1、鼓形齒聯(lián)軸器的畢業(yè)設計 目 錄 前言 緒論 第一章 概述 1.1 聯(lián)軸器的功用 1.2 聯(lián)軸器的特點 第二章 選擇聯(lián)軸器的類型 2.1 聯(lián)軸器的分類 2.2 選擇聯(lián)軸器應考慮的因素 2.3 鼓形齒聯(lián)軸器的特點 2.4 ZWG 型鼓形齒聯(lián)軸器 第三章 ZWG型鼓形齒聯(lián)軸器的尺寸給定 3.1 型式、基本參數(shù)和主要尺寸 3.2 其型式、基本參數(shù)和主要尺寸應符合規(guī)定 第四章 鼓形齒聯(lián)軸器的強度 第五章 CAD/CAM 建模及數(shù)控編程 5.1 走刀軌跡及程序 第六章 結論與展望 參考文獻 致謝?33?37?530?26?26?14?14?11?4?6?3?3?3?4?16?2?20?1818?18?23

2、?34常州工學院 第? 2?頁 共? 34?頁 鼓形齒聯(lián)軸器的設計 前言 三年的大學生涯即將結束,最后的學習任務就是畢業(yè)設計。 設計就是根據(jù)任務書將學習到的基礎知識、 專業(yè)理論知識和實踐知識相結合應用 的過程,也是我們回顧、總結這三年所學知識的過程。前面再加上“畢業(yè)”這兩字, 它的能力要求就更高了。這次畢業(yè)設計的課題是厚板軋機聯(lián)軸器,這是為了特定的要 求而進行的,盡管設計的難度很大,但掌握相關機械設計的基本理論和正確的方法是 我學們專業(yè)的學生理所應該具備的能力。 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,大直徑軋管機需求增加,其主傳動使用聯(lián)軸器的要求也越 來越高,滿足該要求的聯(lián)軸器有十字式萬向聯(lián)軸器和大轉矩鼓形齒式

3、聯(lián)軸器,其中十 字式萬向聯(lián)軸器轉矩可以達到,但承載沖擊性能差、壽命短,這是一個很大的缺點; 大轉矩鼓形齒式聯(lián)軸器承載沖擊性能好,但齒面接觸應力和齒根彎曲疲勞強度要求 高,如果我們采取特殊結構、特殊材料、特殊工藝,那么該聯(lián)軸器就能夠滿足大直徑 軋管機的要求。目前國內(nèi)軋機用的標準聯(lián)軸器無法滿足要求,只達到需求轉遞轉矩的 1/21/3,國外聯(lián)軸器專業(yè)制造商可以滿足要求,但由于它采用專門的技術,再加上 制造難度大,所以價格特別昂貴。一臺軋管機需要 10 套左右,再加上備件外購費用 很大。2000 年太原重工成功的為 159 軋管機組設計出了大轉矩三段弧形齒式聯(lián)軸 器,制造費用只有進口價的 1/41/5

4、(16.7 萬元/每套)。 根據(jù)設計任務書我查閱了相關的資料,并對其進行匯總、整理、綜合。然后進行 聯(lián)軸器的選用及計算、齒接觸應力、彎曲強度和鉸孔螺栓的剪切強度校核。在給定了 相關設計零件的尺寸后,用 AUTOCAD 進行設計和繪制全部零件(內(nèi)齒圈、端蓋、外齒 軸套等)的平面圖和裝配圖,并安排合理的技術要求,給出一些匹配零件。最后是零 件的 CAD/CAM 建模及編程。經(jīng)過以上這些工作之后,聯(lián)軸器的設計就完成了。 作為一種傳動裝置的鼓形齒聯(lián)軸器是由普通直齒聯(lián)軸器發(fā)展演變而來的, 鼓形齒聯(lián)軸 器在國外許多先進的工業(yè)國家已有種種標準及系列產(chǎn)品, 由兩個鼓形外齒套與一對直 齒內(nèi)齒齒圈等零件組成。靠內(nèi)

