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摘要

带式输送机驱动装置是输送机的动力的来源，主要由电动机通过联轴器、减速器、带动传动滚筒转动。

本驱动装置设计中，首先根据输送机的工作要求确定传动方案,然后确定电动机,由电机及工作机进行减速器设计, 驱动装置，驱动装置架，传动滚筒，滚筒头架设计。

关键词： 带式输送机 驱动装置  减速器  滚筒 

内容简介：

开题报告 题目名称 带式输送机驱动装置设计 学生姓名 专业班级 学号 一、 选题的目的和意义： 通过调研目前市场上的各种 带式输送机驱动装置 ，设计出性价比更高更合理的 驱动装置 ，更好的解决目前煤矿运输系统中的问题。 树立正确的设计思想，为以后在工作中遇到相关问题提供解决依据，同时 培养我们综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能，提高分析解决实际问题的能力，领会基本理论和深化理论知识， 检验学生综合素质与实践能力 。 接受工程师必须的综合训练，提高实际工作能力 ， 如调查研究、查阅文献和收集资料并进行分析的能力；制 订设计或试验方案的能力；设计、计算和绘图能力；总结提高撰写论文的能力。 通过本次毕业设计，能使我们把先修的基础和专业基础课程中所获得的理论知识在实际的设计工作中综合地加以应用，通过毕业设计之后能够熟练应用有关参考资料、计算图表、手册；熟悉有关的国家标准和部颁标准，为以后成为优秀的工程技术人员打下良好的基础。 二、 国内外研究综述： 皮带输送机技术的现状国外皮带输送机技术的发展很快，其主要变现有两个方面：一方面是皮带输送机的功能多元化，应用范围夸大化，如高倾角带式输送机，管式带输送机 ，空间转弯皮带输送机等各种机型 ；另一方面是皮带输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离，大运量，高带速等大型皮带输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用于带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性。 2 三、 毕业设计（论文）所用的主要技术与方法： 1. 在学校图书馆查阅相关资料。 2. 在工厂的实践毕业实习。 3. 通过老师和工程师的指导。 4. 通过浏览因特网上的相关资料。 5. 通过对相关资料和数据的理论计算和分析 四、 主要参考文献与资料获得情况： 1 张国辅主编 . 矿山 井下煤仓与矿仓 . 煤炭工业出版社 1983. 2 张岚 弓海霞 刘宇辉主编 . 新编实用液压技术手册 . 人民邮电出版社 2008 3 王益群 高殿容主编 . 液压工程师技术手册 . 化学工业出版社 2010 4 李壮云主编 . 液压气动与液力工程手册 . 电子工业出版社 2008 5 雷天觉主编 . 新编液压工程手册 . 北京理工大学出版社 1998 6 辛一行主编 . 现代机械设备设计手册 . 机械工业出版社 2000 7 徐灏主编 . 机械设计手册 . 机械工业出版社 1991 8 何庆主编 . 机械制造专业毕业设计指导与范例 . 化学工业出版社 2008 9 杜文丰主编 . 文版机械制图 . 北京大学出版社 2003 10 顾崇衔 主编 . 机械制造工艺学 . 陕西科学技术出版社 1999 11孔庆华 刘传绍 主编 . 极限配合与测量技术基础 . 同济大学出版社， 2002 12 孙桓 陈作模 葛文杰主编 . 机械原理 . 高等教育出版社 2006 13 濮良贵 纪名刚编著 . 机械设计 . 高等教育出版社 2007 五、 毕业设计（ 论文）进度安排（按周说明） 第 56 周：熟悉设计题目，掌握所设计的系统的工作原理，通过网络、图书馆寻找相关的资料，并认真阅读，逐步形成设计思路，完成毕业设计开题报告； 第 710 周：着手开始设计，通过查阅相关资料和设计手册，设计各个零件的形状、尺寸，统筹兼顾，并不断完善各种尺寸； 第 1113 周：在老师的指导下，修改设计的零件，使整个系统更加完善、合理。然后用 件，绘制各零件图和装配图图； 第 1416 周：整理设计资料，完成毕业设计论文 3 六、 指导教师审批意见： 指导教师： （签名） 年 月 日 摘要 带式输送机驱动装置是输送机的动力的来源，主要由电动机通过联轴器、减速器、带动传动滚筒转动。 