气动式管道爬行切割机设计.doc

ee 1 气动式管道爬行切割机设计 e e 指导老师 e 摘要 本毕业设计主要内容是一套系统的关于气动式管道爬行切割机的设计 目 前 随着社会的发展 生活节奏的加快 人们开始更多的关注高效便捷的钢管切割机 随 着管道事业的蓬勃发展 管道施工所经过的地理环境复杂多变 轻便 操作方便的管 道多功能切割机已经成为管道施工中必不可少的配套设备 尤其在大口径石油 化工 天然气等输送管道或容器的安装和维护时常常要进行下料切割和坡口切割 由于野外 环境复杂 可能面临无电无发电机的情况 也可能面临大风大雨的天气情况 所以人 们对野外工作的钢管切割机提出更多的期望 尤其希望野外钢管切割机应具备质量轻 便于装拆 操作方便 并能适应恶劣地理因素和天气因素等特点 该种新型气动切管机在公知切管机的基础上进行较大的改进一设计而成 为克服 易造成切削偏移 本设计新型设计了两条链条紧固切管机 切管机的爬行由链轮沿链 条转动来实现 有效地避免了切割偏差 为提高工效 减少能耗 将紧固链条设计为 固定式的 作业时链条并不同步随切管机移动 减少无用摩擦阻力 提高效率 切管 机除链条外全部部件均安装在支架板上 切刀升降机构是升降铣刀的 在切割作业时 通过该机构使铣刀下降进行切削 链条先绕过导向链轮 与主动链轮相切再绕过张紧 链轮后围绕管道一周 调整链条调整机构使链条紧固在管道外 导轮和后支撑轮一起 支撑切管机支架板 并使切管机能准确沿链条爬行 气压传动技术简称 气动技术 是一门涉及压缩空气流动规律的科学技术 气动 技术不仅被用来完成简单的机械动作 而且在促进自动化的发展中起着极为重要的作 用 从 50 年代起 气动技术不仅用于做功 而且发展到检测和数据处理 传感器 过 程控制器和执行器的发展导致了气动控制系统的产生 气动技术可使气动执行组件依 工作需要作直线运动 摆动和旋转运动 气动系统的工作介质是压缩空气 压缩空气 的用途极其广泛 从用低压空气来测量人体眼球内部的液体压力 气动机械手焊接到气 动压力机和使混凝土粉碎的气钻等 几乎遍及各个领域 ee 2 关键词 气动式管道爬行切割机 气压传动 Pneumatic pipe crawling cutting machine e e Tutor e Abstract The main content of this graduation design is a set of system about pneumatic pipeline crawling cutting machine design At present with the development of society the accelerating pace of life ee 3 people begin to pay more attention to the efficiency and cutting machine for steel pipe Along with the vigorous development of the cause of pipeline pipeline construction through the geographical environment is complex and changeful portability convenient operation of the pipeline multifunctional cutting machine has become the indispensable equipment in the pipeline construction especially in the large diameter petroleum chemical natural gas pipeline or container of the installation and maintenance are often used for blanking cutting and groove cutting because the environment is complex may face without electrical generator may also face the strong winds and heavy rain weather So the people on the field work of pipe cutting machine put more expectations especially hope field pipe cutting machine with light weight convenient assembly and disassembly convenient operation and can adapt to the harsh geography and weather factors etc The novel pneumatic pipe cutting machine in the prior pipe cutting machine based on the improved design and In order to overcome the easy to cause the cutting offset this design model design of two chain fastening pipe cutting machine pipe cutting machine is composed of a chain