5、,外齒的嚙合傳遞轉矩,并通鼓形外齒套的直齒的內(nèi)齒 圈的軸線擺動(稱角向位移)來補償倆傳動軸線的相對偏移。齒長方向的鼓度越大, 其角向位移越大,最大達 6,一般使用推薦 11.5,而舊的齒輪聯(lián)軸器只允許 0.5;從彎曲強度和承載能力來看,在相同的工作條件下鼓形齒聯(lián)軸器傳遞扭矩可 提高 1520%。齒長方向的鼓度,使齒對接觸情況較好,因此鼓形齒式聯(lián)軸器有傳動 能力大、角位移大、傳動平穩(wěn)、效率高、壽命長等優(yōu)點。因此逐步取代直齒聯(lián)軸器, 并廣泛用于冶金機械,重型、礦山機械,起重、運輸機械等傳動。鼓形齒聯(lián)軸器的設計 第? 3?頁 共? 34?頁 緒論 鼓形齒聯(lián)軸器,具有結構緊湊、回轉半徑小、傳遞轉矩大和

6、較大的角向補償量等 特點。其中傳遞轉矩與 CL 系列直齒聯(lián)軸器相比提高 50%以上,是一種先進的鼓形齒 式聯(lián)軸器。 第一章 概述 1.1 聯(lián)軸器的功用 聯(lián)軸器(COUPLING)是聯(lián)接兩軸或軸和回轉件、在傳遞運動和動力過程中一起回 轉而不脫開的一種裝置,是機械設備傳動軸系中應用量大、面廣的通用部件。 用于冶金、重型、礦山、工程、石油、化工、船舶、交通、起重運輸、通用、紡 織、輕工、農(nóng)業(yè)、印刷機械和水泵、風機、機床等機械設備傳動軸系中的聯(lián)軸器,主 要功能有傳遞扭矩;而應用于精密機械以及某些操縱、控制機構的聯(lián)軸器,主要功能 則是傳遞精確的運動。 在傳動軸系中機械振動、沖擊、軸線偏差等不利因素,只有

7、通過聯(lián)軸器才能得到 改善和補償,由此可見聯(lián)軸器在傳動軸系中的重要作用?？茖W的設計、合理的選用聯(lián) 軸器,不僅能延長聯(lián)軸器的使用壽命,而且能改善傳動軸系工作性能,保證傳動軸系 正常工作。 聯(lián)軸器是機械通用基礎部件, 品種、 型式很多。 但任何聯(lián)軸器都不可能是萬能的, 每一個品種、型式(包括不同元件材質(zhì)和結構形狀)的聯(lián)軸器都有其適用范圍,選用 時應予注意。 1.2 聯(lián)軸器的特點 各種工況聯(lián)軸器的結構形式很多,在選擇品種、型號、規(guī)格前,應考慮聯(lián)軸器用 于何條件。如工作環(huán)境的溫度、濕度;是否有粉塵、油、酸、堿等物質(zhì)、并根據(jù)不同 的工況條件和環(huán)境選用不同材質(zhì),同時工況條件還應考慮啟動是否頻繁。 由于制造和

8、安裝不可能絕對精確,以及工作受載時基礎、機架和其它部件的彈性 變形與溫差變形,聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸線不可避免的要產(chǎn)生相對偏移。 兩軸相對偏 移的出現(xiàn),將在軸、軸承和聯(lián)軸器上引起附加載荷,甚至出現(xiàn)劇烈振動。因此,聯(lián)軸 器還應具有一定的補償兩軸偏移的能力, 以消除或降低被聯(lián)兩軸相對偏移引起的附加 載荷,改善傳動性能,延長機器壽命。為了減少機械傳動系統(tǒng)的振動、降低沖擊尖峰 載荷,聯(lián)軸器還應具有一定的緩沖減震性能。 考慮載荷性質(zhì)、聯(lián)接方式是選擇聯(lián)軸器類別的重要因素;選用和設計聯(lián)軸器都應 以聯(lián)軸器的傳遞扭矩作為主要參數(shù)來考慮。常州工學院 第? 4?頁 共? 34?頁 第二章 選擇聯(lián)軸器的類型 2.1 聯(lián)軸

