毕业设计（论文）-切管机设计

毕业设计（说明书）2013届题目切管机设计专业机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师论文字数15017完成日期2013年5月湖州师范学院求真学院教务部印制②校核计算圆周速度精度等级由查表得选取八级精度齿数z与模数m初取齿数则取使用系数由查表得动载系数由查表得齿间载荷分配系数先求由此得齿向载荷分布系数由查表得载荷系数弹系数由查表得节点区域系数由查表得接触最小安全系数查表得总工作时间接触寿命系数由查表得许用接触应力验算合格因此表明了接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸不用调整。（2）确定传动主要尺寸实际分度圆直径d中心距a齿宽b（3）验算齿根弯曲疲劳强度重合度系数齿间载荷分配系数齿间载荷分布系数载荷系数齿形系数由查表得应力修正系数由查表得弯曲疲劳极限由查表得弯曲最小安全系数由查表得应力循环次数由查表得弯曲寿命系数由查表得许用弯曲应力弯曲寿命由查表得验算2.计算第二对齿轮齿轮2为惰轮，即此处的大齿轮。材料为45钢，调制处理，硬度为229HB-286HB.平均取240HB（主动）。齿轮3是小齿轮，材料选择40Gr，调制处理，硬度值为241HB~286HB,平均取260HB.(1)计算齿面接触疲劳强度1.初步计算转矩齿宽系数由查表得接触疲劳极限由查表得初步齿宽b取2.校核计算圆周速度精度等级由查得选取八级精度齿数z与模数m已知使用系数由查表得动载系数由查表得齿间载荷分配系数先求由此得齿向载荷分布系数由查表得载荷系数弹性系数由查得节点区域系数由查表得接触最小安全系数由查表得总工作时间接触寿命系数由查表得许用接触应力验算以此表明了接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸不用调整。3.传动主要尺寸的确定实际分度圆直径d中心距a齿宽b4.齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数齿间载荷分配系数经查表得载荷系数齿形系数查表得应力修正系数查表得弯曲疲劳极限由表得弯曲最小安全系数查表得弯曲寿命系数由查表得许用弯曲应力弯曲寿命由查表得验算3.4.4确定齿轮模数齿轮的材料，热处理方式和受力的大小等因素决定齿轮模数的大小[8]。本次确定齿轮模数可以采用公式法进行设计。查表可得：齿形系数y=0.298，许用弯曲应力[]=19.6kg/mm2，但是考虑到开式齿轮传动齿面磨损，许用弯曲应力降低20%，实际许用弯曲应力为：[]‘=19.6·80%=15.68kg/mm2 对于开式齿轮传动，齿宽系数为，现因齿轮制造精度较低，并且为悬臂支承，故选较小的值，取。 载荷系数K=1.3～1.5，因为有悬臂支承，取K=1.3，根据公式：（3-4） 取标准值，强度稍小一些。齿轮的模数在一个传动系统中不会完全一样，转速较高，传递转距较小，模数也会比较小。但是加工需要测量方便，齿轮模数的种类也要越少越好，因此本次设计的切管机的齿轮模数都取。3.4.5确定蜗轮蜗杆模数 蜗杆选用４５号钢，调质处理，蜗轮采用无锡青铜ZQA19-4。根据公式：（3-5）取标准模数。