步進(jìn)式推鋼機(jī)設(shè)計【9張CAD圖紙及說明書全套】【YC系列】

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第七章 軸系零部件 28 7 1 軸的設(shè)計 28 7 1 1 概述 28 7 1 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 29 7 1 3 軸的強(qiáng)度計算 31 7 2 軸承的選擇與計算 34 7 2 1 概述 34 7 2 2 滾動軸承的類型和選擇 35 7 2 3 滾動軸承的受載情況和失效形式 36 7 2 4 滾動軸承的壽命計算 37 7 3 鍵的設(shè)計與校核 39 7 4 聯(lián)軸器的設(shè)計計算 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 上料臺架上的鋼坯推入加熱爐進(jìn)行二次加熱過程 本設(shè)計選用了機(jī)械式推鋼機(jī) 在推 鋼機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計上主要采用的結(jié)構(gòu)形式 該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單 整體尺寸適中 傳動效 率高 維修方便 造價較低的優(yōu)點 在本設(shè)計中主要對推鋼機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和理論 計算 并著重對傳動機(jī)構(gòu)做了詳細(xì)的分析設(shè)計 關(guān)鍵詞 推鋼機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計 理論計算 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)的自動化控制設(shè)備和計算機(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)的自動化 控制技術(shù)和計算機(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)計包括了軋制工藝過程和自動化控制系統(tǒng)及推鋼機(jī)的設(shè)計 并重點針對推鋼機(jī) 進(jìn)行了設(shè)計計算 具體包括軋制工藝過程和自動化控制簡介 推鋼機(jī)的分類 結(jié)構(gòu)和 工作原理 電動機(jī)的選用 減速器的選用 傳動方式和傳動裝置設(shè)計 軸系零件 包 括軸 軸承 聯(lián)軸器 鍵 設(shè)計 并對傳動機(jī)構(gòu)和關(guān)鍵軸進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度校核 其中傳動方案的設(shè)計與擬定是設(shè)計的首要任務(wù) 決定了傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計 在綜合比 較了各種傳動方案的優(yōu)缺點以及推鋼機(jī)本身的技術(shù)要求后 最后選定齒輪齒條傳動作 為主要傳動機(jī)構(gòu) 該傳動機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單 整體尺寸較小 傳動效率高 維修方便 造價較低的優(yōu)點 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算包括傳動的設(shè)計 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)計計算 軸系零部件的設(shè)計計算包括齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核 軸承的選擇 鍵的設(shè)計和校 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現(xiàn)對產(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)計與實施 設(shè)計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)計時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控制 軋鋼機(jī)工藝過程的自動控制是用電子計算機(jī)來實現(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 才能實現(xiàn)軋鋼過程的自動控制 1 軋制過程數(shù)學(xué)模型 軋制過程計算機(jī)控制的基礎(chǔ)是軋制過程的數(shù)學(xué)模型 對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 必須用實測的軋制過程中的各參數(shù)的實際數(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) 通過各種傳感器實時監(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過程進(jìn)行分析 還必 須滿足在線控制的實時性要求 7 2 計算機(jī)控制所需的傳感器和儀表 如前所述 計算機(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 3 板厚自動控制 AGC 為提高板材質(zhì)量 70年代研制出了計算機(jī)控制的板厚自動控制裝置 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 4 熱帶鋼連軋機(jī)計算機(jī)控制實例 目前國際上計算機(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現(xiàn)計算機(jī)控制 其計算機(jī)功能分為在線監(jiān)測和自動控制兩大部分 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)備來實現(xiàn)的 軋鋼設(shè)備能否正常運行會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)把齒輪齒條傳動和液壓傳動相結(jié)合 形成了液壓齒條式 它們各自有自 身的特點 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 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 需要把箱體層層拆分開 1 2 3 設(shè)計中應(yīng)注意的幾點事項 1 推力的計算 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為滑動摩擦系數(shù) f 0 2 1 摩擦系數(shù)的大小對推力產(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 