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1、-电电瓷瓷帽帽坯坯件件机机设设计计指导教师：指导教师：班班级：级：学学号：号：姓姓日日.名：名：期：期：z.-目目录录第第 1 1 局部局部 设计前的调查设计前的调查-2-21 1、电瓷坯件机的用途及设计要求电瓷坯件机的用途及设计要求-2-22 2、总体设计方案总体设计方案-2-2第第 2 2 局部局部 技术设计技术设计-9-91 1、运动设计与动力计算、运动设计与动力计算-9-92 2、构造设计与强度校核、构造设计与强度校核-12-12参考文献参考文献-25-25第一局部第一局部 设计前的调查设计前的调查一、电瓷帽坯件机的用途及设计要求一、电瓷帽坯件机的用途及设计要求: :1 1、用途分析、
2、用途分析: :电瓷帽是变配电设备中的一个重要零件，属系列产品，是易损件之一。图 1 是一种电瓷帽的外形和尺寸。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端，起到绝缘和平安保护作用。电瓷帽坯件机是制造电瓷帽坯件的一种主要机械设备。2 2、设计要求、设计要求: :45电瓷坯件尺寸如右图所示生产量：3500 只/小时8 小时/天机构简单，体积小，维护方便，本钱低.z.-更换模套和冲头可生产小尺寸系列产品使用期限约 45 年，68 个月检修一次二、二、 总体方案设计：总体方案设计：1 1、工艺分析：、工艺分析：采用自动填料成型冲出的过程， 所有
3、模具布置在一个圆形工作台上。料放置在工作台上方的搅拌箱内，工作台转动的同时料由搅拌箱填入模孔中，随工作台转动进入冲头下方，随冲头下落冲压成型。继续转动到冲出冲头下方从模具中冲出。继续转动，进入待料状态，为下一工作循环做准备。2 2、对执行机构的运动要求、对执行机构的运动要求: :(1) 拌料、喂料、刮除余料将土壤在搅拌箱内充分拌匀，填入模孔后刮平。搅拌箱内的搅拌叉可同时起填料推杆和刮平板的作用，它在搅拌箱内作连续回转运动。(2) 物料输送和各工序转移转盘上的模孔数至少应有四个，现在取六个。其工艺职能分别为待料、填料、成型和冲出。转盘与模孔作间歇回转运动，由控制系统控制其回转速度的快慢和停顿，实
4、现物料输送和各工序之间的转移(3) 电瓷帽坯件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电瓷帽坯件，成型冲头比冲出冲头的工作行程要长，其差.z.-值取决于电瓷帽坯件的尺寸、土壤的土质和湿度，以及所用执行机构的杆长关系等。(4) 协调配合关系两冲头在模孔中运动时，同时随转盘转动，离开模孔后靠滑杆上的扭力弹簧弹回复位。下一循环冲头下落后冲冲模应转到其下方。其协调靠转盘与带冲头的曲柄偏心轮的相对传动比控制。3 3、机构选型与传动方案设计、机构选型与传动方案设计: :拟定机器运动原理图运动和动力由电动机经带传动传入， 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
5、，使滑杆做上下往复运动，以实现冲压和冲出电瓷帽坯件的动作；另一路通过其他齿轮传动，将运动传给转盘，以实现模孔的转位动作，同.z.-时搅拌和供给瓷土。电瓷帽坯件机的运动原理如以下图所示。电瓷帽坯件机的运动原理图电瓷帽坯件机的运动原理图定传动方案及绘出机构运动简图拟定电瓷帽坯件机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。方案一：方案一：1 电机 2小带轮 3带 4大带轮 5齿轮 5 6偏心轮 7锥齿轮 7 8锥齿轮89搅拌叉 10搅拌箱 11齿轮 11 1213连杆 14滑杆 15锥齿轮 15 16锥齿轮 17定位销 18齿轮 18 19牙嵌式离合
