便、价格低廉,而且运转比前者灵活。1. 类型的选择滚动轴承类型的选择,与轴承承受载荷的大小、方向、性质及轴的转速,还应考虑轴承的工作条件、各类轴承的特点、价格等因素。1) 轴承所受载荷的大小、方向和性质。通常,由于球轴承主要元件间的接触是点接触,适合于中小载荷及载荷波动较小的场合工作;滚子轴承主要元件间的接触是线接触,宜用于承受较大的载荷;若轴承承受纯轴向载荷,一般选用推力轴承;若所承受的纯轴向载荷较小,可选用推力球轴承;若所承受的纯轴向载荷较大,可选用推力滚子轴承;若轴承承受纯径向载荷, 一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承;当轴承在承受径向载荷的同时,还承受不大的轴向载荷时,可选用深沟球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承,当轴向载荷较大时,可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承,或者选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构,分别承担径向载荷和轴向载荷。2) 轴承的转速。要求的转速较高,载荷较小或要求旋转精度较高时,宜选用球轴承;转速较低,载荷较大或有冲击载荷时,宜选用滚子轴承。推力轴承的极限转速很低。工作转速较高时,若轴向载荷不很大,可采用角接触球轴承承受轴向载荷。3) 轴承的调心性能当轴的中心线与轴承座中心线不重合而有角度误差时,或因轴受力弯曲或倾斜时,会造成轴承的内、外圈轴线发生偏斜。这时,应采用有一定调心性能的调心球轴承或调心滚子轴承。对于支点跨距大、轴的弯曲变形大或多支点轴,也可考虑选用调心轴承。圆柱滚子轴承,滚针轴承以及圆锥滚子轴承对角度偏差敏感,宜用于轴承与座孔能保证同心、轴的刚度较高的地方。值得注意的是,各类轴承内圈轴线相对外圈轴线的倾斜角度是有限制的,超过限制角度,会使轴承寿命降低。4) 轴承的安装和拆卸当轴承座没有剖分面而必须沿轴向安装和拆卸轴承部件时,应优先选用内外圈可分离的轴承(如圆柱滚子轴承,滚针轴承、圆锥滚子轴承等)。当轴承在长轴上安装时,为了便于装拆,可以选用其内圈孔为1:12的圆锥孔的轴承。5) 经济性要求一般,深沟球轴承价格最低,滚子轴承比球轴承价格高。轴承精度愈高,则价格愈高。选择轴承时,必须详细了解各类轴承的价格,在满足使用要求的前提下,尽可能的降低成本。2. 尺寸系列及内径的选择尺寸系列包括直径系列和宽(高)度系列。选择轴承的尺寸系列时,主要考虑轴承承受载荷的大小,此外,也要考虑结构的要求。就直径系列而言,载荷很小时,一般可以选择超轻或特轻系列;载荷很大时,可考虑选择重系列;一般情况下,可先选用轻系或中系列,待校核后再根据具体情况进行调整。对于宽度系,一般情况下可选用正常系列,若结构上有特殊要求时,可根据具体情况选用其它系列。轴承内径的大小与轴颈直径有关,一般可根据轴颈直径初步确定。此次设计中,综合对轴承类型、尺寸系列、内径等因素的考虑,选用圆锥滚子轴承。由参考文献9中表8-145可得出各轴承的型号,尺寸,即:蜗杆轴上的轴承选择:根据该轴段的轴径为16,故选用圆锥滚子轴承30203(GB/T297);蜗轮轴上的轴承选择:根据该轴段的轴径为25,故选用圆锥滚子轴承30205(GB/T297)。3.10.2 轴承的校核1 轴承静强度的计算为了限制滚动轴承在静载荷或冲击载荷作用下产生过大的塑性变形,对其进行静强度计算,计算公式为: (3-29)式中:为基本额定经载荷,N;为静载荷安全系数,见表3-4;为当量静载荷。当量静载荷的计算公式为: (3-30)式中:、分别为轴承所受的径向载荷和轴向载荷,N;、分别为计算当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数。若按式(3-30)计算得出,则取=。对于只能承受径向载荷的轴承,=;对于只能承受轴向载荷的轴承,取=。由文献7表14-6圆锥滚子轴承的基本额定动载荷和基本额定静载荷查得30205圆锥滚子轴承=30.0kN,=23.0kN,=0.9;由7中表14-13查得=0.5;由4.9中计算可知,轴承的径向载荷=45.6N,轴向载荷=0;由表
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本文标题:电弧喷涂用绕丝机工装设计【25张图纸】【优秀】
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