船用廢氣燃燒臂設(shè)計【含7張圖紙】
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1燃燒臂機構(gòu)的設(shè)計使燃燒臂的桁架實現(xiàn)回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)運動的裝置稱為回轉(zhuǎn)機構(gòu)?;剞D(zhuǎn)機構(gòu)是用船用廢氣燃燒臂設(shè)計的重要工工作機構(gòu)之一,它的作用將燃燒臂繞船回轉(zhuǎn)的機構(gòu)水平圓弧運動,使油管能夠伸到海里去,而燃燒臂的作用是固定排氣管和噴頭.,使燃燒臂的工作具有硬件基礎(chǔ)。 燃燒臂的機構(gòu)主要包括水平支架,垂直支架,排氣管以及噴頭四大部分。1.1燃燒臂裝置的方案設(shè)計。 回轉(zhuǎn)支承裝置的任務(wù)是保證燃燒臂回轉(zhuǎn)部分有確定的回轉(zhuǎn)運動,并能承受燃燒臂各種載荷所引起的垂直力,水平力與傾覆力矩。 本次設(shè)計回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的特點如下:(1) 支承能力大,要示支承裝置具有較高的支承能力(2) 傾覆力矩大,由于燃燒臂重量較大,風(fēng)力較強,要求能承受一定的傾覆力矩1.2燃燒臂的選型和計算 在滿足機架設(shè)計準(zhǔn)則的前提下,必須根據(jù)機架的不同用途和所處環(huán)境。考慮下列各項要求,并有所偏重。 (1)機架的重量輕,材料選擇合適,成本低。 (2)結(jié)構(gòu)全理,便于制造。 (3)結(jié)構(gòu)應(yīng)使機架上的零部件安裝,調(diào)整,修理和更換都方便。 1.2.1 燃燒臂的基本結(jié)構(gòu)船上燃燒臂總長為20m ,燃燒臂結(jié)構(gòu)主要由燃燒頭、通氣管、水平支架、豎直支架、和底座等部組成。 結(jié)構(gòu)中的水平支架為空間桁架結(jié)構(gòu)。水平支架中的構(gòu)件采用等邊字鋼,豎直支架中的構(gòu)件采用鋼。 工作狀態(tài)下,燃燒臂從支撐架上移開,旋轉(zhuǎn)到伸向船艏前方的位置。 1.2.2水平支架的方案設(shè)計 為便于計算,本文中燃燒臂水平支架結(jié)構(gòu)采用在根部固定約束,主要載荷為燃燒臂各部分結(jié)構(gòu)的自重力、風(fēng)載荷和燃燒頭自重力。其中燃燒頭自重力為80 N 。 確立方案。水平支架的結(jié)構(gòu)由等邊角鋼組成如圖 1-1 與垂直支架接觸的一格。即最左邊一格由于要與垂直支架用螺栓固定,因此,其形狀為1-2 其中第一格中:ab=ac=cb=dg=df=gf=60cm,bf=cd=40cm。則由于燃燒臂是20M,因此水平支架是由50個格組成的。1.2.3 水平支架的受力分析(1)此角鋼的密度為7。8 Kg/因此通過計算得。水平支架的重量G為600千克。為6000N。(2)其中燃燒頭自重力為80 N 其中燃燒氣管道選用外徑為=160 mm ,壁厚為6 mm的鋼管,鋼的密度為7。8Kg/。所以氣管道的質(zhì)量為190 Kg=1900N (3)由于所設(shè)計的燃燒臂能在8級風(fēng)的風(fēng)力下工作,因此,極限環(huán)境載荷的風(fēng)為: 大風(fēng):即8級風(fēng)。陸地 樹枝折斷,迎風(fēng)行走感覺阻力很大,海岸 ,近港海船均留不出。平均風(fēng)速為17.2-20.7m/s的風(fēng)。所以取8級風(fēng)的風(fēng)速為18m/s 1. 把結(jié)構(gòu)物看作靜止不動,具有一定運動速度的空氣流向結(jié)構(gòu)物,速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?,對結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生壓力。壓力的大水可用能量原理或伯努利方程計算,以此導(dǎo)出的壓力與風(fēng)速的關(guān)系如下: q= 式中: q -風(fēng)壓() 空氣密度kg/ -風(fēng)速(m/s)。8級風(fēng)的風(fēng)速為18m/s 在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下(1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=101325Pa),當(dāng)環(huán)境溫度為15度時,空氣密度=1。2255 kg/,將值代入上式得: q=0.613所以風(fēng)壓為q=0.613=1.6131818=522.7N2.風(fēng)載荷的計算方法根據(jù)公式得 式中: 作用有燃燒臂某一部分檔風(fēng)面的風(fēng)載荷 風(fēng)力系數(shù)。取=1。5 風(fēng)壓高度變化系數(shù)。取=1 q計算風(fēng)壓。其值前已求過。q=522.7 垂直于風(fēng)向的結(jié)構(gòu)物擋風(fēng)面積。=3所以 =1.51522.73 =2352N因此。風(fēng)載荷對水平支架產(chǎn)生的彎矩 =1176001.2.4 水平支架的強度計算 該水平支架由于長度太長達(dá)20M,因此。必須校核其彎矩與扭矩 最靠近豎直支架的那一格是受力最大的,因此必須進(jìn)行其彎矩與扭矩,如圖1-3所示: 己知:ab=cd=40cm,ac=bd=51cm. 重力G=水平支架的重力+燃燒頭自重力+氣管道的重力 =6000+80+1900=7980N 彎矩重力G19.6m=790019.6=154840N風(fēng)力117600N(1)求支座反力 由梁的整體平衡條件,可以求得支座反力為 =117600+154840=272440 N 由于水平支架是由三角鋼焊接在一起的。因此,可以把其中一節(jié)一節(jié)的看成一個個的分體。所以,在校核時應(yīng)該把一段看成一個整體來校核。如圖1-3求彎知圖: 解;(1)由靜力方程 ) ) (2) 繪出彎矩圖 如圖1-4 如圖1-5 該鋼架的最大彎矩為22.4KN 1.3 垂直支架的方案設(shè)計 垂直支架位于水平支架與回轉(zhuǎn)機構(gòu)的中間,對水平支架起固定的作用, 而對回轉(zhuǎn)機構(gòu)來說起到緩沖,能把回轉(zhuǎn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)速傳到水平支架上,使其能按預(yù)定的轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)動,以達(dá)到燃燒臂效果的作用。 