陶瓷拋光機(jī)旋風(fēng)磨頭機(jī)構(gòu)的設(shè)計 正文.doc

I 陶瓷拋光機(jī)旋風(fēng)磨頭機(jī)構(gòu)的設(shè)計 系 、 部： 機(jī)械工程系 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 完成時間： II 摘 要 旋風(fēng)磨頭是用于粗磨機(jī)對瓷磚進(jìn)行加工的執(zhí)行部件，是比較新式的磨頭，該磨頭是采用八組高速旋轉(zhuǎn)的金剛石砂輪對瓷質(zhì)磚表面進(jìn)行剛性磨削，對拋光磚進(jìn)行粗加工，使磚面平整細(xì)滑，減小粗拋磨塊的消耗量，降低生產(chǎn)成 本，提高了生產(chǎn)效率。 本設(shè)計主要是對于旋風(fēng)磨頭的磨輪高速自轉(zhuǎn)和磨頭慢速公轉(zhuǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算。由于兩個傳動的轉(zhuǎn)速差較大采用兩個電機(jī)分別進(jìn)行驅(qū)動。磨輪的自轉(zhuǎn)設(shè)計為大錐齒輪嚙合八個小錐齒輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動，用于實現(xiàn)金剛磨輪的高速自轉(zhuǎn)，磨頭的公轉(zhuǎn)采用蝸輪蝸桿傳動設(shè)計用來實現(xiàn)磨頭的公轉(zhuǎn)，并且分別對錐齒輪和蝸輪蝸桿進(jìn)行了強度校核。本設(shè)計還對磨頭中各軸、軸承和鍵進(jìn)行了強度校核。使用 CAD 繪制完二維視圖后還采用 PRO/E建模對箱體殼體進(jìn)行重量計算。 關(guān)鍵詞 ： 陶瓷拋光，旋風(fēng)磨頭，錐齒輪，蝸輪蝸桿 III ABSTRACT A whirling wheelhead on a rasping machine is an executive unit that is used to process the ceramic tile, and it is a new type. The wheelhead uses eight groups high- speed whirling diamond grinding wheel to grind the surface of porcelain brick., and process minimally to the polishing brick in order to make the surface even and lubricious, then it can minish the comsuption of unprocessed brcik, reduce the production cost and improve productivity and efficiency. This design is mainly on contruction designming and calculation of the high-speed rotation of grinding wheel and slow-speed revolution of wheelhead. Because of the difference of rotate speed of the two drives, so it has to use two electric machine to drive. The rotation of grinding wheel is degined into a big bevel gear running with eight samll bevel gear in mesh, so as to realize the high-speed rotation of diamond grinding wheel. Worm wheel and worm transmission designment is used to realize the revolution of it. And this design checks the strength of gear and the worm wheel, axis, bearing and bond separately. Two-dimensional view is drawn by CAD, and the weight calculation of the cabinet and shell is done by PRO/E medeling. Keywords: Polish ceramic tile； whirling wheelhead； bevel gear； worm and worm wheel IV 目 錄 1 緒論 . 1 2 磨頭傳動裝置的總體設(shè)計 . 2 2.1 確定傳動方案 . 2 2.1.2 方案一 . 2 2.1.1 方案二 . 3 2.1.3 磨頭傳動方案的選定 . 3 2.2 電動機(jī)的確定 . 4 2.2.1 電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式 . 4 2.2.2 電動機(jī)的容量 . 4 2.2.3 確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 . 5 2.3 總傳動比的確定和各級傳動比的分配 . 