0011-LH9-900拉絲機卷筒機構(gòu)設(shè)計

0011-LH9-900拉絲機卷筒機構(gòu)設(shè)計,lh9,拉絲,卷筒,機構(gòu),設(shè)計 四 川 理 工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 設(shè)計（論文）題目： LH9/900拉絲機卷筒機構(gòu)設(shè)計 系： 機電系 專業(yè)： 機械制造 班級： 03級2班 學(xué)號： 030110421 學(xué)生： 楊金林 指導(dǎo)教師： 楊文炳 接受任務(wù)時間 2007.03.05 教研室主任 （簽名）　　系主任 （簽名） 1．畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容及基本要求 1、測繪日產(chǎn)LH-9/900拉絲機卷筒機構(gòu)，了解其基本結(jié)構(gòu)，工作原理； 2、構(gòu)思設(shè)計方案，根據(jù)要求對原日產(chǎn)設(shè)備進行改進； 3、進行受力分析，以及軸、軸承等相應(yīng)零部件的強度、剛度和壽命的計算； 4、繪制零件圖裝配圖(蝸桿、蝸輪零件圖各一張，上、下箱體圖各一張，裝配圖一套)、完成說明書。 2．指定查閱的主要參考文獻及說明 《機械設(shè)計手冊》 3．進度安排 設(shè)計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 搜集設(shè)計資料,撰寫開題報告 2007.03.05-2007.03.11 2 整理測繪資料，構(gòu)思設(shè)計方案 2007.03.12---2007.04.01 3 進行拉絲機筒機構(gòu)設(shè)計并繪零件圖、裝配圖 2007.04.02-2007.04.22 4 編寫設(shè)計說明書 2007.04.23-2007.05.06 5 檢查、修改 2007.05.07-2007.06.05 參考文獻 參考文獻 [1]成大優(yōu).機械設(shè)計手冊(第四版) [2]邱宣懷.機械設(shè)計(第四版),高等教育出版社,1997.7 [3]吳宗澤,羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊(第二版),高等教育出版社,1999.6 [4]變頻調(diào)速三相異電動機YP系列,上海電研特種電機有限公司 [5] 陳邦固.我國藥芯焊絲發(fā)展的回顧與展望 30 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 摘 要 LH9/900拉絲機共有9套卷筒機構(gòu)，進絲方向第一套承受轉(zhuǎn)矩最大，為了減少設(shè)計計算量，只取第一套卷筒機構(gòu)進行設(shè)計計算。每一卷筒機構(gòu)均有一獨立的電機作為兒立動力源。本文對該卷筒機構(gòu)的傳動方案設(shè)計，動力電機的選擇，卷筒機構(gòu)中的蝸桿傳動及幾何參數(shù)的計算，主軸的幾何參數(shù)計算，軸承承載能力和壽命的校核計算，以及冷卻系統(tǒng)的選取和布置均作了詳細的說明介紹。 關(guān)鍵詞：LH9/900拉絲機，卷筒機構(gòu)，拉絲強度，拉絲速度 Abstract The LH9/900 drawing machine altogether has 9 sets of a reelsorganizations, enters the silk direction first set of withstandingtorque to be biggest, in order to reduce the design calculationquantity, only takes the first set of a reel organization to carry onthe design calculation. Each a reel organization has an independentelectrical machinery to set up the power supply as the son. This article to this a reel organization transmission plan design,power electrical machinery choice, in a reel organization worm driveand geometry parameter computation, main axle geometry parametercomputation, bearing bearing capacity and life examinationcomputation, The main axle geometry parameter computation, the bearing bearingcapacity and the life examination computation, as well as the coolingsystem selection and the arrangement has made the detailed showingintroduction. Key word: LH9/900 drawing machine, a reel organization, wiredrawingintensity, wiredrawing speed 前 言 LH9/900拉絲機是目前國內(nèi)較先進的拉絲設(shè)備，鋼絲經(jīng)多次拉拔成型。該拉絲機采用PLC自動化控制，生產(chǎn)效率高，斷絲率低，工人勞動強度小等優(yōu)點。卷筒機構(gòu)是該拉絲機的重要組成部份，其主要完成在焊絲裹入藥芯初步、成型后進行扎緊至焊絲要求直徑的工作。其旋轉(zhuǎn)精度和熱變形量都直接影響拉絲質(zhì)量，旋轉(zhuǎn)精度和熱變形量又受到其內(nèi)部各傳動部件的影響。 