牙刷自動直線式平磨毛一體機設計論文

仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 揚州大學廣陵學院 本科生畢業(yè)論文 畢業(yè)論文題目 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 學 生 姓 名 仇 洋 洋 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機械 81001 班 指 導 教 師 竺志大 完 成 日 期 2014 年 6 月 4 日 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 II 摘 要 牙刷平磨毛一體機 是提高效率，進行生產牙刷加工的設備。 工效比原來單一的機器操作提高了 3 5 倍 , 日完成量達 6 000 7 000 支牙刷 , 極大地滿足了市場的需求 , 取得了較好的經濟效益。本課題的目的就是為了使每個 流程之間聯系起來，提高機械化程度，減少人工的參與，既能夠減少成本又能夠提高成產效率。 綜合了以上考慮之后，我將本次設計的題目定為牙刷平磨毛一體機設計，設計中主要使用了 CAD、 Solidworks 等工程制圖軟件進行繪圖和結構分析。并對一些重要的部件進行必要的計算和校核。 關鍵詞：平磨毛一體機；設計；結構分析 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 III ABSTRACT Toothbrush flat sanding machine is to improve the efficiency ， for device production toothbrush processing.Efficiency than the original single machine operations increased by 3 to 5 times， the date of completion 6000 amounted to 7 000 Toothbrush in every day，great to meet the needs of the market.and achieved good economic.The purpose of this project is to make the link between each process, and enhance the degree of mechanization to reduce labor participation, both to reduce costs and to improve the efficiency of a production. After considering a combination of the above,I will be the topic of this design is ttoothbrush flat sanding machine design.Design of the main uses CAD, Solidworks and other engineering drawing software for drawing and structural analysis. And some important components necessary calculations and verification. Key words: Toothbrush flat sanding machine；Design；Structural Analysis 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 目 錄 摘 要 ABSTRACT 第 1 章 緒 論 1.1 課題背景和研究意義 1 1.2 近代牙刷的發(fā)展歷程 3 1.3 國內外牙刷自動直線式平磨毛一體機的狀態(tài) 3 1.4 本課題的立題依據 4 1.5 本課題研究的內容 4 第 2 章 牙刷自動直線平磨毛一體機的結構及工作原理 2.1 平磨毛一體機的布局以及總體結構 5 2.2 平磨毛一體機的工作原理 6 第 3 章 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計方案選擇確定 3.1 設計方案的選擇 7 3.2 各方案之間的對比以及確定 7 3.3 牙刷 磨毛機構以及平毛機構傳動方式的選擇確定 8 3.4 本章小結 心得 10 第 4 章 牙刷上下料隨行夾具間隙運動系統分析及 設計計算 4.1 牙刷上下料隨行夾具鏈傳動鏈的選擇設計計算、帶傳動帶的選擇設計計算以及注意事項 11 4.2 槽輪機構的設計以及分析計算 15 4.3 減速器蝸輪蝸桿傳動的載荷計算和強度校核 16 錯誤 !未定義書簽。 