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1、机电工程学院毕业设计课题:对称传动剪板机专业: 机械设计制造及其自动化 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 时 间: 2015.5.15摘 要该设计的对称传动剪板机,其冲剪力为22吨,滑块的行程为110mm。由电动机提供动力,经过一级带传动和一级齿轮传动减速。设计中采用的执行机构为对心曲柄滑块机构,这一机构将剪板机传动系统的旋转运动转变为滑块的往复直线运动,实现对板料的剪切。曲柄滑块机构具有结构简单、加工容易、维修方便、经济实用的优点,在机械设备中应用广泛。关键词: 曲柄滑块 剪板机AbstractThe design of symmetric transmission shears, she
2、ar-to 10 tons, the itinerary for the slider 22 mm per 30 minutes shear. Powered by the motor through a belt drive and a slowdown Gear. Design of the implementation agencies right mind crank slider, This will shears transmission rotation slider into the reciprocating linear motion, the realization of
3、 the right of sheet metal shear. Crank slider is simple in structure, easy processing, easy to maintain and repair, economic and practical advantages in machinery, equipment widely used. The design, right through the plane crank slider mathematical modeling, Key words: Motion simulation Crank and sl
4、ide block Cutting machine 目录摘 要2绪 论.6第1章 剪板机的简介71.1剪板机发展简介71.2剪板机工作原理8第2章 方案论证92.1液压传动方案92.2机械传动方案102.2.1凸轮机构方案102.2.2曲柄滑块机构方案10第3章 总体传动方案11第4章 电动机的选择124.1电动机类型和结构形式的选择124.2电动机功率的选择124. 3计算传动装置的主要参数134.3.1计算传动装置的合理传动比134.3.2计算运动和动力参数14第5章 带传动的设计及计算155.1确定计算功率155.2选择带型155.3确定小带轮的基准直径155.3.1初选小带轮的基准直径
5、155.3.2验算带的速度155.3.3计算从动轮的基准直径165.4确定中心距和带轮的基准长度165.5验算主动轮上的包角175.6确定带的根数175.7确定带的预紧力185.8计算带传动作用在轴上压轴力185.9带轮结构的设计185.9.1小带轮的结构设计19第6章齿轮设计226.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数226.1.1齿轮类型的选择226.1.2齿轮材料的选择226.1.3选取精度等级226.1.4选择齿数236.2 按齿面接触强度设计236.2.1确定公式内的各个计算数值236.2.2计算246.3 按齿根弯曲强度设计256.3.1确定公式内各计算数值256.3.2设计计算2
