电瓷帽坯件机课设

1、 第一部分设计前的调查一 电瓷帽坯件机的用途及设计要求。电瓷帽是变配电设备中的一个重要零件，属系列产品，是易损件之一。图 1 是一种电瓷帽的外形和尺寸。它由土壤做成圆柱形状，并在上端挖有凹孔成帽；坯件凉干后配釉烧成瓷器。使用时将电瓷帽翻盖在金属导杆的顶端，起到绝缘和安全保护作用。图 1 一种电瓷帽的外形和尺寸电瓷帽坯件机是制造电瓷帽坯件的一种主要机械设备。其设计要求为：生产率约3000 只/小时；结构简单，体积小，维护方便，成本低；更换模头和冲头后可生产小尺寸电瓷帽坯件系列产品，设备利用率高。二总体方案设计1. 工艺分析手工制帽的主要步骤如下：(1) 将土壤适当加水拌匀（含水率 18%22%，

2、凭经验鉴别，能用手握成团，落地就散即可）；(2) 将拌好的土壤放入模中（图 2a）；(3) 用冲头将土壤冲压紧，冲头下部有一凸头，以便形成电瓷帽的凹孔（图 2b）；(4) 再将模子托起，冲出电瓷帽坯件（图 2c）。图 2 手工制造电瓷帽坯件的工艺流程这种制帽方法劳动强度大、效率低，帽的质量难以保证。如采用机器制帽，不仅工效高，质量和尺寸都能得到保证，而且能减轻或节省人工劳动。电瓷帽坯件机的工艺原理是冲压成型，工艺方法和路线是半自动圆弧型，其工艺流程框图见图 3。图 3 电瓷帽坯件机的工艺流程框图图 4 电瓷帽坯件机执行系统的工作原理2. 执行系统的工作原理和运动要求电瓷帽坯件机执行系统的工作原

3、理见例 1 图 4。运动和动力由电机经传动系统传到执行系统，执行系统有三部分组成：一是实现搅拌箱内土壤搅拌的搅拌叉（执行构件）；二是带动模孔转位的转盘（执行构件）；三是实现冲压和冲出电瓷帽坯件的曲柄滑块机构（执行机构）。执行系统的运动要求如下：(1) 拌料、喂料、刮除余料将土壤在搅拌箱内充分拌匀，填入模孔后刮平。搅拌箱内的搅拌叉可同时起填料推杆和刮平板的作用，它在搅拌箱内作连续回转运动。(2) 物料输送和各工序转移转盘上的模孔数至少应有四个，其工艺职能分别为待料、填料、成型和冲出。转盘与模孔作间歇回转运动，由控制系统控制其回转速度的快慢和停顿，实现物料输送和各工序之间的转移(3) 电瓷帽坯件的

4、成型和冲出两冲头作直线往复运动，在模孔中将土壤挤压成型和冲出电瓷帽坯件，成型冲头比冲出冲头的工作行程要长，其差值取决于电瓷帽坯件的尺寸、土壤的土质和湿度，以及所用执行机构的杆长关系等。(4) 协调配合关系两冲头在模孔中运动时，转盘应静止；当两冲头脱离模孔后，转盘才可带动物料作工序转移，并且转盘的转速与搅拌转速要协调，以便填料。3. 传动系统方案设计电瓷帽坯件机传动系统方案设计的关键是如何使模孔的转位、定位与冲头上下移动的动作彼此协调配合。下面给出传动系统的两种设计方案。方案一图5 所示图 5 电瓷帽坯件机传动系统方案一1 电机2小带轮3带4大带轮5齿轮 5 6偏心轮 7锥齿轮 7 8锥齿轮 8

5、 9搅拌叉 10搅拌箱 11齿轮 11 12、13连杆 14滑杆 15锥齿轮 15 16锥齿轮 16 17定位销 18齿轮 18 19牙嵌式离合器 20从动件滚子 21弹簧 22端面凸轮其传动路线有四路： 电机经轴V 带传动经轴齿轮 7、8 经轴搅拌叉 9 转动 电机经轴V 带传动经轴齿轮 5、11 经轴齿轮 15、16 经轴端面凸轮22离合器合 a、b 合上齿轮 18、23转盘转动 电机经轴V 带传动经轴齿轮 5、11 经轴齿轮 15、16 经轴端面凸轮22离合器合 a、b 分离转盘定位 电机经轴V 带传动经轴齿轮 5、11 经轴曲柄滑块机构冲头 24、25 上下移动图中端面凸轮 22 与轴

