设计一卷扬机减速装置

1 摘 要 在给定传动比 扭矩 模数及行星轮个数的条件下进行了行星减速器的总体方案设 计 常规设计计算 输出轴的工艺流程设计及绘制总装图和部分零件图 行星减速器的总体方案设计选用太阳轮浮动的均载机构 太阳轮通过单齿联轴器与 高速轴联接实现浮动 这种浮动方法浮动灵敏 结构简单 易于制造 便于安装 太阳 轮与齿轮联轴器的外齿半联轴套做成一体 内齿轮设计成内齿圈的结构 行星架选用刚 性较好的双侧板整体式结构 与输出轴法兰式联接 行星架与输出轴通过两个对称布置 得定位销保证同轴度 齿轮联轴器选用鼓形齿齿轮联轴器 鼓形齿齿轮联轴器允许两轴 线有较大角位移 相对承载能力较强 并且易于安装调整 减速器齿轮采用油池润滑 轴承采用飞溅润滑 根据总体设计方案和常规设计计算绘制总装配图以及太阳轮 行星架 输入轴 输 出轴的零件图 输入轴的工艺流程设计对输入轴进行工艺分析 绘制零件图 确定毛坯的制造形式 制定零件的机械加工工艺路线并填写工艺过程卡和工序卡 关键词 2K H 行星齿轮 减速箱 1 目 录 1 前言前言 1 1 1 选题的依据及意义 1 1 2 国内外研究概况及发展趋势 1 2 常规设计计算常规设计计算 3 2 1 已知条件 3 2 2 设计计算 3 3 结构设计计算结构设计计算 15 3 1 行星架的结构设计与计算 15 3 2 齿轮联轴器的结构设计与计算 16 3 3 轴的结构设计与计算 17 3 4 铸造箱体的结构设计计算 20 4 输入轴的工艺设计输入轴的工艺设计 21 4 1 零件的分析 21 4 2 工艺规程设计 22 4 3 制定工艺路线 22 4 4 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 24 4 5 确定切削用量及基本工时 25 总结与评价总结与评价 33 致致 谢谢 34 参考文献参考文献 35 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 1 1 前言 1 1 选题的依据及意义 行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较 具有质量小 体积小 传动比大 承 载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点 这些已被我国越来越多的机械工程技术 人员所了解和重视 由于在各种类型的行星齿轮传动中均有效的利用了功率分流性和输 入 输出的同轴性以及合理地采用了内啮合 才使得其具有了上述的许多独特的优点 行星齿轮传动不仅适用于高速 大功率而且可用于低速 大转矩的机械传动装置上 它 可以用作减速 增速和变速传动 运动的合成和分解 以及其特殊的应用中 这些功用 对于现代机械传动发展有着重要意义 因此 行星齿轮传动在起重运输 工程机械 冶 金矿山 石油化工 建筑机械 轻工纺织 医疗器械 仪器仪表 汽车 船舶 兵器 和航空航天等工业部门均获得了广泛的应用 1 2 国内外研究概况及发展趋势 世界上一些工业发达国家 如日本 德国 英国 美国和俄罗斯等 对行星齿轮传 动的应用 生产和研究都十分重视 在结构优化 传动性能 传递功率 转矩和速度等 方面均处于领先地位 并出现了一些新型的行星传动技术 如封闭行星齿轮传动 行星 齿轮变速传动和微型行星齿轮传动等早已在现代机械传动设备中获得了成功的应用 行星齿轮传动在我国已有了许多年的发展史 很早就有了应用 然而 自二十世纪 60 年代以来 我国才开始对行星齿轮传动进行了较深入 系统的研究和试制工作 无论 是在设计理论方面 还是在试制和应用实践方面 均取得了较大的成就 并获得了许多 的研究成果 近 20 年来 尤其是我国改革开放以来 随着我国科学技术的进步和发展 我国已从 世界上许多工业发达的国家引进了大量先进的机械设备和技术 经过我国机械科技人员 不断积极地吸收和消化 与时俱进 开拓创新地努力奋进 使得我国的行星传动技术有 了迅速发展 目前 我国已有许多的机械设计人员开始研究分析和应用上述的新型行星 齿轮传动技术 并期待着能有更大的突破 据有关资料介绍 人们认为目前行星齿轮传动技术的发展方向如下 1 标准化 多品种 目前世界上已有 50 多个渐开线行星齿轮传动系列设计 而 且还演化出多种形式的行星减速器 差速器和行星变速器等多种产品 2 硬齿面 高精度 行星传动机构中的齿轮广泛采用渗碳和淡化化学热处理 齿轮制造精度一般均在 6 级以上 3 高转速 大功率 行星齿轮传动机构在高速传动中 如在高速汽轮传动中已 获得广泛的应用 其传动功率也越来越大 4 大规格 大转矩 在中低速 重载传动中 传动大转矩的大规格的行星齿轮传 动已有了较大的发展 减速器的代号包括 型号 级别 联接型式 规格代号 规格 传动比 装配型式 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 2 标准号 其标记符号如下 N NGW N 内啮合 G 公用齿轮 W 外啮合 型 A 单级行星齿轮减速器 B 两级行星齿轮减速器 C 三级行星齿轮减速器 Z 定轴圆柱齿轮 S 螺旋锥齿轮 D 底座联接 F 法兰联接 L 立式行星减 速器 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 3 2 常规设计计算 2 1 已知条件 毕业设计 论文 使用的原始资料 数据 及设计技术要求 