波紋管機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
波紋管機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算,波紋管,傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì),計(jì)算
畢業(yè)設(shè)計(jì)
波紋管機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
學(xué)生姓名： 王浩 學(xué)號(hào)： 102011133
系 部： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師： 于立興
二零一四年六月
誠(chéng)信聲明
本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。
本人簽名： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
設(shè)計(jì)題目： 波紋管機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
系部： 機(jī)械工程系 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào)： 102011133
學(xué)生： 王浩 指導(dǎo)教師（含職稱）：于立興（正高）專業(yè)負(fù)責(zé)人：田靜
1． 設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)
傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)波紋管機(jī)設(shè)計(jì)的一部分，主要任務(wù)是綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過所學(xué)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定傳動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)，進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算，合理的選擇元件，對(duì)所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)的性能進(jìn)行校核，最終設(shè)計(jì)出一個(gè)可靠的，先進(jìn)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。
2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容
傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，包括液壓傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容大致如下：（1）確定傳動(dòng)系統(tǒng)的主要性能參數(shù)；（2）選擇電動(dòng)機(jī)，齒輪等傳動(dòng)元件；
（3）驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)性能；（4）設(shè)計(jì)詳細(xì)的系統(tǒng)。
3．主要參考文獻(xiàn)
[1] 濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第八版.西安:高等教育出版社, 2005
[2] 成虹.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2004.
[3] 王征,王仙紅.AutoCAD 2010實(shí)用教程[M].北京:清華大學(xué)出版社, 2009
[4]Sors L.Fatigue Design Of Machine Components. Oxford:Pergamon press,1971
4．進(jìn)度安排
設(shè)計(jì)各階段名稱
起 止 日 期
1
確定設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行開題檢查
2013.12~2014.03.14
2
開始著手進(jìn)行設(shè)計(jì)工作
2014.03.14~2014.01.10
3
進(jìn)行中期檢查
2014.04.10 ~2014.04.25
4
整理論文完，論文完善，打印裝訂訂
2014.04.25~2014.06.09
5
設(shè)計(jì)及及圖紙整理，準(zhǔn)備答辯
2014.06.10~2014.06.18
波紋管機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
摘要：波紋成型機(jī)是生產(chǎn)波紋管的核心設(shè)備，生產(chǎn)出的波紋管已經(jīng)廣泛用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，它是集機(jī)電液為一體的現(xiàn)代化高技術(shù)設(shè)備。
本文針對(duì)生產(chǎn)的要求，提出了設(shè)計(jì)題目。并對(duì)該機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了全面設(shè)計(jì)。研究方案主要是根據(jù)能量傳遞，采用齒輪傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)的方法來完成設(shè)計(jì)，在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)波紋管成型的工作過程，進(jìn)行了液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)，確定了液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。計(jì)算了整個(gè)液壓系統(tǒng)的流量，并根據(jù)流量和壓力進(jìn)行了液壓閥的選型、油箱的設(shè)計(jì)和各個(gè)輔助元件的選擇，計(jì)算了各個(gè)系統(tǒng)的功率，據(jù)此選擇了電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。齒輪傳動(dòng)方面，通過計(jì)算各種傳動(dòng)比，最后選擇出合適的零件。
關(guān)鍵詞：波紋管成型機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng); 液壓傳動(dòng)
Design and calculation of the corrugated pipe machine drivesystem
Abstract： Corrugated molding machine is the core of the corrugated pipe production equipment, production of corrugated pipe has been widely used in various industrial fields, it is a concentration of electromechanical liquid for the integration of modern high-tech equipment.
Based on the requirements of production, and puts forward the design topics. And has carried on the comprehensive design of the machine drive system.
Research plan is mainly based on the energy transfer, the use of gearing, hydraulic transmission method to complete the design
