电子送经的织轴驱动装置设计任务书样本.doc

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专业课程设计

题 目 : 电子送经的织轴驱动装置设计

学 院 : 机械工程学院

专 业 : 机械工程及自动化

姓 名: 胡海涛

学 号:

指导教师: 周其洪

日 期:

成 绩:

一．目的与要求
专业课程设计是在学习专业课以后进行的一次实践性教学环节。在此环节中, 学生将运用机械设计基础知识和专业知识进行综合训练, 从而实现向毕业设计的良好过渡。
在设计过程中, 根据设计任务书的要求, 进行分析和计算, 并在此基础上进行机械设计, 内容包括绘制装配图和零件图, 撰写设计说明书, 根据答辩考核等环节综合评定后给予成绩。

二．设计题目
电子送经的织轴驱动装置设计

三．设计参数
图1为电子送经的织轴驱动装置的示意图。

图1 电子送经的织轴驱动装置
1—伺服电动机 2、 3—齿轮 4—蜗杆 5—蜗轮 6—送经齿轮 7—织轴边盘齿轮

设计参数基本如下( 根据分组情况调整参数)
织机类型: 剑杆织机
适应品种: 各种织物重自30-800克/平方米
织机幅宽: 190CM

分组其它参数如下
组别
织机最高转速
织造纬密
织轴直径
1
580
46～900根/10CM
200～1100 MM
2
590
47～900根/10CM
200～1100 MM
3
600
48～900根/10CM
200～1100 MM
4
610
49～900根/10CM
200～1100 MM
5
620
50～900根/10CM
200～1100 MM
6
630
51～900根/10CM
216～1100 MM
7
640
52～900根/10CM
216～1100 MM
8
650
54～900根/10CM
216～1100 MM
9
660
56～900根/10CM
216～1100 MM
10
670
58～900根/10CM
216～1100 MM
11
680
60～950根/10CM
216～1100 MM

图1中织轴边盘齿轮不用具体设计, 假设已知其模数为8, 齿数为72, 装配图只需画出局部图。图1中的弹簧不用设计, 装配图中不画出。

四．设计工作量
装配图 1张( A2号图纸)
零件图 4张( 齿轮, 蜗轮, 蜗杆, 轴)
设计说明书 1份( A4标准纸打印)

五．分析和计算

1. 送经装置总速比的确定
(1) 设主轴每一转卷布辊在最小纬密为Pmin( 单位为根/10CM) 的卷取量为Ljq。
则Ljq=10×10/ Pmin=100/Pmin= 100/49=2.04mm

(2) 设选定的伺服电机的额定转速为nsjed, 织机主轴的最高转速为nzzmax, 当织机主轴以最高转速工作时, 主轴转一转驱动织轴( 包括纱线) 的伺服电机最多转动转数为Nsjmax 。
则Nsjmax=nsjed/nzzmax=3000/610=4.92

(3) 设主轴每一转织轴在驱动电机转速最高和织轴( 包括纱线) 直径最小时的送经量为Lsj, 织轴驱动装置的总减速比为i总( 从Z2 到Z7 ) , 织轴( 包括纱线) 的最小直径为Dmin.
则Lsj,= Nsjmax×(1/i总) ×∏( 圆周率) ×Dmin=4.92×1/××200

(4) 送经装置为了能满足在织机转速最高, 织造纬密最小, 织轴( 包括纱线) 直径最小时的织造要求, 可得下式
Lsj>Ljq
根据上述计算可得(nsjed/nzzmax ) ×(1/i总) ×∏×Dmin> 100/ Pmin
可得i总< (nsjed×∏×Dmin×Pmin)/(100×nzzmax)

(5) 为了满足电子送经的补偿开车痕等控制需要, 送经电机的转速应留有15%左右的余量, 设送经装置实际的总减速比为i总实, 则
i总实< 85%nsjed×∏×Dmin×Pmin)/(100×nzzmax)=0.85×3000×∏×200× 49/100×610=1287

2. 伺服电机型号的确定

包括伺服电机的额定转速; 伺服电机的功率。要求选出具体伺服电机的型号, 关键要得到电机轴和键等尺寸参数, 额定转速等参数。

⑴传动效率: 圆柱齿轮( 油润滑) 传动效率0.98。
自锁型蜗杆涡轮传动效率0.4。
轴承传动效率0.99。
总传动效率:
⑵送经力矩:设上机张力即织造过程中的恒织造张力为F。
每根纱张力0.392N, 6000根纱张力F=0.3926000=2352N。
已知织轴的卷经最大值为=1100mm。最小值=200mm。
则经轴所受力矩为:

