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季琳莉 圓柱螺旋彈簧測力分選機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院
本科生畢業(yè)論文
畢業(yè)論文題目 圓柱螺旋彈簧測力分選機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
學(xué) 生 姓 名 季琳莉
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級 機(jī)械81001班
指 導(dǎo) 教 師 周建華
完 成 日 期 2014年5月29號
43
目錄
摘要.........................................................I
Abstract....................................................II
第1章 緒論.................................................4
1.1 課題研究目的及意義....................................4
1.2分選機(jī)分選方式研究....................................6
1.3課題國內(nèi)外現(xiàn)狀.........................................6
1.3.1國外分選機(jī)研究現(xiàn)狀..................................6
1.3.2國內(nèi)分選機(jī)研究現(xiàn)狀.................................. 7
1.4存在問題...............................................7
第2章 方案的選擇與設(shè)計..................................9
2.1本課題的設(shè)計任務(wù).......................................9
2.2圓柱螺旋彈簧分選機(jī)的設(shè)計思路..........................9
2.3送料機(jī)構(gòu)..............................................10
2.4加力與檢測機(jī)構(gòu)........................................11
2.5落料分選機(jī)構(gòu)..........................................12
第3章 總體的機(jī)構(gòu)設(shè)計...................................14
第4章 彈簧分選機(jī)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計.........................16
4.1齒輪的選擇設(shè)計........................................16
4.2夾持軸承與軸的連接的夾具的選擇.......................17
4.2.1上夾具的設(shè)計.......................................17
4.2.2下夾具的設(shè)計.......................................19
4.3氣缸的設(shè)計選擇........................................20
4.4傳動軸的選擇設(shè)計......................................22
4.5軸承的選擇設(shè)計........................................24
4.5.1原動部分裝配所選用的軸承...........................24
4.5.2 執(zhí)行部分裝配所選用的軸承..........................26
4.6其他主要零部件的設(shè)計.................................28
4.6.1鍵的選擇設(shè)計.......................................28
4.6.2軸套的選擇設(shè)計......................................28
4.6.3電動機(jī)的選擇設(shè)計...................................29
4.6.4分料盤的設(shè)計.......................................31
4.6.5底座的設(shè)計................................ 32
第5章 校核計算..................................34
5.1底座上板的受力分析與彎曲應(yīng)力計算...................34
5.2 軸受力分析與應(yīng)力計算.............................. 36
總結(jié)............................................39
致謝............................................41
參考文獻(xiàn)........................................42
附錄............................................43
摘 要
彈簧的應(yīng)用十分廣泛可以說是各種機(jī)械、電器 、化工等產(chǎn)品的關(guān)鍵零件。凡是承受變載荷的彈簧，在企業(yè)內(nèi)部質(zhì)量控制、用戶交驗(yàn)、新產(chǎn)品定型鑒定、認(rèn)證，行業(yè)抽檢和工藝調(diào)整環(huán)節(jié)中，必須進(jìn)行性能檢測。所以彈簧檢測是其生產(chǎn)過程必不可少的工序，測力是檢測的主要內(nèi)容之一。彈簧測力分選機(jī)是在基于工業(yè)進(jìn)程高速發(fā)展的今天，結(jié)合圓柱螺旋彈簧的需求量和生產(chǎn)企業(yè)需求的前提下所應(yīng)運(yùn)而生的。本論文主要是對分選機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,設(shè)計，實(shí)驗(yàn)與制造。
此彈簧分選機(jī)是針對大批量生產(chǎn)的彈簧依據(jù)其彈性系數(shù)不同，按照預(yù)先規(guī)定的指標(biāo)進(jìn)行測試自動篩選出合格與不合格產(chǎn)品，并在不合格產(chǎn)品范圍內(nèi)依據(jù)是否可以修復(fù)將彈簧進(jìn)一步細(xì)分，自動流入不同料箱，以此應(yīng)用與不同場合。這種彈簧分選機(jī)是安裝在彈簧加工過程中的檢測工藝工段線上，針對汽車、摩托車離合器彈簧生產(chǎn)制造工藝設(shè)計的，適用于各種類型的圓柱螺旋彈簧的分選。
本論文首先論述螺旋彈簧分選機(jī)的分選方式以及國內(nèi)外分選機(jī)的研究現(xiàn)狀和設(shè)備的性能優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合課題背景，提出本論文的主要研究內(nèi)容。在對彈簧特點(diǎn)與控制需求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了分選機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計。
在論文中所研究和設(shè)計的圓柱螺旋彈簧分選機(jī)，滿足功能要求，解決了彈簧生產(chǎn)過程中的實(shí)際問題，提高了生產(chǎn)與檢測效率，為以后此類設(shè)備的設(shè)計提供了借鑒作用。
關(guān)鍵詞：圓柱螺旋彈簧; 分選機(jī); 彈性系數(shù)
Abstract
Spring testing is the phase of the production process essential working procedure, load is one of the main content of detection. Spring load separator is in today's rapid development based on industrial process, in combination with the demand and production of cylindrical helical spring under the premise of enterprise requirements arises at the historic moment. This thesis mainly is the study of mechanical structure of the separator, the design, the experiments and manufacture.
