1966_小型搅拌器三维造型设计及关键零部件工艺设计
1966_小型搅拌器三维造型设计及关键零部件工艺设计,小型,搅拌器,三维,造型,设计,关键,症结,枢纽,零部件,工艺
单位代码 0 2 学 号 080105650 分 类 号 TH6 密 级 毕 业 设 计 说 明 书小型搅拌器三维设计及关键零部件工艺分析院 ( 系 ) 名 称工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 杜 炳指 导 教 师 杨 汉 嵩2012 年 5 月 6 日 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 I 页小型搅拌器三维设计及关键零部件工艺分析摘要搅拌设备使用历史悠久,应用范围广。在化学工业、石油工业、建筑行业等等传统工业中均有广泛的使用。搅拌操作看来似乎简单,但实际上,它所涉及的内容却极为广泛。本文介绍了小型搅拌器设计的基本思路和基本理论,分析了搅拌器的基本结构及其相关内容及搅拌器的运动和其动力装置。通过对搅拌器的基本设备的描述和对其基本工作原理、作用和功能等相关文献的参考,从而对小型搅拌器的设计加以综述。用 pro/e 设计软件对搅拌器的零部件和整体进行三维设计。并对关键的零部件进行了工艺分析。关键词:传动装置,联轴器,支承装置,电动机,减速器 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 II 页The 3D Design of Small Blender and the Process analysis for the Key componentsAuthor:Du BingTutor:Yang HansongAbstractThe equipment of pulsator have a long history and are used in most areas. meawhile pulsator are used in tradition industry such as chemistry industry,petroleum industry,architecture industry and so on. The operation of mix round looks as if simpleness,but actually, the ingredient it involved are plaguy complexity. Tht text introduces the basic consider way and the basic theoretics of small pulsator design,and analyzed the basic configuration of pulsator and interfix content and analyzed the athletics and motivity equipment of pulsator.Overpass describe the basic fixture of pulsator and consult its basic employment principle,function and operation,thereby summarize the design of small pulsator. Using Pro/e software to draw a stirrer on the components and the overall three-dimensional image. And the analysis of key parts of the process.Key word: Gearing,Join shaft ware,Bearing device,Electromotor,Reducer 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 III 页目 录1 绪论 .11.1 搅拌设备应用及作用 .11.2 搅拌物料的种类及特性 .11.3 搅拌装置的安装形式 .21.4 毕业设计的意义 .32 搅拌器罐体结构设计 .42.1 罐体的尺寸确定及结构选型 .42.2 内筒体及夹套的壁厚计算 .52.3 搅拌器的选型 .73 传动装置选型 .93.1 选择电动机功率 .93.2 确定电动机转速 .93.3 减速器的选择 .93.4 确定传动装置的总传动比和分配传动比 .103.5 计算传动装置的运动和动力参数 .104 传动系统的总体设计 .124.1 高速级直齿轮传动的设计计算 .124.2 低速级直齿轮传动的设计计算 .164.3 用 pro/e 绘制齿轮的三维图形 .204.4 圆柱齿轮的加工工艺分析 .255 减速器轴及轴承装置、键的设计 .275.1 高速轴及其轴承装置、键的设计 .275.2 中间轴及其轴承装置、键的设计 .345.3 低速轴及其轴承装置、键的设计 .405.4 用 pro/e 绘制轴承的三维图形 .466 搅拌轴的设计与校核 .496.1 轴的结构 .496.2 轴的材料 .49 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 