1、扬州职业大学毕业设计说明书 20071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
2、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如需要图纸等资料，联系 QQ1961660126研究成果的严肃态度以及向读者提供有关信息的出处，正文之后一般应列出参考文献表引文应以原始文献和第一手资料为原则。所有引用别人的观点或文字，无论曾否发表，无论是纸质或电子版，都必须注明出处或加以注释。凡转引轴承卡簧卷制机设计（总体、卷制装置设计）2文献资料，应如实说明。对已有学术成果的介绍、评论、引用和注释，应力求客观、公允、准确。伪注
3、、伪造、篡改文献摘要：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
4、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；扇形齿轮扬州职业大学毕业设计说明书 200731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
5、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：
6、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。轴承卡簧卷制机设计（总体、卷制装置设计）42弹簧的制造工艺2.1弹
7、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
8、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
9、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。扬州职业大学毕业设计说明书 200752.2.1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
10、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
11、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
12、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
13、簧的尺寸，提高弹簧的疲劳寿命。轴承卡簧卷制机设计（总体、卷制装置设计）6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
14、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
15、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，多用手板压力机和劈距机等；金属丝在 4mm 以下的弹簧，则多用具有锲形刃口的专用刀具和专用钳子等。校正加工就是利用这些工具使弹簧局部产生塑性变形，以达到图纸所要求的尺寸。E.扭转螺旋弹簧的成形工艺 其工艺和压缩、拉伸螺旋弹簧基本相同，不同的亦仅是端部的加工。在小批量生产和支腿比较复杂的情况下，多采用手工、或半自动的有芯
16、轴卷簧法成形，但需留出支腿的长度。在大批量生产时，则在直尾卷簧机和扭转螺旋弹簧专用机上卷制。这两种成形方法多用于支腿比较简单的情况。2.2.2热成形弹簧制造工艺的当弹簧所用钢材的圆形截面直径大于 12mm、矩形截面边长大于 10mm、或相近尺寸的扁钢时，一般采用热成形制造工艺。对于弹簧旋绕比小于 5、材料直径大于 7mm 的冷拉合金圆钢，当退火软化程度不能满足冷卷要求时，也可采用热成形制造工艺方法。大型螺旋弹簧，板弹簧和扭杆弹簧等大多采用热成形制造工艺方法。热卷压缩螺旋弹簧的工艺流程一般为：下料、料头锻扁、加热、卷绕成形、热处理、喷砂或喷丸、立定处理或强压处理、端面加工、检验、表面防腐处理。以
17、上工艺流程可根据材料状态、设备条件、加工方法和技术要求等进行适当的调整。扬州职业大学毕业设计说明书 20077a.下料 在下料之前，必须按国家标准，对材料的化学成分、机械性能、截面尺寸、表面质量、硬度和脱碳等项目进行检验。并按炉号、规格分批投入下料车间。对于大批量生产的弹簧材料，可要求供料厂按定尺或倍尺供应，这样即可省去下料工序，又降低材料消耗。b.料头锻扁 弹簧材料在卷制前，端部锻扁是为了减少成形后端圈的磨削加工量。锻扁的长度按下式计算：（2-1）223.4lDc.加热、卷绕成形 加热卷绕主要是利用材料在高温时强度低、塑性好的特性，使成形容易进行。加热温度应根据热加工规范确定。加热时间应保证
18、在烧透的情况下，力求减少或避免造成严重的氧化和脱碳。卷绕弹簧的设备在专业化工厂多数采用专用卷簧机，而一般机械厂则用普通车床。卷簧时应根据预制高度一次完成，尽量避免卷后再次加热劈开螺距。为了提高生产率、在卷簧机上，可装置自动或半自动退芯轴装置及机械手，把卷完的弹簧自动放到指定的地点冷却。卷弹芯轴的尺寸，根据弹簧内径尺寸和旋绕比确定。旋绕比 C=4-6 时，芯轴尺寸基本上与弹簧内径相同；旋绕比小于 4 时，芯轴尺寸比弹簧内径大些；旋绕比大的弹簧，芯轴尺寸应比弹簧内径小些，大约小 0.5-1mm。芯轴尺寸还与加热温度有关，对直径尺寸要求严格的弹簧，只有通过试卷，调整芯轴尺寸，来满足弹簧特性和弹簧直径
