搓絲機畢業(yè)設(shè)計論文說明書

機械設(shè)計課程設(shè)計計算說明書 設(shè)計題目： 搓絲機傳動裝置設(shè)計 班 級： 設(shè) 計 者： 指導(dǎo)老師： 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 2 - 目錄 前言 .- 3 - 一、設(shè)計任務(wù)書 .- 4 - 二、方案設(shè)計 .- 5 - 三、傳動零件設(shè)計 .- 8 - 3.1 帶傳動設(shè)計 .- 8 - 3.2 高速級齒輪設(shè)計 .- 9 - 3.3 低速級齒輪設(shè)計 . - 12 - 四、軸的設(shè)計 .- 17 - 4.1 高速軸的設(shè)計 .- 17 - 4.2 中速軸的設(shè)計 .- 20 - 4.3 低速軸的設(shè)計 . - 23 - 五、軸承的選擇與校核 .- 25 - 5.1 高速軸軸承 . - 25 - 5.2 中速軸軸承 .- 26 - 5.3 低速軸軸承 . - 27 - 六、鍵的選擇與校核 . - 27 - 6.1 高速軸的鍵 . - 27 - 6.2 中速軸的鍵 . - 28 - 6.3 低速軸的鍵 . - 29 - 七、減速器各部分尺寸 . - 30 - 7.1 箱體 . - 30 - 7.2 潤滑及密封形式選擇 . - 31 - 7.3 箱體附件設(shè)計 . - 31 - 八、參考文獻 . - 31 - 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 3 - 前言 本設(shè)計為機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計的內(nèi)容，在大一到大三先后學(xué)習過畫法幾何、機械原理、機械設(shè)計、工程材料、加工工藝學(xué)等課程之后的一次綜合的練 習和應(yīng)用。 本設(shè)計說明書是對搓絲機傳動裝置的設(shè)計，搓絲機是專業(yè)生產(chǎn)螺絲的機器，使用廣泛，本次設(shè)計是使用已知的使用和安裝參數(shù)自行設(shè)計機構(gòu)形式以及具體尺寸、選擇材料、校核強度，并最終確定形成圖紙的過程。 通過設(shè)計，我們回顧了之前關(guān)于機械設(shè)計的課程，并加深了對很多概念的理解，并對設(shè)計的一些基本思路和方法有了初步的了解和掌握。 感謝傅少敏老師在整個過程中的指導(dǎo)與幫助，也感謝周圍同學(xué)的幫助！ 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 4 - 一、設(shè)計任務(wù)書 軸輥搓絲機傳動裝置設(shè)計 1 電 動 機 2 傳 動 裝 置 3 床 身 4 搓 絲 機 1.1 設(shè)計背景 搓絲機用于加工軸輥螺紋，基本結(jié)構(gòu)如上圖所示，上搓絲板安裝在機頭 4上，下搓絲板安裝在滑塊 3 上。加工時，下挫絲板隨著滑塊作往復(fù)運動。在起始（前端）位置時，送料裝置將工件送入上、下搓絲板之間，滑塊向后運動時，工件在上、下搓絲板之間滾動，搓制出與搓絲板一致的螺紋。搓絲板共兩對，可同時搓制出工件兩端的螺紋?；瑝K往復(fù)運動一次，加工一個工件。 1.2 工作條件 室內(nèi)工作，動力源為三相交流電動機，電動機單向運轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)。 1.3 使用期限 工作期限為十年，每年工作天，雙 班制工作；檢修期間隔為三年。 1.4 生產(chǎn)批量與加工條件 生產(chǎn)批量 5臺，中等規(guī)模的機械廠，可加工級精度的齒輪、蝸輪。 1.5 原始數(shù)據(jù)表 最大加工直徑 最大加工長度 滑塊行程 搓絲動力 生產(chǎn)率 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 5 - 二、方案設(shè)計 2.1 總體設(shè)計 見下圖： 2.2 原動機的選擇 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，選擇電動機作為原動機。 2.3 傳動裝置的選擇 電動機輸出部分：考慮到過載保護，因此選用帶傳動。 