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摘要 本設(shè)計(jì)說明主要參考沈陽紡織機(jī)械廠 GD76X1 型織機(jī)傳動(dòng)原理設(shè)計(jì)。該型紡織機(jī)主 要有以下傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：主軸與打維機(jī)構(gòu)、開口機(jī)構(gòu)、絞邊機(jī)構(gòu)、送經(jīng)機(jī)構(gòu)、卷取機(jī)構(gòu)。本 設(shè)計(jì)主要對(duì) GD76X1 型紡織機(jī)的送經(jīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。送經(jīng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部件主要有 V 帶、 直齒圓柱齒輪，變速箱、直齒錐齒輪，蝸輪蝸桿減速器。本說明書主要對(duì)直齒圓柱齒輪 設(shè)計(jì)和校核，直齒錐齒輪設(shè)計(jì)和校核，蝸輪蝸桿進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核說明，還對(duì)減速器的軸 進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，V 帶的選型進(jìn)行了設(shè)計(jì)說明。 關(guān)鍵字：直齒圓柱齒輪；錐齒輪；蝸輪蝸桿；V 帶；減速箱 I ABSTRACT This design uses the principle design of Shenyang Textile Machinery Factory GD76X1 loom transmission as primary reference. This type of textile machines has mainly the following transmission mechanism: spindle with hit-dimensional bodies, opening agencies, the selvage institutions, off mechanism, winding mechanism. This design is mainly of GD76X1 textile machine off mechanism, which has the parts of V-belts, spur gear, gearbox, straight bevel gears, worm reducer. This manual mainly concludes not only the spur gear design and check, straight bevel gear design and verification, worm design and check instructions, but also the reducer shaft design and check the selection of V with the design specification. Key words： spur gear；straight bevel gears；Worm gear and worm；V-belts；reducer II 目錄 摘要 .III ABSTRACT .IV 目錄 .V 1 緒論 .1 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 .1 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 .1 1.3 編織機(jī)的發(fā)展前景 .1 1.4 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 .2 2 噴水織機(jī)機(jī)構(gòu)與原理 .3 2.1 織機(jī)機(jī)構(gòu) .3 2.2 GD76X1 型織機(jī)行傳動(dòng)原理 .3 2.3 GD76X1 型織機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) .3 3 設(shè)計(jì)過程論述 .6 3.1 電機(jī)選擇 .6 3.2 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 .6 3.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) .6 3.3.1 進(jìn)行傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，要推算出各軸的轉(zhuǎn)速。 .6 3.3.2 各軸的輸入、輸出功率 .7 3.4 直齒輪設(shè)計(jì) .8 3.4.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料和齒數(shù) .8 3.4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) .8 3.4.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) .10 3.4.4 幾何尺寸計(jì)算 .11 3.5 直齒圓錐齒輪的設(shè)計(jì) .13 4 減速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .17 4.1 蝸桿的選擇 .17 4.1.1 蝸桿蝸輪材料的選擇 .17 4.1.2 蝸桿蝸輪的結(jié)構(gòu) .17 4.1.3 蝸桿頭數(shù) z1，蝸輪齒數(shù) z2 和傳動(dòng)比 i.17 4.1.4 蝸桿蝸輪的主要參數(shù)和幾何尺寸的計(jì)算 .18 III 4.1.5 蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 .18 4.1.6 計(jì)算蝸桿的滑動(dòng)速度和傳遞效率 .21 4.1.7 確定蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí) .22 4.1.8 桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算 .22 4.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .23 4.2.1 軸的功率 p，轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T.23 4.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .24 4.3 鍵的選擇和鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 .29 4.3.1 鍵的選擇 .29 4.4 離合器的選擇 .30 5 減速器箱體設(shè)計(jì) .32 5.1 箱體設(shè)計(jì) .32 5.2 減速器附件設(shè)計(jì) .33 6 帶傳動(dòng) .35 6.1 帶傳動(dòng)的類型 .35 6.2 帶的彈性滑動(dòng)和打滑 .35 6.3 帶傳動(dòng)參數(shù)的選擇 .35 6.3.1 中心距 a .35 6.3.2 傳動(dòng)比 i .35 6.3.3 帶輪的基準(zhǔn)直徑 .35 6.3.4 帶速 v .35 6.4 帶的選型 .36 6.5 帶輪的選擇 .36 7 結(jié)論和展望 .37 7.1 結(jié)論 .37 7.2 展望 .37 致 謝 .38 參考文獻(xiàn) .39 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0 1 緒論 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 在國(guó)外編機(jī)搶占中國(guó)市場(chǎng)的同時(shí)，我國(guó)的編織企業(yè)也在呼喚國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)編機(jī)，對(duì)國(guó)內(nèi) 編織機(jī)械企業(yè)提出新的要求。 在機(jī)理構(gòu)造上，一些國(guó)產(chǎn)編機(jī)也與進(jìn)口編機(jī)無太大差別。 但國(guó)產(chǎn)編機(jī)在有關(guān)在線檢測(cè)方面與進(jìn)口編機(jī)的功能差距較大，尚不能很好地滿足有些高 檔產(chǎn)品的生產(chǎn)需要；另外，國(guó)產(chǎn)編機(jī)在生產(chǎn)中的通用性較強(qiáng)，而針對(duì)性不高，不易生產(chǎn) 出特色產(chǎn)品，這些方面國(guó)產(chǎn)編機(jī)在今后的生產(chǎn)中有待加強(qiáng)。 國(guó)外企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)內(nèi)用戶要求的不斷提升，編機(jī)企業(yè)走創(chuàng)新路子，形成核心競(jìng)爭(zhēng)力 的呼聲更高。國(guó)產(chǎn)編織機(jī)械與國(guó)外同類產(chǎn)品的差距，除了研發(fā)能力技術(shù)創(chuàng)新不足之外， 還主要表現(xiàn)在加工精度和運(yùn)行可靠性兩個(gè)方面。