果蔬大棚電動(dòng)卷簾機(jī)設(shè)計(jì)【12張CAD圖紙】

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果蔬大棚電動(dòng)卷簾機(jī) 摘 要 果蔬大棚卷簾機(jī)是今后大棚種植必需的機(jī)械裝備和發(fā)展方向，它改變了傳統(tǒng) 人工卷簾操作的方法，比人工操作提高效率十幾倍以上，解決了每天卷放草簾的 勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了嚴(yán)冬露天操作的環(huán)境，重要的是縮短了卷、放草簾所消耗的時(shí) 間,延長(zhǎng)了光照時(shí)間.大大提高了勞動(dòng)效率和經(jīng)濟(jì)效益. 現(xiàn)今市場(chǎng)上主要供應(yīng)的是一種是走動(dòng)式卷簾機(jī)這種卷簾機(jī)利用卷簾機(jī)的動(dòng)力上 下自由卷放草簾子，不必受大棚坡度大小的限制。但這種卷簾機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定 性差，壽命低，且不適合長(zhǎng)度過大的大棚。 本課題所設(shè)計(jì)的是一種固定式卷簾機(jī)，它模擬人工操作,通過纏繞在繩上的繩 子的拉緊和放松,實(shí)現(xiàn)草簾的卷收和鋪放。 其主要機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、卷簾裝置等。本課題著重對(duì)卷簾機(jī)的減速 機(jī)及卷簾裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其在壓低成本的前提下滿足普通斜坡式大棚的要求。 關(guān)鍵詞：卷簾機(jī)，減速機(jī)，傳動(dòng)比，抗彎強(qiáng)度 FRUITS AND VEGETABLES BIG AWNING ELECTRICALLY OPERATED VOLUME CURTAIN MACHINE Abstract：The fruits and vegetables big awning volume curtain machine will be the next big awning planter essential machinery equipment and the development direction, it changed the traditional artificial volume curtain operation method, will enhance above efficiency several times compared to the manual control, solved the daily volume to graze animals the curtain the labor intensity, improved the severe winter open-air operation environment, more importantly reduced the volume, has grazed animals the time which the curtain consumed,Lengthened the illumination time.Enhanced the labor efficiency and the economic efficiency greatly. Nowadays in the market the main supply is one kind is takes a walk about the type volume curtain machine this kind of volume curtain machine use volume curtain machine power the free volume to graze animals the curtain screen, does not need to receive the big awning slope size the limit. But this kind of volume curtain machine structure is complex, the stability is bad, the life is low, also does not suit the length oversized big awning. What this topic designs is one kind of stationary volume curtain machine, it simulates the manual control,Through winding on rope string tautness and relaxation,The realization grass curtain volume receives and sets. Its main organization including electric motor, speed reducer, volume curtain installment and so on. This topic emphatically carries on the design to the volume curtain machine speed reducer and the volume curtain installment, causes it in to reduce the cost under the premise to satisfy the ordinary pitch type big awning the request. Key word Volume curtain machine，Speed reducer，Velocity ratio，Bending strength. 第 I 頁(yè) 共 II 頁(yè) 目 錄 1 緒論 .1 1.1 本課題研究意義 .1 1.2 本課題的研究現(xiàn)狀 .1 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 .3 1.4 擬解決的關(guān)鍵問題 .3 1.5 擬采用的研究手段 .4 2 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) .4 2.1 確定傳動(dòng)方案 .4 2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 .4 2.3 計(jì)算總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 .5 2.4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) .5 3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 .6 3.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .6 3.2 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 .7 3.2.1 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 .7 3.2.2 蝸桿的設(shè)計(jì) .10 3.2.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 .17 3.2.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) .22 3.2.5 輸出軸的設(shè)計(jì) .29 3.2.6 箱體的設(shè)計(jì) .36 3.3 卷動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .38 3.3.1 卷繩管的設(shè)計(jì)計(jì)算 .38 3.3.2 絞盤的設(shè)計(jì)計(jì)算 .41 3.3.3 滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì) .43 3.3.4 法蘭連接的設(shè)計(jì) .43 4 結(jié)論 .46 參考文獻(xiàn) .47 第 II 頁(yè) 共 II 頁(yè) 致謝 .49 外文文獻(xiàn)原文 譯文 第 1 頁(yè) 共 49 頁(yè) 1 緒論 1.1 本課題研究意義 隨著城鄉(xiāng)人民生活水平的提高，冬季栽培鮮菜、鮮果的溫室大棚蓬勃發(fā)展， 其規(guī)模越來越大。但是，在溫室大棚作業(yè)中，卷鋪草簾是最費(fèi)時(shí)費(fèi)工的主要作業(yè) 環(huán)節(jié)之一，尤其在嚴(yán)寒冬季的凌晨和傍晚，在寒風(fēng)刺骨的惡劣條件下，農(nóng)民站在 大棚頂上從事著艱苦笨重的草簾卷鋪勞動(dòng)，情況可想而知。對(duì)于一個(gè)長(zhǎng) 80 米大棚 來說，每天都要在早上拉啟、傍晚放下，各要用大約 40 分鐘左右。