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多功能排种器实验台的设计【7张CAD图纸和说明书】

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7张CAD图纸和说明书 多功能排种器实验台的设计【7张CAD图纸 多功能排种器实验台的设计 排种器试验台 张CAD图纸】 排种器实验台设计 设计cad图纸 试验台的设计与 多功能排种器试验台的设计
资源描述:

摘  要

文章开头介绍了先进排种器试验台对于了解和掌握现有精播排种器的技术性能,研究和研制新一代高性能播种机的重要性,本设计介绍了一种新型排种器试验台机械结构与电气部分的参数设计计算方法,以及电气设备的选用依据:并给出了总体结构配置图。排种器试验台的结构可在试验中模拟各种精密排种器高速作业状态,并达到精确测量种子粒距的目的。本设计系统地介绍了该排种器试验台的设计过程和方法,并在计算过程中插入了一些简图,更有利于理解。在设计的每一过程中采取严谨的态度,以保证各数据的精确性。

关键字:农业工程;排种器试验台;设计


Multi-purpose seeding mechanism test platform design

Abstract:

The article opening introduced the advanced seeding mechanism test platform existing fine broadcasts the seeding mechanism regarding the understanding and grasping the technical performance, studies and develops the new generation of high performance seeder the importance, this design introduced one kind of new seeding mechanism test platform mechanism and the electrical part parameter design calculation method, as well as the electrical equipment selects the basis: And has given the overall structure disposition chart.The seeding mechanism test platform structure may in the experiment simulate each kind of precision seeding mechanism high speed work condition, and achieved the precision measuring plants the goal which the seed is apart from.This design introduced systematically this seeding mechanism test platform design process and the method, and have inserted some diagrams in the computation process, is more advantageous to the understanding.Has the rigorous manner in design each process, guarantees various data the accuracy.

Key words:Agricultural engineering; Seeding mechanism test platform; Design


目  录

1 绪论 1

2 工作原理及总体结构 2

2.1工作原理 2

2.2总体结构 2

3 主要工作部件参数的设计 3

3.1种床长度的确定 3

3.2种床带前进速度的确定 3

3.3排种盘转速的调整范围 3

3.4种床带传送装置驱动电机功率的确定 3

4 设计传动系统 5

4.1一级皮带传动的设计 5

4.2二级皮带传动的设计 9

5.各轴的设计 12

5.1 轴的材料 12

5.2轴的结构设计 13

5.3第一传动轴(电动机与输送装置相连的轴)的设计 13

5.4第二传动轴的设计 17

5.5第三传动轴的设计 18

6.毕业设计总结 22

参考文献 23

致  谢 24


1 绪论

    多功能精量排种器能对油菜、谷子、芝麻、苜蓿、胡麻、小麦、高粱、绿豆、番茄、玉米、大豆、棉花、油葵等小、中、大粒作物进行精量和常量播种。排种精度高、结构简单、性能可靠,便于在多种播种机上配套安装,提高播种器的性能。是技术人员一直追求的目标。排种器是播种机的核心部件之一。排种器排种质量的好坏直接关系到播种质量的好坏。影响精密播种机播种质量的因素很多,但主要取决于排种器的排种性能。因此国内外在如何提高排种器的性能方面作了大量的研究工作并取得了较大进展。为了了解和掌握现有精播排种器的技术性能,为我国进一步研制推广精播机提供设计依据,必须加大对排种器试验台的研究和开发,排种器实验台是播种机研发所使用的主要手段,是快速产生新一代高性能播种机必不可少的实验设备。


2 工作原理及总体结构

2.1工作原理

    在田间测试播种机性能时,排种器随拖拉机向前进方向移动。排种器试验台正好相反,它是用输送带做种床,并模拟播种机的田间作业速度进行运动,排种器在实验时固定不动,输送带(种床)相对于排种器运动。这样,就使播种机相对地面的运动转变为地面相对于播种机的运动。从相对运动的概念来说,是一个参考坐标系转换问题,其效果是一样的。排种器在固定位置把种子排在喷上油层的输送带上,种子被油层黏住,然后对种床带上的排种情况进行实时摄录和处理,从而测得种子粒距,达到检测排种均匀性等各项指标的目的。


