毕业设计（论文）-铜带单面铣削机床总体及压紧、箱体系统设计.doc

目录目录 目录 1 摘要 2 1 绪论 3 1 1 研究背景及意义 3 1 2 铜带铣削机床的应用及发展现状 4 1 3 拟定主要技术参数 5 2 总体设计 6 2 1 拟定铣削机主要组成部分功能 6 2 2 拟定主传动方案及铣刀的选择 7 3 铣削主轴箱的设计 9 3 1 主传动系统设计 9 3 2 各轴及齿轮的设计 11 3 3 压紧装置的设计 16 4 减速机的设计 18 4 1 传动比分配 18 4 2 高速轴的设计 21 4 3 低速轴的设计 24 4 4 滚动轴承的选择与校核计算 27 4 5 键的选择及校核 28 4 6 联轴器的扭矩校核 29 4 7 减速器基本结构的设计与选择 30 总结 33 致谢 1 参考文献 2 摘要摘要 铜带是一类在工业领域广泛应用的金属材料 其主要产品规格有 0 1 3 50 250mm 各种状态铜带产品 主要用于生产电器元件 灯头 电池帽 钮扣 密封件 接插件 主要用作导电 导热 耐蚀器材 如电气元器件 开关 垫圈 垫片 电真空器件 散热器 导电母材及汽车水箱 散热片 气缸片等各 种零部件 铜带坯铣削机床是铜及铜合金板带材生产工艺流程中的重要设备 它将热轧 开坯或水平连铸后的铜带坯来料铣去两面及两边的氧化层 为后续的冷中轧提供 高表面质量的带材 它的设备装备水平影响着最终铜板带产品的质量和成品率 本文首先介绍了铜带坯铣削机床的工作原理以及设备的主要组成结构 工艺 技术要求 根据工艺技术要求的特点 首先选定了基本参数 设计了一种 500mm 铜带单面铣削机床及压紧 箱体加工系统 详细设计计算了主轴铣削加工系统的 传动机构 并绘制了部分主要零部件的工程图纸 具有机械结构简单 铣削带材 宽度大 运行速度快 生产效率高度的特点 关键词 关键词 铜带 铣削 主轴加工 全套图纸加扣全套图纸加扣 30122505823012250582 1 1 绪论绪论 1 11 1 研究背景及意义研究背景及意义 铜带是一种金属元件 产品规格有 0 1 3 50 250mm 各种状态铜带产品 主要用于生产电器元件 灯头 电池帽 钮扣 密封件 接插件 主要用作导电 导热 耐蚀器材 如电气元器件 开关 垫圈 垫片 电真空器件 散热器 导 电母材及汽车水箱 散热片 气缸片等各种零部件 由此可见铜带在制造业中具 有不可替代的地位 而铜带的表面质量是铜带产品的重要质量指标 随着其他工 业部门的发展 对铜板带材的质量要求越来越高 越来越严格 铜板带加工老式 工艺多采用铸锭铣面 热轧后酸洗 但这一工艺随着对带材表匾质量要求的提高 正逐渐被带板带坯铣面所代替 即采用热轧后带坯铣面这一工序 产品质量较老 式工艺有明显的提高 铣削机则成为铜带加工中很重要的机械设备 经过热轧之后 金属内部的非金属夹杂物 主要是硫化物和氧化物 还有硅 酸盐 被压成薄片 出现分层 夹层 现象 分层使金属沿厚度方向受拉的性能 大大恶化 并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂 焊缝收缩诱发的局部应变时 常达到屈服点应变的数倍 比荷载引起的应变大得多 为了在铣削过程中使铣削 深度一致 尽量在最小铣削深度下把带坯表面缺陷全部铣削掉 在带坯进入铣床 铣之前 必须先通过强有力的矫直 消除这些板形缺陷 将带坯矫平直 一般需 要一台矫直机来辅助加工 以满足铣削要求 在过去的十年中 我国铜板带需求迅猛增长 平均年增长率达 18 目前世 界最多的铜板带生产和消费量在我国 同时 我国也大量进口国民经济发展所需 的高精铜板带产品 也是最大的铜板带进口国 虽然近年来我国的铜板带加工工 艺和设备水平已有极大的提高 但与世界发达国家仍有较大的差距 因此 通过 对设备和技术的引进 合作研究以及消化吸收 来有效增强企业整体竞争力 提 高铜板带工业加工技术水平 以达到加快我国高精度铜加工产业的发展步伐 满 足国内国际需求目的 随着机床向高精 高速 高效 数控及多功能方向发展 出现了各种各样的 机床 但在加工特定产品的时候仍然需要设计者针对这一产品的加工工艺来进行 设计 制造 因此 设计了这台铜带铣削机床 本铜带铣削机床主要是根据用户 特定工件 且符合用户要求而研究 设计的一台铜带铣削机床 设计分四个部分来说明 第一部分是用户提出的要求 根据用户的具体要求 对所加工的产品有了深刻的认识 第二部分是加工方案 熟识被加工零件 以及 用户所提出的一些具体的要求 就可以制定几种初步的加工方案 来满足用户提 出要求的方法 比较几种方案选其最优者 第四部分确定机床的基本参数 根据 基本参数设计有关部件 及外购件 1 21 2 铜带铣削机床的应用及发展现状铜带铣削机床的应用及发展现状 由于大多数半连续 连续铸造的铜锭坯表面存在冷隔 夹杂 夹渣 夹灰 氧化皮等冶金缺陷 有的还有偏析 裂纹和皮下气孔 热轧后都会在板坯表面形 成缺陷 热轧坯料也因高温轧制使坯料表面形成氧化层而影响后续加工品质 一 些合金还会因工艺问题在热轧过程中产生表面裂纹 给后续加工造成困难 铜带 坯表面处理工艺就是清除铜坯料上的表面缺陷 以达到带材的高表面质量要求 铜带坯表面处理技术以前是在铸锭加热前铣面 酸洗在热轧后进行 但带坯 表面经酸洗后质量不佳 