PLC机电一体化灌胶机设计说明书本科毕业设计

1、本科生毕业设计（论文）摘 要随着社会的不断进步，不断发展，机械技术、电子技术和信息技术的日益成熟，机械技术、电子技术和信息技术的相互渗透势不可挡。“机电有机结合”是实现机电一体化系统（产品）的短、小、轻、薄和智能化，从而达到节省能源，节省材料，实现多功能、高性能和可靠性目的的最根本技术手段。机电有机结合更是大大提高了生产效率、产品的生产质量，节约了大量的人体劳动，使科学技术有了更深层次的发展，同时提高了人们的生活质量。1、灌胶机：灌胶机又称涂胶机，点胶机，打胶机等，是专门对流体进行控制，并将液体点滴、涂覆、灌封于产品表面或产品内部的自动化机器。点胶机主要用于产品工艺中的胶水、油以及其他液体的粘

2、接、灌注、涂层、密封、填充、点滴线形、弧形、圆形涂胶等。2、灌胶机适用的液体：各种胶水、液体、油等，包括硅胶、emi导电胶、uv胶、ab胶、快干胶、环氧胶、密封胶、热胶、润滑脂、银胶、红胶、锡膏、散热膏、防焊膏、透明漆、螺丝固定剂等3、灌胶机应用领域： 点胶机适用于工业生产的各个领域：手机按键、印花、开关、连接器、电脑、数码产品、数码相机、mp3 、mp4 、电子玩具、喇叭、蜂鸣器、电子元器件、 集成电路、电路板、lcd液晶屏、继电器、扬声器、晶振元件、led灯、led模组，led全彩屏，led软灯条，机壳粘接、光学镜头、机械部件密封目前品牌 美国：efd、飞士能、asymtek、camalo

3、t 等亚洲：深圳维斯铭致、深圳世椿，中原精工、武藏musashi、 iei、lile、世宗等目前单液灌胶机已经做得很成熟，能实现很高的精密度，不过价格比较高。国内的灌胶机性价比较好些，比如深圳维斯铭致、深圳世椿，深圳中原精工各式点胶机，led灌胶机，led模组灌胶机性能比较可以，关键词：灌胶机；机电一体化；plc 目 录第1章 绪论11.1 课题背景及意义11.2 本次课题的总体目标和研究内容11.3 组合机床的发展展望1第2章 总体方案设计32.1 本次设计的原理基础32.2 机械部分可行性分析42.3 控制部分可行性分析5第3章 机械结构设计73.1滚珠丝杠设计计算73.1.1 滚珠丝杠螺

4、母副的计算与选型73.1.2 滚珠丝杠副的传动效率93.1.3 承载能力的校核103.1.4压杆稳定性的验算103.1.5刚度的验算113.2直线滚动导轨的选型113.3电机的选择133.3.1步进电机的选择与校核133.3.2伺服电机的选择与校核163.4直齿圆柱齿轮部分的计算203.5轴的强度校核和联轴器的校核253.5.1按扭转强度条件计算253.5.2按弯扭合成强度校核263.6轴承的选型与校核273.6.1轴承类型的选择273.6.2轴承的强度校核293.7联轴器的计算与选择303.8同步带的选型与校核323.9铣刀头与液压卡盘的选择34第4章 液压缸的基本结构设计364.1液压缸的

5、类型364.1.1 钢筒的连接结构364.1.2 缸口部分结构374.1.3 缸底结构374.1.4 油缸放气装置374.1.5 缓冲装置384.2 缸体结构的基本参数确定384.2.1 主缸参数384.2.2 上缸的设计计算394.3液压系统控制阀的选用44第5章 铣方机控制系统设计465.1控制器的选择465.2可编程控制器的定义及特点465.2.1可编程控制器的定义465.2.2可编程控制器的特点465.3可编程控制器的主要应用475.4控制电路元件型号的选择485.5控制系统硬件设计535.6控制系统流程图57第6章 总结58参考文献59致 谢61附录1：英文及翻译62附录2：程序71

