机械毕业设计（论文）-圆柱形产品带震动的填充粉末料的自动机设计【全套UG三维图纸】

I 编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目：圆柱形产品带震动的填充粉末料的圆柱形产品带震动的填充粉末料的 自自 动机设计动机设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 I 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套三维图纸，加全套三维图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 圆柱形带震 动的填充粉末料的自动机设计 是本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别 加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包 含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 93 学 号： 0923134 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 圆柱形产品带震动的填充粉末料的自动机设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 1、课题来源：来源于工厂 2、选题依据：近年来，加工粉末料的自动机发展迅速，在日常生活中 所起的作用也越来越大。例如胶囊机，由于胶囊填充机生产胶囊效率 高，质量好，能达到制药行业的标准，胶囊填充机被广泛应用。胶囊填 充机在制药企业中逐显其重要地位。现在市场上主要有全自动胶囊填 充机和半自动胶囊填充机。随着计算机技术的发展和应用，PLC 应用 于胶囊填充机系统，使胶囊填充机的技术性能和安全性有了很大的提 高。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟练运用 UG 绘制三维图 熟悉各种粉末料加工的自动机 了解粉末料填充会遇到的各种问题 设计出合理的带震动的填充粉末料的自动机 四、接受任务学生：四、接受任务学生： II 机械 93 班班 姓名姓名 陈 栋 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 粉末料填充问题在国内外应用都非常广泛，例如胶囊填充、炸药填充、粉末成型等。 但现在大多数粉末料填充无法实现自动化流水线生产，很多依然需要人工装填容器，并 且完成后也需人工取出。而有些粉末料成型机只是单纯的对粉末料进行上下两端加压成 型，受力不均匀导致成型的产品内部依然是粉末料。 本次论文主要设计的是将粉末料填入圆柱形容器中并加压使粉末料被均匀的压实。 为此共设计了四个步骤，既校正容器、容器传送、填粉压粉和成品送离。校正容器是通 过二阶段校正将装填粉末料的圆柱形容器以口向上的方式固定住，以便之后的操作。容 器传送和成品送离是通过双轨V带轮将固定住得容器送至填粉压粉处，并在填粉压粉结束 后将成品送离。填粉压粉则是通过由升降支柱带动的螺旋形填粉器与升降轨道之间的配 合，使粉末料能够填入容器中并均匀的压实。实现自动化生产。 关键词：关键词：粉末料；填粉压粉；螺旋；自动化； IV Abstract Powder material filled in the application at home and abroad are very wide , such as capsule filling , explosive filling, powder molding . But now most of the powder material filling can not be achieved automated production lines , many still require manual loading container , and after the completion of the need to manually remove the . Some powder metal forming machine simply the powder material compression molding of the upper and lower ends , the uneven force evenly inside the molded products still powder material . The paper is designed primarily powder filling and pressurized cylindrical container of the powder material is uniform compaction . To this end were designed in four steps correction container , container shipping , fill powder pressed powder and finished to send from . Correction container is