卷曲傳動機構在設計畢業(yè)設計

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1、 摘 要 鋼鐵工業(yè)是國民經濟的重要基礎產業(yè)，是國家經濟水平和綜合國力的重要標志，鋼鐵發(fā)展直接影響著與其相關的國防工業(yè)及建筑、機械、造船、汽車、家電等行業(yè)。軋鋼機械的設計是鋼鐵生產中的一個最重要的環(huán)節(jié)，近年來，熱軋和冷軋技術日趨完善，特別是冷軋技術，代表著鋼鐵行業(yè)的前沿技術，在世界各地迅速發(fā)展，我國雖取得一定得成績，但與世界先進水平相比差距還很大。推進我國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，是當代大學生特別是我們機械專業(yè)的大學生義不容辭的責任。 傳動機構的設計主要包括傳動方案分析選擇，電動機的設計選擇，二級斜齒傳動齒輪的計算和校核，軸的設計校核，軸承的選擇和校核，軸上鍵的選擇校核，以及減

2、速箱箱體的結構設計等，在設計過程中要綜合運用以前所學的機械設計、機械原理、材料力學等專業(yè)知識，進行經驗估算和數據處理，把所學的專業(yè)理論知識和實踐結合起來。傳動系統(tǒng)設計要首先考慮開卷機的綜合性能，傳動的合理性是開卷機正常工作的前提，也是軋鋼產品的質量保障。畢業(yè)設計是對所學知識的綜合應用，可以達到具備對各種常用的通用機械零部件的設計和選用的能力，進而達到獨立設計簡單機械的能力。 關鍵詞: 齒輪； 軸； 軸承； 鍵 Abstract Iron and steel industry is an

3、 important foundation for national industries，is the level of the national economy and an important indicator of overall national strength，iron and steel development associated with a direct impact on the defense industry and construction, machinery, shipbuilding, automobiles, home appliances, etc。T

4、he design of rolling mill machinery is one of the most important aspect of steel production 。In recent years，hot-rolled and cold-rolling technology are maturing，cold-rolling technology in particular, represents the cutting-edge technology of iron and steel industry，The rapid development around the

5、world，although Chinas achievements must be made，however, compared with the gap between the worlds advanced level is still very great。Promote the development of Chinas steel industry is the contemporary college students, especially college students, we machinery duty-bound to professional responsibil

6、ity. The design of transmission include transmission analysis of choice，motor selection, helical Gear II calculation and check, check-axis design, bearing selection and verification, the choice of key axis calibration, as well as the slowdown in the structural design of cabinet boxes, etc。The desig

7、n process to study the integrated use of the previous mechanical design, mechanical principles of mechanics of materials, such as expertise,empirical estimation and data processing,to study the theoretical knowledge and professional practice。Drive system design would be the first to consider the com

8、prehensive performance uncoiler，drive uncoiler rationality is a prerequisite for normal work,rolling is to protect the quality of the product。Graduation Project is the comprehensive application of knowledge,can be achieved with the various commonly used general-purpose machinery design and selection

9、 of parts and components of capability,to achieve an independent capacity of simple machinery。 Keywords: Gear; shaft; Bearing; Bond 目 錄 1 緒論 5 1.1 選題背景 5 1.2 選題的意義和目的 7 2 傳動方案分析設計 9 2.1傳動方案分析 9 2.1.1 傳動方案的要求 9 2.1.2 傳動方案的分析 9 2.2 傳動方案設計 10 3 選擇電動機，計算運動參數 11 3.1 卷取張力的選擇 11 3

10、.2 卷取機卷筒傳動功率計算 12 3.3 選擇電動機的功率 15 3.4 確定卷筒傳動比和電機額定轉速 15 3.5 傳動比分配 16 3.5.1 傳動比分配 16 3.5.2 核驗工作機驅動卷筒的轉速誤差 16 3.6 減速器各軸轉速，功率，轉矩的計算 17 3.6.1 傳動裝置的傳動效率 17 3.6.2 各軸功率計算 17 3.6.3 各軸轉速計算 17 3.6.4 各軸轉矩的轉矩 17 3.6.5 與電機聯接的聯軸器的選擇 18 4 齒輪的設計計算 18 4.1 高速級齒輪傳動設計計算 18 4.1.1 選定齒輪類型、精度等級

11、材料及齒數 18 4.1.2 按齒面接觸強度設計 19 4.1.3 按齒根彎曲強度設計 20 4.1.4 幾何尺寸計算 22 4.1.5 高速級齒輪傳動的幾何尺寸 22 4.1.6 齒輪的結構設計 23 4.2 低速級齒輪傳動設計計算 24 4.2.1 選定齒輪類型、精度等級材料及齒數 24 4.2.2 按齒面接觸強度設計 25 4.2.3 按齒根彎曲強度設計 27 4.2.4 幾何尺寸計算 28 4.2.5 低速級齒輪傳動的幾何尺寸 28 4.2.6 齒輪的結構設計 29 5 軸的設計 31 5.1 中間軸的設計 31 5.1.1