鋼坯溫度對摩擦系數(shù)的影響為 常溫時 f 0 2 300 C時 f 0 3 400 C一500 C時 f 0 4 0 5 600 C 一800 C時 f 0 6 0 8 大于800 C時 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)量計算出各段所需推力 最后相加 對于有些加熱爐來說 爐底是傾斜的 這時還應(yīng)考慮到鋼坯重力的分力對推力的 影響 2 齒輪選擇 推鋼機(jī)屬于低速重載 繁忙使用 齒輪齒條屬于重點零件 要通過計算 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)計要優(yōu)化 避免出現(xiàn)膠合 點蝕 甚至 斷齒等現(xiàn)象 3 推桿結(jié)構(gòu) 推桿工作中會受到齒條推力 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的空載時間 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)有慢速推鋼電動機(jī)和 快速返回電動機(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寬度 用吊車上料時 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 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 傳動方案的分析與擬定 2 1 傳動方案的分析 2 1 1 常用的傳動類型及其特點 1 帶傳動 帶傳動傳遞的功率不大 可用于中小功率 機(jī)構(gòu)尺寸比其他傳動類型大 但傳動平穩(wěn) 能緩沖吸收沖擊振動 由于摩擦產(chǎn)生靜電 不適用于有瓦斯及煤塵等爆 炸危險的場合 常用于高速級傳動中 2 鏈傳動 鏈傳動的瞬時傳動比是變化的 且具有沖擊振動 故不適用于高速傳動 和傳動比要求準(zhǔn)確的場合 一般多用于低速級傳動及傳動比要求不太嚴(yán)格的場合 3 齒輪傳動 齒輪傳動瞬時傳動比不變 且效率高 體積小 是在傳動中使用最多 的一種傳動件 直齒圓柱齒輪的設(shè)計加工容易 但速度高時有噪音 故多用于減速器 低速級中 亦可用于高速級但噪音大 斜齒圓柱齒輪傳遞運動平穩(wěn) 噪音小 承載能 力高 故多用在減速器中高速級上 低速級上也可以使用 人字齒輪基本上與斜齒輪 相同 它對軸承不產(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上 如用弧齒錐齒輪時噪音小 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 4 蝸桿傳動 蝸桿傳動傳動速比大 傳遞運動平穩(wěn) 但效率低 消耗有色金屬 因 此普通圓柱面蝸桿傳動適用于中小功率 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)械傳動系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)注意的事項 1 在滿足傳動要求的情況下 應(yīng)盡量使機(jī)構(gòu)的數(shù)目減少 使傳動鏈短 這樣可以提 高機(jī)械效率 減低生產(chǎn)成本 2 當(dāng)機(jī)械傳動系統(tǒng)的總傳動比較大而采用多級傳動時 應(yīng)合理分配各傳動機(jī)構(gòu)的傳 11 動比 傳動比的分配原則時使總的體積小和發(fā)揮各類傳動機(jī)構(gòu)本身的優(yōu)勢 3 合理安排傳動機(jī)構(gòu)的次序 當(dāng)總傳動比 時 要考慮多級傳動 如有帶傳動時 8 一般將帶傳動放置在高速級 如采用不同類型的齒輪機(jī)構(gòu)組合 圓錐齒輪傳動和蝸桿 傳動一般放置在高速級 鏈傳動一般不宜放在高速級 4 在滿足傳遞要求的前提下 應(yīng)盡量采用平面?zhèn)鲃訖C(jī)構(gòu) 使制造 組裝 維修更加 方便 5 在對傳動系統(tǒng)的尺寸的要求較小時 可采用行星輪系機(jī)構(gòu) 2 2 傳動方案的擬訂 根據(jù)設(shè)計要求 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 綜合考慮以上傳動類型的特點和推鋼機(jī)的設(shè)計要求 現(xiàn)選用齒輪齒條傳動和開式齒 輪傳動 并采用減速器與電動機(jī)相連接 綜合以上方案的優(yōu)點 具體傳動方案如下圖所示 12 電動機(jī)經(jīng)減速器和機(jī)構(gòu)減速后 由機(jī)構(gòu)將軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為推桿的往復(fù)運動 將鋼坯以 額定速度推入加熱爐 第三章 電動機(jī)的選擇計算 3 1 概述 電機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(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)動轉(zhuǎn)矩 作為用電器或各種機(jī)械的動力源 3 1 1 常用電動機(jī)的種類 1 按工作電源分類 根據(jù)電動機(jī)工作電源的不同 可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī) 其中交流電動機(jī)還分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī) 2 按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動機(jī) 異步電動 機(jī)和同步電動機(jī) 同步電動機(jī)還可分為永磁同步電動機(jī) 磁阻同步電動機(jī)和磁滯同布 電動機(jī) 異步電動機(jī)可分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī) 感應(yīng)電動機(jī)又分為三相 異步電動機(jī) 單相異步電動機(jī)和罩極異步電動機(jī)等 交流換向器電動機(jī)又分為單相串 勵電動機(jī) 交直流兩用電動機(jī)和推斥電動機(jī) 直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無 刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī) 有刷直流電動機(jī)可分為永磁直流電動機(jī)和電磁直流 電動機(jī) 電磁直流電動機(jī)又分為串勵直流電動機(jī) 并勵直流電動機(jī) 他勵直流電動機(jī) 和復(fù)勵直流電動機(jī) 永磁直流電動機(jī)又分為稀土永磁直流電動機(jī) 鐵氧體永磁直流電 動機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī) 3 按起動與運行方式分類 電動機(jī)按起動與運行方式可分為電容起動式單相異步電 