辊压机传动系统设计1

目录摘 要2Abstract3绪 论4传动系统概述51.1传动系统的选择51.2传动系统的分类5电动机简介及选用63.1 概述63.2减速器的结构64.1 概述74.2 齿轮传动的计算准则74.3 设计时应注意的事项74.3.1 设计的关键问题74.3.2 合理选用齿轮的材料及热处理74.4 齿轮设计相关计算84.4.1 选择齿轮材料，确定许用应力84.4.3 大小齿轮相关参数84.4.4 外啮合标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸94.5齿轮的校核10轴的设计105.1 轴设计的主要分析105.2轴的结构设计105.3 轴上零件的布置115.3.1 各轴段直径和长度的确定115.3.3 轴上零件的定位和固定115.4 轴的计算和校核115.4.1 估算轴最小直径115.4.2 轴的校核12联轴器136.1联轴器的功能与分类136.2 常用联轴器136.3 联轴器的选择13辊子水平移动系统设计147.1 系统概述147.2 移动系统的主要结构14结束语15参考文献16致 谢17摘 要传动系统可分为机械传动系统、流体（液体、气体）传动系统、电力传动系统三大类,本设计涉及的主要是机械传动系统。传动系统是机电系统中的重要组成部分之一，传动系统的设计就是以执行机构或执行构件的运动和动力要求为目标，结合所采用动力机的输出特性及控制方式，合理选择并设计基本传动机构及其组合，使动力机与执行机构或执行构件之间在运动和动力方面得到合理的匹配。传动系统的主要作用如下：(1) 减速或增速 (2) 改变速度(3) 改变运动形式 (4) 分配运动和动力(5) 实现某些操纵控制功能 如起停、离合、制动或换向等。关键词：辊压机 传动系统 传动机构Abstract Transmission system may divide into mechanical transmission system , fluid (liquid,gas) transmission system , electric powered transmission system three big kinds。This design mainly related to the mechanical transmission system.Transmission system is one of the very important pant of the mechanical- electronic system.the design of the transmission systems purpose is the moving and driving of the performing institution or component , combining the driving machine output characteristic and cortrol mode, choosing and designing the basic transmission institution and their combination in reason., for making the driving machine and the performing institution or component matched in reason at the side of moving and driving. The main effect of the transmission system as follows:(1) speed-down or speed up(2) changing speed(3) changing the moving form(4) distributing move and drive(5) realizing some manipulating and cortrolling functionKey word: press-roller transmission system transmission institution绪 论机械传动系统方案的拟定，是一个从无到有的创造性设计过程，涉及设计方法学的问题。拟定机械传动系统的方法较多，下面仅介绍两种较常用的方法。