毕业设计论文钢球冷镦试验装置三维建模与结构设计.docx

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1、题目钢球冷锻试验装置三维建模与结构设计摘要钢球是轴承的重要组成部分，目前无论是汽车，航空还是制造业对于钢球的需求量都是非常巨大。如何在设计和制造中进行技术创新，走向中、高端化，提高钢球生产技术，保证钢球生产的质量成本和环保方面达到世界先进水平都是目前要面对的问题。本文通过检索大量相关文献，从多个传动方案中选择出运用两组带传动，两组凸轮机构，一组曲柄滑块机构来对冷锁机的传动机构进行优化；同时就机床床身的设计展开研究，最后通过三维建模对所设计的机构进行零件的装配。确保所设计的冷锁机能够降低生产成本，缩短产品的生产周期，保证产品生产的精度，为以后设计冷锁机提供参考。关键词：冷钺机；带传动；曲柄滑块机

2、构；凸轮ABSTRACTAtpresent,thedomesticproduction1eve1ofstee1ba11co1dheadingmachine1agsbehindthewor1dadvanced1eve1.Stee1Ba11isanimportantpartofbearing.Atpresent,thedemandforstee1ba11isveryhugeinbothautomobi1e,aviationandmanufacturingindustries.Howtocarryouttechno1ogica1innovationindesignandmanufacture,mov

3、etowardsmediumandhigh-end,andimprovetheproductiontechno1ogyofstee1ba11,toensurethequa1itycostofstee1ba11productionandenvironmenta1protectiontoreachthewor1dadvanced1eve1istheprob1emtobefacedatpresent.Inthispaper,twogroupsofbe1ttransmission,twogroupsofCamMechanismandonegroupofs1ider-crankmechanismares

4、e1ectedtooptimizethetransmissionmechanismofco1dupsettingmachineAtthesametime,thedesignofthemachinebedisstudiedtoensurethatthedesignedco1dheadingmachinecanreducetheproductioncost,shortentheproductioncyc1eandensuretheaccuracyofproductproduction.Fina11y,thepartsofthedesignedmechanismareassemb1edbythree

5、-dimensiona1mode1ing.KeyWords：Co1dHeadingMachine,Cam,Be1tdrive,Cranks1idermechanism摘要I第一章绪论11.1本课题研究意义11. 2我国钢球生产的现状及发展1第二章传动方案的比较51.1 带传动51.2 曲柄滑块机构62. 3凸轮机构8第三章冷徽工艺研究和冷锻机结构设计102.1 设计任务103. 11工作原理及工艺过程:104. 12主要的技术参数：103.13冷锻压力的计算:113.1.4结构特点：123.1.5操作方法133.2冷锻机结构设计14第四章冷锻机床静强度分析18第五章冷锁机三维造型205.1床身

6、215.2曲轴设计235.3连杆设计25第六章总结与展望27参考文献28致谢30第一章绪论1. 1本课题研究意义随着中国工业的不断发展，汽车制造，航空航天，煤炭这些行业需要的钢球数量在迅速增加。有关资料显示，每年我国所需的钢球数量达到2000万亿颗以0可见，中国的钢球市场有很大的发展空间。钢球是轴承的重要组成部分，它的质量往往决定了我们生产轴承性能如何以及这个轴承能够使用多长时间。不锈钢球通常是在酸性环境下工作的，又对它的耐酸精度有一定的要求，目前我国国内还不能做到大量生产，满足不了工业所需数量，因此需要大量从国外进口，很大程度上阻碍了我国制造业和国防的发展。制造钢球的第一步就是冷锻工艺，其加

