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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
課題：熱處理加熱爐裝料機(jī)
摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是關(guān)于加熱爐裝料機(jī)的設(shè)計(jì)。首先對(duì)裝料機(jī)作了簡(jiǎn)單的概述；接著分析了裝料機(jī)的選型原則及計(jì)算方法；然后根據(jù)這些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與計(jì)算選型方法按照給定參數(shù)要求進(jìn)行選型設(shè)計(jì)；接著對(duì)所選擇的裝料機(jī)各主要零部件進(jìn)行了校核。在加熱爐裝料機(jī)的設(shè)計(jì)、制造以及應(yīng)用方面,目前我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)水平相比仍有較大差距,國(guó)內(nèi)在設(shè)計(jì)制造加熱爐裝料機(jī)過(guò)程中存在著很多不足。
整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力將需要的動(dòng)力傳遞到齒輪上，然后通過(guò)齒輪傳遞到齒輪，通過(guò)齒輪再過(guò)渡到另外一組齒輪上，然后再通過(guò)齒輪過(guò)渡到蝸輪蝸桿上。同時(shí)本文對(duì)該方案裝料機(jī)的關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)闡述，其主要內(nèi)容包括系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)零部件的設(shè)計(jì)、飛輪的設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)與校核以及軸承的選擇、等。
本文主要介紹裝料機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，裝料機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，裝料機(jī)總體方案分析及確定，裝料機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容所包含的機(jī)械圖紙的繪制，的計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)論與建議。
本論文研究?jī)?nèi)容：
(1) 裝料機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2) 裝料機(jī)工作性能分析。
(3)電動(dòng)機(jī)的選擇。
(4) 裝料機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件。
(5)對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(6)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。?
關(guān)鍵詞：加熱爐裝料機(jī)，傳動(dòng)裝置，連桿，減速器
80
Abstract
This graduation design is the design of a heating furnace charging machine. The loader is summarized; then analyzes the selection principle and the calculation method of the filling machine; then calculated based on these design criteria and selection method in accordance with the requirements of the given parameters selection and design; then check on the major components of loader selected. In the design, heating furnace charging machine manufacturing and application, at present our country compared with foreign advanced level there are still large gaps, China in the design and manufacture of heating furnace charging machine process there are many shortcomings.
The structure is mainly produced by the motor power will need to transfer the power to the gear, and then transferred to the gear through the gear, the gear and the transition to another set of gear, and then through the transition to the worm gear. Design of key parts and the scheme of charging machine were introduced in detail, the main contents include system overall plan design, the choice of motor, actuator design, transmission parts of the design, the flywheel design, shaft design and checking and bearing selection, etc..
This paper introduces the development situation of the filling machine, filling machine structure design principle, analysis of loader and determine the overall scheme, drawing, mechanical drawings charging machine structure design content contained in the calculation, the conclusion and suggestion of structure design.
The research of this thesis:
(1) the overall structure design of loading machine.
(2) analysis of loader working performance.
(3) the choice of motor.
(4) transmission system, executive component loading machine.
(5) the design of components for the design calculation and check.
(6) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.
Key words heating furnace charging machine, transmission device, connecting rod, gear reducer
目 錄
摘 要 II
Abstract III
1 緒論 1
1.1 加熱爐裝料機(jī)的發(fā)展史 1
1.2 加熱爐裝料機(jī)的用途 1
1.3 加熱爐裝料機(jī)的優(yōu)越性 1
1.3.1 加熱爐裝料機(jī)的特點(diǎn) 1
1.3.2 加熱爐裝料機(jī)與其他工件裝料機(jī)的比較 2
1.4加熱爐裝料機(jī)減速器 2
2 加熱爐裝料機(jī)總體方案 3
2.1 加熱爐裝料機(jī)設(shè)計(jì)方案 3
2.1.1加熱爐裝料機(jī)方案一 3
2.1.2 加熱爐裝料機(jī)方案二 3
2.1.3加熱爐裝料機(jī)方案三 4
2.1.4加熱爐裝料機(jī)方案四 4
2.2 加熱爐裝料機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型與設(shè)計(jì) 5
2.3 加熱爐裝料機(jī)傳動(dòng)裝置方案確定 6
3 電動(dòng)機(jī)選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 8
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 8
3.2 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的確定及各級(jí)傳動(dòng)比的分配 10
