全自动冲孔机的设计研究 毕业设计

全自动冲孔机的设计研究0第一章绪论11全自动冲孔机的国内外研究现状及发展趋势日新月异的高新技术，带动新材料、新设计、新工艺不断推陈出新，作为现代化机械中的冲孔机，也以不断创新的先进技术和全新的面貌出现在用户面前。目前两大品类（有孔、无孔）的冲孔机中，都采用了现代电子技术，如票据自动冲孔机采用的票据打孔设备是采用PLC控制伺服系统进行票据自动定位，具有定位精度高、生产效率高的特点15。全自动打孔冲孔机中的自动调整、打孔、成型、灯光指示、自动报警、自动排屑等，构成了手动、半自动、自动化产品系统；为了服务于不同用户的需要，小到个人用的经济型订书机，大至机关、企事业单位用的全自动专业冲孔机，都配套完备；面对不同用途，金属、铁圈、胶圈、螺旋圈（金属、塑料），或圆钮、打孔、无孔热熔等各种冲孔机应有尽有；对不同行业、不同业务、不同场合乃至不同零件及其厚度的需要，有专门设计的轻巧型的、办公室用的、专业用的、票据用的、工厂用的产品等，各种冲孔机种类齐全；对于刻意追求形象美观、色泽鲜艳、设计独具个性的用户，现代冲孔机也一改过去的老面孔，出现了各种颜色、多种造型、创意新颖、功能“二合一”、材料多样的装饰型冲孔机。总之，适应时代潮流，适应市场需要，适应用户“上帝”的意愿，冲孔机正向着产品多样化、系列化、功能化、操作简单化、自动化、价位多元化方向发展。目前，我国冲孔机市场也在向国际市场接轨，世界知名的办公及工厂设备厂商如法国宝、彪马、亚大力、美连、意必高、利宝等公司产品相继进入我国市场，欧美的、日本的及我国大陆、香港特别行政区、澳门特别行政区、台湾省产的冲孔机，各式各样品种不断推陈出新并展示于中国市场，使广大用户大开眼界，领略各种新潮风格的产品。在日常生产和生活中，冲孔工作随处可见，这样的设备也多种多样，但集送料和冲孔功能于一身的联合冲孔，迄今为止在相关文献发表还不多见。基于此种情况，我这次设计的全自动冲孔机将送料和冲孔功能集于一身，很好的解决了以前的人工送料问题，使结构流程得到很好的简化及缩短，提高了生产效率及工作环境的安全性能，力求做到环保及节省资源的效果，使得冲孔的效率全自动冲孔机的设计研究1大大的提高。12课题的来源、研究的目的及意义随着市场经济的繁荣，商业活动的效率越来越高，机械日趋成为重要的行业，而机械行业中的零部件如保险管帽孔的冲孔又变得非常重要，但由于传统的保险管帽孔的冲制是由工人将工件一件一件放置在冲孔模具上，然后冲压机动作完成冲孔，工人再取出工件。该法结构简单，但效率低，成本高，易发生事故12。正是基于上序情况，本课题根据社会的需求将设计出新型的全自动冲孔机。此设计的目的和意义主要是解决传统的的人工上料、取料问题，采用传输装置全自动送料，减少人工压紧工件、劳动强度大、安全可靠性差及模具容易损坏等问题，避免工伤事故；其次是在满足冲孔精度的条件下节省原材料及成本。13本设计的主要工作在一台现代化的机器中,常会包含着机械、电气、液压、润滑、冷却、信号、控制、检测等系统的部分或全部,但是机器的主体,仍然是它的机械系统。无论分解哪一台机器，它的机械系统总是由一些机构组成；每个机构又是由许多零件组成。所以，机器的基本组成要素是机械零件。本次设计的主要工作是在认真分析目前已经得到广泛运用的几种冲孔机的优缺点之后，结合我国目前的保险管帽孔的生产状况，设计出了一台比较先进的全自动冲孔机。要求设计的为保险管帽上冲孔的全自动冲孔机，结构简单，该机要求能在外径为359MM，壁厚为02MM的保险管帽（如图11）上自动冲出直径为08MM的小孔，孔对零件中心的偏差不能超过001MM，且每秒冲3件。全自动冲孔机的设计研究2图11保险管帽针对设计的要求，决定该冲孔机的设计思路为采用振动料斗自动送料的机构，从料斗出来的加工零件进入分度盘，而分度盘由不完全齿轮带动，分度盘的的旋转使加工零件准确的进入凹模部位等待加工；送料的同时由电动机带动偏心轮轴旋转，偏心轮带动滚动轴承及上模座运动，而上模座的运动使使凸模的冲头完成冲孔任务，偏心轮轴的另外一端装锥齿轮，锥齿轮之间的传动带动不完全齿轮轴运动，不完全齿轮带动分度盘运动，如此循环。根据设计思路，本次设计主要要完成的工作为1、系统总体方案的设计；2、电动机的选择；3、偏心轮机构的设计；4、不完全齿轮机构的设计；5、锥齿轮的设计；6、轴与零部件的设计；7、模具的设计；全自动冲孔机的设计研究3第二章系统总体方案的设计21总体方案的确定由于保险管帽的冲的孔径较小，要求精度高。又由于传统的冲孔是工人将工件一件一件的放置在冲孔模具上，然后冲压机动作完成冲孔，工人再取出工件，该法结构简单，但效率低，成本高，易发生事故。所以本次设计的任务是设计出一台全新的全自动冲孔机，要求自动送料、冲孔与一体。近些年来，国内一些工厂和研究单位在开发冲孔机械上做了许多工作，也取得了一定的进展。从控制方式上来分大体可总结为PLC（可编程控制器）伺服系统步进电机或不完全齿轮系统弹性阻尼装置异步电动机。PLC（可编程控制器）伺服系统步进电机控制具有定位精度高、生产效率高的特点。