扬州职业大学毕业设计说明书 2007目录1 前言12 弹簧的制造工艺22.1 弹簧材料的种类22.2 弹簧的制造工艺22.2.1冷成形弹簧的制造工艺22.2.2 热成形弹簧的制造工艺43 轴承卡簧卷制机的工作原理63.1 自动卷簧机的介绍63.2轴承卡簧卷制机的工作原理63.3 轴承卡簧卷制机送线推力的计算74 轴承卡簧卷制机的总体结构设计104.1电动机的选择104.2计算传动装置的总传动比及分配各级传动比114.3 V带传动设计124.3.1带传动的特点124.3.2带传动设计124.4 齿轮结构设计144.4.1齿轮传动的特点144.4.2齿轮传动设计154.5 轴的强度和刚度校核174.6总体结构确定225 卷制装置的设计225.1 扇形齿轮的设计225.2 传动装置的设计225.3 其它零件的设计236. solidworks建模24总结35参考文献36致谢37附录38摘要：本课题在分析了轴承卡簧卷制机的基本工作原理和特点应用的基础上，对轴承卡簧卷制机的总体结构和卷制装置做了详细的设计计算，完成了一套完整的机械设计过程，提高了卷簧机的性能，使得轴承卡簧生产自动化程度提高，生产效率更高 ，工人劳动强度下降。本课题的任务重点是轴承卡簧卷制机的总体设计和卷制装置的设计。卷制装置通过带传动和减速器的减速以及扇形齿轮将动力从电动机传到卷制滚轮，利用一对或几对上下滚轮的摩擦力推动钢丝向右运动，依靠上、下圈径杆的限位及导向作用使钢丝成形。该结构属于无芯卷制方式，整机运行性能较好，能满足工件加工的速度及精度。为了实现该卡簧卷制机的运行要求，本课题使用扇形齿轮进行传动，经过计算验证，扇形齿轮可以保证滚轮传动的精度要求，同时还可以通过扇形齿轮对切断装置进行传动，使得机器整体结构简单，经济性提高。此外，通过更换不同齿数的扇形齿轮可以调节机器的送线长度，大大提高了卡簧卷制机工作的灵活性和通用性。关键词：轴承卡簧；无芯卷制；扇形齿轮1前言本课题来源于南京市双圆弹簧厂，弹簧作为通用基础件，量大面广，应用领域几乎涉及到国民经济所有领域。由于使用环境、场合、功能各异，使各种弹簧的形状和大小差别悬殊，品种繁杂。正因为弹簧本身的固有特征，生产弹簧投资不大，入门技术门槛不高，所以吸引了不少厂家投资于此。和先进工业化国家相比，我国弹簧行业总体技术水平要落后30年，缺乏自主的独立开发能力，大部分企业按来图制。而工业的发展刺激了弹簧的需要，同时也对弹簧加工设备提出了更高的要求，以往的加工设备多为纯机械式卷簧机，机构复杂，而功能却很单一，调试烦琐，加工精度又难以保证。因此，为了高效的制造轴承卡簧，需要设计制造轴承卡簧卷制机，刻不容缓。目前弹簧制造基本分为有芯卷制和无芯卷制两种方式，无芯卷制较传统的有芯卷制方式有经济性好，生产效率高，工人劳动强度低等优势，已经成为弹簧制造行业的主流制造方式。在此课题中设计的轴承卡簧卷制机采用无芯卷制方式。同时需要满足以下几点技术要求：a.轴承卡簧机卷制速度为30只/min，卡簧最大外径：150mm，钢丝尺寸：23；b.轴承卡簧卷制机应能满足加工要求，保证加工精度；c.轴承卡簧卷制机应运转平稳，工作可靠，结构简单；d.轴承卡簧卷制机应便于维修、调整。