搓丝机毕业设计论文说明书

机械设计课程设计计算说明书 设计题目： 搓丝机传动装置设计 班 级： 设 计 者： 指导老师： 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 2 - 目录 前言 .- 3 - 一、设计任务书 .- 4 - 二、方案设计 .- 5 - 三、传动零件设计 .- 8 - 3.1 带传动设计 .- 8 - 3.2 高速级齿轮设计 .- 9 - 3.3 低速级齿轮设计 . - 12 - 四、轴的设计 .- 17 - 4.1 高速轴的设计 .- 17 - 4.2 中速轴的设计 .- 20 - 4.3 低速轴的设计 . - 23 - 五、轴承的选择与校核 .- 25 - 5.1 高速轴轴承 . - 25 - 5.2 中速轴轴承 .- 26 - 5.3 低速轴轴承 . - 27 - 六、键的选择与校核 . - 27 - 6.1 高速轴的键 . - 27 - 6.2 中速轴的键 . - 28 - 6.3 低速轴的键 . - 29 - 七、减速器各部分尺寸 . - 30 - 7.1 箱体 . - 30 - 7.2 润滑及密封形式选择 . - 31 - 7.3 箱体附件设计 . - 31 - 八、参考文献 . - 31 - 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 3 - 前言 本设计为机械设计基础课程设计的内容，在大一到大三先后学习过画法几何、机械原理、机械设计、工程材料、加工工艺学等课程之后的一次综合的练 习和应用。 本设计说明书是对搓丝机传动装置的设计，搓丝机是专业生产螺丝的机器，使用广泛，本次设计是使用已知的使用和安装参数自行设计机构形式以及具体尺寸、选择材料、校核强度，并最终确定形成图纸的过程。 通过设计，我们回顾了之前关于机械设计的课程，并加深了对很多概念的理解，并对设计的一些基本思路和方法有了初步的了解和掌握。 感谢傅少敏老师在整个过程中的指导与帮助，也感谢周围同学的帮助！ 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 4 - 一、设计任务书 轴辊搓丝机传动装置设计 1 电 动 机 2 传 动 装 置 3 床 身 4 搓 丝 机 1.1 设计背景 搓丝机用于加工轴辊螺纹，基本结构如上图所示，上搓丝板安装在机头 4上，下搓丝板安装在滑块 3 上。加工时，下挫丝板随着滑块作往复运动。在起始（前端）位置时，送料装置将工件送入上、下搓丝板之间，滑块向后运动时，工件在上、下搓丝板之间滚动，搓制出与搓丝板一致的螺纹。搓丝板共两对，可同时搓制出工件两端的螺纹。滑块往复运动一次，加工一个工件。 1.2 工作条件 室内工作，动力源为三相交流电动机，电动机单向运转，载荷较平稳。 1.3 使用期限 工作期限为十年，每年工作天，双 班制工作；检修期间隔为三年。 1.4 生产批量与加工条件 生产批量 5台，中等规模的机械厂，可加工级精度的齿轮、蜗轮。 1.5 原始数据表 最大加工直径 最大加工长度 滑块行程 搓丝动力 生产率 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 5 - 二、方案设计 2.1 总体设计 见下图： 2.2 原动机的选择 根据设计任务书，选择电动机作为原动机。 2.3 传动装置的选择 电动机输出部分：考虑到过载保护，因此选用带传动。 减 速 器 内 部 布 局 ： 二 级 圆 柱 齿 轮 展 开 式 ， 见 下 图 。 2.4 执行机构 选择曲柄滑块机构，理由是结构简单，加工比较经济，只要有偏心，即可实现急回特性。以下为尺寸设计。 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 6 - 插入图 如图，由最小传动角取大于 40 知 40 又由图中关系可知 =350 由 两式，试取以下两种方案： 方案一： a=170mm， e=180mm，得 b=778.359mm，继而得 k=1.07， =63.28 方案二： a=165mm， e=170mm，得 b=539.386mm，继而得 k=1.16， =51.61 相比较，由于方案二的 k比较大，工 作时间长，因此选用方案二。 2.5 相关参数的确定 项目 -内容 设计计算依据和过程 计算结果 电动机的选择 按工作要求选用 Y 系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压 380V。 wd PP 21 0 0 0 1 0 0 0w F v F sP t 其中 V 带的效率1=0.96，滚动轴承的效率2=0.99，闭式圆柱齿轮的效率3=0.98，计算效率 =0.8946。