7、工的好坏对之后的生产加工产生很大的影响。冷锁成形的球坯的尺寸大小，表面粗糙度对钢球生产所需的时间和成本有着至关重要的影响。如何在生产如此庞大数量的钢球的时候保证所需的人力，物力，时间能够做到最合理化的运用是当前钢球生产厂家多面对的问题，同时也是本课题研究的意义所在。本课题设计的轴承钢球生产过程采用在线监控系统，实现冷锻工序中球坯在成形的时候迅速对其质量实行在线监测，光球设备压力不需要手动控制，全程全自动。致力于解决现阶段钢球生产时，成本控制不严格问题，缓解钢球生产设备因缺少在线监测系统所造成一些不必要的问题，提高的钢球生产的精度质量。关于冷锁成形系统质量在线监测系统，大致来说就是在冷锻设备上增

8、加在线监测设备，保证球坯的加工质量，提高生产效率。其中光球设备压力自动控制系统是在现有设备上增加压力控制装置，达到减少人力以及降低人力控制所造成的误差，从而达到提高产品质量提高生产稳定性的目的。无线网络技术覆盖了整个生产过程，可以通过监测设备查看生产环节。12我国钢球生产的现状及发展我国的钢球生产开始于建国初期，随着热处理技术不断改进，光球技术和大循环精加工等新技术的应用以及高速高精度自动冷锁机，高精度磨球机等先进设备的研发使用，我国的钢球生产装备和钢球精度得到飞速的发展。在1980年，我国又从发达国家购买了200多台先进的加工设备，引进了6条不同规格的钢球生产加工线还有一些软件技术。从此我国

9、钢球生产朝着世界先进水平迈向一大步尽管这样，我国的钢球生产技术相比于世界先进水平还是有着不小的差距,导致这种情况的原因有很多点：首先，钢球生产的原料质量瑕疵比较大，脱碳严重，这也是我国钢球加工加工余量大，材料浪费严重的主要原因之一。同等质量的材料，国外的产量比我国高出30%左右。I其次，先进的生产技术并未在我国普及，一些中小企业生产技术落后，显得国内钢球生产技术参差不齐，两极化比较严重。第三，我国的钢球生产装备各式各样，没有一个统一的标准，很难形成一个比较完整的加工生产线。针对以上情况，在十二五的时候我国制定了一系列方针来促进钢球生产发展。以后的钢球生产制造将向一下目标发展：首先稳定生产G5、

10、G3级精密钢球；其次少工艺，生产时间减少，效率高，质量好方向发展；第三形成以工序为基础的机群生产向以规格为单位的连线发展；第四专业化、批量化；第五采用小颗粒树脂砂轮代替初研；第六涡流探伤机研制；第七钢球洗机的研制；第八在线测量和数控技术研制。目前，世界先进钢球生产技术主要掌握在瑞士、美国、日本等国手中，他们的冷锁机生产的钢球无论是质量，还是精度都是世界领先水平。美国国民机器公司(NationMachineryCompany)作为目前世界第一大国，美国的科技发展时间要比中国长久不少，美国工业机器相比于中国也要先进不少。这家公司可以说是世界上冷成形设备设计、开发、制造方面的领头者。PUn1aFX是

11、这家公司最新研发的冷锁设备，拥有着先进的机加工、检测、装配和测试设备。该型号设备主要制造大批量标准紧固件和汽车紧固件，能够提高生产效率减少生产成本。PUn1aFX机型相比于其他机型，在生产速度上是其他机型的2倍，加工精度是3倍，最重要的是使用寿命是4倍，可以说是目前最好的冷锁机器。c,71图1.1PUmaFX冷锹机国内而言，目前处于国内钢球冷徽行业的领头者是齐齐哈尔第二机床，开发的BP型冷锁机，综合性能在国际上只能处于中等水平。对于冷锁机的研究国内一些专家也做出了一系列的方案。比如，刘纲3在自动冷锁机结构的优化中针对冷锁机床出现偏振问题提出了一些改进方法：运用压缩空气的方法实现冷徽机的接通与断

