畢業(yè)設(shè)計C630機床改裝成半自動卷簧機的論文

1、 . PAGE33 / NUMPAGES331前言彈簧與彈性元件被廣泛應(yīng)用于機械、儀表、電器、交通運輸工具和日常生活器具等行業(yè)，是一個涉與面比較廣的基礎(chǔ)零件。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國外在彈簧的研究與生產(chǎn)技術(shù)方面都有不同程度的提高，而且新型彈簧也不斷出現(xiàn)。雖然彈簧的類型繁多，但彈簧的卷制仍可分為有心卷制和無心卷制。本次畢業(yè)設(shè)計是將普通車床改裝成半自動卷簧機，改裝后屬于有心卷簧設(shè)備，主要生產(chǎn)機車用彈簧。同時需要滿足以下幾點技術(shù)要求：（a） 改裝后的卷簧機可卷制的最大彈簧料徑為40mm，可調(diào)節(jié)距圍是1060mm；（b） 改裝后的卷簧機應(yīng)運行平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單；（c） 改裝后的卷簧機應(yīng)滿足

2、加工要求，保證加工精度；（d） 改裝后的卷簧機應(yīng)便于維修和調(diào)整。2彈簧2.1 彈簧類型彈簧的類型有很多，其分類方法也有很多。按其結(jié)構(gòu)類型來分，彈簧可分為圓柱螺旋彈簧、非圓柱螺旋彈簧和其他類型的彈簧。特別是圓柱螺旋彈簧應(yīng)用最為廣泛，按其承受載荷的不同又可分為螺旋壓縮彈簧、螺旋拉伸彈簧和螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧等。而非圓柱螺旋彈簧包括截錐渦卷彈簧、組合螺旋彈簧、截錐螺旋彈簧、中凹和中凸螺旋彈簧以與非圓形螺旋彈簧。除上述彈簧外，常用的還有板彈簧、碟形彈簧、片彈簧、膜片彈簧、扭桿彈簧和橡膠彈簧等。它們都具有特殊的性能和用途。彈簧按材料不同可分為金屬彈簧和非金屬彈簧。按受載后彈簧材料所受應(yīng)力類型分為受彎曲應(yīng)力作用的

3、彈簧，如板彈簧、螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧、碟形彈簧等；受壓縮和拉伸應(yīng)力作用的彈簧。如環(huán)形彈簧；受扭切應(yīng)力作用的彈簧，如扭桿彈簧、螺旋壓縮和拉伸彈簧等；受組合應(yīng)力作用的彈簧，如受橫向載荷或受彎曲載荷作用的螺旋彈簧等。2.2 彈簧材料彈簧在受載荷作用時，彈簧材料的綜合力學(xué)性能和材料表面的質(zhì)量，直接影響到彈簧的質(zhì)量，因此保證彈簧材料的物理性能和力學(xué)性能，是保證彈簧正常工作的關(guān)鍵。目前所用彈簧材料主要是彈簧鋼，其次是鎳合金、銅合金、高彈性合金以與橡膠之類的非金屬材料。有時為了滿足特殊彈簧的要求，也常選用一些高速工具鋼、高強度鋼、不銹耐酸鋼和熱強鋼中的某些牌號做彈簧鋼。關(guān)于彈簧鋼材的生產(chǎn)，根據(jù)彈簧生產(chǎn)的特點可分為熱

4、成型和冷成型兩大類。熱成型的彈簧鋼材有：梯形彈簧鋼；熱軋彈簧圓鋼、方鋼和扁鋼；冷拉合金彈簧圓鋼等。冷成型彈簧鋼材料有碳素彈簧鋼絲、琴鋼絲、彈簧鋼帶和彈簧鋼板。鎳合金主要是蒙乃爾合金（NCa28-2.5-1.5），銅合金主要是硅青銅、白銅、錫青銅和鈹青銅，其次是黃銅。非金屬材料主要是增強塑料和橡膠。增強塑料有兩種，一種是熱塑性增強塑料，一種是熱固性增強塑料。目前最適合做彈簧的熱固性樹脂是酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂和乙烯基樹脂。而橡膠又分為通用橡膠和特種橡膠，通用橡膠有天然橡膠、丁苯橡膠、異戊二烯橡膠和丁二烯橡膠；特種橡膠有異丁橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠和乙烯丙烯共聚橡膠1。至于生產(chǎn)彈簧時彈簧材料的選擇，應(yīng)

5、根據(jù)彈簧承受載荷的性質(zhì)、應(yīng)力大小、應(yīng)力狀態(tài)、環(huán)境介質(zhì)、使用壽命、工作溫度、工藝性能、材料來源、對導(dǎo)電導(dǎo)磁的要求和價格等因素來確定。2.3 彈簧制造工藝彈簧種類較多，形狀各異，精度要求不同，生產(chǎn)的批量不等，因而制造的方法也就有所不同。彈簧的制造方法根據(jù)成形工藝的不同可分為冷成形和熱成形兩種。當(dāng)彈簧材料尺寸較小，在常溫下成形的，稱為冷成形；當(dāng)彈簧材料尺寸較大，需要將材料加工之后成形的，稱為熱成形。2.3.1冷成形彈簧的制造工藝冷成形彈簧所用材料規(guī)格大致為直徑0.0816mm的盤狀鋼絲和圓鋼條，或邊長小于10mm的方鋼或異形鋼絲，或相近尺寸的帶鋼和扁鋼。材料的供應(yīng)狀態(tài)通常為兩大類：一類為硬狀態(tài)，其本

