ProE自动门传动装置设计 课程设计说明书.doc

此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 湘潭大学湘潭大学 自动门传动装置设计 课程设计说明书 李荣华李荣华 2015 1 15 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 目录目录 1 自动门及蜗轮蜗杆传动简介 自动门及蜗轮蜗杆传动简介 1 2 总体方案确定总体方案确定 1 3 原动机类型的选择和参数的计算原动机类型的选择和参数的计算 2 3 1 已知参数 2 3 1 传动比的计算 2 3 2 电动机的选择 2 3 2 运动参数计算 3 4 蜗杆涡轮传动强度计算蜗杆涡轮传动强度计算 3 4 1 选择蜗杆传动类型 3 4 2 选择材料 3 4 3 按齿面接触疲劳强度设计 4 4 4 蜗杆涡轮的主要参数 5 4 5 校核齿根弯曲疲劳强度 6 4 6 验算效率 7 4 7 输出轴功率及转矩 7 4 8 主要设计结论及建模 7 5 蜗轮轴的尺寸设计与校核蜗轮轴的尺寸设计与校核 8 6 1 初步估算轴的最小直径 与联轴器连接部分的直径 8 6 2 轴的结构设计 9 6 3 轴的校核计算 9 6 减速器的润滑减速器的润滑 11 7 课程设计体会课程设计体会 11 参考文献 参考文献 12 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 1 自动门及蜗轮蜗杆传动简介 自动门及蜗轮蜗杆传动简介 此次设计的是一种直线移动的自动门 采用单级蜗轮蜗杆减速器传动 通过涡 轮输出轴驱动安装在门上的摩擦轮转动 带动门直线运动 蜗轮蜗杆减速器是一种动力传动机构 且可将电机的回转数减速到所要的 回转数 并得到较大转矩的机构 几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它 的踪迹 从交通工具的船舶 汽车 机车 建筑用的重型机械 机械工业所用 的加工机械及自动化生产设备 到日常生活中常见的家电 钟表等等 本设计 采用 Pro E 及 AutoCAD 软件 2 总体方案确定总体方案确定 根据要求设计单级蜗杆减速器 传动路线如下图 1 所示 电机 连轴器 蜗轮蜗杆减速器 连轴器 摩擦轮 采用蜗杆下置式结构 啮合处的 冷却和润滑均较好 蜗轮在蜗轮轴上分别利用平键和套筒作周向和轴向固定 蜗杆及蜗轮轴均采用调心滚子轴承 可承受较大径向载荷和少量轴向载荷的复 合作用 为防止轴外伸段箱内润滑油漏失以及外界灰尘 异物侵入箱内 在轴 承盖中装有密封元件 减速器的结构包括电动机 蜗轮蜗杆传动装置 蜗轮轴 箱体 滚动轴承 检查孔与定位销等附件 以及其他标准件等 电动机 电动机 电动机 Figure 1 自动门启闭传动机构布置 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 3 原动机类型的选择和参数的计算原动机类型的选择和参数的计算 3 1 已知参数已知参数 电动机功率 1 0 75Pw 电动机转速 1 910 nr min 大门单边长度 2 2lm 启闭运行时间 t15s 3 1 传动比的计算 传动比的计算 根据已知条件 易求得摩檫轮线速度 2 2 2 v0 15 15 l m s t 预设摩檫轮半径为 则涡轮输出轴的角速度为50rmm 2 0 15 3 0 05 v rad srad s r 即涡轮输出轴角速度为 2 3 606028 7 min 22 nr 蜗杆的转速 即电动机的转速 则蜗轮蜗杆的传动比为 1 910 minnr 1 910 31 7 228 7 n i n 圆整后取 32i 3 2 电动机的选择电动机的选择 根据要求及自动门的工作环境 选用 Y 系列封闭式笼型三相异步电动机 Y90S 6 电动机额定功率为 0 75w 转速 910r min 能防止灰尘 铁屑等进入 电动机内及防止任何方向的溅水对电动机的影响 3 2 运动参数计算运动参数计算 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 1 蜗杆轴的输入功率 转速与转矩 蜗杆轴的输入功率即电动机的输出功率 1P 1 0 75Pkw 蜗杆轴的转速 1 910 nr min 则蜗杆轴的转矩为 1 1 1 0 75 955095507 87 910 P TN mN m n A 2 蜗轮轴的输入功率 转速与转矩 先大概估算蜗轮蜗杆的传动效率为 则 12 0 8 涡轮轴的输入功率为 2112 0 75 0 80 6PPkw 涡轮轴的转速为 1 2 910 min28 4 min 32 n nrr i 涡轮轴的转矩为 2 2 2 0 6 95509550199652 28 4 P TN mmN mm n AA 4 蜗杆涡轮传动强度计算蜗杆涡轮传动强度计算 4 1 选择蜗杆传动类型选择蜗杆传动类型 本机构载荷较小 速度较低 精度要求不高 且力求加工简单 经济性高 故故选用阿基米德圆柱蜗杆闭式传动 4 2 选择材料选择材料 