180型復(fù)合管鏈條式脫模機(jī)的設(shè)計(jì)【含4張CAD圖帶開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯-獨(dú)家】.zip
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180型復(fù)合管脫模機(jī)（鏈條式）設(shè)計(jì)
目 錄
摘 要 ……………………………………………………………………………………..…....................................... I
Abstract …………………………………………………………………………………......................................... II
第一章 緒論………………………………………………………………………… ...........................................1
1.1 目的及意義…………………………………………………………………….......................................…..1
1.2 發(fā)展?fàn)顩r ……………………………………………………..……………….......................................…..1
第二章 總體脫模方案的確定 ……………………………………………….......................................…..2
2.1 總體脫模方案 ………………………………………………………………........................................….2
第三章 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇………………………………………………………........................................…….4
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇.……………………………………………………………........................................…....4
3.2 傳動(dòng)比的分配……………………….……………………………………........................................……..7
3.3 傳動(dòng)裝置對(duì)運(yùn)動(dòng)和參數(shù)計(jì)算........................................................................................6
3.4 鏈條傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案........................................................................................................7
3.5 軸的設(shè)計(jì)及校核..........................................................................................................12
3.6 液壓缸的設(shè)計(jì)..............................................................................................................16
3.7 主要部件的設(shè)計(jì)..........................................................................................................18
第四章 標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)………………………………………………………......................................…………21
4.1 螺栓的選擇…………………………………………………………………......................................….....21
4.2 螺栓的選擇…………………………………………………………………......................................……..21
4.3 鍵的選擇…………………………………………………………………......................................………...21
4.4 滾動(dòng)軸的選擇……………………………………........................................................................22
總 結(jié) …….…………………………………………………..…………………………......................................…...23
致 謝 …….……………………………………………………..…………………….....................................…….…24
摘 要
復(fù)合管是一種外觀豪華，強(qiáng)度高，價(jià)格適中的裝飾材料。按不同的加工工藝生產(chǎn)的復(fù)合管其特性與價(jià)格也各不相同。纖維纏繞和脫模機(jī)作為生產(chǎn)作為復(fù)合纖維纏繞制品的專用設(shè)備，它是機(jī)械設(shè)計(jì)制造的重要內(nèi)容。
針對(duì)180型復(fù)合管脫模裝置設(shè)計(jì)，本文提出了180型復(fù)合管脫模的整體設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)目標(biāo)和功能要求，給出了脫模機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)執(zhí)行部件的具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案，并對(duì)主要零部件進(jìn)行了校核。
本文涉及的180型復(fù)合管裝置主要由脫模機(jī)基座、鏈條傳動(dòng)、液壓系統(tǒng)以及芯片磨夾緊機(jī)構(gòu)組成。脫模機(jī)基座為本次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，液壓系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供脫模力，鏈條傳動(dòng)用于將芯模拉出，芯模夾緊機(jī)構(gòu)由卡圈和基座等部分組成，主要實(shí)現(xiàn)芯模沿著自身軸線移動(dòng)。
關(guān)鍵詞：玻璃鋼；脫模設(shè)備；鏈條傳動(dòng)；液壓系統(tǒng)
II
Abstract
Composite pipe is a decorative material with luxurious appearance,high intensity and moderate price. The properties and prices of composite pipes produced by different processing technologies are also different. Filament winding and demoulding machines are special equipments for producing composite filament winding products. They are important parts of mechanical design and manufacture.
In view of the design of 180 type compound pipe die removal device, the overall design scheme, design target and functional requirements of the 180 type compound pipe die release are put forward. The design and Realization of the whole structure of the demoulding machine and the implementation of the driving components are given, and the main parts are checked.