6、身已具有彈簧所需要的力學(xué)性能，成形后只需去應(yīng)力退火；另一類為軟狀態(tài)，成形后還需按要求進行淬火和回火處理才能獲得所需的性能。一般工藝過程為：螺旋拉伸彈簧：卷制、去應(yīng)力退火、鉤環(huán)制作、去應(yīng)力退火、立定處理、檢驗、表面防腐處理、包裝。螺旋壓縮彈簧：卷制、去應(yīng)力退火、兩端面磨削、（拋丸）、（校整）、（去應(yīng)力退火）、立定或強壓處理、檢驗、表面防腐處理、包裝。螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧：卷制、去應(yīng)力退火、扭臂制作、切尾、去應(yīng)力退火、立定處理、檢驗、表面防腐處理、包裝。本次畢業(yè)設(shè)計改裝后的卷簧機，主要是生產(chǎn)鐵路機車和汽車所用重型彈簧，屬于熱成形的疇，下面著重介紹熱成形螺旋壓縮彈簧的制造工藝。2.3.2 熱成形彈簧的制造工

7、藝當(dāng)彈簧所用鋼材的圓形截面的直徑大于14mm、矩形截面的邊長大于10mm、或相近尺寸的扁鋼時，一般都采用熱成形彈簧制造工藝。其工藝過程為：下料、端部加熱制扁、加熱、卷制成形、熱處理、拋丸、立定處理、磨削端面、檢驗、表面防腐處理。以上工藝過程可根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整。下料 在下料之前，必須按有關(guān)標(biāo)準對材料的力學(xué)性能、化學(xué)成分、表面質(zhì)量、截面尺寸、硬度等進行檢驗，然后再分類送入車間進行斷料。斷料的長度應(yīng)根據(jù)加工的方法確定，一般熱成形彈簧為了減少磨削量都預(yù)先將材料兩端加工制扁。在碾壓機上制扁時需斷料長度的近似計算為（2.1）式中 D彈簧中徑；彈簧工作圈的螺旋角；彈簧總?cè)?shù)。2） 加熱制扁 加熱一般采用電阻

8、爐加熱，加熱溫度大約1100。制扁時，終了溫度不能低于850。根據(jù)熱卷壓力螺旋彈簧兩端支持面得需要，彈簧料坯兩端要求制成由圓形截面逐漸過渡到矩形截面的形狀2。制扁尺寸如圖2.1所示圖 2.1 端部制扁尺寸l制扁長度 d材料直徑 a制扁寬度 d端部厚度每端制扁長度l、寬度a和厚度b值約為 （2.2）式中 D彈簧中徑； d彈簧材料直徑。3） 卷制成形 彈簧的卷制設(shè)備一般分為有心軸卷制彈簧機和無心軸卷制彈簧機。對于有心軸卷簧機，卷制前首先要確定心軸直徑的大小，然后確定彈簧的預(yù)制高度。心軸直徑與彈簧徑尺寸和彈簧的旋繞比等因素有關(guān)。當(dāng)旋繞比C在4與6之間時，心軸的尺寸基本上與彈簧的徑一樣；當(dāng)旋繞比小于4

9、時，心軸的尺寸比彈簧徑的尺寸略大一些；當(dāng)彈簧的旋繞比比較大時，心軸的尺寸應(yīng)比彈簧的徑小0.51.0mm，甚至更小一些。另外，心軸的尺寸還與料徑和卷制溫度有關(guān)，對于一些載荷特性要求比較高的彈簧，只能通過試卷來調(diào)整心軸的尺寸，以滿足彈簧特性和彈簧直徑的偏差要求。彈簧的預(yù)制高度一方面應(yīng)根據(jù)彈簧的旋繞比、材料類型和熱處理后的硬度來確定，另一方面還要考慮到彈簧的熱脹冷縮和端面磨削?？傊畯椈傻木碇聘叨缺仨毚笥趫D樣規(guī)定的高度，這種卷制高度通常稱為預(yù)制高度。彈簧的預(yù)制高度至今沒有一個十分可靠的計算方法，一般采用下面的經(jīng)驗公式來確定，然后再加以修正。(2.3)式中 彈簧的預(yù)制高度；彈簧的自由高度；m系數(shù)，取決于

10、彈簧的旋繞比C和扭轉(zhuǎn)抗切強度，可按彈簧手冊表3-9查??；彈簧的磨削量。在卷制彈簧時，彈簧的節(jié)距應(yīng)按預(yù)制高度確定，計算公式為(2.4)式中 d彈簧材料直徑； n彈簧有效圈數(shù)。圖2.2 有心軸卷簧1機床卡盤 2咬嘴 3彈簧 4送料器 5心軸如圖2.2為有心軸卷簧示意圖，心軸裝在主軸卡盤上隨主軸旋轉(zhuǎn)，并且主軸通過齒輪與絲杠帶動彈簧材料的送進裝置，使送進裝置軸向左右移動，這樣就可以將彈簧材料卷繞在心軸上，制成彈簧毛坯，然后再將彈簧送入下一個工藝。4） 熱處理 熱處理的目的就在于充分挖掘材料的潛力，使之達到或接近材料的最佳力學(xué)性能，從而保證彈簧在使用狀態(tài)下長期穩(wěn)定可靠地工作。一般需要進行退火、淬火和回火

11、。5） 拋丸 拋丸處理就是以高速彈丸流噴射彈簧表面，使彈簧表層發(fā)生塑性變形，形成一定厚度的表面強化層，從而提高機械零件的疲勞壽命。6） 立定強壓處理 為了使彈簧在使用過程中具有穩(wěn)定的尺寸，熱卷彈簧需要進行立定處理，強壓處理是為了提高彈簧的承載能力。7） 磨削端面 為了保證螺旋壓縮彈簧的垂直度，并使兩端面與零件接觸良好，減少撓曲，螺旋壓縮彈簧兩端面必須進行磨削加工。磨削加工一般有三種操作方法：手工磨削、半自動磨削和自動磨削。對于材料端部未進行鍛扁加工而卷制的彈簧，卷繞之后應(yīng)在車床或銑床上把端圈周長的3/4削平，然后再進行熱處理。如果立定處理和強壓處理的垂直度不合格，可根據(jù)具體情況磨平或矯正。8）

