小型混料机的设计（含全套CAD图纸）

1、1.绪论1.1固体粒子混合1.1.1固体粒子固体混合是工业生产过程屮一种重要的单元操作，它广泛用于化工、医药、食品、 饲料、塑料和建材等部门。同体混合设备屮所述及的固体是指粉粒体，而粉粒体可再细分为两种，一种是粒体（粒料），另一种是粉体。两者的区别如图1-1所示。1 . .? 1.nf51 111 7 151 j l 1! x射线可见九红外贱:v1lonm joonml mm10mmi pm10pm11纳老对料臨i各种预料警力担制* w3 pm界眼： rn9心矶降浓測粒住-1t-重力沉降法测粒卷；光，相英达祂応径遨光折射注测紐总论尤敞射卸!粒隹 电子負微這观夹!1111i11i谢分法径;i11

2、.s1i1 11 11 11 11 11 1小麦粉i sgwr图1-1各种固体粒子的粒径范围和测最方法两者的粒径约为50“皿为界，粒料上限为数毫米，而粒料与粉体的更木质的区别 在于两种固体颗粒的力学行为的区别。粒料的力学行为主要受重力所控制。当粒子的 粒径不断减小，则粒子之间的附着力所引起的作用逐渐增大，当粒径小至数i 微米吋, 附着力与重力平衡。粒径进一步减小，附着力急剧增加，当粒径小至数微米时，重力 的作用小到可以忽略，曲附着力的作用会形成凝集体，即发生所谓逆粉碎现象，粒径 人小对混合物性能的影响主要是通过两相的界面起作用的，过小的粒子（如在3如以 下）对混合物的力学性能不一定有好处。1.

3、1.2固体混合固体混合是指两种或两种以上不同性质的粉粒体，在干燥状态或加入少量液体 的状态下，在外力作用下进行搅混，使之逐步达到均一分布的操作，是不均匀度不断 减小的一种随机过程。其混合状态如图l-2o（a）原状态（b）理想完全状态（c）随机完全状态图1-2混合状态黑白格子各表示一种物料。图屮的理想完全混合状态是难以达到的，实际混合过 程总是无序、不规则排列，它所能达到的最佳程度称为随机完全混合。1.1.3固体混合的影响因素与液体搅拌相比，固体混合不具有口身扩散的性质，因而必须施加外力才能强制 流动。影响混合的因索，除混合设备和操作条件外，固体粉粒体的性质，包括粒子的 粒度与粒度分布、粒子形状

4、、表现密度、表面性质、静电荷、水分含量、休止角、流 动性、凝聚性，对混合过程的影响极大，如图1-3所示。图中m为混合度，t为混合 时间。图（a）所示的曲线为一条典型的正常曲线。在混合的初始阶段。混合度m增 加甚快。呈直线上升，到后阶段，混合度的增加程度逐渐变得平缓，从图（b）可看 出，因粉粒体的粒度差大，在混合过程中，混合程度不稳定，曲线经过一个峰值后反 而下降了。混合后阶段，曲线下降的趋势逐渐趋于平坦，这与混合过程中，大颗粒较 容易分离，而且小颗粒物料乂较容易沉积在设备的下部有关。图（c）因粉粒体的密 度差大，混合初期，混合度呈无规则曲线状上升，过了峰值反而逐渐下降。此曲线后 阶段的走势与图

5、（b）曲线有些类似，也是由物性茅异较大所造成的。图（d）因混合 过程中产生静电作用，混合的初始阶段，混合度上升的规律性很差，呈反复的波动状, 到后阶段才稳定定下来，呈曲线状缓慢上升。(c)密度差大，混合不良(d)混合过程中发生静电的再混合图1-3物性对混合过程的彫响1.2混合设备的分类固体混合设备可按不同的方法分类：按对粉粒体作用力的方式分为容器冋转型、容器固定型(包括机械搅拌式、 气流搅拌式、流体切割式)和复合型混合设备；按操作方式分为间歇式和连续式；按运动部件回转速度分为高速型和低速型。列出的各种混合设备的特性和适用范围，归纳起來可分为以下几人类。1.2.1容器回转型混合设备 适用于物性差

6、界小、流动性好的物料的混合，可以获得较高的混合精度；但 对粒径比等物性差异大、流动性差的物料，釆用该种型式大多数情况下不能得到良好 的效杲。 装料系数低，一般为0.30.4。 最佳冋转速度，即处于最佳混合状态的速度一般为临界速度为50%80%；也 可以用费劳德数f,是离心力与重力之比。当装料系数为0.3吋，不同种类混合设备的巴值分别为：v型0. 30.4,双重圆锥0.550.65,滚筒0.70.8,正立方体0.5。rsn图1-4容器回转型混合设备 设备容易清洗，适合于多品种小批量生产。 回转速度慢、适合于易磨损物料的混合。 容器回转空间大，但伴随回转容易引起负荷变动，因而需要设置 安全栅和牢固

