平板搓丝机设计说明书.doc

此文档可自行编辑修改，如有侵权请告知删除，感谢您的支持，我们会努力把内容做得更好平板搓丝机执行机构综合设计说明书设计名称: 平板搓丝机的执行机构综合 专 业：机电一体化2班 姓 名： 孙 欣 学 号： 200876822 指导老师： 温 亚 莲 时 间： 2010/12/13你好目录一、问题的提出-(3)1.1设计题目简介-(3)1.2设计参数与要求-(3)1.3设计任务-(4)二、数据设计-(4)2.1机械简图如下-(4)2.2杆件长度确定-(5) 2.3曲柄功率及所需驱动力矩计算-(5)2.4电机的选择-(6)2.5各轮直径选择-(6)三、机构的运动分析-（7）3.1建立如图所示的坐标系-(7)3.2列方程- -(7)3.3运动曲线-(8) 3.4最终方案的机构运动简图- (9)四、总结-(10)4.1机构设计原理-(10)4.2、心得与收获-(11)五、参考文献-(11)一、 问题的提出1.1设计题目简介图示为平板搓丝机结构示意图，该机器用于搓制螺纹。电动机1通过V带传动、齿轮传动3减速后，驱动曲柄4转动，通过连杆5驱动下搓丝板（滑块）6往复运动，与固定上搓丝板7一起完成搓制螺纹功能。滑块往复运动一次，加工一个工件。送料机构（图中未画）将置于料斗中的待加工棒料8推入上、下搓丝板之间。图1 平板搓丝机结构示意图1.2、设计数据与要求平板搓丝机设计数据最大加工直径(mm)最大加工长度(mm)滑块行程(mm)搓丝动力(kN)生产率(件/min)10180320340932该机器室内工作，故要求振动、噪声小，动力源为三相交流电动机，电动机单向运转，载荷较平稳。工作期限为十年，每年工作300天；每日工作8小时。1.3、设计任务（1） 针对图1所示的平板搓丝机传动方案，依据设计要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图；（2）假设曲柄AB等速转动，画出滑块C的位移和速度的变化规律曲线；（3） 在工作行程中，滑块C所受的阻力为常数（搓丝动力），在空回行程中，滑块C所受的阻力为常数1kN；不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩；（4） 取曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量；（5） 用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。（6） 图纸上绘出最终方案的机构运动简图（可以是计算机图）并编写说明书。二、传动设计2.1机械简图如下2.2杆件长度确定（1）题目要求最大加工长度为180，则下搓丝板宽度b=180（2假设几组数据，经计算验证，最终选取取偏心距e=150；AB=150;BC=400（经验证；滑块行程=529.1-200=329.1满足要求） 2.3曲柄功率及所需驱动力矩计算：AB飞轮（曲柄）角速度为：B点速度为：曲柄功率为：曲柄所需驱动力矩为：取齿轮传动效率为0.97；一对轴承的传动效率为0.98；带传动效率为0.96，则电机所需效率为计算如下：2.4电机的选择： 工作机转速32r/min 传动比范围: V型带：i1=2-4；减速器：i2=8-40; 总传动比i= i1*i2=16-160 可知电动机应选型号为Y160M6，同步转速1000r/min，满载转速为970r/min选取Y2-132M-4型号电机，额定功率：7.5Kw （大于6.551） ；额定电流：15.6A；转速；1440r/min;效率:87%；功率因素；0.84；最大转矩；2.3KNm；最小转矩：1.4KNm；2.5传动比AB轮转速n=32r/min;总传动电动机转速n=1440r/min总传动比为1440/32=45；初定传动比为=3、 取=3.87、=3.872.6 各轴转速2.7 各轴输入功率 2.8 各轴输入转矩电动机所需实际转矩及电动机的输出转矩为 2.9各轴参数列表轴输出功率输出转矩转速传动比电机轴(0)6.551KW1440r/min高速轴(1)480r/min3中间轴(2)124.03r/min3.87低速轴(3)31.97r/min3.87三、运动分析3.1建立如图所示的坐标系 3.2列方程以C点在为左极限时初始位置，求C点的位置方程：AB角速度为：AB初始角度为：AB角度为：B点的位置方程为：C点的位置方程为：3.3运动曲线运用Matlab绘制C点运动曲线（一个周期）如下： 3.4机构最终运动简图四、带传动设计4.1 确定计算功率由书中表8-7查的工作情况系数为,故4.2 选择V带的带型根据、由图8-10选用B型。4.3 确定带轮的基准直径并验算带速初选小带轮的基准直径。由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径。验算带速。按式（8-13）验算带的速度因为，故带速合适。计算大带轮的基准直径。根据式（8-15a），计算大带轮的基准直径根据表8-8，圆整为。验算实际传动比为 故。4.4 确定V带的中心距和基准长度（1） 根据式（8-20），初定中心距。（2） 由式（8-22）计算带所需的基准长度由表8-2选带的基准长度。（3） 按式（8-23）计算实际中心距。 中心距的变化范围为4.5 验算小带轮上的包角4.6 计算带的根数z（1） 计算单根V带的额定功率。由和，查表8-4a得.根据，和B型带，查表8-4b得。查表8-5得，表8-2得，于是（2） 计算V带的根数z。取2根。4.7 计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3得B型带的单位长度质量,所以应使带的实际初拉力 。