油冷式電動滾筒設計

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畢業(yè)設計說明書 題目名稱： 油冷式電動滾筒設計說明書 院系名稱： 機械設計制造及其自動化 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 2015年10月 油冷式電動滾筒的設計 摘 要 本課題來源于當今社會機械工業(yè)油冷式電動滾筒設備的創(chuàng)新和更新換代基礎之上，通過設計出新型的油冷式電動滾筒，從而來滿足當今社會油冷式電動滾筒設備不足的缺陷。 國內油冷式電動滾筒的研發(fā)及制造要與全球號召的高效經濟、傳動質量好，效率高等主題保持一致。近期對機械行業(yè)中油冷式電動滾筒的使用情況進行了調查，發(fā)現在機械行業(yè)中，電動滾筒的使用非常普遍。自然而然在機械設備中它們的安裝也非常頻繁。傳統的油冷式電動滾筒在沒有自動化傳動而需要人工搬運的情況下，傳動效率低下，勞動強度大，所以設計一個專用的油冷式電動滾筒勢在必行。 本文運用大學所學的知識，提出了油冷式電動滾筒的結構組成、工作原理以及主要零部件的設計中所必須的理論計算和相關強度校驗，構建了油冷式電動滾筒總的指導思想，從而得出了該油冷式電動滾筒的優(yōu)點是高效，經濟，并且傳輸質量高，運行平穩(wěn)的結論。 關鍵字 油冷式電動滾筒；傳動；結構組成；高效 0 The design of oil cooled electric roller Abstract With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety. Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and atcompressedneceengththdirectionprocedurework.Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore. Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Finally,thesimulationofthesystemismadeby.Key words: pneumatic manipulator; cylinder ;pneumatic loop ;degrees 1 目　　錄 摘要 1 Abstract 2 1.引言 1 1.1課題的來源與研究的目的和意義 1 1.2油冷式電動滾筒的發(fā)展現狀 3 1.3本課題研究的內容 6 1.4 Solidworks設計基礎 7 1.4.1草圖繪制 9 1.4.2基準特征，參考幾何體的創(chuàng)建 9 1.4.3拉伸、旋轉、掃描和放樣特征建 10 1.4.4工程圖的設計 13 1.4.5裝配設計 15 2.油冷式電動滾筒總體結構的設計 17 2.1油冷式電動滾筒的總體方案圖 17 2.2油冷式電動滾筒的工作原理 18 2.3機械傳動部分的設計計算 19 2.3.1 電機的選型計算 20 2.3.2 直齒圓柱齒輪傳動的設計 22 2.3.3 內嚙合齒輪傳動的設計 24 2.3.4 傳動軸的設計計算 25 3.各主要零部件強度的校核 27 3.1轉動軸強度的校核與計算 30 3.2軸承強度的校核計算 31 3.3傳動齒輪的強度校核計算 32 4.三維軟件設計總結 33 結論 34 參考文獻 35 致謝 36 2 1引言 1.1 課題的來源與研究的目的和意義 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產業(yè)。不論是傳統產業(yè)，還是新興產業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質量和成本，對國民經濟各部門技術進步和經濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經濟的戰(zhàn)略重點之一。機械工程的服務領域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產的部門，都需要機械工程的服務。概括說來，現代機械工程有五大服務領域：研制和提供能量轉換機械、研制和提供用以生產各種產品的機械、研制和提供從事各種服務的機械、研制和提供家庭和個人生活中應用的機械、研制和提供各種機械武器。 不論服務于哪一領域，機械工程的工作內容基本相同，主要有：建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應用的工程材料學；研究熱能的產生、傳導和轉換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結構、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。 研究、設計和發(fā)展新的機械產品，不斷改進現有機械產品和生產新一代機械產品，以適應當前和將來的需要。