搓丝机传动装置设计论文说明书(北航).doc

北京航空航天大学学生设计用纸 第38页

《机械设计基础课程设计说明书》

学 号：
姓 名：

指导老师：

20XX-X -XX

前 言

机械设计课程是设在机械制图，机械原理，机械设计之后的一门必修课。综合考察学生对前序课程的掌握及综合创新能力。通过对一个机械系统的总体设计使学生在实践中对机械系统的各个组成部分，所学过的理论知识，设计过程的基本步骤和基本原理都有了较深层次的认识。与此同时，可以充分发挥学生的创新能力。
作为机械传动的核心，减速器的设计无疑是至关重要的。课程设计中也充分突出了其重要性。本课程设计是围绕对减速器的设计展开的。从主体部件——齿轮，到轴，到箱体，到油标，油塞，到吊环等的设计，甚至螺栓，轴承的选择，都严格按照工程设计要求展开，不放过一个细节。每一个设计都做到有原则可依，有原理可循。
本设计是搓丝机传动装置设计。通过训练，不但使学生牢固掌握了基本知识，掌握了基本技能，熟悉了机械设计的全过程，还能体会到机械设计制造在国民经济中的基础性地位。

目录

机械设计课程设计任务书………………………………………………………………………（3）
传动方案的拟定…………………………………………………………………………………（4）
传动装置设计……………………………………………………………………………………（5）
Ｖ带传动设计……………………………………………………………………………………（9）
齿轮传动的设计………………………………………………………………………………（11）
Ⅰ轴的设计……………………………………………………………………………………（21）
Ⅱ轴的设计……………………………………………………………………………………（25）
Ⅲ轴的设计……………………………………………………………………………………（28）
键的校核………………………………………………………………………………………（31）
附表—结构设计………………………………………………………………………………（34）
参考资料………………………………………………………………………………………（36）

设计任务书

设计题目：搓丝机传动装置设计

（一） 设计要求
（1） 该机用于加工轴辊螺纹，基本结构如上图所示。上搓丝板安装在机头上，下搓丝板安装在滑块上。加工时，下挫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。滑块向后运动时，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，可同时搓制出工件两端的螺纹。滑块往复运动一次，加工一个工件。
（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。

（二） 原始技术数据
最大加工直径
/mm
最大加工长度
/mm
滑块行程
/mm
搓丝动力
/kN
生产率
/（件/min）
8
180
320
8.5
32

传动方案的拟定

根据系统要求可知：
① 需要机构具有急回特性。
② 要有运动形式转换功能，即单向连续转动→往复直线运动。
根据上述要求，可以选择若干机构组合成多种机构系统，现列出以下方案加以比较，在所有方案中齿轮1、2可看作传动部分的最后一级齿轮。
方案1：

方案2：

方案1采用了曲柄滑块机构，曲柄长度仅为滑块行程的一半，故机构尺寸较小，结构简洁。利用曲柄和连杆共线，滑块处于极限位置时，可得到瞬时停歇的功能。同时该机构能承受较大的载荷。
方案2采用凸轮机构，该机构随能满足运动规律，然而系统要求的滑块行程为300～320mm，因而凸轮的径向尺寸较大，于是其所需要的运动空间也较大，同时很难保证运动速度的平稳性。
综合分析可知：方案1最为可行。

传动装置设计
一、 机构设计简图

二、 各部分功能
1、 动力装置：选择合适的电动机，动力源为三相交流380/220V，电动机单向运转，载荷较平稳。
2、 传动装置：因传动比较大，故采用两级传动减速，为使传动更平稳，在加一级带传动。
3、 执行装置：曲柄滑块机构，有急回特性，可提高生产率。

三、 工作流程
开动电动机，经过皮带传到1轴，经过两级减速，由3轴输出，带动曲柄滑块机构，使滑块（搓丝板）水平运动进行搓丝。

执行机构的设计
本设计是要将旋转运动转换为往复运动，所以连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条机构均可，但凸轮机构和齿轮齿条机构加工复杂，成本都较高，所以还是连杆机构更合适一些。根据设计的要求，工作机应该带动上搓丝板，且结构应该尽量简单，所以选择曲柄滑快机构。

