哈理工凸轮摆杆绕线机传动部分设计(带CAD图）
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哈理工凸轮摆杆绕线机传动部分设计(带CAD图）,理工,凸轮,摆杆绕线机,传动,部分,设计,CAD
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哈尔滨理工大学毕业设计（论文）任务书学生姓名：郭齐伟 学号：1330060205学 院：荣成学院 专业：机械设计制造及其自动化任务起止时间：2017年2月27日至2017年6月23日毕业设计（论文）题目： 凸轮摆杆绕线机传动部分设计毕业设计工作内容：1、 查阅资料，完成外文翻译与开题报告； 3周2、 分配传动比、带轮设计计算； 2周3、 齿轮、凸轮及轴的设计计算； 4周4、 装配图和零件图绘制； 4周5、 撰写论文、准备答辩。 3周资料：1、 机械设计基础2、 机械设计手册.3、 凸轮机构设计与应用创新4、 工程力学5、 机械制图6、 互换性与测量技术.7、 机械设计课程设计指导书8、 机械原理指导教师意见：签名：2017 年 2 月 23 日系主任意见：签名：2017 年 2 月 25 日教务处制表哈尔滨理工大学毕业设计（论文）任务书学生姓名：郭齐伟 学号：1330060205学 院：荣成学院 专业：机械设计制造及其自动化任务起止时间：2017年2月27日至2017年6月23日毕业设计（论文）题目： 凸轮摆杆绕线机传动部分设计毕业设计工作内容：1、 查阅资料，完成外文翻译与开题报告； 3周2、 分配传动比、带轮设计计算； 2周3、 齿轮、凸轮及轴的设计计算； 4周4、 装配图和零件图绘制； 4周5、 撰写论文、准备答辩。 3周资料：1、 机械设计基础2、 机械设计手册.3、 凸轮机构设计与应用创新4、 工程力学5、 机械制图6、 互换性与测量技术.7、 机械设计课程设计指导书8、 机械原理指导教师意见：签名：2017 年 2 月 23 日系主任意见：签名：2017 年 2 月 25 日教务处制表哈尔滨理工大学学士学位论文凸轮摆杆绕线机传动部分设计摘 要绕线机是电气生产行业常见加工设备，其结构、控制系统、功能随着行业生产工艺的需求，迫使绕线机生产单位加大技术投入和研发，以适应现代绕线机加工的高品质要求，从传统机械式、数控型、半自动型、全自动机型，绕线加工早已不再是费时费力的工作。目前我国绕线机生产单位已超百家，但有将近一半的生产单位没有技术研发能力，技术停留在抄袭和仿制阶段，造成了市场机种单一，产品无论是外观还是配置无技术亮点，绕线机技术的核心是控制系统，目前国内厂家大多采用由系统供应商提供的成套控制系统，产品标准一旦制定无法根据客户工艺要求作修改，由于部分控制系统供应商对绕线机行业的工艺要求并不熟悉，导致了许多好看而并不实用的功能，本课题主要对绕线机的凸轮摆杆传动部分进行设计，结构分别有一台电动机，一台减速器，一对交错轴斜齿轮，一套卷筒装置和凸轮摆杆机构组成。要求绕线设备运行平稳, 安全可靠, 技术性能先进。关键词：绕线机；传动部分；斜齿轮；凸轮；摆动；总体设计,减速器44Cam Pendulum Winding Machine Transmission Parts Design Abstract Winder is common electrical production and processing equipment industry, its structure, control systems, production processes function with the needs of the industry, forcing Winder production units to increase investment in technology and research and development, adapt to the modern winding machine processing high quality requirements, from the traditional mechanical, NC-based, semi-automatic, fully automatic models, the winding process is no longer time-consuming work. At present, China Winder production units exceeded one hundred, but nearly half of the production units is not R & D capabilities, a technical stopover in copying and imitation stage, resulting in a single market model, products both appearance and configuration-free technical highlights around the core technology is the line machine control systems, they use domestic manufacturers complete control system provided by the system vendor, product standards, once developed can not be modified according to the customer process requirements, as part of the control system suppliers Winder industry technological requirements