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管套压装 专机 设计

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0第一章 引言随着机械行业的大发展，轴、轴承和轴套的使用也越来越广泛，而轴与轴承、轴套的配合为过盈配合 H8/r7，所需压入力较大，且随压入长度增大而增大。在无缝钢管二端要均匀压入二轴套，且要保证二轴套相对位置，轴套压到底后，在相应位置要钻攻螺孔。按照机械设备安装工程施工及验收通用规范（） 中第条装配前应测量孔和轴的配合部位尺寸及进入端倒角角度与尺寸。根据实测的平均值，应按设计要求和本规范附录十六选择装配方法。 第条在常温下装配时应将配合面清洗洁净，并涂一薄层不含二硫化钼添加剂的润滑油；装入时用力应均匀，不得直接打击装配件。第条纵向过盈连结的装配宜采用压装法。压装设备的压力，宜为压入力的倍；压入或压出速度不宜大于/。压入后内，不得承受负载的要求，如果使用人工装配不但劳动强度大、效率低、定位精度低，而且满足不了大批量生产要求。所以使用一个专用的管套压装专机以成为发展趋势。本论文设计的专机不但可解决人工装配时劳动强度大、效率低、定位精度低的问题，而且满足了大批量生产要求。1第二章 设计2.1 机械设计步骤机械设计是机械产品生产的第一道工序。在设计中要求对机器的工作原理、功能、结构、零部件设计，甚至加工制造和装配方法都确定下来。因此，不同的设计者可能有不同的设计方案和设计步骤。但是，机械设计的共性规律是客观存在的，需要不断地总结和完善。机械设计的一般步骤：动向预测；方案设计；技术设计；施工设计；试生产。下面着重分析方案设计和技术设计。2.2 方案设计根据设计任务书提出的对所设计机器的工作要求，首先对能满足工作要求的多种设计原理方案加以分析比较。由于任何工作原理都必须通过一定的运动形式来实现，所以这一步骤也是确定设计所需运动的方案。例如设计一台往复运动的机器时，可采用的设计原理方案很多，有电动的，有气动、液压及其他组合机构等形式的，每种形式中还有多种机构能达到预期的运动，如齿轮齿条机构、丝杆螺母机构、凸轮机构、曲柄滑块机构等。确定设计原理方案时，可把设计对象当作完整的系统，并将它分成具有各种分功能的机构及零件为子系统和元素，进行系统分析和机构分析、机构综合和加以比较，选择最优方案。在这一阶段，要按选择最优方案所需的技术经济论证来制定产品总体和主要部件方案，同时要确定关于工作原理、可靠性和强度的问题范围，这些问题必须加以研究，有些要得到实验验证。要对不致太大影响技术任务书中规定的设计对象，它的最终主要指标的那些结构要素作近似计算。如果想在有接近于设计对象的实际样机，就可以不经过计算而拟订各个机构要素，但在方案设计中，为了进行于选择最优设计方案有关的技术经济计算，必须充分精确地估计对最终结果有影响的参数。例如，在设计机械传动装置方案时，为了选择传动型式（丝杆螺母传动，行星齿轮传动、蜗杆传动等） ，必须具有一些数据能求得要素尺寸，从而确定对比方案的重量和外廓尺寸，而其误差对最终结果没有很大影响。在简化设计中，选择最优方案可以与机械的使用者和对该项机械有经验分得人员共同商定。在确定设计原理方案时，还必须体现机械工业的技术发展政策。根据机械的实际工作情况，尽量采用微电子技术和新型材料，设计机电一体化产品。22.3 技术设计在技术设计中，要拟定设计对象的总体和部件，具体确定零件的结构，对所设计的机械产品提出的要求是：制造和维护经济，操纵方便而安全，可靠性高，使用寿命长，为了能达到这些要求，零件应满足一些准则，简而言之，可以用：“明确、简单、安全”六字来表达。所谓明确主要指结构的形状和尺寸关系清晰，作用关系可以预测和计算，功能明确，也即能量、信息和物料的转换与流动走向明确。一个明确的结构应避免产生附加载荷、附加变形和可能的剧烈磨损，应尽可能见效载荷和温度应力引起的变形。明确的结构是实现产品预定技术功能的前提。所谓简单，一般是指形状简单，零件数少，相对运动副少，磨损件少，使用、维护、保养方便等。但对于具体情况要具体分析。不希望某一方面的简单导致另一当面的复杂。一旦出现这种情况应予协调。安全性包括由小到大的五个范围：结构构件的安全性；功能的安全性；运行的安全性；工作的安全性和环境的安全性。这五个范围相互之间是关联的，应该统盘考虑。在结构设计时主要采用安全技术、间接安全技术和指示安全技术来解决产品的安全问题。在上述结构设计准则下，应考虑技术设计中出现的强度、刚度、抗振性、耐磨性、工艺性等问题。如载荷的合理分配、结构的合理传力、运动中的稳定性等。操纵条件和操纵方便对机械的可靠性和劳动生产率有很大影响，因为很多机械产品的工作效果取决于人机系统的指标。如产品在运行中噪声大、振动强、手柄作用力大、检查不便、变速困难等等，易导致疲劳，违反操作而可能引起事故。标准化对所设计的产品的制造成本和运行经济有很大意义。实现了标准化，可使机械产品的成本有所降低，设计周期有所缩短，可靠性则有所提高机械设计和绘图是密切联系的工作，因为机械设计是一种创造性的形象思维，而绘画则是将形象思维表现出来的最好方法。