（1）功能分解组合法 功能分解组合的基本思路是：首先对设计任务进行深入分析，将机械要实现的总功能分解为若干个分功能，再将各分功能细分为若干个元功能，然后为每一元功能选择一种合适的功能载体(机构)来完成该功能，最后将各元功能的功能载体加以适当地组合和变异，就可构成机械传动系统的一个运动方案。由于一个元功能往往存在多个可用的功能载体，所以用这个方法经过适当排列组合可获得很多的传动系统方案。 （2）模仿改造法这种方法的基本思路是：经过对设计任务的认真分析，先找出完成设计任务的核心技术(关键技术)，然后寻找具有类似技术的设备装置，分析利用原装置来完成现设计任务时有哪些有利条件，哪些不利条件，缺少哪些条件。保留原装置的有利条件，消除其不利条件，增设缺少的条件，将原装置加以改造，从而使之能满足现设计的需要。为了更好地完成设计，一般应多选几种原型机，吸收它们各自的优点，加以综合利用。这样既可以缩短设计周期，又可切实提高设计质量。这种设计方法，在有资料和实物可参考的情况下是常采用的第一种。传动系统概述传动系统是机电系统中的重要组成部分。传动系统的设计就是以执行机构或执行构件的运动和动力要求为目标，结合所采用动力机的输出特性及控制方式，合理选择并设计基本传动机构及其组合，使动力机与执行机构或执行构件之间在运动和动力方面得到合理的匹配。(1) 减速(2) 变速(3) 改变运动形式 (4) 分配运动和动力 通过传动系统可以实现所需的速度和运动形式，来实现计划的要求。所以，传动系统在机械系统中是十分重要的一部分。1.1传动系统的选择传动系统很多种形式，在选择时，应综合考虑下列因素：1） 工作机构或执行机构的工作状况；2） 动力机的机械特性和调速性能；3） 对传动的尺寸，质量和布置方面的要求；4） 工作环境条件；5） 操作和控制方式；6） 其它要求，如现场的技术条件（能源，制造能力等），标准件的选用及环境保护等。所以在选择或者设计传动系统的时候应尽量综合考虑到这些因素。1.2传动系统的分类该课题中的传动系统包括两个子系统，一是减速系统，使辊子获得低速转动；二是其中一个辊子水平移动的传动系统。在减速传动系统中，其目的是使辊子可以得到给定的速度，致使辊子以相应的速度转动。在传动系统中，电机是原动力，但是电机输出的转速是很高，由于辊子的转速比较低，所以需要减速系统来进行减速。在本系统中，减速器是十分关键的一个部分。在减速系统中，有电机作为原动力输出转速，选择带轮实现一级减速，再由减速器来实现减速得到最终所需的速度。在辊子水平移动系统中，是通过固定直齿轮，转动圆柱齿轮在实现辊子的移动。在减速系统中，总传动比是36.用带轮实现一级减速，传动比为2，于是减速器实现总的传动比是18。电动机简介及选用 本次设计选用的电机是Y225M-4型电机，其功率是45KW，转速是1480转每分钟，采用箱式结构，机座用钢板焊成， 因为重量轻，刚度好。 Y系列中型三相异步电动机使用于周围环境差、防护要求高的场合，亦可于户外，驱动水泵、压缩机、运输机械等通用机械。 电动机的额定频率为50HZ，等级为F级。减速器3.1 概述 减速器是指原动机与工作机之间独立的封闭式传动装置，用于降低转速并相应地增大转矩。此外，在某些场合，也用作增速装置，称为增速器。按用途分为通用减速器和专用减速器两大类。它是由一类基本零件组成，有标准件和非标准件。所以在设计减速器时主要是设计那些非标准件，而那些标准件是可以根据要求选用的。通过设计可以得到符合要求的图纸，运用到系统中。3.2减速器的结构减速器是用来减速的系统装置，其结构决定了其所能实现的传动比是多少。本设计所得的减速器的总传动比是18.具体分配传动比是这样的结构：轴1与轴2的传动比为2；轴2与轴3之间的传动比为3；轴3与轴4之间的传动比为3.18=233，满足设计的要求。这样，可以得到该减速器有四根轴，有三对啮合的齿轮。这是减速器最基本和最重要的结构3.电机是原动力的输出，速度很高，故需要减速器来减速，所以要求电机与减速器的连接。齿轮传动4.1 概述齿轮传动是机械传动中最主要的一种传动型式，应用非常广泛，传动也可靠。齿轮传动的优点主要是： 1. 传动的适用功率和传动速度范围广，从极小到10万kW，从极低到40m/s以上。 2. 传动平稳，传动比恒定。 3. 传动效率高，可达99%。 4. 结构紧凑，传动方式多样。 使用情况来说，有低速、高速及轻载、中载、重载之别；就齿轮热处理的不同，齿轮又分为硬齿面齿轮、中硬齿面和软齿面齿轮。