工艺技术_小型搅拌器三维造型设计及关键零部件工艺设计

黄河科技学院毕业设计（论文） 第 II 页单位代码 0 2 学 号 分 类 号 TH6 密 级 毕业设计说明书小型搅拌器三维设计及关键零部件工艺分析院（系）名 称工学院机械系专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名杜 炳指导教师杨汉嵩2012年5月6日我们总羡慕别人的幸福，却常常忽略自己生活中的美好。其实，幸福很平凡也很简单，它就藏在看似琐碎的生活中。幸福的人，并非拿到了世界上最好的东西，而是珍惜了生命中的点点滴滴，用感恩的心态看待生活，用乐观的态度闯过磨难。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 61 页小型搅拌器三维设计及关键零部件工艺分析摘要搅拌设备使用历史悠久，应用范围广。在化学工业、石油工业、建筑行业等等传统工业中均有广泛的使用。搅拌操作看来似乎简单，但实际上，它所涉及的内容却极为广泛。本文介绍了小型搅拌器设计的基本思路和基本理论，分析了搅拌器的基本结构及其相关内容及搅拌器的运动和其动力装置。通过对搅拌器的基本设备的描述和对其基本工作原理、作用和功能等相关文献的参考，从而对小型搅拌器的设计加以综述。用pro/e设计软件对搅拌器的零部件和整体进行三维设计。并对关键的零部件进行了工艺分析。关键词：传动装置，联轴器，支承装置，电动机，减速器The 3D Design ofSmallBlender and the Process analysis for theKey componentsAuthor:Du BingTutor:Yang HansongAbstract The equipment of pulsator have a long history and are used in most areas. meawhile pulsator are used in tradition industry such as chemistry industry，petroleum industry，architecture industry and so on. The operation of mix round looks as if simpleness，but actually，the ingredient it involved are plaguy complexity. Tht text introduces the basic consider way and the basic theoretics of small pulsator design，and analyzed the basic configuration of pulsator and interfix content and analyzed the athletics and motivity equipment of pulsator.Overpass describe the basic fixture of pulsator and consult its basic employment principle，function and operation，thereby summarize the design of small pulsator. Using Pro/e software to draw a stirrer on the components and the overall three-dimensional image. And the analysis of key parts of the process.Key word: Gearing，Join shaft ware，Bearing device，Electromotor，Reducer目 录1绪论11.1 搅拌设备应用及作用11.2搅拌物料的种类及特性11.3搅拌装置的安装形式21.4 毕业设计的意义32 搅拌器罐体结构设计42.1罐体的尺寸确定及结构选型42.2内筒体及夹套的壁厚计算52.3搅拌器的选型73 传动装置选型93.1选择电动机功率93.2确定电动机转速93.3减速器的选择93.4确定传动装置的总传动比和分配传动比103.5计算传动装置的运动和动力参数104 传动系统的总体设计124.1高速级直齿轮传动的设计计算124.2低速级直齿轮传动的设计计算164.3用pro/e绘制齿轮的三维图形204.4圆柱齿轮的加工工艺分析255 减速器轴及轴承装置、键的设计275.1高速轴及其轴承装置、键的设计275.2中间轴及其轴承装置、键的设计345.3低速轴及其轴承装置、键的设计405.4用pro/e绘制轴承的三维图形466 