機械產品的生產，包括：生產設施的規(guī)劃和實現；生產計劃的制訂和生產調度；編制和貫徹制造工藝；設計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產品質量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復雜的制品。生產批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產。銷售對象遍及全部產業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經濟狀況的影響下，可能出現很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經營特別復雜，企業(yè)的生產管理、規(guī)劃和經營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。 機械產品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維護、修理和改造各產業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產品在長期使用中的可靠性和經濟性。 機械產品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維護、修理和改造各產業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產品在長期使用中的可靠性和經濟性。研究機械產品在制造過程中，尤其是在使用中所產生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現代機械工程的一項特別重要的任務，而且其重要性與日俱增。機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務的產業(yè)可分為農業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設計、制造、運用等過程中都要經過幾個工作性質不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統，如機械科研、機械設計、機械制造、機械運用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學科系統互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等都有復雜的交叉和重疊關系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統觀和統籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現和技術整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協同工作時配合協調困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。械工程以增加生產、提高勞動生產率、提高生產的經濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產品。在未來的時代，新產品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉矗卫怼p輕以至消除環(huán)境污染作為超經濟的目標任務。 機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。現代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現實。 人類現在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。 人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。 人工智能與機械工程之間的關系近似于腦與手之間的關系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經系統的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統觀和統籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現和技術整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協同工作時配合協調困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復循環(huán)，是知識發(fā)展的合理的和必經的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協同工作的有力集體。綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。 