嚴(yán)格的來說， 冬天里的陽(yáng)光和溫度是“ 果蔬大棚 ”中作物正常生長(zhǎng)所依賴的珍貴資源。農(nóng)民要爭(zhēng) 分奪秒，辛苦是可想而知的 1。但這仍然解決不了問題， 由于“果蔬大棚” 保溫簾 開啟和關(guān)閉時(shí)間相對(duì)集中，引起的勞力不足和耗用時(shí)間過長(zhǎng)，已經(jīng)嚴(yán)重制約了“果 蔬大棚”的產(chǎn)量效益和發(fā)展空間。 電動(dòng)卷簾機(jī)的出現(xiàn)則徹底解決了人工卷鋪簾子帶來的一系列不便。使用電動(dòng) 卷簾機(jī)，可隨時(shí)啟動(dòng)，延長(zhǎng)了光照時(shí)間，增加了光合作用，更重要的是節(jié)省勞動(dòng) 時(shí)間，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。日光溫室在深冬生產(chǎn)過程中，每一千平方米溫室人工控 簾約需 1.5 小時(shí)，而卷簾機(jī)只需 5 分鐘左右，太陽(yáng)落山前，人工放簾需用約 1 小 時(shí)左右，由此看來，每天若用卷簾機(jī)起放簾子，比人工節(jié)約近 2 小時(shí)的時(shí)間。同 時(shí)延長(zhǎng)了室內(nèi)寶貴的光照時(shí)間，增加了光合作用時(shí)間 。另外，使用電動(dòng)卷簾機(jī)對(duì) 草簾、棉簾保護(hù)性好，延長(zhǎng)了草簾、棉簾的使用壽命，既降低生產(chǎn)成本，同時(shí)因 其整體起放，其抗風(fēng)能力也大大增強(qiáng)?？傮w上可使農(nóng)民能比較輕松地用更多的精 力提高對(duì)蔬菜進(jìn)行管理，提高品質(zhì)、擴(kuò)大規(guī)模 2。 因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的電動(dòng)卷簾機(jī)是一項(xiàng)很好的研究課題。 1.2 本課題的研究現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的卷簾機(jī)主要有兩種工作方式 3：一種是固定式，卷簾機(jī)固定 在大棚后墻的磚垛上，它模擬人工操作，通過纏繞在軸上的繩子的拉緊和放松。 利用機(jī)械動(dòng)力把草簾子卷上去，利用大棚的坡度和草簾子的重量往下滾放草簾子。 該種型號(hào)的卷簾機(jī)造價(jià)較高，大棚要有一定的坡度，如果棚面坡度太平，草簾子 滾不下來，當(dāng)風(fēng)大時(shí)容易亂繩并影響工作，且安裝復(fù)雜。另一種是走動(dòng)式，這種 卷簾機(jī)由懸臂桿、支撐桿、電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和卷簾軸等組成。其工作方式是采用 第 2 頁(yè) 共 49 頁(yè) 機(jī)械手的原理，利用卷簾機(jī)的動(dòng)力上下自由卷放草簾子，不必受大棚坡度大小的 限制。但存在以下不足，懸臂桿和支撐桿穩(wěn)定性差，對(duì)草簾整體彎度要求較高， 不易滿足長(zhǎng)度較大的大棚，且其卷簾軸被焊接成整體構(gòu)件，拆裝不方便。 對(duì)于較常見的 80 米長(zhǎng)的果蔬大棚，通過文獻(xiàn)檢索，有一些滿足要求的卷簾機(jī) 械，現(xiàn)將代表性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析如下。 圖 14是一種卷簾機(jī)的使用狀態(tài)示意圖，該卷簾機(jī)采用固定式結(jié)構(gòu)，主要由工 作電機(jī)及固定機(jī)構(gòu)，減速機(jī)，卷繩管，卷簾繩，螺栓，軸承等組成。其工作原理 為電機(jī)通過減速箱減速，使輸出軸與卷繩管連接，帶動(dòng)卷繩管轉(zhuǎn)動(dòng)，卷繩管與卷 簾繩一端固定，電機(jī)工作，卷繩管帶動(dòng)卷簾繩卷起，卷簾繩帶動(dòng)草簾卷起，完成 卷的過程。電動(dòng)反轉(zhuǎn)，卷簾在自身重力作用下沿繩放下，完成放的過程。其中卷 簾機(jī)的電機(jī)和減速機(jī)分別固定在一電機(jī)支桿上，電機(jī)支桿的下端固定在溫室的墻 上。大棚卷簾機(jī)包括多個(gè)卷繩管支承機(jī)構(gòu)，卷繩管直接與減速箱的輸出軸相連。 卷繩管通過支架固定。支架通過螺栓固定在大棚的頂墻上。卷簾繩一端套在卷繩 軸上，另一端繞過卷軸大棚頂端。其中電機(jī)通過減速機(jī)予以減速，帶動(dòng)整體。優(yōu) 點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以電機(jī)驅(qū)動(dòng)，卷簾卷起速度快，省工省力，適合大面積作業(yè)。 圖 1.1 一種卷簾機(jī)的使用狀態(tài)示意圖 大棚頂端三角支架的結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示，卷繩軸頂端支承機(jī)構(gòu)的豎支桿的下 端固定在橫支板上，斜支桿的兩端分別與豎支桿和橫支桿連接，橫支桿可固定在 溫室大棚的墻體上，如此三個(gè)支板形成三角形支承，大大加強(qiáng)了支板的支承能力 和安全性。 第 3 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 1.2 卷繩軸頂端三角支架的結(jié)構(gòu)圖 經(jīng)過上述分析，為了適應(yīng)農(nóng)業(yè)上的需要，本課題要設(shè)計(jì)一種操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì) 實(shí)用的卷簾機(jī)。此款卷簾機(jī)結(jié)構(gòu)要合理，維修要方便，能在北方惡劣的環(huán)境下長(zhǎng) 期工作。此款卷簾機(jī)依靠電力采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。經(jīng)過減速機(jī)降速，將扭矩傳輸給卷 動(dòng)機(jī)構(gòu)。卷動(dòng)通則帶動(dòng)草簾完成卷簾，放簾作業(yè)。卷簾機(jī)通過控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)， 完成卷簾，放簾作業(yè)。其操作方式為固定式，可降低對(duì)大棚結(jié)構(gòu)的要求，適應(yīng)絕 大多數(shù)農(nóng)民的需要,具有廣闊的市場(chǎng)。 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1)利用電機(jī)作動(dòng)力，經(jīng)減速機(jī)降速，通過控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，完成卷簾、放簾 作業(yè)。 2)用于長(zhǎng)度在 80 米以內(nèi)的常用形狀的溫室大棚。 3)需在 5 分鐘內(nèi)完成卷、放簾作業(yè)。結(jié)構(gòu)合理、成本較低。 4)電動(dòng)機(jī)功率為 1.1KW，經(jīng)減速機(jī)減速后降為 1.6e/min。 1.4 擬解決的關(guān)鍵問題 1.電機(jī)與減速箱的固定及穩(wěn)定性問題 由于卷簾機(jī)要在露天的狀態(tài)下作業(yè)，因此電機(jī)和減速機(jī)一定要固定好。經(jīng)過 分析可將電機(jī)和減速機(jī)分別固定在一個(gè)電機(jī)支桿上。電機(jī)支桿則固定在溫室的后 墻上。另外減速機(jī)的兩端輸出軸分別和一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的卷繩管相連接。卷繩管 可通過多哥支架固定。支架則固定在溫室后墻的頂部。 2.減速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)及配合 根據(jù)課題需要采用的電動(dòng)機(jī)功率為 1.1 千瓦，減速機(jī)降速后速度為 1.6r/min。要在五分鐘內(nèi)完成作業(yè)。考慮到所需扭矩的大小，又要盡可能減小減 第 4 頁(yè) 共 49 頁(yè) 速機(jī)的尺寸和自重。所以本款卷簾機(jī)擬采用兩級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，第一級(jí)是蝸輪蝸桿傳 動(dòng)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速高、受力小、效率損毫小，第二級(jí)是齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。并且減速機(jī)有 二個(gè)輸出軸，二個(gè)輸出軸分別和與二個(gè)輸出軸相對(duì)應(yīng)的卷繩管的一端連接。 3.卷繩管與支架之間的嵌套 支架上端固定有卷繩管支承環(huán)，支架與支承環(huán)之間可通過螺栓連接或焊接。 另外支承環(huán)內(nèi)嵌有軸承，卷繩管可嵌套在軸承內(nèi)。通過螺栓可減少滾動(dòng)摩擦。 