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引言
本文主要闡述了挖掘機(jī)鏟斗轉(zhuǎn)軸上孔磨損后修復(fù)機(jī)的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師的幫助下，經(jīng)過同學(xué)們集體努力完成的。我們在設(shè)計(jì)期間主要做了以下幾項(xiàng)工作：
1.調(diào)查研究—一項(xiàng)重大的研究成果都要經(jīng)歷調(diào)查研究這一步，只有在調(diào)查中仔細(xì)分析，仔細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)問題所在，才能設(shè)計(jì)出物美價(jià)廉的產(chǎn)品。所以我們在設(shè)計(jì)開始前在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下我們到挖掘機(jī)工作現(xiàn)場，詢問師傅，共同討論。
2.查閱資料—通過調(diào)查，我們到圖書館借來許多關(guān)于挖掘機(jī)鏟斗轉(zhuǎn)軸上孔磨損修復(fù)的資料，并且到網(wǎng)上搜集資料。
3.分析計(jì)算—從機(jī)器工作現(xiàn)場回來，我們一起把測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，通過大量的計(jì)算，做出初步的機(jī)器形狀、
4.繪制圖紙—通過一系列的計(jì)算和核對，我們畫出了機(jī)器的大體形狀，然后將一些部分零件添加進(jìn)去。最后將一些連接部分畫全。
5.核對檢查—將設(shè)計(jì)出的圖紙的一些設(shè)計(jì)計(jì)算，核對一下機(jī)器某些部位是否符合實(shí)際生產(chǎn)的要求。
6.糾正—我們將自己設(shè)計(jì)的圖紙交給老師，指導(dǎo)老師在一些細(xì)節(jié)方面為我們提供了許多有意的意見，我們及時(shí)改正。最后畫出整體裝配圖。
畢業(yè)設(shè)計(jì)在我們的共同努力下完成，雖然在某些方面可能還存在一些遺漏或缺點(diǎn)，但我們所做的論文仍具有一定的特色：
1.內(nèi)容絕對新穎，目前我國修復(fù)挖掘機(jī)鏟斗轉(zhuǎn)軸上的孔的機(jī)器還沒有出現(xiàn)，我們在設(shè)計(jì)中絕無出現(xiàn)模仿別人的現(xiàn)象。
2.貫徹“少而精“的的原則，盡量多用圖、表來表達(dá)敘述性的內(nèi)容，并力求以較少的篇幅重點(diǎn)突出地傳遞較多的信息。
3.作為一名機(jī)械專業(yè)畢業(yè)生，我們在設(shè)計(jì)過程中，充分運(yùn)用我們所學(xué)的知識包括各種應(yīng)用軟件。真正做到學(xué)有所用。
4.論文講解詳細(xì)，包含許多專業(yè)知識，并且分章清楚。
本論文的主要內(nèi)容涉及：機(jī)械制造過程基礎(chǔ)知識，機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì)，機(jī)械裝配工藝，切削與磨削加工原理，圖紙的繪制等各方面的內(nèi)容。
本論文主要講解了挖掘機(jī)鏟斗轉(zhuǎn)軸孔磨損后修復(fù)機(jī)的設(shè)計(jì)過程，設(shè)計(jì)過程包括許多小部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，比如：鏜桿的設(shè)計(jì)計(jì)算、鏜刀的設(shè)計(jì)計(jì)算及帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算等。
由于我們水平的限制，論文中不妥之處在所難免，懇請批評指正。
1概 述
1．1修復(fù)機(jī)的用途
1．1．1修復(fù)機(jī)的用途
挖掘機(jī)在頻繁使用的時(shí)候，特別是在一些礦山，容易使孔和軸過度磨損，在它們之間往往還容易混進(jìn)一些雜質(zhì)，長此以往使孔和軸的間隙越來越大，最后導(dǎo)致挖掘機(jī)的鏟臂在工作過程中搖晃的越來越嚴(yán)重，這樣在一定程度上影響了挖掘機(jī)的工作效率。我們在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：大部分鏟臂由于孔磨大了后都直接報(bào)廢，這樣是對資源的一種極大浪費(fèi)。所以根據(jù)以上調(diào)查，我們設(shè)計(jì)了這種可以修復(fù)孔的機(jī)器，我們的方法是：在磨損的孔表面用焊接的方法補(bǔ)上一層焊，補(bǔ)焊的要求是必須使補(bǔ)后的孔徑比原先的孔徑小，且補(bǔ)的焊要均勻一致。然后用我們的修復(fù)機(jī)把多余的焊車去，從而達(dá)到和出廠時(shí)一樣的尺寸。考慮到是在礦山，我們設(shè)計(jì)的這種機(jī)器不但簡單省事，而且成本極低，也不會(huì)造成資源的浪費(fèi)，更重要的是安全可靠，工作效率很高。所以從經(jīng)濟(jì)角度上看，我們設(shè)計(jì)的這款機(jī)器絕對具有很好的市場前景。
下面是我們在設(shè)計(jì)過程中采集到的幾張實(shí)物圖片：
1．1．2市場調(diào)查
我們通過各方面的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：在現(xiàn)在大部分的挖掘機(jī)鏟斗上的孔磨大以后，都會(huì)把鏟臂拿回去煉鐵，重新鑄造。但也有更為先進(jìn)的方法，目前日本發(fā)明了一種帶防止轉(zhuǎn)軸跳動(dòng)的可移動(dòng)軸套的挖掘機(jī)，這種方法是通過多個(gè)軸向間距隔開的螺旋片。軸套的內(nèi)徑比螺旋片的回轉(zhuǎn)直徑稍大。在第一螺旋片松套在軸套內(nèi)后，鉆軸以鉆土速度進(jìn)入地基直到鉆出的孔達(dá)到第一深度，此時(shí)固化液從鉆軸的噴嘴中注射出，而軸套以與鉆土速度相同的速度下移。隨后，只有軸套在鉆軸不運(yùn)動(dòng)時(shí)從第一深度上移到套住第一螺旋片上方的第二螺旋片。重復(fù)上述步驟使孔達(dá)到要求深度。
下面是我們設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的整體裝配圖
圖1—1 整體裝配圖
1．2修復(fù)機(jī)的工作原理
修復(fù)機(jī)在工作過程中大致可以分為定位、對刀、粗車、精車、檢測五個(gè)不同的階段，這主要由兩個(gè)不同功能的電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)完成的。
1．2．1定位
修復(fù)機(jī)在工作前必須先將鏜桿定好位，這樣才能保證在切削過程中的穩(wěn)定。
如下圖所示，在確定鏜桿高度時(shí)，定位裝置在鏜桿的兩端各置一個(gè)，通過調(diào)節(jié)其中的
圖1—2 定位裝置示意圖
絲杠來調(diào)節(jié)鏜桿的高度。
