机械毕业设计（论文）-HD600多向混合机的设计【全套图纸】

湘潭大学兴湘学院毕业论文湘潭大学兴湘学院毕业论文 题题 目：目： HD600HD600 多向混合机的设计多向混合机的设计 专专 业：业： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 完成日期：完成日期： 20112011 年年 5 5 月月 2020 日日 I 湘潭大学兴湘学院湘潭大学兴湘学院 毕业设计说明书毕业设计说明书 题题 目：目： HD600HD600 多向混合机的设计多向混合机的设计 专专 业：业： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 完成日期：完成日期： 20112011 年年 5 5 月月 2020 日日 II 目目 录录 第一章 概述1 第二章 传动系统的设计.6 2.1 传动方案的设计6 2.2 带轮传动的设计8 2.3 第一级齿轮传动的设计10 2.4 第二级齿轮传动的设计15 2.5 链轮传动的设计18 第三章 部分轴的设计.21 3.1 轴的设计.21 3.2 轴的设计.24 3.3 轴的设计.27 第四章 其他零件的设计.28 设计心得.30 参考文献.31 附录31 III HD600 多向运动混合机的设计多向运动混合机的设计 摘要：摘要：HD600 多向运动混合机广泛应用于医药、食品、轻工业等行业，能在三维空间实 现回转、平移、翻转等复杂运动，是一种高效的混合设备。在该设计任务书中，我综 合分析了该混合机的空间运动结构，并对该混合机传动系统进行了详细的说明计算， 同时对空间 6 杆机构进行运动分析，最后绘制出该混合机的装配图和各主要零件的零 件图。 该机的混合筒多方向运动，物料无离心力作用，无比重偏析及分层、积聚现象， 各组分可有悬殊的重量比，混合率达 99.9以上，是目前各种混合机中的一种较理想 产品。 筒体装料率大，最高可达 90（普通混合机仅为 40） ，效率高，混合时间短。 筒体各处为圆弧过渡，经过精密抛光处理。多向运动混合机的优势在于其特殊的工作原 理，以及桶体结构的设计无死角，不污染物料，出料方便，清洗容易，操作简单等优 点。 多向运动混合机的混料桶具有 X、Y、Z 方向的三维运动，多方向运动的功能，物料在容 器内作旋转、翻转、湍动和剪切作用，使物料在混合时不产生积聚现象，对不同比重， 不同密度和状态的物料混合不产生离心力的影响和偏折；混合时间短，某些物料 5-8 分钟即可混合均匀。既提高了工作效率，又达到了极高的均匀度，混合均匀性达到 99.9%以上。因其最大装载系数可达 0.9(普通混合机为 0.40.6)这一特点，大大缩短 了混合物料的时间，提高了混合物料效率。 关键词：关键词：混合机 传动系统 空间 6 杆机构 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 IV HD600 multi-sport mixer to the design Abstract: HD 600multi-sport mixer widely used in medicine ,food and light industries, can realize rotary, translation, roller and some other complex sports in the three-dimensional. Its a highly efficient hybrid device. In this design of the assignment, I have analyzed the HD400 mixer of more space to the sports movement mixer structure comprehensively, and the mixer containing a detailed description of transmission, while using the 6R outfit of mixer. At last, I drew a assembly map and all the major parts maps of this mixer. Hybrid multi-barrel machine direction, material is not centrifugal force, no specific gravity segregation and stratification, accumulation of the phenomenon, each component may have poor weight ratio, mixing rate of 99.9%, and is one of a variety of mixer kinds of better products. Cylinder loading rate is high, up to 90% (ordinary mixer only 40%), high efficiency, short mixing time. Throughout the transition for the arc