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I 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 論 文 中 英 文 摘 要 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 螺 旋 漲 管 專 機 設(shè) 計 與 研 究 摘 要 文 章 簡 略 的 介 紹 了 散 熱 器 的 發(fā) 展 對 熱 效 應(yīng) 較 高 的 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 中 銅 管 與 鋁 型 材 散 熱 片 的 過 盈 配 合 聯(lián) 接 進 行 受 力 分 析 并 進 行 了 必 要 的 計 算 同 時 提 出 了 螺 旋 漲 管 的 新 工 藝 使 漲 管 的 同 時 所 需 的 進 給 力 大 大 減 小 對 螺 旋 漲 管 機 中 關(guān) 鍵 部 件 漲 管 頭 的 結(jié) 構(gòu) 特 點 與 工 作 原 理 進 行 了 說 明 對 設(shè) 計 的 螺 旋 漲 管 機 工 作 原 理 與 結(jié) 構(gòu) 特 點 進 行 了 詳 細 敘 述 同 時 也 對 整 個 螺 旋 漲 管 專 機 進 行 了 簡 單 介 紹 和 對 每 個 零 件 的 選 擇 進 行 了 分 析 關(guān) 鍵 詞 散 熱 片 螺 旋 漲 管 過 盈 漲 緊 II 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 論 文 中 英 文 摘 要 III 目 錄 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 論 文 中 英 文 摘 要 I 目 錄 III 第 一 章 緒 論 1 1 1 銅鋁復(fù)合散熱片螺旋漲管專機設(shè)計背景 1 1 1 1 銅鋁復(fù)合散熱片螺旋漲管簡介 1 1 1 2 計算機軟件的應(yīng)用 2 1 2 課題意義及本文主要工作 2 1 2 1 選題意義 2 1 2 2 本課題主要工作及結(jié)構(gòu) 2 1 2 3 本課題設(shè)計中應(yīng)注意的問題 3 第 二 章 螺 旋 漲 管 機 工 藝 過 程 分 析 5 2 1 螺旋漲管機概況 5 2 1 1 銅鋁復(fù)合散熱片的螺旋漲管受力分析 5 2 1 2 銅鋁復(fù)合散熱片螺旋漲管機工作原理 7 2 1 3 銅鋁復(fù)合散熱片螺旋漲管機設(shè)計 8 第 三 章 螺 旋 漲 管 機 部 件 設(shè) 計 9 3 1 機床的基本要求 9 3 1 1 機床應(yīng)具有的性能指標(biāo) 9 3 2 機床安裝機架設(shè)計 10 3 2 1 機架的分類 10 3 2 2 機架設(shè)計的原則 11 3 2 3 機架的截面形狀 11 3 3 彈性漲套頭部件設(shè)計 12 3 4 齒輪傳動的類型和應(yīng)用特點 12 3 4 1 齒輪傳動的應(yīng)用特點 12 3 4 2 齒輪傳動的基本要求 14 3 5 齒輪傳動的常用類型 14 3 6 該專機的齒輪傳動機構(gòu) 14 IV 第 四 章 螺 旋 漲 管 機 主 要 部 件 設(shè) 計 與 計 算 18 4 1 工作滑臺與滾動導(dǎo)軌副選擇與設(shè)計 18 4 1 1 導(dǎo)軌副的選擇 18 4 1 2 滾動導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu) 18 4 1 3 直線滾動導(dǎo)軌副的計算 18 4 1 4 滾動導(dǎo)軌的潤滑防護 19 4 2 滾珠絲杠選擇與設(shè)計 19 4 2 1 專機工作滑臺絲杠的選擇 19 4 2 2 滾珠絲杠副選擇的方法 21 4 2 3 專機工作滑臺絲杠的計算過程 22 4 3 聯(lián)軸器的設(shè)計 24 4 4 軸承的選擇 25 4 4 1 載荷的大小 方向和性質(zhì) 26 4 4 2 軸承的轉(zhuǎn)速 26 4 4 3 調(diào)心性能要求 26 4 4 4 軸承的安裝和拆卸 27 4 4 5 經(jīng)濟性 27 4 4 6 特殊的軸承 單向軸承 27 第 五 章 螺 旋 漲 管 機 的 自 動 化 發(fā) 展 32 畢 業(yè) 小 結(jié) 33 參 考 文 獻 34 致 謝 35 1 第 一 章 緒 論 1 1 銅鋁復(fù)合散熱片螺旋漲管專機設(shè)計背景 1 1 1 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 螺 旋 漲 管 簡 介 由 于 我 國 幅 員 遼 闊 960 萬 的 國 土 中 有 70 是 采 暖 要 求 的 采 區(qū) 或 有 采2km 暖 要 求 的 過 度 區(qū) 而 且 長 江 以 北 地 區(qū) 每 年 有 三 到 六 個 月 的 寒 冷 冬 季 時 間 漫 長 所 以 我 國 是 一 個 采 暖 大 國 散 熱 器 采 暖 是 這 些 區(qū) 域 中 最 主 要 的 采 暖 方 式 年 需 散 熱 器 3 0 億 片 以 上 在 早 期 人 們 普 遍 使 用 灰 鑄 鐵 散 熱 器 因 為 其 使 用 壽 命 長 價 格 低 廉 壁 厚 存 熱 時 間 長 腐 蝕 速 度 比 低 碳 鋼 制 散 熱 器 水 箱 式 散 熱 器 慢 因 為 它 的 腐 蝕 狀 為 針 狀 腐 蝕 不 成 塊 狀 腐 蝕 所 以 鐵 銹 不 容 易 脫 離 本 體 氧 氣 不 能 大 面 積 入 侵 內(nèi) 體 造 成 深 層 面 腐 蝕 所 以 壽 命 在 25 年 至 30 年 左 右 使 用 壽 命 長 便 宜 且 取 暖 效 果 不 錯 使 得 人 們 在 裝 修 新 房 時 首 選 灰 鑄 鐵 散 熱 器 但 它 的 缺 陷 也 顯 而 易 見 由 于 它 糙 頭 糙 臉 又 笨 又 重 嚴(yán) 重 影 響 了 新 房 的 美 觀 為 了 增 加 裝 飾 效 果 人 們 就 想 了 個 法 子 給 它 美 容 加 個 罩 包 起 來 但 時 間 一 長 加 罩 的 煩 惱 也 隨 之 而 來 不 光 花 錢 占 地 影 響 散 熱 效 果 而 且 罩 內(nèi) 藏 污 納 垢 病 菌 猖 狂 形 成 衛(wèi) 生 死 角 另 外 無 論 多 么 高 檔 的 暖 氣 罩 三 兩 年 之 后 罩 也 會 被 烤 得 面 目 全 非 變 形 走 樣 只 好 再 換 而 且 必 須 滿 水 保 養(yǎng) 時 間 長 了 鐵 銹 又 會 使 熱 量 表 溫 控 閥 失 靈 或 損 壞 面 對 鑄 鐵 散 熱 器 幾 十 年 一 成 不 變 的 老 面 孔 和 人 們 對 室 內(nèi) 裝 飾 裝 修 水 準(zhǔn) 的 提 高 尋 求 一 種 集 采 暖 裝 飾 為 一 體 的 中 高 檔 散 熱 器 自 然 也 就 成 了 一 道 難 題 同 時 也 成 為 人 們 的 熱 望 因 此 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 器 便 應(yīng) 運 而 生 它 集 聚 了 眾 多 人 愿 望 于 