（本设计中，设计的齿轮为硬齿轮，满足设计使用的要求。4.2 齿轮传动的计算准则 本设计中的齿轮传动是闭式齿轮传动，当一对齿轮或一轮齿为软齿面时，齿轮的失效形式是齿面疲劳点蚀，也有可能发生轮齿折断及其他失效形式，故应按接触疲劳强度的设计公式确定主要尺寸，然后较核弯曲疲劳强度。若一对齿轮均为硬齿面时，轮齿的主要失效形式是轮齿折断，也可能发生点蚀，胶合等失效，则应按弯曲疲劳强度的设计公式确定模数，然后校核接触疲劳强度。4.3 设计时应注意的事项4.3.1 设计的关键问题 在很多情况下，齿轮设计的关键问题并不是强度计算问题，而是在确定尺寸时，如何综合考虑使用条件，失效，材料，热处理，加工方法等对它的影响，不断反复，协调，比较，修正。4.3.2 合理选用齿轮的材料及热处理材料的选用，主要应适合齿轮传动的工况，满足强度要求并注意其经济原则；热处理的确定一定注意与材料的性能相适应，以充分发挥材料的潜力，提高其力学性能。一般来说，对于以传动运动为主，对尺寸和重量无严格限制的齿轮，则材料的选择主要以价格低廉，易于供应为原则；对于交货期较紧的齿轮，一般不用铸件；对于生产量打批量大，功率小，要求噪声低的齿轮，一般都用有色金属或塑料；对于单件生产，在尺寸和重量上无严格限制的中小型低速齿轮，一般以低合金钢，结构钢的铸件为主，等等。 本方案选择圆周齿轮来是现实传动。 4.4 齿轮设计相关计算4.4.1 选择齿轮材料，确定许用应力齿轮均选用40CrMnMi钢渗碳淬火，硬度56-62HRC。查得弯曲疲劳极限应力Flim=430Mpa；还可查得接触疲劳应力大小Hlim=1500MPa。4.4.2 按齿轮弯曲疲劳强度设计 模数的设计计算： 式中 （1）确定许用弯曲应力FP （2）齿宽系数d取0.8. （3）小齿轮齿数z1是30. （4）T1算的为566NM （5）载荷系数K取1.2 （6）YFS查得取4.06 计算得 由于模数已经是标准化了，可取模数M=3.模数是在设计中一个很重要的参数。 4.4.3 大小齿轮相关参数 上面设计出了模数，齿轮还有一个重要的设计参数齿数。由设计安排的各轴之间的传动比，轴1到轴2的传动比为2；轴2到轴3的传动比为3；轴4到轴4的传动比为3，得：取小齿轮：z1=30，d1=mn*z1=330=90mm，B1=mm;则大齿轮是齿数为：z2 =230=60. d2 =360=180. 则轴1和轴2的中心距 a=（90+180）/2 =135mm.取轴2的小齿轮的齿数为30，其直径d=330=90;则与之啮合的轴3的大齿轮的齿数Z为330=90,则有公式可得到直径d=390=270；由此可得到轴2与轴3的中心距 a=（90+270）/2=180mm。取轴3的小齿轮的齿数为36，则其直径d=336=108mm；由于轴3与轴4直径才传动比为3，可得到轴4与之啮合大齿轮的齿数的齿数为 Z=336=108，直径为 d=3108=324mm。则可以得到轴3与轴4直径的中心距为 a=（108+324）/2 =216mm。齿轮的基本设计尺寸是模数及齿数，以这两个设计参数为基础，再根据公式可以得到齿轮一系列的具体尺寸。 由于小齿轮的直径比较小，所以中间没有减重孔，所以在结构上与大齿轮有所不同， 4.4.4 外啮合标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸以轴1上的齿轮为例：模数 m =3mm压力角 =20分度圆直径 d = mz=330=90mm齿顶高 ha=m=3mm齿根高 hf=1.25m=1.253=3.75mm全齿高 h= ha+ hf=3+3.75=6.75mm顶隙 c=0.25m =0.253=0.75mm齿顶圆直径 da =m*(z+2)=3(30+2)=96mm基圆直径 db =d*cos20=900.94=84.6mm齿距 p = m =3.143=9.42mm（分度圆上）齿厚 e =m/2 =3.143/2=4.71（分度圆上）齿槽宽 s =m/2 =3.143/2=4.71（分度圆上）基圆齿距 pb=p*cos20=9.420.94=8.9mm。 为了保证啮合宽度和降低安装精度的要求，通常小齿轮要比大齿轮宽510mm。轴1上的小齿轮的宽度设计为65mm;根据上述的原则，所以与之配合安装在轴2上的大齿轮的宽度为60mm。轴2上的小齿轮的宽度设计为60mm，同理可得到与之啮合安装在轴3上的大齿轮的宽度为55mm。