6、器 20从动件滚子 21弹簧 22端面凸轮采用离合器使轴的连续转动变成模孔转盘的间歇转动， 停顿运动时冲头向下，冲头上升时模孔转盘转动。到达彼此相互协调配合的效果。.z.-方案二方案二：1电机 2小带轮 3带 4大带轮 5齿轮 5 6齿轮 6 7锥齿轮 7 8锥齿轮89齿轮 9 10搅拌叉 11搅拌箱 12模孔转盘及转盘齿轮 12 13偏心轮14连杆 16冲头座 17调整螺钉座 18调整螺钉 19冲头冲头进入模孔后随模孔转动， 冲压完成后离开模孔后靠装在冲头上的扭力弹簧弹回到进入模孔前的位置继续下一次冲压工作， 靠带动冲头的曲柄与带动模孔转动的齿轮的传动比实现彼此相互协调配合的效果。综合考虑以
7、上两种传动方案，方案一：机构比较复杂，转盘的间歇运动直接影响工作效率；方案二：冲头局部较为复杂，转盘与轴之间的摩擦较大，但其他方面都优于方案一。因为压制电瓷帽坯件机的压力较小，压紧和冲出机构可以设计的简单，所以选择方案二作为设计方案。传动方案简图如上图所示：4 4、总体布局、总体布局: :.z.-电瓷帽坯件机总体布局的特点为：搅拌箱处于整机的最高位置， 便于直接将瓷土在填料推杆作用下，通过箱体底部的缺口自动填入下部转盘的模孔中。两冲头同一个曲柄滑块机构带动，并且带动两冲头的滑轴 V即曲柄滑块机构中的滑块与转盘的回转轴合二为一，搅拌器的转轴与小齿轮 z12的转轴共用轴 IV，构造因此得到简化，传
8、动紧凑，提高了传动精度。搅拌箱下面的支撑体采用双八字型铸件，电动机处于机体的最低位置，有利于降低重心，稳定机身。带轮和高速齿轮置于支撑体左侧，滑轴、冲头及转盘置于支撑体右侧，一方面高速传动局部便于集中安装防护罩，另一方面有利于整机的平衡，此外也有利于装配、检修及润滑。电瓷帽坯件机总体布局图电瓷帽坯件机总体布局图1电动机2小带轮3V 带4电动机支架5大带轮6电动机支架拉杆 7搅拌箱 8扭力弹簧9冲头座10冲出冲头及冲出杆11模孔转盘及转盘齿轮 z12 12滑动轴13连杆14偏心轮15轴 16锥齿轮 z817锥齿轮 z718轴19大齿轮 z620轴21小齿轮z522机架23轴24小齿轮 z925搅
9、拌叉26压紧冲头及压紧杆5 5、绘制工作循环图、绘制工作循环图: :由于搅拌机构的运动时连续的，因此主要考虑冲头和模孔之间的相对运动关系。搅拌机构的转动速度不能太快，搅拌叉和小齿轮 Z9共用一根轴，因而限制了转盘的角速度。因此将转盘.z.-上的模孔数定为六个。转盘转动 60，则主执行机构完成一个运动循环，即冲头完成一次冲压。电瓷帽坯件机运动循环简图如以下图所示：电瓷帽坯件机直线型运动循环图电瓷帽坯件机直线型运动循环图第二局部第二局部技术设计技术设计一、运动设计与动力计算：一、运动设计与动力计算：1 1、电动机功率的选择：、电动机功率的选择：电瓷帽坯件机功率消耗主要有三局部： 压制和冲出坯件时所
10、作的功主要为压紧时消耗功率模孔转盘的转速n转速假定有六个模孔在转盘上n转盘每小时生产定额转盘模孔数60r/min=3500r /min=9.72r/min660偏心轮转速为 n偏=n转盘6=9.726r/min=58.32r/min设偏心轮偏心距 e=60mm，则冲头最大位移速度 V冲ma*为V冲ma*=2 60n偏 0.366m/s60100压紧估计压紧冲头工作时所受平均压力 F=1000N。由运动循环图得知， 冲头速度曲线上的点 a 对应于压紧冲头向下开场压紧瓷土的速度，该时曲柄相应的角位移为 120，则有V冲a=V冲ma*sin120m/s=0.317m/s从而得到压紧冲头所消耗的功率为
