工字轮自动校正机设计

毕业设计说明书题目名称： 工字轮自动校正机设计说明书 院系名称： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2015年3月摘 要本课题来源于当今社会机械工业加工检验设备的创新和更新换代基础之上，通过设计出工字轮自动校正机，从而来满足当今社会工字轮加工检验设备不足的缺陷。 国内工字轮自动校正机设备的研发及制造要与全球号召的高效经济、检验质量好，效率高等主题保持一致。近期对机械行业中工字轮自动校正机的使用情况进行了调查，发现在机械行业中，工字轮的使用非常普遍。自然而然在机械设备中它们的安装也非常频繁。传动的工字轮在没有自动校正设备而需要人工校正的情况下，校正效率低下，劳动强度大，所以设计一个专用的工字轮自动校正机势在必行。本文运用大学所学的知识，提出了工字轮自动校正机的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了工字轮自动校正机总的指导思想，从而得出了该工字轮自动校正机的优点是高效，经济，并且校正质量高，运行平稳的结论。关键字：工字轮，校正，设备，高效AbstractWith development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow atcompressedneceengththdirectionprocedurework.Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore.Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Finally,thesimulationofthesystemismadeby.Key word: pneumatic manipulator cylinder pneumatic loop Fout degrees of freedom.目 录摘要IAbstractII1 引言1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义1 1.2 工字轮自动校正机的发展现状2 1.3 本课题研究的内容3 1.4 Solidworks设计基础4 1.4.1 草图绘制5 1.4.2 基准特征，参考几何体的创建6 1.4.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建7 1.4.4 工程图的设计10 1.4.5 装配设计112 工字轮自动校正机总体结构的设计12 2.1 工字轮自动校正机的总体方案图12 2.2 工字轮自动校正机的工作原理15 2.3 机械传动部分的设计计算17 2.3.1校正机中伺服电机的选型计算18 2.3.2转动轴的设计计算19 2.3.3直线导杆的选型计算19 2.3.4油缸的设计计算203 各主要零部件强度的校核21 3.1转动轴强度的校核与计算22 3.2轴承强度的校核计算234 工字轮自动校正机中主要零件的三维建模24 4.1伺服电机的三维建模25 4.2工字轮的三维建模25 4.3定位套的三维建模27 4.4工字轮自动校正机的三维建模285 三维软件设计总结29结论30致谢31参考文献321 引言1.1课题的来源与研究的目的和意义 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。 这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、铁路机车、船舶轮机工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。综合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。综合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中，包括社会科学、自然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。