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1 步進(jìn)式推鋼機(jī)設(shè)計(jì) 目錄 摘要 I ABSTRACT II 前言 1 第一章 概述 3 1 1 軋制工藝過程簡介 3 1 1 1 軋制工藝過程 3 1 1 2 軋制工藝過程的設(shè)計(jì)與實(shí)施 4 1 1 3 軋制工藝過程的自動(dòng)控制 4 1 2 推鋼機(jī)的簡介 6 1 2 1 推鋼機(jī)的種類 6 1 2 2 推鋼機(jī)的結(jié)構(gòu) 6 1 2 3 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng) 6 第二章 傳動(dòng)方案的分析與擬定 8 2 1 傳動(dòng)方案的分析 8 2 1 1 常用的傳動(dòng)類型及其特點(diǎn) 8 2 1 2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 8 2 2 傳動(dòng)方案的擬訂 9 第三章 減速器電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 10 3 1 概述 10 3 1 1 常用電動(dòng)機(jī)的種類 10 3 1 2 電動(dòng)機(jī)選擇時(shí)的注意事項(xiàng) 11 2 3 2 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 11 3 2 1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型和機(jī)構(gòu)型式 11 3 2 2 選擇電動(dòng)機(jī)的容量 11 3 2 3 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 12 3 2 4 選定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和參數(shù) 12 第四章 減速器傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 第五章 減速器軸的設(shè)計(jì)及校核 15 第六章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 6 1 傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 17 6 1 1 傳動(dòng)的特點(diǎn) 17 6 1 2 傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 18 6 2 傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 23 6 2 1 傳動(dòng)的特點(diǎn) 23 6 2 2 傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 23 第七章 軸系零部件 28 7 1 軸的設(shè)計(jì) 28 7 1 1 概述 28 7 1 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29 7 1 3 軸的強(qiáng)度計(jì)算 31 7 2 軸承的選擇與計(jì)算 34 7 2 1 概述 34 7 2 2 滾動(dòng)軸承的類型和選擇 35 7 2 3 滾動(dòng)軸承的受載情況和失效形式 36 7 2 4 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算 37 7 3 鍵的設(shè)計(jì)與校核 39 7 4 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算 42 結(jié) 束 語 45 3 參考文獻(xiàn) 46 摘要 推鋼機(jī)是軋鋼車間上料區(qū)主要設(shè)備之一 其作用是將加熱爐前輥道上的鋼坯或爐前 上料臺(tái)架上的鋼坯推入加熱爐進(jìn)行二次加熱過程 本設(shè)計(jì)選用了機(jī)械式推鋼機(jī) 在推 鋼機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上主要采用的結(jié)構(gòu)形式 該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單 整體尺寸適中 傳動(dòng)效 率高 維修方便 造價(jià)較低的優(yōu)點(diǎn) 在本設(shè)計(jì)中主要對(duì)推鋼機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和理論 計(jì)算 并著重對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)做了詳細(xì)的分析設(shè)計(jì) 關(guān)鍵詞 推鋼機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 理論計(jì)算 Design of 120 T pusher machine for Baotou Steel Bars factory Abstract Pushing steel rolling workshop is based on one of the main equipments Pusher machine and its role is to push the billet material which lies on the Roller or the bench before the furnace into the furnace for reheating process The design chooses a mechanical pusher machine while the structure designed primarily for the use of the gear and rack structure The advantages of the structure exists that the body is simple in structure the overall size of moderate high transmission efficiency easy maintenance the lower cost The main content of the pusheer design includes the structure design and theoretical calculations and focus on the transmission mechanism to do a detailed analysis and design Keywords Pusher machine Structural Design Theoretical calculations 4 前言 鋼鐵工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè) 一直是衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要指標(biāo) 我國鋼鐵工業(yè)近年來發(fā)展很快 鋼產(chǎn)量己連續(xù)多年突破億噸大關(guān) 鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量也得 到了很大的提高 特別是在軋鋼生產(chǎn)方面 各種高精度軋鋼機(jī)械設(shè)備的引進(jìn)和投產(chǎn) 先進(jìn)的自動(dòng)化控制設(shè)備和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用 冷軋不銹鋼帶 硅鋼帶 精密合金鋼帶 稀有合金帶 高精度極薄冷軋?zhí)妓劁搸У雀鞣N高精度高品質(zhì)產(chǎn)品的出產(chǎn) 大大地促進(jìn) 了軋鋼生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和競爭能力 有力地提升了我國軋鋼生產(chǎn)企業(yè)的形象 但 是由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展 新的設(shè)備和新的技術(shù)以驚人的速度不停地改進(jìn)和更新 產(chǎn)品的技術(shù)含量越來越高 對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備和操作技術(shù)的要求也越來越高 因而 及時(shí)掌握新型軋鋼機(jī)械設(shè)備的性能 熟練掌握新的操作技術(shù) 全面應(yīng)用先進(jìn)的自動(dòng)化 控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)軋制技術(shù) 是當(dāng)前軋鋼生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量 降低軋鋼生 產(chǎn)成本 增強(qiáng)軋鋼生產(chǎn)企業(yè)的市場競爭能力的關(guān)鍵所在 本設(shè)計(jì)包括了軋制工藝過程和自動(dòng)化控制系統(tǒng)及推鋼機(jī)的設(shè)計(jì) 并重點(diǎn)針對(duì)推鋼機(jī) 進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算 具體包括軋制工藝過程和自動(dòng)化控制簡介 推鋼機(jī)的分類 結(jié)構(gòu)和 工作原理 電動(dòng)機(jī)的選用 減速器的選用 傳動(dòng)方式和傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 軸系零件 包 括軸 軸承 聯(lián)軸器 鍵 設(shè)計(jì) 并對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和關(guān)鍵軸進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度校核 