1668-自動墻壁清洗機設計

1668-自動墻壁清洗機設計,自動,墻壁,清洗,設計 湘潭大學興湘學院1目錄1 引言 ...................................................................................................................................11.1 清洗建筑表面的意義 ..............................................................................................11.2 目的和現實意義 ......................................................................................................11.3 研究現狀 .................................................................................................................22 方案評價與選擇 ..........................................................................................................32.1 高樓外墻清潔機的結構和工作 ..............................................................................32.1.1 設置于頂樓的支撐突梁 ...............................................................................32.1.2 支撐纜繩 .......................................................................................................42.1.3 乘載用掛籠 ...................................................................................................42.1.4 動作 馬達 .......................................................................................................42.1.5 升降結構 .......................................................................................................52.1.6 清洗 刷 ...........................................................................................................52.2 方案評價與 選擇 ......................................................................................................53 運動學及結構 方案的確定 ........................................................................................63.1 運動學參數選定 ......................................................................................................63.2 計算總傳動比和分配各級傳動比 ..........................................................................83.3 計算傳動裝置運動和動力參數 ..............................................................................84 傳動零件的設計計算 ...............................................................................................104.1 第一級齒輪傳動設計計算 ...................................................................................104.1.1.初步計算 .....................................................................................................104.1.2 校核計算 .....................................................................................................104.2 第二級齒輪傳動設計計算 ....................................................................................144.2.1.