220型复合管脱模装置（螺旋式）设计

220型复合管脱模装置（螺旋式）设计目 录摘 要 . IAbstract . II第一章 绪论 .11.1 脱模装置的任务 .11.2 脱模装置的目的 .21.3 脱模装置的发展现状 .3第二章 方案确定 .3第三章 驱动装置的选择 .53.1 电动机的选择 .53.2 减速器选择 .6第四章 零件的设计 .84.1 螺杆的设计 .84.2 减速器的选择 .94.3 齿轮的设计 .11第五章 标准件的选择 .135.1 轴承的选择 .135.2 联轴器的选择 .135.3 键的选择 .145.4 密封圈的选择 .15第六章 其他部件的设计 .176.1 导轨的设计 .176.2 机架的设计 .176.3 支撑部件的设计 .18第七章 主要零件的校核 .207.1 齿轮的校核 .207.2 轴的校核 .217.3 轴承的校核 .227.4 螺杆的校核 .247.5 键的校核 .25第8章 总结与体会 .26致谢 .27参考文献.28摘 要 本文首先介绍了15t螺旋式电工绝缘管脱模装置的工作原理，通过讲解其工作过程来表明该装置的大体布局。并比较了不同脱模装置的优缺点，从而肯定了螺旋式脱模装置的优点。论文主要介绍了螺旋式电工绝缘管脱模装置中标准件（包括轴承、联轴器等）的选择和非标准件（包括轴、齿轮、螺杆等）的设计。在文章中详细地描述了这些零件的选择原则及设计过程，对相似零件的设计和选择具有辅助指导作用。除此之外，文章还介绍了一些零件的校核，包括齿轮、螺杆、轴承等。在文章中，详细地阐述了支撑部件的结构和工作原理，并表明了添加支撑部件的必要性。除此之外，还介绍了机架及轨道的设计，讲述了如何增加机架的强度以及如何提高轨道的设计精度和强度。关键词：螺杆；传动；脱模；芯模IAbstract 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 moduleII第一章 绪论1.1 目的和意义 脱模是将固化在玻璃钢中的芯模通过拉或顶的方式取出，是电工绝缘管制造中一个非常重要的环节。脱膜技术在工业生产中占有重要地位。脱模机是玻璃钢复合材料产品生产的主要配套设备之一，它是一种非标准产品。脱模过程中，由于芯模与玻璃钢在相对运动过程中要产生热应力、摩擦力、冲击力和静电等，当上述指标超过玻璃钢的许多极限时，极易产生爆炸事故，所以玻璃钢在脱模过程中要对芯模的速度、位移、拉压力都要严格控制，以降低脱模过程中由于芯模的冲击、爬行等对玻璃钢带来的损伤，提高系统的可靠性和安全性。脱模装置的优良与否直接关系到电工绝缘管的质量，从而影响工程的进行。通过对脱模设备的分析和设计，可提高设备的寿命及产品的质量，以方便工程的进行。脱模结构是塑料模具的主要部件，脱模结构设计的好坏，直接影响到注塑制品的表面质量和物理性能。每一个环节都是十分重要的，因此，注塑模具的脱模结构设计绝不能忽视，研制和开发塑料模脱模结构CAD系统是十分必要的。目前国内常用的脱模方式有两种，一是直接拉出，二是脱模顶芯装置。两种脱模方式脱模时均不能有效地控制脱模力和脱模速度。为了保证脱模过程的安全性，脱模过程必须严格控制脱模力、脱模速度和脱模行程。1.2 发展状况 近年来，我国对数据脱模是将固化在玻璃钢中的芯模通过拉或顶的方式将其取出，是电工绝缘管制造中一个非常重要的环节。脱膜技术在工业生产中占有重要地位。脱模机是玻璃钢复合材料产品生产的主要配套设备之一，它是一种非标准产品。电工绝缘管脱模机主要有脱模支架、脱模驱动装置、液压系统装置、电动装置以及动力源装置等。脱模过程中，由于芯模与玻璃钢在相对运动过程中要产生热应力、摩擦力、冲击力和静电等，当上述指标超过药柱的许多极限时，极易产生爆炸事故，所以玻璃钢在脱模过程中要对芯模的速度、位移、拉压力都要严格控制，以降低脱模过程中由于芯模的冲击、爬行等对玻璃钢带来的损伤，提高系统的可靠性和安全性。目前国内常用的脱模方式有两种，一是脱模顶芯装置，一是吊车直接拉出。两种脱模方式均不能有效地控制脱模力和脱模速度。为了保证脱模的顺利进行，尤其是避免瞬时强力对模具的作用，脱模过程必须严格控制脱模力、脱模速度和脱模进程。