1.5 擬采用的研究手段 首先通過查找和收集資料，對(duì)設(shè)計(jì)有一個(gè)初步的了解，然后運(yùn)用力學(xué)，機(jī)械 原理，機(jī)械設(shè)計(jì)與數(shù)學(xué)等知識(shí)確定箱體的位置，計(jì)算出減速箱的傳動(dòng)關(guān)系。根據(jù) 切削加工的知識(shí)及材料的力學(xué)性能確定卷繩管的長(zhǎng)度直徑及機(jī)構(gòu)的材料構(gòu)成。通 過實(shí)際考察草簾的大小重量及尺寸，繩的長(zhǎng)度及扭矩。用 CAD 制圖，并分析圖紙 總結(jié)出現(xiàn)的情況和結(jié)果。 第 5 頁(yè) 共 49 頁(yè) 2 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) 2.1 確定傳動(dòng)方案 卷簾機(jī)是在戶外作業(yè)根據(jù)課題需要采用的電動(dòng)機(jī)功率為 1.1 千瓦，減速機(jī)降 速后速度為 1.6 轉(zhuǎn)/分。要在五分鐘內(nèi)完成作業(yè)?？紤]到所需扭矩的大小，又要盡 可能減小減速機(jī)的尺寸和自重。所以本款卷簾機(jī)擬采用兩級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，第一級(jí)是 蝸輪蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速高、受力小、效率損毫小.第二級(jí)是齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)平 穩(wěn),效率高.并且減速機(jī)有二個(gè)輸出軸，二個(gè)輸出軸分別和與二個(gè)輸出軸相對(duì)應(yīng)的 卷繩管相連接,這樣可以減小負(fù)載,增大轉(zhuǎn)矩.卷簾機(jī)的傳動(dòng)方案見下圖 2.1。 圖 2.1 卷簾機(jī)傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 1電動(dòng)機(jī) 2V 帶輪 3減速機(jī) 4卷繩管 2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 卷簾機(jī)每天的工作時(shí)間是在早上和傍晚，且工作時(shí)間不到十分鐘，工作時(shí)間 相比較很短。因此不用考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與升溫。其負(fù)載是均勻增大的且轉(zhuǎn)速穩(wěn) 定，故可忽略電動(dòng)機(jī)的震動(dòng)與變速。 主要影響電動(dòng)機(jī)壽命的因素是功率、轉(zhuǎn)速及環(huán)境因素。應(yīng)技術(shù)要求電動(dòng)機(jī)的 輸出功率為 1.1KW,減速機(jī)降速后速度為 1.6r/min.因此盡量選擇要具有較底轉(zhuǎn)速 的電動(dòng)機(jī).此外考慮到電動(dòng)機(jī)式戶外作業(yè),它還要具有防雨，防塵等功能 5。 第 6 頁(yè) 共 49 頁(yè) 綜合考慮各種因素,所選擇的電動(dòng)機(jī)為一款齒輪減速電動(dòng)機(jī)型號(hào) YCJ71 配用 電機(jī) 90SF1-4 輸出功率 1.1KW,輸出轉(zhuǎn)速 240r/min，輸出轉(zhuǎn)矩 42N/m ,極數(shù) 4，電 動(dòng)機(jī)的安裝型式為 B3 基本安裝型 5. 2.3 計(jì)算總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為 (2.1)1506. 24wmni 分配結(jié)果為第一級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)比為 30。第二級(jí)齒輪傳動(dòng)比為 5。 2.4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 1.各軸轉(zhuǎn)速 (2.2)min/2401rnw (2.3)i/8312i (2.4)in/6.523rin 2.各軸功率 依次為電動(dòng)機(jī)與蝸桿，蝸桿與傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸與輸出軸之間的傳動(dòng)效12,w 率。根據(jù)手冊(cè)取 5 =0.97， =0.7， =0.99。 ， ， 依次為蝸桿，傳動(dòng)w121P23 軸和輸出軸上的輸入功率 = =1.067KW (2.5)1Pw = =1.0670.7=0.7469KW (2.6)2 = 0.74690.99=0.7394KW (2.7) 3w12 3.各軸轉(zhuǎn)矩 =9550000 =9550000 =43770 Nmm (2.8)1T1np.06742 =9550000 =9550000 Nmm=919187Nm (2.9)22P.9/3 第 7 頁(yè) 共 49 頁(yè) =9550000 =9550000 =4549978 Nmm (3.0)3T3np0.739416 3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)功率 1.1KW，轉(zhuǎn)速 240r/min,傳動(dòng)比 i=1 1.確定計(jì)算功率 caP 查得工作情況系數(shù) =1.0,故 = =1.1KWAKcaAP 2.選取 V 帶帶型 6 根據(jù) ,n 確定選取 SPZ 型。caP 3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑 查表取主動(dòng)輪直徑 mda631 則從動(dòng)輪直徑 =63 mm2i 驗(yàn)算帶得速度 =0.79 (3.1)106ndvasm/35 帶得速度合適 4.確定 V 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距根據(jù) (3.2)(2)(7.021021 aadd 初步確定中心距 ma 計(jì)算帶所需要的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 =2 (3.3)1DLmda598)(2210 圓整厚取帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 d63 計(jì)算實(shí)際中心距 (3.4)mLad2160 第 8 頁(yè) 共 49 頁(yè) 5.計(jì)算 V 帶的根數(shù) (3.5)LcaKPz)(0 由 , .得 min/2401rnmda6311iW35.00P 查表得 , .則aK820L =3.8 (3.6)LcaKPz)(0 取 Z=4 根 6.計(jì)算預(yù)緊力 0F (3.7)NqvKvzPca261)5.2(0 7.計(jì)算作用在軸上的壓軸力 (3.8)ZFP208sin210 至此帶輪的計(jì)算設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，其具體結(jié)構(gòu)見零件圖。 3.2 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 1.選擇蝸桿傳動(dòng) 根據(jù) GB/T 10085-1988 的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）. 2.選擇材料 考慮到蝸桿傳動(dòng)傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿采用 45 鋼；因希望 效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 4555HRC。蝸輪用 鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬降低成本，僅齒 圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造 7。 3.