IV 页6.3 搅拌轴的计算 .506.4 搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求 .506.5 轴径的最后确定 .506.6 轴轴的加工工艺分析 .517 搅拌器附件的选择 .537.1 搅拌器的轴封装置 .537.2 结构选择及计算 .547.3 液体进料管 .557.4 设备支座的选择 .55结论 .57致谢 .58参考文献 .59附录 .60附录 A 齿轮的加工工艺过程 .60附录 B 轴的加工工艺过程 .61 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 1 页1 绪论搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散,从而达到均匀混合;也可以加速传热和传质过程。在工业生产中,搅拌操作时从化学工业开始的,围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等,作为工艺过程的一部分而被广泛应用。搅拌操作分为机械搅拌与气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层,对液体产生搅拌作用,或使气泡群一密集状态上升借所谓上升作用促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比,仅气泡的作用对液体进行的搅拌时比较弱的,对于几千毫帕秒以上的高粘度液体是难于使用的。但气流搅拌无运动部件,所以在处理腐蚀性液体,高温高压条件下的反应液体的搅拌时比较便利的。在工业生产中,大多数的搅拌操作均系机械搅拌,以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。1.1 搅拌设备应用及作用搅拌设备在工业生产中的应用范围很广,尤其是化学工业中,很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中,搅拌设备作为反应器约占反应器总数的 99%。 。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛,还因搅拌设备操作条件(如浓度、温度、停留时间等)的可控范围较广,又能适应多样化的生产。搅拌设备的作用如下:使物料混合均匀;使气体在液相中很好的分散;使固体粒子(如催化剂)在液相中均匀的悬浮;使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化;强化相间的传质(如吸收等) ;强化传热。搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、植被悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中,异种原油的混合调整和精制,汽油中添加四乙基铅等添加物而进行混合使原料液或产品均匀化。化工生产中,制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程,都装备着各种型式的搅拌设备。1.2 搅拌物料的种类及特性搅拌物料的种类主要是指流体。在流体力学中,把流体分为牛顿型和非牛顿型。非牛顿型流体又分为宾汉塑性流体、假塑性流体和胀塑性流体。在搅拌设备中由于搅拌器的作用,而使流体运动。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 2 页1.3 搅拌装置的安装形式搅拌设备可以从不同的角度进行分类,如按工艺用途分、搅拌器结构形式分或按搅拌装置的安装形式分等。以下仅就搅拌装置的各种安装形式进行分类说明。(1)立式容器中心搅拌将搅拌装置安装在立式设备筒体的中心线上,驱动方式一般为皮带传动和齿轮传动,用普通电机直接联接。一般认为功率 3.7kW 一下为小型,5.522kW 为中型。(2)偏心式搅拌搅拌装置在立式容器上偏心安装,能防止液体在搅拌器附近产生“圆柱状回转区” ,可以产生与加挡板时相近似的搅拌效果。搅拌中心偏离容器中心,会使液流在各店所处压力不同,因而使液层间相对运动加强,增加了液层间的湍动,使搅拌效果得到明显的提高。但偏心搅拌容易引起振动,一般用于小型设备上比较适合。(3)倾斜式搅拌为了防止涡流的产生,对简单的圆筒形或方形敞开的立式设备,可将搅拌器用甲板或卡盘直接安装在设备筒体的上缘,搅拌轴封斜插入筒体内。此种搅拌设备的搅拌器小型、轻便、结构简单,操作容易,应用范围广。一般采用的功率为 0.122kW,使用一层或两层桨叶,转速为 36300r/min,常用于药品等稀释、溶解、分散、调和及 pH 值的调整等。(4)底搅拌搅拌装置在设备的底部,称为底搅拌设备。底搅拌设备的优点是:搅拌轴短、细,无中间轴承;可用机械密封;易维护、检修、寿命长。底搅拌比上搅拌的轴短而细,轴的稳定性好,既节省原料又节省加工费,而且降低了安装要求。所需的检修空间比上搅拌小,避免了长轴吊装工作,有利于厂房的合理排列和充分利用。由于把笨重的减速机装置和动力装置安放在地面基础上,从而改善了封头的受力状态,同时也便于这些装置的维护和检修。