[机械毕业设计论文]轴承卡簧卷制机设计说明书

扬州职业大学毕业设计说明书 2007目录1 前言12 弹簧的制造工艺22.1 弹簧材料的种类22.2 弹簧的制造工艺22.2.1冷成形弹簧的制造工艺22.2.2 热成形弹簧的制造工艺43 轴承卡簧卷制机的工作原理63.1 自动卷簧机的介绍63.2轴承卡簧卷制机的工作原理63.3 轴承卡簧卷制机送线推力的计算74 轴承卡簧卷制机的总体结构设计104.1电动机的选择104.2计算传动装置的总传动比及分配各级传动比114.3 V带传动设计124.3.1带传动的特点124.3.2带传动设计124.4 齿轮结构设计144.4.1齿轮传动的特点144.4.2齿轮传动设计154.5 轴的强度和刚度校核174.6总体结构确定225 卷制装置的设计225.1 扇形齿轮的设计225.2 传动装置的设计225.3 其它零件的设计236. solidworks建模24总结35参考文献36致谢37附录38如需要图纸等资料，联系QQ1961660126研究成果的严肃态度以及向读者提供有关信息的出处，正文之后一般应列出参考文献表引文应以原始文献和第一手资料为原则。所有引用别人的观点或文字，无论曾否发表，无论是纸质或电子版，都必须注明出处或加以注释。凡转引文献资料，应如实说明。对已有学术成果的介绍、评论、引用和注释，应力求客观、公允、准确。伪注、伪造、篡改文献和数据等，均属学术不端行为致谢一项科研成果或技术创新,往往不是独自一人可以完成的,还需要各方面的人力,财力,物力的支持和帮助.因此,在许多论文的末尾都列有致谢1) 著录参考文献可以反映论文作者的科学态度和论文具有真实、广泛的科学依据，也反映出该论文的起点和深度。2) 著录参考文献能方便地把论文作者的成果与前人的成果区别开来。3) 著录参考文献能起索引作用。4) 著录参考文献有利于节省论文篇幅。01 Brown, H. D. Teaching by Principles: An Interactive Approach to Language PedagogyM. Prentice Hall Regents, 1994.02 Brown, J Set al. Situated Cognition and the Culture of LearningJ. Educational Reasercher, 1, 1989.03 Chris, Dede. The Evolution of Constructivist Learning Envi-ronments: Immersion in Distributed Virtual WorldsJ. Ed-ucational Technology, Sept-Oct, 1995.学位申请者如果能通过规定的课程考试，而论文的审查和答辩合格，那么就给予学位。如果说学位申请者的课程考试通过了，但论文在答辩时被评为不合格，那么就不会授予他学位。有资格申请学位并为申请学位所写的那篇毕业论文就称为学位论文，学士学位论文。学士学位论文既如需要图纸等资料，联系QQ1961660126是学位论文又是毕业论文中华人民共和国国家标准VDC 001.81、CB 7713-87号文件给学术论文的定义为：学术论文是某一学术课题在实验性、理论性或观测性上具有新的科学研究成果或创新见解的知识和科现象、制定新理论的一种手段，旧的科学理论就必然会不断地为新理论推翻。”（斯蒂芬梅森）因此，没有创造性，学术论文就没有科学价值。三、创造性学术论文在形式上是属于议论文的，但它与一般议论文不同，它必须是有自己的理论系统的，不能只是材料的罗列，应对大量的事实、材料进行分析、研究，使感性认识上升到理性认识。一般来说，学术论文具有论证色彩，或具有论辩色彩。论文的内容必须符合历史唯物主义和唯物辩证法，符合“实事求是”、“有的放矢”、“既分析又综合” 的科学研究方法。一般普通刊物（省级、国家级）审核时间为一周，高质量的杂志，审核时间为14-20天。核心期刊审核时间一般为4个月，须经过初审、复审、终审三道程序。3.期刊的级别问题。国家没有对期刊进行级别划分。但各单位一般根据期刊的主管单位的级别来对期刊划为省级期刊和国家级期刊。省级期刊主管单位是省级单位。国家级期刊主管单位是国家部门或直属部门。如需要图纸等资料，联系QQ1961660126摘要：本课题在分析了轴承卡簧卷制机的基本工作原理和特点应用的基础上，对轴承卡簧卷制机的总体结构和卷制装置做了详细的设计计算，完成了一套完整的机械设计过程，提高了卷簧机的性能，使得轴承卡簧生产自动化程度提高，生产效率更高 ，工人劳动强度下降。本课题的任务重点是轴承卡簧卷制机的总体设计和卷制装置的设计。