手动穿串机设计 课程设计

徐州工程学院毕业设计(论文)

图书分类号： 密 级：

日

摘要

本产品适用于新型食品加工行业。由于传统手工穿串不卫生、人员不稳定、人工在穿插不注意时很容易穿到手上发生危险、产量不高，所以研制一种手动穿插机构代替传统手工，提高工作效率降低劳动强度。

本文介绍传动系统和进给机构设计方案的选定，并对所用的齿轮传动和链传动进行了详细计算，对弹簧、齿轮、链轮和轴进行强度、刚度的校核计算。

本产品采用同步链达到供料和穿插动作同步，实现穿插动作的完成。

本机构是在食品装料机械的基础上设计的。此机构具有结构简单、体积小、成本低等优点。

关键词 穿插机械；链传动；食品加工

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Abstract

This product is suitable the new food processing profession. Because the tradition puts on the sting not health,the personnel is not stably,the man-power when interludes dose not pay attention is very easy to be danger,the out put is not to be higher, therefore develops one kind of manual interludes organization to replace the traditional manual enhancement working efficiency to reduce the labor intensity.

This article introduced that the transmission system and the feed system design proposal’s designation,and to the gear drive which and the chain drive used has carried on the detailed computation,to the springing, the gear,the chain wheel and the axis carried on the intensity,the rigidity examination computation.

This produce uses the synchronized chain to achieve for the material and the interludes movement synchronization,realizes interludes movement completion.

This organization is in food feed in machinery’s foundation to design,this organization has the structure to be simple,the volume is small,cost low and otherwise merit.

Keywords Insertes machinery Chain drive Food processing

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目 录

1 绪论???????????????????????????????????1 2 方案的设计及其论证????????????????????????????2 2.1 穿串工作的现状????????????????????????????2 2.2 手工穿串存在的问题??????????????????????????2 2.3 方案设计???????????????????????????????2 2.4 优点和缺点??????????????????????????????2 2.4.1 优点 ???????????????????????????????2 2.4.2 缺点 ???????????????????????????????2 3 传动机构设计 ??????????????????????????????3 3.1 传动系统的选择????????????????????????????3 3.2 齿轮传动的设计????????????????????????????3 3.2.1 选择齿轮材料 ???????????????????????????4 3.2.2 按齿面接触疲劳强度设计计算 ????????????????????4 3.3 链轮、链条的设计及润滑 ????????????????????????7 3.3.1 链条的设计计算 ??????????????????????????7 3.3.2 链轮的设计计算 ??????????????????????????8 3.3.3 链传动的润滑???????????????????????????10 3.4 轴承的选定?????????????????????????????10 3.5 轴承的润滑?????????????????????????????11 3.5.1 轴承润滑的作用??????????????????????????11 3.5.2 脂润滑和油润滑的比较???????????????????????11 3.5.3 脂润滑??????????????????????????????12 3.5.4 润滑脂的选择???????????????????????????12 3.5.5 油润滑??????????????????????????????12 3.5.6 润滑剂的补充与更换????????????????????????13 3.5.7 轴承的密封????????????????????????????13 4 振动系统的设计 ?????????????????????????????14 4.1 振动系统的发展与现状????????????????????????14 4.2 弹簧的设计?????????????????????????????17 4.2.1 计算弹簧的直径??????????????????????????17

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4.2.2 弹簧的强度计算??????????????????????????18 4.2.3 弹簧的刚度计算??????????????????????????19 4.2.4 弹簧的稳定性计算?????????????????????????19 4.3 凸轮机构的设计???????????????????????????19 4.3.1 圆柱凸轮机构在自动机械中的作用??????????????????19 4.3.2 凸轮机构的组成??????????????????????????20 4.3.3 凸轮机构的分类??????????????????????????20 4.3.4 凸轮机构的特点??????????????????????????21 4.3.5 凸轮机构轮廓曲面的通用计算???????????????????22 4.3.6 圆柱凸轮机构轮廓曲面参数的求解?????????????????22 4.3.7 圆柱凸轮分度机构的设计参数选择?????????????????24 5 轴的设计 ????????????????????????????????28 5.1 轴的设计步骤 ????????????????????????????28 5.2 基于疲劳强度的安全系数约束 ?????????????????????29 5.3 基于静强度的安全系数约束?????????????????????30 5.4 初步确定轴的最小直径????????????????????????31 5.5 轴的结构设计 ????????????????????????????31 5.6 按弯扭合成应力校核轴的强度 ?????????????????????32 结论 ???????????????????????????????????35 致谢 ???????????????????????????????????36 参考文献 ?????????????????????????????????37 附录 ???????????????????????????????????38 附录 1?????????????????????????????????38

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1 绪论

1.1 序言

毕业设计是培养我们理工科学生的一个实践性教学环节，也是最后一个教学环节，它是在我们学完了全部基础课、技术基础课及专业课后，并在一些课程设计基础上，到工厂进行参观实习，搜集原始资料之后，进行的一次大规模基本知识和基本技能的全面的、系统的设计。

设计的主要目的：培养我们综合应用所学基本知识和基本技能去分析和解决专业范围内的一般工程技术问题的能力，培养我们建立正确的设计思想、掌握工程设计的一般程序、规范和方法，培养我们收集和查阅资料和运用资料的能力。通过毕业设计，进一步巩固、扩大和深化我们所学的基本理论、基本知识和基本技能，提高我们设计、计算、制图、编写技术文件，正确使用技术资料、标准手册等工具书的独立工作能力。通过毕业设计，培养我们严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风，树立正确的生产观、经济观和全局观，从而实现我们向工程技术人员的过度，同时学会调查、研究、收集技术资料的方法。

