机械毕业设计（论文）-橡胶切割机的改进设计【全套图纸】

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1、编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 橡胶切割机的改进设计橡胶切割机的改进设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 橡胶切割机 的改进设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成 果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表 示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含

2、任何其他个人、 集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 97 学 号： 0923810 作者姓名： II 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 橡胶切割机的改进设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 本课题是由实际生产应用中提出的，并且能够达到实际要求。随 着社会、经济的快速发展，橡胶制品的需求和应用越来越广泛。橡胶 切割机的开发改进渐渐被国家和许多企业提上日程。由于我国在这 方面的起点

3、比较低，以前橡胶切割机大多需要从国外进口，我国的切 割技术长期处于落后状态，但由于近几年来需求越来越大，考虑到经 济及技术方面的情况，我国急需改变这种依附进口来实现发展的现 状。随着我国经济的发展，我国切割机生产厂家也渐渐发展起来，技 术也蒸蒸日上，并日臻成熟。在近几年的切割行业得到了飞速发展， 相信在不久的将来，我们就会实现在切割行业完全依靠自己的目标。 在这个背景下提出了此课题。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 了解橡胶切割机行业的背景、现状和发展历程； 了解电动机和减速器的选型依据； II 熟练掌握带传动的选型及设计原理； 熟练掌握轴的结构设

4、计，受力分析与计算； 掌握熟练使用 AUTOcad 进行的绘制相应的图纸； 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 97 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 橡胶切割机是一种常用的机械装置，其主要功能是帮助广大

5、用户快速完成切割橡胶， 切割效率是人工的十倍以上。如此高效率的橡胶切割机就是为了橡胶生产企业专门制作 的，橡胶切割机产生就节省了大量的人工费用，大大提高了切割效率。 本课题由实际生产应用中提出，并且能够达到实际要求。随着社会、经济的快速发 展，橡胶制品的需求和应用越来越广泛。橡胶切割机的开发和改进渐渐被国家和许多企 业提上日程。以前我国的橡胶切割机大多需要从国外进口，切割技术处于落后状态，但 由于近几年来需求越来越大，考虑到经济及技术方面的情况，我们急需发展橡胶切割机 的生产技术。实现在橡胶切割行业完全依靠自己的目标。因此在这个大的背景下提出了 此课题，即根据已经有的资料，对现有的橡胶切割机提

6、出改进的方法，并进行模拟验算， 从而达到更加实用和有效的目的。 本文是针对国外现有的产品，对其进行改进。在此次设计中，在现有橡胶切割机材 料为前提的条件下，对带轮、刀具、齿轮、轴等相关系统进行全面的设计，着重设计了 带轮与减速器的配合使用，希望在实际生产中能有作用，让此产品更适合工厂和顾客的 需求。 最后，希望此次设计的橡胶切割机能到达预期的设计要求，并能在实际的应用中取 得良好的效果。 关键词：关键词：带轮；齿轮；刀具；轴；改进 IV Abstract Rubber cutting machine is a commonly used mechanical devices, its main

7、 function is to help the majority of users cut rubber quickly and the efficiency is ten times of labor. The efficient rubber cutting machine is specially crafted for rubber manufacturers, it also saves much labor costs and improves the efficiency of cutting greatly. The topic put forward from the pr

8、actical application and can reach the actual requirements. With the rapid development of society and economy, the demand and used for rubber products is more and more widely. The developments and improvements of the Rubber cutting machine is gradually put on the agenda in country and many companies.

9、 In our country, cutting technology is bad ,rubber cutting machine need to be imported from abroad in past years for a long time.But in recent years,for the reason of the demand for it is more and more large,we are urgent need to develop the production technology of rubber cutting machine for econom

10、ic and technical , Reaching a goal which entirely on our own in the rubber cutting industry . So the topic put forward in this background . We should proposed a method to improve the rubber cutting machine according to the existing material and simulate checking this method .Which achieve the purpos

11、e of much more capable and effective. The purpose of this article is to improve the existing products in home and abroad.In this article ,the design of cutting machine is on pulley, tool, gears, shafts, and other related system and focus on the coordinate use of pulley and gear unit to make this pro

12、duct is more suitable for factories and customer needs. Finally, I hope that the design of the rubber cutting machine can reach the expected design requirements and achive a good results in practical applications. Keywords: pulley;gearing ;cutter;axle; improve V 目目 录录 摘 要.III ABSTRACTIV 目 录 V 1 绪论.1

13、 1.1 背景介绍.1 1.2 切割行业现状及发展前景.1 1.2.1 切割行业的现状1 1.2.2 切割行业的发展趋势3 1.2.3 切割机发展存在的问题4 1.3 本课题的主要内容.5 2 传动方案的总体设计.6 2.1 总体方案的确定.6 2.2 电动机.6 2.2.1 电动机的选择6 2.2.2 选择原动机时应考虑的因素7 2.2.3 结论7 2.3 减速器.7 2.3.1 减速器的选择7 3 带传动的设计.9 3.1 带传动的类型.9 3.2 带的弹性滑动和打滑.9 3.3 V 带轮的设计计算9 3.3.1 确定计算功率9 3.3.2 选择 V 带的带型 .9 3.3.3 确定带轮的

