3D藥芯焊絲成型機(jī)設(shè)計(jì)【藥芯焊絲輥軋成型機(jī)的設(shè)計(jì)及齒輪減速箱運(yùn)動(dòng)仿真】【說明書+CAD+PROE】,藥芯焊絲輥軋成型機(jī)的設(shè)計(jì)及齒輪減速箱運(yùn)動(dòng)仿真,說明書+CAD+PROE,3D藥芯焊絲成型機(jī)設(shè)計(jì)【藥芯焊絲輥軋成型機(jī)的設(shè)計(jì)及齒輪減速箱運(yùn)動(dòng)仿真】【說明書+CAD+PROE】,焊絲,成型,設(shè)計(jì),齒輪,減速 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 目錄 第一章 緒論 &1-1 任務(wù)分析與說明 一，主要任務(wù) 藥芯焊絲輥軋成型機(jī)的設(shè)計(jì)及齒輪減速箱運(yùn)動(dòng)仿真 二，主要內(nèi)容 1，藥芯焊絲軋輥成型機(jī)的原理 2，變速機(jī)構(gòu)與成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿真 3，加粉裝置的設(shè)計(jì) 三，主要技術(shù)指標(biāo) 1，鋼帶進(jìn)口速度：=12m/min(200mm/s), 2，出口速度： =15.29m/min(255mm/s)； 3，鋼帶規(guī)格：寬厚=160.3； 4，成型焊絲直徑：d=4mm；焊絲截面形狀:O形搭接; 5，變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YVP90L-4, =1.5kw,=3.8A, =10NM, 6，工作壽命：10年，每年300個(gè)工作日，每天工作12個(gè)小時(shí)。 四，預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)： 1，拉絲工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)速度高，表面質(zhì)量好； 2，有比較合理的價(jià)格和較低的使用成本； 3，操作、使用方便，舒適性好； 五，主要特色: 1，拉絲工藝比軋絲工藝更簡(jiǎn)單，生產(chǎn)速度更高，成本更低。 2，易損件拉絲模是標(biāo)準(zhǔn)件，有專業(yè)工廠可批量生產(chǎn)，價(jià)格大大低于軋輥。 3，設(shè)備簡(jiǎn)單，使用、造價(jià)低，各主動(dòng)軸由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 &1-2方案分析與說明 一，選題依據(jù) 我國藥芯焊絲的應(yīng)用和生產(chǎn)從上世紀(jì)90年代快速起步，近年來都以20%-30%速度快速發(fā)展，到2001年國內(nèi)市場(chǎng)消費(fèi)總量已超過1.5-1.6萬噸，2002年可望達(dá)2萬噸左右，雖然其在焊材總量比例還僅占1.5%左右，但其增長潛力很大。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)其在焊材中的比重3-5年內(nèi)年達(dá)到3-5萬噸，8-10年內(nèi)達(dá)到8-10萬噸，甚至更多。 藥芯焊絲屬于焊材中的高技術(shù)領(lǐng)域，它涉及成套生產(chǎn)裝備、相關(guān)制造工藝和 藥芯配方等三個(gè)方面。其中成套生產(chǎn)裝備則是重要的基礎(chǔ)硬件。由于它的特殊性和復(fù)雜性，國內(nèi)過去一直未能自行制造。因而研制開發(fā)出國產(chǎn)藥芯焊絲成套生產(chǎn)設(shè)備對(duì)于發(fā)展國產(chǎn)藥芯焊絲產(chǎn)業(yè)及其重要。 二， 方案比較 目前世界上制造焊絲的工藝有許多種，比較流行工藝方案： 藥芯焊絲 有縫型 冷軋帶鋼法 拔模法 連軋法 軋拔法 盤圓軋制法 軋拔法 無縫型 鋼管拔制法 在線焊合法 1，連軋法 連軋法是指藥芯焊絲從鋼帶到成品焊絲的全部加工過程都在一套連軋機(jī)組上完成，工藝過程如圖1。 圖1 連軋工藝示意圖 1）連軋法工藝特點(diǎn)： （a）藥芯焊絲成型和減徑完全在同一臺(tái)機(jī)組上完成，因此工藝簡(jiǎn)潔，設(shè)備緊湊，占地面積小。 （b）由于越細(xì)焊絲軋制困難，若不再拉拔工藝直接軋至1.2mm以下細(xì)焊絲比較困難，所以不宜用制造1.6mm以下細(xì)結(jié)果鋼用藥芯焊絲，比較適合制造粗徑迎面堆焊用藥芯焊絲。 （c）焊絲的直徑偏差、橢圓度、表面光潔度及焊絲挺度較差，因而送絲性能較差。 （d）由于軋輥尺寸有限，因此生產(chǎn)效率遠(yuǎn)不如軋—拔法制造工藝高。 （e）由于軋輥對(duì)材質(zhì)和加工精度要求很高，本身又是易損件，因此設(shè)備、備件費(fèi)用較高。 （f）由于焊絲表面沒有拉絲潤滑劑殘留物，所以其熔敷金屬的擴(kuò)散氫含量較低。 2）連軋法結(jié)論。 