机械FA311A系列高速并条机车头相设计带CAD图纸
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扬 州 市 职 业 大 学毕 业 设 计设计题目：FA311系列高速并条机车头箱的设计系 别：机械工程系专 业：机械制造工艺及设备班 级：01机械（2）班姓 名：学 号： 指导老师：完成时间：目录一、 毕业设计的目的二、 课题简介三、箱体结构的设计四、结构尺寸的设计计算五、轴的设计六、参考文献七、毕业小结一、毕业设计的目的毕业设计是学生完成本专业的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论.基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练，这对学生即将从事的有关技术工作和未来的开拓具有一定意义，其主要目的是：1、学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。2、学生树立正确的设计思路，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序.规范和方法。 3、学生正确使用技术资料.国家标准，有关手册.图册等工具书。进行设计计算.数据处理.编写技术文件等方面的工作能力。4、 学生今昔功能调查研究。面向实际。面向生产。向工人和工程技术人员学习的基本工作态度.工作作风和工作方法。二、课题简介FA311系列高速并条机适应于75mm以下的纤维的纯纺与混纺，在纺纱工艺过程中，位于梳棉工序之后，梳棉纤维条经过本机并合与牵伸，能够提高纤维的条长片段均匀度、纤维的伸直度，使不同品质纤维的混合更趋均匀，为获得良好的细纱创造必要的条件。2100型号的车头箱是陕西宝鸡宝成纺织机械长的产品，年产量1000台，车头箱是FA311系列高速并条机的主要动力传递机构，它通过按一定的速比排布的齿轮将电机的动力经车头箱的变速，传递给各工作主轴，使其获得一定的动力、转速和方向。该车头箱是铸造而成，内部的零件主要由圆柱斜齿轮组成，齿轮要求加工精度较高，生产批量大。针对生产现状和要求设计2100型号的车头箱。由被加工零件的不同，并条机设计方案各异，其车头箱可以垂直或水平安装。该设计的车头箱是水平安装在FA311高速并条机右侧上方的。三、 确定箱体结构、绘制原始依据图 车头箱箱体及前后盖，均采用灰铸铁HT200铸造而成，箱体的形状和尺寸按国家标准GB3668-83和实际设计情况选择。箱体长度 L=L1=L2+L3+L4式中：L1是左端台座的长度L2是齿轮纵向轴系方向上两最远齿轮的中心距L3是两端厚度之和L4是两最远轴距箱体壁的长度则L=195+30+530+182=937箱体宽度B=B1+B2+B3+B4式中:B1是横向最大轴系齿轮宽度B2是箱体厚度B3轴端至箱壁的距离B4突出箱盖的宽度则B=125+30+40+56=251箱体的高度H=H1+H2+H3式中H1是轴系高度方向上两最远主轴的中心距H2是两最远主轴的中心距箱壁的距离H3是箱体的厚度则H=354+180+45=569最后结合设计手册与实际的结构尺寸确定箱体的尺寸为LBH=940254573四、结构尺寸设计已知：电机功率P=1.8KW,电机转速n=1470r/minn1=1006r/min, n5=n电机=1470r/min, n7=2123r/min,n15=205r/min, n17=143r/min1) 确定传动比及分配传动比总传动比：i总=n电机/n1=1470/1006=1.5i总=n电机/n5=1470/1470=1i总=n电机/n7=1470/2123=0.7i总=n电机/n15=1470/205=7.2i总=n电机/n17=1470/143=10.3传动比的分配：i总=i45i23i12则：i45 =1.46 i23=1.77 i12=0.565i总=i5=1i总=i56i67则：i56=1.10 i67=0.63i总=i45i48i9 10i11 12i13 14i14 15则：i45=1.46 i48=1.18 i9 10=1.14 i11 12=3 i13 14=1.34 i14 15=0.92i总=i45i48i9 10i11 12i13 16i16 17则：i13 16=1.34 i16 17=1.312)、运动参数的和动力参数的设计（1）各输出轴速度已知：n1=1006r/min n5=n电机=1470r/min n7=2123r/minn15=205r/min n17=143r/min则其它各轴的转速为：n34=n电机/i45=1470/1.46=1006r/minn2= n34/i23=1006/1.77=586 r/minn=1006 r/minn5=n电机=1470r/minn6= n5/i56=1470/1.10=11336 