给定传动比 i 4 64 作用于太阳轮上扭矩 M 1140N M 设计太阳轮及行星轮材料均采 用 20CrMnTi 表面淬火硬度 HRC 45 56 齿寛 b 52mm 模数 m 5 行星轮数 c 3 要求 1 设计一行星减速箱 结构合理 紧凑 2 输出轴的工艺流程设计 3 要求画出总装图及部分主要零件图纸 2 2 设计计算 2 2 1 选取行星轮传动的传动类型和传动简图 根据上述设计要求 给定传动比 结构合理 紧凑 据各行星轮传动类型的传动比 和工作特点可知 2K H 型结构紧凑 传动比符合给定要求 其传动简图如图 2 1 所示 图中太阳轮 a 输入 行星架 x 输出 内齿圈 b 固定 输入 输出 b a c x 图 2 1 行星传动的传动简图 2 2 2 行星轮传动的配齿计算 在确定行星轮传动的各轮齿数时 除了满足给定的传动比外 还应满足与其装配有 关的条件 即同心条件 邻接条件和安装条件 此外 还应考虑到与其承载能力有关的 其他条件 在给定传动比的情况下 行星轮传动的各轮齿数的确定方法有两种 一 计算法 二 查表法 下面采用计算法来确定各轮齿数 由公式 3 28 得 1 4 46 1 3 46 见参考文献 2 a b z z p p i 一般取 3 8 在满足的条件下为减小行星传动的径向尺寸中心轮 a 和行星轮p p i 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 4 c 的尺寸应尽可能地小 由公式 3 29 见参考文献 2 得 apab zizpz64 3 1 取 17 则 3 64X17 61 88 圆整后取 61 a z b z b z 根据同心条件可以求得行星轮的齿数 由公式 3 30 见参考文献 2 得 22 44 圆整后取 2 ab c zz z 22 c z 所以 行星轮传动的各轮齿数分别为17 61 22 a z b z c z 2 2 3 初步计算齿轮的主要参数 标准直齿圆柱齿轮的基本参数有五个 齿数 模数 压力角 齿顶高系数和顶隙系 数 在确定上述基本参数后 齿轮的齿形及几何尺寸就完全确定了 已知 25 0 1 20 22 61 17 chzzz acba 齿轮的几何尺寸计算如下 见参考文献 2 分度圆直径 85175 aa mzd 305615 bb mzd 110225 cc mzd 齿顶高 外啮合副 ca5 aacaa mhhh 内啮合副5 mhbc ac 38 4 mhhh aab 齿根高 25 6 mchh af 全齿高 fa hhh 轮 a25 11 h 轮b25 11 h 轮 c38 9 h 齿顶圆直径 轮a952 aa hdd 轮 c1202 aa hdd 轮 b24 2962 aa hdd 齿根圆直径 轮a 5 722 faf hdd 轮b 5 3172 fbf hdd 轮c 5 972 fcf hdd 基圆直径 轮a 9 7920cos ab dd 轮b b d7 286 轮c 4 103 b d 中心距 副 ca 2 1 ca zza 5 97 副 bc 5 97 2 1 cb zza 齿顶圆压力角 a 轮 75 32arccos a b a d d b 轮 5 30arccos a b a d d 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 5 c 轮 58 14arccos a b a d d 2 2 4 装配条件的验算 在确定行星齿轮传动的各轮齿数时 除了满足给定的传动比外 还应满足与其装配 有关的条件 即同心条件 邻接条件和安装条件 此外 还要考虑到与其承载能力有关 的其他条件 1 邻接条件 由多个行星轮均匀对称地布置在太阳轮和内齿轮之间的行星传动 设计中必须保证相邻两个行星轮齿顶之间不得相互碰撞 这个约束称之为邻接条件 按公式 3 7 见参考文献 2 验算其邻接条件 即 p acac n ad sin2 式中 np 行星轮个数 aac a c 啮合副的中心距 dac 行星轮的齿顶圆直径 已知代入上式可得 5 97 120 acac ad 87 168 3 180 sin 5 972120 即满足邻接条件 2 同心条件 对于 2K H 型行星传动 三个基本构件的旋转轴线必须重合于主轴 线 即由中心轮和行星轮组成的所有啮合副实际中心距必须相等 称之为同心条件 按公式 3 8a 见参考文献 2 验算同心条件 即 cbac aa 已知 5 97 5 97 cbac aa 即满足同心条件 3 安装条件 在行星传动中 几个行星轮能均匀装入并保证中心论正确啮合应具 备的齿数关系和切齿要求 称之为装配条件 按公式 3 20 见参考文献 2 验算安装条件 即 c n zz p ba 整数 已知3 61 17 pba nzz 26 3 6117 p ba n zz 即满足安装条件 2 2 5 传动效率的计算 按照表 5 1 见参考文献 2 或 5 2 见参考文献 2 中所对应的效率计算公式计算 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 6 按公式 5 36 见参考文献 2 计算如下 m 对于啮合副 a c 齿顶圆压力角 75 32 95 9 79 arccosarccos 1 a b a d d 5 30 120 4 103 arccosarccos 2 a b a d d 56 1 tantantantan 2 1 2211 