用于环形变压器的绕线机设计（机架部分）

编号： 本科毕业论文（设计）用于环形变压器的绕线机设计（机架部分）专 业 机械设计及其自动化（辅修国贸） 学 号 姓 名 指导教师 完成日期 宁波大学机械工程与力学学院机械工程与力学学院本科毕业论文（设计）I诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文用于环形变压器的绕线机设计（机架部分） 均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。承诺人（签名）： 年 月 日用于环形变压器的绕线机设计（机架部分）II摘要摘要：为了改进绕线机的结构性能和降低生产成本，本文研究绕线机的工作原理及生产过程，将绕线机分为绕线部分和机架部分。笔者主要设计机架部分，其主要作用是支撑绕线部分，夹紧固定和低速转动环形变压器的铁芯，以及保护内部结构。结合原有的设计理念，将其划分为三个部分：驱动部分、传动部分及固定部分，驱动部分主要是电机先经过皮带再通过蜗轮蜗杆减速器传递转速，传动部分主要是由一系列的齿轮传动来实现，固定部分则通过相同转向及转速的两个主动橡胶滚轮和一个从动滚轮来对环形铁芯进行夹紧并带动其转动。在设计结构和传动方式的过程中，同时对结构的强度及转矩进行计算校核。选材方面为降低成本主要使用 45 钢、灰口铸铁和 HT150 等材料。机身骨架则采用焊接。设计中主要使用了 CAD 工程制图软件。关键词：绕线机；机架部分；结构设计；夹紧及传动机械工程与力学学院本科毕业论文（设计）IIIDesign a winding machine for the production of toroidal transformer (stander part)Abstract：In order to improve the structural performance of the winding machine and reduce production costs, this study working principle and the production process of this winding machine, and winding machine is divided into the winding portion and the stander part. This design the stander parts:the main role is to support the winding part of the clamp fixed and low-speed rotating toroidal transformer core, and protect the internal structure. Combined with the original design concept, this structure can be divided into three parts: the drive part, transmission part and fixed part.The drive part go through a belt and give the speed to worm gear reducer, transmission parts is made up of a series of gears to make achieve the work.The fixed part is made up of two same steering and speed active rubber roller and a follower wheel clamping ring core to achieve the work. In the process of designing