在制造业信息化环境中，工艺设计是生产技术准备工作的第一步，工艺规程是进行工装设计制造和决定零件加工方法与加工路线的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接的影响，是生产中的关键工作。工艺知识是制造企业中重要的知识资源之一，是使产品设计变为成品的整个制造过程中的基础资源，它对保证产品质量以及提高企业经济技术效益具有十分重要的作用。

随着国民经济的发展，工程机械的应用越来越多，因为工程机械能够代替工人从事重体力劳动。使用工程机械的优点有很多，如工程机械的适应能力很强，一般不受气候影响，工程机械可以不需要休息，工作效率高，工程机械动力强劲等。但是工程机械一般只注重实用性，而舒适性大都会被忽略。而由于社会的进步，国家对工人的工作条件日益关注（工人在工作条件恶劣的情况下，一般工作效率都比的低，）。所以开发一些能改善工人工作条件的产品上很有必要的。而本课题也正是从这一方面考虑的。

当前，社会经济正经历着从工业经济向知识经济转变的过程，知识正在成为生产力要素中最活跃、最重要的部分。相信通过这次设计，使我的知识积累达到了一个新的层面！

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2 方案的设计和论证

2.1 穿串的现状

到目前为止都是用手工穿制的，速度慢工作效率低，直接影响产量。我们迫切需要解决这一个难题。随着一些厂家研制出一系列的自动穿串机械。在很大程度上解决一些问题。但是，自动穿串机都存在着体积大，成本高，结构复杂的特点。仅仅适用于一些规模较大的食品厂家。所以在很大程度上在市场上还是采用手工穿制。

2.2 手工穿串存在的问题

人工穿制主要的存在一系列的问题，例如： 1、不卫生。

2、人员不稳定，影响产量。

3、人工在穿插不注意时很容易穿到手上发生危险。 4、产量不高。

2.3 方案设计：

整体设计：本产品包括：动力输入设备、输送设备、震动设计、穿插设备、传动设备等。

动力输入：本产品采用人工手摇输入动力 。按一个正常的工人体能可输入196N 的力。 传动设备：本产品通过人工手摇动一个摇柄，带动Z1 齿轮。按传动比为68/22 大小，带动Z2齿轮工作。

输送设备：本产品采用齿轮和链轮同轴实现同步，同过输送链来实现输送。在工作过程中一顶要保证输送竹签和面团同步，一一对应。

震动设计：本产品的料从漏斗下来时，为了保证在下料过程中不发生堵塞情况发生，采用凸轮震动来保证。

穿插设备：在本产品中关键在实现穿插动作。采用斜插入式，在设备的中部用一光轴当着轨道。下端和Z2 齿轮用一弯杆相连接。保证穿插机构和传动设备同步。此设备采用两边对插，相差半个周期。

2.4 优点和缺点

2.4.1 优点：

1、结构简单，成本低，体积小； 2、操作方便，工作安全； 3、噪音小

4、操作部位适应人体生理条件，维修方便；

2.4.2 缺点：有轻微的冲击

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3 传动机构设计

3.1 传动系统的选择

根据上一章的方案选择，本系统采用齿轮传动和链传动，传动系统简图(简单的原理)如图3-1 所示：

图3-1传动系统简图

本产品通过人工手摇动一个摇柄，带动Z1 齿轮。按传动比为68/22 大小，带动Z2 齿轮工作。在和同轴上是三对链轮，分别有来带动三条传输链。每个链轮的大小和齿数完全相同。在Z1 齿轮转动时，带动Z2齿轮的转动同时带动O1 轴上的三个链轮转动，实现同步运动。达到穿插的同步。在Z2 齿轮上有一销钉带动弯杆1，作扇形运动。拉动推进机构1 作来回往复运动，完成穿插动作。在O1 轴的另一端也用同样的Z2齿轮，带动弯杆2 完成推进机构2 的穿插动作。弯杆1 和弯杆2 和Z2 齿轮和齿Z2齿轮在连接时要相差半个周期。实现相互穿插。在推进机构1 完成穿插动作时，推进机构2 已经开始穿插。当推进机构2 完成时，推进机构1 也已经准备穿插。

3.2 齿轮传动的设计

齿轮传动的适用范围很广，传递功率高。其主要优点工作可靠，使用寿命长；瞬间传动比为常数；传动效率高；结构紧凑；功率和速度适用范围广泛等。齿轮传动应满足：

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1 传动平稳：要求瞬时传动比不变，尽量减小冲击；

2 承载能力高：要求在尺寸很小，重量轻的前提下，齿轮的强度高，耐磨性好，在预定的使用期间内不出现断齿等失效情况。

3.2.1 选择齿轮材料

查阅《机械设计工程学1》（中国矿业大学出版社）（以下称为《机械设计1》）表8-17：齿轮选用45号钢调质，表面淬火。HBS=245-275

3.2.2 按齿面接触疲劳强度设计计算

采用硬齿面，非对称分布。查《机械设计1》的表8-23 得齿宽系数?d

?d=0.4 齿轮齿数Z1在推荐值20 到40 中选取 Z1=22

齿轮模数m可由《机械传动装置设计手册》(上册，卜炎主编)查得。 m=3 齿轮分度圆直径

d1?m?Z1?3?22?66mm

固圆周速度

vt?n???d1?10?3?60

?30?3.14?66?10?3?60

?0.103m/s

参考《机械设计1》表8-14和表8-15选取 vt?0.35m/s 齿轮的齿距

p???m?3.14?3

?9.42 公差组10 级 p=9.42

齿轮的齿数 Z2?644?9.44?68.36圆整取 Z2?68 齿数比 u?Z2/Z1 u?3.09

载荷系数K 由《机械设计1》中式(8-45) 得

K?KA?KV?K??K?