9、器的分類 根據(jù)傳遞載荷的大小,軸轉速的高低,被聯(lián)接兩部件的安裝精度等,參考各類聯(lián) 軸器特性,一種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇有以下幾種: 2.1.1 剛性聯(lián)軸器 剛性聯(lián)軸器不具有補償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力,也不具有緩沖減震性能; 但結構簡單,價格便宜。只有在載荷平穩(wěn),轉速穩(wěn)定,能保證被聯(lián)兩軸軸線相對偏移 極小的情況下,才可選用剛性聯(lián)軸器。 這類聯(lián)軸器有套筒式、夾殼式和凸緣式等。圖 2-1(a)是普通的凸緣聯(lián)軸器, 通常是靠鉸制孔用螺栓來實現(xiàn)兩軸對中;圖 2-1(b)是有對中樣的凸緣聯(lián)軸器,凸 緣聯(lián)軸器可作成帶防護邊的(圖 2- 1c)。由于凸緣聯(lián)軸器屬于剛性聯(lián)軸器,對所 聯(lián)兩軸間的相對位移缺

10、乏補償能力.對兩軸對中性的要求很高。當兩軸有相對位移存 在時,就會在機件內(nèi)引起附加載荷。但由于構造簡單、成本低、可傳遞較大轉矩,故 當轉速低、無沖擊、軸的剛性大、對中性較好時亦常采用。 圖 2-1 凸緣聯(lián)軸器 2.1.2 撓性聯(lián)軸器 這種聯(lián)軸器具有一定的補償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力, 最大量隨型號不同而 異。 1.無彈性元件的撓性聯(lián)軸器 無彈性元件的撓性聯(lián)軸器承載能力大,但也不具有緩沖性能,在高速或轉速不穩(wěn) 定或經(jīng)常正、反轉時,有沖擊噪聲。適用于低速、重載、轉速平穩(wěn)的場合。 a.十字滑塊聯(lián)軸器鼓形齒聯(lián)軸器的設計 第? 5?頁 共? 34?頁 這類聯(lián)軸器因具有撓性,故可補償兩軸的相對位移。但因

11、無彈性元件,故不能緩 沖減振。常用的有以下幾種: (1)十字滑塊聯(lián)軸器 如圖 2-2 所示,十字滑塊聯(lián)軸器由兩個在端面上開有凹槽的半聯(lián)軸器 1、3和一 個兩面帶。 圖 2-2 十字滑塊聯(lián)軸器 這種聯(lián)軸器零件的材料可用 45 號鋼,工作表面須進行熱處理,以提高其硬度; 要求較低時也可用 Q275 鋼,不進行熱處理。為了減少摩擦及磨損,使用時應從中間 盤的油孔中注油進行潤滑。 因為半聯(lián)軸器與中間盤組成移動副,不能發(fā)生相對轉動,故主動軸與從動軸的角 速度應相等。 但在兩軸間有相對位移的情況下工作時; 中間盤就會產(chǎn)生很大的離心力, 從而增大動載荷及磨損。因此選用時應注意其工作轉速不得大于規(guī)定值。 這種

12、聯(lián)軸器一般用于轉速 n2.5 計算轉矩 Tc也可根據(jù)各專業(yè)的計算方法得到。 根據(jù)計算轉矩 Tc值,及設計任務書中給定的許用轉速值,查閱鼓形表,初定型 號為 12規(guī)格的基本型鼓形齒聯(lián)軸器 2.4.4 代號表示方法 ZWG 。 。00( ? ) 軸孔型式代號 聯(lián)軸器規(guī)格序號(0121) 產(chǎn)品編號(由產(chǎn)品分類號和產(chǎn)品 設計順序號確定) 聯(lián)軸器型式代號(基本型無代號) D?單面法蘭型 Z?帶制動輪型 P?帶制動盤型 鼓形齒式聯(lián)軸器 2.4.5 標記示例 根據(jù)任務書中給定的許用轉速和公稱扭矩要求,選擇 12 規(guī)格的基本型鼓形齒聯(lián) 軸器:例: 產(chǎn)品編號 A7352 選用 12 規(guī)格基本型鼓形齒式聯(lián)軸器 主

