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剪板机传动装置的设计6张CAD图,板机,传动,装置,设计,CAD
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剪板机传动装置的设计剪板机传动装置的设计专业年级专业年级机械工程 2011 级学号学号110330228姓名姓名王鑫宇指导教师指导教师欧淑彬评 阅 人评 阅 人2015 年 6 月中国马鞍山2015 年 6 月中国马鞍山河 海 大 学 文 天 学 院本科毕业设计（论文）任务书、毕业设计（论文）题目：剪板机传动装置的设计、毕业设计（论文）工作内容：一、查阅相关资料，文献检索与综述，关于剪板机的原理和作用，及剪板机传动的具体要求，要求文献检索 6 篇以上，包括 2 篇外文文献。二、确定确定传动系统的总体设计方案；要求总体设计方案正确合理，符合生产要求。三、传动系统零部件（传动轴、齿轮、轴承、电机等）的设计计算，要求设计计算原理正确，结果无误。四、说明书 1.5 万字以上、2000 字英文文献翻译、400 字中英文摘要。五、完成零件图和总装图，折合 2 张 A0（其中手绘一张 A0），装配图结构设计合理，能满足运行等工艺要求，将见图符合使用和制造工艺要求，熟练利用绘图软件绘制装配图及零件图。、进度安排：2014 年 10 月 20 日2014 年 11 月 9 日（3 周）：选择题目，收集材料，联系落实毕业实习单位，填写毕业设计任务书；2014 年 11 月 10 日2014 年 12 月 7 日（4 周）：布置任务，明确目标、制定计划，确定初步毕业设计方案；2014 年 12 月 8 日2015 年 1 月 4 日（4 周）：深化初步方案，结合毕业实习加深对毕业设计方案的认识；2015 年 1 月 5 日2015 年 1 月 16 日（2 周）：学生毕业设计方案进一步完善；2015 年 1 月 17 日2015 年 3 月 1 日（6 周）：继续前期工作；2015 年 3 月 2 日2015 年 5 月 17 日（11 周）：学生全部返校，进行毕业设计计算、 绘图， 编制毕业设计说明书， 完成毕业设计工作任务 （2015 年 3 月 30 日2015年 4 月 5 日接受学校毕业设计期中检查）；2015 年 5 月 15 日2015 年 5 月 31 日（2 周）：毕业成果预提交、修改、评阅、答辩。、主要参考资料：1孙恒，陈作摸，葛文杰.机械原理M.第七版.北京:高等教育出版社，20062濮良贵，纪名刚.机械设计M.第八版.北京：高等教育出版社，20063邱支振.应用理论力学M.合肥：中国科学技术大学出版社，20114刘鸿文.材料力学M.第五版.北京：高等教育出版社，20115成大先.机械设计手册M.第五版.北京：化学工业出版社，2010指导教师：（签名：），2014年11月21日学生姓名：（签名：），专业年级：系负责人审核意见（从选题是否符合专业培养目标、是否结合科研或工程实际、综合训练程度、内容难度及工作量等方面加以审核）：专业负责人签字：，年月日郑 重 声 明郑 重 声 明本人呈交的毕业设计（论文），是在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本设计（论文）所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本设计（论文）的知识产权归属于培养单位。本人签名：日期：I摘要剪板机广泛用于剪切各种材料。 它的主要组成部分： 机架、 工作台、 压紧装置、上刀架、平衡装置、传动机构、走台扶梯。而我们这里研究的传动机构是整个剪板机的核心元素，它采用机械传动，由电动机提供其动力， 中间经过减速器内三级齿轮传动减速，在传动到曲轴上，由曲轴带动上刀架进行剪切。而在减速器的第一根轴上装有飞轮， 通过飞轮储存多余和补充欠缺的能量以保持剪板机的运动平稳， 也能改进电机的工作状况和工作质量。 在传动系统中还装有摩擦离合器，其分为互相连锁的两段，一段用于剪板机的离合，一般用于剪板机的制动，使得剪板机每分钟剪切 3-7 次，中间有间歇的过程。总的来说整个传动装置使得剪板机具有加工容易、结构简单、维修方便、经济实用的优点，在机械设备中应用广泛。关键词：剪板机、传动机构、机械传动IIABSTRACTShears are widely used for cutting various materials. Its main components: frame,table, clamping device, on the turret, balancing device, transmission, take escalators.The transmission mechanism here is the core element for the entire study shears,which uses mechanical transmission, provided by the motor of its power through themiddle of the gear unit three gear reducer, the drive to the crankshaft, driven by thecrankshaft on the turret cut. In the first shafts of the gear unit is equipped with aflywheel storage surplus and supplement the lack of energy in order to maintainsmooth cutting motion through a