毛皮冲孔机的设计—毕业设计论文.doc

上海理工大学本科毕业论文 1 毛皮冲孔机的设计 摘 要 用毛皮制作的服装以其保暖，舒适，高贵等特点备受人们的喜爱， 若在服饰中加入药材，可起到保健，治病的作用。天然皮革具有透气性,这 主要是通过皮板中的纤维间隙、毛细管和毛孔来透气。毛皮带有毛被, 无毛孔,因而透气性较差。要使药力透过皮板充分发挥药效,就必须在皮 板上开孔而又要保持毛被的美观。本文探讨了毛皮冲孔机的国内外研究 进展、开发背景、市场需求，并对毛皮冲孔机在开发、设计、使用需求 上的状况进行了分析。明确了毛皮冲孔机的设计目的和设计意义，确定 了设计理念和原则要求，在此基本上进行了毛皮冲孔机设计。通过对毛 皮结构的分析，提出了“针刺熱熨”的冲孔方法，采用圆锥冲针冲刺和 冲针热熨扩孔，圆满解决了在皮板上冲孔又不伤毛被的问题。通过槽轮 和凸轮的运用，实现了机器的多工位运转，大大提高了在皮板上开孔的 效率和质量。 在对各部分机械结构的多种方案进行比较基础上，结合生产实际， 给出冲孔机整体结构及各零件的设计。通过参数计算对冲孔机的主要零 件进行选择和校核，最后应用通过catia软件实现冲孔机的三维建模和 装配，通过autocad软件实现二维工程图绘制。 简言之，本文旨在设计一种能帮助企业提高生产效率，降低生产成 本的新型毛皮冲孔机，不单是通过传统的二维设计图纸，而是通过三维 毛皮冲孔机的设计 2 软件 catia，将冲孔机形象生动地展现在人们面前。 关键词：毛皮针刺、热熨、结构设计、三维建模、二维工程图 上海理工大学本科毕业论文 1 the design of fur punching machine abstract people like clothing made of fur because it is warm , comfortable and noble.if we put medicinal materials into clothes,it can make a role in keeping health and curing disease.natural leather have breathability and it breathe chiefly by fiber gap ,capillary and pore of dermatome .but pelage have bad breathability because of its fleece and having no pore. the article probes into the research progress at home and abroad,the development background and market requirement of the fur punching machine.it also analyses the condition of this machine about development design and user needs.making its purpose and significance of design clear. through the medium of analyses of pelt structural ,we present “acupuncture hot medicated compress“ which is a punch method adopt taper opposition pin spurt and opposition pin hot medicated compress ream.this method completion solve the problem that is punch on the cutis plate without injuring its fleece. with the handle of grooved pulley and cam, we realize the multiplex potential ran of the machine which greatly advance the efficiency and quality of tapping on the cutis 毛皮冲孔机的设计 4 plate. incorporation produce practice, i gave out monolithic construction and each partial designing of punching machine which based on the compare of manifold design of each several part of mechanical structure. i made option and check the major parts of the punching machine by calculating the parameter. in the end, i use catia realize three-d modeling and assembly of the punching machine, and i use autocad realize two-dimensional engineering drawing. in short, this