紗線卷繞機(jī)設(shè)計(jì)說明書

1、編號(hào)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)紗線卷繞機(jī)設(shè)計(jì)Designofyarncoilingmachine學(xué)生：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：學(xué)院：一第一章引言-2-第二章設(shè)計(jì)方案及原理-4-2.1 原理的設(shè)計(jì)方案-4-2.1.1 重疊現(xiàn)象的分析及設(shè)計(jì)方案-4-2.1.2 差微機(jī)構(gòu)的工作原理-4-2.2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案-6-2.3 特點(diǎn)評(píng)述-7-第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-9-2.2 皮帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)-9-2 電動(dòng)機(jī)的選擇-9-2 皮帶的設(shè)計(jì)-9-2 V帶輪設(shè)計(jì)-11-2 V帶傳動(dòng)的張緊裝置-11-2.3 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)-12-2 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)-12-2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)-12-2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)-14-2 幾何尺

2、寸計(jì)算-16-2 驗(yàn)算-16-2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖（見零件圖）-16-第四章分析校核-17-第五章總結(jié)-30-參考文獻(xiàn)-31-致謝-32-第一章引言紗線卷繞機(jī)是一種重要的紡織機(jī)械。卷繞方法是化纖長(zhǎng)絲生產(chǎn)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在分析化纖生產(chǎn)工藝和卷繞運(yùn)動(dòng)規(guī)律中起到重要作用，為在生產(chǎn)過程中靈活實(shí)施提供了依據(jù)和手段，對(duì)提高化纖裝備現(xiàn)代化水平具有實(shí)用價(jià)值。在現(xiàn)有的紡織業(yè)中，紗線卷繞的過程中不可避免地出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，特別在化纖、毛紗等短纖維材料的卷繞中這種現(xiàn)象表現(xiàn)得尤為突出。目前采用的是單電動(dòng)機(jī)或雙電動(dòng)機(jī)防疊，單電動(dòng)機(jī)防疊的工作原理是利用電動(dòng)機(jī)的斷續(xù)啟停（30次/min）來達(dá)到防疊的目的。電動(dòng)機(jī)的斷續(xù)

3、啟停耗能較多，對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作壽命影響較大。雙電動(dòng)機(jī)的工作原理是：一個(gè)電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過附加運(yùn)動(dòng)來改變往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率，以達(dá)到防疊的目的。這種方法機(jī)構(gòu)復(fù)雜、維修不便。鑒于以上情況，我們開發(fā)了新型紗線卷繞防疊試驗(yàn)機(jī)。該試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)了一種機(jī)械的差微機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、結(jié)構(gòu)緊湊，采用零件數(shù)目少，運(yùn)動(dòng)和機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇合理，運(yùn)行可靠，壽命長(zhǎng)，且造價(jià)低廉，達(dá)到了防疊目的，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)顯著降低了成本，并可容易地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。卷繞機(jī)是化纖紡絲設(shè)備中的關(guān)鍵部分，占到化纖紡絲設(shè)備總投資的50%-60%,技術(shù)上涉及到絲條的卷繞原理、機(jī)械振動(dòng)理論、自動(dòng)控制技術(shù)等，必須精心設(shè)計(jì)和制造，才能生產(chǎn)

4、出高性能的化纖卷繞機(jī)。目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)企業(yè)對(duì)卷繞機(jī)的研發(fā)工作，與化纖紡絲設(shè)備中的紡絲機(jī)整機(jī)研發(fā)相比，顯得投入不足，長(zhǎng)期以來主要依賴于進(jìn)口，停留在為進(jìn)口卷繞機(jī)配套的嫁接”階段，這就制約了我國(guó)化纖工業(yè)的創(chuàng)新、發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。因此，為了提高卷繞機(jī)的技術(shù)含量、降低卷繞機(jī)的制造成本、提升卷繞機(jī)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，必需加大創(chuàng)新和研發(fā)及化纖卷繞新工藝及其機(jī)電一體化新技術(shù)的力度，通過核心技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化，為實(shí)現(xiàn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能卷繞機(jī)提供技術(shù)保證。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年的世界纖維產(chǎn)量為5000萬噸，其中合成纖維約為3000萬噸，合成纖維中僅滌綸就達(dá)到1800萬噸，而滌綸長(zhǎng)絲占到800萬噸，預(yù)計(jì)僅將以每年7.8%左右的