7、的基础。 进出口的定位较困难。1.2.2容器固定型混合设备 机种多，不仅可满足各种物性粉粒体的混合，也可用于粉粒体中添加液体的 混合。 因容器是固定的，混合设备与粉粒体进出料装置容易连接。 装料系数大，一般0.50.6。 设备清洗困难，适合于少品种大批量生产。 存在搅拌桨叶磨损和轴封部件粉尘等问题。1.2.3.复合型混合设备这类混合设备是在容器冋转型的基础上，在容器内部增设了搅拌物料用的叶片， 以增强物料的混合和分散作用，从而捉高混合效果。如在常用的滚筒、v型、双重圆 锥型等混合设备中，分别设置了特定的叶片，便构成了复合型混合设备。复合型混合设备的优缺点： 适合粒径比等物性差异较大，流动性较差

8、的物料，也适合于需添 加液体的混合。 装料系数中等，一般为0.40.5。 混合时间较短，生产效率高，混合精度较高。 因为冇旋转叶轮工作，故清洗衣较容易。 容易造成物料的粉碎和磨损。 该设备运转时发热较大，不适合受热分解和热敏性物料。 存在搅拌叶片的磨损和粉尘进入轴封部件处而影响密封等问题。2 混料机的组成及各部分功能2.1混料机的组成木论文对小型混料机的设计要求是倾斜式滚筒混料机，口的是进行固体粉末的 搅拌混合，而不具备液体混合的能力。为了符合设计要求，在参阅了相关资料中涉及 的滚筒混料机的技术参数后，将该混料机的组成分为以下四部分：动力装置、传动装 置、混合装置和混料机机架这四个部分。二号（

9、右）机架混料设备的搅拌轴通常由电动机驱动，并且由于该混料机的使用场合是在实验室 内，电力能源的获取是最简单易得的，故该小型混料机的动力源部分采用电动机张动。 当混料机由静止起动时，滚筒要克服自身的惯性，述要克服滚筒所推动的同体粉末的 惯性以及传动装置等部件的惯性，这时滚筒与固体粉末的相对速度最大，滚筒所受阻 力的作用面积也是最人，困此此所需的功率值必然较大，该最人功率即为混料机的启 动功率。但试验测定表明，搅拌即在启动吋，电动机启动电流的最高点持续吋间一般 仅为23秒，随后立即大幅度下降至接近正常动转电流，说明岀现最大功率的时间 极短，由于一般电动机都允许有启动过载量，即允许较大范围的启动电流

10、。如380v 三相交流异步电动机，在510秒的持续时间内，其启动电流一般允许达到额定电流 的6. 57倍；且电动机功率越小，则启动屯流相对于额定屯流的允许倍数越大。所 以，只要选择合理的电动机，在启示录动吋依靠转矩余量来加速搅拌即滚筒直达稳定 工作转速，不会引起电动机过热或者不能启动的情况。混料机的传动装置包括减速装置，变速装置和滚筒驱动装置。减速装置即减速器, 由于搅拌设备的转速-般都比较低，因而电动机绝大多数情况下都是与变速器组合在 一起使用的，有时也采用变频直接调速。因此，选用电动机时，应特别考虑与变速器 的匹配问题。变速装置照设计要求应该能达到四级变速的要求，在考虑了小型混料机 的工作

11、特性以及工作场所后，决定采且配换齿轮的变速方式。驱动装置采用齿轮來驱 动混料滚筒的转动，鉴于齿轮传动的稳定性，决定采用开式齿轮传动來驱动混料滚筒。混合装置是-个直径300俪，长度500 mm,壁厚5 mm的圆柱型滚筒，滚筒的两端 用支撑轴固定在机架上，混料滚筒的右侧焊接上轴承，该轴承上的齿轮与滚筒驱动装 置的齿轮啮合，以达到使滚筒转动的目的。混料机的机架分成两个部分，两机架的立 柱结构完全相同，区别是一侧的机架底座较大，这部分的底座上要安放电动机，减速 器以及传动齿轮箱，且要保证屯动机减速器以及传动齿轮箱的中心轴线位于同一水平 面上，另-侧的机架只是负责混料滚筒的固定以及整个混料机系统的稳定。

12、机架的两 个部分的相对位置的固定采用连接杆来实现。2.2混料机的各部分功能该小型搅拌的动力装置部分为电动机，电动机为整个小型混料机提供动力，电动 机的功率经过联轴器传递到小型混料机的传动装置，经过减速器的减速，将电动机的 高转速降低为比较低的转速，经过配换齿轮副的调整z后，由传动齿轮最终将功率传 递到混料滚筒上面，带动混料滚筒的转动，以达到混合不同粉末的目的。减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用來以满足工作需要。减 速器的输入端轴通过连轴器与电动机的输出轴相连，由于电机的转速太高而扭炬较 低，不能直接输出到混料滚筒段齿轮，必须经过减速器的减速，来降低转速和增大扭 矩。有级（或分级