5 2.4 磨頭的運動和動力參數(shù)的計算 . 6 2.4.1 各軸轉(zhuǎn)速的計算 . 6 2.4.2 各軸功率的計算 . 7 2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計算 . 7 3 磨頭傳動件的設(shè)計計算 . 9 3.1 選則聯(lián)軸器的類型和型號 . 9 3.2 磨輪自轉(zhuǎn)的直齒圓錐齒輪的設(shè)計計算 . 9 3.2.1 齒輪材料的選則 . 9 3.2.2 主要參數(shù)的選則 . 9 3.2.3 直齒圓錐齒輪的幾個尺寸設(shè)計和強度校核 . 10 3.3 磨頭公轉(zhuǎn)的蝸輪蝸 桿傳動計算 . 15 3.3.1 傳動類型、精度等級和材料的確定 . 15 3.3.2 初選幾何參數(shù) . 15 3.3.3 確定許用接觸應(yīng)力 . 15 3.3.4 按接觸強度設(shè)計 . 15 3.3.5 主要幾何尺寸 . 16 V 3.3.6 蝸輪圓周速度的計算并核對傳動的效率 . 16 3.3.7 接觸強度的校核 . 16 3.3.8 蝸輪彎曲強度的校核 . 17 3.3.9 其他幾何尺寸計算 . 17 4 磨頭軸系的設(shè)計 . 19 4.1 初繪裝配底圖及驗算軸系零件 . 19 4.1.1 確定箱內(nèi)傳動件輪廓及其相對位置 . 19 4.1.2 箱體內(nèi)壁位置的確定 . 20 4.1.3 初步進(jìn)行視圖布置及繪制裝配底圖 . 20 4.1.4 磨頭公轉(zhuǎn)蝸桿軸的設(shè)計 . 21 4.1.5 磨輪自轉(zhuǎn)的直齒圓錐主動齒的輪軸的設(shè)計 . 26 4.1.6 磨輪公轉(zhuǎn)蝸輪軸的設(shè)計 . 30 4.1.7 磨輪自轉(zhuǎn)小錐齒輪軸的設(shè)計 . 34 4.1.8 旋風(fēng)磨頭上各軸鍵聯(lián)接的強度校核 . 38 4.1.9 旋風(fēng)磨頭上各軸承的疲勞強度校核 . 40 4.1.10 磨頭主要部件螺栓聯(lián)接強度的校核 . 45 4.1.11 軸結(jié)構(gòu)的修改 . 45 4.2 設(shè)計和繪制磨頭的軸系結(jié)構(gòu) . 45 4.2.1 錐齒輪和蝸輪蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 45 5 磨頭箱體的設(shè)計 . 48 5.1 磨頭箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 48 5.1.1 磨頭箱體的裝配 . 48 5.1.2 磨頭殼體的尺寸確定 . 51 5.1.3 箱體的潤滑及密封和散熱 . 52 結(jié) 論 . 55 參考文獻(xiàn) . 57 致 謝 . 58 附 錄 1 1 緒論 隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的持續(xù)提升，中國老百姓對陶瓷墻地磚的消費也產(chǎn)生了多樣化的需求，拋光磚的產(chǎn)銷量仍然保持強勁增長。而陶瓷磚的生產(chǎn)是由建筑陶瓷機(jī)械來完成的。 截止 2000 年底，在我國現(xiàn)在仍生產(chǎn)的 2900 條建筑陶瓷生產(chǎn)線中，瓷質(zhì)磚拋光線共有 580 條，其中進(jìn)口線約占 30，大多進(jìn)口線為 97 年以前引進(jìn)，其余 70%為 95 年開始投放市場的國產(chǎn)線。在廣東地區(qū) 984 條建筑陶瓷生產(chǎn)線中，瓷質(zhì)磚拋光 線有 387條，約占全國瓷質(zhì)磚拋光線總量的 70左右。 陶瓷拋光磚在國內(nèi)市場風(fēng)行以來，各種利用機(jī)械加工瓷磚以提高產(chǎn)品檔次的方法不斷涌現(xiàn)，如水刀切割、圓弧拋光、線條拋光等等。深加工已經(jīng)成為陶瓷產(chǎn)品錦上添花的主要手段之一，在提高產(chǎn)品附加值方面大有可為。為陶瓷深加工專門制作的深加工機(jī)械是陶瓷機(jī)械行業(yè)中的后起之秀，近年來在國內(nèi)外的需求呈現(xiàn)急劇上升的勢頭。 拋光機(jī)是瓷磚深加工，也就是生產(chǎn)拋光磚的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，拋光加工由兩臺的拋光機(jī)完成，第一臺進(jìn)行精磨、粗拋，第二臺進(jìn)行半精拋、精拋。根據(jù)拋光磨頭所用磨料的粗細(xì)，按工藝將拋 光機(jī)分為粗拋機(jī)和精拋機(jī)，拋光過程是：瓷磚由主傳動皮帶送到機(jī)內(nèi) ,有磚檢測裝置檢出有磚進(jìn)入 ,磨頭上的氣缸動作 ,使旋轉(zhuǎn)的磨頭緩慢下降 ,磨輪對瓷磚表面進(jìn)行磨削拋光 ,瓷磚經(jīng)過若干個個磨頭的拋光后由人工取料。連續(xù)進(jìn)磚 ,磨頭便對瓷磚連續(xù)磨削。采用先進(jìn)的磨頭對陶瓷墻地磚表面進(jìn)粗磨拋光的，有效率高、加工表面質(zhì)量好、破損率少等優(yōu)點，經(jīng)拋光機(jī)加工的瓷磚表面可達(dá)鏡面光度。 