1.2 工字轮自动校正机的发展现状 当今社会，随着机械工业的蓬勃发展，各行各业的机械设备也在不断地更新，不断地完善，工字轮自动校正机同样在发展着，传统的工字轮校正机是采用临时的校正设备，劳动效率低，加工精度低下，不适合批量生产的场合。现代工字轮自动校正机是用来代替传统的多样的校正设备的一种校正工字轮的专用机。随着机械行业的大发展，工字轮的使用也越来越广泛，根据不同的工况，所需校正的工字轮的大小规格也有区别。如果使用传动的临时的设备校正工字轮的话，不但劳动强度大、效率低、定位精度低，而且满足不了大批量生产要求。所以使用一个专用的工字轮自动校正机以成为发展趋势。1.3 本课题研究的内容 本论文主要研究运用SolidWorks对工字轮自动校正机进行设计。在设计过程中，了解SolidWorks的各种功能。 SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它3D CAD软件相比，SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用SolidWorks三维软件，越来越多的企业需要SolidWorks人才。Solidworks软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是SolidWorks的五大特点。使得SolidWorks三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。SolidWorks在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它3D CAD系统相比，与SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks，越来越多的企业雇佣SolidWorks人才。据统计，全世界用户每年使用SolidWorks的时间已达5500万小时。在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大学等也在应用SolidWorks进行教学。Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 SolidWorks在现今社会阶段逐渐广泛应用，并且SolidWorks公司对中国市场重点开发，日后SolidWorks应用将会更加完善，更加普遍。通过前文对SolidWorks的深入了解后，往后会对SolidWorks进行个别应用的分析，如建模，装配，工程图，力学分析等。1.4 Solidworks设计基础 熟悉SolidWorks的工作环境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作环境中文件的打开、保存、导入等基本操作，掌握三维建模流程。1.4.1草图绘制掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。1.4.2 基准特征-参考几何体的创建清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。1.4.3拉伸、旋转、扫描和放样特征建模灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。1.4.4工程图设计灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。1.4.5装配设计灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用SolidWorks智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。2 工字轮自动校正机总体结构的设计2.1 工字轮自动校正机的总体方案图本次设计的工字轮自动校正机采取的方案是：在校正机上面装有两组校正装置，一组横向水平布置，一组纵向竖直布置。伺服电机配备编码器，带动工字轮（工字轮已经安装在预定的工装夹具上面）旋转，编码器感应伺服电机的转速和工字轮由于倾斜而带来的扭力的变化，通过这些信号，从而反馈信号给中控PLC系统，PLC系通根据编码器反馈的信号来控制水平的或者竖直的矫正机构动作。