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毕业设计(论文) 图书分类号： 密级： 自动穿串机自动穿串机自动穿串机自动穿串机 AUTOMATIC WEAR STRING MACHINE 学生 姓 名周文 娟 学院 名 称机电 工 程 学 院 专业 名 称机械制造及其自动化 指导 教 师刘文 君 2010 年5 月25 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：日期：年月日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。 徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件 和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文 的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库 进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 论文作者签名：导师签名： 日期：年月日日期：年月日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) II 摘要 自动穿串机适用于新型食品加工行业。目的是研制一种自动穿插机构，能够代替手工 劳动，提高工作效率，降低劳动强度。本文针对传动系统，进给机构及自动控制系统设计 。 并对所用的齿轮传动和轴进行计算。本产品采用电动机带动，通过各系统的相互协作，实 现穿插动作。本机构是在食品装料机械的基础上设计的。此机构具有结构简单、体积小、 成本低的优点。 设计要求完成入料、动力源的选定、传动系统、执行机构、落料机构。 入料选用排序机构，动力源的选定选用电动机，传动系统采用 V带传动、齿轮传动、 连续传送机构，执行机构采用插签机构、压盘装置，落料机构一个挡棒和盘子。 关键词关键词自动穿插；传动系统；自动控制系统 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) III AbstractAbstractAbstractAbstract Automaticwear string machine is suitable for new food processing industry. Purpose is to develop a kind of automaticthrust institution, can replace manual labor, improve work efficiency and reduce labor intensity. Based on transmission system, lathe and automaticcontrol system design. Andon the gear andaxis. This product adopts motor driving through the cooperation and realizing the system into action. The agency is in charge of foodmachinery based on the design. The agency has simple structure, small volume, low cost advantage. Complete the design requirements of power andselected, transmission system, actuators, blanking institutions. The ranking selection, the selected chooses motor, power transmission adopts theV belt transmission, gear, continuous transmission, actuator adopts insertedsign institutions, pressure plate blanking institution, a block sticks andplates. KeywordsKeywordsKeywordsKeywordsautomatically alternates, Transmission systems, Automaticcontrol system 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 目目目目录录录录 1 绪论.1 1.1 序言 .1 1.2 自动穿串机的设计思路.1 2 自动穿串机各机构的选择及设计设计思路.2 