毕业设计（论文）零件清洗机辊刷机构设计

南阳理工学院 毕业设计（论文）题目：零件清洗机辊刷机构设计 姓 名： 学 号： 21406273 专 业：机械设计制造及其自动化系 别： 机电工程系 指导教师： 起止日期：2008.03.012008.06.13零件清洗机辊刷机构设计摘要 近年来，随着经济的快速发展和人们生活水平的提高,机械产品在交通运输、医疗器械产品行业的应用非常普及，人们不仅要求有高效、高性能、使用可靠、操作舒适及自动化程度高的优质机具，而且对环境保护意识增强，要求低污染，少污染甚至不污染环境,清洗设备作为重要的工艺装备，越来越引起人们的关注,其设计、制造技术水平直接影响到相关产业的发展，已成为国民经济发展的重要基础工业之一，作用十分重要。本课题所涉及的是零件清洗机辊刷机构设计，属于机械产品设计。机械产品设计就是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。关键词 清洗机 辊刷 机械设计 机构Parts cleaning machine design of the roller brushAbstract：In recent years, with rapid economic development and improve the living standards of people, machinery products in the transportation, medical equipment products industry is very popular application, People not only requires a highly efficient, high-performance, reliable, comfortable and operation of high-quality high degree of automation equipment, but also to enhance awareness of environmental protection, require cleaner and less pollution are not even pollute the environment, cleaning equipment as a major technology and equipment, more Arouse peoples concern that the design, manufacturing technology directly affect the development of relevant industries, has become a national economic development one of the important basic industries, the role is very important.This topic is covered by parts cleaning machine design of the roller brush, a mechanical product design. Mechanical product design is based on the use of mechanical requirements of the working principle, structure, movement, power and energy transfer method, the various parts of the size and shape of materials, methods of lubrication for ideas, analysis and calculations and translate them into specific description of As a basis for the manufacturing process.Key words：washing machines roller brush mechanical design machineryIV目 录1. 绪论11.1 选题的目的和意义11.2 国内外清洗技术的比较11.3 本课题要研究的内容22. 零件清洗机辊刷机构分析32.1 辊刷机构的需求性分析32.1.1 机构功能分析32.1.2 结构需求性解决方案42.2 辊刷机构的结构分析43. 标准件的选用63.1 电动机的选择63.1.1 电动机容量的选择63.1.2 电动机型号的确定63.2 联轴器的选择63.3 键的选择73.4 轴承的选择83.4.1 深沟球轴承的选择83.4.2 调心球轴承的选择93.5 同步带轮及同步带的选择94. 机构零件的设计与校核114.1 毛辊连接轴A的设计与校核114.1.1 毛辊连接轴A的设计114.1.2 毛辊连接轴A的强度和刚度校核124.2 毛辊连接轴B的设计与校核134.2.1 毛辊连接轴B的设计134.2.2 毛辊连接轴B的强度和刚度校核144.3 从动压辊A的设计与校核154.4 从动压辊B的设计与校核164.4.1 从动压辊B的设计164.4.2 从动压辊B强度和刚度校核174.5 从动压辊C的设计与校核184.5.1 从动压辊C的设计184.5.2 从动压辊C的强度和刚度校核194.6 毛辊的设计204.6.1 毛丝的选择204.6.2 毛辊辊轴的设计214.7 压辊的设计与校核214.7.1 压辊的设计214.7.2 压辊的校核224.8 毛辊轴承座的设计224.9 压辊轴承座的设计234.10 轴承立支架A的设计244.11 轴承立支架B的设计254.12 传动支架的设计264.13 导轴的设计274.14 垫块的设计284.15 轴承滑道的设计294.16 轴承横支板的设计294.17 毛辊轴承盖的设计305. 