内容简介:
学校代码: 序 号: 本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 题目: 多功能排种器试验台的设计 学学 院:院: 姓姓 名:名: 学学 号:号: 专专 业业 年年 级:级: 指导教师:指导教师: 多功能排种器试验台的设计 1 摘 要 文章开头介绍了先进排种器试验台对于了解和掌握现有精播排种器的技术 性能,研究和研制新一代高性能播种机的重要性,本设计介绍了一种新型排种 器试验台机械结构与电气部分的参数设计计算方法,以及电气设备的选用依据: 并给出了总体结构配置图。排种器试验台的结构可在试验中模拟各种精密排种 器高速作业状态,并达到精确测量种子粒距的目的。本设计系统地介绍了该排 种器试验台的设计过程和方法,并在计算过程中插入了一些简图,更有利于理 解。在设计的每一过程中采取严谨的态度,以保证各数据的精确性。 关键字:农业工程;排种器试验台;设计 多功能排种器试验台的设计 2 Multi-purpose seeding mechanism test platform design Abstract: The article opening introduced the advanced seeding mechanism test platform existing fine broadcasts the seeding mechanism regarding the understanding and grasping the technical performance, studies and develops the new generation of high performance seeder the importance, this design introduced one kind of new seeding mechanism test platform mechanism and the electrical part parameter design calculation method, as well as the electrical equipment selects the basis: And has given the overall structure disposition chart.The seeding mechanism test platform structure may in the experiment simulate each kind of precision seeding mechanism high speed work condition, and achieved the precision measuring plants the goal which the seed is apart from.This design introduced systematically this seeding mechanism test platform design process and the method, and have inserted some diagrams in the computation process, is more advantageous to the understanding.Has the rigorous manner in design each process, guarantees various data the accuracy. Key words:Agricultural engineering; Seeding mechanism test platform; Design 目 录 多功能排种器试验台的设计 3 1 1 绪论绪论1 1 2 2 工作原理及总体结构工作原理及总体结构2 2 2.12.1 工作原理工作原理 2 2 2.22.2 总体结构总体结构 2 2 3 3 主要工作部件参数的设计主要工作部件参数的设计3 3 3.13.1 种床长度的确定种床长度的确定 3 3 3.23.2 种床带前进速度的确定种床带前进速度的确定 3 3 3.33.3 排种盘转速的调整范围排种盘转速的调整范围 3 3 3.43.4 种床带传送装置驱动电机功率的确定种床带传送装置驱动电机功率的确定 3 3 4 4 设计传动系统设计传动系统5 5 4.14.1 一级皮带传动的设计一级皮带传动的设计 5 5 4.24.2 二级皮带传动的设计二级皮带传动的设计 9 9 5.5.各轴的设计各轴的设计1212 5.15.1 轴的材料轴的材料 1212 5.25.2 轴的结构设计轴的结构设计 1313 5.35.3 第一传动轴(电动机与输送装置相连的轴)的设计第一传动轴(电动机与输送装置相连的轴)的设计 1313 5.45.4 第二传动轴的设计第二传动轴的设计 1717 5.55.5 第三传动轴的设计第三传动轴的设计 1818 6.6.毕业设计总结毕业设计总结2222 参考文献参考文献2323 致致 谢谢 2424 1 绪论绪论 多功能精量排种器能对油菜、谷子、芝麻、苜蓿、胡麻、小麦、高粱、绿 多功能排种器试验台的设计 4 豆、番茄、玉米、大豆、棉花、油葵等小、中、大粒作物进行精量和常量播种。 排种精度高、结构简单、性能可靠,便于在多种播种机上配套安装,提高播种 器的性能。是技术人员一直追求的目标。