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齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 摘 要 該設(shè)計(jì)的對稱傳動剪板機(jī)，其沖剪力為10噸，滑塊的行程為22mm，每分鐘剪切30次。由電動機(jī)提供動力，經(jīng)過一級帶傳動和一級齒輪傳動減速。設(shè)計(jì)中采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，這一機(jī)構(gòu)將剪板機(jī)傳動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往復(fù)直線運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對板料的剪切。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、維修方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)中，通過對平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模，用Turbor C編程，輸入曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)功參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對整個機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程的仿真。 關(guān)鍵詞：Turbor C 運(yùn)動仿真 曲柄滑塊 剪板機(jī) Abstract The design of symmetric transmission shears, shear-to 10 tons, the itinerary for the slider 22 mm per 30 minutes shear. Powered by the motor through a belt drive and a slowdown Gear. Design of the implementation agencies right mind crank slider, This will shears transmission rotation slider into the reciprocating linear motion, the realization of the right of sheet metal shear. Crank slider is simple in structure, easy processing, easy to maintain and repair, economic and practical advantages in machinery, equipment widely used. The design, right through the plane crank slider mathematical modeling, Turbor C programming, input slider crank agencies that such remarks parameters and the parameters of the whole movement of the simulation process. Key words: Turbor C Motion simulation Crank and slide block Cutting machine 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 第2章 方案論證 2 2.1 液壓傳動方案 2 2.2 機(jī)械傳動方案 3 2.2.1凸輪機(jī)構(gòu)方案 3 2.2.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)方案 4 第3章 總體傳動方案 5 第4章 電動機(jī)的選擇 6 4.1 電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇 6 4.2 電動機(jī)功率的選擇 6 4. 3 計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 8 4.3.1計(jì)算傳動裝置的合理傳動比 8 4.3.2計(jì)算運(yùn)動和動力參數(shù) 8 第5章 帶傳動的設(shè)計(jì)及計(jì)算 10 5.1 確定計(jì)算功率 10 5.2 選擇帶型 10 5.3 確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑 10 5.3.1初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 10 5.3.2驗(yàn)算帶的速度 11 5.3.3計(jì)算從動輪的基準(zhǔn)直徑 11 5.4 確定中心距和帶輪的基準(zhǔn)長度 11 5.5 驗(yàn)算主動輪上的包角 12 5.6 確定帶的根數(shù) 13 5.7 確定帶的預(yù)緊力 13 5.8 計(jì)算帶傳動作用在軸上壓軸力 14 5.9 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 14 5.9.1小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 5.9.2大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 第6章 軸的設(shè)計(jì) 19 6.1 主動軸設(shè)計(jì) 19 6.1.1軸的材料 19 6.1.2 軸徑的最小許用值 20 6.1.3確定軸上的零件的裝配方案 20 6.1.4 軸上的零件定位 20 6.1.5軸各段直徑和長度的確定 20 6.1.6 繪制主軸上零件的裝配圖及軸的結(jié)構(gòu)圖 20 6.1.7軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 21 6.2 從動軸的設(shè)計(jì) 23 6.2.1材料選擇 23 6.2.2軸徑的最小許用值 24 6.2.3確定軸上零件的裝配方案 24 6.2.4繪制從動軸上零件的裝配圖及軸的結(jié)構(gòu)圖 24 第7章 齒輪設(shè)計(jì) 25 7.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 25 7.1.1齒輪類型的選擇 25 7.1.2齒輪材料的選擇 25 7.1.3選取精度等級 25 7.1.4選擇齒數(shù) 25 7.