I摘 要LD 型立式無懸臂拉絲機是恒速拉拔的單次拉絲機。本設(shè)計簡單的介紹了拉拔的發(fā)展歷史和單次拉拔的優(yōu)點，通過經(jīng)驗公式計算出拉拔的最佳速度，通過合理分配傳動比，設(shè)計帶輪和蝸桿兩級減速裝置使卷筒達到有利于拉拔的速度來進行拉拔加工。進行拉絲機的整機設(shè)計和蝸桿傳動的傳動系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計出適合蝸桿傳動的拉絲機箱體尺寸，保證了拉絲機的工作性能。對卷筒、拉絲模盒等重要零件進行了計算與校核，還對輔助零件（大帶輪、小帶輪、蝸輪輪芯、蝸輪輪緣等）進行了簡單的尺寸設(shè)計。最后，本設(shè)計了大量采用標準件，降低了產(chǎn)品成本，具有顯著的經(jīng)濟效益。關(guān)鍵字：單頭拉絲機；立式；帶傳動；蝸桿傳動。IIABSTRACTSingle head vertical non-cantilever is constant speed wire drawing machine . The design is briefly introduced the history of the development of the advantages of drawing and a single drawing, and calculate the optimum speed of the drawing by the empirical formula, a reasonable allocation ratio, pulleys and worm through double reduction unit has reached the spool drawing speed conducive to drawing. Wire drawing machine power train design machine design and worm drive, worm drive designed for drawing the chassis body to ensure performance drawing machine. On the rolls, drawing dies boxes and other important parts of the calculation and verification, but also on the secondary part (large pulley, small pulley, worm wheel core, etc.) for a simple design size. Finally, the design of the extensive use of standard parts, reducing product cost, with significant economic benefits.Keywords: single-head drawing machine; vertical; belt transmission; worm drive.i目 錄第一章 緒論11.1 引言11.2 課題研究的目的和意義11.2.1 課題的來源及研究.11.2.2 國內(nèi)外拉拔工藝的發(fā)展.21.3.1 課題的研究內(nèi)容.21.3.2 課題的研究思路.2第二章 設(shè)計方案的確定 32.1 提出問題32.2 電動機的選擇32.3 傳動布局設(shè)計32.4 拉拔模材料的選擇4第三章 設(shè)計計算與校核 63.1 拉拔模參數(shù)計算63.1.1 拉拔模材料的選用.63.1.2 加工率 ξ63.1.3 拉拔?？谛螤钤O(shè)計.63.1.4 拉拔功率的計算 W 73.1.5 卷筒轉(zhuǎn)速計算.73.1.6 拉拔模設(shè)計.7ii3.2 傳動比的分配與初步設(shè)計93.3 帶傳動的設(shè)計計算93.3.1 確定計算功率 Pca .93.3.2 確定 V 帶參數(shù) 93.3.3 初選小帶輪的基準直徑并驗算帶速.123.3.4 計算壓軸力.123.4 渦輪蝸桿的選擇133.5 蝸桿傳動的設(shè)計計算133.5.1 蝸桿的選擇.133.5.2 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計.133.5.3 蝸桿與蝸輪的幾何參數(shù).163.5.4 校核齒根彎曲疲勞強度.173.5.5 驗算效率 η203.5.6 精度等級公差和表面粗糙度的確定.213.5.7 尺寸和行狀公差.213.5.8 熱平衡計算.213.5.9 誤差項目.223.6 蝸桿軸的設(shè)計與校核223.6.1 蝸桿的參數(shù)計算.223.6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計.233.6.3 蝸桿軸的載荷計算.253.6.4 按彎扭合成應(yīng)力校核疲勞強度.28iii3.6.5 精確校核軸的疲勞強度.283.7 蝸輪軸的設(shè)計與校核333.7.1 渦輪軸的參數(shù)計算.333.7.2 蝸輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計.343.7.3 軸上載荷的計算.353.7.4 渦輪桿的校核.373.8 軸承壽命校核383.8.1 蝸桿校核.383.8.2 蝸輪校核.393.9 其他部件的校核計算403.9.1 平鍵強度校核.403.9.2 蝸輪連接螺栓的校核.40第四章 卷筒及蝸桿減速器箱體設(shè)計 .414.1 卷筒尺寸設(shè)計.414.2 減速器尺寸設(shè)計424.3 減速箱體的附件說明43總 結(jié)44參考文獻.45致 謝 .46- 1 -第一章 緒論1.1 引言金屬拉拔成型是讓加工材料通過有錐度的孔模具來減小它截面積的塑性加工成型方法，通過冷拔成型可以形成各種幾何截面的型材，是制備線材和管材的重要方法之一。由于拉拔成型能獲得高精度和高表面質(zhì)量，并且沒有材料浪費，尤其在當(dāng)今注重資源節(jié)約型的發(fā)展時代，拉拔技術(shù)變得越來越重要。金屬拉拔技術(shù)具有悠久的歷史，其應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛。拉拔成型廣泛應(yīng)用于加工碳鋼、不銹鋼、合金鋼、銅、鋁及其合金等各種金屬材料,可生產(chǎn)直徑大至數(shù)十毫米的棒材和管材,小至數(shù)微米的計算機導(dǎo)線等數(shù)千種不同規(guī)格、用途的制品。例如我國高速鐵路的蓬勃發(fā)展，高速列車牽引電機日益受到重視，因此對牽引電機關(guān)鍵材料——電磁線的性能提出了較高的要求。電磁線對表面質(zhì)量、尺寸精度和柔軟度方面要求比較高，毛勇[1]對這個方面進行相關(guān)的研究，取得一定的成果。近十幾年來，通過對高速拉拔的研究，成功制造了多線鏈式拉拔機和圓盤拉拔機，高速拉拔的速度達到了 80m/s；拉拔制品的產(chǎn)量也在逐年增加，產(chǎn)品的品種和規(guī)格也在不斷增加，拉拔范圍從 Φ0.002mm 的細絲到 Φ500 的管材，加工性能合乎要求，表面質(zhì)量高，因此拉拔在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著重要的作用。1.2 課題研究的目的和意義1.2.1 課題的來源及研究我國的金屬制品大部分產(chǎn)品基本能滿足國內(nèi)需求，但在制品品種和質(zhì)量上仍未完全滿足需要；與世界上工業(yè)發(fā)達國家相比，仍有較大的差距。