5、速度繼續(xù)增長(zhǎng)。再加上錦綸和丙綸，每年約有超過800萬噸的長(zhǎng)絲需要用到化纖卷繞機(jī)，這足以說明卷繞機(jī)在化纖生產(chǎn)中所占重要地位?；w長(zhǎng)絲開始生產(chǎn)以來，一直用紡絲和拉伸加捻兩步法，紡絲卷繞速度低于1000米/分。在紡絲工藝?yán)碚撋洗嬖谥粋€(gè)似是而非的誤區(qū)：認(rèn)為只能在低速下紡成的低取向絲才可以在后道工序上順利地制成性能良好的成品絲；紡絲卷繞速度一高，長(zhǎng)絲的取向度、結(jié)晶度提高，卷繞機(jī)在技術(shù)上跨出了一大步，紡絲卷繞速度由1000米/分提高到4000米/分，而此時(shí)在工藝上也發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)提高紡絲卷繞速度不僅可以提高生產(chǎn)能力，而且所紡成的預(yù)取向絲，纖維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以長(zhǎng)期存放，能夠制成性能很好的成品絲。也正是由于卷繞速

6、度的提高、拉伸倍數(shù)的減少，拉伸和變形加工兩個(gè)工序才有可能合在一起，制成拉伸變形絲，縮短了工藝流程。20世紀(jì)70年代以來，化纖卷繞機(jī)的技術(shù)發(fā)展在紡織機(jī)械工業(yè)中是最迅速、最活躍的，可以說是年一個(gè)樣，三年大變樣”，作為卷繞機(jī)中核心部分的卷繞頭在這方面體現(xiàn)得最為充分。第二章設(shè)計(jì)方案及原理1 原理的設(shè)計(jì)方案1.3 重疊現(xiàn)象的分析及設(shè)計(jì)方案在紗線交叉卷繞的過程中（如圖1）,筒子（套裝）由滾筒摩擦帶動(dòng)。如滾筒轉(zhuǎn)速不變，則筒子轉(zhuǎn)速隨卷繞直徑的增大而降低。若到某一時(shí)期，在一個(gè)或幾個(gè)導(dǎo)紗的往復(fù)周期中，筒子轉(zhuǎn)速恰好為整數(shù)，及卷繞比出現(xiàn)整數(shù)時(shí)，筒子上的紗線就會(huì)前后重疊起來，這就是重疊現(xiàn)象。重疊現(xiàn)象會(huì)持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，

7、結(jié)果在筒子表面形成凸起條紋，使筒子與滾筒接觸不良，不僅使部分紗線受到過大的摩擦，而且會(huì)使筒子的跳動(dòng)或作軸向竄動(dòng)，以致在筒子表面形成蜘蛛網(wǎng)，兩端滑邊，甚至造成脫圈、糾纏、斷頭等嚴(yán)重后果，嚴(yán)重影響后工序的退繞。我們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)的新型紗線卷繞防疊試驗(yàn)機(jī)，采用差微式的變頻防疊機(jī)構(gòu)?？窟@套差微機(jī)構(gòu)來改變導(dǎo)紗器往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率，從而防止產(chǎn)生紗線在卷繞時(shí)形成的重疊現(xiàn)象。肝T酊圖1交叉卷繞工作原理1.3 差微機(jī)構(gòu)的工作原理如圖2所示，齒輪Z41和Z38固定在驅(qū)動(dòng)軸上，它們?yōu)橥螨X輪，同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，分別與齒輪Z119和Z122嚙合，齒輪Z119和Z122空套在圓柱凸輪軸的右端軸上。搖板空套在銷1上，并可繞銷1擺動(dòng)，銷1

8、以過盈配合固定在齒輪Z119的銷孔中，右端空套弧形滑塊，弧形滑塊安裝在Z122的偏心圓槽中。滑塊安裝在搖板上端的缺口槽中，通過撥桿帶動(dòng)圓柱凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)。Z41和Z38同軸同向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于它們的齒數(shù)不等，故它們相嚙合的齒輪Z119和122轉(zhuǎn)速不同，既Z119的轉(zhuǎn)速大于Z122的轉(zhuǎn)速。這樣，搖板一方面通過銷1隨Z119一起轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面通過銷2和弧形滑塊隨Z122偏心圓槽的轉(zhuǎn)動(dòng)而附加擺動(dòng)。當(dāng)搖板的擺動(dòng)方向與Z119的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同時(shí)圓柱凸輪轉(zhuǎn)速加快，頻率增加；與之轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反時(shí)圓柱凸輪轉(zhuǎn)速減慢，頻率降低。這樣由圓柱凸輪輸出給導(dǎo)紗器的往復(fù)移動(dòng)的速度始終是一個(gè)時(shí)快時(shí)慢，不斷變化的量，正是這個(gè)不斷變化的移動(dòng)速度

