机械毕业设计1041拉丝模抛光机的反求创新设计说明书.docx
机械毕业设计1041拉丝模抛光机的反求创新设计说明书
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机械毕业设计1041拉丝模抛光机的反求创新设计说明书,机械毕业设计论文
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1 第 1 章 绪论 1.1 引言 目前中国已经成为全球线材制品大国。 线材 行业 中 广泛使用的一种模具是拉丝模。拉丝模的内孔由圆柱面与圆锥面组成，。圆锥面为对线材（工件）的压缩区，圆柱面为拉丝模的定径区（抛光区），其直径大小与线材尺寸相对应。拉丝的质量直接影响线材的形状、尺寸、表面粗糙度及使用寿命。 我国目前采用的拉丝模研磨工艺是五十年代初从苏联引进的针磨工艺。这种工艺的可靠性不高，且生产效率较低。 拉丝模抛光机 的反求创新设计正是为了提高拉丝模使用寿命、拉丝模内孔的抛光精度、抛光效率等而开发的。 本 课题设计的 将是 一种新型拉丝模线研磨抛光机，该机主要由卡具旋转机构、丝架往复运动机构 两 部分组成。该机特点在于可将拉丝模的 内孔 一次研磨抛光成型，使生产效率大大提高。丝架往复运动机构，采用配重平衡， 从 而使丝架高、低速运行平稳，加工范围增宽，加工精度提高，使加工小孔径拉丝模具成为现实 。而拉丝模抛光机的反求创新设计 主要 有 两 个方面：一是 抛光丝 往 复运动 系统 设计；二 是卡具放置机构 设计 。 1.2 课题研究的目的和意义 1.2.1 课题的来源 及研究 目前中国已经成为全球线材制品大国。但是从经济效益看，差距却很大。全行业各类产品基本生存在上下游企业的夹缝中，长期以来在微利和亏损的边缘徘徊。这些必须引起全行业的高度关注。 我国线材制品行业普遍面临成本压力，其根本出路还是加强科技进步和技术创新，增加高附加值产品的比重，同时进一步加强企业管理，节约资源，提高竞争力。 预计 2010年，国内中高碳线材制品的消费量将增长至 865万吨（未包括净出口量）。“ 十一五 ” 期间，我国中高碳线材制品消费量将持续增长，但增长率将有所下降。 因为，中高碳线材（硬线）的制造成本与普通低碳钢线材的成本差距逐渐缩小，为进一步发展中高碳线材制品生产提供了条件。另外，随着中高碳线材制品生产成本的降低，特别是建筑行业用优质高强度钢丝及制品的价格与普通低碳钢丝的差距逐渐缩小，为中高碳线材制品在建筑行业推广创造了条件，这将带动中高碳制品消费总量的持续增长。 线材行nts2 业的不断发展 对 拉丝模提出了越来越多的要求，低成本高质量就要求拉丝模的使用寿命要更长，内孔精度要更高 ，总之就是要提高拉丝模的质量 。 拉丝模的内孔由圆柱面与圆锥面组成，见图 1.1。圆锥面为对线材（工件）的压缩区，圆柱面为拉丝模的定径区（抛光区），其直径大小与线材尺寸相对应。拉丝模的质量直接辩证唯物线材的形状、尺寸、表面粗糙度及使用寿命。我国目前采用的拉丝模模孔研磨工艺是五十年代初从苏联引进的针磨工艺。它的工作原理是，模具旋转，针状磨头在磨孔内做微移动或摆动，以达到加工模孔的目的，见图 1.2。这种工艺的可靠性不高，且生产效率较 低。针状磨头设计成锥状是为了使其在模也内穿进方便，同时在磨削过程中产生径向分力以提高磨削效果 。但因此也带来很多弊端。首先，针状磨头的锥度使加工出来的模孔也具有锥度，使用有锥度的模孔拉丝时，起定径作用的仅仅是锥状模孔的小端（见图 1.3）。定径区小，因而在抛光作业时的接触面积小，那么由于拉丝模工作过程中作用在磨擦表面微观体积上周期性的接触载荷或交变应力的存在，极易使表面或次表面形成裂纹。由此造成模孔剧烈磨损，线材 抛 光质量差。其次，针状磨头是手工修制的，磨头形状极难呈 现 理想圆锥 形。因此， 在研磨过程中，由于针磨头呈 锥面，径向分力存在，且几乎不可能完全平衡，由此而产生的偏心力使悬置的磨头呈现挠曲，从而加工出偏心的模孔。另一方面，由于模头的不规则，在磨削过程中出现高频交变应力，以致产生振动。对于一个“ 悬臂梁”结构，在加工过程中存在的振动，将对整个结构的寿命有所影响。 图 2.1 拉丝模的拉拔过程 从考核产品或设备可靠性的角度一看，主要指标是寿命和性能。显而易见，针磨工艺是比较落后的。所以就要求改进国内的拉丝模抛光技术，本课题就是在消化、吸收国外先进技术的基础上，研制出高速线抛光机。 1.2.2 国内外拉丝模抛光机的发展现状 我国拉丝模制造工业从八十年代起，发展较快，但总的来说与国外还有不小的差距，我国制模工业还比较落后，加强制模管理，提高拉丝模 的 质量水平，推动制模工艺技术的进步是当前的重要课题。八十年代以来，我国金属线材加工行业有好几十个厂家，先nts3 后引进了上百台高速拉线设备，在使用过程中，由于种种原因，普遍未达到设计水平已成为刻不容缓的重要任务。 研磨工艺是拉丝模成型的主要工序。它分为三个步骤，粗磨、细磨 (精磨 )、抛光。加工方法基本相似，但使用磨料不一。 据中国机床商业网报道，随着科学技术的不断发展，各种模具的加工工艺要求越来越高。