12、 檢驗 檢驗是對彈簧的質(zhì)量進行評定，以便對彈簧的質(zhì)量進行管理。檢驗程序大致分為：表面氧化層的質(zhì)量檢驗；表面涂層和鍍層的檢驗；彈簧自由高度的檢驗；彈簧立定和永久變形的檢驗；彈簧幾何尺寸和特性試驗；彈簧疲勞性能和松弛性能檢驗；彈簧硬度、金相和低倍檢驗。其它采用熱成形方法制造的彈簧，如板簧等，其工藝流程與上述熱卷螺旋壓縮彈簧的工藝流程基本一樣。3卷簧機3.1卷簧機的工作原理由于本次畢業(yè)設(shè)計是將普通車床改裝成半自動卷簧機，所以我們很容易想到普通車床的結(jié)構(gòu)特點和工作過程，因此也就不難理解卷簧機的工作原理。其實卷簧機的工作原理與普通車床車削螺紋的原理基本一樣。將心軸裝在主軸卡盤上使其隨主軸旋轉(zhuǎn)，并且主軸通

13、過齒輪和絲杠帶動彈簧材料的送進裝置，使送進裝置沿導(dǎo)軌軸向左右移動，這樣就可以將彈簧材料卷繞在心軸上，制成彈簧毛坯。當(dāng)卷制不同旋向的彈簧時，可以通過控制主軸的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。如果要卷制不同節(jié)距的彈簧，則需要調(diào)節(jié)主軸與絲杠之間的傳動比來實現(xiàn)。使主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，絲杠帶動導(dǎo)料箱縱向移動一個彈簧的節(jié)距，也就是主軸與絲杠之間的傳動比乘以絲杠的導(dǎo)程。3.2卷簧機的種類與發(fā)展趨勢卷簧機的分類方法有很多，按照卷簧機的自動化程度可以分為：手工繞制彈簧、手搖彈簧機、普通卷簧機、半自動卷簧機和自動卷簧機。按照它的功能特點可以分為：壓簧機、拉簧機、萬能機以與專用彈簧機等。專用彈簧機如：蛇簧機和扭簧機。另外按照驅(qū)動方式可以分

14、為：半自動卷簧機、自動卷簧機和數(shù)控卷簧機3。3.2.1手工繞制彈簧對于手工繞制彈簧，這是最原始的彈簧制造方法。使用這種方法制造的彈簧質(zhì)量比較差，而且生產(chǎn)效率極低，僅適用于單件或零星的維修彈簧生產(chǎn)?，F(xiàn)在已經(jīng)基本上被淘汰。3.2.2手搖卷簧機手搖卷簧機也是一種比較簡單的彈簧生產(chǎn)方式，但這種卷簧機比手工繞制彈簧有了一定的進步。它是通過手搖把手來轉(zhuǎn)動齒輪，從而驅(qū)動心軸旋轉(zhuǎn)，這樣就可以卷制彈簧。但這種方法只能用來卷制一些彈簧材料直徑比較細的彈簧，不能卷制彈簧材料直徑較粗的彈簧。這種彈簧生產(chǎn)方式也是用來生產(chǎn)單件或小批量的維修彈簧。生產(chǎn)的彈簧質(zhì)量比較差，效率低，可以說是費時費力，也已逐步被淘汰。3.2.3普

15、通卷簧機對于普通卷簧機，它的樣式和結(jié)構(gòu)特點與普通車床相似，有些彈簧廠的卷簧機就是用普通車床改造的。這種卷簧機較前兩種有了本質(zhì)上的區(qū)別，它的驅(qū)動方式從人力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變成電機帶動，而且生產(chǎn)的彈簧無論從質(zhì)量，還是生產(chǎn)效率都有了很大的提高。但這種卷簧機也有一個缺點，那就是卷制的彈簧還需要進行人工校正和端面錘修等。3.2.4半自動卷簧機半自動卷簧機是我國鐵路彈簧廠使用的一種生產(chǎn)重型彈簧的設(shè)備。它全部由氣電控制，所以取名QD-1型半自動卷簧機。這種卷簧機較舊式的卷簧機省工、省力，生產(chǎn)的彈簧產(chǎn)品質(zhì)量比較好，生產(chǎn)效率也比較高。它可生產(chǎn)的彈簧的最大料徑是40mm,可卷制的彈簧的節(jié)距圍是1060mm。3.2.5自動卷

16、簧機自動卷簧機又叫無心卷簧機，它不僅生產(chǎn)的彈簧質(zhì)量好，生產(chǎn)勞動強度小，而且效率高，適合大批量生產(chǎn)。比普通卷簧機具有很大的優(yōu)越性，受到多數(shù)專業(yè)彈簧生產(chǎn)廠家的青睞，具有很好的發(fā)展前景。它除了能夠生產(chǎn)螺旋壓縮彈簧外，還能夠卷制圓錐形等非圓柱螺旋彈簧。當(dāng)卷制彈簧時，首先將彈簧材料的一端通過咬嘴卡緊，然后氣缸的活塞桿退出凸輪。此時主軸離合器嚙合，主軸通過卡盤帶動心軸旋轉(zhuǎn)，將彈簧棒料卷繞在心軸上。卷繞完畢后，主軸氣缸的活塞桿進入凸輪的不同部位，主軸停轉(zhuǎn)，卡盤自動定位。這樣就完成了一個卷繞動作周期。每卷繞一個彈簧，上述動作過程就重復(fù)循環(huán)一次4。下面介紹一下主軸是如何實現(xiàn)自動定位功能的。之所以要使主軸自動定位