由于上述原因，近年國內(nèi)外已經(jīng)較少適用連軋法工藝生產(chǎn)結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼用細(xì)徑焊絲，但在粗徑堆焊焊絲的生產(chǎn)中則適用較多。 2，軋—拔法 軋—拔法是將焊絲的成型、加粉、合口工序仍放在軋絲機(jī)上完成，即可采 用先軋，后拉的工藝。其工藝簡(jiǎn)圖如下： 圖2 軋—拔法工藝簡(jiǎn)圖 1) 軋—拔法工藝的優(yōu)點(diǎn)： （a） 拉絲工藝比軋絲工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)速度更快，成本更低，表面質(zhì)量也更好。 （b） 由于拉絲機(jī)、拉絲模、潤滑劑的改進(jìn)，使得拉絲速度可以達(dá)12~14m/s，最快甚至可達(dá)25m/s。 （c） 易損部件是標(biāo)準(zhǔn)件，有專業(yè)工廠可以批量生產(chǎn)，價(jià)格大大低于軋輥，所以將焊絲的減徑工序大部分放在拉絲機(jī)上來完成是合理的。 2）被動(dòng)式軋機(jī) 生產(chǎn)線中的軋輥完全是被動(dòng)的，軋制過程完全依靠作為動(dòng)力的拉絲機(jī)來牽引。軋輥本身無動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，由于被動(dòng)軋輥之間轉(zhuǎn)速可自協(xié)調(diào)不需要任何電氣控制系統(tǒng)，所以比較簡(jiǎn)單。 3）集中傳動(dòng)式軋機(jī) 軋絲機(jī)的各垂直軋輥為主動(dòng)輥，各主動(dòng)輥采用電機(jī)拖動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)可以采用一根長軸將動(dòng)力依次分配到各機(jī)架，也可采用齒輪系統(tǒng)將動(dòng)力分配到各機(jī)架。 三，方案選取 根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)采用軋—拔法，采用集中式傳動(dòng)設(shè)計(jì)。 以達(dá)到1，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)速度更快，成本更低；2，傳動(dòng)系統(tǒng)可以采用一根長軸將動(dòng)力依次分配到各機(jī)架，并采用齒輪系統(tǒng)將動(dòng)力分配到各機(jī)架。3，降低設(shè)備成本，管理方便。 第二章 傳動(dòng)設(shè)計(jì) &2-1 電機(jī)選擇 根據(jù)技術(shù)要求，選擇電機(jī)為YVP90L-4，技術(shù)參數(shù)如下： =3.8A =1500r/min &2-2 傳動(dòng)方案分析 因?yàn)閺碾姍C(jī)輸出的功率有兩個(gè)方向，一個(gè)方向由電機(jī)經(jīng)過主軸傳遞到加粉裝置，還有一個(gè)方向傳遞到軋輥，并且兩個(gè)方向相互垂直。 所以需要錐齒輪來進(jìn)行垂直方向的功率傳遞，即經(jīng)過軸將功率傳遞到加粉裝置；另外一個(gè)方向由斜齒輪將功率傳遞到軋輥。 通過技術(shù)要求可以算出，在出口處，轉(zhuǎn)速n=600/9 r/min； 在電機(jī)處轉(zhuǎn)速 n=600 r/min?？梢运愠隹偟膫鲃?dòng)比i=9。 因?yàn)樾枰獙⒐β蕚鬟f到成型機(jī)構(gòu)，所以變速箱里有2對(duì)齒輪只起傳遞作用，而不起變速作用。因此可以采用，錐齒輪處傳動(dòng)比i=3，第一對(duì)斜齒輪傳動(dòng)比i=3，其余斜齒輪的傳動(dòng)均為1。 &2-3 錐齒輪設(shè)計(jì) 齒輪精度：機(jī)器為一般機(jī)器，速度不高，故選用8級(jí)精度（GB 10095-88） 材質(zhì)：小齒輪40（調(diào)質(zhì)），硬度280HBS；大齒輪45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度240HBS。 參數(shù)： 小齒輪=18 大齒輪=54 α=20° 模數(shù)m=3mm i=3 2-3-1按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1） 確定公式內(nèi)各數(shù)字 1）試選載荷系數(shù) =1.6 2）計(jì)算小齒輪傳遞的扭矩。 3）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-7選取齒寬系數(shù)=1， 4）由表查得材料的彈性影響系數(shù) =189 5）由表查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度分別為，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度為 6） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =4.32× = 7) 取接觸疲勞壽命系數(shù)， 8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效率為1%，安全系數(shù)為1，由公式得 （2）計(jì)算 1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。 