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1哈哈 尔尔 滨滨 理理 工工 大大 学学毕毕 业业 设设 计计题题 目：目：型冰切割机的设计及装配仿真型冰切割机的设计及装配仿真院院 、 系：系： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 系系 主主 任：任： 年年 月月 日日哈尔滨理工大学学士学位论文II型冰切割机的设计及装配仿真型冰切割机的设计及装配仿真摘要本文主要介绍型冰切割机的发展状况，型冰切割机传动装置结构设计原理，型冰切割机传动装置总体方案分析及确定，型冰切割机传动装置结构设计内容所包含的机械图纸的绘制，传动装置的计算，传动装置的结构设计结论与建议。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作，采用传动装置是有效的；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本论文研究内容：(1) 型冰切割机传动装置总体结构设计。(2) 型冰切割机传动装置工作性能分析。(3) 电动机的选择。(4) 型冰切割机传动装置的传动系统、执行部件及机架设计。(5) 对设计零件进行设计计算分析和校核。(6) 运用计算机辅助设计，对设计的零件进行三维建模。(7) 绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词：型冰切割机传动装置，结构设计，三维建模；步进电机 哈尔滨理工大学学士学位论文IIIDesign and assembly simulation of ice cutting machineAbstractIs mainly introduced in this paper ice type cutting machine, the current situation, ice type cutting machine transmission device structure design principle, ice type cutting machine transmission device, the overall scheme analysis and determination, ice type cutting machine drive device, structural design, content contained in the mechanical drawing of rendering, calculation of the drive device, transmission device of the structure design of the conclusions and recommendations.Industrial production often appears in the heavy work of handling and long-term, frequent, and monotonous operation by transmission device is effective; in addition, it can be operated at high temperature, low temperature, water, the universe, radioactive and other toxic and pollution of the environment conditions, its superiority, has broad development prospects.Research content of this thesis:(1) the overall structure design of the transmission device of the ice cutting machine.(2) working performance analysis of the transmission device of the ice cutting machine.(3) motor selection.(4) the transmission system, the execution parts and the frame design of the transmission device of the ice cutting machine.(5) design and calculation of the design parts for calculation and verification.(6) the use of computer-aided design, the design of three-dimensional modeling of parts.(7) drawing the assembly drawings and important parts of the assembly drawings and parts drawings of the design parts.Key words: ice cutting machine transmission device structure design 3D modeling stepper motor哈尔滨理工大学学士学位论文IV目录摘要 IIAbstract III1 绪论11.1 概述11.2 课题研究的目的和意义11.3 国内外研究现状及发展趋势21.4 本课题的基本设计思路及研究方法21.5 本文研究主要内容22 型冰切割机总体方案设计42.1 项目的研究背景42.2 研究的目的意义42.3 项目的研究内容52.4 研究的手段及方法52.5 方案拟定62.6 传动装置材料的选择62.7 机械的运动方式72.8 传动装置的驱动元件73 型冰切割机传动装置的机械计算83.1 电机的选取83.2 同步带的概述及计算103.2.1 同步带介绍103.2.2 同步带的特点113.2.3 同步带传动的主要失效形式113.2.4 同步带传动的设计准则143.2.5 同步带分类143.2.6 同步带计算选型143.2.7 同步带的主要参数（结构部分）173.2.8 同步带的设计193.2.9 同步带轮的设计203.3 轴的设计203.4 轴的校核213.5 键的校核223.6 轴承的校核234 型冰切割机主轴部分及其设计计算254.1 型冰切割机主轴所需标准254.1.1 主轴的刚度25哈尔滨理工大学学士学位论文V4.1.2 主轴的耐磨性264.1.3 主轴的旋转精度264.1.4 主轴的抗震能力274.1.5 主轴的热变形274.2 型冰切割机主轴部分的分布274.3 型冰切割机主轴形状的选择284.4 型冰切割机主轴的热处理284.5 型冰切割机主轴的设计标准284.6 型冰切割机主轴上轴承的挑选294.7 型冰切割机主轴上轴承的校对计算304.8 型冰切割机主轴外部伸长量314.9 型冰切割机主轴的校核324.9.1 受力作用的转换324.9.2 型冰切割机主轴的挠度334.9.3 型冰切割机主轴的倾角334.10 主轴结构图345 型冰切割机主轴相关部件355.1 调整垫圈355.2 圆螺母355.3 主轴套筒366 机架的强度与刚度的计算37结束语42致 谢43参考文献44哈尔滨理工大学学士学位论文11 绪论1.1 概述在任何一个国家的国民生活和经济发展中，机械制造行业都起着举足轻重的作用，是各行各业生存发展的依靠，是经济发展的根本基础，是社会发展的不可或缺的部分。