可设压力角为，，代入直角三角形得，
在直角三角形和中列方程得
即
解得L1=152.38

三、电动机选择和运动、动力参数计算
1、电动机选择
选择类型
采用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V
（1） 选择容量
V带传动：
一对轴承：
二级圆柱齿轮：
摩擦传动：
曲柄滑块：
总传动率：
公称搓动力：F=8500N
滑快平均速度：
电动机功率：
载荷平稳，电动机额定功率略大于即可，取=4kw。
（2） 确定电动机转速
曲柄转速=32r/min
确定传动比范围： V带传动比范围；二级齿轮传动比范围,电动机转速范围
在相关手册中查阅符合这一转速范围的电机，综合考虑总传动比，结构尺寸及成本选取电动机型号定为Y132s-4，其技术数据如下表：

同步转速
r/min
满载转速
r/min
额定功率
kW

1500
1440
5．5
2.2
2.2
分配传动比
a) 计算总传动比：
b) 分配减速器的各级传动比：
若V带的传动比取，则减速器的传动比为

取两级的圆柱齿轮减速器高速级的传动比为

则低速级的传动比为

3、计算传动装置的运动和动力参数
a）、计算各轴转速
电机轴：
1轴：
2轴：
3轴：
b)、计算各轴输入功率
电机轴：
1轴：
2轴：
3轴：
c)、计算各轴输入转矩
电动机输出转矩：

1轴：
2轴：
3轴：

将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：
轴名
功率比P / kW
转矩T /N·m
转速
nr/min
传动比i
效率
输入
输出
输入
输出
电机轴

4.262

28.265
1440
3
0.96
1轴
4.092

81.414

480
4.583
0.96
2轴
3.929

358.26

104.735
3.273
0.96
3轴
3.773

1126.0

32.000
四、传动零件设计及校核
1、V带传动
设计项目
计算内容
计算结果
1、确定计算功率
工作情况：每天工作16小时，载荷较平稳，交流异步重载。由表34.1取
计算功率：

2、确定带型
由查表31-15取A型传动带
取A型
3、确定带轮直径和带速
由表31.3a取小带轮直径，由A型，取
大带轮直径：

大带轮转速：取ε=1%，=370mm

取标准值

由得

设计项目
计算内容
计算结果

查表31.2取标准值
（3）、求实际中心距a

5、小带轮包角α

6、确定带的根数z
由表31.3a得
查表31.3b得单根v带额定功率增量

由表31.9查得包角修正系数
由表31.2查得带长修正系数
取根

7、确定v带初拉力
由表31.1得
带速

8、计算作用在轴上的力

2、齿轮设计
a) 高速级齿轮设计
设计项目
计算内容
计算结果
1、选择材料精度等级
斜齿轮啮合好，且可以抵消一部分蜗杆轴向力，降低轴承轴向负荷，故选用斜齿轮，批量较小，小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB～286HB，平均取240HB。

8级精度
2、初步估算小齿轮直径
采用软齿面传动，按齿面接触疲劳强度初步估算小齿轮分度圆直径：
由附录A表A1取，
初取 u=4
转矩
由表27.11查取
查图27-24：接触疲劳极限