使用系数KA查《机械设计1》的表（8-20）KA?1.0

动载荷系数Kv查《机械设计1》的图（8-57）得初值Kvt Kvt?1.15 齿向载荷分布系数K?查《机械设计1》的图（8-60）得 K??1.03

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齿间载荷分布系数K?由《机械设计1》的式(8-55)及??0得

??????[1.88?3.2?(1/22?1/68)]?1 =1.69

查《机械设计1》 表8-21并插值得K? K??1.15 则载荷系数K的初值 Kt?1.0?1.15?1.03?1.15

=1.36 弹性系数ZE查《机械设计1》表（8-22）ZE?189.8N/mm2 节点影响系数ZH查《机械设计1》图（8-64）（??0,x1?x2?0） ZH?2.5 重合度系数Z?查《机械设计1》图（8-65）（??0） Z??0.87 许用接触应力[?H]，由《机械设计1》式(8-69)得

[?H]??Hlim?ZN?ZW/SH

接触疲劳极限应力?Hlim1，?Hlim2查《机械设计1》图（8-69）得

?Hlim1?570N/mm2 ?Hlim2?460N/mm2

应力循环次数由《机械设计1》式(8-70)得

N1?60njLh

按预期寿命10年。每年工作300天。每天工作8小时。

Lh?100?30?8 N1?60?30?1?8?300?10

=4.32?107

N2?N1/u?1.40?107

则查《机械设计1》图（8-70）得接触强度的寿命系数ZN1，ZN2 (不允许有点蚀)

ZN1?1.0 ZN2?1.0

硬化系数ZW，查《机械设计1》图（8-71）及说明得 ZW?1

接触强度安全系数SH，查《机械设计1》表8-27，按一般可靠度查SHmin=1.0到1.1

取SHlim=1.05

[?H1]?570?1.0?1/1.05?542N/mm

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[?H2]?460?1.0?1.05?438N/mm

故d1的设计初值d1t为

d1t?32KT1/3?d?3(u?1)/3u?3(ZE?ZH?Z?/[?H])2 d1t?32?1.36?62400/30.4?3(3.09?1)/33.09?3(189.9?2.5?0.87/591)2 ?66.7mm

d1?d1t?66.7mm

所以d1为66mm可用。齿厚b

b??d?d1tmin

=0.4?66

?26.4mm ?26mm

齿宽b2=26mm

齿轮宽b1 b1?b2?(5~10)=33mm 由于采用正常齿轮，所以齿顶高系数h*a

取h*a?0.8，顶隙系数c*取c*?0.3，分度圆的压力 角度数为标准值 ??200 确定齿轮的其他参数如下：

分度圆直径：d?m?z?3?22?66mm 齿顶高： ha?h*a?m?0.8?3?2.4mm 齿根高： hf?(h*a?c*)?m?3.3mm 齿全高： h?(2h*a?c*)m?5.7mm

齿顶圆直径： da?d?2ha?66?2?2.4?72.6mm 齿根圆直径： df?d?2hf?66?23.3?59.4mm 基圆直径： dh?dcos??66?cos200?27.7mm 齿距： p??m?94.4mm 齿厚： s??m/2?4.7mm 齿槽宽： e??m/2?4.7mm

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基圆齿距： pb?pcos??8.85mm 法向齿距： pn?pb?pcos??8.85mm 顶隙： c?c*?m?0.3?3?0.9mm 齿轮采用锻造齿轮，结构采用普通结构

（见《中国机械设计大典》（以后简称为《设计大典》）表32.1-62。

3.3 链轮、链条的设计及润滑

3.3.1 链条的设计计算

由于此传动要求速度较低，线速度应该小于0.6m/s，属于低速重载形式的连传动，链条的静强度占有主要地位。如果低速链也按疲劳考虑，用额定功率曲线选择和计算，结果常不经济。所以，此处采用静强度计算的方法确定链的规格。

链条的静强度计算式为：

n?Q/(KAF?Fc?Ff)?Np 式（3.1) 式中 n--表示静强度安全系数

Q--表示链条抗拉载荷

KA--表示工况系数

F--表示有效拉力

Fc--表示离心力引起的拉力 Ff--表示悬垂拉力 Np--许用安全系数，一般为4～8，此处选择为8

此处要确定链条的型号，也就是求链条的抗拉载荷。由于动力源是手动，而且根据面团和竹签的重量，可以知道此提升机构属于中型升降机，查阅 《中国机械设计大典》表36.2-5可以得到：KA?1.0

分析受力示意图图如图3-2 所示

图3-2 受力示意图

由于此处采用的不是闭合链，所以Ff 也可以忽略不记 所以有：

Q/(FA?F)?Np Q?(FA?F)?Np ?8?1.4?6066.2

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?67941.44N

?67.94KN

查阅《中国机械设计大典》表36.2-3 可得08B号链在单排时的抗拉载荷是86.7KN，所以决定选择08B号链作为此次设计的传动链。滚子链的具体参数如表3-1 所示。

下面来确定链的节数，开始穿插时，所需的链条最长，由于开始到完成之间的距离取800mm，两个链轮的直径是170mm，，所以链条的计算长度l 要满足下面的条件：

l?800?2?340?2 ?1940mm 表 3-1 滚子链的参数 项目 内链条外宽b2 外链条外宽b3 节距p 滚子直径d1 内链节内宽b1 尺寸（mm） 11.30 11.43 12.70 8.51 7.75 考虑到链条与链轮的啮合和其他方面，决定取：l= 2000mm

