波紋管機傳動系統(tǒng)的設計與計算

波紋管機傳動系統(tǒng)的設計與計算,波紋管,傳動系統(tǒng),設計,計算 畢業(yè)設計 波紋管機傳動系統(tǒng)的設計與計算 學生姓名： 王浩 學號： 102011133 系 部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 于立興 二零一四年六月 誠信聲明 本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導教師的指導下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。 本人簽名： 年 月 日 畢業(yè)設計任務書 設計題目： 波紋管機傳動系統(tǒng)的設計與計算 系部： 機械工程系 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學號： 102011133 學生： 王浩 指導教師（含職稱）：于立興（正高）專業(yè)負責人：田靜 1． 設計的主要任務及目標 傳動系統(tǒng)的設計是整個波紋管機設計的一部分，主要任務是綜合運用所學的知識，進行機械傳動系統(tǒng)的設計。通過所學的設計基礎，根據(jù)設計要求確定傳動系統(tǒng)的主要參數(shù)，進行必要的設計計算，合理的選擇元件，對所設計的傳動系統(tǒng)的性能進行校核，最終設計出一個可靠的，先進的機械傳動系統(tǒng)。 2．設計的基本要求和內容 傳動系統(tǒng)的設計與計算，包括液壓傳動和齒輪傳動，傳動系統(tǒng)的設計步驟和內容大致如下：（1）確定傳動系統(tǒng)的主要性能參數(shù)；（2）選擇電動機，齒輪等傳動元件； （3）驗算傳動系統(tǒng)性能；（4）設計詳細的系統(tǒng)。 3．主要參考文獻 [1] 濮良貴,紀名剛.機械設計[M].第八版.西安:高等教育出版社, 2005 [2] 成虹.沖壓工藝與模具設計[M].北京：高等教育出版社，2004. [3] 王征,王仙紅.AutoCAD 2010實用教程[M].北京:清華大學出版社, 2009 [4]Sors L.Fatigue Design Of Machine Components. Oxford:Pergamon press,1971 4．進度安排 設計各階段名稱 起 止 日 期 1 確定設計思路，進行開題檢查 2013.12~2014.03.14 2 開始著手進行設計工作 2014.03.14~2014.01.10 3 進行中期檢查 2014.04.10 ~2014.04.25 4 整理論文完，論文完善，打印裝訂訂 2014.04.25~2014.06.09 5 設計及及圖紙整理，準備答辯 2014.06.10~2014.06.18 波紋管機傳動系統(tǒng)的設計與計算 摘要：波紋成型機是生產(chǎn)波紋管的核心設備，生產(chǎn)出的波紋管已經(jīng)廣泛用于各個工業(yè)領域，它是集機電液為一體的現(xiàn)代化高技術設備。 本文針對生產(chǎn)的要求，提出了設計題目。并對該機的傳動系統(tǒng)進行了全面設計。研究方案主要是根據(jù)能量傳遞，采用齒輪傳動，液壓傳動的方法來完成設計，在傳動系統(tǒng)設計中，根據(jù)波紋管成型的工作過程，進行了液壓系統(tǒng)原理圖的設計，確定了液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。計算了整個液壓系統(tǒng)的流量，并根據(jù)流量和壓力進行了液壓閥的選型、油箱的設計和各個輔助元件的選擇，計算了各個系統(tǒng)的功率，據(jù)此選擇了電動機的型號。齒輪傳動方面，通過計算各種傳動比，最后選擇出合適的零件。 關鍵詞：波紋管成型機；傳動系統(tǒng); 液壓傳動 Design and calculation of the corrugated pipe machine drivesystem Abstract： Corrugated molding machine is the core of the corrugated pipe production equipment, production of corrugated pipe has been widely used in various industrial fields, it is a concentration of electromechanical liquid for the integration of modern high-tech equipment. Based on the requirements of production, and puts forward the design topics. And has carried on the comprehensive design of the machine drive system. Research plan is mainly based on the energy transfer, the use of gearing, hydraulic transmission method to complete the design In the transmission system design, according to the working process of the corrugated pipe forming, this paper gives the design of the hydraulic system schematic