毕业设计（论文）-立式橡胶切割机设计

毕业论文（设计）橡胶切割机设计专业：班级：学号：姓名：指导教师：答辩日期：年月日本科生毕业设计（论文）独创性声明本人声明所呈交的毕业设计（论文）是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文中没有抄袭他人研究成果和伪造数据等行为。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。设计（论文）作者签名：日期：本科生毕业设计（论文）使用授权声明有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）的复印件和磁盘，允许毕业设计（论文）被查阅和借阅。本人授权可以将本科毕业设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复印手段保存、汇编毕业设计（论文）。设计（论文）作者签名：日期：指导教师签名：日期：⑷结合橡胶切割机的研究课题，自行去网上或者学习图书馆所阅读的课题相关中文参考文献应不少于16篇，外文文献不少于2篇。2橡胶切割机的总体方案设计2.1设计的基本参数根据对市场调研，了解我国市场上最广的橡胶切割机，查阅相关文献进一步了橡胶切割的工作要求，橡胶的切割步骤为：橡胶制品放到输料导轮上-挤压送料轮进行送料-切割机构进行橡胶切割-切割好的橡胶由出料导轮导出-完成橡胶切割工作，在进行橡胶切割机结构设计时，根据实际的橡胶切割工作要求，在进行橡胶切割时需要电动通过减速器及链传动带动切割刀，然后经过带传动带动挤压送料轮，进行橡胶的切割工作，为了保证橡胶切割的工作稳定及切割安全，本设计的汽橡胶切割机的应用场合为室内、室外均可进行进行橡胶切割保持作业，本设计的橡胶切割机的基本参数如下：（1）切割刀转速：200-350r/min；（2）橡胶切割功率：2.5kw；（3）大概外形尺寸：长600mm×宽500mm×高1500mm；（4）使用条件：室内、室外均可进行加工使用。2.2橡胶切割机的设计原则在橡胶切割机进行橡胶切割过程中，为了保障橡胶切割过程的安全稳定，需要设备不仅要保证工作的稳定性，而且自身机身要具有足够的强度保持及合理的结构布置，本设计的橡胶切割机也是一样，在设计过程要确保其具有安全的工作强度保持才能保证其在实际的加工工作中的安全稳定，所以本设计的橡胶切割机在设计中要求其具备以下几点要求：（1）橡胶切割机的零部件需要具有在连续稳定工作时需要的强度及刚度、抗弯性能；（2）橡胶切割机的传动机构应具有足够的功率输出，以满足橡胶切割工作时需要的持续橡胶切割工作功率要求；（3）本次设计的橡胶切割机应具有进行橡胶长时间持续切割工作能力。2.3总体方案制定根据本设计的橡胶切割机主要组成及橡胶切割要求得到橡胶切割机的设计基本参数，然后由切割要求知道本设计的橡胶切割机的主要机构组成有：电机、减速器、链传动、切割机构、带传动、支架等，根据橡胶切割机的主要组成得到橡胶切割机整体结构布局，其总体的结构布局视图如下图2-1所示：1-支架2-电机3-减速器4-链传动5-齿轮传动6-切割机构7-带传动图2-1橡胶切割机的总体结构视图以下会对设计的橡胶切割机的工作原理、机构的设计、重要零部件的设计及支架的强度校核进行详细的说明。3橡胶切割机主要结构的设计3.1电机的选型结合市场调研，现在性能及经济性较好的电机为系列三相电动机，也是现在使用最为广泛的电机，系列三相电动机具有许多优点：（1）安装方便，易维护；（2）工作时噪音小，型号多，有多种额定功率、转速可以选择；（3）外壳具有抗震防尘保护作用，且散热好。结合本设计为橡胶切割机设计，其工作场合主要为室内，散热环境差，所以本设计初步选用系列三相电动机，满足设计对电机的要求。1.