现代高精度铜带生产要求带坯表面品质光滑无缺陷 而 且酸洗会严重污染环境 危害人和设备 废酸处置困难 现在都采用对轧制后的 带材进行表面铣削来代替酸洗 通过旋转铣刀连续切削带材表面 使加热炉中加 热和热轧机轧制形成的表面氧化层 划伤 杂质压入和裂纹等缺陷被较彻底地去 除 从而大大提高了带坯表面质量 另外 近年来通过在铣面前对带坯进行边部 铣削 可以进一步的起到提高带坯表面质量的作用 现代双面铣削加工的工艺流程一般为 开卷 矫直 切头尾 表面预 处理 清刷 铣主轴 边部倒角 或去毛刺 铣下面 铣上面 表面 刷洗 挤干 衬纸 卷取 称重 铣面后的铜带表面要求应无铜粉 残 留物或擦划伤 具有较小的铣削深度和厚度偏差 宽度偏差 这些是体现铣面机 整体性好坏的关键方面 较快的铣屑速度 较短的停机时间 能处理更宽和较大 来料侧弯的带材坯料也是衡量铣面机能力的重要指标 目前双面铣机处理的来料 带坯宽度主要为 300 1300mm 厚度一般为 7 19mm 机组铣削速度一般为 6 25m min 每边铣削量为 1 5mm 最大可达 10mm 每面铣削量一般为 0 25 0 5mm 最大深度可达 lmm 铣后带面精度可达到横向偏差100 18 0 280 25 0 380 25 0 5 对于铜带 由于加工材料的硬度不大 进给量宜取最小值 3 3 铣削主轴箱的设计铣削主轴箱的设计 3 13 1 主传动系统设计主传动系统设计 机床主传动的功率 P 可由下式来确定 c P P 式中 机床主传动的功率 P 切削功率 c P 主传动链的总效率 数控机床的加工范围一般都比较大 可根据有代表性的加工情况 由下式 c p 确定 65500 60000 KWnMvFP zc 式中 主切削力的切向力 N z F 切削速度 m min v 切削扭矩 N cm M 主轴转速 r min n 主传动的总效率一般可取为 0 70 0 85 数控机床的主传动多用调速电 机和有限的机械变速来实现 传动链比较短 因此 效率可以取较大值 主传动中各传动件的尺寸都是根据其传动的功率确定的 如果传动效率定的过 大 将使传动件的尺寸笨重而造成浪费 电动机常在低负荷下工作 功率因数太 小从而浪费能源 如果功率定的过小 将限制机床的切削加工能力而降低生产率 因此 要较准确合适的选用传动功率 机床上常用的无级变速机构是直流或交流调速电动机 直流电动机从额定转 速 nd 向上至最高转速 nmax 是调节磁场电流的方法来调速的 属于恒功率 从额 定转速 nd 向下至最低转速 nmin 是调节电枢电压的方法来调速的 属于恒转矩 交流调速电动机是靠调节供电频率的方法调速 由于交流调速电动机的体积小 转动惯量小 动态响应快 没有电刷 能达到的最高转速比同功率的直流调速电 动机高 磨损和故障也少 所以在中小功率领域 交流调速电动机占有较大的优 势 鉴于此 本设计选用交流调速电动机 根据主轴要求的最高转速 4500r min 最大切削功率 5 5KW 选择北京数控设 备厂的 BESK 8 型交流主轴电动机 最高转速是 4500 r min 根据交流主轴电动机的最高转速和基本转速可以求得交流主轴电动机的恒功 率转速范围 Rdp nmax nd 4500 1500 3 而主轴要求的恒功率转速范围 Rnp nmax nd 4500 150 30 远大于交流主轴 电动机所能提供的恒功率转速范围 所以必须串联变速机构的方法来扩大其恒功 率转速范围 设计变速箱时 考虑到机床结构的复杂程度 运转的平稳性等因素 取变速 箱的公比 f 等于交流主轴电动机的恒功率调速范围 Rdp 即 f Rdp 3 功率 特性图是连续的 无缺口和无重合的 变速箱的变速级数 Z lg Rnp lg Rdp lg30 lg 3 3 10 3 2 取 Z 3 确定各齿轮副的齿数 取 S 114 由 u 2 得 Z1 38 Z1 76 由 u 0 67 得 Z2 68 Z2 46 由 u 0 22 得 Z3 94 Z3 20 如取总效率 0 75 则电动机功率 P 5 5 0 75 7 3kw 可选用北京数控设 备厂的 BESK 8 型交流主轴电动机 连续额定输出功率为 7 5kw 由此拟定主传动系统图 转速图以及主轴功率特性图分别如图 3 1 图 3 2 图 3 3 图 3 2 转速图 图 3 3 主轴功率特性 3 23 2 各轴及齿轮的设计各轴及齿轮的设计 传动轴除应满足强度要求外 还应满足刚度要求 强度要求保证轴在反复载 荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏 机床主传动系统精度要求较高 不允许有 较大的变形 因此疲劳强度一般不是主要矛盾 除了载荷比较大的情况外 可以 不必验算轴的强度 刚度要求轴在载荷下 弯曲 轴向 扭转 不致产生过大的 变形 弯曲 失稳 转角 如果刚度不够 轴上的零件如齿轮 轴承等由于轴 的变形过大而不能正常工作 或者产生振动和噪音 发热 过早磨损而失效 因 此 必须保证传动轴有足够的刚度 通常 先按扭转刚度轴的直径 画出草图后 再根据受力情况 结构布置和有关尺寸 验算弯曲刚度 计算转速 nj 是传动件传递全部功率时的最低转速 各个传动轴上的计算转 速可以从转速图上直接得出如表 3 1 所示 表 3 1 各轴的计算转速 各轴功率和扭矩计算 