硅橡胶板切碎机设计.doc

毕业设计（论文）硅 橡 胶 板 切 碎 机 设 计机电技术教育专业学生 指导教师摘要：本设计课题是硅橡胶连续切割机械，它的功用是将硅橡胶制品加工中产生的边角废料进行切割加工再生利用。该设计是在现有手动切割机械的基础上设计的一种自动连续送料和连续切割机械。设计的主要内容包括切割部分和输送部分。切割部分主要采取了曲柄摇杆机构以实现连续切割；输送部分主要采用的是橡胶输送带和夹紧装置以实现连续送料。两者通过电器控制进行协调工作。关键词：硅橡胶板；切碎机；切割器；送料装置；传动装置引言硅橡胶的化学组成是主链含有硅、氟原子的特种橡胶。性能特点和用途如下：耐高温可达300，低温可达-100。是目前最好的耐寒、耐高温橡胶。绝缘性优良，缺点是强度低，耐油、溶剂、酸碱性能差，价格较贵。主要用于耐高、低温制品，如胶管、密封件、电缆绝缘层。由于无毒无味，还用于食品、医疗。随着科学技术的不断发展进步,对硅橡胶制品的需求也将大大的增加,无疑在硅橡胶的生产和使用过程中也就会产生越来越多的废品需要回收再利用,这就需要一种切碎机对硅橡胶进行切碎后再利用。虽然现在市面上的切碎机有的是，但是它们不能用来切碎硅橡胶，也就是针对硅橡胶这种物料进行切碎的机械很少。即使有，也是利用手动切割的，且没有自动送料装置，由于其废时废力，工作效率极低，送料采用的是手动送料，这就存在着严重的安全隐患，于是就引入了本次创新课题的内容。本课题研究的是对废品硅橡胶板进行切碎的自动连续的切碎机械的设计。该设计将主要分为两部分，即切割装置及送料装置。切割装置采取的是自动连续切割方案，与以往的手动切割进行相比，其优点如下：工作稳定、效率高，节省人力，生产能力强等。送料装置中采取的是自动送料方案，与以往的手动送料相比，其优点如下：安全可靠，工作平稳，效率高等。又由于其在切割过程中切刀将对正在运行中的物料进行切割会使物料滑移，故在此次设计中采取的装置是自动压持送料装置。这种对自动连续的切割装置和自动压持送料装置的设计也就是本课题的创新之处。1 课题的设计要求及任务1.1 设计课题的功能及满足的设计要求1）切碎机的剪切速度应与物料同步，最理想的状态是在剪切时，切碎机的剪刃在物料运动方向上的速度应等于或略大于物料运动速度。但此时必须要考虑切碎机剪切时的运动速降。2）为保证物料剪切断面质量，要求切碎机的剪切刀在剪切过程中作平面运动，剪刃间的刀片侧隙应尽可能保持不变，同时两刀片始终与物料运动方向垂直。3）剪刃的运动轨迹应是一条封闭曲线，在剪切段应尽量平直，在剪切过程中要求剪切速度均匀。并且不能出现卡死现象。剪切完后，剪刃仍恢复到固定的初始位置，不影响物料的自由通过。4）应能根据不同的物料厚度，甚至物料形状，合理方便地调整剪刃剪刃侧隙及重合量，以保证剪切工艺的正常实施。5）尽量减少参与运动的机构零部件的数量和重量，以降低剪切机构运动的惯量值（即飞轮矩），减少速度变化量，提高切碎机切割机构的灵敏性、稳定性和定位精度，从而提高切碎机的剪切定尺精度。6）合理配置适合于切碎机的同步机构及前后设备，如自动送料装置等。此项因切碎机结构选型及工作方式不同而不同，以保证切碎机剪切速度与物料速度始终保持线性关系，从而保证剪切定尺精度和剪切质量。1.2 切碎机设计任务按照上述内容，根据硅橡胶板生产线的板材产量和产品规格，同时考虑物料设备工艺布置形式及剪切工艺要求，确定出切碎机采取的结构形式，并对切碎机提出明确具体的设计任务。其内容如下：1) 切碎机剪切工艺要求及切割机构的确定。切碎机用于切头、切定尺；切碎机的切割机构采用曲柄摇杆式；以保证物料的剪切断面质量。2) 切碎机切割所要求的原始技术参数。在设计中，已知的原始技术参数见表1。表1 原始技术数据参数Table 1 Primitive engineering data parameter参数名称数值单位公称最大剪切力最大剪切断面（宽高）剪切温度剪切速度切头长度碎断长度最小剪切周期剪切长度处理能力20040030=12000.01206002可调0.5-3）根据以上的原始技术参数可以大致确定机械的整体尺寸。切碎机传动与切割控制要求。由于切割速度是恒定不变的，要保证实现切割速度与物料速度在切割中的速度同步，确保切割精度。4）切碎机正常运转所要求的基本条件。机械传动中的润滑，长期运转部件的冷却装置等。表2 硅橡胶板规格Table 2 Silicone rubber plate specifications厚度公称尺寸5.06.08.0101214161820222530偏差0.50.60.81.01.21.41.5重量7.59.0121518212427303337.545在本次设计中，将对几种不同厚度的硅橡胶板（见表2）进行切碎。由表可知，该机械所切碎的硅橡胶板的厚度范围是。