not familiar with, but led to many attractive features not practical, the main object of the present winding machine rocker cam gear part design, respectively, a motor structure, a reduction gear, a crossed helical gear pair, a sets the reel device and the cam lever mechanism components. Requirements winding equipment running smoothly , safe, reliable, advanced technical performance. Keywords: Winder; transmission section; helical gear; cam; swing; overall design, speed reducer目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题目的、意义11.2 国内外研究现状11.3 目前存在的问题41.4 研究方法61.5 设计方案72 凸轮摆杆绕线机设计方案的介绍82.1 选择电动机82.1.1选择传动方案82.1.2选择电动机功率82.1.3确定电动机转速92.2 确定传动装置的总动比和分配传动比102.2.1 各轴转速112.2.2各轴输入功率122.2.3 各轴输入转矩133 带传动设计144 交错轴斜齿轮传动的设计174.1 选择齿轮材料和精度等级174.2 按齿根弯曲疲劳强度设计174.3 按齿面接触疲劳强度设计194.4 齿轮受力分析225 凸轮的设计245.1 计算F11、F1、F2的力245.2 画凸轮图246 齿轮轴的设计与校核266.1 大齿轮轴的设计266.2 小齿轮轴的设计317 大齿轮轴普通键联接的设计377.1 轴与大齿轮的联接键设计377.1.1选择联接轴与大齿轮的键的类型和尺寸377.1.2 核键的强度377.2 联轴器与轴联接键的设计377.2.1选择联轴器与轴联接的键的类型和尺寸377.2.2 校核键的强度377.3 凸轮与轴联接键的设计387.3.1选择凸轮与轴联接的键的类型和尺寸387.3.2校核键的强度388 摆杆的设计与校核398.1 选择摆杆材料398.2 初定摆杆的尺寸398.3 按弯扭合成校核摆杆的强度399 减速器结构与润滑的概要说明429.1 箱体的结构形式和材料429.2 铸铁箱体主要结构尺寸和关系42总 论44参考文献45致 谢461 绪论1.1 课题目的、意义随着我国经济的蓬勃发展，国民经济各领域对产品的需求日益扩大，制造业对各种电缆的质量要求也越来越高。电缆的质量好坏、直接关系到下道工序能否顺利进行，特别是超细规格的线质量要求很高；。目前国内使用的绕线机主轴多用力矩电机驱动，排线机构与主轴采用机械齿合传动的硬耦合连接，通过丝杠或光杆带动导线器左右平移、依靠齿轮或电磁铁的离合动作实现换向，达到往复排线的工艺要求。这种纯机械耦合机构存在零件加工和装配复杂、因频繁换向导致机械磨损大、噪声大、排线精度降低2。此外，由于同轴电缆的规格品种繁多，每次改变品种规格、都要重新调整绕线机的机械参数，甚至更换机械零件，一套绕线机机构无法同时满足对不同规格丝线的绕线需要。基于此，我们提出了本课题的研究。1.2 国内外研究现状我国目前生产的绕线机多为单轴绕线机，多轴高速自动绕线机只有RX706自动绕线机一种。在国内生产的专业厂中有原天津电子专用设备厂，代表产品有东风IA型，东风1A型等。北京电表厂生产的DBR一1型单头绕线机在钟表行业采用较多，但是由于它的效率低下而逐渐被淘汰，浙江大学机械厂生产的RX706自动绕线机是我国唯一的一种：国产高效。自动绕线机，质量与性能巳达国外同类产品水平，是绕线机市场的抢手货。东风TA绕线机本机为单轴卧式绕线机，采用可控硅无级调速，工件导线直径003-005mm，主轴转速为80-2500rmin。适用于绕制小型多层平行线圈。由于生产效率较低，不适宜大批生产的钟、表、磁等行业的应用。它的主要特点控制简单、饬=格低廉。DBR型绕线机本机床由北京电表厂三分厂生产的，它由直流伺服电机作为绕线主电机排线电机、也采用伺服电机，这二只伺服电机可以同步调速，亦可由速比电位强单独调节，可绕导线直径为002012ram。机舞的高速部分，DBR-l为6000rmin，DBR-3为15000rmin。DBR型绕线机的结构简单，价格低，但是由于绕线精度差，效率低，不适合大批量、高质量线圈的绕制。RX7c6自动绕线机。本机具有六个工位，三个绕线主轴。着咬、剪断、卸料，上料等辅助动作在绕线的同时进行，生产效率较高。光线运动由两只光栅编码器控制，无机械传动链，所以寿命长、振动少，并可使主轴到到较高的速度。机床的操作简单、性能可靠，已达-N121E、130EH水平4。目前我国绕线机行业处于非常困难的时期，如何才能使整个行业从技术的互相模仿与残酷的价格战等困境中脱身而出？从业企业只有放下急于求成的心态，从基础理论、新技术研发等领域出发，一丝不苟地修炼自己的自主创新能力。绕线机结合了机械、传动、电气控制等多方面的技术，所以基础理论研究是开发新技术的基础，只有核心技术的发展才能推动绕线设备的进步，各方面为技术开发做努力，这样才会使我国的绕线设备逐步走上自主创新的道路。国产的绕线机自动化水平低、控制手段落后是普遍存在的问题。