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 8 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒 根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距 第 9 頁(yè) 共 49 頁(yè) (3.9)3 22)(HE ZKT 1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 ,根據(jù)式 2.9 得2 =919187Nmm2T 2)確定載荷系數(shù) K 因工作載荷均勻增加，故取載荷分布不均系數(shù) =1.1，由手冊(cè)選取使用系K 數(shù) =1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載荷 =1.05；則AK V = =1.11.051.15 1.32 (3.10)KVA 3)確定彈性影響系數(shù) EZ 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故 =160MPaEZ2/1 4)確定接觸系數(shù) 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 和傳動(dòng)中心距 的比值 / =0.35，可查得 =2.91d1dZ 5)確定許用接觸應(yīng)力 H 根據(jù)蝸輪的材料為鑄錫磷青銅，金屬模制造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，可 查的蝸輪的基本許用應(yīng)力 =268MPaH 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =6015365=109500 (3.11)hLjnN260 壽命系數(shù) =1.75 (3.12)871095/HNK 則 = =279MPa (3.13)NH 6)計(jì)算中心距 mm=149.7mm (3.14)3 2)79.160(982.1 第 10 頁(yè) 共 49 頁(yè) 取中心距 =160mm，因 i=30,故查表取模數(shù) =8mm,蝸桿的分度圓直徑 =80mm.m1d 這時(shí) / =0.5 則可查得接觸系數(shù) =2.3，因?yàn)?因此以上結(jié)果可用。1dZZ 4.蝸桿與蝸輪得主要參數(shù)與幾何尺寸 1)蝸桿 軸向齒距 =25.12mm;直徑系數(shù) =10;齒頂圓直徑 =96mm;齒根圓直徑aPq1ad =63.5mm；分度圓導(dǎo)程角 =5 42， 38。 。 ；蝸桿軸向齒厚 =12.56mm.1fd s 2)蝸輪 蝸輪齒數(shù) =31；變位系數(shù) =-0.5002z2x 驗(yàn)算傳動(dòng)比 i= =31,這時(shí)得傳動(dòng)比誤差為（30-29）/31=3.22%是允許的。1 蝸輪分度圓直徑 = =248mm (3.15)2dmz 蝸輪喉圓直徑 +2 =248+28=264mm (3.16)aah 蝸輪齒根圓直徑 =248-214=220mm (3.17)22ff 蝸輪咽喉母圓半徑 =160-0.5264=28mm (3.18)1agdr 5)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 (3.19)53.221 FFaFYmdKT 當(dāng)量齒數(shù) (3.20)12.9)3845(cos1cs32 ZV 則可查出齒型系數(shù) =2.72FaY 螺旋角系數(shù) =1- =1- =0.9643 (3.21)1402 許用彎曲應(yīng)力 = (3.22)FFNK 查手冊(cè)知鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 8 F =56MPa 第 11 頁(yè) 共 49 頁(yè) 壽命系數(shù) = =1.27FNK96105 =560.8316=46.57MPa = =30.45MPaF 9643.0728403.5 彎曲強(qiáng)度是滿足得。 6)精度等級(jí)公差和表面粗糙度得確定 9 考慮到所設(shè)計(jì)得蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從 GB/T 100891988 圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 8 級(jí)精度，側(cè)隙種類為 f，標(biāo)注為 8f GB/T 100891988。然后由手冊(cè)查的要求得公差項(xiàng)目及表面粗糙度。詳細(xì)數(shù)據(jù)見 零件圖。 7)熱平衡核算 此機(jī)構(gòu)每天得工作時(shí)間不超過十分鐘，工作時(shí)間短。蝸輪蝸桿在工作中產(chǎn)生 得熱量少，對(duì)機(jī)構(gòu)不產(chǎn)生影響。故不考慮熱平衡計(jì)算。 3.2.2 蝸桿的設(shè)計(jì) 1.確定蝸桿上的功率 轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩1Pn1T 根據(jù)已知 =1.067KW, =240r/min, =43770 Nmm1 2.初步確定蝸桿的最小直徑。 選取蝸桿的材料為 45 鋼，調(diào)制處理。查表取 =112，于是0A (3.23)133min0.067218.4PdAm 蝸桿的最小直徑顯然是與 V 帶輪的聯(lián)接處的直徑，但如果環(huán)境允許的話，蝸 桿可以直接與電機(jī)軸連接，這樣就減少了 V 帶輪，降低了成本。因此考慮的它的 通用性，可適當(dāng)增大蝸桿的直徑來適應(yīng)多種選擇。蝸桿與電機(jī)軸直接連接時(shí)，蝸 桿的最小直徑顯然時(shí)安裝聯(lián)軸器處的直徑 為了使所選的直徑 與聯(lián)軸器得Id Id 孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)?？紤]到聯(lián)軸器要與電機(jī)軸相聯(lián)，因此 聯(lián)軸器的孔徑為 28mm.計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩 10 (3.24)56901437.1TKAC 第 12 頁(yè) 共 49 頁(yè) 查手冊(cè)選用 HL2 型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為 160000Nmm.故 28mm,Id 半聯(lián)軸器的長(zhǎng)度62mm,半聯(lián)軸器長(zhǎng)度與蝸桿配合的長(zhǎng)度 =44mm。1L 3.蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1)擬定蝸桿上零件的裝配方案 如圖所示 圖 3.1 蝸輪的結(jié)構(gòu)與裝配圖 2)根據(jù)蝸桿定位的要求確定蝸桿的各段直徑和長(zhǎng)度 (1)為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求I-II 蝸桿段右端需制出一鈾肩，故 取 II-III 段的直徑 34mm,左端用軸端擋圈定位按軸端直徑取擋圈直徑 D=35mm。 半聯(lián)軸器與蝸桿配合的轂孔長(zhǎng)度 L1=44mm 以 mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)鈾 器上而不壓在蝸桿的端面上，故 III 段的長(zhǎng)度應(yīng)比 略短一些，現(xiàn)取 =42mm1LIL (2)初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，考慮到蝸桿 左側(cè)所受的載荷較大，故蝸桿左側(cè)選用雙列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) =38mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的雙列圓錐IVd 滾子軸承 30208，尺寸為 dDT=40mm80mm19.75mm。右側(cè)滾動(dòng)軸承選擇角接 觸軸承 7008AC，尺寸為 dDT=40mm68mm15mm (3)取擋油環(huán)的長(zhǎng)度為 12mm,則 =20+20+12=52mm，因?yàn)檩S承左側(cè)要用圓螺IVL 母定位，故 的長(zhǎng)度應(yīng)略短于 52mm，取 =51mm.同理 =23mm。IVL IVVIXL 第 13 頁(yè) 共 49 頁(yè) (4)取 =50mm.軸承端蓋的總寬度為 15mm(由減速器及軸承端蓋的VIIVL 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定)。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求,取端蓋的 外端面與半聯(lián)鈾器右端面間的距離 L=10mm,故取 =24mm.至此，已經(jīng)初步確定IL 了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 3)蝸桿上零件的周向定位 半聯(lián)軸器與蝸桿的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。半聯(lián)軸器與蝸桿的聯(lián)接，選用 平健為 8mm7mm32mm,鍵槽用鍵槽銑刀加工，半聯(lián)軸器與蝸桿的配合為 H7/k6。 滾動(dòng)軸承與蝸桿的周向定位是借過渡配合來保證的,此處選蝸桿的直徑尺寸公差為 m6。 4)確定蝸桿上圓角和倒角尺寸 取蝸桿端倒角為 245，各軸肩處的圓角半徑見零件圖。 4.求蝸桿上的載荷 11 首先根據(jù)蝸桿的結(jié)構(gòu)圖作出蝸桿的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，從 手冊(cè)中查取 a 值.