350型復(fù)合管螺旋式脫模裝置設(shè)計-20t螺旋式脫模裝置【含7張CAD圖帶開題報告-獨家】.zip
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350型復(fù)合管脫模裝置（螺旋式）設(shè)計
摘 要
本文是介紹20t螺旋式脫模裝置的設(shè)計，通過對脫模裝置的發(fā)展過程及現(xiàn)狀的分析，結(jié)合所分配的任務(wù)書及要求，最后確定該裝置的總體方案。根據(jù)確定的方案，再結(jié)合效率、經(jīng)濟、簡潔等方面的要求，從而確定電動機功率及型號，之后，結(jié)合所選的電動機型號和一些專業(yè)知識來進行齒輪的選擇、軸的設(shè)計和標準件的擬定等。然后，再進行導(dǎo)軌、機架和支撐部件的設(shè)計。最后，對于已經(jīng)選定的標準件和非標準件進行校核，來檢驗所選的是否符合要求，如若不符合要求，則重新選擇型號及尺寸，進行設(shè)計。
關(guān)鍵詞：螺旋傳動；脫模；齒輪；芯模
Abstract
20t spiral ejection device design is introduced in this paper, through analyzing the current situation of the development process of the ejection device and combined with the assigned task and requirement, finally determine the overall scheme of the device. According to determine the scheme, combining efficiency, economy, concise and requirements to determine the motor power and model, after the combination of the selected type of the motor and some professional knowledge for the design of the selection of gear, shaft and formulating standard parts, etc. Then, the design of guide rail, frame and supporting parts is carried out. Finally, check the selected standard parts and non-standard parts to check whether the selected ones meet the requirements. If they do not meet the requirements, the model and size should be re-selected and designed.
Keywords: screw drive; demold; gear; core module
目 錄
摘要 ……………………………………………………………………………..……1
Abstract …………………………………………………………………..…………2
第一章 緒論 ………………………………………………………………..………3
1.1 脫模裝置的任務(wù) ………………………………………………………..………3
1.2 脫模裝置的目的 ……………………………………………………..…………3
1.3 脫模裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 …………………………………………………..………3
1.4 脫模裝置的設(shè)計內(nèi)容 ………………………………………………………..…4
第二章 方案確定 ………………………………………………………………..…5
第三章 驅(qū)動裝置的選擇 ………………………………………………………..…7
3.1 電動機的選擇 …………………………………………………………………..7
第四章 零件的設(shè)計 ………………………………………………………………..9
4.1 螺桿的設(shè)計 ……………………………………………………………………..9
4.2 減速器的選擇 …………………………………………………………………10
4.3 齒輪的設(shè)計 ……………………………………………………………………11
4.4 軸的設(shè)計 ………………………………………………………………………13
第五章 標準件的選擇 ……………………………………………………………15
5.1 軸承的選擇 ……………………………………………………………………15
5.2 聯(lián)軸器的選擇 …………………………………………………………………15
5.3 鍵的選擇 ………………………………………………………………………16
5.4 密封圈的選擇 …………………………………………………………………17
第六章 其他部件的設(shè)計 …………………………………………………………19
6.1 導(dǎo)軌的設(shè)計 ……………………………………………………………………19
6.2 機架的設(shè)計 ……………………………………………………………………19
6.3 支撐部件的設(shè)計 ………………………………………………………………20
第七章 主要零件的校核 …………………………………………………………22
7.1 齒輪的校核 ……………………………………………………………………22
7.2 軸的校核 ………………………………………………………………………23
7.3 軸承的校核 ……………………………………………………………………24
7.4 螺桿的校核 ……………………………………………………………………25
7.5 鍵的校核 ………………………………………………………………………27
第八章 總結(jié)與體會 ………………………………………………………………28
致謝 …………………………………………………………………………………29
參考文獻 ……………………………………………………………………………30
第一章 緒論
1.1 脫模裝置的任務(wù)
本次畢業(yè)設(shè)計研究的課題是設(shè)計一臺性能優(yōu)良的脫模裝置，其具體內(nèi)容如下：
（1）進行傳動裝置的方案設(shè)計，包括傳動參數(shù)的設(shè)計計算、機傳動零件、軸、鍵 和軸承等的設(shè)計計算等。
（2）部件裝配圖和零件工作圖的設(shè)計。
（3）編寫設(shè)計計算說明書。
1.2 脫模裝置的目的