4.8 计算压轴力压轴力的最小值为4.9 带传动各参数列表计算项目计算内容计算结果确定计算功率由表8-7由公式选取带型由图8-10选用B带选取小带轮直径由表8-6 表8-8大带轮直径小带轮带速初选中心距初选带初步基准长度带基准长度由表8-2实际中心距小带轮包角带的根数由表8-4a求P0由表8-4b的基本额定功率增量由表8-5取包角系数由表8-2取长度系数Z取2带的初拉力由表8-3取初压力:带的压轴力五、齿轮设计5.1 材料选取：（1）按下图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。（2）平板搓丝机为一般工作机器，速度不太高，故选用7级精度（GB10095-88）。（3）由书表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，而这材料硬度差为40HBS。5.2 低速级（1）选小齿轮齿数,大齿轮齿数 取。（2）按齿面接触强度设计由设计计算公式（10-9a）进行试算，即1) 确定公式内的各计算数值1 试选载荷系数2 小齿轮传递的转矩3 由表10-7选取齿宽系数4 由表10-6查的材料的弹性影响系数5 由图10-21d按齿面硬度差得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。6 由式10-13计算应力循环次数。 7 由图10-19取接触疲劳寿命系数 ； 8 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得 2) 计算1 试算小齿轮分度圆直径,带入中较小的值。 2 计算圆周速度v。3 计算齿宽b。 4 计算齿宽与齿高之比 。模数 齿高 5 计算载荷系数。根据 ，7级精度，由图10-8查得动载系数；直齿轮， ；由表10-2查得使用系数 ；由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，。由 ， 查图10-13得；故载荷系数 6 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得 7 计算模数m。，（3）按齿根弯曲强度设计由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为 1） 确定公式内的各计算数值1 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限 2 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ，；3 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得4 计算载荷系数K。 37=1.397。5 查取齿形系数。由表10-5查得 ；。6 查取应力校正系数。由表10-5查得 ；。7 计算大、小齿轮的 大齿轮的数值大。2） 设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度酸的的模数3.21并就近圆整为标准值m=4 mm，按按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数大齿轮齿数，取 。 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，并做到结构紧凑，避免浪费。（4）几何尺寸计算1）计算分度圆直径2） 计算中心距3) 计算齿轮宽度取 ，。（5）主要参数列表计算项目计算结果传动比3.87压力角模数就近圆整为标准值m=4 mm齿数大齿轮齿数，取 分度圆直径中心距齿宽5.3 高速级（1）选小齿轮齿数,大齿轮齿数 取。（2）按齿面接触强度设计由设计计算公式（10-9a）进行试算，即4) 确定公式内的各计算数值8 试选载荷系数9 小齿轮传递的转矩10 由表10-7选取齿宽系数11 由表10-6查的材料的弹性影响系数12 由图10-21d按齿面硬度差得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。13 由式10-13计算应力循环次数。 14 由图10-19取接触疲劳寿命系数 ； 8 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得 5) 计算1 试算小齿轮分度圆直径,带入中较小的值。 2 计算圆周速度v。3 计算齿宽b。 4 计算齿宽与齿高之比 。模数 齿高 8 计算载荷系数。根据 ，7级精度，由图10-8查得动载系数；直齿轮， ；由表10-2查得使用系数 ；由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，。由 ， 查图10-13得；故载荷系数 9 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得 10 计算模数m。，（3）按齿根弯曲强度设计由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为 3） 确定公式内的各计算数值1 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限 2 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ，；3 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得8 计算载荷系数K。 37=1.411。9 查取齿形系数。由表10-5查得 ；。10 查取应力校正系数。由表10-5查得 ；。11 计算大、小齿轮的 大齿轮的数值大。4） 设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数并就近圆整为标准值m=2.5 mm，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数大齿轮齿数，取 。 