一 體 而 深 受 人 們 的 喜 愛 它 與 以 往 的 散 熱 器 相 比 具 有 體 積 小 散 熱 性 能 好 不 易 被 腐 蝕 且 質(zhì) 量 輕 巧 重 要 的 是 外 型 可 以 做 得 非 常 美 觀 時 尚 竟 可 以 在 家 庭 裝 飾 中 充 當(dāng) 裝 飾 品 由 于 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 器 在 社 會 中 的 受 歡 迎 程 度 與 日 俱 增 由 于 它 是 適 合 我 國 各 類 住 宅 和 工 業(yè) 化 生 產(chǎn) 等 多 種 供 暖 系 統(tǒng) 及 各 類 水 質(zhì) 的 高 技 術(shù) 節(jié) 能 環(huán) 保 型 新 產(chǎn) 品 可 以 適 應(yīng) 不 同 的 采 暖 要 求 據(jù) 了 解 我 國 新 型 采 暖 產(chǎn) 品 目 前 多 采 用 鑄 鐵 散 熱 器 結(jié) 構(gòu) 龐 大 笨 重 近 年 來 出 現(xiàn) 的 鋼 制 散 熱 器 對 金 屬 的 腐 蝕 性 較 高 影 響 使 用 效 果 2 散 熱 器 在 研 究 開 發(fā) 上 要 求 解 決 工 藝 技 術(shù) 裝 飾 效 果 和 供 暖 系 統(tǒng) 熱 計 量 等 問 題 其 生 產(chǎn) 制 造 過 程 成 了 一 項 新 的 研 究 方 向 有 必 要 去 設(shè) 計 產(chǎn) 品 生 產(chǎn) 的 每 一 個 工 藝 環(huán) 節(jié) 其 中 銅 管 與 鋁 合 金 散 熱 片 的 過 盈 配 合 就 是 接 下 來 所 需 設(shè) 計 與 研 究 的 因 此 我 們 準(zhǔn) 備 設(shè) 計 一 臺 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 螺 旋 漲 管 的 專 用 機 床 1 1 2 計 算 機 軟 件 的 應(yīng) 用 機 械 運 動 部 件 的 設(shè) 計 現(xiàn) 在 普 遍 使 用 CAD2004 在 這 次 計 劃 中 CAD2004 主 要 用 于 二 維 工 程 圖 的 繪 制 進 行 裝 配 圖 的 布 局 與 設(shè) 計 并 將 其 零 件 一 一 繪 制 以 便 零 件 的 加 工 1 2 課題意義及本文主要工作 1 2 1 選 題 意 義 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 器 是 家 庭 或 企 事 業(yè) 單 位 常 用 的 供 暖 設(shè) 備 其 用 量 大 涉 及 面 廣 一 直 以 來 供 暖 用 的 散 熱 器 多 采 用 鑄 鐵 或 鋼 制 材 料 因 其 易 生 銹 體 積 龐 大 熱 效 率 低 外 觀 質(zhì) 量 差 等 而 逐 步 由 質(zhì) 量 較 好 的 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 器 所 代 替 其 散 熱 片 的 熱 傳 導(dǎo) 是 通 過 銅 管 內(nèi) 的 熱 水 或 熱 蒸 汽 由 銅 管 傳 給 與 銅 管 緊 密 結(jié) 合 的 散 熱 鋁 片 上 的 因 此 銅 管 與 散 熱 鋁 片 的 緊 密 結(jié) 合 程 度 是 提 高 熱 傳 導(dǎo) 效 率 的 關(guān) 鍵 也 是 衡 量 其 質(zhì) 量 好 壞 的 一 項 重 要 指 標(biāo) 以 往 銅 管 與 散 熱 鋁 片 的 結(jié) 合 的 通 過 加 大 過 盈 配 合 來 保 證 緊 密 結(jié) 合 程 度 但 通 過 長 期 使 用 發(fā) 現(xiàn) 仍 有 部 分 結(jié) 合 發(fā) 生 松 動 從 而 降 低 了 熱 傳 導(dǎo) 效 率 采 用 螺 旋 過 盈 漲 緊 的 配 合 方 式 可 以 大 大 增 加 緊 密 連 接 程 度 而 且 不 易 松 動 從 而 提 高 了 熱 傳 導(dǎo) 效 率 和 穩(wěn) 定 性 為 實 現(xiàn) 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 螺 旋 過 盈 漲 緊 配 合 設(shè) 計 了 螺 旋 漲 管 機 一 次 加 工 兩 組 長 度 小 于 1200mm 的 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 用 時 平 均 僅 20s 效 率 高 質(zhì) 量 穩(wěn) 定 很 受 用 戶 的 歡 迎 1 2 2 本 課 題 主 要 工 作 及 結(jié) 構(gòu) 本 課 題 是 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 螺 旋 漲 管 專 機 設(shè) 計 與 研 究 此 項 設(shè) 計 任 務(wù) 主 要 是 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 螺 旋 漲 管 專 機 漲 頭 部 件 的 研 制 并 盡 可 能 地 備 制 本 課 題 主 要 是 考 察 我 們 對 機 械 設(shè) 計 基 本 知 識 基 本 理 論 和 基 本 方 法 的 掌 握 程 度 并 著 重 于 對 我 們 創(chuàng) 造 性 思 維 及 設(shè) 計 技 能 的 訓(xùn) 練 與 培 養(yǎng) 它 所 涉 及 到 的 知 識 面 很 廣 有 基 礎(chǔ) 知 識 和 專 業(yè) 知 識 如 高 等 數(shù) 學(xué) 材 料 力 學(xué) 機 械 原 理 機 械 零 件 和 互 換 性 與 技 術(shù) 測 量 等 等 3 關(guān) 于 該 課 題 歸 納 了 以 下 幾 項 內(nèi) 容 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 螺 旋 漲 管 專 機 設(shè) 計 的 理 論 知 識 設(shè) 計 理 念 結(jié) 構(gòu) 計 算 和 加 工 步 驟 的 設(shè) 計 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 螺 旋 漲 管 專 機 的 生 產(chǎn) 是 單 件 的 制 造 因 而 要 對 其 機 座 要 進 行 經(jīng) 濟 設(shè) 計 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 螺 旋 漲 管 專 機 各 傳 動 部 件 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 及 零 部 件 的 設(shè) 計 與 計 算 樹 立 正 確 的 設(shè) 計 思 想 運 用 創(chuàng) 造 性 思 維 掌 握 機 械 設(shè) 計 的 一 般 方 法 熟 練 掌 握 常 用 部 件 的 設(shè) 計 原 理 和 方 法 具 有 設(shè) 計 通 用 機 械 傳 動 裝 置 和 較 簡 單 機 械 的 能 力 以 及 降 低 其 制 造 成 