中速磨磨棍修复转台的结构设计【含CAD图纸、说明书】
1本科生毕业设计题 目:中速磨磨棍修复转台的结构设计学生姓名: 学 号: 专业班级: 指导教师: 完成时间: II目 录摘要 VAbstract VI1 绪论.11.1 中速磨磨棍修复转台设计的主要内容11.2 中速磨磨棍修复转台的总体布局11.3 中速磨磨棍修复转台概况21.4 设计准则.22 中速磨磨棍修复转台总体方案32.1 中速磨磨棍修复转台设计方案32.1.1 中速磨磨棍修复转台方案一32.1.2 中速磨磨棍修复转台方案二.42.1.3 中速磨磨棍修复转台方案三42.1.4 中速磨磨棍修复转台方案四42.2 中速磨磨棍修复转台执行机构的选型与设计52.3 中速磨磨棍修复转台传动装置方案确定53 转台具体参数计算.73.1 电动机的选择.73.2 传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配83.3 运动参数和动力参数计算84 圆柱齿轮传动零件的设计计算.114.1 选择齿轮材料及精度等级114.2 按齿面接触疲劳强度设计.114.3 根据齿根弯曲疲劳强度设计125 蜗轮蜗杆传动设计计算.165.1 选择蜗杆传动类型165.2 选择材料165.3 按齿面接触疲劳强度进行设计165.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸175.5 校核齿根弯曲疲劳强度18III5.6 验算效率 195.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定195.8 热平衡核算196 轴的设计计算.206.1 轴的结构设计.206.2 轴的结构设计.226.3 轴的结构设计.246.4 校核轴的强度267 轴承的选择和校核.317.1 高速轴轴承的校核317.2 低速轴轴承的校核327.3 计算输入轴轴承347.4 计算输出轴轴承368 键联接的选择和校核.388.1 键的选择388.2 键的校核388.3 联轴器的选择399 减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择.409.1 传动零件的润滑409.1.1 齿轮传动润滑.409.1.2 滚动轴承的润滑409.2 减速器密封409.2.1 轴外伸端密封.409.2.2 轴承靠箱体内侧的密封.409.2.3 箱体结合面的密封.4010 减速器箱体设计及附件的选择和说明.4111 中速磨磨棍修复转台调整机构设计.4311.1 缸体的设计计算4311.2 活塞和活塞杆的设计计算4411.3 顶盖的设计44IV11.4 气控液压千斤顶的体积4511.5 部件连接方式45结束语.47参考文献.48致谢.49V中速磨磨棍修复转台的结构设计摘 要:本次毕业设计是关于中速磨磨棍修复转台的设计。首先对焊接转台作了简单的概述;接着分析了焊接转台的选型原则及计算方法;然后根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计;接着对所选择的焊接转台各主要零部件进行了校核。在中速磨磨棍修复转台的设计、制造以及应用方面,目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造中速磨磨棍修复转台过程中存在着很多不足。整机结构主要由电动机产生动力将需要的动力传递到齿轮上,然后通过齿轮传递到齿轮,通过齿轮再过渡到另外一组齿轮上,然后再通过齿轮过渡到蜗轮蜗杆上。同时本文对该方案焊接转台的关键零部件设计过程进行了详细阐述,其主要内容包括系统总体方案的设计、电动机的选择、执行机构的设计、传动零部件的设计、轴的设计与校核以及轴承的选择、等。本文主要介绍焊接转台的发展状况,焊接转台结构设计原理,焊接转台总体方案分析及确定,焊接转台结构设计内容所包含的机械图纸的绘制,的计算,结构设计结论与建议。本论文研究内容:(1) 焊接转台总体结构设计。(2) 焊接转台工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 焊接转台的传动系统、执行部件。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词:中速磨磨棍修复转台,传动装置,连杆,减速器VIThe Structure Design of Medium Speed Grinding Rod Repair TurntableAbstract:This graduation design is the design of a medium speed grinding rod repair turntable. First to welding turntable made brief overview; then analyzes the welding turntable type selection and calculation method; then calculated based on these design criteria and selection method in accordance with the given parameters requires selection of design; then the choice of welding table of the main parts of the check. In the medium speed grinding rod repair table design, the manufacture and the application, at present our country and the overseas advanced level compared still had the big disparity, domestic in the design manufacturing medium speed grinding rod repair process, there are many deficiencies of the turntable.The whole structure mainly by the motor generates dynamics will require the power delivered to the gear and then through a gear is transferred to the gear, through the gear and the transition to another set of gear, and then through the transition gear to the worm. At the same time, the scheme welding turntable is the key part of the design process are discussed in detail. The main contents include the design of the overall scheme of the system design, motor selection, actuator design, transmission parts, the shaft of the design and check and bearing selection, etcIs mainly introduced in this paper turntable development of welding, welding turntable structure design principle, welding turntable scheme analysis and determination, welding turntable structure design content includes mechanical drawing of rendering, calculation of structure design conclusion and suggestions.Content of this paper:Design of the overall structure of (1) welding table.Analysis on working performance of (2) welding table.(3) the choice of motor.(4) the transmission system and the executive part of the welding table.(5) the design of the parts to design calculation and check.