只能应用于绕线要求相对不高的场合，高端设备都有日本、瑞士、德国等进口设备占领市场，而国产设备只能在很小的市场份额里以低价来争得客户，分析我国绕线机市场目前处于高速发展的时期，相反我国的绕线机生产企业的处境却相当的艰难，不难看出，极大的市场份额都是进口设备，在国内市场获得高利润的回报，在新机型的开发上就有了强大的资金保障，而我们国内企业的销售利润偏低，去掉销售环节中存在的费用，留给企业的回报已经所剩无及了，所以不断的提升自主创新能力，才能市场份额较大的中高端市场，来打破目前的艰难局面。我国是绕线机的生产大国也是需求大国，然而在关键技术上我国却始终无法与国外的厂家相竞争。即使经历了08、09年的经济衰退，绕线机产业在2010年得到了快速发展，各绕线机厂家的定单量大幅提升，原本已经半倒闭的中小型绕线机企业又重新回到了绕线机制造的大军中，但是目前国内绕线机产业的前景仍非常的严峻，主要来自于国外进口品牌的压力及国内低端机型市场的萎缩，今年绕线机产业的技术发展出现了新的格局，多方的努力拉近了国产绕线机与进口绕线机的技术差距。但是关键技术还需要我国技术人员的努力，依靠自己的力量，解决关键部位技术难题。国内绕线机的发展现状首先说说技术发展，我国的绕线机产业起步于改革开放的初期，从原始的机械齿轮手摇式到现在的全自动绕线机，期间经历了多次产业升级和改革，从2010年的市场需求分析可以看出，国内市场正从半自动机型转向全自动、高效、高科技含量的机型，随着现代电气技术的不断提升，对线圈品质的要求也在增加，目前各绕线机厂家的技术开发主要集中在精密排线、闭环式张力控制、多功能等机型的研发，大量的技术投入快速拉近了与进口绕线机的技术差距。2010年随着经济回暖，绕线机的市场需求量大大的增加，许多企业都在加班加点的赶制设备，其中箔绕机的增长幅度最为明显；其次是多头绕线机，可以满足高产量要求的机型；全自动绕线机的开发大大提高了机器的工作效率，减少了人为操作。由于各种线圈产品的功能要求不同，使得绕线机的种类也多样化了，目前常见绕线机的有全自动绕线机、半自动绕线机、环行绕线机、伺服精密绕线机、变压器绕线机等机种。由于各种线圈产品的功能要求不同，使得绕线机的种类也多样化了，目前常见绕线机的有全自动绕线机、半自动绕线机、环行绕线机、伺服精密绕线机、变压器绕线机等几种。全自动绕线机是近几年才发展起来的新机种，为了适应高效率、高产量的要求，全自动机种一般都采用多头联动设计，国内的生产厂家大多都是参照了台湾等地的进口机型的设计，采用可编程控制器作为设备的控制核心，配合机械手、气动控制元件和执行附件来完成自动排线、自动缠脚、自动剪线、自动装卸骨架等功能，这种机型的生产效率极高，大大的降低了对人工的依赖，一个操作员工可以同时照看几台这样的设备，生产品质比较稳定，非常适合产量要求高的加工场合。但是，这种机型由于集成了数控、气动、光控许多的新技术，所以价格小则几万元高则十几万元，价格也使得许多的用户望而叹步，另外由于功能要求决定了该设备的零部件采用了大量非标准件和定制件，所以一旦出现故障相对的维修过程将会很复杂，周期也会比较长。它的先进性和高产量还是吸引了客户。半自动绕线机是目前使用最广泛的机型也称为CNC自动绕线机，该能够自动排线，加上不同的机械结构即可完成不同的绕制要求具有高效、维护方便、性价比高等诸多优点，国内厂家一般都采用CNC控制器，也有部分厂家采用自行开发的控制器作为控制核心，CNC机型已经是一种非常成熟的机种了，许多厂家在功能和用途上都作了创新和升级，使用产品的系列不断的得到延伸，作为市场上应用最广泛的机型，该机型的价格比起全自动绕线机动则几万元的价格，就低了很多，根据用途的不同有几千到上万不等的价格，该机种的缺点就是一台必须配一名操作人员。目前在镇流器、电感线圈生产等一些场合都能看该机型的应用。环行绕线机是特殊专用机型，常见的有边滑式和皮带式，是绕制环行线圈的专用机型，该机型从出现到现在没有很大的技术变动，目前，机头部分主要还是以进口为主，比较常见的有美国高曼等品牌，进口机头相对于国产机头有许多优点，做工都比较的精细，材质一般都采用特殊合金，耐磨表现优异，机头都能承受长时间的作业加工要求，有些机头采用了分体式结构设计，上下储线环变得更为方便快捷。环行绕线机一般都为台式机构，设备主要以机械构造为主，价格主要区分为进口机头和国产机头两类。伺服精密绕线机是当今高新技术结合的产物也是目前最先进、功能最为强大的机型，高端机型可以完全模拟人手的排线动作，主轴和排线均采用高精度伺服电机，控制系统采用具有极高运算能力的PLC系统，具有自动运算、自动判别、误差修正等功能，由于采用了闭环控制，所以当出现排线失步等现象时设备可以自动修正，高分辨率的伺服电机可以保证在高低速时设备运转的稳定性，该机型的附件装置也是比较先进的，比如有辅助卸模装置，主动式张力放线架，电磁自动调节式张力器等，由于使用了大量的高新技术，所以价格要比CNC自动绕线机高不少，一般使用在对线圈参数有特定要求的场合。变压器绕线机是比较常见的机型，结构形式来分有卧式和立式，我们一般比较常见的是卧式绕线机是用来绕制变压器线圈的专用设备，传统的变压器绕线机比较单一均为人工排线整形的机型，现代机型已经有自动排线系列了，变压器是大型电气件，所以绕线机的结构都比较大，重量也根据绕线机的级别从几百公斤到几千公斤，由于现代技术不断在变压器绕线机上的应用，新的机型功能上也变得更强大，柔性预压紧装置的出现代替了传统的人工敲打整形的烦琐工艺，使变压器绕制过程变得更为简单。近年来，国内绕线机的制造水平和引进绕线机制造水平看，已形成了全自动、多功能、高效自动化的生产能力。从线圈生产的上线、馈线、端头绕制到线圈绕制和下线等，都要实现了过程的自动化。从绕线机的控制形式上看，由单一的开环控制发展到使用直流伺服系统和交流伺服系统的闭环控制，其中交流伺服系统的采用已相当普遍，已形成了由单轴绕制线圈到多轴同时绕制多个线圈的一系列产品1。在绕线机的结构形式上，根据所绕制的线圈的铁芯或骨架结构形式的不同，又研制出有梭式的绕线机，以适应环形或其它封闭式铁芯或骨架的线圈的绕制需求2。