板栗去皮机设计-分图版【含CAD高清图纸和文档】【WG系列】
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编号： 毕业设计(论文)题 目： 板栗去皮机设计 学院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化卓越班 学生姓名： 李俊尤 学 号： 1100110610 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 杨孟杰 职 称： 助教 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2015年1月15日摘要整机结构主要由电动机、机架、传动带、偏心轮构成。由电动机产生动力通过带轮减速器将需要的动力传递到带轮上，带轮带动V带，从而带动整机装置运动本论文研究内容摘要：(1)板栗去皮机总体结构设计。(2)板栗去皮机工作性能分析。(3)电动机的选择。(4)对板栗去皮机的传动系统、执行部件及机架设计。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。关键词：板栗去皮机，结构设计VAbstractThe structure is mainly composed of the motor, frame, transmission belt, an eccentric wheel. The power generated by the motor through the belt wheel speed reducer will need to transfer the power to the belt wheel, belt wheel drive V, so as to drive the movement of the whole deviceAbstract this dissertation studies:(1)板栗去皮机总体结构设计。(1) the overall structure design of chestnut peeling machine.(2)板栗去皮机工作性能分析。(2) analysis of chestnut peeling machine performance.(3)电动机的选择。(3) the choice of motor.(4)对板栗去皮机的传动系统、执行部件及机架设计。(4) transmission system, execution unit and frame design of chestnut peeling machine.(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(5) the design of parts of the design calculation and check.(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。(6) the assembly drawing and parts drawing assembly drawings and parts drawings design.关键词：板栗去皮机，结构设计Keywords: chestnut peeling machine, structure design目录摘要IIAbstractIII第1章 绪论61.1课题研究的目的和意义61.2板栗主要产品工艺61.3传统板栗脱壳去衣技术81.4板栗的加工现状81.2研究内容13第2章 板栗去皮机总体参数的设计142.1 板栗去皮机的工作原理142.2 螺旋输送机设计参数的确定142.3 螺旋输送机外形及尺寸192.4 螺旋输送机外形长度组合及各节重量192.5电动机选型计算20第3章 带传动的计算233.1带传动设计233.2选择带型243.3确定带轮的基准直径并验证带速253.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角263.5确定带的根数z273.6确定带轮的结构和尺寸273.7确定带的张紧装置283.8主轴结构图313.9主轴组件的验算313.9.1支承的简化313.9.2主轴的挠度323.9.3主轴倾角33第4章 键的选择与校核404.1带轮1上键的选择与校核404.1.1键的选择404.1.2键的校核404.2带轮2上键的选择与校核424.2.1键的选择424.2.2键的校核42第5章 Solidwork虚拟样机设计44结论46参考文献47致谢48第1章 绪论1.1课题研究的目的和意义 板栗富含维生素、胡萝卜素、氨基酸及铁、钙等微量元素，长期食用可达到养胃、健脾、补肾、养颜等保健功效。