当代，科技发展越来越快，脱模装置得到了许多的改进，在结构上有了许多的创新（有液压式脱模，链式脱模，螺旋式脱模等）。本次毕业设计选取螺旋式传动方案进行脱模。这是因为液压式脱模无法使芯模自动地返回原位，而链式脱模装置在脱模过程中不平稳。螺旋式脱模装置脱模时运行平稳，对模具和电工绝缘管都有保护作用。1.3 研究内容 本次毕业设计所设计的是一种简易的脱模装置，便于电工绝缘管的制作，在该装置中充分考虑到以上所提的问题，使所设计出的装置既便于脱模，同时脱模后保证芯模表面无损伤。本次螺旋式电工绝缘管脱模装置的设计大体包含脱模支撑部件、脱模驱动装置、传动装置以及动力源装置等的设计。其中传动装置主要是螺旋传动，驱动装置包括电机和减速器的选择。在这次设计中，主要对部分标准件进行了选择，同时还对一些零件进行了设计并对这些零件进行了校核。在设计过程中，还添加了一些辅助装置，即支撑设备（包括对芯模的支撑和对电工绝缘管的支撑）。为了方便表达，绘制了装配图，以及部分零件图。主要阐述了复合管脱模装置的工作原理、机构组成、传动方案设计、脱模力计算及零件尺寸确定。生产为了提高生产效率，与稳定性，因此在设计时要求力求结构简单，但是一定要保证其精度要求。本文主要讲述了对220型复合管脱模装置（螺旋式）设计，通过对脱模装置功能分析设计出符合其功能要求的结构，利用计算机绘制出模具的3D模型。 通过对脱模装置的功能分析，主要有以下几个部件：推杆、推出固定板、推板、拉料杆、复位杆等。推出机构应顶出可靠，复位准确，运动灵活，制造方便，更换容易，且具有足够的强度和刚度。对其脱模形式进行研究，优化其模具结构。运用本专业所学知识，对实际工作进行工艺学和生产的经济性分析。第二章 方案确定 我所设计的装置主要是利用螺旋传动带动芯模移动，从而达到脱模的效果。该装置主要包含电机装置、减速器装置、传动装置（即螺杆）、大小齿轮、直线导轨、支撑固定装置（V形块和挡架）以及承接模具装置等。该装置从左到右大体布局是：电机通过联轴器和减速器相连，减速器右边和带有大齿轮的轴相连，大齿轮两边各布置一根各带有小齿轮的螺杆。螺杆右边和螺母相连，构成螺旋传动，螺母固定在移动头上。移动头安置在水平导轨上，可沿直线导轨做左右直线移动。移动头右边和接头相连，接头通过圆柱插销和芯模连接在一起。芯模外部是电工绝缘管，电工绝缘管安置在两个V形块上，V形块对电工绝缘管起支撑作用。与此同时，电工绝缘管左边部有挡架。又因为芯模较长，所以在两根直线导轨间安置支撑部件。该装置大体布局如下：1电机 2减速器 3大齿轮 4小齿轮 5螺杆 6导轨 7移动头 8芯模图1 装置布局图该装置大体工作过程是：电机通过减速器将运动和力传递给大齿轮，大齿轮通过齿轮啮合传动带动螺杆做旋转运动。螺杆通过螺旋副将旋转运动转化为移动头的直线移动，而移动头和芯模连接在一起，所以芯模也沿着直线导轨做直线移动。与此同时，电工绝缘管受V形块和挡架的支撑固定不动，从而达到脱模效果。又因为芯模较长，所以在直线导轨间设置支撑装置，对芯模起支撑保护作用，以便于以后生产运用。在开始设计的时候想到用一根螺杆进行传动，可是考虑到脱模力较大（即Q=15t），所以采用两根对称分布的螺杆进行传动，从而降低单根螺杆上的力，导轨采用直线滑动导轨。第三章 驱动装置的选择3.1 电动机的选择电动机主要是提供动力以供后续部件进行工作。电动机的选择主要是依据执行件所受的力和功率。根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型。根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的升温限过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式。所选电动机功率应留有余量，负荷率一般取0.8-0.9。过大的备用功率会使电机效率降低，对于感应电动机，其功率因数将变坏，并使按电动机最大转矩校验强度的生产机械造价提高1。减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。3.1.1 电动机类型确定电动机类型很多，主要有直流电动机和交流电动机两大类。交流电动机有结构简单、制造容易、维护方便、运行可靠等优点，因此本次设计中采用交流电动机。