6、iii第1章 绪论1.1 课题背景及意义本次毕业设计的题目是灌胶机，。属于典型的机电一体化产品灌胶机又称ab胶灌胶机，是专门对流体进行控制，并将液体点滴、涂覆、灌封于产品表面或产品内部的自动化机器，使其达到密封、固定、防水等作用的设备，一般使用的多为双组份胶水。主要用于产品工艺中的胶水、油以及其他液体的粘接、灌注、涂层、密封、填充，自动化灌胶机能够实现点、线、弧、圆等不规则图形的灌胶。1.2 本次课题的总体目标和研究内容本次设计的目标是卡具使工件夹紧工件并带动旋转，滑块自动移动到指定工作位置并完成灌胶，卡具的松开，机械手的复位，最终达到灌胶的目的。为了能够深入了解灌胶机的功能特点以完整的完成本

7、次课题，本人查阅了相关资料，并了解了相关设计要求。灌胶机主要工作目的两方面：一是x,y,z,工作台的移动，本次设计的主要内容包括机械结构、液压系统，控制系统的设计。机械结构设计包括夹紧装置，传动装置的设计，其中夹紧装置能够实现工件夹紧并带动旋转，传动装置能够实现滑块沿x方向和y方向移动；液压系统的设计包括液压系统原理图的设计、液压元件的设计计算计及选择；控制系统的设计包括控制器的选择、电气元件的选择、程序流程图的绘制、硬件电路图的绘制、软件编程。1.3 本次课题的基本概述1、灌胶机适用的液体：灌胶机常用的胶水一般都是双组份胶，又叫ab胶，当然也适用于单组份胶。其中a胶为主剂，b胶为固化剂，目前

8、市面上应用最为广泛的胶水为环氧树脂，聚氨酯，有机硅，与固化剂的配比比例以1：1，2：1，5：1，4：3，10：1居多。2、灌胶机应用领域：灌胶机常用于led显示屏灌胶，led节能灯灌胶，led电源灌胶，led灯条，电脑电源灌胶，继电器模块灌胶，传感器灌胶，pcb板灌胶，太阳能电池板灌胶，线圈电感灌胶，软灯条灌胶，点光源灌胶，led表帖屏灌胶等。一般分类：（1）简易式灌胶机，组成比较简单，两个料桶，一个气缸，通过气体的压力将胶压出来混合，一般比例大致为1：1，主要应用于一些低端的，对灌胶工艺要求不是太严格的产品。（2）半自动型灌胶机，此类灌胶机可实现于胶水各种比例自动配比，但此类型的灌胶机不带运

9、动控制平台，直接将胶注入要灌的产品中，一般适用于led节能灯，电源。（3）自动灌胶机，此类灌胶机不但可实现胶水的多种比例自动混合，可实现1：1-10:1比例区间混合灌胶作业要求，并且带有运动控制平台，可走直线，或三维路径，其中以走三维路径的较为高端，一般通过电脑控制，适用于各种类型的产品。自动灌胶机应用于大面积灌胶，灌胶要求比较均匀的产品，其中以led模组灌胶的最为居多。(4)在线式灌胶机，此类灌胶机自动化程度最高，流水线全自动灌胶作业，已成功运用于蓄电池盖、球泡灯流水线灌胶作业。第2章 总体方案设计2.1 本次设计的原理基础灌胶机设备的操作原理和点胶机的大致是相同的，由于采用了现代化的作业方

10、式，操作简单易学。基本原理：两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。2.2 部分设备的工作原理灌胶部分特点混合管俗称混胶头，点胶嘴，混料杆，螺旋管，螺旋棒，主要用于将双组份液体材料进行混合。其工作原理为：混合管内的螺旋棒由一连串的左、右旋叶片依序相互垂直紧密排列在套管内组成，流体通过混合管时，被连续的切割重组，一分为二、二分为四、四分为八便可将两种流体均匀的自动混合，为双组份液体混合提供了一种低成本的解决方案，采用混合管能节省

11、人工，减少浪费、大幅度的提高生产率和降低生产成本。2可增添至三到四个料筒，大小容量15l、30l、40l、70l料筒可根据产线要求进行选配，节省添加胶水的时间，全面提升灌胶效率。2.2 控制部分可行性分析铣方机控制部分采用plc控制，这主要是因为它的可靠性高，编程方便，控制功能强，扩展及与外部联接极为方便。其控制的对象为液压滑台和定位夹紧装置，并为其提供动力，按工作要求控制其力和速度，参见图2.3.1控制系统框图。加工工件时的工作流程参见图2.3.2系统流程图。图2.3.1 控制系统框图图2.3.2 系统流程图第3章 机械结构设计3.1滚珠丝杠设计计算3.1.1 滚珠丝杠螺母副的计算与选型1、

