硬币分拣装置的设计

1、广髙工営誌鹿山样旋毕业设计（论文）题 目：硬币分拣装置的设计 系 別: 专业班级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 职 称:-O硬币分拣装置是一种自动分拣各类币种硬币的装置,该装置利用三种直径的分拣孔进 行分拣，该装置主要包含动力驱动单元，硬币分离单元,硬币处理单元，硬币输送单元 和硬币计数单元。在所述硬币输送单元端分别对应着各种的硬币储币单元。这种硬币分 拣装置是一种可以人为控制的关于金融的装备，其包含了硬币币种分拣、排放、计数等 功能，这种装置每分钟可以处理150枚硬币，而人工处理能力只能处理3枚硬币，是人 工处理的50倍，可以有效、便捷地解决目前银行、公交汽车公司、商场等部门清点硬 币花

2、费大量人工时间及成本的难题。适用于大量硬币需要分拣计数的场合，该装置性能 价格比高，满足经济性要求。关键词；硬币;分拣;计数AbstractThe Com Sortmg Device is a kmd of automatic sortmg all kinds of com of the device .The pnnciple of the device is using thiee diametei soiling hole for sortmg coms wlucli is consisted of the driving unit 5 vibrating scieen unit .co

3、ins separation umt, the coms processing umt .the coins conveymg unit and the coms counting unit .This device is an mtelligent financial equipment .which sets coin currency sorting, eniission,countmg fimctions in one body .This device can sort 150 coins evexy minute, which efficiency is 50 times of h

4、uman's work. So it can solve the aitificial pioblems of spendmg a lot of time aud the cost to couut coins in the cuiient bank, the bus automobile company aiid the shopping malls depaitment effectively , conveniently. The device can be used fbr large numbers of coms which aie need of sonmg packag

5、ing occasion . This device is cheap but also usefill, it meets the economy lequuenients .Keywords： Com Soitiiig Countmg摘要I目录II 1绪论11.1设计背景11.2硬币队列化输送装置的原理12整体方案设计22.1设计思路错误!未定义书签。2.2方案设计错误!未定义书签.3传动方案的选择54电动机的选择计算74.1电动机选择步骤74.1.1型号的选择74.1.2功率的选择84.13转速的选择84.2电动机型号的确定95轴的设计175.1轴的分类175.2轴的材料错误!未定义书签

6、。5.3 轴的结构设计185.4轴的设计计算225.4.1按扭转强度计算225.4.2按弯扭合成强度计算225.4.3轴的刚度计算概念235.4.4轴的设计步骤235.5各轴的计算245.5.1高速轴计算245.5.2 中间轴计算265.5.3低速轴计算305.6轴的设计与校核325.6.1高速轴设计325.6.2中间轴设计335.6.3低速轴设计335.6.4髙速轴的校核346联轴器的选择356.1联轴器的功用356.2联轴器的类型特点356.3联轴器的选用356.4联轴器材料367圆柱齿轮传动设计377.1齿轮传动特点与分类377.2齿轮传动的主要参数与基本要求387.2.1主要参数387

7、.2.2精度等级的选择397.2.3齿轮传动的失效形式397.3 齿轮参数计算408轴承的设计及校核488.1轴承种类的选择488.2 深沟球轴承结构488.3轴承计算499箱体设计5110硬件电路设计5310.1硬件电路设计5310.1.1数控系统的硬件结构5310.1.2数控系统硬件电路的功能5410.2关于各线路元件之间线路连接54in103 关于电路原理图的一些说明55参考文献58总结59致谢60IV1绪论1.1设计背景货币的大面值的电子化，货币的小面值的硬币化是各国商业经济社会货币发展的必 然趋势。随着硬币在I常生活等场合的使用率逐渐增高，对硬币高效率的自动化处理提 出了新的更高的要

