FA系列高速并条机车头箱的设计方案

1、设计题目： FA311 系列高速并条机 车头箱的设计 系 别：机械工程系 专 业：机械制造工艺及设备 班 级： 01 机械（ 2 ）班 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成时间： 目录 一、 毕业设计的目的 - 3 二、 课题简介 - 3 三、 箱体结构的设计 - 4 四、 结构尺寸的设计计算 - 5 五、 轴的设计 - 19 六、 参考文献 - 2 5 七、 毕业小结 - 2 6 一、毕业设计的目的 毕业设计是学生完成本专业的最后一个极为重要的实践性 教案环节，是使学生综合运用所学过的基本理论 .基本知识与 基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本 训练，这对学生即将从事的有关

2、技术工作和未来的开拓具有一 定意义， 其主要目的是： 1、学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立 工作能力，拓宽和深化学生的知识。 2、学生树立正确的设计思路，设计构思和创新思维，掌握 工程设计的一般程序 . 规范和方法。 3、学生正确使用技术资料 . 国家标准，有关手册 .图册等工 具书。进行设计计算 .数据处理 .编写技术文件等方面的工作能 力。 4、 学生今昔功能调查研究。面向实际。面向生产。向工人 和工程技术人员学习的基本工作态度 .工作作风和工作方 法。 二、课题简介 FA311系列高速并条机适应于75mm以下的纤维的纯纺与 混纺，在纺纱工艺过程中，位于梳棉工序之后，梳棉纤

3、维条经 过本机并合与牵伸，能够提高纤维的条长片段均匀度、纤维的 伸直度，使不同品质纤维的混合更趋均匀，为获得良好的细纱 创造必要的条件。 2100型号的车头箱是陕西宝鸡宝成纺织机械长的产品， 年产量 1000台，车头箱是 FA311 系列高速并条机的主要动力 传递机构，它通过按一定的速比排布的齿轮将电机的动力经车 头箱的变速，传递给各工作主轴，使其获得一定的动力、转速 和方向。 该车头箱是铸造而成，内部的零件主要由圆柱斜齿轮组成，齿 轮要求加工精度较高，生产批量大。针对生产现状和要求设计 2100型号的车头箱。 由被加工零件的不同，并条机设计方案各异，其车头箱可 以垂直或水平安装。该设计的车头

4、箱是水平安装在 FA311 高 速并条机右侧上方的。 三、确定箱体结构、绘制原始依据图 车头箱箱体及前后盖，均采用灰铸铁 HT200 铸造而成，箱体 的形状和尺寸按国家标准 GB3668-83 和实际设计情况选择。 箱体长度 L=L1=L2+ L3+L4 式中： L1 是左端台座的长度 L2 是齿轮纵向轴系方向上两最远齿轮的中心距 L3 是两端厚度之和 L4 是两最远轴距箱体壁的长度 则 L=195+30+530+182=937 箱体宽度 B=B1+B2+B3+B4 式中 :B1 是横向最大轴系齿轮宽度B2是箱体厚度 B3轴端至箱壁的距离 B4突出箱盖的宽度 则 B=125+30+40+56=

5、251 箱体的高度H=H1+H2+H3 式中H1是轴系高度方向上两最远主轴的中心距 H2是两最远主轴的中心距箱壁的距离 H3是箱体的厚度 则 H=354+180+45=569 最后结合设计手册与实际的结构尺寸确定箱体的尺寸为 LXB XH=940 X254 X573 四、结构尺寸设计 输出抽5 B2是箱体厚度 已知：电机功率 P=1.8KW, 电机转速 n=1470r/min n i i=1006r/min, n a 5=n 电机=1470r/min, n 说 7=2123r/min, nN i5=205r/min, n v i7=143r/min 1) 确定传动比及分配传动比 总传动比： i