本 熟 練 運 用 機 械 設(shè) 計 手 冊 標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī) 范 等 有 關(guān) 技 術(shù) 資 料 的 能 力 參 照 機 械 方 面 的 設(shè) 計 的 圖 冊 并 獲 得 實 驗 技 能 的 基 本 訓(xùn) 練 對 設(shè) 計 任 務(wù) 進 行 了 一 些 初 步 的 分 類 減 速 箱 部 件 設(shè) 計 滾 珠 絲 桿 座 部 件 設(shè) 計 壓 緊 部 件 設(shè) 計 預(yù) 壓 緊 部 件 設(shè) 計 鎖 緊 部 件 設(shè) 計 及 減 速 器 的 設(shè) 計 1 2 3 本 課 題 設(shè) 計 中 應(yīng) 注 意 的 問 題 本 課 題 的 設(shè) 計 應(yīng) 該 在 老 師 指 導(dǎo) 下 由 我 們 自 己 獨 立 完 成 為 了 更 好 地 培 養(yǎng) 我 們 設(shè) 計 能 力 我 們 應(yīng) 獨 立 思 考 積 極 主 動 思 考 問 題 分 析 問 題 和 解 決 問 題 而 不 應(yīng) 處 處 被 動 地 依 賴 指 導(dǎo) 老 師 查 資 料 給 數(shù) 據(jù) 定 方 案 利 用 已 有 資 料 進 行 參 照 學(xué) 習(xí) 前 人 經(jīng) 驗 提 高 設(shè) 計 質(zhì) 量 及 設(shè) 計 水 平 但 不 應(yīng) 盲 目 地 機 械 地 抄 襲 要 根 據(jù) 有 利 條 件 進 行 大 膽 創(chuàng) 新 設(shè) 計 中 應(yīng) 學(xué) 習(xí) 正 確 運 用 標(biāo) 準(zhǔn) 和 規(guī) 范 要 注 意 一 些 尺 寸 使 用 的 規(guī) 范 參 照 工 具 書 圓 整 為 標(biāo) 準(zhǔn) 數(shù) 列 或 優(yōu) 先 數(shù) 列 整 個 設(shè) 計 過 程 中 要 注 意 隨 時 整 理 設(shè) 計 結(jié) 果 并 在 設(shè) 計 草 稿 本 上 記 下 重 要 的 論 據(jù) 結(jié) 果 參 考 資 料 來 源 以 及 需 要 進 一 步 探 討 的 問 題 使 設(shè) 計 的 各 方 面 都 做 到 有 理 有 據(jù) 這 對 設(shè) 計 的 正 常 進 行 階 段 性 的 自 我 檢 查 和 編 寫 說 明 書 論 文 都 是 必 要 的 希 望 通 過 這 次 畢 業(yè) 設(shè) 計 能 鞏 固 擴 大 和 強 化 自 己 所 學(xué) 到 的 理 論 知 識 與 技 能 提 高 自 己 設(shè) 計 計 算 制 圖 編 寫 技 術(shù) 文 件 的 能 力 學(xué) 會 正 確 使 用 技 術(shù) 資 料 標(biāo) 準(zhǔn) 手 冊 等 工 具 書 并 在 設(shè) 計 中 培 養(yǎng) 自 己 理 論 聯(lián) 系 實 際 嚴(yán) 肅 認 真 的 工 作 作 風(fēng) 4 和 獨 立 分 析 解 決 問 題 的 能 力 為 以 后 的 設(shè) 計 工 作 打 下 一 個 良 好 的 基 礎(chǔ) 同 時 畢 業(yè) 設(shè) 計 也 是 大 學(xué) 生 在 校 學(xué) 習(xí) 期 間 專 業(yè) 考 核 的 重 要 環(huán) 節(jié) 通 過 系 統(tǒng) 的 運 用 基 礎(chǔ) 知 識 基 本 技 能 以 及 設(shè) 計 能 力 邏 輯 分 析 能 力 調(diào) 查 研 究 查 閱 文 獻 收 集 資 料 撰 寫 論 文 等 各 方 面 能 力 進 行 的 綜 合 設(shè) 計 的 過 程 將 所 學(xué) 習(xí) 的 理 論 知 識 和 現(xiàn) 實 設(shè) 計 生 產(chǎn) 做 了 初 步 嘗 試 性 結(jié) 合 畢 業(yè) 設(shè) 計 的 重 要 性 還 在 于 鍛 煉 了 我 們 的 設(shè) 計 思 維 能 力 拓 寬 了 我 們 的 知 識 視 野 形 成 了 腳 踏 實 地 敢 于 攻 堅 的 頑 強 精 神 養(yǎng) 成 了 虛 心 好 學(xué) 團 隊 協(xié) 作 的 優(yōu) 良 作 風(fēng) 由 于 本 人 的 設(shè) 計 水 平 有 限 知 識 面 狹 窄 實 踐 不 夠 經(jīng) 驗 不 足 因 此 在 此 次 畢 業(yè) 設(shè) 計 中 存 在 這 樣 或 那 樣 的 不 足 希 望 各 位 老 師 給 予 批 評 指 正 5 第 二 章 螺 旋 漲 管 機 工 藝 過 程 分 析 2 1 螺旋漲管機概況 2 1 1 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 的 螺 旋 漲 管 受 力 分 析 如圖 2 1 所示 銅管 1 的內(nèi)徑 20 mm 銅管壁厚 0 8 mm 鋁合金散熱片 2 的 孔徑 21 7 mm 銅管與鋁合金散熱片在漲緊前為松配合 為了達到銅管與鋁合金 散熱片孔的過盈配合 傳統(tǒng)的方法是將銅管外徑用漲緊頭擴大到 23 5 mm 這樣 與鋁合金散熱片內(nèi)孔產(chǎn)生了 1 9 mm 的過盈量 達到漲緊目的 所需的軸向漲緊力 F 為 2437MPadEtp 12349 6 NF lf 式中 單邊過盈量 取 0 95 mmd 銅管的彈性模量 取 115 GpaE 銅管的壁厚 0 8 mmt 銅管的內(nèi)徑 2 0 mmd 漲緊時對銅管內(nèi)壁產(chǎn)生的漲緊壓強 MPa p 漲緊頭與銅管接觸的有效軸向長度 3 mm l 漲緊頭與銅管內(nèi)壁的摩擦系數(shù) 0 15 f 漲緊所需的軸向力 NF 如果再增大過盈量 一方面使需要的漲緊力更大 另一方面很容易導(dǎo)致銅管或 鋁合金散熱片開裂 而采用螺旋漲管方法 可以減少直拉漲管時的過盈量 增大螺 旋漲管的過盈量 使?jié)q緊力大大減小 銅管與鋁合金散熱片也不易開裂 漲管頭的設(shè)計是整個漲管機的核心 圖 2 2 所示是漲管頭的結(jié)構(gòu)圖 工作時分 兩步 6 圖 2 1 銅 鋁復(fù)合散熱片 1 彈性漲套 1 通過拉桿頭 5 的進將漲套漲大使銅管外徑擴大到 23 1 mm 與鋁合金散熱片孔產(chǎn)生了 1 5 mm 的過盈量 代入上述漲管進給力的計算 公式得 F 9749 7 N 進給力減少了 21 當(dāng)漲套走完整個行程時 將銅 管與鋁合金初步漲緊 2 由于在彈性漲套同一外圓處的孔內(nèi)均勻分布了 6 個 6 mm 的鋼球 當(dāng)漲 套拉桿 4 向右退回 帶動拉桿頭 5 右移時松開漲套 同時拉桿頭外徑 10 2 mm 的圓柱將 6 個鋼球沿徑向外頂出 考慮銅管壁厚 0 8 mm 則 鋼球漲開后的銅管最大外徑為 20 83 m 這樣產(chǎn)生了 2 2 mm 的過盈量 盡管過盈量較大 但僅僅是鋼球局部將銅管 外徑增大不會產(chǎn)生較大的漲緊力 也不會將銅管漲裂 大大提高了連接的緊密性 此時彈性漲套在退回時讓其按一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 