加強技術(shù)創(chuàng)新，提高拉絲機的質(zhì)量和效率是當(dāng)前我們的重中之重。拉絲機的內(nèi)孔由圓柱與圓錐面組成。圓錐面是對線材的壓縮區(qū)，圓柱面是拉絲機的定徑區(qū)（拉區(qū)） 。拉絲機的質(zhì)量直接決定線材的形狀、尺寸、表面粗糙度及使用壽命。目前采用的?？坠に囀轻樐スに?。這種工藝的可靠性不高，且生產(chǎn)效率較低。由于拉絲機工作過程中作用在摩擦表面微觀體積上周期性的接觸載荷或交變應(yīng)力的存在，極易讓表面或次表面形成裂紋。由此造成模孔劇烈磨損，拉出的線材質(zhì)量差。設(shè)備可靠性的主要指標是壽命和性能。針磨工藝是比較落后的，所以就要求改進國內(nèi)的拉絲機技術(shù)。我們應(yīng)該大力發(fā)展拉絲機技術(shù)，以保證在未來金屬制品行業(yè)不至于落后其他國家，- 2 -是我國拉拔技術(shù)一直處于世界的前列，這將對我們的各個行業(yè)產(chǎn)生深遠的影響，為中國制造業(yè)貢獻較大的力量，不斷增強我國的制造實力。 1.2.2 國內(nèi)外拉拔工藝的發(fā)展近年來，不少學(xué)者對傳統(tǒng)拉拔工藝進行了改進，開發(fā)了許多新的拉拔工藝。反張力拉拔是在拉拔時在拉模后端對坯料施以反方向拉力的加工方法，這種方法大大減少了拉拔模具的磨損，同時減少了拉線材或者型材被拉斷現(xiàn)象。輥式模拉拔是日本學(xué)者五弓勇雄提出把拉拔和軋制結(jié)合在一起的生產(chǎn)工藝，即用孔型軋輥代替?zhèn)鹘y(tǒng)的孔模，把大部分的滑動摩擦變成了滾動摩擦，極大地減少了摩擦阻力，可實現(xiàn)高速拉拔，該項技術(shù)主要應(yīng)用在復(fù)雜截面的異型鋼管成形。強制潤滑拉拔是拉模前端裝一根細長的增壓導(dǎo)管或增壓模，拉拔時借助于運動著的坯料和潤滑劑的粘性，將高粘度的潤滑油帶入拉模，迫使?jié)櫥瑒┻M入模孔，在坯料與拉模之間形成一層潤滑油膜，產(chǎn)生流體動力效應(yīng)，從而產(chǎn)生減小摩擦的作用。另外，有人利用金屬材料的超塑性開發(fā)出超塑性無模拉拔，在拉拔模上施加超聲波振動制成超聲波振動拉拔等等。這些新工藝都對解決拉拔高能耗、提高制品質(zhì)量等問題，有較高的理論和實用價值。1.3 課題研究內(nèi)容與思路1.3.1 課題的研究內(nèi)容1）完成 LD 型無懸臂立式拉絲機總傳動方案的設(shè)計、選擇及確定；2）完成 LD 型無懸臂立式拉絲機整機設(shè)計、計算及校核；3）完成傳動零件、卷筒、拉拔模等重要零件的設(shè)計、計算及校核；4）完成 LD 型無懸臂立式拉絲機總裝圖及主要零件圖的繪制；5）完成設(shè)計說明書一份。1.3.2 課題的研究思路首先通過查資料、結(jié)合傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)和機械線材行業(yè)的發(fā)展需要，設(shè)計LD 型無懸臂立式拉絲機旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及總傳動方案；然后采用 Sliodworks 軟件初步設(shè)計出拉絲機的主體結(jié)構(gòu)，以及各個附屬機構(gòu)；其次根據(jù)零部件的設(shè)計計算，確定其結(jié)構(gòu)并選定各零件的材料；最后繪制三維圖紙和工程圖紙，根據(jù)要求和設(shè)計過程，編寫設(shè)計說明書。- 3 -第二章 設(shè)計方案的確定2.1 提出問題LD 型單模無懸臂立式拉絲機是一次拉拔成型，原材料為 φ4mm，制品為 φ3mm。要求卷筒轉(zhuǎn)速為 58-220r/min，功率 15kw，拉拔 T9 碳素工具鋼。2.2 電動機的選擇預(yù)選卷筒轉(zhuǎn)速 60r/min，查表 2.1，選取電機 Y160M2-2 電動機。查得該電機的滿載轉(zhuǎn)速為 2930r/min。表 2.1 部分型號電動機主要參數(shù)型 號 功 率( KW)電 流(A)轉(zhuǎn) 速r/min鐵 芯長 度定 子外 徑定 子內(nèi) 徑輸 出軸 徑Y(jié)132M2-6 5.5 13 960 180 210 148 －Y132S-8 2.2 5.8 710 110 210 148 －Y132M-8 3.0 7.7 710 180 210 148 －Y160M1-2 11 22 710 125 260 150 Ф42Y160M2-2 15 29 2930 155 260 150 Ф42Y160L-2 18.5 36 2930 155 260 150 Ф42Y160M-4 11 23 1460 195 260 170 Ф42Y160L-4 15 30 1460 195 260 170 Ф42Y160M-6 7.5 17 970 145 260 180 Ф42Y160L-6 11 25 970 195 260 180 Ф42- 4 -2.3 傳動布局設(shè)計方案一：傳動采用兩級傳動，先用一級帶傳動，把電機扭矩傳給蝸桿，然后采用蝸輪蝸桿減速器將扭矩傳給卷筒，帶動鋼絲通過拉拔模實現(xiàn)拉拔。傳動示意圖如圖 2.1所示。方案二：傳動采用兩級傳動，先用蝸桿傳動，把電機扭矩傳給蝸輪，然后采用帶傳動將扭矩傳給卷筒，帶動鋼絲通過拉拔模實現(xiàn)拉拔。方案比較：方案一傳動更加平穩(wěn)，且更利于分配傳動比，所以方案一更好。- 5 -圖 2.1 傳動示意圖2.4 拉拔模材料的選擇楊學(xué)鋒（2006）提出：“目前，拉絲模的材料可以分為幾類，分別為合金鋼拉絲模、硬質(zhì)合金拉絲模、天然金剛石拉絲模、人造聚晶金剛石拉絲模、涂層拉絲模和陶瓷拉絲模。根據(jù)拉絲模材料分類，其加工線材的種類和直徑以及拉絲模的加工方法是有所區(qū)別的” 。目前，拉絲模的材料可以分為幾類，分別為合金鋼拉絲模、硬質(zhì)合金拉絲模、天然金剛石拉絲模、人造聚晶金剛石拉絲模、涂層拉絲模和陶瓷拉絲模。根據(jù)拉絲模材料分類，其加工線材的種類和直徑以及拉絲模的加工方法是有所區(qū)別的。 合金鋼拉絲模通常用的工具鋼，其硬度和耐磨性是幾種拉絲模中最低的，但是因其材料價格低，加工方便，所以在線材的粗加工過程中還有所使用； 硬質(zhì)合金拉絲模通常屬于鎢類和金，這些合金是由碳化鎢和鈷等組成。碳化鎢是整個合金的“骨架” ，主要起堅硬耐磨作用，鈷是粘結(jié)金屬，是合金韌性的來源。硬質(zhì)合金模具有以下特性：耐磨性高；拋光性好；粘附性?。荒Σ料禂?shù)小，降低能量消耗；抗蝕性高。這些特性使得拉絲模對潤滑劑具有廣泛適應(yīng)性； 天然金剛石拉絲模脆性大，加工比較困難，一般用于制造直徑 1.2 毫米以下的拉- 6 -絲模。它具有各向異性的特點，拉拔過程中當(dāng)整個孔的周圍都處在工作狀態(tài)下時，天然金剛石在孔的某一位置將發(fā)生擇優(yōu)磨損。因其價格較貴，所以這種拉絲模并不是我們最終所尋求的即經(jīng)濟又實用的材料； 人造聚晶金剛石拉絲模是用人造金剛石單晶體、加上少量硅、鈦等結(jié)合劑，在高溫高壓的條件下聚合而成。用聚晶金剛石制成的拉絲模硬度高、耐磨性好，孔壁磨損均勻，抗沖擊能力強，拉拔效率高。目前，聚晶金剛石拉絲模在拉拔行業(yè)中應(yīng)用廣泛；涂層拉絲模是新近發(fā)展起來的，其主要方法就是在硬質(zhì)合金拉絲模上涂層金剛石薄膜，具有單晶體金剛石的光澤度、耐溫性且具有聚晶金剛石的耐磨性等優(yōu)點。