搓丝机传动装置设计机械设计说明书.docx

机械设计课程设计计算说明书设计题目：搓丝机传动装置设计 院 系：能源与动力工程学院设 计 者： 14041225 赵博威 指导教师： 宁凤艳 2017年6月1日前言章。在说明书最后将附上所用到的参考资料。本设计为机械设计基础课程设计的内容，是先后学习过画法几何、机械原理、机械设计、工程材料、加工工艺学等课程之后的一次综合的练习和应用。本设计说明书是对搓丝机传动装置设计的说明，搓丝机是专业生产螺丝的机器，使用广泛，本次设计是使用已知的使用和安装参数自行设计机构形式以及具体尺寸、选择材料、校核强度，并最终确定形成图纸的过程。通过设计，我们回顾了之前关于机械设计的课程，并加深了对很多概念的理解，并对设计的一些基本思路和方法有了初步的了解和掌握。本说明书书正文主要分为设计任务书、机械装置的总体方案设计、主要零部件的设计计算、减速器箱体及附件设计、其他需要说明的内容等五目录目录一、设计任务书11、设计题目12、设计要求13、技术数据14、设计任务2二、总体方案设计21、传动方案的拟定2（1）原动机2（2）传动机构2（3）执行机构32、执行机构设计4（1）设计计算过程4（3）推板设计73、电动机的选择7（1）电动机类型选择7（2）选择电动机功率74、传动系统运动和动力参数8三、传动零件设计101、蜗轮蜗杆的设计10最终结果:142、直齿圆柱齿轮的设计14最终结果：203、轴的设计和校核计算21（1）蜗杆轴21（2）蜗轮轴244、轴承的设计和校核计算30（1）蜗杆轴轴承30（2）蜗轮轴轴承345、键连接设计计算35（1）蜗杆上联轴器轴键36（2）蜗杆轴键36（3）蜗轮轴键376、联轴器的选择37（1）输入轴37（2）输出轴38四、减速器箱体及附件的设计381、箱体设计382、润滑与密封391、齿轮、蜗杆及蜗轮的润滑392、滚动轴承的润滑393、油标及排油装置394、密封形式的选择395、技术要求40五、参考资料40一、设计任务书1、设计题目搓丝机2、设计要求11)该机用于加工轴辊螺纹，其结构见下图，上搓丝板安装在机头上，下搓丝板安装在滑块上。加工时，下搓丝板随着滑块作往复运动。在起始（前端）位置时，送料装置将工件送入上、下搓丝板之间，滑块往复运动时，工件在上、下搓丝板之间滚动，搓制出与搓丝板一致的螺纹。搓丝板共两对，可同时搓出工件两端的螺纹。滑块往复运动一次，加工一件。 2)室内工作，生产批量为 5台。3)动力源为三相交流 380/220V，电动机单向运转，载荷较平稳。4)使用期限为 10年，大修周期为 3年，双班制工作。5)专业机械厂制造，可加工 7、8级精度的齿轮、蜗轮。图 1.1:搓丝机简图3、技术数据数据组编号最大加工直径最大加工长度滑块行程公称搓动力生产率212mm180mm340mm9kN32件/min4、设计任务（1）完成搓丝机总体方案设计和论证，绘制总体原理方案图。（2）完成主要传动部分的结构设计。（3）完成装配图一张（用A0或A1图纸），零件图2张(A3图纸)。（4）编写设计说明书1份。二、总体方案设计1、传动方案的拟定传动方案分为原动机、传动机构和执行结构（1）原动机设计要求：动力源为三相交流电380/220v，故原动机选用电动机。（2）传动机构由于输入轴与输出轴有相交，因此传动机构应选择锥齿轮或蜗轮蜗杆机构。方案一：二级圆锥圆柱齿轮减速器。方案二：皮带二级圆柱齿轮减速器方案三：蜗轮蜗杆减速器。方案二方案一方案三电动机输出转速较高，并且输出不稳定。总传动比较大，轴所受到的弯扭矩较大。同时考虑到实际工作要求减速器所占空间应尽可能小，所以初步决定采用方案三：蜗轮轮蜗杆速器，以实现在满足传动比要求的同时拥有较高的效率，和比较紧凑的结构，同时封闭的结构有利于在粉尘较大的环境下工作。根据设计，电动机通过联轴器，将功率传到蜗轮蜗杆机构中，达到减速目的，最后通过输出轴与执行机构相连接。（3）执行机构执行机构由电动机驱动，原动件输出等速圆周运动。传动机构应有运动转换功能，将原动件的回转运动转变为推杆的直线往复运动，因此应有急回运动特性。同时要保证机构具有良好的传力特性，即压力角较小。