本次畢業(yè)設(shè)計所設(shè)計的脫模裝置是從芯模上脫去玻璃鋼制品來生產(chǎn)玻璃鋼管道。玻璃鋼的熱處理可用各類加熱工具，為了防止變形，需在模具能夠承受的前提下，連同模具一同熱處理。經(jīng)熱處理后，玻璃鋼制品需從模具上分離開來來制成成品。設(shè)計和制造脫模裝置的目的就是要達到兩個目的：
（1）制品與模具分離；
（2）制品與模具不破壞。這樣既提高了生產(chǎn)效率，又延長了模具的壽命。
1.3 脫模裝置的發(fā)展現(xiàn)狀
進入新世紀以來，我國模具銷售額以年平均20%左右的速度增長，2006年模具銷售額達到720億元人民幣，居日本、美國之后第三位；模具出口突破了10億美元。我國模具生產(chǎn)廠、點達到了約3萬家，從業(yè)人員近100萬人。這些都說明我國模具工業(yè)有了相當?shù)囊?guī)模。
然而，我國每年從國外進口模具約2000000000美元，其中大部分都尚未在中國生產(chǎn)。國內(nèi)中高檔模具的自配率只占50%左右；模具總量的30%左右才是那些大型、復(fù)雜的含量較高的模具技術(shù)。中國模具工業(yè)的勞動生產(chǎn)率相對較低，平均每人只有15萬元：我國模具商品化率還只有50%多(發(fā)達國家達70%以上)；模具標準件使用覆蓋率也較低，只有50%左右；模具生產(chǎn)專業(yè)化水平還較低。這些都說明我國的模具工業(yè)還不夠強大，我國還不是模具強國。
最近的幾年來，我國模具水平有了極大的提高，包括設(shè)計與制造的一些較高端技術(shù)，CAD/CAE/CAM等計算機輔助技術(shù)、高速加工技術(shù)、熱流道技術(shù)、氣輔技術(shù)、逆向工程等新技術(shù)得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，中國可以生產(chǎn)精度達到2微米的多工位級進模，壽命可達3億沖次以上。個別企業(yè)生產(chǎn)的多工位級進模已可在2000次/分的高速沖床上使用，精度可達1微米。在大型塑料模具方面，中國已能生產(chǎn)43英寸大屏幕彩電和65英寸背投式電視的塑殼模具、10公斤大容量洗衣機全套塑料件模具以及汽車保險杠、整體儀表板等塑料模具等。在大型精密復(fù)雜壓鑄模制造方面，國內(nèi)已經(jīng)可以生產(chǎn)自動扶梯整體踏板壓鑄模、汽車后橋齒輪箱壓鑄模以及汽車發(fā)動機殼體的鑄造模具等。在汽車覆蓋件模具制造方面，國內(nèi)已經(jīng)可以生產(chǎn)中檔新型轎車的覆蓋件模具。子午線輪胎活絡(luò)模具、鋁合金和塑料門窗異型材擠出成形模、精鑄或樹脂快速成形拉延模等，同樣達到了一個很高的水平，制造出來的模具幾乎可以與進口模具媲美。我國生產(chǎn)的最大模具單套重量已經(jīng)超過100噸。
不過，我國模具的制造從總體上面來看，產(chǎn)品同樣還是以中、低檔為主，中、高檔模具很多還是要進口；企業(yè)雖然重視推廣應(yīng)用新技術(shù)，但這些新技術(shù)應(yīng)用的水平還不夠高。從模具生產(chǎn)的水平來看，中國與發(fā)達國家之間仍然存在著10~15年的差距。
1.4 脫模裝置設(shè)計內(nèi)容
這次畢業(yè)設(shè)計應(yīng)用的是螺旋式脫模機。螺旋式脫模機相相比于其他形式的脫模機構(gòu)具有一定的優(yōu)點。對于液壓傳動脫模機,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,不僅需要電機,還要用到液壓泵,設(shè)計脫模機構(gòu)時還要設(shè)計液壓控制油路。另外,液壓傳動脫模機要求油缸的長度要長于制品的長度,因而限制了所制品的長度。在機器運行期間還要經(jīng)常檢查油路的泄漏情況,液壓油有時需要進行更換。因此，采用液壓傳動脫模機提高了許多成本,并且結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。對于氣動脫模機,結(jié)構(gòu)依然復(fù)雜,而且要采用提供壓縮空氣的壓縮機。氣動脫模機對設(shè)備的密閉性要求嚴格。因此,氣動脫模機構(gòu)的成本較高,且運行及操作復(fù)雜。對于機械傳動脫模機,卷揚機式脫模機的拉力較小,且脫模速度較快,它適用于小而短的管坯脫模;而螺旋式脫模機拉力較大,脫模的速度較慢,因而適用于大而長的管坯脫模。同時,螺旋式脫模機相對于液壓傳動脫模機和氣動脫模機具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點,該脫模機的傳動方式為螺旋傳動,螺旋機構(gòu)的設(shè)計和制造簡單容易。螺旋式脫模機不需要液壓泵和壓縮機,只需要一般功率的電機,且需要液壓脫模機和氣動脫模機所需的復(fù)雜的控制回路,不要求設(shè)備有較高的密閉性。螺旋傳動脫模機沒有限制制品的長度,最重要的是螺旋式脫模機可完成脫模所需的所有功能。因而,螺旋式脫模機的結(jié)構(gòu)簡化，并且緊湊,設(shè)計、制造和運行成本較低的優(yōu)點更加突出。
第二章 方案確定
我所設(shè)計的裝置主要是利用螺旋傳動帶動芯模移動，從而達到脫模的效果。該裝置主要包含電機裝置、減速器裝置、傳動裝置（即螺桿）、大小齒輪、直線導(dǎo)軌、支撐固定裝置（V形塊和擋架）以及承接模具裝置等。
該裝置從左到右大體布局是：電機通過聯(lián)軸器和減速器相連，減速器右邊和帶有大齒輪的軸相連，大齒輪兩邊各布置一根各帶有小齒輪的螺桿。螺桿右邊和螺母相連，構(gòu)成螺旋傳動，螺母固定在移動頭上。移動頭安置在水平導(dǎo)軌上，可沿直線導(dǎo)軌做左右直線移動。移動頭右邊和接頭相連，接頭通過圓柱插銷和芯模連接在一起。芯模的外側(cè)是電絕緣管，電絕緣管放置在兩個V塊上，V塊支撐電絕緣管。與此同時，在電工絕緣管的左邊有擋架。又因為芯模較長，所以在兩根直線導(dǎo)軌間安置支撐部件。該裝置大體布局如下：
1—電機 2—減速器 3—大齒輪 4—小齒輪 5—螺桿 6—導(dǎo)軌 7—移動頭 8—芯模
圖2-1 裝置布局圖
該裝置大體工作過程是：電機通過減速器將運動和力傳遞給大齒輪，大齒輪通過齒輪嚙合傳動帶動螺桿做旋轉(zhuǎn)運動。螺桿通過螺旋副將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為移動頭的直線移動，而且移動頭和芯模連接在一起，故芯模也可沿著直線導(dǎo)軌做直線移動。與此同時，電工絕緣管受V形塊和擋架的支撐固定不動，從而達到脫模效果。又因為芯模較長，所以在直線導(dǎo)軌間設(shè)置支撐裝置，對芯模起支撐保護作用，以便于以后生產(chǎn)運用。
在開始設(shè)計的時候想到用一根螺桿進行傳動，可是考慮到脫模力較大（即Q=20t），所以采用兩根對稱分布的螺桿進行傳動，從而降低單根螺桿上的力，導(dǎo)軌采用直線滑動導(dǎo)軌。
第三章 驅(qū)動裝置的選擇
3.1電動機的選擇
電動機主要是提供動力以供后續(xù)部件進行工作。電動機的選擇主要是依據(jù)執(zhí)行件所受的力和功率。通過機械的負載情況和工藝性能對電動機的啟動、反轉(zhuǎn)、制動等的要求，從而對電動機的類型進行選擇。
