GQ65型鋼筋切斷機(jī)（閉式）的設(shè)計(jì)

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GQ65型鋼筋切斷機(jī)（閉式）的設(shè)計(jì) 前 言 本文是關(guān)于鋼筋切斷機(jī)的設(shè)計(jì)。鋼筋切斷機(jī)是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，它主要用于房屋建筑、橋梁、隧道、電站、大型水利等工程中對(duì)鋼筋的定長(zhǎng)切斷。鋼筋切斷機(jī)與其他切斷設(shè)備相比，具有重量輕、能耗少、工作可靠、效率高等特點(diǎn)，因此近年來(lái)來(lái)逐步被機(jī)械加工和小型軋鋼廠等廣泛采用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。 太原重機(jī)學(xué)院機(jī)器廠是最早生產(chǎn)鋼筋切斷機(jī)的廠家之一，1958年首先引進(jìn)蘇聯(lián)的臥式鋼筋切斷機(jī)圖紙，開(kāi)始生產(chǎn)了全國(guó)第一臺(tái)鋼筋切斷機(jī)，現(xiàn)生產(chǎn)的GQ40A型就是其改進(jìn)行。原機(jī)型體積較大，重1000多kg，電機(jī)功率7.5kW,是標(biāo)準(zhǔn)的傻大粗產(chǎn)品；經(jīng)改進(jìn)現(xiàn)降為720kg、4kW。 1982年設(shè)計(jì)出GQ40BⅡ型鋼筋切斷機(jī)，在曲軸大齒輪處裝上剛性轉(zhuǎn)鍵離合器，用腳踏操縱機(jī)構(gòu)控制切斷，同時(shí)裝上擋料和送料裝置，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)切斷機(jī)多年來(lái)沒(méi)有離合器的空白。 1988年陸續(xù)推出了全封閉系列GQ32A，GQ40D，GQ50A鋼筋切斷機(jī)，它們的共同特點(diǎn)：三軸三級(jí)齒輪減速傳動(dòng)，帶有離合器機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)新穎，體積小，全封閉飛濺潤(rùn)滑，潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，可靠省事。全封閉機(jī)型的相繼面世將切斷機(jī)的發(fā)展向前推進(jìn)了一步，由于全國(guó)很多廠家仿效，測(cè)繪，生產(chǎn)，從而市場(chǎng)上出現(xiàn)開(kāi)式和閉式并舉的局面。封閉式切斷機(jī)在實(shí)際使用中，逐漸暴露出一些問(wèn)題和弱點(diǎn)：①工位較低，不符合人機(jī)工程學(xué)；②上下開(kāi)蓋式箱體結(jié)構(gòu)，箱體受力不合理，加工密封較困難；③維修保養(yǎng)較困難。因此到1999年9月相繼推出GQ40F，GQ50B，GQ65A半開(kāi)半封閉系列切斷機(jī)，其特點(diǎn)：①機(jī)身加高，便于作業(yè)，符合人機(jī)工程；②離合器及其操縱機(jī)構(gòu)均在箱體外，維修拆裝省時(shí)方便；③曲軸支承跨距縮短，受力好，變形小，一些廠家也開(kāi)始獨(dú)立生產(chǎn)，在幾年時(shí)間內(nèi)由20幾家猛增到三四百家，全年高了齒輪和軸承的使用壽命；④刀片加厚雙螺栓固定，刀片的壽命顯著提高。與全開(kāi)式，全封閉式機(jī)型比較，其綜合性能提高了，用戶反映良好，我們認(rèn)為這種機(jī)型是今后一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展的趨勢(shì)。 1選題背景 1.1題目來(lái)源及類(lèi)型 題目名稱：GQ65型鋼筋切斷機(jī)（閉式）設(shè)計(jì) 題目來(lái)源：生產(chǎn)實(shí)際 題目類(lèi)別：專題研究 1.2研究目的和意義 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，建筑市場(chǎng)呈現(xiàn)出前所未有的喜人景象。作為建筑工程中重要材料的鋼筋需求量猛增，有力的拉動(dòng)了鋼筋切斷機(jī)的市場(chǎng)需求。由于我國(guó)還是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，與先進(jìn)的國(guó)家還錯(cuò)在這一定的差距，因此大部分鋼筋廠還是依靠手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，材料消耗量多，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸工作量大。 改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)大型建筑越來(lái)越多，所使用的鋼筋材質(zhì)逐步由低強(qiáng)度向高強(qiáng)度過(guò)渡，螺紋鋼筋大量使用。特別是由于大中型城市交通擁擠，車(chē)輛堵塞，平面交叉路面向立體交叉模式過(guò)渡。則需要大量φ50以上高強(qiáng)度螺紋鋼投入使用。因此，80年代以前按A3鋼，直徑是40mm的鋼筋為參數(shù)設(shè)計(jì)和制造的鋼筋切斷機(jī)已不能滿足現(xiàn)在的需求。 