初步計算 .....................................................................................................144.2.2 校核計算 .....................................................................................................144.2.3 確定傳動主要尺寸 .....................................................................................164.3 畫 簡圖 ...................................................................................................................184.3.1 初估軸徑 ....................................................................................................184.3.2 初選聯軸器 ................................................................................................194.3.3 初選軸承 ....................................................................................................195 軸的校核計算 ..............................................................................................................205.1 高速軸受力分析 ....................................................................................................205.2 中間軸校核計算 ....................................................................................................20湘潭大學興湘學院26 高速軸軸承驗算 ..........................................................................................................28致 謝 ..................................................................................................................................30參考文獻 ...........................................................................................................................31附錄 ....................................................................................................................................31附錄 1 外文文獻翻譯附錄 2 外文文獻原文附錄 3 自動墻臂清洗機裝配圖 A0附錄 4 自動墻臂清洗機零件圖 1 A1附錄 5 自動墻臂清洗機零件圖 2 A1附錄 6 自動墻臂清洗機零件圖 3 A3湘潭大學興湘學院11 引言1.1 清洗建筑表面的意義隨著人類社會的不斷發(fā)展進步，城市規(guī)模不斷擴大，城市建筑更加規(guī)范，完美。千姿百態(tài)的各式建筑，尤其是高層建筑外墻都用各種建筑材料進行裝飾，如粘帖各色墻磚，瓷磚，馬賽克，或涂上涂料，但是，自然界的風吹雨打，日光輻射，塵埃污染，以及一些人為或偶然事故等原因，一段時間過后，建筑表面都將不同程度地變得污濁灰暗，破舊不堪，在環(huán)境差的地區(qū)，污染或損壞還相當嚴重。建筑表面就像人身上的外衣，要保持清潔，就需要經常清洗，整理。為此，世界發(fā)達國家和地區(qū)，對保持建筑表面的清潔非常重視，并以法律的形式明確規(guī)定，每年必須定期清洗，否則將受到處罰。近年來，我國各級政府部門的環(huán)境保護意識已發(fā)生了很大改變，國內一些大，中城市，特別是旅游，開放城市，旅游景點，為保持建筑表面清潔，也制定出臺了相應的法規(guī)，全國范圍的衛(wèi)生評比活動，把保持建筑表面清潔列為考核的重要指標之一，其中高層建筑的外墻，醒目，突出，自然也就成為檢查的重中之重。有信息表明，十·五期間國家用于環(huán)境保護的投資將由九· 五期間國民生產總值的1.5%翻倍增加至 4%，同時還伴隨以產業(yè)政策的優(yōu)惠。所以，隨著我國改革開放的不斷深入，政府，公民的環(huán)保意識的不斷加強，建筑表面清潔問題必將引起各方面的高度重視，建筑清洗行業(yè)必然具有廣泛的發(fā)展前景，將產生巨大的經濟效益和社會效益.