固定裝置的安裝則采用焊接圓柱滑動(dòng)軸承的形式，在鏜桿上套上一個(gè)圓柱滑動(dòng)軸承，軸承與鏜桿采用間隙配合，（圓柱滑動(dòng)軸承可以與鏜刀相對移動(dòng)），使鏜桿與孔的軸線重合。然后用焊接的方法將圓柱滑動(dòng)軸承焊接在需要修復(fù)的孔的外面，這樣起到緊固的作用，同時(shí)減輕修復(fù)機(jī)在切削過程中產(chǎn)生的震動(dòng)。切削加工完用錘頭將焊接在鏟斗轉(zhuǎn)軸體的固定裝置敲開。使用非常方便，而且可以重復(fù)使用。下面是固定裝置的三維圖。
圖1-3固定裝置三位示圖
1．2．2對刀
當(dāng)變速電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)鏜桿轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)又使套在絲桿上的套筒勻速向前運(yùn)動(dòng)，通過雙列置推滾子軸承的連接達(dá)到使鏜桿向前運(yùn)動(dòng)的效果，這樣就可以進(jìn)行對刀。通過移動(dòng)兩側(cè)的對刀裝置，當(dāng)在孔內(nèi)臂發(fā)現(xiàn)鏜刀在各處都切削均勻時(shí)此時(shí)說明孔的軸線與鏜桿的軸線在一條直線上，或基本在一條直線上。
1．2．3加工
1．2．3．1粗車
對刀結(jié)束后，啟動(dòng)變速電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為600r|min。啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)使鏜桿轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，向前慢速且勻速運(yùn)動(dòng)，這樣就可以對孔進(jìn)行粗鏜。粗鏜的主要作用是去除因補(bǔ)焊過程中在表面生成的余量層。使精鏜順利進(jìn)行。
1．2．3．2精車
粗鏜結(jié)束后，調(diào)節(jié)變速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，此時(shí)轉(zhuǎn)速為800r|min。而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和原來一樣保持不變，這樣實(shí)現(xiàn)對孔的精鏜。精鏜的主要目的是提高加工精度。
1．2．4檢測
當(dāng)對孔精加工完后要測量一下尺寸，如果發(fā)現(xiàn)尺寸和原來的相差太大時(shí)應(yīng)重新對刀再車一遍。如果發(fā)現(xiàn)和原來的尺寸相差不大時(shí)，可以再精車一次即可，也不需重新對刀。
1.3修復(fù)機(jī)的種類
修復(fù)機(jī)的主要作用是修復(fù)孔，而在挖掘機(jī)上孔的尺寸也各不相同,有時(shí)兩孔之間的間距也不相同。我們設(shè)計(jì)的修復(fù)機(jī)主要是針對挖掘機(jī)鏟斗轉(zhuǎn)軸上的孔的修復(fù)，也可應(yīng)用在我們生活中的很多方面。所以根據(jù)孔的孔徑和兩孔的孔距我們設(shè)計(jì)了三種不同的鏜桿。
1．3．1普通型
這種也是我們主要用來修復(fù)挖掘機(jī)鏟斗轉(zhuǎn)軸的，鏜桿的尺寸為2500×Ф50.
1．3．2輕型
這種主要是針對那種孔徑比較小的，而孔又相對比較長的，鏜桿的尺寸為2000×Ф40.
1．3．3重型
這種主要是針對那種較粗孔，孔距又比較短的，鏜桿的尺寸為2800×Ф60。 通過對鏜桿長短和粗細(xì)的改變，能夠使修復(fù)機(jī)的使用范圍更加廣泛。
1.4對修復(fù)機(jī)的要求和設(shè)計(jì)修復(fù)機(jī)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)
1．4．1設(shè)計(jì)目的
為了提高挖掘機(jī)的工作效率，降低修理成本，設(shè)計(jì)一種修復(fù)孔的新型機(jī)器是必不可少的。由于在礦山工作，挖掘機(jī)經(jīng)常連續(xù)幾十個(gè)小時(shí)工作，這必然使孔的磨損加快，而孔的磨損容易導(dǎo)致挖掘機(jī)鏟臂亂晃，這必然降低挖掘機(jī)的工作效率，增加危險(xiǎn)性。修復(fù)機(jī)的設(shè)計(jì)使用，能夠使孔在很多的時(shí)間內(nèi)得到修復(fù)，這樣挖掘機(jī)可以高效的，穩(wěn)定的工作，從而提高挖掘機(jī)的各種場合工作的效率。
1．4．2對修復(fù)機(jī)的要求
（1）為了使修復(fù)機(jī)能夠正常工作，必須保證有平正的空間在放置它，以便它能夠沿著水平方向進(jìn)行切削。
（2）為了保證修復(fù)機(jī)能夠平穩(wěn)工作，支撐機(jī)構(gòu)必須要牢固，以免在工作過程中晃動(dòng)，影響加工精度。
（3）鏜桿要有足夠的剛度和強(qiáng)度。
（4）鏜刀要有足夠的硬度，保證切削過程順利進(jìn)行。
（5）排屑效果要好，有效地排除在切削過程過程中產(chǎn)生的鐵屑，不這樣僅能夠提高加工精度，而且能夠散出產(chǎn)生的熱量，從而提高刀具的使用壽命。
（6）拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單，連接元件要穩(wěn)定可靠。
（7）雙列置推滾子軸承要有足夠的剛度，這樣能夠承受足夠大的軸向力。
（8）絲杠上螺母的運(yùn)動(dòng)與鏜桿的運(yùn)動(dòng)必須要平行。
（9）固定裝置的焊接、固定必須牢固，保證鏜桿和孔之間的同軸度。
（10）保證有足夠的供電設(shè)備，在必要的時(shí)候修復(fù)機(jī)最好配上發(fā)電機(jī)，這樣使修復(fù)機(jī)在工作時(shí)有保證。由于修復(fù)機(jī)需要用兩臺電機(jī)，所以供電設(shè)備是必不可少的。
1．4．3修復(fù)機(jī)主要參數(shù)的確定
（1）鏜桿尺寸的選定
根據(jù)孔徑大小以及兩孔之間的距離以及受力來確定。
（2）調(diào)速電機(jī)的選定
根據(jù)切削過程中所需的鏜桿轉(zhuǎn)速確定。
（3）帶輪的選定
根據(jù)步進(jìn)電機(jī)來確定
（4）鏜桿帶輪的選定
根據(jù)鏜桿直徑長度來確定
（5）皮帶的選定
根據(jù)電機(jī)輪和鏜桿帶輪來確定。
（6）步進(jìn)電機(jī)的選定
根據(jù)鏜桿前進(jìn)所需的移動(dòng)速度。
（7）固定裝置的選定
根據(jù)鏜桿的直徑大小，選擇與鏜桿有間隙配合的孔徑，保證兩者之間可以相對移動(dòng)。
（8）絲杠的選定
根據(jù)與步進(jìn)電機(jī)相連的帶輪尺寸、受力情況。
（9）鏜刀的選定
依據(jù)鏜桿的直徑以及孔的直徑，鏜刀可以調(diào)節(jié)長度，起到對刀的作用。
（10）皮帶輪的選定
根據(jù)皮帶的類型以及機(jī)器在工作過程中的受力情況確定，使皮帶輪在工作過程中能夠承受較大的力而不致破壞。
2帶傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 帶傳動(dòng)系統(tǒng)
2．1．1概述
圖2-1帶傳動(dòng)裝配圖
帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)。帶傳動(dòng)的基本組成零件為帶輪和傳動(dòng)帶。正確選擇帶傳動(dòng)系統(tǒng)，對于保證修復(fù)機(jī)在工作過程中穩(wěn)定、高效運(yùn)行，充分發(fā)揮修復(fù)機(jī)的整體效應(yīng)，是一個(gè)不可缺少的重要因素。帶傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括變速④皮帶、③電機(jī)輪、①鉤頭楔鍵、②帶輪。在具體選用帶傳動(dòng)過程時(shí)，首先要選擇一個(gè)合適的電動(dòng)機(jī)。由于鏜刀在切削過程中需要有精車和粗車兩個(gè)過程，所以電機(jī)必須采用變速電機(jī)，這樣才能達(dá)到在粗車時(shí)轉(zhuǎn)速較慢而在精車時(shí)轉(zhuǎn)速較快。根據(jù)普通車床電機(jī)，我們選擇的變速電機(jī)功率為4.5KW。最快轉(zhuǎn)速為每分鐘1200轉(zhuǎn)，最慢轉(zhuǎn)速為每分鐘800轉(zhuǎn)。這樣既能滿足機(jī)器在工作過程中的功率，也能使機(jī)器穩(wěn)定。
帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)。帶傳動(dòng)的基本組成零件為帶輪和傳動(dòng)帶。
2．1．2 帶傳動(dòng)的類型和選擇
按照工作原理的不同，帶傳動(dòng)可分為摩擦性帶傳動(dòng)和嚙合型帶傳動(dòng)。而根據(jù)帶傳動(dòng)的橫截面積形狀的不同有可以分為平帶傳動(dòng)、園帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)和多楔帶傳動(dòng)。每種帶都個(gè)有各的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。
平帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)效率高，帶輪也容易制造，在傳動(dòng)中心距較大的情況下應(yīng)用較多。
圓帶結(jié)構(gòu)簡單，其材料常為皮革、棉、麻、錦綸、聚氨酯等，多用于小功率傳動(dòng)。
多楔帶兼有平帶柔性好喝V帶摩擦力大的優(yōu)點(diǎn)，并解決了多根V帶長短不一而各帶受力不均的問題。多用于傳遞功率較大同時(shí)要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合。
V帶的橫截面積呈等腰梯形，帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽。傳動(dòng)時(shí)，V帶的兩個(gè)側(cè)面和輪槽接觸。槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V帶傳動(dòng)允許的傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，大多數(shù)V帶已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。
綜上所述，我們選擇V帶傳動(dòng)來帶動(dòng)。
2．1．3帶傳動(dòng)的連接
由于電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)速較快，必然使連在上面的帶輪承受軸向作用力，所以我們采用變速電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與帶輪通過鉤頭楔鍵連接的方式，這樣保證電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中帶輪不會(huì)左右晃動(dòng)，也就是發(fā)生軸向移動(dòng)。
2.2 帶傳動(dòng)的受力分析
2．2．1帶傳動(dòng)的受力分析
變速電機(jī)帶動(dòng)帶輪傳動(dòng)前，傳動(dòng)帶以一定的初拉力F0張緊在帶輪上。如下圖所示
圖2-2（a）不工作時(shí)
帶傳動(dòng)工作時(shí)，因?yàn)閹Ш蛶л嗛g有一定的靜摩擦力，所以使帶一邊拉緊，一邊放松。緊邊拉力為F1，松邊拉力為F2。如果近似認(rèn)為帶的總長度不變，并且假設(shè)認(rèn)為帶為線彈性體，則有下列公式成立:
F1-F0=F0－F1
受力分析如圖
圖2-3（b）工作時(shí)
如果取與帶輪接觸的傳動(dòng)帶為分離體，則根據(jù)帶傳動(dòng)上諸力對帶輪中心的力矩平衡條件可得
Ff =F1－F2
式中Ff為傳動(dòng)帶工作面上的總摩擦力的大小。
圖2-4（a）不工作時(shí)
帶傳動(dòng)的有效拉力為Fe 等于傳動(dòng)帶工作表面上的總的摩擦力Ff，則有下面等式成立：
Fe=Ff= F1－F2
則有效拉力與帶傳動(dòng)所傳遞的功率P的關(guān)系為 ：
P=Fev/1000
式中的功率單位為KW，有效拉力Fe的單位為N，帶傳動(dòng)的速度v為m/s。
在初拉力F0，緊邊力F1，松邊力F2和有效圓周力Fe這4個(gè)力當(dāng)中，其中有兩個(gè)是單獨(dú)的。因此我們可得：
F1= F0 + Fe/2
F2= F0- Fe/2
由此我們可知，在帶速一定的條件下，帶傳動(dòng)所傳遞的功率P決定了帶傳動(dòng)應(yīng)有的有效拉力Fe，也就相應(yīng)決定了傳動(dòng)帶和帶輪間應(yīng)帶至少具有的總摩擦力Ff，以及為了獲得這個(gè)總摩擦力Ff，傳動(dòng)帶應(yīng)具有的最小的初拉力（F0）min。
帶輪的初拉力F0必須大于帶傳動(dòng)的正常工作所要求的最小的出拉力（F0）min，否則主動(dòng)帶輪將帶動(dòng)不了從動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，這樣我們的修復(fù)機(jī)就無法正常使用。但是，我們又必須牢記，過大的初拉力也是沒有必要的。
傳動(dòng)帶的緊邊拉力與松邊拉力取決于帶的初拉力和帶傳動(dòng)的有效拉力。在帶傳動(dòng)有效拉力給定的條件下，把傳動(dòng)帶張的過緊，只會(huì)無謂的增大傳動(dòng)帶的緊邊拉力和松邊拉力，從而是帶傳動(dòng)因過度磨損而很快松弛。
綜上所述：為了保證帶傳動(dòng)的正常工作，首先要確定滿足傳遞功率要求的至少具有的總摩擦力和與之對應(yīng)的最小初拉力。
2.3 帶傳動(dòng)的參數(shù)選擇
2．3．1中心距
中心距大可以增加帶輪的包角，減少單位時(shí)間內(nèi)帶的循環(huán)次數(shù)，有利于提高帶的壽命。但是中心距過大，則會(huì)加劇帶的波動(dòng)，降低帶傳動(dòng)的平穩(wěn)性，同時(shí)增大帶傳動(dòng)的整體尺寸。中心距小，則有相反的利弊。一般選帶傳動(dòng)的中心距為
0.7（dd1+dd2）≤0≤2（dd1+dd2）
其中，0為初選的帶傳動(dòng)中心距，單位mm.