aa zz 对于啮合副 c b 齿顶压力角 5 30 1 58 14 2 78 1 tantantantan 2 1 2211 aa zz 根据公式 5 37 见参考文献 2 得 取1 0 m f 025 0 11 2 21 zz fm x ma 008 0 11 2 21 zz fm x mb 行星齿轮传动中大都采用滚动轴承 摩擦损失很小故可忽略 974 0 1 1 x mb x ma b xa p p 可见 该行星传动的传动效率较高 可满足短期间断工作方式的使用要求 行星齿轮传动功率分流的理想受力状态由于受不可避免的制造和安装误差 零件变 形及温度等因素的影响 实际上是很难达到的 若用最大载荷 Fbtamax与平均载荷 Fbta之比 值 Kp来表示载荷不均匀系数 即 Kp Fbtamax Fbta Kp值在的范围内变化 为了减小载荷不均匀系数 便产生了所谓的均载 pp nK 1 机构 均载机构的合理设计 对能否充分发挥行星传动的优越性有这极其重要的意义 均载机构分为基本构件浮动的均载机构 采用弹性元件的均载机构和杠杆联动式均 载机构 在选用行星齿轮传动的均载机构时 根据该机构的功用和工作情况 应对其提出如 下几点要求 1 均载机构在结构上应组成静定系统 能较好的补偿制造和装配误差及零件的变 形 且使载荷分布不均匀系数 K 值最小 2 均载机构的补偿动作要可靠 均载效果要好 为此 应使均载构件上所受的力 较大 因此 作用力大才能使其动作灵敏 准确 3 在均载过程中 均载构件应能以较小的自动调整位移量补偿行星齿轮传动存在 的制造误差 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 7 4 均载机构应制造容易 结构简单 紧凑 布置方便 不得影响到行星齿轮传动 的传动性能 5 均载机构本身的摩擦损失应尽量小 效率要高 6 均载机构应具有一定的缓冲和减振性能 至少不应增加行星齿轮传动的振动和 噪声 在本设计中采用了中心轮浮动的结构 太阳轮通过双齿或单齿式联轴器与高速轴相 联实现浮动 如图 2 2 所示 前者既能使行星轮间载荷分布均衡 又能使啮合齿面沿 齿寛方向的载荷分布得到改善 而后者在使行星轮间载荷均衡过程 只能使太阳轮轴线 偏斜 从而使载荷沿齿寛方向分布不均匀 降低了传动承载能力 这种浮动方法 因为 太阳轮重量小 浮动灵敏 结构简单 易于制造 便于安装 应用广泛 根据 2K H A 型行星传动的工作特点 传递扭矩的大小和转速的高低等情况对其进 行具体的结构设计 首先应该确定太阳轮 a 的结构 因为它的直径 d 较小 所以轮 a 应 该采用轴齿轮的结构 因为在该设计中采用了中心论浮动的结构因此它的轴与浮动齿轮 联轴器的外齿半联轴套 制成一体或连接 如图 2 3 且按该行星传动的扭矩初步估算 输入轴的直径 da 同时进行轴的结构设计 为了便于轴上零件的拆装 通常将轴制成阶梯 形 总之在满足使用要求的情况下 轴的形状和尺寸应力求简单 以便于加工制造 详 见结构设计计算 a b 图 2 2 齿轮联轴器 内齿轮做成环形齿圈 在该设计中内齿轮是用键在圆周方向上实现固定的 行星轮通过两个轴承来支撑 由于轴承的安装误差和轴的变形等而引起的行星轮偏 斜 则选用具有自动调心性能的球面滚子轴承是较为有效的 但是只有在使用一个浮动 基本构件的行星轮传动中 行星轮才能选用上述自动调心轴承作为支撑 行星轮心轴的 轴向定位是通过螺钉固定在输出轴上实现的 行星架的结构选用了刚性比较好的双侧板整体式结构 与输出轴法兰联接 为保证 行星架与输出轴的同轴度 行星架时应与输出轴配做 并且用两个对称布置得销定位 行星架靠近输入轴的一端采用一个向心球轴承支撑在箱体上 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 8 转臂上各行星轮轴孔与转臂轴线的中心距极限偏差 fa 可按公式 9 1 见参考文献 2 计算 现已知啮合中心距 a 97 5mm 则 mm a fa0368 0 1000 83 取 mfa 8 36 图 2 3 太阳轮 各行星轮轴孔的孔距相对偏差的 1 2 即 1 mex 182 1 在对所设计的行星齿轮传动进行了其啮合参数和几何尺寸计算 验算其转配条件 且进行了结构设计之后 绘制该行星齿轮的传动结构图 即装配图 如下图 2 4 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 9 图 2 4 行星减速箱结构图 2 2 6 减速器的润滑和密封 1 齿轮采用油池润滑 常温条件下润滑油的粘度按表 7 2 81 选用 见参考文献 11 2 轴承采用飞溅润滑 但每当拆洗重装时 应注入适量的 约占轴承空间体积 1 3 钙钠基润滑脂 3 减速器的密封 减速器的剖分面 陷入式端盖四周和视孔盖等处应涂以密封胶 2 2 7 齿轮强度验算 1 校核其齿面接触强度 1 确定使用系数 KA 查表 6 7 见参考文献 2 得 KA 1 1 工作机中等冲击 原动机轻微冲击的情况下 2 确定动载荷系数 KV 取功率 P 45KW na 377 1r min min 1 82 59 3 1 1 377 1 r p n n a x min 295rnn xa 已知 d1 85mm 有公式 6 57 见参考文献 2 得 smsm nnd v xx 31 1 19100 11 计算动载荷系数 kv由公式 6 58 见参考文献 2 得 