玉石切割机的结构设计与制作毕业设计说明书

1、南阳理工学院南阳理工学院 毕毕业业设设计计（论论文文）开开题题报报告告 机电 系 机械制造设计及其自动化 专业 课题名称： 玉石切割机的结构设计与制作 学生姓名： xxx 学 号： xxxx 指导教师： xxxx 报告日期： xxx 1 1本课题所涉及的问题在国内（外）的研究现状综述本课题所涉及的问题在国内（外）的研究现状综述 一、国内玉石加工业发展简介 我国有着丰富珍贵的宝玉石资源，开发利用宝玉石的历史悠久，但是我国玉石加工业起步晚发 展快，玉石加工由一向的纯手工完成到现在各种玉石加工机的广泛的应用，玉石加工业进入了现代 化新的发展阶段。 我国的玉石加工企业多，个体多，玉石加工技术发展迅速，

2、随着市场的需求的增加，而玉石作 为一次性资源的不可再利用的特点，这就要求玉石加工机械随之相应发展。目前国内有专业于设计 制造宝石加工机械、宝石工具、宝石自动化加工设备、宝石超声波打孔设备以及宝玉石超声波雕刻 设备的企业，比如广州卓的宝玉石机械有限公司，广州雄兴宝石机械工具厂等。 国内玉石加工和国际上相比，主要的优势在于：由于我国玉石加工主要依赖人工，从开料、圈 形、打磨、抛光几乎都依赖手工，玉石加工的利用率和出成率较高，这对降低综合成本有很大吸引 力。因此，越来越多的国外宝石商都愿到中国来谋求发展，特别是中低档宝石的加工。由此也可看 出玉石加工机的市场也很大。 玉石切割机产业紧跟市场的需求，不

3、断地引进先进的技术力量和生产设备，如计算机辅助设计、 数控车床等，使玉石加工设备的自动化程度不断提升。目前数控技术以应用于玉雕加工，玉雕制作 工具从最初的完全手工制作到机器协助雕刻，一直到现在的电脑玉雕机自动雕刻，其间经历了巨大 的进步，其制作效果和生产效率也得到了成倍的改善。 二、国外玉石加工业发展现状 国际上宝玉石业是发展速度最快的几种行业之一。报导，五十年代末期，世界年产宝玉石的价 值约为2亿美元，但仅仅过了三十年，到1989年国际宝石总贸易额就达到了720亿美元以上，2002年 达到1000亿美元以上，市场需求与价格水平依然成倍上升，坚挺不衰。国外玉石加工产业的自动化 水平比国内的普遍

4、要高，国内的宝玉石加工生产已具相当大的规模和实力，已经引起了国外珠宝商 的高度关注，外商欲寻求国内加工业比较集中、能提供综合服务的、信誉度较好的宝石加工区域一 体化的市场格局已经成为追在眉睫的现实。 2本人对课题任务书提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析本人对课题任务书提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析 主要内容及技术要求： 1、毕业设计论文一份； 2、机械设计图纸一套:零件图、产品装配图，要求手工绘图，符合制图标准和机械技术要求。 3、工作零件的加工工艺一份。 4、机械结构合理，具有足够的强度和刚度；传动机构和进给机构平稳、可靠，避免零件变形。 5、毕业设计论文要求语句通顺、内容完

5、整无误，字数不少于 8000 字，用计算机打印。 6、工作零件加工工艺具有可行性、经济性。 设计步骤： 1、 确定玉石切割机的结构类型方案 2、 玉石切割机的结构零件外形尺寸设计 3、 绘制装配图，零件图 4、 工作零件加工工艺设计 5、 玉石切割机技术文件的编制 6、 全面审查 实现预期目标的可行性分析： 玉石切割机的设计与制作所涉及的知识都是我在大学期间所学过的专业知识，查看相关资料， 结合自己所学的机械设计 、 工程材料 、 机械制造技术 、 工程制图等专业课程，掌握一定 的相关信息，在比较和借鉴的基础上，设计出一种机构简单合理、高质量、高效率、以及使用成本 更加低廉的玉石切割机，来满足

6、现在市场的不断需求。 指导老师在机械设计方面有丰富的理论知识和实际经验，对我完成这次任务会有很大的启发和 帮助，我相自己信在老师的指导与帮助下，一定能够顺利完成玉石切割机的设计与制作，圆满完成 任务。 2 2本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 本课题重点及关键在于： （1）了解玉石切割机的加工性能和工艺特点 （2）玉石切割机主要参数的设计与计算 （3）机械结构合理分析 （4）主要结构件的受力分析 （5）零件强度与刚度分析 （6）产品试验及验证备 （7）工作零件加工工艺具有可行性、经济性验证 解决思路： （1）查阅资料，提出设计方案，论证、修

7、改、确定设计方案。 （2）参考实物，对所设计的产品进行可行性分析，确保零件图纸的正确性及确定重要尺寸; （3）参考相关资料和实际应用的需求选用最优的分布方式，选用合适的参数以保证零件的尺 寸精度和质量; （4）依据需要和零部件的加工及装配的技术标准使用合理的结构； （5）对主要的结构件进行受力分析，并进行强度与刚度校核； （6）结合学校实际设备和技术情况，编制合理、可行的零件加工工艺规程，并进行正确加工 和装配。 4完成本课题所必须的工作条件（如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算完成本课题所必须的工作条件（如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算 机辅助设计条件等等