2 总体设计方案论证硅橡胶板切碎机的工作过程如下：物料自动进料切割机构出料。由于目前为止尚未找到专门设计硅橡胶板切碎机的理论依据，而本次设计硅橡胶板切碎机主要由两部分组成，即切割装置和自动送料装置。在切割装置中采取的是切割工作部分的方案有旋转飞刀切割及四杆机构，由于旋转飞刀切割存在许多问题，故本设计采用的是执行机构的往复摆动来实现的切刀的运动。能够实现执行机构的往复摆动的机构有曲柄摇杆机构，曲柄滑块机构，摆动从动件凸轮机构及组合机构。由综合考虑五项评价标准项目13，即对运动精确性、工作可靠性、运行平稳性、制造经济性及结构紧凑性五项，并根据本设计的要求最终确定采取曲柄摇杆机构。通过安装飞轮，带动连杆，最终实现摇杆的往复摆动。连续送料装置中采用的是压持送料，由于物料为块状，且有一定规则，这就需要在传动过程中保证物料能够在上、下传送带之间的顺利的通过，不会被滑移或者堵转。在本设计中将采取电机后置，动力作用在链轮轴上，靠摩擦力带动上辅助压持送料带对物料压持向前输送。2.1切碎机按驱动装置形式的分类的性能比较及方案选择由于该机械有两个部分组成，每个部分需要单独的动力来驱动设备运行。下面将分别进行分析比较。2.1.1切割传动方案本次设计中切割传动方案9有:电动驱动-平带传动减速器切割机构电动驱动- V带传动-减速器-切割机构；电动驱动- 链传动-减速器-切割机构。方案：电动驱动-平带传动-减速器切割机构优点：平带传动的结构最简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的情况下应用较多。常用的平带有帆布芯平带、编织平带、锦纶片复合平带等数种。其中以帆布芯平带应用最广，它的规格可以查阅国家标准和手册。缺点：平带传动较V带传动产生的摩擦力较小，平带传动允许的传动比较小。有弹性滑动和打滑现象。传动效率不高，难以保持较准确的传动比等，不适合在低速传动时使用。方案：电机驱动-V带传动-减速器切割机构优点：在一般机械传动中，应用最广的是V带传动。V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时，V带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。这是V带传动的最大优点，再加上V带传动允许的传动比较大，结构紧凑，以及V带多已标准化并大量生产等优点，因而V带传动的应用比平带传动广泛的多。缺点：不适合在低速和大传动比下使用，有弹性滑动或打滑现象，难以保持准确的传动比，传动效率相对于链传动较底，使用时需要张紧，所以作用于轴上的径向压力较大，不能在高温下使用。方案：电机驱动-链传动-减速器切割机构优点：链传动是属于带有中间挠性件的啮合传动。与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高。传动时链条不需要像带那样张的很紧，所以作用于轴上的径向压力较小，可以低速和高温下使用，链传动机构较为紧凑。缺点：在两根平行轴间只能用于同向回转的传动；运转时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后容易发生跳齿；工作时有噪声。三种传动相比较：链传动与带传动相比，其传动速度明显低于带传动，无法实现电机与偏心块之间的高速传动。而平带传动与V带传动相比，其传动产生的摩擦力较小，允许的传动比较小,有弹性滑动和打滑现象。传动效率不高，难以保持较准确的传动比等，不适合在低速传动时使用。通过以上的三个方案的分析比较，认为本设计采用方案较为合理。故选择方案。2.1.2自动送料传动方案自动送料装置传动方案如下：电机驱动-减速器-V带传动-水平输送物料电机驱动-减速器-链传动-水平输送物料- 31 -经过以上对比，设计时自动送料传动方案选择。切碎机的剪切速度应与物料同步，最理想的状态是在剪切时，切碎机的剪刃在物料运动方向上的速度应等于或略大于物料运动速度。同时采用的是上、下带动的夹送物料，使物料能够按照设定的速度运行，这也是本课题的创新之处。其工作简图如图1所示。图 1 自动送料装置工作简图1 驱动元件 2弹性元件3物料4 托辊5机架6定刀片7输送带 8链传动Fig 1 Feed control installment work diagram2.2 对切碎器的要求在任何切碎机上，刀片都是主要的工作部件。刀片有动刀片和定刀片之分，对于有支承的切碎必须有动、定刀片以构成切割副。对于无支承的切碎，只有动刀片，没有定刀片。动刀片和定刀片等组成的部件称为切碎器。良好的切碎器应该是切割质量高，即成品的切割面光滑整齐，耗用动力小，结构紧凑，工作平稳，安全可靠，刀刃便于磨锐，使用和维修方便。