因此，必須下大力氣研究從生產(chǎn)過程、 管理過程流通過程與創(chuàng)新的系統(tǒng)優(yōu)化問題，借助系統(tǒng)論控制論的理論，努力消除現(xiàn)存 的問題，縮短差距。應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，開創(chuàng)教育與企業(yè)新局面。通過企業(yè)和科研院所 的人才與設(shè)施、科研與生產(chǎn)互動(dòng)，加快人才培養(yǎng)和技術(shù)提升。 研究編織機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)于提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本具有重要意義。此項(xiàng)研究 也是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)課程的一次總復(fù)習(xí)，它將機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)電傳動(dòng)控制等機(jī) 械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化主要專業(yè)課程緊密聯(lián)系在一起，利用所學(xué)的機(jī)械與控制相關(guān)知識(shí) 來解決實(shí)際的生產(chǎn)問題，將理論設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)用聯(lián)系起來，需要考慮多方面的問題，如 成本、系統(tǒng)可靠性和機(jī)械設(shè)備使用壽命等等。 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 改革開放 20 多年來，國(guó)內(nèi)紡織工業(yè)經(jīng)歷了持續(xù)快速發(fā)展的過程，到了 2005 年我國(guó) 紡織纖維加工總量已達(dá) 2690t，約占世界纖維加工總量的 37%，主要的紡織產(chǎn)品化纖、 棉紗、棉布、絲織品和服裝產(chǎn)量均居世界第一位。紡織業(yè)依然是國(guó)內(nèi)重要的支柱產(chǎn)業(yè)之 一，在滿足人民紡織產(chǎn)品消費(fèi)，出口創(chuàng)匯，為其他產(chǎn)業(yè)提供支持，解決就業(yè)問題等方面 發(fā)揮重要作用。 今年來隨著紡織行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的升入，通過國(guó)內(nèi)技術(shù)的改造和國(guó)外先進(jìn) 技術(shù)的引進(jìn)和吸收，織造行業(yè)的裝備和技術(shù)水平大幅提高，企業(yè)自主創(chuàng)新能力也有所增 強(qiáng)，生產(chǎn)效率不斷提高，品種范圍迅速擴(kuò)展，生產(chǎn)已從勞動(dòng)密集型向科技型轉(zhuǎn)換。淘汰 落后裝備和工藝，光、機(jī)、電、氣動(dòng)、液壓、傳感、計(jì)算機(jī)技術(shù)的復(fù)合應(yīng)用，為織物附 加值提高和新產(chǎn)品開發(fā)提供了強(qiáng)有力的保障，針織產(chǎn)品休閑化，個(gè)性化，高檔化趨勢(shì)日 益明顯，紡織面料出口以年均 19%的速度增長(zhǎng)，出口服裝面料自給率也提高到 70%，徹 底扭轉(zhuǎn)了面料進(jìn)口量高于出口量的局面，增強(qiáng)了行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。但我國(guó)織造行業(yè)的 整體水平與世界先進(jìn)國(guó)家相比仍有較大差距。僅以棉織設(shè)備為例，其無梭織機(jī)、自動(dòng)絡(luò) 筒機(jī)的使用率僅占 25%和 21%，而發(fā)達(dá)國(guó)家已達(dá) 90%左右。應(yīng)對(duì)整個(gè)織造領(lǐng)域的飛速發(fā) 展有了一個(gè)總體認(rèn)識(shí)，以期待找出與國(guó)外差距和今后提高今后科技水平的方向。 1.3 編織機(jī)的發(fā)展前景 （1）進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 1 在編織機(jī)上裝上各類顯示檢測(cè)和控制的裝置，可以彌補(bǔ)人工操作的不足和管理上的 缺陷。 （2）提高機(jī)器運(yùn)行的安全性 在控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用微電子技術(shù)，可使機(jī)器運(yùn)行可靠。 （3）機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)高速化，提高單機(jī)質(zhì)量 采用各種自動(dòng)化措施和微機(jī)控制技術(shù)，可使機(jī)器運(yùn)行更加可靠。 （4）傳動(dòng)方式多樣化 單機(jī)采用機(jī)電一體化的新技術(shù)，打破現(xiàn)有單純機(jī)械傳動(dòng)的局面，使單一機(jī)電帶動(dòng)皮 帶及齒輪變速的傳動(dòng)方式有新的突破。 （5）改善勞動(dòng)環(huán)境 多方面提高自動(dòng)化程度，減輕工人勞動(dòng)量。 （6）減少設(shè)備占地空間 1.4 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 通過參觀現(xiàn)有的 編織機(jī)，了解其傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)原理。并找出傳統(tǒng)編織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng) 不足之處，初步設(shè)定圓筒編織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案。根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，通過計(jì)算選擇 電機(jī)、傳動(dòng)零件、并校核零件強(qiáng)度、用 CAD 繪制裝配圖、零件圖，用 ProE 繪制實(shí)體 模型仿真，仿真通過后編寫設(shè)計(jì)說明書并進(jìn)行設(shè)計(jì)答辯。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 噴水織機(jī)機(jī)構(gòu)與原理 2.1 織機(jī)機(jī)構(gòu) 噴水織機(jī)是一種高速無梭織機(jī)。它是用水射流代替了兩百多年世界織布產(chǎn)業(yè)上長(zhǎng)期 使用的梭子，通過噴嘴將緯線引入經(jīng)絲梭口的一種新型織機(jī)。 這種從根本上改變了織機(jī)原理的噴射織機(jī)，裝有具備創(chuàng)新技術(shù)的新裝備：水噴射裝 置，連續(xù)測(cè)緯及儲(chǔ)緯裝置，緯紗切斷裝置，邊紗處理裝置。下面就 GD76X1 型織機(jī)行傳 動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主要運(yùn)動(dòng)部分 送經(jīng)機(jī)構(gòu)：將織軸上的經(jīng)紗均勻送出，滿足交織需要。 卷取機(jī)構(gòu)：將織物引離織口，卷至卷布輥上。由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速裝置帶動(dòng)卷布輥轉(zhuǎn)動(dòng)， 將編織好的導(dǎo)火帶卷到卷布輥上。在卷繞的過程中，保持張力均勻是非常重要。 織機(jī)的織口大小變換機(jī)構(gòu)：根據(jù)編織的需要來改變織口的大小。 2.2 GD76X1 型織機(jī)行傳動(dòng)原理 （1）緯紗是直接由錐形筒子或筒子紗等貢紗器供給，通過張力器調(diào)節(jié)適當(dāng)張力，用側(cè)長(zhǎng) 盤連續(xù)測(cè)取長(zhǎng)度相當(dāng)于筘幅的一根緯紗，通過儲(chǔ)緯器，其前端即由緯紗夾持裝置握持， 引入噴嘴口。 （2）從水源將噴射用水引入保持一定水壓的水箱，由浮閥保持一定水面，經(jīng)過濾而被吸 入水泵，水泵屬于柱塞式，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)乃畨汉退?，然后壓人噴嘴?（3）在噴嘴處，緯紗和水在此合流，以 30-50m/s 的速度向梭口射去。 （4）投入的緯紗前端被織機(jī)對(duì)側(cè)的捕緯器夾持，經(jīng)捻紗而得到適當(dāng)張力。 （5）在此同時(shí)，由衛(wèi)星齒輪式絞邊裝置進(jìn)行邊紗的開口運(yùn)動(dòng)，使緯紗兩端皆被擰織而成 結(jié)實(shí)的布邊。 （6）緯紗均從噴嘴向一個(gè)方向飛行，在梭口兩端位置裝有熱熔絲切斷投入的緯線，或采 用機(jī)械剪斷投入的緯紗。 （7）緯紗的飛行如受到毛羽等影響，不能到達(dá)右側(cè)，裝在右邊的探緯器可立即檢出，并 使織機(jī)自動(dòng)停下來。 原理圖如圖 2.1 所示。 2.3 GD76X1 型織機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 1) 主軸與打維機(jī)構(gòu)的傳動(dòng) 主電動(dòng)機(jī)經(jīng)帶輪 2 和多楔帶 3 傳動(dòng)皮帶輪 4 和主軸 5，皮帶輪 4 裝有單片式電磁制動(dòng) 器，曲軸用聯(lián)軸器與主軸 5 連接。