毕业设计-钢筋弯曲机设计

广州大学机械与电气工程学院毕业论文 本科毕业设计论文本科毕业设计论文 设计题目设计题目 钢筋弯曲机设计 学学 院院 机械与电气工程学院 专专 业业 机械设计制造及其自动化 班班 级级 机械 103 学学 号号 学生姓名学生姓名 陈上富 指导教师指导教师 王一军老师 2014 年 5 月 15 日 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 摘要 钢筋弯曲机是现在建筑行业最主要的工程机械之一 主要用于弯曲各种型 号钢筋以满足建筑工地施工 现有的钢筋弯曲机主要是采用 带 两级齿轮 蜗轮蜗杆 的传动方式 其弊端在于蜗轮蜗杆传动效率不高 加工难度大 此次设计的钢筋 弯曲机针对直径在 30mm 以下的钢筋 设计采用了 带 三级齿轮 传动方案 可以大 大提高钢筋弯曲机的传动效率 本设计还对现有钢筋弯曲机的工作盘进行改良 使 满足现有钢筋弯曲机对钢筋弯成不同角度的同时 还可以对钢筋弯成不同直径的弧 形 以更大的满足建筑工地对钢筋弯曲成不同形状的要求 关键字 钢筋弯曲机 三级齿轮 工作盘 ABSTRACT Steel bar bender is one of the most significant engineering machineries in architecture nowadays which is applied to bend various types of rebar to cater for the construction in building sites The existing steel bar benders mainly adopt the driving method of two stage gear and worm but its disadvantage lies in the low driving efficiency of the gear and worm as well as the difficult process Thus this design of the steel bar bender aimed at the rebar under 30mm in diameter utilizes the driving approach of three stage gear and worm which helps improve the transmission efficiency a great deal In this design the working plate of steel bar bender is improved so well that it can not only satisfy the different bending angles of rebar that the existing steel bar bender requires but also make rebar become arcs of different diameters to meet the demand that rebar can be bent into different shapes in architecture sites KEY WORDS steel bar bender three stage gear working plate 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 目 录 1 前 言 1 2 系统工作原理及传动方案选择 1 2 1 钢筋弯曲机的工作框图 2 2 2 钢筋弯曲机的工作原理 2 2 3 钢筋弯曲机传动方案选择 4 2 3 1 典型的钢筋弯曲机传动方案 4 2 3 2 钢筋弯曲机的传动效率 5 2 3 3 传动效率的比较 6 3 主参数确定及结构设计计算 6 3 1 钢筋弯曲受力分析 6 3 2 弯矩计算及电机选择 7 3 2 1 弯矩计算 7 3 2 2 电动机选择 8 3 3 主参数确定 8 3 4V 带轮设计 10 3 5 齿轮设计 12 3 5 1 第一级齿轮传动设计 13 3 5 2 第二级齿轮传动设计 16 3 5 3 第三级齿轮传动设计 20 3 6 轴的设计 23 3 6 1 轴 II 的设计 23 3 6 2 轴 III 的设计 27 3 6 3 轴 IV 的设计 31 3 6 4 主轴的设计 34 3 7 滚动轴承选择及校核计算 37 3 7 1 轴 II 轴承计算 37 3 8 键的校核 38 3 8 1 轴 II 的键校核 38 3 8 2 主轴的键校核 39 3 9 工作台简图设计 39 4 结论 41 参考文献 42 致谢 43 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 0 钢筋弯曲机设计 1 前 言 随着我国建筑行业这几年的飞速发展 建筑机械类行业也伴随快速发展 钢筋 弯曲机 钢筋弯箍机 钢筋弯弧机 钢筋调直机 切断机等等一系列建筑机械应用 十分广泛 目前在工程应用上使用的比较广泛的是国产 GW40 型钢筋弯曲机 它的 主要特点是构造简单 适用性比较强 可以把直径在 40mm 以下的建筑钢筋弯弯曲 成不同的角度 现如今我国对钢筋弯曲成形的技术也有了比较高的水平 钢筋弯曲 机已经出现了多种型号和弯曲类型 如由中国建筑科学研究院建筑机械化研究所与 沈阳市建筑施工机械厂共同研制的 GW32 型 GW40 型钢筋弯曲机 1986 年 11 月 相继在沈阳和合肥通过了部级技术鉴定 这两种新型的钢筋弯曲机都是在参照国外 样机的基础上并结合我国的具体国情研制成功的换代新产品 其中 GW32 弯曲机填 