在2008年里，由保定天威卓创电工设备科技有限公司自行研制,具有完全自主知识产权的中国首台承重量最大和输出扭矩最大的一型大型立式绕线机,该绕线机各项试验参数均符合设计技术指标和工艺要求,达到国内同行业领先水平。业内人士称,该产品的研制成功,是变压器制造专用设备行业发展的一次新突破,同时也标志着天威卓创公司已形成了大型电力变压器线生产设备产品的系列化并全面掌握了国内电力变压器制造专用设备研制领域的先进技术,其自主创新能力和企业核心竞争力跃居同行业之首。绕线机按自动化程度又可分为简易型、半自动型、全自动型。电子控制方式有数控式微电脑单片机及IBM电脑控制。按安装方式分类为桌面式和落地式机。常用绕线机绕制的线多为漆包铜线(绕制电子、电器产品的电感线圈)，纺织线(绕制纺织机用的纱绽、线团)，还有绕制电热器具用的电热线以及焊锡线，电线，电缆等。1.3 目前存在的问题国产的绕线机自动化水平低、控制手段落后是普遍存在的问题。只能应用于绕线要求相对不高的场合，高端设备都有日本、瑞士、德国等进口设备占领市场，而国产设备只能在很小的市场份额里以低价来争得客户，分析我国绕线机市场目前处于高速发展的时期，相反我国的绕线机生产企业的处境却相当的艰难，不难看出，极大的市场份额都是进口设备，在国内市场获得高利润的回报，在新机型的开发上就有了强大的资金保障，而我们国内企业的销售利润偏低，去掉销售环节中存在的费用，留给企业的回报已经所剩无及了，所以不断的提升自主创新能力，才能市场份额较大的中高端市场，来打破目前的艰难局面7。市场上主要是针对磁棒绕线机、E型变压器绕线机和大磁环绕线机，没有这种磁环全自动绕线机；市场上的磁环绕线机都只能解决大磁环绕线，主要是采用在大磁环中间连接圆环轨道，采用机械运动牵引导线在磁环中运动绕线，对于中小型磁环，这种设备无法绕18。美国有这种绕线原理的设备雏型，但是没有开发出磁环全自动绕线机，只停留在原有的半自动技术基础上，设备不稳定，生产的产品合格率低，对于中小型磁环更是无法解决8。机械制造业比较发达的德国和瑞士等欧洲国家，包括日本，至今任然没有全自动的环形绕线机，而半自动的环形绕线机却以很高的价格出售17。相关研究动态：绕线机是电气生产行业常见加工设备，其结构、控制系统、功能随着行业生产工艺的需求，迫使绕线机生产单位加大技术投入和研发，以适应现代漆包线加工的高品质要求，从传统机械式、数控型、半自动型、全自动机型，绕线加工早已不再是费时费力的工作。目前我国绕线机生产单位已超百家，但有将近一半的生产单位没有技术研发能力，技术停留在抄袭和仿制阶段，造成了市场机种单一，产品无论是外观还是配置无技术亮点，绕线机技术的核心是控制系统，目前国内厂家大多采用由系统供应商提供的成套控制系统，产品标准一旦制定无法根据客户工艺要求作修改，由于部分控制系统供应商对绕线机行业的工艺要求并不熟悉，导致了许多好看而并不实用的功能，绕线机厂家对控制系统的技术应用掌握程度也影响着制造工艺，目前市场上多见的是普通数控型、CNC机型和厂家自制控制系统的机型。未来随着行业工艺要求的提高，绕线机控制技术必将向着自动化、智能化等方向发展，全自动机型就是在这种行业需求的推动下研发而成的，实现了一人看管多台设备，极大程度的满足了高产能的要求；全伺服控制应用于绕线机大大提高了绕线机的绕线精度，满足了高品质线圈的加工要求，未来更智能化、绕线精度更高的机型必将诞生以满足电气行业的发展要求。目前我国绕线机行业处于非常困难的时期，如何才能使整个行业从技术的互相模仿与残酷的价格战等困境中脱身而出？从业企业只有放下急于求成的心态，从基础理论、新技术研发等领域出发，一丝不苟地修炼自己的自主创新能力。绕线机结合了机械、传动、电气控制等多方面的技术，所以基础理论研究是开发新技术的基础，只有核心技术的发展才能推动绕线设备的进步，各方面为技术开发做努力，这样才会使我国的绕线设备逐步走上自主创新的道路。国产的绕线机自动化水平低、控制手段落后是普遍存在的问题。只能应用于绕线要求相对不高的场合，高端设备都有日本、瑞士、德国等进口设备占领市场，而国产设备只能在很小的市场份额里以低价来争得客户，分析我国绕线机市场目前处于高速发展的时期，相反我国的绕线机生产企业的处境却相当的艰难，不难看出，极大的市场份额都是进口设备，在国内市场获得高利润的回报，在新机型的开发上就有了强大的资金保障，而我们国内企业的销售利润偏低，去掉销售环节中存在的费用，留给企业的回报已经所剩无及了，所以不断的提升自主创新能力，才能市场份额较大的中高端市场，来打破目前的艰难局面。瑞士METEOR公司生产的绕线机这家公司巳具有3O年历史，它们生产的精密绕线机具有半自动或全自动的绕线系统。生产量已超过万台。它的代表产品有MlO、Mo1、ME307-1O1、ME30-lO8SPA、MSA、M20等等。均为工件回转式。Mto绕线机。一般具有一个主轴，也可安装二个主轴，加工导线最细为002ram，最高转速为12000rmin，走线节距与走线宽度可以无级调制，控制与记数均采用电子线路。瑞士333-R-3自动绕线机此绕线机主轴同心排列，属工件回转式。有三轴、四轴二种规格，走线运动采用机械传动，改变传动链l中间的摩擦轮的传动化，可使主轴与走线系统速比达到无级调速。主轴制动装置是机械凸轮式，因此该机器的传动可靠，但使用寿命较低，由于主轴转速较高(最高达15000rmin)，具有一定的生产率虽然售价较高，但仍受到钟表工业的青睐日本“日特”NITTQKU株式会社生产的绕线机。这是|一家生产绕线机的专业厂商，产品品种繁多，它的产品在电子、电器领域有一定l的影响该厂生产的平绕小型绕线机以121E，130AT、I30EH及132AR等为代表。绕线形式均为工件不转式(飞叉式)。步进马达绕线机以SM-30绕线机为代表。1.4 研究方法1.根据所学的机械设计、机械原理有关专业知识以及查询的有关文献，根据数控切割的工作原理，确定总体设计方案，拟定设计草图，使用时应达到的安全，效率，可靠性等进行初步设计。2.