飞剪机减速器及四连杆执行机构设计说明书.doc

飞剪机减速器及剪切机构设计说明书-39041423-张龙机械设计课程设计计算说明书设计题目 飞剪机传动装置设计 能源与动力工程学院（系） 390414 班设计者 39041423 张龙 指导教师 杨洋 2012 年 5 月 9 日北京航空航天大学设计任务书1.设计题目：飞剪机传动装置设计2.设计要求1）.飞剪机用于轧件的剪切，在轧件运动方向上剪刃的速度应等于或略大于轧件运动速度。2）.为保证轧件剪切断面质量，要求飞剪机的一对剪切刀片在剪切过程中做平移运动。3）.剪刃的运动轨迹应是一条封闭曲线，且在剪切段应尽量平直，剪切过程中要求剪切速度均匀。4）单向运动，频繁起动，使用期限为十年，专业机械厂制造，小批量生产，两班制工作。3.原始技术数据数据组编号1234公称最大剪切力/kN44.556剪切轧件规格/mm260*6065*6570*7075*75剪切速度/(m/s)0.530.530.530.534.设计任务（1） 选择电动机。（2） 设计工作机构和减速器。（3） 选择联轴器。（4） 绘制减速器转配图1张，零件工作图2张。（5） 编写设计说明书1分。目录一、 飞剪机总体方案设计31. 飞剪机总体布局32. 执行机构设计33. 电机的选择44. 传动比的分配45. 运动和动力参数计算5二、 传动零件设计61. 高速级齿轮传动设计62. 低速级齿轮传动设计93. 四连杆机构设计12三、 轴的设计131. 高速轴的设计与校核132. 中间轴的设计与校核153. 低速轴的设计与校核17四、 轴承的选择与校核211. 高速轴轴承的选择与校核212. 中间轴轴承的选择与校核223. 低速轴轴承的选择与校核23五、 键的选择与校核25六、 减速器箱体及附件的设计271. 减速器机体各部分结构尺寸272. 润滑和密封形式的选择29七、 其他设计说明30八、 参考文献31九、 附录321）四连杆执行机构尺寸示意图322）四连杆运动特性参数表格333）刀刃轨迹344）刀刃速度355）刀刃角度36一、飞剪机总体方案设计1.飞剪机总体布局如图，由电动机输出扭矩，用弹性联轴器连接电动机输出轴与三级减速器的输入端。减速器输出端采用对称分布的执行剪切机构。2.执行机构设计1）分析运动规律如图，棒料向右运动。（1） 刀刃在AB段运动应尽量平直，执行剪切任务。（2） BC段为退刀路线，要求其足够倾斜，才能在退刀的时候不碰到棒料。（3） CA段虚线刀刃的运动规律可以比较随意。2）方案选择（1） 可供选择方案方案一：圆弧代替法使用圆弧代替AB段直线，使执行机构为简单的圆周运动。方案二：曲柄导杆机构参考四连杆机构综合概论（李学荣）P99方案三：曲柄滑块机构参考四连杆机构综合概论（李学荣）P99方案四：曲柄摇杆机构参考连杆曲线图谱（李学荣、朱桥、傅俊度）（2） 方案评价与选取方案一在AB段不够平直，且BC段退刀时不够宽裕。方案二、三运动曲线较复杂。方案四切实可行，许多运动规律可以直接查阅相关书籍获取。选择方案四，四连杆曲柄摇杆机构，作为执行机构的设计方案。（3） 四连杆参数选取查阅连杆曲线图谱附录，选着图谱13所示的四连杆机构。A=1，B=2.5，C=2，D=3。其中D味机架。P=5，BP=0。对机构运动特性进行分析，详见附录。当L1=1m，=1rad/s时，V刀刃=1.00m/s。为使V刀刃=2.00m/s，L1=0.2m，所以取=10rad/s即95.49r/min。注：执行切削任务的刀刃轨迹在19、18、17、16、15之间，此时速度方向平直，速度大小波动为9.82%，在可接受范围内。3.电机的选择取同步转速为1000r/min的电机，则电机选择为：Y225M-6,P额=30KW机座号180L:D=48，E=110，H=180。4.传动比的分配5.运动和动力参数计算l 0轴l 1轴l 2轴l 3轴l 4轴l 刀刃l 列表如下机构P(KW)T()n(R/MIN)i输入输出输入输出0轴24233.8798013.79052.707510.990.990.970.81轴23.7623.05231.54224.599802轴22.8422.1584387818.55258.543轴21.9319.062193190695.494轴11.068110680095.49二、 传动零件设计高速级齿轮1、2的设计与校核项目内容设计计算依据和过程计算结果1.