飞剪机传动装置设计说明书 -

1、 机械设计课程设计计算说明书设计题目：飞剪机传动装置设计院系：机械工程及自动化学院班级：130715班指导老师：张建斌2016年6月6日北京航空航天大学 机械设计课程设计计算说明书目录目录- 2 -一、飞剪机总体方案设计：- 4 - 1.1 滚筒式飞剪机- 4 - 1.2 曲柄连杆式飞剪机- 5 - 1.3曲柄摇杆式飞剪机- 5 -二、电动机选型：- 8 - 2.1类型和结构形式的选择：- 9 - 2.2确定电机的额定功率：- 9 - 2.3确定电机的转速：- 9 -三传动系统的运动和动力参数- 9 - 3.1计算传动比 - 10 - 3.2传动比分配- 10 - 3.3确定各轴运动和动力参数

2、- 10 -四、齿轮的设计与校核- 12 - 4.1高速级齿轮的设计与校核- 12 - 4.2低速级齿轮的设计与校核- 18 - 4.3开式齿轮的设计与校核- 24 -五轴的设计与校核- 28 - 5.1高速轴的设计与校核- 28 - 5.2中间轴的设计与校核- 31 - 5.3低速轴的设计与校核- 34 - 5.4输出轴1的设计与校核- 37 - 5.5输出轴2的设计与校核- 40 -六、滚动轴承的选择和计算- 43 - 6.1高速（输入）轴轴承的选择- 43 - 6.2中间轴轴承的选择- 44 - 6.3低速轴轴承的选择- 46 - 6.4输出轴1轴承的选择- 47 - 6.5输出轴2轴承

3、的选择- 48 -七、键和联轴器的选择- 50 - 7.1键的选择- 50 - 7.2联轴器的选择：- 55 -八、减速器机体各部分结构尺寸- 55 -九、润滑和密封形式的选择- 56 - 9.1二级减速齿轮的润滑- 56 - 9.2滚动轴承的润滑- 56 - 9.3密封形式的选择- 56 -十、其他技术说明- 57 -十一、结束语- 57 -十二、参考文献- 58 -一、飞剪机总体方案设计：执行机构设计：经上网查阅资料，发现飞剪机的执行机构有以下几种：1.1 滚筒式飞剪机滚筒式飞剪机是一种应用比较广泛的飞剪机。她装设在连轧机组或横向机组上，用来剪切厚度小于12mm的钢板或型钢这种飞剪机作为切

4、头飞剪机是，其剪切厚度可达45mm.滚筒式飞剪机的刀片做简单的圆周运动固可以剪切速度高达15米秒以上的轧件。1.2 曲柄连杆式飞剪机用飞剪机剪切厚度较大的板带或钢坯。这种飞剪得缺点是结构复杂，剪切机构的动力特征不好，轧件的运动速度不能太快。用于小型型钢厂的曲柄连杆式飞剪机，轧件速度小于5ms，剪切轧件的厚度3070 。1.3曲柄摇杆式飞剪机（施罗曼飞剪机） 这种飞剪机也称为施罗曼飞剪机，用来剪切冷轧板带。由于飞剪机工作时总能量波动较小，故可在大于5ms的速度下工作曲柄摇杆式飞剪机的上刀架通过偏心枢轴与下刀架相铰接。下刀架在曲轴与上刀架的带动下，以偏心轴（机械偏心）偏心套（液压偏心）为中心作往复

5、摆动。当改变偏心轴与偏心套的偏心位置时，可得到不同的空切次数。经上所述，我们组内讨论准备采用曲柄摇杆（四杆）机构，并且该四杆机构应该满足以下条件：1）剪切过程中水平方向速度波动应在3%左右2）竖直方向速度应尽量小，从而可以选用功率较小的电机和减速箱3）剪切厚度为2mm，单个执行机构应剪切1.2mm左右4）剪切力应尽量通过曲柄中心，尽量减小扭矩飞剪机的刀尖路线大概如图 1-2，棒料向右运动。（1） 刀刃在AB段运动应尽量平直，速度较为均匀，执行剪切任务。（2） BC段为退刀路线，要求其足够倾斜，才能在退刀的时候不碰到棒料。（3） CA段虚线刀刃的运动规律可以比较随意。从网上查找数据，初步得到四杆