结论及尚存在的问题32致谢33参考文献34零件清洗机辊刷机构设计姓名：卢鹏飞 学号：21406273 班级：0621441. 绪论1.1 选题的目的和意义近年来，随着经济的快速发展和人们生活水平的提高,机械产品在交通运输、医疗器械行业的应用非常普及，人们不仅要求有高效、高性能、使用可靠、操作舒适及自动化程度高的优质机具，而且对环境保护意识增强，要求低污染，少污染甚至不污染环境,清洗设备作为重要的工艺装备，越来越引起人们的关注,其设计、制造技术水平直接影响到相关产业的发展，已成为国民经济发展的重要基础工业之一，作用十分重要。 本课题的研究是将喷淋清洗和机械清洗结合起来，实现边喷淋边辊刷的清洗技术。清洗的目的主要表现在清洗本身是一工艺流程，合理的清洗可以维护系统的正常运转,长设备的使用寿命，大幅度地提高产品的使用质量,提高生产率和产品的质量,有利于装置、设备的维护,节约能源、提高能源的利用率,创造有利于人体健康的良好卫生环境等。鉴于清洗的重要性，国内外对清洗技术都进行了广泛的研究，使得这项技术有了迅速发展。本课题的研制正是以此为目的，将喷淋与辊刷结合在一起，必将提高工作效率，减少劳动强度，获得较高的经济利益。1.2 国内外清洗技术的比较 由于我国清洗技术起步较晚，因此与国外相比存在一定差距，主要表现在:(l)清洗技术简单，以喷淋式清洗机为主，且研究不够深入，有时对工件清洗工艺安排也不够合理，很难满足我国各行业的要求，虽然有超声波清洗机，但也不能形成竞争力。(2)清洗机配套技术有待提高，如过滤、吸雾排风、浮油排除等。清洗液过滤对工件清洗影响较大，国内对各种过滤方法及工艺参数的研究不足，对吸雾排风、浮油排除等装置研究重视不足。(3)清洗喷嘴品种单一，不能满足特殊清洗部位的需要。国外喷嘴有专业的生产厂，且种类繁多、规格齐全；国内对喷嘴研究不多，没有系列化产品。(4)清洗介质种类少，质量符合要求的不多。清洗介质对清洗技术的发展影响很大，国内生产厂较多，但对此投入研究的却不多。(5)清洗质量有待提高，主要是保证清洁度要求，降低设备的故障率，以及防漏、防腐、噪音、外观质量、整体造型等方面。同时，配套部件的水平低，严重阻碍了清洗机的提高。如风机、水泵噪音超过了用户要求的标准，配套的动力部件，如油缸漏油、信号开关工作不稳定等。因此，对配套的研究也应得到足够的重视。随着我国经济改革的进一步深入，清洗机行业面临着国外先进设备的挑战和国内行业各厂家的激烈竞争，各厂家应冷静研究新形势下自身发展捷径。通过国家经济体制改革和企业体制改革，吸取国外公司发展的先进经验，结合自身情况，不断的发展壮大自己。1.3 本课题要研究的内容(1)对零件清洗机辊刷机构的功能进行分析，确定出功能参数，提出原理性设计方案，如原理图或机构运动简图。(2)对设计的方案提出可能的解决办法，可按原动部分、传动部分及执行部分等分别进行讨论，然后进行决策，选定方案。(3)根据确定的结构方案，确定原动件的参数，以及各运动构件的运动参数。(4)结合各部分的结构及运动参数，计算各主要零件所受公称载荷的大小。(5)对各零件做初步计算和设计，定出所有零件的结构及外形尺寸。(6)对主要零件进行校核。2. 零件清洗机辊刷机构分析本次零件清洗机的设计主要是针对一些薄型、轻型零件的外表面进行清洗，利用清洗机的辊刷机构和喷淋装置(如图21所示)，通过边辊刷边喷淋的原理，以及清洗机上下两层设计，使被清洗件经过喷淋、辊刷、喷淋、再辊刷的清洗的过程，有效去除零件上下外表面的污垢。因此，辊刷机构在整个清洗过程的中起着重要的作用，其设计直接影响到整个清洗机的清洗效果。图21 清洗机整体装配图1传送带； 2喷淋装置； 3机架； 4辊刷机构2.1 辊刷机构的需求性分析2.1.1 机构功能分析本课题所研究的是零件清洗机辊刷机构的设计，辊刷机构作为在整个清洗过程的中的主要工作机构，设计之前，应对机构的功能进行分析：(1)考虑到被清洗件是一些薄型、轻型的零件，且仅对被清洗件的外表面进行清洗，故机构的设计应能满足清洗被清洗件外表面的功能。(2)考虑到被清洗件外表面的复杂性，包括零件的平整度、厚度不同等，因此其主要工作部分的设计应有适应不同被清洗件的功能，即应有调节功能。(3)由经验知道，当辊刷机构速度达到传送带速度三倍时，清洗效果最佳，同时考虑到传送带低速、匀速运动，故辊刷机构应有恒速功能。(4)该机构的设计还应拆装方便，以便在维护或长时间停用时，能与机架分离，单独存放，延长使用寿命。2.1.2 结构需求性解决方案由于被清洗件有着不同的材料、不同的精度，其表面的污垢也不尽相同，故对零件清洗所采用的清洗水溶液不同，于是，清洗水溶液所反映出的化学特性对在喷淋环境下工作的辊刷机构有着明显的腐蚀性和氧化性。根据机构所处的工作环境以及功能特点，初步提出以下几条可行的解决方案：(1)针对清洗机装有喷淋装置，清洗水溶液对机构有腐蚀性和氧化性，故机构在选材上应注重防腐蚀性和抗氧化性，初步可选不锈钢材料。(2)针对被清洗件外表面的复杂性，包括零件的平整度、厚度不同等，辊刷机构可采用具有高弹性和一定柔性的非金属材料制成的毛辊，初步选用尼龙材料；同时该机构还必须满足高低可调性。 (3)为了能使清洗效果达到最佳，辊刷机构必须满足低速、匀速旋转运动，机构可采用单独的步进电机驱动；考虑到传送带速度为15m/s,故辊刷机构速度采用45m/s；同时考虑到该机构毛辊初步采用尼龙材料，查相关资料知，为达到清洗要求，初步确定毛辊转矩为6.2 NM。(4)考虑到该辊刷机构采用的清洗工作表面材料为弹性、柔性的尼龙材料，因此辊刷机构所受摩擦阻力相对较小，各工作零件所受扭矩、弯矩等也相应较小，对零件的结构设计在满足其强度、刚度、寿命等要求的情况下可尽量简单化。(5)为满足机构的拆装方便，机构各部分之间可采用螺纹连接。(6)机构设计时尽可能的采用标准件，对非标准件应注重其设计的经济性。2.2 辊刷机构的结构分析根据机构需求性分析，现进行机构的结构分析如下：(1)根据要求，机构的原动机采用小功率步进电机。(2)机构能正常工作，传动部分必不可少。步进电机的动力首先传给毛辊连接轴B，两者之间采用联轴器连接，毛辊连接轴B与毛辊连接，驱动毛辊旋转运动，通过毛辊的毛刷对被清洗件进行清洗；另一方面，毛辊与毛辊连接轴A连接，毛辊连接轴A与主动同步带轮连接，通过同步带将动力传到从动压辊上，驱动从动压辊旋转运动，使压辊和传送带同时驱动被清洗件运动。(3)传动部分的正常工作还离不开其支撑部分，两个毛辊连接轴用毛辊轴承座支撑，从动压辊采用采用压辊轴承座支撑，同步带轮固定在对应的传动轴上；其次，整个机构也需支撑，毛辊轴承座固定在轴承立支架上，压辊轴承座固定在传动支架上，轴承立支架则固定在传动支架上。(4)根据要求，机构还应有调节功能，故采用导轴与轴承滑道对毛辊轴承座进行调节，达到调节毛辊的作用。导轴采用螺纹设计，以满足定位需求；压辊和电机应随着做相应调节，故压辊轴承座和电机连接板均采用U型螺栓光孔设计。(5)针对各部分之间的连接和拆装需求，各部分可都采用螺栓或键连接；为满足相应的精度要求，还可采用一定的的结构设计进行连接；考虑到压辊结构的要求，故压辊与从动压辊之间采用销轴连接，同时配合相应的开口销。根据结构分析，初步做辊刷机构图如下：图22 辊刷机构1步进电机；2电机连接板；3毛辊轴承盖；4轴承滑道；5轴承横支板；6导柱； 7毛辊轴承座A；8毛辊；9毛辊轴承座B；10主动同步带轮；11同步带；12从动同步带轮；13轴承立支架B；14-垫块；15压辊轴承座；16从动压辊B；17压辊； 18销轴；19从动压辊A；20轴承立支架A；21传动支架3. 标准件的选用3.1 电动机的选择因为本机构传动的工作特点是：平稳、匀速、低速、单向旋转。根据其要求选用感应子式永磁步进电动机。3.1.1 电动机容量的选择步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算为：P=M, =2n/60，P=2nM/60(其P为功率单位为瓦，为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为转矩单位为NM)。机构正常工作所需功率Pw（毛辊连接轴与步进电机通过套筒式联轴器连接），则：=143r/min，2nM/60=293W。电动机的输出功率/，0.904，则103W。3.1.2 电动机型号的确定初选为转矩在6.2NM左右的步进电动机。查机械设计手册得，步进电动机技术数据：表31感应子式永磁步进电机的选用参数型号相数步距角()齿数转矩范围(NM)86BYG41.8502.88.2符合题目所需的要求。3.2 联轴器的选择根据设计要求，查机械设计手册，初选套筒联轴器。套筒联轴器的特点及应用：结构简单，制造容易，径向尺寸小，成本低，但装拆时需沿轴向移动较大的距离，而且只能用于联接两轴直径相同的圆柱形轴伸，一般用于工作平稳的小功率的传动轴系。根据要求初选参数为：表32套筒联轴器选用参数轴径范围(mm)最高转速(r/min)轴直径d(H7)(mm)许用转矩(Nm)4100一般2002501416由于套筒轴器的诸多优点，所以选用它。根据实际要求，可得设计简图如下：图31 套筒联轴器根据设计简图及结构分析，可得套筒联轴器的设计尺寸如下：表33套筒联轴器的设计尺寸DLCC1设计尺寸(mm)25450.50.5根据设计要求，在满足强度的情况下套筒联轴器的材料必须具有防腐蚀和防氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9。3.3 键的选择查机械设计手册得键的选用尺寸如下：表34键的选用尺寸与联轴器配合与主动带轮配合与从动带轮配合代号(mm)518825412材料不锈钢0Cr18Ni9不锈钢0Cr18Ni9不锈钢0Cr18Ni9其它尺寸GB/T1095-2003GB/T1095-2003GB/T1095-2003由于键采用静连接，冲击轻微，且整个传动转矩小 ，所以上述键皆安全。根据设计要求，在满足强度的情况下，键的材料必须具有防腐蚀和防氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9。3.4 轴承的选择3.4.1 深沟球轴承的选择特点：径向承载能力中等，高精度性优，低噪音性优，刚性中，使用寿命长，价格低，轴热伸长补偿方式为外圈端面与端盖间的间隙；结构简单，使用方便，工作期间不需保养，应用极为广泛。图32 深沟球轴承及装配关系根据设计要求，确定轴承的选用尺寸如下：表35深沟球轴承的选用尺寸DdB选用尺寸(mm)30177选用轴承代号61903根据轴的设计要求，从动压辊径向转矩小，轴向不受力，对调心性无要求，故选用此轴承。