本驱动装置设计中，首先根据输送机的工作要求确定传动方案 ,然后确定电动机 ,由电机及工作机进行减速器设计 , 驱动装置，驱动装置架，传动滚筒，滚筒头架设计。 关键词： 带式输送机 驱动装置 减速器 滚筒 is of a of a of up In in of 1概述 . 1 . 1 送机的分类 . 2 动装置 . 4 2运动方案的拟订 . 6 3减速器设计 . 9 择电动机 . 9 择电动机的容量 . 9 定电动机的转速 . 10 算总传动比并分配各级传动比 . 11 动参数的计算 . 11 算各轴转速 : . 11 轴的功率和转矩 . 11 动零件 (齿轮 )的设计 . 13 速级齿轮传动的设计计算 . 13 择材料 、 齿轮精度等级 、 类型及齿数 . 13 齿面接触强度设计 . 14 齿根弯曲强度设计 . 16 何尺寸计算 . 18 带级齿轮传动的设计计算 . 19 择材料 、齿轮精度等级、 类型及齿数 . 19 齿面接触强度设计 . 19 齿根弯曲强度设计 . 22 何尺寸计算 . 23 的设计 . 24 的材料 . 24 径的初步估算 . 24 的结构设计 . 25 弯扭合成进行轴的强度校核 . 27 . 37 出轴 )上的轴承的选择 . 42 速级大齿轮与轴的联接 . 44 速级大齿轮与轴的联接 . 45 轴器的选择设计 . 48 速轴联轴器 . 48 速级联轴器的选择设计 . 50 封 . 53 差与配合 . 54 他附件的设计 . 54 4 驱动滚筒设计 . 58 筒轴的校核 . 65 筒的周向定位 . 65 5 托辊的设计 . 67 用 . 67 辊的类型 . 67 形托辊 . 69 冲托辊 . 70 程托辊 . 71 心托辊 . 72 . 75 . 76 致谢 .考文献 .1 1 概述 式输送机的发展历程及发展方向 随着世界装备制造业向中国转移及我国带式输送机产品的技术进步，中国成为世界上最大的带式输送机产品研发和制造基地指日可待， 5年后我国带式输送机全球市场占有率将达到 50%左右。下游产业的发展和技术进步，要求为其配套的橡胶输送带行业更快地与国际接轨，采用国际先进标准、不断提高产品质量、开发低阻力节能型输送带、加强技术服务，成为下游产业的迫切要求。 带式输送机作为大宗散状物料连续输送设备，广泛应用于大型露天煤矿、大 型露天金属矿、港口码头以及火电、钢铁、有色、建材、化工、粮食等行业，是现代工业和现代物流业不可或缺的重要技术装备。上世纪 80年代初，我国带式输送机行业只能生产带式输送机，因而配套棉帆布输送带即可满足要求，但当时国家重点工程项目中带式输送机产品却都是从国外进口。 80 年代中期，我国带式输送机行业开始引进国外先进技术和专用制造设备，设计制造水平有了质的提高，并逐渐替代进口产品。近年来，我国带式输送机总体上已经达到国际先进水平，除满足国内项目建设的需求外，已经开始批量出口，其设计制造能力、产品性能和产品质 量得到了国际市场的认可。而输送带作为承载和牵引构件，是带式输送机中的主要部件之一，因此必须满足国内大型项目及国际更高标准的要求。 目前带式输送机发展的重点产品包括长距离、大运量、高带 2 速带式输送机，水平及空间曲线越野带式输送机，露天矿用移置式带式输送机，大型下运带式输送机，自移机尾可伸缩带式输送机，园管带式输送机，大倾角上运带式输送机，钢丝绳牵引带式输送机。重点研发的核心技术包括带式输送机动态分析设计技术，智能化可控驱动系统研发，物料转载点新型耐磨材料研制，钢结构优化设计技术以及带式输送系统节能技术、环保技 术和散料输送系统集成及工程设计技术等。 送机的分类 带式输送机 分类方法有多种 ,按运输物料的输送带结构可分成两类 ,一类是普通型带式输送机 ,这类带式输送机在 输送带 运输物料的过程中 ,上带呈槽形 ,下带呈平形 ,输送带有 托辊 托起 ,输送带外表几何形状均为平面 ;另外一类是特种结构的带式输送机 ,各有各的输送特点 各种带式输送机的特点 D 型相比 ,其带较薄、载荷也较轻 ,运距一般不超过 100m,电机容量不超过 22 其输送带的带芯中有平行的细钢绳，一台运输机运距可达几公里到几十公里 . 带式输送机它又称为槽形带式输送机 ,其明显特点是将普通带式输送机的槽形托辊角由提高到使输送带成 这样一来输 送带与物料间产生挤压 ,导致物料对胶带的摩擦力增大 ,从而输送机的运输倾角可达 25. 