机械制造业在国防，交通业，工农业，科学研究等这些部门中提供着品种繁多的工具，设备等，同时也为机械行业本身提供着各种生产设备。看一个国家或地区的科技发展和经济水平，很大程度上就是看这个国家的机械行业的水平怎样。然而，以切割机加工生产为代表的精密加工是机械企业生产所需装备的核心之一，其加工主要靠金属的切削工艺来达到所要求的精度等级。在机械设备的加工总工作量中，有很大一部分是靠以切割机的磨削为代表的加工工艺来完成的，因此，机械产品零件的加工质量和企业的效率，在很大程度上都是受磨头的磨削工艺。所以说，一个国家或地区的工业发展水平和科研能力，很大程度上是依靠这个国家或地区的工业化。所以，以切割机为代表的磨头磨削在一个国家的工业现代化和经济全球化浪潮中有着令人不用质疑的重要性。从近数十载的世界工业发展史来看，从上世纪的八九时年代到现在的二十一世纪，机械发展的趋势已从之前的一味只追求如何提高产品的节约经济性到如今的产品所含技术水平的竞争。如今，我国已成为 WTO 的成员国之一，工业现代化，经济全球化的浪潮已经扑面而来，然而，由于我国的机械发展水平相对于世界上的发达国家还有不小的差距，因而，我们国家的工业发展还面临着很大的考验，但同时，我们也面临着新的机遇：从产品零件的理论设计到最终的加工出来，所需的时间周期不断变小，产品所需包含的质量水平和技术要求不断提升，同时国民心中的安全和营造绿色家园的心声愈演愈烈，所以以磨头磨削为代表的高技术水平的加工生产将是现代机械企业生存和发展的必然之选。1.2 课题研究的目的和意义随着社会生产和科学技术的迅速发展，很多企业已经越来越注重精细化生产和发展，从而来满足人们对复杂多变的产品的需要。因而，在现代机械工业生产中，小批量多品种零件的加工生产占产品总数量的比例会越来越高，而零件的复杂性和精度等级要求也会迅速地提高，所以很多产品都需要进行磨削加工。但是由于高科技，高精度的专用设备其在价格，设备的日常管理，操作维护和保养等方面的成本均比较高，所以在现实中很多企业尤其是中小规模的企业，出于对经济成本等方面因素的考虑，厂里有不少的普通车床设备，然而拥有能满足较高精度的磨削加工生产的专用设备的企业数量却寥寥无几。但是在日常的实际加工生产中，企业却经常会遇到一些小批量甚至是单件大型零件的磨削加工，针对此种情况，很多中小企业会根据企业的自身现状，对现有的普通车床进行改造，车床改，设计出一种符合磨削加工生产要求的切割机机构装置安装在现有机床上，从而实现用现有的普通车床却能实现的功能对零件进行加工，这样，既满足了零件的加工生产要求，同时也省去了企业买专用设备的一笔昂贵的费用，从而达到了既节约了成本，提高了加工生产效率，又很好的增强了企业在社会生产发展中的竞争力。大学生的毕业设计是大学四年中的一项非常重要的工作，其通过根据大学四年所学的专业知识，运用机械原理的思想进行设计，从而很好地培养了自己在实践中提出哈尔滨理工大学学士学位论文2问题，分析问题，解决问题的实践能力，为毕业后能成为一名优秀的设计人员做了很好的铺垫。本次毕业设计，我的题目是：车床切割机的机构设计与应用，通过此次的设计，我可以对切割机装置的内部零件结构，运动方式，工作原理等方面能有进一步的理解；通过车床切割机机构的设计，从而掌握设计的基本原理和方法，同时也能够对专用的设计作进一步的学习和理解应用；同时也能够很好的提高自身的专业技能水平，争取早日成为一名优秀的设计人员。1.3 国内外研究现状及发展趋势机械制造业是一个国家或地区的核心产业之一，其先进水平标志着一个国家的工业现代化现状和综合国力的强弱，因而实际上甚至具有超过其经济价值的战略地位。现如今，我国的机械制造水平总体上与世界上一些发达国家如美国，德国，日本等，还有不小的差距。在美国，日本和德国这些发达国家，他们的机械化水平已相当高，机械加工已呈现高精度，高技术的特点，他们已把设计型冰切割机作为新的经济增长点，如今从事这方面的企业生意盎然，正处于黄金发展阶段。我国虽然是世界上生产和使用机床最多的国家之一，但是由于大多的现有机床服役时间比较长，设备也已经陈旧落后，因而面临的形势实际上很严峻。 由于可以通过对现有的普通车床进行改造，通过设计出灵活多变的切割机装置安装在车床上，从而能够对零件进行磨削加工，这样既满足了加工生产的需要，同时也节约了设备成本，提高了生产率，所以是众多机械企业尤其是中小规模的企业生存和发展的必然趋势。因为如果其全部购买新的专用进行磨削加工，不仅所需一笔不小数目的资金，而且也造成现有的机床设备得不到有效利用而形成资源浪费。我国的机械制造业起步较晚已是事实，因而迫切需要大力发展，能充分利用现有的旧机床设备进行资源整合，从而进行加工生产，这样既能减小资源浪费又能以较小的代价而获得性能比较先进的加工生产工艺，所以是众多中小企业的明智之选。1.4 本课题的基本设计思路及研究方法本课题要研究的内容：根据学校和指导老师的要求，到机械厂实际参观学习，根据企业的具体加工生产要求，设计出一种型冰切割机，安装在厂里，以求能达到实际生产之用。本课题拟采用的手段和途径：本课题的研究需要查阅大量的资料，我要先到学校图书馆查阅与本课题有关的书籍和资料本，同时上网浏览最新的有关课题的文献资料。因为这是企业的实际生产工艺，所以我还需到企业进行实地参观学习，弄明白机床的具体改造要求，切割机机构的具体工作原理，具体的设计和安装要求，以及其具体要实现的功能，同时要弄明白整个加工的工艺流程，要虚心的向企业里的技术人员和师傅请教，以求最终能设计出符合实际加工要求的型冰切割机1.5 本文研究主要内容通过利用网络工具、图书馆的书籍和各类期刊、杂志查阅了解装置的相关知识，确定本设计符合要求，满足需要。具体设计方法如下：1、查阅资料、结合所学专业课程，产生结构设计的基本思路；2、查阅各类机械机构手册，确定合理的传动装置结构；哈尔滨理工大学学士学位论文33、根据给定技术参数来选择合适的部位；4、重点对驱动机构及控制机构进行设计研究；5、通过研究国内外情况，确定本设计课题的重点设计；6、完成 2D 装配图的设计和绘制，并由此绘制零件图；7、编写设计说明书；8、检查并完善本设计课题。