电瓷帽坯成型机的设计【全套含含10张CAD图纸和说明书】
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本科生毕业设计开题报告书题 目 电瓷帽坯成型机的设计 学生姓名 学 号 专业班级 指导老师 年 月 日设计题目电瓷帽坯成型机的设计课题目的、意义及相关研究动态:课题目的:电瓷帽在电力行业有着广泛的应用,电瓷帽是电力工业不可缺少的极为重要的产品,是高低压输变电线路和各种电气设备用于绝缘和机械连接及支撑的重要部件1。电瓷帽是变配电设备的一个重要零件,电瓷制造业属于国家“十一五”期间重点扶持的装备制造业领域,是国民经济的基础产业2。没有电瓷帽电就无法输送,在一定程度上,电瓷是电的生命线,电瓷产品必须具备优良的电气、机械、耐冷热三个方面的技术性能.随着电力工业的迅猛发展,输变电的电压等级的不断提高,输送量的增大,对电瓷产品的机械、电气、耐冷热性能及可靠性的要求越来越高,所以电瓷产品质量的好坏,直接关系到电力工业的发展3。手工的电磁帽成型过程是将拌好的土壤放入模中,用冲头将土壤冲压紧,冲头下部有一凸头,以便形成电磁帽的凹孔,再将模子托起,冲出电磁帽坯件。这种方法劳动强度大、效率低,帽的质量也难以保证。因此要用系统工程的观点对电瓷帽坯成型机进行研究,综合各门课程基础知识设计一套合理的成型机,开发研究出更适合市场需要的新机型4。课题意义:电瓷帽坯成型机的设计是本人在基本完成大学的学习任务后完成的一次由理论转化为实际生产的一个过程,将我在大学期间学习到的东西全部整合到一起运用到实践当中去,使本人对自己所学的专业知识,专业技能,和专业所从事的方向有了更深层次的学习与了解,为以后的工作打下基础。通过进行本次毕业设计,全面系统地对学生进行设计方法和研究方法的基本训练5。要求学生树立正确的设计思想,培养学生进行科学的研究。学生能独立进行资料的收集、加工与整理,能综合运用科学的理论、知识和技能,锻炼独立解决设计问题的能力,图纸绘制规范,符合国家标准,编写符合要求的设计说明书并答辩,从而使学生树立严谨、实事求是的科学态度,并掌握工程设计的一般程序规范和方法。 相关研究动态:陶瓷零件成型技术已成为先进制造技术领域研究的热点和前沿之一。开发新的陶瓷零件成型设备在加快陶瓷制件的生产效率提高经济效益方面具有重要的意义总体来说,在陶瓷零件成型设备的研究开发上取得了长足的进步,而且陶瓷零件成型设备在实际生产中也得到了广泛应用但是,还存在着设备昂贵,投资大材料浪费严重和噪音大等缺点6。电磁帽是变配电设备的一个重要零件,属于系列产品,是易损件之一。 它由土壤做成圆柱形,并在上挖有凹孔成帽;坯件晾干后配釉烧成瓷器。使用时将电磁帽翻盖在金属导杆的顶端,将起到绝缘和安全保护作用7。国内企业与国外企业相比,最大的差距就在于工艺水平和成型机构较差,致使产品质量存在诸多问题。加强技术改造、改良工艺过程是电瓷生产永远遵循的主题。目前,国内电瓷业已充分认识到来自国外同行的激烈竞争,面对挑战,各厂家都在调整自己的工艺思路和成型机械的研发8。 在全球经济建设的快速发展中,为电瓷成型机械的发展提供了一个广阔的发展空间,为广大生产企业提供一个展示自己的舞台。面对竞争日益激烈的电瓷成型机械市场,加强企业的经营管理,加大科技投入,重视新技术、新产品的研究开发,提高产品质量和产品售后服务水平,积极、主动走向市场,使企业的产品不断地满足用户的需求,尽快缩短与国外先进企业的差距,无疑是我国电瓷成型机械生产企业生存与发展的必由之路9。课题的主要内容、创新之处:课题的主要内容:(1) 电瓷帽介绍电瓷帽是变配电设备的一个重要零件,属系列产品,是易损件之一。其外型尺寸如图1所示。它由土壤做成圆柱形状并在上端挖有凹孔成“帽”;坯件凉干后配釉烧成瓷器。使用时将电瓷帽翻盖在金属导杆的顶(尾)端,起到绝缘和安全保护作用。电瓷帽坯件机是制造电瓷帽坯件的一种机械设备。 图1 电瓷帽(二)设计要求 电瓷帽坯件机除按图1尺寸制出电瓷帽坯件外,还要求:该机生产率:3000个/小时;使用期限:810年,67个月检修一次;。结构简单,体积小,维护方便,成本低。更换模套和冲头可生产小尺寸系列产品电瓷帽坯件,设备利用率高。(三)机构选型与传动方案设计1、拟定机器运动原理图运动和动力由电机经带传动传入,分两条传动路线传到执行机构,一路经齿轮机构、曲柄连杆机构传到滑杆,使滑杆作上下往复运动,以实现冲压和冲出电瓷帽坯件的动作;另一路通过其它齿轮传动,将运动传给转盘,以实现模孔的转位动作,同时搅拌和供给土壤。2、拟定传动方案及绘出机构运动简图拟定电瓷帽坯件机传动方案的关键在于如何使模孔的转位、定位与冲头上下移动的动作彼此协调配合。有以下两种传动方案可供选择。2、创新之处:1搅拌箱处于整机的最高位置,便于直接将土壤在填料推杆作用下,通过箱体底部的缺孔自动填入下部转盘的模孔中。 2 两冲头由一个曲柄滑块机构带动,并且带动冲头回转合二为一,搅拌器的转轴与小齿轮Z9的转轴共轴,结构因此得到简图简化,使传动链紧凑,提高传动精度。 3搅拌箱下面的支撑体采用“双八字”型铸件,电机处于机体的最低位置,有利于降低重心,稳定机体。 4带轮和高速齿轮至于支撑体左侧,一方面是高速传动部分便于集中安装保护罩;另一方面有利于整机的平衡,此处有利于装配,检修和润滑。研究方法、设计方案:1、研究方法文献调查,图书查阅,上网搜索1.利用现有资料对零件了解2.确定合理的方案3.设定合理的结构4. 设计要全面介绍电瓷帽坯成型机的工作原理分析比较,查阅相关的设计作品,综合分析它们的优缺点。再设计自己的几个方案,在这几个方案比较分析后,确定其中最合适的方案进行研究。2、设计方案方案一:采用离合器使轴的连续转动变成模孔转盘的间歇转动,停止运动时冲头冲下,冲头上升时模孔转盘转动。达到彼此相互协调配合的效果。图5方案一的传动路线如下:方案二:图中两个冲头固定在冲头座16上,冲头座空套在滑轴V上。偏心轮13经连杆14带动冲头作上下运动,完成压紧和冲出动作。当冲头进入模孔后,随转盘12一起转到;当冲头推出模孔后,由于扭力弹簧15的作用,冲头又迅速返回到原来的位置。调整螺钉座17固定在V轴上,调节螺钉座上的螺钉18,就可调整冲头角位移的起始位置,以便使冲头准确进入模孔。传动方案简图如图6所示:图6综合考虑以上两种传动方案,方案一的机构比较复杂,转盘的间歇运动直接影响工作效率;方案二的冲头座部分较为复杂,转盘与轴之间的磨擦较大,但其它方面都优于方案一。因为压制电瓷帽坯件的压力较小,压紧和冲出机构可以设计的简单些,所以选择方案二作为设计方案。完成期限和预期进度:1.毕业设计课题调研阶段:(2017.10.202017.11.18):完成课题调研、文献检索及英文翻译。2.毕业设计开题报告阶段:(2017.10.202017.11.18):完成开题报告。3. 毕业设计主要工作阶段:(2018.1-2018.4):(1)针对该产品的主要功能提出原理性的构思,确定其运动方案,并对该方案作出创新设计评价。(2)完成产品的结构化设计(包括设计图纸一套)。(3)完成设计说明书的撰写工作。4. 资格审查、论文修改阶段:(2018.5.1-2018.5.22)5. 毕业设计答辩阶段:(答辩时间:2018.5.242018.5.25)主要参考资料:1 ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometry. TheInt.Symposium on in dustrial robots( ISIR),Sydney,Australia,1988,91-100.2 成大先. 机械设计手册 M. 北京:化学工业出版社,20083 尚久浩. 自动机械设计M. 北京:中国轻工业出版社,20064 顾晓勤.工程力学M. 北京:机械工业出版社,20085 卢秉恒.机械制造技术基础M 北京:机械工业出版社,20086 单辉祖. 