8、求，硬币计数机等一系列相关机器由此而应运而生。硬币计数机等一 系列相关机器的前提必须使硬币队列化排列，以方便机器对其进行计数，因此硬币队列 化输送装置是该类设备的关键部件。硬币队列化装置的首要功能是实现对硬币的队列化 排列；队列化排列后的硬币在相关驱动下沿币道输出，通过币道上的计数器实现计数。 为了保证各种各样的硬币的计数，输币道的宽度应有所调整，同时，厚度不同的硬币可 以根据压币压紧产生的摩擦力的大小而可靠输出。1.2硬币队列化输送的原理其工作过程为：输送将储币斗中的硬币输送到币盘上，币盘转动时靠离心力的作用, 将硬币连续加速并使硬币连续排列在币盘边缘，与围挡面紧贴着，围挡缺口与币道入口 之

9、间有一个过度部分，由引导弧板和连接底板组成，引导弧板对硬币的运动起引导作用, 币盘中的硬币在引导弧处滑出币盘，进入输币道，硬币在币道压币的动作下在币道中滑 行并输出。1.3,币分拣装置的特点硬币枚数和总金额显示，可查询每一种硬币的个数和金额。预置分拣储币筒，设定清分个数，达到预置个数后机器自动停止，显示达到枚数和金额。可通过触摸控制面板的相关操作来实现对机器的启动、停止，便于人工操作。主要使用范围：人民币硬币1元、5角、1角。装置具备硬币包装单元，能对分拣过的硬币进行后期的包装。装置可实现可重构，根据币种的直径跟换不同的分拣盘，能实现对多类硬币的分作。2整体方案设计硬币分拣装置的总体方案设计主

10、要是从硬币的分离、计数等方面进行全面综合考虑。2.1硬币分离方案：方案一：每次处理单个硬币具体的分离步骤如下：驱动电机启动后，电机带动离心盘做髙速旋转的运动，离心盘上的杂乱无章的硬币在 离心盘上做离心运动，需要分拣的硬币会向离心盘边缘运动，落入四个储币筒中，因此, 需要分拣的大量硬币会在储币筒中自动堆立成有序的四堆硬币堆（包含一元，五角，一 角）。再利用储币筒下部的扰臂装置的旋转，每次带出一枚硬币，硬币随着扰臂装置的旋转, 每次将各个储币筒中带出一枚硬币，再落入预先设置的对应币种的分拣筒中，并实现各 个硬币筒的计数功能以及显示总硬币金额数。其装置简图如下：2方案二：多个硬币同时分拣具体的分离步

11、骤如下：首先混币通过入币口，进入到硬币分拣系统装置的分拣系统中，再通过入币口后，硬 币主要落在分拣盘中心附近处（目的在于防止5角，1角硬币在初进入分离盘便经过分拣 盘边缘的一元硬币分拣孔流出）。混币进入到图中所示的分离盘，在第I层分拣盘上有若干直径为22mm的分拣孔，因 此在装置启动后，5角、1角的硬币便会经过分拣孔落入到II层分拣盘。因此，1元的硬 币和其它币值的硬币就区分了出来。同理，在II层分拣盘上也有若干直径为19mm的分 拣孔，1角硬币会经过这些分拣孔进入II【层分拣盘，因而，5角和1角的分拣盘便自动区 分开了。其工作原理如下：启动电动机，电动机带动扰动装置转动，则I层分离盘中的硬币

12、由 于扰动装置的作用作离心运动，5角硬币和1角硬币开始被拨到II层，III层分拣盘中，从 而对不同直径的硬币进行分离，依次分离1元，5角，1角的三种硬币。其装置简图如图 所示：方案对比：方案一基本原理主要是利用高速旋转的离心盘将杂乱无章的硬币通过在离心盘上 的离心运动将需要分拣的硬币堆立成有序的四堆硬币堆（包含一元，五角，一角）到储 币筒中，再利用储币筒下部的带分拣孔的分拣盘的旋转，每次将各个储币筒中带出一枚 硬币，再落入预先设置的对应币种的分拣筒中。方案二基本原理主要是利用三种硬币的不同直径进行分拣，通过三层分拣盘上不同 的结构，将杂乱无章的硬币一层一层地分离，直至三类币种全部分开并由滑道进

