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熔模搅蜡机-论文设计


成都理工大学毕业设计(论文)

设计熔模铸造生产用螺旋搅蜡机
作者姓名:邓海林 专业班级:22005510301 指导老师:李明辉





螺旋搅蜡机是熔模铸造生产使用的一种制备糊状模料的机械设备。搅蜡机选型时 应充分了解各种搅蜡机的特点,并根据模料的种类,精铸产品的品质要求、材质、批量 和铸件大小等进行合理选择。搅蜡机的工作原理是:电动机通过传动装置带动工作机 构(螺旋搅拌轴)转动,靠螺旋齿搅拌与挤压作用完成混合调制糊状蜡料动作。 搅蜡机的工作是由电动机输入动力,经过一个变速装置和 V 带传动,最终将动力 传至搅拌轴。搅蜡机的核心装置是变速器。本设计中的变速器是一个二速变速传动装 置,它能够输出两种工作转速,这是本设计的重点也是难点。设计内容:传动方案的 确定,电动机的选择、传动比的分配、传动零件的结构设计和校核计算、箱体结构及 附属零件的设计、标准件的选用等。传动比的分配本着机体结构紧凑、体积小、重量 轻的原则来确定;传动零件的设计按强度准则设计,传动零件的装配应使载荷在机体 上的分布均匀,装卸方便。整机设计应符合“经济、实用、方便”的原则,以最经济 的方式制造出完美的产品为总体的设计思想。

关键词

变速器

搅蜡机



滑移齿轮

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The spiral stirred used in investment casting design
Abstract: Screw Stirred wax machine is mechnical equipment,which is a stirring wax investment casting production use a paste wax preparation. We should fully understand their features of various stirred wax machine when stirred wax machine is secllected,and make a reasonable choice according to the type of model materials, cast the quality of their products, materials, the lot size and Casting. The working principle is : motor driven gear through work (screw mixing) rotation, rely on screw mixing and extrusion role modulation completed mixed paste waxes action. Stirred wax machine is imported from the motor power,after a transmission device,and make force to mixing axis.The core deveice of Stirred wax machine is transmission. transmission device is a two speed transmission in the design,which can output both working speed,so it was designed to focus on difficult.The point of design is identification of the transmission program,the choice of motor,the distribution of transmission ratio, transmission parts structural design, Check, Box subsidiary structure and the design of components, and the selection of standard parts. The distribution of transmission rati is identified based on simple body structure,small size and light weight. Transmission parts by the strength of the design criteria for design,transmission parts assembly should enable the load on the body of the uniform distribution, handling convenience and the overall design should follow the "economic, practical, convenient "principle, in the most economical way to create a perfect product for the overall design concept.

Key words: transmission

Stirred wax machine

aix

sliding gear

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第 1 章 前 言 ............................................................................................................................................... 5 第 2 章 螺旋搅蜡机设计分析 ..................................................................................................................... 6 2.1 题目分析及设计思路 ................................................................................................................... 6 2.2 设计难点及指导思想 ................................................................................................................. 6 第 3 章 总体传动方案的设计 ..................................................................................................................... 7 3.1 总体方案的提出 ........................................................................................................................... 7 3.1.1 方案 1 ................................................................................................................................ 7 3.1.2 方案 2 ................................................................................................................................ 8 3.2 方案综合分析比较及方案的确定................................................................................................ 9 第 4 章 电动机的选择 ............................................................................................................................... 10 4.1 原始参数 ..................................................................................................................................... 10 4.2 电动机的容量选择及型号的确定.............................................................................................. 10 4.3 电动机的外型及尺寸 .................................................................................................................. 11 第 5 章 确定传动比及动力参数 ............................................................................................................... 12 5.1 确定总的传动比 ......................................................................................................................... 12 5.2 传动系统动力参数的计算 ......................................................................................................... 13 5.2.1 定义各轴 ......................................................................................................................... 13 5.2.2 各轴功率 ......................................................................................................................... 13 5.2.2 各轴转速 ......................................................................................................................... 13 5.2.3 各轴转矩 ......................................................................................................................... 14 第 6 章 V 带设计 ...................................................................................................................................... 15 6.1 求功率及确定 V 带型号 ............................................................................................................. 15 6.2 确定带轮的直径 d 1 和 d 2 ............................................................................................................ 15 6.3 验算带速 V ................................................................................................................................ 16 6.3.1 当工作轴转速为 200r/min............................................................................................... 16 6.3.2 当工作轴转速为 400r/min............................................................................................. 16 6.4 求 V 带基准长度 Ld 和中心距 a ................................................................................................ 16 6.5 验算带轮包角 ? 及确定 V 带根数 ............................................................................................. 17 6.5.1 验算带轮包角 ................................................................................................................. 17 6.5.2 计算轮带的根数 ............................................................................................................. 17 6.6 求作用在带轮轴上的压力 Fo .................................................................................................... 17 6.7 作用在轴上的压力 ..................................................................................................................... 18 6.8 轮的结构选择 ............................................................................................................................. 18 6.9 将 V 带轮的主要结构尺寸列表如下.......................................................................................... 18 第 7 章 齿轮设计 ..................................................................................................................................... 19 7.1 第 1 种转速齿轮传动设计........................................................................................................ 19 7.1.1 选择齿轮类型、材料、精度及许用应力...................................................................... 19 7.1.2 按齿面接触强度设计计算.............................................................................................. 20 7.1.3 验算齿轮弯曲强度 ................................................................................................................. 20
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7.1.4 齿轮的圆周速度 ............................................................................................................. 21 7.2 第 2 种转速齿轮传动设计 ......................................................................................................... 21 7.2.1 选择齿轮类型、材料、精度及许用应力...................................................................... 21 7.2.3 验算齿轮弯曲强度 ......................................................................................................... 22 7.1.4 齿轮的圆周速度 ............................................................................................................. 22 7.3 验算运动误差 ............................................................................................................................. 22 7.4 齿轮的主要参数及结构 ............................................................................................................. 23 7.4.1 齿轮主要参数 ................................................................................................................. 23 7.4.2 齿轮结构设计 ............................................................................................................. 24 第 8 章 轴设计 ......................................................................................................................................... 25 8.1 变速器输入轴的结构设计 ......................................................................................................... 25 8.1.1 轴的径向尺寸的确定 ..................................................................................................... 25 8.1.2 轴的轴向尺寸的确定 ..................................................................................................... 26 8.1.3 轴的强度校核 ................................................................................................................. 27 8.1.4 轴承的寿命校核 ............................................................................................................. 30 8.1.5 联轴器选择 ..................................................................................................................... 31 8.2 变速器输出轴的设计 .................................................................................................................. 31 8.2.1 轴的径向尺寸的确定 ..................................................................................................... 31 8.2.2 轴的轴向尺寸的确定 ..................................................................................................... 32 8.2.3 轴的强度校核 ................................................................................................................. 33 8.2.4 轴承的寿命校核 ............................................................................................................. 37 第 9 章 变速箱的附加结构尺寸 ............................................................................................................... 38 第 10 章 键设计 ....................................................................................................................................... 39 10.1 变速器输入轴上键设计及校核................................................................................................ 39 10.1.1 联轴器处的键的选择.................................................................................................... 39 10.1.2 键的强度校核 ............................................................................................................... 39 10.2 变速器输出轴上键设计及校核................................................................................................ 40 10.2.1 安装大齿轮处的键的选择............................................................................................ 40 10.2.2 键的强度校核 ............................................................................................................... 40 第 11 章 滑移齿轮变速结构的功用 ......................................................................................................... 41 第 12 章 齿轮和轴的毛坯制造 ................................................................................................................. 41 第 13 章 变速器箱体结构及附属零件的设计 ....................................................................................... 41 13.1 确定机体的结构设计 ............................................................................................................... 41 13.2 机体的制造方式 ....................................................................................................................... 42 13.3 油标和定位销 ........................................................................................................................... 42 第 13 章 搅蜡机工作机的设计 ............................................................................................................... 42 结 论 ....................................................................................................................................................... 43 致 谢 ......................................................................................................................................................... 44