This spring sorting machine is for mass production according to the elastic coefficient of the spring, in accordance with the prescribed index test automatically select the qualified and unqualified products, and within the scope of the unqualified products according to whether can repair will spring further subdivided, automatic into the different material box, with different situations in application. The spring separator is installed in the spring section of online detection technology, in the process of machining for automobile, motorcycle clutch spring manufacturing process design, suitable for various types of cylindrical helical spring sorting.
This paper first expounds the separation method of helical spring sorting machine and the performance of the domestic and foreign research situation of the separator and equipment advantages and disadvantages, combined with the project background, puts forward the main research content of this paper. On the analysis of the demand and control characteristics of the spring, on the basis of sorting machine mechanical structure design are put forward.
In the thesis the research and design of cylindrical helical spring sorting machine, meet the functional requirements, solved the practical problems in the process of producing spring, improve the efficiency of the production and testing, design provides a reference for such a facility.
Keywords: Cylindrical helical spring; separator; Modulus of elasticity
第1章 緒論
1.1 課題研究目的及意義
彈簧的應(yīng)用十分廣泛，可以說是各種機(jī)械,電器,化工等產(chǎn)品的關(guān)鍵零件。近幾年來，國內(nèi)彈簧工業(yè)的設(shè)計制造及材料方面有了新的發(fā)展，對彈簧的要求也越來越高，在各種螺旋彈簧中，內(nèi)燃機(jī)的氣門簧是其中較為重要的彈簧之一，它是國家質(zhì)監(jiān)部門要求負(fù)荷值全檢的產(chǎn)品，裝入內(nèi)燃機(jī)的每一只氣門簧，都必須經(jīng)過數(shù)字檢測設(shè)備的嚴(yán)格檢測，這樣才能保證內(nèi)燃機(jī)工作的可靠性與壽命。由于內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧種類繁多，數(shù)量巨大。因此，用普通的手動檢測設(shè)備進(jìn)行檢測，由人進(jìn)行分類的方法，容易產(chǎn)生許多誤操作使得供,需雙方發(fā)生許多的摩擦與誤會并且工作量也是十分巨大的。因此，各彈簧生產(chǎn)廠及主機(jī)廠均希望能擁有一種能在線進(jìn)行檢測并能自動進(jìn)行分類的設(shè)備——彈簧分選機(jī)，但是，目前國內(nèi)市場上能見到的彈簧分選機(jī)均為國外廠家生產(chǎn)的，這些分選機(jī)不但分組單一，且價格昂貴。國內(nèi)各彈簧生產(chǎn)設(shè)備及檢測設(shè)備生產(chǎn)廠均未研制出高效實(shí)用的彈簧分選機(jī)。國外市場上能見的分選機(jī)類型為兩種——高精度型和高速度型；高精度型彈簧分選機(jī)主要用來分選那些精度要求很高的彈簧，但這種分選機(jī)的分選速度很低，不適合大批量彈簧生產(chǎn)的需要。高速度型彈簧分選機(jī)在速度上能達(dá)到較高的要求但價格非常昂貴。國內(nèi)很多彈簧生產(chǎn)機(jī)檢測設(shè)備生產(chǎn)廠針對各自的需求研發(fā)了一些彈簧分選機(jī)設(shè)備，如基于重力的彈簧分選機(jī)，基于尺寸的彈簧分選機(jī)，基于壓力的彈簧分選機(jī)，這些設(shè)備在功能和性價比上都還和國外同類產(chǎn)品有一定差距。
1.2分選機(jī)分選方式研究