article is for the purpose of designing one kind of new fur punch press to be able to help the company to enhance the production efficiency, reduces the production cost the. key words: pelt acupuncture, hot medicated compress, three-d modeling, two-dimensional engineering drawing 上海理工大学本科生毕业设计（论文） i 目 录 摘要 .1 abstract.2 前言 .1 第一章 绪论 2 1.1 毛皮行业的现状和发展趋势 2 1.1.1 行业现状 2 1.1.2 市场分析 3 1.2 课题研究的意义 5 1.3 本章小结 6 第二章 毛皮冲孔机的方案设计 7 2.1 开孔方案及冲孔设计 .7 2.2 执行机构设计 .8 2.2.1 圆锥冲头直刺法 8 2.2.2 圆盘回转多工位直刺冲孔机 8 2.3 传动系统运动方案设计 .9 2.3.1 蜗轮蜗杆传动 9 2.3.2 直齿轮传动 .10 2.3.3 锥齿轮传动 .10 2.3.4 槽轮传动 .10 2.3.5 凸轮传动 .11 毛皮冲孔机的设计 ii 2.4 本章小结 11 第三章 毛皮冲孔机的详细设计计算 7 3.1 传动参数计算 12 3.1.1 电动机的选择 .12 3.1.2 动力运动参数计算 .12 3.2 主要传动零件计算 13 3.2.1 蜗轮蜗杆计算 .14 3.2.2 直齿圆柱齿轮计算 .16 3.2.3 锥齿轮计算 .19 3.2.4 凸轮计算 .21 3.2.5 槽轮计算 .22 3.3 轴的设计计算 24 3.3.1 轴的选材及其许用应力 .24 3.3.2 轴的结构设计 .24 3.4 滚动轴承的选择 27 3.4.1 蜗杆轴的轴承选择 .27 3.4.2 蜗轮轴的轴承选择 .27 3.4.3 主轴的轴承选择 .27 3.5 联轴器的选择和计算 27 3.6 本章小结 28 第四章 零件的三维建模和装配 .29 4.1 三维建模软件的介绍 .29 4.2 标准件 .30 4.3 主要零件的三维建模 .31 上海理工大学本科生毕业设计（论文） iii 4.3.1 锥齿轮的建模 .31 4.3.2 蜗轮蜗杆的建模 .34 4.4 零件的装配 .36 4.5 本章小结 .36 第五章 毛皮冲孔机的工程图绘制 .37 5.1 工程图绘制软件的介绍 .37 5.2 工程图绘制 .37 5.3 本章小结 .38 结束语 39 参考文献 40 谢辞 41 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 1 前言 随着世界经济的高速发展，和全球经济一体化的加快，毛皮制品做 为高档消费品，其市场也在不断的扩大。2008 年作为一个充满挑战和 机遇的奥运年，是我国皮革和毛皮业发展最好的时期。 毛皮制品做为国际市场上素来的“软黄金” ，市场也随着世界经济 的发展在不断扩大。而且随着医学技术的提高和人们对自然、自身认识 的深入，其发展方向也从以往单一的保暖功效型逐渐发展到现在“健康 环保”型,随之而来的是毛皮加工工艺的不断革新和改进。医学技术的 提高和人们对自然、自身的认识的深入，使医疗保健和健康生活的观念 也在不断更新和发展， “健康环保”成为毛皮制品的一大亮点，带给我 们全新的穿衣理念。但同时“健康环保”也让毛皮制品企业对毛皮加工 工艺有了更新的要求和追求。 虽然毛皮行业在我国有悠久的历史，但毛皮加工的工艺技术相对落 后，自动化程度较低，与国外的先进技术相去甚远。这也是制约我国毛 皮行业开拓国际市场的一大因素之一。目前，国内的多数毛皮加工企业 缺乏有效的加工设备和创新的加工工艺流程，致使其在市场竞争中缺乏 优势，难以立足。 毛皮开孔做为毛皮加工工艺中重要的一部分，如果能设计一套自动 冲孔机设备，在提高在皮板上开孔的效率，保持其质量的同时又不妨碍 其美观程度，减少企业的劳动力成本，降低产品的报废率，将会使企业 在竞争激烈的国家市场上占据主动的优势。本课题的设计的 mj-01 型毛 皮冲孔机，主要针对皮板开孔问题，采用针刺熱熨的方法，实现了皮板 开孔而不伤毛被，同时通过凸轮和槽轮机构，实现机器的多工位运转， 毛皮冲孔机的设计 2 有效节约了资源，达到了较高水平的自动化水平，可大大提高企业的生 产效率和加工质量，减少生产成本。 毛皮冲孔机的设计 2 第一章 绪论 本课题来源于生产实践，要求设计一种新型的毛皮冲孔机，针对毛 皮针刺冲孔的特点进行分析与计算，结合毛皮针刺熱熨冲孔过程存在的 问题，从传动机构及整体结构上进行开发与设计，实现毛皮针刺熱熨冲 孔的功能。在提高生产效率的前提上，实现结构的最优化设计布局。 1.1 毛皮行业的现状和发展趋势 1.1.1 行业现状 毛皮制品是一种高档的消费品，在国际市场素有“软黄金”之称。 毛皮服装有其他服装不能比拟的优点，不但给人带来温暖，更能带来一 种雍容华贵的气质。随着国家政策的鼓励和扶持，野生动物人工繁殖技 术日臻完善，养殖规模不断扩大。水貂、蓝狐等毛皮动物，人工饲养可 当年产仔、当年产皮，毛皮鞣制、染色、加工也形成了一大特色产业。 蓝狐、银狐、水貂、貉、麝鼠、海狸鼠、灰鼠等毛皮原料制成的服装、 服饰，柔软、细腻、保暖性强。