13、入对应 的储币筒中。方案一、二，均是利用各种硬币的直径的不同进行分拣，但是，方案一分拣效率与 方案二的分拣效率相比，方案一的分拣效率要低，同时方案一的装置需要较高的转速使 硬币做离心运动，而方案二则仅仅需要扰动臂以降低的转速对硬币堆进行扰动。因此， 相对于装置一，装置二需要的驱动力小，且传动机构简单、紧凑。同时，为了实现硬币的计数功能，由于装置一的储币筒有对应三类硬币的储币筒各 四个，使整个装置结构变得复杂，装置成本更高，而装置二只有三个对应三种币种的储 币筒，结构简单、紧凑，且成本要低，更易实现预期的功能。综合以上分析，选用装置二的设计原理为本装置的主要原理。93传动方案的选择传动方案总体选

14、择设计的内容有确定传动方案、选定电机型号、合理分配传动比以 及计算传动装置的运动和动力参数，目的就是计算各级传动件。整个传递要求较高，所 以第一、二根轴两端采用角接触球轴承，第三根轴采用一头用角接触球轴承另一头采用 普通调心球轴承。减速器设计二级圆柱齿轮减速器传动比为840,用斜齿、直齿或人字齿，结构简单，应用广 泛。同轴式减速器，长度方向尺寸较小，但轴向尺寸较大，中间轴较长，刚度较差。两级大齿轮直径接近有利于浸油润滑,上下或铅垂布置，如图:轴线可以水平、图中展开式乂可以有下面两种，如下所示:根据材料力学（工程力学）可以算出在相同载荷作用下，a方案优先于b方案，最 终选a由装配图查得，X1 =

15、 7" = 275= 201。)=»句T*FxX0_XJ(L + /)6EI.LF XJ(SXJ(L + /) 6E/Z L由装配图查得，旳=103 = 173=77 为=/x%FxX2(L-X2)(L + /)6EIZLF 卸(匕-旳)(匚+ /)6E/ZL_ F 94x182x(275-94)x(173+182)= 6EZ7X275F=902268.7 x-/n/n6E1/综上所述：可得yi<y2 。.选a方案。4传动部分殳计4.1电动机选择步91电动机选择一般遵循以下三个步骤：4.1.1型号的选择现代电动机的型号现在越来越多，通常选用异步电动机。从类型上可分为鼠

16、笼式与 绕线式异步电动机两种。常用鼠笼式的有J、J2、JO、JO2、J03系列的小型异步电动机 和JS、JSQ系列中型异步电动机。绕线式的有JR、JRO2系列小型绕线式异步电动机和 JRQ系列中型绕线式异步电动机。从电动机的防护形式上又可分为以下几种：1. 防护式。这种电动机的外壳有通风孔，能防止水滴、铁屑等物从上面或垂直方 向成45。以内掉进电动机内部，但是灰尘潮气还是能侵入电动机内部，它的通风性能比 较好，价格也比较便宜，在干燥、灰尘不多的地方可以采用。“广系列电动机就属于这种 防护形式。2. 封闭式。这种电动机的转子，定子绕组等都装在一个封闭的机壳内，能防止灰 尘、铁屑或其它杂物侵入电动

17、机内部，但它的密封不很严密，所以还不能在水中工作， “JO”系列电动机属于这种防护形式。在农村尘土飞扬、水花四溅的地方（如农副业加工 机械和水泵）广泛地使用这种电动机。3. 密封式。这种电动机的整个机体都严密的密封起来，可以浸没在水里工作，农 村的电动潜水泵就需要这种电动机。实际上，农村用来带动水泵、机磨、脱粒机、扎花机和粉碎机等农业机械的小型电 动机大多选用JO、J02系列电动机。在特殊场合可选用一些特殊用途的电动机。如JBS系列小型三相防爆异步电动机， JQS系列井用潜水泵三相异步电动机以及DM2系列深井泵用三相异步电动机。考虑到设计的硬币分拣装置的使用对象是零售行业，公交公司，银行业以及