8、）及解决的办法机辅助设计条件等等）及解决的办法： 完成本课题所需工具如下及解决的办法： 1、绘图工具一套（自备） 2、绘图板一张。 （借学校） 3、图纸若干。 （自备） 4、CAD 软件。 （机电系 CAD 中心） 主要参考资料： 机械设计手册 成大先主编（第 4 版） 高等教育出版社 机械设计 濮良贵，纪名刚主编 高等教育出版社 机械零件强度计算的理论和方法 王步瀛编 高等教育出版社 机械装置的创造性设计 颜鸿森著 机械工业出版社 中国机械设计大典 李壮云 编著 江西科学技术出版社 5完成本课题的工作方案及进度计划完成本课题的工作方案及进度计划 第 1 周第 2 周： 绘出零件图，分析零件的

9、结构工艺性，掌握零件的用途、使用和外观要求。 第 3 周第 5 周： 查阅资料，提出设计方案，论证、修改、确定设计方案。完成结构零件外形 尺寸设计、必要的强度、刚度计算和校核。 第 6 周第 7 周： 绘制装配图。 第 8 周第 11 周： 绘制零件图，进行加工零件工作尺寸、公差的计算，正确标出各零件图的表 面质量与技术要求； 第 12 周： 工作零件加工工艺设计 第 13 周第 14 周：编写设计说明书； 第 15 周： 准备答辩资料； 第 16 周： 毕业答辩 6指导教师审阅意见指导教师审阅意见 指导教师（签字）： 年 月 日 7系毕业设计（论文）工作领导小组评审意见系毕业设计（论文）工作

10、领导小组评审意见 领导小组组长（签字）： 系（签章） 年 月 日 说明： 1.本报告必须由承担毕业设计（论文）课题任务的学生在接到“毕业设计（论文）任务书” 、正式开始做毕业设 计（论文）的第 2 周或第 3 周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。 2.2.每个毕业设计（论文）课题撰写本报告一份，作为指导教师、毕业设计（论文）指导小组审查学生能否承担该 毕业设计（论文）课题任务的依据，并接受学校的抽查。 XXXXXX 本科生毕业设计（论文） 学院（系）： 机电工程系 专 业：机械设计制造及其自动化 学 生： XXX 指导教师： XXX 完成日期 2011 年 5 月 XXXXX 本科生毕业设

11、计（论文） 玉石切割机的结构设计与制作 Design and Manufacture of the Structure for Jade Cutting Machine 总计： 毕业设计（论文）25 页 表 格： 2 个 插 图 ：12 幅 XXXXXXXXXXXX 本本 科科 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 玉石切割机的结构设计与制作 Design and Manufacture of the Structure for Jade Cutting Machine 学 院（系）： 机电工程系 专 业：机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： XXX 学 号： 指 导 教 师（职称）：

12、XXX（讲师） 评 阅 教 师： XXX（副教授） 完 成 日 期： 2011 年 5 月 玉石切割机的结构设计与制作 机械设计制造及其自动化专业 XXX 摘 要 玉石切割机在玉石加工工业中的应用非常普遍，本课题通过对传统玉石 切割机进行分析，对玉石切割机总体结构进行了设计，并对玉石切割机机箱和执行部 件相关参数进行了校核，设计了一种改进后的玉石切割机，可保证切割后的玉石件厚 度误差不超过 0.15mm。最后又对部分零件的加工工艺进行了编制。 关键词 结构设计；分析计算；强度；箱体 Design and Manufacture of the Structure for Jade Cutting

13、 Machine Mechanical Design, Manufacturing and Automation Major XXX Abstract:Abstract: The jade cutter is widely used in the jade processing industry, and the overall structure is designed by the analyses of traditional jade cutter, and the related parameters are checked on the box and the actuating

14、parts of the cutter, and the improved jade cutter is designed, and the thickness error can reach to no more than 0.15mm. Finally, partial components processing craft is established. KeyKey words:words: structural design; analysis and calculation; strength; box 目 录 1 前言.1 1.1 玉石加工的现状 .1 1.2 玉石切割机的应用.

15、1 1.3 本次设计的目的和意义 .2 1.4 本课题设计的主要内容 .2 2 玉石切割机切割部分的设计.2 2.1 设计要求.2 2.2 方案设计，即刀片的选取 .2 3 传动部分的设计 .2 3.1 电机的选取.3 3.2 带传动的设计 .4 3.2.1 确定设计功率.4 3.2.2 选择带型.4 3.2.3 确定带轮的基准直径和.6 1d d 2d d 3.2.4 确定中心距a和带的基准长度.6 3.2.5 验算小带轮包角.7 1 a 3.2.6 确定带的根数.7Z 3.2.7 确定带的初拉力.8 3.2.8 计算对轴的压力.9 Q F 3.2.9 带轮类型的选择.10 3.3 轴的设计

16、.11 3.3.1 轴的结构设计.11 3.3.2 轴上零件的定位和固定.12 3.3.3 轴的结构工艺性.12 3.3.4 各轴段的直径和长度的确定.13 3.3.5 轴的材料及选择.15 3.4 轴承的选择.15 3.4.1 轴承选择时应考虑哪些因素.15 3.4.2 轴承型号的选择.16 3.4.3 轴承游隙的选择.16 3.4.4 油脂的选择.17 3.4.5 轴承密封型式的选择.17 3.4.6 轴承座的选用.17 4 夹紧部分的设计 .18 5 传动及夹紧部分装配 .18 6 玉石切割机箱体部分设计 .20 6.1 箱体的主要功能 .20 6.2 箱体的分类及选择 .20 6.3

