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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第VI頁(yè)
小型圓鋼打捆機(jī)設(shè)計(jì)
摘要
自動(dòng)打捆機(jī)是生產(chǎn)線精整包裝區(qū)不可缺少的核心設(shè)備.發(fā)揮著十分重要要的作用。
打捆機(jī)，就是將鋼材捆扎成形的設(shè)備，利用盤(pán)條、鋼帶等捆扎材料將螺紋鋼、型鋼(如槽鋼、角鋼、工字鋼)、帶鋼、線材等捆扎起來(lái)，以便于鋼材的運(yùn)輸、存儲(chǔ)和銷售.按照功能，打捆機(jī)一般可分為送絲系統(tǒng)、剪切系統(tǒng)、擰絲系統(tǒng)以及與其配合的輔助元器件組成.。本論文通過(guò)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的一步步設(shè)計(jì)，基本完成了小型鋼材全自動(dòng)液壓打捆機(jī)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中涉及各零部件的參數(shù)計(jì)算、強(qiáng)度校核以及液壓缸的選擇極端等。本打捆機(jī)使用直徑為6.5mm的鋼絲可以完成對(duì)棒材、型材等中小型型鋼的包裝打捆，料捆尺寸φ100-φ400mm捆徑自動(dòng)打捆包裝。它可以與生產(chǎn)線其他設(shè)備相互通訊，能自動(dòng)適應(yīng)生產(chǎn)節(jié)奏的變化。
關(guān)鍵詞: 自動(dòng)；包裝；液壓；型鋼
Abstract
Automatic packaging machine is finishing production line packaging indispensable core area
Equipment. To play a very important role. Bundling machine, is formed of steel banding equipment, the use of wire rod, steel rebar and other materials will be binding, steel (such as channel, angle steel, engineering
sales. In accordance with the features, packaging machines in general can be divided into the wire line EC, shear systems, fastening systems, as well as silk and its supporting components with the composition.. In this paper, the various systems through a step-by-step design, the basic completion of a small steel hydraulic automatic packaging machine design. Involved in the design parameters of various parts, strength check, as well as the choice of hydraulic cylinders and other extremists. The use of the packaging machine of steel wire diameter of 6.5mm to be completed on the bar, profiles and other small and medium-sized packaging of steel packaging, is expected bundle size diameter φ100-φ400mm automatic bale packaging bundle. It can be the production line and other communications devices that can automatically adapt to changes in the production of Rhythm.
Key words: Automatic；packaging；hydraulic；profiled bar?
目 錄
摘要…………………………………………………………………… Ⅰ
Abstract…………………………………………………………………Ⅱ
1、緒論………………………………………………………………… 1 1.1鋼材打捆機(jī)簡(jiǎn)介……………………………………………… 1
1.2鋼材包裝設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀 ……………………………………2
1.3現(xiàn)實(shí)意義……………………………………………………… 2
1.4本課題中研發(fā)的鋼材打捆機(jī)………………………………… 2
2、打捆機(jī)方案的選擇與擬定………………………………………… 4
2.1打捆機(jī)方案的選擇…………………………………………… 4
2.2 打捆方案的擬定……………………………………………. 4
3打捆機(jī)本體設(shè)計(jì)……………………………………………………… 6