因此產(chǎn)生了 6 個頭的螺旋槽 為了 使銅管兩頭個留一段距離不是螺旋槽 如圖 2 2 所示 在螺旋退回到某一位置時漲 套拉桿左移 松開鋼球 螺旋漲管結(jié)束 顯然 螺旋漲管時 由于直拉漲管的過盈量只有 1 5 mm 小于螺旋漲管過盈 量 1 9 mm 防止了銅管或鋁合金散熱片因過盈量較大開裂 使得漲頭的進給力大 大減小 7 圖 2 2 銅鋁復(fù)合散熱片漲管頭的結(jié)構(gòu)圖 2 1 2 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 螺 旋 漲 管 機 工 作 原 理 圖 2 3 所示是銅鋁復(fù)合散熱片螺旋漲管機工作原理圖 1 電動機 10 按圖示方向旋轉(zhuǎn)由滾珠絲杠副 1 驅(qū)動滑臺 2 帶動銅鋁復(fù)合散熱片 3 右 移 彈性漲套 4 與單向離合器 5 固連 齒輪 11 由齒輪 8 9 傳給齒輪 6 沿同一 方向旋轉(zhuǎn) 此時單向離合器 5 與齒輪 6 脫開 因此 彈性漲套 4 不旋轉(zhuǎn)擠入銅 管內(nèi) 使銅管內(nèi)徑擴大與鋁合金內(nèi)徑緊密過盈配合 直到整個銅管都漲大為止 8 圖 2 3 銅鋁復(fù)合散熱片螺旋漲管工作原理 3 電動機 10 與圖示反方向旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動滑臺 2 帶動銅鋁復(fù)合散熱片 3 左移 同時拉桿頭 12 在氣缸 7 驅(qū)動下右移松開彈性漲套 4 同時頂起 6 個 6 鋼 珠 而齒輪 11 帶動 8 9 傳給齒輪 6 按圖示的反方向轉(zhuǎn)動 此時單向離 合器 5 與齒輪 6 合上 帶動彈性漲套 4 旋轉(zhuǎn)退出銅管 6 個鋼珠也一同旋 轉(zhuǎn) 拉出螺旋槽 4 只要設(shè)計合理的齒輪傳動比 就可以拉出給定螺距的螺旋槽 螺旋拉完 氣缸 7 推動拉桿 12 再次伸出 6 個鋼珠退回原位 整個漲套頭完全退出 完成一個循環(huán) 2 1 3 銅 鋁 復(fù) 合 散 熱 片 螺 旋 漲 管 機 設(shè) 計 圖 2 4 銅鋁復(fù)合散熱片螺旋漲管專機結(jié)構(gòu)圖 圖 2 4 所示是銅鋁復(fù)合散熱片螺旋漲管專機結(jié)構(gòu)圖 圖中按功能分為 4 大塊 分別是 壓緊氣缸 1 用于壓緊工件 其壓緊力必須大于漲管時的進給力 移動 滑臺 2 其作用是驅(qū)動工件左 右移動 從而實現(xiàn)直線漲管和螺旋退出漲管 齒 輪箱目的是驅(qū)動絲杠并帶動滑臺左右移動 同時配合單向離合器控制彈性漲套 旋轉(zhuǎn)與否 拉桿氣缸 4 通過氣缸的伸縮來完成彈性漲套的張開與閉合 以及 6 個鋼珠的頂出與縮回 9 第 三 章 螺 旋 漲 管 機 部 件 設(shè) 計 3 1 機床的基本要求 機 床 的 總 體 設(shè) 計 是 機 床 設(shè) 計 的 關(guān) 鍵 環(huán) 節(jié) 對 機 床 的 技 術(shù) 性 能 和 經(jīng) 濟 性 指 標(biāo) 其 著 決 定 性 作 用 機 床 的 總 體 設(shè) 計 是 根 據(jù) 設(shè) 計 要 求 通 過 調(diào) 查 研 究 檢 索 資 料 掌 握 機 床 設(shè) 計 的 依 據(jù) 然 后 進 行 工 藝 分 析 擬 訂 出 性 能 先 進 緊 急 性 好 的 工 藝 方 案 必 要 時 畫 出 加 工 示 意 圖 在 此 基 礎(chǔ) 上 確 定 機 床 總 布 局 畫 出 機 床 聯(lián) 系 尺 寸 圖 確 定 所 設(shè) 計 機 床 的 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 3 1 1 機 床 應(yīng) 具 有 的 性 能 指 標(biāo) 工 藝 范 圍 機 床 的 工 藝 范 圍 包 括 可 加 工 的 零 件 類 型 形 狀 和 尺 寸 范 圍 能 完 成 的 工 序 種 類 不 同 的 生 產(chǎn) 模 式 對 機 床 的 工 藝 要 求 不 同 大 批 量 生 產(chǎn) 工 序 分 散 要 求 一 臺 機 床 只 完 成 一 個 零 件 的 一 道 或 幾 道 工 序 的 加 工 加 工 效 率 高 工 藝 范 圍 窄 適 應(yīng) 這 種 生 產(chǎn) 模 式 的 機 床 是 專 用 機 床 和 組 合 機 床 而 對 于 我 要 設(shè) 計 的 機 床 就 屬 于 這 類 機 床 只 要 求 加 工 一 道 工 序 而 且 是 大 批 量 生 產(chǎn) 加 工 精 度 機 床 的 加 工 精 度 分 為 三 級 普 通 精 度 機 床 精 密 機 床 高 精 度 機 床 機 床 設(shè) 計 不 僅 要 保 證 機 床 的 加 工 精 度 而 且 要 使 機 床 的 加 工 精 度 保 持 一 定 時 間 即 精 度 保 持 性 精 度 保 持 性 又 叫 使 用 壽 命 提 高 機 床 關(guān) 鍵 零 部 件 的 耐 磨 性 可 延 長 機 床 的 使 用 壽 命 生 產(chǎn) 率 和 自 動 化 機 床 的 自 動 化 程 度 越 高 它 的 生 產(chǎn) 率 就 越 高 另 外 機 床 的 自 動 化 可 減 少 人 對 加 工 的 干 預(yù) 保 證 被 加 工 工 件 的 精 度 穩(wěn) 定 性 還 可 減 少 操 作 者 的 勞 動 強 度 可 靠 性 機 床 的 可 靠 性 是 一 項 重 要 的 技 術(shù) 經(jīng) 濟 指 標(biāo) 可 靠 性 包 括 兩 方 面 一 個 是 機 床 在 規(guī) 定 時 間 內(nèi) 發(fā) 生 失 效 的 難 易 程 度 二 是 可 修 復(fù) 機 床 失 效 后 在 規(guī) 定 時 間 內(nèi) 修 復(fù) 的 難 易 程 度 從 可 靠 性 考 慮 機 床 不 僅 要 求 在 使 用 過 程 中 不 易 發(fā) 生 故 障 即 無 故 障 性 而 且 要 求 發(fā) 生 故 障 后 容 易 維 修 即 維 修 性 機 床 的 效 率 和 壽 命 機 床 的 效 率 是 指 消 耗 于 切 削 的 有 效 功 率 與 電 動 機 輸 出 功 率 之 比 兩 者 的 差 值 即 為 損 失 該 損 失 轉(zhuǎn) 化 為 熱 能 若 損 失 過 大 將 使 機 床 產(chǎn) 生 較 大 的 熱 變 形 影 響 加 工 精 度 機 床 的 壽 命 是 指 機 床 保 持 其 應(yīng) 有 加 工 精 度 的 使 用 期 限 也 稱 精 度 保 持 性 壽 命 期 限 內(nèi) 在 正 常 工 作 條 件 下 機 床 不 應(yīng) 喪 失 設(shè) 計 時 規(guī) 定 的 精 度 指 標(biāo) 為 確 10 保 和 提 高 機 床 壽 命 主 要 是 提 高 一 些 關(guān) 鍵 性 零 件 的 耐 磨 性 并 使 主 要 傳 動 件 的 疲 勞 壽 命 與 之 相 適 應(yīng) 系 列 化 通 用 化 標(biāo) 準(zhǔn) 化 程 度 產(chǎn) 品 系 列 化 零 部 件 通 用 化 和 標(biāo) 準(zhǔn) 化 的 目 的 