栗仁的蛋白质含量是香蕉的3倍，荔枝的4倍，为苹果的近40倍;含磷量是香蕉、荔枝的3倍，苹果的8倍、铁、核黄素和维生素的含量也高过一般硬果和水果类，足见栗子的营养十分丰富。板栗可以益气血、养胃、补肾、健肝脾；生食还有治疗腰腿酸疼、舒筋活络的功效。它所含高淀粉质可提供高热量，而钾有助维持正常心跳规律，纤维素则能强化肠道，保持排泄系统正常运作。由于板栗富含柔软的膳食纤维，糖尿病患者也可适量品尝。但板栗生吃难消化，熟食又易滞气，所以，一次不宜多食。最好在两餐之间把板栗当成零食，或做在饭菜里吃，而不是饭后大量吃，以免摄入过多的热量，不利于保持体重。中医学认为，栗性甘温，无毒，有健脾补肝，身壮骨的医疗作用。经常生食可治腰腿无力，果壳和树皮有收敛作用；鲜叶外用可治皮肤炎症；花能治疗瘰疡和腹泻，根治疝气。民间验方多用板栗，每日早晚各生食一至二枚，可治老年肾亏，小便弱频；生栗捣烂如泥，敷于患处，可治跌打损伤，筋骨肿痛，而且有止痛止血，吸收脓毒的作用。板栗含有大量淀粉、蛋白质、脂肪、B族维生素等多种营养素，素有“干果之王”的美称。能防治高血压病、冠心病、动脉硬化、骨质疏松等疾病。同时常吃对日久难愈的小儿口舌生疮和成人口腔溃疡有益。中医认为板栗能补脾健胃、补肾强筋、活血止血。对肾虚有良好的疗效，故又称为“肾之果”，特别是老年肾虚、大便溏泄更为适宜，经常食用有强身愈病。1.2板栗主要产品工艺1.2.1风味板栗研究了各种辅助配料对炒制板栗风味的影响,确定了炒制工艺参数。关键技术是炒制过程的温度程序控制。板栗预处理:选料分级去杂清洗砂子预处理:砂子洗净过80目筛炒热变黑备用风味配料:桂花、丁香、八角、甘草、食盐,按比例混合,待细沙预热后,放入炒锅或滚筒,炒23分钟,加上色配料:饴糖、菜油或棕榈油,投入板栗(温度设置高中低)、过筛、检验、包装。1.2.2酥脆营养板栗脆片技术关键是护色和油炸温度、时间设置。护色液:0.25%Na2HS2O5、0.1%柠檬酸、1%VC。配料:栗粉(大于50%)、玉米淀粉、Ca2Cl2、食用油、麦芽糊精、香料。加工流程如下：选料去壳漂烫脱皮切碎护色液浸煮加调料拌匀压片成型油炸成品检验包装(与适量苹果、香蕉脆片搭配)成品1.2.3速溶营养栗粉关键技术是膨化工艺参数(压力、温度)的确定。工艺流程如下：大豆粉、玉米淀粉、麦芽糊精、食盐、味精、蔗糖酯、香料荞麦粉栗粉微波干燥粉碎加工调匀(含水量30%)挤压膨化干燥磨粉检验包装成品对此成品进行冷水、温水、沸水溶解试验,均取得满意效果。1.2.4板栗果酱工艺流程原料清洗，去皮精选预蒸软化磨浆配料浓缩装罐密封杀菌成品操作要求栗子原料的清洗、去皮精选均同栗子全粉的操作。精选后的栗果仁放入笼屉内用蒸汽加热5分钟左右，使其达到软化且果心呈粉质状为准。软化后的栗仁转入不锈钢磨或石磨内，加约2倍的水进行磨浆。浆体转入夹层锅内熬煮，不时加以搅拌，以确保受热均匀，浓缩接近折光计66%时，加入0.2%-0.3%的羧甲基纤维素钠、0.03环的山梨酸等充分搅匀。酱体转入装填机内趁热装罐(80以上)，并立即密封。采用常压灭菌对密封后的栗果酱进行灭菌，条件为100下30分钟，凉至38保温检验，无败坏变质者即可装箱入库。1.2.5糖水板栗罐头工艺流程原料挑选剥壳除内衣护色修整真空预煮装罐密封杀菌成品操作要求选用新鲜良好，无病虫害、干枯、霉烂及风味异常的栗果。装罐用的栗果，最好采用手工去皮，以避免机械去皮造成对栗果仁的损伤。剥壳的方法，一是爆裂法，将原料送入温度为150的链条式烘箱内，栗果因受热，皮壳自行爆裂;二是漂烫法，将原料在沸水中烫3分钟，趁热剥皮;三是手工生剥法，用不锈钢小刀细心将栗壳削除，避免伤及栗内。脱去外壳的栗果采用化学去内衣法，即将5001000氢氧化钠溶液加热到近沸，倒入栗果，略做搅拌，几分钟后试剂腐蚀内衣，内衣与栗仁分离。除净内衣的栗仁要立即转入一定浓度的酸溶液中，避免栗肉与空气接触发生氧化而变色，随即人工用不锈钢刀对残皮、栗肉斑点等进行修整，然后倒入流水中冲洗彻底。漂洗干净的栗仁于680-720mmHg柱下预煮30-40分钟，以煮熟为宜，其目的在于保证颜色和栗仁完整不破碎。预煮后的栗仁按颗粒大小均匀、色泽较一致的进行装罐，装量应为内容物的55%，注入事先配制好的含有柠檬酸和护色剂的糖液。采用真空封口或排气封口，前者是将真空封罐机抽到350-500mm汞柱时封口，后者则是加热排气，待罐中心温度达90时封口。