12、選擇軸的材料 31 5.1.2 軸的結構尺確定 31 5.1.3 按許用彎曲應力校核軸 31 5.1.4 軸的細部結構設計 35 5.2 高速軸的設計 35 5.2.1 選擇軸的材料 35 5.2.2 軸的結構尺寸確定 35 5.2.3 按許用彎曲應力校核軸 35 5.2.4 軸的細部結構設計 38 5.3 低速軸的設計 38 5.3.1 選擇軸的材料 39 5.3.2 軸的結構尺寸確定 39 5.3.3 按許用彎曲應力校核軸 39 5.3.4 軸的細部結構設計 42 6 軸承的校核計算 42 6.1 高速軸軸承的校核計算 42 6

13、.1.1 作用在軸承上的負荷 42 6.1.2 計算當量動負荷 42 6.1.3 驗算軸承壽壽命 43 6.2 中間軸軸承的校核計算 43 6.2.1 作用在軸承上的負荷 43 6.2.2 計算當量動負荷 43 6.2.3 驗算軸承壽壽命 44 6.3 低速軸軸承的校核計算 44 6.3.1 作用在軸承上的負荷 44 6.3.2 計算當量動負荷 44 6.3.3 驗算軸承壽壽命 45 7 鍵的校核 45 7.1 高速軸鍵的校核 45 7.2 中間軸鍵的校核 46 7.3 低速軸鍵的校核 46 8 減速器箱體結構設計 46 9 畢

14、業(yè)設計小結 48 參考文獻 49 致謝 50 1 緒論 1.1 選題背景 現代冷軋薄板生產通常的生產工藝是：酸洗、冷軋、電解清洗、罩式爐退火、平整、精整（橫切、縱剪、重卷）、成品（板、卷）包裝。20世紀70年代初出現了一種新的生產工藝，它把冷軋后的電解清洗、罩式退火、鋼卷冷卻、調制軋制（平整）和精整檢查等5個單獨的生產工序聯結成一條生產機組，用立式的連續(xù)爐代替間歇式的罩式爐，實現了連續(xù)化生產。這種連續(xù)生產線稱作連續(xù)退火機組，簡稱CAPL。圖1.1為一種冷軋連續(xù)機組示意圖。其主要性能是：生產能力83000t/月；帶厚0.2~1.6mm;帶寬6

15、00~1600mm；作業(yè)線速度：入口段540m/min、中心段400m/min、傳送段560m/min；作業(yè)線長度：合計276m、爐子120m. 圖 1.1 這種“五合一”的連續(xù)退火新工藝于分批退火（罩式爐退火）相比，具有如下優(yōu)點： （1） 以帶鋼狀態(tài)進行連續(xù)熱處理課得到性能均勻、表面光潔的產品。 （2） 控制爐內張力，可改善帶鋼板形，帶鋼平直度好。 （3） 沒有粘結和砂粒壓入缺陷，鋼板收得率高，且平整效率高、質量好。 （4） 作業(yè)線將清洗、退火、平整、表面自動檢查、涂油、重卷或剪切一次完成，減少了多次

16、鋼卷處理，減少許多因此而產生的廢品，提高了收得率。 （5） 生產過程簡單合理、管理方便、生產出成品的時間由成批退火的10天縮短為10min。交貨迅速，生產過程貯備料也可大大減少。 （6） 車間布置緊湊、占地面積小，省掉許多輔助設備，建設費用降低，勞動定員大幅度減少，而且節(jié)省能源。具體比較見表 1-1 表1-1 連續(xù)退火與罩式退火工藝比較 序 號 項 目 名 稱 連續(xù)退火/% 罩式退火/% 1 投資 （不包括軟件費） 設備費 占地面積 74 35 100 100 2 固定成本 人工費 維修費 27 35

17、 100 100 3 生產時間 1 100 4 切損等耗費 35 100 5 可變資本 能耗 軋輥（平整機）費 其他生產材料費 79 38 77 100 100 100 正是由于上述這些優(yōu)點，自從20世紀70年代初日本新日鐵公司成功地開發(fā)出CAPL以來，全世界鋼鐵界對連續(xù)退火工藝給予了極大的關注，并迅速開發(fā)了適應各種產品要求的新工藝技術設備。全世界目前已建設50多條連續(xù)退火線。日本用連續(xù)退火生產的冷軋板產量已達全部冷軋板產量的20%左右，其中川崎達60%，新日鐵達50%。用連續(xù)退