因此,垂直支架需要很強的硬度和抗拉,抗彎能力,并且其自身不能太重。故設(shè)定方案如圖1-6所示 它與下面的回轉(zhuǎn)承軸相連圖為1-7 其垂直支架總高為1m,總長度為1.3m,凸臺高為0.1m,空心直徑為1.125m,實心直徑為1.146m 該垂直支架采用鋼。密度為7800kg/ 因此。垂直支架的總重量為780kg 所以其重力為7800N ,重力方向向下2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計回轉(zhuǎn)機構(gòu)主要由回轉(zhuǎn)軸承組成的,下面將對回轉(zhuǎn)承軸進(jìn)行分析和計算2.1 根據(jù)所知條件設(shè)立方案選用外齒式QWA型,1120.32的型號 其基本參數(shù)為 D=1240mm ,mm,H=90mm,mm, .,n=28,A型,油標(biāo)數(shù)量,h=10mm,L=70mm M=10mm,Z=129,質(zhì)量=272KG,如圖示 回轉(zhuǎn)軸承外負(fù)荷的確定:回轉(zhuǎn)支承強度計算的先決條件,是求取支承上的計算負(fù)荷,其中包括:總軸向力,總傾翻力矩M;在力矩M作用平面中的總徑向力。 由于主機工作條件復(fù)雜,因此在計算上述諸力時要考慮的因素很多,它們對支承的強度和壽命都有很大的影響需要考慮的因此包括:(1) 作用在機器上的力有機器自重靜負(fù)荷,工作負(fù)荷和動負(fù)荷,風(fēng)力旋轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪的嚙合力,因機身不呈水平狀而產(chǎn)生的幾個方向分力等 :(2) 進(jìn)行超負(fù)荷試驗的情況。例如,很多起重機是用1。25倍額定負(fù)荷進(jìn)行試驗的:(3) 對多種計算位置和負(fù)荷的組合,須從這些組合中找出對回轉(zhuǎn)支承最嚴(yán)重的負(fù)荷條件:(4) 有些機器,例如單斗挖掘機的工作負(fù)荷,有時是按機器的穩(wěn)定極度限來求取時,以鏟斗位于履帶對角線方向時為最嚴(yán)重;一般移動式起重機達(dá)到機器的穩(wěn)定極限時,所能起吊的最大負(fù)荷大于額定負(fù)荷,但所選的穩(wěn)定性安全系數(shù)不等。有時,還需考慮一些非工作狀態(tài)的負(fù)荷(風(fēng)負(fù)荷,豎立及放倒時的負(fù)荷等)及事故狀態(tài)的負(fù)荷(5) 負(fù)荷的沖擊性質(zhì)如何,對回轉(zhuǎn)支承有較大的影響,例如在沙土上工作和巖石上工作的挖掘機,其回轉(zhuǎn)支承的負(fù)荷條件差別很大。(6) 對不同類型的機器來說,負(fù)荷的頻率及最大負(fù)荷出現(xiàn)的概率是不同的,例如安裝用的吊鉤起重機和抓斗起重機在這方面就有很大的差別。因此,要理想的確定回轉(zhuǎn)支承上的計算負(fù)荷是很困難的,通常用一個“使用條件系數(shù)”來粗略地考慮動負(fù)荷,沖擊及負(fù)荷頻率等因素的影響,該系數(shù)列于下表中, 工作類型機器舉例系數(shù)值輕工作堆料機,汽車起重機,輪胎起重機10-12中工作塔式起重機,船用起重機11-13重工作抓斗起重機,港口起重機13-15單斗挖掘機14-16等重工作斗輪式挖掘機,隧道掘進(jìn)機16-20本次設(shè)計取=1。22.2 船用廢氣燃燒臂的負(fù)荷分析2.2.1 船用廢氣燃燒臂的外力分析 圖2-1 船用廢氣燃燒臂的受力圖 總軸力 總傾翻力矩 式中: 垂直支加架的重力 為7800N 水平支架的重力 為6000N總彎矩 為272440 N所以 =7800+6000 =14000N=14KN總傾翻力矩=280KN02.2.2 回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩的計算影響摩擦阻力矩的因素很多,因此很難精確地計算。通常采用下式來近似地估計支承的回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩: 式中 D承受軸向力及總傾翻力矩M的滾動體分布圓直徑。D=1120 mm由軸向力及總傾翻力矩M產(chǎn)生的各滾動體上正壓力之總和承受軸向力的滾動體與滾道的當(dāng)量摩擦系數(shù),可近似取=0.01解.根據(jù)己知條件和公式得(1)求偏心距e:35(2)求。由于e0.262D,故按公式求 按2e/D= 35 從圖中查得:對于滾柱式回轉(zhuǎn)支承,故 N所以。摩擦阻力矩 = =3217.536 NM船用廢氣燃燒臂減速器的設(shè)計3.1 電動機的選擇3.1.1 選擇電動機類型本設(shè)計中的船用廢氣燃燒臂用于海上輪船的排氣。海上風(fēng)大、其要求的功率以及最終實現(xiàn)的轉(zhuǎn)速較低。當(dāng)燃燒臂正常運行時。即其勻速工作時。它所需要的力矩很小。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其初起時的轉(zhuǎn)矩 。因此,選擇電動機時要使其克服燃燒臂初啟動時的轉(zhuǎn)矩。設(shè)燃燒臂由靜止轉(zhuǎn)為1度1S的勻速運動所用的時間為1S。(1) 克服水平支架的力矩。 1根據(jù)已經(jīng)得。其需要克服風(fēng)力的力矩 (2)由水平支架重量轉(zhuǎn)動慣量引起的阻力矩 把整個水平支架看成一個整體。可通過公式得出: 式中: M水平支架的質(zhì)量。M=600KG L水平支架的長度。L=20M所以 ,由勻變速轉(zhuǎn)動公式知 (3)克服垂直支架重量轉(zhuǎn)動慣量引起的阻力矩根據(jù)公式可求 (4)克服回轉(zhuǎn)軸承的摩擦阻力矩 因此。想要使燃燒臂由靜止轉(zhuǎn)為勻速轉(zhuǎn)動所需要的總力矩M 3.1.2選擇電動機容量電動機所需工作功率為 式中:傳動裝置的總效率為 查表2-3確定各部分效率為:聯(lián)軸器效率,滾動軸承傳動效率(一對),閉式齒輪傳動效率,曲柄連桿的傳動效率,槽摩擦傳動效率代入式得 。有式3-1求出,所需電動機功率為M為總轉(zhuǎn)矩=1168.8kN為已知的1/6r/min因載荷有輕微沖擊,故電動機額定功率要大于即可。