18、个体商 户等等。故选用220V电源电压，再考虑到装置所承受的载荷不大，所需动力也不是很 大，所以一般选用15001/min的电动机，它的转速也比较髙，但它的适应性较强，功率 因数也比较高。综合各方面因素，选用Y132ML6系列直流减速电机。Y132M1-6系列直流减速电动机，分别由SZ（ZYT）系列直流电动机与PX型普通精度 行星减速器构成，能够实现无级调速，同时，其调整范围宽、体积小、重量轻、效率高、 结构紧凑、广泛使用于各类机械产品中。比如：印刷机、塑料平封机、食品包装机、输 油管道保暖检测装置、焊接设备以及其它需要低速高转矩、无级调速的驱动装置，所配 电源采用脉宽调制技术，使电动机转速实

19、现无级变速等优点。4.1.2功率的选择一般机械都注明应配套使用的电动机功率，更换或配套时十分方便，有的农业机械 注明本机的机械功率，可把电动机功率选得比它大10%即可（指直接传动）。一些自制 简易农机具，我们可以凭经验粗选一台电动机进行试验，用测得的电功率来选择电动机 功率。电动机的功率不能选择过小，否则难于启动或者勉强启动，使运转电流超过电动机 的额定电流，导致电动机过热以致行，其功率和功率烧损。电动机的功率也不能选择太 大，否则不但浪费投资，而且电动机在低负荷下运因数都不高，造成功率浪费。选择电动机功率时，还要兼顾变压器容量的大小，一般来说，直接启动的最大一台 鼠笼式电动机，功率不宜超过变

20、压器容量的1/304.1.3转速的选择在电动机转速的选择上面来说，应尽量与工作机械需要的转速相同，采用直接传动, 这样既可以避免传动损失，乂可以节省占地面积。若一时难以买到合适转速的电动机， 可用皮带传动进行变速，但其传动比不宜大于3。异步电动机旋转磁场的转速（同步转速）有300011山1、1500r/inm、1000imun、750i，nun 等。异步电动机的整体转速通常情况下要低2%5%,就算在功率一样的情况下，电动 机转速越低并且体积越大，价格也跟着越高，而且功率因数与效率更低；高转速电动机 有其好处的同时同样也有它的缺点，它的转矩较小而电流大，拖动低转速的机械时传动 不方便，同时转速高

21、的电动机轴承更磨损。所以个体商户一般选用1500r/mm的电动机, 它的转速同样比较高，由于其适应性较强，功率因数同样比较高。4.2电动机有关数据的确定本减速器所选择的参数如下：取速度：lOOOi/miu型号：Y132M1-6额定功率：4kw满载转速：960r/niiii堵转转距/额定转距：2.0最大转距/額定转距：2.0工作转速 neo: 33.3 317111111I 总=niwnco=960/33 3 3=28.8效率的选择：弹性套柱销联轴器：ij 1=0.996级精度圆柱齿轮传动：0=0.977级精度圆柱齿轮传动：1）3=0.983级滚子轴承：ij4=0.938滚子链传动：y5=0.9

22、65 总=il）2i3i知5=0.8503pd=pco/r）总=3.14kw取锥齿轮传动比（低速级）il=2.5;i2=i/il=4圆柱斜齿轮传动比（高速级）12=4链轮传动比10=2.881、拟定传动方案选择电动机'1）传动方案（一）：运输带 F=1500N. v=1.2m/s,卷筒 D=200mm。（2）电动机的选择 由公式 Pl=Fv=1500xl.2=1.8kw11.2*100*1000 ini s111一-=191r/njui 求电机功率P5P=P电】P= Fv査阅资料可得：选取1)1=0.99 弹性柱销联轴器ij2=0.97 6级精度齿轮的效率2=0.98 7级精度齿轮的效

23、率i4=0.938 -滚动滚子轴承的效率可5=0.96滚子链传动则门总=11)2131415=0.8503查阅资料可得：取1=8-60则 n5=nl i= 191 x(8-60)=1528-11460 (r/miii)电动机符合相关要求的同步转速有1500、3000,所以综合考虑电动机和传动装置的 尺寸、重量、价格和带传动比等有关配置，当然是选择3000 r/mui的同步转速电动机更 为合适。4.3 V带传动的设计带传动的主要优点：带传动的中心距比较大 传动带可以作为弹性体的某种结构，可以实现缓冲，吸振，传 动平穏，噪声小等优点 带传动的结构简单，成本低，装拆比较方便 带上的硬币过载时，带轮与