形象思维的结果，不通过图的表现总是模糊和支离的，并且难以精确无误的传给别人，一个有经验的设计者在构思时，总是需要反复的修改初步设计总图。设计人员按照他所绘制的初步设计总图，简单计算或估算机械的各主要零3件的受力、强度、形状、尺寸和重量等，如发现原来所选的结构不可行或不实际，则要调整或修改结构，还要考虑有没有发生过热、过度磨损和过早发生疲劳破坏的危险部位，并采取措施解决。在这阶段，设想中的机器初步成型了，设计人员通过初步设计总图的绘制，会发现各部分的形状、尺寸和比例大小有许多矛盾，当需要加强或改进某一方面，可能会削弱或恶化另一方面，必须权衡取舍，在各方面保持平衡以达到最佳综合效果。这时，设计人员的经验起着重要作用。在修改初步设计的总图的过程中，还需对初步设计进行技术-经济分析，一般原则是：选那些结构复杂的、重量大的、尺寸大的、材料贵的、性能差的、技术水平低的，以及批量大的、工艺复杂的、远材料消耗高的、成品率低的那些零件进行分析，并据此修改设计，以期得到技术经济指标高的初步设计总图。2.4本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：针对本课题的设计思路此次毕业设计的课题是设计一台管子轴套压装专机。根据设计任务书的要求，在无缝钢管二端要均匀压入二轴套，且要保证二轴套相对位置，轴套压到底后，在相应位置要钻攻螺孔，具体尺寸及要求见附图管套结合件图。分析管套结合件图，管套结合是过盈配合，需要较大的压入力，且要保证套和管子上螺孔的相对位置，显然用人工压配劳动强度太大，相互位置尺寸不易保证，使用压装专机势在必行。根据设计任务书的要求，在 10秒钟内要压到位，工作行程为 100mm，压入速度范围大。速度快些，效率虽会提高，但结合时冲击会很大，尤其是在管套压到底时，所以选择时间为 10秒完成压套动作。专机方案的确定，最重要的是选择一种往复运动机构。最常用的形式有：齿轮齿条机构加滚动或滑动导轨；丝杠螺母机构（滑动或滚珠丝杆螺母副） ；气动或液压传动装置等。原动件可采用电机减速机，动力通过皮带轮传至执行件。采用皮带轮的好处是柔性传动，过载时皮带会打滑，可以起到辅助的保护作用，但不能用作经常的安全保护使用。二套之间的相对位置可通过定位实现。利用套上 48 凸台和 9 孔及100 端面定位，9 孔装入菱形销, 48 凸台插入定位沉孔,用这样的类似于一面二销的六点完全定位方式保证相对位置，其中一只套定位在压头上，另一4只套定位于固定支座上。 根据近三年所学专业知识，通过参阅机械设计手册、夹具设计手册及相关图册资料，结合考虑专机制造成本和周期，本人拟采用的总体方案是：利用电机减速机提供动力，通过皮带轮带动丝杠转动，进而带动装有螺母的压头移动，将旋转运动转化为直线压入运动。由于轴套与轴之间的配合为过盈配合 H8/r7，所需压入力较大，且随压入长度增大而增大，当轴套压到底时，压入力会瞬间急增，为保护电机，需采用安全离合器进行过载保护，利用其可调整保护压力，以限定最大压入力。管子由 V型块定位，考虑到管、套在压入前定位的同心度要求很高，否则可能会出现压不进的现象，故采用高度可调 V型块，以降低对专机零件加工的精度要求，可使专机装配、调试简单、方便，节约成本。针对管子较长，刚性较差，为防止二端施压时管子受力失稳而中间拱起，采用回转压板通过一滚轮（轴承）对其中间部位压紧。丝杠支承可采用滑动轴承和单向推力轴承组合，或采用深沟球轴承和单向推力轴承组合，但考虑到专机工作时径向力较小而轴向力很大，为减小摩擦力、延长使用寿命，选择后者的支承方式。 根据管套结合件图，在专机上相应位置安装钻模板。当安全离合器开始打滑，操作工即停止电机。此时用手枪钻通过钻模板进行钻孔，然后启动电机反转退回压头到位后停止，再卸下工件进行人工或机动攻丝。减速机的输出转速要和压头移动速度相配，即要选择相应的丝杆螺距。减速机应选用国产著名品牌，以保证产品质量。如选择不到相应产品，也可自行设计、制造。该设计方案经慎重考虑，多方论证，应是切实可行的。当然可采用滚珠丝杆螺母副加滚动导轨的形式，磨损小，寿命长，传动效率更高，但制造成本也会大幅提高。该专机可解决人工装配时劳动强度大、效率低、定位精度低的问题，可满足大批量生产要求。5电机开始旋转第三章 系统原理3.1 系统原理及硬件框图管子轴套压装专机利用电机减速机带动丝杠螺母的传动方式，通过丝杠螺母结构将旋转运动转化为直线压入运动的原理在无缝钢管二端均匀压入二轴套，且保证二轴套的相对位置。系统硬件框图如（图一）图一3.2 工作原理先通过定位实现二套之间的相对位置。通过高度可调 V型块来保证管、套在压入前定位的同心度，用回转压板通过一滚轮（轴承）对管子中间部位压紧防止二端施压时管子受力失稳而中间拱起。对安全离合器进行调整以限定最大压入力从而保护电机打开电机开关 减速机 输出转速要和压头移动速度相配转速 皮带轮 皮带轮旋转 丝杠支承 丝杠转动 装有螺母的压头 移动 轴套压入 到达指定位置 安全离合器 打滑 操作工即停止电机3.3 设计思路3.3.1 课题的目的与意义此课题的目的是让我们更好地掌握机械设计的内容和方法，能正确、合理地选用设计参数、机械结构；学会利用厂家提供的产品样本合理选择配套件；提高查阅设计手册和正确使用标准的能力，尤其是利用计算机进行辅助设计的能力。