【Z90型電動閥門裝置及數(shù)控加工工藝的設(shè)計6100字】

PAGE27Z90型電動閥門裝置及數(shù)控加工工藝的設(shè)計第一章課題簡介 11.1Z90型電動閥門概述 11.2本文的設(shè)計思路 1第二章結(jié)構(gòu)及工作原理概述 22.1Z90型電動閥門的結(jié)構(gòu) 22.2Z90型電動閥門的工作原理 22.3Z90型電動閥門裝置的性能參數(shù) 2第三章重要元件的設(shè)計 33.1齒輪的設(shè)計 33.1.1選擇齒輪材料及熱處理方法 33.1.2計算齒輪的許用應(yīng)力 33.1.3齒輪的幾何尺寸計算 33.1.4齒輪彎曲疲勞強度的計算 43.1.5校核齒輪齒面接觸疲勞強度 53.1.6齒輪的實際圓周速度 63.1.7計算嚙合力 63.1.8電動機的選擇 63.2軸的設(shè)計 73.2.1選用軸的材料和初步估算軸徑 73.2.2軸上受力分析 73.2.3確定危險截面并計算安全系數(shù) 73.3軸承的壽命計算 103.3.1計算內(nèi)部軸向力S 113.3.2計算實際軸向力 113.3.3取系數(shù)X、Y值 113.3.4計算當量載荷P 113.3.5計算軸承額定壽命L 123.4 選用鍵并校核強度 123.4.1輸出軸上安裝齒輪處選用鍵的內(nèi)型 123.4.2電機齒輪固定鍵的內(nèi)型 133.5 箱體的設(shè)計 133.6 齒輪和軸的潤滑油的選擇 133.7 工件壓機構(gòu)緊及夾具 143.8 電器元件 15第四章關(guān)鍵零部件的數(shù)控加工工藝設(shè)計 184.1概述 184.1.1數(shù)控加工工藝的概念 194.1.2數(shù)控加工工藝特點 204.1.3數(shù)控加工的工藝適應(yīng)性 204.1.4數(shù)控加工零件的工藝性分析 214.2數(shù)控加工工藝 224.2.1零件圖樣工藝分析 224.2.2制定工藝過程 234.2.3選擇刀具 234.2.4確定切削用量 234.3三維造型及CAM模擬加工 23第五章本文小結(jié) 25第一章課題簡介閥門電動裝置是閥門的驅(qū)動裝置，用以驅(qū)動和控制閥門的開啟和關(guān)閉。在現(xiàn)代過程控制領(lǐng)域中，執(zhí)行機構(gòu)是不可或缺的部分，最從早的手動再到氣動執(zhí)行器再到現(xiàn)在的電動執(zhí)行器，不同的控制場所都得到了廣泛的使用。工作原理是通過齒輪傳動來實現(xiàn)的，接收到電信號后先由電機齒輪帶動蝸桿齒輪，帶動蝸桿，經(jīng)過手柄帶動撥環(huán),使支桿銷直立上檔,再由蝸桿帶動蝸輪，帶動輸出軸，而輸出軸的轉(zhuǎn)動帶動了軸上的大傘齒輪，再由大傘齒輪帶動小傘齒輪（即中轉(zhuǎn)齒輪），再帶動電器部分的行程開關(guān)上的小齒輪，經(jīng)電器部分來完成工作。根據(jù)所需的要求給予相應(yīng)的信號完成遠程控制、集中控制和自動控制。1.1Z90型電動閥門概述Z90型電動閥門裝置，通稱為多回轉(zhuǎn)閥門電動裝置，適用于閥瓣做直線運動的閥門，如閘閥、截止閥、隔膜閥、水閘閥等。用于閥門的開啟、關(guān)閉或調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對閥門的遠控、集控和自控。具有功能全、操作方便、接線簡單、體積小、重量輕、使用維護方便等特點。1.2本文的設(shè)計思路由于電動閥門裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大部分都采用齒輪傳動來實現(xiàn)工作，所以設(shè)計上先應(yīng)解決齒輪，再確定電動機的選用要求，再確定軸，軸承，鍵，以及工件機構(gòu)和夾具的數(shù)據(jù)。最后對主要元件的數(shù)控加工工藝進行了設(shè)計。

