毕业设计（论文）-汽车轴承零件清洗机的设计（全套图纸）.doc

目 录第1章 轴承清洗机的国内外研究现状及发展趋势4第2章 系统方案的设计6 2.1 轴承清洗机工作原理7 2.2 总方案的确定8第3章 电动机的选择10 3.1 清洗轴承时的摩擦力矩10 3.2 电动机型号的确定11第4章 直齿圆锥齿轮传动设计12 4.1 总传动比的确定12 4.2 锥齿轮的设计13第5章 轴系结构的设计15 5.1 输入轴轴径的初步计算16 5.2 轴的结构设计17 5.3 轴的强度校核18 5.4 输出轴轴径的初步计算22 5.5 轴的结构设计22 5.6 轴的强度校核23第6章 滚动轴承的选择与校核26 6.1 轴承的选择26 6.2 轴承的校核28第7章 联轴器的选择32第8章 键的选择与校核34 8.1 键的选择34 8.2 键的校核35第9章 机架的设计37总结39参考文献40致谢41 第一章：轴承清洗机的国内外研究现状及发展趋势滚动轴承是一种精密的机械配件，它的安装工艺要求较高，必须在严格的计数条件下进行，安装轴承的场地应该与机加工或铆、锻焊等场所分开，更不宜在灰尘很大的露天场地进行。在没有做好安装准备工作前，不宜将新轴承过早的开封。新轴承一旦开封取出后，就应及时安装。全套图纸，加153893706新的轴承在安装前应进行清洗，把包装材料的碎片和防锈油脂等彻底清洗。目前我采用的轴承防锈油脂或其他防锈材料通常并不具备轴承工作时所需要的润滑性能，其中含有的某些添加剂将会引起润滑油变质，降低其润滑性，积聚在轴承表面的赃物和水分也会污染润滑油，加剧轴承的腐蚀和磨损，因此必须在安装前予以洗净。清洗轴承时所采用的清洗液应根据轴承出厂时所用的防锈材料来选定，市场上出售的轴承防锈材料一般有三种：1、 防锈油防锈油在大、中、小型各类轴承中活得广泛的应用。这种轴承可放在汽油（溶剂汽油航空汽油120#、200#汽油）或煤油中清洗，接着放到掺有68%变压器油的汽油中过洗。过洗后，汽油很快挥发，而变压器油则留在轴承表面，它在机器随后的装配过程中可防止轴承锈蚀。2、防锈脂防锈脂在大型或特大型轴承中采用较多。这种轴承应先放在95100的轻质矿物油（如10#机油、变压器油）中，待防锈脂溶解到矿物油中后将轴承取出，用柴油洗去热矿物油。待*承冷却后再用掺有变压器油的汽油洗净。3、 气相剂和水溶性防锈剂这种防锈剂只限于在全部用黑色金属制成的轴承中使用。这类轴承应放在皂类或其它水溶清洗剂中清洗。皂类一般是油酸钾皂、油酸钠皂或其它动、植物油制备的钾、钠皂等。皂在水中比例一般为23%。清洗时，先将轴承放到8090的清洗液中清洗23分钟然后浸到室温的清洗液中清洗，最后用清水漂净。经过清洗后的轴承还需要用轻质矿物油脱水才能安装使用。脱水时将轴承放入温度大110左右的10#机油或变压器油中，待油与水遇发出的劈啪声消失后取出轴承，用柴油洗去脱水用的机油，再用掺有变压器油的汽油*当清洗个别或少量轴承时，可直接把轴承浸入普通油槽，用夹钳钳住轴承，使其在油中来回清洗，直到洗净为止。当清洗大量中、小型轴承时，最好采用轴承清洗机，藉以提高清洗效率减轻劳动强度。这种效果，在清洗维修的旧轴承时尤为明显。轴承清洗机已经广泛运用于企业、工厂等地方，因此研究轴承清洗机具有很高的现实意义及经济价值。课题的背景及意义：目前有些企业在清洗个别或少量轴承时，可直接把轴承浸入普通油槽，用夹钳钳住轴承在油中来回清洗，直到洗净为止。然而在清洗大量中、小轴承时劳动强度大，并且它的工作环境比较差。所以我在这个设计当中提出自己的看法及改进意见，对企业的发展和提高自己理论与实际相结合的能力有很重要的意义。基本内容及解决的关键问题（1）基本内容对轴承的基本原理及国内外现状进行分析，确定清洗机装置传动方案，进行几何运算和结构设计，确定各零件的几何参数和几何尺寸，并对其进行强度校核等。进行清洗工作。经查阅资料及所学知识，决定由电动机带动传动装置驱动芯轴实现工作。课题研究情况综述轴承在生产工程中，清洗是多次进行的一项作业，即为装配前的零件清洗和装配铆合后的成品的清洗。而早期的轴承清洗一直采用原始的手工擦洗或浸洗，这种方式成本高、劳动强度大、环境条件差、生产效率低。