3 . 管形带式输送机 U 形带式输送带进一步的成槽 ,最后形成一个圆管状 ,即为管形带式输送机 ,因为输送带被卷成一个圆管 ,故可以实现闭密输送物料 ,可明显减轻粉状物料对环境的污染 ,并且可以实现弯曲运行 . 而是在空气膜（气垫）上运行 ,省去了托辊 ,用不动的带有气孔的气室盘形槽和气室取代了运行的托辊 , 运动部件的减少 ,总的等效质量减少 ,阻力减小 ,效率提高 ,并且运行平稳 ,可提高带 速 也可以改变输送带本身 ,把输送带的运载面做成垂直边的 ,并且带有横隔板 故称为波状带式输送机 ,这种机型适用于大倾角 ,倾角在 30 以上 ,最大可达 90. （ 6） 这种输送机的主要优点是 :输送物料的最大倾角可达 90, 运行速度可达 6m/s,输送能力不随倾角的变化而变化 ,可实现松散物料和有毒物料的密闭输送 送带的磨损增大 和能耗较大 . 既具有钢绳的高强度、牵引灵活的特点 ,又具有带式运输的连续、柔性的优点。 4 动装置 驱动装置的作用是将电动机的动力传递给输送带，并带动它运动。 机器通常由原动机、传动装置和工作装置三部分组成。传动装置用来传递 原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。 驱动装置是带式输送机的动力传递机构。一般由电动机、联轴器、 制动器、 减速器及驱动滚筒组成。 电动机：带式输送机用的电动机，有鼠 笼式、绕线式异步电动机。在有防爆要求的场合，就采用矿用隔爆机。使用液力耦合器时，不需要具有高起动力矩的电动机，只要与耦合器匹配得当，就能得到接近电机最大力矩的起动力矩。 联轴器：按传动和结构上的需要，分别采用液力耦合器、柱梢联轴器、棒梢联轴器、齿轮联轴器或十字滑块联轴器。 减速器：带式输送机用的减速器，有圆柱齿轮减速器和圆锥 柱齿轮减速器的传动效率高，但是它要求电机轴与输送机轴平行，驱动装置占地宽度大，适合于在地面驱动；而井下使用时需要加宽峒室，若把电机布置在输送带下面，会给维护和更换造成 困难。因此，用于采区巷道是，常采用圆锥 5 驱动滚筒：驱动滚筒是依靠它与输送带之间的摩擦力带动输送带运行的部件。据挠性牵引构件的摩擦传动理论，输送带与滚筒之间的最大摩擦力，随摩擦系数和围包角的增大面增大。所以提高牵引力必须人这两方面入手。 根据不同的使用条件和工作要求，带式输送机的驱动方式，可分单电机单滚筒驱动单电机双滚筒驱动 及 多电机驱动多滚筒驱动几种。 6 2 运动方案的拟订 驱动装置是带式输送机的原动力部分、由电动机、减速器以及高（低）速联轴器、制动器和逆止器等 组成。其型式的确定按与传动滚筒和关系，驱动装置可分为分离式、半组合式和组合式三种。其三种组合方式如下表的示： 类型 代号 功率范围/动系统组成 分离式 轴器 - 直交轴硬齿面 Y 电机 - 合器 轴器 分离式 电机 平行轴硬齿面 轴器 合器 减速器 半组合式 电机 减速滚筒 组合式 电机电动滚筒 分离式驱动装置有两种，在这两种分离式装置中，应优先选 7 择 用于要求布置特别紧凑的地方。 电动滚筒 动装置不占空间，适用于短距离及较小功率的带式输送机上。但电动机在滚筒内部，散热条件差，因而电动滚筒不适合长期连续运转，也不适合在环境温度不大 40 减速滚筒 动机伸出在滚筒外面的驱动装置。它解决了电动滚筒散热条件差的问题。因而作业率可不受太大的限制。 传动装置的传动方案是否合理将直接影响机器的工作性能、 8 重量和成本。综合考虑本题设计采用的为第一种分离式传动方案。 众所周知，带式输送机的驱动装置由电动机、减速器、联轴器、滚筒有向上倾斜时还配有制动器、逆止器等部分组成，而减速器又由轴、轴承、齿轮、箱体四部分组成。所以，如果要设计带式输送机的传动装置，必须先合理选择、设计它各组成部分，下面我们将一一进行设计及选择。 9 3 减速器设计 择电动机 电动机是常用的原动机，具有结构简单、工作可靠、控制简便和维护容易等优点。电动机的选择主要包括选择其类型和结构形式、容量（功率）和转速、确定具体型号。 择电动机的类型 按工作要求和条件选取 Y 系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。 