搅拌轴的设计与校核496.1轴的结构496.2轴的材料496.3搅拌轴的计算506.4搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求506.5轴径的最后确定506.6轴轴的加工工艺分析517 搅拌器附件的选择537.1搅拌器的轴封装置537.2结构选择及计算547.3液体进料管557.4设备支座的选择55结论57致谢58参考文献59附录60附录A 齿轮的加工工艺过程60附录B 轴的加工工艺过程611 绪论搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。在工业生产中，搅拌操作时从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。搅拌操作分为机械搅拌与气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群一密集状态上升借所谓上升作用促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体进行的搅拌时比较弱的，对于几千毫帕秒以上的高粘度液体是难于使用的。但气流搅拌无运动部件，所以在处理腐蚀性液体，高温高压条件下的反应液体的搅拌时比较便利的。在工业生产中，大多数的搅拌操作均系机械搅拌，以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。1.1 搅拌设备应用及作用搅拌设备在工业生产中的应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器约占反应器总数的99%。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围较广，又能适应多样化的生产。搅拌设备的作用如下：使物料混合均匀；使气体在液相中很好的分散；使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮；使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；强化相间的传质（如吸收等）；强化传热。搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、植被悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中，异种原油的混合调整和精制，汽油中添加四乙基铅等添加物而进行混合使原料液或产品均匀化。化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。1.2搅拌物料的种类及特性搅拌物料的种类主要是指流体。在流体力学中，把流体分为牛顿型和非牛顿型。非牛顿型流体又分为宾汉塑性流体、假塑性流体和胀塑性流体。在搅拌设备中由于搅拌器的作用，而使流体运动。1.3搅拌装置的安装形式搅拌设备可以从不同的角度进行分类，如按工艺用途分、搅拌器结构形式分或按搅拌装置的安装形式分等。以下仅就搅拌装置的各种安装形式进行分类说明。(1)立式容器中心搅拌将搅拌装置安装在立式设备筒体的中心线上，驱动方式一般为皮带传动和齿轮传动，用普通电机直接联接。一般认为功率3.7kW一下为小型，5.522kW为中型。(2)偏心式搅拌搅拌装置在立式容器上偏心安装，能防止液体在搅拌器附近产生“圆柱状回转区”，可以产生与加挡板时相近似的搅拌效果。搅拌中心偏离容器中心，会使液流在各店所处压力不同，因而使液层间相对运动加强，增加了液层间的湍动，使搅拌效果得到明显的提高。但偏心搅拌容易引起振动，一般用于小型设备上比较适合。(3)倾斜式搅拌为了防止涡流的产生，对简单的圆筒形或方形敞开的立式设备，可将搅拌器用甲板或卡盘直接安装在设备筒体的上缘，搅拌轴封斜插入筒体内。此种搅拌设备的搅拌器小型、轻便、结构简单，操作容易，应用范围广。一般采用的功率为0.122kW，使用一层或两层桨叶，转速为36300r/min，常用于药品等稀释、溶解、分散、调和及pH值的调整等。(4)底搅拌搅拌装置在设备的底部，称为底搅拌设备。底搅拌设备的优点是：搅拌轴短、细，无中间轴承；可用机械密封；易维护、检修、寿命长。底搅拌比上搅拌的轴短而细，轴的稳定性好，既节省原料又节省加工费，而且降低了安装要求。所需的检修空间比上搅拌小，避免了长轴吊装工作，有利于厂房的合理排列和充分利用。由于把笨重的减速机装置和动力装置安放在地面基础上，从而改善了封头的受力状态，同时也便于这些装置的维护和检修。底搅拌虽然有上述优点，但也有缺点，突出的问题是叶轮下部至轴封处的轴上常有固体物料粘积，时间一长，变成小团物料，混入产品中影响产品质量。