轴承清洗机--课程设计

滚动轴承清洗装置一、电动机的选择1、确定电动机类型因为轴承清洗机属于无特殊要求的机械，所以选择Y系列三相异步电动机。2、确定电动机功率Pw已知待清洗轴承为深沟球轴承6420，清洗转速为n=700r/min,允许的误差为5%清洗力为F=1500N。1） 清洗机所需功率如图3所示，参考文献【2】表6-1,图3所清洗轴承D=250mm，d=100mm，d= = = 175mm V=dn/(601000)=3.14175700/(601000)=6.14m/s； 清洗机所需功率：Pw=FV=15006.41=9.615 kw2） 电动机的工作功率Pd查参考文献【2】表1-7，锥齿轮的传动效率：带传动效率球轴承（一对）滚子轴承（一对）总功率电动机的工作功率：KW查参考文献【2】表12-1，选电动机额定功率为11KW3、确定电动机转速按参考文献【2】表13-2推荐的传动比合理范围，取V带传动传动比： 锥齿轮传动比：总传动比范围：=电动机转速的可选范围为r/min电动机符合这一范围的同步转速有1500r/min，,3000 r/min两种，经比较选同步转速1500r/min。综上所述，选定电动机型号为Y160M-4，其额定功率P=11KW，同步转速有=1500r/min,满载转速=1460 r/min。二、主要参数的确定 1、总传动比：i= = =2.09;2、分配各级传动比：取锥齿轮传动比i2=1,则V带传动的传动比i1= = = 2.093、确定运动和动力参数 电动机的工作功率Pd=10.98kw （1）各轴功率 清洗机输入轴（水平轴）轴： 清洗机工作轴（竖直轴）轴: （2）各轴转矩电机输出转矩： 轴的转矩： 轴的转矩： 电动机满载转速=1460r/min轴转速=698.56r/min轴的转速=698.56r/min验算误差： 100%= 100%=0.2%在允许范围内。三、V带传动设计1、 确定计算功率 由参考文献【1】表8-7查得工作情况系数KA =1.2 =1.210.98=13.18KW 2、选择V带的带型 根据计算功率和小带轮转速，从【1】图811选取普通V带的B型带。 3、确定带轮的基准直径并验算带速V 1）初选小带轮的基准直径 根据V带的带型为B型带，参考文献【1】表86和表88确定小带轮的基准直径 =200mm。 2）验算带速V 由 在5m/s-25m/s范围内，故带速合适。 3）计算大齿轮的基准直径由=i1 得：= 200=417mm，根据参考文献【1】表88，取=400mm验算从动带轮转速误差，n2= =730r/min 100% = 100% = 4.29%90，故满足要求。6、确定带的根数 = 查参考文献【1】表85得：=0.95,查参考文献【1】表86得：=0.98,查参考文献【1】表84a得：p0=0.53查表84b得：p0=0.46； Z=2.53 取Z=3；7、确定带的最小拉力查参考文献【2】表83：q=0.18kg/m 查参考文献【2】表85：=0.95 =500 + +0.18 8、计算带传动上的压轴力 = =2856.645N 对新安装带，运转后的=9、带轮结构设计 1） 带轮材料 因为转速不高的场合常用带轮的材料为HT150或HT200，因此选择HT150作为带轮材料。2)带轮结构形式 查参考文献【1】 当带轮基准直径为2.5d（d为安装带轮的轴的直径，mm）可采用实心式；当 300mm时，可采用腹板式；当300mm，同时-100mm时，可采用孔板式；当300mm时，可采用轮辐式。 小带轮安装在电动机轴上，由参考文献【2】表121查得Y160M-4电动机轴直径d=42mm， 小带轮基准直径2.542=105mm300mm 故采用轮辐式。