机械设计课程设计-轴辊搓丝机传动装置的设计

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1、北京航空航天大学 机械设计课程设计计算说明书机械设计课程设计计算说明书 设计题目：搓丝机传动装置设计 宇航学院 设计者： 指导老师： 2009年6月1日 北京航空航天大学前言 本设计为机械设计基础课程设计的内容，在大一到大三先后学习过画法几何、机械原理、机械设计、工程材料、加工工艺学等课程之后的一次综合的练习和应用。本设计说明书是对搓丝机传动装置的设计，搓丝机是专业生产螺丝的机器，使用广泛，本次设计是使用已知的使用和安装参数自行设计机构形式以及具体尺寸、选择材料、校核强度，并最终确定形成图纸的过程。通过设计，我们回顾了之前关于机械设计的课程，并加深了对很多概念的理解，并对设计的一些基本思路和方

2、法有了初步的了解和掌握。目录一.设计题目51 轴辊搓丝机传动装置设计5（1）设计背景5（2）工作条件5（3）使用期限6（4）生产批量及加工条件62数据表6二.传动方案的拟定6三.传动装置设计81.机构初步设计82.参数设计8四.带传动主要参数及几何尺寸计算11五.齿轮传动设计计算13高速级13低速级18六.轴的设计与校核24初估轴径24校核轴的强度241轴242轴253轴26七.轴承的选择与校核：291轴-30208292轴-30210303轴-3021431八.键的选择和校核321轴322轴333轴33九.减速器箱体各部分结构尺寸：341.箱体342.润滑和密封形式的选择、润滑油和润滑脂的选

3、择353.箱体附件设计36参考文献：37 轴辊搓丝机传动装置的设计一.设计题目1 轴辊搓丝机传动装置设计 （1）设计背景搓丝机用于加工轴辊螺纹，基本结构如上图所示，上搓丝板安装在机头4上，下搓丝板安装在滑块3上。加工时，下挫丝板随着滑块作往复运动。在起始（前端）位置时，送料装置将工件送入上、下搓丝板之间，滑块向后运动时，工件在上、下搓丝板之间滚动，搓制出与搓丝板一致的螺纹。搓丝板共两对，可同时搓制出工件两端的螺纹。滑块往复运动一次，加工一个工件。（2）工作条件 室内工作，动力源为三相交流电动机，电动机单向运转，载荷较平稳。（3）使用期限工作期限为十年，每年工作300天；检修期间隔为三年。（4）

4、生产批量及加工条件中等规模的机械厂，可加工7、8级精度的齿轮、蜗轮。2数据表最大加工直径/mm最大加工长度/mm滑块行程/mm搓丝动力/kN生产率/（件/min）6160320840二.传动方案的拟定根据系统要求可知：滑块每分钟要往复运动40次，所以机构系统的原动件的转速应为40 r/min。以电动机作为原动机，则需要机构系统有减速功能。运动形式为连续转动往复直线运动。根据上述要求，有以下几种备选方案，在所有方案中齿轮1、2可看作传动部分的最后一级齿轮。方案1：方案2：方案3：采用齿轮齿条机构实现运动规律（图略）方案1采用了曲柄滑块机构，曲柄长度仅为滑块行程的一半，故机构尺寸较小，结构简洁。利

5、用曲柄和连杆共线，滑块处于极限位置时，可得到瞬时停歇的功能。同时该机构能承受较大的载荷。方案2采用凸轮机构，该机构随能满足运动规律，然而系统要求的滑块行程为300320mm，因而凸轮的径向尺寸较大，于是其所需要的运动空间也较大，同时很难保证运动速度的平稳性。方案3易于实现匀速转动，但由于搓动力过大容易损坏齿条。综合分析可知：方案1最为可行，应当选择曲柄滑块机构实现运动规律。整个搓丝机由电动机、带传动、二级减速器、曲柄滑块机构、最终执行机构组成。三.传动装置设计1.机构初步设计如此设计的主要优点是结构紧凑。曲柄长取滑块行程的一半，即160mm，初取箱体浸油深度为50mm，箱体底座厚30mm初取滑

6、块所在导轨厚度为60mm，连杆与滑块接触点距导轨高为30mm则可大致得出减速器中心轴的高度为160+50+30=240mm曲柄滑块机构的偏心距e=240-（60+30）=150mm考虑到留下足够的空间防止减速器箱体与滑块干涉接触，初取连杆长度为1200mm，此时可以计算出机会特性为1.1，传动平稳。2.参数设计 （1）工作机输出功率计算： 由已知的水平搓丝力以及初取的曲柄和连杆长度可以进行仿真得出曲柄的最大力矩为 则 电动机所需实际功率： 要求Ped略大于Pd，则选用Y系列电动机，额定功率7.5Kw ( 2 ) 工作机转速为40r/min 传动比范围：V带i1=24；减速器：i2=840 总i