3.4.2 调心球轴承的选择特点：径向承载能力中等，轴向载荷差，高精度性中，调心性优，摩擦性良，使用寿命较短，价格较高，承载能力较小，主要承受径向载荷，也可同时承载少量的轴向载荷，不宜承受纯轴向载荷；具有很好的调心性，可以自动补偿由于轴的挠曲和壳体变形产生的同轴度误差，适用于支撑座孔不能严格对中的部件中。图33 调心球轴承根据设计要求，确定轴承的选用尺寸如下： 表36深沟球轴承的选用尺寸Dd B选用尺寸(mm)472018选用轴承代号2204根据轴的设计要求，毛辊连接轴径向转矩小，轴向不受力，对调心性要求高，故选用此轴承。3.5 同步带轮及同步带的选择 图34 主动同步带轮简图 图35 从动同带轮简图根据已知的设计数据可得主动轴转速为143r/min，从动轴转速为286r/min，传动比i=0.5，设计功率为=1.193=102.3W (为载荷修正系数，轻载时选值1.1)。查机械设计手册，选定带型为XL及节距为5.08mm，查相关数据得主动带轮为36，则：=i=18确定带轮直径58mm，29mm。计算带速为V0.43m/s。计算确定轴间距：0.7（）2（） 61mm174mm；取70mm，确定带长及齿数： 280mm。 查手册，选取标准值，标准节线长为254mm，节线长上齿数为50，实际轴间距：62mm主动带轮啮合齿数：=21根据设计要求，在满足强度的情况下同步带轮的材料必须具有防腐蚀和抗氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9；同步带的材料应满足一定的抗老化性和抗疲劳性，故选用聚氨酯橡胶。4. 机构零件的设计与校核4.1 毛辊连接轴A的设计与校核4.1.1 毛辊连接轴A的设计图41 毛辊连接轴A的设计简图根据设计要求，毛辊连接轴A的材料必须具有防腐蚀和防氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9；查机械设计手册，2035MPa，=135112，因本轴主要承受扭矩作用，故取35 MPa，=135。初步估算轴的直径1359.74mm故此轴承受扭矩的轴段的最小直径d9.74mm，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。若直径d100mm，则轴径增大57，即开有键槽的最小轴径d9.74(1+0.07)=10.42mm，根据要求，设计尺寸如下：(1)轴的总长为157mm。(2)第1段轴用于安装轴承2204，故取直径为20mm，轴承宽度18mm，故轴的宽度为18mm。(3)第12段的轴肩用于固定轴承，查手册的直径为23mm。(4)第3段用于安装主动同步带轮，带轮轴孔为25mm，故取直径25mm。(5)同步带轮厚度25mm，故取轴长为25mm，键槽宽8mm，槽长为24mm。(6)第4段轴肩用于固定同步带轮，得到直径为32mm，长度为5.5mm。(7)第5段无装配要求，故取直径25mm，长度随总长而定。(8)第6段为连接毛辊，外径60mm，端面有四个均匀分布6.5mm的螺钉光孔，因与毛辊通过螺栓连接，故不宜太厚，厚度为5mm。(9)第7段为连接毛辊，外径25mm，与毛辊端孔配合。因毛辊跨距大，为减少弯曲变形带来的误差，该段长度为30mm。(10)第8段轴为保证弹性挡圈槽的强度，直径为20mm，长度尺寸大于3mm。(11)第9段为轴承用弹性挡圈槽，查手册直径为19mm，槽宽为1.1mm。4.1.2 毛辊连接轴A的强度和刚度校核(1)进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取许用应力。因本传动轴主要承受扭矩，故按扭转强度条件计算。轴的扭转强度条件为。式中为扭转切应力，MPa； T为轴所受的扭转，Nmm； 为轴的抗扭截面系数，；n为轴的转速，r/min；P为轴传递的功率，KW；d为计算截面处轴的直径，mm；为许用扭转切应力，MPa。根据该轴的配合关系，该轴的第3段即配合同步带轮的轴段，承受的扭矩最大，则1.99MPa。轴的材料为不锈钢0Cr18Ni9，2035MPa，因此，故安全。(2)轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示。阶梯轴扭转角单位为()/m的计算公式为5.73。式中T为轴所受的扭转，Nmm；G为轴的材料的剪切弹性模量，MPa，对于钢材，G=8.1MPa；为轴截面的极惯性距，对于圆轴，；L为阶梯轴受扭矩租用的长度，mm；、分别代表阶梯轴第i段上所受的扭转、长度和极惯性矩，单位同前；Z为阶梯轴受扭矩作用的轴段数。轴的扭转刚度条件为，对于一般传动轴，可取0.51/m，已知该轴承受扭矩的轴段只有一个，故可得：0.018/m因为,故安全。该轴因无瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此，该轴的设计结束。4.2 毛辊连接轴B的设计与校核4.2.1 毛辊连接轴B的设计图42 毛辊连接轴B的设计简图根据设计要求，毛辊连接轴B的材料必须具有防腐蚀和防氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9；查机械设计手册，2035MPa，=135112，因本轴主要承受扭矩作用，故取35 MPa，=135；初步估算轴的直径得9.74mm。故此轴承受扭矩的轴段的最小直径d9.74mm，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。