毕业设计论文：回转式；固液分离；连续回转运动

大庆石油学院本科生毕业设计（论文） I 摘 要 回转式固液分离机是一种可以连续自动清除各种形状杂物,以固液分离为目 专业设备. 该机是由一种独特的耙齿装配成一组回转链,载电机,减速器的转动下经链轮 传动驱动耙齿链,进行回转运动.耙齿链的下部浸没于排水(进水)沟中,当耙齿链 回转运动时,每排横轴耙齿即把液体中的固态悬浮物质(杂物)从液体中分离出来. 当耙齿链运转到设备的上部时,由于槽轮和弯轨的导向,使每组耙齿之间产生相对 运动,大部分固体物靠重力落下,少部分依靠橡胶板刷的反向运动可把粘在耙齿上 的杂物洗刷干净.耙齿链的功能相似于传统的格栅的作用,在耙齿链横轴上装配的 间隙可以根据不同要求进行选择调整,以保证水流畅通流过. 该设备的特点是自动化程度高,分离效率高,动力小,无噪音,耐腐蚀性能好, 在无人看管的情况下连续稳定工作 关键词 回转式；固液分离；连续回转运动 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） II Abstract It is can continuously clear away various configuration odds and ends voluntarily that the solid liquid of turning round type divides the abandon, and specialty equ ipment this machine that with solid liquid separates for the purpose is one kind of unique harrow tooth cause assembles into the one set of chain turning round, and at the electrical machinery, that deceleration parachute moves harrows the to oth chain through the chain wheel transmission drive down , turning round that t he lower part of motion harrow tooth chain soaks not in draining off water ( int aking ) ditch, solid state suspension matter ( odds and ends ) that the per row o f cross axle harrow tooth approaches in the liquid in separates the coming out w hen the harrow tooth chain to revolve to equipment upper from liquid, because t he wheel in slot when the harrow tooth chain turns round the motion And the d irection bending the rail, making per set of harrow give rise to the relative moti on between the tooth, most solid thing falls down by gravity, lacks reversion wh o partly relies on the rubber scrubbing brush moves can glues on the harrow too th the function of clean harrow tooth chains of odds and ends washing and brus hing resemble in the effect of traditional grille, is harrowing the tooth The interv al assembling on the chain cross axle can be asked selecting the adjustment acco rding to different, and the characteristic that has flowed this equipment with the guaranty rivers are unimpeded is that the automaticity is high It is high to separ ate the efficiency, and motive force is small, and no noise, the corrosion prevent ive function is good At the circumstances that nobody oked after Key word turning round type; Gu the liquid separates; Continuously turn round the motion 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） III 