減 速 器 內(nèi) 部 布 局 ： 二 級 圓 柱 齒 輪 展 開 式 ， 見 下 圖 。 2.4 執(zhí)行機構(gòu) 選擇曲柄滑塊機構(gòu)，理由是結(jié)構(gòu)簡單，加工比較經(jīng)濟，只要有偏心，即可實現(xiàn)急回特性。以下為尺寸設(shè)計。 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 6 - 插入圖 如圖，由最小傳動角取大于 40 知 40 又由圖中關(guān)系可知 =350 由 兩式，試取以下兩種方案： 方案一： a=170mm， e=180mm，得 b=778.359mm，繼而得 k=1.07， =63.28 方案二： a=165mm， e=170mm，得 b=539.386mm，繼而得 k=1.16， =51.61 相比較，由于方案二的 k比較大，工 作時間長，因此選用方案二。 2.5 相關(guān)參數(shù)的確定 項目 -內(nèi)容 設(shè)計計算依據(jù)和過程 計算結(jié)果 電動機的選擇 按工作要求選用 Y 系列全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，電壓 380V。 wd PP 21 0 0 0 1 0 0 0w F v F sP t 其中 V 帶的效率1=0.96，滾動軸承的效率2=0.99，閉式圓柱齒輪的效率3=0.98，計算效率 =0.8946。而wd PP =3.13kw，選取 =4kw，電動機型號 Y132M1-6，性能如下： 同步轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速 額定功率 極數(shù) 1000r/min 960r/min 4kw 4 電動機型號Y132M1-6 分配傳動比 （ 1）總傳動比： （ 2）各級傳動 比 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 7 - a. V 帶傳動 =2.5，減速器 i=40/2.5=16； b. 高速級傳動比，則低速級傳動比=16/4.733=3.3 各軸參數(shù)計算 0 軸（電動機軸）： 1 軸（高速軸）： 2 軸（中速軸）： 3 軸（低速軸）： 如左側(cè) 最后，將運動和動力參數(shù)計算結(jié)果進行整理并列于下表 軸 功率 P / kW 轉(zhuǎn)矩 T /N m 轉(zhuǎn)速 n r/min 傳動比 i 效率 輸入 輸出 輸入 輸出 0軸 3.13 31.14 960 2.5 0.95 軸 2.91 2.88 343.1 339.7 81.13 4.433 0.97 軸 2.82 2.79 1125.3 1114.0 24 3.381 0.97 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 8 - 三、傳動零件設(shè)計 3.1 帶傳動設(shè)計 項目 -內(nèi)容 設(shè)計計算依據(jù)和過程 計算結(jié)果 設(shè)計要求 每天工作 16 小時，載荷較平穩(wěn) 計算功率 Pc 由表 31-7 知， =1.1 由公式 =1.13.13kw=3.44kw =1.1 =3.44kw 確定帶型 由圖 31-15 選用帶 帶輪直徑和 小帶輪帶速 由表 31-3 知小帶輪直徑， 則大帶輪直徑 小帶輪 =5.02m/s， 滿足 5m/s25m/s 5.02m/s 初選中心距和帶的基準長度 a.由 31-24 ， 初取 b. =1759.15mm 由表 31-2，取 c.實際中心距 =620.425mm a=620.425mm 小帶輪包角 =166.15，滿足 的要求。 =166.15 帶的根數(shù) 由表 31-3知， 由表 31-9知， 包角系數(shù)， 由表 31-2取，長度系數(shù)， 從而， V帶根數(shù) =3.25， 取 z=4根。 z=4 初拉力 由表 31-1取 初壓力 : 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 9 - 壓軸力 3.2 高速級齒輪設(shè)計 項目 -內(nèi)容 設(shè)計計算依據(jù)和過程 計算結(jié)果 材料和精度等級 考慮直齒輪生產(chǎn)簡單，造價低，故選用直齒輪，批量較小。 