建筑表面清洗主要包括外墻清洗和中央空調風管的清洗，目前外墻清洗是采用傳統(tǒng)的“蜘蛛人”清洗，這是以犧牲生命為代價的非人工作，部分城市頒布了建筑表面清洗條例； 由于非典事件，公共衛(wèi)生得到了高度的重視，特別是中央空調風管的清洗，最近有關中央空調的清洗條例很快出臺；因此對于建筑表面清洗提供一個完備的解決方案，必然打破一個傳統(tǒng)的產業(yè)格局，改變了人們的工作方式，用機器人清洗代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工清洗或無法清洗，是必然的發(fā)展趨勢。1.2 目的和現實意義洗墻機的功能主要在于清洗大樓窗戶、外墻等外部結構，然而礙于在清洗大樓時清洗后廢水的處理，清洗的效果、效率等等，目前市面上尚無自動的大樓洗墻機。改革開放以來，隨著我國經濟的高速發(fā)展，高層式建筑如雨后春筍般的拔地而起。高樓外墻的外觀保養(yǎng)和清潔成為樓宇管理不可缺少的一部份。有需求就由市場，高樓外墻的清潔必將成為一種經濟效益高，前景廣闊的行業(yè)。在中國，這種行業(yè)正在逐漸興趣。我國高墻清潔主要采取兩種形式。湘潭大學興湘學院21.3 研究現狀綜觀目前市面上可見的洗墻機，清洗方式主要還是以人工清洗為主，所以都是以掛籠垂降，再以人工方式清洗墻面；然而垂掛以及掛籠的升降方式便較具變化。傳統(tǒng)的是人手清潔，用繩把人系住和定位，逐層清潔。這種方式人在半空吊來吊去的（好象攀崖運動員下山時那樣） ，勞動強度高，效率低，因為主體是人，所以帶有一定的危險性。 現代的機器人清潔，現代科技的發(fā)展，機器人代替人手工作是必然的趨勢，在國外和我國的一些清潔公司已經采用了機器人來進行高樓外墻的清潔工作，但是這些機器人構造復雜，操作復雜，功能繁多（有些功能是很少用到或在某些場合不會用到） ，造成成本高（如果是一些由人工智能的機器人就更加不用說了）和資源浪費的現象。針對這個問題，我們設計了一個操作簡單，經濟實用的高樓外墻清潔機器。湘潭大學興湘學院32 方案評價與選擇2.1 高樓外墻清潔機的結構和工作現代高樓外墻自動清洗機的結構主要分為下面幾種:2.1.1 設置于頂樓的支撐突梁以下為一些常見的支撐突梁：（1）固定式如圖 2.1 所示：（A）F 型突梁 (B) L 型突梁圖 2.1 固定式突梁 (2)活動式：設有活動滑軌,如圖 2.2 為一種滑軌：圖 2.2 滑軌滑軌式的作動情形如圖 2.3 所示：圖 2.3 滑軌式的作動情形湘潭大學興湘學院4滑軌有多種形式如圖 2.4 所示：A.水平式滑軌 B.自走平臺 C.垂直式滑軌圖 2.4 多種形式的滑軌直接將大型起降車設置于頂樓，方便隨時清洗，亦有助施工維修，但成本高昂且占空間。2.1.2 支撐纜繩纜繩能承受高度張力，目前專用纜繩就可達到需求。2.1.3 乘載用掛籠小型掛籠如圖 2.5 所示：圖 2.5 小型掛籠中型掛籠如圖 2.6 所示：圖 2.6 中型掛籠 2.1.4 動作馬達對于馬達，一般來說有以下要求：A.高扭力、低轉速。湘潭大學興湘學院5B.斷電自動煞車。C.機械煞車裝置。D.靜定功能。2.1.5 升降結構對于升降的結構，目前計劃主要依現有一般市面上可見的機構加以改良，作為自動洗墻機的作動裝置，裝在樓頂的步進電動機帶動卷桶控制鋼絲繩的收放，使的刷子部分的執(zhí)行機構能在高墻上縱向移動。在這里,選擇卷揚機類似的機構,加以改進。2.1.6 清洗刷考慮到刷子受到的摩擦力很小 ，刷子的轉動動力由小電機提供，如圖所示刷子部分采用紅外線測距。當墻上的玻璃窗等與墻的豎直距離不等時，刷子不能很好的清洗玻璃等凹或凸出來的部分。所以從機器采用紅外線測距， 使刷子能更好的工作，即使有突出的墻沿，也可以通過機器自己調節(jié)(線圈產生的磁場和彈簧力來調節(jié))刷子由一個獨立的電動機帶動。為了使機器在刷子往返運動中，不會使機構左右搖擺，所以采用一些輔助機構來減少左右搖擺，如圖所示，采用末端加有一個輪，此輪與墻接觸。當機器向下運動時，輪與墻之間是滾動摩擦，使機器向下運動時，可以使機器與墻之間保持一定的距離，從而不會撞到墻或者玻璃，當墻左右搖晃時，這時，輪與墻之間產生滑動摩擦，對機器左右搖擺有一定的抑制作用。還有一些輔助機構使得清潔機在墻上工作更加平穩(wěn)。2.2 方案評價與選擇根據任務書的要求，結構簡單，操作方便，投資小，成本低，安全可靠，工作效率高，故選用，水平式滑軌，支撐纜繩，小型掛籠，升降機構采用類似卷揚機機構，工作部，利用工作電動，經減速器減速，帶動清洗刷轉動，實現清洗功能。湘潭大學興湘學院63 運動學及結構方案的確定根據任務書要求，一小時可以清洗墻面 600-800 平方米，考慮到結構簡單，直接單向進給，故只考慮升降，而且要達到 600-800 平方米，所以要選用大型號的清洗刷。其結構如圖 3.1 所示：圖 3.1 清洗刷結構圖3.1 運動學參數選定初選卷揚機，根據 GB/T 1995-2002，選用雙卷快速快溜放卷揚機，額定速度為20m/min-25min，額定載荷為 25KN。根據初選的卷揚機，則定清洗刷直徑應 500mm。 清洗刷與墻面的摩擦力查機械設計手冊得工程塑料的動摩擦因數在 之間，因為，清洗刷基本0.15ku?:上靠自動壓在墻面上，又要考慮到清洗干凈，故選用動摩擦因數較大的工程塑料，選定其動摩擦因數為 ，估算清洗裝置 ，故0.5ku?23g0.510kFNuN?工作機所需輸入功率：102.30wPKW?????各部件的傳動效率：湘潭大學興湘學院7工作機的效率： 1w??傳動裝置中各部分的效率,查機械手冊得8 級精度的一般齒輪傳動效率： 0.97??齒彈性聯軸器傳動效率： .2l齒式聯軸器傳動效率： ?球軸承傳動效率： 0.9()球 一 對滾子軸承： .??滾 一 對電動機至工作機之間傳動裝置的總效率：l ??球 齒 齒 滾 滾0.92.097.80.90.879???所需電動機功率2.3.617089wdPKW??由,得 601wDn????602.387.5min5rD?????