排种器是播种机的核心部件之一。排 种器排种质量的好坏直接关系到播种质量的好坏。影响精密播种机播种质量的 因素很多,但主要取决于排种器的排种性能。因此国内外在如何提高排种器的 性能方面作了大量的研究工作并取得了较大进展。为了了解和掌握现有精播排 种器的技术性能,为我国进一步研制推广精播机提供设计依据,必须加大对排 种器试验台的研究和开发,排种器实验台是播种机研发所使用的主要手段,是 快速产生新一代高性能播种机必不可少的实验设备。 2 工作原理及总体结构工作原理及总体结构 2.1 工作原理 在田间测试播种机性能时,排种器随拖拉机向前进方向移动。排种器试验 台正好相反,它是用输送带做种床,并模拟播种机的田间作业速度进行运动, 排种器在实验时固定不动,输送带(种床)相对于排种器运动。这样,就使播 多功能排种器试验台的设计 5 种机相对地面的运动转变为地面相对于播种机的运动。从相对运动的概念来说, 是一个参考坐标系转换问题,其效果是一样的。排种器在固定位置把种子排在 喷上油层的输送带上,种子被油层黏住,然后对种床带上的排种情况进行实时 摄录和处理,从而测得种子粒距,达到检测排种均匀性等各项指标的目的。 2.2 总体结构 试验台总体结构如图 2-1 所示,主要有台架,种床带装置,排种器安装架 装 置 ,以及 5mm 厚,长宽不一的铁板。 型带 输送带 传动系统 机架 电动机 排种器 图 2-1 试验台总体结构简图 3 主要工作部件参数的设计 3.1 种床长度的确定 考虑到被排种器实验台采用视觉方法测得粒距,有时希望还能从种床带上 直观地观察一小段排种实况,而种床带刹车后还会运行一段距离,因此,把种 床带有效长度定为 2.8m 较合适,同时该种床带的类型为普通橡胶输送带,胶布 层数为三层,上胶+下胶厚度为 3.0+1.5mm 周长为 6.228m,宽 0.4m,每米长的 质量为 4.01kg/m。 多功能排种器试验台的设计 6 3.2 种床带前进速度的确定 当前,国内外的当前,国内外的中耕作物精播机作业速度一般都在 58km/h 左右,部分先进的气力式播种机可达 1012km/h。一般说来,速度超 过 10km/h,播种质量就有明显下降的趋势且试验标准要求,播种机试验前进速 度为 1.02m/s(3.67.2km/h) 。排种器试验台的设计,除了满足现有播种机 的实际速度要求之外,还应提高其测试范围,从而种床带前进速度确定为 1.57.5km/h。 3.3 排种盘转速的调整范围 从现有国内外先进的中耕作物精播机的作业速度来看,其前进速度在 12km/h 时,则对应的排种盘转速一般在 20200r/min 之间。所以,本试验台 排种盘转速调试范围为 15200r/min。 3.4 种床带传送装置驱动电机功率的确定 从结构上看,本排种器试验台的种床带传送装置是属于皮带输送机,工作 时,种床带处于匀速滑动状态,因此可粗略计算驱动种床带传送装置平移运动 所做的功,来确定驱动电机功率。 1.运动中滚筒所需的驱动扭力 F1 为: F1=9.80665*G*f=9.80665*24.97428*0.65=159.2N 式中,G种床带总质量,G=6.228*4.01=24.97428kg f橡胶带与钢的动摩擦系数,f=0.65 2.滚筒的驱动转矩 M1 为: M1=F1*R=159.2*0.1=15.92N.M 式中 R滚筒半径,R=0.1m 3.滚筒在种床最大前进速度下的转数 Nm: Nm=Vm/2PR=60Vm/3.14d=120/(3.14*0.2)=192r/min 式中。Vm种床带最大前进速度 Vm=7.2km/h 4.计算工作机功率: P=(M1*Nm)/9550=15.92*192、9550=0.320087kw 5.电机的额定转矩 M0 为: M0=M1/i=15.92/2=7.96n.M 式中 i电机与滚筒传动比,i=2 6.在种床带最大前进速度下驱动电机的转数 n: n=Nm*i=2*192=384r/min 7.由于采用专用变频电机,电机频率范围内大部分处于恒功率工作状态, 则电机额定功率 P0 为: P0=M0*n/9550=(7.96*384)/9550=0.320067kw 8.播种机上排种器大都为地轮驱动,单个排种器的排种盘转动所需转矩最 多功能排种器试验台的设计 7 大约为 12.75N.M 排种器驱动电机的额定转矩 M1 为: M1=M3/i2=12.75N.M 式中。M3排种盘所需最大转矩,M3=12.75N.M 电机与排种器轴传动比,i2=1 9.电机额定功率:P1=2*P*N,m*M/60=0.272kw 式中,N,m拍中盘最高转速,且为 200r/min P=P0+P1=0.320067+0.272=0.592067KW 因此,选取 JZy22-4 型电磁调速电动机,电动机的功率为 1.5kw,质量为 100kg,调速范围为:1201200r/min,此系列电动机式一种交流无级变速电动机, 它由笼式异步电动机,电磁转差离合器所组成,与控制器配合后,可在规定的 负载下和转速范围内能均匀地,连续地无级调速,并能输出额定的转速。因此, 适用于该排种器试验台使用。 4 设计传动系统 4.1 一级皮带传动的设计 由前已知该电机于滚筒的传动比为 2,即 i=n1,式 n1 电机的转速,且为 384r/min,n2滚筒的转速,且为 192r/min。