封蓋機(jī)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)生原創(chuàng)作品

1、摘 要本設(shè)計為封蓋機(jī)設(shè)計，主要應(yīng)用于白酒企業(yè)，對白酒進(jìn)行封蓋，其生產(chǎn)率為2000瓶/小時，所適應(yīng)的瓶高為60-100mm，瓶口直徑為22-26mm。該機(jī)器由電動機(jī)提供動力，電機(jī)選用鼠籠式三相異步電動機(jī)，工作時，通過兩條傳動鏈輸出：一條經(jīng)過一級帶傳動和蝸輪蝸桿減速器驅(qū)動曲柄滑塊機(jī)構(gòu)使電動機(jī)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動；另外一條是電動機(jī)通過兩級帶傳動驅(qū)動滾壓頭中心軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)滾壓頭同時做旋轉(zhuǎn)、直線運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對瓶口的封蓋。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、維修方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛。本設(shè)計中，通過對平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模，用MATLAB編程，輸入曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)參數(shù)和

2、運(yùn)動參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對整個機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程的仿真分析。關(guān)鍵詞：封蓋機(jī)；曲柄滑塊；蝸輪蝸桿；帶傳動AbstractThis design for sealing machine design, mainly applies in the liquor enterprise, to block of liquor, its productivity for 2000 bottles/hour, the bottle to high for 60-100mm, and the bottle to diameter for 22-26mm. This machine powered by motor, moto

3、r selection rat trap type three-phase asynchronous motor, working, this through two transmission chain output: One passing level 1 belt and worm reducer drive slider-crank mechanism for linear motor rotation transformation to reciprocating movement; another is the electromotor through two-stage belt

4、 drive roller head do rotational motion, so as to realize the pressure head also do roll rotation, linear motion, realizes to mouth sealing. Slider-crank mechanism has simple structure, easy processing, maintenance is convenient, economical and practical advantages, is widely used in mechanical equi

5、pment. This design, through the plane slider-crank mechanism mathematical modeling, MATLAB programming, input slider-crank mechanism structure parameters and the motion parameters of the whole organization, realize the movement process of the simulation analysis. Keywords: Sealing machine; Slider-cr

6、ank; Worm; Belt transmission目 錄摘 要IABSTRACTII第1章 緒 論1第2章 總體方案設(shè)計22.1液壓傳動方案22.2 機(jī)械傳動方案32.2.1 凸輪傳動方案32.2.2 曲柄滑塊傳動方案3第3章 電動機(jī)的選擇53.1電動機(jī)類型的選擇53.2電動機(jī)容量的選擇53.3確定電動機(jī)型號53.4電動機(jī)外形尺寸63.5計算傳動系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)73.5.1 確定傳動系統(tǒng)各部分合理的傳動比73.5.2 計算運(yùn)動參數(shù)(各軸轉(zhuǎn)速)83.5.3 計算動力參數(shù)83.5.3.1 計算各軸的功率83.5.3.2 計算各軸轉(zhuǎn)矩8第4章 帶傳動的設(shè)計及計算104.1確定設(shè)計功率1

7、04.2選擇帶型104.3確定帶輪基準(zhǔn)直徑11初選小帶輪基準(zhǔn)直徑11驗(yàn)算帶速11計算大帶輪基準(zhǔn)直徑124.4確定中心距和帶的基準(zhǔn)長度124.5驗(yàn)算主動輪包角134.6確定帶的根數(shù)134.7確定帶的預(yù)緊力144.8計算帶傳動作用在軸上的力144.9帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計154.9.1 小帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計154.9.1.1 材料154.9.1.2 確定小帶輪結(jié)構(gòu)形式154.9.1.3 確定輪槽的尺寸154.9.1.4 確定小帶輪外形尺寸164.9.2 大帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計174.9.2.1 材料174.9.2.2 確定大帶輪結(jié)構(gòu)形式174.9.2.3 確定輪槽的尺寸174.9.2.4 確定大帶輪外形尺寸17第5章

8、蝸桿傳動設(shè)計185.1蝸桿傳動類型選擇185.2選擇材料185.3蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇195.3.1 模數(shù)m和壓力角205.3.2 蝸桿分度圓的直徑205.3.3 蝸桿頭數(shù)205.3.4 導(dǎo)程角205.3.5 傳動比和齒數(shù)比215.3.6 蝸輪齒數(shù)215.3.7 蝸桿傳動的標(biāo)準(zhǔn)中心距215.3.8 參數(shù)的選定225.4蝸桿傳動的幾何尺寸計算225.5蝸桿傳動的受力分析245.6蝸桿傳動強(qiáng)度計算265.6.1 蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算265.6.1.1 計算蝸輪齒面的接觸應(yīng)力275.6.1.2 計算蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力275.6.2 蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算285.6.2.1 計算蝸輪齒

