搓丝机传动装置设计书

搓丝机传动装置设计 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 2 - 搓丝机传动装置设计书 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 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。 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 。 用期限 工作期限为十年，每年工作 300天 ，双班制工作 ；检修期间隔为三年。 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 7,8级精度的齿轮、蜗轮。 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 3 - 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 件 / 16 200 350 10 24 二、方案设计 体设计 见下图： 动机的选择 根据设计任务书，选择电动机作为原动机。 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 。北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 4 - 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。 插入图 如图，由最小传动角取大于 40 知 e:40 又由图中关系可知 (b+a)2 (ba)2 50 由 两式 ， 试取以下两种方案： 方案一： a=170e=180 b=而得 k= 方案二： a=165e=170 b=而得 k= 相比较，由于方案二的 作时间长，因此选用方案二。 关参数的确定 项目 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。 P 21 0 0 0 1 0 0 0w F v F sP t = 12332 其中 V 带 的效率1=滚动轴承 的效率2=闭式圆柱齿轮 的效率3=算效率 =P =选取 动机型号 能如下： 电动机型号京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 5 - 同步转速 满载转速 额定功率 极数 1000r/60r/ 分配传动比 （ 1）总传动比： 96024 = 40 （ 2）各级传动比 a. V 带传动 速器 i=40/6； b. 高速级传动比 6 = 低速级传动比 6/.3 40 2.5 轴参数计算 0 轴（电动机轴）： 960r/0 = 9550 / 0 = 1 轴（ 高速 轴）： 1 = 1 = 9602.5 r/ 384r/1 = 9550 1 / 1 = 2 轴（ 中速 轴）： 1 = 1 2 3 = = 2 = 9550 2 / 2 = 3 轴（ 低速 轴）： 3 = 2 2 3 = = 3 = 9550 3 / 3 = 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 / 矩 T /N m 转速 n 传动比 i 效率 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 6 - 输入 输出 输入 输出 r/轴 60 轴 轴 4 、传动零件设计 传动 设计 项目 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 表 31， =公式 = = 确定带型 由图 31用 带 带轮直径和 小带轮带速 由表 31小带轮直径， 则大带轮直径 2 = 1 小带轮 带速 1 = 11 601000 =s， 满足 5m/s 120的要求。 1= 带的根数 由表 310 = 0 = 由表 31包角系数 = 0 = 0 = 京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 7 - 由表 31 长度系数 = 从而， = (0 +0) = 取 z=4根。 = = z=4 初拉力 由表 31 = 压力 : 0 = 500 (1)+2 0 = 0 = 压轴力 = 20 12 = = 速级齿轮设计 项目 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 40质处理，硬度241齿轮使用 45 钢，调质处理，硬度 229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 = 756 ， = 1 = 由 表 27 = 由表 27触疲劳强度 1 = 710 2 = 580 则 1 = 639 2 = 522， 由附 1 12:13 = 766 222 取 1 = 60 1 = 60 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 8 - 确定基本参数 校核圆周速度 = 11601000 = s 由表 27级精度 ,初取齿数取 1 = 21 2 = 1 = m=60/21=表 27 m=3则 1 = 20， 2 = 2 = 93， 由于 1,2互质 ，故可行。 校核传动比误差 =(足。 1 = 20 2 = 93 校核齿面接触疲劳强度 a. 计算齿面接触应力 由式 27算 ， 由图 27 = 由表 27 = 而 = 4;3 = 其中：由表 271 = 11= 2 = 22= 由于无变位，啮合角 = 20 ,故 = 121(1 )+2(2 ) = = 1，直齿轮 查表 27 = 27 = 表 27，其中 = 21 1 = = 100/ = 1= 2= = 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 - 9 - = 12= 由 表 27中非对称支撑，调制齿轮7 级精度，则 = +(1)2+1)(1)2+ 10;3= 而 = 1:11 = b. 计算许用接触应力 其中 由图 27 1 = 2 = 工作时间 = 1630010 = 48000h, 从而得 1 = 601 = 09 2 = 1 = 08 1 = 2 = 表 27触强度尺寸系数 1 = 2 = = = = 1 由表 27最小安全系数 = 从而 1 = = 2 = = c. 验算： = 适，无需调整尺寸。 确定主要传动尺寸 1 = 2 = 模数 m=3 中心距 = (1 +2) 2 = 取 = 170 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 10 - 齿宽 = 60， 1 = 66， 2 = 60 齿根弯曲疲劳强度验算 a. 