1.2 油冷式電動滾筒的發(fā)展現狀 當今社會，隨著機械工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各行各業(yè)的機械設備也在不斷地更新，不斷地完善，油冷式電動滾筒這種機械設備同樣在發(fā)展著，傳統的油冷式電動滾筒是采用臨時的設備，勞動效率低，傳輸精度低下，不適合批量生產的場合。現代油冷式電動滾筒是用來代替?zhèn)鹘y的多樣的傳輸設備的一種。隨著機械行業(yè)的大發(fā)展，油冷式電動滾筒的使用也越來越廣泛，根據不同的工況，如果使用傳動的臨時的油冷式電動滾筒的話，不但勞動強度大、效率低、定位精度低，而且滿足不了大批量生產要求。所以使用一個專用的油冷式電動滾筒以成為發(fā)展趨勢。 1.3 本課題研究的內容 本論文主要研究運用SolidWorks對油冷式電動滾筒進行設計，在設計過程中，了解SolidWorks的各種功能。 SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技術副總裁與CV公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內。當初的目標是希望在每一個工程師的桌面上提供一套具有生產力的實體模型設計系統。從1995年推出第一套SolidWorks三維機械設計軟件至今已經擁有位于全球的辦事處，并經由300家經銷商在全球140個國家進行銷售與分銷該產品。1997年，Solidworks被法國達索（Dassault Systemes）公司收購，作為達索中端主流市場的主打品牌。SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統。由于技術創(chuàng)新符合CAD技術的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數十乃至數百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。該系統在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統評比第一名。從1995年至今，已經累計獲得十七項國際大獎。其中僅從1999年起，美國權威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時間，產品快速、高效地投向了市場。 由于SolidWorks出色的技術和市場表現，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬美元的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為CAD行業(yè)一家高素質的專業(yè)化公司。SolidWorks三維機械設計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的CAD產品。 由于使用了Windows OLE技術、直觀式設計技術、先進的parasolid內核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術。SolidWorks成為全球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的SolidWorks軟件使用許可約28萬，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品/消費品、離散制造等分布于全球100多個國家的約3萬1千家企業(yè)。在教育市場上，每年來自全球4，300所教育機構的近145，000名學生通過SolidWorks的培訓課程。 據世界上著名的人才招聘網站檢索，與其它3D CAD軟件相比，SolidWorks相關的招聘廣告比其它軟件的總合還要多，這一事實說明了越來越多的工程師和設計者使用SolidWorks三維軟件，越來越多的企業(yè)需要SolidWorks人才。Solidworks軟件功能強大，易于操作，界面人性化，技術創(chuàng)新，組件繁多是SolidWorks的五大特點。使得SolidWorks三維軟件成為目前全球領先的三維CAD解決方案。SolidWorks在設計時能夠為用戶提供不同的設計方案，通過方案的篩選，工程師能從中選擇合適的方案，從而在設計過程中降低設計的錯誤以及提高產品質量。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設計過程比較簡便又通俗易懂的軟件之一。它不僅提供如此人性化的系統，同時對每個工程師和設計者，乃至整個機械行業(yè)提供了良好的發(fā)展基礎。SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統，由于技術創(chuàng)新符合CAD技術的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數十乃至數百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。