材料力学M北京:高等教育出版社, 20107 吴琰琨. 液压与气动技术M 北京:人民邮电出版社,20088 濮良贵,纪名刚主编 , 机械设计(第七版), 高等教育出版社, 20019 周开勤主编, 机械设计手册(第五版), 高等教育出版社,200110 华大年主编, 机械原理(第二版), 高等教育出版社, 200411 朱辉,曹桄,唐保宁,陈大复等编, 画法几何及工程制图(第五版), 上海科学技术出版社,200312朱孝录编著.齿轮传动设计手册M.北京:化学工业出版社,2004,1213 朱龙根,黄雨华机械系统设计北京:机械工业出版社,200214 王伯平 主编互换性与测量技术基础M北京:机械工业出版社,2009.915 胡家秀. 简明机械零件设计实用手册M. 北京:机械工业出版社,2009.6 指导教师意见: 签名: 年 月 日开 题 报 告 会 纪 要时 间地 点与会人员姓 名职务(职称)姓 名职务(职称)姓 名职务(职称)会议记录摘要:第一部分:学生自述课题的具体内容第二部分:教师提问,学生回答(一般2-3个问题)第三部分:总结(经讨论,该生前期准备充分,方案基本正确可行,同意开题)此处必须手写(看完请删除)会议主持人:记 录 人:年 月 日教研室意见教研室主任签名: 年 月 日毕业设计调研报告学生姓名:专业班级:学生学号:指导老师:成绩评定:机 械 工 程 学 院年 月 日毕业设计调研报告正文报告正文按小四号宋体、1.5倍行距打印。按以下提纲编写,字数要求在3000字以上。编写提纲:一、 概述 毕业设计调研的目的和意义。通过进行本次毕业设计,全面系统地对学生进行设计方法和研究方法的基本训练。要求学生树立正确的设计思想,培养学生进行科学的研究。学生能独立进行资料的收集、加工与整理,能综合运用科学的理论、知识和技能,锻炼独立解决设计问题的能力,图纸绘制规范,符合国家标准,编写符合要求的设计说明书并答辩,从而使学生树立严谨、实事求是的科学态度,并掌握工程设计的一般程序规范和方法1。 在现代工业中,生产过程中的自动化已成为突出的主题。实践经验告诉我们,大幅度提高机械化作业程度是解决用工困难的有效途径和现实出路,特别是采用高效率的机器设备的省工效果最为显著。 没有高水平的机械设备就没有高水平的产品,是制造业的一个共识。作为制造业的重要基础性工艺设备,机械制造技术被认为是衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一2。但我国机械制造水平与国外机械制造水平的差距依然不容小觑,必须认清我国现阶段机械制造产业发展存在的问题,加快机械制造产业结构的调整,注重产业发展的先进性,创新性,努力向发达国家学习3。电瓷帽是变配电设备的一个重要零件,电瓷制造业属于国家“十一五”期间重点扶持的装备制造业领域,是国民经济的基础产业4。没有电瓷帽电就无法输送,在一定程度上,电瓷是电的生命线,电瓷产品必须具备优良的电气、机械、耐冷热三个方面的技术性能.随着电力工业的迅猛发展,输变电的电压等级的不断提高,输送量的增大,对电瓷产品的机械、电气、耐冷热性能及可靠性的要求越来越高,所以电瓷产品质量的好坏,直接关系到电力工业的发展。二、 调研内容研究的背景及意义 随着我国变配电设备规模越来越大,国内变配电设备发展迅速,但由于缺乏与之相配套的变配电机械设备,均采用人工,费时、费工,且浪费严重。为克服上述不足,电瓷帽坯成型机机械有了几次大的飞跃但是它们只适合于大规模的生产,随着变配电设备的发展人们更清醒地认识到变配电实行机械化的重要性,他们正在寻求适应其工作的电瓷帽坯成型机设备5。因此目前电瓷帽坯成型机普遍存在招工难、用工难的问题。实践经验告诉我们,大幅度提高机械化作业程度是解决变配电设备厂家用工困难的有效途径和现实出路,特别是采用高效率的电瓷帽坯成型机机器设备的省工效果最为显著。电瓷帽坯成型机的设计是本人在基本完成大学的学习任务后完成的一次由理论转化为实际生产的一个过程,将我在大学期间学习到的东西全部整合到一起运用到实践当中去,使本人对自己所学的专业知识,专业技能,和专业所从事的方向有了更深层次的学习与了解,为以后的工作打下基础。通过进行本次毕业设计,全面系统地对学生进行设计方法和研究方法的基本训练。要求学生树立正确的设计思想,培养学生进行科学的研究6。学生能独立进行资料的收集、加工与整理,能综合运用科学的理论、知识和技能,锻炼独立解决设计问题的能力,图纸绘制规范,符合国家标准,编写符合要求的设计说明书并答辩,从而使学生树立严谨、实事求是的科学态度,并掌握工程设计的一般程序规范和方法。国内外研究现状陶瓷零件成型技术已成为先进制造技术领域研究的热点和前沿之一。开发新的陶瓷零件成型设备在加快陶瓷制件的生产效率提高经济效益方面具有重要的意义总体来说,在陶瓷零件成型设备的研究开发上取得了长足的进步,而且陶瓷零件成型设备在实际生产中也得到了广泛应用但是,还存在着设备昂贵,投资大材料浪费严重和噪音大等缺点7。电磁帽是变配电设备的一个重要零件,属于系列产品,是易损件之一。 它由土壤做成圆柱形,并在上挖有凹孔成帽;坯件晾干后配釉烧成瓷器。使用时将电磁帽翻盖在金属导杆的顶端,将起到绝缘和安全保护作用。国内企业与国外企业相比,最大的差距就在于工艺水平和成型机构较差,致使产品质量存在诸多问题8。加强技术改造、改良工艺过程是电瓷生产永远遵循的主题。目前,国内电瓷业已充分认识到来自国外同行的激烈竞争,面对挑战,各厂家都在调整自己的工艺思路和成型机械的研发。 在全球经济建设的快速发展中,为电瓷成型机械的发展提供了一个广阔的发展空间,为广大生产企业提供一个展示自己的舞台9。面对竞争日益激烈的电瓷成型机械市场,加强企业的经营管理,加大科技投入,重视新技术、新产品的研究开发,提高产品质量和产品售后服务水平,积极、主动走向市场,使企业的产品不断地满足用户的需求,尽快缩短与国外先进企业的差距,无疑是我国电瓷成型机械生产企业生存与发展的必由之路。目前存在的问题我国电瓷帽坯成型机行业起步相对稍晚,由于整体制造业技术水平的相对落后,国产电瓷帽坯成型机产品普遍在工作性能和通用化等方面与国际水平相比存在着一定差距。其主要表现 在自能力等方面有待进一步提高。但是随着国民经济的快速增长以及国家政策的 扶持力度的加大,我国电瓷帽坯成型机行业的发展速度较快,技术水平也有了较大程度的提高10。纵观国内电瓷帽坯成型机的发展历程,20世纪50年代,国内应用的主要是机械往复式电瓷帽坯成型机11,该机型结构简单,动力消耗较大,设备笨重,处理量小且成间接成堆式不均匀给料;60年代出现了电磁振动电瓷帽坯成型机,其主要利用电磁感应原理进行具有处理能力大、结构紧凑、质量轻、可无级调速以及电耗 少等特点12;70年代末至80年代初,旨在改进电磁振动电瓷帽坯成型机缺点的电机振动电瓷帽坯成型机应运而生,该机型结构简单,自动调节同步运动,但由于电机参振,使得该型电瓷帽坯成型机在使用过程中出现电机寿命较短等一系列技术缺陷1314;现有的连续电瓷帽坯成型机在低噪音、低功耗、大运量和连续给料等方面都具有各自的优势和适用范围,不同的应用条 件对于电瓷帽坯成型机的功能要求也不同1615,因此,电瓷帽坯成型机在技术设计上更加具有针对性1718。参考文献1 Wolfgang Zesch, Markus Brunner, Ariel Weber. Vacuum tool for handling microobjects with a nanorobot. In: Proceedings of the 2007 IEEE, International Conference on Robotics and Automation. Albuquerque, New Mexico: 2007. 176117662 尚久浩. 自动机械设计M. 北京:中国轻工业出版社,20063 顾晓勤.工程力学M. 北京:机械工业出版社,20084 卢秉恒.