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第1章 前 言

螺旋搅蜡机是熔模铸造生产使用的一种制备糊状模料的机械设备。熔模铸造是属 于特种铸造。特种铸造在铸件品质,生产率等方面优于砂型铸造,但其使用有局限性, 成本也比砂型铸造高。熔模铸造适合铸造形状复杂的的铸件,如箱体、电风扇叶片等。 熔模铸造是液态金属在重力作用下浇入由蜡模熔化后形成的中空型壳并在其中成形, 从而获得精密铸件的方法。熔摸铸造生产所用的原料是用专用设备制得的,本设计的 螺旋搅蜡机是其中的一种。题目要求所设计的螺旋搅蜡机的功能要求是能输出两种工 作转速。第一种操作方法是搅蜡机启动后,低转速运行(200r/min ) ,不断流地加入熔 化后的液体蜡料。同时不断加入块壮固体蜡料,通过搅拌挤压混合后制成糊状蜡料。 第二种操作方法是将搅蜡机启动后,高速轴运行(400r/min) ,加入块度为 30mm 以下 的固体蜡料, 螺旋与蜡料产生摩擦和螺旋压力是蜡料升温, 制成 42-50° C 要求的糊状蜡 料。 搅蜡机结构基本由电动机、变速装置、搅拌装置组成的。本课题的基本目的有以 下几点:理论联系实际,综合运用所学专业课知识和有关课程的理论,结合生产实践 分析和解决实际问题的能力,巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识,其次是通 过制定相应的方案,合理选择材料,以及较全面的考虑制造工艺使用和维护的要求, 之后进行结构设计,达到了解和掌握相关机械零件,机械设计过程和方法,最后进行 基本能的训练。 设计的内容是搅蜡机传动装置的结构和尺寸设计,其主要过程及内容: 确定设计方案,选择电动机,计算传动装置的传动比,主要零件的设计计算,完成零 件的工作图,并且设计论文和进行答辩。 设计解决的问题:强度计算与结构,经济性和使用条件等要求;标准在设计中的重要 性,正确的使用标准,结构与工艺的关系,零件工艺性的考虑,创新与继承的关系。 变速器的设计综合了所学的大部分机械设计基础知识,需要查阅大量与本设计相关的 专业书籍,是对机械的一个局部阐述和研讨,主要是通过数据的计算,得出相应的结 论,通过各种工具书籍的辅助,圆满完成了本次毕业设计任务。

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第 2 章 螺旋搅蜡机设计分析

2.1 题目分析及设计思路
分析设计题目,螺旋搅蜡机是熔模铸造生产使用的一种制备糊状的机械设备。题 目任务时依据给定的具体条件,准确合理的设计搅蜡机的传动装置及变速装置,设计 完成的机械设备能够用于工厂搅拌蜡料之用。 机械设备一般由原动机、传动装置、变速装置和工作机三部分组成,该装置原动 机采用电动机。传动装置在原动机和工作机之间传递动力和运动,并且改变运动的形 式,速度大小和转矩大小。传动装置一般包括传动件和支撑体等两大部分。它的重量 和成本在机器中占有很大的比重,其性能对机器的工作影响很大,因此合理设计传动 方案具有重要的意义。 搅蜡机结构简单、操作方便、维护容易。题目中给定的使用期限是十年,单班制 工作,要求其有良好的工作性能。给定的生产批次为小批量生产,考虑到不仅要保证 严格的质量问题,而且也要顾及到制造成本问题。要经过多方案的对比分析设计出经 济、实用、方便的螺旋搅蜡机。

2.2

设计难点及指导思想

通过以上的分析可知:主要是依据给定的数据设计出符合要求的搅蜡机传动装置, 本设计中的难点是两种不同工作转速的输出。需要设计出合理的操纵机构如拨叉。要 准确的计算出齿轮齿条的相对移动距离,这样才能使变速齿轮正确的啮合。 由于收集了相关的资料并且做了一定的市场调研,在设计过程中可以借鉴与搅蜡 机工作原理相似的机械设备,如建筑工地所用的搅拌机等。在满足题目要求的条件下, 设计多种方案进行比较,得到最佳方案。

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第 3 章 总体传动方案的设计
3.1 总体方案的提出
通过前面的原始数据的分析以及所选定的电动机功率的大小,设计出该搅蜡机总 的传动比为 i总 ?
1390 ? 6.95 。根据所学的知识可知有和多种传动系统可以达到此要求。 200

在日常生产中最常用的有 V 带传动,齿轮传动,蜗轮蜗杆传动等。因此在设计中优先 考虑这两种方案。针对具体情况提出以下两种传动方案。

3.1.1 方案 1

图 3-1 传动方案图 1

方案论证:本方案采用了齿轮传动与带传动相结合。电动输入动力,先经过滑移齿轮 来实现变速,再通过 V 带传动将速度调整到工作机需要的速度。达到最终的设计方案。 这是一种比较常见的传动组合方式,其主要特点是: ①.能缓和载荷冲击,有过载保护作用; ②.运动平稳,无噪声; ③.可以增加带长以适应中心距较大的工作条件(可达 5m) ;
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④.有弹性滑动和打滑现象。有可能使效率降低; 此方案还有还设计了摩擦离合器和制动器,摩擦器的作用是控制主轴的转动和停止。 制动器和摩擦器安装在同一个轴上,当摩擦器脱开时,制动器便进行制动,使主轴迅 速停止转动,以便缩短辅助时间,有利于提高生产效率。它可以达到设计要求,使搅 蜡机按设计要求工作,该方案可以达到设计目的。

3.1.2 方案 2

图 3-2 传动方案图 2

该方案由电动机、变速器、工作机组成,其变速装置的是双联滑移齿轮变速器。 齿轮传动的特点: ①.工作性能可靠,使用寿命长; ②.瞬时传动比为常数; ③.传动效率高; ④.结构紧凑; ⑤.功率速度适用范围广; ⑥.制造安装要求的精度高; ⑦.精度低时,噪音和振动大; ⑧.不适宜于轴间距传动,成本高。 齿轮传动的适用范围非常广泛,传递的功率可达数万千瓦,圆周速度可达 150m/s,直
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径可达 10m 以上,单级传动比可达 7,因此,在机器中得到了广泛的应用。

3.2 方案综合分析比较及方案的确定
对于以上提出的两种搅蜡机总体传动方案,方案 1 采用的是带传动与滑移齿轮传 动组合的形式,从传动系统图可以看出这样的设计结构尺寸紧凑,这样就减小总体尺 寸,因此搅蜡机的整体尺寸就会减小,其占地面积也会减小。方案 2 采用的是一个圆 柱齿轮变速器作为传动装置的结构,从总体的布局上分析比前两种方案结构要紧凑的 多,这样就减小总体尺寸,因此搅拌机的整体尺寸就会减小,其占地面积也会减小。 由方案图可以看出电动机与搅拌轴布置在两侧,这样就为搅蜡机的整体设计减小了尺 寸空间。 二速变速器具备了变速的主要性能和特点,工作时性能可靠,维修少,使用寿命 长,传动效率高,结构比较紧凑。变速器在布置上采用的是展开式,主要是因为这种 布局方式比较简单,由于设计要求的传递功率不是很大,变速器的齿轮传动为闭式, 它的工作比开式好的多,且闭式传动的润滑条件也好的多。 通过以上的对比分析,在综合考虑制造成本,结构尺寸,使用寿命等问题后,我 选择方案一为最后的设计方案。 以下是螺旋搅蜡机设计总图:

1-电动机 2-变速箱 3-盖 4-螺旋 5-本体 6-装蜡斗 8-支撑本体 9-护盖 10-带轮 11-架 图 3-3 螺旋搅蜡机总图
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第 4 章 电动机的选择
本设计的搅蜡机属于一般机械设备,按其工作要求确定选用常用的 Y 系列的电动 机,它是全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,额定电压 380V

4.1 原始参数
已知搅蜡机的输出转矩:T ? 10.6 N / m ;搅蜡机的两种工作轴转速: n ? 200r / min 和 n ? 400r / min ;搅拌工作轴至地面高度 H= 800-1000mm。

4.2 电动机的容量选择及型号的确定
⒈ 计算电机所需功率 查参考文献[2]表 2-3

?1 --带轮传动效率 ?1 ? 0.96 ?2 --每对轴承传动效率 ?2 = 0.99 ?3 --圆柱齿轮的传动效率 ?3 = 0.97 ?4 --联轴器效率 ?4 = 0.99 ?5 --工作机效率 ?5 = 0.95 ? ? ?电机至工作机之间的传动装置的总效率
? ? ?1 ? ?22 ? ?3 ? ?4 ? ?5
根据输出轴转矩

T3 ? 10.6 N .m
T 又 T3 ? 9550 n3 3

因为要求提供两种工作转速,当转速为 400 r/min 时要求的功率最高;所以应该满足此转速所需的 功率:

T3 n 3 10.6 ? 400 ? ? 0.44 KW 9550 9550 P3 ?5 P ? 0.49 KW 电 ? P3 ?

?

