回转容器型混合机的设计 论文.doc

1 目目 录录 1 前言 .2 2 总体及传动方案的确定 .3 2.1 总体方案的确定 .3 2.1.1 活塞式加料器的总体结构 .3 2.1.2 活塞式加料器的工作原理 .3 2.2 传动方案的确定.3 3 活塞式加料器结构部分设计 .5 3.1 曲柄滑块类型的选择 .5 3.2 曲柄滑块机构的结构选择设计 .6 4.加料器的结构和原理.8 5 功率计算和选用电动机 .8 5.1 功率计算.8 5.2 选择电动机.11 6 传动比的分配.13 7 普通 V 带轮的设计 .13 7.1 带轮的设计要求和带轮材料 .13 72 带轮的结构 .14 7.3 带轮的技术要求 .14 7.4 V 带传动的张紧装置 .14 7.5 V 带各参数计算 .15 7.6 大小带轮参数选择及其带轮图.18 7.6.1 小带轮参数选择.18 7.6.2 大带轮参数选择 .19 8 减速器的选型 .19 9 轴的设计与计算 .21 9.1 计算最小直径 .21 92 工作机轴的校核 .22 10 联轴器的选择 .24 11 轴承的选择.26 11.1 轴承的选择计算.27 11.2 轴承盒盖的设计.28 12 键的选择及其校核 .29 12.1 电动机轴上键的选择 .29 12.2 大带轮轴键的选择 .30 13 电控原理图 .30 总结：.32 致谢：.32 参考文献：.33 2 活塞式加料器设计 级机械设计制造及其自动化 5 班：周亮亮 指导老师：李慧 摘要：活塞式加料器的设计是随着现代信息技术与控制技术的进步而发展起来的是一种 供给的设备，在能源、化工、和矿业等领域的工业生产广泛应用，本课题主要是针对输送粉 末状物质。活塞式加料器主要有动力部分、传动部分、控制部分、料仓和机架部分组成。通过 对原始数据的分析、方案的论证比较和有关数据的分析计算，完成了活塞式加料器的总体设 计计算。在此基础上对活塞式加料器机体的结构尺寸、驱动转轴的结构尺寸、曲柄滑块、联 轴器、V 带传动进行了详细的计算和说明，系统介绍了设计所依据的原则及如何进行设计。 关键词：活塞加料器；曲柄滑块；V 带轮；设计 1 前言 活塞式加料器是一种供给设备，它在能源、食品、化工、水泥和矿业等领 域的工业生产和实验室中,是粉末（颗粒）输运系统的给料或直接被作为配料和 输送的设备。主要用于化工生产过程中原料的连续供料，也可用于化工、塑料 轻工等生产的辅料添加。尽管其应用非常广泛,针对相应的生产要求确定相应的 设计方案，而且活塞式加料器结构设计或改进也是我们所关心的课题。高性能 活塞式加料器在提高粉体生产效率、改善工作环境、节约资源、加强环保和安 全生产等方面起到了重要作用。因此，开展粉体活塞加料器设计、性能分析及 应用研究，具有较大的实用价值和重要的现实意义【1】。 由于加料机械的工业环境复杂、条件恶劣、生产企业小，加上我国先进机 械行业起步晚等原因，导致我国活塞加料器多为技术含量不高，与国外产品相 比使用性能、产品寿命等方面差距较大，尤其是大型、智能、机电一体化方面 还存在十分落后的局面。目前，与国外产品相比我国的活塞加料器，仍然制作 较为粗放，生产率的调节尤为不便、费时费力，且缺乏规范统一性。 活塞式加料器从结构来看主要应用对心式曲柄滑块机构来实现的， 曲柄滑 块机构由曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平面连杆机构，也称曲柄连 杆机构。曲柄滑块机构中与机架构成移动副的构件为滑块，它不仅具有承载能 力高、磨损少，便于润滑结构简单、生产制作成本低廉、方便的实现往返的直 线运动、进卸料灵活等优点而且可以根据需要灵活的改变曲柄滑块机构杆件的 长度，从而可以方便的随着生产能力不同而改变的优点，在一些场合有着重要 的应用。 2 总体及传动方案的确定 3 2.1总体方案的确定 2.1.12.1.1 活塞式加料器的总体结构活塞式加料器的总体结构 活塞式加料器的结构如图 1 图 1 活塞式加料器结构图 1.电动机 2.小带轮 3.v 带 4.大带轮 5.减速器 6. 联轴器 7.曲柄 8.活塞 2.1.22.1.2 活塞式加料器的工作原理活塞式加料器的工作原理 活塞式加料器从结构来看其工作原理是电动机通过 v 带一级减速，再通过 减速器二级减速，再通过联轴器带动与曲柄连接的轴旋转，从而使曲柄做圆周 运动，从而实现活塞来回做直线运动，活塞往复一次就下料一次，从而实现连 续下料，即简便又实用。 