查表 13-2,得圓柱齒輪傳動單級傳動比常值為 3～5,故電動機轉速的可選范圍: 212()(3~5)87..817~.iwi r?對 Y 系列電動機通常多選用同步轉速為 1000r/min 或 1500r/min 的電動機,故選用同步轉速為 1500r/min。選用 Y100L2-4,額定功率 3KW,滿載轉速 1430r/min,電動機極數為 4，軸伸尺寸。其具體參數如下：0.94286???型號: Y100L2-4額定功率/kW: 3.0鐵心長度/mm: 135氣隙長度/mm: 0.3定子外徑/mm: 155定子內徑/mm: 98定子線規(guī) nc-dc: 1-1.18每槽線數: 31并聯支路數: 1繞組型式: 單層交叉湘潭大學興湘學院8節(jié)距: 1～9/2～10/18～11槽數 Z1/Z2: 36/32轉動慣量/(kg·m^2): 0.0067質量/kg: 383.2 計算總傳動比和分配各級傳動比傳動裝置的總傳動比要求為14306.87.5mwni??式中： —電動機滿載轉速,r/min.mn一般推薦展開式二級圓柱齒輪減速器高速級傳動比 ,取12(.3~5)ii。124.78,3.16ii?3.3 計算傳動裝置運動和動力參數該傳動裝置從電動機到工作機有三軸,依次為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸,則:3.3.1 各軸轉速1430minnr?129.8i.7ri??2.537n6.m???式中: —為電動機滿載轉速,r/min；n、 、 —分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸轉速,r/min;Ⅰ為高速軸,Ⅲ為低速軸.1??3.3.2 各軸功率 2.7530.92.731dlPKW?????50.92.7092.63dl KW?? ??齒 球 齒 球 0.9782.493lP K???齒 滾 齒 球 齒 滾式中: P d —為電動機輸出功率,KW;PⅠ、 PⅡ 、P Ⅲ —分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸輸入功率,KW；3.3.3 各軸轉矩 669.5109.5102.7340123.5TnNm????????湘潭大學興湘學院9669.5109.5102.39.08376.45TPn Nm????????45219?湘潭大學興湘學院104 傳動零件的設計計算4.1 第一級齒輪傳動設計計算因傳動無嚴格限制,生產批量小,故小齒輪用 40Cr,調質處理,硬度 241HB～286HB,平均取為 260HB;大齒輪用 45 鋼,調質處理,硬度為 229HB～286HB,平均取為 240HB.齒輪采用非對稱支承結構安裝。計算步驟如下:齒面接觸強度計算4.1.1 初步計算轉矩 T1 , 823.50Nm??齒寬系數 ,由表 12.13,取d?1.d??Ad值,由表 12.16,估計 ,取???8A接觸疲勞極限 ,由圖 12.17c,得limH?li1li27050MPaPa??初步計算的許用接觸應力 :??H??1lim1.9.7639HM?????2lim20.9.5802HMPa????傳動比 i, ()4.82iu?初步計算小齒輪直徑 d1 , ,取231ΗΤΑ38.1ψσdu??????????145d?初步齒寬 b , 1.045dm?????4.1.2 校核計算 圓周速度 ,v13.76060ns?精度等級 由表 12.6，選用 8 級齒數 Z1、模數 和螺旋角 :m?，取 Z2=10521,05.4iZ?,由表 12.3,取14td 2nm?湘潭大學興湘學院11(和估計值接近)2arcosarcs16'5.04ntm????使用系數 KA 由表 12.9,, AK動載系數 Kv,由圖 12.9, .8V齒間載荷分配系數 h?1283.501.64tTFNd???..2./At mb?12.83cosZ??????????????????. 6'51.70??????????????1sin.2tantan'.50dbZm?????????3.7????tata20rcnrcn5'2osos16't ???s.98bnt??由此得 22cos1.670.4HFbK?????齒向載荷分布系數 ,由表 12.11,?2310.6()1.70.6145.HABCbd? ?????????????載荷系數 ,K58.773AVH???彈性系數 ,由表 12.12, EZ9.EZMPa節(jié)點區(qū)域系數 ,由圖 12.16, H24H重合度系數 ,由式 12.31,因 故?1,?????取10.7.6Z????湘潭大學興湘學院12螺旋角系數 ,Z?cos126'50.9???接觸最小安全系數 ,由表 12.14,得 (一般可靠)minHSminHS總工作時間 ,ht4250h?應力循環(huán)次數 : LN91163160.372810hnt????92.7284..Li?接觸壽命系數 ,由圖 12.18, ,NZ1NZ2.5N許用接觸應力 :??H?lim1170.965.0NMPaS?????li228.13.24HZ驗算 12HEKTuZbd?????:23.718.50471189.450.794.82???:??2.HMpa???計算結果表明,接觸疲勞強度較為合適,齒輪尺寸無須調整。4.1.3 確定傳動主要尺寸中心距 a????145.782130.952di m?????實際分度圓直徑 ,1.0m21.421.di?齒寬 ,b4555db??取 ，齒根彎曲疲勞強度驗算湘潭大學興湘學院13齒形系數 :FY?1332cos6'5VZ????23301'V由圖 12.21, ,1.67FY??2.8F?應力修正系數 ,由圖 12.22, ,S?5S.SY?