flywheel, can improve working conditions andquality of the motor. In the drive it is also equipped with a friction clutch, which isdivided into two sections each chain, a section for cutting the clutch, generally usedfor cutting the brake, so that shears cut 3-7 times per minute , middle batch process.Overall the entire transmission makes cutting with the processing easy, simplestructure, easy maintenance, economical and practical advantages, widely used inmachinery and equipment.Keywords: shears, transmission, mechanical transmissionIII目录目录摘 要摘 要.I IAbstractAbstract.II目录II目录. III第 1 章总论III第 1 章总论. 1 11.1 所涉及课题的国内外技术概况和发展概况.11.1.1 剪板机国内外研究现状.11.1.2 发展趋势.21.2 本课题产生的背景及意义.21.3 总方案的比较与确定.31.3.1 液压传动方案.31.3.2 机械传动方案.4第二章 传动方案的确定第二章 传动方案的确定.6 62.1 剪板机的规格与性能.62.2 主要组成部分及系统图.62.3 工作原理及操作方式.6第三章 电机的选择第三章 电机的选择.8 83.1 电机的选择.83.2 计算传动装置的运动和动力参数.8第四章齿轮的设计第四章齿轮的设计.10104.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数.104.1.1 齿轮类型的选择.104.1.2 齿轮材料的选择.104.1.3 选取精度等级.104.1.4 选择齿数.104.1.5 初选螺旋角.104.1.6 压力角.104.2 按齿面接触疲劳强度设计.104.3 按齿根弯曲疲劳强度设计.134.4 几何尺寸计算.164.5 圆整中心距后的强度校核.164.6 主要设计结论.184.7 齿轮小结.18第五章 轴的设计第五章 轴的设计.19195.1 低速轴（右）的设计.19IV5.1.1 选择轴的材料.195.1.2 初步计算轴的直径.195.1.3 轴的结构设计.205.1.4 求轴上的载荷.205.1.5 按弯扭合成应力校核轴的强度.225.2 曲轴的设计.225.2.1 选择轴的材料.225.2.2 初步计算轴的最小直径.225.2.3 曲轴的结构设计.235.2.4 曲轴载荷计算.235.2.5 校核曲轴的强度.25第六章 主要零部件的三维实体建模第六章 主要零部件的三维实体建模.26266.1UG8.0 简介.266.2主要零部件的三维实体建模.266.2.1 轴类零件的建模.27第七章 轴承第七章 轴承. 30307.1 轴承的选择.307.2 轴承的润滑和密封.31结论结论.33参考文献33参考文献.34致谢34致谢.35351第 1 章总论第 1 章总论1.1 所涉及课题的国内外技术概况和发展概况1.1.1 剪板机国内外研究现状1.1.1 剪板机国内外研究现状从 60 年代到 70 年代， 国外剪板机在加工板材厚度与每分钟行程次数方面均无很大改变，但在其设备结构的性能方面，有了很大发展。国外供应商生产的剪板机机架几乎全部采用箱形钢板焊接结构， 同时广泛的在剪板机上增加了各种辅助附件。通过这些改变，不仅扩大了机器的使用范围，同时生产效率也有着显著的提高，尤其是在剪板机上使用数字程序控制技术后，将剪板机推向了一个新的水平线1。近年来，国外在锻压技术方面有着极大的发展，锻压机械逐渐开始向CNC、DNC 以及柔性自动化方向延伸。伴随着锻压制造技术的不断革新，在加工生产批次较小的产品时，供应商能根据用户提出的需要，供应各种功能的剪板机以及相应的附属装置2。在这样条件下生产的设备不仅精密型好，而且生产效率以及自动化程度也有很大程度的提升。剪板机制造技术的发展不仅方便了生产，而且节约了劳动力，降低了成本。在设计优化方面，国外在设计剪板机过程中通常以传统设计方法与现代过程中设计理念相结合， 同时广泛的使用计算机技术进行辅助设计；在结构设计上，通过使用各种 CAE 以及模拟软件，对设备实际运行情况进行仿真模拟，进而了解设备结构的力学性能，同时修改不合理的结构，使设备性能达到使用要求3。国内剪板机始于上世纪 50 年代，国人开始测绘、仿制国外的剪板机，为发展我国剪板机工业奠定了基础。60 年代早期，国内剪板机行业渐渐转向自主研发阶段，随着设计制造水平的不断提升，开始对一些老产品进行改造，并且研制了一批新产品，逐渐发展出各式功能与规格的剪板机，提高了国内剪板机的使用性能4。近段时期，国内数控技术有着快速的发展，并且开始普遍应用到机械行业。同时在钣金加工领域，各制造商都开始认识到先进的设备技术不管在经济、性能， 还是制造方面都可以创造更多的价值5。 因此不断引入国外先进的剪板机，极大地提高了板材加工水平，在产品与世界接轨、走向世界的过程中，起到了关键的作用。同时，这也表明在板材加工领域，我国已逐渐进入国际先进行列。21.1.2 发展趋势1.1.2 发展趋势伴随着设计与制造技术的不断进步，剪板机的性能也有着相应的提升。