4.4 牙刷上下料隨行夾具鏈傳動的運動，平磨毛機構的運動分析計算以及它們的聯系 19 4.5 本章小結心得 27 參考文獻 28 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 總結與展望 29 致謝 30 附件圖 31 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 1 第一章 緒 論 1.1 課題背景和研究意義 公元前 3500 年，巴比倫人挑選富有香氣的細根樹枝末端嚼松軟，形如刷毛，用于刷牙，另一端則削成尖頭，方便剔牙。公元前 3000 年蘇美人烏爾城邦的國王墓穴中就曾發(fā)現過清理口腔用的最早工具 -牙棒。中國大約在公元前 1600 年就有牙刷和刷牙了，公元 15 世紀已經有了如今牙刷方式的雛形。唐代開始，人們用柳枝做成刷，蘸藥水揩齒，這就是早期牙刷、牙 膏的雛形。宋代，人們主張每日早晚用柳枝揩牙兩次。到了元代，一般人用柳枝當做牙刷，參合中草藥制成的揩齒粉末刷牙。公元 16世紀，中國人利用西伯利亞山豬毛和竹子或骨骼做柄發(fā)明了史上第一支真正的牙刷，人們用竹子做柄，附著野豬毛，這樣的牙刷就是今天牙刷的祖先。世界上第一支牙刷，長 16.5cm 寬 1.1cm 厚 0.2cm 共三排 31 孔，中間為 11 孔，兩邊為 10孔，孔直徑為 0.22cm 整體為骨質結構，頭部和尾部為眼觀見骨。 20世紀 30 年代，Wallace H Carothers 在杜邦實驗室發(fā)明了尼龍，尼龍成為現代化的標志，這 個發(fā)明永遠改變了牙刷的歷史。 建國初，刷柄使用有機玻璃和賽璐珞， 60 年代開始采用聚苯乙烯（），刷毛改用尼龍絲，少量用白豬鬃。 PS 和尼龍絲開始依靠進口，后隨著國內化工原材料工業(yè)的發(fā)展采用國產料，產品檔次有所提高。建國前，各廠生產的牙刷一直分散經營，自產自銷： 1950 年起大部分由中國百貨公司上海采購供應站統購統銷。毛刷管是用擠出成型的方法制造的，制造工藝：將顆粒狀或粉狀塑料置于注射機料筒內加熱，使其軟化后用推桿或旋轉螺桿連續(xù)從模口擠出（?？诘男螤罴礊樗柚破返臄嗝嫘螤?，長度視需要而定），冷卻后即為所需的制品。 這種方法通常用于加工連續(xù)的管子 ,棒材或片狀制品。刷毛的選擇應軟硬適中，或稍軟的。但要注意，太軟的刷毛易刷不干凈。刷毛多用尼龍絲制成，可分為兩種 普通絲和杜邦絲。杜邦絲彈性較好，不容易倒。磨毛處理也很重要，刷毛在切割后，如果沒有經過圓滑處理，容易因太過尖銳而造成傷害。把刷毛尖磨圓的磨毛牙刷，可防止這種傷害，對牙齦保護作用更強。市場中牙刷主要分為普通牙刷和電動牙刷。目前 ,市場上大多數廠商生產和銷售的都是普通牙刷。市場上普通牙刷的價格從兩元到四十多元不等。不發(fā)達地區(qū)及農村主要是售價為 5.00 元以下的牙刷 ；而 10.00 元以上仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 2 以大城市為其主要市場。電動牙刷相對普通牙刷來說 ,價格高很多 ,從 50.00 元至1200.00 元不等。低價的電動牙刷一般是電池型。 普通牙刷組成： 牙刷把 刷頭 手柄 牙刷毛。普通牙刷的原材料：牙刷把：聚苯乙烯，牙刷把上軟軟的部分 ：彈性橡膠粒子，牙刷毛：目前的刷毛多用尼龍絲制成。可分為兩種普通絲和杜邦絲。壓線：鋁或銅。生產牙刷需要的設備為注塑機，植毛機，打磨機。牙刷生產工藝流程：注塑、植毛、平毛、打磨處理、檢測、包裝。其中，注塑：將顆粒狀或粉狀塑料置于注射機料筒內加熱，使其軟化后用推桿或旋轉 螺桿連續(xù)從?？跀D出（模口的形狀即為所需制品的斷面形狀，長度視需要而定），冷卻后即為所需的制品 .植毛：就是將牙刷的毛送到牙刷柄中去，植毛后要把毛切成各種需要的形狀。打磨處理：刷毛在切割后，如果沒有經過圓滑處理，容易因太過尖銳而造成傷害。把刷毛尖磨圓，可防止這種傷害。以及拉應力檢測和對牙刷進行包裝。 牙刷的需求量與人口的數量是呈正相關關系的。中國及全球的人口數據表明 ,近 五年來 ,牙刷的需求量是在不斷增長中的。聯合國人口基金會日前發(fā)表的 2010 年世 界人口狀況報告顯示 ,目前世界人口總數為 69.09 億。而按照口 腔衛(wèi)生要求 ,一把 牙刷使用時間最好不超過 3 個月。那么每人每年應購買 4 支牙刷 ,按該數據計算 , 牙刷的使用總量應該為 276.36 億支 ,除去部分落后的不使用牙刷的群體以及嬰幼 兒和無牙老年人 ,全球牙刷的理論使用量約為 200 億支。這與 2010 年全球的牙刷銷 售量 62.08 億支相比較 ,那么目前全球牙刷的市場空缺約為為 138.924 億支。從以上 中國和全球的牙刷總銷售量及總銷售量的數據中可以看出 ,近三年牙刷的銷售量處 于持續(xù)增長中 ,但是增長幅度不大。各個牙刷廠商進行激烈的競爭搶奪緩慢增長的現 有市場。但是 ,由 2010 年 全球的牙刷銷售量 (62.076 億支 )以及全球人口總數 (69.09 億人 )計算 ,平均每人每年的牙刷擁有量僅為 0.898 支 ,每人的擁有量還不及 1 支?？?見 ,未開發(fā)的牙刷市場空間非常大。