择电动机的容量 工作所需的功率： / F V/（ 1000w） 所以： F V/（ 1000 w） 式中 动机的工作功率 作机所需功率 (指输入工作轴的功率 ) 工作机的效率 由电动机至工作机之间传动装置的总效率为： = 21 . 2 . 43. 24 式中 1 、 2 、3、 4 、分别为齿轮传动、卷筒、轴承、联轴器的 10 效率。 取 1 = 2 = =4 = ： = 以： = 800 . 8 1 7 0 . 9 6 k w k w 根据 取电动机的额定功率 查机械零件设计手册取电动机的额定功率为 110 确定电动机的转速 由卷筒轴的转速 5 9 m 按二级斜齿圆柱减速器的传动比的合理范围 i =8 30 故电动机的转速范围为 : i n =(8 30 ) 791)r/合计算出的容量 ,由表 1 其技术参数比较情况见下表： 表 3 ： 方 案 电动机型号 额定功率 电动机转速 /电动机重量 步转速 满载转速 1 110 1000 990 1110 2 110 1500 1480 1000 11 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及减速器的传动比，可知方案 2 比较适合。因此选定电动机型号为 选电动机的额定功率 P =110载转速 n=1480r/ 算总传动比并分配各级传动比 电动机确定后，根据电动机的满载转速和工作装置的转速就可以计算传动装置的总传动比。 算总传动比 /n n =配各级传动比 确定各级的传动比时 ,考虑到润滑条件 ,应使高、低级两个在齿轮的直径相近，所以低速级大齿轮略大些，推荐高带级传动比 121 。 1 2 动参数的计算 算各轴转速 : 1 1 4 8 0 / m i n r 2 1 1/n n i =1 4 8 0 / 5 . 4 9 2 6 9 . 5 8 / m i 3 2 2/ 2 6 9 . 5 8 / 4 . 5 1 5 9 . 7 7 / m i nn n i r 轴的功率和转矩 电动机轴输出功率和转矩 12 80kw 9550m 9550 80 5 1 6 . 2 1 轴 1的输入功率和转矩： 1p = 4 = 80 T 955011m 9550 m 轴 2的输入功率和转矩： 2p = 1p 1 3 = T 955022m 9550 m 轴 3的输入功率和转矩： 3p= 2p 1 2 =T 9550 33m 9550 m 卷筒轴的输入功率和转矩： 3p 2 3 4 =13 95503 m 9550 m 将以上各轴的转速，功率及转矩，列成表格 表 3 参 数 轴 名 电 动 机 轴 1 轴 2 轴 3 轴 卷 筒 轴 转 速 r/480 1480 率 10 矩 N m 动零件 (齿轮 )的设计 速级齿轮传动的设计计算 择材料 、 齿轮精度等级 、 类型及齿数 （ 1）材料及热处理。由表 10齿轮的材料均为 40并调质处理及表面淬火，齿面硬度为 48 55 （ 2）按运动简图中的传动方案所示，选用斜齿轮圆柱齿轮传 14 动。 （ 3）输送机为一般机器，速度 不高，表面淬火，轮齿变形不大，故精度可选用 7级精 . (4) 选用小齿轮的齿数为 1z =18，大齿轮的齿数为 2z = 118 取 2 99z 。 （ 5）选取螺旋角。初选螺旋角 14 。 齿面接触强度设计 按机械设计公式（ 10算 1213 21t H u Z （ 1）确定式中的各计算数值 1)T = N ) 10取区域系数 ). 由图 10查得 = = 则 = + =)d 。因为大小齿轮均为硬齿面，故宜选稍小的齿宽系数。由表 10d = 6）由表 10得材料的弹性影响系数 。 7）由图 10查得大小齿轮的接触疲劳强度极限 = =1100 8）由式（ 10算应力循环次数。 15 1N =60 1 hn j l =60 1480 1 (8 300 5)=910 2N = 1810 9)计算接触疲劳选用应力。 （取失效概率为 1 ，安全系数 ） 查图 10 12式 (10 = ： 1H = 1 =1100/1=1056 2H = 2 =1100/1=1078 取 H = 122 =1056 107821067 2)设计计算 1)计算小齿轮的分度圆直径 1由计算公式得 1 253 2 1 . 6 5 . 1 1 0 5 1 0 6 . 5 2 . 4 3 1 8 8 . 90 . 8 1 . 6 7 5 . 4 9 1 . 6 7 )计算圆周速度 116 0 1 0 0 0 = 3 . 