2．3．2傳動(dòng)比
傳動(dòng)比大，會(huì)減小帶輪的包角。當(dāng)帶輪的包角減小到一定程度時(shí)，帶傳動(dòng)會(huì)打滑，從而無法傳遞規(guī)定的功率。因此，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般為≤7推薦值為=2～5
2．3．3帶輪的基準(zhǔn)直徑
在帶傳動(dòng)需要傳遞的功率給定的條件下，減小帶輪的直徑，會(huì)增大帶傳動(dòng)的有效拉力，從而導(dǎo)致V帶根數(shù)的增加。這樣不僅增大了帶輪的寬度，而且增大了載荷在v帶之間分配的不均勻性，另外，帶輪直徑的減小，增加了帶的彎曲應(yīng)力。。為避免彎曲應(yīng)力過大，小帶輪的基準(zhǔn)直徑就不能過小。一般情況下，應(yīng)保證dd≥(dd)min。推薦的V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑列于下面表格中。
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
(dd)min
20
50
75
125
200
335
500
2．3．4帶速v
當(dāng)帶傳動(dòng)的功率一定時(shí)，提高帶速，可以降低帶傳動(dòng)的有效拉力，相應(yīng)地減少帶的根數(shù)或者V帶的橫截面積，總體上減少帶傳動(dòng)的尺寸；但是，提高轉(zhuǎn)速，也提高帶速，也提高了V帶的離心應(yīng)力，增加了單位時(shí)間內(nèi)帶的循環(huán)次數(shù)，不利于提高帶傳動(dòng)的疲勞強(qiáng)度和壽命。降低帶速則有相反的效果。
由此可見，帶速不易過高或過低，一般推薦v=5～25m/s，最高帶速vmax＜30m/s。
2.4 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
2．4．1已知條件和設(shè)計(jì)內(nèi)容
設(shè)計(jì)V帶傳動(dòng)時(shí)的已知條件包括：帶傳動(dòng)的工作條件；帶傳動(dòng)位置與總體尺寸限制；所需傳遞的額定功率P；小帶輪轉(zhuǎn)速n1;大帶輪轉(zhuǎn)速n2或傳動(dòng)比i。
設(shè)計(jì)內(nèi)容包括帶的型號、確定基準(zhǔn)長度、根數(shù)、中心距、帶輪材料、基準(zhǔn)直徑以及結(jié)構(gòu)尺寸、初拉力和壓軸力、張緊裝置等。
2．4．2設(shè)計(jì)步驟和方法
（1） 確定計(jì)算功率
計(jì)算功率Pca是根據(jù)傳遞的功率P和帶的工作條件而確定的
Pca=KaP
式中Pca：計(jì)算功率，KW
Ka：工作情況系數(shù)。
P：所需傳動(dòng)的額定功率。
根據(jù)工作情況系數(shù)表可知我們所需的Ka值為1.1所以可的Pca為1.1×4.5=4.95 KW
（2） 選擇V帶的帶型
根據(jù)計(jì)算功率Pca通過普通V帶選型圖我們選擇B型帶。
（3） 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑Dd并演算帶速
根據(jù)V帶的帶型，參考V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑表我們確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑Dd1為112mm，大帶輪的直徑Dd2為160mm。
（4） 演算帶速v
帶速不宜過低或過高，一般應(yīng)使v=5～25m/s，最高不超過30m/s。
ε=(v1-v2)/v1 ×100％
或 v2=(1-ε)v1
ε為帶輪線速度的相對變化量，我們用滑動(dòng)率來評價(jià)。
其中
v1=Dd1n1/60×100
V2=Dd2n2/60×100
式中，n1、n2分別為主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的的轉(zhuǎn)速，r/min。
由以上式子可得Dd2n2=(1-ε)Dd1n1
因而帶傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比為
=n1/n2=Dd2/(1-ε) Dd1
在一般的帶傳動(dòng)中，因活動(dòng)率不大(ε≈1％～2％),故可以不予考慮，而取傳動(dòng)比為
=n1/n2≈Dd2/Dd1
通過以上式子我們可以得到v≈15m/s在可使用范圍之內(nèi)。
（5）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑
由Dd2=iDd1計(jì)算。
在此我們插入普通 V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列表
帶型
基準(zhǔn)直徑dd
Y
20，22.4，25，28，31.5，40，45，50，56，63，71，80，90，100，
112，125
Z
50，56，63，71，75，80，90，100，112，118，125，132，140，150，
160，180，200，224，250，280，315，355，400，500，630
A
75，80，85，90，95，100，106，112，118，125，132，140，150，160，
180，200，224，250，280，315，355，400，450，500，560，630，710，
800
B
125，132，140，150，160，170，180，200，224，250，280，315，400，
450，500，560，600，630，710，750，800，900，1000，1120
C
200，212，224，236，280，300，315，355，400，450，500，560，600，
630，710，750，800，900，1000，1120，1250，1400，1600，
D
355，375，400，420，425，450，475，500，560，600，630，710，750，
800，900，1000，1060，1120，1250，1400，1500，1600，1800，2000
E
500，530，560，600，630，670，800，900，1000，1120，1250，1400，
1500，1600，1800，2000，2240，2500
2．4．3確定中心距離,并選擇V帶的基準(zhǔn)長度Ld
（1） 根據(jù)帶傳動(dòng)總體尺寸的限制條件或要求的中心距，結(jié)合初定中心距0
（2） 計(jì)算相應(yīng)的帶長Ld。
Ld?！?a+3.14（Dd2-Dd1）+(Dd2-Dd1)2/4a
帶的基準(zhǔn)長度Ld由V帶的基準(zhǔn)長度系列及長度系數(shù)KL表確定
基準(zhǔn)長度
Ld/mm
帶長修正系數(shù)KL
Y
Z
A
B
C
D
E
400
0.96
0.87
450
1.00
0.87
500
1.02
0.91
560
0.94
630
0.96
0.1
710
0.99
0.83
800
1.00
0.85
900
1.03
0.87
0.82
1000
1.06
0.89
0.84
1120
1.08
0.91
0.86
1250
1.11
0.93
0.88
1400
1.14
0.96
0.90
1600
1.16
0.99
0.92
0.83
1800
1.18
1.01
0.95
0.86
2000
1.03
0.98
0.88
1.06
1.00
0.91
1.09
1.03
0.93
1.11
1.05
0.95
1.13
1.07
0.97
0.86
1.17
1.09
0.99
0.89
1.19
1.13
1.02
0.91
1.15
1.04
0.93
0.90
1.18
1.07
0.96
0.92
帶入數(shù)值可得帶長Ld。≈4500mm
2．4．4計(jì)算中心距及其變動(dòng)范圍
中心距越大帶越容易顫動(dòng)，而中心距越小帶越容易疲勞，所以中心距的選擇對于帶傳動(dòng)來說是至關(guān)重要的。
傳動(dòng)的實(shí)際中心距近似為
≈0+(Ld- Ld。)/2
考慮刀帶輪的制造誤差、帶長誤差、帶的彈性以及因帶的松弛而產(chǎn)生的補(bǔ)充張緊的
要的變動(dòng)范圍常給出中心距
min= -0.015 Ld
max=-0.03 Ld
2．4．5演算小帶輪上的包角а1
因?yàn)樾л喌陌切∮诖髱л喌陌?，小帶輪上的總摩擦力相?yīng)地大于大帶輪上的總摩擦力。因此，打滑只可能在小帶輪上發(fā)生。為了提高帶傳動(dòng)的工作能力，應(yīng)使
а1≈180°-（dd2-dd1）57.3°/ ≥90°
2．4．6確定帶的根數(shù)z
Z=Pca/Pr=KA/(P0+△P0)KaKL
為了使各根V帶受力均勻，帶的根數(shù)不宜過多，一般應(yīng)少于10根。否則，應(yīng)選擇橫截面積較大的帶型，亦減少帶的根數(shù)。
由此可的Z≈2，所及我們用兩根帶。
2．4．7計(jì)算帶傳動(dòng)的壓軸力 FP
