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机械毕业设计论文
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机械毕业设计1233枪管精加工机设计,机械毕业设计论文
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摘 要枪管精加工机是精加工枪管的专用机床，该机床同时可加工两根枪管，枪管长度为660760，枪管内径为18.3mm。 为了提高枪管内孔加工整体质量，在对原机进行深入分析的基础上，研制了一种新型高加工精度的枪管精加工机。该机器通过两部分动力源分别控制研具的两个方向运动。对整个传动系统进行了分析，包括位移、速度、加速度特征。齿轮减速器和带传动在文中也有涉及。在设计完各个部分的基础上，进行了总体结构布置。新机器克服了原有机器的一些缺点，成功提高了传动效率和加工精度。本次设计在原有的基础上对变速箱进行了改进，使加工更容易达到表面粗糙度的要求，有利于提高生产效率。该机床的特点：加工精度高，工艺性能稳定，生产率高。关键词：枪管 曲柄滑块机构 变速箱 机械设计 AbstractThis machine is a special machine to finish Accuracy processing of barrel of gun. The machine can pestle two spare parbs at the same time. The length of barrel of gun is from 660 to 760mm, and internal diameter is 18.3mm. A new type of the Gun-Pipe grinding machine with high accuracy was designed to develop the machining quality of gun pipe. Two parts of power machine was selected to drive the different motion of the abrasive sticks. Analysis of the whole transmission system was presented in this paper. In this design more attention was pained on the analysis of the crank slipping-piece mechanism movement, including displacement, velocity, and acceleration. The design of redactor and belt were also concerned in the process of design. Overall there are many improvements about gear-box on this design. It is more easy to reach, their quest of coarse degree of surface. The machines characteristic: cutting precision is well, technology property is stable. Key words: barrel the crank slipping-piece mechanism Gear-boxmachine design目 录摘要IAbstractII第 1 章 绪 论11.1 课题背景1第 2 章 总体设计方案42.1 往复直线运动的实现42.2 旋转运动的实现5第 3 章 精加工工艺分析73.1 工艺方案73.1.1 精加工方式的选取73.1.2 研磨加工的特点73. 2 研磨用具83.2.1 研具83.2.2 研磨剂83.2.3 磨条93. 3 研磨工艺过程93.3.1 磨料粒度93.3.2 研磨速度93.3.3 研磨余量93.3.4 研磨压强9第 4 章 电动机的选择104.1 电动机的选择原则104.2 电动机的选择104.2.1 选择电动机的类型104.2.2 选择电动机容量104.2.3 确定电动机的转速12第 5 章 机器传动装置的总体设计145.1 各级传动参数的确定145.1.1 确定传动装置的总传动比和分配各级传动比145.1.2 计算传动装置运动和动力参数145.2 V带传动165.2.1 带传动165.2.2 V带传动165.3减速器设计195.3.1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数195.3.2 按齿面接触强度设计205.3.3 轴的设计235.3.4 轴的弯扭合成强度校核265.3.5 带轮和齿轮的确切尺寸295.3.6 减速器润滑与密封295.3.7 减速器附件设计305.4 曲柄滑块机构设计315.4.1 运动分析315.4.2 力分析335.4.3 连杆结构设计355.4.4 飞轮的设计37第6章 滑块和导轨设计396.1 滑块与导轨39第 7 章 基座设计417.1 机座的作用和设计要求417.2 机座的材料和时效处理42第 8 章 电路控制系统设计448.1 功能要求448.2 控制线路设计44第9章 夹具设计47结论48参考文献49致谢5052第 1 章 绪 论1.1 课题背景1.