6、机构：其中，L1=55, L2=392, L3=485, L4=330.5, =3.56°，=99.86°，=49°，L5=387;利用ADAMS进行仿真，变化曲柄、连杆和L5的长度后，得到满足条件的机构，具体ADAMS仿真如下：四杆机构尺寸：机架：L4=330.5mm曲柄：L1=90mm摇杆：L3=485mm连杆：L2=395.5mm伸出：L5=125mmVymax=93mm/sVxmin=701mm/sVxmax=727mm/sn=1r/s水平方向速度波动大约在3%左右，可以接受。剪切过程中具体数据如下图所示：则要剪切65cm*65cm的板子，水平方向速度大约

7、为0.65m/s二、电动机选型：2.1类型和结构形式的选择：按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机，电压为380/220V；2.2确定电机的额定功率：飞剪机的剪切速度大约为52mm/s工作所需的输出功率为：；其中F取为给定值500KN的1/4，即112.5KN传动装置的总效率为：，其中：联轴器效率效率= 0.99，滚动轴承效率= 0.99，齿轮传动效率 =0.97。因此，所需要的电机的功率为：；所选用的电机的额定功率应大于理论所需功率，由第六章Y系列电动机急速，选额定功率为15Kw的电机。2.3确定电机的转速：曲柄转速：;二级圆柱齿轮的减速比为1220，故电动机转速

8、可取：所以电机的同步转速。查书上第六章电动机选型，得到Y180L-6的电机最为适合。它的满载转速为970r/min额定功率为15kw；三传动系统的运动和动力参数3.1计算传动比 3.2传动比分配：圆柱齿轮高速级的传动比：；中间级的传动比：；因执行机构的对称性，低速级的传动比：i34=1；所取的传动比均在要求的范围内。3.3确定各轴运动和动力参数0轴（电动机轴）：， ；1轴（高速轴）：，。2轴（中间轴）：,3轴（低速轴）：,4轴：,5轴：,15轴的输出功率为各轴的输入功率乘以滚动轴承的效率0.99，输出转矩计算类似。因此各轴的运动和动力参数列表如下：轴名功率P / kW转矩T /N·m

9、转速nr/min传动比i效率输入输出输入输出电动机轴13.807135.93597010.991轴13.66913.532134.576133.2309704.75750.962轴13.12612.995614.808608.660203.893.39880.963轴12.60512.4792006.2961986.2336010.984轴12.35412.2301966.3451946.6826010.965轴5.9915.931953.5675944.03260四、齿轮的设计与校核4.1高速级齿轮的设计与校核高速级齿轮1、2的设计与校核计算项目计算内容计算结果（1）初步计算选择材料和精度等

10、级小齿轮：40Cr调质处理，硬度HB=241286HB，平均取为260HB大齿轮：45钢调质处理，硬度HB=229286HB，平均取为240HB同侧齿面精度等级为8级精度转矩齿宽系数由附录B-3，取接触疲劳极限由教材图2-24得到；初步计算许用接触应力值由表B-1，估计取，动载荷系数K=1.4K=1.4初步计算小齿轮直径（闭式软齿面） =取 初步齿宽（2）校核计算圆周速度精度等级由表选择8级精度合理齿数、模数和螺旋角取；一般与应取为互质数取，由表2-4取由表教材2-7原动机均匀平稳，工作机有中等冲击使用系数由教材图2-6动载系数先求齿间载荷分配系数N/mm由表2-8，软齿面斜齿轮，精度等级8级

11、齿向载荷分布系数由图2-18查出区域系数由表2-15查出弹性系数由表2-5得由于无变位，端面啮合角重合度系数可靠度系数由表2-17取一般可靠度系数总工作时间许用接触应力应力循环次数 （单向运转取）接触寿命系数由图2-27查出齿面工作硬化系数接触强度尺寸系数由表2-18安调质钢查润滑油膜影响系数取为验算合格（3）确定主要传动尺寸中心距取整螺旋角端面模数分度圆直径齿宽取（4）齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数由图2-20,查得应力修正系数由图2-21查得螺旋角系数由图2-22查取齿向载荷分布系数由图2-9查取重合度系数许用弯曲应力试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限由表2-17查最小安全系数由图2-33确定尺寸系

12、数由图2-32确定弯曲寿命系数另外取验算合格（5）小结：齿轮主要传动尺寸列表模数2.5mm压力角螺旋角分度圆直径齿顶高2.5齿根高3.125齿顶间隙0.625齿根圆直径中 心 距215mm齿 宽b齿顶圆直径4.2低速级齿轮的设计与校核低速级齿轮3、4的设计与校核计算项目计算内容计算结果选择材料和精度等级小齿轮：40Cr调质处理，硬度HB=241286HB，平均取为260HB大齿轮：45钢调质处理，硬度HB=229286HB，平均取为240HB同侧齿面精度等级为8级精度转矩齿宽系数由附录B-1，取接触疲劳极限由教材图2-14得到；初步计算需用接触应力值由表B-1，估计取，动载荷系数K=1.4K=