鋼筋切斷機(jī)是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，它主要用于房屋建筑、橋梁、隧道、電站、大型水利等工程中對(duì)鋼筋的定長(zhǎng)切斷。鋼筋切斷機(jī)與其他切斷設(shè)備相比，具有重量輕、能耗少、工作可靠、效率高等特點(diǎn)，因此近年來(lái)來(lái)逐步被機(jī)械加工和小型軋鋼廠等廣泛采用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。 目前，我國(guó)建筑業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)及專業(yè)鋼筋加工車(chē)間，越來(lái)越需要一種體積小、重量輕、方便、節(jié)能、安裝簡(jiǎn)捷、自動(dòng)化程度高、同步性能好、安全可靠、操作維修簡(jiǎn)單的鋼筋切斷機(jī)。 2總體設(shè)計(jì)方案的確定 2.1總體構(gòu)思 剪切材料的材質(zhì)強(qiáng)度高，直徑越大，需剪切力越大，這是設(shè)計(jì)GQ65切斷機(jī)的關(guān)鍵，在滿足零件強(qiáng)度的情況下，應(yīng)重點(diǎn)考慮飛輪的轉(zhuǎn)速降，因?yàn)轱w輪轉(zhuǎn)速的高低直接影響剪切力。按標(biāo)準(zhǔn)要求，飛輪的轉(zhuǎn)速降不易大于20％，才能減少電機(jī)的啟動(dòng)負(fù)荷，而不使電機(jī)發(fā)熱和燒壞，飛輪的轉(zhuǎn)速降經(jīng)過(guò)測(cè)試及理論分析證明，如果高于20％，剪切力就明顯下降。 采用雙邊飛輪，同時(shí)提高飛輪的慣性矩，這樣可以提高整機(jī)的平衡性，和動(dòng)能的儲(chǔ)存能力，還可以增大切斷機(jī)的剪切能力。 在傳動(dòng)形式上，我們采用傳統(tǒng)的齒輪減速，采用3級(jí)減速，增加總速比，降低剪切次數(shù)，充分發(fā)揮飛輪動(dòng)能，提高剪切力。在軸承裝配形式上，除了曲軸采用滑動(dòng)軸承提高耐壓力外，其余各軸承采用滾動(dòng)軸承，減少摩擦，從而減少功耗，提高機(jī)械效率。 2.1.1性能參數(shù) 切斷鋼筋直徑（mm） 60 鋼筋抗拉強(qiáng)度（Mpa） 450 兩刀刃的最大開(kāi)口距（mm） 70 剪切次數(shù)（次/分） 28 傳動(dòng)比 104 電機(jī)功率（kw） 7.5 電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min） 2900 曲柄偏心距（mm） 26 飛輪轉(zhuǎn)速（r/min） 1136 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 7 2.1.2基本結(jié)構(gòu) 該機(jī)由電機(jī)1，機(jī)體2，剪切系統(tǒng)3，變速傳動(dòng)系統(tǒng)4等組成。 (1) 機(jī)體 機(jī)體為箱式球鑄結(jié)構(gòu)，比鋼板焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力小，工藝性好，裝配簡(jiǎn)單方便，成本低，整機(jī)密封性能好，不漏油等優(yōu)點(diǎn)。 (2) 剪切系統(tǒng) 剪切機(jī)構(gòu)由曲柄1，連桿2，刀座3，動(dòng)刀片，等組成。未工作時(shí)。曲柄停止在后始點(diǎn)位置，保證固定刀片和活動(dòng)刀片之間的最大開(kāi)口度，在剪切后位。連桿的另一端孔裝配在曲軸的曲柄上，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿上下擺動(dòng)，推動(dòng)動(dòng)刀片往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 (3) 變速傳動(dòng)系統(tǒng) 傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1示，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位置少，結(jié)構(gòu)緊湊，相應(yīng)的箱體尺寸也減小。特別時(shí)在輸入軸的兩端裝著大皮帶輪和飛輪，重心低，整機(jī)穩(wěn)定性好。其中齒輪還能甩油作用，使得箱內(nèi)潤(rùn)滑油飛濺各部，使軸承及齒輪得到充分潤(rùn)滑，延長(zhǎng)軸承使用壽命和提高齒面的接觸強(qiáng)度。最后一級(jí)齒輪（曲軸齒輪），模數(shù)大，齒數(shù)多，主要時(shí)增加齒輪力矩和承載能力，保證在剪切鋼筋時(shí)，不會(huì)使齒部斷裂。為了檢修方便，機(jī)體上的偏心軸孔大于曲軸的最大直徑，這樣裝配時(shí)才能順利穿越機(jī)體、連桿及大齒輪中心孔。機(jī)體上的潤(rùn)滑軸承最后裝配上蓋，這樣裝配檢修特別方便，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 圖1 1.電機(jī) 5.連桿 2.皮帶輪 6.動(dòng)刀 3.傳動(dòng)齒輪 7.定刀 4.偏心軸 3 電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)所給的原始數(shù)據(jù)中得額定功率為7.5kw，轉(zhuǎn)速2900轉(zhuǎn)/分，選用型號(hào)為Y132S2-2。