3.4.6齿数的确定齿数主要是根据传动比的要求确定的，所以根据各个传动比有：（1）蜗杆头数和蜗轮齿数的确定：动比的要求和效率、制造和自锁是在选择时蜗杆头数要考虑道德因素，然而产生根切和蜗轮的直径（也就是体积问题）是蜗轮齿数选用时主要考虑到的方面，而且头数越多，效率就越高。考虑到自锁这个方面，应该要选择单头。从制造这个因素来看，头数越多，制造困难的程度就要高。所以要根据上述的综合因素来确定蜗杆头数。一般来说，，当提高效率在动力传动中的过程中是主要问题的时候，就采用多头；在提高精度的时候（分度蜗杆），主要矛盾是自锁的性能优越或要求降速比规定的大，采用单头。综合上述原因，查阅[9]可知：蜗杆头数，蜗轮齿数。（2）.确定齿轮齿数：在选择齿轮齿数的时候，应该将传动比和最小的齿数的要求综合考虑在内，齿轮的加工方式和方法与最小齿数的限制息息相关，加工直齿轮准齿轮的时候如果用插齿刀或齿轮滚刀，为了使根切这种情况不发生，齿轮数的最低限制不得低于17，所以在本次设计中初步选取最小齿轮齿数为。这个齿轮装在切割机的滚筒上的轴上。根据工作的相应条件计算的传动比可知：，将代入，则并由此可以推得：从而可知切管机齿轮的全部（蜗轮蜗杆）的齿数：。

第4章结构设计4.1各轴的最小直径的初算轴的各段直径和长度的计算方法列于表4-1表4-1轴的各段直径和长度代号名称推荐尺寸说明举例：切管机蜗杆轴d1轴的最小直径根据扭矩或弯矩强度条件初步计算若此段有键槽，应将直径增加5%d1=13取为20mmd2安装密封处的直径d2>d1+2rr—倒圆直径，查阅手册中非配合处的过度圆角半径用凸肩定位时按此式计算，用套筒定位时另取带轮的定位靠套筒，此处的d2是指套筒外径d3安装滚动轴承处的直径d3>d2d3>d1无套筒的；套筒的d3必须符合轴承的标准由于采用205型轴承，d3=25mmd4装在两滚动轴承之间齿轮（蜗轮）处的直径d4>d3+2rr—倒圆角半径，查阅手册确定如Ⅱ轴d5一般轴肩和轴环的直径d5≈d4+2aa—轴肩或轴环的高度，a=(0.07~0.1)d4如Ⅱ轴，d4=55mm，a=3.85~5.5mm,取a=5mm,则d5=55+2*5=65mm因此处d4相当于d3=25，a=0.1d4则d5=25+2*2.5=30mmd6滚动轴承定位轴肩直径查阅手册轴承部分的D1值L7安装旋转零件的轴头长度L7=（1.2~1.6）dd轴头直径一般要求L7要比旋转零件的轮毂宽度要短一些L8轴环长度L8≈1.4a或L8≈（0.1~0.15）d如Ⅱ轴L8≈1.4*5=7mm由于轴上弯曲应力的分布和轴的结构尚属未知，只知道轴所传递的转矩（转速），所以按照转矩（转速）初算轴的直径。Ⅰ轴：选取材料为45钢，调质处理。根据公式(4-1)计算。因为Ⅰ轴为悬臂轴，查表可知：取则：由于键槽的削弱等因素，取标准直径为。Ⅱ轴：选取材料为45钢，调质处理。取，已知，则：标准直径取45mm。 Ⅲ轴：此轴为传动心轴，暂选材料为45钢，调质处理，由于其受力情况未知，初选其最小轴径为50mm，待后进行检验。Ⅳ轴：选取材料为45钢，调质处理。则：取标准直径为30mm。将所得结果制成下表，供设计计算时应用：表4-2各轴的最小直径轴号ⅠⅡⅢⅣ最小直径（mm）204550304.2计算各主要传动件的结构尺寸4.2.1三角带轮已知选用A型三角胶带，小三角带轮计算直径为;查表可知：、，、、、、。轮宽外径孔径d等于电动机输出轴直径，查电动机JO2得其结构形式查表可知为实心轮。大三角带轮计算直径、、、、、等尺寸和小三角带轮一样。