由于市场对剪板机设备的功能要求不断改变，导致剪板机设备的更新换代异常频繁，而且逐渐向着产品多样化方向发展；剪板机生产模式逐渐从大批量集中生产向中、小批次轮换生产改变；并且剪板机产品有着向两端发展的势头，一端是设计生产高性能的数控类型剪板机；另一端则是生产简易、廉价，同时具备手动功能的简易型数控剪板机，用来满足各领域多层次的需求6。 根据剪板机的发展情况可以看出它的一些发展趋势7：(1)机械传动式剪板机开始逐渐被液压传动式剪板机替代。(2)由生产带喉口的剪板机转向生产不带喉口的剪板机。(3)剪板机剪切精度提高， 刀架运动方向向后倾 0.5-2 度， 或采用摆式结构。(4)剪板机的生产率以及自动化程度不断提高。(5)剪板机附件不断增多，功能不断增强，并且操作性能不断提高。1.2 本课题产生的背景及意义随着科学技术的不断发展，我国在五金制造业取得突飞猛进的成果，由于机械设备不断更新，市场竞争不断加剧，产品多元化，加工工艺不断完善简化，使得提高产品的品质、效率显得尤为重要。作为剪切板材的锻压机械剪板机，现已广泛应用于机械工业、治金工业、汽车、造船、电器电气工程设备、板金加工、钢管焊接、电子工业、航天航空工业、农业机械制造、餐饮家具等各类机械行业中。 剪板机主要功能是对各类待加工板材进行尺寸裁剪，而在使用金属板材较多的工业部门，都需要根据自身产品尺寸要求对板材进行切断加工，所以剪板机已发展成为各工业部门使用最为广泛的板料剪切设备。目前，剪板机功能也取得很大提高， 产品的不断更新不但提高了设备的生产效率， 还能更好的降低生产成本，降低不合格率，减轻现场操作人员工作疲劳，同时也满足产品加工工艺及尺寸要求。未来数年，通用型、高性能、高可靠性剪板机将不断涌现。然而近年来，生产加工现场由于各种操作问题、剪板机自身质量问题造成的人身安全事故，已经导致剪板机已经成为让人谈虎色变的危险职业，这便对剪板机设计操作提出更高要求。随着行业生产指标不断提升，设计出更好更加满足生产加工质量要求的剪板机就相当重要， 然而设计人员仍依据自身设计实践经验和3传统的设计方法进行开发设计，并未重视对其整体的设计模型进行干涉分析、各个关键零部件进行运动仿真、受力分析和强度、模态分析，并根据分析计算所得结果对产品大小、强度、材料等进行可靠性优化处理。只有产品设计人员将生产实践经验和理论相结合，对实际工作中出现影响加工质量部位首先进行经验分析，再将经验与实际理论相结合，选择合适优化改进方法，才能使产品不断得到完善。 两者高效结合才能既科学直观又经济可靠对设计模型进行研发，开发出安全、可靠、高效、经济的产品，才能迎合更多的市场8。据此本文以机械式剪板机为研究对象，对剪板机结构进行结构优化设计，将科学优化设计方法与实践工程问题相结合进行分析研究。1.3 总方案的比较与确定1.3.1 液压传动方案1.3.1 液压传动方案剪板机液压传动系统原理图如图 1.1 所示，1、油箱2、粗过滤器3、液压泵4、溢流阀5、调速阀6、手动三位四通换向阀7、液压缸8、滑块图 1.1液压传动系统原理图其原理：手动换向阀 6 推向左位（即左位接入系统），此时活塞在压力油的4作用下向下运动， 对板料进行剪切加工， 当加工完成后， 将阀 6 手柄推向右位 （即右位接入系统），活塞向上运动，即刀片上抬，到了一定位置，将阀 6 手柄推入中位，这样活塞就停留在此位置不动。然后剪切第二次时，重复上述操作。手动换向阀 6 也可改为电气控制的换向阀，从而实现自动连续剪切，提高效率。液压剪板机采用液压传动，使机器工作时平稳，噪声小，安全可靠，可以进行单次连续剪切，剪板厚度也较机械传动的厚，但液压系统是利用液体作为中间介质来传递动力的，剪切力大时，油压也相应的高，对液压元件的精度，强度要求也高，制造成本也相应的较高，而且液压系统不可避免的存在泄漏问题，会造成污染，油温度的变化会引起油液粘度变化，影响液压传动工作的平稳性，所以适应环境能力小。经综合考虑，此次设计不选用此方案。1.3.2 机械传动方案1.3.2 机械传动方案a、凸轮机构方案图 1.2 凸轮机构原理图5凸轮机构的工作原理如图 1-2 所示：主轴的转动带动凸轮的传动，凸轮升程时推动滑块（即刀片）作剪切动作。回程时，滑块在弹簧的作用下上升到开始的位置，准备下一个动作循环。凸轮机构的优点是可以根据从动件的运动规律来选择机构的尺寸和确定凸轮轮廓线。缺点是凸轮机构一般用于控制机构而不用于执行机构，因为其工作压力不能太大，否则会严重磨损凸轮的轮廓及推杆，导致该机构不能实现预期的动作要求，不能保证机器的稳定性，因此该方案不予采用。b、曲柄滑块机构方案曲柄滑块机构的工作原理如图 1.3 所示：通过主轴转动带动曲柄转动，曲柄通过连杆使滑块作上下往复运动，实现剪切动作。图 1.3 曲柄滑块机构原理图该机构具有结构简单，加工容易，维修方便，经济实用的优点，故采用此方案，即曲柄滑块机构作为执行机构比较合适。6第二章 传动方案的确定综合考虑， 本次剪板机设计的总方案为电动机经过三级齿轮减速来驱动曲轴上的曲柄滑块机构，使滑块作往复运动，进行剪切动作。2.1 剪板机的规格与性能1、板材长度600012000 mm2、板材宽度100025000 mm3、板材厚度630 mm4、板材强度极限640N/mm25、板材延伸率176、上刀刃倾角2.57、上下刀刃间的侧间间隙1 mm8、刀刃磨钝系数1.29、曲轴半径105 mm10、剪刀开口度210 mm11、剪刀长度2500 mm12、每分钟剪切次数37 次/min13、 每分钟行程次数1418r/min2.2 主要组成部分及系统图主要组成部分：机架、工作台、压紧装置，上刀架、平衡装置、传动机构。系统图如 2-1 所示。2.3 工作原理及操作方式电机带动减速器内大小齿轮旋转，再经开式齿轮传动到曲轴，由曲轴带动上刀架实现剪切。其工作原理如图 2.1, 开始前首先放好板料将挡板装置固定好，然后启动三相异步电动，电机输出轴通过联轴器直接驱动飞轮轴，再通过离合器和齿轮减速系统驱动曲轴，滑块直接与上刀架连接，驱使其做上下往复运动。