通过考察分析了解绕线机系统的工作原理，根据切割工艺的要求，满足生产的控制要求，控制系统经济实用、控制精度高的要求进一步完善和修改设计。3.根据所设计的机械传动系统，利用系统相关装配图和零件图的绘制。4.综合考虑同轴电缆自动绕线机的应用，进一步完善优化系统。1.5 设计方案本文介绍一种新型凸轮摆杆绕线机装置，利用先进的数字控制技术，将绕线主轴的卷取传动与排线器的往复传动机械解耦，分别用两只电机独立驱动、实现对绕线与排线轴的柔性连接。两只电机的速度控制设置成主一从方式，即：排线步进电机作为从动机，其转速跟随绕线主轴电机同步运行。2 凸轮摆杆绕线机设计方案的介绍2.1 选择电动机2.1.1选择传动方案传动方案一：电动机齿轮传动 一级蜗杆减速器联轴器交错轴斜齿轮传动传动方案二：电动机带轮传动二级圆柱齿轮减速器联轴器交错轴斜齿轮传动在这两个方案相比之下，我选择传动方案二，因为带轮传动可以在功率过大时对机器期保护作用，圆柱齿轮减速器比蜗杆减速器传递效力高。2.1.2选择电动机功率绕线机电动机所需的工作功率为式中：工作机所需工作功率，指工作机主动端的运动所需功率，KW；由电动机至工作机主动端运动的总功率。工作机所需工作功率，应由机器工作阻力和运动参数（线速度或转速、角速度）计算求得，不同的专业机械有不同的计算方法。在我设计的机械中，我要设计一个转速n为100r/min，F为500N，滚筒直径为120mm，按下式计算：或或角速度公式 ：=线速度公式：V=r其中：F工作机的工作阻力，N；V工作机卷筒的线速度，；T工作机的阻力矩，；n工作机卷筒的转度，；工作机卷筒的角速度，；=10.4667V=r=10.46670.06=0.628=0.314kw再由式 可得到 =29.987传动装置的总效率应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积，即 其中：分别为每一传动副（齿轮、蜗杆、带或链）、每对轴承、每个联轴器及卷筒的效率。各传动副的效率数值如下： 带传动的效率0.98 联轴器的传动效率0.99 一级减速器齿轮的传动效率0.99 交错轴斜齿轮的传动效率0.97 滚动轴承（每对）0.99 卷筒的效率0.99 =0.886 =0.3544kw2.1.3确定电动机转速为合理设计传动装置，根据工作机主动轴的转速要求和各传动副的合理传动比范围，可以推算出电动机转速的可选范围，即其中： 电动机可选转速范围，； 传动装置总传动比的合理范；各级传动副传动比的合理范围；n工作机的主动轴转速，；普通V带的传动比 =24二级减速器的传动比 =840交错轴斜齿轮的传动比=由式可以得到 根据容量和转速，由吴宗泽主编的机械设计师手册下册查出有多种适合的电动机型号,列举一下这些相对比较合理的：产品名称型号规格单位价格(元)（含税）三相异步电动Y801-2台236三相异步电动机Y802-2台253三相异步电动机Y90S-2台293三相异步电动机Y90L-2台339在此选择了Y801-2这个型号的电动机型号额定功率KW满载时起动电流额定电流起动转矩额定转矩最大转矩额定转矩转速电流（380V时）A效率%功率因素Y801-20.7528301.81750.842.27.02.22.2 确定传动装置的总动比和分配传动比由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速，可以得到传动装置总传动比为 总传动比为各级传动比的乘积，即（1） 总传动比 =28.3（2） 分配传动装置传动比为使V带传动外轮廓尺寸不致过大，初步取=2.6（实际的传动比要在设计V带传动时，由所选大、小带轮的标准直径之比计算），设计的交错轴斜齿轮的传动比定在i=3，则减速器的传动比为： =32.65计算传动转置的运动和动力参数为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率）。如将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴、轴，以及 ，为相邻两轴间的传动比；，为相邻两轴间的传动功率； p，p，为各轴的输入功率（KW）； T，T，为各轴的输入转矩（）； n，n，为各轴的转速（），则可按电动机至工作机运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数。2.2.1 各轴转速 式中：nm电动机满载转速； 电动机至一轴的传动比。以及n= n=由公式计算n=1088.46n=33.34n=1002.2.2各轴输入功率图2-1所示为各轴间功率关系。 P= KW， P= P= KW， P= P=KW，P= P=KW， （图1-1）式中、分别为带传动、轴承、齿轮传动和联轴器的传动效率。根据公式计算出各轴的功率 P= =0.35440.98=0.347312KWP= P=0.3473120.990.99=0.3404KWP= P=0.34040.990.99=0.33363KWP= P=0.333630.990.97=0.32038KW2.2.3 各轴输入转矩=其中为电动机轴的输出转矩，按下式计算： = 所以= = =T=T=T=同一根轴的输入功率（或转矩）与输出功率（或转矩）数值是不同的（因为有轴承功率的损耗，传动件功率损耗），轴输入转矩轴 = = =2.60.98=3.05轴=T=3.0532.650.990.99=97.60 轴T=T=97.600.990.99=95.66 卷筒轴输入转矩T=T=95.660.990.97=30.62 3 带传动设计3.1 确定计算功率计算功率是根据传递的额定功率（如电动机的额定功率），并考虑载荷性质以及每天运转时间的长短等因素的影响而确定的，即：式中：为工作状况系数，查文献1表7-5可得，载荷变动小，空轻载起动，每天工作1016个小时，所以取=1.1。 =1.10.75=0.8253.2 选择“V”带的型号根据计算功率和主动轮转速，由文献1图7-8选择“V”带型号。