diagram, the hydraulic system of actuators is determined. Calculate flow rate of the whole hydraulic system, and according to the flow rate and pressure of the hydraulic valve type selection, the design of the tank and various auxiliary components selection, calculated the power of each system, selecting the motor model, finally draw the assembly drawing of hydraulic pump station.Gear transmission, through the calculation of transmission ratio, finally choose the right parts. Key words: corrugated pipe forming machine; The transmission system; Hydraulic transmission 目 錄 1緒論 1 1.1 國內波紋管的概況和發(fā)展趨勢 1 1.2 波紋管成型機簡介 2 1.3 課題的提出與意義 3 1.4 課題研究中的主要難點以及解決的方法 3 2 設計方案的確定 4 2.1 傳動方案的確定 4 2.1.1 機械傳動系統(tǒng)擬定的一般原則 4 2.1.2 確定最終傳動方案 5 2.2 確定各傳動機構的傳動效率 6 3 電動機的選擇 7 3.1 選擇電動機的類型及結構形式 7 3.2 電動機功率的選擇 7 3.2.1 電動機功率的計算推演 8 3.2.2 確定電動機具體型號 8 3.3 確定各部件的功率與線速度 8 3.4 確定各軸的轉速 8 3.5 確定傳遞的轉矩 9 4 鏈傳動的選擇及設計 10 4.1鏈傳動的選擇 10 4.2 鏈輪 11 4.2.1 設計計算功率Pd 12 4.2.2 確定帶型與選擇傳動比 12 4.2.3 確定型號 12 5 減速器的設計 13 5.1 選擇減速器的類型 13 5.2 減速器中齒輪傳動的設計 13 5.2.1 確定齒輪精度等級、齒輪類型、齒數(shù)和材料精度等級 13 5.2.2確定結構尺寸 18 5.3 齒輪軸的設計 19 5.3.1 材料選擇 19 5.3.2 軸的設計計算和校核 19 6 大小弧齒錐齒輪 28 6.1 齒輪參數(shù)的選擇 28 6.2 齒輪傳動的許用應力 29 6.3 齒輪精度的選擇? 30 6.4 大小弧齒錐齒輪的選擇與設計 30 6.4.1 斜齒輪傳動的主要優(yōu)缺點、嚙合條件以及基本參數(shù) 30 6.4.2 齒輪數(shù)據(jù) 31 結論 33 致謝 34 參考文獻 35 I 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 1緒論 1.1 國內波紋管的概況和發(fā)展趨勢 在公路施工中，應用鋼波紋管涵代替鋼筋混凝土進行涵洞施工作歷史已經(jīng)有100多年了。1896年，美國率先進行波紋管涵通道、涵管的可行性研究。其后，在美國、加拿大、澳大利亞等國的公路建設中，均采用了鋼波紋管涵進行涵洞的施工。1990年，日本高速公路設計，規(guī)范制定了波紋管涵設計技術規(guī)范。隨著波紋管涵在世界各地的安裝使用，證明了此種結構在各種使用情況下的通用性。在我國改革開放后，深圳及大同煤礦開始從國外進口成品波紋管涵進行涵洞施工。之后，上海市公路管理處、上海市政工程設計研究院、上海同濟大學對金屬波紋管涵進行了動、靜載試驗，結果表明能滿足設計使用要求，填補了國內的空白，且迅速得到推廣應用。百順牌鋼波紋管涵投入到了青海公路施工當中，三年的實踐證明，鋼波紋管涵在北方寒冷地區(qū)完全符合公路建設當中的涵洞施工要求。 實踐證明，用鋼制波紋管涵代替鋼筋混凝土進行涵洞施工，無論從施工周期、施工造價、環(huán)保意義等方面都有其不可比擬的優(yōu)越性，且用鋼波紋管涵進行涵洞施工，可大大提高道路行車的舒適度與安全性，避免道路中涵洞的“錯臺跳車”現(xiàn)形，有利于解決西北地區(qū)寒冷霜凍對砼管涵結構的破壞問題。 浙贛鐵路九標管段共有 14 座公跨鐵立交橋，為了爭搶工期，全段公路跨線橋梁的施工由現(xiàn)澆變?yōu)樘崆邦A制，由于橋梁工點分散，設置了10 處橋梁預制場地，共預制梁56 片。公路橋梁采用箱形梁，后張法張拉，預應力孔道采用扁波紋管。從施工一開始，就得趕快研究圖紙，打每一片梁都堅持檢查施工質量，從鋼筋數(shù)量、尺寸及波紋管的安裝和混凝土澆筑、預應力張拉、壓漿、封錨等各方面都不錯過，但在施工過程中，還是偶爾會有波紋管孔道堵塞現(xiàn)象發(fā)生，一旦堵塞發(fā)生，只能對混凝土結構做“開刀”處理，然后嵌補，這樣的結果是，堵孔多了必然影響結構的質量，嚴重會造成質量事故。在施工中人們大多使用波紋管成孔，所以防止這種現(xiàn)象的發(fā)生就顯得十分重要了。其實堵孔現(xiàn)象并不是不能避免的。從對造成堵孔的原因分析人手，人們采取了相應的措施，取得了良好的效果。 目前我國已有專門生產(chǎn)波紋管涵的工廠，鑒于這種管涵的許多優(yōu)點，我國鋼材產(chǎn)量已跨居世界前列，在我國推廣應用波紋管涵的前景是非常廣闊的。 XXXIX 1.2 波紋管成型機簡介 波紋成型機是生產(chǎn)波紋管的核心設備，由成型模具、傳動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)部分組成。