機械設(shè)計說明書搓絲機設(shè)計

機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 第 1 頁 共 35 頁 一、 設(shè)計任務書 1、 設(shè)計題目： 搓絲 機設(shè)計 2、 設(shè)計背景： a、 題目簡述 ：該機器用于加工軸棍螺紋。上搓絲板安裝在機頭上，下搓絲板安裝在滑快上。加工時，下搓絲板隨滑快做往復運動。在起始位置時，送料裝置將工件送入上、下搓絲板之間?；瑝K往復運動時，工件在上搓絲板之間滾動，搓制出與搓絲板一致的螺紋。搓絲板共兩對，可同時搓出工件兩端的螺紋?；瑝K往復運動一次，加工一件。 b、 使用狀況 ：室內(nèi)工作，需要 5 臺；動力源為三相交流電 380/220V，電機單向轉(zhuǎn)動，載荷較平穩(wěn)；使用期限為 10 年，每年工作 300 天，每天工作 16 小時；檢修期為三年大修。 c、 生產(chǎn)狀況 ： 專業(yè) 機械廠 制造 ，可加工 7、 8 級精度齒輪、蝸輪。 3、 設(shè)計參數(shù)： 滑塊 行程 3400mm； 最大加工直徑 12mm；最大加工長度 180mm；公稱搓動力 9kN；生產(chǎn)率 32 件 /分 4、 設(shè)計任務： a、 設(shè)計總體傳動方案，畫總體機構(gòu)簡圖，完成總體方案論證報告。 b、 設(shè)計主要傳動裝置，完成主要傳動裝置的裝配圖（ A0）。 c、 設(shè)計主要零件，完成兩張零件工作圖（ A3）。 d、 編寫設(shè)計說明書。 二、 傳動方案的擬定 根據(jù)設(shè)計任務書，該傳動方案的設(shè)計分成 原動機，傳動裝置 和工作機兩部分： 1、 原動機的選擇 設(shè)計要求：動力源為三相交流電 380/220v. 故，原動機選用電動機。 2、 傳動裝置的選擇 電動機輸出部分的傳動裝置 電動機輸出轉(zhuǎn)速較高，并且輸出不穩(wěn)定，同時在運轉(zhuǎn)故障或嚴重過載時，可能燒壞電動機，所以要有一個過載保護裝置。 可選用的有：帶傳動，鏈傳動，齒輪傳動，蝸桿傳動。 鏈傳動與齒輪傳動雖然傳動效率高，但會引起一定的振動，且緩沖吸振能力差，也沒有過載保護；蝸桿傳動效率低，沒有緩沖吸震和過載保護的能力，制造精度高，成本大。 而帶傳動平穩(wěn)性好， 噪音小， 有緩沖吸震及過載保護的能力，精度要求不高， 制造、安裝、維護都比較方便， 成本也較低， 雖然傳動 效率較低，傳動比不恒定，壽命段，但還是比較 符合本設(shè)計的要求，所以采用帶傳動。 減速器 傳動 不是很高 ， 也 無傳動方向的變化， 但是 軸所受 到 的彎扭矩較大，所以初步?jīng)Q定 采用二級 斜齒輪 減速器，以實現(xiàn)在滿足 傳動比 要求 的同時擁有較高的效率，和比較緊湊的結(jié)構(gòu)，同時封閉的結(jié)構(gòu)有利于在粉塵較大的環(huán)境下工作。 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 第 2 頁 共 35 頁 低 速 軸高 速 軸 中 間 軸 工作機 工作機應該采用往復移動機構(gòu)?？蛇x擇的有 ： 連桿機構(gòu)，凸輪機構(gòu)，齒輪齒條機構(gòu)，螺旋機構(gòu)，楔快壓榨機構(gòu)，行星齒輪簡諧運動機構(gòu)。本設(shè)計是要將旋 轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為往復運動， 且無須考慮是否等速，是否有急回特性。所以連桿機構(gòu)，凸輪機構(gòu)，齒輪齒條機構(gòu)均可，但凸輪機構(gòu)和齒輪齒條機構(gòu)加工復雜，成本都較高，所以還是連桿機構(gòu)更合適一些。 在連桿機構(gòu)中，可以選擇的又有對心曲柄滑快機構(gòu)，正切機構(gòu)和多桿機構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計的要求，工作機應該帶動上搓絲板，且結(jié)構(gòu)應該盡量簡單，所以選擇對心曲柄滑快機構(gòu)。 30 02503 4 0小 帶 輪大 帶 輪低 速 級 小 齒 輪低 速 級 大 齒 輪高 速 級 小 齒 輪高 速 級 大 齒 輪機 構(gòu) 簡 圖機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 第 3 頁 共 35 頁 vs1112223333444455666657775888899991 2000701123三、 電動機的選擇 1、 類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇： 按工作條件和要求，選用一般 用途的 Y 系列三相異步臥式電動機，封閉結(jié)構(gòu)。 