filled through a two-stage correction of the cylindrical container of the powder material to hold the mouth up , so that after the operation . Container delivery and finished to send from two-track V pulley fixed container sent to the powder filling the pressed powder and finished after the end of the powder filling pressure powder sent from . Powder filling pressure powder is driven by lifting pillar spiral fill with powder and lift between tracks , the powder material to fill the container and uniform compaction . Automated production. Key words: Powder material ; Powder filling pressure powder ; Spiral ; Automation ; V V 目目 录录 摘 要 .III ABSTRACT IV 目 录.V 1 绪论 .1 1.1 本课题的研究内容和意义1 1.2 国内外的发展概况1 1.3 胶囊填充机结构和原理 .3 1.4 本课题应达到的要求4 2 总体设计方案的拟定 .5 2.1 自动机运行过程 .5 2.2 校正装置的设计 .6 2.2.1 一阶段校正： 6 2.2.2 二阶段校正： 6 2.3 传送装置的设计 .7 2.4 填粉压粉装置的设计 .8 3 各部结构具体设计过程及计算 .11 3.1 传动简图的拟定 .11 3.2 电动机的选取 .11 3.3 传动比的分配 .13 3.4 传动零件的设计与选择 .15 3.5 齿轮传动 .17 3.6 动力轴的计算和校核 .20 4 粉末压制过程及问题 .22 4.1 引言 .22 4.2 粉末颗粒运动轨迹方程 .22 4.2.1 研究方法 22 4.2.2 速度分析 23 4.2.3 轨迹方程 25 4.3 粉末颗粒受力分析 .26 4.4 容积计算 .28 4.4.1 研究方法 28 4.4.2 展开高度 29 4.4.3 三角形区域的容积 31 4.4.4 矩形区域的容积 32 4.5 本章小结 .33 5 结论与展望 .33 5.1 结论 .34 VI 5.2 不足之处及未来展望34 致 谢 .35 参考文献 .36 圆柱形产品带震动的填充粉末料的自动机设计 1 1 绪论绪论 1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 我国在定量包装设备的发展方面相对滞后，虽然自动定量充填包装技术在我国发展 了将近二十年，从八十年代开始，发展壮大，在定量充填的某些技术方面上发展比较成 熟，但是国内的定量充填设备生产企业大部分以小规模为主，产品设备的设计和自主研 发环节非常的薄弱1。定量包装行业在过去长期处于一种生产效率低下、关键技术不高 的状况，相当一部分企业的经验模式仍然是照搬照抄国外先进技术，以此降低生产成本。 还有很多家庭作坊式的小企业依然依赖一套图纸生存，从不投资研发，这种单纯的追求 降低成本的发展模式，导致同行业之间互相抄袭，没有自主知识产权，严重破坏国内市 场秩序。 最近几年，国内企业顺应欧美国家的经济发展趋势，非常看重自主知识创新，正在 积极研发高速度高精度的新产品。但随着社会进步和人民对生活水平要求的提高，尤其 在我国进入 WTO 之后，企业面临的竞争压力更大，在商品的包装方面，要求也越来越高。 其中，粉末颗粒状物料与工农业生产和我们的日常生活密切相关，比如，我们每天都用 到的食盐、味精和洗衣粉等日用品，还有农药、化肥和化工原料等生产用品，以及病人 经常用到的药品和营养食品等，这些产品都需要各种规格的定量包装。 目前国内虽然已经有部分粉末颗粒产品采用自动定量充填包装，但采用手工定量充 填包装的产品也不在少数，人工定量包装的缺点是效率不高、精确度低、劳动强度大导 致最后经济效益比较低，另外，自动定量充填一般都是对粉末颗粒物料进行包装，粉末 颗粒状物料定量充填过程中可能导致粉尘飞扬，工作环境相对恶劣，若手工包装有毒有 害的粉末颗粒体极易对人体造成伤害，而且如果采用手工包装药品或者食品很难达到卫 生标准，因此实现粉末颗粒状物料高速自动准确的定量充填有很重要的现实意义2。我 们国家人口较多，对包装商品的消耗量无疑是巨大的，如果单纯依靠购买昂贵的进口设 备，我国很多小包装生产厂家难以承受。 因此，我们当前的任务比较艰巨，需要加大科研开发的力度，努力采用自动化控制 技术和实现机电一体化作业，提高机器零件的加工工艺水平，尽量保证定量充填包装商 品的准确度，加强包装新材料的研发和应用，保证被包装商品的卫生安全，注意减少对 自然环境的破坏，注意包装材料的二次利用，开发出运行可靠、定量精确、生产效率高 的自动定量充填机，改变整个定量包装机械行业的低水平发展，满足我国广大的市场需 求，积极拓展更加广阔的国际市场。 