目 錄 中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 前言 III 目錄 IV 第1章 緒論 1 1.1藥芯焊絲的發(fā)展簡介 1 1.2拉絲機簡介 2 第2章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 2.1提出問題 3 2.2傳動路線設(shè)計 3 2.3結(jié)構(gòu)布局設(shè)計 3 第3章 設(shè)計計算 4 3.1計算功率，分配傳動比 4 3.2蝸桿蝸輪傳動副幾何參數(shù)計算及其校核 5 3.2.1承載能力計算 5 3.2.2蝸輪蝸桿幾何參數(shù)計算 6 3.2.3蝸輪蝸桿副的校核 12 3.3蝸桿軸的校核計算 15 3.3.1 材料選擇、結(jié)構(gòu)草繪 15 3.3.2 蝸桿的受力分析及強度校核 16 3.4主軸的校核計算 21 3.4.1 材料選擇、結(jié)構(gòu)草繪 21 3.4.2 主軸受力分析及強度校核 21 3.5軸承的校核 23 3.5.1 蝸桿不受推力端軸承 24 3.5.2 蝸桿受推力端軸承 26 3.5.3 主軸下端軸承 26 3.5.4 主軸上端軸承 28 第4章 參考文獻 30 第5章 致謝 31 第6章 附錄 32 III 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第1章 緒 論 藥芯焊絲又稱管狀焊絲或粉芯焊絲，是繼焊條和埋弧焊材之后的第四代焊接材料，它克服了手工焊條不能連續(xù)焊接的缺點，焊接效率可達手工焊條的3-5倍，同時又克服了實心焊絲飛濺大，工藝性能差的缺點，并且可以通過調(diào)整藥芯成分來焊接各種類型的鋼材，因此在世界各發(fā)達國家中得到廣泛應(yīng)用。 藥芯焊絲的制造主要有三種工藝，盤圓法、冷軋鋼帶法和鋼管法。鋼管法是傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，它生產(chǎn)工藝簡單，但成本較高，國際上只有極少數(shù)廠家采用這種方法生產(chǎn)；盤圓法從根本上解決了藥芯焊絲原材料初加工成本過高的問題，生產(chǎn)成本低，但技術(shù)難度較大；鋼帶法成本比鋼管法略低，技術(shù)難度也不大，是國際上普遍采用的生產(chǎn)方法。 1.1藥芯焊絲的發(fā)展簡介 我國對藥芯焊絲的研究開始的很早，幾乎是和國外同步。1958年北京第一次技術(shù)革新展覽會上展示了機械工業(yè)部機械研究所的管狀焊條。幾乎同時天津大學(xué)張文鉞先生等人也仿照前蘇聯(lián)的技術(shù)資料進行了管狀焊條的研究，該研究詳細介紹了用模-拔法制取內(nèi)含合金粉的“管狀焊條芯”的工藝和裝置。 國內(nèi)較系統(tǒng)進行藥芯焊絲的研究始于68 年前后，當(dāng)時機械部機械研究所（后來的鄭州機械研究所）正式立項研究，并于1969 年發(fā)表了國內(nèi)第一篇關(guān)于藥芯焊絲的論文，所研制的試驗產(chǎn)品1975 年前后在工程中得到試用。 1985 年底北京焊條廠在鄭州機械所幫助下正式和英國CPV 公司簽約，從該公司的CORWIRE 工廠引進一條全連軋式的藥芯焊絲生產(chǎn)線，以及相應(yīng)的藥芯配方。該生產(chǎn)線于1987 年到貨。該生產(chǎn)第一批產(chǎn)品5t，于1988年6月正式發(fā)往太原重型機器廠試用。志著我國不能批量生產(chǎn)藥芯焊絲歷史的結(jié)束。 進入90 年代以來，國內(nèi)造船工業(yè)、冶金建設(shè)開始批量使用藥芯焊絲。在市場需求的刺激下，國內(nèi)焊接界迅速掀起一波又一波的藥芯焊絲研制熱和引進藥芯焊絲生產(chǎn)線的浪潮。這個時期是中國藥芯焊絲產(chǎn)業(yè)最關(guān)鍵的時期，奠定了中國藥芯焊絲產(chǎn)業(yè)的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)，并且產(chǎn)生了以天津三英焊業(yè)公司等為代表的國產(chǎn)藥芯焊絲企業(yè)群體。 從1997 年開始我國藥芯焊絲產(chǎn)業(yè)進入穩(wěn)定發(fā)展階段。這個階段的標(biāo)志之一是97 年中國機械工程學(xué)會確定藥芯焊絲為第八次全國會議的熱門議題，引起焊接界更廣泛的重視，僅1997 年一年在會議和雜志上發(fā)表的有關(guān)藥芯焊絲的論文就有20 余篇，推動了藥芯焊絲市場和產(chǎn)業(yè)走上健康發(fā)展的軌道。另一個標(biāo)志是國產(chǎn)藥芯焊絲不僅從質(zhì)量上取得重大突破，從數(shù)量上也大幅度增加。 ①近年來中國藥芯焊絲的市場消費量每年都以超過30%以上的速度遞增。2001年總消費量達到16000t，2002 年將達到2 萬噸左右。 ②近年國產(chǎn)藥芯焊絲產(chǎn)量逐年快速遞增，2001 年總量超過9 000 t ，2002 年達到12000t，年增長率超過30%，市場占有率從95 年的不足10% 上升到2001 年的60%。 ③日本藥芯焊絲在中國市場的霸主地位從98 年以后大幅度下滑，1998 年日本藥芯焊絲在中國的銷售量近3 000 t，1999 年下滑一半以上。其中原因固然有1998 年韓國產(chǎn)品借韓元貶值的機會，擠占了日本的市場份額，更是國產(chǎn)藥芯焊絲產(chǎn)業(yè)崛起的結(jié)果。 1.2拉絲機簡介 近年三英公司和天津大學(xué)共同研制成SYZ——III型軌機和SYL——III型拉絲機。整條生產(chǎn)線包括一臺高速軋機，兩臺高速拉絲機，四臺高速層繞機，設(shè)計產(chǎn)能為4104t/年，生產(chǎn)線采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)，PLC控制。鋼帶進口速度100mm/min，拉絲機出口直徑；最大出線速度850mm/min。 LH9/900型拉絲機采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，PLC控制，并采用多重冷卻進行恒溫控制，拉絲質(zhì)量較穩(wěn)定，斷絲率低，生產(chǎn)效率高，是目前國際同行業(yè)中較先進的拉絲設(shè)備。 