效率高，耗電少，性能好，噪聲低，震動(dòng)小，體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，維修方便。為B級(jí)絕緣。結(jié)構(gòu)為全封閉，自扇冷式，能防止灰塵、鐵屑、雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。冷卻方式是IC411。適用于灰塵多、土揚(yáng)水濺的場(chǎng)合，為一般用途電動(dòng)機(jī)。 型號(hào)及含義：Y132S2-2 Y—異步電動(dòng)機(jī) 132—中心高（mm） S2—機(jī)座長(zhǎng)（短機(jī)座，2號(hào)鐵心長(zhǎng)） 2—極數(shù) 表1 電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 額定功率（/kw） 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 同步轉(zhuǎn)速（r/min） 額定電壓（V） 效率 功率因數(shù) 7.5 Y132S2-2 2900 380 86.2% 0.88 4 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1鋼筋切斷過(guò)程受力分析 如圖2所示，切斷機(jī)所受負(fù)荷屬于沖擊負(fù)荷，即在一個(gè)切斷周期內(nèi)，鋼筋變形阻力很大，而作用時(shí)間很短。（1）當(dāng)滑切位移時(shí)，無(wú)鋼筋變形阻力，此時(shí)，電機(jī)只需克服很小的摩擦阻力。故出現(xiàn)盈功，使飛輪轉(zhuǎn)數(shù)上升，動(dòng)能增加。（2）當(dāng)滑切位移電機(jī)能量大于鋼筋變形阻力。因此，剪切鋼筋的沖切力僅靠電機(jī)提供，飛輪不需要作用。這樣迫使鋼筋沿受剪切面發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。（3）當(dāng)時(shí)，電機(jī)提供的沖切力等于鋼筋變形阻力，在沖切力的作用下，迫使鋼筋沿受力面繼續(xù)發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，直到形成圖2中的剪切區(qū)。（4）當(dāng)時(shí)，電機(jī)能量小于鋼筋變形阻力，因此，出現(xiàn)虧功，飛輪速度下降，釋放能量，從而幫助電機(jī)克服鋼筋的變形阻力。這樣迫使鋼筋面產(chǎn)生塑性變形，形成圖2中的塑變區(qū)。（5）當(dāng)時(shí)，鋼筋變形阻力達(dá)到峰值，此時(shí)鋼筋受剪面的塑性變形達(dá)到極限狀態(tài)，最后發(fā)生塑性斷裂，從而，完成鋼筋的切斷。 擬定鋼筋剪切到一半時(shí)斷裂，所以剪切面積S 已知鋼筋的極限剪切應(yīng)力為： 故，鋼筋的最大剪切力為： 圖2 4.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析 如圖3所示，鋼筋的最大剪切力為F＝2.339105N，可以計(jì)算出凸輪軸上的扭矩M0： 圖3 已知：鋼筋[τs]＝141Mpa，取連桿系數(shù)λ＝0.1，即 故，，其中，L時(shí)連桿長(zhǎng)度。 所以， 故，α＝39.6147。 所以β＝3.6558 它的受力圖，如圖4所示： 圖4 凸輪軸上的扭矩 4.3第三級(jí)齒輪傳動(dòng) 由于鋼精切斷機(jī)的鋼筋切斷機(jī)的齒輪承受的載荷較重，為了提高齒輪的承載能力，縮小機(jī)器的傳動(dòng)部分的外形尺寸，采用了ξc＞0的角變位齒輪傳動(dòng)，并按耐磨損性能最有利的條件來(lái)選用變位系數(shù)（資料【1】參考表3-27）。 4.3.1選擇齒數(shù)和確定變位系數(shù) 按表3-27，選用變位系數(shù)，需要知道大、小齒輪的齒數(shù)，預(yù)選取Z1＝20，Z2＝i Z1＝2.6820＝53.6 取Z2＝54 參考表3-27選用變位系數(shù)為： ξ1＝+0.73 ξ2＝+1.15 4.3.2.按彎曲強(qiáng)度計(jì)算模數(shù) （1）初步擬定，齒面硬度HB＜350，查圖3-56得 Kj＝1.25； （2）初步擬定齒輪圓周速度在1～2m/s之間，采用直齒圓柱齒輪，7級(jí)精度，HB＜350。查表3-22得Kd＝1.2； （3）M2＝3.981106Nmm＝4.062104Kgcm； （4）,初步?。?5； （5）查齒形系數(shù)Y：小齒輪為主動(dòng)，查圖3-52得：Y1=0.554;大齒輪為從動(dòng)，查圖3-53得Y2=0.54； （6）選用材料，選取[σw]。小齒輪采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理；大齒輪用ZG45，調(diào)質(zhì)處理。查表3-23，選取[σw]1=2750公斤/厘米2， [σw]2=2200公斤/厘米2； （7）從Y[σw]判斷按那一個(gè)齒輪計(jì)算模數(shù)： Y1[σw]1=0.5542750=1523.5 Y2[σw]2=0.542200=1188 由于Y2[σw]2＜Y1[σw]1，所以應(yīng)按大齒輪計(jì)算； （8）將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（厘米）得： m=(厘米)； （9）取標(biāo)準(zhǔn)值m=6毫米； （10）校核初步擬定的數(shù)據(jù)： B=m=156=90毫米，實(shí)際取100毫米 d1= mZ1=206=120毫米 ，與原擬定符合。 