根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的升溫限過載能力和啟動轉(zhuǎn)矩，選擇電動機功率，并確定冷卻通風方式。所選電動機功率應(yīng)留有余量，負荷率一般取0.8-0.9。太大的備用功率將會降低電動機的效率，對于感應(yīng)式的電動機，它的功率將變壞，并且使按照電動機最大轉(zhuǎn)矩校驗強度的生產(chǎn)機械的造價大大提高。
3.1.1電動機類型的選擇
電動機的類型和結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)電源的種類（直流或交流），工作的條件（環(huán)境，溫度等），工作時間的長短（連續(xù)或間歇）及載荷的性質(zhì)，大小，啟動性能和過載情況來選擇。
工業(yè)上一般采用三相交流電動機。Y系列三相異步電動機由于具有結(jié)構(gòu)簡單，價格合理，維護方便等優(yōu)點，故其應(yīng)用最廣。因而在此用Y系列三相異步電動機。
3.1.2電動機參數(shù)的確定
電動機的功率選擇是否合適，對電動機的工作能力和經(jīng)濟要求都有較大的影響。功率要是選得太小的話，將不能確保工作機正常工作或者會使電動機出現(xiàn)長期過載而造成早期損壞；當功率選得過大時，將會提高電動機的價格，并且經(jīng)常不在滿載下運行工作，電動機的效率和功率因數(shù)都較低，將會造成浪費。
電動機功率的確定，主要取決于負載的大小、工作時間的長短和熱量的大小。對于長期連續(xù)工作，載荷比較穩(wěn)定的機械，可以在不檢查電機的加熱和啟動轉(zhuǎn)矩的情況下根據(jù)所需功率選擇更穩(wěn)定的負載的電機。選擇時，應(yīng)該使電動機的所需的功率小于電動機的額定功率。
由任務(wù)書知脫模力為20t,脫模速度為10mm/s,因此可計算出芯模移動功率，即： P芯模=Q×v （3.1）
v=0.01m/s，Q=20×103×9.8N，所以，P芯模=1.96kW。
考慮到運行過程中，受很大的摩擦力和一些其他的外力，且脫模力較大，所以應(yīng)提高 P芯模，取系數(shù)為1.8,則： P芯模=3.528kW。
則每根螺桿應(yīng)輸出的功率為：P1=P芯模/2=1.764kW
考慮到螺旋傳動的效率為36.2%，即：
其中傳動過程中有損失，根據(jù)查閱資料可得：滾動軸承效率η1=0.97,齒輪效率η2=0.98,聯(lián)軸器效率η3=0.97；
所以電機功率：
（3.2）
因此，根據(jù)查機械設(shè)計手冊得,可選電機型號為YCT225-4B，調(diào)速范圍為
125-1250r/min,標稱功率為15kW，額定轉(zhuǎn)矩為94.3N·m,重量360Kg[1]。
第四章 零件的設(shè)計
4.1螺桿的設(shè)計
螺旋傳動是用來將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動；或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動的傳動部件，它的效率高、而且十分準確。當螺桿主動轉(zhuǎn)動時，螺母將會跟著螺桿的轉(zhuǎn)動角度做出相應(yīng)的調(diào)整，將對應(yīng)的導(dǎo)程轉(zhuǎn)化成直線運動，被動工件可以通過螺母座和螺母連接，從而實現(xiàn)對應(yīng)的直線運動。本次設(shè)計所采用的螺旋傳動就是以螺桿為主動件，帶動和螺母固定在一起的移動頭做直線移動。
螺桿和螺母間沒有間隙，直線運動的時候精度高，尤其是在頻繁換向時不需要間隙補償。螺桿螺母間摩擦力很小，轉(zhuǎn)動時非常輕松。螺桿轉(zhuǎn)動一周螺母移動的距離為一個螺距距離,如果是螺桿每轉(zhuǎn)一周螺母移動四個（或五個）螺旋線的距離，那么表示該螺桿是四線（或五線）螺桿，俗稱四頭（或五頭）螺桿。 一般小導(dǎo)程的滾珠螺桿都是采用的單線的，而超大導(dǎo)程的則采用兩線或多線的。
4.1.1螺桿的選材
螺桿選用梯形螺紋，材料為45鋼，調(diào)制處理，硬度為220-250HBS，螺母材料選用ZCuAl10Fe3[1]。
4.1.2螺桿尺寸的確定
此螺旋傳動系手動低速，由表12-1-9，可得[p]=18-25N/mm2，取[p]=20N/mm2，從而確定每根螺桿所受的力：F=Mg/2=20×103×9.8÷2=9.8×104N
進而確定單根螺桿最小直徑：
d2≥0.8Fφ[P] （4.1）
其中：F--軸向載荷，N；
φ--螺母或螺桿的轉(zhuǎn)角，rad，取φ=1.7；
[P]--許用比壓，N/mm2；
求得：d2≥42.95mm
由GB5796.3-86可選d=46mm，d2=D2=44.5mm，螺距P=3mm，D4=46.5mm，d3=42.5mm，D1=43mm的梯形螺紋，中等精度，S=P=3mm=0.003m。且又芯模移動速度為0.01m/s，則螺桿轉(zhuǎn)速為：
（4.2）
螺旋升角為：
=1.20° （4.3）
由表12-1-7鋼對青銅f=0.08-0.10，取f=0.09，可得：
ρ=arctanfcosα2=0.093rad=5.32° （4.4）
而＜ρ，從而自鎖可靠。
螺桿效率：
（4.5）螺桿的各段尺寸如下：
圖4-1 螺桿
4.2減速器的選擇
減速器的種類很多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及他們互相組合起來的減速器[2]；通過傳動的級數(shù)劃分的話，則分為單級和多級減速器；通過齒輪形狀來劃分的話，則分為圓錐齒輪減速器、圓柱齒輪減速器和圓柱-圓錐齒輪減速器。
（1）減速器傳動比確定
本次畢業(yè)設(shè)計采用硬齒面圓柱齒輪減速器，這類減速器是漸開線齒輪減速器，分單級（D）、兩級（L）、三級（S）3個系列。主要運用于建筑，運輸業(yè)，也可以用于紡織、輕工業(yè)。
總傳動比i電機/螺桿=1250/200=6.25（螺桿轉(zhuǎn)速為200r/min）,且在減速器和螺桿之間需添加一對齒輪傳動，是增速的，因此取減速器為兩級減速器，其傳動比設(shè)為i減速器=8。
（2）減速器型號確定
軸上的功率的計算公式為：
（4.6）
即：= 13.6kW
螺桿上的功率為：
即：= 6.5kW
軸上的轉(zhuǎn)矩：
（4.7）
軸的轉(zhuǎn)速為：
即：=156r/min
即：=833N·m
螺桿上的轉(zhuǎn)矩：
（4.8）且：n2=200r/min，
所以轉(zhuǎn)矩可求為：=310N·m。
根據(jù)JB/T 8853-2001，減速器的型號為ZLY125。
4.3齒輪的設(shè)計
齒輪傳動主要的功能是通過嚙合方式傳遞兩軸之間的運動和動力。其主要優(yōu)點是：
（1）效率高、壽命長、工作可靠；
（2）瞬時傳動比穩(wěn)定；
（3）結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸?。?
