波纹管机传动系统设计与计算

任务书设计题目：波纹管机传动系统的设计与计算1设计的主要任务及目标传动系统的设计是整个波纹管机设计的一部分，主要任务是综合运用所学的知识，进行机械传动系统的设计。通过所学的设计基础，根据设计要求确定传动系统的主要参数，进行必要的设计计算，合理的选择元件，对所设计的传动系统的性能进行校核，最终设计出一个可靠的，先进的机械传动系统。2设计的基本要求和内容传动系统的设计与计算，包括液压传动和齿轮传动，传动系统的设计步骤和内容大致如下：（1）确定传动系统的主要性能参数；（2）选择电动机，齿轮等传动元件；（3）验算传动系统性能；（4）设计详细的系统。3主要参考文献1濮良贵,纪名刚.机械设计M.第八版.西安:高等教育出版社,20052成虹.冲压工艺与模具设计M.北京：高等教育出版社，2004.3王征,王仙红.AutoCAD2010实用教程M.北京:清华大学出版社,20094SorsL.FatigueDesignOfMachineComponents.Oxford:Pergamonpress,19714进度安排设计各阶段名称起止日期1确定设计思路，进行开题检查2013.122014.03.142开始着手进行设计工作2014.03.142014.01.103进行中期检查2014.04.102014.04.254整理论文完，论文完善，打印装订订2014.04.252014.06.095设计及及图纸整理，准备答辩2014.06.102014.06.18波纹管机传动系统的设计与计算摘要：波纹成型机是生产波纹管的核心设备，生产出的波纹管已经广泛用于各个工业领域，它是集机电液为一体的现代化高技术设备。本文针对生产的要求，提出了设计题目。并对该机的传动系统进行了全面设计。研究方案主要是根据能量传递，采用齿轮传动，液压传动的方法来完成设计，在传动系统设计中，根据波纹管成型的工作过程，进行了液压系统原理图的设计，确定了液压系统的执行元件。计算了整个液压系统的流量，并根据流量和压力进行了液压阀的选型、油箱的设计和各个辅助元件的选择，计算了各个系统的功率，据此选择了电动机的型号。齿轮传动方面，通过计算各种传动比，最后选择出合适的零件。关键词：波纹管成型机；传动系统;液压传动DesignandcalculationofthecorrugatedpipemachinedrivesystemAbstract：Corrugatedmoldingmachineisthecoreofthecorrugatedpipeproductionequipment,productionofcorrugatedpipehasbeenwidelyusedinvariousindustrialfields,itisaconcentrationofelectromechanicalliquidfortheintegrationofmodernhigh-techequipment.Basedontherequirementsofproduction,andputsforwardthedesigntopics.Andhascarriedonthecomprehensivedesignofthemachinedrivesystem.Researchplanismainlybasedontheenergytransfer,theuseofgearing,hydraulictransmissionmethodtocompletethedesignInthetransmissionsystemdesign,accordingtotheworkingprocessofthecorrugatedpipeforming,thispapergivesthedesignofthehydraulicsystemschematicdiagram,thehydraulicsystemofactuatorsisdetermined.Calculateflowrateofthewholehydraulicsystem,andaccordingtotheflowrateandpressureofthehydraulicvalvetypeselection,thedesignofthetankandvariousauxiliarycomponentsselection,calculatedthepowerofeachsystem,selectingthemotormodel,finallydrawtheassemblydrawingofhydraulicpumpstation.Geartransmission,throughthecalculationoftransmissionratio,finallychoosetherightparts.Keywords:corrugatedpipeformingmachine;Thetransmissionsystem;Hydraulictransmission目录1绪论-11.1国内波纹管的概况和发展趋势-11.2波纹管成型机简介-21.3课题的提出与意义-31.4课题研究中的主要难点以及解决的方法-32设计方案的确定-42.1传动方案的确定-42.1.1机械传动系统拟定的一般原则-42.1.2确定最终传动方案-52.2确定各传动机构的传动效率-63电动机的选择-73.1选择电动机的类型及结构形式-73.2电动机功率的选择-73.2.1电动机功率的计算推演-83.2.2确定电动机具体型号-83.3确定各部件的功率与线速度-83.4确定各轴的转速-83.5确定传递的转矩-94链传动的选择及设计-104.1链传动的选择-104.2链轮-114.2.1设计计算功率Pd-124.2.2确定带型与选择传动比-124.2.3确定型号-125减速器的设计-135.1选择减速器的类型-135.2减速器中齿轮传动的设计-135.2.1确定齿轮精度等级、齿轮类型、齿数和材料精度等级-135.2.2确定结构尺寸-18I5.3齿轮轴的设计-195.3.1材料选择-195.3.2轴的设计计算和校核-196大小弧齿锥齿轮-286.1齿轮参数的选择-286.2齿轮传动的许用应力-296.3齿轮精度的选择-306.4大小弧齿锥齿轮的选择与设计-306.4.1斜齿轮传动的主要优缺点、啮合条件以及基本参数-306.4.2齿轮数据-31结论-33致谢-34参考文献-35II1绪论1.1国内波纹管的概况和发展趋势在公路施工中，应用钢波纹管涵代替钢筋混凝土进行涵洞施工作历史已经有100多年了。1896年，美国率先进行波纹管涵通道、涵管的可行性研究。其后，在美国、加拿大、澳大利亚等国的公路建设中，均采用了钢波纹管涵进行涵洞的施工。1990年，日本高速公路设计，规范制定了波纹管涵设计技术规范。随着波纹管涵在世界各地的安装使用，证明了此种结构在各种使用情况下的通用性。在我国改革开放后，深圳及大同煤矿开始从国外进口成品波纹管涵进行涵洞施工。之后，上海市公路管理处、上海市政工程设计研究院、上海同济大学对金属波纹管涵进行了动、静载试验，结果表明能满足设计使用要求，填补了国内的空白，且迅速得到推广应用。百顺牌钢波纹管涵投入到了青海公路施工当中，三年的实践证明，钢波纹管涵在北方寒冷地区完全符合公路建设当中的涵洞施工要求。实践证明，用钢制波纹管涵代替钢筋混凝土进行涵洞施工，无论从施工周期、施工造价、环保意义等方面都有其不可比拟的优越性，且用钢波纹管涵进行涵洞施工，可大大提高道路行车的舒适度与安全性，避免道路中涵洞的“错台跳车”现形，有利于解决西北地区寒冷霜冻对砼管涵结构的破坏问题。浙赣铁路九标管段共有14座公跨铁立交桥，为了争抢工期，全段公路跨线桥梁的施工由现浇变为提前预制，由于桥梁工点分散，设置了10处桥梁预制场地，共预制梁56片。公路桥梁采用箱形梁，后张法张拉，预应力孔道采用扁波纹管。从施工一开始，就得赶快研究图纸，打每一片梁都坚持检查施工质量，从钢筋数量、尺寸及波纹管的安装和混凝土浇筑、预应力张拉、压浆、封锚等各方面都不错过，但在施工过程中，还是偶尔会有波纹管孔道堵塞现象发生，一旦堵塞发生，只能对混凝土结构做“开刀”处理，然后嵌补，这样的结果是，堵孔多了必然影响结构的质量，严重会造成质量事故。在施工中人们大多使用波纹管成孔，所以防止这种现象的发生就显得十分重要了。其实堵孔现象并不是不能避免的。从对造成堵孔的原因分析人手，人们采取了相应的措施，取得了良好的效果。目前我国已有专门生产波纹管涵的工厂，鉴于这种管涵的许多优点，我国钢材产量已跨居世界前列，在我国推广应用波纹管涵的前景是非常广阔的。III1.2波纹管成型机简介波纹成型机是生产波纹管的核心设备，由成型模具、传动系统，控制系统部分组成。成型模具一般由3040对上下（或水平）对开的模片组成，沿一定的轨迹移动，模具闭合成圆形管子的成型腔，模具打开，使制品脱模，模具可由水或空气冷却。其成型过程为：从挤出机挤出管坯在一定的水压下，经过吹胀（或真空吸附），使内外壁分别贴合在成型模具和内定径棒上成型。波纹成型机同时具有牵引管材的作用。波纹成型机有立式和水平式两种，立式波纹成型机其模具上下开合，占地面积小，结构紧凑，但模具更换较困难，特别是大口径模具的更换。水平式波纹成型机其成型模具水平开合，占地面积较大，但更换模具比立式方便得多，因比其应用更广泛。一般小口径管材，采用的是整体式模具，而大口径管材考虑到其模具重量大，更换时不方便，故一般采用托架式模具，换口径时，只需更换托架内的芯模即可，节省了模具制造成本。