=0.825，=2830，选择Z型3.3 确定带轮基准直径、带轮直径小可使传动结构紧凑，但另一方面弯曲应力大，设计时应取小带轮的基准直径，忽略弹性滑动的影响，=，、宜取标准值（查文献1表7-6） 选取=71mm，且=71mm=50mm。大齿轮基准直径为：=184.6mm按文献1表7-6选取标准值=180mm，则实际传动比、从动轮的实际转速分别为=2.535=1116.373.4 验算速度。 =10.52m/S带速在525m/S范围内。3.5 确定带的基准长度和实际中心距按结构设计要求初定中心距=1000mm。由式（7.18）得： =mm =2397.24mm由文献1表7-2选取基准长度=1800mm由式（7.19）得实际中心距a为： a=（1000+）mm701mm中心距a的变动范围为：=（701-0.0151800）mm=674mm =（701+0.031800）mm=755mm3.6 校验小带轮包角。由式（7.20）得： = =3.7 确定V带根数z。 由式（7.21）得： 根据=71mm，=2830 ，查王少怀主编的机械设计师手册中册表9.2-18得，=0.50kw，=0.04kw。 由文献1表7-2查得带长度修正系数=1.18，由表7-47查得包角系数=0.98，得普通“V”带根数 =0.14155跟所以取z=1根。3.8 求初拉力及带轮轴上的压力。由文献1表7-1查得z型普通“V”的每米长质量q=0.06，根据式（7.22）得单根“V”带的初拉力为： =N =63.496N 由式（7.23）可得作用在轴上的压力为：=N=126.575N3.9 带轮的结构设计图3-1 带轮结构图已知 mm ，mm，根据文献1表7-1设计图3-1的尺寸。基准宽度；槽顶宽b=10mm；基准线至槽顶高度=2mm，取ha=2.5；基准线至槽底深度=7.0，取=8；槽对称线至端面距离f=8；最小轮缘厚度=5.5mm；轮缘外径=71+22.5=76mm；轮缘外径=44mm；槽角=。=184.6+22.5=189.6mm4 交错轴斜齿轮传动的设计该机械属于轻型机械，由电动机驱动，小齿轮的转速=100，传动比，载荷均匀，单向运转，齿轮相对于轴承对称布置，工作寿命为8年，单班制工作。4.1 选择齿轮材料和精度等级选择齿轮材料及精度等级。传递功率不大，所以选择一般硬度的齿面组合。小齿轮用45钢，调质处理，HBS（230）；大齿轮的选45钢，正火处理，HBS（200）。选用齿轮精度等级为7级。4.2 按齿根弯曲疲劳强度设计4.2.1 转矩T1 小齿轮转矩T1=30.62 4.2.2 载荷系数k。由文献1表6-2的，k=1.14.2.3 齿数z和螺旋角。因为硬齿面传动，取=23，则=69。初选螺旋角=45。 当量齿数为： =65.05=195.164.2.4 齿形系数和应力修正系数。根据由文献1图6-16得=2.25，=2.1；由文献1图6-17得=1.77，=1.87。4.2.5 重合度系数。端面重合度近似为：=1.198=0.599654.2.6 螺旋角系数。齿宽系数，因为齿轮相对于轴承是对称分布，所以取1.1=8.051，注：当计算时1时，取=1,故计算时取=1。=0.75；当时，取=。4.2.7 许用弯曲应力。由文献1图6-6的=280，=270。弯曲强度的最小安全系数。取=1.4。弯曲疲劳强度计算的寿命系数。=99840000=299520000由文献1图6-7可得，。=400=385.7比较：=0.00995625，=0.0101814884.2.8 验算。=0.019400=0.0187385.74.3 按齿面接触疲劳强度设计4.3.1 转矩小齿轮转矩=30.62 。4.3.2 载荷系数k。由文献1表6-2得，k=1.1。4.3.3 根据文献1103页公式求=式中 试验齿轮的接触疲劳极限，查文献1图6-8得：小齿轮的为630；大齿轮的为600； 接触强度的最小安全系数，一般传动取=1.01.2， 所以取1.1； 接触疲劳强度计算的寿命系数，一般取查文献1图6-9，=1； 工作硬化系数，大齿面的由文献1图6-10查得，=1，小齿轮的应略去。大齿轮= 627.273小齿轮=572.7274.3.4 小齿轮直径。由文献1 112页公式求得式中：材料弹性系数（），根据文献1表6-3查得，大齿轮的为189.8，小齿轮的为189.8； 节点区域系数，= ，端面压力角，基圆螺旋角，由文献171页公式 ，= 所以 = 2.09 ； 斜齿轮螺旋角系数，=0.841； 重合度系数， 一般取0.750.88，所以取0.85其值也可由文献1图6-14查取; 泊松比，根据文献1107页可知=0.3 齿宽系数，由文献1表6-4查得，因为是对称分布，所以取1.1 51mm 取=60mm齿宽b=1.160=66mm，大齿轮齿宽为65mm，小齿轮的齿宽要比大齿轮的齿宽打510个毫米比较合理，所以小齿轮的齿宽取70mm；4.3.5 根据文献1112页公式求。=求得齿轮的接触疲劳强度。式中：接触应力（MPa）；=7.7674.3.6 验算圆周速度。 =0.314m/S0.628m/S4.3.7 基本尺寸的确定。4.3.7.1 确定中心距a 。 a=120mm4.3.7.2 选定模数、齿数、和螺旋角 。初定小齿轮齿数=23，=，大齿轮=23=69，螺旋角=，由公式得 =1.8446由标准取=2mm,则=84.85取 85因为 ，所以 =21.25取=21，则=85-21=64（不按求）齿数比 =3.0476与=3的要求比较，误差为1.587%，可用。于是 =44.9满足要求。4.3.7.3 计算齿轮分度圆直径 。小齿轮 =59.29mm大齿轮 =180.70mm4.3.7.4 齿顶高的计算。=2mm4.3.7.5 齿根高的计算。=2.5mm4.3.7.6 全齿高的计算=2+2.5=4.5mm4.3.7.7 顶隙的计算=2.5-2=0.5mm4.3.7.8 齿顶圆直径的计算。