外径孔径d等于与其配合的轴Ⅰ的轴径，查表可知Ⅰ轴的结构形式由查表可知为辐板式：轮缘直径轮毂直径，，取轮毂宽度，，取辐板厚度查表得为；辐板孔圆周定位尺寸：因此，孔直径为4.2.2蜗轮和蜗杆已知、，，，查表得：蜗杆分度圆直径蜗轮分度圆直径蜗杆齿顶圆直径蜗轮齿顶圆直径蜗杆齿根圆直径蜗轮齿根圆直径蜗杆分度圆圆柱上螺旋升角，当、时，查得蜗杆切制螺纹部分的长度蜗轮外圆直径蜗轮宽度Ⅰ、Ⅱ轴中心距：可知：轮缘厚度蜗轮的孔径d取决于轴的结构设计，因蜗轮轴的最小直径为42mm，取孔径轮毂外径取轮毂宽度取辐板厚度，一般采用蜗轮包角2=90o～100o,一般采用2=90o4.2.3齿轮（1）已知Ⅱ轴上齿轮，，则：分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径因为齿轮制造的精度比较低，而且是悬臂布置，所以齿宽的系数宜选择小值，取齿宽由于，可选用辐板式结构的锻造齿轮。轮缘内径轮毂外径——齿轮的孔径，查表可知辐板厚度辐板孔圆周的定位尺寸：辐板孔直径：取齿轮示意图如图4-1图4-1Ⅱ轴齿轮示意图（2）已知Ⅲ轴上齿轮，，则：分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽因为，可选用辐板式结构的锻造齿轮。轮缘内径轮毂外径(——齿轮的孔径，查表可知)辐板厚度辐板孔圆周定位尺寸：辐板孔直径：取Ⅱ、Ⅲ轴的中心距：图4-2Ⅲ轴齿轮示意图（3）已知Ⅳ轴上的齿轮,则：分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽因为，所以必选用实心式结构锻造齿轮。Ⅲ、Ⅳ轴的中心距：图4-3Ⅳ轴齿轮示意图4.3轴的装配工艺设计1.初定轴承跨距、设计轴承组合的结构形式有经验公式确定，已知蜗杆传动中心距,则，从而得到轴承的跨距为（蜗轮分度圆直径）。由于蜗杆传动同时受到径向力和轴向力，且此处的轴承跨距不大，故采用单列向心推力球轴承6000型。对于轴承尺寸的选择，根据轴颈直径选择轴承的内径，再者考虑到负载荷能力和结构上的特点，此处宜采用轻窄系列。对于轴承组合的结构形式，此处的蜗杆轴较短，传递功率小和转速中等，故采用正排列的向心推力球轴承，因轴的直径为25mm，故选两个6205型和两端固定支座的结构形式，并用垫片调整轴承间隙。固定轴向零件的周向和轴向根据轴的直径d1=20选用“键632GB1096-79”。三角带轮的轴向固定是靠套筒和轴端档圈。套筒的直径尺寸参照（轴的各段直径和长度）轴端档圈的选用根据[10]，其中轴端直径选用“档圈28GB892-76”，“螺栓M514GB30-76”，“销2n610GB119-76”，“垫圈5GB93-76”。 轴上其它零件的尺寸和固定方式按照下表的经验公式确定。由于蜗杆蜗轮使用的是机油润滑，而轴承使用的是油脂，因此，选用档油欢这种密封结构。为了轴向固定更加可靠，凡是与旋转零件（如带轮、齿轮、蜗轮、轴承等）配合的轴头长度在设计时都比旋转零件的轮毂宽度要短一些。4.4各传动轴尺寸的计算与校核4.4.1刚度的校对和申核的重要性载荷的作用应用到轴上，平面上的形状发生变化或形状变形将会发生。若形状大声变化的量超过最高限度，那么轴上的零件的正常运作将会受到影响，甚至机器原有的工作质量都会丢失。比如，齿轮轴在安装的过程中，若扭转的刚度（或弯曲的刚度）不够而促使扭转的角度（或挠的角度）过于太大时，那么齿轮的正确的啮合的程度将会受到影响，使齿轮在齿高和齿宽的位置接触的面积不完全，从而使载荷在齿的平面上分布不均匀的情况比较严重。