目 录 第一章第一章 固液分离机方案比较与结构布置固液分离机方案比较与结构布置 .1 第二章第二章 回转式固液分离机的结构计算回转式固液分离机的结构计算 .4 2.1 横梁与竖梁4 2.2 板式滚子链.4 第三章回转式固液分离机的主要参数第三章回转式固液分离机的主要参数 .7 第三章回转式固液分离机的主要参数第三章回转式固液分离机的主要参数 .7 第四章第四章 回转式固液机的节点延时控制回转式固液机的节点延时控制 .9 第五章第五章 减速器的设计减速器的设计 .11 5.1 圆柱齿轮传动11 5.2 计算传动装置的运动和动力参数15 5.3 各轴的结构设计与计算16 5.4 V 带传动的设计计算.22 第六章规模化养殖场污水处理回转式固液分离机第六章规模化养殖场污水处理回转式固液分离机 .25 6.1 污水处理工艺流程的设计与特点.25 6.2 主要单元结构设计和关键参数的确定26 6.3 结果与讨论28 6.4 养猪场废弃物的无害化处理29 6.5 结 论 31 致致 谢谢 .32 参考文献参考文献 .33 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 1 第一章 固液分离机方案比较与结构布置 1.1XGC 型旋转式固液分离机 主要特点: 1.结构紧凑一体化，自动化程度高(可通过PLC微电脑控制系统控制设备的 运行)，能耗省，噪声低，分离效率高。 2连续除污无堵塞，排渣干净。 3耐腐蚀性好(所有运动部件均为不锈钢或尼龙)。 4运行安全，传动系统rfI设有机械过载保护和超载限制器双重保护，超载限制 器的仪表可显示传动载荷，当水下链条或耙齿被卡住后，电机将自动断电。仪表 具有远程监控接口，可实现机器故障远程监控。 结构和工作原理： XGC型旋转式固液分离机主要由机架、动力传动装置、耙齿及传动链组成。 由ABSI程塑料、尼龙6、尼龙1010或不锈钢制成的特殊形耙齿，按一定的次序装 配在耙齿轴上，形成封闭式耙齿链，其下部安装在进水渠中，在传动系统的带动 下，整个耙齿链(迎水工作面)便自下而上运动，并携带固体杂物从液体中分离出 来，液体则从耙齿的栅隙中流过，整个工作过程连续进行。由于耙齿结构设计合 理，使耙齿链携带杂物到达上端反向运动时，前后相连的两排耙齿之间产生相对 自清理运动，促使杂物依靠重力脱落；同时设备后部设置一对与耙齿链运动方向 相反的胶板刷，以保证每排耙齿运动到该位置时都能得到彻底刷干净 图 1-1 XGC 型旋转式固液分离机工作原理图 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 2 1.2 ZGC 型旋转式固液分离机 ZGC 型旋转式固液分离机是在总结和分析了国内原有水源取水口拦污清污机 械技术设备使用情况的基础上，吸取国外同类产品的特点，而设计制造的一种更 为适合我国国情的连续自动固液分离新颖机械装置。 结构及工作原理 旋转式固液分离机主要由载有特殊耙齿所组成的回转栅链、减速机驱动传动装 置、反转清洗刷及电气控制箱等部分组成一个整体的机械装置。 各个特殊形的耙齿，在横轴上连接成耙齿链，耙齿间按要求形成一定间隙的栅缝。 耙齿链随机体下部沉浸于水原进水口的沟渠中，水流流经耙齿链栅隙时，对水体 中的污物进行截留，耙齿链在机体上部的减速驱动、传动机构的作用下，绕一定 方向（截留污物面向上）缓慢恒速移动将所截留物提出水面，液体从耙齿栅隙中 顺利通过，进入下道处理工序。 提出液面的污物，由于失去浮力产生下落，由耙齿承托，不致二次混入水体，耙 齿链运行到机体上部，通过链轮及转弯导轨，耙齿链运行方向随之改变为由上向 下，附着于耙齿链栅面及承托在耙齿中的大部分污物因自重而脱落，一些粘附在 栅缝中的纤维物或质地柔软的片状物也同时由设置在链轮相应部位的橡胶板转刷， 反向旋转将其刷下，污物均落入集污槽中排除。由于耙齿链是一个封闭式结构， 当运行到机体下端时，同样由转弯导轨向上转向，形成回旋运动 自动连续地工作，对水源（或液体）中的飘浮及夹杂物进行清除。 本设备为一个整体化装置，其工作深度、幅宽及所需拦截污物的直径都按应用 要求而设计制造，所以安装十分方便，仅用四个基础螺栓将设备固定在进水渠中， 电控箱接通电源，即可投入运行。 主要工作部件：由耙齿组成的链栅，是用不锈钢和 ABS 工程塑料或尼龙制造， 并在传动系统中设有超负荷安全销，耐腐蚀性好，使用寿命长，不易发生机械故 障，不需水下维修。 能耗省、除配套一台小功率电机外，不需设置其它能源；工作连续、间断均； 无噪音，操作方便，工作环境卫生。 可配套微机集中控制，易实现遥控管理和自动闭环控制。 应用范围: 本设备广泛适用于给水排水工程，作为取水口对水源进行预处理，常用于以地 表水为水源的自来水厂的 取水口水源飘浮物去除。 城镇及规划小区下水道雨污水的预处理； 造纸、纺织印染、化纤、屠宰、制革等废水的杂物分离和回收； 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 3 酿酒、榨糖、豆类等食品加工业的液渣分离； 水产、水果、粮食加工工艺中水洗或是渣物分离 1.3 回转式固液分离机的要求 1 固液分离机安设在引水道进口处,用以拦阻水流所夹带的污物,不让污物进入引 水道,以保护水轮机,闸门,阀及管道等不受损害,使水轮机组或其他结构顺利地运 行. 