密封合格后立即杀菌，分段冷却后即得成品。1.3传统板栗脱壳去衣技术 板栗外有坚硬致密的果壳,内有薄薄的红衣紧贴果肉,因此,剥壳去衣就成了板栗加工的首道工序。目前还没有成熟的板栗专用的剥壳机或去衣机。传统剥壳方式较多，在此介绍手工法、火烧法以及生剥和热剥。手工法是最早被使用的板栗脱壳方法，它借助于双手将坚硬的外壳剥离，再经过烫煮和手工搓揉将其内皮去掉。作为对手工法的改进，也有人先将板栗蒸煮、锅炒或烘烤，再手工脱壳，此法可称为热力手工法。这两种方法不但工序复杂，生产效率非常低，不卫生，无法进行规模化的工业生产，而且在烫、蒸煮过程中将造成栗仁营养成分损失，易氧化褐变，产品质最低劣。另外，手工脱壳成本较高，一个人l天最多只能处理10kg板栗。火烧法是先用液化气火焰在高温下将板栗外壳烧掉，然后对未烧尽的板栗进行挤压刮皮，使板栗的仁、衣分开，再将挤压刮皮后的壳、衣、仁混合物一起通过分离器，把栗仁分离出来；最后，将分离出的栗仁进行碾磨、清洗，得到清洁的栗仁。这种方法脱壳率很高，仇燃烧温度难以控制，很容易使板栗熟化，甚至焦化，故必须将处理后的栗仁的表面磨去，以获得干净整沽的外表，因此有一定程度的栗仁损耗。生剥法是在栗子的端部用特制的钢刀切除一小块果壳,切口不伤及果肉,然后用钢钳将其余的果壳剥除。热剥法是当板栗果壳在高温下自然开裂后,借助于钢钳进行人工去壳。热剥法的具体方法有：太阳下暴晒6-10h；60-70下烘烤1-2h；70-90下烘烤1-2h；沸水（100）热烫3-5h；60温水下料,在4-5h内升温至90；150-180下烘烤20-25s。热处理的具体时间以果壳开裂为准。试验表明,用上述第三种方法剥壳的板栗果肉色泽好,生产效率高。第四种剥壳方法可降低果肉的破碎率,剥壳、去衣一次完成,效果较好。传统的去衣方法是用热碱法,先将去壳的板栗投入浓度6%-10%、温度90-95的烧碱溶液中（栗果与碱液比为12）,浸泡2-3min后捞出,用清水冲洗后转入旋转式磨光机内磨去内衣,之后再用自来水充分冲洗后,再用2%-4%盐酸中和4-6min。这种方法的明显弊端是果肉明显褐变,也污染环境,所以目前已很少使用。将已去壳的栗果在95-100热水中烫漂数分钟,捞出趁热除衣是比较理想的去衣方法。烫漂液中可加人0.02%EDTA（乙二胺四乙酸二钠）、0.01%异抗坏血酸钠、1%食盐和0.1%柠檬酸,以达到护色的效果。1.4板栗的加工现状 世界板栗加工历史悠久，其加工业尤以欧洲最为发达。意大利、法国、西班牙等国每年生产大量品种繁多的栗加工品，供应国内外市场。在国外，板栗的消费方式呈多样化，如欧洲的栗子多加工成栗泥、栗乳、罐头、蜜饯、果汁等，亚洲许多国家也多将其加工成栗汁、栗粉、栗冰淇淋、盐水栗肉等。我国板栗利用的历史十分悠久。早在6000年前，我们的祖先就以采集野生板栗作为食物的补给。约2300年前，板栗已被列为名果。但是，我国板栗的加工业如今尚属起步阶段，加工品种少，产品质量不高，不能满足人们日益增长的消费需求。我国市场出售的板栗主要是以鲜食为主。最常见的消费方式是糖炒板栗、肉烧板栗，传统名菜为子鸡烧板栗。我国消费方式与板栗加工同世界发达国家相比尚有一定的差距。板栗在开花结果和采收去苞过程中，不可避免的会感染微生物，从而导致板栗极易腐烂变质，不耐贮藏。我国板栗每年因霉烂、虫害、失水和发芽而造成的损失达总产量的20%-30%，原料资源浪费极大。另外，我国每年板栗加工制品还不到总产量的30%，加工方式单一，并且有些加工产品多是低水平的重复，不能适应现代市场的需要，因此影响了板栗市场的发展，进而影响了板栗产业的发展。所以，板栗行业急需进一步研究开发新产品，向着多样化、方便快捷、美味优质方向发展，并努力开拓国内、国际市场，以谋求规模化发展。在板栗加工行业中，深加工产品均要对板栗进行脱壳去衣。板栗的脱壳去衣是其加工过程中的技术瓶颈，已成为发展板栗深加工的制约因素。因此，研究与发展板栗脱壳去衣方法，对提高板栗加工的生产效率，推动板栗加工业的技术进步具有重要意义。2机械式脱壳去衣法2.1欧洲技术欧洲板栗脱壳去衣技术 主要以法国为代表，图2.1所示是法国具有代表性的机械式板栗脱壳去衣技术的工艺流程图，其采用的是先火烧后机械挤压脱去板栗外壳和红衣的方法，板栗由提升机9加入特制燃烧室8，在其中高温液化气火焰对板栗外壳进行短时间烧灼，然后板栗进入板栗挤压机对未烧尽外壳的板栗进行挤压刮壳，使板栗的仁、衣分开，接着板栗壳、仁、衣的混合物一起进入到分离器2，栗仁在此被分离出，最后分离出的栗仁由栗仁研磨机4进行碾磨、清洗，从而得到光洁的栗仁。这种板栗脱壳技术是机械式脱壳去衣技术中比较独特的技术，具有脱壳效率高，自动化程度高的优点。