structure and transmission mode, check the structural strength and torque calculation. In order to reduce the costs, choose the material of 45 steel and gray cast iron and other cheap materials. Weld is used in the standers of machine. The CAD engineering drawing software is mainly used in the design process.Key words： winding machine；stander pats；structural design；clamping and drive用于环形变压器的绕线机设计（机架部分）IV目录摘 要 .II目 录 .IV1 引言 .12 总体方案设计 .32.1 方案一 .32.1.1 驱动部分 .32.1.2 传动部分 .32.1.3 固定部分 .42.2 方案二 .62.2.1 驱动部分 .62.2.2 传动部分 .62.2.3 固定部分 .72.3 方案对比及选择图 .73 各传动部分设计 .93.1 基本参数的设计 .93.2 电机选择 .93.3 驱动部分设计 .103.4 齿轮传动设计 .113.5 夹紧部分设计 .114 零件设计及校核 .134.1 驱动部分的零件设计及校核 .134.1.1 皮带传动设计 .134.1.2 蜗杆减速器设计 .144.1.3 轴的设计计算 .184.1.4 减速器滚动轴承的选择及校核 .224.1.5 键连接的选择及校核 .254.1.6 减速器的密封与润滑 .264.2 传动部分的零件设计及校核 .274.2.1 大齿轮传动的设计计算 .274.2.2 小齿轮传动的设计计算 .314.2.3 轴 4、轴 6 和轴 9 的设计计算 .334.3 固定部分的零件设计及校核 .364.3.1 蜗杆传动的设计计算 .364.3.2 蜗杆轴的设计 .394.3.3 螺杆的设计及校核 .404.3.4 大滚轮箱体设计 .415 设计总结 .425.1 方案评价与成本估算 .425.2 产品的创新和存在的问题 .42参考文献 .44致谢 .45宁波大学机械工程与力学学院本科毕业论文（设计）11 引言环形变压器属于电子变压器的一种类型，作为电源变压器和隔离变压器主要用途是在空调、VCD、DVD、音响、微波炉、功率放大器、程控交换机、UPS 等各类家电以及各种机械电子、医疗化工、邮电通讯、轻纺、科教等用各种电源仪器、仪表设备装置的领域中广泛应用。自加入 WTO 以来，环形变压器市场的发展基本处于平稳状态，没有很大的变化。因为环形变压器产品属于以用户要求定制生产为主和劳动密集型的产品，因此生产量大，品种规格繁多，自动化、规模化大的生产模式不适合这个行业。同时要认识到国内的环形变压器技术与国外先进国家相比，还存在一定的差距。更轻、更高效、密度更高是环形变压器技术发展的最终目标。随着国际市场竞争的日趋激烈，国内环形变压器产业必须进一步加强对科技研发的力度 1。但是近年来随着家用电器以及电子设备的不断发展，对低压电子变压器的需求量越来越大，而环形变压器凭借其高频、低损耗、小尺寸、低价位的特点将占有大量市场。目前生产环形变压器的主要设备是环形绕线机，也称磁环绕线机，就是用来生产绕制环型电感的绕线机 2。 目前在绕制方式的不同，大致可分为三类 1、 半自动式环型绕线机 2、 简易牵引式环型绕线机 3、 全自动微型磁环绕线机 限于所学知识和成本的考虑，本文主要针对半自动式环形绕线机进行设计，而生产的环形变压器主要用于电动叉车的充电器中。电动叉车凭借其操作控制简便，灵活外，相较于内燃叉车，低噪音，无尾气排放的优势也已得到越来越多用户的认可。