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I 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計的目標是設(shè)計一款外裝式齒輪傳動電動滾筒 傳動裝置采用平行 軸齒輪傳動且安裝在滾筒內(nèi)側(cè) 使結(jié)構(gòu)非常緊湊 本次設(shè)計的電動滾筒主要由滾筒體 齒輪 軸 軸承 支座 端蓋 聯(lián)軸器等 組成 在本次設(shè)計過程中 首先調(diào)查分析了滾動及齒輪傳動的研究現(xiàn)況及工作原理 在此基礎(chǔ)上提出總體設(shè)計方案 接著 對各機構(gòu)主要零部件進行了詳細的設(shè)計 最 后 采用 AutoCAD 繪圖軟件繪制了本外裝式齒輪傳動電動滾筒的裝配圖及主要零部 件圖 并且采用 Pro E 構(gòu)件了三維模型 通過本次設(shè)計 鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識 如 機械原理 機械設(shè)計 材料力 學(xué) 公差與互換性理論 機械制圖等 也掌握了普通機械產(chǎn)品的設(shè)計方法 并能熟 練使用 AutoCAD 繪圖軟件 Pro E 三維設(shè)計軟件 對今后的工作有極大意義 關(guān)鍵詞 電動滾筒 齒輪 設(shè)計 II Abstract The goal of this graduation project is to design an electric roller which is equipped with a parallel shaft gear drive which is installed on the inner side of the roller which makes the structure very compact The electric roller of this design mainly consists of roller body gear shaft bearing bearing end cover shaft coupling and so on In the design process the first survey of rolling and gear transmission research status and working principle overall design scheme was put forward on the basis of this and then the detailed design of the main parts of the mechanism is discussed Finally draw the exterior type gear transmission of electric drum assembly drawing and parts drawing by using AutoCAD software and the Pro E components of the 3D model Through the design the consolidation of the University of the professional knowledge such as mechanical principle mechanical design mechanics of materials tolerance and interchangeability theories mechanical drawing also mastered the design method of general machinery products and can skillfully use AutoCAD Pro e three dimensional design software for future work are of great significance Keywords Electric roller gear design III 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1 1 滾筒簡介 1 1 2 齒輪傳動概述 1 1 2 1 齒輪傳動的基本要求 1 1 2 2 齒輪傳動的種類 1 1 2 3 齒輪傳動的特點 2 1 3 設(shè)計任務(wù)及要求 2 第二章 方案選定及主要參數(shù)的確定 3 2 1 方案設(shè)計 3 2 2 電動機的選擇 3 2 2 1 選擇電動機類型 3 2 2 2 選擇電動機容量 3 2 2 3 選擇電動機轉(zhuǎn)速 4 2 3 分配傳動比 4 2 3 1 總傳動比 4 2 3 2 分配傳動比 4 2 4 各軸轉(zhuǎn)速 功率 轉(zhuǎn)矩計算 5 2 4 1 各軸的轉(zhuǎn)速 5 2 4 2 各軸的輸入功率 5 2 4 3 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 5 第三章 主要零部件的設(shè)計 7 3 1 高速級齒輪傳動 7 3 1 1 選精度等級 材料和齒數(shù) 7 3 1 2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 7 3 1 3 按齒根彎曲強度設(shè)計 8 3 1 4 幾何尺寸計算 10 3 1 5 驗算 10 3 2 低速級齒輪傳動 10 IV 3 2 1 選精度等級 材料和齒數(shù) 10 3 2 2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 10 3 2 3 按齒根彎曲強度設(shè)計 12 3 2 4 幾何尺寸計算 13 3 2 5 驗算 13 3 3 軸的設(shè)計與校核 13 3 3 1 輸入軸 14 3 3 2 中間軸 16 3 4 軸承的選擇與校核 20 3 4 1 輸入軸的軸承 