13、）变速是指在一定的转速范围内，能够实现若干固定、不连续的转 速（或速度）变化。其优点是工作可靠，传动比准确，采用多轴传动时变速范围大， 其缺点是不能在运转屮变速，不易选择最佳转速值。该小型混料机的变速装置为配换 齿轮，变速时两齿轮位置互换或另装一对齿数比不同的齿轮，结构简单，不需要操纵 机构或者互锁装置，轴向尺寸小，但是更换齿轮费时费力，悬臂安装受力条件差。适 用于不经常变速且耍求结构简单、紧凑的变速机构。传动齿轮是机器中应用最广泛的一类传动形式，它的功能是将机器中的原动机 （如电动机、内燃机、汽轮机）的运动和动力向工作机（如水泵、抽油泵、鼓风机、 起重机的钢缆转鼓、汽车的车轮、车床的卡盘）传

14、递其所需要的运动和动力。而在仪 器仪表屮齿轮是以传递运动为主。齿轮传动和其他的传动形式相比具有传动功率范围 宽、传动效率高、传动比准确、寿命长和结构紧凑等优点。图2 2混料机装配示意图滚筒式混合设备的混料装置为一圆柱型混料滚筒，当驱动齿轮转动吋，带动混料 滚筒一起转动。初始位于滚筒底部的物料，由于物料间的黏结作用以及物料与侧壁间 的摩擦力而随滚筒升起：又由于离心力的作用，物料向滚筒壁而靠近，并冃物料z间 以及物料与滚桶壁z间的作用力在增大。当物料上升到一定高度时，在重力作用下飞 落到底部，如此反复进行循环混合。该小型混料机的机架分为两个部分。在无齿轮筒盖一侧的机架为一号机架，在有 齿轮筒盖一侧

15、的为二号机架。一号机架结构比较简单，主要功能仅为支撑滚筒，保持 其稳定。二号机架结构略为复杂，除了与一号机架相同的结构功能外，述包括一个底 座，用于安放电动机、减速器及传动齿轮箱，并保证这三个部件的中心高一致。3电动机的选用原动机的种类一般情况下均选用交流电动机。电动机为系列化产品。机械设计中 仅需根据工作机的工作情况，合理选择电动机的类型、结构形式、容量和转速，提出 具体的电动机型号。3.1电动机选用原则一、选择电动机的类型和结构形式如无特殊的需要，一般选用y系列三相交流异步电动机。经常起动、制动和正反 转动的，例如起动、捉升设备，要求电动机具冇较小的转动惯量和较大的过载能力， 应选用冶金及

16、起重用三相异步电动机，常用yz型或yzr型。电动机的结构有防滴式、 封闭自扇冷式和防爆式等，可根据防护要求选择。二、选择电动机的功率电动机的功率选择是否合适，对电动机的正常工作和经济性能都有影响。功率选 的过小不能保证工作机的正常工作，或使电动机因超载而过早损坏，功率选的过大则 电动机的价格高，能力又得不到充分发挥，而且由于电机经常不在满载下运转，其效 率和功率因数都较低而造成能源的浪费。对于载荷比较稳定、连续运转的机械，通常只需使电动机的额定功率ped等于或 稍大于所需电动机的工作功率pd,即pedpd,而不必校验电动机的发热和起动转矩。所需电动机工作功率为：pd 住(3-1)式中 pw.工

17、作机所需功率，指输入工作机轴的功率，kwona-由电动机至工作机的总效率。工作机所需功率pw由工作阻力和运动参数计算求得fvp 尸(3-2)1000久或p 尸 (3-3)9550久其中:f工作机的阻力，nv工作机的线速度，m/st-工作机的阻力矩，nmnw工作机转速，r/minnw-工作机效率。总效率m按卜式计算：口（1=心山2113on（3-4）其中：叽分别为传动装置屮每一传动副（齿轮、蜗杆、带、链）每 对轴承或每个联轴器的效率，其数值可按表3-3-1选取。计算总效率时要注意以下几点：1所取传动副效率是否已包括其轴承效率，如已包括，则不再计入轴承效率。2. 同类型的几对传动副、轴承或联轴器，

