机械毕业设计（论文）-差动变速器的设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 差动变速器的设计差动变速器的设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称： 副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 差动变速器的设计 是 本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设 计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论 文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 94 学 号： 0923186 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院学士学位论文 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 差动变速器的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 差动变速器是由基本型变速器对差动轮系进行封闭而成的一种组合式变 速传动装置.基本型变速器一般分为磨擦式、链式、带式和脉动式.通过选取 装置内各不同传动参数,可实现精密调速并扩大基本型变速器承载能力,或者 扩大基本型变速器的调速范围,甚至实现过零调速.将基本型变速器和差动轮 系组合,有利于提高变速器变速范围,因此差动变速器具有很好的开发空间和 市场前景。 针对差动变速器的分析和设计较为复杂的问题,提出了一种对差动变速 器进行差动轮系的配齿计算方法,以及与变速器的组合装配设计的方法,给出 了差动变速器的详细设计过程,并根据参数画出其装配图,为同类型传动设计 提供了理论基础和方法。 三、本三、本设计设计（ （论论文或其他）文或其他）应应达到的要求：达到的要求： 了解变速器的发展历程及其工作特点； 熟练使用 CAD，UG 等制图软件； 无锡太湖学院学士学位论文 熟练掌握差动变速器的变速原理； 辨别差动变速器与其他变速器的共同点与不同点； 能够具备一定的三维空间想象能力。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 94 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2013 年年 5 月月 25 日日 Abstract 摘摘 要要 差动变速器是由基本型变速器对差动轮系进行封闭而成的一种组合式变速传动装置.基 本型变速器一般分为磨擦式、链式、带式和脉动式.通过选取装置内各不同传动参数,可实 现精密调速并扩大基本型变速器承载能力,或者扩大基本型变速器的调速范围,甚至实现过 零调速.将基本型变速器和差动轮系组合,有利于提高变速器变速范围,因此差动变速器具有 很好的开发空间和市场前景。 针对差动变速器的分析和设计较为复杂的问题,提出了一种对差动变速器进行差动轮系 的配齿计算方法,以及与变速器的组合装配设计的方法,给出了差动变速器的详细设计过程, 并根据参数画出其装配图,为同类型传动设计提供了理论基础和方法。 通过分析差动无级变速器中带式无级变速工作原理，对差动无级变速器中的带轮传动 和差动轮系及定轴齿轮副进行计算设计，得到了带轮急齿轮传动的重要参数，最后对其组 合装配设计，实现了提高无级变速器的变速范围。 关键词：关键词：差动变速器；传动装置；配齿计算；组合设计 Abstract Differential transmission is composed of basic transmission to closed differential gear train a combination of variable speed drive. Generally divided into basic transmission friction type, chain and belt type and pulsating flow. By selecting device inside the different parameters, which can realize precise control of motor speed and expand the basic transmission capacity, and expand the basic transmission speed range, and even realize zero speed. The basic transmission and the differential gear train, to improve the transmission speed range, as a result, the differential transmission has the very good development space and market prospects. According to the analysis of the differential transmission and design of more complex problems, put forward a kind of differential gear train was carried out on the differential transmission of gear calculation method, and