又比如使用滑动的轴承上面的轴，如果挠度过于太大而致使轴的颈部倾斜过于太大的时候，会使轴的颈与滑动的轴承发生边缘的触碰，形成不平均的摩擦损坏和发热的过度。所以，对于轴的刚度要求给出的时候，在设计的过程中，一定要对刚度进行仔细的的校对和申核的相关计算[10]。4.4.2蜗杆轴的尺寸计算与校核（1）估计轴的基本直径。材料选用45钢、正火处理。查表得：硬度（HBS）17.~217强度极限，屈服极限，弯曲疲劳极限查表取（2）初估直径因为最小处有键所以直径增大（3）轴的受力分析1.求轴传递的转矩2.蜗杆上圆周力蜗杆上径向蜗杆上轴向力3.计算支反力水平面反力垂直面支反力4.轴受转矩5.许用应力许用应力值查表得6.当量弯矩的计算当量转矩当量弯矩蜗轮中间截面处的当量弯矩蜗右轴颈中间截面处的当量弯矩蜗4.4.3蜗轮轴的尺寸计算与校核(1)估计轴的基本直径。材料选用45钢、正火处理.。查表得：硬度（HBS）170-217强度极限，屈服极限，弯曲疲劳极限查表取(2)初估直径应为最小处开有键所以直径增大(3)轴的受力分析1.求轴传递的转矩2.蜗杆上圆周力蜗杆上径向蜗杆上轴向力3.计算支反力水平面反力垂直面支反力轴受转矩4.许用应力许用应力值查表得当量转矩当量弯矩蜗轮中间截面处4.4.4惰轮轴的尺寸计算与校核轴Ⅲ上装有的主要零件为：轴承、键、轴环、带轮等。由表4-2可知其最小直径为45mm。已知：z'2齿轮分度圆直径d'2＝162mm，z3齿轮分度圆直径，z4齿轮分度圆直径d4＝54mm，Ⅱ、Ⅲ轴中心距αⅡⅢ=202.5mm，Ⅲ、Ⅳ轴中心距αⅢⅣ=148.5mm，两滚筒中心距108mm，Ⅱ轴转矩，Ⅳ轴转矩＝122.3。验算过程：由于运动是从齿轮z'2经惰轮z3传给两个z4齿轮，在惰轮z3的圆周上就同时作用着P1、P2、P3三个切向力；(1)根据滚筒中心距108mm和αⅢⅣ=148.5mm，我们可以计算出α角。因为在直角三角形Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ中所以根据转矩(2)利用力的平移和四边形法则，求作用在Ⅲ轴上的合力。用作图法可量得(3)Ⅲ轴的最大弯矩都集中在B支座，也就是惰轮的中面到滚动轴承中面的长度。取l3=70mm的位置，则最大弯矩为：1.当轴的材料为45号钢时，转动心轴的B＝0.26，则：现在设计轴颈的直径为55mm，所以合适。2.结构中所用润滑为L-CPE/P蜗轮蜗杆油，滚珠轴承脂（SY1514--82），7407号齿轮润滑脂（SY4036—84）所用密封方式有毡圈式密封，迷宫式密封槽密封图4-4轴Ⅲ的受力分析4.4.5滚轮轴的尺寸计算与校核(1)估计轴的基本直径。材料选用45钢，正火处理查表得：硬度（HBS）170-217强度极限，屈服极限，弯曲疲劳极限查表取（2）初估直径因为最小处有键所以直径增大3%（3）轴的受力分析1.求轴传递的转矩2.蜗杆上圆周力Ft1蜗杆上径向蜗杆上轴向力3.计算支反力水平面反力垂直面支反力4.轴的弯矩水平面弯矩合成弯矩5.轴的转矩轴受转矩6.许用应力许用应力值查表得当量转矩当量弯矩4.5确定减速箱的尺寸根据表4-2的数数据和尺寸，并根据切管机机构示意图。