卷制装置通过带传动和减速器的减速以及扇形齿轮将动力从电动机传到卷制滚轮，利用一对或几对上下滚轮的摩擦力推动钢丝向右运动，依靠上、下圈径杆的限位及导向作用使钢丝成形。该结构属于无芯卷制方式，整机运行性能较好，能满足工件加工的速度及精度。为了实现该卡簧卷制机的运行要求，本课题使用扇形齿轮进行传动，经过计算验证，扇形齿轮可以保证滚轮传动的精度要求，同时还可以通过扇形齿轮对切断装置进行传动，使得机器整体结构简单，经济性提高。此外，通过更换不同齿数的扇形齿轮可以调节机器的送线长度，大大提高了卡簧卷制机工作的灵活性和通用性。关键词：轴承卡簧；无芯卷制；扇形齿轮1前言本课题来源于南京市双圆弹簧厂，弹簧作为通用基础件，量大面广，应用领域几乎涉及到国民经济所有领域。由于使用环境、场合、功能各异，使各种弹簧的形状和大小差别悬殊，品种繁杂。正因为弹簧本身的固有特征，生产弹簧投资不大，入门技术门槛不高，所以吸引了不少厂家投资于此。和先进工业化国家相比，我国弹簧行业总体技术水平要落后30年，缺乏自主的独立开发能力，大部分企业按来图制。而工业的发展刺激了弹簧的需要，同时也对弹簧加工设备提出了更高的要求，以往的加工设备多为纯机械式卷簧机，机构复杂，而功能却很单一，调试烦琐，加工精度又难以保证。因此，为了高效的制造轴承卡簧，需要设计制造轴承卡簧卷制机，刻不容缓。目前弹簧制造基本分为有芯卷制和无芯卷制两种方式，无芯卷制较传统的有芯卷制方式有经济性好，生产效率高，工人劳动强度低等优势，已经成为弹簧制造行业的主流制造方式。在此课题中设计的轴承卡簧卷制机采用无芯卷制方式。同时需要满足以下几点技术要求：a.轴承卡簧机卷制速度为30只/min，卡簧最大外径：150mm，钢丝尺寸：23；b.轴承卡簧卷制机应能满足加工要求，保证加工精度；c.轴承卡簧卷制机应运转平稳，工作可靠，结构简单；d.轴承卡簧卷制机应便于维修、调整。本课题需要首先需要完成总体设计：设计轴承卡簧卷制机的总体结构，安装尺寸，确定机器的传动方式和工作原理，分配各级传动装置的传动比，同时根据需要的生产量确定机器的工作参数。其次，在完成总体设计的基础上，需要进行卷制装置设计：设计轴承卡簧卷制机的卷制装置机构，利用扇型齿轮结构进行传动，结构简单，传动比准确，并能保证进给量准确，高效率，低功耗，平稳运行，具有良好的性能价格比。2弹簧的制造工艺2.1弹簧材料的种类弹簧主要在动载荷作用下工作，因此，要求弹簧材料具有高的抗拉强度极限、屈服极限、弹性极限和疲劳极限，同时要求具有高的冲击韧性和塑性。在特殊条件下使用的弹簧，如在高温、低温、腐蚀介质中及衡器仪表上使用的弹簧，除上述要求外，还要求具有耐热、防蚀、导电、防磁、耐低温以及恒弹性等性能。因此设计弹簧时，选择合适的材料是一项技术性很强的工作。弹簧材料的种类繁多，目前大量使用的是弹簧钢，其次是具有特殊性能的弹簧材料，如不锈耐酸钢、耐热钢（合金）、铜合金、镍合金以及橡胶、塑料等。按交货状态，金属材料也可分为热轧和冷拉两类。热轧材包括圆钢、扁钢、梯形钢和钢板等。热轧钢的规格和尺寸公差较大，表面质量较差，一般用于疲劳性能要求不高的低应力弹簧或截面尺寸较大的重型弹簧。冷拉（轧）材又分以下几种类型：a.在成材过程中经过强化加工的丝材和带材。这类材料在弹簧冷成形后不需要淬火，只需进行消除内应力回火处理。如冷拉碳素弹簧钢丝、油淬火回火钢丝、冷轧不锈钢带等。b.在成材后以退火或高温回火状态供应，这类材料在弹簧冷成形后需进行淬火、回火处理。如合金弹簧钢丝、异形钢丝，马氏体不锈钢丝以及弹簧和工具钢冷轧带等。c.冷拉圆钢，直径一般在7-25mm，表面质量较高，主要用于疲劳寿命要求高、使用应力较大的大、中型弹簧。这种材料以光亮退火或冷拉状态供货，弹簧经热成形后需进行调质处理。如冷拉合金弹簧钢。2.2弹簧的制造工艺弹簧的种类较多，形状各异，精度要求不同，生产批量不等，因而制造方法也就有所不同。弹簧的制造方法根据成形工艺的不同可分为冷成形和热成形两种。当弹簧材料尺寸较小，在常温下成形的，称为冷成形；当弹簧材料尺寸较大，需将材料加工之后成形的，称为热成形。2.2.1冷成形弹簧的制造工艺冷卷螺旋弹簧所用的材料，大致为直径0.1-14mm的钢丝和圆钢，或边长小于10mm的异形钢丝和方钢，或相近尺寸的钢带和扁钢。材料的供应状态通常为两大类，一类为硬状态，其本身已具有弹簧所需要的机械性能，成形后只需消除应力回火；另一类为退火状态成形后尚需淬火和回火才能获得所需要的性能。制造冷卷螺旋弹簧的基本工艺过程：当用成形后不需淬火处理的材料制造时为：卷簧，去应力回火、支承端部或端面加工、立定或强压处理、去毛刺或倒角、检验、防腐处理。当用成形后需淬火处理的材料制造时，与以上所不同的主要是成形后要进行淬火、回火处理，支承端部的加工有时需要正火，其他工序基本相同。A.卷簧 卷簧是弹簧卷制成形的简称，是弹簧制造过程的主要工序，卷制的方法和精度决定着弹簧的几何尺寸、性能、材料的利用率和生产效率。