18、要分别考虑效率，例如冇两级齿轮传动 副吋，效率为n齿小齿二口齿s3. 轴承效率均指一对轴承而言。4蜗杆传动效率与蜗杆头数及材料冇关，应先初选头数，估计效率，待初步设计 出蜗杆、蜗轮参数后，再计算效率并校核传动效率。5.当资料给出的效率数值为一范围时，一般可取中间值，如工作条件差、加工精 度低、润滑脂润滑或维护部良时，则应取低值；反之可取高值。表3-1机械传动和轴承效率的概率值类型开式闭式；1员1柿齿轮传动0. 940 960. 960. 99圆锥齿轮传动0. 920 950. 940. 98蜗杆传动白锁蜗杆0. 300. 4单-头蜗杆0. 50. 60. 700. 75汝头蜗杆0. 60. 7

19、0. 750. 82三头或四头蜗杆0. 820. 92圆加而蜗杆0. 850. 95单级ng w行星齿轮传动0. 97 0. 99链传动0. 90 0. 930. 95 0. 97摩擦轮传动0. 70 0. 88平帯传动0. 970. 98三九带传动0. 940. 97滚动轴承（每对）0. 980. 995滑动轴承（每对）0. 970. 99联轴器具育屮问可动元件的0. 970. 99万向联轴器0. 970. 98齿轮联轴器0. 99弹性联轴器0. 99 0. 995三、电动机转速的选择额定功率相同的同类型电动机，可能有不同的转速。如三相异步电动机就有四种 常用的转速，即 3000 r/min

20、 1500 r/min> 1000 r/min> 750 r/min,低转速电动机的 极数多，外廓尺寸及重量都较大，价格高，但可使传动装置总传动比及尺寸较小，高 转速电动机则相反。因此确定电动机转速时，应进行分析比较，以确定合理的电动机 转速。一般来说，如无特殊要求通常多选用同步转速为1500r/min或1000r/min的电 动机。为使传动装置社的合理，可以根据工作机转速要求和各传动副的合理传动比范围 推算电动机转速的可选范围，即n；=ia nw=（iii2ijnw（3-5）式中rv电动机口j选转速范围r/minl传动装置总传动比的合理范围1.12in各级传动副传动比的合理范围（

21、见表3-2）nw工作机转速r/min表32各类传动传动比的数值范围传动类型一般范围最大值圆柱齿轮传动一级开式传动37w15 20一级减速器36w12. 5二级减速器840w60一级行星(ngw)减速器39w13. 7二级行星(ngw)减速器10 60w150闘锥齿轮传动一级开式传动24w8一级减速器23w6圜锥-圆柱齿轮减速器10 25w40蜗杆传动一级开式传动15 60w120一级减速器10 40w80二级减速器70 800w3600蜗杆-圆柱齿轮传动60 90w480圆柱齿轮-蜗杆减速器60 80w250带传动开口平带传动24w6有张紧轮的平带传动35w8三角带传动24w7链传动26w8根

22、据选定的电动机类型、结构、容量和转速，由标准中查出电动机型号、额定功 率、满载传速、外形尺寸、电动机屮心高、轴仲尺寸、键联接尺寸等，并将这些参数列表备用。四、传动装置传动比确定与分配原则传动装置的设计功率通常按实际需要的电动机工作效率pd考虑，而转速则按电 动机额定功率时的转速(满载转速)计算。根据电动机满载转速nm和工作机转速nw,可得到传动装置总传动比为，宀(3-6)%总传动比为各级传动比il人的连乘积，即ia= 1112in(3-7)合理分配总传动比，可使传动装置得到较小的外廓尺寸或叫较轻的重量，以实现 降低成木和结构紧凑的r的，也可以使转动零件获得较低的园周速度以减少齿轮动载 和降低传

23、动精度等级的要求，还可以使齿轮冇较好的润滑条件。但这几方面的要求不 可能同吋满足，因此在分配传动比吋，主要考虑以下几点。(1) 各级传动比都在各自的合理范围内，以保证符合各种传动形式的工作特点 和结构紧凑。(2) 分配各传动形式的传动比时，应注意齐传动尺寸协调，结构均匀合理。例如，带传动的传动比过大，大带轮半径大于减速器输入中心高度（如图1）而与地基 相碰（3）各传动件彼此不应该发牛干涉碰撞现象。例如，在网级圆柱齿轮减速器中。 若高速级传动比分配过大，则可能使高速级的大齿轮的轮缘与低速级的大齿轮相碰， 如图3-1和图32所示。图3-1带伦过大与地基相碰图3-2高速级大齿伦与低速轴相碰（4）为使

24、各级人齿轮浸油深度合理（低速级人齿轮浸油稍深），对各类减速器的 传动比分配可参考下列几点。a）展开式二级圆柱齿轮减速器，考虑润滑条件，应使两个大齿轮直径相近，低速 级大齿轮略大些，按ia二（1.31.4） i2,对同轴线式则取ili2= （i为减速器的总 传动比）。这些关系只适应于两级齿轮的配对材料相同，齿宽系数选取同样数值的情 况。b）对丁圆锥圆柱齿轮减速器，可取圆锥齿轮传动比il0.25i,并使il3,最大 允许il<4.c）蜗杆齿轮减速器，可取齿轮传动比12（0.030.06）id）齿轮蜗杆减速器，可取齿轮传动比ilw22.5。应该注意，以上传动比的分配只是理论计算值，是初步的。待