第二章結(jié)構(gòu)及工作原理概述2.1Z90型電動閥門的結(jié)構(gòu)Z90型電動閥門裝置由電機、減速箱、控制機構(gòu)、控制方式轉(zhuǎn)換機構(gòu)、手動輪盤及電器部分組成。2.2Z90型電動閥門的工作原理Z90型電動閥門裝置的工作原理是通過齒輪傳動來實現(xiàn)的，是二級齒輪傳動，接收到電信號后由電機齒輪帶動蝸桿齒輪，帶動蝸桿，經(jīng)過手柄帶動撥環(huán),使支桿銷直立上檔,再由蝸桿帶動蝸輪，帶動輸出軸，而輸出軸的轉(zhuǎn)動帶動了軸上的大傘齒輪，再由大傘齒輪帶動小傘齒輪（即中轉(zhuǎn)齒輪），再帶動電器部分的行程開關(guān)上的小齒輪，經(jīng)電器部分來完成工作。2.3Z90型電動閥門裝置的性能參數(shù)1．電動閥門裝置公稱轉(zhuǎn)矩為900N﹒m。2．最大控制轉(zhuǎn)矩為1350N﹒m。3．最小控制轉(zhuǎn)矩為≤450N﹒m。4．允許通過的閥桿直徑為60mm5．輸出轉(zhuǎn)速為24r／min。6．電機功率為2.2KW。

第三章重要元件零的設(shè)計3.1齒輪的設(shè)計3.1.1選擇齒輪材料及熱處理方法根據(jù)工作要求，選用多齒輪傳動。箱體內(nèi)無特殊要求，蝸桿齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為220-250HBS，可減小結(jié)構(gòu)尺寸、易于選材從而降低成本。3.1.2計算齒輪的許用應(yīng)力1）計算許用接觸應(yīng)力查教材，得齒輪的接觸疲勞極限別為：齒輪（217~255）σ1=580MPa[σ]1=Zn1×σ1/S=580/1.1=527.3Mpa2）計算許用彎曲應(yīng)力[]由教材查得：齒輪（217~255HBS）[lim1]=440Mpa齒輪彎曲許用應(yīng)力為：[]1=Yn1[lim1]／SF=1×440／1.4=314.3Mpa。3.1.3齒輪的幾何尺寸計算齒輪的設(shè)計計算求出齒輪的模數(shù)m≥==1.355㎜3.1.4齒輪彎曲疲勞強度的計算計算齒輪的模數(shù)m≥㎜式中：m齒輪的模數(shù)K齒輪的載荷系數(shù)T小齒輪傳遞的名義轉(zhuǎn)矩N㎜Ψ圓柱齒輪的齒寬系數(shù)Z齒輪系數(shù)Y齒輪的復(fù)合齒形系數(shù)Y齒輪的重合度系數(shù)[]齒輪的許用彎曲應(yīng)力確定公式內(nèi)的各計算數(shù)據(jù)值、選定齒輪的參數(shù)Z=20，Z=iZ=4.33×20=86.6取Z=88查《機械設(shè)計實用手冊》，可得Ψ=0.7、計算齒輪的名義轉(zhuǎn)矩T=9550P/n=9550×1.5/1400=10.23（Nm）=10230（Nmm）計算齒輪的載荷系數(shù)K查《機械設(shè)計實用手冊》，根據(jù)電機短時工作制，額定工作時間10分鐘的要求，載荷平穩(wěn)。取K=1.0。初步估計轉(zhuǎn)速V=24m/s查《機械設(shè)計實用手冊》可得，K=1.4，K=1.15，K=1.13則=[1.88－3.2（1/Z+1/Z）]cosβ=[1.88－3.2（1/20＋1/88）]×1=1.7055式中：齒輪的端面重cosβ齒輪的螺旋角系數(shù)K齒輪間的載荷分配系數(shù)K齒輪齒向載荷分配系數(shù)則K=KKKK=1.0×1.4×1.15×1.13=1.82、查取齒輪的復(fù)合系數(shù)Y根據(jù)《機械設(shè)計實用手冊》查得，Y=4.2，Y=3.55式中：Y齒輪的復(fù)合齒形系數(shù)、計算齒輪的Y/[]Y/[]=4.2/210=0.02Y/[]=3.15/210=0.015所以Y/[]＞Y/[]、計算齒輪的重合系數(shù)Y=0.25＋0.75/=0.25＋0.75/1.7055=0.68983.1.5校核齒輪齒面接觸疲勞強度=ZZZ式中：ZE=189.8，Z=2.5，Z=0.76=齒輪齒面接觸疲勞強度Z材料的彈性系數(shù)Z齒輪節(jié)點區(qū)域系數(shù)Z齒輪重合度系數(shù)K齒輪的載荷系數(shù)U兩齒輪的齒數(shù)比則，=ZZZ=189.8=1023.15(Mpa)所以，接觸疲勞強度足夠。3.1.6齒輪的實際圓周速度V=πd1n1/60×1000=3.14×1460×251.72/60×1000=1.02（m/s）3.1.7計算嚙合力圓周力Ft=2T1/d1=3733(N)徑向力Fr=Fttanаn/cosв=1372(N)軸向力Fа=Frtanв=532(N)3.1.8電動機的選擇選用電機為短時工作制，額定持續(xù)工作時間為10分鐘。載荷平穩(wěn)，對啟動無特殊要求，啟動性能較好，電機為外購，所選電動機額定功率為2.2kw。電動機的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)要求而選定。