2.2 传动方案的确定 常用的机械传动方法又可供选择： （1）带传动 通过一级皮带轮实现传动，他有过载保护作用、有缓冲吸振作用、运行平 稳无噪音、适于远距离传动、制造安装精度要求不高、成本低；但有弹性滑动 使传动比 i 不恒定、张紧力较大（与啮合传动相比）轴上压力较大、结构尺寸 较大不紧凑、打滑使带寿命较短等缺点应用范围传动比要求不高，要求过载保 护，一般的传动范围 25。 （2）齿轮传动 采用齿轮传动，它的优点效率高，传动比恒定；结构紧凑，寿命长，但制 造、安装精度要求高；中心距不宜较大。但它能够实现很大的传动比；圆柱齿 4 轮二级减速器 i60。 （3）链传动 采用链传动，但他只能实现平行轴间链轮的同向传动，对恶劣环境能适应； 运转时不能保持恒定的瞬时传动比，磨损后易发生跳齿，传动不平稳，多用于 低速传动等。i8 （4）蜗杆传动 结构紧凑，传动比大，传动平稳，噪声小；效率低，制造要求精度高，成 本较高；i120。 由于链传动运转不均匀，有冲击，不适合高速传动，而带传动平稳，能缓 冲减振，由于本设计总传动比比较高，还要通过减速器二级减速【2】。 故本设计机构从总体和经济性考虑选择带传动、齿轮传动 传动方案一： 电动机直接与减速器通过联轴器连接，减速器再通过联轴器 与带轮连接，然后带动转动带动活塞式加料器的工作轴转动。由于带传动有一 定的减震作用而链轮传动制造麻烦而且有噪音，且链轮上的润滑油可能污染物 料所以这部分传动选用带动传动。其传动方案如图 2 所示。 传动方案二：电动机可先用带传动一级减速，然后用减速器二级减速，直 接降到工作机轴转速的要求值。轴上有圆盘，圆盘转动，就相当于曲柄转动， 从而带动活塞往复运动，实现连续加料，此传动结构较紧凑，简单，容易实现 传动。 其传动方案如图 3。 由于带传动应布置在低速级，故选择方案二 图 2 传动方案一 1 电动机 2 减速器 3 联轴器 4 v 带 5 工作机 5 图 3 传动方案二 1 电动机 2 减速器 3 联轴器 4 v 带 5 工作机 3 活塞式加料器结构部分设计 3.1曲柄滑块类型的选择 曲柄滑块机构有对心式和偏置式两种见表 1。 由于对心式曲柄滑块机构极位夹角 =0，故对心式无急回特而偏置式曲柄 滑块机构极位夹角 0，偏置式有急回特性，所以偏置式曲柄滑块机构可以 实现滑块进程的慢进和空程急回的目的可以提高总个机构的机械效率，但对总 个机器的结构尺寸、供给中的流量脉动有及滑块的质量有一定的影响。对心式 曲柄滑块机构无急回特性但考虑到结构总体尺寸比较紧凑，且滑块的使用寿命 相对更长。故综合考虑选择对心式曲柄滑块机构进行设计【3】。 表 1：曲柄滑块机构对心式和偏置式比较 曲柄滑块机构各种曲柄滑块机构的特点 结构示意图 对心式曲柄滑块机构 极位夹角 = 0 对心式曲柄 滑块机构无急回特性 偏置式曲柄滑块机构 极位夹角 0 偏置式曲柄滑块 机构有急回特性 如图 4 和图 5 6 B A C B1 C1 B2 C2 图 4 对心曲柄滑块示意图 A B C B1 C1 C2 B2 图 5 偏置式曲柄滑块结构示意图 3.2曲柄滑块机构的结构选择设计 本论文所给的原始参数如下: （1）物料容重 1.6 吨/米 3； （2）工作方式：连续加料； （3）物料粒径：0.5mm； （4）生产能力：加料量 0.5 吨/小时。 活塞式加料器可用于流动性较好的粉末物料和小颗粒物料，其生产能力为 Q=60FSnrK （kg/h） F-加料机的柱塞截面积； S-柱塞的工作行程（m） ； n-柱塞移动速度（次/Min）n=2040 次/min； r-物料的容重(kg/m 3)； K-输送系数 0.7-1.0。 考虑到电动机还有总传动比比选取 n 取 20r/min；此机构要用于流动性好 7 粉末物料和小颗粒物料，物料粒径：0.5mm，故符合其要求，K 取 0.88，还考 虑到机构总体协调，取活塞的的半径为 2.5cm。 把原始数据代入计算可计算得工作行程 S 为 150mm。 由于我们上面选择的是对心式的滑块机构,所以曲柄的长度为行程的一半 75mm。其中 r=75mm，当机构运转时，其转动角的大小是变化的，为了保证机构 传动良好，设计时应使传动角，故曲柄转到垂直位置时传动角最小， 0 min 40 取，故连杆的长度 L 为 150mm。 【5】 0 60 图 6 曲柄滑块示意图 4.加料器的结构和原理 图 7 加料器的结构图 1.物料存储仓 2.物料 3.活塞 4.