⒉ 确定电机的转速

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查参考文献[2]表 2-1,由于带只是传递运动,所以取 V 带传动比: i? ? 2 ~ 4 ;一级圆柱 齿轮减速器传动比常用范围: i ? 5 。 减 则总传动比合理范围: i ? 20 电动机的转速范围 nd ? i ? n ? 20 ? 400 ? 8000r / min 符合这一范围的同步转速有 1000r/min、1500 r/min 和 3000r/min。 由参考文献[2]表 16-1,选择 Y 系列三相异步电动机。现将两种方案列于下表:
表 4-1 方案 1 2 电机型号 Y801-2 Y801-4 Y 系列(IP44)电动机的技术数据 满载转速(r/min) 2825 1390 质量(kg) 16 17 电机功率(kw) 0.75 0.55

查表取电动机的额定功率 Pd =0.55KW 。因此方案 2 是比较理想的方案。 表 4-2 所选电动机的技术数据

Y801-4 电动机的机械性能如下 型号 Y801-4 功率(kw) 0.55 满载转速(r/min) 1390 堵塞转矩(nm) 2.2 重量(kg) 17

4.3 电动机的外型及尺寸
表 4-3 A 125 B 100 D 19 电动机的安装及外形尺寸 E 40 F 6 AC 165 BB 130

图 4-2
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电动机的外形图
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第 5 章 确定传动比及动力参数
5.1 确定总的传动比
㈠当第 1 种工作轴转速为 200r/min 时
(1)总传动比 i 根据选定电动机型号,得 nw ? 1390r / min ; 所以知总传动比 i ? (2)V 带传动比 i ? 、齿轮传动比 i1 的确定: 取 i? ? 2.6 ,则一级齿轮的传动比 i1 为: i1 ?
i 6.95 ? ? 2.67 i? 2.6

nm 1390 ? ? 6.95 nw 200

(3)误差计算:

i ? (i1 ? i0 ) 6.95 ? (2.67 ? 2.6) ? ? 0.12% ? ?3% i 6.95

因此在允许范围内。

㈡当第 2 种工作轴转速为 400r/min 时
(1)总传动比 i ' 根据选定电动机型号,得 nw ? 1390r / min ;所以知总传动比

i' ?

nm 1390 ? ? 3.475 nw 400

(2)V 带传动比 i ? 、齿轮传动比 i2 的确定: 取 i? ? 2.6 ,则一级齿轮的传动比 i1 为: i2 ?

i ' 3.475 ? ? 1.337 i? 2.6
因此在允许范围内

(3)误差计算:

i ' ? (i2 ? i0 ) 3.475 ? (1.337 ? 2.6) ? ? 0.04% ? ?3% 3.475 i'

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5.2 传动系统动力参数的计算
5.2.1 定义各轴
轴 1—减速器输入轴 轴 2—减速器输出轴 轴 3—工作机轴

5.2.2 各轴功率
工作机所需的电动机的功率 Pd 和各处的传递效率在前面已经求得,所以 3 根轴的 功率为:

P 1 ? P 电 ? ?4 ? 0.49 ? 0.99 ? 0.485kw P 2 ? P 1 ? ?2 ? ?3 ? 0.485 ? 0.99 ? 0.97 ? 0.466kw P 3 ? P 2 ? ?2 ? ?4 ? 0.466 ? 0.99 ? 0.96 ? 0.44kw

5.2.2 各轴转速
已知满载时的转速 nm 和各级传动比,所以可得各轴的转速

㈠当第一种转速为 200r/min 时
n1 ? n r / min 电 ?1 3 9 0
n2 ? n3 ? n1 1390 ? ? 520.599r / min i1 2.67 n2 5 2 0 . 5 9 9 ? ?200.r 23 / min i? 2.6

㈡当第二种转速为 400r/min 时
n1' ? n r / mi n 电 ?1 3 9 0

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' n2 ?

n1' 1390 ? ? 1039.64r / min i2 1.337
' n2 1039.64 ? ?399.6 r 2 / min i? 2.6

' n3 ?

5.2.3 各轴转矩
可知电动机的轴的满载转速 nm 和功率,则得电动机轴的输出转矩 Td ? 9550 的转矩为

Pd N .m ,则各级 nm

㈠当第 1 种转速为 200r/min 时
T1 ? 9550 ? P 0.485 1 ? 9550 ? ? 3.33 N ? m n1 1390

T2 ? 9550 ? T3 ? 9550 ?

P2 0.466 ? 9550 ? ? 8.55 N ? m n2 520.599 P3 0.44 ? 9550 ? ? 20.99 N ? m n3 200.23

㈡当第 2 种转速为 400r/min 时
T1' ? 9550 ? T2' ? 9550 ?
' P 0.485 1 ? 9550 ? ? 3.33N ? m ' 1390 n1

P2' 0.466 ? 9550 ? ? 4.28 N ? m ' 1039.64 n2

' P 0.44 3 T ? 9550 ? ' ? 9550 ? ? 10.51N ? m 399.62 n3 ' 3

根据 T ? 9550 ?

P ,当 P 恒定时,转速越低转矩就越小;因此在以后的设计过程 n

中都应按照低速 200r/min 时设计计算。确定各轴参数如表 5-1

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表 5-1 参数 轴 输入轴 输出轴 搅蜡机轴 功率(KW) 0.485 0.466 0.44

各轴参数植

转速(r/min) 1390 520.599 200.23

转矩(N·m) 3.33 8.55 20.99

第6章
6.1 求功率及确定 V 带型号

V 带设计

已知搅拌机的实际输输入功率 P3 ? 0.44kw ;长期连续工作时间 8h,参考文献[1] 表 13-8 取工作情况系数 K A ? 1.3 ,则它的计算功率为:

P c ? KA ? P 3 ? 1.3 ? 0.44 ? 0.572kw
根据 P c ? 0.572kw , nw ? 520.599r / min ,查参考资料图 13-15 确定选用 Z 型带。

6.2 确定带轮的直径 d 1 和 d 2
由 参 考 文 献 [1] 查 表 13-9 , 从 标 准 系 列 值 中 取 d1 ? 106mm ; 则 ;圆整,查参考文献表 d2 ? i? ? d1 ? ?1? ? ? ? 2.6 ? 90 ? ?1? 0.02? ? 229.32mm (取 ? =0.02 ) 13-9,故取 d2 ? 236mm

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6.3

验算带速 V

6.3.1 当工作轴转速为 200r/min
小带轮转速 大带轮转速
V1 ? 3.14 ? 90 ? 520.599 ? 2.45m / s 60 ?1000 60 ?1000 ? d 2 nw 3.14 ? 236 ? 200 V2 ? ? ? 2.47m / s 60 ?1000 60 ?1000 ?

? d1n2

6.3.2 当工作轴转速为 400r/min
' ? d1n2

小带轮转速

V1 ?

60 ?1000
' ? d 2 nw

?

3.14 ? 90 ?1039.64 ? 4.90m / s 60 ?1000 3.14 ? 236 ? 400 ? 4.94m / s 60 ?1000

大带轮转速

V2 ?

60 ?1000

?

由于带传动只是传递运动,所以带速满足要求。

6.4 求 V 带基准长度 Ld 和中心距 a
初步选取中心距 ao 由公式: 0.7 (d1 ? d 2 ) ? ao ? 2 (d1 ? d 2 )
? ao ? 0.7 (d 1 ? d 2 ) ? 2 (d 1 ? d 2 ) 2 0.7 ? (90 ? 236) ? 2 ? (90 ? 236) ? ? 440.1mm 2

圆整取 ao ? 445mm 验算带长

(d 1 ? d 2 )2 Lo ? 2ao ? (d 1 ? d 2 ) ? ? 1461.77mm 2 4ao

?

查参考文献[1]表 13-2 取 Ld ? 1600mm

K L ? 1.16

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实际中心距: a ? ao ?

Ld ? Lo
2

? 445 ?

1600 ? 1461.77 ? 514.12mm 2

6.5 验算带轮包角 ? 及确定 V 带根数
6.5.1 验算带轮包角
(d 2 ? d 1 )

? ? 180 ?
? 180 ?

a

? 57.3

236 ? 90 ? 57.3 ? 163.73 ? 120 514.12

所以符合要求。

6.5.2 计算轮带的根数
z? Pc 已知 n ? 520.599r / min d1 ? 90mm ; 由参考文献[1] 查表 13-3 ( Po ? ?Po ) K? K L

得 Po ? 0.17Kw (内差值) 计算传动比: i ?

d2 d 1(1 ? ? )

?