已知一级齿轮传动效率为 0 97 包括轴承 则 轴 P1 Pd 0 99 7 5 0 99 7 42 KW 轴 P2 P1 0 97 7 42 0 97 7 20 KW III 轴 P3 P2 0 97 7 20 0 97 6 98 KW 轴扭矩 T1 9550P1 n1 9550 7 42 1500 47 24 N m 轴扭矩 T2 9550P2 n2 9550 7 20 750 91 68N m III 轴扭矩 T3 9550P3 n3 9550 6 98 173 385 31N m 是每米长度上允许的扭转角 deg m 可根据传动轴的要求选取 其选 取的原则如表 3 2 所示 表 3 2 许用扭转角选取原则 轴主轴一般传动轴较低的轴 deg m 0 5 11 1 51 5 2 根据表 2 2 确定各轴所允许的扭转角如表 3 3 所示 表 3 3 许用扭转角的确定 轴 III deg m 111 把以上确定的各轴的输入功率 N 7 5KW 计算转速 nj 如表 2 1 允许扭转 角 如表 2 3 代入扭转刚度的估算公式 轴 III 计算转速 r min 1500750173 40 011 T d 可得各个传动轴的估算直径 轴 d1 28 8mm 取 d1 30mm 轴 d2 34 0mm 取 d1 35mm 主轴轴径尺寸的确定 已知铣床最大加工直径为 Dmax 400mm 则 主轴前轴颈直径 D1 0 25Dmax 15 85 115mm 取 D1 95mm 主轴后轴颈直径 D2 0 7 0 85 D1 67 81mm 取 D2 75mm 主轴内孔直径 d 0 1Dmax 10 35 55mm 取 d 40mm 按接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算齿轮模数比较复杂 而且有些系数只有 在齿轮的各参数都已知方可确定 故只有在装配草图画完后校验用 在画草图时 用经验公式估算 根据估算的结果然后选用标准齿轮的模数 齿轮模数的估算有两种方法 第一种是按齿轮的弯曲疲劳进行估算 第二种 是按齿轮的齿面点蚀进行估算 而这两种方法的前提条件是各个齿轮的齿数必须 已知 所以必须先给出各个齿轮的齿数 根据齿轮不产生根切的基本条件 齿轮的齿数不小于 17 在该设计中 即最 小齿轮的齿数不小于 17 而由于 Z3 Z3 这对齿轮有最大的传动比 各个传动齿 轮中最小齿数的齿轮必然是 Z3 取 Z3 20 S 114 则 Z3 94 从转速图上直接看出直接可以看出 Z3 的计算转速是 750r min 根据齿轮弯曲疲劳估算公式 m 2 4 3 4 332 N z nj 根据齿轮接触疲劳强度估算公式计算得 m 2 84 由于受传动轴轴径尺寸大小限制 选取齿轮模数为 m 3mm 对比上述结果 可知这样设计出的齿轮传动 既满足了齿面接触疲劳强度 又满足了齿根弯曲疲 劳强度 而且考虑到两传动轴的间距 故取同一变速组中的所有齿轮的模数都为 m 3mm 现将各齿轮齿数和模数列表如下 表 3 4 齿轮的估算齿数和模数列表 齿轮Z0Z0 Z1 Z1 Z2Z2 Z3Z3 齿数3570387668469420 模数 mm 33333333 主轴箱展开图是反映各个零件的相互关系 结构形状以及尺寸的图纸 因此 设计从画展开图开始 确定所有零件的位置 结构和尺寸 并以此为依据绘制零 件工作图 传动零件 轴 轴承是主轴部件的主要零件 其它零件的结构和尺寸是根据 主要零件的位置和结构而定 所以设计时先画主要零件 后画其它零件 先画传 动零件的中心线和轮廓线 后画结构细节 1 传动轴的估算 这一步在前面已经做了计算 2 齿轮相关尺寸的计算 为了确定轴的轴向距离 齿轮齿宽的确定是必须的 而容易引起振动和噪声 一般取齿宽系数 m 6 10 m 这里取齿宽系数 m 10 则齿宽 B m m 10 3 30mm 现将各个齿轮的齿厚确定如表 3 5 所示 表 3 5 各齿轮的齿厚 齿轮Z1Z1 Z2Z2 Z3Z3 齿厚 mm 303030303030 齿轮的直径决定了各个轴之间的尺寸 所以在画展开图草图前 各个齿轮的 尺寸必须算出 现将主轴部件中各个齿轮的尺寸计算如表 3 6 所示 表 3 6 各齿轮的直径 齿轮Z1Z1 Z2Z2 Z3Z3 分度圆直径 mm 114 228 204 138 282 60 齿顶圆直径 mm 120234 210 144 288 66 齿根圆直径 mm 106 5 220 5 196 5 130 5 274 5 52 5 Z0Z0 105210 111216 97 5 202 5 由表 3 2 可以计算出各轴之间的距离 现将它们列出如表 3 7 所示 表 3 7 各轴的中心距 轴 距离 mm 160175 3 确定齿轮的轴向布置 为避免同一滑移齿轮变速组内的两对齿轮同时啮合 两个固定齿轮的间距 应大于滑移齿轮的宽度 一般留有间隙 1 2mm 所以首先设计滑移齿轮 轴上的滑移齿轮的两个齿轮轮之间必须留有用于齿轮加工的间隙 插齿时 当模数在 1 2mm 范围内时 间隙必须不小于 5mm 当模数在 2 5 4mm 范围内时 间 隙必须不小于 6mm 且应留有足够空间滑移 据此选取该滑移齿轮三片齿轮之间 的间隙分别为 d1 45mm d2 8mm 