該系統在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統評比第一名；從1995年至今，已經累計獲得十七項國際大獎，其中僅從1999年起，美國權威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時間，產品快速、高效地投向了市場。由于SolidWorks出色的技術和市場表現，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬美元的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為CAD行業(yè)一家高素質的專業(yè)化公司，SolidWorks三維機械設計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的CAD產品。 據世界上著名的人才網站檢索，與其它3D CAD系統相比，與SolidWorks相關的招聘廣告比其它軟件的總和還要多，這比較客觀地說明了越來越多的工程師使用SolidWorks，越來越多的企業(yè)雇傭SolidWorks人才。據統計，全世界用戶每年使用SolidWorks的時間已達5500萬小時。在美國，包括麻省理工學院（MIT）、斯坦福大學等在內的著名大學已經把SolidWorks列為制造專業(yè)的必修課，國內的一些大學（教育機構）如哈爾濱工業(yè)大學、清華大學、浙江工業(yè)大學、浙江大學、華中科技大學、北京航空航天大學、大連理工大學、北京理工大學、武漢理工大學等也在應用SolidWorks進行教學。Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks有功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新三大特點，這使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，而且對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。 SolidWorks在現今社會階段逐漸廣泛應用，并且SolidWorks公司對中國市場重點開發(fā)，日后SolidWorks應用將會更加完善，更加普遍。通過前文對SolidWorks的深入了解后，往后會對SolidWorks進行個別應用的分析，如建模，裝配，工程圖，力學分析等。 1.4 Solidworks設計基礎 熟悉SolidWorks的工作環(huán)境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作環(huán)境中文件的打開、保存、導入等基本操作，掌握三維建模流程。 1.4.1 草圖繪制 掌握點、直線、矩形、弧度圓等基本圖形的繪制方法；掌握樣條、文字等高級幾何圖形的繪制方法；理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應用幾何約束；熟練應用陣列、實體轉換等草圖繪制工具；能綜合應用各種草圖繪制實體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。 1.4.2 基準特征-參考幾何體的創(chuàng)建 清楚明白基于特征的建模方式、參數化思想等概念；靈活運用各種建立基準點的方法；靈活運用各種建立基準軸方法；靈活運用各種建立基準面的方法；靈活運用坐標系的建立方法；能根據建模需要綜合應用各種參考幾何體。 1.4.3 拉伸、旋轉、掃描和放樣特征建模 靈活運用拉伸特征的概念與建立方法；靈活運用旋轉特征的概念與建立方法；掌握掃描特征的概念與建立方法；靈活運用放樣特征的概念與建立方法；通過實踐能夠準確分析零件的特征，靈活運用拉伸和旋轉也正建立三維模型。綜合應用掃描、放樣、彎曲、鏡向、陣列等特征建立各種實體。 1.4.4 工程圖設計 靈活運用用戶自定義工程圖格式文件的方法；靈活運用建立標準三視圖，剖視圖，斷面圖，局部圖，輔助視圖等方法；靈活運用各種注釋的方法。 1.4.5 裝配設計 靈活運用自底向上的裝配方法；靈活運用生成裝配體爆炸圖的方法；靈活運用SolidWorks智能裝配技術；靈活運用裝配體零部件的狀態(tài)和屬性控制，并能夠在裝配體中設計子裝配體；靈活運用干涉檢查；靈活運用自上向下的裝配方法；靈活運用在裝配模型工程圖中添加零件序號；靈活運用生成裝配體材料明細表的方法。 2 油冷式電動滾筒總體結構的設計 2.1 油冷式電動滾筒的總體方案圖 本次設計的油冷式電動滾筒采取的方案是：在油冷式電動滾筒兩端裝有左右支座各一個，電機通過傳動軸帶動傳動小齒輪轉動，通過與傳動小齒輪嚙合的傳動大齒輪帶動與內齒圈嚙合的小齒輪轉動，從而帶動內齒圈轉動，而電動滾筒是與內齒圈固接的，這樣就帶動了電動滾筒轉動，滾筒體的內部裝有冷卻油，對軸承，齒輪進行冷卻，這就是油冷式電動滾筒的工作原理，其具體方案布局圖如下： 2.2 油冷式電動滾筒的加工原理 本次設計的油冷式電動滾筒的工作原理為：電機通過傳動軸帶動傳動小齒輪轉動，通過與傳動小齒輪嚙合的傳動大齒輪帶動與內齒圈嚙合的小齒輪轉動，從而帶動內齒圈轉動，而電動滾筒是與內齒圈固接的，這樣就帶動了電動滾筒轉動，滾筒體的內部裝有冷卻油，對軸承，齒輪進行冷卻，這就是油冷式電動滾筒的工作原理。 