11、：P压紧=F压紧V冲a10000.317 0.317kw取取100010000.320.32kw.z.-考虑冲出以及摩擦所消耗的功率取P冲=P压紧+P冲出+P磨=0.32+0.1=0.42kw模孔转盘转动时要抑制滑轴与转盘间的滑动摩擦，以及带动两冲头转动时抑制的扭转弹簧力，估计所耗功率为：P转盘=0.15kw因搅拌器转速较低，估计功率消耗为P搅=0.27kw总功率为P总=P冲+P转盘+P搅=0.42+0.15+0.27kW=0.84kw估计传动系统总机械效率总为 0.85，则电动机的功率至少为P电=P总0.84kw 0.988kw总0.85选出 Y 系列小型三相异步电动机，据标准JB3074-
12、82Y 系列IP44 三相异步电动机技术条件， 选用 Y90S-4 型， P电=1.1 Kw，其主要技术数据、外形和安装尺寸见下表。电动机主要技术参数、外形和安装尺寸表电动机主要技术参数、外形和安装尺寸表额定功率型号Y90S-4/kw1.1中心高外形尺寸L AB/mmH90满载转速/rpm1400安装尺寸/mmAB140100最大转矩额定转矩2.2轴伸尺寸/mmmmDE2450重量/kg22平键尺寸/mmmmFG820310245.z.-1902 2、确定各传动机构的传动比：、确定各传动机构的传动比：电瓷帽坯件机的传动路线分外传动路线和内传动路线两条外传动路线由电动机、经带传动、直齿圆柱齿轮5
13、 和 6、到曲柄 即偏心轮 滑块 滑轴 V 机构组成。 因 n电 =1400r/min,n偏 =58 r/min,则外传动总传动比为：i外=i带i5-6=n电140024.83n偏58考虑带传动比不宜太大，故传动比分配为 i带=4，i5-6=6.2。内传动路线由曲柄、圆锥齿轮7 和 8、直齿圆柱齿轮9 及转盘齿轮 12 组成。当偏心轮转 6 圈的同时，要求经内传动路线传动后使得转盘转 1 圈，其总传动比应为i内=i7-8i9-12=6现在取 i7-8=1，i9-12=6，即小齿轮 z9的转速和曲柄的速度一样。对于搅拌器兼刮板的转速没有严格要求，为简化机构，定为与小齿轮 z9的转速一样，装在同一
14、根轴上。3 3、计算各轴的转速和功率：、计算各轴的转速和功率：1 1各轴的转速：各轴的转速：n=n电=1400 r/minn=n带1400r/min 350r/minn电n=ni5 6n=ni7 84350r/min 58.3r/min658.3r/min=58.3r/min1.z.-n转盘=ni9 1258.3 9.72r/min6各轴的功率：各轴的功率：查机械设计手册，效率取滚 0.99 柱齿 0.95 锥赤 0.935 带 0.9551转盘所需功率P转盘 0.15kw前面已经确定2轴 IV 所需功率3轴 III 所需功率设曲柄滑块机构效率偏P冲P偏滚锥齿滚P= 0.90.4320.42k
15、w 0.938kw0.9350.990.90.994轴 II 所需功率P直齿滚P=0.938 0.997kw0.950.995轴 I 所需功率P=P0.9971.044kwn带0.955二、构造设计与强度校核：二、构造设计与强度校核：1 1、锥齿轮的构造和尺寸：、锥齿轮的构造和尺寸：选择材料、热处理、精度等级及齿数选择材料、热处理、精度等级及齿数根据初步拟定的锥齿轮的传动比i781，由于电瓷帽坯件机属于一般电瓷机械， 因此可以选用常用材料及热处理。 锥齿轮 7和锥齿轮 8 采用一样材料，采用 45 号钢，硬度值为229286HBW，取硬度值为250HBW。调质处理。选择齿轮精度.z.-为 8
16、级精度GB10095-88选Z7 30，Z8 i7830 30选择齿宽系数R和精度等级取齿宽系数R 0.3 0.36m s， 参照表初估齿轮的平均圆周速度vm估8-9， 可选齿轮精度为 8 级精度。按齿根弯曲疲劳强度设计确定模数按齿根弯曲疲劳强度设计确定模数由于两齿轮一样F7F8。寿命系数：按无限寿命设计YN7 YN81。极限应力F lim7F lim8 220MPa尺寸系数YxYx7 Yx81平安系数SFSF7 SF81.3则需用弯曲应力F计算齿根弯曲应力分度圆锥角78 arccotu arccot1 45Z7V 7Z当量齿数cos30 42.42722查设计手册：齿形系数YFa1 2.38
