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河北建筑工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計計算書 指導(dǎo)教師：孫有亮 設(shè)計題目：簡易管子除銹機設(shè)計 設(shè)計人：田敬東 設(shè)計項目 計算與說明 結(jié)果 1．1金屬管子的應(yīng)用 1．2金屬管子除銹機的作用及原理 1.3傳統(tǒng)管子除銹機的特點 1．4本設(shè)計成果的特點 第二章 總體設(shè)計 2．1概述 2．2總的設(shè)計原則 2．3設(shè)計任務(wù) 2．4設(shè)計目的 2．5設(shè)計方案選擇 2.6主要參數(shù)的確定 第三章 螺旋傳動機構(gòu)的設(shè)計計算 3.1耐磨性計算 3.2驗算自鎖 3.3校核強度 3.4螺桿的穩(wěn)定性計算 3.5軸承的選擇 第四章 蝸輪蝸桿的設(shè)計計算 4．1蝸輪蝸桿的類型、特點 4.2設(shè)計前分析： 4.3設(shè)計計算 4.4聯(lián)軸器的選擇 第五章 帶傳動的設(shè)計計算 5.1設(shè)計功率Pd 5.2 選定帶型 5.3 傳動比 5.4 帶輪直徑 5.5減速機的實際轉(zhuǎn)速 5.6帶速 5.7軸間距設(shè)計計算 5.8小帶輪包角 5.9單根V帶的額定功率 5.11單根V帶的預(yù)緊力 5.12 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 第六章 主軸傳動部分的設(shè)計計算 6.1設(shè)計功率Pd 6.2 選定帶型 6.3 傳動比 6.4 帶輪直徑 6.5減速機的實際轉(zhuǎn)速 6.6帶速 6.7軸間距設(shè)計計算 6.8小帶輪包角 6.9單根V帶的額定功率 6.10確定V帶的根數(shù) 6.11單根V帶的預(yù)緊力 6.12 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 6.13主傳動軸的設(shè)計計算 第七章 軸的選擇和校核 7.1蝸輪軸的設(shè)計計算 第8章 傳動、減速裝置的潤滑 第9章 機架的分析與設(shè)計 9.1機架的分類 9.2 機架的設(shè)計準(zhǔn)則 9.3 機架設(shè)計的一般要求 9.4 機架設(shè)計步驟 9.5 機架結(jié)構(gòu)的選擇 9.6 機架常用的材料 第十章 其他機構(gòu)的選擇 10.1導(dǎo)軌的選擇 10.2夾緊機構(gòu)的選擇 第8章 螺旋機構(gòu)的設(shè)計 第9章 機架的分析與設(shè)計 第1章 概述 1.1金屬管子的應(yīng)用 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,鋼材的應(yīng)用越來越廣泛,涉及到各個方面，各個行業(yè)。鋼管是一種中空的長條鋼材，大量用作輸送流體的管道，如石油、天燃?xì)?、水、煤氣、蒸氣等，另外，在搞彎、抗扭強度相同時，重量較輕，所以也廣泛用于制造機械零件和工程結(jié)構(gòu)。也常用作生產(chǎn)各種常規(guī)武器、槍管、炮彈等。 鋼管的分類：鋼管分無縫鋼管和焊接鋼管（有縫管）兩大類。按斷面形狀又可分為圓管和異形管，廣泛應(yīng)用的是圓形鋼管，但也有一些方形、矩形、半圓形、六角形、等邊三角形、八角形等異形鋼管。 無縫鋼管：無縫鋼管是用鋼錠或?qū)嵭墓芘鹘?jīng)穿孔制成毛管，然后經(jīng)熱軋、冷軋或冷撥制成。無縫鋼管的規(guī)格用外徑*壁厚毫米數(shù)表示。無縫鋼管分熱軋和冷軋（撥）無縫鋼管兩類。熱軋無縫鋼管分一般鋼管，低、中壓鍋爐鋼管，高壓鍋爐鋼管、合金鋼管、不銹鋼管、石油裂化管、地質(zhì)鋼管和其它鋼管等。冷軋（撥）無縫鋼管除分一般 鋼管、低中壓鍋爐鋼管、高壓鍋爐鋼管、合金鋼管、不銹鋼管、石油裂化管、其它鋼管外，還包括碳素薄壁鋼管、合金薄壁鋼管、不銹薄壁鋼管、異型鋼管。 ????低中壓鍋爐用無縫鋼管：用于制造各種低中壓鍋爐、過熱蒸汽管、沸水管、水冷壁管及機車鍋爐用過熱蒸汽管、大煙管、小煙管和拱磚管等。用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié) 構(gòu)鋼熱軋或冷軋（撥）無縫鋼管。主要用10、20號鋼制造，除保證化學(xué)成分和機械性能外要做水壓試驗，卷邊、擴口、壓扁等試驗。熱軋以熱軋狀態(tài)交貨、冷軋 （撥）以熱處理狀態(tài)交貨。 ????高壓鍋爐鋼管：主要用來制造高壓及其以上壓力的蒸汽鍋爐管道等用的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和不銹耐熱鋼無縫鋼管、這些鍋爐管經(jīng)常處于高溫和高 壓下工作、管子在高溫?zé)煔夂退羝淖饔孟逻€會發(fā)生氧化和腐蝕，因此要求鋼管有高的持久強度、高的抗氧化性能，并具有良好的組織穩(wěn)定性，采用鋼號有：優(yōu)質(zhì) 碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號有20G、20MnG、25MnG；合金結(jié)構(gòu)鋼鋼號15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、 12CrMoVG、12Cr3MoVSiTiB等；有銹耐熱鋼常用1Cr18Ni9、1Cr18Ni11Nb高壓鍋爐管除保證化學(xué)成分和機械性能外，要逐 根做水壓試驗，要作擴口、壓扁試驗。鋼管以熱處理狀態(tài)交貨。