2、 電動機 功率 計算 傳動效率： V 帶： 96.01 二級圓柱齒輪： 97.02 一對軸承： 99.03 摩擦傳動： 90.04 總傳動效率： 781.09.099.097.096.0 42 公稱搓動力： F=9000N 滑快最大速度： smnRv /503.015.0603222m a x 電動機功率： kwvFP 792.5781.0 503.09 0 0 0m a x 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 第 4 頁 共 35 頁 3 電動機轉(zhuǎn)速計算 確定傳動比范圍：二級 齒輪傳動比范圍 408齒i； V 帶 傳動比范圍 42帶i 電動機轉(zhuǎn)速范圍 m in/5 9 2 05 1 2 rniin Wd ）（帶齒 在相關(guān)手冊中查閱符合這一轉(zhuǎn)速范圍的電機，綜合考慮總傳動比，結(jié)構(gòu)尺寸及成本，選擇堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩較大的 Y160M-6 型電機。 結(jié)論： 電動機型號定 為 Y160M-6，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下表： 同步轉(zhuǎn)速 r/min 滿載轉(zhuǎn)速 r/min 額 定 功率 kW 額定轉(zhuǎn)距堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩1000 970 7.5 2.0 2.0 四、 傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù) 1、 計算總傳動比： 3125.30m in/32m in/970 rrnniWMa2、 分配減速器的各級傳動比： 若 V 帶的傳動比取 2vi ，則減速器的傳動比為 1562.1523125.30 vaiii取 兩級的圓柱齒輪減速器高速級的傳動比為 6 0 6.41 5 6 2.15144.112 ii 則低速級的傳動比為 2 9 1.36 0 6.4 1 5 6 2.151223 i ii3、 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) a、 計算各軸轉(zhuǎn)速 電機軸： min/970 rn M 1 軸： m in/4852970001 rinn 2 軸： m in/3.1 0 56 0 6.4m in/4 8 52112 rrinn 3 軸： m in/32291.3m in/3.1053223 rrinn 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 第 5 頁 共 35 頁 b、 計算各軸輸入功率 電機軸： kwpd 792.51 軸： kWkWPPd 5 6 0.596.07 9 2.511 2 軸： kWkWPP 286.598.097.0560.53212 3 軸： kWkWPP 0 2 4 8.598.097.02 8 6.53223 c、 計算各軸輸入轉(zhuǎn)矩 電動機輸出轉(zhuǎn)矩 ： mNnPTMdd 0 2 4.579 7 07 9 2.59 5 5 09 5 5 01 軸： mNmNiTTvd 486.109296.0024.5711 2 軸： mNmNiTT 38.4 7 96 0 6.498.097.07 3 4.54122112 3 軸： mNmNiTT 7 1 5.1 4 9 92 9 1.398.097.03 8 4.4 7 9233223 將運動和動力參數(shù)計算結(jié)果進行整理并列于下 表： 軸名 功率 P / kW 轉(zhuǎn)矩 T /N m 轉(zhuǎn)速n r/min 傳動比 i 效率 輸入 輸出 輸入 輸出 電機軸 5.792 57.024 970 2 0.96 1軸 5.560 109.486 485 4.606 0.9506 2軸 5.286 479.38 105.3 3.291 0.9506 3軸 5.024 1499.718 32 五、 傳動零件的設(shè)計計算 1、 帶輪設(shè)計 計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 第 6 頁 共 35 頁 工作情況系數(shù) 每天工作 16 小時，載荷較平穩(wěn) 由表 13-1-16 2.1ak 設(shè)計功率dp792.52.1 pkpad6.9504kw 帶型 圖 13-1-1 n=970r/min 與0p取 A 型 小 帶輪基 準直徑1dd表 13-1-1 mmd d 1251 大帶輪直徑2dd取 =1% 2dd= 5.2 4 71 2 5%9921(1 ）ddi取標準值mmd d 2502 帶速 v 1 0 060 9 7 01 2 51 0 060 12 ndv d 5.89m/s 大帶輪轉(zhuǎn)速 2n 250970125%9912221 nddndd ）（ 480.15r/min 初定中心距 0.7(21 dd dd )0a0s 校核結(jié)果 合格 圖 5.4 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 第 21 頁 共 35 頁 FFFFFFFFR 1R 1F R 2R 2Qtrat 9 3 2 5 04 5 5 7 52 6 4 3 51 7 4 9 4 47 1 2 0 5FFFFFFFR 1R 1R 2R 2QQFra FQ1 0 040715648403026垂 