The 180 type composite pipe device is mainly composed of a pedestal base, a chain drive, a hydraulic system and a chip grinding clamping mechanism. The base of the demoulding machine is the foundation of this design. The hydraulic system is responsible for providing the demoulding force. The chain drive is used to pull out the core mold. The core mould clamping mechanism is composed of the ring and the base, which mainly realizes the movement of the core mold along its axis.
Keywords: FRP; demoulding equipment; chain drive; hydraulic system
III
第1章 緒論
1.1 目的及意義
復(fù)合管作為一種新型復(fù)合材料，在我們?nèi)粘Ｉ钪杏兄謴V泛的應(yīng)用通過(guò)在兩端裝上電極系統(tǒng)，使各自兩端都能獨(dú)立通過(guò)電子流從而實(shí)現(xiàn)各種功能，復(fù)合管經(jīng)常被用于電力、石油、化工、冶金、采礦、污水處理等工業(yè)領(lǐng)域。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是“180型復(fù)合管脫模裝置（鏈條式）”。此次設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)出一款針對(duì)于圓柱形的或管狀芯模的機(jī)械傳動(dòng)的脫模裝置。此裝置有著自動(dòng)化的特點(diǎn)，通過(guò)電機(jī)、齒輪。鏈條等進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)從而達(dá)成脫模自動(dòng)化，可以讓人免于勞動(dòng)強(qiáng)度大、精確度低、效率低的人工脫模。
本次設(shè)計(jì)得出的鏈條式脫模裝置作為機(jī)械傳動(dòng)式脫模裝置的一種，它通過(guò)鏈輪、鏈條、小車(chē)等零部件所組成的傳動(dòng)系統(tǒng)，再配合由固定擋塊和可換擋圈所組成的脫模系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)芯模（或管模）的脫模運(yùn)動(dòng)。于此同時(shí)，輥輪、托塊、支架等輔助設(shè)備在脫模過(guò)程中主要起到了支撐作用，從而保證傳動(dòng)和脫模的平穩(wěn)進(jìn)行。該脫模裝置制品最大直徑為180mm，長(zhǎng)度最大為2500mm，脫模力為15噸（80000N），脫模后可以較好地保證芯模表面無(wú)損傷，從而提高制造出來(lái)的產(chǎn)品的壽命與質(zhì)量，以方便工程上的使用。
1.2 發(fā)展?fàn)顩r
復(fù)合管是近年來(lái)我國(guó)發(fā)展前景十分良好的一個(gè)產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)以往的中國(guó)復(fù)合管的市場(chǎng)分析，其消費(fèi)規(guī)模有著良好增長(zhǎng)趨勢(shì)，復(fù)合管市場(chǎng)有著十分良好的市場(chǎng)潛力與成長(zhǎng)性。而脫模裝置也隨著復(fù)合管的普及也同樣得到了迅速的發(fā)展。復(fù)合管因?yàn)槠涠喾N且強(qiáng)大的功能早已被應(yīng)用于電力、石油、化工、冶金、采礦、污水處理等工業(yè)領(lǐng)域，并廣受好評(píng)。復(fù)合管是一種十分廣的統(tǒng)稱，根據(jù)其制造工藝的不同，復(fù)合管有著許許多多的類型，其特性也是天差地別，這也使得復(fù)合管具有其特殊性，不同的復(fù)合管可能有著完全相反的優(yōu)缺點(diǎn)，這使得復(fù)合管市場(chǎng)有著很大可塑性。市場(chǎng)可以通過(guò)不同的需求、需求量來(lái)選擇符合市場(chǎng)需要的復(fù)合管。因此復(fù)合管的是一種民間企業(yè)使用平凡、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的材料。而復(fù)合管脫模作為制作復(fù)合管的一個(gè)必要工藝過(guò)程，它的工藝質(zhì)量好壞將直接影響到復(fù)合管本身的好壞。因此復(fù)合管脫模裝置對(duì)于復(fù)合管來(lái)說(shuō)是一種極為重要的工具。
目前來(lái)看我國(guó)脫模裝置的脫模方式一般可分為兩種，一種是頂芯脫模裝置，一種是電車(chē)直接拉出，但這兩種脫模方式無(wú)論是哪種都有著難以控制脫模力和速度慢的問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，當(dāng)代使用全自動(dòng)的脫模裝置來(lái)進(jìn)行脫模，脫模裝置有了許多的改進(jìn)，如今自動(dòng)脫模裝置脫模的方式有液壓式脫模、鏈?zhǔn)矫撃！⒙菪矫撃?。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一款鏈?zhǔn)矫撃Ｑb置，此裝置對(duì)于脫模有著很好精度，能夠保證制造出的復(fù)合管有著良好的質(zhì)量。
2
第2章 脫模方案的確定
2.1 總體脫模方案
在復(fù)合管成型的過(guò)程中，首先是進(jìn)行纏繞式，將樹(shù)脂纖維纏繞至芯模上，然后再將復(fù)合管產(chǎn)品從芯膜上取出，整個(gè)過(guò)程需要有精確的力，來(lái)保證制造出來(lái)的產(chǎn)品能夠完好無(wú)損的被取出，需要控制好力度，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的需要選擇相應(yīng)的電機(jī)。整個(gè)脫模的過(guò)程是首先轉(zhuǎn)動(dòng)芯模進(jìn)行纏繞，將調(diào)制好的樹(shù)脂纖維纏繞到芯膜上，這一過(guò)程的是通過(guò)芯模自轉(zhuǎn)將樹(shù)脂纖維纏到芯膜上，所要纏繞的細(xì)線要經(jīng)過(guò)張力控制器、預(yù)浸槽以及一個(gè)連著小車(chē)的吐絲嘴，細(xì)線穿過(guò)吐絲嘴，小車(chē)能夠沿著芯模軸移動(dòng)帶動(dòng)吐絲嘴移動(dòng)，使得吐絲嘴帶著細(xì)線移動(dòng)讓細(xì)線能夠纏繞整個(gè)芯模（如圖2-1）。
當(dāng)芯模纏繞完成后通過(guò)烘干、固化使得纏繞的纖維固化成型。之后便要將芯模和固化纖維分離。一般來(lái)說(shuō)，目前有三種方式使它們分離鏈傳動(dòng)的方式將芯模從中移即手動(dòng)脫模、機(jī)械式傳動(dòng)脫模、氣動(dòng)或液壓傳動(dòng)脫模。鏈條式脫模裝置屬于機(jī)械式脫模，該脫模裝置是利用鏈條傳動(dòng)提供的開(kāi)模動(dòng)力，分型后塑件隨動(dòng)模一起移動(dòng)，達(dá)到一定位置時(shí)，脫模機(jī)構(gòu)被機(jī)床上固定不動(dòng)的擋架頂住，不在隨動(dòng)模移動(dòng)，從而把塑件（玻璃鋼）從動(dòng)模上脫下來(lái)。該脫模方式較其他兩種脫模裝置具有脫模力大、生產(chǎn)效率高、使用與大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
圖2-1脫模過(guò)程
32
鏈傳動(dòng)是以鏈條為中間撓性件的嚙合傳動(dòng)，它由裝在平行軸上的主、從動(dòng)鏈輪和繞在鏈輪上的鏈條所組成，并通過(guò)鏈條和鏈輪之間的嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力。鏈傳動(dòng)兼有齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的特點(diǎn)，與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)較易安裝，成本低廉；遠(yuǎn)距離傳動(dòng)（中心距最大可達(dá)十多米）時(shí)，其結(jié)構(gòu)要比齒輪傳動(dòng)輕便得多。與帶傳動(dòng)比較，鏈傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳動(dòng)效率高、需要的張緊力小、壓軸力也小、結(jié)構(gòu)尺寸緊湊、能在低速重載下較好地工作、能適應(yīng)較惡劣環(huán)境如油污多塵和高溫等場(chǎng)合。因此，鏈條式脫模裝置具有成本低、操作方便、生產(chǎn)效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。