24、带会打滑，可以防止其他零件由于 其他零件由于过载而发生的损坏综上，该装置的动力传动系统以带传动为主。4.3.1 V带轮的设计要求V带轮的设计必须满足某些要求：质暈小，工艺性良好，没有特别大的内应力，质量 分布较均匀，转速高时要经过动平衡来调节，轮槽工作而最好可以经过精细化的统一加 工(表面粗糙度一般应为3.2)以减少带的磨损，每个槽尺和槽角必须一定的精度，以此 来保证轮槽载荷分布比较均匀。4.3.2带轮的材料带轮的材料用铸铁，材料牌号用HT200.4.3.3 V带轮的结构V带轮的主要结构有以下几种形式：实心腹板板椭圆轮辐.当带轮的基准直径d&2.5d时，可以使用实心;dd 300nii

25、n时，可采用腹板式；d e lOOimnllj,可采用孔板式)；dd >300mm时，可采用轮辐式。4.3.4相关计算己知电动机的额定功率为29W.转速ni=83r/min.选取传动比为1=2,采用普通V带传动.1.确定计算功率Pc由参考资料1表8-6査得工作情况系数KA=1.1,故Pc=KA P=1.1.29=31.9W2 .选取带型：根据Pc, lh由参考资料1图5.9确定选用Y型3 .确定带轮基准直径 由4表5-10取主动轮基准直径d ji=20nun则从动轮基准直径d =i d ji=2- 20=40nun 根据参考资料1表8-7取d=40nmi 按参考资料1式(8-13)验算带

26、的速度V = 凱" =”x20x83s = 0.087/H/5 <35m/s 60x1000 60x1000带的速度合适4. 确定V带的长度和中心距根据0 . 7(dd 1 -dd?)o 3 <2(dd ldd2)?即 42<ao<12O初步确定中心距a o=8Omm根据参考资料4式(5-20)计算所需的基准长度Ld ' =2 匹(240)+同°_2°)=254.6mm0 2V 4x250根据参考资料4表5-2选取带的基准长度Ld=250mm 由参考资料4式(5-21)计算实际中心距 a=ao+(jL- dL ' )/2=8

27、0+(250-254.6)/2=77.7mm5. 验算主动轮上的包角a 1由参考资料4式(5-6),得"180“X57.5。=1SO3 -(40-20)x57.5° /77. 7=165. 2a >120'主轮上的包角合适6. 计算V带的根数Z由参考资料4式(5.22)知1二已由nl=83r/min. ddl=20min. 1=2査由参考文献4表5.3和参考文献4表5-4, 得Po=O.O3kw, AP o=0. 0061kw查参考资料4表5-8,得K =0.90 029査参考资料4表5-6、得Kl=0.84则 e = (0.03 + 0.0061 )x0.9

28、x0.S4 =1°?4取z=l式(5-22)中 K-包角系数K'长度系数Po根V带的额定功率P 0-7.计算預紧力F。计入传动比时，一根V带额定功率的增量31由参考资料4式(5-23)知p 2 5500工(訐_1)+对Fo= 3 查参考资料4表5.4,得q=0.06kg/m,故FC = 5OQ Q°319-(-l) + Ot06x0.0872=311,8N ° 1xOOR7 OQ8 .计算作用在轴上的压轴力F由参考资料句式(5-24),得F =2zFrsm-= 2x1x311.8xMn-=618.4Nr °224.4带轮的结构设计带轮的结构设计，