机械制造技术基础M 北京:机械工业出版社,20085 单辉祖. 材料力学M北京:高等教育出版社, 2010 6 吴琰琨. 液压与气动技术M 北京:人民邮电出版社,20087 张建民.机电一体化系统设计M.高等教育出版社,2001(2):4549.8 冯开平,左宗义.画法几何与机械制图M.华南理工大学出版社,200(3):5160.9 顾崇衔.机械制造工艺学M.陕西科学技术出版社,2009(6):11.10 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M.高等教育出版社,2002(4):7983.11 华东纺织工学院 哈尔滨工业大学 天津大学机床设计图册S上海科学技术出版社1979(5):1521.12 机械设计手册编写组机械设计手册S机械工业出版社2006(6):1218.13 邱宣怀机械设计M高等教育出版社2004(2):4951.14 李华,李焕峰机械制造技术M机械工业出版社出版2003(5):333715 叶伟昌 ,林岗副机械工程及自动化简明设计手册S机械工业出版社出版2008(2):5662.16 华大年主编, 机械原理(第二版), 高等教育出版社, 200417 朱辉,曹桄,唐保宁,陈大复等编, 画法几何及工程制图(第五版), 上海科学技术出版社,200318朱孝录编著.齿轮传动设计手册M.北京:化学工业出版社,2004,12 学生签名: 年 月 日毕业设计任务书毕业设计题目电瓷帽坯成型机的设计学生姓名专业班级机自学 号指导教师教 研 室机械设计制造及自动化起止时间 毕业设计任务、目的、要求: 1、毕业设计任务 综合应用所学知识,查阅相关文献资料,采用功能原理设计法,进行电瓷帽坯成型机的设计。该机生产率:3000个/小时;使用期限:810年,67个月检修一次;电瓷帽坯结构及尺寸:2、目的通过毕业设计全面复习和巩固机械设计以及相关课程的基本知识,在设计研究中,提高学生综合运用所学知识分析与解决工程实际问题的能力,为毕业后从事工程技术和科研工作奠定基础。3、具体要求(1)通过毕业实习和课题调研,查阅相关的文献资料,撰写调研表格与开题报告书各1份; (2)针对该产品的主要功能提出原理性的构思,确定其运动原理方案,并对该方案作出创新设计评价;(3)完成产品的结构化设计(包括设计图纸一套);(4)要求该产品性能优良、结构简单、紧凑、操作方便、成本低廉;(5)在总结毕业设计成果的基础上,撰写毕业设计说明书一份,要求字符数不少于1.5万字,中文摘要350字以内,外文摘要与中文摘要对应。文本的质量符合毕业设计说明书规范。(6)完成指导老师指定的英文专业文献翻译工作,英文字符在1.2万字符以上,要求译文通顺、达意。主要参考资料:1 D.J.Lee,D.J.Kim,B.M.Kim. New processes to prevent a flow defect in the combined forwardbackward cold extrusion of a piston-pinJ. Journal of Materials Processing Technology 139 (2003) 4224272 申永胜,机械原理教程,北京:清华大学出版社,1999 3 成大先,机械设计手册M,北京:化学工业出版社,2002,1 4 申永胜,机械原理辅导与习题,北京:清华大学出版社,19995 张策, 机械原理与机械设计,北京:机械工业出版社,20046 濮良贵,机械设计M,北京:高等教育出版社,20037 吴宗泽,罗圣国,机械设计课程设计手册 M.3版,北京:高等教育出版社,20068 翁海珊,机械原理与机械设计课程实践选题汇编,高等教育出版社,2008毕业设计进度安排:1、毕业设计准备、资料查找阶段:2、毕业设计课题调研阶段:(第12周):完成课题调研、文献检索及英文翻译。3、毕业设计开题报告阶段:第34周):完成开题报告4、 毕业设计主要工作阶段:(第512周):(1)针对该产品的主要功能提出原理性的构思,确定其工作原理方案,并对该方案作出创新设计评价。(第56周)(2)完成电瓷帽坯成型机的结构化设计(包括设计图纸一套)。(第710周)(3)完成设计说明书的撰写工作。(第1112周)5、 毕业设计答辩阶段:(第1315周)课题申报与审查指导教师(签名): 年 月 日教研室主任(签名): 年 月 日学院教学院长(签名): 年 月 日本科生毕业设计题 目:电瓷帽坯成型机的设计学生姓名: 学 号: 专业班级: 指导教师: 完成时间: II电瓷帽坯成型机的设计目 录中文摘要及关键词IV英文摘要及关键词V1 绪论11.1研究的背景及意义11.2 国内外研究现状21.3 目前存在的问题21.4 课题的研究方法和意义32 电瓷帽坯成型机设计要求42.1 电瓷帽简说42.2 设计要求42.3机构选型与传动方案设计43 电瓷帽坯成型机总体方案的设计63.1 工作原理及工艺流程63.2 机构的方案比较及选择63.3 拌料、填料103.4 物料输送和各工序转移103.5 钵体的成型和冲出103.6 播种和覆土113.7 协调配合关系113.8 拟定传动方案114 传动系统的设计144.1 电动机的选择144.2 传动比的确定,各轴功率以及带传动设计164.3齿轮设计和校对195 主要结构设计285.1模盘的结构和尺寸确定285.2曲柄(偏心轮)滑块(滑杆)机构的结构尺寸295.3轴的结构设计及其校核325.4 轴承的校核375.5 箱体结构设计385.6 安装与调试40结 论41参考文献42致 谢43III中文摘要及关键词本次设计是对电瓷帽坯成型机设计,具有高生产率,降低成本,批量化生产,不仅具有良好的市场前景,更有利于提高工厂的竞争力。电瓷帽是变配电设备的一个重要零件,电瓷制造业属于国家“十一五”期间重点扶持的装备制造业领域,是国民经济的基础产业。没有电瓷帽电就无法输送,在一定程度上,电瓷是电的生命线,电瓷产品必须具备优良的电气、机械、耐冷热三个方面的技术性能.随着电力工业的迅猛发展,输变电的电压等级的不断提高,输送量的增大,对电瓷产品的机械、电气、耐冷热性能及可靠性的要求越来越高,所以电瓷产品质量的好坏,直接关系到电力工业的发展。整机结构主要由电动机产生动力通过带传动带动整机运动,提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性,有着广阔的发展前途。本论文研究内容:(1)电瓷帽坯成型机设计总体结构设计。(2)电瓷帽坯成型机设计工作性能分析。(3)电动机的选择。(4)电瓷帽坯成型机设计的传动系统、执行部件及机架设计。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词:电瓷帽坯,成型机,电动机,设计,电瓷帽坯成型机40英文摘要及关键词Abstract: This design is for the design of electric porcelain hat billet forming machine. It has high productivity, low cost and mass production. It not only has good market prospect, but also helps to improve the competitiveness of the factory. The electric porcelain cap is an important part of the power transformation and distribution equipment. The electric porcelain manufacturing industry belongs to the field of equipment manufacturing