以下是设计时所要用到的表: 表 4-1 V 带带轮最小基准直径 Dmin 和基准直径系列 D(mm) 多功能排种器试验台的设计 8 型号 YZABCDE 最小基准直径 Dmin 205075125200355500 20,22.4,25,28,31.5,40,50,56,63,71,75,80,8 5,90,95,100,106,112,118,125,132,140,150,16 0,170,180,200,212,224,236,250 265,280,300,315,355,375,400,425,450,475,500 ,530 基准直径系列 D 560,600,630,670,710,750,800,900,1000 表 4-2 单根普通 V 带 i1 时传动功率的增量 P0(kw) 小带轮转速 n1(r/min)型号传动 比 i 4007308009801200146016002000240028003200 0.040.070.080.080.110.130.150.190.230.260.30A1.35 1.5 12 0.050.090.100.110.150.170.190.240.290.340.39 0.100.170.200.230.300.360.390.490.590.690.79B1.35 1.5 12 0.130.220.250.300.380.460.510.630.760.891.01 表 4-3 特定条件下单根普通 V 带所能传递的功率 P0(kw) 小带轮转速 n1 (r/min)型号小带 轮基 准直 径 4007308009801200146016002000240028003200 750.270.420.450.520.600.680.730.840.921.001.04 900.390.630.680.790.931.071.151.341.501.641.75 1000.470.770.830.971.141.321.421.661.872.052.19 1250.671.111.191.401.661.932.072.442.742.983.16 A 1600.941.561.692.002.362.742.943.423.804.064.19 表 4-4 普通 V 带截面尺寸和单位长度质量 型号 YZABCDE 顶宽 b(mm) 6.010.013.017.022.032.038.0 节宽 bp (mm) 5.38.511.014.019.027.032.0 高度 h(mm) 4.06.08.011.014.019.025.0 锲角 a 400 多功能排种器试验台的设计 9 单位长度质量 q(kg/m) 0.040.060.100.170.300.600.87 表 4-5 包角系数 Ka 1.计算功率 Pc 由表可查得:工作情况系数 Ka=1.1,故: Pc=ka*P=1.1*1.5kw=1.65kw. 2.选取普通 V 带型号 根据 Pc=1.65kw,n1=384r/min,可确定选用 A 型。 3.确定带轮基准直径 D1 和 D2: 由查表可取 D1=90mm,=1%,由式得: D2=n1/n2*D1*(1-)=2*90*0.99=178.2mm.取 D2=180mm。 大带轮转速:n2=n1*D1*(1-)/D2=(384*90*0.99)/180=190.08r/min.其 误差120,合适。 7.确定 V 带的根数 Z: 因为该传动装置的传动比 i=2,由查表得 P0=0.05kw.由查表得 K=0.99,Kl=1.01. 由式:Z=Pc/(P0+P0)*K*Kl=1.65/(0.47+0.05)*0.99*1.01=3.7503752 取 Z=4. 8.求作用在带轮轴上的压力 Fq: 包 角 a1 180017001600150014001300120011001000900800700 Ka10.980.950.920.890.860.820.70.740.690.640.58 多功能排种器试验台的设计 10 由表查得 q=0.1kg/m,由式得单根 V 带的张紧力 F0: F0=(500*Pc)/Z*V*(2.5/K-1)+q*V*V =500*1.65/(4*1.80864)*(2.5/0.99-1)+0.1*1.80864*1.80864 =174.26N 作用在带轮轴上的压力为: Fq=2*Z*F0*Sin(/2)=2*4*174.26*Sin(171.35/2)=1390.11N 该皮带传动的简图为下图 2: 轮1轮2 图 4-1 皮带传动 1 的简图 9.带轮结构设计: V 带轮设计的主要要求是质量小.结构工艺性好;无过大的铸造内应力;质 量分布均匀,转速高时要经过动平衡;轮槽工作面粗糙度要合适,以减少带的 磨损;轮槽尺寸和槽面角应保持一定的精度,以使载荷分布较为均匀等。 带轮的材料主要是铸铁,常用材料牌号为为 HT150,HT200.铸铁带轮允许 的最大圆周速度为 25m/s,速度更高时,可采用铸钢或钢板冲压后焊接;小功 率时可用铸造铝合金或工程塑料。 铸铁 V 带轮的典型结构有四种:实心式,腹板式,孔板式和轮辐式。基准 直径 D(2.53)d(d 为轴的直径,mm)时,可采用实心式;D300mm 时, 可采用腹板式(当 D1-d1100mm 时,可采用孔板式) ;D300mm 时,可采用轮 辐式。 V 带轮轮缘的截面及各部尺寸见表 9。由于 V 带在带轮上弯曲时,截面变形 使其锲角变小。为保证胶带和带轮工作面的良好接触,一般应适当减小轮槽槽 角。 带轮的结构设计,主要是根据带轮的基准直径选择结构形式;根据带的截型确 定轮槽尺寸;带轮的其它结构尺寸可参照图所列经验公式计算。