龍門式數控火焰切割機橫向進給系統的設計 - 下載本文

邵陽學院畢業設計(論文)

1.齒輪 2.支架3.T型座 4.支撐軸 5.輪子 6.螺母7.夾緊裝置

8.切割頭 9.導向軸 10.導向輪 11.導軌 12.橫梁 圖2.2 龍門式火焰切割機橫向進給系統總體布局

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3橫向行車機構的設計

橫向行車機構指的是X向的移動機構,它是通過電動機的動力,使齒輪在齒條上作來回移動。

3.1 橫向移動方案的比較與選擇

方案一:如圖3.1所示,有六個輪子安裝在導軌的上表面,其中有四個輪子是用于導向,兩個輪子用于承重。還有四個輪子安裝在導軌的下表面,這四個輪子全是用于導向,那么這樣總共十個輪子,他們的具體位置見圖3.1:

1.銷 2.軸 3.承重輪 4.導向輪 5.導向輪

圖3.1 方案一

方案二:如圖3.2所示,有四個輪子安裝在橫梁上,這四個輪子全是用于承重;另外四個輪子安裝在導軌的下表面,用于導向;一共八個輪子,它們的具體位置見圖3.2:

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1.承重輪 2.橫梁 3.導軌 4.導向輪

圖3.2 方案二

方案比較:橫向行車結構的X向移動都是通過輪子來實現的,從輪子的安裝上分析:方案一中安裝在導軌上表面的四個導向輪通過軸連接到兩塊鋼板上,軸通過銷來固定在鋼板中,而兩個承重輪分別安裝在兩塊鋼板間,用于承重,保證整個橫向行車機構的正常運動,但是這樣安裝和拆卸非常麻煩。方案二中安裝在橫梁上的四個承重輪通過軸來連接,軸與設計的T型座通過螺栓連接,這樣在結構上便于安裝。從輪子的安排上分析:方案一中導軌上表面的六個輪子,其中有四個是導向輪,只有兩個是承重輪,加上導軌下表面的四個導向輪,那么導軌上下表面總共有八個導向輪,這樣很難實現導向的同步性,而且增加了安裝的難度;方案二則只設計了四個導向輪用于導向,另外設計了四個承重輪用于承重,這樣不僅節省了材料,而且考慮到了軸的受力情況。從力學上分析:方案一只用兩個承重輪,那么與之連接的軸要承受電機、支架等零件的全部重量,從受力上看整個結構的的安全系數不高,方案二則設計了四個承重輪,并且均勻分布在橫梁上,那么與承重輪相連的軸所承受的力也比較均勻,這樣不僅節省了材料,而且提高了整體結構的安全系數,根據兩個方案的比較,方案二更合理,因此選擇方案二。

通過對X向移動方案的比較,確定其橫向行車機構。橫向行車機構中有八個輪子(輪子用軸承代替),其中T型座上安裝四個承重輪,導軌側面安裝四個導向輪,通過輪子在導軌上的滾動可實現行車系統的橫向運動。其中四個承重輪跟軸連接,軸通過螺栓固定在T型座上,考慮到輪子安裝間隙引起機構的移動產生搖晃和顛簸,影響其移動精度,

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支架與T型座采用螺栓連接方式,通過加減墊圈和彈簧墊圈來消除。其運動方式是通過齒輪與齒條的嚙合帶動整個橫向行車機構運動。

3.2 主要零件的設計

根據前面選定的設計方案可知,橫向行車機構的主要零件包括輪子,支撐軸,導向軸, T型座,導軌,橫梁,安全擋板。

3.2.1 支撐軸的設計和校核

軸的結構設計包括設計并確定軸的合理外形和全部結構尺寸。軸的結構主要取決于以下因素:軸在機器中的安裝位置及形式;軸上安裝的零件的類型、尺寸、數量以及軸聯結的方法;載荷的性質、大小、方向及分布情況;軸的加工工藝等。無論在什么具體條件下,軸都應滿足:軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置;軸上的零件應便于裝拆和調整;軸應具有良好的制造工藝性等。具體設計如下:

(1) 材料的選擇

應用于軸的材料種類很多,主要根據軸的使用條件,對軸的強度、剛度和其他機械性能等的要求,采用的熱處理方式,同時考慮制造加工工藝,并力求經濟合理。

軸的材料一般是通過軋制或者鍛造經切割加工的碳素鋼或合金鋼。對于直徑校小的軸,可用圓鋼制造;有條件的可直接用冷拔鋼材;對于重要的,大直徑或階梯直徑變化較大的軸,采用鍛坯。為節約金屬和提高工藝性,直徑大的軸還可以制成是空心的,并且帶有焊接的或鍛造的凸緣。

軸常用的材料是優質碳素結構鋼,如35、45和50,其中以45號鋼最為常用。不太重要及受載較小的軸可用Q235、Q275等普通碳素結構鋼,對于受力比較大,軸的尺寸受限制,以及某些有特殊要求的軸可采用合金結構鋼。當采用合金鋼時,應優先選用符合我國資源情況的硅錳鋼、硼鋼等。對于結構復雜的軸(例如花鍵軸、空心軸等),為保持尺寸的穩定性和減少熱處理變形可選用硌鋼;對于大截面非常重要的軸可選用硌鎳鋼;對于高溫或腐蝕條件下工作的軸可選用耐熱鋼或不銹鋼。

45號鋼具有綜合的力學性能,淬透性低,水淬時易產生裂紋,所以選擇支撐軸的材

料為45號鋼,經調質處理,其機械性能查[機械設計手冊中軸及其連接]表5-1-1:硬度為217~255HB,抗拉強度?b?650MPa,屈服點?s?360MPa,彎曲疲勞極限

??1?300MPa,扭轉疲勞極限??1?155MPa,許用靜應力σ+1p=260Mpa,許用疲勞應力

σ-1p=180~207MPa;查[機械設計]表15-1軸的許用彎曲應力,得[??1]b?60MPa。

(2) 結構設計

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該軸主要用于固定輪子的,軸的一端裝入T型座中,通過螺栓固定在T型座上;另一端安裝輪子,其具體結構尺寸見圖3.3(a)所示。

(3) 軸的校核 ①按彎扭校核

支撐軸的受力圖如圖3.3(b)所示。

對于零件作用于軸上的分布載荷或轉矩可當作集中力作用于軸上零件的寬度中點。軸中心的總受力為Fr。

軸傳動的轉矩T為0。

軸所受的徑向力:Fr=G=30×9.8=294N 計算作用于軸上垂直面的支反力:Rv =計算軸的彎矩

M?Mv?Rv?l36?73.5?N?mm?1323N?mm 22Fr=73.5N 4計算當量彎矩,查[機械設計]表15-1軸的許用彎曲應力,得: [??1]?60,[?0]?100,??則,當量彎矩:

Mca?M2?(?T)2?M?1323N?mm

[??1]60??0.6, [?0]100

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