交变载荷作用下大型振动筛的应力分析 毕业设计

交变载荷作用下大型振动筛的应力分析EE（EE）指导教师EE【摘要】振动筛广泛用于矿山、煤炭、冶炼、建材、耐火材料、轻工、化工等行业。振动筛的结构和材料直接影响其使用性能和寿命。在工作过程中，筛机主要零部件长期经受周期变化的激振力作用，致使筛箱的侧板、横梁等部件频繁发生断裂事故。因此，基于ANSYS软件,对大型振动筛在激振力交变载荷作用下的疲劳损坏,建立合理的有限元模型,进行动态特性分析,找出薄弱环节,需要对振动筛系统及其结构进行动力学研究，使振动筛的运动符合要求，而且消除筛体的应力集中，避免结构发生共振，这对于提高振动筛的工作效率、延长振动筛的使用寿命具有重要意义。【关键词】振动筛有限元模态分析谐响应分析STRESSANALYSISOFLARGEVIBRATINGSCREENUNDERALTERNATELOADWANGERPENGGRADE08,CLASS05,MACHINEDESIGNMANUFACTUREANDAUTOMATION,DEPARTMENTOFMECHANICALENGINEERING,SHAANXIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,HANZHONG723003,SHAANXITUTORWANGYANYANABSTRACTVIBRATINGSCREENISWIDELYUSEDINMINING,COAL,METALLURGY,BUILDINGMATERIALS,REFRACTORIES,LIGHTINDUSTRY,CHEMICALINDUSTRY,ETCTHESTRUCTUREANDMATERIALSOFTHEVIBRATINGSCREENINFLUENCEITSPERFORMANCEOFUSEANDLIFEINWORKINGPROCESS,THEMAINPARTSOFTHEVIBRATINGSCREENOFTENENDURELONGTIMEALTERNATINGLOADS,ANDOFTENRESULTINTHELATERALBOARD,BEAMSANDOTHERCOMPONENTS,ANDOCCURACCIDENTFREQUENTLY,ANDHAVEASERIOUSIMPACTONTHESCREENINGEFFECTSHAKERANDPRODUCTIONEFFICIENCYTHEREFORE,BASEDONANSYSSOFTWAREFORLARGEVIBRATINGSCREENINEXCITINGVIBRATIONFORCEOFFATIGUEDAMAGEUNDERALTERNATINGLOADS,THEESTABLISHMENTOFFINITEELEMENTMODELOFRATIONAL,DYNAMICANALYSIS,IDENTIFYWEAKNESSES，ITHASAGREATSIGNIFICANCETORESEARCHONVIBRATINGSCREENSYSTEMANDSTRUCTURALDYNAMICS,ENSURETHEMOTIONMEETINGTHEEQUIREMENTS,ELIMINATESTRESSCONCENTRATIONOFVIBRATINGSCREEN,REDUCESTRESSANDAVOIDSYMPATHETICVIBRATIONFORIMPROVINGITSWORKINGRELIABILITYANDEXTENDINGTHELIFEKEYWORDSVIBRATINGSCREENFINITEELEMENTMODALANALYSISHARMONICANALY目录1绪论111课题的提出和研究意义112振动筛发展方向213国内外筛分机械发展状况3131国外筛分机械发展状况3132国内筛分机械发展状况314振动筛的分类5141单轴振动筛5142双轴振动筛6143多轴振动筛715振动筛的工作原理及结构参数7151振动筛的工作原理7152ZKB振动筛的主要结构816本课题的研究目的、研究内容及方案82结构动力学的有限元法1021有限元法介绍10211有限单元法的基本思想10212有限单元法的基本模型10213有限单元法的分析步骤1022有限元法在振动筛结构动力分析中的应用123ZKB振动筛有限元模型的建立1331有限元软件ANSYS简介13311ANSYS的组成13312ANSYS的特点13313ANSYS的主要功能1432振动筛有限元建模需要考虑的问题1533有限元模型相关问题的处理15331筛箱的处理16332激振器的模拟16333筛体的支撑及边界约束的模拟1734选择有限元模型的单元17341壳单元的选择17342梁单元的选取18343点质量单元的选取18344弹簧阻尼单元的选取184ZKB振动筛的模态分析1941确定有限元模型的材料特性1942ZKB振动筛有限元模型的建立1943振动筛的模态有限元分析2144ZKB振动筛的动力学修改265ZKB振动筛的谐响应分析2851谐响应分析简介2852用有限元软件进行结构谐响应分析的方法2853筛箱的谐响应分析286结论与展望32致谢33参考文献341绪论11课题的提出和研究意义随着煤炭加工技术的推广，大型振动筛已在工程中得到广泛应用，例如直线振动筛直线筛系高效新型的筛分设备，广泛用于矿山、煤炭、冶炼、建材、耐火材料、轻工、化工等行业。直线振动筛亦可对粉状、颗粒状物料的筛选和分级，广泛应用于塑料、磨料、化工、医药、建材、粮食、炭素、化肥等行业。在各级别的选煤厂，振动筛也是最重要筛分设备，它不同的运动轨迹会对物料的输送产生不同的影响。根据振动筛工作过程的运动轨迹，我们将振动筛分为直线、圆、和椭圆三种形式的筛分机械。