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邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
1 緒論
1.1 我國(guó)紡織機(jī)械的發(fā)展概況
紡織機(jī)械是紡織工業(yè)的生產(chǎn)手段和物質(zhì)基礎(chǔ)，其技術(shù)水平、質(zhì)量和制造成本，直接關(guān)系到紡織工業(yè)的發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)紡織機(jī)械行業(yè)發(fā)展非常迅速。
2006年我國(guó)紡機(jī)行業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)由全國(guó)748家生產(chǎn)紡織機(jī)械、器材企業(yè)的綜合統(tǒng)計(jì)資料匯總。隨著中歐紡織品協(xié)議即將到期，國(guó)內(nèi)很多紡織企業(yè)都加大了紡機(jī)進(jìn)口力度，紡機(jī)進(jìn)口出現(xiàn)“大漲潮”。不少民營(yíng)企業(yè)進(jìn)口的增長(zhǎng)幅度，甚至達(dá)到了驚人的三位數(shù)。在紡織企業(yè)云集的長(zhǎng)三角，紡機(jī)設(shè)備進(jìn)口快速增長(zhǎng)非常明顯。2007年前7個(gè)月，江蘇口岸進(jìn)口紡織機(jī)械及其零附件3.36億美元，比2006年同期增長(zhǎng)36.4%。上?？诎渡习肽旯策M(jìn)口紡織機(jī)械7.1億美元，比2006年同期增長(zhǎng)43.7%，增幅提高達(dá)28.5個(gè)百分點(diǎn)。2007年1至7月份，浙江省紡織機(jī)械進(jìn)口5.92億美元，同比增長(zhǎng)57.2%，比2006年全年增幅高出36.2個(gè)百分點(diǎn)。而在這股上漲的“潮水”中，民營(yíng)企業(yè)無(wú)疑高高站在“潮頭”。
我國(guó)紡織機(jī)械行業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，有了很大進(jìn)步。但與世界先進(jìn)技術(shù)相比，還存在著一定的差距和一些較嚴(yán)重的問(wèn)題。紡織機(jī)械總體技術(shù)水平低，產(chǎn)品自主開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新能力薄弱，研制開(kāi)發(fā)資金投入不足。企業(yè)技改力度不夠，制造技術(shù)落后。國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)薄弱，基礎(chǔ)配套件跟不上，影響到紡織機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和機(jī)電一體化水平的提高。紡機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)缺少與工藝的有機(jī)配合，影響到紡機(jī)產(chǎn)品的使用效果。政策不配套，影響了國(guó)產(chǎn)紡機(jī)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。針對(duì)這些問(wèn)題，中國(guó)紡機(jī)行業(yè)采取了一系列措施，大力發(fā)展紡機(jī)基礎(chǔ)件設(shè)施，引進(jìn)國(guó)外紡機(jī)技術(shù)，差別化發(fā)展戰(zhàn)略，以及國(guó)家出臺(tái)相應(yīng)政策支持紡機(jī)的發(fā)展，取得了很好的成效。? 隨著國(guó)際紡織機(jī)械制造業(yè)的調(diào)整，我國(guó)已成為國(guó)際先進(jìn)紡織機(jī)械企業(yè)制造生產(chǎn)轉(zhuǎn)移的對(duì)象，不少?lài)?guó)際著名紡織機(jī)械制造企業(yè)在我國(guó)投資建廠，并逐步實(shí)現(xiàn)在中國(guó)的本土化，有的已基本形成了生產(chǎn)能力。他們的到來(lái)，一方面帶來(lái)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和管理方面的經(jīng)驗(yàn)，提供了我們學(xué)習(xí)的機(jī)遇，另一方面，也將更直接的構(gòu)成對(duì)我們的威脅和挑戰(zhàn)。我國(guó)紡織行業(yè)“十一五”發(fā)展綱要提出，到2010年，紡機(jī)產(chǎn)品的出口額要占同期產(chǎn)值的30%以上，這意味著我國(guó)將不僅僅是最大的紡機(jī)需求市場(chǎng)，而且正在向世界紡機(jī)制造中心邁進(jìn)[1]。
??? 21世紀(jì)，“綠色紡織”成為紡織工業(yè)發(fā)展的突出主題。能提高資源利用效率，減少消耗，降低成本，有效防治污染的技術(shù)設(shè)備受到企業(yè)的歡迎；舒適、健康、可生物降解的環(huán)保型纖維受到全世界的關(guān)注。在這樣的大背景下，高效、節(jié)能、環(huán)保型紡織機(jī)械成了新一代紡織機(jī)械的發(fā)展方向。這些都對(duì)設(shè)備廠商提出了新的要求。對(duì)紡機(jī)制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，是新的挑戰(zhàn)，也是新的機(jī)遇。
1.2 雙頭套皮輥機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
機(jī)械式雙頭套皮輥機(jī)設(shè)計(jì)，主要是完成整臺(tái)機(jī)器的生產(chǎn)設(shè)計(jì)，套皮輥機(jī)是紡織行業(yè)常用的機(jī)械，用來(lái)完成紡織皮輥的套入和壓出，是棉紡織行業(yè)的必備配套設(shè)備。所設(shè)計(jì)的套皮輥機(jī)靠傳統(tǒng)機(jī)械方式傳動(dòng)（例如蝸輪-蝸桿傳動(dòng)），為了提高生產(chǎn)效率，套皮輥機(jī)設(shè)計(jì)成雙頭套皮輥機(jī)，能同時(shí)完成兩個(gè)皮輥的壓入、套出。
根據(jù)實(shí)際工作需要對(duì)雙頭套皮輥機(jī)的要求，其主要已知條件有：采用JT—SA808G型機(jī)械式雙頭套皮輥機(jī)，JT—SA808G型雙頭套皮輥機(jī)為立式，機(jī)械蝸輪、蝸桿傳動(dòng)，其操作簡(jiǎn)便，能適應(yīng)棉紡廠的精梳機(jī)、粗紗和細(xì)紗機(jī)、并條機(jī)、條卷機(jī)等紡織設(shè)備使用的各種規(guī)格丁氰皮輥的套入和壓出。該型號(hào)雙頭套皮輥機(jī)有雙套頂頭和定位架供工人操作，由電機(jī)帶動(dòng)蝸輪、蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使絲桿升降、帶動(dòng)橫臂升降，從而使滑桿上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)皮輥的套入、壓出。能滿(mǎn)足以下操作使用要求：
a) 按要求接通380V電源
b) 蝸輪箱要加入1kg機(jī)械油及傳動(dòng)部件潤(rùn)滑
c) 根據(jù)使用的皮輥規(guī)格的大小，調(diào)節(jié)行程開(kāi)關(guān)，確定所需位置
d) 啟動(dòng)電機(jī)，使機(jī)器進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)
e) 必須保持兩側(cè)軌道及兩滑桿清潔
f) 每班操作前須對(duì)軌道和滑桿加油潤(rùn)滑
g) 對(duì)蝸輪箱及轉(zhuǎn)動(dòng)部和軸承須6個(gè)月清洗換油一次
目前在國(guó)內(nèi)外JT—SA808G型機(jī)械雙頭套皮輥機(jī)主要為立式，采用機(jī)械蝸輪—蝸桿傳動(dòng)，其操作簡(jiǎn)便，能適應(yīng)棉紡廠的精梳機(jī)、粗紗和細(xì)紗機(jī)、并條機(jī)、條卷機(jī)等紡織設(shè)備使用的各種規(guī)格丁氰皮輥的套入和壓出。目前國(guó)內(nèi)外主要采用蝸輪—蝸桿傳動(dòng)的原因是：1、其傳動(dòng)比比其他形式傳動(dòng)大，傳遞動(dòng)力大，一般傳動(dòng)比在8到100之間；2、蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于螺旋傳動(dòng)，為多齒嚙合，故傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)小，噪音低；3、蝸桿在導(dǎo)程角小于當(dāng)量摩擦角時(shí)，可實(shí)現(xiàn)反向自鎖，即具有自鎖性[2]。