14、基准直径 d d 并验算带速v9 3.3.4 确定 V 带的中心距a和基准长度 d L .9 3.3.5 计算实际中心距a.10 3.3.6 验算小带轮上的包角 1 10 3.3.7 计算带的根数z。.10 3.3.8 计算单根 V 带的初拉力最小值 min0) (F.10 3.3.9 计算压轴力 p F .10 3.4 V 带轮结构设计11 3.5 V 带传动的张紧、安装与防护11 3.5.1 V 带传动的张紧 .11 3.5.2 V 带传动的安装 .12 3.5.3 V 带传动的防护 .12 VI 4 主要零部件的设计.13 4.1 刀具13 4.1.1 外形设计13 4.1.2 刀具材料

15、13 4.2 齿轮设计.13 4.2.1 整体方案13 4.2.2 齿轮的材料，热处理及精度14 4.2.3 初步设计齿轮传动的主要尺寸14 4.2.4 齿轮的最终选择16 4.3 主动轴.18 4.3.1 拟定整体方案18 4.3.2 材料、尺寸的选择设计19 4.3.3 轴的受力分析与校核20 4.4 从动轴.23 4.4.1 从动轴的结构23 4.4.2 材料、尺寸的选择设计.24 4.5 键.25 4.5.1 键的选择25 4.5.2 键联接强度计算25 4.6 联轴器.25 4.6.1 联轴器的选择26 4.6.2 定联轴器的品种、形式、规格（型号）26 4.6.3 联轴器的尺寸、安

16、装与维护26 5 减速器箱体设计.28 5.1 箱体设计.28 5.2 减速器附件设计.29 6 结论与展望.31 致 谢.32 参考文献.33 橡胶切割机的改进设计 1 1 绪论绪论 1.1 背景介绍背景介绍 本次设计是毕业设计首先，是对学生四年所学知识全面、系统、综合考察的一次测 试，是大学培养应用型人才的最后一个教学环节。通过导师的指导我们自主进行，培养 了学生的自身思考和动手能力，让学生对设计的内容认识更加深刻，可以让学生清楚的 认识到自己的不足与劣势，以便查漏补缺巩固知识。同时还可以使学校全面考察了解教 学质量，总结经验改进工作。其次，这也是训练学生独立进行设计研究的过程，通过做 毕

17、业设计可以使学生了解科学研究的过程，掌握如何收集、整理和利用材料；如何利用 图书馆，检索文献资料；如何撰写论文等方法。设计过程中它不仅有教师的指导与传授， 可以减少摸索中的一些失误，少走弯路，而且直接参与和亲身体验了设计研究工作的全 过程及其各环节，是一次系统的、全面的实践机会。最后，此次设计可以帮学生更生动、 更切实、更深入的把学过的专业知识运用于实际，既可以印证学过的书本知识，又可以 学到许多课堂和书本里学不到的活生生的新知识。同时，对所学专业的某一侧面和专题 作了较为深入的研究，会培养学习的志趣，这对大学生今后该如何选择确定具体的就业 发展方向起到了指引性的作用。 本课题由实际生产应用中

18、提出，并且能够达到实际要求。随着社会、经济的快速发 展，橡胶制品的需求和应用越来越广泛。橡胶切割机的开发和改进渐渐被国家和许多企 业提上日程。由于我国在这方面的起点比较低，以前橡胶切割机大多需要从国外进口， 我国的切割技术长期处于落后状态，但由于近几年来需求越来越大，考虑到经济及技术 方面的情况，我们急需改变这种依附进口来实现发展的现状。随着我国经济的发展，我 国切割机生产厂家也渐渐发展起来，技术也蒸蒸日上，并日臻成熟。在近30年来有了飞 速的发展，相信在不久的将来，我们就会实现在橡胶切割行业完全依靠自己的目标。因 此在这个大的背景下提出了此课题，即根据已经有的资料，对现有的橡胶切割机提出改

19、进的方法，并进行模拟验算，从而达到更加实用和有效的目的。 1.2 切割行业现状及发展前景切割行业现状及发展前景 1.2.1 切割行业的现状切割行业的现状 我国切割行业主要有以下几类生产企业组成 1、门式切割机；2、小车式切割机及割 嘴；3、等离子切割电源及割嘴；4、手工焊割炬及焊割嘴等。切割行业经过几十年的发 展，其产品从单一的手工割炬发展成为一个门类较为齐全的产业。近年来，我国门式数 控切割机生产技术的发展尤为迅速。 a. 门式切割机 现代仿形切割仍以门式数控切割机为主，因为只有这种数控切割方式，才能有效地 保证切割过程中的工序完全自动化。我国数控切割技术发展比较晚，但其发展速度非常 快。在

20、八十年代以前，在我国，板材下料主要是以手工或半自动小车下料为主。进入八 十年，随着企业改革的不断深入，人们认识到；利用先进的切割技术，不仅是保证产品 焊接质量的关键，同时也使得板材利用率大幅度提高。在一些板材用量较大的企业，由 于板材利用率的提高，缩短了数控切割机的设备投资回收期，并取得了良好的经济效益。 因此，数控切割机的市场需求量逐年上升。从而推动了我国切割行业的飞速发展。 无锡太湖学院学士学位论文 2 数控门式自动焊机利用焊缝同步跟踪系统，已成功地运用在挂车变截面底梁的自动 焊接生产中。使得挂车变截面底梁由原来的分段焊接，实现了一次连续焊接成形。这样 不仅使产品的焊接质量有了很大的提高，

21、而且生产效率成倍提高。目前，已有近十家挂 车生产企业在使用这一设备，并取得了很好的经济效益。作为一个有较大市场的新产品， 它在今后几年中会将得到很大的发展。 b. 小车式切割机及割嘴 小车式切割机，作为切割行业传统的板材下料设备，由于操作简便、使用灵活等特 点，所以在各个行业中应用非常广泛。这几年在技术上和品种上虽没有很大的发展，但 产品质量总体趋于稳定。在我国，每年仍有相当部分的板材还是采用小车下料，因此目 前市场需求量不会有很大的波动。我国小车式切割机和割嘴生产厂家，大多是一些老企 业，加工设备比较落后，总体自动化程度不高，生产形式仍以单件多工序加工为主，生 产效率低，产品质量不易控制。而