波纹成型机的关键就是成型模具运行轨道的确定，需先建立模具运行的数字模型，然后印出其轨迹，最后按照这一轨迹组合模具。双壁波纹管的成型方法一般有真空成型法和壁间充气成型法两种，也有同时使用这两种方法的。真空成型法是通过成型模具上的真空孔使管坯外壁靠负压作用吸附在成型模具上，其内壁靠伸出芯模的定径棒定型。这种方法生产的管子的外观质量较好，但其内外径尺寸稳定性较差，且真空孔易堵塞，造成产品外壁波纹缺陷。壁间充气成型法是在两层料坯中间通压缩空气，把管坯外壁吹胀入成型模具，同时使管内壁贴附在内定径棒上。并可根据管口径，壁原的大小来调气压。应用这种方法生产的管材.尺寸稳定性好。国内生产的波纹管成型机，一般为水平式结构，大口径管材也采用托架式模具。但受其加工设备的限制，其模具的加工精度和同一性与国外同类产品相比还有差距，在生产中机器故障较多，有时还可能造成模具运行轨道的损坏。近年来上海金纬机械制造有限公司开发了一系列大口径双壁波纹管生产线，其波纹成型机采用立式结构，由于模具的加工采用了大型加工中心生产，其同一性和精度均达到较高的水平。同时，模具采用快速冷却系统，可较大程度地提高生产速度。虽然国产的波纹成型机质量不如国外进口产品，但由于其价格比国外同类产品低很多，且其生产的管材能达到要求，故近年来国内大部分波纹管生产厂家还是采用国产生产线。故国产设备的生产厂家这几年发展较快，但还应致力提高加工水平，开IV发新产品，缩小与国外产品的差距。最近几年，国外研制出了模具速回转系统，即利用机械或气动搬运系统，把最后一对模片重新快速带回开始的工作位置。它的优点是模片数可减少，一般仅需1218对模片，在生产大口径管材时，可极大地降低波纹成型机的生产成本。1.3课题的提出与意义金属波纹管涵代替钢筋混凝土进行涵洞施工是一项新技术，金属波纹管涵也叫钢制波纹涵管，是指铺埋在公路，铁路下面的涵洞用螺纹波纹管，它是由波形金属板卷制成或用半圆波形钢片拼制成的圆形波纹管，广泛应用于公路，铁路，小桥，通道，挡土墙以及各种矿场，巷道挡墙支护等工程中的涵洞（管）。波纹管涵是与钢筋混凝土管涵相比，具有重量轻，性价比好，便于运输存放，施工工艺简单，组装快速，工期短等优点。建筑波纹管时，可根据需要随意组装成任何长度，必要时，管节还可拆除，迁往别处修建，在缺乏砂石材料地区或地基承载力较低的地区，波纹管涵的优越性更为显著。1.4课题研究中的主要难点以及解决的方法本课题主要研究的是波纹管机的传动部分，所以在设计过程中的难点是：通过工件需求对电机的确定、各传动部件的计算以及确定在传动的过程中，要求材料行走缓慢、平稳，这样可避免因速度过快而使材料发生翘曲变形，且易于实现控制。整个传动系统安装在底座上，传动结构要求紧凑，外廓尺寸小。因此要保证传动比大，传动效率高，传动平稳性和可靠性较好，使得整个传动系统紧凑。二级减速为斜齿圆柱齿轮传动，同时具备上述特点，充分满足生产要求。钢材在行走时主要受到辅助系统门式托架的滚动摩擦阻力和冷弯滚轮的摩擦阻力6。通过分析，这两种力都比较小，主要是受到冷弯滚轮通过型钢传递过来的挤压力。经分析得知，驱动主动滚轮转动的力矩并不是很大，所以驱动电机功率一般较小，Y系列三相异步交流电动机小功率即可满足要求。V2设计方案的确定2.1传动方案的确定2.1.1机械传动系统拟定的一般原则（1）采用简短的运动链；采用尽可能简短的运动链，有利于降低零部件的重量和制造成本，也有利于提高机械传动效率和减小积累误差7。为了使运动链尽量短，所以应注意原动机的类型和运动参数的选择，以简化传动链。（2）优先选用基本结构；基本结构的结构简单，设计方便，技术成熟，故在满足功能要求的条件下，应优先选用基本机构。若基本机构不能满足或者不能很好的满足机械的运动或动力要求时，可以适当地对其进行变异或组合。（3）合理安排不同类型传动机构的顺序；一般来说，在机构的排列顺序上有如下的一些规律：首先，在可能的情况下，转变运动形式的机构（如凸轮机构、连杆机构、螺旋机构等）通常总是安排在运动链的末端，与执行机构靠近。其次，带传动等摩擦传动，一般都安排在转速较高的运动链的始端，以减小其传递的转矩，从而减小其外形尺寸。这样安排，也有利于启动平稳和过载保护，而且原动机的布置也方便。（4）合理分配传动比；运动链的总传动比应合理分配给各级传动机构，具体分配方法应注意以下几点：各种传动的每级传动比要在推荐值范围内，以符合各种形式的传动特点，有利于发挥性能，并使结构紧凑。如一级传动比过大，对机构的性能和尺寸都是不利的。例如当齿轮传动的传动比大于8至10时，一般应设计成两级传动；当传动比在30以上时，常设计成两级以上的齿轮传动。但是，对于带传动来说，一般不采用多级传动。