236 ? 2.57 90 ? (1 ? 0.02)

由参考文献[1]查表 13-5 得 ?Po ? 0.013Kw (内差值)

?1 =163.73? 查参考文献[1]表 13-7 得 K? ? 0.96 ,由此可得
z ? 2.8

所以取 3 根,小于 4 根,合适

6.6 求作用在带轮轴上的压力 Fo
由参考文献[1]表 13-1 得 q ? 0.06kg / m ,故得单根 V 带的初拉力:

F0 ?

500 ? pc ? 2.5 ? ?? ? 1? ? qv 2 ? 93.99 N 2? v k ? ? ?

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6.7 作用在轴上的压力
FQ ? 2 ? z ? Fo ? sin ?
2 ? 558.27N

6.8 轮的结构选择
据 V 带轮的直径尺寸,小带轮作成实心式,大带轮作成轮辐式。其结构尺寸计算如 下: 小带轮:采用实心式,Z 型槽

d 1 ? 90mm d a ? 94 mm B ? 38mm L ? 40mm
大带轮:采用腹板式,Z 型槽

d2 da dr dh

? 236mm ? d 2 ? 2ha ? 240mm ? da ? 2 (H ? ? ) ? 218mm ? (1.8 2) d s ? 60mm

do ?

? 139mm 2 B ? 2f ? se ? 38mm s ? (0.2 0.3)B ? 11.4 mm s1 ? 1.5s ? 18mm

dr ? dh

s 2 ? 0.5s ? 6mm
腹板上孔的直径d ' ? 53mm
其材料选用铸钢;

6.9 将 V 带轮的主要结构尺寸列表如下
表 6-1 所 V 带主要结构尺寸

d1

d2

带速 V

中心距 a

带长Ld
1600mm

包角 ?

根数


90 mm 236 mm 2.45m / s

514.12mm

163.73

3

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第7章
7.1 第 1 种转速齿轮传动设计

齿轮设计

7.1.1 选择齿轮类型、材料、精度及许用应力
1.确定齿轮类型 由于减速器只是用于传递运动及较小的动力转矩较小,所以选用圆柱直齿齿轮 就能满足要求! 2.选择材料 根据题目要求减速器传递的较小的转矩,齿面接触强度较小,选用 Q195 碳素钢, 既可满足各项要求。 3.确定其许用应力 由参考文献[2]查表 9-6 查得: 小齿轮用 Q195 普通碳素钢,齿面硬度 170HBS, 大齿轮用 Q195 普通碳素钢,齿面硬度 170HBS, 由参考文献[1]表 11-5 查得: SH ? 1.0 SF ? 1.2 由参考文献[3]查图 4.38(b)及图 4.39(b)

? H lim1 ? 420 MPa ; ? H lim 2 ? 420 MP a ? 420 [? H lim1 ] ? H lim1 ? ? 420 MP a;
SH 1.0 [? H 2 ] ?

? H lim 2
SH

?

420 ? 420 MP a; 1.0

? F lim1 ?;160 MPa ? F lim 2 ? 160 MPa ? 160 [? F 1 ] ? F lim1 ? ? 133.33MP a;
SF 1.2 [? F 2 ] ?

? F lim 2
SF

?

160 ? 133.33MP a; 1.2

按齿面接触强度设计计算 齿轮按 9 级精度制造。在工作中,仅有轻微的振动,是一班制工作,故取载荷系 数 K ? 1.2 (由参考文献[1]表 11-3) ,高速轴齿宽系数 ?a =0.3 .
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7.1.2 按齿面接触强度设计计算
转速为 200r / min ,根据前面计算数据 T1 ? 3.33 ?103 N m i1 ? 6.95
a ? (i1 ? 1) 3 ( 335 2 K T1 335 2 1.2 ? 3.33 ? 103 ) ? ? (2.67 ? 1) 3 ( ) ? ? 53.93mm [? H ] ?a i1 420 0.3 ? 2.67

圆整 a,并且其取值必须尾数是 0 或是 5 的值,考虑到齿轮定位的相关问题这里取
a ? 105mm 。m 的可取值为 2.5、3 等。

在 设 计 中 为 了 防 止 小 齿 轮 过 度 的 磨 损 , 要 求 Z1 、 Z 2 互 质 。 取 m ? 3mm , 由 公 式
a? m ( Z1 ? Z 2 ) 可得Z ? Z ? 70;又传动比i =2.67 取Z ? 19, Z ? 51 ;实际的传动比 1 2 1 1 2 2

i1 ?

Z1 51 ? ? 2.68 。 Z 2 19

传动比验算 ?i ? 2.68 ? 2.67 ? 100% ? 0.37% ? ?3% 2.67 符合设计要求,因此取相关数据如下:

a=105mm, m=3mm, Z1 =19, Z2 =51,
齿宽: b ? ?a ? a ? 0.3 ?105 ? 31.5mm, 取b2 ? 35mm; 为了补偿安装误差,使小齿轮宽些取 b1 ? b2 ? 5 ? 40mm 。

7.1.3 验算齿轮弯曲强度
按最小齿宽 b ? 31.5mm 计算 由参考文献[1]图 11-8 和图 11-9 图 11-9 查得齿形系数:

Z1 ? 19 Z2 ? 51

YFa1 ? 3.02 YFa 2 ? 2.96

Ysa1 ? 1.53 Ysa 2 ? 1.68

? F1

2KT1YFa1Ysa1 2 ? 1.2 ? 3.33 ?103 ? 3.02 ?1.53 ? ? ? 6.86MPa ? ? ?? F11 ? ? , 安全 bm2 Z1 31.5 ? 32 ? 19
YF2 2.96 ? 1.68 ? 6.86 ? ? 7.38MPa ? ?? F 2 ? , 安全 YF1 3.02 ? 1.53
20

? F 2 ? ? F1

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7.1.4 齿轮的圆周速度
? d1 n1
60 ? 1000 3.1415 ? 3 ? 19 ? 1390 ? 4.15m / s ,合适。 60 ? 1000

v?

?

7.2 第 2 种转速齿轮传动设计
7.2.1 选择齿轮类型、材料、精度及许用应力
齿轮类型、材料、精度及许用应力和第一种转速选取一样。

7.2.2 按齿面接触强度设计计算
齿轮按 9 级精度制造。在工作中,仅有轻微的振动,是 1 班制工作,故取载荷系 数 K=1.2 (由参考文献[1]表 11-3) ,低速轴齿宽系数 ?a =0.3 ,计算:已知 i2 ? 1.337
335 2 K T1' 335 2 1.2 ? 3.33 ? 103 a ? (i2 ? 1) ( ) ? ? (1.337 ? 1) 3 ( ) ? ? 43.25mm [? H ] ?a i2 [420] 0.3 ? 1.337
3

取 a=65,70,80... 模数 m=2.5,3... 由于是两种速度的变换是由滑移齿轮实现,因此其中心距应与第一种转速时的一样取
a ? 105mm

由公式a ?

m ( Z1 ? Z 2 ) 2

m ? 2.5

可得Z1 ? Z2 ? 84;又传动比i2 ? 1.337
因此实际传动比 i2 ? 传动比验算 ? i ?

取Z1 ? 36; Z2 ? 48 ;

Z 2 48 ? ? 1333 Z1 36

1.333 ? 1.337 ? ?0.30% ? ?3%符合设计要求,因此取相关数据如下: 1.337

a ? 105mm

m ? 2.5mm

Z1 ? 36; Z2 ? 48

取齿宽系数 ?a =0.3 ,则 b ? ?a ? a ? 0.3 ?105 ? 31.5mm 所以取大齿轮的齿宽 b2 ? 35mm ,

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小齿轮 b1 ? b2 ? 5 ? 40mm

7.2.3 验算齿轮弯曲强度
按最小齿宽 b ? 31.5mm 计算 由参考文献[1]图 11-8 和图 11-9 查得齿形系数:

Z1 ? 36 Z2 ? 48

YFa1 ? 2.53 YFa 2 ? 2.36

Ysa1 ? 1.66 Ysa 2 ? 1.67

? F1 ?

2KT1YF1Ysa1 2 ? 1.2 ? 3.33 ? 103 ? 2.53 ? 1.66 ? ? 4.74MPa ? ?? F1 ? , 安全 bm2 Z1 31.5 ? 2.52 ? 36
YF2Ysa 2 2.36 ? 1.67 ? 4.74 ? ? 4.45MPa ? ?? F 2? , 安全 YF1Ysa1 2.53 ? 1.66

? F 2 ? ? F1

7.1.4 齿轮的圆周速度
? d1 n1
60 ? 1000 3.1415 ? 2.5 ? 36 ? 1390 ? 6.55m / s 合适。 60 ? 1000

v?

?

