管套壓裝機械設計畢業(yè)論文

第一章引言隨著機械行業(yè)的大發(fā)展，軸、軸承和軸套的使用也越來越廣泛，而軸與軸承、軸套的配合為過盈配合H8/r7,所需壓入力較大，且隨壓入長度增大而增大。在無縫鋼管二端要均勻壓入二軸套，且要保證二軸套相對位置，軸套壓到底后，在相應位置要鉆攻螺孔。按照《機械設備安裝工程施工及驗收通用規(guī)范(GB50231—98)》中〈BR＞第5.5.1條裝配詢應測量孔和軸的配合部位尺寸及進入端倒角角度與尺寸。根據(jù)實測的平均值，應按設計要求和本規(guī)范附錄十六選擇裝配方法?！碆R＞第5.5.2條在常溫下裝配時應將配合面清洗潔凈，并涂一薄層不含二硫化鈕添加劑的潤滑油；裝入時用力應均勻，不得直接打擊裝配件。〈BR＞第5.5.3條縱向過盈連結的裝配宜采用壓裝法。壓裝設備的壓力，宜為壓入力的3.25?3.75倍；壓入或壓出速度不宜大于5mm/s。壓入后24h內，不得承受負載的要求，如果使用人工裝配不但勞動強度大、效率低、定位精度低，而且滿足不了大批量生產(chǎn)要求。所以使用一個專用的管套壓裝專機以成為發(fā)展趨勢。本論文設計的專機不但可解決人工裝配時勞動強度大、效率低、定位精度低的問題，而且滿足了大批量生產(chǎn)要求。第二章設計機械設訃是機械產(chǎn)品生產(chǎn)的第一道工序。在設計中要求對機器的工作原理、功能、結構、零部件設計，甚至加工制造和裝配方法都確定下來。因此，不同的設計者可能有不同的設計方案和設計步驟。但是，機械設計的共性規(guī)律是客觀存在的，需要不斷地總結和完善。機械設計的一般步驟：動向預測；方案設訃；技術設計；施工設計；試生產(chǎn)。下面著重分析方案設計和技術設計。2.2方案設計根據(jù)設訃任務書提出的對所設計機器的工作要求，首先對能滿足工作要求的多種設計原理方案加以分析比較。山于任何工作原理都必須通過一定的運動形式來實現(xiàn)，所以這一步驟也是確定設計所需運動的方案。例如設計一臺往復運動的機器時，可采用的設計原理方案很多，有電動的，有氣動、液壓及其他組合機構等形式的，每種形式中還有多種機構能達到預期的運動，如齒輪齒條機構、絲桿螺母機構、凸輪機構、曲柄滑塊機構等。確定設汁原理方案時，可把設計對象當作完整的系統(tǒng)，并將它分成具有各種分功能的機構及零件為子系統(tǒng)和元素，進行系統(tǒng)分析和機構分析、機構綜合和加以比較，選擇最優(yōu)方案。在這一階段，要按選擇最優(yōu)方案所需的技術一經(jīng)濟論證來制定產(chǎn)品總體和主要部件方案，同時要確定關于工作原理、可靠性和強度的問題范圍，這些問題必須加以研究，有些要得到實驗驗證。要對不致太大影響技術任務書中規(guī)定的設計對象，它的最終主要指標的那些結構要素作近似計算。如果想在有接近于設計對象的實際樣機，就可以不經(jīng)過計算而擬訂各個機構要素，但在方案設計中，為了進行于選擇最優(yōu)設計方案有關的技術一經(jīng)濟計算，必須充分精確地估計對最終結果有影響的參數(shù)。例如，在設計機械傳動裝置方案時，為了選擇傳動型式（絲桿螺母傳動，行星齒輪傳動、蝸桿傳動等），必須具有一些數(shù)據(jù)能求得要素尺寸，從而確定對比方案的重量和外廓尺寸，而其誤差對最終結果沒有很大影響。在簡化設計中，選擇最優(yōu)方案可以與機械的使用者和對該項機械有經(jīng)驗分得人員共同商定。在確定設訃原理方案時，還必須體現(xiàn)機械工業(yè)的技術發(fā)展政策。根據(jù)機械的實際工作情況，盡量采用微電子技術和新型材料，設計機電一體化產(chǎn)品。2.3技術設計在技術設計中，要擬定設計對象的總體和部件，具體確定零件的結構，對所設訃的機械產(chǎn)品提出的要求是：制造和維護經(jīng)濟，操縱方便而安全，可靠性高，使用壽命長，為了能達到這些要求，零件應滿足一些準則，簡而言之，可以用：“明確、簡單、安全”六字來表達。所謂明確主要指結構的形狀和尺寸關系清晰，作用關系可以預測和訃算，功能明確，也即能量、信息和物料的轉換與流動走向明確。