另外，电子控制技术的快速发展使得电动叉车适用范围越广，解决物流的方案越来越多。所以电动叉车的市场需求肯定会增长速度会越来越快，电动叉车市场份额也会越来越大的。根据中国工业协会工业车辆分会的数据分析显示，我国 2010 年已经达到 52，874 辆，与 2008 年相比较增长了近 38%3。设计一台半自动绕线机的机架，主要有三部分的任务：1.支撑轮，也叫导轮，不同的机头支撑轮的个数也不一样 2.夹具滚轮, 此部件的寿命与所绕制产品的用于环形变压器的绕线机设计（机架部分）2线径、大小以及材质有关。3.皮带、边滑器等等其它消耗性部件。机架部分主要指夹具滚轮和其他次要部件，目标是在不妨碍并配合机头的绕线部分工作的前提下，将环形铁芯固定在夹具上，并匀速的转动铁芯，机头牵引铜线高速穿过铁芯内圆从而达到在铁芯上绕制的目的。如果有对变压比的要求，那么就可以简单的通过调整夹具滚轮的转动速度和正反装来实现铁芯上铜线匝数的变化。本次设计的任务主要是解决怎么驱动夹具滚轮的转动，怎么传递转速，怎么夹紧铁芯,所以可以将机架的设计分为驱动部分，传动部分和夹紧部分。初步构思,驱动部分可以用电机来提供动力然后通过 v 型皮带来传递至减速器，电机则根据滚轮最终要求的转速和功率来进行选择，皮带的长度则由减速器和电机的中心距来决定，同时还要设计减速器的类型来改变转矩的方向和保证速度的精度。传动部分可以用主轴带动齿轮，然后多个齿轮相互啮合来实现转矩的传递，轴承是由受到的力和轴径来选择的，齿轮的数量和大小则由中心距和传动比来决定。另外应考虑到制作的可行性，应尽量使结构紧凑，零件简单。传动部分还需保证较高的稳定性、准确性以及合理性。夹紧部分则手动旋转转轮通过螺母的移动来实现夹紧。夹紧的方式可以用转动臂来贴紧，也可以用螺杆螺母的移动来实现。主要的夹具为橡胶滚轮，滚轮通过传动部分由内部齿轮来转动，紧靠铁芯外圆，当滚轮转动的时候就可以保证铁芯以同线速度转动了，从而配合绕线部分。滚轮的数量夹紧的方式是由夹具和材料的可靠性来决定的。滚轮的高度是由绕线部分机头的高度来决定。另外，在设计夹紧方式时应考虑到绕线机的铁芯是由人工来安装和卸载，方便工人操作，节省时间。以上三个部分设计基本能够满足绕线机机架生产工作的要求。此外除了对于绕线机外廓机身主要还是依照成本和操作方便的要求来设计。机械工程与力学学院本科毕业论文（设计）32 总体方案设计2.1 方案一2.1.1 驱动部分图 1.1 驱动部分如上图，驱动部分分为 5 块，1 为电机来输出转矩和功率，电机输出轴键连接 2 小皮带轮，2 通过 3 皮带传动于 4 大皮带轮进行一级减速，大皮带轮通过键连接与 5 涡轮蜗杆减速器蜗杆轴相连，进行传动比较大的二级减速，并且改变其转矩方向，这里的蜗轮轴与传动部分相连，是驱动部分的最终输出端，是传动部分的输入端。皮带选择 v 带，主要作用为传动，传动比接近于 1，电机和减速器可以用螺栓被固定在在绕线机工作台底部，根据输出功率和转速的要求的要求选择合适的电机，采用蜗轮蜗杆减速传动比大，冲击载荷小，传动平稳，噪声低，并具有自锁性 4。采用此种设计结构，使得制造简单，电机和蜗轮蜗杆减速器及皮带都可以外购，并且传动比大，冲击载荷小，传动平稳，满足了工作的要求。缺点是：效率低，功率过大时磨损严重，并且当载荷过大时，皮带可能会打滑，可靠性低。用于环形变压器的绕线机设计（机架部分）42.1.2 传动部分图 1.2 传动部分如图所示：传动部分由多个齿轮组成，1 齿轮轴连接驱动部分，齿轮 1 获得转矩和功率，然后通过 2、9 齿轮传动给 10、3 齿轮,10、3 齿轮的直径和 1 齿轮相同，所以 2、9 齿轮只起到传动作用。接着 10、3 齿轮轴传递转矩给 4、11齿轮，再通过 3 个小齿轮的传动使 16、8 夹具滚轮转动。大齿轮可以被安装在工作台底部扁平箱体中，箱体用螺栓与工作台相连。11、4 轴由于两个滚轮的重力受到较大的弯矩，因此设计有圆柱形箱体，来支撑固定装载小齿轮的上臂箱体，圆柱箱体内安装轴承来承受加大的弯矩。