此次設(shè)計(jì)的題目是180型復(fù)合管脫模裝置（脫模力為15t，長(zhǎng)度最大為2500mm），因此此次設(shè)計(jì)傳動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)采用兩根鏈條（每根鏈條受力要均勻，脫模力均為7.5t）和四個(gè)鏈輪，在兩根鏈條之間連接移動(dòng)頭，采用兩個(gè)圓柱銷(xiāo)把移動(dòng)頭和兩根鏈條分別連接起來(lái)；采用圓柱銷(xiāo)連接、固定移動(dòng)頭和接頭。具體工作原理如下：電機(jī)通過(guò)鏈輪帶動(dòng)減速器，然后通過(guò)安裝在減速器上面的小鏈輪帶動(dòng)安裝在主傳動(dòng)軸上面的大鏈輪，使鏈輪以0.1m/s的速度做直線運(yùn)動(dòng)，然后分別帶動(dòng)移動(dòng)頭和接頭使待脫模的制品向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)制品運(yùn)動(dòng)到固定在機(jī)架上面的鑄鐵擋架和法蘭盤(pán)時(shí)，制品表面的玻璃鋼管坯則被擋住，而管芯繼續(xù)以一定的速度在托輥上面向左移動(dòng)，托輥采用絕緣性的軟材料聚氨酯，以保證管芯表面無(wú)損傷；而脫落后的管坯則保留在兩個(gè)支撐托架上面，從而達(dá)到脫模的目的。由于兩根鏈條帶動(dòng)移動(dòng)頭向左運(yùn)動(dòng)時(shí)路徑可能有一定的偏移，因此在機(jī)架上面安裝直線導(dǎo)輥，作為移動(dòng)頭的導(dǎo)向裝置，確保移動(dòng)頭做直線運(yùn)動(dòng)，保證脫模精度。在脫模工藝中，為了防止模具損傷，保護(hù)芯模，提高脫模效率，經(jīng)常在脫模模具上面涂上一定的脫模劑。設(shè)計(jì)總裝圖如圖2-2。
圖2-2脫模機(jī)簡(jiǎn)圖
第3章 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
電動(dòng)機(jī)主要是提供力的以供后續(xù)部件進(jìn)行工作,電動(dòng)機(jī)的選擇主要是根據(jù)所需要的力的大小來(lái)決定的。根據(jù)機(jī)械負(fù)載情況和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等因素來(lái)確定電動(dòng)機(jī)的類型。
根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動(dòng)頻率程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)的升溫、過(guò)載和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)選擇比工作要求所需最大功率要大一些，這樣可以使電機(jī)在使用過(guò)程中有更長(zhǎng)的壽命，并且要在設(shè)計(jì)中確定冷卻方法，以保證電動(dòng)機(jī)能夠有良好的降溫。一般來(lái)說(shuō)，負(fù)荷率通常選擇0.8-0.9。過(guò)大的的電動(dòng)機(jī)功率會(huì)造成效率的低下，且成本上升。
3.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型與結(jié)構(gòu)
電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式應(yīng)該根據(jù)電源種類、工作條件、工作時(shí)長(zhǎng)及載荷的性質(zhì)、大小、啟動(dòng)性能等方面來(lái)進(jìn)行選擇。
工業(yè)上一般采用三相交流電動(dòng)機(jī)。Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)上應(yīng)用廣泛。在啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)間隙和短時(shí)工作的場(chǎng)合，要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小和過(guò)載能力大。由于本次設(shè)計(jì)的脫模機(jī)在脫模剛開(kāi)始時(shí)，應(yīng)用液壓缸將芯模頂出一段距離，再靠鏈條傳動(dòng)拉動(dòng)芯模，這會(huì)導(dǎo)致前后速度不同，故選用調(diào)速功能。此次設(shè)計(jì)按照要求選擇使用YZD起重用多速三相異步電動(dòng)機(jī)。
3.1.2 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
Y型電動(dòng)機(jī)的同步速率，根據(jù)查表可知250r/min，300r/min，750r/min，1000r/min和1500r/min等轉(zhuǎn)速。一般來(lái)說(shuō)，電機(jī)同步轉(zhuǎn)速越高，磁極對(duì)數(shù)越少，外廓尺寸越小，其價(jià)格越低。當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高時(shí)，選擇高速的越經(jīng)濟(jì)。若工作要求轉(zhuǎn)速不高卻選擇轉(zhuǎn)速高的，會(huì)導(dǎo)致總傳動(dòng)比增大，使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在本次設(shè)計(jì)中，結(jié)合各個(gè)要求，保證脫模的質(zhì)量與高效，選擇轉(zhuǎn)速為300r/min和750r/min最好。
3.1.3 確定電動(dòng)機(jī)的功率與型號(hào)
電動(dòng)機(jī)功率的選擇是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，若選擇功率太小會(huì)導(dǎo)致無(wú)法完成脫模工作，若是太大會(huì)損壞脫模，而且電動(dòng)機(jī)造價(jià)也高，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益。而電動(dòng)機(jī)的功率大小，主要靠其載荷大小、工作時(shí)間長(zhǎng)短、發(fā)熱多少相掛鉤。對(duì)于長(zhǎng)期連續(xù)工作、載荷較穩(wěn)的機(jī)械，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需要的功率Pd來(lái)確定，不需要檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱等問(wèn)題。選擇時(shí)電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)該略大于電動(dòng)機(jī)所需要的功率Pd。
設(shè)脫模速度為v=0.1m/s；采用兩根鏈條，脫模力15噸，每根鏈條平均受力為F=7.5噸，則工作機(jī)所需的有效功率為：
PW=Fv/1000=7500×9.8×0.1=7.35kw
電機(jī)所需的功率：
Pd=PW/η
式子中，η為傳動(dòng)裝置的總效率。
η=η13η22
式子中η1、η2分別為鏈傳動(dòng)和滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可以知道 η1=0.96，η2=0.98，則總效率為：
η=0.96×0.96×0.96×0.98×0.98=0.8
則電動(dòng)機(jī)的功率為：
Pd=7.35÷0.85=8.64kw
綜上所述，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知道電動(dòng)機(jī)額定功率Pd=11kw。
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，可知道適合的Y型電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y180L-8起重用多速三相異步電動(dòng)機(jī)，其同步轉(zhuǎn)速有750r/min，對(duì)應(yīng)的功率為11kw。
綜上，可將電機(jī)數(shù)據(jù)參數(shù)記于下表3-1，電機(jī)外形如圖3-1：
表3-1電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率/KW
同步轉(zhuǎn)速/（r/min）
滿載轉(zhuǎn)速/（r/min）
Y180L-8
11.0
750
730
圖3-1電動(dòng)機(jī)
3.2 傳動(dòng)比的分配
在本次設(shè)計(jì)中，傳動(dòng)比的分配是一項(xiàng)重要的環(huán)節(jié)。傳動(dòng)比分配若是不合理，那么會(huì)造成結(jié)構(gòu)尺寸大、相關(guān)尺寸不協(xié)調(diào)、成本高、安裝不了等問(wèn)題。因此，在分配傳動(dòng)比時(shí)要注意傳動(dòng)比分配原則。
（1）傳動(dòng)的每級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)在（2-4）的范圍內(nèi)。
