非标准机械设计指南

钢丝绳吊索，是起重作业中必不可少的工具。吊索两端的绳套，在我国长期以来都是采 用人工插编的方法制造。这项作业，是一种繁重的体力劳动，特别是插编直径较大的钢丝绳 吊索，可以说是一项艰巨的工作。而且，插编的绳套在各股钢丝之间，往往有很大的缝隙， 使用时也不能立即达到额定的起重量，需要以较小的起重量来试用，经过试用，插编的间隙减小后才能达到额定的起重量。

但是，在工业发达的国家，他们所用的起重吊索，大多采用软金属压制绳套。这是一项 软金属冷挤压加工技术：将软金属套 （多为铝合金或低碳钢材质）套在钢丝绳的制套处， 然后将钢丝绳的端部折回来，也插入软金属套中，使吊索的端部形成一个尺寸适当的套，如图 3-1所示。

然后再对软金属套施加数十吨至上千吨的挤压力，此种挤压加工是在模具中进 行。于是，将软金属套和钢丝绳压制成一体，使软金属紧紧地包裹在钢丝绳的外面。压制成 的绳套，如图 3-2所示。

压制成的绳套吊索，是否能承受应有的负荷呢？是否能安全使用呢？那是毫无疑问的。因为软金属套经过巨大的挤压加工，已经与钢丝绳牢固结合成一体了。这种情况可以从压制 绳套的横截面看得很清楚。

这是是直径为43mm的钢丝绳 （结构形式为6×37-1+６＋12＋18）压制接头横截面，在挤压部位的中部，是用切割砂轮片切断后的横截面。

压制前后，铝合金套和钢丝绳有以下变化。

１）铝合金套的横截面由长圆形变为圆柱形，其外周的周长缩短了22％，铝合金将钢丝 绳外层的空间填满充实，无间隙。

２）组成钢丝绳的6个钢丝股 （每股由37根钢丝组成），由圆形变成了不规则的多边 形。各股间的接触处，由圆相切变成了曲面接触，而且无缝隙。

３）压制前的两段界限分明的钢丝绳，已经结合成一个整体，分不出各自的边界。

４）纤维芯被压缩了，断面收缩率为60％。

５）每根钢丝的横截面有微量的变形，已经不是很规则的圆形。钢丝间的接触区，由点接触变成了面接触。

压制吊索接头的铝合金套与两段钢丝绳已经结合成了一个整体。对压制的吊索进行拉力试验证实，其额定载荷可达到钢丝绳破断载荷的90％，而插编 的吊索，只能达到钢丝绳破断载荷的70％。

以上内容节选自《非标准机械设计项目实例详解》。

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全书共介绍了7例非标准机械的设计过程，涉及机床、液压机、工程机械及自动控制机构等多种产品。书中的实例均系作者参与过的实际项目，每个项目均按照详细的设计过程进行了编写，包括设计项目简介、设计前期的准备工作、设计的主导思想、设计方案的确定、主要技术参数的确定、部件划分与总体布局设计、部件设计、总图绘制等，具有很强的借鉴意义，相信会对广大读者有所帮助。