小齿轮和大齿轮的直径和中心距均由装载工件所需大小而确定，小齿轮直径为 4060mm，大齿轮直径为100150mm，橡胶滚轮直径为 100150mm，工作台尺寸大约为 600mm。传动部分的关键是工作时必须保证两滚轮在低速的情况下一致且稳定，采用齿轮传动，传动稳定且精确，效率高，并且结构紧凑。缺点是零件多，制作复杂，安装繁琐 5。2.1.3 固定部分固定部分主要的工作是利用三个滚轮夹紧工件，当左右滚轮低速转动的时候就可以利用摩擦带动铁芯从而配合绕线机头完成工作。如图所示，1 为螺母螺杆机构，螺母与大滚轮台面相连，此滚轮为从动轮，不自转，随着螺杆的手动旋转，滚轮会随着台面前后移动，从而调整对 4 工件的夹紧，且具有自锁性。至于滚轮的大小，主要是对接触面积的考虑。另一方面，手动操作 2 蜗杆蜗轮机械工程与力学学院本科毕业论文（设计）5结构，旋转蜗杆，因为蜗轮与安放小齿轮的短臂相连，因此短臂末端的滚轮以蜗轮圆心旋转，从而调整对工件的夹紧，且具有自锁性。2 蜗轮蜗杆结构中心穿过传动部分的轴，因此滚轮的自转并不会影响。装载和卸载相同工件，都只需依靠大滚轮的前后的移动来完成，左右两滚轮的位置不需要改变，节省时间。三个滚轮按照上图安装，不仅能够达到夹紧并转动工件的要求，而且不会影响绕线部分的工作，初定两个小滚轮直径为 100mm，大滚轮直径为 150mm，可装载的工件外径范围：130mm650mm。图 1.3 固定部分图 1.4 固定部分此设计应用了蜗轮蜗杆传动和螺杆螺母传动，优点有：结构简单，转动平稳，可靠性高，装卸简易，螺杆螺母成本低廉，加工容易。缺点有：蜗轮蜗杆无法外购，加工难度大，安装复杂 6。用于环形变压器的绕线机设计（机架部分）62.2 方案二2.2.1 驱动部分图 2.1 驱动部分如上图，驱动部分分为 5 块，1 为电动机来输出转矩和功率，电机输出轴用联轴器与二级蜗轮蜗杆减速器的蜗杆 2 相连，蜗杆与蜗轮 3 进行一级减速，传动比为，蜗轮 3 的轴连接蜗杆 4，蜗杆 4 最后与蜗轮 5 进行二级减速，蜗轮 5的轴输出转矩和功率。第一次减速的传动比选择为 4，第二次减速的传动比选择为 10。总传动比为 40。电机和减速器可以用螺栓被固定在在绕线机工作台底部，根据输出功率和转速的要求的要求选择合适的电机，采用蜗轮蜗杆减速传动比大，冲击载荷小，传动平稳，噪声低，并具有自锁性 7。采用此种设计结构，相比于皮带轮传动，精度更高，效率也更高电机和蜗轮蜗杆减速器都可以外购，并且传动比大，冲击载荷小，传动平稳，满足了工作的要求。缺点是：功率过大时磨损严重，价格昂贵。2.2.2 传动部分机械工程与力学学院本科毕业论文（设计）7图 2.2 传动部分如图所示：传动部分选择大滚轮自转，小滚轮来从动。设计较为简单，齿轮 1 轴是驱动部分的输出轴。经过一级减速，传动比为 2。轴 3 最后连接大滚轮。传动部分的关键是工作时必须保证滚轮在低速的情况下稳定，采用齿轮传动，传动稳定且精确，效率高，并且结构紧凑。缺点是无法移动大滚轮的位置。2.2.3 固定部分图 2.3 固定部分如上图所示：固定部分主要的工作是利用三个滚轮夹紧工件，当大滚轮低速转动的时候就可以利用橡胶外皮的摩擦带动铁芯从而配合绕线机头完成绕线。1 为小滚轮，左右各设一个，此滚轮为从动轮，不自转，2 为装载螺母螺杆机构的箱体，3 为螺母螺杆机构，随着螺杆的手动选择可以是小滚轮前后移动，从而配合大滚轮对工件的夹紧。4 为大滚轮，自转，不移动。三个滚轮按照上图安装，不仅能够达到夹紧并转动工件的要求，而且不会影响绕线部分的工作，初定两个小滚轮直径为 100mm，大滚轮直径为 150mm，可装载的工件外径范围：130mm650mm。此设计应用了螺杆螺母传动，优点有：结构简单，转动平稳，装卸简易，螺杆螺母成本低廉，加工容易。缺点有：大滚轮不移动，夹紧效果不理想。