米/秒，與原擬定符合。 4.3.3.校核超載時(shí)的表面接觸應(yīng)力 （1）M2=4.062104公斤厘米； （2）i=2.68； （3）Kj=1.25； （4) Kd=1.2； （5) Kc=1.25； （6）B=100毫米； （7）m=6毫米； （8）Z2=54； （9）α： 查表3-4得α=2552′； （10）[σjmax]＝17600公斤/厘米2 4.3.4.校核滾刀切刃長(zhǎng)度 只校核大齒輪： 由ξ0＝0.0508，查表3－4得σ0=0.00649，故 ； De2=6（54+21+21.15-20.24013）≈346.92毫米； df2=654=324毫米； 要求滾刀切刃長(zhǎng)度大于64毫米 4.3.5.確定齒寬 B2按前面得計(jì)算取100，B1取110毫米 4.3.6.工作圖上要標(biāo)注的尺寸計(jì)算 （1）分度圓直徑 df1＝mZ1＝620＝120毫米 df2＝mZ2＝654＝324毫米 （2）齒頂圓直徑 4.3.7.工作圖上標(biāo)注精度符號(hào) 查表3-7，采用9-Dc 4.3.8.標(biāo)注檢查項(xiàng)目 （1）公法線長(zhǎng)度核跨齒數(shù)n： 小齒輪： 查圖3-43，得n1＝4 查表3-9，K1＝10.3325 查表3-10，K3＝0.2801 查表3-11，因?yàn)棣?m=0.736=4.38，從ξm=4.38查出2ξ1msinα0＝2.9755所以L＝6（10.3325＋0.2801）+2.9755≈66.65 查表3-16，ΔmL=0.14毫米,δL=0.07毫米； 圖上標(biāo)注為： 大齒輪： 查圖3-43，得n1＝9 查表3-9，K1＝25.0931 查表3-10，K3＝0.7563 查表3-11，因?yàn)棣?m=1.156=6.9，從ξm=6.9查出2ξ1msinα0＝4.7198所以L＝6（25.0931＋0.7563）+4.7198≈159.82 查表3-16，ΔmL=0.23毫米,δL=0.09毫米； 圖上標(biāo)注為： （2）公法線長(zhǎng)度變動(dòng)公差δLg： 查表3-14，得，小齒輪：δLg＝0.030毫米 大齒輪：δLg＝0.060毫米 （3）齒圈徑向跳動(dòng)公差δej： 查表3-14，得，小齒輪：δej＝0.050毫米 大齒輪：δej＝0.080毫米 4.4第二級(jí)齒輪傳動(dòng) 4.4.1.選擇齒數(shù)和確定變位系數(shù) 按表3-27，選用變位系數(shù)，需要知道大、小齒輪的齒數(shù)，預(yù)選取Z1＝20，Z2＝i Z1＝3.820＝76 參考表3-27選用變位系數(shù)為： ξ1＝+0.72 ξ2＝+1.72 4.4.2.按彎曲強(qiáng)度計(jì)算模數(shù) （1）初步擬定，齒面硬度HB＜350，查圖3-56得Kj＝1.06； （2）初步擬定齒輪圓周速度在1～3m/s之間，采用直齒圓柱齒輪，7級(jí)精度，HB＜350。查表3-22得Kd＝1.2； （3）M1＝120/324M2＝（120/324）3.981106Nmm＝1.503104Kgcm； （4）,初步取＝15； （5）查齒形系數(shù)Y：小齒輪為主動(dòng)，查圖3-52得：Y1=0.554;大齒輪為從動(dòng)，查圖3-53得Y2=0.54； （6）選用材料，選取[σw]。小齒輪采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理；大齒輪用ZG45，調(diào)質(zhì)處理。查表3-23，選取[σw]1=2750公斤/厘米2， [σw]2=2200公斤/厘米2； （7）從Y[σw]判斷按那一個(gè)齒輪計(jì)算模數(shù)： Y1[σw]1=0.5542750=1523.5 Y2[σw]2=0.542200=1188 由于Y2[σw]2＜Y1[σw]1，所以應(yīng)按大齒輪計(jì)算； （8）將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（厘米）得： m=(厘米)； （9）取標(biāo)準(zhǔn)值m=4毫米； （10）校核初步擬定的數(shù)據(jù)： B=m=154=60毫米，實(shí)際取70毫米 d1= mZ1=204=80毫米 ，與原擬定符合。 米/秒，與原擬定符合。 4.4.3.校核超載時(shí)的表面接觸應(yīng)力 （1）M2=1.503104公斤厘米； （2）i=3.8； （3）Kj=1.06； （4) Kd=1.2； （5) Kc=1.25； （6）B=70毫米； （7）m=4毫米； （8）Z2=76； （9）α： 查表3-4得α=2552′； （10）[σjmax]＝17600公斤/厘米2 4.4.4.校核滾刀切刃長(zhǎng)度 只校核大齒輪： 由ξ0＝0.0508，查表3－4得σ0=0.00649， ； De2=4（76+21+21.72-20.31152）≈323.27毫米； df2=476=304毫米； 要求滾刀切刃長(zhǎng)度大于51毫米 4.4.5.確定齒寬 B2按前面得計(jì)算取70，B1取80毫米 4.4.6.工作圖上要標(biāo)注的尺寸計(jì)算 （1）分度圓直徑 df1＝mZ1＝420＝80毫米 df2＝mZ2＝476＝304毫米 （2）齒頂圓直徑 4.4.7.工作圖上標(biāo)注精度符號(hào) 查表3-7，采用9-Dc 4.4.8.