13、1.4初步计算小齿轮直径（闭式软齿面） =127.32mm取 初步齿宽（2）校核计算圆周速度精度等级查表选择8级精度合理齿数、模数和螺旋角取；一般与应取为互质数取，由表取由表教材2-7原动机均匀平稳，工作机有中等冲击使用系数由教材图2-6动载系数先求齿间载荷分配系数由表2-8，软齿面斜齿轮，精度等级8级齿向载荷分布系数由图2-18查出区域系数由表2-15查出弹性系数由表27-5得由于无变位，端面啮合角重合度系数螺旋角系数由表2-17取一般可靠度系数总工作时间许用接触应力应力循环次数 （单向运转取）接触寿命系数由图2-27查出齿面工作硬化系数接触强度尺寸系数由表2-18安调质钢查润滑油膜影响系数

14、取为验算 =612.85N/mm2合格（3）确定主要传动尺寸中心距取整螺旋角端面模数分度圆直径齿宽取（4）齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数由图2-20,查得应力修正系数由图2-21查得螺旋角系数由图2-22查取齿向载荷分布系数由图2-9查取重合度系数许用弯曲应力试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限由表2-17查最小安全系数由图2-18确定尺寸系数由图2-32确定弯曲寿命系数另外取验算 合格（5）小结：齿轮主要传动尺寸列表模数3mm压力角螺旋角分度圆直径齿顶高3齿根高3.75齿顶间隙0.75齿根圆直径中 心 距a=285mm齿 宽b齿顶圆直径4.3开式齿轮的设计与校核输出开式齿轮5、6的设计与校核计算项目计算

15、内容计算结果选择材料和精度等级因传动比为1，所以两齿轮参数一致，在此只设计校核一个齿轮。齿轮：40Cr,调制，表面淬火，硬度4855HRC，平均取为52HRC同侧齿面精度等级为8级精度转矩齿宽系数由附录B-3，取弯曲疲劳极限由教材查图得到；初步计算许用接触应力值由表B-4，估计取，动载荷系数K=1.4K=1.4复合齿形系数=4.16齿数初取=150=150初步计算法相模数 =2.16mm因尺寸需要，取 （2）校核计算分度圆直径d1、螺旋角和齿宽bmm取整a=430mmb=b=172mmb1=180mm圆周速度精度等级由表选择8级精度合理使用系数原动机均匀平稳，工作机有中等冲击动载系数由教材图2

16、-6弹性系数由表2-5得由于无变位，端面啮合角齿间载荷分配系数先求由表2-8查得 齿向载荷分布系数由图2-9查取齿形系数 由图2-20,查得应力修正系数由图2-21查得螺旋角系数由图2-22查取重合度系数许用弯曲应力试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限由表2-17查最小安全系数由图2-18确定尺寸系数由图2-32确定弯曲寿命系数另外取验算合格（5）小结：齿轮主要传动尺寸列表模数3mm压力角螺旋角分度圆直径齿顶高3齿根高3.75齿顶间隙0.75齿根圆直径中 心 距430mm齿 宽b齿顶圆直径五轴的设计与校核：5.1高速轴的设计与校核高速轴的设计与校核计算项目计算内容计算结果材料的选择为40Cr钢，正火处理

17、，硬度HB=241286 材料系数查表1-3有 C=102估算轴径所受转矩齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力轴受力简图垂直面反力 垂直面内受力图垂直面弯矩垂直面弯矩图水平面反力水平内受力图水平面弯矩水平面弯矩图合成弯矩合成弯矩图转矩转矩图应力校正系数 计算当量弯矩截面C处是危险面当量弯矩图校核许用弯曲应力为 合格5.2中间轴的设计与校核中间轴的设计与校核计算项目计算内容计算结果材料的选择为45钢，正火处理，硬度HB=170217 材料系数查表1-3有 C=112估算轴径所受转矩齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力轴受力简图垂直面反力 垂直面内受力图垂直面弯矩垂直面弯矩图水平面反力 水平内受力图水平面弯矩

18、水平面弯矩图合成弯矩合成弯矩图转矩转矩图应力校正系数 计算当量弯矩截面C,D处是危险面当量弯矩图校核需用弯曲应力为 合格5.3低速轴的设计与校核低速轴的设计与校核计算项目计算内容计算结果材料的选择为45钢，正火处理，硬度HB=170217 材料系数查表1-3有 C=112估算轴径所受转矩齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力轴受力简图垂直面反力 垂直面内受力图垂直面弯矩垂直面弯矩图水平面反力 水平内受力图水平面弯矩水平面弯矩图合成弯矩合成弯矩图转矩转矩图应力校正系数 计算当量弯矩截面C处是危险面当量弯矩图校核需用弯曲应力为 合格5.4输出轴1的设计与校核输出轴1的设计与校核计算项目计算内容计算结果材料