枪管精加工机加工形式枪管精加工机采用磨削的加工形式，是一种高效率的加工方法它不仅能祛除预留的加工余量，而且是提高工件尺寸、几何形状精度和表面光洁度的有效加工方法。其加工特点是：加工精度高，工件经精加工后，尺寸精度、形状精度均能提高，表面粗糙度可达Ra0.80.2Ram,有的甚至低于Ra0. 25m。表面质量好，精加工面具有交叉网纹1，有利于润滑油的贮存及油膜的保持，并有较高的表面支承率，因而能承受较大的表面支承率较大载荷。耐磨损，从而延长了使用寿命等。加工范围较广。枪管精加工原理是里利用安装在磨头圆周上若干油石，由涨开机构将油石径向涨开，使其压向工件内孔壁，从而做旋转与往复运动，从而实现对孔的低速磨削。2.影响工件精加工因素、精加工磨具磨头旋转速度。、油石的膨胀压力。、磨具磨头往复运动速度。这三种因素合理的配合可以极大提高工件的加工质量，而以往精加工件的加工精度主要取决于操作工人的技术水平，存在着很大的不确定性，限制了应用场合。传统的精加工为早期的一种摩擦工艺，对机身本身的精度要求低，对控制系统、液压系统、冷却系统要求不是很高2。现代精加工可定义为一种切削金属的方法。实现尺寸、圆度、直线度、位置度、表面粗糙度的要求。现代枪管精加工机大量采用高新技术、控制技术、双膨胀珩磨制造技术、多种材质的磨条制造技术和使用现代测量技术的使用等使得精加工机日新月异3。配套的刀具材料像金刚石、刚玉、CBN、氮化物、炭化硅发展4。 1.2 设计思路阐述枪管精加工机有原动部分电动机、传动部分V带传动、执行部分曲柄滑快机构、控制系统及一些辅助系统组成。1.对电动机的选取为实现枪管内孔精加工所需的运动，应以工作部件，即精磨工艺分析入手，初步确定完成精磨工艺所需的轴向力、圆周力、精加工工艺所需的轴向速度和圆周速度等基本设计数据。由精加工所需的力和速度，确定加工所需功率。综合考虑各传动部分和执行机构的功率损失，推出电动机所需的功率值5。由传递运动关系，计算出电动机所需提供的转速。2.对传动部分选取选择V带传动。首先确定各级传动的传动比，有效传动效率计算传动件所实现的运动特征和动力参数，据此选择传动件（如皮带）；选择零部件尺寸，设计计算各零部件的尺寸大小。3.执行机构的设计为实现往复的直线运动，由于精加工工艺的精确度很高，精加工时枪管内的轴向运动有严格的直线度要求。曲柄滑快机构可以很容易的实现精加工直线度要求。为减少工作中速度波动，增加运动中平稳性，曲柄设计成飞轮形式6。4.电路控制系统设计绝大多数的机械设备，都是电动机来带动的。对生产中的电动机的自动控制，使生产机械各部件的动作按顺序进行，保证生产过程中加工工艺合乎预定要求。对电动机主要是控制它的启动、停止、正反转、调速及制动。多采用继电器、接触器以及按钮等控制电器来实现自动控制。这种控制系统一般成为继电器控制系统，它是一种有触点的继续控制，因为其中控制器是继续动作的7。5.辅助系统设计：对辅助系统综合考虑，在设计过程中进行选取设计。首先，确定总体方案，实现枪管内孔研磨加工所需的运动。然后，从工作部件，即研磨工艺分析入手。初步确定完成研磨工艺所需的轴向力、圆周力、研磨工艺所需的轴向速度和圆周速度（或说研具旋转速度）等基本设计数据。第 2 章 总体设计方案由研磨参数确定传动系统的结构形式以及电动机所要提供的功率、转速，选出合适的电动机型号，既动力源，然后对传动系统进行设计计算、对执行部分、加工工具的选择与设计。确定电动机后，从电动机开始，按传动链依次准确地计算各个环节的运动参数和结构尺寸。设计对枪管内孔的精加工运动，分成轴向往复运动和周向旋转运动，分别实现两种运动更简单方便。2.1 往复直线运动的实现凸轮机构和曲柄滑块机构都可以实现直线往复运动，根据枪管长度为660760mm，采用凸轮机构，则需要满足760mm的升程和回程。这样凸轮的尺寸会很大。另外，凸轮机构加工制造困难，精确度难以保证，而且工作过程中磨损大。以上多条因素表明，不便选用凸轮机构来实现直线往复运动。而无偏执的曲柄滑块机构可以很容易地确保研具的直线度要求。这种机构工作可靠，结构简单，设计计算和加工制造方便。因此选择曲柄滑快机构。曲柄滑快机构中滑块的实际最大行程应大于760mm，取冲程H为1100mm。滑快设计成高200，曲柄的长度应为r=450mm。连杆长度取l=3r=3450mm=1350mm（如图2-1 ）。曲柄设计成飞轮的形式以减少工作中的速度波动，增加运动平稳性。图2-1 曲柄滑块机构2.2 旋转运动的实现精加工的磨具旋转运动为5060r/min。考虑原机器中此项运动是靠一个额外电机，通过带传动带动一个蜗轮蜗杆机构来实现。优点在于实现方式安全可靠，带传动具有过载保护的功能，传动平稳。本设计中直接将电机安装在滑块上，由电机的输出轴通过联轴器直接带动研具做旋转运动。克服了原有方式下摩擦损耗很大，效率低，易出现发热和温升过高的缺点。另外带传动和蜗轮蜗杆传动的使用，会增加制造和装配难度，同时也不满足经济性要求。