化纖長絲擠出機齒輪箱設計

1、化纖長絲擠出機齒輪箱設計摘要化纖長絲擠出機齒輪箱設計是立達紡織儀器有限公司tm-fe/nw的開發(fā)項目。主要用于解決目前擠出機減速機國產化問題?；w長絲是無紡布的原材料，無紡布項目是立達計劃在中國推廣的一個重要項目。生產化纖長絲是通過擠出機生產的，擠出機的齒輪箱極為重要，它必須能夠耐高溫、耐沖擊、而且還要承受巨大的軸向力。無紡布項目在國產化的過程的前期，批量很小，因為箱體大，不可能去開模具，所以現(xiàn)在不考濾鑄造，要求箱體結構為鈑金焊接結構。關鍵詞：長絲擠出，減速，無紡布，鈑金焊接the extruder gear case of chemical filament designedabstract

2、 the extruder gear case design of chemical filament is the upright development project that reaches weaving instrument tm-fe/nw of limited company. it used to solve the present extruder deceleration machine problem made in china mainly. chemical filament is to have the raw material that spins clothe

3、 , do not have to spin cloth project is stand to reach a planned important project that popularized in china. production chemical filament is produced through extruder, the gear case of extruder is important, it must can high temperature resistant, impulse with stand , also still bear huge axial for

4、ce. do not have to spin cloth project the early stage in the course made in china, batch is very little, because casing is impossible to open mould , so now do not examine to strain casting, ask casing structure is ban golden welding structure.keyword: filament extrusions, slows down, does not have

5、to spin cloth, ban golden weldingii化纖長絲擠出機齒輪箱設計目錄摘要iiabstractii0.引言：11.方案選擇11.1 箱體的結構11.1.1 整體型11.1.2分體式21.1.3三體式21.2冷卻系統(tǒng)31.3 減速器的潤滑32.齒輪箱的設計計算42.1 驅動電機的主要技術參數(shù)42.2 擠出機齒輪箱的要求42.2.1 主要參數(shù)42.2.2 擠出機的螺桿/加熱元件的主要參數(shù)52.2.2聯(lián)軸器（電機與擠出機的聯(lián)接）52.3齒輪箱的設計62.3.1 傳動方式62.3.2 傳動效率選擇72.3.3 傳動比的分配72.3.4齒輪的設計72.3.5 齒輪箱尺寸估算9

6、2.3.5 軸的設計132.3.6 齒輪箱初繪裝配圖152.3.7 受力分析152.4 鍵的選用和校核282.4.1 軸292.4.2 軸的鍵292.4.3 軸303.潤滑與冷卻313.1 潤滑油的選擇313.2 水冷卻器交換器的選擇313.3 過濾器的選擇323.4 齒輪泵的選擇334.結束語34答 謝 辭35參考文獻36350.引言：化纖長絲擠出機齒輪箱設計是立達紡織儀器有限公司tm-fe/nw的開發(fā)項目。主要用于解決目前擠出機減速機國產化問題?；w長絲是無紡布的原材料，無紡布項目是立達計劃在中國推廣的一個重要項目。生產化纖長絲是通過擠出機生產的，擠出機的齒輪箱極為重要，它必須能夠耐高溫、

7、耐沖擊、而且還要承受巨大的軸向力。無紡布項目在國產化的過程的前期，批量很小，因為箱體大，不可能去開模具，所以現(xiàn)在不考濾鑄造，要求箱體結構為鈑金焊接結構。國外的瑞士的機械紡織品公司已成功的設計出了化纖長絲擠出機,它在利用直聯(lián)齒輪驅動方式的條件下,齒輪箱的結構形式采用的是垂直布置,這樣的效果在節(jié)省空間的情況的條件中可以有效的進行齒輪的維修和維護,利用二級平行軸的平穩(wěn)傳動的基礎上可以有效地最大限度的發(fā)揮機械功能。水冷卻器放在齒輪箱的頂部便于對其進行維護和保養(yǎng)。在自己設計的基礎上我更多的是考慮使其設計結構簡潔、合理、可靠；零件結構工藝性能良好。設計的路線嚴格遵循機械設計要求，首先對它的工作原理進行分析

