缠绕成型机构传动系的设计(终稿).doc

一、设备概述及设计任务1.1 缠绕成型机构及传动系概述缠绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维（或布带、预浸纱）按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，获得制品。缠绕机是实现缠绕成型工艺的主要设备，对缠绕机的要求是：能够实现制品设计的缠绕规律和排纱准确；操作简便；生产效率高；设备成本低。缠绕机主要由芯模驱动和绕丝嘴驱动两大部分组成。为了消除绕丝嘴反向运动时纤维松线，保持张力稳定及在封头或锥形缠绕制品纱带布置精确，实现小缠绕角（015）缠绕，在缠绕机上设计有垂直芯轴方向的横向进给（伸臂）机构。为防止绕丝嘴反向运动时纱带转拧，伸臂上设有能使绕丝嘴翻志的机构。我国60年代研制成功链条式缠绕机，70年代引进德国WE-250数控缠绕机，改进后实现国产化生产，80年代后我国引进了各种型式缠绕机40多台，经过改进后，自己设计制造成功微机控制缠绕机，并进入国际市场。1.2 设计任务在缠绕成型机构中传动系统作为主要动力来源，为了实现预期的运动和传递动力，本次课程设计我们从卧式缠绕机出发设计其传动系统.这种缠绕机是由齿轮带动小车（绕丝嘴）作往复运动，并在封头端有瞬时停歇，芯模绕自身轴作等速旋转，调整两者速度可以实现平面缠绕、环向缠绕和螺旋缠绕，这种缠绕机构造简单，用途广泛，适宜于缠绕细长的管和容器。其中传动系统的设计步骤大体为以下五个部分：1、根据机器的生产任务拟定实现工作过程的运动方案。2、确定各执行构件的运动参数和生产阻力，并选择电动机，确定其类型、转速和功率。3、合理选择机构类型、拟定机构的组合方案，绘制机械传动系统的机构运动简图。4、根据执行构件和原动机的运动参数以及各执行构件的运动协调要求，确定各机构的运动参数。5、根据机器的生产阻力或原动机的额定转矩计算各零件承受的载荷（包括轴所传递的扭矩）。二、总体设计2.1 材料选择螺纹柱、芯模柱采用45号钢，这种钢的机械性能很好。广泛用于机械制造但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45#钢优越的机械性能，常将45#钢表面淬火（高频淬火或者直接淬火），这样就能得到需要的表面硬度。含碳(C)量是0.420.50%密度7.85g/cm3,弹性模量210GPa,泊松比0.31。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45#钢优越的机械性能，常将45#钢表面淬火（高频淬火或者直接淬火），这样就能得到需要的表面硬度。注：直径为812mm的45号钢淬火时容易产生裂纹，这是一个较为复杂的问题。目前采取的措施是淬火时试样在水中快速搅动，或者采用油冷，可避免出现裂纹。轴承采用GCr15轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈的钢。轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一高碳铬轴承钢GCr15是世界上生产量最大的轴承钢，含碳Wc为1%左右，含铬量Wcr为15%左右，从1901年诞生至今100多年来，主要成分基本没有改变，随着科学技术的进步，研究工作任在继续，产品质量不断提高，占世界轴承钢生产总量的80%以上。以至于现在我们所说的轴承钢如果没有特殊的说明，那就是指GCr15。齿轮用20CrMnTiH齿轮钢用于制造截面小于30mm的承受高速重载、冲击及摩擦的重要零件如齿轮、齿圈、齿轮轴、十字头等。碳 C ：0.170.23硬度退火或高温回火,217HB,压痕直径4.1m是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面16-40mm）24（a40-60mm）23（a60-100mm）22（a100-150mm）21（a150mm）其中 a 为钢材厚度或直径。2.2 形状尺寸2.3 工艺流程2.3.1齿轮加工工艺1.铸造制坯:热模锻仍然是齿轮件广泛使用的毛坯铸造工艺。近年来，楔横轧技术在轴类加工上得到了大范围推广。这项技术特别适合为比较复杂的门路轴类制坯，它不仅精度较高、后序加工余量小，而且生产效率高。2.正火:这一工艺的目的是获得适合后序齿轮切削加工的硬度和为终极热处理做组织预备，以有效减少热处理变形。所用齿轮钢的材料通常为20CrMnTi,一般的正火由于受职员、设备和环境的影响比较大，使得工件冷却速度和冷却的均匀性难以控制，造成硬度散差大，金相组织不均匀，直接影响金属切削加工和终极热处理，使得热变形大而无规律，零件质量无法控制。为此，采用等温正火工艺。实践证实，采用等温正火有效改变了一般正火的弊端，产品质量稳定可靠。3.车削加工:为了满足高精度齿轮加工的定位要求，齿坯的加工全部采用数控车床，使用机械夹紧不重磨车刀，实现了在一次装夹下孔径、端面及外径加工同步完成，既保证了内孔与端面的垂直度要求，又保证了大批量齿坯生产的尺寸离散小。从而进步了齿坯精度，确保了后序齿轮的加工质量。另外，数控车床加工的高效率还大大减少了设备数目，经济性好。4.