底搅拌虽然有上述优点,但也有缺点,突出的问题是叶轮下部至轴封处的轴上常有固体物料粘积,时间一长,变成小团物料,混入产品中影响产品质量。为此需用一定量的室温溶剂注入其间,注入速度应大于聚合物颗粒的沉降速度,以防止聚合物沉降结块。另外,检修搅拌器和轴封时,一般均需将腹内物料排净。(5)卧式容器搅拌搅拌器安装在卧式容器上面,壳降低设备的安装高度,提高搅拌设备的抗震性, 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 3 页改进悬浮液的状态等。可用于搅拌气液非均相系的物料,例如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备的。(6)卧式双轴搅拌搅拌器安装在两根平行的轴上,两根轴上的搅拌叶轮不同,轴速也不等,这种搅拌设备主要用于高黏液体。采用卧式双轴搅拌设备的目的是要获得自清洁效果。(7)旁入式搅拌旁入式搅拌设备是将搅拌装置安装在设备筒体的侧壁上,所以轴封结构是罪费脑筋的。旁入式搅拌设备,一般用于防止原油储罐泥浆的堆积,用于重油、汽油等的石油制品的均匀搅拌,用于各种液体的混合和防止沉降等。(8)组合式搅拌有时为了提高混合效率,需要将两种或两种以上形式不同、转速不同的搅拌器组合起来使用,称为组合式搅拌设备。1.4 毕业设计的意义通过本次毕业设计,我们对搅拌器有了完整的了解和深刻认识。而且学会把所学知识有效的用运到解决实际问题中的能力,不仅对课本所学知识有了更深层次的掌握,同时提高了自己解决实际问题的能力。学会了更好的查阅相关资料,为以后打下良好基础。本次毕业设计使我们受益匪浅,通过研究解决一些工程技术问题,各方面的能力均有提升。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 4 页2 搅拌器罐体结构设计2.1 罐体的尺寸确定及结构选型(1)筒体及封头型式选择圆柱形筒体,采用标准椭圆形封头(2)确定内筒体和封头的直径搅拌罐类设备长径比取值范围是 12,综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取 /2.0iHD根据工艺要求,装料系数 ,罐体全容积 m3,罐体公称容积(操作时盛71v装物料的容积) 。.1vg初算筒体直径 iiDHV423igiD即 340.7.86.12i m圆整到公称直径系列,去 。封头取与内筒体相同内经,封头直边高度90DN,mh25(3)确定内筒体高度 H当 时,查化工设备机械基础表 16-6 得封头的容积290,5DNhmv=0.1113m3,取224(1.3).980iVvH1.4Hm核算 与/iD,该值处于 之间,故合理。1.409.56i12 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 5 页220.70.69 91434ggiVDHv该值接近 ,故也是合理的。0.7(4)选取夹套直径内筒径,iDm5067018203夹套 j iDiDiD表 2-1 夹套直径与内通体直径的关系由表 2-1,取 。10910ji m夹套封头也采用标准椭圆形,并与夹套筒体取相同直径2.2 内筒体及夹套的壁厚计算(1)选择材料,确定设计压力按照钢制压力容器 ( )规定,决定选用 高合金钢板,该板15098GB0189CrNi材在 一下的许用应力由过程设备设计附表 查取, ,常温屈150C D3tMPa服极限 。37sMPa计算夹套内压介质密度 310/kgm液柱静压力 1.40HMPa最高压力 max.25P设计压力 a1.所以 0.4%0.125gHMPa故计算压力 .37cPgMP内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用,按内压则取 ,按外压0.375cMPa则取 0.25ca 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 6 页(2)夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择 热轧钢板,其235QB235,13tsMPaa夹套筒体计算壁厚 j2cjjtPD夹套采用双面焊,局部探伤检查,查过程设备设计表 4-3 得 0.85则 0.51.304238.j m查过程设备设计表 4-2 取钢板厚度负偏差 ,对于不锈钢,当介质的10.8Cm腐蚀性极微时,可取腐蚀裕量 ,对于碳钢取腐蚀裕量 ,故内筒体厚度20C2附加量 ,夹套厚度附加量 。120.8aCm1.b根据钢板规格,取夹套筒体名义厚度 。4njm夹套封头计算壁厚 为kj0.591.720.52138.5cjkjtPD确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。(3)内筒体壁厚计算按承受 内压计算0.57MPa焊缝系数同夹套,则内筒体计算壁厚为: 0.37591.9342218.cjtDm按承受 外压计算0.5Pa设内筒体名义厚度 ,则 ,内筒体外径6nm60.852enaC。291.29.4oinD由过程设备设计图 4-6 查得 ,图 4-9 查得 ,此时许用外0.ABMPa 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 7 页压 为:P50.280.2594eoBMPaD故取内筒体壁厚 可以满足强度要求。