圆运动振动筛工作时，会产生一个旋转着的加速度向量，使筛面上的物料极易分散，堵塞筛孔的可能性小。但圆运动轨迹的抛掷角陡峭，物料输送速度较低，因而在相同条件下处理量不如直线筛。直线振动筛具有的主要特点是对物料的输送力强，可以水平甚至上仰安装，处理能力大，筛面磨损较小，筛网的寿命较长，筛分效率较高，并且筛箱结构简单，重量较轻，维修方便，物料在筛网上运动的速度大于椭圆筛及圆筛，耗电功率仅为椭圆筛的1/5等优点，是应用最为广泛的筛分产品。随着采煤机械化程度的提高，对振动筛的容量要求越来越大。因此，研究、设计、制造大型直线振动筛就成为一项十分重要的课题。而且目前国产大型直线振动筛的使用寿命无故障运行时间相对于国外还有比较大的差距，这就更促进了振动筛的发展。随着生产和科学技术尤其是计算机辅助设计、制造技术的发展，振动筛也向着高效、精密和自动化方向发展，产品的结构日趋复杂，对工作性能的要求也越来越高。由于筛分机械的工作环境往往比较恶劣，受力相当复杂，所以很容易发生疲劳失效及腐蚀，尤其是下横梁断裂、两侧筛帮开裂、排料口横梁及前帮开裂。在生产过程中，设备的损坏将直接导致经济效益的降低，同时，振动筛在工作过程中的噪声与振动，会严重损害操作者的身体健康，且对环境也造成了严重的破坏，这就要求我们在振动筛的设计与生产过程中，必须满足筛分机械结构的静态、动态特性、噪声低、振动小等要求。木文就是应用动力学分析的方法对某筛分机械研究所自主研发的2ZKB大型直线振动筛进行动态仿真和有限元分析，使筛体的结构能够尽可能合理，满足设计要求，提高其使用寿命和可靠性。国外在振动筛的结构动态设计中起步较早，应用计算机辅助设计进行动态仿真和有限元分析，取得了一些成果，尤其是美国、欧洲等一些发达国家，非常重视机械产品的结构动态设计，并将其作为一个重点发展方向。我国在这方面的研究还相对比较落后，生产出来的振动筛，尤其是大型振动筛普遍存在着强度低、使用寿命短、噪声大、共振振幅大、工作动负荷大、轴承温升大等问题，这就需要我们设计、研发机械产品的能力进一步增强，逐步缩短与发达国家之间的差距，使我们的机械产品的结构和性能得到优化。12振动筛发展方向振动筛是通过安装在激振器两侧的偏心块产生的激振力，对筛体的激振而使物料得以分离，从而达到生产要求的一种设备。各种形式的筛分机械在各行各业中得到了广泛应用，对国民经济起着重要作用。从目前国内外的研究动向看，一方面致力于现存筛分机械的运动分析和结构调整另一方面瞄准新颖的设计目标。探求合理的结构型式、动力配置和动力学参数，以便进一步推动筛分机的应用。综合国内外筛分机械状况，筛分机械应向以下几个方向发展。L筛分机械大型化筛分机械大型化是提高处理量的重要途径。近些年来，许多国家都在设计大型振动筛，其中德国早在1976年就已经能制造出单机处理量为1000吨/时的筛分振动机。为了加大激振力，有的国家还将四个激振器并联安装，筛体采用耐疲劳、耐腐蚀能力强的材料制成。实践证明，其使用效果得到各行业的好评。2筛分机械标准化、系列化、通用化为了便于设计，专业化生产、保证质量和降低成木，筛分机械己向标准化、系列化、通用化方向发展。德国某公司生产的USL、USK筛分机以宽度200MM为一稽，长度以750MM为一文件，组成两个系列的45种规格产品。其筛网、横梁传动轴、进料板、出料板均实现标准化、系列化、通用化。3筛分机械重型化和超重型化为了满足粒度大于400MM的物料分级，我国己研制出适用于大型矿山、采石场，煤矿等场合的重型化和超重型化的筛分机械，使得大粒度的物料得以分级，满足了工作需要。4振动筛空间化发展对于筛分细物料，先后出现了旋流振动筛、锥形振动筛旋转概率筛等，既提高了生产能力和筛分效率，又减少了占地面积。5振动筛强度增大化筛分机的振动过程逐渐强化，己取得较大的速度和加速度，提高生产能力和筛分效果。13国内外筛分机械发展状况131国外筛分机械发展状况国外从16世纪开始筛分机械的研究与生产，到了18世纪欧洲工业革命时期，筛分机械得到了迅速的发展，使筛分机械发展到较高的水平。比如，美国NRO公司研制出了DFN型双频率振动筛，采用不同的速度激振器。德国的申克公司能提供260种筛分设备，STK公司生产的筛分设备系列品较全，技术水准较高，KUP公司和海因曼公司都研制了双倾角的筛分设备。KHD公司生产200多种规格筛分设备，通用化程度较高，DKR公司研制成三路分配给料，一台高速电机驱动的振动筛。英国为解决从湿原煤中筛出细粒末煤，研制成功了旋流概率筛。前苏联也研制了一种多用处兼有直线振动筛优点的自同步直线振动筛。这些国外知名企业采用先进的设计技术及制造技术，不但生产出适用于各种场合的不同类型的振动筛，而且生产出了性能优良的大型振动筛，受到用户的欢迎，几乎垄断了国内大型振动筛市场。如德国的筛子技术公司和申克公司分别制造出了50M和34M的大型直线振动筛，日木的神户制钢所和川崎重工也制造出了34M和48M的产品，美国的CONNWELD公司制造出了27M的产品。从我国使用大型振动筛的情况来看，进口的德国筛子技术公司和日木神户制钢所的27M直线振动筛均可正常使用35年。132国内筛分机械发展状况L国内筛分机械的研究我国煤炭资源丰富，储量多，品种齐全。煤炭占我国能源的75以上，是目前我国最主要的能源。随着我国经济的高速发展，对能源的需求与日俱增，煤矿采掘的机械化程度也在不断提高，因此对振动筛分机械的处理能力和工作效率的要求越来越高，由此可见研制大容量的大重型振动筛的重要性越显突出。我国对筛分机械的研制主要经历了三个阶段第一、仿制阶段。通过对国外这些筛分机械的成功仿制，使我国筛分机械的发展基础得以巩固，并培养了一批技术人员。第二、自行研制阶段。