取
中较小值

3、确定基本参数
校核圆周速度v和精度等级

查表27.1 8级精度合理
确定齿数：

取

8级精度合理

设计项目
计算内容
计算结果

确定模数：
查表27.4取
确定螺旋角：

小齿轮直径：

大齿轮直径：

初步尺宽：

4、校核齿面接触疲劳强度
1）计算齿面接触应力
查图27-17非变位斜齿轮
查表27.11弹性系数

重合度系数：
由表27.5

设计项目
计算内容
计算结果

无变位，端面啮合角

螺旋角系数：

使用系数查表27.6，取
动载系数查图27-5，取
齿间载荷分配系数：查表27.7

设计项目
计算内容
计算结果

齿向载荷分配系数：，由表27.8
非对称支撑，8级精度

齿面接触应力：

2）计算许用接触应力：
接触强度寿命系数：由图27-23

齿面工作硬化系数：

接触强度尺寸系数：
查表27.15
润滑油膜影响安全系数：

由表27.14查最小安全系数

设计项目
计算内容
计算结果

许用接触应力：

3）验算

合格
5、确定传动主要尺寸
中心距

圆整取
精确螺旋角：

齿宽

6、齿根弯曲疲劳强度计算
1）计算齿根弯曲应力、、同前
查图27-8得
齿型系数：查图27-19非变位
应力修正系数：查图27-20
重合度系数
螺旋角系数：查图27-21

2）计算许用弯曲应力
由图27-24c

有表27.14

由图27-26得
由图27-25得
取

3）校核

合格

b）、低速级齿轮
设计项目
计算内容
计算结果
1、选择材料精度等级
斜齿轮啮合好，且可以抵消一部分蜗杆轴向力，降低轴承轴向负荷，故选用斜齿轮，批量较小，小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB～286HB，平均取250HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB～286HB，平均取250HB。

8级精度
2、初步估算小齿轮直径
采用软齿面传动，按齿面接触疲劳强度初步估算小齿轮分度圆直径：
由附录A表A1取，
初取
转矩
由表27.11查取
查图27-22b：接触疲劳极限

取

取中较小值

3、确定基本参数
校核圆周速度v和精度等级

查表27.1 8级精度合理
确定齿数：

取
确定模数：
取
确定螺旋角：

小齿轮直径：

大齿轮直径：

初步尺宽：

8级精度合理

4、校核齿面接触疲劳强度
1）计算齿面接触应力
查图27-16非变位斜齿轮
查表27.11弹性系数

设计项目
计算内容
计算结果

重合度系数：
由表27.5

无变位，端面啮合角

螺旋角系数：

设计项目
计算内容
计算结果

使用系数查表27.6，取
动载系数查图27-5，取
齿间载荷分配系数：查表27.7

齿向载荷分配系数：，由表27.8
对称支撑，8级精度

许用接触应力：

3）验算

合格
设计项目
计算内容
计算结果
5、确定传动主要尺寸
中心距

圆整取
精确螺旋角：

齿宽

校核齿根疲劳强度
3）校核

合格

3、轴的设计
a) 高速轴的设计
1、选择材料、热处理
为齿轮轴，材料选择与齿轮相同，为45#钢，调质处理，217~255HB

计算项目
计算内容
计算结果
2、按扭转强度估算轴径
查表26-2取C=112

有一个键，扩大7%

3、初步设计轴的结构
初选深沟球轴承6207

设计图

4、轴的空间受力分析

圆周力：

5、支反力及弯矩计算

径向力：
轴向力：

带传动对轴的作用力：
1）、水平面支反力及弯矩计算

40266.5
计算项目
计算内容
计算结果

各自的弯矩图：

合成弯矩

合成弯扭图

40266.51
2）、垂直面支反力及弯矩计算

计算项目
计算内容
计算结果
6、转矩图

7、进行弯扭强度校核
转矩按脉动循环考虑有：α= [σ-1b]/ [σ0b]=0.59。由表26-2查得σb=650MPa，由表26-4查得[σ-1b]= 60 MPa,[σ0b]=102.5 Mpa，
ＭeC =(ＭC2 + αT2)1/2=152028.36Nｍ
则
安全。

