河南科技大學畢業(yè)設計說明書（機電一體化工程）地 市： 河南省鄭州市 準考證號： 010209101035 姓 名： 康松林 河南省高等教育自學考試高等教育自學考試畢業(yè)設計任務書一、 題目 回轉式送料小車 -回轉機構的設計 二、 本環(huán)節(jié)自2011年01月15日起至2011年04月19日止三、 進行地點 河南工程學院 內容要求 要求實現(xiàn)小車有軌移動及料盤回轉，回轉小車有一定的載重能力，設備在移動過程中實現(xiàn)360角度回轉：載重5噸， 料盤回轉角度360，移動速度500mm/s， 軌距920mm 指導教師：李斌批準日期：2011年01月15日回轉式送料小車 -回轉機構的設計摘 要本次設計的回轉式送料小車是一種用在鍛壓生產車間內的送料裝置。它能實現(xiàn)有軌運行和料臺的回轉，其料臺回轉角度可達360°，小車在軌距為920mm的軌道上運行。在設計中首先通過對回轉式送料小車的結構，承載能力及運動方式進行分析，初步確定了回轉式送料小車的結構和外形尺寸，然后通過對比和選型計算，確定了回轉支承型號，電動機型號，減速器型號及碟形彈簧等各個部件和零件。另外對齒輪，車輪軸和軸承進行了設計與校核。因其主要用于機械鍛壓行業(yè)中，故對一些具體的結構采用了專門的傳動裝置，比如在料臺的回轉中，采用了回轉支承作為它的回轉機構?；剞D式送料小車的動作采用機械傳動方式實現(xiàn)，通過對部分部件和零件進行改造和設計，使小車結構變得簡單，便于制造，能實現(xiàn)有軌移動及料臺的回轉，并且小車具有一定的承載能力，在移動過程中可實現(xiàn)360°回轉,使其在工業(yè)生產中操作更加方便，大大的提高了工廠的生產效率。關鍵詞：回轉式，送料小車，送料裝置Rotary feeding dolly -the design of swing mechanism ABSTRACTThe design of the car is a feeding rotation in forging production workshop with the feed unit within. It can realize trams running and material platform of rotation, its material platform turning Angle , the car can reach 360 for 920mm gauge of in orbit. In the design of the first through the structure, feeding rotary car movement way bearing capacity and analyzed, and preliminarily determines the feeding of structure and appearance turn car size and then through the comparison and selection, determine the rotary bearing calculation model, motor model, reducer model and disc springs, and each parts and parts. In addition, the gear, the car wheel and bearing out the design and check. Because its are used mainly in the mechanical forging industry, subject to some concrete structure adopted special transmission device, such as material platform of rotation, using the rotary bearing as its rotary organization.The car by feeding rotation movement way realization, through mechanical transmission of some parts and parts for reform and the design, make car structure simple, easy fabrication, can realize version of moving and material platform, and car has a certain turn the carrying capacity, in mobile process can realize 360 ° rotation, so that in the industrial production, it is more convenient to operate, and greatly improve the factory's production efficiency.KEY WORDS: Rotation,Feeding dolly, Feeding equipment目 錄前 言1第1章 方案擬定2 §1.1 概述2 §1.2 結構方面2§1.3 驅動問題2§1.4 料臺回轉問題3第2章 回轉支承的選用5§2.1 概述5§2.2 回轉支承結構形式的選擇5§2.3 尺寸規(guī)格的選擇6第3章 電機與減速器的選擇10§3.1電機的選擇10§3.2 減速器的選擇11第4章 碟形彈簧的選擇15§4.1 概述15§4.2 碟形彈簧的選型計算16第5章 齒輪傳動的設計19§5.1 概述19§5.2 齒輪的設計與校核19第6章 車輪軸的設計24§6.1 概述24§6.2 車輪軸的設計與校核24第7章 軸承的設計28§7.1 概述28 §7.2 車輪軸處軸承的設計與校核28結 論31致 謝32參考文獻33附 錄34前 言機械工業(yè)的生產水平是衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的主要標志之一。