即
取传动比分配为

当送经机构静止或处于正常送经状态时, 涡轮蜗杆时刻处于反行程自锁状态。因为蜗杆涡轮在整个机构中承受最大的转矩。设涡轮所承受的转矩为T1,蜗杆所承受的转矩为T2。

⑶求电机扭矩:
选用电机型号:MSMA系列。额定输出功率1KW, 额定转矩3.18Nm,
额定转速3000转。电机轴长55mm.电机轴直径19mm。
键长45mm。键宽6mm。键高6mm。

注: 市场上中高速剑杆织机送经伺服电机的功率一般为750-1500瓦左右, 伺服电机的额定转速一般为3000转/分钟或 转/分钟。

3. 传动比的分配

4. 各级转速:

2、 齿轮的设计
2.1高速级齿轮传动设计( 2、 3轮的设计)
2.1.1 齿轮的类型
1、 依照传动方案, 本设计选用二级展开式直齿圆柱齿轮传动。
2、 运输机为一般工作机器, 选用7级精度。
3、 材料选择: 小齿轮材料为45Cr调质, 齿面硬度为280HBS。
大齿轮材料为45钢正火, 齿面硬度为200HBS。
4、 螺旋角: 8°<β<20°,初选β=14°
5、 初始数据: 输入功率P1=1Kw,传动比i1=4.89,转速n1=3000r/min,转矩T1==3.28N·mm,工作时间为1 h。
6、 齿数: 初选小齿轮齿数: ;
大齿轮齿数: , 取。

7、 尺面接触强度较合:

( 1) 试选取载荷
( 2) 由表10-7选取齿宽系数, 由表10-6查得材料的弹性影响系数 ( 锻钢-锻钢) 。
( 3) 应力循环次数:
N1=60·n1·j·Lh=60·3000·1·1 =2.16×10^9
N2=N1/4.89=4.41×10^8
由P207图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=1.35, KHN2=1.55
由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限, 大齿轮的接触疲劳强度极限
( 4) 计算接触处疲劳许用应力
取失效概率为1%, 安全系数S=1,
===810MPa
===852.5MPa

( 5) 小齿轮初始直径:

8、 计算齿轮圆周速度

9、 齿宽,取整b=45mm
10、 计算模数
, 查表取
11、 齿高, b/h=45/5.06=8.89
12、 载荷系数K
已知使用系数KA=1, 根据V=0.025m/s,7级精度, 由P194图10-8动载荷系数Kv=1.05
由P197表10-4查得
由P198表10-13
由表10-3查得
故, 载荷系数
校正所得到的分度圆直径, mm
计算模数:

按轮齿弯曲强度设计计算
因为所选材料硬度小于350HBS,因此为软齿面。
1、 模数
2、 载荷系数
3、 齿宽系数
4、 小齿轮上的转矩

查《机械设计》P200表10-5得: ,
查《机械设计》P200表10-5得: ,

由P207图10-20查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限,
由P206图10-18取弯曲疲劳寿命系数,,取弯曲疲劳安全系数S=1.4

因为和比较
大齿轮数值较大。
6、 模数

对比计算结果, 由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿面弯曲疲劳强度计算的模数, 取m=2.5mm已可满足弯曲疲劳强度。但为了同时满足接触疲劳强度, 需按接触疲劳强度所得的分度圆直径, 来计算应有齿数

取Z1=19, 则,取Z2=93.
7、 中心距

8、 确定齿轮的分度圆直径:

10、 齿轮宽度:

圆整后取; 。
12、 齿轮尺寸表:
序号
名称
符号
计算公式及参数选择
1
模数
m

2
分度圆直径

3
顶隙

4
齿顶圆直径

5
齿根圆直径

6
中心距

140mm

大齿轮3的腹板设计:

2.1低速齿轮设计:

已知边盘齿轮模数为8, 齿数为72。
分度圆
因为

分度圆
中心距
齿轮齿宽

取

3 蜗轮蜗杆传动设计:

根据GB/T10085-1988的推荐, 采用渐开线蜗杆( ZI) 。

2.选择材料
根据库存材料情况, 并考虑到传递功率不大, 速度中等, 蜗杆采用45钢, 齿面淬火, 硬度为45~55HRC。蜗轮齿圈采用ZCuSn10P1。

3.按齿面接触强度进行设计
　　根据闭式蜗杆传动的设计准则, 先按接触疲劳强度设计, 再校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距

　　1) 确定作用在蜗轮上的转矩T2
　　　 按z1=1, 估取效率η=0.4, 则

　　2)确定载荷系数K
　　　因工作载荷较稳定．因此选取齿向载荷分布系数Kβ＝1; 由表选取使用系数KA＝1.15; 由于转速高, 冲击不大, 可取动载系数Kv＝1.05; 则
　　　　　　　　　　　　　　 K=KKK=1.21