wheel chain crawling along the rotation to achieve to effectively avoid cutting deviation In order to improve work efficiency reduce energy consumption the fastening chain design for fixed type operation chain is not synchronized with the pipe cutting machine moving to reduce friction improve efficiency Pipe cutting machine in addition to chain all the components are mounted on a support plate Cutter lifting mechanism is lifting milling cutter in cutting operations through the agency of the milling cutter for cutting down Chain bypasses the guide wheel and the drive sprocket is to bypass the tensioning sprocket around the pipeline after a week adjust the chain so that the chain fastening adjusting mechanism outside the pipe Guide wheel and supporting wheel supporting pipe cutting machine bracket plate and the pipe cutting function accurately along the crawling Pneumatic transmission technology referred to as pneumatic technology refers to a compressed air flow law of science and technology Pneumatic technology has not only been used to complete a simple mechanical movement but also in promoting automation development plays an extremely important role Since 50 time pneumatic technology is used not only for work but also to the development of detection and data processing Sensor controller and actuator have led to the development of pneumatic control system generates Pneumatic technology can make the pneumatic components to work need to do linear motion ee 4 the swinging movement and the rotation motion The pneumatic system of the working medium is compressed air Compressed air is widely used from the low pressure air to measure human eye internal fluid pressure pneumatic manipulator is welded to the pneumatic press and make the concrete crushing gas almost all fields Key words pneumatic pipeline crawling cutting machine pneumatic transmission ee I 目 录 1 概述 1 1 1 设计背景 1 1 2 管道切割机简介 1 1 3 设计思路 2 1 4 设计的意义 3 2 总体方案 4 2 1 主要组成部分 4 2 2 主要技术参数 4 2 3 工作原理与工作过程概述 4 3 总体设计 7 3 1 动力源系统设计 7 3 1 1 气动马达及其简介 7 3 1 2 气动马达的分类 7 3 1 3 气动马达工作原理 8 3 1 4 气动马达与液压马达的比较 9 3 1 5 气动马达及其特点 9 3 2 传动系统设计 10 3 2 1 计算传动装置的运动和动力参数 11 4 主传动机构的设计及校核 13 4 1 气动马达的选择 13 4 1 1 选择气动马达的类型 13 4 1 2 选择气动马达的转速 13 4 2 蜗轮蜗杆传动设计 14 4 2 1 选择蜗轮蜗杆类型 材料 精度 14 4 2 2 计算步骤 14 4 2 3 确定传动的主要尺寸 16 4 3 轴的设计 20 4 3 1 蜗轮轴的设计 21 4 3 2 轴的结构图 25 5 其他零件设计 26 5 1 链轮的设计 26 5 2 切割轮进给结构 27 ee II 6 设备维护 28 