其中傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與擬定是設(shè)計(jì)的首要任務(wù) 決定了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 在綜合比 較了各種傳動(dòng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)以及推鋼機(jī)本身的技術(shù)要求后 最后選定齒輪齒條傳動(dòng)作 為主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單 整體尺寸較小 傳動(dòng)效率高 維修方便 造價(jià)較低的優(yōu)點(diǎn) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算包括傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 文中分別從齒輪類型 材料 精度選擇 齒 面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度等方面做了詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算 軸系零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算包括齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核 軸承的選擇 鍵的設(shè)計(jì)和校 核 聯(lián)軸器的選擇和最大轉(zhuǎn)速的校核等 5 第一章 概述 1 1 軋制工藝過程簡介 軋鋼工藝過程是確定軋鋼廠生產(chǎn)系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備的技術(shù)基礎(chǔ) 設(shè)備是實(shí)現(xiàn)軋鋼工藝 要求的工具 軋鋼生產(chǎn)是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的最終環(huán)節(jié) 是鋼鐵材料的一種重要加工方法 軋鋼車間 擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)鋼材的任務(wù) 因此鋼鐵軋制在國家工業(yè)體系中占有舉足輕重的地位 20 世 紀(jì) 90 年代以前 我國軋鋼生產(chǎn)的平均水平與世界主要生產(chǎn)國相比 仍存在一定的差距 軋鋼生產(chǎn)以型鋼為主 生產(chǎn)線大 中 小型并存 不同企業(yè)的技術(shù)裝備水平參差不齊 能耗 成本較高 很多企業(yè)還使用 20 世紀(jì)五六十年代較為陳舊的設(shè)備和工藝 這是限 制我國鋼材質(zhì)量 品種和效益進(jìn)一步提升的主要瓶頸 20 世紀(jì) 90 年代后期 隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展 尤其是我國加入 WTO 后 參與國 際鋼材市場競爭的需要 各大企業(yè)紛紛采用當(dāng)今世界先進(jìn)的技術(shù)和裝備 進(jìn)行了大規(guī) 模的技術(shù)改造 廣泛引進(jìn)新技術(shù) 新設(shè)備 新工藝 使我國軋鋼生產(chǎn)的水平有了長足 進(jìn)步 開發(fā)了一批高技術(shù) 高附加值的新品種 目前我國軋鋼技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的方向主 要為 通用工藝技術(shù) 綜合節(jié)能與環(huán)保技術(shù) 新品種開發(fā)與鋼材性能優(yōu)化技術(shù) 信息 技術(shù)和裝備機(jī)電控制一體化技術(shù)等 1 1 1 軋制工藝過程 1 軋制工藝過程的內(nèi)容 軋制工藝過程是一系列工序的組合 經(jīng)過這些工序 把鋼錠或鋼坯軋成形狀和性 能符合要求的鋼材 軋鋼工藝過程的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量 一般情況下 一個(gè)軋鋼工藝過程是由下列各基本工序組成 1 坯料準(zhǔn)備 包括坯料的表面清理 除去表面氧化鐵皮和表面缺陷的清理 也包 括預(yù)先熱處理和坯料加熱 坯料加熱是重要工序 2 鋼材軋制 坯料通過軋制變形來實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品在形狀和尺寸上的要求 內(nèi)部組織 和性能上的要求以及表面光潔度的要求 軋制過程是軋鋼生產(chǎn)工藝過程的核心工序 6 3 精整 這是軋鋼工藝過程的最后一道工序 起保證產(chǎn)品質(zhì)量的作用 精整工序 的內(nèi)容比較復(fù)雜 由產(chǎn)品的技術(shù)要求來確定 技術(shù)要求不同 其內(nèi)容也大不相同 一 般情況精整工序包括鋼材的切斷或卷取 軋后冷卻 矯直 成品熱處理成品表面清理 鍍鋅 鍍錫 涂色等 1 1 2 軋制工藝過程的設(shè)計(jì)與實(shí)施 設(shè)計(jì)軋制工藝過程的主要依據(jù)是產(chǎn)品的技術(shù)條件 鋼種的加工工藝性 生產(chǎn)規(guī)模 大小 產(chǎn)品成本和工人的勞動(dòng)條件 其中最主要的依據(jù)是產(chǎn)品的技術(shù)要求 即鋼材的 斷面形狀和尺寸 化學(xué)成分 內(nèi)部組織和機(jī)械性能 設(shè)計(jì)時(shí)必須保證工藝過程使產(chǎn)品 質(zhì)量達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求 1 1 3 軋制工藝過程的自動(dòng)控制 軋鋼機(jī)工藝過程的自動(dòng)控制是用電子計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的 控制技術(shù)包括軋機(jī)特性和變 形阻力等軋制理論 還包括儀表 電氣設(shè)備的應(yīng)用技術(shù)以及操作決竅等方面的技術(shù) 只有這些技術(shù)有機(jī)地組合 才能實(shí)現(xiàn)軋鋼過程的自動(dòng)控制 1 軋制過程數(shù)學(xué)模型 軋制過程計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)是軋制過程的數(shù)學(xué)模型 對(duì)軋制有影響的因素有板厚 變形阻力 張力 輥徑及摩擦系數(shù)等多種 尤其對(duì)連軋過程 前面機(jī)架的軋制結(jié)果不 但直接影響后面機(jī)架的軋制條件 而已作用在軋件上的張力還影響所有機(jī)架的軋制 因此就必須把連軋機(jī)組所有機(jī)架當(dāng)作一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析 具體數(shù)學(xué)模型有 軋件的塑性變形模型 軋機(jī)彈性變形模型 連續(xù)軋制模型和表示軋件溫度變化的熱傳 導(dǎo)模型等 例如 在板材軋制中 對(duì)于提高板厚精度 必須預(yù)測作用在軋輥上的軋制力 這是 非常重要的 所以實(shí)測出變形阻力就成為各方面研究的前提 為了提高數(shù)學(xué)模型預(yù)測 的精度 必須用實(shí)測的軋制過程中的各參數(shù)的實(shí)際數(shù)據(jù)來標(biāo)定和修改數(shù)學(xué)模型 通過 所謂自學(xué)習(xí)控制來吸收掉作業(yè)條件的變化和其他外部干擾 為此需要在軋機(jī)上安裝在 線監(jiān)測系統(tǒng) 通過各種傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測各工藝參數(shù) 首先是變形阻力也就是與它直接 相關(guān)的軋輥上的軋制壓力 數(shù)學(xué)模型所用的數(shù)據(jù)必需準(zhǔn)確可靠 能準(zhǔn)確反映操作條件和對(duì)過程進(jìn)行分析 還必 須滿足在線控制的實(shí)時(shí)性要求 7 2 計(jì)算機(jī)控制所需的傳感器和儀表 如前所述 計(jì)算機(jī)控制軋制工藝過程之所以能迅速發(fā)展 是建立在各種檢測工藝 參數(shù)的傳感器和儀表的出現(xiàn)和發(fā)展 一些主要的傳感器和儀表如下 1 位置檢測傳感器 用于跟蹤軋件位置的傳感器有熱金屬檢測器 冷金屬檢測器 微波檢測器 電磁檢測器和激光檢測器 后三種適合在環(huán)境氣氛很差的條件下工作 2 壓力傳感器 準(zhǔn)確測定軋制壓力的傳感器 3 溫度傳感器 測定開軋和終軋溫度及軋制線上各點(diǎn)軌件溫度的傳感器 4 測厚儀 常用的是射線測厚儀和射線測厚儀 最新發(fā)展是板形斷面測量和微機(jī) 自動(dòng)校正 5 測寬儀 多采用光學(xué)測量法和熱輻射測量法 6 速度計(jì) 3 板厚自動(dòng)控制 AGC 為提高板材質(zhì)量 70年代研制出了計(jì)算機(jī)控制的板厚自動(dòng)控制裝置 AGC 而 后不斷有新的發(fā)展 以適應(yīng)愈來愈嚴(yán)格的板厚精度要求 近來數(shù)字直接控制方式 DDC 已取代了以往的硬件方式 AGC 可以很經(jīng)濟(jì)地控制數(shù)量較多的活套 還具有維 護(hù)簡便和控制性能高等優(yōu)點(diǎn) 4 熱帶鋼連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制實(shí)例 目前國際上計(jì)算機(jī)控制水平最高的是熱帶鋼連軋工藝過程 這是由于在各種軋機(jī)中 熱帶鋼連軋產(chǎn)量大 質(zhì)量要求高 操作雖復(fù)雜但比其他軋制過程易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制 其計(jì)算機(jī)功能分為在線監(jiān)測和自動(dòng)控制兩大部分 監(jiān)測包括信息傳送 軋件跟蹤 數(shù) 據(jù)記錄等 