7、=16160 电动机转速可选范围为：nd=i*nw=6406400r/min 查表可知电动机应选型号为Y132M4，满载转速为1440 r/min （3）总传动比ia=nm/ nw=1440/40=36 初步取i带=2，则减速器传动比i=ia/i带=18 取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比 i23=i/i2=18/4.837=3.721 （4）各轴转速 n0=nm=1440r/min, n1= nm /i带=720r/min，n2=n1/i12=148.852 r/min，n3=n2/ i23=40r/min。 （5）各轴输入功率 P0=Pd=6.516Kw P1=Pd带=6.5160.96=6

8、.255Kw P2=P1承齿=6.2550.980.97=5.946Kw P3=P2承齿=5.9460.980.97=5.652Kw （6）各轴输入转矩 电动机所需实际转矩及电动机的输出转矩为T0=9550 Pd / nm=95506.516/1440=43.2Nm T1= 9550 P1/ n1=82.96Nm T2= 9550 P2 / n2=381.5Nm T3= T9550 P3/ n3=1349.4Nm 轴名输入/输出功率/kw输入/输出转矩/ Nm转速/ r/min传动比效率电机轴6.51643.21440轴16.25582.9672020.96轴25.946381.5148.85

9、24.8370.951轴35.6521349.4403.7210.951四.带传动主要参数及几何尺寸计算计算项目计算内容计算结果确定计算功率选取带型选取小带轮直径大带轮直径小带轮带速初选中心距带初步基准长度带的基准长度实际中心距小带轮包角带的根数带的初拉力带的压轴力由表31-7由公式由图31-15由表31-3由表31-2由表31-3先求由表31-4得基本额定功率增量由表31-9知包角系数由表31-2知长度系数z=/(+)=7.167kw/(1.93+0.17)*0.98*1.03选用A带初选=1994.3mm得z=3.38取=1248.3N五.齿轮传动设计计算计算项目计算内容计算结果材料选择高

10、速级两对齿轮选用相同材料：小齿轮用40Cr,调质处理,硬度241-286HBS；大齿轮用45钢,调质处理,硬度217-255HBS；精度等级为8级有关数据及公式引自机械设计基础（下册）计算项目计算内容计算结果（1）初步计算转矩齿宽系数由表27-14查取接触疲劳极限由图27-24b初步计算需用接触应力值由表B1，估计取 动载荷系数初步计算小齿轮直径取初步齿宽（2）校核计算圆周速度精度等级由表27-1选择8级精度=齿数、模数和螺旋角取一般与应取为互质数取， 查表27-4取标准值确定齿数z1=d1/m1Z1=28Z2=135.438 取135使用系数由表27-7 动载系数由图27-6齿间载荷分配系数

11、先求非硬齿面斜齿轮，精度等级8级齿向载荷分布系数区域系数由图.27-18查出弹性系数由表27-15查出重合度系数由表27-5由于无变位，端面啮合角螺旋角系数许用接触应力由表27-17取最小安全系数总工作时间应力循环次数 （单向运转取）接触寿命系数由图27-27查出齿面工作硬化系数接触强度尺寸系数由表27-18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当量齿数Ze2取148（4）齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数由图27-20,查得应力修正系数由图27-21查得螺旋角系数由图27-22查取齿向载荷分布系数由图27-9查取许用弯曲应力图27-30试验齿轮的齿

12、根弯曲疲劳极限由表27-17查最小安全系数由图27-33确定尺寸系数由图27-32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2.5mm齿根高3.125mm齿顶间隙0.625mm中 心 距210mm低速级计算项目计算内容计算结果（1）初步计算转矩齿宽系数由表927-14查取接触疲劳极限由图27-24b初步计算需用接触应力值由表B1，估计取， 动载荷系数初步计算小齿轮直径取初步齿宽（2）校核计算圆周速度精度等级由表27-2选择8级精度=齿数、模数和螺旋角取一般与应取为互质数取， =371.8mm由表27-4取使用系数由表27-7 动载

13、系数由图27-6齿间载荷分配系数先求非硬齿面斜齿轮，精度等级8级齿向载荷分布系数区域系数由图.27-18查出弹性系数由表27-15查出重合度系数由表27-5由于无变位，端面啮合角螺旋角系数许用接触应力由表27-17取最小安全系数总工作时间应力循环次数 （单向运转取）接触寿命系数由图27-27查出齿面工作硬化系数接触强度尺寸系数由表27-18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（4）齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数由图27-20,查得应力修正系数由图27-21查得螺旋角系数由图27-22查取齿向载荷分布系数由图27-9查取许用弯曲应力图27-30试

14、验齿轮的齿根弯曲疲劳极限由表27-17查最小安全系数由图27-33确定尺寸系数由图27-32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2.5mm齿根高3.125mm齿顶间隙0.625mm中 心 距236mm六.轴的设计与校核初估轴径电机轴 d 0 C ( P/ n ) 1/ 3 =16.854取d0=38mm1轴d 1C( P/n )1/3=23.024mmd11=(1+7%)d1=25.480取d11=30mm2轴d 2C( P/n )1/3=38.29mmD22=(1+7%)d22=40.97取d22=50mm3轴d 3C(