提高模具抛光的速度和质量使我国模具制造工艺达到世界先进水平，已成为刻不容缓的重要课题 。目前， 国外拉丝模抛光效果最好的是日本、美国，而意大利、 瑞 典、丹麦等国抛光质量次之 。 1.3 课题研究内容与思路 1.3.1 课题的研究内容 本课题在结合中国的传统生产工艺的基础上，结合生产实践，开发一种高效、优质的拉丝模抛光生产设备，主要 针对拉丝模抛光机 的卡具旋转机构 进行机械系统结构 的反求 设计 ，对抛光丝往复运动的 控制系统 进行创新 设计。 本课题的 卡具旋转机构是指 夹持拉丝模，并带动拉丝模一起作 回 转运动，主要包括以下几个方面 ：其一， 将拉丝模定位夹紧 ， 要抛光拉丝模的内孔就必须要确保拉丝模的定位定心精度； 其二，将 带运动拉丝模一起作回转运动，该拉丝模抛光机的工作原理是利用抛光丝的往复运动及拉丝模的回转运动来对拉丝模内孔进行抛光的 ，所以该卡具机构的主要任务就是将拉丝模固定在一定的高度并且使其能够做旋转运动。 所以课题 根据拉丝模的主要 工艺过程，设计出的 卡具旋转机构主要有以下几个部分： 夹紧、旋转。 该课题的控制系统是指能使抛光丝作上下往复运动的系统。 1.3.2 课题的研究思路 本课研究的主要设计思路是： （ 1） 通过查资料、结合传统的生产工艺的基础和机械 线材行业 的发展需要， 设计拉丝模抛光机卡具旋转机构及抛光丝往复运动控制系统 的大体部件 。 （ 2）采用 Pro/E软件 初步 设计 出 拉丝模抛光机 的主体结构，以及各个附属机构。 （ 3） 根据 零部件的 设计计算，确定其结构 并选定各零件的材料 。 （ 4） 绘制主体结构的三维图纸和工程图纸，关键零件的三维图纸、工程图纸和有限元分析。 （ 5）通过计算完成各个机构动作的自由度的分析和计算；分析各个动作的运动的方程。 （ 8）根据要求和设计过程，编写设计说明书。 nts4 1.4 本章小结 结合三维实体建模技术、二维建模技术、优化设计技术等技术对原有的拉丝模抛光机进行整体反求创新改造设计，用液压系统来代替连杆机构对抛光丝往复运动进行控制，同时， 对 操 作人员进行必要的培训可以加速生产效率和质量。应用以上的分析我们 设计的拉丝模抛光机一定能满足生产者的需求，在激烈的市场竞争中站稳脚步，获得更大的利润。 nts5 第 2 章 设计方案的确定 2.1 拉丝模 的 抛光 过程分析 根据本课题 拉丝模抛光机的反求创新设计的要 求及所 要实现的加工功能，即，拉丝模的夹持旋转和抛光丝对拉丝模内孔抛光的上下往复运动。其整个拉丝模抛光机的抛光 过程为： 装夹拉丝模 装夹抛光丝 起动机器 抛光丝往复运动 抛光模 孔 从 抛光 过程 可以看出，拉丝模 抛光机的主要工作部件是抛光丝的往复移动和拉丝模的回转运动，抛光丝在控制系统的作用下在拉丝模内孔内上下移动，而拉丝模在夹持机构 卡具旋转机构的固定下通过电机带动作回转运动，抛光丝和拉丝模的相对运动产生磨擦， 从 而对 模孔 定 径 区进行 抛光 加工 。 2.2 课题方案的分析与确定 根据拉丝模抛光 机的抛光过程，设计了以下几个可行性方案，分别如下。 2.2.1 方案设计一 抛光丝的往复运动采用数控系统控制， 这种控制系统要求操作人员要具有扎实的专业知识，能 熟 练掌握零件的工艺 规 程 并且编制其加工程序 ，目前在国内的应用局限性还比较小。 2.2.2 方案设计二 用 磨液射流磨削抛光 拉丝模模芯。磨液射流磨削抛光原理是磨液在高速气流的带动下，通过喷射，得到很高和速度。磨削抛光时，虽然磨粒的质量很小，但因速度很高，故磨料具有足够的动能对金属或非金属表面进行磨削抛光加工。磨削抛光 时，作用于工件表面上的冲击力可分解为水平分力 Px和垂直分力 Py（如下图所示）。 a)受力图 b)抛光机的组成 图 2.2 磨液射流磨削抛光原理 nts6 这种抛光机主要适用于 生产中的各种复杂曲表面的抛光。 2.2.3 方案设计三 采用液压控制系统来控制抛光丝的往复运动。 液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机 组合成为完一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。 液压缸的活塞杆在液压油的推动下上下移动，而活塞杆 通过 丝夹头 与抛光丝连接，并 带动抛光丝作往复运动进而对拉丝模内孔进行抛光 。这 种 控制系统既保证了拉丝模内孔的加工精度，同时结构简 单，操作方便，对操作人员的专业要求不如数控系统的高，而适用范围又比较广。所以，综上所述，该拉丝模抛光机抛光丝的往复运动采用液压系统来控制。 nts7 第 3 章 拉丝模抛光机系统运动机构设计 综合拉丝模抛光机系统的原理图（图 2.1）可知分为两种传动系统，一为拉丝模夹持 机构 采用直接驱动方式，由于是旋转，故选择带传动。这是根据给定条件、机构尽量简单明了、 机构相容性等选择的方案。二为抛光丝的往复运动，由于抛光丝的往复运动速度比较快，采用 双作用单活塞 液压缸 来驱动。原理是将液体压力能转换 成 抛光丝的往复移动并对外做功。 用液压系统控制的拉丝模抛光机其系统的运动平稳。 