6、66.4几何尺寸计算276.4.1计算分度圆直径276.4.2计算中心距276.4.3计算齿轮宽度276.5验算276.6结构设计及绘制齿轮零件图276.6.1对小齿轮的结构设计286.6.2对大齿轮的机构设计28第7章 轴的设计.307.1 曲轴的设计计算和校核307.2 传动轴的设计.30第8章 曲柄滑块机构设计358.1材料的选择358.2 确定曲柄滑块杆件长度358.3结构设计368.5电动机的校核37第9章 曲柄滑块机构的运动学分析409.1 建立曲柄滑块机构的数学模型409.1.1建立位移方程409.1.2建立速度方程419.1.3建立加速度方程41第10 章 间歇传动机构4310
7、.1传动原理图4310.2槽轮机构的设计4310.3链传动的设计4410.3.1 链传动的参数选择4410.3.2小链轮的设计4510.3.3大链轮的设计4710.4槽轮与切刀的运动分析4810.5关于送料轴送料的分析4810.5.1 送料过程中板料的受力分析4810.5.2 送料轴的设计49结 论50参考文献51致谢52结 论38参考文献39绪论剪板机常用来剪裁直线边缘的板料毛坯。剪切工艺应能保证被剪板料剪切表面的直线性和平行度要求,并尽量减少板材扭曲,以获得高质量的工件。剪板机是工作原理是借用运动的上刀片和固定的下刀片,采用合理的刀片间隙,对各种厚度的金属板材施加剪切力,使板材按所需要的尺
8、寸断裂分离。剪板机属于锻造机械中的一种,主要作用就是金属加工行业。产品广泛适用于:航空、轻工、船舶、冶金、不锈钢制品、钢结构建筑及装潢行业。在使用金属板材较多的工业部门,都需要根据尺寸要求对板材进行切断加工,所以剪板机就成为各工业部门使用最为广泛的板料剪断设备。 剪板机目前主要有以下几种:1 平刃剪板机:扭曲变形小,剪切质量好,耗能大。机械传动的最多,该剪板机上下两刃彼此平行,常用于轧钢厂热剪切初扎方坯和板坯。2 斜刃剪板机:分闸式剪板机和摆式剪板机,剪切质量较前者差,有扭曲变形,但力能消耗较前者小,适用于中大型剪板机。3 多用途剪板机:板料折弯剪板机,即在同一台机器上可完成两种工艺,下部进行
9、板料剪切,上部进行折弯,也有的机器前部进行剪切,后部进行板料折弯。4 专用剪板机:专用剪板机大多用在剪切线上速度快,剪切次数高的场合。5 数控剪板机:直接对后挡料器进行位置编程,可进行位置校正,具有多工步编程功能,可实现多步自动运行,可完成多工步零件一次性加工,提高生产效率。对称传动剪板机是一种典型的对称传动的机械,主要用于剪裁各种尺寸金属板材的直线边缘。该设备应用广泛,具有结构简单,维修方便,经济实用的优点。工作原理:动力源电动机通过二级传动(一级带轮传动,一级齿轮传动)减速驱动执行机构曲柄滑块机构,该机构将电动机的旋转运动转化为往复的直线运动,在此过程中,由切刀(固定在滑块上)来进行对板料
10、的切削。第1章剪板机的简介1.1剪板机发展简介剪板机的分类:机械剪板机、数控剪板机、液压剪板机、数控摆式剪板机、数控前送料摆式剪板机、液压摆式剪板机、超厚液压摆式剪板机、液压闸式剪板机、深喉口剪板机、脚踏剪板机、精密剪板机等。国家“十五”期间,液压剪板机在结构与配置方面跨越了各行其道的阶段,逐步向国际主流靠拢。目前多数液压剪板机,机架采用整体焊接结构、经时效处理、具有良好的强度、刚度和精度保持性;采用集成式液压系统伺服驱动,极大提高了机床运行的可靠性;根据被剪板料的材质、厚度和剪切长度,自动完成剪切角度、剪切行程、刀片间隙和后挡料的调整;可配备前送料系统或后托料装置,集送料、卸料于一体,有效地
11、提高了设备自动化程度。在使用金属板材较多的工业部门,都会根据需要对板材进行切断加工。剪板机主要用于剪切金属板材,是重要的金属板材加工机床。其不仅用于机械制造业,还是金属板材配送中心必不可少的装备,应用范围特别广泛。常用来剪裁直线边缘的板料毛坯,主要应用于金属加工行业。剪板机按结构分为闸式剪板机和摆式剪板机两类;按传动方式分,有机械传动剪板机和液压传动剪板机两类。1.2剪板机工作原理。剪板机是借于运动的刀片和固定的刀片,采用合理的刀片间隙,对各种厚度的金属板材施加剪切力,使板材按所需要的尺寸断裂分离的设备。剪板机的上刀片固定在刀架上,下刀片固定在下床面上,床面上安装托球,便于板料的送进移动且使板