對于彈簧的分選，按照自動化程度分，有兩種分選方式，一是利用人工分選，就是以人為主，使用只含單一要素檢測的測試裝置完成分組分選。二是機(jī)器自動分組分選，即以機(jī)器為主完成自動分組分選。在機(jī)器自動分組分選中又包括：單一工位式、單一分選式、混合式。以上幾種分選原理方式其示意圖如下圖所示。
圖1-1 單一工位方式 圖1-2 單一分選方式
①人工方式
所謂人工方式是指主要依靠工作人員的操作完成對彈簧分選分組。這種方式利用手工逐個檢測，采用的設(shè)備也較為簡單，一般依靠單一要素臺式檢測機(jī)或者是手持式檢測工具。依靠這種方式主要利用其兩點(diǎn)：一是設(shè)備簡單，二是精準(zhǔn)度可以達(dá)到極高，但對操作人員要求也非常高，常需要操作人員對工作位置較高調(diào)整精準(zhǔn)度，而且工作人員勞動強(qiáng)度大，極易誤操作使分選精度降低。
②機(jī)器自動化
隨著圓柱螺旋彈簧需求量不斷上升，機(jī)器自動化檢測成為一種提高效率，節(jié)約生產(chǎn)成本的有效方式。機(jī)器自動化利用現(xiàn)代電子技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械相結(jié)合，極大提高自動化水平。圓柱螺旋彈簧分選機(jī)自動化、模塊化結(jié)構(gòu)將分選機(jī)設(shè)備分為上料機(jī)構(gòu)、定位監(jiān)測機(jī)構(gòu)、分選機(jī)構(gòu)、電控機(jī)構(gòu)。而按照主體分為工位旋轉(zhuǎn)式與直進(jìn)式，裝乘容器旋轉(zhuǎn)式與通道旋轉(zhuǎn)式。
1) 工位旋轉(zhuǎn)式
工位即指圓柱螺旋彈簧的檢測位置。而工位旋轉(zhuǎn)是指圓柱螺旋彈簧的檢測位置隨工位旋轉(zhuǎn)而改變。在此過程中工位盤（由一圓盤或者履帶及相應(yīng)的工位組成）由驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動帶動工位上圓柱螺旋彈簧轉(zhuǎn)到相應(yīng)的檢測位置，即圓柱螺旋彈簧相對工位盤靜止不動。
2) 工位直進(jìn)式
工位直進(jìn)式是以圓柱螺旋彈簧為運(yùn)動主體，再以外力使其按照預(yù)定軌跡運(yùn)動。因此，這個過程中彈簧的有效定位成為關(guān)鍵，關(guān)系到能否精確檢測彈簧分選分組信息。
3) 裝盛框旋轉(zhuǎn)式與通道旋轉(zhuǎn)式
圓柱螺旋彈簧主體要素檢測完成后需要對應(yīng)的將彈簧分配到預(yù)定裝盛框。裝盛框旋轉(zhuǎn)與通道旋轉(zhuǎn)兩種方式都能完成對彈簧的分裝，但在結(jié)構(gòu)和效率上卻不盡相同。裝盛框旋轉(zhuǎn)方式由于結(jié)構(gòu)本身自重與加入彈簧重量，使得對驅(qū)動體的要求提高，增加了設(shè)計成本。通道旋轉(zhuǎn)式基本上避免了裝盛框旋轉(zhuǎn)所帶來的不利因素，但精準(zhǔn)定位也是設(shè)計上需解決的技術(shù)要點(diǎn)。
1.3課題國內(nèi)外現(xiàn)狀
1.3.1國外分選機(jī)研究現(xiàn)狀
在分選機(jī)研究方面，國外公司起步較早。美國ESM公司及 Sortxe公司分別于20世紀(jì)30年代及40年代研制了這種設(shè)備，并根據(jù)市場需要不斷推陳出新。隨著工業(yè)化速度加快，在二十世紀(jì)四五十年代彈簧分選機(jī)運(yùn)用與發(fā)展，但也僅限于像飛機(jī)油門彈簧等高精度分選場合。同時一些彈簧專業(yè)生產(chǎn)廠也根據(jù)自身需要開發(fā)了一些以單一要素為主要分選體的分選設(shè)備。如瑞典的Tekno–Detaljer公司于 1970 年開發(fā)的彈簧分選機(jī)。該類分選機(jī)雖在精度上具有較大的優(yōu)勢，但由于其大多結(jié)構(gòu)簡單，且分選單一，因此僅適合一些實(shí)驗(yàn)性和小加工生產(chǎn)上作為檢測使用。
目前國外市場上有兩種彈簧分選機(jī)——高精度型與高速度型；高精度型彈簧分選機(jī)用來分選那些分檢精度要求很高的彈簧，如噴氣飛機(jī)的油門彈簧，該彈簧的每個變形即對應(yīng)一個飛行速度。因此，這種彈簧對精度要求十分苛刻，但這種分選機(jī)的分選速度很低，一般低于每分鐘4件，不適合大批量彈簧生產(chǎn)的需要。高速度型彈簧分選機(jī)主要為大批量彈簧生產(chǎn)商研制的專用分選機(jī)，如英國Testometric公司研制的Testometric AT-S機(jī)，這種分選機(jī)在速度上能達(dá)到較高的要求，但高昂的費(fèi)用使的大多數(shù)的企業(yè)都無法接受。
1.3.2國內(nèi)分選機(jī)研究現(xiàn)狀
相對國外而言，國內(nèi)分選機(jī)的研究還處于起步階段，用于成品的還很少,目前主要是引進(jìn)或者改造國外的分選機(jī)。國內(nèi)生產(chǎn)彈簧分選機(jī)的主體企業(yè)并不多，只是一些企業(yè)主要依據(jù)自身的要求研發(fā)相應(yīng)的自動化程度較低的、分選比較單一的分選機(jī)，如杭州寶威機(jī)械廠研制的彈簧分選機(jī)，該機(jī)在設(shè)計上采用工位旋轉(zhuǎn)方式，速度與彈簧定位成為關(guān)鍵，速度過快彈簧可能在慣性下飛出工位，速度過低則達(dá)不到設(shè)計要求，且圓盤式結(jié)構(gòu)使得圓盤轉(zhuǎn)到的慣性難以控制。針對此種情況國內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)和大專院校結(jié)合實(shí)際也做了相關(guān)的研究工作，如湖北工業(yè)大學(xué)與武漢科技學(xué)院合作研發(fā)的數(shù)控彈簧高速自動分選機(jī)，該項(xiàng)目研究的數(shù)控彈簧高速自動分選機(jī)，開發(fā)了檢測系統(tǒng)抗漂移、抗干擾和變頻傳動高速分度系統(tǒng)；研制了快速采集和快速濾波系統(tǒng)；確定了數(shù)據(jù)特征值，開發(fā)了計算機(jī)快速彈簧檢測圖形分析及檢測軟件，但在速度與彈簧分組值上還有待提高。