当工字轮在转动过程中左右倾斜时，水平的矫正机构（由液压缸驱动）开始动作，通过作用力于工字轮上面，从而达到自动校正的目的，当工字轮在转动过程中上下倾斜时，水平的校正机构（由气压缸驱动）开始动作，通过作用力于工字轮上面，结构原理是一样的。其具体方案布局图如下： 2.2 工字轮自动校正机的加工原理 伺服电机配备编码器，带动工字轮（工字轮已经安装在预定的工装夹具上面）旋转，编码器感应伺服电机的转速和工字轮由于倾斜而带来的扭力的变化，通过这些信号，从而反馈信号给中控PLC系统，PLC系通根据编码器反馈的信号来控制水平的或者竖直的矫正机构动作。当工字轮在转动过程中左右倾斜时，水平的矫正机构（由液压缸驱动）开始动作，通过作用力于工字轮上面，从而达到自动校正的目的，当工字轮在转动过程中上下倾斜时，水平的校正机构（由气压缸驱动）开始动作，通过作用力于工字轮上面，结构原理是一样的。2.3 机械传动部分的设计计算2.3.1校正机中伺服电机的选型计算 已知整个设备上工件与零件的重量，我们取总重量为150Kg，工字轮转动速度为12r/min。即：具体的电机设计计算如下:1、确定运行时间本次设计加速时间 负载速度（m/min）有速度可知每秒上升50mm，电机转速 3.负载惯量左右水平运动电机惯量总惯量4.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数，这里取1.0。 根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为92BL-A，此无刷直流步进电机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用直流无刷电机型号为92BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为0.37KW，额定转矩为75N.m，最大转矩为80N.m，额定转速为 3000r/min。电机大致图如下：外形尺寸80x80x148，电机输出轴径为16mm。2.3.2转动轴的设计计算 轴是组成精密机械的重要零件之一。一切作为回转运动的零件，都必须在轴上才能传递运动和动力。在本课题所使用的轴，承受的负荷比较小，尺寸也比较小，制造精度高，要求材料具有足够高的机械强度和良好的加工性能。因此，选用材料45#，传动轴最大外圆直径30，热处理为对轴进行调质处理。此转轴大致图形如下：2.3.3直线导杆的选型计算1直线轴承的选择 POM工程式塑料保持器适用于工作测试；钢保持器适用于为工作温度；不锈钢轴承适合于水、蒸气、硝酸等腐蚀介质及真空工作场合，轴承型号按下述计算公式确定。 硬度系数FH：硬度HRC58以上，FH=1.0；硬度HRC52-58，FH=0.6-1.0。 温度系数FT：工作温度小于100oC，FT=1.0，工作温度100oC-125oC，FT=1.0-0.95。接触系数FC：每根轴装一套轴承，FC=1.0每根轴装二套轴承，FC=0.81每根轴装三套轴承，FC=0.72每根轴装四套轴承，FC=0.66载荷系数FW：运行速度小于15米/分钟，无冲击、无振动，FW=1.0-1.5；运行速度小于60米/分钟，微小冲或振动，FW=1.5-2.0；运行速度大于60米/分钟，或有较大冲击、振动，FW=2.0-5.0。时间寿命Lh=(10000*L) /2 *L(S*n1*60) (位单：h小时)L：长度寿命 (万米)，LS：工作行程 (米)，N1：每分钟往复次数 已知行程L=0.1米，工作温度60oC，每分钟往复次数n1=20，微小冲击，轴承工作载荷PC=200Kg，硬度大于HRC60，期望寿命Lh=5000小时，试选择轴承型号。按以上工作条件： 根据本次载荷重量为2000N，我们选用两个导向光杆加上丝杆螺母，这样滑动轴承的所受负载就平均分配，上下六个滑动轴承分别连接底板和连接上固定圆盘，两边轴承座为固定式的，中间六个为可以随着丝杆螺母上下滑动。六个导向光杆加上丝杆螺母，这样每个导向光杆的滑动轴承处的所受负载为166N。本次设计中所选择的滑动轴承为带法兰形状的。根据每个滑动轴承的负载承受166N，我们选用滑动轴承为LMF20，轴承中间孔径为20mm，这样导向光杆的直径也为20mm。 2.