钉磨机床设计.docx

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钉磨机床设计

第1章：

绪论

1.1、钉磨机床的技术现状及发展趋势

随着科学技术的进步，对报废轮胎的回收利用方向及领域在不断地发展和扩展。

世界各国纷纷积极开辟废旧轮胎综合利用新途径。

尤其是近些年来，公众的环境保护意识日益增强，利用废旧资源培育新型产业，实现经济可持续性发展成了世界各国的共识。

跟钉磨机床的加工原理相似的机床在国外得到很好的利用，同时机床的设计及制造质量也达到了一定的水平。

并形成了一定的生产规模。

在国内，首先我国是一个橡胶消费大国，2000年汽车轮胎产量就达到7828万条，废旧轮胎日益增多，已成为亟待解决的问题。

勿庸置疑，努力开发各种处理废旧轮胎的新技术、新工艺，对充分利用再生资源，减少环境污染，改善人类的生存环境。

在国内的钉磨机床主要是国内各个企业自己根据自己的需要而自行设计的所以它在国内的设计还不够成熟还有待进一步改进。

第2章钉磨机床的机构方案

2.1钉磨机床的研究目的和意义

为了把报废轮胎进行回收利用，加工成农业机械用的实心轮胎。

而设计了钉磨机床，钉磨机床是属于专用机床，它是实心轮胎加工中的其中一道工序。

据统计，目前全世界每年有15亿条轮胎报废，其中北美大约4亿条，西欧近2亿条，日本1亿条[1～5]。

如何将废旧轮胎资源化、减量化、无害化，不仅关系到环境保护这个重要的社会问题，而且还关系到持续发展这一全球性的战略问题。

所以对为了把废旧轮胎进行回收加工的机械进行优化设计是有重大意义的，国外例如美国等国家关于类似的机床设计挺多的他们关于废轮胎回收利用的企业挺多的。

2.2钉磨机床的特点

改变了钉磨机床原来加工效率低的不足。

同时也对它的结构进行了优化设计，降低了它的制造成本，提高了它的利用效率。

2.3钉磨机床的用途和应用领域

钉磨机床主要用于橡胶的加工，例如：

磨轮胎的凹型面。

它的设计结构简单，制造成本低。

可以很好的应用于我国各大中小型企业加工的需要，应用领域非常的广泛，发展前景十分乐观。

2.4总体方案确定

钉磨机床是用来对报废轮胎的切块进行磨削加工的机床。

它的结构有两种设计方案。

第一种方案把磨头布置在机架的一边的正中间，且磨头成圆柱形设计。

磨头的两侧用两个压辊压住工件。

对于磨头和压辊的空间位置由两个手柄操作。

第二种方案把磨头布置在机架一边的右侧端。

磨头设计成为成型件，也就是改为成型加工。

磨头压着的工件只用一个压辊来压住，且磨头和工作台，它们的运动方向的关系是相反的。

且磨头和压辊的空间位置由一个手柄来操作。

我选择第二种设计方案，由于第二种方案采用的是成型加工它比起第一种方案在效率上比较高些。

而且第二种设计方案中机床的结构比第一种设计方案要简单许多。

由此第二种设计方案可以降低机床的设计成本，提高了工件的加工效率。

2.5钉磨机床的结构方案确定

钉磨机床主要分为四大部分，它们是：

1、钉磨头部分；

2、蜗杆传动部分；

3、带传动部分；

4、齿轮传动部分；

5、压辊部分。

钉磨机床的总体结构：

2-1钉磨机床结构图

2.5.1钉磨头部分

钉磨头部分它是机床的主要工作部件，它的四周布满了钉头。

且它们成螺旋式布置。

钉磨头的工作原理是在电机的带动下，它利用布置在其周围的钉头来对废轮胎切块进行磨削加工。

钉磨头的结构图如下：

图2-2钉磨头的结构图

2.5.2蜗杆传动部分

蜗杆传动部分在机床中的作用是：

实现大的传动比和大的扭距。

它在机床中也是主要的传动部分。

2.5.3带传动部分

带传动部分主要包括两个部分：

第一个部分是主电机与钉磨头之间的传动；第二个部分是辅助电机与工作台之间的传动。

且第二部分的机构简图如下：

图2-3带传动的结构简图

2.5.4齿轮传动部分

齿轮传动部分的主要作用是将蜗轮传递过来的扭距传递给与工作台相连接的轴，从而实现工作台的转动。

2.5.5压辊部分

压辊部分它的主要作用是当钉磨头在工作时，压住工件。