6、用导向键联接，牙嵌式离合器 19 的上部分 a 与凸轮固定联接，下部分 b 与齿轮 18 固定联接，且都空套在轴上。当端面凸轮在静止着的从动件滚子 20 的强制下向上抬起，压缩弹簧 21，则离合器 a、b 两部分处于脱开状态，齿轮18 不转动；当凸轮继续转到凹面与滚子接触时，凸轮在弹簧作用下往下移动，使离合器a、b 两部分啮合，这时齿轮 18 带动转盘 23 转动。当转盘转到另一工位时，凸轮的凸面又与滚子接触，此时离合器再次脱开，齿轮 18 又停止转动，转盘被定位销 17 销住。在转盘停顿的时间内，压紧冲头 25 和冲出冲头 24 在模孔中上下往复移动一次，完成压紧和冲出一个电瓷帽坯件动作。如

7、此反复循环运动，转盘旋转一周，制成 6 个电瓷帽坯件（转盘上均布 6 个模孔）。方案二 图 6 所示。图 6 电瓷帽坯件机传动系统方案二1电机 2小带轮 3带4大带轮 5齿轮 5 6齿轮 6 7锥齿轮 7 8锥齿轮 8 9齿轮 9 10搅拌叉 11搅拌箱 12模孔转盘及转盘齿轮 12 13偏心轮 14连杆16冲头座17调整螺钉座 18调整螺钉 19冲头其传动路线有三路： 电机经轴V 带传动经轴齿轮 5、6 经轴齿轮 7、8 经轴搅拌叉 9 转动 电机经轴V 带传动经轴齿轮 5、6 经轴齿轮 7、8 经轴齿轮 9、12转盘转动 电机经轴V 带传动经轴齿轮 5、6 经轴曲柄滑块机构冲头上下移动图中

8、两个冲头固定在冲头座 16 上，冲头座空套在滑轴上。偏心轮 13 经连杆 14带动冲头作上下运动，完成压紧和冲出动作。当冲头进入模孔后，随转盘 12 一起转动；当冲头退出模孔后，由于扭转弹簧 15 的作用，冲头又迅速回到原来的位置。调整螺钉座 17 固定在轴上，调节螺钉座上的螺钉 18，就可调整冲头角位移的起始位置，以便使冲头准确地进入模孔。方案一的传动系统较复杂，转盘的间歇转位与定位采用了端面凸轮与离合器，且转盘的间歇运动直接影响工效的提高。方案二的冲头座部分结构稍复杂，转盘与轴之间的磨损也较快，但其他方面都优于方案一。因压制电瓷帽坯件的压力较小，压紧和冲出机构可以设计得简单一些，所以电瓷帽

9、坯件机传动系统的设计选用方案二。4. 总体布局（图 7）图 7 电瓷帽坯件机总体布局1电机 2小带轮 3V 带 4电机支架 5大带轮 6电机支架拉杆 7搅拌箱 8扭转弹簧 9冲头座 10冲出冲头及冲出杆 11模孔转盘齿轮 12 12滑动轴 V 13连杆 14偏心轮 15轴 III 16锥齿轮 8 17锥齿轮 7 18轴 I 19大齿轮 6 20轴 II 21小齿轮 5 22机架 23轴 IV 24小齿轮 9 25搅拌叉 26压紧冲头及压紧杆图 8 电瓷帽坯件机的运动循环图第二部分 技术设计一 运动设计与动力计算1. 电动机功率的选择电瓷帽坯件机的功率消耗主要有三部分。1) 压紧呵冲出坯件时所作

10、的功主要为压紧时消耗功率模孔转盘的转速n转盘（假定有6个模孔在转盘上） 转盘每转一圈，冲头做上下6次往复运动，偏心轮转速为n偏设偏心轮偏心距e=80mm，则冲头最大位移速度V冲max为估计压紧冲头工作时所受平均压力F压紧 = 1000N 。由运动循环图得知，冲头速度曲线上的a点对应于压紧冲头向下开始压紧土壤的速度，该偏心轮相应的角位移为，则有从而得到压紧冲头所消耗功率为考虑冲出过程所耗功率，以及两冲头随模孔转盘一起转动时与模孔内壁间的上下摩擦所耗功率，取 2) 转盘转动时要克服滑轴与转盘间的滑动摩擦，以及带动两冲头转动时克服的扭转弹簧力，估计所耗功率为。因搅拌器转速较低，估计所消耗功率为总功率