重合度系數 , ?12.83()cosVVZ?????????.()6'51.7?????????0.750.7.2.2.1VY???螺旋角系數 ,?min15?????(當 .),??時 按 計 算,故min12.0.90YY? ???? 0.9??齒間載荷分配系數 ,FK?3.7.6r???前已求得 ,故1.4rFY????1.74FK?齒向載荷分配系數 ,由圖 12.14, ,F? 502.bh?.?載荷系數 ,K.873.62AV????彎曲疲勞極限 ,由圖 12.23c, ,limF?lim16FMPa?lim45FPa?彎曲最小安全系數,由表 12.14, in.25S應力循環(huán)次數 , LN 911604301.37280ht?????92.78..Li彎曲壽命系數 ,由圖 12.24, ,NY1NY2N尺寸系數 ,由圖 12.25, X.0X?許用彎曲應力 ??F?湘潭大學興湘學院14??lim11n60.891427.05FNXYMPaS????li224.3.F?驗算 ??111 123.68.50267.0.983.64FFSn FKTYbdmMPa???? ???????221 218123.7.4.5FSFY??傳動無嚴重過載,故不做靜強度校核。4.2 第二級齒輪傳動設計計算因傳動無嚴格限制,生產批量小,故小齒輪用 40Cr,調質處理,硬度取為 280HB;大齒輪用 45 鋼,調質處理,硬度取為 260HB。齒輪采用非對稱支承結構.計算步驟如下:齒面接觸強度計算4.2.1 初步計算轉矩 T2 , 8376.45Nm??齒寬系數 ,由表 12.13,取d?1.0d??Ad值,由表 12.16,估計 ,取???8A接觸疲勞極限 ,由圖 12.17c,得limH?li1li2705MPaPa?初步計算的許用接觸應力:??1lim1.9.70639HM?????2lim20.9.5802HMPa????傳動比 ,i()346u初步計算小齒輪直徑 , 1d23Η1ΤΑ64.7ψσdu?????????初步齒寬 b , 1.07dm?????4.2.2 校核計算 圓周速度 , v129.0381.606ns??精度等級 選用 8 級齒數、模數和螺旋角:湘潭大學興湘學院15121 28,3.462895.4,Z96Zi????取,由表 12.3,取17.5tdm.5nm(和估計值接近).arcosarcs132'02749nt??使用系數 KA ,表 12.9,, .5AK?動載系數,由圖 12.9, V齒間載荷分配系數 h?218376.42.87tTFNd??.5.0.1/AtKmb??12.83cosZ??????????????????. 3'10.6896??????????????1sin.2tantan'2.15dbZm?????????.8253.?????tata20rcnrcn31'27osos1't ??sc132'0c20'.98bnt?????由此得 2os1.675HFbK????齒向載荷分布系數 ,由表 12.11,?23120.6()01.7.61721.4ABCbd? ????????????載荷系數 ,K.5.5AVH???彈性系數 ,由表 12.12, EZ89EZMPa節(jié)點區(qū)域系數 ,由圖 12.16, 2.4重合度系數 ,由式 12.31,因 ,故?1,????取湘潭大學興湘學院1610.7.68Z????螺旋角系數 ,?cos132'0.9??接觸最小安全系數 ,由表 12.14,得 (一般可靠)minHSmin5HS總工作時間 ,ht4250h??應力循環(huán)次數 : LN8126019.3862.710Lhnt???74i接觸壽命系數 ,由圖 12.18, ,NZ1.NZ2.6N許用接觸應力 ??H?lim110.743.85MPaS?????li228.16.HNZ驗算 ??21223.54876.341189.40.79.5HEHKTubdMpa??????????::計算結果表明,接觸疲勞強度較為合適,齒輪尺寸無須調整.4.2.3 確定傳動主要尺寸中心距 a????1723.41658.976di m?????實際分度圓直徑 121, 24.5mdi?齒寬 ,取b.0?,b齒根彎曲疲勞強度驗算齒形系數 :FY?1332810'29cos'VZ????23396cos'V由圖 12.21, ,1.5FY??2.1F?湘潭大學興湘學院17應力修正系數 ,由圖 12.22, ,SY?1.62SY??1.8S?重合度系數 ，?12.83()cosVVZ??????????1.2()3'10.699????????0.75.75...69VY????螺旋角系數 ,?min1210?????(當 .),??時 按 計 算，故min3.5.89120120YY? ????? 0.89??齒間載荷分配系數 ,FK?..6rY???前已求得 ,故.75rFY????1.75FK?齒向載荷分配系數 ,由圖 12.14, ,F?2.8.bh?4?載荷系數 , 1.043AV????彎曲疲勞極限,由圖 12.23c, ,lim6FMPa?lim250FPa?彎曲最小安全系數,由表 12.14, n.5S應力循環(huán)次數 , ,LN812.7721LN彎曲壽命系數 ,由圖 12.24, ,Y10.9Y?2.4尺寸系數 ,由圖 12.25, XX許用彎曲應力 ??F?lim11n6.241.65NF MPaS????li2240.938.0XFY??驗算??211 13.4786.51.6209.813.0FFSn FKTbdmMPa???? ???????221 213.8..FSFYp??湘潭大學興湘學院18傳動無嚴重過載,故不做靜強度校核。