為了設(shè)計(jì)帶輪軸的軸承，需要計(jì)算帶傳動(dòng)在軸上的壓軸力FP
FP=2zF0sin(а1/2)
式中的а1為小帶輪的包角。
下面我們給出測定初拉力所需要的垂直力G
帶型
小帶輪直徑
Dd1/mm
帶速v/(m/s)
0～10
10～20
20～30
Z
50～100
＞100
5～7
7～10
4.2～6
6～8.5
3.5～5.5
5.5～7
A
75～140
＞140
9.5～14
14～21
8～12
12～18
6.5～10
10～15
B
125～200
＞200
18.5～28
28～42
15～22
22～33
12.5～18
18～27
C
200～400
＞400
36～54
54～85
30～45
4570
25～38
38～56
D
355～600
＞600
74～108
108～162
62～94
94140
507～5
75～108
E
500～800
＞800
145～217
217～325
124～186
186～280
100～150
150～225
下面是壓軸力的計(jì)算示意圖
圖2-5計(jì)算示意圖
2.5 V帶輪的設(shè)計(jì)
2．5．1 V帶輪的材料
我們采用的材料為HT150。
2．5．2 V帶輪的結(jié)構(gòu)形式
我們采用V帶輪實(shí)心式，即能保證能夠承受一定的載荷，又能減少額外功率輸出。
2．5．3 V帶輪的技術(shù)要求
1） V帶輪不允許有砂眼、裂縫、縮孔及氣泡。
2） V鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應(yīng)力的前提下，允許對輪緣、凸臺、腹板的表面缺陷進(jìn)行修復(fù)。
3） 轉(zhuǎn)速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之要做動(dòng)平衡。
2.6 V帶傳動(dòng)的張緊、安裝和防護(hù)
2．6．1 V帶傳動(dòng)的張緊
V帶傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間以后，會(huì)因?yàn)閹У乃苄宰冃魏湍p而松弛。為了保證帶傳動(dòng)正常工作，我們在使用修復(fù)機(jī)時(shí)應(yīng)定期的檢查帶的松弛程度，采用相應(yīng)的補(bǔ)救措施。
2．6．2 V帶傳動(dòng)的安裝
修復(fù)機(jī)的變速電機(jī)是固定不動(dòng)的，在使用過程中一般把電機(jī)焊在牢固的鐵架子上，將鐵架子放在地面固定，確保在修復(fù)機(jī)使用過程中產(chǎn)生的振動(dòng)最小。修復(fù)機(jī)在工作過程中鏜桿會(huì)自動(dòng)向外移動(dòng)，這段距離比較小也就是我們所要修復(fù)的孔的長度。通過調(diào)查和測量，我們發(fā)現(xiàn)礦山使用的挖掘機(jī)鏟斗轉(zhuǎn)軸上的孔一般長度為100mm，而兩個(gè)帶輪的距離為2000mm。通過畫圖計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)修復(fù)機(jī)在工作過程中，帶偏移的角度還不到3度，所以我們可以忽略帶的偏移。
圖2-6偏移角度示意圖
2．6．3 V帶傳動(dòng)的防護(hù)
原則上講，帶傳動(dòng)應(yīng)至于鐵絲網(wǎng)或防護(hù)罩之內(nèi)，使之不能外露，以免遭受風(fēng)吹日曬，減少使用壽命。但我們所設(shè)計(jì)的修復(fù)機(jī)主要考慮到拆卸方便，可以在大多數(shù)情況下使用，所以并不需要加防護(hù)罩。
3 修復(fù)機(jī)切削部分的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1切削部分的概況
3．1．1切削部分簡介
切削部分是修復(fù)機(jī)在工作過程中的中心環(huán)節(jié)，在工作過程中，通過鏜桿的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)和徑向的移動(dòng)，從而使鏜刀切削焊層，最終達(dá)到修復(fù)的目的。
3．1．2切削部分的組成
下面是我們所設(shè)計(jì)的圖紙
圖3-1切削部分示意圖
通過上圖我們可以看到切削部分主要由鏜桿、鏜刀以及固定裝置組成，鏜桿主要是傳遞動(dòng)力，鏜刀用于切削，而固定裝置用于固定。三個(gè)部分通過與其他部分相互配合，實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動(dòng)。
3.2修復(fù)機(jī)鏜桿的設(shè)計(jì)計(jì)算
3．2.1鏜桿的選擇
修復(fù)機(jī)在工作過程中，即支撐傳動(dòng)機(jī)件又傳遞動(dòng)力，即承受彎矩和扭矩兩種作用。所以在整個(gè)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中起到至關(guān)重要的作用。我們所設(shè)計(jì)的修復(fù)機(jī)在工作過程中一邊在帶傳動(dòng)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，一邊在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的帶動(dòng)下向前運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)鏜桿應(yīng)考慮多方面的因素和和要求，其中我們主要是對鏜桿的選材、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和剛度。對于高速軸還應(yīng)考慮振動(dòng)穩(wěn)定型問題。
在設(shè)計(jì)過程中考慮到鏜桿的受力、強(qiáng)度、剛度、耐磨性等的要求，以及為實(shí)現(xiàn)這些要去而采用的熱處理方式，同時(shí)考慮到制造工藝問題加以選用，力求經(jīng)濟(jì)合理。制造鏜桿的材料很多，我們采用45號優(yōu)質(zhì)碳素機(jī)構(gòu)鋼，也就是常用的軸的材料。下面是45號鋼的主要力學(xué)性能表：
材料牌號
熱處理
毛坯直徑
硬度
抗拉強(qiáng)度
屈服點(diǎn)
彎曲疲勞極限
扭轉(zhuǎn)疲勞極限
許用靜應(yīng)力
許用疲勞應(yīng)力
MPa 不小于
MPa
MPa
45
正火
25
≤241
610
360
260
150
244
173～200
正火
回火
≤100
＞100～300
＞300～500
＞500～750
170～217
162～217
156～217
600
180
560
540
300
290
280
270
240
235
225
215
140
135
130
125
240
238
224
216
160～184
156～180
150～173
143～165
調(diào)質(zhì)
≤
200
217～255
650
360
270
155
260
180
180～207
備注：45號鋼應(yīng)用最為廣泛
3．2．2鏜桿的尺寸設(shè)計(jì)
鏜桿在整個(gè)機(jī)器中與多個(gè)零件相連接，鏜桿的尺寸決定了與它相連零件的尺寸，所以鏜桿的尺寸設(shè)計(jì)是我們必須首先考慮的。通過對挖掘機(jī)鏟斗轉(zhuǎn)軸上孔的測量以及對修復(fù)機(jī)的整體裝配情況，我們設(shè)計(jì)的鏜桿的尺寸如下圖：
圖3-2鏜桿尺寸示意圖
由于在實(shí)際的礦山生產(chǎn)中挖掘機(jī)的型號很多，所以我們在設(shè)計(jì)鏜桿的尺寸時(shí)也根據(jù)不同的挖掘機(jī)型號設(shè)計(jì)了幾種不同的鏜桿，這樣才能保證修復(fù)機(jī)能夠修復(fù)不同的孔徑。
3．2．3鏜桿的裝配
鏜桿是工作過程的中心，所以必然與多個(gè)部件相陪合，只有通過合理的配合才能保證鏜桿正常運(yùn)行，且不發(fā)生各種不必要發(fā)生的情況。
（1）與帶輪的裝配如圖：
圖3-3帶輪與鏜桿的裝配示意圖
鏜桿與帶輪通過平鍵鏈接實(shí)現(xiàn)過盈配合，即保證能夠承受一定的徑向和徑向力，而且便于拆卸。同時(shí)在帶輪上安裝一擋板，在擋板和鏜桿的中心打上螺紋孔，用螺釘將二這連接，這樣使整個(gè)連接更加緊固。而鍵的尺寸我們通過查閱機(jī)械制圖可知，公稱直徑為50的軸，鍵的尺寸為b×h=16×10。長度L的范圍為45～180。
（2）與圓錐雙列滾動(dòng)軸承的配合
與圓錐雙列滾動(dòng)軸承的配合圖如下：鏜桿通過過盈配合與圓錐雙列滾子軸承配合，這個(gè)配合是整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，通過圓錐雙列滾子軸承，把進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳遞給鏜桿。同時(shí)并不影響鏜桿做軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。
