機械傳動動力滑臺設(shè)計(全套含CAD圖紙)
第 1 頁 前 言畢業(yè)設(shè)計是在學(xué)完了大學(xué)四年的所有課程之后的最后一次設(shè)計。是應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識與技能去分析和解決生產(chǎn)實際問題的一個綜合訓(xùn)練。本次設(shè)計的課題是機械傳動動力滑臺?;_是用來實現(xiàn)組合機床進給運動的通用部件,滑臺可分為液壓滑臺和機械滑臺兩類。目前,國內(nèi)外組合機床大都是以滑臺為基礎(chǔ),配置各種切削頭,用來完成鉆,擴,鉸,鏜孔,銑削及攻絲等各種加工工序。此外,動力滑臺還可以作為零件的輸送裝置來使用。機械傳動動力滑臺的設(shè)計主要是完成傳動系統(tǒng)(快進,工進及變速)和滑臺的設(shè)計。機械滑臺的傳動系統(tǒng)由動力滑臺,機械滑座及雙電機傳動裝置等三部分組成。滑臺可完成如下的自動循環(huán):快進, 工進, 停留, 快退, 原位停止。滑臺的傳動裝置是采用雙電機差速器的傳動方式。快速電機的后端裝有電磁制動器,以用來實現(xiàn)對快速電機的制動?;_的快進和快退由快速電機直接驅(qū)動,經(jīng)過齒輪 Z1 Z6 使絲杠快速旋轉(zhuǎn)而實現(xiàn)。滑臺快退時的傳動路線不變,依靠快速電機的反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)?;_在快進,快退時,工進電機可以工作也可以不工作。但是,工進電機工作時,滑臺快進和快退的速度是不一樣的。如果工進電機工作,則滑臺的快進速度要加上一個工進速度,而滑臺的快退速度則要減去一個工進速度。滑臺的進給量可由交換齒輪A,B, C,D 的配換來調(diào)整。機械滑臺是組合機床一個很重要的通用部件,所以機械傳動動力滑臺的設(shè)計對提高專業(yè)設(shè)計能力有很大的幫助。 第 2 頁 第一章 電動機的選擇1.1 已知工作要求和條件選用 Y 系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機。1.2 選擇電動機容量滑臺所需功率 PWPW = FW VW / 1000 W KW式中 FW = 20000N ,V W = 0.01m/s ( 工進 ) , VW = 0.105m/s ( 快進 ) ,滑臺的效率 W = 0.94 。代入上式得 PW = FW VW / 1000 W = 20000 0.01 / 1000 0.94 = 0.213 KWPW = FW VW / 1000 W = 20000 0.105 / 1000 0.94 = 1.06 KW工進電動機的輸出功率 P0 ,快進電機的輸出功率 P0P0 = PW / KW P0 = PW / KW 式中 為工進時電動機至滑臺的傳動裝置總效率。為快進時傳動裝置總效率。取滾動軸承效率 1 = 0.99 ,齒輪傳動效率 2 = 0.98 ,蝸桿傳動效率 3 = 0.45 ,滑動絲杠效率 4 = 0.5 , 滑動軸承效率 5 = 0.97= 51 42 3 4 = 0.99 5 0.984 0.45 0.5 = 0.39= 41 32 4 = 0.99 5 0.9840.5 = 0.93故P0 = PW /= 0.213 / 0.39 = 0.55 KW P0 = PW / = 1.06 / 0.93 = 1.1 KW 第 3 頁 查機械設(shè)計實踐中 Y 系列電動機技術(shù)數(shù)據(jù)表選電動機的額定功率 P 為 0.55KW 和 1.1KW 。1.3 確定電動機轉(zhuǎn)速工進時,絲杠轉(zhuǎn)速 n w = 2 75 r/min快進時,絲杠轉(zhuǎn)速 n w = 787.5 r/min圓柱齒輪傳動比范圍 i1 =1 5 ,外嚙合行星齒輪 i2 =3 9 , 總傳動比范圍為 I = 3 45 可見電動機轉(zhuǎn)速可選范圍為n = In w = (275) (3 45 ) = 225 3375 r/min綜上,選用同步轉(zhuǎn)速為 1400r/min 的 Y 系列電動機 Y801-4 為工進電機,其滿載轉(zhuǎn)速為 1390r/min , 選用 Y90S-4 為快進電機,其滿載轉(zhuǎn)速為 1400r/min 。第二章 傳動裝置運動和動力參數(shù)的選擇計算2.1 各軸轉(zhuǎn)速1 軸 n 1 = n m / i1 = 1390 / 1.9 = 731 r/min 2 軸 n 2 = n 1 / i2 =731 / 2 = 365.5 r/min3 軸 n 3 = n 2 / i3 = 182.8 r/min4 軸 n 4 = n 3 / i4 = 96.75 r/min絲杠軸 n = n 4 / 1.29 = 75 r/min2.2 各軸功率1 軸 P1 = P0 2= 0.55 0.98 0.54 = 0.54 KW2 軸 P2 = P0 1 22 = 0.55 0.982 0.99 = 0.53 KW3 軸 P3 = P0 12 23 = 0.55 0.983 0.992 = 0.514 KW 第 4 頁 4 軸 P4 = P3 1 3 = 0.5140.99 0.45 = 0.23 KW絲杠軸 P = P3 1 2 5 = 0.23 0.99 0.98 0.97 = 0.213 KW2.3 各軸扭矩電機軸 T 0 = 9550 P0 / n m = 9550 0.55 / 1390 = 3.78 Nm1 軸 T 1 = 9550 P1 / n 1 = 9550 0.54 / 731 = 7.1 Nm2 軸 T 2 = 9550 P2 / n 2 = 9550 0.53 / 365.5 = 14.1 Nm3 軸 T 3 = 9550 P3 / n 3 = 9550 0.514 / 182.8 = 26.9 Nm4 軸 T 4 = 9550 P4 / n 4 = 9550 0.23 / 96.75 = 22.7 Nm絲杠軸 T4 = 9550 P / n = 9550 0.213 / 75 = 27.1 Nm將以上算得的運動與動力參數(shù)列表如下:電機軸1 軸 2 軸 3 軸 4 軸 絲杠軸轉(zhuǎn)速 n r/min1390 731 365.5 182.8 96.75 75額定功率 P KW0.550.54 0.53 0.514 0.23 0.213扭矩 T Nm3.78 7.1 14.1 26.9 22.7 27.1傳動比 i 1.9 2 2 1.9 1.29效率 0.98 0.98 0.97 0.45 0.93第三章 傳動零件的設(shè)計計算3.1 滑動絲杠螺母機構(gòu)的設(shè)計計算 第 5 頁 (1) 耐磨性計算螺桿中徑 d2 mm d2 = ( F/p )1/ 2 = 14mm螺母高度 H mm H = d2 = 42mm旋合圈數(shù) Z Z = H/P = 42/4 = 10.5 1012螺紋工作高度 h mm h = 0.5p = 0.54 = 2 mm工作壓強 P Mpa P =F/d 2hz P(2) 穩(wěn)定性計算要求滿足 SSC = FCr / F S S , 對于傳導(dǎo)螺旋,S S = 2.5 4.0FCr 螺桿的臨界載荷 FCr = 2EI / (ul )2E = 2.06 105 Mpa ( 對于鋼 E = 2.07105 Mpa )I = d 14 / 64 mm4U = 0.5L = 螺桿的最大工作長度,取 L = 400 mmF = 20000N計算得,F(xiàn) Cr / F =3.1422.07105 1017.6 / 2000 (0.5400)2 = 2.6符合要求。(3) 螺紋的主要幾何參數(shù)的計算按 d2 由標準中選取相應(yīng)的公稱直徑 d 和螺距 p d =16 mm ,p = 4 , d1 =12 mm ,n = 2計算得,導(dǎo)程 s = np = 8mm3.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算本次設(shè)計的機械滑臺傳動系統(tǒng)采用 2K-H 行星差動齒輪機構(gòu),機構(gòu)代號-D 第 6 頁 查表選取合適的速比與齒數(shù):I aHb = 3.65 , IHab = 1.3778 , Za = 20 , Zb = 24 , Zg = 31 , Zf = 27(1)滑臺快進時IHab = n a / n b =1400 r/min / n b = 1.3778 , 得 n b = 1203 r/minn b = 787.5*I = 1203 r/min , 得 I = Z 4 / Z 3 = 1.29 (2)滑臺工進時已知絲杠工進速度 v =15.4 600 mm/min, 導(dǎo)程 s = 8mm, 計算可得絲杠轉(zhuǎn)速 n = 2 75 r/ min因 I = Z 4 / Z 3 = 1.29 ,故中心輪 b 轉(zhuǎn)速 n b = (2 75)1.5 = 3 112.5 r/min因 I aHb = n H / n b = 3.65 , 故行星架 H 轉(zhuǎn)速n H = 3.65 n b =3.65 (3 112.5) = 9.4 353 r/min n H 即等于蝸輪的轉(zhuǎn)速 n 選取 I = n(桿)/ n(輪) = 5,可求得蝸桿轉(zhuǎn)速 n = 5(9.4 353)= 47 1765 r/min傳動系統(tǒng)的變速范圍 R= N max / N min = 75 r/min / 2r/min = 39查表,得公比 =1.58 , 轉(zhuǎn)速級速 Z = 9該變速系統(tǒng)采用交換齒輪變速機構(gòu),因要實現(xiàn) 9 級變速,一組交換齒輪可實現(xiàn) 4 級變速,故需三組變速齒輪。轉(zhuǎn)速圖 第 7 頁 如圖所示,變速系統(tǒng)可實現(xiàn) n = 471825r/min 的變速,I = Z 2 / Z 1= 1390r/min / 731r/min = 1.93.3.1 齒輪 Z1 , Z2 的設(shè)計計算及其校核1選擇齒輪類型,精度等級,材料及齒數(shù) 1)選用直齒圓柱齒輪傳動。 2)滑臺運動速度不高,故選用 7 級精度(GB10095 88) 。3)材料選擇。由表選擇小齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì)) ,硬度280HBS,大齒輪材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì)),硬度為 240HBS,二者材料硬度差為 40HBS。