17、应力修正系数YSa11.67查机械设计手册：使用系数，查表 8-4 得，KA1.25动载荷系数，查表Kv1.17齿面载荷分布系数，K1.8即：K KA KV K1.251.171.8 2.63.z.-齿数比u 1齿根弯曲应力，有：77考虑为补偿因磨损而造成的齿轮强度的削弱，将齿根弯曲疲劳强度计算所得的模数加大 20%左右， 因此取m 4.5。主要几何尺寸的计算主要几何尺寸的计算大端分度圆直径d mz 4.530 135mm分锥角78 45锥距R d21u21352 112 95.45mm齿宽b RR 0.395.45 28.63mm锥齿轮的尺寸及构造如以下图所示：2 2、带传动及带轮的构造和尺
18、寸设计：、带传动及带轮的构造和尺寸设计：设计数据：V 带传递功率，P 1.1Kw小带轮转速，n11400r min大带轮转速，n2 350r min每天工作不少于 8 小时。确定确定 V V 带截型带截型工作情况系数，查表 7-7 取KA1.2计算功率Pc p KA1.11.2 1.32KwV 带截型根据PC和n1查设计手册，选用带确定确定 V V 带轮基准直径带轮基准直径.Z 型 Vz.-小带轮基准直径，有图 7-12 及表 7-4取dd1 71mm，采用实心式dd2 dd1i带 714 284mm则大带轮基准直径284mm 300mm，采用孔板式。V ddn11验算带速验算带速：60100
19、0711400601000 5.20m s定中心距及定中心距及 V V 带基准长度和包角带基准长度和包角初定中心距： 由0.7(dd得1 dd2) a0 2(dd1 dd2)及dd1、dd2初步确定中心距为 400mm。计算 V 带基准长度：取基准长度：实际中心距：验算小带轮包角：5 5确定确定 V V 带根数带根数Ld1400mm单根 V 带根本额定功率：P1 0.3kw单根 V 带额定功率增量：P1 0.03kw小带轮包角修正系数：K带长修正系数：Kl1.14V 带根数：Z pc 3.69取Z 4根。(p1p1)KKl 0.95i. i.计算初拉力V 带单位长度质量，表 7-1，q 0.0
20、6kg m。.z.-单根 V 带的初拉力：取F0 57Nii.ii.作用在轴上的载荷带轮机构如以下图所示。3 3 轴的构造设计轴的构造设计3 3、齿轮、齿轮 5 5 和齿轮和齿轮 6 6 的设计：的设计：(1)(1) 选择材料、热处理、精度等级和齿数确实定选择材料、热处理、精度等级和齿数确实定根据初步拟定的锥齿轮的传动比i56 6， 由于电瓷帽坯件机属于常用机械，因此可以选用常用的材料及热处理方式。齿轮 5-6 采用一样的材料45 钢，硬度小齿轮 5 确定为 260HBS，大齿轮 6 确定为 235HBS，均采用调质处理。初选齿数：Z518Z6 i56Z5 618 108齿宽系数d 0.4精度
21、等级8 级 按齿根弯曲疲劳强度设计确定模数按齿根弯曲疲劳强度设计确定模数根据前面的计算可知：P50.9979550 27.2N m扭矩：T59550*n350查机械设计手册，可知：齿形系数：YFa5 2.9YFa6 2.250.75应力修正系数：YSa5YSa6Y 0.25重合度系数：111.883.2() Z5Z6.z.-弯曲疲劳极限应力：FLim 5FLim 6 220MPaYFa5YSa5并比较：F YFa6YSa6Lim 5FLim 6则：取较大者代入齿根弯曲疲劳强度的设计公式：考虑为补偿因磨损而造成的齿轮强度的削弱， 将齿根弯曲疲劳强度计算所得的模数加大 20%左右，因此取主要几何尺