29、第一是根据带轮的基准直径而选择的结构形式，第二是根据带的 截型确定轮槽尺寸，参考文献4表（5-10）,带轮的其它结构尺寸可参照参考文献1图 （5-12）所列经验公式计算，只要带轮的各部分尺寸知道后，就可以绘出零件图了，并 且还要按工艺要求写出相关的技术条件。由以上的计算可知：电动机的V带轮选实心式：主轴V带轮选腹板式。4.5 V带轮的结构參数V带轮的捻儕尺寸V带轮的结构参数如表:项目1符号参数值基准淬度5.3基准线上槽深1,6基准线下槽深6.3第一槽对称闻生断面的距离f7最小轮缘厚85带轮宽,B28外径*dl=20 d2=40轮糟角404分拣盘的结构设计本装置主要利用币种不同的硬币在直径上的区

30、别，通过直径不同的分拣孔进行分拣, 为使装置分拣功能能够更精确，装置釆用三级分拣，即在每层分拣层分拣出一种硬币， 最终实现对三种币种的硬币进行分拣，装置依次分拣一元、五角和一角的硬币。分键盘1：分键盘1主要是实现对1元硬币的分离功能，在分键盘1上有若干直径为22mm的分拣 孔以及一个直径为出币口，在分拣盘上有一个斜面，斜面的前半部分有五个直径为20皿 的分拣孔，主要防止在杂乱无章的硬币做离心运动的过程中，一角和五角的硬币会通过 1元硬币出币口通过，进而出现分拣工作的失败，因此，改结构设计可以使经过扰动装置处理后，平摊在分键盘上的硬币（可能包含1元,5角，1角）在向1元出币口运动过程 中，1角和

31、5角的硬币会在到达出币口前，会通过分拣口落入到后续的分拣盘上，保证分 拣工作的精度。分键盘1的结构图如下：分拣盘2：分拣盘2主要实现对5角硬币的分拣，在经过了分拣盘1的分拣后，1角和5角的 硬币会落入到分拣盘2上，分键盘2上有若干直径为20mm的分拣孔以及一个直径为 21mm的S角硬币出币口。分拣盘2具体结构如下：分拣盘3：进过分拣盘L 2的分拣后，落入分拣盘3上的只有1角硬币，因此，分键盘3上仅 有一个直径为20mm的1角硬币出币口。分拣盘3结构如下：5轴的设计机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来 支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。本章将讨

32、论轴的类型、 轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结构设计和强度计算。结 构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的强度和刚度外，还要考虑使用、 加工和装配等方面的许多因素。按轴受的载荷和功用可分为：1. 心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。如.车辆轴和滑轮 轴。2. 传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴，主要用于传递转 矩。如汽车的传动轴。3. 转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件乂传递转矩°如减速器轴。轴的材料主要承受弯矩和扭矩。轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够 的强度、韧性和耐磨性。轴的材料从以下中选取：1. 碳素钢优质碳素

33、钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜， 应用广泛。例如：35、45、50等优质碳素钢。一般轴采用45钢，经过调质 或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理。轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。2. 合金钢合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处 理变形小，价格较贵。多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。例如：汽抡 发电机轴要求在高速、高温重载下工作，采用27Cr2MolV 38CrMoAlA等。 滑动轴承的高速轴，釆用20Cr、20CrMnTi等。3. 球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸

34、造 制成外形复杂的轴。例如：内燃机中的曲轴。轴的结构设计如图所示为一齿轮减速器中的的高速轴。轴上与轴承配合的部份称为轴颈，与 传动零件配合的部份称为轴头，连接轴颈与轴头的非配合部份称为抽身，起定位作 用的阶梯轴上截面变化的部分称为轴肩。轴结构设计的基本要求有：（1）便于轴上零件的装配轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆，将轴制成阶梯轴，中间直径最大，向两端逐渐直径减小。近似为等强度轴。（2）保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴上零件的轴向定位方法主要有：轴肩定位、套筒定位、圆螺母定位、轴端挡圈定 位和轴承端盖定位