曲柄 如图 7 加料器结构主要由物料存储仓、 8 物料、活塞、曲柄、连杆组成，加料器的工作原理是通过电动机经过 V 带一级 减速和减速器二级减速到与曲柄连接的轴上，从而曲柄做圆周运动，曲柄所作 的圆周运动实现滑块的直线来回往复运动，活塞往复一次就下料一次，从而实 现连续下料，即简便又实用【7】 5 功率计算和选用电动机 5.1 功率计算 工作机的功率计算和电动机的功率计算 w P d P = =/ / d P w P a -工作机所需的功率，KW； w P -由电机至工作机主动端的总效率； a 图 8 受力分析图 如图 8 所示 1OA=r，AB=L，=rL 比较小时，以 O 为坐标原点，滑块 B 的 运动方程可近似写为： -（1） 【12】 )2cos 4 (cos) 4 1 ( 2 wtwtrlx 以活塞 B 为研究对象，=wt 时，受力如图，写出滑块沿 x 轴的运动微分 方程： mgugumFamm x 111 cos)( 由公式（1）可得：)2cos(cos 2 2 2 wtwtrw dt xd ax 9 经计算活塞的质量 m=0.15kg，粉末的质量 =0.47kg； 1 m 经计算工作机的功率= = w P t dsF cos 式中： 豆粉的质量； 1 m M滑块的质量； T滑块进程的时间。 注滑块材料常用 45 钢或 T8、T10 等制造要求硬度在 HRC40，如果滑块选择 的是 45 钢，摩擦系数 1、 见表 2 表 3，分别为 0.1 、1.2 ；45 钢的密度 为 7.85g/厘米 3。经过计算为： = =2.15 kw。 w P 式中：、分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器 1 2 3 4 5 和工作机的传动效力；取=0.96，=0.98（滚子轴承） ，=0.97（齿轮精 1 2 3 度为 8 级，不包括轴承效率） ，=0.99（齿轮联轴器） ，=0.96，则： 4 5 = w P79 . 0 96 . 0 99 . 0 97 . 0 98 . 0 96 . 0 24 5.2 选择电动机 电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要选出具体型号以便购置。 选择电动机包括类型，结构，容量（功率）和转速，并在产品目录中查出其型 号和尺寸。 （1）选择电动机类型和结构形式 电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源， 结构复杂，价格较高，维护比较不便，因此无特殊要求时不宜采用。 生产单位一般用三相交流电源，因此，如无特殊要求都应用交流电动机。 交流电动机有异步电动机和同步电动机量类。异步电动机有笼型和绕线型两种， 其中以普通笼型异步电动机应用最多。我国新设计的 Y 系列三相笼型异步电动 机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单、工作可靠、价格低廉、 维护方便，适于不易燃、不宜爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上。 表 2 摩擦系数 【7】 10 摩擦副材料 摩 擦 系 数 无润滑 有润滑 钢-钢 0.15* 0.1-0.12* 0.1 0.05-0.1 钢-软钢 0.2 0.1-0.2 钢-不淬火的 T8 0.15 0.03 钢-铸铁 0.2-0.3* 0.05-0.15 0.16-0.18 钢-黄铜 0.19 0.03 钢-青铜 0.15-0.18 0.1-0.15* 0.07 钢-铝 0.17 0.02 钢-轴承合金 0.2 0.04 0.014 软钢-铸铁 0.2*,0.18 0.05-0.15 软钢-青铜 0.2*,0.18 0.07-0.15 铸铁-铸铁 0.15 0.15-0.16 0.07-0.12 铸铁-青铜 0.28* 0.16* 0.15-0.21 0.07-0.15 铜-T8 钢 0.15 0.03 铜-铜 0.20 - 黄铜-不淬火的 T8 钢 0.19 0.03 表 3 物料阻力系数表 物料特征物料的典型例子物料阻力系数 干的，无磨琢性粮食、谷物、锯木屑、煤粉、 面粉 1.2 湿的，无磨琢性棉子、麦牙、糖块、石英 粉 1.5 半磨琢性纯碱、块煤、食盐 2.5 磨琢性卵石、砂、水泥、焦碳 3.2 强磨琢性或粘性炉粉、造型土、石灰、硫、 砂糖 4.0 电动机类型要根据电源种类（交流或直流） ，工作环境（温度、环境、空间 11 位置尺寸等） ，载荷特点（变化性质、大小和过载情况） ，起动性能和起动、制 动、反转的频繁程度，转速高低和调速性能要求等条件要求；故按工作要求和 条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压 380V，Y 型。 （2）选择电动机的容量 电动机的容量（功率）选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。 