which is mainly supported by the national 11th Five-Year period, and it is the basic industry of the national economy. No electric electric porcelain cap cannot be transported, to a certain extent, is the lifeline of electric porcelain, porcelain products must have excellent electrical, mechanical and technical performance of the three aspects of hot and cold resistance. With the rapid development of power industry, power transmission and transformation of the continuous improvement of transportation increasing supply quantity, of porcelain products machinery electrical resistance, performance and reliability and the increasingly high demand, so the quality of porcelain products, directly related to the development of electric power industry.The structure of the whole machine is mainly driven by the electric motor to drive the whole machine through the belt drive, so as to improve the labor productivity and the production automation level. It also shows its superiority and has a broad future.The contents of this paper are as follows:(1) the design of the overall structure of the molding machine for the electric porcelain cap.(2) the performance analysis of the design of the electric porcelain cap forming machine.(3) the selection of the motor.(4) the design of the transmission system, the executive parts and the frame of the electric porcelain cap forming machine.(5) design and analysis and check the design parts.(6) drawing up the assembly drawing of the whole machine and the assembly drawing of important parts and drawing the parts of the parts.Key words: Electric Porcelain cap, molding machine, motor, design, electric porcelain cap forming machine 电瓷帽坯成型机的设计1 绪论1.1研究的背景及意义 电瓷帽在电力行业有着广泛的应用,电瓷帽是电力工业不可缺少的极为重要的产品,是高低压输变电线路和各种电气设备用于绝缘和机械连接及支撑的重要部件1。电瓷帽是变配电设备的一个重要零件,电瓷制造业属于国家“十一五”期间重点扶持的装备制造业领域,是国民经济的基础产业。没有电瓷帽电就无法输送,在一定程度上,电瓷是电的生命线,电瓷产品必须具备优良的电气、机械、耐冷热三个方面的技术性能.随着电力工业的迅猛发展,输变电的电压等级的不断提高,输送量的增大,对电瓷产品的机械、电气、耐冷热性能及可靠性的要求越来越高,所以电瓷产品质量的好坏,直接关系到电力工业的发展3。手工的电磁帽成型过程是将拌好的土壤放入模中,用冲头将土壤冲压紧,冲头下部有一凸头,以便形成电磁帽的凹孔,再将模子托起,冲出电磁帽坯件。这种方法劳动强度大、效率低,帽的质量也难以保证。因此要用系统工程的观点对电瓷帽坯成型机进行研究,综合各门课程基础知识设计一套合理的成型机,开发研究出更适合市场需要的新机型。随着我国变配电设备规模越来越大,国内变配电设备发展迅速,但由于缺乏与之相配套的变配电机械设备,均采用人工,费时、费工,且浪费严重。为克服上述不足,电瓷帽坯成型机机械有了几次大的飞跃但是它们只适合于大规模的生产,随着变配电设备的发展人们更清醒地认识到变配电实行机械化的重要性,他们正在寻求适应其工作的电瓷帽坯成型机设备5。因此目前电瓷帽坯成型机普遍存在招工难、用工难的问题。实践经验告诉我们,大幅度提高机械化作业程度是解决变配电设备厂家用工困难的有效途径和现实出路,特别是采用高效率的电瓷帽坯成型机机器设备的省工效果最为显著。电瓷帽坯成型机的设计是本人在基本完成大学的学习任务后完成的一次由理论转化为实际生产的一个过程,将我在大学期间学习到的东西全部整合到一起运用到实践当中去,使本人对自己所学的专业知识,专业技能,和专业所从事的方向有了更深层次的学习与了解,为以后的工作打下基础。通过进行本次毕业设计,全面系统地对学生进行设计方法和研究方法的基本训练。要求学生树立正确的设计思想,培养学生进行科学的研究6。学生能独立进行资料的收集、加工与整理,能综合运用科学的理论、知识和技能,锻炼独立解决设计问题的能力,图纸绘制规范,符合国家标准,编写符合要求的设计说明书并答辩,从而使学生树立严谨、实事求是的科学态度,并掌握工程设计的一般程序规范和方法。1.2 国内外研究现状陶瓷零件成型技术已成为先进制造技术领域研究的热点和前沿之一。开发新的陶瓷零件成型设备在加快陶瓷制件的生产效率提高经济效益方面具有重要的意义总体来说,在陶瓷零件成型设备的研究进步,而且陶瓷零件成型设备在实际生产中也得到了广泛应用但是,还存在着设备昂贵,投资大开发上取得了长足的材料浪费严重和噪音大等缺点7。电磁帽是变配电设备的一个重要零件,属于系列产品,是易损件之一。 它由土壤做成圆柱形,并在上挖有凹孔成帽;坯件晾干后配釉烧成瓷器。使用时将电磁帽翻盖在金属导杆的顶端,将起到绝缘和安全保护作用。国内企业与国外企业相比,最大的差距就在于工艺水平和成型机构较差,致使产品质量存在诸多问题8。加强技术改造、改良工艺过程是电瓷生产永远遵循的主题。目前,国内电瓷业已充分认识到来自国外同行的激烈竞争,面对挑战,各厂家都在调整自己的工艺思路和成型机械的研发。 在全球经济建设的快速发展中,为电瓷成型机械的发展提供了一个广阔的发展空间,为广大生产企业提供一个展示自己的舞台9。面对竞争日益激烈的电瓷成型机械市场,加强企业的经营管理,加大科技投入,重视新技术、新产品的研究开发,提高产品质量和产品售后服务水平,积极、主动走向市场,使企业的产品不断地满足用户的需求,尽快缩短与国外先进企业的差距,无疑是我国电瓷成型机械生产企业生存与发展的必由之路。1.3 目前存在的问题我国电瓷帽坯成型机行业起步相对稍晚,由于整体制造业技术水平的相对落后,国产电瓷帽坯成型机产品普遍在工作性能和通用化等方面与国际水平相比存在着一定差距。