(6) drawing the assembly drawing of the whole machine and the assembly drawing of the important parts and the parts drawing of the design parts.VIIKeywords: medium speed grinding rod repair turntable, transmission device, connecting rod, gear reducer11 绪论进入 21 世纪,我国工件工业快速发展,深加工产业规模也在飞速扩大,现有工件机械设备生产能力小,不能满足大型加工厂的生成要求。因此,改进和扩大现有工件机械设备是完全必要的。中速磨磨棍修复转台作为工件加工的基础设备, 在我国广泛应用几十年。生产实践证明,该设备对品种、粒度、外在水份等适应性强,与其他给料设备相比,具有运行安全可靠、性能稳定、噪音低、维护工作量少等优点,仍不失推广使用的价值。1.1 中速磨磨棍修复转台设计的主要内容通过对数控中速磨磨棍修复转台设计,希望学生熟悉机电一体化系统中机械系统设计过程,以及掌握利用 AutoCAD 来绘制二维图形或创建三维实体的能力。对数控中速磨磨棍修复转台的设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力,培养学生建立正确的设计思想,掌握工程设计的一般程序、规范和方法。基本任务及要求(1)熟悉数控回转工作太本身的特点,明确设计要求(2)拟定中速磨磨棍修复转台系统的总体方案(机械部分)(3)进行机械部分的结构设计1.2 中速磨磨棍修复转台的总体布局数控中速磨磨棍修复转台其外形和通用工作台几乎一样,但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。它的进给、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。工作台的运动是由伺服电动机,经齿轮减速后由蜗杆传给蜗轮。为了消除蜗杆副的传动间隙,采用了双螺距渐厚蜗杆,通过移动蜗杆的轴向位置调整间隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同的螺距,因此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的,所以仍然可以保持正常的啮合。当工作台静止时必须处于锁紧状态。为此,在蜗轮底部的辐射方向有 8 对夹紧瓦,并在底座上均布同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时,活塞便压向钢球,撑开夹紧瓦,并夹紧蜗轮。在工作台需要回转时,先使小液压缸的上腔接通回油路,在弹簧的作用下,钢球抬起,夹紧瓦将蜗轮松开。中速磨磨棍修复转台的导轨面由大型滚动轴承支承,并由深沟球轴承及双列向心圆柱滚子轴承保持准确的回转中心。数控中速磨磨棍修复转台的定位精度主要取2决于蜗杆副的传动精度,因而必须采用高精度蜗杆副。在半闭环控制系统中,可以在实际测量工作台静态定位误差之后,确定需要补偿角度的位置和补偿的值,记忆在补偿回路中,由数控装置进行误差补偿。在全闭环控制系统中,由高精度的圆光栅发出工作台精确到位信号,反馈给数控装置进行控制。1.3 中速磨磨棍修复转台概况随着生产力水平的发展,中速磨磨棍修复转台越来越广泛的应用于各个领域。数控中速磨磨棍修复转台是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台,它常被使用于各类设备上,可提高加工效率,完成更多的工艺,它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成,并可进行间隙消除和蜗轮加紧,是一种很实用的加工工具。本次毕业设计主要是解决倾斜式焊接中速磨磨棍修复转台中速磨磨棍修复转台的工作原理和机械机构的设计与计算部分,设计思路是先原理后结构,先整体后局部。目前数控中速磨磨棍修复转台已广泛应用于数控机床和加工中心上,它的总的发展趋势是:1在规格上将向两头延伸,即开发小型和大型转台;2在性能上将研制以钢为材料的蜗轮,大幅度提高工作台转速和转台的承 载能力;3在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 数控转台的市场分析:随着我国制造业的发展,加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴,以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年 600 台左右。1.4 设计准则我们的设计过程中,本着以下几条设计准则:1) 创造性的利用所需要的物理性能2) 分析原理和性能3) 判别功能载荷及其意义4) 预测意外载荷5) 创造有利的载荷条件6) 提高合理的应力分布和刚度7) 重量要适宜8) 应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸9) 根据性能组合选择材料310) 零件与整体零件之间精度的进行选择11) 功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求2 中速磨磨棍修复转台总体方案基本任务和要求2.1 中速磨磨棍修复转台设计方案设计方案:1.采用分离气缸和定位夹紧气缸实现物料的运送和分离2.利用机械手进行送料3.采用伺服电机控制工作台进行送料4、采用电机带动减速器,然后带动连杆机构实现往复运动2.1.1 中速磨磨棍修复转台方案一方案一采用双作用缸实现物料的分离功能和定位夹紧功能气动送料机由两个基本应用模块组成:物料分离模块及传送模块。物料分离模块由两个双作用气缸组成,分别实现物料的分离功能和定位夹紧功能。为保证真空系统的气流通畅,以提高真空发生器的真空度,回路4中的真空控制回路不安装节流阀。同时,回路4中的所有连接气管应尽可能的短, 以减小空气流通阻力,提高真空度。采用气缸的优点:4减少了物料的运送步骤,缩短了加工时间,操作简单。缺点:对物料的放置有很高的精度要求,造价高昂,一般的小型企业不采用2.1.2 中速磨磨棍修复转台方案二 方案二利用机械手进行送料机械手是以小车形式通过钢绳同滑块联接起来, 由冲床滑块上升运动牵引小车作前进的水平运动完成送料,由通过钢绳连接的重物使小车作复位运动。由小车机械手将工件送至冲床下进行冲孔,提高了生产效率,保证了质量,改善了劳动强度,确保了人生安全。采用机械手送料的优点:送料与冲床节拍相同,可以连续生产。缺点:首先由于整个过程均由机械手实现,所以对机械手的要求度很高,其次,如果工件大小不一要经常更换。2.1.3 中速磨磨棍修复转台方案三方案三采用伺服电机控制工作台进行送料由单片机产生驱动脉冲信号,步进电机的驱动器收到驱动脉冲信号后,步进电机将会按照设定的方向转动一个固定的角度,将电脉冲转化成交位移。电机的转速由脉冲信号频率来控制决定,再由电机控制工作台进行送料冲压。优点:1、可以连续生产,并且能实现一人控制几台机器2、可靠性高,由于送料机构外部由步进电机控制,所以每次的行程都是固定值。3、低功耗,低电压。在许多没有电力供应的应用场合,较低的功耗和工作电压是生产便捷化的必要条件。4、维护方便,经济实用。中速磨磨棍修复转台结构是由电动机、减速器、联轴器、H 形架、连杆、底板(给料槽)、传动平台、漏斗闸门、托辊等组成。2.1.4 中速磨磨棍修复转台方案四方案四采用电机带动减速器,然后带动连杆机构实现往复运动传动原理:当电动机开动后,经弹性联轴器、减速器、曲柄连杆机构拖动倾斜的底板在托辊上作直线往复运动,当底板正行时,将仓和槽形机体内的带到机体前端;底板逆行时,槽形机体内的被机体后部的斜板挡住,底板与之间产生相对滑动,机体前端的5自行落下。将均匀地卸到运输机械或其它筛选设备上。该机设有带漏斗、带调节阀门和不带漏斗、不带调节阀门两种形式。综合以上的比较,选择方案 4 来设计中速磨磨棍修复转台机构。2.2 中速磨磨棍修复转台执行机构的选型与设计(1)机构分析 执行机构由电动机驱动,电动机功率 2kw,原动件输出等速圆周运动。传动机构应有运动转换功能,将原动件的回转运动转变为推杆的直线往复运动,因此应有急回运动特性。同时要保证机构具有良好的传力特性,即压力角较小。 为合理匹配出力与速度的关系,电动机转速快扭矩小,因此应设置蜗杆减速器,减速增扭。(2)机构选型方案一:用摆动导杆机构实现运动形式的转换功能。方案二:用偏置曲柄滑块机构实现运动形式的转换功能。方案三:用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联组合,实现运动形式的转换功能。(3)方案评价方案一:结构简单,尺寸适中,最小传动角适中,传力性能良好,且慢速行程为工作行程,快速行程为返回行程,工作效率高。方案二:结构简单,但是不够紧凑,且最小传动角偏小,传力性能差。方案三:结构复杂,且滑块会有一段时间作近似停歇,工作效率低,不能满足工作周期 4.3 秒地要求。综上所述,方案一作为焊接转台执行机构的实施方案较为合适。