6、总=门电机/n 仁 1470/1006=1.5 ia 总=n 电机/n 5=1470/1470=1 i 说总=门电机/n7=1470/2123=0.7 i 卜总=门电机/n 15=1470/205=7.2 i 总=门电机/n 17=1470/143=10.3 传动比的分配： i i 总=i45 Xi23 Xi12 则：i45 =1.46i23=1.77i 12 =0.565 i a 总 =i5=1 i iii 总=i56 X67 则： i56=1.10i67=0.63 i iv 总=i45 X48X9 10X11 12X13 14X 14 15 则： i45=1.46 i48=1.18 i9

7、10=1.14 i11 12=3 i13 14=1.34 i14 15=0.92 i V 总=i45 X48X9 10X11 12X13 16X 16 17 则： i13 16=1.34 i16 17=1.31 2）、运动参数的和动力参数的设计 1）各输出轴速度已知： n i i=1006r/min n 丘 5=n 电机=1470r/min n 说 7=2123r/min nN i5=205r/min n v i7=143r/min 则其它各轴的转速为： ni 34=n 电机 /i45=i470/i.46=i006r/min ni 2= ni 34/i23=i006/i.77=586 r/mi

8、n ni =i006 r/min n H 5=n 电机=1470r/min 门说 6= n 丘 5/i56=1470/1.10=11336 r/min niii7= n说 6/i 67=1336/0.63=2123 r/min nN 34=1006 r/min nN89= nN34/i 48=1006/1.18=853 r/min nN10 11= nN89/i 9 10=853/1.14=748 r/min nN 12 13 = nN 10 11/i 11 12 =748/3=249 r/min nN14= nN12 13/i 14=249/1.34=186 r/min nN 15= 205

9、 r/min nv16= nN12 13/i 13 16=249/1.34=186 r/min nv 17= 143 r/min （2）各轴的功率： 电机到各传动轴的效率： n 11 = n 1 n 2 n 3=0.96 0.98 0.97=0.82 2 2 2 2 n 12= n 1 n 2 n 3 =o.96.98 xo.97 =0.87 3 3 3 n 134= n i n 2 n 3 =0.96X).98 =0.91 n n 5= n 1 n 2=0.96X).98=0.94 n 川 6= n 1 n 2 n 3=0.96X0.98 X0.97 =0.91 2 2 2 2 n 川 7=

10、 n 1 n 2 n 3 =o.96X).98 0.97 =0.87 2 2 2 2 n w89= n 1 n 2 n 3 =0.96X0.98 0.97 =0.87 3 3 3 3 n w 10 11 =n 1 n 2 n 3 =0.96X0.98 0.97 =0.82 n w 12 13 = n 1 n 24 n 34=0.96X).984X).974=0.78 5 5 5 5 n w 14= n 1 n 2 n 3 =0.96X0.98 0.97 =0.75 n w 15= n 1 n 26 n 36=0.96.986X).976=0.71 5 5 5 5 n v 16=n 1 n 2

11、n 3 =0.96X0.98 X0.97 =0.75 6 6 6 6 n v 17=n 1 n 2 n 3 =0.96 X0.98 X0.97 =0.71 查机械设计实训教程 血=0.96 （V带传动效率） 血=0.98 （滚动轴承的传动效率） 3=0.97 （齿轮精度为8级） 实际功率： P 电机=1.8KW Pi 仁 P 电机 n 1 仁 1.8 X0.82=1.18 KW Pi 2= P 电机 n 1 2=1.8 X0.87=1.57 KW P i 34= P 电机 n 1 34=1.8 X0.91=1.64 KW Pii 5= P 电机 n n 5=1.8 X0.94=1.70 KW

12、Piii 6= P 电机，n 川 6=1.8 X0.91=1.64 KW Piii 7 P 电机 n m 7=1.8 X0.87=1.57 KW Piv 89= P 电机 n 89=1.8 况187=1.57 KW Piv io ii = P 电机叶“ 10 ii =1.8 X0.82=1.48 KW Pvi2 13 = P 电机 n” 12 13=1.8 X0.78=1.4 KW Pv 14= P 电机 n 14=1.8 X0.75=1.35 KW Pv 15= P 电机 n 15=1.8 X0.71=1.26 KW Pv 16= P 电机 n v 16=1.8 X0.75=1.35 KW