In the transmission system design, according to the working process of the corrugated pipe forming, this paper gives the design of the hydraulic system schematic diagram, the hydraulic system of actuators is determined. Calculate flow rate of the whole hydraulic system, and according to the flow rate and pressure of the hydraulic valve type selection, the design of the tank and various auxiliary components selection, calculated the power of each system, selecting the motor model, finally draw the assembly drawing of hydraulic pump station.Gear transmission, through the calculation of transmission ratio, finally choose the right parts.
Key words: corrugated pipe forming machine; The transmission system; Hydraulic transmission
目 錄
1緒論 1
1.1 國(guó)內(nèi)波紋管的概況和發(fā)展趨勢(shì) 1
1.2 波紋管成型機(jī)簡(jiǎn)介 2
1.3 課題的提出與意義 3
1.4 課題研究中的主要難點(diǎn)以及解決的方法 3
2 設(shè)計(jì)方案的確定 4
2.1 傳動(dòng)方案的確定 4
2.1.1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)擬定的一般原則 4
2.1.2 確定最終傳動(dòng)方案 5
2.2 確定各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率 6
3 電動(dòng)機(jī)的選擇 7
3.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型及結(jié)構(gòu)形式 7
3.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇 7
3.2.1 電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算推演 8
3.2.2 確定電動(dòng)機(jī)具體型號(hào) 8
3.3 確定各部件的功率與線速度 8
3.4 確定各軸的轉(zhuǎn)速 8
3.5 確定傳遞的轉(zhuǎn)矩 9
4 鏈傳動(dòng)的選擇及設(shè)計(jì) 10
4.1鏈傳動(dòng)的選擇 10
4.2 鏈輪 11
4.2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算功率Pd 12
4.2.2 確定帶型與選擇傳動(dòng)比 12
4.2.3 確定型號(hào) 12
5 減速器的設(shè)計(jì) 13
5.1 選擇減速器的類型 13
5.2 減速器中齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 13
5.2.1 確定齒輪精度等級(jí)、齒輪類型、齒數(shù)和材料精度等級(jí) 13
5.2.2確定結(jié)構(gòu)尺寸 18
5.3 齒輪軸的設(shè)計(jì) 19
5.3.1 材料選擇 19
5.3.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 19
6 大小弧齒錐齒輪 28
6.1 齒輪參數(shù)的選擇 28
6.2 齒輪傳動(dòng)的許用應(yīng)力 29
6.3 齒輪精度的選擇? 30
6.4 大小弧齒錐齒輪的選擇與設(shè)計(jì) 30
6.4.1 斜齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)、嚙合條件以及基本參數(shù) 30
6.4.2 齒輪數(shù)據(jù) 31
結(jié)論 33
致謝 34
參考文獻(xiàn) 35
I
太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
1緒論
1.1 國(guó)內(nèi)波紋管的概況和發(fā)展趨勢(shì)
在公路施工中，應(yīng)用鋼波紋管涵代替鋼筋混凝土進(jìn)行涵洞施工作歷史已經(jīng)有100多年了。1896年，美國(guó)率先進(jìn)行波紋管涵通道、涵管的可行性研究。其后，在美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)的公路建設(shè)中，均采用了鋼波紋管涵進(jìn)行涵洞的施工。1990年，日本高速公路設(shè)計(jì)，規(guī)范制定了波紋管涵設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范。隨著波紋管涵在世界各地的安裝使用，證明了此種結(jié)構(gòu)在各種使用情況下的通用性。在我國(guó)改革開放后，深圳及大同煤礦開始從國(guó)外進(jìn)口成品波紋管涵進(jìn)行涵洞施工。之后，上海市公路管理處、上海市政工程設(shè)計(jì)研究院、上海同濟(jì)大學(xué)對(duì)金屬波紋管涵進(jìn)行了動(dòng)、靜載試驗(yàn)，結(jié)果表明能滿足設(shè)計(jì)使用要求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白，且迅速得到推廣應(yīng)用。百順牌鋼波紋管涵投入到了青海公路施工當(dāng)中，三年的實(shí)踐證明，鋼波紋管涵在北方寒冷地區(qū)完全符合公路建設(shè)當(dāng)中的涵洞施工要求。
實(shí)踐證明，用鋼制波紋管涵代替鋼筋混凝土進(jìn)行涵洞施工，無論從施工周期、施工造價(jià)、環(huán)保意義等方面都有其不可比擬的優(yōu)越性，且用鋼波紋管涵進(jìn)行涵洞施工，可大大提高道路行車的舒適度與安全性，避免道路中涵洞的“錯(cuò)臺(tái)跳車”現(xiàn)形，有利于解決西北地區(qū)寒冷霜凍對(duì)砼管涵結(jié)構(gòu)的破壞問題。
浙贛鐵路九標(biāo)管段共有 14 座公跨鐵立交橋，為了爭(zhēng)搶工期，全段公路跨線橋梁的施工由現(xiàn)澆變?yōu)樘崆邦A(yù)制，由于橋梁工點(diǎn)分散，設(shè)置了10 處橋梁預(yù)制場(chǎng)地，共預(yù)制梁56 片。公路橋梁采用箱形梁，后張法張拉，預(yù)應(yīng)力孔道采用扁波紋管。從施工一開始，就得趕快研究圖紙，打每一片梁都堅(jiān)持檢查施工質(zhì)量，從鋼筋數(shù)量、尺寸及波紋管的安裝和混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿、封錨等各方面都不錯(cuò)過，但在施工過程中，還是偶爾會(huì)有波紋管孔道堵塞現(xiàn)象發(fā)生，一旦堵塞發(fā)生，只能對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)做“開刀”處理，然后嵌補(bǔ)，這樣的結(jié)果是，堵孔多了必然影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，嚴(yán)重會(huì)造成質(zhì)量事故。在施工中人們大多使用波紋管成孔，所以防止這種現(xiàn)象的發(fā)生就顯得十分重要了。其實(shí)堵孔現(xiàn)象并不是不能避免的。從對(duì)造成堵孔的原因分析人手，人們采取了相應(yīng)的措施，取得了良好的效果。
目前我國(guó)已有專門生產(chǎn)波紋管涵的工廠，鑒于這種管涵的許多優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)鋼材產(chǎn)量已跨居世界前列，在我國(guó)推廣應(yīng)用波紋管涵的前景是非常廣闊的。
XXXIX
1.2 波紋管成型機(jī)簡(jiǎn)介
波紋成型機(jī)是生產(chǎn)波紋管的核心設(shè)備，由成型模具、傳動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)部分組成。成型模具一般由30~40 對(duì)上下（或水平）對(duì)開的模片組成，沿一定的軌跡移動(dòng)，模具閉合成圓形管子的成型腔，模具打開，使制品脫模，模具可由水或空氣冷卻。其成型過程為：從擠出機(jī)擠出管坯在一定的水壓下，經(jīng)過吹脹（或真空吸附），使內(nèi)外壁分別貼合在成型模具和內(nèi)定徑棒上成型。波紋成型機(jī)同時(shí)具有牽引管材的作用。波紋成型機(jī)有立式和水平式兩種，立式波紋成型機(jī)其模具上下開合，占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，但模具更換較困難，特別是大口徑模具的更換。水平式波紋成型機(jī)其成型模具水平開合，占地面積較大，但更換模具比立式方便得多，因比其應(yīng)用更廣泛。一般小口徑管材，采用的是整體式模具，而大口徑管材考慮到其模具重量大，更換時(shí)不方便，故一般采用托架式模具，換口徑時(shí)，只需更換托架內(nèi)的芯模即可，節(jié)省了模具制造成本。波紋成型機(jī)的關(guān)鍵就是成型模具運(yùn)行軌道的確定，需先建立模具運(yùn)行的數(shù)字模型，然后印出其軌跡，最后按照這一軌跡組合模具。