Ycj系列電動機技術(shù)數(shù)據(jù),配用電機為YL160L-4。選用電動機的功率為。因為燃燒臂的回轉(zhuǎn)速慢。所以選電動機轉(zhuǎn)速為25 r/min3.1.4 傳動裝置的總傳動比及其分配(1)總傳動比(2)分配傳動裝置各級傳動比由于此燃燒燃燒設(shè)計采用專用的外齒式回轉(zhuǎn)支承來傳動,因此最后與回轉(zhuǎn)軸承的外齒相嚙合的傳動比一般因此。設(shè)計的減速器只需要滿足總傳動比即可,根據(jù)參考取兩級圓柱齒輪減速器高速級的傳動比對于展開式二級圓錐-圓柱斜齒輪減速器,在兩極齒輪配對材料、性能及齒寬系數(shù)大致相同的情況下,即齒面接觸強度大致相等時,兩極齒輪的傳動比可按下式分配: 即 代入式得3.1.5 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)各軸的轉(zhuǎn)速根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速及傳動比進(jìn)行計算;傳動裝置各部分的功率和轉(zhuǎn)矩。計算各軸時將傳動裝置中各軸從高速軸到低速軸依次編號,定0軸(電動機軸),1軸,2軸,3軸,4軸;相鄰兩軸間的傳動比表示為,;各軸的輸出功率為,;各軸的輸出轉(zhuǎn)矩為,。各軸的輸出功率0軸(電動機軸)1軸(高速軸)2軸(中間軸)3軸(低速軸)各軸的輸出轉(zhuǎn)速0軸(電動機軸)1軸(高速軸)2軸(中間軸)3軸(低速軸)各軸的輸出轉(zhuǎn)矩0軸(電動機軸)1軸(高速軸)2軸(中間軸)3軸(低速軸)3.2 傳動方案設(shè)計確定傳動方案設(shè)計是設(shè)計傳動裝置的第一步,是設(shè)計各級傳動件和裝配圖的依據(jù),因此應(yīng)使所擬定的方案在技術(shù)上合理、先進(jìn)、且經(jīng)濟效益高。傳動裝置方案設(shè)計的內(nèi)容為:確定傳動類型,計算總傳動比和合理分配各級傳動比,計算裝置的運動和動力參數(shù)。3.2.1 確定傳動類型二級圓錐圓柱齒輪減速器傳動簡圖如圖4-1所示:圖4-1 齒輪傳動機構(gòu)的性能及使用范圍功率(常用值)/Kw 最大50000單級傳動比常用值圓柱35圓錐23最大值85許用的線速度/(m/s)6級精度直齒v18m/s,非直齒36m/s外廓尺寸小傳動精度高工作平穩(wěn)性一般自鎖能力無過載保護作用無使用壽命長緩沖吸振能力差要求制造及安裝精度高要求潤滑條件高對環(huán)境適應(yīng)性一般圓錐齒輪傳動布置在傳動裝置的高速級,以減小圓錐齒輪的尺寸。因為大模數(shù)的圓錐齒輪需要大型機床切齒,對一般制造工廠難于實現(xiàn)。若圓錐齒輪的速度過高,其精度也要相應(yīng)地提高。此時還需要考慮能否制造及經(jīng)濟性等問題。3.2.2 總傳動比和合理分配各級傳動比 電動機選定后,根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速和工作機構(gòu)主動軸的轉(zhuǎn)速,以及上面所求的,可知該減速器的總傳動比為15合理選擇和分配各級傳動比直接影響傳動裝置的外廓尺寸、質(zhì)量、潤滑、成本等方面,主要考慮如下幾點:各級傳動比不應(yīng)超過其傳動比的最大值,應(yīng)盡量在推薦范圍內(nèi)選取。使減速器中各大齒輪的浸油深度大致相等,以利實現(xiàn)浸油潤滑。所設(shè)計的傳動裝置具有較小的外廓尺寸。1、 圓錐齒輪傳動比可取為 2、 圓柱齒輪傳動比為: 傳動比誤差確定 在誤差限制范圍內(nèi)。圖4-23.3齒輪傳動的設(shè)計與校核當(dāng)齒輪工作于封閉的箱體之內(nèi)時,稱為閉式齒輪傳動。閉式齒輪傳動具有潤滑與防護條件好的優(yōu)點,多用于中、高速和較重要的場合;當(dāng)齒輪齒面的硬度大于350HBS時,稱為硬齒面齒輪。將齒輪的精度分為12個精度等級,1級精度最高,12級精度最低,常用的多為59級精度。齒輪材料及熱處理如下:1、鍛鋼 鍛鋼是制造齒輪最常用的材料,一對齒輪在嚙合過程中,小齒輪的齒面硬度通常高于大齒輪的齒面硬度,其高出值約為HBS3050,硬齒面齒輪一般無硬度差。較重要場合可選用硬齒面齒輪,一般硬齒面齒輪常用中碳鋼或中碳合金鋼制作,如45、40Cr、35SiMn,這類齒輪一般進(jìn)行表面淬火處理,齒面硬度可達(dá)HRC5055,因表面淬火后輪齒變形不大,可以不磨齒,常用于中、高速傳動。當(dāng)高速、重載及沖擊載荷較大時,硬齒面齒輪常用的材料為20、20Cr、20CrMnTi等低碳鋼和低碳合金鋼,采用滲碳淬火處理,齒面硬度可達(dá)HRC5662,而芯部具有良好韌性。但滲碳淬火后變形較大,需要進(jìn)行磨齒等精加工,價格較貴。2、鑄鋼 當(dāng)齒輪尺寸較大(直徑大于400500mm)或結(jié)構(gòu)較復(fù)雜時,因輪坯不易鍛造,可采用鑄鋼。鑄鋼的強度和耐磨性較好,但鑄鋼鑄造性較差,鑄鋼輪坯在切削加工前要進(jìn)行正火處理,以消除鑄造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。減速器國外資料介紹,減速器能力應(yīng)提高8倍,從國內(nèi)運行實踐來看,找不出提高8倍的理由。眾所周知,閉式傳動的主要破壞形式是齒面疲勞,在齒面疲勞計算通過的情況下,齒彎曲破壞強度是非常富余的,常規(guī)不進(jìn)行齒彎曲強度校核。由于在過鐵情況發(fā)生時,齒輥和減速器轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量較大,適當(dāng)提高減速器能力是適宜的。對設(shè)計的破碎機選用的減速器進(jìn)行一次齒抗彎強度校核,這對選用減速器時提高一個檔次是有益的。雙齒輥破碎機上用的傳動齒輪,均應(yīng)采用硬齒面。齒輪傳動的幾何尺寸數(shù)據(jù),應(yīng)分別根據(jù)情況進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、圓整或求出精確數(shù)值。例如,模數(shù)必須標(biāo)準(zhǔn)化,中心距、齒寬應(yīng)圓整,嚙合幾何尺寸(節(jié)圓、分度圓、齒頂圓直徑和螺旋角等必須精確到小數(shù)點后2至3位,角度應(yīng)精確到“秒”。直齒圓柱齒輪傳動為滿足中心距為整數(shù),可改變模數(shù)和齒數(shù)或采用角度變位。對于斜齒輪傳動,可調(diào)整螺旋角使中心距為整數(shù)。