9、根彎曲應(yīng)力285.6.2.2 計算蝸輪許用齒根彎曲應(yīng)力285.6.3 蝸桿的剛度計算295.7蝸桿傳動滑動速度計算29第6章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計316.1材料的選擇326.2確定曲柄滑塊中桿件長度326.2.1 確定滑塊行程32 確定曲柄長度和初定連桿長度326.3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析和連桿長度的確定336.3.1 建立曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型336.3.1.1 確定連桿方程346.3.1.2 確定曲柄的角速度和驗(yàn)算尺寸范圍346.3.1.3 建立運(yùn)動方程356.3.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真356.3.2.1 基于MATLAB程序設(shè)計356.3.2.2 編寫MATLAB程序366.3.2.3

10、程序運(yùn)行結(jié)果376.3.2.4 位移、速度和加速度曲線386.4曲柄滑塊機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析396.4.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)校核396.4.2 曲柄軸校核41第7章 設(shè)計分析與改進(jìn)427.1 主傳動系統(tǒng)部分427.2 滾壓頭部分427.3 螺紋改進(jìn)方案42結(jié) 論45參考文獻(xiàn)46致 謝48第1章 緒 論近年來，隨著我國人民生活水平的不斷提高，對酒、飲料類的需求不斷加大。目前我國已經(jīng)引進(jìn)多條高速灌裝自動線，對啤酒、汽水等消耗量大且?guī)в袣怏w的封蓋機(jī)已經(jīng)形成了一定規(guī)模，但白酒、葡萄酒等高檔無氣體酒類封蓋幾乎不成體系和規(guī)模，與世界水平還有很大距離，而且國產(chǎn)產(chǎn)品技術(shù)含量不高，而國外已將很多先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用在自動機(jī)械

11、上?，F(xiàn)在國內(nèi)白酒企業(yè)眾多，這些企業(yè)都必須對白酒進(jìn)行瓶口封裝，瓶口封裝尤為重要，封蓋機(jī)就成為白酒企業(yè)必不可少的包裝設(shè)備。為此，設(shè)計一款封蓋機(jī)，該類封蓋機(jī)可一次完成收邊、擠紋動作，經(jīng)濟(jì)快速、容易調(diào)整、操作簡單、維修方便10。本機(jī)器的工作原理：動力源電動機(jī)通過兩條傳動鏈，同時驅(qū)動滾壓頭做轉(zhuǎn)動和直線運(yùn)動。一條傳動鏈由電動機(jī)經(jīng)過兩級傳動（一級帶傳動和一級蝸桿傳動）減速驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，將電動機(jī)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動，從而，帶動滾壓頭上下運(yùn)動，當(dāng)運(yùn)動到與瓶蓋接觸時，由于壓力作用滾壓頭在主軸帶動下旋轉(zhuǎn)完成封蓋。第2章 總體方案設(shè)計封蓋機(jī)的電動機(jī)先通過減速裝置進(jìn)行減速。然后，再將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動，

12、從而實(shí)現(xiàn)滾壓封頭的往復(fù)運(yùn)動，能夠?qū)崿F(xiàn)這一轉(zhuǎn)換，主要有液壓傳動和機(jī)械傳動4。2.1 液壓傳動方案封蓋機(jī)液壓傳動系統(tǒng)原理圖如圖所示，其原理：手動換向閥6推向左位（即左位接入系統(tǒng)），此時活塞在壓力油的作用下向下運(yùn)動，滾壓頭向下運(yùn)動進(jìn)行封蓋，當(dāng)封蓋完成后，將閥6手柄推向右位（即右位接入系統(tǒng)），活塞向上運(yùn)動，即刀片上抬，到了一定位置，將閥6手柄推入中位，這樣活塞就停留在此位置不動。然后進(jìn)行第二次封蓋時，重復(fù)上述操作。手動換向閥6也可改為電氣控制的換向閥，從而實(shí)現(xiàn)自動連續(xù)封蓋，提高效率12。.油箱 .粗過濾器 .液壓泵 4.溢流閥 5.調(diào)速閥 6.手動三位四通換向閥 7.液壓缸 8.滑塊圖2-1 液壓傳動

13、系統(tǒng)原理圖封蓋機(jī)采用液壓傳動，可使機(jī)器工作平穩(wěn)、質(zhì)量輕、慣性小、反應(yīng)快、安全可靠。但是液壓系統(tǒng)對液壓元件在制造精度上要求較高、造價高，而且對工作介質(zhì)的污染比較敏感，油溫的變化對其工作穩(wěn)定性影響較大，在工作過程中伴有較多的能量損失。同時，泄漏問題也是不可避免的。因此，此次設(shè)計不選用此方案。2.2 機(jī)械傳動方案在機(jī)械傳動方案中，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動的有凸輪機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 凸輪傳動方案圖2-2 凸輪機(jī)構(gòu)原理圖凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理如圖2-2所示，主軸的轉(zhuǎn)動帶動凸輪傳動，推動滑塊向上運(yùn)動?；瑝K在重力的作用下下降，推動滑塊作動作。選擇凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得