17、，是因為在卷制彈簧時首先需要將彈簧通過咬嘴卡緊在主軸上，然后才能啟動卷簧機。卷簧機的自動定位的實現(xiàn)是通過汽缸和凸輪機構(gòu)來控制主軸離合器。同時，為了克服主軸旋轉(zhuǎn)時的慣性，使主軸實現(xiàn)準確定位。在主軸上還設(shè)有聯(lián)動抱閘輪。當(dāng)主軸離合器嚙合時，聯(lián)動抱閘輪松開；當(dāng)主軸離合器松開時，聯(lián)動抱閘輪抱緊。另外，控制主軸自動定位的凸輪是按預(yù)先制定的動作循環(huán)控制離合器。如圖3.1為主軸上凸輪的輪廓展開圖。圖3.1 凸輪輪廓展開圖當(dāng)固定汽缸的作用桿在壓縮氣體的作用下退出凸輪后，離合器嚙合，主軸開始旋轉(zhuǎn)。當(dāng)固定汽缸的斷氣桿在彈簧的作用下沿凸輪的cd部分進入，此時凸輪隨主軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。而凸輪的從動件沿著cb或de面運動，同時

18、離合器慢慢后退。當(dāng)桿到達b點或者e點后，凸輪向后移動一段距離。這段距離就是對號螺母與絲杠螺母之間的距離。此時，離合器松開聯(lián)動抱閘輪抱緊，主軸停止轉(zhuǎn)動，卡盤自動定位。一般熱卷螺旋壓縮彈簧的兩端面都有3/4的支撐圈，又叫死圈。這3/4圈的螺旋升角為零度，這就要求在卷簧開始的時候，導(dǎo)料箱是不能夠縱向進給的。等心軸卷完3/4圈后，導(dǎo)料箱才開始進給。工作圈卷完后再卷另一端的3/4圈。3.3卷簧機卷簧工作過程介紹卷簧機在卷制前首先要確定心軸直徑的尺寸和彈簧的預(yù)制高度，然后計算卷制彈簧的螺距，最后再選擇彈簧的旋向。3.3.1卷簧心軸直徑的確定對于熱卷彈簧，卷簧心軸的尺寸應(yīng)根據(jù)彈簧徑和旋繞比來確定。旋繞比C=

19、46時，心軸尺寸基本上與彈簧徑一樣；旋繞比小于4時，心軸尺寸比彈簧徑大一些；旋繞比大的彈簧，心軸尺寸應(yīng)比彈簧徑小0.51.0mm，甚至更小些1。制造卷簧心軸的材質(zhì)，一般有兩種。當(dāng)心軸直徑比較細時，選用45號鋼制作；當(dāng)心軸直徑比較粗時，選用鑄鋼（ZG25）制成空心的。3.3.2計算彈簧預(yù)制高度由于塑性變形和磨削量等其它因素的緣故，彈簧的預(yù)制高度要比圖紙所給的高度大一些。我們可以按照公式(2.3)計算彈簧的預(yù)制高度。3.3.3計算彈簧卷制節(jié)距彈簧節(jié)距在圖紙上一般不標(biāo)注出來，即使標(biāo)注出來也不符合工藝要求。所以彈簧的卷制節(jié)距和彈簧高度一樣，也比圖紙規(guī)定的要大一些。我們可以按公式(2.4)計算求得。卷簧

20、機卷制彈簧的節(jié)距是靠一組變速齒輪和絲桿來完成的，因此在卷制彈簧時要根據(jù)彈簧的要求來計算和選擇適當(dāng)?shù)淖兯冽X輪。下面介紹變速齒輪的計算方法。在卷簧機工作時，主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，經(jīng)齒輪傳動帶動絲桿旋轉(zhuǎn)若干轉(zhuǎn)，導(dǎo)料箱縱向移動一定的距離，這段距離就是卷制彈簧的螺距，計算公式如下： (3.1)式中 卷制彈簧的螺距；i從主軸到絲杠之間的總傳動比；絲杠的導(dǎo)程。由于卷簧機采用單齒輪系傳動，所以它的傳動比可用下式求得：(3.2)式中 i總的傳動比；主軸齒輪齒數(shù)；絲杠齒輪齒數(shù)。將公式(3.2)的傳動比的值帶入公式(3.1)中，即得：(3.3)實際上對于某一卷簧機來說，絲杠的導(dǎo)程是一個定值。而要卷制的彈簧的螺距也是一個常數(shù)

21、。那么由公式(3.3)我們很容易知道，只有齒輪的齒數(shù)是變量。只要改變齒輪的齒數(shù)就可以卷制不同螺距的彈簧。在工廠的實際生產(chǎn)中，一般把絲杠的齒輪齒數(shù)固定為幾種，然后通過變換主軸的齒輪齒數(shù)來調(diào)節(jié)螺距。根據(jù)公式(3.3)可以計算出主軸齒輪的齒數(shù)為： (3.4)掛輪傳動系統(tǒng)圖如下所示：圖3.2 掛輪傳動系統(tǒng)圖圖中軸3和絲杠4之間的中心距是固定的，齒輪e、f之間的傳動比也是固定的。軸2是可動的，可調(diào)節(jié)軸1與軸2之間的中心距，也可調(diào)節(jié)軸2與軸3之間的中心距。由公式(2.4)和公式(3.2)可確定選擇懸掛齒輪的計算公式為：(3.5)式中 主動齒輪a的齒數(shù)；從動齒輪b的齒數(shù)；主動齒輪c的齒數(shù)；從動齒輪d的齒數(shù)；