此设计方案效率高，功率损失少，但是一般电机转速过高，体积也过大。因此，宜选用体积小、重量轻又可以输出低转速的交流伺服电动机。将两个交流伺服电动机并排安装在滑块上分别带动两根研具做旋转运动。2.2.1 减速部分设计方案由于电动机输出的转速太高，故通过减速部件减速后，带动飞轮（曲柄）转动。第一级减速，选用带传动。因为带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲吸振等特点。重要的是带传动具有过载保护功能。在机器的工作中出现意外过载或卡死时，发生打滑现象，从而起到很好的过载保护功能。很好地保护设备和操作人员的安全。带传动减速后，通过一个二级齿轮减速器，将转速降到工作速度。因为没有轴向载荷，可以直接选用结构简单、使用广泛的展开式二级直齿圆柱齿轮减速器。尽可能地降低设备成本。传动简图如图22：图2-2 传动简图 第 3 章 精加工工艺分析 3.1 工艺方案3.1.1 精加工方式的选取深孔精加工方法主要采用珩磨和研磨两种方式。其中研磨加工优点在于:可以通过磨粒切削金属达到机械加工作用,并且还有化学作用磨粒混合液或研磨膏使工件表面形成氧压层容易切削。研磨时磨具和工件的相对运动是很复杂的,因此,每一磨粒不会重复自己的运动轨迹,这样有可能均匀的切除工件表面的凸峰。研磨加工的基本原理是：通过界于工件与硬质研具间的研料或研磨液的流动，在工件和研磨剂之间产生机械磨擦或机械化学作用来去除微小加工余量。珩磨加工的特点：珩磨头开始磨削与工件接触面积小，单位面积压力大，珩磨头与珩磨轮的磨粒有自励性，故切削作用强烈，局部受力大，表面粗糙度可以Ra0.4 Ra3.2。枪管精加工采用研磨的方式,研磨是一种最常用的光整加工和精密加工方法。在采用精密加工的定型研磨工具的情况下，可以达到很高的尺寸精度和形状精度。表面粗糙度可以Rz0.04 Rz0.4。多用于精密偶件、精密量规和精密量块等的最终加工8。3.1.2 研磨加工的特点(1)所有研具均采用比工件材质软的材料制成，这些材料通常为铸铁、铜、青铜、巴氏合金、塑料及硬木等，有时也可以采用钢。(2)研磨加工不仅具有磨粒切削金属的机械加工作用，同时还有化学作用。研磨混合液或研磨膏使工件表面形成氧化层。使之易于被磨料所切除，因而大大加速了研磨过程的进行。(3)研磨时研具和工具的相对运动是较复杂的，因此每一磨粒不会在工具表面上重复自己的运动轨迹，这样就有可能均匀地切除工件表面的凸峰。(4)研磨可以获得很高的尺寸精度和低表面粗糙度，也可以提高工具表面的宏观形状精度，但不能提高工具表面间的位置精度9。3. 2 研磨用具3.2.1 研具研磨工具的材料应软硬适当，一般选用比工具材料软且组织均匀的材料。制造研具的材料，最常用的是铸铁。因铸铁研具适用于加工各种材料的工件，能保证较好的研磨质量和较高的生产率，且研具制造容易，成本也较低。铜、铝等软金属研具较铸铁研具容易嵌入较大的磨料，因此，他们适用于切除较大余量的粗研加工。铸铁研具则适用于精研加工。3.2.2 研磨剂研磨剂是由磨料，研磨液及辅助料配成的混合物。1. 磨料按硬度可以分为硬磨料和软磨料，常见以下几种：(1)金刚石粉（C）及碳化硼（B4C），主要用于硬质合金的研磨加工。(2)氧化铬（Cr2O3）和氧化铁（Fe2O3）是及细的磨料，主要用于表面粗糙度要求低的表面研磨加工。(3)碳化硅（SiC）及氧化铝（Al2O3）是一般常用的两种磨料。研磨加工中，研磨液（油脂）对加工表面粗糙度和生产率的影响也是不可忽略的。加工中研磨液不仅要去调和磨料和润滑冷却的作用，而且在研磨过程中还要起化学作用，以加速研磨过程。目前，常用作研磨液的油脂主要有：变压器油、凡士林油、锭子油、油酸和葵花子油等。2. 研磨液研磨液主要起润滑和冷却作用，湿研时它是研磨体的载体，稀释研磨剂，使微粒均匀的分布在研具的表面上。3. 辅助材料辅助材料是一种混合质，在磨削过程中起吸附作用、润滑作用和化学作用。最常见的辅助材料有硬脂酸油脂、脂肪酸、蜂蜡、硫化油和甘油酸等10。3.2.3 磨条磨条的张开方式分为机械（一般用弹簧）和液压（用液压缸、活塞杆）两种，为增加磨条长度，在磨头上并列地装上多个标准磨条。 3. 3 研磨工艺过程对枪管进行研磨是在进行：调质、高速绞扩孔、冷挤压以后进行的。3.3.1 磨料粒度磨料的粒度一般要根据所要求的表面粗糙度选择，粒度越细，则加工后的表面粗糙度也就越低。粗研时，为了提高生产率，用较粗的磨粒，如W28W40。精研时，用较细的磨粒，如W5W28。镜面研磨时，则用更细的粒度W1W3.5。3.3.2 研磨速度研磨时的切削速度较低，这里取1.2m/s。3.3.3 研磨余量 为了提高生产率和保证研磨质量，研磨余量应该尽量小，机械研磨速度也要小于15m在这里我们取10m。3.3.4 研磨压强研磨时所采用的压强，在手工研磨时，主要靠操作者的感觉来确定。而用机械研磨时的研磨压力，则要从手册中查出范围。查得：q=1.22.8X105Pa我们取2.5105Pa。 第 4 章 电动机的选择 4.1 电动机的选择原则 电动机按功能，电机分为发电机、电动机和特殊用电机。常用电机为Y、Y2等系列电机。电动机分为直流电动机、交流电动机和交直流两用电动机。选择电动机的方法和步骤：电动机是专门工厂批量生产的标准部件。