为此需用一定量的室温溶剂注入其间，注入速度应大于聚合物颗粒的沉降速度，以防止聚合物沉降结块。另外，检修搅拌器和轴封时，一般均需将腹内物料排净。(5)卧式容器搅拌搅拌器安装在卧式容器上面，壳降低设备的安装高度，提高搅拌设备的抗震性，改进悬浮液的状态等。可用于搅拌气液非均相系的物料，例如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备的。(6)卧式双轴搅拌搅拌器安装在两根平行的轴上，两根轴上的搅拌叶轮不同，轴速也不等，这种搅拌设备主要用于高黏液体。采用卧式双轴搅拌设备的目的是要获得自清洁效果。(7)旁入式搅拌旁入式搅拌设备是将搅拌装置安装在设备筒体的侧壁上，所以轴封结构是罪费脑筋的。旁入式搅拌设备，一般用于防止原油储罐泥浆的堆积，用于重油、汽油等的石油制品的均匀搅拌，用于各种液体的混合和防止沉降等。(8)组合式搅拌有时为了提高混合效率，需要将两种或两种以上形式不同、转速不同的搅拌器组合起来使用，称为组合式搅拌设备。1.4 毕业设计的意义通过本次毕业设计，我们对搅拌器有了完整的了解和深刻认识。而且学会把所学知识有效的用运到解决实际问题中的能力，不仅对课本所学知识有了更深层次的掌握，同时提高了自己解决实际问题的能力。学会了更好的查阅相关资料，为以后打下良好基础。本次毕业设计使我们受益匪浅，通过研究解决一些工程技术问题，各方面的能力均有提升。2 搅拌器罐体结构设计2.1罐体的尺寸确定及结构选型(1)筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头(2)确定内筒体和封头的直径搅拌罐类设备长径比取值范围是12，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取根据工艺要求，装料系数，罐体全容积m3，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）。初算筒体直径即圆整到公称直径系列，去。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度，(3)确定内筒体高度H当时，查化工设备机械基础表16-6得封头的容积v=0.1113m3，取核算与，该值处于之间，故合理。该值接近，故也是合理的。(4)选取夹套直径内筒径夹套表2-1 夹套直径与内通体直径的关系由表2-1，取。夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径2.2内筒体及夹套的壁厚计算(1)选择材料，确定设计压力按照钢制压力容器（）规定，决定选用高合金钢板，该板材在一下的许用应力由过程设备设计附表查取，常温屈服极限。计算夹套内压介质密度液柱静压力最高压力设计压力所以故计算压力内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取，按外压则取（2）夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择热轧钢板，其夹套筒体计算壁厚夹套采用双面焊，局部探伤检查，查过程设备设计表4-3得则查过程设备设计表4-2取钢板厚度负偏差，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量，对于碳钢取腐蚀裕量，故内筒体厚度附加量，夹套厚度附加量。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度。夹套封头计算壁厚为确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。（3）内筒体壁厚计算按承受内压计算焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：按承受外压计算设内筒体名义厚度，则，内筒体外径。由过程设备设计图4-6查得，图4-9查得，此时许用外压为：故取内筒体壁厚可以满足强度要求。2.3搅拌器的选型桨径与罐内径之比叫桨径罐径比,涡轮式叶轮的一般为0.250.5，涡轮式为快速型，快速型搅拌器一般在时设置多层搅拌器，且相邻搅拌器间距不小于叶轮直径d。适应的最高黏度为左右。搅拌器在圆形罐中心直立安装时，涡轮式下层叶轮离罐底面的高度C一般为桨径的11.5倍。如果为了防止底部有沉降，也可将叶轮放置低些，如离底高度.最上层叶轮高度离液面至少要有1.5d的深度。图2-1 搅拌器符号说明键槽的宽度 搅拌器桨叶的宽度轮毂内经 搅拌器紧定螺钉孔径轮毂外径 搅拌器直径搅拌器参考质量 圆盘到轮毂底部的高度搅拌器许用扭矩 轮毂内经与键槽深度之和 搅拌器桨叶的厚度选定搅拌器为六直叶开启涡轮式搅拌器，如图2-1所示。