球绞轴承综合试验机设计本科毕业设计论文.docx
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球绞轴承综合试验机设计本科毕业设计论文
本科毕业设计（论文）
球绞轴承综合试验机设计
燕山大学毕业设计（论文）任务书
学院：
里仁学院系级教学单位：
机械制造及其自动化系
学
号
学生
姓名
专业
班级
机械制造班
题
目
题目名称
高速线材打包机结构改造设计
题目性质
1.理工类：
工程设计（√）；工程技术实验研究型（）；
理论研究型（）；计算机软件型（）；综合型（）
2.管理类（）；3.外语类（）；4.艺术类（）
题目类型
1.毕业设计（√）2.论文（）
题目来源
科研课题（）生产实际（）自选题目（√）
主
要
内
容
基
本
要
求
1.独立完成规定的任务，图纸折合A0号三张以上；
2.付设计说明书2万字以上，要求分析计算全面详尽，说明书格式符合“毕业设计撰写规范”；
3.参考文献15篇以上（不包括教材）；
翻译一篇外文资料，译成中文文字不少于3000字。
参
考
资
料
1.机械设计手册
2.机床夹具手册
3.科技期刊上发表的相关论文
周次
第1～4周
第5～7周
第8～11周
第12～15周
第16～17周
应
完
成
的
内
容
调研相关国内外技术资料、接受开题考核
方案设计、相关参数计算
草图设计、接受中期检查
正式图纸设计、撰写设计说明书
准备答辩PPT
指导教师：
胡占齐
职称：
教授2010年3月1日
系级教学单位审批：
年月日
摘要
本文介绍了球铰轴承试验机研制的背景和意义,通过分析关节轴承的结构、运动原理、失效形式,探讨了试验机的主要技术参数、结构、系统组成及控制方案等。
采用液压缸控制技术模拟加载载荷，采用千分表对关节轴承各种试验参数进行测量。
确定了方案后进行了相关的参数计算。
轴的设计计算，平键的选择于校核，液压缸的计算与选择等
绘制了机械结构图纸，液压原理图、机架结构图以及夹具零件图等。
关键词：
球绞轴承测试机游隙刚度寿命
Abstract
Thisarticledescribesthehingeballbearingtestingmachinedevelopedbythebackgroundandsignificance,byanalyzingthestructureofjointbearing,movementprinciples,failuremodesofthetestingmachinemaintechnicalparameters,structure,systemcomponentsandcontrolprograms.Hydrauliccylindercontroltechnologytosimulateloadloadbearingjointsusingmicrometertomeasurethevarioustestparameters.
Aftertheprogramidentifiedtherelevantparametercalculation.Shaftdesigncalculation,thechoiceofflatkeysincheck,thecalculationofhydrauliccylindersandselection,andsoall.
Drawthemechanicalstructuredrawings,hydraulicschematics,rackandclampspartsdiagrammaps,andsoall.