若直径d100mm，轴径增大57，即开有键槽的最小轴径d9.74(1+0.07)=10.42mm,根据要求，设计尺寸如下：(1)轴的总长为161mm。(2)第1段由于联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，直径选为14mm，长度为18mm，键槽宽度为5mm，键槽长为18mm。(3)第2段为轴承用弹簧挡圈槽，查手册外径19mm，槽宽1.1mm。(4)第3段轴用于安装轴承2204，故取直径为20m，轴承宽度18mm，故轴的宽度18mm。(5)第34段间的轴肩用于固定轴承，查手册得到直径为25mm。(6)第4段根据设计要求外径为25mm，其长度随总长而定。(7)第5段为连接毛辊，外径60mm，端面有四个均匀分布6.5mm的螺钉光孔，因与毛辊通过螺栓连接，故不宜太厚，厚度为5mm。(8)第6段为连接毛辊，外径25mm，与毛辊端孔配合；因毛辊跨距大，为减少弯曲变形带来的误差，该段长度为30mm。4.2.2 毛辊连接轴B的强度和刚度校核参考毛辊连接轴A的校核可得：(1)该轴的第1段即配合联轴器的轴段，承受的扭矩最大。11.3MPa已选定轴的材料为不锈钢0Cr18Ni9，2035MPa，因此，满足扭转强度条件，故安全。(2)对于一般传动轴，可取0.51/m，已知该轴承受扭矩的轴段只有一个，故可得：0.13/m因此,满足扭转刚度条件，故安全。该轴因无瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此，该轴的设计结束。4.3 从动压辊A的设计与校核图43 从动压辊A设计简图根据设计要求，从动压辊A的材料必须具有防腐蚀和防氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9；因本本段轴仅作为整个压辊的支撑，故不承受扭矩，校核略。参照本课题4.4的设计和整体设计要求，本轴设计尺寸如下：(1)轴的总长为70mm。(2)第1段用于安装轴承61903，故直径为17mm，轴承宽度为7mm，此处采用孔用轴承弹性挡圈，为使压辊在轴向能有一定的活动间隙，故轴长为10mm。(3)第12段间的轴肩用于固定轴承，外径为24mm。(4)第2段轴要与压辊配合，故采用部分空心设计，考虑到内径尺寸，外径设计为24mm。(5)第3段轴孔无装配关系，内径为15mm，长度随总长而定。(6)第4段轴孔与压辊端轴配合，内径为17mm，长度为20mm；同时外圆上设计有一直径为6mm的销轴孔(如图43中标号5所示)，销轴孔中心到右端部距离为7mm。至此，该轴的设计结束。4.4 从动压辊B的设计与校核4.4.1 从动压辊B的设计图44 从动压辊B的设计简图根据设计要求，从动压辊B的材料必须具有防腐蚀和抗氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9；查机械设计手册，2035MPa，=135112，因本轴主要承受扭矩作用，故取35 MPa，=135。因两个从动同步带轮受扭矩相同，且286r/min,=46.5W；初步估算轴的直径得:(1)实心轴部分：1357.37mm；(2)空心轴部分：1357.37mm(，即空心轴的内径和外径之比，通常取0.50.6)。此轴承受扭矩的轴段的最小直径d7.37mm，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。若直径d100mm，轴径增大57，即开有键槽的最小轴径d7.37(1+0.07)=7.89mm，根据要求，设计尺寸如下：(1)轴的总长为83mm。(2)第1段轴为保证弹性挡圈槽的强度，直径为12mm，长度尺寸应大于2mm。(3)第2段从动同步带轮用弹簧挡圈槽，查手册外径11mm，槽宽1mm。(4)第3段用于安装从动同步带轮，带轮轴孔为12mm，厚度为12.5mm，故取直径为12mm，长度为12mm，键槽宽为4mm，键槽长为12mm。(5)第34段间的用于固定带轮，外径为16mm。(6)第4段无装配要求，直径为16mm，其长度随总长而定。(7)第5段安装轴承61903，故直径为17mm，轴承宽度为7mm，故轴长为7mm。(8)第56段间的轴肩用于固定轴承，外径为24mm。(9)第6段轴要与压辊配合，考虑到内径尺寸，外径设计为24mm。(10)第7段轴孔无装配关系，内径为15mm，长度随总长而定。(11)第8段轴孔与压辊端轴配合，内径为17mm，长度为20mm；同时外圆上设计有一直径为6mm的销轴孔(如图44中标号9所示)，销轴孔中心到右端部距离为7mm。4.4.2 从动压辊B强度和刚度校核(1)根据该轴的配合关系，该轴的第3段即配合从动同步带轮的轴段，承受的扭矩最大。4.49MPa已选定轴的材料为不锈钢0Cr18Ni9，2035MPa，因此，满足扭转强度条件，故安全。(2)对于一般传动轴，可取0.51/m。已知该轴承受扭矩的轴段只有一个，故可得:0.31/m因此,满足扭转刚度条件，故安全。该轴因无瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此，该轴的设计结束。4.5 从动压辊C的设计与校核4.5.1 从动压辊C的设计图45 从动压辊C的设计简图根据设计要求，从动压辊C的材料必须具有防腐蚀和抗氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9；查机械设计手册，2035MPa，=135112，因本轴主要承受扭矩作用，故取35 MPa，=135。