弹簧的卷制设备一般分无芯轴卷簧机和有芯轴卷制机两种。下面分别叙述有芯轴和无芯轴卷簧。a.有芯轴卷簧 有芯轴卷簧多用于中、小批量的生产和专门设计、有特殊要求的弹簧。在大批量生产中，这种方法也用于卷制扭簧和一些拉伸螺旋弹簧。芯轴装在主轴的卡盘上与主轴一起旋转。主轴通过挂轮及送进丝杠使弹簧材料的送进装置在床身上左右移动，将弹簧材料紧紧的绕在芯轴上卷制成弹簧毛坯。压缩螺旋弹簧支承圈的并圈则是通过自动并圈装置或机床开合螺母手柄的操纵来实现。卷制方式有单个卷制和多个连续卷制两种：单个卷制一般用于条料制造的弹簧以及扭转、拉伸和油封弹簧等。多个连续卷制是一次卷成一串螺旋圈，然后再按尺寸分别切断成单个弹簧。卷簧属于弯曲成形。在成形时，材料的外层纵向产生弹塑性拉伸变形，而内层纵向产生弹塑性压缩变形；在中性层两侧的某个范围内则为纯弹性变形，弹性变形范围随相对弯曲半径的加大而增大。但是，在载荷解除后由于中性层两侧纯弹性变形的恢复，以及内外层纵向总变形中弹性变形部分的恢复，而使零件的弯曲半径发生改变，内弯曲半径与芯轴尺寸不一致，这种现象就是通常所说的回弹。为了在冷成形后得到所要求的形状尺寸精度，在弹簧设计、工艺装置设计和编制工艺规程时，必须准确地掌握不同材料的各类弹簧在成形时的回弹量。影响回弹量的因素很多，主要有材料的机械性能、旋绕比和工艺装置等。b.自动卷簧机卷簧（无芯轴卷簧）该部分内容见第三部分。B.去应力回火 去应力回火通常简称为回火，有时也称为低温退火或低温回火。其目的主要是为了消除金属丝冷加工和弹簧卷绕成形时所产生的内应力。它可以显著地改善冷成形弹簧的机械性能和使用特性稳定弹簧的尺寸，提高弹簧的疲劳寿命。对于铅淬火冷拉钢丝和冷拉青铜丝，在消除应力的同时，还可提高金属丝的弹性极限和硬度。若将弹簧给予一定的变形，装在夹具上进行回火，则不但可以调整弹簧制造中的尺寸，而且能有效地减少使用中的蠕变。回火过程将引起弹簧直径、长度和圈数的变化，通常称为回火变形量。其大小与材料的类别、尺寸，旋绕比及卷簧的情况有关。一般来说，用碳素弹簧钢丝、琴钢丝、油淬火回火钢丝卷制的弹簧，回火后外径缩小，用青铜丝和不锈钢丝卷制的弹簧，回火后外径增大。回火变形量与旋绕比成正比。在制订工艺时一般应根据经验公式或图表对变形量作一大略的估计，然后根据卷簧和校正的情况确定出去应力回火规范，将回火变形量控制在预期的范围内。C.压缩弹簧两端面的磨削 为了使弹簧能直立、与支承座接触良好、减少绕曲和具有较均匀的压力，冷卷弹簧的两端面一般要进行磨削加工，简称为磨簧。磨簧加工后要求磨平部分不少于圆周长的3/4，端头厚度不小于金属丝直径的1/8。普通圆柱螺旋弹簧的端面光洁度不低于3，并应保证有良好的端面不平度及轴线与两端面的不垂直度。弹簧应根据弹簧生产批量的大小来选择设备和操作方式。手工方式磨簧所用的设备，通常是普通砂轮机再加以适当的夹具和辅助工具。设备和工装都比较简单，但劳动强度大、生产率低因此适用于品种多、批量小的生产。在大批量的生产中，则采用弹簧端面磨床机磨削弹簧的端面。D.校正加工 压缩螺旋弹簧在端面磨削结束后，如果弹簧的自由高度、不垂直度、节距、外径等未达到技术文件所规定的偏差时，则往往需要校正加工。拉伸和扭转螺旋弹簧也有类似的整形加工。校正操作目前一般还处于手工或半手工作业状态。常用的工具是：金属丝在4mm以上的弹簧，多用手板压力机和劈距机等；金属丝在4mm 以下的弹簧，则多用具有锲形刃口的专用刀具和专用钳子等。校正加工就是利用这些工具使弹簧局部产生塑性变形，以达到图纸所要求的尺寸。E.扭转螺旋弹簧的成形工艺 其工艺和压缩、拉伸螺旋弹簧基本相同，不同的亦仅是端部的加工。在小批量生产和支腿比较复杂的情况下，多采用手工、或半自动的有芯轴卷簧法成形，但需留出支腿的长度。在大批量生产时，则在直尾卷簧机和扭转螺旋弹簧专用机上卷制。这两种成形方法多用于支腿比较简单的情况。2.2.2热成形弹簧制造工艺的当弹簧所用钢材的圆形截面直径大于12mm、矩形截面边长大于10mm、或相近尺寸的扁钢时，一般采用热成形制造工艺。对于弹簧旋绕比小于5、材料直径大于7mm的冷拉合金圆钢，当退火软化程度不能满足冷卷要求时，也可采用热成形制造工艺方法。大型螺旋弹簧，板弹簧和扭杆弹簧等大多采用热成形制造工艺方法。热卷压缩螺旋弹簧的工艺流程一般为：下料、料头锻扁、加热、卷绕成形、热处理、喷砂或喷丸、立定处理或强压处理、端面加工、检验、表面防腐处理。以上工艺流程可根据材料状态、设备条件、加工方法和技术要求等进行适当的调整。a.下料 在下料之前，必须按国家标准，对材料的化学成分、机械性能、截面尺寸、表面质量、硬度和脱碳等项目进行检验。并按炉号、规格分批投入下料车间。对于大批量生产的弹簧材料，可要求供料厂按定尺或倍尺供应，这样即可省去下料工序，又降低材料消耗。