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机械毕业设计

筷子抛光机设计(1)

时间:2018-04-16 00:53:24   作者:   来源:   阅读:8   评论:0

中文摘要和关键词

摘  要: 本文根据竹筷现有的制作工艺及加工设备的基础上,详细阐述了对竹筷采用摩擦原理进行机械抛光的设计,其主要内容包括动力装置、传动装置的选择、功率计算、轴的结构设计以及强度校核、机架和箱体等几个主要方面的设计。通过对V带传动的研究,结合目前的发展情况和所要面临解决的问题,建立了适应于竹筷抛光机的V带传动方案,设计具有传递大功率、小重量、利于加工等优点的传动装置。在设计中,考虑到其传递的功率大和传动的平稳性,重点对轴的结构进行设计。


关键词:摩擦抛光;V带传动;结构设计;装配

             Abstract and Keyword

Abstract: This article according to the bamboo chopsticks existing manufacture craft and in the processing equipment foundation, detail elaborated bamboo chopsticks uses the friction principle to carry on the machinery polishes, its main content including power unit, the choice of transmission device, power computation, axis structural design as well as intensity examination, rack and box body and so on several principal aspects designs. Through to V belt transmission research, the union at present development situation and must face the solution the question, established adapted in the bamboo chopsticks buffing machine V belt transmission plan, the design has the transmission high efficiency, the small weight, favor merit the and soon processing transmission device. In the design, considered its transmission the power is big and the transmission stability, the key countershaft structure carries on the design.

Key word: scraping polishing; V belt transmission; Structural design; Assembly

第一章   绪   论

    随着人民生活水平的不断提高,对筷子的要求也越来越高,不再只要求其坚固耐用,更要求其外表美观,在实现其基本使用功能的同时,达到装饰厨房或餐厅的目的;另一方面,生活水平的提高也激发了人们更新筷子的欲望,筷子的使用周期缩短,这使得社会需求量增大,款式更新速度提高。这就对筷子的制作工艺及加工设备提出了新的要求 ,筷子的生产已基本脱离了以前的模式 ,转而以工业化的生产为主。

    在70年代以前,国内的竹工机械几乎是一片空白。据现有的资料,当时的竹子除造纸外,主要用作建筑脚手架和晒垫凉席,前者是使用原竹,后者则基本上是手工破篾,手工编织,最多使用了手摇分片机,谈不上使用机械。 进入80年代,竹材加工业迅速向深加工发展,为适应竹材加工的需要,逐步从境外引进了一些竹材加工机械,但是引进机械不仅价格高,而且维修困难,停机时间长。鉴于这种情况,国内一些有远见的厂家开始投入大量人力、物力、财力研制竹工机械,进入90年代,国内的竹工机械行业已可以为竹材加工企业提供品种规格基本齐全的各类竹工机械。目前国内生产的竹工机械种类繁多起来。因此竹筷抛光机作为竹工机械的一种,就具有很大的市场需求量。

    我国光整加工及去毛刺技术的发展起步较晚,它一问世便受到有识之士的重视和青睐。被称为终加工工序的光整技术已从金属领域扩展到非金属领域,成为现代机械工业发展必不可少的内容。以“三新”(即技术新、工艺新、设备新)、“三高”(即质量高、生产率高、效益高)为特点的光整加工必然取代存有种种弊端传统加工方法。尤其加入WTO后,与国际惯例接轨,光整技术开发应用更为迫切和重要。这一正在兴起“朝阳产业”,具有蓬勃旺盛的生命力,有着潜在的巨大市场。光整加工是机械加工零件需急迫解决的现实问题,更是现代市场竞争必然发展的大势所趋。近年来,我国的抛光技术有了长足的进步,目前,工业生产领域常用的抛光方法有:机械抛光、化学机械抛光、热化学抛光、等离子体(离子束)抛光。化学机械抛光引起的冲击和振动会使样品受损,而热化学抛光具有加工温度很高的缺点;等离子体(离子束)主要用于对曲面抛光,材料去除速率很低,它的不足之处还在于要选择刻蚀层或平面层,从而使抛光工艺变得更加复杂。针对竹筷的特点,也能达到提高产品档次、去除毛刺、棱边倒圆、锐边钝化,提高粗糙度等级,提高其表面综合质量性能和使用性能,延长其使用寿命等各种要求,机械抛光固然有不足之处,但是和以上抛光技术相比能降低成本,同时能达到竹筷的抛光精度。