且清洗液需一次添加，周期排放，在使用过程中无任何过滤措施，浪费严重。随着国内外轴承市场竞争加剧，迫使轴承制造企业花大本钱提高工艺装配水平，提高成品质量。所以这个清洗机设计可以代替原始的人力清洗，提高清洗的生产效率，改善劳动条件，降低生产成本。因此研究清洗机具有很高的的现实意义和经济价值。角接触球轴承7624的清洗装置的设计，通过本文的研究，设计一台能够在生产中实用的机器。在本文设计过程中，经过对电动机的选择、锥齿轮的设计、机架的设计设计，提出了自己的看法及改进意见，对企业的发展和提高自己的动手能力有重要的意义。设计的主要工作及任务通过对课题任务书的仔细阅读，并进行分析，可以确定本文的主要任务如下：1）根据课题要求，对轴承清洗机的基本原理及国外现状进行分析，确定清洗机装置传动方案，进行几何计算和结构设计，确定各零件的几何参数和几何尺寸，并对其进行强度校核等；2）完成轴承清洗装置各个零件的总体装配；3）绘制六张主要零件图和一张总体装配图；根据设计思路，本次设计主要要完成的工作为：1）清洗机系统总体方案的设计；2）电动机的选择；3）锥齿轮机构的设计；4）机架的设计；5）绘制二维图。 第2章系统总体方案设计 2.1轴承清洗机的工作原理 对轴承清洗机进行设计，首先要知道其基本原理，如图2.1所示为轴承清洗机的典型结构示意图。其基本原理为：轴承用吊钩吊置于清洗槽内的芯轴1上，并用支脚2顶住轴承外圈，然后盖上清洗槽上的上盖6。清洗时，电动机通过传动装置驱动芯轴1回转，同时清洗液通过喷管喷射到轴承的内、外座圈间进行清洗。使用过的清洗液经网孔隔板4流到下部的沉淀槽中（同时对圆锥齿轮传动进行润滑），沉淀槽中的隔板5用以保证清洗液与沉淀物分离。沉淀物通过槽底阀门7放出，而清洗液则通过过滤网8由泵抽回到管路中重复使用。图2.1轴承清洗机结构简图2.2总体方案的确定对清洗机的基本原理熟悉之后，本文对其进行了两种方案设计。方案一如图2.2所示，两个圆锥齿轮被安装在于机架联接的一个单独支板（用厚钢板焊接而成）上，这就可将圆锥齿轮传动作为一个独立部件在机架之外先行装配调整，然后再将支板（连同圆锥齿轮传动）安装到机架内部水平隔板的横梁上。图2.2方案一结构简图方案二如图2.3所示。采用电动机带动皮带轮驱动圆锥齿轮转动，其中圆锥齿轮轴通过长轴传递，长轴通过套筒保证刚度，布置空间相对较大。图2.3方案二结构简图通过对方案一和方案二进行比较可以知道，方案一可以为装配工作带来较多方便，又能提高装配质量，并且降低了对机架的加工要求。在这个方案中，原动机采用直接固定于机架的凸缘式电动机。方案二中水平传动轴较长，因此需要采用长而粗的支承套筒以保证刚度。同时，考虑到圆锥齿轮传动的啮合质量，水平隔板和侧板都应具有足够的厚度，以使垂直和水平支承套筒安装后能保证所要求的垂直度和位置精度，这样导致机架的用料增多，机架过重且加工成本增高。 经过综合考虑，本文清洗的是大型机车装配车间滚动轴承，待清洗零件为带防锈油的角接触球轴承，轴承型号为7624，重约21.7kg，要求清洗时的转速为n1=650r/min，清洗液采用10#机油。所以选用方案一作为本设计的最终方案。第3章 电动机的选择3.1清洗轴承时的摩擦力矩清洗机工作时，只是驱动一个不受外载荷作用的被清洗的轴承，这时所需动力，仅需要克服清洗轴承的滚动体与保持架之间、保持架引导面上和滚动体旋转运动所生成的摩擦力矩以及清洗液内的摩擦力矩。这些摩擦力矩用T0表示并按下式估算：（式3-1）式中v-润滑剂（清洗液）50时的运动粘度，cm2/s；n-被清 洗轴承的转速，r/min；Dm-被清洗轴承的平均直径，mm；f0-考虑轴承结构类型和润滑方法的系数。根据机械设计手册，可有10#机油的粘温特性曲线查得10#机油在50时的运动粘度v为10cSt。因此又查表可知道，取f0=4。由已知条件可知，轴承内径120mm，外径为260 mm，所以取Dm=190mm于是公式（3-1）可得摩擦力矩为：3.2清洗功率考虑到起动时的摩擦力矩大于T0值，为了保证清洗机迅速越过起动阶段到达正常的清洗转速，应有足够大的起动力矩Td。设计时，建议取Td=（1.52.5）T0。