3..1擰緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………… 6
3.1.1.夾緊力及扭矩的計(jì)算…………………………………………6
3.1.2液壓馬達(dá)的選擇…………………………………………… .7
3.1.2液壓馬達(dá)的選擇…………………………………………… .7
3.1.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)…………………………………………… …12
3.1.5軸的強(qiáng)度校核……………………………………………… 13
3.1.6軸承的選擇與強(qiáng)度校核…………………………………….16
3.1.7軸承端蓋以及軸承座的設(shè)計(jì)……………………………… 17
3.1.8鉗頭的設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………… 18
3.2矯直機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………19
3.2.1矯直機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定……………………………………… 20
3.2.2計(jì)算作用在矯直輥上的正壓力……………………………… 20
3.2.3校核矯直輥軸的強(qiáng)度……………………………………… 22
3.3剪切機(jī)設(shè)計(jì)……………………………………………………22
3.4送線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………… 24
.3.4.1送線輪的設(shè)計(jì)………………………………………………24
3.4.2液壓馬達(dá)的選擇…………………………………………… 24
3.5四桿壓下機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………… 26
3.5.1壓下力的計(jì)算…………………………………………… …26
3.5.2液壓缸的選擇……………………………………………… 26
3.5.3支架及壓臂的設(shè)計(jì)………………………………………… 26
3.6行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………… …26
4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………….28
4.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求…………………………………………28
4.2液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件載荷的計(jì)算………………………………28
4.3執(zhí)行元件參數(shù)計(jì)算……………………………………………28
4.3.1送線馬達(dá)流量計(jì)算………………………………………… 28
4.3.2扭鉗馬達(dá)流量計(jì)算………………………………………… 29
4.3.3升降缸流量計(jì)算…………………………………………… 29
4.3.4行走缸流量計(jì)算…………………………………………… 29
4.4液壓站主要元件及參數(shù)……………………………………… 30
4.5擬定液壓系統(tǒng)圖……………………………………………… 30
4.6打捆各步驟的電磁鐵動(dòng)作表…………………………………30
5、潤(rùn)滑、試車及維護(hù)方案…………………………………………… 32
5.1潤(rùn)滑…………………………………………………………………32
5.2試車與維護(hù)…………………………………………………………32
6、設(shè)備的環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)…………………………………………33
6.1設(shè)備的環(huán)?！?3
6.1.1機(jī)械設(shè)備的環(huán)保性………………………………………… 33
6.1.2改善設(shè)備環(huán)保性的方法…………………………………… 33
6.2設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命……………………………………………………33
結(jié)論…………………………………………………………………… 34
致謝…………………………………………………………………… 35
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………… 36
遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁(yè)
1 緒論
1.1 鋼材打捆機(jī)簡(jiǎn)介
鋼材打捆機(jī)，就是將鋼材捆扎成形的設(shè)備，利用盤(pán)條、鋼帶等捆扎材料將螺紋鋼、型鋼(如槽鋼、角鋼、工字鋼)、帶鋼、線材等捆扎起來(lái)，以便于鋼材的運(yùn)輸、存儲(chǔ)和銷售.按照功能，打捆機(jī)一般可分為送絲系統(tǒng)、抽絲及蓄絲系統(tǒng)、擰絲系統(tǒng)以及與其配合的輔助元器件組成。由于鋼材產(chǎn)品的種類繁多，包括型材、板材、棒材、管材、線材等多種外形完全不同的類型，因此剛才包裝設(shè)備為適應(yīng)不同種類鋼材包裝的需要?jiǎng)荼匾笥卸喾N不同的類型。如專門(mén)為管材、棒材進(jìn)行打捆包裝的設(shè)備；對(duì)薄板鋼材進(jìn)行鋼圈包裝的設(shè)備等等。
