陶瓷拋光機(jī)旋風(fēng)磨頭機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 正文.doc

I 陶瓷拋光機(jī)旋風(fēng)磨頭機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 系 、 部： 機(jī)械工程系 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 完成時(shí)間： II 摘 要 旋風(fēng)磨頭是用于粗磨機(jī)對(duì)瓷磚進(jìn)行加工的執(zhí)行部件，是比較新式的磨頭，該磨頭是采用八組高速旋轉(zhuǎn)的金剛石砂輪對(duì)瓷質(zhì)磚表面進(jìn)行剛性磨削，對(duì)拋光磚進(jìn)行粗加工，使磚面平整細(xì)滑，減小粗拋磨塊的消耗量，降低生產(chǎn)成 本，提高了生產(chǎn)效率。 本設(shè)計(jì)主要是對(duì)于旋風(fēng)磨頭的磨輪高速自轉(zhuǎn)和磨頭慢速公轉(zhuǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算。由于兩個(gè)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速差較大采用兩個(gè)電機(jī)分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。磨輪的自轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)為大錐齒輪嚙合八個(gè)小錐齒輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，用于實(shí)現(xiàn)金剛磨輪的高速自轉(zhuǎn)，磨頭的公轉(zhuǎn)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)用來(lái)實(shí)現(xiàn)磨頭的公轉(zhuǎn)，并且分別對(duì)錐齒輪和蝸輪蝸桿進(jìn)行了強(qiáng)度校核。本設(shè)計(jì)還對(duì)磨頭中各軸、軸承和鍵進(jìn)行了強(qiáng)度校核。使用 CAD 繪制完二維視圖后還采用 PRO/E建模對(duì)箱體殼體進(jìn)行重量計(jì)算。 關(guān)鍵詞 ： 陶瓷拋光，旋風(fēng)磨頭，錐齒輪，蝸輪蝸桿 III ABSTRACT A whirling wheelhead on a rasping machine is an executive unit that is used to process the ceramic tile, and it is a new type. The wheelhead uses eight groups high- speed whirling diamond grinding wheel to grind the surface of porcelain brick., and process minimally to the polishing brick in order to make the surface even and lubricious, then it can minish the comsuption of unprocessed brcik, reduce the production cost and improve productivity and efficiency. This design is mainly on contruction designming and calculation of the high-speed rotation of grinding wheel and slow-speed revolution of wheelhead. Because of the difference of rotate speed of the two drives, so it has to use two electric machine to drive. The rotation of grinding wheel is degined into a big bevel gear running with eight samll bevel gear in mesh, so as to realize the high-speed rotation of diamond grinding wheel. Worm wheel and worm transmission designment is used to realize the revolution of it. And this design checks the strength of gear and the worm wheel, axis, bearing and bond separately. Two-dimensional view is drawn by CAD, and the weight calculation of the cabinet and shell is done by PRO/E medeling. Keywords: Polish ceramic tile； whirling wheelhead； bevel gear； worm and worm wheel IV 目 錄 1 緒論 . 1 2 磨頭傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) . 2 2.1 確定傳動(dòng)方案 . 2 2.1.2 方案一 . 2 2.1.1 方案二 . 3 2.1.3 磨頭傳動(dòng)方案的選定 . 3 2.2 電動(dòng)機(jī)的確定 . 4 2.2.1 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式 . 4 2.2.2 電動(dòng)機(jī)的容量 . 4 2.2.3 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 . 5 2.3 總傳動(dòng)比的確定和各級(jí)傳動(dòng)比的分配 . 5 2.4 磨頭的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 . 