而wd PP =3.13kw，选取 =4kw，电动机型号 Y132M1-6，性能如下： 同步转速 满载转速 额定功率 极数 1000r/min 960r/min 4kw 4 电动机型号Y132M1-6 分配传动比 （ 1）总传动比： （ 2）各级传动 比 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 7 - a. V 带传动 =2.5，减速器 i=40/2.5=16； b. 高速级传动比，则低速级传动比=16/4.733=3.3 各轴参数计算 0 轴（电动机轴）： 1 轴（高速轴）： 2 轴（中速轴）： 3 轴（低速轴）： 如左侧 最后，将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表 轴 功率 P / kW 转矩 T /N m 转速 n r/min 传动比 i 效率 输入 输出 输入 输出 0轴 3.13 31.14 960 2.5 0.95 轴 2.91 2.88 343.1 339.7 81.13 4.433 0.97 轴 2.82 2.79 1125.3 1114.0 24 3.381 0.97 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 8 - 三、传动零件设计 3.1 带传动设计 项目 -内容 设计计算依据和过程 计算结果 设计要求 每天工作 16 小时，载荷较平稳 计算功率 Pc 由表 31-7 知， =1.1 由公式 =1.13.13kw=3.44kw =1.1 =3.44kw 确定带型 由图 31-15 选用带 带轮直径和 小带轮带速 由表 31-3 知小带轮直径， 则大带轮直径 小带轮 =5.02m/s， 满足 5m/s25m/s 5.02m/s 初选中心距和带的基准长度 a.由 31-24 ， 初取 b. =1759.15mm 由表 31-2，取 c.实际中心距 =620.425mm a=620.425mm 小带轮包角 =166.15，满足 的要求。 =166.15 带的根数 由表 31-3知， 由表 31-9知， 包角系数， 由表 31-2取，长度系数， 从而， V带根数 =3.25， 取 z=4根。 z=4 初拉力 由表 31-1取 初压力 : 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 9 - 压轴力 3.2 高速级齿轮设计 项目 -内容 设计计算依据和过程 计算结果 材料和精度等级 考虑直齿轮生产简单，造价低，故选用直齿轮，批量较小。 小齿轮使用 40Cr，调质处理，硬度241-286HBS；大齿轮使用 45 钢，调质处理，硬度 229-286HBS；精度等级均为 8 级 有关数据以及公式引自机械设计基础（下册） 初估小带轮直径 因采用闭式软齿面传动，按齿面接触强度初估小齿轮分度圆直径。 由附 B-1，则 由 表 27-14， 由表 27-24查得，接触疲劳强度 则 ， 由附 B-2得， 。取 确定基本参数 校核圆周速度 v和精度等级 由表 27-1选取 8级精度 ,初取齿数取 m=60/21=2.857 由表 27-4 取 m=3mm，则， ，取 ， 由于互质，故可行。 校核传动比误差 =(4.65-4.733)/4.733=-0.018，满足。 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 10 - 校核齿面接触疲劳强度 a. 计算齿面接触应力 由式 27-5，计算，由图 27-17查得， 由表 27-15查得， 而， 其中：由表 27-5可得 由于无变位，啮合角 ,故 ，直齿轮 查表 27-7知，图 27-6 知 查表 27-8知，其中 由表 27-9 得到，其中非对称支撑，调制齿轮 7级精度，则 从而 b. 计算许用接触应力 其中由图 27-27 知 总工作时间 , 从而得 由表 27-18 接触强度尺寸系数 ， 由表 27-17 取最小安全系数， 合适，无需调整尺寸。 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 11 - 从而 c. 验算： 合适，无需调整尺寸。 确定主要传动尺寸 模数 m=3 中心距 取 齿宽， 齿根弯曲疲劳强度验算 a. 齿根弯曲应力计算 查表 27-7知，图 27-6 知 其他如下： ：由图 27-9知， ：由表 27-8知 其中， ：由图 27-20知 ： ：由图 27-22知， 从而由 知 b. 许用弯曲应力 ：由图 27-30知 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 12 - ： 从而由 知 c. 