1 蜗杆 考虑到本蜗杆传动功率不大 速度较低 故蜗杆选用 45 钢 因希望耐磨性 好些 所以蜗杆螺旋齿面要求淬火 硬度为 45 55HRC 2 涡轮 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 考虑到本涡轮蜗杆传动滑动速度不高 对效率要求较低 涡 s 2 vm s 轮采用灰铸铁 HT150 为防止变形 进行时效处理 4 3 按齿面接触疲劳强度设计按齿面接触疲劳强度设计 由于蜗轮齿数较少 Z 90 且为闭式传动 涡轮蜗杆副多因齿面胶合或 点蚀而失效 因此应以齿面接触疲劳强度进行设计 而按齿根弯曲疲劳强度进 行校核 齿面接触疲劳强度设计计算公式为 22 12 480 H m dKT Z 1 确定蜗杆头数 蜗杆头数越大 传动比就越小 但效率越高 根据本设计传动比较小32i 及为提高效率的原因 选定蜗杆头数 2Z 2 确定载荷系数 由于自动门启动次数较多 荷载有小冲击 故使用系数取 因工1 15 A K 作载荷较稳定 故取载荷分布不均匀系数 因涡轮圆周速度 1K 2 3 vm s 取动载系数 则载荷系数为1 05 v K 1 15 1 1 051 21 AV KK K K 3 确定弹性影响系数 铸铁涡轮与钢蜗杆配对时 取 1 2 160 E ZMP 4 确定涡轮齿数 涡轮齿数为 2112 2 3264ZZi 5 确定许用接触应力 根据涡轮材料为灰铸铁 HT150 蜗杆螺旋齿面硬度大于 45HRC 估算的蜗 轮蜗杆滑动速度为 1 2m s 查表的蜗轮蜗杆的基本许用应力为 172 H MP 6 计算的值 2 m d 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 2 m d 233 480 1 21 199652 459 3 64 172 mmmm 因 查表得模数 蜗杆分度圆直径 导程角2Z 3 15m 1 35 5dmm 10 063 7 验算滑动速度 蜗轮蜗杆相对滑动速度为 11 1 35 5 910 1 72 1 2 cos60 1000cos60 1000cos10 063 s vd n vm sm s 在先前估算的范围内 所以不需要重算 4 4 蜗杆涡轮的主要参数蜗杆涡轮的主要参数 1 中心距 涡轮分度圆直径为 22 d3 15 64201 6mzmmmm 所以涡轮与蜗杆的中心距为 12 35 5201 6 118 6 22 dd ammmm 2 蜗杆 轴向齿距为 3 159 89 a pmmmmm 直径系数为 1 35 5 11 27 3 15 d q m 齿顶圆直径为 11 235 52 1 2 1541 8 aa ddh mmmmm 齿根圆直径为 11 2 35 52 1 3 150 25 3 15 27 6 fa ddhc mmmmm 蜗杆轴向齿厚为 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 0 50 53 154 95 a Smmm 3 涡轮 涡轮喉圆直径为 22 d3 15 64201 6mzmmmm 涡轮齿顶圆直径为 22 2201 62 1 2 15207 9 aa ddh mmmmm 涡轮齿根圆直径为 22 2 201 62 1 3 150 25 3 15 193 7 fa ddhc mmmmm 涡轮咽喉圆直径为 22 0 5118 550 5 207 914 6 ga radmm 4 5 校核齿根弯曲疲劳强度校核齿根弯曲疲劳强度 涡轮当量齿数为 2 2 3 64 67 02 cos cos10 063 v Z Z 根据 查手册图的齿形系数 v2 67 02Z 2 2 25 Fa Y 螺旋角系数为 10 063 10 9281 140 Y 许用弯曲应力为 FFFN K A 查表得灰铸铁 HT150 涡轮许用弯曲应力 28 F MP 应力循环次数为 8 2 6060 1 28 7 10 365 127 58 10 n Njn L 寿命系数为 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 6 6 99 8 10 10 0 48 7 58 10 FN K N 则算得许用弯曲应力为 28 0 4813 42 F MP 最后 弯曲应力为 1 53 1 21 119652 2 25 0 921810 24 13 42 35 5 201 6 3 15 FF MPMP 所以弯曲强度是满足的 4 6 验算效率验算效率 蜗轮蜗杆传动效率计算公式为 tan 0 95 0 96 tan v 已知 与相对滑动速度有关 由于10 063 tan vv arcf v f s v 查表 插值的 带人式中的 大于原1 72 m s 0 0225 1 208 vv f 0 83 估计值 因此不需要重算 4 7 输出轴功率及转矩输出轴功率及转矩 输出轴功率为 21 0 75 0 830 6225PPkw 输出轴转矩为 665 2 2 1 0 6225 9 55 109 55 102 08 10mm 28 4 P TN P