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 10 B X v VA A k 200 取传动精度系数为 7 即 c 6 B 025 7 5 0 667 0 817 A 50 56 1 B 60 248 所以 kv 1 17 3 齿向载荷分布系数 FH KK 因为该 2K H 行星齿轮传动的内齿轮宽度与行星轮分度圆直径的比值小于 1 所以 1 fh kk 4 齿间载荷分配系数 FH KK 查表 6 9 见参考文献 2 得 1 1 FH KK 5 行星轮间载荷分配不均匀系数 FPHP KK 查图 7 19 见参考文献 2 取 2 1 HP K 由公式 7 12 得 见参考文献 2 取 3 1 12 1 5 11 FP k 6 节点区域系数 H Z 查图 6 9 见参考文献 2 得 05 2 H Z 7 弹性系数 E Z 查表 6 10 见参考文献 2 得 2 8 189mmNZE 8 重合度系数 Z 已知 a c 副 b c 副56 1 78 1 所以9 0 3 4 Zca 86 0 3 4 Zbc 9 螺旋角系数 Z 1cos Z 10 试验齿轮的接触疲劳极限 limH 查图 6 14 a 见参考文献 2 得 2 lim 1300Nmm H 11 最小安全系数 minmin FH SS 查表 6 11 见参考文献 2 得 6 1 25 1 minmin HH SS 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 11 12 接触强度计算的寿命系数 NT Z a c 用表 6 13 见参考文献 2 得 8 1 105488 2 60 ptxaL nnnN 查表 6 12 见参考文献 2 得 97 0 102 0191 0 1 6 1 L NTI N Z 8 12 10099 1 pLL unNN 93 0 102 0191 0 2 6 2 L NT N Z c b 77 2 c b z z u 7 2 10093 7 60 ptxbL nnnN 72 1 1055 6 p L L n uN N 由表 6 12 见参考文献 2 得 89 0 102 0191 0 1 6 1 L NT N Z 89 0 102 0191 0 2 6 2 L NT N Z 13 润滑油膜影响系数 RVL ZZZ 查图 6 17 见参考文献 2 取 1 L Z 查图 6 18 见参考文献 2 取 94 0 V Z 查图 6 19 见参考文献 2 取 95 0 R Z 14 齿面硬化系数 W Z 已知条件中给定硬度为 45 56HRC 取 1 0 W Z 15 尺寸系数 X Z 查表 6 15 见参考文献 2 得 0 9997 X Z a c 副 许用接触应力 HP 5 978 lim lim XWRVLNT H H HP ZZZZZZ S 齿面接触应力 H 6 663 1 1 0 u u bd Ft ZZZZ EHH 68 862 1101 HPHHUAHH KKKKK 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 12 a c 副满足齿面接触强度的要求 HPH c b 副 许用接触应力 HP 3 925 lim lim XWRVLNT H H HP ZZZZZZ S 齿面接触应力 H 62 334 1 1 0 u u bd Ft ZZZZ EHH 435 1101 HPHHUAHH KKKKK c b 副满足齿面接触强度的要求 HPH 2 校核其齿跟弯曲强度 1 弯曲强度计算中的切向力 Ft 使用系数 KA和动载荷系数 KV与接触强度计算相 同 即 17 1 1 1 VA KK 2 齿向载荷分布系数 F K 1 F K 3 齿间载荷分配系数 F K 查表 6 9 见参考文献 2 得 1 1 F K 4 齿形系数 Fa Y 查图 6 22 见参考文献 2 得 053 2 Fa Y 5 应力修正系数 Sa Y 查图 6 23 见参考文献 2 得 65 2 Sa Y 6 重合度系数 Y 按公式 6 75 见参考文献 2 计算 即 73 0 75 0 25 0 ac Yca 67 0 78 1 75 0 25 0 Ybc 7 螺旋角系数 Y 查图 6 25 见参考文献 2 得 1 Y 8 齿轮的弯曲疲劳极限 limF 查图 6 29 见参考文献 2 得 2 lim 310mmN F 9 弯曲强度计算的寿命系数 NT Y 由公式 6 13 见参考文献 2 得 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 13 8 2 8 1 10099 1 105488 2 LL NNca 7 2 7 1 10093 7 1055 6 LL NNbc 由公式 6 16 见参考文献 2 得 955 0 103 02 0 1 6 1 L NT N Yca 9 0 103 02 0 2 6 2 L NT N Y 835 0 103 02 0 1 6 1 L NT N Ycb 848 0 103 02 0 2 6 2 L NT N Y 10 弯曲强度计算的尺寸系数 X Y 由表 6 17 见参考文献 2 得 101 0 05 1 mYX 11 相对齿根圆敏感系数 relT Y 由图 6 33 见参考文献 2 查得 1 relT Y 12 相对齿根表面状况系数 RrelT Y 由表 