從整體裝配圖我們可以看出，雙列圓錐滾子軸承在機(jī)器工作過程中承受很大的軸向力，所以我們在裝配時(shí)必須考慮它的固定。在連接過程中，將兩快墊板與雙列圓錐滾子軸承的上下兩端焊接，同時(shí)鏜桿上加工出一小段軸肩，這樣防止軸承向左做軸向移動(dòng)。再用擋板把兩塊墊板連接在一起，分別用螺釘緊固。與此同時(shí)，鏜桿的最左邊加上彈性擋圈。這樣又能夠防止軸承向右移動(dòng)。
圖3-4軸承與鏜桿裝配示意圖
（3） 與鏜刀的配合
圖3-5鏜桿與刀具的裝配示意圖
由圖可知：在鏜桿的不同位置，分別挖兩處凹坑，以便安裝鏜刀，同時(shí)在鏜桿的另一側(cè)打上螺紋孔，通過調(diào)節(jié)螺紋這使鏜刀更為穩(wěn)定的固定在鏜桿上。
（4） 與圓柱滾子軸承的的配合（即與固定裝置的配合）
圖3-6鏜桿與固定裝置裝配示意圖
由圖可知，鏜刀與圓柱滾子軸承之間采用間隙配合。在工作過程中，為了保證鏜桿不上下晃動(dòng)，我們采用在鏜桿上加圓柱滾子軸承的方法。同時(shí)在軸承的不同位置焊接上連接架。在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)前，將連接架焊接在所要修復(fù)的孔體上；而當(dāng)結(jié)束時(shí)在將連接體敲下。同時(shí)還保證鏜桿即能軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，又能徑向移動(dòng)。
（5） 與調(diào)節(jié)裝置的連接如下圖3-7所示：
調(diào)節(jié)裝置示意圖
由三維視圖可知：鏜桿在一側(cè)與調(diào)節(jié)裝置的連接即將鏜桿放在調(diào)節(jié)裝置上，因?yàn)檎{(diào)節(jié)裝置上的半圓直徑與鏜桿的直徑基本相識，同時(shí)半圓體下面有螺絲柱支撐，通過調(diào)節(jié)螺紋來調(diào)節(jié)鏜桿的高度。這個(gè)調(diào)節(jié)裝置主要調(diào)節(jié)鏜桿的位置，以便實(shí)現(xiàn)對刀。當(dāng)對好刀以后可以將調(diào)節(jié)裝置拆下。
3.3鏜刀的設(shè)計(jì)和計(jì)算
3．3．1鏜刀的選定
鏜刀是修復(fù)機(jī)在工作過程中用于切削的部件，在切削過程中承受的力較大，所以鏜刀必須保證一定的剛度，強(qiáng)度以及耐磨性等各方面要求。我們選用的是市場上比較普遍的微調(diào)刀具，材料是Cr2鋼，也就是下圖所示的刀具：
圖3-8鏜刀尺寸示意圖3.3.1-1
這種刀具能夠保證承受比較大的強(qiáng)度，拉力以及徑向和軸向力，且耐磨度較好，最主要的是能夠根據(jù)不同的尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，也就是我們所說的對刀。
3．3．2鏜刀的工作原理
鏜削 ：鏜削是一種用刀具擴(kuò)大孔或其它圓形輪廓的內(nèi)徑車削工藝，其應(yīng)用范圍一般從半粗加工到精加工，所用刀具通常為單刃鏜刀（稱為鏜桿）。
單刃微調(diào)精鏜刀：本實(shí)用新型涉及一種孔加工用單刃微調(diào)精鏜刀，包括刀體和刀桿，其特征在于：所述刀體內(nèi)置有滑動(dòng)刀夾，滑動(dòng)刀夾上固定有微調(diào)螺母，微調(diào)螺桿通過限位螺母、限位襯套和刀體連接，所述微調(diào)螺母與所述微調(diào)螺桿組成一對螺紋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述滑動(dòng)刀夾端部置有刀桿，并由鎖緊螺釘鎖緊固定，刀片置于所述刀桿的端部。所述微調(diào)螺桿的一端設(shè)置有刻度盤，刻度盤與所述限位螺母之間安裝有蝶形彈簧。與現(xiàn)有的微調(diào)精鏜刀相比，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，采用螺紋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整方便，鏜孔范圍可從2mm到150mm，刻度盤每旋轉(zhuǎn)一格，精度為0.01mm，調(diào)整范圍大，調(diào)整精度高。
3．3．3鏜刀的位置
根據(jù)孔的位置來確定鏜刀的位置，下面是我們所測量的一種型號的挖掘機(jī)鏟斗轉(zhuǎn)軸上的孔的情況如下圖所示：
圖3-9鏜刀位置示意圖
由圖我們可以看到在修復(fù)過程中鏜刀要同時(shí)通過兩個(gè)相同的孔，這就要求對兩把鏜刀進(jìn)行定位，由圖可知，由于兩個(gè)孔之間的距離為200mm，所以我們在設(shè)計(jì)過程中也讓兩把鏜刀相距200mm。并且鏜刀與孔之間的距離為40mm，鏜刀的角度為與水平方向成53度角。
3.4固定裝置
3．4．1注意事項(xiàng)
當(dāng)對好刀以后分別將兩個(gè)圓柱滾子軸承套在鏜桿上，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
1）、在加工連接架的時(shí)候應(yīng)保證每個(gè)連接架的大小尺寸相同。
2）、在焊接的時(shí)候，應(yīng)保證每個(gè)連接架與圓柱滾子軸承的軸線所成的角度相同。
3）、選用的連接架材料必須有足夠強(qiáng)的剛度和硬度，這樣防止在敲擊下來時(shí)發(fā)生彎曲變形。
3．4．2固定裝置的作用
機(jī)器在切削過程中，鏜桿承受很大的軸向力和徑向力。所以我們設(shè)計(jì)固定裝置主要目的是減少震動(dòng)，保證切削順利進(jìn)行。同時(shí)，采用連接支架的方式可以防止鏜刀與之發(fā)生碰撞，更重要的是在對刀時(shí)可以目測到，測量時(shí)也比較方便。
3.5軸的強(qiáng)度和剛度計(jì)算
3．5．1軸的剛度計(jì)算
1）按轉(zhuǎn)矩估算
軸的強(qiáng)度計(jì)算方法分為三種，以下我們是按照轉(zhuǎn)矩估算。這種方法是根據(jù)軸所受的轉(zhuǎn)矩來計(jì)算。如果軸上還作用較小的彎矩時(shí)，則用降低許用應(yīng)力的方法加以考慮。用這種方法是為了初步確定軸徑，在此基礎(chǔ)上做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對于一般的軸，也可作為最后計(jì)算結(jié)果。實(shí)心軸的直徑計(jì)算公式如下：
式中d為計(jì)算剖面處軸的直徑（mm）
T為軸傳遞的額定轉(zhuǎn)矩（N?mm）
T=9550000P/n
P為軸傳遞的額定功率（kw）
n為軸的轉(zhuǎn)速（r/mm）
[t]為軸的許用轉(zhuǎn)應(yīng)力
2）安全系數(shù)校核計(jì)算
軸的安全系數(shù)校核計(jì)算包括兩方面：疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核和靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核。危險(xiǎn)截面的位置應(yīng)是計(jì)算彎矩較大，截面積較小，應(yīng)力集中較嚴(yán)重的截面，也就是實(shí)際應(yīng)力較大的截面。
判斷依據(jù)為S≥[S]。當(dāng)該式不能滿足時(shí)，應(yīng)改進(jìn)鏜桿軸的結(jié)構(gòu)一降低應(yīng)力集中。軸的疲勞強(qiáng)度是根據(jù)長期作用在軸上的最大變載荷進(jìn)行校核計(jì)算。計(jì)算公式如下：
式中St為只考慮彎矩作用時(shí)的安全系數(shù)；
S6為只考慮扭矩作用時(shí)的安全系數(shù)；
[S]按疲勞強(qiáng)度計(jì)算的許用安全系數(shù)，
見表如下：
[S]
選擇條件
1.3～1.5
1.5～1.8
1.8～2.5
載荷確定精確，材料性質(zhì)較均勻
載荷確定不夠精確，材料性質(zhì)不夠均勻
載荷確定不精確，材料性質(zhì)均勻度較差
3）軸靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核
軸的靜強(qiáng)度是根據(jù)軸的短時(shí)最大載荷（包括動(dòng)載荷和沖擊載荷）來計(jì)算的。校核的目的是保證軸對塑性變形的抵抗能力。
危險(xiǎn)截面安全系數(shù)的校核計(jì)算公式為:
SS6為只考慮彎曲時(shí)的安全系數(shù)；
SSt為只考慮扭轉(zhuǎn)時(shí)的安全系數(shù)，
3．5．2軸的強(qiáng)度
軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過超過允許的限度，就會(huì)影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)茐臋C(jī)器的工作性能。因此在設(shè)計(jì)鏜桿時(shí)必須檢驗(yàn)軸的變形量。
1）軸的扭矩變形計(jì)算
軸的扭矩變形，用每米軸長的扭轉(zhuǎn)角β表示
對于圓形實(shí)心軸的扭轉(zhuǎn)角的簡化計(jì)算公式如下