本书适合从事非标准机械设计的工程技术人员阅读，也可供机械设计制造相关专业师生参考。

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目录

前言

第1例  铣床主轴锥孔高精度专用磨床设计1

1.1 概述1

1.2 铣床主轴锥孔高精度专用磨床的技术条件1

1.3 工件的工艺分析及专用机床应具有的机械运动的确定2

1.4 专用机床设计方案的确定3

1.5 改造所用内圆磨床的选型4

1.6 专用磨床的总体布局4

1.7 改装的准备工作——对选用的内圆磨床进行重点测绘5

1.8 内圆磨具的测绘8

1.9 内圆磨具的改进设计11

1.9.1 改进主轴的设计及主轴强度、刚度的计算11

1.9.2 对主轴轴承组合设计的分析及轴承预紧力的校核19

1.9.3另一种轴承配置形式的内圆磨具的设计29

1.10 床身导轨由普通压力润滑改为静压导轨32

1.10.1 普通磨床工作台低速运动时“爬行”现象的机理分析32

1.10.2 静压导轨的工作原理33

1.10.3 静压导轨油腔的结构设计33

1.10.4 静压导轨供油系统的供油压力与流量的计算35

1.10.5 静压导轨供油系统原理图设计41

1.11 可调单面薄膜节流器的设计43

1.11.1 节流器的分类与选型43

1.11.2 单面薄膜节流器的工作原理43

1.11.3 单面薄膜节流器的参数计算44

1.11.4 可调单面薄膜节流器的结构设计51

1.11.5 节流器弹簧设计53

1.11.6 节流器的装配56

1.12 静压导轨的改造加工及安装调试56

1.12.1 对床身导轨及工作台导轨的改造及加工56

1.12.2 清理及清洗导轨面及液压系统57

1.12.3 原有部件安装59

1.12.4 静压导轨的调试60

1.13 新增部件设计61

1.13.1 上工作台部件设计61

1.13.2立柱部件设计63

1.13.3 中心架部件设计65

1.13.4 工件转动的传动机构设计67

1.13.5 工件定心顶尖座设计68

1.14 绘制专用磨床总装配图71

1.15 新增部件的安装调试73

1.15.1 立柱部件的安装73

1.15.2上工作台部件的安装74

1.15.3主轴箱部件的安装74

1.15.4安装中心架部件74

1.16工件的装夹定心74

1.17工件的磨削试验75

第2例 拖拉机厂用半自动钻孔攻丝专用机床设计76

2.1 概述76

2.2 专用机床的总体设计76

2.2.1 专用机床性能的确定76

2.2.2 工件的工艺分析77

2.2.3 确定工件的装夹要点和机床的配置形式78

2.2.4 确定机床的机械运动78

2.2.5 工艺方案的确定79

2.2.6 专用机床的部件组成及其设计思路79

2.2.7 机床主要尺寸的初步确定81

2.2.8 绘制全机示意总图83

2.3 机床的部件设计84

2.3.1 部件设计的顺序84

2.3.2 夹具部件设计84

2.3.3 左部多轴箱部件设计84

2.3.4 关于中部多轴箱部件及右部多轴箱部件设计的几点说明104

2.3.5 左部钻模支架部件设计110

2.3.6 关于中部钻模支架部件和右部钻模支架部件设计的说明113

2.3.7 左部攻丝架部件设计117

2.3.8 关于中部攻丝架部件及右部攻丝架部件设计的几点说明120

2.3.9 液压滑台部件设计124

2.3.10 床身部件设计135

2.3.11 液压传动部件设计137

2.3.12 电气控制系统设计145

2.4 机床总图绘制及几何精度检验标准的确定151

2.4.1 机床总图的绘制及其意义151

2.4.2 机床的几何精度检验标准151

2.5 机床的总装配要点153

2.5.1 装配前的尺寸测量与零件选配154

2.5.2 床身部件的装配154

2.5.3 滑座的装配155

2.5.4 多轴箱的装配156

2.5.5 滑台的装配157

2.5.6 安装多轴箱夹紧机构158

2.5.7 安装液压传动系统158

2.5.8 装配工作台和夹具部件158

2.5.9 多轴箱安装精度检验159

2.5.10 钻模支架部件的装配159

2.5.11 攻丝架部件的装配161

2.5.12 电气控制系统安装162

2.6 机床的调试163

2.6.1 电气控制系统的初步检查163

2.6.2 液压传动系统调试163

2.6.3 多轴箱机械传动系统检查164

2.6.4 调整钻头的装夹尺寸164

2.6.5 攻丝架部件丝锥初始位置的调整165

2.6.6 滑台运动的调试166

2.6.7 霍尔传感器的调试167

2.6.8 钻孔与攻丝加工自动控制空运转试验168

2.6.9 工件加工试验168

第3例3000~12000kN索扣液压机设计169

3.1 概述169

3.2 机器的总体设计170

3.2.1 机器的结构设计170

3.2.2 动力传动机构设置位置的选择171

3.2.3 液压缸结构形式的选择172

3.2.4 液压系统工作压力级别的选择172

3.2.5 液压机主要技术参数的确定172