直线轴承安装： 轴承座孔公差推荐采用H7、J7级，直线轴公差推荐采用g6、h6级，轴承安装必须用台阶芯轴压入；直线轴安装必须对准轴承孔插入，动作轻缓，轴倾斜插入会导至保持器变型 和钢球脱落，轴承安装方向应按照表1所示，可以提高轴承承载能力，延长寿命。 轴承座孔有可能压缩轴承，引志游隙变小，此时用手转动直线轴，如果轴能接触钢球且能轻松转动， 配合游隙为 0+0.01mm；如果稍加力才能转动， 配合游隙为-0.010mm（已过盈）；如果加力也不能转动，配合游隙已多于0.01mm，这种情况钢球滚动时可能同时作滑动，会降低轴承和轴的作用寿命，只有在轻载、低速且定心要求高的情况下才可采用。调整型、开口型轴承内、外径在割口前测量，割口后会有一些弹性变形，配合游隙应装入轴承座内测量（钢保持器轴承、KH轴承情况类似）。游隙可调节的轴承座调节方向应和轴承割口方向垂直以保证游隙均匀，直线轴承结构特点不能作旋转运动，同时要求有良好的导向性，所以直线 轴承一般以二根轴+四套轴承或二根轴+二套加长型轴承为一个组合使用，二根轴安装要平直，整个组合装配后，用手推拉必须灵活无阻滞才可安装传动机构，传动动力要足够克服轴承磨擦阻力，直线轴承磨擦阻力近似为千分之一工作载荷 。 3.直线轴承润滑和防尘：轴承出厂涂有防锈油，使用时需加润滑剂。油脂润滑噪音较低，常用的有2号锂基脂和低噪音轴承润滑脂， 填脂量为保持器空隙的三分之一。油润滑不需清除防锈油， 根据工作测试采用15#100#润滑油， 工作温度低采用低粘度油， 工作测试高采用高粘度油，常用的有透平油，机械油和锭子油，无密封轴承把油滴在轴上即可，带密封轴承需把油加到轴承内，本公司为用户准备了带油孔的轴承和轴承座。对于一些不允许有油（脂）的工作场所，先清除防锈油，干燥后在每列钢球上喷一些市售的二硫化钼喷剂，再次干燥后即可使用，带密封轴承应避免密封圈和轴干磨擦引起密封唇口挤入轴承内，造成轴承的非预期损坏。铁屑会极大地降低轴承寿命，粉尘和脏物会阻塞保持器球道，使钢球不能回转，引起保持器损坏、钢球挤胶。带密封轴承可用于一般带粉尘工场所，像木工机械、铸造机械等多粉尘场合，请在轴承两端另加密封，防止粉尘进入并可减少油脂损耗。 4.轴承的载荷和寿命：轴承运动和换向时承受过大的冲击负荷，或当轴承静止时，由于机器振动等因素都会使接触处形成凹坑。外界硬粒进入轴承内，也可在接触表面形成压痕，这种永久变形量超过一定限度，就会防碍直线运动平稳性，引起振动和噪音，振动会进一步冲击凹坑周围材料，造成恶性循环，使凹坑面积扩大，这种永久变形量用基本额定静载荷限定。钢球和套圈接触点两者永久变形量之和等于钢球直径的万分之一时的静载荷，定义为基本额定静载荷C0。轴承使用时，冲击力很难测定，常用选取适当的静载荷安全系统来保证轴承静载荷不超过基本额定静载荷。选型时使轴承承受的静载荷P0 C0/FS，不受振动和冲击场合FS取1.0 1.5，受振动和冲击工作场合FS取2.07.0。 轴承由于反复承受工作载荷，首先在表面下一定深度处，强度较弱部分形成裂纹，继而发展到接触表面，使金属成片状剥落下来，这种剥落称为疲劳剥落。在安装、润滑、密封正常的情况下，绝大多数轴承的破坏是疲劳破坏，一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命。直线轴承额定寿命规定为5万米， 通过限定基本额定动载荷C来保证。由于轴承寿命具有分散性，即同一批材料、相同工艺生产、相同使用条件下的轴承寿命不相同，所以轴承基本额定动载荷C定义为一批相同的轴承在相同条件下运行5万米，轴承不生任何疲劳剥落现象所能承受的动载荷。2.3.4液压缸的设计计算 1)液压缸的类型及结构形式 液压缸有多种类型。按作用方式可分为单作用式和双作用式两种；按结构形式可分为活塞式、柱塞式、组合式和摆动式四大类。 其中，单作用液压缸分为：单活塞杆液压缸、双活塞杆液压缸、柱塞式液压缸、差动液压缸和伸缩液压缸。但是，差动式液压缸和柱塞式液压缸只能单作用而不能双作用。组合液压缸包括：弹簧复位式、齿条式、串联式和增压式四种。摆动液压缸又分为：单叶片式和双叶片式两种。下面以一种典型液压缸为例，说明液压缸的基本组成。空心活塞式液压缸如上图所示。它由缸筒10，活塞8，活塞杆1、15，缸盖18、24，密封圈4、7、17，导向套6、19，压板11、20等主要零件成。这种液压缸活塞杆固定，缸筒带动工作台作往复运动。活塞用锥销9、22与空心活塞杆连接，并用堵头2堵死活塞杆的一头。