220型復合管螺旋式脫模裝置設計-15t螺旋式電工絕緣管脫模裝置【含7張CAD圖帶開題報告-獨家】.zip

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II 第一章 緒論 …………………………………………………...............................……………..………1 1.1 脫模裝置的任務 ……………………………………………...............................…………..………1 1.2 脫模裝置的目的 ……………………………………………...............................………..…………2 1.3 脫模裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 ………………………………………...............................…………..………3 第二章 方案確定 ……………………………………………...............................…………………..…3 第三章 驅動裝置的選擇 …………………………………...............................……………………..…5 3.1 電動機的選擇 ……………………………………………...............................……………………..5 3.2 減速器選擇 ..........................................................................................................................................6 第四章 零件的設計 ………………………………………...............................………………………..8 4.1 螺桿的設計 ………………………………………………...............................……………………..8 4.2 減速器的選擇 …………………………………………...............................………………………9 4.3 齒輪的設計 ……………………………………………...............................………………………11 第五章 標準件的選擇 ………………………………………..............................……………………13 5.1 軸承的選擇 ………………………………………………..............................……………………13 5.2 聯(lián)軸器的選擇 …………………………………………..............................………………………13 5.3 鍵的選擇 ……………………………………………………..............................…………………14 5.4 密封圈的選擇 ……………………………………………..............................……………………15 第六章 其他部件的設計 ………………………………………….............................………………17 6.1 導軌的設計 ……………………………………………….............................……………………17 6.2 機架的設計 ……………………………………………….............................……………………17 6.3 支撐部件的設計 …………………………………………….............................…………………18 第七章 主要零件的校核 ……………………………………….............................…………………20 7.1 齒輪的校核 …………………………………………………….............................………………20 7.2 軸的校核 ……………………………………………………….............................………………21 7.3 軸承的校核 …………………………………………………….............................………………22 7.4 螺桿的校核 ……………………………………………………….............................……………24 7.5 鍵的校核 ………………………………………………………….............................……………25 第8章 總結與體會 ……………………………………………….............................………………26 致謝 ……..……………………………………………………………………...….......................….…27 參考文獻…………..………………………………………..……………...........................…………....28 摘 要 本文首先介紹了15t螺旋式電工絕緣管脫模裝置的工作原理，通過講解其工作過程來表明該裝置的大體布局。并比較了不同脫模裝置的優(yōu)缺點，從而肯定了螺旋式脫模裝置的優(yōu)點。 