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电动墙面开槽机设计带机械图,电动,墙面,开槽,设计,机械
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福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书目 录1 绪论- 5 -1.1 概述- 5 -1.2 课题研究的目的和意义- 5 -1.3 国内外研究现状- 5 -2 电动墙面开槽机方案设计- 7 -2.1 设计要求- 7 -2.2 组成- 7 -2.3 特点- 7 -2.4 传动方案的比较- 7 -2.5 切缝工作装置的设计- 8 -2.5.1切缝刀片的选择和力学计算- 8 -2.5.2金刚石圆锯片受力分析- 8 -2.5.3工作电动机的选择- 10 -3 驱动和传动部分设计- 12 -3.1 圆柱斜齿轮设计- 12 -3.2 圆锥直齿轮设计- 15 -3.3 轴的设计计算- 17 -3.3.1 输入轴设计- 17 -3.3.2 中间轴设计- 21 -3.3.3输出轴设计- 27 -3.4 滚动轴承的选择及计算- 32 -3.4.1输入轴滚动轴承计算- 32 -3.4.2中间轴滚动轴承计算- 33 -3.4.3输出轴轴滚动轴承计算- 33 -3.5 键联接的选择及校核计算- 34 -3.5.1输入轴键计算- 34 -3.5.2中间轴键计算- 35 -3.5.3输出轴键计算- 35 -3.6 联轴器的选择- 35 -3.7 减速器附件的选择- 36 -3.8 润滑与密封- 36 -4 电气系统的设计- 37 -4.1 控制电路的设计- 37 -4.2 控制电路外接设备的设计- 38 -4.3 PLC的I/O地址分配- 39 -总 结- 41 -参考文献- 42 -致 谢- 43 - 43 -摘 要首先针对电动墙面开槽机进行总体方案设计，进而确定电动墙面开槽机的总体布局，随后，对主轴组件进行设计。介绍了主轴的工作原理及关键技术。然后，确定了合理的主轴总体结构，分别对各零部件作了设计，产生了装配图、零件图与设计说明书等设计文档。最后，对各个轴和轴承进行了详细的分析和校核，计算表明，该设计符合要求。关键词：电动墙面开槽机，主轴组件，主轴，轴承，带轮AbstractFirst, the overall design of the electric wall grooving machine, and then determine the overall layout of the electric wall grooving machine, followed by the design of the spindle assembly. This paper introduces the working principle and key technology of the spindle. Then, the reasonable structure of the main shaft is determined, and the parts are designed respectively, and the assembly drawing, part drawing and design specification are produced. Finally, the shaft and bearing are analyzed and checked in detail.Key words: electric wall grooving machine, spindle assembly, spindle, bearing, pulley1 绪论1.1 概述我国工程建筑机械行业近几年之所以能得到快速发展，一方面通过引进国外先进技术提升自身产品档次和国内劳动力成本低廉是一个原因，另一方面国家连续多年实施的积极的财政政策更是促使行业增长的根本动因。受国家连续多年实施的积极财政政策的刺激，包括西部大开发、西气东输、西电东送、青藏铁路、房地产开发以及公路（道路）、城市基础设施建设等一大批依托工程项目的实施，这对于重大建设项目装备行业的工程建筑机械行业来说可谓是难得的机遇，因此整个行业的内需势头旺盛。同时受我国加入WTO和国家鼓励出口政策的激励，工程建筑机械产品的出口形势也明显好转。我国建筑机械行业运行的基本环境、建筑机械行业运行的基本状况、建筑机械行业创新、建筑机械行业发展的政策环境、国内建筑机械公司与国外建筑机械公司的竞争力比较以及我国建筑机械行业发展的前景趋势进行了深入透彻的分析。1.2 课题研究的目的和意义在发达国家己经普遍采用工厂化生产建筑用地面开槽产品，如意大利OSCAM 公司、奥地利 EVG 公司、德国 PEDAX 公司和美国 KRB公司 等，为施工企业生产建筑用建筑加工产品，或者提供建筑加工企业的成套设备。具体的说，OSCAM 公司生产的机器，自动化程度高、加工速度快、操作方便、形状尺寸一致性好。我国建筑加工机械的技术水平总体上比较落后，所生产的电动墙面开槽机等产品，主要是电动机作为动力源、品种规格少、结构形式比较传统、自动化程度差、制造精度较低、创新力不强，参与国际竞争能力弱。 近年来由中国建筑科学研究院机械化分院开发成功的建筑网电动墙面开槽机在技术上占据很大优势，具备国际品质，有很强的竞争力。要提高建筑机械技术水平、为建筑加工企业提供先进生产设备、满足市场需求，需要不断创新、不断研发出新产品。 学习国外先进技术经验，加速研发数字化控制、功能集成化的建筑加工机械是今后发展的目标。要实现建筑加工机械的升级换代，为发展建筑加工产品商品化创造条件，为建筑施工企业生产各种建筑加工产品，推动建筑加工产品的商品化进程，使我国建筑加工机械产品跻身于世界先进行列。