本设计采用的方法是理论设计与经验设计相结合的方案，所运用的资料来源广泛，内容充足。哈尔滨理工大学学士学位论文42 型冰切割机总体方案设计2.1 项目的研究背景中国哈尔滨冰雪大世界凭借哈尔滨的冰雪时节优势，以大型冰雪艺术精品工程为特色，逐渐成为中国向世界展示冰雪美景与中华传统文化的名片。为推出大型冰雪艺术精品工程、展示北方名城哈尔滨冰雪文化和冰雪旅游魅力，冰雪大世界需以浩大工程作为基础。在冰雪工艺加工工程中，起初由于缺乏些许经验，自动化设备缺失，从采冰到最终竣工验收，人力、物力都体现出很大程度上的消耗，到现阶段随着工程量逐渐加大，规模逐渐宏伟，消耗越来越大。庞大的冰雪工程便需要数目巨大的冰料， “毛坯”易得， “精工”难制，而目前，加工毛坯的冰只能通过人为徒手用一般的切削用具如电锯、铲锯等进行有限的加工处理，手段颇为原始，耗时耗力，工期进行较为缓慢。现如今，国内外尚没有完备的可加工冰毛坯料的设备，不能形成较完善的自动化加工流水线，需对其提高加工效率、简化结构和提升各方面加工性能等进一步研究。2.2 研究的目的意义 随着哈尔滨冰雪大世界知名度的提升和影响力的拓展，景区的占地面积和用冰量也逐年增加。以 1999 年为例，景区位于松花江段江心沙滩，总占地面积近 20 万平方米，总用冰量 6 万立方米，总用雪量 13 万立方米，工程项目 500 余项，5000 余名建筑工人参加建设，投入大小运冰车辆 600 余台，历时 33 天。到2010 年哈尔滨冰雪大世界占地面积已达到 60 万平方米，建筑工人近万人。而采冰和型冰的工艺和设备仍然大部分为人工完成，不能形成自动化流水线，并且加工冰块的形状、尺寸及精度不能得到精确的保障。特别是，近万名建筑工人的人身安全不能得到良好的保障。所以，从提高冰雪大世界型冰的效率、加工工艺及安全性的角度来看，型冰自动化加工设备都是迫切的。哈尔滨理工大学学士学位论文52.3 项目的研究内容 该项目的主要研究内容是做一条“型冰”的生产线，并做到相对严整的归方和归料，考虑到现场外面的条件恶劣等因素，有效的提高冰料表面的工艺性，以减少不必要的时间，增加效率。2.4 研究的手段及方法该项目主要是针对将毛坯冰按一定确定的尺寸通过所设计的设备进行规整型冰。在做方案之前，我们对冰雪大世界施工地点进行了细致的调研。通过询问工作人员了解到，总工程需作业人员近两万人，用冰量和用雪量分别约为 18 万立方米和 16 万立方米，通过在现场观测，一个毛坯要被分成三块型冰，在精度要求的范围内，对毛坯进行指定要求形状加工。目前，我们的研究只能从木料加工设备着手，将冰料毛坯和木料进行对比，研究其独有特性，如冰的脆性等，并对木料加工设备进行改进。其中，设备的安全性犹为重要，在设计的过程中，加以考虑严寒的环境，在操作设备不复杂的情况下，降低设备行进过程中的危险性，来完成设备的构造。与此同时，我们也需要有对突发情况的应对和处理的能力。哈尔滨理工大学学士学位论文62.5 方案拟定主要通由 2 个部分组成，一个是送料传动机构，一个部分是切割部分，其他部分为辅助部分，比如机架（起支撑作用）等组成。2.6 传动装置材料的选择 (l)碳素结构钢和合金结构钢等高强度钢：这类材料强度好，尤其是合金结构钢强度增加了很多倍、弹性模量大、抗变形能力强，是应用最广泛的材料;(2)铝、铝合金及其它轻合金材料：其共同特点是重量轻、弹性模量不大，但是材料密度小，但仍可与钢材相比;(3)陶瓷：陶瓷材料具有良好的品质，但是脆性大，可加工性不高，一般用于和金属连接的特殊部位。然而，国外已经设计出纯陶瓷的传动装置臂了。从本文设计的传动装置的角度来看，在选用材料时不需要很大的负载能力，也不需要很高的弹性模量和抗变形能力，此外还要考虑材料的成本，可加工性等因素。在衡量了各种因素和结合工作状况的条件下，初步选用铝合金作为机械臂的构件材料。哈尔滨理工大学学士学位论文72.7 机械的运动方式考虑到传动装置的作业特点，即要求其动作灵活、有较大的工作空间、且要求结构紧凑、占用空间小等特点，故选用水平传动装置。2.8 传动装置的驱动元件在传动装置驱动系统中，电气驱动是利用各种电动机产生的力或力矩，直接或经过减速机构去驱动传动装置的关节，来获得动力。电气驱动主要有步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、直线电动机以及最近几年出现的超声波电机和 HD 电动机【10】等几种。步进电机是一种用电脉冲信号进行控制，每输入一个脉冲，步进电机就进行回转一定的角度，脉冲数与角度数成正比，旋转方向取决于输入脉冲的顺序。步进电机可在很宽的范围内，通过脉冲频率同步，能够按照脉冲要求进行起动、停止、反转和制动变速，有较强的阻碍偏离稳定的能力。在传动装置中位置控制系统中得到了极大的应用。主要有永磁式、反应式、永磁感应子式三种。直流伺服电机是用直流电供电的电动机。其功能是将输入的受控电压/电流能量转换为电枢轴上的角位移或角速度输出。直流伺服电机的工作原理和基本结构均与普通动力用直流电机相同。特点是稳定性好、可控性好、响应迅速、转矩大。一般有永磁式和电磁式，在传动装置驱动系统中多采用永磁式直流伺服电机。.交流伺服电机的使用情况与直流伺服电机相同，但交流伺服电机与直流伺服电机相比，结构简单、工作可靠、功率大、过载能力强、无电刷、维修方便，因而交流伺服电机是今后传动装置用电机的主流。低速电机主要用于系统精度要求高的传动装置。为了提高功率效率比，伺服电机制成高转速，经齿轮减速后带动机械负载。由于齿轮传动存在间隙，系统精度不易提高，若对功率效率比要求不十分严格，而对于精度有严格的要求，则最好取消减速齿轮，采用大力矩的低速电机，配以高分辨率的光电编码器及高灵敏度的测速发电机，实现直接驱动。环形超声波电动机具有低速大转矩的特点，使用在传动装置的关节处，不需齿轮减速，可直接驱动负载，因而可大大改善功率重量比，并可利用其中空结构传递信息。HD 电动机是一种小型大转矩(大推力)的电动机，电动机可直接与负载连接，可应用在系统定位精度要求高的传动装置产品中。通过上述对几种传动装置常用电机的分析和比较，综合考虑本文传动装置臂并不要求有很高的扭矩，但是要求有较高精度并要求能够快速启动和制动，所以选择应用较为广泛的步进电机作为驱动电机。哈尔滨理工大学学士学位论文83 型冰切割机传动装置的机械计算3.1 电机的选取（1）粗略计算驱动电机的功率已知重量为 m=100kgg=10N/kg总重力 G1=mg=1000N查表 3-1 得摩擦系数为 0.035表 3.1 摩擦系数表冰块采用的参数依照木材取值。1）驱动功率计算则工件受到的摩擦力为：1000 0.03535fmgN则移行电机所需牵引力为：35FfN假设直径 R=125mm假设转速 na=61rpm 速度 v=Rna=0.12561=24m/min 设功率安全系数为 1.2，驱动装置的效率为 0.8，则需要的驱动功率为：kWFVP05. 