表 2.2 各種拉絲模材料的性能對比種類 加工難易程度 機械性能 加工類型合金鋼 加工容易 機械性能差 粗加工硬質(zhì)合金鋼 拋光性能好、能耗低 耐磨性差，加工困難 大中直徑線材天然金剛石 硬度高、耐磨性好 脆性大，加工難 極小直徑線材人造聚晶金剛石 硬度高、耐磨性好 加工困難，成本高 中小型線材涂層拉絲模 光潔度高，耐高溫 工藝復(fù)雜、加工困難 各種線材陶瓷材料 耐磨、耐高溫、耐腐蝕 抗熱沖擊差、韌性低、加工難各種線材綜合各項優(yōu)缺點，選擇陶瓷拉絲模。- 7 -第三章 設(shè)計計算與校核3.1 拉拔模參數(shù)計算3.1.1 拉拔模材料的選用陶 瓷 拉 拔 模 適 于 應(yīng) 力 不 大 的 條 件 下 ， 拉 制 φ 6.0m以 下 的 鋼 絲 、 有 色 金 屬 線 材 或 棒材 ， 綜 上 所 述 拉 拔 模 選 用 3Y-TZP/Al2O3材 料 。 3.1.2 加工率 ξ(3.1)4.75%10D)-(2QH2Q?????通過查表 3.1，拉拔模角 α 用插值法選取 。???102?，表 3.1 拉拔不同材料時最佳模角與道次加工率的關(guān)系道次加工率 純銅 軟銅 硬鋼 鋁 銅 黃銅10 5 3 2 7 5 415 7 5 4 11 8 620 9 7 6 16 11 925 12 9 8 21 15 1230 15 12 10 26 18 1535 19 15 12 32 22 1840 23 18 15 - - -3.1.3 拉拔模口形狀設(shè)計查表 3.2，取摩擦系數(shù) f=0.10，查表 3.3 由插值算得 1d=3.2mm，l ch=0.2-0.3D1。 表 3.2 拉拔平均摩擦系數(shù)金屬與合金 道次加工率為 1 道次加工率為 2 道次加工率為 3 道次加工率為 4- 8 -表 3.3 棒料拉拔工作帶長與模孔直徑的關(guān)系?？字睆?5-15 15.1-25 25.1-40 40.1-60工作帶長度 3.5-5.0 4.5-6.5 6-8 10取 lch=0.3D1=0.9mm。(3.2) ?cot5.0aL1max0y ????）（ Da=1.05-1.3，取 1.2。算得 Ly=3.40mm。1r.(3.3)取系數(shù)為 1.3 。 Lf=3.9mm。3.1.4 拉拔功率的計算 W準備參數(shù) 567.0tanB??f（3.4）78.1D2Q?H?（3.5）427.0DlfC1d??（3.6）查得 δ S=1274MPa。紫銅 0.10-0.12 0.15 0.15 0.16H62 0.11-0.12 0.11 0.11 0.11H68 0.09 0.09 0.12 -HSn70-1 0.10 0.11 0.12 -- 9 -769.0)1(s1????BX??（3.7）850.11s??CSeX?（3.8）KW645.7DW211????s（3.9）3.1.5 卷筒轉(zhuǎn)速計算取蝸桿傳動機械效率為 80%，電機功率 W=15KW，則。smsW/143/2.10VB ????蝸（3.10）卷筒直徑為 Φ450mm，周長 L=1413mm，則。sVB/r1/Lf??（3.11）所以轉(zhuǎn)速 n=60*f=60r/min。3.1.6 拉拔模設(shè)計拉拔模尺寸示意圖如 3.1 所示，為了方便模具的更換，設(shè)計將拉拔模采用冷壓壓入硬質(zhì)合金模套中，采用間接冷卻方法。見圖 3.2 所示。- 10 -圖 3.1 拉絲模尺寸a) 拉絲模冷壓 b)拉絲模的間接冷卻圖 3.2 拉絲模冷壓和間接冷卻示意圖- 11 -3.2 傳動比的分配與初步設(shè)計預(yù)選卷筒轉(zhuǎn)速 60r/min，選取電機 Y160M2-2 電動機。查得該電機的滿載轉(zhuǎn)速為2930r/min。總傳動比 I=2930/60=48.8。預(yù)分配傳動比為 i 帶 =2，i 蝸 =24.4。3.3 帶傳動的設(shè)計計算3.3.1 確定計算功率 Pca工作時間為 8h。查表 3.4 查得工作情況系數(shù) KA=1.0，故。WPca15??（3.12）表 3.4 工作情況系數(shù) KA空、輕載啟動每天工作小時數(shù) H 重載啟動每天工作小時數(shù) H工況16 16載荷變動微小 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3載荷變動小 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4載荷變動大 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.63.3.2 確定 V 帶參數(shù)1）選擇 V 帶的帶型小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=2930/2=1465r/min。根據(jù) Pca、n 1由圖 3.3 選擇 B 型。- 12 -圖 3.3 計算功率圖2）確定 V 帶的中心距 a 和基準長度 Ld。因為 0.7（d 1+d2）2.00 0.13 0.22 0.25 0.30 0.38 0.46 0.51 0.63 0.76 0.894）計算單根 V 帶初拉力的最小值（F 0） min查表 3.9 得 B 型帶質(zhì)量系數(shù) q=0.18kg/m。 得。NqvzKPca5.416)5.2(0F2min ??????（3.17）表 3.9 V 帶單位長度的質(zhì)量帶型 Y Z A B C D Eq/(kg/m) 0.02 0.06 0.10 0.18 0.30 0.61 0.92應(yīng)使每根 V 帶實際初拉力大于最小初拉力值。3.3.3 初選小帶輪的基準直徑并驗算帶速從圖 3.3 查出 dd1 范圍為 125-140。查表 3.10 和表 3.11，取 dd1=140mm。表 3.10 普通 V 帶輪的基準直徑系列帶型 基準直徑Y(jié) 20,22.4,25,28,31.5,35.5,40,45,50,56,63,71,80,90,100,112,115Z 71,75,80,90,100,112,125,132,140,150,160,180,200,224,250,280,315,355,400,500,630A 80,85,90,95,100,106,112,118,125,132,140,150,160,180,200,224,250,280,315,355,400,1- 16 -50,500,560,630,710,800B 132,140,150,160,170,180,200,224,250,280,315,355,400,500,560,600,630,710,750,800,900,1000,1120C 200,212,224,236,250,265,280,300,315,335,355,400,450,500,560,600,630,710,750,800,900,1000,1120,1250,1400,1600,2000D 375,400,425,450,475,500,560,600,630,710,750,800,900,1000,1060,1120,1250,1400,1500,1600,1800,2000E 500,530,560,600,630,670,710,800,900,1000,1120,1250,1400,1500,1600,1800,2000,2240,2500表 3.11 V 帶輪的最小基準直徑槽型 Y Z A B C D Ed/min 20 50 75 125 200 355 500驗算帶速smndvs /25/73.106/m5?????（3.18）故帶速是合適的。計算大帶輪直徑 dd2 因為 dd2=i 帶 dd1=280mm。查表 3.8 取dd1=280mm。3.3.4 計算壓軸力根據(jù)公式算得NFz7.16932sin2mi0inP????（3.19）取壓軸力為 1700N 代入軸承校核計算。