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 25 7.2.1確定公式內(nèi)的各個計(jì)算數(shù)值 26 7.2.2計(jì)算 27 7.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 28 7.3.1確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 28 7.3.2設(shè)計(jì)計(jì)算 29 7.4 幾何尺寸計(jì)算 30 7.4.1計(jì)算分度圓直徑 30 7.4.2計(jì)算中心距 30 7.4.3計(jì)算齒輪寬度 30 7.5 驗(yàn)算 31 7.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖 31 7.6.1對小齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31 7.6.2對大齒輪的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 32 第8章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 34 8.1 材料的選擇 34 8.2 確定曲柄滑塊桿件長度 34 8.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35 8.4 強(qiáng)度校核 36 8.5 電動機(jī)的校核 37 第9章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析 38 9.1 建立曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型 38 9.1.1建立位移方程 38 9.1.2建立速度方程 39 9.1.3建立加速度方程 39 9.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真 40 結(jié)論 43 參考文獻(xiàn) 44 致謝 46 48 第1章 緒論 在使用金屬板材較多的工業(yè)部門，都需要根據(jù)尺寸要求對板材進(jìn)行切斷加工，所以剪板機(jī)就成為各工業(yè)部門使用最為廣泛的板料剪斷設(shè)備。 剪板機(jī)目前主要有以下幾種： 1． 平刃剪板機(jī)：剪切質(zhì)量較好，扭曲變形小，但剪切力大，耗能大。機(jī)械傳動的較多，該剪板機(jī)上下兩刃彼此平行，常用于軋鋼廠熱剪切初扎方坯和板坯。 2． 斜刃剪板機(jī)：分閘式剪板機(jī)和擺式剪板機(jī)，剪切質(zhì)量較前者差，有扭曲變形，但力能消耗較前者小，適用于中大型剪板機(jī)。 3． 多用途剪板機(jī)：板料折彎剪板機(jī)，即在同一臺機(jī)器上可完成兩種工藝，假期下部進(jìn)行板料剪切，上部進(jìn)行折彎，也有的機(jī)器前部進(jìn)行剪切，后部進(jìn)行板料折彎。 4． 專用剪板機(jī)：氣動剪板機(jī)大多用在剪切線上速度快，剪切次數(shù)高。 5． 數(shù)控剪板機(jī)：直接對后擋料器進(jìn)行位置編程，可進(jìn)行位置校正，具有多工步編程功能，可實(shí)現(xiàn)多步自動運(yùn)行，完成多工步零件一次性加工，提高生產(chǎn)效率[1]。 對稱傳動剪板機(jī)是一種典型的對稱傳動的機(jī)械，主要用于剪裁各種尺寸金屬板材的直線邊緣。該設(shè)備應(yīng)用廣泛，具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。 本機(jī)器的工作原理：動力源電動機(jī)通過二級傳動（一級帶輪傳動，一級齒輪傳動）減速驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)—曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為往復(fù)的直線運(yùn)動，在此過程中，由切刀（固定在滑塊上）來進(jìn)行對板料的切削。 在這次設(shè)計(jì)中，針對該剪板機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)—曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，通過數(shù)學(xué)建模，運(yùn)用Turbor C強(qiáng)大的編程運(yùn)算能力，研究了曲柄以勻角速度旋轉(zhuǎn)時，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中滑塊的位移、速度、加速度的變化規(guī)律。 第2章 方案論證 剪板機(jī)主要是通過滑塊上刀片的往復(fù)直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)切斷功能，能實(shí)現(xiàn)這個目的主要由液壓傳動和機(jī)械傳動兩種。 2.1 液壓傳動方案 剪板機(jī)液壓傳動系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示，其原理：手動換向閥6推向左位（即左位接入系統(tǒng)），此時活塞在壓力油的作用下向下運(yùn)動，對板料進(jìn)行剪切加工，當(dāng)加工完成后，將閥6手柄推向右位（即右位接入系統(tǒng)），活塞向上運(yùn)動，即刀片上抬，到了一定位置，將閥6手柄推入中位，這樣活塞就停留在此位置不動。然后剪切第二次時，重復(fù)上述操作。手動換向閥6也可改為電氣控制的換向閥，從而實(shí)現(xiàn)自動連續(xù)剪切，提高效率。 １.油箱 ２.粗過濾器 ３.液壓泵 4.溢流閥 5.調(diào)速閥 6.手動三位四通換向閥 7.液壓缸 8.滑塊 圖2-1 液壓傳動系統(tǒng)原理圖 液壓剪板機(jī)采用液壓傳動，使機(jī)器工作時平穩(wěn)，噪聲小，安全可靠，可以進(jìn)行單次連續(xù)剪切，剪板厚度也較機(jī)械傳動的厚，但是液壓系統(tǒng)是利用液體作為中間介質(zhì)來傳遞動力的，剪切力大時，油壓也相應(yīng)的高，對液壓元件的精度、強(qiáng)度要求也高，制造成本也相應(yīng)的較高，而且液壓系統(tǒng)不可避免的存在，泄露問題，會造成污染，油溫的變化會引起油液粘度變化，影響液壓傳動工作的平穩(wěn)性，所以適應(yīng)環(huán)境能力小[2]。另外，液壓剪板機(jī)的維修也不方便，需要掌握一定的專業(yè)知識，因此此次設(shè)計(jì)不選用此方案。 