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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)翻譯） 第 5 頁
新式家具的拋光機(jī)器智能系統(tǒng)
摘要:
在這篇文章中,一個有著表面控制針對木制材料家具的工業(yè)機(jī)器手的拋光系統(tǒng)被提出,靈敏的空氣傳動工具經(jīng)一個緊湊的力量傳感器能輕松的附于工業(yè)機(jī)器手的頂端.這個機(jī)器拋光系統(tǒng)被稱作三維機(jī)器拋光機(jī).該拋光機(jī)器有兩個新特點(diǎn).一是作用在工具和木制工件表面的拋光力被精細(xì)的控制在所設(shè)定值范圍內(nèi).例如2kgf.這個拋光力的大小是根據(jù)連接產(chǎn)生的力和運(yùn)動摩擦力來設(shè)定的。另一個特點(diǎn)是不需要復(fù)雜的示教再現(xiàn)運(yùn)動但必需獲得一個理想的刀具軌跡。切屑刀具的位置數(shù)據(jù)，即由CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）模擬生產(chǎn)的刀具路徑。直接被用于固定在機(jī)器手臂上的刀具。該拋光機(jī)器能用于傳統(tǒng)拋光機(jī)不能應(yīng)付的型式多樣的彎曲表面。這些效果和說法通過了一些試驗(yàn)，被研究證實(shí)。
1. 介紹
在木制家具的工業(yè)制造中，CAD/CAM系統(tǒng)和數(shù)控技術(shù)被廣泛應(yīng)用，從而使得設(shè)計(jì)到機(jī)械加工是非常合理的。然而，在機(jī)器加工之后的拋光幾乎不可能實(shí)現(xiàn)自動化。因?yàn)樗枰?xì)和靈巧的技術(shù)以便不影響表面質(zhì)量。到目前為止，一些拋光機(jī)在木制方面的發(fā)展。舉例來說，寬帶拋光機(jī)（如圖2）適合邊表面的拋光。然而，這些傳統(tǒng)的機(jī)器不能應(yīng)用于型式多樣的彎曲表面。因此在木制家具的制造業(yè)中CAD/CAM系統(tǒng)和數(shù)控技術(shù)被廣泛應(yīng)用。從而使的設(shè)計(jì)和加工成為可能。然而，拋光過程后的加工很難實(shí)現(xiàn)自動化。因?yàn)樗枰?xì)和靈活的技術(shù)，才能加工出完美的表面質(zhì)量。到現(xiàn)在為止才研究出少許用于木制的拋光機(jī)。例如：寬帶拋光機(jī)如圖所示是用于平面的拋光。型面拋光機(jī)（如圖2所示）適合邊緣周圍拋光。然而這些傳統(tǒng)的拋光機(jī)不能用于自由曲面型狀的工件。因此，我們必須依靠不僅可進(jìn)行適當(dāng)力量控制，而且能用于拋光復(fù)雜曲面雙軌道和單軌道拋光工具（如圖4所示）。有經(jīng)驗(yàn)的工人通過空氣驅(qū)動器將其使用的得心應(yīng)手。為了獲得更好的表面質(zhì)量。雙向拋光機(jī)需要進(jìn)行回轉(zhuǎn)和非圓周運(yùn)動。可以臆測出這樣的工具會發(fā)出刺耳的噪聲、震動和灰塵。最嚴(yán)重的問題是，在這種惡劣環(huán)境下完成拋光是非常為難技術(shù)工人的。正是這個原因，在家具制造業(yè)中，研究一種可以部分取代技術(shù)熟練工人工作的拋光機(jī)是有必要的。
工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)取得顯著發(fā)展。如涂漆、焊接、搬運(yùn)等。要完成這些工作，重要的是對機(jī)器人手臂上端位置的準(zhǔn)確控制。當(dāng)機(jī)器人運(yùn)用于拋光、去毛刺或磨削任務(wù)時，利用少許力控制會不可避免的出現(xiàn)對物體的損壞。舉例來說。拋光機(jī)械手和噴圖機(jī)械手在[1~5]中被呈現(xiàn)。自動化機(jī)器人的修邊和磨削在[6~10]被介紹。兩個具有代表性的控制方法被提出，它們是阻抗控制[11]和混合位置/力量控制[12]。在為機(jī)械手減少或吸收沖擊力方面，阻抗控制是最有效的的控制法之一。其優(yōu)點(diǎn)在于它能控制機(jī)械阻抗、慣性等。阻抗控制沒有力量控制模態(tài)和位置控制模態(tài)，但它是力量和速度組合的最終效應(yīng)。在另一方面，混合位置/力量控制方法同時控制機(jī)械手的位置和力量。然而，六個制約因素包括三個自由度位置和三個自由度力量不能同時達(dá)到最佳。為了避免干擾力控系統(tǒng)和位控系統(tǒng)，力量控制模態(tài)或位置控制模態(tài)在每個方向上事先被選定。
表面跟蹤控制是工業(yè)機(jī)械手的基本方法。一般有兩種控制方案，一種是機(jī)械手臂頂端的定位/定向控制。另一種是使其穩(wěn)定的保持在工件表面的曲線上的力量控制。應(yīng)該指出的是如果工件表面幾何信息未知，那么，在工件表面加工的速度就很難有所提高。為使其緊貼表面進(jìn)給速度必須取較小值。此外，在保持沿預(yù)定軌跡工作的同時難以控制拋光機(jī)械手的方向。
筆者曾進(jìn)行有關(guān)方面的研究。就力量控制來說，阻抗控模型來調(diào)整拋光工具和工件表面的距離。在[15]中，模擬環(huán)境模型能模擬出環(huán)境的剛度。其結(jié)果通過了模型PUMA560機(jī)械的
驗(yàn)證。在測量時，重力補(bǔ)償器可以消除刀具重量對測量結(jié)果的影響。在[17]中，關(guān)于刀具定位和定向控制，它更進(jìn)一步考慮如何為工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)非示教運(yùn)動。在[18]的陳述中，CL數(shù)據(jù)被用來處理新的有關(guān)拋光參數(shù)的擬定。
在文中，機(jī)器人拋光工具系統(tǒng)被集成用于具有自由型態(tài)家具的設(shè)計(jì)。其拋光系統(tǒng)提供了實(shí)際的表面跟著控制，使工業(yè)機(jī)器人不僅在的迪卡爾空間通過了以個理想的阻抗模型調(diào)整機(jī)械手臂，而且使其沿著正確的方向運(yùn)動的同時跟隨表面接觸。該拋光力大小是根據(jù)連接產(chǎn)生的力和摩擦力來設(shè)定的。本文還陳述了如何將拋光系統(tǒng)應(yīng)用到?jīng)]有復(fù)雜示教程序的木制工藝品中的制作中。從一些拋光試驗(yàn)效果可知拋光機(jī)器人使用跟蹤控制系統(tǒng)是可行的。
2. 拋光系統(tǒng)
最近，開放式建筑工業(yè)機(jī)器人是根據(jù)使用者的各種不同需要在改進(jìn)。工業(yè)機(jī)器人有一個開放的基于windows和linux系統(tǒng)的編程接口。這樣我們可以試著編寫一些用于伺服控制的新程序。例如力量控制程序，柔性控制程序等。
六自由度工業(yè)機(jī)器人如圖5所示：FS20是由日本川崎重工業(yè)提供的控制器。該機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)了用于工業(yè)，其頂端有一個高靈敏度力量傳感器。拋光刀具經(jīng)以個力量感應(yīng)器后可以很容易附于機(jī)器人手臂的頂端。光纖電纜將一個人計(jì)算機(jī)和服務(wù)器連接。基于PC的控制器提供了幾個windows API（應(yīng)用編程接口）的功能。例如伺服控制角度、正傳、反轉(zhuǎn)等。舉例來說利用這些API函數(shù)可以很容易且安全的對位置和方向進(jìn)行控制。在下一節(jié)，表面跟蹤控制器在一個裝有windows API 函數(shù)的自動拋光機(jī)中變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
3. 拋光機(jī)器的表面跟蹤控制系統(tǒng)
表面跟蹤系統(tǒng)有兩個主要特點(diǎn)：一是這既不是傳統(tǒng)復(fù)雜的教學(xué)工作也沒有處理（CL 數(shù)據(jù)到NC 數(shù)據(jù)）的要求。另一種是同時對作用在自由形態(tài)彎曲表面刀具上的力、刀具位置、定位方向的控制。
4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