搅拌器的通用尺寸为桨径:桨长:桨宽。由前面的计算可知液层深度，而，故，则设置两层搅拌器。为防止底部有沉淀，将底层叶轮放置低些，离底层高度为，上层叶轮高度离液面的深度，即。则两个搅拌器间距为，该值大于也轮直径，故符合要求。 查HG-T 3796.112-2005,选取搅拌器参数如表2-2：450558590100148648.8表2-2 搅拌器参数3 传动装置选型3.1选择电动机功率根据具体需求设计搅拌器转速为，工作机所需的功率为 Pw=nM/9549=60324/9549=2.0358kW由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机效率）为 =122432 式中：1、2、3分别为联轴器、齿轮传动的轴承、齿轮传动。根据机械设计指导书P5表1-7得：各项所取值如表3-1：种 类取 值齿轮传动的轴承深沟球轴承0993齿轮传动7级精度的一般齿轮传动0962联轴器刚性联轴器099表3-1 各传动件的传动效率=099209934096220.8819所以 Pd=Pw/=2.03580.8819kW=2.3084kW3.2确定电动机转速搅拌轴的工作转速nw=60 r/min，按推荐的合理传动比范围，两级齿轮传动比i=860,故电动机转速可选范围为 nd=inw=(860)60r/min=（4803600）r/min综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比，比较三个方案选定电动机型号为Y160M18，所选电动机的额定功率Ped=4kW，满载转速nm=720 r/min，总传动比适中，传动装置结构紧凑。3.3减速器的选择搅拌轴的工作转速nw=60 r/min，选定的电动机转速nm=720 r/min，由推荐传动比选i=860,选定两级圆柱齿轮减速器。综合搅拌器器型选择同轴式减速器。如图3-1：图3-1 同轴式减速器3.4确定传动装置的总传动比和分配传动比（1）总传动比因为 所以：总传动比 2)分配传动比根据均匀磨损要求，采用两级减速器连接传动机构，i=i1*i2=12则：3.5计算传动装置的运动和动力参数（1）电动机轴：P0 = Pd =4kWn0 = nm =720 r/minT0 = 9550()=53.06 Nm(2)高速轴：P1 = P01 = 3.96 kWn1 = n0 =720 r/minT1 = 9550()=52.525Nm(3)中间轴：P2 = P123 =3.783 kWn2 = = 180 r/minT2 = 9550()=200.7091 Nm(4)低速轴：P3 = P223 = 3.614 kWn3 = =60 r/minT3 = 9550()=575.228Nm(5)输出轴：P4 = P33= 3.578kWn4 = = 60r/minT4 = 9550()= 569.498Nm输出轴功率或输出轴转矩为各轴的输入功率或输入转矩乘以联轴器效率(0.99）运动和动力参数计算结果整理后如表3-2所示：轴名功率P/kw转矩T/(Nm)转速n/(rmin-1)传动比i效率电机轴4kw53.0672010.99高速轴3.96kw52.5257204.00.95中间轴3.783kw200.70911803.00.95低速轴3.614kw575.2286010.99输出轴3.578kw569.49860表3-2 运动和动力参数计算结果4 传动系统的总体设计4.1 高速级直齿轮传动的设计计算1.选精度等级、材料及齿数(1)材料选择及热处理 小齿轮1选用45号钢，热处理为调质HBS1=280. 大齿轮2选用45号钢，热处理为调质HBS2=240.两者皆为软齿面。 (2)运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。 (3)选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=802.按齿面接触疲劳强度设计 d1t2.323KtT1du1uZEH2 确定公式内各计算数值(1)试选Kt=1.6(2)小齿轮传递的转矩T1 =52.525Nm。(3)按机械设计表10-7选取齿宽系数d=1(4)由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa12(5) 由机械设计图10-21按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限Hlim1=600MPa；大齿轮接触疲劳强度极限Hlim2=550MPa(6)由机械设计式10-13计算应力循环次数N1=60n1jLh=607201(2830010)=2.0736109N2=60n2jLh=607201(2830010)/4=5.184108(7)按机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.90,KHN2=1.05.