搓丝机机械设计说明书

机械设计课程设计计算说明书
设计题目：搓丝机传动装置设计院系：能源与动力工程学院设计者：14041225 赵博威指导教师：***
2017年6月1日
前言
本设计为机械设计基础课程设计的内容，是先后学习过画法几何、机械原理、机械设计、工程材料、加工工艺学等课程之后的一次综合的练习和应用。

本设计说明书是对搓丝机传动装置设计的说明，搓丝机是专业生产螺丝的机器，使用广泛，本次设计是使用已知的使用和安装参数自行设计机构形式以及具体尺寸、选择材料、校核强度，并最终确定形成图纸的过程。

通过设计，我们回顾了之前关于机械设计的课程，并加深了对很多概念的理解，并对设计的一些基本思路和方法有了初步的了解和掌握。

本说明书书正文主要分为设计任务书、机械装置的总体方案设计、主要零部件的设计计算、减速器箱体及附件设计、其他需要说明的内容等五章。

在说明书最后将附上所用到的参考资料。

目录
目录
一、设计任务书 (1)
1、设计题目 (1)
2、设计要求 (1)
3、技术数据 (1)
4、设计任务 (2)
二、总体方案设计 (2)
1、传动方案的拟定 (2)
（1）原动机 (2)
（2）传动机构 (2)
（3）执行机构 (3)
2、执行机构设计 (4)
（1）设计计算过程...................................................... 错误!未定义书签。

（3）推板设计.............................................................. 错误!未定义书签。

3、电动机的选择 (5)
（1）电动机类型选择 (5)
（2）选择电动机功率 (5)
4、传动系统运动和动力参数 (6)
三、传动零件设计 (7)
1、蜗轮蜗杆的设计 (7)
最终结果: (12)
2、直齿圆柱齿轮的设计...................................................... 错误!未定义书签。

最终结果：.................................................................... 错误!未定义书签。

3、轴的设计和校核计算 (12)
（1）蜗杆轴 (12)
（2）蜗轮轴 (15)
4、轴承的设计和校核计算 (17)
（1）蜗杆轴轴承 (17)
（2）蜗轮轴轴承.......................................................... 错误!未定义书签。

5、键连接设计计算 (22)
（1）蜗杆上联轴器轴键 (22)
（2）蜗杆轴键.............................................................. 错误!未定义书签。

（3）蜗轮轴键 (22)
6、联轴器的选择 (22)
（1）输入轴 (22)
（2）输出轴 (23)
四、减速器箱体及附件的设计 (23)
1、箱体设计 (23)
2、润滑与密封 (24)
1、齿轮、蜗杆及蜗轮的润滑 (24)
2、滚动轴承的润滑 (24)
3、油标及排油装置 (24)
4、密封形式的选择 (24)
5、技术要求 (25)
五、参考资料 (25)
一、设计任务书
1、设计题目
搓丝机
2、设计要求
1)该机用于加工轴辊螺纹，其结构见下图，上搓丝板安装在机头上，下搓丝板安装在滑块上。

加工时，下搓丝板随着滑块作往复运动。

在起始（前端）位置时，送料装置将工件送入上、下搓丝板之间，滑块往复运动时，工件在上、下搓丝板之间滚动，搓制出与搓丝板一致的螺纹。

搓丝板共两对，可同时搓出工件两端的螺纹。

滑块往复运动一次，加工一件。

2)室内工作，生产批量为5台。

3)动力源为三相交流380/220V，电动机单向运转，载荷较平稳。

4)使用期限为10年，大修周期为3年，双班制工作。

5)专业机械厂制造，可加工7、8级精度的齿轮、蜗轮。

图 1.1:搓丝机简图
3、技术数据
4、设计任务
（1）完成搓丝机总体方案设计和论证，绘制总体原理方案图。

（2）完成主要传动部分的结构设计。

（3）完成装配图一张（用A0或A1图纸），零件图2张(A3图纸)。

（4）编写设计说明书1份。

二、总体方案设计
1、传动方案的拟定
传动方案分为原动机、传动机构和执行结构 （1）原动机
设计要求：动力源为三相交流电380/220v ，故原动机选用电动机。

（2）传动机构
由于输入轴与输出轴有相交，因此传动机构应选择锥齿轮或蜗轮蜗杆机构。

方案一：二级圆锥——圆柱齿轮减速器。

方案二：皮带——二级圆柱齿轮减速器 方案三：蜗轮——蜗杆减速器。

数据组编号 最大加工直径
最大加工长度 滑块行程 公称搓动力 生产率
2 12mm 180mm 340mm 9kN 32件/min
方案一方案二
方案三
电动机输出转速较高，并且输出不稳定。