19、的选择为45钢，正火处理，硬度HB=170217 材料系数查表1-3有 C=112估算轴径所受转矩齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力轴受力简图垂直面反力 垂直面内受力图垂直面弯矩垂直面弯矩图水平面反力 水平内受力图水平面弯矩水平面弯矩图合成弯矩合成弯矩图转矩转矩图应力校正系数 计算当量弯矩截面C处是危险面当量弯矩图校核需用弯曲应力为 合格5.5输出轴2的设计与校核输出轴2的设计与校核计算项目计算内容计算结果材料的选择为45钢，正火处理，硬度HB=170217 材料系数查表1-3有 C=112估算轴径所受转矩齿轮圆周力与啮合齿大小相等，方向相反齿轮径向力与啮合齿大小相等，方向相反齿轮轴向力与啮合齿大

20、小相等，方向相反轴受力简图垂直面反力 垂直面内受力图垂直面弯矩垂直面弯矩图水平面反力 水平内受力图水平面弯矩水平面弯矩图合成弯矩合成弯矩图转矩转矩图应力校正系数 计算当量弯矩截面C处是危险面当量弯矩图校核需用弯曲应力为 合格六、滚动轴承的选择和计算6.1高速（输入）轴轴承的选择该轴为工作于普通温度下的短轴，故支点采用两端单向固定的方式选用一对深沟球轴承，按轴径初选3尺寸系列的深沟球轴承6211。下面进行校核：计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查手册6211轴承主要性能参数如下：d=50mm，D=110mm，B=27mm， ； 轴承受力分析轴承受力情况确定X、Y值由表8-7， 得冲击载荷系

21、数载荷性质为中等冲击，由表8-8查得当量动载荷轴承寿命（球轴承）寿命合格极限转速计算，查表得，查表得极限转速符合要求。6.2中间轴轴承的选择该轴为工作于普通温度下的短轴，故支点采用两端单向固定的方式选用一对深沟球轴承，按轴径初选3尺寸系列的深沟球轴承6312。下面进行校核：计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查手册6312轴承主要性能参数如下：d=60mm，D=130mm，B=31mm， ； 轴承受力分析轴承受力情况确定X、Y值由表18.7， 得冲击载荷系数载荷性质为中等冲击，由表8-8查得当量动载荷轴承寿命（球轴承）寿命合格极限转速计算，查表得，查表得极限转速符合要求。6.3低速轴轴承的

22、选择该轴为工作于普通温度下的短轴，故支点采用两端单向固定的方式选用一对深沟球轴承，按轴径初选2尺寸系列的深沟球轴承6215。下面进行校核：计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查手册6215轴承主要性能参数如下：d=75mm，D=130mm，B=25mm， ； 轴承受力分析轴承受力情况确定X、Y值由表18.7， 得冲击载荷系数载荷性质为中等冲击，由表8-8查得当量动载荷轴承寿命（球轴承）寿命合格极限转速计算，查表得，查表得极限转速符合要求。6.4输出轴1轴承的选择该轴为工作于普通温度下的短轴，故支点采用两端单向固定的方式选用一对深沟球轴承，按轴径初选2尺寸系列的深沟球轴承6218。下面进行校

23、核：计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查手册6218轴承主要性能参数如下：d=90mm，D=160mm，B=30mm， ； 轴承受力分析轴承受力情况确定X、Y值由表8-7， 得冲击载荷系数载荷性质为中等冲击，由表8-8查得当量动载荷轴承寿命（球轴承）寿命合格极限转速计算，查表得，查表得极限转速符合要求。6.5输出轴2轴承的选择该轴为工作于普通温度下的短轴，故支点采用两端单向固定的方式选用一对深沟球轴承，按轴径初选2尺寸系列的深沟球轴承6214。下面进行校核：计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查手册6314轴承主要性能参数如下：d=70mm，D=125mm，B=24mm， ； 轴承受

24、力分析轴承受力情况确定X、Y值由表18.7， 得冲击载荷系数载荷性质为中等冲击，由表8-8查得当量动载荷轴承寿命（球轴承）寿命合格极限转速计算，查表得，查表得极限转速符合要求。七、 键和联轴器的选择7.1键的选择键的选择主要考虑所传递的扭矩的大小，轴上零件是否需要沿轴向移动，零件的对中要求等等。计算项目计算内容计 算 结 果（1）高速轴（输入轴）与电机轴连接键的选择和校核键的选择和 参数静联接,选用普通平键，圆头，由手册查得d=40mm时，故应选用键，键GB/T1096-2003转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得45号钢的许用挤压应力为=（100-120）MPa故满足要求（2）中间