另一側(cè)用聯(lián)軸器連接傳動(dòng)軸，曲軸經(jīng)手和筘座 6 進(jìn)行 打緯。 2）開口機(jī)構(gòu)的傳動(dòng) 經(jīng)曲軸齒輪 7 傳動(dòng)過橋齒輪 8，另一側(cè)通過聯(lián)軸器傳動(dòng)主軸曲軸齒輪 7，傳動(dòng)過橋齒 輪 8，通過過橋軸傳動(dòng)偏心輪，經(jīng)牽手傳動(dòng)開口軸，兩側(cè)牽手偏心位置相差 180。 ，形成 連桿式開口機(jī)構(gòu)。 3）絞邊機(jī)構(gòu)的傳動(dòng) 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 3 主軸 5 經(jīng)齒輪 7,8,9 和一齒輪使絞邊齒輪得到傳動(dòng)，由于行星齒輪和恒星齒輪的周轉(zhuǎn) 輪系傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了邊經(jīng)紗的開口和繩狀扭絞動(dòng)作。 4）送經(jīng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng) 由凸輪 10 通過三角皮帶與傳動(dòng)軸 11，傳動(dòng)機(jī)械式無極變速器的輸入軸 12，經(jīng)變速 器的內(nèi)部機(jī)構(gòu)作用變速后，由輸出軸輸出，在經(jīng)變速齒 13 和 14，經(jīng)錐齒輪傳動(dòng)，由渦輪 蝸桿減速器減速后，由送經(jīng)小齒輪 15，傳動(dòng)經(jīng)軸齒輪 16 使經(jīng)軸傳動(dòng)。送經(jīng)機(jī)構(gòu)的經(jīng)紗張 力感應(yīng)升降桿，其位置的高低可以控制無級(jí)變速器的變速比。 5) 卷取機(jī)構(gòu)的傳動(dòng) 主軸 5 經(jīng)同步帶輪 19、20 傳動(dòng)減速器，經(jīng)離合器 22 齒輪帶動(dòng)卷取主動(dòng)齒輪 23，傳動(dòng) 三只變換齒輪，最末一只變換齒輪傳動(dòng)計(jì)數(shù)齒輪，與計(jì)數(shù)齒輪同軸的有小鏈輪和小齒輪， 小齒輪可傳動(dòng)卷取齒輪 24，而齒輪裝在摩擦輥軸上，這樣可帶動(dòng)摩擦輥 25 一起轉(zhuǎn)動(dòng)。摩 擦輥的卷取表面包覆糙面橡膠帶，在兩根壓輥的作用下與繞在圓周表面上的織物產(chǎn)生摩 擦作用而將織物送到卷布輥 26。卷布輥是由卷取鏈輪經(jīng)鏈條傳動(dòng)活輪，與同軸齒輪傳動(dòng)。 主動(dòng)齒輪再通過卷取制動(dòng)器作用，帶動(dòng)卷布輥一起傳動(dòng)，當(dāng)卷布輥因不斷卷取織物而直 徑增大時(shí)，能依靠卷取制動(dòng)器的打滑作用，使卷布輥轉(zhuǎn)速變慢，保持織物有一定張力。 6） 送經(jīng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線： 電動(dòng)機(jī) 1（帶輪） 軸 5（齒輪）軸 10（帶輪）軸 11（變速箱）軸 12（齒輪）軸 17（減速箱）軸 18（齒輪）送經(jīng)機(jī)構(gòu) 打緯機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線： 電動(dòng)機(jī) 1（帶輪 ）軸 5（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)）打緯機(jī)構(gòu) 開口機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線： 電動(dòng)機(jī) 1（帶輪） 軸 5（齒輪）軸（過橋齒輪 8）偏心輪開口機(jī)構(gòu) 絞邊機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線： 電動(dòng)機(jī) 1（帶輪） 軸 5（齒輪）軸 10（齒輪）絞邊動(dòng)作（絞邊齒輪） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 2.1 工作原理 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 5 3 設(shè)計(jì)過程論述 3.1 電機(jī)選擇 為保證機(jī)器正常運(yùn)作。現(xiàn)選用型號(hào)為Y112M-4三相異步電動(dòng)機(jī)。其技術(shù)參數(shù)如表3-1所 示 表3-1 電機(jī)參數(shù) 滿 載 時(shí) 啟動(dòng)電 流 啟動(dòng)轉(zhuǎn) 矩 最大轉(zhuǎn) 矩額定 功率 KW 轉(zhuǎn) 速r/min 電流 （ 380V ） 效 率% 功率因數(shù) cos額定電 流 額定轉(zhuǎn) 矩 額定轉(zhuǎn) 矩 重 量 kg 2.2 1440 8.77 84.5 0.82 7.0 2.2 2.3 43 3.2 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n，可得傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為：m ai 由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 =1440r/min，最終輸出的速度v=40m/min=0.667m/s ，卷筒直徑設(shè) 為 mm，則：80 最后輸出轉(zhuǎn)速： (3.1)min/92.158014.36/6106rDVn 故傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比： 5.92.14ima 分配傳動(dòng)比考慮以下原則： 1）各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比應(yīng)在合理范圍內(nèi)，不超過允許的最大值，以符合各種傳動(dòng)形式的工 作特點(diǎn)，并使結(jié)構(gòu)比較緊湊。 2）應(yīng)注意使各級(jí)傳動(dòng)尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)比較合理。 3）盡量是傳動(dòng)裝置外廓尺寸緊湊或重量較小。 4）盡量使各級(jí)大齒輪浸油深度合理。 5）要考慮傳動(dòng)零件之間不會(huì)干涉碰撞。 =2 =2 =1/2 =0.75 =7/9 =1/3 1i2i3i45i6i =2 =39 =3789 3.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 3.3.1 進(jìn)行傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，要推算出各軸的轉(zhuǎn)速。 各軸轉(zhuǎn)速 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 5 軸： = = =720r/min1nim240 12 軸： = =2i min/7.123058.*4321 rin 16 軸： =3ni/69/7.06ri 17 軸： =4 in/15.82.7i 18 軸： mi/34.79.185 rin 19 軸： in/.5.96i 3.3.2 各軸的輸入、輸出功率 傳動(dòng)效率如下： 帶傳動(dòng)的傳動(dòng)效率 =0.96，軸承 =0.98，齒輪傳動(dòng)效率 =0.97, v帶的傳動(dòng)效率12 3 =0.94,錐齒輪傳動(dòng)效率 ，渦輪蝸桿傳動(dòng)效率 。495.068.0 輸入功率： 5 軸： = =1p1*d kw1.6. 12軸： 42322 * = 97.08. kw68.1940.8. 16軸： k63323 17軸： p2.15.6.154 18軸： 25048904 19軸： kw6.7.3.6 輸出功率： 5 軸： 21.p0.298.1. 12軸： 28k656 16軸： 230. w71.3. 17軸： 49p4928041 18軸: 25. k. 19軸: 686 各軸的輸入、輸出轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩： (3.2)mNnpTmdd 59.140.950 輸入轉(zhuǎn)矩： 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 7 5軸： 11950npT7201.mN.8 12軸： 22 .3.6 16軸： 33950npT154.92 17軸： 44 mN7.86 18軸: 5590npT3.204.1 19軸: 66 57.9 輸出轉(zhuǎn)矩： 5軸： mNT4.28.0121 12軸： 293 16軸： 3 7.54 17軸： 24807. 18軸: 5TN64.29.3 19軸: 26 m754 3.4 直齒輪設(shè)計(jì) 3.4.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料和齒數(shù) 1) 選用直齒圓柱齒輪。 