刀片安装时应满足下列要求：2.2.1钳住物料，保证切割设为动刀片刃口，为定刀片刃口，夹角为动、定刀片对物料的钳住角，又称推挤角。当动刀刃开始切割物料时，能够保证物料不被滑走，就须要一定的摩擦力来阻止其滑走，设计时采取的措施是压持物料向前输送，其切割原理如图2所示。切割物料的力是根据人工手动切割时估算的，手动切割时力大约为200N，假设连杆与摇杆连接处是摇杆长度的一半，故要是用该机构来对物料进行切割需用400N的力，才能够完成对物料的切割。2.2.2切割功率要小切割功率消耗与刀片的切割方式能否产生滑切，单位刃口长度上承受压力大小以及刀片的特性系数等因素有关。若要切割功耗小，必须满足下列条件：（1）产生滑切 滑切角角越大，滑切作用越大。当=0时，只有砍切或正切，此时，没有滑切速度，只有砍切速度。当时，称为斜切。物体与刀刃间没有相对滑动，在正压力下切割物体，需用动力较大。当时，称为滑切，刀刃既对物体施加正压力，又沿着物体滑切，其切割阻力减小。滑切比砍切（正切）省力，这是一种物理现象。（2）切割阻力矩均匀 切刀工作时，不但要求耗用动力少，而且要求从切割开始参加切割，直到切割终了的切割阻力矩基本相同，以保持切碎机能够平稳地工作。设计中采取的是滑切之方法。图2 切碎器切割原理Fig 2 Cutting to pieces cuts the principle3 切割传动装置部分设计3.1传动方案的确定由上述分析，设计中切割传动部分方案电动机带传动二级减速器飞轮-四杆机构-切割刃。下面将对该方案进行必要的设计及零件的选用。3.2 电动机的选型因为三相交流异步电动机（特别是鼠笼式感应电动机）具有结构简单，工作可靠，价格便宜和维护方便等优点，所以应用广泛。尤其在中小功率，无须调速而又长期带动稳定或变动载荷的设备中用得较多。在选择电动机的类型时，主要考虑的是：静载荷或惯性载荷的大小，工作机械长期连续工作还是重复短时工作，工作环境是否多灰尘或水土飞溅等方面。硅橡胶切碎机此次设计针对的物料为硅胶板，即对硅胶板的切碎机械设备。在操作工况条件比较恶劣环境中（如有粉尘、潮湿空气及酸、碱腐蚀介质等）选用电动机时应防尘、防腐、防爆，还应具有通风冷却装置，以适应需要。因为，本设计是对硅胶板的切碎机械，不需要防尘、防爆防腐，选用只要符合要求的电动机就可以了。3.2.1电动机功率的计算电动机功率的选择与电动机本身发热，载荷大小，工作时间的长短有关，因此应根据不同的工作情况考虑。如图2所示，该机构中曲柄处于水平0时，力最大且为200N，曲柄长度为此时可得飞轮转矩为 由于曲柄转速为，切割过程中所需的切割功率为 根据上式计算结果结合对工艺要求和现场工况条件分析，选择的电动机功率应比计算平均功率值略大一些，以保证运转安全，即选定的电机所需功率取 选择电动机包括选择电动机类型、结构、功率、转速和型号。3.2.2 电动机类型、结构的选择在工业上一般采用三相交流电动机，Y系列三相交流异步电动机由于具有结构简单、价格低廉、维护方便等特点，故一般应优先考虑。当转动惯量和启动力矩较小时，可选用Y系列三相交流异步电动机，在经常启动、制动、和反转、间歇或短时工作的场合，要求电动机的转动惯量小和过载能力大，应选用电动机的类型根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。3.2.3 电动机功率的选择 选择的原则：功率选得过小，不能保证工作机的正常工作或使电动机长期过载而过早损坏；功率选得过大，则电动机价格高，且经常不在满载下运行，而且功率因数很低，造成浪费。对于长期连续工作，载荷较稳定的机械，可根据电动机所需的功率来选择，而不必效验电动机的发热和启动力矩，选择时应使电动机的额定功率稍大于电动机的所需功率 。由上面计算可知电动机的所需功率为：=1.3 。3.2.4 确定电动机的转速同一功率的异步电动机有同步转速3000、1500、1000、750 等几种。一般来说，电动机的同步转速愈高，磁极对数少，外廓尺寸小、价格低；反之，转速愈低，外廓尺寸愈大，价格愈高。考虑对切碎机切割运动设计的适应性，选择电机同步转速1000 较为适宜。3.2.5 电动机的型号的确定根据功率和转速查得所选电机型号为Y112M-618，其功率为2.2，额定转速为940 。3.3带传动的设计三角皮带是连接电机外伸轴上的带轮和减速器的胶带，三角皮带轮使从电机输入到减速器轴上的转速降低，从而使总传动比达到要求。3.3.1 传动比的确定V带传动的传动方案（如图3）针对于本传动方案，可根据已知条件计算出传动比：因为切割传动部分飞轮转速为30 ，选取的电机的转动频率为940 。 图3 带传动示意图1-大带轮 2-V型皮带 3-小带轮Fig 3 Belt transmission schematic drawing所以总传动比为：=31.33由前面的设计计算可知总传动比是31.33，因此本机构的传动采用皮带轮传动和减速器两级降速。