1 4 6 4 . 4 5 1 4 8 06 0 1 0 0 0 =s 3) 计算齿宽 b= 1 = 11z= 6 4 c o s 1 418=h= =16 b/h=) 计算纵向重合度 = z =18 =) 计算载荷系数 k 由表 10使用系数 1；根据 v=s、 7级精度由图10表 10=表 10K = 故载荷系数 K= AK K =1 ) 按实际的载荷系数校核所算得的分度圆直径 由式（ 10311=) 计算模数 11z = 6 6 c o s 1 418=齿根弯曲强度设计 13 12 c o s F a S an Y Y Ym z (1) 确定式中计算参数 1) 计算载荷系数 由上面的可知 1 表 10K =图10K = AK K =1 17 2) 根据纵向重合度 =图 10 =）计算当量齿数 1 13318c o s c o s 1 4z = 2 23399c o s c o s 1 4z =) 查齿表系数 由表 10得 12) 查取应力校正系数 由表 10得 12) 由图 102E =620) 由图 10弯曲疲劳寿命系数 1) 计算弯曲疲劳许用应力 （取弯曲疲劳安全系数 S= 由式 (10 1F = 11= 1F = 22 = =403) 计算大小齿轮的 Fa 并加以比较 1Fa = = 2Fa = 2) 设计计算 18 2322 1 . 6 9 6 5 . 1 1 0 5 1 0 0 . 8 5 c o s 1 4 0 . 0 1 1 40 . 8 1 8 1 . 6 6 =比计算结果 ,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数相差不大 ,取模数 m=要同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径 =是由 11 m = 1z =18，则 2z =u 1z =18=取 2z =99 这样设计出来的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲 疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 何尺寸计算 （ 1）计算中心距 a= 122 z m = 1 8 9 9 3 . 5 2 1 0 . 0 22 c o s 1 4 将中心矩 圆整为 2102) 按圆速后的中心矩修正螺旋角 = 12a r c c o s 2 nz z =1 8 9 9 ) 3 1 0= 因 值改变不多，故 、 、 数等不必修正。 （ 3）计算大、小齿轮的分度圆直径 19 1d = 1 19 =d 2 1 0 4 3 . 5=c o s c o s 1 2 . 8 4= 4）计算齿轮宽度 b= 1d d =整后取 2B =52 1B =57 低带级齿轮传动的设计计算 择材料 、齿轮精度等级、 类型及齿数 1）材料及热处理。由表 10齿轮材料为 40并经调质及表面淬火，齿面硬度为 48 55 2）按图示方案，低带级采用直齿圆柱齿轮传动。 3）因表面淬火，轮齿变形不大，且输送机为一般机器，故精度选用 7级。 4 ） 选 取 小 齿 轮 的 齿 数 1z =21 ， 大 齿 轮 的 齿 数 为2 1 2z z i =21 4 2z =95。 齿面接触强度设计 1 213 12 . 3 2 u 1）试选载荷系数 20 2) 小齿轮传递的转矩 1T = 0 N ) 由表 10d 因大、小齿轮均为硬齿面，故宜选稍小的齿宽系数，取 d =) 由表 10Z =) 由图 10大、小齿轮的接触疲劳强度极限 = =1050) 由式 101N =60 1 hn j l = 60 1 (8 300 5)=810 2N = 1=810 7) 由图 10系数 12) 计算接触疲劳选用应力。 （取失效概率为 1 ，安全系数 ） 由式 (10 = ： 1H = 1 =1050/1=945 2H = 2 =1050/1=2)设计计算 1) 试算小齿轮分度圆直径 1代入 H 中较小的值 1 213 12 . 3 2 u = 21 53 1 . 2 5 . 1 1 0 5 1 0 5 . 5 1 1 8 9 . 80 . 8 4 . 5 1 9 4 5 =) 计算圆周速度 116 0 1 0 0 0 = 3 . 1 4 7 9 . 