25、各级传动零件的参 数（如齿轮齿数、带轮直径等）确定后，应核算传动装置的实际传动比。对丁一般机 械，总传动比的实际值允许与设计要求的理论计算值有土 3%5%的误差。五、传动装置的运动和动力参数的让算为了进行传动件的设计计算，应将工作要求的功率或转矩推算到各轴上，分别求 出个轴的转速功率和转矩。如将减速器、变速机构的各轴由高速至低速依次定为i轴、ii轴、并设io, il,为相邻两轴的传动比;为相邻两轴间的传动效率;pi, is为各轴的输入功率kw；，"为齐轴的输入转矩nmni, m为各轴的转速r/min;1、ni = 2()式中电动机的满载传速r/minio电动机轴至i轴的传动比。则可由

26、电动机轴值至工作机轴方向依次推算，得到各轴的运动和动力参数。 各轴转速(3-8)同理nn生二如r/min l l()ll(3-9)nn n.nm= = r/min l2l0ll22、其余类推。各轴功率(3-10)式中pa电动机的实际输出功率%.电动机轴与i轴间的传动效率pi=pd<77()1 kw同理p|i=p|7712=p<o1 712 kw其余类推。各轴转矩ti二td i。 oi n m(3-12)其中电动机轴的输出转矩td为(3-13)td 二9550 吃5所以t二 td i0 -二9550 吃 i0 - 7oi n m5tn= ti h 巾2二9550吃 i。 i % n

27、-m(3-14)其余类推。3.2电动机选择计算1、确定电动机类型按工作要求和条件，选用y系列三相异步电动机。2、确定电动机容量原始数据：(1)每次混料合计重不大于20kg(2)混料滚筒转速10-60r/mino (3)滚筒(圆柱体)直径300mm,长度500mm,壁厚5mm。计算出滚筒实际体积v实二v外-v内二口(/?；卜-r：j)h二3. 14x ( 0.152-0.1452 )* 0. 5=2. 32 x io-3 o 滚筒的质量 m= p v 实二7. 9 x 10x 2. 32 x 10=18. 29 (kg)。图3-3混料机滚筒受力分析混料重量计为20kg,则滚筒质量(含料)共计38

28、kg, f1=380xcosl0°=374(n),f2=380xcos80°=66 (n)查表矿物油润滑金属表面的摩擦系数为0.150.3,取摩擦系数0. 2,系数安全取 2. 5,则计算的轴承转动需耍的牵引力是f二旦x2. 5=4650 no轴承转速最大为50r/min,0.2则线速度 v二 n"d 二50x3.14x300=0 785m/s60x100060x1000工作机所需功率pw,按式计算：pw 二fv1000久(3-15)工作机效率久二滚筒效率厂0.95,滑动轴承效率z二0.98,代人上式得:pw 二fv1000%4650x0.7851000x0.95

29、x0.98=3. 92kw电动机所需功率p（/按下式公式计算pd=（3-16）“°式中几电动机至工作机的传动装置的总效率，由传动装置图可知"二<3-17）由表3-1,取弹性联轴器效率7二0.994，闭式岡柱齿轮效率2二097,开式鬪柱齿轮效率3二0.95,滚动轴承（每对）效率7/4=0. 9887a=0. 994 x 0. 97 x 0. 95 x 0. 9883=0. 91p 3 92 故pd=4.31 kw（3-18）0.91电动机的额定功率略人于匕即可。曲机械设计手册选择电动机额定功率为5.5kw3. 选择电动机转速 滚筒轴工作转速为nh,=50r/mino由表

30、3-2推荐的传动副传动 比合理范围，取一级圆柱齿轮减速器传动范围并二（36）,配换齿轮传动的传动比范 围<二（37）则传动装置总传动比的合理范围为：（36） x （37）二942（3-19）电动机转速的可选范围为：72u,= （942） x50=4502100i7min（3-20）ni ci符号这一范围的常用同步转速冇720、960. 1440r/mino以三种方案作比较，结果如表3-3表3 3电动机型号参数比较方案电动机型号额定功率(kw)电动机转速电动机重量(kg)传动装置的传动比同步满载总传 动比开式齿 轮传动 比减速器传 动比1y160m2-85. 5750720127112.8