2.3 機械傳動部分的設計計算 2.3.1 電機的選型計算 已知整個設備上工件與零件的重量，我們取總重量為200Kg，電動滾筒轉動速度為1~3mm/r。即： 具體的電機設計計算如下: 1、確定運行時間 本次設計加速時間 負載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 電機轉速 3.負載慣量 左右水平運動 電機慣量 總慣量 4.電機轉矩 啟動轉矩 必須轉矩 S為安全系數，這里取1.0。 根據以上得出數據，我們選用直流無刷電機型號為92BL-A，此無刷直流步進電機廠家為南京森宇機電的產品。根據電機的特性曲線以及參數表如下： 根據計算和特性曲線以及電機基本參數表，我們選用直流無刷電機型號為92BL-4030H1-LK-B，電機額定功率為0.37KW，額定轉矩為75N.m，最大轉矩為80N.m，額定轉速為 3000r/min。電機大致圖如下： 外形尺寸235x470x40，電機輸出軸徑為40mm。 2.3.2 齒輪傳動的設計 已知系統工況為該提升裝置每天工作12小時，小車和提升裝置各部分總重量，有一下計算： 1） 選擇\齒輪材料為45（調質），硬度為280HBS. 2） 精度等級選用7級精度； 3）小齒輪齒數z1＝50，大齒輪齒數z2＝75的； 4） 齒輪模數都為2的直齒輪 2.2.2按齒面接觸強度設計 因為低速級的載荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數據進行計算 1） 確定公式內的各計算數值 （1） 試選Kt＝1.6 （2）選取區(qū)域系數ZH＝2.433 （3）選取尺寬系數φd＝1 （4）查得εα1＝0.75，εα2＝0.87，則εα＝εα1＋εα2＝1.62 （5）查得材料的彈性影響系數ZE＝189.8Mpa （6）按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim1＝600MPa；大齒輪的解除疲勞強度極限σHlim2＝550MPa； （7）計算應力循環(huán)次數 N1＝60n1jLh＝601921（283005）＝3.3210e8 N2＝N1/5＝6.64107； （8） 查得接觸疲勞壽命系數KHN1＝0.95； KHN2＝0.98 ； （9） 計算接觸疲勞許用應力 ； 取失效概率為1％，安全系數S＝1，由得： [σH]1＝＝0.95600MPa＝570MPa [σH]2＝＝0.98550MPa＝539MPa [σH]＝[σH]1＋[σH]2/2＝554.5MPa； 2.3.3 內嚙合齒輪傳動的設計 1）、配齒計算 據2Z-X(A)型行星傳動的傳動比值和按其配齒計算（見參考文獻[1]）公式（3-27）~公式（3-33）可求得內齒輪b和行星輪c的齒數和?，F考慮到行星齒輪傳動的外廓尺寸較小，故選擇中心輪a的齒數=17和行星輪=3. 根據內齒輪 =76.5 對內齒輪齒數進行圓整，同時考慮到安裝條件，取，此時實際的p值與給定的p值稍有變化，但是必須控制在其傳動比誤差的范圍內。 實際傳動比為 = 其傳動比誤差 =2.67% 由于外嚙合采用角度變位的傳動，行星輪c的齒數應按如下公式計算，即 因為為偶數，故取齒數修正量為。此時，通過角變位后，既不增大該行星傳動的徑向尺寸，又可以改善a-c嚙合齒輪副的傳動性能。故 = 在考慮到安裝條件為 （整數） 初算中心距和模數 2）、齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定 太陽輪和行星輪材料為20GrMnTi，表面滲碳淬火處理，表面硬度為57~ 61HRC。 試驗齒輪齒面接觸疲勞極限=1591Mpa。 試驗齒輪齒根彎曲疲勞極限太陽輪=485Mpa。 行星輪=4850.7Mpa=339.5Mpa (對稱載荷)。齒形為漸開線直齒。最終加工為磨齒，精度為6級。 內齒圈材料為38GrMoAlA，淡化處理，表面硬度為973HV。 試驗齒輪的接觸疲勞極限=1282Mpa 驗齒輪的彎曲疲勞極限=370MPa 齒形的終加工為插齒，精度為7級。 2. 減速器的名義輸出轉速 由 = 得 == =181.82 3）、載荷不均衡系數 采用太陽輪浮動的均載機構，取。 4）、齒輪模數和中心距a 首先計算太陽輪分度圓直徑： 式中： 一齒數比為 一使用系數為1.25； 一算式系數為768； 一綜合系數為2； 一太陽輪單個齒傳遞的轉矩。 = =376 其中 —高速級行星齒輪傳動效率，取=0.985 —齒寬系數暫取=0.5 =1450Mpa 代入 =78.66 模數 m= 取 m=5 則 =117.5 取 齒寬 取 5）、幾何尺寸計算 1. 計算變位系數 (1) a-c傳動 嚙合角 因 =0.93969262 所以 = 變位系數和 =（17+30） =1.141 圖2-1選擇變位系數線圖 中心距變動系數y y==1 齒頂降低系數 分配邊位系數： 根據線圖法，通過查找線圖2-1 中心距變動系數y y==1 齒頂降低系數 分配邊位系數： 根據線圖法，通過查找線圖2-1 得到邊位系數 則 (2) c-b傳動 由于內嚙合的兩個齒輪采用的是高度變位齒輪，所以有 從而 且 2. 