与从动压辊B转矩相同，故286r/min,=46.5W；初步估算轴的直径得:(1)实心轴部分：1357.37mm；(2)空心轴部分：135 7.37mm(，即空心轴的内径和外径之比，通常去0.50.6)。此轴承受扭矩的轴段的最小直径d7.37mm，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对直径d100mm的，轴径增大57，即开有键槽的最小轴径d7.37(1+0.07)=7.89mm，根据要求，设计尺寸如下：(1)轴的总长为91mm。(2)第1段轴为保证弹性挡圈槽的强度直径定为12mm，长度尺寸大于2mm。(3)第2段从动同步带轮用弹簧挡圈槽，查手册外径11mm，槽宽1mm。(4)第3段用于安装从动同步带轮，带轮轴孔为12mm，故取直径为12mm，键槽宽为4mm，键槽长为12mm。(5)第34段间的用于固定带轮，外径为16mm。(6)第4段无装配要求，直径为16mm，其长度随总长而定。(7)第5段安装轴承61903，故直径为17mm，轴承宽度为7mm，故轴长为7mm。(8)第56段间的轴肩用于固定轴承，外径为24mm。(9)第6段轴要与压辊配合，考虑到内径尺寸，外径设计为24mm。(10)第7段轴孔无装配关系，内径为15mm，长度随总长而定。(11)第8段轴孔与压辊端轴配合，内径为17mm，长度为20mm；同时外圆上设计有一直径为6mm的销轴孔(如图45中标号9所示)，销轴孔中心到右端部距离为7mm。4.5.2 从动压辊C的强度和刚度校核(1)根据该轴的配合关系，该轴的第3段即配合从动同步带轮的轴段，承受的扭矩最大。4.49MPa已选定轴的材料为不锈钢0Cr18Ni9，2035MPa，因此，满足扭转强度条件，故安全。(2)对于一般传动轴，可取0.51/m。已知该轴承受扭矩的轴段只有一个，故可得0.31/m因此,满足扭转刚度条件，故安全。该轴因无瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此，该轴的设计结束。4.6 毛辊的设计毛辊是辊刷机构的重要零件，是整个清洗机清洗零件的核心部分，其设计和材料的选择对零件的清洗效果至关重要。图46 毛辊的设计简图根据设计需求和结构需求，毛辊的设计尺寸如下表：表41 毛辊的设计尺寸LDd1d2d3d4d5设计尺寸(mm)83010060202535244.6.1 毛丝的选择根据设计要求，毛丝要选择高弹性、柔性的材料。查机械设计手册，尼龙具有机械性能高、韧性好、耐磨、耐水、耐油、且运转时噪声小，初步选择尼龙材料，毛丝丝径为0.3mm。4.6.2 毛辊辊轴的设计根据设计要求，考虑到毛辊的毛丝与辊轴的制造要求，初选辊轴材料为尼龙，为节省材料可适当做成空心，毛丝在辊轴上应连接牢固，不得出现掉毛、卷曲、倾倒等疵病，且毛丝在辊轴上排列前后交错，前行与后行排列纵向相错一束的位置，周向28等分分布。4.7 压辊的设计与校核4.7.1 压辊的设计(1)压辊的作用：当被清洗零件经过毛辊时，毛辊两侧的压辊压着被清洗零件，零件在传送带上缓慢移动被清洗时，压辊暂时压着被清洗件，使毛辊清洗零件时，零件不会在传送带上发生蹿动。(2)根据设计要求及压辊的作用，要求压辊与被清洗件柔性接触。考虑到压辊也需做旋转运动，因此，压辊又必须满足一定的刚度和强度要求，故初步设计压辊为金属心轴和非金属外套结合的组合件。(3)查机械设计手册，压辊心轴(如图47中标号2所示)选用外径18mm，壁厚2.5mm的不锈钢0Cr18Ni9无缝钢管(GB/T14975-1994)。(4)因聚乙烯泡沫塑料具有质轻、耐油、耐寒、耐酸碱、弹性好、吸水性小、易于弯曲等特点，故压辊外套(如图47中标号1所示)选用聚乙烯泡沫塑料。图47 压辊的设计简图因该轴与从动压辊配合，故286r/min；=46.5W；初步估算轴的直径得 7.37mm,(，即空心轴的内径和外径之比，通常取0.50.6)。此轴承受扭矩的轴段的最小直径d7.37mm，根据压辊与其它配合件的设计要求，设计尺寸如下：表42 压辊的设计尺寸DD1D2D3LL1L2设计尺寸(mm)261715188638184.7.2 压辊的校核(1)根据该轴的配合关系，该轴在图示47中标号2所示的位置即配合从动压辊的轴段，承受的扭矩最大。11.52MPa已选定轴的材料为不锈钢0Cr18Ni9，2035MPa，因此，满足扭转强度条件，故安全。(2)对于一般传动轴，可取0.51/m。已知该轴承受扭矩的轴段只有一个，故可得：0.01/m因此,满足扭转刚度条件，故安全。该轴因无瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此，该轴的设计结束。4.8 毛辊轴承座的设计毛辊轴承座用于支撑毛辊的两端，根据设计要求应满足以下条件：(1)其设计要考虑到与毛辊连接轴及相应的轴承的配合(如图48中标号5和标号1所示)。(2)应有一定的滑道(如图48中标号2所示)，用于调节毛辊的位置。(3)要有与导轴配合的孔(如图48中标号3所示)，用于定位毛辊的位置。(4)要有与毛滚轴承盖配合的螺钉孔(如图48中标号4所示)。(5)选材要有防腐蚀性和防氧化性。(6)结构设计应简单可靠。图48 毛辊轴承座设计简图根据设计需求和结构需求，毛辊轴承座的设计尺寸如下表：表43 毛辊轴承座的设计尺寸 DdH设计尺寸(mm)702833根据设计要求，在满足强度的情况下毛辊轴承座的材料必须具有防腐蚀和防氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9。