3.1 自动花炮机下料机构设计计算及校核
花炮插引机下料机构如图3-1所示。
图3-1 花炮插引机下料机构（单位：mm）
1—料板；2—轴筒；3—支撑管
如图3-1所示，下料机构是由两个厚度为10mm抖料板，九根支撑管和一个轴筒组成，支撑管两头是螺纹，方便安装。
花炮下料传动机构如图3-2所示。
图3-2 花炮下料传动机构
如图3-2所示，其工作原理是推杆带动图3-1运动，再通过下料板带动两端轴套转动，轴套通过键传递到轴上转动，两端用端盖定位，防止轴向运动，并用深沟球轴承进行支撑。
3.1.1 花炮下料机构的设计计算
如图3-1所示的结构及其尺寸，再根据设计选用的材料，可以算出该机构的质量。
M=ρV （3-1）
式中 M——质量；
ρ——材料密度；
V——体积。
该机构所选用的材料均为45钢，其密度查《机械设计手册》可以得到ρ=7.8g·cm-3。
设下料板、支撑管、轴筒的质量分别为m1，m2，m3，体积分别为V1、V2、V3。根据尺寸，可以计算出
V1=3139.26cm3
V2=353.25cm3
V3=964.61cm3
所以该机构的总体积为
V=V1+V2+V3 （3-2）
可以计算出V=4457.12cm3
在根据式（3-1）可以推出该机构的质量为
M=34765.536g≈34.766kg
3.1.2 花炮下料机构轴的校核
花炮下料机构中轴的结构如图3-3所示。
图3-3 花炮下料轴（单位：mm）
花炮下料轴受到下料机构重力作用，下料机构通过键对轴的周向力，轴承对轴的支撑力，以及炮筒通过下料机构对轴的挤压力和运动时的摩擦力。
在上述力中，由于轴的两端没有负载作用，所以下料机构通过键对轴的周向力可以忽略。同时炮筒挤压力大多被下料机构上的支撑板所承受，所以也可以忽略不计。又挤压力很小，故摩擦力也很小，同样忽略不计。所以其模型可以看做两端铰支的铰支梁模型，同时只受分布的径向力作用。
其受力简图如图3-4所示。
图3-4 花炮下料轴受力简图（单位：mm）
如图3-4所示，该轴主要承受支撑力
、
，下料机构重力作用在轴上的分布力q。
由对称关系可以知道，
。又在前面已求出机构质量为M，所以可以求出机构的重量为
G=Mg （3-3）
式中 M——下料机构的总质量；
G——重力；
g——重力加速度，这里统一取g=9.8m/s2。
可以求出：
G=340.70N
又根据公式
（3-4）
式中 q——抖料机构对轴的分布力；
L——分部里作用的距离。
可以求出：
q=0.67N/mm
又根据轴的受力平衡公式
（3-5）
式中 ——左轴承对轴的支撑力；
——右轴承对轴的支撑力。
又，可以推出：
根据以上求得的数据做剪力弯矩图如图3-5所示。
图3-5 花炮下料轴剪力弯矩图（单位：mm）
该轴选用的材料为45钢，弯曲许用应力［σ］=100MPa。
如图3-5所示，M1=31.34N·m，对应的轴径是54mm，M2=19.42N·m，所对应的轴径是48mm。
先对这两个不同截面进行强度校核。
根据弯矩公式
（3-6）
式中 ［σ］——弯曲许用应力；
M——弯矩；
W——抗弯截面系数。
又圆的抗弯矩系数公式为
（3-7）
式中 D——轴径。
所以：
σ1=M1/W1=20MPa<［σ］
σ2=M2/W2=17.8MPa<［σ］
满足设计要求。
3.1.3 花炮下料机构轴耳的校核
由于下料机构比较重，再加上轴的自身重力，所以关于轴耳的强度有必要进行校核。如图3-6所示，穿过轴的轴心线所得的轴耳剖面图。
图3-6 花炮下料轴耳截面图（单位：mm）
根据图示尺寸，可以求出画剖面线的受力面积S为：
S=40mm×100mm-8mm×60mm-68mm×32mm=1344mm2
轴耳采用的是Q235结构钢，需用应力即屈服极限［σ］=235MPa
又轴的体积V轴可根据图3-3所给定的尺寸进行估算（不考虑键槽）：
V轴=2.6×10-3m3
轴的材料是45钢，其密度为7.85×103kg/m3，所以M轴=ρ轴V轴=20.41kg。
所以G轴=M轴g=200N
根据公式
（3-8）
式中 σ——正应力；
F——拉力；
S——截面积。
又
F=G+G轴 （3-9）
式中 G——下料机构重力；
G轴——轴的重力。
所以可以求得F=540.70N
所以σ=0.402MPa<［σ］
综上所述，强度满足要求。