搓丝机传动装置设计说明书(北航).doc

北京航空航天大学学生设计用纸 第40页 机械设计基础课程设计说明书学 号： 姓 名： 指导老师：20XX-X -XX前 言机械设计课程是设在机械制图，机械原理，机械设计之后的一门必修课。综合考察学生对前序课程的掌握及综合创新能力。通过对一个机械系统的总体设计使学生在实践中对机械系统的各个组成部分，所学过的理论知识，设计过程的基本步骤和基本原理都有了较深层次的认识。与此同时，可以充分发挥学生的创新能力。作为机械传动的核心，减速器的设计无疑是至关重要的。课程设计中也充分突出了其重要性。本课程设计是围绕对减速器的设计展开的。从主体部件齿轮，到轴，到箱体，到油标，油塞，到吊环等的设计，甚至螺栓，轴承的选择，都严格按照工程设计要求展开，不放过一个细节。每一个设计都做到有原则可依，有原理可循。本设计是搓丝机传动装置设计。通过训练，不但使学生牢固掌握了基本知识，掌握了基本技能，熟悉了机械设计的全过程，还能体会到机械设计制造在国民经济中的基础性地位。目录机械设计课程设计任务书（3）传动方案的拟定（4）传动装置设计（5）带传动设计（9）齿轮传动的设计（11）轴的设计（21）轴的设计（25）轴的设计（28）键的校核（31）附表结构设计（34）参考资料（36）设计任务书设计题目：搓丝机传动装置设计（一） 设计要求（1） 该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上，下搓丝板安装在滑块上。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。（2） 室内工作，生产批量为5台。（3） 动力源为三相交流380/220V，电动机单向运转，载荷较平稳。（4） 使用期限为10年，大修期为3年，双班制工作。（5） 专业机械厂制造，可加工7、8级精度的齿轮、蜗轮。（二） 原始技术数据最大加工直径/mm最大加工长度/mm滑块行程/mm搓丝动力/kN生产率/（件/min）81803208.532传动方案的拟定根据系统要求可知： 需要机构具有急回特性。 要有运动形式转换功能，即单向连续转动往复直线运动。根据上述要求，可以选择若干机构组合成多种机构系统，现列出以下方案加以比较，在所有方案中齿轮1、2可看作传动部分的最后一级齿轮。方案1：方案2：方案1采用了曲柄滑块机构，曲柄长度仅为滑块行程的一半，故机构尺寸较小，结构简洁。利用曲柄和连杆共线，滑块处于极限位置时，可得到瞬时停歇的功能。同时该机构能承受较大的载荷。方案2采用凸轮机构，该机构随能满足运动规律，然而系统要求的滑块行程为300320mm，因而凸轮的径向尺寸较大，于是其所需要的运动空间也较大，同时很难保证运动速度的平稳性。综合分析可知：方案1最为可行。传动装置设计一、 机构设计简图二、 各部分功能1、 动力装置：选择合适的电动机，动力源为三相交流380/220V，电动机单向运转，载荷较平稳。2、 传动装置：因传动比较大，故采用两级传动减速，为使传动更平稳，在加一级带传动。3、 执行装置：曲柄滑块机构，有急回特性，可提高生产率。三、 工作流程开动电动机，经过皮带传到1轴，经过两级减速，由3轴输出，带动曲柄滑块机构，使滑块（搓丝板）水平运动进行搓丝。执行机构的设计本设计是要将旋转运动转换为往复运动，所以连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条机构均可，但凸轮机构和齿轮齿条机构加工复杂，成本都较高，所以还是连杆机构更合适一些。根据设计的要求，工作机应该带动上搓丝板，且结构应该尽量简单，所以选择曲柄滑快机构。可设压力角为，代入直角三角形得，在直角三角形和中列方程得即解得L1=152.38三、电动机选择和运动、动力参数计算1、电动机选择选择类型采用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V（1） 选择容量V带传动： 一对轴承： 二级圆柱齿轮： 摩擦传动： 曲柄滑块： 总传动率： 公称搓动力：F=8500N滑快平均速度：电动机功率：载荷平稳，电动机额定功率略大于即可，取=4kw。