12、最大工作载荷的计算由于x向滚珠丝杠副在移动过程中，主要承受移动部件的重力，所以最大工作载荷由重力g提供，取g=1000n。2、最大动载荷的计算设工作台在工作时的最快进给速度v=720mm/min，初选=4mm，则此时丝杠转速n=r/min。取滚珠丝杠的使用寿命t=15000h，代入公式： （3-1） 得丝杠寿命系数=（）。按机电一体化系统设计课程设计指导书p39页表3-30，取载荷系数，滚道硬度为60hrc时，取硬度系数，代入公式： = （3-2） 得，。3、初选型号 根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，按机电一体化系统设计课程设计指导书p39页表3-31，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司

13、生产的g系列2004-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为20mm，导程为4mm,循环滚珠为3圈1列，精度等级取5级，额定动载荷,大于，满足要求。4、传动效率的计算 将公称直径，导程，代入公式： （3-3） 得丝杆螺旋升角，将摩擦角，代入公式： （3-4） 得传动效率。5、刚度验算1）x-y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“双推-双推”的方式。丝杠的两端各采用一对双列角接触球轴承，面对面组合，左右支承的中心距离约为a=442mm；钢的弹性模量e=2.1；按机电一体化系统设计课程设计指导书p39页表3-31，得滚珠丝杠，丝杠底径，丝杆截面积s=。丝杠在工作载荷作用下产生的

14、拉/压变形量： （3-5）将相应数据代入（2-7）公式，的。2）根据公式： （3-6）求得单圈滚珠数z=23，该型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数列数为31，代入公式圈数列数，得滚珠总数量。丝杠预紧时，取轴向预紧力,有预紧时，由公式： 得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量1.42，因为丝杠加预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减少一半，取0.71。3)将以上算出的和代入公式： 求得丝杠总变形量。本设计的有效行程为200mm，按机电一体化系统设计课程设计指导书p35页表3-27，4级精度滚珠丝杠有效行程小于315mm时，行程偏差允许达到25um，可见丝杠刚度足够。6、压杆稳定性校核根据公式： （3

15、-7）按机电一体化系统设计课程设计指导书p42页表3-34，取。由丝杠底径，求得截面惯性矩=。压杆稳定安全系数k取3（丝杠卧式水平安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值442mm。代入（2-11）式中，得临界载荷:,远大于工作载荷,故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求3.1.2 滚珠丝杠副的传动效率滚珠丝杠副的传动效率为: （3-8）式中滚珠丝杠的螺纹升角 当量摩擦角 根据当量摩擦系数和当量摩擦角关系（见表3.1.1），前面已经定v=1m/s，材料选择灰铸铁hrc45。 所以：=400，tg=0.0025 ；=arctg（ph/d） （3-9）式中:ph导程，4mmd丝

16、杠公称直径，20mm则根据式（3-8）得： 2.91则根据式（3-9）得： 0.953。表3 .1.1 当量摩擦系数f和当量摩擦角齿圈材料锡 青 铜无锡青铜灰铸铁齿面硬度hrc45其它 hrc45hrc45其它相对速度 s m/sfffff0.010.050.100.250.501.01.52.02.53.045810150.110.090.080.060.050.040.040.030.030.020.020.020.010.010.0146175094343433092352172001431361221161020550480.120.100.900.070.060.0550.050.0

17、40.040.030.030.020.0200246515435094173433092522352172001471401291220.180.140.130.100.090.070.060.0550.050.0450.0400.0310127587245435094003433092522352172001430.1800.1400.1300.1000.0900.0700.0650.0551027587245435094003433090.1900.1600.1400.1200.1000.0900.0800.07010459057586515495094344003.1.3 承载能力的校核