combined with the transmission assembly design method, gives the detailed design process of a differential transmission, and draw the assembly drawing, according to the parameters of the same type transmission design provides a theoretical basis and methods. By analyzing the differential stepless transmission belt type CVT working principle, the differential stepless transmission pulley transmission and the differential gear train and in the calculation and design of fixed axis gear pair, the pulley gear transmission of the important parameters, finally the combination assembly design, realized the stepless transmission speed range. Key words: differential transmission; Transmission device; For computing tooth; Composite design 目目 录录 摘要III ABSTRACTIV 目 录.V 1 绪论1 1.1 设计目的和意义1 1.2 设计任务1 2 总体方案设计1 2.1 主要组成结构2 2.2 主要技术参数2 2.3 工作原理与工作过程概述3 2.3.1 环模制粒机的工作原理3 2.3.2 环模制粒机的主要工作过程4 3 喂料机构设计4 3.1 喂料输送结构设计5 3.2 喂料器参数计算5 3.2.1 螺旋直径 D 与螺旋轴转速 n 的计算.5 3.2.2 物料轴向推进速度计算6 3.2.3 电机的选择6 3.3 机槽的设计6 4 调制器结构设计7 4.1 调质的作用7 4.2 调质过程的控制7 4.3 调制器总体方案设计及计算7 5 主传动系统的设计9 5.1 主电机的选择9 5.2 主传动计算9 5.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数9 5.2.2 按齿面接触强度设计9 5.2.3 按齿根弯曲强度设计11 5.2.4 几何尺寸计算12 5.2.5 结构设计及绘制齿轮零件图12 5.3 空心轴的有限元分析12 6 制粒系统的设计与计算19 6.1 环模的加工工艺综述及结构设计.19 6.1.1 环模的热处理工艺19 6.1.2 环模模孔的加工工艺20 6.1.3 环模的结构20 6.1.4 方案设计20 6.2 环模的参数计算20 6.2.1 环模厚度计算20 6.2.2 环模单位功率面积20 6.3 压辊的设计计算21 6.4 环模和压辊工作间隙的调整21 7 设备拆装及维护23 7.1 制粒机的使用和维护23 7.2 制粒机的检修23 7.2.1 喂料系统拆装23 7.2.2 主传动系统拆装24 7.2.3 易损件的拆装26 8 结论与展望29 8.1 结论.29 8.2 存在的不足及对未来的展望29 致 谢30 参考文献31 差动变速器设计 1 绪论绪论 差动变速器是由基本型变速器对差动轮系进行封闭而成的一种组合式变速传动装置.基 本型变速器一般分为磨擦式、链式、带式和脉动式.通过选取装置内各不同传动参数,可实 现精密调速并扩大基本型变速器承载能力,或者扩大基本型变速器的调速范围,甚至实现过 零调速.将基本型变速器和差动轮系组合,有利于提高变速器变速范围,因此差动变速器具有 很好的开发空间和市场前景。 针对差动变速器的分析和设计较为复杂的问题,提出了一种对差动变速器进行差动轮系 的配齿计算方法,以及与变速器的组合装配设计的方法,给出了差动变速器的详细设计过程, 并根据参数画出其装配图,为同类型传动设计提供了理论基础和方法。 通过分析差动无级变速器中带式无级变速工作原理，对差动无级变速器中的带轮传动 和差动轮系及定轴齿轮副进行计算设计，得到了带轮急齿轮传动的重要参数，最后对其组 合装配设计，实现了提高无级变速器的变速范围。 1.1 设计目的和意义设计目的和意义 差动变数器是行星齿轮的特殊情况。差动轮系还可以将一个原动构件的转动分解为另 外两个从动基本构件的不同转动。差动轮系可进行运动合成的这种特性被广泛应用于机床、 计算机构及补偿调整装置中。 行星齿轮传动的主要特点是体积小，承载能力大，工作平稳。但大功率高速行星齿轮 传动结构较复杂，要求制造精度高。行星齿轮传动中有些类型效率高，但传动比不大。另 一些类型则传动比可以很大，但效率较低。用它们作减速器时，其效率随传动比的增大而 减小；作增速器时则有可能产生自锁。轮系在各种机械中得到了广泛的应用。 1.2 设计任务设计任务 确定设计方案；喂料器技术参数的确定；电机参数的确定；调制器技术参数的确定； 主传动系统技术参数的确定；主轴刚度的校核计算；环模和压辊配合使用的技术参数的确 定，压辊得制作工艺过程；其他相关说明。完成整机的三维设计、主要部件的组装图、重 要零件的工程图、相关参数的优化。 无锡太湖学院学士学位论文 2 总体方案设计总体方案设计 2.1 主要组成结构主要组成结构 图 2.1 差动变速器结构图 AHHC520 型制粒机主要用于中大型配合饲料厂压制颗粒饲料，也可用于机械化养养 殖场。