由滑移齿轮的厚度以及滑移齿轮上的间隙可以得出主轴上的齿轮的间隙 现取齿轮之间的间距为 82mm 和 45mm 图 3 4 齿轮的轴向间距 4 轴承的选择及其配置 主轴组件的滚动轴承既要有承受径向载荷的径向轴承 又要有承受两个方向 轴向载荷的推力轴承 轴承类型及型号选用主要应根据主轴的刚度 承载能力 转速 抗振性及结构要求合理的进行选定 同样尺寸的轴承 线接触的滚子轴承比电接触的球轴承的刚度要高 但极限 转速要低 多个轴承的承载能力比单个轴承的承载能力要大 不同轴承承受载荷 类型及大小不同 还应考虑结构要求 如中心距特别小的组合机床主轴 可采用 滚针轴承 为了提高主轴组件的刚度 通常采用轻型或特轻型系列轴承 因为当轴承外 径一定时 其孔径 即主轴轴颈 较大 通常情况下 中速重载采用双列圆柱滚子轴承配双向推力角接触球轴承 如 配推力轴承 则极限转速低 或者成对圆锥滚子轴承 其结构简单 但是极限 转速较低 如配空心圆锥滚子轴承 其极限转速显著提高 但成本也相应的提高 了 高速轻载采用成组角接触球轴承 根据轴向载荷的大小分别选用 25 或 15 的接触角 轴向载荷为主且精度要求不高时 选用推力轴承配深沟球轴承 精度要求较高时 选用向心推力轴承 该设计的主轴不仅有刚度高的要求 而且有转速高的要求 所以在选择主轴 轴承时 刚度和速度这两方面都要考虑 主轴前轴承采用 3182119 型轴承一个 后支承采用 30215 型和 8215 型轴承各一个 3 33 3 压紧装置的设计压紧装置的设计 工件选用一个侧面和一个地面作为定位基准 请参阅 JY002 0002 被加工零 件图 1 侧定位将工件靠在动力滚轮上固定不动 一边通过碟形弹簧压紧工件 2 底面定位是工件的主定位面 将工件放在滚轮上 上面用带滚轮的气缸压 向主动滚轮 即摩擦力带动工件前进 此方案的重点是解决高效加工问题 它包括两部分 一是提高机械加工的效率 二 是缩短装卸料时间 首先是提高机械加工效率 因为工件长度为 1400 2500mm 要在 5 8 分钟 含装卸料时间 完成对一般组合铣是无法实现的 因为他的转速特别是铣 削转速达不到高速铣的目的 要能满足用户对加工一件时间在 5 8 分钟之内 要求 走刀量在每分钟 400mm 左右 本方案针对解决这一关键问题 采用小铣刀 直径为 63 大转速 1000 转 分 线速度 198 米 分 硬质合金可转位铣刀 推荐线速度为 220 米 分 本方案已达到了极限 就只有这样能达到机械加工时间的要求 二是缩 短装卸料时间 本方案采用连续加工方案 基本可以使装卸料时间和机械加工同时 进行 所以本方案的最大特点是能满足用户对单件加工工时的要求 本方案机械结构的特点是针对用户提出需求加工典型零件而设计的 它与传 统的组合铣不同而创新的一套特殊结构 但它完成能满足加工的需要 祥见图 现 简述如下 进给系统采用动力轮带动工件进给实现加工 本方案针对被加工工件 最长 2 5 米 减少机床占地长度 减少工件因加工快速 装卸工件 的时间 采用了用动力 滚轮带动工件前进实现加工的目的 确保加工中的正常进给 共采用七组动力滚轮 在 1000mm 范围内同时带动工件前进 传动动力源为一套 0 5 马力机械无级调速装 置 它传达的力为 72kg m 而且七组滚轮表面采用镶嵌橡胶 摩擦系数可达 0 8Kg mm 因此它有足够的力量带动工件前进 为了有足够刚性和韧度 动力轮 数为 3 轴承内径为 50 滚动轴承 动力轮直径为 100mm 动力轮两端有凸缘 可以实现工件的定位牵记 为解决工件 1 2 的公差也能传 动轮凸缘能起到定位作用 将动力轮的一端设有碟形弹簧装置 使工件端是大或 小都能紧帖动力轮的导向定位凸缘 工件的压紧 起和止的动力轮组的上方 设有一气动压紧滚轮 为防止加工 工件可能变形 用一气动轮向下压在工件内槽起到对工件的压紧在中防止抬器加 工中引起震动而打刀 由于源是压缩空气因而带缓冲作用 压下滚轮的下面 带动力的传动滚轮 故不至于上面向下压而使用工件变形 铣削动力头 共有四个铣削动力头 其中两个为斜铣倒 30 度角 两个直铣 加工两边平面 为了实现高速的铣削动力头 本方案针对加工情况设计成专用的 主轴为一对减速齿轮传动 实现告诉主轴的目的 因传动的刚性 便于调整对刀 在动力头后面设有独立的微调装置 斜洗头为 3KW 直洗头为 0 75KW 保证铣削时 有足够动力 四个动力头分别安装在机械中部的立柱两侧为了适合不同情况的加 工需要 电机为变频电机 可充分发挥最优的切削参数 排屑 铣削通过装在刀具周围的防护罩将切削挡在流向下部斜槽内 设在斜 槽底部为漏斗形 铁屑集中处理 刀具 采用四个直径 63 可转位硬质合金铣刀 每个铣盘上有 5 个刀齿 硬 质合金刀片选用日本住友生产的不需水冷却 因此本方案没有冷却装置 为了保 证刀具质量有哈尔滨数控刀具公司生产 风冷刀具 考虑本方案是连续切削加工为充分发挥硬质合金刀的优势 进出料滚道高度的调整 在滚道的首和尾下部设有一个可调整的丝杆装置 适当调整丝杆可使划架向上或向下移动 机床的防护 在动力滚轮部分周围为半封闭护 铣刀及传动链全部封闭 为 了调整刀具两边设有拉门 4 4 减速机的设计减速机的设计 4 14 1 传动比分配传动比分配 如前所述 所选择电机 Y100L1 4 同步转速为 1440r min 而铣边主轴转速为 477 