動機(jī) 電容運轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī) 電容起動運轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)和分相式單相異 步電動機(jī) 4 按用途分類 電動機(jī)按用途可分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī) 驅(qū)動用電動機(jī) 又分為電動工具 包括鉆孔 拋光 磨光 開槽 切割 擴(kuò)孔等工具 用電動機(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) 電動剃須刀等 用電動機(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 用電動機(jī) 控制用電動機(jī)又分為步進(jìn)電動機(jī) 和伺服電動機(jī)等 5 按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類 電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動機(jī) 舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠 籠型異步電動機(jī) 和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī) 舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機(jī) 6 按運轉(zhuǎn)速度分類 電動機(jī)按運轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機(jī) 低速電動機(jī) 恒速電動 機(jī) 調(diào)速電動機(jī) 低速電動機(jī)又分為齒輪減速電動機(jī) 電磁減速電動機(jī) 力矩電動機(jī) 和爪極同步電動機(jī)等 調(diào)速電動機(jī)除可分為有級恒速電動機(jī) 無級恒速電動機(jī) 有級 變速電動機(jī)和無級變速電動機(jī)外 還可分為電磁調(diào)速電動機(jī) 直流調(diào)速電動機(jī) PWM 變頻調(diào)速電動機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī) 3 1 2 電動機(jī)選擇時的注意事項 1 如果電動機(jī)功率選的過小 就會出現(xiàn) 小馬拉大車 現(xiàn)象 造成電動機(jī)長期過載 使其絕緣因發(fā)熱而損壞 甚至電動機(jī)被燒壞 2 如果電動機(jī)功率選的過大 就會出現(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 不但對用戶和電網(wǎng)不利 而且還會造成電能浪 費 3 2 電動機(jī)的選擇計算 3 2 1 選擇電動機(jī)的類型和機(jī)構(gòu)型式 在交流電動機(jī)中 三相異步電動機(jī)在工業(yè)中廣泛應(yīng)用 常用的 Y 系列三相異步電動 機(jī)屬于一般用途的全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機(jī) 其結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 啟 動性能好 價格低廉 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 也適用于某些對啟動轉(zhuǎn)矩有較高要求的機(jī)械 如壓縮機(jī)等 經(jīng)常啟動 制動和反轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備要求電動機(jī)具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和較大的過載 能力 應(yīng)選用起重的冶金用的三相異步電動機(jī)電動機(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)運動 需要頻繁快速啟動和反轉(zhuǎn) 故選用 YZR 型電動機(jī) 14 3 2 2 選擇電動機(jī)的容量 3 2 2 1 電動機(jī)的選擇 1 電動機(jī)類型選擇 選擇電動機(jī)的類型為三相異步電動機(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機(jī) YS 系列 2 電動機(jī)容量選擇 1 推頭運動的速度 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 電動機(jī)到工作機(jī)主動軸之間的總效率 0 5172 42135 兩級圓錐圓柱齒輪減速器傳動效率取 0 95 行星圓柱齒輪減速效率取 0 962 滾動軸承效率取 0 99 3 聯(lián)軸器效率取 0 9924 電動機(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 由于在運行過程中速度會發(fā)生變化 所以選擇 YS6314 型三相異步電動機(jī) 其功率為 120W 效率為 0 6 轉(zhuǎn)速為 1400r mim 3 2 2 2 傳動裝置總傳動比的計算和各級傳動比的分配 1 傳動裝置的總傳動比 140 875dwin 2 分配各級傳動比 15 由于高速級為圓錐齒輪其傳動比應(yīng)該小一些 低速級為圓柱齒輪傳動比可以選 擇的大一些 所以取 12 5i 24 8i 這樣行星輪的傳動比為 346i 3 行星輪齒數(shù)分別是 z1 145 z2 20 z3 146 z2 20 3 2 2 3 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 1 各軸的轉(zhuǎn)速 從高速級到低速級一次為 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 將計算結(jié)果匯總列表如下 項目 高速級軸 軸 1 中間軸 軸 2 低速級軸 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 傳動比 2 5 4 8 第四章 傳動零件的設(shè)計計算 4 1 圓柱齒輪傳動的設(shè)計 主要參照教材 機(jī)械設(shè)計 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 材料及齒數(shù) 1 運輸機(jī)為一般工作機(jī)器 速度不高 故選用 7 級精度 GB10095 88 2 材料選擇 由 機(jī)械設(shè)計 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)度計算按下式設(shè)計計算 3 2211 t HEtdKTZu 1 