FA系列高速并条机车头箱的设计.docx
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FA系列高速并条机车头箱的设计
设计题目:
FA311系列高速并条机
车头箱的设计
系别:
机械工程系
专业:
机械制造工艺及设备
班级:
01机械
(2)班
姓名:
学号:
指导老师:
完成时间:
一、毕业设计的目的—————————— 3
二、课题简介 ———————————— 3
三、箱体结构的设计——————————— 4
四、结构尺寸的设计计算————————— 5
五、轴的设计—————————————— 19
六、参考文献—————————————— 25
七、毕业小结—————————————— 26
一、毕业设计的目的
毕业设计是学生完成本专业的最后一个极为重要的实践性教学环节,是使学生综合运用所学过的基本理论.基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练,这对学生即将从事的有关技术工作和未来的开拓具有一定意义,其主要目的是:
1、学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力,拓宽和深化学生的知识。
2、学生树立正确的设计思路,设计构思和创新思维,掌握工程设计的一般程序.规范和方法。
3、学生正确使用技术资料.国家标准,有关手册.图册等工具书。
进行设计计算.数据处理.编写技术文件等方面的工作能力。
4、学生今昔功能调查研究。
面向实际。
面向生产。
向工人和工程技术人员学习的基本工作态度.工作作风和工作方法。
二、课题简介
FA311系列高速并条机适应于75mm以下的纤维的纯纺与混纺,在纺纱工艺过程中,位于梳棉工序之后,梳棉纤维条经过本机并合与牵伸,能够提高纤维的条长片段均匀度、纤维的伸直度,使不同品质纤维的混合更趋均匀,为获得良好的细纱创造必要的条件。
2100型号的车头箱是陕西宝鸡宝成纺织机械长的产品,年产量1000台,车头箱是FA311系列高速并条机的主要动力传递机构,它通过按一定的速比排布的齿轮将电机的动力经车头箱的变速,传递给各工作主轴,使其获得一定的动力、转速和方向。
该车头箱是铸造而成,内部的零件主要由圆柱斜齿轮组成,齿轮要求加工精度较高,生产批量大。
针对生产现状和要求设计2100型号的车头箱。
由被加工零件的不同,并条机设计方案各异,其车头箱可以垂直或水平安装。
该设计的车头箱是水平安装在FA311高速并条机右侧上方的。
三、确定箱体结构、绘制原始依据图
车头箱箱体及前后盖,均采用灰铸铁HT200铸造而成,箱体的形状和尺寸按国家标准GB3668-83和实际设计情况选择。
箱体长度L=L1=L2+L3+L4
式中:
L1是左端台座的长度
L2是齿轮纵向轴系方向上两最远齿轮的中心距
L3是两端厚度之和
L4是两最远轴距箱体壁的长度
则L=195+30+530+182=937
箱体宽度B=B1+B2+B3+B4
式中:
B1是横向最大轴系齿轮宽度
B2是箱体厚度
B3轴端至箱壁的距离
B4突出箱盖的宽度
则B=125+30+40+56=251
箱体的高度H=H1+H2+H3
式中H1是轴系高度方向上两最远主轴的中心距
H2是两最远主轴的中心距箱壁的距离
H3是箱体的厚度
则H=354+180+45=569
最后结合设计手册与实际的结构尺寸确定箱体的尺寸为
L×B×H=940×254×573
四、结构尺寸设计
已知:
电机功率P=1.8KW,电机转速n=1470r/min
nⅰ1=1006r/min,nⅱ5=n电机=1470r/min,nⅲ7=2123r/min,
nⅳ15=205r/min,nⅴ17=143r/min
1)确定传动比及分配传动比
总传动比:
iⅰ总=n电机/n1=1470/1006=1.5
iⅱ总=n电机/n5=1470/1470=1
iⅲ总=n电机/n7=1470/2123=0.7
iⅳ总=n电机/n15=1470/205=7.2
iⅴ总=n电机/n17=1470/143=10.3
传动比的分配:
iⅰ总=i45×i23×i12
则:
i45=1.46i23=1.77i12=0.565
iⅱ总=i5=1
iⅲ总=i56×i67
则:
i56=1.10i67=0.63
iⅳ总=i45×i48×i910×i1112×i1314×i1415
则:
i45=1.46i48=1.18i910=1.14i1112=3
i1314=1.34i1415=0.92
iⅴ总=i45×i48×i910×i1112×i1316×i1617
则:
i1316=1.34i1617=1.31
2)、运动参数的和动力参数的设计
(1)各输出轴速度已知:
nⅰ1=1006r/minnⅱ5=n电机=1470r/minnⅲ7=2123r/min
nⅳ15=205r/minnⅴ17=143r/min
则其它各轴的转速为:
nⅰ34=n电机/i45=1470/1.46=1006r/min
nⅰ2=nⅰ34/i23=1006/1.77=586r/min
nⅰ=1006r/min
nⅱ5=n电机=1470r/min
nⅲ6=nⅱ5/i56=1470/1.10=11336r/min
nⅲ7=nⅲ6/i67=1336/0.63=2123r/min
nⅳ34=1006r/min
nⅳ89=nⅳ34/i48=1006/1.18=853r/min
nⅳ1011=nⅳ89/i910=853/1.14=748r/min
nⅳ1213=nⅳ1011/i1112=748/3=249r/min
nⅳ14=nⅳ1213/i14=249/1.34=186r/min
nⅳ15=205r/min
nⅴ16=nⅳ1213/i1316=249/1.34=186r/min
nⅴ17=143r/min
(2)各轴的功率:
电机到各传动轴的效率:
ηⅠ1=η1·η2·η3=0.96×0.98×0.97=0.82
ηⅠ2=η1·η22·η32=0.96×0.982×0.972=0.87
ηⅠ34=η1·η23·η33=0.96×0.983=0.91
ηⅡ5=η1·η2=0.96×0.98=0.94
ηⅢ6=η1·η2·η3=0.96×0.98×0.97=0.91
ηⅢ7=η1·η22·η32=0.96×0.982×0.972=0.87
ηⅣ89=η1·η22·η32=0.96×0.982×0.972=0.87
ηⅣ1011=η1·η23·η33=0.96×0.983×0.973=0.82
ηⅣ1213=η1·η24·η34=0.96×0.984×0.974=0.78
ηⅣ14=η1·η25·η35=0.96×0.985×0.975=0.75
ηⅣ15=η1·η26·η36=0.96×0.986×0.976=0.71
ηⅴ16=η1·η25·η35=0.96×0.985×0.975=0.75
ηⅴ17=η1·η26·η36=0.96×0.986×0.976=0.71
查《机械设计实训教程》∮1=0.96(V带传动效率)
∮2=0.98(滚动轴承的传动效率)
∮3=0.97(齿轮精度为8级)
实际功率:
P电机=1.8KW
Pⅰ1=P电机·ηⅠ1=1.8×0.82=1.18KW
Pⅰ2=P电机·ηⅠ2=1.8×0.87=1.57KW
Pⅰ34=P电机·ηⅠ34=1.8×0.91=1.64KW
Pⅱ5=P电机·ηⅡ5=1.8×0.94=1.70KW
Pⅲ6=P电机·ηⅢ6=1.8×0.91=1.64KW
Pⅲ7P电机·ηⅢ7=1.8×0.87=1.57KW
Pⅳ89=P电机·ηⅣ89=1.8×0.87=1.57KW
Pⅳ1011=P电机·ηⅣ1011=1.8×0.82=1.48KW
Pⅳ1213=P电机·ηⅣ1213=1.8×0.78=1.4KW
Pⅳ14=P电机·ηⅣ14=1.8×0.75=1.35KW
Pⅳ15=P电机·ηⅣ15=1.8×0.71=1.26KW
Pⅴ16=P电机·ηⅴ16=1.8×0.75=1.35KW
Pⅴ17=P电机·ηⅴ16=1.8×0.71=1.26KW
(3)各轴的扭矩:
电机轴:
T0=9550P/n=9550×1.8/1470=11.69N·M
Tⅰ1=9550Pⅰ1/nⅰ1=9550×1.48/1006=14.05N·M
Tⅰ2=9550Pⅰ1/nⅰ2=9550×1.57/568=26.4N·M
Tⅰ34=9550Pⅰ1/nⅰ34=9550×1.64/1006=15.6N·M
Tⅱ5=9550Pⅱ5/nⅱ5=9550×1.7/1470=11.04N·M
Tⅲ6=9550Pⅲ6=9550×1.64/1336=11.7N·M
Tⅲ7=9550Pⅲ7=9550×1.57/2123=7.06N·M
Tⅳ89=9550Pⅳ89=9550×1.57/853=17.6N·M
Tⅳ1011=9550Pⅳ1011=9550×1.48/748=18.9N·M
Tⅳ1213=9550Pⅳ1213=9550×1.4/249=53.7N·M
Tⅳ14=9550Pⅳ14=9550×1.35/186=69.3N·M
Tⅳ15=9550Pⅳ15=9550×1.26/205=58.7N·M
Tⅴ16=9550Pⅴ16=9550×1.35/186=69.3N·M
Tⅴ17=9550Pⅴ17=9550×1.26/143=84.1N·M
3、选择齿轮材料并确定许用应力
1)查《机械设计基础》表6-9大小齿轮均采用45钢调质,齿面硬度分别为240BHS,200HBS.