拉丝模抛光机的原理图如 3.1所示 ,三维 造型 如图 3.2所示。 图 3.1 拉丝模抛光机 原理图 1-油箱 ;2-滤油器 ;3-齿轮泵 ;4-溢流法 ;5-节流阀 ;6-压力表 ;7-液动 换向阀 ;8-机动换向阀 ;9-液压缸 ;10-丝夹头 ;11-夹具 ;12-工件 ;13-轴承 ;14-带 ;15-带轮 ;16-电动机 nts8 图 3.2 拉丝模抛光机三维图 3.1 拉丝模抛光机 的 液压传动简介 3.1.1 液压传动的特点 液压传动和机械传动、电气传动相比具有传递功率大、运动平稳、换向迅速、能无极高速以及容易实现自动化等优点。金属切肖加工时，工艺系统的运动平稳性对工件加工精度的影响是至关重要的。因此，作为精加工机床，液压传动在磨床上被广泛采用。目前各种磨床的液压系统主要用来完成快速进退的辅助运动、磨轮架的横向进给运动以及工作台纵向往复进给运动等。所以拉丝模抛光机中抛光丝的往复运动就采用液压系统来控制。 3.1.2 抛光丝往复移动的液压系统 图 2.2为简化后的拉丝模抛光机抛光丝液压传动系统。图中电动机带动齿轮液压泵旋转，于是油箱 中的液压油经滤油器过滤后流向液压泵吸油口，经液压泵向系统输出。压力油流过节流阀的开口，再经换向阀的右通道进入液压缸的右腔 ，液压推动活塞连同抛光丝一起向左运动。液压缸左腔的油经换向阀的左通道流回油箱。若将换向阀阀心移nts9 至右端，此时液压泵输出的压力油经换向阀进入换向阀左腔，推动活塞连同抛光丝向右运动。液压缸右腔的油经换向阀另一通道流回油箱。 调节节流阀的开口大小，可以改变油液通过的流量大小，从而控制抛光丝往复运动的速度。 齿轮液压泵供给系统的流量是恒定的。当节流阀阀口较小，通过的流量小于液压泵的供油量时，系统的油压升高，溢流阀的阀芯在底部液压推力作用下压缩上部弹簧而向上移动，使阀口打开，系统中多余的压力油便以溢流阀回油箱。因此，调节溢流阀弹簧顶紧力的大小，可以调节系统工作压力的大小。 当液压缸的活塞杆运动到左端时 ， 活塞杆碰到左边的二位二通机动换向阀的阀杆 ，左边的机动换向阀 的阀口打开，液压油并通过机动换向阀流入液动换向阀，液动换向阀的阀心右移，左边的阀口并被打开液压油从液动换向阀流入液压缸推动活塞右移，机动换向阀的在弹簧力的作 用下 回复原位，机动换向阀的阀口关闭 ；当活塞杆运动到右边，碰到右边的机动换向阀的阀杆 ，右边机动换向阀的阀口打开，液压油从液动换向阀的右腔流入液动换向阀推动阀心左移，液动换向阀的右阀口被打开，液压油通过换向阀流入液压缸右腔推动活塞左移，右边的机动换向阀阀口在弹簧作用下关闭，这样就达到了活塞杆的往复运动。 若将换向阀的手柄扳至中间位置 ， 其阀芯亦处于中间位置 ， 堵死了换向阀 的进油与回油口 ,此时工作液压缸左右两腔即不进油也不回油 ,抛光丝停至某位置。液压泵输出的压力油全部通过溢流阀流回油箱。 为了安全保险起见，在液压缸两头的 机座上分别装有两个机动换向阀，一个失效后就由另一个起作用。 机动换向阀又称行程阀，这种阀必须安装在执行元件附近，在执行元件驱动工作部件的行程中，装在工作部件一侧的挡块或凸块移动到预定位轩时不压下阀心，使阀换位。机动换向阀通常是弹簧复位式的二位阀。它的结构简单，动作可靠，换向位置精度高，改变挡块的迎角或凸轮外形，可使阀心获得合适的换向速度，减小换向冲击。 显然，整个液压系统由动力、执行、控制大部分组成。动力部分由液压泵将电动机输出的机械能转换成液体的压力能；执行部分由执行液压缸将液压泵输出的液体压力能转换成工作部件移动的机械能；控制部分由各类阀组成，以控制与调节系统的压力、流量以及流向等，使系统各动作协调，以满足工作需要。 3.2 液压系统的设计及计算 3.2.1 主要技术指标 ： （ 1） 电源： 220V 50Hz 550W nts10 （ 2） 加工孔径范围： 0.0154.00mm （ 3） 模座摇摆角度： 0-20度 （ 4） 模座转速： 850 转 /分（无级） （ 5） 冲程速度： 0-200次 /分（无级） （ 6） 冲程幅度： 80mm （ 7） 定时时间： 1 秒 99分 99 （ 8）拉丝模拉拔力： F=4524N 3.2.2 液压系统设计计算 （ 1） 分析设计要求，绘制液压系统草图 按设计要求，希望系统结构简单，工作可靠， 估计到系统的功率不会很大， 且 连续工作，所以决定采用单个定量泵、 非御荷式供油系统，为提高稳定性与可靠性，采用溢流阀与节流阀来调节进入液压缸的流量，进而达到调节速度的目的。 液压系统 如 图 3.3： 图 3.3 抛光丝往复运动液压传动系统 1-油箱 ;2-滤油器 ;3-齿轮液压泵 ;4-压力表 ;5-液压缸 ;6-液动换向阀 ;7-机动换向阀 8-节流阀 ;9-溢流阀 nts11 （ 2） 液压缸的结构设计 液压缸是液压与气压传动的执行元件，它与主机及主机的工作结构有着直接的联系。不同的机型和工作机构对液压缸则有不同的工作要求。因此在设计液压缸之前，应了解主机的用途和工作条件，工作机构的结构特点、负载值、速度、行程大小和动作要求，液压系统的选定的工作压力和流量等，以作为设计的原始依据。由于工作条件的不同和要求的多样性也很难标准化。