且刚开始脱模时，脱模速度要求较小，当芯模运行一定距离时，可加快脱模速度，所以选用调速电机。因此本次设计中所用电机为电磁调速电机。3.1.2 电动机参数的确定 由任务书知脱模力为10t,脱模速度为10mm/s,因此可计算出芯模移动功率，即：P芯模= Qv， v= 0.01m/s，Q=101039.8 N所以 P芯模= 1.47kW考虑到运行过程中，受很大的摩擦力和一些其他的外力，且脱模力较大，所以应提高 P芯模，取系数为1.8,则 P芯模为1.77kW。则每根螺杆应输出的功率为： P1=P芯模/2= 1.32kW考虑到螺旋传动的效率为36.2%，即： (1) 其中传动过程中有损失，根据查阅资料可得：滚动轴承效率1=0.97,齿轮效率，2=0.98,联轴器效率3=0.97；所以电机功率： Pd= =9.64 kW (2) 因此，根据查机械设计手册得,可选电机型号为YCT-225-4B，调速范125-1250r/min,标称功率为15kW，额定转矩为94Nm。3.2 减速器的选择 减速器的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器以及他们互相组合起来的减速器；按照传动的级数可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器；按照传动的布置方式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器1。 （1）减速器传动比确定本次毕业设计采用硬齿面圆柱齿轮减速器，这类减速器是渐开线齿轮减速器，分单级（D）、两级（L）、三级（S）3个系列。主要运用于冶金、矿山、运输、水泥、建筑、化工、纺织、轻工等行业。总传动比i电机/螺杆=865/170=5.1（螺杆转速为170r/min）,且在减速器和螺杆之间需添加一对齿轮传动，是增速的，因此取减速器为两级减速器，其传动比设为i减速器=8。 （2）减速器型号确定轴上的功率的计算公式为 (3) 即P1= 13.3kW螺杆上的功率为 (4)即P2= 6.3kW轴上的转矩： (5)轴的转速为： (6)即n1= 108r/min则T1= 1176Nm 螺杆上的转矩： 且n2= 170r/min，所以转矩可求为：T2= 354Nm。根据JB/T 8853-2001，取减速器型号为ZLY140。第四章 零件的设计4.1 螺杆的设计螺旋传动是用来将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的传动部件，并具有传动效率高，定位准确等特点。当螺杆作为主动体转动时，螺母就会随螺杆的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。本次设计所采用的螺旋传动就是以螺杆为主动件，带动和螺母固定在一起的移动头做直线移动。螺杆与螺杆螺母间因无间隙，直线运动时精度较高，尤其在频繁换向时无需间隙补偿。螺杆螺母间摩擦力很小，转动时非常轻松。螺杆转动一周螺母移动的距离为一个螺距距离,如果是螺杆每转一周螺母移动四个（或五个）螺旋线的距离，那么表示该螺杆是四线（或五线）螺杆，俗称四头（或五头）螺杆。 一般小导程滚珠螺杆都采用单线，中，大或超大导程采用两线或多线1。4.1.1 螺杆选材螺杆选用梯形螺纹，材料为45钢，调制处理，硬度为220-250HBS，螺母材料选用ZCuAl10Fe3。4.1.2 螺杆尺寸确定 由12-1-9，可得p=18-25N/mm2，取p=20N/mm2，从而确定每根螺杆所受的力，即：F=Mg/2=151039.82= 7.4104N进而确定单根螺杆最小直径： (7) 由表12-10-4中公式（1），取=1.7，所以算得d2=37.3mm由GB5796.3-86可选d=42mm，d2=D2=38.5，螺距P=7mm，D4=43mm，d3=34mm，D1=35mm的梯形螺纹，中等精度，S=P=7mm。