通过这次工作前的适应性训练，为今后从事专业工作打下良好的基础。3.3.2 对机械设计基本要素的认识机械设计首先要保证的是产品的功能及其可靠性，并保证产品有良好的工艺性。机械设计是一项创造性的劳动，新颖的设计要求有新的构思，对此，设动力机构 传动机构 执行机构6计人员一方面应大胆地采用新理论和新结构，另一方面也要总结经验采用原有的成功的技术和结构。设计的过程是一个探索的过程，在设计的起始阶段，应该允许发挥创造性而不受各种约束。即使发生许多不切实际的设想，也没关系，这可以在设计的早期，在绘制图样以前加以纠正。通常要有几套设计方案，要在各方面对这些方案进行对比，从中选择最佳方案。最后选定的方案可能是各套方案中最好部分的组合，也可能是未被接受方案中的某个构思。产品要便于使用和减轻人的劳动强度。设计人员要使所设计的机器适应人，就必须考虑人的操作特征，其中包括：工作场所的空间分配，通风条件，色彩和照明，手柄、开关及踏脚的位置和尺寸，操作人员的体力，安全保护，操作人员的心理和习惯等。机械设计的起始阶段，设计人员要对产品是否为社会所需要，有无竞争力，有无销路，是否经济，盈利多少等问题与管理人员、销售人员磋商。如上所述，机械设计涉及工程技术的各个领域。这些领域中所涉及到的基本要素有：材料、强度、挠度、刚度、稳定度；摩擦、磨损、润滑；形状、尺寸、表面加工、体积、重量、风格；温度、噪音、腐蚀；可靠性；控制；实用、安全、价格；以及维修等。3.4 设计计算3.4.1 压入力计算：1.1最大过盈根据装配图上技术要求，管子与轴套的配合要求是 H8/r7 所以最大过盈 maxmax=59m 1.2所需轴向压入力 P作用(千克) 根据装配图上技术要求，轴套两端的最大压入长度 l为 100mmp=P/fd l P= fd l其中 f取 0.08注：d 1：包容面直径，f：摩擦系数1.3配合面压强 p计算7配合件材料不同:Pmax=max/d(c 1/e1)+(c2/e2)10-4 公斤/厘米被包容件 Q235包容件 HT200C1=1+(d1/d) 2/1-(d1/d) 2- u 1C2=1+(d/d2) 2/1-( d/d2) 2+ u 2注: d 配合面公称直径 d=40mm=4cmd1被包容件内孔直径 d 1=32mm=3.2cmd2包容件外径 d 2=50mm=5cmu1被包容件的波松比 见表 1-7 P4u1=0.24-0.28 取 u1=0.25u2包容件的波松比 见表 1-7 P4u2=0.23-0.27 取 u2=0.25l配合长度 l=502=100mm=10cm 公斤/厘米 2E1被包容件的弹性模数 见表 1-7 P4E1=(2.0-2.1) 106 取 E1=2106E2包容件的弹性模数 见表 1-7 P4E2=(1.15-1.60) 106 取 E1=1.5106C1=1+(32/40)2/ 1-(32/40)2-0.25=4.3C2=1+(40/50)2/ 1-(40/50)2+0.25=4.8Pmax=59/44.3/(2 106)+4.8/(1.5 106) 10-4=2.76 公斤/厘米 2P=p/fdl=2.760.0840100=2773 kg 取 P=3000公斤(max)3.4.2 螺杆计算：2.1螺杆中径 (机械设计手册第二卷 表 15 2-3)螺杆中径 d2= f/(p) 1/2梯形齿 =0.8 整体式螺母 =1.5P许用压强 见机械设计手册第二卷表 15 2-9 螺杆的材料为 45钢 螺母的材料为青铜8查设计手册得 P=20Mpa 由上面计算得到最大的轴向载荷 F=pg=30000N由以上条件计算得：d 2=f/(p) 1/2=0.830000/(1.520) 1/2=25.3根据机械设计手册查标准取中径为标准值得中径 d2=27mm Tr=3032.2驱动转矩驱动转矩 T1=F d2/2tan(+)轴向载荷 F为 30000N 螺杆中径 d2=27mm螺纹升角 =arctanl/(d 2)当量摩擦角 =arctans/cos/2注：l 为导程 l =3 为当量摩擦角 s 螺旋副摩擦系数见机械设计手册第二卷表 15 2-8 螺旋副摩擦系数 Us为 0.08-0.1 取 s=0.08通常使螺纹升角 430 标准值为 30螺纹升角 =arctan3/27=2当量摩擦角 =arctan0.08/cos15=4.6驱动转矩 T1=F( d2/2)tan(+)=(3000027/2tan6.6)/1000=3013.5tan6.6=47Nm要求 10S内压入，根据管套结合件图，可知压入行程为 100mm ，空行程取为20mm，由于丝杆的螺距为 3mm，则丝杆在 10秒内要转 120/3=40转。