17、设计的主要问题和设计要求.21 6.4 箱体结构设计.21 6.4.1 箱体的毛坯、材料及热处理.22 6.4.2 箱体结构参数的选择.22 7 部分零件加工工艺规程的编制.24 结束语.26 参考文献.27 致谢.28 1 前言 1.1 玉石加工的现状 我国有着丰富珍贵的宝玉石资源，开发利用宝玉石的历史悠久，但是我国玉石加 工业起步晚发展快，玉石加工由一向的纯手工完成到现在各种玉石加工机的广泛的应 用，玉石加工业进入了现代化新的发展阶段。我国的玉石加工企业多，个体多，玉石 加工技术发展迅速，随着市场的需求的增加，而玉石作为一次性资源的不可再利用的 特点，这就要求玉石加工机械随之相应发展。目前

18、国内有专业于设计制造宝石加工机 械、宝石工具、宝石自动化加工设备、宝石超声波打孔设备以及宝玉石超声波雕刻设 备的企业，比如广州卓的宝玉石机械有限公司，广州雄兴宝石机械工具厂等。国内玉 石加工和国际上相比，主要的优势在于：由于我国玉石加工主要依赖人工，从开料、 圈形、打磨、抛光几乎都依赖手工，玉石加工的利用率和出成率较高，这对降低综合 成本有很大吸引力。因此，越来越多的国外宝石商都愿到中国来谋求发展，特别是中 低档宝石的加工。由此也可看出玉石加工机的市场也很大。玉石加工机产业紧跟市场 的需求，不断地引进先进的技术力量和生产设备，如计算机辅助设计、数控车床等， 使玉石加工设备的自动化程度不断提升。

19、目前数控技术以应用于玉雕加工，玉雕制作 工具从最初的完全手工制作到机器协助雕刻，一直到现在的电脑玉雕机自动雕刻，其 间经历了巨大的进步，其制作效果和生产效率也得到了成倍的改善。 国际上宝玉石业是发展速度最快的几种行业之一。报导，五十年代末期，世界年 产宝玉石的价值约为 2 亿美元，但仅仅过了三十年，到 1989 年国际宝石总贸易额就达 到了 720 亿美元以上，2002 年达到 1000 亿美元以上，市场需求与价格水平依然成倍上 升，坚挺不衰。国外玉石加工产业的自动化水平比国内的普遍要高，国内的宝玉石加 工生产已具相当大的规模和实力，已经引起了国外珠宝商的高度关注，外商欲寻求国 内加工业比较集

20、中、能提供综合服务的、信誉度较好的宝石加工区域一体化的市场格 局已经成为追在眉睫的现实。 玉石加工的基本操作总的来说是锯割、琢磨、抛光、上蜡四个步骤，而目前玉石 加工机械的应用都能覆盖这些操作过程，比如卓的品牌的开料机、自控单驱动磨珠机、 倒角机、六角滚桶抛光机、无级调速成型机、微型高速钻钻孔机、微型高速钻孔机、 超声波宝玉石自动雕刻机/超声波宝玉石自动打孔机超声波自动雕刻机(打孔、清洗)机、 真空灌胶桶等完全使玉石加工由手工生产转变为机械加工。 1.2 玉石切割机的应用 玉石切割机在工业生产中的应用非常普遍，南阳作为宝玉石资源与玉雕产业的大 市，南阳珠宝玉石产业的从业人员 35 多万，加工厂

21、家 1 万多家，有各类技术职称的约 200 人，年产值 40 多亿人民币，年出口珠宝玉器占河南同类产品的 80以上，已经形 成了南阳的特色经济。由此在玉石切割机的应用方面对于本人的毕业设计的参考有着 重要的优势。 1.3 本次设计的目的和意义 通过本次玉石切割机进给机构的设计与制作，可以全面检验学生对本专业相关基 础专业知识、机械设计专业知识的掌握情况，培养和提高学生独立设计切割机械的能 力，学会理论联系实际，提高综合知识应用能力，通过独立完成设计内容，为学生毕 业后从事机械方向的生产、设计、管理工作做好技术准备，为未来就业打下重要的基 础。 1.4 本课题设计的主要内容 本课题通过对玉石切割

22、机总体及传动机构进行工艺性分析，设计并制造了玉石切 割机。首先，对玉石切割机机进行了初步的选择且阐述了它的的结构与工作原理，然 后对其主要参数进行了设计与计算并对其主要结构件进行了受力分析，对一些零件的 强度与刚度也进行了分析，然后又对部分零件的加工工艺进行了编制，制造并装配了 所设计机器。手工绘制了设计图纸一套，包括部分零件图、产品总装配图。 在设计过程中充分利用了 CAD 软件辅助设计，使设计过程更加快捷,设计结果更加 准确。 2 玉石切割机切割部分的设计 2.1 设计要求 本产品要求切割刀具能不停机时的加工，且能实现无级变速，切割后的玉石件厚 薄度误差不超过 0.15 毫米。 2.2 方