且又芯模移动速度为0.02m/s，则螺杆转速为： （8）螺旋升角： (9) 由表12-1-7刚对青铜f= 0.08-0.10，取f=0.09，可得 (10)螺杆效率 (11)螺杆的各段尺寸如下：图2 螺杆4.2 齿轮的设计齿轮传动运用范围很广，具有的优点有：能够传递两个平行轴、相交轴或交错轴间的回转运动和转矩，能够保证传动比恒定不变，能传递足够大的动力；运动精度和传动效率高，工作可靠、寿命长、结构紧凑。因此，它是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动形式10。本次毕业设计应用齿轮传动主要是为了将减速器传递出来的运动分给两根螺杆上，从而带动螺杆做旋转运动，进而带动移动头作直线移动。4.2.1 齿轮选材 大小齿轮均采用硬齿面，材料均为45钢渗碳淬火，硬度180-210 HBS，弯曲疲劳极限应力Flim=430MPa，接触疲劳极限应力Hlim=750MPa。4.2.2 齿轮计算由于齿轮是硬齿面，所以按弯曲疲劳强度设计，因为该装置总传动比为i电机/螺杆=1250/170=7.4，且减速器的传动比为i减速器=8，所以齿轮传动比为i=0.925 由以下公式确定模数： *12.6 (12) （1）确定许用弯曲应力 (13)其中：Flim试验齿轮齿根的弯曲疲劳极限； YST试验齿轮的应力修正系数，当采用国家标准给点的Flim值计算 时，YST=2； YN弯曲疲劳强度计算的寿命系数，一般取YN=1。当考虑齿轮工作 在有限寿命时，弯曲疲劳允许应力的系数可适当提高。 SFlim弯曲强度最小的安全系数。一般传动可取SFlim=1.3-1.5,；重要 传动取SFlim=1.6-3.0。因此可取 YST= 2，YN= 1，SFlim= 1.6所以算得FP，即:FP= 538N （2）选取载荷系数K (14)式中：K载荷系数； KA使用系数； Kv动载系数； K齿向载荷系数； K齿间载荷系数；充分考虑实际要求，因此取 KA=1,Kv=1.2，K=1.1，K=1则K=1.32 （3）初步确定齿轮参数初取z1=45，z2=29，齿宽系数d=0.3。且计算得m为3.2mm取4mm，齿轮为标准直齿圆柱齿轮，压力角为200。大齿轮分度圆直径 d1=mz1=445= 180mm大齿轮齿根圆直径 df1=d12hf1=1602（1+0.25）4= 170mm大齿轮齿顶圆直径 da1=d1+2ha1=180+214 = 188mm小齿轮分度圆直径 d2=mz2=429 mm = 116mm 小齿轮齿根圆直径 df2=d22hf2=1162（1+0.25）4 = 106mm小齿轮齿顶圆直径 da2=d2+2ha2=116+214 = 124mm大齿轮齿宽 b1=dd2 = 31.2mm小齿轮齿宽 b2= b1+(510)= 36.241.2mm，取b2= 40mm图3 齿轮4.3 轴的设计轴是机器中的主要支撑零件之一。一切做回转运动的传动零件（如齿轮、蜗轮、带轮、链轮、联轴器等），都必须安装在轴上才能传递运动和动力。轴的种类有很多种，按其轴线形状分为直轴和曲轴。曲轴通过连杆机构可以将旋转运动转变为往复直线运动或相反的运动转换。根据轴的承载情况，直轴可分为转轴、心轴和传动轴。心轴只承受弯矩，不受转矩，转动的心轴受变应力，不转动的心轴受静应力，传动轴主要受转，不受弯矩或弯矩很小，转轴同时承受转矩和弯矩10。本次设计所用的轴是直轴，且只受转矩，属于传动轴。4.3.1 轴的材料选择选择轴的材料需要考虑下列因素：1）轴的刚度、强度及耐磨性要求；2）热处理方法；3）材料来源；4）材料加工工艺性；5）材料价格等。本次设计的轴所用的材料为45钢，该材料可进行热处理改变其综合性能，且加工工艺性好。因此对轴进行调制处理，使其硬度达到220250 HBS。4.3.2 轴的尺寸设计 (1)先按扭转强度估算轴径 (15)C取106，P1为13.3kW,n1为108r/min则 d 46.7mm所以取 dmin = 47mm (2)其他段按所配合出零件的要求进行计算,其大体形状如下：图4 轴 第一段和联轴器相连，该段直径为最小直径，即为47 mm，其长度取决于联轴器长度，第二段主要是为了对联轴器起轴向固定作用，该段加工精度要求较低，应当比前一段高5个毫米左右，所以该段直径为52mm。第三段为挡间，其作用是为了对右边的齿轮进行轴向固定。考虑到轴的加工方便，该段直径取为62mm。