补了我国钢筋弯曲机系列产品的空白 但现有的钢筋弯曲机大多数是手动或者半自动 而且功能单一 只能将钢筋弯 曲成不同的角度 不能很好的满足建筑需求 而且现有的钢筋弯曲机几乎都是采用 典型的 带 两级齿轮 蜗轮蜗杆 的传动方式 传动效率低下 能源耗损严重 此次 设计的钢筋弯曲机主要在传动方式上做了个改进 采用了 带 三级齿轮 的传动方式 大大的提高了传动效率 减少能耗 同时也减少了加工难度 除此之外还对现有的 钢筋弯曲机的工作盘进行一定的设计改进 变得简单实用并且具有通用性 除了可 以把不同直径的钢筋弯曲成所需角度 同时也可以通过工作盘的调节 把钢筋弯成 不同直径的弧形 解决了以往钢筋弯曲机功能单一的问题 不用再购置钢筋弯弧机 类似机器 造成资源资金的浪费 2 系统工作原理及传动方案选择 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 1 钢筋弯曲机是建筑行业中使用最为广泛的建筑机械之一 它主要利用电动机传 动的扭矩 通过工作盘将钢筋弯曲成不同角度 典型的钢筋弯曲机的传动方式都是 二级齿轮 蜗轮蜗杆的传递方式 传动效率低下 改变钢筋弯曲机的传动方式 提 高传动效率 是本次设计的着重点之一 2 1钢筋弯曲机的工作框图 本设计的钢筋弯曲机主要由控制设备 电动机 带轮 减速箱和工作台几 部分组成 其中减速箱由三级齿轮组成 电动机 带 轮减 速 箱 控制设备 工作台 图2 1 工作框图 2 2 钢筋弯曲机的工作原理 钢筋弯曲机的工作机构是一个安装在垂直的主轴上旋转的圆盘 如图2 2所示 把钢筋放在下图中虚线的位置 挡料支承销轴固定在机床上 中心轴和压弯轴安装 在工作圆盘上 主轴转动带动工作圆盘转动 将钢筋弯曲 为了适用于不同直径的 钢筋 在工作圆盘上多开几个孔 用来插弯曲轴 也可以换成不同直径的中心轴 以达到弯曲不同直径钢筋的目的 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 2 图2 2 工作原理图 1 当想把钢筋弯成弧形时 可以在工作盘上插上一个圆盘 如下图2 3 调节 燕尾槽的滑动体 钢筋通过两个套筒 随着圆盘的转动 可以把钢筋弯成弧形 调 节滑动体 可以实现弯曲成不同形状的钢筋弧形 1 2 图2 3 改造后工作台原理图 圆盘 滑动体 燕尾槽 套筒 设两套筒轴心的连线与圆盘切线的距离为L d为钢筋直径 R为弧形钢筋的曲线半 径 可由勾股定理解出 R d r 2 L 2 2 R一x 2 22 L 2 r d R Rx 这样 要加工成型任意弧度的弧形钢筋 只需通过调节滑动体调整x距离即可 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 3 2 3 钢筋弯曲机传动方案选择 2 3 1 典型的钢筋弯曲机传动方案 现行的钢筋弯曲机主要有两种传动方案 3 一种为电机通过一级带传动 两级 齿轮传动 一级蜗轮蜗杆传动 简称蜗轮蜗杆传动方案 如图2 5所示 另一种为 电机通过一级带传动 三级齿轮传动 简称全齿轮传动方案 如图2 6 图2 5 蜗轮蜗杆传动 4 x L R r d 图2 4 公式推算简图 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 4 图2 6 全齿轮传动 4 2 3 2 钢筋弯曲机的传动效率 在计算钢筋弯曲机的传动效率 4 的两种传动方式时 为了更方便的分析比较 略去带传动及各支承轴承处的效率损失 1 蜗轮蜗杆传动 蜗轮蜗杆传动的效率 1 2 3 式中 1为第1级齿轮传动效率 取0 98 2为第2级齿轮传动效率 取 0 98 3为蜗杆传动效率 这是本文分析的关键 而 3 31 32 33 式中 31为搅油及溅油效率 它与装油量 回转件转速和浸油深度等有关 取 0 96 32为轴承效率 在此不计功率损失 33为蜗轮螺旋副啮合效率 当蜗杆主动时 33 tan tan 式中 为分度圆柱导程角 为啮合摩擦角 由啮合摩擦系数 确定 即 tan 1 大多数生产厂家的蜗杆采用45 钢 蜗轮采用灰铸铁 或球铁 而导程角12 左 右 蜗杆的分度圆直径d 76 mm左右 其蜗轮蜗杆表面的滑动速度 Vs d n 6 104 代入相关参数计算得Vs 0 598 m s 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 5 根据机械设计手册表23 5 14有 5 43 33 tan12 tan 12 5 43 0 66 故 3 0 96 0 66 0 639 即 0 98 0 98 0 639 0 61 2 全齿轮传动 全齿轮传动的效率 1 2 3 式中 1 2 3分别为第1 2 3级齿轮传动的效率 均取为0 98 则 0 94 2 3 3 传动效率的比较 通过两种传动方案的比较 蜗轮蜗杆的传动主要有以下几点不足 5 1 蜗轮蜗 杆传动效率比较低 只是全齿轮传动的65 2 由于蜗轮蜗杆啮合面间存在相 当大的滑动速度 故齿面容易产生磨损和发热 对润滑条件要求较高 3 蜗轮蜗杆 的加工较困难 不适合批量生产 4 因为弯曲机的工作强度和工作时间都比较高 蜗轮比较容易磨损 尤其是在缺少润滑的情况下 蜗轮很快就磨损失效 当更换蜗轮 时互换性不好 更换较困难 所以传动方案的话 选择一级带传动 三级齿轮传动 3 主参数确定及结构设计计算 这一章通过对钢筋的受力分析确定所需的最大扭矩 从而确定钢筋弯曲机的各参数 然后 进行钢筋弯曲机的结构设计及计算 3 1 钢筋弯曲受力分析 钢筋的受力情况 6 如下图3 7 设弯曲钢筋所需弯矩 2 4421 sinsinsin FLLFLFM 式中 F为拔料杆对钢筋的作用力 F1为F的径向分力 为F与钢筋轴线夹角 