對(duì)于 30208 型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查得 a=15.3mm。因此， 作為簡(jiǎn)支梁的蝸桿的支承跨距 L2+L3=33.95+33.95=67.9mm.根據(jù)蝸桿的計(jì)算簡(jiǎn)圖 作出蝸桿的彎矩圖和扭矩圖 第 14 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 3.2 蝸輪的載荷分析圖 從蝸桿的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面 C 是蝸桿的危險(xiǎn)截面。 現(xiàn)將計(jì)算出的截面 c 處的 MH MV 以及 M 的值列于表 3.1。 表 3.1 蝸輪的扭矩和彎矩 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F =729.3N =364.61N2NHF=1024N =-42N1NVF2NV 彎矩 M =47243.4NmmH =74826NmmVM 總彎矩 =88623Nmm 扭矩 T =43770Nmm3 4.按彎扭合成應(yīng)力校核蝸桿的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核蝸桿上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險(xiǎn)截面 c) 第 15 頁(yè) 共 49 頁(yè) 的強(qiáng)度。則由式及上表中的數(shù)值，并取 =0.6 蝸桿的計(jì)算應(yīng)力 12 (3.25)MPaWTMca 7.8961.0)4370(82)( 22321 前已經(jīng)選定蝸桿的材料為 45 鋼、調(diào)質(zhì)處理由手冊(cè)查得 =60MPa，因此1 故安全。ca1 5.精確校核蝸桿的疲勞強(qiáng)度 1)判斷危險(xiǎn)截面 截面 A，B 只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合引起的應(yīng)力集 中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于蝸桿的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定 的，所以 A，B 均無需校核。 從應(yīng)力集中對(duì)蝸桿的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面 IV 和 V 處過盈配合引起的應(yīng) 力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來看。截面 C 上的應(yīng)力最大：截面 IV 的應(yīng)力集中的 影響和截面 V 的相近但截面 V 不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也較大。故不必作強(qiáng)度 校核.截面 C 上雖然應(yīng)力最大,但應(yīng)力集中不大(過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)人集中均 在兩端)。而且這里蝸桿的直徑較大，放截面 C 也不必校核。因?yàn)殒I槽的應(yīng)力集中 系數(shù)比過盈配合的小,因而該軸只需校核截面 V 左右兩端即可 13. 2)截面 V 右側(cè) 抗彎截面系數(shù) W=0.1d 3=0.1963=88473.6mm3 (3.26) 抗扭截面系數(shù) W T=0.2d3=0.2963=176947.2mm3 (3.27) 截面 IV 左側(cè)的彎矩 M 為 M=88623 74498.7 Nmm (3.28)96.15 截面 V 上的扭矩 T 2 =43770 Nmm 截面上的彎曲應(yīng)力 = =0.84MPa (3.29)b6.84739W 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 (3.30)MPaT248.0.192 第 16 頁(yè) 共 49 頁(yè) 蝸桿的材料為 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理.由手冊(cè)知 .15,275,6401 MPaPaMPaB 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 及 按手冊(cè)查取,因 r/d=2/55=0.036,D/d=60/55=1.09 可查得 =2.0 =1.31 又因蝸桿的材料的敏性系數(shù)為 82.0q5. 有效應(yīng)力集中系數(shù)為 ( -1)=1+0.82(2-1)=1.82 (3.31)1k ( -1)=1+0.85(1.31-1)=1.26 (3.32)q 查手冊(cè)知尺寸系數(shù) =0.67，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) =0.82 蝸桿按磨削加工，則其表面系數(shù)為 =0.92 蝸桿未經(jīng)表面強(qiáng)化處理,即 =1 ,則綜合系數(shù)值為q (3.33)80.21kK (3.34)6. 碳鋼的特性系數(shù) =0.1, =0.05 計(jì)算安全系數(shù) 值得caS (3.35)191maK (3.36)2.61aS = S=1.5 (3.37)ca 8.52S 故可知其安全. 第 17 頁(yè) 共 49 頁(yè) 3)截面 IV 左側(cè) 抗彎截面系數(shù) W=0.1d 3=0.1603=21600mm3 抗扭截面系數(shù) W T=0.2d3=0.2603=43200mm3 彎矩 M 為 M=88623 66467 Nmm60.15 彎曲應(yīng)力為 = = =3.07MPab247WM 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 PaT01.432 過盈配合處得 值,用插入法求出,并取 =0.8 于是得/k /k/k =3.16 =2.53/ 軸按磨削加工 則其表面系數(shù)為 =0.92 故得綜合系數(shù)為 25.31kK6. 計(jì)算安全系數(shù) 值得caS 75.211maK6.1aS = S=1.5ca 85.722S 故該軸在截面 V 左側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的. 本題因無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng) 力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核.至此,軸的設(shè)計(jì)計(jì)算即告結(jié)束. 3.2.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 第 18 頁(yè) 共 49 頁(yè) 1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 14. 1）考慮到斜齒輪傳動(dòng)可以獲得較小的傳動(dòng)幾何尺寸，而且具有較大的承載能 力。因此方案采用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 2）減速機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級(jí)精度（GB10095-88） 3)材料選擇。由手冊(cè)選擇小齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì))，硬度為 280HBS，大齒輪 材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì))硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS11。 4)選小齒輪齒數(shù)為 Z1=20、大齒輪齒數(shù) Z2=U Z1=520=100 5）選取螺旋角。初選螺旋角 =14 2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)汁計(jì)算公式計(jì)算即 (3.38)3 211 )(2HEdtt ZuTKd 1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 (1)試選載荷系數(shù) 1.6tK (2)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 =919187N2T (3)查表選取齒寬系數(shù) 1d (4)由表查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8MPaEZ2/1 (5)按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =600MPa；大齒輪的接觸1limH 疲勞強(qiáng)度極限 =550MPa。