但是，整套设备的板栗损耗率较高，而且由于采用高温燃烧将板栗外壳、红衣先行去除的预加工法，而燃烧的温度较难控制，栗仁很容易熟化，甚至焦化，因此整套设备配备了栗仁研磨机4，将栗仁表面磨去以获得干净整洁的外表，有一定损耗。另外，挤压机在去除残余壳、衣时也很容易将部分熟化的栗仁挤碎，造成很大损耗。由于这套设备的技术相当复杂，价格十分昂贵，只适合大型的板栗精加工厂使用，因此不是机械式板栗脱壳去衣技术的发展方向。2.2日本技术日本技术主要是JP59-156275公开的技术，采用不加热干燥的常温机械剥壳原理，其结构如图2.2所示，先将鲜板栗用提升机7输送到脱壳机上方进入刮料机9，板栗在刮料机中被从一端推到另一端，这样在其下方的脱壳机的高速旋转辊刀6把板栗外壳切破，而高速击打钢片8则高速击打己被切破外壳的板栗，将板栗外壳打掉或打松。然后板栗进入旋转壳仁分离机10(结构见图2.3，在这里板栗被分配到一定大小的许多管子1内，压缩空气气流由管底高速冲入，让板栗在管子内高速旋转，壳随气流从管子的上端流出，进入垃圾回收器，板栗则在回转机构的推动下进入下部的板栗收集装置3，此时板栗只剩下红衣未脱去。最后带有红衣的板栗将进入到专门的板栗红衣脱皮装置(见图2.4)，这是一种采用高压蒸汽快速旋转脱去板栗红衣的旋转脱皮机，其工艺流程是板栗进入专门的种衣脱皮筒3，脱皮筒的内衬塑制层(上有脱皮用小突起)在高温高压蒸汽的推动下旋转，将板栗表面的红衣磨去。此装置为非连续工作机构，每批板栗在脱皮筒中停留60-90s，筒上盖和下盖在2的作用下打开，压缩空气冲入，脱去红衣的板栗靠自重落到传送带1上，而红衣则被压缩空气吹走。这套日本脱壳设备的设计将脱板栗的外壳与去红衣分开，由两组设备组成联合作业机组，提高了板栗的剥壳率，其栗仁破碎率较低。但是，此设备的板栗红衣去净率仍较低，一般需要增设专门的红衣二次去除设备。另外，这种机组结构复杂，对部件的制造精度要求高。因此，整套设备的价格昂贵，其出口型价格高达十几万美元，不适合在我国推广使用。2.3国内技术我国板栗机械式脱壳去衣技术研究起步较晚，但发展较快，而且吸收了欧洲日本先进技术的优点，发展出了适合我国国情的脱壳机，其中已获得发明专利就有十几项，以下举出几种最有代表性的机械。2.3.1广东板栗剥壳设备广东省农机研究所研制开发的这种设备主要面向栗子粉、栗子酱和栗子露等对栗仁完整性要求较低，而且不需要将板栗红衣完全脱掉的加工场合。其结构原理(见图2.5)是采用直接机械钩削(切削)撕脱板栗外壳的剥壳原理，将带齿钩的组合刀具4镶入剥壳刀盘6中，工作时通过剥壳刀盘的高速转动，使板栗在剥壳刀盘内自由翻滚钩削撕扯，将板栗壳钩碎撕脱达到剥壳的目的。撕脱式板栗剥壳机的工作部件是由剥壳刀盘6和组合刀具4组成的，并且采用双刀盘、双工位剥壳形式，剥壳刀盘用铸铝合金材料制成，其上均布8组组合刀具和2块抛料板。抛料板是为使盘内的板栗剥壳均匀而设置的，为使不同品种、大小的板栗均能剥壳，并降低破碎率，还可通过调整刀具到盘面的高度、剥壳刀盘的转速(变频调速)及剥壳时间来实现。这种设备的缺点是适用范围窄，加工能力低，因此仅仅应用于小工厂的板栗加工生产上，没有广泛推广价值。2.3.2云南林业科学院新型板栗脱皮机这是云南省林业科学院开发的一种独具一格的新型板栗脱皮机(见图2.6)该机有一可转动的水平刀盘11，其上是一带有螺旋导向槽19的导向盘7和进料斗8，刀盘上有放射布置的刀片10和排渣槽，其外缘还设有带柔性摩擦物的内、外摩擦筒。该机的工作原理十分简单，与工业用刨床的原理基本相同，工作时由电机巧带动刀盘11高速旋转，同时板栗自进料斗8落到刀盘中部，因离心力的作用，板栗在水平导向盘7上螺旋导向槽的引导下由刀盘中部向外缘滚动推进，板栗在不断滚动向前的过程中，高速旋转的刀片10与滚动的板栗存在同向速度差，从刀片刨削板栗(刨削量在0.2-O.Smm之间)，因板栗沿螺旋导向槽19不断翻滚滚动，板栗周身都受到刨削，经刨削后的板栗自刀盘边缘抛出后落入内摩擦筒5和外摩擦筒之间，在重力和高速转动的柔性摩擦物4的作用下，自上而下作螺旋运动，摩擦物将栗仁上的残余红衣进一步清除。此脱壳机与传统的脱壳机原理有所不同，采用刨切原理，使得加工效率提高，可连续作业，板栗外壳红衣脱尽率)80，栗仁破损率ddmin.=75mm（dd1根据P295表13-4查得）表3-2V带带轮最小基准直径槽型YZABCDE205075125200355500由机械设计P295表13-4查“V带轮的基准直径”，得=250mm 误差验算传动比：（为弹性滑动率）误差符合要求带速满足5m/sv300mm，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。