6 2.4.1 各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 . 6 2.4.2 各軸功率的計(jì)算 . 7 2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 . 7 3 磨頭傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 9 3.1 選則聯(lián)軸器的類型和型號(hào) . 9 3.2 磨輪自轉(zhuǎn)的直齒圓錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 9 3.2.1 齒輪材料的選則 . 9 3.2.2 主要參數(shù)的選則 . 9 3.2.3 直齒圓錐齒輪的幾個(gè)尺寸設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 . 10 3.3 磨頭公轉(zhuǎn)的蝸輪蝸 桿傳動(dòng)計(jì)算 . 15 3.3.1 傳動(dòng)類型、精度等級(jí)和材料的確定 . 15 3.3.2 初選幾何參數(shù) . 15 3.3.3 確定許用接觸應(yīng)力 . 15 3.3.4 按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) . 15 3.3.5 主要幾何尺寸 . 16 V 3.3.6 蝸輪圓周速度的計(jì)算并核對(duì)傳動(dòng)的效率 . 16 3.3.7 接觸強(qiáng)度的校核 . 16 3.3.8 蝸輪彎曲強(qiáng)度的校核 . 17 3.3.9 其他幾何尺寸計(jì)算 . 17 4 磨頭軸系的設(shè)計(jì) . 19 4.1 初繪裝配底圖及驗(yàn)算軸系零件 . 19 4.1.1 確定箱內(nèi)傳動(dòng)件輪廓及其相對(duì)位置 . 19 4.1.2 箱體內(nèi)壁位置的確定 . 20 4.1.3 初步進(jìn)行視圖布置及繪制裝配底圖 . 20 4.1.4 磨頭公轉(zhuǎn)蝸桿軸的設(shè)計(jì) . 21 4.1.5 磨輪自轉(zhuǎn)的直齒圓錐主動(dòng)齒的輪軸的設(shè)計(jì) . 26 4.1.6 磨輪公轉(zhuǎn)蝸輪軸的設(shè)計(jì) . 30 4.1.7 磨輪自轉(zhuǎn)小錐齒輪軸的設(shè)計(jì) . 34 4.1.8 旋風(fēng)磨頭上各軸鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核 . 38 4.1.9 旋風(fēng)磨頭上各軸承的疲勞強(qiáng)度校核 . 40 4.1.10 磨頭主要部件螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的校核 . 45 4.1.11 軸結(jié)構(gòu)的修改 . 45 4.2 設(shè)計(jì)和繪制磨頭的軸系結(jié)構(gòu) . 45 4.2.1 錐齒輪和蝸輪蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 45 5 磨頭箱體的設(shè)計(jì) . 48 5.1 磨頭箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 48 5.1.1 磨頭箱體的裝配 . 48 5.1.2 磨頭殼體的尺寸確定 . 51 5.1.3 箱體的潤(rùn)滑及密封和散熱 . 52 結(jié) 論 . 55 參考文獻(xiàn) . 57 致 謝 . 58 附 錄 1 1 緒論 隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的持續(xù)提升，中國(guó)老百姓對(duì)陶瓷墻地磚的消費(fèi)也產(chǎn)生了多樣化的需求，拋光磚的產(chǎn)銷量仍然保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)。而陶瓷磚的生產(chǎn)是由建筑陶瓷機(jī)械來(lái)完成的。 截止 2000 年底，在我國(guó)現(xiàn)在仍生產(chǎn)的 2900 條建筑陶瓷生產(chǎn)線中，瓷質(zhì)磚拋光線共有 580 條，其中進(jìn)口線約占 30，大多進(jìn)口線為 97 年以前引進(jìn)，其余 70%為 95 年開始投放市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn)線。在廣東地區(qū) 984 條建筑陶瓷生產(chǎn)線中，瓷質(zhì)磚拋光 線有 387條，約占全國(guó)瓷質(zhì)磚拋光線總量的 70左右。 陶瓷拋光磚在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)風(fēng)行以來(lái)，各種利用機(jī)械加工瓷磚以提高產(chǎn)品檔次的方法不斷涌現(xiàn)，如水刀切割、圓弧拋光、線條拋光等等。深加工已經(jīng)成為陶瓷產(chǎn)品錦上添花的主要手段之一，在提高產(chǎn)品附加值方面大有可為。為陶瓷深加工專門制作的深加工機(jī)械是陶瓷機(jī)械行業(yè)中的后起之秀，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外的需求呈現(xiàn)急劇上升的勢(shì)頭。 拋光機(jī)是瓷磚深加工，也就是生產(chǎn)拋光磚的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，拋光加工由兩臺(tái)的拋光機(jī)完成，第一臺(tái)進(jìn)行精磨、粗拋，第二臺(tái)進(jìn)行半精拋、精拋。根據(jù)拋光磨頭所用磨料的粗細(xì)，按工藝將拋 光機(jī)分為粗拋機(jī)和精拋機(jī)，拋光過程是：瓷磚由主傳動(dòng)皮帶送到機(jī)內(nèi) ,有磚檢測(cè)裝置檢出有磚進(jìn)入 ,磨頭上的氣缸動(dòng)作 ,使旋轉(zhuǎn)的磨頭緩慢下降 ,磨輪對(duì)瓷磚表面進(jìn)行磨削拋光 ,瓷磚經(jīng)過若干個(gè)個(gè)磨頭的拋光后由人工取料。連續(xù)進(jìn)磚 ,磨頭便對(duì)瓷磚連續(xù)磨削。采用先進(jìn)的磨頭對(duì)陶瓷墻地磚表面進(jìn)粗磨拋光的，有效率高、加工表面質(zhì)量好、破損率少等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)拋光機(jī)加工的瓷磚表面可達(dá)鏡面光度。 