则螺杆转速为 406=240（转分）3.4.3 电动机的选择电机功率 Pw= Tn/9.55（kw）=（47240）/9.5510 -3=1.2 kw9注：转矩 Tn=驱动转矩转速根据计算的电动机功率 P=1.2KW，以及离合器完全脱开时的扭矩 Tc1=100 Nm，所以选择 P=3KW的电动机，型号为 14B5.6-D100LBH.4G表见德森江浪CR3系列二成速电机P143.4.4 离合器计算与选择（机械设计手册第二卷）4.1弹簧压力计算：F=2Tc/Dtan(-) D/d注：Tc 离合器的计算转矩 NmmTc=(1.35-1.4)T D牙工作面的计算直径计算压力时，取过载扭矩 Tc1=62Nm完全脱开时 Tc 1=100 Nm 一般为 45， 为 4-5 取 =5 ：键与花键连接的摩擦系数取 =0.15d：周直径或滑动半离合器孔径 D=100mm,d=25mm过载时的弹簧压力 F1=2Tc1/Dtan(-) D/d =（26210 3）/100tan(45-5)-100/250.15=296N完全脱开时弹簧压力 F2=2Tc2/Dtan(-) D/d=（210010 3）/100(tan(45-5)-100/250.15)=478N则每根弹簧压力：初压力 F1=296/6=49N终压力 F2=478/6=80N取弹簧的初压力 F0=（0.85-0.9）F（取 F0=0.9F）=0.949=44N4.2弹簧设计（机械设计手册第二卷）按结构尺寸，选确定弹簧中径 D=12mm 钢丝直径 d=1.6mm安装高度 H1=36mm 安装载荷 P1=44N从安装高度压缩 8mm后，压缩载荷 P2=80N10材料：碳素钢弹簧钢丝（C 级）许用切应力 查机械设计手册第二卷表 7.1-5得 b=1810Mpa ，=0.35 b=633.5 Mpa求直径 d初定旋转比：C=D/d=12/1.6=7.5 查机械设计手册第二卷图 7.1-4 P7-10 得 K=1.2则 d=1.6(KCP/) 1/2=1.6(1.27.544)/633.5 =1.24 取 d=1.6与实际相近弹簧刚度 P要求：P=(p 2-p1)/(f2-f1)=(80-44)/8=4.5N/mm弹簧有效圈数 nn=Gd4/8D3 P注：G 切边模量 见机械设计手册第二卷表 7.1-4 G=79103Pa n=（7910 31.64）/（812 34.5）=8总圈数 n1=n+ n2=10(圈 4)弹簧刚度 P= Gd4/8D3 n=(791031.64)/(81238)=4.7N/mm 基本相符弹簧安装变形量：F 1=P1/ P=44/4.7=9（mm）自由高度：H 0=H1+F1=36+9=45（mm）变形量 F1F2 H1=36mm，F 1=9mm，F 2=F1+8=17mm 负荷 P1P2：安装负荷 P1= PF 1=4.79=42.3（N）完全脱开时 P2=4.79=79.9（N）接近题意压并高度 Hb: Hb=n1d=101.6=16(mm)节距 t: t= (H0-1.5d)/n=(45-1.51.6)/8=5.4压并变形量 Fb=H0-Hb=45-16=29(mm)4.3 离合器的选择选择梯形牙嵌式安全离合器，牙的工作面为平面工作面，牙形角为 30-45，半离合器上牙的工作面应有较高的硬度，以提高耐磨性和承受冲击载荷的11能力常用 20Cr经渗碳淬火 56-62HRC，或 40Cr淬火至 56-57HRC，牙嵌式安全离合器，其压紧装置由若干小的压紧弹簧组成，能传递较大的极限转矩，与轴用键联接。表见 P22-2383.5 皮带轮的选择根据传递功率 P=3KW，转速 250转/分利用插入法见机械设计手册卷（二）P14-18 表，则皮带轮Dd1=160mm，则选用 SPB型窄 V带,单根传递的功率为 1.5kw,我们计算得到的功率为3kw，所以选两根皮带。V 带轮轮廓尺寸(基准宽度制):基准宽度 Bd=14mm，基准线上槽深 ha=4mm，基准线下槽深 hf=12mm,槽间距 e=19mm，第一槽对成面至端面的最小距离 f=12mm,槽间距离及极限偏差为0.8mm，带轮宽 B=（Z-1）e+2f(2-轮槽数)=43mm外径 da=dd+2ha=168mm轮槽角 =34，其极限偏差为0.53.6 轴承的选择根据机械设计手册 第三卷 第六章根据最大受力为 3000千克，所以选择单向推力球轴承：根据表 20.6-22, 基本尺寸 d=30 基本载荷 Ca=28得:轴承代号为 51206d=30 D=52 T=16 da=43 Da=39 ra=0.6根据表 20.6-22, 基本尺寸 d=25 基本载荷 Ca=15.2,得:轴承代号为 51105d=25 D=42 T=11 da=35 Da=32 ra=0.63.7 螺栓强度计算(机械设计手册第二卷)根据装配图可得支座(二)的受翻转力矩螺栓所受的轴向力为 FD转矩 T=FD L0 （公式见机械设计手册第二卷 P6-32） 根据受力平衡得 T=PL注：L 0为螺栓中心到作用面的距离 L 0=63mmL为中心到底面的距离 L=100mmP为轴向压入力 P=3000kg12即 F D L0 = PLFD =PL/ L0=3000100/63作用应力 =41.3 F D/d 1241.3 FD/ 1/2代入值得 d 1 7mm则可以取 d 1= 12mm即螺栓直径为 12mm满足强度要求 13第四章 产品附图介绍（CAD）4.1 计算机辅助设计的简要历史在我们讲述的 CAD的基本理论之前，先说说它的简史是比较合适的。