2）計(jì)算圓周速度v. 3) 計(jì)算齒寬b。 4) 計(jì)算齒寬與齒高之比 模數(shù) 齒高 5) 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)v=1.41m/s， 8級(jí)精度，由圖可以查得動(dòng)載系數(shù) 錐齒輪 由表可查使用系數(shù) 動(dòng)載系數(shù) 6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑， 7）計(jì)算模數(shù) m 2-3-2按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）確定公式中的各個(gè)計(jì)算數(shù)值 1）由圖可查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2）由圖查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ， 3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由公式得 4）計(jì)算動(dòng)載荷系數(shù)K 5）查取齒形系數(shù)與應(yīng)力校正系數(shù)。 錐齒輪的當(dāng)量齒數(shù) 由當(dāng)量齒數(shù)可查得： 6）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。 大齒輪的數(shù)值大，取大的數(shù)值。 （2）設(shè)計(jì)計(jì)算 由于齒面模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，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)。因此可以取由彎曲強(qiáng)度所算的模數(shù)2.8并就近圓整為3為標(biāo)準(zhǔn)值。 因此，齒輪模數(shù) m=3 2-3-3幾何尺寸計(jì)算 （1） 計(jì)算分度圓直徑 （2） 計(jì)算平均分度圓直徑 mm &2-4 斜齒輪設(shè)計(jì) 齒輪精度：機(jī)器為一般機(jī)器，速度不高，故選用8級(jí)精度（GB 10095-88） 材質(zhì)：小齒輪40（調(diào)質(zhì)），硬度280HBS；大齒輪45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度240HBS。 由表查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度分別為，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度為 參數(shù)：小齒輪齒數(shù)，初選螺旋角°，由電機(jī)輸出的扭矩 2-4-1按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由公式可知： （1）確定公式內(nèi)的各個(gè)數(shù)值 1）試選。 2）由圖所給定的區(qū)域，可以查到， 3) 由圖查 ，。則 4）許用接觸應(yīng)力 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： =1.44 接觸疲勞壽命系數(shù)： 材料的許用應(yīng)力： 取S=1 因?yàn)?，所? （2）計(jì)算 1） 試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式得 2）計(jì)算圓周速度。 3)計(jì)算齒寬b及模數(shù)。 4）計(jì)算縱向重合度。 5）計(jì)算載荷系數(shù)K。 根據(jù)實(shí)際情況取, , , 6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式得 7）計(jì)算模數(shù)。 2-4-2按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 （1） 確定計(jì)算參數(shù) 1） 計(jì)算載荷系數(shù)K。 2) 由=1.55知，螺旋角影響系數(shù). 3) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)。 4）查取齒形系數(shù)。 查得 5）查取應(yīng)力校正系數(shù)。 