7.3 验算运动误差
第一种转速 nw1 ? 200r / min ,实际的总传动比 i1 ? i?

Z2 51 ? 2.6 ? ? 6.98 Z1 19

实际转速 n1 ? 所以误差 ?1 ?

n电 i1

?

1390 ? 199.14r / min ; 6.98
符合要求。

n1 ? nw1 199.14 ? 200 ? ? ?0.43% ? ?3% nw1 200

第二种转速 nw2 ? 400r / min ,实际的总传动比 i2 ? i?

Z2 48 ? 2.6 ? ? 3.467 Z1 36

实际转速 n2 ?

n电 i2

?

1390 ? 400.92r / min ; 3.467

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所以误差 ?2 ?

n2 ? nw2 400.92 ? 400 ? ? 0.23% ? ?3% 符合要求。 nw2 400

7.4 齿轮的主要参数及结构
7.4.1 齿轮主要参数
第一种转速 nw ? 200r / min :
表 7-1 第一对齿轮参数

名称 分度圆直径

代号
d

公式及数据

备注

d1 ? m Z1 ? 3 ? 19 ? 57mm d2 ? m Z 2 ? 3 ? 51 ? 153mm

齿顶高 齿根高 全齿高 齿顶圆直径

ha

* ha ? m ha ? 3 ?1.0 ? 3mm

hf
h

* hf ? (ha ? C* ) m ? (1 ? 0.25) ? 3 ? 3.75mm

h ? ha ? h ? 3 ? 3.75 ? 6.75mm
* d a1 ? ( Z1 ? 2ha ) m ? (19 ? 2 ? 1.0) ? 3 ? 63mm * d a 2 ? ( Z 2 ? 2ha ) m ? (51 ? 2 ? 1.0) ? 3 ? 159mm
* ha ? 1.0

da

齿根圆直径

df

* d f 1 ? ( Z1 ? 2ha ? 2C * ) m ? 49.5mm * d f 2 ? ( Z 2 ? 2ha ? 2C * ) m ? 145.5mm

C * ? 0.25

基圆直径

db
p

db1 ? d1 cos ? ? 57 ? cos 20 ? 53.56mm db 2 ? d 2 cos ? ? 153 ? cos 20 ? 143.77mm

齿距 齿厚 槽宽

p ? ? m ? 3.1415 ? 3 ? 9.42mm

s e

s? p e? p

2 2

? 9.42 ? 4.71mm 2 ? 9.42 ? 4.71mm 2

第二种转速 nw2 ? 400r / min :
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表 7-2 第二对齿轮参数

名称 分度圆直径

代号
d

公式及数据

备注

d1 ? m Z1 ? 2.5 ? 36 ? 90mm d2 ? m Z2 ? 2.5 ? 48 ? 120mm

齿顶高 齿根高 全齿高 齿顶圆直径

ha

* ha ? m ha ? 2.5 ?1.0 ? 2.5mm

hf
h

* hf ? (ha ? C* ) m ? (1 ? 0.25) ? 2.5 ? 3.125mm

h ? ha ? h ? 2.5 ? 3.125 ? 5.625mm
* d a1 ? ( Z1 ? 2ha ) m ? (36 ? 2 ? 1.0) ? 2.5 ? 95mm * d a 2 ? ( Z 2 ? 2ha ) m ? (48 ? 2 ? 1.0) ? 2.5 ? 125mm
* ha ? 1.0

da

齿根圆直径

df

* d f 1 ? ( Z1 ? 2ha ? 2C * ) m ? 83.75mm * d f 2 ? ( Z 2 ? 2ha ? 2C * ) m ? 113.75mm

C * ? 0.25

基圆直径

db
p

db1 ? d1 cos ? ? 90 ? cos 20 ? 84.57mm db 2 ? d 2 cos ? ? 120 ? cos 20 ? 112.76mm

齿距 齿厚 槽宽

p ? ? m ? 3.1415 ? 2.5 ? 7.85mm

s e

s? p
e? p

2
2

? 7.85 ? 3.93mm 2
? 7.85 ? 2.93mm 2

7.4.2 齿轮结构设计
根据参考资料[1]当齿顶圆直径 200mm ? da ? 500mm 时,齿轮采用腹板式;所以两 种速度情况的大齿轮都采用腹板式,小齿轮采用实心式。
表 7-3 齿轮的结构数据

齿轮 第一种转速小齿轮 第一种转速大齿轮 第二种转速小齿轮 第二种转速大齿轮
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结构形式 实心式 实心式 实心式 实心式

齿数 Z 19 51 36 48

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第8章
8.1 变速器输入轴的结构设计

轴设计

轴的材料选用 Q195 钢 HBS=170 [? ?1b ] ? , 对于轴结构的设计,考虑轴上零件的定位、固定及装拆拟采用阶梯轴结构如下图 8-1。

8.1.1 轴的径向尺寸的确定
① 确 定 轴 的 最 小 直 径 当 工 作 轴 转 速 为 200r/min 时 , 减 速 器 输 入 轴 转 矩

T1 ? 3.33N.m
d ?C? 3

T2 ? 8.55N.m 较大;因此应该满足此时转矩强度要求设计计算;
n ? 1390r / min C ? 120 ,

P mm ,式中 P ? 0.485Kw n

故最小轴径: dmin ? 120 ? 3

0.485 ? 8.45mm 1390

选择联轴器来确定其径向尺寸:
转矩 T1 =3.33N/m

工作情况系数 K A ? 1.3

则转矩 TC =K A T1 ? 1.3 ? 3.33 ? 4.329 N.m 由参考资料[1]表 11-4 查得选择弹性套柱销联 轴器 TL2,Y 型孔,则 L=32mm 。允许的孔直径为 9~12mm .因此取 d1 ? 12mm 。 ② 确定 d2 尺寸 取 d2 ? 15mm 。 ③ 计算轴颈尺寸 d3

d3 ? d2 , 且 d3 段装滚动轴承,按照轴承内颈标准系列来确定轴的直径。初选轴承型号是
6204,确定 d3 =20mm ; ④ 由于该轴段为齿轮轴则, d4 ? da ? 25mm ⑤ 另一侧 d5 ? 30mm

取 d4 ? 25mm

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⑥ 另一侧安装轴承 d 6 ? 20mm ;

图 8-1 输入轴的径向尺寸示意图

8.1.2 轴的轴向尺寸的确定
轴向尺寸的确定:

① d1 ? 12mm 轴段的长度等于联轴器的长度 L1 ? 32mm 。 ② d2 ? 15mm 轴段的长度 L2 ? l3 ? k ? t ? c2 ? (5 ~ 10) ? 15 ? 5.6 ? 10 ? 12 ? 8 ? 50.6mm , 取 L2 ? 50mm ③ d3 ? 20mm 轴段的长度等于轴承 6204 的宽度 16mm 、套筒的长度 10mm 和挡油环的 宽度 10mm 的和,所以 L3 ? 14 ? 10 ? 10 ? 34mm ④ d4 ? 25mm 轴段的长度等于两齿轮宽度之和 80mm 加上 40mm ,所以此轴段的长度

L4 ? 126mm
⑤ d5 ? 30mm 轴段的长度 L5 ? 6mm ⑥ d6 ? 20mm 轴段的长度等于轴承 6204 的宽度 14mm 、 套筒 8mm 、 挡油环的宽度 10mm 及倒角 2 mm 的和,所以此轴段的长度 L6 ? 34mm 以下是轴的轴向尺寸示意图:

图 8-2 输入轴的轴向尺寸示意图
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8.1.3 轴的强度校核
初选轴承和轴承盖 : 根据 d3 ? 20mm 初选滚动轴承型号为 6204,由此可确定轴承盖 的尺寸和类型, 作用在小齿轮上的圆周力和径向力:

Ft1 ?

2T1 2 ? 3330 ? ? 116.84 N d1 57

Fr1 ? Ft1 tan 20 ? 116.84 ? tan 20 ? 42.53N
作用在大齿轮上的圆周力和径向力:
Ft 2 ? 2T1 2 ? 3330 ? ? 74 N d2 90

Fr 2 ? Ft 2 tan 20 ? 74 ? tan 20 ? 26.93N
作用在联轴器上的作用力:
F ? 0.25 ? 2T1 2 ? 3330 ? 0.25 ? ? 23.45 N D 71

垂直面上的支反承力:

图 8-3 垂直面支反力

? MA
R BV 1 ? R BV 2

? 0

116.84 ? 133 ? 84.46N 184 184 F ? 47 74 ? 47 ? t2 ? ? 18.90N 184 184 ?