4.9 压辊轴承座的设计压辊轴承座用于支撑压辊的两端和调节两压辊的水平位置，根据设计要求应满足以下条件：(1)其设计要考虑到与从动压辊及相应的轴承的配合(如图49中标号1、2、3所示)。(2)应有一定的滑道，用于调节压辊的位置(如图49中标号4所示)。(3)选材要有防腐蚀性和防氧化性。(4)结构设计应简单可靠。图49压辊轴承座设计简图根据设计需求和结构需求，压辊轴承座的设计尺寸如下表：表44 压辊轴承座的设计尺寸LDHR设计尺寸(mm)82.5251825根据设计要求，在满足强度的情况下压辊轴承座的材料必须具有防腐蚀和抗氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9。4.10 轴承立支架A的设计轴承立支架用于步进电机和整个毛辊部件的支撑，是整个辊刷机构的骨架，根据设计要求应满足以下条件：(1)其设计要考虑到与毛辊轴承座及电机连接板等的配合。(2)要有必要的螺纹连接孔，便于与电机连接板和传动支架等的连接和固定(如图410中标号2、3所示)。(3)要有固定轴承滑道的螺钉孔(如图410中标号4所示)。(4)要有与轴承横支板配合的螺栓孔(如图410中标号1所示)。(5)选材要有防腐蚀性和防氧化性。(6)结构设计应布局合理、简单可靠。图410 轴承立支架A设计简图根据设计需求和结构需求，轴承立支架A的设计尺寸如下表：表45 轴承立支架A的设计尺寸 LL1B1B2B3B4设计尺寸(mm)1379039396410根据设计要求，在满足强度的情况下轴承立支架A的材料必须具有防腐蚀和防氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9。4.11 轴承立支架B的设计其作用与轴承立支架A相同，根据设计要求应满足以下条件：(1)其设计要考虑到与毛辊轴承座及电机连接板等的配合。(2)要有必要的螺纹连接孔，便于与电机连接板和传动支架等的连接和固定(如图410中标号2、3所示)。(3)要有固定轴承滑道的螺钉孔(如图410中标号4所示)。(4)要有与轴承横支板配合的螺栓孔(如图410中标号1所示)。图411 轴承立支架B设计简图根据设计需求和结构需求，轴承立支架B的设计尺寸如下表：表46 轴承立支架B的设计尺寸 LL1B1B2B3B4设计尺寸(mm)1379039396410根据设计要求，在满足强度的情况下轴承立支架B的材料必须具有防腐蚀和抗氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9。4.12 传动支架的设计传动支架位于机构最下方，用于支撑整个辊刷机构，应满足以下设计要求：(1)其设计要考虑到与轴承立支架配合(如图410中标号3所示)，根据前面的设计，螺栓光孔直径为10.5mm，每侧两个，中心距为30mm，孔中心到底端距离22.5mm。(2)要有与机架连接的螺栓光孔(如图410中标号2所示)，根据要求设计成三个均匀分布的U型光孔，则孔两端中心距离为60mm，孔宽为10.5mm，孔对称中心到底端距离为19.5mm。(3)要有与压辊轴承座连接的螺栓孔(如图410中标号1所示)，根据要求，该孔设计成四个U型光孔，两两一组，两组对称；孔两端中心距离为50mm，孔宽为8.5mm，每组中孔的中心间距为20mm。(4)选材要有防腐蚀性和防氧化性。(5)要有足够的强度、刚度，防止受力过大而变形。(6)结构设计应布局合理、简单可靠。图412传动支架的设计简图根据设计需求和结构需求，传动支架的设计尺寸如下表：表47 传动支架的设计尺寸LHB设计尺寸(mm)3007939.5根据设计要求，在满足强度的情况下压辊轴承座的材料必须具有防腐蚀和防氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9。4.13 导轴的设计 导轴是对整个毛辊部分调节和固定的关键，为达到能根据不同情况容易调节毛辊轴承座的目的，同时考虑到整个辊刷机构的布置，故对本零件采用螺纹设计。图413 导轴设计简图根据要求，设计如下：(1)光轴端(如图413中标号1所示)安装在毛辊轴承座对应的孔内定位，故直径定为9mm，长度为7.5mm，为使其连接牢固，同时考虑与毛辊轴承座装配后不在拆卸，故将其焊接于毛辊轴承座上。(2)螺纹端(如图413中标号2所示)配合两个14mm的螺母，故螺纹外径为14mm，根据设计要求，长度为70mm，导轴穿过轴承横支板的中心孔，两螺母分别安装在轴承横支板的上下两侧，通过旋转两侧螺母，可以轻松调节导轴高度，同时也调节了整个毛辊的高度。(3)导轴的材料选择仍需满足防腐蚀性和抗氧化性，同时还要拥有足够的强度，故材料选用不锈钢0Cr18Ni9。4.14 垫块的设计由于本机构采用了同步带传动，且结构紧凑，为使从动压辊能有良好的定位在传动支架上，必须在从动压辊与传动支架之间加一垫块。图414 垫块设计简图根据要求，设计如下：(1)垫块的设计应尽可能简单，考虑到加工的要求，故垫块设计成直径D为38mm圆柱型，根据装配要求，厚度H定为27mm。(2)端面上设计两个贯穿的直径为8.5mm螺栓光孔，用于配合从动压辊的安装，两个光孔中心距为20mm。(3)虽然垫块不是受力的重要零件，但考虑到整个机构工作环境的特殊性，故材料的选择仍须有防腐蚀性和抗氧化性，故材料选用不锈钢0Cr18Ni9。4.15 轴承滑道的设计轴承滑道用于毛辊轴承座以及整个毛辊的轴向定位，同时在调节毛辊高度时，也起到了引导毛辊轴承座上下移动的作用。图415轴承滑道设计简图根据要求，设计如下：(1)轴承滑道可用螺钉固定在轴承立支架的侧面。