路面銑刨機提升機構(gòu)設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】
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目 錄1 前言 (1)2 提升機構(gòu)的設(shè)計及校核(5)2.1 總體傳動方案的設(shè)計(5)2.1.1 傳動方案簡圖介紹(5)2.1.2 傳動方案介紹(6)2.2 液壓馬達的選擇及輸出功率的計算 (6)2.2.1 液壓馬達的選擇(6)2.2.2 CMZ2032型馬達相關(guān)性能參數(shù)(6)2.2.3 CMZ2032型齒輪馬達相關(guān)計算(7)2.3、液壓齒輪馬達輸出軸的設(shè)計(7)2.3.1、材料類型選擇:(7)2.3.2、強度計算(7)2.3.3、軸扭轉(zhuǎn)強度校核(8)2.3.4 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算 (8)2.3.5 連接問題說明:(9)2.4 絲杠絲母的設(shè)計(9)2.4.1 確定滾珠絲杠副的導程 (9)2.4.2 滾珠絲杠負的載荷及轉(zhuǎn)速計算(9)2.4.3 確定預期額定動載荷 (9)2.4.4、按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m(10)2.4.5、確定預緊力FP(11)2.4.6、Dn值校驗(11)2.4.7、基本軸向額定靜載荷Cca驗算(11)2.4.8、滾珠絲杠副臨界壓縮載荷的效檢(驗算壓桿穩(wěn)定性)(12)2.4.9絲杠上鍵的選擇及校核 (12)2.4.10、滾珠絲杠的潤滑(13)2.5 減速器的應(yīng)用(13)2.5.1、減速器類型的選擇(13)2.5.2、蝸桿減速器傳動比的確定(13)2.5.3按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 (13)2.5.4蝸桿與渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸計算(15)2.5.5校核齒根彎曲強度(17)2.5.6、驗算效率(18)2.5.7、蝸桿傳動的輪滑 (18)2.5.8、蝸桿傳動的熱平衡計算(18)2.5.9蝸桿上鍵的選擇及校核 (19)2.5.10渦輪的結(jié)構(gòu)形式 (20)2.6 蝸桿與齒輪馬達聯(lián)軸器的選用 (20)2.6.1、類型選擇(20)2.6.2、材料選擇(20)2.6.3、載荷計算(20)2.6.4、類型選擇(20)2.6.5、基本參數(shù)和主要尺寸(21)2.7蝸桿軸承的選用(21)2.7.1軸承類型選擇 (21)2.7.2、材料選擇(22)2.7.3、滾動軸承壽命的計算(22)2.7.4、軸承裝置的一些說明(23)2.7.5、軸承的潤滑(23)2.8 絲杠軸承的選用 (24)2.8.1、類型選擇(24)2.8.2、確定滾動軸承的當量載荷P(24)2.8.3、滾動軸承壽命的計算(24)2.8.4、軸承裝置的一些說明(25)2.8.5、軸承的潤滑(25)2.9 蝸桿減速器箱體的設(shè)計(25)2.9.1相關(guān)尺寸 (25)2.9.2附件 (26)2.10 提升機構(gòu)的螺紋連接介紹 (27)2.10.1螺栓連接(28)2.10.2 螺釘連接 (28)2.10.3 螺紋連接的防松(29)3、 結(jié)論 (30)4、 主要參考文獻(31)5、 致謝(32)- 5 - 1. 前言路面銑刨機是瀝青路面養(yǎng)護施工機械的主要機種之一,主要用于公路、城市道路等瀝青砼面層清除擁包、油浪、網(wǎng)紋、車轍等。用路面銑刨機銑削損壞的舊鋪層,再鋪設(shè)新面層是一種最經(jīng)濟的現(xiàn)代化養(yǎng)護方法。隨著公路交通事業(yè)的發(fā)展,以大型銑刨機為主要設(shè)備的機械化養(yǎng)護作業(yè)方式已經(jīng)在我國廣泛采用。目前我國大型銑刨機提升機構(gòu)一般都采用后輪獨立液壓驅(qū)動,而路面的損壞程度、銑削層的深度以及刀具的情況等都會對提升機構(gòu)產(chǎn)生影響。由于它工作效率高、施工工藝簡單、銑削深度易于控制、操作方便靈活、機動性能好、銑削的舊料能直接回收利用等,因而廣泛用于城鎮(zhèn)市政道路和高速公路養(yǎng)護工程中。我國的銑刨機生產(chǎn)起步較晚,20世紀80年代初才開始研制,主要結(jié)構(gòu)形式有兩種:一是在農(nóng)用輪式拖拉機上加裝銑削裝置而構(gòu)成簡易型冷銑刨機,其結(jié)構(gòu)簡單,適用于中等強度以下的瀝青路面的銑削;二是自行式冷銑刨機,近兩年有了一定的發(fā)展,主要機型的使用性能已完全能滿足國內(nèi)高等級公路及市政道路的養(yǎng)護要求,良好的性能價格比與國外進口產(chǎn)品相比也有較大的競爭優(yōu)勢,但在品種規(guī)格、技術(shù)水平及配套件等方面仍存在較大的差距。目前,國產(chǎn)機型更多地借鑒了歐洲銑刨機的技術(shù)和經(jīng)驗,在動力、液壓和控制系統(tǒng)上均采用了國際化的配套,可以說在系統(tǒng)配置上達到了國際先進水平。從知識產(chǎn)權(quán)的角度來看,部分國產(chǎn)產(chǎn)品如陜西建設(shè)機械股份有限公司生產(chǎn)的CM2000及西安宏大交通科技有限公司生產(chǎn)的CM1900和CM1200,不但擁有完整的知識產(chǎn)權(quán),而且在整機系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及其軟件的設(shè)計和制造工藝等方面均已達到國際先進水平。 