350型复合管脱模装置（螺旋式）设计

350型复合管脱模装置（螺旋式）设计摘 要 本文是介绍20t螺旋式脱模装置的设计，通过对脱模装置的发展过程及现状的分析，结合所分配的任务书及要求，最后确定该装置的总体方案。根据确定的方案，再结合效率、经济、简洁等方面的要求，从而确定电动机功率及型号，之后，结合所选的电动机型号和一些专业知识来进行齿轮的选择、轴的设计和标准件的拟定等。然后，再进行导轨、机架和支撑部件的设计。最后，对于已经选定的标准件和非标准件进行校核，来检验所选的是否符合要求，如若不符合要求，则重新选择型号及尺寸，进行设计。关键词：螺旋传动；脱模；齿轮；芯模Abstract 20t spiral ejection device design is introduced in this paper, through analyzing the current situation of the development process of the ejection device and combined with the assigned task and requirement, finally determine the overall scheme of the device. According to determine the scheme, combining efficiency, economy, concise and requirements to determine the motor power and model, after the combination of the selected type of the motor and some professional knowledge for the design of the selection of gear, shaft and formulating standard parts, etc. Then, the design of guide rail, frame and supporting parts is carried out. Finally, check the selected standard parts and non-standard parts to check whether the selected ones meet the requirements. If they do not meet the requirements, the model and size should be re-selected and designed.Keywords: screw drive; demold; gear; core module目 录摘要 .1Abstract .2第一章 绪论 .31.1 脱模装置的任务 .31.2 脱模装置的目的 .31.3 脱模装置的发展现状 .31.4 脱模装置的设计内容 .4第二章 方案确定 .5第三章 驱动装置的选择 .73.1 电动机的选择 .7第四章 零件的设计 .94.1 螺杆的设计 .94.2 减速器的选择 104.3 齿轮的设计 114.4 轴的设计 13第五章 标准件的选择 155.1 轴承的选择 155.2 联轴器的选择 155.3 键的选择 165.4 密封圈的选择 17第六章 其他部件的设计 196.1 导轨的设计 196.2 机架的设计 196.3 支撑部件的设计 20第七章 主要零件的校核 227.1 齿轮的校核 227.2 轴的校核 237.3 轴承的校核 247.4 螺杆的校核 257.5 键的校核 27第八章 总结与体会 28致谢 29参考文献 30第一章 绪论1.1 脱模装置的任务 本次毕业设计研究的课题是设计一台性能优良的脱模装置，其具体内容如下：（1）进行传动装置的方案设计，包括传动参数的设计计算、机传动零件、轴、键 和轴承等的设计计算等。（2）部件装配图和零件工作图的设计。（3）编写设计计算说明书。1.2 脱模装置的目的 本次毕业设计所设计的脱模装置是从芯模上脱去玻璃钢制品来生产玻璃钢管道。玻璃钢的热处理可用各类加热工具，为了防止变形，需在模具能够承受的前提下，连同模具一同热处理。经热处理后，玻璃钢制品需从模具上分离开来来制成成品。设计和制造脱模装置的目的就是要达到两个目的：（1）制品与模具分离；（2）制品与模具不破坏。这样既提高了生产效率，又延长了模具的寿命。1.3 脱模装置的发展现状 进入新世纪以来，我国模具销售额以年平均20%左右的速度增长，2006年模具销售额达到720亿元人民币，居日本、美国之后第三位；模具出口突破了10亿美元。我国模具生产厂、点达到了约3万家，从业人员近100万人。这些都说明我国模具工业有了相当的规模。 然而，我国每年从国外进口模具约2000000000美元，其中大部分都尚未在中国生产。国内中高档模具的自配率只占50%左右；模具总量的30%左右才是那些大型、复杂的含量较高的模具技术。中国模具工业的劳动生产率相对较低，平均每人只有15万元：我国模具商品化率还只有50%多(发达国家达70%以上)；模具标准件使用覆盖率也较低，只有50%左右；模具生产专业化水平还较低。这些都说明我国的模具工业还不够强大，我国还不是模具强国。 最近的几年来，我国模具水平有了极大的提高，包括设计与制造的一些较高端技术，CAD/CAE/CAM等计算机辅助技术、高速加工技术、热流道技术、气辅技术、逆向工程等新技术得到广泛应用。现在，中国可以生产精度达到2微米的多工位级进模，寿命可达3亿冲次以上。个别企业生产的多工位级进模已可在2000次/分的高速冲床上使用，精度可达1微米。在大型塑料模具方面，中国已能生产43英寸大屏幕彩电和65英寸背投式电视的塑壳模具、10公斤大容量洗衣机全套塑料件模具以及汽车保险杠、整体仪表板等塑料模具等。在大型精密复杂压铸模制造方面，国内已经可以生产自动扶梯整体踏板压铸模、汽车后桥齿轮箱压铸模以及汽车发动机壳体的铸造模具等。在汽车覆盖件模具制造方面，国内已经可以生产中档新型轿车的覆盖件模具。