雙壁波紋管的成型方法一般有真空成型法和壁間充氣成型法兩種，也有同時(shí)使用這兩種方法的。真空成型法是通過成型模具上的真空孔使管坯外壁靠負(fù)壓作用吸附在成型模具上，其內(nèi)壁靠伸出芯模的定徑棒定型。這種方法生產(chǎn)的管子的外觀質(zhì)量較好，但其內(nèi)外徑尺寸穩(wěn)定性較差，且真空孔易堵塞，造成產(chǎn)品外壁波紋缺陷。壁間充氣成型法是在兩層料坯中間通壓縮空氣，把管坯外壁吹脹入成型模具，同時(shí)使管內(nèi)壁貼附在內(nèi)定徑棒上。并可根據(jù)管口徑，壁原的大小來調(diào)氣壓。應(yīng)用這種方法生產(chǎn)的管材.尺寸穩(wěn)定性好。
國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的波紋管成型機(jī)，一般為水平式結(jié)構(gòu)，大口徑管材也采用托架式模具。但受其加工設(shè)備的限制，其模具的加工精度和同一性與國(guó)外同類產(chǎn)品相比還有差距，在生產(chǎn)中機(jī)器故障較多，有時(shí)還可能造成模具運(yùn)行軌道的損壞。
近年來上海金緯機(jī)械制造有限公司開發(fā)了一系列大口徑雙壁波紋管生產(chǎn)線，其波紋成型機(jī)采用立式結(jié)構(gòu)，由于模具的加工采用了大型加工中心生產(chǎn)，其同一性和精度均達(dá)到較高的水平。同時(shí)，模具采用快速冷卻系統(tǒng)，可較大程度地提高生產(chǎn)速度。雖然國(guó)產(chǎn)的波紋成型機(jī)質(zhì)量不如國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，但由于其價(jià)格比國(guó)外同類產(chǎn)品低很多，且其生產(chǎn)的管材能達(dá)到要求，故近年來國(guó)內(nèi)大部分波紋管生產(chǎn)廠家還是采用國(guó)產(chǎn)生產(chǎn)線。故國(guó)產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)廠家這幾年發(fā)展較快，但還應(yīng)致力提高加工水平，開發(fā)新產(chǎn)品，縮小與國(guó)外產(chǎn)品的差距。最近幾年，國(guó)外研制出了模具速回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，即利用機(jī)械或氣動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)，把最后一對(duì)模片重新快速帶回開始的工作位置。它的優(yōu)點(diǎn)是模片數(shù)可減少，一般僅需12~18 對(duì)模片，在生產(chǎn)大口徑管材時(shí)，可極大地降低波紋成型機(jī)的生產(chǎn)成本。
1.3 課題的提出與意義
金屬波紋管涵代替鋼筋混凝土進(jìn)行涵洞施工是一項(xiàng)新技術(shù)，金屬波紋管涵也叫鋼制波紋涵管，是指鋪埋在公路，鐵路下面的涵洞用螺紋波紋管，它是由波形金屬板卷制成或用半圓波形鋼片拼制成的圓形波紋管，廣泛應(yīng)用于公路，鐵路，小橋，通道，擋土墻以及各種礦場(chǎng)，巷道擋墻支護(hù)等工程中的涵洞（管）。
波紋管涵是與鋼筋混凝土管涵相比，具有重量輕，性價(jià)比好，便于運(yùn)輸存放，施工工藝簡(jiǎn)單，組裝快速，工期短等優(yōu)點(diǎn)。建筑波紋管時(shí)，可根據(jù)需要隨意組裝成任何長(zhǎng)度，必要時(shí)，管節(jié)還可拆除，遷往別處修建，在缺乏砂石材料地區(qū)或地基承載力較低的地區(qū)，波紋管涵的優(yōu)越性更為顯著。
1.4 課題研究中的主要難點(diǎn)以及解決的方法
本課題主要研究的是波紋管機(jī)的傳動(dòng)部分，所以在設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)是：通過工件需求對(duì)電機(jī)的確定、各傳動(dòng)部件的計(jì)算以及確定
在傳動(dòng)的過程中，要求材料行走緩慢、平穩(wěn)，這樣可避免因速度過快而使材料發(fā)生翹曲變形，且易于實(shí)現(xiàn)控制。整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)安裝在底座上，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)要求緊湊，外廓尺寸小。因此要保證傳動(dòng)比大，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)平穩(wěn)性和可靠性較好，使得整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊。二級(jí)減速為斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，同時(shí)具備上述特點(diǎn)，充分滿足生產(chǎn)要求。
鋼材在行走時(shí)主要受到輔助系統(tǒng)門式托架的滾動(dòng)摩擦阻力和冷彎滾輪的摩擦阻力[6]。通過分析，這兩種力都比較小，主要是受到冷彎滾輪通過型鋼傳遞過來的擠壓力。經(jīng)分析得知，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩并不是很大，所以驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率一般較小，Y系列三相異步交流電動(dòng)機(jī)小功率即可滿足要求。
2 設(shè)計(jì)方案的確定
2.1 傳動(dòng)方案的確定
2.1.1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)擬定的一般原則
（1）采用簡(jiǎn)短的運(yùn)動(dòng)鏈；
采用盡可能簡(jiǎn)短的運(yùn)動(dòng)鏈，有利于降低零部件的重量和制造成本，也有利于提高機(jī)械傳動(dòng)效率和減小積累誤差[7]。為了使運(yùn)動(dòng)鏈盡量短，所以應(yīng)注意原動(dòng)機(jī)的類型和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的選擇，以簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈。
（2）優(yōu)先選用基本結(jié)構(gòu)；
基本結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)方便，技術(shù)成熟，故在滿足功能要求的條件下，應(yīng)優(yōu)先選用基本機(jī)構(gòu)。若基本機(jī)構(gòu)不能滿足或者不能很好的滿足機(jī)械的運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力要求時(shí)，可以適當(dāng)?shù)貙?duì)其進(jìn)行變異或組合。
（3）合理安排不同類型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的順序；
一般來說，在機(jī)構(gòu)的排列順序上有如下的一些規(guī)律：首先，在可能的情況下，轉(zhuǎn)變運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)構(gòu)（如凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等）通?？偸前才旁谶\(yùn)動(dòng)鏈的末端，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)靠近。其次，帶傳動(dòng)等摩擦傳動(dòng)，一般都安排在轉(zhuǎn)速較高的運(yùn)動(dòng)鏈的始端，以減小其傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而減小其外形尺寸。這樣安排，也有利于啟動(dòng)平穩(wěn)和過載保護(hù)，而且原動(dòng)機(jī)的布置也方便。
