毕业设计与论文（去毛刺机的设计）.doc

摘 要 压制成型的零件上有毛刺 在使用过程中将会严重影响零件的安全性以及使用寿 命 去毛刺机正是为了去除这些毛刺而被设计的 毛刺这个小东西虽然不大 但却是 直接影响到产品的品质 随着企业生产的飞速发展 机械零件产量越来越大 精度越 来越高 传统去毛刺的方法已不能的满足要求 本文主要针对机械零件生产线上的去除毛刺而设计了一种毛刺去除机 以实现生 产的自动化 减轻了工人的劳动强度 提高产品质量 文中详细分析了毛刺去除机除 毛刺 计件到停止 定位 计数等功能 并通过对摩擦轮机构的设计 电机的计算与 选型 带传动设计 轴承的选取 螺栓的校核 齿轮的校核等 该毛刺去除机实现了 稳定去除毛刺 效率高 成本低 易操作的特点 有一定实用价值 关键词 去除毛刺 齿轮 电机 I Abstract Forming part of the suppression of a burr on the use of process will seriously affect the safety of parts and service life Deburring machine to remove the burr was designed Industry deburring machine has extensive application this paper has designed a deburring machine for the automation on production line realize the automation of production it alleviated the labor strength of worker it raised labor productivity This deburring machine have realized to stabilization transportation to achievement of these movements Design with parts realizes these movements For example to realization stabilization transportation have designed a stabilization transportation mechanism control system coordinates the independent sport of every parts formed a regular sport system The coupling of every parts casting makes a acceptable mechanical body Install every parts in mechanical body become a machine Key words deburring gear motor II 目目 录录 1 1 绪论绪论 1 2 2 毛刺去除机总体方案的设计毛刺去除机总体方案的设计 2 2 1 毛刺形成原因 2 2 2 去毛刺机的设计步骤 2 2 3 去毛刺机设计方案选取 3 2 4 总体设计方案的采用 3 3 3 去毛刺机计算选型与校核去毛刺机计算选型与校核 7 3 1 电机的计算与选型 7 3 1 1 电机的计算 7 3 1 2 等效转动惯量计算 10 3 1 3 电机力矩的计算 11 3 2 带传动设计选型 14 3 2 1 带传动简介 14 3 2 2 带传动计算 18 3 3 电机的选取 21 3 4 轴承的选取及校核 27 3 5轴的设计及校核 28 3 6 螺栓的校核 31 3 7 齿轮的校核 34 结束语结束语 37 致致 谢谢 38 参考文献参考文献 39 附录附录 0 1 绪论绪论 去毛刺机是用按系列化准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要 求设计的专用部件组成的专用机器 随着生产的发展 企业的产量越来越大 精度越来越高 如汽车 空调等行业的 变速箱 制冷器等零件 去毛刺就不能的满足要求 不仅工人劳动强度很大 而且生 产效率也不高 不利于保证产品加工精度 去毛刺机的制造就是为了解决这个矛盾 去毛刺机能够去除单位生产的所有产品的毛刺 机器的动作全部实现了自动化 目前 去毛刺技术已受到各工业发达国家的普遍重视 相继成立了许多专门研究机 构 进行了大量实验研究 去毛刺工艺已由手工作业向机械化 自动化的方向发展 去 毛刺的工艺方法也在逐年增加 据粗略统计 1972 年 去除毛刺的方法仅有 22 种 1975 年增加到 30 种 1990 年则已达 70 余种 已涉及机械加工的各个方面 并不断有新的去 毛刺研 究成果问世 随着中国加入 WTO 改革开放进程的加快 产品竞争会日益激烈 提高产品内在质量 增 加系统可靠性 降低成本是企业面临的唯一选择 另外 随着 国家机电产品出口比率的加大 也为去毛刺的研究和应用带来锲机 有迹象表明 欧 美 日本 台湾 香港等国家和地区的一些企业 考虑或正在我国大陆设立光整设备生 产基地和设置服务中心 以抢先占领中国市场 毛刺这个小东西虽然不大 但却是直接影响到产品的品质 所以 最近几年随着各 行业对毛刺去除的重视 去毛刺的方法也层出不穷 现在常用的修边 去毛刺主要 有这么几种 1 手工去毛刺 2 化学去毛刺 3 电解去毛刺 4 超声波去毛刺 5 高 压水喷射去毛刺 6 热爆炸去毛刺 7 冷冻修边去毛刺 8 磁力去毛刺机 9 去毛刺机械手 由此看来 毛刺去除机在工业上的应用会将越来越广 1 2 2 