6 18 见参考文献 2 得 9863 0 1 529 0 674 1 1 0 ZRrelT RY mRZ 12 13 最小安全系数 由表 6 11 见参考文献 2 查得 6 1 min F S 副 许用齿根应力 ca FP 44 2922 min lim XRrelTrelT F NTSaF FP YYY S YY 齿根应力 F 58 136 0 YYYY b F SaFa mn t F 36 251 0 FPFFVAFF KKKKK 副满足齿根弯曲强度的要求 ca FPF 副 许用齿根应力 cb FP 43 429 min lim XRrelTrelT F NTSaF FP YYY S YY 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 14 齿根应力 F 35 125 0 YYYY b F SaFa mn t F 7 230 0 FPFFVAFF KKKKK 副满足齿根弯曲强度的要求 cb FPF 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 15 3 结构设计计算 3 1 行星架的结构设计与计算 行星架是行星传动中结构比较复杂而重要的构件 当行星架作为基本构件时 它是 机构中承受外力矩最大的零件 因此行星架的结构设计和制造质量对行星轮间的载荷分 配以及传动装置的承载能力 噪声和振动等有重大影响 3 1 1 行星架的结构设计 行星架的常见结构形式有双臂整体式 双臂装配式和单臂式三种 在制造工艺上又 有铸造 锻造和焊接等不同形式 双臂整体式行星架结构刚性较好 采用铸造和焊接方法可得到与成品尺寸相近的毛 坯 加工余量小 铸造行星架常用于批量生产地中 小型行星减速器中 如用锻造 则 加工余量大 浪费材料和工时 不经济 焊接行星架通常用于单件生产的大型行星传动 结构中 该设计选用双臂式整体行星架 轴与行星架法兰连接 如图 3 1 所示 图 3 1 行星架 3 1 2 行星架结构计算 见参考文献 1 当两侧板不装轴承时 取25 5 97 3 025 0 3 025 0 1 acmmc201 取20 5 97 25 0 2 0 25 0 2 0 2 acmmc202 连接板的内圆半径 5 085 0 RRn 取120 5 70 5 085 0 RRn103 Rn 行星架厚度 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 16 为内齿轮宽度 b 52mm bbc 5 0 mmc26525 0 行星架外径 110 5 97 8 0 2mmdmmadaD cc 取mmD2831108 02 5 97 mmD284 3 2 齿轮联轴器的结构设计与计算 齿轮联轴器是用来联接同轴线的两轴 一同旋转传递转矩的刚性可移式机构 基本 形式见图 3 2 图 3 2 齿轮联轴器 1 外齿轴套 2 端盖 3 内齿圈 齿轮联轴器是渐开线齿轮应用的一个重要方面 一般由参数相同的内外齿轮副相互 配合来传递转矩 并能补偿两轴线间的径向 轴线倾斜的角位移 允许正反转 沿分度圆 如图 3 3 所示 位置剖切外齿 剖切面得齿廓为直线时 称之为直齿联轴 器 齿廓为腰鼓形曲线时 称之为鼓形齿联轴器 齿轮联轴器的内齿圈都用直齿 鼓形齿联轴器的主要特点 1 外齿轮齿厚中间厚两端薄 允许两轴线有较大的角位移 一般设计为 5 1 特殊的设计在以上也能可靠地工作 3 2 能承受较大的转矩和冲击载荷 在相同的角位移时 比直齿联轴器的承载能力 高 15 20 外形尺寸小 3 易于安装调整 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 17 图 3 3 分度圆 加工鼓形齿常用滚齿法和插齿法 用磨齿和剃齿法也可获得一定得鼓形量 齿轮联轴器的外齿半联轴套和太阳轮做成一体 直径较小而承受转矩较大情况下常 取 并设计成鼓形齿 3 02 0 1 dgb 已知6 106 mmmdg 内齿圈宽度 见参考文献 1 1 25 1 15 1 2bb 取 6 31 2 21 3 02 0 1 dgbmmb201 取25231 25 1 15 1 2 bbmmb252 联轴器外壳的壁厚为 取 6 103 5 1 005 0 dghgmmhg 5 10 3 3 轴的结构设计与计算 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸 轴的结构主要取决于以下因 素 轴在机器中的安装位置及形式 轴上安装零件的类型 尺寸 数量以及和轴的连接 方法 载荷的性质 大小 方向及分布情况 轴的加工工艺等等 3 3 1 输入轴的结构设计与计算 1 拟定轴上零件的装配方案 拟定轴上的装配方案是进行轴的结构设计的前提 它决定轴的基本形式 所谓装配 方案就是预定出轴上主要零件的装配方向 顺序和相互关系 如图 2 4 中的装配方案是轴 承 套筒 轴承 轴承端盖依次从轴右端向左装 2 轴上零件的定位 为了防止轴上零件受力时发生沿轴向和周向的相对运动 轴上零件出了游动或空转 的要求外 都必须进行轴向和周向定位 以保证其准确的工作位置 1 轴上零件的轴向定位是以套筒 轴承端盖和轴承盖来保证的 2 轴上零件的周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动 常用的周向定位 的零件有键 花键 销 紧定螺钉以及过盈配合等 