（4）合理分配傳動(dòng)比；
運(yùn)動(dòng)鏈的總傳動(dòng)比應(yīng)合理分配給各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具體分配方法應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
? 各種傳動(dòng)的每級(jí)傳動(dòng)比要在推薦值范圍內(nèi)，以符合各種形式的傳動(dòng)特點(diǎn)，有利于發(fā)揮性能，并使結(jié)構(gòu)緊湊。如一級(jí)傳動(dòng)比過大，對(duì)機(jī)構(gòu)的性能和尺寸都是不利的。例如當(dāng)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比大于8至10時(shí)，一般應(yīng)設(shè)計(jì)成兩級(jí)傳動(dòng)；當(dāng)傳動(dòng)比在30以上時(shí)，常設(shè)計(jì)成兩級(jí)以上的齒輪傳動(dòng)。但是，對(duì)于帶傳動(dòng)來說，一般不采用多級(jí)傳動(dòng)。
? 當(dāng)傳動(dòng)鏈為減速傳動(dòng)時(shí)，必須十分注意機(jī)械的安全運(yùn)轉(zhuǎn)問題，防止發(fā)生損壞機(jī)械或傷害人身的可能。如，為防止機(jī)械因過載而損壞，可采用具有過載打滑現(xiàn)象的摩擦傳動(dòng)或裝置安全聯(lián)軸器等。對(duì)于以上要求，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡量滿足。
（5）兩種方案的對(duì)比
本次設(shè)計(jì)中，在動(dòng)力傳動(dòng)過程是有兩種方式，帶傳動(dòng)和鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)。因此在選擇時(shí)要充分考慮工作環(huán)境和工作強(qiáng)度等因素。
? 帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
帶傳動(dòng)靠摩擦力工作且?guī)Ь哂袕椥?，能緩和沖擊，吸收震動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)無噪音;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)制造方便，成本較低同時(shí)具有過載保護(hù)作用。鏈傳動(dòng)用在工作可靠，低速重載，工作環(huán)境惡劣，以及其他不宜采用齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的場(chǎng)合，例如翻土機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用鏈傳動(dòng)，雖然經(jīng)常受到土塊、泥漿和瞬時(shí)過載等的影響，依然能夠很好的工作。
? 帶傳動(dòng)在高速級(jí)，鏈傳動(dòng)在低速級(jí)
若將鏈傳動(dòng)放置高速級(jí)，會(huì)加劇運(yùn)動(dòng)的不均勻性，動(dòng)載荷變大，震動(dòng)和噪音增大，降低鏈傳動(dòng)的壽命，鏈傳動(dòng)只能實(shí)現(xiàn)平行軸間的同向傳動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保證恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比，磨損后易發(fā)生跳齒，工作時(shí)有噪音，不宜用在載荷變化很大、高速和急速反向的傳動(dòng)中，即應(yīng)布置在低速級(jí)[8]。而若將帶傳動(dòng)放置低俗級(jí)，會(huì)使結(jié)構(gòu)尺寸增大，及應(yīng)布置在高速級(jí)，與電機(jī)直接相連，可以起到緩沖吸震的作用，還能起到過載打滑的作用，保護(hù)零件，放在高速級(jí)，功率不變的情況下，高速級(jí)速度高，帶傳動(dòng)所需的有效拉力就小，帶傳動(dòng)的尺寸也就較小。
而在本次設(shè)計(jì)中，除傳動(dòng)比要求不是很高，外加工作環(huán)境的影響。因此決定采用鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)。
2.1.2 確定最終傳動(dòng)方案
通過對(duì)以上內(nèi)容的了解和分析結(jié)合在實(shí)習(xí)和老師的多次指導(dǎo)最終確定了波紋管機(jī)的整體傳動(dòng)方案。
方案如下：
電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過變頻以及減速機(jī)后由鏈條連接主傳動(dòng)軸和鏈輪，在通過固定在軸上的兩個(gè)錐齒輪帶動(dòng)軋輥。兩個(gè)軋輥在用聯(lián)軸器連接，使其完成要求的加工過程。整個(gè)傳動(dòng)過程如圖2-1所示
1-電動(dòng)機(jī) 2-鏈輪 3-鏈條
4-大小弧齒錐齒輪 5-主傳動(dòng)軸
圖2-1傳動(dòng)系統(tǒng)圖
2.2 確定各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率
參閱表 [9]并結(jié)合設(shè)計(jì)的整體傳動(dòng)方案和各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)自身的特點(diǎn)確定各機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率如下：
鏈條的傳動(dòng)效率是：
滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率是：
大小齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率是：齒=0.97
聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率是：聯(lián) =0.99
3 電動(dòng)機(jī)的選擇
3.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型及結(jié)構(gòu)形式
電動(dòng)機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式機(jī)器,它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,它主要包括一個(gè)用以產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子,其導(dǎo)線中有電流通過并受磁場(chǎng)的作用而使轉(zhuǎn)動(dòng)。
它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。各種電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣的是交流異步電動(dòng)機(jī)（又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī) ）。它使用方便 、運(yùn)行可靠 、價(jià)格低廉 、結(jié)構(gòu)牢固，但功率因數(shù)較低，調(diào)速也較困難。大容量低轉(zhuǎn)速的動(dòng)力機(jī)常用同步電動(dòng)機(jī)（見同步電機(jī)）。同步電動(dòng)機(jī)不但功率因數(shù)高，而且其轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)，只決定于電網(wǎng)頻率。工作較穩(wěn)定。電動(dòng)機(jī)在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時(shí)運(yùn)行制、斷續(xù)周期運(yùn)行制）下所能承擔(dān)而不至引起電機(jī)過熱的最大輸出機(jī)械功率稱為它的額定功率，使用時(shí)需注意銘牌上的規(guī)定。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)需注意使其負(fù)載的特性與電機(jī)的特性相匹配，避免出現(xiàn)飛車或停轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法很多，能適應(yīng)不同生產(chǎn)機(jī)械速度變化的要求。一般電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)其輸出功率會(huì)隨轉(zhuǎn)速而變化[10]。從能量消耗的角度看，調(diào)速大致可分兩種 ：① 保持輸入功率不變,通過改變調(diào)速裝置的能量消耗，調(diào)節(jié)輸出功率以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。②控制電動(dòng)機(jī)輸入功率以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
