2022年步进式推刚机设计说明书 .pdf
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1、步进式推刚机设计计算说明书系别:机械设计制造及其自动化班级:姓名:学号:指导老师:孙骅胡一丹日期:二一六年十二月二十三日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 33 页 - - - - - - - - - 2 目录一、设计题目 . 3二、工作机构的运动学和动力学分析. 5三、电动机的选择 . 8四、传动装置总体设计. 9五、蜗轮的设计 . 10六、轴的设计 . 13七、轴承的计算和校核. 21八、键连接的计算和校核. 24九、联轴器的计算和校核 . 26十、减速箱
2、的结构计算 . 27十一、密封和润滑设计 . 31十二、传动装置的附件 . 32十二、参考文献 . 32十三、心得体会 . 32名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 33 页 - - - - - - - - - 3 一、 设计题目1、 方案的确定方案简图方案特点方案一传动平稳,结构简单,传动比稳定,保护点机,发热较 2 重方案二传递力矩大,运行不平稳,造价高,无法保护电机方案三运行平稳,高刚度,高精度,造价高,启动转矩大,运行时有震动,体积大名师资料总结 - -
3、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 33 页 - - - - - - - - - 4 2、 步进式推刚机的传动系统示意图步进式推钢机简图3、已知条件步进式推钢机的工作原理热轧车间加热炉前步进式推钢机简图,如图所示。 电动机通过传动装置驱动推头往复移动,工作时推头推动工件前移一个工作行程,将钢材推进加热炉,然后推头返回 ,并推动新的钢坯前移。步进式推刚机简图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理
4、 - - - - - - - 第 4 页,共 33 页 - - - - - - - - - 5 1) 选用题 3 的工作参数推头阻力F 3000N 推头行程s 500mm 往复次数n 辊道高度 H 8001000mm 行程变化系数K 1.2 机构最小传动角402) 工作情况:两班制,电动机连续单向运转,载荷有轻微冲击,室内工作;3) 使用期限: 10 年;检测间隔三年一大修,两年一中修,半年一小修;4) 生产条件:一般机械厂,单件生产;5) 动力来源:电力,三相交流,电压380/220V。3、 设计内容和设计工作量1) 拟定工作机构和传动系统方案;2) 工作机构的运动学和动力学分析;3) 设计
5、绘制推刚机系统总图1 张;4) 设计绘制减速器装配图1 张;5) 设计绘制零件工作图2 张;6) 编写设计计算说明书1 份。二、 工作机构的运动学和动力学分析设计计算及过程结果1、 工作机构的运动学分析名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 33 页 - - - - - - - - - 6 1)根据机构的演化原理。滑块与导路组成的移动副可以视为转动中心在其导路垂直方向的无穷远处的转动副,即为转动副,故此曲柄滑块机构ABC可视为铰链四杆机构ABC,于是由铰链四杆机构
6、的特性可推知此偏置曲柄滑块机构特性。2)由于行程变化系数K=1.2 而,得 =16.36; 由于最小传动角不小于40,故最大压力角,取;推头行程s=500mm,即;由,解得曲柄,连杆,曲柄滑块机构的偏距。作图法作出该机构的两个极位如图。=16.36mm e=602mm 2、 工作机构动力学分析名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 33 页 - - - - - - - - - 7 设曲柄旋转角度为,则, , , , 所以,其中,故,代入数据,作图如下名师资料总结
7、- - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 33 页 - - - - - - - - - 8 如 上 图 所 示 , 得 到 执 行 机 构 需 要 的 最 大 功 率 为。三、 电动机的选择设计及计算过程结果电动机是标准件,设计时要根据工作机的工作特性,工作环境和工作载荷等条件,选择电动机的类型、结构、功率和转速。1、 选择电动机类型和结构由于生产单位一般采用三相交流电源,因此无特殊要求时应选三相交流电动机,2、 选择电动机的功率3、 选择电动机的转速曲柄的转速:电机转速:选择转