從 2006 年至 2010 年的社會消費品零售總額變動 情況以及居民收入狀況數據中 ,我們可以看出 ,隨著生活水平的提高 ,人們在消費品 上的支出也隨之增加了 ,在這些消費品中 ,牙刷所屬的日用品類在 2006 年至 2010 年 間增長了 25.1% 。由此 ,我們可以推測牙刷的潛在需求量是在不斷增長的。而如果企 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 3 業(yè)能采取一定的措施將部分潛在需求轉化為實 際銷售量 ,那么企業(yè)的業(yè)績將會得到 很大的提升。 1.2 近代牙刷的發(fā)展歷程 1、 通用型和特異型保健牙刷。既符合衛(wèi)生標準又不損傷牙齒和牙齦。 2、指套式牙刷：適用于嬰幼兒。 3、電動牙刷：有潔齒及按摩牙齦的作用，效果均比普通的牙刷好。 4、聲波牙刷：一分鐘 3 萬次的沖擊力。清洗牙齒上的污垢和食物殘渣。 5、電離子牙刷：刷牙時可發(fā)出一系列微量元素和陰離子，有消炎殺菌作用。 6、磁性保健牙刷：利用磁場（磁場強度高達 1500 高斯）起保健按摩、清潔口腔同時可達到消炎止痛、活血固齒的功效。 1.3 國內外平磨毛一體機的狀態(tài) 據統計 ,目前我國牙刷行業(yè)中的生產企業(yè)有 300 多家。鑒于高露潔、佳潔士等一 些國際品牌占領了大部分市場 ,而一些個體私營企業(yè)由于開發(fā)力度不夠 ,產品只能以 低價面向低收入消費群體 ,以及一次性牙刷市場。我國大多數中小企業(yè)雖然有一定的 實力 ,但主要是開發(fā)國內市場 ,沒有外銷市場 ,或者有外銷市場 ,但五分之二的生產能 力用于貼牌加工 ,而對自己的品牌開發(fā)、宣傳力度不夠 ,市場拓展力度不大。行業(yè)中 的很多企業(yè)開發(fā)投入不足 ,產品品種不多。 我國目前也是制造牙刷的出口大國。但是生產現狀卻不是那么樂觀，這是多種原 因造成的。首 先我國是勞動密集型國家，而且牙刷制造的工藝流程中每道工序之間 是相互獨立的，有其先后順序，也突出每一道工序的重要性，每道工序之間都存在 半成品要人工上料和下料的問題，這種問題有利有弊，首先這大大解決了我國機械 行業(yè)勞動就業(yè)的問題，但是這道工序比較呆板，機械，不能充分調動員工的加工積 極性，所以我國目前現在大量在做牙刷上料和下料的機械手，一方面提高了加工效 率 ,另一方面降低了成本，從而提高了牙刷的銷售利潤，而且每道工序之間半成品流 動運輸 ,周轉都導致生產率低，同時半成品占據廠房空間大，間接地提高了成本，相 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 4 對于歐美發(fā)達國家，牙刷制造的質量不穩(wěn)定，工人勞動強度大，工作環(huán)境噪聲，橡 塑氣味都影響工人身體健康。眾所周知，牙刷的利潤很低，對于上述我國牙刷制造 設備以及工藝的落后狀態(tài)，我們要通過自身的努力設計制造先進的牙刷制造設備， 來彌補不足。首先設備要簡單好操作，成本低，工人勞動量小，且勞動生產率高， 其次要提高每道工序半成品之間的流轉速度，減少廠房的壓貨利用率，還要在加工 工藝上有所改進，減少原料的浪費，主要還是要向國外多學習學習，借鑒借鑒，取 其精華，從而提高自身的自動化水平，以自身的優(yōu)勢在牙刷制造方面擠進世界 前列， 超越先進國家，將中國變成牙刷制造強國。 1.4 本課題的立題依據 牙刷是我們日常生活中離不開的口腔衛(wèi)生工具，在調查問卷中，有 44.4%的人堅持早晚刷牙。每天早上起床后第一件事就是刷牙，睡覺前的最后一件事也是刷牙。在如今的生活中，刷牙不再僅僅為了口腔衛(wèi)生，還能提高一個人的個人形象。 牙刷生產過程中毛植入刷炳后，刷炳上的毛是不整齊的，同時，毛的端頭部（直接與人的牙齒接觸的）是帶有棱角的，不能直接接觸人的牙齦和牙齒的，所以需要進行平毛和磨毛。 而平磨毛一體機的出現則大大的減少了牙刷對人類牙齒的傷害，是牙刷生產 中的必要環(huán)節(jié)，也 極大地滿足了市場的需求。 綜上所述，選擇“牙刷自動直線平磨毛一體機 設計 ”這個題目，這個平磨毛一體機主要用于在揚州艾薩克科技有限公司生產牙刷。 1.5 本課題研究的內容 牙刷生產工藝流程：刷柄注塑、注膠、切毛、植毛、平毛、磨毛、包裝。牙刷生產過程中毛植入刷炳后，刷炳上的毛是不整齊的，同時，毛的端頭部（直接與人的牙齒接觸的）是帶有棱角的，不能直接接觸人的牙齦和牙齒的，所以需要進行平毛和磨毛。設計要求： 38-50 支 /分鐘。 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 5 第二章 平磨毛一體機的結構以及工作原理 2.1 平磨毛一體機的布局以 及總體結構 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 6 整臺機器的框架布局結構如圖所示。 2.2 平磨毛一體機的工作原理 下面介紹這臺機器的運動原理：右下角的總電機通過帶傳動將速度傳給減速機， 減速機與槽輪機構以及牙刷的鏈傳動之間是同步帶傳動，槽輪機構一方面與牙刷的 鏈傳動形成間隙運動，另一方面伸出一根軸連接曲柄連桿，曲柄連桿與平毛裝置相 連，使得平毛裝置在滑槽內左右滑動，在平毛裝置里有滾刀，用一個獨立的電機通 過帶傳動與其相連，實現剪毛，再往左，就是磨毛裝置，在第二章已述，這臺機器 主要是實現平毛磨毛的功能，當然在整個加工過程中還需加入 粉塵吸收裝置，這樣 有利于保護環(huán)境，當然還有卸料裝置等等。 