旋風(fēng)磨頭它的結(jié)構(gòu)特點是向外伸展出 8 根軸，每根軸上各安裝一個圓筒形金剛磨輪，磨頭由 2根電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)生兩個動作，一是每根軸上的金剛磨輪自身的高速自轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速高達(dá) 2700 轉(zhuǎn) /分鐘），二是整個磨頭帶動八個金剛磨輪的低速公轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速為 70 轉(zhuǎn) /分鐘）。這種磨頭與滾動式磨頭有些相似，但區(qū)別也是很明顯的，前者使用金剛磨具，并由兩個電機(jī)驅(qū)動，自轉(zhuǎn)高速，公轉(zhuǎn)低速；而后者則是使用普通磨料磨具，僅由一個電機(jī)驅(qū)動，自轉(zhuǎn)低速，公轉(zhuǎn)高速。旋風(fēng)磨頭可取代原來的刮平磨頭，適用于刮平階段和粗磨階段。 本設(shè)計所研究的是陶瓷拋光機(jī)的旋風(fēng)磨頭機(jī)構(gòu)。 2 2 磨頭傳動裝置的總體設(shè)計 2.1 確定傳動方案 2.1.2 方案一 1-電動機(jī) 2-聯(lián)軸器 3-齒輪組 4-主動齒輪 5-從動公轉(zhuǎn)齒輪 6-從動自轉(zhuǎn)齒輪 7-空套錐齒輪軸 8-磨頭 9-磨輪 圖 1 磨頭傳動方案一簡圖 該方案采用一個電機(jī)為整個磨頭提供動力，減少了整體的成本，其傳動路線是通過一個主動齒輪 4 帶動一個齒輪組 3，該齒輪組 3 嚙合兩個齒輪，分別是從動公轉(zhuǎn)齒輪 5 和從動自傳齒輪 6，由從動公轉(zhuǎn)齒輪 5 帶動磨頭 8 進(jìn)行公轉(zhuǎn)，由從動自轉(zhuǎn)齒輪帶動空套錐齒輪軸 7，再由空套錐齒輪 7 嚙合著 8 個磨輪 9 進(jìn)行高速自轉(zhuǎn)。從而實現(xiàn)磨頭公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)不同轉(zhuǎn)速的分離。 3 2.1.1 方案二 1-自轉(zhuǎn)電機(jī) (主電機(jī) ) 2-聯(lián)軸器 3-公轉(zhuǎn)電機(jī) 4-蝸桿 5-蝸輪 6-空心蝸輪軸 7-自轉(zhuǎn)主軸 8-磨頭 9 磨輪 10 大錐齒輪 11 小錐齒輪 圖 2 磨頭轉(zhuǎn)動方案二簡圖 該方案采用兩個電動機(jī)分別用于磨頭的公轉(zhuǎn)和磨輪的自轉(zhuǎn)，兩個電動機(jī)分兩條路線進(jìn)行傳動，線路一：主電機(jī) 1 通過聯(lián)軸器 2 將動力傳遞至自轉(zhuǎn)主軸 7，再到大錐齒輪 10，由大錐齒輪嚙合著 8個小錐齒輪 11，將動力傳遞至金剛磨輪 9上，實現(xiàn)金剛磨輪的高速自轉(zhuǎn)運動。線路二：公轉(zhuǎn)電機(jī) 3也是通過聯(lián)軸器將動力傳遞至蝸桿 4，蝸桿 4帶動蝸輪 5 把動力傳遞至空心蝸輪軸 6 上，空心蝸輪軸 6 上安裝磨頭 8，因此磨頭將隨空心蝸輪軸 6 一起旋轉(zhuǎn)，從 而實現(xiàn)磨頭的公轉(zhuǎn)運動。由于磨頭的公轉(zhuǎn)和磨輪的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速相差較大，因此該方案能較好的實現(xiàn)傳動比，但是需要使用兩個電機(jī)。 2.1.3 磨頭傳動方案的選定 由于磨頭的公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速大約為 60r/min，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速大約為 2700r/min,轉(zhuǎn)速相差較大。 4 因此采用方案二有利于減小磨頭的尺寸簡化傳動部件的設(shè)計計算也能提高整個磨頭的工作效率 .而方案一雖然只用一個電動機(jī)但是要實現(xiàn)兩個相差較大的轉(zhuǎn)速比較困難，不僅會增大傳動比使齒輪的體積增加而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。因此選定方案二為磨頭傳動方案。 2.2 電動機(jī)的確定 2.2.1 電動機(jī)類型 和結(jié)構(gòu)形式 陶瓷拋光機(jī)旋風(fēng)磨頭使用于工廠 ,工廠使用的是三相交流電 ,而且對于電動機(jī)沒有特殊的要求所以選用三相鼠籠異步電動機(jī)。 2.2.2 電動機(jī)的容量 電動機(jī)所需的功率 Pd應(yīng)由磨頭工作阻力和運動參數(shù)計算求得 : KWTnPmmd 9550(1) 式中 :T-磨頭所需的轉(zhuǎn)矩 N/M，由任務(wù)書給出 nm-磨頭的轉(zhuǎn)速 r/min，由任務(wù)書給出 m-磨頭的效率， m 1 2 n分別為傳動裝置中每 一個傳動副（齒輪、蝸輪蝸桿）、每對齒輪、每個聯(lián)軸器的效率。其概略值見表 11-7。選用此數(shù)值時一般取中間值，如工作條件差，潤滑不良時應(yīng)取低值，已知磨頭內(nèi)部的潤滑條件較好，所以取的值都較高。 在自轉(zhuǎn)磨輪中，其傳動的機(jī)械效率由以下幾個部分組成：聯(lián)軸器 0.98、軸承 4對0.994、圓錐齒輪 0.96 Z 0.98 0.994 0.96 0.9 在公轉(zhuǎn)磨頭中：聯(lián)軸器 0.98、軸承 3對 0.983、蝸輪蝸桿 0.8 G=0.98 0.983 0.8 0.74 根據(jù)任務(wù)書，磨輪自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 2500 2800 r/min,轉(zhuǎn)矩為 7 10 N/m.