Keywords:
balltwisterbearingtestingmachineClearancestiffnessLifespan
1.1.2国内外打包机的主要研究成果....................................................1
1.1.3我国引进线材打包机现状............................................................5
1.1.4打包机的发展趋势........................................................................6
1.1.5PCH-4KNA型打捆机备件的国产化...............................................7
1.2当前国内外打包机存在的问题..........................................................10
1.3小结......................................................................................................11
2.1打包机的基本原理..............................................................................12
2.2打包头功能及其主要性能.................................................................12
2.2.1功能..............................................................................................12
2.2.2主要技术性能..............................................................................12
2.3打包结构.............................................................................................13
2.4打包动作.............................................................................................15
2.5打包机在自动方式下操作注意事项.................................................16
2.6新型打包头KNB的结构特点..............................................................16
2.6.1扭结机构......................................................................................16
2.6.2剪切机构......................................................................................18
2.6.3导向机构......................................................................................18
2.7新型打包头KNB的维护要点..............................................................19
2.7.1KNB的气动和液压系统的工作介质要求...................................19
2.7.2各机构的维护方法......................................................................19
2.8小结.....................................................................................................19
3.1.1特性要求......................................................................................20
3.1.2性能指标..................................................................................20
3.2液压系统设计分析..........................................................................20
3.3液压系统设计要点..........................................................................25
3.4液压原理及分析说明......................................................................26
3.4.1液压原理图..............................................................................26
3.4.2分析说明..................................................................................26
3.5小结..................................................................................................28