3 各轴段直径和长度的确定 1 按扭矩计算轴径 轴的材料选用 40Gr 则查表 15 3 见参考文献 5 得 110 45 0 AMPa T 计算轴的直径 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 18 有公式 15 2 见参考文献 5 得 mm n P n p d TT 98 49 1 377 45 997 101 2 0 9550000 2 0 9550000 33 33 取mmd70min 2 初步确定各轴段直径和长度如图 3 4 所示 图 3 4 输入轴 4 轴上零件的选择 1 轴承的选择 2 键的选择 见参考文献 7 表 14 1 bxh 16x10 L 70mm 3 3 2 输出轴的设计计算 1 拟定轴上零件的装配方案 如图 2 4 中的装配方案是行星架 轴承和轴承盖 依次从轴左端向右装 2 轴上零件的定位 1 轴上零件的轴向定位是以定位轴肩 轴承端盖和轴承盖来保证的 2 轴上零件的周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动 常用的周向定位 的零件有键 和过盈配合等 3 各轴段直径和长度的确定 1 按扭矩计算轴径 选用的原动机为 p 45kw n 377 1 min r98 0 5882 4 i min 19 82 5882 4 min 1 377 r r i n n r c kwkwppc 1 4498 0 45 根据公式 15 2 见参考文献 5 得 mm r kw n p d TcT c c 9 82 min 19 822 0 4419550000 2 0 9550000 33 取 mmdc86 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 19 2 初步确定各轴段直径和长度如图 3 5 所示 4 轴上零件的选择 1 轴承的选择 见参考文献 4 2 键的选择 见参考文献 7 表 14 1 bxh 25x14 L 50mm a b 图 3 5 输出轴 3 4 铸造箱体的结构设计计算 见参考文献 1 铸造机体的壁厚 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 20 053 1 1000 1233103 1000 3 BD k 查表 7 5 见参考文献 1 得mm10 下列计算均按表 7 5 16 见参考文献 1 算 机体壁厚 mm10 前机盖壁厚 mm88 01 后机盖壁厚 mm102 机盖法兰凸缘厚度 125 1 3d 加强肋厚度 mm104 加强肋的斜度为 2 机体宽度 mmBB2345 4 机体机盖紧固螺栓直径 mmd10 185 0 1 轴承端盖螺栓直径 mmdd818 02 底脚螺栓直径 mmd12 机体底座凸缘厚度 取mmdh1218 5 11 mmh15 地脚螺栓孔的位置 取mmdc 85 2 11 mmc201 mmdc 85 2 取mmc202 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 21 4 输入轴的工艺设计 4 1 零件的分析 4 1 1 零件的图样分析 1 两个的同轴度公差为 0 025mm 两个的圆柱面的圆跳动公差 032 0 002 0 80 032 0 002 0 80 为 0 025mm 2 与两个圆柱的同轴度公差为 0 025mm 圆柱面的圆跳 030 0 011 0 70 032 0 002 0 80 030 0 011 0 70 动公差为 0 025mm 3 齿顶圆圆跳动公差为 0 022mm 4 键槽的对称度公差为 0 015mm 5 正火处理后硬度为 179 229HBS 6 材料为 40Cr a b 图 4 1 输入轴 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 22 4 1 2 零件的工艺分析 1 图样中对键槽对称度的检查 可采用偏摆仪及量块配合完成 也可采用专用对 称度检具进行检验 2 输入轴各部同轴度的检查 可采用偏摆仪和百分表结合进行检查 4 2 工艺规程设计 4 2 1 确定毛坯的制造形式 零件材料为 40Cr 毛坯为锻件 4 2 2 基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一 基面选择的正确与合理可以使加工 质量得到保证 生产率得以提高 否则 加工工艺中问题百出 更有甚者还会造成零件 的大批报废 使生产无法正常进行 1 粗基准的选择原则 没有经过切削加工的表面作为定位的基准 称为粗基准 其原则是 1 选与加工表面有较高相对位置要求的不加工表面作为粗基准 2 粗基准的选择必须使重要的加工表面有足够且均匀的加工余量 3 粗基准在同一尺寸方向上一般情况下只能使用一次 2 精基准的选择原则 选精基准主要应考虑减少定位误差 保证加工精度要求和安装方便准确其原则是 1 基准重合原则 尽可能用设计基准或工序基准作为定位基准 2 基准统一原则 一个零件的整个工艺过程中 出了个别工序外 尽量用同一的定 位基准面 以便简化夹具的设计和制造 有利于保证零件的相互位置精度 3 自为基准原则 用加工表面本身作为定位基准 4 互为基准原则 就是用有相互位置精度要求的表面分别作为精基准进行加工 此外精基准的选择还应使工件定位稳定 加紧可靠 4 3 