2) 紡織機(jī)機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度(GB 10095-88) 3)材料選擇，小齒輪為40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為280HBS，選擇大齒輪為45鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬 度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS 。 4)選用小齒輪齒數(shù)為Z=20，大齒輪齒數(shù)為Z=60 。 3.4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算； （ 3.3）231 )(12.HEdt ZuKTd （1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）試選載荷系數(shù) .t 2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mNT5.43 3）由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7選擇齒寬系數(shù) 1d 4）由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) 1289.EZMPa 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 5）由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ， 大MPaH601lim 齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 。MPaH502lim 6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： hjLnN2160 =)381(3.99108.7 92 06.587 7)查表得接觸疲勞壽命系數(shù)： ，10.HNK2.HN 8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力： 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得 ( 3.4）1.960541HNLIMPaMS2.52.IKa 9） 計(jì)算 (1)試算小齒輪分度圓直徑d 1t，代入 H中較小的值 = 231 )(12.Edt ZuT3 2 3)5.819(4105. = 22.81mm （3.5） (2) 計(jì)算圓周速度 v 4.41m/s （3.6）1062nvt1063.928. (3）計(jì)算齒寬 b =1dtm8.2. (4) 計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù) 14.01zmtt 齒高 ht 56.225. 8.8967.38b (5)計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=4.41m/s，7 級(jí)精度、由圖 10-8 查得動(dòng)載荷系數(shù) =1.5；直齒輪，假設(shè)vk KAFt/b100 N/mm。又查得 1.2HFK 查得使用系數(shù) KA=1； 查得 7 級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承 對(duì)稱布置時(shí)， 3.1H 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 9 再由 b/h=9.10，查得 ；故28.1FK AVHK304.5 (6)實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑， （3.7）31/ttd 27.6mm.10428. (7) 計(jì)算模數(shù)， 3.20671zdm 3.4.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由公式 10-5 得彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為： （3.8）132FaSdKTYmz （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）由機(jī)械設(shè)計(jì)由 10-20c 查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪150EFMPa 的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；2380EFMPa 2）由圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ， ；10.85FNK2.8FN 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，由機(jī)械設(shè)計(jì)由 10-12 式可得 （3.9）11HFNEKS0.8530.574Paa22FNE.28.1MP 4）計(jì)算載荷系數(shù) k AVFK.2.3514 5）由 10-5 查取齒形系數(shù) ；80.1aY 2F 查取應(yīng)力校正系數(shù) 6) 由表 10-5 查得 ；5.1sa 73Y 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 7)計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較FaSY （3.10）12.65180.3793FaSY2.4.16.aSF 大齒輪的數(shù)值比較大 (2)設(shè)計(jì)計(jì)算 = 0.85312FsadYzKTm 320164.1584. 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模 數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)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（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取通 過由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 0.85 并整為標(biāo)準(zhǔn)值 m =1.5，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d1 =27.6 mm，算出小齒輪的齒數(shù) =18.31dz 取 ，20 大齒輪齒數(shù) 60uz1 取 z2=60。 這樣設(shè)計(jì)出來的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng) 度，結(jié)構(gòu)緊湊。 3.4.4 幾何尺寸計(jì)算 1）計(jì)算分度圓直徑 1dmzm3025. 296 2）計(jì)算中心距 =60mm12/a 3）選擇齒輪寬度 B= 30mm1d ； mB30B352 4）計(jì)算齒頂高、齒根高、齒全高 =1 1.5=1.5mm*12aah =ffcm87.1).1( =（2+0.25） 1.25=3.375mm*12a 5）計(jì)算齒頂圓直徑、齒根圓直徑、基圓直徑 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 11 = （3.11）*12aadzhmm35.1)20( = 2 96 （3.12）11ff 4.8.3 = 22ffdh290 = （3.13）1cosbm19.cs 2 57840 6）計(jì)算齒距、齒厚、齒槽寬 pm.514.3 =2.36/se 驗(yàn)算： = （3.14）12tTFDN27603. AtKbm/10/9 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖，如圖 3.1 所示： 圖 3.1 直齒圓柱齒輪 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 3.5 直齒圓錐齒輪的設(shè)計(jì) (1)、選定直齒圓錐齒輪傳動(dòng)類型、材料、熱處理方式、精度等級(jí)。 a.小齒輪選硬齒面，大齒輪選軟齒面， b.小齒輪：45 鋼。調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為 230HBS； 大齒輪：45 鋼。正火處理，齒面為 190HBS。 c.齒輪精度初選 6 級(jí) (2)、初選參數(shù) Z1=28，u=2 Z2=Z1u=262=56 取 ,021x3.R （3）確定許用應(yīng)力 a: 確定極限應(yīng)力 和 limHliF 齒面硬度：小齒輪按 230HBS，大齒輪按 190HBS 查機(jī)械設(shè)計(jì)圖 10-21 得 =580Mpa, =550 Mpa li1lim2H 查機(jī)械設(shè)計(jì)圖 10-20 得 =450Mpa, =380MpalimFliF b: 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N，確定壽命系數(shù) kHN,kFN N1=60n3jLh =603692.311（283005）= 9103. N2=N1/u=3.883108/2= 906. 