13、動端:Y型軸孔,A型鍵槽 d150 Ly252 從動端:Y型軸孔,A型鍵槽 d150 Ly252 鼓形齒聯(lián)軸器 150 252 ZWG7352.12.00( ? )?Y?Y常州工學院 第? 18?頁 共? 34?頁 第三章 ZWG 基本型鼓形齒式聯(lián)軸器尺寸給定?3.1?型式、基本參數(shù)和主要尺寸?ZWG型?基本型鼓形齒式聯(lián)軸器? 如圖 3?1所示?3.2?其型式、基本參數(shù)和主要尺寸應符合規(guī)定?3.2.1主要尺寸 經(jīng)過查閱鼓形表,得出 12規(guī)格鼓形齒式尺寸如下:?B406Ly252 Cy8?D448D1370? D2286 d150?3.2.2 主要參數(shù) 產(chǎn)品編號?A7352選用 12規(guī)格的基本型

14、鼓形齒式聯(lián)軸器 主動端:Y型軸孔,A型鍵槽? d150 Ly252?從動端:Y型軸孔,A型鍵槽? d150 Ly252?鼓形齒聯(lián)軸器? 150?252? ZWG7352.12.00( ? ) 根據(jù)計算及查表,確定主要鼓形的基本參數(shù)見表 3?1?表3?1 參數(shù)規(guī)格 參 數(shù) 名 稱 代號 數(shù)值 模 數(shù) m 6 mm 齒 數(shù) z 52 分 度 圓 壓 力 角 20 外 齒 軸 套 寬 度 b 50 作 用 力 至 根 圓 距 離 h 1.5 m 刀 具 位 移 圓 半 徑 R 121?Y?Y鼓形齒聯(lián)軸器的設計 第? 19?頁 共? 34?頁 圖?3?1 ZWG?型鼓形齒式聯(lián)軸器外型 步驟 說明與理由

15、 結果常州工學院 第? 20?頁 共? 34?頁 第四章 鼓形齒聯(lián)軸器強度計算 步驟 說明與理由 結果 鼓形齒聯(lián)軸器是近二十多年來發(fā)展迅速并得到廣泛應 用的一種聯(lián)軸器,是由普通直齒聯(lián)軸器發(fā)展演變而來的,其 主要區(qū)別在于外齒軸套齒面是呈鼓形的, 從角度補償方面最 大可達 6,一般使用推薦 11.5,而舊的齒輪聯(lián)軸器 只允許 0.5;從承載能力方面來講,承載能力在相同條件 下可提高 1520%。 鼓形齒聯(lián)軸器的薄弱環(huán)節(jié)在齒部, 主要是齒的接觸應力 H,輪齒的彎曲強度一般都足夠。另外連接內(nèi)齒圈的鉸孔 螺栓的規(guī)格及數(shù)量都由設計給定,其剪切強度應足夠。根據(jù) 設計任務書符合設計要求,但為了設備安全運行,下

16、面對所 做系列的聯(lián)軸器的齒接觸應力、 彎曲強度及鉸孔螺栓的剪切 強度作一校核計算。 一.鼓形齒的 接觸應力 接觸應力H 0.418 式中:E ? 材料彈性模量 E 2.110 6 kgf / cm 2 2110 4 N / mm 2 1? 外齒齒面曲率半徑 mm 1? a?tg?R?R 為刀具位移圓半徑 1?20?121?tg?332?Fn? 一個齒承受的平均法向力?Fn?根據(jù)計算得出: 外齒齒面曲率 半徑為 332mm?h?FnE?1 r a a? cos?2?cos?2?2?kmz?Tn?kdz?Tn 鼓形齒聯(lián)軸器的設計 第? 21?頁 共? 34?頁 式中:Tn? 聯(lián)軸器轉矩? N?mm