校核： ， 主要尺寸汇总 模数 m=3 压力角 =20 3.3 低 速级齿轮设计 项目 -内容 设计计算依据和过程 计算结果 材料和精度等级 同高速级 初估小带轮直径 因采用闭式软齿面传动，按齿面接触强度初估小齿轮分度圆直径。 由附 B-1，则 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 13 - 由 表 27-14， 由表 27-24查得，接触疲劳强度 则 ， 由附 B-2 得， 取 确定基本参数 校核圆周速度 v和精度等级 由表 27-1选取 8级精度 , 初取齿数 m=60/21=3.281，由表 27-4 取 m=3mm, 则， ，取 由于互质，故可行。 校核传动比误差 =(3.371-3.381)/3.381=-0.0028，满足。 校核齿面接触疲劳强度 a. 计算齿面接触应力 由式 27-5，计算 由图 27-17查得， 由表 27-15查得， 而， 其中：由表 27-5可得 合适，无需调整尺寸。 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 14 - 由于无变位，啮合角 ,故 ，直齿轮 查表 27-7知，图 27-6 知 查表 27-8知，其中 由表 27-9 得到，其中非对称支撑，调制齿轮 7级精度，则 从而 b. 计算 许用接触应力 其中由图 27-27 知 总工作时间 , 从而得 由表 27-18 接触强度尺寸系数 由表 27-17 取最小安全系数， 从而 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 15 - c. 验算： 合适，无需调整尺寸。 确定主要传动尺寸 模数 m=3 中心距 取 齿宽， 齿根弯曲疲劳强度验算 a. 齿根弯曲应力计算 查表 27-7知，图 27-6 知 其他如下： ：由图 27-9知， ：由表 27-8知 其中， ：由图 27-20知 ： ：由图 27-22知， 从而由 知 b. 许用弯曲应力 ：由图 27-30知 ： 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 16 - 从而由 知 c. 校核： ， 主要尺寸汇总 模数 m=3， 压力角 =20 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 17 - 四、轴的设计 4.1 高速轴的设计 项目 -内容 设计计算依据和过程 计算结果 材料和热处理 根据轴的使用条件，选择 40Cr，正火， 硬度 HB=241-286 初估轴径 查表 26-3，取 C=100，则由式 26-2 得 取 并初取轴承处，齿轮处 初取轴承处，齿轮处 空间受力分析 根据减速器箱体尺寸，取 , 则空间受力如下 其中 ， 支反力和弯矩图 a. yoz面支反力 m 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 18 - m 弯矩图如下： b. xoz 面支反力及弯矩 由及知 弯矩图如下 合成弯矩 合成弯矩 合成弯矩图如下 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 19 - 转矩 ，由 B 端输入，转矩图如下 当量弯矩 按 脉 动 循 环 考 虑 ， 取 则危险截面当量弯矩 当量弯矩图如下 校核轴的强度 由表 26-4知 而 均小于 故合格 合格 轴设计图 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 20 - 4.2 中速轴的设计 项目 -内容 设计计算依据和过程 计算结果 材料和热处理 根据轴的使用条件，选择 40Cr，调质， 硬度 HB=241-286 初估轴径 查表 26-3，取 C=102，则由式 26-2 得 取 并初取轴承处，齿轮处 初 取轴承处，齿轮处 空间受力分析 根据减速器箱体尺寸，取 , 则空间受力如下 其中， 支反力和弯矩图 a. yoz 面支反力 m 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 21 - m 弯矩图如下： b. xoz 面支反力及弯矩 弯矩图如下 合成弯矩 合成弯矩 合成弯矩图如下 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 22 - 转矩 ， 当量弯矩 按 脉 动 循 环 考 虑 ， 取 则危险截面当量弯矩 当量弯矩图如下 校核轴的强度 由表 26-4知 而 小于 ， 故合格 合格 轴设计图 