容量小于工作要求，就不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载 和功率因数都较低，增加电能消耗，造成很大浪费。 电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。电动机的发热与 其运行状态有关。运行状态有三类，即长期连续运行、短时运行和重复短时运 行。变载下长期运行的电动机、短时运行的电动机（工作时间短、停歇时间长） 和重复短时运行的电动机（工作时间和停歇时间都都不长）的容量要按等效功 率法计算并校验过载能力和起动转矩，其计算方法可参看有关电力拖动的书籍。 电动机的功率为kw p p a w d 式中：Pw-工作机所需工作功率，是指工作机主动端运输带所需功率， KW； a-由电动机至工作机主动端运输带的总效率。 经过计算为 2.72KW； d P （3）确定电动机转速 容量相同的同类型电动机，有几种不同的转速系列供使用者选择，如三相 异步电动机常用的有四种同步转速，即 3000、1500、1000、750r/min（相应的 电动机定子绕组的极对数为 2、4、6、8） 。同步转速为由电源频率与极对数而 定的磁场转速，电动机空载时才可能达到同步转速，负载时的转速都低于同步 转速。 低转速电动机的极对数多，转矩也大，因此外廓尺寸及重量都较大，价格 较高，但可以使传动装置总传动比减小，使传动装置的体积、重量较小；高转 速电动机时要综合考虑，分析比较电动机及传动装置的性能，尺寸、重量和价 格等因素。通常多选用同步转速为 1500 和 1000r/min 常用的电动机（轴不需要 逆转时常用前者） 。如无特殊要求，一般不选用 750r/min 的电动机（参考【9】） 。 所以综合以上我们查表选择电动机型号为 Y100L2-4，其主要性能如表 4 和 电动机外形和安装尺寸表 5； 12 表 4 电动机主要性能参数 满载 型号 额定功 率/kw 转速 r/min 电流 A 效率 % 功率因 数 起动电流 额定电流 起动转矩 额定转矩 最大转矩 额定转矩 Y100L2-4314309.186.50.776.02.22.3 表 5 电动机外形和安装尺寸 中心高 H(mm) 外形尺寸 L(AC/2+AD) HD 悬挂安装尺寸 AB 安装螺栓孔直径 K 轴伸尺寸 DE 装键部位尺寸 FDG 100380(205/2+180)24516014012286082824 电动机的结构外形如图 9 所示 图 9 电动机结构图 6 传动比的分配 初步确定传动比；由于总传动比i总=75 20 1500 普通 V 带传动范围为 2 5，v 带的传动比取 4；那减速器的传动比就为 75/4=18.75，减速器选为二级圆柱齿轮减速器。 7 普通 V 带轮的设计 本设计采用 V 带作为传动方案，由前面知i i v=4； n小带轮=n电机=1500转 13 /min； 图 10 带传动示意图 1 大带轮 2 V 型皮带 3 小带轮 三角皮带是连接电机外伸轴上的带轮和传动轴上的带轮的纽带，三角皮带 轮使从电机输入到主轴上的转速降低，从而使总传动比达到要求。 7.1带轮的设计要求和带轮材料 带轮既应有足够的强度，又应使其结构工艺性好，质量分布均匀，重量轻， 并避免由于铸造而产生过大的内应力，带速 V25m/s 时带轮应进行动平衡。 轮槽表面应光滑（表面粗糙度一般取） ，以减轻带的磨损。带 umRa2 . 3 轮材料常用灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料等，灰铸铁应用最广，当带速 V25m/s 时用 HT150 或 HT200，V2545m/s 时则采用 HT300 或铸钢如 ZG310- 570，ZG340-640，也可用钢板冲压焊接而成，小功率传动的带轮也可以用铸铝 或塑料。 72带轮的结构 带轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成。轮辐部分有实心辐板（或孔板）和 椭圆轮辐式等三种型式。 可根据带轮的基准直径参考表来确定 V 带轮的典型结构。 7.3带轮的技术要求 （1）带轮各部位不允许有裂缝、砂眼、缩孔及气泡。 （2）带轮轮槽工作面的表面粗糙度，轮毂孔，轮缘umRa2 . 3umRa2 . 3 和轴孔端面，轮槽底，轮槽的棱边要倒圆或修钝。umRa 5 . 123 . 6umRa 5 . 12 （3）毂孔公差为 H7 或 H8，轮毂长度上偏差为 IT14，下偏差为 0（参考【10】） 。 14 （4）轮圆跳动公差应小于规定值。 7.4 V带传动的张紧装置 各种材质的 V 带都不是完全的弹性体，经过一定时间的运转后，都会发生 塑性变形，使预紧力降低。