8、，再進行方案的認證，對其總體設計，主要零件參數(shù)的計算，潤滑與冷卻計算，利用cad繪制零件圖，最后編寫設計說明書。預期目標是裝配圖一張，上下箱體各一張及所有非標準零件，設計說明書及英文翻譯一份。1.方案選擇1.1 箱體的結構箱體是減速機中所有零件的基座，是支承和固定軸系部件，保證零件的正確相對位置，并承受作用在減速器上載荷的重要零件。箱體一般還兼作潤滑油的油箱，具有充分潤滑和很好密封箱內零件的作用。1.1.1 整體型 這個結構緊湊，易于密封，但是軸承及軸承孔加工、安裝比較困難，并且加工成本比較高，裝拆、調整比較困難。整體型結構示意如下圖1-1 1.1.2分體式結構簡單，容易加工，但是密封狀態(tài)不好

9、。分體式的結構狀態(tài)如下圖：圖1-2 1.1.3三體式這種結構對密封有好處，但是不容易加工和安裝。圖1- 3根據(jù)我們現(xiàn)有的加工技術，結構二比較能夠接受。1.2冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)按照設計要求冷卻油是用油泵來輸入，冷卻器直接按裝在齒輪箱的頂部。如圖：圖1- 41.3 減速器的潤滑減速器的傳動零件必須要有良好的潤滑，以降低磨擦和發(fā)熱，提高效率。根據(jù)齒輪箱的結構，油位高，可以采用飛濺潤滑。2.齒輪箱的設計計算2.1 驅動電機的主要技術參數(shù)型號: 1lg4-220-4aa60供應商: siemens.尺寸：200l.結構型號： ip55電源: ac功率: 37kw at 50hz.電壓: 400vd.電流:

10、 56a.轉矩: 240nm at 50hz 按照電動機的具體要求， 其結構簡圖如下：圖 2-12.2 擠出機齒輪箱的要求此齒輪箱是用于cn65-30擠出機，輸出軸的安裝孔同樣可以安裝75-30螺桿。2.2.1 主要參數(shù)齒輪驅動型式： 直聯(lián)齒輪箱的放置： 垂直齒輪傳動型式： 平行軸、兩級傳動 齒輪：表面硬度 (hrc58-62) 、表面粗糙度 (ra 1.6) 輸入功率：37kw輪出轉矩： 5410nm齒輪變速比： 14.470輸入速度范圍： 400-2400rpm輸出軸轉動方向（從流動方向看）：逆時針方向色彩：灰色ral 7015（濕噴）2.2.2 擠出機的螺桿/加熱元件的主要參數(shù)圖2-22

11、.2.2聯(lián)軸器（電機與擠出機的聯(lián)接）電機輸出軸與齒輪箱的輸入軸之間選用彈性聯(lián)軸器聯(lián)接。圖2-3電機型號：ac siemens 1lg4-220-4aa60 電機功率: 轉速: 驅動慣量: 傳動扭矩： 電機起始扭矩: 啟動頻率: 環(huán)境溫度: 最大扭矩: 聯(lián)軸節(jié)的選擇: 扭矩： 選擇 rotex-48 98 sha沖擊: 驅動慣性: 沖擊系數(shù): 啟動頻繁修正系數(shù): 環(huán)境溫度修正系數(shù): 結論： 聯(lián)軸器選用ktr rotex-48 98 sha2.3齒輪箱的設計2.3.1 傳動方式圖2-4 擠出機結構圖2.3.2 傳動效率選擇聯(lián)軸器(電機 /齒輪箱)傳動效率: =0.99齒輪傳動效率 ： =0.99推