1.4存在問題
張偉，蘇惠芳，顧國寶等在文獻(xiàn)[1]中總結(jié)，得出當(dāng)今的彈簧分選機(jī)急需解決的一些問題，如，測試高度不能自由顯示,整機(jī)外型的美觀性等都需要進(jìn)一步開發(fā)、改進(jìn)。
第2章 方案的選擇與設(shè)計
2.1本課題的設(shè)計任務(wù)
彈簧測力分選機(jī)是由送料機(jī)構(gòu)，加力及檢測機(jī)構(gòu)，落料及分選機(jī)構(gòu)組成。其工作過程是：人工有順序的將彈簧放入送料機(jī)構(gòu)，送料機(jī)構(gòu)在送料電機(jī)的帶動下，通過一個有特定傳動比的機(jī)構(gòu)，將彈簧送入加力及檢測機(jī)構(gòu)的待測點(diǎn)，以待檢測，加力與檢測機(jī)構(gòu)由加力機(jī)構(gòu)與稱重傳感器及相關(guān)零件組成，當(dāng)彈簧到達(dá)待檢測點(diǎn)后，加力機(jī)構(gòu)的壓桿下壓，直至到達(dá)規(guī)定的彈簧變形量停止，篩選出合格與不合格產(chǎn)品，自動流入不同料箱。所以本課題的主要設(shè)計任務(wù)就是設(shè)計出送料機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)與分選機(jī)構(gòu)這幾個部分。
圖2-1彈簧測力分選機(jī)布局方案
2.2圓柱螺旋彈簧分選機(jī)的設(shè)計思路
圓柱螺旋彈簧分選機(jī)分選流程：彈簧成型后進(jìn)入分選工序，依次進(jìn)入送料機(jī)構(gòu)→預(yù)壓→彈力值F測→分選裝框。在此過程中需要及時人工抽檢彈簧實(shí)測值與彈簧分選機(jī)檢測值對比，如若相對值不在公差范圍，則立即手動調(diào)校準(zhǔn)至工作范圍。分選完成后由工作人員將盛滿的框包裝整理，將空框安放到位即可。此彈簧測力分選機(jī)是對大量生產(chǎn)的彈簧依據(jù)其彈性系數(shù)不同，按照設(shè)定的指標(biāo)進(jìn)行測試，篩選出合格與不合格產(chǎn)品，自動流入不同料箱，用于不同場合。通過查閱大量文獻(xiàn)，提出下列設(shè)計思路：
(1) 通過查閱大量彈簧分選機(jī)的資料提出性能更優(yōu)越的設(shè)計方案；
(2) 對圓柱螺旋彈簧測力分選機(jī)進(jìn)行總體的機(jī)構(gòu)設(shè)計；
(3) 根據(jù)整體對各個部件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計；
(4) 設(shè)計好整體及零部件后進(jìn)行強(qiáng)度的校核;
2.3送料機(jī)構(gòu)：
這個部分是將受檢彈簧逐個連續(xù)的輸送給下一機(jī)構(gòu)，這里有兩種方案比較，一種是采用帶式輸送，一種采用分料盤將受檢彈簧從料斗中取出輸送出去，如下圖所示
圖2-2帶式輸送
圖2-3分料盤輸送
帶式送料裝置是用減速器通過一定的傳動比將受檢彈簧輸送出去，由于傳動帶的長度有限，故傳動帶上的彈簧數(shù)量少，且需人工有間隔的放置，耗時耗力，而采用分料盤輸送可以將彈簧放入存料盒中，通過送料接口，感應(yīng)探頭等的配合控制下料速度，然后由送料轉(zhuǎn)子將彈簧送入分料盤中，與離心力的自然作用結(jié)合，效率高，同時機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，最后從滑道流入下一機(jī)構(gòu)。
2.4加力及檢測機(jī)構(gòu)：
這個機(jī)構(gòu)是將工件準(zhǔn)確定位并對其進(jìn)行檢測的同時發(fā)出信號給分選系統(tǒng)。目前考慮有兩種類型的定位方式，一種是V型塊定位，一種是平面定位。工件以平面定位常用的定位元件主要有支承釘，支承板等方式，我們對于箱體、床身、機(jī)座、支架類零件的加工，最常用的定位方式是以平面為基準(zhǔn)，它們一般要求耐磨，均采用較好的材料，容易清理切削。工件以外圓定位常用的定位元件有V型塊定位，V型塊的兩工作平面間的夾角有60度、90度、120度三種，其中以90度應(yīng)用最廣，且結(jié)構(gòu)以標(biāo)準(zhǔn)化。V型塊設(shè)計，安裝的基準(zhǔn)是檢驗(yàn)心軸的中心。當(dāng)工件以粗基準(zhǔn)或工件以階梯圓柱面定位時，V型塊工作面的長度一般應(yīng)為2~5mm，以提高定位的穩(wěn)定性。用V型塊定位，工件的定位基準(zhǔn)始終在V型塊兩定位面的對稱中心平面內(nèi)，對中性能好?？紤]到送料裝置所采用的圓形分料盤，所以采用V型塊定位的方式，該定位使彈簧中心與傳感器中心對中，測力桿沿受檢彈簧軸線移動實(shí)現(xiàn)測力，并由測力桿對面的傳感器向分選系統(tǒng)發(fā)信號。如圖2-4
圖2-4測力系統(tǒng)方案
2.5落料及分選機(jī)構(gòu)：