在本節(jié)中，利用模擬機(jī)器拋光機(jī)給出的試驗(yàn)結(jié)果的結(jié)果。軌道拋光工具被熟練的工人廣泛用于工件彎曲表面的打磨。基于軌道的拋光工具能運(yùn)行各種奇異的運(yùn)動。這就原于軌道拋光機(jī)不僅是個強(qiáng)大的打磨工具，而且磨出的表面質(zhì)量好、擦傷少。在這個試驗(yàn)中，軌道拋光工具被選擇而且在經(jīng)由一個力量傳感器被安裝在機(jī)械手手臂頂端?；境叽玳L、寬、高 75cm×110cm×4cm那拋光工具重800g ,在拋光一個工件時，墊圈與磨砂低附著表面。圖12一個數(shù)據(jù)加工的工件表面，這里一個有代表性常規(guī)拋光機(jī)不能加工的形狀。其表面的拋光數(shù)據(jù)進(jìn)給量值設(shè)為3mm，該工件拋光前如圖12所示，其每次進(jìn)給量設(shè)值不大于1mm。首先機(jī)械手去除了其頂端使用的粗糙砂光紙#80，然后采用磨砂紙將其磨到一個中等粗糙#220，最后磨到#400，補(bǔ)償直徑和紙被切割到65mm大大的超過用于數(shù)控加工過程中的球頭銑刀直徑（17mm）。因此，我精選進(jìn)給量15mm.更新了CL數(shù)據(jù)的拋光機(jī)如圖9所示而且替換了如圖10所示控制器的CL數(shù)。切割偏移量被設(shè)為15mm的小值，以便防止工藝品的邊緣過度打磨。表1顯示了其他打磨條件和表面跟蹤控制的參數(shù)如圖10.這些數(shù)值的作用是用來發(fā)現(xiàn)錯誤的。
如圖13所示工作時的拋光機(jī)。拋光力大小控制如圖14所示。靈敏的空氣類型的工具會產(chǎn)生巨大的噪聲和振動。力量控制系統(tǒng)有工業(yè)機(jī)器手，力量感應(yīng)器，空氣驅(qū)動器和木制的材料。因?yàn)檫@樣的工作環(huán)境拋光力大小會變和振動，這就是為什么拋光往往會有毛刺和噪聲。而且，其加工出來的表面質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于技工加工出來的質(zhì)量。雖然它是如此困難和難以同技工保持同樣的拋光力大小、工具位置和定位方向。但機(jī)器拋光機(jī)可以完成更加精細(xì)任務(wù)。另一拋光機(jī)加工木制桌如圖15所示。觸摸感覺無論是手指還是手掌均令人非常滿意。一點(diǎn)等高線的跡象都沒有，以及邊緣周圍沒有過度的打磨，表面上沒有凸起。此外，我們還用觸筆儀器進(jìn)行測量，使得加工出來的表面粗糙度（Ra）和最大高度（Ry）的算術(shù)平均值在1mm至3mm以內(nèi)。
拋光機(jī)器人加工的新款家具如圖16、17所示。從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果我們可以確定。機(jī)器拋光系統(tǒng)可以完成對木制工藝品的彎曲表面加工。
5. 結(jié)論與將來的工作
這份文件涉及的機(jī)器人拋光系統(tǒng)用于家具工藝品的美觀設(shè)計(jì)和自由曲面造型。該系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)且用于工業(yè)機(jī)器人。這樣的系統(tǒng)有一個開放的控制器。系統(tǒng)有兩個新特點(diǎn)：一個是這種表面跟蹤控制器在控制拋光力大小的同時還可以控制位置和定位方向。另一個是根本不需要傳統(tǒng)復(fù)雜的示教運(yùn)動。基于工業(yè)機(jī)器的常規(guī)拋光系統(tǒng)理想軌跡的位置和定位方向控制是通過復(fù)雜示教運(yùn)動所獲得的。在這種情況下，操作員必學(xué)輸入大量的沿著物體表面運(yùn)動的數(shù)據(jù)，不過拋光系統(tǒng)的三維CAD/CAM可以直接模擬出所需要的CL數(shù)據(jù)，從而使得該示教運(yùn)動得以省略。通過實(shí)驗(yàn)可知，那附于拋光機(jī)械手臂頂端的刀具可以平滑的跟隨彎曲表面移動。在接觸的同時且能保持一定的拋光力和正確的方向。也有人表明，該系統(tǒng)完成的彎曲表面不僅質(zhì)量好而且造型非常美。打磨的條件、控制的進(jìn)給量、所選砂紙的表面質(zhì)量等工藝參數(shù)在此文中以表述。 然而若將機(jī)械手拋光系統(tǒng)用于其它不同材料，其參數(shù)值需要重新設(shè)定。因?yàn)槟抢硐雲(yún)?shù)的選定在很大程度上往往于木制材料有關(guān)。將來我們的計(jì)劃是整理木質(zhì)材料于理想?yún)?shù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。目前，我們的計(jì)劃是整理木制材料于理想?yún)?shù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。那參數(shù)的調(diào)整應(yīng)與物種內(nèi)部變化的方向保持一致。
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)翻譯
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué)生姓名
何龍
指導(dǎo)教師
楊漢嵩
2012年 03 月 20 日
中文摘要和關(guān)鍵詞
摘 要： 本文根據(jù)筷子現(xiàn)有的制作工藝及加工設(shè)備的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了對竹筷采用摩擦原理進(jìn)行機(jī)械拋光的設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容包括動力裝置、傳動裝置的選擇、功率計(jì)算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度校核、機(jī)架和箱體等幾個主要方面的設(shè)計(jì)。通過對V帶傳動的研究，結(jié)合目前的發(fā)展情況和所要面臨解決的問題，建立了適應(yīng)于竹筷拋光機(jī)的V帶傳動方案，設(shè)計(jì)具有傳遞大功率、小重量、利于加工等優(yōu)點(diǎn)的傳動裝置。在設(shè)計(jì)中，考慮到其傳遞的功率大和傳動的平穩(wěn)性，重點(diǎn)對軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：摩擦拋光；V帶傳動；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；裝配
Abstract and Keyword
Abstract： This article according to the bamboo chopsticks existing manufacture craft and in the processing equipment foundation, detail elaborated bamboo chopsticks uses the friction principle to carry on the machinery polishes, its main content including power unit, the choice of transmission device, power computation, axis structural design as well as intensity examination, rack and box body and so on several principal aspects designs. Through to V belt transmission research, the union at present development situation and must face the solution the question, established adapted in the bamboo chopsticks buffing machine V belt transmission plan, the design has the transmission high efficiency, the small weight, favor merit the and soon processing transmission device. In the design, considered its transmission the power is big and the transmission stability, the key countershaft structure carries on the design.