3.3 總體設(shè)計(jì)方案 11
4 圓柱齒輪傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 12
4.1 選擇齒輪材料及精度等級(jí) 12
4.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 12
4.3 根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 14
5 蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 15
5.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 15
5.2 選擇材料 15
5.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 15
5.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 17
5.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 18
5.6 驗(yàn)算效率 19
5.7 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 19
5.8 熱平衡核算 19
6 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
6.1 Ⅰ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
6.2 Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
6.3 Ⅲ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
6.4 校核Ⅱ軸的強(qiáng)度 27
7 軸承的選擇和校核 32
7.1 高速軸軸承的校核 32
7.2 低速軸軸承的校核 34
7.3 計(jì)算輸入軸軸承 36
7.4 計(jì)算輸出軸軸承 38
8 基于虛擬技術(shù)的裝料機(jī)設(shè)計(jì)及裝配仿真 40
8.1設(shè)計(jì)參數(shù) 40
8.2創(chuàng)建齒輪基本圓 40
8.3創(chuàng)建齒廓曲線 41
8.4創(chuàng)建掃引軌跡 44
8.5創(chuàng)建圓柱 45
8.6變截面掃描生成第一個(gè)輪齒 47
8.7陣列創(chuàng)建輪齒 48
8.8蝸桿的建模 49
9 工藝設(shè)計(jì)及PLC數(shù)控程序的開(kāi)發(fā) 55
9.1金屬材料的分析 55
9.2 各零部件的材料選擇及工藝分析 57
9.3 主要零件的參數(shù)設(shè)置及加工路徑分析 59
9.4加工程序的編制 71
結(jié)束語(yǔ) 76
參考文獻(xiàn) 77
致謝 78
1 緒論
進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)工件工業(yè)快速發(fā)展，深加工產(chǎn)業(yè)規(guī)模也在飛速擴(kuò)大,現(xiàn)有工件機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)能力小,不能滿足大型加工廠的生成要求。因此,改進(jìn)和擴(kuò)大現(xiàn)有工件機(jī)械設(shè)備是完全必要的。加熱爐裝料機(jī)作為工件加工的基礎(chǔ)設(shè)備， 在我國(guó)廣泛應(yīng)用幾十年。生產(chǎn)實(shí)踐證明,該設(shè)備對(duì)品種、粒度、外在水份等適應(yīng)性強(qiáng),與其他給料設(shè)備相比,具有運(yùn)行安全可靠、性能穩(wěn)定、噪音低、維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn),仍不失推廣使用的價(jià)值。
1.1 加熱爐裝料機(jī)的發(fā)展史
運(yùn)輸機(jī)設(shè)備是礦生產(chǎn)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一,給設(shè)備的可靠性,特別是關(guān)鍵咽喉部位給設(shè)備的可靠性,直接影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前,我國(guó)礦使用的給設(shè)備主要是加熱爐裝料機(jī)和電振工件裝料機(jī)。 加熱爐裝料機(jī)最早研制于20世紀(jì)60年代初,70年代,國(guó)外工件裝料機(jī)發(fā)展?fàn)顩r也與國(guó)內(nèi)大相徑庭,并沒(méi)有更高的技術(shù)含量,但價(jià)格卻是國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的4～5倍。
1.2 加熱爐裝料機(jī)的用途
最通用的加熱爐裝料機(jī)為K型，一般用于或其他磨琢性小、黏性小的松散粒狀物料的給料。加熱爐裝料機(jī)適用于礦井和選廠，將碳經(jīng)倉(cāng)均勻地裝載到裝料機(jī)或其它篩選、貯存裝置上。
1.3 加熱爐裝料機(jī)的優(yōu)越性
1.3.1 加熱爐裝料機(jī)的特點(diǎn)
(1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維修量小
在加熱爐裝料機(jī)中,電動(dòng)機(jī)和減速器均采用標(biāo)準(zhǔn)件,其余大部分是焊接件,易損部件少,用在礦惡劣條件下,其適用性深受使用單位的好評(píng)。
(2) 性能穩(wěn)定
加熱爐裝料機(jī)對(duì)的牌號(hào),粒度組成,水分、物理性質(zhì)等要求不嚴(yán),當(dāng)來(lái)料不均勻,水分不穩(wěn)定且?jiàn)A有大塊、橡膠帶、木頭及鋼絲等時(shí),仍能正常工作。
(3) 噪音低
加熱爐裝料機(jī)是非振動(dòng)式給料設(shè)備,其噪音發(fā)生源只有電動(dòng)機(jī)和減速器,而這兩個(gè)的噪音都很低。尤其在井下或倉(cāng)等封閉型場(chǎng)所,噪音無(wú)法擴(kuò)散,這一點(diǎn)是電動(dòng)給料機(jī)所無(wú)法達(dá)到的。
(4) 安裝方便、高度小
加熱爐裝料機(jī)一般安裝在倉(cāng)口,不需另外配制倉(cāng)口閘門(mén)溜槽及電動(dòng)機(jī)支座,安裝可一步到位,調(diào)整工作量小,而電動(dòng)工件裝料機(jī)由于不能直接承受倉(cāng)壓,需要另外安放倉(cāng)口過(guò)渡溜槽,相比之下,加熱爐裝料機(jī)占有高度小,節(jié)省了建筑面積和投資。
1.3.2 加熱爐裝料機(jī)與其他工件裝料機(jī)的比較
往復(fù)式與振動(dòng)式工件裝料機(jī)兩種給料方式不同點(diǎn)是給料頻率和幅值以及運(yùn)動(dòng)軌跡不同。在使用過(guò)程中，由于振動(dòng)式給料機(jī)給料頻率高，噪聲也大；由于它是靠高頻振動(dòng)給料，其振動(dòng)和頻率受物料密度及比重影響較大，所以，給料量不穩(wěn)定，給料量的調(diào)整也比較困難；由于是靠振動(dòng)給料，給料機(jī)必須起振并穩(wěn)定在一定的頻率和振幅下，但振動(dòng)參數(shù)對(duì)底板受力狀態(tài)很敏感，故底板不能承受較大的倉(cāng)壓，需增加倉(cāng)下給料槽的長(zhǎng)度，結(jié)果是增加了料倉(cāng)的整體高度，使工程投資加大；由于給料高度加大，無(wú)法用于替換目前大量使用的加熱爐裝料機(jī)。減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)或齒輪—蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常用在動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)之間作為減速的傳動(dòng)裝置；在少數(shù)場(chǎng)合下也用作增速的傳動(dòng)裝置，這時(shí)就稱為增速器。減速器由于結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠、使用維護(hù)簡(jiǎn)單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用很廣。
1.4加熱爐裝料機(jī)減速器
減速器類型很多，按傳動(dòng)級(jí)數(shù)主要分為：?jiǎn)渭?jí)、二級(jí)、多級(jí)；按傳動(dòng)件類型又可分為：齒輪、蝸桿、齒輪-蝸桿、蝸桿-齒輪等。
電動(dòng)機(jī)
聯(lián)軸器
高速軸
中間軸
低速軸
減速器系統(tǒng)框圖
2 加熱爐裝料機(jī)總體方案
2.1 加熱爐裝料機(jī)設(shè)計(jì)方案
設(shè)計(jì)方案：