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 6 当M一定时 越大则拔料杆及主轴径向负荷越小 arcos L3 L4 当L4 越大 时 就越大 因此 弯曲机的工作盘应加大直径 增大拔料杆中心到主轴中心距离L4 图3 1 钢筋受力分析图 1 挡料杆 2 钢筋 直接为D 3 插入座 4 工作盘 5 中心轴 6 拔料杆 3 2 弯矩计算及电机选择 3 2 1 弯矩计算 根据钢筋弯曲机弯曲钢筋扭矩计算公式 7 1 按 30 螺纹钢筋公称直径计算 M0 K1W s 式中 M0为始弯矩 W 为抗弯截面模数 W d3 32 K1为截面系数 对圆截 面 K 1 16 3 1 7 对于 25MnSi 螺纹钢筋 s 335 N mm2 则得出始弯矩 M0 1508 8 N m 2 钢筋变形硬化后的终弯矩 钢筋在塑性变形阶段出现变形硬化 强化 产生变形硬化后的终弯矩 M K1 K0 2Rx W s 式中 K0为强化系数 K0 E p 2 1 p 0 21 0 14 1 5 p为延伸率 25MnSi 的 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 7 p 14 Rx R d0 R 为弯心直径 R 3 d0 则得出终弯矩 M 1731 1 N m 3 钢筋弯曲所需弯矩 Mt M0 M 2 K 1701 N m 式中 K 为弯曲时的滚动摩擦系数 K 1 05 3 2 2 电动机选择 由功率扭矩关系公式 A0 T n 9550 3KW n 16 8 考虑到部分机械效率 0 8 则电动机最大负载功率 A A0 3 0 8 3 75 KW 电动机选用 Y 系列三相异步电动机 型号为 Y112M 4 额定功率 P 4KW 转 速 n1 1440r min 3 3 主参数确定 1 传动比分配 设减速器输入轴转速 n1 514r min 皮带轮的传动比 i0 1440r min 514r min 2 8 三级齿轮传动比的分配 根据文献 三级齿轮传动最佳传动比配比的研究 8 得出各级传动比的最佳分配为 i1 4i 1 7 i2 i12 2 i3 i22 2 根据输出转速为 16 8r min 总传动比 i 514 16 8 30 6 所以 i1 4i 1 7 1 987 i2 i12 2 792 2 i3 i22 5 5122 所以选最后取整 i1 2 i1 2 8 i1 5 5 即可满足精度要求 2 计算各轴转速 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 8 nI n 电机 1440r min nII nI i带 1 514 3 1440 2 8 514 3 r min nIII nII i 2 257 15 r min n nII i1 257 15 2 8 91 84 r min n nII i1 91 84 5 5 16 7 r min 3 计算各轴的功率 PI P工作 3 75KW PII PI 带 3 75 0 96 3 6KW PIII PII 轴承 齿轮 3 6 0 98 0 96 3 39KW P P 轴承 齿轮 3 39 0 98 0 96 3 19KW P P 轴承 齿轮 2 55 0 98 0 96 3KW 4 计算各轴扭矩 TI 9550PI nI 9550 3 75 1440 24 87N m TII 9550PII nII 9550 3 6 514 3 66 85N m TIII 9550PIII nIII 9550 3 39 257 15 125 9N m T 9550P n 9550 3 19 91 84 331 7N m T 9550P n 9550 3 16 7 1715 56N m 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 9 表 3 1 各轴的运动参数 轴名功率 P kw 转矩 T N m 转速 n r min 传动比 i I 轴 电机轴 3 7524 871440 II 轴3 6066 85514 32 8 III 轴3 39125 9257 152 IV轴3 19331 791 842 8 V轴31715 5616 75 5 3 4V 带轮设计 1 确定计算功率 设带轮每天工作大于16小时 由 机械设计 9 P156 表 8 7 得 工作情况系数 kA 1 2 计算功率 PC KAP 1 2 3 75 4 5KW P 为所需传递的额定功率 2 确定V带带型 根据 PC 由 机械设计 P157 图 8 11 得 选用 A 型 V 带 3 确定带轮基准直径 并验算带速 由 机械设计 p155 表 8 6 得 推荐的小带轮基准直径为 75 100mm 则取 dd1 100mm dmin 75 dd2 n1 n2 dd1 1440 514 100 280 15mm 由 机械设计 P157 表 8 8 取 dd2 280mm 实际从动轮转速 n2 n1dd1 dd2 1440 100 280 514 3r min 转速误差为 n2 n2 n2 514 3 514 514 0 00061200 适用 6 确定带的根数 根据 机械设计 P152 表 8 4a 单根普通 v 带基本额定功率 P0 1 32KW 根据 机械设计 P153 表 8 4b 单根普通 v 带基本额定功率的增量 P0 0 17KW 根据 机械设计 P155 表 8 5 包角修正系数 K 0 95 根据 机械设计 P146 表 8 2 长度系数 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 11 KL 0 99 由 机械设计 P158 式 8 26 得 Z PC Pr PC P0 P0 