2.1 入料机构的选择及设计.2 2.2 振动筛的设计2 2.3 穿插机构的设计.5 2.3.1 插签机构 .5 2.3.2 压盘装置 .5 2.4 落料机构的设计.6 3 轴承的选定.7 3.1 概述 7 3.2 滚动轴承的主要类型、特点和代号8 3.3 轴承的寿命计算.10 3.3.1 滚动轴承的基本额定寿命 .10 3.3.2 基本额定动负荷.10 3.3.3 寿命计算公式 .11 3.3.4 额定寿命的修正.11 3.3.5 滚动轴承的当量动载荷.11 3.3.6 角接触轴承的计算.12 3.3.7 主动轴轴承的校核.12 3.3.8 从动轴轴承的校核.13 4 传动机构设计.14 4.1 传动系统的选择.14 4.1.1 带传动的类型和特点.14 4.1.2 V 带传动的设计.15 4.2 电动机的选择 .18 4.2.1 电动机类型和结构的选择.18 4.2.2 电动机功率的选择.18 4.2.3 确定电动机转速.18 4.2.4 电动机型号的确定.18 4.3 齿轮传动的设计.19 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) II 4.3.1 选择齿轮材料并确定许应应力.19 4.3.2 按齿面接触强度设计计算 .19 4.4 传动装置运动、动力参数计算 .21 4.4.1 总传动比的确定.21 4.4.2 分配各级传动比.21 4.4.3 计算各轴转速 .21 4.4.4 计算各轴的功率.21 4.4.5 计算各轴转矩.21 4.4.6 传动装置运动、动力参数汇总表.22 4.5 轴的设计计算 .22 4.5.1 输入轴的设计计算.22 4.5.2 输出轴的设计计算.25 4.6 输送机的设计 .26 5 减速器的选择.31 5.1 概述 .31 5.2 减速器的机构和附件的设计.31 5.3 减速器的润滑和密封 .32 结论.33 致谢.34 参考文献.35 附录.36 附录 1.47 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 1 绪论 1.1 序言 目前，许多生产食品串类的厂家，穿串的工序都是靠手工来完成的，手工穿串不仅 劳动强度大、生产效率低，食品串形状不规则，但是由于穿串耗费时间长，串类的食品极 其容易变质，从而难以达到食品卫生标准。因此，传统的手工操作存在的弊端是本设计有 待解决的难题。 有鉴于此，本实用新型的设计主要目的在于提供一种自动完成穿串，减少劳动力的投 入，提高生产效率高，可达到卫生质量要求的设备。 在我国的食品机械行业中，这类机械还是新型行业，主要用于一些小型机械。 1.2 自动穿串机的设计思路 自动穿串机要完成入料、动力源的选定、传动系统、执行机构、落料机构。 入料机构的选择很重要，它包括入料口和排序机构，排序机构在这里是个重点，因 为面团是有黏性，所以如果选择以它的自重来排序就不稳当，要重新选择排序机构，我 选择的是振动筛，在振动筛出料口有一个类似于齿轮形状的花盘。 动力源是电动机， 自动穿串机虽然不是大型机器， 但是它对速度的要求还是很严格的 ， 在穿串的时候输送机是要停止输送的，然后进行穿串。最后考虑到缓冲加了个减速器。 传动系统首先是 V 带传动、齿轮传动、连续输送传动。带传动和齿轮传动不用多说。 连续输送机构采用的是凹槽形状的输送链。 执行机构就是插签机构。插签机构采用多排。因为工作需要一次达到 20 串，在插签 机构的上面有个压盘机构，大小和插签机构差不多大。压盘装置的齿和输送链上的齿结构 一样。面团在这两个齿的中间。 落料机构为设置在所述连续传送链上方的档棒。在面团到达传送链的末端有个档棒挡 住面团上的签，使穿好的面团掉落在下面的盘子中。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 2 穿串机各机构的设计思路 2.1 入料机构的选择及设计 入料机构的选择很重要，它包括入料口和排序机构，排序机构在这里是个重点，因 为面团是有黏性，所以如果选择以它的自重来排序就不稳当，要重新选择排序机构，我 选择的是振动筛，在振动筛出料口有一个类似于齿轮形状的花盘。 2.2 振动筛的设计 2.2.1 振动筛的用途 振动筛是利用振动的大小孔工作面将颗粒大小不同的混合物料按粒度进行分级的机 械。筛分工作一般适用于尺寸为 1300 毫米或更细物料的分级。当用于分级时，一层筛面 可以获得两种产品；用 n 层筛面分级，可得到 n+1 种产品。 振动筛除了用于分级之外，还常用于物料的脱水，即除去物料中的水分；脱介，即在 筛机中用水清洗并回收重要介质微粒；振动筛也常用于清洗物料表面的污泥。 2.2.2 筛分的方法 目前已在工业中获得应用的筛分方法，有普通筛分法、薄层筛分法、概率筛分法、等 厚筛分法和概率等厚筛分法等。本设计只要介绍普通筛分法。 