橡胶切条机设计

摘 要

橡胶切条机是一种常用的机械装置，其主要功能是帮助广大用户快速完成切割橡胶，切割效率是人工的十倍以上。如此高效率的橡胶切条机就是为了橡胶生产企业专门制作的，橡胶切条机产生就节省了大量的人工费用，大大提高了切割效率。

本课题由实际生产应用中提出，并且能够达到实际要求。随着社会、经济的快速发展，橡胶制品的需求和应用越来越广泛。橡胶切条机的开发和改进渐渐被国家和许多企业提上日程。以前我国的橡胶切条机大多需要从国外进口，切割技术处于落后状态，但由于近几年来需求越来越大，考虑到经济及技术方面的情况，我们急需发展橡胶切条机的生产技术。实现在橡胶切割行业完全依靠自己的目标。因此在这个大的背景下提出了此课题，即根据已经有的资料，对现有的橡胶切条机提出改进的方法，并进行模拟验算，从而达到更加实用和有效的目的。 本文是针对国外现有的产品，对其进行改进。在此次设计中，在现有橡胶切条机材料为前提的条件下，对带轮、刀具、齿轮、轴等相关系统进行全面的设计，着重设计了带轮与减速器的配合使用，希望在实际生产中能有作用，让此产品更适合工厂和顾客的需求。

最后，希望此次设计的橡胶切条机能到达预期的设计要求，并能在实际的应用中取得良好的效果。

关键词：带轮 齿轮 刀具 轴 改进

I

Abstract

Rubber cutting machine is a commonly used mechanical devices, its main function is to help the majority of users cut rubber quickly and the efficiency is ten times of labor. The efficient rubber cutting machine is specially crafted for rubber manufacturers, it also saves much labor costs and improves the efficiency of cutting greatly.

The topic put forward from the practical application and can reach the actual requirements. With the rapid development of society and economy, the demand and used for rubber products is more and more widely. The developments and improvements of the Rubber cutting machine is gradually put on the agenda in country and many companies. In our country, cutting technology is bad ,rubber cutting machine need to be imported from abroad in past years for a long time.But in recent years,for the reason of the demand for it is more and more large,we are urgent need to develop the production technology of rubber cutting machine for economic and technical , Reaching a goal which entirely on our own in the rubber cutting industry . So the topic put forward in this background . We should proposed a method to improve the rubber cutting machine according to the existing material and simulate checking this method .Which achieve the purpose of much more capable and effective.

The purpose of this article is to improve the existing products in home and abroad.In this article ,the design of cutting machine is on pulley, tool, gears, shafts, and other related system and focus on the coordinate use of pulley and gear unit to make this product is more suitable for factories and customer needs.

Finally, I hope that the design of the rubber cutting machine can reach the expected design requirements and achive a good results in practical applications.

Keywords: pulley gearing cutter axle improv

II

目录

摘要 ................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................. II 1 绪论 .............................................................................................................................................. 1

1.1 背景介绍 ............................................................................................................................ 1 1.2 切割行业现状及发展前景 ................................................................................................ 2

1.2.1 切割行业的现状 ..................................................................................................... 2 1.2.2 切割行业的发展趋势 ............................................................................................. 4 1.2.3 切割机发展存在的问题 ......................................................................................... 6 1.3 本课题的主要内容 ............................................................................................................ 7 2 传动方案的总体设计 ................................................................................................................... 9

2.1 总体方案的确定 .............................................................................. 错误！未定义书签。 2.2 电动机 .............................................................................................. 错误！未定义书签。

2.2.1 电动机的选择 ....................................................................... 错误！未定义书签。 2.2.2 选择原动机时应考虑的因素 ............................................... 错误！未定义书签。 2.2.3 结论 ....................................................................................... 错误！未定义书签。 2.3 减速器 .............................................................................................. 错误！未定义书签。

2.3.1 减速器的选择 ....................................................................... 错误！未定义书签。

3 带传动的设计 ............................................................................................................................. 10

3.1 带传动的类型 .................................................................................................................. 10 3.2 带的弹性滑动和打滑 ...................................................................................................... 10 3.3 V带轮的设计计算 ........................................................................................................... 11

3.3.1 确定计算功率 ....................................................................................................... 11 3.3.2 选择V带的带型 .................................................................................................. 11

3.3.3 确定带轮的基准直径

dd并验算带速v .............................................................. 11

Ld .................................................................... 12

3.3.4 确定V带的中心距和基准长度

3.3.5 计算实际中心距a ............................................................................................... 12 3.3.6 验算小带轮上的包角?1 ..................................................................................... 12 3.3.7 计算带的根数z ................................................................................................... 12 3.3.8 计算单根V带的初拉力最小值3.3.9 计算压轴力

(F0)min ............................................................ 13

Fp ..................................................................................................... 13

3.4 V带轮结构设计 ............................................................................................................... 13 3.5 V带传动的张紧、安装与防护 ....................................................................................... 14

3.5.1 V带传动的张紧 .................................................................................................... 14 3.5.2 V带传动的安装 .................................................................................................... 15 3.5.3 V带传动的防护 .................................................................................................... 15

4 主要零部件的设计 ..................................................................................................................... 16

4.1刀具 ................................................................................................................................... 16

4.1.1 外形设计 ............................................................................................................... 16 4.1.2 刀具材料 ............................................................................................................... 16 4.2 齿轮设计 .......................................................................................................................... 17

4.2.1 整体方案 ............................................................................................................... 17 4.2.2 齿轮的材料，热处理及精度 ............................................................................... 17 4.2.3 初步设计齿轮传动的主要尺寸 ........................................................................... 17 4.2.4 齿轮的最终选择 ................................................................................................... 21 4.3 主动轴.............................................................................................................................. 23

4.3.1 拟定整体方案 ....................................................................................................... 23 4.3.2 材料、尺寸的选择设计 ....................................................................................... 24 4.3.3 轴的受力分析与校核 ........................................................................................... 26 4.4 从动轴.............................................................................................................................. 30

4.4.1 从动轴的结构 ....................................................................................................... 30 4.4.2 材料、尺寸的选择设计 ....................................................................................... 31 4.5 键 ..................................................................................................................................... 32