K KL 4 5 1 32 0 17 0 95 0 99 3 21 取根数 Z 4 7 计算轴上压力 由 机械设计 P149 表 8 3 查得 q 0 1kg m 由式 8 27 单根 V 带的初拉力 F0 500 2 5 K PC K ZV qV2 500 2 5 0 95 3 9 0 95 3 21 7 54 0 1 7 542 N 137 14N 则作用在轴承的压力 Fp 由 机械设计 P159 式 8 28 Fp 2ZF0sin 1 2 2 3 21 137 14sin159 1 2 865 84N 8 带轮设计简图 图 3 2 带轮设计简图 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 12 3 5 齿轮设计 3 5 1 第一级齿轮传动设计 选择齿轮类型 精度等级 材料及齿数 1 按照设计选用直齿圆柱齿轮传动 2 考虑钢筋弯曲机为一般工作机器 速度不高 参考 机械设计 p210 表 10 8 故选用 7 级精度 3 材料选择 由 机械设计 p191 表 140 1 选择小齿轮材料为 40Cr 调质 齿面硬度为 241 286HBS 取 280HBS 大齿轮选用 45 钢 调质处理 齿面硬度 217 255HBS 取 240HBS 4 选小齿轮齿数 z1 24 大齿轮齿数 z2 2 24 48 按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式进行试算 3 2 1 1 1 32 2 H E d t Z u uKT d d1t 为设计小齿轮直径 K 为计算齿轮强度用的载荷系数 T1为小齿轮传递的转矩 d 为齿宽系数 u 为齿轮传动比 ZE为材料的弹性影响系数 H 为许用接触应力 1 确定公式内有关参数如下 1 试选载荷系数 kt 1 3 2 计算小齿轮传递的转矩 T1 9 55 106 P n1 9 55 106 3 75 514 3 69633 5N mm 3 由表 10 7 选取齿宽系数 d 1 4 由表 10 6 查到材料锻钢的弹性影响系数 ZE 189 8MPa1 2 5 由图 10 21d 由齿面硬度查到小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1 600MPa 大齿轮的机床疲劳强度 Hlim2 550MPa 6 由式 10 13 计算应力循环系数 N1 60n1jLh 60 514 3 1 16 300 15 2 22 109 N1 1 48 109 2 1 11 109 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 13 j 为齿轮每转一圈时 同一齿面啮合的次数 Lh 为齿轮的工作寿命 单位为 h 7 由图 10 19 取接触疲劳寿命系数 KHN1 0 92 KHN1 0 96 8 计算接触疲劳许用应力 安全系数 s 1 由式 10 12 得 H 1 KHN1 lim1 s 0 92 600 552MPa H 2 KHN2 lim2 s 0 96 550 528MPa 2 计算 1 试算小齿轮分度圆直径 代入 H 中较小值 60 286mm 3 2 1 1 1 32 2 H E d t Z u uKT d 3 2 528 8 189 2 12 1 5 696333 1 32 2 2 计算圆周速度 v V d1tn1 60 1000 60 286 514 3 60 1000 1 62m s 3 计算齿宽 b b dd1t 1 60 286 60 286mm 4 计算齿宽与齿高之比 h b 模数 mt 60 286 24 2 512mm 1 1 z d t 齿高 h 2 25mt 2 25 2 512 5 652mm 60 286 5 652 10 67 h b 5 计算载荷系数 根据 V 1 62m s 7 级精度 由图 10 8 查到动载系数 Kv 1 08 直齿轮齿间载荷分配系数 KH KF 1 由表 10 2 查到使用系数 KA 1 由表 10 4 用插值法插得 7 级精度 小齿轮相对支承非对称布置时 KH 1 422 由 10 67 KH 1 422 查图 10 13 得 KF 1 35 所以载荷系数 h b K KAKVKH KH 1 1 08 1 1 422 1 536 6 按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 由式 10 10a 得 d1 d1t 60 286 63 733mm 3 t K K 3 3 1 536 1 7 计算模数 m 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 14 m 2 66 1 1 z d 24 733 63 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 2 1 1 2 F SaFa d YY z KT m 1 确定公式内的各计算数值 1 由图 10 20c 查到小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1 500MPa 大齿轮的弯 曲强度极限 FE2 380MPa 2 由图 10 18 取弯曲疲劳寿命系数 KFN1 0 85 KFN2 0 86 3 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 1 3 由式 10 12 得 F 1 0 85 500 1 3 326 92MPa S K FEFN11 F 2 0 86 380 1 3 251 38MPa S K FEFN22 4 计算载荷系数 K K