在工业部门中长期沿用的筛分法就是普通筛分法，这是一种中等料层厚度的筛分方 法，在普通振动筛和共振筛中进行筛分就是利用这种筛分方法。它的特点如下。 （1）料层厚度一般为筛孔尺寸的 36 倍。 （2）筛面层数位 12 层。 （3）物料颗粒的透筛是在筛面连续振动的情况下按照筛孔的大小进行的。小于筛孔 的物料颗粒在沿筛长方向运动的过程中，不断透过筛孔；而大于筛孔的物料颗粒沿筛面方 向移动，最后从筛面上方排出。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 图 1 -1 振动筛 （4）在一般情况下，筛孔尺寸与筛下面的最大颗粒尺寸有如下关系：对于圆孔，筛 孔尺寸 a 是筛下物做大颗粒尺寸 d 的 1.31.4 倍，即 a=1.31.4d；对于方形孔，边长 a=1.11.13d；对于长方形孔，狭长边 a=0.70.8d。 利用普通筛分方法对物料进行筛分，物料的透筛过程进行的比较缓慢，在筛长一定的 情况下，该种筛分方法的筛分频率较低。因此近十多年来，不少国家的科技工作者对物料 筛分过的理论进程了许多研究，相继提出了几种新的筛分发发，这些发发对提高筛分过程 的质量和产量都有一定的实际价值。 2.2.3 计算 1.滑行指数的选择 选取抛郑指数 D1，正向滑行指数 D11。 2.振动方向角的计算当摩擦系数0=0.95 时，摩擦角0=4344，计算出 C=D9sin(0+0)/Dksin(0-0)=0.50.33式（2.1） 振动反方向角计算： =arctg(1-c)(1+c)0=19192756式（2.2） 当取 Dk=2.5 时，振动方向角=22。 3.振幅的计算 =900D9sin(0+0) /2n2cos(0) 式（2.3） =15.36mm 取=15 毫米。 4.精算抛郑指数和正向滑行指数及反向滑行指数 振动强度 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 4 K=2n2/900g=1.828式（2.4） 抛郑指数 D=Ksin/cos0=0.6851 有轻微的反向滑动。 5.计算滑始角与滑止角，确定滑行运动状态 正向滑始角 k0=k=arcsin1/DK0=24式（2.8） 反向滑始角 90=9=arcsin(-1/D90)=24633式（2.9） 根据滑始角k0和k，查得正向滑止角0=233，因为 ，058400h 预期寿命足够 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 14 4 传动机构设计 4.1 传动系统的选择 4.1.1 带传动的类型和特点 带传动由主动带轮 1、从动带轮 2 和挠性带 3 组成，借助带与带轮之间的摩擦或啮合， 将主动轮 1 的运动传给从动轮 2，如图 4-1 所示。 图 4-1 带传动示意图 一、带传动的类型 根据工作原理不同，带传动可分为摩擦带传动和啮合带传动两类。 1.摩擦带传动 摩擦带传动是依靠带与带轮之间的摩擦力传递运动的。按带的横截面形状不同可分为 四种类型，如图 4-2 所示。 a)b)c)d) 图 4-2 带传动的类型 (1)平带传动。平带的横截面为扁平矩形（图 a） ，内表面与轮缘接触为工作面。常用的 平带有普通平带(胶帆布带)、皮革平带和棉布带等，在高速传动中常使用麻织带和丝织带。 其中以普通平带应用最广。平带可适用于平行轴交叉传动和交错轴的半交叉传动。 (2)V 带传动。V 带的横截面为梯形，两侧面为工作面（图 b） ，工作时V 带与带轮槽 两侧面接触，在同样压力 FQ 的作用下，V 带传动的摩擦力约为平带传动的三倍，故能传 递较大的载荷。 (3)多楔带传动。多楔带是若干 V 带的组合(图 c),可避免多根 V 带长度不等,传力不均 的缺点。 (4)圆形带传动。横截面为圆形(图 d),常用皮革或棉绳制成,只用于小功率传动。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 15 2.啮合带传动 啮合带传动依靠带轮上的齿与带上的齿或孔啮合传递运动。啮合带传动有两种类型， 如图 4-3 所示。 a)同步齿形带传动b)齿孔带传动 图 4-3 啮合带传动 (1)同步带传动。利用带的齿与带轮上的齿相啮合传递运动和动力，带与带轮间为啮 合传动没有相对滑动，可保持主、从动轮线速度同步（图 a） 。 (2)齿孔带传动。带上的孔与轮上的齿相啮合，同样可避免带与带轮之间的相对滑动， 使主、从动轮保持同步运动（图 b） 。 二、带传动的特点 摩擦带传动具有以下特点： (1)结构简单，适宜用于两轴中心距较大的场合。 (2)胶带富有弹性，能缓冲吸振，传动平稳无噪声。 (3)过载时可产生打滑、能防止薄弱零件的损坏，起安全保护作用。但不能保持准确的 传动比。 (4)传动带需张紧在带轮上，对轴和轴承的压力较大。 (5)外廓尺寸大,传动效率低(一般 0.940.96)。 