则取带传动传动比，则其大带轮转速为537。3.3.2 带轮的设计要求和带轮材料带轮应既有足够的强度，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。设计中，带速V25m/s，带轮材料采用灰铸铁HT200。3.3.3 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。3.3.4 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， 轮缘和轴孔端面，轮槽底，轮槽的棱边要倒圆或修钝。（3）毂孔公差为H7或H8，轮毂长度上偏差为IT14，下偏差为0。（4）准宽度制V带轮轮槽间累积误差应小于规定值，同一带轮任意两轮槽的基准直径误差不得大于规定值18。（5）轮圆跳动公差应小于规定值。（6）轮的平衡要求按GB11357-89带轮的材质，表面粗糙度及平衡的规定2。3.3.5带传动的设计计算已知原动机为Y112M-6，P=2.2,小带轮转速=940 ，大带轮转速=537 。对带传动进行设计8。表3 三角皮带轮的设计计算Table 3 V-belt pulley design calculation计算项目符号单位计算公式、参数选择及说明设计功率，工况系数KA选为1.25选择带型据=2.2及=940，选用普通V带A型。对于轴间距较小的传动应用广泛。传动比 注：-小带轮转速，:大带轮转速小带轮基准直径选定=140大带轮基准直径=取 由此选定=265验算传动比误差 合格带速=6.89一般5m/sV（2530）m/s，可用。初定中心距按结构要求设计，取=600确定基准带长度，按规格选=2000 实际中心距安装时所需最小中心距张紧或补偿伸长所需最大中心距轴间距一般可调整。小带轮包角 一般120oV带根数z根在电机功率选取时已考虑切割的不均匀系数，故取Z=2可满足使用要求。单根V带初拉力作用于轴上的力带轮结构和尺寸小带轮：由Y112M-6电动机轴伸尺寸DE=42110，故小带轮毂孔直径=42，轴毂长110；大带轮：由连接减速器轴的轴径为=48，故大带轮毂孔直径为483.3.6 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，在预紧力的作用下，经过一定时间的运转后，就会由塑性变形而松弛，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。如发现不足时，必须重新张紧，才能正常工作。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定不适合本设计中皮带轮张紧要求的需要。因此，在本课题的带传动的设计中，采用定期张紧作为皮带轮的张紧装置，如图4所示。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，将电动机向左推移到所需的位置，然后拧紧螺母。图4 定期张紧装置Fig 4 Regular stretching device3.4 减速器的选择3.4.1速比的分配 电动机选定后，由电动机转速和转筒转速即可确定总速比：=940/3031.33对在设计中采用的传动方案，其传动比分配为带传动1.75，减速器分速比为17.90。3.4.2 减速器的选型 载荷特点是连续、平稳、不经常起动，考虑到电动机在运转时的负载荷率均较低，选择减速器应按计算运转功率作为减速器的设计功率。减速器是应用于原动机和工作机之间的不是独立的传动装置。前面有一级带传动，在选用两级或三级减速器时，将总传动比合理地分配到各级是很重要地，因为它将直接影响到减速器阿外形尺寸、重量、润滑条件和各零件地装配是否方便和可能等。由于硅橡胶板切碎机切割传动部件所需的转速是每分钟30转，转速较慢，而电动机的转速较大，所需的扭矩也大，要满足要求，就需要有减速器。由于上级取带传动的传动比为=1.75，则减速器的传动比约为=17.90。通过带轮轮毂直径为48mm，我选用了型号ZLY200-18-JB/T8853-1999的减速器18，即传动比为18,输入转速为1000，低速中心距为200，功率为59.5 ，输入轴的直径为48mm的ZLY型号的减速器；再根据ZLY减速器的低速中心距200，传动比为18，并且可知ZLY型减速器的外形尺寸和装配尺寸。