在设计中要根据工作机的工作特征，工作环境和工作综合条件，选择电机的类型、结构、容量（功率）和转速。并在产品目录中选出具体的型号和尺寸。选择电机的原则是：在保证工作机正常工作，并具有一定过载保护能力的前提下，尽量选择容量较小，通用性较强，电能消耗低的型号。综合考虑工作情况和经济性要求。 4.2 电动机的选择 4.2.1 选择电动机的类型 按已知工作要求和条件，选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。4.2.2 选择电动机容量研磨时，轴向力为：POC=OCSq (4-1)其中 oc研磨轴向系数，查表得0.050.07，取0.05。S磨条工作面积，初步取研具长度为800mm。则mm2。q磨条对零件表面的单位压力，取2.0105Pa。则：N取轴向研磨平均速度为 1m/s，则加工功率为：W滑块运动速度V与曲柄转角和转速之间有近似关系 (4-2)其中 r曲柄长度，取450m。 曲柄长度和连杆长度之比，平均速度和角速度之间的关系为取平均速度为则求出曲柄的旋转角速度为：r/min近似取=30r/min。由速度曲线知，最大速度为：m/s所以，最大功率为 kw (4-3)电动机的输出功率计算： 带传动效率齿轮联轴器传动效率二级直齿减速器传动效率滑动轴承传动效率故有 kw由于曲柄滑块机构要安置飞轮调节速度波动，同时整个工作机对运动轨迹的精度要求高，所以可以选用较大功率的电机。4.2.3 确定电动机的转速由前面计算得，曲柄转速为:r/minV带传动比范围为，展开式二级圆柱齿轮传动比范围则总传动比范围为：。电动机转速可选范围为：。综合以上，从电动机产品列表中选择电动机型号为：Y90L-4，其主要参数如下：表4-1 电机参数列表功率满载时堵转电流 额定转矩1.5KW电流 转速 效率 功率因数3.65A 1400r/min 79% 0.796.5A 2.34.2.4 回转运动伺服电动机的选取1. 运动分析根据第2章的方案论证，回转运动单独驱动。为了提高效率，采用电动机直接带动研具回转运动，而不是采用传统的电机带传动涡轮蜗杆传动方案。研具轴向力计算圆周力： (4-6)其中： 磨条工作面积。m2磨条对零件表面积的单位压力，范围为，这里取Pa。圆周力计算系数，列表如下：表6-1 研磨参数加工材料 非淬火钢 0.20.3 0.030.06淬火钢 0.20.3 0.050.07这里取0.3。 所以 N预计研具转速为n=80100r/min.则圆周速度为 精加工功率为: (4-7)2. 伺服电动机选择高的交流伺服电动机,从列表中选择电机为:SD系列交流伺服电动机,其具体参数如下:表 6-1 伺服电机参数型号 额定 额定励 额定控 空载转速 外形尺寸(mm)频率 磁电压 制电压 总长 外壳外径 轴径SD75 50Hz 110v 110v 75r/min 97.5 55 7 第 5 章 机器传动装置的总体设计 5.1 各级传动参数的确定5.1.1 确定传动装置的总传动比和分配各级传动比 传动装置的总传动比由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速确定：确定各级传动比：在多级传动的传动装置中，其总传动比为各级传动比的连乘积，既：选用展开式二级直齿圆柱齿轮减速器，令V带的传动比有：。对展开式二级直齿圆柱齿轮减速器，可取分别为高速级和低速级的传动比， 取两级传动比关系为：。故 5.1.2 计算传动装置运动和动力参数1. 轴的转速轴 r/min轴 轴 轴 曲柄轴 2. 各轴的输入功率轴 轴 轴 轴 曲柄轴 3. 各轴扭矩轴 Nm轴 轴 轴 曲柄轴 将以上计算的运动和动力参数列表如（表5-1）:表5-1 各个轴的运动和动力参数轴轴轴轴曲柄轴转速n(r/min)1400466.799.93030功率P(kw)1.51.441.41.371.34扭矩T(Nm)10.7129.47133.83436.12426.57效率0.960.9650.9650.985.2 V带传动5.2.1 带传动带传动是最常用的一种机械传动，其特点是结构简单，传动平稳，能缓冲吸振，能实现两轴距离较远的传动。带传动的类型可分为；V带传动、平带传动、同步带传动等。5.2.2 V带传动 V带传动的设计计算带传动主要依据是保证带在工作中不打滑，并有一定的疲劳强度和使用寿命。1. 计算功率Pca是根据传递的功率P，并考虑到载荷性质和每天的工作时间长短等因素而综合确定。 (5-1) P传递的功率（）；工作情况系数考虑到载荷性质和精加工机每天工作10小于小时，可据此计算功率查表8-6，得工况系数KA=1.3所以 Pc=1.31.5=1.95KW 2. 带型的选择选择带型为普通V带，Z型，根据计算功率Pca和小带轮转速n1选取。3. 确定带轮的基准直径d d1和 d d21) 初选带轮基准直径d d1根据V带截型，取取：d d1=60mm。则大带轮基准直径 (5-2)取mm2) 验算V带的速度V13）确定中心距a和带的基准长度Ld根据 初选a0=450mm。计算所需基准长度 (5-3)选取。则实际中心距为： (5-4)4） 验算主动轮上的包角。主动轮上的包角合适。5） 确定带的根数 （5-5）由查表如下： 长度系数，1表8-8得 单根V带基本额定功率，Kw 计入传动比影响时单根V带额定功率增量Kw带入数据得：取Z=2。