- 17 -3.4 渦輪蝸桿的選擇考慮到桿傳動難以保證較 【】高的接觸精度。故蝸桿和渦輪不能同時用硬材料制造，選擇其中一個用減摩擦性良好的軟材料來制造?？紤]到蝸桿傳動功率不大，速度不高，故蝸桿用 45 鋼，又希望效率高，耐磨性好，故蝸桿的螺旋齒面需要淬火處理，使硬度達到 45-55HRC。渦輪用鑄磷錫青銅 ZCnSn10P1，金屬模鑄造成型?？紤]到渦輪直徑可能比較大，故齒圈采用青銅鑄造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 砂模鑄造成型。通過這些對比選取蝸桿材料為 40Gr 滲碳 45HRC~55HRC，表面淬火Ra1.6~Ra0.8；選取渦輪材料為鑄磷錫青銅 ZCuSn10P1，砂模鑄造。3.5 蝸桿傳動的設(shè)計計算3.5.1 蝸桿的選擇根據(jù) GB/T10085-1988 的推薦，選用阿基米德蝸桿（ZA） 。該蝸桿齒形角 α 0=200。加工方便，可在車床上直接加工成型。3.5.2 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計由閉式蝸輪傳動設(shè)計準則，先按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距 a32][???????HEZKTa??（3.20）1) 確定蝸桿頭數(shù) z1。因為 i 蝸 =24.4，選擇 z1=2。2)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2。估取效率 η=80%。則(3.21)mNnPn??????18360105.9105.926262 帶?3)確定載荷系數(shù) K- 18 -VAK??（3.22）因為拉拔過程中載荷分布均勻，有小沖擊，查表 3.12，取 KA=1.0。預(yù)選齒輪精度等級為 8 級，查表 3.13 取 KHβ =1.16。表 3.12 使用系數(shù) KA工作類型 1 2 3載荷性質(zhì) 均勻無沖擊 不均勻小沖擊 不均勻大沖擊每小時啟動次數(shù) 50啟動載荷 小 較大 大KA 1 1.15 1.2因為本機為一般減速器所以齒寬系數(shù) Φd 取 0.4。圖 3.3 動載系數(shù) KV 值- 19 -查圖 3.3 取 KV=1.15，算得 K=1.38。4)確定彈性影響系數(shù) ZE選用蝸輪與鋼蝸桿相配，故 。 21MPa60?5)確定接觸系數(shù) ?Z預(yù)選 d1/a=0.3。查圖 3.4 得 Zρ=3.1，故由中心距設(shè)計式 3-2 得 。預(yù)選m2.04a?a=225mm。故 d1=80mm，m=8，d 1/a=0.355，查圖 3.4，知 Zρ=2.62.9 該結(jié)m35.9a?果不可用。故選 Zρ=2.6。6)確定許用接觸應(yīng)力[ ]H?根據(jù)鑄磷錫青銅作為蝸輪材料，蝸桿的螺旋齒面硬度大于 45HRC，故查表 3.14 得蝸輪的基本許用應(yīng)力 。MPaH268]['?表 3.14 鑄錫青銅蝸桿的基本許用接觸應(yīng)力 （MPa ）'][H?蝸桿材料 鑄造方法 蝸桿螺旋面硬度45HRC砂模鑄造 150 180鑄錫磷青銅金屬模鑄造 220 268砂模鑄造 113 135鑄錫鋅鉛青銅金屬模鑄造 128工作壽命 Lh取 12000h。應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N7h2103.460N??Ljn（3.23）壽命系數(shù) KHN832.01K87?NH（3.24）則 MPaHNH5.23][]['?（3.25）- 21 -7)計算中心距 a m3.206)5.316(803.1????故取 a=225mm。3.5.3 蝸桿與蝸輪的幾何參數(shù)查表 3.15 查得蝸輪與蝸桿主要尺寸如下:表 3.15 普通圓柱蝸桿基本尺寸和主要參數(shù)中心距 傳動比 模數(shù) 分度圓直徑 頭數(shù) 蝸輪齒數(shù) 變位系數(shù) 說明7.25 12.5 90 4 29 -0.1009.5* 10 71 4 38 -0.05011.75 8 80 4 61 -0.37515.25 6.3 63 4 61 +0.214319.5* 10 71 2 38 -0.05023.5 8 80 2 47 -0.37530.5 6.3 63 2 61 +0.214338* 10 71 1 38 -0.05047 8 80 1 47 -0.375－－－－－－－－－61 6.3 63 1 61 +0.2143 自鎖71 5 90 1 71 +0.50022580* 5 90 1 80 0.00－－注：*表示基本傳動比；表中自鎖只有靜止和無振動條件下才能保證。1)蝸桿模數(shù) m=8，蝸桿長度 b。- 22 -mz125)06.1(b2????（3.26）取 b=200mm，直徑系數(shù) q=10。分度圓直徑 d1mq80d1?（3.27）齒頂圓直徑 da1mhdaa962*1??（3.28）齒根圓直徑 df1mchdaf 8.60)(2*1????（3.29）分度圓導(dǎo)程角 r= ，軸向齒距 px=25.133mm。'39425o2)蝸輪蝸輪齒數(shù) z2=47，變位系數(shù) x2=-0.375。驗算傳動比 ii=z2/z1=23.5 （3.30）這時的傳動比誤差為 是允許的。%68.34.25-??蝸輪分度圓直徑 d2d2=mz2=8×47=376mm (3.31）- 23 -寬度 B 取 82mm，齒根圓直徑 df2??m8.3502*2*2????cxhmaf(3.32)齒頂圓直徑 da2xaa 6)(2*2(3.33)喉圓直徑 da2mxhdaa38)(2*2???(3.34)咽喉母圓半徑 rg2ra21g?(3.35)驗算正解。3.5.4 校核齒根彎曲疲勞強度][K53.12FFaFYmdT?????（3.36）1)許用彎曲應(yīng)力 ][F?查表 3.16 得出鑄磷錫青銅金屬模鑄造的彎曲應(yīng)力為 。MPaF56]['??應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N： (3.37)37801.6206??hjnL表 3.16 蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力蝸輪材料 鑄造方法 單側(cè)工作 雙側(cè)工作鑄錫青銅 砂模鑄造 40 29- 24 -鑄錫青銅 金屬模鑄造 56 40砂模鑄造 26 22鑄錫鋅鉛青銅鑄錫鋅鉛青銅 金屬模鑄造 32 26砂模鑄造 80 57鑄鋁鐵青銅鑄鋁鐵青銅 金屬模鑄造 90 64砂模鑄造 40 28灰鑄鐵 HT150灰鑄鐵 HT200 砂模鑄造 48 34壽命系數(shù) KFn(3.38)6.01K9?NFn許用彎曲應(yīng)力 ][F?(3.39)MPaKFnF4.37][]['???2)螺旋角影響系數(shù) Yβ(3.40)95.014??r?3)當(dāng)量齒數(shù) zv2(3.41)70.cosZ32?rzv4)齒形系數(shù) Yfa2根據(jù)變位系數(shù)和當(dāng)量齒數(shù)，查文獻三圖 3.5 可得齒形系數(shù) YFa2=2.7。彎曲強度計算齒向載荷分布系數(shù) ?FK(3.42)68.5)09/(2/???hb- 25 -查圖 3.6 得 。12.??FK圖 3.5 蝸桿的齒形系數(shù) （ ）2FaYnamh3.0,10*????代入彎曲應(yīng)力校核式（3.36）中得：2.1?K][37.6FF???故彎曲強度是滿足要求的。