12、料在上面滑动时不被划伤。后挡料板用于板料定位,位置是由调位销进行调节。液压压料筒用于压紧板料,以防止板料在剪切时翻转和移动,回程一般靠氮气,速度快,冲击小。棚板和护栏是安全装置,以防止发生工伤事故。剪板机剪切后应能保证被剪板料剪切面的直线度和平行度要求,并尽量减少板材扭曲,以获得高质量的工件。剪板机属于锻压机械中的一种,主要应用在金属加工行业。产品广泛适用于:航空、轻工、船舶、冶金、不锈钢制品、钢结构建筑及装潢行业。有的剪板机是带有自动送料装置,可完成板料高效率、精密加工的机械剪板机,具有自动、高速、精密三个基本要素。本机器的工作过程:动力源电动机通过二级传动(一级带轮传动,一级齿轮传动)减速
13、驱动执行机构曲柄滑块机构,该机构将电动机的旋转运动转化为往复的直线运动,在此过程中,由切刀(固定在滑块上)来进行对板料的切削。在这次设计中,针对该剪板机的执行机构曲柄滑块机构,通过数学建模,研究了曲柄以匀角速度旋转时,曲柄滑块机构中滑块的位移、速度、加速度的变化规律。第2章 方案论证传动方案的论证:合理传动方案的要求首先是要满足工作机的性能要求,适应工作条件,其次应使传动装置的结构简单,尺寸紧凑,传动效率高,加工方便,然后是使用维修方便, 成本低廉。要同时满足这些要求是比较困难的,因此需要通过分析比较多种传动方案,选出最佳传动方案。当传动形式采用由几种传动形式组成的多级传动时,应该充分考虑各种
14、传动形式的特点,合理的分配其传动顺序。在选择时,应注意以下几种传动方式的特性:(1)带传动的承载能力小,传递相同转矩时,结构尺寸较其它传动形大,但传动平稳,能吸振缓冲,宜布置在高速级。 (2)链传动的传动速度不均匀,有冲击,不适合高速级,应布置在低速级。(3)斜齿圆柱齿轮传动的平稳,比直齿轮好,因此常用于高速级或要求传动平稳的场合。(4)圆锥齿轮传动只适用于需要改变轴的布置方向的场合。(5)开式直齿圆柱齿轮传动的工作环境一般较差,润滑程度不好,因此磨损比较严重,寿命较短,所以适于布置在低速级。(6)蜗杆传动可以实现较大的传动比,传动比较平稳,结构紧凑,但传动效率低,故多用于中小功率的高速传动中
15、。(7)槽轮机构结构简单,外形尺寸小,机械效率高,能平稳地,间歇地进行转位。但因传动时尚存在柔性冲击,故常用于低速场合。(8)不完全齿轮机构结构简单,容易制造,工作可靠。但其缺点是有较大的冲击,所以只适用于轻载场合。综上所述,考虑各方面,选择带传动和直齿圆柱齿轮进行两个减速级的传动,利用槽轮作间歇传动。则传动方案采用V带传动,齿轮传动。优点:有过载保护;吸振缓冲,传动平稳;结构简单,成本低廉。采用v带传动,传动效率较高。可承受较大的预紧力,速度快、挠曲次数高,还可减少带传动的尺寸。剪板机主要是通过滑块上刀片的往复直线运动来实现切断功能,能实现这个目的主要由液压传动和机械传动两种。 2.1液压传
16、动方案液压剪板机的液压传动系统如图2-1所示,其原理:手动换向阀6推向左位,此时活塞(即刀片)在压力油的作用下向下运动,对被剪板料进行剪切加工,当加工完成,把阀6手柄推向右位,活塞将向上运动,即刀片上抬,到一定位置后,将阀6手柄推入中位,这样活塞就停留在此位置。剪切第二次时,重复上述操作。手动换向阀6可改为电气控制的自动换向阀,可实现自动连续剪切,从而提高效率。.油箱 .粗过滤器 .液压泵 4.溢流阀 5.调速阀 6.手动三位四通换向阀 7.液压缸 8.滑块图2-1 液压传动系统原理图液压剪板机采用液压传动,这种剪板机工作时工作平稳,噪声小,可以进行多次连续剪切,其剪板厚度也比机械传动的厚,但
17、是液压系统是利用液体作为中间介质来传递动力的,当剪切力增大时,油压也相应的增高,对液压元件的精度、强度要求也增高,制造成本也会相应的增高。而且液压系统经常存在泄露问题,容易造成环境污染。油温容易变化,从而会引起油液粘度变化,进而影响液压传动工作的平稳性。因此其适应环境能力较小。而且,液压剪板机的维修也不方便,需要掌握一定的专业知识,因此此次设计不选用此方案。2.2机械传动方案2.2.1凸轮机构方案图2-2 凸轮机构原理图凸轮机构剪板机的工作原理如图2-2所示:主轴转动会带动凸轮传动,凸轮升程中推动滑块(即刀片)作剪切动作。回程时,滑块(即刀片)在弹簧的作用下返回到开始位置,准备下一个循环。凸轮