CAD是计算机时代的产品。它从早期的计算机绘图系统发展到现在的交互式计算机图形学。两个这样的系统包括：麻省理工学院的 SAGE PROJECT 及 SKETCHPAD。SAGE PROJECT旨在开发 CRT显示器及操作系统。SKETCHPAD 是在 SAGE PROJECT下发展起来的。CRT 显示和光笔输入用于与系统进行交互操作。CAD与出次出现的 NC和 APT（自动编程工具）碰巧同时问世。后来，X-Y 绘图仪作为计算机绘图的标准硬拷贝输出装置使用，一个有趣的现象是 X-Y绘图仪与 NC钻床具有相同的机构，除了绘图笔被 NC机床上的主轴刀具替代之外。开始，CAD 仅仅是一个带有内置设计符号的绘图编辑器，供用户使用的集合元素只有直线、圆弧、以及两者的组合。自由曲线几其曲面的发展，如昆氏嵌面、贝塞尔嵌面以及 B-样条曲线，使 CAD系统可用于复杂曲线及曲面设计。三维 CAD系统允许设计者步入三维设计空间。由于一个三维模型包含了 NC 刀具路径编程所需要的足够信息，所以能够开发 CAD与 NC之间联系的系统。所谓交钥匙的 CAD/CAM系统便是根据这一概念开发的，并从 20世纪 70年代至 80年代流行起来。20世纪 70年代，三为实体建模的发明标志着 CAD一个新时代的开始。过去的三维线框模型仅用边界来表达一个物体。这在某种意义上是含糊的，一个简单的模型可能有几种解释。同时也无法获得一个模型的体积信息。实体模型包含完整的信息，因此，它不仅可以用来生成工程图，而且也可以在同一模型上完成工程分析。后来，开发了许多商业系统和研究系统。这些系统中相当多14的是基于 PADL和 BUILD系统。尽管它们在表达上是强有力的，但仍然存在许多缺陷。例如，这种系统具有较强的计算能力和内存需求，非常规的物体建模方式以及标注公差能力的缺乏，这一切已阻碍了 CAD的应用。直到 20世纪 80年代中期，实体建模开始介入设计环境。今天实体建模的应用如同绘图和线框模型应用一样普遍。在个人计算机上，CAD 一走向大众化。这种发展使 CAD应用面广并且很经济。CAD 原本作为一种工具仅被航空和其它主要工业企业使用。诸如AutoCAD、Versa CAD、CADKEY 等个人机 CAD软件包的引入，使小型公司乃至个人可以拥有并使用 CAD系统。到 1988年为止一销售 10万个以上的 PC CAD软件包。今天，基于个人计算机的实体模型的 PC CAD易于获得，并且销售变得更为普及。由于微型计算机的发展使得个人能够承受四体模型需要的大量计算负荷，所以如今许多实体模型在计算机上运行，并且作为平台已不成一个问题。随着标准图形用户界面的发展，CAD 系统可以很容易地从一台计算机想另一台计算机传送，大多数 CAD系统都能够在不同的平台上运行。在大型计算机、工作站和基于个人计算机的 CAD系统之间几乎没有区别。计算机辅助设计的结构一个 CAD系统包含三个主要部分：（1）硬件 计算机及输入/输出装置。（2）操作系统软件。（3）应用软件 CAD 软件包硬件主要用于支持软件功能。在 CAD系统中使用着种类繁多的硬件。操作系统软件是 CAD应用软件与硬件之间的界面。操作系统软件管理着硬件运行并提供许多诸如创建和取消操作任务、控制任务的进程、在任务间分配硬件资源、提供通向软件资源，如文件、编辑器、编译和应用程序的通道等基本功能。这不仅对 CAD软件很重要，而且对非 CAD软件也很重要。应用软件是 CAD系统的核心。它由二维和三维建模、绘图、工程分析等程序完成。一个 CAD系统的功能边建立在应用软件中。正是应用软件使一种 CAD软件包区别于另一种，通常应用软件是依赖于操作系统的。要把在一个操作系统上运行的 CAD系统移到另一个操作系统上，并不像编译软件那样微不足道。因此也必须注意操作系统。4.2 计算机辅助设计15在二维绘图领域中计算机辅助设计给了设计者去尝试几个可行的解决方案的能力。通常还需要某些形式的设计分析计算，而为了这一任务已经编写了许多程序。计算机为设计者对所建议的各种机构设计的分析和为最终设计准备正式绘图提供了强有力的工具。计算机方法能够提供比传统的饿纸和笔的饿方法 有意义、更大成本节约的优点，但是一个 CAD系统并不仅仅是一个电子绘图板。计算机绘图系统可使设计者设计出既快又准确的图形，并且很容易修改。当涉及到重复性的工作时，会戏剧性的产生复制产品，因此标准图形只要一次构建成功，就可以从图库中取出。剪切和粘贴技术作为节约劳动力的辅助工具被使用。当几个分项目设计人员从事同一工程时，要建立中心数据库，使得由某一个人绘的细节图可以很容易地合并到其他不同的装配图中。中心数据库也可以作为标准参考零件库使用。有限元是一项成熟的应力分析技术，它多被土木工程和机械工程所采用。它由将结构划分成有限的小单元组成，并计算每一个单元之间的作用力。如果被分割的饿单元空间足够小，就能对一个结构后实体的内部应力获得一个好的估计。这些计算机技术惯用于大型结构物的设计，诸如船体、桥梁、飞机机身和还面油井平台。汽车工业使用类似的方法来设计和制造车身。