I摘 要LD 型立式無懸臂拉絲機是恒速拉拔的單次拉絲機。本設(shè)計簡單的介紹了拉拔的發(fā)展歷史和單次拉拔的優(yōu)點，通過經(jīng)驗公式計算出拉拔的最佳速度，通過合理分配傳動比，設(shè)計帶輪和蝸桿兩級減速裝置使卷筒達到有利于拉拔的速度來進行拉拔加工。進行拉絲機的整機設(shè)計和蝸桿傳動的傳動系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計出適合蝸桿傳動的拉絲機箱體尺寸，保證了拉絲機的工作性能。對卷筒、拉絲模盒等重要零件進行了計算與校核，還對輔助零件（大帶輪、小帶輪、蝸輪輪芯、蝸輪輪緣等）進行了簡單的尺寸設(shè)計。最后，本設(shè)計了大量采用標準件，降低了產(chǎn)品成本，具有顯著的經(jīng)濟效益。關(guān)鍵字：單頭拉絲機；立式；帶傳動；蝸桿傳動。IIABSTRACTSingle head vertical non-cantilever is constant speed wire drawing machine . The design is briefly introduced the history of the development of the advantages of drawing and a single drawing, and calculate the optimum speed of the drawing by the empirical formula, a reasonable allocation ratio, pulleys and worm through double reduction unit has reached the spool drawing speed conducive to drawing. Wire drawing machine power train design machine design and worm drive, worm drive designed for drawing the chassis body to ensure performance drawing machine. On the rolls, drawing dies boxes and other important parts of the calculation and verification, but also on the secondary part (large pulley, small pulley, worm wheel core, etc.) for a simple design size. Finally, the design of the extensive use of standard parts, reducing product cost, with significant economic benefits.Keywords: single-head drawing machine; vertical; belt transmission; worm drive.i目 錄第一章 緒論11.1 引言11.2 課題研究的目的和意義11.2.1 課題的來源及研究.11.2.2 國內(nèi)外拉拔工藝的發(fā)展.21.3.1 課題的研究內(nèi)容.21.3.2 課題的研究思路.2第二章 設(shè)計方案的確定 32.1 提出問題32.2 電動機的選擇32.3 傳動布局設(shè)計32.4 拉拔模材料的選擇4第三章 設(shè)計計算與校核 63.1 拉拔模參數(shù)計算63.1.1 拉拔模材料的選用.63.1.2 加工率 ξ63.1.3 拉拔模口形狀設(shè)計.63.1.4 拉拔功率的計算 W 73.1.5 卷筒轉(zhuǎn)速計算.73.1.6 拉拔模設(shè)計.7ii3.2 傳動比的分配與初步設(shè)計93.3 帶傳動的設(shè)計計算93.3.1 確定計算功率 Pca .93.3.2 確定 V 帶參數(shù) 93.3.3 初選小帶輪的基準直徑并驗算帶速.123.3.4 計算壓軸力.123.4 渦輪蝸桿的選擇133.5 蝸桿傳動的設(shè)計計算133.5.1 蝸桿的選擇.133.5.2 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計.133.5.3 蝸桿與蝸輪的幾何參數(shù).163.5.4 校核齒根彎曲疲勞強度.173.5.5 驗算效率 η203.5.6 精度等級公差和表面粗糙度的確定.213.5.7 尺寸和行狀公差.213.5.8 熱平衡計算.213.5.9 誤差項目.223.6 蝸桿軸的設(shè)計與校核223.6.1 蝸桿的參數(shù)計算.223.6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計.233.6.3 蝸桿軸的載荷計算.253.6.4 按彎扭合成應(yīng)力校核疲勞強度.28iii3.6.5 精確校核軸的疲勞強度.283.7 蝸輪軸的設(shè)計與校核333.7.1 渦輪軸的參數(shù)計算.333.7.2 蝸輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計.343.7.3 軸上載荷的計算.353.7.4 渦輪桿的校核.373.8 軸承壽命校核383.8.1 蝸桿校核.383.8.2 蝸輪校核.393.9 其他部件的校核計算403.9.1 平鍵強度校核.403.9.2 蝸輪連接螺栓的校核.40第四章 卷筒及蝸桿減速器箱體設(shè)計 .414.1 卷筒尺寸設(shè)計.414.2 減速器尺寸設(shè)計424.3 減速箱體的附件說明43總 結(jié)44參考文獻.45致 謝 .46- 1 -第一章 緒論1.1 引言金屬拉拔成型是讓加工材料通過有錐度的孔模具來減小它截面積的塑性加工成型方法，通過冷拔成型可以形成各種幾何截面的型材，是制備線材和管材的重要方法之一。由于拉拔成型能獲得高精度和高表面質(zhì)量，并且沒有材料浪費，尤其在當(dāng)今注重資源節(jié)約型的發(fā)展時代，拉拔技術(shù)變得越來越重要。金屬拉拔技術(shù)具有悠久的歷史，其應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛。拉拔成型廣泛應(yīng)用于加工碳鋼、不銹鋼、合金鋼、銅、鋁及其合金等各種金屬材料,可生產(chǎn)直徑大至數(shù)十毫米的棒材和管材,小至數(shù)微米的計算機導(dǎo)線等數(shù)千種不同規(guī)格、用途的制品。例如我國高速鐵路的蓬勃發(fā)展，高速列車牽引電機日益受到重視，因此對牽引電機關(guān)鍵材料——電磁線的性能提出了較高的要求。電磁線對表面質(zhì)量、尺寸精度和柔軟度方面要求比較高，毛勇[1]對這個方面進行相關(guān)的研究，取得一定的成果。近十幾年來，通過對高速拉拔的研究，成功制造了多線鏈式拉拔機和圓盤拉拔機，高速拉拔的速度達到了 80m/s；拉拔制品的產(chǎn)量也在逐年增加，產(chǎn)品的品種和規(guī)格也在不斷增加，拉拔范圍從 Φ0.002mm 的細絲到 Φ500 的管材，加工性能合乎要求，表面質(zhì)量高，因此拉拔在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著重要的作用。1.2 課題研究的目的和意義1.2.1 課題的來源及研究我國的金屬制品大部分產(chǎn)品基本能滿足國內(nèi)需求，但在制品品種和質(zhì)量上仍未完全滿足需要；與世界上工業(yè)發(fā)達國家相比，仍有較大的差距。