查圖 1019 得 kHN1=0.96,kHN2=0.98 c：計(jì)算接觸許用應(yīng)力 取 minHSmin1.4F 由許用應(yīng)力接觸疲勞應(yīng)力公式 MPaSH8.56kN1lim1 H3922li2 查圖 10-18 得 kFE1=0.89 kFE2=0.91 aFF PS07.2864.150E1lim1 aM.9382li2 （4）初步計(jì)算齒輪的主要尺寸 因?yàn)榈退偌?jí)的載荷大于高速級(jí)的載荷，所以通過低速級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算 按式（1026）試算，即 dt （3.16） 3 22Ru5.0192. HEtZTK）（ 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 13 確定各參數(shù)值 1) 試選載荷系數(shù) K=1.2 2) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mNT15.43 3) 材料彈性影響系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 10-6 取 ZE=189.8 MPa 4）試算小齒輪分度圓直徑 td1 dt （3.17） 3 22Ru5.092. HEtZTK）（ = m81.3)59.1()3.1(.43 2 5）計(jì)算圓周速度 v= = =6.3m/s1062ndt 06.928. 因?yàn)橛休p微震動(dòng)，查表 10-2 得 KA=1.25。根據(jù) v=6.3m/s,6 級(jí)精度，由機(jī)械設(shè)計(jì) 圖 108 查得動(dòng)載系數(shù) KV=1.3；取 故載荷系數(shù) K=KA*KV*KH*KH=1.251.311.2 =1.95 6） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由機(jī)械設(shè)計(jì)式（1010a）得 d1= = 31/ttKdm57.382.1983Rm57.0)5.(1 7） 計(jì)算大端模數(shù) m m = mm 1zd1.28.3 （5） 、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式(3.16) n 321Ru5.04FSaYzKT）（ 確定計(jì)算參數(shù) 1） 計(jì)算載荷系數(shù) 由表 10-9 查得 KHbe=1.25 則 KF=1.5 KHbe=1.875 K=KAKVKFKF=1.251.0311.875=2.414 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 2）齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)因?yàn)辇X形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)按當(dāng)量齒數(shù) 算。其cosvz 中 （3.18）89.021cos21u （3.19）4.2 .98.061vz 1.4. 52v 查表 10-5 齒形系數(shù) YFa1=2.52；YFa2=2.16 應(yīng)力修正系數(shù) Ysa1=1.62；Ysa2=1.8 3）計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較FSaY = 1SaF 01427.2865 = 2FSaY 5.47 大齒輪的數(shù)值大。 4）設(shè)計(jì)計(jì)算 nm321Ru5.0FSaYzKT）（ = =1.1473 22 30.15748.49）（ 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 1.15 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=1.25mm 按接觸 疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d1=32.81mm，算出小齒輪齒數(shù) Z1=d1/m=32.81/1.25=26.25 取 Z1=28 大齒輪齒數(shù) Z2=2x28=56 （6） 、幾何尺寸計(jì)算 1）計(jì)算分度圓直徑 d1=mZ=1.2528=35 mm d2=mZ1=1.2556=70mm (7)計(jì)算齒頂圓直徑、齒根圓直徑 = （3.20）*1aazhmm5.1)235( = 2d0870 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 15 （3.21）112ffhdm24.318.35 = 2ff 670 2)計(jì)算錐距 R= =39.2mm （3.22）21ud21d）（）（ 3)計(jì)算齒輪寬度 b= RR=39.2x0.3=11.76 取 B2=20mm B1=15mm 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖，如圖 3-2 所示： 圖3.2 直齒錐齒輪 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 4 減速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1 蝸桿的選擇 選用蝸桿制造簡(jiǎn)單的圓柱蝸桿，鑒于圓柱蝸桿按其齒廓曲線不同，又可分為阿基米 德蝸桿和漸開線蝸桿等，阿基米德蝸桿的加工與測(cè)量方便，所以在工程上應(yīng)用最廣。漸 開線蝸桿的端面齒廓為漸開線，它的制造精度較高，利于成批生產(chǎn)，適用于功率較大的 高速傳動(dòng)。鑒于阿基米德和漸開線蝸桿的優(yōu)缺點(diǎn)以及結(jié)合 GD76X1 型織機(jī)行傳動(dòng)的實(shí)際 需要，選用圓柱蝸桿中的阿基米德蝸桿（即 ZA 蝸桿） 。 4.1.1 蝸桿蝸輪材料的選擇 蝸桿材料一般選用碳素鋼或合金鋼，根據(jù)工作條件合適的熱處理。對(duì)于高速重載的 蝸桿傳動(dòng)，蝸桿材料常用 20Cr，20CrMnTi，12CrNi3A（滲碳淬火到 5863HRC）或 40、45 鋼和 40Cr、40CrNi、42SiMn （表面淬火到 4555HRC） ，淬火后需磨削。一般情 況下，蝸桿多采用 40、45 鋼調(diào)質(zhì)處理（硬度270HBS） ，因此，此次設(shè)計(jì)中我選用 40Cr 為制作蝸桿的材料。 蝸輪常用的材料是鑄造錫青銅和無錫青銅。高速重載的重要傳動(dòng)，可選用 ZCuSn10P1 和 ZCuSn5PbZn5 等鑄造青銅制作蝸輪的齒圈，其減摩性和抗膠合能力均好， 允許的滑動(dòng)速度可達(dá) 1025m/s，但價(jià)格較貴。當(dāng)滑動(dòng)速度 vs10 10 5 2 綜合表 4-3 所列 69 級(jí)蝸桿傳動(dòng)的應(yīng)用范圍，制造方法和許用滑動(dòng)速度以及紡織機(jī)的 自身需求，我認(rèn)為選用 7 級(jí)精度的蝸桿傳動(dòng)最適宜。因此，此次設(shè)計(jì)中的蝸桿蝸輪均確 定為 7 級(jí)精度。 4.1.8 桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算 1、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑 為了提高蝸桿傳動(dòng)的效率，承載能力及壽命，應(yīng)當(dāng)充分重視蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑。為了 減輕磨損及防止膠合破壞，潤(rùn)滑劑通常采用粘度較大的礦物油，并在礦物油中加入添加 劑，以提高抗膠合能力。但是，青銅蝸輪不能采用抗膠合能力強(qiáng)的活性潤(rùn)滑油，以免腐 蝕。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 閉式蝸桿傳動(dòng)一般采用油池潤(rùn)滑或噴油潤(rùn)滑。采用油池浸油潤(rùn)滑時(shí)，蝸桿浸油深度 為一個(gè)齒高。當(dāng)滑動(dòng)速度 vs4m/s 時(shí)，應(yīng)采用上置式蝸桿，蝸輪帶油潤(rùn)滑，這時(shí)，蝸桿的 浸油深度為 1/3 的半徑。若潤(rùn)滑速度 vs1015vm/s 時(shí)，則采用壓力噴油潤(rùn)滑。開式蝸桿 傳動(dòng)選用粘度較高的的潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂。我設(shè)計(jì)中的蝸桿傳動(dòng)潤(rùn)滑采用一般的油池潤(rùn)滑 即可。 2、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 由于蝸桿傳動(dòng)摩擦損耗大，效率低、工作時(shí)發(fā)熱量很大。在閉式蝸桿傳動(dòng)中，若不 及時(shí)散熱，將會(huì)因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而更增大摩擦損耗，甚至發(fā)生膠合。 所以，必須進(jìn)行熱平衡計(jì)算。使單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量 Q1 等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量 Q2，以 保證溫度穩(wěn)定地處于規(guī)定的范圍內(nèi)。 