4.5.1 键的选择 ............................................................................................................... 32 4.5.2 键联接强度计算 ................................................................................................... 32 4.6 联轴器.............................................................................................................................. 33

4.6.1 联轴器的选择 ....................................................................................................... 33 4.6.2 定联轴器的品种、形式、规格（型号） ........................................................... 34 4.6.3 联轴器的尺寸、安装与维护 ............................................................................... 35

5 减速器箱体设计 ......................................................................................................................... 36

5.1 箱体设计.......................................................................................................................... 36 5.2 减速器附件设计 .............................................................................................................. 38 6 机架的设计 ................................................................................................................................. 40 6.1 机架设计的一般要求 ............................................................................................................ 40 6.2米粉切割机机架结构选择 ....................................................................................................... 40

2.2.1 机架的一般分类： ................................................................................................... 40 6.2.2 机架的截面形状： ................................................................................................... 40 7 结论与展望................................................................................................................................. 43 致谢 ................................................................................................................................................ 45 参考文献......................................................................................................................................... 46

橡胶切条机设计

1 绪论

1.1 背景介绍

本次设计是毕业设计首先，是对学生四年所学知识全面、系统、综合考察的一次测试，是大学培养应用型人才的最后一个教学环节。通过导师的指导我们自主进行，培养了学生的自身思考和动手能力，让学生对设计的内容认识更加深刻，可以让学生清楚的认识到自己的不足与劣势，以便查漏补缺巩固知识。同时还可以使学校全面考察了解教学质量，总结经验改进工作。其次，这也是训练学生独立进行设计研究的过程，通过做毕业设计可以使学生了解科学研究的过程，掌握如何收集、整理和利用材料；如何利用图书馆，检索文献资料；如何撰写论文等方法。设计过程中它不仅有教师的指导与传授，可以减少摸索中的一些失误，少走弯路，而且直接参与和亲身体验了设计研究工作的全过程及其各环节，是一次系统的、全面的实践机会。最后，此次设计可以帮学生更生动、更切实、更深入的把学过的专业知识运用于实际，既可以印证学过的书本知识，又可以学到许多课堂和书本里学不到的活生生的新知识。同时，对所学专业的某一侧面和专题作了较为深入的研究，会培养学习的志趣，这对大学生今后该如何选择确定具体的就业发展方向起到了指引性的作用。

本课题由实际生产应用中提出，并且能够达到实际要求。随着社会、经济的快速发展，橡胶制品的需求和应用越来越广泛。橡胶切条机的开发和改进渐渐被国家和许多企业提上日程。由于我国在这方面的起点比较低，以前橡胶切条机大多需要从国外进口，我国的切割技术长期处于落后状态，但由于近几年来需求越来越大，考虑到经济及技术方面的情况，我们急需改变这种依附进口来实现发展的现状。随着我国经济的发展，我国切割机生产厂家也渐渐发展起来，技术也蒸蒸日上，并日臻成熟。在近30年来有了飞速的发展，相信在不久的将来，我们就会实现在橡胶切割行业完全依靠自己的目标。因此在这个大的背景下提出了此课题，即根据已经有的资料，对现有的橡胶切条机提出改进的方法，并进行模拟验算，从而达到更加实用和有效的目的。

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橡胶切条机设计

1.2 切割行业现状及发展前景

1.2.1 切割行业的现状

我国切割行业主要有以下几类生产企业组成1、门式切割机；2、小车式切割机及割嘴；3、等离子切割电源及割嘴；4、手工焊割炬及焊割嘴等。切割行业经过几十年的发展，其产品从单一的手工割炬发展成为一个门类较为齐全的产业。近年来，我国门式数控切割机生产技术的发展尤为迅速。

a. 门式切割机

现代仿形切割仍以门式数控切割机为主，因为只有这种数控切割方式，才能有效地保证切割过程中的工序完全自动化。我国数控切割技术发展比较晚，但其发展速度非常快。在八十年代以前，在我国，板材下料主要是以手工或半自动小车下料为主。进入八十年，随着企业改革的不断深入，人们认识到；利用先进的切割技术，不仅是保证产品焊接质量的关键，同时也使得板材利用率大幅度提高。在一些板材用量较大的企业，由于板材利用率的提高，缩短了数控切割机的设备投资回收期，并取得了良好的经济效益。因此，数控切割机的市场需求量逐年上升。从而推动了我国切割行业的飞速发展。

数控门式自动焊机利用焊缝同步跟踪系统，已成功地运用在挂车变截面底梁的自动焊接生产中。使得挂车变截面底梁由原来的分段焊接，实现了一次连续焊接成形。这样不仅使产品的焊接质量有了很大的提高，而且生产效率成倍提高。目前，已有近十家挂车生产企业在使用这一设备，并取得了很好的经济效益。作为一个有较大市场的新产品，它在今后几年中会将得到很大的发展。

b. 小车式切割机及割嘴

小车式切割机，作为切割行业传统的板材下料设备，由于操作简便、使用灵活等特点，所以在各个行业中应用非常广泛。这几年在技术上和品种上虽没有很大的发展，但产品质量总体趋于稳定。在我国，每年仍有相当部分的板材还是采用小车下料，因此目前市场需求量不会有很大的波动。我国小车式切割机和割嘴生产厂家，大多是一些老企业，加工设备比较落后，总体自动化程度不高，生产形式仍以单件多工序加工为主，生产效率低，产品质量不易控制。而发达国家生产此类产品，均采用自动化或半自动化设备进行生产。特别是割嘴生产，大多采