Ft 1 ? 133

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?Y

? 0

R AV 1 ? Ft 1 ? R BV 1 ? 116.84 ? 84.46 ? 32.38N R AV 2 ? Ft 2 ? R BV 2 ? 74 ? 18.90 ? 55.1N
水平面上的支反承力:

图 8-4 水平面支反力

? MA
R BH 1 ? R BH 2

? 0

42.53 ? 133 ? 30.74N 184 184 F ? 47 26.93 ? 47 ? r2 ? ? 6.88N 184 184 ?

Fr 1 ? 133

?X

? 0

R AH 1 ? Fr 1 ? R Bh1 ? 42.53 ? 30.74 ? 11.79N R AH 2 ? Fr 2 ? R Bh 2 ? 26.93 ? 6.88 ? 20.05N
力 F 在支点产生的支反力:

图 8-5 力 F 支反力

? MB ? 0 F ? (73 ? 127 ? 57) 23.45 ? 257 F ? ? ? 32.75 N A 127 ? 57 184

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?

?0

FB ? FA ? F ? 32.75 ? 23.45 ? 9.3N

第一种速度时齿轮中心截面对应轴的截面 a-a 的弯矩:

M H 1 ? R BH 1 ? (184 ? 133) ? 30.74 ? 51 ? 1567.74N . mm M V 1 ? R BV 1 ? (184 ? 133) ? 84.46 ? 51 ? 4307.46N . mm M1 ? M H 12 ? M V 12 ? 1567.742 ? 4307.462 ? 4583.89N . mm

第二种速度时齿轮中心截面对应轴的截面 b-b 的弯矩:

M H 2 ? R BH 2 ? (184 ? 47) ? 6.88 ? 137 ? 942.56N . mm M V 2 ? R BV 2 ? (184 ? 47) ? 18.90 ? 137 ? 2589.3N . mm M2 ? M H 22 ? M V 22 ?
942.562 ? 2589.32 ? 2755.52N . mm

力 F 在两截面出的弯矩:

M F 1 ? FB ? 57 ? 9.3 ? 57 ? 530.1N . mm M F 2 ? FB ? 137 ? 9.3 ? 137 ? 1274.1N . mm
合成弯矩 考虑到最不利的情况把 M F 与M 1或M 2 直接相加设计计算。

M a ?a ? M 1 ? M F 1 ? 4583.89 ? 530.1 ? 5113.99N . mm M b ?b ? M 2 ? M F 2 ? 2755.52 ? 1430.28 ? 4185.8N . mm
危险截面的当量弯矩 a-a 截面最危险,因此按此截面弯矩设计计算,其当量弯矩为: 由于传动扭矩 T 等于常数,轻度振动单向传动,所以取 ? ? 0.3

Me ?

M a ?a 2 ? (?T )2 ? 5113.992 ? (0.3 ? 3330)2 ? 5210.65N . mm

校核危险截面的强度: 对于截面 b-b 有键槽,计算轴径降低 4%
' ? d4 ? 25 ? (1 ? 4%) ? 24mm

? ? ?

Me
0.1 ? d
'3 4

?

5513.36 ? 3.99MPa ? [? ?1b ] 符合。 0.1 ? 243

轴的弯矩图:

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图 8-6 输入轴的强度校核

8.1.4 轴承的寿命校核
型号 6204 已知轴承处的水平和垂直受力,以及 FQ 在两轴承处产生的支反力的大小,按最危险的 情况计算,将各支点处的力直接相加,修正后的寿命计算式为:

Cf 106 Lh ? Lh ? ? ( t )? h 60n Pfp
由于轴承主要承受径向载荷的作用,所以 P ? Fr ;查参数资料 [1] 轴承工作温度在
100 c 温度系数 ft ? 1 ;轻微冲击 fp ? 1.2 ? ? 3 。

按最不利的情况计算:

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Fr 1 ? Fr 2 ?
计算得

R AV 12 ? R AH 12 ? FA ? 36.192 ? 13.182 ? 32.75 ? 71.27N R BV 12 ? R BH 12 ? FB ?
80.652 ? 29.352 ? 9.3 ? 95.12N
3

Lh ?

Cf 106 106 12.8 ? 10 ? 1 3 ? ( t )? ? ?( ) ? 16.9 ? 106 h 60n Pfp 60 ? 1390 95.12 ? 1.2

变速速箱双班制工作,寿命为 10 年,三年进行中修 Lh‘=17520 h,因为 Lh >Lh‘,所以合 适

8.1.5 联轴器选择
由于电机轴和减速器输入轴轴径不一样,弹性联轴器能满足这一条件并有诸多有 点,所以考虑选用弹性联轴器。装置的原动机时电机,所以工作系数 K A ? 1.5 ,计算转 矩 Tca ? K AT1 ? 1.5 ? 3330 ? 4995N.mm , 选 用 弹 性 柱 销 联 轴 器 TL 2 , 其 公 称 转 矩
T ? 6300 N .mm 满足要求,其主要参数如下:

主动端:Z型轴孔,C型键槽 d z ? 19mm, L1 ? 42mm 从动端:Y 型轴孔,A型键槽 d1 ? 12mm, L ? 32mm

8.2 变速器输出轴的设计
轴的材料选用 Q195 钢 HBS=170 [? ?1b ] ? , 对于轴结构的设计,考虑轴上零件的定位、固定及装拆拟采用阶梯轴结构如下图 8-7。

8.2.1 轴的径向尺寸的确定
① 确 定 轴 的 最 小 直 径 当 工 作 轴 转 速 为 200r/min 时 , 减 速 器 输 入 轴 转 矩

T1 ? 3.33N.m
d ?C? 3

T2 ? 8.55N.m 较大;因此应该满足此时转矩强度要求设计计算;

P mm ,式中 P ? 0.466Kw 、 n ? 520.599r / min 、 c ? 120 n
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故最小轴径为 dmin ? 11.56mm ,经圆整取最小轴径 d1 ? 20mm 。 ② 确定 d2 尺寸 取 d2 ? 25mm ③ 计算轴颈尺寸 d3

d3 ? d2 , 且 d3 段装滚动轴承,按照轴承内颈标准系列来确定轴的直径,初选轴承型
号是 6206,确定 d3 =30mm ④ 由于该轴段为齿轮轴则, d4 ? d3 ? 35mm ⑤ 上一台阶 d5 ? 40mm ⑥ 该轴段为齿轮所以 d6 ? d4 ? 35mm ⑦ 该轴段和轴径为 d3 轴段相同的轴径相同,所以取 d7 ? 30mm 下面是轴的径向尺寸示意图:

取 d4 ? 35mm

图 8-7 输出轴的径向尺寸示意图

8.2.2 轴的轴向尺寸的确定
轴向长度的确定: ① 轴径为 d1 的轴段装有小带轮,则尺寸为 L1 ? 40mm ② 轴径为 d2 轴段上装有轴承端盖,为方便装拆取 L2 ? 50mm ③ 先确定 6206 型轴承的轴承盖的尺寸,选择凸缘式轴承盖,轴承的外径 D ? 62mm , 轴承断盖螺钉直径 d3 ? 6mm , e ? 1.2d3 ? 9.6mm , 取?3 =10

m ? l2 ? ?3 ? B ? ? ? c1 ? c2 ? 10 ? ?3 ? B ? 31mm ;所以 取L3 ? 44mm
④ 轴径为 d 4和d6 的轴段上装齿轮,齿轮宽度 35mm,所以取 L4 ? L6 ? 33mm
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⑤ 轴径为 d7 的轴段上装轴承、挡油环及套筒,取 L7 ? 39mm ⑥ 为了和输入轴上的齿轮配合,轴径为 d5 的周段长度

L5 ? 200 ? ( L3 ? L4 ? L6 ? L7 ) ? 51mm
以下是轴的轴向尺寸示意图

图 8-8 输出轴的轴向尺寸示意图

8.2.3 轴的强度校核
求作用在轴上的力 作用在小齿轮上的圆周力和径向力:
Ft1 ? 2T2 2 ? 8550 ? ? 142.5 N d1 120

Fr1 ? Ft1 tan 20 ? 142.5? tan 20 ? 51.87N
作用在大齿轮上的圆周力和径向力:
Ft 2 ? 2T2 2 ? 8550 ? ? 111.76 N d2 153

Fr 2 ? Ft 2 tan 20 ? 111.76 ? tan 20 ? 40.68N
作用在小带轮上的作用力:

F ? FQ ? 558.27 N
求垂直面的支撑反力

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图 8-9 垂直面支反力

? MA
R BV 1 ? R BV 2

? 0

142.5 ? 44.5 ? 34.84N 182 182 F ? 130.5 111.76 ? 130.5 ? t2 ? ? 80.14N 182 182 ?