（2） 确定电动机转速曲柄转速=32r/min确定传动比范围： V带传动比范围；二级齿轮传动比范围,电动机转速范围在相关手册中查阅符合这一转速范围的电机，综合考虑总传动比，结构尺寸及成本选取电动机型号定为Y132s-4，其技术数据如下表：同步转速r/min满载转速r/min额定功率k22.2分配传动比a) 计算总传动比： b) 分配减速器的各级传动比：若V带的传动比取，则减速器的传动比为取两级的圆柱齿轮减速器高速级的传动比为 则低速级的传动比为3、计算传动装置的运动和动力参数a）、计算各轴转速电机轴：1轴：2轴：3轴：b)、计算各轴输入功率电机轴： 1轴：2轴：3轴：c)、计算各轴输入转矩电动机输出转矩：1轴：2轴：3轴：将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：轴名功率比P / kW转矩T /Nm转速nr/min传动比i效率输入输出输入输出电机轴4.26228.265144030.961轴4.09281.4144804.5830.962轴3.929358.26104.7353.2730.963轴3.7731126.032.000四、传动零件设计及校核1、V带传动设计项目计算内容计算结果1、确定计算功率工作情况：每天工作16小时，载荷较平稳，交流异步重载。由表34.1取计算功率：2、确定带型由查表31-15取A型传动带取A型3、确定带轮直径和带速由表31.3a取小带轮直径，由A型，取大带轮直径：大带轮转速：取=1%，=370mm取标准值由得设计项目计算内容计算结果查表31.2取标准值（3）、求实际中心距a5、小带轮包角6、确定带的根数z由表31.3a得查表31.3b得单根v带额定功率增量由表31.9查得包角修正系数由表31.2查得带长修正系数取根7、确定v带初拉力由表31.1得带速8、计算作用在轴上的力2、齿轮设计 a) 高速级齿轮设计设计项目计算内容计算结果1、选择材料精度等级斜齿轮啮合好，且可以抵消一部分蜗杆轴向力，降低轴承轴向负荷，故选用斜齿轮，批量较小，小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB286HB，平均取240HB。8级精度2、初步估算小齿轮直径采用软齿面传动，按齿面接触疲劳强度初步估算小齿轮分度圆直径：由附录A表A1取，初取 u=4转矩由表27.11查取查图27-24：接触疲劳极限取中较小值3、确定基本参数校核圆周速度v和精度等级查表27.1 8级精度合理确定齿数：取8级精度合理设计项目计算内容计算结果确定模数：查表27.4取确定螺旋角：小齿轮直径：大齿轮直径：初步尺宽：4、校核齿面接触疲劳强度1）计算齿面接触应力查图27-17非变位斜齿轮查表27.11弹性系数重合度系数：由表27.5设计项目计算内容计算结果无变位，端面啮合角 螺旋角系数：使用系数查表27.6，取动载系数查图27-5，取齿间载荷分配系数：查表27.7设计项目计算内容计算结果齿向载荷分配系数：，由表27.8非对称支撑，8级精度齿面接触应力：2）计算许用接触应力：接触强度寿命系数：由图27-23 齿面工作硬化系数：接触强度尺寸系数：查表27.15 润滑油膜影响安全系数：由表27.14查最小安全系数设计项目计算内容计算结果许用接触应力：3）验算合格5、确定传动主要尺寸中心距圆整取精确螺旋角：齿宽 6、齿根弯曲疲劳强度计算1）计算齿根弯曲应力、同前 查图27-8得 齿型系数：查图27-19非变位 应力修正系数：查图27-20 重合度系数螺旋角系数：查图27-21 2）计算许用弯曲应力由图27-24c有表27.14由图27-26得由图27-25得 取3）校核 合格b）、低速级齿轮设计项目计算内容计算结果1、选择材料精度等级斜齿轮啮合好，且可以抵消一部分蜗杆轴向力，降低轴承轴向负荷，故选用斜齿轮，批量较小，小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取250HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB286HB，平均取250HB。