查得 6）計(jì)算彎曲許用應(yīng)力 由圖可查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 取彎曲疲勞壽命系數(shù) 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由公式得 7）計(jì)算大、小齒輪并加以比較。 大齒輪的數(shù)值大。 （2） 設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)齒輪的實(shí)際情況，模數(shù)主要由齒根彎曲強(qiáng)度決定。因此可取齒輪模數(shù)為2. 2-4-3幾何尺寸計(jì)算 （1） 第三章 變速箱機(jī)械設(shè)計(jì)與3D建模 本設(shè)計(jì)使用Pro-E軟件來進(jìn)行建立3D模型，并就行仿真。進(jìn)行仿真不僅可以就行動(dòng)態(tài)分析，并且可以更加直觀的感受設(shè)計(jì)是否合理。同時(shí)又因?yàn)橹圃焐堂媾R全球的激烈競(jìng)爭(zhēng)，消費(fèi)者的苛求，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的日趨復(fù)雜，不得不大大縮短的產(chǎn)品開發(fā)周期，利潤壓力以及很多其它方面因素的挑戰(zhàn)。 這些挑戰(zhàn)給制造商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)生命過程中造成巨大的壓力，它促使制造商尋求途徑加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)費(fèi)用并同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量與創(chuàng)新。 　　傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程嚴(yán)重的阻礙了企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)流程做出重大改進(jìn)。通常，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)好產(chǎn)品之后才把問題扔給分析專家來進(jìn)行分析。但是當(dāng)這些分析進(jìn)行完畢之后，對(duì)于產(chǎn)品性能提升與創(chuàng)新都已經(jīng)太晚了。 這樣的流程造成設(shè)計(jì)創(chuàng)新困難且費(fèi)用昂貴。 因此前期的3D建模和仿真分析在現(xiàn)代設(shè)計(jì)顯得越來越重要，并且逐漸成為設(shè)計(jì)的主流。進(jìn)行仿真可以獲得非常好的結(jié)果：更早更好的決策，縮短產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間，降低設(shè)計(jì)，更快更有競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新。 在本設(shè)計(jì)中，將3D建模過程和仿真分析過程呈現(xiàn)出來，以便交流和分析。變速箱的主要模塊包括箱體，軸系零件，其他附件。 &3-1 箱體設(shè)計(jì)與建模 1，尺寸選擇。 1），取最大寬度。 要裝3個(gè)斜齒輪，每個(gè)齒輪的齒輪。 從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》上查取，壁厚取12mm 齒輪與機(jī)壁的間隙 b=8~12mm,取 b=10mm 故，箱體總寬度為L=3a+2b+2×12+2×15=392mm 2），取最大高度。 要裝兩個(gè)斜齒輪，加上底座與間隙。 齒輪中心距： a=106mm 底座壁厚： 12mm 潤滑油的高度： l=50mm 因此，總高度H=289mm 3），取最大厚度。 壁厚： b=12mm 齒寬: B=30mm 試算總厚度： B=165mm 因此箱體外觀 L×B×H=392×165×289 mm 2，Pro—E建模。 1）拉伸底板 此時(shí)，底板為392×165×12 （mm） 2）拉伸箱壁 以拉伸平面為繪制平面，就行草繪，再拉伸。 3）拉伸孔特征。 在拉伸平面上進(jìn)行草繪，5個(gè)圓，半徑r=47mm。再拉伸至“選定的項(xiàng)”，選定需要拉伸至的平面即可，去除材料。即可生成如圖示的特征。 4）再次拉伸其他的圓。 5）箱體最后的3D模型。 &3-2 軸系設(shè)計(jì)與建模 在本設(shè)計(jì)中，軸系零件，包括軸，斜齒輪，鍵，套筒，軸承。 （一），軸建模。 1，尺寸確定。 因?yàn)橛旋X輪，軸承，套筒，鍵等零件，因此設(shè)計(jì)此齒輪階梯較多。 軸的基本直徑： =25mm =28mm 與聯(lián)軸器連接的直徑： =20mm 定位軸肩的高度： 軸環(huán)寬度： 因此，軸肩高度 =2.5mm =3mm 軸環(huán)寬度 d=5mm 軸的平面示意圖 2，軸的3D模型。 將以上繪制的草繪圖像，就行旋轉(zhuǎn)360°即可。 （二），鍵槽與鍵建模。 1，尺寸確定。 在《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》上查閱到： 軸 鍵 鍵槽 公稱直徑d 公稱尺寸 b×h 軸t 轂 22~30 8×7 4 3.3 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用軸直徑為25，故取b×h=8×7, 長度L=18 2，鍵槽在軸上建模。 首先以TOP平面建立基準(zhǔn)平面 繪制草繪圖形。 拉伸，去除材料，對(duì)稱拉伸。 3，鍵的3D模型。 （三），齒輪的3維建模。 在斜齒輪有5個(gè)大齒輪，1個(gè)小齒輪。取大齒輪的模型作為代表進(jìn)行建模。 1，參數(shù)確定。 法面模數(shù) mm 齒數(shù)z=51 螺旋角° 齒寬 B=30mm 軸徑D=28mm 鍵槽t=3.3mm 2，斜齒輪建模。 1）輸入?yún)?shù)。 2）輸入關(guān)系。 3）繪制齒形。 4）特征復(fù)制、平移。 5）掃描混合。 6）陣列。 7）齒輪模型。 3，小齒輪建模。 小齒輪的建模與大齒輪建模過程類似，只有齒數(shù)不一樣，因此不再贅述。 （四），套筒建模 1，尺寸確定。 套筒直徑d=25mm， 長度為12mm。 2, 3D模型。 套筒建模簡(jiǎn)單，只要一個(gè)拉伸特征即可。 （五） 軸承建模。 1，軸承選用。 本設(shè)計(jì)中采用了，斜齒輪傳動(dòng)，斜齒輪具有很多優(yōu)點(diǎn)： 1） 嚙合性能好，傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音小。 2） 重合度小，降低了每對(duì)齒輪的載荷，提高了齒輪的承載能力 3） 不產(chǎn)生根切的齒數(shù)少。 但是也使得運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生軸向推力。因此，本設(shè)計(jì)中，不能采用深溝球軸承。本設(shè)計(jì)采用角接觸軸承。 下表是角接觸球軸承的資料。 角 接 觸 球 軸 承 結(jié)構(gòu)代號(hào) 基本額定動(dòng)載荷比 極限轉(zhuǎn)速比 軸向承載能力 性能和特點(diǎn) 70000C（=15°） 1.0~1.4 高 一般 可以承受徑向載荷及軸向載荷，也可以單獨(dú)承受軸向載荷。要成對(duì)使用。 70000AC（=25°） 1.0~1.3 較大 70000B（=40°） 1.0~1.2 更大 本設(shè)計(jì)中，軸的直徑為25mm，因此采用軸徑為25mm的軸承。國標(biāo)代號(hào)為7205AC。 2，軸承參數(shù)。 本設(shè)計(jì)采用的軸承代號(hào)為7205，角接觸球軸承。 小徑d=25mm 大徑D=52mm 軸承寬度B=15mm 3，軸承3D模型。 &3-3 裝配建模 3-3-1軸系裝配建模 在軸上需要裝配齒輪、鍵、套筒、軸承等零件，在之前所有的零件均已完成3D建模，現(xiàn)在只需要對(duì)其裝配即可。其裝配過程如下： 1，進(jìn)入“組件”環(huán)境。 2，加入“軸”。 3，與鍵進(jìn)行裝配。 4，與斜齒輪進(jìn)行裝配。 5，與套筒裝配。 6，與軸承裝配。 角接觸球軸承需要成對(duì)使用，因此在軸兩端都需要裝配軸承。 軸承代號(hào)為7205，滿足軸的工作需求。 此時(shí)，裝有斜齒輪的軸，已經(jīng)裝配完畢。但是還需要將此軸系裝配至箱體上。 3-3-2變速箱整體裝配 軸系裝配完成后，就將已經(jīng)裝配完成的軸系與箱體就行裝配，就可以完成整個(gè)變速箱的裝配過程。 注：為了顯示變速箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特意將箱蓋隱藏，即不顯示。 &3-4變速箱仿真 通過新建伺服電機(jī)，并且設(shè)定速度為36°/s 經(jīng)過10 s 時(shí)間，就可以看到一整圈的過程。 整個(gè)變速箱的仿真過程可以在電腦上展示，在此不在贅述。 第四章 加粉裝置機(jī)械設(shè)計(jì)與3D建模 加粉裝置是將藥粉輸送到軋成U型槽的鋼帶里的裝置。 其機(jī)械機(jī)構(gòu)主要由規(guī)則的塊狀機(jī)構(gòu)構(gòu)成，因而其零件建模與裝配均比較簡(jiǎn)單。因此，下文將直接給出主要零件的建模結(jié)果和裝配結(jié)果。 &4-1 加粉裝置設(shè)計(jì)與建模 主要零件的建模結(jié)果 &4-2加粉裝置裝配過程 4-2-1機(jī)械底板的裝配模型 4-2-2帶輪部分建模結(jié)果 4-2-3整體裝配建模結(jié)果 &4-3加粉裝置仿真 加粉裝置采用帶傳動(dòng)，由卷筒帶動(dòng)皮帶。再由皮帶將藥粉加至U型鋼槽中。 仿真部分，由電腦演示，此處不再贅述。 第五章 零件校核 &5-1 軸校核 在第一級(jí)變速箱上，傳遞的功率最大。因此校核，第一級(jí)變速箱上的裝有錐齒輪的軸。 1，軸的尺寸。 軸的直徑d=25mm 裝有齒輪的部分直徑D=45mm 總長L=389mm 軸上的尺寸 2，錐齒輪參數(shù)。 