3） 带轮的主要结构尺寸确定（1）小带轮的主要结构尺寸图4 d=42mm， =2(e+f)=61mm, L=(1.52)d, 当B1.5d时，L=B，B=61mm=63mm，故L=61mm，=(1.8d 取1.979.8mm，=200mm（2）大带轮的主要结构尺寸图5初取d=30mm， =2)d 取2， L=(1.5 当 时L=B B=601.5 =44.513mm46mm =0.836mm 36mm 14mm 9mm 9mm 键8 t=40mm 取=15.25mm四、锥齿轮传动设计1、选定齿轮类型、精度等级材料及齿数1）清洗机为一般工作机,速度拟设小于40m/s，由参考文献【1】表10-22（b）,选用7级精度。2）材料选择。由参考文献【1】表101选择齿轮材料为40Cr（调质）,硬度为280HBS。3）选齿轮齿数=19 2、按齿面接触强度设计 由参考文献【1】设计计算公式（1026）进行试算，即 （1）确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数=1.3 2）计算齿轮传递的转矩： =138.148Nm 3）锥齿轮传动的齿宽系数通常R=0.250.35，取R=0.3 4）由参考文献【1】表106查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa 5）由图1021按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限 =1150MPa。 6）由式1013计算应力循环次数 N=60j=60730=2.1024 7）由参考文献【1】图1019取接触疲劳寿命系数=1 8）计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为1，安全系数s=1，由参考文献【1】式1012得： 【】=1150MPa （2）计算 1）计算齿轮分度圆直径 =2.92 =82.520mm 2）计算圆周速度V V=3.15340m/s, 故选7级精度，可以满足要求。3）计算齿宽b u=1 R=82.52=58.350mm b=0.353.850=17.505mm4）计算齿宽和齿高之比 模数：=4.343 齿高：齿顶高=4.434mm 齿根高=+）m=1.2=1.24.343=5.212mm h=4.343+5.212=9.555mm =1.832 5）计算载荷系数 根据V=3.153m/s，7级精度，由参考文献【1】表108查得动载系数 =1.15 由参考文献【1】表102查得使用系数=1 齿间载荷分配系数及可取为1，齿向载荷分布系数 =1.5 由参考文献【1】表109得：=1.25； =1.875 故载荷系数：K=1=2.156 6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径由参考文献【1】式1010a得： = = 82.520 =97.677mm 7）计算模数m m = = =5.088mm3、按齿根弯曲强度设计 由参考文献【1】式1024得弯曲强度的设计公式为 （1）确定公式内各计算数值 1）查参考文献【1】图1018得: =2.85 2）查参考文献【1】图1020得齿轮弯曲疲劳强度极限=1 3）计算弯曲疲劳许用应力 在进行齿根弯曲疲劳强度计算时取s=1.251.5 取弯曲疲劳强度安全系数s=1.35,由参考文献【1】式1012得 =533.33MPa 4）计算载荷系数 =1=2.156 5）查参考文献【1】表105得：=2.85 6）查参考文献【1】取应力校正系数 由表105得： =1.54 7）计算齿轮的 =0.0082294 （2）设计计算 m =4.458mm； 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数4.458并就近圆为标准值m=4.5mm，按接触强度算得的分度圆直径d=97.677mm,算出齿轮齿数：Z=21.706 