套皮輥機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，目前國(guó)內(nèi)外的套皮輥機(jī)主要不同的地方有傳動(dòng)方式不同、傳遞導(dǎo)軌不同等。在傳動(dòng)方式上主要有機(jī)械式和液壓式兩種。液壓式套皮輥機(jī)采用液壓泵、閥實(shí)現(xiàn)液壓傳動(dòng)，其主要特點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳遞功率大，結(jié)構(gòu)小、有利于節(jié)省材料，傳動(dòng)控制靈敏度高等。機(jī)械式套皮輥機(jī)除了有蝸輪—蝸桿傳動(dòng)外還有絲桿傳動(dòng)，絲桿傳動(dòng)一般大都采用螺紋絲桿，其也是螺旋傳動(dòng)，在利用絲桿傳動(dòng)同時(shí)，大都采用調(diào)整絲桿間隙的措施。在傳動(dòng)導(dǎo)軌上，一般都采用熱扎等邊角鋼來(lái)作為導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且能夠滿(mǎn)足傳動(dòng)要求。
目前除了JT—SA808G型雙頭套皮輥機(jī)外，廣泛使用的還有SA812型號(hào)，其適用各種粗、細(xì)紗皮輥,并條皮輥套丁氰后的滾壓,使丁氰包管包覆皮輥殼表面接觸良好,應(yīng)力均勻。主要技術(shù)參數(shù):壓輥幅度:430mm,壓輥直徑:￠75mm,壓輥轉(zhuǎn)速:178轉(zhuǎn)/分,傳動(dòng)方式:單獨(dú)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),電機(jī)型號(hào):Y90S-4,功率:1.1KW,轉(zhuǎn)速:1400轉(zhuǎn)/。
1.3 課題來(lái)源、目的和意義
本次設(shè)計(jì)的課題是以JT－SA808G型雙頭套皮輥機(jī)為依據(jù)，通過(guò)分析對(duì)其機(jī)身質(zhì)量、體積和傳動(dòng)方面進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出體積小、重量輕、操作靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、維修方便、生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量高的雙頭套皮輥機(jī)。
總體方案設(shè)計(jì)主要完成機(jī)械式雙頭套皮輥機(jī)的設(shè)計(jì)所采用的傳動(dòng)形式，本課題主要采用蝸輪—蝸桿傳動(dòng)箱；完成本課題的設(shè)計(jì)的實(shí)際使用情況、結(jié)構(gòu)合理性、加工可行性，成本材料節(jié)約性等論證。論證采用JT—SA808G型機(jī)械式雙頭套皮輥機(jī)，JT—SA808G型雙頭套皮輥機(jī)主要由定位滑塊、上頂頭、滑桿、皮輥定位架、傳動(dòng)橫臂、絲桿、蝸輪、蝸桿、滑動(dòng)座臂、防護(hù)罩、絲桿螺母、機(jī)架等組成。JT—SA808G型雙頭套皮輥機(jī)為立式，機(jī)械蝸輪、蝸桿傳動(dòng)，其操作簡(jiǎn)便，能適應(yīng)棉紡廠的精梳機(jī)、粗紗和細(xì)紗機(jī)、并條機(jī)、條卷機(jī)等紡織設(shè)備使用的各種規(guī)格丁氰皮輥的套入和壓出。該型號(hào)雙頭套皮輥機(jī)有雙套頂頭和定位架供工人操作，由電機(jī)帶動(dòng)蝸輪、蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使絲桿升降、帶動(dòng)橫臂升降，從而使滑桿上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)皮輥的套入、壓出。論證得總體以及外型美觀等設(shè)計(jì)要求來(lái)設(shè)計(jì)。其次設(shè)計(jì)有所創(chuàng)新，在傳統(tǒng)機(jī)器上作了改進(jìn)，預(yù)計(jì)本設(shè)計(jì)產(chǎn)品能收到良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)。
1.4 雙頭套皮輥機(jī)的特點(diǎn)參數(shù)
JT—SA808G型雙頭套皮輥機(jī)主要技術(shù)參數(shù)要求有：1、套壓皮輥鐵芯直徑為18—35毫米，2、套壓皮輥長(zhǎng)度為320毫米，3、工作行程為320毫米，4、最大極限行程為60毫米，5、電動(dòng)機(jī)1.5Kw、1400rad/min。其次，JT—SA808G型雙頭套皮輥機(jī)主要尺寸為：長(zhǎng)，500毫米；寬，400毫米；高，1600毫米；重量，300kg。
2 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
機(jī)械式雙頭套皮輥機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)線路主要是根據(jù)皮輥的技術(shù)參數(shù)，皮輥的壓入、套出參數(shù)（如壓力、運(yùn)動(dòng)速度，功率等）來(lái)確定選擇電機(jī)，進(jìn)而選擇傳動(dòng)形式（如蝸輪—蝸桿傳動(dòng)），計(jì)算傳動(dòng)件參數(shù)，設(shè)計(jì)傳動(dòng)箱體。同時(shí)在設(shè)計(jì)傳動(dòng)箱體是考慮整臺(tái)輥機(jī)的體積大小，使傳動(dòng)箱的大小與整機(jī)體的大小協(xié)調(diào)一致。傳動(dòng)箱設(shè)計(jì)完成后根據(jù)實(shí)際要求設(shè)計(jì)整機(jī)體。在設(shè)計(jì)整機(jī)體時(shí)主要考慮機(jī)體采用何種結(jié)構(gòu)，（如鑄體式、角鋼式、焊接式等），其次考慮采用導(dǎo)軌的形式以及傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)，在考慮機(jī)體設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮導(dǎo)軌、傳動(dòng)件、運(yùn)動(dòng)件等部件的固定等。完成總體機(jī)體的設(shè)計(jì)、導(dǎo)軌、傳動(dòng)件、運(yùn)動(dòng)件的設(shè)計(jì)固定后，考慮各部件的密封要求及密封措施，考慮導(dǎo)軌、傳動(dòng)件、運(yùn)動(dòng)件的間隙調(diào)整等問(wèn)題。再次，考慮電機(jī)的固定與距離調(diào)整問(wèn)題，設(shè)計(jì)電機(jī)固定板、滑動(dòng)導(dǎo)軌以及旋轉(zhuǎn)件等。接下來(lái)考慮電路板、電氣線路的設(shè)計(jì)。最后作總體設(shè)計(jì)、修改，主要使機(jī)體結(jié)構(gòu)合理，造型美觀。
2.1 電動(dòng)機(jī)選擇
原動(dòng)機(jī)是許多機(jī)器中運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的來(lái)源，其種類(lèi)很多，有電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、水輪機(jī)、液壓機(jī)等。電動(dòng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單、工作可靠、控制簡(jiǎn)便、維護(hù)容易，一般生產(chǎn)機(jī)械上大多數(shù)均采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)也采用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)力。我國(guó)已制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的Y系列是一般用途的全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，適用于不易燃、不易爆、無(wú)腐蝕性氣體、工作環(huán)境溫度不超過(guò)+40OC和無(wú)特殊要求的機(jī)械。所以本設(shè)計(jì)采用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)[3]。
2.1.1 傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算