2.2 機(jī)械傳動方案 2.2.1凸輪機(jī)構(gòu)方案 圖2-2 凸輪機(jī)構(gòu)原理圖 凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理如圖2-2所示：主軸的轉(zhuǎn)動帶動凸輪傳動，凸輪升程時推動滑塊（即刀片）作剪切動作。回程時，滑塊在彈簧的作用下上升到開始位置，準(zhǔn)備下一個動作循環(huán)。 凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)從動件的運(yùn)動規(guī)律來選擇機(jī)構(gòu)的尺寸和確定凸輪輪廓線。缺點(diǎn)是凸輪機(jī)構(gòu)一般用于控制機(jī)構(gòu)而不是用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因?yàn)槠涔ぷ鲏毫Σ荒芴?，否則會嚴(yán)重磨損凸輪的輪廓及推桿，導(dǎo)致該機(jī)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的動作要求，不能保證機(jī)器的穩(wěn)定性，因此該方案不予采用。 2.2.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)方案 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的工作原理如圖2-3所示：通過主軸轉(zhuǎn)動帶動曲柄轉(zhuǎn)動，曲柄通過連桿使滑塊作上下往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)剪切動作。 圖2-3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理圖 該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、維修方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，故采用此方案即曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較合適[3]。  第3章 總體傳動方案 綜合考慮，本次剪板機(jī)設(shè)計(jì)的總體方案為電動機(jī)經(jīng)過一級帶輪減速及一級齒輪減速驅(qū)動主軸上的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使滑塊作往復(fù)運(yùn)動，進(jìn)行剪切動作，剪板機(jī)的剪切力是10噸，行程為22mm，每分鐘剪板30次。設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)圖如圖3-1所示。 圖3-1 系統(tǒng)傳動簡圖  第4章 電動機(jī)的選擇 4.1 電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇 本次設(shè)計(jì)所選用的電動機(jī)的類型和機(jī)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)電源種類、工作條件、載荷大小和性質(zhì)變化、啟動性能、制動、正反轉(zhuǎn)的頻率程度等條件來選擇。 電動機(jī)分交流電動機(jī)和直流電動機(jī)兩種。由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電源,因此,無特殊要求時,均應(yīng)采用三相交流電動機(jī)。其中異步電動機(jī)是交流電動機(jī)的一種,它是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種動力機(jī)械,一般以三相異步交流電動機(jī)應(yīng)用最廣泛。 Y系列三相異步電動機(jī)為封閉式三相異步電動機(jī),能防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵入電機(jī)內(nèi)部，效率高，耗能少，性能好，噪音低，振動小，體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，維修方便。不僅使用于水泵、鼓風(fēng)機(jī)、金屬切削機(jī)床及運(yùn)輸機(jī)械,更使用于灰塵較多、水土飛濺的地方,如碾米機(jī),磨粉機(jī),脫殼機(jī)及其它農(nóng)業(yè)機(jī)械,礦山機(jī)械等。 根據(jù)工作環(huán)境和要求,選用Y系列三相異步電動機(jī)[4]。 4.2 電動機(jī)功率的選擇 電動機(jī)的容量選擇的是否合適,對電動機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。容量選的過小,不能保證工作機(jī)的正常的工作或使電動機(jī)因過載而過早的損壞;而容量選的過大,則電動機(jī)的價格較高,能力又不能充分利用,而且由于電動機(jī)經(jīng)常不滿載運(yùn)行,其效率和功率因數(shù)都較低,增加電能消耗而造成能源的浪費(fèi)。 該剪板機(jī)的剪切力為10噸，根據(jù)諾沙里公式[5]： = （4-1） 式中 ——剪切力 =10×103×9.8=98000N ——被剪板料強(qiáng)度極限，實(shí)際中的板料=500N/mm ——被剪板料延伸率，=25% ——被剪板料厚度 ——上刀刃傾斜=2° ——被剪部分彎曲力系數(shù)，=0.95 ——前刃側(cè)向間隙相對值，=0.083 ——壓具影響系數(shù)x=7.7 把已知數(shù)據(jù)代入式（4-1） 解得：=4.63mm 根據(jù)表8-2-2，Q11型剪板機(jī)技術(shù)參數(shù)[1]，類比實(shí)習(xí)時工廠的樣機(jī)，選取電動機(jī)的功率為5.5kW。 轉(zhuǎn)速的確定： 由于傳動由皮帶和齒輪組成的。按推薦的傳動副傳動比較合理的范圍，取三角帶傳動比=2～4。二級圓柱齒輪減速器傳動比=8～40，則總傳動比合理范圍為 =16～160,則電動機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為： = · =(16～160)· =480～4800r/min 查表19.1 Y系列三相異步電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)[6],選取Y132-M2-6型電動機(jī)比較合適,其技術(shù)參數(shù)如下:功率為5.5kW，級數(shù)為6，滿載時的電流、轉(zhuǎn)速、效率分別為12.6A、960r/min、85.3%。 4. 