设置回转式固液分离机时,应根据所处河道的污物性质,数量,河道地形及气温 条件,厂房进口回转式固液分离机,还应根据机组形式来加以综合考虑.尽量利用 水流与地形条件来避免和减轻污物对回转式固液分离机的威胁.设计回转式固液 分离机的结构,要考虑水流平顺,水头损失小,清污方便,并便于安装,拆修和更换. 在洪水季节,大量污物和漂浮物涌向进水口时, 回转式固液分离机必需具备足够 的强度和刚度. 1.4 回转式固液分离机的布置 1 回转式固液分离机具有拦阻和清除污物的双重功能,适用于引水流量较小的浅 式进水口.回转式固液分离机一般不止在工作闸门和检修闸门上游.在水轮机压力 管进水口的回转式固液 分离机,耙齿栅面距进水口中心的距离至少为进水口高 度的 80%,以免影响水流流太增加水头损失.它与水平面的夹角一般宜在 6080.倾 斜式固液分离机,由于扩大了过水断面而降低了过栅流速及水头损失,并便于清污. 回转式固液分离机有固定框架,转动耙齿栅,板式滚子链,动力传动装置,张紧轮和 防冻管路系统等部分组成.该耙齿栅由设在固定机架上的电动机驱动,经变速传动 装置,带动固定在竖梁上部的链轮转动,由链轮的转动来带动板式滚子链回转,各个 耙齿是通过支承板装配在板式滚子链上的,所以板式滚子链的回转也就带动耙齿栅 回转,冰和污物即由耙齿在回转中捞出水面,并转过链轮顶部,降落到坡度较大的排 污槽中,自动滑落到泻水道. 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 4 第二章 回转式固液分离机的结构计算 2.1 横梁与竖梁 框架的横梁,竖梁及耙齿栅,按栅前栅后 2m 水头差计算其强度,刚度和稳定性.框 架采用 3 个横梁式布置,竖梁的个数与耙齿的支承即板式滚子链的条数相等.按构 造需要所选择的栅叶断面,采用两个竖梁,两条板式滚子链布置.横梁与竖梁同高,为 了使耙齿栅回转到链轮上过度平顺. 2.2 板式滚子链 1 选择链轮齿数 z ,z 12 假定链速 v=0.2ms.由表 9-8 选取链轮齿数 z1=19; 2 计算功率 Pac 由表 9-9 查得工作情况系数 k =1,故 P= k P=1 1.03=1.03kw AacA 3 确定链条链节数 L P 初定中心距 2a =1524mm ,则链节数为: 0 L = +()=+ P p a02 2 21 zz 0 a p 2 12 zz p p602 2 3819 ()=219 (2-1) p p 602 1938 4 确定链条的节距 p 由图 9-13 按链轮轮速估计,链工作在功率曲线顶点左侧时,可能出现链板疲劳破 坏.由表 9-10 查得链轮齿数系数: k =()=1;k =()=()=1.23 (2-2) z 19 1 z 08 . 1 L 100 P L 26 . 0 100 219 26 . 0 选取单排链,由表 9-11 查得多排链系数 k =1,故所需传递功率为 p p =kw (2-3) 0 pLz ca kkk p 123 . 1 1 03 . 1 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 5 根据链轮转速 n =44 及 p =kw.由图 9-13 选链号为 10A.再由表 9-1 查得链节距 10 p=15.875. 5 确定链长 L 及中心距 a. L=3.5m (2-4) 1000 PLP 1000 875.15219 a=(L -)+ 4 p P 2 21 zz 212221 ) 2 (8) 2 ( zzzz Lp =1587.5mm (2-5) 22 ) 2 1919 (8) 2 1919 219( 4 875.15 中心距减小量：a=(0.002-0.004)a=(0.002-0.004)1587.5=36m (2-6) 实际中心距：a=a-a=1587.5-(36)=1584.51581.5mm (2-7) 取 a=1583mm 6 验算链速 v=0.22m/s 1000060 11 pzn 100060 875.151944 (2-8) 与假设相符。 7 验算链轮毂孔 dk 由表 9-4 查得链轮毂孔许用最大直径 d=51mm maxk 8 作用在轴上的压轴力 有效圆周力 F =5000N (2-9) l v p 1000 2 1 1000 F=KF = 5000=5750N (2-10)p FPl 2.3 链轮的基本参数及尺寸 链轮的基本参数是配用链条的节距 p，套筒的最大外径 d ，排距 p 以及齿数 1t z。 分度圆直径 d d=96 )180sin(z p )19180sin( 875.15 (2-11) 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 6 齿顶圆直径 d d=d+1.25p-d =96+1.25 15.875-10=106mm (2-11) amaxa1 d=10mm mina 1 ) 6 . 1 1 (dp z d105 . 0875.15) 19 6 . 1 1 (96 (2-12) 取 d =100mm a 分度圆弦齿高 ha h=(0.625+= (2-13) maxa1 5 . 0) 8 . 0 dp z mm59 . 5 875.155 . 0875.15) 19 8 . 0 625 . 