14、到各種預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，而且響應(yīng)快速，機(jī)構(gòu)簡單緊湊，設(shè)計方便。缺點(diǎn)是凸輪廓線與推桿之間為點(diǎn)、線接觸，容易磨損 ，并且凸輪制造困難，造價高。 曲柄滑塊傳動方案曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的工作原理如圖2-3所示，通過主軸轉(zhuǎn)動帶動曲柄轉(zhuǎn)動，曲柄通過連桿使滑塊作上下往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)預(yù)期動作。圖2-3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理圖曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有磨損輕、壽命長、便于潤滑，低副易于加工、可獲得較高精度、成本低，桿可較長、可用作實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的操縱控制等優(yōu)點(diǎn)。故本設(shè)計采用此方案比較合適。第3章 電動機(jī)的選擇3.1 電動機(jī)類型的選擇本設(shè)計所選電動機(jī)應(yīng)從多方面考慮。電動機(jī)分交流電動機(jī)和直流電動機(jī)兩種。由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電源,因此,無

15、特殊要求時,均應(yīng)采用三相交流電動機(jī)。交流電動機(jī)又分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī)，同步電動機(jī)常用于轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載變化情況下，而本設(shè)計沒有這方面要求，所以選異步電動機(jī)。三相異步電動機(jī)又分為鼠籠式和繞線式，本設(shè)計對調(diào)速性能、啟動轉(zhuǎn)矩要求不高，通常選用普通三相鼠籠式異步電動機(jī)。并且異步電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、價格低廉、運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行效率較高且適用性強(qiáng)。Y2系列電動機(jī)是Y系列電動機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)。它是我國九十年代最新產(chǎn)品，其整體水平已達(dá)到國外同類產(chǎn)品九十年代初的水平。該產(chǎn)品應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域，如機(jī)床、水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)，封閉式還可適用于灰

16、塵較多、水土飛濺、含易燃、易爆或腐蝕性氣體的場合3。經(jīng)過多方面綜合考慮，選用Y2系列全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)。3.2 電動機(jī)容量的選擇電動機(jī)的容量選擇的是否合適,對電動機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。容量選的過小,不能保證工作機(jī)的正常的工作或使電動機(jī)因過載而過早的損壞;而容量選的過大,則電動機(jī)的價格較高,能力又不能充分利用,而且由于電動機(jī)經(jīng)常不滿載運(yùn)行,其效率和功率因數(shù)都較低,增加電能消耗而造成能源的浪費(fèi)。Y2系列電動機(jī)額定電壓為380V，額定頻率為50Hz。在380V電壓下，鼠籠式異步電動機(jī)功率為0.37320kW。本設(shè)計為小型機(jī)械，對功率要求不高，并參考工廠樣機(jī)，選取功率為0.37

17、kW。3.3 確定電動機(jī)型號功率為0.37kW的Y2系列電動機(jī)有如下幾款：表3-1 電機(jī)主要參數(shù)型號額定功率額定電流轉(zhuǎn)速效率功率因數(shù)最大扭矩最小扭矩空載噪聲 Y2-80M1-60.371.390062.00.721.554Y2-71M2-40.371.0138067.00.752.21.755Y2-71M1-20.371.0282070.00.812.21.664根據(jù)任務(wù)書技術(shù)參數(shù)，生產(chǎn)率：QT=2000瓶/小時 QT=瓶/min=33.3瓶/min 可?。篞T=34瓶/min本設(shè)計執(zhí)行機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，活動支架帶動滾壓頭做上下的往復(fù)運(yùn)動，相當(dāng)于滑塊帶動滾壓頭，滑塊每往返一次為一個工作循環(huán)。

18、同時，曲柄也旋轉(zhuǎn)一周，每轉(zhuǎn)一周完成一次封蓋。曲柄轉(zhuǎn)速可求得，即r/min蝸輪轉(zhuǎn)速r/min本設(shè)計減速傳動鏈為二級減速，由V帶傳動，蝸輪蝸桿減速器組成。參考實(shí)習(xí)時工廠機(jī)器，選取V帶傳動比=12，蝸輪蝸桿減速器傳動比=74016，則總傳動比的范圍=780，則電動機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為：=(780)34=(2382720)r/min根據(jù)表3-1，選取Y2-71M2-4型電機(jī)較為合適，其參數(shù)為：額定功率0.37kW，轉(zhuǎn)速1380r/min，效率67.0，功率因數(shù)0.75，扭矩范圍1.72.2。3.4 電動機(jī)外形尺寸表3-2 Y2-71M2-4型電機(jī)安裝尺寸（單位：mm）尺 寸HABC DEF×GD