在單位時(shí)間內(nèi)，蝸桿傳動(dòng)由于摩擦損耗產(chǎn)生的熱量為： （4.8）)1(01PQ 以自然冷卻方式，從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中的熱量為： （4.9）02tAKt 當(dāng)達(dá)到熱平衡時(shí)， ，可求得箱體內(nèi)潤(rùn)滑油的工作溫度：1 （4.10）)(0 0tPtt 式中 P1蝸桿傳動(dòng)的輸入功率（ kW） ； Kt散熱系數(shù)，Kt=1017W/（m2 ） ，當(dāng)周圍空氣流通良好時(shí)，取大值。C 取 15 W/（m2 ）C t箱體內(nèi)油的工作溫度（ ） ，一般應(yīng)限制在 6070 ，最高不超過C 80 ； t0環(huán)境溫度，一般取 20 A散熱面積（m2） ，指內(nèi)壁被油飛濺到、外壁為周圍空氣所冷卻的箱體表 面積值。這里，由減速器裝配圖估算箱殼散熱面積 S=0.98 ； 2m 則， CtKPtt 8015.3498.015).(20)(100 故散熱條件滿足。 4.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.2.1 軸的功率 p，轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T 對(duì) I 軸： kW492.1min/15.846rmN7.4T 對(duì) II 軸： 3.5 i/3.75 mNiT20445 由公式： nAd 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 23 初步確定軸的最小直徑，其中 為軸的許用切應(yīng)力所確定的系數(shù)，由于 I 軸選用的A 材料是 40Cr，查表取 =107，而 II 軸選用的材料為 45 鋼，則： I 軸： md6.834.192071 II 軸： 7.2 因 II 軸在設(shè)計(jì)中不是重點(diǎn)，此處只計(jì)算它的最小軸徑，其具體的尺寸結(jié)構(gòu)見裝配圖。 4.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1） 擬定軸上零件機(jī)構(gòu)方案 如圖 4.1 所示 圖 4.1 2）確定蝸桿上零件的位置及蝸桿上零件的固定方式 因此處是單級(jí)蝸桿減速器，蝸桿與軸的重要區(qū)別是：蝸桿中間部位上有輪齒，而軸 上則需與齒輪相配。相對(duì)來說蝸桿上的零件及固定方式要簡(jiǎn)單一些，軸承對(duì)稱分布在輪 齒兩側(cè)，蝸桿的外伸端安裝聯(lián)軸器，用來連接蝸桿與電動(dòng)機(jī)。兩對(duì)軸承分別靠軸肩和擋 圈實(shí)現(xiàn)軸向定位，靠過盈配合實(shí)現(xiàn)周向固定，蝸桿通過軸承蓋實(shí)現(xiàn)軸軸向定位。聯(lián)軸器 靠擋圈和平鍵分別實(shí)現(xiàn)軸向和周向固定。 3）聯(lián)軸器的選擇與計(jì)算校核 蝸桿軸上帶有鍵槽的一端很顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 ，為了使所選的軸的98zd 直徑 與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。98zd 因?yàn)槲仐U的轉(zhuǎn)速較高，啟動(dòng)頻繁，載荷有變化，宜選用緩沖性能較好，同時(shí)具有可 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 移動(dòng)的彈性柱銷聯(lián)軸器。 計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩 ， ，查機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法 表 15-12 得，故取1TkAca =1.5。名義轉(zhuǎn)矩 Ak mNnP72.95044 所以，計(jì)算轉(zhuǎn)矩 kAca58.1 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，選用 HL2 型彈性柱銷聯(lián)軸器。其技術(shù)參數(shù)為：其公稱轉(zhuǎn)矩為 315 ；許用轉(zhuǎn)速 nmax=5600r/min，孔徑范圍為 2535mm。結(jié)構(gòu)參數(shù)為：兩半聯(lián)軸器mN 均選用長(zhǎng)圓柱形孔（Y 型） ，A 型鍵槽，電動(dòng)機(jī)輸出端孔徑為 ；蝸桿輸入端m823 孔徑長(zhǎng)為 ，則該聯(lián)軸器標(biāo)記為：8235 GB5014858235YHL 4）根據(jù)軸向定位的要求確定軸上的各段直徑和長(zhǎng)度 I、蝸桿的最小直徑由前面計(jì)算可得 dz1z2 為 8.6mm，但考慮到該段軸上需安裝固定 軸承的擋圈，此處有一退刀槽，故所算軸徑應(yīng)增大 5%，即 dz1z2=（1+5%） x8.6=9.03mm，取其標(biāo)準(zhǔn)直徑為 20mm。又因該軸段上需裝一對(duì)軸承，因此該軸段長(zhǎng)度需 選定軸承后方可確定。 因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用深溝球軸承，參照工作要求并根據(jù) dz1z2=20mm，由軸承產(chǎn)品目錄中選取軸承代號(hào)為 6004，其尺寸為 。軸承的寬度為 12mm，軸承右側(cè)的擋圈寬度粗略估計(jì)為mBD12420 2mm，擋圈右側(cè)稍微留 3mm，其末端倒角。 因此，d z1dz2 軸段的長(zhǎng)度為 12mm+2mm+3mm=17mm。 II、d z2dz3 段的直徑應(yīng)大于 dz1dz2 的直徑，現(xiàn)估計(jì) dz2z3=28mm，由于該段上不需 安裝軸承，因此其長(zhǎng)度由設(shè)計(jì)需求定為 52mm。 III、因蝸桿的分度圓直徑為 40mm，齒頂圓的直徑為 48mm，故取 ，mdz485 。為了避免齒輪與蝸桿軸的摩擦在蝸桿齒輪的兩端需制出一段很小的倒角。mLz8.45 IV、 dz6dz7 段的直徑和 dz2dz3 段的直徑相同，因此 dz6z7=28mm，但其長(zhǎng)度需按照 設(shè)計(jì)要求給定，因此其長(zhǎng)度與 dz2dz3 段不同，L z6z7=48mm。 V、d z8dz9 段需安裝聯(lián)軸器和一對(duì)軸承，聯(lián)軸器的尺寸前面已經(jīng)算出并已經(jīng)校合。 故 dz8z9=35mm，L =65mm。聯(lián)軸器的右側(cè)有一個(gè)擋圈，其寬度粗略估計(jì)為 2mm，擋圈 右端安裝了一對(duì)軸承，因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用深溝球軸承，參 照工作要求并根據(jù) dz8z9=35mm，由軸承產(chǎn)品目錄中選取軸承代號(hào)為 6007，其尺寸為 。軸承的寬度為 14mm。故 L z8z9=91mm。mBD146235 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 5）軸上零件的周向定位 彈性柱銷聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接選用平鍵為 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 25 10mmx8mmx63mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為 ，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過盈配合67kH 來保證，此處選軸的直徑尺寸公差為 。6m 6）確定軸上圓角和倒角尺寸 參考資料，取軸端倒角為 ，各軸肩處的圓角半徑見圖。451x 7）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 I、畫受力簡(jiǎn)圖 畫軸的空間受力簡(jiǎn)圖，如圖 5-2 所示。其作用力分解為垂直面受力 5-5 和平面受力圖 5-3 分別求出垂直面上的支反力和水平面的支反力。零件作用于蝸桿上的分布力或轉(zhuǎn)矩可 當(dāng)作集中載荷作用于蝸桿零件的寬度中點(diǎn)來處理。支反力的作用位置隨軸承類型和布置 方式不同而異，近似計(jì)算時(shí)，一般取為蝸桿的軸承寬度中心。 II、計(jì)算蝸輪受力 蝸桿傳遞的轉(zhuǎn)矩： mNnPT72.95044 蝸輪的圓周力： dFt 38621 蝸輪的徑向力： Nr 9082tan14207tan25 蝸輪的軸向力： dTa 63.25 III、計(jì)算于蝸桿上的支反力 垂直面內(nèi)支反力： NdFlRarvA 72)/(11 lrvB 862 水平面內(nèi)支反力： tHA93/ IV、計(jì)算蝸桿的彎矩，并畫彎矩、轉(zhuǎn)矩圖 剖面 a-a 處彎矩有突變： 左截面： mNlRMVAa 67142/1)( 右截面： B982 lHAa/)( 分別作出垂直面和水平面上的彎矩圖 4.4、4.6 V、作合成彎矩圖 4.7，扭矩圖 4.8 截面 a-a 左側(cè)的合成彎矩為： mNMaVaHV 6.950321)(2)(1 截面 a-a 右側(cè)的合成彎矩為： 47)()( VI、計(jì)算并畫當(dāng)量彎矩圖 5-9 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 因蝸桿單向運(yùn)轉(zhuǎn)，故其轉(zhuǎn)矩可看做動(dòng)脈循環(huán)變化，取 。