論文主要介紹了螺旋式電工絕緣管脫模裝置中標準件（包括軸承、聯(lián)軸器等）的選擇和非標準件（包括軸、齒輪、螺桿等）的設計。在文章中詳細地描述了這些零件的選擇原則及設計過程，對相似零件的設計和選擇具有輔助指導作用。除此之外，文章還介紹了一些零件的校核，包括齒輪、螺桿、軸承等。 在文章中，詳細地闡述了支撐部件的結構和工作原理，并表明了添加支撐部件的必要性。除此之外，還介紹了機架及軌道的設計，講述了如何增加機架的強度以及如何提高軌道的設計精度和強度。 關鍵詞：螺桿；傳動；脫模；芯模 I Abstract This paper first introduces the working principle of 15t spiral electrical insulation pipe mold release device, by explaining the course of their work to show that the general layout of the device. And compare the advantages and disadvantages of different mold release devices, then affirmed the advantages of spiral mold release device. The paper mainly introduces how to chose the standard parts (including the choice of bearin -gs , couplings , etc.) of the spiral electrical insulation tube mold release device, and how to design non-standard ( including shaft , gear , screw , etc.) . In this article,the writer describes the principle of selection and design process of these parts in detail , these have a secondary role in guiding the design and select- -ion of similar parts . In addition, the article also describes how to check some parts, including gears, screws, bearings , etc. This article descriptes the supporting components' structure and working principle, then shou the need to add supporting components .In addition, the artical also introduces how to design the rack and rail, and the way to improve the strength of rack and the accuracy of track. Keywords：screw；drive；mold release；core module II 第一章 緒論 1.1 目的和意義 脫模是將固化在玻璃鋼中的芯模通過拉或頂?shù)姆绞饺〕?，是電工絕緣管制造中一個非常重要的環(huán)節(jié)。脫膜技術在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。脫模機是玻璃鋼復合材料產(chǎn)品生產(chǎn)的主要配套設備之一，它是一種非標準產(chǎn)品。脫模過程中，由于芯模與玻璃鋼在相對運動過程中要產(chǎn)生熱應力、摩擦力、沖擊力和靜電等，當上述指標超過玻璃鋼的許多極限時，極易產(chǎn)生爆炸事故，所以玻璃鋼在脫模過程中要對芯模的速度、位移、拉壓力都要嚴格控制，以降低脫模過程中由于芯模的沖擊、爬行等對玻璃鋼帶來的損傷，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。脫模裝置的優(yōu)良與否直接關系到電工絕緣管的質(zhì)量，從而影響工程的進行。通過對脫模設備的分析和設計，可提高設備的壽命及產(chǎn)品的質(zhì)量，以方便工程的進行。脫模結構是塑料模具的主要部件，脫模結構設計的好壞，直接影響到注塑制品的表面質(zhì)量和物理性能。每一個環(huán)節(jié)都是十分重要的，因此，注塑模具的脫模結構設計絕不能忽視，研制和開發(fā)塑料模脫模結構CAD系統(tǒng)是十分必要的。目前國內(nèi)常用的脫模方式有兩種，一是直接拉出，二是脫模頂芯裝置。兩種脫模方式脫模時均不能有效地控制脫模力和脫模速度。為了保證脫模過程的安全性，脫模過程必須嚴格控制脫模力、脫模速度和脫模行程。 1.2 發(fā)展狀況 近年來，我國對數(shù)據(jù)脫模是將固化在玻璃鋼中的芯模通過拉或頂?shù)姆绞綄⑵淙〕?，是電工絕緣管制造中一個非常重要的環(huán)節(jié)。脫膜技術在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。脫模機是玻璃鋼復合材料產(chǎn)品生產(chǎn)的主要配套設備之一，它是一種非標準產(chǎn)品。電工絕緣管脫模機主要有脫模支架、脫模驅動裝置、液壓系統(tǒng)裝置、電動裝置以及動力源裝置等。