1 第2章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1提出問題 LH9/900拉絲機共有9個卷筒，鋼絲要經(jīng)過9次拉拔，每一次的拉拔力矩和拉拔速度均有差異。進絲后的第一個卷筒的拉拔速度最慢，而拉拔力矩最大，為減少設(shè)計工作量，只取第一個卷筒進行強度設(shè)計，其余卷筒只是相應(yīng)的蝸輪蝸桿傳動副傳動比發(fā)生變化，其余尺寸均可保持不變。 設(shè)計LH9/900拉絲機卷筒機構(gòu)，進絲速度v=0.56m/s，最大拉絲轉(zhuǎn)矩T=，拉絲機卷筒直徑定為D=900mm。 由 拉絲轉(zhuǎn)速 2.2傳動路線設(shè)計 傳動共用兩級傳動，先采用一級帶傳動，把電機的轉(zhuǎn)矩傳給工作機，再經(jīng)過一級蝸桿蝸輪傳動，實現(xiàn)大傳動比的減速。蝸輪帶動主軸轉(zhuǎn)動，再將轉(zhuǎn)矩傳給卷筒實現(xiàn)卷絲，如圖1-1。 圖2-1傳動路線示意圖 2.3結(jié)構(gòu)布局設(shè)計 為了讓蝸桿有足夠的潤滑，蝸桿軸水平安裝在下箱體，潤滑油淹至蝸桿下部1/3處，蝸輪水平布置，軸心線垂直，安裝在主軸上。主軸上端安裝卷筒，為了卷筒與主軸聯(lián)接可靠，定心準(zhǔn)確，可在主軸上端安裝卷筒部位，加工一錐度。 因拉絲過程中，鋼絲與卷筒摩擦，會產(chǎn)生大量的熱量，為保證成絲率，減少熱變形，可在卷筒內(nèi)部增加一噴水冷卻系統(tǒng)，在下部加一風(fēng)冷系統(tǒng)。為防止水冷系統(tǒng)的冷卻水進入主軸及蝸輪蝸桿傳動副，就在卷筒與主軸間加一擋水圈，并采取相應(yīng)的密封措施。 上、下箱體和卷筒均可采用砂型鑄造。卷筒因外表面與鋼摩擦，磨損量較大，因此可在相應(yīng)部位車削一定厚度，然后堆焊一層耐磨硬質(zhì)合金。 3 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第3章 設(shè)計計算 3.1 計算功率,分配傳動比 表3-1機械效率 種 類 效 率 帶 傳 動 平帶無壓緊輪的開式傳動 0.98 平帶有壓緊輪的開式傳動 0.97 平帶交叉?zhèn)鲃? 0.90 V帶傳動 0.96 蝸 桿 傳 動 自鎖蝸桿 0.4～0.45 單頭蝸桿 0.7～0.75 雙頭蝸桿 0.75～0.82 三頭和四頭蝸桿 0.8～0.92 圓弧面蝸桿傳動 0.85～0.95 滾動軸承 球軸承（稀油潤滑） 0．98（一對） 滾子軸承（稀油潤滑） 0．98（一對） 查表3-1 V帶傳動效率 深溝球軸承效率 二次包絡(luò)蝸桿傳動效率 圓錐滾子軸承效率 調(diào)心球軸承效率 總效率 電機先取 YP系列變頻調(diào)速三相異步電動機基本技術(shù)條件符合IEC34－1和GB755國際和國家標(biāo)準(zhǔn)。本電機頻率在5－50HZ（或60HZ）范圍內(nèi)作恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速運行，大于50HZ（或60HZ）－100HZ范圍內(nèi)作恒功率調(diào)速運行。電機從低頻到高頻不僅運轉(zhuǎn)平穩(wěn)而且無轉(zhuǎn)矩脈動現(xiàn)象。并且有較低的運行噪聲和較高的起動轉(zhuǎn)矩及較小的起動電流。能與國內(nèi)外各種變頻裝置相配套。從而構(gòu)成交流變頻無級調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)與其它調(diào)速方式相比，具有節(jié)能效果明顯、調(diào)速性能好、調(diào)速比寬、快速響應(yīng)、性能優(yōu)良、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、外觀美觀等優(yōu)點。 查表3-2 取電機YP315M1-8 表3-2 YP系列8極電機50Hz，750r/min 型號 標(biāo)稱功率KW 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)差率% YP132S-8 2.2 6.4 28.0 2.5 4.0 YP132M-8 3 8.5 38.2 YP160M1-8 4 10.8 50.9 3.5 YP160M2-8 5.5 14.5 70.0 YP160L-6 7.5 19 95.5 YP180L-8 11 26 140.1 2.4 YP200L-8 15 35 191.0 1.9 YP225S-8 18.5 40 235.6 1.6 YP225M-8 22 47 280.1 YP280S-8 30 63 382.0 YP280M-8 37 75 471.1 1.3 YP315S-8 45 92 573.0 YP315M1-8 55 110 700.3 0.9 YP315M2-8 75 145 955.0 YP315L-8 90 182 1146.0 YP355M1-8 110 220 1400.7 YP355M2-8 132 265 1680.8 YP355L-8 160 320 2037.3 傳動比分配 V帶傳動副 蝸桿蝸輪傳動副 帶傳動的幾何參數(shù)，本機構(gòu)不做過多考慮 3.2蝸桿蝸輪傳動副幾何參數(shù)計算及其校核 3.2.1承載能力計算 蝸桿轉(zhuǎn)矩 蝸桿傳遞的功率 蝸桿的計算功率 初取中心距 由圖14-4-17查得a=450mm 3.2.2蝸輪蝸桿幾何參數(shù)計算 3.2.2.1 材料選擇 考慮到蝸桿傳動難以保證高的接觸精度，滑動速度較大，以及蝸桿變形等因素，故蝸桿、蝸輪不能同時用硬材料制造，其中之一（通常為蝸桿）應(yīng)該用減摩性良好的軟材料來制造。 蝸輪材料主要有以下幾種：（1）鑄錫青銅，用于和持續(xù)運轉(zhuǎn)的工況；（2）鑄鋁青銅，用于的工況，抗膠合能力差，蝸桿硬度應(yīng)不低于45HRC；（3）鑄鋁黃銅，點蝕強度高，但磨損性能差，宜用于低滑動速度場合；（4）灰鑄鐵和球墨鑄鐵，適用于的工況。 蝸桿材料主要有碳鋼和合金鋼，蝸輪直徑很大時，也可采用青銅蝸桿，蝸輪則用鑄鐵。 