表 1 傳動零件設計計算小結名稱 材料 硬度 齒數 齒寬 mn β 分度圓直徑齒輪Ⅰ 40Cr 260HB 22 55mm 2 12°6′5′′ 45.000mm齒輪Ⅱ 45 240HB 105 45mm 2 12°6′5′′ 215.190 mm齒輪Ⅲ 40Cr 280HB 28 82 mm 2.5 13°32′10′′ 72.000mm齒輪Ⅳ 45 260HB 96 72mm 2.5 13°32′10′′ 254.952 mm4.3 畫簡圖圖 4.1 簡圖 4.3.1 初估軸徑在畫裝配草圖前需初估軸徑,從而提高設計效率,減少重復設計的工作量,并盡可能的降低生產成本。三根軸都選用 40Cr 材料。由>式 16.2,得各軸的最小直徑分別為:142 5871 142 58 70..1 28 70.5 57.571 128湘潭大學興湘學院19332.710.654PdCmn????33..03298?? ?33.4101.975PdCmn????式中: C 為軸強度計算系數,40Cr 所對應的系數為 102考慮到實際情況,可將這三軸的最小軸徑定為 25mm,50mm 和 35mm。4.3.2 初選聯軸器聯軸器除聯接兩軸并傳遞轉矩外,有些還具有補償兩軸因制造和安裝誤差而造成的軸線偏移的功能,以及具有緩沖、吸振、安全保護等功能。電動機軸和減速器高速軸聯接用的聯軸器,由于軸的轉速較高,為減小啟動載荷,緩和沖擊,應選用具有較小轉動慣量和具有彈性的聯軸器,該設計選用彈性柱銷聯軸器。減速器低速軸與工作機聯接用的聯軸器,由于軸的轉速較低,不必要求具有較小的轉動慣量,但傳遞轉矩較大,又因減速器與工作機不在同一底座上,要求具有較大的軸線偏移補償,因此選用鼓形齒式聯軸器。根據上述分析并考慮到實際情況,聯軸器選擇如下: 電動機軸和減速器高速軸聯接用的聯軸器選用 LT4 聯軸器 。12845J?/320GBT?4.3.3 初選軸承軸承是支承軸頸的部件。由于該傳動裝置采用兩對斜齒輪傳動，經比較選擇，采用兩對角接觸球軸承和深溝球軸承。從高速軸到低速軸，選用的軸承分別為7307C、30210、30210，均為成組使用，面對面安裝。湘潭大學興湘學院205 軸的校核計算5.1 高速軸受力分析高速軸受力情況如下：圖 5.1 高速軸受力情況1283.501.64tTFNd???1an.tan23.74coss'tr???1t80.6t1'5.80a???水平受力分析: 對 點取矩,則有2'RF作 用 115830.745813.02.5' 17.06raRd N???????湘潭大學興湘學院21對 點取矩,則有1'RF作 用 12430.74123.80.52' 194.680raRd N???????垂直面受力分析:對 點取矩,則有: 2'RF作 用 1.' 235.0720tRF?對 點取矩,則有: 1'作 用 4' 57.?5.2 中間軸校核計算中間軸結構和受力分析圖如下: 湘潭大學興湘學院22湘潭大學興湘學院23中間軸材料選用 40Cr 調質, 。軸的彎曲應力校核步驟750,50BSMPaa???如下:計算齒輪受力 齒輪Ⅱ所受的力( ):126'5???圓周力 180.ttFN徑向力 2374r軸向力 .a轉矩 265Tm??齒輪Ⅲ所受的力:( )1'0??湘潭大學興湘學院24圓周力 238376452.87tTFNd???徑向力 3an0.tan01.coss1'tr???軸向力 32t36.87t32'560.9aF???計算支承反力水平面反力 2233115.907257. 18'raraR FF?????5.907230.745.13.8871.2560.19268.4N????2 332.19arraRddFF???????5.0 72173.8.74.581.7560.192 .0N???垂直面反力 321857.' 130.99ttRFN????24.68710.64.5' 106.7tt N???水平面受力圖,如 f 圖所示垂直面受力圖,如 h 圖所示畫軸彎矩圖水平面彎矩圖,如 g 圖所示， 圖xzM垂直面彎矩圖,如 i 圖所示， 圖y合成彎矩圖,如 j 圖所示，合成彎矩 2xyz??畫軸轉矩圖軸受轉矩 28376.45TNm??轉矩圖, 當量轉矩圖，如圖 k 所示0.6.0.???湘潭大學興湘學院25許用應力用插入法由表 16.3,查得 ????107,12bbMPaPa?????應力校正系數 0.62b??畫當量彎矩圖當量彎矩:在齒輪Ⅲ中間處 ??221' 1350.6MTNm?????在齒輪Ⅱ(軸頭)中間處 22' 9.?當量彎矩圖,見圖 l校核軸徑齒根圓直徑 32()721.56.7f andhcmm????????軸徑 ??1313'50.6.80.bM???23231'9.23.95.07bd?????經檢驗軸所用尺寸合格。中間軸安全系數校核計算如下：以齒輪Ⅲ端面處危險截面為例進行安全系數校核。對稱循環(huán)疲勞極限 10.4.7503bBMPa?????32?脈動循環(huán)疲勞極限 01.7.30561bba?62P????等效系數 10235610.8b???湘潭大學興湘學院2610225360.2???????截面 3-3 上的應力水平面彎矩31'2417268.4560.98.1892.3RardMxyFFNm?????????垂直面彎矩13'2170.96.87495.13RtxzF?????合成彎矩2102.3MxyzNm??????289.9845.107.39Nm??????彎曲應力幅 370.16a MPaW??彎曲平均應力 m扭轉切應力 2387.45.06Ta???扭轉切應力幅和平均切應力 0.82amP?應力集中系數有效應力集中系數 因在此截面處，有軸徑變化，過渡圓角半徑 r=1mm，由和 ，從附錄表 1 中查出/65.7/41.02,/640.2Ddrd??750BMPa??。2,39k??表面狀態(tài)系數 由附錄 5 查出 .8?