根据上述特点，带传动多用于中、小功率传动（通常不大于 100KW）；原动机输 出轴的第一级传动（工作速度一般为 525m/s）；传动比要求不十分准确的机械。 本设计所选择的是 v 带传动。 4.1.2V 带的传动设计 一、带的构造和标准 标准 V 带都制成无接头的环形，其横截面由强力层 1、伸张层 2、压缩层 3 和包布层 4 构成，如图 4-4 所示。伸张层和压缩层均由胶料组成，包布层由胶帆布组成，强力层是承 受载荷的主体，分为帘布结构（由胶帘布组成）和线绳结构（由胶线绳组成）两种。帘布 结构抗拉强度高，一般用途的 V 带多采用这种结构。线绳结构比较柔软，弯曲疲劳强度较 好，但拉伸强度低，常用于载荷不大，直径较小的带轮和转速较高的场合。V 带在规定张 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 16 紧力下弯绕在带轮上时外层受拉伸变长，内层受压缩变短，两层之间存在一长度不变的中 性层，沿中性层形成的面称为节面，如图 4-4 所示。节面的宽度称为节宽 bp。节面的周长 为带的基准长度 Ld。 a)帘布结构b)线绳结构 图 4-4V 带剖面结构 V 带和带轮有两种尺寸制，即有效宽度制和基准宽度制。基准宽度制是以 V 带的节宽 为特征参数的传动体系。普通 V 带和 SP 型窄 V 带为基准宽度制传动用带。 按 GB/T11544-97 规定，普通 V 带分为 Y、 Z、A、B、C、D、E 七种， 截面高度与节宽的比值为 0.7； 窄V 带分为 SPZ、SPA、SPB、SPC 四种，截面高度与节宽的比值为 0.9。带的截面尺寸如表 4-1 所示，基准长度系列如表 4-2 所示。窄 V 带的强力层采用高强度绳芯，能承受较大的预紧力，且可挠曲次数增加，当带 高与普通 V 带相同时其带宽较普通 V 带小约 1/ 3,而承载能力可提高 1.52.5 倍。在传递相 同功率时，带轮宽度和直径可减小，费用比普通 V 带降低 2040，故应用日趋广泛。V 带的型号和标准长度都压印在胶带的外表面上，以供识别和选用。例：B2240 GB/T11544-97,表示 B 型 V 带，带的基准长度为 2240mm。 图 4-5V 带的节面和节线 二、带传动的受力分析 带以一定的预紧力套在带轮上。 静止时带轮两边的拉力相等， 均为预紧力 F0， 如图4-6a) 所示。负载转动时，由于带与带轮接触面摩擦力的作用，带绕上主动轮的一边被拉 紧，称为紧边，紧边的拉力由 F0增加到 F1；另一边被放松，称为松边，拉力由 F0降 至 F2。如图 4-6b)所示。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 17 a) b) 图4-6 带传动的受力分析 紧边与松边拉力的差值（F1F2）为带传动中起传递力矩作用的拉力，称为有效拉力F 即： F = F1F2 式(4.1) 若带传递功率为 P（KW）、带速为 v（m/s）则： F=1000P/N式(4.2) 如果近似的认为工作前后胶带总长不变，则带的紧边拉力增量应等于松边拉力的减少 量，即 F1F0F0F2，即： 式(4.3) 021 2FFF=+ 由式（4-1）、（4-3）得： F1=F0+F/2 F2=F+F0/2式(4.4) 三、带传动的应力分析 带在工作过程中主要承受拉应力，离心应力和弯曲应力三种应力。三种应力迭加后，最 大应力发生在紧边绕入小带轮处，其值为： 式（4.5） cb += 11max 式中：1= F1/A 为紧边拉应力(MPa), A 为带的横截面积(mm2)；b1= Eh/dd为带绕 过小带轮时发生弯曲而产生的弯曲应力,E 为带的弹性模量(MPa),h 为带的高度(mm),dd 为带轮的基准直径(mm)；C=qv/A 为带绕带轮作圆周运动产生的离心应力，q 为每米长 带的质量（kg/m） ，见表（4-1）。 在带的高度 h 一定的情况下，dd越小带的弯曲应力就越大，为防止过大的弯曲应力对 各种型号的 V 带都规定了最小带轮直径 dmin如表 4-1 所示。 表 4-1V 带轮的最小基准直径 型号YZ SPZ A SPA B SPB C SPC DE ddmin(mm)2050 637590125 140 200 224 355500 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 18 4.2 电动机的选择 4.2.1电动机类型和结构的选择 因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式 Y 系列三相 异步电动机。 