加強技術(shù)創(chuàng)新，提高拉絲機的質(zhì)量和效率是當(dāng)前我們的重中之重。拉絲機的內(nèi)孔由圓柱與圓錐面組成。圓錐面是對線材的壓縮區(qū)，圓柱面是拉絲機的定徑區(qū)（拉區(qū)） 。拉絲機的質(zhì)量直接決定線材的形狀、尺寸、表面粗糙度及使用壽命。目前采用的?？坠に囀轻樐スに?。這種工藝的可靠性不高，且生產(chǎn)效率較低。由于拉絲機工作過程中作用在摩擦表面微觀體積上周期性的接觸載荷或交變應(yīng)力的存在，極易讓表面或次表面形成裂紋。由此造成模孔劇烈磨損，拉出的線材質(zhì)量差。設(shè)備可靠性的主要指標是壽命和性能。針磨工藝是比較落后的，所以就要求改進國內(nèi)的拉絲機技術(shù)。我們應(yīng)該大力發(fā)展拉絲機技術(shù)，以保證在未來金屬制品行業(yè)不至于落后其他國家，- 2 -是我國拉拔技術(shù)一直處于世界的前列，這將對我們的各個行業(yè)產(chǎn)生深遠的影響，為中國制造業(yè)貢獻較大的力量，不斷增強我國的制造實力。 1.2.2 國內(nèi)外拉拔工藝的發(fā)展近年來，不少學(xué)者對傳統(tǒng)拉拔工藝進行了改進，開發(fā)了許多新的拉拔工藝。反張力拉拔是在拉拔時在拉模后端對坯料施以反方向拉力的加工方法，這種方法大大減少了拉拔模具的磨損，同時減少了拉線材或者型材被拉斷現(xiàn)象。輥式模拉拔是日本學(xué)者五弓勇雄提出把拉拔和軋制結(jié)合在一起的生產(chǎn)工藝，即用孔型軋輥代替?zhèn)鹘y(tǒng)的孔模，把大部分的滑動摩擦變成了滾動摩擦，極大地減少了摩擦阻力，可實現(xiàn)高速拉拔，該項技術(shù)主要應(yīng)用在復(fù)雜截面的異型鋼管成形。強制潤滑拉拔是拉模前端裝一根細長的增壓導(dǎo)管或增壓模，拉拔時借助于運動著的坯料和潤滑劑的粘性，將高粘度的潤滑油帶入拉模，迫使?jié)櫥瑒┻M入?？?，在坯料與拉模之間形成一層潤滑油膜，產(chǎn)生流體動力效應(yīng)，從而產(chǎn)生減小摩擦的作用。另外，有人利用金屬材料的超塑性開發(fā)出超塑性無模拉拔，在拉拔模上施加超聲波振動制成超聲波振動拉拔等等。這些新工藝都對解決拉拔高能耗、提高制品質(zhì)量等問題，有較高的理論和實用價值。1.3 課題研究內(nèi)容與思路1.3.1 課題的研究內(nèi)容1）完成 LD 型無懸臂立式拉絲機總傳動方案的設(shè)計、選擇及確定；2）完成 LD 型無懸臂立式拉絲機整機設(shè)計、計算及校核；3）完成傳動零件、卷筒、拉拔模等重要零件的設(shè)計、計算及校核；4）完成 LD 型無懸臂立式拉絲機總裝圖及主要零件圖的繪制；5）完成設(shè)計說明書一份。1.3.2 課題的研究思路首先通過查資料、結(jié)合傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)和機械線材行業(yè)的發(fā)展需要，設(shè)計LD 型無懸臂立式拉絲機旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及總傳動方案；然后采用 Sliodworks 軟件初步設(shè)計出拉絲機的主體結(jié)構(gòu)，以及各個附屬機構(gòu)；其次根據(jù)零部件的設(shè)計計算，確定其結(jié)構(gòu)并選定各零件的材料；最后繪制三維圖紙和工程圖紙，根據(jù)要求和設(shè)計過程，編寫設(shè)計說明書。- 3 -第二章 設(shè)計方案的確定2.1 提出問題LD 型單模無懸臂立式拉絲機是一次拉拔成型，原材料為 φ4mm，制品為 φ3mm。要求卷筒轉(zhuǎn)速為 58-220r/min，功率 15kw，拉拔 T9 碳素工具鋼。2.2 電動機的選擇預(yù)選卷筒轉(zhuǎn)速 60r/min，查表 2.1，選取電機 Y160M2-2 電動機。查得該電機的滿載轉(zhuǎn)速為 2930r/min。表 2.1 部分型號電動機主要參數(shù)型 號 功 率( KW)電 流(A)轉(zhuǎn) 速r/min鐵 芯長 度定 子外 徑定 子內(nèi) 徑輸 出軸 徑Y(jié)132M2-6 5.5 13 960 180 210 148 －Y132S-8 2.2 5.8 710 110 210 148 －Y132M-8 3.0 7.7 710 180 210 148 －Y160M1-2 11 22 710 125 260 150 Ф42Y160M2-2 15 29 2930 155 260 150 Ф42Y160L-2 18.5 36 2930 155 260 150 Ф42Y160M-4 11 23 1460 195 260 170 Ф42Y160L-4 15 30 1460 195 260 170 Ф42Y160M-6 7.5 17 970 145 260 180 Ф42Y160L-6 11 25 970 195 260 180 Ф42- 4 -2.3 傳動布局設(shè)計方案一：傳動采用兩級傳動，先用一級帶傳動，把電機扭矩傳給蝸桿，然后采用蝸輪蝸桿減速器將扭矩傳給卷筒，帶動鋼絲通過拉拔模實現(xiàn)拉拔。傳動示意圖如圖 2.1所示。方案二：傳動采用兩級傳動，先用蝸桿傳動，把電機扭矩傳給蝸輪，然后采用帶傳動將扭矩傳給卷筒，帶動鋼絲通過拉拔模實現(xiàn)拉拔。方案比較：方案一傳動更加平穩(wěn)，且更利于分配傳動比，所以方案一更好。- 5 -圖 2.1 傳動示意圖2.4 拉拔模材料的選擇楊學(xué)鋒（2006）提出：“目前，拉絲模的材料可以分為幾類，分別為合金鋼拉絲模、硬質(zhì)合金拉絲模、天然金剛石拉絲模、人造聚晶金剛石拉絲模、涂層拉絲模和陶瓷拉絲模。根據(jù)拉絲模材料分類，其加工線材的種類和直徑以及拉絲模的加工方法是有所區(qū)別的” 。目前，拉絲模的材料可以分為幾類，分別為合金鋼拉絲模、硬質(zhì)合金拉絲模、天然金剛石拉絲模、人造聚晶金剛石拉絲模、涂層拉絲模和陶瓷拉絲模。根據(jù)拉絲模材料分類，其加工線材的種類和直徑以及拉絲模的加工方法是有所區(qū)別的。 合金鋼拉絲模通常用的工具鋼，其硬度和耐磨性是幾種拉絲模中最低的，但是因其材料價格低，加工方便，所以在線材的粗加工過程中還有所使用； 硬質(zhì)合金拉絲模通常屬于鎢類和金，這些合金是由碳化鎢和鈷等組成。碳化鎢是整個合金的“骨架” ，主要起堅硬耐磨作用，鈷是粘結(jié)金屬，是合金韌性的來源。硬質(zhì)合金模具有以下特性：耐磨性高；拋光性好；粘附性??；摩擦系數(shù)小，降低能量消耗；抗蝕性高。這些特性使得拉絲模對潤滑劑具有廣泛適應(yīng)性； 天然金剛石拉絲模脆性大，加工比較困難，一般用于制造直徑 1.2 毫米以下的拉- 6 -絲模。它具有各向異性的特點，拉拔過程中當(dāng)整個孔的周圍都處在工作狀態(tài)下時，天然金剛石在孔的某一位置將發(fā)生擇優(yōu)磨損。因其價格較貴，所以這種拉絲模并不是我們最終所尋求的即經(jīng)濟又實用的材料； 人造聚晶金剛石拉絲模是用人造金剛石單晶體、加上少量硅、鈦等結(jié)合劑，在高溫高壓的條件下聚合而成。用聚晶金剛石制成的拉絲模硬度高、耐磨性好，孔壁磨損均勻，抗沖擊能力強，拉拔效率高。目前，聚晶金剛石拉絲模在拉拔行業(yè)中應(yīng)用廣泛；涂層拉絲模是新近發(fā)展起來的，其主要方法就是在硬質(zhì)合金拉絲模上涂層金剛石薄膜，具有單晶體金剛石的光澤度、耐溫性且具有聚晶金剛石的耐磨性等優(yōu)點。