6）计算预紧力单根V带所需的预紧力为 (5-6)其中: q传动带单位长度的质量，由1表8-4得 Kg/m。7）计算作用在轴上的压轴力Fp8） 带轮结构尺寸确定由电动机可知，输出轴直径d=24mm,长度E=50mm。故小带轮轴孔直径应取，毂长应小于,由表33.1-22查得小带轮结构为实心轮；轮槽尺寸及轮宽查表33.1.20画图如下：如图5-1。图5-1 小带轮5.3 减速器设计减速器是原动机和工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转距，以满足工作需要。5.3.1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数根据已确定的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。枪管精加工机为一般工作机器，通过一级带传动减速，齿轮减速系统速度不高，选用7级精度（GB10095-88）。材料选择，由1表10-1选择小齿轮材料40Gr（调质），硬度280HBS。大齿轮材料45钢（调质），硬度240HBS。二者材料硬度差40HBS。选小齿轮齿数Z1=24，大齿轮齿数，取93。5.3.2 按齿面接触强度设计由设计计算公式（109a）进行试算则有： (5-7)确定公式内的各计算数值(1) 试选载荷系数Kt=1.3(2) 计算小齿轮转距。由表10-7选取齿宽系数。由表10-6查得材料的弹性影响系数。由表10-21d按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限 ，大齿轮接触疲劳强度极限。由表10-13，计算应力循环次数 (5-8)其中 根据机器工作寿命15年，每年工作300天则：NN7) 由1表10-19查得接触疲劳寿命系数。8) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数s=1,则有 (5-9)2. 几何尺寸计算及运动参数计算1) 试算小齿轮分度圆直径，带入中较小的值 2) 计算圆周速度V (5-10)3) 计算齿宽b (5-11)4) 计算齿宽与齿高b/h模数 (5-12)齿高 比值 5) 计算载荷系数由V=1.07m/s,7级精度，由1表10-8查得动载荷系数KV=1.05，直齿轮，假设KAFt/b100N/m，由1表10-3查得，由1表10-2查得使用系数，由1表10-4查得7级精度小齿轮相对支承非对称布置时 (5-13)带入数据得：由b/n=10.6687, 由1表10-13查得故载荷系数 (5-14)6) 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径由公式 (5-15)得: mm7) 计算模数m 取标准值m=2.0。由于通常情况下，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，再考虑安全系数的因素，不需要进行齿根弯曲强度校核。8) 大齿轮齿数为112，小齿轮齿数为24这样设计的齿轮即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，避免了浪费。3. 几何尺寸计算1) 计算分度圆直径2) 中心距 3) 计算齿轮宽度 我们取B2=45mm，B1=50mm。4. 计算齿数Z3，Z4取相同模数m=1.9，令Z3=50，则。由齿数和模数可以算出齿宽取 B3=105mm，B4=95mm。把各个齿轮的参数列表如下：表5-2 齿轮参数参数 符号 Z1 Z2 Z3 Z4模数 m 1.9压力角 20o齿数 Z 24 112 50 166分度圆直径 d(mm) 45.6 212.8 95 316.35齿顶高 ha(mm) 齿根高 hf(mm) 齿全高 h(mm) 齿顶圆直径 da(mm) 50.6 217.8 100 321.35齿根圆直径 df(mm) 40.6 207.8 90 311.35基圆直径 db(mm) 齿宽 b(mm) 50 45 105 95齿厚 s(mm) 3.925齿槽宽 e(mm) 3.925齿距 p(mm) 7.85标准中心距 a(mm) 129.2 205.75传动比 i 4.67 3.335.3.3 轴的设计1. 试算轴的最小直径轴传递的功率为1.44kw，材料为45钢。由1表15-3查得A0取110，则 (5-16) mm轴传递功率P=1.4KW,转速n=81.2r/min。mm可见，由于传动的确功率很小，按扭转强度条件计算出的轴的最小直径都很小。考虑到稳定性要求和结构需要，参考原机器尺寸，可对轴的结构尺寸进行适当放大。2. 轴的结构设计1）拟定以下零件的装配方案。图5-2 轴的装配方案2）为了满足大带轮的轴向定位要求，-段右端需要设计出一个轴肩。故取-段直径d-=34mm；左端用轴端挡圈定位，带轮毂长40mm，取L-=38mm。3）选择滚动轴承。因轴承不承受轴向力作用，故可以选择普通滚珠轴承，从产品列表中选取深沟球轴承尺寸系列中的6007号。基本尺寸为,故d-=d-=45mm，L=20mm。根据轴承的定位需要，取d-=40mm。4）由于齿轮的尺寸较小，作成齿轮轴形式，且L-=50mm。