当传动链为减速传动时，必须十分注意机械的安全运转问题，防止发生损坏机械或伤害人身的可能。如，为防止机械因过载而损坏，可采用具有过载打滑现象的摩擦传动或装置安全联轴器等。对于以上要求，在设计过程中应尽量满足。VI（5）两种方案的对比本次设计中，在动力传动过程是有两种方式，带传动和链式传动。因此在选择时要充分考虑工作环境和工作强度等因素。带传动与链传动的优缺点带传动靠摩擦力工作且带具有弹性，能缓和冲击，吸收震动，传动平稳无噪音;结构简单，维护制造方便，成本较低同时具有过载保护作用。链传动用在工作可靠，低速重载，工作环境恶劣，以及其他不宜采用齿轮传动和带传动的场合，例如翻土机的运行机构采用链传动，虽然经常受到土块、泥浆和瞬时过载等的影响，依然能够很好的工作。带传动在高速级，链传动在低速级若将链传动放置高速级，会加剧运动的不均匀性，动载荷变大，震动和噪音增大，降低链传动的寿命，链传动只能实现平行轴间的同向传动，运转时不能保证恒定的瞬时传动比，磨损后易发生跳齿，工作时有噪音，不宜用在载荷变化很大、高速和急速反向的传动中，即应布置在低速级8。而若将带传动放置低俗级，会使结构尺寸增大，及应布置在高速级，与电机直接相连，可以起到缓冲吸震的作用，还能起到过载打滑的作用，保护零件，放在高速级，功率不变的情况下，高速级速度高，带传动所需的有效拉力就小，带传动的尺寸也就较小。而在本次设计中，除传动比要求不是很高，外加工作环境的影响。因此决定采用链式传动。2.1.2确定最终传动方案通过对以上内容的了解和分析结合在实习和老师的多次指导最终确定了波纹管机的整体传动方案。方案如下：电动机在经过变频以及减速机后由链条连接主传动轴和链轮，在通过固定在轴上的两个锥齿轮带动轧辊。两个轧辊在用联轴器连接，使其完成要求的加工过程。整个传动过程如图2-1所示VII1-电动机2-链轮3-链条4-大小弧齿锥齿轮5-主传动轴图2-1传动系统图2.2确定各传动机构的传动效率参阅表9并结合设计的整体传动方案和各传动机构自身的特点确定各机构的传动效率如下：链条的传动效率是：96.0链滚动轴承的传动效率是：滚大小齿轮传动的传动效率是：齿=0.97联轴器的传动效率是：联=0.99VIII3电动机的选择3.1选择电动机的类型及结构形式电动机是一种旋转式机器,它将电能转变为机械能,它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子,其导线中有电流通过并受磁场的作用而使转动。它是将电能转变为机械能的一种机器。各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机）。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机（见同步电机）。同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率。工作较稳定。电动机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率，使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。电动机的调速方法很多，能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化10。从能量消耗的角度看，调速大致可分两种：保持输入功率不变,通过改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节电动机的转速。控制电动机输入功率以调节电动机的转速。3.2电动机功率的选择电动机的功率选择的是否合适,对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选的过小,不能保证工作机的正常工作或使电动机因过载而过早的损坏;而功率选的过大,则电动机的价格较高,能力又不能充分利用,而且由于电动机经常不能满载运行,其使用效率和功率因数都较低,增加了电能的消耗造成了能源的浪费。所以在选择电动机时应考虑设计机器的使用要求和加工参数，并经过细致周密的计算推演，建立起可靠而又缜密的理论模型，再根据经济性原则最终确定具体的电动机参数。IX3.2.1电动机功率的计算推演根据本人设计的波纹管机的使用要求，轧辊速度是0.02米每秒，查资料得主体部分的=5KW。因为依照整体传动方案可计算出KW，所以，P5P6O滚齿联链KW7KW6.32/P0滚齿联链3.2.2确定电动机具体型号所以根据计算出的结果和查表后最终确定出了电动机的具体型号。