(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由机械设计式（10-12）得H1=KHN1lim1S=0.90600MPa=540MPaH2=KHN2lim2S=1.05550MPa=577.5MPa计算(1)计算小齿轮分度圆直径d1t=2.3231.65.25104154189.85402=54.511(2)计算圆周速度V=d1tn1601000=54.511720601000=2.05m/s.(3)计算齿宽b及模数mnt。b=dd1t=154.511=54.511mnt=d1tZ1=54.51120=2.7255h=2.25 mnt=2.252.62=6.1323b/h=8.89(4)计算载荷系数K已知使用系数KA=1,根据v=2.05m/s,7级精度，由机械设计图10-8查得动载系数KV=1.1,由机械设计表10-4查得KH=1.421,由机械设计图10-13查得KF=1.35.由机械设计表10-3查得直齿轮KH=KF=1。故载荷系数 K=KAKVKHKH=11.111.421=1.5631(5)按实际的载荷校正所算得的分度圆直径，由机械设计式（10-10a）得 d1=d1t3KKt=54.51131.56311.6=54.088(6)计算模数mnmn=d1z1=54.08820=2.70443.按齿根弯曲强度设计由机械设计式10-17 mn32KT1dZ12YFaYSaF（1）确定计算参数1）计算载荷系数。 K=KAKVKFKF=11.111.35=1.4852)查取齿形系数由机械设计表10-5查得YFa1=2.80；YFa2=2.223）查取应力校正系数。由机械设计表10-5查得YSa1=1.57；YSa2=1.774)由机械设计图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1=500MPa,大齿轮弯曲疲劳强度极限FE2=380MPa。7）由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.88,KFN2=0.90。8）计算弯曲疲劳许用应力 1取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由机械设计式（10-12）得：F1=KFN1FE1S=0.885001.4=314.29MPaF2=KFN2FE2S=0.903801.4=244.29MPa9)计算大小齿轮的YFaYSaF并加以比较YFaYSaF1=2.801.57314.29=0.01399YFaYSaF1=2.221.77244.29=0.01608大齿轮的数值大。（2）设计计算mn321.4855.2510412020.01608=1.84对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取mn=2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=54.088l来计算应有齿数。于是由 Z1=d1mn=54.0882=27.044 取Z1=28,则Z2=uZ1=428=112。4.几何尺寸计算（1）计算大小齿轮的分度圆直径d1=Z1mn=282=56d2=Z2mn=1122=224（2）计算中心距 a=(Z1+Z2)mn2=(28+112)22=140 (3)计算齿轮宽度 b=bd1=156=56圆整后B2=55,B1=605主要设计计算结果。中心距： a=140；法面模数： mn=2；齿数; Z1=28,Z2=112分度圆直径：d1=56,d2=224mm基圆直径：d b1=52.623mm，db2=210.491齿顶圆直径：da1=60mm,da2=228mm齿根圆直径：df1=51mm,df2=219mm全齿高：h1=4.5mm,h2=4.5mm材料选择及热处理 小齿轮1选用45号钢，热处理为调质HBS1=280. 大齿轮2选用45号钢，热处理为调质HBS2=240.4.2 低速级直齿轮传动的设计计算1.选精度等级、材料及齿数 1）材料选择及热处理 小齿轮1选用45号钢，热处理为调质HBS1=280. 大齿轮2选用45号钢，热处理为调质HBS2=240.两者皆为软齿面。 2）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。 