4) 小齒輪齒數(shù) Z 1 = 20 ,大齒輪齒數(shù) Z 2 = 38 ,u = Z 2 / Z 1 = 1.92按齒面接觸強度設(shè)計由設(shè)計計算公式進行試算,d 1t 2.32 1)確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 (1) 試選載荷系數(shù) K t = 1.3(2) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T 1 = 95.5 105P/ n = 95.51050.55/1390 = 3779 Nmm(3) 由表 10-7 選取齒寬系數(shù) d = 0.5(4) 查得材料的彈性影響系數(shù) Z E =189.8 Mpa1/2 第 8 頁 (5) 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 Hlim1 = 600 Mpa ;大齒輪的接觸疲勞強度極限 Hlim2 = 550 Mpa ;(6) 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1 = 60n1 j Lh = 60 1390 1 35000 = 2.919 105N2 = N1 / u = 2.919 105 / 1.9 = 1.54105(7) 查得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1 = 0.90 ;K HN2 = 0.91(8) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1% ,安全系數(shù) S =1 , 得 H 1 = KHN1 Hlim1 / S = 0.9 600 Mpa = 540 Mpa H 2 = KHN2 Hlim2 / S = 0.91 550 Mpa = 500.5 Mpa2)計算(1) 試算小齒輪分度圓直徑 d 1 t ,代入 H 中較小值d 1t 2.32 = 30.6mm(2) 計算圓周速度 vv = d 1t n / 601000 m/s = 2.22 m/s(3) 計算齒寬 bb = d d 1t = 0.5 30.6 mm = 15.3 mm(4) 計算齒寬與齒高之比 b / h模數(shù) m t = d 1t / Z1 = 30.6 / 20 = 1.53 mm齒高 h = 2.25 m t = 2.25 1.53 = 3.44 mmb / h = 15.3 / 3.44 = 4.4(5) 計算載荷系數(shù)根據(jù) v =2.22 m/s ,7 級精度,由圖查得動載系數(shù) K v = 1.09直齒輪,假設(shè) KAFt / b 100 N/mm 。由表 10-3 查得 KH = 第 9 頁 KF = 1.2 由表 10-2 查得使用系數(shù) KA = 1 ;由表 10-4 查得 7 級精度、小齒輪懸臂布置時KH = 1.12 0.18 (1+6.7 d2) d2 + 0.23103 b將數(shù)據(jù)代入后得,KH = 1.12 0.18 (1+6.7 0.52) 0.52 + 0.23103 15.3 =1.79由 b / h = 4.4 ,K H =1.79 查圖 10-13 得 KF =1.55 ;故載荷系數(shù)K = KA KV KH KH = 2.341(6) 按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,d1 = d1t( K / Kt)1/ 3 = 37.23 mm(7) 計算模數(shù) mm = d1 / z1 = 1.86 mm3按齒根彎曲強度設(shè)計彎曲強度的設(shè)計公式為 m ( 2KT 1(YF YS / F ) / d z12 )1/ 31)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(1)查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 FE1 = 500MPa ;大齒輪的彎曲疲勞強度極限 FE2 = 380 MPa(2)查得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1 = 0.86 ; KFN2 = 0.87(3)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S = 1.4 ,得 F1 = KFN1 FE1 / S = 0.86 500 / 1.4 = 307.14 MPa F2 = KFN2 FE2 / S = 0.87 380 / 1.4 = 236.14 MPa 第 10 頁 (4)計算載荷系數(shù) KK = KA KV KF KF = 1 1.09 1.2 1.55 = 2.027(5)查取齒形系數(shù)查得 YF1 = 2.8 ; YF2 = 2.56(6)查取應(yīng)力校正系數(shù)查得 YS1 =1.55 ; YS2 = 1.63(7)計算大小齒輪的 YFYS / F并加以比較YF1 YS1 / F1 = 2.81.55/307.14 = 0.014YF2 YS2 / F2 = 2.561.63/236.14 = 0.0177大齒輪的數(shù)值大。2) 設(shè)計計算m ( 2 2.07 37790.0177 / 202)1/3 = 0.88mm對比計算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強度計算的模 m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù), 由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑有關(guān),可取由彎曲疲勞強度所算得的模數(shù) m 并就近圓整得 m=1 ,按接觸疲勞強度算得得分度圓直徑 d1= 37.23 mm ,算出小齒輪齒數(shù)Z1 = d1 / m =37.23/1 = 37大齒輪齒數(shù) Z 2 = uZ1 = 1.9 37 = 70這樣設(shè)計出的齒輪傳動,既滿足了齒面接觸疲勞強度,又滿足了齒根彎曲疲勞強度,并做到結(jié)構(gòu)緊湊,避免浪費。