18、 （3-10）式中l=60nt/10，取t=15000nm，f=g=2000n。查阅丝杆额定载荷3.1.4压杆稳定性的验算 （3-11）（双推双推式）， mp（钢），取安全系数k=3，l=l=300mm3.1.5刚度的验算 (均取拉伸时) （3-12） 式中p=4mm，e=2.110p。t=ti=0.8821.7=1.4994（nm）f=f=2000n则l=（13500.004/2.1+1.4994/23.14）=0.26m3.2直线滚动导轨的选型导轨主要分为滚动导轨和滑动导轨两种，直线滚动导轨在数控机床中有广泛的应用。相对普通机床所用的滑动导轨而言，它有以下几方面的优点：定位精度高直线滚动导

19、轨可使摩擦系数减小到滑动导轨的1/50。由于动摩擦与静摩擦系数相差很小，运动灵活，可使驱动扭矩减少90%，因此，可将机构定位精度设定到超微米级。降低机构造价并大幅度节约电力采用直线滚动导轨的机床由于摩擦阻力小，特别适用于反复进行起动、停止的往复运动，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，减轻了重量，使机床所需电力降低90%，具有大幅度节能的效果。可提高机构的运动速度直线滚动导轨由于摩擦阻力小，因此发热少，可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率2030%。可长期维持机构的高精度对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度的误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，

20、由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使直线滚动导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，大多数情况下只需脂润滑就足够了，这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易了。所以在结构上选用：开式直线滚动导轨。参照南京工艺装备厂的产品系列。具体型号：x向选用jsalg15 图3.2.1 滚动直线导轨结构1-运动件、2-滚珠、-3承导件、4-返回器、5-工作通道、6-返回通道在选择导轨时，主要遵循以下几条原则：1. 精度不干涉原则：导轨的各项精度制造和使用时互不影响

21、才易得到较高的精度。2. 静，动摩擦系数相近的原则：例如选用滚动导轨或朔料导轨，由于摩擦系数小且静，动摩擦系数相近，所以可获得很低的运动速度和很高的重复定位精度。3. 导轨能自动贴合原则：钥匙导轨精度高，必须使相互结合的导轨有自动贴合的性能。对水平位置的工作的导轨，可以靠工作台的自重来贴合;其它导轨靠附加的弹簧力或者滚轮的压力使其贴合。4. 移动的导轨在移动过程中，能始终全部接触的原则;也就是固定的导轨长，移动的导轨短。5. 对水平安装的导轨，以下导轨为基准，上导轨为弹性体的原则。6. 能补偿因受力变形和受热变形的原则。根据以上原则且因为所设计的机械所受的力不是很大,所以初选导轨为jsalg1

22、5其额定静,动载7.94kn,9.5kn.查表确定各系数为;从而可以确定所受的最大力为3.23kn，由公式： =（）=10484km （3-13） 按式：=25600 hh 所以满足寿命的要求，合格滚动导轨的预紧方式 运用楔块调整定导轨和动导轨之间的间隙，增加导轨副的运动精度和平稳性 图3.2.2 楔块固定示意图3.3电机的选择3.3.1步进电机的选择与校核电机的最大切削用量为100mm，滑块的高度为30mm，所以选择丝杆的行程为200mm。整个主电机及其刀架、刀具的总重量为180kg。进给量最小为0.01mm。即f=2000n，v=0.01m/s。 （3-14） （3-15） 步进电机型号：

23、表3.3.1 步进电机型号参数型号相数步距角（度）最大静转矩（nm）空载启动频率（步/s）分配方式质量（kg）转子转动惯量（10kgm）55bf00331.5/30.66618003相6拍1.580.660bl80-230步进电机的安装尺寸及外形尺寸。如图3.3.2所示。 图3.3.2 60bl80-230步进电机外形尺寸55bf003步进电机的安装尺寸：表3.3.3 各种步进电机的安装尺寸参数型号dd1bedd1lh1h2d2键(key)a备注60bl80-230604220.561001802.540无键 一等效负载转矩的计算设工进速度为v=60mm/min,快进速度v=600mm/min