12、力滾子軸承傳動效率 ： =0.982.3.3 傳動比的分配箱體的結構與傳動比的分配合理分配關系很大，因此為了使齒輪箱結構緊湊，傳動比分配如下：i=14.47i=3.4i=i/ i=14.47/3.4=4.26 傳動比2.3.4齒輪的設計2.3.4.1 傳動軸速度計算 2.3.4.2 各軸輸入功率計算: 2.3.4.3 各軸輸入轉矩計算: 各軸功率、速度、力矩如下表： 軸n (rpm)1475421.4101.9p (kw)36.635.534.5t (n.m)237804.53233.3 表格 2-12.3.4.4 擠出機齒輪箱要求各軸輸出轉矩： t= 5410 nm (1)so t= t/

13、(i x x ) = 5410/4.26 x (0.99 x 0.98)=1309 nm (2) t=t / ( i x x ) = 1309/(3.4 x 0.99 x0.98)=396.8 nm (3) 2.3.4.5 由輸出要求推算的轉矩: shaftt (nm)396.813095410表格 2-2 比較以上兩個表格，顯然可以發(fā)現(xiàn)擠出機要求轉矩大于電機輸入轉矩，所以以最大的轉矩用于齒輪箱的計算。 2.3.5 齒輪箱尺寸估算2.3. 5.1 齒輪材料及熱處理和精度的選擇此齒輪箱用用擠出機，要求傳遞要求的很大的載荷，齒輪材料： 20crmnti,表面處理：表面滲碳并淬火，表面硬度： 58-

14、62齒輪精度：6.2.3.5.2 高速級齒輪計算 , s=1.5,so =246.7 n/mm (4)so s=1.2, n/mm so =1200 n/mm (5)彎曲疲勞極限 許用彎曲應力齒面疲勞極限 許用齒面接觸強度 彎曲疲勞強度計算fatigue failure due to bending stress calculation載荷系數(shù) k=1.2 齒寬系數(shù) =0.4. 第一根軸的彎矩: t=396.8 nm ( 由 等式(3) ) 齒輪螺旋角: =12 (斜齒輪通常為 =) 預設齒數(shù)： z1電機與齒輪箱輸入軸之間有聯(lián)軸器聯(lián)接，輸入軸應該是電機輸出軸0.8-1.2, 又因為第一根輸入軸

15、是齒輪軸，小齒輪的齒數(shù)不應低于17齒。所以預設: z=29, 則第二個齒輪齒數(shù)為: z= i x z=3.4 x 29 = 98.6 99so i= z / z = 99 / 29 齒形系數(shù) y=2.58，y=2.2 (按螺旋角 及齒數(shù) z查得)因: =0.0089 且 故應將: , 代入 m mm 法面模數(shù): m =2.18所以取 m=2.5中心距: a =163.6 mm取 a=165 mm.結則 =arccos=arccos=14.14齒寬 b=60mm, 為了保證齒輪裝配后很好地接觸，通常小齒輪的齒寬比大齒輪的齒寬大5-10 mm. 所以齒輪1的齒寬為：b=65 驗算齒面接觸強度：=3

16、05=305 =824.2 n/mm 1200 n/mm結果符合要求2.3.5.3 低速級齒輪計算： 低速級齒輪的材料、熱處理及精度與高速級相同則, s=1.5,則 =246.7 n/mm 因 n/mm, s=1.2,則 =1200 n/mm 彎曲疲勞強度計算載荷系數(shù) k=1.2 齒寬系數(shù) =0.4.小齒輪的轉矩： t=1309nm初選螺旋角：斜齒輪通常= 則取 =12 初選齒輪齒數(shù)： z=21,則 z= i x z= x 21 =2189則 i= z / z= 89 / 21 = 4.24誤差范圍： =( x -14.47) /14.47 = 0.014%5% 結果：符合要求。 齒形系數(shù) y