此外，對成品鋼管顯微組織、晶粒度、脫碳層也有一定要求在機械制造業(yè)的實際生產(chǎn)中，經(jīng)常會用到一些金屬管子，而管子生銹便成了不可避免的問題，生銹的管子會使在生產(chǎn)中面臨很多問題，比如管子的焊接、安裝，甚至?xí)绊懙皆O(shè)備的工作，使得其工作效率降低，增大能耗，影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，甚至帶來生產(chǎn)安全隱患。所以在管子使用之前對其表面進行除銹工作是很有必要的。 管子除銹是管子使用前的一項重要工序，尤其是在鋼管使用后非常有必要對管道進行除銹。這對鋼管的使用壽命有著很重要的意義。 1．2金屬管子除銹機的作用及原理 金屬管子除銹機的作用: 在機械制造業(yè)的實際生產(chǎn)中，經(jīng)常會用到一些金屬管子，而管子生銹便成了不可避免的問題，生銹的管子會使在生產(chǎn)中面臨很多問題，比如管子的焊接、安裝，甚至?xí)绊懙皆O(shè)備的工作，使得其工作效率降低，增大能耗，影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，甚至帶來生產(chǎn)安全隱患。所以在管子使用之前對其表面進行除銹工作是很有必要的。此時一臺簡易而又高效的管子除銹機便可解決這個問題。 常見的金屬管子除銹方法及其特點：（1）摩擦除銹及本次設(shè)計所采用的方法，成本低，操作簡單，除銹效果因設(shè)備不同而差異較大，噪音和粉塵問題突出。（2）噴丸除銹，可以有效的清除金屬表面的氧化皮，銹蝕，舊漆膜等雜質(zhì)。（3）化學(xué)除銹，化學(xué)清洗雖然能使表面達到一定的清潔度和粗糙度，但其對環(huán)境的污染問題較為嚴(yán)重，影響工人健康。 管子除銹機的基本結(jié)構(gòu)和除銹原理：簡易管子除銹機一般由機械動力頭、機身、傳動機構(gòu)、工作裝置等組成。除銹原理也較為簡單，將管子固定在機身，通過動力機構(gòu)帶動其旋轉(zhuǎn)，工作裝置利用摩擦的原理即可對管子完成快速而簡易的除銹。 1．3傳統(tǒng)管子除銹機的特點 傳統(tǒng)的除銹機，其體積大，不宜搬動，難以適應(yīng)維修現(xiàn)場流動性大的需要。工作時震動大，噪音大，效率低，而且成本高，難以滿足實際需要 。 圖1-1 傳統(tǒng)管道除銹機 1．4本設(shè)計成果的特點 本設(shè)計中的簡易管子除銹機的最大特點是成本低，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，易操作，噪音小，工作穩(wěn)定，效率高。主軸傳動采用結(jié)構(gòu)較為簡單的皮帶傳動，可以大大減小本機體積。工作裝置的進給采用絲杠傳動，可以提高工作穩(wěn)定性實現(xiàn)自動進給。絲杠傳動原動力來自電機加皮帶，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。整機重量較輕，操作、搬運所需人力少，除銹速度快，功效大大提高，運行平穩(wěn)、可靠，節(jié)能，能自動調(diào)節(jié)鋼絲刷對管道的壓力，減小了除銹機對管道的機械磨損，提高了除銹的質(zhì)量。 第二章 總體設(shè)計 2.1 概述 總體設(shè)計是機械設(shè)計中極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它是對所設(shè)計的機械的總的設(shè)想，總體設(shè)計的成敗，關(guān)系到整部機械的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，直接決定了機械設(shè)計的成敗。 總體設(shè)計指導(dǎo)機構(gòu)設(shè)計和部件設(shè)計的進行，一般由主任工程師（或總工程師）主持進行。在接受設(shè)計任務(wù)以后，應(yīng)進行深入細(xì)致的調(diào)查研究，收集國內(nèi)外同類機械的有關(guān)資料，了解當(dāng)前國內(nèi)外除銹機的使用、生產(chǎn)、設(shè)計和科研情況，并進行分析和比較，制定總的設(shè)計原則，設(shè)計原則應(yīng)當(dāng)保證所設(shè)計機型符號有關(guān)的方針、政策，在滿足使用要求的基礎(chǔ)上，力求結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)先進、經(jīng)濟性好、質(zhì)量輕、體積小、易操作、壽命長。 2.2 總的設(shè)計原則： 1.遵守“三化”：零件標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品系列化、部件通用化。 2.采用“四新”：新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝。 3.滿足“三好”：好制造、好使用、好維修。 制定總則之后，便可以編制設(shè)計任務(wù)書，在調(diào)研的基礎(chǔ)上，運用所學(xué)知識，從優(yōu)選擇總體方案，以確保設(shè)計的成功。制定總則之后，便可以編制設(shè)計任務(wù)書，在調(diào)研的基礎(chǔ)上，運用所學(xué)知識，從優(yōu)選擇總體方案，以確保設(shè)計的成功。 2.3 設(shè)計任務(wù) 本畢業(yè)設(shè)計課題任務(wù)的內(nèi)容：管子除銹機是用于金屬管子除銹的專用設(shè)備。主要由機械動力頭、機身、傳動機構(gòu)、工作裝置等組成。 本設(shè)計是在機械動力頭的基礎(chǔ)上，增加適當(dāng)?shù)牧慵?，實現(xiàn)金屬管子機械化除銹工作，達到成本較低、結(jié)構(gòu)合理、勞動強度低、效率高的目的。 2.4 設(shè)計目的 1．培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識和技能，分析和解決機械工程實際問題的能力，熟悉生產(chǎn)技術(shù)工作的一般程序和方法。 