因为功率的确定所以选择Y系列电机，而加工时要求的转速不高以及节约资金等本次选用Y系列小型三相异步电动机Y160M-6，其主要技术参数如下所示：功率KW：7.5电流A：6.58A转速r/min：970效率（%）：89%频率：50HZ电压：380V3.3确定各部件的功率与线速度kWP254.79.051联K822链k63.3轴P5.4齿3.4确定各轴的转速min/970nr电机5.24联i/6./ri链联链in/30.rn小齿链小齿轴Xmin/r1.5i/n大齿小齿大齿3.5确定传递的转矩mNnPT4.295.79051联联3.16.822mNnPT209.53.950331.4.44XI4链传动的选择及设计4.1链传动的选择链传动是啮合传动，平均传动比是准确的。它是利用链与链轮轮齿的啮合来传递动力和运动的机械传动。链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中，在近代机械种应用广泛。其大致图形如下：图4-1链条示意图链条长度以链节数来表示。链节数最好取为偶数，以便链条联成环形时正好是外链板与内链板相接，接头处可用弹簧夹或开口销锁紧。若链节数为奇数时，则需采用过渡链节。在链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应避免采XII用。齿形链由许多冲压而成的齿形链板用铰链联接而成，为避免啮合时掉链，链条应有导向板(分为内导式和外导式)。齿形链板的两侧是直边，工作时链板侧边与链轮齿廓相啮合。铰链可做成滑动副或滚动副，滚柱式可减少摩擦和磨损，效果较轴瓦式好。与滚子链相比，齿形链运转平稳、噪声小、承受冲击载荷的能力高；但结构复杂、价格较贵、也较重，所以它的应用没有滚子链那样广泛。齿形链多用于高速(链速可达40m/s)或运动精度要求较高的传动。国家标准仅规定了滚子链链轮齿槽的齿面圆弧半径、齿沟圆弧半径和齿沟角的最大和最小值(详见GB1244-85)。各种链轮的实际端面齿形均应在最大和最小齿槽形状之间。这样处理使链轮齿廓曲线设计有很大的灵活性11。但齿形应保证链节能平稳自如地进入和退出啮合，并便于加工。符合上述要求的端面齿形曲线有多种。最常用的齿形是“三圆弧一直线”，即端面齿形由三段圆弧和一段直线组成。4.2链轮链轮轴面齿形两侧呈圆弧状，以便于链节进入和退出啮合。齿形用标准刀具加工时，在链轮工作图上不必绘制端面齿形，但须绘出链轮轴面齿形，以便车削链轮毛坏。轴面齿形的具体尺寸见有关设计手册。另外链轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，故齿面多经热处理。小链轮的啮合次数比大链轮多，所受冲击力也大，故所用材料一般应优于大链轮。常用的链轮材料有碳素钢(如Q235、Q275、45、ZG310-570等)、灰铸铁(如HT200)等。重要的链轮可采用合金钢。小直径链轮可制成实心式；中等直径的链轮可制成孔板式；直径较大的链轮可设计成组合式，若轮齿因磨损而失效，可更换齿圈。链轮轮毂部分的尺寸可参考带轮。另要注意链传动的失效形式主要有以下几种：(1)链板疲劳破坏链在松边拉力和紧边拉力的反复作用下，经过一定的循环次数，链板会发生疲劳破坏。正常润滑条件下，链板疲劳强度是限定链传动承载能力的主要因素。XIII(2)滚子、套筒的冲击疲劳破坏链传动的啮入冲击首先由滚子和套筒承受。在反复多次的冲击下，经过一定循环次数，滚子、套筒可能会发生冲击疲劳破坏。这种失效形式多发生于中、高速闭式链传动中。(3)销轴与套筒的胶合润滑不当或速度过高时，销轴和套筒的工作表面会发生胶合。胶合限定了链传动的极限转速。(4)链条铰链磨损铰链磨损后链节变长，容易引起跳齿或脱链。开式传动、环境条件恶劣或润滑密封不良时，极易引起铰链磨损，从而急剧降低链条的使用寿命。过载拉断这种拉断常发生于低速重载的传动中。4.2.1设计计算功率Pd查资料得工况系数KA=1.3Pd=KAPo=1.37.5=9.75kW4.2.2确定带型与选择传动比由于Pd=9.75kW和no=60.6r/min,参考链条参数表11选择B型普通链条因为链的在传动比一般在24范围之中，所以选取传动比是：i=44.2.3确定型号根据所需以及查表确定链条型号为40B-1型，如下表4-1：表4-1链条型号表节距滚子直径内节内宽销轴直径销轴长度内链板高度链板厚度极限拉伸载荷每米长重Pd1maxb1mind2maxLminLmaxh2maxTmaxQminQDINISO链条mminchmmmmmmmmmmmmmmKNKN/m40B-1635/239.3738.1022.8982.289.252.968.5/8.0355.016.35XIVXV5减速器的设计5.1选择减速器的类型减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需要。