此控制设计出来的全自动冲孔机能实现全自动操作的功能，生产效率同普通人工送料机相比增加了90，节约人力资源50。但是此机设计出来占用较大的空间，且要求操作严格及维修费用制造费用较高，不太适合小型企业的使用及制造，耗电较。18大不完全齿轮系统弹性阻尼装置异步电动机控制的全自动冲孔机具有结构较简单，外形美观大方，结构合理，占地面积少，能精确的完成自动冲孔任务，要求人员操作的技术水平较低且操作便捷，整台机器耗电量少，价格相对比较便宜，劳动生产率相对普通的人工送料机提高2倍左右。但是此机器加工的产品效率较低，使用年限较短，适合小型企业制造及使。16用综上所述，结合所需公司的特点和借鉴其他全自动冲孔机的优缺点，通过对二种冲孔机控制方案的反复论证，确定本冲孔机的控制采用不完全齿轮系统弹性阻尼装置控制，以三相电动机为动力，模具冲头为工作执行部件，振动料斗为送料部件。利用电动机带动主轴及偏心轮而实现冲孔的总体设计方案。确定传动方案，方案简图如下（图21所示）全自动冲孔机的设计研究4（A）（B）图21方案简图比较2种传动方案，方案A采用无级变速电动机带动主轴旋转进行冲孔，方案（B）采用Y型电动机带动，采用齿轮减速器减速来达到冲孔的额定转速。比较方案（A）跟（B），显然方案（A）简单方便，占地面积少，结构紧凑、传动效率高、使用维护方便、工艺及经济合理，使用于轴受力较小的传动。方案（B）采用Y型电动机，因为Y型电动机的转速都比较高，而要求的电动机转速比较小，且采用齿轮减速，增加了成本以及使机构不紧凑，不方便安装加工，占地面积较方案（A）大，适合轴传动受力较大的机构。因为此次冲的孔为小孔，轴受力不大，所以经过比较确定方案（A）为最终方案。全自动冲孔机的设计研究522工作原理和创新之处221工作原理全自动冲孔机的机械结构简图（如图22）图22机械结构简图1振动料斗2料斗斜槽3不完全主动齿轮4不完全从动齿轮5分度盘6凸模7冲孔模具8工作台9电机固定板L0电机11联轴器L2主轴L3轴承座L4轴承L5偏心轮L6、L8锥齿轮L7轴全自动冲孔机的设计研究6全自动冲孔机的系统的工作原理简述如下启动调节冲孔开关，电机开始转动。通过联轴器，凸轮轴轴带动凸轮和锥齿轮旋转。偏心轮带动轴承座，轴承，模具的上模部分运动，当冲孔时，偏心轮给予向前的位移，模具卸料板内的弹簧压缩，凸模完成冲孔；当卸料时，卸料板内弹簧伸长，凸模向后运动，卸料板卸掉已冲好的保险管帽。两锥齿轮啮合改变运动方向，锥齿轮轴旋转。轴带动不完全主动齿轮，不完全从动齿轮和固定在不完全从动齿轮上的分度盘作旋转运动。主轴旋转一周，不完全从动齿轮转1/4周，这样可以把振动料斗出来的有序料一个一个地送到凹模上。主轴旋转一周冲一个保险管帽，从而实现自动冲孔。完成全自动冲孔任务先启动振动料斗开关，振动料斗开始振动送料，经过料斗斜槽后进入料嘴。料嘴与分度盘的料槽相连，来料（保险管帽）恰好每次只有一个进入分度盘料槽。全自动冲孔机的设计研究7222创新之处（1）采用不完全齿轮机构（如图32所示）作为间隙运动机构，当主动齿轮1转一周时，从动齿轮2转四分之一周，从动齿轮每转停歇四次。当从动齿轮停歇时，主动齿轮上的锁止弧与从动齿轮上的锁止弧互相配合锁住，以保证从动齿轮停歇在锁定位置。当电机高速旋转不完全齿轮机构（如图23所示）时，主动齿轮角速度增大，从动齿轮的角速度亦增大，运转中惯性力增大，此时容易发生齿轮间卡死。为此我们在系统中增加了弹性阻尼系统（如图24所示）。通过调节弹簧弹力大小来克服齿轮的惯性力。如需在高速下运行，齿轮的惯性力较大，则弹簧的弹力应加大，反之，则弹力应减小。从而保证不完全齿轮能够在高速中正常运行。图23不完全齿轮机构（2）此机构利用冲孔模具的导向作用，省去了冲床的滑块机构；因冲裁力较小，省去了冲床的飞轮机构，因而整个机构得到简化，加工方便。（3）模具通常垂直安装在冲床上完成冲压任务。而本机构利用现有模架，并且考虑到从振动料斗出来的保险管帽是水平的，应而将冲孔模具水平放置即水平方向完成冲孔任务。（4）此机构自身就是一部小冲床和送料机构，解决了占用其它冲床的矛盾。全自动冲孔机的设计研究8（5）通过采用不完全齿轮和分度盘及弹性阻尼装置在同一变速电机的驱动下与冲孔实现时间上的精准配合使该冲孔机实现了真正的全自动冲孔，不再是以往生产的半自动手工送料，安全省力且提高了送料精度。图24弹性阻尼系统（6）以往采用的冲床功率较大，生产中耗电量大，成本较高。本机构消耗功率500W，大大节省能源，降低成本。（7）本设计采用无级电机变速代替以前复杂的传动及变速装置，它可以任意调节冲孔速度并减少了大量的传动和变速装置使机构结构紧凑、占地面积小且传动效率高、使用维护方便、工艺及经济合理，以往采用的冲床功率较大，采用且对于生产中耗电量大，成本较高的问题，本机构消耗功率500W，大大节省能源，降低成本。全自动冲孔机的设计研究9第三章电动机的选择31电动机的类型经查阅相关资料，得到无极变速电动机的类型主要有冶金及起重用变频调速三相异步电动机、电磁调速三相异步电动机、变频调速三相异步电动机等。