脫模過程中，由于芯模與玻璃鋼在相對運動過程中要產(chǎn)生熱應力、摩擦力、沖擊力和靜電等，當上述指標超過藥柱的許多極限時，極易產(chǎn)生爆炸事故，所以玻璃鋼在脫模過程中要對芯模的速度、位移、拉壓力都要嚴格控制，以降低脫模過程中由于芯模的沖擊、爬行等對玻璃鋼帶來的損傷，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。目前國內(nèi)常用的脫模方式有兩種，一是脫模頂芯裝置，一是吊車直接拉出。兩種脫模方式均不能有效地控制脫模力和脫模速度。為了保證脫模的順利進行，尤其是避免瞬時強力對模具的作用，脫模過程必須嚴格控制脫模力、脫模速度和脫模進程。當代，科技發(fā)展越來越快，脫模裝置得到了許多的改進，在結構上有了許多的創(chuàng)新（有液壓式脫模，鏈式脫模，螺旋式脫模等）。本次畢業(yè)設計選取螺旋式傳動方案進行脫模。這是因為液壓式脫模無法使芯模自動地返回原位，而鏈式脫模裝置在脫模過程中不平穩(wěn)。螺旋式脫模裝置脫模時運行平穩(wěn)，對模具和電工絕緣管都有保護作用。 1.3 研究內(nèi)容 本次畢業(yè)設計所設計的是一種簡易的脫模裝置，便于電工絕緣管的制作，在該裝置中充分考慮到以上所提的問題，使所設計出的裝置既便于脫模，同時脫模后保證芯模表面無損傷。 本次螺旋式電工絕緣管脫模裝置的設計大體包含脫模支撐部件、脫模驅動裝置、傳動裝置以及動力源裝置等的設計。其中傳動裝置主要是螺旋傳動，驅動裝置包括電機和減速器的選擇。在這次設計中，主要對部分標準件進行了選擇，同時還對一些零件進行了設計并對這些零件進行了校核。在設計過程中，還添加了一些輔助裝置，即支撐設備（包括對芯模的支撐和對電工絕緣管的支撐）。為了方便表達，繪制了裝配圖，以及部分零件圖。主要闡述了復合管脫模裝置的工作原理、機構組成、傳動方案設計、脫模力計算及零件尺寸確定。生產(chǎn)為了提高生產(chǎn)效率，與穩(wěn)定性，因此在設計時要求力求結構簡單，但是一定要保證其精度要求。本文主要講述了對220型復合管脫模裝置（螺旋式）設計，通過對脫模裝置功能分析設計出符合其功能要求的結構，利用計算機繪制出模具的3D模型。 通過對脫模裝置的功能分析，主要有以下幾個部件：推桿、推出固定板、推板、拉料桿、復位桿等。推出機構應頂出可靠，復位準確，運動靈活，制造方便，更換容易，且具有足夠的強度和剛度。對其脫模形式進行研究，優(yōu)化其模具結構。運用本專業(yè)所學知識，對實際工作進行工藝學和生產(chǎn)的經(jīng)濟性分析。 第二章 方案確定 我所設計的裝置主要是利用螺旋傳動帶動芯模移動，從而達到脫模的效果。該裝置主要包含電機裝置、減速器裝置、傳動裝置（即螺桿）、大小齒輪、直線導軌、支撐固定裝置（V形塊和擋架）以及承接模具裝置等。 該裝置從左到右大體布局是：電機通過聯(lián)軸器和減速器相連，減速器右邊和帶有大齒輪的軸相連，大齒輪兩邊各布置一根各帶有小齒輪的螺桿。螺桿右邊和螺母相連，構成螺旋傳動，螺母固定在移動頭上。移動頭安置在水平導軌上，可沿直線導軌做左右直線移動。移動頭右邊和接頭相連，接頭通過圓柱插銷和芯模連接在一起。芯模外部是電工絕緣管，電工絕緣管安置在兩個V形塊上，V形塊對電工絕緣管起支撐作用。與此同時，電工絕緣管左邊部有擋架。又因為芯模較長，所以在兩根直線導軌間安置支撐部件。該裝置大體布局如下： 1—電機 2—減速器 3—大齒輪 4—小齒輪 5—螺桿 6—導軌 7—移動頭 8—芯模 圖1 裝置布局圖 該裝置大體工作過程是：電機通過減速器將運動和力傳遞給大齒輪，大齒輪通過齒輪嚙合傳動帶動螺桿做旋轉運動。螺桿通過螺旋副將旋轉運動轉化為移動頭的直線移動，而移動頭和芯模連接在一起，所以芯模也沿著直線導軌做直線移動。與此同時，電工絕緣管受V形塊和擋架的支撐固定不動，從而達到脫模效果。又因為芯模較長，所以在直線導軌間設置支撐裝置，對芯模起支撐保護作用，以便于以后生產(chǎn)運用。 在開始設計的時候想到用一根螺桿進行傳動，可是考慮到脫模力較大（即Q=15t），所以采用兩根對稱分布的螺桿進行傳動，從而降低單根螺桿上的力，導軌采用直線滑動導軌。 第三章 驅動裝置的選擇 3.1 電動機的選擇 電動機主要是提供動力以供后續(xù)部件進行工作。電動機的選擇主要是依據(jù)執(zhí)行件所受的力和功率。根據(jù)機械的負載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電動機的啟動、制動、反轉、調(diào)速等要求，選擇電動機類型。 根據(jù)負載轉矩、速度變化范圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的升溫限過載能力和啟動轉矩，選擇電動機功率，并確定冷卻通風方式。所選電動機功率應留有余量，負荷率一般取0.8-0.9。過大的備用功率會使電機效率降低，對于感應電動機，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動機最大轉矩校驗強度的生產(chǎn)機械造價提高[1]。 減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速和增大轉矩，以滿足工作需要。 3.1.1 電動機類型確定 電動機類型很多，主要有直流電動機和交流電動機兩大類。交流電動機有結構簡單、制造容易、維護方便、運行可靠等優(yōu)點，因此本次設計中采用交流電動機。且剛開始脫模時，脫模速度要求較小，當芯模運行一定距離時，可加快脫模速度，所以選用調(diào)速電機。