20 3 4 2 中間軸 軸承 20 3 5 鍵的選擇與校核 20 3 5 1 輸入軸的鍵 20 3 5 2 中間軸的鍵 21 3 6 聯(lián)軸器選擇 21 3 7 滾筒體設(shè)計 22 第 4 章 基于 Pro E 的三維設(shè)計 24 4 1 Pro E 三維設(shè)計軟件概述 24 4 2 三維設(shè)計 25 4 2 1 輸入齒輪軸 25 4 2 2 輸入大齒輪 26 4 2 3 中間齒輪軸 26 4 2 4 滾筒體 26 4 2 5 端蓋 27 4 2 6 三維裝配 27 總 結(jié) 29 參考文獻 30 致 謝 31 1 第一章 緒論 1 1 滾筒簡介 滾筒又叫絞車 是由人力或機械動力驅(qū)動滾筒 卷繞繩索來完成牽引工作的裝 置 它是一種垂直提升 水平或傾斜拽引的簡單起重裝置 在國外 滾筒的品種繁 多 應(yīng)用也很廣泛 在西方技術(shù)先進的國家中 即使是在工業(yè)水平先進 機械化程 度不斷提高 起重設(shè)備也在不斷更新的前提下 仍不能完全淘汰滾筒這樣的行之有 效的簡單機械設(shè)備 而與此同時 國內(nèi)滾筒也在向大型化 采用先進電子技術(shù) 發(fā) 展手提式滾筒和大力發(fā)展不帶動力源裝置的滾筒的方向發(fā)展 1 2 齒輪傳動概述 1 2 1 齒輪傳動的基本要求 兩個齒輪相互嚙合 其中一個輪的齒將力傳到另一個輪的齒上 從而使另一個 輪跟著轉(zhuǎn)動 這種傳動叫齒輪傳動 如圖 3 32 所示 圖 1 1 齒輪傳動簡圖 采用齒輪傳動時 因嚙合傳動過程比較復(fù)雜 所以在傳遞運動和動力上 應(yīng)該 具有以下兩個基本要求 1 傳動平穩(wěn) 要求齒輪在傳動過程中瞬時傳動比應(yīng)保持不變 這樣可保持傳 動的平衡 以適應(yīng)于高精度及高速傳動 2 承載能力強 要求齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸小 重量輕 承受載荷能力大 為滿足這兩個基本要求 必須對輪齒的形狀 齒輪的材料 熱處理的方法 齒 輪加工 裝配質(zhì)量提出相應(yīng)的要求 1 2 2 齒輪傳動的種類 齒輪傳動的分類 1 按軸的布置方式分為平行軸齒傳動 相交軸齒輪傳動 圖 3 33 交錯軸 2 齒輪傳動 圖 3 34 其中平行軸齒傳動又分為直齒輪傳動 平行軸斜齒輪傳動 人字齒輪傳動 齒 輪齒條傳動 內(nèi)齒輪傳動 2 按齒輪傳動的工作條件分為閉式齒輪傳動 開式齒輪傳動 半開式齒輪傳 動 其中閉式齒輪傳動的齒輪精度較高 并能保證良好的潤滑條件 所以很多重要 的齒輪都采用閉式傳動 如減速器齒輪 而開式齒輪傳動的齒輪一般都是外漏的 不能保證良好的潤滑 只能定期加油 所以多用于低速或不重要的傳動及便于拆卸更換的場合 如建筑攪拌機上的齒輪 半開式齒輪介于上述兩者之間 傳動齒輪浸入油池內(nèi) 上面裝有簡單的防護罩 1 2 3 齒輪傳動的特點 齒輪傳動是機械傳動中最主要的一類傳動 型式很多 應(yīng)用廣泛 傳遞的功率 可達數(shù)十萬千瓦 圓周速度可達 200m s 兩軸距離較近 要求傳遞較大轉(zhuǎn)矩 且傳 動比要求較嚴時 一般都用齒輪傳動 齒輪傳動是機械傳動中最主要的一種傳動 其形式很多 應(yīng)用廣泛 齒輪傳動的優(yōu)點 1 齒輪傳動平穩(wěn) 工作可靠 使用壽命長 2 傳動比精確 瞬時傳動比為常數(shù) 3 傳動效率高 4 結(jié)構(gòu)緊湊 5 使用的功率 速度和尺寸適用范圍很廣 齒輪傳動的缺點 1 制造成本高 精度要求高 2 精度低時 振動和噪聲較大 3 不宜用于軸間距離大的傳動 1 3 設(shè)計任務(wù)及要求 1 設(shè)計題目 外裝式齒輪傳動電動滾筒設(shè)計 2 原始數(shù)據(jù) 傳動功率 滾筒直徑 mm 滾筒工作速度 m s 滾筒寬度 mm 3 3KW 315 1 2 500 第二章 方案選定及主要參數(shù)的確定 2 1 方案設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求采用內(nèi)置二級定軸式齒輪傳動 方案如下圖示 圖 2 1 傳動方案 2 2 電動機的選擇 2 2 1 選擇電動機類型 電動機是標準部件 因為室內(nèi)工作 運動載荷平穩(wěn) 所以選擇 Y 系列一般用途 的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機 2 2 2 選擇電動機容量 1 運輸機所需要的功率 為 P 3kWP 4 2 電動機的輸出功率 為0P 0kWpP 電動機至滾筒的傳動裝置總效率 取聯(lián)軸器效率 圓柱齒輪傳動效率 軸承效率 9 01 98 02 98 03 電動機至滾筒的傳動裝置總效率為 85 0 8 32321 3 電動機所需功率為 kWPw35 89 00 因有輕微震動 電動機額定功率 只需略大于 即可 查 機械設(shè)計手冊 mP0 表 19 1 選取電動機額定功率為 4kw 2 2 3 選擇電動機轉(zhuǎn)速 滾筒工作轉(zhuǎn)速 min 76 2in 3154 6014 rrDvnw 展開式二級減速器推薦的傳動比為 40 8 所以電動機實際轉(zhuǎn)速的推薦值為 min 2910 58rinw 符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為 750 1000 1500r min 綜合考慮傳動裝置機構(gòu)緊湊性和經(jīng)濟性 選用同步轉(zhuǎn)速 1500r min 的電機 型號為 Y112M 4 滿載轉(zhuǎn)速 功率 4 in 140rnm kw 2 3 分配傳動比 2 3 1 總傳動比 滿載轉(zhuǎn)速 故總傳動比為 in 140rnm 5 8 1976 240 nwmi 2 3 2 分配傳動比 取 則41i 58 912 i 2 4 各軸轉(zhuǎn)速 功率 轉(zhuǎn)矩計算 2 4 1 各軸的轉(zhuǎn)速 1 軸 min 1401rnm 2 軸 i 