4.3 CAD 二维绘图CAD使多视图的二维绘图成为可能，视图空间可以从微米到米的比例范围无限变化。它提供给机械设计师放大的功能，即使在恰当配合的饿装配零件中最小的元件也能看清楚，设计程序甚至能自动辨认 CAD装配图中的潜在问题。针对具有不同特征的零件，如运动的或静止的，在显示时可以被指定成不同颜色。为了有利于工程设计的变化，可使用带有自动尺寸变化的系统对零件进行尺寸标注。4.4 CAD 三维绘图随着三维建模的出现，设计者具有了更多的自由度。他们可应生成三维零件图并且可以无限制的修改可以获得所许的结果。通过无限元分析，应力见到计算机模型上，并且以图形化的方式显示起结果，在产品物理模型真正生产之前，对设计中的任何内在问题给设计者一个快速的反馈。三维模型可用线框、曲线或实体方式生成。在线框模型中，直线和圆弧构16成了模型边界。结果是一个可以从任何位置观察的三维模型，但仍只是一个框架形式。创建曲面犹如在骨架上包上皮。一旦这样生成后，模型就可以被渲染，使得图形看上去更逼真。曲面模型普遍用于构件板金的展开和重叠以用语制造。实体模型是最复杂的建模层次，并且用于建立实体模型的程序在一段时期内只用在大型计算机上。只有近年来微型计算机才达到这个能力水平，也可运行复杂的算法，生成实体模型。计算机“认为”实体模型是一种句有实体质量的模型，所以它可被“钻控” “加工” “焊接” ，好像它是一个实际的零件。它能够由任何材料构成并显示其材料特性，因此，能够进行质量计算。4.5 计算机辅助绘图的好处用计算机完成绘图几设计任务的好处是令人难忘的：提高速度、提高准确度、减少硬拷贝存储空间及易于恢复信息、加强信息传输能力、改善传输质量和便于修改。4.5.1 速度工业用计算机能以平均每秒 3300 万次完成一项任务；更新的计算机其速度更快。用计算机计算零件的变形 量是一个重要的功绩。当理论上的载荷加到零件上时、通过计算机进行有限元分析或者在监视器上显示一个城市的整体规划时，这两者都是既费时又计算量大的任务。AUTO CAD 软件可根据需要多次复制所许模型的形状和集合尺寸，快速自动地进行剖面填充几尺寸标注。4.5.2 准确Auto CAD 程序依据操作系统几计算机平台每点具有 14 位的精度。这在用数学计算诸如一个圆的线段、程序必须圆整线段数时是十分重要的。4.5.3 存储计算机在能够在物理空间中存储上千幅图，这空间能够存储上百幅手工图。而且计算机能够很容易的搜索和找到一幅图，只要操作者拥有正确的文件名。4.5.4 传输由于计算机的数据是以电子的形式存储，它能被送到各种位置。最明显的位置是监视器。计算机可以在屏幕上以不同方式显示数据，如图形，并方便的将数据转换成可读图形。这些数据也可被传送给绘图机，打印出常见的图形，通过直接连接到计算机辅助制造机床或由电话线传输到地球的任何地方。你可以不在冒损坏或丢失的饿危险去邮件图纸，现在图纸可以通过电信网立即发送17到目的地。4.5.5 质量计算机总是从最初生成的数据形式保存数据。它可以不顾疲劳的不断地重复同一个数据输出。线型将总是鲜明和清晰的，具有一致的线宽。而文本也总是清晰明了的。计算机不会改变输出质量，因为计算机不会像人那样因周末的交游或深夜观看娱乐节目而疲劳。4.5.6 修改计算机以某种便于修改的形式存储数据并且不断的提供反馈给用户。某些图形一旦画成，它就不必再画，因为物体可以被复制、延伸、改变尺寸，并且在不重复画的情况下，可以多种形式加以修改。除了最初购买 CAD 工作站的花费，CAD 的唯一缺点是它是一个小软件，而它能容易被克服。由于图形是以电子格式存储而不是图纸格式，所以有可能会容易的删除绘图文件。这就是为什么强调要培养自己一个好的绘图习惯以避免意外的删除绘图文件。一盎司的保护等于一磅的治疗。如果你按照正确的顺序操作，则有很多种成功恢复文件的方式。如此轻松！第五章 产品相关部件介绍5.1 同步电机介绍5.1.1 同步电机和异步电机的区别 转子绕组结构 感应电机: 三相双层叠绕组或其他交流绕组笼式绕组,构成闭合回路 同步电机: 多为同心式绕组，外接直电源转子转速和同步转速的关系绕组中的电流气隙大小的差别5.1.2 同步电机的运行原理 当励磁绕组通以直流电之后，建立恒定的磁场，转子转速为 n时，定子的导体感应交流电动势，其频率是 msin(120)i4OABeEtt 6spf185.1.3 同步电机的分类 按运行方式和功转换方向：同步发电机同步电动机同步调相机 按结构分 旋转磁极式 旋转电枢式(小容量) 按磁极的形状分： 隐极机 凸极机 按原动机的类别分：汽轮发电机水轮发电机柴油发电机燃汽轮发电机风力发电机 汽轮发电机转速高、离心力大(p=1,p=2)隐极式 水轮发电机转速低、极数多凸极式5.2 离合器的介绍5.2.1 离合器的功用离合器的功用是防止传动系过载。当汽车进行紧急制动时，若没有离合器，则发动机将因和传动系刚性相连而急剧降低转速，因此其中传动件会产生很大的惯性力矩（数值可能大大超过发动机正常工作时所发出大最大转矩） ，对传动系造成超过其承载能力的载荷,而是其机件损坏。有了离合器，便可依靠离合器主动部分和从动部分之间可能产生的相对运动以消除这一危险。