KAKVKF KF 1 1 08 1 1 35 1 458 5 查取齿形系数 由表 10 5 查到 YFa1 2 65 YFa2 2 332 6 查取应力校正系数 由表 10 5 查到 YSa1 1 58 YSa2 1 692 7 计算大 小齿轮的并加以比较 F SFY Y aa 0 0128 1 a1a1 F SF YY 92 326 58 165 2 0 0157 2 a2a2 F SF YY 38 251 692 1 332 2 大齿轮的数值大 2 设计计算 mm 1 77 3 2 3 2 1 1 0157 0 241 5 69633458 122 m F SaFa d YY z KT 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 15 对比计算结果 由于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 可取弯曲强度算得的模数 1 77 并就近圆整为标准值 m 2 按接触强度算出的 分度圆直径 d1 63 733mm 算出小齿轮齿数 Z1 31 86 32 m 1 d 2 733 63 大齿轮齿数 Z2 2 32 64 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 几何尺寸计算 1 计算分度圆直径 d1 Z1 m 32 2 64mm d2 Z2 m 64 2 128mm 2 计算中心距 96 2 12864 2 d a 21 d 3 计算齿轮宽度 b dd1 1 64 64mm 取 B2 64mm B1 70mm 小齿轮简图 图 3 3 小齿轮简图 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 16 3 5 2 第二级齿轮传动设计 选择齿轮类型 精度等级 材料及齿数 1 按照设计选用直齿圆柱齿轮传动 2 考虑钢筋弯曲机为一般工作机器 速度不高 参考 机械设计 p210 表 10 8 故选用 7 级精度 3 材料选择 由 机械设计 p191 表 140 1 选择小齿轮材料为 40Cr 调质 齿面硬度为 241 286HBS 取 280HBS 大齿轮选用 45 钢 调质处理 齿面硬度 217 255HBS 取 240HBS 4 选小齿轮齿数 z1 20 大齿轮齿数 z2 2 8 20 56 按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式进行试算 3 2 1 1 1 32 2 H E d t Z u uKT d d1t 为设计小齿轮直径 K 为计算齿轮强度用的载荷系数 T1为小齿轮传递 的转矩 d 为齿宽系数 u 为齿轮传动比 ZE为材料的弹性影响系数 H 为许用 接触应力 1 确定公式内有关参数如下 1 试选载荷系数 kt 1 3 2 计算小齿轮传递的转矩 T1 9 55 106 P n1 9 55 106 3 39 257 15 34N mm 4 由表 10 7 选取齿宽系数 d 1 4 由表 10 6 查到材料锻钢的弹性影响系数 ZE 189 8MPa1 2 5 由图 10 21d 由齿面硬度查到小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1 600MPa 大齿轮的机床疲劳强度 Hlim2 550MPa 7 由式 10 13 计算应力循环系数 N1 60n1jLh 60 257 15 1 16 300 15 1 11 109 N1 1 48 109 2 8 3 96 108 j 为齿轮每转一圈时 同一齿面啮合的次数 Lh 为齿轮的工作寿命 单位为 h 9 由图 10 19 取接触疲劳寿命系数 KHN1 0 96 KHN1 1 05 10 计算接触疲劳许用应力 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 17 安全系数 s 1 由式 10 12 得 H 1 KHN1 lim1 s 0 96 600 576MPa H 2 KHN2 lim2 s 1 05 550 577 5MPa 2 计算 1 试算小齿轮分度圆直径 代入 H 中较小值 67 02mm 3 2 1 1 1 32 2 H E d t Z u uKT d 3 2 576 8 189 8 2 18 2 1 34 1258973 1 32 2 2 计算圆周速度 v V d1tn1 60 1000 67 029 257 15 60 1000 0 9m s 3 计算齿宽 b b dd1t 1 67 029 67 029mm 4 计算齿宽与齿高之比 h b 模数 mt 67 029 20 3 351mm 1 1 z d t 齿高 h 2 25mt 2 25 3 351 7 54mm 67 029 7 54 8 89 h b 5 计算载荷系数 根据 V 0 9m s 7 级精度 由图 10 8 查到动载系数 Kv 1 05 直齿轮齿间载荷分配系数 KH KF 1 由表 10 2 查到使用系数 KA 1 由表 10 4 用插值法插得 7 级精度 小齿轮相对支承非对称布置时 KH 1 423 由 8 89 KH 1 423 查图 10 13 得 KF 1 3 所以载荷系数 h b K KAKVKH KH 1 1 05 1 1 423 1 494 6 按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 由式 10 10a 得 d1 d1t 67 029 70 21mm 3 t K K 3 3 1 944 1 7 计算模数 m m 3 5105 1 1 z d 20 21 70 