3612i 3 軸 in 72502rin 滾筒 mi 3w 2 4 2 各軸的輸入功率 1 軸 kwP32 9 05 101 2 軸 19 8322 3 軸 k06 3 2 4 3 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 電機軸 mNnPT 2 14035 99500 1 軸 11 2 軸 mNnPT 62 843019 95022 6 3 軸 mNnPT 57 4072 395095033 整理列表 軸名 功率 kwP 轉(zhuǎn)矩 T 轉(zhuǎn)速 in r傳動比 電機軸 3 35 22 22 1440 1 軸 3 32 22 02 1440 1 2 軸 3 19 84 62 360 4 3 軸 3 06 400 57 72 5 7 第三章 主要零部件的設(shè)計 3 1 高速級齒輪傳動 3 1 1 選精度等級 材料和齒數(shù) 采用 7 級精度由表 6 1 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 選小齒輪齒數(shù) 201 Z 大齒輪齒數(shù) 84 i 3 1 2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 由設(shè)計計算公式進行試算 即 3211 2 HEdtt ZuTkd 1 確定公式各計算數(shù)值 1 試選載荷系數(shù) 3 tK 2 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mNT 02 1 3 小齒輪相對兩支承非對稱分布 選取齒寬系數(shù) 2 1 d 4 由表 6 3 查得材料的彈性影響系數(shù) 8 19MPaZE 5 由圖 6 14 按齒面硬度查得 小齒輪的接觸疲勞強度極限 H601lim 大齒輪的接觸疲勞強度極限 52 6 由式 6 11 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 91 108 2 3 060 hjLnN8921 548 7 由圖 6 16 查得接觸疲勞強度壽命系數(shù) 0 1 NZ4 02 NZ 8 8 計算接觸疲勞強度許用應(yīng)力 取失效概率為 1 安全系數(shù)為 S 1 由式 10 12 得 MPaSZHN540690 lim1 H 94 2li2 9 計算 試算小齒輪分度圓直徑 代入 中的較小值td1 H mdt 62 8 495 2 031 2231 計算圓周速度 v snvt 8 2601 84 3106 計算齒寬 b mdt 2 1 計算齒寬與齒高之比 b h 模數(shù) Zmtnt 431 06 81 齒高 8 628 2 5 hbnt 計算載荷系數(shù) K 根據(jù) 7 級精度 查得動載荷系數(shù)smv 1 VK 假設(shè) 由表查得NFtA10 H 由于載荷平穩(wěn) 由表 5 2 查得使用系數(shù) A 由表查得 287 K 查得 1F 故載荷系數(shù) 457 128 01 HVAK 10 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 由式可得 mKdtt 6 93 47 162 8 331 9 11 計算模數(shù) mZdm49 120 86 9 1 3 1 3 按齒根彎曲強度設(shè)計 彎曲強度的設(shè)計公式為 321 FSdnYZKT 1 確定公式內(nèi)的計算數(shù)值 由圖 6 15 查得 小齒輪的彎曲疲勞強度極限 MPaFE501 大齒輪的彎曲疲勞強度極限 382 由圖 6 16 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 8 01 NZ9 2N 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1 安全系數(shù)為 S 1 3 由上式得 MPaSFENF 46 38 5081 ZFEF 2 1922 計算載荷系數(shù) 549 180 FVAK 2 查取齒形系數(shù) 由表 6 4 查得 8 21aY 2Fa 3 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 6 4 查得 5 1 Sa79 2Sa 4 計算大小齒輪的 并比較 F Sa 01483 2637918 2 521 FSaFY 大齒輪的數(shù)據(jù)大 10 5 設(shè)計計算 mm39 1048 20 14933 對比計算結(jié)果 由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強度計 算的模數(shù) 可取有彎曲強度算得的模數(shù) 1 39mm 圓整取標準值 m 1 5mm 并按接觸強度算得的分度圓直徑 d86 291 算出小齒輪齒數(shù) 取5 1 mZ201 Z 大齒輪齒數(shù) 取042 i 2 3 1 4 幾何尺寸計算 1 計算分度圓直徑 mZd1205 832 2 計算中心距 mda752 103 2 3 計算齒寬寬度 取 36mmb6 1 3 1 5 驗算 NdTFt 7 53021 合適 mbKtA 10 46 3 2 低速級齒輪傳動 3 2 1 選精度等級 材料和齒數(shù) 采用 7 級精度由表 6 1 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 選小齒輪齒數(shù) 15 Z 大齒輪齒數(shù) 取72 i 752 Z 3 2 2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 由設(shè)計計算公式進行試算 即 3211 2 HEdtt ZuTkd 11 1 確定公式各計算數(shù)值 1 試選載荷系數(shù) 3 1 tK 2 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mNT 