r/minn7= n6/i67=1336/0.63=2123 r/minn34=1006 r/minn89= n34/i48=1006/1.18=853 r/minn10 11= n89/i9 10=853/1.14=748 r/minn12 13= n10 11/i11 12=748/3=249 r/minn14= n12 13/i14=249/1.34=186 r/minn15= 205 r/minn16= n12 13/i13 16=249/1.34=186 r/minn17= 143 r/min（2）各轴的功率：电机到各传动轴的效率：1=123=0.960.980.97=0.822=12232 =0.960.9820.972=0.8734=12333=0.960.983=0.915=12=0.960.98=0.946=123=0.960.980.97=0.917=12232=0.960.9820.972=0.8789=12232=0.960.9820.972=0.8710 11=12333=0.960.9830.973=0.8212 13=12434=0.960.9840.974=0.7814=12535=0.960.9850.975=0.7515=12636=0.960.9860.976=0.7116=12535=0.960.9850.975=0.7517=12636=0.960.9860.976=0.71查机械设计实训教程 1=0.96（V带传动效率）2=0.98（滚动轴承的传动效率）3=0.97（齿轮精度为8级）实际功率：P电机=1.8KWP1= P电机1=1.80.82=1.18 KWP2= P电机2=1.80.87=1.57 KWP34= P电机34=1.80.91=1.64 KWP5= P电机5=1.80.94=1.70 KWP6= P电机6=1.80.91=1.64 KWP7 P电机7=1.80.87=1.57 KW P89= P电机89=1.80.87=1.57 KWP10 11= P电机10 11=1.80.82=1.48 KWP12 13= P电机12 13=1.80.78=1.4 KWP14= P电机14=1.80.75=1.35 KWP15= P电机15=1.80.71=1.26 KWP16= P电机16=1.80.75=1.35 KWP17= P电机16=1.80.71=1.26 KW（3）各轴的扭矩：电机轴：T0=9550P/n=95501.8/1470=11.69 NMT1=9550 P1/n1=95501.48/1006=14.05 NMT2=9550 P1/n2=95501.57/568=26.4 NMT34=9550 P1/n34=95501.64/1006=15.6 NMT5 =9550 P5/n5=95501.7/1470=11.04 NMT6=9550 P6=95501.64/1336=11.7 NMT7=9550 P7=95501.57/2123=7.06 NMT89=9550 P89=95501.57/853=17.6 NMT10 11=9550 P10 11=95501.48/748=18.9 NMT12 13=9550 P12 13=95501.4/249=53.7 NMT14=9550 P14=95501.35/186=69.3 NMT15=9550 P15=95501.26/205=58.7 NMT16=9550P16=95501.35/186=69.3 NMT17=9550P17=95501.26/143=84.1 NM3、选择齿轮材料并确定许用应力1)查机械设计基础表6-9大小齿轮均采用45钢调质，齿面硬度分别为240BHS ,200HBS.由图6-30 ，6-31查得Hlim5=580MPa Flim5=460MPa Hlim4=540 MPa Flim4=420 MPa取SHmin=1 SFmin=1 H5=Hlim1/SHmin=580/1=580 MPa H5=Hlim2/SHmin=540/1=540 MPa F4=Flim1/ SFmin=460/1=460 MPa F4=Flim2/ SFmin=420/1=420 MPa2) 按齿面接触疲劳强度设计计算d3(590/H) 2KT1(i+1)/di传递扭矩:T5=9.55106 P电机/n=9.551061.8/1470=11694 NM载荷系数K:因为有轻微的冲击，齿轮相对轴承对称，由机械设计基础表6-6取K=1.0,齿宽系数d：由机械设计基础表6-7取d=0.4许用接触应力H：H=H2=540MPa传动比：i=1.46将以上参数代入上式，得d3(590/H) 2KT1(i+1)/di=3（590/540）211694（1.46+1）/0.41.46=30mm取接触应力直径为：d5=52mm3)确定齿轮的参数及主要尺寸齿数：初选参数：输入轴齿数Z5=39 