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 本课题设计的自动机适合多种产品，现已胶囊机为例。 1.国外研究现状 近年来，由于胶囊填充机生产胶囊效率高，质量好，能达到制药行业的标准，胶囊 填充机被广泛应用。胶囊填充机在制药企业中逐显其重要地位。现在市场上主要有全自 动胶囊填充机和半自动胶囊填充机。随着计算机技术的发展和应用，PLC应用于胶囊填充 机系统，使胶囊填充机的技术性能和安全性有了很大的提高。但是胶囊填充机的结构依 然很复杂，它的结构复杂化，会使操作复杂化，这样容易出差错，造成不必要的损失， 太湖学院学士学位论文 2 对于操作技术不熟练的操作来说更是如此。为了解决这个问题，国外近年来通过应用各 种先进技术，改进显示装置和操作结构，使操作简便化，甚至自动化。九十年代末以来， 自动化应用于胶囊充填机，使得胶囊充填机的生产效率大大提高。具体有以下几个方面： 第一：控制模块的改进 增加了自动监控系统由可编程逻辑控制智能模块和人机界面操作系统组成，界面分 为手动试运行和正常运转，并采用了智能模块和探测器，对于缺料、缺囊、料道阻塞和 机械故障等运行故障实现了自动诊断监控、自动报警停车，同时可实时粒计产量和累计 产量的统计。 第二：凸轮的设计 结构上加大了凸轮的尺寸，使充填所需要的运行压力较大，既能适应西药又能适应 中药，以保证设备的使用寿命和运行的可靠性。 第三：剔除废囊装置 该装置利用真空装置剔除废胶囊（合格率指标以外的），将废胶囊以外的药品回收 重新利用断绝浪费，大大提高经济效益。 2.国内研究现状 胶囊剂可以保护药物药性不被破坏，解决了由药物流失和浪费所造成的药效降低问 题，防止了药物对消化器官和呼吸道的伤害，便于吞服。受到了广大患者的欢迎。使胶 囊充填机在各个制药企业中占了主导地位。由于科技的发展，胶囊机的改进成为至关重 要的课题。80年代初，我国才刚引用手动胶囊机，这种胶囊机操作难，生产效率低，废 胶囊的比率较大，浪费了大量的人力、物力。90年代的半自动胶囊填充机，虽然大大降 低了废胶囊的比率，但是生产效率仍然没有提高。如今全自动胶囊充填机自动完成胶囊 的播囊、分囊、充填物料、剔除废囊、锁囊、成品输出以及模具清洁等功能，受到了广 大药企业的欢迎。 我国现有的NJP型系列胶囊充填机主要仿制了BOSCH GKF的系列产品，产品质量也 算佼佼者，但受国内整体制造工艺、基础工业水平等方面的影响，在设备传动、辅助设 施配置与进口设备之间还存在一些差距，如在线称重检测需进一步完善。MG2与BOSCH 的胶囊充填机均具有集成的NETT系统，可以在线对充填的胶囊进行检查，剔除不符合重 量标准的胶囊。 NJP3200型胶囊填充机的研制成功适应了国内外较大规模的药品生产需求，解决了药 品订单数量大、交货时间短、任务紧迫的矛盾，降低生产成本，提高规模经济的效益。 该设备既可作大型规模企业的主导生产设备，又可作为中小规模企业的机动性装备。 圆柱形产品带震动的填充粉末料的自动机设计 3 图1.1 间歇回转式全自动胶囊填充机 1.3 胶囊填充机结构和原理胶囊填充机结构和原理 1.3.1结构结构 全自动胶囊充填机的结构由空胶囊下料装置、胶囊分送装置、粉剂下料装置、计量 盘机构、胶囊充填封合机构、箱内主传动机构和电器控制系统等组成。 1）空胶囊下料装置：由料斗与输送管路组成，主要储存空胶囊并使空胶囊逐个的竖 直进入胶囊分总装置。 2）胶囊分送装置：使空胶囊进入分送装置的选送叉内，选送叉向下动作一次会送下 六粒胶囊，并且胶帽在上。同时，真空分离系统把胶囊顺入到模块中，并将体帽分开。 3）粉剂下料装置：由粉斗、粉斗螺杆、下料输送管等组成，主要把在螺杆和搅拌作 用下把存储的粉剂有控制入计量盘上。 4）计量盘机构：根据胶囊规格及装量所匹配的计量盘规格。粉剂在间歇旋转的计量 盘内经过五次充填压实成药柱，并推入到下模块的胶囊内。 5）胶囊充填封合机构：当推入药柱胶囊下胶囊体后，上、下模块的胶帽与下胶囊体 推向上使之扣合。 6）箱内主传动机构：箱内通过电机、箱式福开森间歇回转机构、齿轮副、减速、凸 轮副和链传机构完成执行工作所需动力，同时，变频电机达到变频调速功能。 7）电器控制系统：由PLC系统控制显示各胶囊充填的工艺要素。 1.3.2 原理原理 全自动胶囊充填机主要工作原理是机器运转时，胶囊料斗内的胶囊会逐个的竖直进 入分送装置的先送叉内。当先送叉向下动作一次会送下六粒胶囊，并且胶帽在上。在第 一工作上真空分离系统把胶囊顺入到模块中，同时将体帽分开。转盘间歇旋转到第二工 作时，上米快升为并向内这动，在第五工作充填杆把压实的药柱推入到下模块的胶囊内， 太湖学院学士学位论文 4 未分开的胶囊在第八工作上排除。上、下模块在第十工作上合在一起，并将下胶囊体推 向上使之扣合，十一工作位上，将扣好的胶囊成品被推出收集。在第十二工位，吸尘器 清理模块后又进入下一循环。药柱是在间歇旋转的计量盘内经过五次充填压实而成。 1.4 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 本次设计的带震动的填充粉末料的自动机，需要完成容器的校正，粉末料的填充与 压实，并能够实现自动化流水线作业。 容器被运送过来时是以任意形式摆放于传动带上，需通过一系列校正使其能口朝上 被固定住，以便实现接下来的操作。 