6 841 3 小齒輪相對兩支承非對稱分布 選取齒寬系數(shù) 2 1 d 4 由表 6 3 查得材料的彈性影響系數(shù) 8 19MPaZE 5 由圖 6 14 按齒面硬度查得 小齒輪的接觸疲勞強度極限 H601lim 大齒輪的接觸疲勞強度極限 52 6 由式 6 11 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 81 109 83 8 060 hjLnN8215 495 7 由圖 6 16 查得接觸疲勞強度壽命系數(shù) 01 NZ9 02 NZ 8 計算接觸疲勞強度許用應(yīng)力 取失效概率為 1 安全系數(shù)為 S 1 由式 10 12 得 MPaSHN526087 lim1 ZH 499 2li2 9 計算 試算小齒輪分度圓直徑 代入 中的較小值td1 H mdt 39 4 58 62 08431 2231 計算圓周速度 v snvt 917 0603 41 3601 計算齒寬 b mdt 8 9 21 計算齒寬與齒高之比 b h 12 模數(shù) mZdmtnt 29 153 4 齒高 0 86 34 16 2 hbnt 計算載荷系數(shù) K 根據(jù) 7 級精度 查得動載荷系數(shù)smv 91 0 02 1 VK 假設(shè) 由表查得NFtA H 由表 5 2 查得使用系數(shù) 1 A 由表查得 294 1 K 查得 6F 故載荷系數(shù) 52 194 02 1 HVAK 10 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 由式可得 mKdtt 8 36 5 39 4 31 11 計算模數(shù) Zm 21 8 6 1 3 2 3 按齒根彎曲強度設(shè)計 彎曲強度的設(shè)計公式為 321 FSdnYZKT 1 確定公式內(nèi)的計算數(shù)值 由圖 6 15 查得 小齒輪的彎曲疲勞強度極限 MPaFE501 大齒輪的彎曲疲勞強度極限 382 由圖 6 16 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 85 01 NZ 2N 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1 安全系數(shù)為 S 1 3 由式 10 12 得 MPaSFENF 92 36 5081 13 MPaSZFENF 2 573 18022 計算載荷系數(shù) 41 6 FVAK 2 查取齒形系數(shù) 由表 6 4 查得 91 2 aY2 Fa 3 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 6 4 查得 5 1 Sa7 2Sa 4 計算大小齒輪的 并比較 F Sa 01528 257 36 9 36121 FSaFY 大齒輪的數(shù)據(jù)大 5 設(shè)計計算 mm23 0158 152 68433 對比計算結(jié)果 由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強度計 算的模數(shù) 可取有彎曲強度算得的模數(shù) 2 23mm 于是取標準值 m 2 5mm 并按接觸強度算得的分度圓直徑 d48 361 算出小齒輪齒數(shù) 取 592 1 mZ15 Z 大齒輪齒數(shù) 取752 i 7 3 2 4 幾何尺寸計算 1 計算分度圓直徑 mmZd5 187 2352 2 計算中心距 mda752 3 5187 2 1 3 計算齒寬寬度 取 45mmb4 3 2 5 驗算 14 NdTFt 6 485 372021 合適mbKtA 10 3 3 軸的設(shè)計與校核 3 3 1 輸入軸 1 尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 1 高速軸上的功率 P1 轉(zhuǎn)速 n1 和轉(zhuǎn)矩 T1 kwP32 min 140rn mNT 02 1 2 初步確定軸的最小直徑 先按式 初步估算軸的最小直徑 選取軸的材料 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 根 3PdC 據(jù)機械設(shè)計表 11 3 取 于是得 12 md8 14032 1 該處開有鍵槽故軸徑加大 5 10 且高速軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器 處的直徑 為了使所選的軸直徑 與電機聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng) 故取 1d1 md281 mL501 3 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 a 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位的要求 2 軸段左端需制出軸肩 軸肩高度軸 肩高度 取 故取 2 段的直徑 長度 dh7 3 h3 dL302 b 初步選擇滾動軸承 因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用 故選用深溝 球軸承 根據(jù) 查機械設(shè)計手冊選取 0 基本游隙組 標準精度級的深溝m2 球軸承 6206 故 軸承采用軸肩進行軸向定位 軸肩高度軸肩高度73 取 因此 取 dh07 hmd3564 c 齒輪處由于齒輪分度圓直徑 故采用齒輪軸形式 齒輪寬度41 B 50mm 另考慮到齒輪端面與箱體間距 10mm 以及兩級齒輪間位置配比 取 ml4 l6 4 軸上零件的周向定位 查機械設(shè)計表 聯(lián)接聯(lián)軸器的平鍵截面 mlhb456 15 2 強度校核計算 1 求作用在軸上的力 已知高速級齒輪的分度圓直徑為 52 根據(jù) 機械設(shè)計 軸的設(shè)計計算dm 