25、轴与一级减速大齿轮连接键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键，圆头由手册查得d=62mm时，故应选用键，两个键 GB/T1096-2003成180度对称转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（100-120）MPa故满足要求（3）中间轴与二级减速小齿轮连接键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键，圆头由手册查得d=62mm时，选用键，键 GB/T1096-2003转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（100-120）MPa故满足要求（4）低速轴与二级减速大齿轮连接键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键，圆头，

26、由手册查得d=77mm时，故选用键，两个键 GB/T1096-2003成180度对称分布转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（100-120）MPa故满足要求（5）低速轴与输出轴1连接键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键，圆头，由手册查得d=70mm时，故选用键，键 GB/T1096-2003转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（100-120）MPa故满足要求（6）输出轴1与低速轴连接键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键，圆头，由手册查得d=70mm时，故选用键，键 GB/T1096-2003转 矩键 长接触

27、长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（100-120）MPa故满足要求（7）输出轴1与齿轮连接键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键，圆头，由手册查得d=80mm时，故选用键，键 GB/T1096-2003转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（100-120）MPa故满足要求（8）输出轴1与执行机构连接键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键，圆头，由手册查得d=80mm时，故选用键，键 GB/T1096-2003转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（100-120）MPa故满足要求（9）输出轴2与齿轮

28、连接键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键，圆头，由手册查得d=70mm时，故选用键，键 GB/T1096-2003转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（100-120）MPa故满足要求（10）输出轴2与执行机构连接键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键，圆头，由手册查得d=60mm时，故选用键，键 GB/T1096-2003转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（100-120）MPa故满足要求7.2联轴器的选择：根据联轴器的连接尺寸和载荷性质，选择的是弹性柱销联轴器：(1) 电机与减速器高速轴：型号是LX3，主要

29、参数：L=112mm，T=1250N.m，N=4750r/min(2) 减速器与输出轴1：型号是LX5，主要参数：L=142mm，T=3150N.m，N=3450r/min八、减速器机体各部分结构尺寸名称符号减速器型式及尺寸 箱座壁厚通过计算，并考虑铸造工艺，壁厚取 箱盖壁厚通过计算，并考虑铸造工艺，壁厚取 箱座凸缘厚度 取箱盖凸缘厚度 取箱座底凸缘厚度 取地脚螺钉直径取地脚螺钉数目取轴承旁连接螺栓直径 取箱盖与箱座联接螺栓直径 取轴承端盖螺钉直径 取窥视孔盖螺钉直径 取定位销直径取齿轮轮毂端面与内机壁距离2> 取2=轴承端盖外径 轴承端盖凸缘厚度 取 九、 润滑和密封形式的选择 9.1

30、二级减速齿轮的润滑减速器中的二级减速齿轮,由于齿轮外缘的回转速度小于12m/s，因此采用浸油润滑，选用全损耗系统用油（GB443-1989）,浸油深度应没过至少1到2个齿高，一般不应小于10mm。 9.2滚动轴承的润滑深沟球轴承轴承处的零件轮缘线速度均小于，所以应考虑使用油润滑，但应对轴承处值进行计算。值小于时宜用油润滑. 9.3密封形式的选择为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作，在构成机体的各零件间，如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运

31、动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。本设计中由于密封界面的相对速度不是很大，采用接触式密封，输入轴与轴承盖间V <3m/s，采用粗羊毛毡封油圈，输出轴与轴承盖间也为V <3m/s，故采用粗羊毛毡封油圈。十、其他技术说明减速器装配前，必须按图纸检验各个部分零件，然后需用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，内壁涂刷抗机油浸蚀的涂料两次。在装配过程中轴承装配要保证装配游隙。轴承部位油脂的填入量要小于其所在轴承腔空间的2/3。减速器的润滑剂在跑合后要立即更换，其次应该定期检查，半年更换一次。在机盖机体间，装配是涂密封胶或水玻璃，其他密封件应选用耐油材料。对箱盖与底座结合面禁用垫片，必要时可涂酒精漆片或水玻璃。箱盖与底座装配好后，在拧紧螺栓前应用0.05mm塞尺检查其密封性。在运转中不许结合面处有漏油渗油现象。减速器装配完毕后要进行空载试验和整机性能试验。空载实