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 7 第三章 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 方案選擇與確定 3.1 設計方案的選擇 方案一：牙刷采取直線式平波帶傳動 方案二：牙刷采取直線式鏈傳動 3.2 方案一和方案二對比以及確定 方案一：牙刷采取直線式帶傳動。首先帶傳動 適用于中心距較大的傳動 ， 結構簡單，成本低廉 ，但是 傳動的外廓尺寸較大，需要張緊裝置，由于帶的滑動，不能保證固定不變的傳動比，帶的壽命短，傳動效率較低。 缺點與優(yōu)點相比，缺點的弊仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 8 端更 大，因為零件之間的摩擦和帶的壽命短，導致帶傳動不能承受長時間的運動，另一方面會使牙刷生產的效率大大降低。 方案二：牙刷采取直線式鏈傳動。這種設計相對帶傳動而言，比較繁瑣，但它有帶傳動沒有的優(yōu)點，比如 鏈傳動可把動力傳導到較遠的距離，能夠相對容易地得到不同的傳動比（鏈輪直徑可以自由選擇）， 而且 傳動效率高，不易打滑 ， 壽命比帶傳動長 。 在相同功率條件下，鏈傳動比帶傳動結構緊湊，并適用于低速、重載下工作。 結合整臺機器考慮，采用方案二。因為這臺機器主要是實現牙刷的平磨毛，首先選取傳動方式的材料壽命要長 ，而且傳動效率要高，能夠保證牙刷的生產效率。 3.3 牙刷 磨毛機構以及平毛機構傳動方式的選擇確定 3.3.1牙刷磨毛機構傳動方式的選擇確定 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 9 磨毛頭是由兩個運動復合而成的，第一個運動：每個磨毛器下面都有一個電機，電機與磨毛器中間的軟軸相連，控制磨頭的自轉，第二個運動：是通過一個總電機，用鏈通過張緊輪與其他電機相連，從而實現磨毛裝置的公轉，而且相鄰兩個磨毛器的方向相反，正是這兩個運動的組合實現牙刷的磨毛。 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 10 3.3.2牙刷平毛機構傳動方式的選擇確定 牙刷的平毛刀口的運動是由兩個運動 復合而成的，第一個運動是通過曲柄連桿帶動平毛裝置在直線滑槽中往復運動實現平毛，另一個運動是平毛裝置中的滾刀通過一個獨立的電機與其的帶傳動，帶動滾刀做圓周運動，從而實現剪毛。 3.4 本章小結心得 這一章主要研究了自己課題的設計方案，通過自己查資料，和同學交流以及請 教老師，確定了牙刷運動的設計方案，而且這臺機器主要是要實現牙刷的平毛和磨 毛，是牙刷生產中必不可少的一個環(huán)節(jié)，顧名思義，還有平毛，磨毛裝置需要設計， 通過工廠的實習和參觀，也得益于老師的幫助，設計出了平毛磨毛裝置，至此，整 臺機器的設計差不多了，整 體框架也浮現在腦海中。設計及方案的選擇中還遇到好 多問題，例如要選擇怎樣的零件才能使自己的設計合理，能更好的運用到工程生產 中，這樣的想法就為后來的機構的計算打好了基礎，只有通過設計計算，才能選擇 有利于設計的零件。 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 11 第四章 牙刷上下料隨行夾具間隙運動系統分析及設計計算 4.1 牙刷上下料隨行夾具鏈傳動鏈的選擇和帶傳動帶的選擇設計計算以及注意事項 4.1.1牙刷上下料隨行夾具鏈傳動鏈的選擇設計計算 1.選擇鏈輪齒數 因為傳動比是 1:1，所以取鏈輪齒數 Z=27. 2.確定計算功率 查機械設計手冊得 aK =1.0， zK =0.92，雙排鏈，則計算功率為 PKKP zaca =1.0*0.92*3KW=2.76KW 3.選擇鏈條型號和節(jié)距 根據 caP =2.76KW 及 n=30r/min 查的，可選 20A 1.鏈條節(jié)距為 P=31.75mm。 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 12 4.計算鏈節(jié)數和中心距 初選中心距 a=（ 3050） p=（ 3050） *31.75mm=952.51587.5mm.取 a=1500.相應的鏈長節(jié)數為pL=2a/p+(21 zz )/2=2*1500/31.75+27=121.48,取鏈長節(jié)數pL=122 節(jié) 5.計算鏈速 v，確 定潤滑方式 V=（ nzp ） /(60*1000)=(30*27*31.75)/60000=0.43m/s 由 V=0.43m/s 和鏈號 20A-1，查手冊應采用滴油潤滑。 6.