4幾何尺寸計算1) 計算分度圓直徑d1 = z1m = 37 mmd2 = z2m = 70 mm 第 11 頁 2) 計算中心距 a = (d1 + d2) / 2 = (37+70 ) / 2 = 53.5 mm3) 計算齒輪寬度 b = dd1 = 0.5 37 = 18.5 mmB2 = 20 mm , B1 = 25 mm5驗算 Ft = 2T1 / d1 = 2 3779 / 37 = 204.3 NKAFt / b = 1 204.3 / 18.5 = 11 N/mm 100 N/mm , 合適3.3.2 交換齒輪變速系統(tǒng)的設(shè)計計算與校核變速系統(tǒng)需三組交換齒輪,其中兩組備用。因一組交換齒輪由兩對齒輪構(gòu)成,交換齒輪變速組的變速范圍受齒輪傳動的極限升速比的限制。通常,R= 4( U=1/2 2)查表,得兩對齒輪的齒速比均為 U = 1/2選擇:Z A / ZB =18/36 ,Z C / ZD =20/401選擇齒輪類型,精度等級,材料及齒數(shù) 1)選用直齒圓柱齒輪傳動。 2)滑臺運動速度不高,故選用 7 級精度(GB10095 88) 。3)材料選擇。由表選擇小齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì)) ,硬度280HBS,大齒輪材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì)),硬度為 240HBS,二者材料硬度差為 40HBS4) 小齒輪齒數(shù) Z A = 18 ,大齒輪齒數(shù) Z B = 36,u = Z B/ Z A = 2小齒輪齒數(shù) Z C = 20 ,大齒輪齒數(shù) Z D = 40, u = Z D/ Z C = 22按齒面接觸強度設(shè)計由設(shè)計計算公式進行試算,d 1t 2.32 1)確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 第 12 頁 (1) 試選載荷系數(shù) K t = 1.3(2) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T 1 = 95.51050.55 / 731 = 7200 Nmm(3) 由表 10-7 選取齒寬系數(shù) d = 0.5(4) 查得材料的彈性影響系數(shù) Z E =189.8 Mpa1/2(5) 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 Hlim1 = 600 Mpa ;大齒輪的接觸疲勞強度極限 Hlim2 = 550 Mpa ;(6) 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1 = 60n1 j Lh = 60 731 1 35000 = 1.54109N2 = N1 / u = 0.77 109 / 2 = 0.77109(7) 查得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1 = 0.95 ;K HN2 = 0.97(8) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1% ,安全系數(shù) S =1 , 得 H 1 = KHN1 Hlim1 / S = 0.95 600 Mpa = 570 Mpa H 2 = KHN2 Hlim2 / S = 0.97 550 Mpa = 534 Mpa2) 計算(1) 試計算小齒輪 A 分度圓直徑 d1t ,代入 H中較小值d 1t 2.32 = 35.4mm(2) 計算圓周速度 V v = d 1t n / 60000 m/s = 1.35 m/s(3) 計算齒寬 bb = d d 1t = 0.5 35.4 mm = 17.7 mm(4) 計算齒寬與齒高之比 b / h模數(shù) m t = d 1 t / Z1 = 35.4 / 18 = 1.96 mm 第 13 頁 齒高 h = 2.25 m t = 2.25 1.96 = 4.43 mmb / h = 17.7 / 4.43 = 4(5) 計算載荷系數(shù)根據(jù) v =1.35 m/s ,7 級精度,由圖查得動載系數(shù) K v = 1.06直齒輪,假設(shè) KAFt / b 100 N/mm 。由表 10-3 查得 KH = KF = 1.2 由表 10-2 查得使用系數(shù) KA = 1 ;由表 10-4 查得 7 級精度、小齒輪懸臂布置時KH = 1.12 +0.18 (1+6.7 d2 ) d2 + 0.23103 b將數(shù)據(jù)代入后得KH =1.12 +0.18(1+6.70.5 2)0.5 2 +0.23 10-3 17.7=1.6由 b / h = 4 ,K H =1.6 ;查圖得 KF =1.4 ;故載荷系數(shù)K = KA KV KH KH =11.061.21.6 = 2.0352(6) 按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑d1 = d1t (k / k t )1/3 = 35.4 (2.0352/1.3) = 41 mm(7) 計算模數(shù) m m = d1 / z1 = 41 /18 = 2.233按齒根彎曲強度設(shè)計彎曲強度設(shè)計公式為m ( 2KT 1(YF YS / F ) / d z12 )1/ 31)確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 (1) 查得小齒輪彎曲疲勞強度極限 FE1 = 500MPa ; 大齒輪的彎曲疲勞強度極限 FE2 = 380 Mpa(2) 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1 = 0.87 ; KFN2 = 0.89(3) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S = 1.4 ,得 第 14 頁 F1 = KFN1 FE1 / S = 0.87 500 / 1.4 = 310.7 MPa F2 = KFN2 FE2 / S = 0.89 380 / 1.4 = 214.57 MPa(4) 計算載荷系數(shù) KK = KA KV KF KF =11.351.21.4 = 2.268(5) 查取齒形系數(shù)查得 YF a1 = 2.91 ;Y Fa 2 = 2.46(6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)可查得 YS a1 = 1.53 ;Y S a 2 = 1.65(7) 計算大、小齒輪的 YF a YS a / F并加以比較 YF a1 YS a1 / F1 =2.91 1.53 / 310.7 = 0.0143YF a2 YS a2 / F2 = 2.46 1.65 /214.57 = 0.0189大齒輪的數(shù)值大。2)設(shè)計計算m (2 2.268 7200 0.0189/18 2) 1/ 3 = 1.24由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑有關(guān),可取由彎曲疲勞強度所算得的模數(shù) m 并就近圓整 m = 1.5mm ,按接觸疲勞強度算得得分度圓直 d1 = 41 mm ,算出小齒輪齒數(shù)Z1 = d1 / m = 41/1.5 = 27大齒輪齒數(shù) Z2 = u Z1 = 2 27 = 544幾何尺寸計算1)計算分度圓直徑d1 = Z1 m = 27 1.5 = 40.5 mmd2 = Z2 m = 54 1.5 = 81 mm 第 15 頁 2) 計算中心距a = (d1 + d2 ) / 2 = (40.5 + 81 ) / 2 = 60.75 mm3) 計算齒輪寬度b = d d1 = 0.5 40.5 = 20.25 mm取 B2 = 20 mm , B1 = 25 mm5驗算Ft = 2T1 / d1 =2 7200 /40.5 = 355.6 NKAFt / b = 1 355.6 / 20.25 = 17.56 N/mm 100 N/mm , 合適3.3.3 蝸桿蝸輪的設(shè)計計算與校核1. 選擇蝸桿傳動類型根據(jù) GB/T10085_1988 的推薦,采用漸開線蝸桿( ZI) 。2. 選擇材料考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大,速度只是中等,故蝸桿用 45 鋼;因希望效率高,耐磨性好,故蝸桿螺旋齒面要求淬火,硬度為4555HRC。蝸輪用鑄錫 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,而輪心用灰鑄鐵 HT100 制造。3按齒面接觸疲勞強度設(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。傳動中心距a ( KT2 (ZEZ / H)1/ 31)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2按 Z1 =2 ,估算效率 = 0.8,則 T2 = 9.55106 P /(n1/i12) = 9.55106 0.550.8/9.4 = 0.447106 Nmm 第 16 頁 2)確定載荷系數(shù) K因工作載荷較穩(wěn)定,故載荷分布不均系數(shù) k =1 ; 選用系數(shù) kA =1.15 ;由于轉(zhuǎn)速不高,沖擊不大,可取動載系數(shù) KV =1.05 ,則 K = kA k KV =1.15 1 1.05 = 1.213)確定彈性影響系數(shù) ZE因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故 ZE =160Mpa1/24)確定接觸系數(shù) Z 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 d1 和傳動中心距 a 的比值 d1/a = 0.35 ,從圖 11-18 中查得 Z = 2.95)確定許用接觸應(yīng)力 H根據(jù)蝸輪材料是鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1,金屬模鑄造,蝸桿螺旋齒面硬度為 4555 HRC,查得蝸輪的基本許用應(yīng)力 H = 268MPa應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N = 60jn 2Lh = 60 1 9.4 1000 = 5.64 10 6壽命系數(shù) K HN = (107/ 5.64 106)1/ 8 =1.07則 H = 1.07 268 Mpa = 286.8 MPa6)計算中心距a (1.2 4.47 105(160 2.72/286.8)2 )1/ 3 = 38mm取中心距 a = 80 mm ,因 I =20 ,故選取模數(shù) m =2.5 ,蝸桿分度圓直徑 d1 =28 。這時 d 1/a =0.35 ,可查得接觸系數(shù) Z =2.74 ,因為 Z Z ,因此以上計算結(jié)果可用。4蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸1)蝸桿軸向齒距 P a=7.85mm ;直徑系數(shù) q = 12.5 ;齒頂圓直徑 d a1 =33mm ; 第 17 頁 齒根圓直徑 d f1 =22mm ;分度圓導(dǎo)程角 =28 ;蝸桿軸向齒厚 Sa= 4mm 。2)蝸輪蝸輪齒數(shù) Z 2 = 53 ;變位系數(shù) x 2 = 0.1驗算傳動比 I= Z2 / Z1 = 53/4 =13.25 蝸輪分度圓直徑 d2 = mz2 = 2.5 53 =132.5 mm蝸輪喉圓直徑 d a2 = d2 +2h a2 = 132.5+2 2.25 = 137 mm蝸輪齒根圓直徑 d f 2 = d22h f2 =132.52 2.75 = 129 mm蝸輪咽喉母圓直徑 rg2 = a1/2 d a2 =11.5 mm5校核齒根彎曲疲勞強度 F = 1.53KT2YFa2Y /d1d2m F當量齒數(shù) Z v2 = Z2 / cos3 =53 / 0.69 = 76.8根據(jù) x2 = -0.1 , Z v2 = 76.8 ,從圖 11-19 中可以查得齒形系數(shù) YF a2 = 2.27 螺旋角系數(shù) Y =1 - /140 = 0.8許用彎曲應(yīng)力 F= FK FN從表 11-8 查得由 ZCuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 F= 56壽命系數(shù) K FN = ( 106 / 5.64106) 1/ 9 = 0.825 F= 560.825 = 46.2 F =1.531.212.270.8447000/28132.52.5= 40.13MPa彎曲強度是滿足的。6精度等級公差和表面粗糙度的確定考慮到所設(shè)計的蝸桿傳動是動力傳動,從 GB/T100891988 圓柱蝸桿,蝸輪精度中選擇 8 級精度,側(cè)隙種類為 f ,標注為 8f GB/T100891988 。然后由有關(guān)手冊查得要求的公差項目及表面粗糙 第 18 頁 度。3.3.4 行星齒輪的設(shè)計計算本次設(shè)計的機械滑臺傳動系統(tǒng)采用 2KH 行星差動齒輪機構(gòu),機構(gòu)代號為 D查表選取合適的速比與齒數(shù):速比: I aHb = 3.65 IHab = 1.3778 齒數(shù): Za = 20 , Zb = 24 , Zg = 31 , Zf = 27下面將對行星齒輪進行校核計算:1選擇齒輪類型,精度等級,材料及齒數(shù) 1)選用直齒圓柱齒輪傳動。 2)滑臺運動速度不高,故選用 7 級精度(GB10095 88) 。3)材料選擇。由表選擇小齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì)) ,硬度 280HBS,大齒輪材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì)),硬度為 240HBS,二者材料硬度差為 40HBS4)小齒輪齒數(shù) Z a = 18 ,大齒輪齒數(shù) Z g = 31 ,u = Z g/ Z a = 1.55小齒輪齒數(shù) Z b = 24 ,大齒輪齒數(shù) Z f = 27,u = Z f / Z b = 1.132按齒面接觸強度設(shè)計由設(shè)計計算公式進行試算,d 1t 2.32 1)確定公式內(nèi)各計算數(shù)值(1) 試選載荷系數(shù) K t = 1.3(2) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1 = 95.5 105 P1 / n1 = 95.5 1051.1 /1400 =7500Nmm(3) 選取齒寬系數(shù) d = 1 第 19 頁 (4) 查得材料彈性影響系數(shù) Z E =189.8 Mpa1/2(5) 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 Hlim1 = 600 Mpa ;大齒輪的接觸疲勞強度極限 Hlim2 = 550 Mpa ;(6) 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1 = 60n1 j Lh = 60 1400 1 35000= 2.94 10 9N2 = N1 / u = 2.94109 / 1.55 = 1.9109(7) 查得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1 = 0.9 ;K HN2 = 0.93(8) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1% ,安全系數(shù) S =1 , 得 H 1 = KHN1 Hlim1 / S = 0.9 600 Mpa = 540 Mpa H 2 = KHN2 Hlim2 / S = 0.93 550 Mpa = 511.5 Mpa2) 計算(1) 試計算小齒輪 A 分度圓直徑 d1t ,代入 H中較小值d 1t 2.32 = 30.2mm(2) 計算圓周速度 V v = d 1t n / 60000 m/s = 2.21 m/s(3) 計算齒寬 bb = d d 1t = 1 30.2mm = 30.2 mm(4) 計算齒寬與齒高之比 b / h模數(shù) m t = d 1 t / Z1 = 30.2 / 20 = 1.51 mm齒高 h = 2.25 m t = 2.25 1.51 = 3.4 mmb / h = 30.2 / 3.4 = 8.9(5) 計算載荷系數(shù)根據(jù) v =2.21 m/s ,7 級精度,由圖查得動載系數(shù) K v = 1.08 第 20 頁 直齒輪,假設(shè) KAFt / b 100 N/mm 。