粉末需被填充入圆柱形容器中，并且粉末的压实必须均匀。为此填充粉末料时必须 同时通过震动、旋转等操作同时进行才能达成目的。 圆柱形产品带震动的填充粉末料的自动机设计 5 2 总体设计方案的拟定总体设计方案的拟定 2.1 自动机运行过程自动机运行过程 本次设计共由三部分组成，分别是：校正装置，传送装置，填粉压粉装置。 运行过程： 图2.1 整体装配图 校正传送填粉压粉传送 太湖学院学士学位论文 6 2.2 校正装置的设计校正装置的设计 图2.2 校正装置三维视图 运行过程： 校正装置主要是为了将装填粉末料的料筒（简称料筒）调整为口竖直向上的状态并 将其固定住。为此共分为两个阶段的校正。 2.2.1 一阶段校正：一阶段校正： 这一步骤主要是为了将任意方式摆放于传送带上的料筒调整为平行于传送带摆放的 形式。由传送带传送而来的料筒，将于传送带尾端下落至滑坡上，并将由于滑坡而调整 为平行于轨道的形式落于下端传送带上。 2.2.2 二阶段校正：二阶段校正： 经过一阶段校正后传送而来的料筒将被以平行于轨道的方式向筒钩处运送。而经过 一阶段校正的料筒主要有两种存在方式，一是料筒口面向筒钩，二是料筒口背向筒钩。 当料筒口面向筒钩时，料筒口将被筒钩钩住，当料筒上半部脱离传送带时，由于筒钩的 作用，料筒上半部将不会下落，直至料筒后半部脱离传送带，率先下落。由此当料筒向 下端管道下落时，料筒口将向上。当料筒口背向筒钩时，筒钩将无法钩住料筒，当料筒 下半部率先脱离传送带时，由于无其他支撑，料筒下半部将率先下落，由此保证料筒下 落时料筒口朝上。 当料筒经过两次校正后，将以料筒口向上的方式经过管道后落于下端轨道上的套筒 （为固定住料筒而设计的壳体）中，料筒将被以筒口向上的方式被固定住，目的达成。 传送一阶段校正传送二阶段校正 传送 圆柱形产品带震动的填充粉末料的自动机设计 7 2.3 传送装置的设计传送装置的设计 传送装置是为了将固定于套筒中的料筒由校正装置处传送至填粉压粉装置处，并在 完成填粉压粉后将成品运离。传送装置主要分为两部分，双轨V带轮与升降轨道。 方案一 ：环式多磨具操作 图2.3 传送装置三维视图（方案一） 这种操作方式即系统上的模具全部环形排列，一个模具进行完最后一道工序后马上 回到初始工位进行下一步动作。根据生产率及工艺要求，确定工作台静止和转为时间。 优点：占地面积小，工作高效。 缺点：设计复杂，产量不如双轨V带传送。 方案二：双轨V带轮传送 太湖学院学士学位论文 8 图2.4 传送装置三维视图（方案二） 运行过程： 双轨V带轮由两条平行的V带轮构成，分两段连接于升降轨道两端。前端作用是将料 筒传送至升降轨道处，进行填粉压粉操作。后端作用是将完成填粉压粉的料筒从升降轨 道处运离。 升降轨道分为传送部分与升降部分。传送部分为拥有单独动力系统地一小段双轨V带 轮，升降部分为上下滑动轨道和弹簧。当料筒被传送到升降轨道上时，受上部填粉压粉 装置挤压，升降轨道传送部分将带着料筒向下降。当完成填粉压粉，填粉压粉装置开始 上升时，受弹簧作用，传送部分将带着料筒上升直至回到原轨道。回到原轨道后，传送 部分将开始运转，将料筒传送至后端双轨V带轮以便运离。 优点：产量高，设计简便。 缺点：占地面积大。 比较方案一、方案二，再根据课题，决定选择方案二。 2.4 填粉压粉装置的设计填粉压粉装置的设计 填粉压粉装置是为了将粉末料填入升降轨道上的料筒中，同时将填入料筒中的粉末 料均匀的压实。它由支柱与填粉压粉器组成。 方案一：撞击式振动填粉压粉 传送下降 上升传送 圆柱形产品带震动的填充粉末料的自动机设计 9 图2.5 填粉压粉器三维视图（方案一） 方案一是将粉末料填入容器后，由振动带动撞锤对粉末料进行连续撞击，以此实现 粉末料的压实。 优点：效率高，设计简单。 缺点：无法使做到粉末料均匀压实，无法做到自动化流水线作业。 方案二：螺旋式下料压粉 图2.6 填粉压粉器支柱三维视图（方案二） 运行过程： 支柱分为上下两部分，上部为支架，与填粉器相连，作用是为了固定填粉器。而下 下降填粉压粉上升 太湖学院学士学位论文 10 部为壳体，与上部的支架通过螺纹杆与螺纹齿轮相连。螺纹齿轮内圈是螺纹，当外部齿 轮带动螺纹齿轮旋转时，螺纹杆将带动支柱上部分上下移动，由此带动填粉器上下移动。 图2.7 填粉压粉器填粉部分三维视图（方案二） 填粉器由螺旋杆与壳体构成，主要作用是将填粉器中的粉末料填入料筒中并压实。 壳体与支柱上部分相连并固定，螺旋杆通过推力轴承与壳体相连。当料筒被送至升降轨 道时，支柱将带动填粉器向下移动，并将填粉器管道置于料筒内，结束后填粉器内部螺 旋杆将开始旋转，将填粉器内粉末料送入料筒内。同时由于螺旋旋转时会对任意一点形 成向下的压力，填入料筒的粉末料将因此被均匀的压实。再填粉压粉结束后，支柱将带 动填粉器上升，使填粉器脱离料筒。填粉压粉步骤完成。 优点：粉末均匀压实，自动填粉压粉流水线作业。 缺点：设计复杂。 比较方案一、方案二，再根据课题，选择方案二。 圆柱形产品带震动的填充粉末料的自动机设计 11 太湖学院学士学位论文 12 3 各部结构具体设计过程及计算各部结构具体设计过程及计算 3.1 传动简图的拟定传动简图的拟定 传动简图的设计和拟定是设计机器的第一步，其好坏关系到总体设计的成败或优劣。 