在今后的市場競爭中,我國的銑刨機生產(chǎn)廠商應(yīng)該發(fā)揮以下優(yōu)勢:利用我國已經(jīng)加入WTO的有利條件,樹立國際化的設(shè)計思想,加強國際間的技術(shù)合作,在技術(shù)上保持與國際發(fā)展水平同步,爭取更大的高端產(chǎn)品市場;發(fā)揮本地化的優(yōu)勢,為用戶提供及時的從整機技術(shù)到配件供給等全方位的服務(wù);利用我國勞動力價格低廉的條件,降低整機成本,發(fā)揮價格優(yōu)勢,爭取更多的中低端用戶,擴大市場;注意研發(fā)符合我國道路特點的專有技術(shù)及產(chǎn)品系列,為公路養(yǎng)護工程服務(wù),促進我國公路交通事業(yè)的技術(shù)進步。國外路面銑刨機的發(fā)展和工程應(yīng)用已有較長的歷史,積累了豐富的經(jīng)驗,形成了以德國維特根公司產(chǎn)品為代表的歐洲風格和以美國RoadTech公司、CMI公司、卡特彼勒公司產(chǎn)品為代表的北美風格。它們的工作原理和流程相同,發(fā)動機的裝機容量基本相當,區(qū)別在于歐洲的銑刨機采用四履帶行走方式,外形結(jié)構(gòu)緊湊、精巧,更多地采用電子控制技術(shù),特別是目前的數(shù)字電子網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù);而北美的銑刨機均采用三履帶行走方式,造型粗曠、更加堅固。表2列出了幾種國外典型產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)。國外的路面銑刨機技術(shù)已達到較高的技術(shù)水平,歸納起來有以下幾個特點。、先進合理的底盤結(jié)構(gòu),銑刨機的底盤主要以全剛性車架及四輪行走結(jié)構(gòu)組成,驅(qū)動及轉(zhuǎn)向方式均以靜液壓傳動為主。、充分發(fā)揮最佳銑削功率,銑刨機上的自動液壓功率調(diào)節(jié)器可根據(jù)路面材料的硬度及銑削深度來控制銑削轉(zhuǎn)子的進刀速度,即可自動調(diào)節(jié)銑削轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和銑刨機行走速度,使銑刨機始終處于最大功率利用狀態(tài),并不會發(fā)生超負荷工作情況。、發(fā)動機功率增大,同樣銑削寬度的新型銑刨機功率越來越大,生產(chǎn)效率提高。、較大的銑削深度,新型銑刨機一次銑削深度均超過300mm,使對整個行車道的全厚度鋪層進行銑削成為可能。、性能良好的銑削轉(zhuǎn)子,多數(shù)冷銑刨機將銑刀頭固定在數(shù)塊半圓形瓦片上,通過瓦片在轉(zhuǎn)子上安裝的多少來調(diào)整銑刨機的銑削寬度。、簡便的銑削物裝載系統(tǒng),銑刨機后部掛裝集料輸送裝置即可完成快速收料,并將銑削物裝入運載汽車上。通過液壓機構(gòu)調(diào)整卸料高度,并可使傳送帶左右擺動4050,從而實現(xiàn)路側(cè)裝料。、大量采用先進技術(shù),如全輪驅(qū)動技術(shù)及機電液一體化控制技術(shù)、智能化故障診斷和維護系統(tǒng)、精確的自動找平系統(tǒng)、安全自保護系統(tǒng)及功率自動分配系統(tǒng)。、大容量容器水箱、柴油箱容積更大,機器工作時燃油、冷卻水加注間隔長,待機時間短。、模塊化設(shè)計發(fā)動機及其外圍部件-液壓泵、液壓閥和冷卻系統(tǒng)均裝置在同一底架上,所有的電磁閥都裝配在同一個分配閥上,易于調(diào)整、檢測和維修。隨著公路交通事業(yè)突飛猛進的發(fā)展,特別是經(jīng)過“八五”和“九五”期間的快速健康發(fā)展,我國公路基礎(chǔ)設(shè)施的總量取得了巨大的突破,到2002年底,公路總里程已達176萬km,其中高速公路為2.52萬km、二級以上高等級公路24萬km。為保持道路通行的安全、舒適、快速,對它們進行及時、有效、高質(zhì)量的養(yǎng)護將是今后日常工作的重點。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,綜合國力的增強,鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化、中小城市大型化、大中城市花園化的趨勢日漸明顯,城市道路的改擴建工程也越來越多。在這種形勢下,公路養(yǎng)護工作也變得日益繁重,對公路養(yǎng)護作業(yè)的質(zhì)量提出了更高的要求,現(xiàn)代化的機械養(yǎng)護作業(yè)方式勢在必行。在市場前景看好、市場需求強勁的形勢下,路面養(yǎng)護設(shè)備大發(fā)展的時代已經(jīng)來臨,瀝青路面銑刨機作為道路機械化養(yǎng)護必不可少的設(shè)備之一,在國內(nèi)市場的需求量會越來越大。事實上,以銑刨機為主要設(shè)備的機械化養(yǎng)護作業(yè)方式已經(jīng)在全國許多公路上被采用,成為目前形勢下的一種標準養(yǎng)護模式,大型路面銑刨機同時也成為“十五”期間我國需重點發(fā)展的高等級公路養(yǎng)護機械之一。提升機構(gòu)作為支撐機器的裝置及銑刨深度的直接影響因素已經(jīng)顯得越來越重要,如何進一步提高提升機構(gòu)的優(yōu)越性及可靠性從而優(yōu)化銑刨深度無級調(diào)解,切深精度更精確,提高銑刨質(zhì)量,已經(jīng)成為國內(nèi)外機械公司及專家的研究熱點方向之一。