子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出成形模、精铸或树脂快速成形拉延模等，同样达到了一个很高的水平，制造出来的模具几乎可以与进口模具媲美。我国生产的最大模具单套重量已经超过100吨。 不过，我国模具的制造从总体上面来看，产品同样还是以中、低档为主，中、高档模具很多还是要进口；企业虽然重视推广应用新技术，但这些新技术应用的水平还不够高。从模具生产的水平来看，中国与发达国家之间仍然存在着1015年的差距。1.4 脱模装置设计内容 这次毕业设计应用的是螺旋式脱模机。螺旋式脱模机相相比于其他形式的脱模机构具有一定的优点。对于液压传动脱模机,结构较复杂,不仅需要电机,还要用到液压泵,设计脱模机构时还要设计液压控制油路。另外,液压传动脱模机要求油缸的长度要长于制品的长度,因而限制了所制品的长度。在机器运行期间还要经常检查油路的泄漏情况,液压油有时需要进行更换。因此，采用液压传动脱模机提高了许多成本,并且结构很复杂。对于气动脱模机,结构依然复杂,而且要采用提供压缩空气的压缩机。气动脱模机对设备的密闭性要求严格。因此,气动脱模机构的成本较高,且运行及操作复杂。对于机械传动脱模机,卷扬机式脱模机的拉力较小,且脱模速度较快,它适用于小而短的管坯脱模;而螺旋式脱模机拉力较大,脱模的速度较慢,因而适用于大而长的管坯脱模。同时,螺旋式脱模机相对于液压传动脱模机和气动脱模机具有结构简单的优点,该脱模机的传动方式为螺旋传动,螺旋机构的设计和制造简单容易。螺旋式脱模机不需要液压泵和压缩机,只需要一般功率的电机,且需要液压脱模机和气动脱模机所需的复杂的控制回路,不要求设备有较高的密闭性。螺旋传动脱模机没有限制制品的长度,最重要的是螺旋式脱模机可完成脱模所需的所有功能。因而,螺旋式脱模机的结构简化，并且紧凑,设计、制造和运行成本较低的优点更加突出。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。芯模的外侧是电绝缘管，电绝缘管放置在两个V块上，V块支撑电绝缘管。与此同时，在电工绝缘管的左边有挡架。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2-1 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，而且移动头和芯模连接在一起，故芯模也可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=20t），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。通过机械的负载情况和工艺性能对电动机的启动、反转、制动等的要求，从而对电动机的类型进行选择。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。太大的备用功率将会降低电动机的效率，对于感应式的电动机，它的功率将变坏，并且使按照电动机最大转矩校验强度的生产机械的造价大大提高。3.1.1电动机类型的选择电动机的类型和结构应根据电源的种类（直流或交流），工作的条件（环境，温度等），工作时间的长短（连续或间歇）及载荷的性质，大小，启动性能和过载情况来选择。工业上一般采用三相交流电动机。Y系列三相异步电动机由于具有结构简单，价格合理，维护方便等优点，故其应用最广。因而在此用Y系列三相异步电动机。3.1.2电动机参数的确定 电动机的功率选择是否合适，对电动机的工作能力和经济要求都有较大的影响。功率要是选得太小的话，将不能确保工作机正常工作或者会使电动机出现长期过载而造成早期损坏；当功率选得过大时，将会提高电动机的价格，并且经常不在满载下运行工作，电动机的效率和功率因数都较低，将会造成浪费。 电动机功率的确定，主要取决于负载的大小、工作时间的长短和热量的大小。对于长期连续工作，载荷比较稳定的机械，可以在不检查电机的加热和启动转矩的情况下根据所需功率选择更稳定的负载的电机。选择时，应该使电动机的所需的功率小于电动机的额定功率。 由任务书知脱模力为20t,脱模速度为10mm/s,因此可计算出芯模移动功率，即： P芯模=Qv （3.1）v=0.01m/s，Q=201039.8N，所以，P芯模=1.96kW。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=3.528kW。则每根螺杆应输出的功率为：P1=P芯模/2=1.764kW考虑到螺旋传动的效率为36.2%，即： 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： （3.2） 因此，根据查机械设计手册得,可选电机型号为YCT225-4B，调速范围为125-1250r/min,标称功率为15kW，额定转矩为94.3Nm,重量360Kg1。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，它的效率高、而且十分准确。当螺杆主动转动时，螺母将会跟着螺杆的转动角度做出相应的调整，将对应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。螺杆和螺母间没有间隙，直线运动的时候精度高，尤其是在频繁换向时不需要间隙补偿。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。 一般小导程的滚珠螺杆都是采用的单线的，而超大导程的则采用两线或多线的。4.1.1螺杆的选材 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ZCuAl10Fe31。4.1.2螺杆尺寸的确定此螺旋传动系手动低速，由表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：F=Mg/2=201039.82=9.8104N进而确定单根螺杆最小直径：d20.8FP （4.1）其中：F-轴向载荷，N； -螺母或螺杆的转角，rad，取=1.7； P-许用比压，N/mm2；求得：d242.95mm 由GB5796.3-86可选d=46mm，d2=D2=44.5mm，螺距P=3mm，D4=46.5mm，d3=42.5mm，D1=43mm的梯形螺纹，中等精度，S=P=3mm=0.003m。