圓錐齒輪的錐距R不要求圓整,按模數(shù)和齒數(shù)精確計算到小數(shù)點后三位數(shù),分度圓錐角的數(shù)值精確到“秒”,齒寬系數(shù)不能取大。齒輪傳動是機械傳動中最重要的、也是應(yīng)用最為廣泛的一種傳動型式。齒輪傳動的主要優(yōu)點是:(1)工作可靠、壽命較長;(2)傳動比穩(wěn)定、傳動效率高;(3)可實現(xiàn)平行軸、任意角相交軸、任意角交錯軸之間的傳動;(4)適用的功率和速度范圍廣。3.3.1 輪齒的失效形式輪齒的主要失效形式有以下5種:1. 輪齒折斷齒輪工作時;若輪齒危險剖面的應(yīng)力超過材料所允許的極限值,輪齒將發(fā)生折斷。輪齒的折斷有兩種情況,一種是因短時意外的嚴(yán)重過載或受到?jīng)_擊載荷時突然折斷,稱為過載折斷;另一種是由于循環(huán)變化的彎曲應(yīng)力的反復(fù)作用而引起的疲勞折斷。輪齒折斷一般發(fā)生在輪齒根部。2. 齒面點蝕在潤滑良好的閉式齒輪傳動中,當(dāng)齒輪工作了一定時間后,在輪齒工作表面上會產(chǎn)生一些細(xì)小的凹坑,稱為點蝕。點蝕的產(chǎn)生主要是由于輪齒嚙合時,齒面的接觸應(yīng)力按脈動循環(huán)變化,在這種脈動循環(huán)變化接觸應(yīng)力的多次重復(fù)作用下,由于疲勞,在輪齒表面層會產(chǎn)生疲勞裂紋,裂紋的擴展使金屬微粒剝落下來而形成疲勞點蝕。通常疲勞點蝕首先發(fā)生在節(jié)線附近的齒根表面處。點蝕使齒面有效承載面積減小,點蝕的擴展將會嚴(yán)重?fù)p壞齒廓表面,引起沖擊和噪音,造成傳動的不平穩(wěn)。齒面抗點蝕能力主要與齒面硬度有關(guān),齒面硬度越高,抗點蝕能力越強。點蝕是閉式軟齒面(HBS350)齒輪傳動的主要失效形式。而對于開式齒輪傳動,由于齒面磨損速度較快,即使輪齒表層產(chǎn)生疲勞裂紋,但還未擴展到金屬剝落時,表面層就已被磨掉,因而一般看不到點蝕現(xiàn)象。3.齒面膠合在高速重載傳動中,由于齒面嚙合區(qū)的壓力很大,潤滑油膜因溫度升高容易破裂,造成齒面金屬直接接觸,其接觸區(qū)產(chǎn)生瞬時高溫,致使兩輪齒表面焊粘在一起,當(dāng)兩齒面相對運動時,較軟的齒面金屬被撕下,在輪齒工作表面形成與滑動方向一致的溝痕,這種現(xiàn)象稱為齒面膠合。4. 齒面磨損互相嚙合的兩齒廓表面間有相對滑動,在載荷作用下會引起齒面的磨損。尤其在開式傳動中,由于灰塵、砂粒等硬顆粒容易進(jìn)入齒面間而發(fā)生磨損。齒面嚴(yán)重磨損后,輪齒將失去正確的齒形,會導(dǎo)致嚴(yán)重噪音和振動,影響輪齒正常工作,最終使傳動失效。采用閉式傳動,減小齒面粗糙度值和保持良好的潤滑可以減少齒面磨損。5. 齒面塑性變形在重載的條件下,較軟的齒面上表層金屬可能沿滑動方向滑移,出現(xiàn)局部金屬流動現(xiàn)象,使齒面產(chǎn)生塑性變形,齒廓失去正確的齒形。在起動和過載頻繁的傳動中較易產(chǎn)生這種失效形式。3.3.2變位齒輪簡介標(biāo)準(zhǔn)齒輪存在下列主要缺點:1、 為了避免加工時發(fā)生根切,標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒數(shù)必須大于或等于最少齒數(shù);2、標(biāo)準(zhǔn)齒輪不適用于實際中心距不等于標(biāo)準(zhǔn)中心距的場合;3、一對互相嚙合的標(biāo)準(zhǔn)齒輪,小齒輪的抗彎能力比大輪齒低。為了彌補這些缺點,有效地改善齒輪的傳動性能,所以在工程中常采用變位齒輪。用范成法加工齒數(shù)較少的齒輪時,常會將輪齒根部的漸開線齒廓切去一部分,如下圖。這種現(xiàn)象稱為根切。根切將使輪齒的抗彎強度降低,重合度減小,故應(yīng)設(shè)法避免。對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪,是用限制最少齒數(shù)的方法來避免根切的。用滾刀加工壓力角為20的正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪時,根據(jù)計算,可得出不發(fā)生根切的最少齒數(shù)zmin=17。某些情況下,為了盡量減少齒數(shù)以獲得比較緊湊的結(jié)構(gòu),在滿足輪齒彎曲強度條件下,允許齒根部有輕微根切時,zmin=14。下圖為齒條刀具。齒條刀具上與刀具頂線平行而其齒厚等于齒槽寬的直線nn,稱為刀具的中線。中線以及與中線平行的任一直線,稱為分度線。除中線外,其他分度線上的齒厚與齒槽寬不相等。加工齒輪時,若齒條刀具的中線與輪坯的分度圓相切并作純滾動,由于刀具中線上的齒厚與齒槽寬相等,則被加工齒輪分度圓上的齒厚與齒槽距相等,其值為,因此被加工出來的齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪(下圖a)。若刀具與輪坯的相對運動關(guān)系不變,但刀具相對輪坯中心離開或靠近一段距離xm(圖b、c),則輪坯的分度圓不再與刀具中線相切,而是與中線以上或以下的某一分度線相切。這時與輪坯分度圓相切并作純滾動的刀具分度線上的齒厚與齒槽寬不相等,因此被加工的齒輪在分度圓上的齒厚與齒槽寬也不相等。當(dāng)?shù)毒哌h(yuǎn)離輪坯中心移動時,被加工齒輪的分度圓齒厚增大。當(dāng)?shù)毒呦蜉喤髦行目拷鼤r,被加工齒輪的分度圓齒厚減小。這種由于刀具相對于輪坯位置發(fā)生變化而加工的齒輪,稱為變位齒輪。齒條刀具中線相對于被加工齒輪分度圓所移動的距離,稱為變位量,用xm表示,m為模數(shù),x為變位系數(shù)。刀具中線遠(yuǎn)離輪坯中心稱為正變位,這時的變位系數(shù)為正數(shù),所切出的齒輪稱為正變位齒輪。刀具靠近輪坯中心稱為負(fù)變位,這時的變位系數(shù)為負(fù)數(shù),所加工的齒輪稱為負(fù)變位齒輪。采用變位齒輪可以制成齒數(shù)少于zmin而不發(fā)生根切的齒輪,可以實現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)中心距的無側(cè)隙傳動,可以使大小齒輪的抗彎能力接近相等。3.2.1 齒輪設(shè)計準(zhǔn)則齒輪在具體的工作情況下,必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力,以保證在整個工作壽命期間內(nèi)不發(fā)生失效。