确定了带轮各 部分尺寸后,即可绘制出零件图,并按工艺要求注出相应的技术条件等。由于 强度均较富裕,所以无需进行强度计算。 多功能排种器试验台的设计 11 经验公式:d1=(1.82)d,d 为轴的直径, D0=0.5(D1+d1) d0=(0.20.3)(D1-d1) h1=290 3 /nzP C=(1/71/4)B L=(1.52)d,当 B1200,即合适 7.确定 V 带根数 Z: 有前已知轮的传动比 i=2, 且有表查得:P0=0.27kw,P0=0.05kw. 再由表查得:K=0.982,Kl=0.96 有式可得: Z=Pc/(P0+P0)*K*Kl =0.2992/(0.27+0.05)*0.96*0.982 =0.992 按相关规定取 Z=1. 8.求作用在带轮轴上的压力 Fq: 有表查得 V 带单位质量 q=0.1kg/m,由式得单根 V 带的张紧力: F0=(500*Pc)/Z*V*(2.5/K-1)+q*V*V =500*0.2992/1*0.7536*(2.5/0.982-1)+0.1*0.75362 =306.86756+0.0567913 =306.92435N 作用在带轮轴上的压力为: Fq=2*Z*F0*Sin(/2) =2*1*306.92435*Sin(171.770/2) =612.23N 9.带轮的结构设计: 有前已知,该传动系统的 V 带轮可选择为实心式带轮,带轮材料为 HT150,其中小轮的各项数据:Z=1,P=0.2992kw,d=30mm 由式可得出其各数据,B=(Z-1)e+2f=(1-1)*15+2*10=20mm D=75mm,Dw=D+2ha=75+2*2.75=80.5mm 由此设计出的小轮为下面图 4-3: 多功能排种器试验台的设计 14 图 4-3 设计出的小轮简图 在该传动系统中,与此小轮相配合的大轮的结构和各项数据也可由相关的 知识计算出来,在此就不多说了。 多功能排种器试验台的设计 15 5.各轴的设计 5.1 轴的材料 主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件,有的则直接用 圆钢。 由于碳钢比合金钢价廉,对应力集中的敏感性较低,同时也可以用热处理 或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度,故采用碳钢制造轴尤为广泛, 其中最常见的是 45 钢。 合金钢比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。因此,在传递大动 力,并要求减小尺寸与质量,提高轴颈的耐磨性,以及处于高温或低温条件下 工作的轴,常采用合金钢。 必须指出:在一般工作温度下(低于 200) ,各种碳钢和合金钢的弹性模 量均相差不多。因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时,所根据的是强 度与耐磨性,而不是轴的弯曲或扭曲刚度。但也应当注意,在既定条件下,有 时也可选择强度较低的钢材,而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚 度。 各种热处理(高频淬火.渗碳.氮化.氰化等)以及表现强化处理(如喷丸. 滚压等) ,对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。 高强度铸铁和球墨铸铁容易做成复杂的形状,且具有价廉.良好的吸振性和 耐磨性,以及对应力集中的敏感性较低等优点,可用于制造外形复杂的轴。 下表 5-1 列出了轴的常用材料及其主要机械性能: 表 5-1 轴的常用材料及其主要机械性能 抗拉强 度极限 b 屈服强 度极限 s 弯曲疲 劳极限 -1 剪切疲 劳极限 -1 备注材料牌 号 热处 理 毛坯直 径 (mm) 硬度 (HBS ) (Mpa) 100400420225Q235 A 热轧 或锻 后空 冷 1002 50 375390215 170105 用于不 重要及 受载荷 不大的 轴 正火 1001702 17 590295255140 回火 1003 00 1622 17 570285245135 45 调质 2002172 55 640355275155 应用最 广泛 多功能排种器试验台的设计 16 因此,结合各方面的情况,我们可选择45钢作为轴的材料 5.2轴的结构设计 轴的结构主要取决于以下因素:轴在机器中的安装位置及形式;轴上安装 的零件的类型.尺寸.数量以及和轴连接的方法;载荷的性质.大小方向及分布情 况;轴的加工工艺等。 5.3第一传动轴(电动机与输送装置相连的轴)的设计 1.选择轴的材料: 选择轴的材料为45钢,其机械性能由上表可查得:-1b=60MPa, b=640MPa,-1=275MPa,-1=155MPa. 2.求输入轴上的功率 P2,转矩 T2: 若取带传动的效率 1=0.96,则: P2=P0*1 =0.96*1.5kw =1.44kw 转速 n2=192r/min。 