隨著電氣技術和機械行業(yè)的迅速發(fā)展，在機械行業(yè)中，送料裝置的種類與日俱增，并且具有更多復雜的功能。送料裝置在機械行業(yè)的應用有著悠久的歷史，長期以來人們利用送料裝置來完成材料的傳送。近幾十年隨著電氣技術和機械行業(yè)的迅速發(fā)展，送料裝置的類型和功能日新月異,并廣泛地應用到不同的機械行業(yè)。目前,已發(fā)展了數(shù)百種通用的和專用的送料裝置,且裝置的承載能力、工作精度和自動化程度等方面有了很大的提高,許多都采用了現(xiàn)代控制系統(tǒng)。目前在鍛壓加工行業(yè)中，仍然可以看到一些比較陳舊的貨物傳輸設備，諸如利用天車來傳輸鍛料等。這些設備在運行中存在著多種問題，不僅影響了生產效率，而且還存在著安全隱患。針對目前存在的這種問題，經過多方面的調研后，在本次畢業(yè)設計中提出了用回轉式送料小車來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的送料裝置的方案。本設計來源于實際生產，以方便生產提高工作效率為目標，在實際生產操作中獲得設計數(shù)據(jù)。首先，確定其改造后所應具備的功能，即實現(xiàn)有軌移動及料臺的回轉，并且小車具有一定的承載能力，設備在移動過程中可實現(xiàn) 360°回轉。通過對送料回轉小車的結構，承載能力及運動方式進行分析，初步確定了送料回轉小車的結構和外形尺寸，然后通過對比和選型計算，確定了回轉支承型號，電動機型號，減速器型號及碟形彈簧等各個部件和零件。另外對齒輪、車輪軸和軸承進行了設計與校核。通過設計使其具有以下主要特點：（1）結構簡單，便于制造?；剞D式送料小車的工作原理主要是利用電機的正反轉來控制車輪前進和后退，將電機的運動傳遞給回轉支承來驅動料臺的回轉。（2）承載能力大。由于送料小車的承載能力主要取決于所選電機功率的大小，因此可以通過選取電機功率的大小來調整承載能力的大小。（3）工作臺可以回轉。在鍛壓機組中用到的回轉式送料小車，采用本身的回轉支承可以方便的使工件掉頭。在機械行業(yè)中所用到的一些材料往往比較重，單靠人力已經不能移動，并且在一些場合，需要移動的材料溫度很高，因此回轉式送料小車就成了這些行業(yè)不可缺少的一部分。第1章 方案擬定1.1 概述在生產車間內少不了送料車輛的存在，隨著科學技術的不斷向前發(fā)展，送料小車的有軌運行及料臺的回轉，將會使生產車間的運作過程更加方便，更加快捷，可以大大的提高生產效率。本次設計的回轉式送料小車是用在生產車間里的一種送料機械。該小車能實現(xiàn)有軌移動及料臺的回轉，小車載重負荷為5噸，料臺回轉角度可達360°，小車在軌距為920mm的導軌上運行，移動速度為500mm/s。1.2 結構方面首先，小車要求實現(xiàn)料臺的回轉，料臺的回轉依靠一定的回轉機構完成。回轉機構的運行需靠電動機驅動，在操作中因為料臺回轉速度較低，故需設計一個減速器。另外，小車在導軌上運行，車輪組件也是本次設計的一個重點，小車前端設兩對車輪，后端設一對車輪，小車靠驅動后輪前進，由于小車移動速度較低，為500mm/s，故需再設計一個減速器。回轉式送料小車的整體結構結構示意圖如圖1-1所示1.3 驅動問題常見的驅動方式有液壓驅動和電機驅動兩種方式。通常液壓驅動的驅動裝置是液壓馬達，它是一種把液壓能轉換為旋轉機械能的能量轉換裝置。使用液壓馬達作為驅動裝置時可以獲得很大的機械力或轉矩，與電機相比在相同功率時外形尺寸小，重量輕，因而運動件的慣性小，快速響應的靈敏度高。液壓馬達可通過改變流量來調節(jié)執(zhí)行機構的速度，傳動比較大，低速性能好，容易實現(xiàn)無級調速，操作和控制都比較簡便，易于實現(xiàn)復雜工藝過程的動作并滿足其性能要求。但使用液壓馬達必須具有高壓油的供給系統(tǒng)，應使液壓系統(tǒng)元件有必要的制造和裝配精度，否則容易泄露，這不僅影響工作效率，而且還影響工作機械的運動精度。通常電機驅動的驅動裝置是電動機，它是一種將電能轉變成機械能的能量轉換裝置，是最常用的動力機。使用電動機作為驅動裝置時，具有以下幾個優(yōu)點：較其它驅動裝置有較高的驅動效率，與被驅動的工作機械連接方便，并具有各種運動特性可滿足不同類型機械的工作要求。電動機還具有良好的調速性能，啟動，制動，反向和調圖1-1回轉式送料小車整體結構示意圖速的控制方便，可以實現(xiàn)遠距離的測量和控制，便于集中管理和實現(xiàn)生產過程的自動化，對環(huán)境污染少等。但使用電動機必須具備相應的電源，對野外工作的機械和移動式機械常因缺少電源而不能選用。該回轉式送料小車是應用在鍛壓加工中的，載重負荷為5噸，通過對驅動裝置本身機械特性的分析，經濟性的分析以及工作環(huán)境的分析，對比可知，此次設計宜選用電動機作為驅動裝置。即選擇電機驅動。1.4 料臺回轉問題回轉機構的作用是實現(xiàn)上部機構的回轉，并將上部機構的作用載荷傳給下部支承結構，由回轉支承裝置，驅動裝置，錨定裝置（根據(jù)需要，有時可不用）等組成?