是 便 于 機 床 的 設(shè) 計 使 用 與 維 修 機 床 產(chǎn) 品 系 列 化 是 指 對 每 一 類 型 不 同 組 系 的 通 用 機 床 合 理 確 定 其 應(yīng) 有 哪 幾 種 尺 寸 規(guī) 格 以 便 以 較 少 品 種 的 機 床 來 滿 足 各 類 用 戶 的 需 要 提 高 機 床 零 部 件 通 用 比 和 零 件 標(biāo) 準(zhǔn) 化 程 度 可 以 縮 短 設(shè) 計 制 造 周 期 降 低 生 產(chǎn) 成 本 機 床 除 具 有 一 定 的 技 術(shù) 性 能 指 標(biāo) 外 還 應(yīng) 有 良 好 的 人 機 關(guān) 系 即 使 機 床 符 合 人 的 生 理 和 心 理 特 征 實 現(xiàn) 人 機 環(huán) 境 高 度 協(xié) 調(diào) 統(tǒng) 一 為 操 作 者 創(chuàng) 造 一 個 安 全 舒 適 可 靠 高 效 的 工 作 條 件 能 減 輕 操 作 者 精 神 緊 張 和 身 體 疲 勞 機 床 的 操 作 應(yīng) 靈 活 方 便 符 合 人 的 動 作 習(xí) 慣 使 操 作 者 從 接 收 信 號 到 產(chǎn) 生 動 作 不 用 經(jīng) 過 思 考 提 高 正 確 操 作 的 速 度 不 易 產(chǎn) 生 誤 操 作 或 故 障 機 床 造 型 應(yīng) 美 觀 大 方 色 彩 協(xié) 調(diào) 提 高 作 業(yè) 舒 適 度 環(huán) 境 保 護 機 床 噪 聲 影 響 正 常 的 工 作 環(huán) 境 危 害 人 的 身 心 健 康 機 床 傳 動 機 構(gòu) 中 各 傳 動 副 的 振 動 某 些 結(jié) 構(gòu) 的 不 合 理 及 切 削 過 程 中 的 顫 振 等 都 將 產(chǎn) 生 噪 聲 特 別 是 現(xiàn) 代 機 床 切 削 速 度 的 提 高 功 率 的 增 大 自 動 化 功 能 的 增 多 其 噪 聲 污 染 的 問 題 也 越 來 越 嚴(yán) 重 所 以 設(shè) 計 機 床 時 應(yīng) 盡 量 設(shè) 法 降 低 其 噪 聲 此 外 機 床 的 油 霧 粉 塵 和 腐 蝕 介 質(zhì) 等 都 是 對 人 體 有 害 的 設(shè) 計 時 應(yīng) 考 慮 盡 量 避 免 這 些 有 害 物 質(zhì) 向 四 周 擴 散 而 污 染 環(huán) 境 避 免 操 作 者 與 這 些 有 害 物 質(zhì) 直 接 接 觸 而 危 害 人 體 3 2 機床安裝機架設(shè)計 機架是各類零件的基本零件 它主要起支承作用 機器中的其他零部件一般固 定在機架上 所以 機架支承著機器中其他零部件和工件的全部重量 通常是機器 中尺寸最大 重量最重的零件 其重量約占機器總重量的 70 90 機架又起基準(zhǔn) 的作用 以保證各零部件間正確的相對位置 并使整個機器組成一個整體 機架直 接或間接地承受著機器工作過程中的各種載荷 包括各種沖擊載荷 由此可知 機 架也是各種機器中最重要的零件之一 直接或間接地影響著機器的各種性能如精度 振動 噪音及各項工作性能等 并決定著機器的造型 3 2 1 機 架 的 分 類 機架的種類很多 分類方法也有多種 按機器形式 可分臥式機架和立式機架 11 兩類 其中臥式機架又分橫梁式和平板式立式機架又分單立柱 雙立柱和多立柱 按材料及制造方法可分金屬機架和非金屬機架兩類 其中金屬機架又分鑄造機架 焊接機架和組式機架 非金屬機架又分花崗巖機架 混凝土機架和塑料機架 按結(jié) 構(gòu) 可分為整體式機架和裝配式機架 在通用機械設(shè)計 更為常見的是按機架構(gòu)造 外形的不同 將機架分為機座類 基板類 支架類和箱殼類 4 類 3 2 2 機 架 設(shè) 計 的 原 則 1 確保足夠的強度和剛度 2 在便于其他零件裝拆和操作的前提下 機架的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單 并有良好 的工藝性 便于制造 安裝及運輸 3 應(yīng)合理選擇截面形狀和恰當(dāng)布置肋板 使同樣重量下其強度和剛度盡可能 提高 4 就設(shè)計方法而言 目前大多數(shù)是采用類比設(shè)計法 即按照經(jīng)驗公式 經(jīng)驗數(shù) 據(jù)或比照現(xiàn)有同類機架進行設(shè)計 3 2 3 機 架 的 截 面 形 狀 大 多 數(shù) 機 架 在 復(fù) 雜 受 載 下 將 產(chǎn) 生 拉 伸 彎 曲 扭 轉(zhuǎn) 等 多 種 變 形 當(dāng) 受 到 彎 曲 或 扭 轉(zhuǎn) 時 截 面 形 狀 的 相 對 彎 扭 強 度 剛 度 比 較 值 有 很 大 影 響 由 于 該 機 架 是 機 座 類 的 可 以 選 用 方 管 的 型 材 來 構(gòu) 造 機 架 其 結(jié) 構(gòu) 如 圖 3 1 和 3 250 所 示 圖 3 1 機 架 截 面 12 圖 3 2 機 架 3 3 彈性漲套頭部件設(shè)計 彈 性 漲 套 的 頭 部 結(jié) 構(gòu) 如 圖 3 3 所 示 圖 3 3 彈 性 漲 套 頭 部 件 結(jié) 構(gòu) 在 彈 性 漲 套 進 入 銅 管 時 拉 桿 階 梯 2 的 位 置 是 處 在 彈 性 漲 套 中 部 凹 槽 部 位 使 彈 性 漲 套 處 的 外 徑 處 于 初 始 狀 態(tài) 使 得 彈 性 漲 頭 順 利 進 入 銅 管 內(nèi) 但 到 達 所 需 擴 漲 的 位 置 時 向 前 推 進 拉 桿 讓 拉 桿 階 梯 2 的 位 置 移 動 到 漲 套 位 置 3 處 使 得 彈 性 漲 套 頭 部 直 徑 尺 寸 增 大 滿 足 第 一 次 擴 漲 銅 管 的 直 徑 要 求 但 彈 性 漲 套 退 出 時 同 時 開 始 了 對 銅 管 的 第 二 次 擴 漲 需 改 變 拉 桿 的 位 置 將 拉 桿 階 梯 2 的 位 置 拉 回 到 有 鋼 珠 的 位 置 并 將 6 個 鋼 珠 向 外 頂 出 拉 桿 階 梯 1 的 位 置 同 時 到 達 彈 性 漲 套 3 的 位 置 彈 性 漲 套 退 出 的 并 帶 有 回 轉(zhuǎn) 運 動 使 銅 管 內(nèi) 形 成 6 道 螺 旋 線 漲 套 3 的 位 置 對 成 型 的 螺 旋 進 行 修 復(fù) 避 免 銅 管 產(chǎn) 生 六 邊 形 的 變 形 3 4 齒輪傳動的類型和應(yīng)用特點 3 4 1 齒 輪 傳 動 的 應(yīng) 用 特 點 1 齒 輪 齒 輪 副 與 齒 輪 傳 動 齒 輪 是 任 意 一 個 有 齒 的 機 械 元 件 它 能 利 用 它 的 齒 與 另 一 個 有 齒 元 件 連 續(xù) 嚙 合 從 而 將 運 動 傳 遞 給 后 者 或 者 從 后 者 接 受 運 動 齒 輪 傳 動 副 是 由 兩 個 互 相 嚙 合 的 齒 輪 組 成 的 基 本 機 構(gòu) 兩 齒 輪 軸 線 相 對 位 置 13 不 變 并 個 繞 其 自 身 的 軸 線 轉(zhuǎn) 動 齒 輪 副 是 線 接 觸 的 高 副 齒 輪 傳 動 是 利 用 齒 輪 副 來 傳 遞 