因此，拟定机器的传动简图时，应从多方面考虑，首先应对设计任务（如原动机类型及 特性、工作机构的职能与运动性质、传动系统地类型及各类传动的特性、生产和使用等） 作充分的了解，然后根据各类传动的特点，考虑受力、尺寸大小、制造、经济、使用和 维护方便等，拟定不同的方案，并加以分析、对比，择优而定，使拟定的传动方案满足 简单、紧凑、经济和效率高等要求。 若是设计任务中已给定了传动方案，此时应论述采用该方案的合理性（说明其优缺 点）或提出改进意见，作适当修改。 在拟定传动简图时，往往一个传动方案由数级传动组成，通常靠近电动机的传动机 构为高速级，靠近执行机构的传动机构为低速级。哪些机构宜放在高速级，哪些机构宜 放在低速级，应按下述原则处理： （1） 带传动承载能力较低，传递相同转矩时比其他机构的尺寸大，故应将其放在 传动系统的高速级，以便获得较为紧凑的结构尺寸，又能发挥其传动平稳、噪音小、能 缓冲吸振的特点。 （2） 斜齿轮传动的平稳性比直齿轮传动的平稳性好，因此在二级圆柱齿轮减速器 中，如果既有斜齿轮传动，又有直齿轮传动，则斜齿轮传动应位于高速级。 （3） 锥齿轮传动应布置在齿轮传动系统的高速级，以减小锥齿轮的尺寸，因此大 模数的锥齿轮加工比较困难。 （4） 开式齿轮传动工作环境较差，润滑条件不良，磨损较严重，使用寿命较短， 因此宜布置在传动系统的低速级。 （5） 蜗杆传动多用于传动比很大、传递功率不太大的情况下。因其承载能力比齿 轮传动低，故应将其布置在传动系统的高速级，以获得较小的结构尺寸。蜗杆传动的速 度高一些，啮合齿面间易于形成油膜，也有利于提高承载能力及效率。而在对传动精度 要求高的装置中，蜗杆传动常布置在低速级，这样，高速级的传动误差被低速级蜗杆传 动的大传动比微小化了。 （6） 链传动的瞬时传动比是变化的，会引起速度波动和动载荷，故不适宜高速运 转，应布置在传动系统的低速级。 3.2 电动机的选取电动机的选取 选择电动机是一项专门性的技术工作。要合理选取电动机，就必须对电动机的特性 作分析，对其发热、起动力矩、最大力矩等进行核算。而在作机械设计课程设计时，只 要求根据工作机的输出功率选择电动机。 类型和结构类型的选择 三相交流异步电动机的结构简单、价格低廉、维护方便，可直接接于三相交流电网 中，因此在工业上应用最为广泛，设计时应优先选用。 Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式三相异步电动机，具有效率高、性能好、 噪音低、振动小等优点，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上， 圆柱形产品带震动的填充粉末料的自动机设计 13 如金属切削机床、风机、输送机、搅拌机、农业机械和食品机械等。 在经常起动，制动和反转的工作场合，要求电动机的转动惯量小和过载能力大，应 选用起重及冶金用YZR和YZ系列电动机。 功率的确定 电动机的容量（功率）选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量 小于工作要求时，电动机不能保证工作机的正常工作，或使电动机因长期过载而过早损 坏；若容量过大，则电动机的价格高，能力不能充分利用，而且因为经常不在满载下运 行，其效率和功率因数较低，造成浪费。 电动机容量主要由电动机运行时的发热条件决定，而发热又与其工作情况有关。对 于长期连续运转，载荷不变或变化很小，常温下工作的机械，选择电动机时只要使电动 机的负载不超过其额定值，电动机便不会过热。也就是可按电动机的额定功率等于或 m P 略大于所需电动机的功率，在手册中选取相应的电动机型号。这类电动机的功率按下 d P 述步骤确定： 工作机所需功率)(kwPw )1000/( wwww vFP 或 )9550/( wwww nTP 式中，为工作机的阻力，N；为工作机的线速度，m/s；为工作机的阻力矩， w F w v w T N m；为工作机轴的转速，r/min；为工作机的效率，带式输送机可取 ， w n w 96 . 0 w 链板式输送机可取。95. 0 w 2.电动机至工作机的总效率（串联时） n 321 式中，为传动系统中各级传动机构，轴承以及联轴器的效率。各类 1 2 3 n 机械传动的效率见表3-1。 3所需电动机的功率 )(kwPd 所需电动机的功率由工作机所需功率和传动装置的总效率按下式计算 / wd PP 4. 电动机额定功率Pm 按来选取电动机型号。电动机功率裕度的大小应视工作机构的负载变化状况 dm PP 而定。 表3-1 机械传动效率概率值 传动类型精度、结构及润滑效率 圆柱齿轮传动 7级精度（油润滑） 8级精度（油润滑） 开始传动（脂润滑） 0.98 0.97 0.94 0.96 锥齿轮传动 7级精度（油润滑） 8级精度（油润滑） 开始传动（脂润滑） 0.97 0.950.97 0.920.95 太湖学院学士学位论文 14 蜗杆传动 自锁（油润滑） 单头（油润滑） 双头（油润滑） 四头（油润滑） 0.400.45 0.700.75 0.750.82 0.820.92 滑动轴承 润滑不良 正常润滑 液体摩擦 0.94（一对） 0.97（一对） 0.99（一对） 传动类别精度、结构及润滑效率 滚动转承 球轴承 滚子轴承 0.99（一对） 0.98（一对） V带传动0.96 滚子链传动0.96 螺旋传动（滑动）0.30-0.60 螺旋传动（滚动）0.85-0.95 联轴器弹性、齿式0.99 转速的确定 额定功率相同的同类型电动机，有几种不同的同步转速。