成型模具一般由30~40 對上下（或水平）對開的模片組成，沿一定的軌跡移動，模具閉合成圓形管子的成型腔，模具打開，使制品脫模，模具可由水或空氣冷卻。其成型過程為：從擠出機擠出管坯在一定的水壓下，經(jīng)過吹脹（或真空吸附），使內外壁分別貼合在成型模具和內定徑棒上成型。波紋成型機同時具有牽引管材的作用。波紋成型機有立式和水平式兩種，立式波紋成型機其模具上下開合，占地面積小，結構緊湊，但模具更換較困難，特別是大口徑模具的更換。水平式波紋成型機其成型模具水平開合，占地面積較大，但更換模具比立式方便得多，因比其應用更廣泛。一般小口徑管材，采用的是整體式模具，而大口徑管材考慮到其模具重量大，更換時不方便，故一般采用托架式模具，換口徑時，只需更換托架內的芯模即可，節(jié)省了模具制造成本。波紋成型機的關鍵就是成型模具運行軌道的確定，需先建立模具運行的數(shù)字模型，然后印出其軌跡，最后按照這一軌跡組合模具。 雙壁波紋管的成型方法一般有真空成型法和壁間充氣成型法兩種，也有同時使用這兩種方法的。真空成型法是通過成型模具上的真空孔使管坯外壁靠負壓作用吸附在成型模具上，其內壁靠伸出芯模的定徑棒定型。這種方法生產(chǎn)的管子的外觀質量較好，但其內外徑尺寸穩(wěn)定性較差，且真空孔易堵塞，造成產(chǎn)品外壁波紋缺陷。壁間充氣成型法是在兩層料坯中間通壓縮空氣，把管坯外壁吹脹入成型模具，同時使管內壁貼附在內定徑棒上。并可根據(jù)管口徑，壁原的大小來調氣壓。應用這種方法生產(chǎn)的管材.尺寸穩(wěn)定性好。 國內生產(chǎn)的波紋管成型機，一般為水平式結構，大口徑管材也采用托架式模具。但受其加工設備的限制，其模具的加工精度和同一性與國外同類產(chǎn)品相比還有差距，在生產(chǎn)中機器故障較多，有時還可能造成模具運行軌道的損壞。 近年來上海金緯機械制造有限公司開發(fā)了一系列大口徑雙壁波紋管生產(chǎn)線，其波紋成型機采用立式結構，由于模具的加工采用了大型加工中心生產(chǎn)，其同一性和精度均達到較高的水平。同時，模具采用快速冷卻系統(tǒng)，可較大程度地提高生產(chǎn)速度。雖然國產(chǎn)的波紋成型機質量不如國外進口產(chǎn)品，但由于其價格比國外同類產(chǎn)品低很多，且其生產(chǎn)的管材能達到要求，故近年來國內大部分波紋管生產(chǎn)廠家還是采用國產(chǎn)生產(chǎn)線。故國產(chǎn)設備的生產(chǎn)廠家這幾年發(fā)展較快，但還應致力提高加工水平，開發(fā)新產(chǎn)品，縮小與國外產(chǎn)品的差距。最近幾年，國外研制出了模具速回轉系統(tǒng)，即利用機械或氣動搬運系統(tǒng)，把最后一對模片重新快速帶回開始的工作位置。它的優(yōu)點是模片數(shù)可減少，一般僅需12~18 對模片，在生產(chǎn)大口徑管材時，可極大地降低波紋成型機的生產(chǎn)成本。 1.3 課題的提出與意義 金屬波紋管涵代替鋼筋混凝土進行涵洞施工是一項新技術，金屬波紋管涵也叫鋼制波紋涵管，是指鋪埋在公路，鐵路下面的涵洞用螺紋波紋管，它是由波形金屬板卷制成或用半圓波形鋼片拼制成的圓形波紋管，廣泛應用于公路，鐵路，小橋，通道，擋土墻以及各種礦場，巷道擋墻支護等工程中的涵洞（管）。 波紋管涵是與鋼筋混凝土管涵相比，具有重量輕，性價比好，便于運輸存放，施工工藝簡單，組裝快速，工期短等優(yōu)點。建筑波紋管時，可根據(jù)需要隨意組裝成任何長度，必要時，管節(jié)還可拆除，遷往別處修建，在缺乏砂石材料地區(qū)或地基承載力較低的地區(qū)，波紋管涵的優(yōu)越性更為顯著。 1.4 課題研究中的主要難點以及解決的方法 本課題主要研究的是波紋管機的傳動部分，所以在設計過程中的難點是：通過工件需求對電機的確定、各傳動部件的計算以及確定 在傳動的過程中，要求材料行走緩慢、平穩(wěn)，這樣可避免因速度過快而使材料發(fā)生翹曲變形，且易于實現(xiàn)控制。整個傳動系統(tǒng)安裝在底座上，傳動結構要求緊湊，外廓尺寸小。因此要保證傳動比大，傳動效率高，傳動平穩(wěn)性和可靠性較好，使得整個傳動系統(tǒng)緊湊。二級減速為斜齒圓柱齒輪傳動，同時具備上述特點，充分滿足生產(chǎn)要求。 　　鋼材在行走時主要受到輔助系統(tǒng)門式托架的滾動摩擦阻力和冷彎滾輪的摩擦阻力[6]。通過分析，這兩種力都比較小，主要是受到冷彎滾輪通過型鋼傳遞過來的擠壓力。經(jīng)分析得知，驅動主動滾輪轉動的力矩并不是很大，所以驅動電機功率一般較小，Y系列三相異步交流電動機小功率即可滿足要求。 2 設計方案的確定 2.1 傳動方案的確定 2.1.1 機械傳動系統(tǒng)擬定的一般原則 （1）采用簡短的運動鏈； 采用盡可能簡短的運動鏈，有利于降低零部件的重量和制造成本，也有利于提高機械傳動效率和減小積累誤差[7]。為了使運動鏈盡量短，所以應注意原動機的類型和運動參數(shù)的選擇，以簡化傳動鏈。 （2）優(yōu)先選用基本結構； 基本結構的結構簡單，設計方便，技術成熟，故在滿足功能要求的條件下，應優(yōu)先選用基本機構。若基本機構不能滿足或者不能很好的滿足機械的運動或動力要求時，可以適當?shù)貙ζ溥M行變異或組合。 （3）合理安排不同類型傳動機構的順序； 一般來說，在機構的排列順序上有如下的一些規(guī)律：首先，在可能的情況下，轉變運動形式的機構（如凸輪機構、連桿機構、螺旋機構等）通?？偸前才旁谶\動鏈的末端，與執(zhí)行機構靠近。其次，帶傳動等摩擦傳動，一般都安排在轉速較高的運動鏈的始端，以減小其傳遞的轉矩，從而減小其外形尺寸。