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 18 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 2 1 1 2 F SaFa d YY z KT m 1 确定公式内的各计算数值 1 由图 10 20c 查到小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1 500MPa 大齿轮的弯 曲强度极限 FE2 380MPa 2 由图 10 18 取弯曲疲劳寿命系数 KFN1 0 86 KFN2 0 9 3 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 1 3 由式 10 12 得 F 1 0 86 500 1 3 330 77MPa S K FEFN11 F 2 0 9 380 1 3 263 08MPa S K FEFN22 4 计算载荷系数 K K KAKVKF KF 1 1 05 1 1 3 1 365 5 查取齿形系数 由表 10 5 查到 YFa1 2 80 YFa2 2 334 6 查取应力校正系数 由表 10 5 查到 YSa1 1 55 YSa2 1 718 7 计算大 小齿轮的并加以比较 F SFY Y aa 0 0131 1 a1a1 F SF YY 77 330 55 1 80 2 0 0152 2 a2a2 F SF YY 08 263 187 1334 2 大齿轮的数值大 2 设计计算 mm 2 35 3 2 3 2 1 1 0152 0 201 34 125897365 1 22 m F SaFa d YY z KT 对比计算结果 由于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 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 19 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 可取弯曲强度算得的模数 2 35 并就近圆整为标准值 m 2 5 按接触强度算出的 分度圆直径 d1 70 21mm 算出小齿轮齿数 Z1 28 084 28 m 1 d 5 2 21 70 大齿轮齿数 Z2 2 8 28 78 4 79 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 几何尺寸计算 1 计算分度圆直径 d1 Z1 m 28 2 5 70mm d2 Z2 m 79 2 5 197 5mm 2 计算中心距 75 133 2 5 19770 2 d a 21 d 3 计算齿轮宽度 b dd1 1 70 70mm 取 B2 70mm B1 75mm 3 5 3 第三级齿轮传动设计 选择齿轮类型 精度等级 材料及齿数 1 按照设计选用直齿圆柱齿轮传动 2 考虑钢筋弯曲机为一般工作机器 速度不高 参考 机械设计 p210 表 10 8 故选用 7 级精度 3 材料选择 由 机械设计 p191 表 140 1 选择小齿轮材料为 40Cr 调质 齿面硬度为 241 286HBS 取 280HBS 大齿轮选用 45 钢 调质处理 齿面硬度 217 255HBS 取 240HBS 4 选小齿轮齿数 z1 18 大齿轮齿数 z2 5 5 22 121 按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式进行试算 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 20 3 2 1 1 1 32 2 H E d t Z u uKT d d1t 为设计小齿轮直径 K 为计算齿轮强度用的载荷系数 T1为小齿轮传递的转矩 d 为齿宽系数 u 为齿轮传动比 ZE为材料的弹性影响系数 H 为许用接触应力 1 确定公式内有关参数如下 1 试选载荷系数 kt 1 3 2 计算小齿轮传递的转矩 T1 9 55 106 P n1 9 55 106 3 19 91 84 76N mm 3 由表 10 7 选取齿宽系数 d 1 4 由表 10 6 查到材料锻钢的弹性影响系数 ZE 189 8MPa1 2 5 由图 10 21d 由齿面硬度查到小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1 600MPa 大齿轮的机床疲劳强度 Hlim2 550MPa 6 由式 10 13 计算应力循环系数 N1 60n1jLh 60 91 84 1 16 300 15 3 97 108 N1 3 97 108 5 5 7 22 107 j 为齿轮每转一圈时 同一齿面啮合的次数 Lh 为齿轮的工作寿命 单位为 h 7 由图 10 19 取接触疲劳寿命系数 KHN1 1 05 KHN1 1 15 8 计算接触疲劳许用应力 安全系数 s 1 由式 10 12 得 H 1 KHN1 lim1 s 1 05 600 630MPa H 2 KHN2 lim2 s 1 15 550 632 5MPa 2 计算 1 试算小齿轮分度圆直径 代入 H 中较小值 83 28mm 3 2 1 1 1 32 2 H E d t Z u uKT d 3 2 630 8 189 5 5 15 5 1 76 3317123 1 32 2 2 计算圆周速度 v V d1tn1 60 1000 83 281 91 84 60 1000 0 4m s 3 计算齿宽 b 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 21 b