由表 10-3 查得 KH = KF = 1.2 由表 10-2 查得使用系數(shù) KA = 1 ;由表 10-4 查得 7 級精度、小齒輪懸臂布置時KH = 1.12 +0.18 (1+0.6 d2 ) d2 + 0.23103 b將數(shù)據(jù)代入后得KH =1.12 +0.18(1+0.6 12)1 2 +0.23 10-3 30.2 =1.415由 b / h = 8.9 ,K H =1.415 查圖得 KF =1.6 ;故載荷系數(shù)K = KA KV KH KH =11.081.21.415 = 1.85(6) 按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑d1 = d1t (k / k t )1/3 = 30.2 (1.85/1.3) 1/3= 34 mm(7) 計算模數(shù) m m = d1 / z1 = 34 /20 = 1.73 按齒根彎曲強度設(shè)計彎曲強度設(shè)計公式為m ( 2KT 1(YF YS / F ) / d z12 )1/ 31) 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 (1) 查得小齒輪彎曲疲勞強度極限 FE1 = 500MPa ; 大齒輪的彎曲疲勞強度極限 FE2 = 380 Mpa(2) 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1 = 0.86 ; KFN2 = 0.87(3) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S = 1.4 ,得 F1 = KFN1 FE1 / S = 0.86 500 / 1.4 = 307.14 MPa F2 = KFN2 FE2 / S = 0.87 380 / 1.4 = 236.14 MPa 第 21 頁 (4) 計算載荷系數(shù) KK = KA KV KF KF =11.091.21.6 = 2.09(5) 查取齒形系數(shù)查得 YF a1 = 2.8 ; YFa 2 = 2.54(6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)可查得 YS a1 = 1.55 ;Y S a 2 = 1.63(7) 計算大、小齒輪的 YF a YS a / F并加以比較 YF a1 YS a1 / F1 =2.8 1.55 / 307.14 = 0.014YF a2 YS a2 / F2 = 2.541.63 / 236.14 = 0.0175大齒輪的數(shù)值大。2) 設(shè)計計算m (22.09 7500 0.0175/20 2) 1/ 3 = 1.07 mm由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強度決定的承載能力,僅與齒輪直徑有關(guān),可取由彎曲疲勞強度所算得的模數(shù) m 并就近圓整得 m = 1.5 ,按接觸疲勞強度算得得分度圓直徑 d1 = 34 mm ,算出小齒輪齒數(shù)Z1 = d1 /m = 34/1.5 = 20大齒輪齒數(shù) Z2 = u Z1 = 1.55 20 = 314. 幾何尺寸計算1)計算分度圓直徑d1 = Z1 m = 201.5 =30 mmd2 = Z2 m = 311.5 = 46.5 mm2) 計算中心距a = (d1 + d2 ) / 2 = (30 + 46.5 ) / 2 = 38.25mm 第 22 頁 3) 計算齒輪寬度b = d d1 = 1 30 = 30 mm取 B2 = 30 mm , B1 =35mm5. 驗算Ft = 2T1 / d1 =2 7500 /30 = 500 NKAFt / b = 1 500 / 30 = 17 N/mm 100 N/mm , 合適3.3.5 齒輪 Z3 ,Z 4 的設(shè)計計算1選擇齒輪類型,精度等級,材料及齒數(shù) 1)選用直齒圓柱齒輪傳動。 2)滑臺運動速度不高,故選用 7 級精度(GB10095 88) 。3)材料選擇。由表選擇小齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì)) ,硬度280HBS,大齒輪材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì)),硬度為 240HBS,二者材料硬度差為 40HBS4)小齒輪齒數(shù) Z 3 = 20 ,大齒輪齒數(shù) Z 4 = 26 , u = Z 4/ Z 3 = 1.32按齒面接觸強度設(shè)計由設(shè)計計算公式進行試算,d 1t 2.32 d 1t 1)確定公式內(nèi)各計算數(shù)值(1) 試選載荷系數(shù) K t = 1.3(2) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1 = 95.5 105 P1 / n1 = 95.5 1050.23 / 96.75 = 22703 Nmm(3) 選取齒寬系數(shù) d = 0.5(4) 查得材料彈性影響系數(shù) Z E =189.8 Mpa1/2(5) 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 Hlim1 = 600 Mpa ; 第 23 頁 