该产品可以根据用户的需求，配备不同模孔孔径的压模，生产各种规格的颗粒饲料， 从而用于不同的养殖对象。该机喂料、调质、制粒分别采用独立传动，工作可靠。该设备 主要组成部分有：喂料系统，调质系统，制粒系统，主传动系统，过载保护系统和润滑系 统等。 2.2 主要技术参数主要技术参数 表 2-1 主要技术参数表 项目参数 生产率（t/h）420 压模内径（mm）520 压辊直径（mm）240 模孔直径（mm）8 压模转速(r/min)382 螺距（mm）300 调质器转速（r/min）380 桨叶直径（mm）560 螺距（mm）480 偏心轴偏心距(mm)15 主电机200KW 调质电机5.5KW配套动力 喂料电机2.2KW 差动变速器设计 2.3 工作原理与工作过程概述工作原理与工作过程概述 2.3.1 环模制粒机的工作原理环模制粒机的工作原理 粉状饲料的制粒过程是一个连续压制过程。它建立在粉状颗粒间有空隙存在的基础上。 粉状物料是一种由具有一定流动性的分散颗粒组成的不连续松散体，在挤压力的作用下粉 粒相互移近和重新排列，粉粒间所含气体不断逸出,从而使得粉粒间的间隙减小，联接力增 大，最后被压制成具有一定密度、一定硬度的颗粒饲料。 在压粒过程中，饲料的蛋白质和糖分受热产生可塑性，淀粉部分糊化。 “压粒” ，简单 地说就是一个挤压式的热塑过程。环模和压辊是制粒机的主要工作部件，配合饲料从供料 机构较均匀地供给调质机构，饲料在调质机构中与水(或其他添加物)混合后，投入制粒机 构中。饲料在环模与压辊的挤压下，从压模的模孔中挤出来成为颗粒。从工作过程分析， 环模是主动回转零件，而压辊是靠摩擦而转动的。 图 2.2 压制区内分区图 在环模制粒过程中，粉料在压制区内所在的位置不同，其受压辊的压紧 力亦是不同的。 它可划分为 4 个区，即供料区、压紧区、挤压区和成形区，见上图。 在供料区，物料基本不受机械外力，它处于自然松散状态，但它受环模圈回转而产 生 离心力影响，使粉料紧贴在环模内圈上。随着模辊的旋转，物料进入压紧区，在此区域内， 受模辊的挤压作用，粉粒之间产生相对移动，孔隙逐渐减小。随着物料向前移动速度的加 快，挤压力逐渐增加，孔隙更小，但粉粒基本上还未变形。在挤压区内，模辊间隙变小， 挤压力急剧增大，粉粒进一步靠紧和镶嵌，粉粒间的接触面增大和联结增强，粉粒产生变 形，并产生了较好的联结，同时将压紧粉体向模孔挤去。经过模孔一段长度的饱压形成颗 粒饲料。这一区段物料将产生弹性、塑性组合变形。在压模孔内已充满了已被压实成形的 饲料柱体，在模孔内侧又不断接受新挤入的粉料，使饲料柱体向外侧推移，排出模孔。这 时挤压力必须克服模孔内料柱摩擦力的总和。物料在模辊转动作用下压制成颗粒有两个条 无锡太湖学院学士学位论文 件：一是模辊要把物料攫入变形口，二是压辊对物料挤压力要大于模孔内料柱的摩擦阻力。 2.3.2 环模制粒机的主要工作过程环模制粒机的主要工作过程 当水分含量为 1214的配合饲料进入混合喂料器后，饲料经加入一定量的水蒸汽 后，被螺旋浆叶混合搅拌均匀后送进调质器内，进行糊化。如果需要，也可以将糖蜜、脂 等液体均匀喷洒到物料中去，脂的添加量不得超过 3，以利于成形。调质后的物料水分 达到 1517，然后经分配器分配到转动的环式压模和压辊的工作面上。旋转的压辊通 过与物料的磨擦带动压辊旋转，物料在强烈的挤压下，克服孔壁的阻力，并不断从压模孔 中成条的挤出。挤出时被装置在压模外的切刀切成长度适宜的颗粒。切刀的位置可以调节， 以控制颗粒的长短。刚压制出的颗粒温度一般在 7590之间，水分在 1516左右， 必须在经过冷却降温，挥发水分使其温度接近室温，以便保管储藏。 3 喂料机构设计喂料机构设计 喂料机构的作用是将待制粒仓中的粉状物料均匀地输送到调质部分，其关键是保证输 送速度的稳定。传统的机构通常是依靠螺旋输送机来实现这种功能。螺旋输送机又称“绞 龙” ，是一种无挠性牵引构件的连续输送设备。其结构主要包括料槽、螺旋叶片和转动轴组 成的螺旋体、两端轴承和驱动装置几部分。工作时，物料由进料口进入料槽，并在螺旋叶 片的推动下沿螺旋槽作轴向移动，直至卸料口被排出。螺旋输送机的类型有水平、垂直和 倾斜三种形式，本设计中选用水平螺旋输送机。与其它输送设备相比，螺旋输送机具有结 构简单、横截面积小、密封性好、操作维修安全、方便、制造成本低等优点，这也正是它 被广泛应用的原因之一。 差动变速器设计 图 3.1 喂料机构简图 3.1 喂料输送结构设计喂料输送结构设计 该设备的螺旋输送机叶片采用单头满面式螺旋叶片，螺旋叶片的一边紧贴在轴上，形 成完整的螺旋面。这种叶片构造简单，输送能力强，便于均匀地输送粉类物料。 螺旋面采用右旋设计方案。由于输送物料中含有一定水分，为了防止叶片生锈，影响 物料输送和产品质量，选用不锈钢作为叶片材料。同时，由于在工作过程中，叶片磨损比 较严重，为了增加其耐磨性，要对叶片进行调质处理，以提高其表面硬度。 螺旋叶片厚度为 5mm，螺距为（0.8-1）D，D 为螺旋直径，由于本设计采用水平结构 设计，取 S=D，机壳厚度为 5mm。 3.2 喂料器参数计算喂料器参数计算 3.2.1 螺旋直径螺旋直径 D 与螺旋轴转速与螺旋轴转速 n 的计算的计算 根据运输机械设计选用手册的公式 15-1： ）（m5 . 2 C Q KD （3.1） 其中，Q:输送能力，按设计要求，取 20t/h； K：物料特性系数，常用物料的 k 值见运输机械设计选用手册表 15-1，这里取 0.0415； :填充系数，见运输机械设计选用手册表 15-1，这里取 0.35； C：倾角系数，见运输机械设计选用手册表 15-1，这里取 1； :物料松散密度，见运输机械设计选用手册表 15-6，这里取 0.52t/m3， 无锡太湖学院学士学位论文 将数据带入上式，可得 mD272 . 