6nm2.3 搅拌器的选型桨径与罐内径之比叫桨径罐径比 ,涡轮式叶轮的 一般为 0.250.5,涡轮式/dD/dD为快速型,快速型搅拌器一般在 时设置多层搅拌器,且相邻搅拌器间距不小1.3H于叶轮直径 d。适应的最高黏度为 左右。50Pas搅拌器在圆形罐中心直立安装时,涡轮式下层叶轮离罐底面的高度 C 一般为桨径的 11.5 倍。如果为了防止底部有沉降,也可将叶轮放置低些,如离底高度 ./10D最上层叶轮高度离液面至少要有 1.5d 的深度。图 2-1 搅拌器符号说明键槽的宽度 搅拌器桨叶的宽度b B轮毂内经 搅拌器紧定螺钉孔径d 1d轮毂外径 搅拌器直径2 JD搅拌器参考质量 圆盘到轮毂底部的高度G2h 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 8 页搅拌器许用扭矩 轮毂内经与键槽深度之和 M()Nmt搅拌器桨叶的厚度选定搅拌器为六直叶开启涡轮式搅拌器,如图 2-1 所示。搅拌器的通用尺寸为桨径 :桨长 :桨宽 。jdl20:54b由前面的计算可知液层深度 ,而 ,故 ,则设置1.23Hm.170iDm1.3iHD两层搅拌器。为防止底部有沉淀,将底层叶轮放置低些,离底层高度为 ,上层叶轮高度2离液面 的深度,即 。则两个搅拌器间距为 ,该值大于也轮直径,故2JD60370符合要求。 查 HG-T 3796.112-2005,选取搅拌器参数如表 2-2:JDd21dB450 55 85 0M890hbt G100 14 53.8864 8.8表 2-2 搅拌器参数 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 9 页3 传动装置选型3.1 选择电动机功率根据具体需求设计搅拌器转速为 ,工作机所需的功率为n60r/miPw=nM/9549=60324/9549=2.0358kW由电动机至工作机之间的总效率(包括工作机效率)为= 12 24 32式中: 1、 2、 3 分别为联轴器、齿轮传动的轴承、齿轮传动。根据机械设计指导书P5 表 1-7 得:各项所取值如表 3-1:种 类 取 值齿轮传动的轴承 深沟球轴承 0993齿轮传动 7 级精度的一般齿轮传动0962联轴器 刚性联轴器 099表 3-1 各传动件的传动效率=0 9920993 40962 20.8819所以 Pd=Pw/=2.03580.8819kW=2.3084kW3.2 确定电动机转速搅拌轴的工作转速 nw=60 r/min,按推荐的合理传动比范围,两级齿轮传动比i=860,故电动机转速可选范围为nd=inw=(860)60r/min=(4803600)r/min综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比,比较三个方案选定电动机型号为 Y160M18,所选电动机的额定功率 Ped=4kW,满载转速nm=720 r/min,总传动比适中,传动装置结构紧凑。3.3 减速器的选择搅拌轴的工作转速 nw=60 r/min,选定的电动机转速 nm=720 r/min,由推荐传动比选 i=860,选定两级圆柱齿轮减速器。综合搅拌器器型选择同轴式减速器。如图 3-1: 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 10 页图 3-1 同轴式减速器3.4 确定传动装置的总传动比和分配传动比(1)总传动比因为 r/min720电所以:总传动比 72016ni电总 搅 拌 轴2)分配传动比根据均匀磨损要求,采用两级减速器连接传动机构,i=i 1*i2=12 则:1243ii,3.5 计算传动装置的运动和动力参数(1)电动机轴:P 0 = Pd =4kWn 0 = nm =720 r/minT 0 = 9550( )=53.06 Nm0Pn(2)高速轴:P 1 = P01 = 3.96 kWn 1 = n0 =720 r/minT 1 = 9550( )=52.525Nm1n(3)中间轴: 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 11 页P 2 = P123 =3.783 kWn 2 = = 180 r/min01iT 2 = 9550( )=200.7091 Nm2n(4)低速轴:P 3 = P223 = 3.614 kWn 3 = =60 r/min2iT 3 = 9550( )=575.228Nm3n(5)输出轴:P 4 = P33= 3.578kWn 4 = = 60r/min0iT 4 = 9550( )= 569.498Nm4Pn输出轴功率或输出轴转矩为各轴的输入功率或输入转矩乘以联轴器效率(0.99)运动和动力参数计算结果整理后如表 3-2 所示:轴名功率 P/kw转矩 T/(Nm) 转速 n/(rmin-1)传动比 i效率电机轴 4kw 53.06 720 1 0.99高速轴 3.96kw 52.525 7204.0 0.95中间轴 3.783kw 200.7091 1803.0 0.95低速轴 3.614kw 575.228 60输出轴 3.578kw 569.498 601 0.99表 3-2 运动和动力参数计算结果 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 12 页4 传动系统的总体设计4.1 高速级直齿轮传动的设计计算1.