中国是毛皮服装生产出口的大国，产品 销往加拿大、芬兰、丹麦、美国、俄罗斯等 20 多个国家和地区。在国 际市场上，用毛皮下脚料制成的胸花能卖到 3 美元5 美元，披肩、围 巾 200 美元300 美元，上衣最高能卖到 2000 美元。 “中国制造”毛皮 制品越来越受到国际市场的青睐。 皮业在我国有悠久的历史，自古以来就是高档消费品。但是，毛皮 市场受国际经济的影响很大，业内人士必须认识和掌握这个规律。 过去，世界上的毛皮鞣制、染 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 3 色加工厂多数位于传统的毛皮业发达地区，如德国、意大利、西班牙、 希腊、土耳其及前苏联等地区。随着亚洲经济的发展，特别是中国经济 的快速发展，现在全世界毛皮鞣制、染色加工业主要集中在中国，目前 我国大约加工的制裘原料皮约占全世界的 70%。国际市场毛皮鞣制、染 色加工业近年进一步向中国转移，目前除传统的加工强国德国、意大利 外，西班牙等国家的毛皮鞣制、染色加工业也逐步向中国及其他发展中 国家转移。虽然 2007 年整个毛皮行业受国家产业政策、环保法规影响， 发展极不平衡，但作为世界公认的裘皮革皮制品生产大国，我国的资源 丰富，生毛皮、已鞣制毛皮、毛皮服装及制品进出口贸易均成绩斐然。 在刚刚过去的 2007 年，伴随国际市场上原料皮短缺，劳动力价格 上涨，以及对环境保护的要求日益严格等因素影响，世界皮革工业的分 布状况、产品结构和贸易环境都在发生变化。全行业从毛皮动物养殖、 毛皮鞣制染色加工、裘皮服装、服饰、毛皮化工业、毛皮机械设备制造 业等各个方面都出现了较大的调整、变化和发展。由于我国面临能源、 环境、国际收支平衡、人民币汇率等问题，国家调整了产业政策，对高 能耗、高污染行业实行限制，采取了取消和降低出口退税等一系列措施， 这都在很大程度上影响了裘皮革皮制品行业，使得去年国内的裘皮养殖、 加工行业的发展显得低迷。 挑战的同时也是希望所在。一分为二地看待当前形势的时候，我们 会发现这是一个前所未遇的机遇，目前仍然是我国皮革和毛皮业发展最 好的时期。2008 年是发展跨越年，我们将看到在这一年里行业进行规 范和调整之后，步入新的发展时期。在这一年的开端，持续了 30 余年 的中国国际裘皮革皮制品小交会，通过展会的桥梁和纽带作用，服务于 参展商和采购商，引导和推动行业 毛皮冲孔机的设计 4 健康发展。在 2008 这个充满吉庆的年度里，迎来一个新的转折是业内 人士的共同愿望。 同时，2008 年也是中国的奥运年， “goldenyear”就是知名裘皮企 业分别以奥运五环的五种颜色绿、红、蓝、黑、黄为设计灵感，为高贵 的裘皮服装赋予奥运的色彩，将中国人对奥运的企盼展现给世界，为观 众献上了一台超越想象的视觉盛宴。中国的裘皮行业已整装待发，准备 迎接 2008 的中国“黄金年” 。 1.1.2 市场分析 2007 年，中国皮革行业继续保持发展态势，但增长速度明显回落。 2007 年上半年全部国有企业及年销售收入 500 万元人民币以上的 非国有皮革、毛皮及制品企业工业总产值同比增长 20%，增幅比上年同 期回落 7%。轻革产量 1.3 亿平方米，同比增长 6.2%，增幅比上年同期 回落 13.8%；皮鞋 6.8 亿双，同比增长 12.9%，增幅比上年同期回落 3%；皮革服装 903 万件，同比下降 10.8%（上年同期为增长 18%） ；皮包 8 亿只，同比增长 36.8%，增幅比上年同期上升 35.4%；毛皮服装 28 万 件，同比下降 8.2%。 皮革工业主要商品及鞋类商品进出口仍保持增长，但出口增幅明显 回落。 表 1-2 2007 年 1-5 月份皮革工业主要商品出口量值 表 金额单位：千美元 主要商品 计量单位 2007 年 1-5 月 比上年增减(%) 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 5 数量 金额 数量 金额 皮面皮鞋 万双 53,540 3,510,153 -2.6 8.3 旅行用品 及箱包 3,970,077 20.9 皮革服装 万件 7 53 271,9 92 -34.1 -46.6 毛皮服装 吨 3 46 43,38 4 -45.3 -73.7 皮革手套 万双 30,119 293,7 46 -3.0 3.8 足篮排球 万个 7,708 109,464 -7.7 -7.6 生皮 千吨 0 1,309 245.2 34.6 成品及半 成品革 千吨 5 4 567,4 93 -29.6 -18.4 靴鞋零件 及类似品 千吨 86 416,8 17 18.8 42.8 皮革机械 千台 2 3 22,90 8 112.3 67.7 总计 9,207,342 7.0 据海关统计，全国皮革工业主要商品出口同比增长 6.9%，增幅比 上年同期回落 7.1%；旅行用品及箱包出口 21.7 亿美元，同比增长 23.8%； 皮革服装出口金额 1.8 亿美元，同比下降 46.5%；毛皮服装出口 2,514 万美元，同比下降 78.4%；成品革出口 2 万吨，同比下降 22.9%，出口 毛皮冲孔机的设计 6 金额 2.8 亿美元，同比下降 15.1%。 鞋类商品出口 20.6 亿双，同比增长 11.6%，比上年同期增长幅度 回落 2.2%；出口金额 54.5 亿美元，同比增长 15.8%，比上年同期增长 幅度回落 3.1%。