24、。 已知f=g=1000n,，f=200n。 （3-17）二启动惯性阻力矩（t）的计算取=0.3s。 取加（减）速曲线为等加（减）速梯形曲线，故角加速度为： 三步进电机输出轴上总负载转矩t的计算 机械传动总效率为=0.7取安全系数k=1.5.选用上述步进电机55bf003，其最大静转矩t=1.96nm.。在三相六拍驱动时，其步距角为1.5/3。选择三相通电方式，则。由此可知：t=1.50.882=1.323nmt，故合适。3.3.2伺服电机的选择与校核自从德国mannesmann的rexroth公司的indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出mac永磁交流伺服电动机和驱动系统，

25、这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（dsp）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，可控性和可靠性都达到了新的高度。在国内的伺服应用领域，安川伺服依靠高性能，低价格，性价比高的绝对优势，占据着很大一部分市场。日本安川电机制造厂推出的小型交流伺服电动机和驱动器，其中d系列适用于数控机床（最高转速为1000r/min，力矩为0.252.8n.m），r

26、系列适用于机器人（最高转速为3000r/min，力矩为0.0160.16n.m）。之后又推出m、f、s、h、c、g六个系列。20世纪90年代先后推出了新的d系列和r系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80c、154cpu和门阵列芯片控制，力矩波动由24降低到7，并提高了可靠性。这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.056kw）较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。在我们的压装设备中，压装机构驱动所需要的电机需要频繁启动以及较高的位置控制精度，我们经过分析，采用了123bl(

27、3)c220-30(st)，交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。该全数字式交流伺服电机，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360/10000=0.036，而且它运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（fft），可检测出机械的共振点，便于系统调整。它的响应又很快，速度从静止加速到100%只要十几毫秒。它所具有的这些优良的品质和价格低廉的优势，是该环境下的比较好的选择。初选电机型号为 123bl(3)c220-30(st)，其参数如下功率：2.2

28、kw 额定扭矩：7.03 最大输出扭矩：21.009 额定转速：3000 r/min 额定转矩415n.m，峰值转矩1245n.m，不同转速、不同容量规格齐全，适应不同需求。属中惯量设计，结构紧凑，安装容易，适合多数工业控制装置使用。结构特点及环境条件：1、速度及位置检测：光学编码器（1nc:2000ppr，2500ppr）2、结构：全封闭，自冷式3、安装方式：法兰安装4、绝缘等级：b级5、工作制：连续6、 绝缘耐压：ac1500v，1分钟7、 绝缘电阻：dc500v，10m以上8、振动：2.5g以下9、 海拔：1000m以下10、使用温度、湿度：温度：040；湿度：90%rh以下（不结霜条件

29、）11、保存温度、湿度：温度：-2060；湿度：90%rh以下（不结霜条件）表3.3.5 伺服电机的安装尺寸参数 电动机的校核 校核伺服电机的扭矩 伺服电机必须的扭矩t： 其中 传动链摩擦扭矩启动扭矩（加速扭矩）（1）计算传动链摩擦扭矩： = 式中： g滑板的重量 回转半径 轴承摩擦系数 i 总传动比 则由式（2-8）得 =0.0045（）（2）计算启动扭矩： = 式中： j丝杠转动惯量 启动角加速度丝杠转动惯量的估算： 根据袖珍机械设计师手册p42表2-12得 = 则 j=11.27（） 丝杠启动加速时间 =0.3 s 则角加速度 =20.9（） 则由式（2-9）得启动扭矩 =11.4899

30、（）（3）计算伺服电机必须的扭矩t伺服电机必须的扭矩：=0.0045+11.4899=11.4944（）因为，即所选用的伺服电机最大输出扭矩在驱动丝杠所需最大扭矩的三倍以内，符合计算目的，满足使用要求。此外所选用的电机有足够的扭矩储备，可确保丝杠频繁转位时电机不发热，能长期、稳定、安全地使用。电动机与丝杠之间选用就、键固定套筒联轴器，根据机械设计手册第三卷p22-15表22.2-1选取，当d=22mm时，套筒外径=50mm，套筒长度l=60mm，平面键为36。 套筒联轴器与电动机轴，丝杠之间的固定我们采用平键。 查袖珍机械设计师手册p507表9-4得：当d=20-30时，键的尺寸系列为bh=3