选精度等级、材料及齿数(1)材料选择及热处理小齿轮 1 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS1=280.大齿轮 2 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS2=240.两者皆为软齿面。(2)运输机为一般工作机器,速度不高,故选用 7 级精度。(3)选小齿轮齿数 z1=20,大齿轮齿数 z2=802.按齿面接触疲劳强度设计d1t2.32311 ()2确定公式内各计算数值(1)试选 Kt=1.6(2)小齿轮传递的转矩 T1 =52.525Nm。(3)按 机械设计表 10-7 选取齿宽系数 =1(4)由机械设计表 10-6 查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MP12(5) 由机械设计图 10-21 按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限 =600MPa;1大齿轮接触疲劳强度极限 =550MPa2(6)由机械设计式 10-13 计算应力循环次数N1=60n1jLh=607201(2830010)=2.0736109N2=60n2jLh=607201(2830010)/4=5.184108(7)按机械设计图 10-19 取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.90,KHN2=1.05.(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%,安全系数 S=1,由机械设计式(10-12)得 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 13 页1= =0.90600MPa=540MPa112= =1.05550MPa=577.5MPa22计算(1)计算小齿轮分度圆直径 d1t= =54.5112.3231.65.251041 54(189.8540)2(2)计算圆周速度V= = =2.05m/s.1160100054.511720601000(3)计算齿宽 b 及模数 mnt。b= d1t=154.511=54.511mnt= = =2.72551154.51120h=2.25 mnt=2.252.62=6.1323b/h=8.89(4)计算载荷系数 K已知使用系数 KA=1,根据 v=2.05m/s,7 级精度,由机械设计图 10-8 查得动载系数KV=1.1,由机械设计表 10-4 查得 1.421,由机械设计图 10-13 查得 =1.35.由机械设= 计表 10-3 查得 =1。故载荷系数直 齿轮 =K=KAKV =11.111.421=1.5631(5)按实际的载荷校正所算得的分度圆直径,由机械设计式(10-10a)得d1=d1t =54.511 =54.0883 31.56311.6(6)计算模数 mnmn= = =2.70441154.08820 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 14 页3.按齿根弯曲强度设计由机械设计式 10-17mn32121(1)确定计算参数1)计算载荷系数。K=KAKV =11.111.35=1.4852)查取齿形系数由机械设计表 10-5 查得 YFa1=2.80;Y Fa2=2.223)查取应力校正系数。由机械设计表 10-5 查得 YSa1=1.57;Y Sa2=1.774)由机械设计图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 =500MPa,大齿轮弯曲1疲劳强度极限 =380MPa。27)由机械设计图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.88,KFN2=0.90。8)计算弯曲疲劳许用应力1 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,由机械设计式(10-12 )得:1= =314.29MPa11 =0.885001.42= =244.29MPa22 =0.903801.49)计算大小齿轮的 并加以比较= =0.013991 2.801.57314.29= =0.016081 2.221.77244.29大齿轮的数值大。(2)设计计算 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 15 页mn =1.84321.4855.251041202 0.01608对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 mn 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取 mn=2,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 d1=54.088l 来计算应有齿数。