表3-3 蝸桿材料及工藝要求 材 料 熱處理 硬度 表面粗糙度Ra/m 40,45,45Gr40GrNi,42SiMn 表面淬火 45HRC-55HRC 1.6-0.8 20Gr,20GrMnTi,12GrNi3A 滲碳淬火 58HRC-63HRC 1.6-0.8 32GrMo,50GrV 滲氮 65HRC-70HRC 3.2-1.6 45,40Gr,40GrNi,42GrMo 調(diào)質(zhì) 6.3 表3-4 蝸輪材料及設(shè)計數(shù)據(jù) 蝸桿材料 力學(xué)性能 設(shè)計數(shù)據(jù) MPa MPa HB % MPa MPa MPa ZCuSn10P1 S 220 130 80 3(12) 88.3 147 265 115 12 （10-1）鑄錫青銅 Li 330 170 90 4 88.3 147 425 190 26 ZCuSn10Zn2 S 240 120 70 12 98.1 152 350 165 12 （10-2）鑄錫青銅 Li 270 140 80 7 98.1 152 430 190 26 ZCuAl10Fe3 S 490 180 100 13 122.6 164 250 400 10 (9-4-4-2)鑄鋁青銅 Li 540 200 110 15 122.6 164 265 500 10 注：1、材料欄中，“Li”離心鑄造，“S”系砂型鑄造。用金屬模鑄造的數(shù)據(jù)一般要比離心鑄造的小一些。 2、本表適用于與淬硬，磨削蝸桿配對的蝸輪傳動。 圖3-1蝸桿傳動功率、傳動比、中心距 蝸桿材料： 40Gr滲氮45HRC～55HRC,表面淬火Ra1.6～Ra0.8 蝸輪材料：鑄錫青銅ZCuSn10Pb1,砂模鑄造 3.2.2.2 基本參數(shù)選擇 普通圓柱蝸桿，雖然制造方便，但是其承載能力和傳動效率相對較低；直廓環(huán)面蝸桿其承載能力是普通圓柱蝸桿的4倍，效率可達0.92，但是其工藝復(fù)雜，蝸桿齒修形技術(shù)難于掌握；用平面盤狀銑刀或平面砂輪在專用機床上按包絡(luò)原理加工蝸桿的螺旋面，并以此螺旋面為母面，按包絡(luò)原理加工出蝸輪齒面，以此組成平面二次包絡(luò)蝸桿傳動，蝸桿表面淬火并磨削可得到較高精度，其傳動效率可達0.97，承載能力與直廓環(huán)面蝸桿承載能力相當(dāng)，故此選用平面二次包絡(luò)蝸桿傳動。 蝸桿頭數(shù)，蝸輪齒數(shù) 查表3-5，蝸桿分度圓直徑d1 取150mm 表3-5 非標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑d1 傳動比 10-20 20-35 蝸桿分度圓直徑d1 (0.48-0.4)a (0.4-0.36)a (0.36-0.33)a (0.33-0.3)a 注：表中a為中心距，當(dāng)a較大時括號內(nèi)取較小值，當(dāng)a較小時括號內(nèi)取較大值 3.2.2.3幾何尺寸計算 蝸輪分度圓直徑 蝸輪端面模數(shù) 徑向間隙 齒頂高 齒根高 蝸桿喉部根圓直徑 校驗： 結(jié)論：合格 蝸桿齒頂圓直徑 蝸桿齒頂圓弧半徑 蝸桿齒根圓弧半徑 蝸輪齒頂圓直徑 蝸輪齒根圓直徑 蝸桿喉部螺旋導(dǎo)程角 齒距角 蝸桿成形圓直徑 括號內(nèi)取 查表3-6，取標(biāo)準(zhǔn)系列值 表3-6 環(huán)面蝸桿傳動基本參數(shù) (mm) 中心距a 第一系列 第二系列 成形圓 直徑 蝸輪喉圓直徑 蝸輪寬度 蝸輪齒頂圓弧半徑 蝸輪最大頂圓直徑 蝸輪喉圓直徑 蝸輪寬度 蝸輪齒頂圓弧半徑 蝸輪最大頂圓直徑 A組 B組 200 348 42 45 350 335 55 50 342 125 140 (225) 392 47 50 305 278 60 55 385 140 160 250 435 55 55 440 420 68 60 430 160 180 (280) 490 60 60 495 475 75 70 478 180 200 320 560 65 70 565 540 85 80 550 200 225 (360) 630 75 75 635 505 95 90 615 225 250 400 700 85 85 705 670 110 100 685 250 280 (450) 790 95 95 798 760 120 110 775 280 320 500 880 105 105 890 840 140 125 855 320 360 (560) 980 120 120 990 940 150 140 955 360 400 630 1100 135 135 1110 1060 170 160 1080 400 450 (710) 1240 150 150 1255 1200 190 175 1230 450 500 800 1400 170 170 1420 1360 210 190 1390 500 560 注：1、一般條件傳動的的基本參數(shù)優(yōu)先按第一系列選取。 2、屬于下列情況之一按第二系列選取，低速重載i<12.5，工作中經(jīng)常過載及L/a>2.5(L為蝸桿的跨度)。 3、直線型環(huán)面蝸桿傳動的值選取A組，平面包絡(luò)弧面蝸桿傳動的值，當(dāng)基本參數(shù)選用第一系列時，選取B組，選用第二系列時，選取A組。 