彈簧分選機(jī)分選機(jī)構(gòu)是有效分選的關(guān)鍵技術(shù)。該機(jī)構(gòu)在設(shè)計需求上需要結(jié)構(gòu)相對要簡潔，能將圓柱螺旋彈簧準(zhǔn)確快速的分裝在分選框內(nèi)，同時便于方便取出分選好的彈簧。作為連接定位與分選框的的中間環(huán)節(jié)，對于分選機(jī)構(gòu)的要求提出了更高的要求，而用戶的需求又是不盡相同的，因此在設(shè)計上應(yīng)該考慮模塊化的設(shè)計方式，即將各個部分化整為零，依據(jù)用戶需求來裝配分選機(jī)構(gòu)的分選數(shù)組。在這里分選機(jī)分選機(jī)構(gòu)在保障有效落料方面起著核心控制作用，關(guān)鍵在于使圓柱螺旋彈簧準(zhǔn)確快速的分裝在分選框內(nèi)。國內(nèi)外在這方面的研究時間相對較早，運(yùn)用方式也越來越靈活多變。具有代表性的分別運(yùn)用在農(nóng)業(yè)上的種子分選滾筒式、蘋果分選鏈條式，其次就是利用分選物料自身特性設(shè)計分選機(jī)構(gòu)——落料筒動定方式。滾筒式與鏈條式原理相同，僅在結(jié)構(gòu)上有差別，都能適應(yīng)大量自動化生產(chǎn)的要求且效率也高，但由于結(jié)構(gòu)龐大以及是以大量的摩擦傳動為基礎(chǔ)，因此在設(shè)備運(yùn)行過程中資源消耗大，不適用于體積小、重量輕的離合器彈簧的分選。落料筒動定方式有效運(yùn)用了彈簧自身要素特點(diǎn)，利用彈簧彈性系數(shù)的不同從而進(jìn)行分選，不僅結(jié)構(gòu)簡單，且可控制好等特點(diǎn)。下圖2-5是分選機(jī)構(gòu)的方案。
圖2-5分選機(jī)構(gòu)方案
這里應(yīng)提出在我們選擇方案時，應(yīng)著重考慮下述幾個方面:（1）所選方案是否能滿足要求的性能指標(biāo)。（2）結(jié)構(gòu)是否簡單、緊湊、實(shí)用。（3）制造是否方便，成本可否降低。
綜上所述，整個彈簧分選機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)我們采用分料盤輸送的送料機(jī)構(gòu)，V型塊定位的檢測機(jī)構(gòu)以及落料筒動定方式的分選機(jī)構(gòu)，以便更好的達(dá)到我們所期望的設(shè)計要求。
第3章 總體的機(jī)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)查閱的各種文獻(xiàn)資料，以及上章對各個方案的比較，基本勾勒出了圓柱螺旋彈簧測力分選機(jī)的總體機(jī)構(gòu)的藍(lán)圖。如圖3-1、3-2所示，圓柱螺旋彈簧測力分選機(jī)機(jī)構(gòu)主要由三個部分組成，即落料機(jī)構(gòu)、測力機(jī)構(gòu)和分選機(jī)構(gòu)。這三個部分由各個零件組合而成，裝配后焊接于底座上。底座采用鑄造工藝制作而成，以提供穩(wěn)定的支撐。
定位機(jī)構(gòu)即分料盤與空心軸通過健連接，傳動軸上有緊固件，并且有一個深溝球軸承，一個角接觸球軸承裝在軸上，分別承受徑向與軸向的載荷力。將空心軸通過緊固件連接在底座上，電動機(jī)放在支承板的電動機(jī)支架上，電動機(jī)上的齒輪與套在傳動軸上的大齒輪嚙合用以傳動。
測力機(jī)構(gòu)安裝在底座上，主要為一個小型液壓缸給予壓力壓跟隨分料盤轉(zhuǎn)動到檢測工位的螺旋彈簧。
分選機(jī)構(gòu)安裝在底座上，主要由氣壓缸給予推力將分選出的圓柱螺旋彈簧推出分料盤落入不同的落料箱中，最終完成分選。
圖3-1彈簧測力分選機(jī)三維圖
圖3-2 彈簧測力分選機(jī)三維剖視圖
第4章 彈簧分選機(jī)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1齒輪的選擇設(shè)計
齒輪傳動是本方案彈簧分選機(jī)的重要傳動之一，齒輪傳動的形式很多，應(yīng)用廣泛，傳動的功率可達(dá)數(shù)十萬千瓦，圓周速度可達(dá)200m/s，在這里要介紹的是安裝在分料盤下面，主要運(yùn)行軸和減速器之間傳動的兩個直齒圓柱齒輪。由于兩個齒輪的分度圓直徑均d≤160mm，因此兩個齒輪都采用腹板式結(jié)構(gòu)。下面首先是連接電動機(jī)的小齒輪。（輸入功率p1=5kw,轉(zhuǎn)速n1=1500r/s）。
此彈簧分選機(jī)屬于工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度（GB10095—88），并且經(jīng)過查表選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，兩者材料硬度差為40HBS。
選小齒輪齒數(shù)z1=20，大齒輪齒數(shù)Z2=77,由設(shè)計計算公式進(jìn)行試算，即d(1t)≥2.323KT1?d×u±1uZEσH2，為確定公式內(nèi)的計算數(shù)值，試選載荷系數(shù)Kt=1.3，小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1=3.18×10∧4N.mm，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》查表選取齒寬系數(shù)?d=1，材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa12，按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1=600MPa,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2=550MPa。