磨頭有 8 個磨輪，因此磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī)的功率范圍為： kwkwkwnTP zzd 263.169.09550 )28002500()107(895502 而磨頭公轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為 50 80 r/min,轉(zhuǎn)矩為 300 320 N/m，因此磨頭的公轉(zhuǎn)電機(jī)的功率范圍為： kwkwkwnTPGGGd 6.31.274.09 5 5 0 )8050()320300(9 5 5 0 5 2.2.3 確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 同一類型的電動機(jī)，相同的額定功率有多種轉(zhuǎn)速可供選用。如選用低轉(zhuǎn)速電動機(jī)，因極數(shù)較多而外廓尺寸及重量較大，故價格較高，但可以使傳動裝置總轉(zhuǎn)動比及尺寸減小。選用高轉(zhuǎn)速電動機(jī)則相反。因此應(yīng)全面分析比較其利弊來選定電 機(jī)轉(zhuǎn)速。 按照磨頭公轉(zhuǎn)和磨輪自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速要求和傳動機(jī)構(gòu)的合理傳動比范圍，可以推算電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍，如： n=(i1i2 in)nw r/min 式中： n電動機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍 i1、 i2、 in-各級傳動機(jī)構(gòu)的合理傳動比范圍，見表 11-8或表 113-2 對于磨頭公轉(zhuǎn)采用蝸輪蝸桿傳動，查表得 iw=10 40 而磨輪自轉(zhuǎn)采用的直齒錐齒輪 is=2 3 則磨頭公轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為： ndG=iwnG=(10 40) (50 80)=500 3200 r/min 磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍 (此機(jī)構(gòu)為增速機(jī)構(gòu) ，之所以選則增速機(jī)構(gòu)是因為磨頭的結(jié)構(gòu)所限，根據(jù)圖 2 是由一個大錐齒輪主動嚙合 8 個小錐齒輪從動，如果采用減速機(jī)構(gòu)那么將是小錐齒輪主動嚙合 8個大錐齒輪這在結(jié)構(gòu)上會造成困難。 ) m in/1 4 0 0833)2 8 0 02 5 0 0()2131(1 rnin zsz 對于 Y 系列電動機(jī)，通常多選用同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 或 1200r/min 的電動機(jī)，如無特殊要求不選用低于 750r/min的電動機(jī)。 根據(jù)計算所得的電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍和功率范圍查表 112-1 12-2,選用電動機(jī)的型號為：磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī)采用 Y200L2-6V1。磨頭公轉(zhuǎn)的電動機(jī)由于轉(zhuǎn)速范圍較廣， 可選擇的型號也較多在這里主要考慮電機(jī)的體積大小和重量，因為此電機(jī)是安裝在磨頭殼體的側(cè)面要求選用體積小重量輕的電機(jī)再者考慮到降速的方便，所以采用折中法采用同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min的 4 極電動機(jī)，型號為 Y100L2-4B5。 Y200L2-6V1參數(shù)： PZ=22kw nZ=970r/min mZ=250kg Y100L2-4B5參數(shù)： PG=3kw nG=1420r/min mZ=38kg 設(shè)計傳動裝置時一般按工作機(jī)實際需要的電動機(jī)輸出功率 Pd計算，在這里由于所選取的電動機(jī)功率有一定余量計算時采用電動機(jī) 的額定功率計算，轉(zhuǎn)速則取滿載轉(zhuǎn)速。 2.3 總傳動比的確定和各級傳動比的分配 傳動裝置的總體傳動比要求應(yīng)為： 6 wdnni(2) nd電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 r/min nw磨頭工作轉(zhuǎn)速 r/min 由于磨輪自轉(zhuǎn)和磨頭公轉(zhuǎn)都是在磨頭殼體中實現(xiàn)，考慮到磨頭體積和結(jié)構(gòu)的限制，都設(shè)計為一級傳動 則磨輪自轉(zhuǎn)傳動比為： 3 4 6.03 8 8.02 8 0 02 5 0 0 9 7 0 zi磨頭公轉(zhuǎn)傳動比為： 75.174.2880501 4 2 0 Gi根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的轉(zhuǎn)速范圍確定旋風(fēng)磨頭磨輪自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 2700r/min，磨頭公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 70r/min，這里則暫取這兩個值為設(shè)計計算的數(shù)據(jù)。 