確定公式內(nèi)的各計算數(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)計計算 1 按式計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 18 3 cos由彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式 設(shè)計nm cos2123FSadYZKT 1 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 1 計算載荷系數(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)計計算 1 計算模數(shù) 19 3 2221 75890 cos140 1 5936nmm 對比計算結(jié)果 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的法面模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算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 來計算應(yīng)有的齒數(shù) 1 4 幾何尺寸計算 1 計算中心距 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 計算大 小齒輪的分度圓直徑 d 59 14123 5cos14nzm m d 282 8620 n 4 計算齒輪寬度 B 159 4 1m 26B 4 2 圓錐齒輪傳動設(shè)計 主要參照教材 機(jī)械設(shè)計 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 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 級精度 GB10095 88 2 材料選擇 由 機(jī)械設(shè)計 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 設(shè)計計算公式 32122 9 0 5 EFRZKTu 1td 1 確定公式內(nèi)的各計算值 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)計計算 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 計算圓周速度 V m s17 950 3760601tn 3 計算載荷系數(shù) 系數(shù) 1 根據(jù) V 0 0037m s 7 級精度查圖表 圖 10 8 得AK 動載系數(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 計算模數(shù) M 1 79z4m 3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計 設(shè)計公式 m 3124 0 5 FaSRYKTzu 1 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 1 計算載荷系數(shù) 1 1 035 1 1 875 1 94AVF 2 計算當(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 圖 10 18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) K 0 84 K 0 871FN2FN 6 計算彎曲疲勞許用應(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)計計算 2 設(shè)計計算 32241 936570 11 724 4mm 取 M 2mm 對比計算結(jié)果 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算 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1m 算應(yīng)有的齒數(shù) 計算齒數(shù) z 取 z 41 那么 z 2 5 41 1031d824m 12 4 計算幾何尺寸 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 小錐齒輪大端頂圓直徑為 86mm 采用實心結(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)計計算 5 1 輸出軸 3 軸 的設(shè)計 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 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) 故需同時選取聯(lián)軸器型號 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 查 機(jī)械設(shè)計 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)計課程設(shè)計 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 1 軸的尺寸設(shè)計 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)計課程設(shè)計 表 13 1 中初步選取 0 基本游隙組 標(biāo)準(zhǔn)精度350dm 級的圓錐滾子軸承 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 在確定滾動軸承的位置時應(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 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 同時為保證160bhm 齒 輪與軸配合有良好的對中性 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)圖做出軸的計算簡圖 在確定支點時查得 30210 型的支點距離 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處的截面為危險截面 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 為脈動循環(huán)變應(yīng)力 取 軸的0 6 計算應(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 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 判斷危險截面 由彎矩和扭矩圖可以看出齒輪中點處的應(yīng)力最大 從應(yīng)力集中對軸的影響來看 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 