0 ( h=0.5(p- d )=0.5mm mina1 310875.15）（ (2-14) 取 h =3mm a 齿根圆直径 d d =d- d =96-10=86mm (2-15) ff1 2.4 链传动的布置张紧和润滑 1 链传动的布置 链传动布置在倾斜平面，倾斜角为 70。因此需要张紧轮，中心距较紧凑。 2 链传动的张紧 链传动张紧的目的，主要是为了避免在链条的垂度过大时产生啮合不良和链条 的震动现象；同时也为了增加链条与链轮的啮合包角。因此两轮轴心连线倾角大 于 60，故需设张紧装置。张紧轮为链轮，直径与传动链轮直径一致。 3 链传动的润滑 链传动的润滑十分重要，良好的润滑可缓和冲击，减轻磨损，延长链条使用 寿命。回转式固液分离机的链传动润滑方式为，定期拆下用煤油清洗，干燥后， 浸入 7080润滑油中，待铰链间隙中充满油后安装使用。 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 7 第三章回转式固液分离机的主要参数 3.1 水头损失 水流通过回转式固液分离机时，由于耙齿栅网使水流断面收缩，所以流速加 快，流出栅面后流速又减慢，因而造成水头损失。如果流向耙齿栅网的水流方向 与耙齿栅网成一定夹角，则栅中损失便会增加。为了减小水头损失，应使耙齿栅 网正对进水流方向。 b 栅条厚度， s 栅条间净距， v 栅前行进流速 g 重力加速度 栅面与水平面所成的夹角 耙齿形状系数 h =0.397m 20sin 8 . 92 8 . 0 ) 20 10 (42 . 2 sin 2 ) 22 3 4 3 4 g v s b （ （3-1） 在实际应用中必须增加一定的水头损失，因为上式是按回转式固液分离机没 有附着物的情况建立的，一般情况可增加到计算值的三倍，耙齿栅网的总水头损 失，尚须包括支承框架的水头损失，而且支承框架所引起的水头损失远比耙齿栅 网引起的水头损失要大，因此总水头损失约为 2m。 3.2 容许流速 为了保护耙齿栅网不受冰块和漂木的撞击，减少污物对耙齿栅网的堵塞机 会，所以要限制栅前水流的行进速度，水流速度大，则水头损失大，清污困难， 但耙齿栅网断面可以缩小，造价可以降低。反之，则水头损失小，清污容易，但 耙齿栅网造价增大。因此耙齿栅网应有足够的过水断面，回转式固液分离机在实 际应用中的布置在浅式进水口，人工清污，过栅流速为 0.6m/s。 3.3 设计荷载 1 耙齿栅网的设计荷载，一般要根据河流中污物的性质，数量以及清污方法 来加以具体确定。则每个耙齿的荷载 q q=0.1S H=0.1=4N/cm 0 220 (3-2) 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 8 2 动力计算 P 回转时的起栅力 Q 栅叶回转线速度 X V 总传动效率 N = j kw VP XQ 1 . 1 8 . 06120 2 . 027588 6120 (3-3) 设备外型宽 B: 1000mm 设备外型高：3153mm 耙齿栅隙：20mm 最高液位：1450mm 最低液位：150mm 电机功率：1.1kw 倒流槽长：3000mm 耙齿节距：120mm 最大设计污水量：0.2sm3 总变化系数；k =1.5 z 有效栅宽 B =B-160=840mm 1 设备总宽 B =B+350=1350mm 2 安装角度；70 渠深 H=1000 排渣高度 40015000 安装总长 L = 1 mmctactaHH3500140020)5001000(1400 1 ）（ 过栅流量；62780dm3 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 9 第四章 回转式固液机的节点延时控制 4.1 概述 回转式固液分离机的耙齿栅网为连续工作特性，水中有无悬浮物均运转， 这样既加快了耙齿栅的磨损又浪费了能源。为了解决回转式固液分离机的上述弊 端，设计了分离机的自动控制器，采取了电节点延时控制的方法，根据污水中悬 浮物的多少（即进水池中水位的高低）来控制固液分离机耙齿栅的运转。当停止 的回转式固液分离机耙齿栅前滤存相当多悬浮物时，即进来的污水在池中上升到 离地面 60 多公分时，电节点接通，控制器开始动作，控制回转式固液分离机耙 齿栅开始运转。当回转式固液分离机耙齿栅前滤存的悬浮物被运转的耙齿栅转翻 刮除以后，回转式固液分离机耙齿栅仍继续运转，待污水降离进水池 1.2 米时， 控制器开始动作，回转式固液分离机耙齿栅停止运行，回转式固液分离机就 这样周而复始地开始工作。 4.2 控制电路的组成及工作原理 控制器的电原理图如下 图 4-1 自动控制器电原理图 由于进厂污水中的悬浮物被回转式固液分离机滤存，致使单相 220V 交流电 经 RD ，RD 熔断器后至 P ，P 两个电极，由于水使 P ，P 接通，电流经 1 21212 R ，C 后到格式全波整流装置，其脉冲直流经，R 滤波后直流电压加到稳压 1 1 2 C 2 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 10 管 D 和发光二极管 D 上，使发光二极管 D 发光告知水位现已达到上限内值， 566 同时给 C 充电，电流经 R，R 加到驱动管 G 的基极，使 G 导通，又使 G 3 3 4 11 导通，继电器 J 动作，使继电器常开点 J 闭合，导致磁力启动器 C 线圈导通吸 X1 合，电机带动固液分离机耙齿栅耙齿栅转动。