運 動 和 或 動 力 的 一 種 機 械 動 力 齒 輪 副 的 一 對 齒 輪 的 齒 依 次 交 替 地 接 觸 從 而 實 現(xiàn) 一 定 規(guī) 律 的 相 對 運 動 的 過 程 和 形 態(tài) 稱 為 嚙 合 齒 輪 傳 動 屬 于 嚙 合 傳 動 如 圖 所 示 當(dāng) 齒 輪 副 工 作 時 主 動 輪 的1O 輪 齒 1 2 3 4 通 過 嚙 合 點 兩 齒 輪 輪 齒 的 接 觸 點 處 的 法 向 作 用 力 nF 逐 個 地 推 動 從 動 輪 的 輪 齒 1 2 3 4 使 從 動 輪 轉(zhuǎn) 動 并 帶 動 從 動 軸 回2O 轉(zhuǎn) 從 而 實 現(xiàn) 將 主 動 軸 的 運 動 和 動 力 傳 遞 給 從 動 軸 2 傳 動 比 齒 輪 傳 動 的 傳 動 比 是 主 動 齒 輪 與 從 動 齒 輪 角 速 度 或 速 度 的 比 值 也 等 于 兩 齒 輪 齒 數(shù) 的 反 比 即 1221nzi 式 中 主 動 齒 輪 角 速 度 轉(zhuǎn) 速 1 n 從 動 齒 輪 角 速 度 轉(zhuǎn) 速 2 主 動 齒 輪 齒 數(shù) 1z 從 動 齒 輪 齒 數(shù) 2 齒 輪 副 的 傳 動 比 不 宜 過 大 否 則 會 使 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 過 大 不 利 制 造 和 安 裝 通 常 圓 柱 齒 輪 副 的 傳 動 比 圓 錐 齒 輪 副 的 傳 動 比 8i 5i 3 應(yīng) 用 特 點 齒 輪 傳 動 是 現(xiàn) 代 機 械 中 應(yīng) 用 最 廣 的 一 種 機 械 傳 動 形 式 在 工 程 機 械 礦 山 機 械 冶 金 機 械 各 種 機 床 及 儀 器 儀 表 工 業(yè) 中 被 廣 泛 地 用 來 傳 遞 運 動 和 動 力 齒 輪 傳 動 除 傳 遞 回 轉(zhuǎn) 運 動 外 也 可 以 用 來 把 回 轉(zhuǎn) 運 動 轉(zhuǎn) 變 為 直 線 運 動 如 齒 輪 齒 條 傳 動 與 摩 擦 輪 傳 動 帶 傳 動 和 鏈 傳 動 等 比 較 齒 輪 傳 動 具 有 如 下 特 點 1 能 保 證 瞬 時 傳 動 比 的 恒 定 傳 動 平 穩(wěn) 性 好 傳 遞 運 動 準(zhǔn) 確 可 靠 2 傳 遞 的 功 率 和 速 度 范 圍 大 傳 遞 的 功 率 小 至 如 儀 表 中 的 齒 輪1w 傳 動 大 至 如 蝸 輪 發(fā) 動 機 的 減 速 器 甚 至 高 達4510kw 其 傳 動 是 圓 周 速 度 可 達 至 510k 30 ms 3 傳 動 效 率 高 一 般 傳 動 效 率 94 4 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 工 作 可 靠 壽 命 長 設(shè) 計 正 確 制 造 精 良 潤 滑 維 護 良 好 14 的 齒 輪 傳 動 可 使 用 數(shù) 年 乃 至 數(shù) 十 年 齒 輪 傳 動 也 存 在 以 下 不 足 1 制 造 和 安 裝 精 度 要 求 高 工 作 時 有 噪 聲 2 齒 輪 的 齒 數(shù) 為 整 數(shù) 能 獲 得 的 傳 動 比 受 到 一 定 的 限 制 不 能 實 現(xiàn) 無 級 變 速 3 中 心 距 過 大 時 將 導(dǎo) 致 齒 輪 傳 動 機 構(gòu) 龐 大 笨 重 因 此 不 適 宜 中 心 距 較 大 的 場 合 3 4 2 齒 輪 傳 動 的 基 本 要 求 從 傳 遞 運 動 和 動 力 兩 個 方 面 來 考 慮 齒 輪 傳 動 應(yīng) 滿 足 下 列 兩 個 基 本 要 求 1 傳 動 要 平 穩(wěn) 在 齒 輪 傳 動 過 程 中 應(yīng) 保 證 瞬 時 傳 動 恒 定 不 變 以 保 持 傳 動 的 平 穩(wěn) 性 避 免 或 減 小 傳 動 中 的 沖 擊 振 動 和 噪 聲 2 承 載 能 力 要 大 要 求 齒 輪 的 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 小 體 積 小 質(zhì) 量 輕 而 承 受 載 荷 的 能 力 強 即 強 度 高 耐 磨 性 好 壽 命 長 3 5 齒輪傳動的常用類型 齒 輪 的 種 類 很 多 齒 輪 傳 動 可 以 按 不 同 方 法 進 行 分 類 1 根 據(jù) 齒 輪 副 兩 傳 動 軸 的 相 對 位 置 不 同 可 分 為 平 行 軸 齒 輪 傳 動 相 交 軸 齒 輪 傳 動 和 交 錯 軸 齒 輪 傳 動 三 種 平 行 軸 齒 輪 屬 平 面 傳 動 相 交 軸 齒 輪 傳 動 和 交 錯 軸 齒 輪 傳 動 屬 空 間 傳 動 2 根 據(jù) 齒 輪 分 度 曲 面 不 同 可 分 為 圓 柱 齒 輪 傳 動 和 錐 齒 輪 傳 動 3 根 據(jù) 齒 線 形 狀 不 同 可 分 為 直 齒 齒 輪 傳 動 斜 齒 齒 輪 和 曲 線 齒 齒 輪 傳 動 4 根 據(jù) 齒 輪 傳 動 的 工 作 條 件 不 同 可 分 為 閉 式 齒 輪 傳 動 和 開 式 齒 輪 傳 動 前 者 齒 輪 副 封 閉 在 剛 性 箱 體 內(nèi) 并 能 保 證 良 好 的 潤 滑 后 者 齒 輪 副 外 露 易 受 灰 塵 及 有 害 物 質(zhì) 侵 襲 且 不 能 保 證 良 好 的 潤 滑 5 根 據(jù) 輪 齒 齒 廓 曲 線 不 同 可 分 為 漸 開 線 齒 輪 傳 動 擺 線 齒 輪 傳 動 和 圓 弧 齒 輪 傳 動 等 其 中 漸 開 線 齒 輪 傳 動 應(yīng) 用 最 廣 3 6 該專機的齒輪傳動機構(gòu) 對 傳 動 機 構(gòu) 設(shè) 計 的 要 求 是 傳 動 鏈 短 傳 動 效 率 高 合 理 安 排 不 同 類 型 機 構(gòu) 在 15 傳 動 鏈 中 的 位 置 順 序 合 理 分 配 傳 動 比 此 外 需 要 考 慮 傳 動 機 構(gòu) 的 輸 出 運 動 與 執(zhí) 行 機 構(gòu) 輸 入 運 動 的 匹 配 傳 動 機 構(gòu) 的 成 本 及 傳 動 質(zhì) 量 機 構(gòu) 外 廓 尺 寸 工 作 壽 命 與 自 我 保 護 等 方 面 來 考 慮 根 據(jù) 傳 動 機 構(gòu) 的 主 要 特 性 及 現(xiàn) 場 的 安 裝 方 面 考 慮 選 配 合 理 的 傳 動 機 構(gòu) 圖 3 4 減 速 器 結(jié) 構(gòu) 圖 圖 3 4 是該專機的傳動結(jié)構(gòu)圖 機構(gòu)將電動機的輸入動力分成了兩個部分 第 一路線是 由電機 彈性聯(lián)軸器 Z1 Z2 Z3 Z4 絲杠主軸 第 二路線是 由電機 彈性聯(lián)軸器 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 各齒輪的齒數(shù)為 Z1 17 Z2 35 Z3 24 Z4 28 Z5 23 Z6 58 Z7 23 Z8 69 16 1 滾珠絲杠副 2 滑臺 3 鋁合金散熱片 4 彈性漲套 5 單向離合器 6 8 9 11 齒輪 7 氣缸 10 