旋風(fēng)磨頭它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是向外伸展出 8 根軸，每根軸上各安裝一個(gè)圓筒形金剛磨輪，磨頭由 2根電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生兩個(gè)動(dòng)作，一是每根軸上的金剛磨輪自身的高速自轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速高達(dá) 2700 轉(zhuǎn) /分鐘），二是整個(gè)磨頭帶動(dòng)八個(gè)金剛磨輪的低速公轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速為 70 轉(zhuǎn) /分鐘）。這種磨頭與滾動(dòng)式磨頭有些相似，但區(qū)別也是很明顯的，前者使用金剛磨具，并由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，自轉(zhuǎn)高速，公轉(zhuǎn)低速；而后者則是使用普通磨料磨具，僅由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，自轉(zhuǎn)低速，公轉(zhuǎn)高速。旋風(fēng)磨頭可取代原來(lái)的刮平磨頭，適用于刮平階段和粗磨階段。 本設(shè)計(jì)所研究的是陶瓷拋光機(jī)的旋風(fēng)磨頭機(jī)構(gòu)。 2 2 磨頭傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) 2.1 確定傳動(dòng)方案 2.1.2 方案一 1-電動(dòng)機(jī) 2-聯(lián)軸器 3-齒輪組 4-主動(dòng)齒輪 5-從動(dòng)公轉(zhuǎn)齒輪 6-從動(dòng)自轉(zhuǎn)齒輪 7-空套錐齒輪軸 8-磨頭 9-磨輪 圖 1 磨頭傳動(dòng)方案一簡(jiǎn)圖 該方案采用一個(gè)電機(jī)為整個(gè)磨頭提供動(dòng)力，減少了整體的成本，其傳動(dòng)路線是通過一個(gè)主動(dòng)齒輪 4 帶動(dòng)一個(gè)齒輪組 3，該齒輪組 3 嚙合兩個(gè)齒輪，分別是從動(dòng)公轉(zhuǎn)齒輪 5 和從動(dòng)自傳齒輪 6，由從動(dòng)公轉(zhuǎn)齒輪 5 帶動(dòng)磨頭 8 進(jìn)行公轉(zhuǎn)，由從動(dòng)自轉(zhuǎn)齒輪帶動(dòng)空套錐齒輪軸 7，再由空套錐齒輪 7 嚙合著 8 個(gè)磨輪 9 進(jìn)行高速自轉(zhuǎn)。從而實(shí)現(xiàn)磨頭公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)不同轉(zhuǎn)速的分離。 3 2.1.1 方案二 1-自轉(zhuǎn)電機(jī) (主電機(jī) ) 2-聯(lián)軸器 3-公轉(zhuǎn)電機(jī) 4-蝸桿 5-蝸輪 6-空心蝸輪軸 7-自轉(zhuǎn)主軸 8-磨頭 9 磨輪 10 大錐齒輪 11 小錐齒輪 圖 2 磨頭轉(zhuǎn)動(dòng)方案二簡(jiǎn)圖 該方案采用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別用于磨頭的公轉(zhuǎn)和磨輪的自轉(zhuǎn)，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分兩條路線進(jìn)行傳動(dòng)，線路一：主電機(jī) 1 通過聯(lián)軸器 2 將動(dòng)力傳遞至自轉(zhuǎn)主軸 7，再到大錐齒輪 10，由大錐齒輪嚙合著 8個(gè)小錐齒輪 11，將動(dòng)力傳遞至金剛磨輪 9上，實(shí)現(xiàn)金剛磨輪的高速自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。線路二：公轉(zhuǎn)電機(jī) 3也是通過聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞至蝸桿 4，蝸桿 4帶動(dòng)蝸輪 5 把動(dòng)力傳遞至空心蝸輪軸 6 上，空心蝸輪軸 6 上安裝磨頭 8，因此磨頭將隨空心蝸輪軸 6 一起旋轉(zhuǎn)，從 而實(shí)現(xiàn)磨頭的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于磨頭的公轉(zhuǎn)和磨輪的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速相差較大，因此該方案能較好的實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比，但是需要使用兩個(gè)電機(jī)。 2.1.3 磨頭傳動(dòng)方案的選定 由于磨頭的公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速大約為 60r/min，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速大約為 2700r/min,轉(zhuǎn)速相差較大。 4 因此采用方案二有利于減小磨頭的尺寸簡(jiǎn)化傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算也能提高整個(gè)磨頭的工作效率 .而方案一雖然只用一個(gè)電動(dòng)機(jī)但是要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相差較大的轉(zhuǎn)速比較困難，不僅會(huì)增大傳動(dòng)比使齒輪的體積增加而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。因此選定方案二為磨頭傳動(dòng)方案。 2.2 電動(dòng)機(jī)的確定 2.2.1 電動(dòng)機(jī)類型 和結(jié)構(gòu)形式 陶瓷拋光機(jī)旋風(fēng)磨頭使用于工廠 ,工廠使用的是三相交流電 ,而且對(duì)于電動(dòng)機(jī)沒有特殊的要求所以選用三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)。 