7r min 因此需要设计减速器 减速器总传动比为 1440 3 477 7 i 电动机输入功率为 01 P P 2 2kW 减速器低速轴的输入功率经过一对轴承 一对齿轮传动 一对齿轮啮合传动 所以 21 2 2kW0 99 0 97 2 11kWPP 承齿 减速机高速轴的转速 1 1440 minnr 减速器低速轴的转速 1 2 1440 477 7 min 3 n nr i 减速机高速轴的转矩 000 2 2 9550 955014 796 1420 min kW MPnN m r 减速器低速轴的转矩 111 2 09 9550 955042 758 466 798 min kW MPnN m r 选择齿轮材料 热处理方法及精度等级 齿轮材料 热处理方法及齿面硬度 因为载荷中有轻微振动 传动速度不高 传动尺寸无特殊要求 属于一般的 齿轮传动 故两齿轮均可用软齿面齿轮 查 机械基础 P322 表 14 10 小齿 轮选用 45 号钢 调质处理 硬度 260HBS 大齿轮选用 45 号钢 调质处理 硬度 为 220HBS 精度等级初选 减速器为一般齿轮传动 圆周速度不会太大 根据 机械设计学基础 P145 表 5 7 初选 8 级精度 按齿面接触疲劳强度设计齿轮 由于本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动 齿轮承载能力主要由齿轮 接触疲劳强度决定 其设计公式为 12 3 1 13 53 E Hd KMuZ d u 确定载荷系数 K 因为该齿轮传动是软齿面的齿轮 圆周速度也不大 精度也不高 而且齿轮 相对轴承是对称布置 根据电动机和载荷的性质查 机械设计学基础 P147 表 5 8 得 K 的范围为 1 4 1 6 取 K 1 5 小齿轮的转矩 111 2 2 9550 955014796 1440 min kW MP nN mm r 接触疲劳许用应力 lim im H N Hm PZ S 接触疲劳极限应力 由 机械设计学基础 P150 图 5 30 中的 MQ 取值线 根据两齿轮的齿面硬 度 查得 45 钢的调质处理后的极限应力为 600MPa 560MPa lim1H lim2H 接触疲劳寿命系数 ZN 应力循环次数公式为 N 60 n jth 工作寿命每年按 300 天 每天工作 8 小时 故 th 300 10 8 24000h N1 60 466 798 1 24000 6 722 108 8 81 2 N6 722 10 N 1 681 10 i4 查 机械设计学基础 P151 图 5 31 且允许齿轮表面有一定的点蚀 ZN1 1 02 ZN2 1 15 接触疲劳强度的最小安全系数 SHmin 查 机械设计学基础 P151 表 5 10 得 SHmin 1 计算接触疲劳许用应力 HP 将以上各数值代入许用接触应力计算公式得 lim11 1 min 600 1 02 612 1 HN p H Z MPaMPa S lim22 2 min 560 1 15 644 1 HN p H Z MPaMPa S 齿数比 因为 Z2 iZ1 所以 21 3ZZ 齿宽系数 由于本设计的齿轮传动中的齿轮为对称布置 且为软齿面传动 查 机械基 础 P326 表 14 12 得到齿宽系数的范围为 0 8 1 1 取 1 d 计算小齿轮直径 d1 由于 故应将代入齿面接触疲劳设计公式 得 21pp 1p 2 2 1 3 3 1 3 5313 53 189 81 5 147963 1 32 86mm 61213 E Hd ZKM u dmm u 圆周速度 v 11 1 1440 32 86 2 48 60 100060 1000 n d vm s 查 机械设计学基础 P145 表 5 7 v1 2m s 该齿轮传动选用 9 级精度 主要参数选择和几何尺寸计算 齿数 对于闭式软齿面齿轮传动 通常 z1 在 20 40 之间选取 为了使重合度较大 取 z1 20 则 z2 iz1 80 使两齿轮的齿数互为质数 最后确定 z2 81 模数 m 1 1 32 86 1 643 20 d mmm z 标准模数应大于或等于上式计算出的模数 查 机械基础 P311 表 14 1 选取标准模数 m 2mm 分度圆直径 d 11 2 2040dmzmmmm 22 2 60120dmzmmmm 中心距 a 12 11 40 120 80 22 addmmmm 齿轮宽度 b 大齿轮宽度 21 1 4040 d bdmmmm 小齿轮宽度 12 510 45bbmmmm 其他几何尺寸的计算 1 a h 0 25c 齿顶高 由于正常齿轮 aa hhm 1 a h 所以 1 33 aa hhmmmmm 齿根高 由于正常齿 fa hhcm 0 25c 所以 1 0 25 33 75 fa hhcmmmmm 全齿高 2 2 1 0 25 36 75 afa hhhhcmmmmm 齿顶圆直径 11 260666 aa ddhmm 22 22436249 aa ddhmm 齿根圆直径 11 2602 3 7552 5 ff ddhmm 22 2432 3 75235 5 ff ddhmm 齿根校核 齿根弯曲疲劳强度的校核公式为 1 1 2 FFFP KT Y bmd 齿形系数 YF 