為了提高銑刨機的使用性能及工作可靠性,保證銑刨機具有較高的生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量。本文對2m銑刨機的提升機構(gòu)進行了研究。在對2m銑刨機國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)研的基礎(chǔ)上,選擇符合本設(shè)計要求的液壓齒輪馬達,并根據(jù)該馬達自帶的相關(guān)參數(shù),計算出輸出功率;根據(jù)我國路面銑刨作業(yè)的具體要求,選擇絲杠絲母,并設(shè)定相關(guān)參數(shù),選擇具體型號的絲杠絲母并驗算;根據(jù)傳動比及設(shè)計的具體情況,選擇蝸桿減速器,并進行設(shè)計計算及校核計算,計算減速器中心距、模數(shù)、蝸桿分度圓直徑、;聯(lián)軸器及其他相關(guān)連接以及諸如機械的潤滑等問題也按設(shè)計的順序進行;根據(jù)計算所得的相關(guān)數(shù)據(jù),進行裝配圖及零件圖的制作根據(jù)我國公路發(fā)展的統(tǒng)計,未來公路養(yǎng)護對各類現(xiàn)代化機械設(shè)備的需求將會越來越大。隨著高速公路大修期的到來和公路交通行業(yè)以及城市管理部門對現(xiàn)代化養(yǎng)護方式的認識,對路面銑刨機的需求將會逐年增加,并且會以很快的速度增加。國外進口產(chǎn)品盡管性能先進,但價格昂貴、維修服務(wù)不便,因此可以預計國產(chǎn)瀝青路面銑刨機將具有較廣闊的市場前景。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)抓住機遇,使國產(chǎn)瀝青路面銑刨機盡快形成完整的系列,并不斷提高產(chǎn)品的使用性能和可靠性,為用戶提供經(jīng)濟、實用、高質(zhì)量的銑刨機。說明:如無特別注釋,本論文所用計算公式,圖表引用,各種機械材料的選擇依據(jù)均出自機械設(shè)計(第八版、濮良貴、紀名剛主編、高等教育出版社),液壓與氣壓傳動(劉樂平、陳為國、戴哲敏主編,江西高校出版社)。2、提升機構(gòu)的設(shè)計及校核 2.1 總體傳動方案的設(shè)計2.1.1 傳動方案簡圖介紹 為了保證提升機構(gòu)能在升程內(nèi)任意位置停止升降、并自鎖,而系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動,故采用的傳動方案為: 圖2.1-1傳動方案簡圖 單位mm詳情請見裝配圖2.1.2傳動方案介紹:傳動方案為:馬達轉(zhuǎn)動帶動聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動,聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動帶動蝸桿轉(zhuǎn)動,蝸桿轉(zhuǎn)動帶動渦輪轉(zhuǎn)動,渦輪轉(zhuǎn)動絲杠轉(zhuǎn)動,絲杠轉(zhuǎn)動帶動絲母轉(zhuǎn)動,絲母的轉(zhuǎn)動可以控制銑刨機的上升。2.2 液壓馬達的選擇及輸出功率的計算2.2.1液壓馬達的選擇液壓齒輪馬達在結(jié)構(gòu)上適應(yīng)正反轉(zhuǎn)要求,進出油口相等,具有對稱性、有單獨外泄油口,將軸承部分的泄露油引出殼體外。結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)動慣量小、便于啟動和制動、調(diào)速和換向的靈敏度高,故本設(shè)計采用液壓齒輪馬達。由于系統(tǒng)提供壓力P=160kg/ cm2=16MPa,則所選馬達額定壓力ps應(yīng)大于系統(tǒng)提供的壓力,即psP=16MPa,以保護液壓馬達及維護生產(chǎn)作業(yè)安全,根據(jù)參考書液壓馬達選用與維修手冊(陸望龍主編,化學工業(yè)出版社),選擇CMZ2032型液壓齒輪馬達。 圖2.2-1 CMZ2032型馬達簡圖2.2.2 CMZ2032型馬達相關(guān)性能參數(shù)據(jù)上述參考書可查得CMZ2032型齒輪馬達排量V=32.1mL/r=32.110-6m3/r,額定壓力ps =20MPa,最高壓力pmax =25MPa,轉(zhuǎn)速范圍為150r/minn2000r/min,容積效率v=94%,總效率=85%。2.2.3 CMZ2032型齒輪馬達相關(guān)計算1)、液壓馬達的輸入功率Pr =pq=p=p式中各值的含義:p:液壓馬達的工作壓力,p=16MPa=16106 Pa n:液壓馬達的轉(zhuǎn)速,取n =1200r/min=1200r/s V:液壓馬達的排量,V=32.1 mL/r=32.110-6m3/r v :液壓馬達的容積效率v=94%,因此液壓馬達的輸入功率Pr=16106w=10927.66W2)、液壓馬達的輸出功率 P0=Pr* 為液壓馬達的總效率=85%則馬達輸出功率P0=10927.6685% W=9288.511W=9.289Kw2.3、液壓齒輪馬達輸出軸的設(shè)計2.3.1、 材料類型選擇:選用45鋼制造該軸,進行高頻淬火,以及表面噴丸處理,以提高軸的抗疲勞強度。2.3.2、強度計算 該軸主要承受扭矩,因此按扭轉(zhuǎn)強度計算按式(15-2)可知 軸的直徑dA0式中各值的確定:按表15-3考慮彎矩影響而降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力故取較小值,A0取較大值此處=28,A0=120 n=1200r/min,P=9.289KW所以23.738考慮到需要在軸上兩個鍵槽,所以23.738(1+12)26.587此處圓整2.3.3、軸扭轉(zhuǎn)強度校核由式15-1可知軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 t= t=13.69=28故此直徑設(shè)計符合軸扭轉(zhuǎn)強度條件。