9 5 2 6 9 . 5 86 0 1 0 0 0 =s 3) 计算齿宽 b= 1 = 11)计算齿宽与齿高比 b/h h= =b/h=) 计算载荷系数 k 由表 10使用系数 据 v=s、 7级精度由图 10表 10K = =1；由表 10K =载荷系数 K= AK K =1 ) 按实际的载荷系数校核所算得的分度圆直径 由式（ 10 311=) 计算模数 1122 齿根弯曲强度设计 由式（ 10弯曲强度的设计公式为 2 13 12 F a S Y Ym z(1) 确定式中各计算参数 1) 计算载荷系数 由上面的可知 =1;由图 10= AK K =1 ) 由图 10 得 齿 轮 的 弯 曲 疲 劳 极 限12E =620) 由图 10弯曲疲劳寿命系数 1) 计算弯曲疲劳许用应力 （取弯曲疲劳安全系数 S= 由式 (10 1F = 11= 1F = 22 = =) 查齿表系数 由表 10得 12) 查取应力校正系数 由表 10得 12) 计算大、小齿轮的 Fa ，并加以比较 23 1Fa = 3= 2Fa = 4=齿轮的数值大 (2) 设计计算 m 5322 1 . 5 9 4 5 . 1 1 0 5 1 0 0 . 0 1 0 5 6 80 . 8 2 1 =比计算结果 ,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数相差不大 ,取模数 m=近圆整标准值 要同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径 =是由 11 dz m = 1z =24，则 2z =u 1z =24 取 2z =108 这样设计出来的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 何尺寸计算 （ 1）计算大、小齿轮的分度圆直径 1d = 1=24 =2d=108 = 2）计算中心距 24 a= 122z z m = 2 4 1 0 8 3 3）计算齿轮宽度 b= 1d d =整后取 2B =70 1B =75的设计 的材料 根据机械设计表 15于小齿轮的直径较小，轴 选材与小齿轮相同为 40调质处理；而轴 0质处理 。 径的初步估算 由公式（ 15o 可得各轴直径如下： 查表 15112 97 取 110 轴 I： 13111103 480= 23221103 25 轴 33331103 截面上开有键槽时 ,应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱作用。对于直径 100d 一个键槽时，轴径增大 3 ,有两个键槽时，增大 7；而对于直径 100d 一个键槽增大 5 7；有两个键槽增大 10 15。 所以，根据以上原则，本题中的中间轴要用单键联接，故增大 5；输入轴的最外端要开键槽联接联轴器，故可增大 7；而输出轴的最外端也开槽联接联轴器，故可增大 5。 所以有： 1d (1+7 )=d (1+5 )=d (1+5 )=上面三轴的计算结果取整，初步估定三轴的最小直径如下： 1d =482d =80 3d =125 轴的结构设计 转轴的结构形式为阶梯轴，各阶梯的直径和长度应综合考虑轴上的零件的固定、轴上零件的装配、轴的加工 工艺等因素进行设计。 (1) 轴上零件的固定 轴上零件在轴上的周向固定多采用过盈配合，一般用键或花键的形式联接； 且在轴径相差不在的情况下，键槽应设计在同一加工轴线上。而在轴向上的固定，常采用轴肩与轴环、套筒、圆 26 螺母、弹性挡圈等形式。 (2) 轴上零件的装配 轴上零件的装配在保证顺利装配的前提下，要减少加工，选择阶梯级数最少，装配最方便，轴上零件数目最少，轴毛坏直径最小的结构方案。 (3) 轴的加工工艺性 根据加工工艺性的要求，主要是对轴的细部结构进行设计，一般要考虑退刀槽、越程槽及倒圆角等工艺。 根据以上原 则，并结合机械零件课程设计表 16定轴的结构大致如下： 轴 图 3 轴 27 图 3二结构简图 轴 图 3弯扭合成进行轴的强度校核 按弯扭合成进行轴的强度校核时，通常将轴视为受弯矩和扭矩合 成作用之可动铰链二支点梁。 (1) 对轴 I(输入轴 )进行校核 1) 绘轴的计算简图，如图 2) 计算作用在轴上的力 轴 机械零件课程设计表 28 2t TF d = 2 =15.8 0=a =) 求支点反力 根据静力学平衡条件得： A 支点反力： 支点反力： ) 作弯矩图 如图， 。 