0)8 . 0100060/(2 . 1245 .87)8 . 0100060/(2 . 12）电动机至的总效率 b对滚动轴承效率，b=0.99v带效率，v=0.94cy效率，cy=0。96估算传动系统总效率=vbccy=0.940.990.990.96=0.883）所需电动机的功率 Pd（kw）Pd=Pw/=0.05/0.88=0.06kw物品与接触的底面材料作用在一个滚动轴上的载荷（包括滚轴自重） N金属木材硬底板01100.040.0450.051104500.0350.0350.054509000.0250.030.0459000.020.0250.05哈尔滨理工大学学士学位论文9（1） 基于电动机的以上特点，本文选用作为北京和利时电机技术有限公司部分 110BYG 系列混合式步进电机输送机床的驱动装置。图 3.1 是北京和利时电机技术有限公司部分 110BYG 系列混合式步进电机的技术数据。图 3.1 110BYG 系列混合式步进电机的技术数据所以根据计算所得数据选择 110BYG350DH-SAKRMA 型号的电机，图3.2 是 110BYG 系列混合式步进电机的型号说明。图 3.2 110BYG 系列混合式步进电机的型号说明110BYG 系列混合式步进电机的外形尺寸，如图 3.3 所示。哈尔滨理工大学学士学位论文10图 3.3 110BYG 系列混合式步进电机的外形尺寸110BYG 系列混合式步进电机的矩频特性曲线，如图 3.4 所示。图 3.4 110BYG350DH 型电机矩频特性曲线3.2 同步带的概述及计算3.2.1 同步带介绍同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强哈尔滨理工大学学士学位论文11力层是由拉伸强度高、伸长小的纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。同步带传动（见图 3.5）时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-2080，v50m/s，P300kw,i10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。图 3.5 同步带传动同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。 同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大，一般可达 1:10。允许线速度可达 50M/S，传递功率从几瓦到百千瓦。传动效率高，一般可达 98%，结构紧凑，适宜于多轴传动，不需润滑，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。 本产品广泛用于纺织、机床、烟草、通讯电缆、轻工、化工、冶金、仪表仪器、食品、矿山、石油、汽车等各行业各种类型的机械传动中。同步带的使用，改变了带传动单纯为摩擦传动的概念，扩展了带传动的范围，从而成为带传动中具有相对独立性的研究对象，给带传动的发展开辟了新的途径。3.2.2 同步带的特点(1)、传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比；(2)、传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低；(3)、传动效率高，可达 0.98，节能效果明显；(4)、维护保养方便，不需润滑，维护费用低；(5)、速比范围大，一般可达 10，线速度可达 50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦；(6)、可用于长距离传动，中心距可达 10m 以上。哈尔滨理工大学学士学位论文123.2.3 同步带传动的主要失效形式在同步带传动中常见的失效形式有如下几种：(1)、同步带的承载绳断裂破坏同步带在运转过程中承载绳断裂损坏是常见的失效形式。失效原因是带在传递动力过程中，在承载绳作用有过大的拉力，而使承载绳被拉断。此外当选用的主动捞轮直径过小，使承载绳在进入和退出带抡中承受较大的周期性的弯曲疲劳应力作用，也会产生弯曲疲劳折断(见图 3.6)。图 3.6 同步带承载绳断裂损坏(2)、同步带的爬齿和跳齿根据对带爬齿和跳齿现象的分析，带的爬齿和眺齿是由于几何和力学两种因素所引起。因此为避免产生爬齿和跳齿，可采用以下一些措施：1、控制同步带所传递的圆周力，使它小于或等于由带型号所决定的许用圆周力。2、控制带与带轮间的节距差值，使它位于允许的节距误差范围内。3、适当增大带安装时的初拉力开。 ，使带齿不易从轮齿槽中滑出。4、提高同步带基体材料的硬度，减少带的弹性变形，可以减少爬齿现象的产生。(3)、带齿的剪切破坏带齿在与带轮齿啮合传力过程中，在剪切和挤压应力作用下带齿表面产生裂纹此裂纹逐渐向齿根部扩展，并沿承线绳表面延件，直至整个带齿与带基体脱离，这就是带齿的剪切脱落（见图 3.7） 。造成带齿剪切脱落的原因大致有如下几个：1、同步带与带轮问有较大的节距差，使带齿无法完全进入轮齿槽，从而产生不完全啮合状态，而使带齿在较小的接触面积上承受过大的载荷，从而产生应力集中，导致带齿剪切损坏。 2、带与带轮在围齿区内的啮合齿数过少，使啮合带齿承受过大的载荷，而产生剪切破坏。 3、同步带的基体材料强度差。为减少带齿被剪切，首先应严格控制带与带轮间的节距误差，保证带齿与轮齿能正确啮合；其次应使带与带轮在围齿区内的啮合齿数等于或大哈尔滨理工大学学士学位论文13于 6，此外在选材上应采用有较高勿切韧挤压强度的材料作为带的基体材料。图 3.7 带齿的剪切破坏 (4)、带齿的磨损带齿的磨损（见图 3.8）包括带齿工作面及带齿齿顶因角处和齿谷底部的廓损。造成磨损的原因是过大的张紧力和忻齿和轮齿间的啮合干涉。因此减少带齿的磨损，应在安装时合理的调整带的张紧力；在带齿齿形设计时，选用较大的带齿齿顶圆角半径，以减少啮合时轮齿的挤压和刮削；此外应提高同步带带齿材料的耐磨性。图 3.8 带齿磨损(5)、同步带带背的龟裂(图 3.9)同步带在运转一段时期后，有时在带背会产生龟裂现象，而使带失效。同步带带背产生龟裂的原因如下， 1、带基体材料的老化所引起；2、带长期工作在道低的温度下，使带背基体材料产生龟裂。哈尔滨理工大学学士学位论文14图 3.9 同步带带背龟裂 防止带背龟裂的方法是改进带基体材料的材质，提向材料的耐寒、耐热性和抗老化性能，此外尽量避免同步带在低温和高温条件下工作。3.2.4 同步带传动的设计准则据对同步带传动失效形式的分析，可知如同步带与带轮材料有较高的机械性能，制造工艺合理，带、轮的尺寸控制严格，安装调试也正确，那么许多失效形式均可避免。