2.3.4軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算1)由式(15-15)及(15-17)可知圓軸扭轉(zhuǎn)角=5.73104式中各值的含義及確定扭矩T=N.mm =7.392104 N.mm剪切彈性模量G=8.1104軸截面的極慣性矩Ip=允許扭轉(zhuǎn)角=0.51()/m此處取=(0.7)/m=5.73107 ()/min =0.657=(0.7)/min即軸的扭轉(zhuǎn)剛度符合條件2.3.5連接問題說明: 軸與馬達齒輪采用圓頭平鍵連接,軸的另一端與聯(lián)軸器相連。2.4絲杠絲母的設(shè)計 絲杠采用GCr15高碳鉻軸承鋼,熱處理采用球化退火或調(diào)質(zhì)處理作為預熱處理然后再工作部位進行表面淬火,這樣既可滿足整體性要求,又能保證工作部分高硬度、強度以及足夠的耐磨性。2.4.1 確定滾珠絲杠副的導程由傳動關(guān)系圖,工作臺最高移動轉(zhuǎn)速Vmax最高轉(zhuǎn)速nmax 傳動比i等確定導程phph= 根據(jù)實際轉(zhuǎn)速Vmax = 3mm/s , nmax= 20r/min , i=1則ph=mm=8.5mm 圓整為導程ph=10mm2.4.2滾珠絲杠負的載荷及轉(zhuǎn)速計算,當量轉(zhuǎn)速=20r/min 當量載荷Fm=10N=1.01042.4.3確定預期額定動載荷*按滾珠絲杠副的預期工作時間Lh(小時)計算: Cam=* (N)*按滾珠絲杠副的預期行程距離Ls(千米)計算:=式中:Lh預期工作時間(小時),取Lh= 10000 hLs預期運行距離(千米)根據(jù)任務(wù)書,Ls=20010-6kmfa精度系數(shù),按7級精度,取fa=0.8fc可靠性系數(shù),按可靠度90%,取fc=1.0fW符合系數(shù), 取fW=1.4 代入數(shù)值得 按預期工作時間=N =N 按預期行程距離計算=N =4.75N 取較大值,即=4.75N2.4.4、按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m 1.估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量m m( )定位精度=( )30um=(67.5)um 取m=6um 2.估算滾珠絲杠副的底徑d2m 本設(shè)計所用滾珠絲杠為一端固定,一段游動 所以d2m0.078 式中各值的確定: 1) F0導軌靜摩擦力(N),F(xiàn)0=u0W , 取u0=0.2 W=1.0104N 所以靜摩擦力F0=2.0103N 2) L滾珠螺母至滾珠絲杠固定端支承的最大距離(mm) L(1.051.1)行程(1014)ph =(1.051.1)200(1014)10mm =(310360)mm ,取L=360mm 代入數(shù)據(jù)得d2m0.078 mm=27.1mm3確定滾珠絲杠型號:根據(jù)d2 d2m , CaCam, 查取資料選擇FF型內(nèi)循環(huán)浮動式滾珠絲杠副,規(guī)格代號FF6310-5。此滾珠絲杠副的相關(guān)參數(shù)如下(單位mm):公稱直徑d0=63,公稱導程Ph0=10,絲杠外徑 d1=62.5,鋼球直徑DW=7.144,絲杠底徑d2=57.3,循環(huán)總?cè)?shù)n=5,基本額定動載荷Ca =62.4KN,基本額定靜載荷Cca =200.7KN,剛度Kc=1252N/um, 效率=0.96。圖2.4-1 絲杠示意圖 單位mm2.4.5、確定預緊力FP: 選擇預緊螺母型式的滾珠絲杠副時需定預緊力Fp FP=Fmax=104N2.4.6、Dn值校驗: DPWnmax 100000 式中:DPW滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑,DPW=d2+DW=57.3+7.144mm=64.444mm; nmax滾珠絲杠副的最高轉(zhuǎn)速,nmax=20r/min;DPWnmax=64.44420=1288.881000002.4.7、基本軸向額定靜載荷Cca驗算 fsFamaxCca 式中: Cca=62.4KN fs靜態(tài)安全系數(shù),取fs =3,F(xiàn)amax最大軸向N載荷(N),F(xiàn)amax =1.0104N 所以,fsFamax=30KNCca62.4KN.4.8、滾珠絲杠副臨界壓縮載荷的效檢(驗算壓桿穩(wěn)定性):式中: 滾珠絲杠螺紋底徑,取樣本數(shù)據(jù)(mm)滾珠絲杠副的最大受長度(mm),取=200mm安全系數(shù),取K1=0.8支承系數(shù),取K2=2 所以Fc= N1.0104 N絲杠不會受壓失穩(wěn),故不用驗算。2.4.9絲杠上鍵的選擇及校核1、選擇鍵連接的類型和尺寸一般7級以上精度的絲杠有定心精度要求,選用單圓頭普通平鍵,選用單圓頭普通平鍵(C型)。根據(jù),從機械設(shè)計P106表6-1中查得鍵的截面尺寸為:寬度,高度。取鍵長。2、校核鍵連接的強度鍵、絲杠和輪轂的材料都是鋼,由機械設(shè)計 P106表6-2查得許用擠壓應(yīng)力,取最小值。鍵的工作長度:鍵與輪轂槽的接觸高度:由機械設(shè)計P106式6-1可見連接的擠壓強度足夠。