齒輪傳動的設(shè)計準(zhǔn)則是根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的失效形式來進(jìn)行的,但是對于齒面磨損、塑性變形等,尚未形成相應(yīng)的設(shè)計準(zhǔn)則,所以目前在齒輪傳動設(shè)計中,通常只按保證齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度進(jìn)行計算。而對于高速重載齒輪傳動,還要按保證齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行計算(參閱GB64131986)。由工程實際得知,在閉式齒輪傳動中,而對于硬齒面(HBS350)齒輪,按彎曲疲勞強度進(jìn)行設(shè)計,接觸疲勞強度校核。3.2.3 高-切變位弧齒錐齒輪傳動主要尺寸的確定弧齒錐齒輪傳動的主要特點:1、齒線是一段圓??;2、齒形較復(fù)雜,制造較難;3、承載能力搞,運轉(zhuǎn)平穩(wěn),噪聲??;4、齒面呈局部接觸,裝配誤差及輪齒變形對偏載的影響不顯著;5、軸向力大,其方向與齒輪的轉(zhuǎn)向有關(guān);6、可以磨齒?;↓X錐齒輪傳動多用于大載荷、周速v5m/s或轉(zhuǎn)速n1000rpm,要求噪聲小的傳動;磨齒后可用于高速傳動(v40100m/s)高-切變位弧齒錐齒輪主要尺寸的初步確定齒輪類型基準(zhǔn)齒形參數(shù)曲線齒弧齒錐齒輪埃尼姆斯齒形制齒形角(度)齒頂高系數(shù)頂隙系數(shù)螺旋角(度)變位方式齒高0.820.2高切變位等頂隙收縮齒齒數(shù)多則傳動的重合度大,傳動平穩(wěn),并且,在保證齒輪分度圓直徑不變的情況下,齒數(shù)增多可以減小模數(shù)、降低齒高、縮小毛坯直徑、減小滑動系數(shù)、提高抗膠合能力;同時,減輕齒輪重量、降低制造成本。但當(dāng)齒輪傳動的承載能力主要取決于輪齒彎曲強度時,如閉式硬齒面?zhèn)鲃?,宜取較少的齒數(shù),一般可取Z1=1720。由于采用變位齒輪,初步估定小圓錐齒輪的齒數(shù)Z1為15;大輪齒數(shù) 圓整取取62齒數(shù)比 傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi)小齒輪轉(zhuǎn)速小齒輪功率小齒輪轉(zhuǎn)矩估算圓周速度使用系數(shù)KA是考慮由于嚙合外部因素引起的動力過渡影響的系數(shù)。這種過載取決于原動機和從動機械的特性、質(zhì)量比、聯(lián)軸器以及運行狀態(tài)。齒輥式破碎機屬于中等振動,取KA1;齒向載荷分布系數(shù)為軸承系數(shù);齒形系數(shù);齒寬系數(shù)1/3.5;試驗齒輪的疲勞極限;弧齒錐齒輪高變位系數(shù)(埃尼姆斯齒形制 )0.3 ;弧齒錐齒輪切向變位系數(shù)(埃尼姆斯齒形制 )0.19 ;按彎曲疲勞強度進(jìn)行分度圓直徑的初步確定模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列(GB1357-1987)第一系列11.251.522.5345681012162025324050第二系列1.752.252.75(3.25)3.5(3.75)4.55.5(6.5)79(11)141822283645取m8mm 分度圓直徑 小輪分度圓直徑 圓周速度 與估算圓周速度 很相近,對使用系數(shù)KA、齒形系數(shù)不必修正;3.2.4高-切變位弧齒錐齒輪正交傳動的幾何計算分錐角 錐距齒寬 取兩者較小值齒頂高齒高齒根高 齒頂圓直徑 齒根角 齒頂角 頂錐角 根錐角 外錐高銑刀盤名義直徑中點錐距大端螺旋角 弧齒厚 當(dāng)量齒數(shù)端面重合度 K=0.709 齒線重合度總重合度 3.2.5 高-切變位弧齒錐齒輪接觸強度校核節(jié)點區(qū)域系數(shù) 彈性系數(shù)當(dāng)量圓柱齒輪分度圓當(dāng)量中心矩當(dāng)量齒頂圓直徑當(dāng)量端面齒形角當(dāng)量基圓直徑當(dāng)量嚙合線長度 當(dāng)量端面重合度當(dāng)量縱向重合度接觸強度計算的重合度系數(shù)接觸強度計算的螺旋角系數(shù) 接觸強度計算的錐齒輪系數(shù) 使用系數(shù) 動載系數(shù) 齒向載荷分布系數(shù)齒向載荷分配系數(shù)齒寬中點分度圓上的名義切向力接觸強度計算的有效齒寬當(dāng)量圓柱齒輪的齒數(shù)比試驗齒輪的接觸強度疲勞極限接觸強度計算的最小安全系數(shù)速度系數(shù)潤滑劑系數(shù)粗糙度系數(shù)齒寬中點法向模數(shù)接觸強度計算的尺寸系數(shù) 計算接觸應(yīng)力(正交傳動)許用接觸應(yīng)力強度條件合格3.3高變位斜齒輪傳動主要尺寸的確定斜齒輪傳動的主要優(yōu)點:1、斜齒輪傳動比較平穩(wěn),沖擊、振動和噪音較小,適宜于高速、重載傳動;2、嚙合性能好。一對斜齒輪嚙合時,兩輪齒齒面接觸線是斜直線,輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合逐漸脫離嚙合的,因而傳動平穩(wěn),振動和噪音??;3、重合度大。重合度隨齒寬和螺旋角的增大而增大,重合度大,則同一瞬時嚙合的輪齒對數(shù)多,故承載能力高,傳動平穩(wěn),適于告訴重載傳動;4、斜齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)較直齒輪少,因此,斜齒輪機構(gòu)可以更加緊湊。對齒輪材料的要求:齒面有足夠的硬度和耐磨性,輪齒心部有較強韌性,以承愛沖擊載荷和變載荷。常用的齒輪材料是各種牌號的優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼和鑄鐵等,一般多采用鍛件或軋制鋼材。當(dāng)齒輪直徑在400600mm范圍內(nèi)時,可采用鑄鋼。下表列出了常用齒輪材料及其熱處理后的硬度。