19、GADACHDL801251005019406×615.514587.5220295圖3-1 Y2型三相異步電動機(jī)3.5 計算傳動系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù) 確定傳動系統(tǒng)各部分合理的傳動比總傳動比：=41 （3-1）式中 r/min為蝸輪輸出軸轉(zhuǎn)速=1380r/min為電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)速各部分傳動比： （3-2）式中 為V帶傳動比 為蝸輪蝸桿傳動比選取，=2；=20.5 計算運(yùn)動參數(shù)(各軸轉(zhuǎn)速)小帶輪輸入軸（電動機(jī)輸出軸）轉(zhuǎn)速：=1380r/min蝸桿轉(zhuǎn)速：=690r/min蝸輪輸出軸轉(zhuǎn)速：r/min 計算動力參數(shù).1 計算各軸的功率查得16各部件傳動效率為：V帶傳動：0.850.95 取

20、=0.94蝸輪蝸桿傳動：，=0.84軸承傳動：0.970.99 取=0.98另外，電動機(jī)的效率為67.0。則電動機(jī)輸出軸、蝸桿、蝸輪輸出軸三軸的功率分別為：電動機(jī)輸出軸：=×=0.37×0.67=0.25kW （3-3）蝸桿：=××=0.37×0.67×0.94=0.23kW （3-4）蝸輪輸出軸：=×××=0.23×0.84×0.98×0.98=0.19kW （3-5）.2 計算各軸轉(zhuǎn)矩電機(jī)軸：=9550×=9550×=1.73Nm （3-6）蝸 桿：=

21、9550×=9550×=3.18Nm （3-7）蝸輪輸出軸：=9550×=9550×=53.37Nm （3-8）第4章 帶傳動的設(shè)計及計算本設(shè)計的工作機(jī)有輕微振動，由于V帶有緩沖吸振能力，采用V帶傳動能減小振動帶來的影響，傳動平穩(wěn)，并且該工作機(jī)屬于小功率、載荷變化不大，可以采用V帶這種簡單的結(jié)構(gòu)，并且價格便宜，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，大幅降低了成本9。4.1 確定設(shè)計功率 （4-1） =1.10.37=0.407kW0.41kW式中 工況系數(shù) 傳動功率（kW）當(dāng)載荷變動小時，每天工作時間小于10小時，取=1.116。4.2 選擇帶型V帶有普通V帶、窄V帶、寬V帶、

22、大楔角V帶等多種類型，其中普通V帶應(yīng)用最廣，普通V帶由頂膠、抗拉體（承載層）、底膠和包布組成，如圖4-1所示?？估w由簾布或線繩組成，是承受負(fù)載拉力的主體。其上下的頂膠和底膠分別承受彎曲時的拉伸和壓縮變形。由于線繩結(jié)構(gòu)普通V帶具有柔韌性好、抗拉強(qiáng)度高的特點(diǎn)，適用于帶輪直徑較小、載荷不大、轉(zhuǎn)速較高的場合。因此，本設(shè)計選用普通V帶。圖4-1 V帶結(jié)構(gòu)根據(jù)=0.41kW和主動輪（小帶輪）轉(zhuǎn)速=1380r/min，選取Z型V帶16。普通Z型V帶截面尺寸如圖4-2：圖4-2 普通V帶截面圖其中， 4.3 確定帶輪基準(zhǔn)直徑4.3.1 初選小帶輪基準(zhǔn)直徑類比實(shí)習(xí)工廠機(jī)器，并參考相關(guān)資料16，初選小帶輪基準(zhǔn)直

23、徑為=80mm，外徑=84mm。4.3.2 驗(yàn)算帶速=5.78m/s （4-2）滿足 5m/s25m/s4.3.3 計算大帶輪基準(zhǔn)直徑=×（1）× （4-3） =2 ×（10.015）×80=157.6mm式中 彈性滑動系數(shù)，=0.010.02取=160mm164.4 確定中心距和帶的基準(zhǔn)長度初定中心距： 0.7（+）2（+） （4-4） 0.7（80+160）2（80+160） 168mm480mm初步選取=200mm根據(jù)帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算帶的基準(zhǔn)長度：= （4-5） =mm =784.8mm選取=800mm16計算中心距： （4-6） =mm

24、 =207.6mm取=208mm，由于V帶的中心距一般是可以調(diào)整的，其范圍如下：=mm=196mm （4-7）=mm=232mm （4-8）因此，中心距變化范圍為：196mm232mm4.5 驗(yàn)算主動輪包角小帶輪包角： （4-9） = =所以，主動輪包角滿足要求4.6 確定帶的根數(shù)V帶根數(shù)公式： （4-10）式中 包角修正系數(shù)，查得0.94帶長修正系數(shù)，查得1.00單根V帶的額定功率（kW），查得0.30kW單根V帶額定功率的增量（kW），查得0.03kW代入數(shù)據(jù)得： =1.32取=2根。4.7 確定帶的預(yù)緊力單根V帶預(yù)緊力： （4-11）式中 V帶單位長度的質(zhì)量，查得0.06kg/m16代入