齿根弯曲应力计算 查表 27A = 27V = 他如下： 图 27 表 27 1中， = 图 27 ： ：由图 27 1 从而由 = 1知 b. 许用弯曲应力 ：由图 271 = 300/2 2 = 270/2 ： 由表 2717 知 = 1 = 2 = 1 = 2 = 1 = 2 = 2 1 = 2 = 1 = 2 = 而由 1= 427/2 2= 2 1 1 2 2 合格 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 11 - = T知 1 = 427/2 2 = 2 c. 校核： 1 1， 2 2 合格 主要尺寸汇总 模数 m=3 压力角 =20 1 = 2 = = = 3 = = = = = (1 +2) 2 = 170 速级齿轮设计 项目 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 = 756 ， = 1 = 由 表 27 = 由表 27触疲劳强度 1 = 710 2 = 580 则 1 = 639 1 = 105 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 12 - 2 = 522， 由附 1 12 +13 = 766 222 1 = 105 确定基本参数 校核圆周速度 = 11601000 = s 由表 27级精度 , 初取齿数 1 = 32 2 = 1 = 108.2 m=60/21=表 27 m=3则 1 = 35， 2 = 2 = 118 由于 1,2互质 ，故可行。 校核传动比误差 =(足。 1 = 35 2 = 118 校核齿面接触疲劳强度 a. 计算齿面接触应力 由式 27算 由图 27 = 由表 27 = 而 = 4;3 = 其中：由表 271 = 11= 2 = 22= = 1= 2= = 适，无需调整北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 13 - 由于无变位，啮合角 = 20 ,故 = 121(1 )+2(2 ) = = 1，直齿轮 查表 27 = 27 = 表 27，其中 = 21 1 = = 100/ = 12= 由 表 27中非对称支撑，调制齿轮7 级精度，则 = +(1)2+1)(1)2+ 10;3= 而 = 1 +11= b. 计算许用接触应力 其中 由图 27 1 = 2 = 工作时间 = 1630010 = 48000h, 从而得 1 = 601 = 09 2 = 1 = 08 1 = 2 = 表 27触强度尺寸系数 1 = 2 = 寸。 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 14 - = = = 1 由表 27最小安全系数 = 从而 1 = = 2 = = c. 验算： = 适，无需调整尺寸。 确定主要传动尺寸 1 = 105 2 = 354 模数 m=3 中心距 = (1 +2) 2 = 取 = 230 齿宽 = 105， 1 = 110， 2 = 105 齿根弯曲疲劳强度验算 a. 齿根弯曲应力计算 查表 27A = 27V = 他如下： 图 27 表 27 1中， = 图 27 ： ：由图 27 1 从而由 = 1知 1= 427/2 2= 2 1 1 2 2 合格 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 15 - b. 许用弯曲应力 ：由图 271 = 300/2 2 = 270/2 ： 由表 2717 知 = 1 = 2 = 1 = 2 = 1 = 2 = 2 1 = 2 = 1 = 2 = 而由 = T知 1 = 427/2 2 = 2 c. 校核： 1 1， 2 2 合格 主要尺寸汇总 模数 m=3， 压力角 =20 1 = 2 = = = 3 = = = = = (1 +2) 2 = 230京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 16 - 四、轴的设计 速轴的设计 项目 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 40火， 硬度 41 初估轴径 查表 26 C=100，则由式 26 3 得 1 取 25 并初取轴承处 = 30，齿轮处 = 35 25 初取轴承处 = 30，齿轮处 = 35 空间受力分析 根据减速器箱体尺寸，取 55 100空间受力如下 其中， = 21 1 = = = = 0 = = = 0 支反力和弯矩图 a. = 11301 =109301 m 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 17 - = 3;21:2= = (3+1 +2)11 +2= = = 109301 m 弯矩图如下： b. 支反力及弯矩 由 + = 及 1 = 2知 = = = 103810 弯矩图如下 = 103810 合成弯矩 合成弯矩 = 2 +2 = 104423 = 109301 合成弯矩图如下 = 104423 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 18 - = 109301 转矩 1 = ，由 B 端输入，转矩图如下 1 = 当量弯矩 按脉动循环考虑，取 = ;10= 75130 = 危险截面当量弯矩 = 2 +(1)2 = 117581 C = 2 +(1)2 = 113061 当量弯矩图如下 = 117581 C = 113061 校核轴的强度 由表 26;1 = 75 而 = = = = 小于 ;1 = 75 故合格 合格 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 19 - 轴设计图 速轴的设计 项目 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 40质， 硬度 41 初估轴径 查表 26 C=102，则由式 26 3 得 1 取 35 并初取轴承处 = 40，齿轮处 = 45 初取轴承处 = 40，齿轮处 = 45 空间受力分析 根据减速器箱体尺寸，取 56 78空间受力如下 其中， 1 = 21 1 = 1 = 1 = 0 2 = 21 2 = 2 = 2 = 0 1 = 1 = 1 = 0 2 = 2 = 2 = 0 支反力和弯矩图 a. 支反力 = =北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 20 - = = = = 103373 m 弯矩图如下： b. 