式中T為軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（N?mm）
l為軸受轉(zhuǎn)矩作用的長度（mm）
d為軸的外直徑（mm）、G為材料的切變模量（MPa）
4進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部分概況
4．1．1進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部分的工作原理
進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部分也是修復(fù)機(jī)的重要組成部分，它的工作原理是，通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)又帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)，在絲桿上套上一個(gè)帶有平臺的套管，同時(shí)平臺通過一調(diào)節(jié)裝置與圓錐雙列滾動(dòng)軸承相連。在絲杠上必須安裝一聯(lián)軸器來保證絲杠上的平臺做直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過齒輪傳動(dòng)絲杠向前做勻速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)平臺做同樣的運(yùn)動(dòng)，又通過圓錐雙列滾動(dòng)軸承，最終使鏜桿做勻速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鏜刀邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊前進(jìn)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很慢，而且可以改變轉(zhuǎn)向，能夠使鏜桿在孔內(nèi)左右移動(dòng)，每完成一次切削運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)使鏜刀回到原先位置，進(jìn)行一次測量，然后調(diào)節(jié)鏜刀，再做一次切削運(yùn)動(dòng)，最終使孔達(dá)到我們所需的尺寸。
4．1．2進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部分的組成和作用
進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部分的主要作用是通過一系列的傳動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)鏜桿上鏜刀的勻速運(yùn)動(dòng)，下面是進(jìn)給部分示意圖：
圖4-1進(jìn)給部分示意圖
通過上圖我們可知，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部分大體分為絲杠傳動(dòng)部分、萬向聯(lián)軸器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、、兩個(gè)帶輪，皮帶、擋板、雙列圓錐滾子軸承以及連接圓錐雙列滾子軸承與絲杠的連接體。
4.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
4．2．1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇
步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號便確定下來了。
（1）步距角的選擇
電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度 。
（2）靜力矩的選擇
步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸） 。
（3）電流的選擇
靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）
出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮我們選擇反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)也是市場廣泛使用的一種。
4.3雙列圓錐滾子軸承
4．3．1雙列圓錐滾子軸承
雙列圓錐滾子軸承的主要作用是起傳動(dòng)作用，我們的要求是一方面能使鏜桿在軸承內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)，一方面雙列圓錐滾子軸承與絲桿通過連接裝置相連。我們所選擇的雙列圓錐滾子軸承可以滿足上述要求。
下面是雙列圓錐滾子軸承的示意圖：
徑向當(dāng)量動(dòng)載荷
當(dāng)Fa/Fr≤e ，Pr=Fr + Y1Fa
當(dāng)Fa/Fr≥e ，Pr=0.67 Fr + Y2Fa
徑向當(dāng)量靜載荷： Por=Fr+YoFa
圖4-2雙列圓錐滾子軸承
式中Fr、Fa均指作用于軸承上的總載荷最小徑向載荷Fmin=0.02Cr
下面我們列舉了基本尺寸為800mm的雙列圓錐滾子軸承的數(shù)據(jù)
基本尺寸
安裝尺寸
其他尺寸
基本額定載荷
重量
d
D
B1
d2
D2
a2
Ra
Rb
C1
b1
Cr
Cor
W
800
1060
270
838
1031
34.5
5
2.1
204
40
5020
15000
604
4.4萬向聯(lián)軸器
4．4．1聯(lián)軸器的作用
聯(lián)軸器用來把兩個(gè)軸連接在一起，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸不能分離；只有在機(jī)器停車并將連接拆開后，兩軸才能分離。
4．4．2聯(lián)軸器的選擇
選擇一種合用的聯(lián)軸器必須考慮以下幾點(diǎn)：
1）所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減震功能的要求。
2）聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。對于高速傳動(dòng)軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，
3）兩軸相對位移的大小和方向。在安裝調(diào)整過程中，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。
聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。
4）聯(lián)軸器的制作、安裝、維護(hù)和成本。在滿足使用性能的前提下，應(yīng)選用裝拆方便、維護(hù)簡單、成本低的聯(lián)軸器。
我們選擇十字軸式聯(lián)軸器，如下圖所示
圖4-3十字軸式聯(lián)軸器
這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，對于修復(fù)機(jī)在礦山工作非常使用。另外，聯(lián)軸器采用合金鋼制造，有較高的耐磨性及較小的尺寸。
4.5絲杠
4．5．1絲杠的作用
絲杠在修復(fù)機(jī)工作時(shí)主要起傳遞作用，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)能夠使套在它上面的套管與之發(fā)生相互作用。從而使套管向前運(yùn)動(dòng)。
4．5．2絲桿的工作原理及設(shè)計(jì)計(jì)算
絲杠的工作原理較為簡單，下面我們畫出它的示意圖
圖4-4絲杠尺寸示意圖
絲杠螺紋長度Ls：
Ls=Lu+Le1+Le2
兩固定支承距離L1
按樣本查出螺母安裝聯(lián)接尺寸
絲杠全長L
行程起點(diǎn)離固定支承距離L0
由工作圖得
Ls=1290
L1=1350
L=1410
L0=30
絲杠抗壓剛度
絲杠最小抗壓剛度
Ksmin=6.6×10=66
絲杠最大抗壓剛度
Ksmax=6.6×10=66
支承軸承組合剛度
由表13兩端固定支承
Kb=2 KBO
Kb=750 N/m
確定精度
V300p ：任意300mm內(nèi)的行程變動(dòng)量對半閉環(huán)系統(tǒng)言，
V300p≤0.8×定位精度-
定位精度為20m/300
V300p＜14.3m
絲杠精度取為3級
V300p=12m＜14.3
(5) 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號
已確定的型號：FFZD
公稱直徑：40 導(dǎo)程：10
螺紋長度：150mm
絲杠全長：200mm
P類3級精度
FFZD4010-3-P3 /1410×1290
4310＞nmax=1500驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速
nc=f×10
nc:臨界轉(zhuǎn)速 =50 n/min
f=21.9