且它的组成部分主要有两大部分：

支架；压辊。

其结构图如下：

图2-4压辊结构图

第3章：

钉磨头部分的结构方案设计

3.1引言

随着科学技术的飞快发展，世界的工业也随着快速地发展，特别是电子及汽车行业。

汽车给人们带来了交通便利，公路运输促进了国民经济的发展。

但我们在享受便利和品尝经济发展的成果时，不得不面对日益增多的废旧轮胎。

据统计，目前全世界每年有15亿条轮胎报废，其中北美大约4亿条，西欧近2亿条，日本1亿条[1～5]。

如何将废旧轮胎资源化、减量化、无害化，不仅关系到环境保护这个重要的社会问题，而且还关系到持续发展这一全球性的战略问题。

轮胎工业的原材料在很大程度上依赖于石油，特别是在天然橡胶资源缺乏、大量使用合成橡胶和合成纤维的国家，70％以上的原材料是以石油为基础。

在美国，每生产1条乘用轮胎要消耗26升石油，每生产1条载重轮胎要消耗106升石油。

可以说，不管以何种方式利用废旧轮胎，其最终结果都是提高了石油的利用价值，在目前能源日趋紧张的形势下，回收利用废旧轮胎对节约能源具有重大意义。

我国是一个橡胶消费大国，2000年汽车轮胎产量就达到7828万条，废旧轮胎日益增多，已成为亟待解决的问题。

如不未雨绸缪，及早治理，必将给城乡环境带来不良影响。

勿庸置疑，努力开发各种处理废旧轮胎的新技术、新工艺，对充分利用再生资源，减少环境污染，改善人类的生存环境具有积极意义。

同时为了解决这一问题而兴起的行业和解决方向逐渐增多，同时绿色回收就是其中一个重要的方向。

例如把报废轮胎加工成实心轮胎（用于农用机械）而钉磨机床是这一工作中的其中一道工序所用的专用机床。

3.2钉磨头的结构方案

钉磨头的结构可以有两种形式：

其一就是：

成圆柱形的外形结构，钉头成螺旋式布置。

且它在加工时需要两个压辊来压住工件。

其二就是：

成成形的外形结构，钉头也成螺旋式布置。

它在加工时只需一个压辊来压住工件。

3.2.1钉磨头的结构方案确定

我选用的是第二种设计方案，由于它采用的是成形加工。

且压辊只需一个，这样能很好地简化机床机构。

同时又能提高加工的效率。

这样也能降低机床的制造成本。

第4章：

蜗杆传动部分设计

4.1蜗杆传动的类型

目前，我国生产的包络环面蜗杆副主要有：

平面一次包络环面蜗杆副；锥面二次包络环面蜗杆副等。

以直齿或斜齿平面蜗轮为产形轮而展成包络环面蜗杆称为平面包络环面蜗杆，这些特定齿面的蜗轮可以和它们各自的包络环面蜗杆组成蜗杆传动，称为平面一次包络环面蜗杆传动。

其中直齿平面蜗杆传动是由美国格里森公司wildharber于1922年发明的，适用于大传动比场合的；斜齿平面蜗杆传动是由日本的左藤于1952年发明的，适用于中、小传动比，最小传动比i=10.该平面包络蜗杆的形成过程称为第一次包络，如果以次包络环面蜗杆为产形轮再展成一个蜗轮，其过程称为第二次包络；平面包络环面蜗杆与由它展成的蜗轮构成的传动，称为平面二次包络环面蜗杆传动。

平面二次包络环面蜗杆副与普通圆柱蜗杆及直廓环面蜗杆相比较，具有接触齿数多、蜗杆齿面可淬硬精确磨削、齿面硬度高、齿面光洁、精度高、齿面接触面较大，并有瞬时双线接触、接触线总长度长、综合曲线半径大、接触应力小、啮合润滑角大，啮合中容易形成动压油膜，减少齿面磨损等特点。

由于平面二次包络蜗杆传动具有上述优点，因此，自该传动型式诞生以来，很快在全国各行各业中被推广，现已大量应用于冶金设备，并在造船、采矿、机械、建筑、军工、化工等各行业中采用，受到普遍欢迎。

由于在多头小速比的场合，平面二次包络环面蜗杆会产生蜗杆齿面根切和边齿齿顶变尖等现象，而且头数越多越严重，因此，一般速比不能小于8，按正常情况只能做到4个头。

直廓环面蜗杆则在工艺上十分复杂，成本较高，国内最多只能做到6个头。

锥面二次包络环面蜗杆传动是介于平面二次包络环面蜗杆传动和直廓环面蜗杆之间的一种新型环面蜗杆传动，它既具有平面包络环面蜗杆可以淬硬磨削、制造工艺较易实现的特点，又具有直廓环面蜗杆可避免蜗杆边齿齿顶变尖和根切的优点。