所以 T2=9550000*P2/n2 =9550000*1.44/192=71625N.mm 表 5-2 几种轴的材料的T和 C 值 轴的材料 A3,201Cr18Ni9Ti354540Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi T12201225203030404052 C16013514812513511811810710798 表 5-3 零件倒角 C 与圆角半径 R 的推荐值(mm) 直径 d 610101818303050508080120120180 C 或 R 0.50.60.81.01.21.62.02.53.0 表 5-4 轴的许用弯曲应力(Mpa) 材料 b+1b0b-1b 4001307040 5001707545 6002009555 碳钢 70023011065 3.初步确定轴的最小直径: 根据表 13,选取 C=122,C 为取决于轴材料的许用扭转应力t的系数。 dmin=C*=112=21.9072mm 3 2/2 nP 3 192/44 . 1 4.轴的结构设计: 多功能排种器试验台的设计 17 1)拟定轴上零件的装配方案 轴上零件的装配方案对轴的结构形式起着决定性的作用。现拟出装配方案下: B C A F F 图 5-1 轴的装配方案 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 已确定轴的最小直径为 21.9072mm,则可设,VIIIIV 段轴的直径为 30mm,右端用轴端挡圈定位,接轴端直径,取挡圈直径为 33mm,由手册可确定 当输送带宽为 400mm 时,滚筒的长度可确定为 450mm,即 LIII-V=450mm。由于考 虑到用套筒对两带轮进行轴向定位,初步设计该套筒长度为 l=32mm,内径为 30mm,外径为 45mm,由于 VIIIIV 段轴的直径为 30mm,可由皮带轮的相关 知识得出带轮的宽度 B=20mm,则,VIIIIV 段轴的初步设计长度为 52mm,因 为此轴是阶梯轴设计,因此在两带轮中间设计一个轴肩,根据要求,此轴肩高 度 2.5mm,轴肩处的过渡圆的半径为 1mm,因此初步设计 VIIVIII 段轴的直 径为 35mm,由皮带轮的相关知识可设计出该带轮的宽度 B=65mm,因此初步设计 VIIVIII 段轴的长度为 65mm,此轴段与下一个轴段的连接处设计一个轴肩, 查表可知该轴肩高度为 2.5mm,相关过渡圆半径为 1.2mm,初步设计 VIVII 段轴的直径为 40mm,长度为 40mm,该段与轴承座连接处的轴肩的高度由查相关 表可知为 3mm,相关的过渡圆半径为 1.6mm,由此 VVI 段轴的直径可初步设 计为 45mm,在该轴段使用套筒进行滚筒的轴向定位,该套筒的长度可初步设计 为 14.54mm,内径为 45mm,外径为 28.69mm,该套筒与滚筒连接处设计一个轴 肩,由查表可得该轴肩高度为 4mm,过渡圆的半径为 1.6mm,则 VVI 段轴的 长度可初步设计为 50mm,IIIV 段轴的直径可初步设计为 54mm,前面已知 IIIV 段轴的长度为 450mm,该轴段与下一个轴段的连接处设计一个轴肩, 以利于滚筒的轴向定位,由查相关表,该轴肩的高度可设计为 4mm,过渡圆半 径为 1.6mm,则,IIIII 段轴的直径可初步设计为 62mm,长度可设计为 10mm,该轴段与下一个轴段的连接处设计一个轴肩,查相关表可把该轴肩高度 设计为 6mm,过渡圆半径为 2mm,则 III 段轴的直径可初步设计为 48mm,长 度为 20mm,该段轴与下一个段轴的连接处设计一个轴肩,该轴肩的高度为 多功能排种器试验台的设计 18 1.6mm,相关过渡圆半径为 1.6mm,因为 I 段轴是与轴承相配合的。 3)初步选择滚动轴承。 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用角接触球轴承,参照工作 要求并根据 di=45mm,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙组,标准精度级的 角接触球轴承 46209,右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得 46209 型轴承的定位轴肩高度 h=1.1,所以 I 段轴的长度可初步设计为 19mm。 至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。 4)轴上零件的周向定位 皮带轮,滚筒与轴的周向定位均采用平键联接。按 dIII-V由手册查得平键截 面 b*h=16*10(GB109579),键槽用键槽铣刀加工,长为 85mm(标准键长见 GB109679) ,同时为了保证滚筒与轴配合有良好的对中性,故选择滚筒与轴 的配合为 H7/n6;同样,右端第一个带轮与轴的联接,选用平键 b*h*l=10*8*15,带 轮与轴的配合为 H7/k6。第二个带轮与轴的联接,选用平键 b*h*l=10*8*45,带 轮与轴的配合为 H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此 处选轴的直径尺寸公差为 m6。 5)确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表 5-2 ,取轴端倒角为 2*450,各轴肩处的圆角半径见图 5。 6)求轴上的载荷 首先根据轴的结构(图 5-1)做出轴的计算简图(5-2) 。在确定轴承的支 点位置时,应从手册中查取 a 值。因此,作为简支梁的轴的支撑跨距,根据轴 的计算简图作出轴的弯矩图,扭矩图和计算弯矩图, 从轴的结构图和计算弯矩图中可以看出截面 33 处的计算弯矩最大,是轴 的危险截面。