綜上所述 實(shí)現(xiàn)軋鋼工藝過程的在線監(jiān)測 無論是提高產(chǎn)量還是保證質(zhì)量都具有 重大意義 而且為提高工藝的技術(shù)水平和生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化奠定了技術(shù)基礎(chǔ) 軋鋼工 藝過程是由軋鋼設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的 軋鋼設(shè)備能否正常運(yùn)行會(huì)直接影響到工藝過程的正常 與否 可見軋鋼設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷對(duì)鋼鐵工業(yè)就具有十分重要的意義 8 1 2 推鋼機(jī)的簡介 1 2 1 推鋼機(jī)的種類 推鋼機(jī)的種類很多 常見的有齒輪齒條式 絲杠螺母式 曲柄連桿式 液壓式等 還有的推鋼機(jī)把齒輪齒條傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)相結(jié)合 形成了液壓齒條式 它們各自有自 身的特點(diǎn) 在不同的加熱爐上發(fā)揮著各自的作用 1 2 2 推鋼機(jī)的結(jié)構(gòu) 推鋼機(jī)主要包括電機(jī) 減速機(jī) 聯(lián)軸器 齒輪軸 推桿 機(jī)架等 機(jī)架一般為一個(gè) 多層箱體 箱體間用螺栓聯(lián)接 齒輪軸位于箱體底層的稱為下置式 齒輪軸位于箱體 上層的稱為上置式 無論采用下置式還是上置式 都存在更換零部件困難的現(xiàn)象 尤 其是更換下部零件時(shí) 需要把箱體層層拆分開 1 2 3 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾點(diǎn)事項(xiàng) 1 推力的計(jì)算 推力 推速 行程是推鋼機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 尤其是最大推力 推力計(jì)算的正確 與否關(guān)系著推鋼機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和使用壽命 推力計(jì)算公式為 1 1 1 FGgfK 式中 G為鋼坯質(zhì)量 單位是kg g為重力加速度 一般來說 29 8 ms 為考慮到加熱爐軌道不平 受熱變形等因素的影響系數(shù) 1 1 1 3 1K 1K f為滑動(dòng)摩擦系數(shù) f 0 2 1 摩擦系數(shù)的大小對(duì)推力產(chǎn)生直接的影響 而摩擦系 數(shù)的大小主要取決于鋼坯溫度 鋼坯溫度對(duì)摩擦系數(shù)的影響為 常溫時(shí) f 0 2 300 C時(shí) f 0 3 400 C一500 C時(shí) f 0 4 0 5 600 C 一800 C時(shí) f 0 6 0 8 大于800 C時(shí) f 0 8 1 0 可見 鋼坯溫度越高 摩擦系 9 數(shù)愈大 一般來說 加熱爐分為預(yù)熱段 加熱段和均熱段 各段溫度不盡相同 應(yīng)根 據(jù)每段溫度 鋼坯質(zhì)量計(jì)算出各段所需推力 最后相加 對(duì)于有些加熱爐來說 爐底是傾斜的 這時(shí)還應(yīng)考慮到鋼坯重力的分力對(duì)推力的 影響 2 齒輪選擇 推鋼機(jī)屬于低速重載 繁忙使用 齒輪齒條屬于重點(diǎn)零件 要通過計(jì)算 選擇合 理的模數(shù)和材質(zhì) 進(jìn)行合理的熱處理 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要優(yōu)化 避免出現(xiàn)膠合 點(diǎn)蝕 甚至 斷齒等現(xiàn)象 3 推桿結(jié)構(gòu) 推桿工作中會(huì)受到齒條推力 鋼板阻力 壓輪壓力等復(fù)雜力系的作用 強(qiáng)度 剛 度要高 結(jié)構(gòu)要可靠 一般采用箱型梁鋼板焊接結(jié)構(gòu) 4 推鋼速度 一般來說 影響推鋼機(jī)生產(chǎn)率的主要因素是推桿返回時(shí)的空載時(shí)間 為了提高生 產(chǎn)率 推鋼機(jī)的返回速度可以取得比推速大 一般返回速度比推速大 50 至數(shù)倍 實(shí)際 使用表明 返回速度比推速大一倍左右比較合適 有的推鋼機(jī)設(shè)有慢速推鋼電動(dòng)機(jī)和 快速返回電動(dòng)機(jī) 用以調(diào)節(jié)速度 采用液壓推鋼機(jī) 可以方便地調(diào)節(jié)推鋼速度 5 推鋼機(jī)行程 推鋼機(jī)行程一般為 1 5 5 5M 這取決與所推爐料的尺寸及爐臺(tái)寬度 用吊車上料時(shí) 行程應(yīng)大于每次填料總寬度 并大于輥道的寬度 用輥道上料時(shí) 除了考慮大于輥道 寬度外 還應(yīng)根據(jù)檢修要求 要求推頭能退到輥道外側(cè) 所需長度來確定 6 機(jī)架剛度 理論和實(shí)踐表明 雙機(jī)架推鋼機(jī)機(jī)架剛度要給予高度重視 其剛度一定要滿足推 力 推速要求 避免出現(xiàn)顫抖現(xiàn)象 壓板部位受力非常大 壓板結(jié)構(gòu)要滿足高強(qiáng)度要 求 10 第二章 傳動(dòng)方案的分析與擬定 2 1 傳動(dòng)方案的分析 2 1 1 常用的傳動(dòng)類型及其特點(diǎn) 1 帶傳動(dòng) 帶傳動(dòng)傳遞的功率不大 可用于中小功率 機(jī)構(gòu)尺寸比其他傳動(dòng)類型大 但傳動(dòng)平穩(wěn) 能緩沖吸收沖擊振動(dòng) 由于摩擦產(chǎn)生靜電 不適用于有瓦斯及煤塵等爆 炸危險(xiǎn)的場合 常用于高速級(jí)傳動(dòng)中 2 鏈傳動(dòng) 鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比是變化的 且具有沖擊振動(dòng) 故不適用于高速傳動(dòng) 和傳動(dòng)比要求準(zhǔn)確的場合 一般多用于低速級(jí)傳動(dòng)及傳動(dòng)比要求不太嚴(yán)格的場合 3 齒輪傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)瞬時(shí)傳動(dòng)比不變 且效率高 體積小 是在傳動(dòng)中使用最多 的一種傳動(dòng)件 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)加工容易 但速度高時(shí)有噪音 故多用于減速器 低速級(jí)中 亦可用于高速級(jí)但噪音大 斜齒圓柱齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 噪音小 承載能 力高 故多用在減速器中高速級(jí)上 低速級(jí)上也可以使用 人字齒輪基本上與斜齒輪 相同 它對(duì)軸承不產(chǎn)生軸向力 多用于大型減速器 錐齒輪將較困難 特別是模數(shù) 直徑大時(shí)受到機(jī)床的限制 故一般在改變軸的方向等情況下才使用 使用時(shí)應(yīng)盡量使 模數(shù)直徑小些 以利于加工 錐齒輪常用于高速級(jí)上 如用弧齒錐齒輪時(shí)噪音小 工 作平穩(wěn) 故速度可高些 開式齒輪較閉式齒輪磨損大 多用于低速級(jí) 4 蝸桿傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)傳動(dòng)速比大 傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 但效率低 消耗有色金屬 因 此普通圓柱面蝸桿傳動(dòng)適用于中小功率 由于其效率低 不適用于連續(xù)工作 故多用 于間歇工作的場合 2 1 2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 1 在滿足傳動(dòng)要求的情況下 應(yīng)盡量使機(jī)構(gòu)的數(shù)目減少 使傳動(dòng)鏈短 這樣可以提 高機(jī)械效率 減低生產(chǎn)成本 2 當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比較大而采用多級(jí)傳動(dòng)時(shí) 應(yīng)合理分配各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳 11 動(dòng)比 傳動(dòng)比的分配原則時(shí)使總的體積小和發(fā)揮各類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本身的優(yōu)勢 3 合理安排傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的次序 當(dāng)總傳動(dòng)比 時(shí) 要考慮多級(jí)傳動(dòng) 如有帶傳動(dòng)時(shí) 8 一般將帶傳動(dòng)放置在高速級(jí) 如采用不同類型的齒輪機(jī)構(gòu)組合 圓錐齒輪傳動(dòng)和蝸桿 傳動(dòng)一般放置在高速級(jí) 鏈傳動(dòng)一般不宜放在高速級(jí) 4 在滿足傳遞要求的前提下 應(yīng)盡量采用平面?