第4章扭结机构中各参数的确定....................................................................29
4.1液压马达的确定..............................................................................29
4.2齿轮的设计计算..............................................................................29
4.2.1扭结轮淬火，中间大齿轮正火，驱动轮调质.......................29
4.2.2驱动轮分度圆直径..................................................................30
4.2.3确定齿轮的尺寸......................................................................32
4.2.4校核齿根弯曲疲劳强度并确定最终的齿轮尺寸..................32
4.3轴设计计算及轴承和键的选择.......................................................34
4.3.1选材料，轴承润滑方式，密封方式......................................34
4.3.2结构设计..................................................................................34
4.4联轴器及夹紧装置的选择...............................................................36
4.4.1联轴器的选择..........................................................................36
4.4.2夹紧装置的选择......................................................................36
4.5小结.....................................................................................................36
附录3...................................................................................................................61
第1章绪论
1.1课题背景
我国自行研究的线材打包机主要是半自动化打包机，半自动化打包机除
了生产效率低以外，还有其他缺点。
比如：
半自动化打包机的打结位置不理
想，在运输过程中容易造成钢捆变松或散包；半自动打包机需要人工穿线，
耗费劳动力等。
而高自动化打包机可以解决上述问题，但是进口国外高自动
化打包机价格昂贵，所以我们要自主研发。
1.1.1线材简介
线材在很多领域扮演着相当重要的角色，所谓的线材是指直径为5-4mm的热轧圆钢和10mm以下的螺纹钢。
它是用作钢筋混凝土的配筋和焊接结构件或再加工（如拔丝，制钉等）原料。
另外线材中应用广泛的是高速线材,所谓的高速线材是指用高速轧钢机轧制的线制钢材。
类似线材的钢材还有棒材，卷材等。
线材在社会上起着巨大作用，是用量很大的钢材品种之一。
经过轧制后可直接用于钢筋凝土的配筋和焊接结构件，也可经再加工使用。
例如,经拉拔成各种规格钢丝，再捻制成钢丝绳、编织成钢丝网和缠绕成型及热处理成弹簧；经热、冷锻打成铆钉和冷锻及滚压成螺栓、螺钉等；经切削成热处理制成机械零件或工具等。
按照《包装国家标准汇编》的有关规定，各种不同类型的金属成品，在一定的规格范围内出厂前必须包装成卷或捆，包装的方式多样，但对紧实度有一定的要求，而且要有相应的标志。
对应的每种钢材都有适应它的打包机构，即所说的金属材料捆扎机。
所谓的金属材料捆扎机是指冶金工厂将其生产的钢材或其他金属材料进行机械化捆扎包装，以便于储存和运输的设备。
1.1.2国内外打包机的主要研究成果
目前在线材打包机这一领域，国外的研究成果有前苏联黑色冶金机械化
科学所研究的钢带类打捆机，如图1所示。
瑞典森德斯（SUND/BIRSTA）公司制造的PCH-4KNA型卧式打捆机，如图2所示。
图1-1前苏联黑色冶金机械化科学研究所打捆机简图
1—围盘；2—捆扎头；3—捆带拉引机构；4—捆带供给机构；
5—液压驱动装置；6—开卷机；7—板叠
图1-2PCH-4KNA型卧式打捆机
1-左移动压实板；2-右移动压实板；3-打包头；
4-送线器；5-中心线道；6-弯曲线道；7-升降台
。
图1-3首钢自行研制的卧式线材打捆机
1-压实缸；2-支座；3-压实头；4-吊卷钩；5-托起机构；6-拧扣机构
首钢自行研制的卧式线材打捆机，如图3所示
北京航空航天大学改造的达涅利打包机，如图4所示。
图1-4北航打捆机结构示意图
图中序号部件名称：
1-捆丝除锈器；2-蓄丝液压锁；3-蓄丝送丝滑轮组；4-送丝滑轮组；5-支撑立板；6-捆丝；7-上支臂油缸；8-送丝力调节机构；9-送丝压轮；10-打捆上抱臂；11-上送丝导槽；12-下送丝导槽；13-送丝主轮及送丝马达；14-剪切机构；15-剪切油缸；16-拧紧头；17-挤平机构；18-防脱油缸；19-打捆机下抱臂；20-拧紧油缸；21-下支臂油缸；22-蓄丝抽丝油缸；23-驱动马达。
除了以上四种国内外的常见打包机，还有意大利的达涅利（DANIELI）公司,日本的潼川公司，德国的小西马公司，荷兰的泰伯勒（NUMTEC/TEBULO）公司，德国的史密斯公司及法国的伯特拉姆（BOTALAM）公司。
国内的研究成果有冶金工业部北京冶金设备制备厂研制的DBJ打捆机等。