2.2.2 電動(dòng)機(jī)的容量 電動(dòng)機(jī)所需的功率 Pd應(yīng)由磨頭工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算求得 : KWTnPmmd 9550(1) 式中 :T-磨頭所需的轉(zhuǎn)矩 N/M，由任務(wù)書給出 nm-磨頭的轉(zhuǎn)速 r/min，由任務(wù)書給出 m-磨頭的效率， m 1 2 n分別為傳動(dòng)裝置中每 一個(gè)傳動(dòng)副（齒輪、蝸輪蝸桿）、每對(duì)齒輪、每個(gè)聯(lián)軸器的效率。其概略值見表 11-7。選用此數(shù)值時(shí)一般取中間值，如工作條件差，潤(rùn)滑不良時(shí)應(yīng)取低值，已知磨頭內(nèi)部的潤(rùn)滑條件較好，所以取的值都較高。 在自轉(zhuǎn)磨輪中，其傳動(dòng)的機(jī)械效率由以下幾個(gè)部分組成：聯(lián)軸器 0.98、軸承 4對(duì)0.994、圓錐齒輪 0.96 Z 0.98 0.994 0.96 0.9 在公轉(zhuǎn)磨頭中：聯(lián)軸器 0.98、軸承 3對(duì) 0.983、蝸輪蝸桿 0.8 G=0.98 0.983 0.8 0.74 根據(jù)任務(wù)書，磨輪自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 2500 2800 r/min,轉(zhuǎn)矩為 7 10 N/m.磨頭有 8 個(gè)磨輪，因此磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī)的功率范圍為： kwkwkwnTP zzd 263.169.09550 )28002500()107(895502 而磨頭公轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為 50 80 r/min,轉(zhuǎn)矩為 300 320 N/m，因此磨頭的公轉(zhuǎn)電機(jī)的功率范圍為： kwkwkwnTPGGGd 6.31.274.09 5 5 0 )8050()320300(9 5 5 0 5 2.2.3 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 同一類型的電動(dòng)機(jī)，相同的額定功率有多種轉(zhuǎn)速可供選用。如選用低轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)，因極數(shù)較多而外廓尺寸及重量較大，故價(jià)格較高，但可以使傳動(dòng)裝置總轉(zhuǎn)動(dòng)比及尺寸減小。選用高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)則相反。因此應(yīng)全面分析比較其利弊來(lái)選定電 機(jī)轉(zhuǎn)速。 按照磨頭公轉(zhuǎn)和磨輪自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速要求和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)比范圍，可以推算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍，如： n=(i1i2 in)nw r/min 式中： n電動(dòng)機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍 i1、 i2、 in-各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)比范圍，見表 11-8或表 113-2 對(duì)于磨頭公轉(zhuǎn)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，查表得 iw=10 40 而磨輪自轉(zhuǎn)采用的直齒錐齒輪 is=2 3 則磨頭公轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為： ndG=iwnG=(10 40) (50 80)=500 3200 r/min 磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍 (此機(jī)構(gòu)為增速機(jī)構(gòu) ，之所以選則增速機(jī)構(gòu)是因?yàn)槟ヮ^的結(jié)構(gòu)所限，根據(jù)圖 2 是由一個(gè)大錐齒輪主動(dòng)嚙合 8 個(gè)小錐齒輪從動(dòng)，如果采用減速機(jī)構(gòu)那么將是小錐齒輪主動(dòng)嚙合 8個(gè)大錐齒輪這在結(jié)構(gòu)上會(huì)造成困難。 ) m in/1 4 0 0833)2 8 0 02 5 0 0()2131(1 rnin zsz 對(duì)于 Y 系列電動(dòng)機(jī)，通常多選用同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 或 1200r/min 的電動(dòng)機(jī)，如無(wú)特殊要求不選用低于 750r/min的電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)計(jì)算所得的電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍和功率范圍查表 112-1 12-2,選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為：磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī)采用 Y200L2-6V1。磨頭公轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)速范圍較廣， 可選擇的型號(hào)也較多在這里主要考慮電機(jī)的體積大小和重量，因?yàn)榇穗姍C(jī)是安裝在磨頭殼體的側(cè)面要求選用體積小重量輕的電機(jī)再者考慮到降速的方便，所以采用折中法采用同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min的 4 極電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為 Y100L2-4B5。 