1.2 鋼材包裝設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀
鋼鐵行業(yè)正在向著連續(xù)化、自動(dòng)化、大型化的方向發(fā)展，質(zhì)量和效率成為了鋼鐵行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的基礎(chǔ)，而能否實(shí)現(xiàn)快速有效的自動(dòng)包裝正式?jīng)Q定一個(gè)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)效率的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)之一.自二十世紀(jì)六十年代以來(lái)各國(guó)競(jìng)相展開(kāi)了對(duì)打捆機(jī)的研制.如瑞典的sundBirsta公司相繼研制了不同類型的線材、棒材及型材打捆機(jī)，該公司研制的KNRA型打捆機(jī)主要應(yīng)用于對(duì)棒材、型材、鋼管以及盤(pán)條的打捆，該類型的打捆機(jī)由以下幾部分組成:捆扎機(jī)組:捆扎機(jī)組由液壓控制，其組件有盤(pán)條進(jìn)給輪、控制盤(pán)條進(jìn)給的感應(yīng)器和安全設(shè)備、剪切器、擰絲系統(tǒng)等;液壓機(jī)組:包括油箱、油泵、濾油器、壓力開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等;機(jī)座;儲(chǔ)線倉(cāng);控制器:包括電器線路板、開(kāi)關(guān)、繼電器等.KNRA型打捆機(jī)主要性能指標(biāo)為:捆扎盤(pán)條為03~5mm的退火盤(pán)條;捆扎時(shí)間為9~14s。
日本撞川工藝公司自1959年以來(lái)，致力于研究軋鋼精整設(shè)備自動(dòng)化方面的研究，研制了TMB系列自動(dòng)化打捆機(jī)，可捆扎圓鋼、型鋼、管材及盤(pán)卷，結(jié)構(gòu)組成主要有擰絲頭、機(jī)座、線夾、差動(dòng)齒輪箱、液壓馬達(dá)、捆扎盤(pán)條、供線輪、夾送輥、導(dǎo)線軌、限位開(kāi)關(guān)、設(shè)備外殼等.該打捆機(jī)的性能特點(diǎn)是設(shè)備采用了差動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu).捆線夾緊、切斷及擰絲等幾種主要操作均可利用同一馬達(dá)進(jìn)行，使得打捆機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于小型化，維修方便.TMB系列自動(dòng)化打捆機(jī)主要性能指標(biāo)為導(dǎo)絲槽內(nèi)徑700mm;打捆時(shí)間8s;使用盤(pán)條;電機(jī)功率S. SkW.
國(guó)內(nèi)的首鋼于20世紀(jì)80年代末從意大利的Danieli公司引進(jìn)了兩臺(tái)打捆機(jī)，一直沒(méi)能投人正常使用，存在的問(wèn)題有:車體的定位系統(tǒng)不穩(wěn)定，車體很難調(diào)整到正確位置;控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)不能正常工作.經(jīng)過(guò)北京航空航天大學(xué)科研人員的努力，圓滿解決了問(wèn)題，使設(shè)備投人正常使用.鞍鋼于1990年引進(jìn)了4臺(tái)打捆機(jī)，由于技術(shù)保密及設(shè)備備件的原因，已報(bào)廢了2臺(tái)，也急需新的打捆機(jī)投人使用.國(guó)內(nèi)不少科研院所曾經(jīng)仿制研究精整包裝生產(chǎn)線上的全自動(dòng)打捆機(jī)，但都不很理想.我國(guó)已成為鋼鐵生產(chǎn)大國(guó)，由于國(guó)外的售后服務(wù)及設(shè)備問(wèn)題不適合國(guó)內(nèi)企業(yè)的要求，研制適合國(guó)內(nèi)需要的打捆機(jī)，具有良好的市場(chǎng)前景。
1.3 現(xiàn)實(shí)意義
社會(huì)對(duì)鋼材的需求日益提高，促進(jìn)了鋼鐵企業(yè)的現(xiàn)代化改造，使鋼鐵產(chǎn)量逐年提高，而傳統(tǒng)的人工包裝由于其生產(chǎn)效率低下是造成鋼鐵產(chǎn)量提高的最大障礙，同時(shí)由于人工打捆存在著不可克服的缺點(diǎn)，如散捆、混號(hào)和松捆等，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要;同時(shí)用戶為便于鋼材的運(yùn)輸和存儲(chǔ)，對(duì)鋼鐵產(chǎn)品的包裝質(zhì)量提出了更高的要求，鋼鐵產(chǎn)品的包裝質(zhì)量已成為企業(yè)升級(jí)和獲得經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素，因此盡快提高鋼鐵產(chǎn)品的包裝質(zhì)量，是鋼鐵企業(yè)的迫切任務(wù)之一，也是用戶對(duì)鋼鐵行業(yè)的要求.