部分未作說明皆查此書 式 10 14 則 NtgFdTtanrt 3 206 1361 0 23 Np 65 2 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖 在確定軸承支點位置時 從手冊中查 取 a 值 對于 6206 型深溝球軸承 由手冊中查得 a 15mm 因此 軸的支撐跨距為 L1 72mm 根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖 可以看出截面 C 是軸的危險截面 先計算出截面 C 處的 MH MV 及 M 的值列于下 表 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F NNH143 NF126 NFNV2371 56 C 截面 彎矩 M mLNH 8532 mMLaNV 1432 總彎矩 MV 6858222max 扭矩 T 0 16 3 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 根據(jù)式 15 5 及上表中的數(shù)據(jù) 以及軸單向旋轉(zhuǎn) 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 取 軸6 0 的計算應(yīng)力 MpaWTMca 61 28281 0064 3222 已選定軸的材料為 45Cr 調(diào)質(zhì)處理 由表 15 1 查得 因此70P 故安全 1 ca 4 鍵的選擇 采用圓頭普通平鍵 A 型 GB T 1096 1979 連接 聯(lián)接聯(lián)軸器的平鍵截面 齒輪與軸的配合為 滾動軸承mlhb456 Mpap10 76Hr 與軸的周向定位是過渡配合保證的 此外選軸的直徑尺寸公差為 m 3 3 2 中間軸 1 軸 2 的轉(zhuǎn)速和功率轉(zhuǎn)矩 17 P2 3 19Kw n2 360n min T2 84 62N m 2 求作用在齒輪上的力 1 求作用在低速級小齒輪上的力 圓周力 NdTFt 33123 1049 5 7684 徑向力 ntr 2 6ta0a3 軸向力 ta 159034 si212 2 求作用在高速級大齒輪上的力 因大齒輪為從動輪 所以作用在其上的力 與主動輪上的力大小相等方向相反 圓周力 NFtt 9 7512 徑向力 Nr 9 163 0 6cosan2 軸向力 ta 45i12 3 初步確定軸的最小直徑 先按式 初步估算軸的最小直徑 選取軸的材料 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 根 3PdCn 據(jù)機械設(shè)計 表 15 3 取 于是得 12 m 3609 nd332 該軸有兩處鍵槽 軸徑應(yīng)增加 5 10 軸的最小直徑顯然是軸承處軸的直徑 和 故 d 4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 擬定軸上零件的裝配方案 2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 a 初步選擇滾動軸承 因軸承不受軸向力的作用 故選用深溝球軸承 參照 工作要求 根據(jù) 選取 0 基本游隙組 標準精度級的深溝球md35 軸承 30206 型 其尺寸為 得 mTD1872 ml18 軸段取安裝齒輪處的 取 根據(jù)齒輪寬并為保證d4 齒輪定位準確軸段適當(dāng)縮短 1 2mm 故 l3 lV63 軸段 為兩側(cè)齒輪定位軸環(huán) 根據(jù)箱體尺寸 3 軸V1 mlI59 18 上零件的周向定位 齒輪采用平鍵聯(lián)接 按 查機械設(shè)計表得平鍵截面md40 聯(lián)接小圓柱齒輪的平鍵長度為 40mm 聯(lián)接大圓柱齒輪的平鍵mhb812 長度為 50mm 5 求軸上的載荷 對于深溝球軸承 6207 a16 計得 根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩L731 m702L843 圖和扭矩圖 如下圖所示 載荷 水平面 垂直面 支反力 F NNH5 2301 69NFNV3 721 5 彎矩 M mH 41N 3 022 mMV 401N 23 總彎矩 VH 4 570611 m32222 扭矩 T N 5960 19 6 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 進行校核時 通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面 即圓柱齒輪的截 面 取 軸的計算應(yīng)力 0 MPaWTMca 5 472 413254 960 706 22221 20 前已選定軸的材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 由機械設(shè)計表 查得 MPa601 因此 安全 1 ca 3 4 軸承的選擇與校核 3 4 1 輸入軸的軸承 1 按承載較大的滾動軸承選擇其型號 因支承跨距不大 故采用兩端固定式 軸承組合方式 軸承類型選為深溝球軸承 軸承的預(yù)期壽命取為 L h 29200h 由上面的計算結(jié)果有軸承受的徑向力為 Fr1 340 43N 軸向力為 Fa1 159 90N 2 初步選擇深溝球軸承 6206 其基本額定動載荷為 Cr 51 8KN 基本額定 靜載荷為 C0r 63 8KN 3 徑向當(dāng)量動載荷 NFNVHr 43 06 187 543 2221211 Fr 8 5 9222 動載荷為 查得 則有arYP 4 06 r 0139 1563 由 式 13 5 得 a hrh LPCnL 4 5012 3986601 63 滿足要求 3 4 2 中間軸 軸承 選擇的深溝球軸承 6207 尺寸為 基本額定動mTDd187235 載荷 NC340 校核方式同理 壽命合格 3 5 鍵的選擇與校核 3 5 1 