其主要特点和应用场合如下（表31）表413名称特点和应用场合YTSZ冶金及起重用变频调速三相异步电动机冶金及起重用变频调速三相异步电动机，是在YTSP系列变频调速三相异步电动机的基础上，根据冶金及起重用三相异步电动机的使用特点而开发的系列产品。开发中综合了生产冶金及起重用直流电动机和交流电梯电机的丰富经验，以及对交流变频调速的研究成果，电机的电磁设计、结构设计和绝缘系统设计既考虑了对变频电源供电和宽范围变频调速的适应能力，又体现了冶金及起重用三相异步电动机过载能力大、机械强度高的特点。与变频调速良好的起、制动功能相结合，特别适用于采用变频调速、短时或断续周期运行、频繁起动和制动的场合。电机基本技术条件符合IEC600341和GB755国际和国家标准的规定，安装尺寸符合IEC72国际标准YCT电磁调速三相异步电动机YCT电磁调速电动机是机械工业部组织设计的Y系列异步电动机的主要派生系列。电磁调速电动机由拖动电机Y系列电动机。电磁转差离合器和控制器三部份组成，可用于恒转距负载场合，特别适宜在递减转矩负载中使用例如离心式水泵和风机、有较明显的节能效果。YCT系列电磁调速电机能在规定的调速范围内均匀地、连续地无级调速、并能输出全自动冲孔机的设计研究10额定转矩，电机在运行中当负载转矩变动时可通过控制器的速度负反馈系统自动调节离合器的励磁电流，使输出转速基本上保持不变。本系列电机有全国统一的技术条件，并且外形安装尺寸，拖动电机及其它易损件全国生产厂均匀统一，可以互换。YCT系列电机的特点1、无失控区2、调速范围广，速度调节平3、具有速度负反馈自动调节系统，转速变化率小4、起动力矩大，起动平衡5、结构简单、可靠、使用维护方便6、控制功率小，并能实现多种方式控制应用范围YCT系列电磁调速电机，可用于油漆流水线，装配流水线的传输带，注塑机、印染机、印刷机、水泵、鼓风机、回转炉、拉线机、卷纸机、卷纸机、卷板机、压延机、空调设备、输送设备等全自动冲孔机的设计研究11YVP变频调速三相异步电动机YVP系列变频电机是一种交流、高效、节能型调速电动机，专为匹配变频调速设计制造，是机电一体化的调速节能新产品。与其他调速方式相比，变频调速系统特点有1、效率高、节能显著；2、调速平滑，能在5100HZ范围内无极调速3、低频起动时对负载冲击小；4、体积小、重量轻、安装尺寸和Y系列基本相同；5、起加起动设备；6、应用范围广，在50HZ以下可作动电流小不用附恒转矩运行，在50HZ以上可作恒功率运行；7、比电磁调速电机结构简单，使用可靠，维修方便。YVP变频调速三相异步电动机能够保证电机长时间低速或高速运行，是目前交流调速方案中最先进的系统之一。广泛应用于数控机床的主轴传动、纺织、化工、冶金、塑胶、轻工、造纸等行业的恒转矩、恒功率调速以及风机水泵等场合的节能调速。32电动机的选择1电动机输出功率的确定1不完全齿轮机构所需功率1095WWTNP式中T不完全齿轮惯性力矩为8NM不完全齿轮转速为N10/INR不完全齿轮机构传动效率098W所以，18346950PW2冲孔机构所需功率弹簧受压力43CKGD/8KGF/MMDN全自动冲孔机的设计研究12式中线材的钢性模数不锈钢丝；GG730线径为D2M中径为D3总圈数8N有效圈数C26则有4343CKGD/702/8602KGF/MMDN则弹簧所受力为1/5175FKLN式中模具的冲压行程。L冲孔机构所需的功率为12ZWWVVP卸式中总冲裁力为ZF397N克服弹簧的作用力1165卸料力，初步估算为卸2则有323970425WPW（）除此之外，还有导套与导柱的摩擦力,再加上传动件的功率损失，须选用以上的电动机，其选择方案由如下几种501YTSZ冶金及起重用变频调速三相异步电动机型号标称功率KW额定电流A额定转矩NM诸转转矩额定转矩转动惯量2KGM重量G安装长度MYTSZ90S41130700250003175002YCT电磁调速三相异步电动机型号拖动功率KW调速范围R/MIN额定转矩N转速变化率电源（三相交流）重量KG安装长度MYCT1124B075125012549025、50HZ53520全自动冲孔机的设计研究13380V3YVP变频调速三相异步电动机型号标称功率KW额定电流A额定转矩NM诸转转矩额定转矩转子转动惯量2KGM重量安装长度MYVP90S607525791250002922400综合考虑以上三种特点和应用范围，结合设计要求，使结构简单紧凑，成本较低，选择第三种方案，即型号为YVP90S6变频调速三相异步电动机。其结构简图（如图31）和相关安装尺寸如下图31机构简图安装尺寸标座号HABCDEFGDG90S059140100560942508720KABACADAABBHDHAL101801751553613019012400全自动冲孔机的设计研究14第四章工作机构的设计41偏心轮机构的设计411偏心轮机构的总体构思偏心轮采用滚子从动盘形偏心轮机构，直接用滚动轴承作为滚子（选用深沟球轴承），为了设计的方便采用作图法设计。