且又芯模移动速度为0.01m/s，则螺杆转速为： （4.2） 螺旋升角为：=1.20 （4.3）由表12-1-7钢对青铜f=0.08-0.10，取f=0.09，可得：=arctanfcos2=0.093rad=5.32 （4.4）而，从而自锁可靠。螺杆效率： （4.5）螺杆的各段尺寸如下：图4-1 螺杆4.2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2；通过传动的级数划分的话，则分为单级和多级减速器；通过齿轮形状来划分的话，则分为圆锥齿轮减速器、圆柱齿轮减速器和圆柱-圆锥齿轮减速器。 （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。主要运用于建筑，运输业，也可以用于纺织、轻工业。总传动比i电机/螺杆=1250/200=6.25（螺杆转速为200r/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： （4.6） 即：= 13.6kW螺杆上的功率为： 即：= 6.5kW轴上的转矩： （4.7） 轴的转速为： 即：=156r/min即：=833Nm 螺杆上的转矩： （4.8）且：n2=200r/min，所以转矩可求为：=310Nm。根据JB/T 8853-2001，减速器的型号为ZLY125。4.3齿轮的设计 齿轮传动主要的功能是通过啮合方式传递两轴之间的运动和动力。其主要优点是：（1）效率高、寿命长、工作可靠；（2）瞬时传动比稳定；（3）结构紧凑、尺寸小；（4）传递功率和圆周速度的范围广； 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。4.3.1 齿轮的选材 大小齿轮都采用硬齿面，材料为45钢渗碳淬火，硬度190-220HBS，弯曲疲劳极限应力Flim=430MPa，接触疲劳极限应力Hlim=900MPa。4.3.2 齿轮的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=1250/200=6.25，且减速器的传动比为i减速器=8，所以齿轮传动比为i=0.78。由以下公式确定模数：, =3.73 （4.9）（1）确定许用弯曲应力 （4.10）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。因此可得：YST=2，YN=1，SFlim=1.8所以算得FP，即：FP=478MPa（2）选取载荷系数K （4.11）式中：K载荷系数； KA使用系数； Kv动载系数； K齿向载荷分布系数； K齿间载荷分配系数；充分考虑实际情况，因此取：KA=1,Kv=1.2，K=1.1，K=1.1则：K=1.452（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m3.14mm取4mm，齿轮为标准直齿圆柱齿轮，压力角=200。大齿轮分度圆直径：d1=mz1=445=180mm大齿轮齿根圆直径：df1=d12hf1=1802（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=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 =34.8mm小齿轮齿宽：b2=b1+(510)=39.844.8mm，取b2=40mm图4-2 齿轮4.4轴的设计 轴是机器的一个重要的组成零件，它有两个主要的功能：一是支承做回转运动的零件，保证其具有一个确定的工作位置；二是用来传递运动和动力。 轴的分类主要有以下几种：（1）根据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。（2）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。 本次设计所用的轴是直轴，且只受转矩，属于传动轴。4.4.1注意事项 进行轴的结构设计，就是根据工作条件，确定轴的机构外形和全部结构尺寸。轴机构设计中需要考虑的主要因素有：（1）轴的结构形状应满足使用要求，零件在轴上的定位要可靠，保证轴和轴上零件有准确的相对工作位置；（2）轴的结构应有利于提高轴的强度和刚度，力求受力情况合理，避免或减轻应力集中；（3）轴的加工及装配的工艺性好。轴的结构设计中主要解决下面几个主要问题：（1）轴上零件的布置 轴上零件布置是否合理，与能否改善轴的结构合理性和装配工艺性有着很大的关系，有时甚至关系到是否可以改变轴受力的情况，从而提高轴强度的问题。因此合理安排轴上零件的布置方案是进行轴的结构设计的有效前提。（2）各轴段直径和长度的确定轴上的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件必要的空隙来确定2。（3）轴上零件的定位和固定为了不使轴上的零件在受到力或者振动时发生轴向或者周向的运动，轴上的零件除非有一些特别的结构要求，一般都必须要求定位准确，可靠。本脱模装置中采用轴肩和套筒以及挡盘来轴向固定，用键来周向固定。（4）轴的结构工艺性轴的结构工艺性是指轴的结构形式便于轴加工和装癖轴零件，并要求具有较高的生产率。为了便于轴的装配和拆卸，应该在轴端切制45的倒角。4.4.2轴的尺寸设计 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230280HBS。（1）先按扭转强度估算轴径 （4.12）C=107，P1=13.6kW,n1=156r/min则：d47.44mm，所以取：dmin =48mm（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4-3 轴 第一段和联轴器相连，该段直径为最小直径，即为48mm，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，故应当比前一段高45mm左右，所以该段直径为53mm。