截面 33 处的各相关数据计算如下。 7)按弯扭合成应力校核轴的强度 画受力简图(如图 5-2 所示) 画轴空间受力简图 5-2: 图 5-2 轴空间受力简图 图中 A 为主动轮,B 为从动轮,已知 PA=1.44kw,PB=0.272kw,nA=nB=192r/min 所以: MA=9550000*PA/nA=9550000*1.44/192=71625N.mm, MB=9550000*PB/nB=9550000*0.272/192=14822.4N.mm 多功能排种器试验台的设计 19 从受力情况看出,轴在 CA,AB 两段内,各截面上的扭矩是不相等的,现在 用截面法,根据平衡方程计算各段内的扭矩,在 AC 段内,以 T1表示截面 1 1 上的扭矩,并任意地把 T1的方向假设为如上图所示,由平衡方程: T1-WA-WB=0 T1=WA+WB=71625+14822.4=86447.4N.mm 在 AB 段内,T4 表示截面 44 上的扭矩,并任意地把 T4 的方向假设为 如上图所示,由平衡方程:T4-WB=0,所以:T4 =WB=14822.4N.Mm 扭矩图如下: 图 5-3 扭矩图 由静力平衡可得:FD+FC=FA+FB FD(L1+L2+L3)+ FC(L2+L3) 由以上已知:L1=539mm,L2=72.5mm,L3=74.5mm,FA=1252N,FB=612N 所以可求出:FD=-335N,FC=2199N 因此: 在截面 11 处的弯矩 M1=FD*489,扭矩 W1=*d13/32d1=54mm 截面 11 处的弯曲应力 1=M1/W1=(335*489*32)/(3.14*543)=10.602 在截面 22 处的弯矩 M2=FD*(489+50)=335*539=180,d2=45, W2=*d23/32=3.14*453/32=8942mm3 截面 22 处的弯曲应力 2=M2/W2=180565/8942= 20.1929 在截面 33 处的弯矩 M3=FD*(489+50+72.5)=335*611.5=204852.5N.mm d3=35mm,W3=*d33/32=3.14*353/32=4207.11mm3 在截面 33 处的弯曲应力 3=M3/W3=204852.5/4207.11=48.692 在截面 44 处的弯矩 M4=FB*74.5=45594N.mmd4=30mm, W4=*d43/32=2649.375mm 在截面 44 处的弯曲应力 4=M4/W4=45594/2649.375=17.21 明显 3241即截面 33 是最危险的 作出弯矩图: 多功能排种器试验台的设计 20 图 5-4 弯矩图 计算当量弯矩: Mca2=M2+(aT)2=204852.52+716252,所以 Mca=217013N.mm 校核轴的强度: 已知轴的当量弯矩后,即可针对某些危险截面作强度校核计算,通常只校核轴 上承受最大计算弯矩的截面(即危险截面 33)的强度,则由以上数据可得: ca = M ca/W3=217013/4207.11=51.5825-1b=60MPa 即 ca小于 45 钢的许用弯曲应力,故此轴安全。 绘制轴的工作图,见下图 5-5: F-F 24,5 2.未注明倒角为1x45 技术要求 1.调质220250HBS ?24 ?22,5 ?31 ?22,5 ?20 ?15 +0.030 -0.002 ?27+0.039 -0.029 R1 R0,8 1.6 R0,8 R0,8 0.8 0.8 3.2 1.6 3.2 1.6 1.6 B C A 910 5 225 202625 其余 12.5 F F 42,5 R4 8 32,5 5 5 5,98 R0,5 1,25 R0,8 R0,6 22,5 90,75 5.4 第二传动轴的设计 为了使输送带保持水平运动状态,该轴的设计在外形和大小与主动轴的外 形和大小大致一样,过程如下: 1.拟定轴上零件的装配方案 轴上零件的装配方案对轴的结构形式起着决定性的作用,现拟出该轴的装 配方案,如下图 5-6: 多功能排种器试验台的设计 21 A 图 5-6 轴的装配图 2.该轴的各段与主动轴的相应的各段轴径大小和长度相同,各相应轴肩高度也 相同,过渡圆半径大小相同,技术要求也一样。 5.5 第三传动轴的设计 1.选择轴的材料 选择轴的材料为 45 钢,经调质处理,其机械性能由表查得: -1b=60MPa,b=640MPa,-1=275MPa,-1=155MPa. 2. 轴所传递的功率为 P3,转速 n3,转矩 T3,若取轴承效率为 0.99,皮带传动效 率为 0.96,则: P3=0.272/(0.96*0.99)=0.2862kw n3=95.04r/min 于是:T3=9550000*T3/n3 =9550000*0.2862/95.04 =28758N.mm 3.初步确定轴的最小直径 先按式初步估算轴的最小直径,其中 C=112,C 为取决于轴材料的许用扭转 应力t的系数。 dmin=C* 3 3/3 nP =112 3 04.95/2862 . 0 =16.2mm 输入轴的最小直径显然是安装在轴承端盖右端的皮带轮处 4.