上世纪70年代左右，我国研制出了一批性能优良的新型振动筛分设备，有1500MRN3000MM重型振动筛系列，15M、30M共振筛系列，煤用单轴、双轴振动筛系列，等厚概率筛系列，自同步直线振动筛系列，冷热矿筛系列。这些设备虽然存在着技术和质量上的问题，但是它们的研制成功在一定程度上满足了国内的需求，开创了我国独立发展筛分机械的新纪元。第三、提高阶段。在80年代，我国的筛分机械有了新的发展。成功的自行研制了振动概率筛系列，旋转概率筛系列，箱式激振器等系列，自同步等系列。我国经过数十年的研究，虽然取得了很大的成绩，研制出了多种新型的振动筛，但是与发达国家相比，对大型振动筛的研制并没有取得明显进展，在生产能力，技术水准，劳动生产率等方面还有很大的差距。我国多数使用的大型振动筛还是引进国外的设计图纸及制造工艺，或是进行单纯的仿造，其产品的整体性能相对国外先进水平还待进一步提高，比如我国的振动筛普遍存在着振动噪声大、隔振性能差、寿命短、无故障运行时间短等诸多问题，因此我国筛分机械的发展，除了不断提高常规机械生产的工艺装备和工艺水平外，还必须研究开发更优质高效筛分机械，加强技术研究，提高自主开发能力，缩短与国外的差距，满足我国建设事业迅猛发展和现代化建设的迫切需求。2国内筛分机械的应用我国生产使用的筛分设备品种很多，其中绝大部分为振动筛。目前使用的振动筛主要应用在以下几个部门冶金工业部门，选矿厂普遍采用圆振动筛对矿石进行预先筛分和检查筛分煤炭工业部门，煤的分级在不同的场合分别采用圆振动筛，概率筛和等厚筛用直线振动筛作为精煤和末煤的脱水、脱介等水利电力部门，火电厂对煤的预先筛分通常使用圆振动筛或等厚筛来实现利用直线筛解决煤炭的处理。在水电站的建设工作中，需要各种大型振动筛对砂石进行分级。交通工业部门，针对铁路石碴的清沙和除泥，常采用概率等厚筛采用热石筛对沥青混凝土的石头进行分级，这在建设高速公路中起着重要作用。化工部门，振网筛和化肥筛在化工原料和产品的筛分，化肥和复合肥分级中起着举足轻重的作用。我国目前使用振动筛种类很多，主要的振动筛有双轴振动筛自同步直线振动筛ZK系列直线振动筛ZKX系列直线振动筛DZS大型直线振动筛LZS和SLZS型冷矿振动筛SZR型热矿振动筛。其它类型的筛分机械有GPS型高频振动细筛SL型螺旋筛分机概率筛分机ZD型、ZDS型等厚筛GXS型、SQD工型琴弦式筛分机C型、M型电磁振动旋流筛QZK曲面振动筛LYS型立式圆筒筛等。14振动筛的分类振动筛有多种分类方法，主要是按激振轴数量、振动轨迹、筛分原理、按筛网的层数进行分类等。振动筛的主要分类见下表11。表11振动筛的分类分类依据振动筛类型单轴振动筛双轴振动筛激振轴数量多轴振动筛直线振动筛圆振动筛椭圆振动筛筛箱运动轨迹特殊轨迹振动筛一般振动筛等厚振动筛驰张筛琴弦筛筛分原理概率筛多层筛双层筛筛网层数单层筛141单轴振动筛单轴振动筛是采用一根带有偏心质量的激振轴产生的离心惯性力工作的，这个力的矢端轨迹是以激振轴的回转中心为圆心的圆，该圆心称为力心。根据激振轴不同的安装位置，振动筛的运动方式也有所不同，可分为两种类型即圆运动和椭圆运动。当力心与振动筛参振质量的质心有所偏离时，振动筛质心的运动轨迹近似为圆，质心两侧筛箱前后端的运动轨迹为椭圆。椭圆振动筛的特点是在进口处物料移动平稳，在出口处输送速度减慢，增大了物料的透筛率。当力心与振动筛参振质量的质心重合时，筛箱作平动，整个筛箱上任一点的运动轨迹都近似为圆。圆运动振动筛的特点是筛分效率较高，处理量大，但由于筛面做圆运动，对物料输送力差，所以安装时倾角必须大一些。142双轴振动筛双轴振动筛采用两根作同向或反向等速旋转带有偏心质量的激振轴激振来实现振动筛的振动运动。按振动筛的振动运动轨迹分，双轴振动筛可分为双轴直线振动筛、双轴圆振动筛、双轴椭圆振动筛、双轴特殊轨迹振动筛。1双轴直线振动筛双轴直线振动筛的激振器是由两根带有不平衡重量的轴组成，两轴作反向同步回转，它所产生的离心力使筛箱发生振动。当相同的两激振轴等速反向旋转时，两激振轴产生的离心惯性力在某一方向上的分力完全抵消，二者的合力始终垂直于该方向，并且合力的大小呈正弦规律变化，振动筛实现直线振动运动。当合力的方向通过振动筛的质心时，振动筛就实现了平动，这就是通常我们所说的直线振动筛。当合力的作用方向不通过振动筛质心时，筛箱上各点的运动轨迹虽然还是直线但各点的直线运动轨迹的倾斜方向不一样，振幅也不一样。我们把这种直线运动轨迹称为变直线运动轨迹，具有这种运动轨迹的振动筛称为变直线振动筛。直线振动筛的主要特点对物料有很强的输送力，可以水平甚至上仰安装，处理物料的能力大，筛面磨损较小，筛分效率较高。2双轴圆振动筛当两激振轴等速同向旋转时，若激振力的力心与参振质量的质心重合，振动筛就实现圆振动运动。与单轴圆振动筛相比，双轴圆振动筛的激振力更大。3双轴椭圆振动筛当两激振轴作等速反向旋转，但两轴偏心质量的质径积不相等，二者产生的离心力方向在某位置时刚好相反在与该位置垂直的方向上二者的方向刚好相同，二者的合力通过一定点，合力的矢端轨迹为椭圆，椭圆的长轴方向就是两离心力方向相同的方向，短轴的方向就是两离心惯性力方向相反的方向，椭圆的中心就是该定点，这个椭圆叫做力椭圆，这个定点就是力心。当力心即力椭圆的中心与振动筛的质心重合时，振动筛就可实现平动椭圆运动，这种振动筛就是所谓的双轴椭圆振动筛。这种振动筛的优点是物料输送的速度较高，因此物料层厚度较薄安装倾角可以很小，机器总高度较低被筛物料有强烈的松散和再排列效应，因此有较大的筛分率因有较大的有效筛分面积，所以筛孔不易被物料堵塞。4双轴特殊运动轨迹振动筛振动筛除了可以实现上述振动运动外，还可以实现一些特殊的振动运动轨迹。这里不再赘述。