25、數(shù)據(jù)得： =31.43N由于新帶容易松弛，所以對非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時的預(yù)緊力應(yīng)為上述預(yù)緊力的1.5倍18。4.8 計算帶傳動作用在軸上的力為了設(shè)計安裝帶輪的軸和軸承，必須確定帶傳動作用在軸上的力。有效圓周力： （4-12） =N =70.93N如果不考慮帶的兩邊的拉力差，則壓軸力可以近似的按帶的預(yù)緊力的合力來計算。作用在軸上的壓軸力： （4-13） = =123.29N （4-14） = =184.94N4.9 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計 小帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計.1 材料由于帶速=5.78m/s20m/s，可選用HT150。.2 確定小帶輪結(jié)構(gòu)形式根據(jù)小帶輪基準(zhǔn)直徑、槽型為Z型、孔徑（為電動機(jī)輸出軸直徑

26、D），確定該帶輪選用實(shí)心輪16。.3 確定輪槽的尺寸輪槽尺寸如下16：圖4-3 輪槽結(jié)構(gòu)輪槽基準(zhǔn)寬度=8.5mm槽口寬度10.1mm基準(zhǔn)線上槽深=2.0mm，取=2.0mm基準(zhǔn)線下槽深=7.0mm，取=8.0mm槽間距=12±0.3mm第一槽對稱面至端面的距離=7.0mm，取=8.0mm最小輪緣厚=5.5mm輪槽角=38°.4 確定小帶輪外形尺寸帶輪寬：=28mm （4-15）帶輪外徑：=80+22=84mm （4-16）輪緣外徑：= ×19mm=34.238mm （4-17）帶輪總厚度：=×19mm=28.538mm （4-18）圖4-4 小帶輪結(jié)構(gòu)

27、大帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計.1 材料同小帶輪，帶速=5.78m/s20m/s，可選用HT15016。.2 確定大帶輪結(jié)構(gòu)形式根據(jù)大帶輪基準(zhǔn)直徑、槽型為Z型、孔徑選取與小帶輪相同，確定該帶輪選用輻板式，腹板厚度S=9mm16。.3 確定輪槽的尺寸 輪槽尺寸與小帶輪相同。.4 確定大帶輪外形尺寸帶輪寬：=28mm （4-19）帶輪外徑：=160+22=164mm （4-20）輪緣外徑：= ×19mm=34.238mm （4-21）帶輪總厚度：=×19mm=28.538mm （4-22）圖4-5 大帶輪結(jié)構(gòu)第5章 蝸桿傳動設(shè)計根據(jù)本設(shè)計所要實(shí)現(xiàn)要求，減速裝置需要兩軸為交錯形式，故可選用圓錐齒

28、輪減速或蝸桿傳動減速。此外，本設(shè)計所要實(shí)現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K直線運(yùn)動所需的傳動比較大，選圓錐齒輪減速不易實(shí)現(xiàn)。因此，選用蝸桿傳動減速。蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運(yùn)動和動力的一種傳動，兩軸線交錯的夾角可為任意值，常用的為900。蝸桿為單個頭數(shù)時，對應(yīng)蝸桿每旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪僅僅轉(zhuǎn)過單個齒距，因而產(chǎn)生的傳動比較大。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。在蝸桿與蝸輪嚙合時，由于蝸桿齒是螺旋形的、連續(xù)不斷的，它與蝸輪齒的嚙合是漸入漸出的，同時嚙合的齒數(shù)較多，故所受載荷小，沖擊小，傳動平穩(wěn)，噪聲低2。5.1 蝸桿傳動類型選擇蝸桿分類可分為很多種。其中，最常用的是圓柱蝸桿。圓柱蝸桿又可分為普通型

29、和圓弧型兩大類。普通圓柱蝸桿可分為阿基米德（ZA）蝸桿、漸開線（ZI）蝸桿、法向直廓（ZN）蝸桿和錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）四種最為常用。根據(jù)GB/T 10085-1988的推薦，本設(shè)計采用ZI蝸桿。圖5-1 漸開線蝸桿（ZI蝸桿）5.2 選擇材料蝸桿一般是用碳鋼或合金鋼制成。轉(zhuǎn)速高、載荷重的蝸桿常用15Cr或20Cr，并經(jīng)滲碳淬火；也可用40、45鋼或40Cr并經(jīng)淬火。這樣可以提高表面硬度，增加耐磨性。通常要求蝸桿淬火后的硬度為4055HRC，經(jīng)氮化處理后的硬度為5562HRC。一般不太重要的低速中載的蝸桿，可采用40或45鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其硬度為220300HBS。常用的蝸輪材料有鑄造錫青

30、銅（ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5）、鑄造鋁鐵青銅（ZCuAl10Fe3）及灰鑄鐵（HT150、HT200）等。錫青銅耐磨性最好，但價格較高，用于滑動速度m/s的重要傳動；鋁鐵青銅的耐磨性較錫青銅差一些，但價格便宜，一般用于滑動速度m/s的傳動；如果滑動速度不高（m/s），對效率要求也不高時，可采用灰鑄鐵。一般蝸輪都對其進(jìn)行時效處理，這樣可以防止其變形20。因此，考慮到此設(shè)計中蝸桿傳動功率不大，速度不高，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4555HRC。蝸輪用鑄造錫青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。由于有色金屬較貴重，考慮到經(jīng)濟(jì)性，僅齒