（2）各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)該使傳動(dòng)裝置尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)均勻、不發(fā)生干擾。
（3）當(dāng)減速器內(nèi)的齒輪采用油池浸潤(rùn)使，為了使各大齒輪浸油深度合理，各級(jí)大齒輪直徑相差不應(yīng)過(guò)大，以避免低速級(jí)大齒輪浸油過(guò)深而造成損失。
此次設(shè)計(jì)的方案中采用兩條鏈，主動(dòng)軸和從動(dòng)軸上安裝相同的的鏈輪，所選的滾子鏈為20A，鏈截距為P=31.75mm，鏈輪齒數(shù)為z=25，故可得鏈輪的轉(zhuǎn)速n4，n5和主從動(dòng)軸的傳動(dòng)比i4如下：
n4=n5=（150×1000×v）/（z1×p）=（150×1000×v）/（25×31.75）=18.9r/min
i4=1
由此可知電動(dòng)機(jī)到從動(dòng)軸上鏈輪的總傳動(dòng)比為：
i=n/n4=730/18.9=38.6
電動(dòng)機(jī)與減速器、減速器與主傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)均為鏈傳動(dòng)，傳動(dòng)比也相同，結(jié)合鏈傳動(dòng)i≤7，故可取傳動(dòng)比i1=i2=3，由此可知減速器的減速比為：
i2=i/（i1i3i4）=38.6/（1×3×3）=4.3
3.3 傳動(dòng)裝置對(duì)的運(yùn)動(dòng)和參數(shù)計(jì)算
3.3.1 各軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算
電動(dòng)機(jī)上傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速：
減速器上的兩個(gè)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速n2，n3，分別為：
n2=n1/i1=750/3=250r/min
n3=n2/i2=250/4.3=58r/min
主傳動(dòng)軸和從傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速n4，n5分別如下：
n4=n5=n3/i3=58/3=19r/min
3.3.2 各軸輸入功率計(jì)算
P1=P2=8.64kw
P2=P1η1=8.64×0.96=8.3kw
P3=P2=8.3kw
P4=P3 η1η2=8.3×0.96×0.98=7.8kw
P5=P4η1η2=7.8×0.96×0.98=7.3kw
3.3.3 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩計(jì)算
T1=9550P1/η1=9550×8.64/750=110N·m
T2=9550P2/η2=9550×8.3/250=317N·m
T3=9550P3/η2=9550×8.3/58=1366N·m
T4=9550P4/η4=9550×7.8/19=3920N·m
T5=9550P5/η5=9550×7.3/19=3669N·m
記錄數(shù)據(jù)見(jiàn)下表3-2
表3-2軸的轉(zhuǎn)速表
軸號(hào)
轉(zhuǎn)速n/（r/min）
功率P（kw）
轉(zhuǎn)矩T/（N·m）
1
750
8.64
110
2
250
8.3
317
3
58
8.3
1366
4
19
7.8
3920
5
19
7.3
3669
3.4 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案
鏈傳動(dòng)是在裝于平行軸上的鏈輪之間,以鏈條作為繞性曳引元件的一種嚙合傳動(dòng)。與帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)相比鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是:沒(méi)有彈性滑動(dòng)和打滑,能保證準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比,傳動(dòng)效率高,軸的壓力較小,傳動(dòng)功率大,過(guò)載能力強(qiáng),能在低速重載下較好工作,能適應(yīng)惡劣環(huán)境(如多塵、油污、腐蝕和剛強(qiáng)度場(chǎng)合)。
傳動(dòng)鏈的主要類型有滾子鏈和齒形鏈。本次設(shè)計(jì)中選用的是滾子鏈。滾子鏈主要由內(nèi)鏈板、外鏈板、銷(xiāo)軸、套筒和滾子五部分組成。如圖3-2
圖3-2滾子鏈
3.4.1鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)約束
鏈傳動(dòng)中的多種失效形式是制約鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)的約束條件。所以鏈傳動(dòng)的承載能力,應(yīng)根據(jù)其主要的失效形式,由滿足相應(yīng)的約束條件來(lái)確定。
鏈傳動(dòng)的主要失效形式：
（1）鉸鏈磨損。鏈條在進(jìn)入嚙合和推出嚙合時(shí),銷(xiāo)軸和套筒之間存在相對(duì)滑動(dòng),在不能保證充分潤(rùn)滑的條件下,將引起鉸鏈的磨損。磨損導(dǎo)致鏈輪節(jié)距的增加,鏈與鏈輪的嚙合點(diǎn)外移,最終將導(dǎo)致跳齒或脫鏈而使傳動(dòng)失效。
（2）鏈的疲勞破壞。由于鏈在傳動(dòng)過(guò)程中所受的載荷不斷變化,因而鏈在變應(yīng)力的狀態(tài)下工作,經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)后鏈板產(chǎn)生疲勞斷裂或滾子表面產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕和疲勞裂紋。在潤(rùn)滑良好和設(shè)計(jì)正確的情況下,疲勞強(qiáng)度是決定鏈傳動(dòng)工作能力的主要因素。
（3）多次沖擊破斷。工作中由于鏈條反復(fù)啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)或受重復(fù)沖擊載荷時(shí)承受較大的動(dòng)載荷,經(jīng)過(guò)多次沖擊,滾子、套筒和銷(xiāo)軸最后產(chǎn)生沖擊斷裂。
（4）膠合。由于套筒和銷(xiāo)軸之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng),在變載荷的作用下,潤(rùn)滑油膜難以形成,當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時(shí),使套筒和銷(xiāo)軸間發(fā)生金屬直接接觸而產(chǎn)生很大的摩擦力,其產(chǎn)生的熱量將導(dǎo)致套筒和銷(xiāo)軸的膠合。
（5）過(guò)載拉斷。在低速重載的傳動(dòng)中或是鏈突然受到很大的過(guò)載時(shí),鏈條靜力拉斷,承載能力受到鏈條元件的靜拉力強(qiáng)度限制。
（6）鏈輪輪齒的磨損或塑性變形。在滾子鏈傳動(dòng)中,鏈輪輪齒磨損或塑性變形超過(guò)一定量后,鏈條的工作壽命明顯下降?？刹捎眠m當(dāng)?shù)牟牧虾蜔崽幚韥?lái)降低其磨損量和塑性變形。
圖3-3 滾子鏈傳動(dòng)功率曲線
圖3-3為滾子鏈傳動(dòng)為滾子鏈傳動(dòng)的額定功率曲線,它是將在特定的條件下由實(shí)驗(yàn)得到的極限功率曲線作了一些修改而得到的。特定條件是指Z1=19;L=100p;單排鏈兩輪安裝在平行的水平軸上,兩鏈輪共面;載荷平穩(wěn);按照推薦的潤(rùn)滑方式潤(rùn)滑工作壽命為15000小時(shí);鏈輪因磨損而引起的相對(duì)伸長(zhǎng)量不超過(guò)3%。
3.4.2鏈條的設(shè)計(jì)
（1）確定鏈輪齒數(shù)和速比
鏈輪齒數(shù)的多少對(duì)傳動(dòng)的平穩(wěn)性和使用壽命有很大的影響。小鏈輪齒數(shù)的選擇應(yīng)適中。若小鏈輪齒數(shù)過(guò)少,運(yùn)動(dòng)速度的不均勻性和動(dòng)載荷都會(huì)很大;鏈輪在進(jìn)入和退出嚙合時(shí),相對(duì)轉(zhuǎn)角增大,磨損增加,沖擊和功率耗損也增大。小鏈輪齒數(shù)也不宜過(guò)多。如Z1選得太大,大鏈輪齒數(shù)則將更大,除了增大傳動(dòng)尺寸和質(zhì)量外,也會(huì)因鏈條節(jié)距伸長(zhǎng)而發(fā)生脫鏈,最終導(dǎo)致降低使用壽命。
一般小鏈輪的齒數(shù)z1可根據(jù)傳動(dòng)比按表3-3選取
表3-3小鏈輪傳動(dòng)比
傳動(dòng)比i
1—2
3—4
4—5
>6
齒數(shù)Z1
27—31
25—33
17—21
17
由于設(shè)計(jì)的鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比為3，故可選鏈輪的齒數(shù)Z1=27，Z2=81。
（2） 確定計(jì)算功率