分度圓齒形角 查表3-7，取蝸桿包圍蝸輪齒數(shù) 蝸輪齒數(shù) 30-35 36-42 45-50 54-67 70-80 93 包圍蝸 桿齒數(shù) 4 5 6 7 8 3 3.5 表3-7 蝸桿包圍蝸輪齒數(shù) 蝸桿工作半角 工作起始角 輪齒寬 取b=120mm 蝸桿工作長度 蝸桿螺紋兩側(cè)肩帶寬 取10mm 蝸桿最大齒頂圓直徑 蝸桿最大齒根圓直徑 蝸輪齒頂圓弧半徑 母平面傾斜角 式中： 蝸輪齒距 蝸輪節(jié)圓齒厚 蝸桿副圓周側(cè)隙 蝸桿節(jié)圓齒厚 蝸桿分度圓法向齒厚 蝸輪分度圓法向齒厚 蝸桿弦齒高 蝸輪弦齒高 查表3-8，蝸桿嚙入口修緣值 查表3-9，蝸桿嚙入口修緣長度 查表3-8，蝸桿嚙出口修緣值 蝸桿圓周速度 表3-8 平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的修緣值 傳動比 中 心 距 a 50-125 140-200 225-320 360-500 560-800 900-1250 1400-1600 蝸桿嚙入口修緣值 5-22.4 25-40 45-63 71-90 0.2 0.25 0.3 0.4 0.25 0.3 0.4 0.55 0.3 0.4 0.55 0.7 0.4 0.55 0.7 0.85 0.55 0.7 0.85 1.0 0.7 0.85 1.0 1.2 0.85 1.0 1.2 1.4 注:蝸桿嚙出口的修緣值 表3-9 平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的修緣長度 蝸桿包圍蝸輪齒數(shù) 3、3.5 4 5 6 7 8 嚙入口修緣長度 嚙出口修緣長度 注:表中P-蝸輪齒距，mm 相對滑動速度 查表3-10，當(dāng)量摩擦系數(shù) 表3-10 鋼蝸桿和青銅蝸輪間的當(dāng)量摩擦系數(shù)及當(dāng)量摩擦角 0.01 0.1 0.25 0.5 1.0 1.5 2.0 0.10-0.12 0.08-0.09 0.065-0.075 0.055-0.065 0.045-0.055 0.04-0.05 0.035-0.045 2.5 3 4 7 10 15 0.03-0.04 0.028-0.035 0.023-0.03 0.018-0.026 0.016-0.024 0.014-0.020 注:1.對于經(jīng)過滲碳、磨削和拋光、HRC>45的蝸桿，當(dāng)有良好潤滑時，應(yīng)取上述范圍內(nèi)小值。 2.對于ZC型蝸桿傳動，表中系數(shù)應(yīng)乘以0.75-0.85。 3.2.3 蝸桿蝸輪副的校核 3.3.1齒面接觸疲勞強度驗算 許用接觸應(yīng)力 轉(zhuǎn)速系數(shù) 壽命系數(shù) 接觸疲勞強度極限<蝸輪材料及設(shè)計數(shù)據(jù)> 接觸疲勞強度最小安全系數(shù)取1.3 最大接觸應(yīng)力 彈性系數(shù) 根據(jù)蝸桿蝸輪副材料 查《》<蝸輪材料及設(shè)計數(shù)據(jù)> 查表3-11，使用系數(shù) 查圖3-2，接觸系數(shù) 合格 圖3-2 接觸系數(shù) I—用于ZI型蝸桿（ZA、ZN型也適用）； II—用于ZC型蝸桿。 表3-11 使用系數(shù) 動力機工作特性 工作機工作特性 均勻平穩(wěn) 輕微沖擊 中等沖擊 嚴重沖擊 均勻平穩(wěn) 輕微沖擊 中等沖擊 嚴重沖擊 1.00 1.10 1.25 1.50 1.25 1.35 1.50 1.75 1.50 1.60 1.75 2.0 1.75 1.85 2.0 注：對于增速傳動，建議取表值的1.1倍；當(dāng)外部機械與齒輪裝置之間撓性聯(lián)接，值可適當(dāng)減小。 3.2.3.2輪齒彎曲疲勞強度驗算 齒根彎曲疲勞極限 彎曲疲勞強度最小安全系數(shù) 自取 許用彎曲疲勞應(yīng)力 輪齒最大彎曲應(yīng)力 3.2.3.3蝸桿軸撓度驗算 當(dāng)蝸桿軸的嚙合部位受力后，將使軸產(chǎn)生撓曲。撓曲量過大勢必影響嚙合狀況，從而造成局部偏載甚至導(dǎo)致干涉。因此必須對其撓度進行校核。 材料彈性模量 軸慣性矩 允許蝸桿撓度 蝸桿軸撓度 合格 3.2.3.4溫度計算 蝸桿傳動效率一般比齒輪傳動和其它幾種機械傳動都要低，工作時會產(chǎn)生較多的熱量。閉式箱體若散熱條件不足，則易于造成潤滑油溫度過高而導(dǎo)致使用壽命降低，甚至有使蝸桿副發(fā)生膠合的危險。此處卷筒機構(gòu)，為保證成絲率（單位生產(chǎn)量內(nèi)的斷絲次數(shù)），即要求各部熱變形小。因此，必須對蝸桿傳動進行溫度計算。 傳動嚙合效率 攪油效率 軸承效率 T2實際轉(zhuǎn)矩 總效率 散熱面積估算 箱體工作溫度 取 為了控制蝸輪蝸桿副在許用工作溫度范圍內(nèi)工作，應(yīng)采用浸油潤滑，并在潤滑油內(nèi)布置蛇開脫冷卻水管，進行恒溫控制。 3.3 蝸桿軸的校核計算 軸的強度計算主要有三種方法：許用切應(yīng)力計算；許用彎曲應(yīng)力計算；安全系數(shù)校核計算。 許用切應(yīng)力計算只需要知道轉(zhuǎn)矩的大小，方法簡便，便計算精度低。它主要用于下列情況：（1）傳遞以轉(zhuǎn)矩為主的傳動軸；（2）初步估算軸徑以便進行結(jié)構(gòu)設(shè)計；（3）不重要的軸。 許用彎曲應(yīng)力計算必須知道作用力的大小和作用點的位置、軸承跨度、各段軸徑等參數(shù)。為此，常先按轉(zhuǎn)矩估計軸徑并進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計后，即可畫出軸的彎矩合成圖，然后計算危險截面的最大彎曲應(yīng)力。它主要用于計算一般重要和、彎扭復(fù)合的軸，計算精度中等。 安全系數(shù)校核計算也要在結(jié)構(gòu)設(shè)計后進行，不僅要定出軸的各段直徑，而且要定出過渡圓角、軸轂配合、表面粗糙度等細節(jié)。它主要用于重要的軸，計算精度較高，但計算較復(fù)雜，且需要有足夠的資料才能進行。安全系數(shù)校核計算能判斷各危險截面的安全程度，從而改善各薄弱環(huán)節(jié)，有利于提高軸的疲勞強度。 一般轉(zhuǎn)軸按許用彎曲應(yīng)力計算已足夠可靠。強度計算不能滿足要求時，應(yīng)修改結(jié)構(gòu)設(shè)計，兩者相互配合、交叉進行。 3.3.1 材料選擇、結(jié)構(gòu)草繪 3.3.1.1 材料選用 為滿足蝸桿輪齒要求，選用40Gr 3.3.1.2 軸結(jié)構(gòu)草繪 估算軸最小直徑 查表3-12， C=106 表3-12 軸強度計算公式中的系數(shù)C 軸的材料 Q235,20 Q255,Q275,35 45 40Cr,38SiMnMo等① 12 15 20 25 30 35 40 45 52 160 148 135 125 118 112 106 102 98 考慮到同系列多件制造，且該軸跨度較大考慮剛強問題，取 畫出蝸桿軸的結(jié)構(gòu)布局草圖 圖3-3 a、 V帶輪寬238mm，軸應(yīng)短5mm，以便安裝擋板固定； b、 帶輪右傾到箱體左傾距為90mm，留出層端蓋厚28mm，留3mm的安裝余量， 長65mm； c、為兩個軸承寬度再加30mm，得總長110mm； d、長； e、箱體內(nèi)側(cè)到蝸桿回轉(zhuǎn)中心350mm，蝸桿工作長204.5mm； f、右端長為軸承寬 g、M15長取60mm。 