当水下降使 P ，P 两节点露出水 12 面时，220V 电源停止为整流桥供电，由于电容 C 放电，使 G G 继续导通，继 312 电器 J 仍吸合，起动电机带动回转式固液分离机继续翻转，使耙齿栅上滤存的悬 浮物逐渐被刮除干净。当电容 C 端电压小于 G ，G 截止，使继电器 J 断开，其 312 常开点打开，导致磁力启动器 C 断开电源，固液分离机耙齿栅停止运行。适当调 整电位器 R 可控制 G ，G 的导通时间，进而回转式固液分离机按的要求运转 412 停止。在电节点 P P 被水接通后，接在回路中的警铃报警。采用延时控制的方 12 法，避免了水位上限与下限电路设计的繁琐与调整：采用而 2 极管与继电器线圈 的分极负载，既可以避免近处高次谐波的干扰，有提高了系统运行的可靠性。由 于回转式固液分离机使用的安全销叫脆硬，且韧力较差，为避免在启动系统时安 全销刀断，采用感软启动。电节点延时控制的方法，不但延长其使用寿命，同时 既节约了能源，又提高了系统动作的可靠性。 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 11 第五章 减速器的设计 5.1 圆柱齿轮传动 5.1.1 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 1 选用直齿圆柱齿轮传动 2 回转式固液分离机为一般工作机，速度不高，故选用 7 级精度（GB10095- 88） 3 材料选择 由表 10-1 选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，齿 轮材料为 45 钢（调质）硬度为 240HBS，二者材料硬度差 40HBS 4 选小齿轮齿数 z =24,大齿轮齿轮数 z =u z =4 24=96 121 5.1.2 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行计算 即 21 3 1 1 2.32 tE t dH k Tzu d u (5-1) 1 确定公式内的各计算数值 1 试选载荷系数 k =1.3 t 2计算小齿轮传递的转矩 T =95.5 1 mN n p /75000 1400 1 . 1 10 5 . 9510 5 1 15 (5-2) 3由表 10-7 选取齿宽系数=1 d 4由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 z =189.8 E a MP 5 由图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳极限；大齿 lim1 600 Ha MP 轮的接触疲劳强度极限 lim 2 550 Ha MP 6 由式 10-13 计算应力循环次数 9 11 1005 . 6 1582114006060 h jLWN (5-3) 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 12 9 9 2 1051 . 1 5 . 3 1005 . 6 N (5-4) 7 由图 10-19 查得接触疲劳系数 K=0.91，K=0.95 1HN2HN 8 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 s=1.由式 10-12 得 1 H aa H MPMP s K HN 54060090 lim 1 (5-5) =522.5 2lim 2 0.95 550 HNH Ha K MP s a MP (5-6) 2 计算 1 试算小齿轮分度圆直径,代入中较小值 t d1 H =50.483mm 221 3 3 1 11.3 750004 1189.8 2.322.23 14522.5 tE t dH k Tzu d u （） (5-7) 2 计算圆周速度 v v=sm nd t /70 . 3 100060 1400843.50 100060 11 (5-8) 3 计算齿宽 b b=1 50.843=50.843 d t d1 (5-9) 4计算齿宽与齿高之比 b/h 模数 m = /=50.843/24=2.103 tt d1 1 z (5-10) 齿高 h=2.25 m =2.25 2.103=4.73 t (5-11) b/h=50.843/4073=10.6 (5-12) 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 13 5计算载荷系数 根据 v=3.7m/s,7 级精度，由图 10-8 查得动裁系数 =0.9 v k 直齿轮假设100N/m。由表 10-3 查得bFk tA /2 . 1 fHa kk 由表 10-2 查得使用系数；1 A k 由表 10-4 查得 7 级精度小齿轮相对支撑非对称布置时， bk ddH 3 22 1023 . 0 )6 . 01 (18 . 0 12 . 1 (5-13) 将数据代入后得 1.420 由 b/h=10.67, 查图 10-13 得=1.45,故载荷系数420 . 1 H k F k k=1 1.420 1.2 0.9=1.534 H k v k A k H k (5-14) 6按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 由式mm35.53 3 . 