则链条的节数n为：

n = l / p 式（3.2）

=2000/12.70 =157.48

?157

所以，链条的实际长度l1为；l1 =157×12.70=1993.9mm

3.3.2 链轮的设计计算

由于滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合，其链轮的齿形的设计可以有较大的灵活性。本次设计采用一种三圆弧一直线的齿形，其特点就是齿形与滚子啮合时的接触应力小，啮合性能好。

1、确定链轮的齿数 z

由于线速度小于 0.6m/s，查阅《中国机械设计大典》表36.2-4 得下面结果：

z=22

2、确定链轮的其他参数

由《中国机械设计大典》表36.2-13知

（3.3） d?p/sin(1800/z) 式

式中 d--表示链轮的分度圆直径

p--表示配用链条的节距 z--表示链轮的齿数

从上面的计算可知p 和z 的值，所以有：

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d?12.70/sin(1800/22) = 12.70/ sin8.18o =12.70/ 0.1423 = 89.25mm 为了制造方便，决定对d 进行取整，所以有：d=89mm

由《中国机械设计大典》表36.2-13 知：齿顶圆直径da应该在damax 和damin 之间取值，而damax 和damin 分别为：

damax?d?1.25p?d1 damin?d?(1?1.6/z)p?d1 式中 damax --表示齿顶圆的最大值

damin --表示齿顶圆的最小值

d --表示链轮的分度圆直径 p --表示配用链条的节距

d1 --表示配用链条的滚子直径

由上面的计算知： d=89mm p=12.7mm

d1=8.51mm

所以有：

damax =89+1.25×12.70-8.51

=96.365mm

damin =89+（1+1.6/22）×12.7-8.51

=94.11 mm 所以：da取为95 mm

由《中国机械设计大典》表36.2-13知：齿跟圆直径df为：

df?d?d1?=95-12.7=82.3mm 取整后有：df=82mm 齿侧凸圆直径dg：

dg?p?cot(1800/z)?1.04h2?0.76 式中 h2——内链板高度

由《中国机械设计大典》表36.2-3 可得：h2?11.81mm 所以有：

dg?12.70?cot8.180?1.04?11.81?0.76

?? <75.31mm 取dg=75 mm

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式（3.4）式（3.5）式（3.6）式（3.7）

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先假设与链轮配合的轴的轴径dk为40 mm，现在来计算腹板式单排铸造链轮的主要结构尺寸。

查阅《中国机械设计大典》表36.2-22知，轮毂厚度为h为：

h?9.5?dk/6?0.01?d 式（3.8） ? =9.5+40/6+0.95 ? =17.12mm 由《中国机械设计大典》表36.2-22 同时知

l =4h 式（3.9） dh?dk?2h 式（3.10）

R =0.04p 式（3.11）

上述式中 l--表示轮毂宽度

dh--表示轮毂直径

R--表示圆角半径

由于h、dk和p都为已知，所以有 l=4h

=4×17.12 =68.48mm

dh?dk?2h =40+2×17.12 =74.24 mm R=0.04p

=0.04×12.70 =0.508 mm

l、dh和R 分别取为70 mm、74 mm、0.5 mm。由于 dh=74 mm

3.3.3 链传动的润滑

查阅《中国机械设计大典》图9-14推荐的润滑方式可知采用人工定期润滑的方式，润滑的方式为：用刷子或油壶定期在链条的内、外链板的间隙中注油。供油量保持在每班注油一次。

3.4 轴承的选定

滚动轴承在设备中的应用非常广泛，滚动轴承状态好坏直接关系到旋转设备的运行状态，尤其在连续性大生产企业，大量应用于大型旋转设备重要部位。

滚动轴承的种类、类型及尺寸是多种多样的。为使机械装置发挥出预期的性能，选择最适宜的轴承是至关重要的。为选定轴承，需要分析诸多要因，从各个角度进行研究、评

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价有关选择轴承的程序，并无特殊规格，但一般顺序如下： 掌握机械装置和轴承的使用条件等

1.明确对轴承的要求 2.选定轴承的类型 3.选定轴承配置方式 4.选定轴承尺寸 5.选定轴承规格 6.选定轴承的安装方法

轴承的寿命计算:对于滚动轴承210，其基本额定动载荷C=27.0kN 。 下面确定其当量动载荷P，由于它不承受轴向力，故有

p?Ft/2 式（3.12） 式中，Ft为链轮作用于轴上的径向力，因为滚动轴承相对于链轮的中心对称，所以P为Ft的一半。

所以P=6066.2 / 2=3033.1N 轴承的寿命为：

Lh?(c/p)??106/n/60 式（3.13） 对于球轴承?=3

所以有： Lh?(27?103/3033.1)3?106/73/60

=161048.6h

3.5 轴承的润滑

3.5.1 轴承润滑的作用

润滑对滚动轴承的疲劳寿命和摩擦、磨损、温度、振动等有重要影响，没有正常的润滑，轴承就不能工作。分析轴承损坏的原因表明，40%左右的轴承损坏都与润滑不良有关。因此，轴承的良好润滑是减小轴承摩擦和磨损的有效措施。除此之外，轴承的润滑还有散热，防锈、密封、缓和冲击等多种作用，轴承润滑的作用可以简要地说明如下：

a. 在相互接触的二滚动表面或滑动表面之间形成一层油膜把二表面隔开，减少接 触表面的摩擦和磨损。

b. 采用油润滑时，特别是采用循环油润滑、油雾润滑和喷油润滑时，润滑油能带 走轴承内部的大部分摩擦热，起到有效的散热作用。

c. 采用脂润滑时，可以防止外部的灰尘等异物进入轴承，起到封闭作用。 d. 润滑剂都有防止金属锈蚀的作用。 e. 延长轴承的疲劳寿命。

3.5.2 脂润滑和油润滑的比较

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轴承的润滑方法大致分为脂润滑和油润滑两种。为了充分发挥轴承的功能，重要的是根据使用调减和使用目的，采用润滑方法。