計算軸壓力pF 有效圓周力為：eF=1000P/v=(1000*3)/0.43=6976N 鏈輪水平布置時的 壓軸力系數pKf=1.15，則壓軸力為pF=epFKf=1.15*6976=8022.4N 4.1.2 鏈傳動注意事項 （一） 鏈傳動的布置 鏈傳動布置時，鏈輪必須位于鉛垂面內，兩鏈輪共面。中心線可以水平，也可以傾斜，但盡量不要位于鉛垂位置。一般緊邊在上，松邊在下，以免在上的松邊下 垂量過大而阻礙鏈輪的順利運轉。 （二） 鏈傳動的張緊 鏈傳動張緊的目的，主要是為了避免在鏈條的松邊垂度過大時產生嚙合不良和鏈條的振動現象，同時也為了增加鏈條與鏈輪的嚙合包角。當中心線與水平線的夾角大于 60時，通常設有張緊裝置。 張緊的方法很多。當中心距可調時，可通過調節(jié)中心距來控制張緊程度；當中心距不可調時，可設置張緊輪以恢復原來的張緊程度。張緊輪可以是鏈輪，也可以是滾輪。張緊輪的直徑應與小鏈輪的直徑相近。張緊輪有自動張緊和定期張緊，前者多用彈簧，吊重等自動張緊裝置，后者可用螺旋，偏心等調整裝置，另外 還可用壓板和托板張緊。 （三）鏈傳動的潤滑 鏈傳動的潤滑十分重要，對高速、重載的鏈傳動更為重要。良好的潤滑可緩和沖仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 13 擊，減輕磨損，延長鏈條的使用壽命。潤滑油推薦采用牌號 32、 46、 68的全損耗系統用油。對于開式及重載低速傳動，可在潤滑油中加入22 ,WSSMo等添加劑。對于不便使用潤滑油的場合，允許使用潤滑脂，但應定期清洗和更換潤滑脂。 （四） 鏈傳動的防護 為了防止工作人員無意中碰到鏈傳動裝置中的運動部件而受到傷害，應該用防護罩將其封 閉。防護罩還可以將鏈傳動與灰塵隔離，以維持正常的潤滑狀態(tài)。 4.1.3帶傳動帶的選擇設計計算 1.確定計算功率 caP 查手冊得工作情況系數 aK =1.1，故 PKPaca =1.1*3=3.3KW 2.選擇同步帶的帶型 根據 caP ， n查得選用 A 型。 3.初選帶輪的基準直徑 d并驗算帶速 V 1） 初選小帶輪的基準直徑 1d .查表得，取小帶輪的基準直徑 1d =75mm 2） 驗算帶速 V.帶的速度 V=（ 3.14dn)/(60*1000)=(3.14*75*1440)/(60000)=5.56m/s 因為 5m/sV90 4.1.4 帶傳動注意事項 （一） 帶傳動的張緊 帶傳動運轉一段時間以后，會因為帶的塑性變形和磨損而松弛。為了保證帶傳動正常工作，應定期檢查帶的松弛程度，采取相應的補救措施。常見的有以下幾種。 1.定期張緊裝置 采用定期改變中心距的方法來調節(jié)帶的初拉力，使帶重新張緊。 2.自動張緊裝置 3.采用張緊輪的張緊裝置 當中心距不能調節(jié)時，可采用張緊輪將帶張 緊。設置張緊輪應注意：（ 1）一般應放在松邊的內側，使帶只受單向彎曲；（ 2）張緊輪還應盡量靠近大帶輪，以免減少帶在小帶輪上的包角；（ 3)張緊輪的輪槽尺寸與帶輪的相同，且直徑小于小帶輪的直徑。 如果中心距過小，可以將張緊輪設置在帶的松邊外側，同時應靠近小帶輪。但這種方法使帶產生反向彎曲，不利于提高帶的疲勞壽命。 （二） 帶傳動的安裝 各帶輪的軸線應互相平行，各帶輪相對應的型槽的對稱平面應重合，誤差不得超過 20。 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 15 多根帶傳動時，為避免各根帶的載荷分布不均，帶的配組公差應在規(guī)定的范圍內（參見 GB/T 13575.1 92）。 （三） 帶傳動的防護 為安全起見，帶傳動應置于鐵絲網或保護罩之內，使之不能外露。 4.2 槽輪機構的設計以及分析計算 1)槽輪的轉角 1 =360/4=90，則撥盤的運動角 2 =180-90=90 取槽輪的中心距 L=140mm 2)槽輪軸心到槽口的長度： AO2 =Lcos45=99mm 3)撥盤曲柄長度 1R AO1 =Lsin45=99mm 4)滾子半徑： 3r = 6/1R =99/6=16.5mm,取 16mm 5)鎖止弧半徑： HR hrAO 31=99-16-(0.60.8） *16=70.2mm，取 70mm 撥盤上鎖止弧所占角度，以 AO1 為起始線兩邊各 2/ 角中無鎖止弧。 6)槽輪上槽口至槽底深： Ls= AO2 -（ L- AO1 ） +3r =99-（ 140-99)+16=74mm 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 16 7）槽輪機構的動停比3122 zzttkjd 4.3 減速器蝸輪蝸桿傳動的載荷計算和強度校核 1.選擇減速器的類型 根據需要，選擇的減速器型號為 WPS 型蝸輪蝸桿減速器。 2.選擇材料 考慮到蝸桿傳動功率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度是 4555HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100制造。 3.