(4)性能评价图示位置即为最小位置,经计算。性能良好。方案一 方案二 方案三62.3 中速磨磨棍修复转台传动装置方案确定(1)传动方案设计由于输入轴与输出轴有相交,因此传动机构应选择锥齿轮或蜗轮蜗杆机构。方案一:二级圆锥圆柱齿轮减速器。方案二:齿轮蜗杆减速器。方案三:蜗杆齿轮减速器。(2)方案评价而方案二与方案三相比,结构较紧凑,且蜗杆在低速级,因此方案二较为合适。磨辊的修复过程实际上是旧磨辊的夹持及对中磨辊修复过程。它的实现是焊接变位机通过特别焊接工装卡具卡住磨辊使其沿某一水平轴线匀速转动,并畏以焊接枪的沿该轴线方向的恰当移动,从而实现对磨辊的周向堆焊。这里对磨螺的对中要求较高,否则将严重影响磨辊堆焊后的尺寸形状,甚至会发生导电嘴与工件表面打火现象,使得导电嘴严重烧损。因此焊接转台必须对旧磨辊的平持有很好的对中,同时为了保证有好的焊接质量,磨辊的转动变必须稳定及要匀速。同是为了制造方便它的减速及动力机械尽可能的选用标准件,通过多方面比较最后拟定焊接转动的原动件采用运动平衡的电动机。电动机到磨辊的减速采用标准的蜗轮蜗杆来实现;磨辊的摆角则采用曲柄小滑块、或者凸轮等机构实现此处为了节约成本采用了导杆与滑块的组合机构。方案一 方案二 方案三783 转台具体参数计算3.1 电动机的选择1.确定电动机类型按工作要求和条件,选用 y 系列三相交流异步电动机。2.确定电动机的容量由于工作周期为 4.3 秒,电动机功率 2kw根据周期计算公式 2wT213.95r/minw3.选择电动机转速由 2表 13-2 推荐的传动副传动比合理范围圆柱齿轮传动 i 齿 小于 8蜗轮蜗杆传动 i 齿 =840则传动装置总传动比的合理范围为i总 =(28)(840)=(16200)电动机转速的可选范围为故电动机转速可选范围为 。符合这一范围的同步转速23.790/mindaWnir根据电动机所需功率和同步转速,查2表 12-1,符合这一范围的常用同步转速有1500 、1000 。minrir4 确定电动机的型号选上述不同转速的电动机进行比较,查机械基础P 499附录 50 及相关资料得电动机数据和计算出总的传动比,列于下表:表 3-1 电机参数比较表电机转速 r/min方案 电机型号额定功率kW同步转速满载转速电机质量kg参考价格(元)总传动比1 Y100L1-4 2.2 1500 1420 38 760 13.272 Y112M -6 2.2 1000 940 63 1022 8.973 Y132S-8 2.2 750 710 79 800 6.63选用同步转速为:1500 r/min为降低电动机重量和价格,由表二选取同步转速为 1500r/min 的 Y 系列电动机,型号为 Y100L1-4。9查机械基础P 500附录 51,得到电动机的主要参数以及安装的有关尺寸(mm),见以下两表:具体参数表如下:表 3-2 电动机的技术数据电动机型号额定功率(kw)同步转速(r/min)满载转速(r/min)堵 转 转 矩额 定 转 矩 最 大 转 矩额 定 转 矩Y100L1-4 2.2 1500 1420 2.2 2.2图 3-1 电动机3.2 传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配1.传动装置总传动比= =总iwmn1420.793.5式中 nm-电动机满载转速:1420r/min;nw-工作机的转速:13.95 r/min。2.分配传动装置各级传动比齿轮传动比为 2那么取蜗轮蜗杆减速比为 50.895其中 、 、 、 分别为134、单级圆柱齿轮、滚动轴承、蜗杆传动、联轴器和效率,查取机械基础P459的附录 3 选取、 =0.98(8 级精度) 、 =0.99(球轴承) 、12、 =0.99、30.843.3 运动参数和动力参数计算 1.各轴转速计算r/min 1200n10r/min 710r/i 1420 i/nII 齿 r/in 95.35.896齿2.各轴输入功率 KW2.P0d2.17K.04I .0915W917832I 645I3.各轴输入转矩 mN.4/n950pTd6781II 32./95II11表 3-3 传动装置各轴运动参数和动力参数表项目轴号 功率 kw转速 minr转矩 mNT传动比0 轴 2.2 1420 14.791轴 2.178 1420 14.64782轴 2.0915 710 28.132轴 1.6564 13.95 1133.95 50.总体设计方案简图 3-2 如下:图 3-2 总体设计方案简图124 圆柱齿轮传动零件的设计计算4.1 选择齿轮材料及精度等级根据传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动。运输机为一般工作机器,速度不高,选用 7 级精度,要求齿面粗糙度。1.632Ram因为载荷中有轻微振动,传动速度不高,传动尺寸无特殊要求,属于一般的齿轮传动,故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械设计P322 表 1410,小齿轮选用 45号钢,调质处理,硬度 236HBS;大齿轮选用 45 号钢,正火处理,硬度为 190HBS。取小齿轮齿数 ,则大齿轮齿数 ,使两齿轮的齿数互120Z21204Zi为质数,取值 ,选取螺旋角。初选螺旋角24则实际传动比: 2140iZ传动比误差:,可用210.5%i齿数比: 2ui由表 1取 (因非对称布置及软齿面) 。610.9d4.2 按齿面接触疲劳强度设计因两齿轮均为钢制齿轮,所以由课本公式得: 2131 )(2HEdtt ZuTK确定有关参数如下:1)确定公式内的各计算数值1)试选 =1.2tK2)选取区域系数 Z =2.43 H3) 78.01845.02则 2.67134)计算小齿轮传递的转矩 66 411 2.89.509.50.67104PT Nmn5)由表 10-7 选取齿宽系数 =0.9d136)由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 218.9MPaZE(4) 、许用接触应力 HlimHNTS由图 1查得 ,63Clim170HPali250Pa由式 1计算应力循环次数52L9160473.10283651.0LhNnrt2.LNi由图 1查得接触疲劳的寿命系数 ,63419TZ2.9NT通用齿轮和一般工业齿轮按一般可靠度要求选取安全系数 。所以计算两轮10HS的许用接触应力: lim1170.8965.3HNTMPaSli225.41HZ故得: 2131 )(HEdtt ZuTK4 232.67801.389.()9.34654.0m则模数: 1cos7.6cos12.60ttdz由表 1取初步选择标准模数:61.5(5) 、校核齿根弯曲疲劳强度4.3 根据齿根弯曲疲劳强度设计由式(10-17) cos2123FSdn YZYKTm(1) 确定计算参数141)计算载荷系数 510.32.104.FVAK2)根据纵向重合度 从图 10-28 查得螺旋角影响系数9 8.0Y3)计算当量齿数 133201.89cosVzZ24.44)查齿形系数由表 10-5 查得 ,12.7FaY2.45Fa5)查应力校正系数由表 10-3 查得, ,1.5Sa2.6Sa6)由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ;大齿轮的弯曲疲MPaEN501劳强度极限 MPEN38027)由图 10-18 取弯曲疲劳系数 ,85.01FNK9.2F8)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,由式(10-12)得 MPaSFENF 57.304.111 K28690229)计算大小齿轮的 ,并加以比较FSaY12.7150.463aS2.4.78FaSY15大齿轮的数值较大(1) 设计计算 423221.50.687310.8cos10.641.759nm对比计算结果,由齿根接触疲劳强度计算法面模数 大于齿面弯曲疲劳强度计算带模nm数,去 ,以满足弯曲强度。n.确定有关参数和系数:1)计算中心距12()(04)2.57.319coscosnzma修正后的中心距为 80mm.2)按圆整后的中心距修整螺旋角 12()(204).5arcosarcos20.368nz因 改变不多,故参数 , 等不必修正。KHZ3)计算大小齿轮分度圆直径 120.53.cos6nzmdm24.1. 齿度: 10.95368dbm取 , 1b其他几何尺寸的计算( , )*ah*0.25c齿顶高 由于正常齿轮 ,ah1ah所以 1amm齿根高 ,由于正常齿(*)fc*025c所以 (.).3.1fah全齿高 (2)1.625f m齿顶圆直径 158.3aadm26h齿根圆直径 147.0ff2138ffd16表 4-1 齿轮参数表名 称 计 算 公 式 结 果 /mm模数 m 2.5压力角 nd1 53.33分度圆直径 d2 106.66齿顶圆直径1258.3aadhm16齿根圆直径147.0ff238ffdh中心距 cos2)(1nmza80齿 宽2150b175 蜗轮蜗杆传动设计计算5.1 选择蜗杆传动类型根据 GB/T100851988 的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI) 。