3 計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 4.3.1計(jì)算傳動裝置的合理傳動比 總傳動比 = （4-2） =× 式中 ——三角帶傳動比 ——圓柱齒輪傳動比 取=4 = 4.3.2計(jì)算運(yùn)動和動力參數(shù) 1.計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速 = r/min = r/min 2.計(jì)算各軸的功率 查得[4]各部件傳動效率為： 圓柱齒輪：0.94～0.96 =0.95 三角帶傳動：0.94～0.96 =0.955 軸承(每對)：0.97～0.99 =0.98 則總傳遞效率為： == = == ==5.15kW = = ==4.79kW 3.各軸轉(zhuǎn)矩 = 式中 ——電動機(jī)轉(zhuǎn)矩； ——電動機(jī)功率； ——滿載轉(zhuǎn)速[6]； = = N·m =N·m = = = N·m = = N·m = N·m  第5章 帶傳動的設(shè)計(jì)及計(jì)算 在同樣的張緊力下，V帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力，V帶傳動允許的傳動比較大，結(jié)構(gòu)簡單較緊湊，造價低廉，傳動平穩(wěn)以及緩沖吸振等優(yōu)點(diǎn)[4]。 5.1 確定計(jì)算功率 = (5-1) =kW 式中 ——傳動的額定功率（） ——工作情況系數(shù) 查表8-6[4]，載荷變動較大，軟啟動每天工作時間小于10小時，取=1.2。 5.2 選擇帶型 根據(jù)=6.6kW和主動帶輪（小帶輪）轉(zhuǎn)速= r/min，查圖8-8[4]中選定A型V帶。 5.3 確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑 5.3.1初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 查參考文獻(xiàn)[4]取主動輪基準(zhǔn)直徑=mm。 5.3.2驗(yàn)算帶的速度 = = =m/s 由于過小，表示所選的過小，這將使所需要的有效拉力過大，即所需要的跟數(shù)過多，于是帶輪的寬度，軸徑及軸承的尺寸都要隨之增大。 取=mm = =m/s =m/s 5.3.3計(jì)算從動輪的基準(zhǔn)直徑 ===640mm 并按照V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列進(jìn)行圓整,圓整后 =640mm 5.4 確定中心距和帶輪的基準(zhǔn)長度 由于中心距未給出,可根據(jù)傳動的結(jié)構(gòu)需要初步中心距取 代入=mm , =mm mm 取=mm =mm,根據(jù)帶傳動的幾何關(guān)系,按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)長度 ≈++ + (5-2) ≈mm =mm 由參考文獻(xiàn)[7]表33.1－9取=mm，由于V帶的中心距一般是可以調(diào)整的,故采用下式進(jìn)行近似計(jì)算 ≈ =mm =mm 考慮安裝調(diào)整和補(bǔ)償預(yù)緊力(如帶伸長而松弛后的緊張)的需要，中心距的變化范圍為 ==mm＝mm ==mm=mm。 5.5 驗(yàn)算主動輪上的包角 根據(jù)對包角的要求，應(yīng)保證 ≈ ≈ 主動輪上的包角滿足要求。 5.6 確定帶的根數(shù) (5-3) 式中 ——包角系數(shù)，查得0.91 ——長度系數(shù)，查得1.13 ——單根V帶的基本額定功率，查得0.94kW ——單根V帶額定功率的增量,查得0.5kW[4] 代入數(shù)據(jù)得 ==根 5.7 確定帶的預(yù)緊力 考慮離心力不利的影響，和包角對所需預(yù)緊力的影響，單根V帶的預(yù)緊力為 = (5-4) 式中 ——V帶單位長度的質(zhì)量，查得=0.10kg/m ==N 由于新帶容易松弛，所以對非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時的預(yù)緊力應(yīng)為上述預(yù)緊力的1.5倍[4]。 5.8 計(jì)算帶傳動作用在軸上壓軸力 為了設(shè)計(jì)安裝帶輪的軸和軸承，必須確定帶傳動作用在軸上的力。如果不考慮帶的兩邊的拉力差，則壓軸力可以近似的按帶的預(yù)緊力的合力來計(jì)算[4]，即 = 式中： ——帶的根數(shù) ——單根帶預(yù)緊力 ——主動輪上的包角 = = N =1437.3N 5.9 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.9.1小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.材料：HT200 2.確定帶輪的形式 由參考文獻(xiàn)[6]得：電機(jī)軸=38mm，電機(jī)軸伸出長度為E=80mm，且已知小帶輪的基準(zhǔn)直徑=160mm，2.5=2.5×38mm=95mm 2.5＜＜300mm 所以小帶輪采用腹板式結(jié)構(gòu)。帶輪的基準(zhǔn)直徑為160mm，外徑=168mm。 3.輪槽的尺寸 查表8-10 [4]得帶輪的輪槽尺寸如下： 輪槽基準(zhǔn)寬度=11.0mm 基準(zhǔn)線上槽深=2.75mm 基準(zhǔn)線下槽深 =8.7mm 槽間距=15±0.3mm 第一槽對稱面至端面的距離=mm 最小輪緣厚=6mm 輪槽角=38° 輪槽結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。 圖5-1 輪槽結(jié)構(gòu) 4.確定小帶輪外形尺寸 帶輪寬： ==(5-1)×15+2×10mm=80mm 帶輪外徑：==160+2×4mm=168mm 輪緣外徑： =(1.8～2) =(1.8～2)×38mm=(68.4～76)mm，取=70mm 輪轂長度： 因?yàn)?80mm＞1.5=1.5×38mm=57mm 所以=(1.5～2) =(1.5～2)×38mm=(57～76)mm，取=60mm。 =(1/7-1/4) =(1/7-1/4)×80mm=(11.43～20)mm 取=15mm 小帶輪的結(jié)構(gòu)如圖5-2 圖5-2 小帶輪結(jié)構(gòu) 5.9.2大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、材料：HT200 2、確定帶輪的結(jié)構(gòu)形式 初選大帶輪的軸徑=35mm，已知大帶輪的基準(zhǔn)直徑=640mm＞300mm，所以大帶輪選用輪輻式結(jié)構(gòu)。[4] 3、輪槽尺寸同小帶輪。 