所以本文取起动功率为：3.3电动机功率取直齿圆锥齿轮传动的效率为0.95，一对滚动轴承的效率为0.99，联轴器的效率0.99，由公式可得电动机所需功率为：经过查找机械设计手册，最后确定电动机型号为：Y801-4型三相异步电动机（GB3074-82），功率为0.55KW，转速为1390r/min。Y系列电动机（摘自JB/T8680.1-1988）为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，是按照国际电工委员会（IEC)标准设计的，具有国际互换性的特点。Y系列电动机用于空气中不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场所。该电动机适用于电源电压为380V、无特殊要求的机械，如机床、泵、风机、运输机。搅拌机、农业机械等：也适用于某些需要高起起动转矩的机器，如压缩机等。 第4章直齿圆锥齿轮传动设计4.1总传动比的确定根据已计算的条件，传动装置的总传动比为：i=1390/n=1390/650=2.14由此表明方案一采用的一级直齿圆锥齿轮传动方案完全可行。4.2锥齿轮的设计1）选择齿轮材料及精度等级轴承清洗机为一般工作机，速度小于40m/s，由参考文献可知，本文选用7级精度锥齿轮。齿轮采用软齿面，小齿轮选用40Cr调质后表面淬火，齿面硬度为241-286HBS，大齿轮选用45钢调质，齿面硬度220HBS，齿面粗糙度Ra1.6-3.2m2）按齿面接触疲劳强度设计由参考文献设计计算公式进行试算，即：初次取小齿轮齿数:Z1=25。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=2.1425=53。实际传动比:i0=53/25=2.12。传动比误差：i-i0/i=2.14-2.12/2.14=0.9%2.5%，可用。齿数比：u=i0=2.12。由参考文献取R=0.3。转矩T1=9550P1/n1=95500.55/1390=3.78Nm。载荷系数取k=1.3。材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa。齿轮的接触疲劳强度极限=1150MPa。计算应力循环次数N：N1=60njLh=6013901(1636510)=4.87109N2=N1/i=4.87109/2.12=2.3108由教材P207图10-19查得接触疲劳的寿命系数：KHN1=1，KHN2=1。通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求，选取安全系数SH=1.0H1=Hlim1 KHN1/SH=11501/1.0Mpa=1150MpaH2=Hlim2 KHN2/SH=4501/1.0Mpa=350Mpa计算平均分度圆处的圆周速度40m/s，所以选用七级精度是合适的。分锥角1=arccot(Z2/Z1)=2515，2=90-2515=6445当量齿数Zv1=Z1/cos1=27.8Zv2=Z2/cos2=123.3平均分度圆处的圆周速度：计算载荷系数根据v=3.16m/s锥齿轮为7级精度，参考文献查得：动载系数KV=1.08，使用系数KA=1，齿间啮合系数Ka=1，轴承系数KHbe=1.10，故载荷系数K=KAKVKHaKH=2.475。按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径：模数：m=d1/Z1=33/25=1.32mm取标准模数：m=23） 校核齿根弯曲疲劳强度根据参考文献确定有关参数和系数：分度圆直径：d1=mZ1=225=50mmd2=mZ2=253=106mm齿宽：故得b19.5取b=19齿形系数YFa和应力修正系数YSa根据参考文献得：YFa1=2.72YSa1=1.57YFa2=2.14YSa2=1.83许用弯曲应力F根据公式：F=FLim2/SF根据参考文献得FLim1=420MpaFLim2=330Mpa按一般可靠度选取安全系数SF=1.25计算两轮的许用弯曲应力F1=FLim1/SF=420/1.25=336MpaF2=FLim2/SF=330/1.25=264Mpa将求得的各参数代入式故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够。