18、火爐既可以生產普通級別的沖壓成形冷軋薄板，也可以生產深沖壓成形的汽車用冷軋板和烤漆硬化鋼板；既能生產硬紙的鍍錫原板，也能生產軟質的鍍錫原板；既能生產一般強度級別的冷軋板，又能生產微合金化合金鋼、雙向鋼等高強和超強度冷軋板?？梢赃@樣說，到現在為止凡是罩式退火爐能生產的產品，連續(xù)退火機組都可以生產，故連續(xù)退火發(fā)展很快。 鋼鐵工業(yè)是國民經濟的重要基礎產業(yè)，是國家經濟水平和綜合國力的重要標志，鋼鐵發(fā)展直接影響著與其相關的國防工業(yè)及建筑、機械、造船、汽車、家電等行業(yè)。隨著國際產業(yè)的轉移和中國國民經濟的快速發(fā)展，中國鋼鐵工業(yè)取得了巨大成就。 　 中國鋼產量由1978年的3717萬噸增長到2007年的

19、4.89億噸。2007年中國生產粗鋼48924.08萬噸，比上年增加6625.22萬噸，增長15.66%；生產生鐵46944.63萬噸，比上年增加6189.22萬噸，增長15.19%；生產鋼材56460.81萬噸（含重復材），比上年增加10442.84萬噸，增長22.69%，行業(yè)總體呈較快增長態(tài)勢。2008年我國鋼產量突破了5億噸，達到50048.8萬噸，占全球鋼產量37.6%，國內市場占有率超過97%。 　　中國鋼鐵工業(yè)不僅在數量上快速增長，而且在品種質量、裝備水平、技術經濟、節(jié)能環(huán)保等諸多方面都取得了很大的進步，形成了一大批具有較強競爭力的鋼鐵企業(yè)。中國鋼鐵工業(yè)不僅為中國國民經濟的快速發(fā)

20、展做出了重大貢獻，也為世界經濟的繁榮和世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展起到積極的促進作用。中國經濟快速的發(fā)展，拉動了中國鋼材消費的持續(xù)增長，緩解了全球鋼鐵產能過剩，改變了世界鋼鐵市場和原料市場的供求關系，由過去的供大于求轉為供不應求，鋼鐵市場由低迷轉為興旺，鋼材價格由長期的低價位運行轉為高價位運行。2001年至2007年，全球鋼鐵業(yè)重新恢復了活力，國際鋼鐵市場需求興旺，鋼鐵企業(yè)利潤豐厚。 　　2008年，隨著世界經濟危機的蔓延，全球鋼鐵行業(yè)發(fā)展面臨巨大壓力，中國鋼鐵行業(yè)下游市場需求減緩，在應對經濟危機方面，中國政府頻頻出臺政策措施，對鋼鐵行業(yè)產生積極作用。截止2008年11月，國務院批復的鐵路投資額已經達

21、到2萬億元，其中在建項目的投資規(guī)模超過了1.2萬億；此外交通運輸部門正在醞釀一個未來3至5年內投資5萬億元的計劃，包括在建項目、已經規(guī)劃的項目和追加投資，將涉及公路、水路、港口和碼頭建設等。政府加大基礎設施建設將拉動鋼材需求。 　　另外，隨著中國產業(yè)結構的升級，中國對高品質鋼鐵產品的需求量也越來越大。中國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化建設步伐的加快，也將擴大鋼材產品的消費。因此，中國鋼鐵行業(yè)仍有很大的發(fā)展空間。 軋鋼機械是鋼鐵生產中的一個最重要的環(huán)節(jié)，近年來軋鋼機械的發(fā)展已取得了長足的進步，熱軋和冷軋技術日趨完善，特別是冷軋技術，代表著鋼鐵行業(yè)的前沿技術，在世界各地迅速發(fā)展，我國雖取得一定得成績，但與世界

22、先進水平相比差距還很大。薄板的產量在工業(yè)發(fā)達國家中一般占鋼材產量的50%（美國>60%，日本約45%），而我國則尚在20%以下，按2000年規(guī)劃目標也只有26%。冷軋薄板在發(fā)達國家一般占鋼材產量的25-30%，而我國在寶鋼兩套新機組建成以后也只占有4%左右。其中汽車板，硅鋼片和鍍錫板更是短中之短。這三項產品的發(fā)展，對推進我國經濟建設具有深遠影響。 推進我國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，是當代大學生特別是我們機械專業(yè)的大學生義不容辭的責任，對于即將進入鋼鐵行業(yè)的我們，學習熱軋，冷軋技術，了解軋鋼機械的原理，工作性能，是我們的必備基礎知識。 1.2 選題的意義和目的 卷曲傳動機構在設計過程中要綜合綜合運

23、用機械設計課程和其他有關課程的理論，結合生產實際知識，培養(yǎng)分析和解決一般工程實際問題的能力，并使所學知識得到進一步鞏固、深化和擴展。學習機械設計的一般方法，掌握通用機械零件、機械傳動裝置或簡單機械的設計原理和過程。進行機械設計技能的訓練，如計算、繪圖、熟悉和運用設計資料（手冊、圖冊、標準和規(guī)范等）以及使用經驗數據，進行經驗估算和數據處理等。 卷曲機傳動機構的主體結構是減速箱，主要設計的是齒輪傳動，在設計過程中在達到設計要求的同時還要考慮卷曲機的運行，卷曲機是冷軋帶鋼生產中對工作平穩(wěn)性和精度要求非常高的設備，在傳動設計中應考慮下述幾個問題。 （1）卷取機的速度控制 卷取機速度