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用自动化生产线进行生产。因此产品质量在生产过程中得到了严格的控制。各企业应加快设备更新换代，降低劳动生产率，不断开发新品提高产品质量。目前，小车切割机市场非常活跃，为了应对市场，参与竞争。一些企业根据自身的特点，对企业现有的技术、资金和人员进行重组。产品向“专、精、特”方向发展，并取得了成功。 这几年，我国的割嘴生产规模有了很大的发展，全国割嘴年产量约在200多万只，其中每年有几十万只割嘴出口中东和东南亚地区。由于割嘴的加工工序较多，生产工艺较复杂，影响产品质量的因素也很多，所以产品质量不易控制。各生产企业经过技术改造，生产工艺改进，使得产品质量有了一定提高，加之价格的优势，产量逐年上升，出口量不断增加。国内割嘴生产，主要以宁波金风焊割机械制造有限公司等企业为代表。

c. 等离子切割电源及割嘴

等离子切割技术发展的历史不长，但其发展的速度非常快。等离子切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化（和蒸发），并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属，尤其是对于有色金属（不锈钢、铝、铜、钛、镍）切割效果更佳；其主要优点在于切割厚度不大的金属的时候，等离子切割速度快，尤其在切割普通碳素钢薄板时，速度可达氧切割法的5到6倍、切割面光洁、热变形小、几乎没有热影响区。等离子切割发展到现在，可采用的工作气体（工作气体是等离子弧的导电介质，又是携热体，同时还要排除切口中的熔融金属）对等离子弧的切割特性以及切割质量、速度都有明显的影响。常用的等离子弧工作气体有氩、氢、氮、氧、空气、水蒸气以及某些混合气体。等 离子切割机广泛运用于汽车、机车、压力容器、化工机械、核工业、通用机械、工程机械、钢结构等各行各业。

等离子切割由于切割速度快、热变形小、表面切口好等特点，因此被广泛用于25mm以下的碳钢和各种有色金属及不锈钢的切割。由于在等离子切割过程中会产生大量的烟尘、粉尘、弧光和噪声，这会给整个工作环境带来一定的污染。目前通过水下等离子切割和底抽式排气等除尘方式，使等离子切割产生的环境污染问题得到有效的控制。国内一些知名企业生产的各类数控等离子切割机，已达到国外同类产品的技术水平。

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随着等离子精细切割技术的快速发展，精细圆孔切割技术及标准化集成系统已逐步完善，这样精细等离子切割将逐步成为碳钢中厚板切割的主流，市场需求量将逐年增加。

1.2.2 切割行业的发展趋势

我国经济近十年来的发展迅速，带动了我国焊接行业的发展。我国成为世界上消耗钢材最多的国家。随着技术进步焊接结构件在建筑、工程机械、船舶、交通运输、冶金、石化、电力、压力容器等行业得到广泛的运用。切割是焊接成品加工过程中的首要步骤，也是焊接质量的重要保证。利用先进的现代切割技术，不但可以保证产品的焊接质量，提高劳动生产率，同时也使得企业产品的制造成本大幅度下降，缩短了产品生产周期。新工艺、新技术的广泛运用，智能化精密切割已成为切割机具行业发展的趋势。这样就对我们切割行业提出了新的课题和新的设计理念。

a.提高切割前工件的准备质量

对钢结构生产企业来说，材料在切割前必须进行表面预处理。在板材切割过程中，有大量焊接轮廓线和后道工序标记需要进行划线、定位。在板材切割、划线和焊接过程中，必须除去表面防护层和锈迹。这样才能提高切割速度和焊接质量。如果不去除这些防护层和锈迹，将会使得切割速度下降，在一些情况下还会产生切割表面缺陷，而需要修补。在焊接过程中，还会导致角焊缝超标，造成不可预测的变形和以后表面位置偏差，生产代价昂贵的不良后果。同时还会使得表面划线变得模糊不清。影响了后道工序的正常进行。要解决这些问题有许多种方法。目前常用的方法，主要是在切割机上安装喷砂装置，这一方法是用细砂高速喷射在切割、划线表面，从而起到清洁金属表面的作用，在以后的工序中，可以或多或少地起到清洁焊接表面的作用。但现今掌握的喷砂技术其工作速度只能达到4m/min，表面清洁率为75%。这一速率只能满足切割的要求，而目前喷粉划线、等离子弧划线和喷墨划线已达到了20m/min速度。显然采用这一方法，已不能完全适应高速切割的工艺要求。要掌握一种装置，使其表面处理的速率与划线速度相匹配，这样才能使得生产效率得到提高。目前，国外已研制出一种高速打磨装置，使得表面处理速度达到了20m/min，表面清洁率为925，从而真正实

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现了高速自动化的切割方法。

b.型钢切割和空间曲线切割

在现代化的工业设计中，运用了大量型钢焊接方式。型钢切割成为切割行业技术发展的一个新的热点。近几年，关于工业上型钢切割的想法和报道很多。我们这里所指的工业用型钢，主要是指变截面，扁球面及球形截面型材。大多数型钢切割后将直接用于焊接，因为型钢切割后再进行表面加工是非常困难的，而且效率低下，质量不易控制。但目前所使用的型钢切割方法，其切割轮廓线的正确性和生产效率，远没有达到现代平面切割的水平。目前比较有效的方法是采用机器人切割方法，通过离线编程、软件编程（也可采用示教编程）等方法可实现不同规格、不同形状零件的加工。通过配备火焰切割系统、等离子切割电源，光纤激光器等切割方法；可实现多种材质的型钢如（角钢、槽钢、H型钢、球扁钢）等进行空间直线、斜线、曲线及坡口等多种方式的切割。未来市场前景良好。金属加工在线关注行业技术发展。

c.切割工具的改进及应用

由于计算机设计在工业设计中得到了广泛地运用。原先在板材切割后，很多相贯切割面，需后面多道加工工序，才能得以实现最终焊接面，现在要求在板材切割过程中，要求完成这些相贯面的切割，这样不仅可以减掉多道工序，而且保证了焊接质量。等离子切割有其独特的优点，利用等离子进行坡口切割，以经济角度来看，变得越来越重要。因此，许多门式数控切割机上都安装了等离子坡口切割装置。在切割过程中，只需启动与之相关切割“窗口”，输入必要切割参数即可进行自动切割。等离子割炬有许多电缆和软管，为了防止这些电缆和软管在切割过程中缠绕。目前国外主要采用“防缠绕技术”和“柔性切割技术”，这些技术的运用，使的等离子变坡口切割得以实现。

d. 激光切割技术的发展

自上世纪七十年代初，激光切割技术投入生产应用以来，发展速度非常快，技术日趋完善。目前工业发达国家对这一技术的运用较为广泛。激光切割机具有以下特性：采用全封闭防护，减少粉尘的污染；选用性能优越的伺服和丝杆传动导向结构，高精密滚珠丝杠，低噪音滚珠导轨，高精密轴承；激光束聚焦光斑直径小，从而加工工件的切缝窄小；采用专业软件可随意设计各种图形或文字即时