但是，它在蜗杆齿面接触区面积上不如平面二次包络环面蜗杆传动大，而比直廓环面蜗杆传动宽；在边齿齿顶变尖和根切方面不如直廓环面蜗杆那样根本不会产生，而平面包络环面蜗杆那样根本不会产生，而平面包络环面蜗杆当速比小于10时却难于避免。

为了更好地发挥各自的优势，当蜗杆头数为1~4时，可制成平面二次包络环面蜗杆副，而当蜗杆头数大于4时，则可制成锥面二次包络环面蜗杆副。

蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构。

如图

图4-1蜗杆传动简图

4.2蜗杆传动的失效形式

和齿轮传动一样，蜗杆传动的失效形式也有点蚀（齿面接触疲劳破坏）、齿根折断、齿面胶合及过度磨损等。

1.模数和压力角

蜗杆和蜗轮啮合时，在中间平面上，蜗杆的轴面模数压力角应与蜗轮的端面模数压力角相等，即

蜗杆轴向压力角的法向压力角的关系为：

=

式中为导向角。

2.蜗杆的分度圆直径d1

q=q为蜗杆的直径系数

3，蜗杆头数z1

以根据要求的传动比和效率来选定。

一般为1，2，4，6。

4，导程角

对于要求具有自锁性能的传动则采用<的蜗杆传动。

tan====

pa为蜗杆轴向齿距直径系数q和蜗杆头数

5，传动比i和齿数比u

i=

：

蜗杆转速

：

蜗轮转速

u=

当蜗杆为主动时

i===u

6，蜗轮齿数

蜗轮齿数主要根据传动比来确定

当<26时，啮合区要显著减小，将影响传动的平稳性，而在>30时，则可始终保持有两对以上的齿啮合，所以通常规定大于28。

对于动力传动，一般不大于80。

7，蜗杆的标准中心距为a

a==

中心距时变位蜗杆传动的中心：

==

蜗轮变位系数的常用范围为,为了有利于蜗轮齿强度提高，最好为正值。

4.3蜗杆刚度计算和蜗轮轮齿强度计算分析

4.3.1蜗轮齿面接触疲劳强度计算

由于阿基米的蜗杆传动在中间平面上相当于支持齿条的蜗轮的啮合传动，而蜗轮本身有相当于一个斜齿圆柱齿轮，因此蜗轮齿面接触疲劳强度计算与斜齿圆柱齿轮传动相似，所以赫兹应力公式作为开始计算公式，按节点处啮合的条件计算有关系数。

由赫兹应力计算公式知：

式中，为齿面法向力，其计算式为;

为综合曲率半径（当量曲率半径），由于蜗杆齿在法截面上近似直线轮廓，取，蜗轮的曲率半径借用斜齿轮的曲率半径公式则蜗杆传动在节点处的曲率半径为；为最小接触线长度，其计算式为式中为蜗轮轮齿弧长，为蜗轮齿宽角（取）；为端面重合度，一般取；为接触线长度变化系数，可取。

将以上数值代入公式后得到接触线长度计算式后得到接触线长度计算公式：

为蜗轮许用接触应力

引入弹性系数

取值可参考[]表11-9，且铸造蜗轮与钢质蜗杆配对

通常取

将以上各参数值代入赫兹公式

一般取，（平均值），，代入整理得：

其齿面接触疲劳强度条件为：

（校核公式）

则设计公式为：

：

蜗轮齿面的最大接触应力

：

蜗杆分度圆直径（mm）

：

蜗轮分度圆直径（mm）

：

蜗轮工作转矩

：

蜗轮材料的许用接触应力

根据计算出的值，由11-1确定相应的值，许用接触应力，可以分两种情况确定：

（1）当蜗轮材料为强度极限的青铜时，失效形式主要是疲劳点蚀，其许用应力与应力循环次数有关，

即：

：

接触寿命系数

：

蜗轮每转一转是个轮齿啮合的次数

：

蜗轮的转速

：

蜗轮总的工作小时数

当时

当时

（2）当蜗轮材料是强度极限的青铜或铸铁时，失效形式主要是胶合。

需通过限制齿面接触应力的大小来防止发生胶合。

因此要根据抗胶合条件选择许用接触应力其值与润滑条件，相对滑动速度有关，而与循环次数无关。

2，蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算：

由于蜗轮的齿形较复杂，在平行于中间平面的各截面内，蜗轮的齿厚不同无法精确计算齿根的弯曲应力。

简化计算可以近似将蜗轮是威胁齿圆柱齿轮进行计算。

将蜗轮各参数转化后代入斜齿圆柱蜗轮弯曲疲劳强度计算公式中并考虑实际齿宽为：

（取