24、控制要同時考慮一下兩個因素：為適應機組速度變化而調整卷取速度時，不應影響電機的驅動力矩；為適應卷徑變化而調整卷筒轉速時，不應引起張力的波動。一般卷取機都同時采用調壓（恒力矩）和調磁（恒功率）兩種調速方法，分別適應上述兩種情況，以充分利用電機的容量。 （2）卷筒電機的額定轉速必須與計算轉速相適應。如果卷曲取帶材的厚度范圍大，工藝上又要求多種速度制度，卷筒傳動可考慮多級速比切換，滿足工藝要求。 式中 - 最大卷取線速度，； - 最大帶卷半徑，m。 沒有減速機時，。需要減速機時，其速比為 （3）為實現在卷取過程中張力不發(fā)生波動，卷筒的電機

25、的弱磁調速范圍應滿足下列要求 故 (4) 卷取帶材所需要的傳動功率應由帶材的張力、塑性彎曲變形、卷取的速度和加速度及摩擦阻力等因素確定。由于塑性變形彎曲和摩擦的影響遠小于張力，故初選電機時額定功率可用下式近似計算 - 塑性彎曲及摩擦影響系數，取1.1-1.2； T - 卷取張力，N； V - 線速度； - 傳動效率 ，取0.85-09之間。 畢業(yè)設計是本專業(yè)最重要的實踐性教育環(huán)節(jié)，是學生在完成全部的基礎課和專業(yè)課的學習之后，畢業(yè)離校之前的最后一個環(huán)節(jié)，它包括畢業(yè)實習和畢業(yè)設計兩個階段。 畢業(yè)設計是在教師的指導

26、下，通過調查研究，方案分析，結構設計計算，完成機電設備或某個裝也課題的部分的技術設計、圖形繪制以及計算機編程等全套技術文件，其目的是培養(yǎng)學生獨立分析與解決實際問題的能力，使學生接受工程師的基本訓練，并且使學生在計算機繪圖及編程，資料檢索及外文資料翻譯等方面的到鍛煉與提高，同時也是對學生大學所學知識的綜合運用與考察，因此這對我們來說是一次很好的鍛煉機會。 當今世界，科學技術突飛猛，知識經濟已見端倪，綜合國力的競爭，歸根結底是科技與人才的競爭。鄧小平同志早已明確指出:科技是現代化的關鍵而教育是基礎?？萍?、生產、生活等各領域中廣泛應用的各種機械是怎樣設計、制造出來的，這是一個系統(tǒng)工程問題。從大

27、的方面分析，一是設計，二是制造。通過本設計對所學知識的綜合應用，可以達到具對各種常用的通用機械零部件的設計和選用的能力，進而達到獨立設計簡單機械的能力。這也是我們畢業(yè)設計的最終目的。 2 傳動方案分析設計 2.1傳動方案分析 卷取機傳動機構位于電動機和卷曲機之間，用以傳遞運動和動力或者改變運動形式，傳動方案設計的是否合理，對整個機械的工作性能、尺寸、 重量和成本更影響很大， 因此傳動方案設計是整個機械設計中最關鍵的環(huán)節(jié)。 2.1.1 傳動方案的要求 合理的傳動的方案，首先應滿足工作機的功能要求，其次還應滿足工作可靠、傳動效率高 、結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、成本低廉、工藝性好、

28、使用和維護方便等要求，設計時要統(tǒng)籌兼顧，滿足最主要的和最基本的要求。 2.1.2 傳動方案的分析 對主要的傳動形式進行分析比較 <1> 蝸桿傳動 蝸桿傳動可以實現較大的傳動比，尺寸緊湊，傳動平穩(wěn)，但效率較低，適用于中、小功率的場合。采用錫青銅為蝸輪材料的蝸桿傳動，由于允許齒面有較高的相對滑動速度，可將蝸桿傳動布置在高速級，以利于形成潤滑油膜，可以提高承載能力和傳動效率. <2> 斜齒輪傳動 齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬千瓦；速度最高可達300m/s；齒輪直徑可以從

29、幾毫米至二十多米。但是制造齒輪需要有專門的設備，嚙合傳動會產生噪聲。 <3> 圓錐齒輪傳動 圓錐齒輪加工較困難，特別是大直徑、模數大的圓錐齒輪，只有在需要改變軸的布置方向時采用，并盡量放在高速級和限制傳動比，以減小圓錐齒輪的直徑和摸數。 <4> 鏈式傳動 鏈式傳動運轉不均勻，有沖擊，不適于高速傳動，應布置在低速級。 綜合以上幾種方案，考慮到開卷機工作環(huán)境，工作性能以及布置形式，采用閉式斜齒傳動。 2.2 傳動方案設計 原始數據：帶鋼重量10000kg，帶鋼厚度：1.0～2.5mm，帶鋼寬度：650～1250mm，機組速度：360m/mi