tube, after the polishing treatment. Multi-directional movement mixer has the advantage of special works, as well as the design of barrel structure no dead, no contaminated material, the material convenient, easy to clean, and easy operation. Multi-directional movement mixer mixing bucket with X, Y, Z direction of the three-dimensional motion, multi-direction function, the material in the container for rotating, flipping, turbulence and shear, so that does not produce the material in the mixed accumulation phenomenon, different specific gravity, density, and status of different materials mixed centrifugal force does not produce the impact and deflection; mixing time is short, some of the material can be mixed for 5-8 minutes. Not only improves the work efficiency, but also to achieve a high uniformity, mixing uniformity of 99.9% or more. Its maximum load factor of up to 0.9 (normal mixer 0.4 0.6) this feature, greatly reducing the time the mixed materials to improve the efficiency of the hybrid materials. Key words: mixer transmission system 6R outfit 1 第一章第一章 概述概述 多向混合机广泛应用于化工、医药、食品、粉末冶金、涂料、电子、军工、材料等粉 体混合领域。粉体混合的质量有时在生产过程中起着关键的作用,例如在化工生产中， 均匀的粉体混合为反应创造良好条件；在医药固体制剂的生产中,极微量的药效成分与 大量增量剂混合的均匀水平直接影响着药的质量；在粉末冶金中各种不同成分的混合 均匀水平影响着材料的强度。混合设备的发展直接影响着粉体混合单元操作的效果。 随着纳米技术的发展,粉体混合更显示出它的重要性。 1.1 混合机的概念 混合机是利用机械力和重力等，将两种或两种以上物料均匀混合起来的机械。混合机 械广泛用于各类工业和日常生活中。混合机可以将多种物料配合成均匀的混合物，如 将水泥、砂、碎石和水混合成混凝土湿料等；还可以增加物料接触表面积，以促进化 学反应；还能够加速物理变化，例如粒状溶质加入溶剂，通过混合机械的作用可加速 溶解混匀。 常用的混合机分为气体和低粘度液体混合器、中高粘度液体和膏状物混合机械、热塑 性物料混合机、粉状与粒状固体物料混合机械四大类。 1.气体和低黏度液体混合机械的特点是结构简单，且无转动部件，维护检修量小，能 耗低。这类混合机械又分为气流搅拌、管道混合、射流混合和强制循环混合等四种。 2.中、高黏度液体和膏状物的混合机械，一般具有强的剪切作用；热塑性的物料混合 机主要用于热塑性物料(如橡胶和塑料)与添加剂混合； 不同膏状物的混合主要是将待 混物料反复分割并使其受到压、辗、挤等动作所产生的强剪切作用，随后又经反复合 并、捏合，最后达到所要求的混合程度。这种混合很难达到理想混合，仅能达到随机 混合。粉状固体与少量液体混合后为膏状物，其混合机理与膏状物料混合的机理相同。 3.不同的热塑性物料以及热塑性物料与少量粉状固体的混合，需要依靠强剪切作用， 反复地揉搓和捏合，才能达到随机混合。 4.粉状、粒状固体物料混合机械多为间歇操作，也包括兼有混合和研磨作用的机械， 如轮辗机等。少量不溶解的粉状固体与液体的混合机理，与密度成分不同，互不相溶 2 的液体的混合机理相同，只是搅拌不能改变粉状固体的粒度。若混合前固体颗粒不能 使其沉降速度小于液体的流动速度，无论采用何种搅拌方式都形不成均匀的悬浮液。 1.2 混合机的结构 该机由机座，传动系统，电器控制系统，多向运机构。 1.3 混合机的优点 由于混合桶体具有多方向的运动，使桶体内的物料交叉混合点多，混合效果高，均匀 度可达 99.9%以上最大装载系数可达 0.9(普通混合机为 0.40.6)。混合时间短，效率 高。三维混合机混合桶体型设计独特，桶体内壁经过精细抛光，无死角，不污染物料， 出料方便，清洗容易操作简单等优点。 1.4 混合机的工作环境 混合时要求所有参与混合的物料均匀分布。