17、=2.86，y=2.23(按螺旋角 及齒數(shù) z查得) =0.0090 且 故應將 代入 m mm 法面模數(shù) m 3.92 則 m=4齒輪3與齒輪4之間的中心距： a=224.9 mm則取 a = 225 mm.則 =arccos=arccos=12.1齒寬： b=80 mm, b=85 mm 齒面接觸強度驗算：=305=305 =1106 n/mm 1200 n/mm結論：符合要求。各齒輪參數(shù)匯總表： 序號內容符號齒輪 1齒輪 2齒輪3齒輪 41螺旋角2法面模數(shù)2.52.5443壓力角4齒數(shù)z299921895基圓直徑 d74.77255.2385.91364.096齒頂圓直徑79.77260

18、.2393.91372.097齒根圓直徑68.52248.9875.91354.098齒寬b656085809中心距a165225 表2-32.3.5 軸的設計按照扭轉強度方法初步估算軸, 和 的直徑1.估算軸 的直徑= : 35-55 mpa（按照 20crmnti）wt: 軸的抗扭截面系數(shù) wt=0.2d3則 d =33.4 mm由于這根軸有健槽，考慮健槽對軸強度的削弱，所以軸徑增加7%. d 33.4(1+7%)=35.7 mm但因為在電機與輸入軸之間是用聯(lián)軸器聯(lián)接的，所以輸入軸與電機輸出軸的尺寸必須接近兩年，故選取d =50 mm。2. 估算軸的直徑： = : 35-55 mpa（按照

19、 20crmnti）wt：軸的抗扭截面系數(shù)wt=0.2d3則 d =54.7 mm由于這根軸有健槽，考慮健槽對軸強度的削弱，所以軸徑增加7%. d 54.7(1+7%)=58.5 mm則 d =60 mm3. 因為軸是空心軸，材料是42crmo. : 35-55 m pa （按照 42crmo） 則 wt=0.2d3(1-) 通常 =0.5-0.6 d =89.7 mm由于這根軸有健槽，考慮健槽對軸強度的削弱，所以軸徑增加7%. d89.7(1+7%)=96.0 mm則選 d =100 mm.2.3.6 齒輪箱初繪裝配圖圖2-52.3.7 受力分析 2.3.7.1 軸受力分析軸的兩個軸承選擇

20、：型號： 22311eae4給定的參數(shù)（按照nsk樣本目錄）： d = 55 d = 120 b=43 = 234 kn e = 0.34小齒輪1的受力分析圓周力： 徑向力： 軸向力： = tan = 6.34 tan = 1.6 kn軸向彎矩axial bending stress: = = = 59.82 nm水平反力horizontal force: = = = 4.54 kn = = = 1.8 kn水平彎矩horizontal bending moment: = 59 = 267.86 nm垂直反力vertical force： = = = 1.42 kn 陣 = = = 0.96

21、kn垂直彎矩vertical bending moment: = 59 = 83.78 nm = 59 + = 143.6 nm合力resultant force: = = = 4.76 kn = = = 2.04 kn合成彎矩resultant bending moment： = = = 280.66 kn = = = 303.92 kn圖2-6力矩選擇 = 150, = 90 = = = 0.6 t = = 0.6237 = 142.2 mpa當量彎矩 = = = 314.63 kn = = = 335.54 kn軸校核： = = = 32.70 mm = = = 33.41 mm考慮到該

22、軸由鍵槽，軸徑增加7%. = (1+7%) = 35 mm d = (1+7%)= 35.75 mm d我們設計的軸大于這個結果，符合要求。滾子軸承的計算 xyxy10.67表2-4當量動載荷: = (x+) 因為 /t=5410/3233.3=1.67 因為是中等沖擊，我們選擇沖擊系數(shù)： 則 = 14.33 kn = 10.82 kn軸承使用壽命修正公式 = 修正使用壽命，which at least 90% of the roller-bearings will last in h =軸承額定壽命 life-time, which at least 90% of the roller-be