11、为：估计传动系统总机械效率为，则电机的功率至少应选用Y系列小型三相异步电机，根据Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件选用Y90s-4型，其功率为其主要技术数据、外形尺寸及安装尺寸见下表：型号额定功率满载转速最大转矩额定转矩重量KgY90s-41.114002.122外形尺寸中心高mmH安装尺寸mm轴伸尺寸mm平键尺寸902. 确定各传动机构的传动比电瓷帽坯件机的传动路线分为外传动路线和内传动路线两条1) 外传动路线由电机、带传动、直齿圆柱齿轮5和6、曲柄（偏心轮13）滑块（滑轴）机构组成。因为，则外传动链总传动比为考虑带传动的传动比不宜太大，故传动比分配为i带 = 4.45 ，.55。2)

12、 内传动路线由偏心轮13、圆锥齿轮7和8、直齿圆柱齿轮9及转盘齿轮12组成。当偏心轮转6圈时，要求转盘转一圈，其总传动比为现在取，即小齿轮9的转速与偏心轮13的转速相同。对搅拌叉兼刮板10的转速没有严格要求，为简化机构，定其转速与与齿轮9相同，装在同一根轴上。3. 计算各轴的转速和功率1) 各轴的转速2) 各轴的功率查机械设计手册，效率，a) 转盘所需功率（前面确定）b) 轴所需功率c) 轴所需的功率d) 轴所需的功率e) 轴所需的功率故所选电机型号满足工作要求。二 机构设计与强度校核1. 模孔转盘的结构设计转盘上有6个均匀布置的模孔，根据电瓷帽坯件的高度尺寸，现在确定模孔的高度孔径。转盘材料

13、为HT250，由于强度较低，孔与外圆之间的壁厚不宜太薄取10mm，孔与孔之间的壁厚取15mm，转盘尺寸见下图2. 转盘齿轮的结构与尺寸1) 选择材料、热处理、精度等及齿数电瓷帽坯件机属于一般电瓷机械，可选用常用材料及热处理。带动转盘的齿轮12与转盘做成一体，材料都是HT250，硬度值为170241HBW，取硬度为220HBW，而与其配合的小齿轮9采用45号钢，调质处理，硬度值为229286HBW，取硬度值为245HBS，两齿轮的工作齿面硬度之差为25HBW，合适。选择齿轮精度为8级精度（GB10095-88）选择，对传动比误差控制在小于3%范围内，要求不高的开式传动，应使两齿轮齿数互为质数，但

14、考虑到电瓷帽坯件机的转盘转位与冲头的上下移动有严格的传动配合关系。因此2) 按齿根弯曲疲劳强度设计确定模数齿根弯曲疲劳强度设计公式为:对开式传动齿宽系数取载荷系数取，则扭矩为：查得齿形系数，弯曲疲劳极限应力，并比较 取两者较大值代入计算公式：考虑为补偿因磨损而造成的齿轮强度削弱，将按齿根弯曲疲劳强度计算所得的模数加大20%左右，因此取齿轮9与齿轮12的相关尺寸分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽圆整后取中心距压力角齿顶高（）齿根高（）全齿高小齿轮，应做成实心结构，其孔径由与其相配合的轴的结构尺寸确定。大齿轮，应做成轮辐式结构。由于它和转盘做成一体，六个模孔刚刚好可以作为齿轮辐板上的孔，中心孔直径