按齒面接觸疲勞強度進行設計 根據閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距 23 2 HpE ZZKTa （ 1） 確定作用在蝸輪上的轉矩 2T 按 11Z ，估取效率 8.0 ，則 mmNmmNinPnPT 1528001015008.031055.91055.91055.9 612162262 （ 2） 確定載荷系數 K 因總做載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數 1K，查表選取使用系數 15.1AK ，由于轉速不高，沖擊不大，可取動載系數 05.1VK，則 21.105.1115.1 VA KKKK （ 3） 確定彈性影響系數 EZ 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故 21160 MPaZ E 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 17 （ 4） 確定接觸系數pZ 先假設蝸桿分度圓直徑 1d 和傳動中心距 a 的比值 35.01 ad，查表得 9.2pZ （ 5） 確定許用接觸應力 H 根據蝸桿材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度大于 45HRC，查表得蝸輪的基本許用應力 MPaH 268, 應力循環(huán)次數 82 1008.11 2 0 0 015016060 hLjnN 壽命系數 7427.01008.110887 HNK 則 M P aKHHNH 1992687427.0, （ 6） 計算中心距 mmmma 172.100199 9.21601 5 2 8 0 021.123 取中心距 mma 100 ，因 10i ，故查表取模數 mmm 5 ，蝸桿分度圓直徑 mmd 501 。這時 2.01 ad，查得接觸系數 74.2, pZ，因為pp ZZ ,，因此以上計算結果可用。 4.蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸 軸向齒距 10；1 3 3.25 qmmpa 直徑系數；齒頂圓直徑 mmda 961 ；齒根圓直徑mmd f 8.601 ；分度圓導程角 ， 361811 ；蝸桿軸向齒厚 mms a 5664.12 （ 2） 蝸輪 蝸輪齒數 102 z ，變位系數 5.02 x 蝸輪分度圓直徑 mmmzd 5010522 蝸輪喉圓直徑 mmhddaa 6682502 222 蝸輪齒根圓直徑 mmhddff 3482502 222 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 18 蝸輪咽喉母圓半徑 mmdarag 67662110021 22 5.校核齒根彎曲疲勞強度 FFaF YYmddKT 221 253.1 當量齒數 2.1031.11c o s 10c o s 322 zz v 根據 2.10,5.022 vzx，查得齒形系數 5.12 FaY 螺旋角系數 9 1 9 2.01 4 01 Y 許用彎曲應力 FNFF K , 查表由 ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應力 MPaF 56, 壽命系數 M P aM P aKFFN6.336.0566.01008.1 109 86 M P aF 2.319192.05.155050 152 8 0021.153.1 彎曲強度是滿足的。 6.驗算效率 v t an t an96.095.0 已知 361811 =11.31；vv farctan； vf 與相對滑動速度 av 有關。 m / s431.11c o s1 0 0 060 1 5 0 050c o s1 0 0 060 11 ndv a 插值法查得 1687.1,0204.0 vvf ； 帶入式中得 86.0 ，大于原估計值，因此不要驗算。 7.精度等級公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從 GB/T 10089-1988圓柱蝸桿，蝸輪精度中選取 8級精度，側隙種類為 f，標注為 8f GB/T 10089-1998。仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 19 然后由有關手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度。 4.4牙刷上下料隨行夾具鏈傳動的運動，平磨毛機構的運動分析計算以及它們之間的聯系 4.4.1 牙刷上下料隨行夾具鏈傳動的運動分析計算 該計算主要是驗算設計的機器是否滿足設計任務，牙刷平均 38-50支 /分鐘。 1）選擇的電動機為 Y 系列，型號為 Y100L2-4，額定功率為 3KW，滿載轉速為 1420r/min，同步轉速為 1500r/min.即 r/min1500電n。 