减速器的种类很多，按照传动形式不同可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和星式减速器12；按照传动的不知形式又分为展开式、分流式。常见减速器的特点：（1）齿轮减速器的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，因而应用广泛。（2）蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不大的情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，但效率较低。其中应用最广的式单级蜗杆减速器，两级蜗杆减速器应用较少。（3）行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大，但制造精度要求较高，结构复杂，且价格略贵。综合冷弯机的设计使用要求，在确保设计经济性的前提下最终选择单级圆柱齿轮减速器。经过计算可确定减速器的传动比是：i=4，该减速器的基本结构由齿轮、轴及轴承组合，箱体，减大部分组成。5.2减速器中齿轮传动的设计5.2.1确定齿轮精度等级、齿轮类型、齿数和材料精度等级结合设计要求与设计参数我准备选用直齿圆柱齿轮减速器，此种减速器为普通减速器，速度不快，所以选用7级精度即可在保证经济性的条件下满足需求。材料的选择和齿数的确定查阅表(本章以下数据出自)确定：小齿轮的材料是20Cr2Ni4（调质），硬度是350HBS大齿轮的材料是12钢（调质），硬度是320HBS4NiCr确定：小齿轮齿数是z1=19大齿轮齿是z2=uz1=619=114XVI依据齿面接触的强度进行设计：按照设计计算公式试算：dt1321)(2.HEdtZuTK明确公式内的各字母所表示的数值（1）载荷系数Kt=1.3（2）确定小齿轮传递的转矩T=95.510Nmm154511065.824.70.9nP（3）查阅表确定齿宽系数为d=1.1（4）查阅表确定材料的弹性影响系数ZE=189.821MPa（5）查阅图根据齿面硬度确定：小齿轮的接触疲劳强度极限为Hlim1=1200大齿轮的接触疲劳强度极限为Hlim2=1100a（6）根据公式计算出（N齿轮的工作应力循环次数，n转速）N=60n=60240172000=1.037101hjL9N=1.03710/6=1.72810298（7）查阅图确定接触疲劳寿命系数为：KHN1=0.90；KHN2=0.94（8）确定接触疲劳许用应力根据失效概率是1%，安全系数是S=1（由于点蚀破坏后只会引起噪声、震动增大，并不立刻导致不能继续工作的后果，故可取s=1），依据公式有：10829.01lim1SKHNHMPa344.212XVII确定具体数值（1）确定小齿轮分度圆直径dt321)(2.HEdtZuTK=2.32mm27.10348.96105.8324（2）确定圆周速度v=m/s5.16027.14.106ndt（3）确定齿宽bb=dd1t=1.1122.27=134.497mm(4）确定齿宽与齿高之比b/hm模数是：mmm4.6192.7/1zdtt齿高是：h=2.25m=2.256.44=14.48mmtb/h=9.48173（5）确定载荷系数因为v=1.54m/s,且减速器是7级精度查阅图选择动载系数为：KV=1.06如果KAFt/bSSca所以：本次设计的传动轴的静强度满足设计使用要求。（2）依照弯扭合成应力进行传动轴的强度校核计算)()2(4)(122WTMWTca其中：轴的计算应力()caPaM轴受到的弯矩（Nm）T轴受到的扭矩（Nm）W轴的抗弯截面系数（3）查图表可得具体计算公式-1对称循环变应力时轴的许用应力参阅表可知折合系数XXV在扭转切应力为静应力时，选取=0.3在扭转切应力为脉动循环变应力时，选取=0.2在扭转切应力为对称循环变应力时，选取=1在本式中选取=1，因为材料是45号钢，经过了调质处理，331.02dW所以-1=60MPa因此轴的计算应力是：20.8451.0)(6235caMPa1经过上述计算推演，可知其满足设计使用条件，所以合格。图5-1轴的载荷分析图大齿轮轴的设计计算同理安装在大齿轮轴上的零部件从左到右依次是：轴承盖、轴承、大齿轮、轴承、轴承盖、联轴器，轴径依次是45mm、50mm、60mm、50mm、45mm,其中轴承盖轴径等于轴承处轴径14。