先取推程运动角60远休止角S回程运动角全自动冲孔机的设计研究15近休止角180S412偏心轮基圆半径的确定为了减小偏心轮的尺寸、重量和高速转动时的不平衡，希望有尽可能小的基圆半径。移动滚子从动件盘形偏心轮机构的最小基圆半径，主要受三个条件的限制，即（1）偏心轮的基圆半径应大于偏心轮的偏心轮轴的半径；（2）保证最大压力角不超过许用压力角；MAX（3）保证偏心轮实际廊线的最小曲率半径35MM，以RMINI避免运动失真和应力集中。根据上述情况，初选偏心轮的基圆半径为265MMBR413其他尺寸的确定因为此次的冲孔的零件高度为37MM，所以设计偏心轮的行程为10MM，所以偏心轮直径为74MM，偏心轮宽度为B18MM，滚子直径为15MM，其他齿轮根据设计的偏心轮轴及运动规律确定。42不完全齿轮机构的设计421不完全齿轮机构的介绍不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮机构演化而成的一种间歇运动机构。它与普通渐开线齿轮机构不同之处是轮齿不布满整个圆周，主动轮的等速连续转动转换为从动轮的间歇运。7动全自动冲孔机的设计研究16图41不完全齿轮图41所示为一不完全齿轮机构，当主动轮1转一周时，从动轮2转1/4周，从动轮每转停歇4次。当从动轮停歇时,1上的锁止弧与2上的锁止弧互相配合锁住，以保证从动轮停歇在锁定位置。不完全齿轮机构应用广泛，与其它间隙机构相比，其动停时间比不受机构结构的限制，结构简单、制造方便，其缺点是从动轮在每次运动始末，速度均有突变,冲击较大，故一般用于低速、轻载的场合。422不完全齿轮的参数设计不完全齿轮采用45钢，主动轮调质处理，从动轮常化处理。根据进料分析，主动轮每转一周，从动轮由四工位，即从动轮得停歇数，主从动轮外圆4N直径相同。假定主动轮的实际齿数，中心距，模数，1Z78AM15压力角，齿顶高系数。20F1按表1512，由可求得12/AM12/78/5Z2从动轮的运动角360493从动轮每一个运动角中所包含的齿数2/52/413ZN全自动冲孔机的设计研究174从动轮每一个锁止弧所跨越的整周节数，2131KZ即从动轮相邻两锁止弧间的实际齿数齿槽数与相同为11个20Z5由图1567，按用插齿法求得主动轮首末齿的齿顶高系数125104F6主动轮除首、末齿以外的齿顶圆半径112/521/405ARMZF7主动轮首齿齿顶圆半径8主动轮末齿齿顶圆半径112/52041/3965AMRZF9主动轮的齿根圆半径11/2/712FFC10从动轮的齿顶圆半径22/52/405ARMZF11主动轮上首齿与末齿中心线间所夹的圆心角136036012从动轮上锁止凹圆弧半径按表1512计算得圆心在SR381SSRM主动轮轴心上。13主动轮上锁止凸圆弧直径12763SDR13主动轮首齿工作时重叠系数按表1512计算得，合格423不完全齿轮阻尼器设计在全自动打孔机中，我采用不完全齿轮机构实现分度动作，当主动轮转一11/ASF全自动冲孔机的设计研究18周时，从动轮转1/4周。然而在最初的安装、调试过程中发现，当电机转速较低时，冲孔机能正常运转，而电机转速提高时,主动齿轮角速度增大，此时很容易发生齿轮间卡死。从不完全从动齿轮的角速度变化曲线图42所示可看出为中间啮合区，在此区的啮合情况与普通渐开线完全齿轮传动相同，2B1为定角速比传动。A为开始啮合区,B为最后啮合区，在这两区角速度皆2B1有突变。在啮合终止区，角速度从正常速度突变为0,有惯性力矩产生。当电机转速提高时,从动齿轮角速度增大,在啮合终止区角加速度亦增加,惯性力矩随之增大，从而易产生齿轮间卡死。我的解决办法是在系统中增加弹性阻尼系统。弹性阻尼系统图如图43所示。不完全从动齿轮与分度盘组合体受力分析如下图42角速度变化曲线全自动冲孔机的设计研究19图43组合体受到惯性力矩和摩擦力矩的联合作用,受力图如图44所示,则组合体的转动微分方程为RFFDJNTW2式中F摩擦力FN为弹簧力R为阻尼力到组合体中心的距离。（1）组合体转动惯量的计算从动齿轮在完成一次啮合时,速度从正常转速180R/MIN变化到0，速度有突变，因而产生惯性力矩,其力矩大小为TWDJM式中J为转惯量；为角速度。组合体可分成3个简单几何形状的物体图45所示,它们对水平轴的转动惯量分别用J1，J2，J3表示，则组合体的转动惯量JJ1J2J3以分别表示各部分物体的质量、半径和厚度，则上式中,IHRMI2/1421R全自动冲孔机的设计研究202/422HRMJ333R代入数据00619MM，0039，001MM，12R3R01004MM，0008MM,0012MM，7800KG/M3,计算后HHH得24106MKGJ图44不完全主动齿轮受力图（2）平均角加速度的计算当主动齿轮的最后一个齿与从动齿轮的末齿啮合时，由于无后续齿，故从动齿轮的角速度从正常角速度变化为0。3/N在设计中，齿轮的分度圆直径为78MM,模数为15,故正常齿数为52。齿轮转过一个齿所需时间为ST5213则平均角加速度为20_/93/SRADTA（3）惯性力矩MNJM81_全自动冲孔机的设计研究21（4）阻尼系统中弹簧弹力的计算由转动微分方程得2/FRJFAN其中摩擦系数F025；R005M。