（4）傳遞功率和圓周速度的范圍廣；
本次畢業(yè)設(shè)計應(yīng)用齒輪傳動主要是為了將減速器傳遞出來的運動分給兩根螺桿上，從而帶動螺桿做旋轉(zhuǎn)運動，進而帶動移動頭作直線移動。
4.3.1 齒輪的選材
大小齒輪都采用硬齒面，材料為45鋼滲碳淬火，硬度190-220HBS，彎曲疲勞極限應(yīng)力σFlim=430MPa，接觸疲勞極限應(yīng)力σHlim=900MPa。
4.3.2 齒輪的計算
由于齒輪是硬齒面，所以按彎曲疲勞強度設(shè)計，因為該裝置總傳動比為：
i電機/螺桿=1250/200=6.25，且減速器的傳動比為i減速器=8，所以齒輪傳動比為i=0.78。
由以下公式確定模數(shù)：
, =3.73 （4.9）
（1）確定許用彎曲應(yīng)力
（4.10）
其中：σFlim—試驗齒輪齒根的彎曲疲勞極限；
YST—試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，當采用國家標準給點的σFlim值計算 時，YST=2；
YN—彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)，一般取YN=1。當考慮齒輪工作在有限壽命時，彎曲疲勞允許應(yīng)力的系數(shù)可適當提高；
SFlim—彎曲強度最小的安全系數(shù)。一般傳動可取SFlim=1.3-1.5,；重要傳動取SFlim=1.6-3.0。
因此可得：YST=2，YN=1，SFlim=1.8
所以算得σFP，即：σFP=478MPa
（2）選取載荷系數(shù)K
（4.11）式中：K—載荷系數(shù)；
KA—使用系數(shù)；
Kv—動載系數(shù)；
Kβ——齒向載荷分布系數(shù)；
Kα—齒間載荷分配系數(shù)；
充分考慮實際情況，因此?。篕A=1,Kv=1.2，Kβ=1.1，Kα=1.1
則：K=1.452
（3）初步確定齒輪參數(shù)
初取z1=45，z2=29，齒寬系數(shù)ψd=0.3。且計算得m≥3.14mm取4mm，齒輪為標準直齒圓柱齒輪，壓力角α=200。
大齒輪分度圓直徑：d1=m×z1=4×45=180mm
大齒輪齒根圓直徑：df1=d1－2hf1=180－2×（1+0.25）×4=170mm
大齒輪齒頂圓直徑：da1=d1+2ha1=180+2×1×4=188mm
小齒輪分度圓直徑：d2=m×z2=4×29=116mm
小齒輪齒根圓直徑：df2=d2－2hf2=116－2×（1+0.25）×4=106mm
小齒輪齒頂圓直徑：da2=d2+2ha2=116+2×1×4=124mm
大齒輪齒寬：b1=ψd×d2 =34.8mm
小齒輪齒寬：b2=b1+(5~10)=39.8~44.8mm，取b2=40mm
圖4-2 齒輪
4.4軸的設(shè)計
軸是機器的一個重要的組成零件，它有兩個主要的功能：一是支承做回轉(zhuǎn)運動的零件，保證其具有一個確定的工作位置；二是用來傳遞運動和動力。
軸的分類主要有以下幾種：
（1）根據(jù)軸線形狀分為直軸和曲軸。曲軸通過連桿機構(gòu)可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運動或相反的運動轉(zhuǎn)換。
（2）根據(jù)軸的承載情況，直軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸。心軸只承受彎矩，不受轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動的心軸受變應(yīng)力，不轉(zhuǎn)動的心軸受靜應(yīng)力，傳動軸主要受轉(zhuǎn)，不受彎矩或彎矩很小，轉(zhuǎn)軸同時承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。
本次設(shè)計所用的軸是直軸，且只受轉(zhuǎn)矩，屬于傳動軸。
4.4.1注意事項
進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，就是根據(jù)工作條件，確定軸的機構(gòu)外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸機構(gòu)設(shè)計中需要考慮的主要因素有：
（1）軸的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)滿足使用要求，零件在軸上的定位要可靠，保證軸和軸上零件有準確的相對工作位置；
（2）軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于提高軸的強度和剛度，力求受力情況合理，避免或減輕應(yīng)力集中；
（3）軸的加工及裝配的工藝性好。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要解決下面幾個主要問題：
（1）軸上零件的布置
軸上零件布置是否合理，與能否改善軸的結(jié)構(gòu)合理性和裝配工藝性有著很大的關(guān)系，有時甚至關(guān)系到是否可以改變軸受力的情況，從而提高軸強度的問題。因此合理安排軸上零件的布置方案是進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效前提。
（2）各軸段直徑和長度的確定