3.2.6 液压机的部件划分174

3.2.7 液压机结构示意图设计174

3.3 机器的零部件设计175

3.3.1 液压机部件设计175

3.3.2 液压传动系统设计216

3.3.3 模具部件设计232

3.3.4 电气控制系统设计及电路分析243

3.4 机器总图及液压机部件图绘制246

3.5 机器安装调试中应注意的问题247

3.5.1 液压机装配前的零件精度检验247

3.5.2 液压机立柱螺母预紧力矩计算247

3.5.3 液压机装配后的几何精度标准249

第4例  吊带皮卷盘机设计252

4.1 吊带皮卷盘机的主要技术参数和技术条件252

4.2 吊带皮卷绕运行路线设计252

4.3 吊带皮卷盘机的部件组成253

4.4 吊带皮卷盘机的部件设计253

4.4.1 机械传动部件设计253

4.4.2 卷绕盘部件设计260

4.4.3 进带辊部件设计267

4.4.4 机架部件设计271

4.4.5 电气控制系统设计274

4.5 机器的总图设计及调整试车276

4.5.1 机器的总图设计276

4.5.2 机器的调整试车276

4.5.3 试生产运转278

第5例  行星传动钢管坡口机设计279

5.1 概述279

5.2 CPKJ-80型钢管坡口机的加工范围279

5.3 坡口机加工的工艺设计279

5.4 机器的部件划分280

5.5 减速器部件设计280

5.5.1 坡口加工的切削力计算280

5.5.2 主传动电动机的选择283

5.5.3 主轴回转运动的传动系统设计283

5.5.4 减速器部件装配图设计292

5.6 主轴套筒部件设计293

5.6.1 主轴套筒部件的功能及技术条件293

5.6.2 主轴主要尺寸的确定293

5.6.3 轴承的选择294

5.6.4 套筒设计及齿部强度校核296

5.6.5 主轴套筒部件装配图设计及改进297

5.7 机架部件设计299

5.7.1 进给机构设计300

5.7.2 夹紧机构设计302

5.7.3 机架部件装配图设计及机架体设计304

5.8 钢管坡口机总图设计306

第6例  调节阀研磨机设计307

6.1 概述307

6.2 调节阀研磨机的结构设计及部件组成307

6.3 调节阀研磨机主要技术参数的确定309

6.3.1 确定研磨机可研磨的调节阀的规格309

6.3.2 确定伸臂升降的最大行程309

6.3.3 确定调节阀修复时的研磨速度309

6.3.4 确定研磨机主轴的转速范围310

6.3.5 确定研磨时应施加的轴向力310

6.3.6 研磨力及最大研磨力矩的计算311

6.3.7 调节阀研磨机的最大功率消耗计算312

6.4 机器的部件设计313

6.4.1 主轴箱部件设计313

6.4.2 升降伸臂部件设计319

6.4.3 转角立柱部件设计320

6.4.4 主轴提拉机构设计325

6.4.5 移动机座部件设计328

6.4.6 电气控制系统设计332

6.5 调节阀研磨机总图设计337

6.5.1 机器的主要技术参数337

6.5.2 机器的几何精度要求及检测方法338

第7例  巨型螺母预紧机设计340

7.1 概述340

7.2 机器应有的性能340

7.3 拟定设计方案341

7.4 机器的部件组成342

7.5 大扳手部件设计343

7.5.1 确定大扳手的长度343

7.5.2 确定大扳手扳手口的形状343

7.5.3 确定大扳手的结构343

7.5.4 大扳手部件图设计343

7.5.5 扳手柄预紧转角及牵引索预紧行程计算345

7.5.6 扳手柄的紧固螺栓紧固力矩校核350

7.5.7 扳手柄弯曲强度校核352

7.5.8 滚轮支架d1定位轴颈剪切强度校核355

7.6 立架部件设计356

7.6.1 立架部件设计要点356

7.6.2 立架受力分析及结构设计357

7.6.3 立架的安装地脚设计359

7.6.4 滑轮设计360

7.6.5 滑轮轴套的选择361

7.6.6 上滑轮架设计362

7.6.7 上滑轮架紧固螺栓受力计算及选型363

7.6.8 杠杆滑轮座设计364

7.6.9 立架部件图设计367

7.7 卷筒部件设计369

7.7.1 牵引钢丝绳的选用369

7.7.2 卷筒直径的确定370

7.7.3 卷筒长度的确定370

7.7.4 确定卷筒壁厚370

7.7.5 确定卷筒绳槽的螺旋方向371

7.7.6 绘制卷筒简图371

7.7.7 确定卷筒轴直径372

7.7.8 轴承的选择373

7.7.9 离合器设计373

7.7.10 卷筒安装位置的确定375

7.7.11 卷筒部件图设计375

7.7.12 安装卷筒后立架的强度校核377

7.8 减速器部件设计382

7.8.1 机器的输出输入功率计算及电动机选型382

7.8.2 传动链设计383

7.8.3 齿轮强度校核384

7.8.4 链条传动设计387

7.8.5 确定减速器各传动轴直径390

7.8.6 减速器部件图设计395

7.9 螺母预紧机总图设计397