故72NN图45通过在全自动冲孔机中增加阻尼系统,调节弹簧弹力大小来克服不完全从动齿轮的惯性力矩,如需在高速下运行,齿轮的惯性力矩较大,则弹簧的弹力应相应调大,反之,则弹力减小。实践证明,该机运转平稳,达到了预定要求。全自动冲孔机的设计研究22第五章锥齿轮传动的设计51选择锥齿轮类型、精度等级、材料及齿数由于工作要求的不同，锥齿轮传动可设计成不同的形式。本次设计的齿轮为直齿圆锥齿轮，转速为，传动比为1，单向连续运转，载荷较180/MINR平稳，小批量生产。功率为，根据本设1275098728DPKW计的需要选择轴交角为的标准直齿轮传动。9由于此轴的速度不高，故选用7级精度（GB1009588）。材料选用45钢，硬度为240HBS。由于本设计为等速传动，所以选择二锥齿轮的大小相等，故取齿数为Z26，又由于为开式软齿面，主要失效形式为齿面磨损和轮齿折断，应校核齿根的弯曲疲劳强度，按接触疲劳强度进行设计。52齿面接触强度设计按齿面强度设计2131075RHPRZKTDU式中D1T为小齿轮分度圆直径；K为载荷系数；T1为锥齿轮传递的转矩；为齿宽系数；DU为齿数比；ZE为材料的弹性影响系数；为齿轮接触疲劳强度；H1确定公式内的各计算值全自动冲孔机的设计研究231）试选载荷系数KE15；2）计算锥齿轮传递的转矩；11950/50728/136TPNNM3）选取齿宽系数选取R4）选取重合度系数取Z5）确定许用应力由图528按合金钢调质与查MQ线可得。5CLIM1LI290FMPA同理由图529查得LI1LI27H由式（529）、（530）分别求得12LIM1MIN/2901/346FPFSTNXFYMPALII77HHWHZ2计算1）初算主动齿轮大端分度圆直径23108153860775370DM2）确定齿数和模数选取，大端模数，取126Z1/63/296MDZ3M3）计算主要几何尺寸121378DMZ22053951RDDB校核齿根弯曲疲劳强度。由式（547）可知1223605FFSPRKTYBMZ全自动冲孔机的设计研究24计算重合度系数由式（521）可知0257/Y而由式（512）得12183/831/26134Z因此，0576407Y由图525查得125FSY因为两个齿轮式一样的，校核其中任意一个即可。校核小齿轮的齿根弯曲疲劳强度1122360158415073873FFPMA故齿根弯曲疲劳强度足够。全自动冲孔机的设计研究2553确定锥齿轮的结构尺寸名称代号计算公式及结果分度圆锥角21ARCOT/COT45ZAR齿顶高AH3AHM齿根高F06FCM分度圆直径D278DZ齿顶圆直径A2OS3COS452AAH齿根圆直径FC691FFD节锥距R222105395DM齿顶角AARCTN/ARCTN/3HR齿根角F614FF顶锥角A458AA根锥角FFF齿宽B0317DBRM分度圆齿厚SMS42/全自动冲孔机的设计研究26第六章轴与零部件的设计61轴的设计611偏心轮轴的设计1确定轴的功率、转速、转矩NPT61059式中P电动机有效功率N电动机转速N180R/MIN代入公式有10759425DPKW8/MINRMNPT839180796612求作用在锥齿轮上的受力已知圆锥齿轮的值MD1057810536MRD而2/9/18TMFTN11ANCOSTAN4COS503RTI83IAT3初步确定轴的最小直径初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据取，于是得31562表P126OA3MIN/0745/1820DM轴的最小直径是安装锥齿轮处的直径,根据齿轮孔得D21DM4轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案轴的装配方案（如图61）所示全自动冲孔机的设计研究27图61轴的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足锥齿轮的轴向定位要求,轴段右端需要制出一轴肩,故取，左端用轴端挡圈定位，锥齿轮与，4DM轴配合的轮毂孔长度18LM为了保证轴端挡圈只压在齿轮上而不压在轴端上,故的长度应比略短一些,现取。17L初步选择滚动轴承，因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选24DM取单列圆锥滚子轴承30205型，其尺寸为，52165DTM故。25DM两滚动轴承相对的端面采用轴肩进行轴向定位由手册上查得30205型轴承定位轴肩高度。而右轴承左边07229HDHD，取，因此的端盖距螺纹轴肩的距离为，为了使端盖装拆方便和添加润滑脂，取13，同理取，。21LLM8L取安装偏心轮的轴段，齿轮的右端与左轴承之间采用圆螺母2D定位，已知偏心轮的宽度为18MM,为了使圆螺母端面可靠地压紧齿轮,此轴段毂应略短于轮毂宽度,故取，偏心轮的左端采用轴肩定位,轴肩高L17,取轴环宽度,取。