表 2.2 各種拉絲模材料的性能對比種類 加工難易程度 機械性能 加工類型合金鋼 加工容易 機械性能差 粗加工硬質(zhì)合金鋼 拋光性能好、能耗低 耐磨性差，加工困難 大中直徑線材天然金剛石 硬度高、耐磨性好 脆性大，加工難 極小直徑線材人造聚晶金剛石 硬度高、耐磨性好 加工困難，成本高 中小型線材涂層拉絲模 光潔度高，耐高溫 工藝復(fù)雜、加工困難 各種線材陶瓷材料 耐磨、耐高溫、耐腐蝕 抗熱沖擊差、韌性低、加工難各種線材綜合各項優(yōu)缺點，選擇陶瓷拉絲模。- 7 -第三章 設(shè)計計算與校核3.1 拉拔模參數(shù)計算3.1.1 拉拔模材料的選用陶 瓷 拉 拔 模 適 于 應(yīng) 力 不 大 的 條 件 下 ， 拉 制 φ 6.0m以 下 的 鋼 絲 、 有 色 金 屬 線 材 或 棒材 ， 綜 上 所 述 拉 拔 模 選 用 3Y-TZP/Al2O3材 料 。 3.1.2 加工率 ξ(3.1)4.75%10D)-(2QH2Q?????通過查表 3.1，拉拔模角 α 用插值法選取 。???102?，表 3.1 拉拔不同材料時最佳模角與道次加工率的關(guān)系道次加工率 純銅 軟銅 硬鋼 鋁 銅 黃銅10 5 3 2 7 5 415 7 5 4 11 8 620 9 7 6 16 11 925 12 9 8 21 15 1230 15 12 10 26 18 1535 19 15 12 32 22 1840 23 18 15 - - -3.1.3 拉拔?？谛螤钤O(shè)計查表 3.2，取摩擦系數(shù) f=0.10，查表 3.3 由插值算得 1d=3.2mm，l ch=0.2-0.3D1。 表 3.2 拉拔平均摩擦系數(shù)金屬與合金 道次加工率為 1 道次加工率為 2 道次加工率為 3 道次加工率為 4- 8 -表 3.3 棒料拉拔工作帶長與?？字睆降年P(guān)系模孔直徑 5-15 15.1-25 25.1-40 40.1-60工作帶長度 3.5-5.0 4.5-6.5 6-8 10取 lch=0.3D1=0.9mm。(3.2) ?cot5.0aL1max0y ????）（ Da=1.05-1.3，取 1.2。算得 Ly=3.40mm。1r.(3.3)取系數(shù)為 1.3 。 Lf=3.9mm。3.1.4 拉拔功率的計算 W準備參數(shù) 567.0tanB??f（3.4）78.1D2Q?H?（3.5）427.0DlfC1d??（3.6）查得 δ S=1274MPa。紫銅 0.10-0.12 0.15 0.15 0.16H62 0.11-0.12 0.11 0.11 0.11H68 0.09 0.09 0.12 -HSn70-1 0.10 0.11 0.12 -- 9 -769.0)1(s1????BX??（3.7）850.11s??CSeX?（3.8）KW645.7DW211????s（3.9）3.1.5 卷筒轉(zhuǎn)速計算取蝸桿傳動機械效率為 80%，電機功率 W=15KW，則。smsW/143/2.10VB ????蝸（3.10）卷筒直徑為 Φ450mm，周長 L=1413mm，則。sVB/r1/Lf??（3.11）所以轉(zhuǎn)速 n=60*f=60r/min。3.1.6 拉拔模設(shè)計拉拔模尺寸示意圖如 3.1 所示，為了方便模具的更換，設(shè)計將拉拔模采用冷壓壓入硬質(zhì)合金模套中，采用間接冷卻方法。見圖 3.2 所示。- 10 -圖 3.1 拉絲模尺寸a) 拉絲模冷壓 b)拉絲模的間接冷卻圖 3.2 拉絲模冷壓和間接冷卻示意圖- 11 -3.2 傳動比的分配與初步設(shè)計預(yù)選卷筒轉(zhuǎn)速 60r/min，選取電機 Y160M2-2 電動機。查得該電機的滿載轉(zhuǎn)速為2930r/min。總傳動比 I=2930/60=48.8。預(yù)分配傳動比為 i 帶 =2，i 蝸 =24.4。3.3 帶傳動的設(shè)計計算3.3.1 確定計算功率 Pca工作時間為 8h。查表 3.4 查得工作情況系數(shù) KA=1.0，故。WPca15??（3.12）表 3.4 工作情況系數(shù) KA空、輕載啟動每天工作小時數(shù) H 重載啟動每天工作小時數(shù) H工況16 16載荷變動微小 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3載荷變動小 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4載荷變動大 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.63.3.2 確定 V 帶參數(shù)1）選擇 V 帶的帶型小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=2930/2=1465r/min。根據(jù) Pca、n 1由圖 3.3 選擇 B 型。- 12 -圖 3.3 計算功率圖2）確定 V 帶的中心距 a 和基準長度 Ld。因為 0.7（d 1+d2）2.00 0.13 0.22 0.25 0.30 0.38 0.46 0.51 0.63 0.76 0.894）計算單根 V 帶初拉力的最小值（F 0） min查表 3.9 得 B 型帶質(zhì)量系數(shù) q=0.18kg/m。 得。NqvzKPca5.416)5.2(0F2min ??????（3.17）表 3.9 V 帶單位長度的質(zhì)量帶型 Y Z A B C D Eq/(kg/m) 0.02 0.06 0.10 0.18 0.30 0.61 0.92應(yīng)使每根 V 帶實際初拉力大于最小初拉力值。3.3.3 初選小帶輪的基準直徑并驗算帶速從圖 3.3 查出 dd1 范圍為 125-140。查表 3.10 和表 3.11，取 dd1=140mm。表 3.10 普通 V 帶輪的基準直徑系列帶型 基準直徑Y(jié) 20,22.4,25,28,31.5,35.5,40,45,50,56,63,71,80,90,100,112,115Z 71,75,80,90,100,112,125,132,140,150,160,180,200,224,250,280,315,355,400,500,630A 80,85,90,95,100,106,112,118,125,132,140,150,160,180,200,224,250,280,315,355,400,1- 16 -50,500,560,630,710,800B 132,140,150,160,170,180,200,224,250,280,315,355,400,500,560,600,630,710,750,800,900,1000,1120C 200,212,224,236,250,265,280,300,315,335,355,400,450,500,560,600,630,710,750,800,900,1000,1120,1250,1400,1600,2000D 375,400,425,450,475,500,560,600,630,710,750,800,900,1000,1060,1120,1250,1400,1500,1600,1800,2000E 500,530,560,600,630,670,710,800,900,1000,1120,1250,1400,1500,1600,1800,2000,2240,2500表 3.11 V 帶輪的最小基準直徑槽型 Y Z A B C D Ed/min 20 50 75 125 200 355 500驗算帶速smndvs /25/73.106/m5?????（3.18）故帶速是合適的。計算大帶輪直徑 dd2 因為 dd2=i 帶 dd1=280mm。查表 3.8 取dd1=280mm。3.3.4 計算壓軸力根據(jù)公式算得NFz7.16932sin2mi0inP????（3.19）取壓軸力為 1700N 代入軸承校核計算。