一般均要进行专门的设计和计算，其步骤如下： 根据总体设计要求，选择液压缸的类型和安装形式； 形卡根据外负载大小确定液压缸工作压力 据系统工作压力和往复运动速比，确定液压缸的主要尺寸（如内径、活塞杆直径、缸壁厚度等）； 根据机构运动的行程和速度要求，确定液压缸的长度和流量以及进出口的尺寸； 根据工作压力及选用的材料，进行液压缸结构设计（确定缸盖、活塞的连接形式和结构赃等）； 确定导向、密封、防尘、缓冲和排气等装置的形式； 绘制液压缸装配图。 （ 3） 液压缸的 基本尺寸的确定及校核 初选液压缸的工作压力 由参考文献 1表 9.4，取液压缸工作压力为 2Mpa。 确定液压缸的几何参数 因为采用双杆液压缸，所以 221 )(4 dppFD 按工作压力，可以选杆径 d=0.3D，代入上式，求得 )(91.0421 PPFD 一般可取背压 2P =0.5MPa（对低压系统而言），代入上式有： mmmD 651050.610)5.02(91.0 45244 26 因为抛光丝上的力远远小于拉拔力，所以 按文献 1表 3.1-2,表 3.1-6 取进给液压缸的标准尺寸为： D= 63mm,d=20mm。 确定液压缸的缸筒长度 L 及壁厚 nts12 液压缸缸筒长度等于其有效工作行程的一半加上活塞宽度。 L=80/2+（ 0.61） D=77.8103mm 当额定压力 MPapn 3.6时，取 钢= MP anb 7564500 , M Pappn 3%150 液压缸壁厚用薄壁筒计算公式来求： mmpD 26.1752 6332 液压缸缸筒外径 mmDD 52.6526.126320 取壁厚 =5mm，缸筒外径0D=73mm。 （ 4） 确定液压缸的结构形式 液压缸的结构形式是指它的类型、安置方式、密封形式、缓冲装置、排气装置等。 据设计要求液压缸采用装配活塞、双杆、缸体固定。采用双杆可以使活塞杆在工作时处于受拉伸应力状态，有利于提高活塞杆的稳定性，并且可以减少活塞杆的直径。活塞上采用两个 O型密封圈，缸盖上因为压力不高，杆径较小，所以采用一个 U型橡胶密封圈，还加了一个防尘圈。 由于抛光丝作直线进给运动在运动方向上没有严格的定位要求 ,所以不必采用缓冲结构。快退时可以采用电气行程开关预先发讯，使三位四通换向阀切换至中位，抛光丝停住，避免刚性冲击，排气设置放气螺塞。 （ 5） 计算液压缸主要零件的强度和刚度 从以上计算可以看出，对于小型低压（ M P apmmpnn 5.2,100 ）液压缸，按强度条件计算出来的缸壁厚度尺寸是很小的。因此在设计这类液压缸时，可以先不计算而直接按机械结构尺寸的需要直接设计制图，然后进行强度校核。这样做在一般情况下，均可满足强度要求。而对于高压液压缸或铸铁材料的缸体，缸壁的强度估算是必要的，这样可以避免结构设计图的返工和修改。 对于缸盖、活塞杆、联结件，鉴于与上相同的原因，强度计算一般亦可以放在结构设计后的强度校核中进行。 nts13 （ 6） 完成液压缸的结构设计和部分零件 液压缸的活塞速度一般可取 b 0.4D，同时应该考虑到密封圈安装时的必要几何尺寸。缸盖应该考虑到进油及加工工艺要求，缸盖连接算计应考虑必要的导向与支承结构尺寸。 根据上述液压缸的结构特点及内径、杆径、行程等要求，进行液压缸的结构设计，液压缸的零件设计可参阅有关资料或手册，其液压缸装配图见附录。 （ 7） 确定液压泵规格和电动机功率及型号 确定液压泵规格 确定缸的最大流量 确定液压泵流量 由于系统中只有一个液压缸，所以上面所处的最大流量即是系统的最大理论供油流量。另外考虑到泄漏流量和溢流阀的溢流流量，可以取液压泵流量为系统最大理论流量的 1.11.3 倍。 现取 1.1 倍值计算 ， 则有 m i n/85.44164 )02.0063.0(4 )( 2222 LvdDAvq 由于系统中只有一个液压缸，所以缸的最大流量即为系统的最大理论供油流量。另外考虑到泄漏流量和溢流阀的溢流流量，可以取液压泵流量为系统最大理论流量的1.11.3 倍。 现取 1.1 倍值计算，则 有 m in/3.491.11.1 Lqq 查产品样本 ,采用低压齿轮泵，选取 CB-B50 型为系统工程的供油泵。其额定流量为50L/ min，额定压力为 2.5MPa，额定转速为 1450r/min。 确定电动机功率及型号 电动机功率 P= KWWpqp6.226048.060 1050105.2 36 按 CB-B50 型齿轮泵技术规格，查得的驱动电机功率为 2.6KW，或取功率略大一点的交流电机。查 电动机产品，选取 电动机型号为 Y100L2-4，额定功率为 3KW，转速为 1500r/min。 确定泵和电机的联接 nts14 泵和电机的联接采用联轴器，联轴器是用来连接两轴使其一同回转并传递运动和转矩的一种常用部件。回转过程中被连接的两轴不能脱开，必须在机器停车时将连接拆卸后才能使两轴分离。 用联轴器连接的两轴，由于制造和安装误差、受载后的变形以及温度变化等因素的影响，往往不能保证严格的对中，两轴间会产生一定程度的相对位移。因此，除了要注联轴器能传递所需的转矩，还应在一定程度上具有补偿两轴间相对位移的性能。 