轴3上的小齿轮的设计宽度为65mm，同理得到与之啮合并安装在轴4上的大齿轮的宽度为60.4.5齿轮的校核 按齿面接触强度校核： 而 故接触疲劳强度也足够。上述设计的齿轮满足要求 。轴的设计5.1 轴设计的主要分析 对于机械设备中的一般转轴，主要应满足强度和结构的要求；对于刚度要求高的轴，主要应满足刚度的要求；对于一些高速机械的轴，主要考虑满足振动稳定性的要求。由于减速器的转速比较低，所以满足刚度要求已经满足要求。轴受力主要有径向和轴向力。在转轴设计中，主要是先设计出最小直径，这样，可以进行一系列相关的设计。现在可以按扭转强度或经验公式估算轴的直径，然后进行轴的具体结构设计，最后进行轴的强度验算，经过校核满足要求后可以实行。5.2轴的结构设计 在进行轴的机构设计时考虑的主要因素有：1轴的结构形状应满足使用要求，零件在轴上的定位要可靠，保证轴和轴上零件有准确的相对工作位置；2轴的结构应有利于提高轴的强度和刚度，力求受力情况合理，避免或减轻应力集中；3轴的加工及装配的工艺性好。 减速器中的轴，主要是用来安装和支撑齿轮，使齿轮得以按设计中那样转动，所以轴的设计长度一部分根据齿轮的宽度和选择的轴承宽度等因素来确定。本设计中的轴，主要是阶梯轴，轴肩是用来作轴向固定的作用，安装轴承处需要最有进行磨削加工。在轴肩和轴端处要倒角。轴上的主要配合是在安装轴承处和齿轮安装处。还有键槽在进行铣削加工。所以在加工轴的工艺性比较容易加工出来。为了增加轴的强度，在处理材料上调质。这个看需要决定。5.3 轴上零件的布置本设计中，轴上主要的安装的零件是齿轮和轴承，另外还有一些小的定位零件。而轴的长度是根据主要的零件长度。5.3.1 各轴段直径和长度的确定轴的初步估算常用到如下两种方法：扭转强度初步估算轴径；2经验公式估算轴径。对一般减速器中高速级输入轴。可按dmin=(0.81.2)D估算（D为电动机轴径）；相对各级低速轴的最小直径可按同级齿轮中心距a估算。dmin=(0.30.4)a1.5.3.3 轴上零件的定位和固定为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上除了有特殊的结构要求外，一般都必须要求定位准确，可靠。常用的周向定位方法有平键，花键，销，紧定螺钉以及过盈配合等，紧定螺钉只用于传力不大的零件。5.4 轴的计算和校核5.4.1 估算轴最小直径 轴的材料选择为45号钢，调质处理。 电机的功率为45kw.带轮的传动效率为0.96，球轴承的传动效率为0.99，一对圆柱齿轮的传动效率一般为0.98.根据计算可以得到。轴1 的功率是：P =450.960.99=42.77 kw.轴2 的功率是：P =42.770.980.88=41.49kw轴3 的功率是：P =41.490.980.99=40.26kw轴4 的功率是：P =40.260.980.99=39.06kw。根据设计有：轴1的转速是720转每分钟；轴2的转速是360每分钟；轴3的转速是120转每分钟；轴4的转速是40转每分钟。由计算得到各轴的功率可以用来计算各轴的最小直径。由下列公式可以估算得到各轴的最小直径: 。p为功率单位是kw，n为转速。得到轴1的最小直径是42.9mm.。取轴承的直径为50mm同理可以得到：轴2的最小直径为53.5mm。取直径为55mm是轴承处的直径。轴3的最小直径是76.4mm，取直径为80mm即是轴承处的直径。轴4的最小直径是108.5mm，去输出处的直径为110mm，轴承处的直径是115mm。5.4.2 轴的校核轴上的力主要来自齿轮，故根据齿轮的受力情况可以校核轴。下面对轴1的具体分析： 转矩 圆周力Ft1= 径向力Fr1=Ft1tan= Fn= F2= F1= 危险截面是B，其弯矩为3649.76N.M。由上面的弯矩图可知：轴所受弯矩最大处在齿轮部分，该处也是危险截面。 所以强度足够。同理校核，其他轴的强度也足够： 轴1安装齿轮处的直径是58mm。轴2安装大齿轮处的直径是65mm，安装小齿轮处的直径是63mm。轴3 安装大小齿轮处的直径是88mm。轴4 安装齿轮处的直径是125m联轴器 6.1联轴器的功能与分类联轴器的基本功用是连接两轴（也连接轴和其他回转零件），并传递运动和转矩。有时联轴器也用作安全保险装置。联轴器所连接的两轴，只能在运动停止后经过装拆才能彼此接合或分开。