22、彈簧的預(yù)制高度；d彈簧的料徑；n彈簧的有效圈數(shù)。3.3.4彈簧旋向的選擇彈簧的旋向通常在圖紙上都有固定，彈簧的旋向?qū)椈傻男阅軟]有影響，但卻對彈簧的制造工藝有影響。下面以圖3.3來說明選擇彈簧旋向的意義。圖3.3 彈簧左、右旋向工作示意圖如圖3.3所示為卷簧機在卷制左、右旋向彈簧時的工作情形。從圖中可以看出，當(dāng)卷制右旋彈簧時，送料輪在心軸的上方；而當(dāng)卷制左旋彈簧時，送料輪卻在心軸的下方。所以，一般卷制右旋彈簧比較難，而且效率低。因此根據(jù)工藝要求，在設(shè)計彈簧時希望將彈簧設(shè)計成左旋，特別是彈簧材料直徑比較粗時更是如此。如果需要設(shè)計組合彈簧，一般將彈簧外圈設(shè)計成左旋，圈設(shè)計成右旋5。卷制左、右旋彈簧

23、，除了送料輪位置不同外，主軸的旋轉(zhuǎn)方向也不同。主軸的旋向是通過介輪來調(diào)整的。因為主軸的傳動是單齒輪系傳動，所以加上介輪并不會影響主軸和絲杠之間的傳動比，僅僅改變旋向而已。另一方面，由于絲杠要帶動導(dǎo)料箱移動，而絲杠的旋轉(zhuǎn)方向是固定的，要想使主軸有兩種旋轉(zhuǎn)方向，只有增加介輪。如上圖中，右旋彈簧有一個介輪，而左旋彈簧有兩個介輪。3.3.5咬嘴與其安裝方式咬嘴是將彈簧棒料的一端卡緊在心軸上，使彈簧棒料隨心軸一起旋轉(zhuǎn)。咬嘴的卡緊與松開是通過控制一對氣缸來實現(xiàn)的。咬嘴的結(jié)構(gòu)與安裝方式如下圖所示：圖3.4 咬嘴與其安裝方式3.3.6卷簧機能力計算對于熱卷彈簧所需要的電機功率可以按照以下公式求得：當(dāng)已知卷簧的

24、速度V時(3.6)當(dāng)已知卷簧機心軸轉(zhuǎn)速時 (3.7)當(dāng)已知卷簧所需的功率時(3.8)式中 卷簧所需的功率(KW)；卷簧機功率(KW)； V卷簧速度(m/s)； D彈簧中徑(cm)；在卷制溫度下彈簧材料的強度極限，=1000； n心軸轉(zhuǎn)速；卷簧機的效率，一般=0.70.8； M扭轉(zhuǎn)力矩，； W彈簧材料截面的抗彎截面模數(shù)。對于圓形截面，彈簧材料的抗彎截面模數(shù)W為 (3.9)對于方形截面，彈簧材料的抗彎截面模數(shù)W為(3.10)式中 d彈簧材料的直徑； b與彈簧中心軸線相垂直的矩形截面的寬； h與彈簧中心軸線相平行的矩形截面的高。本次畢業(yè)設(shè)計中彈簧最大料徑為40mm，中徑為144mm，卷簧速度為0.2

25、5m/s，則可根據(jù)上述公式計算卷簧機的功率為：設(shè)計參數(shù)中所給卷簧機的電機功率為4KW，大于2.85KW，所以能夠滿足卷簧能力要求。4離合器啟動控制閥的設(shè)計4.1啟動控制閥作用分析在卷制彈簧的過程中，主軸必須能夠?qū)崿F(xiàn)與時的停車和啟動。如果采用液壓部件來控制比較容易污染床身。如果采用機械結(jié)構(gòu)又容易損壞其它部件，所以我們可以采用氣動控制。利用氣體本身所具有的緩沖作用。這樣就能夠在彈簧加工過程中實現(xiàn)對主軸的啟動和停止。工作過程大致如下:主軸的啟停采用的是多片摩擦離合器，通過摩擦片來傳遞扭矩和動力。多片摩擦離合器與一氣缸相連，利用氣缸中的壓力來推動活塞桿的移動，從而使摩擦片壓緊，主軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)氣缸里的壓縮

26、氣體排出時，活塞桿在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位，摩擦片彼此分離，主軸停止轉(zhuǎn)動。工作原理圖如下：圖4.1 啟動控制閥工作原理圖從圖中我們可以知道，啟動控制閥主要是利用0.5MPa的壓縮氣體來控制0.8MPa的氣體，從而控制氣缸的左右移動。由于是氣動控制，且能夠往復(fù)運動，所以啟動控制閥部我們可以設(shè)計成一活塞式差動氣缸。4.2氣缸設(shè)計4.2.1氣缸結(jié)構(gòu)與安裝方式氣缸種類繁多，分類方法也很多，按端面受壓狀態(tài)可分為單作用氣缸和雙作用氣缸，按運動形式分為往復(fù)直線式和擺動式氣缸等。安裝方式有固定式、軸銷式、回轉(zhuǎn)式和嵌入式6。參照液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計手冊表16-1選擇活塞式氣缸，然后根據(jù)所給壓縮氣體的壓力數(shù)值，對所選擇