联轴器分刚性联轴器、挠性联轴器和安全联轴器三大类。 刚性联轴器由刚性连接元件组成，元件之间不能相对运动，因而不具有补偿两轴间相对位移和缓冲减振的能力，只能用于补连接两轴在安装时能严格对中和工作中不会发生任何相对位移的场合。刚性联轴器主要有凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等，其中凸缘联轴器的应用最为广泛。 凸缘联轴器由两个带凸缘的半联轴器和连接螺栓组成。两半联轴器分别用键与两轴相 连接，同时它们再用螺栓相互连接。凸缘联轴器有两种对中方式：一 种 是利用两个半联轴器接合端面上凸出拭目以待对中榫和 凹入的榫槽相配合对中，其对中精度高，工作中靠预紧普通螺栓在两个半联轴器的 接触面间产生的磨擦力来传递转矩，装拆时轴必须作轴向移动，不太方便，多用于不常装拆的场合；另一种是采用铰制孔用螺栓对中，工作中靠螺栓杆的剪切和螺栓杆与孔壁间的挤压来传递转矩，其传递转矩的能力较大。若传递转矩不大，可以一半采用铰制孔用螺栓，另一半采用普通螺栓，这种结构装拆时轴不需作轴向移动，只需拆卸螺栓即可，比较方便，可用于经常装拆的场合。 凸缘联轴器的材料可采用 35、 45 钢或 ZG310-570，当外缘圆周速度 smv /30 时可采用 HT200。 凸缘联轴器结构简单，制造成本低，工作可靠，维护简便，常用于载荷平稳、两轴间对中性良好的场合，使用时应注意设置防护罩等安全防护装置。 套筒联轴器能过一个公用套筒并采用键、销或花键等零件，使两轴相连接。在采用键或花键连接时，应采用锥顶紧定螺钉作轴向固定。为了保证连接具有一定的对中精度和便于套筒的装拆，套筒与轴通常采用 H7/k6 的配合。 套筒联轴器的优点是结构简单，制造方便，径向尺寸小，成本较低。其缺点是传递转矩的能力较小，装拆时轴需作轴向移动，有时不太方便。套筒联轴器通常适用于两轴间对敌中性良好、工作平稳、传递 转矩不大、径向尺寸受限制、转速低（ min/250 r ）的场合，如机床传动系统中。轴的直径一般小于 100mm，采用半圆键连接时，轴径小于 35mm。 nts15 挠性联轴器主要用于两轴工作中有相对位移的场合。挠性联轴器可分为无弹性联轴器、非金属无件挠性联轴器、金属弹性元件挠性联轴器和组合挠性联轴器。 无弹性元件挠性联轴器：这类联轴器的组成零件间具有相对可移性，因而可以补偿两面轴间的相对位移，但因无弹性元件，故不能缓冲减振。一般多用于机器刚性较差，工作中工件不能完全对中的场合。 非金属弹性元件挠性联 轴器：用于工作载荷不平稳有冲击和振动的场合。其常用类型有如下几种，弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、轮胎式联轴器。 弹性套柱销联轴器的结构和凸缘联轴器的结构相似，只是用套有弹性套的柱销代替了连接螺栓。柱销的一端以圆锥成与一半联轴器上的圆锥孔相配合，并用螺母固定。另一端套装有整体式弹性套，与另一半联轴器凸缘上的圆柱形孔间隙配合。因弹性套的弹性变形和间隙配合，从而使联轴器具有补偿两面轴相对位移的能力和能动冲吸振的功能。两半联轴器与轴配合的孔可做成圆柱形或圆锥形。弹性套柱销习轴器制造容易，装拆方便，成本较低，其弹 性套易磨损，但更换方便，主要适用于起动频繁、需正反转的中、小功率传动，工作环境温度应在 负的 20 度到 70 度的范围内。 弹性柱销联轴器与弹性套柱销联轴器很相似，但结构更为简单。柱销同尼龙制成，强度高于橡胶，具有较好的耐磨性，工作时靠柱销的剪切和挤压传递转矩，因而承载能力较大，寿命也较长。为了增大补偿量，可将柱销的一端拷贝成鼓形。为防止柱销滑出，在两半联轴器的外侧设置有固定挡板，这种联轴器允许补连接的两轴间有一定的轴向位移以及少量的径向位移和偏角位移，适用于冲击载荷不大、轴向窜动较大、起动频繁、正反转多变的场合。 因尼龙有吸水性，尺寸稳定性差，导热率低，热膨胀系数大，使用中应限制工作温度在负 20 度到 70 度的范围内。 轮胎式联轴器是利用轮胎状橡胶元件用螺栓与两个半联轴器连接，实现两轴的连接。主要用于有较大冲击、需频繁起动或换向、潮湿、多尘的场合。 金属弹性元件挠性联轴器具有体积小、强度高、传递转矩大、缓冲减振性能好、寿命长、耐腐蚀、耐热、耐寒 等 特点。 综上所述，该拉丝模抛光机 属于起动频繁的中、小功率传动，又考虑到装拆需求及经济成本， 所以泵和电机的连接 选用弹性套柱销联轴器 。联轴器图见附录。 校核联轴器 查文献 3表 17-3 选型号为 TL4 的弹性套柱销联轴器 ,其公称扭矩为 mNTn 63根据 文献 6如下 公式有，联轴器的最大转矩为： ca AT K T式中 T 联轴器传递的名义转矩（ Nm ）； nts16 AK 联轴器的工作情况系数。 查表 63.12-2 有， 5.2AK ，电动机的最大转矩为： mNT 3.2 ，将这两个数据代入上式 有： mNmNT ca 6375.53.25.2 因此，所选的联轴器 符合要求。 （ 8） 确定各类控制 系统工 作 压力为 2MPa，油泵额定最高压力为 2.5MPa，所以可以选取 额定压力大于 或等于 2.5MPa 的各种元件，其流量按实际情况分别选取。 