方案一：用摆动导杆机构实现运动形式的转换功能。方案二：用偏置曲柄滑块机构实现运动形式的转换功能。方案三：用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联组合，实现运动形式的转换功能。方案三方案二方案一方案评价：方案一：结构简单、紧凑，尺寸适中，最小传动角适中，传力性能良好，且慢速行程为工作行程，快速行程为返回行程，机会性能好，工作效率高，寿命长。方案二：结构简单，但是不够紧凑，且最小传动角偏小，传力性能差。方案三：结构简单，可实现复杂轨迹，但极位夹角小。由于装料机轨迹简单，不需要较高精度，且单行程工作，考虑到工作效率问题，需要良好的急回特性。综上所述，方案一作为装料机执行机构的实施方案较为合适。2、执行机构设计取急回系数k=1.5，则由=180+180-得=36。简图如下：由推杆行程得导杆长300mm,暂定曲柄长70mm,连杆长150mm,则由=36 可得摇杆约为485mm。图示状态下，压力角最大为max=25，传动角min=65，传动性能良好。3、电动机的选择（1）电动机类型选择按工作条件和要求，选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步卧式电动机，电压380V。（2）选择电动机功率1）机械效率效率数量弹性联轴器10.991蜗轮蜗杆20.81滚动轴承30.992总效率=1232=0.77622)功率P=Fv=323600.349601950.7762=3.88kw电动机额定功率略大于即可，因此选定电动机额定功率为4kW。3)确定电动机型号电动机转速定为1500r/min，满载转速nm为1420 r/min，进而确定电动机型号为Y132M1-6。4、传动系统运动和动力参数（1） 总传动比：ia=nmnw=96032=30（2） 分配传动比蜗轮蜗杆i=30总传动比的实际值与设计要求值的允许误差为3%5%。（3） 运动和动力参数计算0轴（电动机轴）P0=Pd=3.88kWn0=960r/minT0=9550P0n0=38.6Nm1轴（蜗杆轴）P1=P01=3.84kwn1=960r/minT1入=9550P1入n1=38.2Nm2轴（蜗轮轴）P2入=P1出0.8=3.011kWn2=n1i=32r/minT2=9550P2n2=898.8Nm轴名功率P/kw转矩T/N*m转速r/min传动比i 效率输入输出输入输出电动机轴3.8838.69601 3.843.8038.237.896010.9823.763.01898.8889.832300.792三、传动零件设计1、蜗轮蜗杆的设计计算项目计算内容计算结果1选择传动精度等级，材料确定精度考虑传动功率不大，转速也不是很高，批量小。精度等级为8级，选用ZA型蜗杆传动，双头右旋蜗杆。蜗杆用45号钢调质，表面硬度260HB，蜗轮轮缘材料用ZCuSn10P1砂模铸造。2确定蜗杆，涡轮齿数传动比传动比i=30参考文献23-4，取z1=2，z2=iz1=60。蜗轮转速为n=32r/minz1=2z2=603.确定涡轮许用接触应力蜗轮材料为锡青铜，则HP=HPZvsZN查文献2表3-10得HP=200N/mm2。参考文献2图3-8初估滑动速度vs=4.5m/s,浸油润滑。由文献2图3-10查得，滑动速度影响系数Zvs=0.92。单向运转取1，涡轮应力循环次数为NL=60n2th=6010300832=4.608107由文献2图3-11查得ZN=0.83，则HP=HPZvsZN=2000.930.67=152.72N/mm2 HP=112.16N/mm24.接触强度设计载荷系数K=1.1,蜗轮转矩为T2=955Nm由文献2式（3-10）得m2d115000HPz22KT2=150001526021.1955=2841.76mm3查文献2表3-3可选用m2d1=5120mm3，传动基本尺寸为m=8mm， d1=80mm，q=10。蜗杆的宽度b1=2.5mz2+1=2.5861mm=156.2mmT2=955Nmm=8mm d1=80mmq=10b1=156.2mm5.