m e 垂直面弯矩图： 1 m 2 m 轴向力 产生的转矩为： =116N m f 合成弯矩图：由合成弯矩 22 M，得 1M 221= 227 3 9 2 7 6 =m 2M 222= 29 227 3 9 1 6 3 = m 5) 作扭矩图 T=m 6) 作当量弯矩图 当量弯矩为： 22() 取 = 227 5 7 . 6 3 ( 0 . 3 5 1 1 . 0 5 )=m 7) 校核轴的强度 受载最大的剖面在 用 332来计算。 e = 337 8 9 1 0 3 23 5 5 =表 15 40许用弯曲应力为 1 b =70核结果： e e 故 X = Y =P = ()p r F =于轴承 2: 22因此只按 择轴承型号。由表 20得寿命系数 表 20公式 20= 表 8d=500 30310 C=130e= Y=3) 校核强度 因 30310轴承的 值与暂取值不等，故需进行验算校核。 作用于轴承 1、 2的轴向负荷 1 12 22为 1dF e 故 X = Y =P = ()p r F = N 22所以验算轴承 1的寿命。由公式 20 表 20查得 16000 12000故满足要求。 (1) 初步选择 ,计算当量动负荷 由工作需要的要求得：轴承的使用时间为 5 300 8=12000 第一对轴承的当量动载荷 P： ()p r aP f X F Y F, 查手册取 由于轴的转矩较大 ,且具有一定的轴向力 ,故初步选择圆锥滚子轴承 3000型。 由轴的载荷分析计算部分，可知作用在轴承上的径向力和轴向力为： 1 22= 223 0 3 =40 2 22= 224 3 1 2 =于轴承的型号没定，暂时选轴承的 e=Y=表20 1 12 2 22为 1dF e 故 X = Y =P = ()p r F = N 对于轴承 2: 22 故 X = Y =P = ()p r F = N 对于轴承 2: 2212000故满足要求。 出轴 )上的轴承的选择 (1) 初步选择 ,计算当量动负荷 由工作需要的要求得：轴承的使用时间为 5 300 8=12000 第一对轴承的当量动载荷 P： ()p r aP f X F Y F, 查手册取 由于轴的转发矩较大 ,故初步选择圆锥滚子轴承 3000型。 由轴的载荷分析计算部分，可知作用在轴承上的径向力为： 1 22= 221 8 6 = 22= 223 7 1 3 =于轴承的型号没定，暂时选轴承的 e=Y=表20 1 12 2 22为 1dF e 故 X = Y =P = ()p r F = N 对于轴承 2: 22 故 X = Y =P = ()p r F = N 对于轴承 2: 2212000 故满足要求。 的选择 键的类型的选择主要考虑所传递的转矩的大小，是否有沿国向滑动，对中要求及键在轴上的位置因素；而键的尺寸主要按联接 处的轴径来选择。 速级大齿轮与轴的联接 （ 1）键的类型的选择 根据键的选择原则和减速器的结构特点，减速器中轴上零件(齿轮、联轴器等 )与轴的联接多用平键。 45 (2) 键及键槽尺寸的选择及强度校核 1）尺寸的选择 由 d=85表 6装键为普通平键型，尺寸为 22 14 L=45采用一般联接。 2) 校核 由公式 p 32 10 表 6键联接的许用挤压应力 p 100 120 p =100 p 16 48 齿轮端面与内箱壁距离 2 14 吊环螺钉直径 18 外箱壁至轴承座端面距离 1l 1C + 2C +(5 10) 40 箱盖肋厚 1m 1m = 10 箱座肋厚 m m = 10 轴器、润滑、密封、公差及其他附件设计 轴器的选择设计 速轴联轴器 在减速器高速轴与是动机之间，由于转速较高，且有轻微的冲击振动；输送机功率在 110种联轴器传递转矩的能力很大，结构简单，安装制造方便，耐久性好，弹性柱梢有一定的缓冲和吸振能力，允许被联接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移。 计算选型如下： 选择时应满足如下的强度条件 计算转矩： （ 12） T T N m 1K 电动机系数，查表 8-9 安装有许多对角裂缝零件的一维纵扭振动转换器 21要： 为了提高 一维纵扭振动转换器可得到的振动速度，对旨在减少振动节点部分的最大振动应力水平并且要避免安装在转换器的纵向节点位置的带有许多裂缝的零件的新型的复杂振动转换器进行了研究。