总传动比较大，轴所受到的弯扭矩较大。

同时考虑到实际工作要求减速器所占空间应尽可能小，所以初步决定采用方案三：蜗轮——轮蜗杆速器，以实现在满足传动比要求的同时拥有较高的效率，和比较紧凑的结构，同时封闭的结构有利于在粉尘较大的环境下工作。

根据设计，电动机通过联轴器，将功率传到蜗轮蜗杆机构中，达到减速目的，最后通过输出轴与执行机构相连接。

（3）执行机构
执行机构由电动机驱动，原动件输出等速圆周运动。

传动机构应有运动转换功能，将原动件的回转运动转变为推杆的直线往复运动，因此应有急回运动特性。

同时要保证机构具有良好的传力特性，即压力角较小。

方案一：用摆动导杆机构实现运动形式的转换功能。

方案二：用偏置曲柄滑块机构实现运动形式的转换功能。

方案三：用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联组合，实现运动形式的转换功能。

方案评价：
方案一：结构简单、紧凑，尺寸适中，最小传动角适中，传力性能良好，且慢速行程为工作行程，快速行程为返回行程，机会性能好，工作效
率高，寿命长。

方案二：结构简单，但是不够紧凑，且最小传动角偏小，传力性能差。

方案三：结构简单，可实现复杂轨迹，但极位夹角小。

由于装料机轨迹简单，不需要较高精度，且单行程工作，考虑到工作效率问题，需要良好的急回特性。

综上所述，方案一作为装料机执行机构的实施方案较为合适。

2、执行机构设计
取急回系数k=1.5，则由θ=180°+θ
180°−θ得θ=36°。

简图如下：
方案一方案二方案三
由推杆行程得导杆长300mm,暂定曲柄长70mm,连杆长150mm,则由θ=36°可得摇杆约为485mm。

图示状态下，压力角最大为αmax=25°，传动角γmin= 65°，传动性能良好。

3、电动机的选择
（1）电动机类型选择
按工作条件和要求，选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步卧式电动机，电压380V。

（2）选择电动机功率
1）机械效率
总效率η=η1∙η2∙η32=0.7762 2)功率
P=Fv
η
=
32×360×0.34×9
60×195×0.7762
=3.88kw
电动机额定功率略大于
d
P即可，因此选定电动机额定功率为4kW。

3)确定电动机型号
电动机转速定为1500r/min，满载转速n m为1420 r/min，进而确定电动机型号为Y132M1-6。

4、传动系统运动和动力参数
（1）总传动比：i a=n m
n w =960
32
=30
（2）分配传动比
蜗轮蜗杆i·=30
总传动比的实际值与设计要求值的允许误差为3%~5%。

（3）运动和动力参数计算
0轴（电动机轴）
P0=P d=3.88kW
n0=960r/min
T0=9550P0
n0
=38.6N∙m
1轴（蜗杆轴）
P1=P0η1=3.84kw
n1=960r/min
T
1入=9550
P
1入
n1
=38.2N∙m
2轴（蜗轮轴）
P
2入=P
1出
×0.8=3.011kW
n2=n1
i
=32r/min
T2=9550P2
n2
=898.8N∙m
三、传动零件设计
1、蜗轮蜗杆的设计
最终结果:
i=30,η=0.82,n 1=960r min ⁄,n 2=32r min ⁄
3、轴的设计和校核计算
（1）蜗杆轴
初定轴结构如图所示，选择一端游动一端固定的支承方式。

固定端选择两个圆锥滚子轴承30212，d=60mm，D=110mm，B=22mm。

游动端选择深沟球轴承6212-2z-2，d=60mm，D=110mm，B=22mm αx=15°
（2）蜗轮轴
初定该轴为两端固定，取轴承6316（一对）
4、轴承的设计和校核计算
滚动轴承寿命:
163651058400 h
L h =⨯⨯=
（1）蜗杆轴轴承
蜗杆轴采用一端固定一端游动的支撑方案，固定端采用两个圆锥滚子球轴承，
以承受蜗杆轴向力，按轴径初选30212；游动端采用一个深沟球轴承，只承受径向力，按轴径初选6012-2z-2。