取 Z =224、几何尺寸计算 分度圆直径： d=Zm=4.522=99mm 分锥角： =arctan()=45齿顶高：=m=1 4.5=4.5mm齿根高：=(+)m=1.2m=1.24.5=5.4mm 齿顶圆直径：99+24.5=105.364mm 齿顶圆直径：=99-2=91.363mm 锥距： R=d=99=70.004mm 齿根角： =arctan=arctan=4.411 顶锥角： =45+4.411=49.411 根锥角： =45-4.411=40.589 顶隙： c=0.9 分度圆齿厚：s=7.065 当量齿数： =31.113 齿宽： B 取 B=70.004=21.001=21mm5、锥齿轮结构设计图5 如图5所示， 对于锥齿轮，按齿轮小端尺寸计算而得的e1.4mt ，所以选择轴与齿轮分开制造，由于锥齿轮齿顶圆直径较小，采用实心式结构。 五、轴的设计（一）轴1、选择材料和热处理方法 选轴的材料为45钢，调质处理，由参考文献【1】表15-1查得硬度为217-255HBS,许用弯曲应力【】=60Mpa。 2、确定各轴段尺寸1）轴左端最小直径的确定 由d ，查参考文献【1】表153，取=110 d 因为d，且有一个键槽故 轴径增大5%，得d=26.8+5%26.8=28.14mm圆整后，取d=30mm。2）轴各段直径的确定轴上零件的装配方案如图6所示。 取 ； ； ； ；3）确定箱体的内宽由于箱体中主要是清洗轴承深沟球轴承6420，外径为250mm, 考虑到铸造不精确， 图64）确定轴的长度段：根据带轮参数得B=60mm，小于轮毂2mm,故取。段：查参考文献【2】表1110，螺栓直径 查参考文献【2】表39得：K=5.3mm，L=e+L=16+12=28mm 故螺栓总长 查参考文献【2】图1612， 。段：mm，轴挡圈和间隙6mm+圆柱滚子轴承宽27mm+甩油环宽度12mm。段：=100mm,根据箱体的宽度和竖轴的中心位置段：=36mm，锥齿轮宽度38mm,要小于毂长2-3mm。段：=195mm，根据竖轴在箱体中心的位置。段：=55mm，轴承的宽度18mmX2+套筒长6mm+甩油环13mm-小于套筒长度2mm。段：=28mm，两个圆螺母的宽度10mmX2+外伸6mm+左端缩进轴承里面2mm。 3、轴的强度校核按弯扭合成强度计算，计算公式为参考文献【1】式15-5， = 1）确定轴的载荷(1)带轮对轴的压轴力由前面计算可知=2856.45N(2)计算锥齿轮的受力由前面计算得出： =3283.375N = 合力：=3494.095N 2）画轴的计算简图，计算支反力 由轴的结构简图（图6），可确定出轴承支点跨距BD=397mm ,悬臂AB=107mm,锥齿轮受力点至左端轴承支点距离BC=142，锥齿轮受力点至右端轴承支点距离CD=250，由此可画出轴的计算简图如图7（a）所示。H面上受力分析如图7(b)所示。V面上受力分析如图7(d)所示。，=0 +=0 B20.992511.5- =0; 3283.875 5002.306+ =814.433N3）画弯矩图、转矩图 （1）水平内弯矩图（如图7(c)所示） =2532.864（2）垂直面内弯矩图（如图7(e)所示）=36.90+845.029=50850.99Nmm （3）合成弯矩图（如图7(f)所示） =131046.36N =205519.17N =199333.15N（4）转矩图（如图7(g)所示）转矩T=138.15Nm4）校核轴的强度经以上分析可知，轴可能的危险截面为与角接触轴承相配合的部分和与齿轮配合的部分。直径为40mm，安装轴承的轴。=0.1=0.1 = = = 20.476Mpa 直径为45mm，安装轴承的轴。= - = - =7611.32= = = 27.002MPa故轴符合要求。