3.5.3 脂润滑

润滑脂是由基础油，增稠剂及添加剂组成的润滑剂。当选择时，应选择非常适合于轴承使用条件的润油脂，由于商标不同，在性能上也将会有很大的差别，所以在选择的时候，必须注意。

轴承常用的润滑脂有钙基润滑脂、钠基润滑脂、钙钠基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂和二硫化钼润滑脂等。

轴承中充填润滑脂的数量，以充满轴承内部空间的1/2～1/3 为适宜。高速时应减少至1/3。过多的润滑脂将使温升增高。

3.5.4 润滑脂的选择

按照工作温度选择润滑脂时，主要指标应是滴点，氧化安定性和低温性能，滴点一般可用来评价高温性能，轴承实际工作温度应低于滴点10～20℃。合成润滑脂的使用温度应低于滴点20～30℃。

根据轴承负荷选择润滑脂时，对重负荷应选针入度小的润滑脂。在高压下工作时除针入度小外，还要有较高的油膜强度和极压性能。

根据环境条件选择润滑脂时，钙基润滑脂不易溶于水，适于干燥和水分较少的环境。

3.5.5 油润滑

在高速、高温的条件下，脂润滑已不适应时可采用油润滑。通过润滑油的循环，可以带走大量热量。 粘度是润滑油的重要特性，粘度的大小直接影响润滑油的流动性及摩擦面间形成的油膜厚度，轴承工作温度下润滑油的粘度一般是12～15cst。转速愈高应选较低的粘度，负荷愈重应选较高的粘度。常用的润滑油有机械油、高速机械油、汽轮机油、压缩机油、变压器油、气缸油等。

油润滑方法包括：

a. 油浴润滑 油浴润滑是最普通的润滑方法，适于低、中速轴承的润滑，轴承一部分浸在由槽中，润滑油由旋转的轴承零件带起，然后又流回油槽油面应稍低于最低滚动体的中心。

b. 滴油润滑 滴油润滑适于需要定量供应润滑油得轴承部件，滴油量一般每3-8 秒一滴为宜，过多的油量将引起轴承温度增高。

c. 循环油润滑 用油泵将过滤的油输送到轴承部件中，通过轴承后的润滑油再过滤冷却后使用。由于循环油可带走一定的热量，使轴承降温，故此法适用于转速较高的轴承部件。

d. 喷雾润滑 用干燥的压缩空气经喷雾器与润滑油混合形成油雾，喷射轴承中，气流

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可有效地使轴承降温并能防止杂质侵入。此法适于高速、高温轴承部件的润滑。

e. 喷射润滑 用油泵将高压油经喷嘴射到轴承中，射入轴承中的油经轴承另一端流入油槽。在轴承高速旋转时，滚动体和保持架也以相当高的旋转速度使周围空气形成气流，用一般润滑方法很难将润滑油送到轴承中，这时必须用高压喷射的方法将润滑油喷至轴承中，喷嘴的位置应放在内圈和保持架中心之间。

在一些特殊使用条件下，将少量固体润滑剂加入润滑脂中，如加入3～5%的1号二硫化钼可减少磨损，提高抗压耐热能力，对于高温、高雅、高真空、耐腐蚀、抗辐射，以及极低温等特殊条件，把固体润滑剂加入工程塑料或粉末冶金材料中，可制成具有自润滑性能的轴承零件，如用粘结剂将固体润滑剂粘结在滚道、保持架和滚动体上，形成润滑薄膜，对减摩擦和磨损有一定效果。

3.5.6 润滑剂的补充与更换

a. 润滑脂的补充间隔时间

由于机械作用，老化及污染的增加，轴承配置中所填的润滑基将逐渐失去其润滑性能。因此，对润滑秩需不断补充和更新。润滑剂补充的间隔时间会因轴承的形成、尺寸和转速等而不同。当轴承温度超过70℃的情况下，轴承温度每上升15℃，就要使用润滑脂的补充间隔时间减少一半。双面封闭轴承在制造时已经装入脂，“HRB”在这些产品中使用的是标准润滑脂，共运行温度范围和其他性能适宜于所规定的场合，且填脂量也与轴承大小相应，脂的使用寿命一般可超过轴承寿命，除特殊场合，不需补充润滑脂。

b. 润滑油的更换周期

润滑油的更换周期因使用条件和油量等不同，一般情况下，在运转温度为50℃以下，灰尘少的良好环境下使用时，一年更换一次，当油温达到100℃时，要3个月或更短时间更换一次。

3.5.7 轴承的密封

密封是为了阻止润滑剂从轴承中流失，也为了防止外界灰尘、水分等侵入轴承。没有合理的密封将大大影响轴承的工作寿命。密封按照其原理不同可分为接触式密封和非接触式密封两大类。非接触式密封不受速度的限制。接触式密封只能用在线速度较低的场合，为保证密封的寿命及减少轴的磨损，轴接触部分的硬度应在40HRC 以上，表面粗糙度宜小于Ra0.8um。各种密封装置的结构和特点可参阅有关的手册和图册。