带轮的材料：选用灰铸铁，HT200。3.7确定带的张紧装置选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。3.8计算压轴力由机械设计P303表1312查得，A型带的初拉力F0133.46N，上面已得到=153.36o，z=4，则对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小,带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40，为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V带轮槽角为32、34、36、38（按带的型号及带轮直径确定），轮槽尺寸见表7-3。装在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。表3-5普通V带轮的轮槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）项目符号槽型YZABCDE基准宽度bp5.38.511.014.019.027.032.0基准线上槽深hamin1.62.02.753.54.88.19.6基准线下槽深hfmin4.77.08.710.814.319.923.4槽间距e80.3120.3150.3190.425.50.5370.644.50.7第一槽对称面至端面的距离fmin67911.5162328最小轮缘厚55.567.5101215带轮宽BB=(z-1)e+2fz轮槽数外径da轮槽角32对应的基准直径dd60-34-80118190315-3660-47560038-80118190315475600极限偏差10.5V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式：（1）实心带轮：用于尺寸较小的带轮(dd(2.53)d时)，如图3-2a。（2）腹板带轮：用于中小尺寸的带轮(dd300mm时)，如图3-2b。（3）孔板带轮：用于尺寸较大的带轮(ddd)100mm时)，如图3-2c。（4）椭圆轮辐带轮：用于尺寸大的带轮(dd500mm时)，如图3-2d。（a）（b）（c）（d）图3-2带轮结构类型根据设计结果，可以得出结论：小带轮选择实心带轮，如图（a）,大带轮选择孔板带轮如图（c）3.8主轴结构图根据以上的分析计算，可初步得出主轴的结构如图4-7所示：图4-7主轴结构图3.9主轴组件的验算主轴在工作中的受力情况严重，而允许的变形则很微小，决定主轴尺寸的基本因素是所允许的变形的大小，因此主轴的计算主要是刚度的验算，与一般轴着重于强度的情况不一样。通常能满足刚度要求的主轴也能满足强度的要求。刚度乃是载荷与弹性变形的比值。当载荷一定时，刚度与弹性变形成反比。因此，算出弹性变形量后，很容易得到静刚度。主轴组件的弹性变形计算包括：主轴端部挠度和主轴倾角的计算。3.9.1支承的简化对于两支承主轴，若每个支承中仅有一个单列或双列滚动轴承，或者有两个单列球轴承，则可将主轴组件简化为简支梁，如下图2-8所示；若前支承有两个以上滚动轴承，可认为主轴在前支承处无弯曲变形，可简化为固定端梁，如图2-9所示：图4-8主轴组件简化为简支梁图4-9主轴组件简化为固定端梁此次设计的主轴，前支承选用了一个双列向心短圆柱滚子轴承和两个推力球轴承作为支承，即可认为主轴在前支承处无弯曲变形，可简化为上图2-9所示。3.9.2主轴的挠度查材料力学I第188页的表6.1，对图2-9作更进一步的分析，如下图2-10所示：根据图2-10，可得此时的最大挠度=其中，F主轴前端受力。此处，F=F=1213.1NlA、B之间的距离。此处，l=a=12cm图4-10固定端梁在载荷作用下的变形E主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.110N/cmI主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D，内孔直径为d时，I=。此处，D=35故可计算出，主轴端部的最大挠度：=-1.8710mm3.9.3主轴倾角主轴上安装主轴和安装传动齿轮处的倾角，称为主轴的倾角。此次设计的主轴主要考虑主轴前支承处的倾角。若安装轴承处的倾角太大，会破坏轴承的正常工作，缩短轴承的使用寿命。根据图2-10，可得此时的最大倾角=其中，F主轴前端受力。