表4 硬齿面圆柱齿轮减速器类型及特性范围Table 4 Hard tooth face cylindrical gears reduction gear type and characteristic scope名 称类型代号公称传动比范围转速为1500，公称传动比为最大时输入功率()总中心距范围重量/ kg一级圆柱齿轮减速器ZDY1.256.3=6.3 =334280560143650二级圆柱齿轮减速器ZLY6.320=19 =33871921210538800三级圆柱齿轮减速器ZSY22.4100=90 =765325157015010800根据上述查出的数字选出所需的减速器的型号是符合要求的。3.5飞轮曲柄销轴的计算选择由于该部件的作用在于铰接四杆机构中的曲柄与连杆。一般的用于铰接的元件是销，而销的类型很多，主要用于铰接的处且用于不经常拆卸的场合的有带孔圆柱销、销轴（槽销）、螺纹圆柱销等。销的材料选择为45钢。选用的销为螺纹圆柱销，其直径为30检验销的抗剪强度为而=2003，由于故该销能够满足要求。曲柄销与飞轮轴的固定见图5，采用过盈配合的方法，由于其材料均是钢，可以采用温差法，即电炉加热包容件至300后，使结合面脱脂胶合。图5 曲柄销轴的固定1 销轴 2飞轮Fig 5 Eccentric shaft fixed3.6 切割工作部分（曲柄摇杆机构运动）的设计计算3.6.1 切割基本参数确定在本次设计中，已知从动件行程速比系数 =1.2，摇杆长度=300，摇杆摆角=60，开始时的切割角=45。 在设计时有两种方法可以求解,即作图法和解析法,下面将依次进行求解。3.6.1.1 作图法求解曲柄摇杆机构各杆的值基本步骤如下： (1)由行程速比系数可求得极位夹角：；16.36(2)如图6所示，任选转动副D的位置，并按摇杆之长和摆角作摇杆两极限位置和。图6 设计原理图Fig 6 Design schematic diagram (3)由于16.36 90，此时有两种情况，即当线远离点时（图中所示情形）和当线靠近的一侧作 = =90-，得和交于点，如图6，可确定摇杆的固定铰链点或的位置，分别对应于I型机构和型机构；可求出两个解，由于本次设计在前面已提到需要在切物料时快速，回程没有太多要求，考虑到实际情况，故选取型曲柄摇杆机构来进行设计计算。在图中，将两极限位置的摇杆延长使之与圆交于、两点，则圆弧或上任一点可作为固定铰链中心，则即可得到型曲柄摇杆机构。3.6.1.2 解析法求解由上述知16.36，作圆，半径=532固定铰链中心可在圆两段圆弧上任选,即有无穷多个解,如图11所示,若以= 表示在圆上位置,并引入符号系数,由于/2, =-1。由于是型曲柄摇杆机构，设计时有 (1) (2)机架长度 (3)又知给定最小传动角 =90-=73.64将式(1)、（2）代入上式，得到的方程，采用数值法求解，即可求出和点位置，将代入（1）、（2）、（3），即可求出曲柄a=104,连杆b=423,机架d=641。该机构装置各参数的值列于表5中。表5 机构装置各参数Table 6 The organization installment optimizes 连杆机构名称数值单位1044233006415104560()()3.6.2 连杆设计设计曲柄摇杆机构时，连杆的材料选用HT200。由于在上面已经确定了连杆的长度，具体设计本文不再论述，其结构如图7所示。图 7 连杆零件图Fig 7 Linkage Parts drawing3.6.3刀片形状切碎板状物料的刀片，其形状是多种多样的，常用的刀片有下列几种，见图8。刀片刃口的形状，刀刃锋利程度和刀片运动方式取决于被切物料的种类、几何形状、物理特性、成品的形状和粗细度等。平板刀的应用最为广范。平刃口刀，见图8a，斜刃口刀见图8b，其刃品可以是光刃，多用来切割塑性物料。刀片的刃口为单面磨刃或者双面磨刃，其磨刃角一般为10-15，刀片厚度，根据工作条件，一般为3-7 。图 8 刀片形状Fig 8 Blade shape在设计中，所选用的是图8c所示的刀片。由于该刀片可以在未切割之前尽可能多的钳住物料，其滑切的力度也较好，较能满足机械的设计要求。3.7 轴承的选择滑动轴承，由轴承润滑条件和轴颈弯曲强度定直径和长度。由于切碎机负荷都不太重，一般都不采用滑动轴承。滚动轴承，若为转轴式，参照轴颈弯曲强度求得最小值径，按滚动轴承受命计算方法经计算后选用轴承型号。若为心轴式，在满足负荷后，适当考虑轴的直径，通过滚动轴承寿命计算方法选用轴承型号。3.7.1初选滚动轴承轴承在机构中的作用主要是支承转动轴。其中，滚动轴承具有摩擦系数小，启动阻力小，而且它已标准化，选用、润滑、维护都很方便，因此在一般机器中应用较广。本机构中采用滚动轴承支承转动轴。滚动轴承的类型应根据所受承载荷的大小、性质、方向、轴的转速及其工作要求进行选择。若只承受径向载荷或主要是径向载荷而轴向载荷较小，轴的转速较高，则选择深沟球轴承。若轴承受径向力和较大的轴向力或需要调整传动件的轴向位置，则应选择角接触球轴承或圆锥滚子轴承。