1.采用分離氣缸和定位夾緊氣缸實(shí)現(xiàn)物料的運(yùn)送和分離
2.利用機(jī)械手進(jìn)行送料
3.采用伺服電機(jī)控制工作臺(tái)進(jìn)行送料
4、采用電機(jī)帶動(dòng)減速器，然后帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)
2.1.1加熱爐裝料機(jī)方案一
方案一采用雙作用缸實(shí)現(xiàn)物料的分離功能和定位夾緊功能
氣動(dòng)送料機(jī)由兩個(gè)基本應(yīng)用模塊組成：物料分離模塊及傳送模塊。物料分離模塊由兩個(gè)雙作用氣缸組成，分別實(shí)現(xiàn)物料的分離功能和定位夾緊功能。
為保證真空系統(tǒng)的氣流通暢，以提高真空發(fā)生器的真空度，回路4中的真空控制回路不安裝節(jié)流閥。同時(shí)，回路4中的所有連接氣管應(yīng)盡可能的短， 以減小空氣流通阻力，提高真空度。
采用氣缸的優(yōu)點(diǎn)：
減少了物料的運(yùn)送步驟，縮短了加工時(shí)間，操作簡(jiǎn)單。
缺點(diǎn)：
對(duì)物料的放置有很高的精度要求，造價(jià)高昂，一般的小型企業(yè)不采用
2.1.2 加熱爐裝料機(jī)方案二
方案二利用機(jī)械手進(jìn)行送料
機(jī)械手是以小車形式通過(guò)鋼繩同滑塊聯(lián)接起來(lái)， 由沖床滑塊上升運(yùn)動(dòng)牽引小車作前進(jìn)的水平運(yùn)動(dòng)完成送料，由通過(guò)鋼繩連接的重物使小車作復(fù)位運(yùn)動(dòng)。
由小車機(jī)械手將工件送至沖床下進(jìn)行沖孔，提高了生產(chǎn)效率，保證了質(zhì)量，改善了勞動(dòng)強(qiáng)度，確保了人生安全。
采用機(jī)械手送料的優(yōu)點(diǎn)：
送料與沖床節(jié)拍相同，可以連續(xù)生產(chǎn)。
缺點(diǎn)：
首先由于整個(gè)過(guò)程均由機(jī)械手實(shí)現(xiàn)，所以對(duì)機(jī)械手的要求度很高，其次，如果工件大小不一要經(jīng)常更換。
2.1.3加熱爐裝料機(jī)方案三
方案三采用伺服電機(jī)控制工作臺(tái)進(jìn)行送料
由單片機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器收到驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)后，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，將電脈沖轉(zhuǎn)化成交位移。電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率來(lái)控制決定，再由電機(jī)控制工作臺(tái)進(jìn)行送料沖壓。
優(yōu)點(diǎn)：
1、可以連續(xù)生產(chǎn)，并且能實(shí)現(xiàn)一人控制幾臺(tái)機(jī)器
2、可靠性高，由于送料機(jī)構(gòu)外部由步進(jìn)電機(jī)控制，所以每次的行程都是固定值。
3、低功耗，低電壓。在許多沒(méi)有電力供應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)合，較低的功耗和工作電壓是生產(chǎn)便捷化的必要條件。
4、維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
加熱爐裝料機(jī)結(jié)構(gòu)是由電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、H形架、連桿、底板(給料槽)、傳動(dòng)平臺(tái)、漏斗閘門(mén)、托輥等組成。
2.1.4加熱爐裝料機(jī)方案四
方案四采用電機(jī)帶動(dòng)減速器，然后帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)
傳動(dòng)原理：當(dāng)電動(dòng)機(jī)開(kāi)動(dòng)后，經(jīng)彈性聯(lián)軸器、減速器、曲柄連桿機(jī)構(gòu)拖動(dòng)傾斜的底板在托輥上作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)装逭袝r(shí),將倉(cāng)和槽形機(jī)體內(nèi)的帶到機(jī)體前端;底板逆行時(shí),槽形機(jī)體內(nèi)的被機(jī)體后部的斜板擋住,底板與之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng),機(jī)體前端的自行落下。將均勻地卸到運(yùn)輸機(jī)械或其它篩選設(shè)備上。該機(jī)設(shè)有帶漏斗、帶調(diào)節(jié)閥門(mén)和不帶漏斗、不帶調(diào)節(jié)閥門(mén)兩種形式。
綜合以上的比較，選擇方案4來(lái)設(shè)計(jì)加熱爐裝料機(jī)機(jī)構(gòu)。
2.2 加熱爐裝料機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型與設(shè)計(jì)
（1）機(jī)構(gòu)分析
① 執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)功率2kw，原動(dòng)件輸出等速圓周運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)有運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，將原動(dòng)件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此應(yīng)有急回運(yùn)動(dòng)特性。同時(shí)要保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳力特性，即壓力角較小。
② 為合理匹配出力與速度的關(guān)系，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快扭矩小，因此應(yīng)設(shè)置蝸桿減速器，減速增扭。
（2）機(jī)構(gòu)選型
方案一：用擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換功能。
方案二：用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換功能。
方案三：用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換功能。
方案三
方案二
方案一
（3）方案評(píng)價(jià)
方案一：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸適中，最小傳動(dòng)角適中，傳力性能良好，且慢速行程為工作行程，快速行程為返回行程，工作效率高。
方案二：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是不夠緊湊，且最小傳動(dòng)角偏小，傳力性能差。
方案三：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且滑塊會(huì)有一段時(shí)間作近似停歇，工作效率低，不能滿足工作周期4.3秒地要求。
綜上所述，方案一作為裝料機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)施方案較為合適。
（4）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
急回系數(shù)k定為2，則, , 得。
簡(jiǎn)圖如下：暫定機(jī)架長(zhǎng)100mm，則由可得曲柄長(zhǎng)50mm，導(dǎo)桿長(zhǎng)200mm。
（5）性能評(píng)價(jià)
圖示位置即為最小位置,經(jīng)計(jì)算。性能良好。
2.3 加熱爐裝料機(jī)傳動(dòng)裝置方案確定
（1）傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
由于輸入軸與輸出軸有相交，因此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)選擇錐齒輪或蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。
方案一：二級(jí)圓錐——圓柱齒輪減速器。
方案二：齒輪——蝸桿減速器。
方案三：蝸桿——齒輪減速器。
方案三
方案二
方案一
（2）方案評(píng)價(jià)
由于工作周期為4.3秒，相當(dāng)于14r/min, 而電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min,故總傳動(dòng)比為71或107 , 較大，因此傳動(dòng)比較小的方案一不合適，應(yīng)在方案二與方案三中選。而方案二與方案三相比，結(jié)構(gòu)較緊湊，且蝸桿在低速級(jí)，因此方案二較為合適。