電機的輸出扭矩 mNnPT 1.191500 395509550,因為電機和減速器之間是帶傳動，且傳動比 1:1，所以減速器所需的扭矩 mN1.19 減T 2） 查取資料以及設計需要，選取的減速器的傳動比為 1： 10 則減速器的輸出轉速 m in/1 5 0101 5 0 010 rnn 電減，即軸 3的轉速 min/1503 rn 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 20 3） 軸 3和軸 4之間是通過帶傳動相 連，且 24,2443 zz，則 1134 i 由4334 nni ，得出 min/1504 rn 4） 軸 4和軸 5通過槽輪機構相連，且槽輪機構的動停比 31k ，則 m in/5031 5 05 rn 5） 軸 5和軸 6之間是帶傳動， 25.1,16,205665 izz 則 6） 由 m in/40,66556 rnnni 得出 ，即牙刷上下料隨行夾具鏈傳動的頻率為 40r/min，此數值介于 3850之間，因此滿足設計要求。 4.4.2 牙刷平毛機構的運動分析計算 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 21 1、初始條件 傳 動 功 率 : )(12.0 kwP ， 小 帶 輪 轉 速 : min)/(30002 rn ，大帶輪轉速min )/(30002 rn ，傳動比： 1i 2、選定帶型和基準直徑 設 計 功 率 kwP 12.0 ，帶型為 PJ ， 工 況 系 數 1 ， 小 帶 輪 基 準 直 徑mmnPD 5.31)1 3 5 01 1 0 0(1 ，大帶輪基準直徑 03.3112 121 DnnDmm 有效線差 =1.2mm，彈性滑動率 =0.015 3、軸間距的確定 初定軸間距 mma 1000 ，所需帶長 mma DDDDaL 96.3184 )(2 )(2 0 12210 選擇標準帶長 mmLe 450 ， 帶長修 正系數 78.0lK ，實際軸間距 mma 52.175 4、帶速、包角和帶的楔數 帶速 smnDv /95.46 0 00 0 3 0 005.316 0 00 01 小帶輪包角 0020 6.1773.571180 a DD 包角修正系數 Ka=0.99 每楔帶傳遞的 額定功率 P0=0.11kw 傳動比功率增量 P0=0.01kw 帶的楔數 Z=Ld KKPP P )( 00=4， K 包角修正系數 5、計算作用在軸上的力 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 22 有效圓周力： 310t vPF d 24.2N 作用于軸上之力： NFKFtrr 33.2 3 1s in 2 1 6、平帶電機選擇 （ 1）電動機類型的選擇： Y 系列三相異步電動機。 （ 2）電動機功率選擇： 傳動裝置的總效率： kw12.0總 電機所需的工作功率： kwPP 12.00 確定電動機滾筒轉速：由于傳動比： 1i ，且?guī)л喼g沒有減速裝置，所以電機轉速 min)/(3000 rn 確定電動機 型號：根據以上選用電動機類型，所需的額定功率及同步轉速，選定電動機：型號為 YS632-2，其主要性能：額定功率： p=0.25（ kw），額定轉速：n=2840（ r/min），額定電壓 380v 4.4.3牙刷磨毛機構的運動分析計算 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 23 1、 磨毛機的電機選擇 （ 1）磨頭電機的選擇（實現磨頭的自轉） 已知磨頭直徑 mmD 1151 ，磨頭孔直徑 mmD 152 ，牙刷刷毛長度約 mmd 30 ，牙刷 3s從一個磨頭移動到另一個磨頭，一支牙刷需要經過磨毛機 600 次自轉才能完成。 3s一個磨頭需要的轉 1 2 056 0 0a 總nn，則 m in/2 4 0 02012020 rnn 機，而該電機的選擇對功率沒有特殊要求。 所以磨毛機磨頭的電機選用：三相異步電動機，電機型號 YS631-2，額定功率0.18kw，額定轉速 2840r/min (2)主電機的選擇 (實現磨毛體的公轉） 主電機通過齒輪傳動帶動五個磨毛機轉動，工作功率較小，所以確定電動機型號：型號為 Y132M-8，為減速電機，其主要性能：額定功率： p=3（ kw），額定轉速：n=750（ r/min），額定電壓 220v 2、 磨毛機齒輪傳動設計 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 24 （ 1）磨毛機上主電機齒輪傳動的計算 由裝配圖磨頭之間的間隔可以確定齒輪分度圓直徑 mmd 1601 ，傳動比 1i ，主 電機的轉速為 750r/min，且減速電機的復速比為 25，所以齒輪傳動的轉速為30r/min，即磨毛體公轉的速度為 30r/min。 a）考慮此對齒輪傳遞的功率不大，故大、小齒輪都選用軟齒面。大小齒輪選用 45 鋼，調質，齒面硬度為 220 HBS。因是磨毛機用齒輪， 選 7 精度，要求齒面粗糙度 Ra1.63.2。 b）按齒面接觸疲勞強度設計 因兩齒輪均為鋼制齒輪，所以由（ 8.28）式得 211 )( )1(43.76Hd uuKTd 確定有關參數如下： 齒數 z 和齒寬系數 d 取小齒輪齒輪 641 z ，則大齒輪齒數 646411 izz 轉矩 mmNnpT 56161 1055.93031055.91055.9 查表得載荷系數 K=1.35。 