刮板输送机减速器设计说明书

辽宁工程技术大学毕业设计辽宁工程技术大学毕业设计第第-#-页共50页求轴上的转矩T=9.55x106p/n229.55x106x38.4/73549893.88N•mm轴上大齿轮的分度圆直径d=mZ=3.5x52=182mm轴上小轮的分度圆直径d=3x26=78mm2圆周力F径向力F和轴向力F的大小轮1圆周力F=——t1 d1轮1径向力F=Fr1 t1轮2圆周力1TF=——t2 d2临2径向力F=Ftrr22'…8二548.28N182tana=548.28xtan20o=199.56Nn2x49893.88）1279.33N78水平面支反力RH1垂直面支反力水平面弯矩RH2RV1RV2tana=1279.33xtan20o=465.64Nt2 nFx49-Fx116.5—112731279.33x49-548.28x116.5273-4.35NFx224-Fx156.5 112731279.33x224-548.28x156.5273735.4NFx49-Fx116.5 r1273465.64x49-119.56x116.527332.56NFx224-Fx156.5 r1273465.64x224-119.56x156.5273306.14NM=156.5x4.35=680.78N-mmH1（3-24）（3-25）（3-26）（3-27）M=49义735.4=36034.6N-mmH2垂直面弯矩合成弯矩M=156.5义32.56=5095.64N-mm (3-28)垂直面弯矩合成弯矩V1M=49义306.14=15000.86N-mm (3-29)V2M=J；M2+M21 \H1 V1%：680.782+5095.6425140.92N•mmM=、:'M2+M22% H2 V2%36034.62+15000.86239032.27N•mm转矩按脉动循环变化处理 a=0.6M=%M2+(aT» (3-30)ca1 、 155140.922+(0.6x49893.88)230374.54N•mmM=55M+(aT/ 53-31)ca2 ・2《39022.272+(0.6x49893.88=49182.53N•mm

图II轴的弯距图II3．3．2校核轴的强度由图可知，1剖面的直径最小而计算弯矩较大，11剖面计算弯矩大而轴径却不是最大值，即I和I剖面较危险，所以校核I和I剖面。I剖面的计算应力为 o=Mcai=30374.54_1.1n/mm2caw 0.1x653

II剖面的计算应力为 o=Mcai=—4%82.53—_1.6n/mm2caw（70+65¥0.1x I2）查表得[o]_60N/mm2b-1所以o<[o] 安全cab-13．3．3精确校核轴的疲劳强度1）判断危险剖面IW剖面均为有应力集中源的剖面，均有可能是危险剖面。比W剖面大，所以只验算I剖面即可）校核I剖面的疲劳强度承受的弯矩为 M=r；R2+Rx301 'H2 V2（3-32）因为I剖面计算弯矩值（3-33（3-32）因为I剖面计算弯矩值（3-33）I剖面产生的正应力及应力幅，平均应力为omax1170968.10.1x653_42.69N/mm2（3-34）o_o _42.69N/mm2,o_0TOC\o"1-5"\h\zamax m查表得8_0.88,8=0.81,P=0.94,k=2.10,k=1.68o r 0 0T300=—300=— -=2.772.10x42.690.94x0.88（3-35）——o+WO・o|38 moo查表取[S]=1.5~1.8S>[S] 所以I剖面安全3．4轴承校核[8]3.4.1IV轴的轴承校核现对W轴上的 型深沟球轴承进行验算，验算过程如下）由前面W轴校核过程得轴承支反力为R=1575.3NR=588.7NH1 V1

R=R=1306.7NH2R=488.3NV2则R=R:R2+R2=1681.7NH H1 V1RR2+R2=1394.96NHH2 V2轴向力均为零查表得f=1.0,f=1.2型深沟球轴承得C=94.0kN,C=79kNor(3-36)p=fR=1.2x1681.7=(3-36)1pap=fR=1.2x488.3=585.96N2pb)验算轴承的寿命因为p>p12所以在式中代入p1106因为p>p12所以在式中代入p1106C=pft60nL'2018.04：60x59.8x8x300x8一””入“ =I 17823N<C1.0106(3-37)(式中f为温度系数；L为轴承预期寿命，取(8X300X8)h))验算静载荷p=R=1394.96No2bC——C——orpo2*=56.631394.96查表取\S]=1.0~1.53．>[s3．>[s]4．故此轴承合适2II轴的轴承校核型圆锥磙子轴承C=112kN,C=86.2kN,Y=1.5,e=0.4or1)计算轴承支反力水平支反力

R=-4.35NH1

R=735.4NH2垂直支反力R=32.56NV1R=306.14NV2合成支反力 R=JR2+R21 %H1 V1v；（-4.35）2+32.56232.85NR=jJR2+R22 、H2 V2j32.562+306.142307.87N2）轴承的派生轴向力R32.85S=t-= =10.95Ni （2xY） 2x1.5307.872x307.872x1.5=102.62N3）轴承所受的轴向载荷F=FtanP=548.28xtan13.15。=128.09Natk+S=F+S=128.09+102.62=230,71>Sa2a2 1A=k+S=F+S=230.71N1a2a2A=S=102.62N224）轴承的当量动载荷因A/R=230.71/32.85=7.02>e=0.411x=0.4,Y=Y=1.511P=xR+YA=0.4x32.85+1.5x230.71=359.21Nr1 11 11因A/R=102.62/307.87=0.33<e=0.422x=1,Y=022TOC\o"1-5"\h\zp=xR+YR=1x307.87+0x107.62=307.87Nr2 22 225）轴承寿命因为p>pr1 r2故应按p计算，查表f=1.5,f=1r1 p t10360nfppr1106106(1x112000\10360x735<1.5x359.21；1.0X109h>8X300X8=19200h符合要求至此，刮板输送机三级齿轮减速器的设计已经完成，这一系列的设计和校核计算，应用了大量四年大学所学过的知识，是我对所学知识的综合运用，也是我更加重视这四年来所学的知识。通过这次设计，使我对设计的过程在原来课程设计的基础上有了新的认识，已经基本掌握了设计的方法，为以后的工作奠定了坚实的基础。结论通过本次毕业设计，得出如下结论1.该减速器为 型刮板输送机配套设备，也可与同类型刮板输送机（如）配套使用。2．传动比为24.56，使工作机械得到理想的转速。3．