主要几何尺寸计算蜗轮分度圆直径为：d2=mz2=860=480mm。蜗杆导程角为tan=z1q=210=0.2,则=11.31。涡轮齿宽（见文献2表3-5）为：b22m0.5+q+1=280.5+10+1=61.07mm取b2=62mm。传动中心距为：a=0.5d1+d2=0.5480+80=240mm。d2=480mm=11.31b2=62mma=240mm 6.计算涡轮的圆周速度和传动效率蜗轮圆周速度为：v2=d2n2601000=48032601000m/s=0.8042m/s齿面相对滑动速度为：vs=v1cos=d1n1601000cos11.31=4.5905m/s由文献2表3-7查出当量摩擦角为e=1.3=119,由文献2式（3-5）得：1=tantane+=tan11.31tan1.2+9.09=0.865搅油效率2=0.96，滚动轴承效率3=0.99，则由文献2式（3-4）得=123=0.8940.960.99=0.821v2=0.8042m/svs=4.45905m/s=0.8217.校核接触强度涡轮转矩为T2=T1i=955041420300.82Nm=978.9Nm由文献2表3-12可查弹性系数为ZE=155。由文献2表3-13查得使用系数为KA=1。取动载荷系数KV=1.1;载荷分布系数为K=1，则由文献2式（3-11）得H=ZE9400T2d1d22KAKVK=(1559400978.980480211.11)N/mm2=114.9N/mm2HHP，合格。H=114.9N/mm2Hp=152N/mm2HHP，合格8.轮齿弯曲强度校核确定许用弯曲应力为FP=FPYN。由文献2表3-10查出FP=51 N/mm2（一侧受载）。由文献2图3-11查出弯曲强度寿命系数YN=0.68，故FP=FPYN=51N/mm20.68=34.68N/mm2涡轮的复合齿形系数的计算公式为YFS=YFaYSa涡轮的当量齿数为ze2=z2cos3=45cos311.31=63.67涡轮无变位,查文献2图2-20和图2-21得YFa=2.3，YSa=1.73，代入复合齿形系数公式得YFS=YFaYSa=2.31.7=3.98导程角的系数为Y=1-120=1-11.31120=0.90575其他参数与接触强度计算相同，则由文献2式（3-13）得F=666T2KAKVKd1d2mYFSY=(666978.911.118048083.980.90575)N/mm2=8.41N/mm2FFP，合格。FP=34.68N/mm2F=8.41N/mm2FFP，合格9.蜗杆轴刚度验算蜗杆所受圆周力为Ft1=2T1d1=29.55106496080N=994.79N蜗杆所受径向力为Fr1=2T2d2tanx=2978.9103480tan20N=1484.54N蜗杆两支撑间距离L=0.9d2=0.9480mm=432mm。蜗杆危险截面惯性矩为I=df464=(80-2.5m)464=(80-2.58)464mm4=6.36105mm4许用最大变形为yp=0.001d1=0.00180mm=0.08mm。由文献2式（3-14）得蜗杆轴变形为y1=Ft12+Fr1248EIL3=994.792+1484.542482.071056.361054323mm=0.0216mm0.08mmy1yp，合格。Ft1=994.79NFr1=1484.54NI=6.36105mm4yp=0.08mmy1=0.0216mmy1yp，合格10.蜗杆传动热平衡计算蜗杆传动效率=0.821，导热率k取为k=15W/(m2)(中等通风环境)，工作环境温度t2取为t2=20，传动装置散热的计算面积为A=0.3(a100)1.73=0.32801001.73m2=1.959m2由文献2式（3-15）得t1=P1(1-)kA+t2=40001-0.821151.959+20=44.3795合格。