根據(jù)總體設(shè)計(jì)和傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)可知，要確定電動(dòng)機(jī)功率需要首先確定工作總阻力。在本設(shè)計(jì)中工作阻力主要來(lái)源于皮輥對(duì)鐵芯的摩擦阻力。根據(jù)皮輥主要材料橡膠的性能以及幾何尺寸可以初步估計(jì)橡膠皮輥對(duì)鐵芯的彈性應(yīng)力為F=959.825N，由此可以知道橡膠皮輥對(duì)鐵芯的等效摩擦力為：FW=F×u （2.1）
其中：u為橡膠材料對(duì)鑄鐵芯的摩擦系數(shù)，由資料可知u=0.8(此處為無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài))。
因此：
根據(jù)資料可知，傳動(dòng)桿的工作功率為： （2.2）
式中：為工作裝置傳動(dòng)速度，初估；為工作裝置的傳動(dòng)效率，根據(jù)已知條件可知。
因此：
根據(jù)傳動(dòng)順序可知絲桿的傳動(dòng)功率為： （2.3）
式中：分母為絲桿副傳動(dòng)效率，查資料可知其值為0.95[4]
因此：
根據(jù)傳動(dòng)順序可知軸的傳動(dòng)功率為： （2.4）
式中：為軸承傳動(dòng)效率，由資料可得；為聯(lián)軸器傳動(dòng)效率，由資料可知。
因此：
根據(jù)傳動(dòng)順序可知蝸桿的傳動(dòng)功率為：
（2.5）
式中：分別為蝸輪、蝸桿傳動(dòng)效率和軸承傳動(dòng)效率，由資料可知其值分別為0.8、0.995。
因此：
根據(jù)傳動(dòng)順序可知電機(jī)的傳動(dòng)功率為： （2.6）
式中：為帶輪傳動(dòng)效率。
因此：
對(duì)于傳動(dòng)速度，設(shè)計(jì)各級(jí)傳動(dòng)比為：絲桿傳動(dòng)比,蝸輪、蝸桿傳動(dòng)比,帶輪傳動(dòng)比,由此可以計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速： （2.7）
因此：
2.1.2 確定電動(dòng)機(jī)功率及其它參數(shù)
電動(dòng)機(jī)的容量（功率）選的合適與否，對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)容量小于工作要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能保證工作裝置的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)因?yàn)殚L(zhǎng)期過(guò)載而過(guò)早損壞；容量過(guò)大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能量不能充分利用，且因經(jīng)常不在滿(mǎn)載下運(yùn)行，其效率和功率因數(shù)都較低，造成浪費(fèi)。
電動(dòng)機(jī)的容量主要由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱情況決定，而發(fā)熱又與其工作情況有關(guān)。電動(dòng)機(jī)的工作情況一般可分為兩類(lèi)：（1）用于長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、載荷不變或很少變化的、在常溫下工作的電動(dòng)機(jī)；（2）用于變載荷下長(zhǎng)期運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)、短時(shí)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)和重復(fù)短時(shí)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)[5]。根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際工程條件來(lái)看，應(yīng)該根據(jù)第一種情況來(lái)確定電動(dòng)機(jī)。選擇這類(lèi)電動(dòng)機(jī)的容量，只需要使電動(dòng)機(jī)的負(fù)載不超過(guò)其額定值，電動(dòng)機(jī)便不會(huì)過(guò)熱。電動(dòng)機(jī)的額定功率Pm等于或稍大于電機(jī)輸出功率Po,即 Pm≥Po。從手冊(cè)中選擇相應(yīng)的電機(jī)型號(hào)，而不必再作發(fā)熱計(jì)算。通常按照 Pm=(1-1.3)Po 選擇，電機(jī)功率裕度大小應(yīng)視工作裝置可能的過(guò)載情況而定。 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的條件，可選擇型號(hào)為Y90L-4的電機(jī)，其基本參數(shù)如下：
額定功率 Pm=1.5 Kw
額定轉(zhuǎn)速 Nm=1400 r/min
額定電壓 V=380 V
額定電流 A=3.7 A
其次電動(dòng)機(jī)的外形尺寸、電動(dòng)機(jī)中心高、軸伸尺寸、鍵聯(lián)接尺寸等也均可在手冊(cè)中查得。
2.2 蝸輪、蝸桿設(shè)計(jì)
根據(jù)實(shí)際工程要求，傳動(dòng)箱采用蝸輪、蝸桿傳動(dòng)，其主要優(yōu)點(diǎn)有：
a) 其傳動(dòng)比比其他形式傳動(dòng)大，傳遞動(dòng)力是，一般傳動(dòng)比在8到100之間；
b) 蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于螺旋傳動(dòng)，為多齒嚙合，故傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)小，噪音低；
c) 蝸桿在導(dǎo)程角小于當(dāng)量摩擦角時(shí)，可實(shí)現(xiàn)反向自鎖，即具有自鎖性。
蝸桿傳動(dòng)的失效形式與齒輪傳動(dòng)基本相同，主要有齒輪的點(diǎn)蝕、彎曲折斷、磨損及膠合失效等。由于該傳動(dòng)嚙合齒面間的相對(duì)滑動(dòng)速度大，效率底，發(fā)熱量大，故更易發(fā)生磨損和膠合失效。而蝸輪無(wú)論在材料的強(qiáng)度或結(jié)構(gòu)方面均較蝸桿弱，所以失效多發(fā)生在蝸輪輪齒上，設(shè)計(jì)時(shí)一般只需對(duì)蝸輪進(jìn)行承載能力計(jì)算。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主要為：開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)以保證蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)；閉式蝸桿傳動(dòng)以保證蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度；此外因閉式蝸桿傳動(dòng)散熱較困難，故需進(jìn)行熱平衡計(jì)算[6]。
2.2.1 傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算
電動(dòng)機(jī)所需的輸出功率為：
Po=Pm/η （2.8）
式中：Pw 為工作裝置所需功率； Po為Pm/(1-1.3)； η為由電動(dòng)機(jī)至工作裝置的傳動(dòng)裝置的總效率，其可按下式計(jì)算：
η=η1*η2*η3…ηn （2.9）
式中：η1、η2、η3、ηn分別為傳動(dòng)裝置中每一級(jí)傳動(dòng)副（蝸輪、蝸桿等）、每對(duì)軸承或每個(gè)聯(lián)軸器的效率，其值可查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。
計(jì)算傳動(dòng)裝置總效率時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1） 所取傳動(dòng)裝副的效率是否已經(jīng)包括其軸承效率，如包括則不再計(jì)如軸承效率；
2） 軸承效率通常指一對(duì)軸承而言；
3） 同類(lèi)型的幾對(duì)傳動(dòng)副、軸承或聯(lián)軸器，要分別計(jì)如各自的效率；
4） 蝸桿傳動(dòng)效率與蝸桿頭數(shù)及材料有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)初選頭數(shù)，估計(jì)效率，待設(shè)計(jì)出蝸桿傳動(dòng)后在確定效率，并且修正前面的設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)；