3.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇
電動(dòng)機(jī)的功率選擇的是否合適,對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。功率選的過小,不能保證工作機(jī)的正常工作或使電動(dòng)機(jī)因過載而過早的損壞;而功率選的過大,則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格較高,能力又不能充分利用,而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常不能滿載運(yùn)行,其使用效率和功率因數(shù)都較低,增加了電能的消耗造成了能源的浪費(fèi)。所以在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)考慮設(shè)計(jì)機(jī)器的使用要求和加工參數(shù)，并經(jīng)過細(xì)致周密的計(jì)算推演，建立起可靠而又縝密的理論模型，再根據(jù)經(jīng)濟(jì)性原則最終確定具體的電動(dòng)機(jī)參數(shù)。
3.2.1 電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算推演
根據(jù)本人設(shè)計(jì)的波紋管機(jī)的使用要求，軋輥速度是0.02米每秒，查資料得主體部分的=5KW。 因?yàn)橐勒照w傳動(dòng)方案可計(jì)算出KW，所以，KW7KW
3.2.2 確定電動(dòng)機(jī)具體型號(hào)
所以根據(jù)計(jì)算出的結(jié)果和查表后最終確定出了電動(dòng)機(jī)的具體型號(hào)。
因?yàn)楣β实拇_定所以選擇Y系列電機(jī)，而加工時(shí)要求的轉(zhuǎn)速不高以及節(jié)約資金等本次選用Y系列小型三相異步電動(dòng)機(jī)Y160M-6，其主要技術(shù)參數(shù)如下所示：
功率KW：7.5 電流A：6.58A 轉(zhuǎn)速r/min：970 效率（%）：89% 頻率：50HZ 電壓：380V
3.3 確定各部件的功率與線速度
3.4 確定各軸的轉(zhuǎn)速
3.5 確定傳遞的轉(zhuǎn)矩
4 鏈傳動(dòng)的選擇及設(shè)計(jì)
4.1鏈傳動(dòng)的選擇
鏈傳動(dòng)是嚙合傳動(dòng)，平均傳動(dòng)比是準(zhǔn)確的。它是利用鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)是通過鏈條將具有特殊齒形的主動(dòng)鏈輪的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到具有特殊齒形的從動(dòng)鏈輪的一種傳動(dòng)方式。 鏈傳動(dòng)有許多優(yōu)點(diǎn)，與帶傳動(dòng)相比，無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強(qiáng)，相同工況下的傳動(dòng)尺寸??；所需張緊力小，作用于軸上的壓力小；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。 鏈傳動(dòng)的缺點(diǎn)主要有：僅能用于兩平行軸間的傳動(dòng)；成本高，易磨損，易伸長(zhǎng)，傳動(dòng)平穩(wěn)性差，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加動(dòng)載荷、振動(dòng)、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動(dòng)中，在近代機(jī)械種應(yīng)用廣泛。其大致圖形如下：
圖4-1 鏈條示意圖
鏈條長(zhǎng)度以鏈節(jié)數(shù)來表示。鏈節(jié)數(shù)最好取為偶數(shù)，以便鏈條聯(lián)成環(huán)形時(shí)正好是外鏈板與內(nèi)鏈板相接，接頭處可用彈簧夾或開口銷鎖緊。若鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，則需采用過渡鏈節(jié)。在鏈條受拉時(shí)，過渡鏈節(jié)還要承受附加的彎曲載荷，通常應(yīng)避免采用。
齒形鏈由許多沖壓而成的齒形鏈板用鉸鏈聯(lián)接而成，為避免嚙合時(shí)掉鏈，鏈條應(yīng)有導(dǎo)向板(分為內(nèi)導(dǎo)式和外導(dǎo)式)。齒形鏈板的兩側(cè)是直邊，工作時(shí)鏈板側(cè)邊與鏈輪齒廓相嚙合。鉸鏈可做成滑動(dòng)副或滾動(dòng)副，滾柱式可減少摩擦和磨損，效果較軸瓦式好。與滾子鏈相比，齒形鏈運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、承受沖擊載荷的能力高；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、也較重，所以它的應(yīng)用沒有滾子鏈那樣廣泛。齒形鏈多用于高速(鏈速可達(dá)40m/s)或運(yùn)動(dòng)精度要求較高的傳動(dòng)。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了滾子鏈鏈輪齒槽的齒面圓弧半徑 、齒溝圓弧半徑和齒溝角 的最大和最小值(詳見GB1244-85)。各種鏈輪的實(shí)際端面齒形均應(yīng)在最大和最小齒槽形狀之間。這樣處理使鏈輪齒廓曲線設(shè)計(jì)有很大的靈活性[11]。但齒形應(yīng)保證鏈節(jié)能平穩(wěn)自如地進(jìn)入和退出嚙合，并便于加工。符合上述要求的端面齒形曲線有多種。最常用的齒形是“三圓弧一直線”，即端面齒形由三段圓弧和一段直線組成。
4.2 鏈輪
鏈輪軸面齒形兩側(cè)呈圓弧狀，以便于鏈節(jié)進(jìn)入和退出嚙合。齒形用標(biāo)準(zhǔn)刀具加工時(shí)，在鏈輪工作圖上不必繪制端面齒形，但須繪出鏈輪軸面齒形，以便車削鏈輪毛壞。軸面齒形的具體尺寸見有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。另外鏈輪齒應(yīng)有足夠的接觸強(qiáng)度和耐磨性，故齒面多經(jīng)熱處理。小鏈輪的嚙合次數(shù)比大鏈輪多，所受沖擊力也大，故所用材料一般應(yīng)優(yōu)于大鏈輪。常用的鏈輪材料有碳素鋼(如Q235、Q275、45、ZG310-570等)、灰鑄鐵(如HT200)等。重要的鏈輪可采用合金鋼。
小直徑鏈輪可制成實(shí)心式；中等直徑的鏈輪可制成孔板式；直徑較大的鏈輪可設(shè)計(jì)成組合式，若輪齒因磨損而失效，可更換齒圈。鏈輪輪轂部分的尺寸可參考帶輪。另要注意鏈傳動(dòng)的失效形式主要有以下幾種：
(1) 鏈板疲勞破壞 鏈在松邊拉力和緊邊拉力的反復(fù)作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板會(huì)發(fā)生疲勞破壞。正常潤(rùn)滑條件下，鏈板疲勞強(qiáng)度是限定鏈傳動(dòng)承載能力的主要因素。
(2) 滾子、套筒的沖擊疲勞破壞 鏈傳動(dòng)的嚙入沖擊首先由滾子和套筒承受。在反復(fù)多次的沖擊下，經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)，滾子、套筒可能會(huì)發(fā)生沖擊疲勞破壞。這種失效形式多發(fā)生于中、高速閉式鏈傳動(dòng)中。
(3) 銷軸與套筒的膠合 潤(rùn)滑不當(dāng)或速度過高時(shí)，銷軸和套筒的工作表面會(huì)發(fā)生膠合。膠合限定了鏈傳動(dòng)的極限轉(zhuǎn)速。
(4) 鏈條鉸鏈磨損 鉸鏈磨損后鏈節(jié)變長(zhǎng)，容易引起跳齒或脫鏈。開式傳動(dòng)、環(huán)境條件惡劣或潤(rùn)滑密封不良時(shí)，極易引起鉸鏈磨損，從而急劇降低鏈條的使用壽命。過載拉斷 這種拉斷常發(fā)生于低速重載的傳動(dòng)中。