其中，皮面皮鞋出口 3.3 亿双，同比下降 0.5%，出口 金额 20.5 亿美元，同比增长 7.8%。 表 1-2 2007 年 1-5 月份皮革工业主要商品进口 量值表 金额单位：千美元 2007 年 1-5 月 比上年增减(%)主要商品 计量单 位 数量 金额 数量 金额 生皮 千吨 3 99 626,95 5 -0.7 9.2 成品及半成品 革 千吨 4 68 1,815,211 3.9 14.5 靴鞋零件及类 似品 千吨 1 2 124, 151 -11.5 -7.3 皮革及制鞋机 械 台 2,767 21,9 39 -37.9 -29.5 皮革机械零件 吨 283 3,157 -25.2 15.5 旅行用品及箱 包 121,91 1 43.9 皮革服 装 千件 17 3,659 54.2 63.3 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 7 皮面皮 鞋 万双 379 100,93 9 41.4 44.8 皮革手 套 千付 192 455 247.2 63.1 毛皮衣 服 公斤 2,152 283 -18.5 -55.0 足篮排 球 千个 1,080 1,286 1.9 总计 2,819,947 13.4 2007 年 1-3 月，皮机、靴鞋零件进口下降，皮革服装、皮面皮革、 箱包等皮革制品进口继续大幅度增长。 全国皮革工业主要商品进口金额同比增长 17.2%，增幅较上年同期 上升 0.9%；生皮（毛皮除外）进口 23.3 万吨，同比增长 9%，进口金额 3.7 亿美元，同比增长 22.1%；成品革进口 6.6 万吨，同比下降 6%，进 口金额为 6.6 亿美元，同比增长 6.8%；旅行用品及箱包进口 6,957 万 美元，同比增长 31.8%；皮革服装进口 1.4 万件，同比增长 104.7%，进 口金额 251 万美元，同比增长 93.2%；毛皮服装进口 22 万美元，同比 下降 45.1%。 进口的持续增加，反映出我国市场对国外优质产品的强劲需求，也 反映出中国市场的开放度不断增加。 1.2 课题研究的意义 目前，毛皮服饰从传统的保暖 毛皮冲孔机的设计 8 为主的功能走向了装饰为主的潮流，使用范围在不断扩大，除了传统的 全部用毛皮制作的服装外，毛皮与各种面料结合制作的时尚服装也占较 大比例，此外毛皮也进入各种服饰以及家庭装饰品的使用范畴，这将有 望使毛皮产品由单一的冬季市场走向全年的市场，同时也会由寒冷地区 走向更广阔的时尚城市。毛皮产品会随着时尚的潮流不断扩大它的市场。 而且随着医学技术的提高及人们对自然、自身认识的深入，医疗保 健和健康生活的观念也在不断更新和发展，“健康环保”成为休闲服以 及内衣系列中的一大亮点，带给我们全新的穿衣理念。 如图 1 所示的护肩、护兜、护膝等产品，由一块毛皮 1 和衬布 2 以 及放置在二者之间的药袋 3 组成，其中毛皮块形状可裁制成圆形、方形、 三角形等等。使用时，毛被贴身，这样既达到保暖御寒的目的，同时通 过药效防病治病达到保健之目的。很显然，要发挥最大药效，药力必须 穿透皮板和毛被，才能被人体吸收。 图 1-1 放置药袋的制品 众所周知，天然皮革具有透气性，这主要是通过皮板中的纤维间隙、 毛细管和毛孔来透气。毛皮带有毛被，无毛孔，因而透气性较差。那么， 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 9 要使药力透过皮板充分发挥药效，就必须在皮板上开孔而又要保持毛被 的美观。 随着我国毛皮加工市场的不断扩大，对毛皮加工的品质和要求也不 断的提高，如何能够提高在皮板上开孔的效率，在保持其质量的同时又 不妨碍其美观程度，一直是各大毛皮加工厂商努力研究和追求的。 1.3 本章小结 随着毛皮制品市场的不断扩大，毛皮的加工工艺也在不断改进，由 过去的手工型渐渐转变为机器自动型。毛皮开孔工艺做为毛皮加工中重 要的一部分，如何在解决毛皮上开孔而不伤毛被的问题的同时提高开孔 的效率和开孔的质量，这就是本课题所要研究的。 毛皮冲孔机的设计 10 第二章 毛皮冲孔机方案设计 2.1 开孔方案及冲针设计 毛皮冲孔机的设计主要参数： （1）生产率为 1200 件/小时； （2）产品结构的直径为 200mm； （3）空间距 15mm，孔径 2mm； （4）电热功率 5002000w。 在皮板上开孔，可采用三种方法:(l)在毛皮蹂制前或鞭制过程中， 通过特殊的化学处理，使皮板疏松形成缝隙；(2)蹂制后，采用化学腐 蚀法开孔；(3)机械法冲孔。方法(1)目前在生产工艺上还无法解决。方 法(2)的加工时间长，工艺操作难度较大，而且容易破坏皮板伤及毛被。 机械法是最常用的板料冲孔法,简单易行。 采用机械法在毛皮皮板上冲孔,必须考虑毛皮皮板材料的结构特殊 性和产品的功能要求:(1)从产品的要求来看,开孔的目的是使药力能 透 过皮板充分发挥药效，因此，孔径应小而密布。孔径 2mm 以下,孔间距 15mm 左右；(2)毛皮皮板是一种具有弹性的纤维体，若在皮板上冲出直 径 2mm 以下的小孔，则因皮板纤维自然收缩复原，小孔眼就会消失。若 冲掉一块直径较大的皮板(带毛)，则破坏了毛被而影响美观。同时还需 要考虑不同毛皮皮板厚度、硬度、毛被密度等的差异,冲出符合产品功 能要求的孔。 综上分析可知,满足要求的孔的理想形状应为圆锥形，据此， 我设计了 3 种冲头(如图 21 所示)进行对比试冲。