在减速器第一根轴上装有飞轮， 通过飞轮可贮存多余的和补充欠的能量以保7持运动平稳，也能改进电机的工作状况和工作质量，通过飞轮转速较大的升降来贮存和放出能量，可降低电机所需要的功率。图 2.1机械传动系统图第二根轴上装有圆盘式摩擦离合制动器，其分为互相联锁的两段，一段用于剪板机的离合，一段用于制动，离合外侧摩擦片安装在离合器外圆盘支座中，是刚性地与此轴上的齿轮齿毂链接。 内摩擦片和终端摩擦片装在离合器内套的花键上，用单键将离合器在第二根轴上，整套圆盘紧靠着固定在离合器内套上的环。制动侧与离合侧基本一样，所不同的是制动器外圆盘支座固定在机架上。在连接离合器时，空气接通装置的大腔内冲压缩空气，推动活塞杆，通过其上的扁销使杠杆和销向结合侧移动，调整环在轴向方向移动，同时压缩离合器侧的全套圆盘，制动侧的圆盘也移动并使制动圆盘松开。制动时过程相同方向相反。8第三章 电机的选择3.1 电机的选择根据表 1-5，机械设计课程手册由9：99. 0联99. 0承97. 0齿801. 097. 099. 099. 0473473齿承联（1）根据设计规格及要求， 取滑块 （刀刃） 整个行程为 80mm （进程回程各 40mm，且速度均匀），又刀刃每分钟剪切 37 次，则 V=（208.57）S/次。得到：smsmmtsV/)10935. 0104(75. 8208033（2）刀刃所需剪切力：Q235 钢极限抗拉强度随板厚变化，所以取值为一个范围：375460N/mm2（取最大值），而其极限抗剪强度一般为抗拉强度的 0.60.8，参考设计强度取值系数，取 0.6，则：22/276/4606 . 06 . 0mmNmmNbb剪切力：NNAFb710072302500276. （3）由（1）（2）（3）算出电机功率范围：KW03.37.w.).(.）（电11624801010935010410072337 VFP根据表 8-2-2，Q235，型剪板机技术参数10，类比工厂样机，选择电动机型号类别为：JR125-6。其主要技术参数：功率为 130kw，转速 980r/min。3.2 计算传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数由规格与性能知行程次数（曲轴转速）为 1416r/min，则总传动比为：70611614980)(i分配传动装置的传动比，参考表 1-612:多级传动中，总传动比为：niiiii 3219参考资料并结合工厂实况，初选555353321.iii、各轴的转速:飞轮轴：min/ r9801电nn离合轴：min/min/.rrinn28053980112低速轴：min/min/.rrinn8053280223曲轴：min/.min/.rrinn5145580334各轴的输入功率:飞轮轴：kw7 .128kw99. 01301联电pp离合轴：kw591.123kw97. 099. 07 .12812齿承pp低速轴：kw684.118kw97. 099. 0591.12323齿承pp曲轴：kw336.106kw97. 099. 0684.1182522334齿联承pp各轴的输入转矩:飞轮轴：mmNmmNnpT6611110254. 19807 .1281055. 99550离合轴：mmNmmNnpT66222102154280591123105599550.低速轴：mmNmmNnpT7633310417180684118105599550.曲轴：mmNmmNnpT76444100007514336106105599550.整理得：飞轮轴离合轴低速轴曲 轴转速 n （r/min）9802808014.5功率 P（kw）128.7123.591118.684106.336转矩 T（Nmm）12540004215000142700007000000010第四章齿轮的设计4.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数4.1.1 齿轮类型的选择4.1.1 齿轮类型的选择平行两轴的传动，有直齿轮、斜齿轮、人字齿轮三种。直齿轮、斜齿轮是我们日常能够看到了，人字齿轮在大的动力机器上才用到。直齿轮在高速运行时会产生震动及噪音，斜齿轮比直齿轮承载能力大，运转平稳、噪音小，适用于高速、重载传动，但缺点是会产生较大的轴向力，需要安装推力轴承，使结构复杂化。而人字齿轮相当于两个斜齿轮合并而成，不但具有斜齿轮的优点，还克服了斜齿轮会产生较大轴向力这一缺点。主要应用于大型、重载设备，但加工较难，成本高。经综合考虑此次设计的高速齿轮采用人字形齿轮，二级齿轮采用斜齿轮，三级齿轮采用直齿圆柱齿轮。下面介绍斜齿圆柱齿轮的设计过程。4.1.2 齿轮材料的选择4.1.2 齿轮材料的选择由表 10-111,选择小齿轮材料为 40Cr，调质后表面淬火处理，齿面硬度为:241286，取280HBS； 选择大齿轮材料为 45 钢， 调质后表面淬火处理， 齿面硬度为:217255，取 240HBS。4.1.3 选取精度等级4.1.3 选取精度等级因其表面经过调质处理，故选七级精度4.1.4 选择齿数4.1.4 选择齿数选小齿轮齿数为 Z3=19，大齿轮齿数 Z4=i2Z3=3.419=。取 Z4=64。4.1.5 初选螺旋角4.1.5 初选螺旋角84.1.6 压力角4.1.6 压力角 204.2 按齿面接触疲劳强度设计（1）由（10-11）设计公式11进行试算小齿轮分度圆直径，即：11322312HEHdHttZZZZuuTKd1）确定公式中各参数值1试选 KHt=1.62计算小齿轮传递的转矩。mmNmmNnpT6622210103. 4643.287591.1231055. 995503由表 10-7 选取齿宽系数11，1d4由图 10-20 查的区域系数11,433. 