2．培養(yǎng)學(xué)生懂得工程技術(shù)工作所必須的全局觀念、生產(chǎn)觀念和經(jīng)濟觀念，樹立正確的設(shè)計思想和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。 3．培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究，查閱技術(shù)言文獻、資料、手冊，進行工程計算、圖樣繪制及編寫技術(shù)文件的能力。 2.5 設(shè)計方案選擇 管子除銹機為機械加工的一種機器，除銹的目的是對已經(jīng)使用后的鋼管進行拋光，使其工作時不影響其性能，并能延長鋼管的使用壽命。管子除銹機機為機械加工的一種機器，所除銹鋼管最大直徑為φ25mm。長度6m。絲杠進給速度為：1m/s 1．總體設(shè)計方案： 本設(shè)計方案是：該機主要由機架、電動機、變速傳動機構(gòu)、主軸、鋼絲刷、進刀機構(gòu)、管子夾緊機構(gòu)等組成。其結(jié)構(gòu)簡圖為 其結(jié)構(gòu)為；1-皮帶傳動 2-絲杠 3-導(dǎo)軌 4-渦輪渦桿減速器 5-電機 6-末端加緊機構(gòu) 7-鋼絲刷 8-三爪卡盤 其工作過程：三爪卡盤（8）將金屬管子夾緊，再使用末端夾緊機構(gòu)（6）將管子夾緊固定，開動電機，動力經(jīng)三爪卡盤傳遞給金屬管子，管子轉(zhuǎn)動起來，電動機（5）通過皮帶將動力傳遞給渦輪渦桿減速器（4），渦輪渦桿減速器再將動力傳遞給絲杠（2），鋼絲刷（7）由于絲杠的轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)左右移動。鋼絲刷是圓周布置的，可以對金屬管子進行均勻的除銹。 2．各部分特點； 圖中兩處使用皮帶傳動，皮帶傳動可用于兩軸中間距較大的傳動，還具有緩和沖擊，吸收震動，噪音小，成本低，保養(yǎng)維修較方便，可過載保護等。但其傳動比不準(zhǔn)確，抗熱性差，易衰老等。夾緊機構(gòu)分為兩部分，管子前端利用三爪卡盤夾緊，可自動定心，夾緊可靠，管子末端加緊采用活頂尖，其結(jié)構(gòu)簡單，也可以實現(xiàn)自動定心，使用非常方便。鋼絲刷的運動軌跡靠導(dǎo)軌來實現(xiàn)，導(dǎo)軌是金屬或其他材料制成的槽或脊，可承受，固定，引導(dǎo)移動裝置或設(shè)備并減少其摩擦的一種裝置。導(dǎo)軌表面上的縱向槽用于導(dǎo)引，固定機器部件，可實現(xiàn)直線往復(fù)運動，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載，同時可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實現(xiàn)高精度的實現(xiàn)運動。鋼絲刷的左右移動依靠渦輪渦桿減速器帶動絲杠來實現(xiàn)： 蝸輪蝸桿傳動 蝸桿傳動是由蝸桿、蝸輪組成的用以傳遞空間交錯軸間的運動和動力的一種機械傳動，通常交錯角為90度。 與齒輪傳動相比較，蝸桿傳動具有以下的特點： ① 單級傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊。在動力傳動中，單級傳動比i一般為8～80；只傳遞運動時（如在某些分度機構(gòu)和儀表中），單級傳動比i可達到1000。 ② 因為蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪輪齒的嚙合過程是連續(xù)的，而且同時嚙合的齒對數(shù)較多，故傳動平穩(wěn)，噪音小。 ③ 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角r小于齒面間的當(dāng)量摩擦角時，蝸桿傳動可以實現(xiàn)自鎖。 ④ 因為蝸桿與蝸輪齒面間相對滑動速度較大，摩擦損失較大，所以傳動效率比較低，當(dāng)蝸桿主動時，傳遞效率一般為0.7～0.9，而自鎖蝸桿傳動的效率＜0.5。 ⑤ 蝸輪常用貴重的減摩材料（如青銅）來制造，成本較高。 2.6主要參數(shù)的確定 除銹鋼管直徑范圍；15mm—25mm 除銹鋼管最長長度；6m 工作裝置進給速度；1m/min 主軸轉(zhuǎn)速；200r/min 確定動力裝置所需功率，選擇電機： 電動機的選用原則 （1）與工作現(xiàn)場的能源條件相適應(yīng)。 室內(nèi)工作或者近距離移動式的產(chǎn)品，應(yīng)選用二次電動機。野外工作或者遠(yuǎn)距離移動式的產(chǎn)品應(yīng)選用一次動力機（柴油機、汽油機、汽輪機等） （2）與工作終端機機械特性相匹配 主要是指由動力機-傳動裝置-工作機構(gòu)組成的系統(tǒng)在運行時實現(xiàn)以下三個目標(biāo)；動力機和工作機處于最佳工況，動力機和工作機的工作地點穩(wěn)定，動力機和傳動裝置符合工作機的起動、制動、調(diào)速等方面的要求。 （3）適應(yīng)產(chǎn)品的工作制度 （4）工作可靠、操作與維修簡便 （5）費用低廉，動力機滿足產(chǎn)品工作現(xiàn)場的特殊要求，如防蝕、防水等。 粗磨管子表面的橫進給量; 《金屬機械加工工藝人員手冊》 (上?？茖W(xué)技術(shù)出版社) 其d——工作外徑[mm] v——工作轉(zhuǎn)速r/min ——修正系數(shù)，可以選2.25和1.3 工作裝置所需功率： =0.63KW 傳動中涉及帶傳動，蝸輪蝸桿傳動，絲杠傳動，考慮到軸承等的傳動效率，依據(jù)《機械設(shè)計課程設(shè)計》中的表12-8可確定傳動效率為0.3 電動機輸出功率： 根據(jù)《機械設(shè)實用手冊》 (化學(xué)工業(yè)出版社)表10-4-1選擇電機型號為;Y100L1-4,功率為2.2KW 轉(zhuǎn)速:1430r/min 根據(jù)公式《機械設(shè)實用手冊》 (化學(xué)工業(yè)出版社) 可得；= 第三章 螺旋傳動機構(gòu)的設(shè)計計算 螺旋傳動利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求主要用來把回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，同時傳遞動力。 