图中(a)为圆柱底刃 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 11 冲头，用其冲孔后，破坏了毛被。(b)为圆锥冲头，用其冲孔后基本不 伤毛被，但冲头退出皮板后，皮板纤维即收缩复原，小孔眼消失。(c) 为圆锥轴向刃冲头，在冲孔时可将皮板剪开,结果比用圆锥冲头稍好， 但效果仍不理想，同时，这种冲头的制造也比较困难。 图 21 冲头 皮板是一种纤维交织材料,在一定温度下,纤维烧灼而碳化。圆锥冲 头热熨法就是根据此机理，把冲头(针)加热,然后刺穿皮板，热熨扩孔， 圆满地解决了在皮板上冲孔又不伤毛被的问题。 2.2 机器结构设计 2.2.1 圆锥冲头直刺法 如图 22 所示，主要由上压脚 1、针孔板 2、加热器 3、冲头 4、 针盘 5 等组成，冲头 4 头部置于加热器 3 中。工作时，将毛皮肉面朝下 铺放在针孔板 2 上，降下压脚 1 压住皮板。针盘 5 由驱动装置驱动由下 向上运动，其上安装的冲头（已热）刺入皮板，稍停顿，热熨扩孔。 毛皮冲孔机的设计 12 图 22 圆锥冲头直刺热熨开孔 2.2.2 圆盘回转多工位直刺冲孔机 如图 23 所示，主要由上压脚装置 1、六工位转盘 2（安装针孔板） 、针盘装置 3、机架 11（安装加热器）和传动装置等组成。电动机 7 通 过一对圆柱齿轮 6，使得主轴 5 转动。主轴安装的凸轮 4（4）驱动针 盘装置 3 上下往复运动；两套压脚装置 1 与支承芯轴 13 组成挑担式结 构，由主轴上安装的凸轮 8 驱动；六工位转盘 2 同槽轮机构 10 通过套 筒 12 驱动间歇转位。 图 23 方案草图 安装在转盘上的针孔板按照待冲孔产品的要求（孔径、孔间距等） 加工制作。六工位转盘上的六个工位分成两组，如图 24 所示。其中 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 13 1 和 4 工位为放料工位，2 和 5 工位为冲孔工位，3 和 6 工位为取料工 位。工作时，把两块毛皮毛被朝上分别放在 1、4 工位的针孔上，转盘 带着针孔板转位到 2（5）工位进行冲孔，冲孔结束后，转盘转位到 3（6）工位，取出毛皮。这样，机器启动后，即可依次循环自动完成冲 孔工作。 图 24 六工位圆盘 2. 3 传动系统运动方案设计 考虑到机器体积不大，但是传动比要求大，故综合蜗轮蜗杆和齿轮 传动的特点，采用蜗轮蜗杆-齿轮二级传动。 2.3.1 蜗轮蜗杆传动 如图 25 所示，蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，常用于轴交错角为 90的两轴间传递运动和动力。一般蜗杆为主动件，作减速运动。蜗杆 毛皮冲孔机的设计 14 传动的振动、冲击和噪声均很小，工作较平稳，能以单级传动获得较大 的传动比，结构紧凑，可以自锁。故使用蜗杆传动作为第一级传动。其 中阿基米德圆柱蜗杆加工方便，应用较广泛，用于头数较少、载荷较小、 转速较低或不太重要的传动。故选用普通圆柱蜗杆传动。 图 25 蜗轮蜗杆传动 2.3.2 直齿轮传动 如图 26 所示，渐开线圆柱齿轮的传动速度和功率范围很大，传 动效率高，一对齿轮可达 0.98-0.995，对中心距的敏感性小，互换性 好，装配和维修方便，可以进行变位切削及各种修行、修缘，从而提高 传动质量，易于进行精密加工，是齿轮传动中应用最广泛的传动。故选 用渐开线圆柱齿轮作为第二级传动。 图 26 直齿轮传动 2.3.3 锥齿轮传动 如图 27 所示，因工作轴转速均为 10r/min，故传动比为 1，考虑 到装配问题，采用圆锥齿轮传动。圆锥齿轮用于相交两轴之间的传动， 其中应用最广泛的是两轴交角为 90直齿圆锥齿轮，它比曲线齿锥齿 轮的轴向力小，制造也比曲线齿锥 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 15 齿轮容易。故采用直齿锥圆柱齿轮传动。 图 27 锥齿轮传动 2.3.4 槽轮传动 设计要求生产率 q=1200 件/小时，故采用槽轮机构这一间歇运动机 构，提高生产效率，实现毛皮的放置，开孔，提取循环。如图 28 所 示，槽轮机构由具有径向槽的槽轮、带有圆销 a 的拨盘和机架组成。当 拨盘作等速连续转动时，驱使槽轮作时转时停的间隙运动。拨盘上的圆 销 a 尚未进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹锁止弧被拨盘的外凸圆 弧卡住，故槽轮静止不动。 图 28 外槽轮机构 槽轮机构结构简单、工作可靠，在设计合理的情况下，拨销进入和 退出啮合时槽轮的运动较平稳。采用外槽轮机构，拨盘与槽轮转向相反。 毛皮冲孔机的设计 16 2.3.5 凸轮传动 凸轮机构作为一种常用机构，兼有传动、导向和控制功能，在自动 化和半自动化机械中应用非常广泛。故针盘装置采用平底直动从动件盘 状凸轮机构驱动，考虑到机器工作速度比较低，所以从动件运动规律采 用比较简单的等速运动规律，如图 29 所示。 图 29 凸轮机构 2.4 本章小结 本章主要进行毛皮冲孔机方案设计。提出了 3 种开孔方案即毛皮鞣 制前化学处理，鞣制后化学腐蚀及机械法冲孔，选取机械法，运用普遍， 简单易行。进行了冲针设计，考虑到药效的发挥，皮板厚度、硬度、毛 被密度等因素，设计成圆锥冲头，考虑到皮板纤维能够收缩复原，可将 针头加热，然后刺穿皮板，热熨扩孔，圆满解决了在皮板上冲孔又不伤 毛被的问题。