23、案设计，即刀片的选取 经过市场调研，选取直径为 510mm 的金刚石刀片,转速约为 1000，故所需电机的最 小功率为 1.05kw. 3 传动部分的设计 3.1 电机的选取 根据刀片的切割要求选取 Y 系列三相异步电动机，这是因为 Y 系列电动机是全封 闭自冷式鼠笼型三相异步电动机。它集中了国内外的先进技术，是全国统一设计的新 系列产品。 Y 系列电机具有高效、节能、起动转矩高、噪声小、可靠性高、寿命长等优点。安 装尺寸和功率等级完全符合 IEC 标准。采用 B 级绝缘，外壳防护等级为 IP44，冷却方 式为 IC411。 Y 系列电机，额定电压为 380V，额定频率为 50Hz，3kW 及

24、以下为“Y”接法，4kW 以 上为“”接法。 Y 系列电机用于一般无特殊要求的机械设备，如风机、水泵、机床、搅拌机等。 本次设计选取功率为 1.1kw 的 Y90s-4 型号的三相异步电动机，具体参数如下： 电流：2.8 A 电压：380V 堵转转矩：2.3 n.m 额定功率：1.1KW 效率：78.0 额定转速：1400 r/min 功率因数：0.78 频率：50 Hz 额定转矩：2.3 n.m 3.2 带传动的设计 带传动的主要失效形式是打滑和带的疲劳破坏，因此，带传动的设计准则是：在 保证带传动不打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。 为保证带不出现打滑，必须限制带所传递的圆周力，使之

25、不超过最大有效拉力， 即；为保证 V 带有足够的寿命，必须使带工作时的最大应力小于或等于带的 e F maxe F 许用应力，即。根据既不打滑又有一定疲劳寿命这两个条件，在特定的条件 max 下得到的单根 V 带所能传递的功率称为单根 V 带的基本额定功率。 通常情况下设计 V 带传动时已知的原始数据有： 传递的功率 P； 主动轮、从 动轮的转速、； 传动的用途和工作条件； 传动的位置要求，原动机种类等。 设计内容主要包括：带的型号、基准长度、根数、传动中心距、带轮直径及结构 尺寸、轴上压力等。 3.2.1 确定设计功率 根据传递的功率 P、载荷的性质和每天工作的时间等因素来确定设计功率 kW

26、,kW 式中传递的额定功率，kW；工作情况系数。PKP Ad P A K 由机械设计第 108 页表 7-7 查得工作情况系数为=1.3,则功率为 A K =1.31.1=1.43 kW PKA 3.2.2 选择带型 根据设计功率和小带轮转速由图 3-1.3-2 选定带型。 d P 1 n 图 3-1 普通 v 带选型图 图 3-2 窄 v 带选型图 由上图可选得带的型号为 Z 型普通 V 带。 3.2.3 确定带轮的基准直径和 1d d 2d d (1) 小带轮的基准直径 1d d 初选带轮直径愈小，结构愈紧凑，但带的弯曲应力增大，寿命降低，而且带的速 度也降低，单根带的基本额定功率减小，所

27、以小带轮的基准直径不宜选得太小。 1d d 由机械设计第 109 页表 7-8 查得不大于 80mm，所以可取=71mm。 1d d 1d d (2) 验算带的速度v 由来计算带的速度 ，并满足。对于普通 V 带， vmax /5vvsm ；对于窄 V 带，。如，则离心力过大，即 smv/3025 max smv/4035 max max vv 应减小；如 过小()，这将使所需的有效圆周力过大，即所需带的根数 1d d vsmv/5e F 过多，于是带轮的宽度、轴径及轴承的尺寸都要随之增大，故 过小时应增大。 v 1d d 所以根据公式可算得：=,故满足上 100060 n v d sm/2

28、. 5100060/14007114 . 3 述带速要求。 (3) 计算从动轮的基准直径 2d d =，其中 传动比，其值等于电机转速与刀片转速之比，即 12dd idd 4 .98i ，查表可取=100 mm 4 . 11000/1400 2d d 3.2.4 确定中心距和带的基准长度 0 a 带传动的中心距如过大，会引起带的抖动，且传动尺寸也不紧凑；中心距如过小， 带的长度愈短，带的应力变化也就愈频繁，会加速带的疲劳破坏，当传动比较大时， 中心距太小将导致包角过小，降低传动能力。 如果中心距未给出，可根据传动的结构需要按下式给定的范围初定中心距 0 a （式 )(2)(7 . 0 2102

29、1dddd ddadd 1） 取定后，根据带传动的几何关系，按下式计算所需带的基准长度 0 a (式 2) 0 2 21 2100 4 )( )( 2 2 a dd ddaL dd ddd 根据上式选取相近的基准长度，再根据来计算实际中心距。带传动实际中心 d L d L 距用下式计算 a )( 2 BAAa 式中 ； ； mm ddL A ddd 8 )( 4 21 mm dd B dd 8 )( 2 12 由于带传动的中心距一般是可以调整的，故可近似计算 2 0 0 dd LL aa 考虑到安装调整和张紧的需要，实际中心距的变动范围 d Laa015 . 0 min d Laa03 . 0

30、 max 因此，由（式 1）得 ，故取。 342 7 . 119 0 amma250 0 有（式 2）得，由机械设计第 96 页表 7-2 查得带的基准长度 834.771 0 d L ， 800 d L 故可近似计算 264 2 0 0 dd LL aa 3.2.5 验算小带轮包角 1 a 根据包角计算公式及对包角的要求，应保证 00120 1 1209060180 a dd a dd 如太小，则应增大中心距，或增设张紧轮。经算得，因此，满足要 1 a a 0 1 7 . 173a 求。 3.2.6 确定带的根数z 根据给出的单根 V 带的基本额定功率是在特定条件下（180、特定的基准长 度