其主要表现 在自能力等方面有待进一步提高。但是随着国民经济的快速增长以及国家政策的 扶持力度的加大,我国电瓷帽坯成型机行业的发展速度较快,技术水平也有了较大程度的提高10。纵观国内电瓷帽坯成型机的发展历程,20世纪50年代,国内应用的主要是机械往复式电瓷帽坯成型机11,该机型结构简单,动力消耗较大,设备笨重,处理量小且成间接成堆式不均匀给料;60年代出现了电磁振动电瓷帽坯成型机,其主要利用电磁感应原理进行具有处理能力大、结构紧凑、质量轻、可无级调速以及电耗 少等特点12;70年代末至80年代初,旨在改进电磁振动电瓷帽坯成型机缺点的电机振动电瓷帽坯成型机应运而生,该机型结构简单,自动调节同步运动,但由于电机参振,使得该型电瓷帽坯成型机在使用过程中出现电机寿命较短等一系列技术缺陷1314;现有的连续电瓷帽坯成型机在低噪音、低功耗、大运量和连续给料等方面都具有各自的优势和适用范围,不同的应用条 件对于电瓷帽坯成型机的功能要求也不同,因此,电瓷帽坯成型机在技术设计上更加具有针对性。1.4 课题的研究方法和意义通过进行本次毕业设计,全面系统地对学生进行设计方法和研究方法的基本训练。要求学生树立正确的设计思想,培养学生进行科学的研究。学生能独立进行资料的收集、加工与整理,能综合运用科学的理论、知识和技能,锻炼独立解决设计问题的能力,图纸绘制规范,符合国家标准,编写符合要求的设计说明书并答辩,从而使学生树立严谨、实事求是的科学态度,并掌握工程设计的一般程序规范和方法1。 在现代工业中,生产过程中的自动化已成为突出的主题。实践经验告诉我们,大幅度提高机械化作业程度是解决用工困难的有效途径和现实出路,特别是采用高效率的机器设备的省工效果最为显著。没有高水平的机械设备就没有高水平的产品,是制造业的一个共识。作为制造业的重要基础性工艺设备,机械制造技术被认为是衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一2。但我国机械制造水平与国外机械制造水平的差距依然不容小觑,必须认清我国现阶段机械制造产业发展存在的问题,加快机械制造产业结构的调整,注重产业发展的先进性,创新性,努力向发达国家学习3。电瓷帽是变配电设备的一个重要零件,电瓷制造业属于国家“十一五”期间重点扶持的装备制造业领域,是国民经济的基础产业4。没有电瓷帽电就无法输送,在一定程度上,电瓷是电的生命线,电瓷产品必须具备优良的电气、机械、耐冷热三个方面的技术性能.随着电力工业的迅猛发展,输变电的电压等级的不断提高,输送量的增大,对电瓷产品的机械、电气、耐冷热性能及可靠性的要求越来越高,所以电瓷产品质量的好坏,直接关系到电力工业的发展。2 电瓷帽坯成型机设计要求2.1 电瓷帽简说电瓷帽是变配电设备的一个重要零件,属系列产品,是易损件之一。其外型尺寸如图2.1所示。它由土壤做成圆柱形状并在上端挖有凹孔成“帽”;坯件凉干后配釉烧成瓷器。使用时将电瓷帽翻盖在金属导杆的顶(尾)端,起到绝缘和安全保护作用。电瓷帽坯件机是制造电瓷帽坯件的一种机械设备。图2.1 电瓷帽2.2 设计要求 电瓷帽坯件机除按图1尺寸制出电瓷帽坯件外,还要求:该机生产率:3000个/小时;使用期限:810年,67个月检修一次。结构简单,体积小,维护方便,成本低。更换模套和冲头可生产小尺寸系列产品电瓷帽坯件,设备利用率高。2.3机构选型与传动方案设计1、拟定机器运动原理图运动和动力由电机经带传动传入,分两条传动路线传到执行机构,一路经齿轮机构、曲柄连杆机构传到滑杆,使滑杆作上下往复运动,以实现冲压和冲出电瓷帽坯件的动作;另一路通过其它齿轮传动,将运动传给转盘,以实现模孔的转位动作,同时搅拌和供给土壤。2、拟定传动方案及绘出机构运动简图拟定电瓷帽坯件机传动方案的关键在于如何使模孔的转位、定位与冲头上下移动的动作彼此协调配合。有以下两种传动方案可供选择。3 电瓷帽坯成型机总体方案的设计3.1 工作原理及工艺流程 电瓷帽坯件成型机是将土壤填入转盘上的模孔内,经冲头压成型。机器必须完成五个动作: 1)填料并刮平; 2)转模输送物料; 3)坯件经冲头冲压成型;4)坯件脱模;5)坯件输送;3.2 机构的方案比较及选择3.2.1制钵压钵、送钵执行机构的方案比较方案一:曲柄(偏心轮)滑块(滑杆)机构(如图3.3所示)图3.3 曲柄滑块机构 图3.3偏心轮的匀速转动,推动滑块上下滑动,滑块带动压杆推杆上、下移动实现对模盘孔内土进行冲压成钵。优点:偏心轮适合较高的转速,在曲柄转动下,带动压杆往复运动,并且采用对心结构,能使压杆推杆运动平稳,而且能够承受较大的载荷,机械效率较高。缺点:传动路线较长。方案二:凸轮机构(如图3.4所示)图3.4凸轮机构 图3.4凸轮机构匀速转动,推动推杆上下移动,压杆推杆对营养土钵冲压成型。优点:通过设计不同的轮廓曲线,可以实现预期的各种运动规律,并能有效冲击,只要恰当设计好轮廓曲线,能使压力大小随运动而变化并且凸轮机构响应快速,机构紧凑。缺点:凸轮不适合较快速的运转,很容易磨损。方案三:曲柄滑块机构(如图3.5所示)图3.5曲柄滑块机构 图3.5曲柄匀速转动,推动滑块上下移动,滑块带动压杆推杆上下移动实现对营养土的冲压。此方案与方案一、二比较,区别在于驱动构件的不同,在大麻烦是动力部分,无法提供足够的动力带动驱动件转动。综上三种方案所述,由于要求机构运动速度较快,传动平稳,机械效率高,机械使用寿命长,综合考虑选择方案一。 3.2.2排种机构的设计与分析 方案一、槽轮机构(如图3.6所示)图3.6槽轮机构 图3.6拨盘匀速转动,拨盘上的圆销进入槽轮径向槽时,推动槽轮转动,从而实现排种,圆销未进入槽轮,槽轮不动,不排种,槽轮间歇性运动实现定时定地的排种。优点:机构简单,外形尺寸小,机械效率搞,并能较平稳的间歇性转动,适用于速度不太高的场合。缺点:存在柔性冲击,使构件损坏,而且槽轮机构制造工艺复杂。方案二:几轮机构(如图3.7所示)图3.7几轮机构 图3.7当摇杆逆时针转动时,棘爪推动棘轮顺时针转动一个角度,止动爪阻止棘轮转动,棘轮静止不动,摇杆往复摆动以拨动棘轮间歇转动,棘轮没转动一格,就往下排种,摇杆顺时针转动不排种。优点:机构简单,制造方便,运动可靠。缺点:工作时有较大的冲击和噪声,运动槽度较差,不适合高速转动和重载荷场合。方案三:不完全齿轮机构(如图3.8所示)图3.8不完全齿轮机构 图3.8完全齿轮转动一圈,推动从动轮转动一格,从而使种子下落到钵孔内,在不啮合时,种子则不会下落。优点:结构简单,容易制造,工作可靠,制造成本低。缺点:受到冲击较大,不适合高速的运动场合,齿数较少,会产生根切,对齿轮造成破坏,传动平稳性较差。综上三种方案,考虑到传动平稳性,及更好地满足设计要求,选择方案一合适。3.2.3钵盘转动机构的设计与分析方案一、槽轮机构(如图3.6所示)主动拨盘带动圆销转动,圆销进入槽轮时,驱动槽轮转动,带动钵盘转动,圆销未进入槽轮时,槽轮被卡住,钵盘不转动,从而实现了钵盘每转过60的间歇运动。优点:槽轮机构简单,外形尺寸小,机械效率高,并能够平稳地间歇性转位。方案二、棘轮机构(如图3.7所示)摇杆往复摆动,使棘轮间歇性转动,棘轮每转动一格,钵盘就转动一格,棘轮静止时,钵盘不动。优点:机构简单,制造方便,运动可靠,棘轮每转过角度的大小可以在较大范围内调节。缺点:工作时有较大的冲击和噪声而且运动精度较差。方案三、不完全齿轮(如图3.8所示)优点:结构简单,容易制造,工作可靠。缺点:不完全齿轮有较大的冲击。综上所述选择方案一,方案一机械效率高,传动平稳,能够间歇的转位。3.3 拌料、填料 将已拌好的营养土在搅拌箱内继续充分拌匀,并填入模孔然后刮平。搅拌箱内的搅拌叉可起填料推杆的作用,同时它也起到破坏营养土的“安息状态”的作用,它在搅拌箱内作连续回转运动。3.4 物料输送和各工序转移 转盘上的模孔数至少应有六个,其工艺职能分别为待料,填料,成型,播种,覆土和冲出。