幾何尺寸計算結果 對于單級的2Z-X(A)型的行星齒輪傳動按公式進行幾何尺寸的計算，各齒輪副的計算結果如下表： 表3-1各齒輪副的幾何尺寸的計算結果 項目 計算公式 a-c齒輪副 b-c齒輪副 分度圓直徑 基圓直徑 齒頂圓直徑 外嚙合 內嚙合 齒根圓直徑 外嚙合 內嚙合 注：齒頂高系數：太陽輪、行星輪—，內齒輪—； 頂隙系數：內齒輪— 按公式驗算其鄰接條件，即 已知行星輪c的齒頂圓的直徑=164.513，和代入上式，則得 164.513滿足鄰接條件 同心條件 按公式對于角變位有 已知 ， 代入上式得 =52.145滿足同心條件 6、安裝條件 按公式驗證其安裝條件，即得 將 代入該式驗證得: 滿足安裝條件嚙合要素的驗算。 1. a-c傳動端面重合度 （1）頂圓齒形曲率半徑 太陽輪 =29.31 行星輪 =42.416 （2）端面嚙合長度 式中“”號正號為外嚙合，負號為內嚙合； 端面節(jié)圓嚙合角。 直齒輪== 則 =18.67 （3）端面重合度 =1.265 2. 端面重合度 （1）頂圓齒形曲率半徑 行星輪由上面計算得，=42.416 內齒輪 =61.597 （2）端面嚙合長度 = =24.05 （3）端面重合度 = =1.63 2.3.4 轉動軸的設計計算 軸是組成精密機械的重要零件之一。一切作為回轉運動的零件，都必須在軸上才能傳遞運動和動力。在本課題所使用的軸，承受的負荷比較小，尺寸也比較小，制造精度高，要求材料具有足夠高的機械強度和良好的加工性能。因此，選用材料45#，傳動軸最大外圓直徑為45，熱處理為對軸進行調質處理。 此轉軸大致圖形如下： 3各主要零部件強度的校核 3.1 轉動軸強度的校核與計算 1、軸的特點: 軸是組成機械的主要零件之二。一切作回轉運動的傳動零件，都必須裝在軸上刁‘能進行運動及.力的傳遞，同時它又通過軸承和機架 聯接，由此形成個以軸為基準的組合體一軸系部件。 2、軸的種類 1、根據承受載荷的不同分為: 1)轉軸:定義既能承受彎矩又承受扭矩的軸 2)心軸:定義:只承受彎矩而不承受扭矩的軸 3)傳送軸:定義:只承受扭矩而不承受彎矩的軸z、根據軸的外形，可以將直軸分為光軸和階梯軸 3、根據軸內部狀況，又可以將直軸分為實心軸和空。 4、軸的設計重點 1、軸的設計 W軸的工作能力設計。 主要進行軸的強度設計、剛度設計，對于轉速較高的軸還要進行振動穩(wěn)定性的計算。 軸的結構設計。 根據軸的功能，軸必須保證軸上零件的安裝固定和保證軸系在機 器中的支撐要求，同時應具有良好的工藝性。 一般的設計步驟為: 選擇材料，初估軸徑，結構設計，強度校核，必要時要進行剛度校核和穩(wěn)定性計算。 5、軸的材料 軸是主要的支承件，常采用機械性能較好的材料。常用材料包括:碳素鋼:該類材料對應力集中的敏感性較小，價格較低，是軸類零件最常用的材料常用牌號有:30、35、40、45、50。采用優(yōu)質碳鋼時，一般應進行熱處理以改善其性能。.力較小或不重要的軸，也可以選用X235,Q255等普通碳鋼。合金鋼:對于要求重載、高溫、結構尺寸小、重量輕等使用場合的軸，可以選用合金綱合金鋼具有史好的機械性能和熱處理性能，但對應力集中較敏感，價格也較高。設計中尤其要汁意從結構上減小應力集中，并提高其表面質量。 鑄鐵:對于形狀比較復雜的軸，可以選用球鑄鐵和高強度。 鑄鐵。它們具有較好的加工性和吸振性，經濟性好且.力集中不敏感，但鑄造質量不易保證。 6、軸的結構設計 根據軸在工作中的作用，軸的結構取決于:軸在機器中的安裝位置和形式，軸上零件的類型和尺寸，載荷的性質、大小、方向和分布狀況，軸的加工工藝等多個因素。合理的結構設計應滿足:軸上零件布置合理，從而軸受力合理有利于提高強度和剛度;軸和軸上零件必須有準確的工作位置;軸上零件裝拆調整方便;軸具有良好的加工工。 藝性;節(jié)省材料等。 1).軸的組成 軸的毛坯一般采用圓鋼、鍛造或焊接獲得，由于鑄造品質不易保證，較少選用鑄造毛坯。軸主要由三部分組成。軸上被支承，安裝軸承的部分稱為軸頸; 支承軸上零件，安裝輪毅的部分稱為軸頭;聯結軸頭和軸頸的部分稱為軸身。軸頸上安裝滾動軸承時，直徑尺寸必須按滾動軸承的國標尺寸選擇，尺寸公差和表面粗糙度須按規(guī)定選擇;軸頭的尺寸要參考輪毅的尺寸進行選擇，軸身尺寸確定時應盡量使軸頸與軸頭的過渡合理，避免截面尺寸變化過大，同時具有較好的工藝性。 2) .結構一設計步驟設計中常采用以下的設計步驟: 1、分析所設計軸的工作狀況，擬定軸上零件的裝配方案和軸在機器中的安裝情況。 2、根據已知的軸上近似載荷，初估軸的直徑或根據經驗確定軸的某徑向尺寸。 3、根據軸上零件受力情況、安裝、固定及裝配時對軸的表面要求等確定軸的徑向(直徑)尺寸。 4、根據軸上零件的位置、配合長度、支承結構和形式確定軸的軸向尺寸。 5、考慮加工和裝配的工藝性，使軸的結構更合理。 3)零件在軸上的安保證軸上零件可靠工作，需要在工作過程中有準確的位置，即零件在軸上必須有準確的定位和固定。零件在軸上的準確位置包括軸向和周向兩個方面W零件在軸上的軸向定位和固定常見的軸向定位和固定的方法采用軸肩、各種擋圈、套筒、圓螺母、錐端軸頭等的多種組合結構。 軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩兩種。