电机功率计算由于电机在进行工作时受到环境及其他因素的影响，所以在选用电机额定功率时，要选择额定功率略等于或稍大于切割工作需要的功率。（1）计算电动机的输出功率上式中：为切割工作功率，单位kw，由设计参数知道；为传动总效率；为电动机的输出功率，单位kw。（2）计算传动装置的总效率：上式中：是从电机到输出轴的总效率，其中包括有：轴承、传动机构等的传动效率总和。查表得：传动机构；轴承，则得到：故：（3）电动机额定功率根据以上计算得到的电机需要的输出功率，选择的电机额定功率要略大于输出功率才能保证电机输出功率满足设计需要的工作功率要求，所以取电动机额定功率，计算电动机的裕度PM：电动机的裕度是在电机工作时允许电机功率短暂的过载，也就是说允许橡胶切割机在进行橡胶切割工作时可以出现短暂的过载工作，这样在一定程度上保护了电机，也可以实现电机功率的充分利用，以上计算得到的电动机的裕度为，满足电机过载保护要求。2.电机转速选择结合本设计需要的传动速度要求，由设计参数知道，切割机的切割速度为：200-300r/min，电机与切割机构之间采用减速器作为减速机构，减速器的减速范围一般去：2-15，得到电机的速度为：400-4500r/min。由上文对现在市场上的电机性价比进行调知道，现在性价比最好，使用最广的电机为系列三相电机，查阅系列三相电机的基本参数得出，常用的系列三相电机转速主要有几种：、、等，结合以上计算得到的参数：电机的转速范围为400-4500r/min；设计需要的电机输出功率为3.0kW；所以本设计选择的电机为Y100L-2型三相异步电机，Y100L-2型三相异步电机的基本参数见下表3-1，电机的结构视图见下图3-1，基本满足设计所需要的电机转速及功率要求，而且性价比相对于其他电机型号更高。表3-1同步电动机Y100L-2的参数表型号额定功率（）同步转速（）满载转速（）启动转矩最大转矩Y100L-23.0300028802.02.3图3-1三相异步电动机结构示意图3.2减速器的选型根据以上的电机速度：，根据橡胶切割速度范围要求，取减速器输出速度，确定减速器的传动比，如下：==10根据以上的得到的总传动比，对传动比进行系统分配，可以得到，减速器的传动比为：。根据设计参数及传动比的要求，选择合适的减速器，根据查阅减速器资料得到，ZLYJ系列减速箱的减速器满足本设计的要求，该系列的减速器是根据链传动的特殊结构进行配套设计的，跟普通减速器对比就要高精度硬齿面带推力座，适合做链轮的传动减速器。而且本系列的产品都是根据JB/T8853-2001要求进行设计制造的。设计中采用的就是本系列的ZLYJ146-10型号减速箱。设计中的橡胶切割机正常工作时，其轴向推力为：根据以下表3-2的减速箱参数，ZLYJ146-10减速箱满足设计的参数要求。表3-2ZLYJ146-10减速器的主要技术参数产品型号公称传动比公称转速许用输入功率kw输出扭矩N·m输入n1输出n2ZLYJ146-101028802887.55500根据以上的计算分析，选用ZLYJ系列减速箱满足设计实现减速到288r/min及输出转矩的要求。3.3链传动的设计对各种机械传动机构的优劣性分析可知，链传动相对于带传动具有传动比稳定，不易出现打滑跳齿，而且能适用于恶劣的工作环境等优点；链传动在传动过程也有缺点，传动噪声相对于带传动较大。而本设计的橡胶切割机的传动机构主要工作为进行橡胶的动力传输，主要用于室外使用，环境吵杂，对于传动噪声要求不高，所以本设计的橡胶切割机动力传输机构的传动机构选用链传动满足传动工作及环境要求。为了保证橡胶动力传输的工作效率及保证在进行橡胶切割工作时不会因为输送速度较快造成橡胶的切割效果差，本设计的橡胶切割机的设计原始参数为：橡胶动力传输刀具线速度为：1m/s，链轮转速：；链轮传动比：；主动链轮孔径：。（1）主动链轮齿数：取：。