混合的程度分为理想混合、随机混合和完 全不相混三种状态。各种物料在混合机械中的混合程度，取决于待混物料的比例、物 理状态和特性，以及所用混合机械的类型和混合操作持续的时间等因素。 液体的混 合主要靠机械搅拌器、气流和待混液体的射流等，使待混物料受到搅动，以达到均匀 混合。搅动引起部分液体流动，流动液体又推动其周围的液体，结果在溶器内形成循 环液流，由此产生的液体之间的扩散称为主体对流扩散。当搅动引起的液体流动速度 很高时，在高速液流与周围低速液流之间的界面上出现剪切作用，从而产生大量的局 部性漩涡。这些漩涡迅速向四周扩散，又把更多的液体卷进漩涡中来，在小范围内形 成的紊乱对流扩散称为涡流扩散。机械搅拌器的运动部件在旋转时也会对液体产生剪 切作用，液体在流经器壁和安装在容器内的各种固定构件时，也要受到剪切作用，这 些剪切作用都会引起许多局部涡流扩散。搅拌引起的主体对流扩散和涡流扩散，增加 了不同液体间分子扩散的表面积减少了扩散距离，从而缩短了分子扩散的时间。若待 混液体的粘度不高，可以在不长的搅拌时间内达到随机混合的状态；若粘度较高，则 需较长的混合时间。对于密度、成分不同、互不相溶的液体，搅拌产生的剪切作用和 强烈的湍动将密度大的液体撕碎成小液滴并使其均匀地分散到主液体中。搅拌产生的 液体流动速度必须大于液滴的沉降速度。 1.5 混合机的工作原理： 混合机究竟是怎么工作的，其工作原理又是怎样的呢？三维混合机在运行中，由于混合 3 桶体具有多方向运转动作，使各种物料在混合过程中，加速了流动和扩散作用，同时 避免了一般混合机因离心力作用所产生的物料比重偏析和积聚现象，混合无死角，能 有效确保混合物料的最佳品质。 混合机工作起来主要靠其自身的机械搅拌器、气流还有待混液体的射流等辅助工作， 以搅动待混物料，使之混合均匀。而在胶东过程中会引起部分液体流动，流动液体又 推动其周围的液体，结果在溶器内形成循环液流，由此产生的液体之间的扩散我们称 之为主体对流扩散。 搅动引起的液体流动速度很高时，在高速液流与周围低速液流之间的界面上出现 剪切作用，从而产生大量的局部性漩涡。这些漩涡迅速向四周扩散，又把更多的液体 卷进漩涡中来，在小范围内形成的紊乱对流扩散称为涡流扩散。 1.6 多向运动混合机 图 1.3 多向运动混合机 1.7 多向运动混合机的概述 多向运动混合机用于制药、化工、食品、轻工、电子、机械、矿冶、国防工业以及科 4 研单位的粉状、颗粒状物料的高均匀度混合。混合机、多向运动混合机，是一种新颖 结构的容器旋转型混合机，是无菌、无尘、全封闭式的高效节能混和机。混合机、多 向运动混合机由机座、调速电机、回转连杆及混合筒体等部分组成，其中筒体为工作 （杆）部件。混合机、多向运动混合机的工作原理是装料的筒体在主轴的带动下作平 移、翻滚等复合运动，促使物料沿着筒体作环向、径向、轴向的三向复合运动，使物 料相互流动扩散，掺杂，当主传动轴旋转时，筒体的几何中心线也是回转中心线在三 维空间周期性地改变其在空间的位置，而筒体则在空间的任何位置上始终绕其回转中 心线旋转，致使固定于筒体内的容器中的物料周期性地进行旋转，颠倒和平移摇动的 三维运动并连续改变物料间的相互位置，达到高效混合的目的。混合机、多向运动混 合机混合筒多方向运动，物料无离心力作用，无比重偏析及分层积聚、现象，混合率 高达 99.9，是目前各种混合机中较理想的产品。混合机、多向运动混合机筒体装料 率大，利用率最高可达 90，最佳添充率 80，混合时间短、效率高、混合时无升温 现象。多向运动混合机利用独特的三度摆动，在主动轴的带动下，作周而复始的平移、 转动和翻滚等复合运动，从而实现多种物料的互相流动、扩散、积聚、掺杂，以达到 均匀混合的目的。多向运动混合机因其混合快速且均匀的特点，被广泛的运用于制药、 化工、食品、电子、矿冶、国防工业及科研单位的粉状、颗粒物料的高均匀度的混合。 1.8 多向运动混合机的特殊功能及特点 该机的混合筒多方向运动，物料无离心力作用，无比重偏析及分层、积聚现象，各组 分可有悬殊的重量比，混合率达 99.9以上，是目前各种混合机中的一种较理想产品。 筒体装料率大，最高可达 90（普通混合机仅为 40） ，效率高，混合时间短。筒体 各处为圆弧过渡，经过精密抛光处理。多向运动混合机的优势在于其特殊的工作原理， 以及桶体结构的设计无死角，不污染物料，出料方便，清洗容易，操作简单等优点。 多向运动混合机的混料桶具有 X、Y、Z 方向的三维运动，多方向运动的功能，物料在容 器内作旋转、翻转、湍动和剪切作用，使物料在混合时不产生积聚现象，对不同比重， 不同密度和状态的物料混合不产生离心力的影响和偏折；混合时间短，某些物料 5-8 分钟即可混合均匀。既提高了工作效率，又达到了极高的均匀度，混合均匀性达到 99.9%以上。因其最大装载系数可达 0.9(普通混合机为 0.40.6)这一特点，大大缩短 了混合物料的时间，提高了混合物料效率。 5 除以上优点外，多向运动混合机还具备以下优点： 1.低噪音，低耗能，寿命长； 2.体积小，结构简单，便于操作和维护； 3.根据物料混合要求，可任意调节转速，并可设置混合时间。 1.9 多向运动混合机混合过程的基本要素 各种物料在多向运动混合机中是怎样工作的？需要经历哪些过程呢？构成多向运动混 合机混合的基本要素又有哪些呢？ 