因此本次設計中所用電機為電磁調(diào)速電機。 3.1.2 電動機參數(shù)的確定 由任務書知脫模力為10t,脫模速度為10mm/s,因此可計算出芯模移動功率，即： P芯模= Q×v， v= 0.01m/s，Q=10×103×9.8 N 所以 P芯模= 1.47kW 考慮到運行過程中，受很大的摩擦力和一些其他的外力，且脫模力較大，所以應提高 P芯模，取系數(shù)為1.8,則 P芯模為1.77kW。 則每根螺桿應輸出的功率為： P1=P芯模/2= 1.32kW 考慮到螺旋傳動的效率為36.2%，即： (1) 其中傳動過程中有損失，根據(jù)查閱資料可得：滾動軸承效率η1=0.97,齒輪效率， η2=0.98,聯(lián)軸器效率η3=0.97； 所以電機功率： Pd= =9.64 kW (2) 因此，根據(jù)查機械設計手冊得,可選電機型號為YCT-225-4B，調(diào)速范125-1250r/min,標稱功率為15kW，額定轉矩為94N·m。 3.2 減速器的選擇 減速器的種類很多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及他們互相組合起來的減速器；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置方式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器[1]。 （1）減速器傳動比確定 本次畢業(yè)設計采用硬齒面圓柱齒輪減速器，這類減速器是漸開線齒輪減速器，分單級（D）、兩級（L）、三級（S）3個系列。主要運用于冶金、礦山、運輸、水泥、建筑、化工、紡織、輕工等行業(yè)。 總傳動比i電機/螺桿=865/170=5.1（螺桿轉速為170r/min）,且在減速器和螺桿之間需添加一對齒輪傳動，是增速的，因此取減速器為兩級減速器，其傳動比設為i減速器=8。 （2）減速器型號確定 軸上的功率的計算公式為 (3) 即 P1= 13.3kW 螺桿上的功率為 (4) 即 P2= 6.3kW 軸上的轉矩： (5) 軸的轉速為： (6) 即 n1= 108r/min 則 T1= 1176N·m 螺桿上的轉矩： 且n2= 170r/min， 所以轉矩可求為：T2= 354N·m。 根據(jù)JB/T 8853-2001，取減速器型號為ZLY140。 第四章 零件的設計 4.1 螺桿的設計 螺旋傳動是用來將旋轉運動轉化為直線運動；或將直線運動轉化為旋轉運動的傳動部件，并具有傳動效率高，定位準確等特點。當螺桿作為主動體轉動時，螺母就會隨螺桿的轉動角度按照對應規(guī)格的導程轉化成直線運動，被動工件可以通過螺母座和螺母連接，從而實現(xiàn)對應的直線運動。本次設計所采用的螺旋傳動就是以螺桿為主動件，帶動和螺母固定在一起的移動頭做直線移動。 螺桿與螺桿螺母間因無間隙，直線運動時精度較高，尤其在頻繁換向時無需間隙補償。螺桿螺母間摩擦力很小，轉動時非常輕松。螺桿轉動一周螺母移動的距離為一個螺距距離,如果是螺桿每轉一周螺母移動四個（或五個）螺旋線的距離，那么表示該螺桿是四線（或五線）螺桿，俗稱四頭（或五頭）螺桿。 一般小導程滾珠螺桿都采用單線，中，大或超大導程采用兩線或多線[1]。 4.1.1 螺桿選材 螺桿選用梯形螺紋，材料為45鋼，調(diào)制處理，硬度為220-250HBS，螺母材料選用ZCuAl10Fe3。 4.1.2 螺桿尺寸確定 由12-1-9，可得[p]=18-25N/mm2，取[p]=20N/mm2，從而確定每根螺桿所受的力，即： F=Mg/2=15×103×9.8÷2= 7.4×104N 進而確定單根螺桿最小直徑： (7) 由表12-10-4中公式（1），取ψ=1.7，所以算得d2=37.3mm 由GB5796.3-86可選d=42mm，d2=D2=38.5，螺距P=7mm，D4=43mm，d3=34mm，D1=35mm的梯形螺紋，中等精度，S=P=7mm。且又芯模移動速度為0.02m/s，則螺桿轉速為： （8） 螺旋升角： (9) 由表12-1-7剛對青銅f= 0.08-0.10，取f=0.09，可得 (10) 螺桿效率 (11) 螺桿的各段尺寸如下： 圖2 螺桿 4.2 齒輪的設計 齒輪傳動運用范圍很廣，具有的優(yōu)點有：能夠傳遞兩個平行軸、相交軸或交錯軸間的回轉運動和轉矩，能夠保證傳動比恒定不變，能傳遞足夠大的動力；運動精度和傳動效率高，工作可靠、壽命長、結構緊湊。因此，它是機械傳動中最重要、應用最廣泛的一種傳動形式[10]。 本次畢業(yè)設計應用齒輪傳動主要是為了將減速器傳遞出來的運動分給兩根螺桿上，從而帶動螺桿做旋轉運動，進而帶動移動頭作直線移動。 4.2.1 齒輪選材 大小齒輪均采用硬齒面，材料均為45鋼滲碳淬火，硬度180-210 HBS，彎曲疲勞極限應力σFlim=430MPa，接觸疲勞極限應力σHlim=750MPa。 4.2.2 齒輪計算 由于齒輪是硬齒面，所以按彎曲疲勞強度設計，因為該裝置總傳動比為 i電機/螺桿=1250/170=7.4，且減速器的傳動比為i減速器=8，所以齒輪傳動比為i=0.925 由以下公式確定模數(shù)： *12.6 (12) （1）確定許用彎曲應力 (13) 其中：σFlim—試驗齒輪齒根的彎曲疲勞極限； YST—試驗齒輪的應力修正系數(shù)，當采用國家標準給點的σFlim值計算 時，YST=2； YN—彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)，一般取YN=1。