22、寸的计算主要几何尺寸的计算由于，小齿轮d5，应做成实心式，其孔径由与其配合的轴 II 的构造尺寸确定；大齿轮，应做成轮辐式，其孔径由与其配合的轴 III 的构造尺寸确定m 4 4、轴、轴 IIIIII 构造设计及校核：构造设计及校核： 扭转强度初步估算轴的最小直径扭转强度初步估算轴的最小直径考虑键槽对轴的强度影响，取dmin=35mm。选用45号钢，正火硬度为 170217HBS，取硬度为：200HBS圆柱齿轮、偏心轮的轴向定位的轴肩直径不能太小，因此加用套筒帮助轴向承压， 其轴端的固定采用螺母和止退垫圈，圆锥齿轮采用55mm 的轴环定位并受轴向力，用紧定螺钉加以固定。圆柱齿轮、圆锥齿轮及偏心
23、轮的轴向 定 位 采 用 普 通 平 键 ， 其 尺 寸bhL分 别 为108451495610820两个滚动轴承采用角接触球轴承，其型号选择为7308,7309，负安装双点单向固定，其外型尺寸bDB分.z.-别为409023 4510025。采用脂润滑。按弯扭合成强度校核轴的直径齿轮 6 的尺寸构造，以及强度计算前面已经计算过，其过程不在重复。按前面的计算结果同理可以得到锥齿轮的有关数据a)a) 做出轴的空间受力简图。由总装配图看出， 齿轮和曲柄销所受的作用点全部位于垂直平面内，对偏心轮，由运动循环图得知，当曲柄销处于最低位置时，F冲r获得最大值，考虑压紧和冲出联合作用取F冲rF冲r1500
24、N如以下图 a 所示。因偏心轮安装位置与作用点之间的距离 1 很小，故可以忽略由F冲r产生的附加弯矩对轴强度的影响。b)b) 做出垂直面受力图、弯矩图如以下图 b：做出水平面受力图、弯矩图如以下图 c：c)c) 求出合成弯矩，做出合成弯矩图如以下图 d：d)d) 作出扭矩图 如以下图 e ：T 195.267103N mme)e) 求出当量弯矩图Memax取a 0.6f) f) 校核轴的强度查得1b 55MPa截面d3Me0.1 1 w 35.84mm经与图所示尺寸比较， 该截面的计算直径小于其构造设计确定的直径，符合要求。.z.-(2)(2)轴承寿命的核算轴承寿命的核算根据上图利用名义径向载
25、荷：取动载荷系数2F FV2 FH可得 A、B 两处滚动轴承的fa1.4实际径向力Fr fdR即：均采用单列角接触球轴承，负安装，A 处是 7308 型，B 处是 7307 型。派生轴向力S 0.4Fr，即：根据外部轴向力F锥x的大小和方向上图，因为F锥xSA SB，所以轴承 A 被放松，轴承 B 被压紧，它们的名义轴向载荷和实际轴向载荷分别为：查得两轴承额定静载荷分别为：可以计算此值利用插FxACOA 0.0077 FxBCOB 0.020值法分别得到eA 0.299YA1.60eB 0.4YB1.88。由于FaAFrA 0.56 eAFaBFrB 0.29 eB，所以当量动载荷：FA 0.
26、45FrAYAFaA 847.415NFB FrB 2816.64N取轴承寿命为 16000 小时，寿命系数fh 3.18，速度系数fn 0.88。由机械设计手册查得轴承额定动载荷分别为：CA37.2kNCB 30.5kN。则实际动载荷为：因为,CA CACB CB,故校核结果符合要求。键的校核键的校核圆柱齿轮、圆锥齿轮及偏心轮，它们各自传递的转矩.z.-分别为：它们对应在三处传递转矩分别为：T1 T柱，T2T锥，T3T偏，三处轴的直径、键高及键长分别为：根据键连接的挤压强度公式， 它们各自的挤压应力jy为：取jy 60 90MPa，因此所选键均满足强度条件。 参考文献参考文献机械设计第四版机械工业出版社机械设计课程设计第四版机械工业出版社材料力学冶金工业出版社机械设计通用手册机械工业出版社.z.