螺旋傳動具有以下特點：在主動件上作用一較小力矩時，可使從動件得到很大的軸向力；螺桿旋一周，螺母只移動一個導(dǎo)程，可以得到大的減速比；傳動均勻準(zhǔn)確，可以得到較高的傳動精度；傳動易于實現(xiàn)反向自鎖；傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單。 3.1耐磨性計算 《新編機械設(shè)計師手冊》（機械工業(yè)出版社）中查得 螺桿選用材料：40號鋼 螺母 ：鑄鐵 滑動螺旋傳動采用矩形螺紋 3.1.1. 螺桿中徑計算： F —— 軸向載荷 A —— 螺紋的承壓面積（指螺紋工作面表面投影 到垂直于軸向力的平面上的面積） d1 —— 螺紋小徑（單位為mm） d2 —— 螺紋中徑（單位為mm） d3 —— 螺紋大徑（單位為mm） h —— 螺紋工作高度（單位為mm） P —— 螺紋螺距（單位為mm） H —— 螺母高度（單位為mm） Z —— 螺紋工作圈數(shù) = H/P 滑動螺旋傳動的失效形式多為螺紋牙磨損，因此，螺桿直徑和螺母高度通常由耐磨性計算確定。傳力較大時，應(yīng)當(dāng)檢驗螺桿危險截面的強度和螺牙的強度要求自鎖時，應(yīng)校和螺紋副自鎖條件。要求運動精確時，還要校和螺桿剛度，此時，螺桿直徑往往由剛度確定。對于長徑比很大的受壓螺桿，應(yīng)校和其穩(wěn)定性?？紤]到螺感受力情況復(fù)雜并有剛度和穩(wěn)定性問題，計算其螺紋部分的強度和剛度時截面積和慣性矩可按螺紋小徑計算。 《新編機械設(shè)計師手冊》（機械工業(yè)出版社）中查得 設(shè)計公式： 對于整體式螺母取0.8 （設(shè)計按經(jīng)驗參考取值1.2） 查表5-12《機械設(shè)計》（西北工業(yè)大學(xué)） [P]取值13MPa 考慮到使用中可能會出現(xiàn)絲杠不穩(wěn)定現(xiàn)象，所以因加大直徑，取d2=38mm 由《機械設(shè)計手冊》（化學(xué)工業(yè)出版社）查得： d1=31mm; d3=44mm 螺距P=12mm 3.1.2.螺母高度： 《新編機械設(shè)計師手冊》（機械工業(yè)出版社）中查得 取45mm 3.1.3.旋合圈數(shù)： 《新編機械設(shè)計師手冊》（機械工業(yè)出版社）中查得 合格 3.1.4.螺紋的工作高度： 《新編機械設(shè)計師手冊》（機械工業(yè)出版社）中查得 3.1.3.工作強度： 成功 3.2驗算自鎖 由于系單頭螺紋,導(dǎo)程S=P=1.5mm,故螺紋升角為; <合格 3.3校核強度 由于螺母的材料一般比螺桿材料軟，所以磨損主要發(fā)生在螺母的螺紋牙表面。滑動螺旋的磨損與螺紋牙工作面上的壓強，滑動速度，螺紋牙表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關(guān)。其中最主要的是螺紋牙工作面上的壓強，其他因素的影響尚無完善的計算方法。所以，耐磨性計算主要是限制螺紋牙工作面的壓強不超過許用值 3.3.1.螺桿強度的校核 壓力（或拉力）F和扭矩T的作用。螺桿危險截面既有壓縮應(yīng)力，又有切應(yīng)力。因此校核螺桿強度時，應(yīng)根據(jù)第四強度理論求出危險截面的計算應(yīng)力σCa.由《機械設(shè)計》（西北工業(yè)大學(xué)）查得 或 式中：F —— 螺桿所受的軸向壓力，單位為N。 A —— 螺桿螺紋的危險截面面積；A=πd12/4，單位為mm2。 Wτ —— 螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù)， Wτ=πd13/16=Ad1/4，單位為mm3。 T —— 螺桿所受的扭矩，， 單位為N·mm 。 —— 螺桿材料的許用應(yīng)力，單位為MPa 表5-1《機械設(shè)計》（西北工業(yè)大學(xué)）查得 由式5-48 由表5-12取 查《機械工程材料手冊》（曹正明） 40鋼 σb σs HBS 98MPa 78 MPa 70 表3-1 查表5-13《機械設(shè)計》（西北工業(yè)大學(xué)）[σ]=σs/4=19.63 成功。 3.3.2.螺紋牙的強度計算 螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強度。 如圖3-1所示，如果將一圈螺紋沿螺母的螺紋大徑D（單位為㎜）處展開，則可看作寬度為πD的懸臂梁。假設(shè)螺母每圈螺紋所承受的平均壓力為F/z，并作用在以螺紋中徑D2（單位為㎜）為直徑的圓周上，則螺紋牙危險截面a-a的剪切強度條件為 螺紋牙危險截面a-a的彎曲強度條件為 式中：b —— 螺紋牙根部的厚度，單位為㎜，對于矩形螺紋，b=0.5P，對于梯形螺紋，b=0.65P，對于鋸齒形螺紋，b=0.75P，P為螺距； —— 彎曲力臂，單位為㎜（=（D-D2）/2； [τ] —— 螺母材料的許用切應(yīng)力，單位為MPa； [σb] —— 螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，單位為MPa ； 螺桿剪切強度; 螺桿彎曲強度 : 螺母剪切強度 螺母彎曲強度 成功。 螺紋牙簡圖 3.4螺桿的穩(wěn)定性計算 對于長徑比大的受壓螺桿，當(dāng)軸向力F大于某一臨界值時，螺桿就會突然發(fā)生側(cè)向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力F必須小于臨界載荷Fcr。 