這樣安排，也有利于啟動平穩(wěn)和過載保護，而且原動機的布置也方便。 （4）合理分配傳動比； 運動鏈的總傳動比應合理分配給各級傳動機構，具體分配方法應注意以下幾點： ? 各種傳動的每級傳動比要在推薦值范圍內，以符合各種形式的傳動特點，有利于發(fā)揮性能，并使結構緊湊。如一級傳動比過大，對機構的性能和尺寸都是不利的。例如當齒輪傳動的傳動比大于8至10時，一般應設計成兩級傳動；當傳動比在30以上時，常設計成兩級以上的齒輪傳動。但是，對于帶傳動來說，一般不采用多級傳動。 ? 當傳動鏈為減速傳動時，必須十分注意機械的安全運轉問題，防止發(fā)生損壞機械或傷害人身的可能。如，為防止機械因過載而損壞，可采用具有過載打滑現(xiàn)象的摩擦傳動或裝置安全聯(lián)軸器等。對于以上要求，在設計過程中應盡量滿足。 （5）兩種方案的對比 本次設計中，在動力傳動過程是有兩種方式，帶傳動和鏈式傳動。因此在選擇時要充分考慮工作環(huán)境和工作強度等因素。 ? 帶傳動與鏈傳動的優(yōu)缺點 帶傳動靠摩擦力工作且?guī)Ь哂袕椥?，能緩和沖擊，吸收震動，傳動平穩(wěn)無噪音;結構簡單，維護制造方便，成本較低同時具有過載保護作用。鏈傳動用在工作可靠，低速重載，工作環(huán)境惡劣，以及其他不宜采用齒輪傳動和帶傳動的場合，例如翻土機的運行機構采用鏈傳動，雖然經(jīng)常受到土塊、泥漿和瞬時過載等的影響，依然能夠很好的工作。 ? 帶傳動在高速級，鏈傳動在低速級 若將鏈傳動放置高速級，會加劇運動的不均勻性，動載荷變大，震動和噪音增大，降低鏈傳動的壽命，鏈傳動只能實現(xiàn)平行軸間的同向傳動，運轉時不能保證恒定的瞬時傳動比，磨損后易發(fā)生跳齒，工作時有噪音，不宜用在載荷變化很大、高速和急速反向的傳動中，即應布置在低速級[8]。而若將帶傳動放置低俗級，會使結構尺寸增大，及應布置在高速級，與電機直接相連，可以起到緩沖吸震的作用，還能起到過載打滑的作用，保護零件，放在高速級，功率不變的情況下，高速級速度高，帶傳動所需的有效拉力就小，帶傳動的尺寸也就較小。 而在本次設計中，除傳動比要求不是很高，外加工作環(huán)境的影響。因此決定采用鏈式傳動。 2.1.2 確定最終傳動方案 通過對以上內容的了解和分析結合在實習和老師的多次指導最終確定了波紋管機的整體傳動方案。 方案如下： 電動機在經(jīng)過變頻以及減速機后由鏈條連接主傳動軸和鏈輪，在通過固定在軸上的兩個錐齒輪帶動軋輥。兩個軋輥在用聯(lián)軸器連接，使其完成要求的加工過程。整個傳動過程如圖2-1所示 1-電動機 2-鏈輪 3-鏈條 4-大小弧齒錐齒輪 5-主傳動軸 圖2-1傳動系統(tǒng)圖 2.2 確定各傳動機構的傳動效率 參閱表 [9]并結合設計的整體傳動方案和各傳動機構自身的特點確定各機構的傳動效率如下： 鏈條的傳動效率是： 滾動軸承的傳動效率是： 大小齒輪傳動的傳動效率是：齒=0.97 聯(lián)軸器的傳動效率是：聯(lián) =0.99 3 電動機的選擇 3.1 選擇電動機的類型及結構形式 電動機是一種旋轉式機器,它將電能轉變?yōu)闄C械能,它主要包括一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉電樞或轉子,其導線中有電流通過并受磁場的作用而使轉動。 它是將電能轉變?yōu)闄C械能的一種機器。各種電動機中應用最廣的是交流異步電動機（又稱感應電動機 ）。它使用方便 、運行可靠 、價格低廉 、結構牢固，但功率因數(shù)較低，調速也較困難。大容量低轉速的動力機常用同步電動機（見同步電機）。同步電動機不但功率因數(shù)高，而且其轉速與負載大小無關，只決定于電網(wǎng)頻率。工作較穩(wěn)定。電動機在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時運行制、斷續(xù)周期運行制）下所能承擔而不至引起電機過熱的最大輸出機械功率稱為它的額定功率，使用時需注意銘牌上的規(guī)定。電動機運行時需注意使其負載的特性與電機的特性相匹配，避免出現(xiàn)飛車或停轉。電動機的調速方法很多，能適應不同生產(chǎn)機械速度變化的要求。一般電動機調速時其輸出功率會隨轉速而變化[10]。從能量消耗的角度看，調速大致可分兩種 ：① 保持輸入功率不變,通過改變調速裝置的能量消耗，調節(jié)輸出功率以調節(jié)電動機的轉速。②控制電動機輸入功率以調節(jié)電動機的轉速。 3.2 電動機功率的選擇 電動機的功率選擇的是否合適,對電動機的正常工作和經(jīng)濟性都有影響。功率選的過小,不能保證工作機的正常工作或使電動機因過載而過早的損壞;而功率選的過大,則電動機的價格較高,能力又不能充分利用,而且由于電動機經(jīng)常不能滿載運行,其使用效率和功率因數(shù)都較低,增加了電能的消耗造成了能源的浪費。所以在選擇電動機時應考慮設計機器的使用要求和加工參數(shù)，并經(jīng)過細致周密的計算推演，建立起可靠而又縝密的理論模型，再根據(jù)經(jīng)濟性原則最終確定具體的電動機參數(shù)。 3.2.1 電動機功率的計算推演 根據(jù)本人設計的波紋管機的使用要求，軋輥速度是0.02米每秒，查資料得主體部分的=5KW。 因為依照整體傳動方案可計算出KW，所以，KW7KW 3.2.2 確定電動機具體型號 所以根據(jù)計算出的結果和查表后最終確定出了電動機的具體型號。 因為功率的確定所以選擇Y系列電機，而加工時要求的轉速不高以及節(jié)約資金等本次選用Y系列小型三相異步電動機Y160M-6，其主要技術參數(shù)如下所示： 功率KW：7.5 電流A：6.58A 轉速r/min：970 效率（%）：89% 頻率：50HZ 電壓：380V 3.3 確定各部件的功率與線速度 3.4 確定各軸的轉速 3.5 確定傳遞的轉矩 4 鏈傳動的選擇及設計 4.1鏈傳動的選擇 鏈傳動是嚙合傳動，平均傳動比是準確的。