2limH (6)選取區(qū)域系數(shù) =2.433 HZ (7)查得 =0.719 ， =0.865, = + =1.5841a2aa12a (8)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1 =60njL=6051365=109500 N2 =1095005=21900 第 19 頁(yè) 共 49 頁(yè) (9)接觸疲勞壽命系數(shù) 1.HNK3.2HN （10）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1% ，安全系數(shù) S=1， (3.39)MPaSHNH601.lim11 (3.40)K753.2li2 接觸許用應(yīng)力 =（ 1+ 2）/2=（660+715）/2MPa =687.5MPaHH 2）計(jì)算 (1)計(jì)算小齒輪分度圓直徑 由計(jì)算公式得td1 (3.41)td1 m6.98)5.6871432(584.97623 2 (2)計(jì)算圓周速度 (3.42)sndvt /04.160.91 (3)計(jì)算齒寬 b 及模數(shù) ntm =198.6=98.6mm (3.43)dt1 = (3.44)nt mZt 98.324/7.0698/cos1 =2.25 =2.253.98=8.955mm (3.45)hntm b/h=98.6/8.955=11.01 (3.46) (4)計(jì)算縱向重合度 =0.318 Z1tan=0.318120tan14=1.58 (3.47)d (5)計(jì)算載荷系數(shù) K 已知使用系數(shù) =1 根據(jù) v =0.04m/s 7 級(jí)精度,查的動(dòng)載系數(shù)A 01.VK =1.01+0.18（1+0.6 2） 2+0.230.001b=1.01+0.18（1+0.61）Hd 第 20 頁(yè) 共 49 頁(yè) +0.230.00198.6=1.3966 (3.48) 查得 =1.35FK 查得 = =1.2 故載荷系數(shù)Ha = =11.011.21.3966=1.69 (3.49)AVHaK (6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 = =98.6 =100.4mm (3.50)1d3/tt 36.1/9 (7)計(jì)算模數(shù) = =4.87mm (3.51)nm204.1cos1 COSZ 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) (3.52)321 2cosHSaFdn YZYTK 1)確定計(jì)算參數(shù) (1)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極MPaFE501 限 FE382 (2)查得彎曲疲勞壽命系數(shù) .1NK8.2FN (3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 1 =FMPaSFEN57.304.1 8501 2 =F K86.2.2 (4)計(jì)算載荷系數(shù) = =11.011.21.35=1.64AVFa (5)根據(jù)縱向重合度 =1.58，查得螺旋角影響系數(shù) 第 21 頁(yè) 共 49 頁(yè) =0.88Y (6)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) (3.53)9.214cos 0331ZV (3.54)5.01cs33 21V (7)查取齒型系數(shù)得 ,72.1FaY18.2FaY (8)查取應(yīng)力校正系數(shù) 5.1Sa 79.2Sa (9)計(jì)算大小齒輪的 并加以比較FY (3.55)0146.57.321FSa (3.56)3.86.92SaY 大齒輪的數(shù)值大。 2)設(shè)計(jì)計(jì)算 (3.57)mmn 0.4163.584.12099764.3 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù) 大于由齒根彎曲疲勞n 強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)取 =4.5，可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)n 度需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 =100.4 來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由1d (3.58)6.25.4cos0cos1nmdZ 取 Z 1 =21,Z2 =u Z1=521=105 第 22 頁(yè) 共 49 頁(yè) 4.幾何尺寸計(jì)算 1)計(jì)算中心距 (3.59)mmzan 26.9cos25.4)10(cos2)(1 將中心距圓整為 292mm 2)按圓整后的中心距修正螺旋角 (3.60) 56481329.)051(arcos2)(arcos1 mzn 因 值改變不多，故參數(shù) , , 等不必修正。aHZK 3)計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 mmzdn17.9cos5.421zn.86s2 4)計(jì)算齒輪寬度 (3.61)mdb17.9.1 圓整后取 B2 =100mm B1 =105mm 5)結(jié)構(gòu)設(shè)汁 以大齒輪為例。因齒輪齒頂圓直徑大于 160 mm，而又小于 500mm，故以選用 腹板式結(jié)構(gòu)為宜。其它有關(guān)尺寸見零件圖。 3.2.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 1.求傳動(dòng)軸上的功率 轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩2P2n2T 取蝸輪的傳動(dòng)效率為 0.7 則 = =1.10.7=0.77KWp =2nmin/83041ri =9550000 =9550000 =919187 Nmm2T2p7. 第 23 頁(yè) 共 49 頁(yè) 2.求作用在蝸輪上的力 NdTFta 24.109212at 7.212 NFFtrr 982an12 求作用在齒輪上的力 dTt 8512 NFntr 3.71cosata 2.45 3.初步確定軸得最小直徑 選取蝸桿軸得材料為 45 鋼，調(diào)制處理。查表取 =112，于是0A 軸得最小直徑顯然是安裝軸承處的直徑 為了使所選得軸直徑 與軸承Id Id 的內(nèi)徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取軸承的型號(hào)。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作 用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求、由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基 本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承 30211。尺寸為 dDT=55mm100mm22.75mm,故 =55mm。IVId 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1)擬定軸上零件的裝配方案，如圖 mnPAd3.5187.012330min 第 24 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 3.3 傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)與裝配 2)確定軸的各段直徑和才長(zhǎng)度 (1)取安裝蝸輪處的軸的直徑 =60mm，蝸輪的左端與左軸承之間采用套筒IVd 定位。已知蝸輪輪轂的寬度為 72mm，為了使套簡(jiǎn)端面可靠地壓緊蝸輪,此軸段應(yīng) 略短于輪轂寬度，故取 .蝸輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度mlI70 h0.07d 取 h=6mm,故 。軸環(huán)寬度 b1.4h,取 。dIV6 mlIV10 (2)取安裝齒輪處的軸段的直徑 ，齒輪的左端與左軸承之間采用60Id 套筒定位，則齒輪輪轂的寬度為 65mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段 應(yīng)略短于輪轂寬度，故取 =62mm。齒輪的左端采用軸肩定位。VIl (3)取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離 s=15 考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承 位置時(shí),應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離 s=8mm.