18、机构优点包括:可以根据从动件的运动规律来选择机构的尺寸大小和确定凸轮轮廓线。缺点则有:凸轮机构一般适用于控制机构而不是执行机构,原因在于其工作压力不能太大,否则会导致凸轮的轮廓及推杆严重损坏,从而导致机构不能实现预期的目的,机器的稳定性不能保证,因此本次设计不予采用该方案。2.2.2曲柄滑块机构方案 曲柄滑块机构的工作机理如图2-3所示:主轴的转动带动曲轴上曲柄的转动,曲柄的转动通过连杆使滑块作上下往复运动,从而实现剪切运动。图2-3 曲柄滑块机构原理图该机构具有结构较为简单、加工维修容易便利、经济实惠的优点,因此采用此方案,即采用曲柄滑块机构作为执行机构比较合适。第3章 总体传动方案 综合考
19、虑,本次对称传动剪板机设计的总体方案为:电动机经过一级带轮减速和一级齿轮减速驱动曲轴上的曲柄滑块机构,使滑块作上下往复运动,进而完成剪切动作。此次剪板机的设计要求为:剪切力是22吨,行程为110mm,每分钟剪板30次。设计传动系统图如图3-1所示。图3-1 系统传动简图第4章 电动机的选择4.1电动机类型和结构形式的选择本次设计所选用的电动机的类型和机构形式应根据工作条件、载荷大小和性质变化、启动性能、制动等条件来选择。电动机是把电能转化为机械能的一种动力机械,分为交流电动机和直流电动机两种。由于生产单位一般多采用三相交流电源,因此,无特殊要求时,均应采用三相交流电动机。其中异步电动机是交流电
20、动机中应用最多的一种,因此选用三相异步交流电动机。Y系列三相异步电动机是封闭式三相异步电动机。能防止灰尘、铁屑或其它杂物侵入电机内部,效率高,耗能少,性能好,噪音低,振动小,体积小,重量轻,运行可靠,维修方便。不仅使用于水泵、鼓风机、金属切削机床及运输机械,更使用于灰尘较多、水土飞溅的地方,如碾米机、磨粉机、脱壳机及其它农业机械、矿山机械等。因此根据工作环境和要求,选用Y系列三相异步电动机。 4.2电动机功率的选择电动机的功率选择的是否合适,对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选的过小,不能保证工作机的正常的工作或使电动机因过载而过早的损坏;而功率选的过大,则电动机的价格较高,能力又不能充
21、分利用。而且由于电动机经常不满载运行,其效率和功率因数都较低,增加电能消耗而造成能源的浪费。本次设计的剪板机工作所需功率: 电机的输出功率,F工作时的有效力,F=22000KN,v滑块运动速度,v=0.11m/s。又三角带传动效率:0.940.96 取=0.955圆柱齿轮效率:0.940.96 取 =0.95 轴承效率(每对):0.970.99 取=0.98 整理得:P。=27.81kW 类比实习时工厂的样机,查表选取电动机的功率为30kW。转速的确定:传动方式由皮带传动和齿轮传动组成,按推荐的传动副传动比合理的范围,取三角带传动比=24,二级圆柱齿轮减速器传动比=840,则总传动比合理范围为
22、 =16160,则电动机转速可选范围为: = =(16160) =4804800r/min查Y系列三相异步电动机的技术数据表。选取Y225M-6型电动机比较合适,其技术参数如下:功率为30kW,级数为6,满载时的电流、转速、效率分别为59.5A、980r/min、90.2%。4. 3计算传动装置的主要参数4.3.1计算传动装置的传动比总传动比 = (4-2)=式中 三角带传动比,圆柱齿轮传动比取=4 =4.3.2计算运动和动力参数1.计算两轴的转速 = r/min= r/min2.计算两轴的功率查得各部件传动效率为:三角带传动:0.940.96 取=0.955圆柱齿轮:0.940.96 取 =
23、0.95 轴承(每对):0.970.99 取=0.98 则总传递效率为:= = = =28.07kW=26.14kW3.各轴转矩 = 式中 电动机转矩;电动机功率;满载转速6; = = N.m =292.3N .m= =1094.4N .m = = N .m=8151.3 N .m第5章 带传动的设计及计算在同样的张紧力下,V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力,并且V带传动具有允许的传动比比较大,结构简单且紧凑,传动平稳以及缓冲吸振,造价低廉等优点。5.1确定计算功率 = (5-1) =kW 式中 传动的额定功率()工作情况系数查表8-71,载荷变动较大,重载启动每天工作时间大于16小时,取=