A 4 8 主要设计结论及建模主要设计结论及建模 蜗轮蜗杆模数为 蜗杆直径 头数 涡轮齿3 15mmm 1 35 5dmm 2Z 数 蜗杆材料用 45 钢 齿面淬火 涡轮材料灰铸铁 HT150 砂模铸造 64Z Pro E 建模蜗杆如图 Figure 2 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 Figure 2 蜗杆 Pro E 建模涡轮 如图 Figure 3 Figure 3 5 蜗轮轴的尺寸设计与校核蜗轮轴的尺寸设计与校核 6 1 初步估算轴的最小直径 与联轴器连接部分的直径 初步估算轴的最小直径 与联轴器连接部分的直径 初步估算轴最小直径公式为 2 3 2min0 2 P dAmm n 其中 3 0 9550000 0 2 T A 根据轴材料为 45 钢 查表取 则最小轴径为 0 110A 2min 0 6225 11028 8 28 4 dmmmm 又因轴上有键槽所以增大 7 取 2 d 2 31dmm 根据输出轴结构设计 显然轴的最小直径是安装联轴器处的直径 为了使 所设计的轴直径与联轴器的孔径相适应 故需要同时选取联轴器的型号 联轴 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 器的计算转矩为 2caA TK T 其中为工作情况系数 查表可取 1 3 则 A K A K 5 1 1 2 07 10209 ca TN mmN m AA 查手册选用 YL8 型凸缘联轴器 其公称转矩为 半联轴器的孔径250mNA 为 取此处轴径为 半联轴器的长度 J 型 无沉孔的32mm32mm60mmL 短圆柱型轴孔 6 2 轴的结构设计轴的结构设计 蜗轮轴的材料为 45 钢并调质 且蜗轮轴上装有滚动轴承 蜗轮 轴套 密 封圈 键等 最终设计的涡轮输出轴轴如下图 Figure 4 所示 Figure 4 涡轮输出轴 与联轴器连接键为普通平键 GB T1096 1979A 型键 10 8 20 与涡轮连接键为普通平键 GB T1096 1979A 型键 12 8 28 圆角半径均为 1 6mm 6 3 轴的校核计算轴的校核计算 计算项计算项 目目 计算内容计算内容 计计 算结果算结果 转矩 1 T mmNT 1194247 1 圆周力 31846 6N 75 119424722 1 1 d T Ft 31846 6N t F 径向力 57 4tan 6 31846tan t FF 2547 5N F 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 2547 5N 轴向力 31846 6 ta tt FF tan n 20 Fr 11591 2N 141 1206000 2 2 1 tR F d FF 1334 6N 1334 1 RF 6N 计算支 承反力 141 140 5 25472616000 5 70 6 31846 2 R F 10948N 109482 RF N 垂直面 反力 6 5795 2 2 11591 2 2 1 r R R F FF 21 RR FF 5795 6N 合成弯矩 XZXY MMM 轴受转 矩 T 1194247NmmT 1 T T 1194247Nm m 许用应 力值 Mpa b 60 1 Mpa b 5 102 0 应力校 正系数 a a 59 0 5 102 60 01 bb a 0 59 当量弯 矩 蜗轮段轴中间截面 2222 3 542351 2 0 59 1194274 MMaT 889177 4Nmm 轴承段轴中间截面处 22 2 119427459 0 2 419283 M 88917 IIIM 7 4Nmm 81993 III M 3Nmm 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 819933Nmm 轴径校 核 mm M d b III 8552 601 0 4 889177 1 0 3 3 1 3 mm M d b III 755 51 601 0 819933 1 0 3 3 1 2 验算结果在 设计范围之 内 设计合 格 6 减速器的润滑减速器的润滑 减速器内部的传动零件和轴承都需要有良好的润滑 这样不仅可以减小摩 擦损失 提高传动效率 还可以防止锈蚀 降低噪声 本减速器采用蜗杆下置式 所以蜗杆采用浸油润滑 蜗杆浸油深度 h 大于 等于 1 个蜗杆螺牙高 但不高于蜗杆轴轴承最低滚动中心 蜗杆轴承采用脂润滑 为防止箱内的润滑油进入轴承而使润滑脂稀释而流 走 常在轴承内侧加挡油盘 7 课程设计体会课程设计体会 这次毕业设计我的主要任务是基于 Pro E 的蜗轮蜗杆减速器设计 这与以 前的课程设计有很大的不同 这可以说是全新的来学习一门知识 因为它不再 是零件的乃至机器的设计 而是一种全新的设计理念的分析与利用 通过本次设计使我对 Pro E 有了更深的理解和认识 但是在设计过程中我 也遇到了很多的困难 首先是 Pro E 分析方面知识的匮乏 许多理论