31、6，参考轮毂长度选键长35mm，键的材料选45号钢。 对轴上键联接的强度校核： （3-18） （3-19） 由袖珍机械设计师手册p506表9-3查得： =50 ，=90。 电机轴传递扭矩t=126000 轴直径d=44mm，键与轮毂的接触高度k=0.5h，则0.75=3.5mm，键长=35mm，键宽b=6mm。则由式（3-18）得 =28.6 =50由式（3-19）得 =9.5 =90 所以键连接强度足够。3.4直齿圆柱齿轮部分的计算低速、直齿圆柱齿轮(1)择材料，确定精度等级及许用应力小齿轮硬度为250-280hb选用材料为40cr钢，调质处理。大齿轮硬度为162-185 hb选用材料为zg

32、310，正火处理。选级精度 (2)计算应力循环次数 （3-20） （3-21）查25-17得1.11.14（允许有一定点蚀） 1.0 0.92取 因计算中取=404.8mpa(3)按接触疲劳强度计算中心距 （3-21）式中 初取 由于中心距略小，所以将中心距放大圆整取a=90mm取标准模数取则 齿轮分度圆直径： 齿轮顶圆直径： 齿轮基圆直径： 齿轮的圆周速度5.9032由2表5-6知，选取齿轮精度9级是合适的。由2表5-3知，电动机驱动，载荷平稳按9级精度查取5-4a 齿宽：则b/d=36/60=0.6，低速级轴的刚度较大，二级传动中齿轮相对轴承为非对称布置，得按8级精度查5-4得： 又机械原

33、理公式计算端面重合度由2式（5-17）故安全(3)校核齿根弯曲疲劳强度 mpa （3-22）按、查2图5-14 查2图5-19 由2式（5-23）计算 查2图5-16b，得=290mpa, =152mpa查25-19 由2式（5-32），m=15mm, 取弯曲疲劳许用应力，由式2（5-31）知故安全 故安全要参数： b=16mm a=81mm 齿轮分度圆直径： 齿轮顶圆直径：齿轮基圆直径： 表3.4.1 使用系数原动机工作特性及其示例从动机工作特性及其示例均匀平稳轻微冲击中等冲击严重冲击如发电机，匀速的皮带或板式输送机，螺旋输送机，轻型升降机，机床进给机构，通风机，轻型离心机，离心泵，均匀密度

34、材料搅拌机，剪切机，冲压机如机床主传动，重型升降机，起重机回转机构，非匀速的皮带或板式输送机，重型离心机，离心泵，变密度材料搅拌机，多钢活塞泵，锌带、铝带、金属丝、棒轧机如压胶机，橡胶和塑料搅拌机，轻型球磨机，木材加工机械，精轧机，提升机构，单缸活塞泵，钢坯初轧机如挖掘机，重型球磨机，橡胶搓揉机，破碎机，冶金机械，重型给水泵，旋转钻机，压砖机，碾压机均匀平稳如匀速电动机，汽轮机燃气轮机1.001.251.501.75轻微冲击如汽轮机，燃气轮机，液压马达，常出现启动力矩较大的电动机1.101.351.601.85中等冲击如多缸内燃机1.251.501.752.00或更大严重冲击如单缸内燃机1.5

35、01.752.002.25或更大3.5轴的强度校核和联轴器的校核3.5.1按扭转强度条件计算本次设计的铣方机主轴主要承受转矩作用，其强度条件为： （3-23）式中，轴的扭剪应力，mpa； t轴传递的转矩，nmm； 轴的抗扭截面模量，； p轴传递的功率；kw； n轴的转速，r/min； 轴材料的许用扭剪应力，mpa。对于实心圆轴，=，由上式有轴的直径为：d=20.64式中，由轴的材料及承载情况确定的系数，查表3.7.1；由上面的计算公式求出的d，一般作为轴端处的最小直径。若该轴端需要开一个键槽，则应将此处轴颈加大，若开两个键槽应将轴颈加大，然后圆整成标准直径。表3.5.1 轴材料的和轴的材料q2