1)深沟球轴承6012-2z-2（一个），其尺寸：D=170mm,d=80mm, B=39mm
结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。

2)圆锥滚子轴承30212（一对，且成对安装），其尺寸D=110mm,d=60mm,B=22mm
结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。

（2）蜗轮轴
采用两端固定的支撑方案。

深沟球轴承6316（一对），其尺寸D=170mm,d=80mm,B=39mm
结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。

结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。

5、键连接设计计算
查[1]表6-57
键的选择主要考虑所传递的扭矩的大小，轴上零件是否需要沿轴向移动，零件的对中要求等等。

（1）蜗杆上联轴器轴键
材料选45钢，则[]100~120σ=P MPa
（2）蜗轮轴键
材料选45钢，则[]100~120σ=P MPa
6、联轴器的选择
查[1]表6-99 （1）输入轴
选择弹性套柱销式联轴器LT6 Y 型，轴孔直径Φ35mm ，轴孔长度82mm
（2）输出轴
连杆直接和蜗轮轴相连
四、减速器箱体及附件的设计
1、箱体设计
查[1]表3-1
2、润滑与密封
1、齿轮、蜗杆及蜗轮的润滑
在减速器中，蜗杆相对滑动速度V=6.07m/s，采用浸油润滑，选用L-AN68。

浸油深度一般要求浸没蜗杆螺纹高度，但不高于蜗杆轴承最低一个滚动体中心高。

2、滚动轴承的润滑
蜗杆轴上的一个深沟球轴承和一对圆锥滚子轴承均用L-AN68采用油润
滑。

其他两对轴承轮缘线速度均小于2m/s，所以应考虑使用油脂润滑，但应对
轴承处dn值进行计算。

dn值小于2×105mm∙r/min时宜用油脂润滑；否则应
设计辅助润滑装置。

两对轴承处dn值分别为：5112 mm∙r/min，2640 mm∙r/min，均小于
2×105mm∙r/min，所以可以选择油脂润滑。

采用脂润滑轴承的时候，为避免稀油稀释油脂，需用挡油板将轴承与箱体内部隔开。

在选用润滑脂的牌号时，根据手册查得常用油脂的主要性质和用途。

因为本设计的减速器为室内工作，环境一般，不是很恶劣，两对轴承均选用通用锂基润滑脂ZL-1（GB 7324-1987），它适用于−20~120℃宽温度范围内各种机械设备的轴承。

3、油标及排油装置
(1)油标：选择杆式油标C型
(2)排油装置：管螺纹外六角螺塞M24×2及其组合结构
4、密封形式的选择
为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作，在构成机体的各零件间，如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。

对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。

输入轴由于距油面较近，故采用油沟式密封；蜗轮轴与轴承盖
间V <3m/s，采用粗羊毛毡封油圈；输出轴与轴承盖间也为V <3m/s，故采用粗羊毛毡封油圈。

5、技术要求
（1）装配前所有零件用煤油清洗，滚动轴承用汽油浸洗，箱体内不允许有任何杂物存生。

（2）保持侧隙不小于0.115mm。

（3）调整、固定轴承时应留轴向间隙蜗杆轴上轴承∆1=40~70μm;小齿轮轴上轴承∆2=50~100μm;大齿轮轴上轴承∆3=80~150μm。

（4）齿轮传动侧隙不小于0.175妹妹，蜗轮蜗杆传动侧隙不小于0.115mm。

（5）涂色检查接触斑点，小齿轮沿齿高不小于40%，沿齿长不小于35%；大齿轮沿齿高不小于20%，沿齿长不小于35%；蜗轮蜗杆沿齿高不小于55%，沿齿长不小于50%
（5）减速器剖分面，各接触面及密封处均不允许漏油，剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用垫片。

（6）箱体外表面涂深灰色油漆，内表面涂耐油油漆。

（7）箱内装全损耗用油L-AN68至规定高度。

五、参考资料
[1]王之栎、王大康.《机械设计综合课程设计》[ISBN 978-7-111-12040-7].机械工业出版社.2007(2013重印)。

[2]王之栎、马纲.《机械设计》[ISBN 978-7-5124-0553-0].北京航空航天大学出版社.2011。