30、n，帶鋼材質：Q235。 傳動系統(tǒng)布置形式如下圖所示： 附圖2.1 傳動裝置布置圖 1 - 電動機 2 - 聯軸器 3 - 二級展開式齒輪減速箱 4 - 聯軸器 5 - 驅動卷筒 3 選擇電動機，計算運動參數 3.1 卷取張力的選擇 卷取機在卷繞帶鋼時，必須具有一定的卷曲張力。卷曲張力值大小取決于卷曲機工作狀態(tài)和產品規(guī)格。不合適的張力數值會直接影響產品質量。過大的卷取張力數值會影響產品內部金相組織，以及使設備電機容量增大；反之，過小的卷取張力數值亦會影響產品質量以及出現帶鋼跑偏?？梢?，卷曲張力數值過大或過小，均會直接影響到卷取機正常工作。因此，張

31、力數值應該慎重。 卷曲張力T由公式，（,公式2-1） 確定 其中——單位張力，； ——帶鋼厚度，1.0； ——帶鋼寬度，1000； （1） 對于連續(xù)機組，可按下表選取（，表2-3） 表中為帶鋼屈服極限， 表3-1 連續(xù)機組采用的單位張力值 機組名稱 ， 酸洗機組 0.03～0.05 退火機組 0.03～0.06 準備機組 0.03～0.05 張力矯直機組 0.06～10.5 （2）對于連續(xù)機組的單位張力值還可按下列經驗公式計算： （,公式2-2） 式中——帶鋼厚度，； ——帶鋼的屈服極限，； ——系數，由卷取機工作情況來決定，即不

32、同機組有不同數值，按下表選取。（資料（1），表2-4） 表3-2 由卷取機工作情況決定的系數值 機組名稱 值 機組名稱 值 重卷機組 0.5 電解清洗機組 0.2 電鍍機組 0.5 縱切機組 0.6 連續(xù)退火機組 0.5 張力矯直機組 0.8 由（1）選取的單位張力=0.06，=235 ∴ =0.06235=14.1 由（2）選取的單位張力=0.5（0.141.0＋0.02）235 ∴ =18.8 或者 =0.5（0.331.0＋0.02）235 ∴ =41.1 故選擇=18.8 ∴卷取張力=18.81.01000=18.8 3

33、.2 卷取機卷筒傳動功率計算 按卷筒上靜力矩來決定電動機功率 卷筒上靜力矩為 （,2-145） 其中 （1）——形成帶鋼張力所需的力矩，設為 式中：——帶鋼卷取張力，18800 ——鋼卷半徑（在始卷時等于卷筒半徑，終卷時等于鋼卷半徑）； 始卷時：=0.25 m, =18800 , ∴==188000.25=4700 終卷時：=0.616 m, =18800 ， ∴==188000.616=11580.8 （2）——彎曲被卷取帶鋼所需的彈塑性力矩，設為。 其值可按公式 = = （式1-26） 決定。 其中，，為帶鋼彈性模量； 式中：=

34、235 ，=210 。 ∴始卷時：==0.56 ， ===451.3 ， 終卷時：==1.38 ， ===412.5 （3）——卷筒軸承中的摩擦力矩，設為 式中——包括卷筒自重，帶卷重及卷取張力在卷筒軸承處所引起的反力，， ——卷筒軸承的摩擦系數，0.0025； ——卷筒軸承直徑，340； 卷筒自重=20000 ,帶卷重=100000 ，卷筒受力如下圖： 圖3-1 卷筒受力圖 始卷時：因則 ===20000 終卷時：=＋ 由圖3-1，得 ∴ =

35、 = =159344 ∴始卷時：=200000.0025=8.5 終卷時：=1593440.0025=67.721 （4）驅動卷取機卷筒的功率P由 (，式2-146) 決定 式中 ——卷取機帶材的線速度，6 ； ∴始卷時的功率P： () 終卷時的功率P： 3.3 選擇電動機的功率 根據前面的傳動卷筒的功率可知，始卷時的傳動功率大，應按始卷時選擇電動機的額定功率。因卷取機交替工作，所以 =0.7137.6=96.32 據此選擇=90 因

36、此查資料（4）選擇Y系列三相異步電機Y280M-2 3.4 確定卷筒傳動比和電機額定轉速 卷筒電機的額定轉速必須與卷取計算轉速相適應，計算轉速由 （，式12-10）決定 式中 ——最大卷取速度，6 ； ——最大帶卷半徑，0.616 。 ∴9.306 。 所選電動機的額定轉矩=4700+451.3+8.5=5159.8 額定轉速由公式得 ， 因此需要減速機，其轉速比（，式12-11） = 3.5 傳動比分配 3.5.1 傳動比分配 總傳動比=18，由得 高速級傳動比 低速級傳動比 3.5.2 核驗工作機驅動