5.2 选择材料考虑到蜗杆传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆采用 45 钢;因希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为 4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜 ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁 HT100 制造。5.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核齿根弯曲疲劳强度。由教材【1】P254 式(1112),传动中心距322)(HPEKTa(1)确定作用在蜗杆上的转矩 =1274.26 Nm2(2)确定载荷系数 K因工作载荷有轻微冲击,故由教材【1】P253 取载荷分布不均系数 =1;由教材P253 表 115 选取使用系数 由于转速不高,冲击不大,可取动载系数 ;1.0A 05.1v则由教材 P252 1.0.5vA(3)确定弹性影响系数 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故 =160 。21a(4)确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径 和传动中心距 的比值 =0.35 从教材 P253 图 11181dad1中可查得 =2.9。(5)确定许用接触应力 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1,金属模铸造, 蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从从教材【1】P254 表 117 查得蜗轮的基本许用应力 =268 。由教材【1】aP254 应力循环次数应力循环次数 N=60 =60 1 27.28 (2 8 10 365)=9.56hLjn2710j 为蜗轮每转一周每个轮齿啮合的次数 j=1两班制,每班按照 8 小时计算,寿命 10 年。18寿命系数78HN10K.59.56则 280.1Mpa(6)计算中心距 2 2332 6.91.5741.7605ZEaKT mH(6)取中心距 a=200mm,因 i=50,故从教材【1】P245 表 112 中取模数 m=6.3mm, 蜗轮分度圆直径 =63mm 这时 =0.315 从教材【1】P253 图 1118 中可查得接触系数1dad1=2.9 因为 = ,因此以上计算结果可用。5.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1) 蜗杆轴向尺距 mm;直径系数 ;3.1469.72am10q齿顶圆直径 ;1216.35.adhm齿根圆直径 ;f c蜗杆齿宽 B1=(9.5+0.09 )m+25=112mm2Z19蜗杆轴向齿厚 mm;分度圆导程角 ;3.1469.82amS“3057(2)蜗轮蜗轮齿数 53;变位系数 mm;2+0.46演算传动比 mm,这时传动误差比为, 153zi532.7810%.425是允许的。蜗轮分度圆直径 mm26.53.9dmz蜗轮喉圆直径 =346.5mm2aah蜗轮齿根圆直径 21.ffm蜗轮咽喉母圆半径 20346.52.7gard蜗杆和轴做成一体,即蜗杆轴。由参考文献【1】P270 图蜗轮采用齿圈式,青铜轮缘与铸造铁心采用 H7/s6 配合,并加台肩和螺钉固定,螺钉选 6 个5.5 校核齿根弯曲疲劳强度 FFaFYmdKT22153.当量齿数 33584cos(s07“)Z根据 从教材【1】P255 图 1119 中可查得齿形系数22+0.46,8X15FaY螺旋角系数“30571.864从教材 P25 知许用弯曲应力 FNFK从教材【1】P256 表 118 查得由 ZCuSn10P1 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56FMPa由教材 P255 寿命系数6699Fn710K0.24.51F560.243.7pa56Mpa 可见弯曲强度是满足的。162.043.Mpa.9205.6 验算效率 vtan96.05已知 = ; ; 与相对滑动速度 有关。“4821 frctvsVm41.3058os21*069634.0cos*6dV“s 从教材 P【1】264 表 1118 中用插值法查得 =0.0264, 代入式中得vf 301V=0.884,大于原估计值, 因此不用重算。5.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动,属于通用机械减速器,从 GB/T100891988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择 7 级精度,则隙种类为 f,标注为 8f GB/T100891988。然后由参考文献【3】P187 查得蜗杆的齿厚公差为 =71m, 蜗轮的齿厚公差为 1s2s=130m;蜗杆的齿面和顶圆的表面粗糙度均为 1.6m, 蜗轮的齿面和顶圆的表面粗糙度为 1.6m 和 3.2m。5.8 热平衡核算初步估计散热面积:1.751.75200.33aS取 (周围空气的温度)为 。at 2c28.157.4/(),17/()0(04.36(10.824)( S76.S1dadwmwcpttc 取油 的 工 作 温 度 )合 格 。216 轴的设计计算6.1 轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查 1表 15-1 选择轴的材料为优质碳素结构钢 45;根据齿轮直径 ,热处理方法m10为正火。2确定轴的最小直径查 1 的扭转强度估算轴的最小直径的公式:370Pmm 39.2.785.369)102(.15931036 nPAd再查 1表 15-3, 考虑键:因为键槽对轴的强度有削弱作用,开有一个键槽,所以轴的轴径要相应增大 %75mm)3.20.9(d3确定各轴段直径并填于下表内表 6-1 各轴段直径表名称 依据 单位 确定结果1dmm)73.20.9(d且由前面的齿轮的设计可得,齿轮的孔径为 30,mm)(301dm301d2d34.230*)1.7.0(*d查 2表 7-12 352m352d3d因为 处装轴承,所以只要3d 即可,选取 7 类轴承,2查 2表 6-6,选取 7208AC,故 403d 403d4d md486.53)1.07(24464d225d由于是齿轮轴所以等于高速级小齿轮的分度圆直径: md74.59mmd74.5964036 4064选择轴承润滑方式,确定与轴长有关的参数。查 2 (2) “润滑方式” ,及说明书“(12)计算齿轮圆周速度 ” = 0P vv1.54 ,故选用脂润滑。sm将与轴长度有关的各参数填入下表表 6-2 与轴长度有关的各参数名称 依据 单位 确定结果箱体壁厚 查2 表 11-1158P302.a m8地脚螺栓直径 及数目fdn查 2 表 11-1158.6.0126.43fd查 2表 3-13, 取 20,fd,50na故16fd4n轴承旁联接螺栓直径 1d查 2 表 11-1158P1267.0.f查 2表 3-9,取 16dm121d轴承旁联接螺栓扳手空间 、1C2查 2 表 11-1158P6;20minin1C 1620C轴承盖联接螺钉直径 3d查 2 表 11-258df5.8).4(查 2表 11-10,得当取 3701,D当 时 m38d 轴承盖厚度e查2表 11-1096.98*2.1.3ede时当 时当 107D, 9e小齿轮端面距箱体内壁 查2 204P0m=10223距离 2轴承内端面至箱体内壁距离 3查 2 因为选用脂润滑,所以208P1283m 103轴承支点距轴承宽边端面距离 a查 2表 6-6,选取 7208AC 轴承,故 23 2a5.计算各轴段长度。