因此，在正常工作条件下，同步带传动的主要失效形式为如下三种； (1)同步带的承载绳疲劳拉断； (2 同步带的打滑和跳齿； (3)同步带带齿的磨损。 因此，同步带传动的设计淮则是同步带在不打滑情况下，具有较高的抗拉强度，保证承线绳不被拉断。此外，在灰尘、杂质较多的工作条件下应对带齿进行耐磨性计算。3.2.5 同步带分类同步带齿有梯形齿和弧齿两类，弧齿又有三种系列：圆弧齿(H 系列又称 HTD 带)、平顶圆弧齿(S 系列又称为 STPD 带)和凹顶抛物线齿（R 系列)。梯形齿同步带 梯形齿同步带分单面有齿和双面有齿两种，简称为单面带和双面带。双面带又按齿的排列方式分为对称齿型（代号 DA)和交错齿型(代号 DB 。梯形齿同步带有两种尺寸制：节距制和模数制。我国采用节距制，并根据 ISO 5296 制订了同步带传动相应标准 GB/T 1136111362-1989 和GB/T 11616-1989。弧齿同步带 弧齿同步带除了齿形为曲线形外，其结构与梯形齿同步带基本相同，带的节距相当，其齿高、齿根厚和齿根圆角半径等均比梯形齿大。带齿受载后，应力分布状态较好，平缓了齿根的应力集中，提高了齿的承载能力。故弧齿同步带比梯形齿同步带传递功率大，且能防止啮合过程中齿的干涉。哈尔滨理工大学学士学位论文15弧齿同步带耐磨性能好，工作时噪声小，不需润滑，可用于有粉尘的恶劣环境。已在食品、汽车、纺织、制药、印刷、造纸等行业得到广泛应用。3.2.6 同步带计算选型设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下：dAmPKPA式中需要传递的名义功率mP工作情况系数，按表表 3.2 工作情况系数选取=1.7；AKAKAK表表 3.2 工作情况系数AKWPKPAd63. 037. 07 . 12）确定带的型号和节距 可根据同步带传动的设计功率 Pd和小带轮转速 n1，由同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。 其中 Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表 3.3表 3.3 同步带选型哈尔滨理工大学学士学位论文16选同步带的型号为 H：，节距为：Pb=8.00mm3)选择小带轮齿数 z1，z2 可根据同步带的最小许用齿数确定。查表 3-3-3 得。 查得小带轮最小齿数 14。实际齿数应该大于这个数据初步取值 z1=34 故大带轮齿数为：z2=iz1=1z1=34。 故 z1=34，z2=34。4）确定带轮的节圆直径 d1，d2小带轮节圆直径 d1=Pbz1/=8.0034/3.1486.53mm大带轮节圆直径 d2=Pbz2/=8.0034/3.1486.53mm哈尔滨理工大学学士学位论文175）验证带速 v 由公式 v=d1n1/60000 计算得， svmax=40m/s,其中 vmax=40m/ssmdnv/276. 01000606153.8614. 3100060由表 3-2-4 查得。10、同步带带长及其齿数确定=()0L220a21dd =2/ )53.8653.86(14. 32242 =719.7mm11、带轮啮合齿数计算有在本次设计中传动比为 1，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即=17。mz12、基本额定功率的计算0P查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表 4-31000)(20vmvTPa可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。aT 所以同步带的基准额定功率为=0.21KW0P10001 . 0)1 . 0448. 085.2100(2表 3.4 基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量13、计算作用在轴上力rF=rFvPd1000=71.6N3.2.7 同步带的主要参数（结构部分）1、同步带的节线长度哈尔滨理工大学学士学位论文18 同步带工作时，其承载绳中心线长度应保持不变，因此称此中心线为同步带的节线，并以节线周长作为带的公称长皮，称为节线长度。在同步带传动中，带节线长度是一个重要参数。当传动的中心距已定时，带的节线长度过大过小，都会影响带齿与轮齿的正常啮合，因此在同步带标准中，对梯形齿同步带的各种哨线长度已规定公差值，要求所生产的同步带节线长度应在规定的极限偏差范围之内（见表 3.5） 。表 3.5 带节线长度表2、带的节距 Pb如图 3.10 所示，同步带相邻两齿对应点沿节线量度所得约长度称为同步带的节距。带节距大小决定着同步带和带轮齿各部分尺寸的大小，节距越大，带的各部分尺寸越大，承载能力也随之越高。因此带节距是同步带最主要参数在节距制同步带系列中以不同节距来区分同步带的型号。在制造时，带节距通过铸造模具来加以控制。梯形齿标准同步带的齿形尺寸见表 3.6。3、带的齿根宽度 一个带齿两侧齿廓线与齿根底部廓线交点之间的距离称为带的齿根宽度，以 s 表示。带的齿根宽度大，则使带齿抗剪切、抗弯曲能力增强，相应就能传动较大的裁荷。哈尔滨理工大学学士学位论文19图 3.10 带的标准尺寸表 3.6 梯形齿标准同步带的齿形尺寸4、带的齿根圆角 带齿齿根回角半径 rr的大小与带齿工作时齿根应力集中程度有关 t 齿根圆角半径大，可减少齿的应力集中，带的承载能力得到提高。但是齿根回角半径也不宜过大，过大则使带齿与轮齿啮合时的有效接触面积城小，所以设计时应选适当的数值。5、带齿齿顶圆角半径八 带齿齿项圆角半径八的大小将影响到带齿与轮齿啮合时会否产生于沙。由于在同步带传动中，带齿与带轮齿的啮合是用于非共扼齿廓的一种嵌合。因此在带齿进入或退出啮合时，带齿齿顶和轮齿的顶部拐角必然会超于重叠，而产生干涉，从而引起带齿的磨损。因此为使带齿能顺利地进入和退出啮合，减少带齿顶部的磨损，宜采用较大的齿顶圆角半径。但与齿根圆角半径一样，齿顶圆角半径也不宜过大，否则亦会减少带齿与轮齿问的有效接触面积。 6、齿形角梯形带齿齿形角日的大小对带齿与轮齿的啮合也有较大影响。如齿形角霹过小，带齿纵向截面形状近似矩形，则在传动时带齿将不能顺利地嵌入带轮齿槽内，易产生干涉。但齿形角度过大，又会使带齿易从轮齿槽中滑出，产生带齿在轮齿顶部跳跃现象。哈尔滨理工大学学士学位论文203.2.8 同步带的设计在这里，我们选用梯形带。带的尺寸如表 3.7。带的图形如图 3.11。表 3.7 同步带尺寸型号节距齿形角齿根厚齿高齿根圆角半径齿顶圆半径H840。