2HM36LMHB41LM全自动冲孔机的设计研究28在安装圆螺母的轴段，由于圆螺母的厚度为，取，轴承8MML10端盖的总宽度为。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,1M取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离,故取。14L26L为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,轴段右端需要制出一轴肩,故取的直径；左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径24D半联轴器与为了保证轴端挡圈只压在半联轴器30DM轴配合的轮毂孔长度上而不压在轴端上,故的长度应略短一些,现取，经查表确定36LM安装半联轴器轴段的直径为。2DM至此,已初步确定了轴的各端直径和长度（3）轴上零件的轴向定位齿轮、半联轴器、偏心轮的周向定位均采用平键连接。按由表61查D得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为，半联轴器与6BHMM32轴的配合为；锥齿轮与轴的连接，选用平键为，锥齿7/HN166轮与轴的配合为；同样，偏心轮与轴选用的平键，4810配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选用轴/6的直径尺寸公差为。M（4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表152，取轴段倒角为，各轴肩处的圆角半径见零件图。1455求轴上的载荷因此作为简支梁的轴的支承跨距首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定顶轴承的支点位置时,应从手册中查取A值（参看图1523）。对于30205型圆锥滚子轴承，由手册中查得。因此作为简支梁的轴的支承跨距125M，根据轴的计算简图做MML751428750493出轴的弯矩图和扭矩图。全自动冲孔机的设计研究29从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面C是轴的危险截面。计算截面C处的，如下HMV123149250742518342TNLFFN218369HTN23NVLRA1M0D/L84095745831560427158327N2180NVRFN0HM2149523TM37/165全自动冲孔机的设计研究301/284031527894VAMMFDNM210351328RL33VN2221178594794HV313601NM2223365VM6按弯曲扭转合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据式（155）及上式中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力062222337197540CAMTMPAW前已选轴材料为45钢，调质处理。查表151得。因此160，此轴合理安全。1CA612不完全主动齿轮轴设计1确定轴的功率、转速、转矩NPT61059代入公式有213742897068PKW80/MINRMNNPT3751805596622求作用在锥齿轮上的力（1）作用在锥齿轮上的力2183TTFN40RA21全自动冲孔机的设计研究31圆周力，径向力及轴向力的方向如图示2TF2R2AF（2）作用在不完全齿轮上的力已知，378DM则有23/705/8907TFTN3TAN9TAN2346R3初步确定轴的最小直径先按15初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据52取，于是得3165表P16OA3MIN2/098/1DM轴的最小直径是安装锥齿轮处的直径,根据齿轮孔得。D21DM4轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案轴的装配方案如（图62）所示图62轴的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度全自动冲孔机的设计研究32为了满足齿轮的轴向定位要求,轴段右端需要制出一轴肩,故取的直径，左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈长度。24DM18LM锥齿轮与，为了保证轴端挡圈只压在齿轮上而轴配合的轮毂孔长度18LM不压在轴端上,故的长度应比略短一些,现取。17L初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取24D单列圆锥滚子轴承30205型，其尺寸为，故52165DTMM。25DM两滚动轴承相对的端面采用轴肩进行轴向定位由手册上查得30205型轴承定位肩高度。