　　3)确定弹性影响系数ZE
　　　因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故ZE=160MPa。
　　4)确定接触系数
先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a=0.35, 从图中可查得接触系数=2.9。
5)确定许用接触应力[σ]H
　　 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSnlOP1, 金属模铸造, 蜗杆硬度>45HRC,可从表5中查得铸锡青铜蜗轮的基本许用应力[σ]H=268MPa。
　　　应力循环次数 　　　 N=60jn2Lh=6750000　　
　　　寿命系数　　　　　　K=1.05
　　　则　　　　　　　 　 [σ]H　=281.4MPa
　 6)计算中心距

a≥111.69mm
　 　取中心距a=178mm, 因i=62, 故从普通圆柱蜗杆基本尺寸和参数及其与蜗轮参数的匹配表2中取模数m=5mm, 蜗杆分度圆直径d1=46mm。这时d1/a=0.3, 从图中可查得接触系数'=2.8, 因为'< , 因此以上计算结果可用。
4.主要参数与几何尺寸
1)蜗杆
轴向齿距pa=15.7mm, 直径系数q=18; 齿顶圆直径da1=56mm; 齿根圆直径df1=45mm; 分度圆导程角γ=6.203°; 蜗杆轴向齿厚sa=30mm。
  2)蜗轮
　　蜗轮齿数z2=62; 变位系数x2=+0.125;
　　蜗轮分度圆直径 　　　　　d2=mz2=5×62=310mm
　　蜗轮喉圆直径 　　　　　　da2=d2+2hgm=320mm
　　蜗轮齿根圆半径　　　　　df2=d2-2hfm=298mm

5.校核齿根弯曲疲劳强度

　　当量齿数 　　　　　　　zv2=62/(cos6.2)3=63
　　根据x2=-0.5,zv2=63, 可由图查得齿形系数YFa2=2.45。
　　螺旋角系数 　　　　　　Yβ=1-(6.2/140)=0.96
　　许用弯曲应力 　　　　　[σ]F=[σ]F′·KFN

从表中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力[σ]F=56MPa。
寿命系数

　　弯曲强度足满足的。

涡轮结构设计:

轴1设计:

1, 初生轴I的最小直径。
按转矩初估轴的直径, 查表15-3, 取A0 =120,则

该处开一个键槽时, 初生轴直径增加3%-5%
d=11.15×1.04=13.8

取
2, 各段轴直径初定:

3, 选择轴承:
因为轴上有蜗杆, 会产生较大的轴向力, 选用角接触球轴承。
根据与轴承相配合的轴段直径大小, 选择轴承。安装轴承处, 初定的轴径为40mm, 查表15-4, 选取7208AC, 其轴径大小40mm。

轴1校核:

蜗杆:

齿轮:

水平面:

196
34
122

B
A

对B点取矩:

对A点取矩:

弯矩图:

竖直平面:

B
A

对B点取矩:

对A点取矩:

弯矩图:

扭矩图:

校核轴1:
轴的弯扭合成强度条件;

查表15-1, 知45号钢调质=355
因为, 满足强度条件。

轴2设计:

1, 初生轴2的最小直径。
按转矩初估轴的直径, 查表15-3, 取A0 =120,则

取
2, 各段轴直径初定:

3, 选择轴承:
因为轴上有蜗杆, 会产生较大的轴向力, 选用角接触球轴承。
根据与轴承相配合的轴段直径大小, 选择轴承。安装轴承处, 初定的轴径为40mm, 查表15-4, 选取7208AC, 其轴径大小40mm。

键的选择:

本设计中, 共有4个键
由GB/T 1095、 1096- 。
电机轴键: b×h×l=6×6×45mm
齿轮3与轴1键: b×h×l=14×9×40mm
涡轮与轴2的键: b×h×l=12×8×20mm
齿轮6与轴2的键: b×h×l=14×9×80mm

六．参考文献
【1】. 陈革.织造机械[M].北京:中国纺织出版社, .
【2】. 陈元甫,洪海沧.剑杆织机原理与使用(第2版)[M].北京:中国纺织出版社, .
【3】. 西北工业大学机械原理及机械零件教研室.机械设计( 第8版) [M].北京:高等教育出版社出版, .
【4】. 西北工业大学机械原理及机械零件教研室.机械原理( 第7版) [M].高等教育出版社 .
机械设计手册编委会.机械设计手册[M]. 北京:机械工业出版社 , .