（2）根据主动链轮齿数及传动比得到从动链轮齿数：（3）由以上电机的选型得到电机的输出功率为：，本设计的橡胶切割机为一般机械设备，结合链传动机构的设计手册得，选取本设计的链传动工况系数为：，进而得到：（4）计算链传动的传递功率，本设计的橡胶切割机为一般机械设备，结合链传动机构的设计手册得，选取本设计的链传动齿数系数为：，排数系数，进而得到：（5）链节距由以上计算得到链传动的传递功率，链传动的原始数据得到转速，本设计的橡胶切割机为一般机械设备，结合链传动机构的设计手册得，得到链传动选取，节距。（6）验算小传动轴直径根据以上确定的链轮参数链传动，节距，结合机械结构设计手册图，可知本设计的链轮中心孔的孔径最大的允许值为，所以本设计初始选取的链轮中心孔的孔径，满足本设计链传动的传动要求。（7）初定中心距根据本设计链传动的传动要求，结合机械结构设计手册，链传动的中心距的取值与链传动节距相关，一般取值为：为优，无张紧轮时取，中心距的取值与链传动节距相关关系如下表3-3所示：表3-3链传动中心距a0取值与节距p关系i<4≥4（8）计算链条节数：代入参数计算得到：，取整得到：。（9）计算链条长度：（10）计算理论中心距：由本设计的链传动传动比为，则，计算理论中心距得到：上式中为可使用插值，可以查机械设计表得到，取，代入参数计算得到：。（11）计算实际中心距，得到：上式中查机械设计得到，本设计的链传动的运用场合为一般机械的传动工作，则有，代入参数计算得到：（12）计算链传动的线速度v：（13）计算链轮的有效圆周力：（14）计算链传动在设备进行正常工作时，链轮作用在轴上的力F：上式中为工况系数，可以查机械设计得到，本设计的链传动的运用场合为一般机械的传动工作，则有：，代入参数计算得到：（15）根据以上计算得到的链条的滚子直径参数为：，，则有：1）链轮分度圆直径：代入参数计算得到：取整：。2）齿顶圆代入参数计算得到：由以上代入参数计算得到：，取整得到：。3）齿根圆直径：由以上代入参数计算得到：，取整得到：。5）齿高：取整：。6）轮毂厚度h：式中，为链轮中心孔直径，单位为mm。根据本设计链传动的传动要求，结合机械结构设计手册，K的取值与链轮中心孔的直径相关，其相关关系如下表3-4所示：表3-4K的取值与链轮中心孔的直径dk相关关系d<5050~100100~150>150K3.24.86.49.5由以上确定的链轮中心孔的直径，结合表3-2代入参数计算得到：由以上代入参数计算得到：，取整得到：。7）计算链轮轮毂长度l：由以上代入参数计算得到：。8）轮毂直径：9）齿宽：取整：。以上计算得到链传动的参数是根据本设计链传动的运用场合及设计的原始参数，结合机械结构设计手册计算得到的本设计链传动主要参数。3.4切割刀的选材切割刀是橡胶切割的执行元件，所以切割刀的强度直接关系到橡胶切割机的橡胶切割质量，在长期的橡胶切割工作中，切割刀一直受到橡胶切割的反作用力，因此在长期工作后，需要进行切割刀的更换才能进行使用，这样才能一直保证橡胶切割机的橡胶切割加工质量及效率，所以以下将对切割刀的材料进行选择。根据橡胶切割机的切割对象为橡胶制品，橡胶制品的产品厚度不一，切割的受力会有较大的波动，所以选择切割刀的材料要进行特殊处理，选定切割刀材料为是65Mn钢，等温淬火后硬度为42~50HRC，,。经过热处理后的65Mn钢材料满足橡胶切割刀的强度要求。3.5带传动的设计根据带传动机构与其他传动机构（链传动、齿轮传动等）的优劣性分析知道，带传动的优点有：能适用于复杂的工作环境，传动可靠，传动距离长，传动过程产生的噪声小，具有过载保护等优点，所以设计的橡胶切割机的挤压送料传动机构选定的是带传动机构。根据上文对本设计的橡胶切割机外动力，带传动的输入速度为：；电机输出功率为3.0kw，根据橡胶切割机的送料速度要求比切割速度，取带传动的传动比为：。1.