它是利用鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動。鏈傳動是通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。 鏈傳動有許多優(yōu)點，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，平均傳動比準確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強，相同工況下的傳動尺寸??；所需張緊力小，作用于軸上的壓力??；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。 鏈傳動的缺點主要有：僅能用于兩平行軸間的傳動；成本高，易磨損，易伸長，傳動平穩(wěn)性差，運轉時會產(chǎn)生附加動載荷、振動、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動中，在近代機械種應用廣泛。其大致圖形如下： 圖4-1 鏈條示意圖 鏈條長度以鏈節(jié)數(shù)來表示。鏈節(jié)數(shù)最好取為偶數(shù)，以便鏈條聯(lián)成環(huán)形時正好是外鏈板與內鏈板相接，接頭處可用彈簧夾或開口銷鎖緊。若鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，則需采用過渡鏈節(jié)。在鏈條受拉時，過渡鏈節(jié)還要承受附加的彎曲載荷，通常應避免采用。 齒形鏈由許多沖壓而成的齒形鏈板用鉸鏈聯(lián)接而成，為避免嚙合時掉鏈，鏈條應有導向板(分為內導式和外導式)。齒形鏈板的兩側是直邊，工作時鏈板側邊與鏈輪齒廓相嚙合。鉸鏈可做成滑動副或滾動副，滾柱式可減少摩擦和磨損，效果較軸瓦式好。與滾子鏈相比，齒形鏈運轉平穩(wěn)、噪聲小、承受沖擊載荷的能力高；但結構復雜、價格較貴、也較重，所以它的應用沒有滾子鏈那樣廣泛。齒形鏈多用于高速(鏈速可達40m/s)或運動精度要求較高的傳動。 國家標準僅規(guī)定了滾子鏈鏈輪齒槽的齒面圓弧半徑 、齒溝圓弧半徑和齒溝角 的最大和最小值(詳見GB1244-85)。各種鏈輪的實際端面齒形均應在最大和最小齒槽形狀之間。這樣處理使鏈輪齒廓曲線設計有很大的靈活性[11]。但齒形應保證鏈節(jié)能平穩(wěn)自如地進入和退出嚙合，并便于加工。符合上述要求的端面齒形曲線有多種。最常用的齒形是“三圓弧一直線”，即端面齒形由三段圓弧和一段直線組成。 4.2 鏈輪 鏈輪軸面齒形兩側呈圓弧狀，以便于鏈節(jié)進入和退出嚙合。齒形用標準刀具加工時，在鏈輪工作圖上不必繪制端面齒形，但須繪出鏈輪軸面齒形，以便車削鏈輪毛壞。軸面齒形的具體尺寸見有關設計手冊。另外鏈輪齒應有足夠的接觸強度和耐磨性，故齒面多經(jīng)熱處理。小鏈輪的嚙合次數(shù)比大鏈輪多，所受沖擊力也大，故所用材料一般應優(yōu)于大鏈輪。常用的鏈輪材料有碳素鋼(如Q235、Q275、45、ZG310-570等)、灰鑄鐵(如HT200)等。重要的鏈輪可采用合金鋼。 小直徑鏈輪可制成實心式；中等直徑的鏈輪可制成孔板式；直徑較大的鏈輪可設計成組合式，若輪齒因磨損而失效，可更換齒圈。鏈輪輪轂部分的尺寸可參考帶輪。另要注意鏈傳動的失效形式主要有以下幾種： (1) 鏈板疲勞破壞　鏈在松邊拉力和緊邊拉力的反復作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板會發(fā)生疲勞破壞。正常潤滑條件下，鏈板疲勞強度是限定鏈傳動承載能力的主要因素。 (2) 滾子、套筒的沖擊疲勞破壞　鏈傳動的嚙入沖擊首先由滾子和套筒承受。在反復多次的沖擊下，經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)，滾子、套筒可能會發(fā)生沖擊疲勞破壞。這種失效形式多發(fā)生于中、高速閉式鏈傳動中。 (3) 銷軸與套筒的膠合　潤滑不當或速度過高時，銷軸和套筒的工作表面會發(fā)生膠合。膠合限定了鏈傳動的極限轉速。 (4) 鏈條鉸鏈磨損　鉸鏈磨損后鏈節(jié)變長，容易引起跳齒或脫鏈。開式傳動、環(huán)境條件惡劣或潤滑密封不良時，極易引起鉸鏈磨損，從而急劇降低鏈條的使用壽命。過載拉斷　這種拉斷常發(fā)生于低速重載的傳動中。 4.2.1 設計計算功率Pd 查資料得工況系數(shù)KA=1.3 Pd= KAPo=1.3×7.5=9.75kW 4.2.2 確定帶型與選擇傳動比 由于Pd=9.75kW和no=60.6r/min,參考《鏈條參數(shù)表》[11]選擇B型普通鏈條 因為鏈的在傳動比一般在2～4范圍之中，所以選取傳動比是：i=4 4.2.3 確定型號 根據(jù)所需以及查表確定鏈條型號為40B-1型，如下表4-1： 表4-1鏈條型號表 DIN ISO 鏈條 節(jié)距 滾子直徑 內節(jié)內寬 銷軸直徑 銷軸長度 內鏈板高度 鏈板厚度 極限拉伸載荷 每米長重 P d1max b1min d2max Lmin Lmax h2max Tmax Qmin Q mm inch mm mm mm mm mm mm mm KN KN/m 40B-1 63 5/2 39.37 38.10 22.89 82.2 89.2 52.96 8.5/8.0 355.0 16.35 5 減速器的設計 5.1 選擇減速器的類型 減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速和增大轉矩以滿足各種工作機械的需要。