已知滾動(dòng)軸承寬度 T=22.75 。masTlviI 482165.2 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 3）軸上零件的周向定位 齒輪、蝸輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按 由手冊(cè)查得平鍵截面Id bh=18mm11mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 56mm 同時(shí)為了保證蝸輪與軸配 合有良好的對(duì)中性，改選擇蝸輪輪轂與軸的配合為 H7/n6；同樣，齒輪與軸 第 25 頁(yè) 共 49 頁(yè) 的聯(lián)接，選用平健為 18mm11mm56mm, 蝸輪輪轂與軸的配合為 H7/n6.滾動(dòng)軸承 與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為沒 m6. 4)確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為 245，各軸肩處的圓角零件圖。 5.求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè) 中查取 a 值.對(duì)于 30211 型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查得 a=21mm。因此，作為簡(jiǎn) 支梁的軸的支承跨距 L2+L3+L4=62+76+58=196mm.根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎 矩圖和扭矩圖 第 26 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 3.4 傳動(dòng)軸的載荷分析圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面 c 是軸的危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將 計(jì)算出的截面 c 處的 MH MV 以及 M 的值列于下表 3.2 。 6.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險(xiǎn)截面 c)的 強(qiáng)度。則由式及上表中的數(shù)值，并取 =0.6 軸的計(jì)算應(yīng)力 第 27 頁(yè) 共 49 頁(yè) MPaWTMca 7.48601.)987(7823)( 322321 前已經(jīng)選定軸的材料為 45 鋼、調(diào)質(zhì)處理由手冊(cè)查得 =60MPa，因此1 故安全。ca1 表 3.2 傳動(dòng)軸所受的扭矩與彎矩 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F =8352N =6169.91N2NHF=5629N =12341N1NVF2NV 彎矩 M =357802Nmm2H =715778Nmm2VM 總彎矩 =782623Nmm2 扭矩 T =919187Nmm3 7.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1)判斷危險(xiǎn)截面 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面 IV 和 V 處過盈配合引起的應(yīng)力 集中最嚴(yán)重；從受載的情況來看。截面 C 上的應(yīng)力最大：截面 IV 的應(yīng)力集中的影 響和截面 V 的相近但截面 IV 不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也較大。故不必作強(qiáng)度校 核.截面 C 上雖然應(yīng)力最大,但應(yīng)力集中不大(過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)人集中均在 兩端)。而且這里軸的直徑較大，放截面 C 也不必校核。因?yàn)殒I槽的應(yīng)力集中系數(shù) 比過盈配合的小,因而該軸只需校核截面 V 左右兩端即可. 2)截面 V 左側(cè) 抗彎截面系數(shù) W=0.1d 3=0.1553=16637.5mm3 抗扭截面系數(shù) W T=0.2d3=0.2553=33275mm3 截面 V 右側(cè)的彎矩 M 為 第 28 頁(yè) 共 49 頁(yè) M=782623 340819 Nmm6235 截面 V 上的扭矩 T 2 =919187 Nmm 截面上的彎曲應(yīng)力 = =20.48MPab5.1374089WM 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPaT6.22 軸的材料為 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理.由手冊(cè)知 .15,75,6401MPaB 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 及 按手冊(cè)查取,因 r/d=2/55=0.036,D/d=60/55=1.09 可查得 =2.0, =1.31 又因軸的材料的敏性系數(shù)為 82.0q5. 有效應(yīng)力集中系數(shù)為 ( -1)=1+0.82(2-1)=1.821k ( -1)=1+0.85(1.31-1)=1.26q 查手冊(cè)知尺寸系數(shù) =0.67 扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) =0.82 軸按磨削加工 則其表面系數(shù)為 =0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理,即 =1 ,則綜合系數(shù)值為q 80.21kK6. 碳鋼的特性系數(shù) =0.1, =0.05 計(jì)算安全系數(shù) 值得caS 第 29 頁(yè) 共 49 頁(yè) 79.41maKS3.61a = S=1.5caS0.42S 故可知其安全. 3)截面 V 右側(cè) 抗彎截面系數(shù) W=0.1d 3=0.1552=21600mm3 抗扭截面系數(shù) W T=0.2d3=0.2552=43200mm3 彎矩 M 為 M=782623 340819 Nmm65 彎曲應(yīng)力為 = =15.77MPab210489M 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPaWT2.14372 過盈配合處得 值 , 用插入法求出,并取 =0.8 于是得/k /k/k =3.16 =2.53/k 軸按磨削加工 則其表面系數(shù)為 =0.92 故得綜合系數(shù)為 25.31kK6. 計(jì)算安全系數(shù) 值得caS 39.51maK 第 30 頁(yè) 共 49 頁(yè) 81.21maKS = S=1.5ca 5.22S 故該軸在截面 V 左側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的. 本題因無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng) 力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核.至此,軸的設(shè)計(jì)計(jì)算即告結(jié)束. 3.2.5 輸出軸的設(shè)計(jì) 1.求輸出軸上的功率 轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩3P3n3T 取蝸輪的傳動(dòng)效率為 0.7, 齒輪的傳動(dòng)效率為 0.99 12 則根據(jù)已知 =0.7426KW3 又 =3nmin/6.1582ri =9550000 =9550000 =4549978 Nmm3T3p6.17230 2.求作用在齒輪上的力 NdFt 8704.86597223 Fntr 19cosaNta 46 3.初步確定軸得最小直徑。 選取軸得材料為 45 鋼，調(diào)制處理。