4、輪緣及輪轂的尺寸： 帶輪寬： ==(5-1)×15+2×10mm=80mm 帶輪外徑：=640+2×4mm=648mm 輪轂外徑：=(1.8～2)=(1.8～2)×35mm=(63～70)mm，取=70mm 輪轂長度：因?yàn)?80mm＞1.5=1.5×35mm=52.5mm 所以=(1.5～2) =(1.5～2)×38mm=(57～76)mm，取=60mm。 = (5-5) 式中： ——傳遞的功率，為5.15kW ——帶輪的轉(zhuǎn)速，為240r/min ——輪輻數(shù)，取4 ==mm=50.8mm =0.8=0.8×50.8mm=40.6mm =0.4=0.4×50.8mm=20.3mm =0.8=0.8×20.3mm=16.2mm =0.2=0.2×50.8mm=10.2mm =0.2=0.2×40.6mm=8.1mm 大帶輪的結(jié)構(gòu)如圖5-3 圖5-3 大齒輪機(jī)構(gòu)  第6章 軸的設(shè)計(jì) 軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切做回轉(zhuǎn)運(yùn)動的傳動零件，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動及動力的傳遞，軸主要是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動和動力。 軸按照承受載荷的不同，可分為以下三類： （1）轉(zhuǎn)軸 既承受彎矩又承受扭矩。 （2）心軸 只承受彎矩不承受扭矩。 （3）傳動軸 只承受扭矩不承受彎矩。 按軸線形狀的不同，可分為兩種： （1）曲軸 通過連桿可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動改變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動，或作相反的運(yùn)動變換。 （2）直軸 直軸又可按外形分為光軸和階梯軸[4]。 本次設(shè)計(jì)的剪板機(jī)采用的是直軸。 6.1 主動軸設(shè)計(jì) 6.1.1軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼廉價，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學(xué)處理的辦法提高耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度。在載荷一定的情況下，好的材料能提高軸的工作性能及壽命，但同時要考慮到材料的經(jīng)濟(jì)性，故采用45號鋼，并做調(diào)質(zhì)處理，查參考文獻(xiàn)[8]得 =103～126，取=116，=60MP。 軸的失效形式：主要有斷裂、磨損、超過允許范圍的變形和振動等，對于軸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求： 1. 足夠的強(qiáng)度。 2. 足夠的剛度。 3. 振動的穩(wěn)定性[4]。 6.1.2 軸徑的最小許用值 根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算公式[9] ≥ (6-1) =116×=62.94mm 6.1.3確定軸上的零件的裝配方案 深溝球軸承、套筒和軸端擋圈從軸的左端依次安裝，深溝球軸承、套筒、齒輪、軸端擋圈從軸的右側(cè)依次安裝。軸承選擇6014型深溝球軸承。 6.1.4 軸上的零件定位 1. 軸向定位 軸上的零件是以軸肩、套筒來保證的。 2. 周向定位 限制軸上零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，本次設(shè)計(jì)采用鍵來固定。 6.1.5軸各段直徑和長度的確定 類比工廠樣機(jī)，確定主軸的各段直徑及長度。 6.1.6 繪制主軸上零件的裝配圖及軸的結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)以上計(jì)算及裝配定位要求[10]，繪制主軸上零件的裝配圖及軸的結(jié)構(gòu)圖如圖6-1所示。 1.沉頭螺釘 2.套筒 3.深溝球軸承 4.螺釘鎖緊擋圈 5.偏心輪 6.大齒輪 7.軸端擋圈 圖6-1 主軸的機(jī)構(gòu)幾裝配圖 6.1.7軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 1.輸出軸上的功率P，轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T =4.79 kW ， =30r/min ， =1510.19 N·m 2.求大齒輪上所受的力、 大齒輪與小齒輪相互作用，依據(jù)牛頓第三定律 =-，= ==2×204.81/(100×10-3)N=4096.2N(d為小齒輪的分度圓直徑) = =4096.2×tg20°N=1490.89N 所以=+4096.2N，=-1490.89N 軸上曲柄的作用力，由于制動帶的作用，傳到曲柄上的轉(zhuǎn)矩只有主軸的1/3，作用在雙曲柄的徑向力，為 == /(3××2)=1510.19/(3×0.11×2)N=2288.17N 3. 主軸的受力分析 主軸的受力如圖6-2所示，由圖根據(jù)物體的平衡條件[11]可知 已知：=135mm，=1180mm，=135mm，=50mm，=-1490.89N，==2288.17N，=4096.2N 解方程組得 =141.25N，=-4237.45N，=-2339.58N，=-745.87N = =4237.45×(135+1180+135)×50/(135+1180+135+50) =204810.08N·mm ==2339.58×135N·mm =315843.3 N·mm = =2339.58×(135+1180)-2288.17×1180 N·mm =376507.1 N·mm = =2339.58×(135+1180+135)-2288.17×1180-2288.17×135 N·mm =383447.45 N·mm 由圖3-5可以看出C截面為最危險截面，按第四強(qiáng)度理論[9]校核 = 圖6-2 主軸的受力分析圖 =MPa =40.49MPa＜[σ-1]=60MPa 安全 6.2 從動軸的設(shè)計(jì) 6.2.1材料選擇 類比主軸，選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。 6.2.2軸徑的最小許用值 ≥ (6-2) =116×mm =32.24mm 6.2.3確定軸上零件的裝配方案 軸承、套筒、皮帶輪、軸端擋圈從左端向右依次安裝。軸承、套筒、齒輪、軸端擋圈依次從軸的右端向左安裝，軸承選擇6007型深鉤球軸承。 6.2.4繪制從動軸上零件的裝配圖及軸的結(jié)構(gòu)圖 類似主動軸，傳動軸的零件裝配及軸的機(jī)構(gòu)如圖6-3所示。 