0 圆整后，取 D=0.3m。 根据运输机械设计选用手册的公式 15-2： min)/(r D A n （3.2） 其中，A：物料综合系数，见运输机械设计选用手册表 15-6，这里取 75， 代入上式，得 min/ 9 . 136rn 又由公式运输机械设计选用手册的公式 15-3 CsnDQ 2 47 （3.3） 计算得 min/059.90rn 圆整后，取 n=90r/min。 对 D 和 n 圆整后，应该对填充系数进行验算： 337 . 0 47 2 CsnD Q （3.4） 未超过上限，故圆整后的 D 和 n 值适合。 3.2.2 物料轴向推进速度计算物料轴向推进速度计算 根据公式： 60 nS V （3.5） 式中，V：物料的轴向推进速度（m/s） ； S：螺旋叶片的螺距（m） ； n：螺旋轴转速（r/min）; 则物料沿轴向推进速度。mV45. 0 3.2.3 电机的选择电机的选择 由于 N=1.33 kw,所以驱动轴转动的电机选用 YTC 型电磁调速异步电动机，该电机有三 相异步交流电机、涡流离合器与测速发电机组成，并与控制器配合使用，工作时，此电机 能根据轴上承受载荷的不同自动地、无级地调整其输出转速，达到无级变速喂料，控制不 同喂料量的目的。 3.3 机槽的设计机槽的设计 本设计中的机槽采用法兰和截面为 U 字型的钢制机槽。U 型机槽的厚度为 5mm 薄钢 板，其两侧臂垂直，底部成半圆形，在 U 型机槽的端面焊接有法兰，用以固定盖板和端盖。 差动变速器设计 机槽半圆的内径大于螺旋叶片半径，允许少量的物料滞留于槽底，以防叶片与槽底摩擦。 为了对机槽进行密封，机槽上部装有用薄钢板制成的盖板，盖板用螺栓固定在槽体上 端的钢制法兰上。盖板可以开启，以便对槽体进行必要的检查。盖板上开有进料口，机槽 底部开有卸料口，均做成方形，以便安装料管。 4 调制器结构设计调制器结构设计 调质就是使粉料在高温、高压下通入过热蒸汽,使其熟化的过程。它是颗粒饲料生产中 的必然环节,在这一过程中可使饲料中很多成分发生变化,其中有些是人们所需要的,而有些 则是人们所不希望的。 4.1 调质的作用调质的作用 在调质过程中最主要的变化就是使饲料中含量较高的淀粉部分发生糊化,而使淀粉更易 被动物所消化吸收。这可明显地提高饲料的利用率;同时产生的糊精具有较好的适口性,可大 大提高饲料的适口性;另外,糊化淀粉可使饲料的黏稠性提高,可起到黏结剂的作用,这也是在 制粒过程中必须进行调质的一个主要原因。 调质中的高温、高压可使饲料中大量病原微生物灭活,如常见的沙门氏杆菌及大肠杆菌 等。特别是最近一些饲料厂为了生产出高卫生标准、无病原菌尤其是无沙门氏菌的产品,在 饲料生产时,出现了提高制粒温度的发展趋势。这些饲料厂家规定制粒温度在 85 以上,它 是有效地杀死沙门氏菌的示值温度。在国外更是如此,早在 20 世纪 80 年代末西欧在打“沙 门氏菌恐慌”战时,在调质中首要考虑的就是杀菌的问题,目前西欧已开始采用的挤压调质二 次制粒工艺通常达到的制粒温度为 90 。 无锡太湖学院学士学位论文 4.2 调质过程的控制调质过程的控制 为减少营养成分的损失,在制粒过程中要根据不同的原料组分、含水量及对产品熟化程 度的不同要求来调整调质时间。一般来说,调质时间越长,原料的熟化度越好。淀粉糊化度越 高,黏性越好,生产出的颗粒料物理性能就越好,但同时营养物质损失也较多。一般饲料原料 的调质时间为 1030 s 为宜。但对各种饲料都合适的一个调质时间是不存在的。因此,最重 要的创新应该是把饲料原料在调质器中滞留时间设为一个可变参数。 4.3 调制器总体方案设计及计算调制器总体方案设计及计算 本设计方案采用单级桨叶式调质器，该型调制器通过改变桨叶的倾斜角度来控制物料 的推进速度，针对不同的物料，分别设定调质器桨叶的倾斜角度，控制物料的调质时间， 实现调质器的最优功能。 调质时间： )(3600 4 1 2 1 s Q kvl D Q V t （4.1） 式中，V：调质筒体积（）； 3 m D：调质筒直径（m）； ：调质筒长度，取 =7D； ll ：饲料容重(),取 v=0.5； v 3 /mt ；饲料充满系数，取 k=0.3。 k 调质轴输送量 Q1，取压粒设计产量 Q 的 1.52.0 倍，可初定 Q1=1.8Q。 将上述有关参数代入调质时间 t 计算式： 3600 8 . 1 3 . 05 . 07 4 2 Q DD t 图 4.1 调制器轴 差动变速器设计 （4.2） 3 3 078 . 0 36003 . 05 . 07 4 8 . 1 Qt Qt D （4.3） 对于一台选定产量 Q 的制粒机来说，调质时间 t 对 D 影响很大，为了便于设计，一般 取 t=15 秒。代入上式，计算得 D=0.5592m。参照市场上同类产品的技术参数，取调质桶直 径为 560mm，长度 3200mm。调质电机选用 Y100L，功率 2.2kW，同步转速 1500r/min。 5 主传动系统的设计主传动系统的设计 5.1 主电机的选择主电机的选择 根据吴克畴教授摘译的混合饲料生产工艺一书介绍，一台饲料压粒机的生产率 Q 可以近似的由下式来计算： )/( 2 . 7 ht pK N Q （5.1） 式中，N：压粒电动机的驱动功率（KW） ； ：要压粒的散料密度（t/） ； 3 m ：压粒电动机的效率取 0.80.9； p：需要压粒压力（MPa） ； ：决定于压缩率 K（未压粒的散装物和压粒后的颗粒密度的比率） ； K K：压缩率，可取 0.50.7； 公式换算得到驱动功率的算法： 无锡太湖学院学士学位论文 2 . 7 QpK N （5.2） 已知：Q=10, =0.9，查表得到 P=56；=0.5；=0.5； K 带入计算得到 N=166.2kW，经查表，选取主电机型号为 Y280L-2 ，额定功率为 200KW，同步转速 1500r/min。 