b.料头锻扁 弹簧材料在卷制前，端部锻扁是为了减少成形后端圈的磨削加工量。锻扁的长度按下式计算： （2-1）c.加热、卷绕成形 加热卷绕主要是利用材料在高温时强度低、塑性好的特性，使成形容易进行。加热温度应根据热加工规范确定。加热时间应保证在烧透的情况下，力求减少或避免造成严重的氧化和脱碳。卷绕弹簧的设备在专业化工厂多数采用专用卷簧机，而一般机械厂则用普通车床。卷簧时应根据预制高度一次完成，尽量避免卷后再次加热劈开螺距。为了提高生产率、在卷簧机上，可装置自动或半自动退芯轴装置及机械手，把卷完的弹簧自动放到指定的地点冷却。卷弹芯轴的尺寸，根据弹簧内径尺寸和旋绕比确定。旋绕比C=4-6时，芯轴尺寸基本上与弹簧内径相同；旋绕比小于4时，芯轴尺寸比弹簧内径大些；旋绕比大的弹簧，芯轴尺寸应比弹簧内径小些，大约小0.5-1mm。芯轴尺寸还与加热温度有关，对直径尺寸要求严格的弹簧，只有通过试卷，调整芯轴尺寸，来满足弹簧特性和弹簧直径偏差的要求。弹簧预制高度应根据弹簧的压并应力、旋绕比、材料表面质量、材料的种类、热处理后的硬度等因素来确定。d.弹簧的热处理e.立定处理和强压处理 为了使弹簧在使用过程中具有稳定的尺寸，热卷弹簧也需进行立定处理。而强压处理是为了提高弹簧的承载能力。f.端面加工 为了使弹簧端圈支承稳定和满足垂直度、光洁度的要求，对于材料两端锻扁后卷绕的弹簧端面要进行磨削加工。磨削加工一般在砂轮机或专用的弹簧端面磨床上进行。对于材料端部未进行锻扁加工而卷制的弹簧，卷绕之后应在车床或铣床上把端圈周长的3/4削平，然后再进行热处理。如果立定处理和强压处理后弹簧的垂直度不合格，可根据具体情况磨平或矫正。矫正后的弹簧应再次压并3-5次。g.弹簧的质量检查 弹簧的质量检查按产品图纸和GB1239-76的规定进行。其它采用热成形方法制造的弹簧，如板弹簧，其工艺流程与上述热卷压缩螺旋弹簧的工艺流程基本相同。3轴承卡簧卷制机的工作原理3.1自动卷簧机的介绍自动卷簧机卷簧（无芯轴卷簧）用芯轴卷制弹簧后还要作手工切段、冲切、整修等辅助工序，不仅劳动量大、生产率低，而且降低了材料利用率和质量均匀性。因此，在大批量生产中，广泛采用自动卷簧机。它可以自动卷绕、切断、计数等，能以一个工作循环完成弹簧的成形工艺，因此劳动强度小，生产效率高，材料利用率高，并可以实现多机作业。而且，对于弹簧的尺寸和形状具有广泛的适应性，除能卷制圆柱压缩螺旋弹簧外，还可以卷制圆锥形、中凸形、中凹形等非圆柱螺旋弹簧；并圈和不并圈、左旋或右旋、等节距和不等节距的螺旋弹簧；具有切向直尾的扭转螺旋弹簧等。拉伸螺旋弹簧则是卷制成单件毛坯后再加工出钩环，目前也有的卷簧机能在机上直接制出钩环。除各种型号国产自动卷簧机外，还有其他型式的万能自动卷簧机和专用自动卷簧机。3.2轴承卡簧卷制机的工作原理图3-1 成形卷制机构示意图成形机构如图3-1所示。利用一对或几对滚轮压住钢丝并旋转，推动钢丝向右运动，依靠上、下圈径杆的限位及导向作用使钢丝成形。上、下圈径杆可在各自的滑槽中移动，通过控制上、下圈径杆的位置，就可控制弹簧圈径的大小。节距杆为垂直纸面的运动，其作用是使卷绕的钢丝形成螺纹升角。通过控制节距杆的位置，就可控制弹簧节距的大小。当卷绕完毕时，用切刀将钢丝切断。芯轴则作为切刀切钢丝时的一个支承。金属丝从料架上引出后，首先经校直机构、滚轮，再经导向板送入卷绕机构。卷绕机构由卷绕杆、芯轴刀和节距杆组成。金属丝进入卷绕机构后，被卷绕杆顶住，然后沿两个一般互为90角的卷绕杆围绕芯轴刀作螺旋圆周运转，弯曲卷绕成螺旋形弹簧圈。弹簧节距的大小是由节距杆控制的，它可以沿轴向运动，按照所设计弹簧节距的尺寸调整位置。如果节距杆在凸轮的控制下后退不起作用时，则可卷绕出密圈的拉伸和扭转螺旋弹簧毛坯。如果节距杆在凸轮的控制下随进料机构运转而自动调整位置时，则可卷绕成不等节距的螺旋弹簧。卷绕杆在凸轮的控制下可以按箭头方向移动。通过调整卷绕杆与芯轴刀之间的距离，来控制弹簧直径的大小。在整个卷绕过程中如卷绕杆位置固定，就卷绕出圆柱形螺旋弹簧；如卷绕杆的相对位置随进料动作而自动调节，则可卷制出中凸形或中凹形弹簧。送料长度也由凸轮控制，即根据需要将凸轮调整好后，当送料到所规定的长度时，送料滚轮就会自动停止送料。然后由凸轮控制的偏心连杆机构带动切断刀与芯轴刀将金属丝切断，这就完成了卡簧的形成。从以上过程可以看出，卷簧的全部循环过程，是通过机床的凸轮轴上的各种凸轮的周期联动作用来实现的。凸轮轴每转动一周就完成一个周期，卷制出一个弹簧。如此往复运转就实现了弹簧的自动成形。影响卷簧质量的因素是多方面的，例如弹簧材料的抗拉强度、延伸率、弹性模量、曲强比、材料的尺寸精度等级和表面状况、机床设备的精度、辅助工具与金属丝接触部分的摩擦状况、送料长度的精确度以及卷绕速度和操作者的技术水平等等。