齿轮.docx
《齿轮.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《齿轮.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
齿轮
摘要
本设计是以设计控制齿轮的清洗装置为目的，综合运用了机械制图，CAD绘图，液压，PLC程序的编制等知识来完成的。
这次毕业设计体现的是机械部分和控制部分集合的设计方法。
电动机的选择，自动清洗装置的传送系统和控制系统，中间包含齿轮的设计和校核，传动零件的选择，箱体的数据计算，传送系统的设计，搬运齿轮的机械手的控制程序。
由此回顾了定时器，梯形图，语句表和相应的液压清洗装置的相关知识。
这次的毕业设计主要介绍了自动清洗装置的设计，综合运用了相关知识。
并使得机电一体化的相关理论知识，在实际生产中得到分析及应用。
用正确的方式把整个设计需要的有关自动清洗装置，PLC装置，液压所涉及的内容罗列出来，进行整理运用，从而构成了完整的毕业设计论文。
通过这次设计，自己对学过的知识进行了回顾和温习，从中获益良多。
进一步培养了自己的独立思维能力，树立正确的设计思想，思考相应的机械自动装置的设计方法，对机电一体化的综合认识与应用有了一定的掌握。
关键词：
齿轮自动清洗装置液压PLC
Abstract
Thisdesignisbasedonthedesigngearcleaningdeviceforthepurposeoftheintegrateduseofamechanicaldrawing,CADdrawingsPLCknowledgeofhydraulic,etc.complete.
Thegraduationreflectsthemechanicalparts（andawormreducer）designmethods.Motorselection,speedreducerdesignsketches,duringwhichincludesgearsandshaftsinthedesignandchecking,aswellasbearings,keys,boltsandothertransmissionpartsselectionboxdatacalculation.Handlinggearmechanicalhandcontrolprogramdesign.Fromthisandrecalledthetimerregisters,LadderDiagram,StatementList,aswellasthecorrespondinghydrauliccleaningdevices.
Thisdesignallowsforthreeyearstolearntheirownpartoftheknowledgeofthereviewandrevision.Fromwhichisalsoabenefit,cultivatingtheirownindependentthinking,theabilitytogetthemechanicaldesignofsomeideas,andforacomprehensiveunderstandingofmechanicalandelectricalintegration,andapplicant.
Keywords:
wormreducer,knowledgeofhydraulic,PLC
前 言
齿轮是传动系统中最常见的零件，对齿轮的清洗时齿轮装配时必须考虑的一项重要指标。
齿轮在加工过程中不可避免的会受到油污、粉尘等一些杂质的影响，对于齿轮传动，必须定期清洗，从而提高传动系统的寿命。
这次毕业设计以齿轮自动清洗与搬运的控制为主题，全方位的运用自己学过的知识，结合实际来进行设计。
齿轮的自动清洗和搬运装置主要包括：
1电动机的选择以及传动系统总的传动比分配;主要确定电动机的类型和结构形式、主动轴功率、电动机的输出功率；
2有关齿轮的计算，先要确定齿轮的型号、齿轮齿数、转矩、载荷系数、轮宽系数等及齿根弯曲疲劳强度校核；
3液压清洗装置的选择；
4自动清洗装置的传动系统和控制系统的设计；
5搬运装置的程序设计；
第一章 发展背景
1.1 PLC技术的应用与发展
1．PLC目前在市场上的应用
可编程控制器简称——PLC是以微处理器为基础综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。
它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
据统计可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。
专家认为可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。
PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。
2.PLC的特点
配套齐全，功能完善，适用性强。
可靠性高，抗干扰能力强，系统的设计、建造工作量小。
维护方便，容易改造，易学易用，深受工程技术人员欢迎。
体积小，重量轻，能耗低
3.PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。
4.PLC未来展望
21世纪，PLC会有更大的发展。
从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
目前的计算机集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。
伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
1.2 液压的发展背景
一切机械都有其相应的传动机构借助于它达到对动力的传递和控制的目的。