；剞D支承裝置主要采用兩種類型：滾動軸承式和車輪式。一滾動軸承式 滾動軸承式回轉支承裝置是廣泛采用的一種型式，根據(jù)滾動體的不同，分滾珠式和滾柱式。根據(jù)滾動體的列數(shù)又分單列，雙列與三列式。滾動軸承式回轉支承的優(yōu)點是結構緊湊，密封與潤滑條件好，工作平穩(wěn)，壽命長，整機布置方便，缺點是對于材料和加工工藝要求高，造價高，修理不便，要求與其連接的金屬結構的剛度大。二車輪式車輪式回轉支承裝置的回轉部分支承在三個或四個由車輪構成的支點上，每個支點上的車輪數(shù)按載荷大小確定。車輪式回轉支承的優(yōu)點是制造成本低，安裝要求不高，維修方便，缺點是結構尺寸大，沖擊大，工作不平穩(wěn)，精確度低。因為此處的回轉機構是位于小車上部的用來支撐料臺回轉的一個裝置，考慮到小車的結構及料臺的負載特性，選用回轉支承軸承來完成料臺的回轉。料臺零件圖如圖1-2所示。圖1-2 料臺零件圖第2章 回轉支承的選用2.1 概述回轉支承軸承又叫轉盤支承，也稱其為旋轉支承或回旋支承，在現(xiàn)代工業(yè)中應用很廣泛，被人們稱為“機器的關節(jié)”，其主要被廣泛應用于：汽車起重機，鐵路起重機，港口起重機，船用起重機，冶金起重機，集裝箱起重機，挖掘機，灌裝機，以及CT機駐波治儀，航海儀，雷達天線座，導彈發(fā)射架，坦克，機器人以及旋轉餐廳等方面。2.2 回轉支承結構形式的選擇2.2.1 常用型號參照機械設計手冊1回轉支承軸承具有以下部分型號。單排四點接觸球式回轉支承(01系列)雙排異徑球式回轉支承（02系列）單排交叉滾柱式回轉支承（11系列）三排滾柱式回轉支承（13系列）單排四點接觸球式回轉支承（HS系列）單排交叉滾柱式回轉支承（HJ系列）單排四點接觸球式回轉支承（QU、QW、QN系列）四點接觸式回轉支承（VL系列）四點接觸式回轉支承（VS系列）四點接觸式回轉支承（V系列）單排交叉滾子式回轉支承（XS系列）單排交叉滾子式回轉支承（X系列）2.2.2 部分型號回轉支承的結構特點、性能及適用范圍部分型號回轉支承的結構特點、性能及適用范圍單排四點接觸球式回轉支承（01系列）由兩個座圈組成，結構緊湊，重量輕，鋼球與圓弧滾道四點接觸，能同時承受軸向力、徑向力和傾翻力矩?；剞D式輸送焊接操作機中小型起重機和挖掘機等工程機械均可選用。單排交叉滾柱式回轉支承（11系列）它由兩個座圈組成，結構緊湊，重量輕，裝配間隙小，對安裝精度要求高，滾柱為1：1交叉排列，能同時承受軸向傾翻力矩和較大的徑向力，被廣泛的用于起重運輸，工程機械和軍工產品上。三排滾柱式回轉支承（13系列）它由三個座圈上下及徑向滾道各自分開，使得每排滾柱的負載都能確切地加以確定能同時承受各種載荷，是四種產品的承受能力最大的一種，軸、徑向尺寸都較大結構牢固，特別適用于要求較大直徑的重型機械，如斗輪式挖掘機、輪式起重機、船用起重機、鋼包回轉起重機及大噸位汽車起重機等機械上。雙排球式回轉支承（02系列）它由三個座圈，鋼球和隔離板可直接排入上下滾道，根據(jù)受力狀況，安排了上下兩排直徑不同的鋼球。這種開式裝配非常方便，上下圓弧滾道的承載角都位90°，能承受很大的軸向力和傾翻力矩。當徑向力大于0.1倍的軸向力時滾道須特殊設計，雙排球式回轉支承的軸向、徑向尺寸都比較大，結構堅固，特別適用于要求中等以上直徑的塔式起重機、汽車起重機等裝卸機械上。單排交叉滾柱式回轉支承（HJ系列）由兩個座圈組成，結構緊湊，重量輕，制造精度高，裝配間隙小，對安裝精度要求高，滾柱為1:1交叉排列，能同時承受軸向力，傾翻力矩和較大的徑向力，被廣泛的用于起重運輸，工程機械和軍工產品上。單排交叉滾柱式回轉支承（HS系列）它是由兩個座圈組成，結構簡單，質量輕，鋼球與圓滾道四點接觸，能同時承受軸向力，徑向力和傾翻力矩，回轉式起重機，焊接操作機，中小型起重機和挖掘機等工程機械均可選用。單排四點接觸式回轉支承（QU、QW、QN系列）它是由兩個座圈組成，結構緊湊，質量輕，能同時承受軸向力，徑向力和傾翻力矩，回轉式輸送機，焊接操作機，中小型起重機和挖掘機等工程機械均可選用。2.3 尺寸規(guī)格的選擇送料小車載重負荷為5噸，料臺在回轉過程中既會產正軸向力，又會產生徑向力和傾翻力矩，根據(jù)2.2.2小節(jié)中回轉支承的結構特點、性能及適用范圍對比選用單排交叉滾柱式回轉支承（HJ系列）。單排交叉滾柱式回轉支承，由兩個座圈組成，結構緊湊，重量輕，制造精度高，裝配間隙小，對安裝精度要求高，滾柱為1:1交叉排列，能同時承受軸向力，傾翻力矩和較大的徑向力，被廣泛的用于起重運輸，工程機械和軍工產品上。單排交叉滾柱式回轉支承（HJ系列）的結構示意圖如圖2-1、圖2-2、圖2-3所示。圖2-1 外齒式回轉支承結構示意圖 圖2-2 無齒式回轉支承結構示意圖圖2-3 內齒式回轉支承結構示意圖單排交叉滾柱式回轉支承（HJ系列）的編號方法如圖2-4所所示。圖2-4單排交叉滾柱式回轉支承（HJ系列）的編號方法(1) 回轉支承代號H(2) 產品類別：J-交叉滾柱 S-單排四點接觸球式(3) 傳動方式：B-無齒式 W-外齒式 N-內齒式(4) 滾動體（鋼球或滾柱）直徑mm(5) 滾道中心圓直徑mm(6) 齒輪模數(shù)代號： A-大模數(shù) 不帶A表示小模數(shù)根據(jù)參考文獻3選用回轉支承型號為HJW.30.880，即HJ系列單排交叉滾柱式回轉支承，外齒式，滾珠直徑30mm，滾道中心圓直徑880mm，其基本數(shù)據(jù)如下表2-1，表2-2所示。