原稿-自动穿串机设计

I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。关键词自动穿插；传动系统；自动控制系统IIIAbstractAutomatic wear string machine is suitable for new food processing industry. Purpose is to develop a kind of automatic thrust institution, can replace manual labor, improve work efficiency and reduce labor intensity. Based on transmission system, lathe and automatic control system design. And on the gear and axis. This product adopts motor driving through the cooperation and realizing the system into action. The agency is in charge of food machinery based on the design. The agency has simple structure, small volume, low cost advantage.Complete the design requirements of power and selected, transmission system, actuators, blanking institutions.The ranking selection, the selected chooses motor, power transmission adopts the V belt transmission, gear, continuous transmission, actuator adopts inserted sign institutions, pressure plate blanking institution, a block sticks and plates.Keywords automatically alternates, Transmission systems, Automatic control systemI目 录1 绪论 11.1 序言 .11.2 自动穿串机的设计思路 .12 自动穿串机各机构的选择及设计设计思路 22.1 入料机构的选择及设计 .22.2振动筛的设计 22.3 穿插机构的设计 .52.3.1 插签机构 52.3.2 压盘装置 52.4 落料机构的设计 63 轴承的选定 73.1 概述 .73.2 滚动轴承的主要类型、特点和代号 .83.3 轴承的寿命计算 103.3.1 滚动轴承的基本额定寿命 .103.3.2 基本额定动负荷 .103.3.3 寿命计算公式 .113.3.4 额定寿命的修正 .113.3.5 滚动轴承的当量动载荷 .113.3.6 角接触轴承的计算 .123.3.7 主动轴轴承的校核 .123.3.8 从动轴轴承的校核 .134 传动机构设计 .144.1 传动系统的选择 144.1.1 带传动的类型和特点 .144.1.2 V 带传动的设计 .154.2 电动机的选择 184.2.1 电动机类型和结构的选择 .184.2.2 电动机功率的选择 .184.2.3 确定电动机转速 .184.2.4 电动机型号的确定 .18II4.3 齿轮传动的设计 194.3.1 选择齿轮材料并确定许应应力 .194.3.2 按齿面接触强度设计计算 .194.4 传动装置运动、动力参数计算 214.4.1 总传动比的确定 .214.4.2 分配各级传动比 .214.4.3 计算各轴转速 .214.4.4 计算各轴的功率 .214.4.5 计算各轴转矩 .214.4.6 传动装置运动、动力参数汇总表 .224.5 轴的设计计算 224.5.1 输入轴的设计计算 .224.5.2 输出轴的设计计算 .254.6 输送机的设计 265 减速器的选择 .315.1 概述 315.2 减速器的机构和附件的设计 315.3 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 14711.1 序言1 绪论目前，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。22 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。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 D k=2.5 时，振动方向角 =22。3.振幅的计算取=15 毫 米 。=900D 9sin(0+0) /2n2cos(0) 式（2.3）=15.36mm4.精 算 抛 郑 指 数 和 正 向 滑 行 指 数 及 反 向 滑 行 指 数振动强度4抛郑指数正向滑行指数反向滑行指数有轻微的反向滑动。K=2n2/900g=1.828 式（2.4）D=Ksin/cos0=0.68515.计 算 滑 始 角 与 滑 止 角 ， 确 定 滑 行 运 动 状 态正向滑始角反向滑始角k0=k=arcsin1/DK0=24 式（2.8）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3.3.8 从动轴轴承的校核（1）计算当量载荷 P 1、 P2由机械设计课本 P280 表 16-11 查得X=1，Y=0， p=1.5两轴承径向反力：初选两轴承为角接触球轴承。Fr1=Fr2=1761.6N根据机械设计课本 P279 （ 16-4）式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(11761.6+0)=2642.4N P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(11761.6+0)= 2642.4N(2)轴承寿命计算角接触球轴承=3P 1=P2 故 取 P=2642.4N查机械设计手册得：7213C 角接触球轴承型额定静载荷C or =55.2KN ，基本当量动载荷Cr =69.8KN ， 根 据 课 本 P279 表 16-8 得：ft=1。 由 课 本 P278（16-3）式 得L=16670/n(ftCr/P) =16670/72.15(169800/2642.4)3=4258629h58400h预期寿命足够144 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。