15、由滑轴的直径决定。在决定齿轮尺寸时，还要考虑搅拌箱的尺寸结构，如果两齿轮的中心距太小，则搅拌箱尺寸会受到影响，上面确定的对搅拌箱来说是合适的。3. 偏心轮和滑动轴位移尺寸的确定1) 偏心距和连杆长度由传动方案简图可见，滑轴V上下往复运动的行程S应等于模孔的高度与冲头在模孔外的一段距离之和，即：取e为曲柄长度（偏心距），1为连杆长度，如下图所示：由对心曲柄滑块机构存在的条件，一般要求最小传动角，考虑到滑动轴的支承部分较弱，传动力又较大，应将适当选大一些，取，则：2) 具体结构偏心轮用平键、止退垫圈、螺母固定在轴上。凡是用此方法固定都要求轴径长度比轮毂孔长度短12mm。为了使螺母不与连杆相碰，将偏

16、心轮设计成凹坑，将螺母置于凹坑中，凹坑直径比止退垫圈直径大12mm。偏心轮不宜做的太厚，可在2025mm之间如下图所示。为了增加与轴的配合部分长度，还必须设计一凸缘。偏心轮外圆与偏心销孔之间的厚度定为15mm左右，因此可以算出偏心轮的外圆直径为210mm。其它结构尺寸见图。连杆与偏心销的摩擦用铜套，铜套的厚度根据经验一般取，铜套的长度，d为铜套内径（即偏心销的直径），设，则，取；，取。在决定铜套内径的公差时，要特别注意当铜套压入连杆孔时铜套的内径的缩小，对薄壁铜套其收缩量约为铜套外径过盈量的0.80.9倍，因此在确定铜套尺寸时，要适当加大铜套的内径与轴的配合的间隙。4. 锥齿轮的结构和尺寸1)

17、 选择材料、热处理、精度等级及齿数根据初步拟定的锥齿轮的传动比，由于电瓷帽坯件机属于一般电瓷机械，因此可以选用常用材料及热处理。锥齿轮7和锥齿轮8采用相同材料，采用45号钢，硬度值为229286HBW，取硬度值为250HBW。调质处理。选择齿轮精度为8级精度（GB10095-88）选，2) 选择齿宽系数和精度等级取齿宽系数初估齿轮的平均圆周速度，参照表8-9，可选齿轮精度为8级精度。3) 按齿根弯曲疲劳强度设计确定模数由于两齿轮相同。寿命系数：按无限寿命设计。极限应力尺寸系数安全系数需用弯曲应力4) 计算齿根弯曲应力分度圆锥角当量齿数 查设计手册：齿形系数应力修正系数 差设计手册：使用系数，查

18、表8-4得，动载荷系数，查表齿面载荷分布系数，即：齿数比 齿根弯曲应力，有：考虑为补偿因磨损而造成的齿轮强度的削弱，将齿根弯曲疲劳强度计算所得的模数加大20%左右，因此取。5) 主要几何尺寸的计算大端分度圆直径分锥角锥距齿宽尺寸及结构如下大端分度圆直径平均分度圆直径分锥角齿宽齿顶圆直径齿顶高齿根高根锥角齿根角外锥距顶锥角安装距冠顶距轮冠距5. 带传动及带轮的结构和尺寸设计设计数据：V带传递功率， 小带轮转速， 大带轮转速， 每天工作不少于8小时。1) 确定V带截型工作情况系数，查表7-7取 计算功率V带截型根据和查设计手册，选用Z型V带2) 确定V带轮基准直径小带轮基准直径，有图7-12及表7

19、-4取，采用实心式。则大带轮基准直径，采用孔板式。验算带速：3) 确定中心距及V带基准长度和包角初定中心距：由及、得初步确定中心距为400mm。计算V带基准长度：取基准长度：实际中心距：验算小带轮包角：4) 确定V带根数单根V带基本额定功率：单根V带额定功率增量：小带轮包角修正系数：带长修正系数：V带根数：取根。5) 计算初拉力V带单位长度质量，表7-1，。单根V带的初拉力：取6) 作用在轴上的载荷7) 带轮机构如下图所示。6. 齿轮5和齿轮6的设计。1) 选择材料、热处理、精度等级及齿数根据初步拟定的锥齿轮的传动比，由于电瓷帽坯件机属于一般电瓷机械，因此可以选用常用材料及热处理。齿轮5和齿轮