    美、日等发达国家新研制成的NH-125k超声波模具抛光机采用高频电火花脉冲电源与超声波快速振动研磨的原理进行抛光。它能完成一般抛光工具难以伸入的窄槽、窄缝、边、角等曲折部位的抛光,抛光后不塌棱角,不影响模具的精度。该机的上市可以解决用户过去因工件形状复杂难以达到抛光要求这一难题,并且缩短了抛光时间,提高了工作效率。趋势有如下特点:具有振动频率自动跟踪功能, 以适应各种外界条件的变化,从而使换能器始终工作在最佳状态,大大地提高了工作效率;精抛不影响工件精度,不塌棱角;工具头取材广泛,用户均可自制;操作简单易学;超声波电脉冲复合抛光;超声波镜面抛光;“电蚀”快速修直、断锥取出;“砂底”、打砂底、毛面粗纹;多项强大功能;超声波输出无级调节;电脉冲输出无级凋节;微电脑控制,工作频率数字显示;频率自动跟踪,不需人工调谐;内置稳压电源。

    鉴于以上情况,为了满足市场发展需求,通过反复思考设计,从加工成本出发,本文创新开发出一种竹筷抛光机。

第二章   总体设计部分分析

2.1 竹筷抛光机的工作原理

    将竹筷放入六角木桶内,打开电动机开关,带动皮带轮转动,经过芯轴传递转速,竹筷在六角木桶内旋转,通过相互摩擦以及在棱角的打磨而抛光。

2.2 竹筷抛光机的整体结构

竹筷抛光机大体由轴、皮带轮、箱体、轴承、轴承座、机架、动力装置组成。

2.3 动力装置的选择

对于一般的机器,选择的动力装置为电动机和柴油机。而竹筷抛光机的动力装置选择电动机,因为和比柴油机相比具有以下优点

1) 适用范围广。对于一般工厂的车间,用电都比较方便。

2) 成本低。加工同样数量的竹筷耗电量成本要低于柴油成本。

3) 卫生程度高。由于竹筷加工过程中,柴油机的油烟会污染竹筷,而电动机在加工过程中无污染物。

2.4 传动装置的选择

    目前,工业生产领域常用的机械传动有:带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动,链传动主要用在要求工作可靠,且两轴相距较远,以及其他。例如低速重型及极其恶劣的工作条件下应用,齿轮传动的制造及其装置精度要求高,价格教贵。且不宜用于传动距离过大的场合。蜗杆传动是在空间交错的两轴传递运动和动力的一种传动机构,也不适宜抛光机的传动,而带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉,以及缓冲吸振等特点,故传动装置选带传动。

第三章  传动装置的总体设计

    传动装置总体设计的内容为:确定传动方案,选定电动机型号,计算总传动比和合理分配各级传动比,计算传动装置的运动和动力参数,为设计各级传动件和装配图设计提供条件。

3.1 确定传动方案

    传动方案一般用机构简图表示,它反映运动和动力传递路线和各部件的组成和连接关系。  图3-1为抛光机传动装置及机构简图

筷子抛光机设计(1)

图3-1 抛光机传动装置外形图

   为降低成本,本文决定剪除以上变速箱装置,采用一级传动,其传动方案图如图3-2所示

       筷子抛光机设计(1)

图3-2  变速箱传动方案

3.2  选择电动机

选择电动机的内容包括:电动机类型、结构形式、容量和转速,要确定电动机具体型号。选择电动机的顺序如图3-3所示

筷子抛光机设计(1)

图3-3 电动机的顺序

3.2.1  选择电动机类型和结构型式

    电动机类型和结构型式要根据电源(交流和直流).工作条件(温度、环境、空间尺寸等)和载荷特点(性质、大小、启动性能和过载情况)来选择。没有特殊要求时均应选用交流电动机,其中以三相鼠笼式异步电动机用得最多。表12 1所列Y系列电动机为我国推广采用的新设计产品,适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体的场合,以及要求具有较好启用性能的机械。在经常启用. 制动和反转的场合(如起重机),要求电动机具有转动惯量小和过载能力大,则应选用起重及冶金用三相异步电动机YZ型(笼型)或YZR型(环绕型)。电动机结构有开启式、防护式、封闭式和防爆式等,可根据防护要求选择。同一类型的电动机又具有几种安装型式,应根据安置条件确定。(见表3-1)