dd1t 1 83 281 83 281mm 4 计算齿宽与齿高之比 h b 模数 mt 83 281 22 3 7855mm 1 1 z d t 齿高 h 2 25mt 2 25 3 966 8 517mm 83 281 8 517 9 778 h b 5 计算载荷系数 根据 V 0 4m s 7 级精度 由图 10 8 查到动载系数 Kv 1 01 直齿轮齿间载荷分配系数 KH KF 1 由表 10 2 查到使用系数 KA 1 由表 10 4 用插值法插得 7 级精度 小齿轮相对支承非对称布置时 KH 1 427 由 9 333 KH 1 427 查图 10 13 得 KF 1 31 所以载荷系数 h b K KAKVKH KH 1 1 01 1 1 427 1 441 6 按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 由式 10 10a 得 d1 d1t 83 281 86 189mm 3 t K K 3 3 1 441 1 7 计算模数 m m 3 917 1 1 z d 22 189 86 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 2 1 1 2 F SaFa d YY z KT m 1 确定公式内的各计算数值 1 由图 10 20c 查到小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1 500MPa 大齿轮的弯 曲强度极限 FE2 380MPa 2 由图 10 18 取弯曲疲劳寿命系数 KFN1 0 9 KFN2 0 95 3 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 1 3 由式 10 12 得 F 1 0 9 500 1 3 346 15MPa S K FEFN11 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 22 F 2 0 95 380 1 3 277 69MPa S K FEFN22 4 计算载荷系数 K K KAKVKF KF 1 1 01 1 1 31 1 3231 5 查取齿形系数 由表 10 5 查到 YFa1 2 72 YFa2 2 1968 6 查取应力校正系数 由表 10 5 查到 YSa1 1 57 YSa2 1 8068 7 计算大 小齿轮的并加以比较 F SFY Y aa 0 0123 1 a1a1 F SF YY 15 346 57 1 27 2 0 0143 2 a2a2 F SF YY 69 277 0688 19681 2 大齿轮的数值大 2 设计计算 mm 2 96 3 2 3 2 1 1 0143 0 221 76 3317123231 1 22 m F SaFa d YY z KT 对比计算结果 由于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 可取弯曲强度算得的模数 2 96 并就近圆整为标准值 m 3 按接触强度算出的 分度圆直径 d1 86 189mm 算出小齿轮齿数 Z1 28 73 29 m 1 d 3 189 86 大齿轮齿数 Z2 5 5 29 159 5 160 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 几何尺寸计算 1 计算分度圆直径 d1 Z1 m 29 3 87mm 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 23 d2 Z2 m 160 3 480mm 2 计算中心距 5 283 2 48087 2 d a 21 d 3 计算齿轮宽度 b dd1 1 87 87mm 取 B2 87mm B1 90mm 3 6 轴的设计 3 6 1 轴 II 的设计 1 输出轴上功率 P2 转速 n2和转矩 T2 P2 3 6kw n2 514 3r min T2 69633 5N mm 2 求作用在齿轮上的力 1 已知分度圆直径 d1 64mm 2 转矩 已知 T2 69633 5N mm 3 求圆周力 Ft 根据公式得 Ft 2T2 d1 2 69633 5 64 2176 047N 4 求径向力 Fr 根据公式得 Fr Ft tan 2176 047 tan200 792N 3 按扭矩初算轴径 选用 45 刚 调质 硬度 217 255HBS 根据 机械设计 P2371 15 3 式 并查表 15 3 取 A0 115 d 115 3 6 514 3 1 3mm 22 0mm 3 0 n P A 考虑有键槽 将直径增大 5 则 d 22 1 5 mm 23 1mm 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 24 选 d 25mm 4 轴的结构设计 1 轴上零件的定位 固定和装配 将齿轮安排在箱体中下方 齿轮下方由轴肩定位 联接以平键作过渡配合固定 两轴承由轴肩定位 2 确定轴各段直径和长度 I段 轴承段 d1 25mm 轴承选用角接触轴承 型号为 7205AC 内径 d 为 25mm 宽度 B 为 15 所以长度取 L1 15mm II 段 取第二段 d2 29mm 根据设计箱体大小 设定长度 L2 175mm III段 取第三段 d3 31mm 根据设计齿轮宽度 取 L3 67mm IV段 定位轴肩 取根据轴肩高度 h 0 07 0 1 d 可以取 d4 37mm 长度 L4 12mm V段 此段轴承使用轴套定位 轴承选择接触角轴承 型号为 7207AC 内径 d 为 35mm 宽度 B 为 