鍵的標記為:鍵C GB/T 10962003。2.4.10、滾珠絲杠的潤滑潤滑對滾珠絲杠傳動來說,具有特別重要的意義。因為當潤滑不良時,傳動效率將顯著降低,所以往往采用粘度大的礦物油進行良好的潤滑,在潤滑油還常加入添加濟,使其提高抗膠合能力。滾珠絲杠副常用抗高壓和高黏度的潤滑劑,如黃油及透平油。2.5 減速器的應(yīng)用2.5.1、減速器類型的選擇蝸桿減速器外廓尺寸相對較小,結(jié)構(gòu)簡單,且可獲得大的傳動比,工作平穩(wěn)噪聲較小,本設(shè)計采用蝸桿側(cè)置型單級蝸桿減速器,閉式結(jié)構(gòu)。根據(jù)GB/T10085-1988的推薦,采用漸開式蝸桿(ZI)。蝸桿材料的選擇:為提高表面硬度,且考慮到蝸桿傳動功率不大,速度不是很高因此蝸桿采用45#鋼;為提高效率,增加耐磨性蝸桿表面要經(jīng)淬火處理,硬度為40-55HRC渦輪采用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造,為了節(jié)約貴重的有色金屬,僅齒圈用青銅制造,而輪芯用灰鑄鐵HT100制造.2.5.2、蝸桿減速器傳動比的確定由前述計算可知液壓齒輪馬達轉(zhuǎn)速n=1200r/min 滾珠絲杠轉(zhuǎn)速ni=20r/min則蝸桿減速器傳動比為i=602.5.3按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計,再校核齒根彎曲疲勞強度。由式(11-12)可知傳動中心距 a式中各值的含義則確定:1)確定作用渦輪上的轉(zhuǎn)矩T2按z1=1,估取效率=0.7,則 T2=955106 = 9.55106=9.55106N.mm=1.025106 N.mm2)確定載荷系數(shù)K 由表11-5選取使用系數(shù)KA=1.15;因蝸桿傳動的工作載荷較平穩(wěn),載荷分布不均現(xiàn)象將由工作表面良好的磨合而得到改善,故取齒向載荷分布不均系數(shù)K=1,由于轉(zhuǎn)速不高,沖擊不大,可取動載荷系數(shù)Kv=1.05 則 K=KA*K*Kv=1.1511.05=1.213)確定彈性影響系數(shù)ZE 因選用的是鑄錫磷青銅渦輪和45# 渦輪相配,因此ZE=160)確定接觸系數(shù)Z先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值0.4,由圖-可查得2.756)確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)渦輪材料為鑄錫磷青銅ZcuSn10P1,金屬模制造蝸桿螺旋齒面硬度HRC,可從表11-17中查得渦輪的基本許用應(yīng)力1 =268MPa 假設(shè)銑刨機工作年限為10年,每年工作200天,一班制,則工作壽命Lh=102008h=16000h應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60jn2Lh=60116000=5.76107壽命系數(shù)=0.803則=1=0.803268=215.204MPa6)計算中心距代入數(shù)值得amm=173.328mm圓整取中心距a=200mm,因Z1=1,估從表11-2中選取模數(shù)m=5,蝸桿分度圓直徑d1=90mm,因此=0.45,從圖11-18中可查得接觸系數(shù)=2.644,因此以上計算結(jié)果可采用。 圖2.5-1蝸輪蝸桿傳動關(guān)系及相關(guān)尺寸簡圖單位mm2.5.4蝸桿與渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸計算(1)蝸桿 軸向齒距=15.707,直徑系數(shù)q=18 齒頂圓直徑da1=100mm,齒根圓直徑df1=78mm 蝸桿軸向齒厚Sa=7.854mm 蝸桿齒高 =11 分度圓導程角=3.18 由機械設(shè)計(第八版, 濮良貴、紀名剛主編)表11-2下注釋“本表中導程角小于的圓柱蝸桿均為自鎖蝸桿”可知,本設(shè)計的蝸桿能實現(xiàn)自鎖性能。 圖2.5-1 蝸桿 單位mm(2)渦輪 齒數(shù)Z2=62,變位系數(shù)X2=0 驗算傳動比i=62傳動比誤差為100%=3.3%可接受范圍渦輪分度圓直徑d2=m* =562mm=310mm渦輪喉圓直徑da2=d2+2ha2=310+25(1+0)mm=320mm渦輪咽喉圓直徑rg2=a-da2=(200-320)mm=40mm渦輪齒頂高=5mm蝸輪齒根高=6mm渦輪齒高=11mm蝸輪齒根圓直徑=298mm圖2.5-2 渦輪 單位mm2.5.5校核齒根彎曲強度 由式11-13即 F=YFa2.Y式中各值的確定:渦輪齒形系數(shù)Y的確定渦輪的當量齒數(shù)Z=62.287且變位系數(shù)x=0查圖11-19可知渦輪的齒形系數(shù)Y=2.29螺旋角系數(shù)Y=1=1=0.977則=MPa=30.434Mpa 壽命系數(shù)KFN =0.637 從表11-8中查得鑄錫青銅,金屬模制造的基本許用彎曲應(yīng)力=56Mpa所以,= KFN =560.637Mpa=35.69MPa因為, 所以彎曲強度是滿足的2.5.6、驗算效率由式(11-20a)可知,=(0.950.96)式中各值的確定: =3.18滑動速度Vs=m/s=0.486m/s以插值法從表11-18中求的當量摩擦角 則=(0.950.96)=0.7050.713此效率大于原估計值,因此上述計算合理。2.5.7、蝸桿傳動的輪滑: 由于Vs=0.486m/s,由表11-21可知運動粘度=220,采用CKE輕負荷蝸輪蝸桿油220,給油方法為油池潤滑,浸油深度為蝸桿的一個尺高。