31、）得出的，实际工作条件与上述条件不同时，应对值进行修正，以求得实际工作 1 p 条件下，单根 V 带的许用功率，其计算公式为 1 p KW （式 LaK Kppp)( 111 3） 式中基本额定功率增量。由于时，带在大带轮上的弯曲应力较小，故 1 P 1i 在寿命相同的条件下，可增大传递的功率。 包角系数，考虑时对传动能力的影响 a K 180a 长度系数，考虑带的基准长度不为特定长度时对传动能力的影响 L K V 带的根数 （式 La dd KKPP P P P z )( 111 4） 在确定 V 带的根数时，为了使各根 V 带受力均匀，根数不应过多，一般以不超过 810 根为宜，否则应改选

32、带的型号，重新计算。 由, ,再根据（3）式得单根 V 带的许用功率，由（式 kwP3 . 0 1 kwP02. 0 1 1 p 4）得 V 带的根数，因此 V 带的根数应取 5 5 . 4z 3.2.7 确定带的初拉力 单根 V 带所需的初拉力为 Nqv zvK PK F a da 34.43 )5 . 2( 500 2 0 由于新带容易松弛，所以对非自动张紧的带传动，安装新带时的初拉力应为上述 初拉力的 1.5 倍。 在带传动中，初拉力是通过在两带轮的切点跨距的中点 M 处，加上一个垂直于两 轮上部外公切线的适当载荷 G，使沿跨距每长 100 mm所产生的挠度 y 为 1.6 mm 来控制

33、的。G 值可查阅有关机械设计手册。 3.2.8 计算对轴的压力 Q F 为了设计安装带传动的轴和轴承，必须确定带传动作用在轴上的径向压力。 Q F 如果不考虑带的两边拉力差，则压轴力可近似地按带两边的初拉力的合力来计算，由 图 3-4 可得： NzFFQ75.432 2 sin2 1 0 N a zFF QQ 12.649 2 sin3 1 max 由以上算得的数据可查得本次设计带轮的外径，小带轮：mm 大带轮：75 1 a d mm 带轮轮槽的截面尺寸为如下： 104 2 a d 基准线上槽深=2.0 mm mina h 基准线下槽深=7.0mm 或 9.0mm minf h 槽间距mm3

34、. 012e 第一槽对称面至端面最小距离：mm7 min f 最后算得带轮宽mm627212) 15(2) 1(feZB 3.2.9 带轮类型的选择 带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为 HT150 和 HT200；转速较高时宜 采用铸钢（或用钢板冲压后焊接而成）；小功率时可用铸铝或塑料。铸铁制 V 带轮的 典型结构有以下几种：实心式、 腹板式、 孔板式和轮辐式。如图 3-4 所示结构 带轮基准直径（d 为轴的直径，单位为 mm）时，可采用实心式结构。.5d2dd 当mm 时，带轮常采用腹板式带轮结构300d.5d2 d 当-100mm 时，带轮通常采用孔板式结构。 1 D I d 当30

35、0mm 时，带轮常采用轮辐式带轮结构。 d d 根据以上计算和查得的数据，本次设计小带轮选用实心式，大带轮选用腹板式， 腹板式如图 3-5： 图 3-3 带轮种类 图 3-4 腹板式带轮 3.3 轴的设计 3.3.1 轴的结构设计 轴的结构设计就是确定轴的外形和全部结构尺寸。但轴的结构设计原则上应满足 如下要求： （1）轴上零件有准确的位置和可靠的相对固定； （2）良好的制造和安装工艺性； （3）形状、尺寸应有利于减少应力集中； （4）尺寸要求。 图 3-5 轴及轴上零件的固定 3.3.2 轴上零件的定位和固定 轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装位置；固定则是为了保证 轴上零件在

36、运转中保持原位不变。作为轴的具体结构，既起定位作用又起固定作用。 如图 3-5 所示。 （1）轴上零件的轴向定位和固定：轴肩、轴环、套筒、圆螺母和止退垫圈、弹性 挡圈、螺钉锁紧挡圈、轴端挡圈以及圆锥面和轴端挡圈等。 （2）轴上零件的周向固定：销、键、花键、过盈配合和成形联接等，其中以键和 花键联接应用最广。 3.3.3 轴的结构工艺性 轴的结构形状和尺寸应尽量满足加工、装配和维修的要求。为此，常采用以下措 施： （1）当某一轴段需车制螺纹或磨削加工时，应留有退刀槽或砂轮越程槽。 （2）轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置。 （3）为了便于轴上零件的装配和去除毛刺，轴及轴肩端部一般均应制出 45 的

37、 倒角。过盈配合轴段的装入端常加工出带锥角为 30 的导向锥面。 （4）为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽、退刀槽和越程槽等 尺寸一致。 3.3.4 各轴段的直径和长度的确定 （1）各轴段直径确定 按扭矩估算所需的轴段直径 d min； 按轴上零件安装、定位要求确定各段轴 径。 注意：a)与标准零件相配合轴径应取标准植；b)同一轴径轴段上不能安装三个以 上零件。 根据轴的扭转强度可算得轴的直径 。 圆轴扭转的强度条件为： . . 3 6 20 10559 d n P W T p 由(式 4)可得 轴的直径计算公式： 3 3 6 20 10559 n P A n P d . . (