多向运动混合机混合过程主要是通过剪切、分流、位置交换三要素，使共混物在 一定的体积空间内均匀分布，最终得到一种宏观上的分散混合体。在混合过程中，被 混物料一般不发生冲突（有时也有少量发生相变） 。而混炼过程增加了压缩、拉伸和重 新集聚的作用。物料在压缩状态下所承受的高剪切速率所产生的磨擦热（有时还有輔 助外加热） ，往往足以使共混物发生，使其变为熔体。这样，才使共混物中在固体状态 下集聚的较大的颗粒粉碎、熔融和细化，从而得到更为理想的均化共混物。 物料的混合过程是一个动态平衡过程，即在一定的剪切场的作用下，分散相不断 被粉碎，与此同时，在分子热运动的作用下，破碎的分散相又趋向重新集聚，最终使 分散相达到该条件下的平衡粒径的过程。一般以为，无论使用何种设备做混合操作， 混合过程都应具备以下混合要素，即剪切、分流和位置交换。同时，混炼过程还应有 压缩、拉伸和分配置换等作用。 6 第二章第二章 传动系统的设计传动系统的设计 2.12.1 传动方案的设计传动方案的设计 2.1.1 选用传动方案 根据混合机的功能要求，考虑题设功能参数及约束条件，可构思出一系列传动方 案，经初步淘汰，现列举两种传动方案。 方案一： 传动系统示意图如 2.1 所示。 (a) (b) 图 2.1 方案一 传动系统示意图 7 其中，图 2.1（b）为、轴的展开图，其空间位置可由图 2.1（a）看出。 传动链由电动机经 V 带传动、两级齿轮传动再通过链传动传至轴。 方案二： 传动方案示意图如 2.2 所示 （a） （b） 图 2.2 方案二 传动示意图 方案一和方案二均能满足 HD400 多向混合机的功能要求，但方案一与方案二相比 有结构紧凑，传动平稳，传动效率高，成本低等优点，故最终选用方案一。 2.1.2 计算总传动比及分配各级传动比 传动装置的总传动比为120 min/12 min/1430 r r n n i w m 总 由于拟采用带传动和两级齿轮传动以及链轮传动减速，按1表 1-8 的推荐范围， 初定 i1=3.4, i2=3.4, i3=2.9, i4=3.6 8 2.1.3 计算传动装置的运动和动力参数 从电机到执行机构有四轴依次为、轴，则 1)各轴转速： min/59.420 4 . 3 min/1430 1 r r i n n m min/71.123 4 . 3 min/59.420 2 r r i n n min/66.42 9 . 2 min/71.123 3 r r i n n min/85.11 6 . 3 min/66.42 4 r r i n n 2)各轴功率： 由1表 1-7 查得各轴之间的传动效率为：m=0.96, =0.98， =0.98,=0.97 故 P=Pmm=2.20.96=2.12kw； P=P=2.120.98=2.07kw； P= P=2.070.98=2.03kw； P= P=2.030.97=1.99kw 2.22.2 带轮传动的设计带轮传动的设计 1.确定计算功率 Pca 由2中表 8-7 查得工作情况系数 KA=1.1，故 Pca=KAPm=1.12.2kw=2.42kw 2.选择 V 带的带型 根据 Pca、KA由图 8-11 选用 A 型。 3.确定带轮的基准直径 dd并验算带速 v 1)初选小带轮基准直径 dd1。由表 8-6 和 8-8，取小带轮的基准直径 dd1=90mm。 9 2)验算带速 v。按式（8-13）验算带的速度 smsm nd v d /78 . 6 / 100060 143090 100060 11 因为 5m/sv30m/s,故带速合适。 3)计算大带轮的基准直径。根据式(8-15a)，计算大带轮的基准直径 dd2 dd2=i1 dd1=3.490mm=306mm 根据表 8-8，圆整为 dd2=315mm。 4.确定 V 带的中心距 a 和基准长度 Ld 1)根据式(8-20)，初定中心距a0=500mm。 2)由式(8-22)计算带所需的基准长度 mmmm a dd ddaL dd ddd 1661 5004 )90315( )31590( 2 5002 4 )( )( 2 2 2 0 2 12 2100 由表 8-2 选带的基准长度 Ld=1600mm。 3)按式(8-23)计算实际中心距a。 mmmm LL aa dd 470) 2 16611600 500( 2 0 0 中心距的变化范围为 443515mm。 5.验算小带轮上的包角 1 90152 470 3 . 57 )90315(180 3 . 57 )(180 121 a dd dd 6.计算带的根数 z 1)计算单根 V 带的额定功率 Pr。 由 dd1=90mm 和 nm=1430r/min,查表 8-4a 得 P0=1.064kw。 根据 nm=1430r/min，i=3.4 和 A 型带，查表 8-4b 的。kwp17 . 0 0 查表 8-5 得 K=0.925，表 8-2 得 KL=0.99，于是 kwkwKKPPP Lr 733 . 0 99 . 0 925 . 0 )17 . 0 064. 1 ()( 00 2)计算 V 带的根数 z。 取 4 根。32 . 3 73 . 0 42 . 2 r ca P P z 10 7.