12、开，当发生超载是，离合器会自动脱落，保证设计的完好性，降低冷徽机运行发生故障概率，减少冷徽机占用的空间，提高主轴传动系统质量。除此之外，在航天航空使用的钛合金紧固件，因为工作环境恶劣，所需的零件，一般冷徽机无法制造，关于这一问题刘志家在ZI28A冷锻机的加热改造中提出了解决方法。首先在在冷徽机床的进料管中增加陶瓷管来承受高温，然后在陶瓷管的外面缠绕螺旋铜管，最后将感应加热设备的启停加入主机停送料选择按钮中。通过这几种方法，很好的解决了钛合金紧固件的生产问题。在钢球的冷锁过程中，如何准确的测量出钢球的性能和质量，Ying-jun1i,Gui-congWang,Huan-yongCui,Shu-k

13、unCao,Xiang-yuWang251DynamiccharacteristicsandoptimizationresearchonPVDFpiezoe1ectricfi1mforcesensorforstee1ba11co1dheadingmachine一文中提出采用机理分析、数学建模、数值模拟和试验论证相结合的方法研究了用于冷锻钢球质量监测的PVdf薄膜力传感器的动态特性和优化。其动机和战略目标是突破钢球锻造过程中动态时变冲击载荷测量的基本技术。介绍了压电薄膜力传感器的结构。利用mat1ab软件，推导并计算了固有频率的理论公式。该有限元分析用于分析动力学模型的力学性能和优化结构。为了研

14、究该方法的有效性，制作了传感器样机。设计了静态和动态标定装置，实现了PVdf压电薄膜力传感器的标定实验。给出了实验值、模拟值和理论值之间的差异。传感器的非线性误差为0197机传感器的第一固有频率是5238赫兹。实践证明，pvdf压电薄膜力传感器具有良好的动态性能和较高的测量精度。为实现高性能钢球的生产提供了重要的科学技术依据。以上四张图皆为国内冷徽机图：第二章传动方案的比较本实验装置的传动装置由两组带传动、曲柄滑块传动、两组凸轮机构组合而成。2.1带传动带传动就是两个或者两个以上带轮之间用带作为拉动零件的一种传动方式，带传动工作的原理就是借助零件之间摩擦力或者是啮合来传递运动或者传输动力。根据

15、带的截面的不同可以分成平带轮传动、V带传动还有同步带传动以及多锲带传动。带传动具有以下的优点：(1)其他零件产生的载荷冲击可以通过带传动缓慢减小；(2)带传动相比于其他传动振幅小，而且传动时产生的声音比较小；(3)带传动安装起来比较方便只要连接两个带轮即可，安装精度要求不高而且制动起来也比较简单；(4)当承载的重量超标时会产生打滑现象，避免损坏其他零件；(5)可以根据传动距离长短增加带的长度，最大可以达到15m。当然带传动也会存在一些缺点：(1)因为打滑还有弹性滑动的存在，传动的效率与其他传动相比比较低，传动比也会随之发生变化需要同步带轮来确保；(2)传递同样的圆周力，所承受的压力要比啮合传动

16、大上不少；(3)带使用的时间比较短:。由于本实验装置电机与大带轮的传动要求并不高，所以采用带传动可以说比较合理，700KW的传动速率足够满足带传动所需的功率。在电机上安装小带轮，V带把从小带轮传动的动力传动到大带轮进行降速，大带轮安装在曲轴上，大带轮带动着曲轴的转动。还有一组同步带轮传动时由小同步带轮、大同步带轮、同步带、挡板、还有紧定螺钉组成。轮缘、轮毂、腹板是组成带轮的三个部件，一般当带速小于30米每秒时，带轮的材料一般选用HT200,当速度过高时，我们通常采用钢来制作带轮。大带轮通常采取轮辐截面为椭圆形，长轴与回转面重合的结构。如果带轮的表面粗糙度过大,带的使用时间会大大缩短。带轮工作的时候主要受力区是轮缘,每个轮辐所承受的载荷也不一样，所以