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4 振动系统的设计

4.1 振动系统的发展与现状

振动试验的目的在于确定所设计、制造的机器、构件在运输和使用过程中承受外来振动或者自身产生的振动而不至破坏，并发挥其性能、达到预定寿命的可靠性。随着对产品，尤其是航空航天产品可靠性要求的提高，作为可靠性试验关键设备的振动试验系统的发展显得越来越重要。 60 年代，702所为满足航天产品振动试验的需要，开始了振动试验系统的研制，包括推力10N至100kN的振动台及各种振动测量仪表和传感器。目前，702所的振动试验设备不仅在航天领域而且在其他行业发挥着作用，成为该所的一项重要民品。用于振动试验的振动台系统从其激振方式上可分为三类：机械式振动台、电液式振动台和电动式振动台。从振动台的激振方向，即工作台面的运动轨迹来分，可分为单向(单自由度)和多向(多自由度)振动台系统。从振动台的功能来分，可分为单一的正弦振动试验台和可完成正弦、随机、正弦加随机等振动试验和冲击试验的振动台系统。以下对各种振动台，主要对电动振动台，及其辅助设备的结构、性能和成本的现状及发展等进行简单的论述。

1. 机械式振动台 机械式振动台可分为不平衡重块式和凸轮式两类。不平衡重块式是以不平衡重块旋转时产生的离心力来激振振动台台面，激振力与不平衡力矩和转速的平方成正比。这种振动台可以产生正弦振动，其结构简单，成本低，但只能在约5Hz～100Hz的频率范围工作，最大位移为 6mm 峰-峰值，最大加速度约10g，不能进行随机振动。 凸轮式振动台运动部分的位移取决于凸轮的偏心量和曲轴的臂长，激振力随运动部分的质量而变化。这种振动台在低频域内，激振力大时，可以实现很大的位移，如100mm。但这种振动台工作频率仅限于低频，上限频率为20Hz左右。最大加速度为3g左右，加速度波形失真很大。机械式振动台由于其性能的局限，今后用量会越来越小。

2. 电液式振动台 电液式振动台的工作方式是用小的电动振动台驱动可控制的伺服阀，通过油压使传动装置产生振动。这种振动台能产生很大的激振力和位移，如激振力可高达104kN，位移可达2.5m，而且在很低的频率下可得到很大的激振力。大激振力的液压台比相同推力的电动式振动台价格便宜。电液台的局限性在于其高频性能较差，上限工作频率低，波形失真较大。虽然可以做随机振动，但随机振动激振力的RMS额定值只能为正弦额定值的1/3以下。这种振动台因其大推力、大位移可以弥补电动振动台的不足，在未来的振动试验中仍将发挥作用，尤其是在船舶和汽车行业会有一定市场。

3. 电动式振动台 电动式振动台是目前使用最广泛的一种振动设备。它的频率范围宽，小型振动台频率范围为0～10kHz，大型振动台频率范围为0～2kHz；动态范围宽，易于实现自动或手动控制；加速度波形良好，适合产生随机波；可得到很大的加速度。电动式振动台是根据电磁感应原理设计的，当通电导体处在恒定磁场中将受到力的作用，当导体中通以交变电流时将产生振动。振动台的驱动线圈正式处在一个高磁感应强度的空隙中，当需要的振动信号从信号发生器或振动控制仪产生并经功率放大器放大后通到驱动线

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圈上，这时振动台就会产生需要的振动波形。 电动振动台基本上由驱动线圈及运动部件、运动部件悬挂及导向装置、励磁及消磁单元、台体及支承装置五部分组成。驱动线圈和运动部件是振动台的核心部件，它的一阶共振频率决定着振动台的使用频率范围，由于运动部件结构复杂，一阶共振频率计算非常困难，要靠经验估算，这常常造成设计失误。702 所在80 年代末首次将有限元方法用于电动振动台运动部件共振频率的计算，不仅提高了计算结果的准确度，而且便于对结构进行优化设计，大大增加了振动台的设计可靠性。 振动台驱动线圈电流的产生方式有直接式和感应式。直接式就是将放大器输出的电流直接加到驱动线圈上，这种方式是振动台的主流。感应式是将交变电流通入一固定线圈，然后通过感应方式在驱动线圈产生电流。感应式振动台的驱动线圈不需要引出电缆，结构简单，但这种振动台效率相对较低。美国的UD 公司的一些振动台采用了这种结构。702 所和其他公司的产品采用的是直接式，由于很好地解决了驱动线圈引出电缆问题，其产品更实用。 振动台的磁场产生方式可分为永磁型和励磁型。永磁型的恒定磁场是由永久磁钢产生的，由于大体积的磁钢制作较困难，目前这种结构只适用于小型振动台。如702 所生产的2202 型振动台和B&K公司的4808 型振动台都属于永磁型。而对于大型振动台则需要在励磁线圈中通以直流电流来产生恒定磁场，这就是励磁型振动台。 励磁型振动台又可分为单励磁和双励磁。单励磁只有一组励磁线圈，形成一个磁场回路，这种结构励磁效率低、耗电量大、漏磁很大，需要用消磁线圈来保证工作台面有一个低的磁场。双励磁由两套励磁绕组产生磁场，分别置于工作磁隙的上下两侧，在工作磁隙的磁场互相叠加，而在工作台面上的磁场互相抵消，所以工作台面上的磁场就很小。同时由于双励磁磁路缩短，磁阻减小，励磁效率比单励磁有显著提高。702 所的2104 系列振动台、美国LING 和英国LDS的一些大型振动台都属于双磁场励磁。同样是双励磁结构，702 所的振动台上下两组磁场是非对称的，而其他的振动台却是对称的。 振动台的冷却方式有自然冷却、强制风冷、水冷和油冷等几种方式。自然冷却只适用于功率很小的小型激振器。油冷方式由于结构复杂，在新研制的振动台已不多见，现在还在使用的油冷振动台要注意保持油的质量和数量。强制风冷是用于中小型振动台的常用冷却方式，它是利用高压风机将台体内的热空气不断抽出实现冷却的。这种方式冷却时，驱动线圈和励磁线圈的结构比较简单，设备安装方便，成本低，不会出现水冷台常见的漏水、水路堵塞等故障。但高压风机工作时噪音非常大，对操作人员影响很大。风冷的冷却效率相对较低，不适合大型振动台的冷却。水冷是大中型振动台常用的冷却方式，通常水冷台的绕组都是用空心漆包导线绕制的，而把冷却水直接通入空心漆包导线内进行冷却，冷却效率高，而且没有太大的噪音。但振动台结构较复杂，对冷却水的水质要求较高，常用蒸馏水或去离子水。在水冷台中，美、英几家公司的设备存在着严重的缺陷，即驱动线圈引出电缆和水管的结构不合理及励磁线圈水路的不合理，这种结构常出现漏水，而且对水质要求极高，要经常换水。702 所的振动台采用的水路并联、电路串联、水电接头都采用螺纹连接的新结构绕组很好的解决了这些问题，它对水质要求不太高，水压低，很少出现漏水现象。 功率放大器是电动振动台系统的重要组成部