則磨頭自轉(zhuǎn)的設(shè)計傳動比為： 359.0270 0970 zi磨頭公轉(zhuǎn)的設(shè)計傳動比為： 3.20701420 Gi而磨頭的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的實際傳動比要由選定的蝸輪蝸桿和錐齒輪齒數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的計算，因而與設(shè)計的傳動比可能有誤差，但誤差是允許的。 2.4 磨頭的運動和動力參數(shù)的計算 為方便陳述，以下計算中軸指代主傳動軸即蝸桿軸和大 錐齒輪軸，軸指代從動軸即蝸輪軸和小錐齒輪軸。 2.4.1 各軸轉(zhuǎn)速的計算 n =nd r/min (3) min/rinn (4) 式中 n、 n 為軸軸轉(zhuǎn)速 r/min nd為電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 i為軸軸傳動比 則磨輪自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為： nz =nzd=970r/min m in/2700359.0 970 rinnzzz 磨頭公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為： 7 nG =nGd=1420 r/min m in/703.201 4 20 rinnGGG 2.4.2 各軸功率的計算 P =Pd 01 kw (5) P = P 12 kw (6) 式中： Pd電動機(jī)輸出功率 P 、 P 軸軸輸入功率 01、 12依次為電動機(jī)軸與軸軸間的傳動效率 則磨輪自轉(zhuǎn)是各軸的功率為： PZ =Pzd 01Z=22 0.98=21.56 kw (由于大錐齒輪嚙合 8個小錐齒輪 ) PZ =PZ 12Z/8=21.56 0.992 0.96=2.54 kw 磨頭公轉(zhuǎn)時各軸的功率為： PG =PGd G01=3 0.98 0.99=2.91 kw PG = PG G12=2.91 0.8=2.33 kw 2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計算 T =Td 01 N/m (7) T = T i 12 N/m (8) 式中： Td電動機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩 N/m T 、 T 為軸軸的輸入轉(zhuǎn)矩 N/m mNnPTddd 9550mNT Zd /2 1 79 7 0229 5 5 0 mNT Gd /201 4 2 039 5 5 0 則磨輪自轉(zhuǎn)的各軸轉(zhuǎn)矩為： TZ =TZd Z01=217 0.98=213 N m TZ = TZ i Z12/8=213 0.992 0.96 0.359=9 N m 磨頭公轉(zhuǎn)的各軸轉(zhuǎn)矩為： TG =TGd G01=20 0.98 0.99=19.4 N m 8 TG = TG i G12=19.4 0.8 20.3=315 N m 將運動和動力參數(shù)的計算結(jié)果整理為列表備查。 表 1 磨頭各軸運動和動力參數(shù) 序號 自轉(zhuǎn) 公轉(zhuǎn) 軸 軸 軸 軸 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 970 2739 1420 69 功率 P(kw) 21.56 2.54 2.91 2.33 轉(zhuǎn)矩 T(N m) 213 9 19.4 315 9 3 磨頭傳動件的設(shè)計計算 3.1 選則聯(lián)軸器的類型和型號 對于磨輪自轉(zhuǎn)和磨頭公轉(zhuǎn)都是直接采用聯(lián)軸器使電動機(jī)直接和磨頭內(nèi)部的傳動軸相連，并 且受限于磨頭的體積和重量所選的聯(lián)軸器不能太大太重，根據(jù)計算結(jié)果兩電動機(jī)所傳遞的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速不是太大，再綜合考慮的情況下兩者均選用平鍵套筒聯(lián)軸器。對于磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī)和軸相連時由于其是垂直安裝采用螺釘用作軸向固定。查表112-5,得知磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī) Y200L2-6V1型和磨頭公轉(zhuǎn)電機(jī) Y100L2-4B5型電機(jī)驅(qū)動軸的直徑分別為 55mm和 28mm。