22、发达国家生产此类产品，均采用自动化或半自动化设 备进行生产。特别是割嘴生产，大多采用自动化生产线进行生产。因此产品质量在生产 过程中得到了严格的控制。各企业应加快设备更新换代，降低劳动生产率，不断开发新 品提高产品质量。目前，小车切割机市场非常活跃，为了应对市场，参与竞争。一些企 业根据自身的特点，对企业现有的技术、资金和人员进行重组。产品向“专、精、特” 方向发展，并取得了成功。 这几年，我国的割嘴生产规模有了很大的发展，全国割嘴年 产量约在 200 多万只，其中每年有几十万只割嘴出口中东和东南亚地区。由于割嘴的加 工工序较多，生产工艺较复杂，影响产品质量的因素也很多，所以产品质量不易控制。

23、 各生产企业经过技术改造，生产工艺改进，使得产品质量有了一定提高，加之价格的优 势，产量逐年上升，出口量不断增加。国内割嘴生产，主要以宁波金风焊割机械制造有 限公司等企业为代表。 c. 等离子切割电源及割嘴 等离子切割技术发展的历史不长，但其发展的速度非常快。等离子切割是利用高温 等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化（和蒸发），并借高速等离子的动量排 除熔融金属以形成切口的一种加工方法。等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种 氧气切割难以切割的金属，尤其是对于有色金属（不锈钢、铝、铜、钛、镍）切割效果 更佳；其主要优点在于切割厚度不大的金属的时候，等离子切割速度快，尤其在切割普 通碳素

24、钢薄板时，速度可达氧切割法的 5 到 6 倍、切割面光洁、热变形小、几乎没有热 影响区。等离子切割发展到现在，可采用的工作气体（工作气体是等离子弧的导电介质， 又是携热体，同时还要排除切口中的熔融金属）对等离子弧的切割特性以及切割质量、 速度都有明显的影响。常用的等离子弧工作气体有氩、氢、氮、氧、空气、水蒸气以及 某些混合气体。等 离子切割机广泛运用于汽车、机车、压力容器、化工机械、核工业、 通用机械、工程机械、钢结构等各行各业。 等离子切割由于切割速度快、热变形小、表面切口好等特点，因此被广泛用于 25mm 以下的碳钢和各种有色金属及不锈钢的切割。由于在等离子切割过程中会产生大量的烟 尘、粉

25、尘、弧光和噪声，这会给整个工作环境带来一定的污染。目前通过水下等离子切 割和底抽式排气等除尘方式，使等离子切割产生的环境污染问题得到有效的控制。国内 一些知名企业生产的各类数控等离子切割机，已达到国外同类产品的技术水平。 橡胶切割机的改进设计 3 随着等离子精细切割技术的快速发展，精细圆孔切割技术及标准化集成系统已逐 步完善，这样精细等离子切割将逐步成为碳钢中厚板切割的主流，市场需求量将逐年增 加。 1.2.2 切割行业的发展趋势切割行业的发展趋势 我国经济近十年来的发展迅速，带动了我国焊接行业的发展。我国成为世界上消耗 钢材最多的国家。随着技术进步焊接结构件在建筑、工程机械、船舶、交通运输、

26、冶金、 石化、电力、压力容器等行业得到广泛的运用。切割是焊接成品加工过程中的首要步骤， 也是焊接质量的重要保证。利用先进的现代切割技术，不但可以保证产品的焊接质量， 提高劳动生产率，同时也使得企业产品的制造成本大幅度下降，缩短了产品生产周期。 新工艺、新技术的广泛运用，智能化精密切割已成为切割机具行业发展的趋势。这样就 对我们切割行业提出了新的课题和新的设计理念。 a.提高切割前工件的准备质量 对钢结构生产企业来说，材料在切割前必须进行表面预处理。在板材切割过程中， 有大量焊接轮廓线和后道工序标记需要进行划线、定位。在板材切割、划线和焊接过程 中，必须除去表面防护层和锈迹。这样才能提高切割速度

27、和焊接质量。如果不去除这些 防护层和锈迹，将会使得切割速度下降，在一些情况下还会产生切割表面缺陷，而需要 修补。在焊接过程中，还会导致角焊缝超标，造成不可预测的变形和以后表面位置偏差， 生产代价昂贵的不良后果。同时还会使得表面划线变得模糊不清。影响了后道工序的正 常进行。要解决这些问题有许多种方法。目前常用的方法，主要是在切割机上安装喷砂 装置，这一方法是用细砂高速喷射在切割、划线表面，从而起到清洁金属表面的作用， 在以后的工序中，可以或多或少地起到清洁焊接表面的作用。但现今掌握的喷砂技术其 工作速度只能达到 4m/min，表面清洁率为 75%。这一速率只能满足切割的要求，而目前 喷粉划线、等