由图6-30,6-31查得σHlim5=580MPaσFlim5=460MPa
σHlim4=540MPaσFlim4=420MPa
取SHmin=1SFmin=1
〔σH5〕=σHlim1/SHmin=580/1=580MPa
〔σH5〕=σHlim2/SHmin=540/1=540MPa
〔σF4〕=σFlim1/SFmin=460/1=460MPa
此处省略 NN
NNNNN
NNN
NN
字
a910=120mma1112=140mm
分度圆直径:
d9=mn·Z9/cosβˊ=2×52/cos16.26°=108.33mm
d10=mn·Z10/cosβˊ=2×59/cos16.26°=122.92mm
d11=mn·Z11/cosβˊ=2×33/cos16.26°=68.75mm
d12=mn·Z12/cosβˊ=2×99/cos16.26°=2016.25mm
齿顶圆直径:
da9=d9+2mn=108.33+2×2=112.33mm
da10=d10+2mn=122.52+2×2=126.92mm
da11=d11+2mn=68.75+2×2=72.75mm
da12=d12+2mn=206.5+2×2=210.25mm
齿根圆直径:
df9=d9-2mn((ha﹡+c﹡)=108.33-2×2(1+0.25)=103.33mm
df10=d10-2mn((ha﹡+c﹡)=122.92-2×2(1+0.25)=117.92mm
df11=d11-2mn((ha﹡+c﹡)=68.75-2×2(1+0.25)=63.75mm
df12=d12-2mn((ha﹡+c﹡)=206.25-2×2(1+0.25)=201.25mm
5)i1314=1.34i1415=0.92i1316=1.34i1617=1.31
m=2β=20°βˊ=16.26°
初选参数:
Z13=44
则Z14=i1314·Z13=1.34×44=59
Z15=i1415·Z14=0.92×59=54
Z16=i1316·Z13=1.34×44=59
Z17=i1617·Z16=1.31×59=77
中心距:
A1314=mn(Z13+Z14)/2cosβ=2×(44+59)/2×cos20°=109.61mm
a1415=mn(Z14+Z15)/2cosβ=2×(59+54)/2×cos20°=120.25mm
a1316=mn(Z13+Z16)/2cosβ=2×(44+59)/2×cos20°=109.61mm
a1617=mn(Z16+Z17)/2cosβ=2×(59+77/2×cos20°=144.73mm
取标准中心距a1314=110mma1415=120mm
a1316=110mma1617=145mm
分度圆直径:
d13=mn·Z13/cosβˊ=2×44/cos16.26°=91.67mm
d14=mn·Z14/cosβˊ=2×59/cos16.26°=122.92mm
d15=mn·Z15/cosβˊ=2×54/cos16.26°=112.5mm
d16=mn·Z16/cosβˊ=2×59/cos16.26°=122.92mm
d17=mn·Z17/cosβˊ=2×77/cos16.26°=160.42mm
齿顶圆直径:
da13=d13+2mn=91.67+2×2=95.67mm
da14=d14+2mn=122.52+2×2=126.92mm
da15=d15+2mn=112.5+2×2=116.5mm
da16=d16+2mn=122.92+2×2=126.92mm
da17=d17+2mn=160.42+2×2=164.42mm
齿根圆直径:
df13=d13-2mn((ha﹡+c﹡)=91.67-2×2(1+0.25)=86.67mm
df14=d14-2mn((ha﹡+c﹡)=122.92-2×2(1+0.25)=117.92mm
df15=d15-2mn((ha﹡+c﹡)=112.5-2×2(1+0.25)=107.5mm
df16=d16-2mn((ha﹡+c﹡)=122.92-2×2(1+0.25)=117.92mm
df17=d17-2mn((ha﹡+c﹡)=160.42-2×2(1+0.25)=155.42mm