转盘和模孔作间歇的转动。由控制系统带动起回转速度的快慢和各工序之间的转移。3.5 钵体的成型和冲出 两冲头作直线往复运动,在模孔中将土壤挤压成型和冲出钵体,成型冲头比冲出冲头的工作行程要长,其差值取决于钵体的尺寸、土壤的压缩比以及所选曲柄滑块机构的杆长关系等。3.6 播种和覆土 在钵体的成型和冲出过程之间要有播种和覆土机构,该机构由棉花播种机的播种机构演变而来,是由同步带带动机构转动,同时取一定量的种子和土壤由导管导入钵体,同时完成播种和覆土。其机构采用下图结构:图3.9 采用的机构 上面的结构非常简单。3.7 协调配合关系 两冲头作直线往复运动。当转盘静止时,由冲头冲模而脱离模孔,再回复到冲压位置,完成一次冲压;周而复始。3.8 拟定传动方案方案一:采用离合器使轴的连续转动变成模孔转盘的间歇转动,停止运动时冲头冲下,冲头上升时模孔转盘转动。达到彼此相互协调配合的效果。图3.10 方案一方案一的传动路线如下:方案二:图中两个冲头固定在冲头座16上,冲头座空套在滑轴V上。偏心轮13经连杆14带动冲头作上下运动,完成压紧和冲出动作。当冲头进入模孔后,随转盘12一起转到;当冲头推出模孔后,由于扭力弹簧15的作用,冲头又迅速返回到原来的位置。调整螺钉座17固定在V轴上,调节螺钉座上的螺钉18,就可调整冲头角位移的起始位置,以便使冲头准确进入模孔。传动方案简图如图6所示: 图3.11 方案二 综合考虑以上两种传动方案,方案一的机构比较复杂,转盘的间歇运动直接影响工作效率;方案二的冲头座部分较为复杂,转盘与轴之间的磨擦较大,但其它方面都优于方案一。因为压制电瓷帽坯件的压力较小,压紧和冲出机构可以设计的简单些,所以选择方案二作为设计方案。电瓷帽坯成型机的设计4 传动系统的设计4.1 电动机的选择1.选择电动机的类型按工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机,全封闭自扇冷式结构,电压220V。2.选择电动机的功率 1)选择依据:电动机额定功率 电动机所需工作功率为: 工作机的有效功率,单位(KW)。从动机到工作输送带间的总效率。其中带传动的效率直齿轮传动8级;滚子轴承的效率(一对);锥齿轮的效率槽轮的效率;2)电动机的功率由该设备所消耗的功率决定,该设备的消耗的功率主要有: 压紧冲出营养钵所做功; 转盘转动过程中克服摩擦力做功; 搅拌器消耗功率;1、压紧和冲出时营养钵作功冲头工作时平均所受的压力取100kg(按经验选取),冲头行程为160mm,上下的总位移为320mm,6000个/小时,所消耗的功率按下式计算:式中 F冲头在行程所受的平均压力,单位 N; S冲头每次行程的位移量,单位 m; n冲头每小时的行程次数,单位 次/小时。因此压紧和冲出时作功,但主要消耗在第一工位。模孔转盘上均匀分布着6个模孔,根据每小时生产定额,模孔转盘的转速为 转盘每转一圈,冲头上下6次往复运动。则偏心轮的转速为:2、 转盘转动过程中克服摩擦做功3、 转盘克服的摩擦力有:1、底板(土钵挡板)与转盘的摩擦; 2、搅拌箱的搅拌器与转盘上的摩擦; 3、土壤与转盘的摩擦。其消耗的功率大约为:=0.2kw (类比法,参考文献5);3、搅拌器消耗功率由于搅拌器的转速不高,估计推动1立方米的土料需要1吨的力。搅拌器的体积为:=3.140.25=0.03142推动的土料需要的平均力: =消耗功率:总的工作功率:总的机械功率:则电动机的功率为:(3)选择电动机由于该机为农用机械,主要是针对农村和农场设计的,一般的农村用电电压为220V,又异步电动机比直流电动机使用方便,价格低廉,因此该机采用单相电容启动异步电动机作动力源。电动机型号为YD90L-4,其特性参数见下表。表4.1电动机主要技术数据、外形和安装尺寸表型号额定功率/kW满载转速/r/min最大转矩重量/kgYD90L-41.314002.222外形尺寸/mmmmmmL(AB/2+AD)+HD中心高/mmH安装尺寸/mmAB轴伸尺寸/mmmmDE平键尺寸/mmmmFG3102451909014010024508204.2 传动比的确定,各轴功率以及带传动设计4.2.1传动比的确定由设计要求可知,电动机的给定转速,而生产率的给定值为 6000个/小时,即生产率为所以总传动比的大小可以确定根据机械设计中关于V型带传动比分配原:由于带传动的传动比不宜太大,一般5,故可分。要求偏心轮转6圈时转盘旋转一圈,因此就要求两锥齿轮的传动比和转盘齿轮的传动比乘积等于6,即: =其它齿轮的传动比为了保证转盘和搅拌器的尺寸和搅拌器的速度,并简化机构,选两直齿锥齿轮的传动比=1,则小齿轮5和直齿圆柱齿轮的传动比=6。所以小齿轮5的转速、搅拌器的转速和偏心轮的转速三者相同。4.2.2计算各轴的转速和功率(1)各轴的转速 轴 轴 轴 (2)各轴功率由机械设计课程设计指导书表9.2查得,带传动的效率;直齿轮传动8级的效率0.97;滚子轴承的效率0.98(一对);锥齿轮传动8级的效率0.97;=0.9 类比法,参考文献5,则转盘所需功率=0.2kw 轴所需功率 轴所需功率 轴所需功 4.2.3 设计V型带轮的结构和尺寸和校对1.确定计算功率 计算功率,KW;工作情况系数;所需传递的额定功率,KW;根据机械设计表8-7,载荷变动小,空、轻载起动,选取=1.1,则 =1.11.3=1.43KW2. 选择V带型,小带轮转速, 由机械设计图8-11选择Z型V带。取,由机械设计表8-8进行圆整选择。3. 验证带速 因为,故V带合适。4. 确定中心距a和基准长度 根据机械设计知: 所以取=450由 根据机械设计表8-2选取基带长度 =1600mm 5. 计算实际中心距小带轮上的包角: 即符合设计验证条件,所以此设计方案合理。6. 确定带的根数Z 1)计算单根V带的额定功率 由根据机械设计表8-4a得。 根据和Z型带查表8-4b得。 查机械设计表8-5得,查表8-2得,于是 2)计算V带的根数z 取4根7计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3得Z型带的单位长度,所以应使带的实际初拉力。8计算压轴力压轴力的最小值9带轮的结构设计带轮的材料都采用HT200,由大带轮的基准直径,所以大带轮采用轮辐式;由于小带轮的安装直径d=26mm,查得小带轮为实心轮。4.3齿轮设计和校对4.3.1直齿轮设计和校对(1) 第一对齿轮设计(类型、材料、精度、齿数)1)选用直齿圆柱齿轮传动;2)由于农业机械搅拌机械为一般工作机器,速度不高,所以选用8级精度(GB10095-88).3)材料由查机械设计10-1表,选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。4)选小齿轮齿数,大齿轮齿数。(2) 按齿面接触强度计算由设计计算公式(机械设计10-9a)进行计算,即1)确定公式内各计算数值1. 选择载荷系数 =1.3;2. 计算小齿轮传递的转矩:3. 由机械设计表10-7可知,选择齿宽系数4. 由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数5. 由机械设计图10-21d按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限;大齿轮的接触疲劳强度极限。6. 计算应力缩环次数 7.由机械设计10-19图,取接触疲劳寿命系数 8.计算接触疲劳需用应力。 取失效概率为1%,安全系数 2) 计算1试计算小齿轮分度圆直径 带入中较小的值2计算圆周速度1. 计算齿宽 1) 计算齿宽与齿高之比模数 齿高 所以齿宽与齿高之比 2. 计算载荷系数根据,7级精度,查机械设计图10-8可得,动载系数=1.05直齿轮由机械设计表10-2查得使系数;由机械设计 表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对称位置时由,,查机械设计图10-13得;故载荷系数 3. 