4.2.2电动机功率的选择 4.2.2.1 传动装置的总功率 由设计手册得， V 型带传动的效率：0.96 滚动轴承（一对）的效率：0.98 圆柱齿轮（闭式）的效率：0.97 齿轮联轴器的效率：0.99 输送机卷筒的效率为：0.96 总=卷轴承2齿轮联轴器带=0.960.9820.970.990.96=0.85 4.2.2.2 电动机所需的工作功率： P工作=FV/总=3.51.7/0.85=7.0（KW） 4.2.34.2.34.2.34.2.3 确定电动机转速确定电动机转速 计算卷筒的工作转速： 60 V 1000/D60 1.7 1000/(3.14 450)72.15r/min n = 筒 （） 按手册推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围 I1=36。 取 V 带传动比 I2=24， 则总传动比理时范围为 I总=624。 故电动机转速的可选范围为 ： n筒=（624）72.15=432.91731.6r/min 符合这一范围的同步转速有 750、1000、和 1500r/min。 根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：因此有三种传动比 方案：通过综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比， 可见第 2 方案比较适合，则选 n=1000r/min 。 4.2.4电动机型号的确定 根据以上选用的电动机类型，及所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为 Y160M-6。其主要性能：额定功率：7.5KW，满载转速 970r/min，额定转矩 2.0。 4.3 齿轮传动设计 4.3.1选择齿轮材料并确定许应应力 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 19 考虑到减速器传递功率不大及其工作条件，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用 40Cr， 调质；大齿轮选用 45 钢，调质。其主要参数如表 4-2。根据课本 P168 表 4-2 选 8 级精度。 圆周速度。smV/6 表 4-2 齿轮材料及其力学性能 取表中所示范围的中间值，得 ， lim1 700 H MPa= lim2 580 H MPa= ， 1 590 FE MPa= 1 450 FE MPa= 根据课本 P171 表 11-5 取。许用接触应力为：1.0,1.25 HF SS= ， lim1 1 700 700 1.0 H H H MPa S = lim2 2 580 580 1.0 H H H MPa S = 许用弯曲应力为： ， 1 1 590 472 1.25 FE F F MPa S = 2 2 450 360 1.25 FE F F MPa S = 4.3.2按齿面接触强度设计计算 根据软齿面闭式齿轮传动准则，应首先按齿面接触强度设计公式进行设计计算， 然后再按软齿面弯曲强度验算公式进行验算。 根据课本 P171，可知设计计算公式为： mm 2 1 3 1 21 EH dH KT u u Z Z d + 4.3.2.1 确定计算参数 计算小齿轮上的名义转矩： 6 1 T =9.55 107.0/433=154388.0Nmm 选取载荷系数 K，根据课本 P169 表 11-3，取1.4K= 选取齿宽系数，根据课本 P175 表 11-6，取 d 1.1 d = 选取弹性系数，根据课本 P171 表 11-4，取（选用锻钢） E Z189.8 E Z= 选取区域系数，对于标准齿轮， H Z2.5 H Z= 令=Z2Z1，则6ui= = 因代入公式计算。 212 ,580 HHHH MPa=故用 4.3.2.2 初算小齿轮分度圆直径 材料 牌号 热处理 方式硬度 接触疲劳极限 lim/H MPa 弯曲疲劳极限 / FE MPa 40Cr调质217286HBS650750560620 45调质197286HBS550620410480 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 20 2 2 1 33 1 212 1.4 154388.06 1189.8 2.5 67.45 1.16580 EH dH KT u mm u Z Z d + = 4.3.2.3 确定齿数和模数 齿数： 取 121 20,6 20120ZZiZ=则 模数： m=d1/d2=67.45/20=3.37mm， 按设计手册上，选取标准参数4mmm= 4.3.2.4 确定中心距和齿宽 中心距 12 4 ()(20 120)280 22 m aZZmm=+=+= 齿宽。 