Ft 1 ? 44.5

?Y

? 0

R AV 1 ? Ft 1 ? R BV 1 ? 142.5 ? 34.84 ? 107.66N R AV 2 ? Ft 2 ? R BV 2 ? 111.76 ? 80.14 ? 31.62N
求水平面的支撑反力

图 8-10 水平面支反力

? MA
R BH 1 ? R BH 2

? 0

51.87 ? 44.5 ?12.83N 182 182 F ? 130.5 40.68 ? 130.5 ? r2 ? ?29.17N 182 182 ?

Fr 1 ? 44.5

?X

? 0

R AH 1 ? Fr 1 ? R Bh1 ? 51.87 ? 12.83 ? 39.04N R AH 2 ? Fr 2 ? R Bh 2 ? 40.68 ? 29.17 ? 11.51N
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F 点产生的反力

图 8-11 力 F 支反力

?A?0
FB ? F ? 260 558.27 ? 260 ? ? 797.53N 182 182

?

?0

FA ? FB ? F ? 797.53 ? 558.27 ? 239.26 N
第一种速度时齿轮中心截面对应轴的截面 a-a 的弯矩:

M H 2 ? R AH 2 ? 130.5 ? 11.51 ? 130.5 ? 1502.06N . mm M V 2 ? R AV 2 ? 130.5 ? 31.62 ? 130.5 ? 4126.41N . mm M2 ? M H 22 ? M V 22 ? 1502.062 ? 4126.412 ? 4391.29N . mm

第二种速度时齿轮中心截面对应轴的截面 b-b 的弯矩:

M H 1 ? R AH 1 ? 44.5 ? 39.04 ? 44.5 ? 1737.28N . mm M V 1 ? R AV 1 ? 44.5 ? 107.66 ? 44.5 ? 4790.87N . mm M1 ? M H 12 ? M V 12 ? 1737.282 ? 4790.872 ? 5096.13N . mm

力 F 在两截面出的弯矩:

M F 2 ? FA ? 130.5 ? 239.26 ? 130.5 ? 31223.43N . mm M F 1 ? FA ? 41.5 ? 239.26 ? 41.5 ? 9929.29N . mm
求合成弯矩图: 考虑到最不利的情况把 M F 与M 1或M 2 直接相加设计计算。

M a ?a ? M 2 ? M F 2 ? 4391.29 ? 31223.43 ? 35614.72N . mm M b ?b ? M 1 ? M F 2 ? 5096.13 ? 9929.29 ? 15025.42N . mm
求危险截面的当量弯矩 a-a 截面最危险,因此按此截面弯矩设计计算,其当量弯矩为:
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由于传动扭矩 T 等于常数,轻度振动单向传动,所以取 ? ? 0.3

Me ?

M a ?a 2 ? (?T )2 ? 35614.722 ? (0.3 ? 8550)2 ? 35921.29N . mm

校核危险截面的强度: 对于截面 b-b 有键槽,计算轴径降低 4%
' ? d4 ? 35 ? (1 ? 4%) ? 33.6mm

? ? ?

Me
0.1 ? d
'3 4

?

35921.29 ? 9.47MPa ? [? ?1b ] 符合。 0.1 ? 33.63

轴的弯矩图:

图 8-6 输出轴的强度校核

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8.2.4 轴承的寿命校核
型号 6206 已知轴承处的水平和垂直受力,以及 FQ 在两轴承处产生的支反力的大小,按最危险的 情况计算,将各支点处的力直接相加,修正后的寿命计算式为:

Lh ? Lh ?

Cf 106 ? ( t )? h 60n Pfp

由于轴承主要承受径向载荷的作用,所以 P ? Fr ;查参考资料 [1] 轴承工作温度在
100 c 温度系数 ft ? 1 ;轻微冲击 fp ? 1.2 ? ? 3 。

按最不利的情况计算:

Fr 1 ? Fr 2 ?
计算得

R AV 22 ? R AH 22 ? FA ? 31.622 ? 11.512 ? 239.26 ? 272.91N R BV 22 ? R BH 22 ? FB ?
80.142 ? 29.172 ? 797.53 ? 882.81N
3 5

Cft ? 106 106 19.5 ? 10 ? 1 3 Lh ? ?( ) ? ?( ) ? 2.0 ? 10 h 60n Pfp 60 ? 520.599 882.81 ? 1.2

变速速箱双班制工作,寿命为 10 年,三年进行中修 Lh‘=17520 h,因为 Lh >Lh‘,所以合 适.

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第 9 章 变速箱的附加结构尺寸
表 9-1 名称 箱座壁厚 箱盖壁厚 箱盖凸缘厚度 箱座凸缘厚度 箱座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁联接螺栓直径 盖与座联接螺栓直径 联接螺栓 d2 的间距 轴承端盖螺钉直径 视孔盖螺钉直径 定位销直径 df,d1,d2 至外箱壁距离 d1,d2 至凸缘边缘距离 外箱壁至轴承端面距离 大齿轮顶圆与内箱壁距离 齿轮端面与内箱壁距离 轴承端盖外径 符号 变速器机体结构尺寸 公式 结果 3.6mm 3.1mm 4.65mm 5.4mm 9mm 15.78mm 4 8.84mm 7.89mm 160mm 6.312mm 4.734mm 5.6mm

?
?1
b1
b

? =0.025a+1 ? 8 ;

?1 =0.02a+1 ? 8 ;
b1 =1.5?1
b=1.5?

b2

b2 =2.5?
df =0.036a+12
250<a<500

df

n
d1

d1 =0.75df

d2
l

d2 = ? 0.5~0.6? df
l=150~200

d3
d4
d

d3 = ? 0.4~0.5? df
d4 ? (0.3 ~ 0.4)d f
d= ? 0.7-0.8 ? d2
由参考文献[2]表 11-2 由参考文献[2]表 11-2

c1

18 16
44mm 4.32mm 4mm 81.08mm

c2

R1
△1 △2

l1 ? c1 ? c2 ? (5 ~ 10)

?1 >1.2?
?2 >? D2 ? D ? (5 ~ 5.5)d3

D2

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第 10 章

键设计

10.1 变速器输入轴上键设计及校核
10.1.1 联轴器处的键的选择
首先选择 A 型普通平键,键的材料用 45 钢,查参考资料[1]表 10-10 轻微振动

[? p ] ? 100MPa 。
一.安装联轴器处的轴直径是 d ? 12mm , L1 ? 32mm ,查参考资料[2]表 10-26 选择键:

b ? h ?4 ?4 m m
键的强度校核:

r?0 . 0 8 ~ 0 . 1 6 L?

?0.1 ?0.1 ,轴的 , 毂的 t1 ? 1.80 。 m 2m 8 t ? 2.50

因为载荷分布均匀,可以知道平键的挤压条件为:

?p ?

4T ? [? p ] ;键的工作长度: dhl

l ? L ? b ? 28 ? 5 ? 23mm T1 ? 3.33?103 N.mm ;
所以键的强度为: ? p ?
4T 4 ? 3.33 ?103 ? ? 12.07 MPa ? [? p ] ;所选键是安全的。 dhl 12 ? 4 ? 23

二.安装齿轮处轴的直径 d ? 25mm L4 ? 120mm ,查参考资料[2]表 10-26 选择导向键:
?0.1 ?0.1 , 毂的 t1 ? 3.30 。 b ? h ? 8 ? 7mm r ? 0.16 ~ 0.25 L ? 110mm ,轴的 t ? 4.00

10.1.2 键的强度校核
因为载荷分布均匀,可以知道平键的挤压条件为:

?p ?

4T ? [? p ] ;键的工作长度: l ? L ? b ? 110 ? 5 ? 105mm T1 ? 3.33?103 N.mm ; dhl

所以键的强度为: ? p ?

4T 4 ? 3.33 ?103 ? ? 0.72MPa ? [? p ] ;所选键是安全的。 dhl 25 ? 7 ?105

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10.2 变速器输出轴上键设计及校核
10.2.1 安装大齿轮处的键的选择
首先选择 A 型普通平键,键的材料用 45 钢,查参考资料[1]表 10-10 轻微振动

[? p ] ? 100MPa 。
一.安装齿轮处轴的直径 d ? 35mm ,轴向长度 L4 ? L6 ? 33mm ,查参考资料[2]表 10-26 选择键:

b ? h ? 10 ? 8mm r ? 0.25 ~ 0.40 L ? 28mm
键的强度校核

?0.2 ?0.2 轴的 t ? 5.00 , 毂的 t1 ? 3.30 。

因为载荷分布均匀,可以知道平键的挤压条件为:

?p ?