该减速器能正常工作8年以上，解决了井下工作不易维修的问题。4．该减速器结构紧凑，便于运输、安装。致谢半个学期的毕业设计即将画上句号，在设计的过程中得到了许多老师的热心指导和帮助，尤其是指导教师任栏铸老师在百忙之中多次抽出时间给予详细指导，在此表示衷心的谢意。通过对毕业设计的一番学习与探索，使自己更加清醒地认识到知识的无穷无尽以及自己所学的有限。同时也走完了自己四年的大学生涯，其中的得失有必要去再仔细品味。毕业设计是对我们大学四年所学知识的一次大演练，同时也是对我们各种能力的一次考验。设计过程中通过对发现问题的解决，培养了我们的独立能力和一些基本的设计能力，逐渐培养了一定的创新意识。本次设计，几乎运用了我们所学的全部工科课程，内容涉及到机械、材料、力学、液压传动与控制等许多学科的知识。通过设计巩固了理论知识，提高了设计能力，并且具备了查询文献的能力。经过这次锻炼，我们对机械设计的全过程有了比较明确的了解，并亲自参与其中，对其有了较真实的认识，对于今后的工作学习都有很大的帮助。在这里我结束的毕业论文，同时也结束了我的大学生活。结束意味着新的开始，我会用我在学校所学到的专业知识在崭新的生活中不断进取，发奋图强。用行动回报老师的培养，回报社会的关爱！巩］云鹏主编机械设计课程设计］沈慧芬主编煤矿机械产品学］方慎权主编煤矿机械张］国柱主编综采输送机］陈湘楚主编矿山运输与提升设备参考文献东北大学出版社，中国矿业大学出版社，中国矿业学院出版社，煤炭工业出版社，煤炭工业出版社，牛］树仁主编煤矿固定机械及运输设备煤炭工业出版社，］李木主编机械设计工程学I中国矿业大学出版社，唐］大放主编机械设计工程学II中国矿业大学出版社，张］富洲主编机械设计课程设计西北工业大学出版社，许0］高燕主编机械设计手册及课程设计中国地质大学出版社，周1］松林主编掘进机械化成套设备选型手册煤炭工业出版社，梁2］治明主编材料力学高等教育出版社，3王］永岩主编理论力学煤炭工业出版社，4王］连明主编机械设计课程设计哈尔滨工业大学出版社，5毛］振扬主编机械零件课程设计浙江大学出版社，（］美）机械工业出版社，附录A机械设计介绍在组分设计阶段，考虑其中任一表面当前在组分需要用机器制造是否是重要的。如果那样，做分析然后变得必要不论用机器制造的花费高不高。现在这样源远流长和通常被编组入的分析方法学称为制造和汇编或者M因为产品很少包括一个唯一组分，汇编与制造结合。当提高产品的可靠性时，设计为制造和汇编 考虑到组装成本和组分计数的减少与总成本的减少是一起的。 和 开发了以方法学和计算机解答为同样。将被采取的方法学显示，以下三项原则递归地适用于所有汇编发展为一个便宜的汇编。1）在不同的材料的操作期间或与其他零件被隔绝到已经被装配的其他零件。2）是不同的材料或必须与已经被装配的其他零件隔绝零件。3）否则其他分开的零件必要的装配或拆卸是不可能的，零件必须是分别于已经被装配的其他零件。进一步分析每个组分看选择的材料和最佳制造过程或可以使用一个更好的便宜的选择。设计的总指导路线为用机器制造有一个应该考虑，当一般设计为用机器制造时一定数量的零件。下列是一些这样总指导路线一个必须考虑的，当执行分析为用机器制造的组分时：4）尽可能的，如果设计允许，避免机器操作。因为用机器制造的费用总高于制造过程，这是必要的。显示的组分是以接近的容忍并且美好的表面。这要求跟随的碾碎的操作达到指定的质量。然而，减少结束和容忍这样是可能的只碾碎是引起的足够必须质量，如果容忍进一步减少以铸件结束是足够好的规格，然后一共消灭用机器制造的过程。因而，当那最高时，选择的费用是最低的。5）使用标准过程和方法。选择标准过程和方法考虑到便宜和可利用的资源。例如，使用一个标准切割工具而不是一个非标准切割工具。例如，形式工具或特别铣刀。运用一个可利用的股票的例子。如果使用另外的，哪些是昂贵的。6）限制制造过程到那些已经可利用，并且在哪些有专门技术。这将做更好被运用的可利用的专门技术，当申请这项原则时，从采取一种新技术也许最初有时是昂贵的，但可以从长远看减少总成本。7）减少半新的用机器制造的过程品种。用机器制造的总成本增加以自动地增加以半新的过程品种半新的设定的数量。8）在设计中使用标准（架子）组分。架子组分例如轴承，螺栓在考虑到更高的和低成本不可能由小批容量达到的大容量通常被生产。9）提供宽宏容忍这样整体制造费用可能降低。1）0使用更加标准的形状例如长方形或环形轧材，哪些可以由简单的常规机床容易地生产出来。例如逐渐变得尖细的表面和等高要求特定工具或特别附件，哪些增加机器成本。使用更好的材料。力在用机器制造一般非常高，并且作用在零件。因此需要由机器制造的零件需要有足够的刚性来承受这些力量，切削力可能偏转到稀薄的肋骨。因为许多次要操作例如研究和完成要求另外的费用，应该减到最小或避免。设计过程应该是相当于生产的水平期望部分。13）当一个特殊过程被辨认，应该利用过程的特殊性能得到更好的经济。转动的设计在转动操作是包含的处，当设计关心必须被采取时。允许圆柱形组分使用翻转机例如中心车床和自动车床。另外，这些机器允许将使用的工具和附件的一定数量不同的类型。在这些机器可以导致表面的品种在第4章到第5章被描述。也许被考虑这里给的几项原则，当设计零件时，哪些将被处理在翻转机。1）设计零件，在这种情况下完全用机器制造零件在一个机器可以完成。如果可能在仅一个唯一设定应该用机器制造零件。为此，它是必要的所有表面应该是同心的，并且外在表面直径应该增加从一边，当内部表面应该是越来越少的从同一个末端如所示时。2）因为切割工具是更加刚性的，外在表面可以容易地导致与内部表面比较了。例如，凹线在零件要求特定工具例如分开工具或一个钻杆与分开工具位。作为这样内部凹线比外在凹线困难。3）除长方形那些之外的凹线应该有侧面以考虑到的充足的逐渐变得尖细一个正常塑造外形的工具进入。例如，如所示，如果表面是正常的然后工具方法变得困难。通常，因为他们可以用机器制造以相对地容易的方式，凹线如所示是更好的。4）由于不确定性在用机器制造的过程中，确切混和不同的表面例如圆柱形和表面如所示将是非常难达到。因此应该使二附近的表面故意地不同（大直径在案件，以便在用机器制造的过程期间配错在表面不是引人注目的。5）当孔是由一台翻转机导致的，导致一个盲孔与一个平的底部是非常难的。因此应该避免它。孔的底部应该理想地有相同配置象将使用的那螺旋钻，因此另外用机器制造不将做导致底面如所示。如果有同样几何小圆锥形形状是不可能的在钻杆的运动将要求至少3毫米大小帮助到那个地点如所示。6）在相交的表面的锋利的角落是非常难生产。应该在咬边帮助下更好地分离二圆柱形表面如所示。如果进一步操作将做在更小的圆筒例如螺纹切口或滚花，咬边也将是有用的。然而，如果没有需要进一步操作，并且，如果只转动将做，然后壁角半径在表面的交叉点同一样应该提供的将使用的转动的工具鼻子半径。7）因为他们通常需要对特殊格式工具的用途被设计，特别塑造外形的表面可能只是有正当理由的冷杉大容量的生产。