軸承初選：左端用6326#，右端用31324# 3.3.2 蝸桿的受力分析及強度校核 2.3.2.1 蝸桿受力分析 計算帶傳動作用在軸上的力 已知帶傳動包角,9根窄V帶 帶速V 張緊力 查表3-12，取包角系數(shù) 查表3-13，工作情況系數(shù) 表3-13 包角系數(shù) 包角α 180° 170° 160° 150° 140° 130° 120° V帶 1．00 0．98 0．95 0．92 0．89 0．86 0．82 平帶 1．00 0．97 0．94 0．91 0．88 0．85 0．82 包角α 110° 100° 90° 80° 70° V帶 0．78 0．74 0．69 0．64 0．58 平帶 0．72 0．67 0．62 0．56 0．50 軸上載荷 表3-14 工作情況系數(shù) 工作機載荷性質(zhì) 動力機（一天工作時數(shù)，h） Ⅰ類 Ⅱ類 ≤10 10-16 >16 ≤10 10-16 >16 工作平穩(wěn) 1 1．1 1．2 1．1 1．2 1．3 載荷變動小 1．1 1．2 1．3 1．2 1．3 1．4 載荷變動較大 1．2 1．3 1．4 1．4 1．5 1．6 沖擊載荷 1．3 1．4 1．5 1．5 1．6 1．8 Ⅰ類——直流電機，Y系列三相異步電機、汽輪機、水輪機； Ⅱ類——交流同步電機、交流異步滑環(huán)電機、內(nèi)燃機、蒸汽機。 3.3.2.2 計算支承反力 水平面(xy)反力 垂直面(xz)反力 許用應(yīng)力 用插入法查表3-15，得 應(yīng)力校正系數(shù) 表3-15 轉(zhuǎn)軸和心軸的許用彎曲應(yīng)力 材料 σB 碳素鋼 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 合金鋼 800 270 130 75 1000 330 150 90 鑄鋼 400 100 50 30 500 120 70 40 式中α是根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)。對于不變的轉(zhuǎn)矩取；對于脈動的轉(zhuǎn)矩??；對于對稱循環(huán)的轉(zhuǎn)矩取α=1。、和分別為材料在靜、脈動循環(huán)和對稱循。 蝸桿結(jié)構(gòu)簡圖 蝸桿軸受力簡圖 水平受力圖 垂直受力圖 水平彎矩圖 垂直彎矩圖 合成彎矩圖 轉(zhuǎn)矩圖，軸所受轉(zhuǎn)矩 當(dāng)量彎矩圖 圖3-4 當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 當(dāng)量彎矩 在蝸桿工作面中間截面處 在左端軸承中間截面處 校核軸徑 3.4 主軸的校核計算 3.4.1 材料的選用及結(jié)構(gòu)草繪 2.4.1.1 選用45鋼調(diào)質(zhì) HB240~HB270 2.4.1.2 結(jié)構(gòu)布局草繪 查表3-12，估算軸最小直徑C=106 取170mm 軸承初選 左端處主要受軸向力，選用30236# 右端選用23044# 3.4.2 主軸受力分析及強度校核 求支反力 許用應(yīng)力 用插入法查表3-15，得 應(yīng)力校正系數(shù) 畫當(dāng)量彎矩圖 當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 主軸結(jié)構(gòu)簡圖 主軸受力示意圖 水平受力圖 垂直受力圖 水平彎矩圖 垂直彎矩圖 合成彎矩圖 轉(zhuǎn)矩圖，軸所受轉(zhuǎn)矩 當(dāng)量彎矩圖 圖3-5 當(dāng)量彎矩 在主軸中間截面處 在主軸中間截面處 校核軸徑 可將軸徑改為 改為 右端軸承改用23040# 3.5軸承的校核 與滑動軸承相比滾動軸承有下列優(yōu)點：（1）在一般工作條件下，摩擦阻力大體和液體動力潤滑軸承相當(dāng)，比混合潤滑軸承小很多倍。（2）徑向游隙比較小，向心角接觸軸承可用預(yù)緊方法消除游隙，運轉(zhuǎn)精度高。（3）對于同軸徑的軸頸，滾動軸承的寬度比滑動軸承小，可使機器的結(jié)構(gòu)緊湊。（4）大多數(shù)滾動軸承能同時受徑向和軸向載荷，故軸承組合結(jié)構(gòu)簡單。（5）消耗潤滑劑少，便于密封，易于維護。（6）不需要用有色金屬，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，成批生產(chǎn)，成本較低。 轉(zhuǎn)速高、載荷較小、要求旋轉(zhuǎn)精度高時宜選用球軸承；轉(zhuǎn)速低、載荷較大或有沖擊載荷時則選用滾子。 軸上同時受徑向和軸向聯(lián)合載荷，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；若徑向載荷較大、軸向載荷較小，可選用深溝球軸承；而當(dāng)軸向載荷較大、徑向載荷較小時，可采用推力角接觸球軸承、四點接觸球軸承或選用推力球軸和深溝球軸承的組合結(jié)構(gòu)。 各類軸承使用時內(nèi)、外圈間的傾斜角應(yīng)控制在允許偏斜值之內(nèi)，否則會增在軸承的附加載荷而降低壽命。 為了便于安裝拆卸和調(diào)整常選用內(nèi)、外可分離的分離型軸承。 另外選擇軸承時還應(yīng)考慮經(jīng)濟性。 3.5.1 蝸桿不受推力端軸承 不受推力，為消除蝸桿徑向跳動，固選用深溝球軸承d=130mm，徑向載荷 因徑向載荷較大，可采用一對深溝球軸承共同承擔(dān) 轉(zhuǎn)速 壽命 查表3-16，試選軸承6326#，材料采用電溶渣冶金，值可提高1.7倍。 