17mm 所以直径 d5 35mm 根据箱体间隙和轴承宽度 设定 这段长度 L5 55mm VI段 这段用于装带轮 取直径 d6 31mm 长度 L6 135mm 3 确定键槽长度 键选用圆头平键 根据轴的直径为 31mm 可以选取键的宽度 b 10 高 h 8 根据键的标准长度及齿轮轮毂宽度 初选键长度为 40mm 5 求轴上的载荷 1 绘制轴受力简图 如图 3 4 2 绘制垂直面弯矩图 轴承支反力 FAY Fr 83 5 175 67 50 176N FBY Fr 208 5 175 67 50 616N 截面 C 在垂直面的弯矩为 MC1 FBy 83 5 51436N mm 3 绘制水平面弯矩图 FAz Ft 83 5 175 67 50 483 56N FBz Ft 208 5 175 67 50 1692 44N 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 25 MC2 FBz 83 5 74N mm 4 绘制总弯矩图 MC 32N mm 2 c2 2 1c MM 5 绘制扭矩图 TII 9550 103PII nII 9550 103 3 6 514 3 66850N mm 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 26 T 83 5m m F t F r FAy FA z FBz FBy B A 208 5mm 74N mm Mc1 竖直面弯 矩图 水平面弯 矩图 Mc2 51436N mm Mc 32N mm 总弯矩图 扭矩图图 图 3 4 轴的载荷分析图 6 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时 通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度 根据 机械 设计 p373式15 5 及上面所计算的数据 以及轴脉动循环变应力 取 0 6 53 34MPa 3 22 2 2 2 ca 311 0 668506 032 150388 W TMC 因为轴的材料是选用45钢 查 机械设计 p362表15 1得 1 60MPa 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 27 因此 ca 1 所以安全 7 轴的工作图 图3 5 轴II 3 6 2 轴 III 的设计 1 输出轴上功率 P2 转速 n2和转矩 T2 P2 3 39kw n2 257 15r min T2 N mm 2 求作用在齿轮上的力 1 已知小齿轮分度圆直径 d1 70mm 大齿轮分度圆直径 d2 128mm 2 转矩 已知 T1 N mm 3 求圆周力 Ft 根据公式得 小齿轮 Ft1 2T2 d1 2 70 3597 14N 大齿轮 Ft2 2T2 d1 2 128 1967 19N 4 求径向力 Fr 根据公式得 小齿轮 Fr1 Ft tan 3597 14 tan200 1309 25N 大齿轮 Fr2 Ft tan 1967 19 tan200 716 26N 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 28 3 按扭矩初算轴径 选用 45 刚 调质 硬度 217 255HBS 根据 机械设计 P370 15 2 式 并查表 15 3 取 A0 115 d 115 3 39 257 15 1 3mm 27 16mm 3 0 n P A 考虑有键槽 将直径增大 5 则 d 22 1 5 mm 28 52mm 选 d 30mm 4 轴的结构设计 1 轴上零件的定位 固定和装配 将两齿轮安排在箱体中间方 齿轮下方由轴肩定位 联接以平键作过渡配合固 定 两轴承由轴肩定位 2 确定轴各段直径和长度 I段 轴承段 d1 30mm 轴承选用角接触轴承 型号为 7206AC 内径 d 为 30mm 宽度 B 为 16 所以长度取 L1 16mm II 段 取第二段 d2 33mm 根据设计箱体大小与齿轮宽度 设定长度 L2 125mm III段 取第三段 d3 38mm 根据设计齿轮宽度 取 L3 114mm IV段 定位轴肩 取根据轴肩高度 h 0 07 0 1 d 可以取 d4 44mm 长度 L4 12mm V段 此段用于定位轴承 直径选择 d5 40mm 长度 L4 38mm VI段 轴承段 轴承选择接触角轴承 型号为 7207AC 内径 d 为 35mm 宽 度 B 为 17mm 所以直径 d5 35mm 设定这段长度 L5 17mm 3 确定键槽长度 键选用圆头平键 根据轴的直径为 33mm 可以选取键的宽度 b 10 高 h 8 根据键的标准长度及齿轮轮毂宽度 初选键 1 长度为 63mm 键 2 长度为 56mm 5 按弯矩复合强度计算 1 绘制受力简图 如图 3 6 2 轴承支反力 FAY Fr1 87 5 295 Fr2 207 5 295 115 51N FBY Fr1 207 5 295 Fr2 87 5 295 708 39N 广州大学机械与电气工程学院毕业论文 29 3 绘制垂直面弯矩图 截面 1 在垂直面的弯矩为 MCH1 FBy 87 5 61984 13N mm 截面 2 在垂直面的弯矩为 MCH2 FAy 85 9818 35N mm 4 绘制水平面弯矩图 FAz Ft1 87 5 295 Ft2 207 5 295 316 75N FBz Ft1 207 5 295 Ft2 87 5295 1946 70N 截面 1 在水平面的弯矩为 MCV1 FBZ 87 5 25N mm 截面 2 在水平面的弯矩为 MCV2 FAZ 85 2692