此处，F=Fz=1213.1NlA、B之间的距离。此处，l=a=12cmE主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.110N/cmI主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D，内孔直径为d时，I=。此处，D=133故可计算出，主轴倾角为：=-2.310rad查特殊磨头设计第一册中机械部分的第670页，可知：当x0.0002Lmm0.001rad时，刚性主轴的刚度满足要求。此处的x，即为最大挠度和最大倾角，L为主轴支承跨距。将已知数据和代入，即可得：初步设计的主轴满足刚度要求。1求作用在带轮上的力因已知低速级带轮的直径为500而F8926.93NFF3356.64NFFtan4348.162315.31N圆周力F，径向力F及轴向力F的方向如图5.1所示。图4-11轴的载荷分布图2初步确定轴的最小直径（1）先按课本式（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。根据课本，取，于是得11260.36（2） 轴上的零件的周向定位带轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按90mm由课本表6-1查得平键截面bh25mm14mm，键槽用键槽铣刀加工，长为70mm，同时为了保证带轮与轴配合有良好的对中性，故选择带轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为20mm12mm90mm，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（3） 确定轴上圆周和倒角尺寸参考课本表15-2，取轴左端倒角为2，右端倒角为2.5。各轴肩处的圆角半径为:处为R2，其余为R2.5。4求轴上的载荷首先根据结构图(图7.2）作出轴的计算简图（图7.1）。在确定轴承的支点位置时,应从手册中查得a值。对于30217型圆锥滚子轴承，由手册中查得a29.9mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距57.1+71.6128.7mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图（图7.1）。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面是轴的危险截面。计算步骤如下：57.1+71.6128.7mm4966.34N3960.59N2676.96N3356.64-2676.96679.68N4966.3457.1283578.0142676.9657.1152854.416679.6871.648665.09322150.53287723.45表4-2低速轴设计受力参数载荷水平面H垂直面V支反力4966.34N，3960.59N2676.96N，679.68N弯矩M283578.014152854.41648665.09总弯矩322150.53,287723.45扭矩T14109905按弯曲扭转合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据课本式(15-5)及表7.2中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取0.6，轴的计算应力MPa12.4MPa前已选轴材料为45钢，调质处理，查课本表15-1得60MP。因此，故此轴安全。6精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面截面A,B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面A,B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和处过盈配合引起的应力集中最严重，从受载来看，截面C上的应力最大。截面的应力集中的影响和截面的相近，但是截面不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面C上虽然应力最大，但是应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大,故截面C也不必校核，截面和显然更不必要校核。