鍵槽寬分別為 16mm和 8mm。傳遞的轉(zhuǎn)矩為 217 N m和 20 N m。根據(jù)以上數(shù)據(jù)查表 329.2-2 由于套筒聯(lián)軸器尚未標(biāo)準(zhǔn)化，故只將所選平鍵套筒聯(lián)軸器的軸孔直徑列 出，主要尺寸和特性參數(shù)直接看表即可。 3.2 磨輪自轉(zhuǎn)的直齒圓錐齒輪的設(shè)計計算 3.2.1 齒輪材料的選則 由于直齒圓錐齒輪是在磨頭殼體之內(nèi)屬于密封的工作環(huán)境再加上大的錐齒輪要嚙合 8 個小錐齒輪轉(zhuǎn)動而且轉(zhuǎn)速較高，因此對齒輪的要求是具有足夠的硬度，以抵抗齒面磨損，對齒芯應(yīng)有足夠的強度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷，再此選擇具有強度高，韌性好，便于制造便于熱處理的鍛鋼，具體選則材料為 20Cr經(jīng)滲碳、淬火，硬度達(dá)到 56 62HRC，熱處理后需要磨齒。 3.2.2 主要參數(shù)的選則 傳動比 i 由前面計算可知 直齒圓錐齒輪的傳動比為 i=0.359 齒數(shù) Z 根據(jù)磨頭的工作條件，在封閉硬齒面齒輪傳動中齒根折斷為主要的失效形式，因此可適當(dāng)?shù)臏p少齒數(shù)以保證模數(shù)取值的合理，一般計算中取 ZZmin,查表 323.4-4，取小錐齒輪齒數(shù) Z2=17，則 Z1=17/iZ=17/0.359=48。 根據(jù)齒數(shù)重新計算自轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速： nZ =970 48 17=2739 r/min 并更新表 1數(shù)據(jù)。 齒輪精度等級選擇 10 由于直齒錐齒輪嚙合轉(zhuǎn)速較高，因此齒輪精度等級選定為 7c GB11365 級，齒面粗糙度 Ra=0.8 1.6 m。 錐齒輪的齒高形式 以往廣泛應(yīng)用直齒錐齒輪中的不等頂隙收縮齒因缺點較嚴(yán)重，近來被等頂隙收縮齒代替，因此本設(shè)計選擇的直齒錐齒輪為等頂隙收縮齒。 3.2.3 直齒圓錐齒輪的幾個尺寸設(shè)計和強度校核 初步設(shè)計 根據(jù)材料的許用應(yīng)力和齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩初步估計齒輪大端分度圓直徑，查表123.4-22得： mmuKTdHPe30211 1951 (9) 載荷系數(shù)：由于所設(shè)計的圓錐齒輪均為懸臂布置，故 K取 1.5 齒數(shù)比： u=i=Z1/Z2=17/48=0.354 實驗齒輪的接觸疲勞極限，根據(jù)圖 323.2-18d得 Hlim=1300 N/mm2 估算的安全系數(shù)： S0H=1.1 齒輪的許用接觸應(yīng)力： 0HP= Hlim/ S0H=1300/1.1=1182 N/mm2 估算結(jié)果： mmd e 7.1681182354.0 2135.11951 3 21 幾何計算 由表 323.4-4 查得等頂隙收縮齒： 齒數(shù)：由前面設(shè)計得 Z1=48 Z2=17 分錐角： 90 30193070909030705.701748a r c t a na r c t a n12211 ZZ 大端模數(shù)： me=de1/Z1=168.7/48=3.51 取 me=3.5mm 大端分度圓直徑： de1=Z1me=48 3.5=168 mm de2=Z2me=17 3.5=59.5 mm 齒寬系數(shù)： R一般取 0.3 平均分度圓直徑： dm1=de1(1-0.5 R)=168(1-0.5 0.3)=142.8 mm dm2=de2(1-0.5 R)=59.5(1-0.5 0.3)=50.575 mm 11 平均模數(shù)： mm=me(1-0.5 R)=3.5(1-0.5 0.3)=2.975 mm 外錐距： mmdRee 111.895.70s in2 168s in211 齒寬： b= R Re=0.3 89.111=26.733 mm 取 b=27 mm 徑向變位系數(shù)： X1=X2=0 大端齒頂高： ha1=(1+X1)me=(1+0) 3.5=3.5 mm ha2=(1+X2)me=(1+0) 3.5=3.5 mm 頂隙系數(shù) (查表 323.4-2)： c*=0.2 大端齒根高： hfe1=(1+ c*- X1)me=(1+0.2-0) 3.5=4.2 mm hfe2=(1+ c*- X2)me=(1+0.2-0) 3.5=4.2 mm 齒根角： 53412698.2111.892.4a r c t a na r c t a n 11 efef Rh 53412698.2111.892.4a r c t a na r c t a n 22 efef Rh 齒頂角（等頂隙收縮齒）： 5341221 fa 5341212 fa 頂錐角： 531173534123070111 aa 531122534123019222 aa 根錐角： 74867534123070111 ff 74816534123019222 ff 大端齒頂圓直徑： mmhddaeae 34.1705.70c o s5.32168c o s2 1111 mmhddaeae 1.665.19c o s5.325.59c o s2 2222 