5） 資料推薦的效率值一般有一個(gè)范圍。如工作條件差、加工精度低、維護(hù)不良時(shí)，則應(yīng)取低值，反之則取高值[7]。
由上面可得： Po=Pm/(1-1.3)=1.5/1.2=1.25 Kw
工作裝置所需傳動(dòng)功率Pw=Po*η,在設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置中采用 V帶聯(lián)接電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)蝸桿，可以查設(shè)計(jì)手冊(cè)得： η=0.96
因此蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)功率為： Po=1.25x0.96=1.2 Kw
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，所采用的單級(jí)普通V帶傳動(dòng)比為: i=2
所以蝸桿的轉(zhuǎn)速為： n1=Nm/i =1400/2=700 r/min
選擇蝸輪、蝸桿的傳動(dòng)比為 : i1=20
因此蝸輪轉(zhuǎn)速為： n2=n1/i1=700/20=35 r/min
2.2.2 材料選擇
根據(jù)蝸桿傳動(dòng)的失效形式可知，制造蝸桿副的組合材料首先應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，更重要的還應(yīng)具有良好的跑合性、減摩性和耐磨性。由機(jī)器的實(shí)際工作條件可知：蝸桿傳動(dòng)功率不大、速度中等，根據(jù)手冊(cè)，可選45號(hào)鋼作為材料，并且整體調(diào)質(zhì)?？紤]到使效率高些、耐磨性好些，故蝸桿螺旋面要求表面淬火，齒面硬度45HRC-50HRC。對(duì)于蝸輪，初估其滑動(dòng)速度 Vs=4.0 m/s,選定蝸輪齒圈材料為 ZcuSn10Pb1,金屬型鑄造，滾銑后加載跑合[8]。
2.2.3 參數(shù)計(jì)算
1）按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
1.選擇Z1、Z2
根據(jù)傳動(dòng)比， 查手冊(cè)并計(jì)算得:
Z1=2
Z2=i1*Z1=2x20=40
2.計(jì)算蝸桿轉(zhuǎn)距T2
初估蝸桿、蝸輪傳動(dòng)效率 η1=0.82
由 T2=T1*i1*η1 （2.10）
T2=9.55x（1.2/700）x20x0.82 N.mm
=268500 N.mm
3.確定模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1
因載荷平穩(wěn)，取載荷因數(shù)K=1.1，估計(jì)vs≤12m/s。根據(jù)表查得[σ]=200MPa，由表初取導(dǎo)程r=12°，按式可得
m2d1≥KT2cosr(480/z2[σH])2=1.1×2.68×10?×cos12°(480/400)2㎜2
=1575㎜3
查表得，模數(shù)m=5㎜，d=63㎜
2）.計(jì)算傳動(dòng)效率
1. 嚙合效率
2. 傳動(dòng)效率
軸承效率，因此在查時(shí)已經(jīng)計(jì)入軸承磨損損耗；攪油效率
3. 檢驗(yàn)
所以原選參數(shù)足夠
3）確定傳動(dòng)的主要參數(shù)
1. 中心距
2. 蝸桿尺寸
分度圓直徑
齒頂圓直徑 da1=d1+2ha1=63+2×5=73mm
齒根圓直徑 df1＝63-2×5×1.2=51mm
導(dǎo)程角 （右旋）
軸向齒距
輪齒部分長(zhǎng)度
取
3. 蝸輪尺寸
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
外圓直徑
蝸輪輪齒寬
螺旋角
咽喉母圓半徑
4）熱平衡計(jì)算
1.傳動(dòng)效率
2.估算散熱面積
3.油的工作溫度 （2.11）
t2<70oC。
蝸桿、蝸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算是傳動(dòng)箱設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，作為主要傳動(dòng)裝置，蝸桿，蝸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算直接影響著整個(gè)機(jī)器的設(shè)計(jì)，因此很關(guān)鍵。
對(duì)蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行良好的潤(rùn)滑是十分重要的。充分潤(rùn)滑可以降低齒面的工作溫度，減少磨損和避免膠合失效。蝸桿傳動(dòng)常采用粘度大的礦物油進(jìn)行潤(rùn)滑，為了提高其抗膠合能力，必要時(shí)可以加入油性添加劑以提高油膜的剛度。
在實(shí)際工程應(yīng)用中，除了要很好利用蝸桿傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)外，還要了解起傳方面的不足之處:
1) 因傳動(dòng)時(shí)嚙合齒面間的相對(duì)滑動(dòng)速度大，故摩擦損失大，效率低。一般效率為η=0.7-0.9；具有自鎖性時(shí)，其效率小于0.5。所以不宜于大功率傳動(dòng)；
2） 為減輕齒面的磨損及防止膠合，蝸輪一般使用貴重的減磨材料制造，成本高；
3） 對(duì)制造和安裝誤差很敏感，安裝時(shí)對(duì)中心距的尺寸精度要求較高[9]；
蝸桿傳動(dòng)常用于傳動(dòng)功率在50Kw，滑動(dòng)速度在15m/s以下的機(jī)器設(shè)備中。蝸輪尺寸如圖2.1、蝸桿尺寸如2.2所示。
圖2.1 蝸輪尺寸圖
圖2.2 蝸桿尺寸圖
2.3 軸的設(shè)計(jì)
軸是組成機(jī)器的重要零件之一，其主要功能是支持作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件(如齒輪、蝸輪等)，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
軸的設(shè)計(jì)是根據(jù)給定的軸的功能要求(傳遞功率或轉(zhuǎn)矩，所支持零件的要求等)和滿(mǎn)足物理、幾何約束的前提下，確定軸的最佳形狀和尺寸，盡管軸設(shè)計(jì)中所受的物理約束很多，但設(shè)計(jì)時(shí)，其物理約束的選擇仍是有區(qū)別的，對(duì)一般的用途的軸，滿(mǎn)足強(qiáng)度約束條件, 具有合理的結(jié)構(gòu)和良好的工藝性即可。對(duì)于靜剛度要求高的軸，如機(jī)床主軸，工作時(shí)不允許有過(guò)大的變形，則應(yīng)按剛度約束條件來(lái)設(shè)計(jì)軸的尺寸。對(duì)于高速或載荷作周期變化的軸，為避免發(fā)生共振，則應(yīng)需按臨界轉(zhuǎn)速約束條件進(jìn)行軸的穩(wěn)定性計(jì)算。
軸的設(shè)計(jì)并無(wú)固定不變的步驟，要根據(jù)具體情況來(lái)定，一般方法是：
(1)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件或與同類(lèi)機(jī)器類(lèi)比，初步確定軸的最小直徑；
(2)考慮軸上零件的定位和裝配及軸的加工等幾何約束，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定軸的幾何尺寸；
值得指出的是：軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果具有多樣性。不同的工作要求、不同的軸上零件的裝配方案以及軸的不同加工工藝等，都將得出不同的軸的結(jié)構(gòu)型式。因此，設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)其結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，確定較優(yōu)的方案。
(3)根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作要求，選擇相應(yīng)的物理約束，檢驗(yàn)是否滿(mǎn)足相應(yīng)的物理約束。若不滿(mǎn)足，則需對(duì)軸的結(jié)構(gòu)尺寸作必要修改，實(shí)施再設(shè)計(jì)，直至滿(mǎn)足要求[10]。
2.3.1 軸的材料及選擇
軸的材料種類(lèi)很多，選擇時(shí)應(yīng)主要考慮如下因素：
1、軸的強(qiáng)度、剛度及耐磨性要求；
2、軸的熱處理方法及機(jī)加工工藝性的要求；
3、軸的材料來(lái)源和經(jīng)濟(jì)性等?！ ?