27、的氣缸加以部分改進，使其滿足工作要求。最終確定氣缸的結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：圖4.2 氣缸結(jié)構(gòu)形式對于氣缸的安裝方式，考慮到該氣缸所占空間不大，可以將該氣缸依附于其它部件，這樣也可以使卷簧機結(jié)構(gòu)更為緊湊。為此我們可以將啟動控制閥的進氣口和出氣口設(shè)計成管螺紋，即可安裝于其上7。4.2.2氣缸主要參數(shù)的確定1) 缸筒直徑的確定要想用0.5MPa的氣體來控制0.8Mpa的氣體，則氣缸徑D與d需滿足以下式子： (4.1)考慮到離合器周圍空間，我們可以取d=38mm,則有上式可求得D=50mm。由于缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與徑之比,我們已求得D=50mm，那么5mm。取缸筒

28、壁厚為5mm，則氣缸外徑為60mm。也可以按薄壁筒公式計算壁厚：（4.2）式中 氣缸筒的壁厚(m)；D氣缸徑(m)；試驗壓力，一般取=1.5p(Pa)(p為氣缸工作壓力)；缸筒材料的許用應(yīng)力(Pa)。按上述公式計算的壁厚往往很薄，從加工工藝考慮，可以適當(dāng)加厚。缸筒壁厚可參考液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計手冊表16-4。氣缸材料用錫青銅，壁表面粗糙度為0.8，以滿足氣體壓力要求。氣缸具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖4.3 氣缸結(jié)構(gòu)活塞桿的確定活塞桿的長徑比不同，所要考慮的問題也不同。當(dāng)長徑比較小時（L/d10）,需要考慮活塞桿的強度是否滿足要求。由于該氣缸中的活塞桿并不承受多大的力，只是起到通氣和斷氣的作用，所以不需要

29、考慮強度。我們可以初步選取活塞桿直徑d=28mm，然后只校核沖擊是否過大。有上述兩式的結(jié)果知兩者沖擊力相差不大，只要再選擇適當(dāng)?shù)木彌_彈簧即可滿足要求?；钊麠U材料采用45號鋼，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖4.4活塞桿結(jié)構(gòu)氣缸外套的結(jié)構(gòu)設(shè)計氣缸不僅要有良好的工作性能，而且還要有良好的性價比。氣缸套我們采用青銅材料，如果氣缸外套也用青銅材料，那么生產(chǎn)成本會很高，我們可以選用球墨鑄鐵材料。既能滿足工作需要，又能夠降低成本。結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：圖4.5 氣缸外套結(jié)構(gòu)氣缸端蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)氣缸外套和活塞桿的結(jié)構(gòu)，以與所要滿足的機械性能和空間要求， 將端蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計成下圖所示：圖4.6 氣缸端蓋結(jié)構(gòu)端蓋材料采用球墨鑄

30、鐵，同時還要考慮到密封性能要求。4.3緩沖彈簧與端蓋螺栓設(shè)計4.3.1緩沖彈簧設(shè)計緩沖彈簧主要起緩沖作用，防止氣缸活塞桿對其它部件沖擊過大，損壞其它部件。有活塞桿的直徑可估計彈簧中徑圍在3040mm。從上節(jié)中的計算中我們可以知道彈簧所受最大工作載荷為1077.6N，變形在10mm左右。1) 選擇彈簧材料并確定許用應(yīng)力 根據(jù)彈簧所受載荷的特性與要求，由彈簧手冊表2-37選用碳素彈簧鋼絲。許用應(yīng)力根據(jù)彈簧手冊表8-10按受類載荷彈簧考慮，。彈簧材料的抗拉強度與彈簧鋼絲直徑d有關(guān),先假設(shè)d=36mm，其對應(yīng)的抗拉強度=14221569MPa。根據(jù)彈簧手冊表2-103查得切變模量。取試驗切應(yīng)力：。2)

31、 選擇彈簧旋繞比 根據(jù)彈簧手冊表8-4初步選取旋繞比C=6。3) 計算鋼絲直徑d 根據(jù)彈簧手冊公式(8-18)可轉(zhuǎn)化得計算鋼絲直徑公式為(4.3)由于所受載荷為靜載荷，所以取曲度系數(shù)K=1。將數(shù)據(jù)帶入上述公式得鋼絲直徑在假設(shè)圍之，根據(jù)彈簧手冊表8-2選取d=5mm。4) 計算彈簧中徑 D=Cd=65=30(mm) 按彈簧手冊表8-3選取系列值D=32mm。計算彈簧圈數(shù) 根據(jù)彈簧手冊表8-13得根據(jù)彈簧手冊表8-5中的系列值，取n=2圈。兩端各取1圈支撐圈，則彈簧總?cè)?shù)為4。6) 計算試驗載荷 7) 計算自由高度 為了使受力均勻，采用YI型端部結(jié)構(gòu)（兩端并緊并磨平），根據(jù)彈簧手冊表8-6可知自由

32、高度為：(4.4)取，按彈簧手冊式(8-11)初步估計節(jié)距為代入公式(4.4)得自由高度為按彈簧手冊表8-7中系列值，取=40mm。8) 計算彈簧節(jié)距 根據(jù)彈簧手冊表8-8，可得節(jié)距為9) 計算彈簧螺旋角 按彈簧手冊式(8-9)，可得螺旋角為10) 彈簧的穩(wěn)定性驗算 采用兩端固定支撐，其高徑比按彈簧手冊表7-3可知b3.5mm)。通常規(guī)定，擰緊后螺紋連接件在預(yù)緊力作用下產(chǎn)生的預(yù)緊力不得超過其材料屈服極限的80%8。對于一般連接件用的鋼制螺栓連接的預(yù)緊力要求 (4.6)已查得， ，取預(yù)緊力下限得所要求的預(yù)緊力，小于上述值，所以滿足要求。確定螺栓的公稱直徑后，螺栓的長度、精度以與相應(yīng)的螺母、墊圈等