表3-4鏈條傳動(dòng)
載荷情況
電動(dòng)機(jī)
有流體結(jié)構(gòu)
無(wú)流體結(jié)構(gòu)
平穩(wěn)的傳動(dòng)
1.0
1.0
1.2
稍有沖擊的傳動(dòng)
1.3
1.2
1.4
有大沖擊的傳動(dòng)
1.5
1.4
1.7
由于設(shè)計(jì)的脫模裝置由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，稍有沖擊，所以根據(jù)表3-4可以選擇KA=1.3，計(jì)算功率為PC=KAP=1.3×8.64=11kw。
（2） 初選中心距α0，取定鏈節(jié)數(shù)Lp
中心距的大小對(duì)傳動(dòng)有很大影響。中心距小時(shí)，鏈節(jié)數(shù)較少，鏈輪一定時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)每一鏈節(jié)的應(yīng)力變化次數(shù)和屈伸次數(shù)增多，因此鏈的疲勞和磨損增加。中心距大的時(shí)候，鏈節(jié)數(shù)增多，吸振能力增大，使用壽命增加。但中心距α太大的話，會(huì)發(fā)生顫動(dòng)現(xiàn)象，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。
初選中心距為α0=（30-50）p由于兩鏈輪的實(shí)際中心距比較大，故選擇α0=50p
Lp=2α0/p+（z1+z2）/2+[（z2-z1）/2π]2p/α0
計(jì)算可得Lp=155取Lp=156節(jié)。
（3） 選擇型號(hào)，確定鏈節(jié)距和排數(shù)
鏈節(jié)距的大小直接決定了鏈條的尺寸、重量和承載能力而且也將影響鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)不均勻性,產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)和噪聲。為了既保證鏈傳動(dòng)有足夠的承載能力又減小沖擊、振動(dòng)和噪聲,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選用較小的鏈節(jié)距。在高速、重載時(shí),宜用小節(jié)距多排練;低速、重載時(shí),宜用大節(jié)距排數(shù)較少的鏈。
小鏈輪齒系數(shù)KZ=1.34， KL=1.09, 選擇單排鏈有KP=1.0
所需傳動(dòng)的功率為P0=PC/KZKLKP 計(jì)算得P0=7.5kw
根據(jù)要求查看機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)選擇滾子鏈的型號(hào)為24B，鏈節(jié)距為38.1mm，單排鏈。
（4）確定鏈長(zhǎng)和中心距
鏈長(zhǎng)： L=Lpp/1000=156×38.1/1000=5.9m
中心距：
計(jì)算得到中心距a=2726mm，符合設(shè)計(jì)要求。
中心距的調(diào)整一般應(yīng)該大于2p
△a=0.003a=0.003×2726=8mm
實(shí)際中心距： a=a-△a=2726-8=2718mm
（5）求實(shí)際軸的壓力
鏈速： /s
工作壓力： F=1000P/v=1000×7.5/0.32=23437N
工作平穩(wěn)，取壓軸力系數(shù) KQ=1.2
軸上壓力： KQ=1.2×23437=28125N
（6）校核靜拉力
對(duì)于v<(0.6m/s的低速鏈傳動(dòng),由于載荷較大,其主要失效形式是鏈條靜力拉斷,靜強(qiáng)度占主要地位,故在進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)應(yīng)按靜強(qiáng)度校核。靜強(qiáng)度安全系數(shù)應(yīng)滿足下式要求:
式中: n—鏈的排數(shù)
Flim—單排鏈的拉伸極限載荷，查書(shū)可得Flim=86700N
KA—工作情況系數(shù)，查書(shū)可知KA=0.98
F1—鏈的總拉力，該公式F1=Fe+Fy
[n]—許用安全系數(shù)，[n]≥4～8，但是如果鏈傳動(dòng)速度較低、從動(dòng)系統(tǒng)慣性小，不太重要的傳動(dòng)或力的確定比較準(zhǔn)確時(shí)，可取[n]≥3。
F為鏈傳動(dòng)圓周力，即有效拉力F=1000p/v=23437N。
Fe為由圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力，F(xiàn)e=qv2，通常當(dāng)v≤10m/s時(shí)，離心力Fe可以忽略不計(jì)，而此次設(shè)計(jì)的速度為v=0.1m/s，所以Fe=0。
Fy為鏈條本身重量而產(chǎn)生的懸垂拉力，它由在傳動(dòng)時(shí)所允許的垂度，用求懸索拉力的計(jì)算方法Fy=Kyqga。
式中：q—鏈每米的質(zhì)量，由表可知q=3.8kg/m
V—鏈的圓周速度，v=0.1m/s。
a—鏈傳動(dòng)的中心距，a=2.73m。
g—重力加速度，g=9.8m/m2。
Ky—垂度系數(shù)，即當(dāng)下垂量為y=0.02a時(shí)的拉力系數(shù)，結(jié)合β=60o，由機(jī)械手冊(cè)可查到Ky=4。
把上述的數(shù)據(jù)帶入即可：
F1=23437+0+4×3.8×9.81×2.73=23844N
把上述數(shù)值帶入并結(jié)合n=1可得：
所以所選滿足強(qiáng)度校核。
最終所設(shè)計(jì)的滾子鏈為：型號(hào)24B-1×168
GB1243.1-83,鏈輪齒數(shù)Z1=27，Z2=81，中心距a=2718,mm。
3.4.3鏈輪的設(shè)計(jì)
滾子鏈的結(jié)構(gòu)尺寸主要有整體式鋼制小鏈輪、腹板式單排鑄造鏈輪以及腹板式多排鑄造鏈輪三種形式。被刺設(shè)計(jì)采用的是整體式鋼制小鏈輪,其結(jié)構(gòu)形式如圖：
圖3-4 整體式鋼制鏈輪的外形
滾子鏈鏈輪分度圓直徑
脫模速度 v車(chē)=v鏈=0.1m/s
鏈輪齒頂圓直徑 da=p（0.54+cot）=346.5mm；
鏈輪齒根直徑 df=d-d1=328.2-25.4=302.8mm；
其中d1所選24B鏈條滾子的直徑為25.4mm；
齒沽厚度h h=k++0.01d=9.5+100/6+0.01×328.2=29.5mm；
取h=30mm；
輪轂長(zhǎng)度l l=3.3h=99mm，取100mm；
其中b1為鏈條內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬為34mm。
3.4.4 鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑、布置和張緊
鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑有利于減少鉸鏈磨損、提高傳動(dòng)效率,緩和沖擊從而延長(zhǎng)鏈條壽命。通常根據(jù)鏈速和鏈節(jié)距選擇推薦的潤(rùn)滑方式。該設(shè)計(jì)中選擇人工定期潤(rùn)滑。
鏈傳動(dòng)的布置合理與否,對(duì)傳動(dòng)的工作性能和使用壽命有較大的影響。布置時(shí),兩鏈輪應(yīng)處于同一平面內(nèi),兩軸平行,一般應(yīng)采用水平或接近水平布置,并使松邊在下。
鏈傳動(dòng)張緊的目的主要是為了避免鏈的垂度過(guò)大,嚙合時(shí)鏈條上下顫抖,同時(shí)也可增加嚙合包角。常用的張緊方法有:
（1）靠調(diào)整中心距張緊;
（2）附加張緊裝置，當(dāng)中心距不可調(diào)時(shí),可安裝張緊輪。張緊輪一般壓在松邊靠近小輪外側(cè)處。張緊輪可以是鏈輪,也可以用無(wú)齒的輥輪,其大小應(yīng)與小鏈輪接近。
本設(shè)計(jì)中采用的張緊方法是附加張緊裝置。
3.5 軸的設(shè)計(jì)及校核
3.5.1 軸的結(jié)構(gòu)確定
進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)初步確定,就是根據(jù)工作條件,確定軸的結(jié)構(gòu)外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮的主要因素有:（1）軸的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)滿足使用要求,零件在軸上的定位要可靠,保證軸和軸上零件有準(zhǔn)確的相對(duì)工作位置。（2）軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度,力求受力情況合理,避免或減輕應(yīng)力集中。（3）軸的加工及裝配的工藝性好。故軸在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)主要解決下面幾個(gè)問(wèn)題。
（1）軸上零件的布置
