自动剪板机机械部分计算

1.1电动机功率的选择电动机的容量选择的是否合适,对电动机的正常工作和经济性都有影响。容量选的过小,不能保证工作机的正常的工作或使电动机因过载而过早的损坏;而容量选的过大,则电动机的价格较高,能力又不能充分利用,而且由于电动机经常不满载运行,其效率和功率因数都较低,增加电能消耗而造成能源的浪费。该剪板机的剪切力为10吨，根据诺沙里公式[5]：P=)σδ1011δ6.0α1(gαδσ0.62bxx2xbxytgZth（4-1）式中P——剪切力P=10×103×9.8=98000Nbσ——被剪板料强度极限，实际中的板料bσ=500N/mmxσ——被剪板料延伸率，xσ=25%h——被剪板料厚度——上刀刃倾斜=2°Z——被剪部分弯曲力系数，Z=0.95y——前刃侧向间隙相对值，y=0.083x——压具影响系数x=7.7把已知数据代入式（4-1）)17.7083.050025.0101125.06.0295.01(g20.255000.69800022tgth解得：h=4.63mm根据表8-2-2，Q11型剪板机技术参数[1]，类比实习时工厂的样机，选取电动机的功率为5.5kW。转速的确定：由于传动由皮带和齿轮组成的。按推荐的传动副传动比较合理的范围，取三角带传动比1i=2～4。二级圆柱齿轮减速器传动比2i=8～40，则总传动比合理范围为'ai=16～160,则电动机转速可选范围为：'di='ai·wn=(16～160)·wn=480～4800r/min查表19.1Y系列三相异步电动机的技术数据[6],选取Y132-M2-6型电动机比较合适,其技术参数如下:功率为5.5kW，级数为6，满载时的电流、转速、效率分别为12.6A、960r/min、85.3%。1.2计算传动装置的运动和动力参数1.2.1计算传动装置的合理传动比总传动比'di=3230960主nnm（4-2）'di=1i×2i式中1i——三角带传动比2i——圆柱齿轮传动比取1i=42i=84321.2.2计算运动和动力参数1.计算各轴转速1n=24049601imnr/min2n=308496021iinmr/min2.计算各轴的功率查得[4]各部件传动效率为：圆柱齿轮：0.94～0.962=0.95三角带传动：0.94～0.961=0.955轴承(每对)：0.97～0.993=0.98则总传递效率为：总=1223=298.0955.095.0=87.01P=01dP=31dP=98.0955.05.5=5.15kW2P=0201dP=2321dP=298.095.0955.05.5=4.79kW3.各轴转矩dT=wdnP9550式中dT——电动机转矩；dP——电动机功率；wn——满载转速[6]；dT=wdnP9550=9605.59550N·m=71.54N·m轴1T=010iTd=98.0955.0471.54mN=81.204N·m轴2T=020110iiTd=99.098.0955.08471.54N·m=19.1510N·m第2章带传动的设计及计算在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，V带传动允许的传动比较大，结构简单较紧凑，造价低廉，传动平稳以及缓冲吸振等优点[4]。2.1确定计算功率caP=PKA(5-1)=6.65.52.1kW式中P——传动的额定功率（kW）AK——工作情况系数查表8-6[4]，载荷变动较大，软启动每天工作时间小于10小时，取AK=1.2。5.2选择带型根据caP=6.6kW和主动带轮（小带轮）转速wnn1=960r/min，查图8-8[4]中选定A型V带。2.3确定小带轮的基准直径2.3.1初选小带轮的基准直径查参考文献[4]取主动轮基准直径D=125mm。2.3.2验算带的速度V=)100060/()(11nD=)100060/()96012514.3(=28.6m/s由于V过小，表示所选的1D过小，这将使所需要的有效拉力eF过大，即所需要的跟数Z过多，于是带轮的宽度，轴径及轴承的尺寸都要随之增大。取1D=160mmV=)100060/()(11nD=)100060/()96016014.3(m/s=04.8m/s2.3.3计算从动轮的基准直径2D=1Di=4160=640mm并按照V带轮的基准直径系列进行圆整,圆整后2D=640mm2.4确定中心距a和带轮的基准长度由于中心距未给出,可根据传动的结构需要初步中心距0a取)(2)(7.021021DDaDD代入1D=160mm,2D=640mm16005600amm取0a=600mm0a=600mm,根据带传动的几何关系,按下式计算所需带的基准长度'dL'dL≈02a+21(D+)2D+02124)(aDD(5-2)≈6004)160640()160640(260022mm=2552mm由参考文献[7]表33.1－9取'dL=2700mm，由于V带的中心距一般是可以调整的,故采用下式进行近似计算a≈0a2'ddLL=225522700800mm=874mm考虑安装调整和补偿预紧力(如带伸长而松弛后的紧张)的需要，中心距的变化范围为mina=dLa015.0=2700015.0874mm＝5.833mmmaxa=adL03.0=270003.0874mm=5.914mm。2.5验算主动轮上的包角根据对包角的要求，应保证1≈1206018012aDD1≈12014760874160640180主动轮上的包角满足要求。