5.2 主传动计算主传动计算 该设计方案主传动系统采用直齿齿轮传动，主要优点是工作可靠，使用寿命长，传动 较平稳，传递功率高，结构紧凑，功率和速度适用范围很广等。工作时,由电动机带动小、 大齿轮，并经传动空轴带动环模转动，环模与压辊挤压物料成形。 5.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1）选定齿形为直齿圆柱齿轮传动。 2）作为机床主轴传动，选用 7 级精度（GB 10095-88） 3）材料选择。由机械设计表 10-1 选择小齿轮材料为们 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质） ，硬度为 240HBS，二者硬度差为 40HBS。 4）选小齿轮齿数为 z1=24，大齿轮齿数为 z2=3.7424=92.976，取 z2=93。 5.2.2 按齿面接触强度设计按齿面接触强度设计 由机械设计公式 10-9a 进行试算，即 3 2 1 1 1 32 . 2 H E d t Z u uKT d （5.3） （1）确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数 Kt=1.3. 2）计算小齿轮传递的转矩。 mmNmmN n P T 6 5 1 1 5 1 10291 . 1 1480 20010 5 . 9510 5 . 95 （5.4） 3）由机械设计表 10-7 选取齿宽系数 d=1. 4）由机械设计表 10-6 查得材料的弹性影响系数 ZE=189.8 MPa1/2. 5）由机械设计图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1=600MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim2=550MPa。 6）由机械设计式 10-13 计算应力循环次数。 9 9 2 9 11 10650 . 1 875. 3 10394 . 6 10394. 6)1530082(114806060 N jLnN h （5.5） 7）由机械设计图 10-19 取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.95，KHN2=0.98. 差动变速器设计 8）计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为 1%，安全系数为 S=1，由机械设计得 MPaMPa S KHN H 57060095. 0 1lim1 1 MPaMPa S KHN H 53955098 . 0 2lim2 2 （2）计算 1）试算小齿轮分度圆直径 d1t，代入H中较小的值。 mm mm Z u uKT d H E d t 417.148 539 8 .189 875 . 3 1875 . 3 1 10291 . 1 3 . 1 32 . 2 1 32 . 2 3 2 6 3 2 1 1 （5.6） 2）计算圆周速度 v。 smsm nd v t /50.11/ 100060 1480417.148 100060 11 （5.7） 3）计算齿宽。 mmmmdb t 417.148417.1481 11 （5.8） 4）计算齿宽与齿高之比。 h b 模数 mmmm z d m t t 184 . 6 24 417.148 1 1 （5.9） 齿高 mmmmmh t 914.13184 . 6 25. 225. 2 （5.10） 667.10 914.13 417.148 h b 5）计算载荷系数。 根据 v=11.50m/s，7 级精度，由机械设计图 10-8 查得动载荷系数 Kv=1.18,； 直齿轮，；1 FH KK 由机械设计表 10-2 查得使用系数 KA=1.25； 由机械设计表 10-4 用插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时， 。442 . 1 H K 由，查图 10-13 得；故载荷系数667.10 h b 442 . 1 H K32 . 1 F K 无锡太湖学院学士学位论文 127. 2442. 1118. 125. 1 HHvA KKKKK 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由机械设计得 mmmm K K dd t t 887.174 3 . 1 127 . 2 417.148 3 3 11 （5.11） 7）计算模数。 mmmm z d m287 . 7 24 887.174 1 1 （5.12） 5.2.3 按齿根弯曲强度设计按齿根弯曲强度设计 由机械设计公式 10-5 得弯曲强度计算公式为 (5.13) 3 2 1 1 2 F SAF d YY z KT m （1）确定公式内的各计算数值。 1）由机械设计图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮MPa FE 500 1 的弯曲疲劳强度极限；MPa FE 380 2 2）由图 10-18 取得弯曲疲劳寿命系数；90 . 0 1FN K95 . 0 2 FN K 3）计算弯曲疲劳需用应力。 取弯曲疲劳安全系数为 S=1.4，由机械设计式 10-12 得 MPaMPa S K FEFN F 429.321 4 . 1 50090. 0 11 1 MPaMPa S K FEFN F 857.257 4 . 1 38095 . 0 22 2 4）计算载荷系数 K。 