軸上零件布置是否合理,關(guān)系到能否改善軸的結(jié)構(gòu)合理性和裝配工藝性,有時(shí)甚至關(guān)系到能否改善軸的受力情況,提高軸的強(qiáng)度等問(wèn)題。因此,擬定軸上零件的布置方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提。所謂布置方案,就是考慮合理安排動(dòng)力傳遞路線和預(yù)定出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。
（2）各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定
對(duì)一般減速器中高速級(jí)輸入軸,可按dm=(0.8~1.2)D估算(D為電動(dòng)機(jī)軸徑);相應(yīng)各級(jí)低速軸的最小直徑可按同級(jí)齒輪中心距a估算,d=(0.3~0.4)a。
軸的各段長(zhǎng)度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件必要的空隙來(lái)確定。
（3）軸上零件的定位與固定
為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng),軸上零件除了有特殊的結(jié)構(gòu)要求外(如游動(dòng)或空轉(zhuǎn)),一般都必須要求定位準(zhǔn)確、可靠。本設(shè)計(jì)方案中采用平鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)周向固定,采用軸肩、套筒和擋盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)軸向固定。
（4）軸的結(jié)構(gòu)工藝性
軸的結(jié)構(gòu)工藝性是指軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于軸的加工和軸上零件的裝配,并且要求生產(chǎn)效率高,成本低。為了便于軸的拆裝和去掉加工時(shí)的毛刺,軸和軸肩的端部應(yīng)制出45°的倒角，在需磨制加工的軸段應(yīng)留有砂輪和越程槽;需要切制螺紋的軸段應(yīng)留有退刀槽。此外,為便于加工,應(yīng)使軸上直徑相近處的圓角、倒角、退刀槽等尺寸一致;軸上不同段的鍵槽應(yīng)布置在軸的同一母線上。
3.5.2 軸的物理約束
（1）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度
對(duì)只受轉(zhuǎn)矩或以承受轉(zhuǎn)矩為主的傳動(dòng)軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算軸的直徑。若有彎矩作用可用降低許用應(yīng)力的方法來(lái)考慮其影響。
扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的約束條件為：
對(duì)實(shí)心圓軸,,帶入上式，可得軸的直徑約束條件
（2）彎扭合成強(qiáng)度條件
對(duì)于同時(shí)承受彎矩和扭矩的軸,可根據(jù)彎矩和扭矩的合成強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí),先根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所確定的軸的幾何結(jié)構(gòu)和軸上零件的位置,畫(huà)出軸的受力簡(jiǎn)圖,然后,繪制彎矩圖、扭轉(zhuǎn)圖,再按第三強(qiáng)度理論條件建立軸的彎矩合成約束條件：
考慮到彎矩M產(chǎn)生的彎矩應(yīng)力和轉(zhuǎn)矩T產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)力的性質(zhì)不同,對(duì)上式中的額轉(zhuǎn)矩T乘以折合系數(shù)a,則強(qiáng)度約束的一般公式為：
式中M成為當(dāng)量彎矩;a為根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)對(duì)實(shí)心軸,上式也可寫(xiě)成軸徑的約束條件：
（3）基于疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)約束
對(duì)于一般用途的軸,按當(dāng)量彎矩計(jì)算軸的強(qiáng)度或直徑已經(jīng)足夠精確。但由于上述計(jì)算中沒(méi)有考慮應(yīng)力集中、軸徑尺寸和表面品質(zhì)等因素對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響,因此對(duì)于重要的軸,還需要進(jìn)行危險(xiǎn)截面處的疲勞安全系數(shù)的精確計(jì)算,評(píng)定軸的安全裕度。即建立軸在危險(xiǎn)截面的安全系數(shù)的約束條件。
安全系數(shù)的約束條件：
除了強(qiáng)度約束條件外還有剛度約束條件和臨界轉(zhuǎn)速約束條件。
3.5.3軸的設(shè)計(jì)
本次脫模機(jī)設(shè)計(jì)中的軸主要有兩條，與減速器相連并固定鏈輪的軸I和僅來(lái)固定鏈輪的軸Ⅱ。軸I為轉(zhuǎn)軸,既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩，軸Ⅱ?yàn)樾妮S，只承受彎矩的作用。現(xiàn)主要分析軸I的設(shè)計(jì)。
（1）選擇軸的材料
選擇軸的材料+,應(yīng)考慮下列因素:（1）軸的強(qiáng)度、剛度及耐磨性;（2）熱處理方法;（3）材料來(lái)源;（4）材料加工工藝性:（5）材料價(jià)格等。結(jié)合脫模裝置中的強(qiáng)度要求,而且碳素鋼價(jià)格低廉,對(duì)應(yīng)力集中敏感性小,可進(jìn)行熱處理改變其綜合性能,加工工藝性好,故本次設(shè)計(jì)中軸的材料選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知其抗拉強(qiáng)度極限GB=640MPa,抗拉屈服極限=355MPa,硬度為217~255HBS,許用彎曲應(yīng)力[]=60MPa，[]=100MPa。
（2）初步計(jì)算軸徑
選C等于108，dmin=C 計(jì)算dmin=65mm
考慮到軸端裝聯(lián)軸器需開(kāi)鍵槽,將其軸徑增加4%~5%,故選取軸徑為70m1。
（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
按工作要求,軸上所支持的零件主要有鏈輪,軸端聯(lián)軸器以及滾動(dòng)軸承。軸端聯(lián)軸器選用剛性凸緣聯(lián)軸器GY8;根據(jù)軸的受力,選取深溝球軸承61816;根據(jù)軸上零件的定位、加工要求以及不同零件的裝配方案,參考軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本要求,可確定軸的各段尺寸。綜合考慮各種因素,初步選定軸的結(jié)構(gòu)尺寸如圖3-5
圖3-5軸的結(jié)構(gòu)圖
（4）按彎扭合成校核
（1）畫(huà)出受力簡(jiǎn)圖
畫(huà)軸空間受力簡(jiǎn)圖(a),將軸上作用力分解為垂直面受力圖(b)和水平面受力圖(c)。分別求出作用在垂直面上的支反力和水平面上的支反力。對(duì)于零件作用在軸上的分布載荷或轉(zhuǎn)矩可當(dāng)做集中力作用在軸上零件的寬度中點(diǎn)。
（2）軸上受力分析
軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：
鏈輪圓周力：
鏈輪徑向力： ，計(jì)算有Fr=38783N
鏈輪的軸向力：
（1）計(jì)算作用軸上的支反力
水平面內(nèi)支反力：
RHA=RHB=2593N
垂直面內(nèi)支反力：
RVA=RVB=38783N
（2）計(jì)算軸的彎矩，并畫(huà)彎、轉(zhuǎn)矩圖（如圖3-6）
分別作出垂直面和水平面的彎矩圖（d）、（e），并按進(jìn)行彎矩合成。畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖（f）。
（5）計(jì)算并畫(huà)當(dāng)量彎矩圖
轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化計(jì)算，去a=0.6，則
aT=0.6×4172N·m
按計(jì)算，并畫(huà)出當(dāng)量彎矩圖（3-6）
圖3-6軸的受力分析
3.5.4軸的強(qiáng)度
一般而言軸的強(qiáng)度是否滿足只需對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行校核即可,而軸的危險(xiǎn)截面多發(fā)生在當(dāng)量彎矩較大且軸徑較小處。根據(jù)上圖分析知鏈輪寬度中心處的軸最為危險(xiǎn),故只需校核該出的軸的強(qiáng)度。若此處軸的強(qiáng)度滿足要求,則所設(shè)計(jì)的軸合格,若此處軸的強(qiáng)度不滿足要求,則該軸需重新設(shè)計(jì)。