由公式可計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=6.48×109，N2=2.025×109，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.90，KHN2=0.95。計算接觸疲勞許用應(yīng)力時，取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，可得σH1=KHN1σlim1S=540MPa， σH2=522.5MPa，由此可算出小齒輪分度圓直徑d(1t) ≥39.715mm，圓周速度v=πd1tn160×1000=3.12m/s，齒寬b=?d*d1t=39.714mm，模數(shù)m(t)=d1tZ1=1.654mm，h=2.25, m(t)=3.72mm，bh=10.67。根據(jù)以上數(shù)據(jù)并且按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑d1=d1t3KKt=42.51(根據(jù)手冊查表計算得K=1.5994，Kt=1.3)，模數(shù)m=1.77mm。經(jīng)由齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計的計算，最后計算的m≥1.40 mm，對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(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)度算得的模數(shù)1.77并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=42.51mm，算出小齒輪齒數(shù)約為22，這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。最終根據(jù)公式可得出，分度圓直徑d1=z1×m=44mm，d2=z2×m=140mm，中心距a=d1+d22=92mm，齒輪寬度b=?d*d1t=44mm。所以可以設(shè)計出大小齒輪的結(jié)構(gòu)。
4.2夾持軸承與軸的連接的夾具的選擇
4.2.1上夾具的設(shè)計
如下圖4-3所示，此圖為夾持分選部分所用的專用夾具的上夾具主視圖；如下圖4-4所示，此圖為上夾具左視圖，如下圖4-5所示，此圖為上夾具俯視圖。其中，夾具的主要組成零部件已標(biāo)出。當(dāng)電動機(jī)帶動傳動軸3開始工作時，夾具夾持軸承以起到緊固的作用。
3—軸 4—鍵 6—大齒輪 7—夾緊件
圖4-3 上夾具主視圖
圖4-4 上夾具左視圖
圖4-5 上夾具俯視圖
4.2.2下夾具的設(shè)計
夾持深溝球軸承并固定在支承板上的下夾具，采用軸承座的形式，下圖4.6、4.7、4.8分別表示軸承座的主視圖、左視圖以及俯視圖。通過上下夾具共同的作用，使得分選部分的工作更加緊固。
圖4-6 軸承座主視圖
圖4-7 軸承座左視圖
圖4-8 軸承座俯視圖
4.3氣缸的設(shè)計選擇
氣缸是根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。這里我們采用普通單作用活塞缸，僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。它主要用于將檢測好的圓柱螺旋彈簧退出分料盤，以便下一批彈簧的檢測。下圖的圖4-9為氣缸的三維圖，圖4-10，圖4-11，圖4-12分別為氣缸的主視圖，左視圖以及俯視圖。圖中已標(biāo)出所需尺寸。
圖4-9 氣缸的三維圖
圖4-10 氣缸的主視圖
圖4-11 氣缸的左視圖
圖4-12 氣缸的俯視圖
4.4傳動軸的選擇設(shè)計
軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動和動力，在本設(shè)計中我們所選用的傳動軸是只承受扭矩而不承受彎矩（或彎矩很?。┑妮S。這里的傳動軸選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。設(shè)計此傳動軸的結(jié)構(gòu)滿足了軸和裝在軸上的零件有準(zhǔn)確的工作位置，軸上的零件便于裝卸和調(diào)整，并具有良好的制造工藝，各零件間牢固可靠。下圖4-13是軸的三維圖，下圖4-14是根據(jù)軸向定位的要求所設(shè)計出的軸的各段直徑與長度，尺寸已在圖中標(biāo)出。圖4-15是鍵處的局部剖視圖。
圖4-13 軸的三維圖
圖4-14 傳動軸的主視圖
圖4-15 剖視圖
4.5軸承的選擇設(shè)計
4.5.1原動部分裝配所選用的軸承
如下圖4-16所示，為選用的深溝球軸承，代號為61800—2RZ。圖4-17為該軸承的剖視圖，所需尺寸已在圖中標(biāo)出。
圖4-16 深溝球軸承的三維圖
圖4-17 深溝球軸承的剖視圖
這類軸承主要承受徑向載荷，也可同時承受小的軸向載荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。在高轉(zhuǎn)速時，可用來承受純軸向載荷。工作中允許內(nèi)、外圈軸線偏斜量≤8′～16′，大量生產(chǎn)，價格最低。因?yàn)樵瓌硬糠州S很短，所以只選用61800—2RZ這一深溝球軸承，即可滿足需求。
4.5.2 執(zhí)行部分裝配所選用的軸承
如下圖4-18所示，是傳動軸下端裝配所選用到的深溝球軸承61902—2RZ，這類軸承主要承受徑向載荷，也可同時承受小的軸向載荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。在高轉(zhuǎn)速時，可用來承受純軸向載荷。工作中允許內(nèi)、外圈軸線偏斜量≤8′～16′，大量生產(chǎn)，價格最低。圖4-19為它的剖視圖。