當考慮齒輪工作 在有限壽命時，彎曲疲勞允許應力的系數(shù)可適當提高。 SFlim—彎曲強度最小的安全系數(shù)。一般傳動可取SFlim=1.3-1.5,；重要 傳動取SFlim=1.6-3.0。 因此可取 YST= 2，YN= 1，SFlim= 1.6 所以算得бFP，即: бFP= 538N （2）選取載荷系數(shù)K (14) 式中：K—載荷系數(shù)； KA—使用系數(shù)； Kv—動載系數(shù)； Kβ——齒向載荷系數(shù)； Kα—齒間載荷系數(shù)； 充分考慮實際要求，因此取 KA=1,Kv=1.2，Kβ=1.1，Kα=1 則 K=1.32 （3）初步確定齒輪參數(shù) 初取z1=45，z2=29，齒寬系數(shù)ψd=0.3。且計算得m為3.2mm取4mm，齒輪為標準直齒圓柱齒輪，壓力角為200。 大齒輪分度圓直徑 d1=m×z1=4×45= 180mm 大齒輪齒根圓直徑 df1=d1－2hf1=160－2×（1+0.25）×4= 170mm 大齒輪齒頂圓直徑 da1=d1+2ha1=180+2×1×4 = 188mm 小齒輪分度圓直徑 d2=m×z2=4×29 mm = 116mm 小齒輪齒根圓直徑 df2=d2－2hf2=116－2×（1+0.25）×4 = 106mm 小齒輪齒頂圓直徑 da2=d2+2ha2=116+2×1×4 = 124mm 大齒輪齒寬 b1=ψd×d2 = 31.2mm 小齒輪齒寬 b2= b1+(5~10)= 36.2~41.2mm，取b2= 40mm 圖3 齒輪 4.3 軸的設計 軸是機器中的主要支撐零件之一。一切做回轉運動的傳動零件（如齒輪、蝸輪、帶輪、鏈輪、聯(lián)軸器等），都必須安裝在軸上才能傳遞運動和動力。 軸的種類有很多種，按其軸線形狀分為直軸和曲軸。曲軸通過連桿機構可以將旋轉運動轉變?yōu)橥鶑椭本€運動或相反的運動轉換。根據(jù)軸的承載情況，直軸可分為轉軸、心軸和傳動軸。心軸只承受彎矩，不受轉矩，轉動的心軸受變應力，不轉動的心軸受靜應力，傳動軸主要受轉，不受彎矩或彎矩很小，轉軸同時承受轉矩和彎矩[10]。 本次設計所用的軸是直軸，且只受轉矩，屬于傳動軸。 4.3.1 軸的材料選擇 選擇軸的材料需要考慮下列因素：1）軸的剛度、強度及耐磨性要求；2）熱處理方法；3）材料來源；4）材料加工工藝性；5）材料價格等。 本次設計的軸所用的材料為45鋼，該材料可進行熱處理改變其綜合性能，且加工工藝性好。因此對軸進行調(diào)制處理，使其硬度達到220~250 HBS。 4.3.2 軸的尺寸設計 (1)先按扭轉強度估算軸徑 (15) C取106，P1為13.3kW,n1為108r/min 則 d≧ 46.7mm 所以取 dmin = 47mm (2)其他段按所配合出零件的要求進行計算,其大體形狀如下： 圖4 軸 第一段和聯(lián)軸器相連，該段直徑為最小直徑，即為47 mm，其長度取決于聯(lián)軸器長度，第二段主要是為了對聯(lián)軸器起軸向固定作用，該段加工精度要求較低，應當比前一段高5個毫米左右，所以該段直徑為52mm。第三段為擋間，其作用是為了對右邊的齒輪進行軸向固定?？紤]到軸的加工方便，該段直徑取為62mm。檔間右邊的軸段安裝齒輪，該段的直徑主要根據(jù)齒輪的寬度決定的，該段直徑取為57mm，齒輪寬要比軸段長一到兩毫米。齒輪右邊安置軸承，對軸起支撐固定作用，其直徑為軸承內(nèi)徑，取52mm。寬度大于兩個軸承寬。 第五章 標準件的選擇 5.1 軸承的選擇 軸承是支撐軸的部件。根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可分為滑動摩擦軸承（簡稱滑動軸承）和滾動摩擦軸承（簡稱滾動軸承）兩類。滾動軸承具有下列優(yōu)點：1)摩擦系數(shù)小，起動力矩小，效率高；2）軸向尺寸（寬度）較??；3）某些滾動軸承能同時承受徑向和軸向載荷，因此可是極其結構簡化、緊湊；4）徑向間隙小，還可以用預緊的方法消除間隙，因此運轉精度高；5）潤滑簡單，耗油量少，維護保養(yǎng)方便，6）它是標準件，易于互換等。雖然它有抗沖擊能力差，高速時噪聲大，工作壽命不及液體摩擦的滑動軸承長等確點，但是滾動軸承還是運用的范圍最廣[10]。 滾動軸承種類很多，按所能承受的載荷方向和公稱接觸角的不同可分為向心軸承和推力軸承。向心軸承又可分為徑向接觸軸承和向心角接觸軸承，推力軸承又可分為推力角接觸軸承和軸向接觸軸承。向心軸承主要承受徑向力，其中徑向接觸軸承只承受徑向力，向心角接觸軸承既能承受徑向力，也能承受軸向力。推力軸承主要承受軸向力，其中軸向接觸軸承只承受軸向力，推力角接觸軸承既能承受徑向力也能承受軸向力[1]。 5.1.1 軸承的材料選擇 滾動軸承工作時，滾動體和內(nèi)外圈都發(fā)生摩擦，所以所用材料應當強度高、耐磨性好，充分考慮后選用含鉻的合金鋼，牌號為GCr15SiMn，進行淬火處理，硬度不低于60—65 HRC，工作表面進行磨削拋光。保持架也軟鋼沖壓而成。 5.1.2 軸承型號的確定 在本次設計中主要用到兩類軸承，即圓錐滾子軸承和角接觸軸承。 因為和大齒輪固定的軸只收轉矩，不受軸向力，所以使用向心軸承，又考慮到實際運用中可能受到一定的軸向力，所以選用角接觸軸承，且受力較大，所選用03系列，即重系列。由于所配合的軸直徑為52mm，所以選用的軸承型號為7310C。螺桿既受徑向力也受軸向力，所以選用圓錐滾子軸承。由于所配合段的軸徑為35mm。所以軸承型號為32307。 5.2 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器是用來連接兩軸，使之一起轉動并傳遞轉矩的部件。聯(lián)軸器連接的兩軸只有在機械停車后，通過拆卸方法才能使兩軸分離。 聯(lián)軸器連接的兩軸線在理論上應該是嚴格對稱的，但由于制造及安裝誤差的影響，往往很難保證連接的兩軸保持對稱，兩軸間可能發(fā)生發(fā)生相對位移或偏斜的情況。如果位移的不到補償，將會在軸、軸承、聯(lián)軸器上引起附加載荷，甚至發(fā)生振動。 聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器、安全聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器無位移補償能力，用在被連接兩軸要求嚴格對中以及工作中無相對位移之處。剛性聯(lián)軸器應用較多的是套筒式、夾殼、凸緣式等幾種類型，而凸緣式應用最為廣泛[10]。 本次設計所采用的聯(lián)軸器都是凸緣式聯(lián)軸器。凸緣聯(lián)軸器是把兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器用鍵分別與兩軸連接，然后用螺栓把兩個半聯(lián)軸器連成一體，以傳遞轉矩和運動。所設計的裝置中需要兩個聯(lián)軸器，分別用在電機與減速器之間，減速器與軸之間。 5.2.1 電機與減速器之間的聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器已標準化，選擇合適類型后，可按轉矩、軸直徑、和轉速等確定聯(lián)軸器的型號和結構尺寸。又因為電機輸出軸直徑為38mm，減速器輸入軸直徑為 28mm。電機與減速器之間的轉矩為 且P=15 kW,n=865 r/min,所以算得轉矩為 T= 115N·m 由此根據(jù)GB 5843—1986查得，選用聯(lián)軸器的型號為YLD7 J38X65/J1B28X60。 5.2.2 減速器與軸之間的聯(lián)軸器的選擇 減速器輸出端的軸直徑為65mm，軸的直徑為42mm，且軸上的轉矩為 1176 N·m，所以根據(jù)GB 5843—1986，可得聯(lián)軸器型號為YLD10 J34X112/J1B42X105。 5.3 鍵的選擇 鍵連接主要是是軸上零件與軸進行周向固定以傳遞運動和轉矩。鍵是標準件，鍵連接可分為平鍵連接、半圓鍵連接和斜鍵連接。平鍵按用途分為普通平鍵、導鍵和滑鍵。本次設計所采用的鍵都是普通平鍵。它的兩側面是工作面，工作時靠鍵同鍵槽側面的擠壓來傳遞運動和轉矩[10]。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面則留有間隙。因為普通平鍵連接具有結構簡單、裝拆方便、對中性較好等優(yōu)點，因此在本設計中采用。 5.3.1 電機與減速器間的聯(lián)軸器所用的鍵 普通平鍵可分為A型、B型和C型。本次設計中所用鍵的型號都是普通型平鍵-A型。鍵的截面尺寸（鍵寬b和鍵高h）按軸的直徑d由標準中選定；鍵的長度L可根據(jù)輪轂長度確定，輪轂長度一般可取（1.5—2）d，鍵長等于或略小于輪轂長度。 普通平鍵A型 普通平鍵B型 普通平鍵C型 圖5 鍵 因為電機伸出軸軸徑為44mm，選用普通平鍵—A型，根據(jù)GB/T 1096—2003，所以鍵寬b1取12mm，鍵長取42mm；減速器伸出軸軸徑為36mm，選用普通平鍵—A型，根據(jù)GB/T 1096—2003，鍵寬b2取10mm，鍵長取32mm。 5.3.2 減速器與軸間的聯(lián)軸器所用的鍵 因為減速器另一伸出軸軸徑為65mm，選用普通平鍵—A型，根據(jù)GB/T 1096—2003，所以選鍵寬b3=12mm，鍵長取70mm；軸直徑為42mm，選用普通平鍵—A型，根據(jù)GB/T 1096—2003，鍵寬b4取12mm，鍵長取70mm。 5.3.3 齒輪與軸配合處的鍵 因為與大小齒輪配合的軸直徑分別為55 mm和26 mm，選用普通平鍵—A型，根據(jù)GB/T 1096—2003，鍵寬分別為18 mm和10mm，鍵長分別為30 mm和31 mm。 則各鍵的尺寸如下表： 表一 各鍵尺寸 鍵的種類 鍵的公稱尺寸 鍵的長度 鍵的類型 鍵1 12×8 mm 42 mm 普通平鍵—A型 鍵2 10×8 mm 32 mm 普通平鍵—A型 鍵3 20×12 mm 70 mm 普通平鍵—A型 鍵4 14×9 mm 80 mm 普通平鍵—A型 鍵5 18×11 mm 30 mm 普通平鍵—A型 鍵6 10×8 mm 31 mm 普通平鍵—A型 5.4 密封圈的選擇 在機械設備中，為了阻止液體、氣體工作介質(zhì)或潤滑劑泄漏，防止灰塵、水分進入潤滑部位，必須設有密封裝置。密封不僅能大量節(jié)約潤滑劑，保證機器工作正常，提高機器壽命，而且對改善工廠環(huán)境衛(wèi)生、保障工人健康也有很大的作用。 根據(jù)被密封表面間是否有相對運動，密封可分為靜密封和動密封。本次設計所采用的是動密封。主要是運用在軸承附近，防止齒輪的潤滑油和軸承的潤滑脂相接處，降低二者的功效。 動密封種類很多，主要包括接觸式密封，接觸式密封包括氈圈、密封圈、機械密封等，非接觸式有間隙、迷宮密封[10]。 在該次設計中采用氈圈密封。氈圈密封屬于填料密封，將毛氈、石棉、橡膠或塑料等密封材料作為填料，用壓蓋軸向壓緊，使填料受壓而產(chǎn)生徑向壓力抱在軸上，達到密封的目的。 密封圈的型號選擇主要根據(jù)所要密封的軸直徑大小來決定。