一個明確的結構應避免產(chǎn)生附加載荷、附加變形和可能的劇烈磨損，應盡可能見效載荷和溫度應力引起的變形。明確的結構是實現(xiàn)產(chǎn)品預定技術功能的前提。所謂簡單，一般是指形狀簡單，零件數(shù)少，相對運動副少，磨損件少，使用、維護、保養(yǎng)方便等。但對于具體情況要具體分析。不希望某一方面的簡單導致另一當面的復雜。一旦出現(xiàn)這種情況應予協(xié)調。安全性包括由小到大的五個范圍：結構構件的安全性；功能的安全性；運行的安全性；工作的安全性和環(huán)境的安全性。這五個范圉相互之間是關聯(lián)的，應該統(tǒng)盤考慮。在結構設計時主要采用安全技術、間接安全技術和指示安全技術來解決產(chǎn)品的安全問題。在上述結構設計準則下，應考慮技術設計中出現(xiàn)的強度、剛度、抗振性、耐磨性、工藝性等問題。如載荷的合理分配、結構的合理傳力、運動中的穩(wěn)定性等。操縱條件和操縱方便對機械的可黑性和勞動生產(chǎn)率有很大影響，因為很多機械產(chǎn)品的工作效果取決于人機系統(tǒng)的指標。如產(chǎn)品在運行中噪聲大、振動強、手柄作用力大、檢查不便、變速困難等等，易導致疲勞，違反操作而可能引起事故。標準化對所設計的產(chǎn)品的制造成本和運行經(jīng)濟有很大意義。實現(xiàn)了標準化，可使機械產(chǎn)品的成本有所降低，設計周期有所縮短，可黑性則有所提高機械設訃和繪圖是密切聯(lián)系的工作，因為機械設計?是一種創(chuàng)造性的形象思維，而繪畫則是將形象思維表現(xiàn)出來的最好方法。形象思維的結果，不通過圖的表現(xiàn)總是模糊和支離的，并且難以精確無誤的傳給別人，一個有經(jīng)驗的設計者在構思時，總是需要反復的修改初步設計總圖。設計人員按照他所繪制的初步設計總圖，簡單計算或估算機械的各主要零件的受力、強度、形狀、尺寸和重量等，如發(fā)現(xiàn)原來所選的結構不可行或不實際，則要調整或修改結構，還要考慮有沒有發(fā)生過熱、過度磨損和過早發(fā)生疲勞破壞的危險部位，并采取措施解決。在這階段，設想中的機器初步成型了，設計人員通過初步設計總圖的繪制，會發(fā)現(xiàn)各部分的形狀、尺寸和比例大小有許多矛盾，當需要加強或改進某一方面,可能會削弱或惡化另一方面，必須權衡取舍，在各方面保持平衡以達到最佳綜合效果。這時，設計人員的經(jīng)驗起著重要作用。在修改初步設計的總圖的過程中，還需對初步設計進行技術■經(jīng)濟分析，一般原則是：選那些結構復雜的、重量大的、尺寸大的、材料貴的、性能差的、技術水平低的，以及批量大的、工藝復朵的、遠材料消耗高的、成品率低的那些零件進行分析，并據(jù)此修改設計，以期得到技術一經(jīng)濟指標高的初步設計總圖。2.4本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）:針對本課題的設計思路此次畢業(yè)設訃的課題是設計一臺管子軸套圧裝專機。根據(jù)設計任務書的要求，在無縫鋼管二端要均勻壓入二軸套，且要保證二軸套相對位置，軸套壓到底后，在相應位置要鉆攻螺孔，具體尺寸及要求見附圖一管套結合件圖。分析管套結合件圖，管套結合是過盈配合，需要較大的壓入力，且要保證套和管子上螺孔的相對位置，顯然用人工圧配勞動強度太大，相互位置尺寸不易保證，使用壓裝專機勢在必行。根據(jù)設計任務書的要求，在10秒鐘內要壓到位，工作行程為100mm,壓入速度范圉大。速度快些，效率雖會提高，但結合時沖擊會很大，尤其是在管套壓到底時，所以選擇時間為10秒完成壓套動作。專機方案的確定，最重要的是選擇一種往復運動機構。最常用的形式有：齒輪一齒條機構加滾動或滑動導軌；絲杠螺母機構（滑動或滾珠絲桿螺母副）；氣動或液壓傳動裝置等。原動件可采用電機一減速機，動力通過皮帶輪傳至執(zhí)行件。采用皮帶輪的好處是柔性傳動，過載時皮帶會打滑，可以起到輔助的保護作用，但不能用作經(jīng)常的安全保護使用。