查表取 =112，于是0A 軸得最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑 為了使所選得軸直徑 與Id Id 聯(lián)軸器得孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 考慮到轉(zhuǎn)矩變化中等，故取 4TKAC 7.1AKmnPAd 4.876.123320min 第 31 頁(yè) 共 49 頁(yè) 最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 2274.989Nm4T Nmm48.36725.817.4KAC 查手冊(cè)選取 WK 型無鍵聯(lián)軸器，其型號(hào)為 WK90 90，公稱轉(zhuǎn)矩 16400Nmmed 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1)擬定軸上零件的裝配方案 圖 3.5 輸出軸的結(jié)構(gòu)與裝配 2)根據(jù)軸上定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 (1)為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求I-II 軸段右端需制出一鈾肩，故取 II-III 段的直徑 96mm, 聯(lián)軸器與軸的配合長(zhǎng)度為 52mm.為了更好的安裝,故取 =90mm.IL (2)初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列 圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) =96mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0Id 基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承 30220。尺寸為 dDT=100mm180mm37mm,故 =100mm.IV (3)取安裝齒輪處的軸段的直徑 ，齒輪的左端與左軸承之間采mdT10 用套筒定位，則齒輪輪轂的寬度為 100mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此 第 32 頁(yè) 共 49 頁(yè) 軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取 =98mm。齒輪的左端采用軸肩定位。軸肩高度VIl h0.07d 取 h=8mm,故 。軸環(huán)寬度 b1.4h,取 。右端mdI18 mlIV12 滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得 30220 型軸承的定位軸肩高度 h=6 因此取 =106mm.L- =37mm.VI (4)為了使輸出軸與傳動(dòng)軸更好的配合取 =80mm。VIL 軸承端蓋的總寬度為 20mm(由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定)。根據(jù)軸承 端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承舔加潤(rùn)滑脂的要求,取端蓋的外端面與半聯(lián)鈾器左端面間 的距離 L=20mm,故取 =43mm.IVIXL 至此，已經(jīng)初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度 3)軸上零件的周向定位 半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接采用軸套連接，尺寸為 DL=180mm104mm,滾動(dòng)軸承與 軸的周向定位是借過渡配合來保證的,此處選軸的直徑尺寸公差為 m6。齒輪與軸 的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。選用平鍵為 20mm12mm90mm, 鍵槽用鍵槽銑刀加 工，齒輪與與軸的配合為 H7/k6。 4)確定軸上圓角和倒角尺寸。 5.求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè) 中查取 a 值.對(duì)于 30220 型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查得 a=36.4mm。因此，作為 簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距 L2+L3+L4=40+106+58=204mm.根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的 彎矩圖和扭矩圖。 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面 B 是軸的危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將 計(jì)算出的截面 B 處的 MH MV 以及 M 的值列于下表 第 33 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 3.6 輸出軸的載荷分析圖 表 3.2 輸出軸所受的彎矩與扭矩 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F =6317N =12634N1N2NHF=-1436N =8547N1NVF2NV 彎矩 M = 1517160Nmm2H = 863247Nmm2VM 總彎矩 = 1749285 Nmm2 扭矩 T = 4549978 Nmm3T 第 34 頁(yè) 共 49 頁(yè) 6.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險(xiǎn)截面 B)的 強(qiáng)度。則由式及上表中的數(shù)值，并取 =0.6 軸的計(jì)算應(yīng)力MPaWTMca 29.310.)459786(174928)( 322321 前已經(jīng)選定軸的材料為 45 鋼、調(diào)質(zhì)處理由手冊(cè)查得 =60MPa，因此1 1tk 可見卷繩管的臨界扭矩遠(yuǎn)大于其所受的負(fù)載扭矩，因此其穩(wěn)定性是安全的 3.3.1 絞盤的設(shè)計(jì)計(jì)算 1.選擇材料 絞盤為固定在卷繩軸上的金屬圓盤，卷簾繩一端固定在絞盤上，卷繩管轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)帶動(dòng)絞盤，絞盤帶動(dòng)卷簾繩完成作業(yè)。 絞盤為普通機(jī)件，且戶外作業(yè)轉(zhuǎn)速低，故要求的精度不高，選擇材料為灰鑄 鐵 HT200 鑄造。 2.確定絞盤的直徑 d 絞盤的轉(zhuǎn)速為 1.6r/min，要在 2.5 分鐘內(nèi)完成 6m 長(zhǎng)的工作量，其每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn) 的纏繞繩子的長(zhǎng)度為 (3.63)mntSL5.126. 則 , 0.47m=470.7mm (3.64)d 取 =480mm 為了固定卷簾繩，絞盤的兩側(cè)需制出一段臺(tái)階取臺(tái)階的高度為 10mm,絞盤的 外側(cè)直徑 D=50mm。 3.絞盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1)擬定絞盤的結(jié)構(gòu)方案 結(jié)合絞盤與卷繩管的配合，現(xiàn)選用圖 3.8 所示的方案 第 42 頁(yè) 共 49 頁(yè) 2)根據(jù)定位要求確定其幾何參數(shù) (1)因?yàn)榫砝K管與絞盤利用卷繩管上的凸臺(tái)來傳遞扭矩，所以為了滿足卷繩管 的周向定位要求，絞盤與卷繩管聯(lián)接處需挖出一段鍵槽，根據(jù)已知鍵槽的截面 ，鍵槽利用鑄造成型，長(zhǎng)為 35mm，兩個(gè)鍵槽對(duì)稱分布。絞盤2015bhm 與卷繩管的軸向定位是利用螺栓聯(lián)接來保證的，因?yàn)榻g盤主要受徑向扭矩的作用， 在軸向基本上不受力，因此對(duì)軸向定位的要求條件不高，利用兩個(gè)螺栓即可，螺 栓的規(guī)格為 M1060 (2)由于卷繩管上凸臺(tái)的長(zhǎng)為 30，故 BC 段寬度 ，為了保證卷30BCm 簾繩能全部纏繞在絞盤上并留有一定的寬度，絞盤的總寬度 B=80mm. 至此，已經(jīng)初步確定了絞盤的形狀尺寸。 4.校核絞盤的強(qiáng)度 按扭轉(zhuǎn)校核絞盤的強(qiáng)度，根據(jù)公式 0TW 為單個(gè)絞盤所受的扭矩 = =62.5N 0T0TFr W 為抗扭截面模量 =0.02311m3 3()16Dd =2.5MPa4TW 查手冊(cè)知 =20MPa 則 可知絞盤的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度是合理的。因?yàn)榻g盤不受軸向力的作用，故略去強(qiáng)度校 核。至此絞盤的設(shè)計(jì)即將結(jié)束。 其具體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)見零件圖。 第 43 頁(yè) 共 49 頁(yè) 3.3.3 滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì) 1.確定軸承的設(shè)計(jì)方案 卷簾機(jī)要長(zhǎng)年在戶外作業(yè),外界環(huán)境對(duì)滑動(dòng)軸承的影響巨