人工包裝的低效率與鋼鐵產(chǎn)量的提高之間的矛盾日益突出，研制鋼材精整包裝生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備—鋼材包裝打捆機(jī)將解決我國(guó)鋼材生產(chǎn)的急需，同時(shí)，鋼材包裝的自動(dòng)化可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高包裝質(zhì)量，而且可以減少包裝現(xiàn)場(chǎng)的工傷事故、擴(kuò)大外貿(mào)出口、增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，包裝機(jī)械的發(fā)展，體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家或一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)水平。因此研制高性能的鋼材包裝打捆機(jī)具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
1.4 本課題中研發(fā)的鋼材打捆機(jī)
本課題中所研發(fā)的鋼材打捆機(jī)是針對(duì)型材、棒材、管材進(jìn)行打捆包裝的設(shè)備，其整體結(jié)構(gòu)主要包括以下部分，分別是機(jī)架及行走機(jī)構(gòu)、引送線機(jī)構(gòu)、矯直機(jī)構(gòu)、剪切機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、擰緊機(jī)構(gòu)、四桿機(jī)構(gòu)。液壓站部件以及電控部件，采用液壓驅(qū)動(dòng)，用PLC實(shí)現(xiàn)程序控制。
其工作原理通過(guò)以下幾個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)，步驟如下：
1.在機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作時(shí)首先需要把打捆用的鋼線引入由輥道、送線機(jī)構(gòu)、矯直輥組成的滑道內(nèi)，做好打捆前的準(zhǔn)備工作；
2工作開(kāi)始時(shí)根據(jù)捆料的規(guī)格與形狀，通過(guò)行走機(jī)構(gòu)調(diào)整好機(jī)體位置。
3待捆扎鋼材會(huì)進(jìn)入抱緊器機(jī)構(gòu)的抱緊爪的范圍內(nèi)，導(dǎo)線達(dá)到傳感位置后，液壓馬達(dá)使四桿機(jī)構(gòu)下壓。
4四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)上剪刃將導(dǎo)線切成預(yù)期的長(zhǎng)度，同時(shí)推壓柄及兩個(gè)壓緊柄比較快的速度下降，把靠自重的導(dǎo)線壓緊在被打捆材的上面。導(dǎo)線下端下垂到夾緊件的兩側(cè)。
5在液壓缸下壓的同時(shí)，擰緊件也轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線的下端逐漸擰緊，此時(shí)液壓缸下降，推壓柄和壓緊柄離開(kāi)被打捆件。
即是說(shuō)，液壓缸往返一回，就完成了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的下降、捆線壓緊、脫開(kāi)上升等一系列動(dòng)作，此時(shí)，擰緊件也同時(shí)將捆線擰緊。因此，液壓缸往返運(yùn)動(dòng)一次，全部動(dòng)作就都完成，也就是說(shuō)如果液壓缸往返一次需要一秒，則打捆作業(yè)也就是在一秒之內(nèi)即可完成。
2 打捆機(jī)方案的選擇與擬定
2.1 打捆機(jī)方案的選擇
本打捆機(jī)主要應(yīng)用于小型鋼材材生產(chǎn)機(jī)主后部，對(duì)生產(chǎn)出的棒材進(jìn)行自動(dòng)打捆，所以在打捆形狀上采用圓形。打捆材料選用φ6.5材質(zhì)為A3的碳鋼絲。本打捆機(jī)主要應(yīng)用于北方地區(qū)，而氣動(dòng)對(duì)氣候的適應(yīng)較差，所以在氣動(dòng)與液壓傳動(dòng)之間優(yōu)先采用液壓傳動(dòng)。
液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：
1. 在同等體積下，液壓裝置比電動(dòng)裝置提供的動(dòng)力大，任何應(yīng)用系統(tǒng)中的壓力可比電磁驅(qū)動(dòng)力打30-40倍。
2. 液壓裝置工作比較平穩(wěn)，容易實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且還可以再運(yùn)行過(guò)程中調(diào)節(jié)，易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。
3. 由于液壓軟件已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。此外液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。