標(biāo)注檢查項(xiàng)目 （1）公法線長(zhǎng)度核跨齒數(shù)n： 小齒輪： 查圖3-43，得n1＝4 查表3-9，K1＝10.3325 查表3-10，K3＝0.2801 查表3-11，因?yàn)棣?m=0.726=4.32，從ξm=4.32查出2ξ1msinα0＝2.9413所以L＝4（10.3325＋0.2801）+2.9413≈45.39 查表3-16，ΔmL=0.14毫米,δL=0.07毫米； 圖上標(biāo)注為： 大齒輪： 查圖3-43，得n1＝12 查表3-9，K1＝33.9495 查表3-10，K3＝1.0644 查表3-11，因?yàn)棣?m=1.726=10.32，從ξm=6.9查出2ξ1msinα0＝7.0456所以L＝4（33.9495＋1.0644）+7.0456≈147.10 查表3-16，ΔmL=0.20毫米,δL=0.09毫米； 圖上標(biāo)注為： （2）公法線長(zhǎng)度變動(dòng)公差δLg： 查表3-14，得，小齒輪：δLg＝0.024毫米 大齒輪：δLg＝0.048毫米 （3）齒圈徑向跳動(dòng)公差δej： 查表3-14，得，小齒輪：δej＝0.042毫米 大齒輪：δej＝0.070毫米 4.5第一級(jí)齒輪傳動(dòng) 4.5.1.選擇齒數(shù)和確定變位系數(shù) 按表3-27，選用變位系數(shù)，需要知道大、小齒輪的齒數(shù)，預(yù)選取Z1＝20，Z2＝i Z1＝420＝80； 參考表3-27選用變位系數(shù)為： ξ1＝+0.72 ξ2＝+1.72 4.5.2.按彎曲強(qiáng)度計(jì)算模數(shù) （1）初步擬定，齒面硬度HB＜350，查圖3-56得Kj＝1.15； （2）初步擬定齒輪圓周速度在1～3m/s之間，采用直齒圓柱齒輪，7級(jí)精度，HB＜350。查表3-22得Kd＝1.3； （3）M3＝120/324M1＝（80/304）1.503106Nmm＝0.3955104Kgcm； （4）,初步?。?5； （5）查齒形系數(shù)Y：小齒輪為主動(dòng)，查圖3-52得：Y1=0.554;大齒輪為從動(dòng)，查圖3-53得Y2=0.54； （6）選用材料，選取[σw]。小齒輪采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理；大齒輪用ZG45，調(diào)質(zhì)處理。查表3-23，選取[σw]1=2750公斤/厘米2， [σw]2=2200公斤/厘米2； （7）從Y[σw]判斷按那一個(gè)齒輪計(jì)算模數(shù)： Y1[σw]1=0.5542750=1523.5 Y2[σw]2=0.542200=1188 由于Y2[σw]2＜Y1[σw]1，所以應(yīng)按大齒輪計(jì)算； （8）將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（厘米）得： m=(厘米)； （9）取標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5毫米； （10）校核初步擬定的數(shù)據(jù)： B=m=152.5=37.5毫米，實(shí)際取50毫米 d1= mZ1=202.5=50毫米 ，與原擬定符合。 米/秒，與原擬定符合。 4.5.3.校核超載時(shí)的表面接觸應(yīng)力 （1）M2=0.3955104公斤厘米； （2）i=4； （3）Kj=1.15； （4) Kd=1.3； （5) Kc=1.25； （6）B=50毫米； （7）m=2.5毫米； （8）Z2=80； （9）α： 查表3-4得α=2541′； （10）[σjmax]＝17600公斤/厘米2 4.5.4.校核滾刀切刃長(zhǎng)度 只校核大齒輪： 由ξ0＝0.0488，查表3－4得σ0=0.00605， ； De2=2.5（80+21+21.72-20.3025）≈212.08毫米； df2=2.580=200毫米； 要求滾刀切刃長(zhǎng)度大于31毫米 4.5.5.確定齒寬 B2按前面得計(jì)算取50，B1取60毫米 4.5.6.工作圖上要標(biāo)注的尺寸計(jì)算 （1）分度圓直徑 df1＝mZ1＝2.520＝50毫米 df2＝mZ2＝2.580＝200毫米 （2）齒頂圓直徑 4.5.7.工作圖上標(biāo)注精度符號(hào) 查表3-7，采用9-Dc 4.5.8.標(biāo)注檢查項(xiàng)目 （1）公法線長(zhǎng)度核跨齒數(shù)n： 小齒輪： 查圖3-43，得n1＝4 查表3-9，K1＝10.3325 查表3-10，K3＝0.2801 查表3-11，因?yàn)棣?m=0.722.5=1.8，從ξm=1.8查出2ξ1msinα0＝1.2312所以L＝2.5（10.3325＋0.2801）+1.2312≈27.76 查表3-16，ΔmL=0.11毫米,δL=0.07毫米； 圖上標(biāo)注為： 大齒輪： 查圖3-43，得n1＝12 查表3-9，K1＝33.9495 查表3-10，K3＝1.1204 查表3-11，因?yàn)棣?m=1.722.5=4.3，從ξm=4.3查出2ξ1msinα0＝2.9413所以L＝2.5（33.9495＋1.1204）+2.9413≈90.62 查表3-16，ΔmL=0.09毫米,δL=0.048毫米； 圖上標(biāo)注為： 2）公法線長(zhǎng)度變動(dòng)公差δLg： 查表3-14，得，小齒輪：δLg＝0.017毫米 大齒輪：δLg＝0.036毫米 3）齒圈徑向跳動(dòng)公差δej： 查表3-14，得，小齒輪：δej＝0.032毫米 大齒輪：δej＝0.058毫米 5 主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1.