強(qiáng)度校核：考慮到鍵槽的影響，查表計(jì)算，W=51.2cm3
而45號(hào)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的=60MPa
顯然 因此安全。
3.6液壓缸的設(shè)計(jì)
由于液壓傳動(dòng)具有:工作平穩(wěn),響應(yīng)速度快;體積小重量輕;易于實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速:易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù),工作安全可靠等眾多優(yōu)點(diǎn)。在脫模裝置在剛開(kāi)始脫模時(shí),脫模力非常大,很容易過(guò)載。運(yùn)用液壓傳動(dòng)的話,就能很好的解決過(guò)載的問(wèn)題。而且,利用液壓傳動(dòng)的恒功率特性,能夠使得在脫模剛進(jìn)行時(shí),脫模力足夠大而速度足夠小,這樣就能夠保證脫模的平穩(wěn)進(jìn)行,獲得較好的脫模質(zhì)量。
本次脫模裝置的設(shè)計(jì)在液壓部分主要是針對(duì)液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3.6.1液壓缸簡(jiǎn)述
液壓缸又稱油缸,它是一種液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件,它的功能是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,輸出直線運(yùn)動(dòng)或者小于360°的往復(fù)擺線運(yùn)動(dòng)。
液壓缸的種類很多,按其結(jié)構(gòu)形式可以分為活塞缸、柱塞缸、擺動(dòng)缸和組合缸;按其輸出運(yùn)動(dòng)又可分為推力液壓缸和擺動(dòng)液壓缸;按其作用方式分為單作用式液壓缸和雙作用式液壓缸。本次設(shè)計(jì)采用的是雙作用單桿活塞缸。
液壓缸的組成:
（1） 缸體組件。缸體組件通常由缸筒、缸蓋、缸底、導(dǎo)向環(huán)和支撐環(huán)等零部件組成。液壓缸工作時(shí),缸體組件與活塞組件構(gòu)成密閉的油腔,承受很大的負(fù)載壓力。因此,缸體組件要有足夠的強(qiáng)度、較高的表面精度和可靠的密封性能。常見(jiàn)的缸體組件的連接形式有螺紋式、法蘭式、半環(huán)式、拉桿式和焊接式等多種形式。
（2）活塞組件。活塞組件由活塞、活塞桿和連接件等零部件組成,活塞通常制成與活塞桿分離的形式,目的是易于加工和選材。按照缸的工作壓力、安裝方式和工作條件的不同,活塞組件有多種不同的形式。由于活塞受壓力的作用在缸筒內(nèi)不停的做往復(fù)運(yùn)動(dòng),因此,活塞必須具有較高的強(qiáng)度和良好的耐磨性?；钊话阌媚湍サ蔫T鐵或剛制造,如HT200~300、球墨鑄鐵、優(yōu)質(zhì)碳素鋼等,有時(shí)也用鋁合金材料?；钊麠U是連接工作部件的傳力零件,它必須有足夠的強(qiáng)度和剛度,通常由鋼制造,一般進(jìn)行調(diào)制處理
（3）密封裝置。液壓缸的泄漏主要包括兩個(gè)方面:內(nèi)泄漏和外泄漏。密封裝置的作用主要是防止油液的泄漏,以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行,減少油液的浪費(fèi),減低對(duì)環(huán)境的污染。常見(jiàn)的密封裝置主要有間隙密封、摩擦環(huán)密封、0型圈密封和V型圈密封。
（4）緩沖裝置。液壓缸的活塞桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)具有很大的動(dòng)能,當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到行程終端時(shí)會(huì)引起機(jī)械碰撞,產(chǎn)生很大的沖擊力和噪聲,甚至損壞液壓缸,所以在液壓缸中一般都設(shè)有緩沖裝置。
（5）排氣裝置。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在安裝的過(guò)程中或者長(zhǎng)時(shí)間停止運(yùn)轉(zhuǎn)是,液壓系統(tǒng)中往往會(huì)混入空氣,導(dǎo)致系統(tǒng)工作不能穩(wěn)定,產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲、發(fā)熱、低速爬行和啟動(dòng)前沖等不正常的現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)不能正常工作,因此,設(shè)計(jì)液壓缸是需考慮空氣的排出。對(duì)于要求不高的液壓缸,一般不設(shè)計(jì)專門(mén)的排氣裝置，而是將液壓缸的油口布置在缸筒端的最高處,從而使空氣隨油液排往油箱,再?gòu)挠拖湟绯觥?
3.6.2 液壓缸主要尺寸確定
液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸主要有三個(gè):缸筒內(nèi)徑D、活塞桿外徑d和缸筒長(zhǎng)度L。
（1）初選液壓缸的工作壓力
關(guān)于機(jī)床的液壓工作壓力,液壓缸的公稱壓力系列查國(guó)標(biāo)GB/T7938-1978可選4,6.3,10,16,25等。液壓缸回油腔應(yīng)有背壓,初選液壓缸工作壓力P=10MPa。
（2）計(jì)算液壓缸尺寸有效工作面積A
S=F/P=100000/10000000=0.01m2
（3）確定缸筒內(nèi)徑D,活塞桿直徑d
安全系數(shù)為1.2 D按=1.2×112.84=135.418mm
查詢機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)則手冊(cè)取
D=140mm，液壓缸外徑可選168mm
活塞桿直徑d=0.71D=0.71×140=99.4mm 查書(shū)可知取d=100mm則
15.4>15所以推力合格。
（1）缸筒長(zhǎng)度L
活塞桿的行程可據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T2349-1980選擇第一系列中的320mm。缸筒長(zhǎng)度是由各工作部件的行程長(zhǎng)度及其結(jié)構(gòu)上的要求共同確定的,包括活塞最大工作行程1、活塞寬度B、最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H及特殊要求其他長(zhǎng)度C等。最終設(shè)計(jì)的液壓缸長(zhǎng)度L為740mm。
（2）缸筒壁厚的強(qiáng)度校核
設(shè)計(jì)中缸筒壁厚按照材料力學(xué)知識(shí)知道，當(dāng)時(shí)，強(qiáng)度校核公式為：
式中，，為缸筒材料45鋼。
，故缸筒壁厚強(qiáng)度合格。
（1） 活塞桿直徑強(qiáng)度校核
活塞桿只受軸向推力或拉力的情況下，其直徑強(qiáng)度按下式進(jìn)行強(qiáng)度校核：
因此活塞桿強(qiáng)度合格。
圖3-7液壓缸
3.7 主零部件的設(shè)計(jì)
3.7.1機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
機(jī)架的設(shè)計(jì)主要應(yīng)保證剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性
（1）剛度:床身的剛度決定著機(jī)床生產(chǎn)率和生產(chǎn)精度,是設(shè)計(jì)大多數(shù)機(jī)架工作能力的主要準(zhǔn)則。
（2）強(qiáng)度:強(qiáng)度是評(píng)定重載機(jī)架工作性能的基本準(zhǔn)則。機(jī)架的強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可能發(fā)生最大載荷或安全裝置所能傳遞的最大載荷來(lái)校核其靜強(qiáng)度。
（3）穩(wěn)定性:機(jī)架受壓結(jié)構(gòu)及受壓彎結(jié)構(gòu)都存在失穩(wěn)問(wèn)題。穩(wěn)定性是保證機(jī)架正常工作的基本條件。
機(jī)架設(shè)計(jì)一般要求：
（1）在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下,機(jī)架的重量應(yīng)要求輕、成本低。
（2）抗振性好。把受迫振動(dòng)幅限制在允許范圍內(nèi)。
（3）溫度場(chǎng)分布合理,熱變形對(duì)精度的影響小。
（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,工藝性良好,便于制造、焊接和機(jī)械加工。
（5）機(jī)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整,方便修理和更換零部件。
（6）有導(dǎo)軌的機(jī)架要求導(dǎo)軌面受力合理,耐磨性良好。
（7）造型好,使之即使用經(jīng)濟(jì),又美觀大方。