9、實(shí)現(xiàn)了紗線的有效防疊。根據(jù)一般工藝要求，防疊機(jī)構(gòu)圓柱凸輪的轉(zhuǎn)速為80120r/min?，F(xiàn)以齒輪Z119的轉(zhuǎn)速n119=80r/min為例計(jì)算防疊周期。齒輪Z41的轉(zhuǎn)速為n41=n119119=232.195r/min41齒輪Z122的轉(zhuǎn)速為3838n12=n38=n41=72.323r/min122122齒輪Z122滯后于齒輪Z119的轉(zhuǎn)速An為n=n122-n119=-7.677r/min變換角速度為2：5匚士.=-0.803rad/s60齒輪Z122相對(duì)于Z119反方向轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的周期T為2二T=7.8158sAo其中T即為搖板擺動(dòng)的周期。在搖板擺動(dòng)一個(gè)周期T的時(shí)間內(nèi)，圓柱凸輪應(yīng)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)n

10、T為0t=Tniig/60=10.4208由于搖板通過撥桿帶動(dòng)圓柱凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使圓柱凸輪在10.4208轉(zhuǎn)內(nèi)轉(zhuǎn)速一直發(fā)生變化。在下一個(gè)周期（即轉(zhuǎn)過10.4208轉(zhuǎn)）中又重復(fù)上述的轉(zhuǎn)速變化。但要使導(dǎo)紗器完全恢復(fù)初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，必須使搖板位置在初始位置，而且齒輪Z122的位置也恰好在初始位置。此時(shí)的最小周期，即圓柱凸輪的變頻周期T為141/119T=41/119-38/122=10.4208=2501240筒子圓柱凸輪.齒輪122圖3紗線卷繞機(jī)的整體結(jié)構(gòu)入、齒輪38、齒輪41即圓柱凸輪轉(zhuǎn)25014轉(zhuǎn)，搖板擺動(dòng)240次，運(yùn)動(dòng)恢復(fù)到原來的狀態(tài)。圓柱凸輪轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)往復(fù)導(dǎo)紗器完成一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所以導(dǎo)紗器在完成25

11、01次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后，才恢復(fù)到原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這樣周而復(fù)始，從而有效地達(dá)到了防疊的目的。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案rl*皮,山'本文設(shè)計(jì)的紗線卷繞機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。紗線卷繞機(jī)由左右兩個(gè)部分組成，由兩個(gè)電機(jī)提供動(dòng)力源實(shí)現(xiàn)其運(yùn)轉(zhuǎn)。左半部分由電機(jī)帶動(dòng)皮帶傳動(dòng)，使卷筒作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒通過摩擦力帶動(dòng)筒子同樣作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。右半部分由電機(jī)帶動(dòng)皮帶傳動(dòng)，給齒輪以動(dòng)力，使圓柱凸輪做轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，圓柱凸輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一方面隨著齒輪119一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面隨著圖中1（搖板）中的偏心圓槽的轉(zhuǎn)動(dòng)而附加擺動(dòng)，這樣圓柱凸輪的速度始終是一個(gè)時(shí)快時(shí)慢、不斷變化的量。在圓柱凸輪上采用左右封閉的雙頭螺旋線，兩端用圓弧過渡，導(dǎo)紗器就是隨著這

12、個(gè)螺旋線槽作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這樣導(dǎo)紗器的速度也是時(shí)快時(shí)慢、不斷變化的量，正是這個(gè)不斷變化的移動(dòng)速度實(shí)現(xiàn)了紗線的有效防疊。在設(shè)計(jì)中，圓柱凸輪是比較復(fù)雜的一個(gè)零件，它的三維圖如圖4所示。StartingAngle平面幸零部件幾何體兒填充器.1草圖.1版簟圖.23|晨1語、1一翳辜螺旋.2.間距，-氤'高度'固TaperAngle圖4圓柱凸輪特點(diǎn)評(píng)述相對(duì)于現(xiàn)有紗線卷繞機(jī)，本設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)：1）在大幅降低成本的情況下，有效地達(dá)到了防疊的目的新型紗線卷繞防疊機(jī)的主要機(jī)構(gòu)一一差微機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，在Z41/Z119的正常減速運(yùn)動(dòng)中，只增加了Z38/Z122、搖板、銷1、銷2和弧形華快就實(shí)現(xiàn)了有效的防疊功