電動機 12 拉桿頭 圖 3 5 部件結(jié)構(gòu)運動圖解 圖 3 4 的兩路傳動的傳動比分別是 2468135723Zi 電 漲 電 絲 且此傳動結(jié)構(gòu)如圖 3 5 所示 螺旋漲管機的工作過程 首先由氣缸 7 來夾緊工件 鋁合金散熱片 將其可靠的固定在工作臺上 再由電動機 10 來驅(qū)動各傳動機構(gòu) 先 由漲管頭進入銅管 絲杠驅(qū)動工作滑臺 使銅管向右移動 來完成第一次擴漲 在 漲管頭退出銅管時 電機反向運轉(zhuǎn) 使絲杠驅(qū)動工作滑臺向左移動 同時漲管頭需 要旋轉(zhuǎn) 以實現(xiàn)漲管頭螺旋退出的要求 完成最終的擴漲的目的 但為了在螺旋時 使管內(nèi)能形成螺紋 需在變速器的傳動比進一步設(shè)計 傳動 比機構(gòu)如圖 3 4 所示 假設(shè) 螺旋漲管頭有六個鋼珠 使其旋轉(zhuǎn)一周 即會產(chǎn)生六道螺旋線 為了避 免螺旋線的相互干涉 所以要對滑臺的移動距離有所要求 當(dāng)螺旋漲管頭旋轉(zhuǎn)一周 1n 漲 頭 由傳動比 3872i電 漲 i 電 機 電 機 17 378162ni 電 機絲 杠 電 絲 03hlpm 絲 杠 絲 杠 式中 絲杠的移動距離 l絲 杠 絲杠的導(dǎo)程 hp10hm 因彈性中有六個 的鋼珠 為了保證鋼珠產(chǎn)生的螺旋線不相互干涉 因而6 螺距 必須大于鋼珠的直徑 d 由 6231 746hpm 因此該齒輪傳動比設(shè)計合理 工作滑臺有往返的直線移動 這必需由滾珠絲杠來驅(qū)動 并由電動機來控制絲 杠的正反旋轉(zhuǎn) 而 Z8 齒輪內(nèi)有單向離合器 棘輪機構(gòu) 以實現(xiàn)彈性連接桿的單 向回程旋轉(zhuǎn)運動 其中氣缸直接控制拉桿的伸縮 以實現(xiàn)彈性漲頭擴漲回縮 第 四 章 螺 旋 漲 管 機 主 要 部 件 設(shè) 計 與 計 算 4 1 工作滑臺與滾動導(dǎo)軌副選擇與設(shè)計 18 4 1 1 導(dǎo) 軌 副 的 選 擇 滾動導(dǎo)軌作為滾動摩擦副的一類 具有許多特點 a 摩擦系數(shù)小 0 003 0 005 運動靈活 b 動 靜摩擦系數(shù)基本相同 因而啟動阻力小 不易產(chǎn)生爬行 c 可以預(yù)緊 剛度高 d 壽命長 e 精度高 f 潤滑方便 可以采用脂潤滑 一次裝填 長期使用 g 由專業(yè)廠生產(chǎn) 可以外購選用 故在這里選用直線運動滾動導(dǎo)軌副 4 1 2 滾 動 導(dǎo) 軌 副 的 結(jié) 構(gòu) 導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載 直線滾動導(dǎo)軌副包括導(dǎo)軌條和滑塊兩部分 導(dǎo)軌 通常為兩根 裝在支承件上 每根導(dǎo)軌條上有兩個滑塊 固定在移動件上 如移 動件較長 也可在一根導(dǎo)軌條上裝 3 個或 3 個以上滑塊 如移動件較寬 也可以 用 3 根或 3 根以上的導(dǎo)軌條 4 1 3 直 線 滾 動 導(dǎo) 軌 副 的 計 算 直線滾動導(dǎo)軌副的計算與滾動軸承相仿 以在一定的載荷下行走一定的距離 90 的支承不發(fā)生點蝕為依據(jù) 這個載荷稱為滾動導(dǎo)軌的額定動載荷 可從產(chǎn)aC 品樣本中查到 初選型號為 GDA 20 額定動載荷 Ca 12 4kN 滾動體為滾子 L 50 3aHTCwf F 6 導(dǎo)軌面硬度為 58 64HRC 所以取 f 1 0 h f 為溫度系數(shù) 工作溫度一般不超過 100 C 所以取 f 1 T oT f 為接觸系數(shù) 每根導(dǎo)軌條上裝兩個滑塊 所以取 f 0 81 c c f 為載荷 速度系數(shù) 因無沖擊振動 f 1 5 2 取 f 1 6w ww F G 4 3000 4000 4 1 750N L 50 x 3312 40 18756xx 2 307 89km 19 L h6021 3nSx S 為移動件行程長度 S 1100mm n 為移動件每分鐘往復(fù)次數(shù) 一般最多為 n 2 次 min L 8 742x10 h 18000hh6021 3x37 89106x 7 故滿足設(shè)計要求 4 1 4 滾 動 導(dǎo) 軌 的 潤 滑 防 護 滾動導(dǎo)軌多采用脂潤滑 防護裝置已有專門廠家生產(chǎn) 可以外購 選用的 防護方式為伸縮式 4 2 滾珠絲杠選擇與設(shè)計 4 2 1 專 機 工 作 滑 臺 絲 杠 的 選 擇 1 絲杠的選擇 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機構(gòu) 其具有螺旋槽的絲桿與螺母之間 裝有中間傳動元件 滾珠 它由絲桿 螺母 滾珠和反向器等四部分組成 其特點是軸向剛度高 運動平穩(wěn) 傳動精度高 不易磨損 使用壽命長等優(yōu) 點 故選擇傳動形式為滾珠絲杠 2 絲杠傳動形式的選擇 絲桿和螺母相對運動的組合情況 其傳動形式有四種類型 a 螺母固定 絲桿傳動并移動 該傳動形式因螺母本身起著支承作用 消 除了絲桿軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動 結(jié)構(gòu)較簡單 可獲得較高的傳 動精度 但其軸向尺寸不易太長 剛性較差 因此只使用于行程較小的 場合 b 絲桿傳動 螺母移動 該傳動形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動 故需要導(dǎo)向置 其特點是結(jié)構(gòu)緊湊 絲桿剛性較好 適用于工作行程較大的場合 c 螺母轉(zhuǎn)動 絲桿移動 該傳動形式需要限制螺母移動和絲桿的轉(zhuǎn)動 由 于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且占用軸向空間較大 故應(yīng)用較小 d 絲桿固定 螺母轉(zhuǎn)動并移動 該傳動方式結(jié)構(gòu)簡單 緊湊 但在多數(shù) 情況下使用極不方便 故很少應(yīng)用 所以選用第二種類型絲桿傳動 螺母移動 20 3 滾珠的循環(huán)方式 滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種 內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu) 點是滾珠循環(huán)的回路短 流暢性好 效率高 螺母的徑向尺寸也較小 其不 足是反向器加工困難 裝配調(diào)整也不方便 外循環(huán)方式又有螺旋槽式 插管 式 端蓋式 其插管式結(jié)構(gòu)簡單 工藝性好 容易制造 而且可適用于精密 定位系統(tǒng) 所以選用此方式 4 滾珠絲杠副的精度等級的選擇 根據(jù) JB T3162 2 1982 標(biāo)準(zhǔn) 對滾珠絲杠副的精度分成 C D E F G H 六個等級 最高精度為 C 級 最低精度為 H 級 由于是 采用開環(huán)進給系統(tǒng) 根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求可選用 C D E 級 這里選用 D 級 5 