37、卷筒的轉速誤差 運輸機驅動卷筒的轉度： 卷筒的實際速度 轉速誤差合乎要求 3.6 減速器各軸轉速，功率，轉矩的計算 3.6.1 傳動裝置的傳動效率 彈性聯軸器的效率 ，軸承效率，7級精度齒輪傳動效率。 3.6.2 各軸功率計算 高速軸輸入功率 中間軸輸入功率 低速軸輸入功率 3.6.3 各軸轉速計算 高速軸的轉速 中間軸的轉速 低速軸的轉速 3.6.4 各軸轉矩的轉矩

38、 高速軸轉矩 中間軸轉矩 低速軸轉矩 各軸運動動力參數列入下表 表3.3 各軸名稱 轉速r/min 功率P KW 轉矩T 高速軸 1348.1 4.65 32960 中間軸 278.53 4.468 153200 低速軸 74.89 4.29 547000 3.6.5 與電機聯接的聯軸器的選擇 高速級的轉速較高，選用有緩沖功能的帶有制動輪彈性柱銷聯軸器。由資表6.5查出載荷系數K=1.5，則 計算轉矩： 由工作轉速 n=1348.1r/min。軸徑，電動機 d=42mm，由資查表6.9選

39、用聯軸器為： TLL2 4324-84合乎上述工作要求。 4 齒輪的設計計算 4.1 高速級齒輪傳動設計計算 4.1.1 選定齒輪類型、精度等級材料及齒數 1) 按圖所示的傳動方案，選定斜齒圓柱齒輪傳動 2) 選用7級精度 3) 材料選擇：由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS. 4) 選小齒輪齒數Z1=24，大齒輪齒數Z2=244.82=116 5) 選取螺旋角 4.1.2 按齒面接觸

40、強度設計 由資式（10-21） 1） 確定公式內的各計算數值 <1> 試選載荷系數Kt=1.6 <2> 由資圖10-30選取區(qū)域系數=2.433 <3> 由資圖10-26查得 <4> 許用接觸應力 <5> 由表10-7選取齒寬系數 <6> 由表10-6查得材料的彈性影響系數=189.8 2) 計算 <1> 計算小齒輪分度圓直徑，由計算公式得 <2> 計算圓周速度

41、 <3> 計算齒寬b和模數 b==39.179mm =1.58mm h=2.25=3.555mm <4> 計算縱向重合度 <5> 計算載荷系數K 已知使用系數=1，根據v=0.277m/s,七級精度，由圖10-8查得動載荷系數Kv=1.01；由表10—4用插值法查得。查圖10—13得，由表10-3查的。故載荷系數 =11.011.41.388

42、 =1.963 <6> 按實際的載荷系數校正所算的分度圓直徑，由式（10-10a）得 <7> 計算模數 圓整為=2.0mm 4.1.3 按齒根彎曲強度設計 1） 確定公式內的各計算數值 <1> 計算載荷系數 =11.011.41.33 =1.88 <2> 根據縱向重合度，從圖10

43、-28查的螺旋角影響系數 <3> 計算當量齒數 <4> 查取齒形系數 由表10—15查得 =2.592， <5> 查取應力校正系數 由表10—5查得 Ysa1=1.596 Ysa2=1.812 <6> 計算大、小齒輪的并加以比較 大齒輪的數值大 2） 設計計算 對此計算結果，由齒面接觸就疲

44、勞強度計算的模數小于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力；而齒面接觸強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數與齒輪的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數并圓整為標準值=4.0mm，并按接觸強度所取得齒數.這樣設計的齒輪傳動，即滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲強度，并做到結構緊奏，避免了浪費。 4.1.4 幾何尺寸計算 <1> 計算中心距 將中心距圓整為290mm <2> 按圓整后的中心距修正螺旋角

45、 因為值改變不多，故參數等不必修正 <3> 計算大，小齒輪的分度圓直徑 =99.43mm =480.57mm <4> 計算齒輪寬度 取B2=100mm;B1=405mm 4.1.5 高速級齒輪傳動的幾何尺寸 高速級齒輪傳動的幾何尺寸歸于下表 表4.1 名稱 計算公式 結果/mm 法面模數 4.0 法面壓力角 螺旋角 分度圓直徑 99.43 480.57 齒頂圓直徑

46、 107.43 488.57 齒根圓直徑 89.43 470.57 中心距 a 290 齒寬 105,100 4.1.6 齒輪的結構設計 小齒輪由于直徑較小，采用齒輪軸結構，大齒輪結構尺寸如下所示 表4.2 代號 結構尺寸計算公式 結果/mm 輪轂處直徑 224 輪轂軸向長L L= 100 倒角尺寸n n 2 腹板最大直徑 432 板孔分布圓直徑 328 板孔直徑 52 腹板厚C C=0.3B 30 結構草圖