模數(shù) m=2 mm 小齒輪齒數(shù) =18 大齒輪齒數(shù) =54 嚙合角=20° =18.43° =71.57° 傳動(dòng)比 i=3 3，其他參數(shù)。 錐齒輪傳遞效率 =0.4~0.97 （8級(jí)，油潤滑） 取=0.95 球軸承傳遞效率 =0.99（一對(duì)） 轉(zhuǎn)速n=10=600 電機(jī)額定參數(shù) =1.5kw =3.8A =10 4，軸上的功率P，轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T P==1.5×0.95×0.99=1.42kw n=n×1=600 T=9550000 5，求作用在齒輪上的力 由齒輪計(jì)算公式知，分度圓直徑 d=mz=3×18=54mm =420.02×tan20°×cos18.43°=145.03N =420.02×tan20°×sin18.43°=48.3813N 6，初步確定軸的最小直徑。 根據(jù)公式確定軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)可查閱資料，取=112，于是得 所選的直徑d=25要大于最小直徑，初步符合設(shè)計(jì)要求。 7，求軸上的載荷。 在水平面內(nèi)，×72=×389 于是得 =77.74N 根據(jù)在水平方向，力平衡原理： =—=420.02—77.74=342.27N 水平面內(nèi)最大彎矩： =×72=24643.44 在垂直面內(nèi)，軸向力平衡得 =48.38= 軸端彎矩平衡， = 垂直方向，力平衡， = 彎矩， =72×118.18=8507.54 = -28×317= -8876 ==26070.21 ==26193.1768 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F =77.74N =342.27N =118.18N =26.84N 彎矩M =24643.44 =8507.54 = -8876 總彎矩 =26070.21 =26193.1768 扭矩 T 8，按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)公式和上表的數(shù)據(jù)，以及軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)應(yīng)力，取=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力 其中W為抗彎截面系數(shù)，截面為圓面，故 W=0.1 進(jìn)而， 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得=60MPa。因此，，故安全。 9，精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 （1）判斷危險(xiǎn)截面 鍵槽，軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的 疲勞強(qiáng)度，但是軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較寬裕確定的，這些主要受扭矩的 截面均無需校核。 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，軸肩處的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來看，齒輪中心截面上的應(yīng)力最大；但是安裝齒輪處的軸徑較大，因此不需校核，因而該軸只要校核軸肩處的疲勞強(qiáng)度即可。 （2）截面左側(cè) 抗彎截面系數(shù) W=0.1d3=0.1×253=1562.5mm3 抗扭截面系數(shù) =0.2d3=0.2×253=3105mm3 彎矩 M=26193×（20-10）/20=13096.5 截面上的彎曲應(yīng)力 σb=M/W=13096.5/1562.5=8.38 MPa 截面的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 τT=T/=/3105MP=7.3MPa 軸的材料為 45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由表15-1，查得σB=640MPa，σ-1=275MPa, τ-1=155MPa 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按表3-2查取，由r/d=1.6/25=0.064,D/d=30/25=1.2,查得ασ=1.89，ατ=1.5 又由附圖3-1得軸的材料的敏性系數(shù)qσ=0.82,qτ=0.85 則有效應(yīng)力集中系數(shù)為 kσ=1+qσ(ασ-1)=1+0.82*0.89=1.7298 kτ=1+ qτ(ατ-1)1+0.85*0.5=1.425 