由于和密封圈相接觸的軸直徑為30mm,根據(jù)JB/ZQ 4606—1997，可知，所要選擇的密封圈內(nèi)徑為34mm，外徑為29mm，寬為7mm。 第六章 其他部件的設計 6.1 導軌的設計 導軌的功用是支承并引導運動部件沿一定的軌跡運動。它承受其支承的運動部件和工件的質(zhì)量及切削力。導軌按運動的性質(zhì)可分為主運動導軌、進給運動導軌和移置導軌；按摩擦的性質(zhì)可分為滑動導軌和滾動導軌，滑動導軌又分為靜壓導軌、動壓滑動導軌和普通滑動導軌。本次的設計根據(jù)設計要求我選擇使用直線滑動導軌[1]。 6.1.1 導軌材料的選擇 因為所選的導軌要承受移動頭的摩擦，所以所選材料應具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小和動靜摩擦系數(shù)差小等特點。滑動導軌常用的材料主要是灰鑄鐵和球墨鑄鐵。灰鑄鐵通常以HT200或HT300做固定導軌。導軌加工好后，要進行實效熱處理。 6.1.2 導軌參數(shù)的設計 由任務書知，產(chǎn)品最大長度為2000mm。且考慮到移動頭的長度，所以導軌的長度要大于2000mm，本次設計取導軌長度為2064mm。根據(jù)滑塊的滑動單元的寬度設計的滾動導軌槽寬度為100mm。結合制品的最大直徑220mm以及絲桿和移動架在機架上的安裝尺寸和芯模擋板的安裝尺寸，設計的兩導軌導軌槽之間的間距為830mm。由于導軌的長度很長，若不使用支承的方式的話就不能保證精確的軸向精度，所以將導軌通過螺栓連接，直接固定在機架上。 6.2 機架的設計 機器中的部件或大型零件都應有機座支撐，各種傳動件也必須加以保護并與外界隔開，以免零件損傷或造成人身或設備的安全事故，所以也應該殼體加以保護并支撐各傳動件。機器中這樣一種零件，它能支撐零件或部件并保持它們之間的連接，如機器中的箱體，儀器儀表的殼體，機床的床身，立柱，其它機器中的底座及發(fā)動機機體等。 6.2.1 機架材料選擇 多數(shù)機架形狀比較復雜，故一般都采用鑄造，由于鑄鐵的鑄造性能好、價廉和吸振能力強，所以應用廣泛。本次設計我采用的也是鑄造機架。除此之外，通過焊接的方法將不同部位的機架焊接在一起。所用材料為HT200。 6.2.2 機架參數(shù)及結構 根據(jù)本次設計制品及結構尺寸，機架長度為5400mm，寬度為1420mm，高度為513mm。其大體形狀如下： 圖6 機架 在機架結構設計中必須保證機架與其上的零部件的連接以及機架與地基之間連接的強度和剛度，影響連接剛度的主要因素是：連接處的結構，連接螺栓的數(shù)量，大小及其排列形式，墊片及其結合面的機加工表面精度等。在本設計中共使用了10個地腳螺栓來加強機架的穩(wěn)定性，這10個地腳螺栓應均勻分布。由于在主機架之間需要安裝零部件，所以通過焊接的方法在主機架之間焊接支撐板，然后將零部件安置在支撐板上。在焊接支撐板時，要特別注意不要使焊縫交錯在一起，從而影響焊件質(zhì)量。除此之外，由于機架有些部位受力較大（如安置電機和減速器處、安置軸承支座處等），所以需要增添肋板，以增加機架強度。肋板厚度定位30mm。 在設計機架的時候，要特別注意不同零件的分布情況。不能使零件相互干涉，由其是在脫模過程中，不能使芯模和支撐架發(fā)生干涉。同時使支撐部件在同一高度，保證芯模呈水平放置。 6.3 支撐部件的設計 支撐部件主要是對其他部件起支撐固定作用。在本次畢業(yè)設計中，主要有兩個支撐部件，即芯模支撐部件和電工絕緣管支承部件。 6.3.1 芯模支撐部件 在本次畢業(yè)設計中，我們要求保證脫模后芯模無損傷，而且制品較長，這就需要我們在脫模時要有一定的支撐來保證芯模不受損傷，經(jīng)過查找資料和結合自己的想法，設計了螺紋調(diào)節(jié)支承，其結構如下： 1—支撐螺桿 2—調(diào)節(jié)螺母 3—端蓋 4—端蓋 5—機架 6—套筒 7—托板 8—托輥 9—支撐軸 圖7 螺紋調(diào)節(jié)支撐 該結構為螺紋調(diào)節(jié)支撐，工作原理是：支撐套筒6與床身5通過螺紋連接在一起，支撐軸9與支撐套筒6通過平鍵相連，使支撐軸可在軸向直線滑動，支撐軸上端通過螺栓與托板7及托輥8結構連接。當調(diào)節(jié)螺母2與支撐螺桿1時，支撐螺桿推動支撐軸及托板結構向上或向下移動，保證芯模在托輥上。 6.3.2 電工絕緣管支撐部件 脫模時，要使電工絕緣管固定，與此同時要使電工絕緣管保持水平。所以需要設置支撐部件，從而使電工絕緣管保持穩(wěn)定。 該結構為螺紋調(diào)節(jié)支撐，工作原理是：支撐套筒4與床身6通過螺栓連接在一起，V形塊5與支撐套筒4通過平鍵相連，使V形塊可在軸向直線滑動。當調(diào)節(jié)螺母2與支撐螺桿1時，支撐螺桿推動V形塊向上或向下移動，保證電工絕緣管在V形塊上。 第七章 主要零件的校核 7.1 齒輪校核 齒輪傳動的過程中，是兩個齒輪的齒相互嚙合的過程，傳動過程有五種主要失效（損傷）形式，即：齒面疲勞點蝕、齒根彎曲疲勞折斷、齒面磨損、齒面膠合及齒面塑形變形[10]。 齒輪傳動在本次設計中起著重要作用，它的傳遞準確性高低決定后續(xù)的螺桿傳動的準確性，所以要對齒輪進行校核，從而保證整個裝置傳動的準確性。由于所設計的齒輪是硬齒面，所以校核是應當以齒面接觸疲勞強度校核。 （1）確定齒面許用接觸應力 (16) 其中：бHlim—試驗齒輪的接觸疲勞極限，經(jīng)查表，得бHlim= 750MPa； SHmin—接觸強度的最小安全系數(shù)，取SHmin=1.1； ZN—接觸疲勞強度的最小安全系數(shù)，一般取ZN=1； ZW—工作硬化系數(shù)，它是用以考慮經(jīng)磨齒的硬齒面小齒輪與調(diào)制剛大齒 輪相嚙合時，對大齒輪齒面產(chǎn)生冷作硬化的作用，從而使大齒輪的 бHlim的到提高的系數(shù)，當兩輪均是硬齒面或軟齒面時，取為1。 