軸上的各段長度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件必要的空隙來確定[2]。
（3）軸上零件的定位和固定
為了不使軸上的零件在受到力或者振動時發(fā)生軸向或者周向的運動，軸上的零件除非有一些特別的結(jié)構(gòu)要求，一般都必須要求定位準確，可靠。本脫模裝置中采用軸肩和套筒以及擋盤來軸向固定，用鍵來周向固定。
（4）軸的結(jié)構(gòu)工藝性
軸的結(jié)構(gòu)工藝性是指軸的結(jié)構(gòu)形式便于軸加工和裝癖軸零件，并要求具有較高的生產(chǎn)率。為了便于軸的裝配和拆卸，應(yīng)該在軸端切制45°的倒角。
4.4.2軸的尺寸設(shè)計
本次設(shè)計的軸所用的材料為45鋼，該材料可進行熱處理改變其綜合性能，且加工工藝性好。因此對軸進行調(diào)制處理，使其硬度達到230~280HBS。
（1）先按扭轉(zhuǎn)強度估算軸徑
（4.12）
C=107，P1=13.6kW,n1=156r/min
則：d≧47.44mm，所以?。篸min =48mm
（2）其他段按所配合出零件的要求進行計算,其大體形狀如下：
圖4-3 軸
第一段和聯(lián)軸器相連，該段直徑為最小直徑，即為48mm，其長度取決于聯(lián)軸器長度，第二段主要是為了對聯(lián)軸器起軸向固定作用，該段加工精度要求較低，故應(yīng)當比前一段高4~5mm左右，所以該段直徑為53mm。第三段為擋間，其作用是為了對右邊的齒輪進行軸向固定。考慮軸的加工方便，該段直徑取為63mm。檔間右邊的軸段安裝齒輪，該段的直徑主要根據(jù)齒輪的寬度決定的，該段直徑取為58mm，齒輪寬要比軸段長一到兩毫米。齒輪右邊安置軸承，對軸起支撐固定作用，其直徑為軸承內(nèi)徑，取53mm，寬度大于兩個軸承寬。
第五章 標準件的選擇
5.1軸承的選擇
軸承是支撐軸的部件。根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)不同，軸承可以分為滑動摩擦軸承和滾動摩擦軸承兩類。滾動軸承具有以下的優(yōu)點：1)摩擦系數(shù)小，起動力矩小，效率高；2）軸向尺寸較?。?）某些滾動軸承還可以同時承受徑向載荷和軸向載荷，故可以使結(jié)構(gòu)簡單；4）徑向間隙小，預(yù)緊的方法還可以消除間隙，故運轉(zhuǎn)精度高；5）潤滑簡單，耗油量少，維修方便，6）軸是標準件，易于互換等。雖然它有抗沖擊能力差，高速時噪聲較大，工作壽命不及液體摩擦的滑動軸承長等缺點，但是滾動軸承的應(yīng)用范圍還是最廣。
滾動軸承種類很多，按所能承受的載荷方向和公稱接觸角的不同可分為向心軸承和推力軸承。向心軸承又可分為徑向接觸軸承和向心角接觸軸承，推力軸承又可分為推力角接觸軸承和軸向接觸軸承。向心軸承主要承受徑向力，其中徑向接觸軸承只承受徑向力，向心角接觸軸承既能承受徑向力，也能承受軸向力。推力軸承主要承受軸向力，其中軸向接觸軸承只承受軸向力，推力角接觸軸承既能承受徑向力也能承受軸向力[2]。
5.1.1軸承材料的選擇
滾動軸承工作時，滾動體和內(nèi)外圈都發(fā)生摩擦，所以所用材料應(yīng)當強度高、耐磨性好，具有良好的工藝性能，充分考慮后選用含鉻的合金鋼，牌號為GCr15SiMn，進行淬火處理，硬度不低于60—65 HRC，工作表面進行磨削拋光，保持架也軟鋼沖壓而成。
5.1.2 軸承型號的確定
在本次設(shè)計中主要用到兩類軸承，即圓錐滾子軸承和角接觸軸承。因為和大齒輪固定的軸只受轉(zhuǎn)矩，不承受軸向力，所以使用向心軸承。但是考慮到實際運行過程中可能受到一定的軸向力，故選用角接觸軸承，而且受力較大，所選用03重系列。而所配合的軸直徑為53mm，故選用的軸承型號為7311C。螺桿既受徑向力，同時也受軸向力，所以選用圓錐滾子軸承。由于所配合軸的軸徑為43mm。所以軸承型號定為32309。
5.2 聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器是用來連接兩軸，使之一起轉(zhuǎn)動并傳遞轉(zhuǎn)矩的部件。聯(lián)軸器連接的兩軸只有在機械停車后，通過拆卸方法才能使兩軸分離。
聯(lián)軸器連接的兩軸線在理論上應(yīng)該是嚴格對稱的，但由于制造及安裝誤差的影響，往往很難保證連接的兩軸保持對稱，兩軸間可能發(fā)生發(fā)生相對位移或偏斜的情況。如果位移的不到補償，將會在軸、軸承、聯(lián)軸器上引起附加載荷，甚至發(fā)生振動。
聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器、安全聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器無位移補償能力，用在被連接兩軸要求嚴格對中以及工作中無相對位移之處。剛性聯(lián)軸器應(yīng)用較多的是套筒式、夾殼、凸緣式等幾種類型，而凸緣式應(yīng)用最為廣泛[2]。
本次設(shè)計所采用的聯(lián)軸器都是凸緣式聯(lián)軸器。凸緣聯(lián)軸器是將兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器用鍵分別與兩軸連接，之后用螺栓將兩個半聯(lián)軸器連成一體，以傳遞轉(zhuǎn)矩和運動。所設(shè)計的裝置中需要兩個聯(lián)軸器，分別用在電機與減速器之間，減速器與軸之間。