小齒輪使用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241-286HBS；大齒輪使用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度 229-286HBS；精度等級均為 8 級 有關(guān)數(shù)據(jù)以及公式引自機械設(shè)計基礎(chǔ)（下冊） 初估小帶輪直徑 因采用閉式軟齒面?zhèn)鲃樱待X面接觸強度初估小齒輪分度圓直徑。 由附 B-1，則 由 表 27-14， 由表 27-24查得，接觸疲勞強度 則 ， 由附 B-2得， 。取 確定基本參數(shù) 校核圓周速度 v和精度等級 由表 27-1選取 8級精度 ,初取齒數(shù)取 m=60/21=2.857 由表 27-4 取 m=3mm，則， ，取 ， 由于互質(zhì)，故可行。 校核傳動比誤差 =(4.65-4.733)/4.733=-0.018，滿足。 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 10 - 校核齒面接觸疲勞強度 a. 計算齒面接觸應(yīng)力 由式 27-5，計算，由圖 27-17查得， 由表 27-15查得， 而， 其中：由表 27-5可得 由于無變位，嚙合角 ,故 ，直齒輪 查表 27-7知，圖 27-6 知 查表 27-8知，其中 由表 27-9 得到，其中非對稱支撐，調(diào)制齒輪 7級精度，則 從而 b. 計算許用接觸應(yīng)力 其中由圖 27-27 知 總工作時間 , 從而得 由表 27-18 接觸強度尺寸系數(shù) ， 由表 27-17 取最小安全系數(shù)， 合適，無需調(diào)整尺寸。 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 11 - 從而 c. 驗算： 合適，無需調(diào)整尺寸。 確定主要傳動尺寸 模數(shù) m=3 中心距 取 齒寬， 齒根彎曲疲勞強度驗算 a. 齒根彎曲應(yīng)力計算 查表 27-7知，圖 27-6 知 其他如下： ：由圖 27-9知， ：由表 27-8知 其中， ：由圖 27-20知 ： ：由圖 27-22知， 從而由 知 b. 許用彎曲應(yīng)力 ：由圖 27-30知 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 12 - ： 從而由 知 c. 校核： ， 主要尺寸匯總 模數(shù) m=3 壓力角 =20 3.3 低 速級齒輪設(shè)計 項目 -內(nèi)容 設(shè)計計算依據(jù)和過程 計算結(jié)果 材料和精度等級 同高速級 初估小帶輪直徑 因采用閉式軟齒面?zhèn)鲃樱待X面接觸強度初估小齒輪分度圓直徑。 由附 B-1，則 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 13 - 由 表 27-14， 由表 27-24查得，接觸疲勞強度 則 ， 由附 B-2 得， 取 確定基本參數(shù) 校核圓周速度 v和精度等級 由表 27-1選取 8級精度 , 初取齒數(shù) m=60/21=3.281，由表 27-4 取 m=3mm, 則， ，取 由于互質(zhì)，故可行。 校核傳動比誤差 =(3.371-3.381)/3.381=-0.0028，滿足。 校核齒面接觸疲勞強度 a. 計算齒面接觸應(yīng)力 由式 27-5，計算 由圖 27-17查得， 由表 27-15查得， 而， 其中：由表 27-5可得 合適，無需調(diào)整尺寸。 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 14 - 由于無變位，嚙合角 ,故 ，直齒輪 查表 27-7知，圖 27-6 知 查表 27-8知，其中 由表 27-9 得到，其中非對稱支撐，調(diào)制齒輪 7級精度，則 從而 b. 計算 許用接觸應(yīng)力 其中由圖 27-27 知 總工作時間 , 從而得 由表 27-18 接觸強度尺寸系數(shù) 由表 27-17 取最小安全系數(shù)， 從而 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 15 - c. 