軸的常用材料是碳鋼和合金鋼。
碳鋼比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，可通過(guò)熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，故應(yīng)用最廣，一般用途的軸，多用含碳量為0.25～0.5%的中碳鋼。尤其是45號(hào)鋼，對(duì)于不重要或受力較小的軸也可用Q235A等普通碳素鋼。
合金鋼具有比碳鋼更好的機(jī)械性能和淬火性能，但對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，且價(jià)格較貴，多用于對(duì)強(qiáng)度和耐磨性有特殊要求的軸。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳處理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金鋼，有良好的高溫機(jī)械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸[11]。
值得注意的是：由于常溫下合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差不多，因此當(dāng)其他條件相同時(shí)，如想通過(guò)選用合金鋼來(lái)提高軸的剛度是難以實(shí)現(xiàn)的。
低碳鋼和低碳合金鋼經(jīng)滲碳淬火，可提高其耐磨性，常用于韌性要求較高或轉(zhuǎn)速較高的軸。
球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵因其具有良好的工藝性，不需要鍛壓設(shè)備，吸振性好，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于制造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的曲軸等。只是鑄件質(zhì)量難于控制。
軸的毛坯多用軋制的圓鋼或鍛鋼。鍛鋼內(nèi)部組織均勻，強(qiáng)度較好，因此，重要的大尺寸的軸，常用鍛造毛坯。
2.3.2 軸的強(qiáng)度計(jì)算
（1）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度
對(duì)只受轉(zhuǎn)矩或以承受轉(zhuǎn)矩為主的傳動(dòng)軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算軸的直徑。若有彎矩作用，可用降低許用應(yīng)力的方法來(lái)考慮其影響。
扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件為：
=M/=9550×1000P3/n≤[] （2.12）
式中：為軸危險(xiǎn)截面的最大扭剪應(yīng)力(MPa)；
M為軸所傳遞的扭矩(N.mm)；
為軸危險(xiǎn)截面的抗扭截面模量()；
P為軸所傳遞的功率(kW)；
n為軸的轉(zhuǎn)速(r/min)；
[]為軸的許用扭剪應(yīng)力(MPa)，見(jiàn)表2.1[12]；
對(duì)實(shí)心圓軸，,以此代入式得，可得扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)式：
（2.13）
式中：C為由軸的材料和受載情況決定的系數(shù)，其值可查表2.1。
當(dāng)彎矩相對(duì)轉(zhuǎn)矩很小時(shí)，C值取較小值，[]取較大值；反之，C取較大值，[]取較小值。
應(yīng)用式求出的值，一般作為軸受轉(zhuǎn)矩作用段最細(xì)處的直徑，一般是軸端直徑。若計(jì)算的軸段有鍵槽，則會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，作為補(bǔ)償，此時(shí)應(yīng)將計(jì)算所得的直徑適當(dāng)增大，若該軸段同一剖面上有一個(gè)鍵槽，則將d 增大5％，若有兩個(gè)鍵槽，則增大10％[13]。
此外，也可采用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算軸的直徑。如在一般減速器中，高速輸入軸的直徑可按與之相聯(lián)的電機(jī)軸的直徑估算：；各級(jí)低速軸的軸徑可按同級(jí)齒輪中心距估算，。
表2.1 幾種軸的材料的[]和C值
軸的材料
Q235
1Cr18Ni9Ti
35
45
40Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi
[]
12～20
12～25
20～30
30～40
40～52
160～135
148～125
135～118
118～107
107～98
強(qiáng)度校核 設(shè)傳動(dòng)軸各截面上的扭矩均為
Mn=M=1000N.m
傳動(dòng)軸的抗扭截面系數(shù)為 Wn=0.2D3
圖2.3 軸的受力、彎矩、轉(zhuǎn)矩圖
（2）彎扭合成強(qiáng)度條件
對(duì)于轉(zhuǎn)軸，應(yīng)按彎扭組合強(qiáng)度計(jì)算危險(xiǎn)截面上的軸徑。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)軸過(guò)程中，一般按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑，在進(jìn)行軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，支點(diǎn)位置及軸上所受載荷的大小、方向、作用點(diǎn)已確定，須再按彎扭組合強(qiáng)度進(jìn)行校核。
軸的結(jié)構(gòu)初步確定后，應(yīng)首先畫(huà)出軸的受力圖，確定軸的受力情況，然后再作出水平面彎矩圖、垂直面彎矩圖、合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖和當(dāng)量彎矩圖，按彎扭組合強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度，如圖2.3所示。
對(duì)于一般鋼制的軸，可按第三強(qiáng)度理論強(qiáng)度計(jì)算。強(qiáng)度條件為：
（2.14）
考慮到彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力和轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力的性質(zhì)不同，對(duì)上式中的轉(zhuǎn)矩乘以折合系數(shù)，則強(qiáng)度約束條件一般公式為：
（2.15）
式中：稱(chēng)為當(dāng)量彎矩；為根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)。
轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，
轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化時(shí)，
轉(zhuǎn)矩按對(duì)稱(chēng)循環(huán)變化時(shí)，
若扭矩的變化規(guī)律不清楚，一般也按脈動(dòng)循環(huán)處理。、、分別為對(duì)稱(chēng)循環(huán)、脈動(dòng)循環(huán)及靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用應(yīng)力，見(jiàn)表2.2。
M為軸的抗彎截面模量()
對(duì)實(shí)心軸，式也可寫(xiě)為設(shè)計(jì)式：
（2.16）
若計(jì)算的剖面有鍵槽，則應(yīng)將計(jì)算所得的軸徑增大，方法同扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算。
表2.2 軸的許用應(yīng)力(MPa)
材料
碳鋼
400
500
600
700
130
170
200
230
70
75
95
110
40
45
55
65
合金鋼
800
900
1000
1200
270
300
330
400
130
140
150
180
75
80
90
110
鑄鋼
400
500
100
120
50
70
30
40
根據(jù)以上技術(shù)，設(shè)計(jì)得傳動(dòng)軸的參數(shù)分別如圖2.4所示。
圖2.4 軸尺寸圖
2.4 軸承的選擇
軸承是用以支承軸和軸上回轉(zhuǎn)體或擺動(dòng)零件的部件，在各種機(jī)械中廣泛運(yùn)用。根據(jù)軸承工作時(shí)的摩擦性質(zhì)，可分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。本設(shè)計(jì)主要采用滾動(dòng)軸承。
滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
（1）對(duì)于一般運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承，為防止疲勞點(diǎn)蝕發(fā)生，以疲勞強(qiáng)度計(jì)算為依據(jù)，稱(chēng)為軸承的壽命計(jì)算。
（2）對(duì)于不回轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動(dòng)的軸承，為防止塑性變形，以靜強(qiáng)度計(jì)算為依據(jù)，稱(chēng)為軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算。
滾動(dòng)軸承的種類(lèi)、類(lèi)型及尺寸是多種多樣的。為使機(jī)械裝置發(fā)揮出預(yù)期的性能，選擇最適宜的軸承是至關(guān)重要的。為選定軸承，需要分析諸多要因，從各個(gè)角度進(jìn)行研究、評(píng)價(jià)有關(guān)選擇軸承的程序，并無(wú)特殊規(guī)格，但一般順序如下：
（1）掌握機(jī)械裝置和軸承的使用條件等
?。?）明確對(duì)軸承的要求
（3）選定軸承的類(lèi)型
?。?）選定軸承配置方式
?。?）選定軸承尺寸
?。?）選定軸承規(guī)格
?。?）選定軸承的安裝方法
正確把握軸承在機(jī)械裝置的使用部位及使用條件與環(huán)境條件是選擇適宜軸承的前提。為之，需要取得以下幾個(gè)方面的數(shù)據(jù)和資料：
?。?）機(jī)械裝置的功能與結(jié)構(gòu)
?。?）軸承的使用部位
?。?）軸承負(fù)荷（大小、方向）
?。?）旋轉(zhuǎn)速度
?。?）振動(dòng)、沖擊
（6）軸承溫度（周?chē)鷾囟?、溫升?