28、离子弧划线和喷墨划线已达到了 20m/min 速度。显然采用这一方法，已不 能完全适应高速切割的工艺要求。要掌握一种装置，使其表面处理的速率与划线速度相 匹配，这样才能使得生产效率得到提高。目前，国外已研制出一种高速打磨装置，使得 表面处理速度达到了 20m/min，表面清洁率为 925，从而真正实现了高速自动化的切割方 法。 b.型钢切割和空间曲线切割 在现代化的工业设计中，运用了大量型钢焊接方式。型钢切割成为切割行业技术发 展的一个新的热点。近几年，关于工业上型钢切割的想法和报道很多。我们这里所指的 工业用型钢，主要是指变截面，扁球面及球形截面型材。大多数型钢切割后将直接用于 焊接，因为型

29、钢切割后再进行表面加工是非常困难的，而且效率低下，质量不易控制。 但目前所使用的型钢切割方法，其切割轮廓线的正确性和生产效率，远没有达到现代平 面切割的水平。目前比较有效的方法是采用机器人切割方法，通过离线编程、软件编程 （也可采用示教编程）等方法可实现不同规格、不同形状零件的加工。通过配备火焰切 割系统、等离子切割电源，光纤激光器等切割方法；可实现多种材质的型钢如（角钢、 槽钢、H 型钢、球扁钢）等进行空间直线、斜线、曲线及坡口等多种方式的切割。未来市 场前景良好。金属加工在线关注行业技术发展。 c.切割工具的改进及应用 无锡太湖学院学士学位论文 4 由于计算机设计在工业设计中得到了广泛地运

30、用。原先在板材切割后，很多相贯切割 面，需后面多道加工工序，才能得以实现最终焊接面，现在要求在板材切割过程中，要 求完成这些相贯面的切割，这样不仅可以减掉多道工序，而且保证了焊接质量。等离子 切割有其独特的优点，利用等离子进行坡口切割，以经济角度来看，变得越来越重要。 因此，许多门式数控切割机上都安装了等离子坡口切割装置。在切割过程中，只需启动 与之相关切割“窗口”，输入必要切割参数即可进行自动切割。等离子割炬有许多电缆 和软管，为了防止这些电缆和软管在切割过程中缠绕。目前国外主要采用“防缠绕技术” 和“柔性切割技术”，这些技术的运用，使的等离子变坡口切割得以实现。 d. 激光切割技术的发展

31、自上世纪七十年代初，激光切割技术投入生产应用以来，发展速度非常快，技术日 趋完善。目前工业发达国家对这一技术的运用较为广泛。激光切割机具有以下特性：采 用全封闭防护，减少粉尘的污染；选用性能优越的伺服和丝杆传动导向结构，高精密滚 珠丝杠，低噪音滚珠导轨，高精密轴承；激光束聚焦光斑直径小，从而加工工件的切缝 窄小；采用专业软件可随意设计各种图形或文字即时加工，加工灵活，操作简单、方便； 无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，切割工件质量好，切缝一般不 需要二次加工；不受工件外形的影响，激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割 钣金、薄板及其他异型材；切割精度高，切缝平滑，切割效率高

32、于其它激光切割机；可 选配高度跟踪系统，实时自动对焦，克服板材不平整现象；可选配专业，激光功率跟随 切割速度实时调整。鉴于以上优点，促使激光切割技术得到更多广泛的使用。从现今人 们所掌握的各种切割技术来看，激光切割技术无疑是最好的切割方法。随着人们环保意 识的不断增强，加之激光源制造成本的下降，这样激光切割技术优势更为突出。利用激 光切割技术替代火焰和等离子切割，将成为今后切割技术发展的趋势。 1.2.3 切割机发展存在的问题切割机发展存在的问题 切割机分为火焰切割机、等离子切割机、激光切割机、水切割等。 激光切割机为 效率最快，切割精度最高，切割厚度一般较小。等离子切割机切割速度也很快，切割

33、面 有一定的斜度。火焰切割机针对于厚度较大的碳钢材质。切割机应用目前有金属和非金 属行业,一般来说,非金属行业分的比较细致,像有切割石材的石材切割机,水切割机,锯齿 切割机,切割布料和塑料,化纤制品用的激光切割机,刀片式,切割机,切割金属材料的则有 火焰切割面,等离子切割机,火焰切割机里面又分数控火焰切割机,和手动的两大类,手动 的类别有,小跑车,半自动,纯手动,数控的有,龙门式数控切割机,悬臂式数控切割机,台式 数控切割机,相贯线数控切割机等等。 全国生产切割机的企业 40 多家，以民营、个体、股份制企业居多。焊割机具在 2000 年的统计为：门式切割机 380 台、小车式切割机 14650

34、 台、等离子切割机 10500 台、 焊割炬 250 万套，割嘴 189 万只。我国数控切割行业发展比较晚，国内有十几家数控切 割机生产厂家，每年市场需求量约在 350-400 台，基本满足国内市场需求， 进口产品不 足市场总量的 10 。 目前国内数控切割机生产厂家主要有上海伊萨切割机械有限公司、 梅塞尔切割焊接有限公司 (昆山)，他们在技术上得到了国外技术的大力支持，因此产品 在国内处于领先地位。而哈尔滨四海数控设备有限公司、哈尔滨焊接切割成套设备有限 公司、哈尔滨电机有限责任公司机械电子设备制造厂、中船总公司船舶工艺研究所、深 橡胶切割机的改进设计 5 圳博利昌数控切割设备公司、无锡华联

35、焊割设备厂等企业，则利用各自企业自身的优势， 在技术上发展也很快，产品满足了不同用户的需求。我国切割行业的产品发展打破了焊 接与切割之间的传统界线，其产品已跨接焊接、切割两大行业，有很多企业同时生产焊 接和切割设备。 切割机行业存在问题 ： a. 市场无序竞争，表现在互相贬低、互相压价、互相挖人； b. 研发投入少，或根本没有投入； c. 在机械和控制水平上与国外产品差别不大，但对国外控制系统了解不透，只停留在 会应用的水平；企业间没有合作，不能联合起来开辟市场，比如在配套件的采上企业 集中起来会降低成本。 d. 一些技术含量低的同类产品处于低水平、低价格的竞争，使企业陷入利润极低的状 况，很