e 許用接觸應力 H ： N NThH SZlim 由表查得 M P aM P a HH 520,775 2l i m1l i m 應力循環(huán)次數 LN ： 711 1032.453 0 0161306060 hL rtnN 712 1032.4 iNN LL 查得接觸疲勞的壽命系數 93.0,89.0 21 NTNT ZZ 通過齒輪和一般工業(yè)齒輪，按一般可靠度要求選取安全系數 0.1HS 。所以計算兩仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 25 輪的許用接觸應力 MPaS ZH NTHH 81.6 8 911l i m1 MPaS ZH NTHH 6.4 8 322l im2 將求得的各參數代入式： 11112 11 76.822 fSaFaF M P aYYzbm KT 22222 12 18.802 fSaFaF M P aYYzbm KT 故輪齒齒根彎曲疲勞強度足夠。 c)計算齒根傳動的中心距 a mmzzma 160)(2 21 齒輪傳動計算： 模數 m=2.5,齒數 z=64 ,齒形角 =20 ,齒高系數 h=1 ，螺旋角 =0 ， 齒 輪副仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 26 中心距 =160 0.052 假象齒數 z =64， 跨測齒數 k=8 ， 公法線長度 W*=57.593 （ 2）磨頭轉動速度分析計算 已知磨頭自轉速度 min/28401 rn ，磨頭半徑 mmr 60 ，牙刷長度 mmd 30 ，傾角015 ，高度 h=80mm 在磨頭中心處對速度進行計算。 由于磨毛機存在主電機帶動的公轉，和其他電機帶動的自轉，所以我們不難畫出磨頭上速度分析圖 磨頭自轉速度 smnrv /02 8 4 0014.32211 中 因為磨毛還有一個運動，就是磨毛的公轉，此運動需要一個獨立的減速電機，通過齒輪傳動，將速度傳給每根軸，磨毛公轉所用的減速電機為 Y 系列減速電機 ,型號為Y132M-8，轉速為 750r/min,而且減速電機的復速比為 25，所以輸出的轉速n=750/25=30r/min， min/302 rn 又因為齒輪傳動的傳動比為 1:1，所以磨毛體公轉的速度。 smnrv /65.53003.014.322 2m i n2 smvvvvv /65.575c os2 212221 總 在磨頭邊緣處對速度進行計算。 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 27 smnrv /52.1 7 8 32 8 4 01.014.322 1m a x1 smnrv /99.1 5 1 52 8 4 00 8 5.014.322 1m a x2 smvvvvv /80.201975c o s99.151552.1783299.151552.178375c o s2 022212221 ，總所以磨頭上的速度為 smvsm /80.2 0 1 9/65.5 總 4.5本章小結心得 該章節(jié)主要是對該機器主要機構的設計計算，查閱一些資料，遇到不懂得問題主 動問老師，自己也學到了很多，之前槽輪結構都不太清楚，可以說該機器槽輪機構 的作用是巨大的，主要是實現牙刷鏈傳動的間歇運動，計算主要是要得到槽輪機 構 的停歇比。以及該機器上一些鏈輪，皮帶的選擇，他們之間的銜接是至關重要的， 一環(huán)套一環(huán)，因為要投入生產使用，要確保工作效率，我們主要的設計任務是要保 證牙刷平均 38 50支 /分，與之相連的平毛磨毛也要滿足此要求。 仇洋洋 牙刷自動直線式平磨毛一體機設計 28 參考資料 1. 李紹炎 編著 自動機與自動線 清華大學出版社 2. 朱金生 凌云 編著 機械設計實用機構運動仿真圖解 電子工業(yè)出版社 3.（美） MENG KING 李幼涵 編著 機器設計中伺服電機極驅動器的選型 機械工業(yè)出版社 4.（日）日本帶傳動專業(yè)技術委員 會 編 齊彬 譯 帶傳動與精確傳動實用設計 化學工業(yè)出版社 5. 鄒慧君 張青 編著 廣義機構設計與應用創(chuàng)新 機械工業(yè)出版社 6.（德）烏里希菲舍爾 等著 簡明機械手冊 湖南科學技術出版社 7.約瑟夫迪林格 等著 機械制造工程基礎 湖南科學技術出版社 8. 孫亞彬 著 IE 與單元生產 廈門大學出版社 9.車洪麒 張素輝 編著 非標準機械設計實例詳解 機械工業(yè)出版社 10.（美） Robert O.Parmley， ,P.E. 主編 鄒平譯 機械設計零件與實用裝置 機械工業(yè)出版社 11.（美） Neil Sclater， Nicholas P.Chironis 編 鄒平譯 機械設計實用機構與裝置圖冊 機械工業(yè)出版社 12. 黃穎為 主編 包裝機械結構與設計 化學工業(yè)出版社 13.潘杰 主編