4T ? [? p ] ;键的工作长度: l ? L ? b ? 28 ?14 ? 14mm T2 ? 8.55 ?103 N.mm ; dhl

所以键的强度为: ? p ?

4T 4 ? 8.55 ?103 ? ? 15.27 MPa ? [? p ] ;所选键是安全的。 dhl 35 ? 8 ? 28

二.安装带轮处的轴的直径是 d ? 20mm ,轴向长度 L1 ? 40mm ,查参考资料[2]表 10-26 选择键:
?0.1 ?0.2 , 毂的 t1 ? 2.80 。 b ? h ? 6 ? 6mm r ? 0.16 ~ 0.25 L ? 32mm ,轴的 t ? 3.50

10.2.2 键的强度校核
因为载荷分布均匀,可以知道平键的挤压条件为:

?p ?

4T ? [? p ] ;键的工作长度: l ? L ? b ? 32 ? 5 ? 27mm T1 ? 8.55 ?103 N.mm ; dhl

4T 4 ? 8.55 ?103 ? ? 10.56MPa ? [? p ] ;所选键是安全的。 所以键的强度为: ? p ? dhl 20 ? 6 ? 27

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第 11 章 滑移齿轮变速结构的功用
滑移齿轮变速机构 M1 装输入轴上,其作用是控制主轴的转速。 滑移齿轮变速机构它是由滑块(执行件) 、摆杆(执行件) 、手柄(操纵件) 、轴(传 动件)和弹簧钢珠(控制件)组成。逆时针旋转手柄带动手柄上的齿轮转动,齿条随 之向左移动,带动支架向左移动,然后双联齿轮随支架向左移动,从而使第二种转速 齿轮啮合,达到切换转速的功能;同理,顺时针旋转手柄,使第一种转速齿轮啮合, 将第二种转速切换成第一种转速。 弹簧钢珠的作用时定位和锁定,在转换速度时起定位作用,与此同时锁定滑移齿 轮轴向移动。

第 12 章 齿轮和轴的毛坯制造
齿轮、轴的毛坯采用锻造生产制造,它们都用优质碳素结构刚制造。锻造生产的优越 性在于:他不但能获得金属零件的形状,而且能改善金属的的力学性能物理性能。 锻造生产的特点: (1)它能改善金属的内部组织,提高金属的力学性能和物理性能; (2)节约金属材料和切削加工工时; (3)具有叫较高的劳动生产率; (4)锻造有很大的灵活性。

第 13 章

变速器箱体结构及附属零件的设计

13.1 确定机体的结构设计
考虑变速器的工作性能,加工工艺,材料的消耗及成本等。机体可以做成整体式 或是剖分式,整体式机体一般用于蜗轮蜗杆变速器中,其加工量少,重量轻。零件少, 但是装配比较麻烦,而大多数的变速器都是采用的剖分式箱体,剖分式的剖分面与传 动轴线在同一平面内,装配方便。本设计为二速变速器,他能够输出两种工作转速。 机体结构不是很复杂,装配比较复杂,若采用整体式箱体则难以装配,所以采用剖分
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式箱体。首先是为了机体有足够的刚度,保证系统在传动中不产生偏载,不引起中心 线歪斜,应保证轴承座有足够的刚度,因此轴承座应有一定的厚度,并且在轴承座下 面有支撑肋。其次,机体的设计还应考虑便于机体内零件的润滑、密封和散热。最后 机体结构要有良好的工艺性。

13.2 机体的制造方式
机体的材料多为铸铁或是钢板,可以采用铸造方式也可以用钢板焊接的方式,由 于设计题目给定的加工生产批量为小批量,考虑到制造成本问题,采用铸铁铸造。铸 铁材料用 HT200。因为铸铁有很好的吸振性,容易切削且承压性能好,但是重量较重, 应用仍相当的广泛。

13.3 油标和定位销
油标的位置放在便于观察变速器油面稳定之处。 为了保证剖分式机体的轴承座孔的 加工及装配精度,在机体联结凸缘的长度方向 上两断各安装圆锥定位销。定位销一般为 d ? (0.7 ~ 0.8)d2 , d2 为机体联接螺栓直径, 其长度应大于机盖和机座联接凸缘的总厚度,以便于拆装。

第 13 章

搅蜡机工作机的设计

搅拌机的采用 45#钢的钢板焊接而成, 主要是依据箱体的结构采用焊接是最经济和 实用的选择,45#纲价格低廉,有相当高的性价比,箱体的部分结构很复杂,焊接容易 实现,再者焊接在机械加工行业也是普遍采用的方法,焊接的加工方式也可以满足设 计要求。所以采用 45#钢板焊接箱体的结构。

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结 论
此次设计时毕业前最后的一次设计,此设计所涉及的知识范围比以往的都广泛, 需要更加系统我们以往所学知识,以及要考虑产品从设计到投入生产的过程中的一系 列问题。本设计根据搅蜡机的实际工作条件和环境,从给定的已知条件出发,通过实 地调查与它工作原理相似的机械传动装置,查阅大量的相关书籍、手册、图表及结合 网络资源的了解,对搅蜡机有了一个较为全面的认识。在对电动机做了选定以后,重 点放在传动装置的设计上。进行多个方案的对比分析之后,从其中择优选择进行分析 计算。主要是二速变速器、滑移齿轮、轴传动的详细分析、设计和计算以及传动装置 标准件的选用。 通过查阅大量的资料并结合所学专业课知识,最终完成这次设计。通过本次设计, 不仅拓宽了知识面,还锻炼了自己查阅书籍、自己动手的基本技能,为以后走上工作 岗位打下了良好的基础。毕业设计是对我们大学期间所学知识的一次综合检验,使我 们的基础知识得到更好的巩固,有利于拓展新思维,提出新见解,实施新方法,为我 们以后的发展奠定了基础。 通过本次设计,培养我查阅相关书籍、手册、图表以及相关知识的技能,为以后 走上工作岗位打下良好的基础。毕业设计是大学期间学习情况的总考察,让以往所学 知识加以应用,使我得到了更好的巩固和发展,有利于新思维的张开,开发创新能力。

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此次设计在指导老师李老师的精心指导下完成的,在设计过程中李老师给予了我 很大的帮助。李老师严谨的治学态度和精益求精的工作态度以及对待事业的奉献精神, 是我现在和将来学习的典范。在我遇到难以解决的难题和思维困惑的时候,李老师总 是热情耐心的给予我解答。本文的完成无不渗透着导师的心血,在此,特向尊敬的李 老师表示最衷心的感谢! 同时,此次设计是把以往所学知识的系统和拓展,这样就需要扎实的知识基础, 具备扎实的基础全靠大学里我的所有授课老师给予的谆谆教诲和大力帮助,因此,在 此向我所有老师致以最诚挚的谢意!

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主要参考文献目录或文献综述
专著格式示例: [1]杨可桢 程光蕴 李伸生主编.《机械设计基础(第五版) 》.高等教育出版社.2006. [2]王大康 卢颂峰主编.《机械设计课程设计》.北京工业出版社.2000. [3]王云 潘玉安主编.《机械设计基础案例教程(上册) 》.北京航天航空大学出版社.2006. [4]成大先主编.《机械设计手册单行本第 1 版》.化学工业出版社.2004. [5]牛鸣岐 王保民 王振甫主编.《机械原理课程设计手册》.重庆大学出版社.2001. [6]吴宗泽 罗圣国主编.《机械设计课程设计手册第 2 版》.高等教育出版社.1999. [7] 王昆 罗圣国主编.《机械零件课程设计挂图》.高等教育出版社.1986. [8]吴瑞祥 郭卫东等主编.《机械设计基础下册》.北京航空航天大学出版社.2005. [9]齿轮国家标准汇编.中国标准出版社.1991. [10]全国紧固件标准化技术委员会编.紧固件基础国家标准汇编(1994).中国标准出版社.1995. [11] 王启平.机械制造工艺学[M].北京机械工业出版社.1999. [12]Goetsch D L.Moden Manufacturing[M]. NewYork:Delmar publishwes.1991 [13] Luggen,William W.Flexible Manufacturing Cells and Systems[J].New Jersey:pretice Hall,1991 [14] Bary,Olin H[J].Computer Integeated Manufactring: the data management

strategy.NewYork:Digital Press,1992 [15]Steven L,Goldman,Roger N. Agie Compertitors and Virtual Organizations[M].Van Nostrand:Reninhold Publishing Inc,1997

完毕: 2008 年 5 月 25 日

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