輸入軸的鍵 1 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 聯(lián)軸器處選用單圓頭平鍵 尺寸為 mlhb456 2 校核鍵聯(lián)接的強度 鍵 軸材料都是鋼 由機械設(shè)計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為 MPaP120 21 鍵的工作長度 mbl426521 合適 PP MadlkT 86 07 2131 3 5 2 中間軸的鍵 1 中間軸鍵 聯(lián)接小圓柱齒輪處選用圓頭平鍵 尺寸為 mhb36812 聯(lián)接大圓柱齒輪處選用圓頭平鍵 尺寸為 50 3 校核 校核方式同理 強度合格 3 6 聯(lián)軸器選擇 聯(lián)軸器是用于將兩軸聯(lián)接在一起 機器運轉(zhuǎn)時兩軸不能分離 只有在機器停車 時才可將兩軸分離 聯(lián)軸器的種類 圖 2 16 聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸的相對位移 聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸 由于制造及安裝誤差 承載后的變形以及溫度變化的影 響等 往往不能保證嚴格的對中 而是存在著某種程度的相對位移 如圖 2 16 所示 這就要求選擇聯(lián)軸器時 要從結(jié)構(gòu)上采取各種不同的措施 使之具有適應(yīng)一定范圍 的相對位移的性能 根據(jù)對各種相對位移有無補償能力 聯(lián)軸器器可分為剛性聯(lián)軸器 無補償能力 和撓性聯(lián)軸器 有補償能力 兩大類 撓性聯(lián)軸器按是否具有彈性元件分為無彈性 元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器兩類 22 1 剛性聯(lián)軸器 被聯(lián)接兩軸間的各種相對位移無補償能力 故對兩軸對中性的要求高 當(dāng)兩軸 有相對位移時 會在結(jié)構(gòu)內(nèi)引起附加載荷 這類聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)比較簡單 這類聯(lián)軸 器主要有套筒式 夾殼式和凸緣式 剛性聯(lián)軸器特點 結(jié)構(gòu)簡單 成本低 可傳遞較大轉(zhuǎn)矩 適用于低速 無沖擊 對中性好的情況 2 撓性聯(lián)軸器 1 無彈性元件的撓性聯(lián)軸器 這類聯(lián)軸器本身具有撓性 可補償兩軸的相對位移 但不能緩沖減振 這類聯(lián) 軸器主要有 十字滑塊聯(lián)軸器 滑塊聯(lián)軸器 萬向聯(lián)軸器 齒式聯(lián)軸器 滾子鏈聯(lián) 軸器等 2 有彈性元件的撓性聯(lián)軸器 這類聯(lián)軸器與上述凸緣式聯(lián)軸器相似 不同之處是在兩個半聯(lián)軸器的聯(lián)接是用 套有橡膠襯圈的柱銷 其優(yōu)點是在傳遞運動時具有緩沖 吸振的能力 同時還可以 補償安裝時兩軸同軸度的誤差 選擇聯(lián)軸器時應(yīng)全面了解工作載荷的大小和性質(zhì) 轉(zhuǎn)速高低 工作環(huán)境等 結(jié) 合常用聯(lián)軸器的性能 應(yīng)用范圍及使用場合選擇聯(lián)軸器的類型 低速 剛性大的短軸可選用剛性聯(lián)軸器 低速 剛性小的長軸可選用無彈元件撓性聯(lián)軸器 傳遞轉(zhuǎn)矩較大的重型機械選用齒式聯(lián)軸器 對于高速 有振動和沖擊的機械 選用彈性元件撓性聯(lián)軸器 軸線位置有較大變動的兩軸 應(yīng)選用萬向聯(lián)軸器 有安全保護要求的軸 選用安全聯(lián)軸器 綜上 本次選用剛性凸緣聯(lián)軸器 3 7 滾筒體設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求 滾筒直徑 D 315mm 寬度 B 500mm 結(jié)合其他傳動及結(jié)構(gòu)零 件采用 AutoCAD 匹配得到滾筒結(jié)構(gòu)尺寸如下圖示 23 圖 3 9 滾筒體 24 第 4 章 基于 Pro E 的三維設(shè)計 4 1 Pro E 三維設(shè)計軟件概述 Pro Engineer 操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司 PTC 旗下的 CAD CAM CAE 一體 化的三維軟件 Pro Engineer 軟件以參數(shù)化著稱 是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者 在目 前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位 Pro Engineer 作為當(dāng)今世界機械 CAD CAE CAM 領(lǐng)域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣 是現(xiàn)今主流的 CAD CAM CAE 軟件之一 特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置 Pro Engineer 和 WildFire 是 PTC 官方使用的軟件名稱 但在中國用戶所使用的 名稱中 并存著多個說法 比如 ProE Pro E 破衣 野火等等都是指 Pro Engineer 軟件 proe2001 proe2 0 proe3 0 proe4 0 proe5 0 creo1 0 creo2 0 等等都是指軟 件的版本 Pro E 第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念 并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相 關(guān)性問題 另外 它采用模塊化方式 