于是由Z1= = =27.044154.0882取 Z1=28,则 Z2=uZ1=428=112。4.几何尺寸计算(1)计算大小齿轮的分度圆直径d1= = =561282d2= = =22421122(2)计算中心距a= =140(1+2)2 =(28+112)22(3)计算齿轮宽度b= =156=561圆整后 B2=55,B 1=605主要设计计算结果。中心距: a=140;法面模数: mn=2;齿数; Z1=28,Z2=112分度圆直径:d 1=56,d2=224mm基圆直径:d b1=52.623mm,d b2=210.491齿顶圆直径:d a1=60mm,da2=228mm齿根圆直径:d f1=51mm,df2=219mm 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 16 页全齿高:h 1=4.5mm,h2=4.5mm材料选择及热处理小齿轮 1 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS1=280.大齿轮 2 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS2=240.4.2 低速级直齿轮传动的设计计算1.选精度等级、材料及齿数1)材料选择及热处理小齿轮 1 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS1=280.大齿轮 2 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS2=240.两者皆为软齿面。2)运输机为一般工作机器,速度不高,故选用 7 级精度。3)选小齿轮齿数 z1=24,大齿轮齿数 z2=722.按齿面接触疲劳强度设计d1t2.32311 ()2(1)确定公式内各计算数值1)试选 Kt=1.62)小齿轮传递的转矩 T1 =200.709Nm。3)按 机械设计表 10-7 选取齿宽系数 =14)由机械设计表 10-6 查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MP125) 由机械设计图 10-21 按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限 =600MPa;1大齿轮接触疲劳强度极限 =550MPa26)由机械设计式 10-13 计算应力循环次数N1=60n1jLh=607201(2830010)=5.184108N2=60n2jLh=607201(2830010)/4=1.2961087)按机械设计图 10-19 取接触疲劳寿命系数 KHN1=1.0,KHN2=1.1. 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 17 页8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%,安全系数 S=1,由机械设计式(10-12)得1= =1.0600MPa=600MPa112= =1.1550MPa=605MPa22(2)计算1)计算小齿轮分度圆直径d1t= =81.1822.3231.62.007091051 43(189.8600)22)计算圆周速度V= = =0.765m/s. d1tn1601000 81.1821806010003)计算齿宽 b 及模数 mnt。b= d1t=181.182=81.182mnt= = =3.3831181.18220h=2.25 mnt=2.253.383=7.6108b/h=10.674)计算载荷系数 K已知使用系数 KA=1,根据 v=0.765m/s,7 级精度,由机械设计图 10-8 查得动载系数KV=1.05,由机械设计表 10-4 查得 1.426,由机械设计图 10-13 查得 =1.35.由机械= 设计表 10-3 查得 =1。故载荷系数直 齿轮 =K=KAKV =11.0511.426=1.49735)按实际的载荷校正所算得的分度圆直径,由机械设计式(10-10a)得d1=d1t =81.182 =79.4063 31.49731.6 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 18 页6)计算模数 mnmn= = =3.3081179.406243.按齿根弯曲强度设计由机械设计式 10-17mn32KT1dZ21(1)确定计算参数1)计算载荷系数。K=KAKV =11.0511.35=1.41752)查取齿形系数由机械设计表 10-5 查得 YFa1=2.65;Y Fa2=2.243)查取应力校正系数。由机械设计表 10-5 查得 YSa1=1.58;Y Sa2=1.754)由机械设计图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 =500MPa,大齿轮弯曲1疲劳强度极限 =380MPa。