为了保证带传动的能力，应定期检查预紧力的数值。 最常见的张紧装置有定期张紧装置、自动张紧装置和张紧轮张紧装置等几种， 在本设计中，由于自动张紧装置和张紧轮张紧装置的自身特点不适合本设计中 皮带轮张紧要求的需要。因此，在本课题加料器的设计中，采用手动定期张紧 作为皮带轮的张紧装置。如图 11 所示 图 11 张紧装置 其特点是：采用定期改变中心距的方法来调节带的预紧力，使带重新张紧。 在水平或倾斜不大的传动中，可用定期张紧的方法，将装有带轮的电动机安装 在制有滑道的基板上。要调节带的预紧力时，松开基板上各螺栓的螺母，旋动 调节螺钉，将电动机向右推移到所需的位置，然后拧紧螺母。 7.5 V带各参数计算 V带各参数计算见表6。 表6：普通V带的传动设计计算 计 算 项 目 符号， 单 位 计算公式和参数说明说明 15 设 计 功 率 d p kw =1.13=3.3Kw dA pkp 工况系数 A k P传递的功率 选 择 带 型 根据和选择带型为 A 型 d P 1 n查图可知 传 动 比 i 1 2 n i n 2 1 1 d d d d =4 通常 =0.010.02 小带轮转 1 n 速 大带轮转 2 n 速 小带轮 1d d 基准直径 大带轮 2d d 基准直径 弹性滑 动率，为提高 V 带寿命和减 少带的根数， 条件允许时 尽量大些 1d d 小 带 轮 基 准 直 径 1d d mm125 为提高 V 带的 寿命，宜选取 较大的直径 （查表） 大 带 轮 2d d mm =4125（1-0.02）=490 2d d 16 基 准 直 径 查表选取=500mm 2d d 验 算 转 动 比 误 差 i 2 1 1 d d d i d =4.082 100% ii i i = (4.082-4)/4100% =2.05% 符合要求 带 速 Vm/s =9.35m/ 11 60 1000 d dn 100060 143012514. 3 s 初 定 中 心 距 1 mm 0.7（+） a0 2（+） 1d d 2d d 1d d 2d d 437.5 a01250 或根据总体结构要求定取 a0=700 确 定 带 的 基 准 长 度 0 d L mm 2 12 0012 0 2 24 dd ddd dd Ladd a = 2431.5mm 取查机械设计 P146 页表 8-2 选取带 的基准长度=2500mm d L (GB/T 11544- 1997) 实 际 amm =734mm 0 0 2 dd LL aa 安装时所需最小中心距 17 中 心 距 =696.5mm min 0.015 d aaL 张紧或补 7 偿申长所需最大的中心距 =809mm max 0.03 d aaL 小 带 轮 包 角 1 角 度 = a dd dd 0 12 0 1 3 . 57 )(180 00 90151 V 带 的 根 数 z 根 =1.582 00 d L P Z PPK K 取 z=2 由图表可查，当= 125, =1430 1d d 1 n 当 i=4 时 P0=1.91KW P0=0.17 KW 查=0.92 =1.09K L K 单 根 V 带 的 初 拉 力 FN 2 )5 . 2( 500qv zvk pk F a caa = 2 35 . 9 1 . 0 35 . 9 292 . 0 3 . 3)92 . 0 5 . 2( 500 =160N 作 用 在 轴 上 的 力 Q N =619.6N 1 2sin 2 QFZ 7.6 大小带轮参数选择及其带轮图 18 7.6.17.6.1 小带轮参数选择小带轮参数选择 小带轮参数选择 小带轮的各参数见表 7 表 7 小带轮的各参数 a d d d d B lc h 130.512528333311.45 小带轮结构如图 12 图 12 小带轮结构图 7.6.27.6.2大带轮参数选择大带轮参数选择 大带轮各参数见表 8 表 8 大带轮各参数 a d d d d1 d 2 d B l2 s c h 505.55002460450333316.31011.45 大带轮结构如图 13 19 图 13 大带轮结构图 8 减速器的选型 选择减速器主要考虑以下几方面问题： （1）根据总体布置选择减速器的形式 在没有特殊要求的情况下，常选择圆柱齿轮减速器，其输入与输出轴之间 平行。 （2）根据传动的主要参数选择减速器的传动级数和尺寸 根据减速器传动的功率，输出轴转速，由总传动比确定减速器的级数。 i=8-10，可选用单级圆柱齿轮传动，i=6-6 可选用二级圆柱齿轮减速器，i=40- 400 可选用三级圆柱齿轮减速器。 （3）考虑其他要求选定减速器形式 有的减速器有运动精度，刚度和回差等方面的要求，在高温，低温，高速 等条件下运行的减速器也有许多特殊要求。 根据上述减速器选择方法，可选用减速器为： 由于前面知道 i 轮系 =18.75 根据 GB/10090-1988 圆柱减速器公称传动比系列： 由已知条件和计算查表，选用 ZLY 型减速器。由 i=18.75：查机械设计 实用手册表 9-2-4 中 ZSY 型减速器许用功率表。可查得 i=18 输入转速为 1500 r/min，考虑到曲柄的长度为 75 mm 故低速级的中心距为 180mm，许用输 入功率为 14kw。选择硬齿面二级减速器 其型号为：ZLY 112 型减速器。 （参考 20 【11】 ）减速器的结构尺寸和装配尺寸如图 14 图 14 减速器的结构尺寸和装备尺寸 由以上条件在机械工程手册表 9-2-10 中查 ZLY 180 型减速器的外形尺 寸和装配尺寸。如表 9 所示： 表 9 ZLY 112 型减速器的外形尺寸和装配尺寸 i=18 中 心 距 ABHa d1l1L1b1t1 d2l2L2b2t2 112385215268192 24 m6 36141624.5 48 n6 821921451 底角螺 栓 112cm1m2m3n1n2e1e2e3h d3n 重 量 润 滑 mm22160-180438575.592134125M126533 从上表分析可知电机的高速轴 D1=24 mm，低速轴 D2=48 mm。 9 轴的设计与计算 由于不同机械有不同的要求，轴的形式是各式各样的。轴的结构形式和与 21 其相联接的零件关系很大，因此必须与它们组成的轴系及整个机器一起考虑。 对轴的各部分结构进行分析，发现它们主要由下列各部分组成： （1）轴上零件如齿轮、联轴器和车轮等在轴上定位和固定的部分。 （2）将轴支承在箱体或其它零件上的支承部分，一般多与轴承相配合。 （3）传递转矩的部分，如键、销轴或过盈配合处的结构。 （4）安装密封件或与密封件相作用的部分的结构。 （5）轴的直径不同部分联接处的过渡部分的结构。 （参考【13】） 因此，可以先根据轴系的不同要求，将轴的各部分分开考虑，然后再根据 相互关系，和加工、安装、拆卸、维修等的要求综合考虑，并相应地调整各部 分的结构和尺寸链。 本设计主要是要设计工作机的传动轴，即圆盘和轴做在一起的那个轴。 9.1计算最小直径 先求输出轴上的功率 P 和转速 n （、分别为带传动、减速器、联轴器 kwPP d 47 . 2 32 1 1 2 3 的传动效率） min/ r20n 由许用公扭应力计算公式 ： 3 P dA n 可得 对于 45 钢的 A 值可以查表 10： 表 10 轴常用的几种材料及 A 值 轴的材料Q235-A、20Q275、35（1Cr18Ni9Ti） 45 40Cr、35SiMn 38SiMo、3Cr13 T/MPa 1525203525453555 A 14912613511212610311297 经查表可得； A 取 112 mm n P Ad 3 . 39 20 47 . 2 112 33 min 由于轴端截面处开有键槽，应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱；故轴 直径应加大（57）%，则： mmd4207 . 1 3 . 39 在设计时，轴的最小处直径应比理论计算的要大一些，然后，再综合考虑 22 （轴承的型号和联轴器的型号）圆整为标准直径，可取 dmin=48mm；选择轴的 材料为 45 钢，调质处理。 92工作机轴的校核 图 15 轴的水平受力和弯矩图 轴材料选用 45 钢调质处理，650 B MPa360 S MPa 计算结果步骤列于表：11 23 图 16 垂直受力和弯矩图 表 11 轴的校核各参数计算 计算项目计算内容计算结果 计算支承反力 轴承受水平力 r FF 2 =2561N r F 轴的两端所受圆 周力 1 1 2 d T F ca 2 2 2 d T F =10670N 1 F = 3323N t F 水平面（xy）受 力图 见图 15 24 垂直面（xz）受 力图 见图 16 画轴弯矩图 水平面弯矩图见图 15 垂直面弯矩图见图 16 合成弯矩图见图 16 画轴转矩图 轴受转矩 T=1163N 转矩图见图 16 计算项目计算内容计算结果 许用应力 许用应力值用插值法由表查得 =105Mpa 0b =58 MPa 1b 应力校正系数 =0.55 b b 1 0 =0.55 画当量弯矩图 当量弯矩=0.551163T=639.65T 当量弯矩 2 2 MMT M=1476Nm 校核轴径 轴径 mm 5 . 39 604 . 0 101476 4 . 