表 6-3 各轴段长度表名称 计算公式 单位 计算结果1l由于与大齿轮配合,则: ml 632)(651 m631l2l由公式 528108)(取CL562918052704eBlA562l3l由公式 mlAC 32108472083 323l4l由公式 5/651234 Bl 轮 毂110.54l5l齿轮 1 轮毂宽度: mBl15轮 毂 655l6l由公式67208428024AClB406lL(总长) mlllL5.3654321365.5L(支点距l离)al .1972*06.0)(543 197.5l1本科生毕业设计题 目:中速磨磨棍修复转台的结构设计学生姓名: 学 号: 专业班级: 指导教师: 完成时间: II目 录摘要 VAbstract VI1 绪论.11.1 中速磨磨棍修复转台设计的主要内容11.2 中速磨磨棍修复转台的总体布局11.3 中速磨磨棍修复转台概况21.4 设计准则.22 中速磨磨棍修复转台总体方案32.1 中速磨磨棍修复转台设计方案32.1.1 中速磨磨棍修复转台方案一32.1.2 中速磨磨棍修复转台方案二.42.1.3 中速磨磨棍修复转台方案三42.1.4 中速磨磨棍修复转台方案四42.2 中速磨磨棍修复转台执行机构的选型与设计52.3 中速磨磨棍修复转台传动装置方案确定53 转台具体参数计算.73.1 电动机的选择.73.2 传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配83.3 运动参数和动力参数计算84 圆柱齿轮传动零件的设计计算.114.1 选择齿轮材料及精度等级114.2 按齿面接触疲劳强度设计.114.3 根据齿根弯曲疲劳强度设计125 蜗轮蜗杆传动设计计算.165.1 选择蜗杆传动类型165.2 选择材料165.3 按齿面接触疲劳强度进行设计165.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸175.5 校核齿根弯曲疲劳强度18III5.6 验算效率 195.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定195.8 热平衡核算196 轴的设计计算.206.1 轴的结构设计.206.2 轴的结构设计.226.3 轴的结构设计.246.4 校核轴的强度267 轴承的选择和校核.317.1 高速轴轴承的校核317.2 低速轴轴承的校核327.3 计算输入轴轴承347.4 计算输出轴轴承368 键联接的选择和校核.388.1 键的选择388.2 键的校核388.3 联轴器的选择399 减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择.409.1 传动零件的润滑409.1.1 齿轮传动润滑.409.1.2 滚动轴承的润滑409.2 减速器密封409.2.1 轴外伸端密封.409.2.2 轴承靠箱体内侧的密封.409.2.3 箱体结合面的密封.4010 减速器箱体设计及附件的选择和说明.4111 中速磨磨棍修复转台调整机构设计.4311.1 缸体的设计计算4311.2 活塞和活塞杆的设计计算4411.3 顶盖的设计44IV11.4 气控液压千斤顶的体积4511.5 部件连接方式45结束语.47参考文献.48致谢.49V中速磨磨棍修复转台的结构设计摘 要:本次毕业设计是关于中速磨磨棍修复转台的设计。首先对焊接转台作了简单的概述;接着分析了焊接转台的选型原则及计算方法;然后根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计;接着对所选择的焊接转台各主要零部件进行了校核。在中速磨磨棍修复转台的设计、制造以及应用方面,目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造中速磨磨棍修复转台过程中存在着很多不足。整机结构主要由电动机产生动力将需要的动力传递到齿轮上,然后通过齿轮传递到齿轮,通过齿轮再过渡到另外一组齿轮上,然后再通过齿轮过渡到蜗轮蜗杆上。同时本文对该方案焊接转台的关键零部件设计过程进行了详细阐述,其主要内容包括系统总体方案的设计、电动机的选择、执行机构的设计、传动零部件的设计、轴的设计与校核以及轴承的选择、等。本文主要介绍焊接转台的发展状况,焊接转台结构设计原理,焊接转台总体方案分析及确定,焊接转台结构设计内容所包含的机械图纸的绘制,的计算,结构设计结论与建议。本论文研究内容:(1) 焊接转台总体结构设计。(2) 焊接转台工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 焊接转台的传动系统、执行部件。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词:中速磨磨棍修复转台,传动装置,连杆,减速器VIThe Structure Design of Medium Speed Grinding Rod Repair TurntableAbstract:This graduation design is the design of a medium speed grinding rod repair turntable. First to welding turntable made brief overview; then analyzes the welding turntable type selection and calculation method; then calculated based on these design criteria and selection method in accordance with the given parameters requires selection of design; then the choice of welding table of the main parts of the check. In the medium speed grinding rod repair table design, the manufacture and the application, at present our country and the overseas advanced level compared still had the big disparity, domestic in the design manufacturing medium speed grinding rod repair process, there are many deficiencies of the turntable.The whole structure mainly by the motor generates dynamics will require the power delivered to the gear and then through a gear is transferred to the gear, through the gear and the transition to another set of gear, and then through the transition gear to the worm. At the same time, the scheme welding turntable is the key part of the design process are discussed in detail. The main contents include the design of the overall scheme of the system design, motor selection, actuator design, transmission parts, the shaft of the design and check and bearing selection, etcIs mainly introduced in this paper turntable development of welding, welding turntable structure design principle, welding turntable scheme analysis and determination, welding turntable structure design content includes mechanical drawing of rendering, calculation of structure design conclusion and suggestions.Content of this paper:Design of the overall structure of (1) welding table.Analysis on working performance of (2) welding table.(3) the choice of motor.(4) the transmission system and the executive part of the welding table.(5) the design of the parts to design calculation and check.