19、偏差的要求。弹簧预制高度应根据弹簧的压并应力、旋绕比、材料表面质量、材料的种类、热处理后的硬度等因素来确定。d.弹簧的热处理e.立定处理和强压处理 为了使弹簧在使用过程中具有稳定的尺寸，热卷弹簧也需进行立定处理。而强压处理是为了提高弹簧的承载能力。f.端面加工 为了使弹簧端圈支承稳定和满足垂直度、光洁度的要求，对于材料两端锻扁后卷绕的弹簧端面要进行磨削加工。磨削加工一般在砂轮机或专用的弹簧端面磨床上进行。对于材料端部未进行锻扁加工而卷制的弹簧，卷绕之后应在车床或铣床上把端圈周长的 3/4 削平，然后再进行热处理。如果立定处理和强压处理后弹簧的垂直度不合格，可根据具体情况磨平或矫正。矫正后的弹簧
20、应再次压并 3-5 次。g.弹簧的质量检查 弹簧的质量检查按产品图纸和 GB1239-76 的规定进行。其它采用热成形方法制造的弹簧，如板弹簧，其工艺流程与上述热卷压缩螺旋弹簧的工艺流程基本相同。轴承卡簧卷制机设计（总体、卷制装置设计）83轴承卡簧卷制机的工作原理3.1自动卷簧机的介绍自动卷簧机卷簧（无芯轴卷簧）用芯轴卷制弹簧后还要作手工切段、冲切、整修等辅助工序，不仅劳动量大、生产率低，而且降低了材料利用率和质量均匀性。因此，在大批量生产中，广泛采用自动卷簧机。它可以自动卷绕、切断、计数等，能以一个工作循环完成弹簧的成形工艺，因此劳动强度小，生产效率高，材料利用率高，并可以实现多机作业。而且
21、，对于弹簧的尺寸和形状具有广泛的适应性，除能卷制圆柱压缩螺旋弹簧外，还可以卷制圆锥形、中凸形、中凹形等非圆柱螺旋弹簧；并圈和不并圈、左旋或右旋、等节距和不等节距的螺旋弹簧；具有切向直尾的扭转螺旋弹簧等。拉伸螺旋弹簧则是卷制成单件毛坯后再加工出钩环，目前也有的卷簧机能在机上直接制出钩环。除各种型号国产自动卷簧机外，还有其他型式的万能自动卷簧机和专用自动卷簧机。3.2轴承卡簧卷制机的工作原理图 3-1 成形卷制机构示意图成形机构如图 3-1 所示。利用一对或几对滚轮压住钢丝并旋转，推动钢丝向右运动，扬州职业大学毕业设计说明书 20079依靠上、下圈径杆的限位及导向作用使钢丝成形。上、下圈径杆可在各
22、自的滑槽中移动，通过控制上、下圈径杆的位置，就可控制弹簧圈径的大小。节距杆为垂直纸面的运动，其作用是使卷绕的钢丝形成螺纹升角。通过控制节距杆的位置，就可控制弹簧节距的大小。当卷绕完毕时，用切刀将钢丝切断。芯轴则作为切刀切钢丝时的一个支承。金属丝从料架上引出后，首先经校直机构、滚轮，再经导向板送入卷绕机构。卷绕机构由卷绕杆、芯轴刀和节距杆组成。金属丝进入卷绕机构后，被卷绕杆顶住，然后沿两个一般互为 90 角的卷绕杆围绕芯轴刀作螺旋圆周运转，弯曲卷绕成螺旋形弹簧圈。弹o簧节距的大小是由节距杆控制的，它可以沿轴向运动，按照所设计弹簧节距的尺寸调整位置。如果节距杆在凸轮的控制下后退不起作用时，则可卷绕
23、出密圈的拉伸和扭转螺旋弹簧毛坯。如果节距杆在凸轮的控制下随进料机构运转而自动调整位置时，则可卷绕成不等节距的螺旋弹簧。卷绕杆在凸轮的控制下可以按箭头方向移动。通过调整卷绕杆与芯轴刀之间的距离，来控制弹簧直径的大小。在整个卷绕过程中如卷绕杆位置固定，就卷绕出圆柱形螺旋弹簧；如卷绕杆的相对位置随进料动作而自动调节，则可卷制出中凸形或中凹形弹簧。送料长度也由凸轮控制，即根据需要将凸轮调整好后，当送料到所规定的长度时，送料滚轮就会自动停止送料。然后由凸轮控制的偏心连杆机构带动切断刀与芯轴刀将金属丝切断，这就完成了卡簧的形成。从以上过程可以看出，卷簧的全部循环过程，是通过机床的凸轮轴上的各种凸轮的周期联
24、动作用来实现的。凸轮轴每转动一周就完成一个周期，卷制出一个弹簧。如此往复运转就实现了弹簧的自动成形。影响卷簧质量的因素是多方面的，例如弹簧材料的抗拉强度、延伸率、弹性模量、曲强比、材料的尺寸精度等级和表面状况、机床设备的精度、辅助工具与金属丝接触部分的摩擦状况、送料长度的精确度以及卷绕速度和操作者的技术水平等等。因为这些因素与自动卷簧机运转情况有关，因而，在使用自动卷簧机卷簧时，需要对机床进行精细的调整。3.3轴承卡簧卷制机送线推力的计算轴承卡簧卷制机设计（总体、卷制装置设计）10图 3-2 工件成形受力分析图已知： 785Mpa应 力 屈 服 极 限 s3弹 性 模 量 E=206G1弹 簧
25、 半 径 Rm钢 丝 直 径 d摩 擦 系 数 f.8在送线出口以及二个圈径顶杆外，压力与摩擦力的关系为：(3-1)2()aaFNfbFNfcf根据平面作用力系的平衡原理，可得出下面的方程对 O 点取矩()cbRMP()a0X/2cbc(3-2)Y/2bcF将已知参数与(3-1)式代入(3-2) ，得：.18./75cPN200b(3-3).bc若将 看作是已知参数，则公式（3-3）可成下式：M(3-4)17.143bM.09cN根据塑性变形与内作用力的关系，在 A 点的剖面其应力最大，可以认为该点的曲率形式了弹簧的圈径；而该点的曲率是由该点的内弯距与内轴力联合作用的结果，它们遵循下列的关系：