应用联轴器可以方便地将组成机器的相关部分（如原动机部分，传动部分和执行部分）连接起来。在该设计中，通过联轴器来实现减速器与辊子直径的连接，实现运动与转矩的传递。联轴器可分为两大类:(1) 刚性联轴器 (2) 挠性联轴器 6.2 常用联轴器 (1) 刚性连轴器，应用较多的是套筒式，夹壳式和凸缘式等几种类型。(2) 挠性联轴器，类型有滑块联轴器，齿式联轴器，万向联轴器，滚子链联轴器，弹性套柱销联轴器，弹性柱销联轴器。6.3 联轴器的选择联轴器类型主要是根据机器的工作特点，性能要求，结合联轴器的性能选择合适的类型。一般来说，对载荷平稳，同轴度好，无相对位移的可选用刚性联轴器，难以保持两轴严格对中，有相对位移的应选用挠性联轴器；对传递转矩较大的重型机械（如起重机），可选用齿轮联轴器；对需有一定补偿量，单向转动而冲击载荷不大的低速传动的水平轴的连接，可选用滚子链联轴器；对高速轴，可选用挠性联轴器；对轴线相交的两轴，则宜选择万向联轴器。根据以上选择标准，设计减速器的输入输出端相连的联轴器也选择YL15联轴器，具体型号为110212GB/T584319862。辊子水平移动系统设计7.1 系统概述辊子的水平移动可以调节两个辊子之间的距离，这样，辊压机设备的加工范围增大，提高了辊压机的利用效率。可以用来加工多种类型所要加工的材料。使之应用更加广发。比起那些固定辊子的辊压机设备，可以调节辊子之间距离的辊压机设备有更大的优点。7.2 移动系统的主要结构 该结构是利用直齿条固定在机架的底座上，与之啮合的圆柱齿轮安装在机架上，通过手轮的转动来带动齿轮的转动，因为直齿条是固定不动的，所以齿轮的转动可以带动机架移动，这样辊子也随机架的移动。实现了调节辊子间的距离。其原理是，把圆周运动转化为直线运动。通过机架来支撑齿轮，机架通过螺栓与辊子机架的连接，这样可以安装与固定起来。齿条是用螺栓固定安装在机架的底座上。其结构传动如下图图9-1 水平移动系统结构图 由于该系统受到的力不大，不是以抗力为主。故在设计齿轮和齿条的模数设计为2，齿轮的齿数为70，所以齿轮的直径为140mm。由于辊子之间的距离不会很大，所以直齿条的长度不会很长，辊子间的距离一般不大于50mm。所以设计齿条的齿的长度为62mm。满足要求。 通过这个系统可以实现辊子的水平移动。结束语 从开学到现在经过三个多月的毕业设计，我完成了辊压机传动系统设计的设计和毕业论文的撰写。从开始接到设计题目到毕业设计的完成，期间碰到了许多问题，我自己查阅了资料，询问老师和同学，从对辊压机的一知半解，到对辊压机的较为了解，可以说每一步对我来说都是新的尝试与挑战。这也是我大学期间独立完成的设计项目。在这次毕业设计中，大学所学到的专业的知识都有了不同程度的体现，可以说，这次设计是真正对自己这四年来的学习来一了次“大阅兵”与运用那些知识。在这段时间里，我查阅了不少相关的资料与文献，还有一些专业的期刊与外文资料，使自己更加清楚了设计的内容。 虽然我的设计和论文不是很成熟，存在很多不足之处，但这里面溶入了我这个学期以来的经历和心思，回过头来看以前的课程设计，再对比这次的毕业设计，我不难想象将来的工作中我将会遇到什么样的问题，但是有了这次毕业设计的经历，我相信将来在工作中我会更加出色。这次毕业设计使我受益匪浅，在卡是毕业设计之前，我听到过老师的评价，说大学真正最锻炼人的不是别的，正是毕业设计，它会将你所学的都来一次运用。没有平时的学习积累，完成这样一个目前对我们来说最复杂的任务是不可能。通过这次的毕业设计，我感受到做是事情要的不是别的，是心，只有心在，人才在，人的思维才会做自己的事情，才可以顺利完成。真正用心去做一件事的人，不论结果是什么样子，这个过程是很有意义的。马上就要踏上工作岗位了，而且自己从事的工作也是和本专业相关的工作，在将来的工作中，一定会遇到更多更难的问题和设计任务，在经历这次毕业设计，我懂得了完成设计任务的基本步骤与那些基本的做法。这些收获对将来的工作有很大的帮助，在将来，我一定能够胜任我的工作。这次毕业设计，锻炼我应付项目的能力，通过自己独立完成这样的设计任务，我感觉自己在这个过程学到了很多东西，这些比起课本的东西更有意义，这是一次实践性的任务。锻炼了我的个人能力，同是也培养了团队交流的能力。也知道自己存在不足，我会更加努力，使自己成为合格的人才，为社会作出贡献。参考文献1 朱龙根主编.机械系统设计.第二版.北京：机械工业出版社，2001.52 彭文生 李志明 黄华梁主