2HZ5由表 10-5 查得材料的弹性影响系数11，218 .189MPaZE6计算接触疲劳强度重合度系数Z181.208cos20tanarctancostanarctannt788.318cos1219181.20cos19arccoscos2cosarccos333antathzz435.248cos1264181.20cos64arccoscos2cosarccos444antathzz647. 12181.20tan435.24tan64181.20tan788.31tan192tantantantan4433tattatzz850. 0tan8191tan3Zd634. 0647. 185. 085. 013647. 14134Z7由式（10-23）11可得螺旋角系数Z995. 08coscosZ8计算接触疲劳许用应力H由图 10-25d11查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为MPaMPaHH5506004lim3lim计算应力循环次数12hhjlnNh92310243. 18300301643.28760608923410666. 3391. 310243. 1iNN由图 10-2311,查取解除疲劳寿命系数：95. 089. 043HNHNkk取失效概率为 1，安全系数 S=1，得MPaMPaSkHHNH534160089. 03lim33MPaMPaSkHHNH522155095. 04lim44取43HH和中较小者为该齿轮副的解除疲劳许用应力。 MPa5224HH2）试算 d3tmmmmZZZZuuTKdHEHdHtt81.221522995. 0634. 08 .189433. 2368. 31368. 3110103. 46 . 1212363223（2）调整小齿轮分度圆直径1）计算实际载荷的数据准备圆周速度：smsmndvt/341. 3/100060643.28781.22110006023齿宽：mmmmdbtd81.22181.221132）计算实际载荷 KH1由表 10-2 查得使用系数11。 KA=1.752根据 v=3.341m/s，7 级精度，由图 10-8 查得动载系数11。KV=1.123齿轮的圆周力13NNdTFtt43231087. 381.211410300022mmNmmNmmNbFKtA/100/320/81.2211087. 375. 143查表 10-3 得齿间载荷分配系数11,2 . 1HK4由表 10-4，用插值法查得 7 级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，得齿向载荷分布系数11459. 1HK*实际载荷系数：432. 3459. 12 . 112. 175. 1HHVAHKKKKK3）按实际载荷系数算得分度圆直径mmmmKKddHtHt16.2736 . 1432. 381.2213333相应的齿轮模数237.14198cos16.273cos33Zdmn4.3 按齿根弯曲疲劳强度设计（1）由式（10-7）11试算小齿轮分度圆直径：32322cos2FsaFadFtntYYZYYTKm1) 确定公式中各参数值1试选载荷系数 KFt=1.62计算弯曲疲劳强度的重合度系数Y515. 7)181.20cos8arctan(tancostanarctantb676. 1515. 7cos647. 1cos22bv698. 0/75. 025. 0vY3计算弯曲疲劳强度的重合度系数Y943. 0120885. 011201Y144计算FsaFaYY566.198cos19cos3333ZZv905.658cos64cos3344ZZv查图 10-17，得齿形系数11：YFa3=2.8 ， YFa4=2.25查图 10-18，查得应力修正系数11:Ysa3=1.55 ， Ysa4=1.76由图 10-24c，查得小齿轮与大齿轮的齿根齿根弯曲疲劳极限分别为11:MPaMPaFF3805004lim3lim由图 10-22，查得弯曲疲劳寿命系数11：KFN3=0.9 ， KFN4=0.9取弯曲疲劳安全系数 S=1.4MPaMPaSFKFNF43.3214 . 15009 . 03lim33MPaMPaSFKFNF29.2444 . 13809 . 04lim440135. 043.32155. 18 . 2333FsaFaYY0162. 029.24476. 125. 2444FsaFaYY因为大齿轮的FsaFaYY大于小齿轮，所以取0162. 0444FsaFaFsaFaYYYY2) 试算齿轮模数mmmmYYZYYTKmFsaFadFtt609.15162. 01918cos943. 0698. 041030006 . 12cos232232322n（2）调整齿轮模数1）计算实际载荷系数前的数据准备。151圆周速度 vmm49.299mm8cos/19609.15cos33Zmdntsmsmndv/511.4/100060643.28749.299100060232齿宽 bmmmmdb49.29949.2991313齿高 h 及宽高比 b/hmmmmmchhntnan12.35609.1525. 022528. 812.35/49.299/hb2）计算实际载荷 KF1根据 v=4.511m/s，7 级精度，由图 10-8 查得动载系数11。KV=1.082齿轮的圆周力NNdTFtt43231074. 249.299410300022mmNmmNmmNbFKtA/100/6 .166/85.2871074. 275. 143查表 10-3 得齿间载荷分配系数11,2 . 1FK3由表10-4， 用插值法查得7级精度， 得齿向载荷分布系数11472. 1HK结合 b/h=8.703 查图 10-13，得5 . 