31、圈用青銅制造,而輪芯用灰鑄鐵HT150制造11。5.3 蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇如圖5-2所示，在中間平面上，蝸桿傳動就相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合傳動。故在對蝸桿傳動進(jìn)行設(shè)計時，可取中間平面上的參數(shù)為基準(zhǔn)，如模數(shù)、壓力角等。圖5-2 普通圓柱蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)有模數(shù)m、壓力角、蝸桿直徑、蝸桿的頭數(shù)以及蝸輪的齒數(shù)等。進(jìn)行蝸桿傳動的設(shè)計時，首先，選擇符合設(shè)計的參數(shù)。 模數(shù)m和壓力角蝸桿傳動在計算幾何尺寸時，模數(shù)也是主要的計算參數(shù)。蝸輪與蝸桿嚙合時，在中間平面上，蝸桿的軸面模數(shù)和壓力角與蝸輪的端面模數(shù)和壓力角相等，即= （5-1） （5-2）漸開線蝸桿（ZI蝸桿）的法向壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值（

32、20°），蝸桿軸向壓力角與法向壓力角的關(guān)系為 （5-3）式中 為導(dǎo)程角 蝸桿分度圓的直徑我們把分度圓直徑與模數(shù)m的比值 （5-4）稱為直徑系數(shù)。根據(jù)GB/T 10085-1988，已經(jīng)給出了常用的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m和蝸桿分度圓的直徑及直徑系數(shù)q。 蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)是由傳動比和效率選定的。蝸桿頭數(shù)越少，傳動比越大，但效率低，如果提高效率，蝸桿的頭數(shù)就增大。而加工頭數(shù)較多的蝸桿又很困難。所以，通常蝸桿的頭數(shù)取為1、2、4、6。 導(dǎo)程角蝸桿的直徑系數(shù)q和蝸桿頭數(shù)選定之后蝸桿分度圓的圓柱上導(dǎo)程角也就確定了，如圖5-3所示，圖5-3 導(dǎo)程角與導(dǎo)程的關(guān)系 （5-5）式中 為蝸桿的軸向齒距 傳動比和齒數(shù)比

33、傳動比： （5-6）式中 、分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速，（r/min）齒數(shù)比： （5-7）式中 為蝸輪的齒數(shù)當(dāng)蝸桿為主動時， （5-8） 蝸輪齒數(shù)蝸輪齒數(shù)也是由傳動比確定的。為了避免切制蝸輪時與蝸輪滾刀產(chǎn)生根切甚至干涉，理論上應(yīng)保證17。但當(dāng)<26時，嚙合區(qū)域要明顯減小，這將影響傳動地平穩(wěn)性，而在30時，能夠保證始終保持有兩對以上的齒嚙合，所以通常規(guī)定大于282。 蝸桿傳動的標(biāo)準(zhǔn)中心距標(biāo)準(zhǔn)中心距可根據(jù)GB/T 10085-1988選取。 參數(shù)的選定根據(jù)傳動方案要求，該減速器所要達(dá)到傳動比為=20.5。根據(jù)GB/T 10085-1988，并參考工廠機(jī)器，選取中心距=63mm，模數(shù)=2.5mm，

34、法向壓力角=20°，蝸桿分度圓直徑=25mm，蝸桿頭數(shù)=2，蝸輪齒數(shù)=41，蝸輪變位系數(shù)=5.4 蝸桿傳動的幾何尺寸計算蝸桿傳動的幾何尺寸，如圖5-4所示：圖5-4 蝸桿傳動基本幾何尺寸齒數(shù)比 （蝸桿主動） （5-9）蝸桿的直徑系數(shù) =10 （5-10）蝸桿軸向齒距 =3.14×2.5=7.85mm （5-11）蝸桿導(dǎo)程 =3.14×2.5×2=15.7mm （5-12）蝸桿的齒頂圓直徑 =，其中=1 （5-13） =30mm頂隙 c=c*m，其中c*=0.2 =0.2×2.5=0.5mm蝸桿齒根圓直徑 = （5-14） =252×（

35、1×2.5+0.5）=19mm蝸桿導(dǎo)程角 =0.2，解得=11.31° （5-15）軸向齒形角 （5-16） ，解得=20.36°蝸桿基圓導(dǎo)程角 （5-17） ，解得=22.86°蝸桿基圓直徑 （5-18） =11.86mm蝸桿的齒頂高 （5-19） =2.5mm蝸桿的齒根高 （5-20） =3.0mm蝸桿的齒高 （5-21） =5.5mm蝸桿的齒寬 =33.65mm （5-22）蝸輪分度圓的直徑 （5-23） =2.5×41=102.5mm蝸輪的齒頂高 （5-24） =1.75mm蝸輪的齒根高 （5-25） =3.75mm蝸輪喉圓的直徑 （5