表2-1 HJW.30.880型回轉支承參數(shù)基本型號外形尺寸安裝尺寸結構尺寸HIW.30.880DmmdmmHmmD1mmD2mmnmmn1d1mmD3mmH1mmh100076095956800242048828788312表2-2 HJW.30.880型回轉支承參數(shù)基本型號齒輪參數(shù)外齒參數(shù)內齒參數(shù)參考重量kgHJW.30.880bmmxmmmDemmzDemmz70+1.1581047.5127718.291230第3章 電機與減速器的選擇3.1電機的選擇一. 選擇電動機的類型和機構型式工業(yè)上一般用三相交流電源，無特殊要求一般應選用三相交流異步電動機，最常用的是Y系列籠型三相異步交流電動機，其效率高，工作可靠，結構簡單，維護方便，價格低，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的場合。由于起動性能好，也適用于某些要求較高起動轉矩的機械。電動機需要經常起動，制動和反轉，需有較小的轉動慣量和較強的過載能力，故選用起重及冶金用的YZ(籠型)系列或YZR(繞線型)系列異步電動機。電動機的結構形式按安裝位置不同有臥式和立式兩類；按防護方式不同有開啟式、防護式、封閉式及防暴式等。常用結構形式為臥式封閉型電動機。按工作要求和工作條件，此次設計選用臥式封閉結構Y(IP44)系列三相異步電動機。二. 確定電動機功率1. 回轉料臺所需功率Pw回轉料臺轉速n=4.5r/min,扭矩T=3000N.mPw=考慮回轉支承的效率及回轉支承與小齒輪嚙合的效率，取=0.95，則 =1.5KW2電動機輸出功率=, 為從電動機到工作機主動軸之間的總效率，即，取滾動軸承的效率為0.99，蝸桿傳動效率為0.42，彈性聯(lián)軸器效率為0.99，則，=3.64kW3電動機額定功率由參考文獻1選取電動機額定功率=4kW。三確定電動機轉速回轉料臺轉速為=4.5r/min，回轉支承型號為HJW.30.880，其外齒數(shù)為=127，初選小齒輪齒數(shù)為=24，則，=，m相同，故，=,可得 =23.18r/min即工作機主動軸轉速=23.81r/min。初選減速器傳動比范圍為=2050，則電動機轉速可選范圍為：=（2050）×23.81=476.21190.5r/min可見，同步轉度為750r/min與1000r/min的電動機均符合。由參考文獻1，可選取的電動機型號及相應參數(shù)如表3-1所示。表3-1 電動機的各項參數(shù)比較表方案電動機型號額定功率（KW）同步轉速(r/min)滿載轉速(r/min)電動機質量（kg）傳動比1Y160M1-8475072011830.252Y132M1-6410009607340.32考慮到電動機的質量和價格，以及傳動比的可行性，選擇常用的同步轉速為1000r/min的Y系列電動機Y132M1-6，其滿載轉速為=960r/min，即方案2。3.2 減速器的選擇3.2.1 概述減速器是一種應用于原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速并相應的增大轉矩。減速器的種類很多，若按傳動和結構特點來劃分，標準系列化的減速器有六種。（1）齒輪減速器主要有圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器。（2）蝸桿減速器主要有圓柱蝸桿減速器、環(huán)面蝸桿減速器和錐面蝸桿減速器。（3）蝸桿-齒輪減速器及齒輪蝸桿減速器（4）行星齒輪減速器（5）擺線針輪減速器（6）諧波齒輪減速器減速器已經有標準系列產品，使用時只需結合所需傳動功率、轉速、傳動比、工作條件和機器的總體布置等具體要求，從產品目錄或有關手冊中選擇即可。只有在選不到合適的產品時，才自行設計制造。此外還有一些專用減速器（如在電梯、閥門開關等處用），以及滾子凸輪減速器、超環(huán)面蝸桿減速器等?？紤]的工作特點和工作環(huán)境，減速器輸入軸與輸出軸屬交錯軸空間布置，故此處減速器可選用圓錐齒輪減速器或蝸桿減速器。但考慮到圓錐齒輪減速器輸入軸與輸出軸垂直相交，制造安裝復雜，成本高，本次設計選用CW型圓弧圓柱蝸桿減速器（JB/T7935-1999）。CW型圓弧圓柱蝸桿減速器具有整體機體，模塊化設計的特點，用于傳遞兩交錯軸間的運動和功率的機械傳動，如冶金、礦山、起重、運輸、化工、建筑、建材、能源及輕工等行業(yè)的機械設備。它包括CWU、CWS、CWO三個系列。適用范圍為：減速器輸入軸轉速1500r/min；減速器工作環(huán)境溫度-4040°C；當工作環(huán)境低于0°C時，啟動前軟滑油必須加熱到0°C以上，或采用低凝固點的潤滑油，當工作環(huán)境溫度高于40°C時，必須采取冷卻措施；減速器輸入軸可正，反向旋轉。本系列減速器符合中華人民共和國國家標準（GB914788）。主要包括：CWU 蝸桿在下型，CWS 蝸桿在側型，CWO 蝸桿在上型。中心距有16種：a63、80、100、125、140、160、180、200、225、250、280、315、355、400、450、500。傳動比有12種：i5、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63 標記示例如圖3-1所示圖3-1標記示例3.2.2 用于回轉支承的減速器的參數(shù)計算及選型由3.1小節(jié)知電動機的參數(shù)如下原動機：電動機輸入轉速：960r/min輸出轉速：=23.81r/min輸出轉矩：=1000N·m起動轉矩：=3000 N·m輸出軸軸端軸向載荷：=3500N每天工作：8h每小時啟動次數(shù)：15次，載荷始終作用著每次運轉：3min環(huán)境溫度：20°C傳動比i=40.23，取公稱傳動比=40。