143多轴振动筛当振动筛筛分面积较大时，若采用两根激振轴，要求每根激振轴产生的激振力太大，轴承及轴承座受力情况恶劣，且较大的激振力集中的作用使筛箱的强度也大大降低，此时采用三轴或三轴以上的多轴激振既可以获得大的激振力，又可以改养筛箱的受力情况。多轴振动筛也可以实现直线振动、圆振动和椭圆振动。每根激振轴间可以是强迫同步，也可以是自同步。多轴振动筛已经形成的产品有强迫同步的三轴振动筛，运动形式多以椭圆运动为主。15振动筛的工作原理及结构参数151振动筛的工作原理直线振动筛采用双振动电机驱动，当两台振动电机做同步、反向旋转时，其偏心块所产生的激振力在平行于电机轴线的方向相互抵消，在垂直于电机轴的方向叠为一合力，因此筛机的运动轨迹为一直线。其两电机轴相对筛面有一倾角，在激振力和物料自重力的合力作用下，物料在筛面上被抛起跳跃式向前作直线运动，从而达到对物料进行筛选和分级的目的。振动筛具体的工作过程如下物料首光进入筛箱，筛箱是振动筛进行筛分的主要工作区域，激振器带动筛箱按照一定的轨迹振动，物料则在筛箱的运动过程中向前运动，在这个过程中筛网对物料进行分级，粒径大于筛孔的物料直接从出料口直接排出。筛分过程分为两个阶段，第一阶段，比筛孔尺寸小的细颗粒通过粗颗粒组成的物料层到达筛面第二阶段，细颗粒通过筛孔。这样就完成了一个筛分过程。大型直线振动筛的的工作原理如图2所示，激振器两轴上偏心轮的偏心质量和偏心距均相等，离心力相等。偏心块作同步的反向回转运动，在任意瞬时位置，离心力沿Z向，也就是振动方向的分力总是相互迭加，而与振动方向垂直的分力总是相互抵消，因此，形成了沿Z向的激振力，驱动振动筛作近似直线的往复振动。在图11中，1和3位置时离心力迭加，激振力达到最大，2和4位置时离心力完全抵消，激振力为零。1234图11直线振动筛激振器工作原理152ZKB振动筛的主要结构大型直线振动筛的组成结构主要有筛箱、筛网、激振器、及其紧固装置、传动装置和支撑装置。筛箱主要由筛箱、挡板、弹簧支座等部件组成。振动筛的筛箱由钢板与型钢焊接或用高强度螺栓连接而成的筛型结构，在两侧的钢板之间用带法兰的无缝钢管或型钢连接，筛箱内固定有筛网或筛板。振动筛中受冲击力最大的构件是筛网，因此也是最易损坏的零件，物料在其上面进行分级、脱水、脱介，筛孔的形状和布置直接影响筛分效果。激振器的作用是产生周期变化的激振力，此激振力使筛箱产生持续的振动。激振器按照不同的工作形式有两种安装形式在筛箱的中上部，在筛箱的底部。激振器是产生振动的主要部件，其布置形式将直接影响振动筛工作面的运动轨迹和筛分效果。常用的激振器有惯性式、弹性连杆式、电磁式、液压或气压式等形式。弹性元件弹簧包括隔振弹簧和连杆弹簧。隔振弹簧的作用主要是支撑振动机体，是机体实现所要求的振动，并减小传给基础或结构架的载荷。振动筛利用弹簧的振动进行工作，这样可以减少振动对地基的冲击，但是在工作中会产生非常大的噪音和振动，造成环境污染，合理布置弹簧能减少振动对地面的冲击，提高振动筛的使用质量，延长振动筛的工作寿命。16本课题的研究目的、研究内容及方案本课题以ZKB大型直线振动筛为研究对象，对其进行动态分析。针对我国国产大型直线振动筛普遍存在的使用寿命短，横梁易断裂等主要失效形式和弊端，木课题研究的目的主要是增加可靠性、延长振动筛的使用寿命。利用动态仿真的方法研究该振动筛的结构，以有限元结构动力学分析为手段，对筛箱进行结构动力分析并建立有限元模型，对筛箱结构进行模态分析、谐响应分析，以改进筛机结构设计的方法，针对筛机的启动过程，进行应力分析，本课题具体研究的内容和方案为包括以下方面1利用ANSYS建模软件，按照直线振动筛建立模型，判断振动筛能否按照设计参数进行设计。2研究直线振动筛的工作原理，确立振动筛筛箱有限元模型的建模方法，并建立其有限元模型。3利用有限元分析软件ANSYS对该振动筛筛箱进行模态分析，获得结构的模态参数和模态振型，分析结构能否避免共振。检验结构是否存在过大的应力集中，较大的变形或某处应力超过材料的许用应力。4对振动筛进行谐响应分析，通过谐响应分析了解结构的改进对振动筛稳态工作时应力分布情况的影响。2电机选择21电动机选择（倒数第三页里有东东）211选择电动机类型212选择电动机容量电动机所需工作功率为；WDP工作机所需功率为WP；10FVPW传动装置的总效率为；432传动滚筒9601滚动轴承效率2闭式齿轮传动效率73联轴器效率4代入数值得80970960244321所需电动机功率为KWFVPD5118略大于即可。D选用同步转速1460R/MIN；4级；型号Y160M4功率为11KW213确定电动机转速取滚筒直径MD50IN/612506RVNW1分配传动比（1）总传动比62154WMNI2分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比03410II则低速级的传动比826012I214电机端盖组装CAD截图图214电机端盖22运动和动力参数计算221电动机轴MNRKWNPTPMD816950I/420222高速轴MNRKWNPTMD096814950I/146111223中间轴MNRRKWNPTI62310950IN/MI/341610970521222320224低速轴MNRKWNPTI873590612590IN/836970913312332102225滚筒轴MNRKWNPTI72061549095MI/761249443442033齿轮计算31选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2绞车为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB1009588）。3材料选择。