常用的齒輪材料材 料機械性能 / MPa熱處理方法硬 度sbssHBSHRC45580290正火160217640350調(diào)質(zhì)217255表面淬火405040Cr700500調(diào)質(zhì)240286表面淬火485535SiMn750450調(diào)質(zhì)21726942SiMn785510調(diào)質(zhì)22928620Cr637392滲碳、淬火、回火566217CrNiMo61180835滲碳、淬火、回火566240MnB735490調(diào)質(zhì)241286ZG45569314正火163197ZG35SiMn569343正火、回火163217637412調(diào)質(zhì)197248HT200200170230HT300300187255QT500-5500147241QT600-2600229302齒輪材料: 17CrNiMo6 熱處理方法: 滲碳、淬火、回火滲碳淬火用于處理低碳鋼和低碳合金鋼,滲碳淬火后齒面硬度可達(dá)HRC5662,齒面接觸強度高,耐磨性好,而輪齒心部仍保持有較高的韌性,常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動。3.3.1高變位齒輪齒輪主要尺寸的初步確定一般用分度圓柱面上的螺旋角表示斜齒圓柱齒輪輪齒的傾斜程度。通常所說斜齒輪的螺旋角是指分度圓柱上的螺旋角。斜齒輪的螺旋角一般為820,取=12o;為抵消齒輪2的軸向力,采用左旋。齒頂高系數(shù) 取法向齒形角標(biāo)準(zhǔn)值為20,端面齒形角 ,。 齒寬系數(shù)按齒輪相對軸承非對稱布置,取頂隙系數(shù) 取 u4 傳動類型:斜齒輪采用高變位, 根據(jù)傳動類型和、,選擇,這樣使齒輪的特性得到了很大的改善,應(yīng)用變位齒輪可以避免根切,提高齒面接觸強度和齒根彎曲強度,提高齒面的抗膠合能力和耐磨損性能,此外變位齒輪還可以用于配湊中心距。 2軸的轉(zhuǎn)矩 綜合系數(shù) K=2.5 是指某種材料的齒輪經(jīng)長期持續(xù)的重復(fù)載荷作用后,齒根保持不破壞時的極限應(yīng)力。影響的主要因素有:材料成分;力學(xué)性能;熱處理及硬化層深度、硬度梯度;齒坯加工方式(鍛、軋、鑄);殘余應(yīng)力;材料純度及缺陷等。ML表示對用于齒輪的材料和熱處理質(zhì)量的最低要求,MQ表示可以由有經(jīng)驗的工業(yè)齒輪制造者以合理的生產(chǎn)成本來達(dá)到的中等質(zhì)量要求,ME表示制造最高承載能力齒輪對材料和熱處理的質(zhì)量要求。齒輪選用ME, 小齒輪的齒形系數(shù) 按彎曲疲勞強度進(jìn)行初步確定:取 3.3.2高變位斜齒輪外嚙合傳動的幾何計算分度圓直徑 齒頂高 齒根高 齒高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 中心距基圓直徑齒頂圓壓力角端面重合度 查圖得, 則 齒寬 縱向重合度 總重合度 3.3.3高變位斜齒輪接觸強度校核小齒輪端面內(nèi)分度圓上的名義切向力使用系數(shù) 小齒輪圓周速度 動載系數(shù) 接觸強度計算的齒向載荷分布系數(shù) (裝配時檢驗調(diào)整的非對稱支承)接觸強度計算的齒間載荷分布系數(shù)節(jié)點區(qū)域系數(shù)彈性系數(shù)接觸強度計算的重合度系數(shù)接觸強度計算的螺旋角系數(shù) 試驗齒輪的接觸疲勞極限 FP5216B破碎機配有專用的減速器,能夠傳送強大的動力,同時又有足夠長的壽命,設(shè)計壽命為2萬小時。當(dāng)量循環(huán)次數(shù) 最小安全系數(shù) 潤滑劑系數(shù) 速度系數(shù) 齒面粗糙度 大齒輪及小齒輪的齒面平均粗糙度 相對平均粗糙度 粗糙度系數(shù) 齒面工作硬化系數(shù) 接觸強度計算的尺寸系數(shù)計算接觸應(yīng)力許用接觸應(yīng)力 強度條件 合適3.4齒輪結(jié)構(gòu)形式的確定通過齒輪傳動的強度計算,只能確定處齒輪的嚙合參數(shù)及主要尺寸,至于齒輪的結(jié)構(gòu)形式和其他各部分的尺寸,則需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計才能確定。3.4.1高-切變位弧齒錐齒輪結(jié)構(gòu)形式1、由于小弧齒錐齒輪 故做成齒輪軸結(jié)構(gòu)。2、大弧齒錐齒輪齒頂圓直徑 因此采用輪輻式鑄造齒輪 鑄鋼齒輪 取l100mm 3.4.2高變位斜齒輪結(jié)構(gòu)形式1、由于小斜齒輪 故做成齒輪軸形式。2、大斜齒輪齒頂圓直徑 采用鑄造齒輪 3.5傳動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核軸是機器中的重要零件,各種作旋轉(zhuǎn)運動的零件都必須安裝在軸上,才能進(jìn)行運動和動力的傳遞。因此軸的功能是支承旋轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。軸的材料種類很多,要根據(jù)強度、剛度和耐磨性等要求,選擇材料種類和熱處理方式。軸的常用材料是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼價格較低,對應(yīng)力集中敏感性小,通常使用碳素鋼,最常用的是45號鋼,不太重要或受力較小的軸可以使用Q235等鋼材。合金鋼畢碳素鋼具有更高的機械強度和優(yōu)良的熱處理性能,但對應(yīng)力集中較為敏感,對于受力較大又要減小軸的尺寸和重量,或者需要提高軸頸的耐磨性,或者在高溫、腐蝕等條件下工作的軸,可以采用合金鋼。在低于200的工作溫度下,合金鋼和碳素鋼的彈性模量相差不大,因此,使用合金鋼代替碳素鋼并不能提高軸的剛度。熱處理可以明顯提高軸的強度(特別是疲勞強度)和耐磨性,因此要根據(jù)工作條件選用合適的熱處理方式。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位及制造工藝等方面的要求,合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。工作能力計算是通過強度、剛度和振動穩(wěn)定性計算,保證軸具有足夠的工作能力和可靠性。大多數(shù)的軸只需進(jìn)行強度計算,防止斷裂和塑性變形;對于剛度要求較高的軸(如機床主軸)才進(jìn)行剛度計算,避免發(fā)生過大的變形;對于高速轉(zhuǎn)動的軸還要進(jìn)行振動穩(wěn)定性計算,避免發(fā)生共振。軸的設(shè)計步驟通常是先擬定軸上零件裝配方案,然后裝配和制造要求,確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸,最后進(jìn)行軸的強度校核,必要時進(jìn)行剛度計算或振動穩(wěn)定性計算。提高軸的強度措施:1、改善軸的受力狀況軸上零件的安裝位置、軸的結(jié)構(gòu)對軸的受力影響很大,設(shè)計軸時應(yīng)該充分加以考慮。