五、轴的设计
1、选轴的材料和热处理方法
车头箱减速器是一般用途的减速器,所以轴的材料选用45钢经调治处理,便能满足使用要求。
45钢经调治处理后硬度为217~255HBS。
由<<机械设计手册>>查得:
бB=650Mpaбs=360Mpaб-1=300Mpa[б-1]=60Mpa
2、按扭矩强度估算轴的直径
轴的最小直径计算公式为:
dmin≥A3√p/n
由<<机械设计基础>>查得:
A=118~107
则dmin5≥A3√p/n
=(118~107)×3√1.7/1470=12.4~11.3mm
在Z5轴上,估取安装轴承处的轴径d0=35mm,安装皮带轮处的
轴径d0=30mm,安装齿轮处的轴径d=40mm,安装联轴器轴端轴
径为d0=30mm,轴上的其余轴径尺寸由结构要求而定。
3、联轴器的选择
减速器输出轴与压辊轴采用弹性柱销联轴器,又前面计算知:
T5=11.04N·M
由<<机械设计手册>>查得:
选用弹性柱销联轴器的型号为:
TL5联轴器,
30×82GB4323B-84-1985
主要参数尺寸如下:
许用最大扭矩:
125N·m
许用最大转速:
3600r/min
主动端d1=30mmJ1型轴孔,L=82mm,A型键槽
从动端d2=30mmJ1型轴孔,L=82mm,A型键槽
4、轴承的选择
Z5轴为输入,输出,传动轴,既作用着径向力Fr,又作用着轴向力,故选用深沟球轴承,型号为107GB276-86
其主要尺寸如下:
d=35mmD=62mmB=20mm
5、轴的结构设计
在Z5轴上两端的轴承以选用107GB276-85型号,与轴承配合的轴径为35mm,
以轴肩作为轴向定位,因此在安装齿轮处的轴径不小于35mm,齿轮的齿根圆直径只有76mm,故齿轮应采用齿轮轴结构。
6、轴的强度计算
以Z5轴为例,根据Z5轴的结构设计和箱体尺寸要求取L=500mm,L/2=250mm,由前面计算知:
T5=11.04NMFt5=287.5NFr5=109NFa5=104.77N
1)根据轴系部件结构作出轴系空间力图(a)
2)作出Z5轴垂直平面受力图,求支反力RAV、RBV,画弯矩图MV,
如图(b)
RBV=(5/2·Fa5+L/2·Fr5)/500=(81.25/2×104.7+500/2×109)/500=63.N
RAV=RBV-Fr5=62-109=-46N
齿轮中心面左侧弯矩MV1
MV1=RAV·L/2=46×(500/2)=11500N·m
齿轮中心面右侧弯矩图MV2
MV2=RBV·L/2=32×(500/2)=15500N·m
3)作出Z5轴平面受力图,求支反力RAHRBH,如图(C)
画弯矩图MH
RAH=RBH=Ft5/2=287.5/2=143.75N
MH=RAH(L/2)=143.72×(500/2)=35937.5N·mm
支反力RARB,绘总弯矩图M
RA=√RAV2+RBH2=√462+143.752=150.9N
RB=√RBV2+RAH2=√632+143.752=156.9N
齿轮中心面左侧总弯矩图M1
M1=√MV12+MV22=√115002+35937.52=37693.6N·mm
齿轮中心面右侧总弯矩图M2
M2=√MV22+MH2=√155002+35937.52=39107N·mm
5)绘转矩图(d)
6)绘制当量弯矩图Mc如图(f)
因为皮带轮
单向传动,从安全角度出发,轴上的转矩T5按脉冲当量循环考虑,故取校正系数a=0.6
齿轮中心面处最大当量弯矩Mc为:
Mc1=√M12+(aT5)2=√37693.62+(0.611×11040)2=146441.3N·mm
Mc2=√M22+(aT5)2
=√3971072+(0.611×11040)2=157267.7N·mm
取Mc=Mc2=157267.7N·mm
7)选危险截面进行强度核算
根据当量弯矩图,初选中心面为危险截面,该截面有键槽,故应将轴径加大5%
由此得:
d≥1.05×3√Mc/0.1×[б-1]
=1.05×3√157267.7/0.1×60=31.19mm
由计算结果可知,轴径小于安装齿轮处的实际轴径,所以强度足够