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 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 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 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 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 6 1 傳動設(shè)計計算 6 1 1 傳動的特點 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 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 帶動齒條以線速度 直線移動 4 中心距增大后 齒條遠(yuǎn)離齒輪軸心 01移動 X 距離 下圖虛線所示 根據(jù)齒條直線齒 廓的特點 嚙合線不會隨齒條位置改變而改變 故節(jié)點位置 P 也不變化 此時 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時 6 1 2 傳動的設(shè)計計算 1 選定齒輪類型 精度等級 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 對兩支撐相對于小齒輪做對稱布置并靠近齒輪取 0 74 db 4 精度選擇 對一般機(jī)械 速度不高 選 8 級精度 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)度計算 由設(shè)計公式進(jìn)行試算 即 6 1 21312 t EtdHkTzud 1 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 試選載荷系數(shù) 3 tk 計算齒輪轉(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 驗算圓周速度 v 6 7 1542 310 97 6060tdnv ms 計算齒寬 b 6 8 1 7 46 dt 計算齒寬與齒高之比 h 模數(shù) 6 9 1542 31 9 7ttmz 齒高 80 th 4165 97 b 計算載荷系數(shù) 根據(jù) 8 級精度 查表的動載荷系數(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 級精度 齒輪相對支撐對稱布置時 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 計算模數(shù) m 1 32 5 7z 3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 由設(shè)計公式 6 13 321 FaSdYkTmz 1 確定公式內(nèi)的各計算數(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)計計算 321832 5 7031 4 4FaSdYkTmz 對比計算結(jié)果 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算 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)計出的齒輪傳動 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 33 4 幾何尺寸計算 1 分度圓直徑計算 1321754 dmzm 280 2 計算中心距 6 16 125412 da 3 計算齒輪寬度 110 70 dbm 取齒輪寬度和齒條寬度同為 400mm 6 2 齒輪傳動的設(shè)計計算 6 2 1 齒輪傳動的特點 齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要的傳動之一 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 齒輪傳動的特點有 1 效率高 2 結(jié)構(gòu)緊湊 3 工作可靠 壽命長 4 傳動比穩(wěn)定 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高 價格較貴 且不宜用于傳動距離要 求過大的場合 齒輪傳動可做成開式 半開式及閉式 6 2 2 齒輪傳動的設(shè)計計算 1 選定齒輪類型 精度等級 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 對一般機(jī)械 速度不高 選 8 級精度 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)度計算 由設(shè)計公式進(jìn)行試算 即 21312 t EtdHkTzud 1 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 試選載荷系數(shù) 3 tk 計算齒輪轉(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 驗算圓周速度 v 1360 514 2 60tnv s 計算齒寬 b 1 dt m 計算齒寬與齒高之比 h 模數(shù) 1360 58 97 ttmz 齒高 2 42 6 thm 16305 4 9b 計算載荷系數(shù) 根據(jù) 8 級精度 查表的動載荷系數(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 級精度 齒輪相對支撐對稱布置時 由 216 305 49bh 得 1 43 Hk 查表得 F 故載荷系數(shù) AvHkk 1 02 437 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 36 331 1 4760 5ttkd 5 m 計算模數(shù) m 17 9 z 3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 由設(shè)計公式 321 FaSdYkTmz 1 確定公式內(nèi)的各計算數(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)計計算 321832 57 019 6FaSdYkTmz 對比計算結(jié)果 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算 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)計出的齒輪傳動 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 4 幾何尺寸計算 1 分度圓直徑計算 1201938 dmzm 2756 2 計算中心距 1238019 da 3 計算齒輪寬度 11 62 dbm 取小齒輪寬度 取大