危險(xiǎn)截面 a-a 處的當(dāng)量6.0 彎矩為： mNMTMac 2.6957)(221)( VII、計(jì)算危險(xiǎn)截面 a-a 的軸徑 由 dac 8.10.0331)( 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，此處的軸徑為 40mm，故強(qiáng)度滿足。 圖 4.2 空間受力簡(jiǎn)圖 圖 4.3 水平受力圖 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 27 圖 4.4 水平彎距圖 圖 4.5 垂直受力圖 圖 4.6 垂直彎距圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 圖 4.7 合成彎距圖 圖 4.8 扭距圖 圖 4.9 當(dāng)量彎矩圖 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 29 4.3 鍵的選擇和鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 4.3.1 鍵的選擇 由于鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵 聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求 來取定。鍵的主要尺寸為其截面尺寸（一般以鍵寬 b 鍵高 h 表示）與長(zhǎng)度 L。鍵的截面尺 寸 按軸的直徑 d 由標(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長(zhǎng)度 L 一般可按輪轂的長(zhǎng)度而定。即鍵長(zhǎng)等于hb 或略短于輪轂的長(zhǎng)度；而導(dǎo)向平鍵則按輪轂的長(zhǎng)度及其滑動(dòng)距離而定。一般輪轂的長(zhǎng)度 可能為 。這里 d 為軸的直徑，所選定的鍵長(zhǎng)亦應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長(zhǎng)度系列。l25.1 根據(jù)其上面所需的要求，我們選定蝸桿和聯(lián)軸器的連接用平鍵聯(lián)接。由于蝸桿的直徑 d=35，故鍵的尺寸為可從 機(jī)械設(shè)計(jì)課程手冊(cè)中查得： 。81063hbl 4.3.2 鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 平鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，鍵的側(cè)面受擠壓，截面受剪切，可能的失效形式是較弱零件 （通常為輪轂）工作面的壓潰（對(duì)于靜聯(lián)接）或磨損（對(duì)于動(dòng)聯(lián)接）和鍵的剪斷。對(duì)于 實(shí)際采用的材料和按標(biāo)準(zhǔn)選用的鍵尺寸來說，工作面的壓潰或磨損是主要的失效形式。 由于普通平鍵多用于靜聯(lián)接，因此對(duì)于平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算，通常只進(jìn)行擠壓應(yīng)力。 根據(jù)其要求，普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為： （4.11） ppdlkT2/ 式中：T傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為 ；mN k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k 0.5h，此處 h 為鍵的高度，單位為 mm； L平鍵的長(zhǎng)度（mm） ； l平鍵的接觸長(zhǎng)度，單位為 mm，對(duì)于普通平鍵，A 型取 l=L-b；B 型取 l=L；C 型取 l=L-0.5b；b 為平鍵的寬度。由于我設(shè)計(jì)中選用的是 C 型，故 l=63-0.5x10=58mm d軸的直徑，單位為 mm； 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為 ；p aMP 所以有：T=7500 k=4mm l=58mm d=35mmmN （4.12）MPakldTp 85.134702 查機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法中的表 6-15 知，可知 ，故有：ap10 p 因此，通過校合知平鍵滿足要求。 4.4 離合器的選擇 離合器是一種常用的軸系部件，在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，離合器可隨時(shí)使兩軸結(jié)合或分 離。它的主要功能是用來操縱機(jī)器傳動(dòng)系統(tǒng)的斷續(xù)，以便進(jìn)行變速、換向或使工作機(jī)暫 停工作。 根據(jù)離合器的動(dòng)作方式不同，離合器可分為操縱式離合器和自動(dòng)離合器兩大類。操 縱式離合器的操縱方式有機(jī)械操縱式、電磁操縱式、液壓操縱式及氣壓操縱式等。自動(dòng) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 30 離合器利用某種原理能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)接合和分離，不需要專門的操縱裝置，根據(jù)原理不同， 自動(dòng)離合器分為安全離合器、離心離合器、超越離合器等。離合器的主要類型如表 4-4 所 示。 表 4-4 離合器類型 續(xù)表 4-4 本設(shè)計(jì)中所用的離合器是操縱式離合器中的機(jī)械離合器中的棘輪式離合器，牙嵌式離 合器。 機(jī)械離合器 摩擦式片式、塊式、圓錐式、閘帶式、閘塊式、 漲圈式、扭黃式 嵌合式牙嵌式、鍵式、齒式、棘輪式 電磁離合器 摩擦式單片式、多片式、圓錐式、磁粉式、磁滯 式、轉(zhuǎn)差式 嵌合式牙嵌式 液壓離合器 柱塞缸式片式、圓錐式、塊式、牙嵌式活塞缸式片式、圓錐式、塊式、牙嵌式 氣壓離合器 活塞桿式片式、圓錐式、塊式隔膜缸式片式、圓錐式、塊式 氣胎式 片式、圓錐式、塊式 離 合 器 安全離合器 摩擦式 片式、圓錐式嵌合式 鋼球式、牙嵌式 元件破壞式剪切銷式 離心離合器 鋼球式、鋼柱式、自由楔塊式 彈簧塊式 超越離合器 摩擦式滾柱式、楔塊式嵌合式棘輪式、牙嵌式、滑銷式 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 31 5 減速器箱體設(shè)計(jì) 5.1 箱體設(shè)計(jì) 箱體是機(jī)器中很重要的零件，它對(duì)箱體內(nèi)的零件起包容和支撐的作用，工作時(shí)承受 機(jī)器的總重量及作用力、彎矩等。在一臺(tái)機(jī)器中，箱體的重量約占總重量的 70%左右。 因此，箱體的結(jié)構(gòu)在很大程度上影響著機(jī)器的工作性能和經(jīng)濟(jì)性。 由于箱體的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因而通常都是鑄造成形。鑄鐵材料價(jià)格便宜，吸震性好， 是制造箱體的最常用的材料。通常箱體所選用的材料是 HT200，因此在設(shè)計(jì)中我也選用 這種材料來鑄造箱體。當(dāng)強(qiáng)度要求高時(shí)用鑄鋼，要求重量輕時(shí)也可用鋁合金。 雖然各類機(jī)器中箱體的結(jié)構(gòu)形式、尺寸差異較大，但對(duì)箱體類零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本 要求是相近的，即：I、造型合理；II、具有足夠的剛度和強(qiáng)度；III、加工工藝性好； IV、便于箱體內(nèi)零件的安裝。因此，我所設(shè)計(jì)的箱體也應(yīng)該從以上四個(gè)方面著手設(shè)計(jì)。 1、箱體的外觀造型 從功能要求看，減速器箱體包容箱體內(nèi)的所有零件，并通過軸承座支承軸系部件， 為使傳動(dòng)零件得到充足的潤(rùn)滑，箱體還起油池的作用。箱體造型時(shí)，常以內(nèi)部零件的布 置及尺寸為基本出發(fā)點(diǎn)，再考慮包容、支承、潤(rùn)滑等功能要求，結(jié)合造型的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則， 確定箱體外形。 （箱體的具體外形見蝸輪箱零件圖） 。 2、機(jī)體要具有足夠的剛度 機(jī)體剛度不夠，會(huì)在加工和工作過程中產(chǎn)生不允許的變形，引起軸承座孔中心線歪 斜，在傳動(dòng)中產(chǎn)生偏載，影響減速器的正常工作。因此在設(shè)計(jì)機(jī)體時(shí)，首先應(yīng)保證軸承 座的剛度。為此應(yīng)使軸承座有足夠的壁厚，并在軸承座附近加支撐肋。 機(jī)體加有內(nèi)肋，內(nèi)肋剛度大，外表光滑美觀，雖然內(nèi)壁阻礙潤(rùn)滑油流動(dòng)，工藝也比 較復(fù)雜，但目前采用內(nèi)肋結(jié)構(gòu)逐漸增多。 為了提高軸承座處的聯(lián)接剛度，座孔倆側(cè)的聯(lián)接螺旋距離應(yīng)盡量靠近（以不與端蓋 螺釘孔干涉為原則） ，為此軸承座孔附近應(yīng)做出凸臺(tái)，其高度要保證安裝時(shí)有足夠的扳手 空間。 