根据 Z1 Z2 查 机械设计学基础 P153 表 5 11 得 YF1 2 81 YF2 2 24 弯曲疲劳许用应力计算公式 FP 的 Flim FPN Fmin Y S 弯曲疲劳极限应力 limF 根据大小齿轮的材料 热处理方式和硬度 由 机械设计学基础 P154 图 5 33 的 MQ 取值线查得 Flim1 180MPa Flim2 170MPa 弯曲疲劳寿命系数 YN 根据 N1 6 722 和 N2 查 机械设计学基 8 10 6 3 10 8 1 681 10 6 3 10 础 P156 图 5 34 得 YN1 1 YN2 1 弯曲疲劳强度的最小安全系数 SFmin 本传动要求一般的可靠性 查 机械设计学基础 P151 表 5 10 取 SFmin 1 2 弯曲疲劳许用应力 将以上各参数代入弯曲疲劳许用应力公式得 Flim1 FP1N1 Fmin 180 Y 1MPa 150MPa S1 2 Flim2 FP2N2 Fmin 170 Y 1MPa 141 67MPa S1 2 齿根弯曲疲劳强度校核 1 111 1 22 1 542758 2 81MPa 33 37MPa 603 60 FFFP KT Y bmd 1 222 1 22 1 542758 2 2426 60 603 60 FFFP KT YMPaMPa bmd 因此 齿轮齿根的抗弯强度是安全的 4 24 2 高速轴的设计高速轴的设计 选择轴的材料和热处理 采用 45 钢 并经调质处理 查 机械基础 P369表 16 1 得其许用弯曲应 力 1 60MPa 118106A 初步计算轴的直径 由前计算可知 P1 2 09KW n1 466 798r min 其中 A 取 112 1 3 3 1 2 09 11220 108mm 466 798 P dA n 主 考虑到有一个键槽 将该轴径加大 5 则 d 20 108 105 21 11mm22 4mm 查 机械基础 P458附录 1 取 d 25mm 轴的结构设计 高速轴初步确定采用齿轮轴 即将齿轮与轴制为一体 根据轴上零件的安装 和固定要求 初步确定轴的结构 设有 7 个轴段 1 段 该段是小齿轮的左轴端与带轮连接 该轴段直径为 25mm 查 机械基 础 P475 附录 23 取该轴伸 L1 60mm 2 段 参考 机械基础 P373 取轴肩高度 h 为 1 5mm 则 d2 d1 2h 28mm 此轴段一部分用于装轴承盖 一部分伸出箱体外 3 段 此段装轴承 取轴肩高度 h 为 1mm 则 d3 d2 2h 30mm 选用深沟球轴承 查 机械基础 P476附录 24 此处选用的轴承代号为 6306 其内径为 30mm 宽度为 19 mm 为了起固定作用 此段的宽度比轴承宽度 小 1 2mm 取此段长 L3 17mm 4 段与 6 段 为了使齿轮与轴承不发生相互冲撞以及加工方便 齿轮与轴承 之间要有一定距离 取轴肩高度为 2mm 则 d4 d6 d3 2h 33mm 长度取 5mm 则 L4 L6 5mm 5 段 此段为齿轮轴段 由小齿轮分度圆直径 d 60mm 可知 d6 60mm 因 1 为小齿轮的宽度为 70mm 则 L5 70mm 7 段 此段装轴承 选用的轴承与右边的轴承一致 即 d7 30mm L7 17mm 由上可算出 两轴承的跨度 L mm17527097L 高速轴的轴段示意图如下 按弯矩复合强度计算 A 圆周力 1 1 1 2242758 1425 3 60 t M FN d B 径向力 0 11tan1425 3tan20518 8rtFFN 绘制轴受力简图 绘制垂直面弯矩图 轴承支反力 1 518 8 259 4 22 AYBY Fr FFN 1 1425 3 712 65 22 AzBz Ft FFN 由两边对称 知截面 C 的弯矩也对称 截面 C 在垂直面弯矩为 1 9797 259 412580 9 22 cAY MFN mm 如图 绘制水平面弯矩图 2 97 712 6534563 5 22 cAZ L MFN mm 绘制合弯矩图 2222 111 12580 934563 536782 01CVCHMcMMN mm 绘制扭转图 转矩产生的扭剪力按脉动循环变化 取 0 6 1 0 64275825654 8aMN mm 绘制当量弯矩图 截面 C 处的当量弯矩 2222 1 36782 01 0 642758 44845 12cMecMMN mm 校核危险截面 C 的强度 轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的 C 处 W 0 1d43 1 3 44845 12 12 48 60 0 1 33 Ce Mec MPaMPa W 所以轴强度足够 4 34 3 低速轴的设计低速轴的设计 选择轴的材料和热处理 采用 45 钢 并经调质处理 查 机械基础 P369表 16 1 得其许用弯曲应 力 1 60MPa 118106A 初步计算轴的直径 由前计算可知 P2 2 007KW n2 116 700r min 计算轴径公式 2 3 2 2 P dA n 即 其中 A 取 106 2 3 3 2 2 2 007 10627 36 116 700 P dAmm n 考虑到有一个键槽 