5） 取齿轮距箱体内壁之间的距离a=15mm，考虑润滑、干涉等因素，取L-=15mm，L-=150mm。6）轴上零件的周向定位齿轮、带轮与轴的周向定位均采用平键连接。根据L-段35，按手册查得平键截面取(GB/1095-1990)。键槽用键槽铣刀加工，长度取25mm。为保证带轮与轴配合有良好的对中性，故选择带轮轮毂与轴配合为H7/h6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来实现的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。7) 圆角和倒角尺寸参考1表15-2，取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径如图所示。 同样步骤确定轴，轴的结构。如图图5-3 轴装配方案图5-4 轴装配方案5.3.4 轴的弯扭合成强度校核1. 做出轴的计算简力图图5-5 轴的简力图2. 分别作出V H面的弯矩图其中，。列静力学方程 带入数据，计算得： V面弯矩图为：，407.2N， 。列静力学方程带入数据，计算得： H面弯矩图为：根据公式 (5-17)计算总弯矩为：3. 轴的扭矩图为1) 校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩后，可判断出危险截面为和，做弯扭合成强度校核，按第三强度理论计算应力：这里有弯矩产生的弯曲应力是对称循环应力，而由扭矩产生的扭转应力则不是对称循环应力。考虑到两者循环特征不同的影响，引入循环系数，则计算应力为： （5-18） 取0.3在截面处远小于许用应力，满足要求。在截面处 带入公式有：可见截面处也同样满足强度要求11。5.3.5 带轮和齿轮的确切尺寸表5-3 带轮和齿轮尺寸大带轮Z1Z2Z3Z4飞轮孔径结构形式25腹板式齿轮轴50腹板式50实心式75腹板式60飞轮5.3.6 减速器润滑与密封1. 齿轮传动的润滑因为齿轮转速适中，宜采用浸油润滑，即将齿轮浸入油中。当传动件回转时，粘在上面的油液被带至啮合面进行润滑，同时油池中的油也被甩上箱壁，借以散热。为保证齿轮与齿轮啮合的充分润滑，控制搅油的功耗损失和发热量，传动件浸入油中深度不宜过浅或过深12。齿轮的圆周速度为：取齿轮半径，即mm。为了避免大齿轮回转时，将油池底部的沉积物搅起，大齿轮顶圆到油池底面的距离不应小于3050mm，这里取40mm。2. 滚动轴承的润滑齿轮的圆周速度为速度过小，不能采用飞溅润滑的方法。因为这种速度不足以使飞溅的油液形成油雾而直接溅入轴承室。为了可靠起见，在箱座结合面上制出输油沟，让溅到箱盖内壁上的油汇集在油沟内，而后流入轴承进行润滑13。(1)密封润滑的主要目的是减少摩擦与磨损，而密封的目的是防止外部灰尘、水份等进入轴承，也防止润滑剂流失。1）机盖与机座间的密封为了保证机盖与机座连接处的密封可靠，应使连接处凸缘有足够的宽度，联结表面应精刨，其表面粗糙度不大于Ra6.3，凸缘联结螺栓之间的距离一般为150-200mm，且均布布置，以保证剖分面的密封性。2)轴承与机座间的密封滚动轴承密封方法的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度等有关，这里采用接触式密封。5.3.7 减速器附件设计1. 检查孔与检查孔盖为检查传动件的啮合情况，接触斑点，侧隙和向内倾注润滑油，在传动件啮合区上方的箱盖上开设检查孔。检查孔应有足够的大小，以便手能伸入进行操作。为此，方形检查孔确定为：长宽=100mm60mm检查孔应设有盖板密闭，盖板用螺钉固定在箱盖上，与盖板接触的箱盖顶面应加工，故留有3-5mm高的凸台，在盖板与凸台间放置密封垫片，以防渗漏。2通气孔减速器工作时，箱体温度升高，气体膨胀，压力增大，对减速器各接缝间的密封很不利。故在箱盖顶部或检查孔上装有通气孔。使减速器内热膨胀的气体能自由溢出，保持箱体内压力正常。从而保证减速器各部接触缝面的密封性能。其结构形式如图。3油塞为了换油及清洗箱体内排出的油污，在箱体底部最低位置设有排油孔。通常设置一个，必要时要设置两个。排油孔平时用油塞及封油圈堵住，以防止漏油，并且安装油塞处，箱体排油孔外侧应有3-5mm的凸起部分，以利于加工。确定结构形式如下：图5-7 油塞结构图4油标前面选择用浸油润滑传动件，为了加注润滑油或使用过程中能方便检查箱体内油面的高度，以确保箱内的油量适度，在减速器箱体的适当位置应装有油标。这里用结构简单，使用广泛的带螺纹油标。油标尺上的油面刻度按静止与运转两种情况决定14。5.4 曲柄滑块机构设计曲柄滑块机构结构简单，制造和安装方便，且工作稳定，性能可靠，广泛应用于各种机械传动装置中。5.4.1 运动分析在第二章的运动分析中已经确定曲柄和连杆的长度，分别为R=450mm，L=1350mm。现在分析研究滑块的运动特征。图5-8 运动分析图曲柄转角，角速度，分析滑块的运动过程。不失一般性，连杆上任一点P建立如图坐标系。 和均为时间t的函数，由三角形几何关系可知 由5-11可以求出将上式带入5-9、5-10，可得P点运动方程： 当l=L时，P点即与滑块上B点重合，其运动方程为：将滑块的运动方程对时间求一阶导数，可得滑块速度 将上式对时间再求一阶导，可得B点的加速度： 滑块运动的精确方程太过复杂，在应用时选用了下面的近似公式：位移 速度 加速度 其中： R曲柄长度，取450mm。