在实际生产应用中，由于圆柱滚子轴承装拆调整方便，价格较低，故应优先考虑。但在本次设计中，转速不是很高，由于考虑到机构的体积，及联接的紧密性，选用的是滚针轴承。3.7.2类型选择与计算选择的主要依据是：轴承工作载荷（大小、方向、性质）、转速、工作要求及轴承特性。球轴承主要适应工作转速较高，旋转精度要求高，工作载荷中低（径向载荷为主）；滚子轴承主要适应于转速低、工作载荷较大或冲击载荷；角接触球轴承主要适应于径向、轴向载荷均较大，转速较高；圆锥滚子轴承主要适应于径向、轴向载荷均较大、转速较低；调心轴承的支承刚度较差、或多支点支承。在本次设计中选用的是滚针轴承，由于其转速低，有一定的冲击载荷，但所工作载荷大。寿命计算： 式中 -失效率为10（可靠度90）的基本额定寿命为。-基本额定载荷（）-当量动载荷-寿命指数，滚子轴承为-额定转速，=7000在设计中其寿命约为4000小时/年，故可得根据轴承在设备上所处的工况位置及转速30 ，又由于结构不应过于庞大，尺寸应小，确定选用单列滚针轴承的代号为NKI30/203。小径为30，大径为45。4 自动送料装置的设计4.1传动方案与部件的选择4.1.1传动方案送料装置传动方案：电动机-直联型摆线针轮减速器-链传动-滚筒-平带传动。如图9所示，由于采用的是自动送料装置，且对物料进行夹送，由于其速度较低，载荷稳定，故优先选用链传动，又由于对物料夹送，需有驱动链轮故方案选用如图所示。本机的传动（自动送料）装置由电机、直联型摆线针轮减速器、链传动等组成。图9 传动方案的确定Fig 9 Fixation of a transmitted casting plan4.1.2 部件的选择（电机和减速器）电机选用的是Y802-4型号。由于已知条件每天工作18小时，输入转速为1390，输出转速为7.06，输出轴转矩=50，尖峰载荷为稳定载荷2倍。本次设计中将选用摆线针轮减速器，由于该型号减速器具有一系列优点：传动比大，结构较简单，效率高，运转平稳，过载能力大，且工作可靠，使用寿命长，所以其已广范用于矿山、化工等工业的机械设备上。下面就将进行计算选用该型号的减速器。4.1.1.1 传动比 ，选用二级减速器传动比为4.1.1.2 求计算输出转矩 由表17-14和表17-49知，工作情况系数，由式得， 4.1.1.3 选减速器型号据二级减速器速比和计算输出转矩，选输出轴额定转矩为，机型号为20的减速器19。4.1.1.4 校核尖峰载荷实际尖峰载荷为，额定最大尖峰载荷为，故通过。4.1.1.5 选减速器型号减速器计算输出功率为取，则当，机型号为20时，ZWE型输入功率为，因为，故此型号的减速器满足强度要求。虽然上面两种减速器都能满足要求，但考虑安装结构的紧凑性，在此我选用ZWED型的减速器。所选卧式摆线针轮减速器代号为ZWED0.09-20A-187 JB/T2982-1994其外形尺寸及安装尺寸3。4.2 链轮轴的设计计算和键的选择在送料传动装置中，为了降低速度及传动稳定，采用的是链传动，其传动装置图如下所示：图10 链传动示意图1大链轮 2链条 3小链轮Fig 10 Illustration of a movement by a chain设计中采用单排12A，节数为114节，其标记为：12A-1114 GB1243.1-834.2.1链轮轴的设计计算已知传递的功率为0.55kW,转速为7.06，链轮齿数为30（传动比1.13），链节距19.05（选取12A号滚子链）。进行轴的装配工艺结构设计，除要选择好轴承以外，还应考虑轴上零件的结构尺寸。应确保各零件定位准确可靠，装配调整方便和良好的工艺性。为此，轴多做成两端小，中间大的阶梯状。（1）轴的整体布局方案 见图11。图11 链轮轴总体布局方案Fig 11 Sprocket shaft overall configuration（2）选择轴的材料选用45号钢。（3）按扭矩初估算轴的直径初估算轴的直径 表6 轴的扭转应力Table 5 Axis distorting stress轴的材料Q235-A.20Q275、35，（1Cr18Ni9Ti）4540Cr,35SiMn，38SiMnMo,3Cr13/ 15-2520-3525-4535-55149-126135-112126-103112-97由表6取=115，则有=115=49.2（），取=50。（4）链轮轴上零件的选择和轴结构设计计算转距 =823 792.3 。初选滚动轴承深沟球轴承6311，定位轴肩高度。 计算各段直径和长度-轴段直径为，查表1-9，=50（长系列），-=110。-轴段直径为-=52，长度根据轴承盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求取端盖外端面与-距离为=30，故取-=56。