二套之間的相對位置可通過定位實現(xiàn)。利用套上"48凸臺和*9孔及"100端面定位，"9孔裝入菱形銷，"48凸臺插入定位沉孔，用這樣的類似于一面二銷的六點完全定位方式保證相對位置，其中一只套定位在壓頭上，另一只套定位于固定支座上。根據(jù)近三年所學專業(yè)知識，通過參閱機械設計手冊、夾具設計手冊及相關圖冊資料，結合考慮專機制造成本和周期，本人擬采用的總體方案是：利用電機減速機提供動力，通過皮帶輪帶動絲杠轉動，進而帶動裝有螺母的壓頭移動，將旋轉運動轉化為直線圧入運動。由于軸套與軸之間的配合為過盈配合H8/r7,所需壓入力較大，且隨壓入長度增大而增大，當軸套壓到底時，圧入力會瞬間急增，為保護電機，需釆用安全離合器進行過載保護，利用其可調整保護壓力，以限定最大壓入力。管子由V型塊定位，考慮到管、套在壓入詢定位的同心度要求很高，否則可能會出現(xiàn)壓不進的現(xiàn)象，故釆用高度可調V型塊，以降低對專機零件加工的精度要求，可使專機裝配、調試簡單、方便，節(jié)約成本。針對管子較長，剛性較差，為防止二端施壓時管子受力失穩(wěn)而中間拱起，采用回轉壓板通過一滾輪（軸承）對其中間部位壓緊。絲杠支承可采用滑動軸承和單向推力軸承組合，或采用深溝球軸承和單向推力軸承組合，但考慮到專機工作時徑向力較小而軸向力很大，為減小摩擦力、延長使用壽命，選擇后者的支承方式。根據(jù)管套結合件圖，在專機上相應位置安裝鉆模板。當安全離合器開始打滑,操作工即停止電機。此時用手槍鉆通過鉆模板進行鉆孔，然后啟動電機反轉退回壓頭到位后停止，再卸下工件進行人工或機動攻絲。減速機的輸出轉速要和壓頭移動速度相配，即要選擇相應的絲桿螺距。減速機應選用國產(chǎn)著名品牌，以保證產(chǎn)品質量。如選擇不到相應產(chǎn)品，也可自行設訃、制造。該設計方案經(jīng)慎重考慮，多方論證，應是切實可行的。當然可采用滾珠絲桿螺母副加滾動導軌的形式，磨損小，壽命長，傳動效率更高，但制造成本也會大幅提高。該專機可解決人工裝配時勞動強度大、效率低、定位精度低的問題，可滿足大批量生產(chǎn)要求。第三章系統(tǒng)原理3.1系統(tǒng)原理及硬件框圖管子軸套壓裝專機利用電機減速機帶動絲杠螺母的傳動方式，通過絲杠螺母結構將旋轉運動轉化為直線壓入運動的原理在無縫鋼管二端均勻壓入二軸套，且保證二軸套的相對位置。系統(tǒng)硬件框圖如（圖一） ’、動力機構＞傳動機構執(zhí)行機構I J11/I J圖一3.2工作原理先通過定位實現(xiàn)二套之間的相對位置。通過高度可調v型塊來保證管、套在壓入前定位的同心度，用回轉壓板通過一滾輪（軸承）對管子中間部位壓緊防止二端施壓時管子受力失穩(wěn)而中間拱起。對安全離合器進行調整以限定最大壓入力從而保護電機打開電機開關電機開始旋轉.減速機輸出轉速要和壓頭移動速度相配轉速皮帶輪皮帶輪旋轉■絲杠支承絲杠轉動—裝有螺母的壓頭移動?軸套壓入到達指定位會安全離合器打滑操屜工即停止電機"T3設計思 k ―k3.3.1課題的目的與意義此課題的LI的是讓我們更好地掌握機械設計的內容和方法，能正確、合理地選用設計參數(shù)、機械結構；學會利用廠家提供的產(chǎn)品樣本合理選擇配套件；提高查閱設計手冊和正確使用標準的能力，尤其是利用訃算機進行輔助設訃的能力。通過這次工作前的適應性訓練，為今后從事專業(yè)工作打下良好的基礎。3.3.2對機械設計基本要素的認識機械設訃首先要保證的是產(chǎn)品的功能及其可靠性，并保證產(chǎn)品有良好的工藝性。機械設計是一項創(chuàng)造性的勞動，新穎的設計要求有新的構思，對此，設計人員一方面應大膽地采用新理論和新結構，另一方面也要總結經(jīng)驗采用原有的成功的技術和結構。設計的過程是一個探索的過程，在設計的起始階段，應該允許發(fā)揮創(chuàng)造性而不受各種約束。即使發(fā)生許多不切實際的設想，也沒關系，這可以在設計的早期，在繪制圖樣以前加以糾正。通常要有兒套設計方案，要在各方面對這些方案進行對比，從中選擇最佳方案。最后選定的方案可能是各套方案中最好