36、-26） =102.5+2×1.75=106mm蝸輪齒根圓的直徑 （5-27） =102.52×3.75=95mm蝸輪的齒高 （5-28） =5.5mm蝸輪咽喉處母圓半徑 （5-29） =10mm蝸輪的齒寬 =0.75×30=22.5mm，取=21mm （5-30）蝸輪齒寬角 =114.28° （5-31）蝸桿軸向齒厚 =3.925mm （5-32）蝸桿法向齒厚 =3.85mm （5-33）蝸輪頂圓直徑 =106+2×2.5=111mm （5-34）蝸桿節(jié)圓直徑 = （5-35） =23.5mm蝸輪節(jié)圓直徑 =102.5mm （5-36）5.5

37、 蝸桿傳動的受力分析在進(jìn)行蝸桿傳動的受力分析時，通常不考慮摩擦力的影響。本設(shè)計的蝸桿是右旋蝸桿，且為主動件，其受力情況如圖5-5所示。作用于節(jié)點(diǎn)P處的法向載荷，它可分解為三個互相垂直的分力，即圓周力、徑向力和軸向力。在蝸桿與蝸輪之間，有三對大小相等、方向相反的力與、與和與。圖5-5 蝸桿傳動的受力分析當(dāng)不計摩擦力影響的情況下，各力的大小的計算如下： （5-37）=254.4N式中 蝸桿的轉(zhuǎn)矩，（Nm） 蝸桿的分度圓直徑 （5-38）=1041.37N式中 蝸輪的轉(zhuǎn)矩，（Nm） 蝸輪的分度圓直徑 （5-39）=386.53N= （5-40）=1130.15N5.6 蝸桿傳動強(qiáng)度計算 蝸輪齒面接觸

38、疲勞強(qiáng)度計算蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算公式為= （5-41）式中 材料的彈性影響系數(shù)，（），對于青銅與鋼蝸桿配對時，取=160蝸桿傳動的接觸系數(shù)，從圖5-6中查得，=2.7載荷系數(shù)，其中為使用系數(shù)，為齒向載荷分布系數(shù)，當(dāng)載荷變化均勻、無沖擊時，取=1，=1；為動載系數(shù)，蝸輪圓周速度小于3m/s時，=1.01.1，取=1.05蝸輪齒面的接觸應(yīng)力，（）蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力，（）圖5-6 圓柱蝸桿傳動的接觸系數(shù).1 計算蝸輪齒面的接觸應(yīng)力= （5-42） =160×2.7× =204.51.2 計算蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力因?yàn)槲佪啿牧蠟殄a青銅，強(qiáng)度極限<300，主要為接觸疲

39、勞失效，故= （5-43）式中 基本許用接觸應(yīng)力，查得=268 接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)，=。其中應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，此處為蝸輪轉(zhuǎn)速，（r/min）；為工作壽命，（h）；j為蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個輪齒嚙合的次數(shù) （5-44） =60 =59568000= （5-45） = =0.8= =0.8×268 =214.4< 滿足設(shè)計要求。 蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算蝸輪齒根的彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為 （5-46）式中 載荷系數(shù)，同上，=1.05 蝸輪齒形系數(shù)，查得=2.65 螺旋角影響系數(shù)，.1 計算蝸輪齒根彎曲應(yīng)力 （5-47）= =32.6.2 計算蝸輪許用齒根彎曲應(yīng)力= （5-48）式中 基本許用接觸

40、應(yīng)力，查得=56壽命系數(shù)，=，計算得=0.635=0.635×56=35.6< 滿足設(shè)計要求。 蝸桿的剛度計算蝸桿受力時產(chǎn)生變形，影響蝸桿與蝸輪的正確嚙合7，所以對蝸桿剛度進(jìn)行校核，主要校核蝸桿的彎曲剛度，最大撓度為y，剛度條件為 （5-49）式中 蝸桿所受的圓周力，（N）蝸桿所受的徑向力，（N）E 蝸桿材料的彈性模量，（），取E=20613I 蝸桿危險截面的慣性矩，mm4，其中為蝸桿齒根圓直徑，（mm）蝸桿兩端支承間的跨距（mm），取，為蝸輪分度圓直徑許用最大撓度，（mm） （5-50）=6397.87mm4 （5-51）=0.9×102.5=92.25mmmm=3