1 534 . 1 843.50 3 3 11 t t k k dd (5-15) 7计算模数 m=22 . 2 24/35.53/ 111 zdd t (5-16) 3 按齿根弯曲强度设计 由图 10-5 得弯曲强度的设计公式 m 3 2 1 1 )( 2 H SaFa d YY z kT (5-17) 1 确定公式内的各计算数值 由图 10-20 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限500MP;大齿轮的弯1 1FE a 曲疲劳强度极限380MP。 2FE a 由图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数0.85，0.88 2 1FN K 2FN K 计算弯曲疲劳许用应力 3 取弯曲疲劳安全系数 s=14.由式 10-12 得 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 14 MP 57.303 14 50085 . 0 11 1 s K FEFN F a (5-18) MP 86.238 14 38088 . 0 22 2 s K FEFE F a (5-19) 计算载荷系数 k 4 k=1 1.459 1.2 1.45=2.539 H k v k A k H k (5-20) 查取齿形系数 5 由表 10-5 查得，65 . 2 1 F Y226 . 2 2 F Y 查取应力校正系数 由表 10-5 可查得 ；。58 . 1 1 sa Y764 . 1 2 sa Y 计算大小齿轮的并加以比较 7 F SaFaY Y 01379 . 0 57.303 58 . 1 65 . 2 1 11 F SaFaY Y (5-21) 01644 . 0 86.238 764 . 1 26 . 2 2 22 F SaFa YY (5-22) 大齿轮数值大 2设计计算 m215 . 2 241 01644. 0105 . 7539 . 2 2 3 4 (5-23) 对此计算结果，有齿面接触疲劳强度计算的模数 m 小于齿根弯曲疲劳强度数 由于齿轮模数 m 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 劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关弯曲接触 强度算小齿轮的分度圆直径 d =50.483mm 1 4 几何尺寸计算 1计算分度圆直径 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 15 d z m=24 2=48mm 11 (5-24) d = z m=96 2=192mm 22 (5-25) 2计算中心距 a=( d + d )/2=(48+192)/2=120mm 12 (5-26) 3计算齿轮宽度 b=50.483=50.483mm1 11 d d (5-27) 取mm，mm50 2 55 1 5 验算 100N/m 合适N d T Ft3125 48 7500022 1 1 mN b FK tA / 5 . 62 50 31251 5.2 计算传动装置的运动和动力参数 5.2.1 各轴转速 一轴 ; (5-28)n 1 min/350 4 1400 1 r i nm 二轴 ; (5-29) 2 nmin/ 5 . 87 16 1400 2 r i nm 三轴 ; (5-30) 3 nmin/44 32 1400 3 r i nm 5.2.2 各轴输入功率 一轴 =1.1 0.98=1.003kw； 1 P 01 d P 二轴 =1.003 0.98 0.97=0.954kw； 2 P 1 P 12 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 16 三轴 =0.954 0.96 0.98=0.897kw。 3 P 2 P 23 5.3 各轴的结构设计与计算 表 5-1 同轴式二级圆柱齿轮减速器的齿轮机构的参数 级别 1 z 2 zm齿宽 /mm 电机功率 1.1kw 高速级24962B =50 1 mm 转速 min/1400 1 rn 低速级24962B =55 2 mm 转速 n min/ 5 . 87 2 r 5.3.1 求输出轴上的功率、转速、扭矩 3 P 3 n 3 T 若取每对齿轮传动效率（包括轴承效率在内）=0.9 = 3 P d Pkw03 . 1 2 (5-31) min/ 5 . 87 16 1 1400 1 13 r i nn (5-32) =112417 Nmm 5 . 87 03 . 1 10 5 . 9510 5 . 95 5 3 35 3 n p T (5-33) 5.3.2 求作用在齿轮上的力 因已知地速极大齿轮上的分度圆直径 mmmzd192962 12 而 F = t N d T 1174 192 11241722 2 3 (5-34) F = r NaF nt 42723 . 0 1174tan (5-35) 5.3.3 初步确定轴的最小直径 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 17 选取轴的材料为 45 钢，调质处理，根据表 15-3 取 A =112，于是得 0 mm n P Ad 5 . 