1.3 国内外研究现状纵观我国建筑用电动墙面开槽机的总体水平，与国际上先进产品相比还是比较落后。主要表现在：企业生产规模小，产品的技术含量低，生产效率低下。大部分产品调直速度较低，建筑材料的直线度不高，表面划伤较重。造成这种局面的主要原因在于，我国的建筑用电动墙面开槽机市场还没有真正形成，还处在地域及价格因素占主导位置的过渡阶段，尚未进入真正的市场竞争阶段。生产企业多而零散，且大都处在一种小而全、小而不全的状态，在这些生产企业中很难形成强大的技术投入在这种条件下，企业之间相互抄袭现象严重，很难找到拥有自主知识产权的产品，尚没有出现可以称得上领军式的企业。建筑用新级建筑材料的推广使用为电动墙面开槽机的生产企业提供了广阔的发展空间。为此，许多企业投入大量资金，争相开发、研制适合新!级建筑材料要求的高速、大直径电动墙面开槽机。在电气控制方面，众多企业纷纷淘汰传统的电气控制技术，竟相采用先进的PLC式电脑控制，不仅使控制单元得到了简化，整机的运行更加稳定、可靠，维护更加简单，更使我国建筑用电动墙面开槽机的整体水平跃上一个新的台阶，极大地缩短了与国际上先进产品的差距。面对空前广阔的电动墙面开槽机市场，广大生产企业也面临严峻的挑战。多年来，受运输长度等多种因素影响，目前已有个别企业看准后续加工中的可观利润，开始购入单机。一旦这些企业实现并完成对现有生产线的改进，将势必对现有的电动墙面开槽机市场，特别是对电动墙面开槽机生产企业形成巨大的冲击。人无远虑，必有近忧，这是一个应该引起广大电动墙面开槽机生产企业十分重视的大问题。2 电动墙面开槽机方案设计2.1 设计要求1、建筑工程中需要大量的埋设电线或管线工作,其间需要对墙面进行开槽,本设计完成便携式电动开槽机的结构设计和控制方案的初步设计。2、要求：设计槽路宽度可调（0-3cm）的自动切割开槽机，采用电动、割缝和铲底一体化的机构设计； 3、驱动和传动、刀具结构等设计、控制软件部分。4、关键问题：割缝及铲底机构、传动机构部分设计。2.2 组成传动装置由电机、减速机构、工作机组成。2.3 特点齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀。要求轴有较大的刚度。2.4 传动方案的比较（1）传动方案设计 由于输入轴与输出轴有相交，因此传动机构应选择锥齿轮或蜗轮蜗杆机构。 方案一：二级圆锥圆柱齿轮减速器。 方案二：齿轮蜗杆减速器。 方案三：蜗杆齿轮减速器。1 锥齿轮传动 锥齿轮传动的减速比不是很大，一般是1-4之间，主要是起90度进行换向，在本课题当中需要一个大的减速运动。2 蜗杆传动蜗杆传动可以实现较大的传动比，尺寸紧凑，传动平稳，但效率较低，适用于中、小功率的场合。采用锡青铜为蜗轮材料的蜗杆传动，由于允许齿面有较高的相对滑动速度，可将蜗杆传动布置在高速级，以利于形成润滑油膜，可以提高承载能力和传动效率。因此将蜗杆传动布置在第一级。3二级圆柱齿轮减速传动（展开式） 能实现课题的减速要求，可展开式占用空间比较大，高速轴和低速轴之间的距离较大。 方案三方案二方案一最终选择方案一，能实现课题的减速要求，能满足空间不大的需求，正好符合本课题的要求。故后续设计选择这个方案。2.5 切缝工作装置的设计切缝装置由电动机、传动装置、切缝主轴、轴承座、切缝刀片组成。把切缝锯片安装在切缝主轴上，由电机提供动力。电机安装在整机底盘板的前端与切割主轴连接。2.5.1切缝刀片的选择和力学计算切缝刀片的选择刀片份基体和刀头两个部分。粘结刀头作为主要支撑的基础部分称为基体，在切割工作中起到切割功能的部分称之为刀头，其会在切缝工作由于摩擦与切割工作造成损失。因为刀头中含有金刚石，使得刀头能够对水泥混凝土进行切割作业。金刚石是目前自然界中最硬的东西，在刀头中与水泥混凝土进行摩擦从而对水泥混凝土进行切割。刀头的金属把金刚石包裹在刀头的内部。所以，切缝刀片选择市面上较为广泛应用的“激光焊接金刚石锯片”。如图2.1所示。刀片内径30mm，外径350mm。凹槽宽度为刀片刀头的厚度， 切缝宽度为38mm。图2.1 激光焊接金刚石锯片2.5.2金刚石圆锯片受力分析在对金钢石锯片进行受力分析时，由于圆盘锯片的厚度远远小与其直径，在这里我们将其视作平面问题。金钢石切割锯片在进行切缝工作时，圆周上成阵列排行的刀头规律性地对水泥混凝土路面造成切割，人造金刚石锯齿的刚度和强度远远大于水泥混凝土路面，所以金刚石锯片在转动的过程中对水泥混凝土路面形成冲击切削形成切缝。在切削过程，金刚石锯片与水泥混凝土接触所受到的应力与其圆周齿数及刀片切割的深度相关。受力分析如图2.2所示。图2.2 金刚石锯片切割路面的受力分析锯切时，金刚石锯片的锯齿对石材产生的切割力有两个：一个是法向力Fn，另一个是沿线速度方向的切向力Ft。锯切力Ft是锯片的主切割力，直接影响锯切功率。垂直力Fn则直接影响锯片的刚度、稳定性和耐磨损等特性。但由于Fn和Ft直接测量比较困难，把切向力Ft和垂直法向力Fn分解成沿进给方向切割力Fx和切割深度方向的垂直力Fy。在某瞬时，可以把Fn和Ft投影到x、y轴上，通过上述几何关系，可得到： (2-1) (2-2)式中是取某瞬时，切割石材中点直径与垂直方向的夹角，也是锯片从切割最低点沿切割轨迹转到切削中点时的夹角，即 金刚石锯片锯切混凝土过程的锯切力测试系统如图2.3所示。图2.3金刚石锯片切割性能检测锯切力测试系统采用YDMIII99型三向压电测力平台同时测量三个方向的锯切力 Fx、Fy、Fz，锯切力信号经电荷放大器放大后，通过模数（A/D)转换输入计算机中，进行数据处理。2.5.3工作电动机的选择 电动机属于外购件，该环的重点在于如何选择电动机的功率及类型，选择电机应考虑以下问题: (1)电动机不仅根据其负载的启动与运行特性进行选择，更要符合实际工作情形，达到高效、节能、环保的需求。 (2)电动机的选择需要与工作条件相符合，所采用的保护措施及冷却装置，也要与其匹配，若不匹配则会造成低效甚至电机的损坏。 (3)算得合适的电动机容量。一般情况下，达到额定负载的75%-100%时，电动机的效率达到顶峰。所以，选择电动机时，使其容量与设备需求容量匹配度到达最高，则工作时能达到高效性。 (4)综合考虑各种因素，应选择可靠度高、易维修的标准电动机。为了整台机器高效运转，需要将电压等级和电机的极数纳入考虑范围之内。1. 负载特点和适用场合分析工作时，行走轮稳定运行，属于轻载驱动，载荷波动较小，不管工作还是行走，电动机不需要频繁启动，行走速度由混凝土强度，集料强度，刀头锋利程度及要求的抗滑构造深度决定，为了使锯片在不同强度的混凝土上能刻制出不同深度的防滑纹，行走速度应该可调，使用场合是在室外，电动机所处的空间湿度，灰尘较大。2.选择电动机的类型综合评判电动机产品的类型、装配的难度、电动机的售价、日常的运转以及维护费用，以及考虑到不同型号电动机的负载特点与适用工况，这里选择三相异步交流电动机。其具有结构简单、耐久度高、价格较低、维修简单等优点。三相异步电动机通常使用的4种转速为：3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min。同步转速越高所对应的极对数越少，整机的尺寸与质量对应也就越小，但是相对的减速机的尺寸就要越大，而参与构成的整体机械尺寸也就越大，制造机械的成本就会越高。3. 电动机功率的计算参考同类型的机器，选择 YL90K3-4 额定功率 3kw 电压220V的电机 额定转速2800r/min假设拟定切削刀的转速为480r/min，那么中间需要设置减速机构，减速总的传动比为i=2800/480=5.8切削墙面的转速不适太快，需要设计减速传动机构，初步拟定圆柱齿轮减速传动比i1=2.9(17-49）圆锥齿轮减速传动比i2=2（19-37）。3 驱动和传动部分设计3.1 圆柱斜齿轮设计1） 已知齿数比u=2.9，由电动机驱动，工作寿命10年（设每年工作300天），一班制，工作经常满载，空载起动，工作平稳。2） 选定齿轮精度等级、材料及齿数3） 圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88)4） 材料选择 由机械设计（第八版）表10-1选择大小齿轮材料均为45钢（调质），小齿轮齿面硬度为250HBS，大齿轮齿面硬度为220HBS。5） 选小齿轮齿数，大齿轮齿数取6） 选取螺旋角。初选螺旋角 2、 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即(1) 确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数2） 计算小齿轮的转矩3） 选齿宽系数4） 由机械设计（第八版）图10-30选取区域系数由机械设计（第八版）图10-26查得，则5） 由机械设计（第八版）表10-6查得材料的弹性影响系数6） 计算应力循环次数7） 由机械设计（第八版）图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限由机械设计（第八版）图10-19取接触疲劳寿命系数10）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得2） 计算圆周速度v3） 计算齿宽b及模数根据，7级精度，由机械设计（第八版）图10-8查得动载系数由机械设计（第八版）表10-3查得由机械设计（第八版）表10-2查得使用系数由机械设计（第八版）表10-13查得 由机械设计（第八版）表10-4查得接触强度载荷系数6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得6） 计算模数取7） 几何尺寸计算（1） 计算中心距取得（2） 按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正（3） 计算大小齿轮的分度圆直径（4）计算齿轮宽度圆整后取 3、 校核齿根弯曲疲劳强度1） 确定弯曲强度载荷系数2） 根据重合度，由机械设计（第八版）图10-28查得螺旋角影响系数3） 计算当量齿数4）由机械设计（第八版）表10-5查得齿形系数应力校正系数4） 由机械设计（第八版）图20-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限由机械设计（第八版）图10-18取弯曲疲劳寿命系数1） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，得2） 校核弯曲强度根据弯曲强度条件公式进行校核（4） 满足弯曲强度，所选参数合适。3.2 圆锥直齿轮设计已知齿数比u=2，工作寿命10年（设每年工作300天），一班制，输送机工作经常满载，空载起动，工作平稳。2、 选定齿轮精度等级、材料及齿数1） 圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88)2） 材料选择 由机械设计（第八版）表10-1选择小齿轮材料为(调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。3） 选小齿轮齿数，大齿轮齿数，两齿数要求互质，取整。