由附圖3-2得尺寸系數(shù)εσ=0.9,由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)ετ=0.92 軸按磨削加工,由俯圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為 βσ=βτ=0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理,即=1,則得綜合系數(shù)為 Kσ = kσ/εσ+1/βσ=1.7298/0.9+1/0.92-1=2 Kτ= kτ/ετ+1/βτ=1.425/0.92+1/0.92-1=1.64 又由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).中冊(cè).第二版》P772得碳鋼的特性系數(shù) φσ=0.1~0.2，取φσ=0.1 φτ=0.05~0.1，取φτ=0.05 計(jì)算安全系數(shù)S值得 Sσ= ==14.3 Sτ===2.75 Sca===2.7≧S=1.5, 故按此方案設(shè)計(jì)的軸是安全的。 （3）右側(cè)截面 抗彎截面系數(shù) W=0.1d3=0.1×253=1562.5mm3 抗扭截面系數(shù) =0.2d3=0.2×253=3105mm3 彎矩 M=26193×（20-10）/20=13096.5 截面上的彎曲應(yīng)力 σb=M/W=13096.5/1562.5=8.38 MPa 截面的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 τT=T/=/3105MP=7.3MPa 軸的材料為 45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由表15-1，查得σB=640MPa，σ-1=275MPa, τ-1=155MPa 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按表3-2查取，由r/d=1.6/25=0.064,D/d=30/25=1.2,查得ασ=1.89，ατ=1.5 又由附圖3-1得軸的材料的敏性系數(shù)qσ=0.82,qτ=0.85 則有效應(yīng)力集中系數(shù)為 kσ=1+qσ(ασ-1)=1+0.82*0.89=1.7298 kτ=1+ qτ(ατ-1)1+0.85*0.5=1.425 由附圖3-2得尺寸系數(shù)εσ=0.9,由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)ετ=0.92 軸按磨削加工,由俯圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為 βσ=βτ=0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理,即=1,則得綜合系數(shù)為 Kσ = kσ/εσ+1/βσ=1.7298/0.9+1/0.92-1=2 Kτ= kτ/ετ+1/βτ=1.425/0.92+1/0.92-1=1.64 又由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).中冊(cè).第二版》P772得碳鋼的特性系數(shù) φσ=0.1~0.2，取φσ=0.1 φτ=0.05~0.1，取φτ=0.05 計(jì)算安全系數(shù)S值得 Sσ= ==14.3 Sτ===2.75 Sca===2.7≧S=1.5, 故按此方案設(shè)計(jì)的軸是安全的，故該軸在截面右側(cè)也是足夠的。 10，結(jié)論 根據(jù)上述計(jì)算，可證明本設(shè)計(jì)滿足軸工作時(shí)的安全要求。此軸因無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的 盈利循環(huán)不對(duì)稱，所以靜強(qiáng)度校核可以略去，此軸的設(shè)計(jì)計(jì)算完成。 11，附錄 提高軸的強(qiáng)度的常用措施 1）合理布置軸上零件以減小軸的載荷 為了減小軸所承受的彎矩，傳動(dòng)件應(yīng)該盡量靠近軸承，并盡可能不采用懸臂的支撐形式，力求縮短支承跨距及懸臂長度等。 當(dāng)轉(zhuǎn)矩由一個(gè)傳動(dòng)件輸入，而由幾個(gè)傳動(dòng)件輸出時(shí)，為了減小軸上的扭矩，應(yīng)將輸入件放在中間，而不要置于一端。 2）改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷 3）改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中的影響 軸通常是在變應(yīng)力條件下工作的，軸的截面尺寸發(fā)生突變處要產(chǎn)生應(yīng)力集中，軸的疲勞破壞往往在此處發(fā)生。為了提高軸的疲勞強(qiáng)度，應(yīng)盡量較少應(yīng)力集中源和降低應(yīng)力集中的程度。