=59.29+=63.29mm=180.70+=184.70mm4.3.7.9 齿根圆直径的计算。=59.29-=54.29mm=180.70-=175.70mm4.3.7.10 法向齿距的计算。 =6.28mm4.3.7.11 端面齿距的计算=8.89mm4.3.7.12 标准中心距的计算=119.995mm4.4 齿轮受力分析 式中： 法向力； 径向力； 轴向力； 周向力。=1021N=1021N =526N=1292N5 凸轮的设计图5-1所示为凸轮机构在运动过程某位置的情况,压力角，基园半径r0=51mm，从强度要求考虑，滚子半径，所以取rr =10mm。F=500N，凸轮的运动使摆杆做来回等速运动。图5-1 凸轮机构在运动过程某位置的情况5.1 计算F11、F1、F2的力 得 5.2 画凸轮图由图5-2的摆杆运动规律图画出凸轮的轮廓线，如图5-3所示。图5-2 摆杆运动规律图图5-3 凸轮的轮廓线6 齿轮轴的设计与校核6.1 大齿轮轴的设计6.1.1 选择材料选择的材料，确定许用应力。绕线机为一般机械，对体积、材料等无特殊要求，股选用45钢并经调质处理。由表101查得强度极限=650 MPa，许用弯曲应力=60 MPa。6.1.2 按扭转强度估算轴径根据表文献1103的A=126103。因载荷有轻微冲击，取A=120，由文献1式（10.2）得： =25.9mm轴的两端最小直径，一端要安装联轴器，另一端要安装凸轮，两边各有一个键槽，应将计算直径加大3%5%，即为26.67727.195mm。由此，安装联轴器那端取标准直径d=30mm，由于安装凸轮那端要考虑凸轮的的重量，所以取标准直径d=35mm。6.1.3 设计轴的结构并绘制结构草图6.1.3.1 拟定轴上零件的装拆顺序和固定方式。由绕线机简图可知，齿轮为对称布置，齿轮从轴的左端装入。齿轮的右端由轴肩来进行轴向固定，左端由套筒来轴向固定，齿轮的周向固定采用平键连接。轴承安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定，周向采用过盈配合固定。联轴器从左端装入，其周向用平键联接，右端用轴肩定位，左端用轴端压板固定，凸轮从右端装入，其周向用平键联接，左端用轴肩定位，如图6-1所示。图6-1 大齿轮轴的结构图6. 1.3.2 确定各轴段的直径。轴段（1）直径最小，由计算的出d1=30mm；安装在轴段（1）上的联轴器右端需定位，在轴段（2）上应有轴肩，考虑到轴承采用过盈配合，为了能顺利地在轴段（3）上安装轴承，轴段（2）必须小于轴承内径直径，故取轴段（2）的直径d2=35mm；轴段（3）的直径根据轴承的内径系列取d3=45mm；此时可初定轴承型号为单列角接触轴承7009AC，轴段（7）其直径与轴段（3）相同, 其安装高度为3.5mm；故取轴段（6）的直径d6=52mm；轴段（4）装大齿轮，取d4=60mm；轴段（5）用于给齿轮轴向定位，其直径为d5=66mm；轴段（9）直径为d9=35mm；凸轮左端需要轴肩给它轴向固定，所以轴段（8）的直径d8=40mm。6. 1.3.3 确定各轴段的长度。齿轮轮毂宽度为65mm，为保证齿轮定位可靠，轴段（4）的长度应略短于齿轮轮毂长度，去63mm，为保证齿轮端面与箱体内壁不发生相碰，齿轮端面与箱体内壁间应留有一定间距，取该间距为14mm，为保证轴承安装在箱体上，并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为2mm，差得轴承宽度为16mm，所以轴段（3）取34mm，轴承段（7）取16mm；因为轴承相对于齿轮是对称布置，所以轴段（5）取8mm；轴段（6）取8mm；轴段（2）与轴段（8）相同，考虑到箱体壁厚，所以都取30mm；轴段（9）安装轴承，根据轴承的轮毂宽度，取50mm；轴段（1）的长度可根据联轴器的长度，查阅文献3有关手册来取。此外，在轴段（1）、（4）、（9）需分别加工出键槽，应使三键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的轮毂宽度小约510mm，键槽的宽度按轴段直径查文献1 表6-1得到。轴段（1）（4）（9）键宽b81810键高h7118键长L7050456. 1.3.4 选定轴的结构细节，圆角、倒角等的尺寸，图6-1中略。 6.1.4 按弯扭合成强度校核轴径。6.1.4.1 画出轴的计算模型图，如图6-2（a）所示。6.1.4.2 画出轴的轴的受力简图，如图6-2（b）所示。6.1.4.3 作垂直面内的受力图，如图6-2（c）所示., 得 得 段BCCDDE横截面B右C左C右D左D右E左Fs(N)-216-216-742-742615615M(Nmm)0-12204-104451-146374-1463740 6.1.3.4 作出垂直面内的弯矩图，如图6-2（d）所示。6.1.3.5 作水平面内的受力图，如图6-2（e）所示。 得 得 段BCCDDE横截面B右C左C右D左D右E左Fs(N)234234-787-787355355M(Nmm)01322113221-31245-312450 6.1.3.6 作出水平面内的弯矩图，如图6-2（f）所示。 6.1.3.7 作合成弯矩图，如图6-2（g）所示。段BCCDDE横截面B右C左C右D左D右E左M(Nmm)0179931052841496721496720 6.1.3.8 作转矩图，如图6-2（h）所示。T=95660Nmm。,凸轮最远点离轴中心的距离为156.6mm，。6.1.3.9 绘出当量弯矩图，如图6-2（i）所示。，式中：为考虑转矩循环特性而引入的修正系数，由文献1189页得，考虑到起动和停止等因素，轴单向运转，将此划分为脉动循环转矩，取0.6。