驗算： 合適，無需調(diào)整尺寸。 確定主要傳動尺寸 模數(shù) m=3 中心距 取 齒寬， 齒根彎曲疲勞強度驗算 a. 齒根彎曲應(yīng)力計算 查表 27-7知，圖 27-6 知 其他如下： ：由圖 27-9知， ：由表 27-8知 其中， ：由圖 27-20知 ： ：由圖 27-22知， 從而由 知 b. 許用彎曲應(yīng)力 ：由圖 27-30知 ： 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 16 - 從而由 知 c. 校核： ， 主要尺寸匯總 模數(shù) m=3， 壓力角 =20 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 17 - 四、軸的設(shè)計 4.1 高速軸的設(shè)計 項目 -內(nèi)容 設(shè)計計算依據(jù)和過程 計算結(jié)果 材料和熱處理 根據(jù)軸的使用條件，選擇 40Cr，正火， 硬度 HB=241-286 初估軸徑 查表 26-3，取 C=100，則由式 26-2 得 取 并初取軸承處，齒輪處 初取軸承處，齒輪處 空間受力分析 根據(jù)減速器箱體尺寸，取 , 則空間受力如下 其中 ， 支反力和彎矩圖 a. yoz面支反力 m 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 18 - m 彎矩圖如下： b. xoz 面支反力及彎矩 由及知 彎矩圖如下 合成彎矩 合成彎矩 合成彎矩圖如下 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 19 - 轉(zhuǎn)矩 ，由 B 端輸入，轉(zhuǎn)矩圖如下 當量彎矩 按 脈 動 循 環(huán) 考 慮 ， 取 則危險截面當量彎矩 當量彎矩圖如下 校核軸的強度 由表 26-4知 而 均小于 故合格 合格 軸設(shè)計圖 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 20 - 4.2 中速軸的設(shè)計 項目 -內(nèi)容 設(shè)計計算依據(jù)和過程 計算結(jié)果 材料和熱處理 根據(jù)軸的使用條件，選擇 40Cr，調(diào)質(zhì)， 硬度 HB=241-286 初估軸徑 查表 26-3，取 C=102，則由式 26-2 得 取 并初取軸承處，齒輪處 初 取軸承處，齒輪處 空間受力分析 根據(jù)減速器箱體尺寸，取 , 則空間受力如下 其中， 支反力和彎矩圖 a. yoz 面支反力 m 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 21 - m 彎矩圖如下： b. xoz 面支反力及彎矩 彎矩圖如下 合成彎矩 合成彎矩 合成彎矩圖如下 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 22 - 轉(zhuǎn)矩 ， 當量彎矩 按 脈 動 循 環(huán) 考 慮 ， 取 則危險截面當量彎矩 當量彎矩圖如下 校核軸的強度 由表 26-4知 而 小于 ， 故合格 合格 軸設(shè)計圖 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 23 - 4.3 低速軸的設(shè)計 項目 -內(nèi)容 設(shè)計計算依據(jù)和過程 計算結(jié)果 材料和熱處理 根據(jù)軸的使用條件，選擇 40Cr，調(diào)質(zhì)， 硬度 HB=241-286 初估軸徑 查表 26-3，取 C=102，則由式 26-2 得 取 并初取軸承處，齒輪處 初取軸承處 齒輪處 空間受力分析 根據(jù)減速器箱體尺寸，取 , 則空間受力如下 其中， 支反力和彎矩圖 yoz面支反力 m 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 24 - m 彎矩圖如下： xoz 面支反力及彎矩 彎矩圖如下 合成彎矩 合成彎矩 合成彎矩圖如下 