部分的組合，也可能是未被接受方案中的某個構思。產(chǎn)品要便于使用和減輕人的勞動強度。設計人員要使所設計的機器適應人，就必須考慮人的操作特征，其中包括：工作場所的空間分配，通風條件，色彩和照明，手柄、開關及踏腳的位置和尺寸，操幷儀壻韻體力，安全保護，操作人員的心理和習慣等。機械設計的起始階段彳設訃人員要對產(chǎn)品危審為社會所需要，有無競年力,有無銷路，是否經(jīng)綁8；可多少等問題與管理人員、銷售人員磋商o/＜；J如上所瞬機械要素有：材対扌噬/tr設訃人員要對產(chǎn)品危審為社會所需要，有無競年力,有無銷路，是否經(jīng)綁8；可多少等問題與管理人員、銷售人員磋商o/＜；J如上所瞬機械要素有：材対扌噬/tr耕及」細彼禾的客不箍域:卷理鎖威屮愆飾芨到的/?.]沢~?度roi度r尊擦■、溜■損、一潤滑？形択「尺可;表面加工、體咸至量、扁■價格；以及維修等。溫度、?‘噪泮、腐蝕r第時控制彳實用；農(nóng)全、3.4設計計算3.4.1壓入力計算：1最大過盈根據(jù)裝配圖上技術要求，管子與軸套的配合要求是 H8/r7所以最大過盈Smax8max二59um1.2所需軸向壓入力P作用(千克)根據(jù)裝配圖上技術要求，軸套兩端的最大壓入長度1為100mmp二P/fndxP二f八di其中f取0.08注：d1；包容面直徑，f：摩擦系數(shù)1.3配合面壓強p計算配合件材料不同:Pmax={8max/[dX(c1..e1)+(c3/e2)]}X10_公斤/厘米被包容件Q235包容件HT200C：二[l+(di/d)?]/[1-(di/d)2]-u1C2=[1+(d/d:)■]/[1-(d/dj']+u2

注：d注：d配合面公稱直徑d二4Omm二4cmd：被包容件內孔直徑 d：=32mm二3.2cmd：包容件外徑 d：二50mm二5cmu：被包容件的波松比見表1-7P,ufO.24—0.28取ufO.25業(yè)包容件的波松比見表1-7P.山二0.23—0.27取山二0.251配合長度 1=50X2二100mm二10cm公斤/厘米2￡被包容件的彈性模數(shù)見表1-7P,E：=(2.0—2.1)X106取Ex=2X106E：包容件的彈性模數(shù)見表1-7P,E,=(l.15—1.60)X106取E1=l.5X106G二{[1+(32/40)?]/[1-(32/40)2]}-0.25=4.3G二{[1+(40/50)2]/[1-(40/50)2]}+0.25=4.8Pmax=59/{4X[4.3/(2X10€)+4.8/(1.5X106)]}X1(T=2.76 公斤/厘米2P二p/fndl二2.76X0.08XnX40X100=2773kg-取P二3000公斤(max)3.4.2螺桿計算：1螺桿中徑(機械設計手冊第二卷表152-3)螺桿中徑d2=^X[f/4)(p)]1/2梯形齒T二0.8整體式螺母＜1)=1.5P—許用壓強見機械設計手冊第二卷表152-9螺桿的材料為45鋼螺母的材料為青銅查設計手冊得P=20Mpa由上面計算得到最大的軸向載荷F=pg=30000N由以上條件計算得:dK[f/4)(p)]13=0.8X[30000/(1.5X20)]叫25.3根據(jù)機械設計手冊查標準取中徑為標準值得中徑&二27mm Tr=30X32驅動轉矩驅動轉矩TfFXd:/2tan(4)+Pr)軸向載荷F為30000N螺桿中徑di二27mm螺紋升角4)=arctan[l/(刃dj]WP'當量摩擦角P'=arctan[Us/cosa/2]注：1為導程1=3P'為當量摩擦角us螺旋副摩擦系數(shù)見機械設計手冊第二卷表152-8螺旋副摩擦系數(shù)Us為0.08—0.1 取Ps二0.08通常使螺紋升角”W4°30‘ a標準值為30°螺紋升角<l>=arctan3/27=2°當量摩擦角p'=arctan0.08/cosl5°=4.6°驅動轉矩TlFX(d：/:)tan(<l>+Pz)二