段ABBCCDDE横截面A右B左B右C左C右D左D右E左M(Nmm)5739657396573966015011894615957815957855348图6-2 大齿轮轴的危险截面图确定危险截面及校核强度。由如图6-2可以看出，齿轮所在截面当量弯矩最大，且轴上还有键槽，故该截面可能为危险截面，应对此进行校核。 由于=60 MPa , ,故设计的轴强度足够。由于轴段（9）的截面积比较小，而该截面的当量弯矩比较大，且轴上还有键槽，故该截面可能为危险截面，应对此进行校核。由于=60 MPa , ,故设计的轴强度足够。6.2 小齿轮轴的设计6.2.1 材料的选择选择的材料，确定许用应力。绕线机为一般机械，对体积、材料等无特殊要求，股选用45钢并经调质处理。由表101查得强度极限=650 MPa，许用弯曲应力=60 MPa。6.2.2 按扭转强度估算轴径根据表文献1103的A=126103。因载荷有轻微冲击，取A=120，由文献1式（10.2）得： =17.7mm轴的最小直径处要打一个四方形的孔，应将直径加大。由此，取标准直径d=35mm。6.2.3 设计轴的结构并绘制结构草图6.2.3.1 拟定轴上零件的装拆顺序和固定方式。由绕线机简图可知，齿轮为对称布置，齿轮从轴的左端装入。轴承安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定，周向采用过盈配合固定。如图6-3所示。图6-3 小齿轮轴结构图6.2.3.2 确定各轴段的直径。轴段（1）直径最小，由计算得出d1=35mm；考虑到轴承采用过盈配合，为了能顺利地在轴段（2）上安装轴承，轴段（2）必须大于轴段（1）的直径，故取轴段（2）的直径根据轴承的内径系列取d2=40mm，此时可初定轴承型号为单列角接触轴承7008AC，轴段（6）其直径与轴段（2）相同, 其安装高度为3.5mm；故取轴段（3）的直径d3=47mm；轴段（5）其直径与轴段（3）相同；轴段（4）小齿轮直径，取分度圆直径d4=59.29mm.6.2.3.3 确定各轴段的长度。轴段（4）的长度为齿轮宽度70mm；考虑到大齿轮的宽度，为保证轴承安装在箱体上，并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为2mm，取轴段（3）为69mm；因为轴承相对于齿轮是对称布置，轴段（5）与轴段（3）相同；查得轴承宽度为15mm，所以轴段（2）取15mm，轴承段（6）与轴段（2）相同；轴段（1）与另一根轴相接，并考虑到要安装轴承端盖，初定长度为46mm。6.2.3.4 选定轴的结构细节，圆角、倒角等的尺寸，图1-2中略。6.2.4 按弯扭合成强度校核轴径。6.2.4.1 画出轴的计算模型图，如图6-2（a）所示。6.2.4.2 画出轴的轴的受力简图，如图6-2（b）所示。6.2.4.3 作垂直面内的受力图，如图6-2（c）所示。；T=30620 Nmm；已知铜的密度为8.7 g/cm3，绕线绕得的最大圆柱直径为200mm，绕线绕得的圆柱长度为150mm，滚筒直径为120mm，铜的重量，质量G=mg，为了计算方便，取g=10，G=mg=，取FA=G=263N。 得 得 段ABBCCD横截面A右B左B右C左C右D左Fs(N)-263-263-209-209317317M(Nmm)0-12098-12098-35402-51340 6.2.4.4 作出垂直面内的弯矩图，如图6-2（d）所示。 6.2.4.5 作水平面内的受力图，如图6-2（e）所示。 得 得 段BCCD横截面B右C左C右D左Fs(N)-510-510511511M(Nmm)0-56865-568650 6.2.4.6 作出水平面内的弯矩图，如图6-2（f）所示。 6.2.4.7 作合成弯矩图，如图6-2（g）所示。段ABBCCD横截面A右B左B右C左C右D左M(Nmm)0120981209866985570960 6.2.4.8 作转矩图，如图6-2（h）所示。 6.2.4.9 绘出当量弯矩图，如图6-2（i）所示。，式中：为考虑转矩循环特性而引入的修正系数，由文献1189页得，考虑到起动和停止等因素，轴单向运转，将此划分为脉动循环转矩，取0.6。段ABBCCD横截面A右B左B右C左C右D左M(Nmm)300003234832348733965826811628图6-4 小齿轮轴的危险截面图6.2.4.10 确定危险截面及校核强度。由如图6-4可以看出，轴段（4）所在截面当量弯矩最大，故该截面可能为危险截面，应对此进行校核。 由于=60 MPa , ,故设计的轴强度足够。7 大齿轮轴普通键联接的设计7.1 轴与大齿轮的联接键设计7.1.1选择联接轴与大齿轮的键的类型和尺寸选用普通平键联接，因齿轮在轴中部，宜选用圆头普通平键（A型）。根据d=60mm，从文献1表10-5查得键的尺寸：宽度b=18mm，高度h=11mm，由轮毂宽度并根据键的长度系列取键长L=50mm。7.1.2 核键的强度键、轴、齿轮的材料均为钢，由文献1表10-6查得许用挤压应力，无特殊情况取。键的工作长度由文献1式（10.7）可得：7.1.3 结论：该键选用合适。7.2 联轴器与轴联接键的设计7.2.1选择联轴器与轴联接的键的类型和尺寸选用普通平键联接，因联轴器在最左端，宜选用圆头普通平键（C型）。根据d=30mm，从文献1表10-5查得键的尺寸：宽度b=8mm，高度h=7mm，由联轴器要连接的轴的长度并根据键的长度系列取键长L=70mm。7.2.2 校核键的强度键、轴、联轴器的材料均为钢，由文献1表10-6查得许用挤压应力，无特殊情况取。键的工作长度由文献1式（10.7）可得：7.2.3 结论：该键选用合适7.3 凸轮与轴联接键的设计7.3.1选择凸轮与轴联接的键的类型和尺寸选用普通平键联接，因联轴器在最右端，宜选用圆头普通平键（A型）。根据d
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