选择材料和精度等级小齿轮：40Cr调质处理，硬度HB=241286HB，平均取为260HB大齿轮：45钢调质处理，硬度HB=229286HB，平均取为240HB同侧齿面精度等级为8级精度2.初步估算小齿轮直径采用闭式软齿面传动，按齿面接触强度估算小齿轮分度圆直径3.确定基本参数查表知，精度等级选择8级合理项目内容设计计算依据和过程计算结果4.校核接触面疲劳强度计算计算判断强度是否合理准则计算：查表得：计算得：计算：查表得：强度合理项目内容设计计算依据和过程计算结果5.确定主要传动尺寸6.齿根弯曲疲劳强度验算计算计算判断强度是否合理准则计算：计算：强度合理中间级齿轮3、4、5的设计与校核项目内容设计计算依据和过程计算结果3与4的啮合1.选择材料和精度等级小齿轮：40Cr调质处理，硬度HB=241286HB，平均取为260HB大齿轮：45钢调质处理，硬度HB=229286HB，平均取为240HB同侧齿面精度等级为8级精度2.初步估算小齿轮直径采用闭式软齿面传动，按齿面接触强度估算小齿轮分度圆直径3.确定基本参数查表知，精度等级选择8级合理项目内容设计计算依据和过程计算结果4.校核接触面疲劳强度计算计算判断强度是否合理准则计算：查表得：计算得：计算：查表得：强度合理项目内容设计计算依据和过程计算结果5.确定主要传动尺寸6.齿根弯曲疲劳强度验算计算计算判断强度是否合理准则计算：计算：强度合理项目内容设计计算依据和过程计算结果4与5的啮合1. 为了使结构对称，设计4、5齿轮的几何参数应相同，齿轮5的几何参数直接根据齿轮4的得到。2. 齿轮5比齿轮4的传力小，工作条件和缓。故在同一工作条件下，齿轮5的各种应力都小于齿轮4的各种应力，直接从齿轮4的参数得到啮合参数，不用再对齿轮4与5的啮合进行设计与校核。列出传动主要尺寸三、轴的设计1.高速轴的设计与校核项目内容设计计算依据和过程计算结果1.选择材料和热处理选择40cr，调质，硬度HB=2412862.按扭转强度校核轴径查表取C=112，其中P=P1=23.76KW，n=n1=980r/min得到单键轴径增加3%，取d=35mmd=35mm3.初步设计轴的结构初选深沟球轴承6208（d=40,D=80,b=18）初步设计轴的结构如下图4.轴的空间受力分析项目内容设计计算依据和过程计算结果5.当量弯矩计算1）空间受力分析2）X方向的弯矩3）Y方向的弯矩4）合成弯矩5）转矩6）当量弯矩6.按弯扭合成应力校核轴的强度查表得计算地故，轴1设计安全安全2.中间轴的设计与校核项目内容设计计算依据和过程计算结果1.选择材料和热处理选择40cr，调质，硬度HB=2412862.按扭转强度校核轴径查表取C=112，其中P=P2=22.84KW，n=n2=258.54r/min得到单键轴径增加3%，取d=55mmd=55mm3.初步设计轴的结构初选深沟球轴承6211（d=55,D=100,b=21）初步设计轴的结构如下图4.轴的空间受力分析 项目内容设计计算依据和过程计算结果5.当量弯矩计算1）空间受力分析2）X方向的弯矩3）Y方向的弯矩4）合成弯矩5）转矩6）当量弯矩6.按弯扭合成应力校核轴的强度查表得计算地故，轴2设计安全安全3.低速轴的设计与校核1）轴3项目内容设计计算依据和过程计算结果1.选择材料和热处理选择40cr，调质，硬度HB=2412862.按扭转强度校核轴径查表取C=112，其中P=P3=21.93KW，n=n3=95.49r/min得到单键轴径增加3%，取d=75mmd=75mm3.初步设计轴的结构初选深沟球轴承6216（d=80,D=140,b=26）初步设计轴的结构如下图4.轴的空间受力分析 项目内容设计计算依据和过程计算结果5.当量弯矩计算1）空间受力分析2）X方向的弯矩3）Y方向的弯矩4）合成弯矩5）转矩6）当量弯矩6.按弯扭合成应力校核轴的强度查表得计算地故，轴3设计安全安全2）轴4项目内容设计计算依据和过程计算结果1.选择材料和热处理选择40cr，调质，硬度HB=2412862.按扭转强度校核轴径查表取C=112，其中P=P4=21.93KW，n=n4=95.49r/min得到单键轴径增加3%，取d=60mm考虑轴3与轴4的对称关系，轴3取轴4的直径75mmd=75mm3.初步设计轴的结构初选深沟球轴承6216（d=80,D=140,b=26）初步设计轴的结构如下图4.轴的空间受力分析项目内容设计计算依据和过程计算结果5.当量弯矩计算1）空间受力分析2）X方向的弯矩3）Y方向的弯矩4）合成弯矩5）转矩6）当量弯矩6.