毛刺去除机总体方案的设计毛刺去除机总体方案的设计 2 12 1 毛刺形成原因毛刺形成原因 首先 零件在成形时 采用粉末冶金制造法 粉末直接由压机冲压成形 在这个 过程中 在成形的模具各边缘凹槽处容易残留粉末 这些粉末能使零件的边缘产生毛 刺 其次 在后来的精加工过程中 切削加工时表面表面也会残留一些粉末 这也是 需要去除的毛刺 图图2 12 1 毛刺形成原因毛刺形成原因 2 22 2 去毛刺机的设计步骤去毛刺机的设计步骤 1 调查研究 主要对加工零件图样进行分析 对组合机床使用和制造单位进行深 入细致的了解 查阅 搜集和分析国内外有关资料以取的可靠的设计依据 通过调查 研究位组合机床总体设计提供必要的大量的数据 资料 做好充分的 全面的技术准 备 2 总体方案的设计 总体方案的设计主要包括制定工艺方案 确定零件在去毛刺机 上完成的工艺内容及加工方法 决定工步和其结构形式等 确定机器配置形式 制定 影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构形式 总体方案的拟定式设计去毛刺 机的最关键的一步 方案制定的正确与否 将直接影响机器能否满足加工要求 能否 保证加工精度和生产率 并且结构简单 成本较低和使用方便 去毛刺机的总体设计 主要是加工示意图 组合机器联系尺寸图 有关内容可参考组合机器总体设计部分 后面作详细的介绍 2 3 技术设计 根据系统的要求选择毛刺去除机的结构形式 拟订毛刺去除机的运 动路线和空间作业方式 确定驱动系统的类型 计算动力元件的功率及校核受力件的 承载能力 选择各部件的具体结构 进行毛刺去除机总装图的设计 绘制毛刺去除机 的零件图 并确定尺寸 2 32 3 去毛刺机设计方案选取去毛刺机设计方案选取 手工去毛刺 传统的方式是钢锉 砂纸 磨头打磨 而修边刀逐步取代了这些传 统的方法 使用起来简单方便 不需要技术处理 节约成本并且环保 但是效率低下 电解去毛刺 利用电解作用去除金属零件毛刺的一种电解加工方法 电解去毛刺 适用于去除零件中隐蔽部位交叉孔或形状复杂零件的毛刺 生产效率高 去毛刺时间 一般只需几秒至几十秒 缺点是零件毛刺的附近也受到电解作用 表面会失去原有光 泽 甚至影响尺寸精度 高压水喷射去毛刺 利用水的瞬间冲击力来去除加工后产生的毛刺和飞边 同时 可达到清洗的目的 现在高压水去毛刺设备的制造厂家越来越多 简单可归纳为两类 工件移动式和喷嘴移动式 工件移动式造价低 适合简单阀体的去毛刺和清洗 其缺 点是喷嘴与阀体的配合度不理想 阀体内部交叉孔 斜孔的毛刺去除效果不好 喷嘴 移动式通过 CNC 控制可有效的调整喷嘴与阀体毛刺产生部位的距离 有效对应阀体 内部的交叉孔和斜孔以及盲孔的毛刺 但由于此设备造价高 到目前为止只有汽车的 心脏部位和工程机械的液压控制系统才能普遍享受此厚待 在确定毛刺去除机设计方案前 必须对毛刺去除机设计基本步骤及其基本原则 使设计的方案更合理 在工业上 毛刺去除机有着广泛的应用 本文主要针对生产线 上的去除毛刺设计了毛刺去除机 实现生产的自动化 减轻了工人的劳动强度 提高 了劳动生产率 该毛刺去除机实现了稳定去除毛刺 效率高 成本低 易操作的特点 2 42 4 总体设计方案的采用总体设计方案的采用 在工业上 毛刺去除机有着广泛的应用 本文主要针对生产线上的去除毛刺设计 了毛刺去除机 实现生产的自动化 减轻了工人的劳动强度 提高了劳动生产率 3 该毛刺去除机实现了稳定去除毛刺 件到停止 定位等功能并实现了高精度去除 毛刺的目的 为了现实这些动作 采用部件设计 分别实现这些动作 比如了为实现 稳定去除毛刺这个动作 设计了一个气抓夹持机构 然后控制系统把各个部件的独立 运动协调起来 形成了一个有规则运动系统 各个部件的联接 先造出一个合格的机 械本体 把各个部件安装在机械本体上 形成一个机器 整体机构图形如下 图图2 22 2 去毛刺机正视图去毛刺机正视图 1 底座 2 传动带上板 3 传送带可调支座 4 皮带松紧调节件 5 砂轮 6 安装板 7 砂轮 8 皮带 9 齿 轮 10 螺栓 11 齿形带 12 齿轮 13 传送带电机 14 调整板 15 螺母 4 图图 2 32 3 去毛刺机俯视图去毛刺机俯视图 16 中心轴 17 传动转轴 18 深沟球轴承 19 链 5 图图 2 42 4 去毛刺机左视图去毛刺机左视图 20 电机底座 21 螺母 22 电机 23 皮带轮 24 皮带 25 皮带张紧轮轴 26 皮带张紧轮 27 砂轮轴 28 圆锥滚子轴承 29 垫片 6 3 3 去毛刺机计算选型与校核去毛刺机计算选型与校核 3 13 1 电机的计算与选型电机的计算与选型 3 1 1 电机的计算电机的计算 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件 在非超载的情 况下 电机的转速 停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数 而不受负载变化 的影响 即给电机加一个脉冲信号 电机则转过一个步距角 这一线性关系的存在 加上 步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点 使得在速度 位置等控制领域 用步进电机来控制变的非常的简单 虽然步进电机已被广泛地应用 但步进电机并不 能象普通的直流电机 交流电机在常规下使用 它必须由双环形脉冲信号 功率驱动 电路等组成控制系统方可使用 因此用好 步进电机却非易事 它涉及到机械 电机 电子及计算机等许多专业知识 感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比 结构上转子加有永磁体 以提 供软磁材料的工作点 