47、如下： 圖4.1 4.2 低速級齒輪傳動設計計算 4.2.1 選定齒輪類型、精度等級材料及齒數 1) 按圖所示的傳動方案，選定斜齒圓柱齒輪傳動 2) 選用7級精度 3） 材料選擇：由表10—1選擇小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS. 4） 選小齒輪齒數=70，大齒輪齒數=703.72=260 5） 選取螺旋角 4.2.2 按齒面接觸強度設計 由式（10-21）

48、 1） 確定公式內的各計算數值 <1> 試選載荷系數Kt=1.6 <2> 由圖10-30選取區(qū)域系數=2.433 <3> 由圖10-26查得 <4> 許用接觸應力 <5> 由表10-7選取齒寬系數 <6> 由表10-6查得材料的彈性影響系數=189.8 2) 計算 <1> 計算小齒輪分度圓直徑，由計算公式得 <2> 計算圓周速

49、 <3> 計算齒寬b和模數 h=2.25=1.9675mm 32.052 <4> 計算縱向重合度 <5> 計算載荷系數K 已知使用系數=1，根據v=0.927m/s,七級精度，由圖10—8查得動載荷系數Kv=1.05；由表10-4用插值法查得。查圖10-13得=1.38，由表10-3查的。故載荷系數 =11.051.41.422

50、 =2.09 <6> 按實際的載荷系數校正所算的分度圓直徑，由式（10-10a）得 <7> 計算模數 圓整為=1.0mm 4.2.3 按齒根彎曲強度設計 1） 確定公式內的各計算數值 <1> 計算載荷系數 <2> 根據縱向重合度從圖10-28查的螺旋角影響系數 <3> 計算當量齒數

51、 <4> 查取齒形系數 由表10—15查得 YFa1=2.227 YFa2=2.10 <5> 查取應力校正系數 由表10—5查得 Ysa1=1.763 Ysa2=1.90 <6> 計算大、小齒輪的并加以比較 大齒輪的數值大 2） 設計計算 對此計算結果，由齒面接觸就疲勞強度計算的模數小于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數的大小主要取決于彎曲強

52、度所決定的承載能力；而齒面接觸強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數與齒輪的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數并圓整為標準值=3.0mm，并按接觸強度所取得齒數.這樣設計的齒輪傳動，即滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲強度，并做到結構緊奏，避免了浪費。 4.2.4 幾何尺寸計算 <1> 計算中心距 將中心距圓整為520mm <2> 按圓整后的中心距修正螺旋角 因為值改變不多，故參數等不必修正 <3> 計算大，小齒

53、輪的分度圓直徑 =216.67 =804.76mm <4> 計算齒輪寬度 取B2=220mm;B1=225mm 4.2.5 低速級齒輪傳動的幾何尺寸 低速級齒輪傳動的幾何尺寸歸于下表 表4.3 名稱 計算公式 結果/mm 法面模數 3.0 法面壓力角 螺旋角 分度圓直徑 216.67 804.76 齒頂圓直徑 222.67 810.76 齒根圓直徑 209.17 797.26

54、 中心距 a 520 齒寬 225,220 4.2.6 齒輪的結構設計 小齒輪由于直徑較小，采用齒輪軸結構，大齒輪結構尺寸如下所示 表4.4 代號 結構尺寸計算公式 結果/mm 輪轂處直徑 576 輪轂軸向長L L= 220 倒角尺寸n n 3 腹板最大直徑 768.1 板孔分布圓直徑 672.1 板孔直徑 48 腹板厚C C=0.3B 66 齒輪的結構草

55、圖如下： 圖4.2 5 軸的設計 5.1 中間軸的設計 5.1.1 選擇軸的材料 因為中間軸是齒輪軸，應與齒輪的材料一致，故材料為40Cr（調質），由表查出 5.1.2 軸的結構尺確定 如下圖所示： 圖5.1 中間軸的結構草圖 5.1.3 按許用彎曲應力校核軸 1） 軸上的作用力見附圖5.2（a）所示 2） 計算軸上的作用力 齒輪1： 齒輪2： 3） 計算支反力 垂直面支反力（XZ平面），參考附圖5.1、附圖5.2 繞支點B力

56、矩和,得 同理，,得 校核得，計算無誤 水平平面（XY平面），參考附圖5.2（c） 同樣繞支點B力矩和,得 同理，,得 校核的,計算無誤 4） 轉矩，繪彎矩圖 垂直面內的彎矩圖：附圖5.2（b)所示 C處彎矩: D處彎矩： 水平面彎矩圖：附圖5.2（c） C處彎矩

57、D處彎矩 5) 合成彎矩：附圖5.2（d）所示 C處： D處： 6) 轉矩及轉矩圖：附圖5.2（e） 7） 計算當量彎矩、繪彎矩圖，附圖5.2（f） 應力校正系數 C處： D處： 8） 校核軸徑 C刨面： 小于軸上任一段軸徑，強度足夠 D刨面： 小