13、能。該機(jī)構(gòu)也可以單獨(dú)作為國(guó)產(chǎn)信捻機(jī)的防疊機(jī)構(gòu)使用，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。新型紗線卷繞防疊機(jī)的往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)由圓柱凸輪和滑梭組成。圓柱凸輪采用左右封閉的雙頭螺旋線，兩端用R30圓弧過渡；滑梭的形狀為菱形，滑梭的長(zhǎng)度大于圓柱凸輪交叉處螺紋溝槽的寬度，不會(huì)出現(xiàn)亂扣，可保證滑梭的正常運(yùn)動(dòng)軌跡，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。2）可根據(jù)紗線的材質(zhì)、混合比和粗細(xì)圈定最佳的工藝參數(shù)由于材料（羊毛、羊絨、兔毛、晴綸）、混合比、粗細(xì)不同的紗線的牽伸和卷繞速度是不同的，其最佳工藝參數(shù)也不同。本實(shí)驗(yàn)機(jī)用變頻器和高頻開關(guān)（PWM）為電動(dòng)機(jī)提供穩(wěn)定準(zhǔn)確的調(diào)速，這樣就可以方便地為不同材質(zhì)、混合比和粗細(xì)的紗線找到最佳的工藝參數(shù)。3）造價(jià)低廉、

14、應(yīng)用廣泛本設(shè)計(jì)即可作為國(guó)產(chǎn)新型信捻機(jī)的防疊機(jī)構(gòu)使用，又可作為紡織工廠實(shí)驗(yàn)是獲取工藝參數(shù)的設(shè)備使用，亦可作為紡織院校的教學(xué)設(shè)備使用。第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)皮帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的選擇按照皮帶傳動(dòng)要求，電機(jī)的功率為1.5KW,輸出小帶輪的轉(zhuǎn)速為9001000r/min,所以按新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇小型三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y100L-6,該電機(jī)的功率為1.5KW,輸出轉(zhuǎn)速為940r/min皮帶的設(shè)計(jì).確定計(jì)算功率Pca計(jì)算功率Pca是根據(jù)傳遞的功率P,并考慮到載荷性質(zhì)和每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)短等因素的影響而確定的。即Pca=KaP式中：Pca計(jì)算功率，單位為KW；P傳遞的額定功率（例如電動(dòng)機(jī)的額定功率），單位為KW

15、;Ka工作情況系數(shù)。其中P取1.5KW,Ka取1（查表），所以pca=Kap=1.5KW*1=1.5KW.選擇帶型根據(jù)計(jì)算功率Pca和小帶輪轉(zhuǎn)速n1,按新機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表選擇普通V帶Z型。.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1和dd21）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1根據(jù)V帶截型，參考新機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中dd1=5071,為了提高V帶壽命，宜選取較大直徑，最后取dd1=63o940*63、一，2）計(jì)算從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑dd2dd2=idd尸=148.05,并按照V帶輪400的基準(zhǔn)直徑系列表加以適當(dāng)圓整。所以取dd2=140.確定中心矩a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld根據(jù)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)的需要初定中心矩a0,取0.7(dd1+dd2)

16、<a0<2(ddi+dd2)142.1<a0<406取a。=300根據(jù)帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需要的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld:Ld之2a0+2(dd1+dd2).2+dd2-dd14aO772=923.654*300aa0.,冗Ld2*300+*203+2根據(jù)新機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中選取和Ld相近的V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=1000o再根據(jù)Ld來計(jì)算實(shí)際中心距。由于V帶傳動(dòng)的中心距一般可以調(diào)整的，故可采用下式作近似計(jì)算，即Ld-Ld1000-923.65,-d=300+=319考慮安裝調(diào)整和補(bǔ)償欲緊力（如帶伸長(zhǎng)而松弛后的張緊）的需要，中心距的變動(dòng)范圍為：amin=a-0.015Ld=319-