原動機為電動機，每日工作8h，由參考文獻2查得=1.25；每小時起動15次，由參考文獻2查得=1.1；小時載荷率=×1000=75%；由參考文獻2查得=0.93；工作環(huán)境溫度為20°C，由參考文獻2，查得=1.14；此處選用CWS型，由參考文獻2，查得=1；風扇冷卻故取=1；機械強度輸出轉矩值=1000×1.25×1.1=1375(N.m)熱極限強度輸出轉矩值=1000×0.93×1.14×1×1=1062(N.m)根據(jù)計算結果，機械強度大于熱極限強度，故應按T=1375N.m進行選擇。由參考文獻2，查得最接近的減速器為：a=125mm，=1400N.m，略大于要求值，符合要求。校核輸出軸軸端軸向載荷由參考文獻2查得，=0.71(插值法)由參考文獻2查得，A=10200則，=0.71×10200=7242（N）3500(N)，滿足要求。校核許用尖峰載荷=1400×2.5=3500（N.m）3000（N.m），滿足要求。采用減速器CWS125-40-IIF。3.2.3 用于車輪軸處的減速器的參數(shù)計算及選型由3.1節(jié)知電動機的參數(shù)如下原動機：電動機輸入轉速：960r/min輸出轉速：=30.33r/min輸出轉矩：=1100N·m起動轉矩：=3000 N·m輸出軸軸端軸向載荷：=4500N每天工作：8h每小時啟動次數(shù)：15次，載荷始終作用著每次運轉：3min環(huán)境溫度：20°C傳動比i=31.65，取公稱傳動比=31.5。原動機為電動機，每日工作8h，由參考文獻2查得=1.25；每小時起動15次，由參考文獻2查得=1.1；小時載荷率=×1000=75%；由參考文獻2查得=0.93；工作環(huán)境溫度為20°C,由參考文獻2查得=1.14；此處選用CWO型，由參考文獻2查得=1.2；風扇冷卻故取=1；機械強度輸出轉矩值=1100×1.25×1.1=1513(N.m)熱極限強度輸出轉矩值=1100×0.93×1.14×1.2×1=1399(N.m)根據(jù)計算結果，機械強度大于熱極限強度，故應按T=1513N.m進行選擇。由參考文獻2，查得最接近的減速器為：a=140mm，=1600N.m，略大于要求值，符合要求。校核輸出軸軸端軸向載荷由參考文獻2查得，=0.66(插值法)由參考文獻2查得，A=11700則，=0.66×11700=7722（N）4500(N)，滿足要求。校核許用尖峰載荷=1600×2.5=4000（N.m）3000（N.m），滿足要求。采用減速器CWO140-31.5-IIIF。第4章 碟形彈簧的選擇4.1 概述彈簧是一種用途很廣的彈性元件，它在機械設備，電器，儀表，軍工裝備，交通運輸工具及日常生活器具等方面得到廣泛應用。彈簧由于材料的彈性和彈簧的結構特點，在工作時可以產生較大的彈性變形，其主要功用有：控制機械運動，緩沖或減震，儲存能量測量力或力矩。按使用材料的不同，彈簧可分為金屬彈簧和非金屬彈簧；按受力的性質不同，彈簧主要分為拉伸彈簧，壓縮彈簧，扭轉彈簧和彎曲彈簧等；按彈簧的形狀不同，可分為螺旋彈簧，環(huán)形彈簧，碟形彈簧，板形彈簧等?？紤]到此次設計的回轉工作臺的特點，回轉工作臺需承受較大載荷，且軸向空間尺寸小，此處的彈簧需要有較大的剛性，本次設計選用碟形彈簧。碟形彈簧是一種用鋼板沖壓的載錐形的薄板沖壓彈簧，其特點是（1）剛度大，緩沖吸震能力強，能以小變形承受大載荷，適用于負荷大，而軸向空間要求小的地方。（2）具有變剛度的特性?？梢酝ㄟ^適當選擇碟形彈簧的壓平時的變形量 和厚度t之比，得到不同的特性曲線。其特性曲線可以是直線型、漸增型、漸減型或是它們的組合。這種彈簧具有很廣泛的非線性特性。（3）為滿足大負荷或大變形量的要求，碟簧可按不同方式組合，可得到不同的負荷。可采用對合、疊合的組合形式，也可采用復合不同厚度、不同片數(shù)等的組合方式碟形彈簧簧片常用60Si2MnA或與其力學性能相近的其他鋼板（60SiMn5、67SiCr5、50CrVA等）沖壓而成，鋼板厚度s6mm的用冷沖法，s6mm的用熱沖法。采用冷沖法時，沖制前先進行退火，沖制后再進行淬火和回火。為了提高彈簧的承載能力，最后可進行強壓處理7。碟形彈簧常用在空間尺寸小，外載荷又很大的緩沖減震裝置中，在機械產品中的應用越來越廣，在很大范圍內，碟形彈簧正在取代圓柱螺旋彈簧。常用于重型機械和大炮、飛機等武器中，作為強力緩沖和減震彈簧，用作汽車和拖拉機離合器及安全閥和減壓閥中的壓緊彈簧，以及用作機動器的儲能元件，將機械能轉換為彈性勢能儲存起來。但是，碟形彈簧的高度和板厚在制造過程中加工誤差即使很小，在其工作過程中也會有較大的偏差，因此，碟形彈簧要有較高的制造精度，保證其載荷偏差在允許范圍內5。4.2 碟形彈簧的選型計算小車載重負荷5噸，選用的彈簧變形量為15mm，導桿最大直徑20mm。尺寸Dmmdmmtmmh。mmH。mmPNFmmMPaA系列4020.42.250.93.1565400.68B系列4020.41.51.152.6526200.86據(jù)導桿尺寸，從參考文獻3中選取d=20.4mm的碟簧兩種，尺寸及其他參數(shù)如表4-1所示。表4-1 碟形彈簧選型方案比較表由表4-1中數(shù)據(jù)可知采用單片碟簧不能滿足要求，需采用組合彈簧，可以有兩種方案，一是采用A系列碟簧對合組合，二是用B系列碟簧復合組合。為確定合理的組合，必須計算校驗。壓平碟簧時的載荷Pc/NA系列D=40mm，對合組合Pc=×式中E=2.06×M =1，無支承面。C=2，則，=×=0.69故取t=2.25mm，=0.9mm代入公式得：=8410NB系列D=40mm，復合組合Pc=×式中E=2.06×M=1，無支承面。