36、难再自我发展。 e. 有较强综合实力，能为推动行业发展，在行业自律中发挥积极作用的企业少。 f. 业整体协调能力差。 现代切割机技术在工业领域中的运用将是多方面的，以上仅是对现代切割技术,在 提高切割工艺水平和提高焊接质量等方面，介绍了国外一些切割技术的发展趋势和动态。 今后我们切割行业还有很多工作要做，如非金属切割技术，大功率激光切割技术，全自 动切割流水线等项目的研制开发。只有通过不断努力，不断拓宽我们的工作思路，切割 行业将在新形势下得到进一步的发展。 1.3 本课题的主要内容本课题的主要内容 本课题的主要内容是完成橡胶切割机的改进设计，分析其工作原理，根据我国的切 割要求，完成主要零部

37、件的设计计算和装置的装配设计，另外本设计是通过带传动与减 速机的配合连接实现减速传动，取代了原有日本减速装置，将此产品国有化。 本设计需满足的要求如下： a. 达到技术指标所规定要求，满足实际工作需要。 b. 整机结构简单实用，满足设计要求。 c. 工作时能尽量减少噪音，设备外形力求简约且美观。 无锡太湖学院学士学位论文 6 2 传动方案的总体设计传动方案的总体设计 2.1 总体方案的确定总体方案的确定 此次毕业设计的橡胶切割机的工作原理，是由电动机带动有一定传动比的带传动装 置，再连接到减速机上，然后通过联轴器将主动轴与减速器的输出轴的连接起来，带动 主动轴转动。在从动轴上，设计一组与主动轴

38、相互撮合的齿轮，通过这组齿轮实现主动 轴与从动轴沿相反方向的转动，从而再分别带动其上的切割刀具切割橡胶。这样正好能 够实现两根轴和两根刀具的反向旋转。 图2.1 原理图 由图可知，该设备原动机为电动机，减速装置为减速器加带带传动的配合连接使用， 工作机为刀具切割设备。传动装置为斜齿轮，轴承为了抵消斜齿轮的轴向力，初步选用 角接触球轴承。 2.2 电动机电动机 2.2.1 电动机的选择电动机的选择 根据用途选用 Y 系列三相异步电动机 切割刀具所需的最大功率 kwkw Fv Pw672 . 0 1000 1 . 0775000 1000 查表132-1 取，带传动效率 1=0.95，减速器效率2

39、=0.68，联轴器效率3=0.99， 得电动机到工作机间的总效率为 总=123=0.95*0.682*0.99=0.64 选择电动机功率 电动机所需工作效率为： P0= Pw/ 总=0.67/0.64 Kw=1.04Kw 主动轴的工作转速为 橡胶切割机的改进设计 33 min/ 8 . 12 601000 r d v nw 由表132-2 可知带传动传动比 i带=24，两级减速器传动比 i齿=840，则总传动 比范围为： i总=i锥i齿=（24）*（840）=16160 电动机的转速范围为 204.82048r/min 2.2.2 选择原动机时应考虑的因素选择原动机时应考虑的因素 1） 必须考

40、虑到现场能源的供应情况。在有电源的情况下尽量选择电力驱动，因为它 的成本低、操作控制方便，机械活动范围广。 2） 必须考虑到原动机的机械特性和工作制度与工作机相匹配。如纺织机械上用电动 机应选用连续的工作制，而起重机械上用的电动机应根据起重机工作的频繁程度选相应 的工作制。 3） 必须考虑到工作机对原动机提出的启动、过载、运转平稳、调速和控制等方面的 要求。 4） 必须考虑到工作环境的因素。如防爆、防尘、防腐蚀等。 5） 必须考虑工作可靠，操作简易，维修方便。 6） 为了提高机械系统的经济效益，必须考虑经济成本：包括初始成本和运转维护成 本。 2.2.3 结论结论 结合以上原动机的各种选择要求

41、，我选定设计中的原动机为电动机。考虑到电动机 的选用原则以及电动机的成本和橡胶切割机的设计要求，我最后决定选用实用又廉价的 Y 系列三相异步电动机中的电动机型号为 Y90L-6，额定功率为 1.1kw，满载转速为 910r/min，极数为 3，堵转转矩额定转矩为 2.0，最大转矩额定转矩为 2.0，质量为 23kg。但根据实际需求，还需将该电动机进行改进。 2.3 减速器减速器 2.3.1 减速器的选择减速器的选择 根据经验，一般不自行设计减速器，可以根据市场上减速器进行选择。 本文选用 F 系列减速机。该减速机的特点有： 1、 平行输出、结构紧凑、传递扭矩大、工作平稳、噪音低、寿命长。 2、

42、 该产品是结合国际技术要求制造，具有很高的科技含量。 3、 节省空间，可靠耐用，能耗低，承载过载能力高，性能优越。 4、 经过精密加工，使轴具有很好的平行度和定位的精度。 5、 具有多种安装方式：底座安装、空心轴安装、法兰安装、扭力臂安装。 6、 二级传动效率平均达 95%。 无锡太湖学院学士学位论文 8 图 2.2 减速器 根据上文叙述，本文选用的减速器型号为 FA76-Y 1.1-4P-35.5-M6，传动比。 5 . 35i 橡胶切割机的改进设计 33 3 带传动的设计带传动的设计 带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成为带轮（主动轮和从动轮）和传动带。 当主动轮转动时，利用皮带轮和传动