947 . 1 32 . 1 118 . 1 25 . 1 FFvA KKKKK 5）查取齿形系数。 由机械设计表 10-5 查得，；。65 . 2 1Fa Y21 . 2 2 Fa Y 6）查取应力校正系数。 由机械设计表 10-5 查得，；。58 . 1 1Sa Y77. 1 2 Sa Y 7）计算大、小齿轮的并加以比较。 F SaFaY Y 01517 . 0 857.257 77 . 1 21 . 2 0130262 . 0 429.321 58 . 1 65 . 2 2 22 1 11 F SaFa F SaFa YY YY 大齿轮的数值大。 （2）设计计算 差动变速器设计 mmm0954 . 5 01517 . 0 241 10219 . 1 947 . 1 2 3 2 6 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算得模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算得模 数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所 决定的承载能力，仅于齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模 数 5.0954mm，就近圆整到标准值 m=6mm，按接触强度算得的分度圆直径 d1=174.887，算 出小齿轮齿数 30148.29 6 887.174 1 1 m d z 大齿轮齿数，取。25.1163075. 3 2 z117 2 z 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲强度，并做 到结构紧凑，避免浪费。 5.2.4 几何尺寸计算几何尺寸计算 （1）计算分度圆直径 mmmmmzd mmmmmzd 7026117 180630 22 11 （2）计算中心距 mmmm dd a441 2 702180 2 21 （3）计算齿轮宽度 mmmmdb d 1801801 1 取 B2=180mm，B1=190mm。 5.2.5 结构设计及绘制齿轮零件图结构设计及绘制齿轮零件图 见零件图 AHHC520-ZL-01 和 AHHC520-ZL-02。 5.3 空心轴的有限元分析空心轴的有限元分析 电机的转矩通过一对齿轮传动传递给空心轴，空心轴带动固定其上的环模一起旋转。 因此，空心轴是主要的传动和连接部件。空心轴的主要制造工艺和计算如下： 1、空心轴材料为 45 钢； 2、该轴采用锻造方式加工，然后再进行车削和铣削加工； 3、空心轴内壁设有轴承支座，为了将环模和主轴定位，保证两零件的同轴度，环 模和空心轴用键连接，即传动键，并用螺栓定位。空心主轴结构请参见制粒部分部 装图 AHHC520-ZL-00。 无锡太湖学院学士学位论文 (1)进入 UG NX6.0 的高级仿真模块，并新建 FEM 和仿真。 差动变速器设计 （2）新建解算方案 Solution1。 （3）对模型施加载荷和约束。 无锡太湖学院学士学位论文 （4）指派模型材料。 差动变速器设计 （5）对模型进行网格划分。用 10mm 的 CTETRA（4）单元。 无锡太湖学院学士学位论文 （6）定义了相关参数后，即可开始解算。 （7）解算完成后，查看节点位移和应力云图，如下： 差动变速器设计 通过有限元分析，我们可以从云图上看到，空心轴上变形最大处的位移量在 0.0028mm 左右，而最大应力为 4.388MPa，均满足要求。 无锡太湖学院学士学位论文 6 制粒系统的设计与计算制粒系统的设计与计算 6.1 环模的加工工艺综述及结构设计环模的加工工艺综述及结构设计 图 6.1 环模 环模是颗粒饲料压制机的关键零件之一；又是易损件；价格不菲；其质量的好坏和质 量是否稳定,直接影响环模的使用寿命和颗粒饲料压制机的产量、饲料的质量，从而影响饲 料加工的生产成本。 环模失效的主要形式是模孔及环模内环表已磨损报废，也有少量环模开裂和模孔堵塞 （即压不出料）的情况。环模的使用寿命主要与环模材料、环模的加工工艺有关，对同一 环模材料和同一加工工艺，环模的使用寿命还与饲料配方、饲料生产工艺参数、工艺操作 等有关。环模初试压是否顺利出料主要与环模模孔表面光洁度有关。目前，国产颗粒饲料 压制机的环模材料常见的有 20 号钢、35 号钢、45 号钢、 20Cr、40Cr、20CrMnTi、40CrMnMo 等中、低碳优质碳素结构和合金结构钢，也有少量采用 不锈钢制造。 6.1.1 环模的热处理工艺环模的热处理工艺 在常用环模材料加工工艺中,常见的热处理方法有正火、调质、淬火、渗碳、渗氮。要 针对不同的环模材料,综合考虑这些热处理方法的特点,而安排于机加工工序之间。正火处理 消除内应力,为下一道工序作准备。在环模加工工艺中,正火处理一般安排在锻造之后或粗加 工之前,也有安排在精车之前。经正火处理后的环模,切削性能有所改善,并能适当地改善加 工后表面光洁度。 环模调质的目的能获得较高的强度和韧性性能,特别是保持环模心部的综合机械性能。 在环模加工工艺中,一般安排在精车,扩孔之前或粗加工之后;也可以安排在渗氮之前。对于 中碳优质结构钢和合金结构钢,要注意淬火与高温回火的时间间隔不宜过长,否则,因环模的 差动变速器设计 复杂结构而可能造成环模的热处理裂纹。 环模的淬火处理常用的冷却介质为水和油。在水中的冷却速度比在油中快些。如在水 中加入 0.15%0.30%的聚乙烯醇,其冷却介于水和油之间,可得到较好的热处理组织。淬火 一般安排在扩孔后或磨削加工之前,可作最终热处理工艺。 渗碳处理能提高模孔和内环表面的硬度,提高其耐磨性,从而提高环模的使用寿命。