41、.31×mm 滿足設(shè)計要求。5.7 蝸桿傳動滑動速度計算滑動速度為蝸桿和蝸輪在節(jié)點(diǎn)處的相對速度19。則滑動速度按下式求得： （5-52）式中 蝸桿節(jié)圓直徑，=23.5mm蝸桿節(jié)圓柱上螺旋線升角，帶入數(shù)據(jù)，解得=12°蝸桿的轉(zhuǎn)速，（r/min）=0.87m/s第6章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計曲柄滑塊機(jī)構(gòu)屬于平面連桿機(jī)構(gòu)的一種，連桿機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn)是原動件的運(yùn)動都要經(jīng)過一個不與機(jī)架直接相連的中間構(gòu)件（稱為連桿）才能傳動從動件，故稱之為連桿機(jī)構(gòu)。在連桿機(jī)構(gòu)中，AD為機(jī)架，BC為連桿，AB、CD兩桿與機(jī)架相連稱為連架桿。而在連架桿中，能做整周回轉(zhuǎn)者稱為曲柄，只能在一定范圍內(nèi)擺動者稱為搖桿。圖

42、6-1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在圖6-1中，搖桿CD的長度增至無窮大，則圖中曲線導(dǎo)軌將變成直線導(dǎo)軌，于是機(jī)構(gòu)就演化成為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。圖6-2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)隨著工業(yè)的發(fā)展，不同規(guī)格的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)被應(yīng)用到了更多的機(jī)械中。它在機(jī)械制造工業(yè)以及其它工業(yè)的生產(chǎn)中的作用愈來愈顯著，例如在汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、電子、醫(yī)療機(jī)械、國防、航空航天以及日用品等工業(yè)部門都有廣泛的應(yīng)用。因而提高機(jī)械的自動化程度，降低工人的勞動強(qiáng)度，改善勞動條件都離不開對曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1。6.1 材料的選擇目前，工業(yè)上使用的鋼鐵材料，碳鋼占有重要的位置。碳鋼按用途及質(zhì)量可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼由于容易冶煉、工藝性好、價格便

43、宜，在力學(xué)性能上一般能滿足普通機(jī)械零件及工程結(jié)構(gòu)件的要求，因此用量很大，約占鋼材總量的70。本設(shè)計中由于機(jī)器所承受的力不是很大，對力學(xué)性能要求不是很高，碳素結(jié)構(gòu)鋼就可以滿足要求，故選用碳素結(jié)構(gòu)鋼，通常材料選取Q235號鋼，牌號為Q235-A，A為質(zhì)量等級。6.2 確定曲柄滑塊中桿件長度 確定滑塊行程根據(jù)任務(wù)書中技術(shù)參數(shù)，瓶高為60-100mm，選取滾壓頭行程為100mm，即滑塊行程為100mm。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，本次設(shè)計采用偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。圖6-3 偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 確定曲柄長度和初定連桿長度本設(shè)計機(jī)器，偏心距不大，參照工廠機(jī)器，取偏心距36mm，所以曲柄長R=mm=50mm。為了保證曲柄滑塊的

44、性能，傳動角40°。且機(jī)構(gòu)的最小傳動角發(fā)生在曲柄垂直于導(dǎo)路且遠(yuǎn)離偏心一邊的位置。圖6-4 傳動角最小位置因?yàn)?0°，所以 （6-1）解得： L112.3mm初定連桿長度，L=300mm，則曲柄軸心至滑銷最遠(yuǎn)距離為P=350mm。6.3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析和連桿長度的確定 建立曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型建立曲柄滑塊機(jī)構(gòu)模型如圖6-5所示，已知常量：曲柄的長度=50mm，偏心距36mm，曲柄軸心至滑銷最遠(yuǎn)距離為P=350mm，滑塊行程100mm，曲柄轉(zhuǎn)速r/min圖6-5 曲柄滑塊機(jī)構(gòu).1 確定連桿方程在圖中，當(dāng)滑塊運(yùn)動到最上端時，在中，有 （6-2） （6-3） （6-4）.

45、2 確定曲柄的角速度和驗(yàn)算尺寸范圍曲柄轉(zhuǎn)速：，(rad/min) （6-5），(rad/s) （6-6）曲柄與連桿的長度比： （6-7）偏心距與連桿的長度比： （6-8）根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第3卷16，有 （6-9） （6-10）而 符合設(shè)計要求。.3 建立運(yùn)動方程查得位移、速度和加速度方程16：略去及以上諸項(xiàng)后得： （6-11） （6-12） （6-13） （6-14） 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真.1 基于MATLAB程序設(shè)計根據(jù)上面的滑塊和曲柄連桿的運(yùn)動學(xué)函數(shù)關(guān)系，編譯MATLAB語言程序?qū)η瑝K機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真分析5。MATLAB 是Mathworks 公司推出的交互式計算分析軟件，具有強(qiáng)大的運(yùn)算分析功能，它把科學(xué)計算、程序設(shè)計以及可視化的應(yīng)用結(jié)合起來，是一款高度集成化的軟件，是目前最受歡迎的計算分析軟件之一，被廣泛應(yīng)用于自動控制、信號處理、機(jī)械設(shè)計、流體力學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計等工程領(lǐng)域。通過運(yùn)算分析，MATLAB 可以從眾多的設(shè)計方案中尋找最佳途徑，獲取最優(yōu)結(jié)果，大大