目前中低压系统的液压元件，多按 6.3MPa 系列的元件选取，所以可以选取。 溢流阀的型号为： Y-63B 换向阀的型号为 : 34Y-100BZ 节流 阀型号为 : L-63B 滤油器可选用型号为 WU-63 63 的网式滤油器，过滤精度为 100 m。 表 3.1 液压元件明细表 序号 元件名称 可 通过的最大流量 (L/min) 型号 1 齿轮 泵 44.85 CB-B50 2 机动换向阀 44.85 O 3 液动 换向阀 44.85 34Y-63BZ 4 节流 阀 44.85 L-63B 5 溢流阀 44.85 Y-63B 6 滤油器 44.85 WU-63 63 7 压力表开关 K-6B 管道通径与材料，阀类一经选定，管道的通径基本上已经决定，这是标准化设计的一大方便。只有在有特殊需要时才按管内平均流速的要求计算道通径。按标准： 通径 流量 44.85L/min 处 ， 选用 15mm 通径的管道 。 为了便于安装 ,可以采用紫铜管 ,扩 口 接头安装方式 . 壁厚 按强度公式有： nts17 2 pd其中，紫铜的 =25MPa， 为安全起见，取 p=2MPa 来计算 mm8.0252 20220 mm1252 25225 所以可以取 15、壁厚 1mm 的紫铜管。考虑到扩口处管子的强度，壁 厚可以略有增加，一般按常用紫铜 管的规格选取即可（对低压系统而言），对高压系统必须进 行计算。 （ 9） 油箱设计 确定油箱容积与结构 因为是低压系统，油箱容积按经验公式计算 油箱容积 V=（ 24） q 现取 V=4q=4 80=320 L 由 JB/T7938-1995， 取油箱箱容积为 400L。 结构可以采用开式 、分立、 电动机垂直安装式标准油箱。 材料：油箱体由 A3 钢板焊接而成，箱底用 Q235 钢板，其厚度等于或略大于箱体侧壁钢板的厚度，油箱盖多用铸铁或钢板两种材料制造。 基本结构 为了在相同的容量下得到最大的散热面积，油箱外形为立方体可长六面体为宜。油箱的顶盖上一般要安放泵和电动机 以及阀的集成装置等，据此可基本确定箱盖的尺寸；另外， 油箱的结构尺寸即油箱三个边的比例，一般为 1： 1： 11： 2： 3 之间， 可以计算出油箱三边分别为： 9mm、 18mm、 27mm。 最高油面只允许达到箱高的 80%，这样就可基本确定箱高的尺寸。油箱一般用厚度为 2.54mm 的钢板焊成，顶盖要适当加厚并用螺钉通过焊在箱体上的角钢加以固定 ， 顶盖 采用分 块 的 。泵、电动机和阀的集成装置可直接固定在顶盖上 ，安装板与顶盖之间垫上橡 胶板以缓和振动。油箱底脚高度在150mm 以上，以便散热、搬移和放油。 吸、回和泄油管的设置 泵的吸油管和系统回油管管口之间的距离尽可能远，并且都插在最低油面之下。吸油管采用容易将过滤器从油箱内取出的连接方式，所安装过滤器的位置要在油面以下较nts18 深的部位，距油箱底面不得小于 50mm， 这是因为油箱底部有沉积物，安装太低时容易反杂质吸入泵内。吸油管离箱壁要有 3 倍管径的距离，以便四面进油；回油管口加工成45 度斜口形状，以增大通流截面，并面向箱壁，以利散热和沉淀杂质。回油管口在最低油面以下以防止回油时带入空气，这样可使大量油液返回油箱时不会剧烈地扰动油面，从而可以防止气泡混入油中，并能使高温油迅速流向易于散热的油箱四壁， 同时 离箱底大于管径的 23 倍，以 免飞溅起泡。阀的泄油管口在液面之上是为了避免产生背压；液压马达和液压泵的泄油管引入液面之下是为了避免吸入空气。 隔板设置 在油箱中设置隔板是为了将吸、回油隔开，迫使油液循环流动，分离回油带进来的气泡与杂质，利于散热和常常。 为了使散热好，应使液流在油箱中有较长的流 程式，并且与四壁都接触。设置两个油板 ， 油箱底部加工有倾斜度， 并在最低处设置放油塞。 空气滤清器与液位计的设置 空气滤清器的作用是使油箱与大气相通，保证泵的自吸能力，滤除空气中的灰尘杂物，兼作加油口用。据齿轮泵的大小来选择空气滤清器的容量大小。 布置在顶盖上靠近油箱边缘处。 液位计用于监测油面高度，其窗口尺寸满足对最高与最低液位的观察。空气滤清器和液位计都是标准件，可按需要查手册选用。 换油口与清洗窗口的设置 油箱底面做成斜面，在最低处设放油口，平时用螺塞 堵住，换油时打开放走油污。 防污密封 油箱盖板和窗口连接处均加有密封垫，各进、油管通过的孔也都装有密封垫。 油箱装配图 见附录。 （ 10） 选择液压油 该系统为 了实现低压往复运动的驱动，一般可以选用 10 或 20 号液压油。冷天用 10号液压油，热天用 20 号液压油。 nts19 第 4 章 拉丝模 的 相关 设计 4.1 带传动 4.1.1 概述 如图带传动由主动轮 1、从动轮 2 及紧套在其上的环形传动带 3 组成。环形传动带采用易弯曲的挠性材料制成。带传动按工作原理可分为摩擦带传动和啮合传动， 本机构中采用的是摩擦带传动（ V带传动）。 图 4.1 带传动示意图 4.1.2 带传动的设计计算 （ 1） 选择 V带型号 根 据要求选择所需电动机，查文献 3选取型号为 Y802-4，其额定功率为 0.75KW，满载转速为 1390r/min，同步转速为 1500 r/min，质量为 18kg。 