渗碳 主要针对含碳量 0.15%0.25%的优质结构钢和低合金钢如 20 号钢、20Cr、20CrMnTi 等。 6.1.2 环模模孔的加工工艺环模模孔的加工工艺 环模模孔表面光洁度直接影响环模生产饲料时是否顺利出料的关键。一般用人工进给 的钻孔工艺很难达到其要求的光洁度。而进口的多工位钻孔专用机床由于设备价格昂贵和 其钻头依赖进口,导致环模制造成本增加。有的厂家采用专用机床,虽然能达到光洁度要求, 但生产成本也比较高。利用普通钻床经过改进并辅以必要的工装,能够实现钻（扩）孔半自 动化,取得令人满意的环模模孔表面光洁度和较高的生产效率,降低制造成本;其方法是利用 单片机控制两个步进电机,其中一个步进电机控制钻（扩）孔进给方式,另一个步进电机控制 环模的转角,达到自动转动;经加工后模孔表面光洁度可达 0.8,产品质量稳定,生产成本降低, 自动化程度大为提高。通过不同的编程,可改变钻（扩）孔的钻头或（铣刀）的进给运动,可 分一步或多次对同一孔进行加工;更换不同直径的钻头（或铣刀）,可加工不同直径模孔的环 模。 6.1.3 环模的结构环模的结构 环模孔的形状与尺寸也对产品的质量和生产率大小有很大影响。一般模孔的截面呈圆 形，有四种：直形孔、阶梯孔、外锥孔和内锥孔。按孔径大小可以分为两种：内小外大、 内大外小，前者用于模孔径小于 10mm，后者用于模空径大于 10mm，其所以有此差别是 有利于成形。直孔和阶梯孔适于配合饲料的制粒，但是，阶梯孔不常用，外锥孔适于脱脂 糖等高纤维饲料，内锥孔使于草粉类体积大的饲料，由于直形孔加工简单，用得最为广泛。 进料口有三种形式：直孔、锥孔和曲线孔。采用曲线孔效果好，但加工困难。因此，常采 用直形孔口。锥孔角度一般为 60120 度。环模工作面的开孔率对生产率有很大影响。在 考虑环模有足够强度的条件下尽可能提高开孔率，模孔一般以正三角形排列，孔间距为 35 mm。 6.1.4 方案设计方案设计 本设计方案主要参数如下：环模材料为 20CrB，渗氮处理。环模内径为 250mm；孔径 取 8mm；模孔深度 80mm；环模有效工作宽度 185mm；模孔采用直型孔设计，锥孔角 60 度，孔在环模外表面呈正三角形排列。 6.2 环模的参数计算环模的参数计算 6.2.1 环模厚度计算环模厚度计算 环模的厚度根据物料特性和模孔孔径计算，压制不同的饲料，需要采用相应的最佳长 径比，以获得高质量的颗粒。 模孔直径取为 8mm，同时取模孔深度为 80mm，则径深比为 10 5 50 H 故环模内径为 520mm，外径为 680mm。 无锡太湖学院学士学位论文 6.2.2 环模单位功率面积环模单位功率面积 单位功率面积是指压粒主电机每千瓦所对应的环模有效压带面积，是衡量制粒机性能 的重要参数，也是设计制粒机的主要依据。 单位面积功率的计算公式如下： (6.1)/( 2 0 KWmm P Db P S A 其中，S：环模亚带有效面积； D：环模内径； b: 环模压带宽 A0=(3.14520185)/200=1510.34(mm2/kW) 基本符合正常的取值。 6.3 压辊的设计计算压辊的设计计算 压辊是制粒机的主要部件之一，它与环模配套使用，二者对粉状饲料进行积压，使其 成形。本设计方案在制粒室中采用两个压辊。 压辊是用来向压模挤压物料的，为防止打滑和增加攫取力，压辊表面采取增加摩擦力 和耐磨措施：在压辊上按压辊轴向拉丝。本设计方案压辊采用 40Cr,调质处理后硬度为： HRC49。压辊直径的大小直接影响压粒时物料摄入角，故在尽可能的条件下，应采用大直 径的辊，两压辊得环模制粒机，压辊直径 d 与环模内径 D 的关系为：2dD,考虑两压辊之 间还有调整间隙，一般取 d 与 D 的关系为： d=(0.40.485)D 结合设备实际情况，d=520(0.40.485)，所以取: d=240mm。 6.4 环模和压辊工作间隙的调整环模和压辊工作间隙的调整 压辊与环模的间隙是制粒机操作时调整的重要 参数之一，其调整过程也是制粒机操作前的最重要 的调整步骤之一，间隙调整的合理性直接影响着制 粒机的使用性能。正确的调整会使制粒机获得最大 的生产能力，延长压辊和环模的使用寿命，从而降 低生产制造费用，节约产品成本,提高经济效益。 一般情况下，环模的旋转方向为顺时针方向， 如配有两只压辊的制粒机，开始安装压辊时应将左 侧压辊的最大偏心凸边安装在环模内左上半区，右 侧压辊的最大偏心凸边安装在环模内右下半区内； 如配有多只压辊制粒机，也应保证当偏心调节块沿 环模旋转的相反方向转动时，压辊应向与环模相接 触的方向移动，否则说明压辊安装不正确，应按上 述要求重新安装。 压辊与环模的间隙一般为 0.13mm0. 5mm，调节时通常使压辊的外表面与旋转环模 图 6.2 模辊工作示意图 1、压辊 2、物料层 3、已成型颗粒 4、模辊间隙 5、粘附层 6、压膜 差动变速器设计 的内表面轻微接触，并在环模带动下达到似转非转。正常情况下，模孔小的两者间隙小些， 模孔大的两者大些；新压模间隙小些，旧压模间隙大些。如果压辊与环模间隙太小,压辊与 环模容易磨损，而且噪声较大；反之，间隙太大会造成出料困难。 无锡太湖学院学士学位论文 7 设备拆装及维护设备拆装及维护 7.1 制粒机的使用和维护制粒机的使用和维护 （1）使用新制粒机或新换的压模圈应先加工一部分含油脂量较高的饲料，如亚麻籽及 饼粕等粉料，使压模孔得到一定润滑，然后再加工一般饲料。这样可提高产量，延长压模 圈的使用寿命。 （2）压粒前在粉料中可滴加 4左右的水或蒸汽，有时也可加不超过 3的油脂和不 超过 10的糖蜜。 （3）如压粒机需较长时间的停歇，则应在工作快要结束时，加入油质粉料或经油浸的 锯木屑来充填模孔，以防生锈。 7.2 制粒机的检修制粒机的检修 制粒机检修的内容主要包括制粒机的拆装和易损件的更换修复方法。 