尺寸系數 由附錄 6 查出 0.6,.74????安全系數彎曲安全系數 設為無限壽命， ，由式 16.5 得1Nk湘潭大學興湘學院27130S2.52.4.86Nbamk???????????扭轉安全系數 1115.4.390.2.8074Nak??????復合安全系數 222S3.51.3.084???????經檢驗軸所用尺寸合格。軸承驗算湘潭大學興湘學院286 高速軸軸承驗算查手冊 7307c 軸承主要性能參數如下：32.8,4.8,750/min()0.68roroCKNre???脂 潤 滑 ，壽命計算左邊軸承徑向力 22107.635.8.30rFN???右邊軸承徑向力 294.8.67.r軸向力 ，方向向左13.AaN附加軸向力 查表 18.4，可得，110.6875.4srF?220.68413.srFN?因 ，故左邊軸承被壓緊2 13.A??軸承軸向力 127.5.9as?4.N?X,Y 值 ，故 1586.92.30arFe?110.4,.87XY?，故2..687.r 2,沖擊載荷系數 考慮中等沖擊查表 18..8 得 1.df當量動載荷 111222().(04258.307586.94)73.562draPfXFY N???????（ ）軸承壽命 因 ，只計算軸承 1 的壽命1P?336101677028()().0849.5CrLh hn??????年1rS 2rSA湘潭大學興湘學院29故高速級軸承滿足壽命要求。靜載荷計算X0、Y 0 查表 18.12，得 ，0.5X?0.38Y當量靜載荷 0110.528.3586.9432.1rrarPFNN????????取 大 者02202.567.3841.60.7rrarXYPF???????取 大 者安全系數 S0 正常使用角接觸球軸承，查表 18.14，得 0S1.5?計算額定靜載荷 0202S1.567.9.34rrCPN???(因 ),2?故 只 計 算 軸 承許用轉速驗算載荷系數 1f1 1739.850.2,8.9,rPfC??查 圖 得2 2r 查 圖 得載荷分布系數 2f1 212586.94.7,8.0,.9630..,.,.arrFf??查 圖 得查 圖 得許用轉速 N 1210.967502minfNr??2 4?均大于工作轉速 1430r/min。經檢驗該軸承合格。湘潭大學興湘學院30致 謝本論文是在楊世平老師的悉心指導和熱情關懷下完成的。在整個設計過程中，不僅在學業(yè)上得到了老師細致、耐心的教導和講解，使自己鞏固、完善了所學知識，并且治學嚴謹、塌實沉穩(wěn)的學風給人以深厚影響，在我的學習、待物中產生了積極作用，也使得本次設計能夠順利完成。再此衷心感謝在這過程中幫助及指導過我的老師和同學，讓我開闊了眼界，增加了學識。湘潭大學興湘學院31參考文獻[1] 吳彥農.康志軍 .Solidworks2003 實踐教程. 淮陰：淮陰工學院， 2003[2] 葉偉昌. 機械工程及自動化簡明手冊（上冊）. 北京：機械工業(yè)出版社，2001[3] 徐錦康. 機械設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2001[4] 成大先. 機械設計手冊（第四版 第 4 卷）. 北京：化學工業(yè)出版社，2002 [5] 葛常清. 機械制圖（第二版）. 北京：中國建材工業(yè)出版社，2000[6] 朱 敬. 孫明，邵謙謙.AutoCAD2005.電子工業(yè)出版社，2004 [7] 董玉平. 機械設計基礎.機械工業(yè)出版社，2001[8] 曾正明. 機械工程材料手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2003[9]周昌治. 楊忠鑒，趙之淵，陳廣凌. 機械制造工藝學. 重慶：重慶大學出版社，199910 曲寶章. 黃光燁. 機械加工工藝基礎. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2002[11] 張福潤. 徐鴻本，劉延林. 機械制造基礎（第二版）. 武漢：華中科技大學出版社，2002[12] 徐錦康. 機械設計. 北京：高等教育出版社，2004[13]寧汝新. 趙汝嘉. 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Ramayah and Noraini Ismail摘要:產品設計是用于產品，及它的部件裝配的計劃。為了把產品設計轉換成一個實際物體，這需要一個制造計劃。而制訂一個這樣的計劃的行動就叫做工藝規(guī)程制訂。它是產品設計和制造之間的連接，工藝規(guī)程制訂包括決定加工順序和制造產品所必須完成的裝配步驟。在以下文章中,我們將解釋工藝規(guī)程制訂和他的一些相關主題文章開始，我們應該區(qū)別在下列文章中被反復提到的工藝規(guī)程制訂和生產計劃。工藝規(guī)程制訂與如何制造產品和它的零件等工程技術問題有關，制造零件和裝配產品需要什么樣的設備和工具？工藝規(guī)程制訂與產品制造物流管理有關系。它在工藝規(guī)程制訂后面與原料分類及獲得滿足制造充分數量產品要求的資源有關。工藝規(guī)程制訂工藝規(guī)程制訂包括決定最適當的制造及裝配步驟和順序，在這些順序和步驟中他們必須根據所提出的詳細的設計說明書規(guī)范完成給定零件或產品制造。 能夠被計劃的工藝范圍和多樣性通常由于公司車間可用設備和技術能力而受到限制。在公司內部不能夠制造的零件必須到外部市場購買，工藝規(guī)程制訂所提及的工藝選擇同樣也受到詳細設計資料的限制，我們稍后將會回到這一點。工藝規(guī)程制訂通常是由制造工程師完成的，工藝制訂者必須熟悉工廠中詳細可用的制造流程并且能夠說明工程圖。基于制訂者的知識、技術和經驗，用于制造每個零件的工藝步驟以最合乎邏輯的順序被發(fā)展制訂。