注意事项 28 机床的维护和保养 28 7 设计心得 29 8 结论 31 致谢 32 参考文献 33 ee 1 1 概述 目前随着社会的发展 生活节奏的加快 人们开始更多的关注高效便捷的钢管切 割机 随着管道事业的蓬勃发展 管道施工所经过的地理环境复杂多变 轻便 操作 方便的管道多功能切割机已经成为管道施工中必不可少的配套设备 尤其在大口径石 油 化工 天然气等输送管道或容器的安装和维护时常常要进行下料切割和坡口切割 由于野外环境复杂 可能面临无电无发电机的情况 也可能面临大风大雨的天气情况 所以人们对野外工作的钢管切割机提出更多的期望 尤其希望野外钢管切割机应具备 质量轻 便于装拆 操作方便 并能适应恶劣地理因素和天气因素等特点 1 1 设计背景 当今 爬行切管机的种类很多 按切割系统大致分刀具切割机 火焰切割 等离 子管材切割机 激光管材切割机等 但是现今投入使用的野外钢管切割机还是存在很 多的弊端 比如火焰切割虽然在工作时对设备本身要求不高 但是它受天气条件的影 响很大 在恶劣的环境中工作效率极低 而且在切比较厚的钢管时 切口会出现融化 后又凝固的金属残块儿 对钢管的再焊接带来很大麻烦 而激光管材切割机倾角优秀 受热影响的区域小 基本无熔渣 在最窄弯度条件下可达到良好至优秀的精细切割 效果 但只适合较薄的管材切割 等离子管材切割机有易损件使用寿命长 生产效率 良好 切割品质优秀 导致单次操作的成本比其他技术低等优点 但 在使用时应 设有防雨 防潮 防晒的机棚 并应装设相应的消防器材 显然不适合野外操作 市场的竞争如此激烈 企业要想向前发展 势必要改变现状 实现突破 设备对 于工作者来说无疑是最重要的 起决定性因素的一个条件 先进的设备能够提高企业 的生产效率 节约人力成本 改善产品质量 综合提升企业竞争力 随着科技的发展国内外的科技人员对野外切割机进行了多次的研发创新 但是现 今投入使用的野外钢管切割机还是存在很多的弊端 比如一些产品会受到天气条件的 限制 还有一些产品耗能高效率低 而有些投入使用的产品本身比较笨拙 不方便操 作 1 2 管道切割机简介 ee 2 按导向进给系统分为手摇式钢管切割机 磁力式自动管道切割机 链条式自动 管道切割机 定位块式管道切割机 还有轨道链条式自动管道切割机 其中轨道链 条式自动管道切割机以超高的切割精度 方便的控制模式 简便的安装过程 更长 的使用寿命和更强的适应能力 其优越性远远胜于其他切割机 按动力源分为电动式切割机 气动式切割机 液压驱动式切割机 虽然 新型切割机种类繁多 但考虑到成本和实际应用情况 刀具切割依然是研 究和应用的重点 高效节能的野外管材切割设备的研发成功 可以节省更多的时间 让野外工作由原来的繁琐变为简单高效 从而减轻工人负担 从根本上改变野外管材 加工的格局 1 3 设计思路 我们如果设计一种气动轨道链条式自动切 割机则能解决以上问题 它可以在很复 杂的环境下工作及其适合野外工作 而且它切割的之后的刀口很整齐对在焊接工作的 进行带来了很大的便利 安装简便 操作方便快捷也是它的设计理念 通过对钢管的研究及其在特殊环境下工作时的特点 我们设计了野外管材切割机 实现在野外可以方便快捷地进行管材的切割 工欲善其事 必先利其器 所以说切割 机的好坏对产品质量的好坏是有直接影响的 要解决的主要问题 1 切割部分的定位方法 2 如何保证工作时机体的稳定 3 保证切割估计不发生偏移 4 整个设备要操作简单 安装方便 适应性强 5 切完后的管道末端无需再打磨加工 6 能适应恶劣的地理环境 气动轨道链条式自动切 割机是一种结构简单 操作方便的管材切割设备 此切割 机可切割直径在一定范围内的不同管材 适用范围比较大 这个机器可以完成口径不 同的管材的切割工作 而且此切割机设计了特殊的铰链连接装置 提升了装置的稳定 性 综上分析 这种切割机节省能源 无污染 方便实用 能节省劳动力 对提高整个 行业劳动力水平起到了积极作用 ee 3 1 4 设计的意义 大学四年时光 悄然逝去 在这四年中 我不仅学到了自己需要的知识 同时也 提高了自己的能力 但是 学到的很多东西毕竟仅仅都是书本上的理论知识 显然和 实际有很大的差距 通过这次的毕业设计 我可以将自己所学到的理论知识更好的与 实际相结合起来 从中能够锻炼我的思维能力 同时也是对这四年所学知识的一个综 合的运用 同时也为将来要从事的职业打下良好的基础 毕业设计同样也是大学四年最关键的一个教育环节 在这次毕业设计中 我要能 够灵活 系统的运用所学知识 提高自己分析问题 解决问题的能力 培养认真 严 谨的学习作风和吃苦耐劳 一丝不苟 严谨的治学态度 同时 也使自己更加熟练的 掌握 如何查阅国内为有关的技术资料和文献 从中学会调查 收集 整理比较有价 值的资料 在保留同类产品优点的同时 运用新技术 新工艺 新资料 新材料 大 胆创新 以弥补同类产品的不足之处 使产品趋于更合理 更先进 更优化 更具有 使用价值和良好的经济效益 2 电机选择电机选择 ee 4 2 1 电动机选择电动机选择 倒数第三页里有东东 倒数第三页里有东东 2 1 1 选择电动机类型选择电动机类型 2 1 2 选择电动机容量选择电动机容量 电动机所需工作功率为 w d P P 工作机所需功率为 w P 1000 Fv Pw 传动装置的总效率为 4321 传动滚筒 96 0 1 滚动轴承效率 96 0 2 闭式齿轮传动效率 97 0 3 联轴器效率 99 0 4 代入数值得 8 099 097 0 99 096 0 224 4321 所需电动机功率为 kWkW Fv Pd52 10 6010008 0 4010000 1000 略大于 即可 