3）选小齿轮齿数z1=24,大齿轮齿数z2=72 2.按齿面接触疲劳强度设计 d1t2.323KtT1du1uZEH2 (1)确定公式内各计算数值1）试选Kt=1.62）小齿轮传递的转矩T1 =200.709Nm。3）按机械设计表10-7选取齿宽系数d=14)由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa125) 由机械设计图10-21按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限Hlim1=600MPa；大齿轮接触疲劳强度极限Hlim2=550MPa6)由机械设计式10-13计算应力循环次数N1=60n1jLh=607201(2830010)=5.184108N2=60n2jLh=607201(2830010)/4=1.2961087)按机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=1.0,KHN2=1.1.8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由机械设计式（10-12）得H1=KHN1lim1S=1.0600MPa=600MPaH2=KHN2lim2S=1.1550MPa=605MPa（2）计算1）计算小齿轮分度圆直径d1t=2.3231.62.00709105143189.86002=81.1822）计算圆周速度V=d1tn1601000=81.182180601000=0.765m/s.3)计算齿宽b及模数mnt。b=dd1t=181.182=81.182mnt=d1tZ1=81.18220=3.383h=2.25 mnt=2.253.383=7.6108b/h=10.674）计算载荷系数K已知使用系数KA=1,根据v=0.765m/s,7级精度，由机械设计图10-8查得动载系数KV=1.05,由机械设计表10-4查得KH=1.426,由机械设计图10-13查得KF=1.35.由机械设计表10-3查得直齿轮KH=KF=1。故载荷系数 K=KAKVKHKH=11.0511.426=1.49735）按实际的载荷校正所算得的分度圆直径，由机械设计式（10-10a）得 d1=d1t3KKt=81.18231.49731.6=79.4066)计算模数mnmn=d1z1=79.40624=3.3083.按齿根弯曲强度设计由机械设计式10-17 mn32KT1dZ12YFaYSaF（1）确定计算参数1）计算载荷系数。 K=KAKVKFKF=11.0511.35=1.41752)查取齿形系数由机械设计表10-5查得YFa1=2.65；YFa2=2.243）查取应力校正系数。由机械设计表10-5查得YSa1=1.58；YSa2=1.754)由机械设计图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1=500MPa,大齿轮弯曲疲劳强度极限FE2=380MPa。7）由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.93,KFN2=0.96。8）计算弯曲疲劳许用应力 1取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由机械设计式（10-12）得：F1=KFN1FE1S=0.935001.4=332.14MPaF2=KFN2FE2S=0.963801.4=260.57MPa9)计算大小齿轮的YFaYSaF并加以比较YFaYSaF1=2.651.58332.14=0.0126YFaYSaF1=2.241.75260.57=0.015大齿轮的数值大。（2）设计计算mn321.41752.0070910512420.01608=2.456对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取mn=2.5，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=79.406来计算应有齿数。于是由 Z1=d1mn=79.4062.5=27.624 取Z1=28,则Z2=uZ1=328=84。4.几何尺寸计算（1）计算大小齿轮的分度圆直径d1=Z1mn=282.5=70d2=Z2mn=842.5=210（2）计算中心距 a=(d1+d2)mn2=(70+210)22=140 (3)计算齿轮宽度 b=bd1=170=70圆整后B2=80,B1=855主要设计计算结果。