表3-1 电动机类型选择参考表

负载性质

生产机械工作状态

选用电动机类型

平稳

冲击

长期

短期

断续

调速

飞轮储能

异步电动机

同步电动机

直流电动机

笼型

饶线型

他励

串励

1








2










3








4










5










6









7






⑶⑷


⑴ 对于小功率机械,或启动次数太多而电网容量不太易受冲击,不推荐采用同步电动机⑵ 对于大中型机械,当电网容量不大时,不宜选用笼型电动机,而选用饶线型电动机。

⑶ 异步电动机需要调速装置(一般为转子外接电阻方式,还采用滑差离合器、涡流制动器、串级或变频方式)。

⑷ 指小功率机械只要求几级速度时,采用多笼型电动机。

⑸ 需要启动转距大的机械(如电车、牵引机车等)采用串励直流电动机。

3.2.2  选择电动机的容量

标准电动机的容量由额定功率表示。所选电动机的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求,则不能保证工作机正常工作,或使电动机长期过载、发热大而过早损坏;容量过大,则增加成本,并且由于功率和功率因数低而造成浪费。电动机的容量主要由运动发热条件限定,在不变或变化很小的载荷下长期连续运动的机械,只要其电动机的负载不超过额定值,电动机便不会过热,通常不必效验发热和启动力矩。所需电动机功率为

                    P筷子抛光机设计(1)=筷子抛光机设计(1)   Kw      (3-1)

式中:    P筷子抛光机设计(1)——工作机实际需要的电动机需要功率,Kw;

P筷子抛光机设计(1)——工作机所需输入功率,Kw;

η——电动机至工作机之间传动装置的总效率。

工作机所需功率P筷子抛光机设计(1) 应由机器工作阻力和运动参数计算求得,例如

             P筷子抛光机设计(1)=  筷子抛光机设计(1)    Kw        

         或     P筷子抛光机设计(1)=筷子抛光机设计(1)  Kw     (3-2)

式中:   F——工作机的阻力,N;

         ν——工作机的线速度,m/s;

         T——工作机的阻力矩,N·m;

n筷子抛光机设计(1)——工作机的转速,r/min;

η筷子抛光机设计(1)——工作机的效率。   

总效率η按下式计算:

              η = η筷子抛光机设计(1) η筷子抛光机设计(1) η筷子抛光机设计(1) ... η筷子抛光机设计(1)        (3-3)        

其中η筷子抛光机设计(1)、 η筷子抛光机设计(1)、 η筷子抛光机设计(1) 、... η筷子抛光机设计(1)   分别为传动装置中每一传动副(齿轮、蜗杆、带或链)每对轴承、每个联轴器的效率,其概略值见《机械设计课程设计手册》表1-7。选用此表数值时,一般取中间值,如工作条件差,润滑维护不良时取最低值,反之取高值。本文取带传动的效率为0.96,滚动轴承的效率为0.99,故总的效率为0.96。

3.2.3  确定电动机转速

    同一类型的电动机,相同的额定功率有多种转速可供选用。如选用低转速电动机,因极数较多而外廓尺寸及重要较大,故价格较高,但可使传动装置总动比及尺寸减小。选用高转速电动机则相反。因此应全面分析比较利弊来选定电动机转速。

按照工作机转速要求和传动机构的合理传动比范围,可以推算电动机转速的可选范围,如       

           n =(i筷子抛光机设计(1) i筷子抛光机设计(1)……i筷子抛光机设计(1))   r/min    (3-4)