1FK*实际载荷系数：402. 35 . 12 . 108. 175. 1FFVAFKKKKK3）按实际载荷系数算得齿轮模数07.206 . 1402. 3609.1533FtFntnKKmm对比计算结果， 由曲面接触疲劳强度计算的模数小于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿根模数 m 的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲疲劳强度计算的模数 20.07，并就近圆整为标准值 m=20mm11。16按接触疲劳强度计算的分度圆直径 d3=273.16mm，算出小齿轮齿数53.1320/8cos16.273/cos33mdZ,此处应注意，Z3不满足标注齿轮不发生根切的最少齿数13,1720sin12sin22min2ahZ。按照设计要求，并结合实际取 Z3=19，则 Z4=19 X 3.368=64.429。取 Z4=64，Z1、Z2 互为质数。4.4 几何尺寸计算（1）计算中心距。mm15.838mm8cos2206419cos243mZZa取 a=838.15mm（2）按圆整后的中心距修正螺旋角。815.8382206419arccos220arccos43aZZ（3）计算大小齿轮的分度圆直径。mm734.383mm8cos2019cos33mZdmm58.1292mm8cos2064cos44mZd（4）计算齿轮宽度mmdb74.3833取 b3=b4=250mm4.5 圆整中心距后的强度校核（1）齿面接触疲劳强度校核按前述类似做法，先计算ZZZZuudTKEHdHH12332中各参数，为了节省篇幅，这里仅给出计算结果：1526. 3499. 12 . 112. 175. 1HHVAHKKKKK172T2=4103000 Nmm31d4mmd734.38335433. 2HZ6MPaZE8 .1897634. 0Z8995. 0Z MPaZZZZuudTKEHdHH4 .237995. 0634. 08 .189433. 2368. 31368. 3734.3834103000526. 32123332齿面接触疲劳强度满足要求。（2）齿根弯曲疲劳强度校核2322cos2zmYYYYTKndsaFaFF1945. 34 . 14 . 115. 175. 1FFVAFKKKKK241030002NT mm325. 2,8 . 243FaFaYY76. 1,55. 143sasaYY4698. 0688. 1/75. 025. 0Y5943. 01201Y18 MPa4 .31192018cos943. 0698. 055. 18 . 24103000945. 32cos223223323323zmYYYYTKndsaFaFF MPa5 . 2642018cos943. 0698. 076. 125. 24103000945. 32cos223224324424zmYYYYTKndsaFaFF齿根弯曲疲劳强度满足要求。4.6 主要设计结论齿数 Z3=19、Z4=64模数 m=20压力角 20螺旋角8变位系数 X1=X2=0中心距 a=838.15mm齿宽 b3=b4=250mm小齿轮 40Cr、大齿轮 45 钢4.7 齿轮小结齿数传动比模数螺旋角中心距一级齿轮27:923.4071230824.45二级齿轮19:643.368208838.15三级齿轮15:825.4672401170.91419第五章 轴的设计轴的设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况不同而异，所以轴没有标准的结构。但是，不论何种情况，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等11。下面给出低速轴和曲轴的设计过程。5.1 低速轴（右）的设计5.1.1 选择轴的材料5.1.1 选择轴的材料经综合考虑并结合实际经验选择：45 钢，调质处理，硬度 HB=2412865.1.2 初步计算轴的直径5.1.2 初步计算轴的直径由之前计算的数据得：kw497.117kw99. 0684.1183联ppmin/405.853rnnmmNTT7310327. 1根据表 15-311，得：A0=126103，于是有：mmmmnpAd1 .1406 .114405.85497.117)103126(min330输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径。 为了使所选的轴直径 d 与联轴器的孔径相适应，故需同时选择联轴器型号。联轴器的计算转矩TKTAca，查表 14-111，取 KA=3.1，则：mmNmmNTKTAca7710114. 410327. 11 . 3按照计算转矩 Tca 应小于联轴器公称转矩的条件， 查标准13：选用鼓形齿式联轴器 GCL14.，其公称转矩为 112000 Nm，半联轴器的孔径 d=200mm。L=350mm.205.1.3 轴的结构设计5.1.3 轴的结构设计（1）拟定装配方案轴的结构见图 5.1图 5.1 轴的结构尺寸（2）确定各段直径和长度1由选择的联轴器确定。取 d1=200mm，L1=350mm。2如图 5-1，考虑第二段的安装与定位。取 d2=220mm，L2=805mm。3第三段安装低速齿轮。取 d3=210mm，L3=310mm。4第四段安装套筒及轴承。取 d4=200mm，L4=295mm。具体数值及细节见图 5-1 所示。5.1.4 求轴上的载荷5.1.4 求轴上的载荷传动件作用在轴上的力，如图 5-2图 5-2 作用在轴上的力基本数据如下：mmNT710327. 1，L2=L3=300mm21NNdTFt571026. 