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，并做到结构紧凑，避免浪费。（4）几何尺寸计算1）计算分度圆直径2） 计算中心距6) 计算齿轮宽度取 ，。（5）主要参数列表计算项目计算结果传动比3.87压力角模数就近圆整为标准值m=2.5 mm齿数 ，取 分度圆直径中心距齿宽，六、轴的设计6.1高速轴的设计计算1、求出输出轴上的功率，由前面所求的数据可知I轴上=, =480r/min, 2、求作用在小齿轮上的力求得高速轴上小齿轮的分度圆直径则有：圆周力径向力：3、 初步确定轴的最小直径现初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理。经查阅资料选取取，则有：根据带轮的相关参数规定初定大带宽度4、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案如下 图（1）（2） 将最小直径段与带轮配合，即图中AB段，为轴向定位带轮该段右端有一轴肩，所以取。带轮左端用轴端挡圈定位，带轮宽B=43.2mm,为了使左端挡圈只压在带轮上而不压在轴端，需要轴略短一点，取。 (3) 初选轴承 因轴承受到径向力作用，选用深沟球轴承，参照工作要求并根据，查阅轴承相关资料初步选取深沟球轴承6007，其尺寸为：小径*大径*宽度 则有 和 查得6007型轴承的定位轴肩高度h=3mm，因此取(4) 安装齿轮处的轴端D-E的直径;齿轮的右端采用套筒定位，由求得的小齿轮的轮毂宽度为96mm，为了使套筒端面压紧齿轮端面取,齿轮的左端采用轴肩定位，根据轴肩高度h0.07d,取h=4mm,则可知轴环处的直径,轴环的宽度b1.4h,取(5) F-G段安装轴套与轴承，所以，取齿轮右端面与减速箱壁的距离为16mm，则 。（6） 轴上零件的周向定位 齿轮、带轮与轴的周向定位均采用平键，根据由表6-1查得平键截面bhL=12mm8mm80mm,键槽用铣刀加工，长为mm，为了保证轴与带轮轮毂有良好的对中性，选择其配合为，带轮与轴的连接，选择平键bhL=8mm7mm36mm, 选择其配合为，轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为.6.2中间轴的设计计算(算法同高速轴)1、求出输出轴上的功率，由前面所求的数据可知I轴上=, =124.03r/min, 2、求作用在小齿轮上的力求得中间轴上小齿轮的分度圆直径则有：圆周力径向力：4、 初步确定轴的最小直径现初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理。经查阅资料选取取，则有：4、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案如下 图（1）（2） 将最小直径段与带轮配合，即图中AB段，为轴向定位带轮该段右端有一轴肩，所以取。带轮左端用轴端挡圈定位，带轮宽B=43.2mm,为了使左端挡圈只压在带轮上而不压在轴端，需要轴略短一点，取。 (3) 初选轴承 因轴承受到径向力作用，选用深沟球轴承，参照工作要求并根据，查阅轴承相关资料初步选取深沟球轴承6007，其尺寸为：小径*大径*宽度 则有 和 查得6007型轴承的定位轴肩高度h=3mm，因此取(4) 安装齿轮处的轴端D-E的直径;齿轮的右端采用套筒定位，由求得的小齿轮的轮毂宽度为96mm，为了使套筒端面压紧齿轮端面取,齿轮的左端采用轴肩定位，根据轴肩高度h0.07d,取h=4mm,则可知轴环处的直径,轴环的宽度b1.4h,取(5) F-G段安装轴套与轴承，所以，取齿轮右端面与减速箱壁的距离为16mm，则 。（6） 轴上零件的周向定位 齿轮、带轮与轴的周向定位均采用平键，根据由表6-1查得平键截面bhL=12mm8mm80mm,键槽用铣刀加工，长为mm，为了保证轴与带轮轮毂有良好的对中性，选择其配合为，带轮与轴的连接，选择平键bhL=8mm7mm36mm, 选择其配合为，轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为.四、总结4.1机构设计原理1、机械设计的目的：1）培养综合运用所学的理论知识与实践技能，树立正确的设计思想，掌握机械设计的一般方法和规律，提高机械设计的能力。2）通过设计实践，熟悉设计过程，学会准确使用资料，设计计算，分析设计结果，绘制图样，在机械设计基本技能的运用上得到训练。3）在课余时间，提供一个较为充分的设计空间，使在巩固所学知识的同时，强化创新意识，在设计实践中深刻领会机械设计的内涵。2、机械设计的步骤：1）设计准备：明确设计任务，设计要求，工作条件，针对设计任务和要求进行分析调研，查阅有关资料，参观现场实物。2）方案设计： 根据分析调研结果，选择原动机，传动装置，执行机构以及它们之间的连接方式，拟定若干可行的设计方案。3）总体设计：对所拟定的发难进行计算，分析，对执行机构和传动机构进行必要的初步设计，进行分析比较，选择一个正确合理的设计方案，绘制整体方案简图。4）结构设计（本次没有用到这一步）：针对某一部件，如部分传动装置或执行机构，进行详细设计，根据各个零部件的强度，刚度，使用寿命和结构要求，确定其结构尺寸和装配关系，完成装配图样设计和零件图样设计。5）整理文档：整理设计图样，编写设计说明书。3、设计中需要注意的几个问题：1）循序渐进，逐步完善：在设计过程中应该注意理论与实践的结合，要意识到，设计过程是一个复杂的系统工程，要从机械系统整体需要考虑，必须经过反复推敲和认真思考才能得到一个好的设计方案。2）巩固机械设计基本技能，注重设计能力的培养和训练：机械设计的内容繁多，有很多需要的知识课本上并没有，应该自觉加强理论与工程实践的而结合，掌握认识、分析、解决问的基本方法，提高设计能力。3）汲取传统经验，勇于创新：机械设计题目主要来自工程实际中的常见问题，设计中有很多前人的设计经验可以借鉴。在学习的过程中，要注意了解学习，继承前人