而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗 能 因此该电机效率高 电流小 发热低 因永磁体的存在 该电机具有较强的反电 势 其自身阻尼作用比较好 使其在运转过程中比较平稳 噪音低 低频振动小 感 应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机 一个四相电机可以作四相运行 也可以作二相运行 必须采用双极电压驱动 而反应式电机则不能如此 例如 四 相 八相运行 A AB B BC C CD D DA A 完全可以采用二相八拍运行方式 不难发 现其条件为 C D 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致 小功率电机一 般直接接为二相 而功率大一点的电机 为了方便使用 灵活改变电机的动态特点 往往将其外部接线为八根引线 四相 这样使用时 既可以作四相电机使用 可以作 二相电机绕组串联或并联使用 步进电机的运行要有一电子装置进行驱动 这种装置就是步进电机驱动器 它是把 控制系统发出的脉冲信号 加以放大以驱动步进电机 步进电机的转速与脉冲信号的频 率成正比 控制步进脉冲信号的频率 可以对电机精确调速 控制步进脉冲的个数 7 可以对电机精确定位 典型的步进电机驱动控制系统主要由三部分组成 1 步进控制器 由单片机实现 2 驱动器 把单片机输出的脉冲加以放大 以驱动步进电机 3 步进电机 现以三相六拍为例 步序 控 制 位 C B A 控制模型 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A 1 1 1 1 1 0 0 1 F9H AB 1 1 1 1 1 0 1 1 FBH B 1 1 1 1 1 0 1 0 FAH BC 1 1 1 1 1 1 1 0 FEH C 1 1 1 1 1 1 0 0 FCH CA 1 1 1 1 1 1 0 1 FDH 以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型 因此 步进驱动控制器实际上就 是按上述的控制方式所规定的顺序送脉冲序列 即可实现驱动步进电机三相六拍方式 的转动 输入顺序脉冲序列的速率就是步进电机的速率 使用 控制步进电机必须由 环形脉冲 功率放大等组成的控制系统 功率放大是驱动系统最为重要的部分 步进电机在一定转速下的转矩取决于它的 动态平均电流而非静态电流 而样本上的电流均为静态电流 平均电流越大电激励矩 越大 要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势 因而不同的场合 采取不同的的驱动方式 到目前为止 驱动方式一般有以下几种 恒压 恒压串电阻 高低压驱动 恒流 细分数等 感应子式步进电机 1 特点 感应子式与传统的反应式相比 结构上转子加有永磁体 以提供软磁材 料的工作点 而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能 因此 该电机效率高 电流小 发热低 因永磁体的存在 该电机具有较强的反电势 其自 身阻尼作用比较好 使其在运转过程中比较平稳 噪音低 低频振动小 感应子式某 8 种程度上可以看作是低速同步的电机 一个四相电机可以作四相运行 也可以作二相 运行 必须采用双极电压驱动 而反应式电机则不能如此 例如 四相 八相运行 A AB B BC C CD D DA A 完全可以采用二相八拍运行方式 不难发现其条件为 C D 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致 小功率电机一般直接接为二相 而功率大一点的电机 为了方便使用 灵活改变电机的动态特点 往往将其外部接线 为八根引线 四相 这样使用时 既可以作四相电机使用 可以作二相电机绕组串联 或并联使用 2 分类 感应子式电机以相数可分为 二相电机 三相电机 四相电机 五相电 机等 以机座号 电机外径 可分为 42BYG BYG 为感应子式步进电机代号 57BYG 86BYG 110BYG 国际标准 而像 70BYG 90BYG 130BYG 等均为国 内标准 3 步进电机的静态指标术语相数 产生不同对极 N S 磁场的激磁线圈对数 常 用 m 表示 拍数 完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用 n 表示 或指 电机转过一个齿距角所需脉冲数 以四相电机为例 有四相四拍运行方式即 AB BC CD DA AB 四相八拍运行方式即 A AB B BC C CD D DA A 步距角 对应一个脉 冲信号 电机转子转过的角位移用 表示 360 度 转子齿数 J 运行拍数 以常规 二 四相 转子齿为 50 齿电机为例 四拍运行时步距角为 360 度 50 4 1 8 度 俗称整步 八拍运行时步距角为 360 度 50 8 0 9 度 俗称半步 定位转 矩 电机在不通电状态下 电机转子自身的锁定力矩 由磁场齿形的谐波以及机械误 差造成的 静转矩 电机在额定静态电作用下 电机不作旋转运动时 电机转轴的锁 定力矩 此力矩是衡量电机体积 几何尺寸 的标准 与驱动电压及驱动电源等无关 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比 与定齿转子间的气隙有关 但过分采用减小气 隙 增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的 这样会造成电机的发热及机械噪音 4 动态指标及术语 1 步距角精度 