07229HDHD，取，因此取安装不完全齿轮的轴段，已知不完全齿轮轮的宽度为3M毂15MM，为了使圆螺母端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取，不完全齿轮的左端采用轴肩定位,轴肩高,取，ML142MD36轴环宽度,取。HBL7齿轮的右端与左轴承之间采用圆螺母定位，圆螺母的厚度为所以取8，为了车削螺纹和形成一个轴肩，取12L30D轴承端盖的总宽度为。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂1M的要求,取左边轴承的右轴承端盖的外端面与轴环左端面间的距离,故15LM取。同理取，。L23L232LM至此,已初步确定了轴的各端直径和长度（3）轴上零件的轴向定位锥齿轮、不完全齿轮的周向定位均采用平键连接。按由表61查得锥D齿轮与轴的连接，选用平键为，锥齿轮与轴的配合为M166；同样，不完全齿轮与轴选用的平键，配合为7/6HM480。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选用轴的直径尺寸公差为。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表152，取轴段倒角为，各轴肩处的圆角半径见零件图。145全自动冲孔机的设计研究335求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定顶轴承的支点位置时,应从手册中查取A值（参看图1523）。对于30205型圆锥滚子轴承，由手册中查得。因此作为简支梁的轴的支承跨距125M根据轴的计算简图做出轴的34375213975LMM弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面C是轴的危险截面。计算截面C处的，如下HMV1232352437251839507421504TTNLFLFN2140918HTTN全自动冲孔机的设计研究343123NVLFLR2A1MRFD/84054758403154627510627N2131066NVRFN218527HTMLM32341830N1/0594VAMFDN22172760RLM33486VNM222110598594HVM227063N223318317HV6按弯曲扭转合成应力校核轴的强度进行校核式，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据式（155）及上式中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力06222239350675371CAMTMPAW前已选轴材料为45钢，调质处理。查表151得。因此160，此轴合理安全。1CA613不完全从动齿轮轴的设计1确定轴的功率、转速、转矩NPT61059代入公式有32/4897/4016PKW10全自动冲孔机的设计研究3532/4180/5/MINNRMNPT13520416095962作用在不完全从动齿轮上的力4307TTFN6R3轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案轴的装配方案如（图63）所示图63轴的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度根据下模座的结构和进料机构的设计要求，需把此轴安装在下模座上，选用的轴承不宜过大，从轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30203，其尺寸为，故1741325DDTMM，为了使轴的端部不顶到安装轴承孔的底面，取轴段的长度为12LM。轴承另一端面采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得30203轴承定位肩高度。071520HDHD，取，因此全自动冲孔机的设计研究36取安装不完全齿轮的轴段，已知不完全齿轮和分度盘轮的16DM毂宽度为14MM,为了使圆螺母端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取，不完全齿轮的左端采用轴肩定位,轴肩高3MM，取ML13。轴环宽度,取。D2HB418L齿轮的右端与左轴承之间采用圆螺母定位，圆螺母的厚度为所以取8M，为了车削螺纹和形成一个轴肩，取1L14D轴承端盖的总宽度为。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑10M脂的要求,取轴承端盖的外端面与轴环左端面间的距离,故取0L。至此,已初步确定了轴的各端直径和长度18LM（3）轴上零件的轴向定位不完全齿轮和分度盘的周向定位均采用平键连接。