因为这些因素与自动卷簧机运转情况有关，因而，在使用自动卷簧机卷簧时，需要对机床进行精细的调整。3.3轴承卡簧卷制机送线推力的计算图3-2 工件成形受力分析图已知： 在送线出口以及二个圈径顶杆外，压力与摩擦力的关系为： (3-1)根据平面作用力系的平衡原理，可得出下面的方程对O点取矩 (3-2)将已知参数与(3-1)式代入(3-2)，得： (3-3)若将看作是已知参数，则公式（3-3）可成下式： (3-4)根据塑性变形与内作用力的关系，在A点的剖面其应力最大，可以认为该点的曲率形式了弹簧的圈径；而该点的曲率是由该点的内弯距与内轴力联合作用的结果，它们遵循下列的关系： (3-5)式中：,并注意带下标的e的参数，分别是弹性极限时的曲率，弯矩，轴力，将有关的参数代入，得： 将（3-6）式代入（3-5）式，经整理后得下式： 解得 。将代入（3-4），得 上式中的及分别为两个圈径顶杆的正压力，而则为送线滚轮对钢丝的推力减去槽板对钢丝的摩擦阻力之后得到的数值，滚轮的推力可估算为： (3-6)其中：Na的力臂长取决于钢丝在槽板中间隙。图3-3 工件成形示意图如图3-3所示，假定：则 取动摩擦系数,并将有关的参数代入（3-7），可得 。4轴承卡簧卷制机的总体结构设计4.1电动机的选择工作机所需功率为Pw，由于产量为30只/min，生产卡簧直径为d=150mm。所以送料速度：电动机所需功率为: (4-1)从电动机到工作机之间的传动装置总效率为： (4-2)式中 ,由式（4-2）得 由式（4-1）得 工作机滚子轴的转速为：取V带传动比：，单级圆柱齿轮传动,总传动比合理范围，故电动机转速可选范围为：综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动及减速器的传动比，选定电动机的型号为Y132M1-6。表4-1 电动机性能参数表电动机型号额定功率Pw/kW同步转速/满载转速/电动机质量/kg总传动比V带传动 减速器Y132M1-6410009607525.62.818.294.2计算传动装置的总传动比并分配各级传动比A.传动装置的总传动比为：B.分配各级传动比： 因 ，取2.8。按展开式布置，取,可算出，；取，。C.计算运动参数和动力参数a.各轴转速 ； ； ； ； 。b.各轴功率 ； ； ； ； ； 。c.各轴转矩 ； ； ； ； ； 。4.3 V带传动设计4.3.1带传动的特点V带又分为普通V带、窄V带、宽V带、接头V带、联组V带、齿形V带及大锲角V带等10多种。其中普通V带应用最广，窄带则在近十年来应用越来越多。带传动的主要优点是：a.缓冲和吸振，传动平稳、噪声小；b.带传动靠摩擦力传动、过载时带与带轮接触面间发生打滑，可防止损坏其他零件；c.适用于两轴中心距较大的场合；d.结构简单，制造、安装和维护等均较为方便，成本低廉。带传动的缺点是：a.不能保证准确的传动比；b.需要较大的张紧力，增大了轴和轴承的受力；c.整个传动装置的外廓尺寸较大，不够紧凑；d.带的寿命较短，传动效率较低。鉴于上述特点，带传动主要适用于：a.速度较高的场合，多用于原动机输出的第一级传动。带的工作速度一般为530m/s,高速带可达60m/s。b.中、小功率传动，通常不超过50KW。c.传动比一般不超过7，最大用到10。d.传动比不要求十分准确。4.3.2带传动设计 A.选择V带型号a确定计算功率查文献资料【8】表4-6得工作情况系数 。b选择V带型号按，查文献资料【8】图4-11得,选择A型V带。B.确定带轮直径，a.选取小带轮直径根据文献资料【8】图4-11及表4-4，选取小带轮直径。b.验算带速v在525m/s内，合适。c.确定从动带轮直径 查文献资料【8】表4-4选取。 C确定中心距A和带长Lda.初选中心距 （4-3）取。b.求带的计算基准长度 （4-4）由式（4-4）得 选取。c.计算中心距d.确定中心距调整范围；。D.验算小带轮包角 （4-5） 由式（4-5）得 所以，合适。E确定V带根数Za.确定额定功率根据文献资料【8】表4-5，用线性插值法 b.确定V带根数Z （4-6）查表得 ，由式（4-6）得 取Z=4根，合适。F计算单根V带初拉力查文献资料【8】表4-1得 （4-7）由式（4-7）G.计算对轴的压力 H确定带轮的结构尺寸 ，采用实心轮结构，采用六孔板轮结构。4.4齿轮结构设计4.4.1齿轮传动的特点齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。齿轮传动的主要优点是：a.瞬时传动比恒定，工作平稳，传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；b.