在確定電動機額定轉(zhuǎn)速時，要考慮裝置的傳動比，兩者相互配合，經(jīng)過技術(shù)，經(jīng)濟方面全面考慮才能確定。所以選用的電動機轉(zhuǎn)速要求不低24r/min。3.2軸的設(shè)計3.2.1軸材料的選用和初步估算軸徑輸出軸的設(shè)計（如圖1所示）為滿足要求軸材料應(yīng)選擇經(jīng)調(diào)處理后的45鋼，硬度為217~215HBS，由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》查表得：σB=650MPa，σS=360MPa，σ-1=300MPa，〔σ-1〕=60MPa。3.2.2軸上受力分析齒輪分度圓上的切向力Ft=2000T/d1=2000×614.67/（87×2/cosβ）=6970.5（N）齒輪的徑向力Fr=Ft=tanαn/cosβ=6970.5×0.364/0.986=2550（N）齒輪的軸向力Fx=Fttanβ=6970.5×tan10°=1139.4（N）3.2.3確定危險截面并計算安全系數(shù)根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸,可知道截面處彎矩最大,且受轉(zhuǎn)矩,又有過盈聯(lián)接的應(yīng)力集中,鍵槽的應(yīng)力集中。以下將逐個校核之：（1）、校核截面的安全系數(shù)由公式可知,n=n=式中：σ1、,τ1對稱循環(huán)下材料試件的扭剪疲勞極限k，k彎曲，扭剪時的有效應(yīng)力集中系數(shù)表面品質(zhì)系數(shù)，—彎曲，扭剪的絕對尺寸影響系數(shù)ψ，ψ--材料拉伸，扭剪的平均應(yīng)力計算系數(shù)σ，τ正應(yīng)力，扭剪應(yīng)力的平均應(yīng)力式中：由《機械設(shè)計使用手冊》表查得，=238Nmm.=138N/mmk、，過盈配合的應(yīng)力集中系數(shù)遠大于鍵槽的，故只需考慮過盈配合。查得，k=2.6，k=1.88。β查表，取β=0.92ε查表，得=0.84，=0.78ψ，ψ查表24-24，得ψ=0.34，ψ=0.21則==M/w=320/8.18=39(N/mm2)W由表可以知道，單鍵槽d=46mm時，W=8.18cm,Wp=17.1cm.=Fx/A=0因為，F(xiàn)x為D截面以左的軸向應(yīng)力，D截面以右為受轉(zhuǎn)矩的一段，不受軸向力。==T/W==17.9（N/mmeq\o(\s\up5(2),\s\do2())）將上列諸值代入公式，n==2.6n==2.9代入式中n===1.94圖1輸出軸3.3軸承的壽命計算以輸出軸軸承為例，選擇6404的單列向心推力球軸承查《機械設(shè)計實用手冊》表，得如下數(shù)據(jù)：額定動載荷C=29.2KN,e=0.25,Y=2.5載荷系數(shù)f=1.1溫度系數(shù)由前面的計算可知：R=1994N,R=556N即軸承的徑向力：F=R=1994N,F=R=5563.3.1計算內(nèi)部軸向力SS=F/2Y==398.8（N）S=F/2Y==111.2（N）3.3.2計算實際軸向力F=max｛SS－F｝=max｛398.8,11.2—1139｝=398.8（N）F=max｛S,S＋F｝=max｛11.2,398.8＋1139｝=1537（N）3.3.3取系數(shù)X、Y值F/F=398.8/1537=0.26＞eF/F=1573/556=2.8＞e由《機械設(shè)計實用手冊》查表得X=X=0.65,Y=Y=計算當量載荷PP=f（XF＋YF）=1.1×（0.65×1537＋2.6×398.8）=2239.5（N）P=f（XF＋YF）=1.1（0.65×556＋2.6×1573）=4896.3（N）3.3.5計算軸承額定壽命L因為P＞P，所以軸承的額定壽面為Lh：L==184757（h）若使用期限為10年，若每年300工作日，則，軸承的預(yù)估使用時間為：L=8×2×300×5=24000（h）由于Lh＞L，所以該軸承合乎要求。選用鍵并校核強度3.4.1輸出軸上安裝齒輪處選用鍵的內(nèi)型A型鍵14×75GB/T1096—1970。由《機械設(shè)計實用手冊》，查得，鍵寬b=14mm，鍵高為h=9mm,鍵長L=45mm,鍵槽深t=3.5mm則鍵的工作長度為L=L－b=45－14=31mm.