6.124.31.021.02图 3.11 同步带3.2.9 同步带轮的设计同步带轮的设计的基本要求1、保证带齿能顺利地啮入与啮出由于轮齿与带齿的啮合同非共规齿廓啮合传动，因此在少带齿顶部与轮齿顶部拐角处的干涉，并便于带齿滑入或滑出轮齿槽。2、轮齿的齿廊曲线应能减少啮合变形，能获得大的接触面积，提高带齿的承载能力即在选探轮齿齿廓曲线时，应使带齿啮入或啮出时变形小，磨擦损耗小，并保证与带齿均匀接触，有较大的接触面积，使带齿能承受更大的载荷。3、有良好的加了工艺性 加工工艺性好的带轮齿形可以减少刀具数量与切齿了作员，从而可提高生产率，降低制造成本。4、具有合理的齿形角齿形角是决定带轮齿形的重要的力学和几何参数，大的齿形角有利于带齿的顺利啮入和啮出，但易使带齿产生爬齿和跳齿现象；而齿形角过小，则会造成带齿与轮齿的啮合干涉，因此轮齿必须选用合理的齿形角。3.3 轴的设计3.3.1 材料可选轴的材料为 45 钢，调质处理。哈尔滨理工大学学士学位论文213.3.2 计算轴的最小直径电机轴的直径为 14,由于轴的直径小于 100mm，且由 3 个键槽，故将轴径增加 15%，即将轴径圆整为标准直径，取 d=14mm3.3.3 轴的结构设计1、轴的外形结构2、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度。（1） 、根据内径可得 d67=30 mm，根据的宽度可得出 L67=20 mm，右侧采用轴肩定为，取 d78=38 mm，L78=11 mm。（2） 、初选深沟球轴承 D6204，其尺寸为 dxDxB=20x47x14,故 d45=d910=20 mm，根据装配关系取 L45=L910=15 mm 。（3） 、5 处为一定位轴肩，故取 d56=d89=25 mm，根据装配关系，计算得L56=L89=383 mm 。（4） 、3 处为一定位轴肩，故取 d23=d910=16 mm，根据装配关系，计算得L23=L910=33 mm。（5） 、1 处为轴的最小直径 d=10 mm，攻螺纹，与螺母配合，选择螺母为 GB/T 6172.1。通过查机械设计手册的螺母厚度 m=5 mm，由于采用双螺母预紧，故取 L12=L1213=19 mm。（6） 、4 处为一定位轴肩，所以取 d34=d1011=18 mm，根据装配关系计算得出，L34=L1011=40 mm。至此已经确定了轴的各段长度和直径。3.4 轴的校核需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿哈尔滨理工大学学士学位论文22轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差%3）.当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径进行计算，计算花键轴传动轴一般只验算弯曲刚度，花键轴1d还应进行键侧挤压验算。弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径或当1d量直径。一般将轴化为集中载荷下的简支梁，其挠度和倾角计算公式见2d【5】表 7-15.分别求出各载荷作用下所产生的挠度和倾角，然后叠加，注意方向符号，在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。：通过受力分析，NdTFmNnPTr7 .1535)10112/(862/286800/96. 05 . 71055. 9/1055. 9366最大挠度： mmEIblbF34349432222max1068.110106430102104810426446434267 .15354843;6 .39740643014. 364;101 . 24449mmdIIMPaEE轴的；材料弹性模量；式中；查【1】表 3-12 许用挠度； mmy12. 0403. 0。 所以合格,yYB3.5 键的校核键和轴的材料都是钢，由【4】表 6-2 查的许用挤压应力,取其中间值，。键的工作长度MPap120100MPap110，键与轮榖键槽的接触高度mmmmmmbLl16822。由【4】式（6-1）可得mmmmhk5 . 375 . 05 . 0MPaMPaMPakldTpp1103 .10230165 . 31086210233式中：哈尔滨理工大学学士学位论文23；】表键【，弱材料的许用挤压应力键、轴、轮毂三者中最；键的直径，；为键的宽度，为键的公称长度，圆头平键键的工作长度，为键的高度此处度键与轮毂键槽的接触高传递的转矩264,5 . 0,;,pMPammdmmbmmLbLlmmlmmhhkkmNT可见连接的挤压强度足够了，键的标记为：20031096810TGB键3.6 轴承的校核、轴轴承的校核轴选用的是深沟球轴承 6206，其基本额定负荷为 19.5KN, 由于该轴的转速是定值，所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。min800rn 根据设计要求，应该对轴未端的滚子轴承进行校核。轴传递的转矩 nPT9550 mNT8680096. 05 . 79550受力 NdTFr7 .15351011286223根据图 3.12 受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为:图 3.12 受力分析和受力图在水平面：NlllFFrAH1410426384267 .1535323在水平面：NlllllFFAV5 .18394263854626.1563)(323210哈尔滨理工大学学士学位论文24 NFFFAVAHA7 .23175 .183914102222因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力， 【4】表 13-6 查得载荷系数，取，则有：pf2 . 1pf NFfPAp24.27817 .23172 . 1轴承的寿命计算:所以按轴承的受力大小计算寿命 hhPCnLh584008 .71803)24.278119500(8006010)(60103616故该轴承 6206 能满足要求。、其他轴的轴承校核同上，均符合要求。哈尔滨理工大学学士学位论文254 型冰切割机主轴部分及其设计计算 主轴的传动轴部分是型冰切割机设计中的一项关键部分，这是由于主轴在实际的加工中生产中，其效率高低和性能优劣在很大程度上都是由主轴的传动轴部分影响和决定的。在实际设计中，型冰切割机主轴作为主轴机构的重要部分，其主要作用就是通过传递载荷和力矩，从而带动主轴上的砂轮进行工作运转，来对工件进行磨削加工。 型冰切割机主轴和日常中的普通轴之间，既有共同之处，即都是作为载荷的传动装置，都要在一定的环境下才能稳定持续的运转；同时其也有自己的特别之处，如其能不依靠其他装置，自己就可以在比较大的载荷作用下工作，同时其还要带动砂轮运转来进行对工件的磨削加工，所以在对其进行设计和加工中，我们需要考虑更多的相关参数和技术要求。