31、4.028. 212y132m2-65.598096090704.017. 373y132s-45.51500144068564.014.0选电动机型号为y132s-4,表3-4 y132s-4电动机参数电动机型号额定功率(kw)' 41-汁-it_l7两载时堵转转矩最大转炬转速(r/min)电流效率功率因数额定转矩额定转矩y132s-45.5144015.487%0. 852.22. 24. 混料机传动装置的设计4.1减速器的设计4. 1. 1确定传动装置总传动比和分配各级传动比传动装置总传动比144050=28.8(4-1)分配传动装置各级传动比(4-2)式中 人、l分别为一级i员

32、i柱齿轮减速器和开式i员i柱齿轮的传动比为使开式圆柱齿轮传动中大齿轮分度圆直径大于滚筒直径，以免开式圆柱齿轮传 动的小齿轮与滚筒发生干涉，取 =50减速器传动比为z1=輕=5.76-5.0考虑到四级变速，变速箱的传递比分别是当转速nk=20min,传动比i =5.76, z2=12.5当转速=30r/min,传动比=5.76, i2 =8.3当转速nm=40min,传动比人=5.76, i2 =6.25当转速nk.=50r/min,传动比人=5.76, i2 =5.04.1.2传动装置的运动和动力参数1、各轴由高速至低速依次设为i轴、ii轴、v轴（工作轴），输出转速是（计算转速 nw=50r/

33、min）n 1440i 轴n|二亠二兰伫二 1440r/mini（）1.0ii 轴nii二竺二"ao 二250r/mini 5.76iii轴n m= =50r/mi n（43）i2 5.02、输岀功率i 轴p! = pdrfx =4.31 x 0. 994=4. 27 kwi【轴ph二片|2 二片2久=4.27x0. 97x0. 988二4. 09 kwiii轴pm= pri.ri, =4.09x 0. 95x 0. 988=3. 84 kw（4-4）3、各轴输岀转矩p4 31电动机输出转矩=9550-=9550x 一=28.58 n mnm1440i 轴t. = ©（）产

34、弘=28.58x 0. 994x 0. 97=27. 56 n mii 轴th二斤2胡二27.56 x0. 97x 0. 988 x 5. 76=152. 14 n miii轴tm= tr4i2 =152.14 x 0. 95 x 0. 988 x 5=714 n m（45）应注意的是：同一根轴上输出功率和输出转矩与其输入功率和转矩不同，一般相 差一对轴承效率。将上述计算得到的运动和动力参数列表如下表：表牛1电动机轴及各轴的运动和动力参数轴号功率p (kw)扭矩t (n m)转速n (r/min)传动比i效率电动机轴4.312& 5814401.00. 994i轴4. 2727. 56

35、14405. 760. 97ii轴4. 09152. 142505.00. 95iii轴3. 84714504. 1.3传动零件的设计计算i员i柱齿轮传动的设计计算已知输入功率pd=4.31kw (略大于小齿轮的实际功率)，小齿轮的转速为：nl=1440r/min,大齿轮的转速为n2=250r/min,传动比i二5.76,由电动机驱动，工作寿命(设每年工作300天，工作15年)，单班制，工作时有轻微震动，在室外工作。1选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数1) 按已知条件，选用直齿i员i柱齿轮传动。2) 减速器的齿轮齿面采用硬齿面齿轮传动，曲表9-1取人小齿轮的 材料，选用45cr,调质后表面淬

36、火，表面硬度hrc4855。3) 因表面淬火，齿轮变形小，不需磨削，故选用7级精度。4) 选用小齿轮的齿数z'=23,则z2二竝2二322.按齿面接触疲劳强度设计根据设计计算公式进行试算，即血 $2. 32 卜7> + 1(4-6)叽u i 凡丿(1) 确定上式中各参数1 ) 试选载荷系数kt = l. 32) 小齿轮传递的扭矩7；二0 . 2 7 56x 105n mm3) 查表，选齿宽系数=0.94) 查表，得弹性影响系数zg二189. 8丽瓦5) 按齿面硬度中间值hrc52,查得大小齿轮的接触疲劳强度极限为几讪 phhm2=1170mpa = 1.88-3. 32(

37、7; + x)cosp= 1.88-3. 32 (± + x)cos0 =l71由式得乙二4171 =0. 87437)计算应力循环次数nl=a=6ox144ox 1 x (300x 15 x 8)=3. 11 x 109次8)n2=3. 11x 109/3. 2=0. 97x 109 次9)查图得接触疲劳强度寿命系数=°90 khn1 =0.92hn10)计算接触疲劳许用应力：取安全系数s=1,则11)虬=如严=竺严十碍仙 2 =砾呗 2 = 0.92x1170 = 1076.4m%s112)(2) 计算1)设计公式中代入0l中较小的值，得z、2ktt u + (zeze