Key word: scraping polishing; V belt transmission; Structural design; Assembly
第一章 緒論
隨著人民生活水平的不斷提高，對筷子的要求也越來越高，不再只要求其堅(jiān)固耐用，更要求其外表美觀，在實(shí)現(xiàn)其基本使用功能的同時，達(dá)到裝飾廚房或餐廳的目的；另一方面，生活水平的提高也激發(fā)了人們更新筷子的欲望，筷子的使用周期縮短，這使得社會需求量增大，款式更新速度提高。這就對筷子的制作工藝及加工設(shè)備提出了新的要求 ，筷子的生產(chǎn)已基本脫離了以前的模式 ，轉(zhuǎn)而以工業(yè)化的生產(chǎn)為主。
在70年代以前，國內(nèi)的竹工機(jī)械幾乎是一片空白。據(jù)現(xiàn)有的資料，當(dāng)時的竹子除造紙外，主要用作建筑腳手架和曬墊涼席，前者是使用原竹，后者則基本上是手工破篾，手工編織，最多使用了手搖分片機(jī)，談不上使用機(jī)械。 進(jìn)入80年代，竹材加工業(yè)迅速向深加工發(fā)展，為適應(yīng)竹材加工的需要，逐步從境外引進(jìn)了一些竹材加工機(jī)械，但是引進(jìn)機(jī)械不僅價格高，而且維修困難，停機(jī)時間長。鑒于這種情況，國內(nèi)一些有遠(yuǎn)見的廠家開始投入大量人力、物力、財(cái)力研制竹工機(jī)械，進(jìn)入90年代，國內(nèi)的竹工機(jī)械行業(yè)已可以為竹材加工企業(yè)提供品種規(guī)格基本齊全的各類竹工機(jī)械。目前國內(nèi)生產(chǎn)的竹工機(jī)械種類繁多起來。因此竹筷拋光機(jī)作為竹工機(jī)械的一種，就具有很大的市場需求量。
我國光整加工及去毛刺技術(shù)的發(fā)展起步較晚，它一問世便受到有識之士的重視和青睞。被稱為終加工工序的光整技術(shù)已從金屬領(lǐng)域擴(kuò)展到非金屬領(lǐng)域，成為現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)發(fā)展必不可少的內(nèi)容。以“三新”（即技術(shù)新、工藝新、設(shè)備新）、“三高”（即質(zhì)量高、生產(chǎn)率高、效益高）為特點(diǎn)的光整加工必然取代存有種種弊端傳統(tǒng)加工方法。尤其加入WTO后，與國際慣例接軌，光整技術(shù)開發(fā)應(yīng)用更為迫切和重要。這一正在興起“朝陽產(chǎn)業(yè)”，具有蓬勃旺盛的生命力，有著潛在的巨大市場。光整加工是機(jī)械加工零件需急迫解決的現(xiàn)實(shí)問題，更是現(xiàn)代市場競爭必然發(fā)展的大勢所趨。近年來，我國的拋光技術(shù)有了長足的進(jìn)步，目前，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域常用的拋光方法有：機(jī)械拋光、化學(xué)機(jī)械拋光、熱化學(xué)拋光、等離子體(離子束)拋光?；瘜W(xué)機(jī)械拋光引起的沖擊和振動會使樣品受損，而熱化學(xué)拋光具有加工溫度很高的缺點(diǎn)；等離子體(離子束)主要用于對曲面拋光，材料去除速率很低，它的不足之處還在于要選擇刻蝕層或平面層，從而使拋光工藝變得更加復(fù)雜。針對竹筷的特點(diǎn)，也能達(dá)到提高產(chǎn)品檔次、去除毛刺、棱邊倒圓、銳邊鈍化，提高粗糙度等級，提高其表面綜合質(zhì)量性能和使用性能，延長其使用壽命等各種要求，機(jī)械拋光固然有不足之處，但是和以上拋光技術(shù)相比能降低成本，同時能達(dá)到竹筷的拋光精度。
美、日等發(fā)達(dá)國家新研制成的NH-125k超聲波模具拋光機(jī)采用高頻電火花脈沖電源與超聲波快速振動研磨的原理進(jìn)行拋光。它能完成一般拋光工具難以伸人的窄槽、窄縫、邊、角等曲折部位的拋光，拋光后不塌棱角，不影響模具的精度。該機(jī)的上市可以解決用戶過去因工件形狀復(fù)雜難以達(dá)到拋光要求這一難題，并且縮短了拋光時間，提高了工作效率。趨勢有如下特點(diǎn)：具有振動頻率自動跟蹤功能， 以適應(yīng)各種外界條件的變化，從而使換能器始終工作在最佳狀態(tài)，大大地提高了工作效率；精拋不影響工件精度，不塌棱角；工具頭取材廣泛，用戶均可自制；操作簡單易學(xué)；超聲波電脈沖復(fù)合拋光；超聲波鏡面拋光；“電蝕”快速墨菊修直、斷錐取出；“砂底”、打砂底、毛面粗紋；多項(xiàng)強(qiáng)大功能；超聲波輸出無級調(diào)節(jié)；電脈沖輸出無級凋節(jié)；微電腦控制，工作頻率數(shù)字顯示；頻率自動跟蹤，不需人工調(diào)諧；內(nèi)置穩(wěn)壓電源。
鑒于以上情況，為了滿足市場發(fā)展需求，通過反復(fù)思考設(shè)計(jì)，從加工成本出發(fā)，本文創(chuàng)新開發(fā)出一種竹筷拋光機(jī)。
第二章 整體設(shè)計(jì)部分分析
2、1 竹筷拋光機(jī)的工作原理
將竹筷放入六角木桶內(nèi)，打開電動機(jī)開關(guān)，帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，經(jīng)過芯軸傳遞轉(zhuǎn)速，竹筷在六角木桶內(nèi)旋轉(zhuǎn)，通過相互摩擦以及在棱角的打磨而拋光。
2、2 竹筷拋光機(jī)的整體結(jié)構(gòu)
竹筷拋光機(jī)大體由軸、皮帶輪、箱體、軸承、軸承座、機(jī)架、動力裝置組成。
2、3 動力裝置的選擇
對于一般的機(jī)器，選擇的動力裝置為電動機(jī)和柴油機(jī)。而竹筷拋光機(jī)的動力裝置選擇電動機(jī)，因?yàn)楹捅炔裼蜋C(jī)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
1) 適用范圍廣。對于一般工廠的車間，用電都比較方便。
2) 成本低。加工同樣數(shù)量的竹筷耗電量成本要低于柴油成本。
3) 衛(wèi)生程度高。由于竹筷加工過程中，柴油機(jī)的油煙會污染竹筷，而電動機(jī)在加工過程中無污染物。
2、4 傳動裝置的選擇
目前，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域常用的機(jī)械傳動有：帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動，鏈傳動主要用在要求工作可靠，且兩軸相距較遠(yuǎn)，以及其他。例如低速重型及極其惡劣的工作條件下應(yīng)用，齒輪傳動的制造及其裝置精度要求高，價格教貴。且不宜用于傳動距離過大的場合。蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸傳遞運(yùn)動和動力的一種傳動機(jī)構(gòu)，也不適宜拋光機(jī)的傳動，而帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、造價低廉，以及緩沖吸振等特點(diǎn)，故傳動裝置選帶傳動。
第三章 傳動裝置的總體設(shè)計(jì)
傳動裝置總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容為：確定傳動方案，選定電動機(jī)型號，計(jì)算總傳動比和合理分配各級傳動比，計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)，為設(shè)計(jì)各級傳動件和裝配圖設(shè)計(jì)提供條件。
3、 1 確定傳動方案
傳動方案一般用機(jī)構(gòu)簡圖表示，它反映運(yùn)動和動力傳遞路線和各部件的組成和連接關(guān)系。 圖3-1為拋光機(jī)傳動裝置及機(jī)構(gòu)簡圖
圖3-1
為降低成本，本文決定剪除以上變速箱裝置，采用一級傳動，其傳動方案圖如圖3-2所示
圖3-2
3、2 選擇電動機(jī)
選擇電動機(jī)的內(nèi)容包括：電動機(jī)類型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速，要確定電動機(jī)具體型號。選擇電動機(jī)的順序如圖3-3所示
1) 選擇電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式
電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式要根據(jù)電源（交流和直流）.工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸等）和載荷特點(diǎn)（性質(zhì)、大小、啟動性能和過載情況）來選擇。沒有特殊要求時均應(yīng)選用交流電動機(jī)，其中以三相鼠籠式異步電動機(jī)用得最多。表12 1所列Y系列電動機(jī)為我國推廣采用的新設(shè)計(jì)產(chǎn)品，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體的場合，以及要求具有較好啟用性能的機(jī)械。在經(jīng)常啟用. 制動和反轉(zhuǎn)的場合（如起重機(jī)），要求電動機(jī)具有轉(zhuǎn)動慣量小和過載能力大，則應(yīng)選用起重及冶金用三相異步電動機(jī)YZ型（籠型）或YZR型（環(huán)繞型）。電動機(jī)結(jié)構(gòu)有開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式等，可根據(jù)防護(hù)要求選擇。同一類型的電動機(jī)又具有幾種安裝型式，應(yīng)根據(jù)安置條件確定。