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu) 使制造 組裝 維修更加 方便 5 在對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的尺寸的要求較小時(shí) 可采用行星輪系機(jī)構(gòu) 2 2 傳動(dòng)方案的擬訂 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 推頭阻力 F 3800N 推頭行程 S 370mm 往返次數(shù) n 0 8 min 工作行 程為 1000m 可見推鋼機(jī)整體尺寸不大 且在低速狀態(tài)下工作 綜合考慮以上傳動(dòng)類型的特點(diǎn)和推鋼機(jī)的設(shè)計(jì)要求 現(xiàn)選用齒輪齒條傳動(dòng)和開式齒 輪傳動(dòng) 并采用減速器與電動(dòng)機(jī)相連接 綜合以上方案的優(yōu)點(diǎn) 具體傳動(dòng)方案如下圖所示 12 電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器和機(jī)構(gòu)減速后 由機(jī)構(gòu)將軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為推桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng) 將鋼坯以 額定速度推入加熱爐 第三章 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 3 1 概述 電機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置 它的主要作用 是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 作為用電器或各種機(jī)械的動(dòng)力源 3 1 1 常用電動(dòng)機(jī)的種類 1 按工作電源分類 根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同 可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī) 其中交流電動(dòng)機(jī)還分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī) 2 按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動(dòng)機(jī) 異步電動(dòng) 機(jī)和同步電動(dòng)機(jī) 同步電動(dòng)機(jī)還可分為永磁同步電動(dòng)機(jī) 磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同布 電動(dòng)機(jī) 異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分為三相 異步電動(dòng)機(jī) 單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等 交流換向器電動(dòng)機(jī)又分為單相串 勵(lì)電動(dòng)機(jī) 交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無 刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī) 有刷直流電動(dòng)機(jī)可分為永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流 電動(dòng)機(jī) 電磁直流電動(dòng)機(jī)又分為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 永磁直流電動(dòng)機(jī)又分為稀土永磁直流電動(dòng)機(jī) 鐵氧體永磁直流電 動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī) 3 按起動(dòng)與運(yùn)行方式分類 電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)與運(yùn)行方式可分為電容起動(dòng)式單相異步電 動(dòng)機(jī) 電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī) 電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)和分相式單相異 步電動(dòng)機(jī) 4 按用途分類 電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī) 又分為電動(dòng)工具 包括鉆孔 拋光 磨光 開槽 切割 擴(kuò)孔等工具 用電動(dòng)機(jī) 家 電 包括洗衣機(jī) 電風(fēng)扇 電冰箱 空調(diào)器 錄音機(jī) 錄像機(jī) 影碟機(jī) 吸塵器 照 13 相機(jī) 電吹風(fēng) 電動(dòng)剃須刀等 用電動(dòng)機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備 包括各種小型機(jī) 床 小型機(jī)械 醫(yī)療器械 電子儀器等 用電動(dòng)機(jī) 控制用電動(dòng)機(jī)又分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 和伺服電動(dòng)機(jī)等 5 按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類 電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠 籠型異步電動(dòng)機(jī) 和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動(dòng)機(jī) 6 按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類 電動(dòng)機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動(dòng)機(jī) 低速電動(dòng)機(jī) 恒速電動(dòng) 機(jī) 調(diào)速電動(dòng)機(jī) 低速電動(dòng)機(jī)又分為齒輪減速電動(dòng)機(jī) 電磁減速電動(dòng)機(jī) 力矩電動(dòng)機(jī) 和爪極同步電動(dòng)機(jī)等 調(diào)速電動(dòng)機(jī)除可分為有級(jí)恒速電動(dòng)機(jī) 無級(jí)恒速電動(dòng)機(jī) 有級(jí) 變速電動(dòng)機(jī)和無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)外 還可分為電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī) 直流調(diào)速電動(dòng)機(jī) PWM 變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī) 3 1 2 電動(dòng)機(jī)選擇時(shí)的注意事項(xiàng) 1 如果電動(dòng)機(jī)功率選的過小 就會(huì)出現(xiàn) 小馬拉大車 現(xiàn)象 造成電動(dòng)機(jī)長期過載 使其絕緣因發(fā)熱而損壞 甚至電動(dòng)機(jī)被燒壞 2 如果電動(dòng)機(jī)功率選的過大 就會(huì)出現(xiàn) 大馬拉小車 現(xiàn)象 其輸出機(jī)械功率不能得 到充分利用 功率因數(shù)和效率都不高 不但對(duì)用戶和電網(wǎng)不利 而且還會(huì)造成電能浪 費(fèi) 3 2 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 3 2 1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型和機(jī)構(gòu)型式 在交流電動(dòng)機(jī)中 三相異步電動(dòng)機(jī)在工業(yè)中廣泛應(yīng)用 常用的 Y 系列三相異步電動(dòng) 機(jī)屬于一般用途的全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī) 其結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 啟 動(dòng)性能好 價(jià)格低廉 維護(hù)方便 適用于非易燃易爆 無腐蝕性和無特殊要求的機(jī)械 上 也適用于某些對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩有較高要求的機(jī)械 如壓縮機(jī)等 經(jīng)常啟動(dòng) 制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備要求電動(dòng)機(jī)具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較大的過載 能力 應(yīng)選用起重的冶金用的三相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 常用 YX 型 籠型 和 YZR 型 繞線型 由于推鋼機(jī)推桿做往復(fù)運(yùn)動(dòng) 需要頻繁快速啟動(dòng)和反轉(zhuǎn) 故選用 YZR 型電動(dòng)機(jī) 14 3 2 2 選擇電動(dòng)機(jī)的容量 3 2 2 1 電動(dòng)機(jī)的選擇 1 電動(dòng)機(jī)類型選擇 選擇電動(dòng)機(jī)的類型為三相異步電動(dòng)機(jī) 額定電壓交 流 380V 由于輸出功率很小 所以選擇小功率型異步電動(dòng)機(jī) YS 系列 2 電動(dòng)機(jī)容量選擇 1 推頭運(yùn)動(dòng)的速度 V 0 8 370 2 2 9 04mm s 2 工作機(jī)所需功率 wPFV 3809 43 61w F 工作阻力 工作機(jī)線速度 3 電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)主動(dòng)軸之間的總效率 0 5172 42135 兩級(jí)圓錐圓柱齒輪減速器傳動(dòng)效率取 0 95 行星圓柱齒輪減速效率取 0 962 滾動(dòng)軸承效率取 0 99 3 聯(lián)軸器效率取 0 9924 電動(dòng)機(jī)效率取 0 65 wdP 34 6 410572w 4 確定電機(jī)的額定功率 0P wdP 3 6 410572 由于在運(yùn)行過程中速度會(huì)發(fā)生變化 所以選擇 YS6314 