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分，它本身的性能和与振动台的匹配状况直接关系着系统的性能。功率放大器发展到现在已经历了三代，从电子管放大器到晶体管线性放大器再到数字式开关放大器。电子管放大器在新生产的设备中已基本不用，开关式放大器是近几年国外开发出来的，它利用了晶体管的开关特性，管耗很小，效率可高达90%，而普通的线性放大器的效率只有50%左右。正是由于开关放大器本身发热少，它的冷却就非常简单，输出功率几十千伏安的放大器仅用很小的轴流风机就可以冷却下来，使设备的结构简单可靠。而同样的线性放大器必须要用水来冷却，结构复杂。开关式放大器在低功率输出时失真度相对较大，而且机壳需要较好的电磁屏蔽，否则会对周围设备造成电磁干扰。 电动振动台的技术指标有：额定正弦推力、随机推力有效值、工作频率范围、最大加速度、最大速度、最大位移、运动部件有效质量、工作台面允许直接承载质量、工作台面允许偏载力矩、杂散磁场、加速度波形失真度、工作台面加速度均匀度及横向振动比等。振动台的推力是指其运动部分的质量与在该质量下能达到的加速度的乘积，而不是指试件的重量。额定正弦推力是运动部件有效质量与最大加速度峰值的乘积，随机推力有效值是振动台按标准(如ISO5344)规定的功率谱密度曲线实验时，运动部分有效质量与可达到的最大加速度有效值的乘积。 电动振动台仍将是未来振动试验的主要设备，其制造技术会在两个方面有所发展。一是新材料的应用，随着大型磁性材料成本的降低，大型的永磁振动台将成为可能，这种振动台结构简单，节约能源，且有高可靠性。功率放大器会采用更多的数字化和模块化的电路，体积越来越小，效率越来越高。二是新方法的应用，随着有限元方法的推广，复杂结构的动力特性可以准确、快速的计算出来。因为振动台跟汽车等产品相比用户是很少的，只能进行小批量生产，这就便于对不同的用户、不同的试件进行专门设计，实现运动部件与夹具的一体化设计，使每一个实验系统都达到最佳性能。

4. 水平滑台 水平滑台是振动台进行水平试验的辅助设备，在水平滑台上便于安装大型试验件。水平滑台可分为静压轴承支承式、滚珠轴承支承式和油膜支承式，大型滑台则采用了油膜和静压轴承共同支承的方式。静压轴承支承的滑台可在极低的频率到很高的频率之间工作，加速度波形失真度小，抗倾覆力矩及抗扭转力矩高，横向振动小。但这种滑台成本很高，价格昂贵。滚珠轴承滑台可用于中频到高频，在低频工作时，加速度波形上要叠加轴承噪声。油膜滑台结构简单，成本低，在低频域内波形良好，容易实现大行程。但它抗倾覆和扭转力矩低，横向振动较大。

5. 振动试验夹具 夹具是为把试验件牢固地固定在振动台工作台面上，并把振动台的振动传给试验件，它的质量直接关系着试验的质量。但目前对试验夹具的重要性普遍重视不够，尤其是在国内，一些试验人员仅凭感觉来设计夹具，设计时缺乏必要的计算分析，也没有必要的检验测试。这样的夹具传递的振动往往存在着很大的失真，夹具上各点的振动量值相差很大，也就是均匀度很差。在测试频段内存在多阶共振，振动控制非常困难。有些夹具材料选用不当，质量过大，消耗能量多。 夹具设计的原则是在满足试件安装的前提下，夹具尽可能有低的质量，高的刚度，在试验频段内尽可能不出现和少出现共振。

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续表：

If the equipment and technical expertise for a given process are not available internally,then purchasing is the obvious decision .Vendors usually become very proficient in certain processes ,which often makes them cost competitive in external-internal comparisons .However ,there may be long-term cost implications for the company if it does not develop technological expertise in certain processes that are important for the types of products it makes. What is the total production The total number of units required quantity? over the life of the product is a key factor .As the total production quanity increases ,this tends to favor the make decision .Lower quanities favor the buy decision. What is the anticipated product life? Longer product life tends to favor the decision Is the component a standard item? Standard catalog items (e.g.,hardware items such as bolts ,screws,nuts ,and other commodity items )are produced economically by suppliers specializing in those products .Cost comparisions almost always favor a purchase decision on these standard parts Is the supplier reliable ? A vendor that misses a delivery on a critical component can cause a shutdown at the company’s final assembly plant .Suppliers with proven delivery and quality records are favored over supplies with lesser records . Is the company’s plant already In peak demand periods ,the company operating at full capacity may be forced to augment list own plant capacity by purchasing a portion of the required production for external vendors 42

Is the process available in-house? 徐州工程学院毕业设计(论文)

续表：

Does the company alternative supply source? need an Company’s sometimes purchased parts from external vendors to maintain an alternative source to their own production plants .This is an attempt to ensure an uniterrupted supply of parts ,e.g.,as a safeguard against a wildcat strike at the company’s parts production plant.