圖4-18深溝球軸承的三維圖
圖4-19 深溝球軸承的剖視圖
如下圖4-20所示，是傳動軸下端裝配所選用到的角接觸球軸承B7200C，這類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，也可以單獨(dú)承受軸向載荷，能在較高轉(zhuǎn)速下正常工作。承受軸向載荷的能力與接觸角α有關(guān)。接觸角大的，承受軸向載荷的能力也高。圖4-21為它的剖視圖。
圖4-20角接觸球軸承主視圖
圖4-21 角接觸球軸承剖視圖
4.6其他主要零部件的設(shè)計
4.6.1鍵的選擇設(shè)計
鍵的選擇應(yīng)用于兩部分，原動部分中連接電動機(jī)的裝配小齒輪所選擇設(shè)計的鍵7×18。傳動軸下端裝配大齒輪所選擇設(shè)計的鍵為7×23。
4.6.2軸套的選擇設(shè)計
如下圖4-22所示，為軸套的尺寸設(shè)計。上面的軸套位于傳動軸上端深溝球軸承61902—2RZ的上面，下面的軸套位于傳動軸下端角接觸球軸承B7200C的下面。
圖4-22 軸套
4.6.3電動機(jī)的選擇設(shè)計
電動機(jī)的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動力源。這里通過電動機(jī)的轉(zhuǎn)動從而使得整個裝置工作，我們選用Y100L2-4，額定功率為3kw，電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速為1420r/min，額定轉(zhuǎn)矩為2.2。下圖4-23為電動機(jī)的三維圖，圖4-24為電動機(jī)三視圖。
圖4-23 電動機(jī)三維圖
圖4-24 電動機(jī)三視圖
4.6.4分料盤的設(shè)計
分料盤的設(shè)計是送料機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵，它可以將彈簧放入存料盒中，通過送料接口，感應(yīng)探頭等的配合控制下料速度，然后由送料轉(zhuǎn)子將彈簧送入分料盤中，與離心力的自然作用結(jié)合，效率高，同時機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。圖4-25為它的三維圖，下圖4-26分別表示了送料機(jī)構(gòu)的主視圖、左視圖以及俯視圖。零件所需尺寸已在圖中標(biāo)出。
圖4-25分料盤三維圖
圖4-26分料盤三視圖
4.6.5底座的設(shè)計
此彈簧分選機(jī)中的底座設(shè)計是用來支撐分選機(jī)構(gòu)及電動機(jī)部分，并且用來支撐氣缸的活動，這里我們選用45鋼的底架。，圖4-27，圖4-28，圖4-29分別是底座的主視圖、左視圖以及俯視圖，所需尺寸已在圖中標(biāo)出。
圖4-27 底座主視圖
圖4-28底座左視圖
圖4-29底座俯視圖
第5章 校核計算
5.1底座上板的受力分析與彎曲應(yīng)力計算
5.1.1 受力分析
如下圖5-1所示，為底板的受力分析，其中已知F=10KN，即為拉力機(jī)所承受的最大拉力，距離單位是：mm。
圖5-1底板受力分析圖
5.1.2 計算
力 F=F=F=10KN×=5KN
力矩 M= M= F·100×10=0.5KN·m
抗彎截面系數(shù)或抗彎截面模量W，對底板矩形截面，如下圖5-2所示，有
W=
其中b=95 mm ,h=10mm。則
W== 95×102m×10-9/6 m = 1.58×10-6m
=500/ 1.58×10-6=3.33×107P= 31.6MP
50
Z
90
x
圖5-2 底板截面圖
校核：因?yàn)榇舜卧O(shè)計底板所選用的材料為Q235鋼，由《機(jī)械工程材料》可
知其性能參數(shù)
375～460 MP
235 MP
由以上參數(shù)可知梁彎曲許用正應(yīng)力范圍，作為近似，可取為材料在軸向拉壓時的許用正應(yīng)力。顯而可見
則橫梁選擇設(shè)計安全合理。
5.2 軸受力分析與應(yīng)力計算
軸的工作能力就是指軸的強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面。軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度，所以我們要進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核，以防止斷裂或塑性變形。進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核時，根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，通過solidworks上的SimulationXpress應(yīng)力計算，可以對此軸的強(qiáng)度校核情況有個很全面，直觀的看法。下圖5-3中綠色是夾具所夾位置，紅色是軸所受的力。圖5-4為所計算出的應(yīng)力情況，圖5-5為軸變形的位移情況。圖5-6為軸的安全系數(shù)。
圖5-3 軸的受力情況
圖5-4 SimulationXpress Study-應(yīng)力-Stress
圖5-5 SimulationXpress Study-位移-Displacement
圖5-6 SimulationXpress Study-安全系數(shù)-Factor of Safety
我們所選的軸的材料是45鋼，調(diào)質(zhì)，通過在《簡明手冊》表中所查數(shù)據(jù)可知該材料的許用彎曲應(yīng)力σ-1≥70MPa，因此，對比上圖四幅圖中的情況來看，該傳動軸的選擇設(shè)計安全合理。