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整與預(yù)緊的選擇 滾珠絲杠副在負載時 其滾珠與滾道面接觸點處將產(chǎn)生彈性變形 換向 時 其軸向間隙會引起空回 這種空回是非連續(xù)的 既影響傳動精度 又影 響系統(tǒng)的穩(wěn)定性 在實際應(yīng)用中 有雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式 雙螺母齒差預(yù) 緊調(diào)整式 雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式 彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式 單螺母變位導(dǎo) 程自預(yù)緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式五種調(diào)整預(yù)緊系統(tǒng)方法 雙螺母螺紋預(yù) 緊調(diào)整式的特點是結(jié)構(gòu)簡單 剛度好 預(yù)緊可靠 使用中調(diào)整方便 常選用 此方法 6 滾珠絲杠副支承方式的選擇 為了提高軸向剛度 常用以止推軸承為主的軸承組合來支承絲杠 當(dāng)軸 向載荷較小時 也可用角接觸球軸承來支承絲杠 雙推 簡支式一端安裝 止推軸承與深溝球軸承的組合 另一端僅安裝深溝球軸承 其軸向剛度較低 雙推端可預(yù)拉伸安裝 預(yù)緊力小 軸承壽命較高 適用于中速 傳動精度較 高的長絲杠傳動系統(tǒng) 所以在這里選擇此方式 如圖 4 1 所示 21 圖 4 1 滾 珠 絲 杠 機 構(gòu) 7 滾珠絲杠制動裝置的選擇 因滾珠絲杠傳動效率高 無自鎖作用 故在垂直安裝狀態(tài) 必須設(shè)置防 止因驅(qū)動力中斷而發(fā)生逆?zhèn)鲃拥淖枣i 制動或重力平衡裝置 常用的制動裝 置有體積小 重量輕 易于安裝的超越離合器 這里選用此制動方式 8 滾珠絲杠副的密封與潤滑的選擇 滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護套密封來防止灰塵及雜質(zhì)進入滾珠絲 杠副 使用潤滑劑來提高其耐磨性及傳動效率 從而維護其傳動精度 延長 其使用壽命 密封圈有接觸式和非接觸式兩種 將其裝在滾珠螺母的的兩端 即可 接觸式密封圈用具有彈性的耐油橡膠或尼龍等材料制成 因此有接觸 壓力并產(chǎn)生一定的摩擦力矩 但其防塵效果好 常用的潤滑劑有潤滑油和潤 滑脂兩種 在這里選用潤滑油 4 2 2 滾 珠 絲 杠 副 選 擇 的 方 法 1 載能力的選擇 計算作用于絲杠軸向最大動載荷 FQ 然后根據(jù) FQ 值選擇絲杠副型 號 FQ fHfWFmax3L 式中 L 滾珠絲杠壽命系數(shù) 單位為 1 轉(zhuǎn) 如 1 5 則為 150 萬轉(zhuǎn) 60 L 60nT 其中 T 為使用壽命時間 h 普通機械為610 5000 10000h 數(shù)控機床及其他機電一體化設(shè)備及儀器裝 置為 15000h 航空機械為 1000h 22 fW 載荷系數(shù) 平穩(wěn)或輕度沖擊時為 1 0 1 2 中等沖擊時為 1 2 1 5 較大沖擊或振動時為 1 5 2 5 fH 硬度系數(shù) HRC 58 時為 1 0 等于 55 時為 1 11 等于 52 5 時為 1 35 等于 50 時為 1 56 等于 45 時為 2 40 2 桿穩(wěn)定性核算 EI K kF2 Kf2SlmaxF 式中 Fk 實際承受載荷的能力 壓桿穩(wěn)定的支承系數(shù) 雙推 雙推時為 4 單推 單推時為Kf 1 E 鋼的彈性模量絲桿小徑的抗彎截面慣性矩 K 壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) 一般取 2 5 4 3 剛度的驗算 滾珠絲杠在工作載荷 F N 和轉(zhuǎn)矩 T N m 的共同作用下引起導(dǎo)程的 變形量 L m 為 0 L EApcGJT 2 式中 A 為絲杠截面積 41 2md J 為絲杠的極慣性矩 c321 G 為絲杠切變模量 對于鋼 G 83 3Gpa T N m 為轉(zhuǎn)矩 T F m tan 20 d 為摩擦角 其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù) 為平均工作載荷 mF 4 2 3 專 機 工 作 滑 臺 絲 杠 的 計 算 過 程 1 絲杠的選用 滾動絲杠摩擦系數(shù) u 0 003 選總 u 0 008 F1 3000 4000 0 008 56N 23 讓滑臺在 0 1 秒內(nèi)加速到 0 06m s tv0ta 0 06 0 1a a 0 6m 2s F2 ma 7000 9 8 0 6 428 57N F3 F1 F2 56 428 57 484 75N 設(shè)效率為 90 Fmax 484 75 0 9 436 28N 基本導(dǎo)程取 L0 10mm V 60mm s n 60 10 60 360r min L 60nT 60 360 15000 10 6 324610 fH 1 fW 1 2 FQ fH fW Fmax 3 595 8N3L3241 36 28 查表 選用滾珠絲杠的系列代號 2505 2 5 額定動載 5982N 滾珠絲杠尺寸如下 中徑 d0 40mm 外徑 d 39 5mm 導(dǎo)程 L0 10mm 螺旋角 3 39 0 滾珠直徑 db 4mm 循環(huán)圈數(shù) 1x2 5 螺母長為 Llm 39mm 羅紋滾道半徑取 R 0 55db 0 55x4 2 2mm 偏心距 e 0 707 R 0 707x 2 2 4 2 0 1414mm2db 絲杠內(nèi)徑 d1 d0 2e 2R 40 2x0 1414 2x2 2 35 88mm 2 壓桿穩(wěn)定性核算 22SKklEIfF I 64 35 88x10 64 0 81x1041d 3 48 K 為壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) 取 3 5 L Llm L 1300 39 11 1350mm 1 35mSl f 為壓桿穩(wěn)定的支承系數(shù) 用雙推 簡支式 f 2k k E 為鋼的彈性模量 取 E 2 1x10 Mpa5 24 25682max 10 310 53 436 4kF NF 故壓桿穩(wěn)定 3 剛度驗算 arctgu arctg0 003 179 0 T F 363 4x 0 303N mm tan 20 d 3004tan 9 17 2x 按最不利的情況 取 F F 則m L EApFcGJT 2412164dTpEF 4392 23313 107 8 5 07 435 xxxx 2 33x10 m8 L Lx 1 5x 6 99x10 m 6 99um 30um 3015xL38105 2 x6 故絲杠的剛度滿足要求 4 3 聯(lián)軸器的設(shè)計 聯(lián)軸器是用來連接兩軸使其同回轉(zhuǎn)并傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的一種常用部件 回轉(zhuǎn) 過程中被連接的兩軸不能脫開 必須在機