33、結(jié)構(gòu)，可根據(jù)所連接件的厚度和固定方法確定。5車床進給系統(tǒng)改造5.1改造前提分析改裝后的卷簧機主要用于生產(chǎn)鐵路機車用彈簧，而鐵路機車彈簧要求直徑粗大（最大40mm）。因此需要有很大的加工力量和很高的加工溫度。對于碳鋼始卷溫度在10501100，終卷溫度在750800；合金鋼始卷溫度在10001050，終卷溫度在750800?？傊?，需要有較大的進給量。因此，為了滿足加工機車用彈簧的要求，必須對原機床的進給箱進行改造。在鐵路機車廠加工的彈簧，主要有以下幾種：D=(150,160,180,200,220)；d=(10,12,16,18,20,25)對于D=100mm，節(jié)距P=2850mm；D=110m

34、m, 節(jié)距P=30.855mm；D=120mm, 節(jié)距P=33.660mm；D=130mm，節(jié)距P=36.465mm；D=140mm，節(jié)距P=39.270mm；D=150mm，節(jié)距P=4275mm；D=160mm，節(jié)距P=44.880mm。要加工的彈簧的節(jié)距從28mm到80mm不等。由于原車床的絲杠的導(dǎo)程T為6mm已經(jīng)確定，所以主軸與絲杠之間的傳動比i可以根據(jù)公式3.1求得而原車床進給箱的傳動比為0.6453.1不能滿足加工要求，需要對進給箱進行改造。由于主軸和進給箱之間的傳動比為1.3，則整個進給箱要達到的傳動比為3.610.25。5.2設(shè)計改造原車床上的進給箱一般都采用一種擺移齒輪機構(gòu)，又

35、名機構(gòu)。傳動系統(tǒng)如下圖所示圖5.1 進給箱傳動系統(tǒng)如圖示，在軸II上并列排列了八個齒輪，稱為塔齒輪。軸III上的齒輪可與塔齒輪中的每一個齒輪相嚙合。但由于軸II與軸III之間的中心距不變，所以需在兩軸之間加一個介輪。當(dāng)離合器嚙合，同時軸IV上的齒輪左移時，軸II上的固定齒輪與軸IV上的齒輪嚙合。此時，塔齒輪為被動輪，軸III與軸II之間可獲得按調(diào)和數(shù)列排列的八種傳動比：28/26,28/28,28/32,28/36,28/38,28/40,28/44,28/48。當(dāng)離合器松開，軸I上的齒輪與軸II上的齒輪嚙合時，塔齒輪為主動輪。軸II與軸III之間可獲得近似等差數(shù)列的八種傳動比：26/28,2

36、8/28,32/28,36/28,38/28,40/28,44/28,48/28。對進給箱的改造有兩種方案，一是對進給箱整體進行改造，但這種改造的費用大，設(shè)計周期長，一般不被工廠所采納。工廠常是在主軸與進給箱之間增加一個轉(zhuǎn)速提升裝置，以滿足加工要求。這種改造簡單可行，改造費用低，設(shè)計周期短，受到多數(shù)廠家的青睞。既然要在主軸與進給箱之間增加一個轉(zhuǎn)速提升裝置，那么首先要確定這個轉(zhuǎn)速提升裝置的傳動比,，我們初步確定傳動比為5。原車床的傳動比為0.6453.1,加上轉(zhuǎn)速提升裝置的傳動比后為3.22515.5，比原來要求的傳動比圍還要大，能夠滿足加工要求。由于傳動比5采用一級傳動速比比較大，可以分兩級傳

37、動來實現(xiàn)。根據(jù)機械制造技術(shù)與裝備設(shè)計表3.2-3選用1.583.16。然后對傳動比為1.58和3.16的兩對齒輪進行設(shè)計，確定各齒輪的各項參數(shù)。至于傳動比的實現(xiàn)，可將傳動比為1.58的一對齒輪在主軸箱實現(xiàn)，傳動比為3.16的齒輪則放在主軸箱與進給箱之間來實現(xiàn)。如下圖所示圖5.2改進的傳動系統(tǒng)示意圖5.3齒輪設(shè)計1.選定齒輪的類型、精度等級、材料和齒數(shù)選用標(biāo)準直齒圓柱齒輪，7級精度；根據(jù)機械設(shè)計表10-1選擇小齒輪材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為300HBS；大齒輪材料為45鋼，也是調(diào)質(zhì)處理，硬度為250HBS，材料硬度差為50HBS。初步選取小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)，取。2.按齒面接觸強度設(shè)計1

38、) 由標(biāo)準直齒圓柱齒輪的設(shè)計計算公式計算，即(5.1)(1) 確定公式的各計算數(shù)值1) 初步選取載荷系數(shù)。2) 假設(shè)小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩為3) 根據(jù)機械設(shè)計表10-7選取齒寬系數(shù)。4) 根據(jù)機械設(shè)計表10-6差得材料的彈性影響系數(shù)。5) 根據(jù)機械設(shè)計圖10-21d按齒面硬度差得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限。6) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，。7) 根據(jù)機械設(shè)計圖10-19選取接觸疲勞強度壽命系數(shù)為,。8) 取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由機械設(shè)計式(10-12)計算得(2) 計算各項參數(shù)1) 計算小齒輪分度圓直徑，由機械設(shè)計式5.1得2) 計算齒寬b3) 計算齒寬與齒高之比模數(shù) 齒高