利用軸肩定位結構簡單、可靠，但軸的直徑加大，軸肩處出現應力集中;軸肩過多也不利于加工。因此，定位軸肩多在不致過多地增加軸的階梯數和軸向力較大的清況下使用，定位軸肩的高度一般取3-6mm,滾動軸承定位軸肩的高度需按照滾動軸承的安裝尺寸確定。非定位軸肩多是為了裝配合理方便和徑向尺寸過度時采用，軸肩高度無嚴格限制，一般取為1-2r}}套筒定位可以避免軸肩定位引起的軸徑增大和應力集中，但受到套筒長度和與軸的配合因素的影響，不宜用在使套筒過長和高速旋轉的場合。 擋圈的種類較多，且多為標準件，設計中需按照各種擋圈的用途和l國標來選用。 7.軸的結構工藝性 (1)從裝配來考慮:應合理的設計非定位軸肩，使軸上不同零件在安裝過程中盡量減少不必要的配合;為了裝配方便，軸端應設計45。的倒角;在裝鍵的軸段，應使鍵槽靠近軸與輪毅先接觸的直徑變化處，便于在安裝時零件上的鍵槽與軸上的鍵容易對準采用過盈配合時，為了便于裝配，直徑變化可用錐面過渡等。 (2)從加工來考慮:當軸的某段須磨削加工或有螺紋時，須設計砂輪越 程槽或退刀槽根據表面安裝零件的配合需要，合理確定表面粗糙度和加工方法為改善軸的抗疲勞強度，減小軸徑變化處的應力集中，應適當增大其過渡圓角徑，但同時要保證零件的可靠定位，過渡圓角半徑又必須小于與之相配的零件的圓角半徑或倒角尺寸。 軸的設計時應考慮多方面因素和要求，其中主要問題是軸的選材、結構、強度和剛度。其中對于軸的強度校核尤為重要，通過校核來確定軸的設計是否能達到使用要求，最終實現產品的完整設計。由此看來合理的進行軸的強度校核成為軸設計的主要內容，同時也是評定軸的設計成敗得先決條件。校核結果如不滿足承載要求時，強度校核是對材料或設備的力學性能進行檢測并調節(jié)的一種方式，并且這種方式以不破壞材料或設備性能為一前提。 進行軸的強度校核計算時，應根據軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法，并恰當地選取其許用應力。對于傳動軸應按扭轉強度條件計算。 3.2 軸承強度的校核計算 根據根據條件，軸承預計壽命163658=48720小時； （1）已知nⅡ=458.2r/min兩軸承徑向反力：FR1=FR2=500.2N； 初先兩軸承為深溝球軸承6205型。 根據課本P265（11-12）得軸承內部軸向力FS=0.63FR則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N； (2)∵FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端為壓緊端，現取1端為壓緊端 FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N； (3)計算當量載荷 P1、P2根據課本P263表（11-9）取fP=1.5;根據課本P262（11-6）式得： P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N； P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N； (4)軸承壽命計算 ∵P1=P2故取P=750.3N； ∵深溝球軸承 ε=3； 3.3 傳動齒輪的強度校核計算 （Ⅰ）校核齒面接觸疲勞強度 （1）接觸應力的計算 由文獻[4]表可知，齒面接觸應力計算公式，即 （3.28） 確定公式內的各計算數值 ① 計算載荷系數 電動機驅動，載荷平穩(wěn)，由文獻[4]表可知，取 平均分度圓直徑 mm 平均分度圓圓周速度 m/s 由文獻[4] 圖（a）可知，按，得； 由文獻[4] 圖（b）可知，按，齒輪懸臂布置，； 由文獻[4]表可知，； ② 由文獻[1]表可知，彈性系數； ③ 節(jié)點區(qū)域系數 計算得， MPa （1） 接觸疲勞強度的許用應力 由文獻[4] 表可知，許用接觸應力計算公式，即 （3.29） 確定公式內的各計算數值 ①小齒輪的接觸疲勞強度極限MPa ②最小安全系數 ③由文獻[1，10-13]可知，計算應力循環(huán)系數 由文獻[1] 圖10-19可知，查得接觸疲勞壽命系數 ， ④尺寸系數 ⑤工作硬化系數，按 ⑥潤滑油膜影響系數， 計算得， MPa （3）由于MPaMPa，故安全。 （Ⅱ）校核齒根彎曲疲勞強度 （1）齒根應力的計算 由文獻[4]表可知，彎曲應力計算公式，即 （3.30） 確定公式內的各計算數值 ① 由文獻[1]表可知， ， ② 由文獻[1]表可知， ， 計算得， MPa （2）彎曲強度的齒根許用應力 由文獻[4]表可知，齒根許用應力計算公式，即 （3.31） 確定公式內的各計算數值 ①彎曲疲勞極限MPa ③ 齒輪的應力修正系數 ④ 彎曲強度的最小安全系數 ⑤ 彎曲疲勞壽命系數 ， ④彎曲疲勞的尺寸系數 計算得， （3）由于MPaMpa，故安全。 5 三維軟件設計總結 通過此次設計，又一次提升了運用三維軟件的水平，并吸收了不少經驗，總結為一下幾點。 （1） 有零件圖紙作圖與空想設計作圖不同，零件尺寸已經給出，作圖時先不考慮尺寸是否真的合適，根據尺寸作出零件的三維圖，但到裝配時必須要考慮尺寸是否合適，由于AutoCAD圖紙效果不好，導致尺寸會有出錯，甚至有出現欠定義尺寸，所以，此時必須通過配合后在衡量尺寸，再進行修改，直到滿足配合要求。 （2） 工具集的確方便了作圖，通過選擇零件類型，輸入數據，就能生成出標準零件，但有時需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此時要隨機應變，運用其他零件代替并通過修改或添加零件使其滿足要求。 （3） 作三維圖時要靈活變通，解決問題的方法總比問題多，當一種方法不能正常作圖時，試試另一種方法，這不但能完成零件制作，同時也可以培養(yǎng)出更好的作圖思路，和打破規(guī)矩的新想法。 （4） 規(guī)則的零件，要學會使用一些能夠節(jié)省時間的命令，如鏡向，陣列等，“能省則省”。 （5） 關于裝配，曾經帶給我很大的阻礙，花了很多時間才弄清原因所在。在一可活動子裝配體上，即使活動范圍會產生干涉，也不能對其設定活動范圍，如高級配合里的距離范圍，和角度范圍，即使在該活動范圍并不影響父配體，也不可設定。因為一旦設定范圍后，在父裝配體上會將子裝配體視為完全定義的模型，這樣會對子裝配體之間的配合產生矛盾，將不能完成裝配。 看懂圖是作圖的首要任務，看圖就是了解零件的工具，沒有工具則無法制出 零件，所以畫圖不能急于下筆，想透了零件的結構，想透圖中的虛實線，這才是高效作圖的重中之重。進行零件建模前，一般應進行深入的特征分析，搞清零件是由那幾個特征組成，明確各個特征的形狀，他們之間的相對位置和表面連接關系，然后按照特征的主次關系，按一定的順序進行建模。一個復雜的零件，可能是許多個簡單特征經過相互之間的疊加、切除或相交組成。所以零件建模時，特征的生成順序十分重要，不同的建模過程雖然可以構造出同樣的實體零件，但其造型過程及實體的構型結構卻直接影響到實體模型的穩(wěn)定性、可修改性、可理解性及實體模型的應用。 尤其在二維圖紙上，我們能看到的只是零件的平面圖，而內部特征則以虛線給予表示，另外還有零件的相貫線，這表示了各個特征相交時出現線段。在零件的草圖繪制過程中，必須要選好第一個草繪平面，這很關鍵，這個平面決定了往后建模的所用到的命令，簡單的說，一個圓柱可以作一個圓形然后拉伸，也可以作一個長方體旋轉，雖然他們的結果都一樣，但所用的草繪平面和命令就截然不同。如果我們要的是一條軸，那我們就應該選擇第二種方法為好了。 由于此設計的零件都是比較規(guī)則的零件，所用到的命令大部分是拉伸命令和旋轉命令，而且很多零件都是擁有對稱關系，所以為了節(jié)省時間，提高效率，經常會用到鏡向特征命令。 一張完整的工程圖應具備以下4方面的內容。 （1） 一組視圖：用一組視圖（其中包括視圖、剖視圖、斷面圖、局部放大圖）確、完整、清晰地表達零件各部分的結構形狀。 （2） 尺寸：確定零件各部分形狀的大小和位置 （3） 技術要求：表明零件在制造和檢驗是應達到的一些要求，如表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料熱處理方式和指標等。 （4） 標題欄：注明零件名稱、材料、數量、圖樣比例以及圖號等內容。 單擊【新建文件】圖標，系統顯示新建SolidWorks文件對話框，雙擊該對話框中得裝配體選項，即可進入裝配體工作模式。 （6） 調入第一個零件模型并放置在裝配體的原點處，即零件原點與裝配體原點重合。調入一個與第一個零件模型有裝配關系的零件模型。分析兩個零件之間的裝配約束關系，然后選取相應的約束選項進行零件操作。 結 論 本文所設計的油冷式電動滾筒的設計原理較為簡單，功能比較突出，通過構思，實施，計算，畫圖，論文總算完成了。在論文完成之際，我首先向我的導師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導師在學業(yè)上嚴格要求，精心指導，在生活上給了我無微不至的關懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學業(yè)階段的學業(yè)的同時，也學到了很多做人的道理，明確了人生目標。導師嚴謹的治學態(tài)度，淵博的學識，實事求是的作風，平易近人、寬以待人和豁達的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。經過近半年努力的設計與計算，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學四年來對所學知識的應用和體現。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。 參考文獻 [1] 鄭淑芳 機械設計理論研究與探討 北京：科學出版社，2004.5 [2] 黃長藝 工字輪自動校正機操作系統概述 北京：機械工業(yè)出版社，2005.1 [3] 周宏甫 工字輪自動校正機的創(chuàng)新設計.高等教育出版社，2004.3 [4] 姜繼海，宋錦春，高常識. 工字輪自動校正機工作原理.高等教育出版社，2002.8 [5] 張春林，曲繼方，張美麟.機械創(chuàng)新設計.機械工業(yè)出版社，2001.4 [6] 錢平. 加工專機應用技術 機械工業(yè)出版社，2005.1 [7] 張遼遠. 工字輪