5.2.1 電機與減速器之間的聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器已經(jīng)標準化，選擇適宜的聯(lián)軸器的類型后，可根據(jù)轉(zhuǎn)矩的大小、軸的直徑大小和轉(zhuǎn)速的大小來選擇聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)尺寸大小。又因為電機輸出端軸徑為42mm，減速器輸入軸直徑為28mm。電機與減速器之間的轉(zhuǎn)矩為：
（5.1）
且P=15kW,n=1250r/min,所以算得轉(zhuǎn)矩為：T=115N·m
由此根據(jù)GB 5843—1986查得[2]。選用聯(lián)軸器的型號為YLD7 J42X65/J1B28X60。
5.2.2 減速器與軸之間的聯(lián)軸器的選擇
減速器輸出端的軸徑為55mm，軸的直徑48mm，且軸上的轉(zhuǎn)矩為833N·m，所以根據(jù)GB 5843—1986，可得聯(lián)軸器型號為YLD11 J34X112/J1B48X105。
5.3 鍵的選擇
鍵連接主要是用來使軸上零件與軸進行周向固定來傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的標準件。鍵連接可分為平鍵連接、半圓鍵連接和斜鍵連接。平鍵按用途可分為普通平鍵、導(dǎo)鍵和滑鍵。本次設(shè)計所采用的鍵都是普通平鍵。它的兩側(cè)面是工作面，工作時靠鍵同鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間留有間隙。因為普通平鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對中性較好等優(yōu)點，因此在本設(shè)計中采用。
5.3.1 電動機與減速器之間的聯(lián)軸器所用的鍵
普通平鍵可分為A型、B型和C型。本次設(shè)計中所用鍵的型號都是普通平鍵A型。鍵的截面尺寸（鍵寬b和鍵高h）按軸的直徑d由標準中選定；鍵的長度L可根據(jù)輪轂長度確定，輪轂長度一般可?。?.5—2）d，鍵長等于或略小于輪轂長度。
（a）普通平鍵B型 （b）普通平鍵A型 （c）普通平鍵C型
圖5-1 鍵
因為電動機輸出端軸徑為42mm，選用普通平鍵A型，根據(jù)GB/T 1096—2003，所以鍵寬b1=12mm，h1=8mm,鍵長L1=45mm；減速器輸入端軸徑為28mm，故選用普通平鍵A型，根據(jù)GB/T 1096—2003，鍵寬b2=10mm，h2=8mm,鍵長L2=36mm。
5.3.2 減速器與軸之間的聯(lián)軸器所用的鍵
減速器輸出端軸徑為55mm，選用普通平鍵A型，根據(jù)GB/T 1096—2003，所以選鍵寬b3=18mm，h3=11mm,鍵長L3=100mm；軸直徑為48mm，選用普通平鍵A型，根據(jù)GB/T 1096—2003，鍵寬b4=14mm，h4=9mm,鍵長L4=90mm。
5.3.3 齒輪與軸配合處的鍵
因為與大小齒輪配合的軸直徑分別為58mm和30mm，選用普通平鍵A型，根據(jù)GB/T 1096—2003，鍵寬分別為b5=16mm和b6=10mm，鍵高分別為h5=10mm和h6=8mm,鍵長分別為L5=45mm和L6=28mm。
則各鍵的尺寸如下表：
表5-1 鍵的尺寸
鍵的種類
鍵的公稱尺寸
鍵的長度
鍵的類型
鍵1
12×8mm
45mm
普通平鍵A型
鍵2
10×8mm
36mm
普通平鍵A型
鍵3
18×11mm
100mm
普通平鍵A型
鍵4
14×9mm
90mm
普通平鍵A型
鍵5
16×10mm
45mm
普通平鍵A型
鍵6
10×8mm
28mm
普通平鍵A型
5.4 密封圈的選擇
在機械設(shè)備中，為了防止液體、氣體工作介質(zhì)或潤滑劑的泄漏，防止灰塵、水進入潤滑部位，必須安裝密封元件。密封不但可以節(jié)約許多的潤滑劑，確保機器能夠正常的工作，提高使用的壽命，而且對于改善工作區(qū)域的衛(wèi)生安全、保障工人的身體健康也起到了至關(guān)的重要性。
根據(jù)被密封表面間是否有相對運動，密封可分為靜密封和動密封。本次設(shè)計所采用的是動密封。主要是運用在軸承附近，防止齒輪的潤滑油和軸承的潤滑脂相接處，降低二者的功效。
動密封種類很多，主要包括接觸式密封，接觸式密封包括氈圈、密封圈、機械密封等，非接觸式有油溝、迷宮密封[2]。
在該次設(shè)計中采用氈圈密封。氈圈密封屬于填料密封，將毛氈、石棉、橡膠或塑料等密封材料作為填料，用壓蓋軸向壓緊，使填料受壓而產(chǎn)生徑向壓力抱在軸上，達到密封的目的。
密封圈的型號選擇主要根據(jù)所要密封的軸直徑大小來決定。由于和密封圈相接觸的軸直徑為35mm,根據(jù)JB/ZQ 4606—1997，可知，所要選擇的密封圈內(nèi)徑為34mm，外徑為49mm，寬為7mm。
第六章 其他部件的設(shè)計
6.1導(dǎo)軌的設(shè)計
導(dǎo)軌的功用是支承并引導(dǎo)運動部件沿一定的軌跡運動。它承受其支承的運動部件和工件的質(zhì)量及切削力。導(dǎo)軌按運動的性質(zhì)可分為主運動導(dǎo)軌、進給運動導(dǎo)軌和移置導(dǎo)軌；按摩擦的性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌，滑動導(dǎo)軌又分為靜壓導(dǎo)軌、動壓滑動導(dǎo)軌和普通滑動導(dǎo)軌。本次的設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求我選擇使用直線滑動導(dǎo)軌。