24、1.85.2选择带型根据=54kW和主动带轮(小带轮)转速= 980r/min,查图8-111中选定C型V带。5.3确定小带轮的基准直径5.3.1初选小带轮的基准直径查参考文献1初步选取主动轮基准直径=200mm。5.3.2验算带的速度= = =10.26m/s 由于过小,表示所选的过小,使所需要的有效拉力过大,造成所需要的跟数过多,于是带轮的宽度,轴径及轴承的尺寸都要随之增大。 取=300mm,则 = =m/s =15.39m/s5.3.3计算从动轮的基准直径=1200mm按照V带轮的基准直径系列进行圆整,圆整后=1250mm5.4确定中心距和带轮的基准长度由于中心距未给出,可根据传动的结构
25、需要初步中心距取 代入=300mm , =1250mmmm取=1550mm依据带传动的几何关系,按下式计算所需V带的基准长度 + + (5-2)mm=5679mm由参考文献1取=5600mm,由于V带的中心距一般是可以调整的,故采用下式进行近似计算 =mm=1510mm 考虑安装调整和补偿预紧力等需要,取中心距的变化范围为=mm1426mm =mm=1678mm。 5.5验算主动轮上的包角 根据对包角的要求,应保证 所以主动轮上的包角满足要求。5.6确定带的根数 (5-3)式中 包角系数,查得0.89长度系数,查得1.09单根V带的基本额定功率,查得10.3kW单根V带额定功率的增量,查得0.
26、83kW4代入数据得=5根5.7确定带的预紧力不考虑离心力的影响,和包角对所需预紧力的影响,单根V带的预紧力为= (5-4)式中 V带单位长度的质量,查得=0.30kg/m=688N由于新带容易松弛,所以安装新带时的预紧力应为上述预紧力的1.5倍。5.8计算带传动作用在轴上的压轴力在设计安装带轮的轴和轴承前,应确定带传动作用在轴上的力。如果不考虑带两边的拉力差,则压轴力可以近似的按带的预紧力的合力来计算,即= 式中:带的根数单根带预紧力主动轮上的包角= N=5204N5.9带轮结构的设计5.9.1小带轮的结构设计1.材料:HT1502.确定带轮的形式由参考文献3得:电机轴=60mm,电机轴伸出
27、长度为E=140mm,且已知小带轮的基准直径=300mm,2.5=2.560mm=150mm2.5300mm所以小带轮采用腹板式结构。带轮的基准直径为300mm,外径=309.6mm。3.轮槽的尺寸查表8-10 1得带轮的轮槽尺寸如下:轮槽基准宽度=19.0mm基准线上槽深=4.80mm基准线下槽深 =14.3mm槽间距=25.50.5mm 第一槽对称面至端面的距离=16mm最小轮缘厚=10mm轮槽角=34轮槽结构如图5-1所示。4.确定小带轮外形尺寸带轮宽: =(5-1)25+216mm=132mm带轮外径:=300+24.80mm=309.6mm轮缘外径: =(1.82)D=(1.82)6
28、0mm=(108120)mm,取=110mm轮毂长度: 因为=107mm1.5=1.560mm=90mm 所以=(1.52) =(1.52)60mm=(90120)mm,取=105mm。 =(1/7-1/4) =(1/7-1/4)107mm=(15.2926.75)mm 取=20mm小带轮的结构如图5-25.9.2大带轮的结构设计1、材料:HT1502、确定带轮的结构形式初选大带轮的轴径=55mm,已知大带轮的基准直径=1250mm300mm,所以大带轮选用轮辐式结构。43、轮槽尺寸同小带轮。4、轮缘及轮毂的尺寸:带轮宽: =(4-1)15+216mm=107mm带轮外径:=1250+24.8
29、mm=1259.6mm轮毂外径:=(1.82)=(1.82)55mm=(99110)mm,取=105mm轮毂长度:因为=107mm1.5=1.555mm=82.5mm 所以=(1.52) =(1.52)55mm=(82.5110mm,取=95mm。 = (5-5)式中: 传递的功率,为42kW 带轮的转速,为245r/min 轮辐数,取4=mm=101.5mm=0.8=0.8101.5mm=81.2mm=0.4=0.4101.5mm=40.6mm=0.8=0.840.6mm=32.5mm=0.2=0.2101.5mm=20.3mm=0.2=0.281.2mm=16.24mm大带轮的结构如图5-