Y200L2-6V1參數(shù)： PZ=22kw nZ=970r/min mZ=250kg Y100L2-4B5參數(shù)： PG=3kw nG=1420r/min mZ=38kg 設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置時(shí)一般按工作機(jī)實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)輸出功率 Pd計(jì)算，在這里由于所選取的電動(dòng)機(jī)功率有一定余量計(jì)算時(shí)采用電動(dòng)機(jī) 的額定功率計(jì)算，轉(zhuǎn)速則取滿載轉(zhuǎn)速。 2.3 總傳動(dòng)比的確定和各級(jí)傳動(dòng)比的分配 傳動(dòng)裝置的總體傳動(dòng)比要求應(yīng)為： 6 wdnni(2) nd電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 r/min nw磨頭工作轉(zhuǎn)速 r/min 由于磨輪自轉(zhuǎn)和磨頭公轉(zhuǎn)都是在磨頭殼體中實(shí)現(xiàn)，考慮到磨頭體積和結(jié)構(gòu)的限制，都設(shè)計(jì)為一級(jí)傳動(dòng) 則磨輪自轉(zhuǎn)傳動(dòng)比為： 3 4 6.03 8 8.02 8 0 02 5 0 0 9 7 0 zi磨頭公轉(zhuǎn)傳動(dòng)比為： 75.174.2880501 4 2 0 Gi根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的轉(zhuǎn)速范圍確定旋風(fēng)磨頭磨輪自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 2700r/min，磨頭公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 70r/min，這里則暫取這兩個(gè)值為設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)據(jù)。 則磨頭自轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)比為： 359.0270 0970 zi磨頭公轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)比為： 3.20701420 Gi而磨頭的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的實(shí)際傳動(dòng)比要由選定的蝸輪蝸桿和錐齒輪齒數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，因而與設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比可能有誤差，但誤差是允許的。 2.4 磨頭的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 為方便陳述，以下計(jì)算中軸指代主傳動(dòng)軸即蝸桿軸和大 錐齒輪軸，軸指代從動(dòng)軸即蝸輪軸和小錐齒輪軸。 2.4.1 各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 n =nd r/min (3) min/rinn (4) 式中 n、 n 為軸軸轉(zhuǎn)速 r/min nd為電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 i為軸軸傳動(dòng)比 則磨輪自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為： nz =nzd=970r/min m in/2700359.0 970 rinnzzz 磨頭公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為： 7 nG =nGd=1420 r/min m in/703.201 4 20 rinnGGG 2.4.2 各軸功率的計(jì)算 P =Pd 01 kw (5) P = P 12 kw (6) 式中： Pd電動(dòng)機(jī)輸出功率 P 、 P 軸軸輸入功率 01、 12依次為電動(dòng)機(jī)軸與軸軸間的傳動(dòng)效率 則磨輪自轉(zhuǎn)是各軸的功率為： PZ =Pzd 01Z=22 0.98=21.56 kw (由于大錐齒輪嚙合 8個(gè)小錐齒輪 ) PZ =PZ 12Z/8=21.56 0.992 0.96=2.54 kw 磨頭公轉(zhuǎn)時(shí)各軸的功率為： PG =PGd G01=3 0.98 0.99=2.91 kw PG = PG G12=2.91 0.8=2.33 kw 2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 T =Td 01 N/m (7) T = T i 12 N/m (8) 式中： Td電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩 N/m T 、 T 為軸軸的輸入轉(zhuǎn)矩 N/m mNnPTddd 9550mNT Zd /2 1 79 7 0229 5 5 0 mNT Gd /201 4 2 039 5 5 0 則磨輪自轉(zhuǎn)的各軸轉(zhuǎn)矩為： TZ =TZd Z01=217 0.98=213 N m TZ = TZ i Z12/8=213 0.992 0.96 0.359=9 N m 磨頭公轉(zhuǎn)的各軸轉(zhuǎn)矩為： TG =TGd G01=20 0.98 0.99=19.4 N m 8 TG = TG i G12=19.4 0.8 20.3=315 N m 將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算結(jié)果整理為列表備查。 