Should the component by bought or made in-house?

Solution :Although the vendor’s quote seems to favor a buy decision ,let us consider the possible impact on plant operations if the quote is accepted.Equipment fixed cost of $5.00 is an allocated cost based on investment that was already made .If the equipment designed for this job becomes unutilized because of a decision to purchase the part ,then the fixed cost continues even if the equipment stands idle .In the same way ,the labor overhead cost of $9.00 consists of factory space ,utility ,and labor costs that remain even if the part is purchased .By this reasoning ,a buy decision is not a good decision because it might be cost the company as much as $20.00+$5.0+$9.00=$34.00 per unit if it results in idle time on the machine that would have been used to produce the part .On the other hand ,if the equipment in question can be used for the production of other parts for which the in-house costs are less than the corresponding outside quotes ,then a buy decision is a good decision .,

Make or buy decision are not often as straightforward as in this example .The other factors listed in Table also affect the decision .A trend in recent years ,especially in the automobile industry ,is for companies to stress the importance of building close relationships with parts suppliers .We turn to this issue in our later discussion of concurrent engineering.

Computer-aided Process Planning

There is much interest by manufacturing firms in automating the task of process planning using computer-aided process planning (CAPP) systems .The shop-trained people who are familiar with the details of machining and other processes are gradually retiring ,and these people will be available in the future to do process planning .An alternative way of accomplishing this function is needed ,and CAPP systems are providing this alternative .CAPP is usually considered to be part of computer-aided manufacturing (CAM) .However ,this tends to imply that CAM is a stand-along system .In fact ,a synergy results when CAM is combined with computer-aided design to create a CAD/CAM system .In such a system ,CAPP becomes the direct connection between design and manufacturing .The benefits derived from computer-automated process planning include the following:

.Process rationalization and standardization .Automated process planning leads to more logical and consistent process plans than when process is done completely manually .Standard plans tend to result in lower manufacturing costs and higher product quality.

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.Increased productivity of process planner . The systematic approach and the availability of standard process plans in the data files permit more work to be accomplished by the process planners.

.Reduced lead time for process planning . Process planner working with a CAPP system can provide route sheets in a shorter lead time compared to manual preparation .

.Improved legibility . Computer-prepared rout sheets are neater and easier to read than manually prepared route sheets.

.Incorporation of other applicaton programs. The CAPP program can be interfaced with other application programs,such as cost estimating and work standards.

Computer-aided process planning systems are designed around two approaches.These approaches are called : (1) retrieval CAPP systems and (2) generative CAPP systems .Some CAPP systems combine the two approaches in what is known as semi-generative CAPP.

Concurrent Engineering and Design for Manufacturing

Concurrent engineering refers to an approach used in product development in which the functions of design engineering ,manufacturing engineering ,and other functions are integrated to reduce the elapsed time required to bring a new product to market, Also called simultaneous engineering ,it might be thought of as the organizational counterpart to CAD/CAM technology.In the traditional approach to launching a new product ,the two functions of design engineering and manufacturing engineering tend to be separated and sequential,as illustrated in Fig (a).The product design department develops the new design ,sometimes without much consideration given to the manufacturing capabilities of the company ,There is little opportunity for manufacturing engineers to offer advice on how the design might be alerted to make it more manufacturable.It is as if a wall exits between design and manufacturing.When the design engineering department completes the design ,it tosses the drawings and specifications over the wall ,and only then does process planning begin.

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The “wall” between design and manufaturing Product design Manufacturing engineering and process planning Production assembly and Product launch time,traditional design/manufacturing cycle Difference in product launch time (a)Traditional product development cycle Sales and marketing Quality engineering Vendors Product design Manufacturing engineering and process planning Production assembly and Product lauch time,concurrent engineering (b) product development using concurrent engineering

Comparision : (a) traditionnal product development cycle and (b) product development using concurrent engineering

By contrast,in a company that practices concurrent engineering ,the manufacturing engineering department becomes involved in the product development cycle early on ,providing advice on how the product and its components can be designed to facilitate manufacture and assembly.It also proceeds with early stages of manufacturing planning for the product .This concurrent engineering approach is pictured in Fig (b). In addition to manufacturing engineering ,other function are also involved in the product development cycle ,such as quality engineering ,the manufacturing departments ,field service ,vendors supplying critical components ,and in some cases the customer who will use the product .All if these functions can make contributions during product development to improve not only the new product’s function and performance,but also its produceability ,inspectability ,testability ,serviceability ,and maintainability .Through early involvement ,as opposed to reviewing the final product design

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after it is too late to conveniently make any changes in the design ,the duration of the product development cycle is substantiallly reduced.

Concurrent engineering includes several elements: (1) design for several manufacturing and assembly,(2) design for quality ,(3)design for cost ,and (4) design for life cycle .In addition ,certain enabling technologies such as rapid prototyping ,virtual prototyping ,and organizational changes are required to facilitate the concurrent engineering approach in a company.

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