(6) drawing the assembly drawing of the whole machine and the assembly drawing of the important parts and the parts drawing of the design parts.VIIKeywords: medium speed grinding rod repair turntable, transmission device, connecting rod, gear reducer11 绪论进入 21 世纪,我国工件工业快速发展,深加工产业规模也在飞速扩大,现有工件机械设备生产能力小,不能满足大型加工厂的生成要求。因此,改进和扩大现有工件机械设备是完全必要的。中速磨磨棍修复转台作为工件加工的基础设备, 在我国广泛应用几十年。生产实践证明,该设备对品种、粒度、外在水份等适应性强,与其他给料设备相比,具有运行安全可靠、性能稳定、噪音低、维护工作量少等优点,仍不失推广使用的价值。1.1 中速磨磨棍修复转台设计的主要内容通过对数控中速磨磨棍修复转台设计,希望学生熟悉机电一体化系统中机械系统设计过程,以及掌握利用 AutoCAD 来绘制二维图形或创建三维实体的能力。对数控中速磨磨棍修复转台的设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力,培养学生建立正确的设计思想,掌握工程设计的一般程序、规范和方法。基本任务及要求(1)熟悉数控回转工作太本身的特点,明确设计要求(2)拟定中速磨磨棍修复转台系统的总体方案(机械部分)(3)进行机械部分的结构设计1.2 中速磨磨棍修复转台的总体布局数控中速磨磨棍修复转台其外形和通用工作台几乎一样,但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。它的进给、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。工作台的运动是由伺服电动机,经齿轮减速后由蜗杆传给蜗轮。为了消除蜗杆副的传动间隙,采用了双螺距渐厚蜗杆,通过移动蜗杆的轴向位置调整间隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同的螺距,因此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的,所以仍然可以保持正常的啮合。当工作台静止时必须处于锁紧状态。为此,在蜗轮底部的辐射方向有 8 对夹紧瓦,并在底座上均布同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时,活塞便压向钢球,撑开夹紧瓦,并夹紧蜗轮。在工作台需要回转时,先使小液压缸的上腔接通回油路,在弹簧的作用下,钢球抬起,夹紧瓦将蜗轮松开。中速磨磨棍修复转台的导轨面由大型滚动轴承支承,并由深沟球轴承及双列向心圆柱滚子轴承保持准确的回转中心。数控中速磨磨棍修复转台的定位精度主要取2决于蜗杆副的传动精度,因而必须采用高精度蜗杆副。在半闭环控制系统中,可以在实际测量工作台静态定位误差之后,确定需要补偿角度的位置和补偿的值,记忆在补偿回路中,由数控装置进行误差补偿。在全闭环控制系统中,由高精度的圆光栅发出工作台精确到位信号,反馈给数控装置进行控制。1.3 中速磨磨棍修复转台概况随着生产力水平的发展,中速磨磨棍修复转台越来越广泛的应用于各个领域。数控中速磨磨棍修复转台是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台,它常被使用于各类设备上,可提高加工效率,完成更多的工艺,它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成,并可进行间隙消除和蜗轮加紧,是一种很实用的加工工具。本次毕业设计主要是解决倾斜式焊接中速磨磨棍修复转台中速磨磨棍修复转台的工作原理和机械机构的设计与计算部分,设计思路是先原理后结构,先整体后局部。目前数控中速磨磨棍修复转台已广泛应用于数控机床和加工中心上,它的总的发展趋势是:1在规格上将向两头延伸,即开发小型和大型转台;2在性能上将研制以钢为材料的蜗轮,大幅度提高工作台转速和转台的承 载能力;3在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 数控转台的市场分析:随着我国制造业的发展,加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴,以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年 600 台左右。1.4 设计准则我们的设计过程中,本着以下几条设计准则:1) 创造性的利用所需要的物理性能2) 分析原理和性能3) 判别功能载荷及其意义4) 预测意外载荷5) 创造有利的载荷条件6) 提高合理的应力分布和刚度7) 重量要适宜8) 应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸9) 根据性能组合选择材料310) 零件与整体零件之间精度的进行选择11) 功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求2 中速磨磨棍修复转台总体方案基本任务和要求2.1 中速磨磨棍修复转台设计方案设计方案:1.采用分离气缸和定位夹紧气缸实现物料的运送和分离2.利用机械手进行送料3.采用伺服电机控制工作台进行送料4、采用电机带动减速器,然后带动连杆机构实现往复运动2.1.1 中速磨磨棍修复转台方案一方案一采用双作用缸实现物料的分离功能和定位夹紧功能气动送料机由两个基本应用模块组成:物料分离模块及传送模块。物料分离模块由两个双作用气缸组成,分别实现物料的分离功能和定位夹紧功能。为保证真空系统的气流通畅,以提高真空发生器的真空度,回路4中的真空控制回路不安装节流阀。同时,回路4中的所有连接气管应尽可能的短, 以减小空气流通阻力,提高真空度。采用气缸的优点:4减少了物料的运送步骤,缩短了加工时间,操作简单。缺点:对物料的放置有很高的精度要求,造价高昂,一般的小型企业不采用2.1.2 中速磨磨棍修复转台方案二 方案二利用机械手进行送料机械手是以小车形式通过钢绳同滑块联接起来, 由冲床滑块上升运动牵引小车作前进的水平运动完成送料,由通过钢绳连接的重物使小车作复位运动。由小车机械手将工件送至冲床下进行冲孔,提高了生产效率,保证了质量,改善了劳动强度,确保了人生安全。采用机械手送料的优点:送料与冲床节拍相同,可以连续生产。缺点:首先由于整个过程均由机械手实现,所以对机械手的要求度很高,其次,如果工件大小不一要经常更换。2.1.3 中速磨磨棍修复转台方案三方案三采用伺服电机控制工作台进行送料由单片机产生驱动脉冲信号,步进电机的驱动器收到驱动脉冲信号后,步进电机将会按照设定的方向转动一个固定的角度,将电脉冲转化成交位移。电机的转速由脉冲信号频率来控制决定,再由电机控制工作台进行送料冲压。优点:1、可以连续生产,并且能实现一人控制几台机器2、可靠性高,由于送料机构外部由步进电机控制,所以每次的行程都是固定值。3、低功耗,低电压。在许多没有电力供应的应用场合,较低的功耗和工作电压是生产便捷化的必要条件。4、维护方便,经济实用。中速磨磨棍修复转台结构是由电动机、减速器、联轴器、H 形架、连杆、底板(给料槽)、传动平台、漏斗闸门、托辊等组成。2.1.4 中速磨磨棍修复转台方案四方案四采用电机带动减速器,然后带动连杆机构实现往复运动传动原理:当电动机开动后,经弹性联轴器、减速器、曲柄连杆机构拖动倾斜的底板在托辊上作直线往复运动,当底板正行时,将仓和槽形机体内的带到机体前端;底板逆行时,槽形机体内的被机体后部的斜板挡住,底板与之间产生相对滑动,机体前端的5自行落下。将均匀地卸到运输机械或其它筛选设备上。该机设有带漏斗、带调节阀门和不带漏斗、不带调节阀门两种形式。综合以上的比较,选择方案 4 来设计中速磨磨棍修复转台机构。2.2 中速磨磨棍修复转台执行机构的选型与设计(1)机构分析 执行机构由电动机驱动,电动机功率 2kw,原动件输出等速圆周运动。传动机构应有运动转换功能,将原动件的回转运动转变为推杆的直线往复运动,因此应有急回运动特性。同时要保证机构具有良好的传力特性,即压力角较小。 为合理匹配出力与速度的关系,电动机转速快扭矩小,因此应设置蜗杆减速器,减速增扭。(2)机构选型方案一:用摆动导杆机构实现运动形式的转换功能。方案二:用偏置曲柄滑块机构实现运动形式的转换功能。方案三:用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联组合,实现运动形式的转换功能。(3)方案评价方案一:结构简单,尺寸适中,最小传动角适中,传力性能良好,且慢速行程为工作行程,快速行程为返回行程,工作效率高。方案二:结构简单,但是不够紧凑,且最小传动角偏小,传力性能差。方案三:结构复杂,且滑块会有一段时间作近似停歇,工作效率低,不能满足工作周期 4.3 秒地要求。综上所述,方案一作为焊接转台执行机构的实施方案较为合适。(4)性能评价图示位置即为最小位置,经计算。性能良好。