30、3 图5-3 大带轮机构第6章齿轮设计齿轮传动是机械传动中最重要最常用传动之一。优点是:效率高,机构紧凑,工作可靠,寿命长,传动比稳定。缺点是:造价高,安装精度高,易磨损。6.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数6.1.1齿轮类型的选择根据设计的传动方案选择直齿圆柱齿轮传动。6.1.2齿轮材料的选择机器工作时属于中等冲击,因此选取大小齿轮的材料均为40Cr(调质),齿面硬度:小齿轮271316HBS,大齿轮为241286HBS,取中间值,则大齿轮为260HBS,小齿轮为290HBS8。6.1.3选取精度等级 因其表面经过调质处理,故选用8级精度。6.1.4选择齿数 选小齿轮齿数为Z1=24,大
31、齿轮齿数Z2=Z1=824=1926.2 按齿面接触强度设计由设计公式1进行试算: 2.23 (6-1)6.2.1确定公式内的各个计算数值1.试选载荷系数=1.32.计算小齿轮传递的转矩=95.5105N .mm =1.1106 N. mm3.选取齿宽系数=14.材料的弹性影响系数=189.8MPa5. 接触疲劳强度按齿面硬度查10-11大齿轮接触疲劳强度极限=650MPa,小齿轮的接触疲劳强度极限=700MPa6.计算应力循环次数=602451(2830015)=1.0584109=0.13231097.接触疲劳寿命系数查图10-191得=0.95, =18. 计算接触疲许用应力取失效效率为
32、1%,安全系数=1,有=0.95700=665MPa=1650=650MPa6.2.2计算1.小齿轮分度圆直径将以上所有数据代入公式(6-1)有d1t2.23 =2.32 =117mm2.计算圆周速度= =m/s=1.577m/s3.计算齿宽=1117=117mm4.计算齿宽与齿高之比b/h模数 =4.875mm齿高 =2.25=2.254.875mm=10.97mm=117/10.97=10.675.计算载荷系数根据=1.577mm/s,8级精度,查得动载系数=1.1;直齿轮假设100N/mm;由表查得=1.2;=1.5;查得齿向载荷分配系数用内差法得 =1.36,并且=10.67,8级精度
33、,并调质处理,查得弯曲强度计算用的齿向载荷分布系数=1.3;故载荷系数 =1.51.11.21.36=2.696.按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 =117mm=149.09mm7.计算模数 =mm=6.21mm6.3 按齿根弯曲强度设计由齿根弯曲强度的设计公式4: (7-2)6.3.1确定公式内各计算数值1.弯曲疲劳强度查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=550MPa。大齿轮的弯曲疲劳强度极限=500MPa。2.弯曲疲劳寿命系数查得=0.9,=0.95。3.计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 =1.4 由得=353.57MPa=339.29MPa4.载荷系数K =载荷系数 =1.51.1
34、1.21.3=2.574。5.计算大、小齿轮的并加以比较查得:齿形系数: 应力校正系数:=0.01184=0.01165小齿轮的数值大 6.3.2设计计算=4.88mm对比计算结果,由于齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,而齿轮模数m的大小主要取决于弯曲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模数4.88并就近圆整为标准植m=5mm。按接触强度算得的分度圆直径d1=149.09mm,算出小齿轮齿数=30大齿轮齿数 =830=240 6.4几何尺寸计算6.4.1计算分度圆直径=305=150mm