25 5 . 87 03 . 1 11233 3 3 0min (5-36) 5.3.4 轴的结构设计 1拟订轴上零件的装配方案 2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 根据轴的最小直径可确定=36mm,初步选择滚动轴承。因轴承同受有径1d 向力和轴向力的作用，选用角接触球轴承，参照工作要求并根据 d=36mm,由轴承 产品目录中初步选取 208，其尺寸为 d D B=40 80 18 右端滚动轴承采用套筒 进行轴向定位。 取安装齿轮处的轴段直径为 42mm，齿轮的左端与左轴承之间采用套筒 2 定位。 已知齿轮轮毂的宽度为 100mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，由轴段应略短 于轮毂宽度，故取轴段长 96mm，齿轮的右端采用轴肩定位轴肩高度 h0.07d,取 h=3mm,则轴环处的直径为 48mm,轴环宽度 b1.4h 取 6mm. 轴承端盖的总宽度为 20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定） 3 取齿轮距箱体内壁之距离 a=15mm.齿轮端面与内机壁距离 12mm.3轴上 4 零件的周向定位齿轮与轴的周向定位均采用平键联接，有轴径确定平键截面 b h=12 8.键槽用键槽铣刀加工，长为 36mm。同时为了保证齿轮与轴配合有良好 的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为.67 nH 4确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表 15-2，取轴端倒角 2 45 ，各轴肩处的圆角半径为 R=1.2mm, 5.3.5 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图，在确定轴承的支点位置时应从手册中 查取 a 值，向心球轴承 a 值为 0，作为简支梁的轴的支撑距离 125mm，根据轴的 计算图做出轴的弯距图 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 18 图 5-1 由静力平衡方程 0 B m0 1 lFbF NHt N l bF F t NH 48.610 125 651174 1 48.6101174 12 NHtNH FFF =563.52N 作弯矩图 AC 段：M xxFx NH 48.610 1 BC 段：=563.52 axFxFxM tNH 1 x125 图 5-2 由静里力平衡方程：0 B m 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 19 0 1 bFlF r NV =222.04N 125 65427 1 l bF F r NV =427-222.0=204.96N 12NVrNV FFF 图 5-3 作弯矩图 AC 段： 04.222 1 xFxM NV BC 段： = xl l aF xM V x 125 125 60427 图 5-4 总弯矩=38975.59N 22 21 4 . 1332236628 MMm 扭矩 mNT112417 3 5.3.6 按弯扭合成应力校核强度 进行校核时通常只校核轴上承受弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强度， 根 据式 15-5 取=1 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 20 aca MP W TM 9 . 18 422 )542(512 32 42 11241759.38975 )( 23 22 2 3 2 (5-37) 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由表 15-1 查得=60 1 a MP ca 1 故安全。 5.3.7 精确校核轴的疲劳强度 1 判断危险截面为齿轮左端截面 2 截面左侧 抗弯截面系数 W (5-38) a 333 8 . 7408421 . 01 . 0mmd 抗扭截面系数 (5-38)b 333 6 . 14817422 . 02 . 0mmdWT 截面左侧弯矩 M 为 (5-39)mNM 17.8889 57 4457 59.38975 截面左侧的扭矩 为=112417 3 T 3 TmN 截面上的弯曲应力 (5-40) ab MP W M 2 . 1 8 . 7408 17.8889 截面上的扭转切应力 (5-41) a T T MP W T 75 . 0 6 . 14817 112417 3 轴的材料为 45 钢，调质处理。由表 15-1 查得， aaB MPMP275,640 1 a MP155 1 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表 3-2 查取。因 ，经插值后可查得 =2.0 =1.3105 . 0 40 0 . 2 d r 75 . 1 40 70 d D 又由附图 3-1 可得轴的材料的敏性系数为 82. 0 q85 . 0 q 故有效应力集中系数按式为 (5-42)a82 . 