图7（二）轴1、选择材料和热处理方法选轴的材料为45钢，调质处理, 由参考文献【1】表15-1查得硬度为217-255HBS,许用弯曲应力【-1】=60Mpa。 2、确定各轴段尺寸1）轴各段直径的确定轴上零件的装配方案如图8所示。（1）轴左端最小直径的确定由d ，查参考文献【1】表153，取=110 d 因为d，且有一个键槽故 轴径增大5%，得d=26.8+5%26.8=28.14mm考虑轴左端所装锥齿轮的孔径为45mm，故取此处轴直径=45mm图8d2=50mm,根据圆锥滚子轴承内圈直径确定；d3=57mm,根据圆锥滚子轴承内圈的安装尺寸；d4=50mm，根据圆锥滚子轴承内圈直径确定；d5=45mm,d5没有很高的要求，选择与d1相同的尺寸，便于加工。3）确定轴的长度段：=55mm，锥齿轮宽度36mm+套筒长度37mm+内伸2mm。段：=19mm，轴承宽度22mm-内缩3mm。段：=103mm，套杯长度170mm-轴承宽度22mmX2-端盖压紧端深入11mm-套杯下端厚度12mm。段：=19mm，轴承宽度22mm-内缩3mm。段：=60mm，根据连接件的长度28mm+端盖的宽度23mm+外伸2mm+7mm六、滚动轴承的选择与校核1、轴承型号的选择 通过对轴受力分析可知，轴将受到一定的轴向载荷和径向载荷作用，故我们拟选角接触轴承。又根据轴的直径大小，初选一对型号7208C角接触轴承和一个N408的圆柱滚子轴承。在轴上同样受到一定的轴向力和径向力的作用。为此我们选择一对圆锥滚子轴承，型号30210。 2、轴承的校核 1）轴的圆锥滚子轴承校核 轴的计算简图如图9所示：图9 由锥齿轮受力分析可得： = =3.283 0.3639=845.029N =845.029N （1）计算轴承水平面径向力 轴水平方向受力分析如图10所示。图10 由力平衡和力矩平衡可得： 代入数据得： （2）计算轴承垂直面径向力 轴垂直平面上受力分析如图11所示。图11 由力平衡和力矩平衡可得： 代入数据得： （3）计算轴承总径向力 轴承总径向力和轴向力计算简图如图12所示。图12 = 1780.2N（4）计算轴承轴向力查参考文献【2】表6-7，Y=1.4 =1820.5N =635.8N 比较轴向力 轴承为紧端，轴承为松端。 轴承所受的轴向力： （5）计算当量动载荷查参考文献【1】表13-5，时，X=1，时，X=0.4查参考文献【2】表6-7，e=0.42,Y=1.4查参考文献【1】表13-6, =1.2 轴承：=0.33 故X=1 Y=0 轴承 =0.357 故X=1 Y=0 (6) 轴承寿命计算因为 不符合要求 为了满足强要求，在此我们采用双键连接 = =55MPa 符合要求3） I轴装锥齿轮处的键连接查参考文献【1】表6-2，= 110Mpa T=138.952 Nm K=0.5h=0.5 L=28-14=14mm d=45mm =98.026 MPa4）轴上的键连接 轴扭矩比轴小，轴的直径相同，选同样型号键符合强度要求。八、箱体的设计对箱体的总体尺寸，考虑到工人正常工作时的高度要求，我们选择了一个适合的高度900mm。对箱体长与宽的设计，通过对清洗轴承的外径大小250mm的考虑，我们初选长和宽都为500mm。因为箱体的总体尺寸不大，所以可以选择铸造方式加工箱体外形。箱体内部，出于对清洗轴承的磨损考虑，我们采用轴承外圈支撑固定的方式，在箱体内部铸造凸台支撑轴承外圈。在轴在箱体上的固定方式中，我们选择在用套杯的方式对轴进行一端固定，因此在箱体内部铸造出伸长臂，在伸长臂上钻孔，然后将套杯固定在伸长臂上。在轴承清洗的过程中，会有许多杂质被冲洗下来，于是我们在清洗轴承与套杯之间加了一次粗过滤网，让清洗油能经过初步过滤流到箱体底部。在箱体底部，考虑到过滤的方式，在底部直接铸造出一个竖板，将箱底左右分开，然后竖板上面铸造凸缘，安装横板，让清洗油中的杂质沉淀。