切相變位系數(shù) : Xi1=Xi2=0 壓力角： =20 大端分度圓齒厚： mmXXmSie 4 9 7 8.525.3)t a n22( 111 mmXXmSie 4 9 7 8.525.3)t a n22( 222 12 大端分度圓弦齒厚： mmdSSe4968.5)1686 4978.51(4978.5)61(S 22212111 mmdSSe49.5)5.596 4978.51(4978.5)61(S 22222222 大端分度圓弦齒高： mmdShheaa 515.316845.70c o s4978.55.34c o s 2112111 mmdShheaa 6 1 9 7.35.5945.19c o s4 9 7 8.55.34c o s 2222222 當(dāng)量齒數(shù)： 8.1435.70c o s 48c o s 111 ZZ v185.19c o s 17c o s 222 ZZ v齒高系數(shù) (查表 323.4-2)： h*=1 端面重合度： 06.22128.143 20c o s8.143a r c c o s22 c o sa r c c o s 1*1 11 XhZ Zv vva 25.321218 20c o s18a r c c o s22 c o sa r c c o s 2*2 22 XhZ Zv vva 7 0 9.1)20t a n25.32( t a n18)20t a n06.22( t a n8.1 4 321)t a n( t a n)t a n( t a n212211 vvvavva ZZ 接觸強度校核 由式 323.4-2得： HPKEHmHHvAtH ZZZZuubdKKKKF 185.021(10) 式中： Ft分度圓切向力，查表 323.4-21 得 Nd TF mt 2.29838.142 21320002000 1 1 (11) KA使用系數(shù)，查表 323.4-24得 KA=1.25 Kv動載系數(shù)，由式 323.4-3得 13 1110085.022121 u uvZKbFKKK ttAV(12) 式中： K1、 K2系數(shù)：其值列于表 323.4-23，取 K1=10.11 K2=0.0193 vt線速度： 25.760000 9708.14260000 11 Zmt ndv故 095.111354.0354.010025.7480193.02785.02.298325.111.1022vKKH 齒向載荷系數(shù)： KH =1.5KH be 式中： KH be支撐情況，查表323.4-24，兩輪皆懸臂布置取值 KHbe =1.5 故 KH =1.5 1.5=2.25 KH 齒間載荷分配系數(shù)，查表 323.4-25取 KH =1 ZH節(jié)點區(qū)域系數(shù)，查圖 323.4-21，螺旋角 m=0故 ZH=2.5 ZE彈性系數(shù)，查表 323.2-29取 ZE=189.8 N/mm2 重合度、螺旋角系數(shù)： 由式 323.4-6得： 87388.03709.1434 veZ由式 323.4-9得： 10c o sc o s mZ 由式查表 323.4-10得： 874.08 7 3 8 8.01 ZZZ eeZK錐齒輪系數(shù)： ZK=1 將上面的計算結(jié)果代入 H中得： 222 /9801874.05.28.189354.01354.08,1422785.0125.2095.125.12.2983 mmNH 許用接觸應(yīng)力，由式 323.4-11得： WXL V RNHHHP ZZZZS m i nl i m (13) 式中： Hlim=1300 N/mm2 ZN壽命系數(shù)，齒輪長期工作取 ZN=1 ZLVR潤滑油膜影響系數(shù)，查閱 323.2-21取 ZLVR=0.985 SHmin最小安全系數(shù)，取 SHmin=1.1 ZX尺寸系數(shù)，查 閱 323.2-23取 ZX=1 14 ZW工作硬化系數(shù)，查圖 323.2-22 取 ZW=1 故許用接觸應(yīng)力值為： 2/4.1 1 6119 8 5.011.11 3 0 0 mmNHP 結(jié)論： H HP 通過 彎曲強度校核 由式 323.4-12得： YYbm mKKKKFFSFFvAtF 185.0 (14) 式中： KA、 Kv、 KF =KH 、 KF =KH 同前 即： KA=1.25、 Kv=1.032、 KF =2.25、 KF =1 YFS復(fù)合齒形系數(shù)，按 ZV1=143.8 ZV2=18 查圖 323.2-28 得 YFS1=4.54 YFS2=4.83 Y 彎曲強度計算的重合度和螺旋角系數(shù)，查圖 323.2-28 取 Y =0.68 將各值代入 F公式中的得： 21 /5.39168.054.4975.22785.0 125.2032.125.12.2983 mmNF 21212 /5.41654.4 83.45.391 mmNYYFSFSFF 許用彎曲應(yīng)力，由式 323.4-13得： XR relTrelTNF FEFP YYYYS m i n (15) 式中： FE齒輪材料的彎曲疲勞強度基本值，查圖 323.2-29取 FE=630 N/mm2 YN壽命系數(shù)，查圖 323.2-30，長期工作取 YN=1 Y relT相對齒根圓角敏感系數(shù)，查表 323.2-30和圖 323.2-24取 Y relT=1 YRrelT相對（齒根）表面狀況系數(shù)，表面粗糙度較好取 YRrelT=1 YX尺寸系度 查圖 323.2-31取 YX=1 SFmin齒根彎曲強度的最小安全系數(shù)取 SFmin=1.4 式 323.2-20 將上列各值代入公式故許用彎曲應(yīng)力值： 2/45011114.1630 mmNFP 結(jié)論： F1 FP1， F2 FP2 因此設(shè)計的錐齒輪有足夠的強度。 