确定了传动系统运动方案，考虑到机器体积不大，但传动 比要求大，综合蜗轮蜗杆和齿轮传动的优缺点，采用蜗轮蜗杆-齿轮二 级传动系统。进行主要工作机构设计，考虑到工作率要求，及毛皮的放 置、针熨和提取，采用槽轮机构这一间歇机构，简单易行。结合上述已 设计方案，确定了圆盘回转多工位直刺冲孔机。 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 17 第三章 毛皮冲孔机结构设计计算 3.1 传动参数计算 3.1.1 电动机的选择 根据工作载荷，工作要求和工作环境等条件，选用 y 系列封闭式三 相交流异步电动机，主轴的功率 pw=0.75kw。 查阅各传动部分效率： 联轴器：1=0.99 蜗杆传动：2=0.75 齿轮传动：3=0.97 滚动轴承：4=0.99 锥齿轮传动:5=0.95 总效率计算所需电动机功率： 总=12343 =0.6988 计算所需电动机功率：pd=pw/ 总=1.0733kw 查机械设计课程设计得额定功率 pcd=1.1kw 电动机选用 y90l-6 n 满=910（r/min） 3.1.2 动力运动参数计算 传动装置的运动和动力参数，主要是各轴的转速、功率和转矩，这 些是进行传动件设计计算极为重要的依据。 根据设计要求，工作轴的转速 n=10（r/min）,传动比 i 总=n 满 /n=91，取 毛皮冲孔机的设计 18 i 蜗杆=31，则 i 齿轮=2.94。 表 31 动力运动参数列表 轴号 功率 p/kw n/（r/m in） t/(nm ) i 0 1.0733 910 11.264 1 0.9 9 1.0626 910 11.151 31 0.7 5 0.7970 29.35 259.33 0.75 10 716.25 2.9 4 0.9 4 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 19 0.7125 10 680.44 1 0.9 5 3.2 主要传动零件计算 冲孔机的传动装置包含很多机件，如蜗轮蜗杆、齿轮、凸轮、槽轮、 轴及各种紧固件、轴承、联轴器等多种机件。这些机件的材料和具体的 结构、尺寸并不能从运动简图里反映出来，而必须通过强度或刚度等工 作能力计算和机构设计来确定。 各传动件的具体设计计算方法按机械设计教材，且应注意以下一些 问题： （1）要确定各传动件与其他机件的装配或协调关系。 （2）传动系统中如有变换运动形式的机构，如连杆、凸轮等，应 先设计计算其运动尺寸。 （3）注意材料选择应与设计计算方法、机件工作条件、毛坯制造 方法等情况相适应，材料的种类应尽可能少。 （4）根据具体设计要求，合理选择参数。 （5）传动件的主要参数确定后，其结构尺寸有些应按几何关系公 式计算，如齿轮和蜗轮的齿顶圆、齿根圆直径；有些则是按经验公式或 数据来确定，如蜗轮最大直径和宽度、蜗杆螺旋长度。 （6）要正确处理设计计算的尺寸数据。有些数据应标准化，如齿 轮和蜗轮的模数；有些尺寸需圆整。如轮緣内径等，以便于制造和测量； 有些几何尺寸则必须求出其精确值，如齿轮传动的节圆、分度圆等。此 外，有些尺寸必须彼此协调，如齿轮传动中心距必须等于相啮合齿轮的 节圆半径之和。 毛皮冲孔机的设计 20 3.2.1 蜗轮蜗杆计算 （1）选择蜗杆传动类型 根据 gb/t10085-1988 的推荐，采用阿基米德蜗杆(za 型) （2）选择材料 考虑到蜗杆传动功率不大，速度中等，选用 45 钢表面淬火，硬度 为 45-55hrc，蜗轮选用 zcusn10p1,为节约贵重有色金属，仅齿圈用青 铜制造，轮芯用灰铸铁 ht200 制造。 （3）按齿面解除疲劳强度进行设计 根据蜗轮传动的设计准则，先按齿面解除疲劳强度进行设计，再校 核齿根弯曲疲劳强度。 传动中心距： 1) 作用在蜗轮上的转矩=259.33nm 2) 确定载荷系数 k k=kakk 应工作载荷较稳定，转速不高且冲击不大，故 1 齿向载荷分布系数 k，蜗杆传动在平稳载荷下工作，载荷分 布不均现象将由于工作表面良好的磨合而得到改善，取 k=1； 2 据机械设计表 115，选取使用系数 ka=1.15； 3 因为蜗轮圆周速度 v3m/s，取动载系数 k=1.05 k=kakk=1.20751.21 3) 确定弹性影响系数 ze 选用铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆配对，故取 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 21 ze=160mpa1/2 4) 确定接触系数 zp 取蜗杆分度圆直径和传动中心距 a 比值 d1/a=0.4,得（机械设计 图 11-18）zp=2.72 5) 确定许用接触应力h 据蜗轮材料铸锡磷青铜，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度 45hrc，可得（机械设计表 11-7）蜗轮基本许用应力h =268mpa 应力循环次数 n=60jn2lh 蜗轮转速 n2=29.35r/min 工作寿命 lh=108000h 蜗轮每转一转，每个轮齿啮合的次数为 j=1。 所以应力循环次数 n=60jn2lh=60x1x29.35x108000=1.90188x108 寿命系数 则h=khnh=185.45mpa 6) 计算中心距 可选取中心距为 125mm（机械设计表 11-2），从表 11-2 中取 模数 m=6.3，蜗杆分度圆直径 d1=63mm,此时 d1/a=63/125=0.504，则 zp=2.6zp，因此以上计算可用。 （4）确定蜗杆和蜗轮主参数 和几何尺寸 毛皮冲孔机的设计 22 齿顶高系数 ha*=1,顶隙系数 c*=0.2,压力角 n=20,模数 m=6.3。 1) 蜗杆： 轴向齿距 pa=m=19.782mm 直径系数 q=10 分度圆直径 d1=63mm 齿顶圆直径 da1=m(q+2)=75.6mm 齿根圆直径 df1=m(q-2.4)=47.88mm 分度圆导程角 r=54238 蜗杆轴向齿厚 sa=1/2m=9.896mm 蜗杆齿宽 b（10.5+z1）m=72.45mm 2) 蜗轮： 蜗轮齿数 z2=31 变位系数 x2=-0.6587 蜗轮分度圆直径 d2=mz2=195.3mm 蜗轮喉圆直径 da2=m(z2+2)=207.9mm 蜗轮齿根圆直径 df2=m(z2-2.4)=180.18mm 蜗轮咽喉母圆半径 rg2=a-1/2da2=125-0.5x207.9=21.05mm 蜗轮宽度 b0.75da1=56.7mm （5）校核齿根弯曲疲劳强度 当量齿数 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 23 根据 x2=-0.6587 zv2=31.187 查表 11-19 得齿形系数 yfa2=3.35 螺旋角系数 计算弯曲应力 f=19.896mpa 许用弯曲应力f=fkfn 据表 11-8 查得铸锡磷青铜制造的蜗轮的基本许用弯曲应力f =56mpa 寿命系数 f=fkfn=56x0.55816=31.26mpa 故有 ff，所以弯曲强度满足。 3.2.2 直齿圆柱齿轮计算 （1）选定齿轮类型、精度等级、材料及初设齿数 1) 按传动方案设定，选用直齿圆柱齿轮传动。 2) 传动为一般工作机器，速度不高，选用 7 级精度（gb-10095- 88）。 3) 材料选用。选择小齿轮材料为 ht300，硬度为 250hbs，大齿轮材 料为 ht300，硬度为 200hbs。 4) 初定小齿轮齿数 z1=25，大齿轮齿数=z2xi2=25x2.94=73.5,圆整 为 74。 （2）按齿面接触强度设计 毛皮冲孔机的设计 24 1) 试选载荷系数 kt=1.3 2) 选取齿宽系数（表 10-7）d=1 3) 查得(表 10-6)材料弹性系数 ze=143.7mpa1/2 4) 查得（10-21b） 小齿轮的接触疲劳强度极限 lim1=400mpa 大齿轮的接触疲劳强度极限 lim2=342mpa 5) 计算接触疲劳许用应力h=khnlim/s 计算应力循环次数 n1=60njl=60x29.35x1x(300x15x2x8)=126.792x106 n2=n1/i=43.127x106 查得（图 10-19）接触疲劳寿命系数 khn1=1.0，khn2=1.05 计算接触疲劳许用应力 取失效率为 1%，安全系数 s=1 h1=khn1lim1/s=400mpa h2=khn2lim2/s=359.1mpa 6) 按齿面接触强度设计小齿轮分度圆直径，带入h较小值： =96.671mm 7) 核算载荷系数 k k=kakvkk 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 25 查阅机械设计，确定： 原动机为电动机且传动较为平稳，选（表 102）ka=1； 计算圆周速度 v=4.606m/s，查得 kv=1.11（图 10-8）； 直齿轮，故选 k=1 d=1.0,软齿面 7 级精度非对称布置，选 k=1.436（表 10-4） 故 k=11.1111.436=1.594 8) 校正分度圆直径值 =103.47mm 9) 计算模数 m=d1/z1=103.47/25=4.14 （3）按齿根弯曲强度设计 1) 计算弯曲疲劳许用应力 查得(图 10-20a)弯曲疲劳强度极限 fe1=175mpa fe2=160mpa 查得(图 10-18),弯曲疲劳寿命系数 kfn1=1.0,kfn2=1.05 取弯曲疲劳安全系数 s=1.4 f=kfnfe/s 则f1=125mpa，f2=120mpa 2) 计算载荷系数 k=kakvkk 毛皮冲孔机的设计 26 查得 ka=1，kv=1.05 直齿轮，故选 kf=1 选 kf=1.35（表 10-4） k=11.0511.35=1.418 3) 查得齿形系数和应力校正系数(表 10-5) yfa1=2.62,ysa1=1.59, yfa2=2.232,ysa2=1.758 4) 计算比较大、小齿轮 yfa1ysa1/f1=2.62x1.59/125=0.0333264 yfa2ysa2/f2=2.232x1.758/120=0.0326988 小齿轮数值较大 5) 按齿根弯曲强度设计 =3.53mm 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲 疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数 m 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 径有关,可取由弯曲强度算得的模数 3.53,并就近圆整为标准值 m=4mm, 并取由接触疲劳强度算得的分度圆直径 d1=96.67mm,算出小齿轮齿数 z1=d1/m=24.17，取 25，z2=z1xi=25x2.94=73.574。 