43、带间的摩擦和啮合作用，将运动和动力通过传动带 传递给从动轮。带传动具有结构简单，传动平稳，价格低廉和缓冲吸震等特点，在近代 机械中广泛发展。 3.1 带传动的类型带传动的类型 按工作原理不同，带传传动可分为摩擦型带传动和啮合型带传动。在摩擦型带传动 中，可分为平带传动、圆带传动、V 带传动、多楔带传动。 3.2 带的弹性滑动和打滑带的弹性滑动和打滑 传动带在受到拉力作用时会发生弹性变形。在小带轮上，带的拉力从紧边拉力逐渐 低到松边拉力，带的弹性变形量逐渐减少，因此带相对与小轮向后退缩，使得带的速度 低于小带轮的线速度；在大带轮上，带的拉力从松边拉力逐渐上升为紧边拉力，带的弹 性变形量逐渐增加，

44、带相对与大带轮向前伸长，使得带的速度高于大带轮线速度。这种 由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的微小滑动，称为传动带的弹性滑动。弹性滑动 总是存在，不可避免的。 带与带轮之间由于功率过大，而发生显著的相对滑动，称为打滑，打滑可以避免的， 在机械传动种种起到过载保护的作用。 3.3 V 带轮的设计计算带轮的设计计算 3.3.1 确定计算功率确定计算功率 首先确定本文的带传动的传动比为 i=2 由机械设计表 8-7 查得工作情况系数，故1 . 1 A K kWPKP Aca 1 . 111 . 1 3.3.2 选择选择 V 带的带型带的带型 根据、由机械设计图 8-11 选用 A 型。 ca P

45、1 n 3.3.3 确定带轮的基准直径确定带轮的基准直径并验算带速并验算带速 d d v 初选小带轮的基准直径，由机械设计表 8-6 和表 8-8，取小带轮基准直径 1d d 。mmdd100 1 验算带速 。按公式验算带的速度v s nd v d /m1 . 5 100060 910100 100060 11 因为，故带速合适。smvsm/30/5 计算大带轮的基准直径。根据公式，计算大带轮的基准直径 2d d mmidd dd 2001002 12 根据机械设计表 8-8，圆整为。mmdd200 2 3.3.4 确定确定 V 带的中心距带的中心距和基准长度和基准长度 ad L 根据，初定中

46、心距。)(2a)(7 . 0 21021dddd ddddmma250 0 无锡太湖学院学士学位论文 10 计算带所需的基准长度 mm a dd ddaL dd ddd 981 2504 100-200 200100 2 2502 4 )( )( 2 2 2 0 2 12 2100 ）（ ）（ 由机械设计表 8-2 选带的基准长度mmLd900 3.3.5 计算实际中心距计算实际中心距a mm LL aa dd 210 2 0 0 根据 mmLaa d 197015 . 0 min mmLaa d 23703. 0 max 中心距变化范围为。mm237197 3.3.6 验算小带轮上的包角验算

47、小带轮上的包角 1 90152 3 . 57 )(180 121 a dd dd 3.3.7 计算带的根数计算带的根数。 z 计算单根 V 带的额定功率。由和，查机械设计表 r Pmmdd100 1 min/910 1 rn 8-4a 得。kWP89 . 0 0 根据，和 A 型带，查机械设计表 8-4b 得,min/910 1 rn 2ikWP11 . 0 0 查机械设计表 8-5 的，表 8-2 得，于是93 . 0 a K87 . 0 L K kWKKPPP Lar 81 . 0 )( 00 计算 V 带的根数z 36 . 1 81 . 0 1 . 1 r ca P P z 取 2 根。

48、 3.3.8 计算单根计算单根 V V 带的初拉力最小值带的初拉力最小值 min0) (F 由机械设计表 8-3 得 A 型带的单位长度质量，所以mkgq/10 . 0 N qv zvK PK F a caa 941 . 51 . 0 1 . 5293 . 0 1 . 1)93 . 0 5 . 2( 500 )5 . 2( 500)( 2 2 min0 应使带的实际初拉力。 min00 )(FF 3.3.9 计算压轴力 p F 压轴力最小值为 NFzFp365 2 sin)(2)( 1 min0min 橡胶切割机的改进设计 33 3.4 V 带轮结构设计带轮结构设计 根据 V 带轮的基准直径和

49、带轮轮速等已知条件，确定带轮材料为 HT200；带轮基准直 径，采用腹板式带轮；轮槽截面尺寸参照机械设计表 8-10 进行设计，对mmdd300 于大带轮，因同时，则大带轮采用孔板式带轮，其与减速器mm300 d dmmdD100 11 相连。 绘制带轮零件图如下： 图 3.1 小带轮 图 3.2 大带轮 3.5 V 带传动的张紧、安装与防护带传动的张紧、安装与防护 3.5.1 V 带传动的张紧带传动的张紧 V 带传动运转一段时间后，会因为带的塑性变形和磨损而松弛。为了保证带传动正常 工作，应定期检查带的松弛程度，采取定期改变中心距的方法来调节带的初拉力，使带 重新张紧。 无锡太湖学院学士学位

50、论文 12 3.5.2 V 带传动的安装带传动的安装 带轮的轴线应相互平行，各带轮相对应的 V 型槽的对称平面应重合，误差不得超过 。多跟 V 带传动时，为避免各根 V 带的载荷分布不均，带的配组公差应在规定的范围20 内（参见 GB/T 13575.192） 。 3.5.3 V 带传动的防护 为安全起见，带传动应置于保护罩之内，使之不能外露。 橡胶切割机的改进设计 33 4 主要零部件的设计主要零部件的设计 4.1 刀具刀具 4.1.1 外形设计外形设计 根据厂家的生产实际要求，设定刀具的角速度为77/s。最大切割力为5KN。另外综 合已有的资料和经验，初步确定刀具外形如下图所示： 图 4.