直 面 彎 矩 圖水 平 面 彎 矩 圖垂 直 面 受 力 圖水 平 面 受 力 圖齒 輪 軸 受 力 圖高 速 軸合 成 彎 矩 圖扭 矩 圖當 量 彎 矩 圖當 量 扭 矩 圖1 0 9 4 8 06 5 6 8 81 9 2 3 4 71 8 8 7 2 9 1 1 4 2 8 41 8 0 7 8 31 7 6 9 5 99 3 5 2 0DCBADCBAb) 中間軸的設(shè)計 計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果 1）受力分析 材料的選擇 為 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理， MPaB 650 材料系數(shù) C=114 估算軸徑 mmnPCd 05.423.105 286.5114 33 mmd 45m in 取 所受轉(zhuǎn)矩 mNT 405.4792 小 齒輪圓周力 55.110 1047940522 32 22 dTF t NF t 2.86692 大齒輪圓周力 01.3 02 104 79 4 0522 31 21 dTF t NF t 8.31741 小 齒輪徑向力 930 6.13c os202.866 9c os 222tgtgFF ntr NF r 9.32502 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 第 22 頁 共 35 頁 計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果 大齒輪徑向力 9185.9c os208.3174c os 111tgtgFF ntr NF r 1.11731 小 齒輪軸向力 9 3 0 6.132.8 6 6 9222 tgtgFF ta NF a 3.21502 大齒輪軸向力 9 1 8 5.98.3 1 7 4111 tgtgFF ta NF a 1.555 軸受力圖 見圖 軸受力圖 水平面反力 96110729655)96110(151 22111 raraRFFFFF96110721805572151 22112 raraRFFFFFNFNFRR6.10961.979 21 垂直面反力 9611072 96)96110( 21 1 tLR FFF9611072 )72110(72 21 1 tLR FFFNFNFRR2.64786.5373 2 1 垂直面受力圖 見圖 垂直面受力圖 水平面受力圖 見圖 水平面受力圖 垂直面彎矩圖 見圖 垂直面彎矩圖 水平面彎矩圖 見圖 水平面彎矩圖 合成彎矩圖 見圖 合成彎矩圖 22HV MMM 轉(zhuǎn)矩圖 見圖 轉(zhuǎn)矩圖 mmNTT 4794051 應力校正系數(shù) 用插入法由表 20-14 求得 ， M P aM P a bb 60,5.1 0 2 01 59.0 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 第 23 頁 共 35 頁 計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果 59.05.1 0 26001 bb當量彎矩圖 見圖 當量彎矩圖 22 )( TMM 2） 校核軸徑 齒根圓直徑 mmdmmdff05.10376.29521 軸徑 31 1.0 bMd 05.1 0329.4905.1 0307.43IIId mmd3） 較核危險截面 判斷危險截面 根據(jù)軸的尺寸及彎矩圖。截面 C 處彎矩最大，具有齒輪配合引起的應力集中；截面 B 處的彎矩較大，具有齒輪配合引起的應力集中， B、 C 截面軸徑 相同，故 C 為危險截面 校核截面 C 疲勞極限強度 由表 20-1 aSaB MPMP360650 等效系數(shù) 由表 20-1 得 21.0 截面應力 彎矩 aMPM 808.718 抗彎截面系數(shù)由表 20-25 得 26.18W 抗扭截面系數(shù)由表 20-25 得 47.39PW 彎曲應力幅WMa aa MP4.39彎曲正應力的平均應力 0m扭轉(zhuǎn)切應力幅和平均切應力Pma WT2 1aa MP07.6有效應力集中系數(shù) 由表 20-16 得 按鍵 82.1k 按配合 62.2k 按鍵 61.1k 按配合 89.1k 82.1k 61.1k 表面質(zhì)量系數(shù) 由表 20-19 得 92.0 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 第 24 頁 共 35 頁 計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果 尺寸系數(shù) 由表 20-122 得 70.081.0 安全系數(shù) 彎曲安全系數(shù)maabkS 180.2S 扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)makS 169.9S 靜強度安全系數(shù) 0s由表 20-15 得 0s=1.5 復合安全系數(shù)22 sssssS=2.690s 校核結(jié)果 合格 7 2 1 1 0 9 