3 電動(dòng)機(jī)選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇
1.確定電動(dòng)機(jī)類型
按工作要求和條件,選用y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)。
2.確定電動(dòng)機(jī)的容量
由于曲柄軸的功率為3.5KW,曲柄軸的角速度為4.25rad/s
根據(jù)周期計(jì)算公式
3.選擇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
由[2]表13-2推薦的傳動(dòng)副傳動(dòng)比合理范圍
圓柱齒輪傳動(dòng) i齒小于8
蝸輪蝸桿傳動(dòng) i齒=8～40
則傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的合理范圍為
i‘總=（2～8）×（8～40）=（16～200）
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為
故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為。符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速
根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需功率和同步轉(zhuǎn)速，查[2]表12-1，符合這一范圍的常用同步轉(zhuǎn)速有1500、1000。
估算由電動(dòng)機(jī)至運(yùn)輸帶的傳動(dòng)的總效率為
為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)參考表1初選
為蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)效率
為軸承的傳動(dòng)效率出選
為卷筒的傳動(dòng)效率出選
估算由電動(dòng)機(jī)至運(yùn)輸帶的傳動(dòng)的總效率為
為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)參考表1初選
為蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)效率
為軸承的傳動(dòng)效率出選
為卷筒的傳動(dòng)效率出選
為一對(duì)齒輪的傳動(dòng)效率出選
工作機(jī)所需的功率：
4 確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)
選上述不同轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行比較，查《機(jī)械基礎(chǔ)》P499附錄50及相關(guān)資料得電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)和計(jì)算出總的傳動(dòng)比，列于下表：
表3-1 電機(jī)參數(shù)比較表
方案
電機(jī)型號(hào)
額定功率kW
電機(jī)轉(zhuǎn)速r/min
電機(jī)質(zhì)量kg
參考
價(jià)格（元）
同步
轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
1
Y132S-4
5.5
1500
1440
38
760
2
Y132M2-6
5.5
1000
940
63
1022
3
Y160M2-8
5.5
750
710
79
800
選用同步轉(zhuǎn)速為:1500 r/min
為降低電動(dòng)機(jī)重量和價(jià)格，由表二選取同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的Y系列電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y132S-4。
查《機(jī)械基礎(chǔ)》P500附錄51，得到電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)以及安裝的有關(guān)尺寸(mm)，見(jiàn)以下兩表：
具體參數(shù)表如下：
表3-2 電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
（kw）
同步轉(zhuǎn)速
（r/min）
滿載轉(zhuǎn)速
（r/min）
Y132S-4
5.5
1500
1440
2.2
2.2
圖3-1
3.2 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的確定及各級(jí)傳動(dòng)比的分配
1.傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比
==
式中nm----電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速:1440r/min;
nw----工作機(jī)的轉(zhuǎn)速:40.60 r/min。
2.分配傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比
齒輪傳動(dòng)比為0.7，
那么取蝸輪蝸桿減速比為50
其中、、、分別為
3.3 總體設(shè)計(jì)方案
4 圓柱齒輪傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 選擇齒輪材料及精度等級(jí)
根據(jù)傳動(dòng)方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，選用7級(jí)精度，要求齒面粗糙度。
因?yàn)檩d荷中有輕微振動(dòng)，傳動(dòng)速度不高，傳動(dòng)尺寸無(wú)特殊要求，屬于一般的齒輪傳動(dòng)，故兩齒輪均可用軟齒面齒輪。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P322表14－10，小齒輪選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度236HBS；大齒輪選用45號(hào)鋼，正火處理，硬度為190HBS。
取小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)，使兩齒輪的齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，取值,選取螺旋角。初選螺旋角
由表[1]取（因非對(duì)稱布置及軟齒面）。
4.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
因兩齒輪均為鋼制齒輪，所以由課本公式得：
確定有關(guān)參數(shù)如下：
1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1)試選=1.2
2）選取區(qū)域系數(shù) Z=2.43
3）
則
4)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
5)由表10-7選取齒寬系數(shù)=0.9
6）由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)
（4）、許用接觸應(yīng)力
由圖[1]查得，
由式[1]計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
由圖[1]查得接觸疲勞的壽命系數(shù)，
通用齒輪和一般工業(yè)齒輪按一般可靠度要求選取安全系數(shù)。所以計(jì)算兩輪的許用接觸應(yīng)力：
故得：
則模數(shù)：
由表[1]取初步選擇標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：
（5）、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
4.3 根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由式（10-17）
（1） 確定計(jì)算參數(shù)
1） 計(jì)算載荷系數(shù)
2） 根據(jù)縱向重合度從圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)
3） 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
4） 查齒形系數(shù)
由表10-5查得,
5)查應(yīng)力校正系數(shù)
由表10-3查得，,
6)由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
7）由圖10-18取彎曲疲勞系數(shù),
8）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，由式（10-12）得