本课题需要首先需要完成总体设计：设计轴承卡簧卷制机的总体结构，安装尺寸，确定机器的传动方式和工作原理，分配各级传动装置的传动比，同时根据需要的生产量确定机器的工作参数。其次，在完成总体设计的基础上，需要进行卷制装置设计：设计轴承卡簧卷制机的卷制装置机构，利用扇型齿轮结构进行传动，结构简单，传动比准确，并能保证进给量准确，高效率，低功耗，平稳运行，具有良好的性能价格比。2弹簧的制造工艺2.1弹簧材料的种类弹簧主要在动载荷作用下工作，因此，要求弹簧材料具有高的抗拉强度极限、屈服极限、弹性极限和疲劳极限，同时要求具有高的冲击韧性和塑性。在特殊条件下使用的弹簧，如在高温、低温、腐蚀介质中及衡器仪表上使用的弹簧，除上述要求外，还要求具有耐热、防蚀、导电、防磁、耐低温以及恒弹性等性能。因此设计弹簧时，选择合适的材料是一项技术性很强的工作。弹簧材料的种类繁多，目前大量使用的是弹簧钢，其次是具有特殊性能的弹簧材料，如不锈耐酸钢、耐热钢（合金）、铜合金、镍合金以及橡胶、塑料等。按交货状态，金属材料也可分为热轧和冷拉两类。热轧材包括圆钢、扁钢、梯形钢和钢板等。热轧钢的规格和尺寸公差较大，表面质量较差，一般用于疲劳性能要求不高的低应力弹簧或截面尺寸较大的重型弹簧。冷拉（轧）材又分以下几种类型：a.在成材过程中经过强化加工的丝材和带材。这类材料在弹簧冷成形后不需要淬火，只需进行消除内应力回火处理。如冷拉碳素弹簧钢丝、油淬火回火钢丝、冷轧不锈钢带等。b.在成材后以退火或高温回火状态供应，这类材料在弹簧冷成形后需进行淬火、回火处理。如合金弹簧钢丝、异形钢丝，马氏体不锈钢丝以及弹簧和工具钢冷轧带等。c.冷拉圆钢，直径一般在7-25mm，表面质量较高，主要用于疲劳寿命要求高、使用应力较大的大、中型弹簧。这种材料以光亮退火或冷拉状态供货，弹簧经热成形后需进行调质处理。如冷拉合金弹簧钢。2.2弹簧的制造工艺弹簧的种类较多，形状各异，精度要求不同，生产批量不等，因而制造方法也就有所不同。弹簧的制造方法根据成形工艺的不同可分为冷成形和热成形两种。当弹簧材料尺寸较小，在常温下成形的，称为冷成形；当弹簧材料尺寸较大，需将材料加工之后成形的，称为热成形。2.2.1冷成形弹簧的制造工艺冷卷螺旋弹簧所用的材料，大致为直径0.1-14mm的钢丝和圆钢，或边长小于10mm的异形钢丝和方钢，或相近尺寸的钢带和扁钢。材料的供应状态通常为两大类，一类为硬状态，其本身已具有弹簧所需要的机械性能，成形后只需消除应力回火；另一类为退火状态成形后尚需淬火和回火才能获得所需要的性能。制造冷卷螺旋弹簧的基本工艺过程：当用成形后不需淬火处理的材料制造时为：卷簧，去应力回火、支承端部或端面加工、立定或强压处理、去毛刺或倒角、检验、防腐处理。当用成形后需淬火处理的材料制造时，与以上所不同的主要是成形后要进行淬火、回火处理，支承端部的加工有时需要正火，其他工序基本相同。A.卷簧 卷簧是弹簧卷制成形的简称，是弹簧制造过程的主要工序，卷制的方法和精度决定着弹簧的几何尺寸、性能、材料的利用率和生产效率。弹簧的卷制设备一般分无芯轴卷簧机和有芯轴卷制机两种。下面分别叙述有芯轴和无芯轴卷簧。a.有芯轴卷簧 有芯轴卷簧多用于中、小批量的生产和专门设计、有特殊要求的弹簧。