15 3.3 磨頭公轉(zhuǎn)的蝸輪蝸桿傳動計算 3.3.1 傳動類型、精度等級和材料的確定 根據(jù)前面設(shè)計參數(shù)，蝸輪蝸桿所傳遞的功率小于 3KW 轉(zhuǎn)速也不太高，故選用阿基米得蝸桿傳動。由于該蝸輪蝸桿只用于一般的動力傳動中，故選定精度 8c GB 10089-88。 由于蝸桿的速度不高，載荷不大因此采用 40Cr，表面淬火 ,HRC=45 50 。表面粗糙度 Ra為 1.6 m 。由于錫青銅耐磨性及膠合性能較好，但價格較高，因此選用蝸輪輪緣為 ZCUSn10P1金屬模鑄造。 3.3.2 初選幾何參數(shù) 傳動比 i=n1/n2=1420/70=20.3，參考表 323.5-3，取 Z1=2,Z2=Z1i=2 20.3=40.6取Z2=41。故 i=41/2=20.5， n2=n1/i=1420/20.5=69 r/min，并更新表 2.1。 3.3.3 確定許用接觸應(yīng)力 由表 323.5-8可知：NVSHPHP ZZ 由表 323.5-12查得 : HP =220 N/mm2 由圖 323.5-4查得 : s 4.5 m/s 傳動采用浸油潤滑，由圖 323.5-5查得 Zvs=0.93 蝸輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，由資料查得磨頭使用壽 命 5 年，每年工作 300 天，每天工作10h，每小時載荷率為 60。 故： NL=60 n2 j LN=60 69 1 300 5 10 0.6=3.7 107 查圖 323.5-6得 ZN=0.85 HP=220 0.93 0.85=173.9 N/mm2 3.3.4 按接觸強度設(shè)計 按表 323.5-8中接觸強度的設(shè)計公式 322212 )1 5 0 0 0( mmKTZdmHP (16) 載荷系數(shù) K=1.2 蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩由前計算得 T2=TG =315 N/m 3212 1 6 7 33 1 52.1419.1 7 31 5 0 0 0 mmdM 16 查表 323.5-2,可選用 m=5 mm d1=90 mm 3.3.5 主要幾何尺寸 按表 323.5-5中的公式： 蝸輪分度圓直徑 d2=mz2=5 41=205 mm 傳動的中心距 : mmdda 5.1 4 7)902 0 5(21)(21 12 導(dǎo)程角 r: 2420634.690 52a r c t a n1a r c t a n 1 d mzr 3.3.6 蝸輪圓周速度的計算并核對傳動的效率 蝸輪的圓周速度： smnd /74.01 0 0 060 692 0 51 0 0 060 222 齒面間滑動速度： smrnds /73.634.6c o s1 0 0 060 1 4 7 090c o s1 0 0 060 11 按式 323.5-2得： 321 按式 323.5-3得： 853.0)08.134.6t a n ( 34.6t a n)t a n ( t a n1 vpr r由表 323.5-14查得： Pv=1.08 攪油損耗率： 取 96.02 滾動軸承效率：取 98.03 8.099.096.08 5 3.0 與之前計算蝸輪軸所設(shè)效率相近 3.3.7 接觸強度的校核 按表 323.5-8的公式： HPVAEH KKKddTZ 22129400(17) 彈性系數(shù) ZE由表 323.5-9查得 ZE=155 N/mm2 使用系數(shù) KA由表 323.5-10查得 KA=1 動載系數(shù) KV=1.1 17 齒向載荷分布系數(shù) K =1.1 蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩： mNT /3 2 269 8.091.29 5 4 92 按圖 323.5-5查得滑動速度影響系數(shù) ZVS=0.88 于是將各值代入公式中得許用接觸應(yīng)力： 22 /1531.11.1120590 3229400155 mmNH 結(jié)論： H HP 通過 3.3.8 蝸輪彎曲強度的校核 按表 323.5-8中公式 : 2212 /666 mmNYYmdd KKKT FPFSVAF (18) 式中： YFS齒形系數(shù)，按 76.4134.6c o s 41c o s 3322 rZZ V查圖 323.2-24得 YFS=4.03 Y 螺旋角系數(shù)： 947.0120 34.611201 rY 故： 2/7.10947.003.4520590 1.11.11322666 mmNF 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力 : FP= FP YN 壽命系數(shù) YN 當(dāng) NL=3.7 107 查圖 323.5-6 得 YN=0.7 蝸輪材料 N=107