连杆长度，取1350mm。曲柄转角，单位：rad。曲柄角速度，定值3.1399rad/s。曲柄长与连杆长之比，。5.4.2 力分析首先分析连杆的受力情况：图5-9 连杆受力图不考虑曲柄滑块的自重，不考虑导轨与滑块间的摩擦，建立最简单的力学模型（如图5-9）。我们假设研磨加工时的轴向阻力不变，因此可以认为滑块所受外力大小不变。由前面的研磨工艺分析已得每根研具所受的轴向阻力大小为Ff=702.5N正常工作时，滑块上安装两根研具。滑块所受总阻力大小为：沿连杆方向的分力为：利用关系式将其化为曲柄转角的函数关系： （5-19）分析曲柄所受的阻力矩图5-10 曲柄受力图对点之矩为：由以上三式得： 5.4.3 连杆结构设计由前面的力分析可知，连杆所受轴向力最大为，曲柄所受最大阻力矩为。数值都比较小。这是因为在分析计算时，未考虑机构本身存在的摩擦力和本身的重力，特别是滑块及安装在上面的伺服电机的重力。实际上连杆所受轴向力要大得多，预计取。连杆的简单力学模型为两端受轴向力的二力杆。因此，连杆的主要失效形式为稳定失效。为增加连杆的稳定性，连杆截面设计成工字型截面。参考原机的尺寸，初步确定工字型截面尺寸15。如图：图5-11 连杆结构示意图然后进行连杆受压力的稳定性校核：连杆选用45钢，。长度，最大压力。选定稳定性安全系数为。由1公式14.8，有压杆柔度公式 因为连杆简化为两端铰支杆，。工字型截面的惯性矩为：截面积： 连杆的柔度为：所以，不能用欧拉公式16计算临界压力。如果用直线公式，由表14.2查得优质碳钢的a和b分别是：a=461MPa， b=2.568MPa。由公式14.11可见，连杆的柔度界于和之间（）,为中等柔度牙杆。由直线公式求出临界应力为：临界压力为连杆工作安全系数为 符合稳定性要求。5.4.4 飞轮的设计 1. 飞轮作用原理作用在机械上的驱动力矩和阻力矩，在稳定运转状态下，往往是原动件转角的周期性函数。其等效力矩和也必然是等效构件转角的周期性函数。但是经过等效力与等效转动惯量变化的一个公共周期，机械的动能又恢复到原来的值。因而等效构件的角速度也将恢复到原来的数值。由此等效构件的角速度在稳定运转过程中将呈现周期性波动。这种波动对机械的工作是不利的。不仅将影响机械的工作质量，而且会影响到机械的效率和寿命。必须设法加以控制和调节。将其限制在许可的范围之内。忽略等效转动惯量中的变量部分，即设机械的等效转动惯量。则当时，。当时，。最大盈亏功为则 对于机械系统原来所具有的等效转动惯量来说，等效构件速度不均匀系数将为： (5-19)当速度不均匀系数不满足条件时，则在正定的最大盈亏功之下，应在等效构件上添加一个转动惯量为的飞轮。且 (5-20)可见只要足够大，就可以满足条件式的要求。达到调节机械周期性速度波动的目的。2. 飞轮转动惯量的近似计算由（5-21）、（5-22）两式可以推导出飞轮的等效转动惯量的计算式为 如果则忽略不计。于是 用平均转速代替，则有 可见，飞轮本质上就是一个能量储存器。它可以用动能的形式把能量储存或释放出来。3. 飞轮尺寸计算飞轮转速控制在，所以取。参考同类机型的飞轮设计以及原机的设计文件，取。由公式（5-25）得：设为轮缘重量，、和分别为轮缘的外径、内径与平均直径，则轮缘转动惯量近似为 (5-21)或 由结构设计需要，取。则 于是 取第6章 滑块和导轨设计6.1 滑块与导轨滑块与导轨的设计配合精度直接影响枪管的加工精度。导轨设计成竖直放置,运动部件上下运动,因此导轨不承受重量,所以对钢度和承载能力要求较低，对导轨的精度有更高的要求。1.导轨的结构采用镶嵌式设计导轨，滑块在竖直方向做往复直线运动，部件只能沿直线方向运动，嵌条可以减少磨损，导轨的润滑采用油润滑和脂润滑相结合，润滑脂定期由油杯导入，导轨以铰制孔螺栓固定在箱体肋板上。导轨安装采用螺栓连接安装在床身上，所以在导轨上要加安装孔。2.导轨的截面形状该设备对于滑块的转动和横向移动具有较高的要求，故选择导向精度高的三角形导轨，为了保证导向精度，选用顶角较小的导轨，并增加导轨的接触面积，使滑块更稳定。 3.选择导轨的尺寸导轨的长度取决于枪管精加工机的行程，也就是取决于要加工枪管的长度，因为枪管的长度为660-760mm,导轨长度定为1800mm。 4.导轨磨损的补偿和间隙调整装置有导轨上的镶条来补偿导轨的磨损，可通过调节压损与导轨的距离来调节间隙，导轨可以装卸，因此可以通过刮研的方法，使磨损后的导轨满足加工精度。5.滑块的定位磨条固定在滑块上，不能沿径向移动，磨条在上下移动过程中 往往将枪管内孔直线度破坏，本级选用双向联轴器，可以使磨条轴线沿枪管内孔轴线倾斜，或沿径向移动达到浮动的目的是枪管内孔的直线度和圆柱度不被破坏，双方项联轴器乡下运动时，磨削力容易使联轴器受压而发生偏移，但由于联轴器不断旋转，不断改变的径向力不会造成偏移角度过大而发生卡死现象。选用联轴器的结构：L=124mm,许用扭矩为160Nm，破坏扭矩为500Nm。6.轴承的选用与润滑由于选用了万用联轴器，当磨条产生轴向倾斜和径向偏移时，必须施加给轴承一个井巷里，使推力轴承不能满足要求，使用普通圆锥磙子轴承要满足轴向力要求其径向尺寸较大因此选用大锥角员追磙子轴承27308。