适用的功率和速度范围广，功率从接近于零的微小值到数万千瓦，圆周速度从很低到300m/s；c.传动效率高，=0.92-0.98，在常用的机械传动中，齿轮传动的效率较高；d.工作可靠，使用寿命长；e.外廓尺寸小，结构精凑。齿轮传动的主要缺点是：制造和安装精度要求较高，需专门设备制造，成本较高，不宜用于较远距离两轴之间的传动。齿轮传动应满足的基本要求是:a.瞬间传动比不变，冲击、振动和噪声小，能保证较好的传动平稳性和较高的运动精度；b.在尺寸小、质量轻的前提下，轮齿的强度高，耐磨性好，承载能力大，能达到预期的工作寿命。4.4.2齿轮传动设计A选择齿轮材料、热处理方法、精度等级、齿数，及齿宽系数考虑到该减速器的功率不大，故大、小齿轮都选用45钢调质处理，齿面硬度分别为221HBS、255HBS，属软齿面闭式传动，载荷平稳，齿轮速度不高，选7级精度，小齿轮齿数，大齿轮齿数，按软齿面齿轮非对称安装查文献资料【8】表6-5，取齿宽系数。B按齿面接触疲劳强度设计a.确定公式中各参数 （4-8）（a）载荷系数试选=1.5。（b）小齿轮传递的转矩（c）材料系数查文献资料【8】表6-3得 。（d）大、小齿轮的接触疲劳强度极限，查文献资料【8】图6-8得，。（e）应力循环次数（工作寿命10年 ，每年工作300天，两班制）（f）接触疲劳寿命系数 查文献资料【8】图6-6得 ，。（g）确定许用接触应力取安全系数 b.设计计算（a）试算小齿轮分度圆直径取=， 由式（4-8）得 （b）计算圆周速度v（c）计算载荷系数K查文献资料【8】表6-2得使用系数；根据、7级精度查文献资料【8】图6-10得动载系数；查文献资料【8】图6-13得。则（d）校正分度圆直径c.计算齿轮传动的几何尺寸（a）选取模数（b）两轮分度圆直径、。（c）中心距a。（d）齿宽b。取。（e）齿高h。C.校核齿根弯曲疲劳强度 （4-9）a.确定公式中各参数值（a）大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限、查文献资料【8】图6-9得 ，。（b）弯曲疲劳寿命系数、查文献资料【8】图6-7得 ，。（c）许用弯曲应力、 取定弯曲疲劳安全系数=1.4，应力修正系数=2.0，得 （d）齿形系数、和应力修正系数、查表6-4得 ，。（f）计算大小齿轮的与，并加以比较取其中大值代入公式计算：小齿轮的数值大，应按小齿轮校核齿根弯曲疲劳强度。D.校核计算弯曲疲劳强度足够。4.5轴的强度和刚度校核图4-1 1轴的机构与装配草图轴在初步完成结构设计后，进行校核计算。计算准则是满足轴的强度或刚度要求。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，采取相应的方法，并恰当地选取其许用应力，对于用于传递转矩的轴应按扭转强度条件计算，对于只受弯矩的轴（心轴）应按弯曲强度条件计算，两者都具备的按疲劳强度条件进行精确校核等。现对主轴1进行强度、刚度校核：A.求出主轴上的转矩T：主轴上的传递的功率： 则B.求作用在齿轮上的力：C.轴的受力分析（见图4-2）a.画轴的受力简图（见图4-2a）b.计算支承反力轴承的支点位置，由深沟球轴承查手册，a=22mm。齿宽中点距左支点距离 齿宽中点距左支点距离 左支点水平面的支反力 右支点水平面的支反力 左支点垂直面的支反力 右支点垂直面的支反力 c.画弯矩图（见图4-2c、d、e）截面C处水平面弯矩截面C处垂直面弯矩截面C处合成弯矩 D.弯曲合成强度校核通常只校核轴上受最大弯矩和扭矩的截面的强度，危险截面C。考虑扭矩为脉动循环变应力，则 截面C处计算应力强度校核：45钢调质处理，查得 弯扭合成强度满足要求。画转矩图图4-2 轴的受力分析及弯扭矩图E.轴的疲劳强度安全系数校核确定危险截面：由于d在估算时放大了5%以考虑键槽的影响，而且A，B只承受转矩，故不必校核。截面C上应力最大，但由于过盈配合及键槽引起的应力集中均在该轴段两端，故也不必校核。截面，处应力接近最大，应力集中相近，且最严重，但截面不受转矩作用，故不必校核。截面为危险截面，截面的左右两端校核。截面左侧由文献资料【8】附表10-1查得，；由附表10-4查得绝对尺寸系数，；轴经磨削加工，由附表10-4得表面质量系数。则弯曲应力 应力幅 材料的力学性能 45钢调质，查表得 ，轴肩理论应力集中系数 ,经插值计算 ，。材料的敏性系数 由,，查文献资料【8】图并经插值 ，。疲劳强度综合影响系数 平均应力 切应力 安全系数 查文献资料【8】表10-6得许用安全系数，显然，则安全。4.6总体结构确定图4-4 总体结构图根据以上计算结论，得出各传动齿轮和带轮的之间的中心距，确定各传动轴之间的位置，从而确定机器箱体的大小尺寸。然后根据各构件之间的工作关系，确定机器面板上的位置形状要求，如图4-4所示。