计算单根 V 带的初拉力的最小值(F0)min 由表 8-3 得 A 型带的单位长度质量 q=0.1kg/m，所以 NNqv zvK PK F ca 14378 . 6 1 . 0 78 . 6 4925 . 0 42 . 2 )925 . 0 5 . 2( 500 )5 . 2( 500)( 22 min0 应使带的实际初拉力 F0(F0)min。 8.计算压轴力 Fp 压轴力的最小值为 NNFzFp1110 2 152 sin14342 2 sin)(2min)( 1 min0 9.带轮结构设计 小带轮的结构形式采用实心式，大带轮采用轮辐式，其他有关尺寸按图 8-14 荐用 的经验公式设计，小带轮、大带轮如下图所示 图 2.3 小带轮 图 2.4 大带轮 2.32.3 第一级齿轮传动的设计第一级齿轮传动的设计 1.选用齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1)按选用的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 2)混合机为一般工作机，速度不高，故选用 7 级精度（GB 10095-88） 。 3)材料选择。由表 10-1 选用小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，大齿轮材料 11 为 45 钢（调质）硬度为 240HBS，两者硬度差为 40HBS。 4)选用小齿轮齿数 z1=23，大齿轮齿数 z2=3.423=78.2,取 z2=79。 2.按齿面接触强度设计 由设计计算公式(9-10a)进行试算，即 2 1 3 1 1 32 . 2 H E d t Z u uKT d (1)确定公式内的个计算数值 1)试选用载荷系数 Kt=1.3。 2)计算小齿轮传递的转矩。 mmNmmN n P T 4 55 1 10658 . 8 59.420 84 . 3 10 5 . 9510 5 . 95 3)由3表 13-1-79 选取齿宽系数 d=0.6。 4)由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 ZE=189.8MPa。2 1 5)由图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1=600Mpa；大齿轮的 接触疲劳强度极限 Hlim2=550Mpa。 6)由式 10-13 计算应力循环次数。 N1=60njLh=60423.531（830015）=9.148108 N2=N1/3.4=9.1481083.4=2.69108 7)由图 10-19 取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.92；KHN2=0.96。 8)计算接触疲劳许应力。 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由式（10-12）得 MpaMpa S KHN H 55260092 . 0 1lim1 1 MpaMpa S KHN H 52855096 . 0 2lim2 2 (2)计算 1)试算小齿轮分度圆的直径 d1t，代入H中较小的值。 12 mmmm Z u uKT d H E d t 16.73 528 8 . 189 4 . 3 4 . 4 6 . 0 10658 . 8 3 . 1 23 . 2 1 32 . 2 2 4 3 2 1 3 1 2)计算圆周速度 v。 smsm nd v t /622 . 1 / 100060 59.42016.73 100060 1 3)计算齿宽 b。 mmmmdb td 896.4316.736 . 0 1 4)计算齿宽与齿高之比。 h b 模数 mmmm z d m t t 181 . 3 23 16.73 1 1 齿高 mmmmmh t 157 . 7 181 . 3 25 . 2 25 . 2 325.10 157 . 7 896.43 h b 5)计算载荷系数。 根据 v=1.622m/s，7 级精度，由图 10-8 查得动载系数 Kv=1.08； 直齿轮 KH=KF=1； 由表 10-2 查得使用系数 KA=1； 由表 10-4 用插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，KH=1.208。由 ，KH=1.203 查图 10-13 得 KF=1.17；故载荷系数325.10 h b K=KAKVKHKH=11.0811.208=1.305 6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得 mm K K dd t t 247.73 3 . 1 305 . 1 16.73 33 11 7)计算模数 m mmmm z d m185 . 3 23 247.73 1 1 3.