档间右边的轴段安装齿轮，该段的直径主要根据齿轮的宽度决定的，该段直径取为57mm，齿轮宽要比轴段长一到两毫米。齿轮右边安置轴承，对轴起支撑固定作用，其直径为轴承内径，取52mm。宽度大于两个轴承宽。第五章 标准件的选择5.1 轴承的选择轴承是支撑轴的部件。根据轴承中摩擦性质的不同，可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两类。滚动轴承具有下列优点：1)摩擦系数小，起动力矩小，效率高；2）轴向尺寸（宽度）较小；3）某些滚动轴承能同时承受径向和轴向载荷，因此可是极其结构简化、紧凑；4）径向间隙小，还可以用预紧的方法消除间隙，因此运转精度高；5）润滑简单，耗油量少，维护保养方便，6）它是标准件，易于互换等。虽然它有抗冲击能力差，高速时噪声大，工作寿命不及液体摩擦的滑动轴承长等确点，但是滚动轴承还是运用的范围最广10。滚动轴承种类很多，按所能承受的载荷方向和公称接触角的不同可分为向心轴承和推力轴承。向心轴承又可分为径向接触轴承和向心角接触轴承，推力轴承又可分为推力角接触轴承和轴向接触轴承。向心轴承主要承受径向力，其中径向接触轴承只承受径向力，向心角接触轴承既能承受径向力，也能承受轴向力。推力轴承主要承受轴向力，其中轴向接触轴承只承受轴向力，推力角接触轴承既能承受径向力也能承受轴向力1。5.1.1 轴承的材料选择 滚动轴承工作时，滚动体和内外圈都发生摩擦，所以所用材料应当强度高、耐磨性好，充分考虑后选用含铬的合金钢，牌号为GCr15SiMn，进行淬火处理，硬度不低于6065 HRC，工作表面进行磨削抛光。保持架也软钢冲压而成。5.1.2 轴承型号的确定 在本次设计中主要用到两类轴承，即圆锥滚子轴承和角接触轴承。因为和大齿轮固定的轴只收转矩，不受轴向力，所以使用向心轴承，又考虑到实际运用中可能受到一定的轴向力，所以选用角接触轴承，且受力较大，所选用03系列，即重系列。由于所配合的轴直径为52mm，所以选用的轴承型号为7310C。螺杆既受径向力也受轴向力，所以选用圆锥滚子轴承。由于所配合段的轴径为35mm。所以轴承型号为32307。5.2 联轴器的选择联轴器是用来连接两轴，使之一起转动并传递转矩的部件。联轴器连接的两轴只有在机械停车后，通过拆卸方法才能使两轴分离。联轴器连接的两轴线在理论上应该是严格对称的，但由于制造及安装误差的影响，往往很难保证连接的两轴保持对称，两轴间可能发生发生相对位移或偏斜的情况。如果位移的不到补偿，将会在轴、轴承、联轴器上引起附加载荷，甚至发生振动。联轴器可分为刚性联轴器、挠性联轴器、安全联轴器。刚性联轴器无位移补偿能力，用在被连接两轴要求严格对中以及工作中无相对位移之处。刚性联轴器应用较多的是套筒式、夹壳、凸缘式等几种类型，而凸缘式应用最为广泛10。本次设计所采用的联轴器都是凸缘式联轴器。凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器用键分别与两轴连接，然后用螺栓把两个半联轴器连成一体，以传递转矩和运动。所设计的装置中需要两个联轴器，分别用在电机与减速器之间，减速器与轴之间。5.2.1 电机与减速器之间的联轴器的选择联轴器已标准化，选择合适类型后，可按转矩、轴直径、和转速等确定联轴器的型号和结构尺寸。又因为电机输出轴直径为38mm，减速器输入轴直径为28mm。电机与减速器之间的转矩为且P=15 kW,n=865 r/min,所以算得转矩为T= 115Nm由此根据GB 58431986查得，选用联轴器的型号为YLD7 J38X65/J1B28X60。5.2.2 减速器与轴之间的联轴器的选择减速器输出端的轴直径为65mm，轴的直径为42mm，且轴上的转矩为1176 Nm，所以根据GB 58431986，可得联轴器型号为YLD10 J34X112/J1B42X105。5.3 键的选择键连接主要是是轴上零件与轴进行周向固定以传递运动和转矩。键是标准件，键连接可分为平键连接、半圆键连接和斜键连接。平键按用途分为普通平键、导键和滑键。本次设计所采用的键都是普通平键。它的两侧面是工作面，工作时靠键同键槽侧面的挤压来传递运动和转矩10。键的上表面和轮毂的键槽底面则留有间隙。