?。?）周?chē)鷼夥眨ǜg性，清潔性，潤(rùn)滑性）
通常，軸是以?xún)蓚€(gè)軸承在徑向和軸向進(jìn)行支撐的，此時(shí)，將一側(cè)的軸承稱(chēng)為固定側(cè)軸承，它承受徑向和軸向兩種負(fù)荷，起固定軸與軸承箱之間的相對(duì)軸向位移的作用。將另一側(cè)稱(chēng)之為自由側(cè)，僅承受徑向負(fù)荷，軸向可以相對(duì)移動(dòng)，以此解決因溫度變化而產(chǎn)生的軸的伸縮部題和安裝軸承的間隔誤差。
對(duì)于固定側(cè)軸承，需選擇可用滾動(dòng)面在軸向移動(dòng)（如圓柱滾子軸承）或以裝配面移動(dòng)（如向心球軸承）的軸承。在比較短的軸上，固定側(cè)與自由側(cè)無(wú)甚別的情況下，使用只單向固定軸向移動(dòng)的軸承（如向心推力球軸承）[14]。
根據(jù)以上資料本設(shè)計(jì)選用角接觸球軸承（GB292-83），再根據(jù)軸的尺寸條件，選擇的軸承（一對(duì)）型號(hào)分別為：7204C，7206C
角接觸球軸承的計(jì)算
1）查表得，7204C軸承的C=29000N C0=19200N
D=72㎜ B=17㎜
2） 查表得，S1=0.68Fn1=0.68×1000=680N （向右）
S2=0.68Fr2=0.68×2100=1428N （向左）
3） 因S1+Fx＞S2， 即左松右緊，所以
Fa1=S1=680N
Fa2=S1+Fx=1580N
查表得，e=0.68
Fa1/Fr1=680/1000=0.68
X1=1，Y1=0
Fa2/Fr2=1580/2100=0.75＞0.68
X2=0.41，Y2=0.87
4） 當(dāng)量動(dòng)載荷P
P1=X1Fr1+Y1Fa1
=（1×1000+0×680）
=1000N
P2=X2Fr2+Y2Fa2
=（0.41×2100+0.87×1580）
=2236N
同樣，取fp=1.1 ，ft=1
FpP2/Ft=1.1×2236/1=2460N
2.5 V帶及帶輪設(shè)計(jì)
2.5.1 普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
1）失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
帶傳動(dòng)靠摩擦力工作，當(dāng)傳遞的圓周阻力超過(guò)帶和帶輪接觸面上所能產(chǎn)生的最大摩擦力時(shí)，傳動(dòng)帶將在帶輪上產(chǎn)生打滑而使傳動(dòng)失效。另外，傳動(dòng)帶在運(yùn)行過(guò)程中由于受循環(huán)變應(yīng)力的作用會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞。因此，帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：既要在工作中充分發(fā)揮其工作能力而又不打滑，同時(shí)還要求傳動(dòng)帶有足夠的疲勞強(qiáng)度，以保證一定的使用壽命。
2)確定計(jì)算功率Pc
計(jì)算功率是根據(jù)需要傳遞的額定功率并且考慮載荷性質(zhì)和每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等因素而確定的，即
Pc = KP = 1.1×4 = 4.4KW
3）帶型號(hào)的選擇
據(jù)計(jì)算功率Pc和小帶的轉(zhuǎn)速n
根據(jù)Pc=4.4KW和n=1440r/min 由V帶選型圖可知 ：選A型
4）驗(yàn)算帶速
當(dāng)傳遞功率一定時(shí)，帶輪的傳動(dòng)速度一般控制在5m/s≤v≤25m/s
帶速V為 v=πdn/(60×1000) =3.14×40×1440/(60×1000)
=3.01m/s
5）確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld ，d1=40；d2=98
Ld0=2a+π(d1+d2)/2+(d1+d2) 2/4a
=2×200+3.14×(98+40)/2+(98+40)2/(4×200)
=400+216.7+23.8
=640.5mm
由表中查出最相近的Ld=630mm
6)確定中心距a=a0+（Ld-Ld0）/2
=200+（640.5-630）/2
=205㎜
7)驗(yàn)算小帶輪包角∝
∝1=180°-57.3°×（d2-d1）/a
=180°-57.3°×58/205
=163°>120°
因?yàn)椤兀?20°, 所以符合要求。
8）確定帶的根數(shù)Z
為了保證帶傳動(dòng)不打滑，并具有一定的疲勞強(qiáng)度，必須保證每根V帶所傳遞的功率不超過(guò)它所傳遞的額定功率，有
Z=Pc/P1 Z=2
9）確定單根V帶的初拉力F0
F0=500[（2.5/Ka）-1]（Pc/Zv）+qv2
=500[(2.5/0.93)-1](4.4/(2×7.54)+0.1×7.542
=184N
2.5.2 帶輪設(shè)計(jì)
對(duì)帶輪的主要要求是重量輕、加工工藝性好、質(zhì)量分布均勻、與普通V帶接觸的槽面應(yīng)光潔，以減輕帶的磨損。對(duì)于鑄造和焊接帶輪、內(nèi)應(yīng)力要小。
帶輪由輪緣、輪幅和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱(chēng)為輪緣，裝在軸上的筒形部分稱(chēng)為輪轂，中間部分稱(chēng)為輪幅。帶輪結(jié)構(gòu)形式按直徑大小常用的有S型實(shí)心帶輪（用于尺寸較小的帶輪）、P型腹板帶輪（用于中小尺寸的帶輪）、H型孔板帶輪（用于尺寸較大的帶輪）及E型橢圓輪幅帶輪（用于大尺寸的帶輪）。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40°，為了適應(yīng)V帶在帶輪上彎曲時(shí)截面變形，楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角f為32、34、36、38°（按帶的型號(hào)及帶輪直徑確定）[15]。普通V帶輪的輪槽尺寸如表2.3所示。
表2.3? 普通V帶輪的輪槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）
項(xiàng)目
符號(hào)
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
基準(zhǔn)寬度
bp
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
32.0
基準(zhǔn)線上槽深
hamin
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
9.6
基準(zhǔn)線下槽深
hfmin
4.7
7.0
8.7
10.8
14.3
19.9
23.4
槽間距
e
8±0.3
12±0.3
15±0.3
19±0.4
25.5±0.5
37±0.6
44.5±0.7
第一槽對(duì)稱(chēng)面至端面的距離
f
7±1
8±1
最小輪緣厚
dmin
5
5.5
6
7.5
10
12
15
帶輪寬
B
B=(z-1)e+2f? z—輪槽數(shù)
外徑
da
da=d+2ha
輪
槽
角
f
32°
相應(yīng)的基準(zhǔn)直徑d
≤60
-
-
-
-
-
-
34°
-
≤80
≤118
≤190
≤315
-
-
36°
-
-
-
-
-
≤475
≤600
38°
-
＞80
＞118
＞190
＞315
＞475
＞600
極限偏差
±30′
本設(shè)計(jì)帶輪材料為鑄鐵HT150，采用實(shí)心式。大帶輪和小帶輪結(jié)構(gòu)尺寸分別如圖2.5、2.6所示。
圖2.5 大帶輪尺寸圖 圖2.6 小帶輪尺寸圖
3 傳動(dòng)箱箱體設(shè)計(jì)
3.1 箱體的結(jié)構(gòu)型式
3.1.1 鑄造式箱體和焊接式箱體
箱體一般用灰鑄鐵HT150或HT200制造。對(duì)重型減速器，為提高其承受振動(dòng)和沖擊的能力，也可以用球墨鑄鐵QT500-7或鑄鋼ZG270-500、ZG310-570制造。鑄造箱體適宜成批生產(chǎn)，其剛性好，易獲得合理和復(fù)雜的外型，易于切削（特別是灰鑄鐵制造的箱體），但是較重。在單件生產(chǎn)中，特別是大型傳動(dòng)箱，為了減輕重量或縮短生產(chǎn)周期，箱體也可以用 Q215或Q235鋼板焊接制造，其軸承部分可用圓鋼、鍛鋼或鑄鋼制造。焊接箱體的臂后可以比鑄造箱體減薄20-30%，但焊接時(shí)易產(chǎn)生熱變形，要求較高的焊接技術(shù)及焊接后的退火處理。
3.1.2 部分式箱體和整體式箱體
部分式箱體具有結(jié)合面，除為了用利于多級(jí)齒輪傳動(dòng)的等油面浸油潤(rùn)滑作成剖分面傾斜式外，一般均為水平式，且結(jié)合面多數(shù)通過(guò)各軸的中心線。
一般小型蝸桿傳動(dòng)箱為整體式，蝸輪軸承支承在與整體箱體配合的兩個(gè)大端蓋中。這種箱體尺寸緊湊，剛度大，重量較輕，易于保證軸承與座孔的配合要求，但是裝拆和調(diào)整不方便。