4.1 型冰切割机主轴所需标准图 3-14.1.1 主轴的刚度概念：型冰切割机主轴的刚度是指在其受到外部施加的力或者力矩作用时，其由于内部作用力而排斥抗衡其形状发生变化的一项固有属性。其具体原理图如下所示：哈尔滨理工大学学士学位论文26具体公式为： (N/m) （3.1）yFK/u 在实际的方案规划时，我们应该从全局出发，全面考虑各方面可能对其造成影响之处，以求其能获得更高的刚度属性。4.1.2 主轴的耐磨性 概念：指其在长时间周期的工作运转中能够保证其内部精度等级仍不变的能力。因此，在实际选配件时，应选取一些具有比较大的硬度的配件，同时，也应努力采取一些比如润滑等相关措施，从而使得其使用周期延长。4.1.3 主轴的旋转精度概念：指当主轴主轴在人工操作下，或者是在没有工作件时运转，或者是在运转速度很小时，此时型冰切割机主轴的前面以及轴径向的，以及的大小，其aro原理图如下图所示：哈尔滨理工大学学士学位论文274.1.4 主轴的抗震能力概念：指其排斥受外载荷作用和自身内部结构导致的不稳定震荡，仍能维持恒定工作节奏的本领。由于科技及机械工业的迅猛发展，主轴机构对其的要求也会不断增加。4.1.5 主轴的热变形概念：指当其在运转时由于进行不同的运动而导致各部分部件间发生相互作用，而导致自身温度变高，以致其结构外貌导致变化。在实际的设计和加工中，应努力采取一些措施来避免此种情况的发生，从而使得型冰切割机能够持续稳定地工作运行，加工出符合要求的零件产品。4.2 型冰切割机主轴部分的分布在我们实际对型冰切割机主轴部分的设计过程中，一定要充分考虑到前面提到的几点，再根据实际情况，具体设计型冰切割机主轴的分布。主轴的主轴装置有两种不同的安装设计形式，一种是用左右分布受力，另外一种是除了前面已有的，再加一个中间的受力点，而在实际设计中，还是选择第一种的比较大众化。 在本次的设计中，我所选择的也是第一种的形式。而在具体的型冰切割机主轴设计过程中，需要满足如下一些条件：（1）能够符合型冰切割机主轴内部构造的匹配如果必须使得主轴的内部构造比较简洁，而同时需要其在功用方面具有承受比较大的力作用时，我们可以采取在其受力点处安装多个受力配件的方式。而如果是的内部配件之间距离较小的时候，因为受到其本身构造的影响，我们可以采取让其内部的轴承分布在不同之处。（2）能够符合其加工质量的需要在进行加工安装时，采取不同的安装方式，可能会对最后主轴机构的加工质量产生很大的影响，因此在进行安装各部件时，一定要先仔细构思好，选择一个合理的，能够满足加工质量要求的安装方式。（3）能够在较大负荷作用下工作在实际设计中，应根据其装置所要承受的负荷大小来决定其具体选用什么样的配件。而对于在中的关键部件轴承来说，其选用不同的型号以及数目，会对整个装置的整体受力性能产生很大的影响。表 3-1 不同型号轴承的对比滑动轴承基本要求滚动轴承动压轴承静压轴承刚度只和型号有关，预紧后可提高一些随转速和载荷升高二增大与节流形式有关，与载荷转速无关旋转精度精度一般或较差单油楔轴承一般，多油楔较高可很高承载能力一般为恒定值随转速增加而增加，高速时受温升限制与油枪相应压差有关哈尔滨理工大学学士学位论文28抗振能力不好较好很好速度性能中低速较好中高速较好适应于各种转速摩擦功耗一般较小较小本身较小寿命受疲劳强度限制在不频繁启动时，较大自身无限，但供油系统寿命有限噪声较大无噪声本身没有，泵有噪声（4）能够符合利益最大化的需要在实际设计中，除了要考虑一些技术性的参数外，同时还有一个很重要的考虑点，那就是利益最大化。在进行设计方案中，在能够满足其使用功用的同时，应选取其成本比较低的，从而实现其节约性的要求。4.3 型冰切割机主轴形状的选择 在实际设计中，要确定型冰切割机主轴的具体形状，需要考虑的因素有很多，比如其上所选择的密封设备，轴承等部件的型号，大小，多少等等，另外其工作方式，组合类型等也都要考虑在内。在实际设计中，经常会做成阶梯状的形式。这里我所选择的也同样是把的传动轴做成阶梯轴，从而达到拆装容易的目的。4.4 型冰切割机主轴的热处理我们知道，金属刚的弹性模量是一个固定值，其与具体的刚是什么类型基本没关系。而刚的材料却在很大程度上由其决定着，所以从实际情况出发，在进行选材时，比较低价的 45 刚应成为我们的第一之选，同时为了使其具有更高的使用性能，应对其进行相关的热处理工艺。材料牌号工作条件使用机床常用代用热处理硬度轻中负载车，钻，铣，磨床主轴4550调质HB220-250轻中负载局部要求高硬度磨床的砂轮轴4550高频淬火HRC52-58轻中负载PV40（Nm/cm s）2车，钻，铣，磨床的主轴4550淬火回火高频淬火HRC42-50HRC52-584.5 型冰切割机主轴的设计标准在实际过程中，必须对型冰切割机主轴作出一些具体的设计标准。型冰切割机主轴的表面质量对传动轴上各部分配件的运转精度等级作用甚大。传动轴与上面的各部哈尔滨理工大学学士学位论文29分配件相接触点的表面质量越好，那么相互作用之后的形变量也就越低，所以其加工质量性能也就越好。所以在设计中，必须要保证型冰切割机主轴具有能够满足加工质量要求的设计标准。4.6 型冰切割机主轴上轴承的挑选经过以上对型冰切割机主轴以及其配件的相关分析论证，经过翻阅相关设计参数资料，我们即可确定此处可采用的轴承型号是 36206，也就是角接触球轴承，其接触角是 15 度，但这代号是其以前的名称，现在它的代号为 7206C，其具体参数结构如下图所示。图 3-4 轴承图哈尔滨理工大学学士学位论文304.7 型冰切割机主轴上轴承的校对计算我们在实际中挑选轴承时，要考虑的因素很多。不但要选取大小合适的，还要能够满足其加载在装置中能够满足加工质量的要求。其选择的正确，则可以使整个装置的性能得到优化，而如果挑选的不合适，那就回影响其本身使用期限甚至整个机构的使用性。所以我们在挑选时，一定要根据实际情况，具体问题具体分析，根据其工作环境，要满足的加工质量要求，拆装方便，以及现有机器的实际情况等，来挑选出最佳的型号。 同时，为了确保轴承能够在工作运行时安全稳定持续，我们还要对其进行相应的校对计算。此处，因为传动机构的实际转速比较大，所以我们可以根据计算基本额定动载荷在挑选及校核其能不能达到使用标准。因为一般是在合理的状态下工作的，所以我们可以选择其标准使用期限为 500 小时。其计算过程如下： （3.2）rTndmhCPfffffC哈尔滨理工大学学士学位论文31上式中，fd冲击载荷因数：1.5；fn速度因数：0.822；P当量动载荷，N ；C基本额定动载荷计算值，N ；fT温度因数：1 ；fm力矩载荷因数，力矩载荷较小时取 1.5，较大时取 2；CT轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷，N；fh寿命因数：1；经过翻阅机械设计资料求出，fd=1.5； fm=1.5；fT=1； fh=1；fn=0.822；在这里的型冰切割机设计中，我们可以假设其轴承只受到径向的负荷，则其当量动载荷就是： （3.3）YFaXFrP经翻阅机械设计书，求出：X=1，且 Y=0；所以，N。