23、arings will last in h = 修正系數(shù) 1 = 修正系數(shù)2: 清潔度 = 修正系數(shù) 3：通常 0.95=1, =0.8軸承壽命計算公式:.h = 額定壽命c = 額定動負載n 或 kn, 查供應商手冊。p = 當量動負載n 或 kn= 指數(shù), 滾珠軸承是3，滾子軸承是 10/3；n = 轉速 1/minthus: = 94864 h = 242009 h 結論： 符合要求 (軸承壽命. 70550 hours)2.3.7.2 軸受力分析 被動齒輪2受力分析圓周力 徑向力 軸向力 = tan = 6.34 tan = 1.6 kn主動輪3受力分析 軸 軸承選擇型號： 22312

24、eae4 從nsk查得的參數(shù)如下： d = 60 d = 130 b=46 = 271 kn e = 0.34圓周力： 徑向力： 軸向力: = tan = 6.34 tan = 4.02 kn水平反力: = （150.5+75.5）/211 = 11.22 kn = （60.5+135.5）/211 = 13.85 kn水平彎矩: = 60.5 = 11.2260.5 = 678.81 nm = 75.5 = 13.8575.5 = 1045.68 nm垂直反力: = （+-）/211 = ( +-)/211= 0.99 kn = （-）/211 = （-）/211 = -5.58 kn垂直彎

25、矩: = 60.5 = 60.50.99 = 59.9 nm = = = 204.18 nm = - = 59.9-204.18 = 144.28 nm = 75.5 = 75.5(-5.58) = -421.29 nm = = = 171.23 nm = - = -421.29+171.23 = -250.06 nm合力: = = = 11.26 kn = = = 14.93 kn = = 4.02-1.6 = 2.42合成彎矩: = = = 681.45 kn = = = 693.97 kn = = =1127.36kn = = =1075.16kn 圖2-7力矩 選擇 = 150, =

26、90, = = = 0.6 t = = 0.6804.5 = 482.7 mpa當量彎矩: = = = 835.09 kn = = = 845.34 kn = = = 1226.35 kn = = = 1178.54 kn校核軸 = = = 45.46 mm = = = 51.46 mm因為該軸有鍵槽，所以軸徑增加7%。 = (1+7%) = 48.6 mm d = (1+7%) = 55.06 mm d結論：符合要求軸承壽命的計算xyxy10.67表2-5 當量動負載: = (x+) = 20.93 kn = 25.7 kn滾子軸承指數(shù): = 10/3 = 153215 h = 77284h

27、結論：符合要求. (要求壽命: 70550 hours)2.3.7.3 軸 iii受力分析軸 iii軸承選擇： 型號: 23022cde4 and 23220ce4 查得 nsk手冊的參數(shù)： a：da = 110 da = 180 ba=56, a =385 kn ea = 0.28 b：da = 100 da = 180 ba=60.3, a = 420 kn eb = 0.32 l1= 148 l2=85.15 l=233.15 (depend on sketch)被動輪4受力分析圓周力 徑向力 軸向力 軸向彎矩: 水平反力： 水平彎矩： 垂直反力： 垂直彎矩： 合成彎矩： 圖2-8按照軸

28、的材料 (42crmo): s0b =130mpa s-1b =75mpa 修正力矩系數(shù): 危險截面彎矩： 軸 校核 因為該軸有鍵槽，所以軸徑增加7%. 結論：軸徑符合要求，安全。滾子軸承壽命計算指數(shù) = 10/3軸承壽命修正系數(shù) 徑向力： xa=0.67,ya=3.5 xb=0.67,yb=3.2當量徑向載荷： 軸承壽命： 結論：符合要求 (軸承最少壽命： 70550 hours).因為擠出機螺桿有很大的軸向力，選用推力軸承供應商： nsk型號： spherical roller thrust bearing din728額定基本載荷: min. 1100kn軸承壽命： min. 70550

29、 hours依照設計要求，我們選用29424e 調心推力滾子軸承主要參數(shù)：d=120mm d=250mm t=78 mm, =1160 kn參數(shù) 大于額定基本負載，條符合要求。2.4 鍵的選用和校核 圖2-8 spring norm-b x h x l-material2.4.1 軸鍵的選擇軸徑50，按照立達標準: n1121選用: 20259340 spring din 6885a-14x9x45-st. 強度校核剪切力: 強度條件: 屬于普通沖擊 結論：該鍵安全2.4.2 軸的鍵鍵的選擇 軸直徑 f60,根據(jù)立達標準： n1121 選用: 2001690 spring din 6885a-