将该轴径加大 5 则 2 27 36 1 0528 73dmm 查 机械基础 P458附录 1 取 d 30mm 轴的结构设计 根据轴上零件得安装和固定要求 并考虑配合高速轴的结构 初步确定低速 轴的结构 设有 6 个轴段 1 段 此段装联轴器 装联轴器处选用最小直径 d1 32mm 根据 机械基础 P482附录 32 选用弹性套柱销联轴器 其轴孔直径为 32mm 轴孔 8232 8232 6 1 BJ J LT 长度为 60mm 根据联轴器的轴孔长度 又由 机械基础 P475附录 23 取轴伸段 即 段 长度 L1 58mm 2 段 查 机械基础 P373 取轴肩高度 h 为 1 5mm 则 d2 d1 2h mm355 1232 此轴段一部分长度用于装轴承盖 一部分伸出箱体外 3 段 取轴肩高度 h 为 2 5mm 则 d3 d2 2h 35 2mm 此段装轴承与405 2 套筒 选用深沟球轴承 查机械基础 P476附录 24 此处选用的轴承代号为 6208 其内径为 40mm 宽度为 18mm 为了起固定作用 此段的宽度比轴承宽度小 1 2mm 取套筒长度为 10mm 则此段长 L3 18 2 10 2 28mm 4 段 此段装齿轮 取轴肩高度 h 为 2 5mm 则 d4 d3 2h mm 因为大齿轮的宽度为 60mm 则 L4 60 2 58mm455 2240 5 段 取轴肩高度 h 为 2 5mm 则 d5 d4 2h 50mm 长度与右面的套筒相同 即 L5 10mm 6 段 此段装轴承 选用的轴承与右边的轴承一致 即 d6 40mm L6 17mm 由上可算出 两轴承的跨度 L 182 106098mm 低速轴的轴段示意图如下 按弯矩复合强度计算 A 圆周力 2 2 2 2M2 164240 1351 770 243 tFN d B 径向力 0 22tan1351 770tan20492rtFFN 求支反力 FAX FBY FAZ FBZ 2 492 246 22 r AYBY F FFN 2 1351 770 675 885 22 t AzBz F FFN 由两边对称 知截面 C 的弯矩也对称 截面 C 在垂直面弯矩为 受力图 1 98 24612054 22 cAY L MFN mm 截面 C 在水平面上弯矩为 2 98 675 88533118 365 22 cAz L MFN mm 合成弯矩为 2222 12 1205433118 36535243 79 ccc MMMN mm 转矩产生的扭剪力按脉动循环变化 取 0 6 截面 C 处的当量弯矩 2222 2 44136 0 6 164240 104656 8 ecc MMaMN mm 校核危险截面 C 的强度 轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的 C 处 W 0 1d43 1 3 104656 8 11 48pa 0 1 45 Ceb Mec M W 所以轴强度足够 由于轴承周向速度为 1m s A B 35 23 12mm 低速轴 L2 A B 45 38 7mm 由前设定高速轴的 L 60mm 低速轴的可知 满足要求 1 mmL58 2 确定轴的轴向尺寸 高速轴 单位 mm D1D2D3D4D5D6D7 各轴段直径 25283033603325 L1L2L3L4L5L6L7 各轴段长度 606017570517 低速轴 单位 mm D1D2D3D4D5D6 各轴段直径 323540455040 L1L2L3L4L5L6 各轴段长度 586028581017 4 44 4 滚动轴承的选择与校核计算滚动轴承的选择与校核计算 根据 机械基础 P437推荐的轴承寿命最好与减速器寿命相同 取 10 年 一 年按 300 天计算 T h 300 10 8 24000h 1 高速轴承的校核 选用的轴承是 6306 深沟型球轴承 轴承的当量动负荷为 ard YFXFfP 由 机械基础 P407表 18 6 查得 fd 1 2 1 8 取 fd 1 2 因为 Fa1 0N Fr1 518 8N 则 dPf XFr 查 机械基础 P407表 18 5 得 X 1 Y 0 1 1 2 1 518 8622 560 62256d r Pf XFNKN 查 机械基础 p406 表 18 3 得 ft 1 查 机械基础 p405 得 深沟球轴承的寿命指数为 3 Cr 20 8KN 则 66 3 10 2 6 10101 20800 1 3 1024000 6060466 798622 56 tr h f C Lhh nP 所以预期寿命足够 轴承符合要求 2 低速轴承的校核 选用 6208 型深沟型球轴承 轴承的当量动负荷为 ard YFXFfP 由 机械基础 P407表 18 6 查得 fd 1 2 1 8 取 fd 1 2 因为 Fa2 0N Fr2 492N 则 dPf XFr 查 机械基础 P407表 18 5 得 X 1 Y 0 1 2 1 745 09590 405dPf XFrN 查 机械基础 p406 表 18 3 得 ft 1 查 机械基础 p405 得 深沟球轴承的寿命指数为 3 Cr 22 8KN 则 66 3 10 6 10101 22800 24000 