總結(jié)
本設(shè)計是對我在大學(xué)畢業(yè)前的主要設(shè)計學(xué)習(xí)工作的考核及學(xué)業(yè)總結(jié)。
彈簧測力分選機(jī)作為一種精密試驗(yàn)設(shè)備，對于材料科學(xué)的快速發(fā)展、對于工業(yè)產(chǎn)品和工程結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計、有效地使用材料、改進(jìn)工藝、降低勞動力、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本，以及保證安全可靠和提高使用壽命等有極其重要的作用。本設(shè)計從對彈簧分選機(jī)分析著手，先對彈簧分選機(jī)所面對的對象及其所完成的試驗(yàn)種類及方法入手，使我們對該分選設(shè)備的功能有一個大體的了解，接著分析了它的彈簧分選原理，包括彈簧分選機(jī)的基本結(jié)構(gòu)以及彈簧分選機(jī)的分選流程。本設(shè)計對于每一部分的機(jī)構(gòu)都進(jìn)行了兩種方案的比較，最后選擇更高效更快速分選的方案。本設(shè)計的主要部分是結(jié)構(gòu)設(shè)計，第三章對總體的方案設(shè)計描繪出了藍(lán)圖，并且通過對三維圖的研究更能直觀的看出整個的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在第四章——彈簧分選機(jī)的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對重要部分的零件作了詳細(xì)的繪制及講解說明。說明書最后章節(jié)對本設(shè)計中的兩個主要受力部分作了簡約的分析與校核，結(jié)果表明了本設(shè)計的安全合理性。
雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，而且相較于以前的課程設(shè)計難度大很多，并且需要繪制很多三維圖，兩三個月的時間幾乎天天呆在電腦前做設(shè)計，圖中稍有尺寸改動，就要大范圍的變動很多圖線，設(shè)計過程復(fù)雜繁瑣，但現(xiàn)在想來我的收獲卻是非常多，體會到了機(jī)械設(shè)計的苦與甜。通過查資料，包括書本的和網(wǎng)上的，不僅讓我獲得了很多新的知識，也讓我重溫了過去所學(xué)的知識，繪圖過程讓我對CAD的掌握不斷提高，對我即將進(jìn)入社會的機(jī)械設(shè)計工作打下了很好的基礎(chǔ)。
本次設(shè)計還存在很多不足之處，有些零件設(shè)計出于創(chuàng)新，加了自己的思想，但受知識的限制，沒能做出具體的解釋說明，這讓我感到很遺憾，很有壓力，但是這種不足和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，變壓力為動力，不斷的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行研究、探索和創(chuàng)造。
順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計給了我一定的成就感，讓我進(jìn)一步了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，我們可以發(fā)揮各自的靈感，對某些東西進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新，從而推動機(jī)械行業(yè)不斷發(fā)展、進(jìn)步。
致謝
在設(shè)計說明書完稿之際，衷心的感謝本次畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)老師周建華，正是在周老師悉心加耐心的指導(dǎo)下，課題研究及設(shè)計工作才得以開展并順利完成。我們無論什么時候有問題都可呼叫周老師，他總會采取各種聯(lián)系方式來指導(dǎo)我們，因?yàn)樵O(shè)計前期我在公司實(shí)習(xí)，不在學(xué)校，但是碰到有不懂的，無法下手設(shè)計的時候，周老師就會盡可能的采用電腦聯(lián)系軟件來為我解答問題。并且我每個星期都會將畢業(yè)設(shè)計的進(jìn)程發(fā)給老師，以便我給老師審查并幫我解決所遇到的問題。周老師不僅在我的學(xué)業(yè)上付出了極大的精力和熱情，在生活中也給予了很大的關(guān)懷和幫助。周老師不僅是我們的老師、長輩，更是我們的好朋友，和老師在一起，我們總是很快樂，很輕松，毫無拘束。周老師在待人處世和藹可親、謹(jǐn)慎謙虛的同時，對教學(xué)及科研工作嚴(yán)謹(jǐn)扎實(shí)、精益求精，勇于創(chuàng)新，他是值得我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣。
在此也要感謝我的家人對我的教育、培養(yǎng)和支持，只因有他們，我才會有機(jī)會走到現(xiàn)在美好的人生階段，接觸那么多美好的東西，擁有現(xiàn)在的一切。
最后，在這里感謝所有關(guān)心和幫助過我的人，在我設(shè)計不懂的時候除了老師的指導(dǎo)還有同學(xué)的幫助。在此以簡短的文字回報他們的理解和支持！
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附件：彈簧分選機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計整體及零件圖（電子檔及打印圖紙）
季琳莉
2014年5月29日