30、18x11x62-st 60-2k強度校核 剪切強度要求: 抗擠壓應力或壓力強度條件： 屬于普通沖擊 結論：安全!2.4.3 軸 鍵的選擇 軸的鍵是聯(lián)接齒輪的，軸徑 f110, 根據(jù)立達cad information: n1121選用: spring din 6885a-28x16x110-st.強度校核 抗剪切強度條件: 抗擠壓和壓力強度條件： 屬于普通沖擊 結論：安全3.潤滑與冷卻3.1 潤滑油的選擇潤滑油是按照齒輪圓周速度和滾動壓力（現(xiàn)代機械設計手冊）來選擇的。 =小齒輪分度圓直徑 =85.91=小齒輪的圓周力=18.73kn= 齒輪的工作寬度=85= 減速比，=4.26=節(jié)點區(qū)域系數(shù)=

31、重合度系數(shù) ，因此: 根據(jù)機械傳動設計手冊表格32.1.40, 潤滑油的粘度在40,是 由于齒輪經過熱處理，我們必須對粘度進行修正，所選用l-ckc220的潤滑油 按照表格32.1.713.2 水冷卻器交換器的選擇 當工作時，減速器產生的熱量必須等于水冷器交換出的能量。所以我們可以按照下面公式計算。=傳動效率=0.95=傳動功率, =36.3減速器能被交換的熱量 = 熱傳遞系數(shù) =40= 減速器冷卻系數(shù) =0.91=最高油溫 =70= 環(huán)境溫度 =20= 熱傳遞系數(shù) =400=熱交換器冷卻面積=出水溫度 = 進水溫度 =20 熱交換面積 所以我們選用 lc-1.6l/l3.3 過濾器的選擇過濾

32、器可以使液壓系統(tǒng)的清潔度，保護油泵及其他液壓無件，有效地控制液壓系統(tǒng)污染。選用tf系列箱外自封式吸油過濾器，易于清除濾芯中的雜質，易于更換。型號：tf-25 x 80.1) 型號說明 tf -x # y: 帶 zkf-ii型發(fā)訊器dc24vc: 帶zs-i型發(fā)訊器220v省略:不帶發(fā)訊器省略:螺紋聯(lián)接f: 法蘭聯(lián)接過濾精度(m)公稱流量 (l/min)bh:介質為水乙二醇省咯:介質一般礦物油箱外自封式吸油過濾器 2) technical specification:參數(shù)型號通徑/mm流量/l min過濾精度/m原始壓力損失最大極限壓力損失聯(lián)接方式濾芯型號tf-25 #1525800.03scr

33、ewtf-25 #表3-13外型尺寸4供應商: 常州市安達過濾器有限公司3.4 齒輪泵的選擇假設額定齒輪泵的額定流量是,按照下面公式計算 =指定油的熱空量, =油的密度, =額定流量=溫度 =額定流量 選用低壓齒輪泵：cb-b6供應商：姜堰市潛水泵廠4.結束語通過此次畢業(yè)設計，使我了解了化纖長絲擠出機齒輪箱的很多相關知識。使我也了解了當前國內外在此方面的一些先進生產和制造技術，了解了化纖長絲擠出機齒輪箱設計的一般過程，通過對化纖長絲擠出機齒輪箱的結構設計作了系統(tǒng)的設計，掌握了一定的機械設計方面的基礎，也學會了使用adams軟件創(chuàng)建模型，并使用adams軟件對化纖長絲擠出機齒輪箱進行簡單的運動仿真。為以后的工作學習創(chuàng)造了一定基礎。答 謝 辭大學的學習生活即將結束，作為學期最后的，也是最重要的一個環(huán)節(jié)畢業(yè)設計，在歷時3個月的時間之后，我終于完成了關于帶式螺旋輸送機的整個設計