3.1.3 平壁式箱體和凸壁式箱體
根據(jù)上面所述的箱體類(lèi)型，從實(shí)際工程需要來(lái)看，本設(shè)計(jì)采用鑄造式箱體。
3.2 鑄造箱體的結(jié)構(gòu)分析
箱體是支承和固定傳動(dòng)零件及保證傳動(dòng)件嚙合精度的重要機(jī)件，其重量約占整體底50%，對(duì)傳動(dòng)箱的性能、尺寸、重量和成本均有很大的影響。箱體的具體結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)件、軸系和軸承部件以及潤(rùn)滑密封等密切相關(guān)，同時(shí)還應(yīng)綜合考慮使用要求、強(qiáng)度、剛度及鑄造、機(jī)械加工和裝拆工藝等多方面因數(shù)。
箱體上的任何一處加工表面與非加工表面必須嚴(yán)格分開(kāi)，不要使它們處于同一表面上，其凸出或凹入則根據(jù)加工方法而定。例如箱體表面在螺釘式軸承蓋處、檢查孔處，采取突出加工面，凸出高度一般為5-8mm；上下箱與連接螺栓的頭部及螺母的接觸表面一般都采用沉頭座結(jié)構(gòu)。
3.3 箱體的結(jié)構(gòu)尺寸
由于箱體的結(jié)構(gòu)和受力情況比較復(fù)雜，目前尚無(wú)成熟的計(jì)算設(shè)計(jì)方法，本設(shè)計(jì)中傳動(dòng)箱體的厚度采用8mm，同時(shí)加8mm厚度的肋板加強(qiáng)剛度。箱蓋尺寸圖如圖3.1所示。
圖3.1 箱蓋尺寸圖
4 傳動(dòng)箱附件的設(shè)計(jì)
4.1 軸承蓋
軸承蓋的結(jié)構(gòu)型式可分為螺釘聯(lián)接式和嵌入式兩類(lèi)。每一類(lèi)又有透蓋和悶蓋之分。其材料一般為鑄鐵（HT150）或鋼（Q235、Q215）。螺釘聯(lián)接式軸承蓋的結(jié)構(gòu)尺寸如下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：尺寸m由結(jié)構(gòu)確定，當(dāng)m較大時(shí)，為減縮配合和加工表面，應(yīng)在端面鑄出一段較小直徑,各尺寸如4.1圖。
圖4.1 軸承蓋尺寸圖
各尺寸聯(lián)系如下：
d3為軸承蓋聯(lián)接螺釘直徑
D為軸承外徑
b1、d2由密封尺寸確定，b=(5-10)mm，h=(0.8-1)b
傳動(dòng)箱的軸承蓋有4個(gè)，包括2個(gè)悶蓋，2個(gè)透蓋，尺寸分別如下圖所示。
圖4.2 小悶蓋 圖4.3 小透蓋
圖4.4 大悶蓋 圖4.5 大透蓋
4.2 軸承套杯
套杯主要用作固定軸承的軸向位置，同一軸線上兩端軸承外徑不相等時(shí)使座孔可一次鏜出，調(diào)整支承的軸向位置。有時(shí)為避免因軸承座孔的鑄造或機(jī)械加工缺陷而造成整個(gè)箱體的報(bào)廢，也可使用套杯[16]。套杯的結(jié)構(gòu)及尺寸可根據(jù)軸承部件的要求自行設(shè)計(jì)。
4.3 調(diào)整墊片組
調(diào)整墊片組的作用是調(diào)整軸承游隙及支承的軸向位置。墊片組由若干中厚度的墊片根據(jù)調(diào)整需要的厚度疊合而成，其材料為沖壓銅片或08F鋼拋光。
4.4 油標(biāo)
油標(biāo)用來(lái)指示箱內(nèi)油面高度，種類(lèi)很多，主要有桿式油標(biāo)、旋塞式油標(biāo)、管狀油標(biāo)等，在這里選擇壓配式圓形油標(biāo)（GB1160.1-89）[17]。
4.5 排油孔螺塞
為了換油及清洗箱體是排出有污，在箱體低部設(shè)有排油孔，平時(shí)排油孔用螺栓及封油墊封住。排油孔螺栓材料一般用Q235,封油墊材料可用防油橡膠、工業(yè)用革或石棉膠紙，排油孔螺栓的直徑可按箱座壁厚的2-3倍選取。
5 總機(jī)體設(shè)計(jì)
機(jī)械式雙頭套皮輥機(jī)一般機(jī)體比較大，根據(jù)實(shí)際工程需要，本設(shè)計(jì)的機(jī)體主要采用焊接式。機(jī)體主要分為下機(jī)體和上機(jī)架結(jié)構(gòu)，下機(jī)體采用焊接式，材料為Q235，其兩側(cè)和底版采用整體焊接，前后采用鐵皮包封。上機(jī)架采用側(cè)壁式，兩側(cè)材料為HT200結(jié)構(gòu)，下機(jī)體幾何尺寸如圖5.1所示，上機(jī)架尺寸如圖5.2。
圖5.1 下機(jī)體尺寸圖 圖5.2 上機(jī)架尺寸圖
在設(shè)計(jì)機(jī)體時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
a) 下機(jī)體焊接成后，應(yīng)清理并進(jìn)行時(shí)效處理；
b) 上機(jī)體和下機(jī)體采用配合聯(lián)結(jié)后，邊緣應(yīng)留有3mm；
c) 工作臺(tái)面板焊接在下機(jī)體上；
d) 機(jī)械加工偏差尺寸處精度為1T/2。
6 導(dǎo)軌及間隙調(diào)整裝置設(shè)計(jì)
6.1 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
導(dǎo)軌的功用是向?qū)Ш统休d。設(shè)計(jì)時(shí)主要按照保證導(dǎo)向精度、耐磨性、低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好等基本要求來(lái)設(shè)計(jì)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)件沿著承導(dǎo)件作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，承導(dǎo)件上的導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用，即支承運(yùn)動(dòng)件和保證運(yùn)動(dòng)件在外力（載荷及運(yùn)動(dòng)件本身的重量）的作用下，沿給定的方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)導(dǎo)軌的要求如下：
1.一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動(dòng)件沿導(dǎo)軌移動(dòng)的直線性，以及它與有關(guān)基面間的相互位置的準(zhǔn)確性。
2.運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)。工作時(shí)，應(yīng)輕便省力，速度均勻，低速時(shí)應(yīng)無(wú)爬行現(xiàn)象。
3.良好的耐磨性。導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌長(zhǎng)期使用后，能保持一定的使用精度。導(dǎo)軌在使用過(guò)程中要磨損，但應(yīng)使磨損量小，且磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。
4.足夠的剛度。運(yùn)動(dòng)件所受的外力，是由導(dǎo)軌面承受的，故導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的接觸剛度。為此，常用加大導(dǎo)軌面寬度，以降低導(dǎo)軌面比壓；設(shè)置輔助導(dǎo)軌，以承受外載。
5.溫度變化影響小。應(yīng)保證導(dǎo)軌在工作溫度變化的條件下，仍能正常工作。
6.結(jié)構(gòu)工藝性好。在保證導(dǎo)軌其它要求的前提下，應(yīng)使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工、測(cè)量、裝配和調(diào)整，降低成本。
導(dǎo)軌的主要類(lèi)型有：
1.三角形導(dǎo)軌：該導(dǎo)軌磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，故導(dǎo)向精度高。它的截面角度由載荷大小及導(dǎo)向要求而定，一般為90°。為增加承載面積，減小比壓，在導(dǎo)軌高度不變的條件下，采用較大的頂角（110°～120°）；為提高導(dǎo)向性，采用較小的頂角（60°）。如果導(dǎo)軌上所受的力，在兩個(gè)方向上的分力相差很大，應(yīng)采用不對(duì)稱(chēng)三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導(dǎo)軌面。
2.矩形導(dǎo)軌：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)和修理方便；導(dǎo)軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應(yīng)用廣泛。但它的導(dǎo)向精度沒(méi)有三角形導(dǎo)軌高；導(dǎo)軌間隙需用壓板或鑲條調(diào)整，且磨損后需重新調(diào)整。