对于整个箱体壁厚，考虑到箱体不承受很大的外力作用，所以选择壁厚h=8mm。箱体底部使用的是4个M20的螺栓固定。九、润滑方式、材料以及密封轴上,圆柱滚子轴承内径，角接触轴承内径。所以=146030=mmr/min,=146045=mmr/min。查参考文献【1】表13-10，我们选择圆柱滚子轴承和角接触轴承采用脂润滑的方式，材料是钙基润滑脂 。在轴上，靠近箱体内壁的地方采用甩油环密封；在左端,靠近箱体外壁的地方采用密封圈密封。轴上的圆锥滚子轴承采用油浴润滑。锥齿轮通过沿轴留下来的清洗油直接润滑。箱体放油处采用的是外六角螺塞和皮封油圈进行密封。小结通过本次课程设计，让我明白了两个问题：一是理论联系实际的重要性；二是如何更好的将所学的各门功课融会贯通。在平常的学习中，我们一直是注重于理论知识的学习，却忽视了理论在实际中的应用。如何利用所学的知识去解决机械设计中遇到的各种问题，才是学习的关键。在此次课程设计的过程中，我一直都处于一种很迷茫的状态，不知道该如何去设计这个滚动轴承清洗装置。虽然平常学习了很多理论知识，但到了关键时候却起不到任何的帮助。不是不懂理论，而是不知道该如何下手。通过老师的不断对设计步骤与方法的讲解，让我们一步一步走过迷雾，看清楚了滚动轴承清洗机装置设计的一条思路。首先，根据机械原理确定装置的传动结构，再依据清洗轴承所需的力，运用理论力学的知识计算出电机所需要的基本功率，通过基本功率在手册上选定合适的电动机；选完电动机后就可以利用机械设计的知识设计装置的传动比，以及装置各级传动的结构。有了装置的传动结构，就可以利用材料力学的知识计算传动轴的最小直径，为传动轴选择材料及加工工艺了。设计出了满足装置的要求的轴后，根据需要的传动比，就可以通过力学的知识计算出齿轮的各各参数，就要考虑轴上齿轮及轴承的计算问题了，通过轴的受力分析拟选出符合要求的轴承，并校核轴承的寿命。关于轴承的寿命校核计算尤为重要。因为轴承是支持机器运转的重要零件，如果寿命达不到要求，整个装置的寿命都会降低，直接影响设计装置的质量。关于轴的校核也是尤为重要的。轴在传动的过程中，各种原因都会导致轴的失效，因此，要对轴进行刚对校核，弯扭强度校核等。机械传动装置的总体设计做完以后，就开始进行装置草图设计了。在装置草图的设计过程中，我们不仅要充分考虑到种标准件的适用范围，而且还有考虑常用件设计的尺寸要求等，绘制出符合要求的装配总图，最后就是完成零件图和说明书了。在整个装置的设计过程中，因为我们没有经验，所以对于初步拟选的标准件型号和尺寸后，很容易出现不满足要求的情况，所以，我们一定要仔细的进行相关的计算和校核。这样积累的不仅是一中严谨的科学态度和学习作风。更将成为我以后工作的宝贵经验。参考文献【1】 濮良贵，纪名刚.机械设计.8版.北京：高等教育出版社，2006.【2】 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册3版.北京：高等教育出版社出版.2006.【3】 魏兵，熊禾根.机械原理.武汉：华中科技大学出版社.2007.【4】 骆素君，朱诗顺.机械课程设计简明手册.北京：化学工业出版社出版.2006.【5】 成大先.机械设计手册.单行本.机械传动.北京：化学工业出版.2004.【6】 王忠.机械工程材料.2版.北京：清华大学出版社.2009.【7】 鞠鲁粤.机械制造基础.5版.上海:上海交通大学出版社.2009.【8】 何铭新，钱可强.机械制图.5版.北京：高等教育出版社.2004.【9】 王伯平.互换性与测量技术基础.3版.北京：机械工业出版社.2008.【10】 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学.6版.北京：高等教育出版社.2002.【11】 杨伯源.材料力学.北京：机械工业出版社.2002.28