4.2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算功率Pd
查資料得工況系數(shù)KA=1.3
Pd= KAPo=1.3×7.5=9.75kW
4.2.2 確定帶型與選擇傳動(dòng)比
由于Pd=9.75kW和no=60.6r/min,參考《鏈條參數(shù)表》[11]選擇B型普通鏈條
因?yàn)殒湹脑趥鲃?dòng)比一般在2～4范圍之中，所以選取傳動(dòng)比是：i=4
4.2.3 確定型號(hào)
根據(jù)所需以及查表確定鏈條型號(hào)為40B-1型，如下表4-1：
表4-1鏈條型號(hào)表
DIN
ISO
鏈條
節(jié)距
滾子直徑
內(nèi)節(jié)內(nèi)寬
銷軸直徑
銷軸長(zhǎng)度
內(nèi)鏈板高度
鏈板厚度
極限拉伸載荷
每米長(zhǎng)重
P
d1max
b1min
d2max
Lmin
Lmax
h2max
Tmax
Qmin
Q
mm
inch
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
KN
KN/m
40B-1
63
5/2
39.37
38.10
22.89
82.2
89.2
52.96
8.5/8.0
355.0
16.35
5 減速器的設(shè)計(jì)
5.1 選擇減速器的類型
減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩以滿足各種工作機(jī)械的需要。減速器的種類很多，按照傳動(dòng)形式不同可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和星式減速器 [12]；按照傳動(dòng)的不知形式又分為展開式、分流式。常見減速器的特點(diǎn)：
（1） 齒輪減速器的特點(diǎn)是效率及可靠性高，工作壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)便，因而應(yīng)用廣泛。
（2） 蝸桿減速器的特點(diǎn)是在外廓尺寸不大的情況下，可以獲得大的傳動(dòng)比，工作平穩(wěn)，噪聲較小，但效率較低。其中應(yīng)用最廣的式單級(jí)蝸桿減速器，兩級(jí)蝸桿減速器應(yīng)用較少。
（3） 行星減速器其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、使用壽命很長(zhǎng)，額定輸出扭矩可以做的很大，但制造精度要求較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且價(jià)格略貴。
綜合冷彎?rùn)C(jī)的設(shè)計(jì)使用要求，在確保設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性的前提下最終選擇單級(jí)圓柱齒輪減速器。經(jīng)過計(jì)算可確定減速器的傳動(dòng)比是：i=4，該減速器的基本結(jié)構(gòu)由齒輪、軸及軸承組合，箱體，減大部分組成。
5.2 減速器中齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
5.2.1 確定齒輪精度等級(jí)、齒輪類型、齒數(shù)和材料精度等級(jí)
結(jié)合設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)參數(shù)我準(zhǔn)備選用直齒圓柱齒輪減速器，此種減速器為普通減速器，速度不快，所以選用7級(jí)精度即可在保證經(jīng)濟(jì)性的條件下滿足需求。
材料的選擇和齒數(shù)的確定
查閱表(本章以下數(shù)據(jù)出自<<機(jī)械設(shè)計(jì)>>)確定：
小齒輪的材料是20Cr2Ni4（調(diào)質(zhì)），硬度是350HBS
大齒輪的材料是12鋼（調(diào)質(zhì)），硬度是320HBS
確定：小齒輪齒數(shù)是z1=19
大齒輪齒是z2=uz1=6×19=114
依據(jù)齒面接觸的強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)：
按照設(shè)計(jì)計(jì)算公式試算：
d
明確公式內(nèi)的各字母所表示的數(shù)值
（1）載荷系數(shù) Kt=1.3
（2）確定小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
T=95.5×10N·mm
（3）查閱表確定齒寬系數(shù)為Фd=1.1
（4）查閱表確定材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8
（5）查閱圖根據(jù)齒面硬度確定：
小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為Hlim1=1200
大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為Hlim2=1100
（6）根據(jù)公式計(jì)算出（N齒輪的工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，n轉(zhuǎn)速）
N=60n=60×240×1×72000=1.037×10
N=1.037×10/6=1.728×10
（7）查閱圖確定接觸疲勞壽命系數(shù)為：
KHN1=0.90；KHN2=0.94
（8）確定接觸疲勞許用應(yīng)力
根據(jù)失效概率是1%，安全系數(shù)是S=1（由于點(diǎn)蝕破壞后只會(huì)引起噪聲、震動(dòng)增大，并不立刻導(dǎo)致不能繼續(xù)工作的后果，故可取s=1），依據(jù)公式有：
確定具體數(shù)值
（1）確定小齒輪分度圓直徑
d
=2.32mm
（2）確定圓周速度
v=m/s
（3）確定齒寬b
b=Фd·d1t=1.1×122.27=134.497mm
(4）確定齒寬與齒高之比b/h
m模數(shù)是：
mmm
齒高是：
h=2.25m=2.25×6.44=14.48mm
b/h=
（5）確定載荷系數(shù)
因?yàn)関=1.54m/s,且減速器是7級(jí)精度
查閱圖選擇動(dòng)載系數(shù)為：KV=1.06
如果KAFt/b<100N/mm。查閱表10-3可得KHα=KFα=1.2
查閱表可得使用系數(shù)為KA=1.5，查閱表得當(dāng)7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)軸承是非對(duì)稱安裝時(shí)有
把數(shù)據(jù)代入有：
因?yàn)閎/h=9，KHβ=1.52查閱圖可得 KFβ=1.42
所以載荷系數(shù)為：
==1.5×1.06×1.2×1.52=2.9
（6）根據(jù)實(shí)際的載荷系數(shù)校核計(jì)算出的分度圓直徑，依據(jù)公式有：
dmm
（7）確定模數(shù)m
m=dmm
根據(jù)齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
查閱公式可得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)計(jì)算公式是：
（1）查圖可得：
小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為FE1=920MP
大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為FE2=620MP
（2）查閱圖可得：
彎曲疲勞壽命系數(shù)為KFN1=0.88，KFN1=0.91
（3）確定彎曲疲勞許用應(yīng)力
選擇彎曲疲勞安全系數(shù)為S=1.4，依據(jù)可得：
MP
MP
（4）確定載荷系數(shù)K
（5）確定齒形系數(shù)
查表可得 YFα1=2.85，YFα2=2.17
（6） 確定應(yīng)力校核系數(shù)
查表可得 YSα1=1.54，YSα2=1.80
（7）確定大、小齒輪的然后進(jìn)行比較
經(jīng)過計(jì)算可知大齒輪的數(shù)值比小齒輪的大
（8）設(shè)計(jì)計(jì)算
mm
比較計(jì)算結(jié)果，由齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力大小，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，所以可選擇由彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算得到的模數(shù)4.25并就近選擇標(biāo)準(zhǔn)值m=4mm,根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得到的分度圓直徑為：