8 2 10 6060 116 7590 405 t h fC Lhh nP 所以预期寿命足够 轴承符合要求 4 54 5 键的选择及校核键的选择及校核 选择键的类型和规格 轴上零件的周向固定选用 A 形普通平键 联轴器选用 B 形普通平键 高速轴 参考 机械基础 p471 附录 17 袖珍机械设计师手册 p835 表 15 12a 根据带轮与轴连接处的轴径 25mm 轴长为 60mm 查得键的截 面尺寸 b 8mm h 7mm 根据轮毂宽取键长 L 40mm 高速齿轮是与轴共同制造 属于齿轮轴 低速轴 根据安装齿轮处轴径 查得键的截面尺寸 根mmd45 4 mmmmhb914 据轮毂宽取键长 mmLL408488 4 根据安装联轴器处轴径 查得键的截面尺寸 mmd32 1 mmmmhb810 取键长 L 50mm 根据轮毂宽取键长 L 72mm 长度比轮毂的长度小 10mm 校核键的强度 高速轴轴端处的键的校核 键上所受作用力 22 100042 758 3420 64 25 M FN d 键的剪切强度 0 6 0 8 60 80MPa 3420 64 10 7 60 840 FF MPaMPaMPa Abl 键的剪切强度足够 键联接的挤压强度 22 5179 76 e41 11MPa 90 Ae7 36 FF eMPa hl 0 91 5 90150MPae 223420 64 24 4 17 2 0 60102 120 740 ee e FF MPaMPaMPa Ahl 键联接的挤压强度足够 低速轴两键的校核 A 低速轴装齿轮轴段的键的校核 键上所受作用力 22 1000 164 240 7299 56 45 M FN d 键的剪切强度 7299 56 13 0 60 1440 FF MPaMPaMPa Abl 键的剪切强度足够 键联接的挤压强度 227299 56 40 6 17 2 0 60102 120 940 ee e FF MPaMPaMPa Ahl 键联接的挤压强度足够 B 低速轴轴端处的键的校核 键上所受作用力 22 1000 164 240 10265 32 M FN d 键的剪切强度 10265 20 53 60 1050 FF MPaMPaMPa Abl 键的剪切强度足够 键联接的挤压强度 22 10265 51 3 17 2 0 60102 120 8 50 ee e FF MPaMPaMPa Ahl 键联接的挤压强度足够 4 64 6 联轴器的扭矩校核联轴器的扭矩校核 低速轴 选用弹性套柱销联轴器 查 机械基础 P484附录 33 得许 8232 8232 6 1 BJ J LT 用转速 n 3800r min 则 n2 116 7r min n 所以符合要求 4 74 7 减速器基本结构的设计与选择减速器基本结构的设计与选择 1 齿轮的结构设计 小齿轮 根据 机械基础 P335及前面设计的齿轮尺寸 可知小齿轮齿根 圆直径为 52 5mm 根据轴选择键的尺寸 h 为 7 则可以算出齿根圆与轴孔键槽 底部的距离 x mm 而 2 5 则有 52 5337 6 25 2 2 5 37 5 n mmm x 2 5 因此应采用齿轮轴结构 n m 2 滚动轴承的组合设计 高速轴的跨距 L L1 L2 L3 L4 L5 60 60 17 5 70 5 17 234mm 采用分固 式结构进行轴系的轴向固定 低速轴的跨距 L L1 L2 L3 L4 L5 58 60 28 58 10 17 231mm 采用分固式 结构进行轴系的轴向固定 3 滚动轴承的配合 高速轴的轴公差带选用 j 6 孔公差带选用 H 7 低速轴的轴公差带选用 k 6 孔公差带选用 H 7 高速轴 轴颈圆柱度公差 P 6 2 5 外壳孔 P 6 4 0 端面圆跳动轴肩 P 6 6 外壳孔 P 6 10 低速轴 轴颈圆柱度公差 P 6 4 0 外壳孔 P 6 6 端面圆跳动轴肩 P 6 10 外壳孔 P 6 15 轴配合面 Ra 选用 IT6 磨 0 8 端面选用 IT6 磨 3 2 外壳配合面 Ra 选用 IT7 车 3 2 端面选用 IT7 车 6 3 4 滚动轴承的拆卸 安装时 用手锤敲击装配套筒安装 为了方便拆卸 轴肩处露出足够的高度 h 还要留有足够的轴向空间 L 以便放置拆卸器的钩头 5 轴承盖的选择与尺寸计算 轴承盖的选择 选用凸缘式轴承盖 用灰铸铁 HT150 制造 用螺钉固定在箱体上 其中 轴 伸端使用透盖 非轴伸端使用闷盖 尺寸计算 轴伸端处的轴承盖 透盖 尺寸计算 A 高速轴 选用的轴承是 6306 深沟型球轴承 其外径 D 72mm 采用的轴承盖结构为凸 缘式轴承盖中 a 图结构 查 机械基础 P423计算公式可得 螺钉直径 d3 8 螺钉数 n 4 031819dd 03 203 3 111 4 503 6 1 2 5722 5 892 2 5922 5 8112 1 21 2 89 6 9 6 DDD D3923 868 2 4 72270 m10 DDd DDd ed ee ee Dd DD e 4 取 10 10 15 取 72 12 60 B 低速轴 选用的轴承是 6208 型深沟型球轴承 其外径 D 80mm 尺寸为 螺钉直径 8 螺钉数 4 0318 19dd 03 203 3 111