表3-16 深溝球軸承基本尺寸與數(shù)據(jù) 基本尺寸\mm 安裝尺寸\mm 基本額定載荷/KN 極限轉(zhuǎn)速r/min 軸承代號 d D B 脂 油 6000型 120 150 165 180 180 215 260 16 22 19 28 40 55 125 127 128 130 132 134 145 158 174 170 203 246 1 1 1 2 2.1 2.5 28.9 55.0 58.8 87.5 155 228 32.9 56.9 60.4 79.2 731 208 3400 3200 3000 3000 2600 2200 4300 4000 3800 3800 3400 2800 61824 61924 61024 6024 6224 6324 130 165 180 200 200 230 280 18 24 22 33 40 58 137 139 137 140 144 146 156 171 193 190 216 262 1 1.5 1 2 2.5 3 37.9 65.1 79.7 105 163 253 12.9 67.2 79.2 96.8 148 242 3200 3000 2800 2800 2400 2000 4000 3800 3600 3600 3200 2600 61826 61926 61026 6026 6226 6326 140 175 190 210 210 250 300 18 24 22 33 42 62 147 149 147 150 154 158 168 183 203 200 236 282 1 1.5 1 2 2.5 3 38.2 66.6 82.1 116 179 275 44.3 71.2 85 108 167 272 3000 2800 2400 2400 2000 1900 3800 3600 3200 3200 2800 2400 61828 61928 61028 6028 6228 6328 注：表中值適用于軸承為真空脫氣軸承鋼材料，若為普通電爐鋼，值降低，若為真空重熔或電渣重熔軸承鋼，值提高。 該軸承只承受徑向載，故 查表2-19、2-20、2-21、2-22 軸承，故選取合適 軸承壽命校核 式中：P—當(dāng)量動載荷，N；—基本額定壽命，常以小時為單位；—壽命指數(shù)，球軸承為3，滾子軸承為10/3。 校核軸承額定載荷 取 故選取6326#軸承滿足要求。 3.5.2 蝸桿受推力端軸承 在蝸桿推力端，為了承受較大的軸向力，采用一對背對背安裝的圓錐滾子軸承d=120mm 壽命 查表3-17，試選軸承31324# d=120mm 計算系數(shù) e=0.83 Y=0.7 查表2-19、2-20、2-21、2-22 壽命校核 故31324#軸承滿足要求。 3.5.3 主軸下端軸承 主軸下端因所受軸向力和徑向力均較小，故可采用一單列圓錐滾子軸承d=180mm 壽命 查表3-17，試選軸承30236# d=180mm 計算系數(shù)e=0.45 Y=1.3 表3-17 圓錐滾子軸承基本尺寸與數(shù)據(jù) 基本尺寸 計算系數(shù) 基本額定載荷/KN 極限轉(zhuǎn)速r/min 軸承代號 d D T B C e Y 脂 油 3000型 120 165 180 180 180 200 215 215 260 260 260 29 38 38 48 62 43.5 61.5 59.5 68 90.5 29 36 38 48 62 40 58 55 62 86 23 31 29 38 48 34 50 46 42 69 0.35 0.37 0.46 0.31 0.40 0.44 0.44 0.35 0.83 0.35 1.7 1.6 1.3 2 1.5 1.4 1.4 1.7 0.7 1.7 1 0.9 0.7 1.1 0.8 0.8 0.8 1 0.4 1 172 198 242 298 448 338 478 562 535 825 318 338 405 535 778 482 758 745 725 1230 1800 1700 1700 1700 1600 1500 1500 1300 1300 1300 2400 2200 2200 2200 2000 1900 1900 1700 1700 1700 32924 32024 X2 32024 33024 33124 30224 32224 30324 31324 32324 130 180 180 200 200 200 230 230 280 280 32 32 45 45 55 43.75 67.75 63.75 72 30 32 42 45 55 40 64 58 66 26 25 36 34 43 34 54 49 44 0.27 0.34 0.35 0.43 0.34 0.44 0.44 0.35 0.83 2.2 1.8 1.7 1.4 1.8 1.4 1.4 1.7 0.7 1.2 1 0.9 0.8 1 0.8 0.8 1 0.4 142 205 242 335 400 365 552 640 592 260 380 418 568 728 520 888 855 805 1700 1700 1600 1600 1600 1400 1400 1100 1100 2200 2200 2000 2000 2000 1800 1800 1500 1500 32026 X2 32926 32026 X2 32026 33026 30226 32226 30326 31326 170 230 230 260 260 310 310 360 38 38 57 57 57 91 80 36 38 54 57 52 86 72 31 30 46 43 43 71 62 0.28 0.38 0.31 0.44 0.44 0.44 0.35 2.1 1.6 1.9 1.4 1.4 1.4 1.7 1.2 0.9 1.1 0.7 0.8 0.8 1 222 280 385 520 590 968 995 418 560 728 920 865 1640 1370 1200 1200 1100 1100 1000 1000 850 1600 1600 1500 1500 1300 1300 1100 32934 X2 32934 32034 X2 