66 2 1 8 83 8 6 8 5 61 0 5 2 1 62 2 3 4 6 67 0 4 8 81 3 3 1 750805550554 8 4 3 8 64 7 9 4 1 47 1 8 8 0 86 9 1 2 4 43 9 3 2 2 53 8 7 0 8 56 3 0 7 2 66 6 0 8 1 94 7 9 4 0 52 8 2 8 4 9合 成 彎 矩 圖扭 矩 圖當 量 彎 矩 圖當 量 扭 矩 圖垂 直 面 彎 矩 圖水 平 面 彎 矩 圖齒 輪 軸 受 力 圖水 平 面 受 力 圖垂 直 面 受 力 圖中 間 軸DCBA DCBA15155FFFFFFFFFFFFFFFFR 1R 1R 1R 2R 2R 2r 2a 2r 1a 1t 2a 2r 2r 1t 1a 1 FFFFR 1R 2t 2t 1 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 第 25 頁 共 35 頁 c) 低速軸的設(shè)計 計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果 1） 受力分析 材料的選擇 為 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理， MPaB 650 材料系數(shù) C=116 估算軸徑 mmnPCd 595.58320 2 4 8.5116 33 mmd 60m in 取 所受轉(zhuǎn)矩 mNT 14997183 公稱搓動力 NFQ 9000齒輪圓周力 41.3 65 1072.1 49 922313 dTF tNFt 3.8207齒輪徑向力 9 3 0 6.13co s 208 2 0 7co s tgtgFF ntr NF r 6.3077 齒輪軸向力 9 3 0 6.133.8 2 0 7 tgtgFFta NF a 6.2035 軸受力圖 見圖 軸受力圖 水平面反力 1 8 81 0 21 6 11 8 87.1 8 41 QraR FFFF 1 8 81 0 24 5 11 0 27.1 8 42 QraR FFFFNFNFRR3.137514.1686 21 垂直面反力 188102 188 1 LR FF188102 103 2 LR FFNFNFRR9.29144.5320 2 1 垂直面受力圖 見圖 垂直面受力圖 水平面受力圖 見圖 水平面受力圖 垂直面彎矩圖 見圖 垂直面彎矩圖 水平面彎矩圖 見圖 水平 面彎矩圖 合成彎矩圖 見圖 合成彎矩圖 22HV MMM 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 第 26 頁 共 35 頁 計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果 轉(zhuǎn)矩圖 見圖 轉(zhuǎn)矩圖 mmNTT 1 4 9 9 7 1 81 應力校正系數(shù) 用 插 入 法 由 表 20-14 求得 ， M P aM P a bb 1 5 0,90 01 6.01 5 09001 bb6.0 當量彎矩圖 見圖 當量彎矩圖 22 )( TMM 2） 較核危險截面 判斷危險截面 根據(jù)軸的尺寸及彎矩圖。截面 C 處彎矩最大，具有軸承配合引起的應力集中；截面 B 處的彎矩較大，具有齒輪配合引起的應力集中，故 B 為危險截面 校核截面 B 疲勞極限強度 由表 20-1 aS aB MPMP8001000 等效系數(shù) 由表 20-1 得 21.0 截面應力 彎矩 aMPM 155.2384抗彎截面系數(shù)由表 20-25 得 5.29W 抗扭截面系 數(shù)由表 20-25 得 18.63PW 彎曲應力幅WMa aa MP83.50彎曲正應力的平均應力 0m扭轉(zhuǎn)切應力幅和平均切應力Pma WT2 1aa MP86.11有效應力集中系數(shù) 由表 20-16 得 按鍵 82.1k 按配合 62.2k 按鍵 61.1k 按配合 89.1k 82.1k 61.1k 表面質(zhì)量系數(shù) 由表 20-19 得 92.0 尺寸系數(shù) 由表 20-122 得 74.078.0 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 第 27 頁 共 35 頁 計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果 安全系數(shù) 彎曲安全系數(shù)maabkS 1094.2S 扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)makS 178.4S 靜強度安全系數(shù) 0s由表 20-15 得 0s=1.5 復合安全系數(shù)22 sssssS=1.9180s 校核結(jié)果 合格 1 0 2 1 8 8 1 6 11 7 1 9 7 25 4 7 9 4 75 7 3 2 4 0垂 直 面 彎 矩 圖水 平 面 彎 矩 圖垂 直 面 受 力 圖水 平 面 受 力 圖齒 輪 軸 受 力 圖低 速 軸6572659272低 速 軸合 成 彎 矩 圖扭 矩 圖當 量 彎