9）計(jì)算大小齒輪的,并加以比較
大齒輪的數(shù)值較大
（1） 設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒根接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算法面模數(shù)大于齒面彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算帶模數(shù)，去，以滿足彎曲強(qiáng)度。
確定有關(guān)參數(shù)和系數(shù)：
5 蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型
根據(jù)GB/T10085—1988的推薦,采用漸開(kāi)線蝸桿(ZI) 。
5.2 選擇材料
考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大,速度只是中等,故蝸桿采用45鋼;因希望效率高些,耐磨性好些,故蝸桿螺旋齒面要求淬火,硬度為45～55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅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。
5.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。由教材【1】P254式(11—12),傳動(dòng)中心距
(1) 確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩=1274.26 Nm
(2)確定載荷系數(shù)K
因工作載荷有輕微沖擊,故由教材【1】P253取載荷分布不均系數(shù)=1;由教材P253表11—5選取使用系數(shù)由于轉(zhuǎn)速不高,沖擊不大,可取動(dòng)載系數(shù);則由教材P252
(3)確定彈性影響系數(shù)
因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故=160。
(4)確定接觸系數(shù)
先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距的比值=0.35從教材P253圖11—18中可查得=2.9。
(5)確定許用接觸應(yīng)力
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造, 蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC,可從從教材【1】P254表11—7查得蝸輪的基本許用應(yīng)力=268。由教材【1】P254應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60=60127.28（2810365）=9.56
j為蝸輪每轉(zhuǎn)一周每個(gè)輪齒嚙合的次數(shù)j=1
兩班制，每班按照8小時(shí)計(jì)算，壽命10年。
壽命系數(shù)
則
(6)計(jì)算中心距
(6)取中心距a=200mm,因i=50,故從教材【1】P245表11—2中取模數(shù)m=6.3mm, 蝸輪分度圓直徑=63mm這時(shí)=0.315從教材【1】P253圖11—18中可查得接觸系數(shù)=2.9因?yàn)?,因此以上計(jì)算結(jié)果可用。
5.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
(1) 蝸桿
軸向尺距mm;直徑系數(shù);
齒頂圓直徑;
齒根圓直徑;
蝸桿齒寬B1>=(9.5+0.09)m+25=112mm
蝸桿軸向齒厚mm；分度圓導(dǎo)程角;
(2) 蝸輪
蝸輪齒數(shù)53;
變位系數(shù)mm;
演算傳動(dòng)比mm,這時(shí)傳動(dòng)誤差比為, 是允許的。
蝸輪分度圓直徑mm
蝸輪喉圓直徑=346.5mm
蝸輪齒根圓直徑
蝸輪咽喉母圓半徑
蝸桿和軸做成一體，即蝸桿軸。由參考文獻(xiàn)【1】P270圖蝸輪采用齒圈式，青銅輪緣與鑄造鐵心采用H7/s6配合，并加臺(tái)肩和螺釘固定，螺釘選6個(gè)
5.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
當(dāng)量齒數(shù)
根據(jù)從教材【1】P255圖11—19中可查得齒形系數(shù)
螺旋角系數(shù)
從教材P25知許用彎曲應(yīng)力
從教材【1】P256表11—8查得由ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力=56
由教材P255壽命系數(shù)
<56Mpa可見(jiàn)彎曲強(qiáng)度是滿足的。
5.6 驗(yàn)算效率
已知=;;與相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān)。
從教材P【1】264表11—18中用插值法查得=0.0264, 代入式中得=0.884,大于原估計(jì)值,因此不用重算。
5.7 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定
考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng),屬于通用機(jī)械減速器,從GB/T10089—1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇7級(jí)精度,則隙種類為f,標(biāo)注為8f GB/T10089—1988。然后由參考文獻(xiàn)【3】P187查得蝸桿的齒厚公差為 =71μm, 蝸輪的齒厚公差為 =130μm;蝸桿的齒面和頂圓的表面粗糙度均為1.6μm, 蝸輪的齒面和頂圓的表面粗糙度為1.6μm和3.2μm。
5.8 熱平衡核算
初步估計(jì)散熱面積：
取(周圍空氣的溫度)為。
6 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
6.1 Ⅰ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1．選擇軸的材料及熱處理方法
查[1]表15-1選擇軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45；根據(jù)齒輪直徑，熱處理方法為正火。
2．確定軸的最小直徑
查[1]的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑的公式：
mm
再查 [1]表15-3，
考慮鍵：因?yàn)殒I槽對(duì)軸的強(qiáng)度有削弱作用，開(kāi)有一個(gè)鍵槽，所以軸的軸徑要相應(yīng)增大
mm
3．確定各軸段直徑并填于下表內(nèi)
名稱
依據(jù)
單位
確定結(jié)果
mm
且由前面的齒輪的設(shè)
計(jì)可得，齒輪的孔徑為30，mm
＝30
＝30
查 [2]表7-12 35
35
因?yàn)樘幯b軸承，所以只要＞即可，選取7類軸承，查 [2]表6-6，選取7208AC，故 ＝40
＝40
46
由于是齒輪軸所以等于高速級(jí)小齒輪的分度圓直徑：
40
40
4．選擇軸承潤(rùn)滑方式，確定與軸長(zhǎng)有關(guān)的參數(shù)。
查 [2]（2）“潤(rùn)滑方式”，及說(shuō)明書(shū)“（12）計(jì)算齒輪圓周速度” = 1.54，故選用脂潤(rùn)滑。
將與軸長(zhǎng)度有關(guān)的各參數(shù)填入下表
名稱
依據(jù)
單位
確定結(jié)果
箱體壁厚
查 [2]表11-1
8
地腳螺栓直徑及數(shù)目n
查 [2]表11-1
查 [2]表3-13， ?。?0，
＝16
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
查 [2]表11-1
查 [2]表3-9，取＝16
＝12
軸承旁聯(lián)接螺栓扳手空間、
查 [2] 表11-1
軸承蓋聯(lián)接螺釘直徑
查 [2]表11-2
查 [2]表11-10，得當(dāng)取
軸承蓋厚度
查 [2]表11-10
，
小齒輪端面距箱體內(nèi)壁距離
查 [2]
=10
軸承內(nèi)端面至箱體內(nèi)壁距離
查 [2] 因?yàn)檫x用脂潤(rùn)滑，所以
＝10
軸承支點(diǎn)距軸承寬邊端面距離a
查 [2]表6-6，選取7208AC軸承，
故
5.計(jì)算各軸段長(zhǎng)度。
名稱
計(jì)算公式
單位
計(jì)算結(jié)果
由于與大齒輪配合，則：
63
由公式
＝56
由公式
32
由公式
＝110.5
齒輪1輪轂寬度：
＝65
由公式
＝40
L（總長(zhǎng)）
＝365.5
（支點(diǎn)距離）
＝197.5
6.2 Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1．選擇軸的材料及熱處理方法
查[1]表15-1選擇軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45；根據(jù)齒輪直徑，熱處理方法為正火回火。