2.5.8、蝸桿傳動的熱平衡計算 1) 由于摩擦損耗的功率,則產(chǎn)生的熱量(單位為1W=1J/s)為 式中,P為蝸桿傳遞的效率,kW. 2) 以自然冷卻的方式,從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去的熱流量(單位為W)為 式中: 箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),可取=(8.1517.45)W/(),此處取 =15 S內(nèi)表面能被潤滑油所飛濺到,而外表面又可為周圍空氣所冷卻的箱體表面面積,根據(jù)蝸輪蝸桿的已得計算尺寸,此處取1.5m2; 油的工作溫度,一般應(yīng)限制在60700C,最高不應(yīng)超過800C; 周圍空氣的溫度,取=200C 按熱平衡條件,可求得在既定工作條件下的油溫(單位為0C)為代入數(shù)值得=770C800C故不用采取額外散熱措施。2.5.9蝸桿上鍵的選擇及校核1、選擇鍵連接的類型和尺寸一般7級以上精度的蝸桿有定心精度要求,應(yīng)該選用平鍵,選用圓頭普通平鍵(A型)。根據(jù),從機械設(shè)計 P106表6-1中查得鍵的截面尺寸為:寬度,高度,取鍵長(比輪轂寬度小些)。2、校核鍵連接的強度鍵和蝸桿的材料為鋼,由機械設(shè)計 P106表6-2查得許用擠壓應(yīng)力,取最小值。鍵的工作長度:鍵與其它元件的接觸高度:由機械設(shè)計 P106式6-1得可見連接的擠壓強度足夠。鍵的標記為:鍵 GB/T 10962003。2.5.10渦輪的結(jié)構(gòu)形式采用齒圈式,這種結(jié)構(gòu)由青銅齒圈及鑄鐵輪芯組成。齒圈與輪芯采用配合,并加裝46個緊定螺釘,以增強連接的可靠性。螺釘直徑取作(1.21.5)m,m為渦輪的模數(shù)。螺釘擰入深度為(0.30.4)B,B為渦輪寬度。為了便于鉆孔,應(yīng)將螺孔中心線由配合縫向材料較硬的輪芯部分偏移23mm.渦輪與軸之間采用圓頭平鍵連接。 2.6 蝸桿與齒輪馬達聯(lián)軸器的選用2.6.1、類型選擇 因為工作載荷穩(wěn)定,啟動頻繁,且為了緩沖減振,選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器的構(gòu)造與凸緣聯(lián)軸器相似,只是用套有彈性套的柱銷代替了連接螺栓。 因為通過蛹狀的彈性套傳遞轉(zhuǎn)矩,故可減沖緩振。彈性套的材料常用耐油橡膠,并做成截面形狀如網(wǎng)紋狀,以提高其彈性。這種聯(lián)軸器制造容易,裝拆方便,成本較低。2.6.2、材料選擇 彈性套的材料選用耐油橡膠,并將截面形狀做成網(wǎng)紋以提高其彈性。半聯(lián)軸器的材料采用35鋼,柱銷材料采用35鋼。2.6.3、載荷計算 公稱轉(zhuǎn)矩T= Nmm=7.392104 Nmm 由表14-1查得K=1.5 則計算轉(zhuǎn)矩為 =1.57.39210Nmm=1.109105 Nmm=110.9NM2.6.4、類型選擇 據(jù)參考書機械設(shè)計手冊聯(lián)軸器、離合器與制動器中表22.5-33選擇LT5型彈性套柱銷聯(lián)軸器。此聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩=125NM , 許用轉(zhuǎn)速=4600r/min,軸徑為25mm35mm之間,效率為。2.6.5、基本參數(shù)和主要尺寸據(jù)參考書機械設(shè)計手冊聯(lián)軸器、離合器與制動器中表22.5-33可知:LT5型彈性套柱銷聯(lián)軸器軸孔直徑d1=30mm, d2=32mm, dZ=35mm (Y型)L=82mm, L1=60mm (Z型)L=82mm, L推薦=50mm。 聯(lián)軸器的外徑D=130mm。柱銷中心分布圓直徑D1=(1516.5)(1516.5)mm=(72.06879.275)mm。 取D1=75mm彈性套外徑d5=(0.220.35)D1=(0.220.35)75mm=(16.526.5)mm。取d5=24mm彈性套內(nèi)徑d6=0.5d5=0.524mm=12mm柱銷數(shù)Z=2.8D1/d5=8.75 取Z=9圖2.6-1 LT5型彈性套柱銷聯(lián)軸器簡圖2.7蝸桿軸承的選用2.7.1軸承類型選擇由于蝸桿的公稱轉(zhuǎn)矩T1=9.55106P1=*1 , 為齒輪馬達的輸出功率,1為聯(lián)軸器的效率,n1為蝸桿的轉(zhuǎn)速所以 T1=9.55106N.mm =7.32104 N.mm按式(11-8)可知軸向力Fa=N=6613N按式(11-9)可知徑向力Fr=Ft2tan=tan 6613tan 2407由表-中選取推力球軸承(70000AC,)。2.7.2、材料選擇:軸承的內(nèi)、外圈和滾動體,采用高碳鉻軸承鋼(GCr15)制造,元件經(jīng)過1500C回火處理,熱處理后表面硬度不低于60HRC。2.7.3、滾動軸承壽命的計算1)由表13-3可選取與其計算壽命Lh=10000h2)軸承應(yīng)具有的基本額定動載荷 確定滾動軸承的當量動載荷PP=fp(XFr+YFa)式中各值的確定:確定比值=2.74由表13-5可知對于7000AC,=25推力球軸承 且由表13-5可取載荷系數(shù)fp=1.4則單個軸承的當量載荷P=1.4(0.41+0.87)N =4.718)由表-取1.00,n1200r/min對于推力球軸承所以KN=42.287KN4)由式(13-5)可知 軸承的基本額定壽命代入數(shù)值得Lh=h =h故不用重算。