38、式 5) 式中 A计算常数，与轴的材料和承载情况有关，主轴功率 P=1.10.96=1.056 KW,有上式算得 dmm .411100006.51112 3 上式计算求得的轴颈，对有一个键槽的轴段应增大 3，对有两个键槽的轴段应 增大 7。 （2）各轴段长度 与各轴段上相配合零件宽度相对应；考虑零件间的适当间距（特别）是 转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。 本次设计的轴的尺寸如图 3-7，包括各 轴段的直径和长度 图 3-7 传动轴 在轴的结构设计初步完成后，通常要对转轴进行弯扭合成强度校核。对于钢制轴 可按第三强度理论计算，强度条件为： b e e d aTM W M . )( 1

39、3 22 10 （式 6） 由上式可推得轴设计公式为： )( . mm M d b e 3 1 10 （ 式 7） e 当量应力（N/2）； Me当量弯矩（N）， 22 )(aTMMe ；M 为危险截面上的合成弯矩， )(mmNMMM VH 22 ，其中 MH、MV 分别为水平面上、垂直面上的弯矩。 W轴危险截面弯曲截面系数，对圆截面 W0.1d3。 折合系数。对于不变的扭矩， 30 1 1 . b b a ；对于脉动循环扭矩， 590 0 1 . b b a ；对于频繁正反转的轴， 可视为对称循环交变应力，取 =1。若扭 矩变化规律不清，一般也按脉动循环处理； b 1 、 b 0 、 b 1

40、 分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下材料的许用 弯曲应力 当危险截面有键槽时，应将计算得轴径增大 4%7% 3.3.5 轴的材料及选择 轴的材料主要是碳素钢和合金钢。 碳素钢比合金钢价廉，对应力集中敏感性较小，应用较为广泛。常用的碳素钢有 30、40、45 和 50 钢，其中以 45 钢应用最广。为改善其机械性能，可进行正火或调 质处理。 合金钢具有较好的机械性能，但价格较贵。当载荷大，要求尺寸小，重量轻或有 其它特殊要求的轴，可采用合金钢。 球墨铸铁容易获得复杂的形状，而且吸振性好，对应力集中敏感性低，适用于制 造外形复杂的轴，如曲轴和凸轮轴等。 注意：由于碳素钢与合金钢的弹性模量基本相

41、同，所以采用合金钢并不能提高 轴的刚度。轴的各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处 理（喷丸、滚压）对提高轴的疲劳强度有显著效果。 综上，本次设计的主轴选用的材料为 45 号碳素钢 3.4 轴承的选择 3.4.1 轴承选择时应考虑哪些因素 各种结构类型轴承由于不同的结构特性，可适应于不同的使用条件，设计人员可 根据自己的需要进行选择。通常选择轴承类型时应综合考虑下列各主要因素： (1) 载荷情况 载荷是选择轴承最主要的依据，通常应根据载荷的大小、方向和性质选择轴承。 载荷大小 一般情况下，滚子轴承由于是线接触，承载能力大，适于承受较大 载荷；球轴承由于是点接触，承载能力小，

42、适用于轻、中等载荷。各种轴承载荷能力 一般以额定载荷比表示。 载荷方向 纯径向力作用，宜选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承，也 可考虑选用调心轴承。纯轴向载荷作用，选用推力球轴承或推力滚子轴承。径向载荷 和轴向载荷联 合作用时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承，这两种轴承随接触 角。增大承受轴向载荷能力提高。若径向载荷较大而轴向载荷较小时，也可选用深沟 球轴承和 内、外圈都有挡边的圆柱滚子轴承。若轴向载荷较大而径向载荷较小时，可 选用推力角接触球轴承、推力圆锥滚子轴承。有冲击载荷时，宜选用滚子轴承。 （2）高速性能 一般摩擦力矩小、发热量小的轴承高速性能好。球轴承比滚子轴承有较高的极限

43、转速，故高速时应优先考虑选用球轴承。径向载荷小时，选用深沟球轴承:径向载荷大 时，选用圆柱滚子轴承。对联合载荷，载荷小时，选用角接触球轴承；载荷大时，选 用圆锥滚子轴承或圆柱滚子轴承与角接触球轴承组合。在相同内径时，外径越小，滚 动体越轻越小，运转时滚动体作用在外圈上的离心力也越小，因此更适于较高转速下 工作。在一定条件下，工作转速较高时，宜选用直径系列为 8，9，0，1 的轴承。保 持架的材料与结构对轴承转速影响很大。实体保持架比冲压保持架允许的转速高。高 速重载的轴承需验算其极限转速。 （3）轴向游动性能 一般机械工作时，因机械摩擦或工作介质的关系而使轴发热，从而有热胀冷缩产 生。在选择轴

44、承结构类型时，应使其轴有铀向游动的可能性。因此，常在轴的某一端 选用一内圈或一外圈无挡边的圆柱滚子轴承或滚针轴承，以适应由于热胀冷缩而引起 轴的伸长或缩短。 （4）调心性能 当轴两端轴承孔同轴性差（制造误差或安装误差所致）或轴的刚度小，变形较大， 以及多支点轴，均要求轴承调心性好，这时应选用调心球轴承或调心滚子轴承。 （5）允许的空间 在机械设计中，一般都是先确定轴的尺寸，然后根据轴的尺寸来确定轴承的尺寸。 小轴选用球轴承，大轴选用滚子轴承；在内径尺寸（即轴尺寸）已确定，若径向尺寸 受限，可选用滚针轴承或直径系列为 8，9，0，回的轴承；若宽度尺寸受限，可选用 宽度系列为 8，0 的轴承。 （