由以上可得：1128 FrP经过详细的计算论证，这里我们应采用的型号是 7206C，其详细的结构数据是：小径 d=25mm，外圆直径 D=62mm，其kN，而kN，其最大转速2 .22rC5 .110rC是一万转每分钟。同时验算它的额定的静载荷。其额定静载荷的验算方法是： （3.4）rCPSC0000其中： 综上所述，这里我所采用的轴承能够满足使用要求。4.8 型冰切割机主轴外部伸长量在实际的设计型冰切割机主轴中，需要使得其在套筒内的前端受力点外有一部分的伸长量，从而将带轮安装在上面实现传动，而这伸长量的大小，对其意义非同寻常。通常是其值越小越好。所以在实际设计中，在能满足要求的情况下，我们务必优先选用较小的伸长量。哈尔滨理工大学学士学位论文32 经过翻阅相关的机械设计手册，查得在型冰切割机主轴的设计中，其伸长量与传动轴轴颈处的直径比值在 1.25 到 2.5 之间，所以其伸长量的范围就是在 37.5mm到 75mm 之间。这里我所采用的数值是 45mm 。4.9 型冰切割机主轴的校核通过实际观察我们发现，型冰切割机主轴在整个的实际运行中起主要主要作用。因为在机器的正常运行中，传动轴承受很大的负荷，但是其可以接受的形变量却非常小，所以在设计及校核型冰切割机主轴时，主要就是检验其刚度值是否在要求范围之内。而对于型冰切割机主轴的具体刚度值大小，我们不好直接进行测量计算。但是根据其定义我们可知道，如果我们能够求出其挠度和倾角，那么也就能够得出其刚度的情况。4.9.1 受力作用的转换 如果传动轴上是两个受力承受点的，并且其前端部分分布多个受力轴承，那么这种形式我们可将其转换成一头固定，一头受力的形式，转换图如下所示：而如果每个受力作用点处的受力轴承只是一个单列或者是双列的结构，那么我们可以把其转换成简支梁的形式，其示意图为以下形式： 根据以上的分析，结合我自己实际的设计方案，可知其原理与上图 3-6 相同。哈尔滨理工大学学士学位论文334.9.2 型冰切割机主轴的挠度根据翻阅我们大二时所学的材料力学的教材，可进行更详细的探究，结果见下图：根据此原理，那么其极限值 (3.5)EIFlB33max这里，D=35mm4.9.3 型冰切割机主轴的倾角 由上图的分析可知其极限值为： (3.7)EIFlB22哈尔滨理工大学学士学位论文34 经翻阅机械设计相关手册，查得在满足条件：mm ,且 rad 时，其刚度能够达到使用标准LX0002. 0最大001. 0最大这里的以及，就是其挠度及倾角的极限值。最大最大X把上面求得的以及代进上面的关系式中进行对比，可知其值均在范围之BmaxB内，所以这里设计的型冰切割机主轴是符合要求的。4.10 主轴结构图通过前面的设计计算及校核运算，最终设计出的型冰切割机主轴的结构图如下：图 3-9 型冰切割机主轴结构图哈尔滨理工大学学士学位论文355 型冰切割机主轴相关部件5.1 调整垫圈在实际的设计中，型冰切割机主轴上的轴承要进行轴向固定，而调整垫圈就可以起到这个作用。在本设计中，调整垫圈的结构参数如下图所示：图 4-1 调整垫圈5.2 圆螺母在本设计中，为了固定砂轮及砂轮夹套，使其能够稳定工作，需要使用圆螺母对其进行固定。本设计中的圆螺母 proe 图如下所示：图 4-2 圆螺母哈尔滨理工大学学士学位论文365.3 主轴套筒在本设计中，型冰切割机主轴及其上面的诸多零配件都需要安装在套筒内，套筒的设计合理与否，直接关系到整个能否正常运行，所以主轴套筒的正确设计在整个机构中都是至关重要的。本设计中的主轴套筒具体结构如下图所示。图 4-5 主轴套筒哈尔滨理工大学学士学位论文376 机架的强度与刚度的计算由于机架是三个方向上尺寸相差不太多的箱体零件，用材料力学的强度分析方法不能全面地反应它的应力状况。目前，在进行初步设计计算时，还只能将机架简化为简支梁进行粗略核算，而将许用应力取得很低。按简支梁计算出的机架中间截面的应力值和该处实测应力值还比较接近，因此作为粗略核算，这种方法还是可行的。但无法精确计算应力集中区的应力，那里的最大应力要大很多。机架的强度及刚度计算：（1）集中载荷）集中载荷 如对锻造液压机砧座的窄边，可看作集中载荷，受力简图 3.13 如下：L/2L/2P2P2Pfmax下下下下下下下下下下下图 3.13 集中载荷受力简图图中简支梁的跨度为立柱窄边或宽边中心距由砧座的放置位置而定。最大弯矩：Mmax = PL /4最大挠度：max = PL/48EJKPL/4GF各符号代表意义同前。 （2）均布载荷）均布载荷 一般是对砧座宽边或模锻，镦粗等情况，受力简图如下：哈尔滨理工大学学士学位论文38LP2P2下下下下下下下下下下下L1q图 3.14 下机架集中载荷受力简图最大弯矩为：Mmax =PL/4qL1/8式中： q 均布力，q =P/L1（N/cm） ； L1 均布力分布宽度（cm） 。若设 L1 =2/3L，则最大挠度为：max =11/648PL/EJ +KPL/6GF最大弯矩为：Mmax =P/2最大剪力为： Qmax =P/21 受力分析 机架 I-I 截面受力图及剪力弯矩图。 均布载荷 BPqBbbPq4554，得因为哈尔滨理工大学学士学位论文39图 3.15 机架受力图 在 I-I 截面上弯矩为： cmkgfBbPBM51102 . 12141（3-13） 截面(-)剪力： （3-kgfP3 .816321Q17） 2 截面-强度计算 截面宽度 12bcm 截面高度 cmh12 截面积 （3-2504cmhbf18） 哈尔滨理工大学学士学位论文40 面积重心至 x 轴距离 cmY6 截面对 x 轴的静面矩 33024cmYfS（3-19） 静面矩 S 与面积重心至 x 轴距离乘积 418144cmYS（3-20） 各截面积的惯性矩 4306048121cmbhJ（3-21） 重心至 x 轴的惯性矩 cmh60 截面对 x 轴的惯性矩 4024192cmYSJJx（3-22） 截面对 x 轴的惯性矩 4206048cmfhJJx（3-23） 受压截面和受拉截面弯曲应力相等为 MPaMPacmkgfJhM6091.11/05.11920（3-24） 由此可得，在截面-上弯曲应力小于许用应力，安全。3 截面-剪切强度计算 由分析得，最大应力在中心横断面及截面-上。max MPaBHQ5 .355 . 1max（3-25） 式中： Q截面-剪切力 kgfP3 .816321QB简化截面宽度 cmb42H简化截面高度 cmh12 代入得： MPaMPacmkgfBHQ5 .3549. 2/40.245 . 12max哈尔滨理工大学学士学位论