则3、 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即（2） 确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数2） 计算小齿轮的转矩3） 选齿宽系数4）由机械设计（第八版）图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限5）由机械设计（第八版）表10-6查得材料的弹性影响系数6） 计算应力循环次数7) 由机械设计（第八版）图10-19取接触疲劳寿命系数8) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得（3） 计算1） 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值2） 计算圆周速度v3） 计算载荷系数根据，7级精度，由机械设计（第八版）图10-8查得动载系数直齿轮由机械设计（第八版）表10-2查得使用系数根据大齿轮两端支撑，小齿轮作悬臂布置，查机械设计（第八版）表得轴承系数，则接触强度载荷系数4） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得5） 计算模数m取标准值6） 计算齿轮相关参数7） 圆整并确定齿宽校核齿根弯曲疲劳强度确定弯曲强度载荷系数计算当量齿数由机械设计（第八版）表10-5查得齿形系数应力校正系数由机械设计（第八版）图20-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限由机械设计（第八版）图10-18取弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力：取弯曲疲劳安全系数，得3.3 轴的设计计算3.3.1 输入轴设计1、求作用在齿轮上的力已知高速级小圆锥齿轮的分度圆半径为：而圆周力、径向力及轴向力的方向如图3.1所示：图3.1 圆周力、径向力及轴向力的方向3、 初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计（第八版）表15-3，取，得，输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查机械设计（第八版）表14-1，由于转矩变化很小，故取，则查机械设计（机械设计基础）课程设计表17-4，选HL1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为160000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm。4、 轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案（见图3.2）图3.2 轴上零件的装配方案（2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1） 为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径2） 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7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30306，其尺寸为，而。这对轴承均采用轴肩进行轴向定位，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7查得30306型轴承的定位轴肩高度，因此取3）取安装齿轮处的轴段6-7的直径；为使套筒可靠地压紧轴承， 5-6段应略短于轴承宽度，故取。4）轴承端盖的总宽度为20mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油 的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离，故取 5）锥齿轮轮毂宽度为64.86mm，为使套筒端面可靠地压紧齿轮取。由于，故取（3） 轴上的周向定位圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为k6。（4） 确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为5、 求轴上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M 总弯矩扭矩T6、按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得，故安全。精确校核轴的疲劳强度（1） 判断危险截面截面5右侧受应力最大（2）截面5右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面5右侧弯矩M为截面5上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机械设计（第八版）附表3-2查取。因，经插值后查得又由机械设计（第八版）附图3-2可得轴的材料敏感系数为：故有效应力集中系数为：由机械设计（第八版）附图3-2的尺寸系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为又取碳钢的特性系数计算安全系数值故可知安全。