51、1 刀具 4.1.2 刀具材料刀具材料 刀具除刀尖的部分外主要起支撑连接的作用，因此可以使用普通的 45 号钢。而对于 刀尖部分，切割橡胶受冲击载荷较小，但要求有高的耐磨性，可选用 cr12 钢。Cr12 钢是 一种应用广泛的冷作模具钢，高碳、高铬类型莱氏体钢，具有较好的淬透性和良好的耐 磨性。SKD11 是一种高碳高铬合金工具钢，热处理后具有很高的硬度磨性，并具有淬 透性强，尺寸稳定性好的特点，适宜制做高精度长寿命冷作模具及热固成型塑料模具。 国产优质冷作模具钢 Cr12MoV 钢化学成分（GB/T 12992000）/ C Si Mn Cr Mo P S V 1.451.70 0.40 0

52、.35 11.012.50 0.400.60 0.030 0.030 0.150.30 性能： 高碳、高铬 类型莱氏体钢，具有良好的淬透性，截面尺寸在 400mm 以下可以完全淬透，且具有很高 的耐磨性，淬火时体积变化小。其碳含量比 Crl2 钢低很多，且加入了钼、钒，因此，钢 的热加工性能、冲击韧性和碳化物分布都得到了明显改善。 用途： 用于制造断面较大、 形状复杂、耐磨性要求高、承受较大冲击负荷的冷作模具，如冷切剪刀、切边模、滚边 模、量规、拉丝模、搓丝板、螺纹滚模、形状复杂的冲孔凹模、钢板深拉伸模，以及要 求高耐磨的冷冲模和冲头等。 综上所述，本文选定切割刀具的刀尖材料为模具钢 Cr12

53、MoV。 4.2 齿轮设计齿轮设计 4.2.1 整体方案整体方案 由于齿轮和刀具都是安装在轴上，它们具有相同的中心距，并且具有相同的角速度。 另外根据题目实际的要求，两切割刀具的转动是同步的，所以两齿轮的分度圆直径要相 同。于是本文设计的两个齿轮应该是相同的。 无锡太湖学院学士学位论文 14 4.2.2 齿轮的材料，热处理及精度齿轮的材料，热处理及精度 1、因在工作条件完全相同的条件下，斜齿轮传动可比直齿轮传动获得较小的传动尺 寸，即斜齿轮传动比直齿轮传动具有较大的承载能力，于是本论文选用斜齿圆柱齿轮。 （1） 齿轮材料及热处理 材料： 选用 45 钢（调质） ，硬度 190HB 取齿轮齿数

54、Z=48 （2） 齿轮精度 按 GB/T100951998，齿轮精度选择 7 级 4.2.3 初步设计齿轮传动的主要尺寸初步设计齿轮传动的主要尺寸 按齿面接触强度设计 按有如下公式计算 21 3 1 ) ( 12 H EH d t t ZZ u uTK d 确定公式中的各参数数值 1、试选 Kt=1.6 2、查课本图 10-30 选取区域系数 ZH=2.433 217 P 3、查课本图 10-26 查得，所以 215 P78 . 0 1 78. 0 1 56 . 1 78 . 0 78 . 0 4、由课本公式 10-13计算齿轮的应力循环次数 206 P N=60nj =6012.818300

55、10=0.18h h L 8 10 5、齿轮传递的转矩 T=9550P/n=95500.671000/12.8=499883Nmm 6、由课本表10-7 查得齿宽系数 d=0.4 205 P 7、由表10-6 查得材料的弹性影响系数 201 P 2/1 8 . 189 MPaZE 8、由课本图 10-21（d）按齿面硬度查得齿轮接触疲劳强度极限 209 PMPa H 600 1lim 9、取接触疲劳寿命系数90 . 0 1 HN K 10、接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，应用公式 10-12 得: 205 P MPaMPa S K HHN H 5406009 . 0 1

56、lim1 1 H=（540+540）/2MPa=540MPa 设计计算 1、试计算齿轮分度圆直径 t d mm 1 . 141 540 .818933.42 1 2 .5615 . 0 499883.512 ) ( 12 3 2 2 t 3 ）（ H EH d t t ZZ u uTK d 2、计算圆周速度 橡胶切割机的改进设计 33 sm ndt /90 . 0 100060 8 . 12 1 . 1414.13 100060 3、计算齿宽 b 和模数 n m 计算齿宽 b mm44.56b 1 td d 计算摸数 mn 初选螺旋角=15 mm84 . 2 48 15cos 1 . 141c

57、os Z d m t n 4、计算齿宽与高之比 h b 齿高 mm39 . 6 84. 225 . 2 25 . 2 h n m 83 . 8 39 . 6 56.44 h b 5、计算纵向重合度 64 . 1 15tan484 . 0318 . 0 tan318 . 0 d 6、计算载荷系数 K 使用系数=1.5 A K 根据 v=0.09m/s，7 级精度，由课本图 10-8 查表得动载系数 Kv=1.07 194 P 查课本由表 10-3 得 KH=KF=1.2 195 P 查课本由表 10-4 得 KH=1.186, 196 P 由图 10-13 得 KF=1.35 故载荷系数 K=K