當(dāng)軸上有兩個以上的零件輸出扭矩,應(yīng)該將輸入扭矩的零件盡量布置在軸的中間,而不是布置在軸的一端,這樣可以顯著降低軸上的最大轉(zhuǎn)矩。2、減小應(yīng)力集中大多數(shù)軸是在變應(yīng)力條件下工作的,主要失效形式為疲勞破壞。軸的截面變化處(如軸肩、鍵槽等)及過盈配合產(chǎn)生的應(yīng)力集中是引起疲勞破壞的主要因素,因此設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)時,應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源和降低應(yīng)力集中程度。合金鋼對應(yīng)力集中較為敏感,設(shè)計時更應(yīng)加以注意。為減少應(yīng)力集中,應(yīng)盡量避免在軸上特別是應(yīng)力較大不為處鉆孔、開槽或加工螺紋。軸肩處應(yīng)采用圓角過渡,并且圓角不宜過小。當(dāng)依靠軸肩定位的零件圓角半徑很小時,為增大軸肩的圓角半徑,可采用內(nèi)凹圓角或隔離環(huán)過渡。軸的表面質(zhì)量對疲勞強度也有顯著影響,因為軸表面的加工刀痕也是應(yīng)力集中源,疲勞裂紋常發(fā)生在表面粗糙的部位,所以必須合理確定表面粗糙度。此外,對軸進(jìn)行表面熱處理(滲碳淬火、高頻淬火等)和表面強化處理(碾壓、噴丸等),也可以提高軸的疲勞強度。3、軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的基本形狀確定后,需要根據(jù)裝配和制造工藝要求,對軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計。例如,為了減少裝夾工件的時間,同一軸上的鍵槽應(yīng)布置在同一母線上;為了減少道具種類,軸的鍵槽寬度、圓度、退到草和砂輪槽等應(yīng)盡量采用相同的尺寸,并符合有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn);為了去掉毛刺和便于裝配零件,軸段端部應(yīng)該倒角;過盈配合零件裝入端通常要加工出導(dǎo)向錐面;磨削處應(yīng)有砂輪越程槽,車削螺紋處應(yīng)有退刀槽。(一).輸入軸的設(shè)計3.5.1確定軸的最小直徑軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括軸的形狀、軸的徑向尺寸和軸向尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在初估軸頸基礎(chǔ)上進(jìn)行的。為了滿足設(shè)計要求,保證軸上零件的定位和規(guī)定,便于裝配,并有良好的加工工藝性,所以選擇階梯軸形。裝滾動軸承的定位軸肩尺寸應(yīng)查有關(guān)的安裝尺寸。為便于裝配及減小應(yīng)力集中,有配合的軸段直徑變化處做成引導(dǎo)錐。在一根軸上的軸承一般都取一樣型號,使軸承孔尺寸相同,可一次鏜孔,保證精度。輸入軸為齒輪軸結(jié)構(gòu),選取軸的材料為20Cr,滲碳、淬火、回火處理。初估軸的最小直徑,可得擬定軸上零件的裝配方案如下圖所示3.5.2 按軸向定位要求確定各軸段直徑和長度軸段(1)左端聯(lián)接限矩型液力聯(lián)軸器,如下圖所示聯(lián)軸器的聯(lián)接尺寸為181mm,取減速器伸出軸段部分的長度為190mm;與聯(lián)軸器聯(lián)接的孔徑為54mm,因此取軸段(1)的直徑為54mm。軸段(2)上裝有單列圓錐滾子軸承,外力在兩支點外作用,安裝選用反安裝結(jié)構(gòu),能使軸的支撐有較高的剛度。軸承間隙是靠軸上的圓螺母來調(diào)整的,軸上要加工螺紋。為了調(diào)節(jié)圓錐齒輪的軸向位置,把一對軸承放在同一個套杯中,套杯則裝在外殼的座孔中,通過增減套杯端面與外殼之間的墊片厚度即可使圓錐齒輪軸的位置發(fā)生改變,從而調(diào)整錐齒輪嚙合的接觸區(qū)。單列圓錐滾子軸承的特性:1、額定動載荷比1.52.5,能限制軸和外殼在一個方向上的軸向位移;2、在徑向載荷作用下會產(chǎn)生附加軸向力,一般成對使用,對稱安裝;3、能承受較大的徑向負(fù)荷和單向的軸向負(fù)荷,極限轉(zhuǎn)速較低;4、內(nèi)外圈可分離,軸承游隙可在安裝時調(diào)整,適用于轉(zhuǎn)速不太高,軸的剛性較好的場合。選擇軸承代號為32312 T=48.5mm d60mm D=130mm軸承左端裝有圓螺母Ddkd1MntCC1M60*290791283.51.51和圓螺母用止動墊圈規(guī)格(螺紋大徑)dDD1Sbah每1000個的重量Kg606194791.57.757628.4由此確定軸段(2)的直徑為60mm,長度為59mm。軸段(3)裝有套筒用于調(diào)整齒輪的軸向尺寸,為了提高軸的強度和剛度,應(yīng)盡量縮短軸承與傳動件的距離。小錐齒輪選用懸臂式,以便于裝配。為使軸的剛度較好,取兩軸承支點跨距。由軸承接觸角的大小確定軸承的支點,選取軸段(3)的長度為80mm,直徑為54mm。軸段(4)裝有單列圓錐滾子軸承,選用反安裝結(jié)構(gòu),左端由套筒定位,右端由擋油環(huán)定位,確定軸段(4)的直徑為60mm,長度為65mm。3.5.3 軸上零件的軸向定位及軸上圓角和倒角的尺寸軸肩高度應(yīng)比零件孔的倒角或圓角半徑大23mm,軸肩的圓角半徑應(yīng)小于零件的倒角或圓角半徑。液力聯(lián)軸器與軸的軸向定位采用A型普通平鍵聯(lián)接,特點為:鍵與軸槽配合較緊,鍵易于制造,裝拆方便。按d154mm,從手冊中查得平鍵截面尺寸為軸徑鍵鍵槽dbh寬度深度半徑b偏差軸轂r較松鍵聯(lián)接一般鍵連接較緊鍵聯(lián)接軸H9轂D10軸N9轂JS9軸和轂P9t偏差t1偏差最大最小54161016 +0.043/0 +0.120/+0.050 0/-0.0430.0215 -0.018/-0.06160.24.3 +0.2/00.250.4鍵的長度為160mm。輸入軸上的倒角和圓角尺寸見裝配圖。(二)中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.5.4 確定軸的最小直徑中間軸為齒輪軸結(jié)構(gòu),選取軸的材料為20CrMnTi,滲碳、淬火、回火 處理。