d1=158.95mm
確定小齒輪齒數(shù)
確定大齒輪齒數(shù)
通過上述計(jì)算得出的齒輪傳動(dòng)方案，即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度的要求，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的要求，而且結(jié)緊湊，保證了經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)，避免了一些不必要的浪費(fèi)。
確定幾何尺寸
（1）確定分度圓直徑
mm
mm
（2）確定中心距
mm
（3）確定齒輪寬度
mm
（4）校核計(jì)算
N
5.2.2確定結(jié)構(gòu)尺寸
確定小齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸
模數(shù)： m=5mm
壓力角： α=20
分度圓直徑： d1=128mm
齒頂高： ha=m=5mm
齒根高： mm
全齒高： mm
齒頂圓直徑： mm
齒根圓直徑： mm
中心距： mm
齒數(shù)比： u=6
確定大齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸
分度圓直徑： d =640mm
齒頂圓直徑： mm
齒根圓直徑： mm
其它尺寸同小齒輪的尺寸相同。
5.3 齒輪軸的設(shè)計(jì)
5.3.1 材料選擇
軸是組成及其的主要零件之一，一切作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳遞。因此軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
按照承受載荷的不同軸可分為轉(zhuǎn)軸，心軸和傳動(dòng)軸三類。工作中只承受彎矩而不承受扭矩的軸成為心軸，既承受彎矩又承受扭矩的是轉(zhuǎn)軸，只承受扭矩而不承受彎矩的是傳動(dòng)軸。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼[13]。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，又的直接用圓鋼。
綜合考慮軋制機(jī)的設(shè)計(jì)使用要求，在確保經(jīng)濟(jì)性的前提下，本設(shè)計(jì)中選擇最常用的45號(hào)鋼做為傳動(dòng)軸的材料，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。因?yàn)樘妓劁摫群辖痄搩r(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，所以采用碳素鋼制造傳動(dòng)軸比較切合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際。
5.3.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核
小齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)參考同系列減速器可知小軸徑依次是35mm、40mm、45mm、50mm、45mm另外，軸承蓋軸徑等于軸承處軸徑 。
小齒輪軸如圖5-1.a所示。
（1）確定小齒輪軸上的轉(zhuǎn)矩
N·m
（2）確定作用在齒輪上的力（圖5-1.a）
小齒輪的分度圓直徑為： mm
周向力： N
徑向力： N
（3）對(duì)大帶輪軸處進(jìn)行受力分析（圖5-1.b）
轉(zhuǎn)矩： N·m
徑向力： N
F0 —單根V帶所承受的預(yù)緊力（N）
α—帶輪包角
確定支反力：
?位于水平面的支反力（如圖5-1.c）
由∑MA=0有：
N
由∑z=0有：
N
?位于垂直平面的支反力（如圖5-1.e）參考后可得：
==217.4N ==1563.5N
繪制彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖
（1）齒輪和帶輪的作用力在水平面上時(shí)的彎矩圖（如圖5-1.d）所示：
OA段：N·m
AD段：N·m
DB段：N·m
（2）齒輪和帶輪的作用力在垂直面上時(shí)的彎矩圖（如圖5-1.f）所示：
OA段：N·m
AD段：N·m
DB段：N·m
（3）繪制轉(zhuǎn)矩圖（如圖5-1.g）
T=286.5N·m
對(duì)軸進(jìn)行校核
參考軸的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖，可以發(fā)現(xiàn)最危險(xiǎn)截面是B處，所以應(yīng)對(duì)截面B處進(jìn)行校核計(jì)算。
（1）依據(jù)靜強(qiáng)度條件對(duì)軸進(jìn)行校核計(jì)算
靜強(qiáng)度校核的條件為：
其中：
SS—危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)
SS —屈服強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)
SS=1.2～1.4，適用于高塑性材料（S/B≤0.6）制造的鋼軸
SS=1.4～1.8，適用于中等塑性材料（S/B=0.6～0.8）制造的鋼軸
SS=1.8～2，適用于低塑性材料制造的鋼軸
SS=2～3，適用于應(yīng)用鑄造方式制造的鋼軸
SS—僅考慮彎矩力和軸向力時(shí)的安全系數(shù)
SS —僅考慮扭轉(zhuǎn)時(shí)的安全系數(shù)
所以：
其中：
S，S —材料的抗彎屈服極限和抗扭屈服極限 ()
，—軸的危險(xiǎn)截面上所承受的最大彎矩和最大扭矩（N·m）
—軸的危險(xiǎn)截面上所承受的最大軸向力（N）
W，WT —危險(xiǎn)截面抗彎系數(shù)，危險(xiǎn)截面抗扭系數(shù) （mm3）
其具體數(shù)值參閱表可知
A — 軸危險(xiǎn)截面的面積 (m2）
查表可得S=355MPa，
所以：
=162000N·mm
=0
W=0.1
所以：
參閱表可得 B=640MPa
所以：
SS取值范圍為1.2～1.4，選取 SS =1.4
因?yàn)椋? SS>SS
所以：本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸的靜強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)使用要求。
（2）依照彎扭合成應(yīng)力進(jìn)行傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核計(jì)算
其中：
—軸的計(jì)算應(yīng)力 ()
M — 軸受到的彎矩（N·m）
T — 軸受到的扭矩（N·m）
W — 軸的抗彎截面系數(shù)（㎜3）
查圖表可得具體計(jì)算公式
[-1]—對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用應(yīng)力
參閱表可知
—折合系數(shù)
在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，選取ɑ=0.3
在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，選取α=0.2
在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，選取α=1
在本式中選取α=1，，因?yàn)椴牧鲜?5號(hào)鋼，經(jīng)過了調(diào)質(zhì)處理，所以[-1]=60MP
因此軸的計(jì)算應(yīng)力是：
＜
經(jīng)過上述計(jì)算推演，可知其滿足設(shè)計(jì)使用條件，所以合格。
圖5-1 軸的載荷分析圖
大齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
同理安裝在大齒輪軸上的零部件從左到右依次是：軸承蓋、軸承、大齒輪、軸承、軸承蓋、聯(lián)軸器，軸徑依次是45mm、50mm、60mm、50mm、45mm,其中軸承蓋軸徑等于軸承處軸徑[14]。
大齒輪軸如圖5-2.a所示
（1）確定軸上的轉(zhuǎn)矩
N·m
（2）確定作用在齒輪上的力（如圖5-2.b）所示
周向力： N
徑向力：N
（3）確定各段軸徑
確定聯(lián)軸器處的軸徑：聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩=KAT3，參閱表，再考慮到轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷幅度是中等水平，所以選取KA=1.9，所以有：T=1.9×1667=3167N·m