轴的结构设计 1)拟定轴上零件的装配方案 轴上零件的装配方案对轴的结构形式起着决定性的作用,现拟出一种装配 方案,如下图: 多功能排种器试验台的设计 22 图 5-7 轴的装配图 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 已确定轴的最小直径为 16.2mm,可初步设计轴的最小直径为 30mm,即 dVI- VII=30mm,该段轴与皮带轮配合,由皮带轮的相关知识可得出皮带轮的宽度为 20mm,则该段轴的长度可设计为 20mm 即 LVI-VII=20mm,为了满足皮带轮的轴向 定位要求,VIVII 轴段左端需制出一轴肩,该轴肩高度为 2.5mm,过渡圆的 半径为 1mm,右端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径 D=33mm,由于轴肩等 原因,VVI 段轴的直径可初步设计为 35mm,长度可初步设计为 137mm,该轴 段与 IVV 段联接处制出一个轴肩,轴肩高度为 2.5mm,过渡圆半径为 1.2mm, 该轴段与轴承端盖配合,由此,IVV 段轴的直径可初步设计为 40mm,长度 可设计为 50mm,该段轴的左端制出一轴肩以利于定位,该轴肩高度为 3mm,过 渡圆直径为 1.6mm,IIIIV 段轴与滚筒配合,因此该段轴的长度与主动轴的 相应段轴的长度一样,为 450mm,轴的直径初步设计为 48mm,该段轴的左端采 用轴肩进行轴向定位,因此在该段轴的左端制出一轴肩,该轴肩高度为 3.5mm,相应过渡圆半径为 1.6mm,则 IIIII 段轴的直径可初步设计为 56mm,该轴长可初步设计为 10mm。III 段轴的直径初步设计为 48mm,长度 为 21mm,该段轴的左端需制出一轴肩,以用于滚动轴承的轴向定位。由于 I 段 轴与滚动轴承配合,因此该轴径设计为 40mm。 3)初步选择滚动轴承 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用角接触球轴承。参照工作 要求并根据 dI=40mm,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙组,标准精度级的 角接触球轴承 46208,其尺寸为 d*D*B=40*80*18,故 LI=18mm,右端滚动轴承采 用轴肩进行轴向定位。 至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。 4)轴上零件的周向定位 滚筒.皮带轮与轴的周向定位均采用平键联接。按 dIII-IV=48mm,由手册查 得平键截面 b*h=14*9(GB109579),键槽用键槽铣刀加工,同时为了保证滚 筒与轴配合有良好的对中性,故选择滚筒与轴的配合为 H7/n6;同样,皮带轮与 轴的联接选用平键为 8*7*15,皮带轮与轴的配合为 H7/k6.滚动轴承与轴的周向 定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为 m6。 5)确定轴上圆角和倒角尺寸 多功能排种器试验台的设计 23 参考表 5.3.2,取轴端倒角为 1X450。 6)首先根据轴的结构作出轴的计算简图。 在确定轴承的支点位置时,应从手册中查取 a 值。根据轴的计算简图作出 轴的弯矩图.扭矩图和计算弯矩图 画空间受力简图 图 5-8 轴空间受力简图 由前已计算得:T3=28758N.Mm,FC=612N, ,L1=540.5mm,L2=147mm 由静力平衡可得: FA+FB=FC FB*L1=FC(L1+L2) 则:FA+FB=612 540.5*FB=612*(147+540.5) 则:FA=-166.3N,FB=778.3N 计算以上各截面的弯矩即截面 11,22,33 的弯矩 在截面 11 处的弯矩 M1=FA*489 ,扭矩 W1=*d13/32,d1=48mm 截面 11 处的弯曲应力 1=M1/W1=(166.3*489*32)/(3.14*483)=7.52Mpa 在截面 22 处的弯矩 M2 =FA(490.5+50)=89885.15N.mm,d2=40mm 扭矩 W2=*d23/32=3.14*403/32=6280mm3 截面 22 处的弯曲应力 2=M2/W2=89885.15/6280 =14.31Mpa 在截面 33 处的弯矩 M3=FA*(490.5+50+147)=114331.25N.mm,d3=30mm 扭矩 W3=*d33/32=3.14*303/32=2649.4mm3 截面 33 处的弯曲应力 3=M3/W3=114331.25/2649.4=43.2Mpa 由此可知截面 33 是最危险的,作出扭矩图和弯矩图: 多功能排种器试验台的设计 24 图 5-9 扭矩图 图 5-10 弯矩图 根据已作出的弯矩图和扭矩图,求出计算弯矩图 Mca: Mca2=M2+(aT)2 =114331.252+287582 所以:Mca=117892N.Mm 校核轴的强度 已知轴的计算弯矩后即可针对某些危险截面作强度校核计算,通常只校核轴上 承受最大计算弯矩的截面的强度,即截面 33 的强度。 则由以上数值可得: ca = M ca/W3=117892/2469.4=47.74Mpa-1b=60MPa,故安全 绘制轴的工作图。见下图: 多
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本文标题:多功能排种器实验台的设计【7张CAD图纸和说明书】
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