XXVI大齿轮轴如图5-2.a所示（1）确定轴上的转矩2TNm671049.795n022PT（2）确定作用在齿轮上的力（如图5-2.b）所示周向力：N5216902dTFt径向力：N968tananTr（3）确定各段轴径确定联轴器处的轴径：联轴器的计算转矩=KAT3，参阅表，再考虑到转矩变化c和冲击载荷幅度是中等水平，所以选取KA=1.9，所以有：T=1.91667=3167Nmc由于计算转矩应小于联轴器公称转矩，所以参阅国标GB/T5014-1985，选用caTLH6型弹性柱销联轴器，它的公称转矩是3150N/m,D=280mm,半联轴器孔径是d1=60mm，半联轴器长度是L=142mm15。确定轴径依次是70mm、75mm、84mm、80mm、70mm、60mm。所以轴承安装处的轴径是d2=70mm，齿轮安装处的轴径是d3=75mm。考虑到联轴器在制造和安装过程中的误差所产生的附加圆周力是N572380612.0DTF（4）确定支反力水平面上的支反力（如图5-2.c）由MA=0有：0)(baRczrN489.0681baFRcz由z=0有：rczAF1N968czrAz垂直平面上的支反力（如图5-2.e）查阅可知：N4812rcyAFRXXVII在的作用下，支点A、C处的支反力（如图5-2.g）0F由=有：cM0)(0cFbaRN1786.3520AN400ACFR（5）绘制弯矩图和转矩图齿轮上的作用力在水平面上的弯矩图（如图5-2.d）Nm8.750.489aRMAzBz齿轮上的作用力在垂直面上的弯矩图（如图5-2.f）Nm.AyB齿轮作用力在截面D处作出的最大合成弯矩是：Nm2.1678.5.7222ByzB在F0作用下绘制出的弯矩图（如图5-2.h）Nm.16.053cMB绘制转矩图（如图5-2.i）T=1667Nm（6）对轴进行校核计算依照轴的结构尺寸及其弯矩图和转矩图，可知截面B处弯矩最大，并且存在齿轮配合和键槽引起的应力集中现象，所以截面B处属于危险截面。对截面B处进行校核计算：依照静强度条件对轴进行校核计算静强度校核的条件是SSSca2其中：SS=1.21.4适用于高塑性材料（S/B0.6）制造的钢轴SS=1.41.8适用于中塑性材料（S/B0.60.8）制造的钢轴SS=1.82适用于低塑性材料制造的钢轴XXVIIISS=23适用于应用铸造方式制造的钢轴SS仅考虑弯矩和轴向力时的安全系数SS仅考虑扭矩时的安全系数所以有：)(maxaxAFWMSSTSS/ax其中：S，S材料的抗弯屈服极限和抗扭屈服极限(MPa)，轴的危险截面上所承受的最大弯矩和最大扭矩（Nm）maxMaT轴的危险截面上所承受的最大轴向力（N）FW，WT危险截面抗弯截面系数和危险截面抗扭截面系数（mm3）z参阅表可得S=355MPa所以：MP21356.0sa=167200N.mm=0mm3maxMmaxFmm3569782)1(1684.2)(16233dtbWT所以：5730sS1.52419s12.5.122ssscaSS在查表可得B=640MPa所以：6.05.643s所以：SS=1.21.4选取SS=1.4SSSScaXXIX所以，经过上述认真的校核计算，传动轴的静强度满足设计使用要求。依照弯扭合成应力校核计算传动轴的强度)()2(4)(122WTMWTca其中:轴的计算应力(MP)caM轴受到的弯矩（Nm）T轴受到的扭矩（Nm）W轴的抗弯截面系数（3）-1对称循环变应力下轴的许用应力参阅表15-44选择具体数值折合系数，在扭转切应力为静应力时，选取=0.3在扭转切应力为脉动循环变应力时，选取=0.2在扭转切应力为对称循环变应力时，选取=1在本式中选取=1，因为材料选择的是45号钢，经过了调质331.02dW处理，所以-1=60MP，轴的计算应力如下所示：aMP5.29726531caa1经过上述校核计算，可知其各项系数均满足设计使用条件XXX图5-2轴的载荷分析6大小弧齿锥齿轮为了满足机器的整体结构要求，本设计中的主轴是利用弧齿轮传动将单根出入轴以输出。6.1齿轮参数的选择（1）压力角的选择由机械原理可知，增大压力角,轮齿的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为=20。为增强齿轮传动的弯曲强度及接触强度，。但增大压力角并不一定都对传动有利。对重合度接近2的高速齿轮传动，推荐采用齿顶高系数为11.2，压力角为1618的齿轮，这样做可增加轮齿的柔性，降低噪声和动载荷。XXXI（2）小齿轮齿数z1的选择若保持齿轮传动的中心距a不变，增加齿数，除能增大重合度、改善传动的平稳性外，还可减小模数，降低齿高，因而减少金属切削量，节省制造费用。另外，降低齿高还能减小滑动速度，减少磨损及减小胶合的可能性。但模数小了，齿厚随之减薄，则要降低轮齿的弯曲强度。