為了保證機(jī)體的剛度，機(jī)蓋和機(jī)座的聯(lián)接凸緣應(yīng)取厚些。機(jī)座底凸緣寬度應(yīng)超過機(jī) 體內(nèi)壁。 3、應(yīng)考慮便于機(jī)體內(nèi)零件的潤(rùn)滑、密封及散熱。 對(duì)于大多數(shù)減速器，由于其傳動(dòng)件的圓周速度 ，故常采用浸油潤(rùn)滑（當(dāng)速smv/12 度 ）時(shí)應(yīng)采用噴油潤(rùn)滑） 。因此機(jī)體內(nèi)需要有足夠的潤(rùn)滑油，用以潤(rùn)滑和散熱。smv/12 同時(shí)為了避免油攪動(dòng)時(shí)沉渣返起，齒頂?shù)接统氐兔娴木嚯x不應(yīng)小于 30-50mm。由此即可 決定機(jī)座的高度。 對(duì)于下置式蝸桿減速器，浸油深度不應(yīng)超過滾動(dòng)軸承最低滾動(dòng)體中心，以免影響密 封和增加攪油損失。 浸油深度決定后，即可定出所需油量。并按傳動(dòng)功率大小進(jìn)行驗(yàn)算，以保證散熱。 對(duì)于單級(jí)傳動(dòng)，每傳遞 1kw 需油量 ，對(duì)于多級(jí)傳動(dòng)，按級(jí)數(shù)成比例增加，37.05dmV 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 32 如不滿足，應(yīng)適當(dāng)加高機(jī)座高度，以保證足夠的油池容積。 對(duì)于下置式蝸桿減速器，當(dāng)油面高度受到軸承最低滾動(dòng)體高度限制時(shí)，蝸桿常接觸 不到油面，這時(shí)可在蝸桿油上裝濺油盤，以使油飛到傳動(dòng)體上面進(jìn)行潤(rùn)滑。 為了保證機(jī)蓋與機(jī)座聯(lián)接外密封，聯(lián)接凸緣應(yīng)有足夠的寬度，聯(lián)接表面應(yīng)精刨，其 表面粗糙度應(yīng)不大于 6.3。密封要求高的表面要經(jīng)過刮研。為了提高密封性，在機(jī)座凸緣 上面常銑出回油溝，使?jié)B入凸緣聯(lián)接隙面上的油重新流回機(jī)體內(nèi)部。此外，凸緣聯(lián)接螺 栓之間的距離不宜太大，一般為 150-200mm，并盡量勻稱布置，以保證部分面處的密封 性。 5、機(jī)體結(jié)構(gòu)要有良好的工藝性 機(jī)體結(jié)構(gòu)工藝性的好壞，對(duì)提高加工精度和裝配質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率以及便于檢 修維護(hù)等方面，有直接影響，故應(yīng)特別注意。 1）.鑄造工藝的要求 在設(shè)計(jì)鑄造機(jī)體時(shí)，應(yīng)考慮到鑄造工藝特點(diǎn)，力求形狀簡(jiǎn)單、壁厚均勻、過度平緩、 金屬不要局部積聚。 考慮到液態(tài)金屬流動(dòng)的暢通性，鑄件壁厚不可太薄，砂型鑄造圓角半徑可取 。mr5 為了避免因冷卻不均造成的內(nèi)應(yīng)力裂紋，機(jī)體各部分壁厚應(yīng)均勻。當(dāng)由較厚部分過 度到教案薄部分時(shí)，應(yīng)采用平緩的過度結(jié)構(gòu)。 為了避免金屬積聚，不宜采用形成銳角的傾斜肋，設(shè)計(jì)機(jī)體時(shí)，應(yīng)使機(jī)體外形簡(jiǎn)單， 拔模方便。 對(duì)于鑄造機(jī)體，還應(yīng)盡量減少沿拔模方向的凸起結(jié)構(gòu)，否則在模型上就要設(shè)置活塊， 以減少拔模困難。當(dāng)機(jī)體表面有幾個(gè)凸起部分時(shí)，應(yīng)盡量將其連成一體，以簡(jiǎn)化取模過 程。 機(jī)體上還應(yīng)盡量避免出現(xiàn)狹縫，否則砂型強(qiáng)度不夠，在取模和澆注時(shí)易形成廢品。 2）.機(jī)械加工的要求 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形狀時(shí)，應(yīng)盡可能減少機(jī)械加工面積，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，并減少刀具磨 損。為了保證加工精度并減少加工工時(shí)，應(yīng)盡量減少在機(jī)械加工時(shí)工件和刀具的調(diào)整次 數(shù)。 機(jī)體的任何一處加工面與非加工面必須嚴(yán)格分開。與螺栓頭部或螺母接觸的支承面， 應(yīng)進(jìn)行機(jī)械加工。 5.2 減速器附件設(shè)計(jì) 為了檢查傳動(dòng)件的嚙合情況，改善傳動(dòng)件及軸承的潤(rùn)滑條件、注油、排油、指示油 面、通氣及裝折吊運(yùn)等，減速器常安置有各種附件。這些附件應(yīng)按其用途設(shè)置在機(jī)體的 合適位置，并要便于加工和裝折。 1、通氣器 減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，對(duì)減速器密封極為不利。所以多在機(jī) 蓋頂部或窺視孔蓋上安裝通氣器，使機(jī)體內(nèi)熱漲氣體自由逸出，以保證機(jī)體內(nèi)外壓力均 衡，提高機(jī)體有縫隙處的密封性能。 紡織機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)- 基于蝸輪蝸桿傳動(dòng) 33 在這里采用簡(jiǎn)易的通氣器是用帶孔螺釘制成，但通氣孔不要直通頂端，以免灰塵進(jìn) 入。 2、定位銷 為了保證部分式機(jī)體的軸承座孔的加工及裝配精度，在機(jī)體聯(lián)接凸緣的長(zhǎng)度方向兩 端各安置一個(gè)圓錐定位銷。兩銷相距盡量運(yùn)些，以提高定位精度。 定位銷的直徑一般取 d=（0.7-0.8）D ，D 為機(jī)體聯(lián)接螺栓直徑。其長(zhǎng)度應(yīng)大于機(jī)蓋和 機(jī)座聯(lián)接凸緣的總厚度，以利于裝折。 3、螺塞 為了使蝸輪蝸桿傳動(dòng)時(shí)，能夠注入油對(duì)蝸輪和蝸桿進(jìn)行潤(rùn)滑。通常是擰開螺塞處， 注入適量的油，達(dá)到潤(rùn)滑的作用。為了避免因油攪動(dòng)而影響檢查效果，可在螺塞處裝隔 離套。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 34 6 帶傳動(dòng) 帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)。帶傳動(dòng)的基本組成為帶輪（主動(dòng)輪和從動(dòng)輪）和傳動(dòng)帶。 當(dāng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用帶輪和傳動(dòng)帶間的摩擦和嚙合作用，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過傳動(dòng)帶傳 遞給從動(dòng)輪。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，價(jià)格低廉和緩沖吸震等特點(diǎn)，在近代機(jī) 械中廣泛發(fā)展。 6.1 帶傳動(dòng)的類型 按工作原理不同，帶傳傳動(dòng)可分為摩擦型帶傳動(dòng)和嚙合型帶傳動(dòng)。在摩擦型帶傳動(dòng) 中，可分為平帶傳動(dòng)、圓帶傳動(dòng)、V 帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)。 6.2 帶的彈性滑動(dòng)和打滑 傳動(dòng)帶在受到拉力作用時(shí)會(huì)發(fā)生彈性變形。在小帶輪上，帶的拉力從緊邊拉力逐漸 低到松邊拉力，帶的彈性變形量逐漸減少，因此帶相對(duì)與小輪向后退縮，使得帶的速度 低于小帶輪的線速度；在大帶輪上，帶的拉力從松邊拉力逐漸上升為緊邊拉力，帶的彈 性變形量逐漸增加，帶相對(duì)與大帶輪向前伸長(zhǎng)，使得帶的速度高于大帶輪線速度。這種 由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪間的微小滑動(dòng)，稱為傳動(dòng)帶的彈性滑動(dòng)。彈性滑動(dòng) 總是存在，不可避免的。 帶與帶輪之間由于功率過大，而發(fā)生顯著的相對(duì)滑動(dòng)，稱為打滑，打滑可以避免的， 在機(jī)械傳動(dòng)種種起到過載保護(hù)的作用。 6.3 帶傳動(dòng)參數(shù)的選擇 6.3.1 中心距 a 中心距大，可增加帶輪的包角，減少單位時(shí)間內(nèi)帶的循環(huán)次數(shù)，提高帶的壽命。中 心距過大,加劇帶的波動(dòng)性，降低帶傳動(dòng)的平穩(wěn)性，同時(shí)增大帶傳動(dòng)的整體尺寸。一般初 選帶的中心距 為：0 （6.1）)(2)(7. 21021 dd 式中： 為初選帶傳動(dòng)中心距，mm 。0 6.3.2 傳動(dòng)比 i 傳動(dòng)比增大會(huì)減少帶輪包角。當(dāng)帶輪小到一定程度時(shí)，帶傳動(dòng)就會(huì)打滑，帶傳動(dòng)比 一般為 ，推薦 。7i52i 6.3.3 帶輪的基準(zhǔn)直徑 在帶傳動(dòng)需要傳遞的功率給定條件下，減少帶輪直徑，會(huì)增大傳動(dòng)的有效拉力，從 而導(dǎo)致 V 帶根數(shù)的增加。推薦 V 帶輪最小基準(zhǔn)直徑列于下表 6-1 所示 表 6-1 V 帶輪最小基準(zhǔn)直徑 槽型 Y Z A B C D Emdin)( 20 50 75 125 200