17、?(根據(jù)查鼓形表得 Tn80000000N?mm)?m? 齒輪模數(shù)? mm?6?z? 齒輪齒數(shù)? ?52? ? 壓力角(為?20) k ? 承載系數(shù)(承載齒數(shù)/總齒數(shù) 取 k 0.75Fn?13993 N 由此可得出: H?0.418?0.418?255?N?mm?2?鼓形齒聯(lián)軸器內(nèi)齒圈和外齒軸套材料都為?42CrMo,當調(diào)質(zhì)硬度為 HB246286時, 許用接觸強度 為 H350N/mm 2 ,當調(diào)質(zhì)硬度為?HB302341?時, 許用接觸強度為H400N/mm 2 , 上述計算H 均小于 H,接觸強度滿足要求。 根據(jù)查表得 k 0.75 計算出一個 齒承受的平 均法向力 為 13993?N

18、?由公式計算 出: ? H? 255?N?mm?2 a a? cos?2?cos?2?2?kmz?Tn?kdz?Tn ?h?FnE?1 r?20?cos?52?6?750?80000000?2?251?332?210000?13993常州工學院 第? 22?頁 共? 34?頁 步驟 說明與理由 結果 二.彎曲強度 一般齒輪傳動中,齒輪同時工作的齒對只有一對或兩對。 而鼓形齒聯(lián)軸器與一般齒輪傳動不同,若由于制造誤差等影 響,而使載荷集中在一對齒上,這對齒受力發(fā)生變形后,另 一些齒對就很快接觸,很快就幾乎使全部齒對接觸。所以, 分擔在每一個齒上的作用力相對減少。彎曲應力不會造成齒 的折斷,一般是由

19、于接觸疲勞致使輪齒失效,所以一般設計 按接觸應力計算,按彎曲應力驗算。(所以按接觸疲勞應力計 算,而驗算彎曲應力) 彎曲應力:w Mt ? 彎矩?Mt?Ft?h ?Fn?h?cos?0.94?Fn?h?0.94139931.5?118382?N?mm?W ? 抗彎模量 mm 3 W 式中:b ? 齒寬 mm (外齒軸套的齒寬) h ? 作用力至跟圓距離 mm h 1.5 m Fn ? 一個齒承受的平均法向力 s ? 根圓處齒厚 mm 652 8.855mm 計算出彎矩 為 118382 N?mm 查表得出 h 1.5 m 所以計算出 根圓處齒厚 為 8.855mm?6?2?bs?W?Mt?20

20、?cos?52?90?sin a?cos?90?sin?z?mz?s 鼓形齒聯(lián)軸器的設計 第? 23?頁 共? 34?頁 步驟 說明與理由 結果 三.鉸孔螺栓 剪切強度 鼓形齒聯(lián)軸器內(nèi)齒圈和外齒軸套材料都為 42CrMo, 當調(diào) 質(zhì)硬度為 HB302341時,許用強度b不小于 340N/mm 2 ,此 值大于w 計算值。故彎曲強度滿足要求。 所選規(guī)格鼓形齒聯(lián)軸器螺栓剪切強度計算: 螺栓 GB27?88 螺栓強度級別: 8.8 螺栓最小屈服強度: s640 N/mm 2 螺栓抗拉強度: b800 N/mm 2 螺栓孔分布圖形如下: 根據(jù)彎曲應 力公式得出 抗彎模量 W 為 653.4 mm 3常

21、州工學院 第? 24?頁 共? 34?頁 步驟 說明與理由 結果 螺栓工作時承受純剪, 其剪切應力 應滿足: ? ?14?2 t p t ?n?Fd?其中?2?.2?/?D?T?F ? ?35 s t? s 上式中F?所有螺栓承受的圓周力 N T?聯(lián)軸器傳遞的轉矩 N?m ; D?螺栓孔分布圓直徑 mm ; ?許用剪應力? 2?/mm?N? ; s?螺栓的屈服強度? 2?/mm?N? ; d?螺栓受剪直徑 mm ; n?螺栓數(shù)量。 ? 2?/?128?5?640?5?mm?N?s s t?2?/?D?T?F ?2?/?413?80000000 392500 N t p t ?n?Fd?2?4?