121010327. 122N59104. 4N0cos20tan1026. 1costan5trFF0tantaFFNNlllFFtNH453231103 . 63003003001026. 1NNlllFFtNH453222103 . 63003003001026. 1mmNmmNlFMNHH742111089. 1300103 . 602 dFMaaNNllMlFFarNV2295030030003001059. 443231NNllMlFFarNV2295030030003001059. 443222mmNmmNlFMNVV688500030022950211mmNmmNMMMHV7272212111001. 21089. 16885000经过整理，数据见表格：载荷水平面 H垂直面 V支反力 FNFFNHNH6300021NFFNVNV2295021弯矩 MmmNMMHH7211089. 1mmNMMVV688500021总弯矩M1=M2=20100000 Nmm扭矩T=13270000 Nmm经过整理，数据见表格：载荷水平面 H垂直面 V支反力 FNFFNHNH6300021NFFNVNV229502122弯矩 MmmNMMHH7211089. 1mmNMMVV688500021总弯矩M1=M2=20100000 Nmm扭矩T=13270000 Nmm5.1.5 按弯扭合成应力校核轴的强度按弯扭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。对于转矩不变，取=0.315。轴的计算应力：MPaMPaWTMca13.222101 . 0132700003 . 02010000032222前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由表 15-1 查得11：MPa601。因此1ca，故安全。5.2 曲轴的设计曲轴的设计曲轴的设计与低速轴的设计类似，这里仅给出部分设计过程，以免赘述。5.2.1 选择轴的材料选择轴的材料经综合考虑并结合实际经验选择：40Gr，调质处理，硬度 HB=229269。5.2.2 初步计算轴的最小直径初步计算轴的最小直径由之前计算的数据得：kw273.105kw99. 0336.1064齿ppmin/622.154rnn根据表 15-311，得：A0=11297，于是有：mmmmnpAd5 .2112 .183622.15273.105)11297(min33023输出轴的最小直径显然是链接低速大齿轮处的直径。应当指出，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径 d100mm 的轴，有一个键槽时，轴径增大 3%；有两个键槽时，应增大 7%。则有： mm3 .2260 .196mm715 .2112 .183mind5.2.3 曲轴的结构设计曲轴的结构设计（1）拟定装配方案图 5.2 曲轴的结构尺寸（3）确定各段直径和长度由之前设计的低速大齿轮数据得：d1=280mm，取 L1=355 。具体数值及细节见图 5.2 所示。5.2.4 曲轴载荷计算曲轴载荷计算轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算时，常将轴上的分布载荷简化为集中力，起作用点取为载荷分布段的中点。作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起。计算方法类比于低速轴的计算过程，计算结果如下表：24载荷水平面 H垂直面 V支反力 FNFNFNHNH3 .103509 .416021NFNFNVNV1 .43209 .213021弯矩 MmmNMH 637020mmNMV 3268401总弯矩M=715970 Nmm扭矩T=65000000 Nmm25图 5.3 各类力、扭矩，弯矩图5.2.5 校核曲轴的强度校核曲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。对于转矩不变，取=0.315。轴的计算应力：MPaMPaWTMca89. 82801 . 0650000003 . 071597032222前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由表 15-1 查得11：MPa701。因此1ca，故安全。26第六章 主要零部件的三维实体建模6.1UG8.0 简介UG 以三维主模型为基础，具有强大可靠的刀具轨迹生成方法，可以完成铣削（2.5 轴5 轴）、车削、线切割等的编程。UG CAM 是模具数控行业最具代表性的数控编程软件，其最大的特点就是生成的刀具轨迹合理、切削负载均匀、适合高速加工。另外，在加工过程中的模型、加工工艺和刀具管理，均与主模型相关联，主模型更改设计后，编程只需重新计算即可，所以 UG 编程的效率非常高。UG CAM 主要由 5 个模块组成，即交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块，下面对这 5个模块作简单的介绍。（1）交互工艺参数输入模块。通过人机交互的方式，用对话框和过程向导的形式输入刀具、夹具、编程原点、毛坯和零件等工艺参数。（2）刀具轨迹生成模块。具有非常丰富的刀具轨迹生成方法，主要包括铣削（2.5 轴5 轴）、车削、线切割等加工方法。本书主要讲解 2.5 轴和 3 轴数控铣加工。（3）刀具轨迹编辑模块。刀具轨迹编辑器可用于观察刀具的运动轨迹，并提供延伸、缩短和修改刀具轨迹的功能。同时，能够通过控制图形和文本的信息编辑刀轨。（4）三维加工动态仿真模块。是一个无须利用机床、成本低、高效率的测试 NC 加工的方法。