8级精度2、初步估算小齿轮直径采用软齿面传动，按齿面接触疲劳强度初步估算小齿轮分度圆直径：由附录A表A1取，初取转矩由表27.11查取查图27-22b：接触疲劳极限取取中较小值3、确定基本参数校核圆周速度v和精度等级查表27.1 8级精度合理确定齿数：取确定模数：取确定螺旋角：小齿轮直径：大齿轮直径：初步尺宽：8级精度合理4、校核齿面接触疲劳强度1）计算齿面接触应力查图27-16非变位斜齿轮查表27.11弹性系数设计项目计算内容计算结果重合度系数：由表27.5无变位，端面啮合角 螺旋角系数：设计项目计算内容计算结果使用系数查表27.6，取动载系数查图27-5，取齿间载荷分配系数：查表27.7齿向载荷分配系数：，由表27.8对称支撑，8级精度许用接触应力：3）验算合格设计项目计算内容计算结果5、确定传动主要尺寸中心距圆整取精确螺旋角：齿宽 校核齿根疲劳强度3）校核 合格3、轴的设计a) 高速轴的设计1、选择材料、热处理为齿轮轴，材料选择与齿轮相同，为45#钢，调质处理，217255HB 计算项目计算内容计算结果2、按扭转强度估算轴径查表26-2取C=112有一个键，扩大7%3、初步设计轴的结构初选深沟球轴承6207 设计图4、轴的空间受力分析圆周力：5、支反力及弯矩计算径向力：轴向力：带传动对轴的作用力：1）、水平面支反力及弯矩计算40266.5计算项目计算内容计算结果各自的弯矩图：合成弯矩合成弯扭图40266.51 2）、垂直面支反力及弯矩计算 计算项目计算内容计算结果6、转矩图7、进行弯扭强度校核转矩按脉动循环考虑有：= -1b/ 0b=0.59。由表26-2查得b=650MPa，由表26-4查得-1b= 60 MPa,0b=102.5 Mpa，eC =(C2 + T2)1/2=152028.36N则安全。MeC=152028.3N8. 校核滚动轴承的寿命求轴承所受的力求当量动载荷rB = (BV2 +BH2) 1/2=1055.35NrA = (AV2 +AH2) 1/2=757.125N 6207轴承 寿命预期寿命 合格b)中间轴的设计计算项目计算内容计算结果1、选择材料、热处理材料选择与齿轮相同，为45#钢，调质处理，217255HB2、按扭转强度估算轴径查表26-2取C=112有两个键，扩大10%3、初步设计轴的结构初选深沟球轴承6210 4、轴的空间受力分析圆周力：t1=2T/d1 =11556.77Nt2=2T/d2 =8738.05 N径向力：Fr1=Ft1tann/cos1= 4381.58N Fr2=Ft2tann/cos2= 3312.90N轴向力：Fa1=Ft1tan1= 3200.63NFa2=Ft2tan=2368.01N计算项目计算内容计算结果5、支反力及弯矩计算各自弯矩图1）、水平面支反力及弯矩计算AH =1186.57NBH =r1+r2-AH = 6507.91 NHC=AH51 = 60515.07 NHC = 5N2）、垂直面支反力及弯矩计算AV =3297.4NBV =t1+t2-AV=479.75N3）、合成弯矩图C = （VC2 +HC2）1/2 = 53240.93D = （VD2 + HD2）1/2 = 50515.1AH =1186.57NBH = 6507.91 N设计项目计算内容计算结果6、转矩图7、进行弯扭强度校核则：= 65/110 = 0.59转矩按脉动循环考虑有：= -1b/ 0b。