型三相異步電動(dòng)機(jī) 其功率為 120W 效率為 0 6 轉(zhuǎn)速為 1400r mim 3 2 2 2 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的計(jì)算和各級(jí)傳動(dòng)比的分配 1 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比 140 875dwin 2 分配各級(jí)傳動(dòng)比 15 由于高速級(jí)為圓錐齒輪其傳動(dòng)比應(yīng)該小一些 低速級(jí)為圓柱齒輪傳動(dòng)比可以選 擇的大一些 所以取 12 5i 24 8i 這樣行星輪的傳動(dòng)比為 346i 3 行星輪齒數(shù)分別是 z1 145 z2 20 z3 146 z2 20 3 2 2 3 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 1 各軸的轉(zhuǎn)速 從高速級(jí)到低速級(jí)一次為 1 2 13 40 169 5 mindnir 2 238 32 7 iir 2 各軸的輸入功率 443P 36 095 78ww 2578113 1 3 各軸轉(zhuǎn)矩 120950 84ddPTNmn 11 36 5 379 22 195089 04PTn 33 35 72 6Nm 將計(jì)算結(jié)果匯總列表如下 項(xiàng)目 高速級(jí)軸 軸 1 中間軸 軸 2 低速級(jí)軸 軸 3 轉(zhuǎn)速 r min 9 59 3 84 0 799 16 功率 w 36 51 36 14 35 78 轉(zhuǎn)矩 Nm 36 37 89 88 427 66 傳動(dòng)比 2 5 4 8 第四章 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 4 1 圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 主要參照教材 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 已知輸入功率為 35 78w 小齒輪轉(zhuǎn)速為 3 84r min 齒數(shù)比為 4 8 工作壽3P2n 命 10 年 設(shè)每年工作 300 天 二班制 帶式輸送 工作平穩(wěn) 轉(zhuǎn)向不變 1 選定齒輪類型 精度等級(jí) 材料及齒數(shù) 1 運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器 速度不高 故選用 7 級(jí)精度 GB10095 88 2 材料選擇 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 10 1 小齒輪材料為 40Cr 調(diào) 質(zhì) 硬度為 280HBS 大齒輪材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì) 硬度為 240HBS 二 者材料硬度相差 40HBS 3 選小齒輪齒數(shù) 則大齒輪齒數(shù) 初選螺旋角1z23 21z4 8 2310 4 2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算按下式設(shè)計(jì)計(jì)算 3 2211 t HEtdKTZu 1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1 已知輕微沖擊 使用系數(shù) 1 25A 2 由速度 v 2 85m s 得 1VK 3 由由教材表 10 3 得 1 2F H 4 查教材圖表 圖 10 30 選取區(qū)域系 數(shù) 2 433HZ 5 查教材表 10 6 選取彈性影響系數(shù) 188 9 E 12MPa 17 6 查教材圖表 圖 10 26 得 0 85 0 78 1 631a 2a12aa 7 由教材公式 10 13 計(jì)算應(yīng)力值環(huán)數(shù) N 60n j 60 0 8 1 2 8 300 10 2 8 10 h1hL 6 N 1 35X10 h27 8 查教材 10 19 圖得 K 1 23 K 1 081 2 9 由教材表 10 7 查得齒寬系數(shù) 1d 10 由教材表 10 4 得 1 194 H 由 10 13 圖查得 1 15F 11 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 89 88N m2T 12 齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 取失效概率為 1 安全系數(shù) S 1 應(yīng)用公式 10 12 得 H 1lim1 235067 NHKS MPa 2li2 84 許用接觸應(yīng)力為 12 67 562 5H Pa 13 故載荷系數(shù) 1 25 1 1 2 1 194 1 791AVHK 2 設(shè)計(jì)計(jì)算 1 按式計(jì)算小齒輪分度圓直徑 1td3 221 t HEtdKTZu 3 2 79804 318 9 47 63565m 3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 18 3 cos由彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 設(shè)計(jì)nm cos2123FSadYZKT 1 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 1 計(jì)算載荷系數(shù) 1 25 1 1 2 1 15 1 725AVF 2 根據(jù)縱向重合度 1 02 查教材圖表 圖 10 28 查得螺旋影響系數(shù) 0 88 Y 3 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 25 181vZ 32s14 120 422 0 cV 4 查取齒形系數(shù) 查教材圖表 表 10 5 2 16 2 531FY 2F 5 查取應(yīng)力校正系數(shù) 查教材圖表 表 10 5 1 81 1 62SSY 6 查教材圖表 圖 10 20c 查得 小 大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限分別為 380MPa 500MPa1FE 2FE 7 查教材圖表 圖 10 18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) K 1 0 K 0 951N2FN 8 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S 1 4 由式 FNES 得 MpaF 11380271 4 NFKS Mpa22959 3 9 計(jì)算大 小齒輪的 并加以比較 FSY 12 6180 4 7FSY 大齒輪的數(shù)值大 選用大齒輪的值 2 53 128 9SF 2 設(shè)計(jì)計(jì)算 1 計(jì)算模數(shù) 19 3 2221 75890 cos140 1 5936nmm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算n 的法面模數(shù) 由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所承載的能力 而齒面接觸疲 勞強(qiáng)度所決定的承載能力 僅取決于齒輪直徑 按 GB T1357 1987 圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 取 m 2 5m 但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度 需要按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑n d 59 14 來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù) 1 4 幾何尺寸計(jì)算 1 計(jì)算中心距 a 171 34 圓整為 a 171 cos2 1nmz 310 2 5cos4 m 2 按圓整后的中心距修正螺旋角 arccos 13 54 122310 5arcos7n 因 值改變不多 故參數(shù) 等不必修正 khZ 3 計(jì)算大 小齒輪的分度圓直徑 d 59 14123 5cos14nzm m d 282 8620 n 4 計(jì)算齒輪寬度 B 159 4 1m 26B 4 2 圓錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 主要參照教材 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 已知輸入功率為 36 51w 小齒輪轉(zhuǎn)速為 9 59r min 齒數(shù)比為 2 5 工作壽1P2n 命 10 年 設(shè)每年工作 300 天 二班制 帶式輸送 工作平穩(wěn) 轉(zhuǎn)向不變 1 選定齒輪類型 精度等級(jí) 材料及齒數(shù) 20 1 圓錐圓錐齒輪減速器為通用減速器 其速度不高 故選用 7 級(jí)精度 GB10095 88 2 材料選擇 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 10 1 小齒輪材料可選為 40Cr 調(diào) 質(zhì) 硬度為 280HBS 大齒輪材料取 45 鋼 調(diào)質(zhì) 硬度為 240HBS 二者材 料硬度相差 40HBS 3 選小齒輪齒數(shù) 則大齒輪齒數(shù) 1z4 21z 5 403 2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)計(jì)算公式 32122 9 0 5 EFRZKTu 1td 1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值 1 試選載荷系數(shù) 1 91tk 