制定工艺路线 4 3 1 工艺路线方案一 1 锻造 锻造 2 热处理 正火 3 车 装夹工件左端 粗车右端面 留半精车余量 0 5mm 钻中心孔 B2 5 粗车 外圆 均留半精加工余量 2mm 粗车右端面见光为止 75 70 80 140 4 车 调头装夹工件 粗车左端面留半精车余量 0 5mm 粗车孔至101 粗车至 粗车外圆见圆为止 98 6122 6120 140 5 车 夹工件右端 半精车左端面 保证尺寸 50mm 半精车孔至图样尺101 寸 半精车至图样尺寸 6122 6 插齿 以右端面定位 插 m6 内齿至图样要求 7 倒角 倒齿端圆角 8 钳 修齿部毛刺 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 23 9 热处理 齿部高频淬火 硬度为 50HRC 10 车 夹工件左端顶右端 精车右端各部至图样尺寸 孔口倒角 1 5X45 11 划线 划键槽线 12 铣 铣键槽 0 043 0 20 13 检验 按图样检查各部尺寸精度 14 入库 涂油入库 4 3 2 工艺路线方案二 1 锻造 锻造 2 热处理 正火 3 车 装夹工件左端 粗车右端面 留半精车余量 0 5mm 钻中心孔 B2 5 粗车 外圆 均留半精加工余量 2mm 粗车右端面见光为止 75 70 80 140 4 车 夹工件左端顶右端 精车右端各部至图样尺寸 孔口倒角 1 5X45 5 车 调头装夹工件 粗车左端面留半精车余量 0 5mm 粗车孔至 101 98 粗车至 粗车外圆见圆为止 6122 6120 140 6 车 夹工件右端 半精车左端面 保证尺寸 50mm 半精车孔至图样尺101 寸 半精车至图样尺寸 6122 7 插齿 以右端面定位 插 m6 内齿至图样要求 8 倒角 倒齿端圆角 9 钳 修齿部毛刺 10 热处理 齿部高频淬火 硬度为 50HRC 11 划线 划键槽线 12 铣 铣键槽 0 043 0 20 13 检验 按图样检查各部尺寸精度 14 入库 涂油入库 4 3 3 工艺路线方案三 1 锻造 锻造 2 热处理 正火 3 车 装夹工件左端 粗车右端面 留半精车余量 0 5mm 钻中心孔 B2 5 粗车 外圆 均留半精加工余量 2mm 粗车右端面见光为止 75 70 80 140 4 车 调头装夹工件 粗车左端面留半精车余量 0 5mm 粗车孔至 101 98 粗车至 粗车外圆见圆为止 6122 6120 140 5 车 夹工件右端 半精车左端面 保证尺寸 50mm 半精车孔至图样尺101 寸 半精车至图样尺寸 6122 6 插齿 以右端面定位 插 m6 内齿至图样要求 7 倒角 倒齿端圆角 8 热处理 齿部高频淬火 硬度为 50HRC 9 划线 划键槽线 10 铣 铣键槽 0 043 0 20 11 车 夹工件左端顶右端 精车右端各部至图样尺寸 孔口倒角 1 5X45 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 24 12 钳 修齿部毛刺 13 检验 按图样检查各部尺寸精度 14 入库 涂油入库 相比较而言 方案三得工艺路线最好 方案一方案二中先加工好了工件右各部分在 加工左端齿轮部分 工件右端各部的精度要求比较高 在加工好后在装夹 表面精度就 得不到保证 所以选择方案一 4 4 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 4 4 1 机械加工余量的确定 1 外圆的加工余量 查表 1 20 见参考文献 9 得 粗车 2 0mm 半精车 1 0mm 精车 0 5mm 2 端面的加工余量 查表 1 25 见参考文献 9 得 粗车 2 0mm 精车 1 0mm 3 孔的加工余量 查表 1 25 见参考文献 9 得 粗车 2 0mm 精车 1 0mm 4 插齿的加工余量 插表 17 4 20 见参考文献 12 4 4 2 毛坯尺寸的确定 如下图所示 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 25 图 4 1 毛坯尺寸 4 5 确定切削用量及基本工时 工序二 加工件左端 粗车右端面留半精车余量 0 5mm 钻中心孔 B2 5 粗车工件右 端外圆 留精加工余量 2mm 80 75 70 1 加工条件 工件材料 40Gr HBS 179 229 锻造 正火处理 机床 CA6140 2 切削用量 1 粗车右端面 1 确定切削深度 ap 由毛坯尺寸可知留 0 5mm 做半精车余量 取粗车切削深度 ap 1mm 2 确定进给量 查表 11 1 见参考文献 8 得 f 0 6 0 9mm r 取 f 0 6mm r 3 确定切削速度 v 查表 11 5 见参考文献 8 得 v 1 5 1 83m s 取 V 1 5m s 4 确定主轴转速 n 有公式 见参考文献 8 sr mm sm d v n 55 5 8614 3 5 11000 14 3 1000 根据机床说明书 见参考文献 8 取 n 5 5r s 此时切削速度为 sm dn v 48 1 1000 5 58614 3 1000 5 计算基本工时 t s rmmsr mm i fn LbLaL t 5 131 6 0 55 5 243 1 2 粗车外圆80 1 确定切削深度 ap 由毛坯尺寸可知留 2 0mm 做精车余量 取粗车切削深度 ap 2mm 车两刀 2 确定进给量 