38、(1.3x0.2756xl05 6.76<0.874x189.8i0.95.76<1053 丿=2. 32 x 一=23. 53 mm(4-7)2) 计算小齿轮分度圆圆周速度v心旦j = 3.14x23.53x1440 = l77m$ 60x100060x10003) 计算齿宽bb 二 = 1x23.53 = 23.53mm4）计算齿宽与齿高之比b/h模数 mt dh / zx = 23.53 / 23 = 1.02mm齿高 =2.25“ = 2.25x1.02 = 2.295 mmz?/a = 23.53/2.295 = 10.255）计算载荷系数查图，由v=3. 15m/s,

39、7级精度,得kv=l. 17查表，得kha=kfa=ai 查表，得 k,、二 1,查表，得 k,二 1.63,查表,得k卜尸1.53载荷系数 k = kakvkhakhp =1x1.17x1.1x1.63 = 2.16）按实际载荷系数修正7）计算模数mm = dj z、= 24.09 / 23 = 1.04mm（3）按齿根接触疲劳强度设计设计公式为（4-8）（1）确定设计公式中的参数1）查图，得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限为7阳=% = 680mpa2）查图，得弯曲疲劳寿命系数=0.88,kfn2=093）计算弯曲疲劳许用应力：取安全系数s二1.4,则dkenl kfei = 0.88x680

40、 = 427.4mpql jfi s1.4k fn?k fe2s0.9x6801.4= 437.14mpq4）计算载荷系数kk = kakvkfakhfj =lx l17xll xl.53 = 1.975）查表,得齿形系数yfal =2.6%yfa2 =2.1736）査表,得应力校正系数ysai = 1.575,ysa2 =1.8 7计算重合度系数_。.25+乎“25+需“698）计算大、小齿轮的（y,.aysa）/af值爵昭5yfaysa2（jf2晋晋=000895所以小齿轮弯曲强度较弱。（2）计算齿轮模数设计公式屮代人（咯/"的较大值，得m>l2xl.97x0.2756xl

41、05 ><0.0099x0.69 = 1.72咖0.9x232(4-9)由计算结杲可看出，由齿面接触疲劳强度计算的模数m略小于由齿根弯曲疲劳强 度计算的模数，但由于齿轮模数m的人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与齿轮直径有关，所以，可取由弯曲强度算得 的模数1.72,并就近圆整为标准值 沪1.5mm。因按接触强度算得的分度圆直径 d产24. 09mm,这时需要修正齿数同同z| = = 2122 = 16.06,取 z, =16 m 1.5则 z2 = wzj = 5.76x16 = 92(4) 几何尺寸计算(1)计算分度圆直径(4-10)

42、(4-11)d、= mz = 16x1.5 = 24mmd2 = mz2 = 92x1.5 = 13smm(2) 计算中心距d二丄(仏 +2)= -(24 + 138) = 81 加加(3) 计算齿轮宽度b = 0 d = 0.9 x24 = 21.6mm(4-12)取 b2=22mm, bi=b2+5=27mm2x0.2756x1024(5) 验算二 2296.67n于厂警“03.17小心oon/呦，合适。（4-13）4. 1.4轴的结构设计计算及校核已知求得"pii二4. 09 kwth二 152. 14 n mnh二250 r/mind2=mz2=138 nun ft=2tn/

43、d2=2x 152. 14/0. 138=2204. 93 nfr=fttg a n=2204. 93xtg20° =802. 53 n选取轴的材料为45cro查表11-3,知ao=loo1. 初步确定轴的最小直径25 amm(4-14)2. 轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案i ii in1.图4-1轴上零件的装配i-ii段轴用于安装轴承30307,故取直径为35nmi0 11.ii-iii段轴肩用于固定轴承，查手册得到直径为44mo 111-iii-iv段为大齿轮,外径52mmovivti曲】iviv-v段为轴肩，直径为57mmov.v-vi段为轴肩，直径为50mmovivi

44、-viii段安装套筒和轴承，直径为38111111. 35nmi0 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1-11段轴承宽度为22. 75mm,所以长度为22.75mm。tt-ttt段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的间隙4俪, 所以长度为16mm。iii- iv段为大齿轮，t度为90mmiv- v段轴，长度为20mm。v- vi段轴为83mm。vi- viii 长度为 40mm、44mmo 综上得出轴各段的直径和长度。2-3 段：dii -iii=44mm, lii -111= 16mm4-5 段：dw-v=57mm, lw-v=20mm6-7 段：dvi-vti=38m

45、ni, lvi-vti=40mni1-2 段：d i -ii 二35mm, l i -11=22. 75min 3-4 段：dlii-iv=52mni, llii-iv=90mm 5-6 段：d v-vi=50nnn, lv-vi=83mm 7-8 段：dvn-vhi二35mm, lvn-vhi二44mm3. 轴上零件的周向定位：齿轮与轴的周向定位釆用平键联接，查手册选平键bxh二16x10,键长36mm,配合为h7/k6,滚动轴承与轴通过过渡配合实现周向定位，轴径公差为k6o4. 确定轴上i员i角和倒角尺寸，取轴端倒角2x45°根据轴的结构图作出轴的结构简图ll=80inm,l2