带传动带型带计算选型（1）计算带轮功率带轮功率是传动的输入功率，由电机的输出功率与带轮传动的工作情况系数计算得到，本设计是橡胶切割机设计，属于小型机械设备，带轮传动输入速度为：，带轮机构输入功率为3.0kw，查阅文献得到带传动的工作情况系数为，进而得到带轮功率：（2）选择带型带传动的带型的选择主要与使用场合及带轮功率、带传动的工作情况系数相关，由以上得到的带轮功率与工作情况系数数值，结合参考文献得到本设计的带传动选择的带型为V带A型。（3）确定带轮基准直径，验算带速带轮的的取值也是与带轮功率、带传动的工作情况系数相关，由以上得到的带轮功率与工作情况系数数值，初步选定小带轮基准直径为：。验算带速：上式中：为小带轮基准直径，单位为mm；为带传动的工作情况系数，取；为带速，单位为。根据以上计算得到，本设计的带传动最大速度为：v=0.65m/s，结合带传动的速度要求，为了保证带传动在速度传动过程的安全稳定，带传动的速度安全值范围为：0.5m/s~5m/s，得到本设计的带传动速度满足安全速度要求。大带轮基准直径：上式中：为大带轮基准直径，单位mm；为小带轮基准直径，单位mm；i为传动比，i=1.3。取大带轮基准直径。（4）中心距、基准长度：上式中：为大带轮基准直径，单位mm；为小带轮基准直径，单位mm；为中心距，单位mm；为基准长度，单位mm；根据以上计算结果，取整：。将得到的中心距，代入得到：上式中：为大带轮基准直径，单位mm；为小带轮基准直径，单位mm；为中心距，单位mm；为理论基准长度，单位mm；根据以上计算结果，取整得到实际安装的基准长度：。进而得到实际安装中心距a：上式中：为大带轮基准直径，单位mm；为小带轮基准直径，单位mm；为中心距，单位mm；为实际基准长度，单位mm；为理论基准长度，单位mm；根据以上计算结果，取整得到实际安装中心距a：：。（5）进行包角验算：上式中：为大带轮基准直径，单位mm；为小带轮基准直径，单位mm；a为实际安装中心距，单位mm。根据以上计算得到，本设计的带传动包角为：，结合带传动的包角要求，为了保证带传动在速度传动过程的安全稳定，带传动的包角要大于120°，所以得到本设计的带传动包角角度满足安全传动要求。（6）计算带的根数计算带传动输出功率：上式中：为带传动输出功率，单位KW；为带传动输入功率，单位KW；为带轮传动效率。根据带传动的参数查阅相关文献：、，得到V带的功率：V带根数：上式中：为带V带功率，单位KW；为带传动输入功率，单位KW；根据以上计算结果，取整得到V带根数：Z=2。（7）计算单根V带的初拉力计算要进行带传动的初拉力计算，首先要确定本设计的带传动的单根带的单位长度质量，根据带传动的带型为A型，查阅相关文献，得到：，则：上式中：为V带根数；为带传动输入功率，单位KW；v为带速，单位m/s；根据以上计算结果，取整得到单根V带的初拉力：。（8）压轴力：上式中：为V带根数；为单根V带的初拉力，单位N；为包角，单位°；根据以上计算结果，取整得到压轴力：。（9）带轮结构确定带轮结构形式跟带轮的基准直径有关，一般带轮基准直径小于300mm的采用整体式结构即可，本设计的带传动带轮的基准直径为：，所以采用的结构形式为整体式结构，结构视图如下图3-2所示：图3-2带轮的结构视图3.6支架的强度校核支架的作用是承载整个橡胶切割机设备，在橡胶切割机进行正常的加工工作时需要支架保持有足够的强度才能保证设备的加工安全，所以支架选用的材料强度大小是否大于整个橡胶切割机工作时所产生的的最大负载应力对于整个加工安全至关重要。对橡胶切割机在进行加工工作时支架的负载分析制定，支架上的负载产生的应力主要有：安装在支架上的电机、其他工作机构及代加工物料的重量总和得到，支架的自重，则：。选用支架材料时不仅要保证其强度满足橡胶切割机工作时需要的强度要求，而且要考虑其性价比，本设计的支架材料初步选用为市场上性价比高，较为常见的不锈钢方管。以下根据选取的支架材料及支架的负载参数对支架进行强度校核。