36、35a，20354545cr，35simn/mpa122020303040405216013513511811810710798注：当弯矩相对转矩较小时，或只受转矩时，取较小值；弯矩较大时，取较大值由公式得d=17mm小于所选的轴颈20.64mm。故按扭转强度校核安全。3.5.2按弯扭合成强度校核对于一般钢制的轴，危险截面上的计算应力可按第三强度理论（最大剪应力理论）计算 （3-24） 式中，危险截面上的弯矩m产生的弯曲应力； 扭矩t产生的扭剪应力。对于直径为d的实心圆轴,式中，w、分别为轴的抗弯截面模量和抗扭截面模量。将和值代入式(3-24)得 一般转轴的为对称循环应力，而的循环特性不一定与

37、相同。考虑到两者应力性质不同的影响，将式中转矩t乘以校正系数，使的循环特性均为对称循环，则上式可修正为 式中，计算弯矩，； 根据转矩所产生应力的性质而定的应力校正系数，取=0.6。对不变化的转矩，对脉动变化的转矩，对频繁正负变化的转矩，若转矩的变化规律未知时，一般可按脉动循环变化处理。这里的、分别为对称循环、脉动循环和静应力状态下的许用弯曲应力，其值见表3.5.2。表3.5.2 轴的许用弯曲应力材料碳素钢40013070405001707545600200955570023011065合金钢80027013075900300140801000330150901200400180110铸 铁40

38、010050305001207040将m=0，t=80458n代入上式得：故按弯扭合成强度校核安全。综上所述，本设计中选用的轴颈符合要求。3.6轴承的选型与校核3.6.1轴承类型的选择选用轴承时，首先是选择轴承类型。选择时应考虑以下几个主要因素：（1）轴承的载荷载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。当承受的载荷较大时，应选择线接触的滚子轴承；载荷较小时，应选用点接触的球轴承。当轴承承受纯轴向载荷时，选用轴向接触轴承；当承受纯径向载荷时，选用径向接触轴承；当同时承受径向载荷和不很大的轴向载荷时，可选用接触角较小的向心角接触球轴承，也可选用能承受一定轴向力的径向轴承，如深沟球轴承；当同

39、时承受径向载荷和较大的轴向载荷时，一般选用圆锥滚子轴承；当轴向载荷比径向载荷大得多时，可选用向心轴承和推力轴承的组合，分别承受径向载荷和轴向载荷。另外应注意，角接触球轴承和圆锥滚子轴承应成对使用，对称安装在轴的两端，或者都安装在轴的一端，另一端安装径向轴承。（2）轴承的转速在一般转速下，转速的高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高时，才会有比较显著的影响。轴承样本中列入了各种类型、各种尺寸轴承的极限转速。这个转速是指载荷不太大（p0.1c，c为基本额定动载荷），冷却条件正常，且为0级公差轴承时的最大允许转速。极限转速主要受工作时温升的限制，但是，样本中的极限转速也不是一个绝对不可超越的

40、界限。从工作转速对轴承的要求看，可以考虑以下几点：1）球轴承与滚子轴承相比较，有较高的极限转速，故在高速时应优先选用球轴承。2）在内径相同的条件下，外径越小，则滚动体就越轻小，运转时滚动体加在外圈滚到上的离心惯性力也就越小，因而也就更适于在更高速的转速下工作。故在高速时，宜选用超轻、特轻及轻系列的轴承。重及特重系列的轴承，只用于低速重载的场合。如用一个轻系列轴承而承载能力达不到要求时，可考虑采用宽系列的轴承，或者把两个轻系列的轴承并装在一起使用。3）保持架的材料与结构对轴承转速影响极大。实体保持架比冲压保持架允许更高一些的转速。4）推力轴承的极限转速均很低。当工作转速高时，若轴向载荷不十分大，

41、可以采用角接触球轴承承受纯轴向力。5）工作转速略超过样本中规定的极限转速，可以用提高轴承的公差等级，或者适当地加大轴承的径向游隙，选用循环润滑或油雾润滑，加强对循环油的冷却等措施来改善轴承的高速性能。若工作转速超过极限转速较多，应选用特制的高速滚动轴承。（3）轴承的调心性能当轴的中心线与轴承座中心线不重合而有角度误差时，或因轴受力而弯曲或倾斜时，会造成轴承的内外圈轴线发生偏斜。这时，应采用有一定调心性能的调心球轴承或调心滚子轴承。这类轴承在内外圈轴线有不大的相对偏斜时仍能正常工作。圆柱滚子轴承和滚针轴承对轴承的偏斜最为敏感，这类轴承在偏斜状态下的承载能力可能低于球轴承。因此在轴的刚度和轴承座孔