1.軸端擋圈 2.大帶輪 3.套筒 4.深溝球軸承 5.小齒輪 圖6-3 傳動軸的結(jié)構(gòu)及裝配圖  第7章 齒輪設(shè)計(jì) 齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要最常用傳動之一,效率高,機(jī)構(gòu)緊湊,工作可靠,壽命長,傳動比穩(wěn)定。缺點(diǎn)是造價高，安裝精度高，易磨損[4]。 7.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 7.1.1齒輪類型的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)的傳動方案選擇直齒圓柱齒輪傳動。 7.1.2齒輪材料的選擇 由于機(jī)器工作時屬于中等沖擊，選取大小齒輪的材料均為45Cr（調(diào)質(zhì)），齒面硬度：小齒輪271～316HBS，大齒輪為241～286HBS，取中間值，則大齒輪為263.5HBS，小齒輪為293.5HBS[8]。 7.1.3選取精度等級 因其表面經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，故選用8級精度。 7.1.4選擇齒數(shù) 選小齒輪齒數(shù)為Z1=20，大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=8×20=160 7.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)公式[4]進(jìn)行試算，既： ≥2.23 (7-1) 7.2.1確定公式內(nèi)的各個計(jì)算數(shù)值 1.試選載荷系數(shù) =1.3 2.計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 ==95.5×105×N·mm=2.049×105 N·mm 3.選取齒寬系數(shù) =0.6 4.材料的彈性影響系數(shù) =189.8MPa 5. 接觸疲勞強(qiáng)度 按齒面硬度查得[4]大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限=610MPa，小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=650MPa 6.計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60×240×1×（30×300×8）=1.0368×109 ===0.1296×109 7.接觸疲勞強(qiáng)度 查得[4]=1.0, =1.1 8. 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效效率為1%，安全系數(shù)=1，有 ==1.0×650=650MPa ==1.1×610=671MPa 7.2.2計(jì)算 1.小齒輪分度圓直徑 將以上所有數(shù)據(jù)代入公式(7-1)有 d1t≥2.23 =2.32× =81.016mm 2.計(jì)算圓周速度 = =m/s =1.018m/s 3.計(jì)算齒寬 = =0.6×81.016 =48.610mm 4.計(jì)算齒寬與齒高之比b/h 模數(shù) ===4.051mm 齒高 =2.25=2.25×4.051mm=8.041mm =48.610/9.115=5.333 5.計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)=1.081mm/s，8級精度，查得動載系數(shù)=1.1;直齒輪假設(shè)≥100N/mm;由表查得==1.2；=1.5；查得齒向載荷分配系數(shù)用內(nèi)差法得 =1.23，并且=4.44，8級精度，并調(diào)質(zhì)處理，查得彎曲強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)=1.16；故載荷系數(shù) ==1.5×1.1×1.2×1.23=2.4354 6.按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 ==81.016×mm=99.87mm 7.計(jì)算模數(shù) ==mm=4.99mm 7.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由齒根彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式[4]： ≥ (7-2) 7.3.1確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 1.彎曲疲勞強(qiáng)度 查得[8]小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=426MPa。大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=430MPa。 2.彎曲疲勞壽命系數(shù) 查得=0.88，=0.9。 3.計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) =1.4 由得 ==267.77MPa ==276.4MPa 4.載荷系數(shù)K = 載荷系數(shù) ==1.5×1.1×1.2×1.116=2.297。 5.計(jì)算大、小齒輪的并加以比較 ==0.01621 ==0.01422 小齒輪的數(shù)值大 7.3.2設(shè)計(jì)計(jì)算 ≥ = =3.99mm 對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得模數(shù)3.99并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)植m=4mm。按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=99.87mm，算出小齒輪齒數(shù) ===25 大齒輪齒數(shù) ==8×25=200 取Z2=200 7.4 幾何尺寸計(jì)算 7.4.1計(jì)算分度圓直徑 ==25×4=100mm ==200×4=800mm 7.4.2計(jì)算中心距 ===450mm 7.4.3計(jì)算齒輪寬度 ==0.6×100=60mm 為防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位時導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大大齒輪的工作載荷，常將小齒輪的齒寬在圓整數(shù)值的基礎(chǔ)上人為地加寬5~10mm 故取小齒輪的齒寬=65mm 大齒輪的齒寬=60mm。 