可以检验刀具与零件和夹具是否发生碰撞、是否过切以及加工余量分布等情况，以便在编程过程中及时解决。（5）后处理模块。包括一个通用的后置处理器（GPM），用户可以方便地建立用户定制的后置处理。通过使用加工数据文件生成器（MDFG），一系列交互选项提示用户选择定义特定机床和控制器特性的参数， 包括控制器和机床规格与类型、插补方式、标准循环等。6.2主要零部件的三维实体建模在零件建模前，首先要对零件结构进行分析。将复杂的零件结构分解成所能27建立的基本特征要素，理清特征之间的相互关系，选用合理的顺序进行建模。虽然不同的建模顺序可以构造相同的模型结构， 但不同方法构造出来的模型却具有不同的稳定性，可修改性和可驱动性。通常零件越复杂，其稳定性与可修改性就越差。在技术可能的情况下，应尽量简化实体特征结构，即在实体零件建模过程中，能用单个体素定义特征时，应尽量使用单个体素。剪板机机构的主要零件可分为三大类，箱体类、轴类、齿轮类。下面给出轴类零件建模的一般过程，箱体类和齿轮类类似。6.2.1 轴类零件的建模首先创建轴类零件的毛坯模型，再确定各特征之间的正确关系，然后完成各特征的细节设计。轴类零件可采用拉伸创建轴的基础特征，用旋转方法创建轴的阶梯，形成完整的阶梯、键槽、倒角、圆角等。28图 6.1 低速轴29图 6.2 曲轴30第七章 轴承7.1 轴承的选择1、轴承类型的选择：轴承型号一般是由用户的技术人员根据使用条件和载荷对轴承选择相应的产品而定。实际负载的服务人员关于用户所选轴承保持致，如果轴承达不到的要求，应尽快重选机型，但除非特殊产品在机型的选择一般没有问题2、选择轴承游隙：在购买轴承的时候，用户会被告知在什么型号，等级，很少人会声称对轴承游隙的选择， 操作人员必须要求使用的轴承条件下，轴承的温度耐受性的运行速度，直接相关的轴承运用选取。3、如何确定油脂：油脂的选择根据轴承，温度，噪音要求及起动力矩的运行速度一般来选择，要求业务人员分析出对各种油的理解。4、轴承密封型式的选用：轴承的润滑可分为油和脂润滑。油润滑轴承的选择采用形式轴承， 脂润滑轴承一般采用防尘盖或橡胶密封圈。防尘盖适用于高温或使用情况良好的部分， 密封件有两种形式一种是接触式另一种是非接触式密封， 接触式密封防尘性能好但动力矩较大， 非接触式密封起动力矩小，但没有良好的密封性能。轴承在汽车电机轴承，摩托车轴承，家庭保健电机轴承等行业进行制造业的专业化提升，使其噪音和使用寿命，达到最佳状态。二、轴承使用时应注意事项1、轴和轴承室公差的确定：轴承压入轴承后应转动灵活无阻滞感。如果有明显的转动不灵活，则表明轴的尺寸过大，则公差削减。如果轴承入轴转动有明显的摩擦后，那么轴的公差可能太大或轴的圆度不好。所以控制轴和轴承座公差的同时也需要控制圆度，国内很多厂家只对公差控制，没有控制的圆度。2、轴承的装配方式：因为轴承是高精度产品，如装配不当很容易对轴承滚道的损坏，造成损坏轴承。轴承装配应具有特殊的模具，不能被任意损坏，按轴时只能小力，压大圈时得大圈受力别的地方尽量避免接触力。由气动或液压机的组件装配使用，下模具外于水平状态，如果倾斜会导致轴承沟道由于应力损坏。3、装配防止进入铁屑等：轴承在装到转子上做动平衡时很容易让铁屑进入轴承内部导致其工作受到干扰，最好是装轴承之前做好动平衡。许多人为了装配使用方便，它们在装配的时候在轴承室内涂上一些油或油脂起润滑效果，但往往31油或油脂在轴承室内积留较多装配人员是无法控制这点的， 多余油脂在轴承转动时很容易进入轴承的里面。因此轴承室还是最好不要涂其它物品油脂。4、如何预防漆锈：漆锈的产生多发在封密式的电机室里，声音原来很好的电机，在仓库内存放一段时间后，电机会发出噪音不是原来声音，拆下来后有明显的生锈迹象。很多的厂家都会觉得这是轴承自身的问题导致的，但是现的电机厂家已经意识到主要是绝缘漆的部分出现了问题。 这是由于绝缘漆挥发出来的酸性物质在一定的特定环境下形成腐蚀性的东西， 把轴承沟道腐蚀后就出现了上述问题。 我们现在的解决办法只能是选用好的绝缘漆，并在烘干后通风一段时间后再进行其装配来缓解腐蚀问题。轴承的使用寿命与制造、装配、使用都非常紧密相关的，要想使轴承处于最佳的运转状态，必须在每个环节都做到最好，这样才能延长轴承的使用年限。5 、 这 里 以 高 速 轴 为 例 。 我 们 选 择 了 三 个 轴 承 ， 分 别 是 轴 承303164121480380、轴承 3224058360200、轴承 36381324001907.2 轴承的润滑和密封轴承在使用的时候，轴承滚动体与内外圈之间肯定会有摩擦生成，消耗一部分机械的动力， 引起内外圈和滚动体之间发热、 损伤， 增加了机械故障。所以必须要减少摩擦阻力，减缓轴承的磨损速率还需要控制轴承的温度上升，从而来增加他的使用年限，轴承的润滑问题，是轴承的机构设计中必须要考虑的重要因素，为了使轴承保持润滑，还必须考虑轴承的密封。1. 润滑原理润滑就是在相对运动的摩擦接触面之间加入润滑剂， 使两接触表面之间形成润滑膜，变干摩擦为润滑内部的分子间的内摩擦，以达到减少摩擦，降低 磨损，延长机械设备使用寿命的目的。通常，润滑的基本作用可以归纳为：控制摩擦；减少磨损；冷却降温；密封隔离；阻尼振动；防止腐蚀及保护金属表面等。2. 轴承的润滑轴承是机械传动中的一个重要支撑零件，其损坏的形式很多，如点蚀、划伤、压裂纹、断裂和腐蚀等。如果润滑不良，往往造成轴承温升过高，产生异常噪音，烧伤及保持架损坏。因此，滚动轴承的润滑对保证机器的正常运转相当重要。32（1)滚动轴承润滑剂的选用原则a 必须考虑摩擦副的工作温度和润滑剂的性能， 以保证摩擦面有足够的油膜强度。b 要有助于散热，以减少温升，避免温升过高，使油膜的承载能力降低。c 必须保护轴承的表面不受腐蚀。d 能阻止外部杂质的进入轴承的内腔。（2
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