8、速为20r/min 的电动机,如下表表 1 电动机主要性能参数电 动 机型号额 定 功率 /kW 转速/(r/min) 额 定 电压/V 起 转 转矩 / 额定转矩最 大 转矩 / 额定转矩Y801F-4 0.55 20 380 2.2 2.4 选择 Y801F-4电动机名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 33 页 - - - - - - - - - 9 四、 传动装置总体设计设计计算及过程结果1、计算传动比传动装置的总传动比要求应为式中,为电机满载转速,r/
9、min ;为执行机构转速,r/min 。i=20 2、计算传动装置的运动和动力参数设计计算传动件时,需要知道各轴的转速、转矩或功率,因此应将工作机上的转速、转矩或功率推算到各轴上。由于采用一级蜗轮减速器,故从电动机到工作机有两轴,即蜗杆和蜗轮轴,依次为、轴,则1) 各轴转速式中,为电动机满载转速,r/min ;、分别为、轴的转速, r/min ;轴为蜗杆,轴为蜗轮轴;i为蜗轮与蜗杆间的传动比。3、各轴功率式中,为电动机轴输出功率,kW;,分别为、轴输入功率, kW;,分别为联轴器和蜗轮的传动效率。,3、各轴转矩式中,为电动机轴的输出转矩,。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -
10、- - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 33 页 - - - - - - - - - 10 式中,分别为蜗杆和蜗轮轴的输入转矩,。表 2 运动和动力学参数功率P/kW 转矩T/(N?m) 转速n/(r/min) 传动比 i 效率 电动机0.55 107.194 20 0.99 蜗杆0.5445 106.122 20 20 0.68 蜗轮轴0.3703 3535.985 1 五、 蜗轮的设计设计计算及过程结果1、根据 GB/10085-1988 推荐采用渐开线蜗杆(ZI) 。2、根据传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆用
11、45 钢;因为希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度45-55HRC ,蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1 金属铸造,为节约贵重金的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100 铸造。3、按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核齿根弯曲接触疲劳强度。由式(11-10)1) 作用在蜗轮上的转矩按=2,估取效率 =0.8,则2) 确定载荷系数K 因为工作载荷较稳定,故取载荷分布不均系数;由表 11-5 选取使用系数=1.15;由于转速不高, 冲击不大, 可取动载系数=1.05;则=1.05名师资料总结 - - -精品资料欢迎
12、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页,共 33 页 - - - - - - - - - 11 3) 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮与钢蜗杆相配,故确定弹性影响系数。4)确定蜗轮齿数5)确定许用接触应力根据蜗轮材为铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模制造, 蜗杆螺旋齿面硬度45HRC ,从表 11-7 查得蜗轮许用应力=268MPa 应力循环次数寿命系数则6)计算值因=2, 故从表 11-2 中取模数 m=5mm, 蜗杆分度圆直径。4、蜗杆蜗轮的主要参数1)计算中心距2) 蜗杆轴向齿距直径系数q=10 蜗杆
13、齿顶园直径蜗杆齿根圆直径f1d=38mm 分度圆导程角 =11 183 6”m=5mmq=10 f1d=38mm =111836”=40 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页,共 33 页 - - - - - - - - - 12 蜗杆轴向齿厚3) 蜗轮齿数=40 蜗轮分度圆直径=蜗轮喉圆直径a2d=+2a2h=200+25=210mm 蜗轮齿根圆直径f2d=2d+2f2h=200-21.25=188mm 蜗轮咽喉母圆半径g2r=a-a2d21=125-21021
14、=20mm 5、校核齿根弯曲疲劳强度F=mddKT53.12122FaYYF当量齿数根据,从图 11-17 查得齿形系数2FaY=2.38 螺旋角系数许用弯曲应力从 11-8 查得 ZCuSn10P1 制造的蜗轮的许用弯曲应力寿命系数FNK=96288000010=0.832 弯曲强度满足要求。6、验算效率a2d=210mm f2d=188mmg2r=20mm2FaY=2.38FNK=0.832弯曲强度满足要求名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页,共 33 页 -