根據(jù)螺桿的柔度值λS的大小選用不同的公式計算， 此處，μ為螺桿的長度系數(shù)； 為螺桿的工作長度，單位㎜；螺桿兩端支承時取兩支點的距離作為工作長度 ，螺桿一端以螺母支承時以螺母中部到另一端支點的距離作為工作長度 ； 為螺桿危險截面的慣性半徑，單位為㎜； 若螺桿危險截面積； 則。 設(shè)計螺桿螺紋段的長度 為3000㎜；查表5-14《機械設(shè)計》（西北工業(yè)大學(xué)）取μ=0.50。則 ； 需要進行穩(wěn)定性計算 合格 3.5軸承的選擇 根據(jù)絲杠的直徑,以及絲杠受力,選擇圓錐滾子軸承,型號是:32007 絲杠承受的橫向力為315N,承受的縱向力經(jīng)估算為1060N, 《機械設(shè)計使用手冊》(化學(xué)工業(yè)出版社) 查表6-1-54得:e=0.29,Y=2.1 ,查表6-1-20,X=0.67,Y=2.1 當(dāng)量動載荷: ,載荷平穩(wěn),查表6-1-19得=1 基本額定動載荷: 軸承壽命: 使用條件為每天8h工作的機械，但經(jīng)常不是滿負(fù)荷使用，如電機，一般齒輪裝置、壓碎機、起重機和一般機械中軸承使用壽命為10000～25000小時。 符合本設(shè)計的要求，所以滿足工作條件。 第四章 蝸輪蝸桿的設(shè)計計算 4．1蝸輪蝸桿的類型、特點 減速器是指原動機與工作機之間獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)地增大轉(zhuǎn)矩。減速器的種類很多，但幾乎大部分的減速器已有標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品，使用時只需結(jié)合所需傳動功率、轉(zhuǎn)速、傳動比、工作條件和機器的總體布置等具體要求，從產(chǎn)品目錄或有關(guān)手冊中選擇即可。只有在選不到所以滿足工作條件的產(chǎn)品時，才自行設(shè)計制造。 蝸桿傳動屬于空間嚙合傳動，用于傳遞兩交錯(既不平行又不相交)軸間的回轉(zhuǎn)運動和動力。軸交角∑可為任意值，但在絕大多數(shù)情況下使用正交蝸桿副，即∑=90°。它主要由蝸桿和蝸輪組成，蝸桿相當(dāng)于一頭或多頭的等導(dǎo)程(或變導(dǎo)程)螺旋，蝸輪則為變態(tài)斜齒輪(或為直齒輪)。在蝸桿傳動中，通常蝸桿為主動件，蝸輪為從動件。但有時為了增速如離心器中的蝸桿傳動，蝸輪是主動件，而多頭或人導(dǎo)程角的蝸桿則為從動件。根據(jù)蝸桿形狀的不同，蝸桿傳動可以分成三種類型：圓柱蝸桿傳動，環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動。圓弧圓柱蝸桿減速器：CWU（蝸桿在下）、CWS（蝸桿在側(cè)）、CWO（蝸桿在上）為單級圓弧圓柱蝸桿減速器，主要適用于冶金、礦山、起重、運輸、化工建筑等各種機械設(shè)備的減速傳動，蝸桿為圓環(huán)面包絡(luò)圓柱蝸桿（ZC1蝸桿），C1齒形。標(biāo)準(zhǔn)減速器的工作條件； 蝸桿轉(zhuǎn)速不超過1500r/min；工作環(huán)境溫度為-40 — +40oC；當(dāng)工作環(huán)境溫度低于0oC時，起動前潤滑油必須加熱到0oC以上，當(dāng)工作環(huán)境溫度高于40oC時，必須采取冷卻措施；蝸桿軸可正，反兩向運轉(zhuǎn)。 與齒輪傳動相比較，蝸桿傳動具有以下的特點： ⑥ 單級傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊。在動力傳動中，單級傳動比i一般為8～80；只傳遞運動時（如在某些分度機構(gòu)和儀表中），單級傳動比i可達到1000。 ⑦ 因為蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪輪齒的嚙合過程是連續(xù)的，而且同時嚙合的齒對數(shù)較多，故傳動平穩(wěn)，噪音小。 ⑧ 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角r小于齒面間的當(dāng)量摩擦角時，蝸桿傳動可以實現(xiàn)自鎖。 ⑨ 因為蝸桿與蝸輪齒面間相對滑動速度較大，摩擦損失較大，所以傳動效率比較低，當(dāng)蝸桿主動時，傳遞效率一般為0.7～0.9，而自鎖蝸桿傳動的效率＜0.5。 ⑩ 蝸輪常用貴重的減摩材料（如青銅）來制造，成本較高。 4.2設(shè)計前分析： 由已確定的絲杠參數(shù)可以計算出總的傳動比 蝸輪轉(zhuǎn)速為；83.34r/min 傳動比為：10.25工作穩(wěn)定，連續(xù)工作，潤滑情況良好，工作溫度35—40 輸入功率為:2.85KW 要求工作壽命12000小時 4.3設(shè)計計算,參考《機械設(shè)計使用手冊》(化學(xué)工業(yè)出版社) （1）選擇蝸桿傳動類型，精度等級 由于傳遞的功率不大，速度也不高，故選用阿基米德蝸桿傳動，精度8C GB 10089-88 (2)選擇材料 考慮到蝸桿傳動功率不大,速度較低,故蝸桿用45號鋼,表面淬火,硬度為45-55HRC,考慮為連續(xù)工作,蝸輪輪緣采用鑄錫磷青銅ZCuSn10PI,金屬模鑄造． (3)初選幾何參數(shù) 由表8-4-4當(dāng)i=10.25時，=4,=.i=41 （4）確定許用接觸應(yīng)力 由表8-4-9當(dāng)蝸輪材料為鑄青銅時, =. 