t1=44.3758400h满足使用寿命要求载荷变化系数PCr=0.031f1=1载荷分布系数FaFr=0f2=1许用转速n=f1f2nlim=3800r/mqinn=3800r/min大于工作转速960r/min结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。2)圆锥滚子轴承30212（一对，且成对安装），其尺寸D=110mm,d=60mm,B=22mm计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查1表6-67，轴承主要性能参数如下：Cr=102KNC0r=130KNnlim=3600r/min e =0.4 Y =1.5成对安装：Cr=279Cr=174kNnlim=0.60.8nlim=21602880r/minCr=102KNC0r=130KNnlim=3600r/mine =0.4 Y =1.5Cr=279Cr=174kNnlim=0.60.8nlim=21602880r/min轴承受力情况Fs=Fr2Y=172NFa=Fs+FA=3565NFs=172NFa=3565NX、Y值FaFr=6.56e X=0.67 Y=1.6X=0.67 Y=1.6冲击载荷系数查2表8-8当量动载荷P =6930NP =6930N轴承寿命（滚子轴承）Lh=3848220h58400h寿命合格载荷变化系数PCr=0.017载荷分布系数对于圆锥滚子轴承FaFr=6.56f2=0.5许用转速n=f1f2nlim=1080-1440r/minn=1080-1440r/min大于工作转速32r/min满足要求结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。（2）蜗轮轴采用两端固定的支撑方案。深沟球轴承6316（一对），其尺寸D=170mm,d=80mm,B=39mm计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查1表6-67，30207轴承主要性能参数如下：Cr=122KNC0r=86.5KNnlim=3800r/minFa=955NFaC0r=0.011 e =0.19Cr=122KNC0r=86.5KNnlim=3800r/min轴承受力情况Fr1=FAy12+FAx12=2058NFr2=FAy22+FAx22=2516NFs1=Fr12Y=205822.2=461NFs2=Fr22Y=571.8N Fs2+Fa- Fs1=1065.8N0即轴承1侧压紧，2侧放松Fa1=1065.8Fa2=571.8Fr1=2058NFr2=2516NFa1=1065.8Fa2=571.8X、Y值Fa1Fr1=0.517eFa2Fr2=0.227eX=0.56Y=2.3冲击载荷系数查2表8-8当量动载荷P1=4324.6N P2=3268.9P1=4324.6N P2=3268.9轴承寿命（球轴承=3）L10=11697258hL寿命合格载荷变化系数PCr=0.42载荷分布系数对于深沟球轴承Tan=0.517f2=0.95许用转速n=f1f2nlim=3610r/minn=3610r/min大于工作转速32/min满足要求结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。5、键连接设计计算查1表6-57键的选择主要考虑所传递的扭矩的大小，轴上零件是否需要沿轴向移动，零件的对中要求等等。（1）蜗杆上联轴器轴键材料选45钢，则键的选择和参数选用普通平键圆头A型。根据轴径d=50mm,选平键剖面尺寸b=14mm,h=9mm,键长L=50mm键149转矩T=38.2NmT=38.2Nm接触长度L=L-b=36mm=24mm校核强度p=4Thld=9.4MPa故满足要求（2）蜗轮轴键材料选45钢，则键的选择和参数选用普通平键圆头A型。