4. 用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)單。
液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)：
1. 液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。
2. 液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中有較大的能量損失，尤其長(zhǎng)距離傳動(dòng)，液壓系統(tǒng)的效率較低。
3. 為了減少泄露現(xiàn)象，液壓元件的制造精度很高，而且需要單獨(dú)的能源
4. 液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不一找出原因。
2.2 打捆方案的擬定
打捆機(jī)的打捆過(guò)程包括七個(gè)基本動(dòng)作：送線、矯直、夾緊、剪切、壓下、擰緊和行走。這七個(gè)動(dòng)作分別由七個(gè)機(jī)構(gòu)完成，送線機(jī)構(gòu)、矯直機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、剪切機(jī)構(gòu)、四桿壓下機(jī)構(gòu)、擰緊機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)。這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須協(xié)調(diào)配合，每個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行時(shí)機(jī)有相應(yīng)的反饋信號(hào)控制，反饋信號(hào)來(lái)自于安裝在打捆機(jī)和周邊設(shè)備上的傳感器。
打捆機(jī)的總體設(shè)計(jì)主要取決于其功能要求和使用范圍。被捆材料的規(guī)格、形狀、捆線的直徑和性能、鋼捆運(yùn)輸詭誕的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、捆結(jié)的擰緊圈數(shù)、每個(gè)滾接的捆線圈數(shù)等都對(duì)打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很大的影響。
此外，圍繞打捆機(jī)的動(dòng)作要求和現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行其功能設(shè)計(jì)，主要是對(duì)液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。
控制系統(tǒng)除主要完成上述各個(gè)動(dòng)作的實(shí)時(shí)控制之外，還對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行監(jiān)控及時(shí)與生產(chǎn)線其他控制系統(tǒng)和總控臺(tái)進(jìn)行通訊?？刂葡到y(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)和控制輥道上鋼材的運(yùn)輸，根據(jù)捆線架上的捆線數(shù)量，打捆機(jī)本身的狀態(tài)，預(yù)緊成型狀態(tài)等條件自動(dòng)打捆。
圖2.1 打捆機(jī)簡(jiǎn)圖
主要參數(shù)的確定本打捆機(jī)是小型鋼材自動(dòng)打捆機(jī)。
打捆尺寸：φ250-400mm
長(zhǎng)度：4-6m
捆重：3-4噸
鋼材直徑：φ10-40
料捆長(zhǎng)：5-7m
捆線直徑：6.5mm
料捆擺動(dòng)架擺動(dòng)時(shí)間:3sec
擰緊裝置轉(zhuǎn)速：n=90r/min
擰緊裝置送進(jìn)速度：v1=60mm/s
捆線送進(jìn)速度：v2=1000mm/s
夾緊動(dòng)作：t=1sec
捆線倒數(shù)：4-5
輥道速度：2m/s
3 打捆機(jī)本體設(shè)計(jì)
3..1 擰緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1.1 夾緊力及扭矩的計(jì)算
捆線材料為含碳量為0.08%的低碳鋼絲A3鋼，查文獻(xiàn)[3]表2-7得：σs=235MPa。取[σ]=200MPa，則許用剪切應(yīng)力[τ]=(0.5~0.6) [σ]=120MPa。捆線在打結(jié)過(guò)程中可簡(jiǎn)化為彎曲和扭轉(zhuǎn)的組成，捆線半徑為6.5㎜。因此。所需的最大彎矩和扭矩分別為：
M=d3[σ]=×6.53×10-9×200×106=5.4N·m (3-1)
T=d3[τ]=×6.53×10-9×120×106=6.4N·m (3-2)
圖3.1-1 扭結(jié)頭受力分析圖
式中：T—捆線被扭轉(zhuǎn)所需要的扭矩；
L—兩跟捆線中心之間的距離；
N—扭轉(zhuǎn)頭產(chǎn)生的夾緊力；
f—捆線與扭轉(zhuǎn)頭之間產(chǎn)生的摩擦力；
M—捆線彎曲所需要的彎矩；
d—捆線的直徑。
由于捆線打結(jié)時(shí)三圈時(shí)，鑒于安全點(diǎn)O點(diǎn)受總彎矩取8M，總扭矩4T；擰緊時(shí)需兩線頭固定。由于矩平衡對(duì)O點(diǎn)取矩列方程：