大齒輪的接觸疲勞強度極限 Hlim2 = 550 Mpa ;(6) 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1 = 60n1 j Lh = 60 96.751 35000 = 2.032 108N2 = N1 / u = 2.032 108 / 1.3 = 1.56 108(7) 查得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1 = 1.09 ;K HN2 = 1.08(8) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1% ,安全系數(shù) S = 1 , 得 H 1 = KHN1 Hlim1 / S = 1.09 600 Mpa = 654 Mpa H 2 = KHN2 Hlim2 / S = 1.08 550 Mpa = 594 Mpa2) 計算(1) 試計算小齒輪 Z3 分度圓直徑 d1t ,代入 H中較小值d 1t 2.32 = 40.5 mm(2) 計算圓周速度 V v = d 1t n / 60000 m/s = 0.21 m/s(3) 計算齒寬 bb = d d 1t = 0.5 40.5 mm = 20.25 mm(4) 計算齒寬與齒高之比 b / h模數(shù) m t = d 1 t / Z1 = 40.5 / 20 = 2mm齒高 h = 2.25 m t = 2.25 2 = 4.56 mmb / h = 20.25 / 4.56 = 4.44(5) 計算載荷系數(shù)根據(jù) v = 0.21 m/s ,7 級精度,由圖查得動載系數(shù) K v = 1.1直齒輪,假設(shè) KAFt / b 100 N/mm 。由表 10-3 查得 KH = KF = 1.2 由表 10-2 查得使用系數(shù) KA = 1 ; 第 24 頁 由表 10-4 查得 7 級精度、小齒輪懸臂布置時KH = 1.12 +0.18 (1+6.7 d2 ) d2 + 0.23103 b將數(shù)據(jù)代入后得KH = 1.12 +0.18(1+6.70.5 2)0.5 2 +0.23 103 20.25 = 1.245由 b / h = 4.44,K H =1.245 ;查圖 10-13 得 KF = 1.18 ;故載荷系數(shù)K = KA KV KH KH = 11.11.21.245 = 1.64(6) 按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑d1 = d1t (k / k t )1/ 3 = 40.5 (1.64 /1.3) 1/ 3 = 43.79 mm(7) 計算模數(shù) m m = d1 / z1 = 43.79/20 = 2.23 按齒根彎曲強度設(shè)計彎曲強度設(shè)計公式為m (2KT 1(YF YS / F ) / d z12 ) 1/ 31) 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 (1) 查得小齒輪彎曲疲勞強度極限 FE1 = 500MPa ;大齒輪的彎曲疲勞強度極限 FE2 = 380 Mpa(2)查得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1 = 0.92 ; KFN2 = 0.94(3) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S = 1.4 ,得 F1 = KFN1 FE1 / S = 0.92 500 / 1.4 = 328.57 MPa F2 = KFN2 FE2 / S = 0.94 380 / 1.4 = 255.14 MPa(4) 計算載荷系數(shù) KK = KA KV KF KF =11.11.21.18 = 1.56 第 25 頁 (5) 查取齒形系數(shù)查得 YF a1 = 2.8 ; YFa 2 = 2.54(6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)可查得 YS a1 = 1.55 ;Y S a 2 = 1.63(7) 計算大、小齒輪的 YF a YS a / F并加以比較 YF a1 YS a1 / F1 = 2.8 1.55 / 328.57 = 0.0132YF a2 YS a2 / F2 = 2.541.63 / 255.14 = 0.0163大齒輪的數(shù)值大。2) 設(shè)計計算m (21.56 22703 0.0163 /0.520 2) 1/ 3 = 1.4由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強度決定的承載能力,僅與齒輪直徑有關(guān),可取由彎曲疲勞強度所算得的模數(shù) m 并就近得 m = 1.5 按接觸疲勞強度算得得分度圓直徑 d1 = 43.79 mm ,算出小齒輪齒數(shù)Z1 = d1 /m = 43.79/ 1.5 = 29大齒輪齒數(shù) Z2 = u Z1 = 1.3 29 = 384幾何尺寸計算1)計算分度圓直徑d1 = Z1 m = 291.5 = 43.5 mmd2 = Z2 m = 381.5 = 57 mm2) 計算中心距a = (d1 + d2 ) / 2 = (43.5 + 57 ) / 2 = 50.25 mm3) 計算齒輪寬度b = d d1 = 0.5 43.5 = 21.75 mm取 B2 = 22 mm
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