按齿根弯曲强度设计 由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为 13 2 2 1 1 3 F SaFa d YY z KT m (1)确定公式内的各计算值 1)由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1=500Mpa；大齿轮的弯曲疲劳强度 极限 FE2=380Mpa； 2)由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.89,KFN2=0.914； 3)计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由式（10-12）得 MpaMpa S K FEFN F 86.317 4 . 1 50089 . 0 11 1 MpaMpa S K FEFN F 09.248 4 . 1 380914 . 0 22 2 4)计算载荷系数 K。 K=KAKVKFKF=11.0811.17=1.264 5)查取齿形系数。 由表 10-5 查得 YFa1=2.69； YFa2=2.222. 6)查取应力校正系数。 由表 10-5 查得 YSa1=1.575； YSa2=1.772。 7)计算大、小齿轮的并加以比较。 F SaFaY Y 013328 . 0 86.317 575 . 2 69 . 2 1 11 F SaFaY Y 015871 . 0 086.248 772 . 1 222 . 2 2 22 F SaFa YY 大齿轮的数值大。 (2)设计计算 mmm22 . 2 015871 . 0 236 . 0 10658 . 8 264 . 1 2 2 4 3 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算 的模数，由于齿轮模数 m 的大小取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳 强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取有弯曲强度算得的模数 2.22 并就近 14 圆整为标准值 m=2.5mm，按接触强度算得的分度圆直径 d1=73.247mm，算出小齿轮齿数 30298.29 5 . 2 247.73 1 1 m d z 大齿轮齿数 z2=3.430=102 4.几何尺寸计算 (1)计算分度圆直径 d1=z1m=302.5mm=75mm； d2=z2m=1022.5mm=255mm (2)计算中心距 mmmm dd a165 2 25575 2 21 (3)计算齿轮宽度 b=dd1=0.675mm=45mm 取 B2=45mm，B1=50mm 5.齿轮结构设计 由于小齿轮的齿顶圆直径小于 160mm，故选用实心结构，而大齿轮齿顶圆直径小于 500mm，故选用腹板式结构为宜。其他有关尺寸按图 10-39 荐用的结构尺寸设计，所设 计的大、小齿轮如下： 图 2.5 小齿轮 图 2.6 大齿轮 15 2.42.4 第二级齿轮传动的设计第二级齿轮传动的设计 1.选用齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1)按选用的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 2)混合机为一般工作机，速度不高，故选用 7 级精度。 3)材料选择。由表 10-1 选用小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，大齿轮材料 为 45 钢（调质）硬度为 240HBS，两者硬度差为 40HBS。 4)选用小齿轮齿数 z1=23，大齿轮齿数 z2=2.923=66.7,取 z2=67。 2.按齿面接触强度设计 由设计计算公式(9-10a)进行试算，即 2 1 3 1 1 32 . 2 H E d t Z u uKT d (1)确定公式内的个计算数值 1)试选用载荷系数 Kt=1.3。 2)计算小齿轮传递的转矩。 mmNmmN n P T 5 55 1 10883 . 2 71.123 07 . 2 10 5 . 9510 5 . 95 3)由3表 13-1-79 选取齿宽系数 d=0.6。 4)由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 ZE=189.8MPa。2 1 5)由图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1=600Mpa；大齿轮的 接触疲劳强度极限 Hlim2=550Mpa。 6)由式 10-13 计算应力循环次数。 N1=60njLh=60124.571（830015）=2.69108 N2=N1/2.9=2.691082.9=9.28107 7)由图 10-19 取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.95；KHN2=0.98。 8)计算接触疲劳许应力。 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由式（10-12）得 MpaMpa S KHN H 57060095 . 0 1lim1 1 16 MpaMpa S KHN H 53955098 . 0 2lim2 2 (2)计算 1)试算小齿轮分度圆的直径 d1t，代入H中较小的值。 