2 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T 36 57 N m 3 取齒寬系數(shù) R 3 4 查圖 10 21 齒面硬度得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 600Mpa 大齒輪的接觸疲 Hlim1 勞極限 550Mpa Hlim2 5 查表 10 6 選取彈性影響系數(shù) 189 8 EZ 12MPa 6 由教材公式 10 13 計(jì)算應(yīng)力值環(huán)數(shù) N 60n j 60 9 59 1 2 8 300 10 3 16 10 h1hL 7 N 1 26 10 h27 7 查教材 10 19 圖得 K 1 02 K 1 141 2 8 齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 取失效概率為 1 安全系數(shù) S 1 應(yīng)用公式 10 12 得 H 1lim1 026NHS MPa 2li2 457K 2 設(shè)計(jì)計(jì)算 1 試算小齒輪的分度圓直徑 帶入 中的較小值得 H 21 1td 23 289 1 9365702 3 6m6 2 計(jì)算圓周速度 V m s17 950 3760601tn 3 計(jì)算載荷系數(shù) 系數(shù) 1 根據(jù) V 0 0037m s 7 級(jí)精度查圖表 圖 10 8 得AK 動(dòng)載系數(shù) 1 035v 查圖表 表 10 3 得齒間載荷分布系數(shù) HFK 1 根據(jù)大齒輪兩端支撐 小齒輪懸臂布置查表 10 9 得 1 25H b 則 1 5 1 25 1 875F HK 得載荷系數(shù) 1 1 035 1 1 875 1 94AVH 4 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 得 3ttdK 31 947 67 6m 5 計(jì)算模數(shù) M 1 79z4m 3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)公式 m 3124 0 5 FaSRYKTzu 1 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 1 計(jì)算載荷系數(shù) 1 1 035 1 1 875 1 94AVF 2 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 1v4 2cos 8Z 2037 46 v 3 由教材表 10 5 查得齒形系數(shù) 22 12 35FY 2 06FY 應(yīng)力校正系數(shù) 68S197S 4 由教材圖 20 20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 大齒輪的彎曲疲150FEMPa 勞強(qiáng)度極限 230FEMPa 5 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 圖 10 18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) K 0 84 K 0 871FN2FN 6 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) 得1 4S F 110 84530FEMPaS 22 726 1NK 7 計(jì)算大小齒輪的 并加以比較 FSaY 12 351680 32aS 2 97 FaSY 大齒輪的數(shù)值大 選用大齒輪的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 2 設(shè)計(jì)計(jì)算 32241 936570 11 724 4mm 取 M 2mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 的模數(shù) 由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所承載的能力 而齒面接觸疲勞強(qiáng) 度所決定的承載能力 取決于齒輪直徑 按 GB T1357 1987 圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 取 m 2mm 但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度 需要按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d 82 來計(jì)1m 算應(yīng)有的齒數(shù) 計(jì)算齒數(shù) z 取 z 41 那么 z 2 5 41 1031d824m 12 4 計(jì)算幾何尺寸 23 1 d 82 124zm 2 d 206203 3 21 7 211d6arcotrct8 4 2906 3 5 mm 22 51R0 44d 6 1 3 37 圓整取 37mm 42mm b10 2B1 7 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小錐齒輪大端頂圓直徑為 86mm 采用實(shí)心結(jié)構(gòu)大錐齒輪大端頂圓直徑為 210mm 采用腹板結(jié)構(gòu) 第五章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 5 1 輸出軸 3 軸 的設(shè)計(jì) 1 求輸出軸上的功率 轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩IP nIT 35 78w 0 799r min 427 66N M333 2 求作用在齒輪上的力 已知大斜齒輪的分度圓直徑為 2 5107dmzm 而 4763TFt N r antan2 cos13 546 cos N t10t 54 78 9 圓周力 徑向力 及軸向力 的方向所示traF 3 初步確定軸的最小直徑 先初步估算軸的最小直徑 選取軸的材料為 40Cr 鋼 調(diào)質(zhì) 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 15 3 取 得015A 24 33min0P5 78dA13 209m 輸出軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器的直徑 為了使所選的軸直徑 與聯(lián)軸器的孔徑12d12d 相適應(yīng) 故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào) 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 查 機(jī)械設(shè)計(jì) 第TKAca 八版 表 14 1 由于轉(zhuǎn)矩變化很小 故取 則 5AK 1 5 427 66 641 49TKAca Nm 查 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 表 14 4 選 GY6 型凸緣聯(lián)軸器其工稱轉(zhuǎn)矩為 900 Nm 半聯(lián)軸器的孔徑 所以取 40mm 半聯(lián)軸器長度 L 112mm 半聯(lián)軸器與140dm 21d 軸配合的轂孔長度為 60mm 4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 軸的尺寸設(shè)計(jì) 2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位 軸左 1 段需制出一軸肩 故取右 2 段的直徑 1 段右端用軸端擋圈定位 半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 245dm 1Lm 為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上 故 1 2 段的長度應(yīng)比 略短些 現(xiàn)取 1L182l 2 初步選擇圓錐滾子軸承 因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力 參照工作要求并根據(jù) 由 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 表 13 1 中初步選取 0 基本游隙組 標(biāo)準(zhǔn)精度350dm 級(jí)的圓錐滾子軸承 30210 型 其尺寸為 mm 因11592 7dDB 350d 而可以取 右端軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位 由 機(jī)械設(shè)計(jì)課程 表 13 321 7l 1 查得 30210 型軸承的定位軸肩高度 因此取 55mm ma4 3 齒輪左端和左軸承之間采用套筒定位 已知齒輪輪轂的寬度為 64mm 為了使套筒 端面可靠地壓緊齒輪 此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度 故取 63mm 齒輪的輪轂直徑6l 取為 55mm 所以 55mm 齒輪的右端采用軸肩定位 軸肩高度 故取6d 0 7hd 則軸環(huán)處的直徑為 軸環(huán)寬度 取 2 5hm 560dm 1 4b 51lm i 軸承端蓋的總寬度為 20mm 根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤滑油 的要求 求得端蓋外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離 故30l 26l ii 齒輪距箱體內(nèi)壁的距離為 a 16mm 大錐齒輪與大斜齒輪的距離為 c 20mm 在確定滾動(dòng)軸承的位置時(shí)應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離 s 8mm 可求得 40mm 87l 25 70mm 54l 3 軸上的周向定位 齒輪 半聯(lián)軸器的周向定位均采用平鍵連接 