支反力及弯矩 = = = 227424 = 377871 弯矩图如下 103373 m = 227424 = 377871 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 21 - 合成弯矩 合成弯矩 = 227567 = 391756 合成弯矩图如下 = 227567 = 391756 转矩 1 = ， 1 = 当量弯矩 按脉动循环考虑，取 = ;10= 75130 = 危险截面当量弯矩 = 301008 D = 438511 当量弯矩图如下 = 301008 D = 438511 校核轴的强度 由表 26;1 = 75 而 = = 于 ;1 = 75， 故合格 合格 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 22 - 轴设计图 速轴的设计 项目 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 40质， 硬度 41 初估轴径 查表 26 C=102，则由式 26 3 得 取 50 并初取轴承处 = 55，齿轮处 = 60 初取轴承处 = 55 齿轮处 = 60 空间受力分析 根据减速器箱体尺寸，取 70150 93空间受力如下 其中， = 2 = = 2314N = 0 = 2 = = 2314N = 0 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 23 - 支反力和弯矩图 = = = 350000 = m 弯矩图如下： 支反力及弯矩 = = = 330353 弯矩图如下 = 350000 = m = 330353 合成弯矩 合成弯矩 = 350000 = 330353 = 350000 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 24 - 合成弯矩图如下 = 330353 转矩 = ， 1 = 当量弯矩 按脉动循环考虑，取 = ;10= 75130 = 危险截面当量弯矩 = 731517 A = 740597 当量弯矩图如下 = 731517 A = 740597 校核轴的强度 由表 26;1 = 75 而 = 于 ;1 = 75， 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 - 25 - 五、轴承的选择与校核 速轴轴承 项目 设计计算依据和过程 计算结果 轴承选择 由 d=30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 = 2 +2 = = 2 +2 = 向力 = 0 = = 当量动载荷 由 = （ +） ，取安全系数 = 当量动载荷 = = 是 P= 轴承校核 查表 6 = = 16670 = 3 于是得 = 满足设计要求 满足设计要求 速轴轴承 项目 设计计算依据和过程 计算结果 轴承选择 由 d=40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 = 2 +2 = = 2 +2 = = = 京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 26 - 轴向力 = 0 当量动载荷 由 = （ +） ，取安全系数 = 当量动载荷 = = 是 P= 轴承校核 查表 6 = = 16670 = 3 于是得 = 满足设计要求 满足设计要求 速轴轴承 项目 设计计算依据和过程 计算结果 轴承选择 由 d=55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 = 2 +2 = = 2 +2 = 向力 = 0 = = 当量动载荷 由 = （ +） ，取安全系数 = 当量动载荷 = = 是 P= 轴承校核 查表 6 = = 16670 = 3 于是得 = 满足设计要求 满足设计要求 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 27 - 六、键的选择与校核 速轴 的键 项目 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=108轮毂长为 66=50而 = = 40又知传递扭矩 由键的校核公式知： = 4 = 表 33 = 100 120 因此 ，合格。 普通平键 材料 45 钢 b h=10 8 L=50 25 处的键 选用普通平键（圆头）连接，材料 45 钢。 初取键 b h=87轮毂长为 62择 L=56而 = = 48又知传递扭矩 由键的校核公式知： = 4 = 表 33 = 5060 因此 ，合格。 普通平键 材料 45 钢 b h=8 7 L=56速轴的键 项目 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=149轮毂长为 60=56而 = = 42又知传递扭矩 普通平键 材料 45 钢 b h=14 9 L=56京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 28 - 由键的校核公式知： = 4 = 表 33 = 100 120 因此 ，合格。 50 处的键 2 选用普通平键（圆头）连接，材料 45 钢。 初取键 b h=149轮毂长为 110=100而 = = 86又知传递扭矩 由键的校核公式知： = 4 = 表 33 = 100 120 因此 ，合格。 普通平键 材料 45 钢 b h=14 9 L=100速轴的键 项目 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=1811轮毂长为 105=100而 = = 82又知传递扭矩 由键的校核公式知： = 4 = 表 33 = 100 120 因此 ，合格。 普通平键 材料 45 钢 b h=18 11 L=100 45 处的键 选用普通平键（圆头）连接，双键，材料 45 钢。 初取键 b h=149轮毂长为 64=56而 = = 42又知传递扭矩 普通平键 ，双键 材料 45 钢 b h=14 9 L=56京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 29 - 由键的校核公式知： = 42 = 表 33 = 100 120 因此 ，合格。 北京航空航天大学机械设计基础课程设计 - 30 - 七、减速器各部分尺寸 体 名称 符号 尺寸 箱盖壁厚 = 9 箱座壁厚 1 1 = 8 箱盖凸缘厚度 = 14 箱座凸缘厚度 1 1 = 12 地脚螺钉直径 = 20 地