減速器的種類很多，按照傳動形式不同可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和星式減速器 [12]；按照傳動的不知形式又分為展開式、分流式。常見減速器的特點： （1） 齒輪減速器的特點是效率及可靠性高，工作壽命長，維護簡便，因而應用廣泛。 （2） 蝸桿減速器的特點是在外廓尺寸不大的情況下，可以獲得大的傳動比，工作平穩(wěn)，噪聲較小，但效率較低。其中應用最廣的式單級蝸桿減速器，兩級蝸桿減速器應用較少。 （3） 行星減速器其優(yōu)點是結構比較緊湊，回程間隙小、使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大，但制造精度要求較高，結構復雜，且價格略貴。 綜合冷彎機的設計使用要求，在確保設計經(jīng)濟性的前提下最終選擇單級圓柱齒輪減速器。經(jīng)過計算可確定減速器的傳動比是：i=4，該減速器的基本結構由齒輪、軸及軸承組合，箱體，減大部分組成。 5.2 減速器中齒輪傳動的設計 5.2.1 確定齒輪精度等級、齒輪類型、齒數(shù)和材料精度等級 結合設計要求與設計參數(shù)我準備選用直齒圓柱齒輪減速器，此種減速器為普通減速器，速度不快，所以選用7級精度即可在保證經(jīng)濟性的條件下滿足需求。 材料的選擇和齒數(shù)的確定 查閱表(本章以下數(shù)據(jù)出自<<機械設計>>)確定： 小齒輪的材料是20Cr2Ni4（調質），硬度是350HBS 大齒輪的材料是12鋼（調質），硬度是320HBS 確定：小齒輪齒數(shù)是z1=19 大齒輪齒是z2=uz1=6×19=114 依據(jù)齒面接觸的強度進行設計： 按照設計計算公式試算： d 明確公式內的各字母所表示的數(shù)值 （1）載荷系數(shù) Kt=1.3 （2）確定小齒輪傳遞的轉矩 T=95.5×10N·mm （3）查閱表確定齒寬系數(shù)為Фd=1.1 （4）查閱表確定材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8 （5）查閱圖根據(jù)齒面硬度確定： 小齒輪的接觸疲勞強度極限為Hlim1=1200 大齒輪的接觸疲勞強度極限為Hlim2=1100 （6）根據(jù)公式計算出（N齒輪的工作應力循環(huán)次數(shù)，n轉速） N=60n=60×240×1×72000=1.037×10 N=1.037×10/6=1.728×10 （7）查閱圖確定接觸疲勞壽命系數(shù)為： KHN1=0.90；KHN2=0.94 （8）確定接觸疲勞許用應力 根據(jù)失效概率是1%，安全系數(shù)是S=1（由于點蝕破壞后只會引起噪聲、震動增大，并不立刻導致不能繼續(xù)工作的后果，故可取s=1），依據(jù)公式有： 確定具體數(shù)值 （1）確定小齒輪分度圓直徑 d =2.32mm （2）確定圓周速度 v=m/s （3）確定齒寬b b=Фd·d1t=1.1×122.27=134.497mm (4）確定齒寬與齒高之比b/h m模數(shù)是： mmm 齒高是： h=2.25m=2.25×6.44=14.48mm b/h= （5）確定載荷系數(shù) 因為v=1.54m/s,且減速器是7級精度 查閱圖選擇動載系數(shù)為：KV=1.06 如果KAFt/b<100N/mm。查閱表10-3可得KHα=KFα=1.2 查閱表可得使用系數(shù)為KA=1.5，查閱表得當7級精度、小齒輪相對軸承是非對稱安裝時有 把數(shù)據(jù)代入有： 因為b/h=9，KHβ=1.52查閱圖可得 KFβ=1.42 所以載荷系數(shù)為： ==1.5×1.06×1.2×1.52=2.9 （6）根據(jù)實際的載荷系數(shù)校核計算出的分度圓直徑，依據(jù)公式有： dmm （7）確定模數(shù)m m=dmm 根據(jù)齒根彎曲強度設計計算 查閱公式可得彎曲強度的設計計算公式是： （1）查圖可得： 小齒輪的彎曲疲勞強度極限為FE1=920MP 大齒輪的彎曲疲勞強度極限為FE2=620MP （2）查閱圖可得： 彎曲疲勞壽命系數(shù)為KFN1=0.88，KFN1=0.91 （3）確定彎曲疲勞許用應力 選擇彎曲疲勞安全系數(shù)為S=1.4，依據(jù)可得： MP MP （4）確定載荷系數(shù)K （5）確定齒形系數(shù) 查表可得 YFα1=2.85，YFα2=2.17 （6） 確定應力校核系數(shù) 查表可得 YSα1=1.54，YSα2=1.80 （7）確定大、小齒輪的然后進行比較 經(jīng)過計算可知大齒輪的數(shù)值比小齒輪的大 （8）設計計算 mm 比較計算結果，由齒輪接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力大小，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，所以可選擇由彎曲疲勞強度計算得到的模數(shù)4.25并就近選擇標準值m=4mm,根據(jù)接觸疲勞強度計算得到的分度圓直徑為： d1=158.95mm 確定小齒輪齒數(shù) 確定大齒輪齒數(shù) 通過上述計算得出的齒輪傳動方案，即滿足了齒面接觸疲勞強度的要求，又滿足了齒根彎曲疲勞強度的要求，而且結緊湊，保證了經(jīng)濟性能指標，避免了一些不必要的浪費。 