第三段为挡间，其作用是为了对右边的齿轮进行轴向固定。考虑轴的加工方便，该段直径取为63mm。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58mm，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53mm，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不同，轴承可以分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承两类。滚动轴承具有以下的优点：1)摩擦系数小，起动力矩小，效率高；2）轴向尺寸较小；3）某些滚动轴承还可以同时承受径向载荷和轴向载荷，故可以使结构简单；4）径向间隙小，预紧的方法还可以消除间隙，故运转精度高；5）润滑简单，耗油量少，维修方便，6）轴是标准件，易于互换等。虽然它有抗冲击能力差，高速时噪声较大，工作寿命不及液体摩擦的滑动轴承长等缺点，但是滚动轴承的应用范围还是最广。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2。5.1.1轴承材料的选择 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，具有良好的工艺性能，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受转矩，不承受轴向力，所以使用向心轴承。但是考虑到实际运行过程中可能受到一定的轴向力，故选用角接触轴承，而且受力较大，所选用03重系列。而所配合的轴直径为53mm，故选用的轴承型号为7311C。螺杆既受径向力，同时也受轴向力，所以选用圆锥滚子轴承。由于所配合轴的轴径为43mm。所以轴承型号定为32309。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2。本次设计所采用的联轴器都是凸缘式联轴器。凸缘联轴器是将两个带有凸缘的半联轴器用键分别与两轴连接，之后用螺栓将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经标准化，选择适宜的联轴器的类型后，可根据转矩的大小、轴的直径大小和转速的大小来选择联轴器的结构尺寸大小。又因为电机输出端轴径为42mm，减速器输入轴直径为28mm。电机与减速器之间的转矩为： （5.1）且P=15kW,n=1250r/min,所以算得转矩为：T=115Nm由此根据GB 58431986查得2。选用联轴器的型号为YLD7 J42X65/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径为55mm，轴的直径48mm，且轴上的转矩为833Nm，所以根据GB 58431986，可得联轴器型号为YLD11 J34X112/J1B48X105。5.3 键的选择键连接主要是用来使轴上零件与轴进行周向固定来传递运动和转矩的标准件。键连接可分为平键连接、半圆键连接和斜键连接。平键按用途可分为普通平键、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。键的上表面和轮毂的键槽底面间留有间隙。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 电动机与减速器之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。 （a）普通平键B型 （b）普通平键A型 （c）普通平键C型图5-1 键 因为电动机输出端轴径为42mm，选用普通平键A型，根据GB/T 10962003，所以键宽b1=12mm，h1=8mm,键长L1=45mm；减速器输入端轴径为28mm，故选用普通平键A型，根据GB/T 10962003，键宽b2=10mm，h2=8mm,键长L2=36mm。5.3.2 减速器与轴之间的联轴器所用的键 减速器输出端轴径为55mm，选用普通平键A型，根据GB/T 10962003，所以选键宽b3=18mm，h3=11mm,键长L3=100mm；轴直径为48mm，选用普通平键A型，根据GB/T 10962003，键宽b4=14mm，h4=9mm,键长L4=90mm。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58mm和30mm，选用普通平键A型，根据GB/T 10962003，键宽分别为b5=16mm和b6=10mm，键高分别为h5=10mm和h6=8mm,键长分别为L5=45mm和L6=28mm。则各键的尺寸如下表：表5-1 键的尺寸键的种类键的公称尺寸键的长度键的类型键1128mm45mm普通平键A型键2108mm36mm普通平键A型键31811mm100mm普通平键A型键4149mm90mm普通平键A型键51610mm45mm普通平键A型键6108mm28mm普通平键A型5.4 密封圈的选择 在机械设备中，为了防止液体、气体工作介质或润滑剂的泄漏，防止灰尘、水进入润滑部位，必须安装密封元件。密封不但可以节约许多的润滑剂，确保机器能够正常的工作，提高使用的寿命，而且对于改善工作区域的卫生安全、保障工人的身体健康也起到了至关的重要性。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，非接触式有油沟、迷宫密封2。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35mm,根据JB/ZQ 46061997，可知，所要选择的密封圈内径为34mm，外径为49mm，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。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。灰铸铁常用HT200或HT300来制造固定的导轨。