C=2，則，=×=0.69故取t=1.5mm，=1.15mm代入公式得：=3180N A系列因為是對和組合，單個彈簧載荷P=5000N，則=5000/8410=0.59B系列因為是復合組合，單個彈簧載荷P=5000/2=2500N，則=2500/3180=0.79由參考文獻3，查得A系列，=0.4及=0.59時，=0.57B系列，=0.75及=0.79時，=0.71A系列，f=0.57=0.57×0.9=0.51mmB系列，f=0.71=0.71×1.15=0.82mm對和組合的片數(shù)：i=29.4，取整數(shù)30片復合組合的組數(shù)：i=18.3，取整數(shù)19組，共38片A系列，未受載荷時的自由高度=i=30×3.15=94.5mmB系列，未受載荷時的自由高度=i=192.65+(2-1)×1.5=78.85mmA系列，受5000N載荷作用時的高度=-if=94.5-30×0.51=79.2mmB系列，受5000N載荷作用時的高度=-if=78.85-19×0.82=63.27mmA系列，碟簧壓平時，OM點的應力=-×將數(shù)據(jù)代入公式得，=-1586.8，超過了60Si2MnA的屈服點B系列，碟簧壓平時，OM點的應力=-×將數(shù)據(jù)代入公式得，=-1350，與60Si2MnA的屈服點接近A系列，彈簧的剛度P=××()2-3+()2+1代入數(shù)據(jù)后得，P=9015.33N/mmB系列，彈簧的剛度P=××()2-3+()2+1代入數(shù)據(jù)后得，P=2153.6N/mm從上面的計算結果看，應采用B系列，即先由兩個碟簧疊合，再由19個疊合組復合，才能滿足要求。第5章 齒輪傳動的設計5.1 概述齒輪傳動是機械傳動中重要的傳動之一，型式很多，應用廣泛，傳動的功率可達近十萬千瓦，圓周速度可達200m/s。齒輪轉動的主要特點有一效率高 在常用機械傳動中，以齒輪傳動的效率為最高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達99%。這對大功率傳動十分重要，因為即使效率只提高1%，也是很大的經濟效益。二結構緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。三工作可靠、壽命長 設計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可達一、二十年，這也是其它機械傳動所不能比擬的。這對車輛及在礦井內工作的機器極為重要。四傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應用，也就是由于具有這一特點。但是齒輪傳動的制造及精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。齒輪傳動可做成開式、半開式及閉式。如在農業(yè)機械、建筑機械以及簡易的機械設備中，有一些齒輪傳動沒有防塵罩或機殼，齒輪完全暴露在外邊，這稱為開式齒輪傳動。這種傳動不僅外界雜物極易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，齒輪也容易磨損，故只宜用于低速齒輪傳動。當齒輪傳動裝有簡單的防護罩，有時還把大齒輪部分地浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動。它的工作條件隨有改善，但仍不能做到嚴密防止外界雜質侵入，潤滑條件也不算最好。而汽車、機床、航空發(fā)動機等所有的齒輪傳動，都是裝在經過精確加工而且封閉嚴密的箱體內，這稱為閉式齒輪傳動。它與開式或半開式的相比，潤滑及防護等條件最好，多用于重要的場合6。5.2 齒輪的設計與校核一選擇齒輪的材料、熱處理、齒面硬度、精度等級及齒數(shù)因為為一般工作機器，速度不高，故齒輪選用8級精度。因傳遞功率不大，轉速不高，選用軟齒面齒輪傳動。齒輪選用便于制造且價格便宜的材料，小齒輪：45鋼（調質），硬度為240HBS；大齒輪：45鋼（?；?，硬度為200HBS7。初選=24，因=127（回轉支承外齒數(shù)），故，u=i=5.29。因選用閉式軟齒面?zhèn)鲃?，故按齒面接觸疲勞強度設計，然后校核其彎曲疲勞強度設計。二按齒面接觸疲勞強度設計按參考文獻4，設計公式為：1初選載荷系數(shù)=1.32小齒輪傳遞轉矩=9.55×=9.55××=1203275N·mm（其中=4×0.99×0.713KW，CWS125-40-IIF的機械效率為0.71）3選取齒寬系數(shù)由參考文獻4，選取齒寬系數(shù)=0.84彈性系數(shù)由參考文獻4，查取彈性系數(shù)=189.8 5節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.5()6接觸疲勞強度極限由參考文獻4，查得，=590MPa, =480MPa7接觸應力循環(huán)次數(shù)由參考文獻4，可得=60j=60×23.81×1×2×8×300×15=1.03×=/u=1.03×/5.29=1.95×8接觸疲勞強度壽命系數(shù)取接觸疲勞強度壽命系數(shù)ZN1=1，ZN2=19接觸疲勞強度安全系數(shù)取失效概率為1，接觸強度最小安全系數(shù)=110計算許用接觸應力：由參考文獻4，可得計算公式=590MPa=480MPa11試算小齒輪分度圓直徑，代入數(shù)據(jù)得，=165.623mm12計算圓周速度=0.21m/s13確定載荷系數(shù)由參考文獻4，查取使用系數(shù)=1；根據(jù)v/100=0.05,由參考文獻4，查取動載荷系數(shù)=1.01；直齒輪傳動，齒間載荷分配系數(shù)=1；由參考文獻4，查取齒向載荷分配系數(shù)=1.12；故載荷系數(shù)K=1×1.01×1×1.12=1.14214. 