軸的設(shè)計(jì) 5.1.1凸輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 曲軸的公稱壓力： 由《曲柄壓力機(jī)》可查得以下經(jīng)驗(yàn)公式： 凸輪軸支承頸直徑 ，取60mm 凸輪頸長(zhǎng)度 考慮到連桿軸瓦強(qiáng)度，la要增大20mm，取100mm， 圓角半徑 在階梯軸設(shè)計(jì)中，其軸肩a與相鄰軸直徑之間的關(guān)系為,取a=0.08d，軸承部分軸的直徑為, 圓整為50mm. 由軸的直徑，選軸承為圓錐滾子軸承，其型號(hào)為：7210型，其尺寸分別為，， ，滾動(dòng)軸承內(nèi)孔與軸的配合為k6,此段軸的長(zhǎng)度取為20mm。 如圖5所示，校核危險(xiǎn)截面如下： ； 面積： 許用剪應(yīng)力 故可承受的 故尺寸合適 圖5 5.1.2低速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件：輸出轉(zhuǎn)矩，輸出功率，轉(zhuǎn)速。 ① 初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。其機(jī)械性能分別為：，，，，硬度為241～286HBS，等效系數(shù)，，此時(shí)取，則 ② 確定軸最小直徑以及選擇合適的軸承 由于軸的兩端均裝有鍵槽，故將最小直徑增大到55mm。 在階梯軸設(shè)計(jì)中，其軸肩a與相鄰軸直徑之間的關(guān)系為,取a=0.08d，軸承部分軸的直徑為, 圓整為65mm. 由軸的直徑，選軸承為圓柱滾子軸承，其型號(hào)為：滾動(dòng)軸213GB276-82型，其尺寸分別為，， ，滾動(dòng)軸承內(nèi)孔與軸的配合為k6,此段軸的長(zhǎng)度取為20mm。 ③ 低速軸尺寸結(jié)構(gòu)的確定 ⑴ 由于齒輪分度圓的直徑為d=304mm，所以軸的受力如圖9： ⑶ 作出彎矩圖（如圖6） 水平面內(nèi)： 垂直面內(nèi)： ∴ 合成彎矩為 圖6 ⑷ 作出扭矩圖 因?yàn)檩S所受的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，所以取。 ⑸ 作出計(jì)算彎矩圖 根據(jù)已作出的總彎矩圖和扭矩圖，求出計(jì)算彎矩圖，其的計(jì)算公式為 ∴ ⑹ 校核軸的強(qiáng)度 ⑺ 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 這里只對(duì)強(qiáng)度較差的截面進(jìn)行校核，由于在漸開(kāi)線兩側(cè)截面受力比其它任何截面受力大，所以只對(duì)漸開(kāi)線兩側(cè)的截面進(jìn)行分析校核。又由于低速軸具有對(duì)稱性，因此只需對(duì)一側(cè)進(jìn)行校核即可。 對(duì)左側(cè)的截面校核如下： 抗彎截面模量 抗扭截面模量 截面處的彎矩 截面處的扭矩 截面上的彎曲應(yīng)力 又由于查40Cr鋼的特性， 故可知此軸安全，達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)。 5.1.2中間軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件：輸出轉(zhuǎn)矩，輸出功率，轉(zhuǎn)速。 ① 初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為40Cr ，調(diào)質(zhì)處理。其機(jī)械性能為，，，，硬度為241～286HBS，等效系數(shù)，，此時(shí)取，則 由于在軸一端裝有鍵槽，故將最小直徑擴(kuò)大至35mm。 由軸的直徑，選軸承為向心球軸承，其型號(hào)為：207GB276-82型，其尺寸分別為，， ，滾動(dòng)軸承內(nèi)孔與軸的配合為k6,此段軸的長(zhǎng)度取為15mm。 5.1.3高速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件：輸出轉(zhuǎn)矩，輸出功率，轉(zhuǎn)速。 ① 初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為40Cr ，調(diào)質(zhì)處理。其機(jī)械性能為，，，，硬度為241～286HBS，等效系數(shù)，，此時(shí)取，則 由于在軸一端裝有鍵槽，故將最小直徑擴(kuò)大至25mm。 在階梯軸設(shè)計(jì)中，其軸肩a與相鄰軸直徑之間的關(guān)系為,軸承部分軸的直徑為, 圓整為35mm. 由軸的直徑，選軸承為向心球軸承，其型號(hào)為：217GB276-82型，其尺寸分別為，， ，滾動(dòng)軸承內(nèi)孔與軸的配合為k6,此段軸的長(zhǎng)度取為15mm。 