d P d P 选用同步转速 1460r min 4 级 型号 Y160M 4 功率为 11kW 2 1 3 确定电动机转速确定电动机转速 取滚筒直径mmD500 min 6 125 500 100060 r v nw 1 分配传动比 1 总传动比 62 11 6 125 1460 w m n n i 2 分配动装置各级传动比 取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比 03 44 1 01 ii 则低速级的传动比 ee 5 88 2 03 4 62 11 01 12 i i i 2 1 4 电机端盖组装电机端盖组装 CAD 截图截图 图 2 1 4 电机端盖 2 2 运动和动力参数计算运动和动力参数计算 2 2 1 电动机轴电动机轴 mN r kW n P T nn pp m d 81 689550 min 1460 52 10 0 0 0 0 0 2 2 2 高速轴高速轴 mN r kW n p T nn pp m d 09 68 1460 41 10 95509550 min 1460 41 10 1 1 1 1 41 2 2 3 中间轴中间轴 ee 6 mN rr kW n p T i n n ppp 6 263 2 362 10 10 95509550 min 2 362min 03 4 1460 10 1097 099 0 52 10 2 2 2 01 1 2 3200112 2 2 4 低速轴低速轴 mN r kW n p T i n n ppp 8 7359550 76 125 69 9 9550 min 76 125 88 2 2 362 69 9 97 099 0 10 10 3 3 3 12 2 3 3210223 2 2 5 滚筒轴滚筒轴 mN r kW n p T i n n ppp 720 76 125 49 9 95509550 min 76 125 49 9 99 0 99 069 9 4 4 4 23 3 4 4220334 ee 7 3 齿轮计算齿轮计算 3 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 1 按传动方案 选用斜齿圆柱齿轮传动 2 绞车为一般工作机器 速度不高 故选用 7 级精度 GB 10095 88 3 材料选择 由表 10 1 选择小齿轮材料为 40Cr 调质 硬度为 280 HBS 大齿 轮材料为 45 钢 调质 硬度为 240 HBS 二者材料硬度差为 40 HBS 4 选小齿轮齿数 大齿轮齿数 取24 1 z76 9603 4 24 2 z 97 2 z 5 初选螺旋角 初选螺旋角 14 3 2 按齿面接触强度设计按齿面接触强度设计 由 机械设计 设计计算公式 10 21 进行试算 即 3 0 1 12 H EH d t t ZZTK d 3 2 1 确定公式内的各计算数值确定公式内的各计算数值 1 试选载荷系数1 6 1 t k 2 由 机械设计 第八版图 10 30 选取区域系数 433 2 h z 3 由 机械设计 第八版图 10 26 查得 则 78 0 1 87 0 2 65 1 21 4 计算小齿轮传递的转矩 mmNmmN n p T 108 6 1460 41 1010 5 9510 5 95 4 5 1 0 5 1 5 由 机械设计 第八版表 10 7 选取齿宽系数1 d 6 由 机械设计 第八版表 10 6 查得材料的弹性影响系数MPaZe8 189 7 由 机械设计 第八版图 10 21d 按齿面硬度查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 MPa H 600 1lim MPa H 500 2lim 13 计算应力循环次数 9 11 103 61530082114606060 h jLnN 91 2 1056 1 03 4 N N 9 由 机械设计 第八版图 10 19 取接触疲劳寿命系数 90 0 1 HN K 95 0 2 HN K ee 8 10 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1 安全系数 S 1 由 机械设计 第八版式 10 12 得 MPaMPa S KHN H 5406009 0 1lim1 1 MPaMPa S KHN H 5 52255095 0 2lim2 2 11 许用接触应力 MPa HH H 25 531 2 21 3 2 2 计算计算 1 试算小齿轮分度圆直径d t 1 4 0 3 1 21 tHE t d H K TZ Z d 324 86 0 1046 16 34 1046 167396 0 10738 121 3 9 56mm 2 计算圆周速度v0 sm ndt 78 3 100060 56 491460 100060 11 3 计算齿宽及模数 1 1 cos 49 56 t nt mm d m z 2mm z d m t nt 1 1 cos 24 14cos56 49 24 97 056 49 h 2 252 25 2 4 5mm nt m 49 56 4 5 11 01 h b 4 计算纵向重合度 0 318 1 24 tan 20 73 tan318 0 1z d 14 5 计算载荷系数 K 已知使用系数根据 v 7 6 m s 7 级精度 由 机械设计 第八版图 10 8 1 KA 查得动载系数 11 1 Kv 由 机械设计 第八版表 10 4 查得的值与齿轮的相同 故 KH 42 1 KH 