下列各項是在工藝規(guī)程制訂范圍里的許多決定和詳細資料：.設計圖的說明. 在工藝規(guī)程制訂的開始，產品設計的這一部分( 材料、尺寸、公差、表面處理等等)必須進行分析。.工藝和順序. 工藝制訂者必須選擇哪一個工藝是必需的及必需工藝的序列。此外還必須準備好一個簡短的工藝步驟描述。.設備選擇. 大體上，工藝制訂者必須逐步展開利用工廠現有機器的計劃。另外，組件必須被購買或在新設備上的投資必須被制定。湘潭大學興湘學院33.工具、沖模、鑄模、夾具、量具. 工藝必須決定每個工序需要什么工具，這些工具的實際設計和制造通常通過委派工具設計部門和工具庫或者聯系專攻那種工具制造的外面廠商來完成。.方法分析. 車間規(guī)劃，小工具，提升重物的提升間。甚至在一些人工操作情景中的肢體動作也被指定。.操作步驟. 工作測量技術被用來為每個操作設定時間標準。.切削工具和切削條件. 這些必須對加工操作通過推薦標準手冊來進行詳細說明。零件工藝規(guī)程制訂對于單個零件，加工順序通過一種被稱為進路表的表格來進行文件證明備份。就如工程圖被用于詳細說明設計產品一樣，進路表被用于詳細說明工藝計劃。他們是類似的，一個用于產品設計，另一個用于制造。制造單個零件的典型加工順序包括：(1) 一個基本工序 (2) 二級工序 (3) 提高物質特性工序和(4) 最后工序。一個基本工序決定了工件的起始造型。金屬鑄件、塑料成型、金屬精煉是基本工序中的實例。起始造型常常必須通過改變起始造型操作(或者接近于最終造型)的二級工序來精制。二級工序習慣于和基本工序一起提供起始造型，當砂型鑄造是基本工序，車加工通常是二級工序。當軋鋼廠制造金屬片是基本工序，沖壓操作像沖裁和彎曲通常是二級工序。當塑料注入成型是基本工序時，二級工序通常是不必要的，因為他的大多數幾何特征制造通過別的方式如成型制造來完成。塑料成型和其他操作的二級工序被稱為凈成型工序的并發(fā)二級工序，需要一些但并不多的二級工序的操作就是所提到的近似成型工序。許多有印象的摸鍛件就是這一類，這類零件能夠經常在鍛造(初級工序)階段被成型，因此減少了必要的加工(二級工序)。一旦模型被建立，許多零件的下一步是改良它們的機械物理性能。提高特性工序并不改變零件模型，然而，它卻能改變零件的物理特性。金屬零件的熱處理操作就是最普通的實例。類似的如玻璃通過熱處理來制造鋼化玻璃，對于大多數零件的制造來說，這些特性加強工序在加工工序中并不需要。最后工序通常對零件(或裝配體)的表面提供一個涂層。例如電鍍、薄膜沉積技術、涂漆。表面處理的目的是改善外觀，改變顏色湘潭大學興湘學院34或者表面保護防止腐蝕和磨損等等。在很多零件中最后工序是并不需要的。例如：塑料成型就很少需要最后程序。當必須需要最后程序，他通常是加工順序的最后一步。 裝配工藝規(guī)程制訂一個既定產品的典型裝配方法由以下因素決定的：(1)預期產品數量(2)裝配產品的復雜性。例如：不同組件的數量和(3)常用裝配工藝。例如：機械定位焊接、對于小數量產品，通常在人工裝配線上進行裝配。對于大量制造的一打或這樣組件的簡單零件，要采用適當的自動化裝配線。無論如何這里有一個工作必須被完成的優(yōu)先順序，這個優(yōu)先需求經常用一個優(yōu)先表來進行圖表描繪。裝配工藝規(guī)程制訂包括裝配指令的發(fā)展，但是更詳細地對于小批量生產。在一個崗位完成整個裝配，對于一個裝配線上的大批量生產，工藝規(guī)程制訂由一種分配工作條件到裝配線個別工位并被叫做人工投入線性平衡法的程序組成。這種裝配線按照裝配線平衡解決方案決定的順序發(fā)送工作單元到個別工位，在個別組成，任意工具或夾具的工藝規(guī)程制訂時，一條裝配線的決定、設計和制造必須被完成，并且工作站的必須被列出來。制造或購買決定在工藝制定過程中出現的一個重大問題是一個特定零件應該在公司內部的工廠內生產還是從外部銷售商處購買，并且這個問題的答案被認為是制造或購買決定。如果公司沒有技術設備或制造零件所必須的詳細制造工藝中的專門技術，那么答案就很明顯了。因為沒有其他選擇零件必須購買。然而，在很多例子中零件既可以在利用現有設備在內部制造或者可以從外部擁有相似制造能力的生產銷售商處購買。在我們的關于制造或購買的決定的討論中，他應該認識到在開始幾乎所有的制造者從供應商那里購買原料。一個機械加工廠從一個金屬經銷商購買他的起動柄原料或從一個鑄造廠購買他的砂型鑄件。一個塑料成型廠從一個化工廠購買他的模塑料。一個沖壓廠可以去經銷商或直接從軋鋼廠購買金屬片。很少的公司能夠在操作中從原料一直進行垂直整合，這看來至少購買一些也許在他的工廠可以另外制造的零件是合理的。也有可能為公司使用的每一個組成要求制造或購買決定。這里有許多影響制造或購買決定的因素，一個人可能認為成本是決定是購買還是制造零件的最重要的因素。如果一個外部經銷商比公司工廠更精通于制造零件的工藝，因而公司內部生產成本可能比經銷商賺取成本后的價格還要高。可是，如果購買決定湘潭大學興湘學院35導致公司工廠設備和勞動的閑置，購買零件的表面優(yōu)勢就會喪失?？紤]以下例子制造或購買決定。為一個特定零件被引述的價格是 100 個單位的每單位$20.00。制造零件的成分如下所示：單位原料成本=每單位$8.00直接勞動成本=每單位$6.00勞動加班 150%=每單位$9.00設備修理成本=每單位$5.00總計=每單位$28.00這個組成應該被購買還是在內部制造？解決方案：盡管經銷商的引證似乎支持購買決定，讓我們來考慮如果引證被接受可能在生產操作中的沖突。$5.00 設備維修成本是已經被制定的投資成本，如果設備設計因為購買零件的決定而變的沒有利用價值，那么這個固定成本仍然繼續(xù)盡管設備閑置著。同樣，如果零件被購買由工廠空間，效用和勞動成本組成的$9.00 的勞動間接成本仍然繼續(xù)。通過這種推理，如果應該已用于生產零件的設備閑置的購買