- 17 -3.4 渦輪蝸桿的選擇考慮到桿傳動難以保證較 【】高的接觸精度。故蝸桿和渦輪不能同時用硬材料制造，選擇其中一個用減摩擦性良好的軟材料來制造?？紤]到蝸桿傳動功率不大，速度不高，故蝸桿用 45 鋼，又希望效率高，耐磨性好，故蝸桿的螺旋齒面需要淬火處理，使硬度達到 45-55HRC。渦輪用鑄磷錫青銅 ZCnSn10P1，金屬模鑄造成型?？紤]到渦輪直徑可能比較大，故齒圈采用青銅鑄造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 砂模鑄造成型。通過這些對比選取蝸桿材料為 40Gr 滲碳 45HRC~55HRC，表面淬火Ra1.6~Ra0.8；選取渦輪材料為鑄磷錫青銅 ZCuSn10P1，砂模鑄造。3.5 蝸桿傳動的設(shè)計計算3.5.1 蝸桿的選擇根據(jù) GB/T10085-1988 的推薦，選用阿基米德蝸桿（ZA） 。該蝸桿齒形角 α 0=200。加工方便，可在車床上直接加工成型。3.5.2 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計由閉式蝸輪傳動設(shè)計準則，先按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距 a32][???????HEZKTa??（3.20）1) 確定蝸桿頭數(shù) z1。因為 i 蝸 =24.4，選擇 z1=2。2)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2。估取效率 η=80%。則(3.21)mNnPn??????18360105.9105.926262 帶?3)確定載荷系數(shù) K- 18 -VAK??（3.22）因為拉拔過程中載荷分布均勻，有小沖擊，查表 3.12，取 KA=1.0。預(yù)選齒輪精度等級為 8 級，查表 3.13 取 KHβ =1.16。表 3.12 使用系數(shù) KA工作類型 1 2 3載荷性質(zhì) 均勻無沖擊 不均勻小沖擊 不均勻大沖擊每小時啟動次數(shù) 50啟動載荷 小 較大 大KA 1 1.15 1.2因為本機為一般減速器所以齒寬系數(shù) Φd 取 0.4。圖 3.3 動載系數(shù) KV 值- 19 -查圖 3.3 取 KV=1.15，算得 K=1.38。4)確定彈性影響系數(shù) ZE選用蝸輪與鋼蝸桿相配，故 。 21MPa60?5)確定接觸系數(shù) ?Z預(yù)選 d1/a=0.3。查圖 3.4 得 Zρ=3.1，故由中心距設(shè)計式 3-2 得 。預(yù)選m2.04a?a=225mm。故 d1=80mm，m=8，d 1/a=0.355，查圖 3.4，知 Zρ=2.62.9 該結(jié)m35.9a?果不可用。故選 Zρ=2.6。6)確定許用接觸應(yīng)力[ ]H?根據(jù)鑄磷錫青銅作為蝸輪材料，蝸桿的螺旋齒面硬度大于 45HRC，故查表 3.14 得蝸輪的基本許用應(yīng)力 。MPaH268]['?表 3.14 鑄錫青銅蝸桿的基本許用接觸應(yīng)力 （MPa ）'][H?蝸桿材料 鑄造方法 蝸桿螺旋面硬度45HRC砂模鑄造 150 180鑄錫磷青銅金屬模鑄造 220 268砂模鑄造 113 135鑄錫鋅鉛青銅金屬模鑄造 128工作壽命 Lh取 12000h。應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N7h2103.460N??Ljn（3.23）壽命系數(shù) KHN832.01K87?NH（3.24）則 MPaHNH5.23][]['?（3.25）- 21 -7)計算中心距 a m3.206)5.316(803.1????故取 a=225mm。3.5.3 蝸桿與蝸輪的幾何參數(shù)查表 3.15 查得蝸輪與蝸桿主要尺寸如下:表 3.15 普通圓柱蝸桿基本尺寸和主要參數(shù)中心距 傳動比 模數(shù) 分度圓直徑 頭數(shù) 蝸輪齒數(shù) 變位系數(shù) 說明7.25 12.5 90 4 29 -0.1009.5* 10 71 4 38 -0.05011.75 8 80 4 61 -0.37515.25 6.3 63 4 61 +0.214319.5* 10 71 2 38 -0.05023.5 8 80 2 47 -0.37530.5 6.3 63 2 61 +0.214338* 10 71 1 38 -0.05047 8 80 1 47 -0.375－－－－－－－－－61 6.3 63 1 61 +0.2143 自鎖71 5 90 1 71 +0.50022580* 5 90 1 80 0.00－－注：*表示基本傳動比；表中自鎖只有靜止和無振動條件下才能保證。1)蝸桿模數(shù) m=8，蝸桿長度 b。- 22 -mz125)06.1(b2????（3.26）取 b=200mm，直徑系數(shù) q=10。分度圓直徑 d1mq80d1?（3.27）齒頂圓直徑 da1mhdaa962*1??（3.28）齒根圓直徑 df1mchdaf 8.60)(2*1????（3.29）分度圓導(dǎo)程角 r= ，軸向齒距 px=25.133mm。'39425o2)蝸輪蝸輪齒數(shù) z2=47，變位系數(shù) x2=-0.375。驗算傳動比 ii=z2/z1=23.5 （3.30）這時的傳動比誤差為 是允許的。%68.34.25-??蝸輪分度圓直徑 d2d2=mz2=8×47=376mm (3.31）- 23 -寬度 B 取 82mm，齒根圓直徑 df2??m8.3502*2*2????cxhmaf(3.32)齒頂圓直徑 da2xaa 6)(2*2(3.33)喉圓直徑 da2mxhdaa38)(2*2???(3.34)咽喉母圓半徑 rg2ra21g?(3.35)驗算正解。3.5.4 校核齒根彎曲疲勞強度][K53.12FFaFYmdT?????（3.36）1)許用彎曲應(yīng)力 ][F?查表 3.16 得出鑄磷錫青銅金屬模鑄造的彎曲應(yīng)力為 。MPaF56]['??應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N： (3.37)37801.6206??hjnL表 3.16 蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力蝸輪材料 鑄造方法 單側(cè)工作 雙側(cè)工作鑄錫青銅 砂模鑄造 40 29- 24 -鑄錫青銅 金屬模鑄造 56 40砂模鑄造 26 22鑄錫鋅鉛青銅鑄錫鋅鉛青銅 金屬模鑄造 32 26砂模鑄造 80 57鑄鋁鐵青銅鑄鋁鐵青銅 金屬模鑄造 90 64砂模鑄造 40 28灰鑄鐵 HT150灰鑄鐵 HT200 砂模鑄造 48 34壽命系數(shù) KFn(3.38)6.01K9?NFn許用彎曲應(yīng)力 ][F?(3.39)MPaKFnF4.37][]['???2)螺旋角影響系數(shù) Yβ(3.40)95.014??r?3)當(dāng)量齒數(shù) zv2(3.41)70.cosZ32?rzv4)齒形系數(shù) Yfa2根據(jù)變位系數(shù)和當(dāng)量齒數(shù)，查文獻三圖 3.5 可得齒形系數(shù) YFa2=2.7。彎曲強度計算齒向載荷分布系數(shù) ?FK(3.42)68.5)09/(2/???hb- 25 -查圖 3.6 得 。12.??FK圖 3.5 蝸桿的齒形系數(shù) （ ）2FaYnamh3.0,10*????代入彎曲應(yīng)力校核式（3.36）中得：2.1?K][37.6FF???故彎曲強度是滿足要求的。