取安装传送带部分直径-=，及其右端与右轴承间采用套筒定位。已知传送带宽为500，为使带不与两端相冲突，此轴段长度应大于500,故取-=605，带左端采用轴肩定位，轴肩高度=4.2，取，则轴环处直径=；轴环宽度=6.3，取-=20，这里20考虑到机构的紧凑性及安装误差。-段长度取轴承宽，则-=29，则-=20+2.0+29+3.0=54。至此，已初步确定轴各段直径和长度。轴上零件的周向定位链轮与轴之间的定位采用平键联接，由表查得。滚动轴承与轴的配合取。 确定轴上圆角和倒角尺寸参考GB6403.4-86取轴各处的圆角和倒角见图03JD-06-004。（5）轴的受力分析 作轴计算简图，如图12所示，有=425，=425，。 轴受外力的计算轴传递转矩 659 034，传送带的圆周力 求支反力（为计算方便分别在水平面内和垂直面内计算）水平面内：由=0，得Z=0 得 垂直面内：由图可知，合成支反力，按可能最大的支反力算（6）轴的强度计算按照弯扭合成强度计算（）计算弯矩，画弯矩图水平面 垂直面 D截面合成弯矩 （）画转矩图 （）校核轴强度 选择计算弯矩最大处D截面，则有截面，安全。按安全系数校核计算截面D处弯矩最大，B较大，E亦较大。下面仅以B、D两处计算。（）对D处校核计算由于轴转动，弯矩引起对称循环弯曲应力，其应力幅为根据式 式中 ，=2.8 则有扭转切应力 由式 式中 得由式 得故可知其安全。图12 链轮轴的受力和弯矩扭矩图Fig 12 Sprocket shaft stress and Curve condition, torque chart（）对B处校核计算由于是过盈配合， 故安全。其它截面的计算校核略。由于设计中，因无大的瞬时过载及严重的应力循环对称性，故可略去静强度校核。至此，轴的设计计算即告结束。其工作图，见图03JD-06-004。（7）链轮轴的密封和润滑。运输时的环境不是很恶劣，这里所采用的密封方法是：在链轮轴的安装处用曲路密封，而在链轮的地方用毛毡圈密封。(如图13所示)。 链轮轴的润滑油用机械油（GB44364）HJ10润滑油即可。4.2.2 键联接键的截面尺寸根据轴径从相应标准中选取。键的长度按轮毂长度系列中选取。键联接方式有平键联结、半圆锥联接、花笺联结等。根据工况条件，在轴和轮毂的联结时主要传递转矩且无轴向的窜动，所以选择普通平键即能满足要求，普通平键主要靠侧面传递转矩，对中良好装拆方便，不能实现轴上零件的轴上的轴向固定，且这种键应用最广，也适应于高精度，高速或承受循环、冲击载荷的场合；普通平键有A 型和B 型之分，端铣刀加工的轴槽为A 型，键在槽中轴向固定良好。对实际要求,我选用B 型普通平键，国家标准代号为GB/T1096-2003,由于其要与链轮轴端连接链轮，故用轴径为50查得键的公称尺寸2为：bh = 149（安装链轮）图13 链轮轴的密封Fig 13 Sprocket shaft seal表7 键与键槽的尺寸Table 7 Key and key slot size键的公称尺寸键槽b(h9)h(h11)c或rL(h14)tt1圆角半径公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差minmax1490.4-0.636-1605.0+0.203.3+0.200.250.4键的材料采用抗拉强度不小于600 的钢，常用45号钢。键槽的表面粗糙度：轴槽，键槽宽度b两侧的表面粗糙度参数值推荐1.6-3.2um;确定带轮处键的长度为70。平键强度的校核，选择好的键，便是校核其强度是否满足实际工作的需要，根据强度校核公式：-传递的转矩 ；-轴的直径 ；-键的工作长度 ；-键与轮毂的接触高度,k=0.5h，此处h为键的高度；-键的宽度 。 = 13.15 70 = = 4.4 40 = = 67.3 70 = = 29.5 40 所以键的选择符合要求。4.3 弹性元件和弹性系统的计算4.3.1 弹簧的确定及材料选用 由于本机在送料时采用的是压持送料，动力主要是在下面的头轮上，上部的压料带靠作用在轴上的弹簧的压力来保证物料能够在上、下带之间顺利压持通过。这就需要用到弹性元件，在此我选用的是圆柱螺旋压缩弹簧。其结构形式选用的是两端圈并紧并磨平，结构参数见图14。图14 弹簧计算图-预加工作载荷 -最大工作载荷 -实验载荷 -预加变形 -最大变形 -实验载荷下变形量 -工作行程 -自由高度 -弹簧外径 -弹簧内径Fig 14 Calculation figure of the spring制造圆柱螺旋压缩弹簧的钢材一般选用：65Mn；55Si；60Si；55Si2Mn；60Si2Mn。设计中我选用了55Si2Mn材料的弹簧。