式中:n——电动机可选转速范围,r/min;

i筷子抛光机设计(1) i筷子抛光机设计(1)……i筷子抛光机设计(1)——各级传动机构的合理传动比范围

对Y系列电动机,通常多选用同步转速为1500r/min或1000r/min的电动机,如无特殊需要,不选用低于750r/min的电动机。

根据选定的电动机类型、结构、容量和转速,由《机械设计课程设计手册》表12-1~12-11查出电动机型号,并记录其型号、额定功率、满载转速、外形尺寸、中心高、轴伸尺寸、链联接尺寸、地脚尺寸等参数备用。

设计传动装置时一般按工作机实际需要的电动机输出功率Pd计算,转速则满载转速。

本文选用Y160M1-8型号的电动机,其额定功率为4kw,满载速度为720r/min,查《机械设计课程设计手册》表12-3 ,机座带底脚,端盖无凸缘电动机的安装及外形尺寸得其、外形尺寸、中心高、轴伸尺寸、链联接尺寸、地脚尺寸。(见图3-4)

筷子抛光机设计(1)

图3-4 电动机的顺序

查表得:A=254,B=210,C=108,D=42,E=110,F=14,G=42.5,H=180,K=15,AB=330,AC=325,AD=255,HD=385,BB=270,L=600。

3.3 计算总传动比和分配各传动比

传动装置的总传动比要求应为

                i  =  筷子抛光机设计(1)         (3-5)    

式中:n筷子抛光机设计(1)——电动机满载转速,r/min。

在已经总传动比要求时,如何合理选择和分配各级传动比,要考虑以下几点:

(1)各级传动机构的传动比应尽量在推荐范围内选取。

(2)应使传动装置结构尺寸较小、重量较轻。

(3)应使各传动件尺寸协调,结构匀称合理,避免干涉碰撞。

本设计为节约成本设计成一级带传动,其总传动比为4,符合《机械设计课程设计手册》见表3-2:

各级传动的传动比(参考值),V带传动的传动比≤5,传动装置的实际传动比要由选定的标准带轮直径准确计算,因而与要求传动比可能有误差。一般允许工作机实际转速与要求转速的相对误差为±(3~5)%。

表3-2  总传动比的选择

传动类型

传动比

传动类型

传动比

平带传动

≤5

锥齿轮传动:1、开式

2、单级减速器

≤5

≤3

V带传动

≤7

圆柱齿轮传动

1、开式

2、单级减速器

3、单级外吁合和内愈合行星减速器

≤8

≤4~6

3~9

蜗杆传动:  1、开式

2、单级减速器

15~60

8~40

链传动

≤6

摩擦轮传动

≤5


3.4 计算传动装置的运动和动力参数

设计计算传动件时,需要知道各轴的转速、转矩或功率,因此应将工作机上的转速、转矩或功率推算到各轴上。

本设计传动装置从电动机到工作机有二轴,依次为Ⅰ、Ⅱ轴,则

1)        各轴转速

n筷子抛光机设计(1)= n筷子抛光机设计(1) =筷子抛光机设计(1)        (3-6)                                          

n筷子抛光机设计(1)=筷子抛光机设计(1)筷子抛光机设计(1)  =180 r/min               (3-7)

 式中:n筷子抛光机设计(1)为电动机满载转速,

   n筷子抛光机设计(1)为传动轴的转速

2)        各轴功率

筷子抛光机设计(1)=P筷子抛光机设计(1)=4kw               (3-8)

筷子抛光机设计(1)=P筷子抛光机设计(1)η筷子抛光机设计(1)=4×0.96=3.84kw      (3-9)

根据《机械设计课程设计手册》表1-7,取V带传动的传动效率η筷子抛光机设计(1)=0.96

式中:P筷子抛光机设计(1)为电动机输出功率

      P筷子抛光机设计(1)为电动机心轴输入功率

      η筷子抛光机设计(1)为电动机轴与传动轴的传动效率

3)        各轴转距

筷子抛光机设计(1)=T筷子抛光机设计(1) N·m                   (3-10)

筷子抛光机设计(1)=T筷子抛光机设计(1)筷子抛光机设计(1) N·m              (3-11)

式中: T筷子抛光机设计(1)为电动机轴的输出转距

筷子抛光机设计(1)=9550 筷子抛光机设计(1)          (3-12)                 

=53.05 N·m   

            T筷子抛光机设计(1)=255 N·m      T筷子抛光机设计(1)为传动轴的输入转距。

(未完待续)


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