（f1+f2）*R+N1*L-2T-4M=0
臨界狀態(tài)時(shí)：N2=0、f2=0 則：
F1*R+N1*L=2T+4M
又因?yàn)椋篺1*μ=N1查[6]表1-24μ=0.1~0.8，取μ=0.5；則
N==1.9KN (3-3)
取夾緊力N=2.5KN。
扭轉(zhuǎn)頭所需要的總的力矩為：
Mmax≥4T+8M=4×6.4+8×5.4=68.8N·m (3-4)
取Mmax=100 N·m
3.1.2 液壓馬達(dá)的選擇
扭轉(zhuǎn)頭用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)Mmax=100 N·m選擇液壓馬達(dá)。由文獻(xiàn)[3]表30-44選擇擺線馬達(dá)，型號(hào)：BM1-08型。它的具體參數(shù)如下：
排量：80mL/r；
壓力：10MPa；
轉(zhuǎn)速：15~500r/min；
總效率：0.55~0.65；
質(zhì)量：5.4kg；
扭矩：100 N·m。
3.1.3 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)
扭轉(zhuǎn)頭由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，由于安裝要求，液壓馬達(dá)經(jīng)一對(duì)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)扭轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)。因?yàn)閿Q緊頭轉(zhuǎn)速n=90r／min在液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，不需要經(jīng)過(guò)變速，因此取傳動(dòng)比i=1。由于這對(duì)齒輪只起到傳遞扭矩的作用，為動(dòng)力齒輪，所以設(shè)計(jì)時(shí)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。
1、 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
①傳遞扭矩不大，因此采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
②打捆機(jī)為一般工作機(jī)，速度不高，選用8級(jí)精度。
③材料選擇 材料選用45鋼調(diào)質(zhì)處理。由文獻(xiàn)[3]表2-8查得硬度為240HBS。
④初步選定齒數(shù)Z1=Z2=35。
2、 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式文獻(xiàn)[1]式(10-5)進(jìn)行試算，即
(3-5)
1)確定公式內(nèi)的各參數(shù)數(shù)值
①試選載荷系數(shù) =1.3。
②確定齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=100N·m=1×105N·mm。
③由文獻(xiàn)[1]表10-7選取齒寬系數(shù) =0.4。
④由文獻(xiàn)[1]表10-5選取齒形系數(shù)和正應(yīng)力校正系數(shù)。
⑤由文獻(xiàn)[1]圖10-20(c)查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。
⑥由文獻(xiàn)[1]式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。(按工作15年每年工作300天每天工作16小時(shí)計(jì)算)
N=60njLh=60×90×1×(15×300×16)=3.91×108
⑦由文獻(xiàn)[1]圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) 。
⑧計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由文獻(xiàn)[1]式10-12得
2）計(jì)算
①試算齒輪的模數(shù)。
=
②初算齒輪的尺寸。
h=2.25=2.25×1.896=4.266mm
③計(jì)算齒寬與齒高之比。
=
④計(jì)算圓周速度。
⑤計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)0.343m/s，8級(jí)精度，由文獻(xiàn)[1]圖10-18查得動(dòng)載荷系數(shù)=1.2。
根據(jù)文獻(xiàn)[1]表10-3得(由于是直齒齒輪) 。
根據(jù)文獻(xiàn)[1]表10-2查得使用系數(shù)。
根據(jù)文獻(xiàn)[1]表10-4用插值法查得8級(jí)精度，懸臂布置時(shí)，1.219。
由=7.11，1.219查圖10-13得1.275；故載荷系數(shù)
⑥按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的模數(shù)，由文獻(xiàn)[1]式(10-10b)得
mm
按實(shí)際情況取m=3。
⑦尺寸計(jì)算。
分度圓直徑：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
中心距：
齒寬：
取齒寬B1=48mm，B2=54mm。