MeC=152028.3Nｍ

8. 校核滚动轴承的寿命
①求轴承所受的力

②求当量动载荷

ＦrB = (ＦBV2 +ＦBH2) 1/2=1055.35N
ＦrA = (ＦAV2 +ＦAH2) 1/2=757.125N
6207轴承

寿命

预期寿命

合格

b) 中间轴的设计

计算项目
计算内容
计算结果
1、选择材料、热处理
材料选择与齿轮相同，为45#钢，调质处理，217~255HB

2、按扭转强度估算轴径
查表26-2取C=112

有两个键，扩大10%

3、初步设计轴的结构
初选深沟球轴承6210

4、轴的空间受力分析

圆周力：
Ｆt1=2T/d1 =11556.77N
Ｆt2=2T/d2 =8738.05 N
径向力：
Fr1=Ft1×tanαn/cosβ1= 4381.58N

Fr2=Ft2×tanαn/cosβ2= 3312.90N

轴向力：
Fa1=Ft1×tanβ1= 3200.63N
Fa2=Ft2×tanβ=2368.01N

计算项目
计算内容
计算结果
5、支反力及弯矩计算

各自弯矩图

1）、水平面支反力及弯矩计算

ＦAH =1186.57N

ＦBH =Ｆr1+Ｆr2-ＦAH = 6507.91 N

Ｍ′HC=ＦAH×51 = 60515.07 Nｍ
Ｍ″HC = 5Nｍ

2）、垂直面支反力及弯矩计算

ＦAV =3297.4N

ＦBV =Ｆt1+Ｆt2-ＦAV=479.75N

3）、合成弯矩图
ＭC = （ＭVC2 +Ｍ″HC2）1/2
= 53240.93
ＭD = （ＭVD2 + Ｍ″HD2）1/2
= 50515.1

ＦAH =1186.57N

ＦBH = 6507.91 N

设计项目
计算内容
计算结果
6、转矩图

7、进行弯扭强度校核

则：
α= 65/110 = 0.59
转矩按脉动循环考虑有：α= [σ-1b]/ [σ0b]。由表26-2查得σb=650MPa，由表26-4查得[σ-1b]= 65 MPa,[σ0b]=110 Mpa，
ＭeC = (ＭC2 + αT2)1/2 则
<65 <65
，所以能符合要求。

8、校核滚动轴承的寿命

=1.3
ＦBr =13319.76 N ＦAr =6608.23 N

选用6210轴承

根据要求Ｌ10h应满足大于三年，即＞365×3×16 = 17520 h,由计算结果可知：所用轴承满足要求。

合格

c) 低速轴的设计

计算项目
计算内容
计算结果
1、选择材料、热处理
为齿轮轴，材料选择与齿轮相同，为45#钢，调质处理，217~255HB

2、按扭转强度估算轴径
查表26-2取C=112

有两个键，扩大10%

3、初步设计轴的结构
初选深沟球轴承6213

4、轴的空间受力分析

圆周力：
径向力：
轴向力：

计算项目
计算内容
计算结果
5、支反力及弯矩计算

各自弯矩图
1）、水平面支反力及弯矩计算

2）、垂直面支反力及弯矩计算

6、转矩图

7、求当量弯矩
由表26. 1
由表26.3

计算项目
计算内容
计算结果

应力矫正系数
Ｍ′HC=1079500 Nmm
Ｍ″HC =146751.54Nmm

=112321.7N.mm
=212342.46N.mm

则由得

安全
设计项目
计算内容
计算结果
8. 校核滚动轴承的寿命

选用6213轴承

e=0.22
Fr1=17617.43N

Fr2=2767.7N

由表34.6得
当量动载荷
寿命
预期寿命

合格

5、键的选择与校核
a）高速轴大带轮键的选择与校核
设计项目
计算内容
计算结果
1、键的选择及参数
为静联接，选用普通平键A型（圆头）。查课程设计手册p122得时，应选用键