由 机械设计 第八版图 10 13 查得 35 1 f K 由 机械设计 第八版表 10 3 查得 故载荷系数4 1 HH KK 1 1 11 1 4 1 42 2 2 HHVA KKKKK 6 按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径 由式 10 10a 得 ee 9 3 11 K dd t t K mm11 55375 1 56 49 6 1 2 2 56 49 3 3 7 计算模数 z d mn 1 1cos mm22 2 24 11 5597 0 24 14cos11 55 3 3 按齿根弯曲强度设计按齿根弯曲强度设计 由式 10 17 3 2 2 1 1 2 cos F SaFa d n YY z YT m K 3 3 1 确定计算参确定计算参数数 1 计算载荷系数 2 09 ffVA KKKKK35 1 4 111 1 2 根据纵向重合度 从 机械设计 第八版图 10 28 查得螺旋 903 1 角影响系数 88 0 Y 3 计算当量齿数 37 26 91 0 2424 14 24 97 0 coscos 333 1 1 z zV 59 106 91 0 97 14 97 coscos 33 2 2 z zv 4 查齿形系数 由表 10 5 查得 18 2 57 2 21 YYFaFa 5 查取应力校正系数 由 机械设计 第八版表 10 5 查得 79 1 6 1 21 YYSaSa 6 由 机械设计 第八版图 10 24c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲强度极限 MPa FE 500 1 MPa FE 380 2 7 由 机械设计 第八版图 10 18 取弯曲疲劳寿命系数 85 0 1 KFN 88 0 2 KFN 8 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 1 4 由 机械设计 第八版式 10 12 得 ee 10 MPaMPa S F MPaMPa S F FEFN FEFN K K 86 238 4 1 38088 0 57 303 4 1 85500 0 22 2 11 1 9 计算大 小齿轮的 并加以比较 F YYSaFa 1363 0 57 303 596 1 592 2 1 11 F YYSaFa F YYSaFa 2 22 01642 0 86 238 774 1211 2 由此可知大齿轮的数值大 3 3 2 设计计算设计计算 mmmmmm mn 59 1 085 4 342 4 01642 0 65 1 88 0 8 610 2 2 3 3 2 3 2 2 4 97 0 24 14 cos 10 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于由齿面齿根弯曲疲 mn 劳强度计算 的法面模数 取2 已可满足弯曲强度 但为了同时满足接触疲劳强 mn 度 需按接触疲劳强度得的分度圆直径 100 677mm 来计算应有的齿数 于是由 73 26 2 14cos11 55 cos 1 1 m d z n 取 则 取 27 1 z 81 10803 4 27 2 z 109 2 z 3 4 几何尺寸计算几何尺寸计算 3 4 1 计算中心距计算中心距 a mm mzz n 2 140 97 0 136 14cos2 2 10927 cos2 21 将中以距圆整为 141mm ee 11 3 4 2 按圆整后的中心距修正螺旋角按圆整后的中心距修正螺旋角 06 1497 0 arccos 2 1402 2 10927 arccos 2 arccos 21 a mzz n 因值改变不多 故参数 等不必修正 k ZH 3 4 3 计算大 小齿轮的分度圆直径计算大 小齿轮的分度圆直径 mm mm mz d mz d n n 224 97 0 218 14cos 2109 cos 55 97 0 54 14cos 227 cos 2 2 1 1 mma dd 5 139 2 22455 2 21 3 4 4 计算齿轮宽度计算齿轮宽度 mmb d d 5567 551 1 圆整后取 mmmm BB 61 56 12 低速级 取 m 3 30 3 z 由88 2 3 4 12 z z i 取 4 2 88 3086 4 z 87 4 z mmm mm zd zd 261873 90303 44 33 mmmma dd 5 175 2 26190 2 43 mmmmb d d 90901 3 圆整后取mmmm BB 95 90 34 ee 12 表表 1高速级齿轮 计 算 公 式名 称 代号 小齿轮大齿轮 模数m22 压力角 2020 分度圆 直径 d 2 27 54 zd m 11 2 109 218 zd m 22 齿顶高 ha 221 21 m hhh aaa 齿根高 hf 2 1 21 cm chhh aff 齿全高h m chhh a 2 21 齿顶圆 直径 da 11 2 aa m dhz m hzd aa 2 22 表表 2低速级齿轮 计 算 公 式名 称 代号 小齿轮大齿轮 模数m33 压力角 2020 分度圆 直径 d 3 27 54 zd m 11 2 109 218 zd m 22 齿顶高 ha 12 1 22 aaamhhh 齿根高 hf 2 1 21 cm chhh aff 齿全高h m chhh a 2 21 齿顶圆 直径 da 11 2 aa m dhz m hzd aa 2 22 