15、 - - - - - - - - 13 =(0.950.96)vtantan已知;v=arctan vf;vf与相对滑动系数sv有关。sv=cos100060nd11=cos5.71 1000602050m/s=0.2093m/s 从表 11-18 中用插值法查得vf=0.070、v=;代入得=0.68 大于原来估计,因此不用从新计算。蜗轮数据总结模数m/mm 蜗 杆 分度 圆 直径/mm 蜗 轮 分度 圆 直径/mm 蜗杆头数蜗 轮齿 数蜗 杆材料蜗轮材料10 50 200 2 40 45刚 ,表 面淬火ZCuSn10P1金 属 模 制造sv=0.2093m/s六、 轴的设计设计计算及过程结
16、果1、 两轴上的力的计算1) 求输入轴上的功率和转矩输出轴上的功率和转矩2) 圆周力名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页,共 33 页 - - - - - - - - - 14 径向力轴向力2、 蜗轮轴的计算1) 初步确定轴的最小直径根据工作条件选择轴材料为45 号刚,调质处理,查表得。考 虑 到 轴 与 联 轴 器 连 接 有 键 槽 , 轴 径 增 加3% ,。查表得。根据标准选的联轴器2) 轴的结构设计如上图所示, 蜗轮和左轴承全部从轴的左端装入,考虑到装配
17、方便及强度要求,则装蜗轮处的直径装轴承处的直径、装轴承端盖处的直径装联轴器(未画出)处的直径轴的最小直径考虑蜗轮蜗杆传动,故选30209 轴承,则B=19mm,D=85mm,d=45mm,因为蜗轮的轮毂宽度l=70mm 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页,共 33 页 - - - - - - - - - 15 取 l=70mm ,为了便于轴向固定蜗轮,取,蜗轮和左轴承间用定距环进行轴向固定。蜗 轮 右 端 用 轴 肩 进 行 轴 向 固 定 , 取 轴 肩 处,
18、右轴承从右端装入,轴承大小选取与左端相同,故, 轴 向 固 定 右 轴 承 的 轴 肩,。蜗轮和联轴器与轴用键周向固定。最后完成轴的结构设计图。3)求轴上载荷作轴的受力简图求支反力水平面支反力垂直支反力式中,两轴承中心间距L=120mm,蜗轮分度圆直径=100mm 作弯矩图水平弯矩垂直面弯矩名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页,共 33 页 - - - - - - - - - 16 C 点左边C 点右边求合成弯矩M,做出合成弯矩图C 点左边C 点左边作扭矩 T图名
19、师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页,共 33 页 - - - - - - - - - 17 计算计算弯矩,该轴单向工作,转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑,取。C 点左边C 点左边3) 按弯扭合成应力校核轴的强度校核 C剖面校核 D 剖面45 号刚调质处理时,查表得,抗拉强度极限,弯曲疲劳极限,剪切疲劳极限,许用弯曲应力,故安全。轴安全3、 蜗杆轴的计算1)初步确定轴的最小直径根据工作条件选择轴材料为45 号刚,调质处理,查表得。考 虑 到 轴 与 联 轴 器
20、连 接 有 键 槽 , 轴 径 增 加3% ,。查表得。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页,共 33 页 - - - - - - - - - 18 根据标准选的联轴器3) 轴的结构设计如图所示, 右端两个圆锥滚子轴承从轴的右端装入,左端一个深沟球轴承从轴的左端装入,考虑到装配方便及强度要求,则蜗杆螺纹处的直径轴肩处的直径、装轴承处的直径、装轴承端盖处的直径装联轴器 (未画出) 处的直径轴的最小直径。因为联轴器内径和轴孔长度,轴段的直径=26mm ,长度=42mm
21、;轴段 2 安装端盖,直径,长度=50mm;轴段 4 与深沟球轴承的内径相配合,为便与轴承的安装,查表选定轴承型号为6208, B=18mm , D=80mm ,d=40mm,所以,;轴段 10 与一对正装的圆锥滚子轴承的内径相配合,为便与轴承的安装,查表选定轴承型号为30208, B=18mm ,D=80mm,d=40mm,所以,;轴段 5 与轴段 9 为轴肩, 轴承轴向固定, 为符合轴承拆卸尺寸,取,;轴段3 与轴段11 为外螺纹,与螺母配合轴向固定轴承,取,;=26mm =42mm =50mm 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -
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