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2500mm。且考虑到移动头的长度，所以导轨的长度要大于2500mm，本次设计取导轨长度为2800mm。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350mm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1120mm。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 机器的零部件和大型零件都要用机座来支撑，各种传动件也必须加以保护并与外界分开，避免零件的损伤对人身或设备造成安全隐患，因此壳体也需要保护和支撑。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12。6.2.1 机架材料的选择许多机架具有复杂的形状，一般都会采用铸造，而且铸铁具有良好的铸造性能、价格低和很强的吸振能力，所以应用十分的广泛。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 机架的参数及结构的确定 根据本次设计制品及结构尺寸，机架长度为6200mm，宽度为1740mm，高度为722mm。其大体形状如下：图6-1 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,支撑部件应该在同一高度，以确保芯模水平放置。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，通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6-2 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齿轮的校核 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13。 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： （7.1） 其中：试验齿轮的接触疲劳极限，经查表，得=900MPa； 接触强度的最小安全系数，取=1.1； 接触疲劳强度的最小安全系数，一般取=1； 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 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：=818MPa（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： （7.2）其中：ZE弹性系数，取为189.8(MPa)1/2； K载荷系数，取为1.452； T2小齿轮上所受的转矩310Nm； d2小齿轮的分度圆，取为116mm： u齿数比，取为4529； b两齿廓接触长度，b=dd2=34.8mm，取为38mm；所以，算得接触应为为：=808.8MPa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7-1 弯扭图（3）按弯扭强度校核受弯矩处强度校核： （7.3） 其中：W为轴的抗弯截面系数，； 求得该处的应力为B= 153MPa。 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是疲劳点蚀，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，为了方便起见，只需要校核轴承的基本额定寿命即可。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7-2 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： （7.4） 且又知T1=833Nm，d1=180mm，=20，所以求得：Fr=3369N根据公式：F1=Fr+F2, Fr62=F22225 （7.5） 可求得F1=3463N，F2=94N；根据公式：S1=F12Y, S2=F22Y （7.6）其中，Y=1.6,可求得：S1=1082.2N，S2=29.4N；根据公式：FA+S2S1, （7.7）所以左端被压紧，右端被放松，而FA=9800N，可求得：FA1= FA+S2=9829.4N，FA2=S2=29.4N。（3）求当量动负荷因载荷平稳，查表得冲击载荷系数fp=1.1，e=0.37。根据公式： （7.8） 所以X1=0.4,Y1=1.6;X2=1,Y2=0。根据公式： （7.9） 可求得P1=18823.5N，P2=103.4N。（4）求轴承寿命利用基本公式： （7.10） 其中：P当量动负荷，P=max（P1；P2）=18823.5N； 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=3945h， 若按每天工作8小时，每年300天计算，则该轴承可工作约2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： （7.11） 其中：F螺杆所受轴向力，值为9800N； d2螺杆内径，值为44.5mm； T螺杆所受转矩，值为310Nm；所以求得ca=31.11N/mm2。又螺杆的材料为45钢，屈服点s=340N/mm2，选择安全系数S=3，则螺杆材料的许用应力为： 可求得p=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：SF=1034FSEd22 （7.12）FT=10316T2S22Gd24 （7.13）S=SF+ST （7.14） 其中：SF轴向载荷使导程产生的弹性变形； F轴向力，值为9800N； 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3mm； ST转矩使导程产生的变形； T2螺杆扭矩，值为310Nm； S导程的总弹性变量；