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加工，加工灵活，操作简单、方便；无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，切割工件质量好，切缝一般不需要二次加工；不受工件外形的影响，激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割钣金、薄板及其他异型材；切割精度高，切缝平滑，切割效率高于其它激光切割机；可选配高度跟踪系统，实时自动对焦，克服板材不平整现象；可选配专业，激光功率跟随切割速度实时调整。鉴于以上优点，促使激光切割技术得到更多广泛的使用。从现今人们所掌握的各种切割技术来看，激光切割技术无疑是最好的切割方法。随着人们环保意识的不断增强，加之激光源制造成本的下降，这样激光切割技术优势更为突出。利用激光切割技术替代火焰和等离子切割，将成为今后切割技术发展的趋势。 1.2.3 切割机发展存在的问题

切割机分为火焰切割机、等离子切割机、激光切割机、水切割等。 激光切割机为效率最快，切割精度最高，切割厚度一般较小。等离子切割机切割速度也很快，切割面有一定的斜度。火焰切割机针对于厚度较大的碳钢材质。切割机应用目前有金属和非金属行业,一般来说,非金属行业分的比较细致,像有切割石材的石材切割机,水切割机,锯齿切割机,切割布料和塑料,化纤制品用的激光切割机,刀片式,切割机,切割金属材料的则有火焰切割面,等离子切割机,火焰切割机里面又分数控火焰切割机,和手动的两大类,手动的类别有,小跑车,半自动,纯手动,数控的有,龙门式数控切割机,悬臂式数控切割机,台式数控切割机,相贯线数控切割机等等。

全国生产切割机的企业 40多家，以民营、个体、股份制企业居多。焊割机具在2000年的统计为：门式切割机380台、小车式切割机14650台、等离子切割机10500台、焊割炬250 万套，割嘴189万只。我国数控切割行业发展比较晚，国内有十几家数控切割机生产厂家，每年市场需求量约在 350-400台，基本满足国内市场需求， 进口产品不足市场总量的 10 ％。 目前国内数控切割机生产厂家主要有上海伊萨切割机械有限公司、梅塞尔切割焊接有限公司 (昆山)，他们在技术上得到了国外技术的大力支持，因此产品在国内处于领先地位。而哈尔滨四海数控设备有限公司、哈尔滨焊接切割成套设备有限公司、哈尔滨电机有限责任公司机械电子设备制造厂、中船总公司船舶工艺研究所、深圳博利昌数控

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切割设备公司、无锡华联焊割设备厂等企业，则利用各自企业自身的优势，在技术上发展也很快，产品满足了不同用户的需求。我国切割行业的产品发展打破了焊接与切割之间的传统界线，其产品已跨接焊接、切割两大行业，有很多企业同时生产焊接和切割设备。

切割机行业存在问题 ：

a. 市场无序竞争，表现在互相贬低、互相压价、互相挖人； b. 研发投入少，或根本没有投入；

c. 在机械和控制水平上与国外产品差别不大，但对国外控制系统了解不透，只停留在会应用的水平；⑷企业间没有合作，不能联合起来开辟市场，比如在配套件的采上企业集中起来会降低成本。

d. 一些技术含量低的同类产品处于低水平、低价格的竞争，使企业陷入利润极低的状况，很难再自我发展。

e. 有较强综合实力，能为推动行业发展，在行业自律中发挥积极作用的企业少。

f. 业整体协调能力差。

现代切割机技术在工业领域中的运用将是多方面的，以上仅是对现代切割技术,在提高切割工艺水平和提高焊接质量等方面，介绍了国外一些切割技术的发展趋势和动态。今后我们切割行业还有很多工作要做，如非金属切割技术，大功率激光切割技术，全自动切割流水线等项目的研制开发。只有通过不断努力，不断拓宽我们的工作思路，切割行业将在新形势下得到进一步的发展。

1.3 本课题的主要内容

本课题的主要内容是完成橡胶切条机的改进设计，分析其工作原理，根据我国的切割要求，完成主要零部件的设计计算和装置的装配设计，另外本设计是通过带传动与减速机的配合连接实现减速传动，取代了原有日本减速装置，将此产品国有化。

本设计需满足的要求如下：

a. 达到技术指标所规定要求，满足实际工作需要。 b. 整机结构简单实用，满足设计要求。

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c. 工作时能尽量减少噪音，设备外形力求简约且美观。

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2 传动方案的总体设计

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3 带传动的设计

带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成为带轮（主动轮和从动轮）和传动带。当主动轮转动时，利用皮带轮和传动带间的摩擦和啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动轮。带传动具有结构简单，传动平稳，价格低廉和缓冲吸震等特点，在近代机械中广泛发展。

3.1 带传动的类型

按工作原理不同，带传传动可分为摩擦型带传动和啮合型带传动。在摩擦型带传动中，可分为平带传动、圆带传动、V带传动、多楔带传动。

3.2 带的弹性滑动和打滑

传动带在受到拉力作用时会发生弹性变形。在小带轮上，带的拉力从紧边拉力逐渐低到松边拉力，带的弹性变形量逐渐减少，因此带相对与小轮向后退缩，

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橡胶切条机设计

使得带的速度低于小带轮的线速度；在大带轮上，带的拉力从松边拉力逐渐上升为紧边拉力，带的弹性变形量逐渐增加，带相对与大带轮向前伸长，使得带的速度高于大带轮线速度。这种由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的微小滑动，称为传动带的弹性滑动。弹性滑动总是存在，不可避免的。