3.3.2 中间轴设计1、求中间轴上的功率、转速和转矩 2、求作用在齿轮上的力已知圆柱斜齿轮的分度圆半径而已知圆锥直齿轮的平均分度圆半径而圆周力、，径向力、及轴向力、的方向如图3.3所示图3.3 圆周力、，径向力、及轴向力、的方向3、初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为（调质），根据机械设计（第八版）表15-3，取，得，中间轴最小直径显然是安装滚动轴承的直径和4、 轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7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30306，其尺寸为，。 这对轴承均采用套筒进行轴向定位，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7查得30306型轴承的定位轴肩高度，因此取套筒直径。2）取安装齿轮的轴段，锥齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位，已知锥齿轮轮毂长，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，故取，齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径为。3） 已知圆柱直齿轮齿宽，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，故取。4）箱体一小圆锥齿轮中心线为对称轴，则取。（3）轴上的周向定位圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为22mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；圆柱齿轮的周向定位采用平键连接，按由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为56mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为5、 求轴上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M 总弯矩扭矩T6、按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得，故安全。7、精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面截面5左右侧受应力最大（2）截面5右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面5右侧弯矩M为截面5上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为，调质处理。由表15-1查得。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机械设计（第八版）附表3-2查取。因，经插值后查得又由机械设计（第八版）附图3-2可得轴的材料敏感系数为故有效应力集中系数为由机械设计（第八版）附图3-2的尺寸系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为又取合金钢的特性系数计算安全系数值故可知安全。（3）截面5左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面5左侧弯矩M为截面5上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力过盈配合处的，由机械设计（第八版）附表3-8用插值法求出，并取，于是得轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为故得综合系数为计算安全系数值故可知安全。3.3.3输出轴设计1、求输出轴上的功率、转速和转矩 2、求作用在齿轮上的力已知圆柱斜齿轮的分度圆半径而圆周力、径向力及轴向力的方向如图3.4所示图3.4 圆周力、径向力及轴向力的方向3、初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计（第八版）表15-3，取，得，输出轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查机械设计（第八版）表14-1，由于转矩变化很小，故取，则查机械设计（机械设计基础）课程设计表17-4，选HL3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为630000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为84mm。4、 轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案（见图3.5）图3.5 轴上零件的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的 直径，左端用轴端挡圈定位，按轴端挡圈直径， 半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联 轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比略短些，现取 。2） 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7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30310，其尺寸为，而。左端轴承采用轴肩进行轴向定位，由机械设计（机械设计基础）课程表15-7查得30310型轴承的定位轴肩高度，因此取；齿轮右端和右轴承之间采用套筒定位，已知齿轮轮毂的宽度为71mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径为。