ee 13 4 轴的设计轴的设计 4 1 低速轴低速轴 4 1 1 求输出轴上的功率求输出轴上的功率转速转速和转矩和转矩 p3 n3T3 若取每级齿轮的传动的效率 则 mN r kW n p T i n n ppp 842 7359550 76 125 69 9 9550 min 76 125 88 2 2 362 69 9 97 990 0 10 10 3 3 3 12 2 3 3210223 4 1 2 求作用在齿轮上的力求作用在齿轮上的力 因已知低速级大齿轮的分度圆直径为 mmmz d 4041014 44 N N N FF FF d T F ta n tr t 90814tan3642tan 1366 97 0 3639 0 3642 14cos 20tan 3642 cos tan 3642 404 10008 7352 2 4 3 圆周力 径向力 及轴向力 的 FtFrFa 4 1 3 初步确定轴的最小直径初步确定轴的最小直径 先按式初步估算轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢 调质处理 根据 机械设计 第八版表 15 3 取 于是得 112 0 A mm n p Ad 64 47077 0 112 76 125 69 9 112 3 33 3 3 0min 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 为了使所选的轴直径与联轴 d12 器的孔径相适应 故需同时选取联轴器型号 联轴器的计算转矩 查表考虑到转矩变化很小 故取 则 TKTAca3 3 1 KA mmNmmN TKTAca 6 9565947358423 1 3 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件 查标准 GB T 5014 2003 或手册 Tca ee 14 选用 LX4 型弹性柱销联轴器 其公称转矩为 2500000 半联轴器的孔径 mmN 故取 半联轴器长度 L 112mm 半联轴器与轴配合的毂孔 mm d 55 1 mm d 50 21 长度 mm L 84 1 4 1 4 轴的结构设计轴的结构设计 1 拟定轴上零件的装配方案 图 4 1 2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1 根据联轴器为了满足半联轴器的轴向定位要示求 1 2 轴 84 50 1212 mmmml d 段右端需制出一轴肩 故取 2 3 段的直径 左端用轴端挡圈 按轴端直径取 mm d 62 32 挡圈直径 D 65mm 半联轴器与轴配合的毂孔长度 为了保证轴端挡圈只压在 mm L 84 1 半联轴器上而不压在轴的端面上 故 1 2 段的长度应比 略短一些 现取 L1 mm l 82 21 2 初步选择滚动轴承 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 故选用单列圆锥滚 子轴承 参照工作要求并根据 由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙 mm d 62 32 组 标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30313 其尺寸为 d D T 65mm 140mm 36mm 故 而 mm dd 65 7643 mmmm dl 82 5 54 6565 3 取安装齿轮处的轴段 4 5 段的直径 齿轮的右端与左轴承之间 mm d 70 54 采用套筒定位 已知齿轮轮毂的宽度为 90mm 为了使套筒端面可靠地压紧齿轮 此轴 段应略短于轮毂宽度 故取 齿轮的左端采用轴肩定位 轴肩高度 mm l 85 54 故取 h 6mm 则轴环处的直径 轴环宽度 dh07 0 mm d 82 65 hb4 1 取 mm l 5 60 65 4 轴承端盖的总宽度为 20mm 由减速器及轴承端盖的结构设计而定 根据轴承 ee 15 端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求 取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距 离 l 30mm 故取 mm l 57 40 32 低速轴的相关参数 表 4 1 功率 p3 kW69 9 转速 n3 min 76 125r 转矩 T3 mN 842 735 1 2 段轴长 l 21 84mm 1 2 段直径 d 21 50mm 2 3 段轴长 l 32 40 57mm 2 3 段直径 d 32 62mm 3 4 段轴长 l 43 49 5mm 3 4 段直径 d 43 65mm 4 5 段轴长 l 54 85mm 4 5 段直径 d 54 70mm 5 6 段轴长 l 65 60 5mm 5 6 段直径 d 65 82mm 6 7 段轴长 l 76 54 5mm 6 7 段直径 d 76 65mm 3 轴上零件的周向定位 齿轮 半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接 按查表查得平键截面 d 54 b h 20mm 12mm 键槽用键槽铣刀加工 长为 L 63mm 同时为了保证齿轮与轴配合 有良好的对中性 故选择齿轮轮毂与轴的配合为 同样 半联轴器与轴的连接 6 7 n H 选用平键为 14mm 9mm 70mm 半联轴器与轴的配合为 滚动轴承与轴的周向 