2) 選擇電動機(jī)的容量
標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)的容量由額定功率表示。所選電動機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求，則不能保證工作機(jī)正常工作，或使電動機(jī)長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；容量過大，則增加成本，并且由于功率和功率因數(shù)低而造成浪費(fèi)。電動機(jī)的容量主要由運(yùn)動發(fā)熱條件限定，在不變或變化很小的載荷下長期連續(xù)運(yùn)動的機(jī)械，只要其電動機(jī)的負(fù)載不超過額定值，電動機(jī)便不會過熱，通常不必效驗(yàn)發(fā)熱和啟動力矩。所需電動機(jī)功率為
P= Kw （3-1）
式中： P——工作機(jī)實(shí)際需要的電動機(jī)需要功率，Kw；
P——工作機(jī)所需輸入功率，Kw；
η——電動機(jī)至工作機(jī)之間傳動裝置的總效率。
工作機(jī)所需功率P 應(yīng)由機(jī)器工作阻力和運(yùn)動參數(shù)計(jì)算求得，例如
P= Kw
或 P= Kw （3-2）
式中： F——工作機(jī)的阻力，N；
ν——工作機(jī)的線速度，m/s;
T——工作機(jī)的阻力矩，N·m；
n——工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min;
η——工作機(jī)的效率。
總效率η按下式計(jì)算：
η = η η η ... η （3-3）
其中η、 η、 η 、... η 分別為傳動裝置中每一傳動副（齒輪、蝸桿、帶或鏈）每對軸承、每個聯(lián)軸器的效率，其概略值見《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表1-7。選用此表數(shù)值時，一般取中間值，如工作條件差，潤滑維護(hù)不良時取最低值，反之取高值。本文取帶傳動的效率為0.96，滾動軸承的效率為0.99，故總的效率為0.96。
3) 確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速
同一類型的電動機(jī)，相同的額定功率有多種轉(zhuǎn)速可供選用。如選用低轉(zhuǎn)速電動機(jī)，因極數(shù)較多而外廓尺寸及重要較大，故價格較高，但可使傳動裝置總動比及尺寸減小。選用高轉(zhuǎn)速電動機(jī)則相反。因此應(yīng)全面分析比較利弊來選定電動機(jī)轉(zhuǎn)速。
按照工作機(jī)轉(zhuǎn)速要求和傳動機(jī)構(gòu)的合理傳動比范圍，可以推算電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍，如
n =（i i……i） r/min （3-4）
式中：n——電動機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍，r/min；
i i……i——各級傳動機(jī)構(gòu)的合理傳動比范圍
對Y系列電動機(jī)，通常多選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min或1000r/min的電動機(jī)，如無特殊需要，不選用低于750r/min的電動機(jī)。
根據(jù)選定的電動機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、容量和轉(zhuǎn)速，由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表12-1～12-11查出電動機(jī)型號，并記錄其型號、額定功率、滿載轉(zhuǎn)速、外形尺寸、中心高、軸伸尺寸、鏈聯(lián)接尺寸、地腳尺寸等參數(shù)備用。
設(shè)計(jì)傳動裝置時一般按工作機(jī)實(shí)際需要的電動機(jī)輸出功率Pd計(jì)算，轉(zhuǎn)速則滿載轉(zhuǎn)速。
本文選用Y160M1-8型號的電動機(jī)，其額定功率為4kw，滿載速度為720r/min，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表12-3 ，機(jī)座帶底腳，端蓋無凸緣電動機(jī)的安裝及外形尺寸得其、外形尺寸、中心高、軸伸尺寸、鏈聯(lián)接尺寸、地腳尺寸。
圖3-3
查表得：A=254，B=210，C=108，D=42，E=110，F(xiàn)=14，G=42.5，H=180，K=15，AB=330，AC=325，AD=255，HD=385，BB=270，L=600。
3、3 計(jì)算總傳動比和分配各傳動比
傳動裝置的總傳動比要求應(yīng)為
i = （3-5）
式中：n——電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速，r/min。
在已經(jīng)總傳動比要求時，如何合理選擇和分配各級傳動比，要考慮以下幾點(diǎn)：
（1）各級傳動機(jī)構(gòu)的傳動比應(yīng)盡量在推薦范圍內(nèi)選取。
（2）應(yīng)使傳動裝置結(jié)構(gòu)尺寸較小、重量較輕。
（3）應(yīng)使各傳動件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理，避免干涉碰撞。
本設(shè)計(jì)為節(jié)約成本設(shè)計(jì)成一級帶傳動，其總傳動比為4，符合《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表1-8：
傳動類型
傳動比
傳動類型
傳動比
平帶傳動
≤5
錐齒輪傳動：1、開式
2、單級減速器
≤5
≤3
V帶傳動
≤7
圓柱齒輪傳動
1、開式
2、單級減速器
3、單級外吁合和內(nèi)愈合行星減速器
≤8
≤4~6
3~9
蝸桿傳動： 1、開式
2、單級減速器
15~60
8~40
鏈傳動
≤6
摩擦輪傳動
≤5
各級傳動的傳動比（參考值），V帶傳動的傳動比≤5，傳動裝置的實(shí)際傳動比要由選定的標(biāo)準(zhǔn)帶輪直徑準(zhǔn)確計(jì)算，因而與要求傳動比可能有誤差。一般允許工作機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與要求轉(zhuǎn)速的相對誤差為±（3~5）%。
3、4 計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)
設(shè)計(jì)計(jì)算傳動件時，需要知道各軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或功率，因此應(yīng)將工作機(jī)上的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或功率推算到各軸上。
本設(shè)計(jì)傳動裝置從電動機(jī)到工作機(jī)有二軸，依次為Ⅰ、Ⅱ軸，則
1) 各軸轉(zhuǎn)速
n= n = （3-6）
n= =180 r/min （3-7）
式中：n為電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速，
n為傳動軸的轉(zhuǎn)速
2) 各軸功率
Ｐ＝Ｐ＝4kw （3-8）
Ｐ=Ｐη=4×0.96=3.84kw （3-9）
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表1-7，取V帶傳動的傳動效率η=0.96
式中：Ｐ為電動機(jī)輸出功率
Ｐ為電動機(jī)心軸輸入功率
η為電動機(jī)軸與傳動軸的傳動效率
3) 各軸轉(zhuǎn)距
Ｔ=Ｔ N·m （3-10）
Ｔ＝Ｔiη N·m （3-11）
式中: Ｔ為電動機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)距
Ｔ＝9550 （3-12） =9550×
=53.05 N·m
Ｔ=255 N·m
Ｔ為傳動軸的輸入轉(zhuǎn)距。
第四章 傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
4、1 帶傳動的設(shè)計(jì)
1) V帶輪的設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)V帶輪時應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量小；結(jié)構(gòu)工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡；輪槽工作面要精細(xì)加工（表面粗糙度為3.2），以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。
2) 帶輪的材料
帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150或HT200，本文選擇HT150。