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 23 - 4.3 低速轴的设计 项目 -内容 设计计算依据和过程 计算结果 材料和热处理 根据轴的使用条件，选择 40Cr，调质， 硬度 HB=241-286 初估轴径 查表 26-3，取 C=102，则由式 26-2 得 取 并初取轴承处，齿轮处 初取轴承处 齿轮处 空间受力分析 根据减速器箱体尺寸，取 , 则空间受力如下 其中， 支反力和弯矩图 yoz面支反力 m 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 24 - m 弯矩图如下： xoz 面支反力及弯矩 弯矩图如下 合成弯矩 合成弯矩 合成弯矩图如下 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 25 - 转矩 ， 当量弯矩 按 脉 动 循 环 考 虑 ， 取 则危险截面当量弯矩 当量弯矩图如下 校核轴的强度 由表 26-4知 而 小于 ， 故合格 合格 轴设计图 五、轴承的选择与校核 5.1 高速轴轴承 项目 -内容 设计计算依据和过程 计算结果 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 26 - 轴承选择 由 d=30mm 以及轴的运转特点，选择深沟球轴承6206 深沟球轴承 6206 轴承受力分析 由轴上受力可知 A、 B 轴承所受径向力 轴向力 当量动载荷 由，取安全系数 则当量动载荷 ， 于是 P=2088.5N P=2088.5N 轴承校核 查表 6-63 知 而 于是得 满足设计要求 满足设计要求 5.2 中速轴轴承 项目 -内容 设计计算依据和过程 计算结果 轴承选择 由 d=40mm 以及轴的运转特点，选择深沟球轴承6208 深沟球轴承 6208 轴承受力分析 由轴上受力可知 A、 B 轴承所受径向力 轴向力 当量动载荷 由，取安全系数 则当量动载荷 ， 于是 P=5524.8N P=5524.8N 轴承校核 查表 6-63 知 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 27 - 而 于是得 满足设计要求 满足设计要求 5.3 低速轴轴承 项目 -内容 设计计算依据和过程 计算结果 轴承选择 由 d=55mm 以及轴的运转特点，选择深沟球轴承6211 深沟球轴承 6211 轴承受力分析 由轴上受力可知 A、 B 轴承所受径向力 轴向力 当量动载荷 由，取安全系数 则当量动载荷 ， 于是 P=8415.6N P=8415.6N 轴承校核 查表 6-63 知 而 于是得 满足设计要求 满足设计要求 六、键的选择与校核 6.1 高速轴的键 项目 -内容 设计计算依据和过程 计算结果 35 处的键 选用普通平键（圆头）连接，材料 45 钢。 初取键 b h=10mm 8mm，由轮毂长为 66mm选择 L=50mm，从而 ， 又知传递扭矩 由键的校核公式知： 普通平键 材料 45 钢 b h=10 8 L=50mm 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 28 - 由表 33-1 知 因此 ，合格。 25 处的键 选用普通平键（圆头）连接，材料 45 钢。 初取键 b h=8mm 7mm，由轮毂长为 62mm 选择 L=56mm，从而 ， 又知传递扭矩 由键的校核公式知： 由表 33-1 知 因此 ，合格。 普通平键 材料 45 钢 b h=8 7 L=56mm 6.2 中速轴的键 项目 -内容 设计计算依据和过程 计算结果 50 处的键 1 选用普通平键 （圆头）连接，材料 45 钢。 初取键 b h=14mm 9mm，由轮毂长为 60mm选择 L=56mm，从而 ， 又知传递扭矩 由键的校核公式知： 由表 33-1 知 因此 ，合格。 普通平键 材料 45 钢 b h=14 9 L=56mm 50 处的键 2 选用普通平键（圆头）连接，材料 45 钢。 初取键 b h=14mm 9mm，由轮毂长为 110mm选择 L=100mm，从而 ， 又知传递扭矩 由键的校核公式知： 由表 33-1 知 因此 ，合格。 普通平键 材料 45 钢 b h=14 9 L=100mm 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 29 - 6.3 低速轴的键 项目 -内容 设计计算依据和过程 计算结果 60 处的键 选用普通平键（圆头）连接，材料 45 钢。 初取键 b h=18mm 11mm，由轮毂长为 105mm选择 L=1