20、6采用相同材料，采用45号钢，硬度值为229286HBW,小齿轮取硬度值为260HBW，大齿轮取硬度值为235HBW。工作齿面硬度之差为（260-235）HBW=25HBW合适。调质处理。选择齿轮精度为8级精度。（GB10095-88）取小齿轮5的齿数，2) 按齿根弯曲疲劳强度设计确定模数。齿根弯曲疲劳强度设计公式为：对开式传动齿宽系数：取载荷系数：取;则扭矩为：查得齿形系数，弯曲疲劳极限应力，并比较 取两者较大值代入计算公式：考虑为补偿因磨损而造成的齿轮强度削弱，将按齿根弯曲疲劳强度计算所得的模数加大20%左右，因此取齿轮5与齿轮6的相关尺寸分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽圆整后取中心距小

21、齿轮，应做成齿轮轴结构。大齿轮，应做成腹板式结构，其孔径由与其相配合的轴的结构尺寸确定。7. 轴的结构设计1) 按扭转强度初步估计轴的最小直径考虑键槽对轴的强度的影响，取。选用45号钢，正火硬度值170217HBW。2) 轴的结构设计轴的结构如下图所示圆柱齿轮、偏心轮的轴向定位的轴肩直径不能太小，因此加用套筒帮助轴向承压，其轴端的固定采用螺母和止退垫圈，圆锥齿轮采用50mm的轴环定位并受轴向力，用紧定螺钉加以固定。圆柱齿轮、圆锥齿轮及偏心轮的轴向定位采用普通平键，其尺寸分别为 两个滚动轴承采用角接触球轴承，其型号选择为7308,7307，负安装双点单向固定，其外型尺寸分别为。采用脂润滑。3)

22、按弯扭合成强度校核轴的直径齿轮6的尺寸结构，以及强度计算前面已经计算过，其过程不在重复。按前面的计算结果同理可以得到锥齿轮的有关数据a) 做出轴的空间受力简图。由总装配图看出，齿轮和曲柄销所受的作用点全部位于垂直平面内，对偏心轮，由运动循环图得知，当曲柄销处于最低位置时，获得最大值，考虑压紧和冲出联合作用取如下图a所示。因偏心轮安装位置与作用点之间的距离1很小，故可以忽略由产生的附加弯矩对轴强度的影响。b) 作出垂直面受力图、弯矩图（如下图b）c) 作出水平面受力图、弯矩图（如下图c）d) 求出合成弯矩，做出合成弯矩图（如下图d）e) 作出扭矩图（如下图e）f) 求出当量弯矩图（取）g) 校核

23、轴的强度查得，满足强度要求。 4) 轴承寿命的核算根据上图利用可得A、B两处滚动轴承的名义径向载荷取动载荷系数实际径向力即均采用单列角接触球轴承，负安装，A处是7308型，B处是7307型。派生轴向力，即根据外部轴向力的大小和方向（上图），因为，所以轴承A被“放松”，轴承B被“压紧”，它们的名义轴向载荷和实际轴向载荷分别为：查得两轴承额定静载荷分别为：（70000c）。可以计算此值。利用插值法分别得到 。由于，所以当量动载荷：取轴承寿命为16000小时，寿命系数，速度系数。由机械设计手册查得轴承额定动载荷分别为：。则实际动载荷为：因为,故校核结果符合要求。5) 键的校核圆柱齿轮、圆锥齿轮及偏心

24、轮，它们各自传递的转矩分别为：它们对应在三处传递转矩分别为：，三处轴的直径、键高及键长分别为：根据键连接的挤压强度公式，它们各自的挤压应力为：取，因此所选键均满足强度条件。8. 轴的结构设计1) 按扭转强度初步估计轴的最小直径考虑键槽对轴的强度的影响，取。选用45号钢，正火硬度值170217HBW。2) 轴的结构设计轴的结构如下图所示圆柱齿轮、偏心轮的轴向定位的轴肩直径不能太小，因此加用套筒帮助轴向承压，其轴端的固定采用螺母和止退垫圈，圆锥齿轮采用50mm的轴环定位并受轴向力，用紧定螺钉加以固定。圆柱齿轮、圆锥齿轮及偏心轮的轴向定位采用普通平键，其尺寸分别为 两个滚动轴承采用角接触球轴承，其型号选择为7308,7307，负安装双点单向固定，其外型尺寸分别为。采用脂润滑。3) 按弯扭合成强度校核轴的直径齿轮9的尺寸结构，以及强度计算前面已经计算过，其过程不在重复。4)按前面的