2.7.4、軸承裝置的一些說明采用雙支點各單向固定。內(nèi)圈采用軸用彈性擋圈嵌在軸的溝槽內(nèi),外圈采用軸承蓋緊固。為了便于軸向位置的調(diào)整,將確定軸 向位置的軸承裝在一個套杯中,套杯則裝在外殼孔中。通過增減套杯端面與外殼之間墊片的厚度,即可調(diào)整蝸桿的軸向位置。采用一對磨窄了的內(nèi)圈而預緊,這種特制的成對安裝推力球軸承,可由生產(chǎn)廠選配組合成套提供。2.7.5、軸承的潤滑潤滑對于滾動軸承具有重要意義,軸承中的潤滑不僅可以降低摩擦阻力,還可以起著散熱、減不接觸應(yīng)、吸收振動、防止銹蝕等作用。軸承常用的潤滑方式有油潤滑及脂潤滑兩類。選用哪一類潤滑方式,這與軸承的速度有關(guān),一般用滾動軸承的值(為滾動軸承內(nèi)徑,;為軸承轉(zhuǎn)速,)表示軸承的速度大小。則=961200 mmr/min =1.152mmr/min查機械設(shè)計 P332表13-10得此處軸承采用黃油潤滑。2.8 絲杠軸承的選用2.8.1、類型選擇 由蝸桿軸承計算部分可知,絲杠軸承的徑向力與蝸桿軸承的徑向力方向相反,大小相等,即Fr=2407N, 軸向載荷Fa=。 由表13-1中選取推力球軸承。 2.8.2、確定滾動軸承的當量載荷P P=式中各值的確定1)確定比值由表13-5可知,對于推力球軸承,4.155e=0.68, 由表13-5查得,X=0.41,Y=0.87由表13-6可取載荷系數(shù)則單個軸承的當量載荷P=N=6780.809N=6.781KN2.8.3、滾動軸承壽命的計算 1)由表13-3可選取預期計算壽命 2)軸承應(yīng)具有的基本額定動載荷 C= 由表13-4取 , n=20r/min 則C=KN=15.523KN 由式(13-5)可知,軸承的基本額定壽命 故不用重算。2.8.4、軸承裝置的一些說明采用雙支點各單向固定。內(nèi)圈采用軸用彈性擋圈嵌在軸的溝槽內(nèi),外圈采用軸承蓋緊固。為了便于軸向位置的調(diào)整,將確定軸向位置的軸承裝在一個套杯中,套杯則裝在外殼孔中。通過增減套杯端面與外殼之間墊片的厚度,即可調(diào)整蝸桿的軸向位置。采用一對磨窄了的內(nèi)圈而預緊,這種特制的成對安裝推力球軸承,可由生產(chǎn)廠選配組合成套提供。2.8.5、軸承的潤滑潤滑對于滾動軸承具有重要意義,軸承中的潤滑不僅可以降低摩擦阻力,還可以起著散熱、減不接觸應(yīng)、吸收振動、防止銹蝕等作用。軸承常用的潤滑方式有油潤滑及脂潤滑兩類。選用哪一類潤滑方式,這與軸承的速度有關(guān),一般用滾動軸承的值(為滾動軸承內(nèi)徑,;為軸承轉(zhuǎn)速,)表示軸承的速度大小。則=961200 mmr/min =1.152mmr/min查機械設(shè)計 P332表13-10得此處軸承采用黃油潤滑。2.9 蝸桿減速器箱體的設(shè)計2.9.1相關(guān)尺寸采用剖分式箱體,箱體采用灰鑄鐵制造。實物圖可參考機械設(shè)計課程設(shè)計圖4-3.相關(guān)參數(shù)如下: *箱座壁厚=0.04a+3=11mm, 箱蓋壁厚1=11mm *箱體凸緣厚度b=1.5=16.5mm ,箱蓋b1=1.51=16.5mm ,箱底座b2=2.5=27.5mm *加強肋厚 箱座m=0.85=9.35mm , 箱蓋m1=0.851=9.35mm *地腳螺釘直徑df=0.036a+12=19.2mm *地腳螺釘數(shù)目n=4 *軸承旁連接螺栓直徑d1=0.75df=14.4mm *箱蓋、箱座連接螺栓直徑d2=(0.50.6)df=(9.611.52)mm,取10mm , 螺栓間距L150200 *軸承蓋螺釘直徑和數(shù)目d3 、n 相關(guān)數(shù)值取之于機械設(shè)計課程設(shè)計表9-9 *軸承蓋(軸承座端面)外徑D2 相關(guān)數(shù)值取之于機械設(shè)計課程設(shè)計表9-9 、表9-10 *觀察孔蓋螺釘直徑d4=(0.30.4)df=(5.767.68) *余參數(shù)參考機械設(shè)計課程設(shè)計相關(guān)內(nèi)容 2.9.2附件 如在箱體的適當位置設(shè)置觀察孔,設(shè)置通氣器,在箱蓋與箱座的連接凸緣上裝配定位銷等等。圖2.9-1 軸承端蓋示意圖 單位mm2.10 提升機構(gòu)的螺紋連接介紹2.10.1螺栓連接 在被連接件上開有通孔,插入螺栓后在螺栓的另一端擰上螺母,這種連接的結(jié)構(gòu)特點是被連接件上的通孔和螺栓桿間留有間隙,通孔的加工精度要求低,結(jié)構(gòu)簡單,拆裝方便,使用時不受被連接件材料的限制,因此,本設(shè)計采用了螺栓連接??缀吐菟U采用基孔制過渡配合。這種連接能精確固定被連接件的相對位置,并能承受橫向載荷,但孔的加工精度要求較高。本設(shè)計機架連接中所用的螺栓的螺紋余留長度=16.15mm,靜載荷(0.30.5)d=(4.8458.075)mm;變載荷0.75d=12.113;沖擊載荷或彎曲載荷d=11.78;鉸制孔用螺栓連接=13.55mm;螺紋拉出長度a(0.20.3)d=5.54;螺栓軸線到被連接件邊緣的距離e=d+(36)mm=(14.7817.78)mm;通孔直徑1.1d=12.958mm。2.10.2 螺釘連接 螺釘連接的特點是螺栓(或螺釘)直接擰入被連接件的螺紋孔中,不用螺母,在結(jié)構(gòu)上比雙頭螺柱連接簡單、緊湊。其用途和雙頭螺柱連接相似。螺釘頭部形狀有圓頭、扁圓頭、六角頭、圓柱頭和沉頭,本設(shè)計采用了六角頭和沉頭。頭部的槽有一字、十字和內(nèi)六角等形式。十字槽螺釘頭部強度高、對中性好,便于自動轉(zhuǎn)配。