17、0.015*1000=304amax=a0.03Ld=319+0.03*1000=289.驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角尊10dd2-'dd107700_0：1:180-*57.5=180-*57.5=166-120a319.確定代的根數(shù)zpca1.5_qz=3P0.甲0K：Kl0.180.020.96*1.06式中：K0f考慮包角不同時(shí)的影響系數(shù)，簡(jiǎn)稱包角系數(shù)，查表得0.96;Kl考慮帶的長(zhǎng)度不同時(shí)的影響系數(shù)，簡(jiǎn)稱長(zhǎng)度系數(shù)，查表得1.06；P0單根V帶的基本額定功率，查表得0.18;P0單根V帶額定功率的增量，查表得0.02V帶輪設(shè)計(jì)V帶輪設(shè)計(jì)的要求設(shè)計(jì)帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量??；結(jié)構(gòu)工藝性好

18、；無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速調(diào)時(shí)要經(jīng)過動(dòng)平衡；輪槽工作面要精細(xì)加工，以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。2）帶輪的材料帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號(hào)為HT150或HT200轉(zhuǎn)速較高時(shí)宜采用鑄鋼；小功率時(shí)可用鑄鋁或塑料。本設(shè)計(jì)因功率較小，所以采用鑄鋁。3）結(jié)構(gòu)尺寸帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種:1實(shí)心式；2腹板式；3孔板式；4橢圓輪輻式本設(shè)計(jì)采用第一種結(jié)構(gòu)實(shí)心式。圖見零件圖V帶傳動(dòng)的張緊裝置各種材質(zhì)的帶都不是完全的彈性體，在預(yù)緊力的作用下，經(jīng)過一定時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)后，就會(huì)由于塑性變形而松弛，使預(yù)緊力降低。為了保證帶傳動(dòng)的能力，應(yīng)定期檢查預(yù)緊力的數(shù)值。

19、如發(fā)現(xiàn)不足時(shí)，必須重新裝緊，才能正常工作。常用的張緊裝置有以下幾種：1定期張緊裝置；2自動(dòng)裝緊裝置；3采用張緊輪的裝置。本設(shè)計(jì)采用定期裝緊裝置。定期張緊裝置：采用定期改變中心距的方法來調(diào)節(jié)帶的預(yù)緊力，使帶重新張緊。在水平或傾斜不大的傳動(dòng)中，將裝有帶輪的電動(dòng)機(jī)安裝在制有滑道的基板1上。要調(diào)節(jié)帶的預(yù)緊力時(shí)，松開基板上各螺栓的螺母2,旋轉(zhuǎn)螺釘3,將電動(dòng)機(jī)向右推移到所需為止，然后擰緊螺母2。如圖3圖3帶的滑道式定期張緊裝置3.2齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1）按下圖所示的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2）卷繞機(jī)位一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB10095-88）。3）材

20、料選擇。查表選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45剛（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS。4）選擇小齒輪齒數(shù)Zi=41,大齒輪齒數(shù)Z2=119o按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行試算，即式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)Kt=1.3（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距T1=95.5105P1nl=95.510510960Nmm=9.948104N*mm(3)查表選取齒寬系數(shù)包=0.3(4)查表得材料的彈性影響系數(shù)Ze=189.8MPa1/2(5)按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限0Hlim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限入im2=550MPa；(6)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1

21、=60nljLh=6096012830015=4.14710999N2=4.147103.2=1.29610(7)查表得接觸疲勞壽命系數(shù)Khni=0.90;Khn2=0.95(8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為%0,安全系數(shù)S=1,由公式得tH1;KHNH1m1=0.9600MPa540MPas匕J?=KHN2'Hlim2=0.95550MPa552.5MPas2.1.39.4841。4.20.33.2.；mm(1)試算小齒輪分度因直徑%,代入Lh中較小的值2:189.8mm=81.39522.5二%n1601000(2)計(jì)算圓周速度v二81.39960:m.s=4.22ms6010

22、00(3)計(jì)算齒寬bb=d*d1t=0.381.39mm-24.417mm計(jì)算齒寬與齒高之比b/h模數(shù)m,=dj乙心1.394mm=1.9mm齒高h(yuǎn)=2.25mt=2.251.985mm=4.466mmbh=81.394.44618.31(5)計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)v=4.22m/s,7級(jí)精度，查表得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.11;直齒輪，彳貿(mào)設(shè)KaFt/b<100N.mm0由表查得Kh=Kf=1.2;由表查得使用系數(shù)Ka=1;由表查得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，Kh.=1.120.1810.6；0.2310與b將數(shù)據(jù)代入后得KHp=1.120.(1附10)6/1+1冷323黑10=8;1.