由表101选择小齿轮材料为40CR（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4选小齿轮齿数，大齿轮齿数。取241Z7690342Z972Z5初选螺旋角。初选螺旋角132按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式（1021）进行试算，即30112HEDTTZTK321确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数1。6TK（2）由机械设计第八版图1030选取区域系数。432HZ（3）由机械设计第八版图1026查得，则780170。521（4）计算小齿轮传递的转矩。MNNPT1086146090954511（5）由机械设计第八版表107选取齿宽系数D（6）由机械设计第八版表106查得材料的弹性影响系数MPAZE819（7）由机械设计第八版图1021D按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。MPAH01LIMH502LIM13计算应力循环次数。91103650821466HJLNN920534（9）由机械设计第八版图（1019）取接触疲劳寿命系数901HNK。02HNK（10）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1，安全系数S1，由机械设计第八版式（1012）得MPASKHN5406901LIM122LI2（11）许用接触应力PAHH53121322计算（1）试算小齿轮分度圆直径DT140321THETDKTZ32486063410679107382956MM（2）计算圆周速度V0SMNT/78316549106（3）计算齿宽及模数1COS495TNTDMZ2MMTNT121CS6249706H225225245MMT4956/451101HB（4）计算纵向重合度0318124TAN2073TAN3180ZD4（5）计算载荷系数K。已知使用系数根据V76M/S,7级精度，由机械设计第八版图108,A查得动载系数V由机械设计第八版表104查得的值与齿轮的相同，故H421KH由机械设计第八版图1013查得351FK由机械设计第八版表103查得故载荷系数411111414222HVAK（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（1010A）得31KDTTM153756491256493（7）计算模数ZMN1COS24024COS33按齿根弯曲强度设计由式（1017）321COSFSADNYZTK331确定计算参数（1）计算载荷系数。209FVAK3514（2）根据纵向重合度，从机械设计第八版图1028查得螺旋90角影响系数80Y（3）计算当量齿数。37269104214COS33311ZV5793322V（4）查齿形系数。由表105查得18251YFAFA（5）查取应力校正系数。由机械设计第八版表105查得791621SASA（6）由机械设计第八版图1024C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；MPAFE01MPFE3802（7）由机械设计第八版图1018取弯曲疲劳寿命系数，8501KFN；82KN（8）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S14,由机械设计第八版式（1012）得MPAASFPFENK862341805752211（9）计算大、小齿轮的并加以比较。YSA136057391FYSASA2428由此可知大齿轮的数值大。332设计计算MMMMN5910843420164265180610232322497COS对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿面齿根弯曲疲N劳强度计算的法面模数，取2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强N度，需按接触疲劳强度得的分度圆直径100677MM来计算应有的齿数。于是由736214COS5COS1DZN取，则取2718102Z092Z34几何尺寸计算341计算中心距AMMZN2140973614COS207COS21将中以距圆整为141MM342按圆整后的中心距修正螺旋角061497ARCOS214097ARCOS2ARCOS1MZN因值改变不多，故参数、等不必修正。KZH343计算大、小齿轮的分度圆直径MMZDN24970184COS5221A53251344计算齿轮宽度MBD5671圆整后取B12低速级取M330Z由823412I取46874ZMZD21879043A573BD9013圆整后取MB5,34表1高速级齿轮计算公式名称代号小齿轮大齿轮模数M22压力角2020分度圆直径D22754ZM12109218ZDM2齿顶高HA12HAA齿根高F1CFF齿全高HA2齿顶圆直径DA1AAMZMHZDAA22表2低速级齿轮计算公式名称代号小齿轮大齿轮模数M33压力角2020分度圆直径D32754ZM12109218ZDM2齿顶高HA21AAH齿根高F1CFF齿全高HA2齿顶圆直径DA1AAMZMHZDAA224轴的设计41低速轴411求输出轴上的功率转速和转矩P3N3T3若取每级齿轮的传动的效率,则MNRKWNPTI84273590612590IN/83697013312332102412求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为MMZD4014NNFTTANTRT90814TA36213679362COSTCOS8735243圆周力,径向力及轴向力的TRFA413初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径选取轴的材料为45钢,调质处理根据机械设计第八版表153,取,于是得120AMNPD647076593330MIN输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径为了使所选的轴直径与联轴D12器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号联轴器的计算转矩,查表考虑到转矩变化很小,故取,则TKACA331KAMNMNTACA695473584213按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T50142003或手册,CA选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2500000半联轴器的孔径MN,故取,半联轴器长度L112MM,半联轴器与轴配合的毂孔MD51MD5021长度L84414轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案图41（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1根据联轴器为了满足半联轴器的轴向定位要示求,12轴84,501212MLD段右端需制出一轴肩,故取23段的直径左端用轴端挡圈,按轴端直径取D623挡圈直径D65MM半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在ML841半联轴器上而不压在轴的端面上,故12段的长度应比略短一些,现取ML8212初步选择滚动轴承因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游子隙M623组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313。其尺寸为DDT65MM140MM36MM，故；而。MD65743L82,5465653）取安装齿轮处的轴段45段的直径；齿轮的右端与左轴承之间704采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为90MM，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度ML854，故取H6MM，则轴环处的直径。轴环宽度，DH07MD8265HB41取。ML5654）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）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离L30MM，故取ML574032低速轴的相关参数表41功率P3KW69转速NMIN/7125R转矩T3N84312段轴长L2184MM12段直径D50MM23段轴长L324057MM23段直径62MM34段轴长43495MM34段直径D65MM45段轴长L5485MM45段直径70MM56段轴长L65605MM56段直径D82MM67段轴长76545MM67段直径65MM（3）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面D54BH20MM12MM，键槽用键槽铣刀加工，长为L63MM,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；同样，半联轴器与轴的连接，67NH选用平键为14MM9MM70MM，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向K定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为M6。42中间轴421求输出轴上的功率转速和转矩P2N2T2MNRRKWNPTI62310950IN/MI/341610970521222320422求作用在齿轮上的力（1）因已知低速级小齿轮的分度圆直径为MMZD140353NNFTTANTRT35214TA214297063COS0T376COS523（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为MMZD932NNFTTANTRT1234TA95495706COS0T13COS2162423初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径选取轴的材料为45钢,调质处理根据表153,取,于是得120AMNPD63027123601332MIN轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径。D12图42424初步选择滚动轴承（1）因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游子隙组、标准精度级MD3521的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为DDT35MM72MM1825MM，故，；6521L8165（2）取安装低速级小齿轮处的轴段23段的直径；齿MD4532L8291轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为95MM，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的右端采用L90轴肩定位，轴肩高度，故取H6MM，则轴环处的直径。