根据设计要求，每个轴承立支架上都应有一个轴承滑道，分别用两个4mm的沉头螺钉连接，图示415中标号1所示为沉头螺钉用沉孔，沉孔直径为9mm，沉孔深度为6mm，螺钉用光孔直径为5.5mm，两沉孔间距为80mm。(2)轴承滑道的设计应考虑到与毛辊轴承座上滑道的配合关系(如图415中标号2所示)，每个毛辊轴承座须有两个轴承滑道来配合引导，故其宽度和厚度的设计应从装配角度出发。参考毛辊轴承座滑道的设计尺寸，轴承滑道的宽度B=12mm , 厚度H=8mm ,长度L=112mm。(3)根据设计要求，轴承滑道选用的材料需满足防腐蚀性和抗氧化性，故选材料为不锈钢0Cr18Ni9。4.16 轴承横支板的设计两轴承立支架的底端用螺栓连接在传动支架上，则顶端须用轴承横支板固定，防止在整个机构工作时，受力引起轴承立支架的变形，同时与导轴的配合也起到引导和定位毛辊轴承座的作用。图416 轴承横支板的设计简图根据设计要求，初步设计如下：(1)轴承横支板与轴承立支架采用两个8mm的螺栓连接，故图416中标号1所示采用9mm的螺栓光孔；两螺栓光孔到对称中心距离为57mm，如图，光孔中心到上侧面距距离16mm。(2) 根据设计要求，导轴用光孔(如图416中标号2所示)直径为14.5mm，位于支板中心距上侧面22mm的位置。(3)轴承横支板厚度为7mm，其它尺寸如图所示长为154mm，宽为39mm。(4)根据设计要求，轴承横支板选用的材料需满足防腐蚀性和抗氧化性，故选用材料为不锈钢0Cr18Ni9。4.17 毛辊轴承盖的设计毛辊轴承盖用于轴承的轴向定位和紧固，根据设计要求，两个毛辊连接轴的轴端处各装配一个，且在毛辊连接轴B轴端处装配的轴承盖要开一个轴孔，以便毛辊连接B与联轴器装配。图417 毛辊轴承盖设计简图根据设计要求，初步设计如下：(1)毛辊轴承盖与毛辊轴承座采用4个M4的螺栓连接，故图417中标号1所示采用4.5mm的螺栓光孔，4个螺栓光孔，均匀分布，光孔中心到对称中心距离为29mm。(2) 根据设计要求，毛辊轴承盖的伸出部分 (如图417中标号2所示)外直径为47mm，内直径为41mm，装配到毛辊轴承座的轴承孔内，用于定位和固定轴承，轴承盖与轴承间留有一定的间隙，目的是为保证毛辊在工作和安装时不被卡死，伸出部分长度为4.5mm。(3)带轴孔的轴承盖，轴孔直径为30mm。(4)轴承盖的总厚为8mm，外直径为70mm。(5)根据设计要求，轴承横支板选用的材料需满足防腐蚀性和抗氧化性，故选材料为不锈钢0Cr18Ni9。5. 结论及尚存在的问题我设计的这种清洗机辊刷机构将机械清洗与喷淋清洗有机的结合在一起，实现了边辊刷边喷淋的清洗技术。其总重量在26.3Kg左右，因此，其重量较轻。另外，其操作、拆装方便安全，适应范围广、结构紧凑、造价比较低廉。本课题设计的是一种简易的清洗机辊刷机构，通过对清洗机辊刷机构的需求性及结构性分析，对各零部件进行了具体的设计计算和选型，并对主要的传动零件进行了强度和刚度校核，尽可能满足整体的性能要求。辊刷机构是整个机器工作的核心，也是本次课题的核心内容，由于该机构相对较复杂，涉及的零件类型广，用到了机械设计、理论力学、材料力学等多方面的知识，对其选材、设计计算与校核，变得相当困难，故在设计中遗漏了很多细节。由于本人知识层面以及课题时间等限制，有不少方面没有深入研究，可能存在一些问题，现提出一下几条改良建议：(1)因辊刷机构工作环境恶劣，故更应提高的自身的密封，防止一些标准件的腐蚀和氧化。(2)希望能通过试验等方法找出一种密度小质量轻，防腐蚀和抗氧化能力更好，更廉价的不生锈材料，用于辊刷机构的设计。(3)辊刷机构在清洗机支架上的位置能改变，以满足不同的清洗需求。致谢借此机会，我以最诚挚的心情衷心向各科老师对我的辛苦教导表示感谢！毕业设计是检验我们运用过去两年所学的知识进行分析问题、解决问题的能力的一种方法。同时，通过毕业设计，也可以把所学的知识融会贯通，扎实自己的专业基础知识。为了搞好这次毕业设计，指导老师组织我们到上野忠公司进行了参观，并面对面地讲解。 众所周知，机械产品设计就是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。由于产品设计阶段要全面确定整个产品的结构、规格，从而确定整个生产系统的布局，因而，产品设计的意义重大，具有“牵一发而动全局”的重要意义。好的产品设计，不仅表现在功能上的优越性，而且便于制造，生产成本低，从而使产品的综合竞争力得以增强。鉴于此，我选择的毕业设计题目为“零件清洗机辊刷机构设计”，专题是产品结构和零件的设计。作为一个即将要从事机械行业的工作者，选择这一课题将为我自己今后的设计工作打下良好的基础。本次设计中得到了杨老师和刘工的指点。同时也非常感谢南阳理工学院各位老师的精心教诲。由于能力有限，经验不足，设计中难免有不足之处，敬请各位老师和同学指正，本人将不甚感激！参考文献1成大先.机械设计图册：第1卷.北京：化学工业出版社，2000. 2成大先.机械设计手册，单行本，常用工程材料，化学工业出版社，2004.13岑军键.非标准设备设计手册.北京:国防工业出版社,1994.4曾正明.机械工程材料手册，机械工业出版社，2003.15陆致深.我国水工金属结构防腐方法简介.广西水利水电，2002.(2)6美伯尔.机械分析与机械设计.汪一麟译.北京:高等教育出版社,1988.7美约翰逊RC.机械设计综合.陈国贤译.北京:机械工业出版社,1987.8秦国治，田志明.高压水射流清洗机技术及其应用.管道技术与设备，2001.(l)9孙训