5卷制装置的设计5.1扇形齿轮的设计在该机器中，扇形齿轮是关键性的零件，扇形齿轮作为传动装置的输出端，又起到了卷制装置和切断装置的输入端的作用。扇形齿轮旋转一周，一个被加工零件完成。该机器的技术要求中规定每分钟生产30个卡簧，即扇形齿轮的转速n=30r/min。同时，扇形齿轮作为切断装置的输入端，需要保证切断刀在每个零件生产完成后又足够的停顿时间实现切断，这就需要扇形齿轮不能是一个完整的齿轮。经过计算，为了保证被加工零件直径为150mm,扇形齿轮的有齿角度为225度，完整齿数为66齿，需要齿数为42齿。在以后的使用操作中，如需要生产不同直径的零件，只需更换相同模数不同齿数的扇形齿轮即可，使用方便，结构简单。见图5-1。图5-1 扇形齿轮零件图5.2传动装置的设计 本机器传动装置的主要问题是如何保证两个送线滚轮能够实现同步同向旋转，对待此问题，本课题采用一个同步大齿轮的结构，使大齿轮同时啮合两个送线滚轮轴上的小齿轮，具体结构见图5-2。图5-2 传动装置结构5.3其他零件的设计a调节导杆本装置中，由于钢丝需要经常拆卸，这就要求上送线滚轮能够松卸和压紧，调节导杆即起压紧作用。调节导杆通过螺纹调节杆在箱体内部的距离，压紧可调轴承座，从而压紧滚轮。b校直装置校直装置由两组不同方向的校直滚轮组组成。每组校直滚轮组又由上下共5个校直滚轮组成。c上、下圈径杆上、下圈径杆是用来卷制钢丝，使钢丝成型用的。径杆的位置零件尺寸的不同，通过调节径杆上顶杆的位置和角度，实现被加工零件的直径大小。这里一般保证上下圈径杆之间的角度为90度。6Solidworks建模首先我要对Solidworks进行介绍一下，它是一种先进的，智能化的参变量式CAD设计软件，在业界被称为“3D机械设计方案的领先者”，易学易用，界面友好，功能强大，在机械制图和结构设计领域，掌握和使用Solidworks已经成为最基本的技能之一。与传统的2D机械制图相比，参变量式CAD设计软件具有许多优越性，是当代机械制图设计软件的主流和发展方向。传统的CAD设计通常是按照一定的比例关系，从正视，侧视，俯视等角度，根据投影，透视效果逐步绘出所需要的各个单元，然后标注相应尺寸，这就要求制图和看图人员都必须具备良好的绘图和三维空间想象能力。如果标注尺寸发生变化，几何图形的尺寸不会同步变更；如果改变了几何图行，其标注尺寸也不会发生变化，还要重新绘制，标注，因此绘图工作相当繁重。参变量式CAD设计软件，是参数式和变量式的统称。在绘制完草图后，可以加入尺寸等数值限制条件和其他几何限制条件，让草图进入完全定义状态，这就是参数式模式。由于软件自动加入了关联属性，如果修改了标注尺寸，几何图形的尺寸就会同步更新。也可以暂时不充分的限制条件，让草图处于欠定义状态，这就是变量式操作模态。Solidworks模形由零件，装配体和工程图等文件组成，没有生成零件之前的图纸称为草图。由2D，3D草图直接生成3D模形和工程图时，如果修改了草图的标注尺寸，其3D模形和工程图会同步更新；相反，如果修改了工程图的标注尺寸，其3D模形和草图也会同步更新。软件使用起来非常方便，大大减少了设计人员的工作量，提高了工作效率。通常，从打开一个零件文件或建立一个新零件文件开始，绘制草图、生成基体特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以从其他软件导入曲面或几何实体开始，编辑特征，生成零件和装配体工程图。这是常用的设计方法，也就是自下而上的设计方法。草图绘制从零件文件开始，对于一个新的产品设计，要首先建立零件文件。由于零件、装配体及工程图的相关性，所以当其中一个视图改变时，其他两个视图也会自动改变。SolidWorks2006允许自定义功能,选择菜单栏中的”工具”_”选择”命令,可以显示.定义”系统选项”和”文件属性”选项卡.SolidWorks2006可以自动保存工作.自动恢复功能可以自动保存零件,装配体或工程图文件的信息,在系统死机时不会丢失数据.如果设定此选项,则选择”工具”_”选项”菜单命令.在”系统选项”选项卡上,单击”备份”选项,选择”每(n)次更改后,自动恢复信息”复选框,然后设定信息自动保存前应发生的变更次数.SolidWorks2006具有很强的文件交换功能,可以输入,输出数十种文件格式,可以与AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等软件很方便地进行文件交换。SolidWorks2006在草图绘制模式及工程图中提供显示网格线和捕捉网格线功能。可将网格线与模型边线对齐，还可捕捉到角度。