7、轴承的寿命计算
以Z5轴为例,Z5轴轴承以选用型号为30211的一对圆珠滚子轴承正装。
其有关数据如下:
C=86.5KNe=0.4Y=1.5载荷系数.fp=1.1温度系数ft=1.0
轴承受力情况如下:
由前面计算知:
RA=150.9NRB=156.9N
RARB即为轴承径向力FrAFrBFrA=RA=150.9N
FrB=RB=156.9N
1)计算内部轴向力S
SA=FrA/2Y=150.9/2×1.5=50.3N
SB=FrB/2Y=156.9/2×1.5=52.3N
2)计算实际轴向力
FaA=〔SA,SB-Fa5〕=max〔50.3,52.3-104.7〕=50.3N
FaB=〔SA,SB+Fa5〕=min〔50.3,52.3+104.7〕=155N
3)计算当量动载荷P
PA=fp(XAFrA+YAFaA)=1.1×(1×150.9+0×50.3)=165.99N
PB=fp(XBFrB+YBFaB)=1.1×(154.9+0×155)=170.39N
8、计算轴承的额定寿命Lh
因为PA>PB,所以按右侧轴承计算轴承的额定寿命Lh
Lh=106(ftC/PB)3/60n=106×(1×86500/170.39)/60×1470=57557.6h
9、选用键并校核强度
以Z5轴为例,Z5轴 上安装齿轮处选用键的型号为A型键,
16×52GB/T1979,b=16mmh=8mmL=56mm
键槽深t=4mm键的工作长度为L=56-4=52mm
T5=11.04N·Md=40mm
因为对于按标准选择的平键连接具有足够的减切强度,故按挤压强度计算
校核
ρp=4T/dhl=4×11040/40×8×52=26.5Mpa
由《机械设计基础》查得键连接的许用挤压压力[б]p=125~150Mpa
显然ρp<[б]p ,故连接强度足够,能够满足要求,安全。
参考文献
[1]郭爱莲:
《新编机械工程技术手册》,经济日报出版社1991年;
[2]李恒权、朱明臣、王德云:
《毕业设计指导书》,青岛海洋大学出版社1993年第1版;
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《现代机构手册》(下册),机械工业出版社,1994年6月;
[4]黄继昌、徐巧鱼、张海贵、范天保、季炳文:
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[5]徐锦康:
《机械设计》,高等教育出版社;
[6]徐玲花、游文明:
《工程材料及热加工》,扬州市职业大学,1999年4月;
[7]《模数设计基础》机械工业出版社,1994年6月
[8]《机械零件》高等教育出版社郑志祥周全光主编
[9]《机械传动设计手册》煤炭工业出版社江耕华
陈起松主编
[10]《机械设计基础》高等教育出版社隋明洋主编
毕业设计小结
两个月时间的毕业设计遇期而终心情轻松之中略带几份收获的喜悦,觉得总结一下很有必要,经过这一段时间的毕业设计,深刻体会到设计的艰难,时间虽短,但非常高兴的学到平时课堂上所不能学到的东西——实践与理论的互助的认识。
我们初台设计时候,因遇到从来没有用过的软件功能,导致对设计无从着手地步。
最后得到教师的指点,才正确地进入设计程序中,我们深智能设计不易,仍专细致的做。
回想起第一次画图,翻了多少书,问了多少人,经过多次计算,修改,才将一个略为准确的图画出来,一步步走向完善,其他零件也足如此,多次观察、计算、修改。
才绘制出零件的准确性,得到较完善的零件。
经过两个月的时间绘制如减速器的七十几个零件,经过多次组装,多次修改,完成了它的装配,设计过程中经常会出现这样那样的结构错误都被指导老师及时指正过来,在职段设计过程中,收获不少对设计又有了进一步的认识。
不过相信,不断积累这些体会性的经验,我们的设计思路,原理原则,认识见识会日趋完善的。
最后,感谢指导教师老师的帮助!
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- FA 系列 高速 并条 机车头 设计
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