带与带轮之间由于功率过大，而发生显著的相对滑动，称为打滑，打滑可以避免的，在机械传动种种起到过载保护的作用。

3.3 V带轮的设计计算

3.3.1 确定计算功率

首先确定本文的带传动的传动比为i=2

由《机械设计》表8-7查得工作情况系数KA?1.1，故

Pca?KAP?1.1?1?1.1kW

3.3.2 选择V带的带型

根据Pca、n1由《机械设计》图8-11选用A型。 3.3.3 确定带轮的基准直径dd并验算带速v

初选小带轮的基准直径dd1，由《机械设计》表8-6和表8-8，取小带轮基准直径dd1?100mm。

验算带速v。按公式验算带的速度

v??dd1n160?1000???100?91060?1000?5.1m/s

因为5m/s?v?30m/s，故带速合适。

计算大带轮的基准直径。根据公式，计算大带轮的基准直径dd2

dd2?idd1?2?100?200mm

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橡胶切条机设计

根据《机械设计》表8-8，圆整为dd2?200mm。 3.3.4 确定V带的中心距 和基准长度Ld

根据0.7(dd1?dd2)?a0?2(dd1?dd2)，初定中心距a0?250mm。 计算带所需的基准长度

Ld0(dd2?dd1)2?2a0?(dd1?dd2)?24a0??（200-100）?2?250?（100?200）??981mm24?250由《机械设计》表8-2选带的基准长度Ld?900mm 3.3.5 计算实际中心距a

2

a?a0?根据

Ld?Ld0?210mm 2amin?a?0.015Ld?197mm amax?a?0.03Ld?237mm

中心距变化范围为197~237mm。 3.3.6 验算小带轮上的包角?1

57.3??dd1)?152?90?

a?1?180?(dd23.3.7 计算带的根数z

?计算单根V带的额定功率Pr。由dd1?100mm和n1?910r/min，查《机械设计》表8-4a得P0?0.89kW。

i?2和A型带，根据n1?910r/min，查《机械设计》表8-4b得?P0?0.11kW,

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橡胶切条机设计

查《机械设计》表8-5的Ka?0.93，表8-2得KL?0.87，于是

Pr?(P0??P0)?Ka?KL?0.81kW

计算V带的根数z

z?取2根。

Pca1.1??1.36 Pr0.813.3.8 计算单根V带的初拉力最小值(F0)min

由《机械设计》表8-3得A型带的单位长度质量q?0.10kg/m，所以

(F0)min?500?500?(2.5?Ka)Pca?qv2Kazv(2.5?0.93)?1.1?0.1?5.12?94N0.93?2?5.1

应使带的实际初拉力F0?(F0)min。

Fp3.3.9 计算压轴力

压轴力最小值为

(Fp)min?2z(F0)minsin?12?365N

3.4 V带轮结构设计

根据V带轮的基准直径和带轮轮速等已知条件，确定带轮材料为HT200；带轮基准直径dd?300mm，采用腹板式带轮；轮槽截面尺寸参照《机械设计》表8-10进行设计，对于大带轮，因dd?300mm同时D1?d1?100mm，则大带轮采用孔板式带轮，其与减速器相连。 绘制带轮零件图如下：

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橡胶切条机设计

图3.1 小带轮

图3.2 大带轮

3.5 V带传动的张紧、安装与防护

3.5.1 V带传动的张紧

V带传动运转一段时间后，会因为带的塑性变形和磨损而松弛。为了保证带

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橡胶切条机设计

传动正常工作，应定期检查带的松弛程度，采取定期改变中心距的方法来调节带的初拉力，使带重新张紧。 3.5.2 V带传动的安装

带轮的轴线应相互平行，各带轮相对应的V型槽的对称平面应重合，误差不得超过20'。多跟V带传动时，为避免各根V带的载荷分布不均，带的配组公差应在规定的范围内（参见GB/T 13575.1—92）。 3.5.3 V带传动的防护

为安全起见，带传动应置于保护罩之内，使之不能外露。

15

橡胶切条机设计

4 主要零部件的设计

4.1刀具

4.1.1 外形设计

根据厂家的生产实际要求，设定刀具的角速度为77°/s。最大切割力为5KN。另外综合已有的资料和经验，初步确定刀具外形如下图所示：

图4.1 刀具

4.1.2 刀具材料

刀具除刀尖的部分外主要起支撑连接的作用，因此可以使用普通的45号钢。而对于刀尖部分，切割橡胶受冲击载荷较小，但要求有高的耐磨性，可选用cr12钢。Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，高碳、高铬类型莱氏体钢，具有较好的淬透性和良好的耐磨性。SKD—11是一种高碳高铬合金工具钢，热处理后具有很高的硬度磨性，并具有淬透性强，尺寸稳定性好的特点，适宜制做高精度长寿命冷作模具及热固成型塑料模具。国产优质冷作模具钢Cr12MoV 钢化学成分（GB/T 1299—2000）ω/％ C Si Mn Cr Mo P S V 1.45~1.70 ≤0.40 ≤0.35 11.0~12.50 0.40~0.60 ≤0.030 ≤0.030 0.15~0.30 性能：高碳、高铬类型莱氏体钢，

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橡胶切条机设计

具有良好的淬透性，截面尺寸在400mm以下可以完全淬透，且具有很高的耐磨性，淬火时体积变化小。其碳含量比Crl2钢低很多，且加入了钼、钒，因此，钢的热加工性能、冲击韧性和碳化物分布都得到了明显改善。 用途：用于制造断面较大、形状复杂、耐磨性要求高、承受较大冲击负荷的冷作模具，如冷切剪刀、切边模、滚边模、量规、拉丝模、搓丝板、螺纹滚模、形状复杂的冲孔凹模、钢板深拉伸模，以及要求高耐磨的冷冲模和冲头等。

综上所述，本文选定切割刀具的刀尖材料为模具钢Cr12MoV。

4.2 齿轮设计

4.2.1 整体方案

由于齿轮和刀具都是安装在轴上，它们具有相同的中心距，并且具有相同的角速度。另外根据题目实际的要求，两切割刀具的转动是同步的，所以两齿轮的分度圆直径要相同。于是本文设计的两个齿轮应该是相同的。 4.2.2 齿轮的材料，热处理及精度

1、因在工作条件完全相同的条件下，斜齿轮传动可比直齿轮传动获得较小的传动尺寸，即斜齿轮传动比直齿轮传动具有较大的承载能力，于是本论文选用斜齿圆柱齿轮。

（1） 齿轮材料及热处理

材料： 选用45钢（调质），硬度190HB 取齿轮齿数Z=48

（2） 齿轮精度

按GB/T10095－1998，齿轮精度选择7级 4.2.3 初步设计齿轮传动的主要尺寸

按齿面接触强度设计 按有如下公式计算

3d1t?