2)计mmmm Z u uKT d H E d t 15.109 539 8 . 189 9 . 2 9 . 3 6 . 0 10883 . 2 3 . 1 23 . 2 1 32 . 2 2 5 3 2 1 3 1 算圆周速度 v。 smsm nd v t /712 . 0 / 100060 71.12315.109 100060 1 3)计算齿宽 b。 mmmmdb td 49.6515.1096 . 0 1 4)计算齿宽与齿高之比。 h b 模数 mmmm z d m t t 75 . 4 23 15.109 1 1 齿高 mmmmmh t 678.1075 . 4 25 . 2 25 . 2 133 . 6 678.10 49.65 h b 5)计算载荷系数。 根据 v=1.622m/s，7 级精度，由图 10-8 查得动载系数 Kv=1.05； 直齿轮 KH=KF=1； 由表 10-2 查得使用系数 KA=1； 由表 10-4 用插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，KH=1.2795。由 ，KH=1.2795 查图 10-13 得 KF=1.21；故载荷系数325.10 h b K=KAKVKHKH=11.0511.2795=1.3434 6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得 mmmm K K dd t t 348.110 3 . 1 3434 . 1 15.109 33 11 7)计算模数 m 17 mmmm z d m798 . 4 23 348.110 1 1 3.按齿根弯曲强度设计 由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为 2 2 1 1 3 F SaFa d YY z KT m (2)确定公式内的各计算值 1)由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1=500Mpa；大齿轮的弯曲疲劳强度 极限 FE2=380Mpa； 2)由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.914,KFN2=0.934； 3)计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由式（10-12）得 MpaMpa S K FEFN F 43.326 4 . 1 500914 . 0 11 1 MpaMpa S K FEFN F 51.253 4 . 1 380934 . 0 22 2 4)计算载荷系数 K。 K=KAKVKFKF=11.0511.21=1.2705 5)查取齿形系数。 由表 10-5 查得 YFa1=2.69； YFa2=2.252 6)查取应力校正系数。 由表 10-5 查得 YSa1=1.575； YSa2=1.81。 7)计算大、小齿轮的并加以比较。 F SaFaY Y 01298 . 0 43.326 575 . 1 69 . 2 1 11 F SaFaY Y 01608 . 0 51.253 81 . 1 252 . 2 2 22 F SaFa YY 大齿轮的数值大。 (2)设计计算 18 mmmmm336 . 3 01608 . 0 236 . 0 10883 . 2 2705 . 1 2 2 5 3 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算 的模数，由于齿轮模数 m 的大小取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳 强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取有弯曲强度算得的模数 3.336mm 并 就近圆整为标准值 m=4mm，按接触强度算得的分度圆直径 d1=110.348mm，算出小齿轮 齿数 2858.27 4 348.110 1 1 m d z 大齿轮齿数 z2=2.92881 4.几何尺寸计算 (1)计算分度圆直径 d1=z1m=284mm=112mm； d2=z2m=814mm=324mm (2)计算中心距 mmmm dd a218 2 324112 2 21 (3)计算齿轮宽度 b=dd1=0.6112mm=67.2mm 取 B2=68mm，B1=73mm 5.齿轮结构设计 齿轮的结构设计如第一级齿轮。 2.2、2.3、2.4 节中所用公式，所查图表若无说明均来自书2。 2.52.5 链轮传动的设计链轮传动的设计 1选择链轮齿数 取小链轮齿数 z1=23，大链轮齿数为 z2=i4z1=3.623=83。 2.确定设计功率 由表 12-2-3 查得 KA=1.0，则设计功率 Pd=KAP=12.03=2.03kw 由表 12-2-4 查得 Kz=1.23，由表 12-2-5 查得 Kp=1 19 则特定条件下单排链条传递的功率kwkw KK P P pz d 2 123 . 1 42 . 2 0 3.选择链条型号和节距 根据 P0=2kw 和 n=42.66r/min，查图 12-2-1，可选 16A-1。