6.1.1 導(dǎo)軌材料的選擇
因為所選的導(dǎo)軌要承受移動頭的摩擦，所以所選材料應(yīng)具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小和動靜摩擦系數(shù)差小等特點?；瑒訉?dǎo)軌常用的材料主要是灰鑄鐵和球墨鑄鐵?；诣T鐵常用HT200或HT300來制造固定的導(dǎo)軌。導(dǎo)軌加工好后，要進行實效熱處理。
6.1.2 導(dǎo)軌參數(shù)的設(shè)計
由任務(wù)書知，產(chǎn)品最大長度為2500mm。且考慮到移動頭的長度，所以導(dǎo)軌的長度要大于2500mm，本次設(shè)計取導(dǎo)軌長度為2800mm。根據(jù)滑塊的滑動單元的寬度設(shè)計的滾動導(dǎo)軌槽寬度為100mm。結(jié)合制品的最大直徑350mm以及絲桿和移動架在機架上的安裝尺寸和芯模擋板的安裝尺寸，設(shè)計的兩導(dǎo)軌導(dǎo)軌槽之間的間距為1120mm。由于導(dǎo)軌的長度很長，若不使用支承的方式的話就不能保證精確的軸向精度，所以將導(dǎo)軌通過螺栓連接，直接固定在機架上。
6.2 機架的設(shè)計
機器的零部件和大型零件都要用機座來支撐，各種傳動件也必須加以保護并與外界分開，避免零件的損傷對人身或設(shè)備造成安全隱患，因此殼體也需要保護和支撐。機器中這樣一種零件，它能支撐零件或部件并保持它們之間的連接，如機器中的箱體，儀器儀表的殼體，機床的床身，立柱，其它機器中的底座及發(fā)動機機體等[12]。
6.2.1 機架材料的選擇
許多機架具有復(fù)雜的形狀，一般都會采用鑄造，而且鑄鐵具有良好的鑄造性能、價格低和很強的吸振能力，所以應(yīng)用十分的廣泛。本次設(shè)計我采用的也是鑄造機架。除此之外，通過焊接的方法將不同部位的機架焊接在一起，所用材料為HT200。
6.2.2 機架的參數(shù)及結(jié)構(gòu)的確定
根據(jù)本次設(shè)計制品及結(jié)構(gòu)尺寸，機架長度為6200mm，寬度為1740mm，高度為722mm。其大體形狀如下：
圖6-1 機架
在機架結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須保證機架與其上的零部件的連接以及機架與地基之間連接的強度和剛度，影響連接剛度的主要因素是：連接處的結(jié)構(gòu)，連接螺栓的數(shù)量，大小及其排列形式，墊片及其結(jié)合面的機加工表面精度等。在本設(shè)計中共使用了10個地腳螺栓來加強機架的穩(wěn)定性，這10個地腳螺栓應(yīng)均勻分布。由于在主機架之間需要安裝零部件，所以通過焊接的方法在主機架之間焊接支撐板，然后將零部件安置在支撐板上。在焊接支撐板時，要特別注意不要使焊縫交錯在一起，從而影響焊件質(zhì)量。除此之外，由于機架有些部位受力較大（如安置電機和減速器處、安置軸承支座處等），所以需要增添肋板，以增加機架強度。肋板厚度定位30mm。
在設(shè)計機架的時候，要特別注意不同零件的分布情況。不能使零件相互干涉，由其是在脫模過程中，不能使芯模和支撐架發(fā)生干涉。同時,支撐部件應(yīng)該在同一高度，以確保芯模水平放置。
6.3 支撐部件的設(shè)計
支撐部件主要是對其他部件起支撐固定作用。在本次畢業(yè)設(shè)計中，主要有兩個支撐部件，即芯模支撐部件和電工絕緣管支承部件。
6.3.1 芯模支撐部件
在本次畢業(yè)設(shè)計中，我們要求保證脫模后芯模無損傷，而且制品較長，這就需要我們在脫模時要有一定的支撐來保證芯模不受損傷，通過查找資料和結(jié)合自己的想法，設(shè)計了螺紋調(diào)節(jié)支承，其結(jié)構(gòu)如下：
1—支撐螺桿 2—調(diào)節(jié)螺母 3—端蓋 4—端蓋 5—機架 6—套筒 7—托板 8—托輥 9—支撐軸
圖6-2 螺紋調(diào)節(jié)支撐
該結(jié)構(gòu)為螺紋調(diào)節(jié)支撐，工作原理是：支撐套筒6與床身5通過螺紋連接在一起，支撐軸9與支撐套筒6通過平鍵相連，使支撐軸可在軸向直線滑動，支撐軸上端通過螺栓與托板7及托輥8結(jié)構(gòu)連接。當調(diào)節(jié)螺母2與支撐螺桿1時，支撐螺桿推動支撐軸及托板結(jié)構(gòu)向上或向下移動，保證芯模在托輥上。
6.3.2 電工絕緣管支撐部件
脫模時，要使電工絕緣管固定，與此同時要使電工絕緣管保持水平。所以需要設(shè)置支撐部件，從而使電工絕緣管保持穩(wěn)定。
該結(jié)構(gòu)為螺紋調(diào)節(jié)支撐，工作原理是：支撐套筒4與床身6通過螺栓連接在一起，V形塊5與支撐套筒4通過平鍵相連，使V形塊可在軸向直線滑動。當調(diào)節(jié)螺母2與支撐螺桿1時，支撐螺桿推動V形塊向上或向下移動，保證電工絕緣管在V形塊上。
第七章 主要零件的校核
7.1齒輪的校核
齒輪傳動的過程中，是兩個齒輪的齒相互嚙合的過程，傳動過程有五種主要失效（損傷）形式，即：齒面疲勞點蝕、齒根彎曲疲勞折斷、齒面磨損、齒面膠合及齒面塑形變形[13]。
齒輪傳動在本次設(shè)計中起著重要作用，它的傳遞準確性高低決定后續(xù)的螺桿傳動的準確性，所以要對齒輪進行校核，從而保證整個裝置傳動的準確性。由于所設(shè)計的齒輪是硬齒面，所以校核是應(yīng)當以齒面接觸疲勞強度校核。