3、 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核
由文獻(xiàn)[1]式(10-8a)得接觸疲勞強(qiáng)度校核公式
(3-6)
1)計(jì)算
式中：K—載荷系數(shù)，
式中：KA—使用系數(shù)，查文獻(xiàn)[1]表10-2取KA=1.2；
KV—?jiǎng)虞d荷系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]圖10-8取 KV=1.1；
—齒間載荷分布系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]表10-3取=1；
—齒向載荷分布系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]表10-4得=1.2245。
代入式中，=1.2×1.1×1×1.2245=1.616。
Ft—齒輪的圓周力，；
—彈性影響系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]表10-6得；
u—齒輪的傳動(dòng)比，u=1；
2) 確定接觸疲勞許用應(yīng)力
式中：—接觸疲勞壽命系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)[1]圖10-19查得=0.92；
—接觸疲勞強(qiáng)度極限，由文獻(xiàn)[1]圖10-21(d)查得=550MPa；
S—安全系數(shù)，取失效概率為1%，S=1。
3)校核接觸疲勞強(qiáng)度
=340.38MPa<=506MPa
因此所設(shè)計(jì)的齒輪滿足接觸疲勞強(qiáng)度要求。
4、齒輪的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
總上，根據(jù)安裝要求和齒輪的強(qiáng)度要求，確定齒輪的結(jié)構(gòu)如右圖3.1-2所示。
圖3.1-2齒輪嚙合簡(jiǎn)圖
3.1.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
1、根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件初步確定軸的直徑
軸的材料選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[1]表15-3得，取=35MPa。由文獻(xiàn)[1]式(15-3)得軸的直徑
(3-7)
式中：—許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa，=35MPa；
d—計(jì)算截面處軸的直徑，mm；
A0—；
n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
P—軸傳遞的功率，KW，P=；
—空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，取=0.5。
由于是空心軸，軸上有螺紋和鍵槽，綜合考慮，初選軸的最小直徑為40mm。
2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置以及形式；軸上零件的類型、尺寸、數(shù)量以及連接方法；載荷性質(zhì)、大小、方向以及分布情況；軸的加工工藝等。所設(shè)計(jì)完成的軸要滿足以下要求：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整等。結(jié)合軸上零件的定位原則和軸的結(jié)構(gòu)工藝，具體設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)如下：
圖3.1-3 軸的結(jié)構(gòu)圖
3.1.5軸的強(qiáng)度校核
1、軸的分析受力及參數(shù)計(jì)算
軸的分析受力如圖3.1-4所示，計(jì)算各個(gè)未知參數(shù)，先計(jì)算作用在齒輪上的力：
標(biāo)準(zhǔn)直齒輪無(wú)軸向力， =20°
(3-8)
(3-9)
式中：Ft—齒輪的周向力，N；
T—齒輪傳遞的扭矩，N·m；
d—齒輪的分度圓直徑，m；
Fr—齒輪的徑向力，N；
—齒輪的壓力角，=20°。
計(jì)算兩個(gè)軸承處的支反力，根據(jù)力矩的平衡原理得：
將Ft=1900N，F(xiàn)r=690N，L1=76mm，L2=65mm代入上式求得：
計(jì)算豎直面的彎矩和水平面的彎矩
計(jì)算合成彎矩
(3-10)
有合成彎矩圖知1截面為危險(xiǎn)截面，根據(jù)文獻(xiàn)[1]式15-5進(jìn)行強(qiáng)度校核
(3-11)
式中：—軸的計(jì)算應(yīng)力，N；
—軸所受的彎矩，N·mm；
—軸所受的扭矩，N·mm；
—折合系數(shù)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取=0.6；
—軸的抗彎截面系數(shù)，，
； (3-12)
—對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用應(yīng)力，根據(jù)文獻(xiàn)[1]表15-1取=60MPa。
代入計(jì)算得
(3-13)
由于=7.5MPa<=60MPa，說(shuō)以所設(shè)計(jì)的軸滿足強(qiáng)度要求。3.