4）计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/601000=3.64m/s5）锥齿轮参数值分度圆直径：d1=50mm d2=106mm分度圆锥角:1=2515，2=6445齿顶高：ha=2mm齿根高：hf=2.4mm齿顶圆直径：da1=53.6mm da2=107.7mm齿根圆直径：da1=45.68mm da2=104mm当量齿数：Zv1=27.8 Zv2=123.3节锥距：R=58.6mm齿顶角：157齿根角：320分度圆齿厚：S=3.14齿宽：b=19mm 第五章 轴的设计轴(shaft)是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。常见的轴有曲轴，直轴和软轴三种。直轴又可分为：转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等。心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等。轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。轴的结构的设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置，零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，轴的对轴的变形等因素有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便节约材料，减轻重量：1、 尽量采用等强度外形尺寸或大的横面系数的截面形状；2、 易于轴上零件精确定位、稳定、装配、拆卸和调整；3、 采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施；4、 便于加工制造和保证； 主要用途 联轴器的用途很广泛，一般情况下只要有电动机或减速器就要用联轴器，大型联轴器在冶金机械上用的比较多。不同的联轴器有不同的作用，综合各种联轴器的作用如下：1、 是把原动机和工作机械的轴联接起来并传递扭矩；2、 是可以适当的补偿两根轴因制造、安装等因素造成的径向轴向和角向误差；三、安全联轴器当发生过载时，联轴器打滑或销子断开以保护工作机械四、弹性联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用5.1输入轴的轴径初步计算1）轴的材料选择并确定许用弯曲应力根据参考文献查表13-10选用45调质，调质处理，硬度217-255HBS，许用弯曲应力。2)按扭转强度概略计算轴的最小直径根据参考文献查表5-1，取A=107-118由于输入轴受到的弯矩较大而受到的扭矩较小，故取A=115考虑有键槽，将直径增大5%则，所以为了安全考虑，取d=16mm。2）轴的结构设计图3.1轴结构示意图输入轴上的装配方案如图3.1所示。1段：d1=16mm，长度取L1=30mm。2段：需要装油封，所以根据标准d2=22mm，L2=20mm。3段：D3段装轴承，所以d3=25mm，轴承选30205，L3=16.25mm。4段：因为4段为固定端所以，h=2c，c=1.5mm，d4=31mm，L4=35mm。5段：d5=25mm,L5=16.25mm6段：d6=22mm,L6=2nmm7段：d7=16mm,L7=30mm已计算得小齿轮分度圆直径：d1=50mm；转矩：T1=3780Nmm；5.3 弯矩-扭转组合强度校核画输入轴的受力图图10-3a,分别为水平面(H平面)和垂直平面（V平面）受力图。计算作用在轴上的力圆周力：径向力：轴向力计算作用在轴上的支座反力水平平面内即校核则无误垂直面平面内即校核则无误绘制水平平面面弯矩图绘制垂直平面弯矩图绘制合成弯矩图绘制扭矩图T=3780Nmm绘制当量弯矩图因此输入轴的弯矩强度足够 5.4 输出轴的轴径初步计算1），轴的材料选择并确定许用弯曲应力根据参考文献查表13-10选用45调质，调质处理，硬度217-255HBS，许用弯曲应力。