初估軸的最小直徑,可得擬定軸上零件的裝配方案如下圖所示3.5.5 按軸向定位要求確定各軸段直徑和長度為使傳動件在軸上的固定可靠,應(yīng)使輪轂的寬度略大于與之配合軸段的長度,以使其他零件頂住輪轂,而不是頂在軸肩上軸段(1)裝有單列圓錐滾子軸承,軸的外力在支點間作用,選用正安裝能使軸段支承具有良好的剛性,可用端蓋下的墊片來調(diào)整軸承的間隙。選擇軸承代號為32319 T=71.5mm d95mm D=200mm軸承的右端裝有擋油環(huán)來調(diào)整軸向間隙。軸段(1)的長度為92mm,直徑為95mm。軸段(2)裝有弧齒圓錐齒輪,選用簡支式支承,該支承結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,支承剛性好。錐齒輪的軸向長度為100mm,選取軸的直徑為100mm,長度為145mm。軸段(3)為齒輪軸結(jié)構(gòu)部分,尺寸由斜齒輪3的決定。軸段(4)裝有單列圓錐滾子軸承,根據(jù)軸承的尺寸確定該軸段的直徑為95mm,長度為134mm。3.5.6軸上零件的軸向定位及軸上圓角和倒角的尺寸當(dāng)軸向定位用平鍵時,鍵應(yīng)較配合長度稍短,并應(yīng)布置在偏向傳動件裝入的一側(cè),以便于裝配。齒輪2與軸的周向定位采用A型普通平鍵聯(lián)接,特點為:鍵與軸槽配合較緊,鍵易于制造,裝拆方便。按d2100mm,從手冊中查得平鍵截面尺寸為軸徑鍵鍵槽dbh寬度深度半徑b偏差軸轂r較松鍵聯(lián)接一般鍵連接較緊鍵聯(lián)接軸H9轂D10軸N9轂JS9軸和轂P9t偏差t1偏差最大最小100281628 +0.052/0 +0.149/+0.065 0/-0.052 0.026 -0.022/-0.07410 +0.2/06.4 +0.2/00.40.6鍵的長度為80mm。輸入軸上的倒角和圓角尺寸見裝配圖。(三) 輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.5.7 確定軸的最小直徑輸出軸的材料為20CrMnTi,滲碳、淬火、回火處理。初估軸的最小直徑,可得取軸的最小直徑為80mm擬定軸上零件的裝配方案如下圖所示3.5.8 按定位要求確定各軸段直徑和長度軸段(1)軸的最左端接的是與回轉(zhuǎn)支承相接的小齒輪,其寬度為B=100mm,以及對其進(jìn)行軸向固定的雙螺母固定,其螺紋長度為50 mm。軸段(1)的長度為150 mm,直徑為80 mm。軸段(2)對小齒輪進(jìn)行軸向固定的的軸肩固定,軸段(2)的長度為27 mm,直徑為90 mm。軸段(3)減速度的輸出部分,取長度為175 mm,直徑為135 mm。軸段(4)裝有單列圓錐滾子軸承,軸承的內(nèi)側(cè)至箱體內(nèi)壁應(yīng)留有一定的間距,由于采用脂潤滑,所留的間距較大,以便放擋油環(huán),防止?jié)櫥蜑R入而帶走潤滑脂,又當(dāng)小齒輪齒頂圓小于安裝軸承的孔徑時,也可防止齒輪嚙合傳動時擠出的贓油進(jìn)入軸承,加速軸承的磨損。軸的外力在支點間作用,選用正安裝能使軸段支承具有良好的剛性,可用端蓋下的墊片來調(diào)整軸承的間隙。選擇軸承代號為32328 T=77mm d140mm D=300mm軸承的右端裝有擋油環(huán)來調(diào)整軸向間隙。軸段(2)的長度為87mm,直徑為140mm。軸段(5)作用是為了調(diào)整輸出軸上個零件的軸向距離和對單列圓錐滾子軸承的軸向定位。根據(jù)單列圓錐滾子軸承內(nèi)圈定位點來確定軸的直徑,選擇軸的直徑為157mm。 軸段(6)上安裝斜齒輪,齒輪4的齒寬為83mm,故選取該軸段的長度為79,以便于斜齒輪的裝配要求。斜齒輪與軸的軸向定位采用漸開線花鍵聯(lián)接?;ㄦI聯(lián)接為多齒工作,承載能力高,對中性、導(dǎo)向性好,齒根較淺,應(yīng)力集中較小,軸與轂強度削弱小。漸開線花鍵的齒廓為漸開線,受載時齒上有徑向力,能起到定心作用,使各齒的受力均勻、強度高、壽命長。加工工藝與齒輪相同,易獲得較高精度和互換性。漸開線型花鍵用于載荷較大,定心精度要求較高,以及尺寸較大的聯(lián)接。圓柱直齒漸開線型花鍵的標(biāo)準(zhǔn)壓力角選擇30o,30o壓力角的漸開線花鍵有平齒根和圓齒根兩種,圓齒根有利于降低齒根的應(yīng)力集中和表面淬火裂紋,因此選則圓齒根。花鍵的基本尺寸計算如下:分度圓直徑基圓直徑周節(jié)內(nèi)花鍵大徑基本尺寸 內(nèi)花鍵大徑下偏差 0外花鍵作用齒厚上偏差 外花鍵漸開線起始圓直徑最大值式中內(nèi)花鍵小徑基本尺寸 內(nèi)花鍵分度圓上弧齒槽寬 外花鍵大徑基本尺寸 外花鍵小徑基本尺寸 外花鍵分度圓上弦齒厚 作用齒厚最小值由此,確定軸段(6)的直徑為168mm軸段(7)取齒輪的左端軸肩高度 取h12mm,則軸環(huán)的直徑為192mm,軸段(7)的長度 取b30mm軸段(8)裝有單列圓錐滾子軸承,擋油環(huán)和軸套,選用正安裝能使軸段支承具有良好的剛性,可用端蓋下的墊片來調(diào)整軸承的間隙。選擇軸承代號為32328 T=77mm d140mm D=300mm軸承的右端裝有擋油環(huán)來調(diào)整軸向間隙。軸段(8)的長度為136mm,直徑為140mm。36傳動軸的彎扭合成強度計算與疲勞強度校核完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計后,軸上主要零件和支反力的位置、外載荷的大小已經(jīng)確定,軸的彎矩和轉(zhuǎn)矩可以求出,因此,應(yīng)按彎扭合成強度條件進(jìn)行軸的強度校核。361傳動軸的受力分析將軸上的載荷簡化為集中力,力的作用點取載荷作用寬度的中點。作用在軸上的扭矩從傳動零件輪轂寬度的中點計算。軸及軸上零件的自重通常忽略不計,軸承的支反力作用點要根據(jù)軸承類型和布置方式確定。單列圓錐滾子軸承的支點從手冊中查得。外載荷通常不作用在軸的同一平面內(nèi),需要將外力分解到水平面和垂直面上,然后求出各支承處的水平反力和垂直反力。1、高切變位弧齒錐齒輪受力分析中點分度圓的切向力從弧齒錐齒輪錐頂向大端方向觀察判定為順時針旋轉(zhuǎn);從齒頂看齒輪,齒線從小端到大端逆時針旋轉(zhuǎn)為左旋。徑向力軸向力2、高變位斜齒輪的受力分析斜齒輪的分度圓的切向力徑向力軸向力3.6.2軸的彎扭合成強度校核1)圓周力Ft :主反從同,即主動輪的圓周力為阻力,與回轉(zhuǎn)方向相反;從動輪的
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