3) 結(jié)構(gòu)尺寸
鑄鐵制V帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：（1）實(shí)心式；（2）腹板式；（3）孔板式；（4）橢圓輪輻式。
帶輪基準(zhǔn)直徑d≤2.5d(d為軸的直徑)時，可采用實(shí)心式；d≤300mm時，可采用腹板式（當(dāng)D-d≥100mm時，可采用孔板式）；d＞300mm時，可采用輪輻式。
（a）
（b）
d=(1.8~2)d, d為軸的直徑 h=0.8h
D=0.5（D+ d） b=0.4h
d=(0.2~0.3)(D-d) b=0.8b
C=() B S= C
L=(1.5~2)d,當(dāng)B〈 1.5 d時，L=B f=0.2h
h= 290 f=0.2h
式中：P——傳遞的功率
n ——帶輪的轉(zhuǎn)速
z ——輪輻數(shù)
圖4-1 V帶輪的結(jié)構(gòu)
4) 帶傳動設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題：
設(shè)計(jì)帶傳動時，應(yīng)注意檢查帶輪尺寸與傳動裝置外廓尺寸的相互關(guān)系，例如小帶輪外圓半徑是否大于電動機(jī)中心高，大帶輪外圓半徑是否過大造成帶輪與機(jī)械底座相干涉等，要注意帶輪孔尺寸與電動機(jī)軸或減速器輸入軸尺寸是否相適應(yīng)。帶傳動的主要失效形式為打滑和疲勞破壞。因此，帶傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則應(yīng)為：在保證帶傳動不打滑的條件下，具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。
本文現(xiàn)已知電動機(jī)型號為Y 160M1-8，額定功率P=4kw，轉(zhuǎn)速n=720r/min,傳動比i=4，一天運(yùn)轉(zhuǎn)時間為8h。
1) 確定計(jì)算功率Pca
由機(jī)械設(shè)計(jì)表8—6查得工作情況系數(shù)KA=1.1，故
Pca=K P （4-1）
=1.1×4=4.4 kw
2) 選取V帶帶型
根據(jù)要求選擇普通V帶中的A型帶。
3) 確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8—3和表8—7取主動輪基準(zhǔn)直徑dd1=80mm
根據(jù)式（4-2）
dd2=i dd1=4×80=320mm （4-2）
從動輪基準(zhǔn)直徑dd2=320mm。
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8—7，取dd2=320mm。
按式（4-3）驗(yàn)算的速度
V = （4-3）
=
=4.71m/s
驗(yàn)算帶的速度v 對于普通V帶v=25~30m/s。
V< v
帶的速度合適。
4) 確定V帶的基準(zhǔn)長度和傳動中心距
根據(jù)0.7（dd1+ dd2）< a0 < 2（dd1+ dd2），初步確定中心距a0 =400 mm
根據(jù)式（8—20）計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度
L′d =2 a0 +（dd1+ dd2） + （4-5）
=2×400+（80+320）+
=1464 mm
由機(jī)械設(shè)計(jì)表8—2選帶的基準(zhǔn)長度L d =1600 mm。
按式（8—21）計(jì)算實(shí)際中心距a
a = a0 +
=400+
=468 mm
5) 驗(yàn)算主動輪上的包角a1
由公式（4-6）得
a1 =180°－×57.5° （4-6）
=180°－
=141.85°
一般a ≥120°,最小不低于90°,如果a較小,應(yīng)增加a或采用張緊輪
因此主動輪上包角合適。
6) 計(jì)算V帶的根數(shù)Z
由式（4-7）知
Z= （4-7）
由n1 =720 r／min、dd1 =125 mm、i=4.8，查表8—5c和8—5d得
P0=1.34 KW
△P0=0.22 KW
查表8-8 得Ka=0.89,查表8—2得 KL =1.03，則
Z= =2.985
取Z =3根 。
7) 計(jì)算預(yù)緊力F0
由式 （4-8）
F=500+qv （4-8）
查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-4得q=0.17kg/m,故
F0 = 274.54 Pca
8) 計(jì)算作用在軸上的壓軸力
由式（4-9） F=2zFsin （4-9）
=1556.1
9) 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
a) 小帶輪的設(shè)計(jì)
根據(jù)小帶輪基準(zhǔn)直徑長度d≤2.5d，故本設(shè)計(jì)選取實(shí)心式帶輪，由圖（2） a)的數(shù)據(jù)可得出小帶輪的結(jié)構(gòu)，見圖4-2
圖4-2
b) 大帶輪的設(shè)計(jì)
根據(jù)大帶輪的基準(zhǔn)直徑長度d＞300mm，故本設(shè)計(jì)選取大帶輪為輪輻式帶輪，由圖（2）的數(shù)據(jù)以及接下來的軸的設(shè)計(jì)中得到d =34mm 可得出大帶輪的結(jié)構(gòu)，見附圖
4、2 軸的設(shè)計(jì)
1) 軸的設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
軸的設(shè)計(jì)也和其他零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。
軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度，剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。
2) 軸的材料
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故本文選用45鋼：調(diào)質(zhì)處理。
3) 軸的計(jì)算
按扭距強(qiáng)度條件計(jì)算
在工作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，通常用這種方法初步估算軸徑，軸的扭距強(qiáng)度條件為
τ=≈≤[τ ] （4-10）
式中：τ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
W ——軸的抗扭截面系數(shù)
n ——軸的轉(zhuǎn)速
P ——軸傳遞的功率
d ——計(jì)算截面處軸的直徑
τ ——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
由上式可得軸的直徑
d ≥=A
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3，由于軸的材料為45鋼，取A=112。
由 P=P η （4-11）
式中：P——工作機(jī)實(shí)際需要的電動機(jī)輸出功率
P——工作機(jī)所需輸入功率
則 P=4×0.96=3.84 kw
d=112×=33.5mm
軸的最小直徑顯然是安裝在大帶輪的直徑，為了使所選的軸直徑與大帶輪的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取大帶輪的直徑，本文取d=34mm,由于大帶輪的L=72mm,左端用擋板定位，為了保證軸端擋圈只壓在大帶輪上而不壓在軸的端面上，故L=70mm。
4) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。
首先應(yīng)考慮受載（彎矩和扭矩）較大的軸段，通常是軸上各受力點(diǎn)附近的軸段，為了便于軸上零件的裝拆，故常做成階梯形軸；綜合考慮軸上零件的定位和固定及減少軸的應(yīng)力集中，這是決定階梯軸的相鄰直徑變化大小的重要因素。
1) 擬定軸上零件的裝配方案
擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，軸上零件的裝配方案對軸的結(jié)構(gòu)形式起著決定性的作用?，F(xiàn)擬訂兩種裝配方案：第一種、將箱體的軸向定位用套筒。第二種、將箱體的軸向定位用絲桿法蘭，其軸的裝配方案如下所示：
顯而易見，較第一種方案在第二種方案中，對于箱體的軸向定位更好，本文選第二方案。
圖4-2 （a）
圖4-2 （b）
2) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
確定軸的徑向尺寸時，要在初估軸徑的基礎(chǔ)上，考慮軸承型號選擇、軸的強(qiáng)度、軸上零件的定位和固定，以及便于加工裝配等。
(1) 為了滿足大帶輪的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，又由于Ⅱ-Ⅲ段需安裝軸承，為了使軸的直徑d與軸承的孔徑相適應(yīng)，故需選取軸承型號
(2) 初步選取軸承
根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動摩擦軸承和滾動摩擦軸承兩大類。滾動軸承由于摩擦系數(shù)小，起動阻力小，而且它標(biāo)準(zhǔn)化選用，潤滑，維護(hù)都很方便，因此在一般機(jī)械中應(yīng)用較廣，而且滑動軸承成本較高，故本文我們選用滾動軸承