45、6）安装与拆卸方便 对于轴承使用寿命一般都难以等同主机使用寿命，在实际使用中轴承作为易损 件要经常装拆。因此，在选用轴承结构类型时应要求装拆方便。可分离型的角接触球 轴承、圆柱滚子轴承。滚子轴承、推力轴承和内圈为锥孔、带紧定套或退卸套的调心 滚子轴承、调心球轴承等均具有装拆方便性能。 3.4.2 轴承型号的选择 轴承型号一般是由用户的技术人员根据配套产品的使用条件及承受负荷对轴承进 行选择。业务人员主要了解用户的实际负荷是否与所选轴承相符合，如果轴承达不到 使用要求，应尽快建议客户改选型号，但除非特殊产品在选择型号上一般不会有什么 问题。本次设计根据尺寸大小和其他要求选择型号为 60005 的

46、深沟球轴承。 3.4.3 轴承游隙的选择 用户在购买轴承时一般只会告知在什么型号、等级，很少会对轴承的游隙提出要 求，业务人员必须问清轴承的使用条件、其中轴承的转速、温度、配合公差都直接关 系到轴承游隙的选择。一般在 3500 转/分以下转速的电机大多采用 CM 游隙，如高温 高速电机则要求采用相对较大的游隙。轴承游隙在装配后会因为内孔的涨大及外圆的 缩小而导致减少，游隙的减少量=过盈量60%（轴承室是铝的除外）。比如轴承装 配前游隙是 0.01mm，装配时过盈量为 0.01mm，则轴承装配后的游隙为 0.004mm。在理论上轴承在零游隙时噪音和寿命都达到最佳的状态，但在实际运转 中考虑到温升

47、等问题，轴承在装配后游隙为 0.002mm-0.004mm 较好。 3.4.4 油脂的选择 油脂的选择一般是根据轴承的转速、耐温情况、噪音要求及起动力矩等方面进行 选择，要求业务人员对各种油脂的性能很了解。 3.4.5 轴承密封型式的选择 轴承的润滑可分为油润滑和脂润滑。油润滑轴承一般是选用形式轴承，脂润滑轴 承一般选用防尘盖或橡胶密封件密封。防尘盖适用于高温或使用环境好的部位，密封 件分接触式密封和非接触式密封两种，接触式密封防尘性能好但起动力矩大，非接式 密封起动力矩小，但密封性能没有接触式好。 3.4.6 轴承座的选用 根据上述所选轴承的类型及型号，本次设计选型号为 SNK209的滚动轴

48、承座。轴承 座用螺栓固定在支承座上，而支承座是用六角螺栓固定在左侧箱壁上，支承座中间焊 一支承肋板。轴承座结构图如图3-8，实物图如图3-9所示： 图3-8，轴承座结构图 4 夹紧部分的设计 夹紧部分采用刀片夹持件，刀片夹持件的特征为：形状为 U 形，其向内凹进面朝向 刀片。夹持件左端用轴肩固定，右端用 M20的六角螺母固定。刀片夹持件外端装有刀 片防护罩，防止空气中灰尘及其他杂质的进入。 5 传动及夹紧部分装配 传动及夹紧部分部分装配如下图所示，其中图5-2为图5-1的右视图，图中滚动轴承 及其密封装置未画出。 图5-1 传动及夹紧 部分部分零件装配 图5-2 传动及夹紧部分右视图 6 玉石

49、切割机箱体部分设计 6.1 箱体的主要功能 (1) 支承并包容各种传动零件，如齿轮、轴、轴承等，使它们能够保持正常的运动 关系和运动精度。箱体还可以储存润滑剂，实现各种运动零件的润滑。 (2) 安全保护和密封作用，使箱体内的零件不受外界环境的影响，又保护机器操作 者的 人生安全，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。 (3) 使机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单元，便于加工、装配、调整和修 理。 (4) 改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。 6.2 箱体的分类及选择 按箱体的功能可分为下图中的四类，具体为： (1) 传动箱体，如减速器、汽车变速箱及机床主轴箱等的箱体，主要功能是包容

50、和 支承各传动件及其支承零件，这类箱体要求有密封性、强度和刚度。 (2) 泵体和阀体，如齿轮泵的泵体，各种液压阀的阀体，主要功能是改变液体流动 方向、流量大小或改变液体压力。这类箱体除有对前一类箱体的要求外，还要求能承 受箱体内液体的压力。 (3) 支架箱体，如机床的支座、立柱等箱体零件，要求有一定的强度、刚度和精度， 这类箱体设计时要特别注意刚度和外观造型。 显然本次玉石切割机的箱体设计应为传动箱体，因此要保证箱体的密封性、强度 和刚度。 按箱体的制造方法分，主要有： (1) 铸造箱体，常用的材料是铸铁，有时也用铸钢、铸铝合金和铸铜等。铸铁箱 体的特点是结构形状可以较复杂，有较好的吸振性和机