用戶可以根據(jù)自身的需要進行選擇 而不必 安裝所有模塊 Pro E 的基于特征方式 能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起 實現(xiàn) 并行工程設(shè)計 它不但可以應(yīng)用于工作站 而且也可以應(yīng)用到單機上 Pro E 采用了 模塊方式 可以分別進行草圖繪制 零件制作 裝配設(shè)計 鈑金設(shè)計 加工處理等 保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用 1 參數(shù)化設(shè)計 相對于產(chǎn)品而言 我們可以把它看成幾何模型 而無論多么復(fù)雜的幾何模型 都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征 而每一種構(gòu)成特征 都可以用有限的參數(shù)完全 約束 這就是參數(shù)化的基本概念 但是無法在零件模塊下隱藏實體特征 2 基于特征建模 Pro E 是基于特征的實體模型化系統(tǒng) 工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特 征的功能去生成模型 如腔 殼 倒角及圓角 您可以隨意勾畫草圖 輕易改變模 型 這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活 3 單一數(shù)據(jù)庫 全相關(guān) Pro Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上 不像一些傳統(tǒng)的 CAD CAM 系 統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上 所謂單一數(shù)據(jù)庫 就是工程中的資料全部來自一個庫 使 得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作 不管他是哪一個部門的 換言之 在 整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動 亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上 例如 一旦工程詳圖有改變 NC 數(shù)控 工具路徑也會自動更新 組裝工程圖如有 25 任何變動 也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上 這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的 完整的結(jié)合 使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來 這一優(yōu)點 使得設(shè)計更優(yōu)化 成品質(zhì) 量更高 產(chǎn)品能更好地推向市場 價格也更便宜 Pro Engineer 是軟件包 并非模塊 它是該系統(tǒng)的基本部分 其中功能包括參數(shù) 化功能定義 實體零件及組裝造型 三維上色 實體或線框造型 完整工程圖的產(chǎn) 生及不同視圖展示 三維造型還可移動 放大或縮小和旋轉(zhuǎn) Pro Engineer 是一個 功能定義系統(tǒng) 即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn) 其中包括 筋 Ribs 槽 Slots 倒角 Chamfers 和抽殼 Shells 等 采用這種手段來建立 形體 對于工程師來說是更自然 更直觀 無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計方式 這系統(tǒng) 的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸 不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù) 值于形體 這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系 任何一個參數(shù) 改變 其他相關(guān)的特征也會自動修正 這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計優(yōu)化 更趨完美 造型不單可以在屏幕上顯示 還可傳送到繪圖機上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印機 Pro Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件 諸如 有限元分析及后置處理等 這都是通過標準數(shù)據(jù)交換格式來實現(xiàn) 用戶更可配上 Pro Engineer 軟件的其它模塊或自行利用 C 語言編程 以增強軟件的功能 它在單 用戶環(huán)境下 沒有任何附加模塊 具有大部分的設(shè)計能力 組裝能力 運動分析 人機工程分析 和工程制圖能力 不包括 ANSI ISO DIN 或 JIS 標準 并且 支持符合工業(yè)標準的繪圖儀 HP HPGL 和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形 輸出 Pro Engineer 功能如下 1 特征驅(qū)動 例如 凸臺 槽 倒角 腔 殼等 2 參數(shù)化 參數(shù) 尺寸 圖樣中的特征 載荷 邊界條件等 3 通過零件的特征值之間 載荷 邊界條件與特征參數(shù)之間 如表面積等 的關(guān)系來進行設(shè)計 4 支持大型 復(fù)雜組合件的設(shè)計 規(guī)則排列的系列組件 交替排列 Pro PROGRAM 的各種能用零件設(shè)計的程序化方法等 5 貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性 