例如三相异步电动机有四 种常用的同步转速，即3000r/min、1500r/min、1000r/min和750r/min。同步转速低的电动 机磁极多，外廓尺寸大，重量大，价格高，但可使传动系统的传动比和结构尺寸减小， 从而降低了传动装置的制造成本。因此，确定电动机的转速时，应同时考虑电动机及传 动系统的尺寸，重量和价格，使整个设计既合理又较经济。 一般最常用，市场上供应最多的是同步转速为1500r/min和1000r/min的电动机，设计 时应优先选用。如无特殊需要，则不选用同步转速为3000r/min和750r/min的电动机。 根据选定的电动机类型，结构，功率和转速，从标准中查出电动机型号后，应将其 型号，额定功率、满载转速，以及电动机的安装尺寸，外形尺寸和轴连)(kwPmmin)/(rnm 接尺寸等记下以备后用。 设计传动装置时，对于通用设备，常以电动机的额定功率作为计算功率，以电动 m P 机的满载转速作为计算转速。 m n 3.3 传动比的分配传动比的分配 电动机选定后，根据电动机的满载转速和工作机的转速即可确定传动系统的总 m n w n 传动比 ，即i wm nni/ 传动系统地总传动比 是各串联机构传动比的连乘积，即i n iii ii 321 式中， ，为传动系统中各级传动机构的传动比。 1 i 2 i 3 i n i 合理的分配传动比是传动系统设计中的一个重要问题，它将直接影响到传动系统的 外廓尺寸、重量、润滑及传动机构的中心距等很多方面，因此必须认真对待。 传动比分配的一般原则 圆柱形产品带震动的填充粉末料的自动机设计 15 （1） 各级传动比可在各自荐用值的范围内选取。各类机械传动的传动比荐用值和 最大值见表3-2. 表3-2 各类机械传动的传动比 平带传动V带传动链传动圆柱齿轮传动锥齿轮传动蜗杆传动 单级荐用值i4242 52 53 324010 单级最大值 max i 5768580 （2） 分配传动比应注意使各传动件的尺寸协调、结构匀称及利于安装。例如带传 动的传动比不宜过大，以免大带轮的半径大于减速器箱体的中心高，使带轮与底座平面 相碰，造成安装不便。 （3） 传动零件之间不应造成互相干涉。如图所示，由于高速级传动比过大，造成 高速级大齿轮的齿頂圆与低速级大齿轮的轴发生干涉。 （4） 使减速器各级大齿轮直径相近，以便浸油深度大致相等，以利实现油池润滑。 （5） 使所设计的传动系统具有紧凑的外廓尺寸。 传动比分配的参考数据 （1） 带传动与一级齿轮减速器 设带传动的传动比为，一级齿轮减速器的传动比 d i 为 ，应使，以便使整个传动系统的尺寸较小，结构紧凑。iiid （2） 二级圆柱齿轮减速器 为了使两个大齿轮具有相近的浸油深度，应使两级的 大齿轮具有相近的直径（低速级大齿轮的直径应略大一些，使高速级大齿轮的齿顶圆与 低速轴之间有适量的间隙）。设高速级的传动比为 ，低速级的传动比为，减速器的传 1 i 2 i 动比为 ，对于二级展开式圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配：i ii)4 . 13 . 1 ( 1 对于同轴式圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配： iii 21 但应指出，齿轮的材料、齿数及宽度亦影响齿轮直径的大小。欲获得两级传动的大 齿轮直径相近，应对传动比，齿轮的材料、齿数、模数和齿宽等作综合考虑。 （3） 圆锥圆柱齿轮减速器 设减速器的传动比为 ，高速级锥齿轮的传动比为 ，i 1 i 传动比可按下式分配： ii25 . 0 1 为便于大锥齿轮的加工，应使大锥齿轮的尺寸不致过大，一般限制锥齿轮的传动比 ，当希望两级传动的大齿轮浸油深度相近时，可取。3 1 i5 . 3 1 i 由于V带轮直径要符合带轮的基准直径系列，齿轮和链轮的齿数需要圆整。同时，为 了调整高、低速级大齿轮的浸油深度，也可适当增减齿轮的齿数。因此，传动系统的实 际传动比与原数值（）会有误差，设计时应将误差限制在允许的范围内。当所 wm nni/ 设计的机器对传动比的误差未作明确规定时，通常机器总传动比的误差应限制在 以内。%5%3 机器传动系统的传动.参数主要是指各轴的转速、功率和转矩，它是进行传动零件设 太湖学院学士学位论文 16 计计算的重要依据。现以图 3.7 所示二级圆柱齿轮减速器，说明机器传动系统各轴的转速、 功率及转矩的计算。 1）各轴的转速 n（r/min） 高速轴 I 的转速 m nn I 中间轴 II 的转速 1III /inn 低速轴 III 的转速 （3.9） 212IIIII /iininn m 滚筒轴 IV 的转速 IIIIV nn 式中：为电动机的满载转速； 为高级传动比；为低级传动比。 m n 1 i 2 i 联轴器 I II III 联轴器 工作机 IV 图 3.6 二级圆柱齿轮减速器简图 2）各轴的输入功率 P（kW） 高速轴 I 的输入功率 cm PP I 中间轴 II 的输入功率 g PP1 III 低速轴 III 的输入功率 g PP2 IIIII （3.10） 滚筒轴 IV 的输入功率 gc PP IIIIV 式中：为电动机的额定功率（kW） ；为联轴器的效率；为一对轴承的效率；为 m P c g 1 高速级齿轮传动的效率；为低速级齿轮传动的效率。 