方案一 方案二 方案三62.3 中速磨磨棍修复转台传动装置方案确定(1)传动方案设计由于输入轴与输出轴有相交,因此传动机构应选择锥齿轮或蜗轮蜗杆机构。方案一:二级圆锥圆柱齿轮减速器。方案二:齿轮蜗杆减速器。方案三:蜗杆齿轮减速器。(2)方案评价而方案二与方案三相比,结构较紧凑,且蜗杆在低速级,因此方案二较为合适。磨辊的修复过程实际上是旧磨辊的夹持及对中磨辊修复过程。它的实现是焊接变位机通过特别焊接工装卡具卡住磨辊使其沿某一水平轴线匀速转动,并畏以焊接枪的沿该轴线方向的恰当移动,从而实现对磨辊的周向堆焊。这里对磨螺的对中要求较高,否则将严重影响磨辊堆焊后的尺寸形状,甚至会发生导电嘴与工件表面打火现象,使得导电嘴严重烧损。因此焊接转台必须对旧磨辊的平持有很好的对中,同时为了保证有好的焊接质量,磨辊的转动变必须稳定及要匀速。同是为了制造方便它的减速及动力机械尽可能的选用标准件,通过多方面比较最后拟定焊接转动的原动件采用运动平衡的电动机。电动机到磨辊的减速采用标准的蜗轮蜗杆来实现;磨辊的摆角则采用曲柄小滑块、或者凸轮等机构实现此处为了节约成本采用了导杆与滑块的组合机构。方案一 方案二 方案三783 转台具体参数计算3.1 电动机的选择1.确定电动机类型按工作要求和条件,选用 y 系列三相交流异步电动机。2.确定电动机的容量由于工作周期为 4.3 秒,电动机功率 2kw根据周期计算公式 2wT213.95r/minw3.选择电动机转速由 2表 13-2 推荐的传动副传动比合理范围圆柱齿轮传动 i 齿 小于 8蜗轮蜗杆传动 i 齿 =840则传动装置总传动比的合理范围为i总 =(28)(840)=(16200)电动机转速的可选范围为故电动机转速可选范围为 。符合这一范围的同步转速23.790/mindaWnir根据电动机所需功率和同步转速,查2表 12-1,符合这一范围的常用同步转速有1500 、1000 。minrir4 确定电动机的型号选上述不同转速的电动机进行比较,查机械基础P 499附录 50 及相关资料得电动机数据和计算出总的传动比,列于下表:表 3-1 电机参数比较表电机转速 r/min方案 电机型号额定功率kW同步转速满载转速电机质量kg参考价格(元)总传动比1 Y100L1-4 2.2 1500 1420 38 760 13.272 Y112M -6 2.2 1000 940 63 1022 8.973 Y132S-8 2.2 750 710 79 800 6.63选用同步转速为:1500 r/min为降低电动机重量和价格,由表二选取同步转速为 1500r/min 的 Y 系列电动机,型号为 Y100L1-4。9查机械基础P 500附录 51,得到电动机的主要参数以及安装的有关尺寸(mm),见以下两表:具体参数表如下:表 3-2 电动机的技术数据电动机型号额定功率(kw)同步转速(r/min)满载转速(r/min)堵 转 转 矩额 定 转 矩 最 大 转 矩额 定 转 矩Y100L1-4 2.2 1500 1420 2.2 2.2图 3-1 电动机3.2 传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配1.传动装置总传动比= =总iwmn1420.793.5式中 nm-电动机满载转速:1420r/min;nw-工作机的转速:13.95 r/min。2.分配传动装置各级传动比齿轮传动比为 2那么取蜗轮蜗杆减速比为 50.895其中 、 、 、 分别为134、单级圆柱齿轮、滚动轴承、蜗杆传动、联轴器和效率,查取机械基础P459的附录 3 选取、 =0.98(8 级精度) 、 =0.99(球轴承) 、12、 =0.99、30.843.3 运动参数和动力参数计算 1.各轴转速计算r/min 1200n10r/min 710r/i 1420 i/nII 齿 r/in 95.35.896齿2.各轴输入功率 KW2.P0d2.17K.04I .0915W917832I 645I3.各轴输入转矩 mN.4/n950pTd6781II 32./95II11表 3-3 传动装置各轴运动参数和动力参数表项目轴号 功率 kw转速 minr转矩 mNT传动比0 轴 2.2 1420 14.791轴 2.178 1420 14.64782轴 2.0915 710 28.132轴 1.6564 13.95 1133.95 50.总体设计方案简图 3-2 如下:图 3-2 总体设计方案简图124 圆柱齿轮传动零件的设计计算4.1 选择齿轮材料及精度等级根据传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动。运输机为一般工作机器,速度不高,选用 7 级精度,要求齿面粗糙度。1.632Ram因为载荷中有轻微振动,传动速度不高,传动尺寸无特殊要求,属于一般的齿轮传动,故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械设计P322 表 1410,小齿轮选用 45号钢,调质处理,硬度 236HBS;大齿轮选用 45 号钢,正火处理,硬度为 190HBS。取小齿轮齿数 ,则大齿轮齿数 ,使两齿轮的齿数互120Z21204Zi为质数,取值 ,选取螺旋角。初选螺旋角24则实际传动比: 2140iZ传动比误差:,可用210.5%i齿数比: 2ui由表 1取 (因非对称布置及软齿面) 。610.9d4.2 按齿面接触疲劳强度设计因两齿轮均为钢制齿轮,所以由课本公式得: 2131 )(2HEdtt ZuTK确定有关参数如下:1)确定公式内的各计算数值1)试选 =1.2tK2)选取区域系数 Z =2.43 H3) 78.01845.02则 2.67134)计算小齿轮传递的转矩 66 411 2.89.509.50.67104PT Nmn5)由表 10-7 选取齿宽系数 =0.9d136)由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 218.9MPaZE(4) 、许用接触应力 HlimHNTS由图 1查得 ,63Clim170HPali250Pa由式 1计算应力循环次数52L9160473.10283651.0LhNnrt2.LNi由图 1查得接触疲劳的寿命系数 ,63419TZ2.9NT通用齿轮和一般工业齿轮按一般可靠度要求选取安全系数 。所以计算两轮10HS的许用接触应力: lim1170.8965.3HNTMPaSli225.41HZ故得: 2131 )(HEdtt ZuTK4 232.67801.389.()9.34654.0m则模数: 1cos7.6cos12.60ttdz由表 1取初步选择标准模数:61.5(5) 、校核齿根弯曲疲劳强度4.3 根据齿根弯曲疲劳强度设计由式(10-17) cos2123FSdn YZYKTm(1) 确定计算参数141)计算载荷系数 510.32.104.FVAK2)根据纵向重合度 从图 10-28 查得螺旋角影响系数9 8.0Y3)计算当量齿数 133201.89cosVzZ24.44)查齿形系数由表 10-5 查得 ,12.7FaY2.45Fa5)查应力校正系数由表 10-3 查得, ,1.5Sa2.6Sa6)由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ;大齿轮的弯曲疲MPaEN501劳强度极限 MPEN38027)由图 10-18 取弯曲疲劳系数 ,85.01FNK9.2F8)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,由式(10-12)得 MPaSFENF 57.304.111 K28690229)计算大小齿轮的 ,并加以比较FSaY12.7150.463aS2.4.78FaSY15大齿轮的数值较大(1) 设计计算 423221.50.687310.8cos10.641.759nm对比计算结果,由齿根接触疲劳强度计算法面模数 大于齿面弯曲疲劳强度计算带模nm数,去 ,以满足弯曲强度。n.确定有关参数和系数:1)计算中心距12()(04)2.57.319coscosnzma修正后的中心距为 80mm.2)按圆整后的中心距修整螺旋角 12()(204).5arcosarcos20.368nz因 改变不多,故参数 , 等不必修正。KHZ3)计算大小齿轮分度圆直径 120.53.cos6nzmdm24.1. 齿度: 10.95368dbm取 , 1b其他几何尺寸的计算( , )*ah*0.25c齿顶高 由于正常齿轮 ,ah1ah所以 1amm齿根高 ,由于正常齿(*)fc*025c所以 (.).3.1fah全齿高 (2)1.625f m齿顶圆直径 158.3aadm26h齿根圆直径 147.0ff2138ffd16表 4-1 齿轮参数表名 称 计 算 公 式 结 果 /mm模数 m 2.5压力角 nd1 53.33分度圆直径 d2 106.66齿顶圆直径1258.3aadhm16齿根圆直径147.0ff238ffdh中心距 cos2)(1nmza80齿 宽2150b175 蜗轮蜗杆传动设计计算5.1 选择蜗杆传动类型根据 GB/T100851988 的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI) 。