轴环宽度，DH07HB4取。ML1243（3）取安装高速级大齿轮的轴段45段的直径齿轮的右端与右端轴45M承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为56MM，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。L514425轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面D54BH22MM14MM。键槽用键槽铣刀加工，长为63MM,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；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14MM9MM70MM，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为M6。中间轴的参数表42功率P21010KW转速N3622R/MIN转矩T22636MN12段轴长L1293MM12段直径D2125MM23段轴长L390MM23段直径245MM34段轴长4312MM34段直径D57MM45段轴长L5451MM45段直径45MM43高速轴431求输出轴上的功率转速和转矩P1N1T1若取每级齿轮的传动的效率,则MNRKWNPTMD096814950I/146111432求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为MZD72431NNFTTANTRT95470238194TAN38196COS20TCOS381906821433初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径选取轴的材料为45钢,调质处理根据表153,取,于是得120AMNPAD5421094121372146023310MIN输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径为了使所选的轴直径与联轴D12器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号联轴器的计算转矩,查表,考虑到转矩变化很小,故取,则TKACA131KAMNTACA857680931按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T50142003或CA手册,选用LX2型弹性柱销联轴器,其公称转矩为560000半联轴器的孔径,故取,半联轴器长度L82MM,半联轴器与轴配合的毂孔长度MD0121L8244轴的结构设计441拟定轴上零件的装配方案图43442根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1为了满足半联轴器的轴向定位要示求,12轴段右端需制出一轴肩,故取23段的直径左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D45MM半联轴器与MD423轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端L81面上,故段的长度应比略短一些,现取ML80212初步选择滚动轴承因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游子隙组D432、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为DDT45MM85MM2075MM，故；而，MM。MD457643L7568775314L3）取安装齿轮处的轴段45段,做成齿轮轴；已知齿轮轴轮毂的宽度为61MM，齿轮轴的直径为6229MM。4）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）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离L30MM，故取。L8145325）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面D54BH14MM9MM，键槽用键槽铣刀加工，长为L45MM,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；同样，半联轴器与轴的连接，67NH选用平键为14MM9MM70MM，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周K向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为M6。高速轴的参数表43功率P11041KW转速N1460R/MIN转矩T1MN096812段轴长L280MM12段直径D130MM23段轴长L324581MM23段直径42MM34段轴长4345MM34段直径D3175MM45段轴长L54995MM45段直径4886MM56段轴长L6561MM56段直径D6229MM67段轴长762675MM67段直径45MM5齿轮的参数化建模51齿轮的建模（1）在上工具箱中单击按钮，打开“新建”对话框，在“类型”列表框中选择“零件”选项，在“子类型”列表框中选择“实体”选项，在“名称”文本框中输入“DACHILUN_GEAR”，如图51所示。