因为普通平键连接具有结构简单、装拆方便、对中性较好等优点，因此在本设计中采用。5.3.1 电机与减速器间的联轴器所用的键 普通平键可分为A型、B型和C型。本次设计中所用键的型号都是普通型平键-A型。键的截面尺寸（键宽b和键高h）按轴的直径d由标准中选定；键的长度L可根据轮毂长度确定，轮毂长度一般可取（1.52）d，键长等于或略小于轮毂长度。 普通平键A型 普通平键B型 普通平键C型图5 键 因为电机伸出轴轴径为44mm，选用普通平键A型，根据GB/T 10962003，所以键宽b1取12mm，键长取42mm；减速器伸出轴轴径为36mm，选用普通平键A型，根据GB/T 10962003，键宽b2取10mm，键长取32mm。5.3.2 减速器与轴间的联轴器所用的键 因为减速器另一伸出轴轴径为65mm，选用普通平键A型，根据GB/T 10962003，所以选键宽b3=12mm，键长取70mm；轴直径为42mm，选用普通平键A型，根据GB/T 10962003，键宽b4取12mm，键长取70mm。5.3.3 齿轮与轴配合处的键因为与大小齿轮配合的轴直径分别为55 mm和26 mm，选用普通平键A型，根据GB/T 10962003，键宽分别为18 mm和10mm，键长分别为30 mm和31 mm。 则各键的尺寸如下表：表一 各键尺寸键的种类键的公称尺寸键的长度键的类型键1128 mm42 mm普通平键A型键2108 mm32 mm普通平键A型键32012 mm70 mm普通平键A型键4149 mm80 mm普通平键A型键51811 mm30 mm普通平键A型键6108 mm31 mm普通平键A型5.4 密封圈的选择 在机械设备中，为了阻止液体、气体工作介质或润滑剂泄漏，防止灰尘、水分进入润滑部位，必须设有密封装置。密封不仅能大量节约润滑剂，保证机器工作正常，提高机器寿命，而且对改善工厂环境卫生、保障工人健康也有很大的作用。根据被密封表面间是否有相对运动，密封可分为静密封和动密封。本次设计所采用的是动密封。主要是运用在轴承附近，防止齿轮的润滑油和轴承的润滑脂相接处，降低二者的功效。动密封种类很多，主要包括接触式密封，接触式密封包括毡圈、密封圈、机械密封等，非接触式有间隙、迷宫密封10。在该次设计中采用毡圈密封。毡圈密封属于填料密封，将毛毡、石棉、橡胶或塑料等密封材料作为填料，用压盖轴向压紧，使填料受压而产生径向压力抱在轴上，达到密封的目的。密封圈的型号选择主要根据所要密封的轴直径大小来决定。由于和密封圈相接触的轴直径为30mm,根据JB/ZQ 46061997，可知，所要选择的密封圈内径为34mm，外径为29mm，宽为7mm。第六章 其他部件的设计6.1 导轨的设计导轨的功用是支承并引导运动部件沿一定的轨迹运动。它承受其支承的运动部件和工件的质量及切削力。导轨按运动的性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和移置导轨；按摩擦的性质可分为滑动导轨和滚动导轨，滑动导轨又分为静压导轨、动压滑动导轨和普通滑动导轨。本次的设计根据设计要求我选择使用直线滑动导轨1。6.1.1 导轨材料的选择因为所选的导轨要承受移动头的摩擦，所以所选材料应具有良好的耐磨性、摩擦系数小和动静摩擦系数差小等特点。滑动导轨常用的材料主要是灰铸铁和球墨铸铁。灰铸铁通常以HT200或HT300做固定导轨。导轨加工好后，要进行实效热处理。6.1.2 导轨参数的设计由任务书知，产品最大长度为2000mm。且考虑到移动头的长度，所以导轨的长度要大于2000mm，本次设计取导轨长度为2064mm。根据滑块的滑动单元的宽度设计的滚动导轨槽宽度为100mm。结合制品的最大直径220mm以及丝杆和移动架在机架上的安装尺寸和芯模挡板的安装尺寸，设计的两导轨导轨槽之间的间距为830mm。由于导轨的长度很长，若不使用支承的方式的话就不能保证精确的轴向精度，所以将导轨通过螺栓连接，直接固定在机架上。6.2 机架的设计机器中的部件或大型零件都应有机座支撑，各种传动件也必须加以保护并与外界隔开，以免零件损伤或造成人身或设备的安全事故，所以也应该壳体加以保护并支撑各传动件。