缸筒两端外圆上套有钢丝环12、21，用于阻止压板11、20向外移动，从而通过螺栓将缸盖18、24与压板相连（图中没有画出），并把缸盖压紧在缸筒的两端。为了减少泄漏，在液压缸中可能发生泄漏的结合面安放了密封圈和纸垫。空心活塞杆和其上的油口a、c提供了液压缸的进、出油口。当缸筒移动到左、右终端时，油口a、c的开度逐渐减小，造成回油阻力逐渐增大，对运动部件起到制动缓冲作用。在缸盖上设有与排气阀（图中没有画出）相连的排气孔5、14，可以排出液压缸中的空气，使运动更加平稳。表2-1液压缸的类型和特点类型速度作用力特点单作用液压缸双活塞杆液压缸U=q/A3F=p1A1活塞的两侧都装有活塞杆，只能向活塞一侧供给压力油，由外力使活塞反向运动单活塞杆液压缸U=q/A3F1=p1A1活塞仅单向运动，返回行程利用自重或负荷将活塞推回柱塞式液压缸U=q/A3F1=p1A1柱塞仅单向运动，由外力使柱塞反向运动差动液压缸U3=q/A3F3=p1A1可使速度加快，但作用力相应减小伸缩液压缸-以短缸获得长行程；缸由大到小逐节推出，靠外力由小到大逐节缩回双作用液压缸双活塞杆液压缸U1=q/A3U2=q/A2F1=（p1-p2）A1F2=（p2-p1）A2双边有杆，双向液压驱动，双向推力和速度均相等单活塞杆液压缸U1=q/A3U2=q/A2F1=（p1-p2）A1F2=（p2-p1）A2单边有杆，双向液压驱动，u1V U2，F1F2伸缩液压缸-双向液压驱动，由大到小逐节推出，由小到大逐节缩回组合液压缸弹簧复位液压缸-单向由液压驱动，回程弹簧复位串联液压缸U1=q/（A1+A2）U2=q2A2F1=p1（A1-A2）-2qA2F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2）用于缸的直径受限制，而长度不受限制处，可获得在的推力增 压 缸-由活塞缸和柱塞缸组合而成，低压油送入A腔，B腔输出高压油齿条液压缸-活塞的移动通过传动机构变成齿轮的往复回转运动摆动液压缸单叶片液压缸W=8q/（b（D2-d2）T=p（D2-d2）b/8把液压能变为回转的机械能，输出轴摆动角 300度双叶片液压缸W=4q/（b（D2-d2）T=p（D2-d2）b/4把液压能变为回转的机械能，输出轴摆动角 150度注：b叶片宽度；D叶片的底端 、顶端直径；w叶片轴的角速度；T- 理论转矩 2)液压缸的工作压力 根据负载并查表，初选工作压力P1=3MPa3)计算液压缸尺寸 鉴于砂轮要求快进、快退速度相等，可选用单杆式轻负载型液压缸。无杆腔工作面积A1，有杆腔工作面积A2，且A1=2A2，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=0.707D的关系。回油路上背压P2取0.8MPa油路压力损失P取0.5MPaA1=F/(P1-P2/2)=418210-6/(3-0.8/2)m2=0.0016m2D=45.13mmd=0.707D=31.91mm按GB/T2348-2001将直径元整成就进标准值D=50mm d=35mm;液压缸两腔的实际有效面积为：A1=D2/4=19.6310-4m2A2=(D2-d2)/4=10.0110-4m2 根据上述D与d的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力4)液压缸各工作阶段的压力、流量和功率计算工况推力F/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入流量输入功率计算公式快进启动128901.86-加速1193P=0.51.76-恒速6451.294.810.10工进41820.82.541.570.0980.07快退启动128901.29-加速11930.52.17-恒速6451.625.010.1353.5液压缸工况图5)液压缸推力的计算根据系统工况，可知油压范围介于14MPa之间，故根据液压缸推力计算公式可知：F=PXS=14X3.14X20X20=1758.4N.3.1转动轴强度的校核与计算1、轴的特点: 轴是组成机械的主要零件之二。一切作回转运动的传动零件，都必须装在轴上刁能进行运动及.力的传递，同时它又通过轴承和机架联接，由此形成个以轴为基准的组合体一轴系部件。