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差 用百分 比表示 误差 步距角 100 不同运行拍数其值不同 四拍运行时应在 5 之内 八 拍运行时应在 15 以内 2 失步 电机运转时运转的步数 不等于理论上的步数 称之为失步 9 3 失调角 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度 电机运转必存在失调角 由失 调角产生的误差 采用细分驱动是不能解决的 4 最大空载起动频率 电机在某种驱动形式 电压及额定电流下 在不加负载 的情况下 能够直接起动的最大频率 5 最大空载的运行频率 电机在某种驱动形式 电压及额定电流下 电机不带 负载的最高转速频率 6 运行矩频特性 电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲 线称为运行矩频特性 这是电机诸多动态曲线中最重要的 也是电机选择的根本依据 如下图所示 其它特性还有惯频特性 起动频率特性等 电机一旦选定 电机的静 力矩确定 而动态力矩却不然 电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流 而非 静态电流 平均电流越大 电机输出力矩越大 即电机的频率特性越硬 如下图所 示 其中 曲线 3 电流最大 或电压最高 曲线 1 电流最小 或电压最低 曲线与负 载的交点为负载的最大速度点 要使平均电流大 尽可能提高驱动电压 使采用小电 感大电流的电机 7 电机的共振点 步进电机均有固定的共振区域 二 四相感应子式的共振区一 般在 180 250pps 之间 步距角 1 8 度 或在 400pps 左右 步距角为 0 9 度 电机驱 动电压越高 电机电流越大 负载越轻 电机体积越小 则共振区向上偏移 反之亦 然 为使电机输出电矩大 不失步和整个系统的噪音降低 一般工作点均应偏移共振 区较多 8 电机正反转控制 当电机绕组通电时序为 AB BC CD DA 或 时为正转 通电 时序为 DA CD BC AB 或 时为反转 3 1 2 等效转动惯量计算等效转动惯量计算 计算简图见图 1 3 传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量可由下 2 Jkg cm 式进行计算 3 1 2 01 12 2 2 MS LzG JJJJJ zg 10 式中 步进电机转子转动惯量 J 2 kg cm 传动滚轴的转动惯量 1 J 2 J 2 kg cm 342 111 0 78 100 0034JdLkg cm 342 222 0 78 100 014JdLkg cm 342 0 78 101450 082 s Jkg cm 98GN 代入上式 2 01 12 2 2 MS LzG JJJJJ zg 2 0 053kg cm 考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题 0 028 M JJ 满足惯量匹配的要求 3 1 3 电机力矩的计算电机力矩的计算 机械手在不同的工况下 所需转动力矩不同 下面分别按各阶段进行计算 1 快速空载起动力矩 M起 在快速空载起动阶段 加速力矩占的比例较大 具体计算公式如下 3 2 max0af MMMM 起 3 3 2 2 maxmax max 210 10 60 60 2 a a a nn MJJJ t t 3 4 max max 0 360 b p V n 上式中传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量J 2 kg cm 电机最大角加速度 2 rad s 电机最大转速 max n min r 运动部件最大快进速度 max V min mm 脉冲当量 p mm 步 11 步进电机步距角 b o 运动部件从停止起动加速到最大速度所需时间 a t s max max 0 360 b p V n 180001 5 7500 min 0 01360 r 起动加速时间60 a tms 2 2 maxmax max 210 10 60 60 2 a a a nn MJJJ t t 8 562Ncm 摩擦力矩 f MNcm 3 5 00 2 f F L M i 上式中导轨的摩擦力 0 F N 3 6 0 1 2 Ff G 导轨摩擦系数 f f 运动部件总重量G N 传动链总效率 一般取 0 7 0 85 0 1 2 Ff G 7 36N 折算到电机上的摩擦力矩 f MNcm 3 7 00 2 f F L M i 0 32Ncm 附加摩擦力矩 0 M 3 8 2 00 00 1 2 P F L M i 由公式 2 00 00 1 2 P F L M i 12 0 2 0 2 1 1 3 1 2 m Fl z z 0 037Ncm 折算到电机轴上的轴向负载力矩 t M 0 0 2 t t Fl M i Ncm 上述三项合计 max0af MMMM 起 19 34Ncm 2 快速起动所需力矩 M快 3 9 0f MMM 快 0 59Ncm 3 最大负载所需力矩 M负 3 10 0ft MMMM 负 0 52Ncm 从上面计算可以看出 三钟工况下 以快速空载起动所需力矩M起M快M负 最大 以此项作为初选步进电机的依据 从 数控机床课程设计指导书 表 4 24 查出 当步进电机为三相六拍时 max 0 831 q j M M 最大静力矩 maxj M19 34Ncm 13 3 23 2 带传动设计选型带传动设计选型 3 2 1 带传动简介带传动简介 带传动是利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动 