5.2.2 离合器的分类摩擦离合器根据从动盘的数目可分为单盘离合器、双盘离合器和多盘离合器。采用若干个螺旋弹簧作压紧弹簧，并沿摩擦盘圆周分布的离合器称为周布弹簧离合器。仅具有一个或两个较强力的螺旋弹簧，并安置在中央的离合器则称为中央弹簧离合器。还有一种采用膜片弹簧作为压紧弹簧的，称为膜片弹簧离合器。195.2.3 离合器的工作原理31 图 3-1所示为摩擦离合器中的两种压紧弹簧（膜片弹簧和螺旋弹簧）的弹性特性，在离合器盖总成中的螺旋弹簧处于压紧状态，其弹性特性的曲线如图中曲线 1所示。膜片弹簧弹性特性曲线如图中曲线 2所示。假如所设计的两种离合器的压紧力均相同，即压紧力均为 ,轴向压紧变形量为 。当摩擦bPa片磨损量达到容许的极限值 时，弹簧压缩变形量减小到 。此时螺旋弹簧压紧力便降低到 ，两值相差较大，将使离合器中的压紧力不足而产生滑aPb磨，而膜片弹簧压紧力则只降低到与 相差无几的 ，使离合器仍能可靠得工bPa作。当离合器分离时，如两种弹簧的进一步压缩均为 ，由图可知，膜片弹簧所需的作用力为 不螺旋弹簧所需的作用力 减小约 20%。可见，膜片cPc20弹簧离合器操纵轻便。图 3-1 离合器两种压紧弹簧的弹性曲线显然在离合器中采用膜片弹簧作压紧弹簧有很多优点。首先，膜片弹簧具有压紧弹簧和分离杠杆的作用，使得离合器的结构大为简化，质量减小，并显著得缩短了离合器的轴向尺寸。其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，磨损均匀。另外，由于膜片弹簧具有上述的非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，仍能可靠得传递发动机的转矩，而不产生滑磨。离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。此外，因膜片弹簧是一种旋转对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少。而螺旋弹簧在高速时，因受离心力作用会产生横向饶曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力。32 离合器的接合过程离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减振器盘转动。动盘本体和减振器盘又通过六个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中的扭转振动会使从动盘毂相对于动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间的阻尼片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来。 21当离合器接合时，主、从摩擦元件总是经历转速不等到转速一致的摩擦过程。在交通繁忙的城市使用条件下，离合器频繁的接合和滑磨，使摩擦片很容易磨损，滑磨产生的热量使压盘和飞轮等零件的温度升高。若摩擦表面温度过高，将加剧摩擦片磨损，降低离合器使用寿命。离合器在起步过程中的滑磨比换档时严重得多，而离合器滑磨的严重程度常用滑磨功来衡量，以下讨论起步时离合器的接合过程和滑磨功。图 3-2离合器的接合过程的力学模型图 3-2 为讨论汽车起步时离合器接合过程的力学模型 为发动机旋转部eJ分和离合器主动部分的总转动惯量 为简化到离合器从动轴上的当量转动惯nJ量在计算 时，为简便起见，忽略从离合器从动盘到驱动轮全部旋转零件的nJ转动惯量的影响，仅把 看成汽车平移质量，即汽车总质量 换算到离合器从nJ am动轴上的转动惯量根据动能相等的原理，有：322nawmv而 30ngri式中 离合器从动轴角速度；nw车速；v汽车总质量；am22车轮滚动半径；r、 分别为变速器和主减速器传动比；gi0由此得：320arngmJi由于离合器从动轴上的阻力矩和上坡阻力矩引起，可表示为：3式中 -重力加速 度；g0()argmTfii滚动阻力系数；f坡度阻力系数i图 3-3 汽车起步时离合器的接合过程离合器的接合过程如图 33 所示，可分为两个阶段：第一阶段从离合器摩擦面开始接触到 等于汽车行驶阻力转矩 ，时间从至 ；第二阶段从 到 ，cTT1t1t2即离合器从动角速度 从至发动机角速度 相等nwew第一阶段的滑磨功为：310ceLdt第二阶段的滑磨功为：2211()()()ncen endwTwtTJdtt32 0naenLd滑磨功的大小取决于 和 的数值以及驾驶员的操纵状况当驾驶员操纵nJ23状况一定时 大，时间 就长，如图 3所示， 就大； 大，dw/dt 小，T1t 1LnJ增长就慢，从而滑磨时间（ - ）长， 大联立式 3和 3，汽车nw1t22总质量 愈大，变速器档位愈高， 和 愈大，滑磨功愈大当驾驶员放松amnJT离合器踏板较快，接合较猛时， 增加较猛，滑磨时间较短，滑磨功较小当c操作油门使得发动机转速较高时，滑磨功就较大当在平坦的沥青路或混凝土路上起步时，阻力矩 很小，可以忽略不计，于是 和 中的第一项可视为零，则总滑磨功：1L20()nawenLJd假定在此滑磨过程中 不变，于是得到：e322018nancaregJmi式中 发动机转速， 为 r/min.ee此式表明，离合器在上述假定条件下的滑磨功等于汽车在起步过程中获得的动能也就是说，在起步过程中发动机输出的机械能，一半用来使汽车加速饿而变为动能，一半消耗于离合器的滑磨，变为热能损失掉了离合器应能经受滑磨，同时由滑磨功转换的热量不应使离合器零件温度升高过大由于压盘质量较飞轮为小，受热引起的温升较大根据滑磨功可算出压盘的升高温度：3Ltmc式中 温升， t为 Ct压盘的比热容，铸铁比热容为 481.4/(C);c-压盘的质量,m 为;- 传到压盘的热量所占的比例.