2.3 方案对比及选择图用于环形变压器的绕线机设计（机架部分）8表 2.1 方案一和方案二部分名称 采用结构 实现情况 加工工艺及成本驱动部分 蜗轮蜗杆，皮带传动结构简单，传动平稳效率低 加工易，成本高传动部分 齿轮传动结构简单，传动平稳，效率高 加工易，成本低方案一 固定部分 蜗轮蜗杆，螺杆螺母夹紧可靠，范围大 加工难，成本高驱动部分 蜗轮传动结构复杂，传动平稳，效率低 加工难，成本高传动部分 齿轮传动结构简单，传动平稳，效率高 加工易，成本低方案二 固定部分 螺杆螺母夹紧范围小，不可靠 加工易，成本高夹紧的可靠性对于绕线质量至关重要，尽管方案二更加简单，但是只有一个大滚轮来带动工件的旋转，可靠性没有方案一高，所以综合考虑各个部件的实现情况及加工难度和成本，最终选择采用方案一。机械工程与力学学院本科毕业论文（设计）93 各传动部分设计3.1 基本参数的设计根据已投入生产的落地式环形绕线机确定机身基本尺寸为：长 910mm，宽715mm，高 720mm，安装尺寸：小滚轮直径 100mm，最小中心距为 200mm，旋转角度 90，大滚轮行程 110mm，最大可装载外径 650mm，最小可装载外径130mm。3.2 电机选择1）功率：按照绕制最大外径 650mm 的工件来计算，平均完成单个工件的速度控制在2 分钟3 分钟，那么工件旋转的角速度 w1 范围在 2/s 3/s,那么假设 w1=3/s，那么工件的线速度 v1=0.975m/s,假设夹紧工件的力为 100N，那么齿轮传动最终输出的功率 W,取 V 带传动 1=0.95，齿轮传动 2=0.97，轴0.975.P承摩擦损失 3=0.99，蜗轮蜗杆 4=0.8，总传动效率 =12103104 =0.507，.电动机的实际功率 P=P 许 1.2=230W。/.12W许2）转速按照工件最大的线速度 v1=0.975m/s,小滚轮的直径初定为 100mm，那么小滚轮的角速度为 w2=19.5/s,小齿轮的直径 d1 为 50mm，大齿轮的直径 d2 为110mm，d3 为 140mm，d3 只起到传动作用。蜗轮蜗杆减速器传动比 i 初设为80，皮带轮传动比忽略，传动过程中角速度未变，n=,电动机的要求的最低转速为 260r/min。 2/36084./260/minwrs表 3.1方案 电动机型号 满载转速 r/min 额定功率 kw1 YS7114 1400 0.252 YS7124 1400 0.373 YS6322 2800 0.25根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及最大转速，选用用于环形变压器的绕线机设计（机架部分）10YS7114 三相异步电动机，主要性能如下表：表 3.2 型号 额定功率 kw 最大转矩/额定转矩 N.m 满载转速 r/minYS7114 0.25 2.4 1400（因为大部分的齿轮直径都较小忽略转动惯量，工件和转动臂自重而对轴形成的弯矩则大部分由绕线机机身承担，连接轴所受的力大部分仅自重） 。 此电机符合要求，有一定的欲量且具有优良的起动和运行性能，结构简单，且使用、维修方便 8。 该电动机的的主要外型和安装尺寸如下表:表 3.3中心高 H 外形尺寸 安装尺寸 螺栓孔直径轴伸尺寸 装键部位尺寸80 255x145x180 112x90 7 32 143.3 驱动部分设计图 3.1 驱动部分设计如上图所示：1 电动机键连接 2 皮带轮，2 皮带轮和 4 皮带轮由 3 皮带相连，5 为蜗轮蜗杆减速器。考虑到设计的各构件间的相互位置，可初步确定各组件的的尺寸：1.电动机械工程与力学学院本科毕业论文（设计）11机采用 YS7114 三相异步电动机，机身直径 145mm，输出轴长 30mm，直径为14mm，小皮带轮直径 40mm，宽度初定为 25mm，连接用 A 键 5x28。2.