確定幾何尺寸 （1）確定分度圓直徑 mm mm （2）確定中心距 mm （3）確定齒輪寬度 mm （4）校核計算 N 5.2.2確定結構尺寸 確定小齒輪的結構尺寸 模數(shù)： m=5mm 壓力角： α=20 分度圓直徑： d1=128mm 齒頂高： ha=m=5mm 齒根高： mm 全齒高： mm 齒頂圓直徑： mm 齒根圓直徑： mm 中心距： mm 齒數(shù)比： u=6 確定大齒輪的結構尺寸 分度圓直徑： d =640mm 齒頂圓直徑： mm 齒根圓直徑： mm 其它尺寸同小齒輪的尺寸相同。 5.3 齒輪軸的設計 5.3.1 材料選擇 軸是組成及其的主要零件之一，一切作回轉運動的傳動零件，都必須安裝在軸上才能進行運動及動力傳遞。因此軸的主要功用是支撐回轉零件及傳遞運動和動力。 按照承受載荷的不同軸可分為轉軸，心軸和傳動軸三類。工作中只承受彎矩而不承受扭矩的軸成為心軸，既承受彎矩又承受扭矩的是轉軸，只承受扭矩而不承受彎矩的是傳動軸。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼[13]。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，又的直接用圓鋼。 綜合考慮軋制機的設計使用要求，在確保經(jīng)濟性的前提下，本設計中選擇最常用的45號鋼做為傳動軸的材料，并進行調質處理。因為碳素鋼比合金鋼價格低廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，所以采用碳素鋼制造傳動軸比較切合本次設計的實際。 5.3.2 軸的設計計算和校核 小齒輪軸的設計計算 根據(jù)參考同系列減速器可知小軸徑依次是35mm、40mm、45mm、50mm、45mm另外，軸承蓋軸徑等于軸承處軸徑 。 小齒輪軸如圖5-1.a所示。 （1）確定小齒輪軸上的轉矩 N·m （2）確定作用在齒輪上的力（圖5-1.a） 小齒輪的分度圓直徑為： mm 周向力： N 徑向力： N （3）對大帶輪軸處進行受力分析（圖5-1.b） 轉矩： N·m 徑向力： N F0 —單根V帶所承受的預緊力（N） α—帶輪包角 確定支反力： ?位于水平面的支反力（如圖5-1.c） 由∑MA=0有： N 由∑z=0有： N ?位于垂直平面的支反力（如圖5-1.e）參考后可得： ==217.4N ==1563.5N 繪制彎矩圖和轉矩圖 （1）齒輪和帶輪的作用力在水平面上時的彎矩圖（如圖5-1.d）所示： OA段：N·m AD段：N·m DB段：N·m （2）齒輪和帶輪的作用力在垂直面上時的彎矩圖（如圖5-1.f）所示： OA段：N·m AD段：N·m DB段：N·m （3）繪制轉矩圖（如圖5-1.g） T=286.5N·m 對軸進行校核 參考軸的彎矩圖和轉矩圖，可以發(fā)現(xiàn)最危險截面是B處，所以應對截面B處進行校核計算。 （1）依據(jù)靜強度條件對軸進行校核計算 靜強度校核的條件為： 其中： SS—危險截面靜強度的計算安全系數(shù) SS —屈服強度的計算安全系數(shù) SS=1.2～1.4，適用于高塑性材料（S/B≤0.6）制造的鋼軸 SS=1.4～1.8，適用于中等塑性材料（S/B=0.6～0.8）制造的鋼軸 SS=1.8～2，適用于低塑性材料制造的鋼軸 SS=2～3，適用于應用鑄造方式制造的鋼軸 SS—僅考慮彎矩力和軸向力時的安全系數(shù) SS —僅考慮扭轉時的安全系數(shù) 所以： 其中： S，S —材料的抗彎屈服極限和抗扭屈服極限 () ，—軸的危險截面上所承受的最大彎矩和最大扭矩（N·m） —軸的危險截面上所承受的最大軸向力（N） W，WT —危險截面抗彎系數(shù)，危險截面抗扭系數(shù) （mm3） 其具體數(shù)值參閱表可知 A — 軸危險截面的面積 (m2） 查表可得S=355MPa， 所以： =162000N·mm =0 W=0.1 所以： 參閱表可得 B=640MPa 所以： SS取值范圍為1.2～1.4，選取 SS =1.4 因為： SS>SS 所以：本次設計的傳動軸的靜強度滿足設計使用要求。 （2）依照彎扭合成應力進行傳動軸的強度校核計算 其中： —軸的計算應力 () M — 軸受到的彎矩（N·m） T — 軸受到的扭矩（N·m） W — 軸的抗彎截面系數(shù)（㎜3） 查圖表可得具體計算公式 [-1]—對稱循環(huán)變應力時軸的許用應力 參閱表可知 —折合系數(shù) 在扭轉切應力為靜應力時，選取ɑ=0.3 在扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力時，選取α=0.2 在扭轉切應力為對稱循環(huán)變應力時，選取α=1 在本式中選取α=1，，因為材料是45號鋼，經(jīng)過了調質處理，所以[-1]=60MP 因此軸的計算應力是： ＜ 經(jīng)過上述計算推演，可知其滿足設計使用條件，所以合格。 圖5-1 軸的載荷分析圖 大齒輪軸的設計計算 同理安裝在大齒輪軸上的零部件從左到右依次是：軸承蓋、軸承、大齒輪、軸承、軸承蓋、聯(lián)軸器，軸徑依次是45mm、50mm、60mm、50mm、45mm,其中軸承蓋軸徑等于軸承處軸徑[14]。 大齒輪軸如圖5-2.a所示 （1）確定軸上的轉矩 N·m （2）確定作用在齒輪上的力（如圖5-2.b）所示 周向力： N 徑向力：N （3）確定各段軸徑 確定聯(lián)軸器處的軸徑：聯(lián)軸器的計算轉矩=KAT3，參閱表，再考慮到轉矩變化和沖擊載荷幅度是中等水平，所以選取KA=1.9，所以有：T=1.9×1667=3167N·m 由于計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩，所以參閱國標GB/T5014-1985，選用LH6型彈性柱銷聯(lián)軸器，它的公稱轉矩是3150N/m,D=280mm,半聯(lián)軸器孔徑是d1=60mm， 半聯(lián)軸器長度是L=142mm[15]。 