中心距： a=140；法面模数： m=2.5mm；齿数; Z1=28,Z2=84分度圆直径：d1=70,d2=210mm基圆直径：d b1=65.778mm，db2=197.335齿顶圆直径：da1=75mm,da2=215mm齿根圆直径：df1=63.75mm,df2=213.75mm全齿高：h1=6.25mm,h2=6.25mm材料选择及热处理 小齿轮1选用45号钢，热处理为调质HBS1=280. 大齿轮2选用45号钢，热处理为调质HBS2=240.4.3 用proe绘制齿轮的三维图形在 proE 中直齿圆柱齿轮是利用参数进行绘制的，在零件模式下，取消默认模板，使用公制尺寸模板，新建零件零件模型。1） 使用front平面草绘4个任意半径的同心圆，确定，按“”退出草绘。2) 点击“工具参数”弹出参数设置框，点击“+”增加参数行，在“名称”列输入直齿圆柱齿轮的参数符号，在“值”列输入需要指定的参数值。如图4-1：图4-1 输入参数其中：m（模数）、z（齿数）、Prsangle（齿形角）ha（齿高）、c（齿隙系数）、width（齿宽）的参数值需要指定其值，其余如d（分度圆直径）、db（基圆直径）、da（齿顶圆直径）、df（齿根圆直径）使用关系式进行尺寸赋值。参数设置完成后，点击“确定”关闭。3) 点击“工具关系”弹出“关系”框，对齿轮的参数建立参数关系式。将鼠标移到至同心圆上，4个同心圆同时加亮，点击，显示同心圆的尺寸符号。在“关系”栏中输入如下关系式，点击“确定”关闭窗口。如图4-2：图4-2 输入关系式d=m*zdb=d*(cos(prsangle)da=d+2*m*hadf=d-2*(ha+c)*mD0=dD1=dbD2=daD3=df4) 执行“编辑再生”，图形中通过关系式赋值的4个同心圆的直径确定，即d、db、da、df 的值，再次打开参数栏可以看到这4个参数已经被赋值。如图4-3：图4-3 5) 绘制齿轮的渐开线点击窗口“创建基准曲线”按钮，选取“从方程”，确定，选取坐标类型为圆柱坐标系后弹出程序运行框和记事本，在记事本中输入渐开线方程如下：x=t*sqrt(da/db)2-1)y=180/pir=0.5*db*sqrt(1+x2)theta=x*y-atan(x)z=0图4-4 绘制渐进线点击记事本“文件保存”后关闭记事本，在“曲线：从方程”的右下角点击“预览”或直接确定，渐开线绘制成功，如图4-4。6) 创建渐开线与分度圆的交点为基准点。执行“基准点创建”工具，选取渐开线后，按下“ctrl”选取分度圆，“确定”，基准点PNT0 创建成功。7) 创建基准轴A-1执行“基准轴”创建工具，选取TOP平面后按“ctrl”选取RIGHT平面，取两个平面的交线为基准轴。8) 创建基准平面DTM1执行“基准平面”工具，选取基准轴后按“ctrl”选取基准点PNT0，“确定”基准平面创建成功。9) 创建基准平面DTM2执行“基准平面”工具，选取基准平面DTM1 后按“ctrl”选取基准轴A-1，在偏距中输入旋转角度值“360/4/Z”，选取“是”添加“360/4/Z”作为特征关系，“确定”。如图4-5：图4-5 10) 通过基准平面DTM2 镜像渐开线11) 修剪齿形选取FRONT平面进入草绘模式，点击“通过边创建图元”按钮，选取齿根圆和两条渐开线，创建渐开线与齿根圆之间的圆角，圆角半径为“d/400”，修剪去除多余的曲线，按“”退出草绘。图4-612) 拉伸齿顶圆成特征实体：如图4-7：图4-7 拉伸13) 利用去除材料拉伸出第一个齿槽在草绘模式下利用“通过边创建图元”选取齿形曲线与齿顶圆的的封闭曲线。如图：图4-814) 阵列齿形选取整列方式为“轴”，数量为75，阵列角度为“360/z”，按确定：如图4-9 ：图4-9 齿轮4.4 齿轮的加工工艺分析1）圆柱齿轮的结构忒点圆柱齿轮一般分为齿圈和轮体两部。在齿圈上切出直齿，而在轮体上有空或带有轴。轮体结构形状直接影响齿轮加工工艺的制定。2）圆柱齿轮传动的精度要求要求齿轮能准确地传递运动，传动比恒定，齿轮转动时瞬时传动比的变化量在一定限度内。要求齿轮工作是齿面接触要均匀，并保证有一定的接触面积和符合要求的接触位置。3）齿轮的材料选择一般讲，对于低速重载的传动力齿轮，有冲击载荷的传力齿轮面受压产生塑性变形或磨损，且轮齿容易折断，应选用机械强度、硬度等综合力学性能好的材料，经渗碳淬火，芯部具有良好的韧性，齿面硬度可达56-62HRC。4）齿轮的毛坯齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺寸、结构简单且对强度要求低的齿轮。当吃了要求强度高、耐磨和耐冲击是，多选用锻件。这里选用锻件为毛坯。