1 1.1 67.4574.20 d bmm d = 圆取整数 1 75,80bmm bmm= 4.3.2.5 验证齿轮弯曲强度 根据课本 P172，可知验证公式为： 1 2 1 2 FaSa FF KTY Y MPa bm Z = 根据课本 P173 和 P174 中的图 11-8 和图 11-9 可得出： 选取齿形系数： Fa Y 12 2.93,2.22 FaFa YY= 选取应力修正系数： Sa Y 12 1.56,1.82 SaSa YY= 分别验算两轮的齿根弯曲应力： 111 11 22 1 22 1.4 154388.0 2.93 1.56 82.33 75 420 FaSa FF KTYY MPa bm Z = 122 22 22 2 22 1.4 154388.0 2.22 1.82 12.13 75 4120 FaSa FF KTYY MPa bm Z = 验算结果：软齿齿根弯曲疲劳强度足够。 4.3.2.6 齿轮的基本尺寸设计 确定齿轮的主要几何尺寸： 分度圆直径： mmmZd00.80204 11 = mmmZd00.4801204 22 = 齿顶圆直径： mmmhdd aa 00.882 11 =+= 22 2488.00 aa ddh mmm =+= 齿根圆直径： () 11 270.00 fa ddhcmmm =+= () 22 2470.00 fa ddhcmmm =+= 4.3.2.7 计算齿轮的圆周速度 V sm nd V/81.1 100060 4338014.3 100060 21 = = = 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 21 根据课本 P168 表 11-2，可以确定齿轮传动的精度等级为 8 级。 4.4 传动装置运动、动力参数计算 4.4.1总传动比的确定 由已知数据可知： 。 970 13.44 72.15 n i n = 满载 总 筒 4.4.2分配各级传动比 查阅资料可知，单级减速器 i=36 合理，故可取齿轮 i齿轮=6 则有，可得：ii i = 总带 齿轮 13.44 2.24 6 i i i = 总 带 齿轮 4.4.3计算各轴转速 电动机轴 ： 1 970 /minnr n = 电机 V 带轮轴 ： 433 /min 2.24 n nr i = 1 2 带 970 大齿轮轴 ： 433 72.15 /min 6 n nr i = 2 3 齿轮 卷 筒 轴 : n4=n筒=72.15r/min 4.4.4计算各轴的功率 电动机轴 ： P1=P电机=7.0kw V 带轮轴 ： P2=P1带=7.0.96=6.75kw 大齿轮轴 ： P3=P2轴承齿轮=6.720.980.97=6.39kw 卷 筒 轴 : 4 P =3.5 1.7=5.95kwFV 4.4.5计算各轴转矩 电动机轴 ： 66 1 1 P7.0 T =9.55 10=9.55 1068917.5N 970 mm n = 1 V 带轮轴 ： 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 22 66 2 2 P6.72 T =9.55 10=9.55 10148212.5N 433 mm n = 2 大齿轮轴 ： 66 3 3 P6.39 T =9.55 10=9.55 10845566.0N 72.17 mm n = 3 卷 筒 轴 : 66 4 4 P5.95 T =9.55 10=9.55 10787560.6N 72.15 mm n = 4 4.4.6传动装置运动、动力参数汇总表 表 3.1传动装置运动、动力参数计算 4.5 轴的设计计算 4.5.1输入轴的设计计算 4.5.1.1 按扭矩初算轴径 选用 45#调质，硬度 197286HBS，根据课本 P245式（14-2） ，并查表14-2，取 c=115。 33 7.0 11529.08 433 P dCmm n = 考虑有键槽，将直径增大 5%，则 29.08 (1 5%)30.53dmm=+= 选 d=32mm 4.5.1.2 轴的结构设计 (1) 轴上零件的定位，固定和装配 由于根据给定条件设计出来的齿轮的齿根圆直径与根据经验公式设计出来的轴径接近， 于是将齿轮和轴做成一体，称为齿轮轴。如图 4-1。 轴 名 参数 电动机轴V 带轮轴大齿轮轴卷筒轴 转速 r/min 97043372.1572.15 输入功率 P/kw 7.06.726.395.95 输入转矩T/Nmm68917.5148212.5845566.0787560.6 传动比 i2.246.01.0 效率0.960.950.93 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 23 图 4-1 齿轮轴 根据齿轮轴上零件的位置，封油环、左轴承、轴承盖和大带轮由左端装配，右轴承、 轴承盖从右端装配，轴上零件要做到定位准确，固定可端，其中轴承采用角接触球轴承， 嵌入式轴承盖使轴系两端固定，齿轮通常采用油浴润滑，轴承采用脂润滑。 （2）确定轴各段直径和长度 从左端起，一次设计各段直径和长度： 第一段： d1=32mm，L1的长度可根据皮带的条数和宽度，及根据轴径而确定出来的键 槽长度确定出来。 第二段： d2=40mm（符合国家标准油封毡圈尺寸，可以外购） ，L2=40mm。 