23、381.223由b/h=18.31,KhP=1.223查表得Lp=1.25;故載荷系數(shù)K=KaKVKH&=11.11.21=2231(6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，得d1=d1t3KKt=81.3831.4131.3mm=82.03mm(7)計(jì)算模數(shù)mm=d1,Z1=82.0341mm=2.00mm按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為m一31)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值(1)由表查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限仃fe1=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；、E2=380MPa;(2)由表查得彎曲疲勞壽命系數(shù)Kfn1=0.85,Kfn2=0.88;計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞

24、安全系數(shù)s=1.4,1KFN1-FE10.8500i=FN1FE1=mpa303.57MPas1.4KFN2:FE2s0.883801.4MPa238.86MPa(4)計(jì)算載荷系數(shù)KK=KaKvKf一KfB=11.111.21.25=1.514(5)查取齒形系數(shù)由表查得YFa1=2.65；YFa2=2.226。(6)查取應(yīng)力校正系數(shù)YSa1=1.58；YSa2=1.764。計(jì)算大、小齒輪的YFaYSa并加以比較2.651.58303.57FYFa2YSa2=0.013792.2261.764=0.01644238.86大齒輪的數(shù)值大2)設(shè)計(jì)計(jì)算1.m7T621,849.94810m_30.b1

25、6m4n=124對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面結(jié)出疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.976病就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm,接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=82.03mm,算出小齒輪數(shù)5上。m2.0大齒輪齒數(shù)z2=U4=3.2父41=119,取z2=119這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，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，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)幾何尺寸計(jì)算1）計(jì)算分度圓直徑d=zim=412mm=82mmd2=z2m=119

26、2mm=238mm2)計(jì)算中心距a=21d22=(822382mm=160mm3)計(jì)算齒輪寬度b=d。=0.38mm=24.m6mMB2=20mm,B1=25mm。驗(yàn)算FtN-2658N2T1_29.948104d1一41""=1_2652fN8mm=89.3N7/mm<1N）/0nm,合適b25.0結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖（見零件圖）第四章分析校核CATIA軟件概述CATIA(Computer-graphicsAidedThree-dimensionalInteractiveApplication是法國(guó)Assault公司于1957年起開始發(fā)展的一套完整的3DCAD/

27、CAM/CAE一體化軟件。它的內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、三維建模、分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)模擬仿真、工程圖生成到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程，其中還包括了大量的電纜和管道布線、各種模具設(shè)計(jì)于分析、人機(jī)交換等實(shí)用模塊。CATIA不但能夠保證企業(yè)內(nèi)部設(shè)計(jì)部門之間的協(xié)同設(shè)計(jì)功能而且還可以提供企業(yè)整個(gè)集成的設(shè)計(jì)流程和端對(duì)端的解決方案。CATIA大量用于航空航天、汽車及摩托車行業(yè)、機(jī)械、電子、家電于3c產(chǎn)業(yè)、NC加工等各方面。由于其功能強(qiáng)大而完美，CATIA已經(jīng)幾乎成為三維CAD/CAM領(lǐng)域的一面旗幟和爭(zhēng)相遵從的標(biāo)準(zhǔn)，特別是在航天航空、汽車及摩托車領(lǐng)域，CATIA一直居于領(lǐng)先地位。.有限元分析理論基礎(chǔ)有限元分

28、析FEA(FiniteElementAnalysis)也叫有限單元法，是機(jī)械設(shè)計(jì)工程師需要掌握的重要工具。有限單元法就是用一種離散化的方法來描述數(shù)學(xué)表述中的連續(xù)提問題。根據(jù)離散的觀念，將連續(xù)體劃分成若干小的單元，利用單元的特性，經(jīng)過數(shù)學(xué)規(guī)劃后得到一個(gè)表征整個(gè)求解域的線形方程組，借助計(jì)算機(jī)來得到數(shù)值解答。.有限單元法建立離散方程的方法大致有以下3種方式。1)直接法根據(jù)單元的物理意義，建立有關(guān)場(chǎng)變量的單元性質(zhì)方程，再利用虛功原理等方法直接將這些單元方程集合而形成整個(gè)求解域的控制方程。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是推導(dǎo)直觀，易于理解，廣泛引用于固體力學(xué)求解運(yùn)算中。但是在單元化分中要引入節(jié)點(diǎn)力的概念及節(jié)點(diǎn)平衡條件，