校核传动比误差: =i-i0/i100%=|2.94-74/25|/2.94100%=0.480%5% 这样,既满足齿面接触疲劳强 度同时也满足齿根弯曲疲劳强度。 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 27 （4）其他尺寸确定 d1=mz1=425=100mm d2=mz2=474=296mm 齿顶高：ha1=ha2=ha*m=4mm 齿根高：hf1=hf2=m(ha*+c*)=5mm 中心距：a=(d1+d2)/2=198mm 齿轮宽度：b=dd1=1100=100mm 取 b1=105mm b2=100mm 齿厚：s=m/2=6.28mm 图 31 直齿圆柱齿轮的零件图 3.2.3 锥齿轮的计算 （1）选定齿轮类型、精度等级、材料及初设齿数 1) 按传动方案设定，选用直齿锥圆柱齿轮传动。(gb/t 12369-1990) 2) 传动为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度。 3) 材料选用。齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240hbs。 4) 初定齿轮齿数 z1=30，大齿轮齿数 z2=z1xi3=30 （2）按齿面接触强度设计 毛皮冲孔机的设计 28 1) 试选载荷系数 kt=1.0 2) 选取常用齿宽系数 r=1/3 3) 查得(表 10-6)材料弹性系数 ze=189.8mpa1/2 4) 查得（10-21d）齿轮的接触疲劳强度极限 lim=550mpa. 5) 计算接触疲劳许用应力 h=khnlim/s 计算应力循环次数 n=60njl=4.31136x107 查得（图 10-19）接触疲劳寿命系数 khn1=1.00 计算接触疲劳许用应力 取失效率为 1%，安全系数 s=1 h=khnlim/s=550mpa 6) 按齿面接触强度设计齿轮分度圆直径： =234.19mm 7) 核算载荷系数 k=kakvkk 查阅机械设计，确定： 原动机为电动机且传动较为平 稳，选（表 102）ka=1 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 29 计算圆周速度 v=0.3599m/s，查得 kv=1.08（图 10-8） 直齿轮，故选 k=1 选 khbe=1.1（表 10-9）,k=1.5khbe=1.65 故 k=11.0811.65=1.782 8) 校正分度圆直径值 =253.75mm 9) 计算模数 m=d1/z1=8.46 查得机械设计基础圆整为标准值 m=8 （3）校核齿根弯曲强度 1) 计算弯曲疲劳许用应力 查得(图 10-20c)弯曲疲劳强度极限 fe=380mpa n1=n2=4.31136x107 查得(图 10-18),弯曲疲劳寿命系数 kfn=0.97 取弯曲疲劳安全系数 s=1.4 f=kfnfe/s=263.2857mpa 毛皮冲孔机的设计 30 2) 计算载荷系数 k=kakvkk 取 ka=1 查得 kv=1.08 直齿轮，故选 k=1 选 k=1.65 故 k=11.0811.65=1.782 3) 计算当量齿数 zv cot1=tan2=u=1 故 1=2=45 zv=z/cos=42.43 查得齿形系数和应力校正系数(表 10-5) yfa=2.33 ysa=1.692 =7162.5n r=d1 /2=179.43mm12u b=rr=59.81mm 4) 校核齿根弯曲强度 =126.196f 即满足齿根弯曲疲劳强度 （4）其它尺寸确定 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 31 ha*=1，c*=0.2 分度圆直径 d1=d2=mz1=240mm 锥距 r=d1 /2=169.71mm12u 齿顶高：ha1=ha2=ha*m=8mm 齿根高：hf1=hf2=m(ha*+c*)=9.6mm 齿轮宽度：b=rr=56.57mm 取 b=60mm 3.2.4 凸轮计算 （1）凸轮机构类型： 凸轮机构型式：平面盘形凸轮机构 从动件运动形式：直动 从动件类型：平底从动件 如图 32 所示，多数平底与其速度方向垂直，因此受力情况好， 传动效率高，与凸轮接触面间易形成锲形油膜，易润滑，结构维护简单、 体积小，重量轻，但不能与内凹或直线轮廓工作，且平底不能太长。 凸轮的封闭方式：力封闭 利用弹簧力、从动件自重等外力使从动件与凸轮始终保持接触。 图 32 平面盘形凸轮机构 毛皮冲孔机的设计 32 （2）从动件运动规律 考虑机器工作速度比较低，所以，从动件运动规律采用比较简单的 等速运动规律。针盘凸轮(图 2-4 中件 4、4)轮廓角分配计算如下： 工作循环时间 t=6s，其中：升程时间 tk=1s，回程时间=td1s，工 作停留时间 ts=2s，初始位置停留时间 to=2s， 凸轮升程角 k=360 1/6=60，凸轮回程角 d=60，凸轮远休止角 s=360 2/6=120，凸轮近休止角 o=3602/6=120。 凸轮转向：逆时针方向 凸轮转速 n=10r/min 上压脚装置采用几何封闭直动从动件凸轮机构驱动，凸轮运动参数 和针盘凸轮相同，但安装相位角超前 180。 （