51、加工性能，常用于成批 生产的中小型箱体。 (2) 焊接箱体，由钢板、型钢或铸钢件焊接而成，结构要求较简单，生产周期较 短。焊接箱体适用于单件小批量生产，尤其是大件箱体，采用焊接件可大大降 低成本。 (3) 其它箱体，如冲压和注塑箱体，适用于大批量生产的小型、轻载和结构形状 简单的箱体。 考虑到加工难度及经济性要求，本次设计采用铸造箱体，用 HT200的灰铸铁铸造。 6.3 设计的主要问题和设计要求 箱体设计首先要考虑箱体内零件的布置及与箱体外部零件的关系，如车床按两顶 尖要求等高，确定箱体的形状和尺寸，此外还应考虑以下问题： （1）满足强度和刚度要求。对受力很大的箱体零件，满足强度是一个重要问

52、题； 但对于大多数箱体，评定性能的主要指标是刚度，因为箱体的刚度不仅影响传动零件 的正常工作，而且还影响部件的工作精度。 （2）散热性能和热变形问题。箱体内零件摩擦发热使润滑油粘度变化，影响其润 滑性能；温度升高使箱体产生热变形，尤其是温度不均匀分布的热变形和热应力，对 箱体的精度和强度有很大的影响。 （3）结构设计合理。如支点的安排、筋的布置、开孔位置和连接结构的设计等均 要有利于提高箱体的强度和刚度。 （4）工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装 运输、维护修理等各方面的工艺性。 （5）造型好、质量小。设计不同的箱体对以上的要求可能有所侧重，就本次设计 而言，由

53、于采用的是铸造箱体，因此要满足强度和刚度要求，所以要合理设计箱体的 结构。 6.4 箱体结构设计 箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的相互关系来决定，决定箱 体 构尺寸和外观造型的这一设计方法称为结构包容法，当然还应考虑外部有关 件对箱体形状和尺寸的要求。 箱体壁厚的设计多采用类比法，对同类产品进行比较，参照设计者的经验或设 计手册等资料提供的经验数据，确定壁厚、筋板和凸台等的布置和结构参数。对于 重要的箱体，可用计算机的有限元法计算箱体的刚度和强度，或用模型和实物进行 应力或应变的测定，直接取得数据或作为计算结果的校核手段。 6.4.1 箱体的毛坯、材料及热处理 (1) 箱体的毛坯

54、：选用铸造毛坯或焊接毛坯，应根据具体条件进行全面分析决定。 铸造容易铸造出结构复杂的箱体毛坯，焊接箱体允许有薄壁和大平面，而铸造却较困 难实现薄壁和大平面。焊接箱体一般比铸造箱体轻，铸造箱体的热影响变形小，吸振 能力较强，也容易获得较好的结构刚度。经分析，本次玉石切割机箱体采用铸造毛坯。 (2) 箱体的材料和热处理 箱体的常用材料有： 铸铁： 多数箱体的材料为铸铁，铸铁流动性好，收缩较小，容易获得形状和结构 复杂的箱体。铸铁的阻尼作用强，动态刚性和机加工性能好，价格适度。加入合金元 素还可以提高耐磨性。 铸造铝合金： 用于要求减小质量且载荷不太大的箱体。多数可通过热处理进行强 化，有足够的强度

55、和较好的塑性。 钢材： 铸钢有一定的强度，良好的塑性和韧性，较好的导热性和焊接性，机加工 性能也较好，但铸造时容易氧化与热裂。箱体也可用低碳钢板和型钢焊接而成。 根据性能要求及价格因素，本次设计的箱体材料选用型号为 HT200 的灰铸铁。 箱体的热处理： 铸造或箱体毛坯中的剩余应力使箱体产生变形，为了保证箱体加工后精度的稳定 性，对箱体毛坯或粗加工后要用热处理方法消除剩余应力，减少变形。常用的热处理 措施有以下三类： （1) 热时效：铸件在 500600C 下退火，可以大幅度地降低或消除铸造箱体中的 剩余应力。 （2) 热冲击时效：将铸件快速加热，利用其产生的热应力与铸造剩余应力叠加， 使原有

56、剩余应力松弛。 （3) 自然时效：自然时效和振动时效可以提高铸件的松弛刚性，使铸件的尺寸精 度稳定。 6.4.2 箱体结构参数的选择 (1) 壁厚 铸铁、铸钢和其它材料箱体的壁厚可以从下表 6-1 中选取，表中 N 用下式计算： N=（2L+B+H）/3000 （mm） （式 8） 式中 L-铸件长度（mm） ，L、B、H 中，L 为最大值； B-铸件宽度（mm） ； H-铸件高度（mm） ； 表 6-1 铸造箱体的壁厚参照表 箱体材料当量尺寸 N灰铸铁铸钢铸铝合金铸钢 0.361046 0.758 1015 58 1.0010 1520 6 1.5012 2025 8 2.0016 2530 10 3.0020 303512 4.0024 3540 注：1. 此表为砂型铸造数据 2. 球墨铸铁、可锻铸铁壁厚减小 20 本玉石切割机的箱体设计长度 1136，宽度 1212，高度为 608，代入上述公式中可得 N=2.8，因此取箱体厚度为 20mm。 (2) 加强筋 为改善箱体的刚度，尤其是箱体壁厚的刚度，常在箱壁上增设加强筋，若箱体中 有中间短轴或中间支承时，常设置横向筋板。筋板的高度 H 不应超过壁厚 t 的（3-4） 倍，超过此值对提高刚度无明显效果。加强筋