6 7 k H 定位是由过渡配合来保证的 此处选轴的直径公差为 m6 4 2 中间轴中间轴 4 2 1 求输出轴上的功率求输出轴上的功率转速转速和转矩和转矩 p2 n2T2 ee 16 mN rr kW n p T i n n ppp 6 263 2 362 10 10 95509550 min 2 362min 03 4 1460 10 1097 0 99 0 52 10 2 2 2 01 1 2 3200112 4 2 2 求作用在齿轮上的力求作用在齿轮上的力 1 因已知低速级小齿轮的分度圆直径为 mmmz d 140354 33 N N N FF FF d T F ta n tr t 35214tan1412tan 1412 97 0 3639 0 3765 14cos 20tan 3765 cos tan 3765 140 10006 2632 2 3 2 2 因已知高速级大齿轮的分度圆直径为 mmmz d 3991333 22 N N N FF FF d T F ta n tr t 12314tan495tan 495 97 0 3639 0 1321 14cos 20tan 1321 cos tan 1321 399 10006 2632 2 2 2 4 2 3 初步确定轴的最小直径初步确定轴的最小直径 先按式初步估算轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢 调质处理 根据表 15 3 取 于是得 112 0 A mm n p Ad 6 33027 0 112 2 362 10 10 112 3 33 2 2 0min 轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径 d12 ee 17 图 4 2 4 2 4 初步选择滚动轴承初步选择滚动轴承 1 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 故选用单列圆锥滚子轴承 参照工作 要求并根据 由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 标准精度级mm d 35 21 的单列圆锥滚子轴承 其尺寸为 d D T 35mm 72mm 18 25mm 故 mm dd 35 6521 mm l 8 31 65 2 取安装低速级小齿轮处的轴段 2 3 段的直径 齿mm d 45 32 mm l 8 29 21 轮的左端与左轴承之间采用套筒定位 已知齿轮轮毂的宽度为 95mm 为了使套筒端 面可靠地压紧齿轮 此轴段应略短于轮毂宽度 故取 齿轮的右端采用mm l 90 32 轴肩定位 轴肩高度 故取 h 6mm 则轴环处的直径 轴环宽度 dh07 0 hb4 1 取 mm l 12 43 3 取安装高速级大齿轮的轴段 4 5 段的直径齿轮的右端与右端轴 45 54 mm d 承之间采用套筒定位 已知齿轮轮毂的宽度为 56mm 为了使套筒端面可靠地压紧齿 轮 此轴段应略短于轮毂宽度 故取 mm l 51 54 4 2 5 轴上零件的周向定位轴上零件的周向定位 齿轮 半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接 按查表查得平键截面 d 54 b h 22mm 14mm 键槽用键槽铣刀加工 长为 63mm 同时为了保证齿轮与轴配合有 良好的对中性 故选择齿轮轮毂与轴的配合为 同样 半联轴器与轴的连接 选用 平键为 14mm 9mm 70mm 半联轴器与轴的配合为 滚动轴承与轴的周向定位是 由过渡配合来保证的 此处选轴的直径公差为 m6 中间轴的参数 表 4 2 功率 p2 10 10kw 转速 n2 362 2r min 转矩 T2 263 6mN 1 2 段轴长 l 21 29 3mm ee 18 1 2 段直径 d 21 25mm 2 3 段轴长 l 32 90mm 2 3 段直径 d 32 45mm 3 4 段轴长 l 43 12mm 3 4 段直径 d 43 57mm 4 5 段轴长 l 54 51mm 4 5 段直径 d 54 45mm 4 3 高速轴高速轴 4 3 1 求输出轴上的功率求输出轴上的功率转速转速和转矩和转矩 p1 n1T1 若取每级齿轮的传动的效率 则 mN r kW n p T nn pp m d 09 68 1460 41 10 95509550 min 1460 41 10 1 1 1 1 41 4 3 2 求作用在齿轮上的力求作用在齿轮上的力 因已知低速级大齿轮的分度圆直径为 mmmz d 72243 11 N N N FF FF d T F ta n tr t 95 470249 038 189114tan38 1891tan 55 709 97 0 3639 0 38 1891 14cos 20tan 38 1891 cos tan 38 1891 72 100009 682 2 1 1 4 3 3 初步确定轴的最小直径初步确定轴的最小直径 先按式初步估算轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢 调质处理 根据表 15 3 取 于是得 112 0 A ee 19 mm n p Ad 54 211 0924 1 112 13 7112 1460 41 10 112 3 3 33 1 1 0min10 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 为了使所选的轴直径与联轴 