任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)的每 個地方變動 其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro ENGINEER 的基本功能 4 2 三維設(shè)計 4 2 1 輸入齒輪軸 輸入齒輪軸如下圖示 26 圖 4 1 輸入齒輪軸 4 2 2 輸入大齒輪 輸入大齒輪設(shè)計結(jié)果如下圖示 圖 4 2 輸入大齒輪 4 2 3 中間齒輪軸 中間齒輪軸設(shè)計結(jié)果如下圖示 圖 4 3 中間齒輪軸 4 2 4 滾筒體 滾筒體如下 27 圖 4 4 滾筒體 4 2 5 端蓋 端蓋設(shè)計結(jié)果如下圖示 圖 4 5 端蓋 4 2 6 三維裝配 28 圖 4 6 裝配 29 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的學(xué)習(xí)機會 通過 這次對圓柱齒輪減速器理論知識和實際設(shè)計的相結(jié)合 鍛煉了我的綜合運用所學(xué)專 業(yè)知識 解決實際工程問題的能力 同時也提高了我查閱文獻資料 設(shè)計手冊 設(shè) 計規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識水平 而且通過對整體的掌控 對局部的取舍 以及 對細節(jié)的斟酌處理 都使我的能力得到了鍛煉 經(jīng)驗得到了豐富 并且意志品質(zhì)力 抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升 這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在 提高是有限的但 卻是全面的 正是這一次畢業(yè)設(shè)計讓我積累了許多實際經(jīng)驗 使我的頭腦更好的被 知識武裝起來 也必然讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力 更強的溝 通力和理解力 順利如期的完成本此畢業(yè)設(shè)計給了我很大的信心 讓我了解專業(yè)知識的同時也 對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心 但同時也發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足與欠缺 留下了些 許遺憾 不過不足與遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行 今后我更會關(guān)注新 科技新設(shè)備新工藝的出現(xiàn) 并爭取盡快的掌握這些先進知識 更好的為祖國的四化 服務(wù) 30 參考文獻 1 徐灝 機械設(shè)計手冊 M 機械工業(yè)出版社 1991 2 許福玲 陳堯明主編 液壓與氣壓傳動 M 機械工業(yè)出版社 2006 5 3 石光源 周積義 彭福音 機械制圖 第三版 M 北京 高等教育出版社 1990 5 4 鄭修本主編 機械制造工藝學(xué) M 機械工業(yè)出版社 1991 4 5 廖漢元主編 機械原理 M 機械工業(yè)出版社 2007 3 6 斯波茨 Spotts M F 舒晉 Shoup T E 主編 機械零件設(shè)計 M 機械工業(yè)出版社 2003 1 7 王英杰 工程材料及熱處理 M 高等教育出版社 2008 5 8 張尊敬 汪蘇 DT 型帶式傳動機設(shè)計手冊 M 冶金工業(yè)出版社 2003 1 9 席偉光 楊光 李波 機械設(shè)計課程設(shè)計 北京 高等教育出版社 2003 10 甘永立主編 幾何量公差與檢測 上海科學(xué)技術(shù)出版社 2003 11 成大先主編 機械設(shè)計手冊單行本機械傳動 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2004 1 31 致 謝 大學(xué)生活即將結(jié)束 在這短短的四年里 讓我結(jié)識了許許多多熱心的朋友 工 作嚴謹教學(xué)相幫的教師 畢業(yè)設(shè)計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老 師的精心指導(dǎo) 在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠 摯的感謝 首先 向本設(shè)計的指導(dǎo)老師表示最誠摯的謝意 在自己緊張的工作中 仍然盡 量抽出時間對我們進行指導(dǎo) 時刻關(guān)心我們的進展?fàn)顩r 督促我們抓緊學(xué)習(xí) 老師 給予的幫助貫穿于設(shè)計的全過程 從借閱參考資料到現(xiàn)場的實際操作 他都給予了 指導(dǎo) 不僅使我學(xué)會書本中的知識 更學(xué)會了學(xué)習(xí)操作方法 也懂得了如何把握設(shè) 計重點 如何合理安排時間和論文的編寫 同時在畢業(yè)設(shè)計過程中 她和我們在一 起共同解決了設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題 其次 要向給予此次畢業(yè)設(shè)計幫助的老師們 以及同學(xué)們以誠摯的謝意 在整 個設(shè)計過程中 他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷 更重要的是為我們提供不少技 術(shù)方面的資料 在此感謝他們 沒有這些資料就不是一個完整的論文 另外 也向給予我?guī)椭乃型瑢W(xué)表示感謝 總之 本次的設(shè)計是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果 在設(shè)計的一個月里 我們合 作的非常愉快 教會了大我許多道理 是我人生的一筆財富 我再次向給予我?guī)椭?的老師和同學(xué)表示感謝