由前面的計算可以知道,T=667.4mm,d=46mm。平鍵連接按標準選擇具有足夠的剪切強度，進行強度鼓按擠壓校核。則=4T/dhL==143.2（Mpa）由教材查表得，鍵的許用擠壓應(yīng)力[σP]=（125～150）Mpa。顯然σP<[σP]，故，連接強度達到，能夠滿足要求，安全。3.4.2電機齒輪固定鍵的內(nèi)型A型鍵10×52GB/T1096—1979。由《機械設(shè)計實用手冊》表，得b=10mm,h=8mm,L=63mm,t=5.0mm則鍵的工作長度L=L－b/2=63－5/2=60.5mm由前面的計算可以知道，T=667.4Nmd=36mm則σP=4T/dhL==143.2（Mpa）同樣，故，連接強度達到，能夠滿足要求，安全。箱體的設(shè)計選用45鋼調(diào)質(zhì)，成本低、結(jié)構(gòu)尺寸小。（1）木模鑄造、清砂（2）熱處理，人工時效（3）清除澆冒口及毛刺（4）非加工面打底漆齒輪和軸的潤滑油的選擇由于齒輪圓周速度V＜12m/s，因而采用浸油潤滑。電動閥門選用潤滑油牌號：N46機械潤滑油。電動閥門傳動所需用油量：按每傳遞1KW的功率時，需要的用油量為V=0.35~0.75L計算。V=（0.35～0.75）×4=1.4~2.8故，實際用油量為V1=2.5L工件壓機構(gòu)緊及夾具工裝夾具有兩個功能：定位，按被加工零件的精度和定位基準設(shè)計；夾緊或壓緊，根據(jù)不同的零件和工況，選取何種機構(gòu)需根據(jù)實際需要考慮。（如圖2，3所示）第一種：1、連桿2、油缸活塞桿3、油缸4、固定支架5、壓桿圖2工件夾具（一）第二種：1、油缸2、油缸活塞桿3、連桿4、壓桿5、固定支架6、被壓工件圖3工件夾具（二）電器元件及控制機構(gòu)（如表3.1所示）電器元件表代號名稱型號規(guī)格數(shù)量KO,KC交流接觸器CJX8-92FR熱繼電器JR16B1LSF閃光開關(guān)V-1571LSO,LSC行程開關(guān)HWK114TSO,TSC轉(zhuǎn)矩開關(guān)WK1-12SO,SC,SS按鈕LA11-A11D3TH熱敏開關(guān)T111FU熔斷器BLX-11CB開度表1-10mA1W1電位器WX10-3301M電機YDF1B變壓器220V1表3.1電器元件表第四章關(guān)鍵零部件的數(shù)控加工工藝設(shè)計4.1概述4.1.1數(shù)控加工工藝的概念數(shù)控加工就是根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件，編制零件數(shù)控加工程序，并輸入到數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)，以控制數(shù)控機床中道具與工件的相對運動，從而完成零件的加工。數(shù)控加工的工藝設(shè)計必須在程序編制工作開始以前完成，確定工藝才方案才能開始編程。機床的效率和零件的加工質(zhì)量都受到工藝方案的影響。大量加工實例表明，造成數(shù)控加工誤差的主要原因之一就有工藝設(shè)計考慮不周全。數(shù)控加工工藝主要包括如下內(nèi)容：⑴選擇并確定進行\(zhòng)t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E5%8A%A0%E5%B7%A5/_blank"數(shù)控加工的零件及內(nèi)容；⑵對零件圖紙進行數(shù)控加工的工藝分析；⑶\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E5%8A%A0%E5%B7%A5/_blank"數(shù)控加工的工藝設(shè)計；⑷對零件圖紙的數(shù)學處理；⑸編寫\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E5%8A%A0%E5%B7%A5/_blank"加工程序單；⑹按程序單制作控制\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E5%8A%A0%E5%B7%A5/_blank"介質(zhì)；⑺程序的校驗與修改；⑻首件試加工；⑼現(xiàn)場問題處理⑽\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E5%8A%A0%E5%B7%A5/_blank"數(shù)控加工工藝文件的定型與歸檔。