152. 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 4-4 V 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：B2240GB/T11544-97,表示 B 型 V 带，带的基准长度为 2240mm。图 4-5 V 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。17b)带传动的受力分析a)图4-6紧 边 与 松 边 拉 力 的 差 值 （ F1 F2） 为 带 传 动 中 起 传 递 力 矩 作 用 的 拉 力 ， 称 为 有 效 拉 力 F 即：F = F1F 2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 F 1 F0F 0F 2 ，即：由式 （ 4-1） 、 （ 4-3）得：F1 + F2 = 2F0F1=F0+F/2式(4.3)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：max = 1 + b1 + c 式（4.5）式 中 ： 1 = F1/A 为紧边拉应力 (MPa), A 为带的横截面积(mm 2)； 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),d d 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，d d 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 d min 如表 4-1 所示。表 4-1 V 带轮 的最 小基 准直 径型 号 Y ZSPZASPABSPBCSPCD Eddmin(mm) 20 50 63 75 90 125140200224355 500184.2 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=0.854.2.2.2 电动机所需的工作功率：P 工作 =FV/ 总 =3.51.7/0.85=7.0（KW）4.2.3确定电动机转速计算卷筒的工作转速：n筒 = 60 V1000（ / D）= 60 1.7 1000 /(3.14 450) = 72.15r/min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19SSF SF1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V 6m/ s。表 4-2 齿轮材料及其力学性能材料 热处理 接触疲劳极限 弯曲疲劳极限牌号 方式 硬度 Hlim / MPa FE / MPa40Cr 调质 217286HBS 650750 56062045 调质 197286HBS 550620 410480取表中所示范围的中间值，得Hlim1 = 700MPa，FE1 = 590MPa，Hlim 2 = 580MPaFE1 = 450MPa根据课本 P171 表 11-5 取S H = 1.0, SF = 1.25 。许用接触应力为： = Hlim1 = 700 = 700MPa， = Hlim 2 = 580 = 580MPaH1H许用弯曲应力为：1.0 H2 1.0H = FE1 = 590 = 472MPa， = FE2 = 450 = 360MPaF1 1.25 F2 1.254.3.2 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：4.3.2.1 确定计算参数d1 mm计算小齿轮上的名义转矩：T =9.55106 7.0/433=154388.0N mm选取载荷系数 K，根据课本 P169 表 11-3，取K = 1.4选取齿宽系数 d ， 根 据 课 本 P175 表 11-6，取 d = 1.1选 取 弹 性 系 数 ZE ， 根 据 课 本 P171 表 11-4，取 ZE = 189.8 （选用锻钢） 选 取 区 域 系 数 ZH ， 对 于 标 准 齿 轮 ， ZH = 2.5令=Z 2Z1，则 u= i= 6因 H2 H1 ,故 用 H = H2 = 580MPa代入公式计算。4.3.2.2 初算小齿轮分度圆直径S20112af1 1 ad1 =4.3.2.3 确定齿数和模数齿数 ： 取 Z 1 = 20, 则 Z2 = iZ1= 6 20 = 120模数 ： m=d 1/d2=67.45/20=3.37mm， 按设计手册上，选取标准参数 m= 4mm4.3.2.4 确定中心距和齿宽= 67.45mm中心距 a= m(Z + Z ) = 4 (20 +120) = 280mm2 1 2 2齿 宽 b= d d1 = 1.1 67.45 = 74.20mm。圆取整数4.3.2.5 验证齿轮弯曲强度b = 75mm,b1 = 80mm根据课本 P172，可知验证公式为： = 2KT1YFaYSa MPaF bm2Z F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 YFa ： YFa1 = 2.93,YFa2 = 2.22选 取 应 力 修 正 系 数 YSa ： YSa1 = 1.56,YSa2 = 1.82分别验算两轮的齿根弯曲应力： = 2KT1YFa1YSa1 = 2 1.4 154388.0 2.931.56 = 82.33MPa F1 bm2Z 75 42 20 F1 = 2KT1YFa2YSa2 = 2 1.4 154388.0 2.22 1.82 = 12.13MPa F2 bm2Z 75 42 120 F2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：齿顶圆直径：d1 = mZ1 = 4 20 = 80.00mm d2 = mZ2 = 4 120 = 480.00mmda1 = d1 + 2h m= 88.00mmd = d + 2h m= 488.00mm齿根圆直径：a2 2 ad = d 2 (h + c )m= 70.00mmd = d 2 (h + c )m= 470.00mmf 2 24.3.2.7 计 算 齿 轮 的 圆 周 速 度 VV = d1n260 1000a= 3.14 80 43360 1000 = 1.81m/ s21总带n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：4.4.2 分配各级传动比i = n 满 载 =n筒97072.15 = 13.44 。