2 3）各轴的输入转矩 T（Nm） 高速轴 I 的输入转矩 1II /9550nPT 中间轴 II 的输入转矩 IIIIII /9550nPT 低速轴 III 的输入转矩 （3.11） IIIIIIIII /9550nPT 滚筒轴IV的输入转矩 IVIVIV /9550nPT 3.4 传动零件的设计与选择传动零件的设计与选择 传动零件设计 1. V带传动 电动机减速器 圆柱形产品带震动的填充粉末料的自动机设计 17 设计V带传动需确定的主要内容是：带的型号、根数、长度，中心距，带轮直径和宽 度等，以及作用在轴上力的大小和方向。设计时应注意相关尺寸的协调，例如小带轮孔 径是否与电动机轴一致，小带轮外援半径是否小于电动机的中心高，大带轮直径是否过 大而与减速器底架相碰等。 2. 链传动 设计滚子链传动需确定的主要内容是：链节距、排数和链节数，中心距，链轮的材 料、齿数、轮毂宽度等，以及作用在轴上力的大小和方向。当用单排链而链传动尺寸过 大时，应改用双排或多排链，以减小链节距从而减小链传动的尺寸。当链传动的速度较 高时，应采用小节距多排链。设计时应注意链轮直径尺寸、轴孔尺寸、轮毂尺寸等，是 否与工作机、减速器等的相关尺寸协调。 3. 圆柱齿轮传动 斜齿轮传动具有传动平稳、承载能力大的优点，所以在减速器中多采用斜齿轮。直 齿轮不产生轴向力，但传动平稳性差一些，在圆周速度不大的场合亦可选用直齿轮，例 如低速的开式直齿轮传动。 齿轮传动的几何参数和尺寸有严格的要求，应分别进行标准化、圆整或计算其精确 值。例如模数必须标准化；齿宽应圆整成整数；啮合尺寸（节圆、分度圆、齿頂圆及齿 根圆直径，螺旋角等）必须计算精确值，长度尺寸应精确到小数点后三位（单位为mm）， 角度应精确到秒（“）。在减速器中，齿轮传动的中心距应尽量圆整成尾数为0或5的整数， 以便于箱体的制造和检测。直齿轮传动的中心距可以通过模数、齿数、齿宽系数amz 以及变位系数等来调整；斜齿轮传动的中心距可以通过模数、齿数、齿宽系 d xa n mz 数以及螺旋角等来调整。 d 对于动力传动中的齿轮，为安全可靠，一般齿轮的模数不应小于2mm。 强度计算和几何计算的关系是，强度计算所得尺寸是几何计算的依据和基础。几何 计算尺寸要大于强度计算尺寸，使其既满足强度要求又符合啮合几何关系。 开式齿轮传动一般只需计算齿轮弯曲强度，考虑到因齿面磨损而引起的轮齿强度的 削弱，应将计算求得的模数加大。开式齿轮传动精度低，多安装在输出轴外伸%15%10 端，悬臂机构刚度较差，故齿宽系数宜取小些。设计时应注意齿轮结构尺寸是否与工作 机等协调。 4. 锥齿轮传动 除了参看圆柱齿轮传动设计时应注意的问题外，还应注意： （1） 锥齿轮大端模数取标准值，计算锥距和分度圆直径时都要用大端模数。Rd （2） 分度圆锥角、的计算应精确到秒（“）、锥距以及分度圆直径应精确 1 2 Rd 到小数点后3位（单位为mm）。 （3） 小锥齿轮齿数一般取。2517 1 z （4） 齿数系数，求得齿宽后应圆整，大、小锥齿轮齿宽应相等。3 . 0/Rb R 5. 蜗杆传动 模数和蜗杆分度圆直径要取标准值。中心距应尽量圆整成尾数为0或5的整数。m 1 da 为保证、的几何关系，长需对蜗杆传动进行变位。在变位蜗杆传动中，蜗am 1 d 2 z 太湖学院学士学位论文 18 轮的几何尺寸将产生变位修正，蜗杆几何尺寸不变。 蜗杆上置或下置取决于蜗杆分度圆的圆周速度，当时，一般将蜗杆下 1 vsmv/54 1 置；当时，为了减少蜗杆的搅油损耗，应将蜗杆上置。smv/54 1 蜗杆传动尺寸确定后，要校验其滑动速度和传动效率，并考虑其影响，检查材料选 择是否合适，是否需要修正有关计算数据。 蜗杆的强度、刚度验算以及蜗杆传动的热平衡计算，在装配图设计确定了蜗杆支点 距离和箱体轮廓尺寸后进行。 6. 初算轴径 轴的机构设计要在初步估算的轴径基础上进行。轴径可按扭转强度初算，初算的轴 径为轴上受扭段的最小直径，此处如有键槽还要考虑键槽对轴强度削弱的影响。对于直 径的轴，有一个键槽时直径增大3%，有两个键槽时，直径增大7%；对于直径mmd100 的轴，有一个键槽时，直径增大5%7%，有两个键槽时，直径增大mmd100 10%15%，然后圆整。 若轴的外伸轴段与联轴器相连接，则该轴段的直径应符合联轴器的孔径系列要求； 若轴的外伸段与带轮、链轮或齿轮相连接，则该轴段为配合轴段，其直径应按标准尺寸 进行圆整。 3.5 齿轮传动齿轮传动 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式最多，应用广泛，传递的功率可达 数十万千瓦，圆周速度可达200m/s。 齿轮传动的主要特点有： 效率高 在常用的机械运动中，以齿轮传动的效率为最高。如一级圆柱齿轮传动的 效率可达99%。这对大功率传动十分重要，因为即使效率只提高1%，也有很大的经济意 义。 结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。 工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命 可长达一、二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机 器尤为重要。 传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，也 就是由于具有这一特点。 