2．確定軸的最小直徑
查[1]的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑的公式：
=(126~103)
再查 [1]表15-3，
3．確定各軸段直徑并填于下表內(nèi)
名稱
依據(jù)
單位
確定結(jié)果
由于和軸承配合，取標(biāo)準(zhǔn)軸徑為：
=45
由于和齒輪配合，取
查 [2]表1-6，?。?0
=50
查 [2]表1-6，取=60
=60
與高速級(jí)大齒輪配合，取：
＝=45
＝45
4．選擇軸承潤(rùn)滑方式，確定與軸長(zhǎng)有關(guān)的參數(shù)。
查 [2]（二）“滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑”，及說(shuō)明書(shū)“六、計(jì)算齒輪速度” ，故選用脂潤(rùn)滑。
將與軸長(zhǎng)度有關(guān)的各參數(shù)填入下表
名稱
依據(jù)
單位
確定結(jié)果
軸承支點(diǎn)距軸承寬邊端面距離a
選用7209AC軸承，查 [2]表6-6
得
5.計(jì)算各軸段長(zhǎng)度
名稱
計(jì)算公式
單位
計(jì)算結(jié)果
＝43
＝93
＝10
齒輪配合長(zhǎng)度：
＝58
＝45.5
L（總長(zhǎng)）
L＝249.5
（支點(diǎn)距離）
196.1
6.3 Ⅲ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1．選擇軸的材料及熱處理方法
查[1]表15-1選擇軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45；根據(jù)齒輪直徑，熱處理方法為正火回火。
2．確定軸的最小直徑
查[1]的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑的公式：
=
再查 [1]表15-3，
考慮鍵：因?yàn)殒I槽對(duì)軸的強(qiáng)度有削弱作用，開(kāi)有一個(gè)鍵槽，所以軸的軸徑要相應(yīng)增大
3．確定各軸段直徑并填于下表內(nèi)
名稱
依據(jù)
單位
確定結(jié)果
由于與聯(lián)軸器配合，配合軸徑為d1=60mm
＝60
考慮聯(lián)軸器定位：
查 [2]表7-12，?。?0
＝70
為了軸承裝配的方便： ，取符合軸承標(biāo)準(zhǔn)孔徑大小為
＝75
考慮軸肩定位，查（1）表1-16，取標(biāo)準(zhǔn)值=86
＝86
考慮齒輪的定位：
92
由于與齒輪配合=80mm
=80
由于軸承配合：＝＝75
＝75
4．選擇軸承潤(rùn)滑方式，確定與軸長(zhǎng)有關(guān)的參數(shù)。
查 [2]（二）“滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑”，及說(shuō)明書(shū)“六、計(jì)算齒輪速度”， ，故選用脂潤(rùn)滑。將與軸長(zhǎng)度有關(guān)的各參數(shù)填入下表
名稱
依據(jù)
單位
確定結(jié)果
軸承支點(diǎn)距軸承寬邊端面距離a
選用7015AC軸承，查 [2]表6-6
得
5.計(jì)算各軸段長(zhǎng)度
名稱
計(jì)算公式
單位
計(jì)算結(jié)果
選聯(lián)軸器軸孔長(zhǎng)度為107mm，則：
105
由公式
＝47
由公式
＝39
由公式
＝73
由公式
＝10
配合齒輪4：
88
＝51.5
L（總長(zhǎng)）
413.5
（支點(diǎn)距離）
＝184.3
6.4 校核Ⅱ軸的強(qiáng)度
齒輪的受力分析：
斜齒輪上的圓周力：；徑向力：；軸向力：
分別將:
代入以上3式，得：
表6.4 和軸長(zhǎng)度有關(guān)的參數(shù)
齒輪2上的圓周力
齒輪上的徑向力
齒輪上的軸向力
3189.49
1195.80
788.14
齒輪3上的圓周力
齒輪上的徑向力
齒輪上的軸向力
4958.7
2720.77
1750.14
求支反力、繪彎矩、扭矩圖
軸Ⅱ受力簡(jiǎn)圖
圖4.6 Ⅱ軸的受力圖
其中， 方向均向外；方向都指向軸心；向左，向右。
1.垂直平面支反力，如圖a)
軸向力平移至軸心線形成的彎矩分別為：
2.垂直平面彎矩圖，如圖b)
計(jì)算特殊截面的彎矩：
3.水平平面支反力，如圖c)
4.水平平面彎矩圖,如圖d)
計(jì)算特殊截面的彎矩：
5.合成彎矩圖, 如圖e)
6.扭矩圖,如圖f)
2．按彎扭合成校核軸的強(qiáng)度
（1）確定軸的危險(xiǎn)截面
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和彎矩圖可知：截面3受到的合力矩最大，且大小為：
（2）按彎矩組合強(qiáng)度校核軸危險(xiǎn)截面強(qiáng)度
（軸的抗彎截面系數(shù)，初選鍵：b=12,t=5,d=50;解得W=11050.63 mm3）
取，則：
查表15-1得[]=60mpa,因此,故安全。
7 軸承的選擇和校核
7.1 高速軸軸承的校核
①根據(jù)軸承型號(hào)30307查設(shè)計(jì)手冊(cè)取軸承基本額定動(dòng)載荷為：C=75200N；基本額定靜載荷為：
② 求兩軸承受到的徑向載荷
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個(gè)平面力系。有力分析可知：
③求兩軸承的計(jì)算軸向力
對(duì)于圓錐滾子軸承，軸承派生軸向力，Y由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得為1.9，因此可以估算：
則軸有向右竄動(dòng)的趨勢(shì)，軸承1被壓緊，軸承2被放松
④求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷
查設(shè)計(jì)手冊(cè)知e=0.31
查課本表13-5得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)
軸承1
軸承2
因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有輕微沖擊,查課本表13-6得 則
⑤ 驗(yàn)算軸承壽命
因?yàn)?所以按軸承1的受力大小驗(yàn)算
選擇軸承滿足壽命要求.
7.2 低速軸軸承的校核
①根據(jù)軸承型號(hào)30306查設(shè)計(jì)手冊(cè)取軸承基本額定動(dòng)載荷為：C=59000N；基本額定靜載荷為：
② 求兩軸承受到的徑向載荷
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個(gè)平面力系。有力分析可知：
③求兩軸承的計(jì)算軸向力
對(duì)于圓錐滾子軸承，軸承派生軸向力，Y由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得為1.9，因此可以估算：
則軸有向左竄動(dòng)的趨勢(shì)，軸承1被壓緊，軸承2被放松
④求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷
查設(shè)計(jì)手冊(cè)知e=0.31
查課本表13-5得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)
軸承1
軸承2
因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有輕微沖擊,查課本表13-6得 則
⑤ 驗(yàn)算軸承壽命
因?yàn)?所以按軸承1的受力大小驗(yàn)算
選擇軸承滿足壽命要求.
兩班制，每班按照8小時(shí)計(jì)算，壽命10年。
=2810365=58400小時(shí)。
7.3 計(jì)算輸入軸軸承
初選兩軸承30208型單列圓錐滾子軸承查參考文獻(xiàn)【3】可知蝸桿承軸Ⅰ30208兩個(gè)，蝸輪軸承30213兩個(gè)，(GB/T297-1994)表6：
軸承代號(hào)
基本尺寸/mm
計(jì)算系數(shù)
基本額定/kN
d
D
T
a
受力點(diǎn)
e
Y
動(dòng)載荷Cr
靜載荷Cor
30208
40
80
19.75
16.9
0.37
1.6
63.0
74.0
30212
60
110
23.75
22.4
0.4
1.5
103
130
圖七
(1)求兩軸承受到的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面圖(2)和水平面圖(3)兩個(gè)平面力系。其中圖(3)中的為通過(guò)另加轉(zhuǎn)矩而平移到指定軸線;圖(1)中的亦通過(guò)另加彎矩而平移到作用于軸線上。由力分析知:
N
（2）求兩軸承的計(jì)算軸向力
對(duì)于30208型軸承,按教材P322表13-7,其中,e為教材P321表13-5中的判斷系數(shù)e=0.37,因此估算
按教材P322式(13-11a)
=284N
(3)求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷和
因?yàn)?