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由机械设计10-10a得 4. 计算模数 (3)按齿根弯曲疲劳强度计算由弯曲强度的设计计算公式: 1)确定公式内的各计算数值1、由机械设计中图10-20查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限;大齿轮的的弯曲疲劳强度极限。2、由机械设计图10-18取弯曲寿命系数;3、计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数,得 4、 计算载荷系数 5、 查取齿形系数由机械设计表10-5查得 6、查取应力校正系数由机械设计表10-5查得 7、计算大、小齿轮并加以比较大齿轮的数值大。2)设计计算对比计算结果,由曲面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取由弯曲强度算得的模数1.63并就近圆整为,按接触疲劳强度算得的分度圆直径,算出小齿轮的齿数: 大齿轮齿数 ,取。(4)几何尺寸计算1)计算分度圆直径 2)计算中心距3)计算齿轮宽度取。齿轮1和2的几何尺寸如下:(5) 结构设计及绘制齿轮零件图 (6)验算设计1)由设计过程知 ,即小齿轮齿数大于发生根切的最小齿数,所以该设计满足不发生根切的条件;2)重合度验算由 则 即该设计满足重合度条件要求。4.3.2圆锥齿轮设计和校对 在决定锥齿轮的尺寸之前,先要确定以下一些条件(1)由于为小型农用机械锥齿轮传动,初取,因为,取; (2)该齿轮的受力较大,故材料选用铸钢ZG35; (3)该齿轮的传动功率是第轴的功率;则设计参数可依次得出:(1)计算基本参数1)齿数比 锥距 平均分度圆直径 所以 以表示当量直齿圆柱齿轮的模数,则当量齿数为 2)根据求齿形系数Y,查表可得Y=0.282;3)根据齿轮材料求4)查表查得的铸钢单向工作时的=16.5,因为是开式传动,所以将降低20%使用,得=13.25)求Y =0.28213.2=3.72;6)求齿宽系数及齿宽一般取,则:7)求锥齿轮的评价模数由上述一些条件查得=4.5,所以求得锥齿轮大端模数 由于m=5.4mm不是标准模数,所以取m=6mm,所以齿顶高。(2)各尺寸计算数值齿根高 齿高 分度圆直径 齿顶直径 齿根圆直径 锥距 齿宽 齿顶角 齿根角 齿顶锥角 齿根圆锥角图 4.2锥齿轮的各部分尺寸 锥齿孔的直径与其配合的轴径决定,现取为;轮毂直径 轮毂宽度 电瓷帽坯成型机的设计5 主要结构设计5.1模盘的结构和尺寸确定 模盘上有6个均匀分布的模孔,根据苗钵的规格和土壤的压缩比,现确定模孔的高度H=96mm,孔径d=60mm,转盘的材料为铸铁HT250,由于强度低,孔与外圆之间的壁厚不宜太薄,取10mm,孔与孔之间的壁厚为10mm,由于是间歇传动,故采用了槽轮结构。 槽轮机构的典型机构如下图所示,他有主动拨盘1,从动槽轮2和机架组成。 槽轮机构的结构简单,外形尺寸小,其机械效率高,并能较平稳地,间歇的进行转位。但因传动时尚存在柔性冲击,故常用于转速不太高的场合。普通的槽轮机构有外槽轮和内槽轮机构之分。它们均用于平行轴间的间歇传动,但前者槽轮与拨盘的转向相反,而后者则转向相同。外槽轮机构应用比较广泛。在机械中最常用的是径向槽均匀分布的槽轮机构。对于这种机构,在设计计算时,首先应根据工作要求确定槽轮的槽数Z=6和主动拨盘的圆销数n=1;再按受力情况和实际机械所允许的安装空间尺寸,确定中心距L和圆销半径r;最后可按图中机构的几何关系,由下列各式求出其它尺寸:拨盘轴的直径及槽轮的直径受以下条件限制: 锁止或弧的半径大小,根据槽轮轮叶齿顶厚度b来确定,通常取b=3-10mm 取L=315mm,计算得: r=10mm b=10mm R=157.5mm, S=272.8mm125.3mm 取 h=125.3mm转盘的结构和尺寸见下图图5.1 槽轮转盘结构、尺寸图5.2曲柄(偏心轮)滑块(滑杆)机构的结构尺寸见图5.2,此处偏心轮的偏心距即相当于曲柄长度a,滑杆即相当于滑块,画成简图,如图5.2。它是属于对心曲柄滑块机构。(1) 偏心距的确定见图3.7可见,滑杆上下往复移动的行程S,要等于模孔的高度和冲头在模孔外的一段距离之和,即S=96+64=160mm。参考平面连杆机构部分,S=2a,见图5.2,得到:图5.2曲柄连杆示意图(2) 具体结构 (见图5.3)图5.3曲柄连杆机构结构图偏心轮用平键,止退垫圈,圆螺母固定在轴上,凡是用此种方法固定的,都要求轴颈长度比轮毂孔长度短。为了使螺母不与连杆相碰,将偏心轮设计成凹坑,将螺母置于凹坑中,凹坑直径可比止退垫圈直径大。偏心轮不宜做的太厚,可在之间。为了增加与轴的配合部分长度,还必须设计一凸缘。偏心轮外圆与偏心销孔之间的壁厚考虑为15mm左右,因此可以算出偏心轮的外圆直径为210mm。偏心轮的结构与尺寸见图6.4。图5.4偏心轮的结构 图5.5 曲柄连杆机构(3)决定连杆的长度和尺寸曲柄滑块机构存在的条件是:曲柄的长度a要小于或等于连杆的长度b,见图5.5,即。在设计时,一般取最小的传动角适当的选的偏大一些,为此,将选为70度。则连杆的长度为: (4)偏心销的装配图5.6偏心销的装配图1-偏心轮 2圆螺母 3-平垫圈 4-连杆 5-轴套 6-轴 7-垫片 8-螺母 9-平键10-套筒 11-轴 连杆与偏心销的装配其摩擦部分用铜套。铜套的厚度根据经验一般取,铜套的长度,d为铜套的内径25mm,则 取; mm取L=30mm。在决定铜套内径的公差时,要特别注意当铜套压入连杆孔时铜套内径的缩小,对薄壁铜套其收缩量约为铜套外径过盈量的0.80.9倍,因此在确定铜套尺寸时,要适当加大铜套的内径与轴配合的间隙。5.3轴的结构设计及其校核 以轴为例说明电瓷帽坯成型机各轴的结构设计。轴上装有一个直齿圆柱齿轮2,一个直齿圆锥齿轮3和一个偏心轮13,既承受弯距,又承受扭距,属转轴类型。1选择轴的材料该轴传动中小功率,且转速较低,故选用45钢,调质处理,其力学性能由表21-1查得, 由表21-23查得A=1142,初步估计轴的直径由表21-22公式初步估算轴2直径 取 3轴的结构设计 图5.7轴的结构简图如图所示 :圆柱齿轮、偏心轮轴向定位的轴肩直径不能太小,故加用套筒帮助轴向承压,其轴端固定采用小圆螺母和平垫圈。从表3-2-75选择小圆螺母的尺寸参数为:M301.5 ;由表8-288选择C级平垫圈的尺寸参数:。圆锥齿轮用 的轴环定位并承受轴向力,用紧定螺钉加以固定。由表3-2-46,选取开槽圆柱头螺钉M625。圆柱齿轮、圆锥齿轮及偏心轮的周向定位采用普通平键B型,由表9-5得,其尺寸bhL分别为、12840、10832。由于锥齿轮的存在,轴上有轴向力,所以两个滚动轴承均采用角接触球轴承,其型号分别为7308C,7307C,其外形尺寸dDB分别为409023、358021。采用脂润滑。其结构见附图4 按当量弯距法校核做出轴的受力简图(如图6.8),求作用在轴上的力水平面()垂直面()直齿轮锥齿轮偏心轮轴承反 力图5.8轴的受力分析图当时,轴为最危险。偏心轮与同它啮合的齿轮,中心线的连线与水平面成45度夹角,则偏心轮作用于轴的力在水平面的分力为在垂直面的分力为其中轴承反力分别在水平面内和垂直面内进行计算。在水平面里求支反力:由得,则可求得。则N在垂直面里求支反力:由得, 则可求得。则=3070.3N作出弯矩图(如图6.9)(N.m)垂直面()水平面()截面合成弯距截面合成弯距截面=42.63合成弯距图5.9 弯矩图5,作出转距图(如图6.10) T=189.07N.m图5.10 转矩图6作出当量弯距图(如图5.11) 图5.11当量弯矩图7确定许用应力 由上已知8校核轴径则按照当量弯距法较核,轴的强度足够。