2KtT1?d???u?1ZHZE2?() u[?H]17

橡胶切条机设计

确定公式中的各参数数值 1、试选Kt=1.6

2、查课本P217图10-30 选取区域系数ZH=2.433

3、 查课本P215图10-26 查得??1?0.78，??1?0.78，所以???0.78?0.78?1.56 4、由课本P206公式10-13计算齿轮的应力循环次数 N=60nj =60×12.8×1×8×300×10=0.18× h

5、齿轮传递的转矩 T=9550P/n=9550×0.67×1000/12.8=499883N?mm 6、由课本P205表10-7 查得齿宽系数Φd=0.4

7、由P201表10-6 查得材料的弹性影响系数ZE?189.8MPa1/2

8、由课本P209图10-21（d）按齿面硬度查得齿轮接触疲劳强度极限

?Hlim1?600MPa

9、取接触疲劳寿命系数KHN1?0.90 10、接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，安全系数S=1，应用P205公式10-12得：

[?H1]?KHN1?Hlim1?0.9?600MPa?540MPa

S[σH]=（540+540）/2MPa=540MPa

设计计算

1、试计算齿轮分度圆直径dt

3dt??32KtTt?d???u?1ZHZE2?()u[?H]

2?1.5?49988322.433?189.82??（）?141.1mm0.5?1.5615402、计算圆周速度

???dtn3.14?141.1?12.8??0.09m/s

60?1000　60?10003、计算齿宽b和模数mn

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计算齿宽b

b??d?d1t?56.44mm

计算摸数mn 初选螺旋角?=15

mn?dtcos?141.1?cos15???2.84mm Z484、计算齿宽与高之比bh

齿高 h?2.25mn?2.25?2.84?6.39mm

b?56.44?8.83

h6.395、计算纵向重合度

???0.318?d?tan??0.318?0.4?48?tan15??1.64

6、计算载荷系数K 使用系数KA=1.5

根据v=0.09m/s，7级精度，由课本P194图10-8查表得动载系数Kv=1.07 查课本由P195表10-3 得KHα=KFα=1.2 查课本由P196表10-4 得KHβ=1.186， 由图10-13得 KFβ=1.35

故载荷系数K=Ka Kv KHαKHβ=1.5×1.07×1.186×1.2=2.28

7、实际载荷系数校正分度圆直径

d1?dt3K/Kt?141.138、计算模数

2.28?158.8mm 1.6m?158.8?cos15?/2?3.2

按齿根弯曲强度设计

由弯曲强度的设计公式进行设计计算

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橡胶切条机设计

2KT1Y?cos2?YF?YS? mn?3?2?dZ1??[?F]确定公式内各计算数值 1、计算载荷系数

K=Ka Kv KFαKFβ=1.5×1×1.35×1.2=2.43

2、根据纵向重合度ε=1.022，查得螺旋角影响系数Yβ=0.76 3、计算当量齿数 4、查取齿形系数Y

和应力校正系数Y

由课本由P200表10-5得：

齿形系数Yfa?2.6 应力校正系数Ysa?1.595

5、查课本P208图10-20c得到弯曲疲劳强度极限： σfe=380MPa

6、查课本由P206图10-18得弯曲疲劳寿命系数：

zv?z124??26.6733cos?cos15?Kfn?0.88

7、计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4

??F?Kfn?feS 计算模数得：

?0.88?380?238.86MPa

1.4mn?1.94mm

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数，取mn＝2mm，以

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橡胶切条机设计

满足弯曲强度 4.2.4 齿轮的最终选择

根据上文的计算分析，结合设计的实际情况，本文选择SH斜齿齿轮。 与直齿轮传动相比，斜齿轮传动的优点为： 1)啮合性能好，传动平稳，噪音小。

2)重合度大，降低了每对齿轮的载荷，提高了齿轮的承载能力 3)不产生根切的最少齿数少

图4.2 齿轮

图4.3 齿轮规格表

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图4.4 齿轮型号表

图4.5 齿轮形状表

图4.6 齿轮中心距表

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橡胶切条机设计

从以上资料中查得本文所选用的一对撮合斜齿轮是SH2-90R和SH2-90L。 中心距 a=186.35mm 所以刀具设计的中心距也是186.35mm。 齿宽b=25mm 螺旋角β=15°

法向压力角20°

齿轮分度圆直径d=186.35mm

图4.7 齿轮

4.3 主动轴

4.3.1 拟定整体方案

根据需要，确定本次轴为阶梯轴。在主动轴的左端，左端轴承，圆柱斜齿轮依次从轴的左端向右安装，在最左端处通过联轴器与减速机再通过带轮与电动机相连。在主动轴的右端，刀具，右端轴承依次从轴的右端向左安装。

轴的设计图如下：

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图4.8 主动轴

4.3.2 材料、尺寸的选择设计

1、选取轴的材料为45号钢，调质处理。查课本第370页表15-3取????35Mpa， A0=112

2、主动轴上功率P1=0.7kw，转速n1=12.8rpm，T1=522266N?m 3、初定轴的最小直径：根据课本第370页式15-2得

d?A03P10.7?1123?41.8mm n112.84、根据轴向定位的要求具体确定主动轴上各段轴的直径和长度

a． 轴的最左端要求与减速机的相连，该轴段通过减速机，并在减速机的左端通过联轴器连接固定。取d1=44mm，l1=84mm。

b．连接固定齿轮的第二阶梯轴，该轴段的直径要与前面选用齿轮相配合。齿轮的右端通过轴肩定位，左端通过套筒固定。为了使稳定连接，此处采用过盈配合。取d2=48mm，l2=72mm。

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橡胶切条机设计

图4.9 齿轮套筒

c． 用于安装轴承的第三段阶梯轴。和该轴段配合的轴承选用UCPA210形轴承。轴承右端通过轴肩定位。左边轴肩起着定位齿轮的作用。取d3=50mm，l3=60mm。

d．主要起连接、支撑作用的第四段阶梯轴。该轴段的左端轴肩用于定位轴承。取d4=64mm，l4=193mm。

e． 用于安装刀具和调整刀具距离的套筒的第五段阶梯轴。为了安全，本文设计了刀具套，两端的距离调整套筒可以根据刀具套定位，并通过刀具套调整两刀具间距离。如下图所示。取d5=70mm，l5=130mm。