5.1.4軸承的選擇 軸承的選擇按如下公式： ， 式中：C——基本額定動(dòng)載荷，單位為； P——當(dāng)量動(dòng)載荷，單位為； ——徑向基本額定動(dòng)載荷，單位為； ——壽命因數(shù)； ——速度因數(shù)； ——力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)=1.5，力矩載荷較大時(shí)=2； ——徑向載荷； ——軸向載荷； X——徑向動(dòng)載荷系數(shù)； Y——軸向動(dòng)載荷系數(shù)； ——沖擊載荷因數(shù)； ——溫度因數(shù)； 由上兩個(gè)式子可選擇軸承如表9： 表2 軸承代號(hào)及基本參數(shù) 序號(hào) 代號(hào) 對(duì)數(shù) 基本參數(shù) d D B 1 213GB276-82 2 65 120 23 41.80 34.70 2 207GB276-82 4 35 72 17 20.10 13.90 5.1.5 軸承壽命的校核 軸承的壽命按如下公式校核 式中：——壽命因數(shù)； ——力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)，，較大時(shí)，； ——沖擊載荷因數(shù)； ——速度因數(shù)； ——溫度系數(shù)，鋼筋切斷機(jī)工作溫度較高，故取； ，對(duì)于球軸承，；對(duì)于滾子軸承，。 1. 軸承1：軸承代號(hào)213GB276-82型，，查得，，，，，則 2. 軸承2：軸承代號(hào)217GB276-82型，，查，，，，，則 經(jīng)過(guò)校核，所選擇軸承均符合要求，故可以選用。 5.1.6 鍵的校核 設(shè)計(jì)中所涉及的鍵均為靜聯(lián)結(jié)，但有沖擊，故用以下公式校核 式中：——傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為； ——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，此處為鍵的高度； ——鍵的工作長(zhǎng)度，單位為，圓頭平鍵，平頭平鍵，這里為鍵的公稱長(zhǎng)度，單位為；為鍵的寬度，單位為； d——為軸的直徑，單位為； ——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的擠壓應(yīng)力，單位為。 查得 ，則校核過(guò)程如下： （1）高速軸上的鍵： 由機(jī)械手冊(cè)GB1095-79可查的A型鍵A,單鍵。 ，, ， ，故安全。 （2）中間軸上的鍵： 由機(jī)械手冊(cè)GB1095-79可查的 A型鍵A,單鍵。，, ， ，故安全。 （3）低速軸上的鍵： A型鍵A,單鍵。，, ， ，故安全。 （4）偏心軸上的鍵： A型鍵A,雙鍵。，, ， ，故安全。 同理可得，軸上其它鍵的強(qiáng)度均在允許值范圍內(nèi)，因此各鍵安全。 5.1.7三角膠帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 （1） 確定計(jì)算功率 = 由于切斷機(jī)工作情況是沖擊性重載荷，故工作情況系數(shù)選用； ==1.37.5=9.75KW （2） 確定膠帶型別 主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)數(shù)即為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，有； 根據(jù)計(jì)算功率和主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)數(shù)，選定膠帶型別為窄V帶A截型； （3）選取小帶輪直徑為，得從動(dòng)輪直徑； 查表圓整得； （4） 驗(yàn)算帶的速度 帶的速度合適。 （5） 確定中心矩和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 如果確定中心矩，取 ，?。? 根據(jù)帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系，帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度： ； 圓整取基準(zhǔn)長(zhǎng)度； 則實(shí)際中心矩a=； 中心矩的變化范圍： （6） 驗(yàn)算主動(dòng)輪包角 應(yīng)保證 符合要求； （7） 確定帶的根數(shù) 根據(jù)公式 查得； 故帶的根數(shù)； 取帶的根數(shù)=3 （8) 確定帶的預(yù)緊力 單根V帶所需的預(yù)緊力： ， （9) 計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上的力 1)0 V帶輪尺寸設(shè)計(jì) 圖7 基準(zhǔn)寬度 基準(zhǔn)線上槽深 基準(zhǔn)線下槽深 ，取 槽間距 第一槽對(duì)稱面至端面的距離 最小輪緣 帶輪寬 小帶輪外徑 輪槽角 表3 V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度系列及長(zhǎng)度系數(shù) 基準(zhǔn)長(zhǎng)度 普通V帶 Y Z A B C D E 450 1.00 0.89 500 1.02 0.91 560 0.94 630 0.96 0.81 710 0.99 0.82 800 1.00 0.85 900 1.03 0.87 0.81 1000 1.06 0.89 0.84 1120 1.08 0.91 0.86 1250 1.11 0.93 0.88 1400 1.14 0.96 0.90 1600 1.16 0.99 0.93 0.84 1800 1.18 1.01 0.95 0.85 2000 1.03 0.98 0.88 2240 1.06 1.00 0.91 2500 1.09 1.03 0.93 表4 單根普通V帶的基本額定功率 