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13-1，以及拋光機(jī)中軸承的性能特點(diǎn)：主要承受徑向載荷，選取深溝球軸承，這種軸承在工作中允許內(nèi)，外圈軸線偏斜量≤8’~16’,可大量生產(chǎn)，價格較低，很適合本文成本計(jì)算不能太高的產(chǎn)品。
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表6-1，常用的深溝球軸承，選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的深溝球軸承6008，其尺寸為d×D×T=40×68×30 ，故d=d=40mm。
a) 滾動軸承的組合設(shè)計(jì)
軸系的軸向固定和調(diào)整
本設(shè)計(jì)采用滾動軸承座對軸承定位。
b) 滾動軸承的潤滑與密封
潤滑：在摩擦面加入潤滑劑不僅可以降低摩擦，減輕磨損，保護(hù)零件不遭銹蝕，而且在采用循環(huán)潤滑時還能起到散熱降溫的作用。由于液體的不可壓縮性，潤滑油膜還具有緩沖、吸振的能力。使用膏狀的潤滑脂，既可防止內(nèi)部的潤滑劑外泄，又可阻止外部雜質(zhì)侵入，避免加劇零件的磨損，起到密封作用。
本設(shè)計(jì)采用脂潤滑，（當(dāng)滾動軸承速度較低時，常采用脂潤滑，脂潤滑的結(jié)構(gòu)簡單，易于密封，一般每隔半年左右補(bǔ)充或更換一次潤滑脂。潤滑脂的裝填量不應(yīng)超過軸承空間的1/3~1/2，可通過軸承座上的注油孔及通道注入。
密封：軸伸端密封方式有接觸式和非接觸式兩種，氈圈密封在接觸式密封中壽命是較低的，由于其簡單、經(jīng)濟(jì)，適用于脂潤滑軸承中，故本設(shè)計(jì)中選用氈圈密封。
(3) 選取滾動軸承座
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表6-15，參照所選軸承，由滾動軸承座產(chǎn)品目錄中初步選取SN208。
其尺寸為d×d×D×g=40×50×68×30，故L= (A-g)/2+B=57.5mm d=d=50mm,
根據(jù)滾動軸承座的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取滾動軸承座的外端面與大帶輪右端面間的距離 L =20mm 故取L=77.5mm?！?
(4) 選取法蘭
對于箱體的軸向及周向定位，我們本文選取法蘭，
根據(jù)拋光機(jī)的實(shí)際工作能力，取箱體的長度L’=800mm 為了便于法蘭盤的裝拆，需要留L’=20mm的扳手空間，然后取法蘭的寬度L”=30mm,得到L=27.5+20+30+800+30+20+27.5=955mm。法蘭的其它尺寸如附圖
圖4-3
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。
(5) 軸上零件的周向定位
確定軸的軸向尺寸主要取決于軸上傳動件及支承件的軸向?qū)挾燃拜S向位置，并應(yīng)考慮有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度。一般要注意以下幾點(diǎn)
a) 保證傳動件在軸上的固定可靠
b) 支承件的位置應(yīng)靠近傳動件
c) 應(yīng)便于零件的裝拆
鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，通常用來實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，鍵連接的主要類型有：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。半圓鍵工作時靠其側(cè)面來傳遞轉(zhuǎn)矩，由于軸上鍵槽較深，對軸的強(qiáng)度削弱較大，故一般只用于輕載靜聯(lián)接中，楔鍵緊后，軸和輪轂的[配合產(chǎn)生偏心和偏斜，主要用于轂類零件的定心精度要求不高和低轉(zhuǎn)速的場合，；平鍵聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對中性較好等優(yōu)點(diǎn)，本文我們選取普通平鍵。
大帶輪與軸的聯(lián)接采用平鍵連接，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》平鍵截面b×h=10×8，鍵槽用鍵槽銑刀加工，一般鍵的長度L可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪轂的長度，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-1，鍵的長度系列L=56mm。同時為了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇帶輪輪轂與軸的配合為H7/n6。
滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
(6) 確定軸上圓角和倒角尺寸
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-2，
直徑d
>6~10
>10~18
>18~30
>30~50
C或R
0.5
0.6
0.8
1.0
1.2
1.6
直徑d
>50~80
>80~120
>120~180
C或R
2.0
2.5
3.0
取軸端倒角為1.6×45°,各軸肩處的圓角半徑見附圖
(7) 求軸上的載荷
a) 作出軸的計(jì)算簡圖
軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。計(jì)算時，常將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動件輪轂寬度的中點(diǎn)算起，在作計(jì)算簡圖時，應(yīng)先求出軸上受力零件的載荷，并將其分解成水平分力和垂直分力。
根據(jù)下面的箱體設(shè)計(jì)得其總體尺寸為：長L=800mm,寬B=700mm。
如 圖：
圖4-3
求其體積：V=L×S （4-12）
=0.35×0.35×6×0.8/
=0.17 m
由于竹子的密度 ρ =0.9 kg/m
根據(jù)實(shí)際拋光情況設(shè)計(jì)其每次加入量為箱體體積的2/3，則竹筷的重量為
G =Vρ×98 （4-13）
=9.8××0.17×0.9×10
=980N
考慮其工作時，竹筷對軸有沖擊力，查資料得其對軸的作用力為重力的1.5倍，故箱體（本身質(zhì)量忽略）對軸的壓軸力為
F=980×1.5=1470N
本軸沒有受到周向力。
b) 作出彎矩圖
根據(jù)上述簡圖，分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果分別作出總彎矩并作出M圖
M= （4-14）
c) 作出扭矩圖
在確定軸承的支點(diǎn)位置時，應(yīng)從手冊中查取a值，對于深溝球軸承a=B/2=15mm，因此
圖4-4
作出軸的支承矩
L=70+20+27.5+15=132.5 mm
L=15+955/2=492.5 mm
L=955/2+27.5+15=520 mm
則其軸的載荷分析圖如下：
圖4-5 軸的載荷分析圖
列平衡方程有:
F+F=F+F (1) （4-15）
T+F·L+F·(L+L+L)=F·(L+L) (2) （4-16）
F=F
F =F
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面，現(xiàn)將計(jì)算出的截面C處的M值列于下表：
載 荷
垂直面V
支反力F
F=3760.78 N F=260.22 N
彎矩 M
M=205507.5 N·mm
M=390309.15 N·mm
扭矩
T=255000 N·mm
按彎矩合成應(yīng)力效核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度，根據(jù)公式
σ= 及上表的數(shù)值 （4-17）
式中： σ——軸的計(jì)算應(yīng)力 ，單位為MPa
M ——軸所受的彎矩 單位為N·mm
T ——軸所受的扭矩 單位為N·mm
W ——軸的抗彎截面系數(shù) 單位為N·mm
查機(jī)械設(shè)計(jì)表15-4，抗彎抗扭截面系數(shù)公式 W=0.1d=0.1×50
當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，取a≈0.3，若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取a≈0.6，若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力亦為對稱循環(huán)變應(yīng)力時，取a=1，本文根據(jù)工作機(jī)的實(shí)際情況 取a=0.6。
則 σ=33.451
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)表15-1，查得[σ]=
60MPa ，因此 σ〈 [σ]，故安全。
4、3 零件校核
鍵的強(qiáng)度校核
鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-2
許用擠壓應(yīng)力
許用壓力
聯(lián)接工作方式
鍵或轂、軸的材料
載荷性質(zhì)
靜載荷
輕微沖擊
沖擊
[σ]
靜聯(lián)接
鋼
120~150
100~120
60~90
鑄鐵
70~80
50~60
30~45
[P]
動聯(lián)接
鋼
50
40
30
查得許用擠壓應(yīng)力
[σ]=100~120MPa,取其平均值，[σ]=110MPa。鍵的工作長度 l=L-b=56-10=46mm,鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k = 0.5h = 0.5×8 = 4 mm。由式
σ= （4-18）
=
=81.52MPa<[σ] (合適)
第五章 箱體及機(jī)架設(shè)計(jì)
5.1 箱體的設(shè)計(jì)
箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題
箱體要具有足夠的剛度
本設(shè)計(jì)箱體在加工和使用過程中，因不受很大的變載荷，因此設(shè)計(jì)時要注意以下幾點(diǎn)：
1) 合理選材
從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，可以選用木制箱體，同時考慮其拋光原理屬于摩擦拋光，故在箱體的內(nèi)表面加一層有一定粗糙度的薄板不銹鋼材料以便拋光竹筷，也起到加固箱體的作用。
2) 合理確定箱體的尺寸與形狀
箱體的尺寸直接影響它的剛度，首先要確定合理的箱體壁厚δ，它與受載大小有關(guān)。由于箱體受載不大，故選取δ=10 mm。由于箱體的棱角起拋光作用，故箱體的形狀直接影響它的工作性能，以致拋光機(jī)的多棱角的選擇成為當(dāng)務(wù)之急。目前，一般的箱體選擇有：三角木桶、六角木桶、八角木桶。三角木桶由于其棱角過少，摩擦邊不夠，造成用電量過大，其效率不高；八角木桶由于其棱角過多，使其內(nèi)角過大，造成棱邊太平緩，不利于拋光，故效率也不高；六角木桶因?yàn)閽伖饨嵌群线m，棱邊數(shù)也足夠加工，故效率較其它的要高，所以本設(shè)計(jì)選取六角木桶。
3) 便于加工
對于箱體在加工過程中因?yàn)橐阌谂判挂约爸匦路湃胫窨?，本文因此而設(shè)計(jì)了一個活動倉門，利用鉸鏈將其固定。
4) 箱體形狀應(yīng)力求勻稱、美觀
外形的簡潔和整齊會增強(qiáng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)的美感，本文主要設(shè)計(jì)其對稱。
5.2 機(jī)架設(shè)計(jì)
5.2.1 機(jī)架設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則
（1）工況要求
任何機(jī)架的設(shè)計(jì)首先必須保證機(jī)器的特定工作要求。例如：保證機(jī)架上安裝的零件部件能順利運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)架的外行或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運(yùn)動件通過的突起；設(shè)置執(zhí)行某一工況所必需的平臺；保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。
本文中的拋光機(jī)考慮到加工工人的操作，故將機(jī)架的高度設(shè)計(jì)為1500mm。
（2）剛度要求
在必須保證特定外行條件下，對機(jī)架的主要要求是剛度。這里選取機(jī)架的材料為角鋼，能滿足其剛度。
（3）強(qiáng)度要求
對于一般設(shè)備的機(jī)架，剛度達(dá)到要求，同時也能滿足強(qiáng)度的要求。但對于重載設(shè)備的強(qiáng)度要求必須引起足夠的重視。其準(zhǔn)則是在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷情況下，機(jī)架上任何點(diǎn)的應(yīng)力都不得大于允許應(yīng)力。此外，還要滿足疲勞強(qiáng)度的要求。
對于某些機(jī)器的機(jī)架尚需滿足振動或抗振的要求。例如振動機(jī)械的機(jī)架；受沖擊的機(jī)架；考慮地震影響的高架等。
（4）穩(wěn)定性要求
對于細(xì)長的或薄壁的受壓結(jié)構(gòu)及受彎—壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，某些板殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。設(shè)計(jì)的梯形架能有效的解決穩(wěn)定性要求
（5）美觀
目前對機(jī)器的要求不僅要能完成特定的工作，還要使外行美觀。
（6）其他
如散熱的要求；防腐蝕及特定環(huán)境的要求；對于精密機(jī)械、儀表等熱變形小的要求等。
5.2.2 機(jī)架設(shè)計(jì)的一般要求
在滿足機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的前提下，必須根據(jù)機(jī)架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各項(xiàng)要求，并有所偏重。
（1） 機(jī)架的重量輕，材料選擇合適，成本低。
（2） 結(jié)構(gòu)合理，便于制造。
（3） 結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便。
（4） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性好，還應(yīng)使機(jī)架本身的內(nèi)應(yīng)力小，由溫度變化引起的變形應(yīng)力小。
（5） 抗振性能好。
（6） 耐腐蝕，使機(jī)架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量小修理。
（7） 有導(dǎo)軌的機(jī)器要求導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性良好。
5.2.3 設(shè)計(jì)步驟
（1）初步確定機(jī)架的形狀和尺寸。根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和一般要求，初步確定機(jī)架結(jié)構(gòu)的形狀的尺寸，以保證其內(nèi)外部零件能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
（2）根據(jù)機(jī)架的制造數(shù)量、結(jié)構(gòu)形狀及尺寸大小，初定制造工藝。例如非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備單件的機(jī)架、機(jī)座，可采用焊接代替鑄造。
（3）分析載荷情況。載荷包括機(jī)架上的設(shè)備重量、機(jī)架本身重量、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的動載荷等。對于高架結(jié)構(gòu)，還要考慮風(fēng)載、雪載和地震載荷。
（4）確定結(jié)構(gòu)的形式。例如采用桁架結(jié)構(gòu)還是板結(jié)構(gòu)等。在參考有關(guān)資料，確定結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)（既高、寬、板厚與材料等）。
（5）畫出結(jié)構(gòu)簡圖。
（6）參數(shù)類似設(shè)備的有關(guān)規(guī)范、規(guī)程，確定本機(jī)架結(jié)構(gòu)所允許的撓度和應(yīng)力。
（7）進(jìn)行計(jì)算，確定尺寸。
（8）有必要時，進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算并校核或模型試驗(yàn)，對設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。確定最終尺寸。
圖5-1
根據(jù)前面的準(zhǔn)則和要求，進(jìn)行機(jī)架結(jié)構(gòu)形式的選擇仍是一個較復(fù)雜的過程。對結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件截面和結(jié)點(diǎn)構(gòu)造等均需要結(jié)合具體的情況進(jìn)行仔細(xì)的分析。對結(jié)構(gòu)方案要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。由于各種設(shè)備有不同的規(guī)范和要求，制定統(tǒng)一的機(jī)架結(jié)構(gòu)選擇方法較困難。但是，可以利用結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識提出下列一般的規(guī)則。這些規(guī)則是為了節(jié)約材料在選擇結(jié)構(gòu)形式時應(yīng)遵守的一般規(guī)律。