机械的传动方式有机械传动——通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接把动力传送到执行机构的传递方式。
电气传动——利用电力设备，通过调节电参数来传递或控制动力的传动方式。
流体传动。
液压传动是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795年英国约瑟夫•布拉曼（JosephBraman,1749-1814），在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。
1905年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。
本世纪60年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。
因此，液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。
当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。
同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。
“液压机”一词是“LASER”的意译。
LASER原是Lightamplificationbystimulatedemissionofradiation取字头组合而成的专门名词，在我国曾被翻译成“莱塞”、“光激射器”、“光受激辐射放大器”等。
1964年，钱学森院士提议取名为“液压机”，既反映了“受激辐射”的科学内涵，又表明它是一种很强烈的新光源，贴切、传神而又简洁，得到我国科学界的一致认同并沿用至今。
因为液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；矿山机械中的液压钻机、采煤机、提升机、液压支架等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构、大洋采矿等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。
液压传动与控制是现代机械工程的基础技术，由于其在功率重量比、无级调速、自动控制、过载保护等方面的独特技术优势，使其成为国民经济中各行业、各类机械装备实现传动与控制的重要技术手段。
从1961年中国第一台液压机器宣布研制成功至今，在全国液压机科研、教学、生产和使用单位共同努力下，我国形成了门类齐全、水平先进、应用广泛的液压机科技领域，并在产业化上取得可喜进步，为我国科学技术、国民经济和国防建设做出了积极贡献，在国际上了也争得了一席之地。
1.3 减速器的应用
重型及通用减速器行业涉及的产品类别包括了各类齿轮减速器、行星齿轮减速器其及蜗杆减速器，也包括了各种专用传动装置，如增速装置，以及包括柔性传动装置在内的各类复合传动装置等。
产品服务领域涉及冶金、有色、煤炭、建材、船舶、水利、电力、工程机械及石化等行业。
重型及通用减速器行业的生产厂家也以多种形式并存，如外资企业、中外合资企业、国有企业、股份制企业和个体企业，规模有大到年产值数亿元以上，小到数百万元不等。
具有良好生活条件、产品质量控制体系健全的企业有100余个，2005年全行业销售额约为200亿元，这其中外资企业的销售额约占四分之一左右。
减速器具有高精度、高效率、可靠性高等优点。
人类使用减速器已有很长一段时间，因此对减速器的认识已达到一相当的程度，减速器的形式也是多种多样，具体用途也是各有所长，对人类社会的发展起到了极大的促进作用。
第二章 电动机的选择
1、电动机类型和结构的选择：
选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。
2、电动机容量选择：
根据已知条件（Pw=1.65kw），电动机工作所需要的有效功率为：
Ｐw＝FＷ·Vw／1000ηwkw
式中Fw＝1100NVw＝1.50m/s
ηw—胶带卷筒及其轴承的效率0.94
ηb—V带传动效率0.96
ηr—滚动轴承效率0.995
ηg—8级精度齿轮传动效率0.97
ηc—滑块联轴效率0.98
由电动机至运输带的传动总效率为：
η总=ηb×ηr2×ηg×ηc
则：
η总=0.96×0.97×0.9952×0.98
=0.90
所以：
电机所需的工作功率：
P0 =PW/η总
=1.65／0.85
=1.93（kw）
因载荷平稳，电动机额定功率Pm只需略大于P0即可，按表13-1中Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为2.2KW。
3、确定电动机转速
卷筒工作转速为：
nw＝60×1000·Vw/（π·D）
=（60×1000×1.5）/（255·π）
=112.4r/min
按表2-1推荐的传动比合理范围,取圆斜柱齿轮传动一级减速器传动比范围ig=3~8.取V带传动比ib=2~4,则总传动比例的范围ia=6~32.故电动机转速的可选范围为n’=ia*nw（6~32）×112.4r/min
=（6～32）×112.4r/min
=674.4~3596.8r/min
则符合这一范围的同步转速有：
750r/min、1000r/min、1500r/min和3000r/min四种。
根据容量和转速，由相关手册查出四种种适用的电动机型号：
（如下表）
电动机型号
额定功率/Kw
满载转速（r/min）
额定转矩
最大转矩
电动机型号
额定功率/Kw
满载转速（r/min）
额定转矩
最大转矩
Y132S-8
2.2
710
2.0
2.0
Y112M-6
2.2
940
2.0
2.0
Y100L1-4
2.2
1420
2.2
2.2
Y90L-2
2.2
2840
2.2
2.2
和带传动、减速器传动比，可见第2方案比较适合。