1 ) 10 . 2(82 . 0 1) 11 aqk（ (5-42)b82 . 1 ) 10 . 2(82 . 0 1) 11 aqk（ 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 21 由附图 3-2 得尺寸系数 =0.67；由附图 3-3 得扭转尺寸系数=0.82。 轴按磨削加工，由附图 3-4 的表面个系数为 92 . 0 轴未经表面强化处理，即=1，则按式 3-12 及 3-12a 得综合系数值为 q 80 . 2 1 92 . 0 1 67 . 0 82 . 1 1 1 k K (5-43)b 62 . 1 1 92 . 0 1 82 . 0 26 . 1 1 1 k K (5-43)a 又已知碳钢的特性系数 0.2 取1 . 0 1 . 0 =0.501 取=0.05 于是，计算安全系数值，按式 15-615-8 则得 ca S 21.20 01 . 086 . 4 80 . 2 275 1 ma K S (5-44)a 62.10 2 48.17 05 . 0 2 048.17 62 . 1 155 1 ma K S (5-44)b =1.5 ca S40 . 9 62.1021.20 62.1021.20 2222 ss ss S (5-44)c 可知安全 。 3 截面右侧 抗弯截面系数 W 按表 15-4 中的公式计算 W=0.1d 333 2 . 11059481 . 0mm 抗扭截面系数 W为 T W=0.2 d T 333 4 . 22118482 . 0mm 弯矩 M 及弯曲应力为 M=38975.59mN 17.8889 57 4457 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 22 扭矩 T 及扭转切应力为 3 T =112417 3 mN a T T MP W T 08 . 5 4 . 22118 112417 3 过盈配合处的值，由附表 3-8 用插入法求出，并取=0.8，于是得 k k k =3.6 =0.8 3.16=2.53 k k 轴按磨削加工，由附图 3-4 得表面质量系数为 故得综合系数 25 . 3 1 92 . 0 1 16 . 3 1 1 k K (5-45)a 62. 21 92 . 0 1 53 . 2 1 1 k K (5-45)b 所以轴在截面右侧的安全系数为 29 . 8 2 00.14 05 . 0 2 00.14 62 . 2 155 1 ma K S (5-46)a =1.5 ca S75. 7 29. 875.21 29 . 8 75.21 2222 ss ss S (5-46)b 故该轴在截面右侧的强度是足够的。因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性， 故可以略去静强度校核。 5.4 V 带传动的设计计算 5.4.1 定计算功率 P ca 计算功率 P是根据传递的功率 P，并考虑到载荷性质和每天运转时间的长 ca 短 等因素的影响而确定的即： P= ca kwPkA03 . 1 03 . 1 0 . 1 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 23 (5-47) 5.4.2 选择带型 根据计算功率 P和小带轮转速 n=44r/min,由图 8-8 选定带型普通 A 型 V 带。 ca 5.4.3 确定带轮的基准直径和 1d d 2d d 1 初选小带轮的基准直径 根据 V 带截型，参考表 8-3 及表 8-7 选取 1d d 1d d 。为了提高 V 带的寿命宜选取较大的直径=25mm。 min1d d 1d d 2 验算 v,根据式 8-13 来计算带的速度，并应使 vv max v = 1 sm nd nd d p /34 . 0 100060 5 . 8775 100060100060 11 11 (5-48) 3 计从动轮的基准直径 2d d =i,并按 V 带轮的基准直径系列 =2 75=150mm。 2d d 1d d 2d d 5.4.4 确定中心距 a 和带的基准长度 根据传动的结构需要初定中心距 a ,取 0.7（+ ）a 2（+ 0 1d d 2d d 0 1d d ） 2d d 157.5a 450 取 a =400mm 00 a 取定后，根据带传动的几何关系，按下式计算所需带的基准长度 0 d L （+）+ d L 2 2 0 a 1d d 2d d 0 2 12 4 )( a dd dd =mm1157 4004 )75150( )15075( 2 4002 2 根据由表 8-2 中选取和相近的 V 带的基准长度，再根据来计算实 d L d L d L d L 际中心距=1120mm ，k =2.91 d L L 由于 V 带传动的中心距一般是可以调整的，故可采用下式作近似计算 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 24 amm LL a dd 5 . 401 2 11571120 400 2 0 考虑安装调整和补偿预紧力的需要中心距的变动范围为 a=a-0.015=383.5mm mind L a=a+0.03 =436mm maxd L 5.4.5 验算主动轮上的包角 根据式