根据 传动原理的不同 有靠带与带轮间的摩擦力传动的摩擦型带传动 也有靠带与带轮上 的齿相互啮合传动的同步带传动 带传动具有结构简单 传动平稳 能缓冲吸振 可以在大的轴间距和多轴间传递 动力 且其造价低廉 不需润滑 维护容易等特点 在近代机械传动中应用十分广泛 摩擦型带传动能过载打滑 运转噪声低 但传动比不准确 滑动率在 2 以下 同步 带传动可保证传动同步 但对载荷变动的吸收能力稍差 高速运转有噪声 带传动除 用以传递动力外 有时也用来输送物料 进行零件的整列等 带传动的结构构成 带传动通常由主动轮 从动轮和张紧在两轮上的环形带组成 带传动工作时所受的应力有 1 由紧边和松边拉力产生的应力 2 由离心力产生的应力 3 带在带轮上弯曲产生的弯曲应力 基本分类 根据用途不同 有一般工业用传动带 汽车用传动带 农业机械用传 动带和家用电器用传动带 摩擦型传动带根据其截面形状的不同又分平带 V 带和特 殊带 多楔带 圆带 等 传动带的种类通常是根据工作机的种类 用途 使用环境和各种带的特性等综合 选定 若有多种传动带满足传动需要时 则可根据传动结构的紧凑性 生产成本和运 转费用 以及市场的供应等因素 综合选定最优方案 14 图图 3 13 1 平型带的传动形式平型带的传动形式 平型带传动工作时带套在平滑的轮面上 借带与轮面间的摩擦进行传动 传动型 式有开口传动 交叉传动和半交叉传动等 分别适应主动轴与从动轴不同相对位置和 不同旋转方向的需要 平型带传动结构简单 但容易打滑 通常用于传动比为 3 左右 的传动 平型带有胶带 编织带 强力锦纶带和高速环形带等 胶带是平型带中用得最多 的一种 它强度较高 传递功率范围广 编织带挠性好 但易松弛 强力锦纶带强度 高 且不易松弛 平型带的截面尺寸都有标准规格 可选取任意长度 用胶合 缝合 或金属接头联接成环形 高速环形带薄而软 挠性好 耐磨性好 且能制成无端环形 传动平稳 专用于高速传动 三角带传动 三角带传动工作时带放在带轮上相应的型槽内 靠带与型槽两壁面的 摩擦实现传动 三角带通常是数根并用 带轮上有相应数目的型槽 用三角带传动时 带与轮接触良好 打滑小 传动比相对稳定 运行平稳 三角带传动适用于中心距较短和 较大传动比 7 左右 的场合 在垂直和倾斜的传动中也能较好工作 此外 因三角带数 根并用 其中一根破坏也不致发生事故 三角胶带是三角带中用得最多的一种 它是由强力层 伸张层 压缩层和包布层 制成的无端环形胶带 强力层主要用来承受拉力 伸张层和压缩层在弯曲时起伸张和 压缩作用 包布层的作用主要是增强带的强度 三角胶带的截面尺寸和长度都有标准 规格 此外 尚有一种活络三角带 它的截面尺寸的标准与三角胶带相同 而长度规格 不受限制 便于安装调紧 局部损坏可局部更换 但强度和平稳性等都不如三角胶带 三角带常多根并列使用 设计时可按传递的功率和小轮的转速确定带的型号 根数和 带轮结构尺寸 15 图图 3 23 2 同步齿形带传动同步齿形带传动 同步齿形带传动 这是一种特殊的带传动 带的工作面做成齿形 带轮的轮缘表面 也做成相应的齿形 带与带轮主要靠啮合进行传动 同步齿形带一般采用细钢丝绳作 强力层 外面包覆聚氯脂或氯丁橡胶 强力层中线定为带的节线 带线周长为公称长 度 带的基本参数是周节 p 和模数 m 周节 p 等于相邻两齿对应点间沿节线量得的尺 寸 模数 m p 中国的同步齿形带采用模数制 其规格用模数 带宽 齿数表示 与普通带传动相比 同步齿形带传动的特点是 1 钢丝绳制成的强力层受载后变形极小 齿形带的周节基本不变 带与带轮间无相 对滑动 传动比恒定 准确 2 齿形带薄且轻 可用于速度较高的场合 传动时线速度可达 40 米 秒 传动比 可达 10 传动效率可达 98 3 结构紧凑 耐磨性好 4 由于预拉力小 承载能力也较小 制造和安装精度要求甚高 要求有严格的 中心距 故成本较高 同步齿形带传动主要用于要求传动比准确的场合 如计算机中 的外部设备 电影放映机 录像机和纺织机械等 带传动的功率损失有 1 滑动损失 摩擦型带传动工作时 由于带轮两边的拉力差及其相应的变形差形 成弹性滑动 导致带与从动轮的速度损失 弹性滑动率通常在 1 2 之间 严重滑动 特别是过载打滑 会使带的运动处于不稳定状态 效率急剧降低 磨损加剧 严重影 响带的寿命 滑动损失随紧 松边拉力差的增大而增大 随带体弹性模量的增大而减 小 16 2 内摩擦损失 带在运行中的反复伸缩 在带轮上的挠曲会使带体内部产生摩擦 引起功率损失 内摩擦损失随预紧力 带厚与带轮直径比的增加而增大 减小带的拉 力变化 可减小其内摩擦损失 3 带与带轮工作面的粘附性以及 V 带楔入 退出轮槽的侧面摩擦损失 图图 3 33 3 带传动带传动 4 空气阻力损失 高速运行时 运行风阻引起的功率损失 其损失与速度的平方 成正比 因此设计高速带传动时 应减小带的表面积 尽量用厚而窄的带 带轮的轮 辐表面应平滑 如用椭圆轮辐 或用辐板以减小风阻 5 轴承摩擦损失 轴承受带拉力的作用 是引起功率损失的重要因素之一 综合 上述损失 带传动的效率约在 80 98 范围内 进行传动设计时 根据带的种类选取 1 优点 传动平稳 结构简单 成本低 使用维护方便 有良好的挠性和弹 性 过载打滑 2 缺点 传动比不准确 带寿命低 轴上载荷较大 传动装置外部尺寸大 效率低 因此 带传动常适用于大中心距 中小功率 带速 v 5 25m s i 7 的情况 使用和维护 注意事项 1 安装 减小中心距 松开张紧轮 装好后再调整 2 V 带注意型号 基准长度 3 两带轮中心线平行 带轮断面垂直中心线 主 从动轮的槽轮在同一平面内 轴与轴端变形要小 4 定期检查 不同带型 不同厂家生产 不同新旧程度的 