27)由机械设计图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.93,KFN2=0.96。8)计算弯曲疲劳许用应力1 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,由机械设计式(10-12 )得:1= =332.14MPaKFN1 FE1S =0.935001.42= =260.57MPaKFN2 FE2S =0.963801.49)计算大小齿轮的 并加以比较= =0.01261 2.651.58332.14 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 19 页= =0.0151 2.241.75260.57大齿轮的数值大。(2)设计计算mn =2.456321.41752.007091051242 0.01608对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 mn 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取 mn=2.5,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 d1=79.406来计算应有齿数。于是由Z1= = =27.624179.4062.5取 Z1=28,则 Z2=uZ1=328=84。4.几何尺寸计算(1)计算大小齿轮的分度圆直径d1= = =701282.5d2= = =2102842.5(2)计算中心距a= =140(1+2)mn2 =(70+210)22(3)计算齿轮宽度b= =170=701圆整后 B2=80,B 1=855主要设计计算结果。中心距: a=140;法面模数: m=2.5mm;齿数; Z1=28,Z2=84 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 20 页分度圆直径:d 1=70,d 2=210mm基圆直径:d b1=65.778mm,d b2=197.335齿顶圆直径:d a1=75mm,da2=215mm齿根圆直径:d f1=63.75mm,df2=213.75mm全齿高:h 1=6.25mm,h2=6.25mm材料选择及热处理小齿轮 1 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS1=280.大齿轮 2 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS2=240.4.3 用 proe 绘制齿轮的三维图形在 proE 中直齿圆柱齿轮是利用参数进行绘制的,在零件模式下,取消默认模板,使用公制尺寸模板,新建零件零件模型。1) 使用front 平面草绘4个任意半径的同心圆,确定,按“”退出草绘。2) 点击 “工具参数”弹出参数设置框,点击“+”增加参数行,在“名称”列输入直齿圆柱齿轮的参数符号,在“值”列输入需要指定的参数值。如图4-1:图4-1 输入参数其中:m(模数)、z(齿数)、Prsangle (齿形角)ha (齿高)、c(齿隙系数)、width(齿宽)的参数值需要指定其值,其余如d(分度圆直径)、 db(基圆直径)、da(齿顶圆直径)、 df(齿根圆直径)使用关系式进行尺寸赋值。参数设置完成后,点击“确定”关闭。3) 点击 “工具 关系” 弹出“关系”框,对齿轮的参数建立参数关系式。将鼠标移到至同心圆上,4个同心圆同时加亮,点击,显示同心圆的尺寸符号。在“关系” 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 21 页栏中输入如下关系式,点击“确定”关闭窗口。如图4-2:图4-2 输入关系式d=m*zdb=d*(cos(prsangle)da=d+2*m*hadf=d-2*(ha+c)*mD0=dD1=dbD2=daD3=df4) 执行 “编辑再生”,图形中通过关系式赋值的4个同心圆的直径确定,即d、db、da、df 的值,再次打开参数栏可以看到这4个参数已经被赋值。如图4-3: 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 22 页图4-3 5) 绘制齿轮的渐开线点击窗口“创建基准曲线”按钮,选取“从方程”,确定,选取坐标类型为圆柱坐标系后弹出程序运行框和记事本,在记事本中输入渐开线方程如下:x=t*sqrt(da/db)2-1)y=180/pir=0.5*db*sqrt(1+x2)theta=x*y-atan(x)z=0图4-4 绘制渐进线点击记事本“文件保存”后关闭记事本,在“曲线:从方程”的右下角点击“预览”或直接确定,渐开线绘制成功,如图4-4。6) 创建渐开线与分度圆的交点为基准点。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 23 页执行“基准点创建”工具,选取渐开线后,按下“ctrl”选取分度圆,“确定”,基准点PNT0 创建成功。7) 创建基准轴A-1执行“基准轴”创建工具,选取TOP平面后按“ctrl”选取RIGHT平面,取两个平面的交线为基准轴。