对于单盘离合器,=0.5;对于双盘离合器压盘,=0.25;中间压盘,=0.5;245.3 产品部分零件图5.3.1 V形块名 称： V 形块 数 量： 1 材 料： 45技术要求：锐角倒钝，淬火 HRC35-40，发黑。作 用： 管子由 V型块定位，考虑到管、套在压入前定位的同心度要求很高，否则可能会出现压不进的现象，故采用高度可调 V型块，以降低对专机零件加工的精度要求，可使专机装配、调试简单、方便，节约成本。253X45沉 孔 深 17同 作5.3.2 回转压板名 称： 回转压板 数 量： 1 材 料： 45 技术要求：锐边处理，淬火 HRC35-40，发黑。作 用：针对管子较长，刚性较差，为防止二端施压时管子受力失稳而中间拱起，采用回转压板通过一滚轮（轴承）对其中间部位压紧。265.3.3 左离合器名 称：左离合器 数 量：1 材 料：40Cr技术要求：去锐，调质 HB185-230，齿部高频淬火 HRC48-56作 用：由于轴套与轴之间的配合为过盈配合 H8/r7，所需要的压力较大，且随压入长度增大而增大，当轴套压到底时，压入力会瞬间急增，为保护电机，需采用安全离合器进行过载保护，利用其可调整保护压力，以限定最大压入力。275.3.4 管套结合件1轴套 数量 2 材料 HT2002无缝钢管 425 数量 1 材料 Q235A技术条件压装时要保证二端轴套压到底，并保证二轴套相对位置285.3.5 管套零件图295.4 产品部分附图（Solidworks）此毕业设计图纸是用 CAD 软件制作，随着社会的发展计算机技术也越来更新，计算机的应用也越来越普遍，对计算机功能的要求也越来越高。CAD 制图所缺少的是立体感。Solidworks 就是一种能弥补以上缺陷的绘图软件。下面我就对此软件做个简单的介绍，以及展示本设计中部分零件图。5.4.1 Solidworks 的简单介绍 SolidWorks是由美国 SolidWorks公司开发的三维机械 CAD软件，自 1995年问世以来，以其强大的功能、易用性和创新性，极大地提高了机械工程师的设计效率，在与同类软件的竞争中逐步确立了它的市场地位，在全球已拥有 30余万的正版用户。SolidWorks提供了强大的基于特征的实体建模功能，用户可以通过拉伸特征、旋转特征、薄壁特征、抽壳特征、特征阵列以及打孔等操作实现产品的设计，方便地添加特征、更改特征以及将特征重新排序，对特征和草图进行动态修改，并通过拖曳等方法实现实时设计修改。在进行装配设计时，可以直接参与其他零件并保持这种参考关系生成新零件，可以动态地查看装配体的所有运动，并对运动零部件进行动态的干涉检查和间隙检测；还可以应用智能零件技术自动完成重复设计，运用智能化装配技术完成自动捕捉并定义装配关系。在进行工程图设计时，可以自动生成详细、准确的工程图样，该工程图是全相关的，即在修改图样时，三维模型、各个视图、装配体都会自动进行更新。此外，SolidWorks 还提供了功能强劲的全相关的钣金设计和模具设计能力，以及开发的二次开发工具，从儿为用户进一步扩充和定制系统功能统共了方便。305.4.2 管套零件图5.4.2.1 轴套零件图（轴套零件图剖视图）315.4.2.2 管子零件图（管子零件图剖视图）325.4.2.3 管套装配图（管套装配图剖视图）335.4.2.4 V型块（V 型块剖视图）345.4.2.5 回转压板（回转压板剖视图）355.4.2.6 左离合器（左离合器剖视图）365.4.2.7 垫块（垫块剖视图）37第六章 结论随着机械行业的大发展，轴、轴承和轴套的使用也越来越广泛，而轴与轴承、轴套的配合为过盈配合 H8/r7，所需压入力较大，且随压入长度增大而增大。如果使用人工装配不但劳动强度大、效率低、定位精度低，而且满足不了大批量生产要求。所以使用一个专用的管套压装专机以成为发展趋势。我设计的这台管套压装专机时就考虑到人的操作特征，其中包括：工作场所的空间分配，通风条件，色彩和照明，手柄、开关及踏脚的位置和尺寸，操作人员的体力，安全保护，操作人员的心理和习惯等。它便于使用容易上手和减轻人的劳动强度从而提高工作效率、减少了劳动强度、而且还增强了定位精确度。这台机的性能稳定，安全系数高，价格便宜为大规模使用提供了物质基础。但我的设计中还存在许多不足如：牙嵌式离合器容易打滑，则磨损厉害，影响了使用寿命，使用频率高，电机频繁启动，鉴于以上不足，今后的设