V 带不易同组使用 5 保持清洁 避免遇酸 碱或油污使带老化 17 3 2 2 带传动计算带传动计算 1 确定计算功率 由 机械设计 第 108 页表 7 7 查得工作情况系数 1 2 电机带动砂轮切割 A K 铁棒 载荷性质为载荷变动较大 则功率为 3 11 6 332 1 PKP Aca 2 初选带的型号 根据和 由 机械设计 书中第 108 页图 7 14 初选 A 型普通 V 带 ca P 1 n 3 确定带轮的基准直径和 1d d 2d d 1 由 机械设计 第 109 页表 7 8 查得 A 型 75mm 考虑到带轮太小 其弯 mind d 曲应力过大 所以要使 取 150 1d d mind d 1d d 2 验算带的速度 m s 3 12 6 22 10060 2840150 10060 11 nd V d 因为 5m s 22 6m s 25m s 带速符合要求 3 计算 2d d 3 13 1 2 1 2dd d n n d 由于电机转速与砂轮转速基本同步 选速比 1 则 2 1 nn 150 mm 2d d 1d d 4 确定中心距和带的基准长度 1 初选中心距 由 0 7 2 考虑到结构要求 初选 900 mm 1d d 2d d 0 a 1d d 2d d 0 a 18 3 14 0 2 12 120 4 2 2 a dd ddaL dd ddd 9004 150150 150150 2 9002 2 mm2270 由 机械设计 第 96 页表 7 2 取带的标准基准长度 mm2000 d L 2 最后确定中心距 mm765 2 22702000 900 2 0 dd LL aa 则 mm7352000015 0 765015 0 min d Laa mm8252000030 0 765030 0 max d Laa 最后取 mm 825 735 a 5 验算带轮包角 3 15 60180 12 1 a dd dd 60 765 150150 180 合适 120180 6 确定带的根数 3 16 0 P P z ca 其中 KPKKPP La 000 1 1 10 i b K nKP 由 机械设计 第 107 页表 7 5 查得弯曲影响系数 3 1003 1 b K 19 1 150 150 1 2 d d d d i 由 机械设计 第 107 页表 7 5 查得传动比系数05 1 i K kw0 0 1 1 1 28801003 1 3 0 P 由 机械设计 第 107 页表 7 6 查得包角系数1 a K 由 机械设计 第 106 页表 7 4 查得长度系数03 1 L K 采用非化纤结构的普通带 取材质系数75 0 K 由 机械设计 第 105 页图 7 13 查得 kw 2 2 0 P kw 7 175 0 03 1 12 2 0 P 12 2 7 1 6 3 0 P P z ca 取根 4 z 7 确定单根带的初拉力 3 17 2 0 1 5 2 500qv Kvz P F a ca 由 机械设计 第 96 页表 7 1 查得1 0 q N 3 18 91 6 221 0 1 0 1 5 2 3 6 22 6 3 500 2 0 F 8 计算带对轴的压力 N 3 19 546 2 180 sin3912 2 sin2 1 0 zFQ 9 带轮的设计 1 带轮的设计要求 设计带轮时应满足的要求有 质量小 结构工艺性好 无过大的铸造应力 质量 分布均匀 转速高时经过动平衡 轮槽工作面加工精细 以减小带的磨损 各槽的尺 寸和角度保持一定的精度 以使载荷分布均匀 4 20 2 带轮的材料 带轮的材料主要采用铸铁 常用材料的牌号为 HT150 或 HT200 转速较高时宜采 用铸钢 或用钢板冲压后焊接而成 在本次设计中 采用了比较常见的 HT150 5 3 带轮的结构尺寸 由于带轮的基准直径 轴的直径 根据带轮的选择原则 mmdd150 mmd30 即当 时采用腹板式结构 铸造带轮的结构如图 1 2 所示 mmdd d 3000 3 5 2 3 3 电机的选取电机的选取 电机 俗称 马达 是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装 置 电动机也称 俗称马达 在电路中用字母 M 旧标准用 D 表示 它的主要 作用是产生驱动转矩 作为用电器或各种机械的动力源 发电机在电路中用字母 G 表示 电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置 电动机也称 俗称马达 在电路中用字母 M 旧标准用 D 表示 它的主要作用是产生驱动 转矩 作为用电器或各种机械的动力源 发电机在电路中用字母 G 表示 它的主要作用是利用机械能转化为电能 目前 最常用的是 利用热能 水能等推动发电机转子来发电 随着风力发电技术的日趋成 熟 风电也慢慢走进我们的生活 变压器 在有的书上称之为静止的电机 从电机的定义发现 这么说也有它的道 理的 电机分为 静止电机 和 旋转电机 静止电机 变压器 旋转电机 电动机 变压器是一种静止电机 它应用电磁感应原理 可将一种电压的电能转换为另一 种电压的电能 一般是交流电 从电力的生产 输送 分配到各用电户 采用着各式 各样的变压器 首先 从电力系统来讲 变压器就是一种主要设备 我们知道 要将 大功率的电能输送到很远的地方去 再用较低的电压即相应的大电流来传输是不可能 21 的 这是由于 一方面 大电流将在输电线上引起大的功率损耗 另一方面 大电流 还将在输电线上引起较大的电压降落 致使电能根本送不出去 为此 需要变压器来 将发电机的端电压升高 相应的电流便可减小 变压器的简介 变压器的功能主要有 电压变换 电流变换 