表 1 磨頭各軸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 序號(hào) 自轉(zhuǎn) 公轉(zhuǎn) 軸 軸 軸 軸 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 970 2739 1420 69 功率 P(kw) 21.56 2.54 2.91 2.33 轉(zhuǎn)矩 T(N m) 213 9 19.4 315 9 3 磨頭傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 選則聯(lián)軸器的類型和型號(hào) 對(duì)于磨輪自轉(zhuǎn)和磨頭公轉(zhuǎn)都是直接采用聯(lián)軸器使電動(dòng)機(jī)直接和磨頭內(nèi)部的傳動(dòng)軸相連，并 且受限于磨頭的體積和重量所選的聯(lián)軸器不能太大太重，根據(jù)計(jì)算結(jié)果兩電動(dòng)機(jī)所傳遞的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速不是太大，再綜合考慮的情況下兩者均選用平鍵套筒聯(lián)軸器。對(duì)于磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī)和軸相連時(shí)由于其是垂直安裝采用螺釘用作軸向固定。查表112-5,得知磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī) Y200L2-6V1型和磨頭公轉(zhuǎn)電機(jī) Y100L2-4B5型電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸的直徑分別為 55mm和 28mm。鍵槽寬分別為 16mm和 8mm。傳遞的轉(zhuǎn)矩為 217 N m和 20 N m。根據(jù)以上數(shù)據(jù)查表 329.2-2 由于套筒聯(lián)軸器尚未標(biāo)準(zhǔn)化，故只將所選平鍵套筒聯(lián)軸器的軸孔直徑列 出，主要尺寸和特性參數(shù)直接看表即可。 3.2 磨輪自轉(zhuǎn)的直齒圓錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 齒輪材料的選則 由于直齒圓錐齒輪是在磨頭殼體之內(nèi)屬于密封的工作環(huán)境再加上大的錐齒輪要嚙合 8 個(gè)小錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)而且轉(zhuǎn)速較高，因此對(duì)齒輪的要求是具有足夠的硬度，以抵抗齒面磨損，對(duì)齒芯應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷，再此選擇具有強(qiáng)度高，韌性好，便于制造便于熱處理的鍛鋼，具體選則材料為 20Cr經(jīng)滲碳、淬火，硬度達(dá)到 56 62HRC，熱處理后需要磨齒。 3.2.2 主要參數(shù)的選則 傳動(dòng)比 i 由前面計(jì)算可知 直齒圓錐齒輪的傳動(dòng)比為 i=0.359 齒數(shù) Z 根據(jù)磨頭的工作條件，在封閉硬齒面齒輪傳動(dòng)中齒根折斷為主要的失效形式，因此可適當(dāng)?shù)臏p少齒數(shù)以保證模數(shù)取值的合理，一般計(jì)算中取 ZZmin,查表 323.4-4，取小錐齒輪齒數(shù) Z2=17，則 Z1=17/iZ=17/0.359=48。 根據(jù)齒數(shù)重新計(jì)算自轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速： nZ =970 48 17=2739 r/min 并更新表 1數(shù)據(jù)。 齒輪精度等級(jí)選擇 10 由于直齒錐齒輪嚙合轉(zhuǎn)速較高，因此齒輪精度等級(jí)選定為 7c GB11365 級(jí)，齒面粗糙度 Ra=0.8 1.6 m。 錐齒輪的齒高形式 以往廣泛應(yīng)用直齒錐齒輪中的不等頂隙收縮齒因缺點(diǎn)較嚴(yán)重，近來(lái)被等頂隙收縮齒代替，因此本設(shè)計(jì)選擇的直齒錐齒輪為等頂隙收縮齒。 3.2.3 直齒圓錐齒輪的幾個(gè)尺寸設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 初步設(shè)計(jì) 根據(jù)材料的許用應(yīng)力和齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩初步估計(jì)齒輪大端分度圓直徑，查表123.4-22得： mmuKTdHPe30211 1951 (9) 載荷系數(shù)：由于所設(shè)計(jì)的圓錐齒輪均為懸臂布置，故 K取 1.5 齒數(shù)比： u=i=Z1/Z2=17/48=0.354 實(shí)驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限，根據(jù)圖 323.2-18d得 Hlim=1300 N/mm2 估算的安全系數(shù)： S0H=1.1 齒輪的許用接觸應(yīng)力： 0HP= Hlim/ S0H=1300/1.1=1182 N/mm2 估算結(jié)果： mmd e 7.1681182354.0 2135.11951 3 21 幾何計(jì)算 由表 323.4-4 查得等頂隙收縮齒： 齒數(shù)：由前面設(shè)計(jì)得 Z1=48 Z2=17 分錐角： 90 30193070909030705.701748a r c t a na r c t a n12211 ZZ 大端模數(shù)： me=de1/Z1=168.7/48=3.51 取 me=3.5mm 大端分度圓直徑： de1=Z1me=48 3.5=168 mm de2=Z2me=17 3.5=59.5 mm 齒寬系數(shù)： R一般取 0.3 平均分度圓直徑： dm1=de1(1-0.5 R)=168(1-0.5 0.3)=142.8 mm dm2=de2(1-0.5 R)=59.5(1-0.5 0.3)=50.575 mm 11 平均模數(shù)： mm=me(1-0.5 R)=3.5(1-0.5 0.3)=2.975 mm 外錐距： mmdRee 111.895.70s in2 168s in211 齒寬： b= R Re=0.3 89.111=26.733 mm 取 b=27 mm 徑向變位系數(shù)： X1=X2=0 