第三段： d3=45mm（此处轴肩位置不需要承受较大的轴向力，于是轴肩可以设置小点； 同时符合轴承内径，便于轴承装拆。轴承型号初选为 7209 角接触球轴承） ，L3=41mm。 第四段： d4=55mm（此处轴肩设计比较高，是为了更好地承受封油环产生的较大轴向力 ） ， L4=10mm。 第五段： d5=88mm（因为此轴设计成齿轮轴，所以此尺寸为小齿轮齿顶圆的直径） ， L5=80mm（此尺寸即为设计齿轮的宽度） 第六段：因为齿轮轴是对称分布，所以此段尺寸与第四段一样。d6=55mm， L6=10mm。 第七段： d7=45mm， L7=41mm。 由上述轴各段长度可算得轴支承跨距 L=141mm (3)按弯矩复合强度计算 求分度圆直径：已知 d1=80mm 求转矩：已知 T2=148212.5Nmm 求圆周力：Ft Ft=2T2/d1=214821.5/80=3705.3N 求径向力 Fr Fr=Fttan=3705.3tan20=1348.6N 40 41 80 1010 41 32 40 45 55 88 55 45 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 24 因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=70.5mm (1)绘制轴受力简图（如图 a） （2）绘制垂直面弯矩图（如图 b） 轴承支反力： FAy=FBy=Fr/2=674.3N,FAz=FBz=Ft/2=1852.65N 由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称。截面 C 在垂直面弯矩为 MC1=FAyLA=674.3 70.5=47.54Nm (3)绘制水平面弯矩图（如图 c） (a) FtC Fr BA z y x T FBy Fr FAy Az A Ft Mc1 FBz Mc2 Mc T Mec (b) (c) (d) (e) (f) 图 4-2 轴受力简图 截面 C 在水平面上弯矩为： MC2=FAZLB=1852.65141/2=130.6Nm (4)绘制合弯矩图（如图 d） MC=(MC12+MC22)1/2=47.542+130.62)1/2=138.98Nm (5)绘制扭矩图（如图 e） 转矩：T=9.55（P2/n2）106=148.2Nm (6)绘制当量弯矩图（如图 f） 转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=1，截面 C 处的当量弯矩： Mec=MC2+(T)21/2=138.982+(1148.2)21/2=203.17Nm 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 25 (7)校核危险截面 C 的强度 e=Mec/0.1d33=203.17/0.1883=2.98MPa -1b=60MPa 该齿轮轴强度足够。 4.5.2输出轴的设计计算 4.5.2.1 按扭矩初算轴径 选用 45#调质，硬度 197286HBS，根据课本 P245式（14-2） ，并查表14-2，取 c=115。 33 6.39 11551.26 72.15 P dCmm n = 考虑有键槽，将直径增大 5%，则 51.26 (1 5%)53.8dmm=+= 选 d=54mm 4.5.2.2 轴的结构设计 (1) 轴上零件的定位，固定和装配 单级圆柱齿轮减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿 轮左面用轴肩定位，右面用封油环轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分 别以轴承肩和封油环定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从 左面装入，右轴承和皮带轮依次从右面装入。如图 4-3。 60 65 70 80 75 65 40 60 72 12 20 25 54 图 4-3 从动轴 （2）确定轴各段直径和长度 从右端起，一次设计各段直径和长度： 第一段：d1=54mm 的，L1的长度可根据皮带的条数和宽度，及根据轴径而确定出来的键槽 长度确定出来。 第二段： d2=60mm（符合国家标准油封毡圈尺寸，可以外购） ，L2=40mm。 第三段： d3=65mm（此处轴肩位置不需要承受较大的轴向力，于是轴肩可以设置小点；同 时符合轴承内径， 便于轴承装拆。 轴承型号初选为 7213 角接触球轴承），L3=60mm。 第四段： d4=70mm（此段用来对齿轮在轴向和周向定位） ， L4=72mm（略小于齿轮宽 23mm） 。 