查表 11 1 见参考文献 8 得 f 0 6 0 9mm r 取 f 0 9mm r 3 确定切削速度 v 查表 11 5 见参考文献 8 得 v 1 5 1 83m s 取 V 1 5m s 4 确定主轴转速 n 有公式 见参考文献 8 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 26 sr mm sm d v n 55 5 8614 3 5 11000 14 3 1000 根据机床说明书 取 n 5 5r s 此时切削速度为 sm dn v 48 1 1000 5 58614 3 1000 5 计算基本工时 t s rmmsr mm i fn LbLaL t 4 432 9 0 55 5 5212 2 3 粗车外圆70 1 确定切削深度 ap 由毛坯尺寸可知留 2 0mm 做精车余量 取粗车切削深度 ap 2mm 车五刀 2 确定进给量 查表 11 1 见参考文献 8 得 f 0 6 0 9mm r 取 f 0 9mm r 3 确定切削速度 v 查表 11 5 见参考文献 8 得 v 1 5 1 83m s 取 V 1 5m s 4 确定主轴转速 n 有公式 见参考文献 8 sr mm sm d v n 55 5 8614 3 5 11000 14 3 1000 根据机床说明书 见参考文献 8 取 n 5 5r s 此时切削速度为 sm dn v 48 1 1000 5 58614 3 1000 5 计算基本工时 t s rmmsr mm i fn LbLaL t 6 125 9 0 55 5 5 5 5 120 2 4 粗车外圆75 1 确定切削深度 ap 由毛坯尺寸可知留 1 0mm 做精车余量 取粗车切削深度 ap 2mm 车三刀 2 确定进给量 查表 11 1 见参考文献 8 得 f 0 6 0 9mm r 取 f 0 9mm r 3 确定切削速度 v 查表 11 5 见参考文献 8 得 v 1 5 1 83m s 取 V 1 5m s 4 确定主轴转速 n 有公式 见参考文献 8 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 27 sr mm sm d v n 55 5 8614 3 5 11000 14 3 1000 根据机床说明书 见参考文献 8 取 n 5 5r s 此时切削速度为 sm dn v 48 1 1000 5 58614 3 1000 5 计算基本工时 t s rmmsr mm i fn LbLaL t123 9 0 55 5 515 2 5 粗车右端面140 1 确定切削深度 ap 由毛坯尺寸可知留 1 0mm 做精车余量 取粗车切削深度 ap 2mm 车一刀 2 确定进给量 查表 11 1 见参考文献 8 得 f 0 6 0 9mm r 取 f 0 9mm r 3 确定切削速度 v 查表 11 5 见参考文献 8 得 v 1 5 1 83m s 取 V 1 5m s 4 确定主轴转速 n 有公式 见参考文献 8 sr mm sm d v n 55 5 8614 3 5 11000 14 3 1000 根据机床说明书 见参考文献 8 取 n 5 5r s 此时切削速度为 sm dn v 48 1 1000 5 58614 3 1000 5 计算基本工时 t s rmmsr mm i fn LbLaL t8 5 9 0 55 5 2 82140 2 工序三 掉头装夹工件 粗车左端面留半精车余量 0 5mm 粗车孔至 粗101 98 车至 粗车外圆见圆为止 6122 6120 140 1 加工条件 加工条件同工序二 2 切削用量 1 粗车左端面 1 确定切削深度 ap 由毛坯尺寸可知留 0 5mm 做半精车余量 取粗车切削深度 ap 1mm 2 确定进给量 查表 11 1 见参考文献 8 得 f 0 6 0 9mm r 取 f 0 6mm r 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20102010 届毕业设计届毕业设计 28 3 确定切削速度 v 查表 11 5 见参考文献 8 得 v 1 5 1 83m s 取 V 1 5m s 4 确定主轴转速 n 有公式 见参考文献 8 sr mm sm d v n 55 5 8614 3 5 11000 14 3 1000 根据机床说明书 见参考文献 8 取 n 5 5r s 此时切削速度为 sm dn v 48 1 1000 5 58614 3 1000 5 计算基本工时 t s rmmsr mm i fn LbLaL t4 81 6 0 55 5 2 690140 1 2 粗车孔至101 mm98 1 确定切削深度 ap 由毛坯尺寸可知留 3mm 做半精车余量 取粗车切削深度 ap 2mm 走两刀 2 确定进给量 查表 11 1 见参考文献 8 得 f 0 4 0 7mm r 取 f 0 5mm r 3 确定切削速度 v 查表 11 5 见参考文献 8 得 v 0 667 1 00m s 取 V 1 0m s 4 确定主轴转速 n 有公式 见参考文献 8 sr mm sm d v n 54 3 9014 3 0 11000 14 3 1000 根据机床说明书 见参考文献 8 取 n 3 5r s 此时切削速度为 sm dn v 989 0 1000 5 39014 3 1000 5 计算