减速器长宽高各为 150mm、120mm 和 70mm，蜗轮直径 96mm，螺杆长 150mm，螺纹长度为 50mm，直径为 18mm，齿数为 1，传动比初定为 80，大皮带轮直径56mm，宽度初定 25mm，连接用 A 键 5x20。3.皮带轮中心距 156mm，带长450mm，传动比初定为 1.5,皮带采用 V 带 Y 型号。3.4 齿轮传动设计图 3.2 传动部分传动部分结构简图如上所示： 1 为驱动部分的涡轮轴，且同时固定2。2、3、5 为安装在绕线机工作台下层的齿轮，为达到左右滚轮转速相等，方向一致的目的，6 为连接 5、7 的轴，将转速向上传递，再通过 7 和其他小齿轮，最后通过 9 将滚轮带动。8 为固定小齿轮的轴。结合实际情况，参考现有设计，确定部分零件尺寸如下：1.轴 1 直径17mm，长 124mm。轴 4 直径 18mm，轴肩直径 24mm，长 60mm，共 2 根。轴6 直径 18mm，轴肩直径 24mm，长 268mm，共 2 根。轴 8 直径 10mm，长24mm，共 4 根。轴 9 最大直径 27mm，最小直径 17mm，长 250mm。2.齿轮2，齿轮 5 直径均为 110mm 共 3 个，齿轮 3 直径 140mm，共 2 个，齿轮 5 和齿轮 9 中心距 500mm。齿轮 7 直径 50mm，共 8 个。3.5 夹紧部分设计用于环形变压器的绕线机设计（机架部分）12固定部分结构简图如下所示：1 为工件，左右小滚轮和前侧大滚轮一起夹紧工件，3 为托盘配合滚轮支撑工件，5 为蜗轮，6 为蜗杆，转动臂 4 连接滚轮和蜗轮与转动臂用长螺钉相连，转动臂内可以装载传动部分的小齿轮。蜗轮 7为大滚轮，8 为螺母。这样通过螺杆的转动可以使小滚轮和大滚轮对工件的夹紧和卸载了。图 3.3 夹紧部分设计结合实际工作条件，根据生产要求，确定部分零件尺寸如下：1.滚轮 2 直径 100mm，高 84mm；滚轮 7 直径 150mm，高 120mm；小滚轮托盘直径130mm，大滚轮托盘直径 220mm；蜗轮直径 64mm，螺杆直径 16mm，螺杆长130mm，传动比为 10；大滚轮驱动螺母螺纹直径 15mm，螺杆导程为 110mm，因此取螺杆螺纹长度为 140mm，总长 250mm；大滚轮直径 27mm，长250mm；2.当转动臂垂直于大滚轮箱体时，两滚轮中心距为 180mm;装载蜗轮 5的箱体直径 110mm，高 170mm；箱体 9 长、宽、高分别为190mm，110mm，200mm；蜗轮与转动臂用 4 枚 6mm 螺钉相连。机械工程与力学学院本科毕业论文（设计）134 零件设计及校核4.1 驱动部分的零件设计及校核4.1.1 皮带传动设计1确定功率 PcaYS7114 电机功率 P=250W，转速 n1=1400r/min,传动比 i=1.4，每天工作 8小时，由机械设计 （下面统一简称为机 ）表 8-7 查得工作情况系数 KA=1,故 1250caAKW2选择皮带的带型根据 Pca、n 1 由机图 8-10 选用 Y 型3确定带轮的基准直径 dd1 并验算带速 v1）初选小带轮的基准直径 dd1。由机表 8-6 和表 8-8，取小带轮的基准直径dd1=40mm。2）验算带速 v。按机式（8-13）验算带的速度。14013/606dnvms3）计算大带轮的基准直径。根据机式(8-15a),计算大带轮的基准直径 dd2，根据表 8-8，不必圆整。21.5di4确定基准长度 Ld 和 V 带的中心距 a1）根据机式（8-20） 。初定中心距 a0=150mm。2）由机式（8-22）计算带所需的基准长度 2d210d10- (5640)()5()51.464a2Lda m （ ）由机表 8-2 选带的基准长度 Ld=450mm。3）按机式（8-23）计算实际中心距 a。10 51(0)49.522damamin=a-0.015Ld=143.82mm,amax=a+0.03Ld=164.07中心距的变化范围为 143.82164.07mm。