由表26-2查得b=650MPa，由表26-4查得-1b= 65 MPa,0b=110 Mpa，eC = (C2 + T2)1/2 则65 65，所以能符合要求。8、校核滚动轴承的寿命 =1.3Br =13319.76 N Ar =6608.23 N 选用6210轴承 根据要求10h应满足大于三年，即365316 = 17520 h,由计算结果可知：所用轴承满足要求。合格c)低速轴的设计计算项目计算内容计算结果1、选择材料、热处理为齿轮轴，材料选择与齿轮相同，为45#钢，调质处理，217255HB 2、按扭转强度估算轴径查表26-2取C=112有两个键，扩大10%3、初步设计轴的结构初选深沟球轴承6213 4、轴的空间受力分析圆周力：径向力：轴向力：计算项目计算内容计算结果5、支反力及弯矩计算各自弯矩图1）、水平面支反力及弯矩计算2）、垂直面支反力及弯矩计算6、转矩图7、求当量弯矩由表26. 1 由表26.3 计算项目计算内容计算结果应力矫正系数HC=1079500 NmmHC =146751.54Nmm=112321.7N.mm=212342.46N.mm则由得 安全设计项目计算内容计算结果8. 校核滚动轴承的寿命选用6213轴承 e=0.22Fr1=17617.43NFr2=2767.7N 由表34.6得 当量动载荷 寿命预期寿命合格5、键的选择与校核a）高速轴大带轮键的选择与校核设计项目计算内容计算结果1、键的选择及参数为静联接，选用普通平键A型（圆头）。查课程设计手册p122得时，应选用键 2、挤压应力校核由表33.1得合格3、许用切应力校核由机械零件设计问题解析p102表4-1查得合格b）中间轴键的选择与校核设计项目计算内容计算结果1、键的选择及参数为静联接，选用普通平键A型（圆头）。查课程设计手册p122得时，应选用键 2、挤压应力校核由表33.1得合格3、许用切应力校核由机械零件设计问题解析p102表4-1查得合格c）低速轴键的选择与校核设计项目计算内容计算结果1、键的选择及参数为静联接，选用普通平键A型（圆头）。查课程设计手册p122得，应选用键 应选用键 2、挤压应力校核由表33.1得合格3、许用切应力校核由机械零件设计问题解析p102表4-1查得合格五、减速器机体各部分结构尺寸名称符号减速器型式及尺寸/箱座壁厚考虑铸造工艺，壁厚取箱盖壁厚考虑铸造工艺，壁厚取箱座凸缘厚度 取=15mm名称符号减速器型式及尺寸/箱盖凸缘厚度 取为=15mm箱座底凸缘厚度取=24mm地脚螺钉直径取地脚螺钉数目 取轴承旁联接螺栓直径箱盖与箱座联接螺栓直径 取联接螺栓的间距轴承端盖螺钉直径 窥视孔盖螺钉直径 取定位销直径 取名称符号减速器型式及尺寸/螺栓扳手空间与凸缘宽度安装螺栓直径至外箱壁距离13182226至凸缘边距离11162024沉头座直径20263240轴承旁凸台半径凸台高度外箱壁之轴承座端面距离 取大齿轮顶圆与内机壁距离 取齿轮轮毂端面与内机壁距离 取箱盖箱座肋厚、 轴承端盖外径 取名称符号减速器型式及尺寸/轴承旁联接螺栓距离六、润滑和密封形式的选择1、齿轮润滑在减速器中，采用浸油润滑，由表6-75，选用全损耗用油，用于齿轮传动的润滑。浸油深度一般要求为中间轴大齿轮一个齿高，但不高于低速轴齿轮分度圆半径的1/3。2、滚动轴承的润滑两对轴承处的零件轮缘线速度均小于，所以应考虑使用油脂润滑，但应对轴承处值进行计算。值小于时宜用油脂润滑；否则应设计辅助润滑装置。三对轴承处值分别为：，均小于，所以可以选择油脂润滑。采用脂润滑轴承的时候，为避免稀油稀释油脂，需用挡油板将轴承与箱体内部隔开。在选用润滑脂的牌号时，根据手册查得常用油脂的主要性质和用途。因为本设计的减速器为室内工作，环境一般，不是很恶劣，所以轴承选用通用锂基润滑脂SY7324-87，它适用于宽温度范围内各种机械设备的轴承，选用牌号为的润滑脂。3、密封形式的选择为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内