圖3.1-4 軸的載荷分析圖
3.1.6軸承的選擇與強(qiáng)度校核
根據(jù)文獻(xiàn)[6]表3.1-7以及軸的直徑，選擇普通圓錐滾子軸承(GBT297-1994)，型號(hào)：30208。主要尺寸參數(shù)如下：
外型尺寸：d=40mm D=80mm B=18mm；
極限轉(zhuǎn)速：5300r/min(脂潤(rùn)滑)；
基本額定載荷：Cr=30.2KN C0r=11.5KN。
因?yàn)?，，所以只需要校?處的軸承。軸承所受的軸向力可忽略，計(jì)算徑向力
(3-14)
計(jì)算軸承的壽命，根據(jù)文獻(xiàn)[1]式(13-19)得
(3-15)
按每天工作24小時(shí)，每年工作300天，每小時(shí)打捆60次，每次用時(shí)2s計(jì)算，該軸承可以使用，所以軸承的壽命符合要求。
3.1.7軸承端蓋以及軸承座的設(shè)計(jì)
根據(jù)軸和軸承的尺寸，由文獻(xiàn)[7]表4.9-4確定螺釘連接式軸承蓋的結(jié)構(gòu)如圖3.1-5所示。材料選擇HT150,緊固螺釘采用M10螺釘。
由文獻(xiàn)[7]表4.8-10確定氈圈的尺寸：D=90mm d1=68mm B=8mm。具體結(jié)構(gòu)如圖3.1-6所示。
圖3.1-5 軸承端蓋 圖3.1-6 氈圈
圖3.1-7 軸承座的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
參考文獻(xiàn)[7]表3.5-10二螺柱軸承座，設(shè)計(jì)所需要的軸承座，材料選用ZG200-400。軸承座的具體機(jī)構(gòu)如圖3.1-7所示。
3.1.8鉗頭的設(shè)計(jì)與計(jì)算
圖3.1-8 鉗頭的受力簡(jiǎn)圖
鉗頭的受力分析圖如圖3.1-8所示，已知夾緊力N=2500N，，R=11333N。因?yàn)橐簤夯钊€要克服彈簧的阻力，取柱塞的推力F=6KN。
計(jì)算活塞桿的直徑，
(3-16)
式中：R—活塞桿的推力，N；
P—系統(tǒng)壓力，P=10MPa；
由文獻(xiàn)[4]表6-2取標(biāo)準(zhǔn)值d=40mm。
缸體壁厚的計(jì)算，由文獻(xiàn)[4]式(6-6)得，按薄壁計(jì)算
(3-17)
式中：P—系統(tǒng)壓力，P=MPa；
—材料許用應(yīng)力，取=100MPa；
外徑：do=D+2=32+2×2=40mm，取d0=40mm。
彈簧的選擇，為使夾頭能自動(dòng)開(kāi)啟，在上下夾頭之間安裝一個(gè)復(fù)位彈簧，由文獻(xiàn)[8]表7.1-10選擇圓柱螺旋壓縮彈簧：
材料：45鋼；
彈簧絲直徑：d=4.0mm； 彈簧中徑：D=22mm；
節(jié)距：7.12mm 工作極限載荷:657N 單圈彈簧剛度:236N/mm
安裝尺寸：
最小導(dǎo)筒直徑：29mm; 最大心軸直徑：15mm
銷軸設(shè)計(jì)：
上下夾頭采用銷軸連接：材料：45鋼，直徑：D=15mm，采用螺釘固定。
3.2矯直機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3.2-1 矯直機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
捆線經(jīng)由送線機(jī)構(gòu)后，需要經(jīng)過(guò)矯直機(jī)構(gòu)去掉捆線的大曲率變形，再進(jìn)入鋼絲導(dǎo)槽。本矯直機(jī)構(gòu)采用五輥矯直，軋輥懸臂布置。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.2-1所示。
3.2.1矯直機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定
輥距t和輥徑D的確定，首先確定最大輥距，為保證矯直質(zhì)量，輥距t與被矯件h有如下關(guān)系：
5h
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