22、n?Fd ?2?4 p 40? 2?/mm?N?F392500 N t 40?2?/mm?N?5鼓形齒聯(lián)軸器的設計 第? 25?頁 共? 34?頁 步驟 說明與理由 結果 計算剪切應力 全部小于許用剪切應力 ,且安全 系數(shù)為 34,故安全。 四. 結論: 通過對聯(lián)軸器的:(1)齒接觸應力 (2)彎曲強度 (3)鉸孔螺栓的剪切強度 三種計算結果分析,強度方面都滿足要求。驗證了 12 規(guī) 格的基本型鼓形齒聯(lián)軸器是符合要求的,可以進行大批量生 產(chǎn)。 通過對初選方案(12?規(guī)格的基本型鼓形齒聯(lián)軸器)的強度校核計算分析,驗證 了 12規(guī)格的基本型鼓形齒聯(lián)軸器是符合設計要求的。常州工學院 第? 26?頁

23、共? 34?頁 第五章 CAD/CAM 建模及數(shù)控編程 完成上述的機械設計工作后,下一步就是根據(jù)圖紙進行? CAD?CAM? 工作了。 CAD/CAM 技術對工業(yè)界的影響有目共睹,它極大促進了產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效益的提高和 設計制造成本的降低,從一定角度來說,它甚至使生產(chǎn)和設計變得生動,大大減少了 人們的重復和煩瑣的簡單勞動,使人能最大限度地運用自己的頭腦來 完成設計和生 產(chǎn)工作,設計的生產(chǎn)為了一種創(chuàng)造藝術品的過程。 當前能進行? CAD/CAM? 工作的軟件有很多,這里選用? Unigraphics? NX。?Unigraphics?NX是當今世界上先進的、 高度集成的、 面向制造業(yè)的 CAD/

24、CAE/CAM?高 端軟件。這里選用 UG建模后,生成刀具軌跡及程序。 5.1 建模、走刀軌跡及程序?1.內(nèi)齒圈加工程序?O0000?(PROGRAM NAME01)鼓形齒聯(lián)軸器的設計 第? 27?頁 共? 34?頁?DATEDO?MM?YY ?25?03?06 TIMEHH:MM?13:43?N100G21?N102G0G17G40G49G80G90?(UNDEFINED?TOOL ?1DIA.?OFF.?LEN.?1DIA.?6.)?N104T1M6?N106?G0G90X?55.218Y?57.948A0.S3000.M3?N108G43H1Z50N110Z0N112G1Z?1.F0N1

25、14X?53.563Y?59.603F1200N116X?53.361Y?59.805?N118X?52.298Y?60.819?N120X?50.687Y?62.241?N768X48.459Y?78.977R89.113?N770?X63.331Y?66.857R89.113?N772?X75.26Y?51.832R89.113?N778?X88.677Y3.219R89.113?N780?X84.999Y22.048R89.113?N782?X77.371Y39.651R89.113?N784?X66.148Y55.211R89.113?N786?X51.851Y68.004R89.113?N788?X35.145Y77.435R89.113?N790X16.0805Y83.067R89.113?N792X.04Y84.67R89.321?N794G0Z50N796M5?N798G91G28Z0N800G28X0.Y0.A0N802M30?%常州工學院 第? 28?頁 共? 34?頁?2.外齒軸套加工程序?O0000?(PROGRAM NAME02)?DATEDO?MM?YY ?25?03?06 TIMEHH:MM?15:05?N100G21?N102G0G17G40G49G80G90?(UNDEFINED?TOOL ?/0.?1DIA.?12)?N104T1