确定计算功率，查文献 10表 4.6 得工作情况系数 KA =1.4，则有 KWPKP Aca 77.055.04.1 按 KWPca 77.0、 1n =1390 r/min查文献 6的图 3.5-1，选 O 型 V 带。 （ 2） 确定带轮直径1dd、2dd 选取小带轮直径1dd：参考文献 6的图 3.5-1及表 3.5-5，选取小带轮直径1dd=71mm。 验算带速： smndvd /17.5)100060/(139071)100060/(11 确定从动带轮直径2dd：2dd= mmidd 1.11671850/13901 ，查表 3.5-5 取2dd=112mm。 计算实际传动比： 58.171/112/12 dd ddi 验算从动轮实际转速： m in/88058.1/1390/12 rinn ，（ 880-850） /850100%=3.5%,所以 min/8802 rn 允许。 nts20 （ 3） 确定中心距 a 和带长dL 初选中心距0a： mmamm )11271(2)11271(7.0 0 ， mmamm 3661.128 0 取0a=250 mm。 计算带的基准长度0L： mmaddddaL dddd14.7872504)71112()11271(225024)()(22202122100由文献 10的表 4.2 得dL=800 mm。 计算中心距 a ： mmmmLLaa d 256)2 14.787800250(2 00 确定中心距高速范围： mmLaa d 28080003.025603.0max mmLaa d 24880001.025601.0m i n 4 验算小带轮包角 1 ： oooooddo a dd 12017060250 7111218060180 121 ， 01 170 合适。 （ 5） 确定 V带根数 z 确定额定功率0P： 由1dd=71mm、 v =5m/s 和 v =6m/s，查设计手册得 Z型 V带的额定功率分别为 0.53KW和 0.62KW，用线性插值法求 v =5.27m/s时的额定功率0P值 ， 0P= KW55.0)527.5(56 53.062.053.0 nts21 确定 V带根数 z：Laca KKPP Pz )(00 （ aK -包角系数， LK -长度系数），查文献 6得0P=0.04KW,查表 3.5-10得aK=0.98,表 3.5-11得 LK =1.0； 所以 z 33.10.198.0)04.055.0( 77.0 根，取 z=2根。 （ 6） 计算单根 V带初拉力0F查文献 6表 3.5-1得单位长度质量 q=0.0612kg/m, NqvKvzPFaca 35.5827.50612.0)198.0 5.2(227.5 77.0500)15.2(500 220 （ 7） 计算对轴的压力QFNzFF Q 2272170s in35.58222s in2 10 （ 8） 确定带轮的结构 1dd=71mm,采用实心式结构；2dd=112 mm 的带轮和拉丝模夹具体设计成一体，以便带动拉丝模一起作回转运动。 根据 上面 3.1.2所计算出的带轮结构尺寸，利用 Pro/E三维实体建模可以得出带轮的结构图。 其中小带轮图如图 4.2,大带轮如图 4.3: 图 4.2 小带轮图 nts22 图 4.3 大带轮图 4.2 电机的相关设计 4.2.1 确定小带轮与电机连接处的键 电动机的主要外形尺寸和安装尺寸示意图，如图 4.4 所示。 图 4.4 电动机的外形和安装尺寸 所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸， 查手册 3中表 20-2， 如表 4-1 和 4-2 所示 。 nts23 表 4-1 电机 安装尺寸 (单位： mm ) H A B C D E F G G K 80 125 100 50 19 40 6 6 15 5 10 表 4-2 电机外形 尺寸 (单位： mm ) AB AD AC HD AA BB HA L 160 150 85 170 34 130 10 285 （ 1） 键连接的选择 键连接的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。 由于电机 和小带轮的材料都已经确定了，据连接的结构特点、 使用要求和式作重要条件来选择键连接的类型；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。键的主要尺寸为截面尺寸 b、 h和长度 L。 由于电机是标准件，所以与之相关的键的 基本尺寸 b、 h 已经确定为 6、 6； 长度 L 可参照轮毂长度 B 从标准中选取，一般取 L=B-（ 5 10） mm， 由 B=40 mm 查标准取 L=32 mm，初选A型平键，材料为 45钢。 （ 2） 键连接的强度校核 在传递转矩时，各零件的受力如图 3.4所示。