轴环宽度，取。4）轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离，故取 5）箱体一小圆锥齿轮中心线为对称轴，则取。（3）轴上的周向定位齿轮、半联轴器的周向定位均采用平键连接，按由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键，半联轴器与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为k6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为5、求轴上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M 总弯矩扭矩T6、按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得，故安全。7、精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面截面7右侧受应力最大（2）截面7右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面7右侧弯矩M为截面7上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机械设计（第八版）附表3-2查取。因，经插值后查得又由机械设计（第八版）附图3-2可得轴的材料敏感系数为故有效应力集中系数为由机械设计（第八版）附图3-2的尺寸系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为又取碳钢的特性系数计算安全系数值故可知安全。3.4 滚动轴承的选择及计算3.4.1输入轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7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30306，其尺寸为， ，载荷水平面H垂直面V支反力F则则则则，则 则故合格。3.4.2中间轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7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30306，其尺寸为，载荷水平面H垂直面V支反力F则则则则，则 则故合格。3.4.3输出轴轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7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30310，其尺寸为，载荷水平面H垂直面V支反力F则则则则，则 则故合格。3.5 键联接的选择及校核计算3.5.1输入轴键计算1、 校核联轴器处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。2、 校核圆锥齿轮处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。3.5.2中间轴键计算1、 校核圆锥齿轮处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。2、 校核圆柱齿轮处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。3.5.3输出轴键计算1、 校核联轴器处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。2、 校核圆柱齿轮处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。3.6 联轴器的选择在轴的计算中已选定联轴器型号。输入轴选HL1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为160000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm。输出轴选选HL3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为630000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为84mm。3.7 减速器附件的选择由机械设计（机械设计基础）课程设计选定通气帽，A型压配式圆形油标A20（GB1160.1-89），外六角油塞及封油垫,箱座吊耳，吊环螺钉M12（GB825-88），启盖螺钉M8。3.8 润滑与密封齿轮采用浸油润滑，由机械设计（机械设计基础）课程设计表16-1查得选用N220中负荷工业齿轮油（GB5903-86）。当齿轮圆周速度时，圆锥齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离3060mm。由于大圆锥齿轮，可以利用齿轮飞溅的油润滑轴承，并通过油槽润滑其他轴上的轴承，且有散热作用，效果较好。密封防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。4 电气系统的设计4.1 控制电路的设计 众所周知，平时在我们生活中接触到的一些弱电设备，就有低压的直流电源、应急备用电源等。还有人们普遍使用电视、手机、电脑时语音、图像、数据的信息传递也是使用的弱电。