按由表61查得，D选用平键为，锥齿轮与轴的配合为；滚动轴MLHB1057/6HN承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选用轴的直径尺寸公差为。M（4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表152，取轴段倒角为，各轴肩处的圆角半径见零件图。14562轴承的选择与校核621偏心轮轴上的轴承选择与校核1偏心轮轴上的轴承选择选取0基本游隙组、标准精度级单列圆锥滚子轴承30205型，其尺寸为。251625DDTMM2计算轴承支反力F水平支反力，1842NH2659NH垂直支反力，1053VF218VF合成支反力全自动冲孔机的设计研究37222118140531NHVFN22269683计算轴承的轴向负载荷由设计手册查得30205型轴承的，320RC037R037E则轴承内部轴向力16Y203651FSN287由图64可知，则有1AAF图64轴的载荷分析图1265307184632ASNFN所以121653840196AS所以29N计算轴承的当量重负荷PR1/653/1032507RE查设计手册，则XY1PFR1PPFFN2/496/2856037ARE查设计手，则册0X1YR221P42865193PFFN全自动冲孔机的设计研究38因，应按计算。R2R1PR1P计算轴承的式寿命常温下工作，查设计手册；滚子轴承，按式（53A）计算0TF10/36610/310/35R224P85THCFLHN轴承要求的寿命为20年，每年工作300天，2班制，则有296HH可行。L622不完全齿轮轴1的轴承选择与校核1不完全齿轮轴1上的轴承选择选取0基本游隙组、标准精度级单列圆锥滚子轴承30205型，其尺寸为。25625DDTMM2计算轴承支反力R水平支反力，1450NHF214NHF垂直支反力，16NV203NV合成支反力22211451684NHVFN222033计算轴承的轴向负载荷由设计手册查得30205型轴承的，2RC037R037E则轴承内部轴向力16Y8645921FSN37全自动冲孔机的设计研究39由图65可知，则有2AAF图65轴的载荷分析图12589374061ASNFN所以1218954031298AS所以2N计算轴承的当量重负荷PR1/589/16403257AFE查设计手册，则XY1PFR1P89PFN2/49/126703AFE查设计手册，则0XYR221P54126589214PFN因，应按计算。RR1RP计算轴承的式寿命常温下工作，查设计手册；滚子轴承，按式（53A）计算10TF10/36610/310/35R269P89THCFLHN轴承要求的寿命为20年，每年工作300天，2班制，则有203960HH全自动冲孔机的设计研究40可行。HL63联轴器的设计631联轴器类型选择在选择标准联轴器时应根据使用要求和工作条件，如承载能力、转速、两轴相对位移、缓冲吸振以及装拆、维修更换易损元件等综合分析来确定。具体选择时可考虑以下因素I原动机和工作机的机械特性原动机的类型不同，其输出功率和转速，有的是平稳恒定的，有的是波动不均匀的，而各种工作机的载荷性质差异更大，有的甚至是强烈冲击或振动，这将直接影响联轴器类型的选择，是选型的主要依据之一。对于载荷为平稳的，可选用刚性联轴器，否则宜选用挠性联轴器。II联轴器连接的轴系及其运转情况对于连接轴系的质量大、转动惯量大，而又经常启动、变速或反转的，应考虑选用能承受较大瞬时过载，并能缓冲吸振的联轴器。III工作机的转速高低对于需高速运转的两轴连接，应考虑选择联轴器的结构具有高平衡精度特性，以削除离心力产生的振动和噪声，避免相关元件因磨损和发热而降低传动质量和使用寿命。IV联轴器的对中和对保持程度保持良好的对中是正常运转的前提，可防止产生过大附加载荷及其他不良工况。选择的联轴器不但要补偿安装时难免存在的一定相对偏差，还应预计到能补偿两轴在运转中出现的相对位移。V联轴器的结构及工作特性联轴器的外形尺寸，安装、拆卸所需的空间大小和难易程度以及对维护的要求等都应与连接装置的具体配置和要求相适应。VI联轴器的可靠性、使用寿命和工作环境对于要求运转可靠，不允许运转工作临时中断的传动，最好选用不需润滑、无非金属弹性元件的联轴器。高温和含有腐蚀性介质的场所应避免使用橡胶弹性元件的联轴器。有灰尘、潮湿的环境应使用有罩壳的联轴器。VII联轴器的制造、安装和维护的成本。全自动冲孔机的设计研究41根据以上要求及本设计的需要，选择弹性柱销联轴器。此种联轴器具有传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装制造方便，耐久性好，弹性柱销由一定的缓冲和吸震能力，允许被连接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移，适用于轴向窜动较大正反转变化较多和启动频繁的场合，由于尼龙柱销对温度角敏感，故使用温度限制在2070的范围内。632载荷计算公称转矩950075/1839DPTNMN查课本,选取143表PAK所以转矩