机器中这样一种零件，它能支撑零件或部件并保持它们之间的连接，如机器中的箱体，仪器仪表的壳体，机床的床身，立柱，其它机器中的底座及发动机机体等。6.2.1 机架材料选择多数机架形状比较复杂，故一般都采用铸造，由于铸铁的铸造性能好、价廉和吸振能力强，所以应用广泛。本次设计我采用的也是铸造机架。除此之外，通过焊接的方法将不同部位的机架焊接在一起。所用材料为HT200。6.2.2 机架参数及结构 根据本次设计制品及结构尺寸，机架长度为5400mm，宽度为1420mm，高度为513mm。其大体形状如下：图6 机架在机架结构设计中必须保证机架与其上的零部件的连接以及机架与地基之间连接的强度和刚度，影响连接刚度的主要因素是：连接处的结构，连接螺栓的数量，大小及其排列形式，垫片及其结合面的机加工表面精度等。在本设计中共使用了10个地脚螺栓来加强机架的稳定性，这10个地脚螺栓应均匀分布。由于在主机架之间需要安装零部件，所以通过焊接的方法在主机架之间焊接支撑板，然后将零部件安置在支撑板上。在焊接支撑板时，要特别注意不要使焊缝交错在一起，从而影响焊件质量。除此之外，由于机架有些部位受力较大（如安置电机和减速器处、安置轴承支座处等），所以需要增添肋板，以增加机架强度。肋板厚度定位30mm。在设计机架的时候，要特别注意不同零件的分布情况。不能使零件相互干涉，由其是在脱模过程中，不能使芯模和支撑架发生干涉。同时使支撑部件在同一高度，保证芯模呈水平放置。6.3 支撑部件的设计支撑部件主要是对其他部件起支撑固定作用。在本次毕业设计中，主要有两个支撑部件，即芯模支撑部件和电工绝缘管支承部件。6.3.1 芯模支撑部件在本次毕业设计中，我们要求保证脱模后芯模无损伤，而且制品较长，这就需要我们在脱模时要有一定的支撑来保证芯模不受损伤，经过查找资料和结合自己的想法，设计了螺纹调节支承，其结构如下：1支撑螺杆 2调节螺母 3端盖 4端盖 5机架 6套筒 7托板 8托辊 9支撑轴图7 螺纹调节支撑该结构为螺纹调节支撑，工作原理是：支撑套筒6与床身5通过螺纹连接在一起，支撑轴9与支撑套筒6通过平键相连，使支撑轴可在轴向直线滑动，支撑轴上端通过螺栓与托板7及托辊8结构连接。当调节螺母2与支撑螺杆1时，支撑螺杆推动支撑轴及托板结构向上或向下移动，保证芯模在托辊上。6.3.2 电工绝缘管支撑部件 脱模时，要使电工绝缘管固定，与此同时要使电工绝缘管保持水平。所以需要设置支撑部件，从而使电工绝缘管保持稳定。 该结构为螺纹调节支撑，工作原理是：支撑套筒4与床身6通过螺栓连接在一起，V形块5与支撑套筒4通过平键相连，使V形块可在轴向直线滑动。当调节螺母2与支撑螺杆1时，支撑螺杆推动V形块向上或向下移动，保证电工绝缘管在V形块上。第七章 主要零件的校核7.1 齿轮校核 齿轮传动的过程中，是两个齿轮的齿相互啮合的过程，传动过程有五种主要失效（损伤）形式，即：齿面疲劳点蚀、齿根弯曲疲劳折断、齿面磨损、齿面胶合及齿面塑形变形10。 齿轮传动在本次设计中起着重要作用，它的传递准确性高低决定后续的螺杆传动的准确性，所以要对齿轮进行校核，从而保证整个装置传动的准确性。由于所设计的齿轮是硬齿面，所以校核是应当以齿面接触疲劳强度校核。 （1）确定齿面许用接触应力 (16)其中：Hlim试验齿轮的接触疲劳极限，经查表，得Hlim= 750MPa； SHmin接触强度的最小安全系数，取SHmin=1.1； ZN接触疲劳强度的最小安全系数，一般取ZN=1； ZW工作硬化系数，它是用以考虑经磨齿的硬齿面小齿轮与调制刚大齿 轮相啮合时，对大齿轮齿面产生冷作硬化的作用，从而使大齿轮的 Hlim的到提高的系数，当两轮均是硬齿面或软齿面时，取为1。所以，算得许用接触应力为：HP= 682MPa （2）确定齿面接触应力 齿轮传动时，大小齿轮所受的齿面接触应力相等。其计算公式为： (17)其中：ZE弹性系数，取为189.8(MPa)1/2； K载荷系数，取为1.32； T2小齿轮上所受的转矩354Nm； d2小齿轮的分度圆，取为116mm：所以，算得接触应为为H= 25MPa因为HHP所以所设计齿轮符合要求。7.2 轴的校核轴主要是用来支撑齿轮，使大齿轮和小齿轮能很好的配合起来。 （1）求轴上的弯矩 由于轴位于两根螺杆之间，大齿轮受两小齿轮的径向力刚好相抵，所以轴只受转矩，不受径向力,即无弯矩。 （2）绘制弯扭图图8 弯扭图 （4）按弯扭强度校核受弯矩处强度校核 (18)其中：W为轴的抗弯截面系数， (19) 求得该处的应力为B= 58MPa。 经查表得，45钢的的弯曲疲劳极限为-1= 275MPa，即B小于-1，满足强度要求，所以所设计的轴合格。7.3 轴承的校核滚动轴承在工作时，滚动体和内外圈均发生摩擦，一旦轴承失效，则轴无法支撑，设备无法工作，所以要对轴承进行校核。滚动轴承的主要失效形式有疲劳点蚀，塑性变形和磨损。大量实验证明，滚动轴的疲劳寿命是相当离散的，所以为了方便起见，只需校核轴承的基本额定寿命。本次设计中用到两类轴承，分别是角接触轴承和圆锥滚子轴承。其中角接触球轴承所支撑的轴只受转矩，不受径向力和轴向力，且弯矩较小。所以只对支撑螺杆的圆锥滚子轴承进行校核即可。 （1）求轴承所受的力圆锥滚子轴承安装在螺杆上，支撑螺杆工作。本次所用的圆锥滚子轴承的型号为32307，其受力情况如下：图9 轴承受力图（2）计算螺杆上的径向力 如下图所示，其中两根螺杆受的径向力相同： Fr= (20)且又知T1为1176Nm，d1为180mm，为20。，所以求得Fr为：Fr= 2398N根据公式 （21）可求得F1= 2465N，F2= 67N；根据公式 (22)可求得S1= 770N，S2= 21N；根据公式 （23）可求得FA1= 4921N，FA2= 21N； （2）求当量动负荷 因载荷平稳，查表得冲击载荷系数fp取1.1，e为0.37。根据公式： （24） 所以X1=0.4,Y1=1.6;X2=1,Y2=0。根据公式 （25）可求得P1= 9745N，P2= 73.7N。 （3）求轴承寿命利用基本公式 （26）其中：P当量动负荷，P=max（P1；P2）=13688N； n转速，为156r/min, C基本额定动负荷，经查表得，取58.5kN； 寿命指数，滚子轴承取10/3； Lh轴承基本额定寿命； ft温度系数，取0.95。所以求得Lh= 44704h， 若按每天工作8小时，每年300天计算，则该轴承可工作6年，满足设计要求。7.4 螺杆的校核在本次设计中，螺杆起到传动作用，且较长，需要对其进行强度和刚度校核，以保证设备的正常工作。7.4.1 强度校核根据公式 (27)其中：F螺杆所受轴向力，值为74000N； d1螺杆内经，值为38.5mm； T螺杆所受转矩，值为354Nm；所以求得ca为63.6N/mm2。又螺杆的材料为45钢，屈服点S为340N/mm2，选择安全系数S为3，则螺杆材料的许用应力为： (28)可求得p为113.3N/mm2。因为cap，所以螺杆强度满足要求。7.4.2 螺杆刚度校核由于螺杆较长，所以要校核其刚度，根据公式： (29) (30) (31)其中：SF轴向载荷使导程产生的弹性变形； F轴向力，值为4900N； E螺杆材料的弹性模量，值为206kN/mm2； G螺杆材料的切变形模量，值为83.3kN/mm2； S螺杆导程，值为7mm； ST转矩使导程产生的变形； T1螺杆扭矩，值为354Nm； S导程的总弹性变量；可计算得,SF= 140um，ST= 52um，S= 192。经查表7.2-10得，每米螺纹距离上弹性变形量的许用值(S/S)P= 30um/mm且每米螺纹距离上的弹性模量实际值为为S/S=27.4(S/S)P。所以所设计的螺杆满足刚度要求。7.5 键的校核平键的可能失效形式有较弱零件（通常为轮毂）工作面被压溃（静连接）、磨损（动连接）、键的剪断等。压溃和磨损是主要的失效形式，在本次设计中，键主要是静连接，现在主要对其中一个键进行校核。电机与减速器间、减速器与轴间分别有两个键，轴与螺杆分别有一个键，考虑到键的强度与轴径和键长和高有关，所以可知与小齿轮相连接的键强度最低，所以校核小齿轮处的键即可。根据公式： (32)其中：P键连接工作面的挤压应力，MPa； T转矩，值为354Nm； d轴的直径，值为32mm； l键的接触长度，值为L-b=21mm； K键与轮毂接触高度，值为h/2=4mm。可算得P= 163MPa。由键的材料为45钢，经查表得，P= 200MPa。所以PP，所以满足强度要求。