13、Pv 17= P 电机 n v 16=1.8 X0.71=1.26 KW （ 3）各轴的扭矩 ： 电机轴：To=955OP/n=955O X.8/1470=11.69 N M Ti 仁9550 P i i/n i 仁9550 X.48/1006=14.05 N M Ti 2=9550 P i i/n i 2=9550 X.57/568=26.4 N M Ti 34=9550 P i i/n i 34=9550 X.64/1006=15.6 N M TH 5 =9550 P ii5/n ii 5=9550 X1.7/1470=11.04 N M Tiii 6=9550 P iii 6=9550

14、X1.64/1336=11.7 N M i 7=9550 P i 7=9550 X1.57/2123=7.06 N M Tv 89=9550 P v89=9550 X1.57/853=17.6 N M Tv 10 ii =9550 P v 10 ii =9550 X.48/748=18.9 N M Tv i2 13 =9550 P vi2 13=9550 X.4/249=53.7 N M Tv 14=9550 P v 14=9550 X1.35/186=69.3 N M Tv 15=9550 P v 15=9550 Xi.26/205=58.7 N M Tv i6=9550P v 16=955

15、0 X.35/186=69.3 N M Tv i7=9550P v 17=9550 X.26/143=84.1 N M 3、选择齿轮材料并确定许用应力 1）查机械设计基础表 6-9 大小齿轮均采用 45 钢调质，齿面硬度分别 为 240BHS ,200HBS. 由图 6-30 , 6-31 查得（T Hlim5=580MPa 彷 Flim5=460MPa （T Hlim4 =540 MPa 彷 Flim4=420 MPa 取 SHmin=1 SFmin=1 彷 H5二彷 Hliml /SHmin =580/仁580 MPa 彷 H5= a Hlim2/SHmin =540/1二540 MPa

16、彷 F4= a Flim1 / SFmin=460/1=460 MPa 此处省略 NN NNNNN NNN NN a9 10=120 mm a11 12=140 mm daio= dio+2 mn=122.52+2X 2=126.92 mm daii= dii+2 mn=68.75+2X 2=72.75 mm dai2= di2+2 mn=206.5+2X 2=210.25 mm 齿根圆直径： df9= d9-2 mn(ha * +c * )=108.33-2 x 2(1+0.25)=103.33 mm dfio= d10-2 mn(ha * +c* )=122.92-2 x 2(1+0.25

17、)=117.92 mm df11= d11-2 mn(ha * +c* )=68.75-2 x 2(1+0.25)=63.75 mm df12= d12-2 mn(ha * +c* )=206.25-2 x 2(1+0.25)=201.25 mm 5) i 13 14=1.34 i 14 15=0.92 i 13 16=1.34 i 16 17=1.31 m=2 B =20 B / =16.26 初选参数： Z 13=44 贝卩 Z 14= i 13 14 Z13=1.34x 44=59 Z15= i 14 15 乙4=0.92X 59=54 Z16= i 13 16 Z13=1.34x 44

18、=59 Z17= i 16 17 Z16=1.31x 59=77 分度圆直径： d9= mn Z9/ cosB / =2 x 52/cos16.26 =108.33 mm d10= mn Z10/ cosB / =2 x 59/cos16.26 =122.92mm d11= mn Z11/ cos p / =2 x 33/cos16.26 =68.75mm d12= mn Z12/ cosp / =2 x 99/cos16.26 =2016.25mm 齿顶圆直径： da9= d9+2 mn=108.33+2x 2=112.33 mm 中心距： A13 14= mn (Z 13+Z14)/2 c