按弯扭合成应力校核轴的强度查表得计算地故，轴4设计安全安全四、轴承的选择与校核1.高速轴轴承的选择与校核项目内容设计计算依据和过程计算结果1.轴承参数选择深沟球轴承6208（d=40,D=80,b=18）查表得脂润滑极限转速nlim=8000r/min2.计算轴承内部径向力计算得3.计算当量动载荷4.计算寿命因采用两班制工作，使用期限10年即Ld=58400hL10h Ld 满足要求改用深沟球轴承6308，满足要求项目内容设计计算依据和过程计算结果5.极限转速计算由查表得满足要求满足要求2.中间轴轴承的选择与校核1.轴承参数选择深沟球轴承6211（d=55,D=100,b=21）查表得脂润滑极限转速nlim=5600r/min2.计算轴承内部径向力计算得3.计算当量动载荷4.计算寿命因采用两班制工作，使用期限10年即Ld=58400hL10h Ld 满足要求改用深沟球轴承6411，满足要求项目内容设计计算依据和过程计算结果5.极限转速计算由查表得满足要求满足要求3.低速轴轴承的选择与校核1）轴31.轴承参数选择深沟球轴承6216（d=80,D=140,b=26）查表得脂润滑极限转速nlim=4300r/min2.计算轴承内部径向力计算得3.计算当量动载荷4.计算寿命传动装置尺寸确定后，刀刃速度变为设计值得0.42倍，故各当量载荷也会相应减小，为了预留余量，这里取原来的0.5计算因采用两班制工作，使用期限10年即Ld=58400hL10h Ld 满足要求改用深沟球轴承6316，满足要求项目内容设计计算依据和过程计算结果5.极限转速计算由查表得满足要求满足要求2）轴41.轴承参数选择深沟球轴承6216（d=80,D=140,b=26）查表得脂润滑极限转速nlim=4300r/min2.计算轴承内部径向力计算得3.计算当量动载荷4.计算寿命传动装置尺寸确定后，刀刃速度变为设计值得0.42倍，故各当量载荷也会相应减小，为了预留余量，这里取原来的0.5计算因采用两班制工作，使用期限10年即Ld=58400hL10hLd 满足要求满足要求5.极限转速计算由查表得满足要求满足要求五、键的选择与校核项目内容设计计算依据和过程计算结果各平键的初步尺寸确定项目b*h/mml/mm数目键110*8601键2（1）20*121401键2（2）20*12901键3（1）20*121601键3（2）25*141401键4（1）20*121601键4（2）25*141401各键的强度校核1.键1的强度校核转矩键接触长度轴径查表取计算安全2.键2（1）的强度校核转矩键接触长度轴径查表取计算安全项目内容设计计算依据和过程计算结果3.键2（2）的强度校核转矩键接触长度轴径查表取计算安全下文说明：因轴3、4选用键尺寸一样，而轴3转矩大，故按轴3进行强度校核4.键3（1）的强度校核转矩键接触长度轴径查表取计算安全5.键3（2）的强度校核转矩键接触长度轴径查表取计算安全键4（1）与键4（2）强度校核略六、减速器箱体及附件的设计1.减速器箱体结构尺寸名称符号尺寸箱座厚度箱盖厚度箱座凸缘厚度箱座凸缘厚度箱座底凸缘厚度地螺栓直径地螺栓数目nn=6轴承旁连接螺栓直径箱盖与箱座连接螺栓直径连接螺栓间距取190mm轴承端盖螺栓直径窥视孔盖螺钉直径定位销直径螺栓扳手空间与凸缘高度安装螺栓直径至外箱壁距离262036至凸缘边距离241830沉头孔直径402850轴承旁凸台半径凸台高度外箱壁至轴承座端面距离大齿轮顶圆与内壁距离齿轮端面与内壁距离箱盖肋厚度箱座肋厚度轴承端盖外径轴承端盖凸缘厚度轴承旁连接螺栓距离轴1端盖主要尺寸/mm90115140758711121430轴2端盖主要尺寸/mm12014517010511711121424轴3端盖主要尺寸/mm14016519012513711121427轴4端盖主要尺寸/mm140165190125137111214272.润滑和密封形式的选择1）轴系轴承采用脂润滑，齿轮采用油润滑。在轴承和箱体内部之间，设计有挡油环，防止齿轮的润滑油和轴承的润滑脂相互影响。透盖与轴之间设计有半粗羊毛毡密封圈，起到密封油脂的作用。2）放油塞有石棉橡胶纸作封油用。3）窥视孔有石棉橡胶纸作封油用。七、其他设计说明（1） 因为这个飞剪机所用减速器共四根轴，因特殊尺寸的限制，箱盖的上臂不能设计为普通的倾斜形式，设计为水平的上壁，并没有浪费空间。（2） 为了更好地观察四根轴上的齿轮的