46720h故所選軸承滿足壽命要求。
7.4 計(jì)算輸出軸軸承
初選兩軸承為30212型圓錐滾子軸承查圓錐滾子軸承手冊(cè)可知其基本額定動(dòng)載荷=103KN基本額定靜載荷=130KN
(1)求兩軸承受到的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面圖(2)和水平面圖(3)兩個(gè)平面力系。其中圖(3)中的為通過(guò)另加轉(zhuǎn)矩而平移到指定軸線;圖(1)中的亦通過(guò)另加彎矩而平移到作用于軸線上。由力分析知: N
（2）求兩軸承的計(jì)算軸向力
對(duì)于30213型軸承,按教材P322表13-7,其中,e為教材P321表13-5中的判斷系數(shù)e=0.4,因此估算
按教材P322式(13-11a)
=415N
(3) 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷和
46720h故所選軸承滿足壽命要求
8 基于虛擬技術(shù)的裝料機(jī)設(shè)計(jì)及裝配仿真
8.1設(shè)計(jì)參數(shù)
打開(kāi)PROE，在菜單中點(diǎn)擊工具，選擇菜單，然后設(shè)置參數(shù)，如下圖
8.2創(chuàng)建齒輪基本圓
（1）繪制蝸輪基本圓曲線。在工具欄內(nèi)單擊按鈕，彈出“草繪”對(duì)話框，選擇“FRONT”面作為草繪平面，選取“RIGHT”面作為參考平面，參考方向?yàn)橄颉坝摇?，如圖3-189所示；單擊【草繪】進(jìn)入草繪環(huán)境；
（2）進(jìn)入草繪以后，點(diǎn)擊圓，畫(huà)4個(gè)圓，退出草圖，然后設(shè)置參數(shù)
8.3創(chuàng)建齒廓曲線
（1）創(chuàng)建漸開(kāi)線。在工具欄內(nèi)單擊按鈕，彈出“曲線選項(xiàng)”對(duì)話框，點(diǎn)擊從方程，單擊選取基準(zhǔn)坐標(biāo)系PRT_CSYS_DEF作為參照。系統(tǒng)彈出設(shè)置坐類型菜單管理器，單擊笛卡爾在系統(tǒng)彈出的記事本窗口中輸入曲線方程為：
r=72.66/2
Theta=t*45
x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180
y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180
z=0
(3)在曲線定義對(duì)話框內(nèi)，點(diǎn)擊確定完成漸開(kāi)線的創(chuàng)建。如圖：
（4) 鏡像漸開(kāi)線。在工具欄內(nèi)單擊按鈕，創(chuàng)建分度圓曲線與漸開(kāi)線的交點(diǎn)，如圖所示：
（5）在工具欄內(nèi)單擊按鈕，彈出“基準(zhǔn)軸”對(duì)話框，通過(guò)2個(gè)面創(chuàng)建一條基準(zhǔn)軸。如下圖：
（6）在工具欄內(nèi)單擊按鈕，彈出“基準(zhǔn)平面”對(duì)話框，選擇一條基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)基準(zhǔn)平面。如圖
（7）在工具欄內(nèi)單擊按鈕，彈出“基準(zhǔn)平面”對(duì)話框，在“旋轉(zhuǎn)”文本框內(nèi)輸入旋轉(zhuǎn)角度為3，在“基準(zhǔn)平面”對(duì)話框內(nèi)單擊確定完成基準(zhǔn)平面的創(chuàng)建，如圖
（8）單擊選取漸開(kāi)線，點(diǎn)擊鏡像單擊選取“DTM3”面作為參照平面，單擊√完成漸開(kāi)線的創(chuàng)建。
8.4創(chuàng)建掃引軌跡
（1）創(chuàng)建投影曲面。在工具欄內(nèi)單擊旋轉(zhuǎn)按鈕，彈出“旋轉(zhuǎn)”定義操控面板，在面板內(nèi)選擇曲面旋轉(zhuǎn)，然后單擊 “放置”→ “定義”，彈出“草繪”定義對(duì)話框，用DTM3作為平面。
（2）單擊草繪，繪制如圖：
（4）在工具欄內(nèi)單擊基準(zhǔn)平面按鈕，設(shè)置基準(zhǔn)平面，以中心軸和DMT2為參照，繪制出DMT3。
（5）創(chuàng)建投影線。在主菜單內(nèi)依次單擊 “編輯”→ “投影”，彈出“投影”操作面板，選擇一個(gè)平面，方向→，再選擇DMT3
在點(diǎn)擊參照，選擇草繪投影，以DMT3為投影，方向?yàn)榈撞窟M(jìn)入草繪
8.5創(chuàng)建圓柱
（1）選擇拉伸選項(xiàng)，以FOROTN面為平面，方向相右，繪制一個(gè)直徑為88.25的圓，完成草圖。然后選擇對(duì)稱，深度為30、
（2）、創(chuàng)建倒角選擇倒角按鈕，選擇倒角為2.5
（3）在工具欄內(nèi)單擊旋轉(zhuǎn)按鈕，彈出“旋轉(zhuǎn)”操控面板，在操控面板內(nèi)單擊【位置】按鈕，然后單擊【定義】按鈕，彈出“草繪”定義對(duì)話框，單擊草繪按鈕進(jìn)入草繪環(huán)境，繪制如圖單擊√按鈕完成草圖的繪制。
（4）在操控面板內(nèi)單擊按鈕，單擊√按鈕完成后的蝸輪如圖
8.6變截面掃描生成第一個(gè)輪齒
（1）在工具欄內(nèi)單變截面掃操控面板，單擊參照按鈕彈出一個(gè)上滑面板，按如圖所示的設(shè)置定軌跡
（2）在操控面板內(nèi)，單擊選項(xiàng)按鈕彈出一個(gè)上滑面板，在下拉列表框中選擇“恒定剖面”選項(xiàng)
（3）在操控面板內(nèi)，單擊按鈕進(jìn)入草繪環(huán)境，繪制如圖所示的草圖，單擊按鈕√完成草圖繪制。
（4）在操控面板內(nèi)，單擊按鈕，單擊√按鈕完成后的特征如圖29所示。
（5）創(chuàng)建另外半個(gè)齒輪。按上述（1）-（4）步驟進(jìn)行操作，不同地方是在第（1）步驟的軌跡選取中，選取另一條投影線。設(shè)置參數(shù)
8.7陣列創(chuàng)建輪齒
首先單擊選取已經(jīng)創(chuàng)建好的輪齒，然后在工具欄內(nèi)單擊按鈕，彈出“陣列”的控制面板
完成如圖
最后再實(shí)行渦輪的修整，點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)以RIGHT為平面進(jìn)入草繪，創(chuàng)建如圖
完成草繪，旋轉(zhuǎn)以后如圖
最后通孔，選擇拉伸，進(jìn)入草繪，繪制如圖
完成草繪，然后去除材料，如圖
8.8蝸桿的建模
1.建立新零件，，使用三個(gè)平面
2設(shè)置參數(shù)：
3.（1建立基準(zhǔn)平面DTM1，TOP平面往下偏距，編輯關(guān)系式DO=（M*Z2-M*Q）/2
（2）建立蝸桿軸線A1，F(xiàn)RONT平面與TOP的交線
（3）建立軸線A2，RIGHT平面與DTM1的交線。
（4）建立直角坐標(biāo)系CSO，x垂直與TOP平面向上，y垂直與FRONT平面向外，z垂直與RIGHT平面向右。
（5）建立坐標(biāo)系CS1，X垂直與DTM1平面向上，Y垂直與RIGHT平面向右，Z垂直與FRONT平面向里。
（6）建立直角坐標(biāo)系CS2，參照為CS1，相對(duì)Z軸旋轉(zhuǎn)角度D3=360/（4*Z2）.