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 25 - 轉(zhuǎn)矩 ， 當量彎矩 按 脈 動 循 環(huán) 考 慮 ， 取 則危險截面當量彎矩 當量彎矩圖如下 校核軸的強度 由表 26-4知 而 小于 ， 故合格 合格 軸設(shè)計圖 五、軸承的選擇與校核 5.1 高速軸軸承 項目 -內(nèi)容 設(shè)計計算依據(jù)和過程 計算結(jié)果 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 26 - 軸承選擇 由 d=30mm 以及軸的運轉(zhuǎn)特點，選擇深溝球軸承6206 深溝球軸承 6206 軸承受力分析 由軸上受力可知 A、 B 軸承所受徑向力 軸向力 當量動載荷 由，取安全系數(shù) 則當量動載荷 ， 于是 P=2088.5N P=2088.5N 軸承校核 查表 6-63 知 而 于是得 滿足設(shè)計要求 滿足設(shè)計要求 5.2 中速軸軸承 項目 -內(nèi)容 設(shè)計計算依據(jù)和過程 計算結(jié)果 軸承選擇 由 d=40mm 以及軸的運轉(zhuǎn)特點，選擇深溝球軸承6208 深溝球軸承 6208 軸承受力分析 由軸上受力可知 A、 B 軸承所受徑向力 軸向力 當量動載荷 由，取安全系數(shù) 則當量動載荷 ， 于是 P=5524.8N P=5524.8N 軸承校核 查表 6-63 知 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 27 - 而 于是得 滿足設(shè)計要求 滿足設(shè)計要求 5.3 低速軸軸承 項目 -內(nèi)容 設(shè)計計算依據(jù)和過程 計算結(jié)果 軸承選擇 由 d=55mm 以及軸的運轉(zhuǎn)特點，選擇深溝球軸承6211 深溝球軸承 6211 軸承受力分析 由軸上受力可知 A、 B 軸承所受徑向力 軸向力 當量動載荷 由，取安全系數(shù) 則當量動載荷 ， 于是 P=8415.6N P=8415.6N 軸承校核 查表 6-63 知 而 于是得 滿足設(shè)計要求 滿足設(shè)計要求 六、鍵的選擇與校核 6.1 高速軸的鍵 項目 -內(nèi)容 設(shè)計計算依據(jù)和過程 計算結(jié)果 35 處的鍵 選用普通平鍵（圓頭）連接，材料 45 鋼。 初取鍵 b h=10mm 8mm，由輪轂長為 66mm選擇 L=50mm，從而 ， 又知傳遞扭矩 由鍵的校核公式知： 普通平鍵 材料 45 鋼 b h=10 8 L=50mm 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 28 - 由表 33-1 知 因此 ，合格。 25 處的鍵 選用普通平鍵（圓頭）連接，材料 45 鋼。 初取鍵 b h=8mm 7mm，由輪轂長為 62mm 選擇 L=56mm，從而 ， 又知傳遞扭矩 由鍵的校核公式知： 由表 33-1 知 因此 ，合格。 普通平鍵 材料 45 鋼 b h=8 7 L=56mm 6.2 中速軸的鍵 項目 -內(nèi)容 設(shè)計計算依據(jù)和過程 計算結(jié)果 50 處的鍵 1 選用普通平鍵 （圓頭）連接，材料 45 鋼。 初取鍵 b h=14mm 9mm，由輪轂長為 60mm選擇 L=56mm，從而 ， 又知傳遞扭矩 由鍵的校核公式知： 由表 33-1 知 因此 ，合格。 普通平鍵 材料 45 鋼 b h=14 9 L=56mm 50 處的鍵 2 選用普通平鍵（圓頭）連接，材料 45 鋼。 初取鍵 b h=14mm 9mm，由輪轂長為 110mm選擇 L=100mm，從而 ， 又知傳遞扭矩 由鍵的校核公式知： 由表 33-1 知 因此 ，合格。 普通平鍵 材料 45 鋼 b h=14 9 L=100mm 北京航空航天大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 - 29 - 6.3 低速軸的鍵 項目 -內(nèi)容 設(shè)計計算依據(jù)和過程 計算結(jié)果 60 處的鍵 選用普通平鍵（圓頭）連接，材料 45 鋼。 初取鍵 b h=18mm 11mm，由輪轂長為 105mm選擇 L=1