帶型 小帶輪節(jié)圓直徑 小帶輪轉(zhuǎn)數(shù) 400 730 800 980 1200 1460 2800 A型 75 0.27 0.42 0.45 0.52 0.60 0.68 1.00 90 0.39 0.63 0.68 0.79 0.93 1.07 1.64 100 0.47 0.77 0.83 0.97 1.14 1.32 2.05 112 0.56 0.93 1.00 1.18 1.39 1.62 2.51 125 0.67 1.11 1.19 1.40 1.66 1.93 2.98 表5 單根普通V帶額定功率的增量 帶型 小帶輪轉(zhuǎn)數(shù) 傳 動(dòng) 比 i 1.00 - 1.01 1.02 - 1.04 1.05 - 1.08 1.09 - 1.12 1.13 - 1.18 1.19 - 1.24 1.25 - 1.34 1.35 - 1.51 1.52 - 1.99 A 型 400 0.00 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03 0.03 0.04 0.04 0.05 730 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 800 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.08 0.09 0.10 980 0.00 0.01 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.10 0.11 1200 0.00 0.02 0.03 0.05 0.07 0.08 0.10 0.11 0.13 0.15 1460 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 2800 0.00 0.04 0.08 0.11 0.15 0.19 0.23 0.26 0.30 0.34 6 潤(rùn)滑方式 由于大齒輪的圓周速度v＝0.47477m/s<12m/s,故，采用大輪齒浸油潤(rùn)滑，在齒輪傳動(dòng)中，就可以使?jié)櫥蛶У絿Ш系凝X面上，同時(shí)也將油甩到箱壁上，借以散熱。 1.油量的確定：7.50.35L＝2.625L。 2.潤(rùn)滑劑的選擇：齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑劑的運(yùn)動(dòng)粘度為500/vcSt； 根據(jù)GB/T 5903-86 可選，牌號(hào)為460的潤(rùn)滑劑 7 結(jié)束語(yǔ) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科知識(shí)的綜合檢驗(yàn)，同時(shí)也是我們以后工作的一次全面演練。在這四年里，我們先后學(xué)習(xí)了《機(jī)械制圖》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《機(jī)械制造工藝學(xué)》、《工程材料》、《機(jī)械原理》等課程。具備了基本的機(jī)械制造及其工藝方面的知識(shí)，但是缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，不能很好的融會(huì)貫通，為了在不久的將來(lái)能在工作崗位上更好的將這些知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中去，畢業(yè)設(shè)計(jì)為我們提供了實(shí)踐的機(jī)會(huì)。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)三個(gè)多月，在查閱了大量的資料后，設(shè)想出一個(gè)可行的方案，并按此方案完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)期間，計(jì)算量較大，考慮的方方面面比較多，遇到的問(wèn)題和困難也較多，但是通過(guò)自己的努力和老師的指導(dǎo)，還是將這些問(wèn)題一一解決了，最終基本上完成了規(guī)定的任務(wù)。但是本設(shè)計(jì)中還是存在一些不足之處，比如一些小零件雖然在圖上畫(huà)出來(lái)了，但是沒(méi)有標(biāo)明實(shí)際尺寸（標(biāo)準(zhǔn)件除外），這將會(huì)給制造商帶來(lái)一些小麻煩；另外，雖然考慮到減速器在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄不能碰地和與高速軸相撞，但沒(méi)有進(jìn)行具體分析，不知在實(shí)際操作中是否符合所想象的標(biāo)準(zhǔn)；第三，由于設(shè)計(jì)者的能力有限，只設(shè)計(jì)了機(jī)械部分，若能將抽油機(jī)和電控部分一起設(shè)計(jì)，將更具完整性，同時(shí)更能培養(yǎng)設(shè)計(jì)者的能力。另外通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我堅(jiān)定了成為一名合格的機(jī)械工作者信心。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成，將為下次設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)！ 32