转换器的自由端以椭圆 或圆形轨迹振动。带有从椭圆形到圆形或者从长方形到正方形轨迹的复杂振动系统可有效应用于需要大功率的场合，包括金属或者塑料的超声波焊接，超声波焊线的集成电路，大规模集成电路和装置和超声波马达。安装有许多带裂缝部件的转换器比只安装一个带有裂缝零件的转换器在振动应力水平和品质因数方面会得到提高。 关键词： 圆形振动轨迹 复杂的振动 复杂振动超声波焊接 纵扭振动转换器 超声波马达 超声波塑料焊接 带有对角裂缝的振动转换器 带有从椭圆形到圆形或者从长方形到正放形位点的复杂振动系统适用于大功率场合的使用。在纵向振动节点区域安装有一个裂缝零件且由纵向振动系统驱动的一维纵扭振动转换器适用于大规模场合的应用，这些场合包括：各种材料的超声波焊接， 超声波焊线的集成电路，大规模集成电路和装置和超声波马达。为了提高振动的优点和增加转换器的可获得振动速度，对带有许多裂缝零件的新型转换器做了研究。裂缝零件可以安装在许多位置，但是要避免安装在纵向节点位置处以便减少振动节点部分的最大应力振动数值。使用很多裂缝零件可以使最大振动应力和质量因数增加，同时在相同的驱动电压下最大振动振幅会明显增大。这种转换器由很 突出的优点，因为和只有一个裂缝零件的转换器相比，其最大振动应力较小，而且这种振动器的最大振动振幅会明显增加。沿着转换器分布的振动轨迹，振动速度和相分布可以通过激光多普勒测振仪进行测量。这种新型的转换器用于超声波塑料焊接和超声波马达中。 这种新型转换器可获得的最大振动速度会显著增加。使用复杂的振动转换器可以使塑的焊接优点得以提高。 超声波马达声使用的 15径的新型振动器的纵扭振动幅和以前的转换器相比，在相同的驱动电压 60v,55件下，会从 6加到将近 12安装有多缝隙零件的转换器在提高振 动的优点和增加可得到的复杂振动速度方面是很有效的。 2 振动转换器的构造 两个直径为 20度为 79 所示，而且这两种转换器在除了纵向节点部分外安装有裂缝零件。用铝合金（ 造的圆柱形纵扭转换器在圆周的纵向振动节点部分的两端安装有两个裂缝零件。转换器由纵向振动源驱动。在实验中使用了具有相同角度和不同角度对角裂缝零件的各种转换器。振动转换器有 18 个呈 45或 135的对角裂缝，这些 10， 的裂缝是用电火花机床加工出来的。裂缝深度从 间变化。转换器的自由端部分以纵扭的方式振动并且轨迹呈椭圆形。 图 1，安装有一对裂缝零件的不同的一维纵扭振动转换器 3 带有两个裂缝零件的转换器的振动特点 对转换器的整个振动系统的自由进入循环进行了测量。具有不同角度裂缝零件（ a） 和具有相同角度裂缝零件（ b） 的质量因数 890稳定压力条件下焊接，其数值大致是 600 和 30于纵向振动和扭转振动的共振频率很接近，所以转换器振动系统的进入循 环显示出单一的圆形。两个系统的质量因数是很大的。在转换器的自由边沿可以得到椭圆位点。 4 复杂振 动超声波塑料焊接 杂振动转换器的振动特点 图 2 显示了驱动频率和带有复杂振动系统的振动转换器的扭转振动速度之间的关系。驱动电压稳定在 20V。扭转振动速度在 近的不同频率处有最大的数值。在转换器的自由边沿会出现椭圆的轨迹。 带有一对裂缝零件的复杂振动转换器，在频率为 ，其扭转径向的振动速度分布如图 3 所示。扭转振动速度的节点部分通常位于左侧的裂缝区域，并且振动速度在自由边沿达到最大数值。 图 2，沿着（ a)和（ b)复杂振动转换器扭转径向振动速度的分布。驱动电压 为 20V。 图 3，带有复杂振动系统的振动转换器（ A)驱动频率和纵扭振动速度之间的关系。驱动电压为 20V。 带有一对裂缝零件的复杂振动转换器的径向振动速度分布也可以用图 3 所示。径向振动速度最大位置处也即纵向振动节点位置，并且纵向节点位置位于两裂缝零件之间。在径向节点位置处转换器的应力分布有一个最大数值，然而两个裂缝区域并不存在于这个位置。 杂振动超声波塑料焊接的焊接特点 焊接时间，焊接部分试件的变形厚度和用频率为 27有复杂振动系统的转换器（ a） 和（ b） 搭接的聚丙烯板的强度之间的关系如图 4所 示。通过转换器（ a） 所得到的焊接强度要大于通过转换器（ b） 所得到的强度。由于（ a） 中振动系统有一个更大的扭转振动元件，相比之下，其所需的焊接时间要短。在焊接部