7.5 驗(yàn)算 ==N=4098N = N/mm =102.45N/mm＞100 N/mm 合適。 7.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖 7.6.1對小齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì)算小齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù) 齒頂高 ==4×1 mm =4mm 齒根高 ==4×（1+0.25） mm =5mm 齒全高 ==12+15mm=27mm 齒頂圓直徑 ==100+2×4mm =108mm 齒根圓直徑 ==100-2×5mm =90mm 由于小齒輪直徑不大，且中間有軸傳動，故選用實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪。 壓力角 =20° 齒距 ==3.14×4mm =12.56mm 基圓直徑 ==100×cos20°mm =93.97mm 基圓齒距 ==12.56×cos20°mm =11.80mm 齒厚 ==12.56/2mm =6.28mm 齒槽寬 ==12.56/2mm =6.28mm 頂隙 ==4×0.25mm=1.0mm 因?yàn)樾↓X輪的齒頂圓直徑 =108mm＜160mm，所以小齒輪可以做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪[4]。小齒輪的結(jié)構(gòu)如圖7-1所示。 7.6.2對大齒輪的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.計(jì)算大齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù) 齒頂圓直徑 ==800+2×4mm=800mm 齒根圓直徑 ==800-2×5mm =790mm 由于大齒輪的齒頂圓直徑=790mm在400～1000mm之間，，所以選用輪輻式結(jié)構(gòu)的齒輪[4]。 圖7-1 小齒輪結(jié)構(gòu)圖 2. 輪輻的設(shè)計(jì) 輪輻數(shù)取 == 65mm 因?yàn)榇簖X輪的材料為鑄鋼，所以 ==1.6×65mm=104mm =(12～16)mm 取=15mm =(15～18)mm 取=16mm =0.8×104mm=52mm 取=52mm =0.8×52mm=41.6mm 取=41.6mm =52/5mm=10.4mm 取=10.4mm =52/6mm=8.7mm 取=8.7mm =0.5×52=26mm 取=26mm =97.5﹥≥=60mm 取=60mm 大齒輪如圖7-2所示： 圖 7-2 大齒輪結(jié)構(gòu)圖  第8章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是曲柄剪板機(jī)的典型機(jī)構(gòu)，這一機(jī)構(gòu)將剪板機(jī)傳動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)剪切工藝。同時，機(jī)構(gòu)還具有力的放大作用（即工作載荷大于傳動系統(tǒng)輸入的作用力），滿足剪板機(jī)瞬時峰值力的要求[12]。 8.1 材料的選擇 由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)需要承受10噸的沖壓力，應(yīng)選擇剛度較大的鋼，選擇45號鋼，應(yīng)力=238MPa, =238MPa, =142MPa[13]。 8.2 確定曲柄滑塊桿件長度 已知滑塊的行程為22mm，本次設(shè)計(jì)采用對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖3-8所示。所以曲柄長=/2=22/2mm=11mm。機(jī)構(gòu)在圖8-1所示位置時的傳動角=90°-，為了保證曲柄滑塊的性能[3]， ≥40°。 圖8-1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)示意圖 由圖8-1可知：== 因?yàn)椤?0°，所以≤ / ≤ ≥/ 的最大值為1 ≥/ ≥11/mm=14.36mm 類比工廠樣機(jī)，選=400mm。 8.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 參考工廠樣機(jī)，確定曲柄連桿的機(jī)構(gòu)，如圖8-2所示 圖8-2 曲柄連桿的機(jī)構(gòu) 8.4 強(qiáng)度校核 該剪板機(jī)的剪切力為10噸，因此 =10×103×9.8N=9.8×104N 由于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的最大力發(fā)生在曲柄與導(dǎo)軌垂直的位置[14]，作用在曲柄上的力 =/ (-安全適用系數(shù)取1.2) =1.2×9.8×104/N=11.76×104N =11.76N 因?yàn)椴捎秒p曲柄傳動，所以 =/2=11.76×104/2N=5.88×104N =/=5.8×104/238mm2=247mm2 從圖8-2可以看出φ30處是該機(jī)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)，其面積=（70-30）×35mm2=1400mm2＞247mm2，因此滿足強(qiáng)度要求。 曲柄滑塊上連接部分剪切強(qiáng)度校核 =/=9.8×104/142mm2=690mm2 = =×(30/2)2=706.5＞ 安全。 所以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。 8.5 電動機(jī)的校核 由以上的計(jì)算可知作用在曲柄上的最大力為11.76×104N，曲柄對主軸的轉(zhuǎn)矩==11.76×104×11×10-3N·m=1293.6N·m。 電動機(jī)提供的轉(zhuǎn)矩經(jīng)皮帶和齒輪傳遞到主軸的轉(zhuǎn)矩=1510.19N·m。 ＜ 所以電動機(jī)的選擇符合設(shè)計(jì)要求。  