19、osB=2x(44+59)/2x cos20 =109.61 mm a14 15= mn (Z 14+Z15)/2 cosB =2 x (59+54)/2xcos20 =120.25mm a13 16= mn (Z 13+Z16)/2 cosB =2 x (44+59)/2xcos20 =109.61mm a16 17= mn (Z 16+Z17)/2 cosB =2 x (59+77/2x cos20 =144.73mm 取标准中心距 a13 14=110 mm a14 15=120 mm a13 16=110 mm a16 17=145 mm 分度圆直径： di3= mn Z13/ cos

20、B / =2 x 44/cos16.26 =91.67 mm di4= mn Z14/ cosB / =2 x 59/cos16.26 =122.92 mm di5= mn Z15/ cosB / =2 x 54/cos16.26 =112.5 mm d16= mn Z16/ cosB / =2 x 59/cos16.26 =122.92 mm d17= mn Z17/ cosB / =2 x 77/cos16.26 =160.42 mm 齿顶圆直径： da13= d13+2 mn=91.67+2x2=95.67 mm da14= d14+2 mn=122.52+2x2=126.92 mm d

21、a15= d15+2 mn=112.5+2x2=116.5 mm da16= d16+2 mn=122.92+2x2=126.92 mm da17= d17+2 mn=160.42+2x2=164.42 mm 齿根圆直径： df13= d13-2 mn(ha * +c* )=91.67-2 x 2(1+0.25)=86.67 mm df14= d14-2 mn(ha * +c* )=122.92-2 x 2(1+0.25)=117.92 mm df15= d15-2 mn(ha* +c* )=112.5-2 x2(1+0.25)=107.5 mm df16= d16-2 mn(ha* +c*

22、)=122.92-2 x2(1+0.25)=117.92 mm df17= d17-2 mn(ha* +c* )=160.42-2 x2(1+0.25)=155.42 mm 五、轴的设计 1 、 选轴的材料和热处理方法 车头箱减速器是一般用途的减速器，所以轴的材料选用 45钢经调治处理，便 能满足使用要求。 4 5钢经调治处理后硬度为 217255HBS。 由机械设计手册 查得： 6 B=650Mpa 6 s=360 Mpa 6 -1 =300 Mpa 6 -1 =60 Mpa 2、 按扭矩强度估算轴的直径 轴的最小直径计算公式为： dmin A 3“p/n 由机械设计基础 查得： A=118

23、 107 则 dmin5 A 3p/n =(118107)x 3V 1.7/1470=12.411.3 mm 在Z5轴上，估取安装轴承处的轴径 d0=35 mm，安装皮带轮处的 轴径 d0=30 mm , 安装齿轮处的轴径 d=40 mm ，安装联轴器轴端轴 径为 d0=30 mm ，轴上的其余轴径尺寸由结构要求而定。 3、 联轴器的选择 减速器输出轴与压辊轴采用弹性柱销联轴器，又前面计算知： T5=11.04N M 由机械设计手册 查得：选用弹性柱销联轴器的型号为：TL5联轴器， 30 X 82GB 4323B-84-1985 主要参数尺寸如下： 许用最大扭矩：125 N m 许用最大转速：

24、 3600r/min 主动端d仁30mm J型轴孔，L=82mm A型键槽 从动端d2=30mm J型轴孔，L=82mm A型键槽 4、 轴承的选择 Z5轴为输入，输出，传动轴，既作用着径向力 Fr,又作用着轴向力，故选用 深沟球轴承，型号为 107 GB276-86 其主要尺寸如下： d=35mm D=62mm B=20mm 5、 轴的结构设计 在Z5轴上两端的轴承以选用107 GB276-85型号，与轴承配合的轴径为 35mm, 以轴肩作为轴向定位，因此在安装齿轮处的轴径不小于 35m m,齿轮的齿根圆 直径只有76mm，故齿轮应采用齿轮轴结构。 6、 轴的强度计算 以Z5轴为例，根据Z5