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场 合。 齿轮传动可做成开式、半开式及闭式。如在农业机械、建筑机械以及简易的机械设 备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。 这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，齿轮也很容易磨 损，故只宜用于低速传动。当齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入 油池中，则称为半开式齿轮传动。他的工作条件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界 杂物侵入，润滑条件也不算最好。而汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是 装在经过精确加工而且封闭严密的箱体（机闸）内，这称为闭式齿轮传动（齿轮箱）。 圆柱形产品带震动的填充粉末料的自动机设计 19 它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。 齿轮传动的失效形式及设计准则 失效形式 齿轮传动就装置形式来说，有开式、半开式及闭式之分；就使用情况来说，有低速、 高速及轻载、重载之别；就齿轮材料的性能及热处理工艺的不同，轮齿有较脆（如经整 体淬火、齿面硬度很高的钢齿轮或铸铁齿轮）或较韧（如经调制、常华的优质碳钢及合 金钢齿轮），齿面有较硬（齿轮工作面的硬度大于350HBS或38HRC，并称为硬齿面齿轮） 或较软（轮齿工作面的硬度小于或等于350HBS或38HBC，并称为软齿面齿轮）的差别等。 由于上述条件的不同，齿轮传动也就出现了不同的失效形式。一般地说，齿轮传动的失 效主要是齿轮的失效，而齿轮的失效形式又是多种多样的，这里只就较为常见的齿轮折 断和工作齿面磨损、点蚀、胶合及塑性变形等略做介绍。至于齿轮的其他部分（如齿轮、 轮辐、轮毂等），除了对齿轮的质量大小需加严格限制外，通常只按经验设计，所定的 尺寸对强度及刚度来说均较富裕，实践中也极少失效。 1.齿轮折断 齿轮折断有多种形式，在正常工况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为在轮齿受载 时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过度部分的截面突变及加工刀痕等引起的 应力集中作用，当齿轮重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿 疲劳折断。 此外，在齿轮受到突然过载时，也可能出现过载折断或剪断；在轮齿经过严重磨损 后齿厚过分减薄时，也会在正常载荷作用下发生折断。 在斜齿圆柱齿轮（简称斜齿轮）传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线，轮齿受 载后，如有载荷集中时，就会发生局部折断。若制造及安装不良或轴的弯曲变形过大， 轮齿局部受载过大时，即使是直齿圆柱齿轮（简称直齿轮），也会发生局部折断。 为了提高轮齿的抗折断能力，可采取下列措施：1）用增大齿根过渡圆角半径及消除 加工刀痕的方法来减小齿根应力集中；2）增大轴及支承的刚性，使齿轮接触线上受载较 为均匀；3）采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性；4）采用喷丸、滚压等 工艺措施对齿根表层进行强化处理。 齿面磨损 在齿轮传动中，齿面随着工作条件的不同会出现多种不同的磨损形式。例如当啮合 齿面间落入磨料性物质（如砂粒、铁屑等）时，齿面即将逐渐磨损而致报废。这种磨损 称为磨粒磨损。它是开始齿轮传动的主要失效形式之一。改用闭式齿轮传动是避免齿面 磨粒磨损最有效的办法。 2.齿面点蚀 点蚀是齿面疲劳损伤的现象之一。在润滑良好的闭式齿轮传动中，常见的齿面失效 形式多为点蚀。所谓点蚀就是齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的 麻点状损伤现象。齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，如工作条件未加改善， 麻点就会逐渐扩大，甚至数点连成一片，最后形成了明显的齿面损伤。 轮齿在啮合过程中，齿面间的相对滑动起着形成润滑油膜的作用，而且相对滑动速 度越高，越易在齿面间形成油膜，润滑也就越好。当轮齿在靠近节线处啮合时，由于相 太湖学院学士学位论文 20 对滑动速度低，形成油膜的条件差，润滑不良，摩擦力较大，特别是直齿轮传动，通常 这时只有一对齿啮合，轮齿受力也最大，因此，点蚀也就首先出现在靠近节线的齿根面 上，然后再向其他部分扩展。从相对意义上说，也就是靠近节线处的齿根面抵抗点蚀的 能力最差（即接触疲劳强度最低）。 提高齿轮材料的硬度，可以增强轮齿抗点蚀的能力。在啮合的轮齿间加注润滑油可 以减小摩擦，减缓点蚀，延长齿轮的工作寿命。并且在合理的限度内，润滑油的粘度越 高，上述效果也越好。因为当齿面上出现疲劳裂纹后，润滑油就会浸入裂纹，而且粘度 越低的油，