修正小齒輪分度圓直徑=165.623×=158.63mm三確定齒輪傳動主要參數(shù)和幾何尺寸1確定模數(shù)mm=6.61mm圓整為標準值m=8mm2計算分度圓直徑,=m=8×24=192mm=m=8×127=1016mm3計算傳動中心距aa=604mm圓整為605mm4計算齒寬,b=0.8×192=153.6mm因為回轉支承的齒寬已定為70mm，故取 =74mm，=70mm四校核齒根彎曲疲勞強度按參考文獻4，校核公式為=1齒形系數(shù)由參考文獻4，取 =2.65，=2.158（內插）2應力修正系數(shù)由參考文獻4，取 =1.58，=1.812（內插）3彎曲疲勞強度極限 ,由參考文獻4，查取 =450MPa，=390MPa4. 彎曲疲勞強度壽命系數(shù)由參考文獻4，查取 =1，=15彎曲疲勞強度安全系數(shù) 取彎曲強度最小安全系數(shù) =1.46計算許用彎曲應力由參考文獻4可知計算公式為=321.4MPa=278.5MPa7校核齒根彎曲疲勞強度=×2.65×1.58=48.77MPa=321.4MPa=×2.158×1.812=45.55MPa=278.5MPa滿足彎曲疲勞強度要求。齒輪零件圖如圖5-1所示。圖5-1齒輪零件圖第6章 車輪軸的設計6.1 概述軸是組成機器的重要零件之一，是支承轉動零件并與之一起回轉以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機器中作回轉運動的零件就裝在軸上。根據(jù)軸所受載荷的不同，軸可分為（1）心軸 工作時只承受彎矩不承受扭矩的軸。這類軸只起支承轉動零件的作用，不傳遞轉矩，受力后發(fā)生彎曲變形。它又可分為固定心軸，如滑輪軸、自行車前軸，和轉動心軸，如火車輪軸等。（2）傳動軸 工作時只承受扭矩不承受彎矩，或彎矩很小的軸。這類軸起傳遞動力和運動的作用，主要發(fā)生扭轉變形。如汽車傳動軸等。（3）轉軸 工作時既能承受彎矩又能承受扭矩的軸。轉軸是機器中最為常見的軸，如減速器中的軸和汽車、拖拉機變速箱中的大多數(shù)軸等9。6.2 車輪軸的設計與校核一選擇軸的材料，確定許用應力選擇軸的材料為45鋼，調質處理。由參考文獻4，查得，=637N/mm2,=353 N/mm2,=268N/mm2,=155 N/mm2, =216N/mm2,=98N/mm2,=59N/mm2。二計算軸的載荷減速器輸出軸功率為 P=4×0.99×0.82=3.25KW減速器輸出軸轉速為 n=·=960×=30.47r/min軸所傳遞的轉矩為T=9.55×=9.55××=1018624N·mm作用在車輪上的力 圓周力 =6467N徑向力約為小車自重加載重的六分之一，估算為=mg=×6000×9.8=9800N 圓周力，徑向力的方向如圖6-1所示。三初步估算軸的最小直徑，選取聯(lián)軸器安裝聯(lián)軸器處軸的直徑為軸的最小直徑。根據(jù)參考文獻4，可知，A=107118，計算公式為 =A=（107118）=5157mm考慮到軸上鍵槽的削弱，軸徑須增大5%7%，則取=60mm。選取聯(lián)軸器按扭矩T=1018624N·mm查手冊18，選用HL5型彈性柱銷聯(lián)軸器，其半聯(lián)軸器的孔徑=60mm，半聯(lián)軸器長l42mm。四軸的結構設計1擬定軸上零件的裝配方案軸上的大部分零件包括車輪、套筒、左端軸承和軸承端蓋及聯(lián)軸器依次由左端裝配，僅右端軸承和軸承端蓋由右端裝配。2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度（1）裝聯(lián)軸器段 由第3步已確定=60mm，半聯(lián)軸器與軸配合部分的長度=107mm，為保證軸端擋圈壓緊聯(lián)軸器，應比略小，故取=105mm。（2）裝左軸承端蓋段 聯(lián)軸器右端用軸肩定位，故取=70mm，軸段II的長度由軸承端蓋寬度及其固定螺釘?shù)难b拆空間要求決定，取=20mm。（3）過渡軸段 為使裝配方便，設置一段過渡軸，取=80mm，=5mm。（4）裝軸承段 因車輪軸處多選用圓錐滾子軸承，且=80mm，故選用單列圓錐滾子軸承30218，其基本尺寸為d×D×T=90×160×32.5,故取=90mm。軸段的長度由圓錐滾子軸承裝配時的寬度a，套筒寬度s等尺寸決定，=a+s=28+6=34mm。車輪相對于軸承對稱布置，=32.5+6.5=39mm。（5）裝車輪段 考慮車輪裝拆方便，及車輪DL-315×95（JB/T6392.1）的基本尺寸，取=100mm,為保證套筒緊靠車輪左端使車輪軸向固定，應略小于車輪寬度，取=86mm。3軸上零件的周向固定 車輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。同時為了保證車輪與軸的良好的對中性，采用H7/r6的配合，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6，圓錐滾子軸承與軸的配合為H7/k6。4畫軸的計算簡圖，計算支反力由軸的結構簡圖，可確定出軸承支點跨距，=91.94m，=67.06mm， =67.56。由此可畫出軸的受力簡圖，如圖6-1中a所示。