d12 器的孔径相适应 故需同时选取联轴器型号 联轴器的计算转矩 查表 考虑到转矩变化很小 故取 则 TKTAca1 3 1 KA mmNmmN TKTAca 88517680903 1 1 按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件 查标准 GB T 5014 2003 或 Tca 手册 选用 LX2 型弹性柱销联轴器 其公称转矩为 560000 半联轴器的孔径mmN 故取 半联轴器长度 L 82mm 半联轴器与轴配合的毂孔长度mm d 30 1 mm d 30 21 mm L 82 1 4 4 轴的结构设计轴的结构设计 4 4 1 拟定轴上零件的装配方案拟定轴上零件的装配方案 图 4 3 4 4 2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1 为了满足半联 轴器的轴向定位要示求 1 2 轴段右端需制出一轴肩 故取 2 3 段 的直径 左端用轴端挡圈 按轴端直径取挡圈直径 D 45mm 半联轴器与mm d 42 32 轴配合的毂孔长度 为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上 而不压在轴的端mm L 82 1 面上 故 段的长度应比 略短一些 现取 mm l 80 21 2 初步选择滚动轴承 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 故选用单列圆锥滚子 轴承 参照工作要求并根据 由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 mm d 42 32 标准精度级的单列圆锥滚子轴承 其尺寸为 d D T 45mm 85mm 20 75mm 故 而 mm mm dd 45 7643 mm l 75 26 87 75 31 43 l 3 取安装齿轮处的轴段 4 5 段 做成齿轮轴 已知齿轮轴轮毂的宽度为 61mm 齿 轮轴的直径为 62 29mm 4 轴承端盖的总宽度为 20mm 由减速器及轴承端盖的结构设计而定 根据轴 承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求 取端盖的外端面与半联轴器右端面间的 距离 l 30mm 故取 mm l 81 45 32 5 轴上零件的周向定位 ee 20 齿轮 半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接 按 查表查得平键截面 d 54 b h 14mm 9mm 键槽用键槽铣刀加工 长为 L 45mm 同时为了保证齿轮与轴配合 有良好的对中性 故选择齿轮轮毂与轴的配合为 同样 半联轴器与轴的连接 6 7 n H 选用平键为 14mm 9mm 70mm 半联轴器与轴的配合为 滚动轴承与轴的周 6 7 k H 向定位是由过渡配合来保证的 此处选轴的直径公差为 m6 高速轴的参数 表 4 3 功率 p1 10 41kw 转速 n1 1460r min 转矩 T1 mN 09 68 1 2 段轴长 l 21 80mm 1 2 段直径 d 21 30mm 2 3 段轴长 l 32 45 81mm 2 3 段直径 d 32 42mm 3 4 段轴长 l 43 45mm 3 4 段直径 d 43 31 75mm 4 5 段轴长 l 54 99 5mm 4 5 段直径 d 54 48 86mm 5 6 段轴长 l 65 61mm 5 6 段直径 d 65 62 29mm 6 7 段轴长 l 76 26 75mm 6 7 段直径 d 76 45mm ee 21 5 5 齿轮的参数化建模齿轮的参数化建模 5 1 齿轮的建模齿轮的建模 1 在上工具箱中单击按钮 打开 新建 对话框 在 类型 列表框中选择 零件 选项 在 子类型 列表框中选择 实体 选项 在 名称 文本框中输入 dachilun gear 如图5 1所示 图5 1 新建 对话框 2 取消选中 使用默认模板 复选项 单击 确定 按钮 打开 新文件选项 对话框 选中其中 mmns part solid 选项 如图5 2所示 最后单击 确定 按钮 进入三维实体 建模环境 图5 2 新文件选项 对话框 2 设置齿轮参数 1 在主菜单中依次选择 工具 关系 选项 系统将自动弹出 关系 对话框 ee 22 2 在对话框中单击按钮 然后将齿轮的各参数依次添加到参数列表框中 具体 内容如图5 4所示 完成齿轮参数添加后 单击 确定 按钮 关闭对话框 图5 3输入齿轮参数 3 绘制齿轮基本圆 在右工具箱单击 弹出 草绘 对话框 选择 FRONT 基准平面作为草绘平面 绘制如图 5 4 所示的任意尺寸的四个圆 4 设置齿轮关系式 确定其尺寸参数 1 按照如图 5 5 所示 在 关系 对话框中分别添加确定齿轮的分度圆直径 基 圆直径 齿根圆直径 齿顶圆直径的关系式 2 双击草绘基本圆的直径尺寸 将它的尺寸分别修改为 修改的结d a d b d f d 果如图 5 6 所示 ee 23 图 5 4 草绘同心圆 图 5 5 关系 对话框 图 5 6 修改同心圆尺寸 图 5 7 曲线 从方程 对话框 5 创建齿轮齿廓线 1 在右工具箱中单击按钮打开 菜单管理器 菜单 在该菜单中依次选择 曲 线选项 从方程 完成 选项 打开 曲线 从方程 对话框 如图 5 7 所示 2 在模型树窗口中选择坐标系 然后再从 设置坐标类型 菜单 中选择 笛卡尔 选项 如图 5 8 所示 打开记事本窗口