2、挤压应力校核

由表33.1得

合格
3、许用切应力校核

由《机械零件设计问题解析》p102表4-1查得

合格

b）中间轴键的选择与校核
设计项目
计算内容
计算结果
1、键的选择及参数
为静联接，选用普通平键A型（圆头）。查课程设计手册p122得时，应选用键

2、挤压应力校核

由表33.1得

合格
3、许用切应力校核

由《机械零件设计问题解析》p102表4-1查得

合格

c）低速轴键的选择与校核
设计项目
计算内容
计算结果
1、键的选择及参数
为静联接，选用普通平键A型（圆头）。查课程设计手册p122得
，应选用键

应选用键

2、挤压应力校核

由表33.1得

合格
3、许用切应力校核

由《机械零件设计问题解析》p102表4-1查得

合格
五、减速器机体各部分结构尺寸
名称
符号
减速器型式及尺寸/
箱座壁厚

考虑铸造工艺，壁厚取
箱盖壁厚

考虑铸造工艺，壁厚取
箱座凸缘厚度

取=15mm
名称
符号
减速器型式及尺寸/
箱盖凸缘厚度

取为=15mm
箱座底凸缘厚度

取=24mm
地脚螺钉直径

取
地脚螺钉数目

取
轴承旁联接螺栓直径

箱盖与箱座联接螺栓直径

取
联接螺栓的间距

轴承端盖螺钉直径

窥视孔盖螺钉直径

取
定位销直径

取

名称
符号
减速器型式及尺寸/
螺栓扳手空间与凸缘宽度
安装螺栓直径

至外箱壁距离

13
18
22
26
至凸缘边距离

11
16
20
24
沉头座直径

20
26
32
40
轴承旁凸台半径

凸台高度

外箱壁之轴承座端面距离

取
大齿轮顶圆与内机壁距离

取
齿轮轮毂端面与内机壁距离

取
箱盖箱座肋厚
、

轴承端盖外径

取
名称
符号
减速器型式及尺寸/
轴承旁联接螺栓距离

六、润滑和密封形式的选择
1、齿轮润滑
在减速器中，采用浸油润滑，由表6-75，选用全损耗用油，用于齿轮传动的润滑。浸油深度一般要求为中间轴大齿轮一个齿高，但不高于低速轴齿轮分度圆半径的1/3。
2、滚动轴承的润滑
两对轴承处的零件轮缘线速度均小于，所以应考虑使用油脂润滑，但应对轴承处值进行计算。值小于时宜用油脂润滑；否则应设计辅助润滑装置。
三对轴承处值分别为：，
，
，
均小于，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，所以轴承选用通用锂基润滑脂SY7324-87，它适用于宽温度范围内各种机械设备的轴承，选用牌号为的润滑脂。
3、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。本设计中由于密封界面的相对速度不是很大，采用接触式密封，输入轴与轴承盖间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。
七、其他技术说明
①减速器装配前，必须按图纸检验各个部分零件，然后需用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，内壁涂刷抗机油浸蚀的涂料两次。
②在装配过程中轴承装配要保证装配游隙。
③轴承部位油脂的填入量要小于其所在轴承腔空间的2/3。
④减速器的润滑剂在跑合后要立即更换，其次应该定期检查，半年更换一次。润滑轴承的润滑脂应定期添加。
⑤在机盖机体间，装配是涂密封胶或水玻璃，其他密封件应选用耐油材料。
⑥对箱盖与底座结合面禁用垫片，必要时可涂酒精漆片或水玻璃。箱盖与底座装配好后，在拧紧螺栓前应用0.05mm塞尺检查其密封性。在运转中不许结合面处有漏油渗油现象。
⑦减速器装配完毕后要进行空载试验和整机性能试验。
空载实验：在额定转速下正反转各1～2小时，要求运转平稳、声响均匀、各联接件密封处不得有漏油现象。
负载实验：在额定转速及额定载荷下，实验至油温不再升高为止。通常，油池温生不得超过，轴温升不得超过。
⑧搬动减速器应用底座上的钓钩起吊。箱盖上的吊环仅可用与起吊箱盖。
⑨机器出厂前，箱体外表面要涂防护漆，外伸轴应涂脂后包装。运输外包装后，要注明放置要求。
八、参考文献
《机械设计综合课程设计》 机械工业出版社 王之栎 王大富 主编
《机械设计基础下册》 北京航空航天大学 吴瑞祥 主编