4. 建立螺旋線，圓柱坐標(biāo)系為CS0，方程為
R=m*q/2
Theta=-t*tx*360
Z=-T*LA
5．草繪曲線，草繪平面為FRONT，參照基準(zhǔn)為頂TOP，草繪參照為A2軸線。畫(huà)四個(gè)同心圓，圓心在A2軸線上，從外到里為D10,D9,D8,D7,并建立關(guān)系。
D9=M*Z2
D10=D2+2*M
D8=D2*COS(ALPHA_T)
D7=D2-2.4*M
完成后如圖所示：
7、講上面的漸開(kāi)線沿RIGHT平面鏡像。完成后如圖：
8，將第五步所做的草繪曲線及上面兩條漸開(kāi)線向左移動(dòng)。設(shè)置關(guān)系為D11=LA，完成后如圖：
9.建立伸出項(xiàng)，草繪平面RIGHT，參照頂TOP，雙側(cè)拉伸。草繪參照為A1軸線。以A1為參照畫(huà)一個(gè)圓， 設(shè)置關(guān)系：直徑大笑D21=M*Q-2.4*M,深度D20=2*LA.完成后如圖：
10．建立掃描混合特征，參照如下圖所示：
原點(diǎn)軌跡為第4步建立螺旋線。草繪兩界面，螺旋線的開(kāi)始與結(jié)束為兩界面的定位點(diǎn)。界面如圖：
選擇通過(guò)邊創(chuàng)建圖元，選擇兩漸開(kāi)線及草繪曲線的最外和最里的開(kāi)弧線，降漸開(kāi)線和最里的圓弧線倒圓角，將圓角大小添加到草繪關(guān)系里：sd4=0.38*m。完成第一剖面繪制。接著同樣完成第二個(gè)剖面的繪制。完成后如圖：
11.將上面完成的掃描特征沿A1軸陣列，個(gè)數(shù)為z1，角度為360/Z1、完成后如圖：
12．建立基準(zhǔn)點(diǎn)PNTO，鏡像后的漸開(kāi)線與草繪曲線的交點(diǎn)。
13.通過(guò)PNTO，平行也RIGHT做一個(gè)DTM2。
14建立旋轉(zhuǎn)切剪特征，草繪平面FORNT，草繪參照為A1軸線和DTM2。草繪如下：
完成后編輯關(guān)系，長(zhǎng)度尺寸：d106=1
直徑尺寸：d105=m*(q+3)
倒角尺寸：d107=d108=1.5*m
成后如圖：
9 工藝設(shè)計(jì)及PLC數(shù)控程序的開(kāi)發(fā)
9.1金屬材料的分析
9.1.1材料
機(jī)械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金，非金屬材料如塑料、橡膠等，在機(jī)械制造中也得到廣泛的應(yīng)用。
金屬材料主要指鑄鐵和鋼，它們都是鐵碳合金，它們的區(qū)別主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大于2%的稱為鐵。
1.鑄鐵
常用的鑄鐵有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。其中灰鑄鐵和球墨鑄鐵屬脆性材料，不能輾壓和鍛造，不易焊接，但具有適當(dāng)?shù)囊兹坌院土己玫囊簯B(tài)流動(dòng)性，因而可鑄成形狀復(fù)雜的零件?；诣T鐵的抗壓強(qiáng)度高，耐磨性、減振性好，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性小，價(jià)格便宜，但其抗拉強(qiáng)度較鋼差?；诣T鐵常用作機(jī)架或殼座。球墨鑄鐵強(qiáng)度較灰鑄鐵高且具有一定的塑性，球墨鑄鐵可代替鑄鋼和鍛鋼用來(lái)制造曲軸、凸輪軸、油泵齒輪、閥體等。
2.鋼
鋼的強(qiáng)度較高，塑性較好，可通過(guò)軋制、鍛造、沖壓、焊接和鑄造方法加工各種機(jī)械零件，并且可以用熱處理和表面處理方法提高機(jī)械性能，因此其應(yīng)用極為廣泛。
鋼的類型很多，按用途分，鋼可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用途鋼。結(jié)構(gòu)鋼可用于加工機(jī)械零件和各種工程結(jié)構(gòu)。工具鋼可用于制造各種刀具、模具等。特殊用途鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐腐蝕鋼）主要用于特殊的工況條件下。按化學(xué)成分鋼可分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量，含碳量越多，其強(qiáng)度越高，但塑性越低。碳素鋼包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（如Q215、Q235）一般只保證機(jī)械強(qiáng)度而不保證化學(xué)成分，不宜進(jìn)行熱處理，通常用于不太重要的零件和機(jī)械結(jié)構(gòu)中。碳素鋼的性能主要取決于其含碳量。低碳鋼的含碳量低于0.25%，其強(qiáng)度極限和屈服極限較低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺釘、螺母、墊圈和焊接件等。含碳量在0.1%~0.2%的低碳鋼零件可通過(guò)滲碳淬火使其表面硬而心部韌，一般用于制造齒輪、鏈輪等要求表面耐磨而且耐沖擊的零件。中碳鋼的含碳量在0.3%~0.5%之間，它的綜合力學(xué)性能較好，因此可用于制造受力較大的螺栓、螺母、鍵、齒輪和軸等零件。含碳量在0.55%~0.7%的高碳鋼具有高的強(qiáng)度和剛性，通常用于制作普通的板彈簧、螺旋彈簧和鋼絲繩。合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳鋼中加入某些合金元素冶煉而成。每一種合金元素低于2%或合金元素總量低于5%的稱為低合金鋼。每一種合金元素含量為2%~5%或合金元素總含量為5%~10%的稱為中