29、不易推廣到流場(chǎng)，溫度場(chǎng)等非結(jié)構(gòu)問題之中。1)變分法變分法是基于變分原理的。變分法對(duì)復(fù)雜求解域可以以單元的簡(jiǎn)單形狀集合而成，所以它可以解決實(shí)際工程中提出的各類復(fù)雜問題。2)加權(quán)余量法對(duì)于某些問題，相應(yīng)的泛函難以找到，或者根本不存在相應(yīng)的泛函時(shí)，則無法采用變分法。加權(quán)余量法是直接從控制方程得到有限元方程的一種近似解法。加權(quán)余量法基本上包括兩個(gè)解題步驟。首先設(shè)定一個(gè)近似函數(shù)，使它的性態(tài)近似滿足給定的微分方程和邊界條件。把該近似函數(shù)帶入原始微分方程和邊界條件，這樣產(chǎn)生一個(gè)誤差，稱該誤差E為余量。令該余量在整個(gè)求解域上的平均值為零，即選取一組線性獨(dú)立的余量加權(quán)函數(shù)仃i,使其在整個(gè)求解域C上滿足.有限元法

30、分析的一般過程有限單元法分析步驟一般如下所述1）物體的離散化將求解域或連續(xù)體劃分成以單元表示的組合體，這一過程稱之為物體的離散化。離散后的單元和單元之間以結(jié)點(diǎn)想連接，單元中的任一點(diǎn)的特性都可以用單元結(jié)點(diǎn)的特性來表達(dá)。單元結(jié)點(diǎn)的設(shè)置、數(shù)目、性質(zhì)等應(yīng)當(dāng)視所研究的對(duì)象的要求而定。由于有限元分析的結(jié)構(gòu)是實(shí)際物理模型的某種近似，用有限元計(jì)算的結(jié)果也是近似的。一般情況下，如果劃分的網(wǎng)格越密，計(jì)算的精度也就越高，所獲得的結(jié)果也與實(shí)際更加接近，但計(jì)算所花費(fèi)的時(shí)間也越長(zhǎng)。因此，在保證工程計(jì)算精度要求的前提下，單元網(wǎng)格的數(shù)目應(yīng)當(dāng)盡量少，單元的形態(tài)比要適當(dāng)，以避免單元畸變影響計(jì)算精度。2）選擇適當(dāng)?shù)牟逯岛瘮?shù)選擇適當(dāng)

31、的插值函數(shù)以表達(dá)單元內(nèi)的場(chǎng)變量的變化規(guī)律。常用多項(xiàng)表達(dá)式作為插值函數(shù)的近似表達(dá)式。多項(xiàng)式的階數(shù)取決于單元的結(jié)點(diǎn)數(shù)，結(jié)點(diǎn)的自由度以及單元間邊界的協(xié)調(diào)性等。3）推導(dǎo)單元?jiǎng)偠染仃噾?yīng)用彈性力學(xué)中的幾何方程和物理方程來建立力和位移的方程式，推導(dǎo)出單元的剛度矩陣。4）單元合成利用結(jié)構(gòu)力的平衡條件和邊界條件把各個(gè)單元按照原來的結(jié)構(gòu)重新連接起來，形成整體的單元方程Kq=f式中，K為整體結(jié)構(gòu)的剛度矩陣；q為節(jié)點(diǎn)整體結(jié)構(gòu)位移列陣；f為整體結(jié)構(gòu)的載荷列陣。.軸的校核AnalysislMESH:ELEMENTTYPE:ConnectivityStatisticsTE101751(100.00%)Materials.1

32、MaterialUraniumYoungModulus1.9e+011N_m2PoissonRatio0.22Density19070kg_m3ThermalExpansion1.9e-005_KdegYieldStrength2e+008N_m2StaticCaseBoundaryConditionsSTRUCTUREComputationNumberofnodes:3494Numberofelements:1751NumberofD.O.F.:10482NumberofContactrelations:0NumberofKinematicrelations:0Parabolictetrah