5.4 轴承的校核对于传动的滚动轴承,其滚动体和滚到发生的疲劳点蚀是主要的失效形式,因而主要是进行寿命计算,必要时再作静强度校核。本次验算为刀片传动中齿轮轴两侧的轴承的校核,其型号为7204C。(1)求两轴承的计算轴向力和。由2得7204C派生轴向力,初取e0.42 估算。NNNN 由2插值计算得、再计算NNNN确定 、 ,N、N(2)求轴承当量动载荷和。由2 分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数:轴承1 轴承2 因轴承运转中有中等冲击载荷,按表13.6 取NN(3)验算轴承寿命。因为所以按轴承1得受力大小验算:h已知本机器使用5年,一班制,预期寿命为:h故本轴承能够满足设计要求。5.5 箱体结构设计箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的相互关系来决定,决定箱体结构尺寸和外观造型的这一设计方法称为结构包容法,当然还应考虑外部有关零件对箱体形状和尺寸的要求。 箱体壁厚的设计多采用类比法,对同类产品进行比较,参照设计者的经验或设计手册等资料提供的经验数据,确定壁厚、筋板和凸台等的布置和结构参数。对于重要的箱体,可用计算机的有限元法计算箱体的刚度和强度,或用模型和实物进行应力或应变的测定,直接取得数据或作为计算结果的校核手段。 1.箱体的毛坯、材料及热处理 (1)箱体的毛坯:选用铸造毛坯或焊接毛坯,应根据具体条件进行全面分析决定。铸造容易铸造出结构复杂的箱体毛坯,焊接箱体允许有薄壁和大平面,而铸造却较困难实现薄壁和大平面。 焊接箱体一般比铸造箱体轻,铸造箱体的热影响变形小,吸振能力较强,也容易获得较好的结构刚度。 (2)箱体的材料和热处理 箱体的常用材料有: 铸铁 多数箱体的材料为铸铁,铸铁流动性好,收缩较小,容易获得形状和结构复杂的箱体。铸铁的阻尼作用强,动态刚性和机加工性能好,价格适度。加入合金元素还可以提高耐磨性。具体牌号查阅有关手册。 铸造铝合金 用于要求减小质量且载荷不太大的箱体。多数可通过热处理进行强化,有足够的强度和较好的塑性。 钢材 铸钢有一定的强度,良好的塑性和韧性,较好的导热性和焊接性,机加工性能也较好,但铸造时容易氧化与热裂。箱体也可用低碳钢板和型钢焊接而成。 箱体的热处理: 铸造或箱体毛坯中的剩余应力使箱体产生变形,为了保证箱体加工后精度的稳定性,对箱体毛坯或粗加工后要用热处理方法消除剩余应力,减少变形。常用的热处理措施有以下三类: A)热时效。铸件在500600C下退火,可以大幅度地降低或消除铸造箱体中的剩余应力。 B)热冲击时效。将铸件快速加热,利用其产生的热应力与铸造剩余应力叠加,使原有剩余应力松弛。 C)自然时效。自然时效和振动时效可以提高铸件的松弛刚性,使铸件的尺寸精度稳定。箱体的主要功能是支承并容纳各种零件,如传动零件、轴、轴承等,使其能够保持正常的运动关系和运动精度;安全保护和密封作用,在保证箱体内的零件不受外界环境影响的同时又保护操作者的人身安全,还具有一定的隔振、隔热和隔音作用。本设计的箱体在实现以上功能的基础上,还需改善机体的造型,使整体造型美观,更受人们的青睐。5.6 安装与调试(1)将机器放置在水平的工作场地,确保机器放置平稳、可靠;(2)使用前对各部件进行检查,紧固件是否在运输途中松动,开关及电源线是否因运输而破损,并及时采取相应措施;(3)检查旋转料筒内是否有异物,如有异物清理干净,以免引起刀具损坏;(4)确定电源电压与本机额定电压相符合。在外罩接地标记处可靠接地,将电源软线伸长找专业电工将机器电源线接在全极断开大开距电源上,接通电源,按下“ON”按钮,检查转向,V带轮的转向与标志一致为正确。否则,切断电源,调整接线。结 论本课题结合目前国电瓷帽坯成型机设计的研究现状和发展方向,具体阐述了一种电瓷帽坯成型机设计开发过程。本文主要完成的工作如下:1、电瓷帽坯成型机设计结构方案的确定。分析了电瓷帽坯成型机设计的特点,确定了电瓷帽坯成型机设计基本结构,并确定其基本尺寸。2、确定了电瓷帽坯成型机设计技术指标及参数。对该电瓷帽坯成型机设计进行了计算。3、零件的刚度和寿命计算与校核。对各个已设计零件进行刚度和寿命计算,确保满足使用要求,使该电瓷帽坯成型机设计有足够的可靠性。通过本次毕业设计,不仅把大学所学到的理论知识很好的运用到毕业设计中,而且培养了自己认真思考的能力,在处理问题时有了新的认识和方法,并加强了和同学之间进行探讨和解决问题的能力。通过对专业知识的接触和深入学习,以及对相关信息的获取,我深切地认识到,就目前的发展而言,我国的工业还比较落后,与发达国家相比还存在很大的差距。尽管我们不断地在努力,但想在很短的时间内改变这种现状是很难的,尤其是对于我们这样一个国情的大国。所以,我们应该拥有的是一种民族意识,不断的追求创新。本次毕业设计中,我做的是电瓷帽坯成型机整体设计部分,通过本次毕业设计,不仅锻炼了自己查阅资料的能力,而且能够熟练运用国家标准、机械类手册和图册等工具进行设计计算分析。这次毕业设计还让我体会到团体的力量,提高自己的团队意识,遇到问题时和小组成员进行讨论和分析或是请教老师,直到得到满意的结果。展望:希望能将这套设计应用到具体实践当中,通过实践来验证理论的正确性。通过理论知识与具体实践结合起来,才能真正把一门知识应用起来。电瓷帽坯成型机的设计参考文献1 ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometry. TheInt.Symposium on in dustrial robots( ISIR),Sydney,Australia,1988,91-100.2 成大先. 机械设计手册 M. 北京:化学工业出版社,20083 尚久浩. 自动机械设计M. 北京:中国轻工业出版社,20064 顾晓勤.工程力学M. 北京:机械工业出版社,20085 卢秉恒.机械制造技术基础M 北京:机械工业出版社,20086 单辉祖. 材料力学M北京:高等教育出版社, 20107 吴琰琨. 液压与气动技术M 北京:人民邮电出版社,20088 濮良贵,纪名刚主编 , 机械设计(第七版), 高等教育出版社, 20019 周开勤主编, 机械设计手册(第五版), 高等教育出版社,200110 华大年主编, 机械原理(第二版), 高等教育出版社, 200411 朱辉,曹桄,唐保宁,陈大复等编, 画法几何及工程制图(第五版), 上海科学技术出版社,200312朱孝录编著.齿轮传动设计手册M.北京:化学工业出版社,2004,1213 朱龙根,黄雨华机械系统设计北京:机械工业出版社,200214 王伯平 主编互换性与测量技术基础M北京:机械工业出版社,2009.915 胡家秀. 简明机械零件设计实用手册M. 北京:机械工业出版社,2009.6 16 Texas Advanced Optoelectronic Solutions Inc. TCS230 PRO-G R A M M A B L E C O L O R L I G H T - T O - F R E Q U E N C YCONVERTER. 2003 17SoedelW.Design and mechanics of compressor valvesM.Purdue University,West Lafayette,IN 47907,198418郑甲红,朱建儒,刘喜平主编.机械原理M.北京:机械工业出版社,2006.119Graham T. Smith.CNC machining technologyM.London: Springer-Verlag, 1993:105-144.44致 谢在我进行毕业设计的过
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