42、的支撑刚度较低时，应尽量避免使用这类轴承。（4）轴承的安装和拆卸便于装拆，也是在选择轴承类型时应考虑的一个因素。在轴承座没有剖分面而必须沿轴向安装和拆卸轴承部件时，应优先选用内外圈可分离的轴承。当轴承在长轴上安装时，为了便于装拆，可以选用其内圈孔为1的圆锥孔的轴承。（5）经济性一般来说，深沟球轴承价格最低，滚子轴承比球轴承价格高，向心角接触轴承比径向接触轴承价格高。综上所述，本次设计主轴箱中轴的支撑采用角接触轴承。现选用gb/t297-1994圆锥滚子轴承30000型02系列，即30207型号的轴承，其基本尺寸d=35mm，d=72mm，t=18.25mm，b=17mm，基本额定动载荷额定静载

43、荷,极限转速6700r/。3.6.2轴承的强度校核轴承的基本额定寿命为： lh = (h) （3-25）式中，p当量动载荷，n； 寿命系数。球轴承：=3；滚子轴承：=10/3；n轴承的转速，。c基本额定动载荷，n； 温度系数，查表3.6.1。其中：p1= fd fm( x1 r1+ y1 a1 )5 =1.21(0.56125.30+1.731674.131) =1484.51式中，冲击载荷系数，查表3.6.2； 力矩载荷系数。力矩较小时，；力矩较大时，表3.6.1 温度系数轴承工作温度12012515017520022525030010.950.900.850.800.750.700.60表

44、3.6.2 冲击载荷系数载荷性质举 例无冲击或轻微冲击1.0电机，汽轮机，通风机等中等冲击或中等惯性力1.2 车辆，动力机械，起重机，造纸机，冶金机械，选矿机，水利机械，卷扬机，机床等强大冲击1.83.0破碎机，轧钢机，石油钻机，振动筛等综上所述，计算轴承的基本额定寿命=59325h。常用机械设备中轴承的预期使用寿命列于表3.6.3中。因此，由表3.6.3知预期计算寿命为2000030000h。本例的基本额定寿命大于预期计算寿命，符合要求。表3.6.3 推荐的轴承预期计算寿命机 器 类 型预期计算寿命不经常使用的仪器或设备，如闸门开闭装置等3003000飞机发动机5002000短期或间断使用的

45、机械，中断使用不致引起严重后果。如手动工具等30008000间断使用的机械，中断使用后果严重。如发动机辅助设备、流水作业线自动传送装置、升降机、车间吊车、不常使用的机床等800012000每日8小时工作的机械（利用率不高）。如一般的齿轮传动、某些固定电动机等1200025000每日8小时工作的机械（利用率高）。如金属切削机床、连续使用的起重机、木材加工机械等200003000024小时连续工作的机械。如矿山升降机、输送滚道用滚子等400005000024小时连续工作的机械，中断使用后果严重。如纤维或造纸设备、发电站主电机、矿井水泵、船舶螺旋桨轴等1000003.7联轴器的计算与选择联轴器是根据

46、载荷情况、计算转矩、轴直径和工作转速来选择的。由公式： p=fv （3-26），算得p=700.004=0.28w联轴器转矩t的计算，由公式： （3-27）算得：计算转矩的计算，由公式： = （3-28）算得：=选刚性套筒式hk1型号联轴器。公称转矩； 计算转矩；驱动功率；n工作转数；ka工况系数。联轴器结构图型如下：图 3.7.1 联轴器结构图3.8同步带的选型与校核额定功率为2.2kw ，转速为3000rmin伺服电动机的同步带传动。设计步骤如下：已知条件(1)传动名义功率p_=2.2kw(2)主动轮转速n1=3000rmin，从动轮 =1880rrain(3)中心距a=500mm左右(4)工作情况，铣方机24小时运转1求设计功率p p = 2.64 w2确定带的型号和节距由设计功率 2.64kw和n =3000rmin，由表3.8.1查得带的型号为l型，对应节距p =9.525ram 表3.8