0 3 3 3 1 1 b M d mm 5 . 39 604 . 0 101476 4 . 0 3 3 3 1 1 b M d =39.5 I dmm48 mmd70 5 . 39 2 经计算可知，所选取的轴径和材料满足传动需求。 10 联轴器的选择 25 联轴器分为刚性联轴器（凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器）和挠性 联轴器两大类刚性联轴器适用于两轴能严格对中并在工作中不发生相对位移的 地方；挠性联轴器适用于两轴有偏斜（可分为同轴线、平行轴线、相交轴线） 或在工作中有相对位移（可分为轴向位移、径向位移、角位移、综合位移）的 地方。 对于载荷平稳、转速稳定、同轴度好、无相对位移的可选用刚性联轴器， 有相对位移的需选用无弹性元件的挠性联轴器。载荷和速度不大，同轴度不易 保证，宜选用顶刚弹性联轴器；载荷、速度变化较大的最好选用具有缓冲、减 振作用的变弹性联轴器。对于动载荷较大的机器，宜选用重量轻、转动惯量小 的 联轴器。 对联轴器的其它需求是：1）装拆方便；2）尺寸较小；3）质量较轻；4） 维护简单等。联轴器的安装位置宜尽量靠近轴承。 在刚性联轴器中，凸缘联轴器是应用最广泛的一种。这种联轴器主要由两 个分别在轴端的半联轴器和联接它们的螺栓组成。制造半联轴器的材料通常为: 中等以下载荷，V35时采用中等强度的铸铁；重载，V时采用锻/m s75/m s 钢或铸铁钢。此处 V 为联轴器外缘的圆周速度。 凸缘联轴器对中精度可靠，传递转矩较大，但要求两轴度较好，主要用于 载荷平稳的连接中。 根据其载荷情况，计算转矩，轴的直径和工作转速等因素来进行计算。应 使： 9550 w cn P TKT n 式中：计算转矩 c T 工作情况系数K 驱动功率 w P 工作转速n 公称转矩 n T 前面已计算出最小轴径 d=48mm，输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴 的直径 d 联轴器的计算转矩，查机械设计书上表 14-1，考虑到转矩变化TKT Aca 很小，故取，则：1163N m3 . 1 a K 20 47 . 2 95500003 . 1TKT Aca 26 联轴器的结构如图 17 图 17 联轴器的结构图 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查 GB/T4323-2002 或手 ca T 册，选用 HL4 型弹性柱销联轴器，其公称转矩为 1250N.m，其主要参数如表 8。 表 12 联轴器的各参数 轴孔长度 轴孔直径 、 1 d 2 d z d Y 型 J、J 、 1 Z 型 型号 公称 转矩 钢L L1 L D 质量 m/kg 转动惯量 I /kg 2 m HL41250 4811 2 8411 2 195223.4 11 轴承的选择 滚动轴承是标准件，由专门的轴承厂成批生产在机械设计中只需根据工作 条件选用合适的滚动轴承内型和型号进行组合结构设计。 滚动轴承的内、外圈和滚动体用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造，常 用牌号如 GCr15、GCr15SiMn 等（G 表示滚动轴承钢） ，淬火后硬度应不低于 61HRC65HRC，工业表面要求磨削抛光。 保持架选用较软材料制造，常用低碳钢板冲压后铆接或焊接而成。实体保 持架则选用铜合金、铝合金、酚醛层压布板或工程塑料等材料。 27 与滑动轴承相比较，滚动轴承有以下优点：1）在一般工作条件下，摩擦阻 力矩大体和液体动力润滑轴承相当，比混合润滑轴承小很多倍。滚动轴承效率 （0.980.99）比液体动力润滑轴承（0.995）略低，但较混合润滑轴承 （0.95）要高一些。采用滚动轴承的机器起动力矩小，有利于在负载下起动。 2）径向游隙比较小，向心角接触轴承可用预紧方法消除游隙，运转精度高。 3）对于同尺度的轴颈，滚动轴承的宽度比滑动轴承小，可使机器的轴向结构紧 凑。4）大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷，故轴承组合结构较简单。 5）消耗润滑剂少，便于密封，易于维护。6）不需要用有色金属。7）标准化程 度高，成本较低。 滚动轴承因有专门工厂生产，能保证质量，在使用、安装、更换等方面又 很方便，故在中速、中载和一般工作条件下运转的机器中应用非常普遍。在特 殊工作条件在如高速、重载、精密、高温、低温、防腐、防磁、微型、特大型 等场合，也可以用滚动轴承，但需要在结构、材料、加工工艺、热处理等方面， 采用一些特殊的技术措施。 