所以，算得許用接觸應力為： бHP= 682MPa （2）確定齒面接觸應力 齒輪傳動時，大小齒輪所受的齒面接觸應力相等。其計算公式為： (17) 其中：ZE—彈性系數(shù)，取為189.8(MPa)1/2； K—載荷系數(shù)，取為1.32； T2—小齒輪上所受的轉矩354N·m； d2—小齒輪的分度圓，取為116mm： 所以，算得接觸應為為 бH= 25MPa 因為 бH≦бHP 所以所設計齒輪符合要求。 7.2 軸的校核 軸主要是用來支撐齒輪，使大齒輪和小齒輪能很好的配合起來。 （1）求軸上的彎矩 由于軸位于兩根螺桿之間，大齒輪受兩小齒輪的徑向力剛好相抵，所以軸只受轉矩，不受徑向力,即無彎矩。 （2）繪制彎扭圖 圖8 彎扭圖 （4）按彎扭強度校核 受彎矩處強度校核 (18) 其中：W為軸的抗彎截面系數(shù)， (19) 求得該處的應力為бB= 58MPa。 經(jīng)查表得，45鋼的的彎曲疲勞極限為б-1= 275MPa，即бB小于б-1，滿足強度要求，所以所設計的軸合格。 7.3 軸承的校核 滾動軸承在工作時，滾動體和內(nèi)外圈均發(fā)生摩擦，一旦軸承失效，則軸無法支撐，設備無法工作，所以要對軸承進行校核。 滾動軸承的主要失效形式有疲勞點蝕，塑性變形和磨損。大量實驗證明，滾動軸的疲勞壽命是相當離散的，所以為了方便起見，只需校核軸承的基本額定壽命。本次設計中用到兩類軸承，分別是角接觸軸承和圓錐滾子軸承。其中角接觸球軸承所支撐的軸只受轉矩，不受徑向力和軸向力，且彎矩較小。所以只對支撐螺桿的圓錐滾子軸承進行校核即可。 （1）求軸承所受的力 圓錐滾子軸承安裝在螺桿上，支撐螺桿工作。本次所用的圓錐滾子軸承的型號為32307，其受力情況如下： 圖9 軸承受力圖 （2）計算螺桿上的徑向力 如下圖所示，其中兩根螺桿受的徑向力相同： Fr= (20) 且又知T1為1176N·m，d1為180mm，α為20。，所以求得Fr為： Fr= 2398N 根據(jù)公式 （21） 可求得F1= 2465N，F(xiàn)2= 67N； 根據(jù)公式 (22) 可求得S1= 770N，S2= 21N； 根據(jù)公式 （23） 可求得FA1= 4921N，F(xiàn)A2= 21N； （2）求當量動負荷 因載荷平穩(wěn)，查表得沖擊載荷系數(shù)fp取1.1，e為0.37。根據(jù)公式： （24） 所以X1=0.4,Y1=1.6;X2=1,Y2=0。 根據(jù)公式 （25） 可求得P1= 9745N，P2= 73.7N。 （3）求軸承壽命 利用基本公式 （26） 其中：P—當量動負荷，P=max（P1；P2）=13688N； n—轉速，為156r/min, C—基本額定動負荷，經(jīng)查表得，取58.5kN； ε—壽命指數(shù)，滾子軸承取10/3； Lh—軸承基本額定壽命； ft—溫度系數(shù)，取0.95。 所以求得Lh= 44704h， 若按每天工作8小時，每年300天計算，則該軸承可工作6年，滿足設計要求。 7.4 螺桿的校核 在本次設計中，螺桿起到傳動作用，且較長，需要對其進行強度和剛度校核，以保證設備的正常工作。 7.4.1 強度校核 根據(jù)公式 (27) 其中：F—螺桿所受軸向力，值為74000N； d1—螺桿內(nèi)經(jīng)，值為38.5mm； T—螺桿所受轉矩，值為354N·m； 所以求得σca為63.6N/mm2。 又螺桿的材料為45鋼，屈服點σS為340N/mm2，選擇安全系數(shù)S為3，則螺桿材料的許用應力為： (28) 可求得σp為113.3N/mm2。 因為σca<σp，所以螺桿強度滿足要求。 7.4.2 螺桿剛度校核 由于螺桿較長，所以要校核其剛度，根據(jù)公式： (29) (30) (31) 其中：δSF—軸向載荷使導程產(chǎn)生的彈性變形； F—軸向力，值為4900N； E—螺桿材料的彈性模量，值為206kN/mm2； G—螺桿材料的切變形模量，值為83.3kN/mm2； S—螺桿導程，值為7mm； δST—轉矩使導程產(chǎn)生的變形； T1—螺桿扭矩，值為354N·m； δS—導程的總彈性變量； 可計算得,δSF= ±140um，δST= ±52um，δS= ±192。 經(jīng)查表7.2-10得，每米螺紋距離上彈性變形量的許用值(δS/S)P= 30um/mm且每米螺紋距離上的彈性模量實際值為為δS/S=27.4<(δS/S)P。所以所設計的螺桿滿足剛度要求。 7.5 鍵的校核 平鍵的可能失效形式有較弱零件（通常為輪轂）工作面被壓潰（靜連接）、磨損（動連接）、鍵的剪斷等。壓潰和磨損是主要的失效形式，在本次設計中，鍵主要是靜連接，現(xiàn)在主要對其中一個鍵進行校核。 電機與減速器間、減速器與軸間分別有兩個鍵，軸與螺桿分別有一個鍵，考慮到鍵的強度與軸徑和鍵長和高有關，所以可知與小齒輪相連接的鍵強度最低，所以校核小齒輪處的鍵即可。根據(jù)公式： (32) 其中：бP—鍵連接工作面的擠壓應力，MPa； T—轉矩，值為354N·m； d—軸的直徑，值為32mm； l—鍵的接觸長度，值為L-b=21mm； K—鍵與輪轂接觸高度，值為h/2=4mm。 可算得бP= 163MPa。 由鍵的材料為45鋼，經(jīng)查表得，[бP]= 200MPa。所以бP<[бP]，所以滿足強度要求。