3.燕尾形導(dǎo)軌：燕尾形導(dǎo)軌的調(diào)整及夾緊較簡(jiǎn)便，用一根鑲條可調(diào)節(jié)各面的間隙，且高度小，結(jié)構(gòu)緊湊；但制造檢驗(yàn)不方便，摩擦力較大，剛度較差。用于運(yùn)動(dòng)速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的場(chǎng)合。
4.圓形導(dǎo)軌：制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔珩磨可達(dá)精密的配合，但磨損后不能調(diào)整間隙。為防止轉(zhuǎn)動(dòng)，可在圓柱表面開(kāi)鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受軸向載荷的場(chǎng)合。目前國(guó)內(nèi)外套皮輥機(jī)上的導(dǎo)軌所用的形式主要就是以上幾種形式[18]，如圖6.1所示。
圖6.1 導(dǎo)軌的幾種類(lèi)型
導(dǎo)軌材料選擇：
導(dǎo)軌與承導(dǎo)件或運(yùn)動(dòng)件鑄成一體，其材料常用灰口鑄鐵。它具有成本低，工藝性好，熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。在潤(rùn)滑和防護(hù)良好的情況下，具有一定的耐磨性。常用的是HT150，硬度以HB=180～200較為合適。適當(dāng)增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可提高導(dǎo)軌的耐磨性。若灰口鑄鐵不能滿(mǎn)足耐磨性要求，可使用耐磨鑄鐵，如高磷鑄鐵，硬度為HB=180～220，耐磨性能比灰口鑄鐵高一倍左右。若加入一定量的銅和鈦，成為磷銅鈦鑄鐵，其耐磨性比灰口鑄鐵高兩倍左右。但高磷系鑄鐵的脆性和鑄造應(yīng)力較大，易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)蔫T造工藝。
參考以上幾種導(dǎo)軌，根據(jù)實(shí)際要求，本設(shè)計(jì)主要采用熱扎等邊角鋼（GB9787-88）來(lái)作為導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且能夠滿(mǎn)足傳動(dòng)要求。主要尺寸見(jiàn)圖6.2。
圖6.2 導(dǎo)軌尺寸圖
6.2 間隙調(diào)整裝置設(shè)計(jì)
為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動(dòng)表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙過(guò)小，會(huì)增加摩擦阻力；間隙過(guò)大，會(huì)降低導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌的間隙如依靠刮研來(lái)保證，要廢很大的勞動(dòng)量，而且導(dǎo)軌經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后，會(huì)因磨損而增大間隙，需要及時(shí)調(diào)整，故導(dǎo)軌應(yīng)有間隙調(diào)整裝置。
矩形導(dǎo)軌需要在垂直和水平兩個(gè)方向上調(diào)整間隙。在垂直方向上，一般采用下壓板調(diào)整它的底面間隙，其方法有：a）刮研或配磨下壓板的結(jié)合面；b）用螺釘調(diào)整鑲條位置；c）改變墊片的片數(shù)或厚度；見(jiàn)圖6.3。
在水平方向上，常用平鑲條或斜鑲條調(diào)整它的側(cè)面間隙等[19]。見(jiàn)圖6.4。
圖6.3 下壓板調(diào)整底面間隙
圖6.4 鑲條調(diào)整側(cè)面間隙
參考上述設(shè)計(jì)特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用斜鑲條來(lái)調(diào)整側(cè)面間隙，根據(jù)實(shí)際要求，鑲條尺寸如圖6.5所示。
圖6.5 鑲條尺寸圖
7 傳動(dòng)絲桿及橫臂設(shè)計(jì)
絲桿螺母機(jī)構(gòu)又叫螺旋機(jī)構(gòu)，主要用來(lái)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，或把直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（如滾動(dòng)絲桿螺母和靜壓絲桿螺母）。其中，有以傳遞能量為主的傳力螺旋（如螺旋壓力機(jī)、千斤頂螺旋）；有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，并要求有較高傳動(dòng)精度的傳動(dòng)螺旋（如工作臺(tái)的進(jìn)給螺旋）；還有調(diào)整零件相互位置的調(diào)整螺旋。傳動(dòng)絲桿主要采用螺旋傳動(dòng)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和力或調(diào)整零件的相對(duì)位置。按照螺紋副的摩擦性質(zhì)不同，螺旋傳動(dòng)可分為滑動(dòng)螺旋、滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋?；瑒?dòng)螺旋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度較高；螺紋的導(dǎo)程小，降速比大，故牽引力較大；具有自鎖能力等較多優(yōu)點(diǎn)，因此，該種機(jī)構(gòu)在工業(yè)中已廣泛應(yīng)用。但其摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低（η=0.2-0.4）；螺紋中有側(cè)向間隙，故反向時(shí)有空行程；由于動(dòng)靜摩擦系數(shù)差別大，低速時(shí)可能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。
7.1 絲桿設(shè)計(jì)
? 絲桿螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng)精度的分析：
絲桿螺母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度，是指主動(dòng)件的實(shí)際轉(zhuǎn)角 和從動(dòng)件的實(shí)際位移L,保持理關(guān)系L= t的準(zhǔn)確程度，即移動(dòng)件的軸向位移量的準(zhǔn)確程度和軸向位移方向?qū)碚撦S線的偏移程度。造成不準(zhǔn)確的因素，主要是絲桿和螺母的螺紋制造誤差、螺旋機(jī)構(gòu)的支承及導(dǎo)向部分的誤差等。對(duì)這些因素進(jìn)行分析，可以從結(jié)構(gòu)上找到減小軸向位移誤差的途徑。
提高絲桿螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng)精度的方法：
??? 從以上分析中可以看出，要提高絲桿螺母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度，可提高螺旋副零件制造精度，但制造精度受到工藝條件、經(jīng)濟(jì)等因素的限制，所以必須改進(jìn)機(jī)構(gòu)，主要有如下幾種：
1） 采用誤差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)?
2） 消除絲桿軸向跳動(dòng)誤差
3） 改進(jìn)移動(dòng)零件與滑塊的連接方法?
4） 消除螺旋傳動(dòng)的空程
絲桿采用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，其主要由螺桿、螺母及必要的支承件所組成。螺紋牙采用梯形，螺母采用整體式（在橫臂中設(shè)計(jì)）[20]。
螺桿（絲桿）應(yīng)該具有高的強(qiáng)度和良好的加工性，這里采用45鋼且熱處理后齒面硬度HRC=45-50。
主要參數(shù)計(jì)算如下：
牙高
導(dǎo)程
螺旋升角
公稱(chēng)直徑 d=60mm
螺距 P=14mm
中徑 D=53mm
大徑 D1=62mm
小徑 D2=44mm
圖7.1 絲桿尺寸圖
7.2 橫臂設(shè)計(jì)
橫臂除了要傳遞動(dòng)力外還要，實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，根據(jù)這個(gè)要求設(shè)計(jì)如圖7.2，材料為HT200。
圖7.2 橫臂尺寸圖
8 潤(rùn)滑選擇
8.1.潤(rùn)滑的作用
潤(rùn)滑的目的是在機(jī)械設(shè)備摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面間加入潤(rùn)滑劑以降低摩擦阻力和能源消耗,減少表面磨損,延長(zhǎng)使