Z4=iZ5=1.4639=57模数： 初选螺旋角 =20则法面模数: mn=d5 cos/ Z5=52cos20/39=1.25取标准植 mn=2标准中心距：a45= mn (Z5 +Z4)/2 cos=2(39+57)/2cos20100.9 mm为了便于箱体加工和测量 取a=100 mm则实际螺旋角 = arc cos mn(Z5 +Z4)/2a= arc cos2(39+57)/2100=16.26在825范围内合适4）其它主要尺寸的计算:分度圆直径: d5= mnZ5/ cos=239/cos16.26=81.25 mmd4 =mnZ4/ cos=257/cos16.26=118.75 mm齿顶圆直径： da5= d5+2 mn=81.25+22=85.25 mm da4= d4+2 mn=118.75+22=122.75 mm齿根圆直径： df5= d5-2 mn(ha+c)=81.25-22(1+0.25)=76.25 mm df4= d4-2 mn(ha+c)=118.75-22(1+0.25)=113.75 mm齿宽： b=dd5=0.481.25=32.5 mm 则取齿宽b=32 mm5）验算齿根弯曲疲劳强度：F=1.6KT1 cos/b mn d1 YfsF当量齿数Zv: Zv5=z5/cos3=39/ cos316.26=44.08 Zv4=z4/cos3=57/ cos316.26=64.432复合齿形系数：Yfs 根据Zv5 ，Zv4查机械设计基础得 Yfs5=3.85Yfs4=4.0F5=1.6KT1 cos/b mn d1 Yfs5 =1.6111694cos203.85/32281.25=13 Mpa FF4=F5Yfs4/Yfs5=134.0/3.85=13.5 Mpa F弯曲疲劳强度足够6）确定齿轮传动精度：齿轮圆周速度 V=d5n5/601000=3.1481.251470/601000=6.25 m/s查机械设计基础表6-4确定公差组均为8级精度。7）计算齿合力圆周力 Ft=2T1/d5=211694/81.25=287.85 N径向力 Fr= Ft tan an/ cos=287.85tan20/cos16.26=109 N轴向力 Fa=Ft Ft tan an=287.85tan20=104.77 N4、其它齿轮的设计计算1) i12 =0.565 i23=1.77 m=2 =20 =16.26初选齿数 Z3=39 Z2= Z3 i23=391.77=69 Z1= Z2 i12=690.565=39中心距 a23= mn (Z3 +Z2)/2 cos=2(39+69)/2cos20=113.6 mm a12= mn (Z2 +Z1)/2 cos=2(69+39)/2cos20=113.6 mm 取标准中心距a23=115 mm a12=115 mm分度圆的直径： d3= mnZ3/ cos=239/cos16.26=81.25 mm d2= mnZ2/ cos=269/cos16.26=143.75 mm d1= mnZ1/ cos=239/cos16.26=81.25 mm齿顶圆直径： da3= d3+2 mn=81.25+22=85.25 mm da2= d2+2 mn=143.75+22=147.75 mm da1= d1+2 mn=81.25+22=85.25 mm齿根圆直径： df3= d3-2 mn(ha+c)=81.25-22(1+0.25)=76.25 mm df2= d2-2 mn(ha+c)=143.75-22(1+0.25)=138.75 mmdf1= d1-2 mn(ha+c)=81.25-22(1+0.25)=76.25 mm2) Z5=39 i56=1.1 i67=0.63 m=2 =20 =16.26则 Z6= i56Z5=1.139=43Z7= i67Z6=0.6343=27中心距： a56= mn (Z5 +Z6)/2 cos=2(39+43)/2cos20=87.26 mma67= mn (Z6 +Z7)/2 cos=2(43+27)/2cos20=74.49 mm取标准中心距 a56=88 mm a67=75 mm 分度圆直径：d6= mnZ6/ cos=243/cos16.26=89.58 mmd7= mnZ7/ cos=227/cos16.26=56.25 mm齿顶圆直径：da6= d6+2 mn=89.58+22=93.58 mmda7= d7+2 mn=56.25+22=60.25 mm齿根圆直径： df6= d6-2 mn(ha+c)=89.58-22(1+0.25)=84.58 mm df7= d72 mn(ha+c)=56.25-22(1+0.25)=51.25 mm3) Z4=57 i48=1.18 m=2 =20 =16.26Z8= i48 Z4=1.1857=67中心距：a48= mn (Z4+Z8)/2 cos=2(57+67)/2cos20=131.95 mm取标准中心距 a48=132 mm分度圆直径：d8= mnZ8/ cos=267/cos16.26=139.58 mm齿顶圆直径：da8= d8+2 mn=139.58+22=143.58 mm齿根圆直径：df8= d8-2 mn(ha+c)=139.58-22(1+0.25)=134.58 mm4) i9 10=1.14 i11 12=3 m=2 =20 =16.26初选参数： Z9=52 Z11=33则 Z10= i9 10Z9=1.1452=59 Z12= i11 12Z11=333=99中心距：a9 10= mn (Z9+Z10)/2 cos=2(52+59)/2cos20=118.12 mma11 12= mn (Z11+Z12)/2 cos=2(33+99)/2cos20=140.47 mm取标准中心距 a9 10=120 mm a11 12=140 mm分度圆直径：d9= mnZ9/ cos=252/cos16.26=108.33 mmd10= mnZ10/ cos=259/cos16.26=122.92mmd11= mnZ11/ cos=233/cos16.26=68.75mmd12= mnZ12/ cos=299/cos16.26=2016.25mm齿顶圆直径：da9= d9+2 mn=108.33+22=112.33 mmda10= d10+2 mn=122.52+22=126.92 mmda11= d11+2 mn=68.75+22=72.75 mmda12= d12+2 mn=206.5+22=210.25 mm齿根圆直径：df9= d9-2 mn(ha+c)=108.33-22(1+0.25)=103.33 mmdf10= d10-2 mn(ha+c)=122.92-22(1+0.25)=117.92 mmdf11= d11-2 mn(ha+c)=68.75-22(1+0.25)=63.75 mmdf12= d12-2 mn(ha+c)=206.25-22(1+0.25)=201.25 mm5) i13 14=1.34 i14 15=0.92 i13 16=1.34 i16 17=1.31 m=2 =20 =16.26初选参数： Z13=44则 Z14= i13 14Z13=1.3444=59 Z15= i14 15Z14=0.9259=54Z16= i13 16Z13=1.3444=59Z17= i16 17Z16=1.3159=77中心距：A13 14= mn (Z13+Z14)/2 cos=2(44+59)/2cos20=109.61 mma14 15= mn (Z14+Z15)/2 cos=2(59+54)/2cos20=120.25mma13 16= mn (Z13+Z16)/2 cos=2(44+59)/2cos20=109.61mma16 17= mn (Z16+Z17)/2 cos=2(59+77/2cos20=144.73mm取标准中心距 a13 14=110 mm a14 15=120 mm a13 16=110 mm a16 17=145 mm分度圆直径：d13= mnZ13/ cos=244/cos16.26=91.67 mmd14= mnZ14/ cos=259/cos16.26=122.92 mmd15= mnZ15/ cos=254/cos16.26=112.5 mmd16= mnZ16/ cos=259/cos16.26=122.92 mmd17= mnZ17/ cos=277/cos16.26=160.42 mm齿顶圆直径：da13= d13+2 mn=91.67+22=95.67 mmda14= d14+2 mn=122.52+22=126.92 mmda15= d15+2 mn=112.5+22=116.5 mmda16= d16+2 mn=122.92+22=126.92 mmda17= d17+2 mn=160.42+22=164.42 mm齿根圆直径：df13= d13-2 mn(ha+c)=91.67-22(1+0.25)=86.67 mmdf14= d14-2 mn(ha+c)=122.92-22(1+0.25)=117.92 mmdf15= d15-2 mn(ha+c)=112.5-22(1+0.25)=107.5 mmdf16= d16-2 mn(ha+c)=122.92-22(1+0.25)=117.92 mmdf17= d17-2 mn(ha+c)=160.42-22(1+0.25)=155.42 mm五、轴的设计1、 选轴的材料和热处理方法车头箱减速器是一般用途的减速器，所以轴的材料选用45钢经调治处理，便能满足使用要求。