由表8-4-10查得=220Mpa 由圖8-4-9查得滑動速度4.5m/s 采用浸油潤滑，由圖8-4-2查得=0.93 根據(jù)圖8-4-4的注中公式求得 根據(jù)N由圖8-4-4查得=0.77 許用接觸應(yīng)力為 == (5)計算蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩 估算傳動效率 N.m (6)求載荷系數(shù)K 由表8-4-9知 設(shè)時,=1,查表8-4-12,8級精度時,=1,由于是連續(xù)運轉(zhuǎn),由圖8-4-5得=1,由表8-4-13查得=1.52,由表8-4-14查得=1.15,由表8-4-6查得=0.75 所以 (7)確定m和 查表8-4-2,=,取 （８）主要幾何尺寸計算 蝸桿分度圓直徑　 蝸輪分度圓直徑　 中心距　 （9）蝸桿分度圓柱上螺旋線升角(導(dǎo)程角) 查表8-4-2得= (10)蝸桿節(jié)圓柱上螺旋線升角 ,= 蝸桿軸面齒形角:,阿基米德螺線蝸桿,選 (11)蝸桿(輪)法面齒形角 ,= (12)徑向間隙 (13)蝸桿,蝸輪齒頂高 (14) 蝸桿,蝸輪齒根高 (15) 蝸桿,蝸輪節(jié)圓直徑 (16) 蝸桿,蝸輪齒頂圓直徑 (17) 蝸桿,蝸輪齒根圓直徑 (18) 蝸桿周向齒距 = (19) 蝸桿沿分度圓柱上的軸向齒厚 (20) 蝸桿沿分度圓柱上的軸向齒厚 (21) 蝸桿分度圓法向弦齒高 (22) 蝸桿螺紋部分長度L,由表8-4-40 (23)蝸輪最大外圓直徑 (24)蝸輪輪緣寬度 (25)蝸輪齒頂圓弧半徑 (26)蝸輪齒根圓弧半徑 （27）蝸輪齒面接觸強度校核: 由表8-4-9 由于幾何參數(shù)已經(jīng)給定,故K和可按以知的幾何參數(shù)重新計算: 由于與原假設(shè)的差不多,故仍取= 根據(jù)由表8-4-15中用插值得,則蝸輪副嚙合效率為: 取軸承效率,攪油及濺油效率,所以蝸桿傳動總效率為 由此得: 由于,由表8-4-9,取K1=1,則 將此時的K與代入蝸輪齒面強度校核公式,并取 ,所以滿足接觸強度要求 (28)散熱計算:由公式8-4-9知傳動中損耗功率為: 由公式8-4-10和設(shè)計要求可導(dǎo)出下式 ,考慮到自然通風(fēng)良好,取=則 4.4聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩: 根據(jù)《機械設(shè)計實用手冊》(化學(xué)工業(yè)出版社)表7.2-1選擇K=1.2 根據(jù)表7.1-6選擇凸緣聯(lián)軸器,型號為:YL7 第五章 帶傳動的設(shè)計計算 皮帶傳動可用于兩軸中間距較大的傳動，還具有緩和沖擊，吸收震動，傳動平穩(wěn),無需潤滑,噪音小，成本低，保養(yǎng)維修較方便，可過載保護等。 帶傳動的主要失效形式即為打滑和疲勞破壞。因此，帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)為：在保證帶傳動不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命。 查《新遍機械設(shè)計師手冊》表4.1-2初擬選用普通V帶傳動。注：以下均為《新遍機械設(shè)計師手》表。 已知：原動機Y100L2-4 傳遞功率為P=3KW 轉(zhuǎn)速n1=1430 r/min 傳動比i為1.68 每天工作8h。 5.1設(shè)計功率Pd 由表4.1-9查得工況系數(shù)Ka=1.0 Pd=2.2×1.0=2.2KW 5.2 選定帶型 根據(jù)Pd=2.2KW和n1=1430r/min ，由圖4.1-1選定A型普通V帶。 5.3 傳動比 i為1.68 5.4 帶輪直徑 小帶輪基準(zhǔn)直徑 ： 參考表4.1-14；表4.1-15和圖4.1-1取 大帶輪基準(zhǔn)直徑： 由表4.1-14取132mm ε —— 彈性滑動率 ；通常ε=0.01~0.02。 5.5減速機的實際轉(zhuǎn)速 5.6帶速 V < VMAX=25-30(選普通V帶；窄V帶35-40 m/s) V > VMIN=5 m/s（一般V 不得低于5 m/s） 5.7軸間距設(shè)計計算 取a0=420mm。 所需基準(zhǔn)長度： 查表4.1-6選取基準(zhǔn)長度=1250㎜。 實際軸間距： 安裝時所需最小軸間距： mm bd ——— 基準(zhǔn)寬度，查表4.1-6取bd=11。 安裝時所需最大軸間距：（張緊或補償伸長） 5.8小帶輪包角： 5.9單根V帶的額定功率： 根據(jù)=80㎜和n1=1430r/min 由表4.1-12b查得A型帶P1=0.8KW。 ΔP1： 考慮傳動比的影響，額定功率的增量ΔP1由表4.1-12b查得ΔP1=0.12KW。 5.10確定V帶的根數(shù): 式中 —— 考慮包角不同時的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù) —— 考慮帶的長度不同時的影響系數(shù)，簡稱長度數(shù) —— 單根V帶的基本額定功率 —— 計入傳動比的影響時，單根V帶額定功率的增量（因P0是按α=180o即dd1=dd2的條件計算的，而當(dāng)傳動比越大時，從動輪直徑就比主動輪大，帶繞上從動輪的彎曲應(yīng)力就比繞上主動輪時的小，故其傳動能力即有所提高） 查表4.1-10 查得=0.99 查表4.1-11 查得=0.93 取Z=3根。 5.11單根V帶的預(yù)緊力 由表4.1-13查得m=0.11,所以: 由于新帶容易松弛，所以對非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時的預(yù)緊力應(yīng)為上述預(yù)緊力的1.5倍。 5.12 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 設(shè)計帶輪時，應(yīng)使其結(jié)構(gòu)工藝性好，質(zhì)量分布均勻，重量輕，并避免由于鑄造產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。V>25m/s 時尚需進行動平衡。本設(shè)計中V=5.98m/s，無須進行動平衡。 帶輪材料常采用灰鑄鐵、鋼、鋁合金、或工程塑料等。