普通平键连接的主要 失 效形式是工作面的压溃，按工作面上的挤压应力进行强度校核计算；导向平键和滑键的主要 失 效形式是工作面的过度磨损，按工作表面上的压强进行条件性的强度校核计算。只有在严重过载情况下，平键连接才有可能出现如图 3.4沿 a-a面的剪断。 图 4.5 平键连接情况 假设 键的工作表面上载荷均匀分布 ,合成后的集中力 F(圆周力 )作用于接触面高度中点 ,参照图 3.4,可得普通平键连接的挤压强度条件 nts24 pp dklT 2 式中 T传递的转矩 ,单位为 N. mm； k键与轮毂的 接 触高度，单位为 mm； d轴的直径，单位为 mm； l键的工作长度，单位为 mm； p键、轴、轮毂 3者中最弱材料的许用挤压应力，单位为 MPa； 由设计手册查得电机的相关参数为 d=19mm、 k=3mm、 l=L-b=32-6=26 mm，查参考文献 10的表 12.1有 p=125 150MPa，则有 1.326319 10003.22 pp MP a 由以上可见所选键满足强度要求。 4.2.2 螺栓组连接设计 已知工作载荷 NFQ 170，力的作用线在垂直方向上，底板高 mmh 160 ，其余尺寸见图 4.6。 设计内容及设计结果见表 4-2: 图 4.6 电机螺栓组连接 表 4.2 螺栓连接设计 设计项目 设计依据及内容 设计结果 （ 1） 螺栓组受力分析 水平方向上分力xF 垂直方向上分力yF 翻转力矩 M 由 图 4.6知 x 方向上不受力 Qy FF mNFM y )08.0( 0xF NFy 170 mNM 6.13 nts25 （ 2） 失效形式分析 该连接可能出现以下几种失效形式 : (1) 在yF作用下，电机可能向下滑移； (2) 最上边的受拉螺栓可能被拉断或产生塑性变形； 为防止滑移，应保证有足够的预紧力。 （ 3） 计算 M 作用下受力最大螺栓所受的最大工作拉力maxF由文献 10的式 13.8 NLMLF zi i)05.04/(05.06.13/ 212m axm ax NF 68max （ 4） 计算最大工作拉力 F NFF 68max NF 68 （ 5） 计算螺栓所受总拉力F 计算预紧力 0F 计算螺栓总拉力F 由底板不滑移条件 : yfx FkFCCCzFf )( 21 20,可得 : )(12120 xkf FCC CfFkzF 查文献 10 的表 13.9 得 2.0211 CC C, 则8.0112 CC C, 取 2.1fk, 16.0f , 则NNF 5.3187)016.0 1702.1(410 设计时取 NF 35000 NFCC CFF )682.03500(2110 fk 可靠度系数； f 接合面间的摩擦因子，接合面干燥时 16.01.0f ，否则取 1.006.0f ； z 螺栓个数。 2.1fk 16.0f NF 35000 NF 6.3513 nts26 （ 6） 确定螺栓直径 d 选螺栓材料 35 钢，性能等级 4.6 级 ,查表 13.5 得 :MPaS 240 ,查表 13.7 取安全系数 5.1S ,螺栓材料的许用应力 M P aM P aSS 1605.1/240/ 由式 13.21, mmFd1606.35132.52.51 ，按GB196-81粗牙普通螺纹标准，当 mmd 8 ,其 mmmmd 03.6647.61 ，可满足要求，故可选 M8的螺栓。 35钢， 4.6级 MPaS 240S=1.5 MPa160 mmd 03.61 mmd 8 647.61 d （ 7） 校核接合面工作能力 : 接合面上部不出现缝隙 2490080)68130( mmA 3333387.4 0 1 7 7 8)62130(1306 160)62(6mmhhbW 由式 13.9,WMFCCCzFA xp )(12120m a x0717.087.4017786.136.3513449001m axMP ap 0max p ,故不会出现缝隙 （ 8） 验算预紧力0F对碳素钢 ,要求 AFS)8.06.0(0 22221 7.344/647.64/ mmmmdA NFNNAS3 5 0 094.4 9 9 67.342406.06.00 预紧力0F符合要求 所以电机的连接选用 M8的普通螺栓连接。 4.3 拉丝模夹具设计 4.3.1 确定方案 根据已经给定的未加工的硬质合金拉丝模，其上下两底面和圆周面的尺寸和精度已经确定并加工好。该夹具是在拉丝模抛光时用来确定抛光丝与模孔的位置精度，并能使抛光丝对拉丝模中心孔进行研磨抛光的机构。 nts27 4.3.2 确定要限制的自由度 按照加工要求， 拉丝模 抛光机抛光模心时抛光丝做上下往复运动，并且拉丝模在上下方向上不应有相对运动，因此应限制拉丝模上下运动的自由度。拉丝模在异步电动机的带动下随模座做回转运动，相对模座来说还要限制 X-Y 方向上的转动自由度。另外两个方向上的转动和移动自由度已经随着拉丝模与模座的圆周面接触受到了限制。即加工拉丝模 时应限制 六个
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