（1）確定齒面許用接觸應(yīng)力：
（7.1）
其中：—試驗齒輪的接觸疲勞極限，經(jīng)查表，得=900MPa；
—接觸強度的最小安全系數(shù)，取=1.1；
—接觸疲勞強度的最小安全系數(shù)，一般取=1；
—工作硬化系數(shù)，它是用以考慮經(jīng)磨齒的硬齒面小齒輪與調(diào)制剛大齒
輪相嚙合時，對大齒輪齒面產(chǎn)生冷作硬化的作用，從而使大齒輪的
的到提高的系數(shù)，當兩輪均是硬齒面或軟齒面時，取為1。
所以，算得許用接觸應(yīng)力為：=818MPa
（2）確定齒面接觸應(yīng)力
齒輪傳動時，大小齒輪所受的齒面接觸應(yīng)力相等。其計算公式為： （7.2）
其中：ZE—彈性系數(shù)，取為189.8(MPa)1/2；
K—載荷系數(shù)，取為1.452；
T2—小齒輪上所受的轉(zhuǎn)矩310N·m；
d2—小齒輪的分度圓，取為116mm：
u—齒數(shù)比，取為4529；
b—兩齒廓接觸長度，b=ψdd2=34.8mm，取為38mm；
所以，算得接觸應(yīng)為為：=808.8MPa
因為：σH≤σHP
所以所設(shè)計齒輪符合要求。
7.2軸的校核
軸主要是用來支撐齒輪，使大齒輪和小齒輪能很好的配合起來。
（1）求軸上的彎矩
由于軸位于兩根螺桿之間，大齒輪受兩小齒輪的徑向力剛好相抵，所以軸只受轉(zhuǎn)矩，不受徑向力,即無彎矩。
（2）繪制彎扭圖
圖7-1 彎扭圖
（3）按彎扭強度校核
受彎矩處強度校核：
（7.3）
其中：W為軸的抗彎截面系數(shù)，； 求得該處的應(yīng)力為σB= 153MPa。
經(jīng)查表得，45鋼的的彎曲疲勞極限為σ-1= 275MPa，即σB小于σ-1，滿足強度要求，所以所設(shè)計的軸合格。
7.3 軸承的校核
滾動軸承在工作時，滾動體和內(nèi)外圈均發(fā)生摩擦，一旦軸承失效，則軸無法支撐，設(shè)備無法工作，所以要對軸承進行校核。
滾動軸承的主要失效形式是疲勞點蝕，塑性變形和磨損。大量實驗證明，滾動軸的疲勞壽命是相當離散的，為了方便起見，只需要校核軸承的基本額定壽命即可。本次設(shè)計中用到兩類軸承，分別是角接觸軸承和圓錐滾子軸承。其中角接觸球軸承所支撐的軸只受轉(zhuǎn)矩，不受徑向力和軸向力，且彎矩較小。所以只對支撐螺桿的圓錐滾子軸承進行校核即可。
（1）求軸承所受的力
圓錐滾子軸承安裝在螺桿上，支撐螺桿工作。本次所用的圓錐滾子軸承的型號為32307，其受力情況如下：
圖7-2 軸承受力圖
（2）計算螺桿上的徑向力
如下圖所示，其中兩根螺桿受的徑向力相同：
（7.4）
且又知T1=833N·m，d1=180mm，α=20°，所以求得：Fr=3369N
根據(jù)公式：
F1=Fr+F2, Fr×62=F2×2225 （7.5）
可求得F1=3463N，F(xiàn)2=94N；
根據(jù)公式：
S1=F12Y, S2=F22Y （7.6）
其中，Y=1.6,可求得：S1=1082.2N，S2=29.4N；
根據(jù)公式：
FA+S2>S1, （7.7）
所以左端被壓緊，右端被放松，而FA=9800N，可求得：FA1= FA+S2=9829.4N，F(xiàn)A2=S2=29.4N。
（3）求當量動負荷
因載荷平穩(wěn)，查表得沖擊載荷系數(shù)fp=1.1，e=0.37。根據(jù)公式：
（7.8）
所以X1=0.4,Y1=1.6;X2=1,Y2=0。
根據(jù)公式：
（7.9）
可求得P1=18823.5N，P2=103.4N。
（4）求軸承壽命
利用基本公式：
（7.10）
其中：P—當量動負荷，P=max（P1；P2）=18823.5N；
n—轉(zhuǎn)速，為156r/min；
C—基本額定動負荷，經(jīng)查表得，取58.5kN；
ε—壽命指數(shù)，滾子軸承取10/3；
Lh—軸承基本額定壽命；
ft—溫度系數(shù)，取0.95。
所以求得Lh=3945h，
若按每天工作8小時，每年300天計算，則該軸承可工作約2年，滿足設(shè)計要求。
7.4螺桿的校核
在本次設(shè)計中，螺桿起到傳動作用，且較長，需要對其進行強度和剛度校核，以保證設(shè)備的正常工作。
7.4.1 強度校核
根據(jù)公式：
（7.11）
其中：F—螺桿所受軸向力，值為9800N；
d2—螺桿內(nèi)徑，值為44.5mm；
T—螺桿所受轉(zhuǎn)矩，值為310N·m；
所以求得σca=31.11N/mm2。
又螺桿的材料為45鋼，屈服點σs=340N/mm2，選擇安全系數(shù)S=3，則螺桿材料的許用應(yīng)力為：
可求得σp=113.3N/mm2。
因為σca<σp，所以螺桿強度滿足要求。
7.4.2 螺桿剛度校核
由于螺桿較長，所以要校核其剛度，根據(jù)公式：
δSF=±1034FSπEd22 （7.12）
δFT=±10316T2S2π2Gd24 （7.13）
δS=δSF+δST （7.14）
其中：δSF—軸向載荷使導(dǎo)程產(chǎn)生的彈性變形；
F—軸向力，值為9800N；
E—螺桿材料的彈性模量，值為206kN/mm2；
G—螺桿材料的切變形模量，值為83.3kN/mm2；
S—螺桿導(dǎo)程，值為3mm；
δST—轉(zhuǎn)矩使導(dǎo)程產(chǎn)生的變形；
T2—螺桿扭矩，值為310N·m；
δS—導(dǎo)程的總彈性變量；
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