5验算小带轮上的包角 1用于环形变压器的绕线机设计（机架部分）14=180-（ =180-（56-40） =173.91901 a3.57)(12d057.31496计算带的根数z1）计算单根V带的额定功率P r由 =40mm和 ，查机表8-4a得P 0=0.15kwd1n40r/min根据 ，i=1.4和Y型带，查机表8-4b 得1r/i 0.2pkw查机表8-5的 KL=1,于是k.982 ， 表 得 ，Pr=（P0+ P0） =（0.15+0.02）0.991=0.1782kw L2）计算V带的根数Z。Z= ，取2根。Pca0.51.38r77计算单根V带的初拉力的最小值（F 0） min由机表8-3的Y型带的单位长度质量q=0.02kg/m，所以(F0)min=500 2 2(2.5-K)Pca(.59)0.53.16.314vq Nz应使带的实际初拉力F 0(F0)min。8计算压轴力F p压轴力的最小值为2根V带，中心距a=150mm ，带轮直径d d1=40mm，d d2=56mm，初始拉力F0=140N，初始压轴力F p=550N。9带轮结构设计见装配图4.1.2 蜗杆减速器设计1确定传动比i=202计算各轴转速（Fp）min= 10min(F)s2z 173.96.sin54.2N机械工程与力学学院本科毕业论文（设计）15(n1：蜗杆转速，n 2：涡轮轴转速)01240/mi1.50/inrinri电 动 机013计算各轴的功率P0=Pd=0.25KWP1=P01=0.250.95=0.238 KWP2=P123=0.2380.80.99=0.188KW1：带传动效率， 2：蜗轮蜗杆传动效率， 2：轴承传动效率4计算各轴扭矩T0=9.55106P0/n0=9.551060.25/1400=1.705NmT1=9.55106P1/n1=9.551060.238/1000=2.272NmT2=9.55106P2/n2=9.551060.188/50=35.908Nm表 4.1功率 p/kw 转矩 T/N.m轴名输入 输出 输入 输出转速n(r/min)传动比 i效率电动机轴 0 3.65 1.705 1400蜗杆轴 1 0.238 0.236 1.71 2.272 1000 1.4 0.99蜗轮轴 2 0.188 0.1504 2.272 35.91 50 20 0.82）零件的设计计算1.蜗杆蜗轮设计计算：1、蜗杆传动类型选择：GB/T 10085-1988.阿基米德蜗杆（ZA）2、选择蜗轮蜗杆材料及精度等级蜗杆选 40Gr，表面淬火 4555HRC；蜗轮边缘选择 ZCuSn10P1。金属模铸造。从 GB/T10089-1988 圆柱蜗轮蜗杆精度中选择 8 级精度。侧隙种类为 f,标注为 8f GB/T 10089-1988.3、按齿面接触疲劳强度设计传动中心距： 232EZaKT用于环形变压器的绕线机设计（机架部分）16（1） 、蜗杆上的转矩 1TT1=9.55106P1/n1=9.551060.238/1000=2272.9 Nmm（2） 、载荷系数 K：应工作时轻微振动，故查机表 11-5 知载荷分布不均匀系数 =1， =1，KA由于转速不高，冲击不大，动载系数 =1.05NK故 K= =1*1*1.05=1.05AN（3） 、弹性影响系数 EZ蜗轮材料为铸锡磷青铜与钢蜗杆相配，故 =160EZ12MP（4） 、接触系数 先假设蜗杆分度圆直径 和传动中心距 a 的比值 =0.4，查图 11-18 可查得1d1d=2.75Z（5） 、许用接触应力 H蜗轮材料：铸锡磷青铜 ZCuSn10P1。金属模铸造。蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,按机表 11-7 知蜗轮的基本许用应力 =268Mpa。