8) 创建基准平面DTM1执行“基准平面”工具,选取基准轴后按“ctrl”选取基准点PNT0,“确定”基准平面创建成功。9) 创建基准平面DTM2执行“基准平面”工具,选取基准平面DTM1 后按“ctrl”选取基准轴A-1 ,在偏距中输入旋转角度值“360/4/Z”,选取“是”添加“360/4/Z ”作为特征关系,“确定”。如图4-5:图4-5 10) 通过基准平面DTM2 镜像渐开线11) 修剪齿形选取FRONT平面进入草绘模式,点击“通过边创建图元”按钮,选取齿根圆和两条渐开线,创建渐开线与齿根圆之间的圆角,圆角半径为“d/400 ”,修剪去除多余的曲线,按“”退出草绘。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 24 页图4-612) 拉伸齿顶圆成特征实体:如图4-7:图4-7 拉伸13) 利用去除材料拉伸出第一个齿槽在草绘模式下利用“通过边创建图元”选取齿形曲线与齿顶圆的的封闭曲线。如 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 25 页图: 图4-814) 阵列齿形选取整列方式为“轴”,数量为75,阵列角度为“360/z”,按确定:如图4-9 :图 4-9 齿轮4.4 齿轮的加工工艺分析1)圆柱齿轮的结构忒点圆柱齿轮一般分为齿圈和轮体两部。在齿圈上切出直齿,而在轮体上有空或带有轴。轮体结构形状直接影响齿轮加工工艺的制定。2)圆柱齿轮传动的精度要求要求齿轮能准确地传递运动,传动比恒定,齿轮转动时瞬时传动比的变化量在一定限度内。要求齿轮工作是齿面接触要均匀,并保证有一定的接触面积和符合要求的接触位置。3)齿轮的材料选择一般讲,对于低速重载的传动力齿轮,有冲击载荷的传力齿轮面受压产生塑性变 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 26 页形或磨损,且轮齿容易折断,应选用机械强度、硬度等综合力学性能好的材料,经渗碳淬火,芯部具有良好的韧性,齿面硬度可达 56-62HRC。4)齿轮的毛坯齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺寸、结构简单且对强度要求低的齿轮。当吃了要求强度高、耐磨和耐冲击是,多选用锻件。这里选用锻件为毛坯。5)圆柱齿轮的加工工艺过程圆柱齿轮的加工工艺如表 4-1:表 4-1 圆柱齿轮加工工艺过程序号 工序内容及要求 定位基准 设备1 锻造2 正火3 粗车各部,均留余量 1.5mm 外圆、端面 转塔车床4粗车各部,内孔只锥孔塞规刻线外 6-8mm,其余达图样要求外圆、内孔、端面C6165滚齿 Fw-0.036mm, Fi=0.10mmFi=0.22mm , =0.011W= mm ,齿面80.840.140.19Ra2.5 m内孔、端面 Y386 倒角 内孔、端面 倒角机7 插键槽达图样要求 外圆、端面 插床8 去毛刺9 剃齿 内孔、端面 Y671410热处理:齿面淬火后硬度达 50-55HRC11 磨内孔锥,磨至锥孔塞规小端平 齿面、端面 M22012 衔齿达图样要求 内孔、端面 Y5714 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 27 页13 终结检验5 减速器轴及轴承装置、键的设计1 2 3 4 5 6 7 图 5-1 高速轴1 2 3 4 5图 5-2 中间轴1 2 3 4 5 6 7 图 5-3 低速轴轴5.1 高速轴及其轴承装置、键的设计 1. 输入轴上功率 113.96,n70/minPKwr转 速41.20TNm2求作用在齿轮上的力415.2075.88tan3.tan136.trTFNd3初定轴的最小直径 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 28 页选轴的材料为 40Cr,调质处理。根据机械设计表,取 于是初步估算12A轴的最小直径33min1/2.96/701.dAPm这是安装联轴器处轴的最小直径 ,由于此处开键槽,校正值d,联轴器的计算转矩 查表 14-1 取129.7(5%)0.785d 1TKAca,则AK4121089.25caATKNm查机械设计手册 ,选用 LX2 型联轴器,其公称转矩为 140N。半联轴器的孔径,轴孔长度 L38,J 型轴孔,C 型键,轴段 1 的直径 ,轴段 1 的长度m24 d241应比联轴器主动端轴孔长度略短,故取 。135l4轴的结构设计()拟定轴上零件的装配方案(见前图)()根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度)为满足半联轴器的轴向定位要求,轴段右端需制处一轴肩,轴肩高度,故取段的直径dh1.07.md272)初选型号 6206 的角接触球轴承参数如下基本额定动载荷63BDda3Da56基本额定静载荷19.5rCKN1.rCKN故 轴段 7 的长度比轴承宽度少小,故取 m073 715lm3 )由于是做成齿轮轴, .故取md364l644 )由上可确定轴段 5 的直径, 取 ,取550为减小应力集中,并考虑右轴承的拆卸,轴段 6 的直径应根据 62
收藏