39、 4) 計算載荷系數(shù)根據(jù)齒輪圓周速度v=4.75m/s，7級精度，由機械設(shè)計表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)，由表10-4查得齒向載荷分布系數(shù)，由表10-2查得使用系數(shù)；由機械設(shè)計圖10-8查得動載系數(shù)，根據(jù)齒寬和齒高之比與由圖10-13得，所以載荷系數(shù)5) 按實際載荷校正所得分度圓直徑，由機械設(shè)計公式10-10a得6) 計算模數(shù) 3.按齒根彎曲強度設(shè)計齒根彎曲強度的設(shè)計公式為(5.2)(1) 確定公式中的數(shù)值根據(jù)機械設(shè)計圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；根據(jù)機械設(shè)計圖10-20c查得小齒輪彎曲疲勞強度為，大齒輪的彎曲疲勞極限為；取彎曲疲勞安全系數(shù)為S=1.5，由式10-12得載荷系數(shù)；由機械設(shè)

40、計表10-5查得齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)分別為：；則(2) 設(shè)計計算按齒根接觸疲勞強度計算的模數(shù)小于按齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)。因齒輪模數(shù)的大小取決于彎曲強度所決定的承載能力，所以取由齒根彎曲強度所得的模數(shù)，并圓整為標(biāo)準值m=4mm。則小齒輪的齒數(shù)大齒輪齒數(shù)為，取。4.幾何尺寸計算分度圓直徑為中心距為 齒寬為 取小齒輪齒寬為64mm，大齒輪齒寬為74mm。安裝時只要調(diào)整好中心距即可。6卷簧機上導(dǎo)軌的設(shè)計6.1導(dǎo)軌應(yīng)滿足的基本要求1) 導(dǎo)向精度導(dǎo)向精度主要是指動導(dǎo)軌運動軌跡的精確度。影響導(dǎo)向精度的主要因素有：導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、幾何精度和接觸精度、導(dǎo)軌與其支撐件的剛度和熱變形、動（靜）壓導(dǎo)軌副之間的

41、油膜厚度與其剛度等9。2) 精度保持性精度保持性主要是由導(dǎo)軌的耐磨性決定的。耐磨性與導(dǎo)軌的材料、導(dǎo)軌上的壓強、導(dǎo)軌副的摩擦性質(zhì)與載荷分布規(guī)律等因素有關(guān)。3) 剛度剛度包括導(dǎo)軌的接觸剛度和自身的剛度。導(dǎo)軌的剛度不足會影響部件之間的導(dǎo)向精度和相對位置。導(dǎo)軌的剛度主要取決于導(dǎo)軌的型式、剛度、受力狀況與與支撐件的連接方式等因素。4) 低速運動平穩(wěn)性動導(dǎo)軌作微量位移或低速運動時容易產(chǎn)生摩擦自激振動。也就是通常所說的爬行現(xiàn)象。爬行會降低定位精度或者增大被加工工件表面的粗糙度數(shù)值。6.2導(dǎo)軌材料與類型1) 導(dǎo)軌材料構(gòu)成導(dǎo)軌副的材料一般有：鑄鐵鑄鐵；鑄鐵淬硬鑄鐵；鑄鐵淬硬鋼板；有色金屬鑄鐵。2) 導(dǎo)軌類型導(dǎo)軌

42、類型主要有：滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和液體靜壓導(dǎo)軌。直線運動滑動導(dǎo)軌的截面形狀有：三角形、矩形、燕尾形和圓柱形。三角形導(dǎo)軌，導(dǎo)向精度高，不會產(chǎn)生間隙，因而能自動補償損失；矩形導(dǎo)軌承載能力大，制造簡便，但必須留有側(cè)面間隙，磨損后不能自動補償，應(yīng)注意導(dǎo)軌的防護；燕尾形導(dǎo)軌尺寸緊湊，適合于高度小、層次多的部件，剛度比矩形導(dǎo)軌差，不適合承受大的顛覆力矩和向上的力，而且加工測量比較麻煩；圓柱形導(dǎo)軌制造簡單，主要用于受軸向載荷和同時作直線運動與轉(zhuǎn)動的場合。滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，動、靜摩擦系數(shù)接近，不易產(chǎn)生爬行，但滾動導(dǎo)軌的抗震性差，對污染敏感，必須有防護。機構(gòu)形式主要有：直線滾動導(dǎo)軌副和滾動導(dǎo)軌塊。液體靜壓導(dǎo)軌的

43、工作原理與靜壓軸承相似，在相對運動的導(dǎo)軌面間通入壓力油，使運動部件浮起。在工作過程中，導(dǎo)軌面上的油壓能隨外載荷的變化自動調(diào)節(jié)，來平衡外載荷，保證導(dǎo)軌面間始終處于純液體摩擦狀態(tài)。6.3導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計所設(shè)計的導(dǎo)軌位于心軸的上方，該導(dǎo)軌主要是使尾座在其上滑動，從而使心軸左右移動。尾座的移動是由氣缸控制的。導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖6.1 導(dǎo)軌機構(gòu)圖導(dǎo)軌中的具體尺寸可根據(jù)機床設(shè)計手冊和卷簧機的尺寸確定。由于心軸位于尾座上，在卷簧的過程中，尾座要給心軸的一端一個拉力，即對導(dǎo)軌有一個向下的拉力，所以需要對導(dǎo)軌進行受力分析并畫出彎矩圖和扭矩圖。將尾座所受的力F平移到導(dǎo)軌作用面的中心，則由理論力學(xué)可知，導(dǎo)軌所受的力可以看成是一個主矢F和一個主矩M10。將導(dǎo)軌看成一個簡支梁，并假設(shè)某一時刻力的作用點距導(dǎo)軌左端為Y。則可利用截面法求得導(dǎo)軌的扭矩圖和彎矩圖11。受力分析如下圖所示：圖6.1 導(dǎo)軌的受力分析根據(jù)梁的平衡方程，(6.1)， (6.2)求得兩端的支反力為, 在AC段取距原點為X的任意截面，則剪力方程、彎矩方程和扭矩方程分別為：當(dāng)時當(dāng)時對應(yīng)的剪力圖、彎