5）圆柱齿轮的加工工艺过程圆柱齿轮的加工工艺如表4-1：表4-1 圆柱齿轮加工工艺过程序号工序内容及要求定位基准设备1锻造2正火3粗车各部，均留余量1.5mm外圆、端面转塔车床4粗车各部，内孔只锥孔塞规刻线外6-8mm，其余达图样要求外圆、内孔、端面C6165滚齿Fw-0.036mm， Fi=0.10mmFi=0.22mm ， F=0.011mmW=80.84-0.19-0.14mm ，齿面Ra2.5m内孔、端面Y386倒角内孔、端面倒角机7插键槽达图样要求外圆、端面插床8去毛刺9剃齿内孔、端面Y671410热处理：齿面淬火后硬度达50-55HRC11磨内孔锥，磨至锥孔塞规小端平齿面、端面M22012衔齿达图样要求内孔、端面Y571413终结检验5 减速器轴及轴承装置、键的设计 1 2 3 4 5 6 7 图5-1高速轴 1 2 3 4 5图5-2 中间轴 1 2 3 4 5 6 7 图5-3 低速轴轴5.1 高速轴及其轴承装置、键的设计 1. 输入轴上功率2求作用在齿轮上的力3初定轴的最小直径选轴的材料为40Cr，调质处理。根据机械设计表，取于是初步估算轴的最小直径这是安装联轴器处轴的最小直径，由于此处开键槽，校正值，联轴器的计算转矩 查表14-1取，则查机械设计手册，选用LX2型联轴器，其公称转矩为140N。半联轴器的孔径，轴孔长度L38,J型轴孔,C型键,轴段1的直径,轴段1的长度应比联轴器主动端轴孔长度略短,故取。4轴的结构设计 ()拟定轴上零件的装配方案（见前图） ()根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ）为满足半联轴器的轴向定位要求，轴段右端需制处一轴肩，轴肩高度,故取段的直径 2）初选型号6206的角接触球轴承参数如下基本额定动载荷基本额定静载荷故 轴段7的长度比轴承宽度少小,故取3 )由于是做成齿轮轴，.故取 4 )由上可确定轴段5的直径, 取,取 为减小应力集中,并考虑右轴承的拆卸,轴段6的直径应根据6206角接触球轴承的定位轴肩直径确定,即 5 )取齿轮端面与机体内壁间留有足够间距H,取 ,取轴承上靠近机体内壁的端面与机体内壁见的距离S=9mm,取轴承宽度T=16mm.由机械设计手册可查得轴承盖凸缘厚度e=10mm,取联轴器轮毂端离K=20mm.故6）键连接。联轴器：选圆头平键 键A 8*28 t=4mm h=7mmb=8mm5.轴的受力分析 1)画轴的受力简图)计算支承反力在垂直面上在水平面上 故 总支承反力3）画弯矩图故 4）画转矩图图5-4 转矩图BL3L2L1FV1FH2FV2FaFrFtFH1CFV2FV1FtMVBFH2FrFaFH1TM2M1MHBMHB6 校核轴的强度 C剖面左侧，因弯矩大，有转矩，还有键槽引起的应力集中，故C剖面左右两侧均为危险剖面即4-5段的左右两侧，先计算C面的左侧：，M=M154.3-27.554.3=25206.76Nmm ， ， 轴的材料为40Cr, 调质处理.由表 15-1查得,. 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按表3-2查取.因 , ,经插值后可查得 ，可得轴的材料的敏性系数为 ， 故有应力集中系数按式(附3-4)为 得尺寸系数得扭转尺寸系数得 轴未经表面强化处理,即,则按式3-12及3-12a得综合系数值为 由3-1及3-2得碳钢的特性系数 , 取 , 取于是,计算安全系数值,按式(15-6)(15-8)则得 故安全计算C的右侧面：过盈配合处的，由附表3-8用插值法求出=0.8，并取有：=2.83，=2.27，同时于是,计算安全系数值,按式(15-6)(15-8)则得: 故安全7 按弯矩合成应力校核轴的强度对于单向转动的转轴,通常转矩按脉动循环处理,故取折合系数,则 查表15-1得=70mpa,因此,故安全.8 校核键连接强度联轴器: 查表得.故强度足够.9. 校核轴承寿命轴承载荷 轴承1 径向: 轴向: 轴承2 径向: 轴向: 因此,轴承1为受载较大的轴承,按轴承1计算 按表13-6,取, 介于0.0290.058间，e值介于0.400.43有：，故e。在表13-5中,对应的e值为0.40.43,Y值为1.41.3线性插值法求Y值 故 查表13-3得预期计算寿命 ，按一天工作8小时一年300天可用35年。5.2 中间轴及其轴承装置、键的设计1. 中间轴上的功率转矩求作用在齿轮上的力高速大齿轮: 低速小齿轮: 初定轴的最小直径选轴的材料为钢，调质处理。根据表，取于是由式初步估算轴的最小直径由于此处开键槽，校正值，取轴段最细的直径轴的结构设计()拟定轴上零件的装配方案（见前图）()根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1 )初选型号6207深沟球轴承参数如下基本额定动载荷基本额定静载荷 故