图51“新建”对话框2取消选中“使用默认模板”复选项。单击“确定”按钮，打开“新文件选项”对话框，选中其中“MMNS_PART_SOLID”选项，如图52所示，最后单击”确定“按钮，进入三维实体建模环境。图52“新文件选项”对话框（2）设置齿轮参数1在主菜单中依次选择“工具”“关系”选项，系统将自动弹出“关系”对话框。2在对话框中单击按钮，然后将齿轮的各参数依次添加到参数列表框中，具体内容如图54所示，完成齿轮参数添加后，单击“确定”按钮，关闭对话框。图53输入齿轮参数（3）绘制齿轮基本圆在右工具箱单击，弹出“草绘”对话框。选择FRONT基准平面作为草绘平面，绘制如图54所示的任意尺寸的四个圆。（4）设置齿轮关系式，确定其尺寸参数1按照如图55所示，在“关系”对话框中分别添加确定齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径的关系式。2双击草绘基本圆的直径尺寸，将它的尺寸分别修改为、修改的结DABFD果如图56所示。图54草绘同心圆图55“关系”对话框图56修改同心圆尺寸图57“曲线从方程”对话框（5）创建齿轮齿廓线1在右工具箱中单击按钮打开“菜单管理器”菜单，在该菜单中依次选择“曲线选项”“从方程”“完成”选项，打开“曲线从方程”对话框，如图57所示。2在模型树窗口中选择坐标系，然后再从“设置坐标类型”菜单中选择“笛卡尔”选项，如图58所示，打开记事本窗口。3在记事本文件中添加渐开线方程式，如图59所示。然后在记事本窗中选取“文件”“保存”选项保存设置。图58“菜单管理器”对话框图59添加渐开线方程4选择图511中的曲线1、曲线2作为放置参照，创建过两曲线交点的基准点PNTO。参照设置如图510所示。图511基准点参照曲线的选择图510“基准点”对话框5如图512所示，单击“确定”按钮，选取基准平面TOP和RIGHT作为放置参照，创建过两平面交线的基准轴A_1，如图613所示。图512“基准轴”对话框图513基准轴A_1曲线1曲线26如图513所示，单击“确定”按钮，创建经过基准点PNTO和基准轴A_1的基准平面DTM1,如图514所示。5515基准平面对话框515基准平面DTM17如图516所示，单击“确定”按钮，创建经过基准轴A_1，并由基准平面DTM1转过“90/Z”的基准平面DTM2，如图517所示。图516“基准平面”对话框图517基准平面DTM28镜像渐开线。使用基准平面DTM2作为镜像平面基准曲线，结果如图518所示。图518镜像齿廓曲线（6）创建齿根圆实体特征1在右工具箱中单击按钮打开设计图标版。选择基准平面FRONT作为草绘平面，接收系统默认选项放置草绘平面。2在右工具箱中单击按钮打开“类型”对话框，选择其中的“环”单选按钮，然后在工作区中选择图519中的曲线1作为草绘剖面。再图标中输入拉伸深度为“B”，完成齿根圆实体的创建，创建后的结果如图520所示。图519草绘的图形520拉伸的结果（7）创建一条齿廓曲线1在右工具箱中单击按钮，系统弹出“草绘”对话框，选取基准平面FRONT作为草绘平面后进入二维草绘平面。2在右工具箱单击按钮打开“类型”对话框，选择“单个”单选按钮，使用和并结合绘图工具绘制如图521所示的二维图形。图521草绘曲线图522显示倒角半径3打开“关系”对话框，如图522所示，圆角半径尺寸显示为“SD0”，在对话框中输入如图523所示的关系式。图523“关系“对话框（8）复制齿廓曲线1在主菜单中依次选择“编辑”“特征操作”选项，打开“菜单管理器”菜单，选择其中的“复制”选项，选取“移动”复制方法，选取上一步刚创建的齿廓曲线作为复制对象。图524依次选取的菜单2选取“平移”方式，并选取基准平面FRONT作为平移参照，设置平移距离为“B”，将曲线平移到齿坯的另一侧。图525输入旋转角度3继续在“移动特征”菜单中选取“旋转”方式，并选取轴A_1作为旋转复制参照，设置旋转角度为“ASIN2BTANBETA/D”，再将前一步平移复制的齿廓曲线旋转相应角度。最后生成如图526所示的另一端齿廓曲线。图526创建另一端齿廓曲线（9）创建投影曲线1在工具栏内单击按钮，系统弹出“草绘”对话框。选取“RIGUT”面作为草绘平面，选取“TOP”面作为参照平面，参照方向为“右”，单击“草绘”按钮进入草绘环境。2绘制如图527所示的二维草图，在工具栏内单击按钮完成草绘的绘制。图527绘制二维草图3主菜单中依次选择“编辑”“投影”选项，选取拉伸的齿根圆曲面为投影表面，投影结果如下图528所示。图528投影结果（10）创建第一个轮齿特征1在主菜单上依次单击“插入”“扫描混合”命令，系统弹出“扫描混合”操控面板，如图529所示。2在“扫描混合”操控面板内单击“参照”按钮，系统弹出“参照”上滑面板，如图630所示。图529“扫描混合”操作面板图530“参照”上滑面板3在“参照”上滑面板的“剖面控制”下拉列表框内选择“垂直于轨迹”选项，在“水平/垂直控制”下拉列表框内选择“垂直于曲面”选项，如图530示。4在绘图区单击选取分度圆上的投影线作为扫描混合的扫引线，如图531示。图531选取扫描引线5在“扫描混合”操作面板中单击“剖面”按钮，系统弹出“剖面”上滑面板，在上方下拉列表框中选择“所选截面”选项，如图532所示。图532“剖面”上滑面板图533选取截面6在绘图区单击选取“扫描混合”截面，如图533所示。7在“扫描混合”操控面板内单击按钮完成第一个