由课本第3章的附录可知，键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而，该轴只需校核截面左右两侧即可。（2）截面左侧抗弯截面系数W0.10.161412.5抗扭截面系数0.20.2122825截面的右侧的弯矩M为90834.04截面上的扭矩为1410990截面上的弯曲应力1.48MPa截面上的扭转切应力11.49MPa轴的材料为45钢，调质处理。由课本表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课本附表3-2查取。因，经插值后查得1.9，1.29又由课本附图3-1可得轴的材料的敏性系数为，0.88故有效应力集中系数按式(课本附表3-4）为1.756由课本附图3-2的尺寸系数；由课本附图3-3的扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由课本附图3-4得表面质量系数为轴为经表面强化处理，即，则按课本式（3-12）及式（3-12a）得综合系数为又由课本及3-2得碳钢的特性系数，取，取于是，计算安全系数值，按课本式（15-6）(15-8)则得S65.66S16.9216.38S1.5故可知其安全。（3） 截面右侧抗弯截面系数W0.10.172900抗扭截面系数0.20.2145800截面的右侧的弯矩M为90834.04截面上的扭矩为1410990截面上的弯曲应力1.25MPa截面上的扭转切应力9.68MPa过盈配合处的，由课本附表3-8用插值法求出，并取0.8，于是得3.240.83.242.59轴按磨削加工，由课本附图3-4得表面质量系数为轴为经表面强化处理，即，则按课本式（3-12）及式（3-12a）得综合系数为3.332.68又由课本及3-2得碳钢的特性系数，取，取于是，计算安全系数值，按课本式（15-6）(15-8)则得S66.07S16.9211.73S1.5故该轴的截面右侧的强度也是足够的。本轴因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此，低速轴的设计计算即告结束。第4章 键的选择与校核4.1带轮1上键的选择与校核4.1.1键的选择在本设计中，所选择的键的类型均为A型圆头普通平键，其材料为45钢，在带轮1上键的尺寸如下表所示：轴键键槽半径r公称直径d公称尺寸bh宽度b深度公称尺寸b极限偏差轴t毂一般键联结轴N9毂9公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最小最大288780-0.0360.0184.0+0.203.3+0.200.250.40表4-1带轮1上键的尺寸4.1.2键的校核1.键的剪切强度校核键在传递动力的过程中，要受到剪切破坏，其受力如下图所示：图4-1键剪切受力图键的剪切受力图如图5-1所示，其中b=8mm,L=25mm.键的许用剪切应力为=30，由前面计算可得，轴上受到的转矩T=55Nm，由键的剪切强度条件：（其中D为带轮轮毂直径）（5-1）=10M30（结构合理）2.键的挤压强度校核键在传递动力过程中，由于键的上下两部分之间有力偶矩的作用，迫使键的上下部分产生滑移，从而使键的上下两面交界处产生破坏，其受力情况如下图所示：（初取键的许用挤压应力=100）图5-2键挤压受力图由（5-2）=2000N又有（5-3）8结构合理4.2带轮2上键的选择与校核4.2.1键的选择同上所述，带轮2上所选择的键的类型均为A型圆头普通平键，其材料为45钢，键的尺寸如下表所示：轴键键槽半径r公称直径d公称尺寸bh宽度b深度公称尺寸b极限偏差轴t毂一般键联结轴N9毂9公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最小最大35108100-0.0360.0184.0+0.203.3+0.200.250.40表5-2带轮2上键的尺寸4.2.2键的校核键的剪切受力图如图5-6所示，其中b=10mm,L=50mm.键的许用剪切应力为=30，由前面计算可得，轴上受到的转矩T=110Nm，由键的剪切强度条件：（其中D为带轮轮毂直径）（5-4）=6.3M30（结构合理）同理校核键的挤压强度，其受力如图5-7，初取键的许用挤压应力=100。由（5-5）=3150N又有（5-6）6.3结构合理第5章 Solidwork虚拟样机设计图5-1 三维图1图5-2 三维图2图5-3 三维图3图5-4
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