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 i总 = i带 i齿轮 ， 可 得 ： i = i总 = 13.44 = 2.24i齿轮 64.4.3 计算各轴转速电动机轴 ：V 带 轮 轴 ：n1 = n电机 = 970r/ minn = n1 = 970 = 433r/ min大齿轮轴 ：卷 筒 轴 :2n3 =i带n2i齿轮2.24= 433 = 72.15r/ min 64.4.4 计 算 各 轴 的 功 率电动机轴 ：V 带 轮 轴 ： 大 齿 轮 轴 ：n4=n 筒=72.15r/minP1=P 电机 =7.0kwP2=P1 带 =7.0.96=6.75kw卷 筒 轴 :P3=P2 轴承 齿轮=6.720.980.97=6.39kwP4 =FV=3.5 1.7=5.95kw4.4.5 计算各轴转矩电动机轴 ：T =9.55106 P1 =9.55106 7.0 = 68917.5N mm11V 带轮轴 ：97022nnT =9.55106 P2 =9.55106 6.72 = 148212.5N mm22大齿轮轴 ：433T =9.55106 P3 =9.55106 6.39 = 845566.0N mm33卷 筒 轴 :72.17T =9.55106 P4 =9.55106 5.95 = 787560.6Nmmn4 72.154.4.6 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 算轴名 电动 机轴 V 带轮 轴 大齿 轮轴 卷筒 轴参数r/min P/kw4.5 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。P 7.0d C3 = 115 3 = 29.08mmn 433考虑有键槽，将直径增大 5%，则d = 29.08(1+ 5%) = 30.53mm选 d=32mm4.5.1.2 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。4转速 970 433 72.15 72.15输入 功率 7.0 6.72 6.39 5.95输入 转矩 T/Nmm 68917.5 148212.5 845566.0 787560.6传动比i 2.24 6.0 1.0效率 0.96 0.95 0.9323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： d 1=32mm，L 1 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： d 2=40mm（符合国家标准油封毡圈尺寸，可以外购） ， L2=40mm。第三段： d 3=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： d 4=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 ）， L 4=10mm 。第五段： d 5=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： d 7=45mm， L 7=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 d 1=80mm求转矩：已知 T 2=148212.5Nmm求圆周力：Ft 求 径 向 力 FrFt=2T2/d1=214821.5/80=3705.3N Fr=Fttan=3705.3tan20=1348.6N32 40 45 55 88 55 4524因为该轴两轴承对称，所以：L A=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）y(a)z ATFr xFt CBFAyFrFByAzAFtMc1FBz(b)(c)(d)(e) TMecMc2Mc(f)截 面 C 在水平面上弯矩为：图 4-2 轴受力简图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（P 2/n2）10 6=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=203.17Nm25(7)校 核 危 险 截 面 C 的强度e=Mec/0.1d 33=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。P 6.39d C3 = 115 3 = 51.26mmn考虑有键槽，将直径增大 5%，则72.15选 d=54mm4.5.2.2 轴的结构设计d = 51.26 (1+ 5%) = 53.8mm(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。（ 2） 确定轴各段直径和长度图 4-3 从动轴从右端起，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： d 2=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： d 4=70mm（此段用来对齿轮在轴向和周向定位） ， L 4=72mm（略小于齿轮宽23mm）。第五段： d 5=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） ，65 75 80 70 65 60 5426L5=12mm。第六段： d 6=75mm， L 6=20mm。第七段： d 7=65mm， L 7=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 求 径 向 力 FrFt=2T3/d2=845566/480=3523.2NFr=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(5)计 算 当 量 弯 矩MC=(MC12+MC22)1/2=46.82+128.62)1/2=136.85Nm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=856.57N m(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。