轴承采用脂润滑，由油杯压入，上下端盖过盈配合密封，以套筒轴向定位，采用过盈配合。 第 7 章 基座设计7.1 机座的作用和设计要求机座是机器设备的基础部件，设备的零部件安装在基座上，或者在其导轨上面运动。所以，机座既起支撑住用，承受其它零部件的重量及在其上保持相对运动，又起基准定位的作用，确保部件间的相对运动。因此，机座是机器十分重要的部件。对机座的基本要求是：7.1.1应具有足够的刚度由于机座的自重和其它零部件的重量以及运动部件惯性力的作用，使其本身或与其相连的接触表面发生变形。若变形过大，会影响设备的粗糙度或工作时产生振动。为了减少受力变形，基座应具有足够的刚度。1. 应具有足够的抗振性抗振性包括两个方面的含义：1）抵抗受迫振动的能力，限制受迫振动的振幅不超过允许值。2）抵抗自激振动的能力。2. 应具有较小的热变形和热应力机器在工作时，由于电动机、强光灯炮、加热器等热源散出的热量，加上相对运动零部件的摩擦产生的热量，都将传到基座上。若热量分布不均匀和热量散发不相等，基座各处温度不一致，由此产生热变形，影响其原有的精度。3. 耐磨性为了使机器能经久保持其精度，机座导轨应具有良好的耐磨性，因此，对导轨的材料、结构和形状、热处理以及防护和润滑等方面应作周密的研究。4. 结构工艺性等其它要求设计时，应考虑毛坯制造、机械加工和装配的结构工艺性。正确地进行结构设计和必要的计算。保证用最少的材料达到最佳的性能要求，达到缩短生产周期，降低造价，操作方便，搬运装吊安全等要求。7.2 机座的材料和时效处理机座的材料应根据其结构、工艺、成本、生产批量和生产周期等要求正确选择。主要有铸铁和钢。对于铸铁的机座，如果导轨与机座铸成一体，则铸铁的牌号应根据导轨的要求选择。如果导轨是镶装上去的，或机座上没有导轨，一般可用HT1533铸铁。对于由型钢和钢板焊接的机座，则常用3号或5号钢。用钢材焊接成的机座，其优点有：1)钢的弹性模数比铸铁大，焊接机座的壁厚较薄，其重量比同样刚度的铸铁机座约轻2050%。2) 在单件生产情况下，生产周期较短，所需设备简单，或成本较低。3) 机座制成之后，根据试验或使用情况，必要时可临时补焊加强筋，以提高其刚度。焊接机座的缺点是：1) 钢的抗振性比铸铁差，在结构上需要采用防振措施。2) 成批生产时，成本较高。3) 钳工工作量大。在铸造方法制造机座和对其机械加工过程中，都会产生高温。因各部分冷却速度不同而收缩不均匀，使金属内部产生内应力。若不进行时效处理，将因内应力的逐渐重新分布而变形，使机座丧失原有精度。时效处理就是在精加工之前，使机座充分变形，消除内应力，提高其尺寸稳定性。由于粗加工时会加大残余应力，故时效处理最好在粗加工后进行。常用的时效处理有自然时效、人工时效和振动时效等几种。其中以人工时效应用最广17。第 8 章 电路控制系统设计绝大多数的机械设备，都是靠电动机来带动的。因此，在生产过程中要对电动机进行自动控制，使生产机械各部件的动作按顺序进行，保证生产过程中加工工艺合乎预定要求。对电动机主要是控制它的启动、停止、正反转、调速及制动。对电动机或其它电气设备的接通或断开 ，当前国内还较多地采用继电器、接触器以及按钮等控制电器来实现自动控制。这种控制系统一般成为继电接触器控制系统，它是一种有触点的断续控制，因为其中控制器是断续动作的。8.1 功能要求本研磨机中，要求电器控制系统具有如下功能：a) 机器的启动、停止，这是最基本的功能。b) 大电机和小电机同步启动。c) 短路保护、过载保护和零压保护。d) 低压控制高压。e) 交流伺服电机需要降压。8.2 控制线路设计控制线路分为主电路和控制电路两部分。主电路：三相电机QFuKM（主触点）FR（热元件）M控制电路：控制电路功率小，因此可以通过小功率的控制电路来控制功率较大的电动机。控制电路设计如图8-1：图8-1 电路控制图线路的动作次序如下：KM1通电KM1断电 KM1通电按SB2KT通电KM2断电KM2通电KM3通电 KM3断电本线路的特点是在接触器KM1断电的情况下进行Y-换节，这样可以避免当KM3的常开触点尚未断开时KM2已吸合而造成电源短路；同时接触器KM3的常开触点在无电下断开，不发生电弧，可延长使用寿命18。第9章 夹具设计夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制定之后，按照某一工序的具体要求进行的。制定工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。夹具设计质量的高低，应以能否稳定的保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。为了使所设计的夹具能满足上述基本要求，设计前要认真收集和研究如下有关资料19。1. 生产批量 在本设计中的枪管精加工机，属于专用设备，要进行长期大批量生产。2. 零件图及工序图设计时要参考零件图中给出的工件在尺寸、位置等方面精度的总要求；枪管加工工序图中给出的工件尺寸、工序基准、已加工表面、待加工表面。3. 零件工艺规程 枪管的加工工艺规程
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