按 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表6d 6 1 查得平鍵截面 鍵槽用鍵槽銑刀加工 長為 50mm 同時(shí)為保證160bhm 齒 輪與軸配合有良好的對(duì)中性 故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 同樣半聯(lián)軸器與7nH 軸的連接 選用平鍵 半聯(lián)軸器與287 軸的配合為 滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的 此處選軸的尺寸67kH 公差為 m5 4 確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為 軸肩處的倒角可按 R1 6 R2 適當(dāng)選取 245 5 求軸上的載荷 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡圖 在確定支點(diǎn)時(shí)查得 30210 型的支點(diǎn)距離 a 15mm 所以作為簡支梁的軸承跨距分別為 L1 72 23mm L2 130 73mm 做出彎矩和扭 矩圖 見圖六 由圖六可知齒輪支點(diǎn)處的截面為危險(xiǎn)截面 算出其彎矩和扭矩值如下 6 按彎扭合成應(yīng) 力校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)上表中 的數(shù)據(jù)及軸的單向 旋轉(zhuǎn) 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 取 軸的0 6 計(jì)算應(yīng)力 抗彎剖面模量 2 233 344 160 51 0 9850432btdWm 抗扭剖面模量 2 233 344 160 51 0 516208Tbtd 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 12856 rN 1208 7rFN 094V 彎矩 M 3Hm 1Mvm 總彎矩 142706 8N mm221584 扭矩 T 427 66N MT 26 28 82Mpa 222214706 8 0 6 34Ica XMTW 前已選定軸的材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì) 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 15 1 查得 故安全 1160 caP 彎矩與扭矩圖如下所示 6 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1 判斷危險(xiǎn)截面 由彎矩和扭矩圖可以看出齒輪中點(diǎn)處的應(yīng)力最大 從應(yīng)力集中對(duì)軸的影響來看 齒輪 兩端處過盈配合引起的應(yīng)力集中最為嚴(yán)重 且影響程度相當(dāng) 但是左截面不受扭矩作 用故不用校核 中點(diǎn)處雖然應(yīng)力最大 但應(yīng)力集中不大 而且這里軸的 直徑比較大 故也不要校核 其他截面顯然不要校核 鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈配 合的小 因而該軸只需校核齒輪右端處的截面 2 右端截面校核 抗彎截面系數(shù) 3330 1 5104Wdm 抗扭截面系數(shù) 2286t 截面右側(cè)彎矩 2 7HVMN 截面上的扭矩 427 66N MIT 截面上的彎曲應(yīng)力 1427068 3b PaW 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 20 4986TM 軸的材料為 40Cr 鋼 調(diào)質(zhì)處理 由表 15 1 查得 735bMPa 135Pa 120Pa 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 及 按 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 附表 3 2 查取 因 經(jīng)插值后查得 0365rd 1 095Dd 2 19 4 又由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 附圖 3 2 可得軸的材料敏感系數(shù)為 27 0 82q 0 85q 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 1 10 82 1 9546kq 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 附圖 3 2 的尺寸系數(shù) 扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 軸 0 83 按磨削加工 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 附圖 3 4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理 即 則綜合系數(shù)為1q 1 912 8606 4 583 kK 又取合金鋼的特性系數(shù)為 0 1 0 計(jì)算安全系數(shù) 值caS127523 4 86410 0 86 23415 7 5 2 2amcaKS SS 故可知安全 第六章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 6 1 傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 6 1 1 傳動(dòng)的特點(diǎn) 1 齒條同側(cè)齒廓為平行線 它在與齒定線平行的任一直線上具有相同齒距 28 2 齒條直線齒廓上各點(diǎn)具有相同的壓力角 等于直線齒廓的齒形角 一般為標(biāo)準(zhǔn)值 3 當(dāng)齒輪齒條標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí) 齒輪分度圓與齒條分度線重合 嚙合角等于齒形角 齒輪以 角速度 轉(zhuǎn)動(dòng) 帶動(dòng)齒條以線速度 直線移動(dòng) 4 中心距增大后 齒條遠(yuǎn)離齒輪軸心 01移動(dòng) X 距離 下圖虛線所示 根據(jù)齒條直線齒 廓的特點(diǎn) 嚙合線不會(huì)隨齒條位置改變而改變 故節(jié)點(diǎn)位置 P 也不變化 此時(shí) 齒輪的分 度圓仍然與節(jié)圓重合 嚙合角仍然等于齒條的齒形角 即等于齒輪分度圓上的壓力角 而齒條位置的改變使齒條的中線與節(jié)線不再重合 齒側(cè)間隙 j 加大 頂隙增加 即 齒輪齒條正變位傳動(dòng)時(shí) 6 1 2 傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1 選定齒輪類型 精度等級(jí) 材料和齒數(shù) 29 已知輸入功率齒輪軸 轉(zhuǎn)速65 pKw 3 51 min nr 1 壓力角 的選擇 一般選取 20 2 齒數(shù)的選擇 為使輪齒免于根切 對(duì)于 20 的標(biāo)注直齒輪 應(yīng)取 故直齒輪取17 z 齒條取 所以齒數(shù)比17 z 215 z 2150 8 7zu 3 齒寬系數(shù) 的選擇 d 查表 對(duì)兩支撐相對(duì)于小齒輪做對(duì)稱布置并靠近齒輪取 0 74 db 4 精度選擇 對(duì)一般機(jī)械 速度不高 選 8 級(jí)精度 1958 GB 5 材料選擇 綜合考慮齒輪 齒條的工作條件 載荷大小 有無沖擊 加工工藝 經(jīng)濟(jì)性以及材料來源等 查表選擇齒輪選 40 調(diào)質(zhì) 硬度為Cr 241 286HBS 齒條選 ZG35SiMn 調(diào)質(zhì) 硬度為 217 269 HBS 2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行試算 即 6 1 21312 t EtdHkTzud 1 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 試選載荷系數(shù) 3 tk 計(jì)算齒輪轉(zhuǎn)矩 521954965 1 70 3PTNmn 選取齒寬系數(shù) 0 7 db 查表的材料的彈性影響系數(shù) 1289 EaZMP 按齒面硬度查表得齒輪軸接觸疲勞強(qiáng)度極限 齒條接觸疲勞強(qiáng)lim1 60HaP 度極限 lim2 650HaMP 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 6 2 713 51283015 20 ihNnjL 假設(shè)工作壽命 15 年 每年工作 300 天 30 6 3 7712 501 2 8Nu 查表取接觸疲勞壽命系數(shù) 10 9HNK 25 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1 安全系數(shù)為 S 1 6 4 1lim10 9654 HN aKMPS 6 5 2li22 17 a 2 計(jì)算 試算齒輪分度園直徑 代入 中較小的值 1td H 2312 t EtdkTzud 2531 70 819 454 542 52mm 6 6 驗(yàn)算圓周速度 v 6 7 1542 310 97 6060tdnv ms 計(jì)算齒寬 b 6 8 1 7 46 dt 計(jì)算齒寬與齒高之比 h 模數(shù) 6 9 1542 31 9 7ttmz 齒高 80 th 4165 97 b 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) 8 級(jí)精度 查表的動(dòng)載荷系數(shù)0 vms 1 0 vk 31 直齒輪 1 HFk 查表的使用系數(shù) A 用插值法查表的 8 級(jí)精度 齒輪相對(duì)支撐對(duì)稱布置時(shí) 6 10 231 50 10Hbkbd 234 6 