（1）結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況要與材料的性能相適應(yīng)，以便發(fā)揮材料的優(yōu)點(diǎn)。軸力較彎矩能更充分地利用材料。桿件受軸力作用時，截面上材料的應(yīng)力分布是均勻的，所以材料都得到充分利用。但是彎矩作用下截面上的應(yīng)力分布是不均勻的，所以材料的利用不夠經(jīng)濟(jì)
殼體結(jié)構(gòu)由于主要受軸力作用，使用材料極為經(jīng)濟(jì)。
（2）結(jié)構(gòu)的作用在于把載荷由施力點(diǎn)傳到基礎(chǔ)。載荷傳遞的路程愈短，結(jié)構(gòu)使用的材料愈省
（3）結(jié)構(gòu)的連續(xù)性可以降低內(nèi)力，節(jié)省材料。
第六章 竹筷拋光機(jī)零件圖設(shè)計(jì)
6.1 尺寸及其偏差的標(biāo)注
標(biāo)注尺寸要符合機(jī)械制圖的規(guī)定。尺寸要有足夠而不多余。同時，標(biāo)注尺寸應(yīng)考慮設(shè)計(jì)要求便于零件的加工和檢驗(yàn)。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)
（1） 從保證設(shè)計(jì)要求及便于加工制造出發(fā)，正確選擇尺寸基準(zhǔn)。
（2） 圖面上應(yīng)有供加工測量用的足夠尺寸，盡可能避免加工時作任何計(jì)算。
（3） 大部分尺寸應(yīng)盡量集中標(biāo)注在最能反映零件特征的視圖上。
（4） 對配合尺寸及要求精確的幾何尺寸（如軸孔配合尺寸、鍵配合尺寸、箱體孔中心距等）均應(yīng)該注出尺寸的極限偏差。
（5） 零件工作圖上的尺寸應(yīng)與裝配工作圖一致。
在設(shè)計(jì)軸類零件時，應(yīng)該注好其其徑向尺寸和軸向尺寸。對于徑向尺寸，要注意配合部位的尺寸及其偏差。同一尺寸的幾段軸徑，應(yīng)逐一標(biāo)示，不得省略。對圓角、倒角等細(xì)部結(jié)構(gòu)的尺寸，也不要漏掉（或在技術(shù)要求中加以說明）。對于軸向尺寸，首先應(yīng)該選好基準(zhǔn)面，并盡量使標(biāo)注的尺寸反映加工工藝及測量的要求，還應(yīng)注意避免出現(xiàn)封閉的尺寸鏈。通常使軸中最不重要的一段軸向尺寸作為封閉環(huán)而不注出。
6.2 表面粗糙度的標(biāo)注
零件的所有表面（包括非加工的毛坯表面）都應(yīng)該注明表面粗糙度參系數(shù)值，在常用參數(shù)值范圍內(nèi)，推薦優(yōu)先選用Ra參數(shù)。如較多表面具有同一粗糙度參數(shù)值，則可在圖右上角集中標(biāo)注，并加“其余”字樣。
表面粗糙度參數(shù)值的選擇，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，在保證正常工作的條件下，應(yīng)盡量選取數(shù)值較大者，以利用加工。例如查得帶輪孔薦用表面粗糙度Ra參數(shù)值為3.2、1.6，應(yīng)選用3.2。
《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表16-2
為軸加工表面粗糙度Ra的推薦值。
6.3 行位公差的標(biāo)注
在零件工作圖上應(yīng)標(biāo)出必要的行位公差，以保證其裝配質(zhì)量及工作性能。它是評定零件加工質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。
《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表16—3及表16—4給出了軸類零件及帶輪類零件輪坯的行位公差推薦項(xiàng)目，供設(shè)計(jì)時參考。
行位公差的具體數(shù)值及標(biāo)注方法參考《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》9-9 ~ 9-12及第十八章參考圖例。
6.4 零件工作圖的技術(shù)要求
凡在零件圖上不便圖形或符號表示，而在制造時又必須遵循的要求和條件，可在“技術(shù)要求”中注出，它的內(nèi)容根據(jù)不同的零件，不同的加工方法而有所不同，一般包括：
1) 對材料的力學(xué)性能和化學(xué)成分的要求。
2) 對鑄鍛件及其它毛坯件的要求，如要求不允許有氧化皮及毛刺等。
3) 對零件表面力學(xué)性能的要求，如熱處理方法及熱處理后的表面硬度、淬火 硬化層深度及滲碳層深度等。`
4) 對加工的要求，如是否要與其它零件一起配合加工（如配鉆和配鉸）等。
5) 其它特殊要求，如對長軸的校直要求等。
第七章 竹筷拋光機(jī)可行性、實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性分析
目前，隨著人民生活水平的不斷提高，對筷子的要求也越來越高，不再只要求其堅(jiān)固耐用，更要求其外表美觀，另一方面，生活水平的提高也激發(fā)了人們更新筷子的欲望，筷子的使用周期縮短，這使得社會需求量增大，款式更新速度提高。這就對筷子的制作工藝及加工設(shè)備提出了新的要求。目前國內(nèi)生產(chǎn)的竹工機(jī)械種類繁多起來。因此竹筷拋光機(jī)作為竹工機(jī)械的一種，就具有很大的市場需求量。采用機(jī)械拋光竹筷既可以使竹筷外表更加美觀，而且還可以減少勞動強(qiáng)度。
社會效益：技術(shù)進(jìn)步是十分明顯的。下崗工人及農(nóng)民如使用本產(chǎn)品創(chuàng)業(yè)，能減輕社會就業(yè)壓力。
經(jīng)濟(jì)效益：若靠人工拋光竹筷一天，才拋光少量的成品，而且其拋光度及外表的美觀明顯不及機(jī)械拋光。使用竹筷拋光機(jī)：成本核算與經(jīng)濟(jì)分析（8小時一班計(jì)算）：根據(jù)木材直徑的大小每方木材生產(chǎn) 7 ~ 10 萬雙筷子 X 市場售價 = 毛利 － 原材料進(jìn)價 － 電費(fèi) － 人工 － （包括報(bào)稅、廠房、包裝等等，根據(jù)您處實(shí)際情況自定）= 每天木材生產(chǎn)的純利 X 每天用幾方木材 = 8小時的純利。綜上所述，一般生產(chǎn) 2 ~ 3 個月就可收回全部投資。機(jī)器拉回后接上電源就可生產(chǎn)，當(dāng)天投資當(dāng)天收效益，屬短平快項(xiàng)目
結(jié)論
因此，該竹筷拋光機(jī)裝置的研制和推廣不但能帶來廣大的社會效益，并能產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益，投資回收期短，且適合當(dāng)前的社會購買能力，是一種有利于農(nóng)業(yè)事業(yè)發(fā)展的可靠實(shí)用的好機(jī)械。
第八章 設(shè)計(jì)總結(jié)
本次設(shè)計(jì)的目的是為了系統(tǒng)地把大學(xué)中所學(xué)的專業(yè)知識連貫起來應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中，來解決生產(chǎn)實(shí)際問題，從而鍛煉我們的分析問題和解決問題的能力，從而設(shè)計(jì)出滿足要求的機(jī)械產(chǎn)品。
本次設(shè)計(jì)完成竹筷拋光機(jī)的總體設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中為了使整個機(jī)器實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，其主要內(nèi)容包括鉆具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、V帶傳動部分設(shè)計(jì)、主軸的設(shè)計(jì)以及校核等幾部分。
在這次設(shè)計(jì)中最大的感受是：理論與實(shí)踐必須相結(jié)合，只有將正確的理論應(yīng)用于實(shí)踐中，才能真正發(fā)揮理論的價值，才能更深刻地了解和掌握理論的真正內(nèi)涵；要作到理論與實(shí)踐相結(jié)合必須有一定的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但在這實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面，我很欠缺，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)內(nèi)容中出現(xiàn)了一些錯誤。這些缺點(diǎn)還在待于在日后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和工作中來彌補(bǔ)和提高，此外，設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)繁重的工作，必須具有嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)和頑強(qiáng)的決心和毅力。
由于能力所限,經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中尚有許多不足之處,懇請各位老師給予指教。
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