根据轴径d=90mm,选平键剖面尺寸b=25mm,h=14mm,键长L=80mm键2514转矩T=898.8NmT=898.8Nm接触长度L=L-b=55mm=45mm校核强度p=4Thld=51.8MPa故满足要求6、联轴器的选择查1表6-99（1）输入轴选择弹性套柱销式联轴器LT6 Y型，轴孔直径35mm，轴孔长度82mm（2）输出轴连杆直接和蜗轮轴相连四、减速器箱体及附件的设计1、箱体设计查1表3-1计算项目计算内容计算结果箱座厚度箱盖厚度箱座突缘厚度箱盖突缘厚度箱座底突缘厚度地角螺钉直径地角螺钉数目轴承旁连接螺钉直径机盖与机座连接螺栓直径轴承端盖螺钉直径窥视孔盖螺钉直径连接螺栓d2的间距定位销直径大齿轮顶圆与内机壁距离齿轮端面与内机壁距离轴承端盖外径轴承端盖突缘厚度机盖肋厚机座肋厚=0.04a+381=0.858b=1.5b1=1.51b2=2.5df=0.036a+12d1=0.75 dfd2=(0.50.6) dfd3=(0.40.5) dfd4=(0.30.4) dfl=(150200)mmd=(0.70.8)d211.22D2=1.25D+10t=(11.2)d3m1=0.851m=0.85取=14.2mm取1=12.1mmb=21.3mmb1=18.2mmb2=35.5mmdf=22mmn=4取d1=16mm取d2=12mm取d3=10mm取d4=8mm取d=10mm取1=17.04mm取2=14.2mm依轴承而定t=11mm取m1=10.3mm取m=10mm2、润滑与密封1、齿轮、蜗杆及蜗轮的润滑在减速器中，蜗杆相对滑动速度V=6.07m/s，采用浸油润滑，选用L-AN68。浸油深度一般要求浸没蜗杆螺纹高度，但不高于蜗杆轴承最低一个滚动体中心高。2、滚动轴承的润滑蜗杆轴上的一个深沟球轴承和一对圆锥滚子轴承均用L-AN68采用油润滑。其他两对轴承轮缘线速度均小于2m/s，所以应考虑使用油脂润滑，但应对轴承处dn值进行计算。dn值小于2105mmr/min时宜用油脂润滑；否则应设计辅助润滑装置。两对轴承处dn值分别为：5112 mmr/min，2640 mmr/min，均小于2105mmr/min，所以可以选择油脂润滑。采用脂润滑轴承的时候，为避免稀油稀释油脂，需用挡油板将轴承与箱体内部隔开。在选用润滑脂的牌号时，根据手册查得常用油脂的主要性质和用途。因为本设计的减速器为室内工作，环境一般，不是很恶劣，两对轴承均选用通用锂基润滑脂ZL-1（GB 7324-1987），它适用于-20120宽温度范围内各种机械设备的轴承。3、油标及排油装置(1)油标：选择杆式油标C型(2)排油装置：管螺纹外六角螺塞M242及其组合结构4、密封形式的选择为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作，在构成机体的各零件间，如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。输入轴由于距油面较近，故采用油沟式密封；蜗轮轴与轴承盖间V 3m/s，采用粗羊毛毡封油圈；输出轴与轴承盖间也为V 3m/s，故采用粗羊毛毡封油圈。5、技术要求（1）装配前所有零件用煤油清洗，滚动轴承用汽油浸洗，箱体内不允许有任何杂物存生。（2）保持侧隙不小于0.115mm。（3）调整、固定轴承时应留轴向间隙蜗杆轴上轴承1=4070m;小齿轮轴上轴承2=50100m;大齿轮轴上轴承3=80150m。（4）齿轮传动侧隙不小于0.175妹妹，蜗轮蜗杆传动侧隙不小于0.115mm。（5）涂色检查接触斑点，小齿轮沿齿高不小于40%，沿齿长不小于35%；大齿轮沿齿高不小于20%，沿齿长不小于35%；蜗轮蜗杆沿齿高不小于55%，沿齿长不小于50%（5）减速器剖分面，各接触面及密封处均不允许漏油，剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用垫片。（6）箱体外表面涂深灰色油漆，内表面涂耐油油漆。（7）箱内装全损耗用油L-AN68至规定高度。五、参考资料1王之栎、王大康.机械设计综合课程设计ISBN 978-7-111-12040-7.机械工业出版社.2007(2013重印)。2王之栎、马纲.机械设计ISBN 978-7-5124-0553-0.北京航空航天大学出版社.2011