35、=2405=1200mm6.4.2计算中心距=675mm6.4.3计算齿轮宽度=1150=150mm为防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大大齿轮的工作载荷,常将小齿轮的齿宽在圆整数值的基础上人为地加宽510mm故取小齿轮的齿宽=155mm大齿轮的齿宽=150mm。6.5验算=N=14666.67N= N/mm =146.67N/mm100 N/mm合适。6.6结构设计及绘制齿轮零件图6.6.1对小齿轮的结构设计计算小齿轮结构参数齿顶高 =51 mm =5mm 齿根高 =5(1+0.25) mm =6.25mm 齿全高 =5+6.25mm=11.25mm 齿顶圆直径 =15
36、0+25mm =160mm 齿根圆直径 =150-26.25mm =137.5mm 由于小齿轮直径不大,且中间有轴传动,故选用实心结构的齿轮。压力角 =20齿距 =3.145mm =15.7mm 基圆直径 =150cos20mm =140.95mm 基圆齿距 =15.7cos20mm =14.75mm齿厚 =15.7/2mm =7.85mm 齿槽宽 =15.7/2mm =7.85mm 顶隙 =50.25mm=1.25mm因为小齿轮的齿顶圆直径 =160mm160mm,所以小齿轮可以做成实心结构的齿轮4。小齿轮的结构如图6-1所示。6.6.2对大齿轮的机构设计 1.计算大齿轮结构参数分度圆直径
37、齿顶高 =51 mm =5mm 齿根高 =5(1+0.25) mm =6.25mm 齿全高 =5+6.25mm=11.25mm 齿顶圆直径 =1200+25mm=1210mm 齿根圆直径 =1200-26.25mm =1187.5mm 由于大齿轮的齿顶圆直径=1210mm1000mm,所以选用轮辐式结构的齿轮4。轮辐的设计:选取轮辐数为6,初选中套直径d= mm,大齿轮材料为铸铁。则:,取 取 取mm 取H=64mm 取 取C=13mm 取 取R=32mm图6-1 小齿轮结构图图 6-2 大齿轮结构图第7章 轴的设计7.1曲轴的设计计算和校核轴的转速及转矩,功率 kW7.1.1求齿轮上的力矩及
38、作用在齿轮上的力 齿轮的分度圆直径 d=1200mm 齿轮的圆周力 齿轮的径向力 7.1.2初步确定轴的最小直径 轴材料为20CrMnTi,取 得: 则初步选定7.1.3 确定轴上的零件的装配方案轴承、套筒和轴端挡圈从轴的左端依次安装,深沟球轴承、套筒、齿轮、轴端挡圈从轴的右侧依次安装。7.1.4 轴上的零件定位1. 轴向定位轴上的零件是以轴肩、套筒来保证的。2. 周向定位限制轴上零件与轴发生相对转动,本次设计采用键来固定。7.1.5轴各段直径和长度的确定类比工厂样机,确定主轴的各段直径及长度。其中,大齿轮处D=120mm,L=150mm,曲柄处D=125mm,L=160mm。7.1.6 绘制
39、曲轴的结构图根据以上计算及装配定位要求10,绘制曲轴的结构图如图7-1所示。 图7-1 曲轴的结构图7.1.7曲轴的强度校核计算1.曲轴上的功率P,转速n和转矩T=26.14kW , =30r/min , =8151.3 Nm 传动轴上的功率P,转速n,转矩T2.求大齿轮上所受的力、大齿轮与小齿轮相互作用,依据牛顿第三定律=-,=21094.4/(15010-3)N=328.32N(d为小齿轮的分度圆直径)= =328.32tg20N=119.49N所以=328.32N,=-119.49N轴上曲柄的作用力,由于制动带的作用,传到曲柄上的转矩只有主轴的1/3,作用在双曲柄的径向力,为= /(32)= 8151.3/(30.112)N=12350.45N3. 主轴的受力分析曲轴的受力如图7-2所示,由图根据物体的平衡条件可知 已知:=135mm,=1180mm,=135mm,=50mm,=-119.49N,=12350.45N,=328.32N解方程组得=141.25N,=-4237.45N,=-2339.58N,=-745.87N=4237.45(135+1180+135)50/(135+1180+135+50)=204810.08Nmm=2339.58135Nmm=315843.3 Nmm =