水平支反力：=3233.5N垂直支反力：=4881.8N=-=9800-4881.8=4918.2N5畫彎矩圖、轉矩圖（1）水平面彎矩圖（圖6-1中d所示),截面C處=×=3233.5×67.06=216871N·mm（2）垂直面彎矩圖（圖6-1中e所示）,截面C左邊=×=4918.2×67.06=329814N·mm截面C右邊=×=4881×67.56=329760N·mm（3）合成彎矩圖（圖6-1中f所示），截面C左邊=394728N·mm截面C右邊=394683N·mm（4）轉矩圖（圖6-1中g所示），轉矩 T=1018624N·mm6按彎扭合成強度條件校核軸的強度從圖中可見截面C處彎矩最大，校核該截面的強度。截面C的當量彎矩=727560N·mm式中 =0.6由式 =7.28N·mm2。校核結果：=59N·mm2,截面C的強度足夠。圖6-1 車輪軸受力分析圖第7章 軸承的設計7.1 概述一、功能軸承用來支撐軸和軸上零件，保證軸的回轉精度，減少軸與軸承間的摩擦與磨損，提高軸的機械效率。二、軸承的類型與特點1類型按摩擦性質可分為滑動軸承和滾動軸承兩種。其中滑動軸承潤滑方式分為非液體滑動軸承和液體滑動軸承，滾動軸承按滾動體形式分球軸承與滾子軸承；按載荷性質分為向心軸承（主要承受徑向載荷或只承受徑向載荷）和推力軸承（主要承受軸向載荷或只承受軸向載荷）。2特點（1）滾動軸承：為標準件。起動時所需摩擦力矩小靈敏度高，效率高；潤滑方法簡便；易于互換。但抗沖擊能力差，工作有噪聲，工作壽命低于滑動軸承，在機械中應用非常廣泛。（2）滑動軸承：結構簡單，成本低廉，便于安裝；但潤滑的建立和維護要求較高，軸向尺寸大，在氣輪機、大型電機、機床和鐵路機車中廣泛應用，也適用于低速、有較大沖擊的場合。7.2 車輪軸處軸承的設計與校核一選擇軸承類型，初選型號車輪軸處軸承要求同時承受較大的徑向載荷和較小的軸向載荷，一般選用單列圓錐滾子軸承。在此次設計中，根據(jù)d=90mm，初選四種型號，并由機械設計手冊1中查出有關數(shù)參數(shù)如表7-1所示。表7-1 初選基本型號及其基本參數(shù)軸承型號徑向系數(shù)軸承系數(shù)判斷系數(shù)e徑向基本額定動載荷Cr/N徑向額定靜載荷C0r /N軸承寬度T/mm支點參數(shù)a/mmXX0YY07218CJ0.440.51.60.90.3812000012800033337318CJ0.440.51.910.322040002050004636302180.40.51.40.80.4220000027000032.532.3303180.40.51.60.90.3775300617004336二軸承徑向載荷的計算在軸的設計與校核中軸承2 =4881.8N 軸承1 =4918.2N三按軸承壽命計算選擇軸承型號1. 派生軸向力的計算 對于圓錐滾子軸承，其派生軸向力：=N=1756.5N=N=1743.5N2. 確定軸承的軸向載荷由于 =1756.5N=1743.5N，故軸承2被壓緊，軸承1被放松。因此 =1756.5N=1756.5N3. 根據(jù)當量動載荷公式計算P值=0.36e=0.42則，=1,=0故，=+=1×4881.8+0×1756.5=4881.8N=0.36e=0.42則，=1,=0故，=+=1×4918.2+0×1756.5=4918.2N4. 計算工作所需要的徑向基本額定動載荷=由機械設計手冊1查得=1（常溫），=1.21.8,取=1.8，30218型軸承為滾子軸承，壽命指數(shù)=，則有=21168N=200KN故30218軸承能保證所預期的壽命。5. 方案比較 按其它三種選定的型號分別進行計算，其結果列成表如下表7-2所示。從計算結果可見，在四種軸承型號中，以30218軸承較為適宜。表7-2 設計方案比較表軸承型號Fr2/NFr1/NSr2/NSr1/NP2/NP1/N工作所需基本額定動載荷 C/N軸承所具有的基本額定動載荷Cr/N7218cJ500247981563156150025002179401200007318CJ5031476913241307503150311804420400030218488249181756174348824918211682000003031850084792156815565008500817962112000結 論本次設計主要完成了以下幾個方面的工作1）回轉式送料小車機械結構的設計。根據(jù)本次設計的要求，主要完成了送料小車的有軌移動和料臺回轉兩方面的設計。小車利用回轉支承來實現(xiàn)工作臺的回轉。設計過程中初選了HJW.30.880型號單排交叉滾柱式回轉支承，根據(jù)回轉支承的模數(shù)、齒數(shù)和回轉速度首先設計了小齒輪，根據(jù)小齒輪的參數(shù)選取了CW型圓弧圓柱蝸桿減速器和Y系列電動機Y132M1-6臥式電動機。2）對部分零件進行強度較核。如在小齒輪的設計中，采用閉式軟齒面?zhèn)鲃樱捎谄潺X面抗點蝕能力弱，先按齒面接觸疲勞強度設計，再按齒根彎曲疲勞強度較核。3）碟型彈簧的設計。由于回轉式送料小車要承受較大的載荷，為了減少重物對回轉支承的沖擊和損壞，故采用了B系列碟簧復合組合碟型彈簧。根據(jù)碟型彈簧的設計原則，對其進行了嚴密的設計，并進行了強度的較核。4）回轉支承的選擇。由于要實現(xiàn)工作臺360°角度的回轉，因此要選取一個合適的回轉裝置，先對目前工業(yè)中廣泛用到的單排回轉支承、雙排回轉支承和單排交叉滾柱式回轉支承進行了對比分析，結合設計要求，最后選取了由徐州回轉支承廠生產的HJW.30.880型號單排交叉滾柱式回轉支承。通過對部分部件和零件進行改造和設計，