由于計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩，所以參閱國(guó)標(biāo)GB/T5014-1985，選用LH6型彈性柱銷聯(lián)軸器，它的公稱轉(zhuǎn)矩是3150N/m,D=280mm,半聯(lián)軸器孔徑是d1=60mm，
半聯(lián)軸器長(zhǎng)度是L=142mm[15]。
確定軸徑依次是70mm、75mm、84mm、80mm、70mm、60mm。所以軸承安裝處的軸徑是d2=70mm，齒輪安裝處的軸徑是d3=75mm?？紤]到聯(lián)軸器在制造和安裝過程中的誤差所產(chǎn)生的附加圓周力是 N
（4）確定支反力
① 水平面上的支反力（如圖5-2.c）
由∑MA=0有：
N
由∑z=0有：
N
② 垂直平面上的支反力（如圖5-2.e）查閱可知：
N
③ 在的作用下，支點(diǎn)A、C處的支反力（如圖5-2.g）
由∑=有：
N
N
（5）繪制彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖
① 齒輪上的作用力在水平面上的彎矩圖（如圖5-2.d）
N·m
② 齒輪上的作用力在垂直面上的彎矩圖（如圖5-2.f）
N·m
齒輪作用力在截面D處作出的最大合成彎矩是：
N·m
在F0作用下繪制出的彎矩圖（如圖5-2.h）
N·m
③ 繪制轉(zhuǎn)矩圖（如圖5-2.i）
T=1667N·m
（6）對(duì)軸進(jìn)行校核計(jì)算
依照軸的結(jié)構(gòu)尺寸及其彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖，可知截面B處彎矩最大，并且存在齒輪配合和鍵槽引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以截面B處屬于危險(xiǎn)截面。
對(duì)截面B處進(jìn)行校核計(jì)算：
① 依照靜強(qiáng)度條件對(duì)軸進(jìn)行校核計(jì)算
靜強(qiáng)度校核的條件是
其中：SS=1.2～1.4 適用于高塑性材料（S/B≤0.6）制造的鋼軸
SS=1.4～1.8 適用于中塑性材料（S/B≤0.6～0.8）制造的鋼軸
SS=1.8～2 適用于低塑性材料制造的鋼軸
SS=2～3 適用于應(yīng)用鑄造方式制造的鋼軸
SS—僅考慮彎矩和軸向力時(shí)的安全系數(shù)
SS —僅考慮扭矩時(shí)的安全系數(shù)
所以有：
其中：
S，S —材料的抗彎屈服極限和抗扭屈服極限 (MPa)
，—軸的危險(xiǎn)截面上所承受的最大彎矩和最大扭矩（N·m）
— 軸的危險(xiǎn)截面上所承受的最大軸向力（N）
W，WT — 危險(xiǎn)截面抗彎截面系數(shù)和危險(xiǎn)截面抗扭截面系數(shù)（mm3）
參閱表可得 S=355MPa
所以： MP
=167200N.mm =0mm3
mm3
所以：
在查表可得B=640MPa
所以：
所以： SS=1.2～1.4選取 SS =1.4 SS>SS
所以，經(jīng)過上述認(rèn)真的校核計(jì)算，傳動(dòng)軸的靜強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)使用要求。
② 依照彎扭合成應(yīng)力校核計(jì)算傳動(dòng)軸的強(qiáng)度
其中: — 軸的計(jì)算應(yīng)力 (MP)
M — 軸受到的彎矩（N·m）
T — 軸受到的扭矩（N·m）
W — 軸的抗彎截面系數(shù)（㎜3）
[-1]—對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力下軸的許用應(yīng)力
參閱表15-4[4]選擇具體數(shù)值
α— 折合系數(shù)，
在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，選取α=0.3
在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，選取α=0.2
在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，選取α=1
在本式中選取α=1，，因?yàn)椴牧线x擇的是45號(hào)鋼，經(jīng)過了調(diào)質(zhì)處理，所以[-1]=60MP，軸的計(jì)算應(yīng)力如下所示：
MP＜
經(jīng)過上述校核計(jì)算，可知其各項(xiàng)系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)使用條件
圖5-2 軸的載荷分析
6 大小弧齒錐齒輪
為了滿足機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)要求，本設(shè)計(jì)中的主軸是利用弧齒輪傳動(dòng)將單根出入軸以輸出。
6.1 齒輪參數(shù)的選擇
（1） 壓力角α的選擇 由機(jī)械原理可知，增大壓力角α,輪齒的齒厚及節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑亦皆隨之增加，有利于提高齒輪傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度及接觸強(qiáng)度。我國(guó)對(duì)一般用途的齒輪傳動(dòng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為α=20°。為增強(qiáng)齒輪傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度及接觸強(qiáng)度，。但增大壓力角并不一定都對(duì)傳動(dòng)有利。對(duì)重合度接近2的高速齒輪傳動(dòng)，推薦采用齒頂高系數(shù)為1～1.2?，壓力角為16°～18°的齒輪，這樣做可增加輪齒的柔性，降低噪聲和動(dòng)載荷。
（2） 小齒輪齒數(shù)?z1?的選擇 若保持齒輪傳動(dòng)的中心距?a?不變，增加齒數(shù)，除能增大重合度、改善傳動(dòng)的平穩(wěn)性外，還可減小模數(shù)，降低齒高，因而減少金屬切削量，節(jié)省制造費(fèi)用。另外，降低齒高還能減小滑動(dòng)速度，減少磨損及減小膠合的可能性。但模數(shù)小了，齒厚隨之減薄，則要降低輪齒的彎曲強(qiáng)度。不過在一定的齒數(shù)范圍內(nèi)，尤其是當(dāng)承載能力主要取決于齒面接觸強(qiáng)度時(shí)，以齒數(shù)多一些為好。閉式齒輪傳動(dòng)一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，減小沖擊振動(dòng)，以齒數(shù)多一些為好。小齒輪的齒數(shù)可取為?z1=20～40。開式(半開式)齒輪傳動(dòng)，由于輪齒主要為磨損失效，為使輪齒不至過小，故小齒輪不宜選用過多的齒數(shù)，一般可取z1=17～20。????為使輪齒免于根切，對(duì)于α=20°的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，應(yīng)取?z1≥17
（3）齒寬系數(shù)φd的選擇 由齒輪的強(qiáng)度計(jì)算公式可知，輪齒愈寬，承載能力愈高；但增大齒寬又會(huì)使齒面上的載荷分布趨不均勻，故齒寬系數(shù)應(yīng)取得適當(dāng)。圓柱齒輪齒寬系數(shù)的薦用值見下表。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪減速器，齒寬系數(shù)取為?，所以對(duì)于外嚙合齒輪傳動(dòng)：?。φa的值規(guī)定為0.2,0.25,0.30,0.40,0.50,0.60,0.80,1.0,1.2。運(yùn)用設(shè)計(jì)計(jì)算公式時(shí)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)減速器，可先選定φa后再用上式計(jì)算出相應(yīng)的φd值。?
?
裝置狀況
兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置
兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置
小齒輪作懸臂布置
φd
0.9～1.4(1.2～1.9)
0.7～1.15(1.1～1
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