2、轴的种类1、根据承受载荷的不同分为: 1)转轴:定义既能承受弯矩又承受扭矩的轴2)心轴:定义:只承受弯矩而不承受扭矩的轴3)传送轴:定义:只承受扭矩而不承受弯矩的轴z、根据轴的外形，可以将直轴分为光轴和阶梯轴3、根据轴内部状况，又可以将直轴分为实心轴和空。4、轴的设计重点1、轴的设计W轴的工作能力设计。主要进行轴的强度设计、刚度设计，对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的计算。轴的结构设计。 根据轴的功能，轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支撑要求，同时应具有良好的工艺性。一般的设计步骤为: 选择材料，初估轴径，结构设计，强度校核，必要时要进行刚度校核和稳定性计算。2、轴的材料 轴是主要的支承件，常采用机械性能较好的材料。常用材料包括:碳素钢:该类材料对应力集中的敏感性较小，价格较低，是轴类零件最常用的材料常用牌号有:30、35、40、45、50。采用优质碳钢时，一般应进行热处理以改善其性能。.力较小或不重要的轴，也可以选用X235,Q255等普通碳钢。合金钢:对于要求重载、高温、结构尺寸小、重量轻等使用场合的轴，可以选用合金纲合金钢具有史好的机械性能和热处理性能，但对应力集中较敏感，价格也较高。设计中尤其要汁意从结构上减小应力集中，并提高其表面质量。铸铁:对于形状比较复杂的轴，可以选用球铸铁和高强度。铸铁。它们具有较好的加工性和吸振性，经济性好且.力集中不敏感，但铸造质量不易保证。3、轴的结构设计 根据轴在工作中的作用，轴的结构取决于:轴在机器中的安装位置和形式，轴上零件的类型和尺寸，载荷的性质、大小、方向和分布状况，轴的加工工艺等多个因素。合理的结构设计应满足:轴上零件布置合理，从而轴受力合理有利于提高强度和刚度;轴和轴上零件必须有准确的工作位置;轴上零件装拆调整方便;轴具有良好的加工工。艺性;节省材料等。1).轴的组成 轴的毛坯一般采用圆钢、锻造或焊接获得，由于铸造品质不易保证，较少选用铸造毛坯。轴主要由三部分组成。轴上被支承，安装轴承的部分称为轴颈; 支承轴上零件，安装轮毅的部分称为轴头;联结轴头和轴颈的部分称为轴身。轴颈上安装滚动轴承时，直径尺寸必须按滚动轴承的国标尺寸选择，尺寸公差和表面粗糙度须按规定选择;轴头的尺寸要参考轮毅的尺寸进行选择，轴身尺寸确定时应尽量使轴颈与轴头的过渡合理，避免截面尺寸变化过大，同时具有较好的工艺性。2) .结构一设计步骤设计中常采用以下的设计步骤: 1、分析所设计轴的工作状况，拟定轴上零件的装配方案和轴在机器中的安装情况。2、根据已知的轴上近似载荷，初估轴的直径或根据经验确定轴的某径向尺寸。3、根据轴上零件受力情况、安装、固定及装配时对轴的表面要求等确定轴的径向(直径)尺寸。4、根据轴上零件的位置、配合长度、支承结构和形式确定轴的轴向尺寸。5、考虑加工和装配的工艺性，使轴的结构更合理。3)零件在轴上的安保证轴上零件可靠工作，需要在工作过程中有准确的位置，即零件在轴上必须有准确的定位和固定。零件在轴上的准确位置包括轴向和周向两个方面W零件在轴上的轴向定位和固定常见的轴向定位和固定的方法采用轴肩、各种挡圈、套筒、圆螺母、锥端轴头等的多种组合结构。轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两种。利用轴肩定位结构简单、可靠，但轴的直径加大，轴肩处出现应力集中;轴肩过多也不利于加工。因此，定位轴肩多在不致过多地增加轴的阶梯数和轴向力较大的清况下使用，定位轴肩的高度一般取3-6mm,滚动轴承定位轴肩的高度需按照滚动轴承的安装尺寸确定。非定位轴肩多是为了装配合理方便和径向尺寸过度时采用，轴肩高度无严格限制，一般取为1-2r套筒定位可以避免轴肩定位引起的轴径增大和应力集中，但受到套筒长度和与轴的配合因素的影响，不宜用在使套筒过长和高速旋转的场合。挡圈的种类较多，且多为标准件，设计中需按照各种挡圈的用途和l国标来选用。4.轴的结构工艺性(1)从装配来考虑:应合理的设计非定位轴肩，使轴上不同零件在安装过程中尽量减少不必要的配合;为了装配方便，轴端应设计45。的倒角;在装键的轴段，应使键槽靠近轴与轮毅先接触的直径变化处，便于在安装时零件上的键槽与轴上的键容易对准采用过盈配合时，为了便于装配，直径变化可用锥面过渡等。