以下是国外打包机的特点与主要参数：
国外最大的打捆机供应商是瑞典的森德·伯斯德（SUNDIBIRSTA）公司，该公司生产的主要产品的特点如下:
①.设备采用液压操作，传动功率大，动作平稳，工作精确度高；
②.设备中使用了可互换的标准组件，便于维修；
③.结构紧凑，占用空间少；
④.可根据需要，配备各种不同类型的辅助设备，如配备KNOG防热装置，可以处理高温线材;配备KNOV系统，可以将线材结压下，使其紧贴捆材;配备KNOM加标签机，可以完成自动加标签的任务;还可配备运输，压实
及点算等设备。
该公司生产的打捆机的性能参数及销售情况见表1-1。
日本的潼川公司也是一家生产线棒材打捆机定型产品的老厂，该公司从60年代初就开始进行轧钢精整设备自动化方面的研究。
该公司所生产的TBM系列全自动液压打捆机的性能特点如下：
①．打捆头中采用了差动齿轮机构，捆线的夹紧，切断及拧扣等操作仅由一液压马达驱动，使得结构简单，易于控制，维护方便；
②．捆扎时间短，大型机8秒；中型机4秒；小型机2.5秒；
③．供线采用双重控制机构，连续控制，捆扎操作稳定。
该机全部为液压驱动，捆扎速度，夹紧力易于调节。
意大利的达涅利（DANIELI）公司生产打捆机的特点是系列化，自动化程度高，其产品的性能参数及销售情况见表1-2
表1-2DANIELI公司打捆机产品简介（销售数量截止1980年）
型号
捆扎对象
捆线直径
打捆周期
研制年代
销售数量
LF
φ120-650mm棒材
φ4-10mm
5-20S
1975
110多台
LP
320×320-
500×500mm型钢
φ6-10mm
15-20S
1975
20多台
LB
厚度250mm,长度
1000-2200mm盘卷
φ6-8mm
14-22S
1975
约30台
表1-1SUND/BIRSTA公司打捆机产品简介（销售数量截止1988年）
型号
捆扎对象
性能特点
研制年代
销售数量
（台）
KNA
线材盘条和型、棒、管材
捆线：
Φ3～5.5mm，含碳量≤0.08%
捆扎时间：
9～11s
最大拉紧力：
3.4KN
功率：
4KW
1966
60
KNRA
线材盘条和型、棒、管材
捆线：
Φ3～5.5mm，含碳量≤0.08%，延伸率≥45%
捆扎时间：
9～14s
功率：
4KW
1966
100
KNS
型棒材
捆线：
Φ3～6mm
捆扎时间：
2～6.5s
功率：
5.5KW
1967
254
KNSS
大规格的型棒材
捆线：
Φ5.5mm
捆扎时间：
20～25s
功率：
5.5KW
1976
88
KNSB
多种规格的型棒材
捆线：
Φ5.5mm
功率：
5.5KW
1967
至1990年54台
KNA-SBD
线、棒材及型钢
捆线：
Φ7mm
带双线轨
功率：
5.5KW
1979
至1990年15台
1.1.3我国引进线材打包机现状
我国现在主要靠引进国外的打捆机，且引进打捆机以PC-4型和PCH-4KNA型两种为最多，占国内使用自动化打捆机总数的64%，而PCH-4KNA型打捆机占总数的44%。
我国现有25家高速线材厂，共使用39台打捆机，其中国外引进的自动化打捆机约32台。
国内现在使用的线材自动打捆机的性能参数如表1-3所示。
表1-3打捆机技术参数
名称
类型（参数）
瑞典
瑞典
法国
德国
意大利
中国
设备概况
卧
卧
卧
卧
立
卧
设备型号
PCH-4KNA
PC-4
Botalam
史密斯
LBF-1350
设备自重（t）
42
40
65
129
27
30
打捆道次（道）
4
4
4
4
4
4
压紧方式
双向
双向
单向
-
-
双向
可打捆形状参数
可打盘卷内径（mm）
800
700
800
850
850
760
散卷最大外径（mm）
1300
1400
1350
1250
1250
1143
散卷最大长度（mm）
3500
3000
3600
4100
1800
1655
压紧后最小长度（mm）
500
500
700
500
700
670
力能参数
压实盘卷最大压力（KN）
400
300
400
300
200
200
可捆的最大卷重（kg）
2000
1500
2000
2000
1250
2000
时间参数
工作周期（s）
32
40
54
38
46
70
压力参数
液压系统工作压力（MPa）
13
13
16
13
13
13
设备
数量（台）
17
8
2
3
2
7
所占比例（%）
44
20
5
7
5
19
这些设备大部分是70年代产品，其中包括瑞典森德斯公司的PC-4型打捆机。
1987年，瑞典森德斯公司和伯斯德公司合并以后，研制开发了PCH-4KNA型双向移动打捆机。
1.1.4打包机的发展趋势
从国外各打捆机制造商推出产品的更新换代可以看出打捆机的研制是向着如下几个趋势发展的：
1.自动化智能化2.高效率3.系列化标准化。
这是任何一个行业竞争的必然结果。
要想在激烈的市场竞争中站稳脚跟，为了赢得用户，就要使换代产品之间具有继承性，对大部分构件进行标准化设计，以提高备件的通用性，降低用户的更新费用。
为此，进行打捆机的系列产品开发，从一开始，就要将起点定高，才能长盛不衰。
总的来说，打捆机的发展趋势是动作周期短，耗能低，投入少，寿命长，智能化水平高，环保性能好。
1.1.5PCH-4KNA型打捆机备件的国产化
1993年以来，根据冶金企业生产上的需要，北京四新冶金设备技术中心与哈尔滨东安发动机制造公司合作，研制生产打捆机备件，经过3年多的努力和反复试验，已经制造出410多种零部件，并在首钢、鞍钢等企业正式装机使用。
其中合作制造的送线器，线道系统、打包头等打捆机等关键零部件在使用过程中，工作正常，运转平稳，质量达到了国外进口备件精度要求，为冶金企业创造高产提供了必要条件。
打捆机线道系统如图1-5所示。
图1-5线道系统
1-送线器；2-直线道；3-弯曲线道；4-活动线道
每台打捆机都有4个线道，它是将捆线由送线器经直线道、弯曲线道至中心线道再经活动线道至打包头。
打捆机送线器的具体结构如图1-6所示，它主要由1个送线轮和4个支
承导向轮组成。
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