32034 30234 32234 30334 180 250 280 280 320 320 380 45 64 64 57 91 83 45 60 64 52 86 75 34 52 48 43 71 64 0.48 0.4 0.42 0.45 0.45 0.35 1.3 1.5 1.4 1.3 1.3 1.7 0.7 0.8 0.8 0.7 0.7 1 340 502 640 610 998 1090 708 890 1150 912 1720 1500 1100 1000 1000 900 900 900 1500 1400 1400 1200 1200 1100 32936 32036 X2 32036 30236 32236 30336 190 260 260 290 290 340 340 45 45 64 64 60 97 42 45 60 64 55 92 36 34 52 48 46 75 0.38 0.48 0.29 0.44 0.44 0.44 1.6 1.3 2.1 1.4 1.4 1.4 0.9 0.7 1.1 0.8 0.8 0.8 292 360 502 652 698 1120 580 740 932 1180 1030 1900 1000 1000 950 950 850 850 1400 1400 1300 1300 1100 1100 32938 X2 32938 32038 X2 32038 30238 32238 注：表中值適用于軸承為真空脫氣軸承鋼材料，若為普通電爐鋼，值降低，若為真空重熔或電渣重熔軸承鋼，值提高 查表2-19、2-20、2-21、2-22 壽命校核 故30236軸承滿足要求。 表3-18 調(diào)心滾子軸承基本尺寸與數(shù)據(jù) 基本尺寸\mm 安裝尺寸\mm 計算系數(shù) 基本額定載荷/KN 軸承代號 d D B e Y1 Y2 Y0 圓柱孔 190 290 290 290 290 320 320 320 340 340 400 75 75 75 100 104 104 128 92 120 132 202 202 202 202 204 204 204 208 208 212 278 278 278 278 306 306 306 322 322 378 2.1 2.1 2.1 2.1 2.5 2.5 2.5 3 3 4 0.25 0.23 0.23 0.31 0.33 0.30 0.37 0.29 0.33 0.36 2.7 2.9 2.9 2.2 2.0 2.2 1.8 2.3 2.0 1.8 4.0 4.4 4.3 3.3 3.0 3.3 2.7 3.5 3.0 2.7 2.6 2.8 2.8 2.1 2.0 2.2 1.8 2.3 2.0 1.8 555 745 755 975 788 1200 1410 818 14501390 1230 1350 1380 1910 1830 2120 2590 1510 2490 2530 23038 23038C/W33 23038CC/W33 24038CC/W33 23138 23138CC/W33 24138CC /W33 22238 23238CC/W33 22338 200 310 310 310 340 340 340 360 360 420 82 82 109 112 112 140 98 128 138 212 212 212 214 214 214 218 218 222 298 298 298 326 326 326 342 342 398 2.1 2.1 2.1 2.5 2.5 2.5 3 3 4 0.25 0.24 0.32 0.34 0.31 0.38 0.29 0.34 0.38 2.7 2.8 2.1 2.0 2.2 1.8 2.3 2.0 1.8 4.0 4.2 3.2 3.0 3.0 2.6 3.4 3.0 2.7 2.6 2.6 2.1 2.0 2.2 1.7 2.3 2.0 1.7 580 890 1120 910 1380 1580 920 1610 1490 1300 1550 2220 2010 2460 2950 1740 2790 2720 23040 23040CC/W33 24040CC/W33 23140 23140CC/W33 24140CC/W33 22240 23240CC/W33 22340 注：表中值適用于軸承為真空脫氣軸承鋼材料，若為普通電爐鋼，值降低，若為真空重熔或電渣重熔軸承鋼，值提高 3.5.4 主軸上端軸承 主軸上端軸承，為了消除安裝誤差，且徑向力較大，故采用調(diào)心滾子軸承d=200mm 查表3-18，試選軸承23040# d=200mm 該軸承只承受徑向載，故 查表2-19、2-20、2-21、2-22 壽命校核 故選23040軸承滿足要求。 表3-19 壽命系數(shù) 30000 31000 32000 33000 34000 35000 36000 37000 38000 39000 球軸承 3.91 3.96 4.00 4.04 4.08 4.12 4.16 4.20 4.24 4.27 滾動軸承 3.42 3.45 3.48 3.51 3.55 3.58 3.61 3.64 3.67 3.70 表3-20 轉(zhuǎn)速系數(shù)n 轉(zhuǎn)速n 10 11 12 13 14 350 360 370 380 390 球軸承 1.494 1.447 1.406 1.369 1.335 0.457 0.452 0.448 0.444 0.441 滾動軸承 1.435 1.395 1.359 1.326 1.297 0.494 0.490 0.486 0.482 0.478 表3-21 載荷系數(shù) 無沖擊或微沖擊 1.0-1.2 電機、汽輪機、通風(fēng)機、水泵 中等沖擊 1.2-1.8 車輛、機床、起重機、冶金設(shè)備、內(nèi)燃機 強大沖擊 1.8-3.0 碎石機、軋鋼機、石油鉆機、振動篩 表3-22 溫度系數(shù) 工作溫度 <120 125 150 175 200 225 250 300 溫度系數(shù) 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.60 29