在大批量生产中，这种方法也用于卷制扭簧和一些拉伸螺旋弹簧。芯轴装在主轴的卡盘上与主轴一起旋转。主轴通过挂轮及送进丝杠使弹簧材料的送进装置在床身上左右移动，将弹簧材料紧紧的绕在芯轴上卷制成弹簧毛坯。压缩螺旋弹簧支承圈的并圈则是通过自动并圈装置或机床开合螺母手柄的操纵来实现。卷制方式有单个卷制和多个连续卷制两种：单个卷制一般用于条料制造的弹簧以及扭转、拉伸和油封弹簧等。多个连续卷制是一次卷成一串螺旋圈，然后再按尺寸分别切断成单个弹簧。卷簧属于弯曲成形。在成形时，材料的外层纵向产生弹塑性拉伸变形，而内层纵向产生弹塑性压缩变形；在中性层两侧的某个范围内则为纯弹性变形，弹性变形范围随相对弯曲半径的加大而增大。但是，在载荷解除后由于中性层两侧纯弹性变形的恢复，以及内外层纵向总变形中弹性变形部分的恢复，而使零件的弯曲半径发生改变，内弯曲半径与芯轴尺寸不一致，这种现象就是通常所说的回弹。为了在冷成形后得到所要求的形状尺寸精度，在弹簧设计、工艺装置设计和编制工艺规程时，必须准确地掌握不同材料的各类弹簧在成形时的回弹量。影响回弹量的因素很多，主要有材料的机械性能、旋绕比和工艺装置等。b.自动卷簧机卷簧（无芯轴卷簧）该部分内容见第三部分。B.去应力回火 去应力回火通常简称为回火，有时也称为低温退火或低温回火。其目的主要是为了消除金属丝冷加工和弹簧卷绕成形时所产生的内应力。它可以显著地改善冷成形弹簧的机械性能和使用特性稳定弹簧的尺寸，提高弹簧的疲劳寿命。对于铅淬火冷拉钢丝和冷拉青铜丝，在消除应力的同时，还可提高金属丝的弹性极限和硬度。若将弹簧给予一定的变形，装在夹具上进行回火，则不但可以调整弹簧制造中的尺寸，而且能有效地减少使用中的蠕变。回火过程将引起弹簧直径、长度和圈数的变化，通常称为回火变形量。其大小与材料的类别、尺寸，旋绕比及卷簧的情况有关。一般来说，用碳素弹簧钢丝、琴钢丝、油淬火回火钢丝卷制的弹簧，回火后外径缩小，用青铜丝和不锈钢丝卷制的弹簧，回火后外径增大。回火变形量与旋绕比成正比。在制订工艺时一般应根据经验公式或图表对变形量作一大略的估计，然后根据卷簧和校正的情况确定出去应力回火规范，将回火变形量控制在预期的范围内。C.压缩弹簧两端面的磨削 为了使弹簧能直立、与支承座接触良好、减少绕曲和具有较均匀的压力，冷卷弹簧的两端面一般要进行磨削加工，简称为磨簧。磨簧加工后要求磨平部分不少于圆周长的3/4，端头厚度不小于金属丝直径的1/8。普通圆柱螺旋弹簧的端面光洁度不低于3，并应保证有良好的端面不平度及轴线与两端面的不垂直度。弹簧应根据弹簧生产批量的大小来选择设备和操作方式。手工方式磨簧所用的设备，通常是普通砂轮机再加以适当的夹具和辅助工具。设备和工装都比较简单，但劳动强度大、生产率低因此适用于品种多、批量小的生产。在大批量的生产中，则采用弹簧端面磨床机磨削弹簧的端面。D.校正加工 压缩螺旋弹簧在端面磨削结束后，如果弹簧的自由高度、不垂直度、节距、外径等未达到技术文件所规定的偏差时，则往往需要校正加工。拉伸和扭转螺旋弹簧也有类似的整形加工。校正操作目前一般还处于手工或半手工作业状态。常用的工具是：金属丝在4mm以上的弹簧，多用手板压