5.2 选择材料考虑到蜗杆传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆采用 45 钢;因希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为 4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜 ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁 HT100 制造。5.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核齿根弯曲疲劳强度。由教材【1】P254 式(1112),传动中心距322)(HPEKTa(1)确定作用在蜗杆上的转矩 =1274.26 Nm2(2)确定载荷系数 K因工作载荷有轻微冲击,故由教材【1】P253 取载荷分布不均系数 =1;由教材P253 表 115 选取使用系数 由于转速不高,冲击不大,可取动载系数 ;1.0A 05.1v则由教材 P252 1.0.5vA(3)确定弹性影响系数 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故 =160 。21a(4)确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径 和传动中心距 的比值 =0.35 从教材 P253 图 11181dad1中可查得 =2.9。(5)确定许用接触应力 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1,金属模铸造, 蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从从教材【1】P254 表 117 查得蜗轮的基本许用应力 =268 。由教材【1】aP254 应力循环次数应力循环次数 N=60 =60 1 27.28 (2 8 10 365)=9.56hLjn2710j 为蜗轮每转一周每个轮齿啮合的次数 j=1两班制,每班按照 8 小时计算,寿命 10 年。18寿命系数78HN10K.59.56则 280.1Mpa(6)计算中心距 2 2332 6.91.5741.7605ZEaKT mH(6)取中心距 a=200mm,因 i=50,故从教材【1】P245 表 112 中取模数 m=6.3mm, 蜗轮分度圆直径 =63mm 这时 =0.315 从教材【1】P253 图 1118 中可查得接触系数1dad1=2.9 因为 = ,因此以上计算结果可用。5.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1) 蜗杆轴向尺距 mm;直径系数 ;3.1469.72am10q齿顶圆直径 ;1216.35.adhm齿根圆直径 ;f c蜗杆齿宽 B1=(9.5+0.09 )m+25=112mm2Z19蜗杆轴向齿厚 mm;分度圆导程角 ;3.1469.82amS“3057(2)蜗轮蜗轮齿数 53;变位系数 mm;2+0.46演算传动比 mm,这时传动误差比为, 153zi532.7810%.425是允许的。蜗轮分度圆直径 mm26.53.9dmz蜗轮喉圆直径 =346.5mm2aah蜗轮齿根圆直径 21.ffm蜗轮咽喉母圆半径 20346.52.7gard蜗杆和轴做成一体,即蜗杆轴。由参考文献【1】P270 图蜗轮采用齿圈式,青铜轮缘与铸造铁心采用 H7/s6 配合,并加台肩和螺钉固定,螺钉选 6 个5.5 校核齿根弯曲疲劳强度 FFaFYmdKT22153.当量齿数 33584cos(s07“)Z根据 从教材【1】P255 图 1119 中可查得齿形系数22+0.46,8X15FaY螺旋角系数“30571.864从教材 P25 知许用弯曲应力 FNFK从教材【1】P256 表 118 查得由 ZCuSn10P1 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56FMPa由教材 P255 寿命系数6699Fn710K0.24.51F560.243.7pa56Mpa 可见弯曲强度是满足的。162.043.Mpa.9205.6 验算效率 vtan96.05已知 = ; ; 与相对滑动速度 有关。“4821 frctvsVm41.3058os21*069634.0cos*6dV“s 从教材 P【1】264 表 1118 中用插值法查得 =0.0264, 代入式中得vf 301V=0.884,大于原估计值, 因此不用重算。5.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动,属于通用机械减速器,从 GB/T100891988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择 7 级精度,则隙种类为 f,标注为 8f GB/T100891988。然后由参考文献【3】P187 查得蜗杆的齿厚公差为 =71m, 蜗轮的齿厚公差为 1s2s=130m;蜗杆的齿面和顶圆的表面粗糙度均为 1.6m, 蜗轮的齿面和顶圆的表面粗糙度为 1.6m 和 3.2m。5.8 热平衡核算初步估计散热面积:1.751.75200.33aS取 (周围空气的温度)为 。at 2c28.157.4/(),17/()0(04.36(10.824)( S76.S1dadwmwcpttc 取油 的 工 作 温 度 )合 格 。216 轴的设计计算6.1 轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查 1表 15-1 选择轴的材料为优质碳素结构钢 45;根据齿轮直径 ,热处理方法m10为正火。2确定轴的最小直径查 1 的扭转强度估算轴的最小直径的公式:370Pmm 39.2.785.369)102(.15931036 nPAd再查 1表 15-3, 考虑键:因为键槽对轴的强度有削弱作用,开有一个键槽,所以轴的轴径要相应增大 %75mm)3.20.9(d3确定各轴段直径并填于下表内表 6-1 各轴段直径表名称 依据 单位 确定结果1dmm)73.20.9(d且由前面的齿轮的设计可得,齿轮的孔径为 30,mm)(301dm301d2d34.230*)1.7.0(*d查 2表 7-12 352m352d3d因为 处装轴承,所以只要3d 即可,选取 7 类轴承,2查 2表 6-6,选取 7208AC,故 403d 403d4d md486.53)1.07(24464d225d由于是齿轮轴所以等于高速级小齿轮的分度圆直径: md74.59mmd74.5964036 4064选择轴承润滑方式,确定与轴长有关的参数。查 2 (2) “润滑方式” ,及说明书“(12)计算齿轮圆周速度 ” = 0P vv1.54 ,故选用脂润滑。sm将与轴长度有关的各参数填入下表表 6-2 与轴长度有关的各参数名称 依据 单位 确定结果箱体壁厚 查2 表 11-1158P302.a m8地脚螺栓直径 及数目fdn查 2 表 11-1158.6.0126.43fd查 2表 3-13, 取 20,fd,50na故16fd4n轴承旁联接螺栓直径 1d查 2 表 11-1158P1267.0.f查 2表 3-9,取 16dm121d轴承旁联接螺栓扳手空间 、1C2查 2 表 11-1158P6;20minin1C 1620C轴承盖联接螺钉直径 3d查 2 表 11-258df5.8).4(查 2表 11-10,得当取 3701,D当 时 m38d 轴承盖厚度e查2表 11-1096.98*2.1.3ede时当 时当 107D, 9e小齿轮端面距箱体内壁 查2 204P0m=10223距离 2轴承内端面至箱体内壁距离 3查 2 因为选用脂润滑,所以208P1283m 103轴承支点距轴承宽边端面距离 a查 2表 6-6,选取 7208AC 轴承,故 23 2a5.计算各轴段长度。表 6-3 各轴段长度表名称 计算公式 单位 计算结果1l由于与大齿轮配合,则: ml 632)(651 m631l2l由公式 528108)(取CL562918052704eBlA562l3l由公式 mlAC 32108472083 323l4l由公式 5/651234 Bl 轮 毂110.54l5l齿轮 1 轮毂宽度: mBl15轮 毂 655l6l由公式67208428024AClB406lL(总长) mlllL5.3654321365.5L(支点距l离)al .1972*06.0)(543 197.5l
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