58、a Kv KHKH=1.51.071.1861.2=2.28 7、实际载荷系数校正分度圆直径 mm 3 1/ddt KKt 8 . 158 .61 28 . 2 1 .141 3 8、计算模数 2 . 32/15cos 8 . 158m 按齿根弯曲强度设计 由弯曲强度的设计公式进行设计计算 3 2 1 2 1 cos2 F SF d n YY Z YKT m 确定公式内各计算数值 1、计算载荷系数 K=Ka Kv KFKF=1.511.351.2=2.43 2、根据纵向重合度 =1.022，查得螺旋角影响系数 Y=0.76 3、计算当量齿数 无锡太湖学院学士学位论文 16 4、查取齿形系数 Y

59、和应力校正系数 Y 由课本由表 10-5 得： 200 P 齿形系数 6 . 2 fa Y 应力校正系数 595. 1 sa Y 5、查课本图 10-20c 得到弯曲疲劳强度极限： 208 P fe=380MPa 6、查课本由图 10-18 得弯曲疲劳寿命系数： 206 P 88 . 0 fn K 7、计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 a86.238 4 . 1 38088 . 0 fefn MP S K F 计算模数得： mm94 . 1 m n 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计 n m 算的法面模数，按 GB/T1357-1987

60、圆整为标准模数，取2mm，以满足弯曲强度 n m 4.2.4 齿轮的最终选择齿轮的最终选择 根据上文的计算分析，结合设计的实际情况，本文选择 SH 斜齿齿轮。 与直齿轮传动相比，斜齿轮传动的优点为： 1)啮合性能好，传动平稳，噪音小。 2)重合度大，降低了每对齿轮的载荷，提高了齿轮的承载能力 3)不产生根切的最少齿数少 图 4.2 齿轮 67.26 15cos 24 cos 33 1 z zv 橡胶切割机的改进设计 33 图 4.3 齿轮规格表 图 4.4 齿轮型号表 图 4.5 齿轮形状表 无锡太湖学院学士学位论文 18 图 4.6 齿轮中心距表 从以上资料中查得本文所选用的一对撮合斜齿轮是

61、 SH2-90R 和 SH2-90L。 中心距 a=186.35mm 所以刀具设计的中心距也是 186.35mm。 齿宽 b=25mm 螺旋角 =15 法向压力角 20 齿轮分度圆直径 d=186.35mm 图 4.7 齿轮 4.3 主动轴主动轴 4.3.1 拟定整体方案拟定整体方案 根据需要，确定本次轴为阶梯轴。在主动轴的左端，左端轴承，圆柱斜齿轮依次从 轴的左端向右安装，在最左端处通过联轴器与减速机再通过带轮与电动机相连。在主动 轴的右端，刀具，右端轴承依次从轴的右端向左安装。 橡胶切割机的改进设计 33 轴的设计图如下: 图 4.8 主动轴 4.3.2 材料、尺寸的选择设计材料、尺寸的选

62、择设计 1、选取轴的材料为 45 号钢，调质处理。查课本第 370 页表 15-3 取， 35Mpa A0=112 2、 主动轴上功率 P1=0.7kw，转速 n1=12.8rpm，T1=522266Nm 3、 初定轴的最小直径：根据课本第 370 页式 15-2 得 mm n P A 8 . 41 8 . 12 7 . 0 112d 3 3 1 1 0 4、 根据轴向定位的要求具体确定主动轴上各段轴的直径和长度 a轴的最左端要求与减速机的相连，该轴段通过减速机，并在减速机的左端通 过联轴器连接固定。取 d1=44mm，l1=84mm。 b 连接固定齿轮的第二阶梯轴，该轴段的直径要与前面选用齿

63、轮相配合。齿轮 的右端通过轴肩定位，左端通过套筒固定。为了使稳定连接，此处采用过盈 配合。取 d2=48mm，l2=72mm。 图 4.9 齿轮套筒 无锡太湖学院学士学位论文 20 c用于安装轴承的第三段阶梯轴。和该轴段配合的轴承选用 UCPA210 形轴承。 轴承右端通过轴肩定位。左边轴肩起着定位齿轮的作用。取 d3=50mm，l3=60mm。 d 主要起连接、支撑作用的第四段阶梯轴。该轴段的左端轴肩用于定位轴承。 取 d4=64mm，l4=193mm。 e用于安装刀具和调整刀具距离的套筒的第五段阶梯轴。为了安全，本文设计 了刀具套，两端的距离调整套筒可以根据刀具套定位，并通过刀具套调整两

64、刀具间距离。如下图所示。取 d5=70mm，l5=130mm。 图 4.10 刀具套筒 f起连接、支撑作用的第六段阶梯轴。该轴段的右端轴肩用于定位轴承。取 d6=64mm，l6=43.5mm。 g 轴的最右端用于安装轴承。此处选用 UCPA209 形轴承。该轴承通过左端的轴 肩定位。该类轴承的外形图如下所示。取 d7=45mm，l7=44mm。 图 4.11 轴承 4.3.3 轴的受力分析与校核轴的受力分析与校核 作用在齿轮上的圆周力为： N d T Ft5365 35.186 52226622 1 1 轴向力为：NFF t 143815tan5365tan a 橡胶切割机的改进设计 33 径向力为：NtgtgFF t 54215cos/201438 r 求垂直面的支承力： N ll lFFlll F rr 2170 )( 32 3321 1v NFFFF vrr 3372217