大端齒頂高： ha1=(1+X1)me=(1+0) 3.5=3.5 mm ha2=(1+X2)me=(1+0) 3.5=3.5 mm 頂隙系數(shù) (查表 323.4-2)： c*=0.2 大端齒根高： hfe1=(1+ c*- X1)me=(1+0.2-0) 3.5=4.2 mm hfe2=(1+ c*- X2)me=(1+0.2-0) 3.5=4.2 mm 齒根角： 53412698.2111.892.4a r c t a na r c t a n 11 efef Rh 53412698.2111.892.4a r c t a na r c t a n 22 efef Rh 齒頂角（等頂隙收縮齒）： 5341221 fa 5341212 fa 頂錐角： 531173534123070111 aa 531122534123019222 aa 根錐角： 74867534123070111 ff 74816534123019222 ff 大端齒頂圓直徑： mmhddaeae 34.1705.70c o s5.32168c o s2 1111 mmhddaeae 1.665.19c o s5.325.59c o s2 2222 切相變位系數(shù) : Xi1=Xi2=0 壓力角： =20 大端分度圓齒厚： mmXXmSie 4 9 7 8.525.3)t a n22( 111 mmXXmSie 4 9 7 8.525.3)t a n22( 222 12 大端分度圓弦齒厚： mmdSSe4968.5)1686 4978.51(4978.5)61(S 22212111 mmdSSe49.5)5.596 4978.51(4978.5)61(S 22222222 大端分度圓弦齒高： mmdShheaa 515.316845.70c o s4978.55.34c o s 2112111 mmdShheaa 6 1 9 7.35.5945.19c o s4 9 7 8.55.34c o s 2222222 當(dāng)量齒數(shù)： 8.1435.70c o s 48c o s 111 ZZ v185.19c o s 17c o s 222 ZZ v齒高系數(shù) (查表 323.4-2)： h*=1 端面重合度： 06.22128.143 20c o s8.143a r c c o s22 c o sa r c c o s 1*1 11 XhZ Zv vva 25.321218 20c o s18a r c c o s22 c o sa r c c o s 2*2 22 XhZ Zv vva 7 0 9.1)20t a n25.32( t a n18)20t a n06.22( t a n8.1 4 321)t a n( t a n)t a n( t a n212211 vvvavva ZZ 接觸強(qiáng)度校核 由式 323.4-2得： HPKEHmHHvAtH ZZZZuubdKKKKF 185.021(10) 式中： Ft分度圓切向力，查表 323.4-21 得 Nd TF mt 2.29838.142 21320002000 1 1 (11) KA使用系數(shù)，查表 323.4-24得 KA=1.25 Kv動(dòng)載系數(shù)，由式 323.4-3得 13 1110085.022121 u uvZKbFKKK ttAV(12) 式中： K1、 K2系數(shù)：其值列于表 323.4-23，取 K1=10.11 K2=0.0193 vt線速度： 25.760000 9708.14260000 11 Zmt ndv故 095.111354.0354.010025.7480193.02785.02.298325.111.1022vKKH 齒向載荷系數(shù)： KH =1.5KH be 式中： KH be支撐情況，查表323.4-24，兩輪皆懸臂布置取值 KHbe =1.5 故 KH =1.5 1.5=2.25 KH 齒間載荷分配系數(shù)，查表 323.4-25取 KH =1 ZH節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，查圖 323.4-21，螺旋角 m=0故 ZH=2.5 ZE彈性系數(shù)，查表 323.2-29取 ZE=189.8 N/mm2 重合度、螺旋角系數(shù)： 由式 323.4-6得： 87388.03709.1434 veZ由式 323.4-9得： 10c o sc o s mZ 由式查表 323.4-10得： 874.08 7 3 8 8.01 ZZZ eeZK錐齒輪系數(shù)： ZK=1 將上面的計(jì)算結(jié)果代入 H中得： 222 /9801874.05.28.189354.01354.08,1422785.0125.2095.125.12.2983 mmNH 許用接觸應(yīng)力，由式 323.4-11得： WXL V RNHHHP ZZZZS m i nl i m (13) 式中： Hlim=1300 N/mm2 ZN壽命系數(shù)，齒輪長(zhǎng)期工作取 ZN=1 ZLVR潤(rùn)滑油膜影響系數(shù)，查閱 323.2-21取 ZLVR=0.985 SHmin最小安全系數(shù)，取 SHmin=1.1 ZX尺寸系數(shù)，查 閱 323.2-23取 ZX=1 14 ZW工作硬化系數(shù)，查圖 323.2-22 取 ZW=1 故許用接觸應(yīng)力值為： 2/4.1 1 6119 8 5.011.11 3 0 0 mmNHP 結(jié)論： H HP 通過 彎曲強(qiáng)度校核 由式 323.4-12得： YYbm mKKKKFFSFFvAtF 185.0 (14) 式中： KA、 Kv、 KF =KH 、 KF =KH 同前 即： KA=1.25、 Kv=1.032、 KF =2.25、 KF =1 YFS復(fù)合齒形系數(shù)，按 ZV1=143.8 ZV2=18 查圖 323.2-28 得 YFS1=4.54 YFS2=4.83 Y 彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度和螺旋角系數(shù)，查圖 323.2-28 取 Y =0.68 將各值代入 F公式中的得： 21 /5.39168.054.4975.22785.0 125.2032.125.12.2983 mmNF 21212 /5.41654.4 83.45.391 mmNYYFSFSFF 許用彎曲應(yīng)力，由式 323.4-13得： XR relTrelTNF FEFP YYYYS m i n (15) 