58、于軸上任一段軸徑，強度足夠 圖5.2 軸的受力及其彎矩圖 5.1.4 軸的細部結構設計 由表8.4查出鍵槽尺寸bh=3218； 取鍵長L=88mm（t=11，） 由表4.5查出導向錐面尺寸a=3，=； 由表4.3得砂輪越程槽尺寸； 由表4.6查的各過渡角尺寸如附圖紙所示： 由資料表9.2得出各表面粗糙度值 5.2 高速軸的設計 5.2.1 選擇軸的材料 因為高速軸是齒輪軸，應與齒輪的材料一致，故材料為40Cr（調質），由表查出 5.2.2 軸的結構

59、尺寸確定 如下圖所示： 圖5.3 高速軸的結構草圖 5.2.3 按許用彎曲應力校核軸 1） 軸上的作用力見附圖5.4（a）所示 2） 計算軸上的作用力 齒輪1： 3） 計算支反力 垂直面支反力（XZ平面），參考附圖5.3、附圖5.4 繞支點B力矩和,得 同理，,得 校核得，計算無誤 水平平面（XY平面），參考附圖5.4（c） 同樣繞支點B力矩和,得 同理，,得

60、 校核得,計算無誤 4） 轉矩，繪彎矩圖 垂直面內的彎矩圖：附圖5.4（b)所示 C處彎矩: 水平面彎矩圖：附圖5.4（c） C處彎矩 5) 合成彎矩：附圖5.4（d）所示 C處： 6) 轉矩及轉矩圖：附圖5.4（e） 7） 計算當量彎矩、繪彎矩圖，附圖5.4（f） 應力校正系數

61、 C處： 8） 校核軸徑 C刨面： 小于軸上任一段直徑，滿足強度要求 圖5.4 軸的受力及其彎矩圖 5.2.4 軸的細部結構設計 由表8.4查出鍵槽尺寸bh=128； 取鍵長L=100mm（t=5.0，） 由表4.5查出導向錐面尺寸a=3，=； 由表4.3得砂輪越程槽尺寸； 由表4.6查的各過渡角尺寸如附圖紙所示： 由表9.2得出各表面粗糙度值。 5.3 低速軸的設計 5.3.1 選擇軸的材料 選擇低速軸材料為40Cr（調質），由表

62、查出 5.3.2 軸的結構尺寸確定 如下圖所示： 圖5.5 低速軸的結構草圖 5.3.3 按許用彎曲應力校核軸 1） 軸上的作用力見附圖5.6（a）所示 2） 計算軸上的作用力 齒輪： 3） 計算支反力 垂直面支反力（XZ平面），參考附圖5.5、附圖5.6 繞支點B力矩和,得 同理，,得 校核得，計算無誤 水平平面（XY平面），參考附圖5.6（c） 同樣繞支點B力矩和,得

63、 同理，,得 校核得,計算無誤 4） 轉矩，繪彎矩圖 垂直面內的彎矩圖：附圖5.6（b)所示 C處彎矩: 水平面彎矩圖：附圖5.6（c） C處彎矩 5) 合成彎矩：附圖5.6（d）所示 C處： 6) 轉矩及轉矩圖：附圖5.6（e） 7） 計算當量彎矩、繪彎矩圖，附圖5

64、.6（f） 應力校正系數 C處： 8) 校核軸徑 C刨面： 該軸為空心軸，經轉化為實心軸后，每一段軸徑均大于39.5238mm，故所設計軸滿度強度要求 圖5.6 軸的受力及其彎矩圖 5.3.4 軸的細部結構設計 由表8.4查出鍵槽尺寸bh=8040； 取鍵 L=200mm（t=25，） 由表4.5查出導向錐面尺寸a=4，=； 由表4.3得砂輪越程槽尺寸； 由表4.6查的

65、各過渡角尺寸如附圖紙所示： 由表9.2得出各表面粗糙度值 6 軸承的校核計算 6.1 高速軸軸承的校核計算 選用的軸承型號為調心滾子軸承22209/w33,由《機械設計手冊》表20.6-17查的C=82.0KN，=97.5KN。 6.1.1 作用在軸承上的負荷 1） 徑向負荷 A處軸承， B處軸承， 2） 軸向負荷 6.1.2 計算當量動負荷 查表5.12得e=0.27 軸承：，=3.8 當量動載荷 軸承：， =3.8 當量動載荷

66、6.1.3 驗算軸承壽壽命 因為，故只需驗算軸承 軸承預期壽命為：1（年）300（天）16（小時）=4800h 軸承實際壽命： 具有足夠的使用壽命 6.2 中間軸軸承的校核計算 選用的軸承型號為調心滾子軸承22324，由《機械設計手冊》表20.6-17查的C=645KN，=992KN。 6.2.1 作用在軸承上的負荷 1） 徑向負荷 A處軸承， B處軸承， 2) 軸向負荷 6.2.2 計算當量動負荷 查表5.12得e=0.37 軸承： ，=1.9 當量動載荷 軸承： ，=1.9 當量動載荷 6.2.3 驗算軸承壽壽命 因為，故只需驗算軸承 軸承預期壽命為：1（年）300（天）16（小時）=4800h 軸承實際壽命：