確定軸徑依次是70mm、75mm、84mm、80mm、70mm、60mm。所以軸承安裝處的軸徑是d2=70mm，齒輪安裝處的軸徑是d3=75mm?？紤]到聯(lián)軸器在制造和安裝過程中的誤差所產(chǎn)生的附加圓周力是 N （4）確定支反力 ① 水平面上的支反力（如圖5-2.c） 由∑MA=0有： N 由∑z=0有： N ② 垂直平面上的支反力（如圖5-2.e）查閱可知： N ③ 在的作用下，支點A、C處的支反力（如圖5-2.g） 由∑=有： N N （5）繪制彎矩圖和轉矩圖 ① 齒輪上的作用力在水平面上的彎矩圖（如圖5-2.d） N·m ② 齒輪上的作用力在垂直面上的彎矩圖（如圖5-2.f） N·m 齒輪作用力在截面D處作出的最大合成彎矩是： N·m 在F0作用下繪制出的彎矩圖（如圖5-2.h） N·m ③ 繪制轉矩圖（如圖5-2.i） T=1667N·m （6）對軸進行校核計算 依照軸的結構尺寸及其彎矩圖和轉矩圖，可知截面B處彎矩最大，并且存在齒輪配合和鍵槽引起的應力集中現(xiàn)象，所以截面B處屬于危險截面。 對截面B處進行校核計算： ① 依照靜強度條件對軸進行校核計算 靜強度校核的條件是 其中：SS=1.2～1.4 適用于高塑性材料（S/B≤0.6）制造的鋼軸 SS=1.4～1.8 適用于中塑性材料（S/B≤0.6～0.8）制造的鋼軸 SS=1.8～2 適用于低塑性材料制造的鋼軸 SS=2～3 適用于應用鑄造方式制造的鋼軸 SS—僅考慮彎矩和軸向力時的安全系數(shù) SS —僅考慮扭矩時的安全系數(shù) 所以有： 其中： S，S —材料的抗彎屈服極限和抗扭屈服極限 (MPa) ，—軸的危險截面上所承受的最大彎矩和最大扭矩（N·m） — 軸的危險截面上所承受的最大軸向力（N） W，WT — 危險截面抗彎截面系數(shù)和危險截面抗扭截面系數(shù)（mm3） 參閱表可得 S=355MPa 所以： MP =167200N.mm =0mm3 mm3 所以： 在查表可得B=640MPa 所以： 所以： SS=1.2～1.4選取 SS =1.4 SS>SS 所以，經(jīng)過上述認真的校核計算，傳動軸的靜強度滿足設計使用要求。 ② 依照彎扭合成應力校核計算傳動軸的強度 其中: — 軸的計算應力 (MP) M — 軸受到的彎矩（N·m） T — 軸受到的扭矩（N·m） W — 軸的抗彎截面系數(shù)（㎜3） [-1]—對稱循環(huán)變應力下軸的許用應力 參閱表15-4[4]選擇具體數(shù)值 α— 折合系數(shù)， 在扭轉切應力為靜應力時，選取α=0.3 在扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力時，選取α=0.2 在扭轉切應力為對稱循環(huán)變應力時，選取α=1 在本式中選取α=1，，因為材料選擇的是45號鋼，經(jīng)過了調質處理，所以[-1]=60MP，軸的計算應力如下所示： MP＜ 經(jīng)過上述校核計算，可知其各項系數(shù)均滿足設計使用條件 圖5-2 軸的載荷分析 6 大小弧齒錐齒輪 為了滿足機器的整體結構要求，本設計中的主軸是利用弧齒輪傳動將單根出入軸以輸出。 6.1 齒輪參數(shù)的選擇 （1） 壓力角α的選擇 由機械原理可知，增大壓力角α,輪齒的齒厚及節(jié)點處的齒廓曲率半徑亦皆隨之增加，有利于提高齒輪傳動的彎曲強度及接觸強度。我國對一般用途的齒輪傳動規(guī)定的標準壓力角為α=20°。為增強齒輪傳動的彎曲強度及接觸強度，。但增大壓力角并不一定都對傳動有利。對重合度接近2的高速齒輪傳動，推薦采用齒頂高系數(shù)為1～1.2?，壓力角為16°～18°的齒輪，這樣做可增加輪齒的柔性，降低噪聲和動載荷。 （2） 小齒輪齒數(shù)?z1?的選擇 若保持齒輪傳動的中心距?a?不變，增加齒數(shù)，除能增大重合度、改善傳動的平穩(wěn)性外，還可減小模數(shù)，降低齒高，因而減少金屬切削量，節(jié)省制造費用。另外，降低齒高還能減小滑動速度，減少磨損及減小膠合的可能性。但模數(shù)小了，齒厚隨之減薄，則要降低輪齒的彎曲強度。不過在一定的齒數(shù)范圍內，尤其是當承載能力主要取決于齒面接觸強度時，以齒數(shù)多一些為好。閉式齒輪傳動一般轉速較高，為了提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊振動，以齒數(shù)多一些為好。小齒輪的齒數(shù)可取為?z1=20～40。開式(半開式)齒輪傳動，由于輪齒主要為磨損失效，為使輪齒不至過小，故小齒輪不宜選用過多的齒數(shù)，一般可取z1=17～20。????為使輪齒免于根切，對于α=20°的標準直齒圓柱齒輪，應取?z1≥17 （3）齒寬系數(shù)φd的選擇 由齒輪的強度計算公式可知，輪齒愈寬，承載能力愈高；但增大齒寬又會使齒面上的載荷分布趨不均勻，故齒寬系數(shù)應取得適當。圓柱齒輪齒寬系數(shù)的薦用值見下表。對于標準圓柱齒輪減速器，齒寬系數(shù)取為?，所以對于外嚙合齒輪傳動：?。φa的值規(guī)定為0.2,0.25,0.30,0.40,0.50,0.60,0.80,1.0,1.2。運用設計計算公式時，對于標準減速器，可先選定φa后再用上式計算出相應的φd值。? ? 裝置狀況 兩支承相對小齒輪作對稱布置 兩支承相對小齒輪作對稱布置 小齒輪作懸臂布置 φd 0.9～1.4(1.2～1.9) 0.7～1.15(1.1～1