式中： FE齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度基本值，查圖 323.2-29取 FE=630 N/mm2 YN壽命系數(shù)，查圖 323.2-30，長(zhǎng)期工作取 YN=1 Y relT相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)，查表 323.2-30和圖 323.2-24取 Y relT=1 YRrelT相對(duì)（齒根）表面狀況系數(shù)，表面粗糙度較好取 YRrelT=1 YX尺寸系度 查圖 323.2-31取 YX=1 SFmin齒根彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)取 SFmin=1.4 式 323.2-20 將上列各值代入公式故許用彎曲應(yīng)力值： 2/45011114.1630 mmNFP 結(jié)論： F1 FP1， F2 FP2 因此設(shè)計(jì)的錐齒輪有足夠的強(qiáng)度。 15 3.3 磨頭公轉(zhuǎn)的蝸輪蝸桿傳動(dòng)計(jì)算 3.3.1 傳動(dòng)類型、精度等級(jí)和材料的確定 根據(jù)前面設(shè)計(jì)參數(shù)，蝸輪蝸桿所傳遞的功率小于 3KW 轉(zhuǎn)速也不太高，故選用阿基米得蝸桿傳動(dòng)。由于該蝸輪蝸桿只用于一般的動(dòng)力傳動(dòng)中，故選定精度 8c GB 10089-88。 由于蝸桿的速度不高，載荷不大因此采用 40Cr，表面淬火 ,HRC=45 50 。表面粗糙度 Ra為 1.6 m 。由于錫青銅耐磨性及膠合性能較好，但價(jià)格較高，因此選用蝸輪輪緣為 ZCUSn10P1金屬模鑄造。 3.3.2 初選幾何參數(shù) 傳動(dòng)比 i=n1/n2=1420/70=20.3，參考表 323.5-3，取 Z1=2,Z2=Z1i=2 20.3=40.6取Z2=41。故 i=41/2=20.5， n2=n1/i=1420/20.5=69 r/min，并更新表 2.1。 3.3.3 確定許用接觸應(yīng)力 由表 323.5-8可知：NVSHPHP ZZ 由表 323.5-12查得 : HP =220 N/mm2 由圖 323.5-4查得 : s 4.5 m/s 傳動(dòng)采用浸油潤(rùn)滑，由圖 323.5-5查得 Zvs=0.93 蝸輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，由資料查得磨頭使用壽 命 5 年，每年工作 300 天，每天工作10h，每小時(shí)載荷率為 60。 故： NL=60 n2 j LN=60 69 1 300 5 10 0.6=3.7 107 查圖 323.5-6得 ZN=0.85 HP=220 0.93 0.85=173.9 N/mm2 3.3.4 按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按表 323.5-8中接觸強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 322212 )1 5 0 0 0( mmKTZdmHP (16) 載荷系數(shù) K=1.2 蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩由前計(jì)算得 T2=TG =315 N/m 3212 1 6 7 33 1 52.1419.1 7 31 5 0 0 0 mmdM 16 查表 323.5-2,可選用 m=5 mm d1=90 mm 3.3.5 主要幾何尺寸 按表 323.5-5中的公式： 蝸輪分度圓直徑 d2=mz2=5 41=205 mm 傳動(dòng)的中心距 : mmdda 5.1 4 7)902 0 5(21)(21 12 導(dǎo)程角 r: 2420634.690 52a r c t a n1a r c t a n 1 d mzr 3.3.6 蝸輪圓周速度的計(jì)算并核對(duì)傳動(dòng)的效率 蝸輪的圓周速度： smnd /74.01 0 0 060 692 0 51 0 0 060 222 齒面間滑動(dòng)速度： smrnds /73.634.6c o s1 0 0 060 1 4 7 090c o s1 0 0 060 11 按式 323.5-2得： 321 按式 323.5-3得： 853.0)08.134.6t a n ( 34.6t a n)t a n ( t a n1 vpr r由表 323.5-14查得： Pv=1.08 攪油損耗率： 取 96.02 滾動(dòng)軸承效率：取 98.03 8.099.096.08 5 3.0 與之前計(jì)算蝸輪軸所設(shè)效率相近 3.3.7 接觸強(qiáng)度的校核 按表 323.5-8的公式： HPVAEH KKKddTZ 22129400(17) 彈性系數(shù) ZE由表 323.5-9查得 ZE=155 N/mm2 使用系數(shù) KA由表 323.5-10查得 KA=1 動(dòng)載系數(shù) KV=1.1 17 齒向載荷分布系數(shù) K =1.1 蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩： mNT /3 2 269 8.091.29 5 4 92 按圖 323.5-5查得滑動(dòng)速度影響系數(shù) ZVS=0.88 于是將各值代入公式中得許用接觸應(yīng)力： 22 /1531.11.1120590 3229400155 mmNH 結(jié)論： H HP 通過 3.3.8 蝸輪彎曲強(qiáng)度的校核 按表 323.5-8中公式 : 2212 /666 mmNYYmdd KKKT FPFSVAF (18) 式中： YFS齒形系數(shù)，按 76.4134.6c o s 41c o s 3322 rZZ V查圖 323.2-24得 YFS=4.03 Y 螺旋角系數(shù)： 947.0120 34.611201 rY 故： 2/7.10947.003.4520590 1.11.11322666 mmNF 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力 : FP= FP YN 壽命系數(shù) YN 當(dāng) NL=3.7 107 查圖 323.5-6 得 YN=0.7 蝸輪材料 N=107