25、轴的结构设计和箱体尺寸要求取 L=500mm， L/2=250mm，由前面计算知： T5=1 1 .04NM Ft5=287.5N Fr5=109N Fa5=104.77N 1) 根据轴系部件结构作出轴系空间力图 (a) 2) 作出Z5轴垂直平面受力图，求支反力 RAV、RBV，画弯矩图Mv , 如图 (b) RBV=(5/2 Fa5+L/2 Fr5)/500=(81.25/2X 104.7+500/2X 109)/500=63.N RAv= RBv- Fr5=62-109= -46 N 齿轮中心面左侧弯矩 Mv1 MV1= RAV L/2=46 X (500/2) =11500 N m 齿轮

26、中心面右侧弯矩图 Mv2 MV2= RBV L/2=32 X (500/2) =15500 N m 3) 作出Z5轴平面受力图，求支反力 RAH RBH ,如图(C) 画弯矩图 MH RAH= RBH= Ft5/2=287.5/2=143.75 N MH= RAH(L/2)=143.72X (500/2)=35937.5 N mm 支反力RA RB,绘总弯矩图M RA=V RAV2 +RBH2=V462 +143.752=150.9 N RB= V RBV2 + RAH2二 V632 +143.752=156.9 N 齿轮中心面左侧总弯矩图 M1 M1=VMV12+ MV22=V 11506

27、+35937.52=37693.6 N mm 齿轮中心面右侧总弯矩图 M2 M2=VMV22 + MH2=V 15500 2+35937.52=39107 N mm 5) 绘转矩图 (d) 6) 绘制当量弯矩图 Mc 如图 (f) 因为皮带轮 单向传动，从安全角度出发，轴上的转矩 T5 按脉冲当量循环考虑，故取校 正系数 a=0.6 齿轮中心面处最大当量弯矩 Mc 为： Mc1=VM12 + (aT5)2=V37693.6? +(0.611 x 11040)2=146441.3 N mm Mc2=VM22+(aT5) 2 =V397107 2+(0.611X 11040)2=157267.7

28、N mm 取 Me二 M C2=157267.7 N mm 7) 选危险截面进行强度核算 根据当量弯矩图，初选中心面为危险截面，该截面有键槽，故应将轴径加大 5% 由此得： d 1.05X 3VMC/0.1 x 6 -1 =1.05X 3V 157267.7/0.1 x 60=31.19 mm 由计算结果可知，轴径小于安装齿轮处的实际轴径，所以强度足够 Fa5 RAV 7、 轴承的寿命计算 以Z5轴为例，Z5轴轴承以选用型号为30211的一对圆珠滚子轴承正装 其有关数据如下： C=86.5KN e=0.4 Y =1.5 载荷系数.fp=1.1 温度系数 ft=1.0 轴承受力情况如下： 由前面

29、计算知：RA=150.9 N RB=156.9 N RA RB 即为轴承径向力 FrA FrB FrA =RA = 150.9 N FrB =RB = 156.9 N 1）计算内部轴向力S SA= FrA/2 Y=150.9/2 X 1.5=50.3 N SB= FrB/2 Y=156.9/2 X 1.5=52.3 N 2）计算实际轴向力 a7 Mc1 AX FaA = SA, SB-Fa5=max50.3, 52.3-104.7=50.3 N FaB=SA, SB+ Fa5=min50.3, 52.3+104.7=155 N 3) 计算当量动载荷 P PA二fp(XA FrA+ YA FaA)=1.lx (1 X 150.9+0X 50.3)=165.99 N PB= fp(XB FrB+ YB FaB)=1.lX (154.9+0X 155) =170.39 N 8、 计算轴承的额定寿命 Lh 因为PA PB，所以按右侧轴承计算轴承的额定寿命 Lh Lh=106 (ftC/PB) 3/60n=106X (1X 86500/170.39)/60X 1470=57557.6 h 9、选用键并校核强度 以Z5轴为例，Z5轴 上安装齿轮处选用键的型号为 A型键， 16X52 GB/T1979, b=16mm h=8m