H假设工作 10 年，每年 300 天，一天 8 小时计算，那么应力循环系数：=60*1*12*10*300*8=260hNjnL71.20寿命系数； =0.9347810HNK则 = =0.934x268=250.3Mpa（6） 、计算中心距 a= =19.5mm232EZaKT 23160.751.0572.93取中心距 a=50mm,因 =1，故从机表 11-2 中取模数 m=4,蜗杆分度圆直径1=18mm，这时 =0.36，从机图 11-18 中可查的接触系数 0.8，因此不用重算。4.1.3 轴的设计计算1蜗轮轴的设计1)按扭矩来初算轴径（1） 、轴的材料的选择，确定许用应力考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩。图 4.1选用 45 号钢，调质处理 B=640MPa，A 0=101mm124mm，取中间值108mm；（2） 、按扭转强度，初步估计轴的最小直径，查机表（15-2）得：d 2300.186.5pAmn（3） 、轴承和键采用角接触球轴承，并采用凸缘式轴承盖，实现轴承系两端单向固定，轴伸处用 A 型普通平键联接。用 A 型普通平键连接蜗轮与轴。2)轴的结构设计（1） 、径向尺寸的确定从轴端 d1=17mm 开始逐渐选取轴段直径，d2 为键固定传动部分的齿轮，同时上下皆已加工螺纹便于装载圆螺母来固定齿轮；定位轴肩高度可在机械工程与力学学院本科毕业论文（设计）19（0.070.1） d 范围内， h（0.070.1 ）d1=（0.841.2）mm。应取 d2=17mm，便于在 1 处装载深沟球轴承 6001，以及 d2 和 d3 连接处安装角接触轴承7003AC。轴 d3 处为键连接与蜗轮因此其左右侧均需安装角接触轴承 7003AC 来固定d3，因此根据定位轴肩高度可在（0.070.1）d 范围内， h（0.070.1）d2=（1.051.5）mm，因此可以取 d3=17mm。为可以简单快速的加工，轴 d4=d2=15mm。（2） 、轴向尺寸的确定深沟球轴承 6002 的厚度 b1=9mm，因此安装轴承的 L1=8mm；初定传动部分齿轮的 b2=30mm，螺纹 Ls=18mm，装载齿轮的箱体宽度 bx=50mm，此外 L2还与减速器箱体的设计有关，轴承盖到轴承的距离约为 14mm，轴承 7003AC的宽度为 10mm，因此 L2bz+14+10=73mm。暂定 L2=80mm；L3 与蜗轮的b3=28mm，因此取轴长度 L3=b-（23）mm=26mm；L4 的长度与轴承环7003AC 的宽度有关，因此 L410mm，轴承端面与减速箱体内壁的距离取5mm，暂取 L4=10mm。初步估计此轴的长度为 125mm，固定蜗轮的两轴承中心跨度为 37mm，减速箱高 65mm。(3)、轴的强度校核（a）轴的结构与装配 （b）受力简图 （c）水平面的受力和弯矩图 （d）垂直面的受力和弯矩图 （e ）合成弯矩图 （f）转矩图 计算蜗轮受力1） 、绘出轴的计算简图（a）图2） 、绘制水平面弯矩图（b）图蜗轮的分度圆直径 =82mm； 2d转矩 =35.908Nm2T蜗轮的圆周力 =235908/82=875.8N2tTF蜗轮的径向力 =875.8tan20=318.8N2tanr蜗轮的轴向力 122753.48aTNd轴承支反力：用于环形变压器的绕线机设计（机架部分）20437.9N21tNHF截面 d2 处弯矩：11.4N.m16NMm3） 、绘制垂直面弯矩图（c）图轴承支反力：159.4N2rNVF计算弯矩：轴段 3 截面左右侧弯矩：12.752N.m280vNVMFm图 4.24）绘制合成弯矩图（d）图机械工程与力学学院本科毕业论文（设计）2117.10N.m2222(1.4)(.75)VHM5）绘制弯矩图（e ）图35.908N.m69.10pTn6）绘制当量弯矩图 （f）图转矩产生的扭剪应力按脉动循环变化，取 0.6，危险截面的轴段 1 处的当量弯矩为： =27.51N.m2222()(17.