33、edron:1751RESTRAINTComputationName:RestraintSet.1NumberofS.P.C:1764LOADComputationName:LoadSet.1Appliedloadresultant:Fx=-8.417e-010NFy=-2.451e-007NFz=-1.150e+003NMx=-2.040e+002NxmMy=4.123e-008NxmMz=9.497e-010NxmSTIFFNESSComputationNumberoflines:10482Numberofcoefficients:363432Numberofblocks:1Maximum

34、numberofcoefficientsperbloc:363432Totalmatrixsize:4.20MbSINGULARITYComputationRestraint:RestraintSet.1Numberoflocalsingularities:0Numberofsingularitiesintranslation:0Numberofsingularitiesinrotation:0Generatedconstrainttype:MPCCONSTRAINTComputationRestraint:RestraintSet.1Numberofconstraints:1764Numbe

35、rofcoefficients:0Numberoffactorizedconstraints:1764Numberofcoefficients:0Numberofdeferredconstraints:0FACTORIZEDComputationMethodSPARSENumberoffactorizeddegrees:8718Numberofsupernodes:1179Numberofoverheadindices:71778Numberofcoefficients:983769Maximumfrontwidth:369Maximumfrontsize:68265Sizeofthefact

36、orizedmatrix(Mb):7.50556Numberofblocks:1NumberofMflopsforfactorization:1.702e+002NumberofMflopsforsolve3.979e+000Minimumrelativepivot6.711e-002DIRECTMETHODComputationName:StaticSet.1Restraint:RestraintSet.1Load:LoadSet.1StrainEnergy:2.723e-004JEquilibriumComponentsAppliedForcesReactionsResidualRelat

37、iveMagnitudeErrorFx(N)-8.4174e-0108.5137e-0109.6289e-0127.4990e-014Fy(N)-2.4508e-0072.4508e-007-6.6492e-0125.1784e-014Fz(N)-1.1500e+0031.1500e+003-2.3419e-0111.8239e-013Mx(Nxm)-2.0404e+0022.0404e+002-4.4906e-0128.1005e-014My(Nxm)4.1230e-008-4.1230e-0082.6337e-0134.7509e-015Mz(Nxm)9.4972e-010-9.5134e

38、-010-1.6222e-0122.9263e-014StaticCaseSolution.1-DeformedMesh.2Ondeformedmesh-Onboundary-OverallthemodelStaticCaseSolution.1-VonMisesStress(nodalvalues).2(nodalvalues).2VonMisesStressN_m23九林05IT.53e-K)O5I6.7e+0055.86e-K)055.02e-K)054.19HC0EI3.35白為05V2.51eOO5E1.67e-K)0fiI8.37e-K)04I0,SIBOnBoundary3Del

39、ements:Components:AllOndeformedmesh-Onboundary-OverallthemodelStaticCaseSolution.1-DeformedMesh.1Ondeformedmesh-Onboundary-OverallthemodelStaticCaseSolution.1-VonMisesStress(nodalvalues).1(nodalvalues).1VonMisesStressN_m2m.3九林05IT.53e-K)O5I6.7e+0055.86e-K)055.02e-K)054.19HC0EI3.35白為05V2.51eOO5E1.67e

40、-K)0fiI8.37e-K)04I0,SIBOnBoundary3Delements:Components:AllOndeformedmesh-Onboundary-OverallthemodelStaticCaseSolution.1-Translationaldisplacementvector.1Translationaldisplacementvector.10.000823I0.000740.0006580.0005760.0004940.000411I0.000329I0.0002470.000165I8.23e-OO5I0OnBoundary3Delements:Compone

41、nts:AllOndeformedmesh-Onboundary-OverallthemodelStaticCaseSolution.1-Stressprincipaltensorsymbol.1Stressprincipaltensorsynibol.1N_n25.&5eWO6I4.36e-K)05I2.87e-K3O5L38e-K)05-1.04已如04-1.59eKiO5I-3408e-K)05I7.57e-K)05工-氏05eY>05<I-7,54eW5勺*I-9.05eKi05OnBoundary3Delements:Components:AllOndeformedmesh-Onboundary-OverallthemodelGlobalSensorsSensorNameSensorValueEnergy2.723e-004J第五章總結(jié)本次設(shè)計(jì)的紗線卷繞機(jī)主要是解決紗線卷繞過程中出現(xiàn)的重