8 401 65137 查表得 2Fk 故載荷系數(shù) 6 11 AvHk 1 0 378 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 6 12 331 1 542 ttkd 5 42 m 計(jì)算模數(shù) m 1 32 5 7z 3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)公式 6 13 321 FaSdYkTmz 1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 查表得齒輪軸的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 150 FEMPa 齒條的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2 FE 取彎曲疲勞壽命系數(shù) 10 98 NK 26F 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取安全系數(shù) 由式得 1 4 s 32 6 14 10 98530 4FNEKMPaS 22 62 7 1F 計(jì)算載荷系數(shù) K 6 15 0 513 AVF 查取齒形系數(shù) 查表得 12 97 FaY2 83 Fa 查取應(yīng)力校正系數(shù) 查表得 1 5 Sa 21 56 SaY 計(jì)算大小齒輪的 并加以比較 F 12 97150 29 3FaSY 2 86 38 aSF 可見齒輪的數(shù)值大 2 設(shè)計(jì)計(jì)算 321832 5 7031 4 4FaSdYkTmz 對(duì)比計(jì)算結(jié)果 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 的模數(shù) 由于齒輪模數(shù)的大小 m 主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力 僅與齒輪直 徑有關(guān) 可取彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 31 44 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 按接觸疲勞強(qiáng)度32 算得的分度圓直徑 算出直齒輪的齒數(shù)153 42 d 17 9 zm 則齒條齒數(shù) 210 85u 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng) 既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度 又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 并做到了結(jié)構(gòu)緊湊 避免浪費(fèi) 33 4 幾何尺寸計(jì)算 1 分度圓直徑計(jì)算 1321754 dmzm 280 2 計(jì)算中心距 6 16 125412 da 3 計(jì)算齒輪寬度 110 70 dbm 取齒輪寬度和齒條寬度同為 400mm 6 2 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 6 2 1 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一 形式很多 應(yīng)用廣泛 傳遞的功 率可達(dá)數(shù)十萬千瓦 圓周速度可達(dá) 200m s 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)有 1 效率高 2 結(jié)構(gòu)緊湊 3 工作可靠 壽命長 4 傳動(dòng)比穩(wěn)定 但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高 價(jià)格較貴 且不宜用于傳動(dòng)距離要 求過大的場合 齒輪傳動(dòng)可做成開式 半開式及閉式 6 2 2 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1 選定齒輪類型 精度等級(jí) 材料和齒數(shù) 已知輸入功率小齒輪 轉(zhuǎn)速210451 7 pKw 14 0 min nr 1 壓力角 的選擇 一般選取 20 2 齒數(shù)的選擇 為使輪齒免于根切 對(duì)于 20 的標(biāo)注直齒輪 應(yīng)取 故小齒輪取17 z 34 則大齒輪齒數(shù) 19 z 214976zu 3 精度選擇 對(duì)一般機(jī)械 速度不高 選 8 級(jí)精度 10958 GB 4 材料選擇 綜合考慮齒輪的工作條件 載荷大小 有無沖擊 加工工藝 經(jīng)濟(jì)性以及材料來源等 查表選擇小齒輪選 40 調(diào)質(zhì) 硬度為 241 286HBS 大Cr 齒輪選 ZG50SiMn 調(diào)質(zhì) 硬度為 217 269 HBS 2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行試算 即 21312 t EtdHkTzud 1 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 試選載荷系數(shù) 3 tk 計(jì)算齒輪轉(zhuǎn)矩 810 TNm 選取齒寬系數(shù) 6db 查表的材料的彈性影響系數(shù) 1289 EaZMP 按齒面硬度查表得齒輪軸接觸疲勞強(qiáng)度極限 齒條接觸疲勞lim1 60HaP 強(qiáng)度極限 lim2 650HaMP 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7114 2830156 0 ihNnjL 假設(shè)工作壽命 15 年 每年工作 300 天 77126 0 5 4u 查表取接觸疲勞壽命系數(shù) 10 9HNK 2 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1 安全系數(shù)為 S 1 1lim10 9654 HN aKMPS 2li22 17 a 35 2 計(jì)算 試算齒輪分度園直徑 代入 中較小的值 1td H 21312 t EtdHkTzud 2831 0419 8 6565 m 驗(yàn)算圓周速度 v 1360 514 2 60tnv s 計(jì)算齒寬 b 1 dt m 計(jì)算齒寬與齒高之比 h 模數(shù) 1360 58 97 ttmz 齒高 2 42 6 thm 16305 4 9b 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) 8 級(jí)精度 查表的動(dòng)載荷系數(shù)0 26 vms 1 02 vk 直齒輪 1 HFk 查表得使用系數(shù) A 用插值法查表得 8 級(jí)精度 齒輪相對(duì)支撐對(duì)稱布置時(shí) 由 216 305 49bh 得 1 43 Hk 查表得 F 故載荷系數(shù) AvHkk 1 02 437 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 36 331 1 4760 5ttkd 5 m 計(jì)算模數(shù) m 17 9 z 3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)公式 321 FaSdYkTmz 1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 查表得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 150 FEMPa 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2 FE 取彎曲疲勞壽命系數(shù) 10 98 NK 27F 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取安全系數(shù) 由式得 1 4 s 1098530 FNEKMPaS 22726 7 1 4F 計(jì)算載荷系數(shù) K 0 315 AVF 查取齒形系數(shù) 查表得 12 85 FaY2 Fa 查取應(yīng)力校正系數(shù) 查表得 1 4 Sa 21 76 SaY 計(jì)算大小齒輪的 并加以比較 F 12 85140 25 3FaSY 37 2 31760 9 5FaSY 可見小齒輪的數(shù)值大 2 設(shè)計(jì)計(jì)算 321832 57 019 6FaSdYkTmz 對(duì)比計(jì)算結(jié)果 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 的模數(shù) 由于齒輪模數(shù)的大小 m 主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力 僅與齒輪直 徑有關(guān) 可取彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 19 29 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 按接觸疲勞強(qiáng)度20 算得的分度圓直徑 并圓整取 算出小齒輪的齒數(shù)1375 d 1380 d 809 2zm 則大齒輪齒數(shù) 1476 zu 取 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng) 既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度 又滿足了齒根彎278 z 曲疲勞強(qiáng)度 并做到了結(jié)構(gòu)緊湊 避免浪費(fèi) 4 幾何尺寸計(jì)算 1 分度圓直徑計(jì)算 1201938 dmzm 2756 2 計(jì)算中心距 1238019 da 3 計(jì)算齒輪寬度 11 62 dbm 取小齒輪寬度 取大