內(nèi)六角孔螺釘能承受較大的扳手力矩,連接強度高,可代替六角頭螺栓,用于要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合。本設(shè)計采用內(nèi)六角孔和十字形式。 2.10.3 螺紋連接的防松 本設(shè)計采用摩擦防松中的彈簧墊圈。螺母擰緊后,靠墊圈壓平而產(chǎn)生的彈性反力使旋合螺紋間壓緊。同時墊圈斜口的尖端抵住螺母與被連接件的支撐面也有防松作用。結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。3、結(jié)論通過前面章節(jié)的分析可知:2m是一種高效的路面維修養(yǎng)護設(shè)備。廣泛用于路面的大面積銑刨破碎,路面的局部修補,路面壅包、油浪、車轍的銑平修正,摩擦系數(shù)過低路面路面的拉毛等工況。由于它工作效率高、施工工藝簡單、銑削深度易于控制、操作方便靈活、機動性能好、銑削的舊料能直接回收利用等,因而廣泛用于城鎮(zhèn)市政道路和高速公路養(yǎng)護工程中。2m銑刨機售價高,具有較高的利潤空間。隨著我國高速公路的進一步發(fā)展,養(yǎng)護作業(yè)的進一步增多,2m銑刨機具有較好的市場。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,綜合國力的增強,鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化、中小城市大型化、大中城市花園化的趨勢日漸明顯,城市道路的改擴建工程也越來越多。在這種形勢下,公路養(yǎng)護工作也變得日益繁重,對公路養(yǎng)護作業(yè)的質(zhì)量提出了更高的要求,現(xiàn)代化的機械養(yǎng)護作業(yè)方式勢在必行。在市場前景看好、市場需求強勁的形勢下,路面養(yǎng)護設(shè)備大發(fā)展的時代已經(jīng)來臨,瀝青路面銑刨機作為道路機械化養(yǎng)護必不可少的設(shè)備之一,在國內(nèi)市場的需求量會越來越大。事實上,以銑刨機為主要設(shè)備的機械化養(yǎng)護作業(yè)方式已經(jīng)在全國許多公路上被采用,成為目前形勢下的一種標準養(yǎng)護模式,大型路面銑刨機同時也成為“十五”期間我國需重點發(fā)展的高等級公路養(yǎng)護機械之一。本設(shè)計的研究工作總結(jié)如下:1、 收集并整理國內(nèi)外大量銑刨機資料,對銑刨機有一整體的了解,對銑刨機提升機構(gòu)有一整體的掌握;2、 根據(jù)任務(wù)書的具體要求,選擇符合本設(shè)計要求的液壓齒輪馬達,并根據(jù)該馬達自帶的相關(guān)參數(shù),計算出輸出功率;3、 根據(jù)我國路面銑刨作業(yè)的具體要求,選擇絲杠絲母,并設(shè)定相關(guān)參數(shù),選擇具體型號的絲杠絲母并驗算;4、 根據(jù)傳動比及設(shè)計的具體情況,選擇蝸桿減速器,并進行設(shè)計計算及校核計算;5、 聯(lián)軸器及其他相關(guān)連接以及諸如機械的潤滑等問題也按設(shè)計的順序進行;6、 根據(jù)計算所得的相關(guān)數(shù)據(jù),進行裝配圖及零件圖的制作。4、主要參考文獻 參考文獻1. 沈紉秋主編工程材料與制造工藝教程北京:航空工業(yè)出版社 1991.52. 機械設(shè)計手冊 新版 第4卷 液壓、氣動與液力傳動與控制 北京:機械工業(yè)出版社3. 徐灝主編機械設(shè)計手冊,北京:機械工業(yè)出版社,1995-124. 章宏甲主編,液壓傳動,。北京:機械工業(yè)出版社,20025. T. Morita, Y. Sakawa, Modeling and control of power shovel, Transactions of SICE 22 1 1986 69756. 濮良貴、紀名剛主編機械設(shè)計 第八版 高等教育出版社2010-87. 劉樂平、陳為國、戴哲敏主編液壓與氣壓傳動 江西高校出版社2010-88. 機械設(shè)計手冊-聯(lián)軸器、離合器、與制動器 機械工業(yè)出版社2007-35、致謝致謝本畢業(yè)設(shè)計是在袁寧老師的悉心指導下完成的。經(jīng)過三個多月的忙碌和學習,本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲,作為一個本科生的畢業(yè)論文,由于理論知識的不夠扎實及實際設(shè)計經(jīng)驗的缺乏,難免會有許多考慮不周全甚至錯誤的地方,如果沒有老師的細心耐心的督促指導,以及相關(guān)資料的查閱,要獨自完成畢業(yè)設(shè)計是會有很多困難的。在畢業(yè)論文的設(shè)計過程中,得到了袁寧老師的親切關(guān)懷和耐心指導。他嚴謹?shù)闹螌W精神,精益求精的工作作風,深深地感染和激勵著我。從課題的初步思路設(shè)想到最終完成,袁老師始終給我細心的指導和不懈的支持。除了袁老師的治學嚴謹和科學態(tài)度之外,他的專業(yè)水平也是我永遠學習的榜樣,并將積極影響我今后的學習和工作。再次向袁寧老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。最后,我還要感謝南昌航空大學對我的教育,我將永遠牢記“日新自強 知行合一”,在今后的人生道路中奮發(fā)向上,積極探索,不辜負南昌航空大學對我的培養(yǎng),展現(xiàn)新時代昌航學子的風采。37
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