图4.10 刀具套筒

f． 起连接、支撑作用的第六段阶梯轴。该轴段的右端轴肩用于定位轴承。

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橡胶切条机设计

取d6=64mm，l6=43.5mm。

g．轴的最右端用于安装轴承。此处选用UCPA209形轴承。该轴承通过左端的轴肩定位。该类轴承的外形图如下所示。取d7=45mm，l7=44mm。

图4.11 轴承

4.3.3 轴的受力分析与校核

2T12?522266??5365N d1186.35作用在齿轮上的圆周力为：Ft? 轴向力为：Fa?Fttan??5365?tan15??1438N 径向力为：Fr?Fttg??1438?tg20?/cos15?542N 求垂直面的支承力：Fv1?(l1?l2?l3)Fr?Fr'l3?2170N

l2?l3Fv2?Fr'?Fr?Fv1?5000?542?2170?3372N 求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图：

Mav?Fr'l1?542?48.5?26287N?mm M'av?Fv2l3?3372?131?441732N?mm 求水平面的支承力： FH1?l2?l1?l3Ft?6288N

l2?l3FH2?FH1?Ft?6288?5635?653N

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橡胶切条机设计

求水平弯矩，并绘制水平弯矩图：

MaH?Ftl1?5635?48.5?273281N?mm

M'aH?FH2(l2?l3)?653?(287.5?131)?273281N?m

22?273298?274559N?mm 求合成弯矩图：Ma?M2av?MaH?262872M'a?M'av?M'aH?4417322?2732812?519432N?mm

求危险截面当量弯矩：

其当量弯矩为：（取折合系数??0.6）

Me?M2a?(?T)2?5194322?(0.6?522266)2?599806N?mm

计算危险截面处轴的直径：

因为材料选择45#调质，查课本362页表15-3得?B?640MPa，得许用弯曲应力???1b??60MPa，则 d?3

所以该轴是安全的。 弯扭矩分析如下图所示：

Me599806?3?46.4mm?41.8mm0.1[?-1b]0.1?60图4.12 水平面剪力图

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橡胶切条机设计

图4.13 垂直面剪力图

图4.14 水平面弯矩图

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橡胶切条机设计

图4.15 垂直面弯矩图

图4.16 合成弯矩图

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橡胶切条机设计

图4.17 扭矩图

4.4 从动轴

4.4.1 从动轴的结构

主动轴带动从动轴，因此从动轴的来设计较主动轴而言有许多相同之处。其中包括轴的材料、齿轮相互啮合部分的轴径大小及所用的轴承都是一样的。在从动轴的左端，左端轴承，圆柱斜齿轮依次从轴的左端向右安装，从动轴不需要和减速机或电动机直接相连。在从动轴的右端，刀具，右端轴承依次从轴的右端向左安装。

实际上，在此次设计中，主动轴上的齿轮与从动轴上的齿轮相互啮合，从而带动从动轴，其转向与主动轴相反，再带动刀具按相反方向转动完成橡胶的切割。因此从动轴要考虑与主动轴的齿轮、轴承和刀具的配合。

对于轴承的选择，先考虑和与主动轴相配合的部分相同。及选定齿轮端用UCPA210形轴承，刀具端用UCPA209形轴承。据此，可以基本确定主动轴的外形，如下图所示：

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橡胶切条机设计

图4.18 从动轴

4.4.2 材料、尺寸的选择设计

1、选轴的材料为45钢，调质处理。查课本第370页表15-3取????35Mpa，A0=112 2、从动轴上功率P2=0.67kw，转速n2=12.8r/min，T2=499883N?mm 3、初定轴的最小直径，根据课本第370页式15-2得

d?A03P0.671?1123?41.8mm n112.84、根据轴向定位的要求具体确定轴各段的直径和长度

A．轴的最左端安装和主动轴齿轮相啮合的齿轮，由于齿轮左端不用连接减速机或电动机，于是通过一螺钉将齿轮固定，齿轮右端通过轴肩定位。根据主动轴的设计，该从动轴段与相对应主动轴处的直径应该相同，长度等于齿轮的长度。及d1=48mm，l1=65mm。

B．用于安装左端轴承的部分的第二段阶梯轴。根据上文的选择，此处轴段选用的轴承为UCPA210形轴承。轴承右端通过轴肩定位。另外该轴段左边作为轴肩还要起着定位齿轮的作用。该段轴和主动轴上的第三段轴相同。通过上文分析，取d2=50mm，l2=60mm。

C．起连接、支撑作用的第三段阶梯轴。左端轴肩用于定位轴承。该轴段与主动轴第四段轴相同。取d3=64mm，l3=193mm。

D．用于安装刀具和调整刀具距离的套筒的第四段阶梯轴。该轴段和主动轴

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橡胶切条机设计

上第五段轴基本相同（除套筒的安装相反外)。另外在从动轴上也需要用主动轴上设计的刀具套。根据刀具套定位确定两端的距离调整套筒，并通过刀具套调整两刀具间距离。取d4=70mm，l4=130mm。

E．起连接、支撑作用的第五段阶梯轴。该轴段的右端轴肩用于定位右端轴承。该轴段和主动轴上第六段阶梯轴相同。取d6=64mm，l6=43.5mm。

F．在轴的最右端用于安装轴承。此处选用UCPA200形轴承。该轴承通过左端的轴肩定位。该轴段与主动轴上最右端轴段相同。取d7=45mm，l7=44mm。

4.5 键

4.5.1 键的选择

由于键是标准件，键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点，使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。键的主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽b键高h表示）与长度L。键的截面尺寸 按轴的直径d由标准中选定。键的长度L一般可按轮毂的长度而定。即键长等于或略短于轮毂的长度；而导向平键则按轮毂的长度及其滑动距离而定。一般轮毂的长度可能为l??1.5?2?d。这里d为轴的直径，所选定的键长亦应符合标准规定的长度系列。根据其上面所需的要求，我们选定齿轮和轴的连接与刀具和轴的连接均采用平键联接。由于与齿轮连接轴段直径d=48，与刀具连接的轴段d=70,故键的尺寸为可从《机械设计课程手册》中查得：都应键的尺寸分别为l?b?h?63?14?9；l?b?h?56?20?12 4.5.2 键联接强度计算