（1）计算承载力：上式中：M为弯矩；F为集中力，a为集中力距支座距离，c为集中力距另一支座距离；L跨度，。带入支架的尺寸参数计算得到：（2）计算不锈钢方管的横截面积S：上式中：L1为不锈钢方管截面长，单位为mm；e为不锈钢方管厚度，单位为mm。带入支架的尺寸参数计算得到：（3）支架强度校核上式中：为支架受到的最大应力，单位为MPa；M为弯矩；S不锈钢方管的横截面积，单位为mm2；为不锈钢方管材料的许用应力，单位为MPa。带入以上计算得到的参数：查阅不锈钢方管材料相关资料得到，不锈钢方管材料许用应力为，结以上计算得到的支架最大负载应力为，小于本设计选用的不锈钢方管材料许最小的用应力，所有得到本次设计初步选用的不锈钢方管材料满足橡胶切割机在进行加工工作时所产生的最大负载强度要求。4橡胶切割机三维模型展示软件是一个大型的软件包，是由多个功能模块组成，建立于CAD/CAM/CAE/PDM的集成系统软件。在对橡胶切割机进行建模工作时，主要使用到了的一些编辑工具：草图绘制、工程图模块、钣金设计等。在进行橡胶切割机三维建模前，通过自学网的视频教学，认真学习了的建模操作，并对橡胶切割机零部件建模功能进行了熟悉运用。可以说在我国三维设计软件中占有重要位置，本设计就是利用软件进行三维建模工作的。4.1输送机构的三维模型 由上文对橡胶切割机进行了选型分析，调研得到了选型的橡胶切割机基本尺寸参数，而本设计的橡胶切割机的输送机构有：电机、减速器、链传动、轴、轴承等。标准件及非标件根据测量及选型得到基本尺寸参数，运用SolidWorks软件进行输送机构的三维建模，得到链轮的三维模型如下图4-1所示，最后将输送机构所有的零部件三维模型进行装配得到输送机构的整体模型。 图4-1链轮的三维模型4.2切割机构三维模型 由上文对橡胶切割机进行了选型分析，调研得到了选型的橡胶切割机基本尺寸参数，而本设计的切割机构的橡胶切割机有：齿轮机构、切割刀、轴、轴承等。标准件及非标件根据测量及选型得到基本尺寸参数，运用SolidWorks软件进行切割机构的三维建模，得到轴承的三维模型如下图4-2所示，最后将切割机构所有的零部件三维模型进行装配得到切割机构的整体模型。图4-2轴承的三维模型4.3橡胶切割机的整体模型橡胶切割机的整体三维建模的展示，就是将橡胶切割机的主要结构部件间进行有机装配成为一个整体，其中还要将其所涉及的负载构件进行装配，这样才能成为一个完整的橡胶切割机的整体三维模型。在进行橡胶切割机的三维结构装配的过程还要注意组件的运动要求进行合理的装配，比如：橡胶切割机的链轮其在进行调节传动工作时需要进行旋转运动，所以链轮的装配方式采用的是销钉装配，而且链轮之间加入带轮机构，保证其同步运动。橡胶切割机三维模型除了运动件采用特殊的装配外，其他的附属件采用刚性装配即可。最后得到橡胶切割机整体的三维装配体如下图4-3所示：图4-3橡胶切割机整体的三维模型结论本次设计的橡胶切割机由实际生产应用中提出，并且能够很好的达到实际要求。在设计初期通过翻阅大量的资料和文献对比不同工作形式的橡胶切割机对其进行了结构的设计。通过对现有的橡胶切割机的了解对其进行小部分修改，使其在工作中可以更加顺畅的来切割橡胶，本设计切割机采用的是较为常用的门式橡胶切割机形式，这种形式相比于其他形式的橡胶切割，门式橡胶切割机在保证抗拉应力的基础上，使加工过程变得简单方便快捷，由于其体型小巧、结构简单、可拆装性强的一系列优点。通过本次的设计计算得出橡胶切割机在工作时在切割较厚的橡胶的时候会发生卡死现象，从而无法工作还有可能会烧毁电机，经过分析的出原因为电机动率不足或减速器的传动比不够所导致，因此本次设计对电机型号以及减速器型号进行仔细选型计算，使设备在规定范围橡胶厚度内不会出现设备卡死现象，也提高了工作时的生产效率。

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