4.1.2數(shù)控加工工藝特點工序集中數(shù)控機床一般帶有可以自動換刀的刀架、刀庫，換刀過程由程序控制自動進行，因此工序比較集中。工序集中帶來的巨大的經(jīng)濟效益：⑴減少機床占地面積，節(jié)約廠房。⑵減少或沒有中間環(huán)節(jié)，減少時間和人力。自動化數(shù)控機床加工時，不需人工控制刀具，自動化程度高。⑴對操作工人的要求降低。⑵降低工人的勞動強度。⑶產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。⑷加工效率高。柔性化高傳統(tǒng)的通用\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E5%8A%A0%E5%B7%A5/_blank"機床，雖然柔性好，但效率低下；而傳統(tǒng)的專機，雖然效率很高，但對零件的適應(yīng)性很差，剛性大，柔性差，很難適應(yīng)市場經(jīng)濟下的激烈競爭帶來的產(chǎn)品頻繁改型。只要改變程序，就可以在\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E5%8A%A0%E5%B7%A5/_blank"數(shù)控\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E5%8A%A0%E5%B7%A5/_blank"機床上加工新的零件，且又能自動化操作，柔性好，效率高，因此數(shù)控機床能很好適應(yīng)市場競爭。4.1.3數(shù)控加工的工藝適應(yīng)性根據(jù)數(shù)控加工的優(yōu)缺點及國內(nèi)外大量應(yīng)用實踐，一般可按工藝適應(yīng)程度將零件分為下列3例：一、最適應(yīng)類1.形狀復(fù)雜，加工精度要求高，用通用加工設(shè)備無法加工或雖然能加工但難保證產(chǎn)品質(zhì)量的零件；2.用數(shù)學模型描述的復(fù)雜曲線或曲面輪廓零件；3.具有難測量、難控制進給、難控制尺寸的不開敞內(nèi)腔的殼體或盒形零件；4.必須在一次裝夾中合并完成銑、鏜、鉸或攻螺紋等多工序的零件。對于上述零件，可以先不要過多地考慮生產(chǎn)率與經(jīng)濟上是否合理，而首先應(yīng)考慮能不能把他們加工出來，要著重考慮可能性的問題。只要有可能，都應(yīng)把采用數(shù)控加工作為優(yōu)選方案。二、較適應(yīng)類較適應(yīng)類數(shù)控加工的零件大致有以下幾種：1.在通用機床加工時易受人為因素干擾，零件價值又高，一旦質(zhì)量失控造成重大經(jīng)濟損失的零件；2.在通用機床上加工必須制造復(fù)雜的專用工裝的零件；3.需要多次更改設(shè)計后才能定型的零件；4.在通用機床上加工需要做很長時間調(diào)整的零件；5.用通用機床加工時，生產(chǎn)效率很低或體力勞動強度很大的零件。這類零件在首先分析其加工性以后，還要在提高生產(chǎn)效率及經(jīng)濟效益方面做全面衡量，一般可把他們作為數(shù)控加工的主要選擇對象。三、不適應(yīng)類1.生產(chǎn)批量大的零件（當然不能排除其中個別工序用數(shù)控機床加工）；2.裝夾困難或完全靠找正定位來保證加工精度的零件；3.加工余量很不穩(wěn)定，且數(shù)控機床上無在線檢測系統(tǒng)可自動調(diào)整零件坐標位置的零件；4.必須用特定的工藝裝備協(xié)調(diào)加工的零件。以上零件采用數(shù)控加工后，在生產(chǎn)效率與經(jīng)濟性方面一般無明顯改善，更有可能弄巧成拙得不償失，故一般不應(yīng)作為數(shù)控加工的選擇對象。4.1.4數(shù)控加工零件的工藝性分析數(shù)控加工工藝性分析涉及內(nèi)容很多，從數(shù)控加工的可能性和方便性分析，應(yīng)主要考慮：1．零件圖紙上尺寸數(shù)據(jù)標注的原則（1）零件圖紙上尺寸標注應(yīng)符合編程方便的特點在數(shù)控加工圖上，宜采用以同一基準引注尺寸或直接給出坐標尺寸。這種方法，既便于編程，也便于協(xié)調(diào)設(shè)計基準、