阻抗变换 隔离 稳压 磁饱和变压器 自耦变压器 高压变压器 干式和油浸式 等 变压器常用的 铁芯形状一般有 E 型和 C 型铁芯 XED 型 ED 型 CD 型 变压器按用途可以分为 配电变压器 电力变压器 全密封变压器 组合式变压 器 干式变压器 单相变压器 电炉变压器 整流变压器 电抗器 抗干扰变压器 防雷变压器 箱式变电器 试验变压器 转角变压器 大电流变压器 励磁变压器 变压器的最基本型式 包括两组绕有导线之线圈 并且彼此以电感方式称合一起 当一交流电流 具有某一已知频率 流于其中之一组线圈时 于另一组线圈中将感应出 具有相同频率之交流电压 而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度 一般指连接交流电源的线圈称之为 一次线圈 Primary coil 而跨于此线圈的 电压称之为 一次电压 在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压 是由一 次线圈与二次线圈间的 匝数比 所决定的 因此 变压器区分为升压与降压变压器 两种 大部份的变压器均有固定的铁芯 其上绕有一次与二次的线圈 基于铁材的高导 磁性 大部份磁通量局限在铁芯里 因此 两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦 合 在一些变压器中 线圈与铁芯二者间紧密地结合 其一次与二次电压的比值几乎 与二者之线圈匝数比相同 因此 变压器之匝数比 一般可作为变压器升压或降压的 参考指标 由于此项升压与降压的功能 使得变压器已成为现代化电力系统之一重要 附属物 提升输电电压使得长途输送电力更为经济 至于降压变压器 它使得电力运 用方面更加多元化 可以这样说 没有变压器 现代工业实无法达到目前发展的现况 电子变压器除了体积较小外 在电力变压器与电子变压器二者之间 并没有明确 的分界线 一般提供 60Hz 电力网络之电源均非常庞大 它可能是涵盖有半个洲地区那 般大的容量 电子装置的电力限制 通常受限于整流 放大 与系统其它组件的能力 22 其中有些部份属放大电力者 但如与电力系统发电能力相比较 它仍然归属于小电力 之范围 隔离变压器 各种电子装备常用到变压器 理由是 提供各种电压阶层确保系统正 常操作 提供系统中以不同电位操作部份得以电气隔离 对交流电流提供高阻抗 但对 直流则提供低的阻抗 在不同的电位下 维持或修饰波形与频率响应 阻抗 其中之 一项重要概念 亦即电子学特性之一 其乃预设一种设备 即当电路组件阻抗系从一 阶层改变到另外的一个阶层时 其间即使用到一种设备 变压器 变压器又有其做试验而用的 是试验变压器 分别可以分为充气式 油浸式 干 式等试验变压器 是发电厂 供电局及科研单位等广大用户的用来做交流耐压试验的 基本试验设备 通过了国家质量监督局的标准 用于对各种电气产品 电器元件 绝缘 材料等进行规定电压下的绝缘强度试验 变压器 利用电磁感应原理 从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一 种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件 图图 3 43 4 电机电机 电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置 电动机也称 俗称马达 在电路中用字母 M 旧标准用 D 表示 它的主要作用是产生驱动 转矩 作为用电器或各种机械的动力源 直流电动机的工作原理 导体受力的方向用左手定则确定 这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩 这 个力矩在旋转电机里称为电磁转矩 转矩的方向是逆时针方向 企图使电枢逆时针方 23 向转动 如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩 例如由摩擦引起的阻转矩以及其 它负载转矩 电枢就能按逆时针方向旋转起来 直流电机的原理结构 直流电动机是依靠直流工作电压运行的电动机 广泛应用于收录机 录像机 影 碟机 电动剃须刀 电吹风 电子表 玩具等 1 电磁式直流电动机 电磁式直流电动机由定子磁极 转子 电枢 换向器 俗 称整流子 电刷 机壳 轴承等构成 电磁式直流电动机的定子磁极 主磁极 由铁心和励磁绕组构成 根据其励磁 旧标准称为激磁 方式的不同又可分为串励直流电动机 并励直流电动机 他励直 流电动机和复励直流电动机 因励磁方式不同 定子磁极磁通 由定子磁极的励磁线 圈通电后产生 的规律也不同 串励直流电动机的励磁绕组与转子绕组之间通过电刷和换向器相串联 励磁电流 与电枢电流成正比 定子的磁通量随着励磁电流的增大而增大 转矩近似与电枢电流 的平方成正比 转速随转矩或电流的增加而迅速下降 其起动转矩可达额定转矩的 5 倍以上 短时间过载转矩可达额定转矩的 4 倍以上 转速变化率较大 空载转速甚高 一般不允许其在空载下运行 可通过用外用电阻器与串励绕组串联 或并联 或 将串励绕组并联换接来实现调速 并励直流电动机的励磁绕组与转子绕组相并联 其励磁电流较恒定 起动转矩与 电枢电流成正比 起动电流约为额定电流的 2 5 倍左右 转速则随电流及转矩的增大 而略有下降 短时过载转矩为额定转矩的 1 5 倍 转速变化率较小 为 5 15 可通 过消弱磁场的恒功率来调速 直流电动机的励磁绕组接到独立的励磁电源供电 其励磁电流也较恒定 起动转 矩与电枢电流成正比 转速变化也为 5 15 可以通过消弱磁场恒功率来提高转速或 通过降低转子绕组的电压来使转速降低 直流电动机的定子磁极上除有并励绕组外 