為此，軸肩處應(yīng)采用較大的過度圓角半徑r來降低應(yīng)力。但對(duì)定位軸肩，還必須保證零件得到可靠定位。當(dāng)靠軸肩定位的零件的圓角半徑很小時(shí)，為了增大軸肩處的圓角半徑，可采用內(nèi)凹圓角或加裝隔離環(huán)。 4）改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度 軸的表面粗糙度和表面強(qiáng)化處理方法也會(huì)對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生影響。軸的表面越粗糙，疲勞強(qiáng)度也越低。因此，應(yīng)合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙值。當(dāng)采用對(duì)應(yīng)力集中甚為敏感的高強(qiáng)度材料制作軸時(shí)，表面質(zhì)量尤為予以注意。 表面強(qiáng)化處理的方法有：表面高頻淬火等熱處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)處理；碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。 &5-2 軸承校核 本設(shè)計(jì)采用的是角接觸球軸承，代號(hào)為7205AC。 滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代及其中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并由專業(yè)工廠大量制造及供應(yīng)各種常用規(guī)格的軸承。滾動(dòng)軸承具有磨擦阻力小，功率消耗少，起動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。 1，軸上的受力情況 1）軸上參數(shù) 軸上功率 P==1.5×0.91×0.91=1.242kw 軸的轉(zhuǎn)速 n=N/i=600/9=66.67 軸的力矩 T=9550000=9550000×1.242/66.67=17791.65 2）斜齒輪受力情況 斜齒輪參數(shù) =2mm ° z=51 分度圓直徑 d=106mm N = = 2，軸承受力情況 1）左側(cè)軸承受力情況 ==96.19N ×77=127.39×36 得=59.5589N 2）右側(cè)軸承受力情況 ==96.19N =127.39—59.89=68.33N 可以看出，右側(cè)軸承的受力較大，因此校核右側(cè)軸承，如果右側(cè)軸承可以達(dá)到壽命要求，則左側(cè)必定會(huì)達(dá)到使用壽命要求。 3,軸承的當(dāng)量載荷 P=（X+Y） X、Y分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù) e=/=1.4 查取資料知， X=0.41 Y=0.87 根據(jù)表： 載荷性質(zhì) 舉例 中等沖擊 1.2~1.8 動(dòng)力機(jī)械、冶金機(jī)械、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床等 取 =1.2 于是得： P=（0.41×68.33+0.87×96.19）×1.2=140.4 4，軸承的使用壽命 = 為指數(shù)。對(duì)于球軸承，=3；對(duì)于滾子軸承，=。 因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中，軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低，溫度不高。因此溫度對(duì)軸承的影響，可以不考慮，即取=1。 在本設(shè)計(jì)中，預(yù)期工作壽命為10年，300個(gè)工作日，一天12個(gè)小時(shí)。 可以算得：=10×300×12=36000 h 計(jì)算得出基本額定載荷C C==735.91N 查表得知，7205AC的基本額定負(fù)荷： =15.8KN =9.88KN 因?yàn)橛?jì)算出的基本額定載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于軸承所擁有的基本額定載荷，因此在本設(shè)計(jì)中，軸承的選用負(fù)荷設(shè)計(jì)要求。 參考文獻(xiàn) [1] 濮良貴 紀(jì)名剛，機(jī)械設(shè)計(jì)。北京：高等教育出版社，2006.5 [2] 張?jiān)旗o等，Pro/ENGINEER野火5.0從入門到精通。北京：電子工業(yè)出版社，2010.6 [3] 劉繼元 陳邦固 王秀文 吳愛國，年產(chǎn)1500t藥芯焊絲生產(chǎn)線的研制。《焊接》，2000（2） [4] 詹友剛，Pro/ENGINEER2001教程。北京：清華大學(xué)出版社，2003.4 [5] 孫桓 陳作模 葛文杰，機(jī)械原理。北京：高等教育出版社，2006.5 33