此选定电动机型号为Y90L-2，其满载转速nm=2840r/min
电动机主要外形和安装尺寸：
中心高H
外形尺寸
L×（AC/2+AD）×HD
底角安装尺寸A×B
地脚螺栓孔直径K
轴伸尺寸
D×E
装键部位尺寸F×GD
140
520×345×315
216×178
12
28×80
10×41
4、确定传动装置的总传动比和分配级传动比：
1、可得传动装置总传动比为：
i=nm/nw
=2840/112.4
=25.27
2、分配各级传动装置传动比：
i=ib·ig
取ib=4
ig=i/ib=25.27/4=6.31
5、传动装置的运动和动力设计：
将传动装置各轴由高速至低速依次定为Ⅰ轴，Ⅱ轴，可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数
1、运动参数及动力参数的计算
（1）计算各轴的转速：
Ⅰ轴：
nⅠ=nm/ib
=2840/4=710r/min
Ⅱ轴：
nⅡ=nⅠ/ig
=710/6.31=112.5r/min
卷筒轴转速:
nw=nⅡ=112.5r/min
（2）计算各轴的功率：
Ⅰ轴：
PⅠ=P0×ηb
=2.2×0.96=2.11KW
Ⅱ轴：
PⅡ=PⅠ×ηr×ηg
=2.11×0.995×0.97
=2.04KW
卷筒轴：
Pw=PⅡ·ηr·ηc
=2.04×0.995×0.98=1.99KW
计算各轴的输入转矩:
电动机轴输出转矩为：
T0=9550·P0/nm=9550×2.2/2840
=7.40N·m
各轴输出转矩
Ⅰ轴：
TI=9550·PI/NI=9550×2.11/710
=28.4N·m
Ⅱ轴：
TⅡ=9550·PⅡ/NⅡ=9550×2.04/112.5
=173.17N·m
卷筒轴转矩：
Tw=Pw/nw=9550×1.99/112.5=168.93N·m
电动机轴
Ⅰ轴
Ⅱ轴
工作轴
转速n
2840
710
112.5
66.85
功率p
2.2
2.11
2.04
1.99
转矩T
7.40
28.4
173.17
168.93
传动比i
25.27
4
6.31
效率η
0.96
0.964
0.976
6.V带的设计
（1）选择普通V带型号
由PC=KA·P0=1.2×4.97=5.964KW
根据PC=5.964KWnm=960r/min由图13-15查出此坐标位于A型区域，故A型方案：
取A型V带
由表13-9，d1应不小于75mm，现取d1=118mm
d2=（nm/nⅠ）·d1·（1-ε）=（960/240）×（1-0.02）=462mm
由表13-9取d2=475mm
实际从动轮转速：
NⅠ’=nm×d1/d2=960×118/475=238.5r/min
转速误差为
（nⅠ-nⅠ’）/nⅠ=（240-238.5）/240=0.00625<5%
所以V带的误差在允许范围内
带速验算：
V=π×118×960/（1000×60）
=5.93m/s
介于5~25m/s范围内，故合适
确定带长和中心距a：
0.7·（d1+d2）≤a0≤2·（d1+d2）
0.7×（118+475）≤a0≤2×（118+475）
415.1≤a0≤1186
初定中心距a0=889.5mm，则带长为
L0=2·a0+π·（d1+d2）+（d2-d1）2/（4·a0）
=2×890+π·（118+475）/2+（475-118）2/（4×890）
=2747.28mm
由表13-2选用Ld=2800mm
实际中心距
a=a0+（Ld-L0）/2=890+（2800-2747.28）/2=916mm
验算小带轮上的包角α1
α1=180-（d2-d1）×57.3/a
=180-475-118）×57.3/916=158度>120度合适
确定带的根数
令nⅠ=960r/min，d1=112mm，查表13-3得p0=1.15kw
i=d2/（1-ε）d1=475/（1-0.02）/118=4.11
查表13-5得ΔP0=0.11kw，由α1=158度查表
13-7得Ka=0.95,查表13-2得Kl=1.11
Z=PC/（（P0+△P0）·KL·Kα）
=5.964/（（1.15+0.11）×1.11×0.95）
=4.49
故要取5根A型V带
计算轴上的压力
F0=500·PC·（2.5/Kα-1）/（z·v）+qv2
=500×5.964×（2.5/0.95-1）/（5×5.93）+0.1×5.932
=167.61N
作用在轴上的压力
FQ=2·z·F0·sin（α/2）
=2×5×167.61×sin（158°/2）=1645.3N
第三章 齿轮传动装置的设计
３.1圆柱直齿轮的设计
选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数
（1）按传动方案，可选用直齿圆柱齿轮传动
（2）精度选用8级精度
（3）选择小齿轮材料为45钢，调质处理，平均用度为235HBS
（4）选择大齿轮材料为45钢，正火处理，平均用度为190HBS
（5）基本参数和几何尺寸如下表：
名称
符号
计算公式及数据
模数
m
m=8
齿数
z
z1=36，z2=120
齿形角
α
α=20°
齿顶高
ha
ha=m=8
齿根高
hf
hf=1.25m=1.25*8=10
齿全高
h
H=ha+hf=8+10=18
顶隙
C
C=0.25m=0.25*8=2
分度圆直径
D1
D2
D1=m*z1=8*36=288
D2=m*z2=8*120=960
齿顶圆直径
Da1
Da2
Da1=d1+2ha=288+2*8=304
Da2=d2+2ha=960+2*8=976
齿根圆直径
Df1
Df2
Df1=d1-2*hf=288-2*10=268
Df2=d2-2*hf=960-2*10=940
基圆直径
Db1
Db2
Db1=m*z1*cosα=8*36*cos20°=270
Db2=m*z2*cosα=8*120*cos20°=902
升级会员 