其中灰鑄鐵應(yīng)用最廣，當(dāng)V<25m/s時用HT150或HT200，本設(shè)計中采用HT200。 帶輪由輪緣、輪輻和輪轂三部分組成。輪輻部分有實心、輻板（或孔板）和橢圓形輪輻等三種形式。查表4.1-14得 輪緣尺寸 表4-1 型號 A 基準(zhǔn)寬度 11 基準(zhǔn)線上槽深 2.75 基準(zhǔn)線下槽深 8.7 槽間距 15±0.3 槽邊距 9 最小輪緣厚度 6 帶輪寬 48 小帶輪外徑 85.5 大帶輪外徑 137.5 輪槽角 34o 偏差 根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑參照表4.1-17，決定小帶輪、大帶輪采用實心輪輻。根據(jù)電動機尺寸和蝸桿尺寸確定小帶輪內(nèi)徑為28 mm，大帶輪內(nèi)徑為60mm，鍵選用普通平鍵C型b=8,h=7,L=50。 帶輪輪槽工作表面粗糙度為Ra 3.2 μm，輪緣和軸孔端面為Ra 6.3 - 12.5 μm。輪槽棱邊要到圓或到鈍。A型帶帶輪輪槽間距的累計誤差±0.6，兩槽的基準(zhǔn)直徑差0.4。（摘自GB/T 13575.1-92） 第六章 主軸傳動部分的設(shè)計計算 前面幾章已經(jīng)設(shè)計完成了橫向進給部分的設(shè)計計算,本章開始設(shè)計主軸傳動部分.主軸傳動部分的結(jié)構(gòu)較為簡單,由電動機驅(qū)動皮帶,皮帶直接驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn).因為主軸的旋轉(zhuǎn)不是主要運動形式,所以對此部分的傳動精度要求不高,設(shè)計中應(yīng)保證主軸可以克服圓周旋轉(zhuǎn)阻力以及200r/min的轉(zhuǎn)速即可. 初選電機: Y100L2-4,轉(zhuǎn)速1430r/mim,額定轉(zhuǎn)矩2.2 除銹時摩頭對鋼管的壓力為50N,其工作阻力矩最大為 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電動機的額定轉(zhuǎn)矩,所以可以滿足工作需要 6.1設(shè)計功率Pd 由表4.1-9查得工況系數(shù)Ka=1.0 Pd=3×1.0=3KW 6.2 選定帶型 根據(jù)Pd=3KW和n1=1430r/min ，由圖4.1-1選定A型普通V帶。 6.3 傳動比 i為7.15 6.4 帶輪直徑 小帶輪基準(zhǔn)直徑 ： 參考表4.1-14；表4.1-15和圖4.1-1取 大帶輪基準(zhǔn)直徑： 由表4.1-14取560mm ε —— 彈性滑動率 ；通常ε=0.01~0.02。 6.5減速機的實際轉(zhuǎn)速 6.6帶速 V < VMAX=25-30(選普通V帶；窄V帶35-40 m/s) V > VMIN=5 m/s（一般V 不得低于5 m/s） 6.7軸間距設(shè)計計算 取a0=1000mm。 所需基準(zhǔn)長度： 查表4.1-6選取基準(zhǔn)長度=3150㎜。 實際軸間距： 安裝時所需最小軸間距： mm bd ——— 基準(zhǔn)寬度，查表4.1-6取bd=11。 安裝時所需最大軸間距：（張緊或補償伸長） 6.8小帶輪包角： 6.9單根V帶的額定功率： 根據(jù)=80㎜和n1=1430r/min 由表4.1-12b查得A型帶P1=0.8KW。 ΔP1： 考慮傳動比的影響，額定功率的增量ΔP1由表4.1-12b查得ΔP1=0.15KW。 6.10確定V帶的根數(shù): 式中 —— 考慮包角不同時的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù) —— 考慮帶的長度不同時的影響系數(shù)，簡稱長度數(shù) —— 單根V帶的基本額定功率 —— 計入傳動比的影響時，單根V帶額定功率的增量（因P0是按α=180o即dd1=dd2的條件計算的，而當(dāng)傳動比越大時，從動輪直徑就比主動輪大，帶繞上從動輪的彎曲應(yīng)力就比繞上主動輪時的小，故其傳動能力即有所提高） 查表4.1-10 查得=0.93 查表4.1-11 查得=1.13 取Z=3根。 6.11單根V帶的預(yù)緊力 由表4.1-13查得m=0.11,所以: 由于新帶容易松弛，所以對非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時的預(yù)緊力應(yīng)為上述預(yù)緊力的1.5倍。 6.12 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 設(shè)計帶輪時，應(yīng)使其結(jié)構(gòu)工藝性好，質(zhì)量分布均勻，重量輕，并避免由于鑄造產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。V>25m/s 時尚需進行動平衡。本設(shè)計中V=5.98m/s，無須進行動平衡。 帶輪材料常采用灰鑄鐵、鋼、鋁合金、或工程塑料等。其中灰鑄鐵應(yīng)用最廣，當(dāng)V<25m/s時用HT150或HT200，本設(shè)計中采用HT200。 帶輪由輪緣、輪輻和輪轂三部分組成。輪輻部分有實心、輻板（或孔板）和橢圓形輪輻等三種形式。查表4.1-14得 輪緣尺寸 表4-1 型號 A 基準(zhǔn)寬度 11 基準(zhǔn)線上槽深 2.75 基準(zhǔn)線下槽深 8.7 槽間距 15±0.3 槽邊距 9 最小輪緣厚度 6 帶輪寬 48 小帶輪外徑 85.5 大帶輪外徑 565.5 輪槽角 34o 偏差 根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑參照表4.1-17，決定小帶輪、大帶輪采用實心輪輻。根據(jù)電動機尺寸和主軸尺寸確定小帶輪內(nèi)徑為28 mm，大帶輪內(nèi)徑為30mm。 