根据本设计结构分析，选用深沟球轴承，它主要承受径向载荷，也可同时 承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最小。在高转速时，可用来承受轴向载荷大 量生产，价格较低。 11.1 轴承的选择计算 滚动轴承的当量动载荷，计算使用如下公式 Pra PfX FY F 其中： 载荷性质系数 轴承的当量动载荷 P fP 径向系数 轴承所受到径向载荷X r F 轴向系数 轴承所受到的轴向载Y a F 荷 查表得： =1.2 X=1 Y=0 P f 由上述计算可知：轴承的径向载荷为 Fr=2561N，而轴向载荷 Fa 可以视为 零 。 X 取 0.5 那么轴承 P=1.2 0.56 2561=1721N 那么轴承应有的基本额定动载荷值 28 C=N nL P h 3127 10 50002060 1721 10 60 3 66 还要前面所设计的与轴配合的轴径为 60mm 按照轴承样本或设计手册选择 C=24200N 的 6012 型号轴承 滚动轴承的基本寿命计算： 6 10 10 60 h Lh n c p 其中：以小时数表示的轴承基本额定寿命 10h L 轴承工作转速n 基本额定动载荷C 当量动载荷P 轴承的寿命指数（其中球轴承寿命指数 =3，而 对于滚动轴承指数 =10/3） 取轴承的基本额定寿命为 5000h，利用上式可以计算出轴承的计算寿命 hhL h 50005010) 1721 3127 ( 2060 10 3 6 10 故综上所述，所选择的轴承符合要求，其代号为 6012，轴承结构图如图 18 所示。 29 图 18 轴承的结构图 11.2 轴承盒盖的设计 轴承盖用来限定轴承的位置和密封作用，常用的轴承盖有螺栓固定式和嵌 入式两种。前者可较容易调整轴承的轴向间隙和啮合件的轴向位，但结构较重； 后者结构简单，但嵌槽加工困难。根据结构特点设计为螺栓固定式。 轴承盒盖图如右图 19 所示 30 图 19 轴承端盖结构图 12 键的选择及其校核 键联接时，通常被联接的材料构造和尺寸已被初步决定，联接的载荷也已 求得。因此，可根据联接的结构特点使用要求和工作条件来选择键的类型，再 根据轴的径从标准中选出截面尺寸并考虑毂长选出键的长度，然后用适当的校 核计算公式强度验算。 12.1电动机轴上键的选择 根据电动机轴径和轮毂长度从标准中选择键的尺寸如表 13 所示。 表 13 键的各参数 轴键键槽 宽度 b深度半径 r公称直 径 d/mm 公称尺 寸 bh /mm 公称尺 寸 b/mm 极限偏 差 轴 t /mm 毂 t1 /mm 最小 /mm 最大 mm 22878-0.0154.03.30.160.25 31 图 20 键的结构图 键的校核 假设压力在键长度内均匀分布，则根据挤压强度或耐磨性的条件计算，求 得联接所能传递的转矩： 11 24 pp Th l dhl d = mNmN2058815028407 4 1 故能满足电动机在满载荷时所需转矩。 12.2大带轮轴键的选择 根据其轴径和联接的结构特点选择键的参数如表 14 所示. 表 14 键的各参数 轴键键槽 宽度 b深度半径 r公称直 径 d /mm 公称尺 寸 bh /mm 公称尺 寸 b/mm 极限偏差轴 t /mm 毂 t1 /mm 最小 /mm 最大 /mm 2230 878-0.0154.03.30.150.25 经计算同样符传动要求。 其它各轴上所选键与电动机轴上键相同。 13 电控原理图 电控主要是控制电动机的起动、停止，实现自动控制，并具有必要的保护。 本设计采用控制器、熔断器、热继电器和按钮所组成的控制装置对控制对象进 行控制。控制装置可根据生产工艺过程对控制对象所提出实现控制作用。其图 32 21 如下所示： 图 21 电控原理图 电动机合上闸刀开关 QS 下起动按钮 SB2，接触器 KM 的吸引线圈通电，其 主接触点 KM 闭合，电动机起动。由于接触点的辅助接触点 KM 并联于起动按钮， 因此当松开手断开起动按钮后，接触器线圈 KM 通过其辅助常开接触点可以继续 保持通电，维持其吸合状态，故电动机不会停止。和起动按钮并联的辅助常开 触点称为自锁触点。 按停止按钮 SB1，接触器 KM 的吸引线圈失电释放，所有 KM 常开触点断开。 KM 主触点断开，电动机失电停转；KM 辅助触点断开，消除自锁。 总结： 本论文是对活塞式加料器进行理论设计，设计内容有： 电动机选型、皮带 轮尺寸计算、皮带类型、传动轴设计、联轴器、减速器的选型，工作机轴设计、 装配图以及电控原理图。该设计在产品系列设计中具有一定的意义。本次设计 同时考虑到产品的系列设计，虽然只是单独的产品设计，经过本次设计可以扩