总的来说，生活中所接触和应用到的数据就是弱电的一种形态。可见弱电被广泛的用于信息的传递，同时在信息的传递过程中对信息的传递速度、信息量、安全可靠性有很好的提升作用。而各种用电的电气设备就都和强电有关，为电器提供能源的正是强电，同样因为强电电压高，电流大的原因，使用时要特别注意安全弱电系统又是对弱电技术更广泛全面系统的应用。一个工程的后期建设，很大程度上就要对它的弱电系统进行合理完整的设计。既要满足高效率、低能耗、低污染，还要保证安全可靠，防止各种意外。因为弱电系统的设计，涉及到工程的监控系统、消防系统、通信、还有用于计算机网络以及综合布线等。而弱电系统的设计，正是为了能更好的控制使用强电系统，起到弱电控制强电的效果。同时强电系统的设计，不仅要可靠灵活，还要高效经济且安全。有了对弱电控制强电技术的充分、合理的应用，强弱结合，才会使工程按照人的目的走向自动化、信息化、智能化。本次电动墙面开槽机的设计采用强电控制弱电的方法，主要考虑的是安全问题，由于电动墙面开槽机需要人工操作按钮（包括无线遥控按钮），在这些按钮中都需要用弱电来控制才能更加安全的使用，这样将弱电和强电二者结合，用弱电去控制强电，可以很好的互相弥补弱电和强电的各自缺点并发扬它们的优点。这也正是电气自动化发展的现有情况以及未来发展趋势。同时也是电动墙面开槽机智能化发展的趋势.下图4-1即是本次电动墙面开槽机用弱电控制强电的一种应用，电路在各个场合都较常用12V的电源，电机M使用和主接触使用12V电源，中间继电器、按钮以及指示灯都使用12V电源。图4-1电气原理图电动墙面开槽机的工作过程参见上图，首先启动电动墙面开槽机系统QS闭合，当电动墙面开槽机在水平位置时行程开关动作SQ1常开触点闭合，KAa得电，而且水平位置的指示灯HL1点亮，KAa继电器的常闭触点断开，此时主电路接触器主触点在不按启动按钮的情况下不会接通电动机不会工作，当需要启动电源使栏杆从水平位置达到竖直位置时按一下启动按钮SB1，此时中间继电器KA1得电，KA1常开触点闭合常闭触点断开，KAa失电，KAa继电器的常闭触点闭合状态，然后KM线圈得电，KM线圈常开辅助触点闭合，线圈自锁电机启动电动墙面开槽机开始转动，当电动墙面开槽机转动达到竖直位置时行程开关SQ2动作，SQ2的常开触点闭合，线圈KAb得电，且竖直位置指示灯HL2点亮，KAb的常闭触点断开，然后主线圈KM断电，电机自动断电，若让再次使电动墙面开槽机从竖直位置转动到水平位置时再按下启动按钮即可4.2 控制电路外接设备的设计（1）对于外接设备最基本的连接方式就是用电缆直接连接按钮的方式，按钮只需要一个启动按钮SB1，和一个停止按钮SB2，正常情况下只需要启动按钮就可以实现一键操作电动墙面开槽机，如遇到紧急情况如由于外界原因出现伤车，伤人现象就可以按下按下急停按钮SB2，但同时机械式的防伤车装置也会起作用。（2）第二种就是连接遥控设备，当需要远程控制或者需要方便的控制方式时，就需要连接这些遥控设备，连接遥控设备时只需要将SB1以及SB2的外接端子与遥控设备的端子连接即可 根据以上及实验装置的基本功能要求PLC的I/O点数为11输入，4输出。结合实验要求及装置的扩展性选用三菱具体参数如图4-2所示。图4-2 三菱4.3 PLC的I/O地址分配具体输入/输出接口功能如下：对应输入接口： X000X03对应移动极限位置开关；对应输出接口：Y001对应上移，Y002对应下移，Y003对应自锁； 在这一部分中，主要完成定位位置和速度设定，并在每一定位点执行任务。图4-3为定位控制和任务执行示意图4-3。图4-3 定位控制和任务执行滑块先以速度v1移至位置1，在位置1执行任务A，完成后，再以速度 ：移至位置2，执行任务B。依次类推，直到整个工序完成。相应的PLC梯形图如图4-4所示。图4-4 定位位置和速度设定的PLC梯形图总 结机械设计综合毕业设计是针对机械设计系列课程的要求，是继机械原理与机械设计课程后，理论与实践紧密结合，培养功课学生机械设计能力是课程。随着科学技术发展的日新月异，电动墙面开槽机设计已经成为当今机电一体化的工业应用中空前活跃的领域，可以说机械无处不在。因此作为一名机械专业的大学生来说掌握电动墙面开槽机设计的设计是十分重要的。在老师的指导下组设计电动墙面开槽机设计。设计过程，我遇到了很多困难，设计方案问题、计算问题、画图问题等等。通过小组谈论还有老师的指导，问题才得以解决。在此期间我得到了老师和同学的帮助，特别是在计算和用电脑画图的时候，在此我要向他们表示真诚的谢意。经过这近两星期的设计，不仅使我融合了本学期所学习的机械设计的知识，而且在这其中还学习到了很多之前在课本上难以学到的东西，同时经过这此这次毕业设计，还加强了我的AutoCAD能力，可谓是收获颇丰啊！由于经验不足和知识方面的缺陷， 此次毕业设计还有很多不完善的地方。 但通过这次设计， 我学会了如何克服困难， 提高了我处理事务的能力和运用知识能力。 同时加深了我对所学知识的理解， 拓宽了我的知识面。 这些都将成为我以后学习和工作的宝贵资源。 在作此次毕业设计的过程中， 本人得到了 谭老师的精心指导， 正是因为老师不断的对我们提出新的要求与问题， 使的我们的毕业设计能够圆满的完成， 而且使我学会了 从大量的资料中选择出自己需要的东西。 在此感谢老师和同学们的帮助， 感谢培养我四年的学校。参考文献【1】 孙恒， 陈作模， 葛文杰. 机械原理M . 七版. 高等教育出版社。 【2】 机械设计基础， 程军红， 杨保国等 著 陕西科学技术出版社 。 【3】 濮良贵， 纪名刚. 机械设计M . 高等教育出版社。 【4】 成大先. 机械设计手册M .
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