确定箱壳外型尺寸为：长：宽度为165mm高：表4-2减速箱各零件间相互位置尺寸代号名称推荐尺寸说明切管机减速箱取值B1齿轮宽度由结构设计定B1=30B带轮宽度由结构设计定B=35b轴承宽度根据轴颈直径，按中或轻窄系列决定查手册待定，如蜗杆轴的轴承，暂选为6205，则b=15δ箱壳壁厚，a为蜗轮传动中心距取δ=8△旋转零件顶圆至箱壳内壁的距离△=1.2δ取△=10△1蜗轮齿顶圆至轴承座边缘的径向距离△1=10～12取△1=10L1蜗杆中心至轴承中心的距离L1=0.8a,a为蜗杆传动中心距已知a=122故L1=97.6L2轴的支承间跨距由设计定L3箱外旋转零件的中面至支承点的距离L4滚动轴承端面至箱壳内壁的距离当用箱壳内的油润滑轴承时，L4≈5当用脂润滑轴承时，并有挡油环时，L4=10～15取L4=5L5轴承端面至端盖螺钉头顶面的距离由端盖结构和固紧轴承的方法确定选L5=20L6箱外旋转零件端面至端盖螺钉头顶面的距离L6=15～20取L6=20第5章总结为期半年多的毕业设计在今天终于完成了。在这设计过程中了，大学四年所学专业知识的掌握程度得到了很好地考验，明白了哪些知识还要继续学习掌握。对于切管机的设计，在这四年中学到了各种机械方面的知识，从这一设计题目的综合运用中，更是把所学的这些知识有了一个大的融会与应用，从而所学的知识也不再是死的，有了一个比较全面的复习。在设计与计算的过程中，也遇到了许多的困难与问题。通过查找资料，将这些问题解决的这种独立的解决问题和思考的方法，是在这次设计中我得到的一个最大的收获。当然，从中也大致了解了一些产品设计的基本方法，这也将是一次宝贵的实践经验。本次设计的切管机主要是针对各种用途金属管材进行加工。本次设计的任务主要是对切管机中减速箱及有关零件进行的设计。其中包括传动装置的设计和计算。总体结构的设计以及对设计计算进行校核。并且通过得到的数据，绘制总体装配图，减速机装配图等。然后又针对各主要基本件，绘制了多张零件图。本次设计的切管机为减轻工人的劳动强度，提高生产效率有着积极的意义。根据切管机的结构特点提出多个可行的设计方案，最后在根据实际各种情况选择最合理的设计方案。首先确定切管机几个主要的零部件，如带轮、蜗轮轴、套管、蜗杆轴、滚轮轴承等。在绘制图纸时，首先绘制切管机的总装配图，再到减速箱的装配图，最后到各个零件图。在绘制完图纸后，就进行切管机的设计计算和校核，并且在确定切管机的相关制动参数后，对切管机在切割管子时的工作质量进行技术，最后对切管机的设计进行优化。本设计的主要设计思路及过程：（1）整个切管机制动过程方案的确定通过查阅书本和各种文献，了解现代切管机的工作原理，把各种资料进行整理分类，确定出最合理的方案。（2）切管机主要零部件的设计根据各种资料，对切管机主要零部件的形状进行设计并选用合适的材料，如涡轮轴、蜗杆轴、带轮等。设计要求符合实际，选择材料要符合强度。（3）对切管机进行校核对切管机的各个轴的刚度情况进行计算和校核，使其结果符合国家规定。通过本次毕业设计，我从中学到了以前没有在书本上学到的专业知识，深刻掌握了切管机的机械结构及其工作原理。通过本次毕业设计的学习，我加深了解了设计的整个过程，从中了解到设计是一个负责的过程，要有耐心和毅力。在设计过程中，指导老师帮我发现了设计中的很多缺陷，对我后来不断完善设计提供了极大的帮助。我从毕业设计中学到了很多的实际经验，这对我以后在工作中打下扎实的基础。

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