2.6确定带的根数lcakkpppZ)(0(5-3)式中k——包角系数，查得0.91lk——长度系数，查得1.130p——单根V带的基本额定功率，查得0.94kWp——单根V带额定功率的增量,查得0.5kW[4]代入数据得Z=13.191.0)5.094.0(6.6=5根2.7确定带的预紧力考虑离心力不利的影响，和包角对所需预紧力的影响，单根V带的预紧力为0F=2)15.2(500qkZpca(5-4)式中q——V带单位长度的质量，查得q=0.10kg/m0F=204.810.0)191.05.2(04.856.6500=9.149N由于新带容易松弛，所以对非自动张紧的带传动，安装新带时的预紧力应为上述预紧力的1.5倍[4]。2.8计算带传动作用在轴上压轴力为了设计安装带轮的轴和轴承，必须确定带传动作用在轴上的力pF。如果不考虑带的两边的拉力差，则压轴力可以近似的按带的预紧力0F的合力来计算[4]，即pF=02ZF2sin1式中：Z——带的根数0F——单根带预紧力1——主动轮上的包角pF=02ZF2sin1=2147sin9.14952N=1437.3N2.9带轮结构的设计2.9.1小带轮的结构设计1.材料：HT2002.确定带轮的形式由参考文献[6]得：电机轴D=38mm，电机轴伸出长度为E=80mm，且已知小带轮的基准直径1D=160mm，2.5D=2.5×38mm=95mm2.5D＜1D＜300mm所以小带轮采用腹板式结构。带轮的基准直径为160mm，外径ad=168mm。3.轮槽的尺寸查表8-10[4]得带轮的轮槽尺寸如下：轮槽基准宽度db=11.0mm基准线上槽深minah=2.75mm基准线下槽深minfh=8.7mm槽间距e=15±0.3mm第一槽对称面至端面的距离f=2110mm最小轮缘厚min=6mm轮槽角=38°轮槽结构如图5-1所示。图5-1轮槽结构4.确定小带轮外形尺寸带轮宽：B=feZ2)1(=(5-1)×15+2×10mm=80mm带轮外径：1ad=ahD21=160+2×4mm=168mm轮缘外径：1d=(1.8～2)d=(1.8～2)×38mm=(68.4～76)mm，取1d=70mm轮毂长度：因为B=80mm＞1.5D=1.5×38mm=57mm所以1L=(1.5～2)D=(1.5～2)×38mm=(57～76)mm，取1L=60mm。'C=(1/7-1/4)B=(1/7-1/4)×80mm=(11.43～20)mm取'C=15mm小带轮的结构如图5-2图5-2小带轮结构2.9.2大带轮的结构设计1、材料：HT2002、确定带轮的结构形式初选大带轮的轴径d=35mm，已知大带轮的基准直径D=640mm＞300mm，所以大带轮选用轮辐式结构。[4]3、轮槽尺寸同小带轮。4、轮缘及轮毂的尺寸：带轮宽：B=feZ2)1(=(5-1)×15+2×10mm=80mm带轮外径：aahDd222=640+2×4mm=648mm轮毂外径：2d=(1.8～2)d=(1.8～2)×35mm=(63～70)mm，取2d=70mm轮毂长度：因为B=80mm＞1.5d=1.5×35mm=52.5mm所以2L=(1.5～2)D=(1.5～2)×38mm=(57～76)mm，取2L=60mm。1h=3290anzP(5-5)式中：P——传递的功率，为5.15kWn——带轮的转速，为240r/minaZ——轮辐数，取41h=3290anzP=3424015.5290mm=50.8mm2h=0.81h=0.8×50.8mm=40.6mm1b=0.41h=0.4×50.8mm=20.3mm2b=0.81b=0.8×20.3mm=16.2mm1f=0.21h=0.2×50.8mm=10.2mm2f=0.22h=0.2×40.6mm=8.1mm大带轮的结构如图5-3图5-3大齿轮机构第3章轴的设计轴是组成机器的主要零件之一。一切做回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递，轴主要是支撑回转零件及传递运动和动力。轴按照承受载荷的不同，可分为以下三类：（1）转轴既承受弯矩又承受扭矩。（2）心轴只承受弯矩不承受扭矩。（3）传动轴只承受扭矩不承受弯矩。按轴线形状的不同，可分为两种：（1）曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。（2）直轴直轴又可按外形分为光轴和阶梯轴[4]。本次设计的剪板机采用的是直轴。3.1主动轴设计3.1.1轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学处理的办法提高耐磨性和抗疲劳强度。在载荷一定的情况下，好的材料能提高轴的工作性能及寿命，但同时要考虑到材料的经济性，故采用45号钢，并做调质处理，查参考文献[8]得0A=103～126，取0A=116，1=60MP。轴的失效形式：主要有断裂、磨损、超过允许范围的变形和振动等，对于轴的设计应满足下列要求：1.足够的强度。2.足够的刚度。3.振动的稳定性[4]。3.1.2轴径的最小许用值根据扭转强度条件计算公式[9]d≥3110nPA(6-1)=116×33079.4=62.94mm3.1.3确定轴上的零件的装配方案深沟球轴承、套筒和轴端挡圈从轴的左端依次安装，深沟球轴承、套筒、齿轮、轴端挡圈从轴的右侧依次安装。轴承选择6014型深沟球轴承。3.1.4轴上的零件定位1.轴向定位轴上的零件是以轴肩、套筒来保证的。2.周向定位限制轴上零件与轴发生相对转动，本次设计采用键来固定。3.1.5轴各段直径和长度的确定类比工厂样机，确定主轴的各段直径及长度。3.1.6绘制主轴上零件的装配图及轴的结构图根据以上计算及装配定位要求[10]，绘制主轴上零件的装配图及轴的结构图如图6-1所示。1.沉头螺钉2.套筒3.深沟球轴承4.螺钉锁紧挡圈5.偏心轮6.大齿轮7.轴端挡圈图6-1主轴的机构几装配图3.1.7轴的强度校核计算1.输出轴上的功率P，转速n和转矩T2P=4.79kW，2n=30r/min，2T=