平键联接传递转矩时，键的侧面受挤压，截面受剪切，可能的失效形式是较弱零件（通常为轮毂）工作面的压溃（对于静联接）或磨损（对于动联接）和键的剪断。对于实际采用的材料和按标准选用的键尺寸来说，工作面的压溃或磨损是主要的失效形式。由于普通平键多用于静联接，因此对于平键联接的强度计算，通常只进行挤压应力。

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橡胶切条机设计

根据其要求，普通平键联接的强度条件为：

?p?2T/d2T???p kldlk??式中： T——传递的转矩，单位为N?mm；

k——键与轮毂键槽的接触高度，k 0.5h，此处h为键的高度，单位为mm； L——平键的长度（mm）；

l——平键的接触长度，单位为mm，对于普通平键，A型取l=L-b；B型取l=L；C型取l=L-0.5b；b为平键的宽度。由于我设计中选用的是C型，故l=63-0.5x10=58mm

d——轴的直径，单位为mm；

???——键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，单位为MP；

pa所以有：

齿轮段 T?522266N?mmk?4.5mml?58mmd?48mm

?p?2T2?522266??83.37MPa kld4.5?58?482T2?522266??48.76MPa kld6?51?70刀具段 T?522266N?mmk?6mml?51mmd?70mm

?p?查《机械设计原理与方法》中的表6-15知，可知?p?100MPa，故有：

???p???p?

因此，两键均通过校合知平键满足要求。

4.6 联轴器

4.6.1 联轴器的选择

联轴器品种、型式、规格很多，在正确理解品种、型式、规格各自概念的基础上，根据传动的需要来选择联轴器，首先从已经制订为标准的联轴器中选择，目前我过制订为国际和行标的联轴器有数十种，这些标准联轴器绝大多数是通用联轴器，万向联轴器，每一种联轴器都有各自的特点和适合范围，基本能够满足

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橡胶切条机设计

多种工况的需要，一般情况下设计人员无需自行设计联轴器，只有在现有标准联轴器不能满足需要时才自行设计联轴器。标准联轴器选购方便，价格比自行设计的非标准联轴器要便宜很多。在众多的标准联轴器中，正确选择适合自己需要的最佳联轴器，关系到机械产品轴系传动的工作性能、可靠性、使用寿命、振动、噪声、节能、传动效率、传动精度、经济性等一系列问题，也关系到机械产品的质量。

4.6.2 定联轴器的品种、形式、规格（型号）

根据动力机和联轴器载荷类别、转速、工作环境等综合因素，选定联轴器品种，根据联轴器的配套、联接情况等因素选定联轴器型式；根据公称转矩、轴孔直径与轴孔长度作校核验算，以最后确定联轴器的型号。在轴系传动中一般均存在不同程度两轴线相对偏移，应选用挠性联轴器；当轴系传动中工作载荷产生冲击、振动时，则应选用弹性联轴器，从减振、缓冲效果和经济性考虑，宜选用非金属弹性元件弹性联轴器。本设计中选用的是的凸缘联轴器，该产品结构简单，能传递较大的扭矩,应用很广，适用于轴的刚性大,对中性较好的场合.联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接，一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的联接部件，根据切割机的要求本设计选用的联轴器其型号为GY6。

图4.19 凸缘联轴器

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4.6.3 联轴器的尺寸、安装与维护

联轴器外形尺寸，即最大径向和轴向尺寸，必须在机器设备允许的安装空间以内。应选择装拆方便、不用维护、维护周期长或者维护方便、更换易损件不用移动两轴、对中间调整容易的联轴器。大型机器设备调整两轴对中较困难，应选择使用耐久和更换易损件方便的联轴器。金属弹性元件挠性联轴器一般比非金属弹性元件挠性联轴器使用寿命长。需密封润滑和使用不耐久的联轴器，必然增加维护工作量。对于长期连续运转和经济效益较高的场合，例如我国冶金企业的轧机传动系统的高速端，目前普遍采用的是齿式联轴器，齿式联轴器虽然理论上传递转矩大，但必须在润滑和密封良好的条件下才能耐久工作，且需经常检查密封状况，注润滑油或润滑脂，维护工作量大，增加了辅助工时，减少了有效工作时间，影响生产效益。

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5 减速器箱体设计

5.1 箱体设计

箱体是机器中很重要的零件，它对箱体内的零件起包容和支撑的作用，工作时承受机器的总重量及作用力、弯矩等。在一台机器中，箱体的重量约占总重量的70%左右。因此，箱体的结构在很大程度上影响着机器的工作性能和经济性。 由于箱体的结构较为复杂，因而通常都是铸造成形。铸铁材料价格便宜，吸震性好，是制造箱体的最常用的材料。通常箱体所选用的材料是HT200，因此在设计中我也选用这种材料来铸造箱体。当强度要求高时用铸钢，要求重量轻时也可用铝合金。

虽然各类机器中箱体的结构形式、尺寸差异较大，但对箱体类零件结构设计的基本要求是相近的，即：I、造型合理；II、具有足够的刚度和强度；III、加工工艺性好；IV、便于箱体内零件的安装。因此，我所设计的箱体也应该从以上四个方面着手设计。

1、箱体的外观造型

从功能要求看，减速器箱体包容箱体内的所有零件，并通过轴承座支承轴系部件，为使传动零件得到充足的润滑，箱体还起油池的作用。箱体造型时，常以内部零件的布置及尺寸为基本出发点，再考虑包容、支承、润滑等功能要求，结合造型的设计准则，确定箱体外形。（箱体的具体外形见蜗轮箱零件图）。

2、机体要具有足够的刚度

机体刚度不够，会在加工和工作过程中产生不允许的变形，引起轴承座孔中心线歪斜，在传动中产生偏载，影响减速器的正常工作。因此在设计机体时，首先应保证轴承座的刚度。为此应使轴承座有足够的壁厚，并在轴承座附近加支撑肋。

机体加有内肋，内肋刚度大，外表光滑美观，虽然内壁阻碍润滑油流动，工艺也比较复杂，但目前采用内肋结构逐渐增多。

为了提高轴承座处的联接刚度，座孔俩侧的联接螺旋距离应尽量靠近（以不与端盖螺钉孔干涉为原则），为此轴承座孔附近应做出凸台，其高度要保证安装

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