8）应该带有制件刚性表面承受切削力的行动。有短和大直径制件与长和小直径制件比较如所示一般是更好的。9）因为他们可能导致冲击力量，设计不应该中断了表面。孔的操作设计如被谈论及早，孔做是在所有工业 发现的其中一共同的机器操作。有各种各样做操作例如钻井的孔，不耐烦，扩大，等，哪些被盖在这个头之下。1）一个孔，当做在零件时应该更好地有词条表面垂线到钻子轴。出口表面应该也同样是垂直的。否则切口将由在造成位置上准确性的钻头提供失衡的边推力遭受如所示的一部分的先锋完成。在这样案件，需要修改部分几何做词条表面垂线如所示。2）使用标准螺旋钻大小尽可能的。这将减少研为特定大小的标准工具的费用。3）通过孔是容易对产物与盲孔比较。通过孔促进芯片和乳化切削油容易的流程与盲孔比较。应该避免小孔大小，因为小型钻子在生产过程中容易打破并且导致中断。4）使用规范化的孔大小，帮助减少操作，例如钻子的各种各样的孔，钻杆和绞刀。5）应该避免孔钻井以倾斜的轴。钻子的网部分可能漂移和影响孔的地点。如果需要，应该带有倾斜的孔词条表面法线给钻子轴。6）在钻过程期间，操练的孔不应该更好地中断了表面。中断表面如所示将造成材料被其中一先锋仅取消，因而提供失衡的力量在钻子。变薄将造成钻子偏转。7）深刻的孔超过三倍孔的直径是难由常规钻井生产。这是由于引起的大容量芯片。生产连续的芯片的工作材料进一步将构成这个问题。特别深刻的孔钻方法是昂贵的将使用。8）五是将不耐烦不应该是超过的深刻的孔计时直径，因为钻杆成为非常苗条导致的聊天。特别钻杆将为这样目的使用。9）生产钻操作要求夹具为做操作的孔使用。在钻操作期间，夹具灌木用于找出和支持钻子。这要求夹具被设计这样夹具灌木的通入对尽可能与孔接近。削减速度在模仿中的作用在早先研究鼓切开了成岩石以 的超级转动速度和推进的率的寸实际上一个鼓以冲击入岩石的这大速度，应该有巨大的爆炸。但它在模仿没有发生，并且故意的联络力量几乎在同一巨大以实验性数据。原因在明确时间综合化算法和联络算法在以侵蚀。在这个岩石模型，元素维度是 义 义3关键时刻步是 X10秒-。7从它的自转和推进速度计算的位的线性速度是577寸5秒0。然后，位的位移在一个时间步进值是。假设这个位移是位的正常渗透，然后仅一个结在位可能击穿对岩石元素在深度的大约4%元素的长度。这渗透率仍然被考虑了作为要求岩石元素的低速度冲击的渗透少于。等， 。如此小规模步减速快速的渗透率这保证了在一个时间步进值转移的动量在一非常低率。这种现象的另一个原因是联络算法以侵蚀可能让岩石在积累许多能量之前无法岩石。动量交换在位技巧和岩石元素之间由岩石的力量总控制。当等效重音在岩石元素到达岩石材料的力量，能量转变在位技巧和岩石之间被停止。所以，即使位技巧有非常高能，能量转移到岩石仍然被限制。罗等（20被0学2习）的位钻问题和发现被消耗的能量导致岩石失败在钻操作期间是恒定的，无论钻操作是。在我们的模仿巨大联络迫使之间他位，并且岩石由岩石材料的能力限制。虽然切削力和推力的巨大几乎是相同以不同的切口速度，曲线和这些力量的平均值是完全不同的。一个数字实验由使用二不同转动速度完成：你是 ，并且其他是 他们两个使用了 秒先遣率。在第一个情况显示鼓的切削力和推力。并且图5.在2第二个情况显示鼓的切削力和推力。通过比较鼓的总推力和总切削力在两个情况，剧烈的区别根据力量巨大未被发现。比较时，但有些趋向被找到了。我们采取这三个切开的情况作为情况1，情况2和情况3，在哪个情况把 的自转率秒和推进的率的寸秒，情况有 的自转率秒和推进的率的寸秒，情况有 的自转率秒和推进的率的寸秒。在情况1那里。是许多零的联络力量区域特别是在第一革命以后。在情况2这些的数量非与时区联系的成为了较少，并且这些区域的范围变得更加狭窄。这是，因为更高的推进的率大多时间保留了位和岩石保持联系。作为比较联络力量的平均值在这些情况，它被发现切削力非常增加了，当推进的率增加从10到020寸0秒。一个解释为此是，当位击穿了深在一次革命联系范围在位技巧和岩石之间增加了。切口行动比相应地增加的推力行动，因此切削力使用一个更大的联系范围。总之它被发现推力和切削力曲线的最大值在巨大和比较三区别切口速度一样。然而推力和切削力的曲线和平均值从另外前进计算了，并且自转率表明了不同的切口情况。这些结论与结果是一致的从 和 的实验中得出。它在两种情况下注意到，切口速度不影响岩石片段大小和切削力巨大。位几何的作用在连续采煤机使用的圆锥形位可以被划分成三份：位技巧，位身体和位小腿。技巧由碳化钨 组成，并且位身体和小腿由被镀黄铜的和热处理的钢制成。碳化钨是二到三倍刚性象钢。为这样坚硬材料以非常高坚硬，冲击阻力高。此外，碳化钨在条件比钢10次0长期佩带包括磨蚀，侵蚀和擦伤。如此理想的情况在岩石切口是为了位技巧能总击中岩石不是位身体。然而，实际上某一联络在位身体和岩石之间不可能被避免。因为在数字模型两个联络在位技巧和岩石和联络之间在位身体和岩石之间可以是坚定的，这能力提供了一个机会估计位身体的穿戴由于它的联络与岩石。为了评估位几何在数字模型，在岩石切口过程期间，联络力量在每个位技巧和岩石并且联络力量之间在每个位身体和岩石之间被计算了。比率在这二力量之间用于估计位的几何的作用。申请具体能量的概念评估位的效率。用于数字模型的岩石物产在表4.被2列出了。自转率和前进率被保留了在5250秒自和20寸0各自秒。图5.展4示9个位技巧和9个位身体申请的推力在鼓的4.1革5命期间。结果表明9个位技巧申请了70鼓%的总推力，当位身体时申请被推的另一30。%另一次数字试验使用位模型2在表5.做3了在同一个切口情况下。推力和切削力的结果得到显示，9个位技巧申请了73总%推力，并且9个位身体申请了27共%计推力，当9个位技巧申请了时76总%切削力和9个位身体应用了24总%切削力。起因应力集中。没有其他剧烈的几何学形状变动在位技巧。位位技巧塑造平均也半新的 切削力，当位位技巧塑造时使用 平均切开。从联络力量比率在位技巧和位身体之间为两个位模型，它被发现位模型2比位模型1好在这个方面。它注意到，位模型位技巧使用 平均击穿，当位模型位技巧使用 平均时击穿。这是成交到他们的位技巧几何之间的区别。位模型1有可能导致应力集中的二个区域：一个区域是位技巧的峰顶，另一个区域是位技巧肩膀。在位技巧位模型2位的仅尖顶能。它也被发现位身体位模型1浪费了冲击有岩石的较少力量。它的平均推力和切削力分别为和b位模型的位身体冲击了岩石以 为推力和 为切口。如果它不是，因为位技巧位模型2使用更多力量击穿和切开，然后这种位身体位更将冲击岩石，因为它有一个更加大胆的位身体。5.位4技巧维度的作用在冲击力量位技巧直径变得更大，并且位在鼓变得强作为增加设法的减少位的数量连续采煤机设计师位间距。一系列的数字测试被执行测试大位的效率。在上图显示的九大位5.在3鼓模型安装了。当它切开了成岩石在 ，推力和整体鼓的切削力被计算了秒自转率和寸秒先遣率。用于数字模型的岩石物产是义 为它的年轻人的模数和为它的泊松的比率。