15、P/n )1/3=58.34mmD33=(1+7%)d33=62.42取d33=65mm校核轴的强度1轴求齿轮上的作用力圆周力：t = 2/d1 径向力：Fr =ttann/cos轴向力：a =ttan= 82.96Nmt1=2765N r1 =1043.5Na1=756.94N支反力Y-Z平面X-Z平面合成弯矩转矩当量弯矩校核2轴求齿轮1上的作用力力矩：= 9.55106P/n 圆周力：t = 2/d1 径向力：Fr =ttann/cos轴向力：a =ttan= 381.5Nmt1=2192.5N r1 =822.7Na1=548.1N求齿轮2上的作用力圆周力：t = 2/d1 径向力：Fr

16、 =ttann/cos轴向力：a =ttant2=7630N r2 =2848.5Na2=1739.6N支反力Y-Z平面X-Z平面合成弯矩转矩当量弯矩校核3轴求齿轮上的作用力力矩：= 9.55106P/n 圆周力：t = 2/d1 径向力：Fr =ttann/cos轴向力：a =ttan= 1349.4Nmt=7258.7N r =2709.9Na=1655N支反力Y-Z平面X-Z平面合成弯矩转矩当量弯矩校核1轴2轴3轴空间受力XY平面ZY平面合成弯矩转矩当量弯矩七.轴承的选择与校核：1轴-30208。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30208轴承主要性能参数轴承受力情况

17、求轴承BX、Y值 冲击载荷系数由表34-8查得当量动载荷轴承AX、Y值冲击载荷系数由表34-8查得当量动载荷轴承寿命（）48000h，寿命合格结论：所选轴承能满足寿命。2轴-30210。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30210轴承主要性能参数轴承受力情况求轴承BX、Y值 冲击载荷系数由表34-8查得当量动载荷轴承AX、Y值冲击载荷系数由表34-8查得当量动载荷轴承寿命（）48000h，寿命合格结论：所选轴承能满足寿命。3轴-30214。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30214轴承主要性能参数轴承受力情况求轴承BX、Y值 冲击载荷系数由表34-8查

18、得当量动载荷轴承AX、Y值冲击载荷系数由表34-8查得当量动载荷轴承寿命（）48000h，寿命合格结论：所选轴承能满足寿命。八.键的选择和校核1轴：键的选择和参数选用普通平键，圆头，由手册查得d=32mm，选用键b/h=，键长：40mm转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得铸铁的许用挤压应力为=（70-80）MPa故满足要求2轴：键的选择和参数选用普通平键，圆头，由手册查得d=50mm，选用1键b/h=，键长：50mm.2键b/h=，键长：100mm转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得铸铁的许用挤压应力为=（70-80）MPa故满足要求3轴：键的选择和参数选用普通平键，圆头，

19、由手册查得d1=80mm，d2=62mm1键b/h=，键长：90mm.2键b/h=，键长：125mm转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得铸铁的许用挤压应力为=（70-80）MPa故满足要求九.减速器箱体各部分结构尺寸：1.箱体名称符号减速器型式及尺寸 箱盖箱座壁厚考虑铸造工艺，壁厚 取箱盖箱座凸缘厚度 取箱盖箱座凸缘厚度 取地脚螺钉直径 取地脚螺钉数目取轴承旁联接螺钉直径 取箱盖与箱座联接螺钉直径 取轴承端盖螺钉直径 取窥视孔盖螺钉直径 取定位销直径取大齿轮顶圆与内机壁距离1 取1=齿轮端面与内机壁距离2 取2=轴承端盖外径 轴承端盖凸缘厚度 取2.润滑和密封形式的选择、润滑油和润滑

20、脂的选择计算项目计算内容计算结果1、密封装置（1）、输入轴密封（2）、中间轴密封（3）、输出轴密封2、润滑油和润滑脂的选择（1）、轴承（2）、齿轮 毡圈油封 d=36mm, 挡油盘内密封 挡油盘内密封毡圈油封 d=66mm 挡油盘内密封酯润滑油润滑3.箱体附件设计计算项目计算内容计算结果1、通气器2、油标3、排油装置指标：M18*1.5mm d1=M33*1.5mm d2=8mm d3=3mm d4=16mm D=40mm h=40mm a=12mm b=7mm c=16mm h1=18mm R=40mm D1=25.4mm S=22mm k=6mm e=2mm f=2mm指标：d: M16mm d1=4mm d2=16mm d3=6mm h=35mm a=12mm b=8mm c=5mm D=26mm D1=22mm指标： M18*1.5mm d1=15.8mm D=28mm e=24.2mm S=21mm L=27mm h=15mm b=3mm b1=3 mm C=1.0mm D0=25mm 选择杆式油标C型管螺纹外六角螺赛及其组合结构参考文献：吴瑞祥等主编，机械设计基础（下册），北京：北京航空航天大学出版社，2005/2机械设计综合课程设计/王之栎等编著.机械工业出版社 2004/937