45钢经调治处理后硬度为217255HBS。由查得：B=650Mpa s=360 Mpa -1=300 Mpa -1=60 Mpa2、 按扭矩强度估算轴的直径轴的最小直径计算公式为：dminA 3p/n由查得： A=118107则 dmin5A 3p/n =（118107）31.7/1470=12.411.3 mm在Z5轴上，估取安装轴承处的轴径d0=35 mm ，安装皮带轮处的 轴径d0=30 mm , 安装齿轮处的轴径d=40 mm ，安装联轴器轴端轴径为d0=30 mm ，轴上的其余轴径尺寸由结构要求而定。3、 联轴器的选择减速器输出轴与压辊轴采用弹性柱销联轴器，又前面计算知：T5=11.04NM由查得：选用弹性柱销联轴器的型号为：TL5联轴器，3082GB 4323B-84-1985主要参数尺寸如下：许用最大扭矩：125 Nm许用最大转速：3600r/min主动端d1=30mm J1型轴孔，L=82mm，A型键槽从动端d2=30mm J1型轴孔，L=82mm，A型键槽4、 轴承的选择Z5轴为输入，输出，传动轴，既作用着径向力Fr，又作用着轴向力，故选用深沟球轴承，型号为107 GB276-86其主要尺寸如下：d=35mm D=62mm B=20mm5、 轴的结构设计在Z5轴上两端的轴承以选用107 GB276-85型号，与轴承配合的轴径为35mm,以轴肩作为轴向定位，因此在安装齿轮处的轴径不小于35mm，齿轮的齿根圆直径只有76mm，故齿轮应采用齿轮轴结构。6、 轴的强度计算以Z5轴为例，根据Z5轴的结构设计和箱体尺寸要求取L=500mm，L/2=250mm，由前面计算知：T5=11.04NM Ft5=287.5N Fr5=109N Fa5=104.77N1) 根据轴系部件结构作出轴系空间力图 (a)2) 作出Z5轴垂直平面受力图，求支反力RAV、RBV，画弯矩图MV ,如图 (b)RBV=(5/2Fa5+L/2 Fr5)/500=(81.25/2104.7+500/2109)/500=63.NRAV= RBV- Fr5=62-109= -46 N齿轮中心面左侧弯矩MV1MV1= RAVL/2=46(500/2) =11500 Nm齿轮中心面右侧弯矩图MV2MV2= RBVL/2=32(500/2) =15500 Nm3)作出Z5轴平面受力图，求支反力RAH RBH , 如图 （C）画弯矩图MHRAH= RBH= Ft5/2=287.5/2=143.75 NMH= RAH(L/2)=143.72(500/2)=35937.5 Nmm支反力RA RB，绘总弯矩图MRA=RAV2 + RBH2=462 +143.752=150.9 NRB= RBV2 + RAH2=632 +143.752=156.9 N齿轮中心面左侧总弯矩图M1M1=MV 12 + MV22=115002 +35937.52=37693.6 Nmm齿轮中心面右侧总弯矩图M2M2=MV22 + MH2=15500 2+35937.52=39107 Nmm5）绘转矩图 （d）6)绘制当量弯矩图 Mc 如图 （f）因为皮带轮单向传动，从安全角度出发，轴上的转矩T5按脉冲当量循环考虑，故取校正系数a=0.6齿轮中心面处最大当量弯矩Mc为：Mc1=M12 +（aT5）2=37693.62 +(0.61111040) 2=146441.3 NmmMc2=M22+（aT5）2=397107 2+(0.61111040) 2=157267.7 Nmm取Mc= Mc2=157267.7 Nmm7）选危险截面进行强度核算根据当量弯矩图，初选中心面为危险截面，该截面有键槽，故应将轴径加大5%由此得： d1.053Mc/0.1-1 =1.053157267.7/0.160=31.19 mm由计算结果可知，轴径小于安装齿轮处的实际轴径，所以强度足够7、 轴承的寿命计算以Z5轴为例，Z5轴轴承以选用型号为30211的一对圆珠滚子轴承正装。其有关数据如下： C=86.5KN e=0.4 Y=1.5 载荷系数. fp=1.1 温度系数ft=1.0轴承受力情况如下：由前面计算知：RA=150.9 N RB=156.9 NRA RB 即为轴承径向力FrA FrB FrA = RA=150.9 N FrB =RB=156.9 N1) 计算内部轴向力SSA= FrA/2Y=150.9/21.5=50.3 NSB= FrB/2Y=156.9/21.5=52.3 N2) 计算实际轴向力FaA=SA, SB-Fa5=max50.3, 52.3-104.7=50.3 NFaB=SA, SB+ Fa5=min50.3, 52.3+104.7=155 N3）计算当量动载荷 PPA=fp(XA FrA+YA FaA)=1.1(1150.
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