推力和切削力在表5.1显示5。在切口期间被推的共计的平均值4.革命是 9并且切削力的平均值在这个期间是 2当使用了，推力推力12.次6大于位模型1，并且它的切削力位模型花费的切削力大约10次大于1在削减岩石的同一个类型。这个大位技巧表面比表面是4倍更多位技巧1。这也许导致迅速消失作为联系范围的应力集中作用在位技巧和岩石增量之间。间距在9位切口。这四位总推力和切削力在切口期间4.革1命5在表5.显1示6。总推力的平均值是 ，并且总切削力的平均值是 。被挖掘的岩石的容量在这个切口情况被确定了作为 4然后，大位完成的具体工作由 至式计算作为 与位模型和位完成的具体工作比较塑造 和各自n所以，这二小位比大位高效率。这是主要，因为大位不做应力集中一样更高，象更小的位在岩石和更多能量上在击碎上岩石花。要比较位效率塑造1和这大位，仅大位1，3，5，在7另一个测试安装了。与双比较，位间距被加倍了。附录BDesigningForMachiningINTRODUCTIONDuringthecomponentdesignstage,itisimportanttoconsiderwhetheranyofthesurfacespresentinthecomponentneedtobemachined.Ifso,itthenbecomesnecessarytodoananalysiswhetherthemachiningbeingdoneiscosteffectiveornot.ThemethodologiesforsuchanalysisarenowwellestablishedandarenormallygroupedintowhatiscalledDesignforManufactureandAssemblyorDFMAinshort.Assemblyiscombinedwithmanufacturesinceaproductrarelyconsistsofasinglecomponent.TheDesignformanufactureandAssembly(DFMA)allowsforareductionoftheassemblycostsandcomponentcountalongwithareductionoftheoverallcostwhileimprovingthereliabilityoftheproduct.BoothroydandDewhursthavedevelopedthemethodologiesandcomputersolutionsforthesame.Themethodologytobeadoptedisshown.Thefollowingthreeprinciplesarerecursivelyappliedtoalltheassembliestodevelopalowcostassembly.Duringtheoperationofadifferentmaterialorbeisolatedfromallotherpartstoallotherpartsalreadyassembled?Mustthepartbeofadifferentmaterialorbeisolatedfromallotherpartsalreadyassembled?Mustthepartbeseparatefromallotherpartsalreadyassembledbecauseotherwisenecessaryassemblyordisassemblyofotherseparatepartswouldbeimpossible?Eachcomponentisfurtheranalysedtoseeselectedmaterialandmanufacturingprocessisthebestorabetterlowcostoptioncanbeused.GENERALGUIDELINESFORDESIGNFORMACHINING(DFM)Thereareacertainnumberofpointsthatoneshouldconsiderwhilegenerallydesigningaparttobemachined.Thefollowingaresomesuchgeneralguidelinesthatonemayhavetoconsiderwhilecarryingoutthemanufacturabilityanalysisforthemachinedcomponents:Asfaraspossibleavoidthemachiningoperationifthedesignpermits.Thisisnecessarysincethecostofmachiningisalwayshigherthanofthemanufacturingprocesses.Thecomponentshowniswithaclosetoleranceaswellasfinesurfacefinish.Thisrequiresamillingoperationfollowedbygrindingtoachievethespecifiedqualities.Specifiedqualities.Howeven,itispossibletoreducethefinishandtoleranceasshownsuchthatonlymillingisenoughtogeneratetherequisitequality,ifthetoleranceisreducedfurtherwithaspecificationthatthecastingfinishisgoodenough,thenthemachiningprocessiseliminatedaltogether.Thuscostoftheoptionisthelowestwhilethatofisthehighest.Usestandardprocessesandmethods.Thechoiceofstandardprocessesandmethodsallowforalowcosttobeachievedwiththeavailableresources.Forexample,useastandardcuttingtooltoproduceafeatureratherthananon-standardcuttingtoolsuchasaformtoolorspecialmillingcutters.Anexampleofutilisinganavailablestockfromsuchasahexagonisshown.Asshownifaroundisusedthenanadditionalmillingoftheflatsisrequired,whichisexpensive.Limitthemanufacturingprocessestothosealreadyavailableandinwhichtheplanthasexpertise.Thiswillmaketheavailableexpertisetobebetterutilisedwhileapplyingthisprinciple,sinceadoptinganewtechnologymaysometimesbeexpensiveinitially,butmayreducetheoverallcostsinthelongrun.Reducethevarietyofmachiningprocessesused.Thetotalcostofmachiningincreaseswiththenumberofset-upsusedwhichautomaticallyincreaseswiththevarietyofprocessesused.Usestandard(offtheshelf)componentsinthedesign.Offtheshelfcomponentssuchasbearings,boltsandnutsarenormallyproducedinlargevolumeswhichallowforhigertoleancesandlowercostswhichcannotbeachievedbysmallbatchvolumes.Provideliberaltolerancessuchthattheoverallmanufacturingcostcouldbelowered.Usemorestandardshapessuchasrectangularorcircularshapes,whichcanbeeasilyproducedbysimplemotionswithconventionalmachinetools.Surfacessuchastapersandcontourcallforspecialtoolsorspecialattachments,whichincreasethemachiningcost.Usematerialsthathavebettermanufacturability.Thecuttingforcesinmachiningaregenerallyveryhighandwillbeactingontheparts.Hencethepartswhichneedtobeproducedbymachiningneedtoberigidenoughtowithstandtheseforce.Asshown,thecuttingforceislikelytodeflectthethinrib.Sincemanyofthesecondaryoperationssuchasgrindingandfinishingrequireadditionalcost,theyshouldbeminimisedoravoided.Thedesignprocessshouldbecommensuratewiththelevelofproductionexpectedofthepart.Whenaparticularprocessisidentified,thespecialfeaturesoftheprocessshouldbeexploitedtogetbettereconomies.DESIGNFORTURNINGWhiledesigningcarehastobetakenincaseswhereturningoperationareinvolved.Turningmachinessuchascentrelathesandautomaticlathesallowcylindricalcomponentstobeused.Inaddition,thesemachinesallowanumberofdifferenttypesoftoolsandattachmentstobeused.ThevarietyofsurfacesthatcanbeproducedonthesemachinesisdescribedinChapters4to5.Afewprinciplesaregivenherewhichmightbeconsideredwhiledesigningtheparts,whicharetobeprocessedinturningmachines.Designthepartsinsuchawaythatthecompletemachiningofthepartcanbecompletedinonemachineitself.Ifpossiblethepartshouldbemachinedinasingleset-uponly.Forthispurpose,itisnecessarythatallthesurfacesshouldbeconcentricandthediametersofexternalsurfacesshouldbeincreasingfromonesidewhiletheinternalsurfacesshouldbedecreasingfromthesameendasshown.Externalsurfacescanbeproducedeasilycomparedtointernalsurfacessincethecuttingtoolsaremorerigid.Forexample,thegroovesinthepartsrequirespecialtoolingsuchasthepartingtooloraboringbarwithpartingtoolbit.Assuchtheinternalgrooveismoredifficultthantheexternalgroove.Thegrooveotherthanrectangularonesshouldhavethesidefaceswithsufficienttapertoallowforanormalcontouringtooltoenter.Forexample,asshownifasurfaceisnormalthenthetoolapproachbecomesdifficult.Generallythegrooveasshownarepreferablesincetheycanbemachinedinarelativelyeasymanner.Theexactblendingofdifferentsurfacessuchascylindricalandsurfacesasshownwillbeverydifficulttoachievebecauseoftheuncertaintyinthemachiningprocess.Hencetwonearbysurfacesshouldbemadedeliberatelydifferent(thelargerdiameterinthecasesothatduringthemachiningprocessnomismatchinthesurfacesisnoticeable.Whenholesareproducedbyaturningmachine,itisverydifficulttoproduceablindholewithaflatbottom.Henceitshouldbeavoided.Ideallythebottomoftheholeshouldhavethesameconfigurationasthatofthetwistdrilltobeused,sothatnoadditionalmachiningistobedonetoproducethebottomsurfaceasshown.Ifitisnotpossibletohavesamegeometryasmallconicalshapeofatleast3mmsizewouldberequiredtohelpinthemovementoftheboringbartothatlocationasshown.Sharpcornersareverydifficulttoproduceattheintersectingsurfacesasshown.Thetwocylindricalsurfacesshouldpreferablybeseparatedwiththehelpofanundercutasshown.Theundercutwillalsobeusefulifafurtheroperationistobedoneonthesmallercylindersuchasthreadcuttingorknurling.However,ifnofurtheroperationisrequiredandifonlyturningistobedone,thenthecornerradiusattheintersectionofthesurfacessameasthenoseradiusoftheturningtooltobeusedshouldbeprovided.Specialcontouredsurfacescanonlybejustifiedfirlargevolumeproductionsincetheynormallyentailtheuseofspecialformtoolstobedesigned.Theworkpieceshouldbeprovidedwithrigidsurfacestowithstandtheactionofthecuttingforces.Itisgenerallypreferabletohaveshortandlargediameterworkpiecescomparedtolongandsmalldiameterworkpiecesasshown.Thedesignshouldnothaveinterruptedsurfacesbecausetheyarelikelytocausetheimpactforces.DESIGNFORHOLEMAKINGOPERATIONAsdiscussedearlier,holemakingisoneofthecommonmachiningoperationsfoundinanyindustrialpart.Thereareavarietyofholemakingoperationssuchasdrilling,boring,reaming,etc,whicharecoveredunderthishead.Aholewhenmadeinapartshouldpreferablyhavetheentrysurfaceperpendiculartothedrillaxis.Similarlytheexitsurfaceshouldalsobeperpendicular.Otherwisethecuttingwillbedonebypartofthecuttingedgeswhichprovideanunbalancedsidethrustonthedrillbitcausingthelocationalaccuracytosufferasshown.Insuchcase,thepartgeometryneedstobemodifiedtomaketheentrysurfaceperpendicularasshown.Usethestandardtwistdrillsizesasfaraspossible.Thiswillreducethecostofgrindingthestandardtoolforthegivensize.Throughholesareeasiertoproducecomparedtotheblindholes.Throughholesfacilitatetheeasyflowofchipsandcuttingfluidcomparedtoblindhole.Smallholesizeshouldbeavoided,sincesmallsizedrillsbreakeasilyandcauseinterruptionsintheproductionprocess.Standardisetheholesizetobeused,tohelpreducetheinventoryofvariousholemakingoperationssuchasdrills,boringbarsandreamers.Drillingofholeswithinclinedaxisshouldbeavoided.Thewebportionofthedrillislikelytodriftandaffectthelocationofthehole.Ifnecessary,theinclinedholesshouldbeprovidedwithanentrysurfacenormaltothedrillaxisasshown.Drilledholesshouldnotpreferablyhaveinterruptedsurfacesduringthedrillingprocess.Theinterruptedsurfaceasshownwillcausethematerialtoberemovedonlybyoneofthecuttingedges,thusprovidinganunbalancedforceonthedrill.Thinswouldcausethedrilltodeflect.Deepholemorethanthreetimesthediameteroftheholearedifficulttoproducebyconventionaldrilling.Thisisbecauseofthelargevolumeofchipsgenerated.Theworkmaterialsthatproducecontinuouschipswillfurthercompoundthisproblem.Specialdeepholedrillingmethodsaretobeusedwhichareexpensive.Deepholesthatarearetobeboredshouldnotbemorethanfivetimethediameter,sincetheboringbarbecomesveryslendercausingchatter.Specialboringbarsaretobeusedforsuchpurpose.Productiondrillingoperationrequirethatjigsbeusedforholemakingoperations.Thejigbushisusedtolocateandsupportthedrillduringthedrillingoperation.Thisrequiresthatthejigbedesignedsuchthattheaccessofthejigbushistoasclosetotheholeaspossibleasshown.EVALUATIONOFCUTTINGPARAMETERSAsdiscussedinChapter1,somestudieshaveaddressedtheinfluencesofcuttingparameterssuchas:cuttingspeed,bitgeometry,multiplebitinteraction,bittipsizeandfreeface,onthecuttingforceandthethrustexperimentally.Inthischapter,theabovevariableswillbeevaluatedusingthenumericalmodelbuiltinChapter4.TheEffectofCuttingSpeedintheSimulationInthepreviousstudythedrumcutintotherockwithasuperrotationspeedof5250rad/sandanadvancingrateof100in/s.Inrealityadrumwiththislargespeedimpactingintotherock,thereshouldbeahugeexplosion.Butitdidnothappeninthesimulationandthecontactforcescalculatedwerealmostatthesamemagnitudewiththeexperimentaldata.Thereasonliesinthealgorithmofexplicittimeintegrationandthecontactalgorithmwitherosion.Inthisrockmodel,theelementdimensionwas0.30inx0.33inx0.36in.Thecriticaltimestepwas2.07x10-7second.Thelinearspeedofthebitcalculatedfromitsrotationandadvancingspeedwas57750in/sec.Then,thedisplacementofthebitinonetimestepwas0.012in.Assumingthisdisplacementwasthenormalpenetrationofthebit,thenonlyonenodeonthebitcanpenetratetotherockelementatthedepthofabout4%ofthelengthoftheelement.Thismeansthatthebitcannotpenetratemorethanasinglelayeroftherockelement.Thispenetrationratewasstillconsideredaslowvelocityimpactwhichrequiredthepenetrationlessthan20%ofarockelement(Belytschko,etal.,1987).Sothesmalltimestepslowsdownthefastpenetrationrate.Thisguaranteedthemomentumtransferredinonetimestepataverylowrate.Anotherreasonforthisphenomenonisthatthecontactalgorithmwitherosioncanlettherockfailbeforeaccumulatingtoomuchenergyintherock.Themomentumtransferbetweenthebittipandtherockelementisalwayscontrolledbythestrengthoftherock.Theenergytransformationbetweenthebittipandtherockisstoppedastheequivalentstressintherockelementreachesthestrengthoftherockmaterial.Therefore,eventhoughthebittiphasveryhighenergy,theenergytransferredtotherockisstilllimited.Luoetal.(2002)studiedbitdrillingproblemandfoundthattheenergyconsumedtocauserockfailureduringthedrillingoperationsisconstantnomatterhowfastthedrillingoperationis.Inoursimulationthemagnitudeofcontactforcesbetweenthebitsandtherockarelimitedbythecapabilityoftherockmaterial.Althoughthemagnitudesofthecuttingforceandthethrustwerealmostthesameatdifferentcuttingspeeds,thecurvesandtheaveragevaluesoftheseforcesweretotallydifferent.Anumericalexperimentwasdonebyusingtwodifferentrotationspeeds:oneis5,250rad/s,andtheotheris2,625rad/s.Bothofthemuseda200in/secadvancerate.Figure5.1showsthecuttingforceandthrustofthedruminthefirstsituation.AndFigure5.2showsthecuttingforceandthrustofthedruminthesecondsituation.Bycomparingthetotalthrustandtotalcuttingforceofthedruminbothsituations,nodramaticdifferenceintermsoftheforcemagnitudewasfound.ButsometrendshavebeenfoundwhencomparingFigure5.1andFigure5.2withFigure4.17.Let’stakethesethreecuttingsituationsassituation1,situation2andsituation3,inwhichsituation1hasarotationrateof5,250rad/secandanadvancingrateof100in/sec,situation2hasarotationrateof5,250rad/secandanadvancingrateof200in/sec,situation3hasarotationrateof2,625rad/secandanadvancingrateof200in/sec.Insituation1thereweremanyzerocontactforcezonesespeciallyafterthefirstrevolution.Insituation2and3thenumberofthesenoncontacttimezonesbecamelessandtherangesofthesezonesbecamenarrower.Thisisbecausethehigheradvancingratekeptthebitintouchwiththerockmostofthetime.Ascomparingtheaveragevaluesofthecontactforcesatthesethreesituations(listedinTable5.1),itwasfoundthatcuttingforcesincreasedverymuchastheadvancingrateincreasesfrom100to200in/sec.Anexplanationforthisisthatwhenthebitpenetrateddeeperinonerevolutionthecontactareabetweenbittipandtherockincreased.Thecuttingactionusesalargercontactareathanthethrustactionsothecuttingforceincreasedaccordingly.Insummaryitwasfoundthatthepeakvaluesofthethrustandthecuttingforcecurveareatthesamemagnitudeascomparingthreedifferencecuttingspeeds.Howeverthecurvesandaveragevaluesofthethrustsandcuttingforcescalculatedfromdifferentadvanceandrotationratesdidindicatedifferentcuttingconditions.TheseconclusionsareconsistentwiththeconclusionsfromDevilder’s(1986)andPomeroy&Burney’s(1963)experiments.Inbothcasesitwasnotedthatthecuttingspeeddoesnotaffecttherockfragmentsizeandthecuttingforcemagnitude.TheEffectofBitGeometryTheconicalbitusedonthecontinuousminercanbedividedintothreeparts:bittip,bitbodyandbitshank(showninFigure5.3).Thetipsarecomposedoftungstencarbide(WC)andthebitbodyandshankaremadeofbrazedandheat-treatedsteel.Tungstencarbideistwotothreetimesasrigidassteel.Forsuchahardmaterialwithveryhighrigidity,theimpactresistanceishigh.Furthermore,tungstencarbidewearsupto100timeslongerthansteelinconditionsincludingabrasion,erosionandgalling.Sotheidealconditioninrockcuttingisforthebittiptoalwayshittherocknotthebitbody.However,inrealitysomecontactbetweenbitbodyandrockcannotbeavoided.Sinceinthenumericalmodelboththecontactbetweenthebittipandtherockandthecontactbetweenthebitbodyandtherockcanbedetermined,thiscapabilityprovidedanopportunitytoassessthewearofthebitbodyduetoitscontactwiththerock.Inordertoevaluatethebitgeometryinthenumericalmodel,thecontactforcesbetweeneverybittipandtherockandalsothecontactforcesbetweeneverybitbodyandtherockwerecalculatedduringtherockcuttingprocess.Theratiobetweenthesetwoforceswasusedtoassesseffectofthegeometryofthebit.Theconceptofspecifice