不过在一定的齿数范围内，尤其是当承载能力主要取决于齿面接触强度时，以齿数多一些为好。闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好。小齿轮的齿数可取为z1=2040。开式(半开式)齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使轮齿不至过小，故小齿轮不宜选用过多的齿数，一般可取z1=1720。为使轮齿免于根切，对于=20的标准直齿圆柱齿轮，应取z117（3）齿宽系数d的选择由齿轮的强度计算公式可知，轮齿愈宽，承载能力愈高；但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布趋不均匀，故齿宽系数应取得适当。圆柱齿轮齿宽系数的荐用值见下表。对于标准圆柱齿轮减速器，齿宽系数取为，所以对于外啮合齿轮传动：。a的值规定为0.2,0.25,0.30,0.40,0.50,0.60,0.80,1.0,1.2。运用设计计算公式时，对于标准减速器，可先选定a后再用上式计算出相应的d值。注:1)大、小齿轮皆为硬齿面时，d取偏下限的数值；若皆为软齿面或仅大齿轮为软齿面时，d取偏上限的数值；2）括号内的数值用于人字齿轮，此时b为人字齿轮的总宽度；装置状况两支承相对小齿轮作对称布置两支承相对小齿轮作对称布置小齿轮作悬臂布置d0.91.4(1.21.9)0.71.15(1.11.65)0.40.6XXXII3）金属切削机床的齿轮传动，若传递的功率不大时，d可小到0.2；4）非金属齿轮可取d0.51.2。圆柱齿轮的计算齿宽b=dd1，并加以圆整。为了防止两齿轮因装配后轴向稍有错位而导致啮合齿宽减小，常把小齿轮的齿宽在计算齿宽b的基础上人为地加宽约5lOmm。6.2齿轮传动的许用应力齿轮的疲劳极限是用m=35mm、=20、b=1050mm、v=10m/s、Ra约为0.8的直齿圆柱齿轮副试件，按失效概率为1%，经持久疲劳试验确定的。对一般的齿轮传动，因绝对尺寸、齿面粗糙度、圆周速度及润滑等对实际所用齿轮的疲劳极限的影响不大，通常都不予考虑，故只要考虑应力循环次数对疲劳极限的影响即可。XXXIII6.3齿轮精度的选择各类机器所用齿轮传动的精度等级范围列于下表中，按载荷及速度推荐的齿轮传动精度等级如下图所示机器名称精度等级机器名称精度等级汽轮机36拖拉机68金属切削机床38通用减速器68航空发动机48锻压机床69轻型汽车58起重机710重型汽车79农业机器811注：主传动齿轮或重要的齿轮传动，偏上限选择；辅助传动齿轮或一般齿轮传动，居中或偏下限选择。6.4大小弧齿锥齿轮的选择与设计6.4.1斜齿轮传动的主要优缺点、啮合条件以及基本参数斜齿轮传动优缺点如下：（1）啮合性能好，传动平稳、噪音小。（2）重合度大，降低了每队齿轮的载荷，提高了齿轮的承载能力。（3）不产生根切的最少齿数少。斜齿轮传动的主要缺点是运转时产生轴向推力。而一对斜齿轮的啮合条件，除了模数以及压力角应分别相等（）外，它们的螺旋角还必须满足如下2121,nnm条件：外啮合内啮合2121齿轮基本参数（1）齿数（numberofteeth）齿轮在整个圆周上的总数，用z表示。（2）模数（module）模数是齿轮的重要参数，用m表示，模数的定义为齿距p与的比值，即，故齿轮的分度圆直径可表示为d=m*z。由于齿轮/pm模数m已标准化了，考虑需求以及国标GB/T1357-1987所规定的标准模具系列。在设计齿轮时，若无特殊需要，应选用标准模数。XXXIV（3）分度圆压力角（简称压力角）由公式可知，同一渐开线齿廓kbkr/cos上个点的压力角不同。通常所说的齿轮压力角是指在其分度圆上的压力角，以表示。国家标准（GB/T1356-1988）中规定，分度圆上的压力角为标准值，（在特殊场合，也允许采用其他值）计算公式有或o20)/arcos(bcsszmrb6.4.2齿轮数据选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按照传动方案，选用弧齿锥齿轮传动，同时选用8级精度（2）选择小齿轮材料为45号钢，调质处理，平均硬度为235HBS（3）选择大齿轮材料为45号钢，正火处理，平均硬度为190HBS（4）为了便于设计和计算，齿轮的设计数据中m、a、等均取标准值（齿顶高系ah数，顶隙系数），则有1ah25.0c模数m=7压力角a=齿厚s=11o02/选齿距p=2281z3612齿izXXXV表6-1齿轮数据表锥齿轮疲劳强度计算（为弹性系数）HHEHUKTZ04.123EZ齿根圆弯曲疲劳强度计算的校核公式为经校验齿轮FnSaFtbmY3.强度足够。（分别表示齿轮的齿形系数、应力校正、螺旋角影响系数）YSFa、