网格线和捕捉功能在SolidWorks2006中不太使用，因为SolidWorks是参变量软件，尺寸和几何关系已提供了所需的精度各个部零件的建立6.1建立新文件1 单击标准工具栏上的新建命令按钮，或选择“文件”“新建”菜单命令，打开“新建Solidworks文件”对话框。2 单击“零件”图标（或单击“高级”按钮，进入Tutrial窗口，然后选择“零件”图标）。3 单击“确定”按钮，这时就会创建一个新的零件文件。6.2绘制过程1.轴的建模（1）.草图的绘制 （2）拉伸第一段轴成实体 （3）拉伸第二段成实体 （4）拉伸第三段成实体 （5）拉伸第四段成实体 （6）拉伸第五段成实体 （7）插入基准面 （8）拉伸切除 (9)再次插入基准面 （10）拉伸切除 （11）倒角 2一轴键的建模 （1）草图的绘制 （2）拉伸成实体 4轴齿轮的建模 （1）草图绘制 （2）拉伸实体 （3）阵列圆周 （4）拉伸实体 （5）拉伸切除 3一轴套筒的建模（1）草图的绘制 （2）拉伸实体 （3）拉伸实体 （4）倒角 4 二轴的建模过程（同上） 5.三轴的建模过程（同上） 6.四轴的建模过程（同上）7.扇行齿轮的建模 （1） 草图的绘制 （2） 拉伸实体 （2） 阵列圆周 (3) 拉伸切除 （3） 倒角 (4) 拉伸切除8装配体（1）装配个部件生成装配体7总结本课程我首先了解了卷簧机的工作原理，明确了扇形齿轮对传动装置以及整体机器的重要意义。在此基础上，分析被加工零件的尺寸和技术要求，利用卷簧机的工作原理设计轴承卡簧卷制机，并且掌握包括传动装置，卷制装置，切断装置在内的总体结构。为使得机器简单，可靠，安全，在整个结构中，以扇形齿轮作为传动装置的最核心部分。在卷制装置中，为使两个滚轮能够实现同步同向转动，采用两个小齿轮同时啮合一个大齿轮的结构。课题的重要工作是在于机器的传动装置的设计，在工作初期，需要计算出卷制滚轮牵引钢丝成型弹簧的牵引力，这部分的计算我是根据南京市双圆弹簧厂的资料完成的。算出牵引力才可以根据减速传动装置以及卷制装置的传动比确定本机器的电动机，从而计算出总体结构的传动比并分配各级传动的传动比。以各级传动比可以设计出传动装置中各零件的尺寸和参数要求。在课题的研究过程中，我温习了以前学的不扎实的知识，对于材料热处理和加工工艺有了新的认识，在过去的四年里，我们虽然学过了这些知识，可由于没有运用于实践，学完后就忘了很多，真正记住的没有多少。在这次设计过程中，我们必须要使用这方面的专业知识，这在无形中就强迫我们强化和巩固了这些知识。此外，我还对工程制图以及AUTOCAD绘图软件掌握的更深刻了，为以后进入社会能胜任工作奠定了基础。参 考 文 献1 张英会.弹簧手册M.北京:机械工业出版社,1997.2 罗辉.机械弹簧制造技术M.北京:机械工业出版社,1987.3 徐灏.新编机械设计师手册M.北京:机械工业出版社,1995.4 叶伟昌.机械工程及自动化简明设计手册(上册) M.北京:机械工业出版社,2001.5 叶伟昌.机械工程及自动化简明设计手册(下册) M.北京:机械工业出版社,2001.6 李益民.机械制造工艺设计手册M.北京:机械工业出版社,1995.7 编写组.中国轴承新旧型号对照手册M.北京:兵器工业出版社,1995.8 徐锦康机械设计M.北京：机械工业出版社，2001.9苗乃元.房苗雷.BJH50-800半自动卷簧机设计J.锻压机械，2002，(1)：25-27.10 朗学孝.热卷圆簧的旋向问题J.铁道技术监督，2001，(1)：14-15.11 张克球.预应力钢丝钢较线质量现状J金属制品，2005，(1)：43-4912 瞿文广.卷簧机直径凸轮加工方法的改进J.机械工艺师，1997，(8)：27.致 谢为期三个月的毕业设计已结束，这次毕业设计是我大学四年的最后一次作业，也是最后一次考试，之前几次课程设计累积的经验给了我很大的帮助。对于我来说，它不仅仅是毕业设计，更是一次实战演习，个人的奋战是不行了，要注重团队合作精神。本课题是在老师梁明富的悉心指导下完成的，一学期的学习中，老师对我工作上严格要求，从课题的选定、资料的收集、材料的选用，实习的安排及论文的审定等各个环节，都倾注了老师大量的心血，尤其是老师严谨的治学态度、渊博的知识使我受益匪浅，在此谨向老师致以最衷心的感谢和敬意。在课题的完成过程中，我还得到了南京市双圆弹簧厂张科长的悉心指导，张科长在卷簧机的制造和弹簧的制造工艺方面有很深造诣。他不厌其烦地给我答疑解惑，使我对自己的工作有了深层次的了解，也使我在具体设计和计算中少走了弯路。在此，我向张科长以及弹簧厂里给我做过指导的其他工人师傅们致以由衷的敬意。另外，其他组的老师在工程制图方面也给了我许多帮助和指导，在此表示衷心的感谢。同时向在论文完成过程中给我以帮助的各位同学表示感谢。附 录1 轴承卡簧卷制机 KHJ-00 A02 卷制装置 KHJ-03-00 A03 压板 KHJ-03-06 A34 径杆