46、二 130mm,l3 二 44mm作为简支梁的轴的支持跨距l1+l2二210mm 截而弯矩最大处是轴的危险截而闻。frarv2图4-2轴的受力求轴承支反力及弯矩水平支反力：水平面内轴的受力如图，由力的平衡条件得rh2图4-3轴承水平支反力得 rh、=1364.95, rh2 =839.97"(415)rh、+rh?=用= 2204.93® /?w,x80 = /?/72x130垂直支反力：垂宜而内轴的受力如图，由力的平衡条件得、fr/080130rv1rv2图4-4轴承垂直支反力同理得 rv = 496.8n, rv2 = 305.732弯矩： mh =f(xl = 220

47、4.93 x 80 = 176394.4/v - mmmv =frx l、= 802.53x80 = 64202.4n 加加(4-16)总弯矩：m = jm； +m； = v176394.42 +64202.42 = 187715.03tv加加 (4-17)扭矩：t = 1521407v mm(4-18)计算弯矩：mca = -jm2 +(at)2 = a/187715.032 +1521402 = 241626.sn-mm(a = l)(4-19)jr抗弯截面系数：w= d3 =0." =0x523 = 14060.8mm3(4-20)32校核轴上承受最大计算弯矩的截而强度(jca

48、241626.814060.8= 7asmpa(4-21)轴的材料是 45cr, 0 b=785mpa,查表知o -lb二70mpa。因此 oca<o-lb,故轴 安全。rh1卜。个rh2130 图4-5轴的载荷分布图从应力集中对轴的疲劳强度的影响來看，截面【ii和iv处过盈配合引起的应力集 中最严重，但截面iv不受扭矩作用，轴径也大，不必校核。该轴只须校核截面【i左 右两侧即可。(1) 截面iii左侧抗弯截面模量 w = 0d =0.1x44，= 8518.4mm3抗扭截面模量 叫=0.2j3 = 0.2x443 = 17036.8刖沪作用在截面iii左侧的弯矩m为m=187715.0

49、3x130-45130= 122736.7577-mm(4-22)作用在截面iii上的扭矩为t = 152140nmm截面iii左侧的弯曲应力m _ 122736.75w 8518.4= 4aimpa截面iii左侧的扭转切应力t 152140wy 17036.8=& 93mpa查表得 6 = 785mpa,= 355mpa, j = 205mpar 2 0截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数6及qr查表选取。因-=0.045(144n 52 = = 1.18,得 乙=1.88 色=1.32 d 44a查图，可得轴的材料的敏感系数 =0.78 么=0.8所以有效应力集屮系数 你=1 +

50、 (%,-1)=1 + 0.78x(1.88-1)=1.6864kr =1 + 务(色-1) = 14-0.8x(1.32-1) = 1.256id(a)弯曲r/d(b)扭转h1空+丄亠1.640.810.92(4-23)查表得材料特性系数儿=0.2 0.3,取 =0.2图4-6有效应力集小系数由图得尺寸系数 % =0.746 =0.81轴按磨削加工，查图得表面质量系数为0.92轴未经表而强化处理，鶴=1,则综合系数值为1.6864110.740.92叭=0.1 0.15,取0二0.1计算安全系数» =二k皿f3551.6864x14.41 + 0= 14.612051.64x8.9

51、3/2 + 0.1x8.93/2= 26.3914.61x26.39(4-24) , 12.78 >s=1. 5js；+s； v14.612 +26.392所以其安全。(2)截面iii右侧抗弯截面模量w =0.1 x523 =14060.8曲抗扭截面模量叫=0.2j3 =0.2x52? =28121.6/3作用在截面iii右侧的弯矩m为(4-25)m =187715.03x130"45 = 122736.75n 加加130作用在截面iii上的扭矩为7 = 152140" 切截面iii右侧的弯曲应力 122736.75 =&73 咏w 14060.8截面iii右

52、侧的扭转切应力厶竺匹5.41叭wr 28121.6过盈配合产生的应力集中系数，查表可得二= 2.83* 二 0.8x竺二 0.8x2.83 二 2.264轴按磨削加工，查图得表而质量系数为/3t = 0.6侏 + 0.4 = 0.6x0.92 + 0.4 = 0.95所以综合系数为ka =乞+ -1 = 2.83+-1 = 2.92%»0-92kr =乞+ -1 = 2.264+-1 = 2.326 q0.95轴在截面111右侧的安全系数为355= 13.93k卫“+鸭卫川2.92x8.73 + 0-1205ktt( +0 几 2.32x5.41/2 + 0.1x5.41/2= 31.32= 12.73>s=1.5(4-26)_ s昇厂 _13.93x31.32"