滚、插齿:加工齿部所用设备仍大量采用普通滚齿机和插齿机，固然调整维护方便，但生产效率较低，若完成较大产能需要多机同时生产。随着涂层技术的发展，滚刀、插刀刃磨后的再次涂镀非常方便地进行，经过涂镀的刀具能够明显地进步使用寿命，一般能进步90%以上，有效地减少了换刀次数和刃磨时间，效益显着。5.剃齿:径向剃齿技术以其效率高，设计齿形、齿向的修形要求易于实现等上风被广泛应用于大批量齿轮生产中。6.热处理:齿轮要求渗碳淬火，以保证其良好的力学性能。对于热后不再进行磨齿加工的产品，稳定可靠的热处理设备是必不可少的。7.磨削加工:主要是对经过热处理的齿轮内孔、端面、轴的外径等部分进行精加工，以进步尺寸精度和减小形位公差。齿轮加工采用节圆夹具定位夹紧，能有效保证齿部与安装基准的加工精度，获得满足的产品质量。8.修整:这是齿轮装配前对齿部进行磕碰毛刺的检查清理，以消除它们在装配后引起噪声异响。通过单对啮合听声音或在综合检查仪上观察啮合偏差来完成。一般工艺流程是铣结合面加工工艺孔和连接孔粗镗轴承孔精镗轴承孔和定位销孔清洗泄漏试验检测。2.3.2轴类零件的功用、结构特点及技术要求轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：（一）尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高(IT5IT7)。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低(IT6IT9)。（二）几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。（三）相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm,高精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。（四）表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.50.63m,与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.630.16m。轴类零件的毛坯（一）轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。（二）轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。2.2.3轴承加工工艺流程1）锻件毛坯的检查在加工前首先了解毛坯的材质、锻后状态（一般为正回火状态，查阅锻件合格证即材质书）。其次要检查毛坯是否有叠层、裂纹等缺陷。 测量毛坯外型尺寸。测量毛坯内外径、高度尺寸、计算加工余量，较准确地估算出车削加工的分刀次数。2)车削加工2.1 粗车：根据车削工艺图纸进行粗车加工，切削速度、切削量严格按工艺规定执行（一般切削速度为5转/分钟。切削量为10mm12mm）。2.2 粗车时效：轴承零件粗车完成后，采用三点支承、平放（不允许叠放），时效时间不小于48小时后才能进行精车加工。 2.3 精车轴承零件精车时，切削速度每分钟6至8转，切削量0.30.5毫米。 2.4 成型精车：轴承零件最后成型精车时，为防止零件变形，须将零件固定夹紧装置松开，使零件处于无受力状态，车削速度为每分钟8转、切削量为0.2毫米。 2.5 交叉、三排滚子转盘轴承内圈特别工艺：为防止交叉、三排滚子转盘轴承内圈热处理后变形。车削加工时必须进行成对加工，即滚道背靠背加工，热处理前不进行切断，热后切断成型。 2.6 热后精车：轴承内外圈热处理后，进行精车成工序、工艺规程同2.3、2.43)热处理3.1 滚道表面淬火：轴承滚道表面中频淬火，硬度不低于55HRC， 硬化层深度不小于4毫米，软带宽度小于50毫米，并在相应处作“S”标记。（有时客户要求可以渗碳、渗氮、碳氮共渗等） 3.2 热后回火处理：轴承内外圈中频淬火后需在200C度温度下48小时方可出炉。以确保内应力的消失。4)滚、铣加工4.1 对有内外齿的转盘轴承，磨削加工前要进行滚铣齿工序，严格按工艺要求加工，精度等级要达到8级以上。5)钻孔5.1 划线：在测量零件的外型尺寸后，按图纸规定尺寸进行划线、定位工序，各孔相互差不得大于3%0。5.2 钻孔：对照图纸检测划线尺寸，确保尺寸正确无误后再进行钻孔工序，分体内套转盘轴承安装孔应组合加工，并使软带相间180C度各孔距误差不得大于5%06)磨削加工6.1 粗磨：采用中刚玉、软三颗粒度为36度，大气孔树脂砂轮进行磨削，线速度控制在1500转/分钟，防止滚道烧伤。最大磨削深度不得超过1毫米。6.2 精磨：采用颗粒度46度或60度树脂砂轮磨削，磨削量要小于粗磨加工，光洁度要达到图纸规定等级7)其他零件7.1 滚动体：自行加工或采用定点厂家的钢球滚子，精度等级要符合图纸要求，滚动体相互差小于5%0，轴承装配前要进行表面磁粉探伤和超声波探伤，出具探伤报告。7.2 保持器：采用定点厂家生产的保持器，采用材料符合图纸要求，装配使用前要进行严格检测，出具检测报告。7.3 密封圈：采用定点厂家生产的密封条。装配前要进行严格检测，并出具检测记录。8)装配