機(jī)架的材料及熱處理:
多數(shù)機(jī)架形狀比較復(fù)雜,故一般都采用鑄造,由于鑄鐵的鑄造性能好、價(jià)廉和吸振能力強(qiáng),所以應(yīng)用廣泛。本次設(shè)計(jì)采用鑄鋼機(jī)架。
鑄造碳鋼:由于鋼水的流動(dòng)性差,在鑄型中凝固冷卻時(shí)體收縮和線收縮較大，故不宜設(shè)計(jì)復(fù)雜形狀的鑄件。鑄鋼的吸振性低于鑄鐵,但其彈性模量較大,強(qiáng)度也比鑄鐵高,故鑄鋼機(jī)架用于受力較大的機(jī)架。
鑄鋼機(jī)架的熱處理
鑄鋼件一般都要經(jīng)過(guò)熱處理,熱處理的目的是為了消除鑄造內(nèi)應(yīng)力和改善力學(xué)性能。鑄鋼機(jī)架的熱處理方法一般有正火加回火,退火,高溫?cái)U(kuò)散退火和焊補(bǔ)后回火。結(jié)合本次設(shè)計(jì),形狀比較復(fù)雜,對(duì)力學(xué)性能要求也較高,所以我們采用正火加回火。
3.7.2機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與緊固連接
根據(jù)本次設(shè)計(jì)制品結(jié)構(gòu)尺寸,設(shè)計(jì)機(jī)架的長(zhǎng)度為6435m,寬度為1834mm,高度為764mm,機(jī)架的壁厚為30mm。機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須保證機(jī)架與其上的零部件的連接以及機(jī)架與地基之間連接的強(qiáng)度和剛度,影響連接剛度的主要因素是:連接處的結(jié)構(gòu),連接螺栓的數(shù)量,大小及其排列形式,墊片及其結(jié)合面的機(jī)加工表面精度等。在本設(shè)計(jì)中共使用了13個(gè)地腳螺栓來(lái)加強(qiáng)機(jī)架的穩(wěn)定性,并且在機(jī)架內(nèi)部還安放了14個(gè)肋板以增強(qiáng)機(jī)架的強(qiáng)度,其中6個(gè)是水平肋板,8個(gè)豎直肋板。此外為了加強(qiáng)水平肋板的承載能力也為了提升整個(gè)機(jī)架的剛度,在肋板處還相應(yīng)的設(shè)置了肋條。機(jī)架三視圖如下圖示：
圖3-7機(jī)架三視視圖
3.7.3 托輥的設(shè)計(jì)
托輥是脫模裝置中重要的零部件,它的作用是用于支撐從管坯中脫離出來(lái)的芯模,防止芯模因重力作用掉落并遭到破壞,起到保護(hù)芯模的作用。故設(shè)計(jì)中,托輥采用絕緣性的軟材料,防止芯模在托輥上移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)刮痕。該設(shè)計(jì)中,托輥的材料選用聚酯胺。
3.7.4 直線的導(dǎo)輥設(shè)計(jì)
導(dǎo)輥的是一種導(dǎo)向裝置,保證零部件按照一定的方向往復(fù)運(yùn)動(dòng),其具有如下特點(diǎn):(1)磨耗少能長(zhǎng)時(shí)間維持精度;(2)大幅降低電機(jī)所需驅(qū)動(dòng)力;(3)可同時(shí)承受上下左右方向的負(fù)荷;(4)組裝容易并具互換性;(5)潤(rùn)滑構(gòu)造簡(jiǎn)單。
該設(shè)計(jì)中采用兩根鏈條傳動(dòng),兩根鏈條分別通過(guò)圓柱銷(xiāo)和移動(dòng)頭連接起來(lái),移動(dòng)頭通過(guò)螺釘和接頭連接起來(lái),進(jìn)而通過(guò)接頭帶動(dòng)待脫模的制品往左運(yùn)動(dòng)。由于兩根鏈條帶動(dòng)移動(dòng)頭向左運(yùn)動(dòng)時(shí)路徑可能有一定的偏移,因此在機(jī)架上面安裝直線導(dǎo)輥,作為移動(dòng)頭的導(dǎo)向裝置,確保移動(dòng)頭做直線運(yùn)動(dòng),保證脫模精度。
第四章 標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)
本次脫模機(jī)的設(shè)計(jì)中用到的連接方式主要有螺紋連接、鍵連接和焊接。設(shè)計(jì)中用到的螺紋連接主要是螺栓連接和螺釘連接。
4.1 螺栓的選擇
螺栓連接的特點(diǎn)是用于連接兩個(gè)較薄的零件。在被連接件上開(kāi)有通孔,插入螺栓后在螺栓的另一端擰上螺母,采用不同螺栓的釘桿與孔之間有間隙,通孔的加工要求較低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便,應(yīng)用廣泛。采用鉸制孔螺栓時(shí),孔與螺桿常用過(guò)渡配合。這種連接能精確固定被連接件的相對(duì)位置,適用于承受橫向載荷,但孔的加工精度要求高。螺釘連接是將螺栓或螺釘直接擰入被連接件的螺紋孔中,不用螺母。結(jié)構(gòu)比雙頭螺柱簡(jiǎn)單、緊湊。用于兩個(gè)連接件中一個(gè)較厚,但不需要經(jīng)常拆卸,以免螺紋孔損壞。設(shè)計(jì)中使用的主要是六角頭螺栓一全螺紋-C級(jí)以及十字沉頭螺釘H型等。
4.2 鍵的選擇
軸轂連接主要是使軸上零件與軸進(jìn)行周向固定以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。常用的軸轂連接有鍵連接、花鍵連接和過(guò)盈連接。鍵連接按用途分為三種:普通平鍵、導(dǎo)鍵和滑鍵。鍵的兩側(cè)是工作面,工作時(shí)靠鍵同側(cè)面的擠壓來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間留有間隙。平鍵連接具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、對(duì)中性好等優(yōu)點(diǎn)。因此得到廣泛應(yīng)用本次設(shè)計(jì)使用的主要是普通平鍵中的A型鍵。
鍵的類型可根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來(lái)選定。鍵的截面尺寸(鍵寬b和鍵高h(yuǎn))按軸的直徑d由標(biāo)準(zhǔn)中選定;鍵的長(zhǎng)度L可根據(jù)輪轂長(zhǎng)確定,輪轂長(zhǎng)度一般選取(1.52)d,鍵長(zhǎng)等于或略小于輪轂的長(zhǎng)度,此外鍵的長(zhǎng)度還要符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)。
表4-1 鍵的選擇
軸徑d
17~22 22~30 30~38 38~44 44~50 50~58 58~65 65~75 75~85 85~95 95~100
鍵寬b
6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28
鍵高h(yuǎn)
6 7 8 9 10 11 12 13 14 14 16
4.3聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器是用來(lái)連接兩軸,使之一起轉(zhuǎn)動(dòng)并傳遞轉(zhuǎn)矩的部件。聯(lián)軸器連接的兩軸只有在機(jī)械停車(chē)后,通過(guò)拆卸的方法才能使兩軸分離。聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器和安全聯(lián)軸器三大類。本次設(shè)計(jì)使用的是剛性聯(lián)軸器。
剛性聯(lián)軸器無(wú)位移補(bǔ)償能力,用在被連接兩軸要求嚴(yán)格對(duì)中以及工作中無(wú)相對(duì)位移之處。剛性聯(lián)軸器中應(yīng)用較多的是套筒式、夾殼式、凸緣式等幾種類型,而凸緣式是應(yīng)用最廣的剛性聯(lián)軸器。如圖示,凸緣聯(lián)軸器是用兩個(gè)由兩個(gè)帶凸緣的半聯(lián)軸器用一組螺栓連接而成。凸緣聯(lián)軸器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,按軸徑、轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速選定凸緣聯(lián)軸器型號(hào),必要時(shí)應(yīng)對(duì)連接兩個(gè)半聯(lián)軸器的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核。設(shè)計(jì)中使用的是凸緣聯(lián)軸器GY6和GY8。
圖4-1 凸緣連軸器外形
4.4滾動(dòng)軸的選則
滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一,它已標(biāo)準(zhǔn)化。滾動(dòng)體是滾動(dòng)軸承的核心元件,當(dāng)內(nèi)外圈相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),滾動(dòng)體即在內(nèi)外圈的滾道間滾動(dòng)。內(nèi)外圈的滾道多為凹槽形,它起著降低
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