4.3.2 弹簧的几何尺寸及参数计算 在本次设计中采用的是圆柱压缩弹簧系列，其代号为。具体的参数计算如下：弹簧材料截面直径 =式中 -曲度系数，取=1.14519-工作载荷，；这里取=100-旋绕比，取=1019-材料许用切应力，取=74019代入式中，可得 ，取=2。弹簧中径 =102=20弹簧有效圈数 式中，-弹簧变形量（），取=8.32-材料切变模量（），取=781032故 =6.5支承圈数 ， 6，取=2总圈数 =8.5压缩弹簧自由高度 =6.57.85+1.52=54.025式中 -弹簧节距，查表取 =7.85材料展开长度 =3.14208.5=533.8弹簧所需的最小套筒直径为25。经过以上计算得知，选用的弹簧标记如下：YA2.020534-2 左 GB/T2089-1994在本机中将用一对该型号的弹簧即可满足要求。将其安装在离切刀近的且是上滚筒轴承上的机架中的导向槽内，详见自动送料部件图03JD-06-003。4.4滚筒、托辊的选择计算4.4.1传动滚筒的选用本系列滚筒为钢板焊接结构，采用滚筒轴承。选用的滚筒直径为89毫米。符合表中所规定的要求18。 其示意图如图15所示： 图 15滚筒示意图Fig 15 Drum schematic drawing有关参数见表8。 表8 滚筒的选用 （毫米） Table 8 Drum selectionBDALL1QPHhMNds60089840620862180240402360-274.4.2托辊的选择计算托辊是影响输送机使用效果的关键部件之一，在带式输送机中，托辊用于支承输送带和货载，并且保证输送带的垂度在设计限定的范围内。在带式输送机的设计中，托辊的选择和选用数量对于带式输送机的正常使用、稳定运行、维护费用、功率消耗、整机价格有重要影响。设计将针对如何合理确定托辊间距以及选择托辊进行了分析计算。4.4.2.1 影响托辊性能的因素随着制造工艺水平的不断提高和托辊的规模化生产，托辊的加工精度已不是影响托辊使用寿命的主要因素。托辊轴承的使用寿命才是影响托辊寿命的主要因素。轴承的寿命主要取决于所承载的荷载、轴承的质量及润滑状况。在这3个因素中轴承的润滑状况是影响轴承使用寿命的主要原因。托辊一般运行在潮湿多尘的恶劣环境中，在高速运行的情况下，由于内摩擦的存在，必然导致热量的产生，引起轴承密封腔内温度的升高，随着温度的升高润滑脂出现汽化现象。当托辊停止运行后，随着温度降低轴承密封腔内气压下降，从而产生吸气过程。伴随吸气过程，大量的粉尘颗粒进入轴承密封腔内导致润滑脂的污染和干化，从而加快轴承的磨损。同时，由于润滑脂随汽化现象不断发生而逐渐减少到一定程度后，轴承将在干摩擦状态下运行，这势必加剧轴承的磨损，大大缩短托辊的使用寿命。托辊轴承的选择早期通常采用204、205系列滚动轴承。随着专用轴承的不断出现，现在一般倾向于使用专用轴承，这样可以大大地提高轴承的整体质量。在此次设计中，我将选用煤科总院上海分院运输机械研究所研制的204KA、205KA、305KA、306KA和704KA大游隙专用轴承，测试数据表明：即使在非常恶劣的条件下运转，专用轴承的实验室寿命也可达到204轴承的1O倍以上，而旋转阻力低1倍以上。 托辊的密封结构与润滑方式轴承密封结构和润滑方式也是影响托辊使用寿命和运转阻力的重要因素。轴承的密封结构主要有3种形式：迷宫式密封这种密封方式运转阻力小，防尘性能好，但是防水性能差，密封效果稍差，托辊在低温下工作时，其旋转阻力较常温下成倍增加，低温地区使用时要注意；接触式密封密封效果较非接触式好，但是运转阻力偏大；组合式密封是结合前2种优点的一种混合密封方式。从润滑方式看有2种方式：1次性注油润滑不适合长期运转的托辊，当托辊处于后期磨损时，其运行阻力增大较快，同时轴承的寿命也较短；可注油式润滑方式可以保持轴承处于良好的润滑状态，将轴承滚道内的污物排除，提高轴承的使用寿命，托辊运行阻力基本维持恒定。本次设计中采用的是迷宫式可注油润滑方式密封结构。4.4.2.2 托辊的选择 托辊载荷的计算托辊载荷可分为静载荷和动载荷，工程设计中一般使用静力学和动力学2种计算方法。传统的设计中比较注重静特性计算，随着带式输送机动力学分析的发展，工程技术人员在托辊设计的过程中也越来越注重动特性方面的考虑。托辊的静载荷计算主要考虑传送物料和输送带自重对托辊产生的正向压力，在胶带弯曲段还应考虑输送带张力的作用，特别是在凹凸弧段。正确地计算这些载荷对于选择托辊、估算托辊的使用寿命是非常重要的。 托辊间距的计算已知输送带的摩擦系数=0.4，输送机倾角=0，输送物料单位长度质量=450 ，带速 =0.01 ms，输送带自重=9，带宽=500 。托辊的轴承工作5年，每年工作150 d，每天工作8 h。根据输送物料的重量和输送带本身的自重，可以计算出托辊的承载。