第五段： d5=80mm（此处轴肩设计比较高，是为了更好地承受齿轮产生的较大轴向力） ， 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 26 L5=12mm。 第六段： d6=75mm， L6=20mm。 第七段： d7=65mm， L7=25mm。 由上述轴各段长度可算得轴支承跨距 L=146mm (3)按弯矩复合强度计算 求分度圆直径：已知 d2=480mm 求转矩：已知 T3=845566.0Nmm 求圆周力：Ft Ft=2T3/d2=845566/480=3523.2N 求径向力 Fr Fr=Fttan=3523.2tan20=1282.3 因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=73mm 求轴承支反力： FAy=FBy=Fr/2=641.15N,FAz=FBz=Ft/2=1761.6N 由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称。截面 C 在垂直面弯矩为 MC1=FAyLA=641.1573=46.8Nm。 截面 C 在水平面上弯矩为： MC2=FAZLB=1761.673=128.6Nm (4)计算合成弯矩 MC=(MC12+MC22)1/2=46.82+128.62)1/2=136.85Nm (5)计算当量弯矩 转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=1，截面 C 处的当量弯矩： Mec=MC2+(T3)21/2=136.852+(1845.566)21/2=856.57Nm (6)校核危险截面 C 的强度 e=Mec/0.1d43=856.67/0.1703=24.98MPa -1b=60MPa 该输出轴强度足够。 4.6 输送机构 4.6.1 分类 l、按作用原理分：输送机有承装式和推刮式。带式、板式、小车式、斗式、摇架式、 悬挂式输送机属于承装式输送机。沿槽底滑动输送物料的属于推刮式输送机。介于两者之 间的有刮板一斗式输送机， 在水平区段料斗沿沿槽推运物科， 而在垂直区段料 4 承装物科 。 2、按使用范围分：连续运输机有通用和专用两类。通用机械适用于所有或若干个国 民经济部门， 例如通用带式输送机就属于这一类机械。 专用输送机械在某个工业部门使用 ， 如煤炭工业中的井下刮板输送机。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 27 3、按构造特点可以分为两类：有挠性牵引构件和无挠性牵引构件的输送机。带式、 板式、小车式、斗式、摇架式、悬挂式、推料式、刮板式输送机和提升机部属于有挠性牵 引构件的输送机。螺旋、惯性、波栓和步进式输送机以及旋转输送管道部属于无挠性牵引 构件的输送机。 4、按挠性牵引构件的类型分：带式牵引构件的(带式输送机，带式提升机)和链式牵引 构件的(板式、刮板式、悬挂式、小车式、斗式、摇架式输送机，链式提升机)以及钢丝绳 牵引构件的(带一绳式悬挂钢绳式)输送机。带式和刮板输送机使用最为广泛。 5、按用途分：散堆物料输送机(带式、板式、斗式、刮板式、螺旋式输送机，斗式提 升机，输送管道)、件货输送机(带式、板式、小车式、摇架式、悬挂式、该柱式、步进式 输送机，摇架式和隔板式提升机)和客运输送机(带式和板式输送机，自动扶梯)。 6、输送机可以是运输性的和工艺性的，前者用来将货物从发货点运到目的地，后者 用来按工艺流程运送制品。 当装卸散货和成件货物时，可利用装载机。 向铁路、汽车、水运、空运等运输工具装、卸散货和件货时，装载机是机械化作业工 具。连续作用的装载机包括移动式和铆动式的输送机和装载机：带式、刮板式、板式和斗 式。 装载机与移动式输送机的区别是前者具有取物装置一取料机构， 可以从科堆直接取科 ， 而不需要装卸工的体力劳动。 7、挪动式带式输送机在构造上与冈定式带式输送机类似，不同点是部件轻巧，滚筒 和托辊尺寸减小。 挪动式带式输送机用于从仓库向装货地点(铁路站台、江河码头和海港等)搬运散货或 件货，这种输送机分为单节式和多节式两种。 单节输送机配置一个驱动装置。有长、有短(小于 5m)的单节挪动式输送机，其机架采 用全焊接结构或用螺栓将各节机架连接成一体。由各个单节机架组成的输送机叫组合式输 送机。它由驱动部分、张紧部分和中间部分构成，输送机有一条总输送带。这种输送机在 矿山部门广泛应用(多用于地下采掘或露天采掘)。 铆动多节式输送机由一串铆动单节式输送机(机组)组成。每台输送机装备各自的输送 带，货物接力式地从一根带子向前方运行的带子上移动。 铆动多节式输送机优于组合式输送机之处是可以在折线形线 路上作业，而组合式输送机必须直线布置。多节式输送机的缺点是价格高、自重大。 在船舱里搬运件贷时，采用挪动多节式板式输送机，由 36m 长的许多节组成。在复 杂线路上使用时，可以来用有 450、60 和 90。转角的曲线段。 8、移动式带式输送机不同于挪