2)按扭转强度概略计算轴的最小直径根据参考文献查表5-1，取A=107-118由于输入轴受到的弯矩较大而受到的扭矩较小，故取A=115考虑有键槽，将直径增大5%则：d=10.8(1+5%)mm=11.34mm，所以为了安全考虑，取d=16mm。2）轴的结构设计图3.1轴结构示意图输出轴上的装配方案如图3.1所示。1段：d1=15mm，长度取L1=40mm。2段：需要装油封，所以根据标准d2=22mm，L2=30mm。3段：D3段装轴承，所以d3=25mm，轴承选30205，L3=16.25mm。4段：因为4段为固定端所以，h=2c，c=1.5mm，d4=31mm，L4=65mm。5段：d5=25mm,L5=16.25mm6段：需要装油封，所以根据标准d6=22mm，L2=25mm。7段：d7=16mm，长度取L1=35mm。已计算得小齿轮分度圆直径：d=106 mm；转矩：T=8081 Nmm；5.7 弯矩-扭转组合强度校核画输入轴的受力图图10-3b,分别为水平面(H平面)和垂直平面（V平面）受力图。计算作用在轴上的力圆周力：径向力：轴向力计算作用在轴上的支座反力水平平面内即N校核则无误垂直面平面内即N校核则无误绘制水平平面面弯矩图绘制垂直平面弯矩图绘制合成弯矩图绘制扭矩图绘制当量弯矩图校核轴的强度 第六章 滚动轴承的选择与校核输入轴滚动轴承1）作用在轴承上的载荷2）轴承型号的选择输入轴将受到径向力的作用，同时也承受一定的轴向力，故我们拟选用深沟球轴承。又根据轴的直径大小，初选一对型号为6204轴承，且工作温度不高。3)计算轴承的当量载荷轴承A因为，则轴承B3） 校核轴承的寿命由于轴承B受的当量动载荷较大，故对轴承B进行校核由表10-5和表10-6可分别查的（工作温度低于100),轴承工作寿命按1.5年计算，则表10-5动载荷系数载荷性质无冲击或轻微冲击中等冲击强烈冲击动载荷系数1.0-1.21.2-1.81.8-3.0表10-6温度系数轴承工作温度125150175200225250300350温度系数10.950.900.850.800.750.700.600.50因此输入轴的工作寿命足够输出轴滚动轴承 轴将受到轴向力和径向力的作用，故我们拟选圆锥滚子轴承。又根据轴的直径大小，初选一对型号为3020根据根据条件，轴承预计寿命：1636510=58400小时，输出轴的圆锥滚子轴承计算简图如图4.4所示：图4.4圆锥滚子轴承的受力图由锥齿轮受力分析可得：（1）计算轴承水平面径向力轴水平方向受力分析如图10所示。图4.5轴承水平面径向力由力平衡和力矩平衡可得：代入数据得：（2）计算轴承垂直面径向力轴垂直平面上受力分析如图11所示。图4.6轴承垂直面径向力由力平衡和力矩平衡可得：代入数据得：（3）计算轴承总径向力轴承总径向力和轴向力计算简图如图12所示。图12（4）计算轴承轴向力查参考文献【2】表6-7，Y=1.4比较轴向力轴承为紧端，轴承为松端。所以轴承1所受的轴向力：(向右）轴承所受的轴向力：(向左）（5）计算当量动载荷查参考文献【1】表13-5时，X=1，时，X=0.4则代入数据得时，X=0.4查参考文献【2】表6-7e=0.42,Y=1.4查参考文献【1】表13-6=1.2轴承：=0.16故X=1 Y=0轴承=0.357故X=1 Y=0(6)轴承寿命计算因为,故按轴承当量动载荷计算轴承寿命。=49078h实际需要工作时间T=1630010=48000h，故此轴承符合要求 第七章 联轴器的选择1、计算载荷根据参考文献机械设计基础课程设计表15-8查的载荷系数K=1.3计算转矩=KT=1.33780=49142、选择联轴器型号综合考虑联轴器的功能，轴的伸出端安装的联轴器根据表15-2初选，选用型号为GY1的凸缘联轴器，公称转矩25N.M,许用转速12000r/min,轴孔直径d=16cm。轴孔长度L=59mm. =KT=1.33780=4914 =25000 N.mm联轴器用来连接两根轴或轴和回转件，使它们一起回转，传递转矩和运动