查2中表 9-1，链条节距 p=25.4mm 4.计算链节数和中心距 初选中心距 a0=（3050）p=（3050）25.4mm=7621270mm。取 a0=900mm。以节距计 的初定中心距 a0p=a0/p=900/25.4=35.43 链条节数式中 k 由表 12-2-7126 43.35 19.91 43.352 2 8323 2 2 0 0 21 p pp a k a zz L 查得。 链条长度mm pL L p 2 . 3 1000 4 . 25126 1000 计算中心距 ac=p（2Lp-z1-z2）Ka=25.4(2126-23-83)0.24112=894.169mm 实际中心距 a=ac-a=894.169-1.7883mm=892.38mm 5.计算链速 v，确定润滑方式 smsm pzn v/418 . 0 / 100060 4 . 252366.42 100060 1 由 v=0.418m/s 和链号 16A-1，查2中图 9-14 可知应采用滴油润滑。 6 计算压轴力 Fp 有效圆周力为:NN v P Fe 7 . 8822 418 . 0 42 . 2 10001000 链轮垂直布置时的压轴力系数 KFp=1.05，则压轴力为 FpKFpFe=1.058822.79263.8N 6 链轮的结构设计 小链轮采用整体式，大链轮采用孔板式，其具体参数参照2表 9-3 和 9-4 进行设 计，设计出最终链轮如下图所示： 20 图 2.7 小链轮 图 2.8 大链轮 2.5 节中所用公式，所查图表若无说明均来自书3。 21 第三章第三章 部分轴的设计部分轴的设计 3.13.1 轴轴的设计的设计 1求轴上的转矩 mmNmmN n 4 10659. 8 59.420 12 . 2 9550000 P 9550000T 2.求作用在齿轮上的力 因已知第一级小齿轮的分度圆直径为 75mm,故 圆周力 NN 3 4 1 t 1031 . 2 75 10659 . 8 2 d 2T F 径向力 NNFF tr 33 1084 . 0 20tan1031 . 2 tan 3.初步确定轴的最小直径 先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据 表 15-3，取 A0=112，于是得 mmmm n P Ad35.23 59.420 12 . 2 1120 33 min 4.轴的结构设计 (1)初步拟定轴的结构 根据轴上所需安装的零件，经分析拟定轴结构如下： 图 3.1 轴结构图 (2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1)由结构图可知，-轴段为轴的最小直径处，将最小直径圆整为 30mm，即 d- 22 =30mm。由于-轴段是安装大带轮处，而带轮宽度为 63mm，又为了保证轴端挡圈 只压在带轮上而不压在轴的端面上，故-段的长度应比带轮宽度略短一些，现取 L-=62mm 2)为了满足带轮的轴向定位要求，-轴段右端需制出一轴肩，故取-段的 直径 d-=36mm。为了方便轴承的拆装及便于操作，取带轮的右端面到轴承的左端面 的距离为 50mm，故 L-=50mm 3)初步选择滚动轴承。因轴承受的径向力较小，故选用深沟球轴承。参照工作要 求并根据 d-=36mm，由轴承产品目录中初步选取深沟球轴承 6008，其尺寸为 dDB=406815mm，故 d-=d-=40mm；而 L-=15mm 右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得 6008 型轴承的定位轴肩高度 h=3mm，因此取 d-=46mm。 4)取安装齿轮处的轴段-的直径 d-=44mm；齿轮的左端于左轴承之间采用套 筒定位。已知齿轮轮毂宽度为 50mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短 于轮毂宽度，故取 L-=47mm。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度 h0.07d，故取 h=4mm，则轴环处的直径 d-=52mm。轴环宽度 L-=8mm。 5)根据总体结构，经综合分析 L-=145.5mm，L-=118.5mm。至此已初步确定了 轴的各段直径和长度。 (3)轴上零件的周向定位 齿轮、带轮与轴的周向定位均采用平键连接。按 d-由表 6-1 查得平键截面 bh=12mm8mm，键槽用键槽铣刀加工，长为 36mm，同时为了保证轮与轴配合有良好 的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的的配合为；同样，带轮与轴的连接，选用平键 6 7 n H 10mm8mm50mm，带轮与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来 6 7 k H 保证的。 5.求轴上的载荷 根据轴的结构图（图 3.1）做出轴的计算简图如下: 23 图 3.2 轴的计算简图 通过手册查出轴承的支点位置及轴的相关尺寸可计算出 L1=88.5mm，L2=160mm,L3=159mm。 图 3.3 轴的载荷分析图 2