滾珠絲杠副最高轉(zhuǎn)速60 n/min
nmax=1500r/min
驗(yàn)證 62100＜70000可行。
4.6連接裝置
4．6．1連接裝置的作用
連接裝置把雙列圓錐滾子軸承和平臺相連，，這就要求連接裝置必須具有足夠的強(qiáng)度和硬度，能夠承受比較大的徑向力和軸向力。連接裝置的示意圖如下：
圖4-5連接裝置示意圖
4．6．2連接裝置的安裝
連接裝置上面與雙列圓錐滾子軸承的連接前面已經(jīng)提過，而下面與套管的連接主要采用焊接的形式，這主要是保證它有足夠的剛度。
4.7傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡介
下面是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡圖：
由圖可知：轉(zhuǎn)軸的兩端固定在箱體上。在左端：在軸上加工上軸肩，防止圓錐滾子軸承發(fā)生向右的軸向移動(dòng)。同時(shí)在軸伸出部分安裝上止動(dòng)墊圈，在軸的左側(cè)加工上螺紋，用圓螺母固定，保證軸不向左發(fā)生軸向移動(dòng)。另外，用擋板把兩塊箱體連接起來，再在擋板和箱體上上打上螺紋孔，用螺釘將這幾部分緊緊固定。在絲杠傳動(dòng)時(shí)，軸承承受較大的軸向力，所以這些安裝措施必不可少。 而在右端：用相同的方法防止軸承發(fā)生軸向移動(dòng)，所不同的是，在左端軸沒有穿過擋板，而在右端軸穿過擋板，軸與擋板采用間隙配合。
圖4-6傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖
4.8帶傳動(dòng)
4．8．1概述
帶傳動(dòng)的重要性
我們剛一開始采用齒輪傳動(dòng)，可是后來經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)齒輪傳動(dòng)不適合進(jìn)給部分。主要原因有以下幾點(diǎn)：
1） 齒輪傳動(dòng)雖然傳遞效率高，但是它剛一啟動(dòng)時(shí)，震動(dòng)太厲害，不利于整個(gè)機(jī)器的穩(wěn)定性，剛一開始的震動(dòng)很可能使絲杠進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與鏜桿的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的同軸度發(fā)生改變，容易增大加工誤差。
2） 齒輪傳動(dòng)剛啟動(dòng)時(shí)比較慢，而這時(shí)鏜桿已經(jīng)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，我們所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是要求性價(jià)比高，從能量角度來說不利于的資源的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3） 帶傳動(dòng)的定位要求較底而且固定方便，而齒輪傳動(dòng)的定位要求非常高，對軸的加工精度要求也很高。而且固定比較困難。
4） 帶輪的加工精度要求不高，并且皮帶便宜、使用方便，
5）帶傳動(dòng)使用方便，我們的裝置要求拆裝方便，帶傳動(dòng)正好符合我們的要求。按我們的整體裝配圖，如果齒輪傳動(dòng)長期暴露在外面必然發(fā)生各種各樣的失效。而帶傳動(dòng)不會(huì)。
4．8．2帶傳動(dòng)的選擇
前面所講，采用V帶傳動(dòng)，這里我們也采用V帶傳動(dòng)。這里我們主要說一下V帶的類型和結(jié)構(gòu)。
標(biāo)準(zhǔn)普通V帶是用多種材料制成的無接頭環(huán)形帶，其材料包括頂膠、抗拉體、底膠和包布。
4．8．3V帶傳動(dòng)的裝配
V帶傳動(dòng)的形式采用下面的方式：
圖4-7 V帶安裝示意圖
從上圖可知，步進(jìn)電機(jī)與帶輪通過鉤頭楔鍵的方式，同時(shí)，在軸上加工上軸肩，這樣保證，在傳動(dòng)過程中帶輪不會(huì)發(fā)生軸向移動(dòng)。而在上面的帶輪，通過鍵連接與軸連接。在帶輪上加工上螺紋孔，后面加上擋板，擋板上也加工上螺紋孔。通過螺釘連接將擋板與軸聯(lián)為一體，這樣保證軸不發(fā)生徑向移動(dòng)，同時(shí)不會(huì)發(fā)生軸向移動(dòng)。
4．8．4帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
確定計(jì)算功率
計(jì)算功率Pca是根據(jù)傳遞的功率P和帶的工作條件而確定的
Pca=KaP
式中Pca：計(jì)算功率，KW
Ka：工作情況系數(shù)。
P：所需傳動(dòng)的額定功率。
根據(jù)工作情況系數(shù)表可知我們所需的Ka值為1.1所以可的Pca為1.1×4.5=4.95 KW
選擇V帶的帶型
根據(jù)計(jì)算功率Pca通過普通V帶選型圖我們選擇B型帶。
確定帶輪的基準(zhǔn)直徑Dd并演算帶速
根據(jù)V帶的帶型，參考V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑表我們確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑Dd1為112mm，大帶輪的直徑Dd2為160mm。
演算帶速v
帶速不宜過低或過高，一般應(yīng)使v=5～25m/s，最高不超過30m/s。
ε=(v1-v2)/v1 ×100％
或
v2=(1-ε)v1
ε為帶輪線速度的相對變化量，我們用滑動(dòng)率來評價(jià)。
其中
v1=Dd1n1/60×100
V2=Dd2n2/60×100
式中，n1、n2分別為主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的的轉(zhuǎn)速，r/min。
由以上式子可得Dd2n2=(1-ε)Dd1n1
因而帶傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比為
=n1/n2=Dd2/(1-ε) Dd1
在一般的帶傳動(dòng)中，因活動(dòng)率不大(ε≈1％～2％),故可以不予考慮，而取傳動(dòng)比為
=n1/n2≈Dd2/Dd1
通過以上式子我們可以得到v≈15m/s在可使用范圍之內(nèi)。
確定中心距離,并選擇V帶的基準(zhǔn)長度Ld
根據(jù)帶傳動(dòng)總體尺寸的限制條件或要求的中心距，結(jié)合初定中心距0
計(jì)算相應(yīng)的帶長Ld。
Ld?！?a+3.14（Dd2-Dd1）+(Dd2-Dd1)2/4a
傳動(dòng)比
傳動(dòng)比大，會(huì)減小帶輪的包角。當(dāng)帶輪的包角減小到一定程度時(shí)，帶傳動(dòng)會(huì)打滑，從而無法傳遞規(guī)定的功率。因此，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般為≤7推薦值為=2～5
在帶傳動(dòng)需要傳遞的功率給定的條件下，減小帶輪的直徑，會(huì)增大帶傳動(dòng)的有效拉力，從而導(dǎo)致V帶根數(shù)的增加。這樣不僅增大了帶輪的寬度，而且增大了載荷在v帶之間分配的不均勻性，另外，帶輪直徑的減小，增加了帶的彎曲應(yīng)力。。為避免彎曲應(yīng)力過大，小帶輪的基準(zhǔn)直徑就不能過小。一般情況下，應(yīng)保證dd≥(dd)min。推薦的V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑列于下面表格中。
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
(dd)min
20
50
75
125
200
335
500
5 機(jī)械零件的材料的選用
5.1機(jī)械零件常用的材料
5．1．1金屬材料
在各類工程材料中，以金屬材料使用最廣。在機(jī)械制造產(chǎn)品中，鋼鐵材料占絕大多數(shù)。鋼鐵具有較好的力學(xué)性能，還因價(jià)格便宜和容易獲得，而且能滿足多種性能和用途的要求。在各類鋼鐵材料中，由于合金鋼的性能優(yōu)良，因而常常用來制造重要的零件。
5．1．2高分子材料
高分子材料通常包含三大類型，即塑料、橡膠及合成纖維。高分子材料有許多的有點(diǎn)，如原料豐富，可以從石油、天然氣和煤中提取，獲取是所需的能耗低，只有鋼的六分之一，在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)有很好的彈性，耐腐蝕性等。
但是，高分子材料也有明顯的缺點(diǎn)，易老化，其中不少材料燃性差，總體上講，耐熱性不好。
5．1．3陶瓷材料
作為材料通常包含三大類型，有以硅等為主要成分的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，有以氧化鋁為主要成分的刀具結(jié)構(gòu)陶瓷。陶瓷材料的主要特點(diǎn)是：硬度極高、耐