制粒机的拆装内 容包括喂料系统拆装、搅拌系统拆装、制粒机主传动系统拆装、易损件的拆装 4 部分。 7.2.1 喂料系统拆装喂料系统拆装 7.2.1.1 喂料系统传动部分拆装喂料系统传动部分拆装 1、松开防护罩上的紧固螺栓，即可拆装防护罩 9。 2、松开螺栓 12，调松调速电机 3 和减速器 2，可取下链条 8。 3、用合适的“拉马”可取下大链轮 5，小链轮 7，键 6。 4、去掉螺栓 10，可取下支承板 4。 5、去掉螺栓 12，可取下调速电机 3，减速器 2。 图 7.1 喂料系统拆装图 差动变速器设计 6、去掉螺栓 11，取下调速电机支承座 1。 传动部分装配时，按上述相反顺序进行。 当传动部分的某一处出现故障或松弛时，即 可按上述装拆步骤予以装拆、检修和调整。 图 7.2 传动部分 7.2.1.2 喂料系统输送部分拆装喂料系统输送部分拆装 1、松开盖板与筒体之间的紧固螺栓 2A，即可拆下盖板 2。 2、拆掉传动部分以后，松开两端轴承螺钉 6A，即可取下两端轴承座 6。 3、拆下两端盖板与筒体上的螺钉 4A、8A，即可取下前后端盖 4、8，以及端盖上的密 封挡圈 5 和绞龙轴 3。 喂料部分装配时，按上述相反步骤进行。 7.2.2 主传动系统拆装主传动系统拆装 7.2.2.1 主传动系统拆装主传动系统拆装 1、去掉防护套螺栓，取下半防护套4，半防护套5。 2、去掉固定套螺栓，取下固定套 8。 3、去掉联轴器 3 中的抱箍及弹簧。 4、去掉螺栓 1A，取下电机 1。 5、用合适的“拉马”取下电机上联轴器 3 中联轴套。 6、用合适的“拉马”取下主传动箱中齿轴上联轴器 3 中联轴套。 无锡太湖学院学士学位论文 图 7.3 主传动部分 7.2.2.2 齿轴的拆装齿轴的拆装 图 7.4 齿轴 1、松开球阀 21，放掉箱体中的润滑油，取下键 9。 2、去掉螺栓 7，取下后端盖 6 及油封 8、纸垫 5。从齿轮箱前去掉端盖。 3、以适当的力从齿轮箱前敲击齿轴 2，使其与轴承 3 分开。 4、用力将齿轴从后面取出齿轮箱。 齿轴的装配按上述相反顺序进行。 差动变速器设计 7.2.3 易损件的拆装易损件的拆装 7.2.3.1 压辊的拆装压辊的拆装 压辊的拆装包括压辊总成的重新装配及压辊总成拆装。 （1）压辊的拆装 图 7.5 压辊的拆装图 拆除旧压辊： 1） 、松开螺母 4，拆下垫圈 5。 2） 、拆下挡圈 12。 3） 、在压辊 6 右端支撑压辊轴 7，从上往下压出压辊轴。 4） 、取出两只轴承 10 内圈，及密封挡圈 8，活塞环 9。 5） 、用合适的“拉马”拉出两只轴承 10 外圈。 6） 、取出压辊挡圈 11。 装配压辊： 步骤 A： 1、更换已损坏零件，并将所需装配零件清洗干净。 2、在压辊内装上挡圈 11。 3、用适当工具装上两只轴承外圈（圆锥面大端朝外） 。 步骤 B： 1、在压辊轴上装上挡圈 12。 2、在压辊轴上装上密封挡圈 8，活塞环 9，及一个轴承内圈。 步骤 C： 1、把步骤 A 所装之压辊装到压辊轴上。 2、在压辊轴上装入另一只轴承内圈。 无锡太湖学院学士学位论文 3、依次装上密封挡圈 8，活塞环 9，垫圈 5，螺母 4。 4、确保调节轴承间隙后，再装上垫圈 5，并拧紧螺母 4，扳起止动耳嵌 入螺母槽 内。 5、检查压辊能否灵活旋转，必要 时需重新调整轴承间隙。 压辊总成拆装： 1、将切刀退出，打开门盖。 2、拆除压模罩螺栓，取下压模罩。 3、松开螺栓 17，取下喂料刮板 9。 4、调节止退螺母 4、7、10、12， 松开调节螺钉 5、8、11、13，取下调节 齿轮 6、14。 5、松开螺钉 2、16，取下压板 18。 6、用力向外拉压辊总成即可卸下压辊总成。 7.2.3.2 安全销拆装安全销拆装 安全销拆卸 （1）关闭制粒机主电机。 （2）松开挡圈 17。 图 7.6 压辊 （3）轻敲安全销 16，并取出。 安全销装配 （1）将备用安全销轻敲入衬套内。 （2）确信销套 15 未移位，且与外壳联接紧固，将挡圈 17 装入安全销上。 7.2.3.3 传动键拆装传动键拆装 图 7.7 传动键 拆装 差动变速器设计 旧的和损坏的键必须换掉。利用键拉出器将旧的键取下，再装配一个新 的键。如上图 所示。利用下列步骤取下环模传动键： （1）按上述环模拆装步骤取下环模。 （2）去掉环模传动键定位螺钉 3，嵌入拆卸螺钉 4。 （3）如上图所示放置拉出器并拧动两个拆装螺钉 4，拉出环模传动键。如果当拆装螺 钉的螺纹拧至键拉出器的底部，键还出不来，即就退出拆装螺钉，在键拉出器和套筒法兰 面之间安装隔板。重新拧动两个拆装螺钉，使传动键拉出。 （4）检查传动轮 1 法兰上的孔（键就是从传动轮法兰上拉出来的） 。内孔中应没有任 何伤痕，并用砂纸和溶剂将腐蚀物清除掉。 （5）将定位螺钉转到环模传动键里去，其作用是使螺纹免受腐蚀。 装配传动键，按上述相反顺序进行。 无锡太湖学院学士学位论文 8 结论与展望结论与展望 8.1 结论结论 通过以上的设计，我更加坚信了我梦想成为一名机械工程师的信念。这次设计，让我 学习到了做一样机械产品所需要的一般步骤，首先要收集资料，自己要有一定的想法，大 胆的查实各种想法，通过不断的尝试去找出一中最合适，最理想的设计方案。一旦设计方 案敲定，就要认真谈事的去钻研，查阅相关资料，从零件毛坯开始做起，一步一个脚印， 最终完成设计产品。 搞研发设计一般是一个团队合作，这时就需要大家共同齐心协力。在此次的设计过程 中，我们小组成员互相帮助，把自己找到的资源共享给大家，在一起讨论研究，这样就让 我们有时凭一己之力单干少走了愈多冤枉路，凡事事在人为，只要我们有一颗刻苦钻研的 心，一切困难都不会成为我们通往成功的绊脚石。 8.2 存在的不足及对未来的展望存在的不足及对未来的展望 在这次毕业设计中，我没有很好的利用起自己在学