第9章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析 9.1 建立曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型如圖9-1所示，已知常量：曲柄的長度 ==11mm，連桿長度=400mm，曲柄旋轉(zhuǎn)角度= =30，滑塊與x軸所夾的角度=90° 圖 9-1 曲柄滑塊的數(shù)學(xué)模型 9.1.1建立位移方程 建立位移方程[15]： 將矢量方程轉(zhuǎn)化為解析形式，有 （9-1） 已知，，，，解方程組（9-1）得 當(dāng)>0時 = 當(dāng)<0時 =+ 當(dāng)=0時 =， 9.1.2建立速度方程 對方程組（9-1）兩邊對時間求導(dǎo)，整理得 （9-2） 已知 解方程組（9-1）得 9.1.3建立加速度方程 對方程組（9-2）兩邊對時間求導(dǎo)整理得 （9-3） 已知，，，，，，，，解方程組（9-3）得 9.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真 根據(jù)上面的滑塊和曲柄連桿的運(yùn)動學(xué)函數(shù)關(guān)系，編譯C語言程序[16]，求曲柄每轉(zhuǎn)過5度時的滑塊的位移、速度、加速度值[17]。 C語言程序如下： #include "math.h" main() {float A1=11,A2=400,PI=4*atan(1),T1,T2,A3,c,s,W1,W2,V3,Z2,Y3， V=0,Y=0,W=0,Z=0; int T,t1=0,t2=0,t3=0,t4=0; printf ("%s\n","T A3 V3 Y3 W2 Z2"); for (T=0;T<=360;T+=5) {T1=PI*T/180; c=-A1*cos(T1)/A2; s=sqrt(1-c*c); if (c>=0) if (c>0) T2=atan(s/c); else T2=PI/2; else T2=atan(s/c)+PI; A3=A1*sin(T1)+A2*sin(T2); W1=2*PI*50/60; W2=-A1*W1*sin(T1)/(A2*sin(T2)); V3=A1*W1*cos(T1)+A2*W2*cos(T2); Z2=-(A1*W1*W1*cos(T1)+A2*W2*W2*cos(T2))/(A2*sin(T2)); Y3=-A1*W1*W1*sin(T1)-A2*W2*W2*sin(T2)+A2*Z2*cos(T2); if (V3>=V) {V=V3;t1=T;} if (Y3>Y) {Y=Y3;t2=T;} if (W2>W) {W=W2;t3=T;} if (Z2>Z) {Z=Z2;t4=T;} printf ("%d,%f,%f,%f,%f,%f\n",T,A3,V3,Y3,W2,Z2); } printf ("%s\n"," T MAX"); printf ("%s,%d,%f\n","V",t1,V); printf ("%s,%d,%f\n","Y",t2,Y); printf ("%s,%d,%f\n","W2",t3,W2); printf ("%s,%d,%f\n","Z",t4,Z); getch(); } 根據(jù)程序運(yùn)行的結(jié)果，作出曲柄滑塊運(yùn)動特性表9-1。由表9-1可以知道，曲柄角位移為90°、270°時，滑塊在兩個極端位置，其速度為最小值，角速度達(dá)到最大值。曲柄角位移為0°、180°、360°時，滑塊位于平衡位置，其速度達(dá)到最大值，角速度達(dá)到最小值。 表9-1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性 曲柄的角位移T（°） 滑塊的位移A3（mm） 滑塊的速度V3（mm/s） 滑塊的加速度Y3（mm/s2） 0 399.848724 57.595863 8.296367 45 407.702545 41.518524 -213.244614 90 411.000000 0.0000000 -309.864441 135 407.702545 -41.518520 -213.244629 180 399.848724 -57.595863 8.296367 225 392.146179 -39.934326 213.241531 270 389.000000 -0.0000002 293.278015 315 392.146210 39.934341 213.241455 360 399.848724 57.595863 8.296314  結(jié) 論 經(jīng)過為期十周的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對四年來所學(xué)的機(jī)械理論知識有了進(jìn)一步的理解。剛開始學(xué)這些理論知識時，總感覺很乏味，不知道它的價值在哪，導(dǎo)致學(xué)習(xí)熱情不高，只是為了完成學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)效率也很低。在這次設(shè)計(jì)中，我又回顧了四年來我們學(xué)過的所有知識，并把它們綜合起來，應(yīng)用在設(shè)計(jì)中的各個環(huán)節(jié)，我感覺這些知識活了起來，它們不再是枯燥無味的了，在設(shè)計(jì)中遇到每個難題，我在它們中間都能找到答案，我越來越喜歡這門科學(xué)了。 近幾年來，機(jī)械工業(yè)迅速發(fā)展，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)后，這個行業(yè)的技術(shù)水平也越來越高，機(jī)器的自動化、智能化程度也越來越高。在這次設(shè)計(jì)中，我嘗試著運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真，探索了曲柄滑塊輸入量和輸出量之間的關(guān)系，當(dāng)由于經(jīng)驗(yàn)不足，能力有限， 分析的過程和結(jié)果有許多不盡人意的地方，但我已盡了最大的努力，而且在這個過程中，我也收獲了很多。 我相信，只要我繼續(xù)保持在這次設(shè)計(jì)中的刻苦創(chuàng)新精神，努力學(xué)習(xí)，不斷的要求自我，改造自我，進(jìn)入社會后，遇到再大的困難，我也能冷靜的面對，找到解決問題的方法，不斷鍛煉自己，成為一個有所作為的機(jī)械人，為社會和國家服務(wù)！  參考文獻(xiàn) [1] 俞新陸，何德譽(yù)．鍛壓手冊，第3卷，鍛壓車間設(shè)備．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002． [2] 左健民．液壓與氣壓傳動．第三版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1996． [3] 孫桓，陳作模．機(jī)械原理．第六版．北京：高等教育出版社，2001． [4] 濮良貴，紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)．第七版.北京：高等教育出版社，2001． [5] 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