还装有与转子绕组串联的串励绕组 其匝数较少 串联绕组产生磁通的方向与主绕组的磁通方向相同 起动转矩约为额 定转矩的 4 倍左右 短时间过载转矩为额定转矩的 3 5 倍左右 转速变化率为 25 30 与串联绕组有关 转速可通过消弱磁场强度来调整 24 换向器的换向片使用银铜 镉铜等合金材料 用高强度塑料模压成 电刷与换向 器滑动接触 为转子绕组提供电枢电流 电磁式直流电动机的电刷一般采用金属石墨 电刷或电化石墨电刷 转子的铁心采用硅钢片叠压而成 一般为 12 槽 内嵌 12 组电 枢绕组 各绕组间串联接后 再分别与 12 片换向片连接 图图 3 53 5 永磁实体永磁实体 永磁式直流电动机也由定子磁极 转子 电刷 外壳等组成 定子磁极采用永磁 体 永久磁钢 有铁氧体 铝镍钴 钕铁硼等材料 按其结构形式可分为圆筒型和瓦 块型等几种 录放机中使用的电多数为圆筒型磁体 而电动工具及汽车用电器中使用 的电动机多数采用专块型磁体 转子一般采用硅钢片叠压而成 较电磁式直流电动机转子的槽数少 录放机中使 用的小功率电动机多数为 3 槽 较高档的为 5 槽或 7 槽 漆包线绕在转子铁心的两槽 之间 三槽即有三个绕组 其各接头分别焊在换向器的金属片上 电刷是连接电源与 转子绕组的导电部件 具备导电与耐磨两种性能 永磁电动机的电刷使用单性金属片 或金属石墨电刷 电化石墨电刷 录放机中使用的永磁式直流电动机 采用电子稳速电路或离心式稳速装置 2 无刷直流电动机 无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的 即用电子开关器件代 替传统的接触式换向器和电刷 它具有可靠性高 无换向火花 机械噪声低等优点 广泛应用于高档录音座 录像机 电子仪器及自动化办公设备中 无刷直流电动机由永磁体转子 多极绕组定子 位置传感器等组成 位置传感按 转子位置的变化 沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流 即检测转子磁极相对定 25 子绕组的位置 并在确定的位置处产生位置传感信号 经信号转换电路处理后去控制 功率开关电路 按一定的逻辑关系进行绕组电流切换 定子绕组的工作电压由位置传 感器输出控制的电子开关电路提供 位置传感器有磁敏式 光电式和电磁式三种类型 采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机 其磁敏传感器件 例如霍尔元件 磁 敏二极管 磁敏诂极管 磁敏电阻器或专用集成电路等 装在定子组件上 用来检测 永磁体 转子旋转时产生的磁场变化 采用光电式位置传感器的无刷直流电动机 在定子组件上按一定位置配置了光电 传感器件 转子上装有遮光板 光源为发光二极管或小灯泡 转子旋转时 由于遮光 板的作用 定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号 采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机 是在定子组件上安装有电磁传感器部 件 例如耦合变压器 接近开关 LC 谐振电路等 当永磁体转子位置发生变化时 电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号 其幅值随转子位置而变化 交流异步电动机 交流异步电动机是领先交流电压运行的电动机 广泛应用于电风扇 电冰箱 洗 衣机 空调器 电吹风 吸尘器 油烟机 洗碗机 电动缝纫机 食品加工机等家用 电器及各种电动工具 小型机电设备中 交流电异步电动机分为感应电动机和交流换向器电动机 感应电动机又分为单相 异步电动机 交直流两用电动机和推斥电动机 电机的转速 转子转速 小于旋转磁场的转速 从而叫为异步电机 它和感应电 机基本上是相同的 s ns n ns s 为转差率 ns 为磁场转速 n 为转子转速 基本原理 1 当三相异步电机接入三相交流电源时 三相定子绕组流过三相对称电流产生的 三相磁动势 定子旋转磁动势 并产生旋转磁场 2 该旋转磁场与转子导体有相对切割运动 根据电磁感应原理 转子导体产生感应 电动势并产生感应电流 26 3 根据电磁力定律 载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用 形成电磁转矩 驱动转子旋转 当电动机轴上带机械负载时 便向外输出机械能 异步电机是一种交流电机 其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系 还随着负载的大小发生变化 负载转矩越大 转子的转速越低 异步电机包括感应电 机 双馈异步电机和交流换向器电机 感应电机应用最广 在不致引起误解或混淆的 情况下 一般可称感应电机为异步电机 普通异步电机的定子绕组接交流电网 转子绕组不需与其他电源连接 因此 它 具有结构简单 制造 使用和维护方便 运行可靠以及质量较小 成本较低等优点 异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性 从空载到满载范围内接近恒速运行 能满足大多数工农业生产机械的传动要求 异步电机还便于派生成各种防护型式 以 适应不同环境条件的需要 异步电机运行时 必须从电网吸取无功励磁功率 使电网 的功率因数变坏 因此 对驱动球磨机 压缩机等大功率 低转速的机械设备 常采 用同步电机 由于异步电机的转速与其旋转磁场转速有一定的转差关系 其调速性能 较差 交流换向器电动机除外 对要求较宽广和平滑调速范围的交通运输机械 轧机 大型机床 印染及造纸机械等 采用直流电机较经济 方便 但随着大功率电子器件 及交流调速系统的发展 目前适