帶輪輪槽工作表面粗糙度為Ra 3.2 μm，輪緣和軸孔端面為Ra 6.3 - 12.5 μm。輪槽棱邊要到圓或到鈍。A型帶帶輪輪槽間距的累計誤差±0.6，兩槽的基準(zhǔn)直徑差0.4。（摘自GB/T 13575.1-92） 6.13主傳動軸的設(shè)計計算 6.13.1按轉(zhuǎn)矩初步估算軸徑 選擇軸的材料為45鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,由表7.1-1 查得材料機械性能數(shù)據(jù)為; 根據(jù)表7.1-7公式初步計算軸徑,由于材料是45鋼,由表7.1-8選取A=118,則: ,選60 外徑 6.13.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)簡圖; 根據(jù)軸的受力,選取30211型圓錐滾子滾動軸承,為了便于軸承的裝配,選,, 軸承代號 32912 尺寸（㎜） d 60 D 85 T 17 B 16 C 14 rsmin 1 基本額定負(fù)荷（KN） 最小負(fù)荷系數(shù) Cr 28.8 C0r 31.5 極限轉(zhuǎn)速 脂潤滑 4000 油潤滑 5000 6.13.3軸的受力分析; 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 軸的左端要承受皮帶的壓力878.3N,右端要承受三爪卡盤的自重,兩處軸承要承受水平向上的支反力.而軸的軸向只承受一個315N軸向力,以及一個扭矩大小為625N. 由于L1段軸受力最大,承受主要扭矩,所以其為危險截面,其他部分受力較小.所以按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度: 《機械設(shè)計師》（高等教育出版社） ——軸的計算應(yīng)力, M——軸所受的彎矩, T——軸所受扭矩, W——軸的抗彎截面系數(shù), 前面已經(jīng)選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由表15-1查得;,故安全 6.13.4軸承壽命計算 軸上左端軸承受力較大,其受到的軸向力為=315N,經(jīng)力矩平衡粗略計算其受到的徑向力為=533N.依據(jù)《機械設(shè)計使用手冊》(化學(xué)工業(yè)出版社) 查表6-1-54得:e=0.38,Y=1.6 ,查表6-1-20,X=0.67,Y=1.6 當(dāng)量動載荷: ,載荷平穩(wěn),查表6-1-19得=1 基本額定動載荷: 軸承壽命: 使用條件為每天8h工作的機械，但經(jīng)常不是滿負(fù)荷使用，如電機，一般齒輪裝置、壓碎機、起重機和一般機械中軸承使用壽命為10000～25000小時。 符合本設(shè)計的要求，所以滿足工作條件。 　 第七章 軸的選擇和校核 概述 軸是組成機械的一個重要零件,它支撐著其他轉(zhuǎn)動件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩,同時它又通過軸承和機架連結(jié),所有軸上零件都圍繞軸心線做回轉(zhuǎn)運動,形成了一個以軸為基準(zhǔn)的組合體---軸系部件.所以,在軸的設(shè)計中,不能只考慮軸本身,還必須和軸系零,部件的整個結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來. 設(shè)計軸時應(yīng)考慮多方面因素和要求,其中主要問題是軸的選材,結(jié)構(gòu),強度和剛度,對于高速軸還應(yīng)考慮震動穩(wěn)定性問題 軸按受載情況可以分為:轉(zhuǎn)軸,心軸傳動軸,按結(jié)構(gòu)形狀可以分為;光軸和階梯軸,實心軸和空心軸 常用的軸的設(shè)計程序是; 1,根據(jù)機械傳動方案的整體布局,擬訂軸上零件的布置和裝配方案, 2,選擇軸的合適材料 3,初步估算軸的直徑, 4,進行軸系零,部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 5,進行強度計算 6,進行剛度計算 7,校核鍵的聯(lián)接強度 8,驗算軸承 9,根據(jù)計算結(jié)果修改設(shè)計 10,繪制軸的零件工作圖 對于一些不太重要的軸,上述程序中的某些內(nèi)容可以省略. 根據(jù)《新編機械設(shè)計師手冊》（機械工業(yè)出版社） 7.1蝸輪軸的設(shè)計計算 7.1.2按轉(zhuǎn)矩初步估算軸徑 選擇軸的材料為45鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,由表7.1-1 查得材料機械性能數(shù)據(jù)為; 根據(jù)表7.1-7公式初步計算軸徑,由于材料是45鋼,由表7.1-8選取A=118,則: 蝸輪軸上的功率為: 蝸輪軸轉(zhuǎn)速為:= 蝸輪軸上轉(zhuǎn)矩為: ,選35 7.1.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)簡圖; 根據(jù)軸的受力,選取30208型圓錐滾子滾動軸承,為了便于軸承的裝配,選,, 軸承代號 32908 尺寸（㎜） d 40 D 62 T 15 B 15 C 12 rsmin 0.6 基本額定負(fù)荷（KN） 最小負(fù)荷系數(shù) Cr 17.8 C0r 15.8 極限轉(zhuǎn)速 脂潤滑 5600 油潤滑 7000 7.1.4軸的受力分析; 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 軸所承受的軸向力 軸所受圓周力: 軸所受頸向力 7.1.5確定危險截面,求出受力大小,做彎矩圖 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 扭矩T 1581