(2)从加工来考虑:当轴的某段须磨削加工或有螺纹时，须设计砂轮越程槽或退刀槽根据表面安装零件的配合需要，合理确定表面粗糙度和加工方法为改善轴的抗疲劳强度，减小轴径变化处的应力集中，应适当增大其过渡圆角径，但同时要保证零件的可靠定位，过渡圆角半径又必须小于与之相配的零件的圆角半径或倒角尺寸。 轴的设计时应考虑多方面因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。其中对于轴的强度校核尤为重要，通过校核来确定轴的设计是否能达到使用要求，最终实现产品的完整设计。由此看来合理的进行轴的强度校核成为轴设计的主要内容，同时也是评定轴的设计成败得先决条件。校核结果如不满足承载要求时，强度校核是对材料或设备的力学性能进行检测并调节的一种方式，并且这种方式以不破坏材料或设备性能为一前提。2.2轴的强度校核计: 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，并恰当地选取其许用应力。对于传动轴应按扭转强度条件计算。3.2轴承强度的校核计算根据根据条件，轴承预计寿命163658=48720小时；（1）已知n=458.2r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N；初先两轴承为深沟球轴承6205型。根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N；(2)FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端 FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N；(3)计算当量载荷 P1、P2根据课本P263表（11-9）取fP=1.5;根据课本P262（11-6）式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N；P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N；(4)轴承寿命计算P1=P2故取P=750.3N；深沟球轴承 =3；4 工字轮自动校正机中主要零件的三维建模4.1伺服电机的三维建模4.2工字轮的三维建模4.3定位套的三维建模4.4工字轮自动校正机的三维建模5 三维软件设计总结 通过此次设计，又一次提升了运用三维软件的水平，并吸收了不少经验，总结为一下几点。（1） 有零件图纸作图与空想设计作图不同，零件尺寸已经给出，作图时先不考虑尺寸是否真的合适，根据尺寸作出零件的三维图，但到装配时必须要考虑尺寸是否合适，由于AutoCAD图纸效果不好，导致尺寸会有出错，甚至有出现欠定义尺寸，所以，此时必须通过配合后在衡量尺寸，再进行修改，直到满足配合要求。（2） 工具集的确方便了作图，通过选择零件类型，输入数据，就能生成出标准零件，但有时需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此时要随机应变，运用其他零件代替并通过修改或添加零件使其满足要求。（3） 作三维图时要灵活变通，解决问题的方法总比问题多，当一种方法不能正常作图时，试试另一种方法，这不但能完成零件制作，同时也可以培养出更好的作图思路，和打破规矩的新想法。（4） 规则的零件，要学会使用一些能够节省时间的命令，如镜向，阵列等，“能省则省”。（5） 关于装配，曾经带给我很大的阻碍，花了很多时间才弄清原因所在。在一可活动子装配体上，即使活动范围会产生干涉，也不能对其设定活动范围，如高级配合里的距离范围，和角度范围，即使在该活动范围并不影响父配体，也不可设定。因为一旦设定范围后，在父装配体上会将子装配体视为完全定义的模型，这样会对子装配体之间的配合产生矛盾，将不能完成装配。 看懂图是作图的首要任务，看图就是了解零件的工具，没有工具则无法制出 零件，所以画图不能急于下笔，想透了零件的结构，想透图中的虚实线，这才是高效作图的重中之重。进行零件建模前，一般应进行深入的特征分析，搞清零件是由那几个特征组成，明确各个特征的形状，他们之间的相对位置和表面连接关系，然后按照特征的主次关系，按一定的顺序进行建模。一个复杂的零