35、。1）轴向定位的固定轴肩定位 定位会使 突变而产 轴肩的 要求r轴 套筒和圆螺母定位套筒用于轴上两零件的小，结构简圈联合使用，常用于轴端起到双向固定。fO距离较装拆方轴肩或轴环：如图10-7所示。 是最方便可靠的定位方法，但采用轴肩 轴的直径加大，而且轴肩处由于轴径的 生应力集中。因此，多用于轴向力较大的场合。定位 高度11=（0.070.1）d, d为与零件相配处的轴径尺寸。 <R孔或r MC孔便，多用于承受单，定位可靠。圆螺母用于轴上两零件距离较大，需要在轴上切制螺 纹，对轴的强度影响较大。 性挡圈和紧定螺钉这两种固定的方法，常用于轴向力较小的场合。 轴端挡圈圆锥面：轴端挡圈与轴肩、

36、圆锥面与轴端挡剧烈振动和冲 击的场合。2）周向定位和固定轴上零件的周向固定是为了防止零件与轴发生相对转动。常用的固定方式有：a.键联接b.过盈配合联接C.圆锥销联接 d.成型联接过盈配合是利用轴和零件轮毂孔之间的配合过盈量来联接，能同时实现周向和轴向固定，结构简单，对中性好，对轴削弱小，装拆不便。成型联接是利用非圆柱面与相同的轮毂孔配合，对中性好，工作可靠，制造困难应用少。故联接 切花Bt联接 c）成形联按（3）具有良好的制造和装配工艺性1）轴为阶梯轴便于装拆。轴上磨削和车螺纹的轴段应分别设有砂轮越程槽和螺纹 退刀槽。如教材图10-12所示。2）轴上沿长度方向开有凡个键槽时，应将键槽安排在轴的

37、同一母线上。同一根轴 上所有圆角半径和倒角的大小应尽可能一致，以减少刀具规格和换刀次数。为使轴上零 件容易装拆，轴端和各轴段端部都应有45。的倒角。为便于加工定位，轴的两端面上应 做出中心孔。（4）减小应力集中，改善轴的受力情况轴大多在变应力下工作，结构设计时应减少应力集中，以提高轴的疲劳强度，尤为 重要。轴截面尺寸突变处会造成应力集中，所以对阶梯轴，相邻两段轴径变化不宜过大, 在轴径变化处的过渡圆角半径不宜过小。尽量不在轴面上切制螺纹和凹槽以免引起应力 集中。尽量使用圆盘洗刀。此外，提高轴的表面质量，降低表面粗糙度，采用表面碾 压、 喷丸和渗碳淬火等表面强化方法，均可提高轴的疲劳强度。当传矩

38、由一个传动件输入，而由儿个传动件输出时，为了减小轴上的传矩，应将输 入件放在中间。如图10-14所示，输入传矩Ti=T2+T3,轴上各轮按图14-15a的布置 形式，轴所受的最大传矩为T2 + T3,如改为图10-14b的布置形式，最大传矩减小为T? 或T3。5.1初步确定轴的直径和材料:先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45号钢，调质处理。取A0=10o5. 2轴的结构设计：1）拟定轴上零件的装配方案为使装置的结构更加简单，考虑到具体的轴上各零件的安装细节，先将轴的固定 采取“一端固定，一端支撑”，现选用如图所示的装配方案：2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）为了满足扰臂装

39、置的周向和轴向定位要求，上半轴需加工出三个定位孔，从 而使用三个开口销对扰币装置进行固定。左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D = 8mmo（2）初步选择滚动轴承。选用深沟球轴承。参照工作要求，下端滚动轴承采用轴 肩进行定位。中部滚动轴承釆用过渡配合。两个轴承分别装夹在轴承座中。带轮与轴之间釆用弹性挡圈定位。轴上零件的周向定位大、小带轮与轴的周向定位均釆用平键联接。按由手册査得平键截面bXh二4X 4（GB1095-2003）,键槽用键槽铳刀加工，长为10mm（标准键长见GB1096-2003）, 同时为了保证带轮轮毂与轴的配合为H7/n6°滚动轴承与轴的周向定位是借过渡 配合

40、来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为n）6。4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为2X45° O5.4轴的设计计算5.4.1按扭转强度计算这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度。如果还受不大的弯矩时，则采 用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。并且应根据轴的具体受载及应力情况，采 取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。在进行轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。对于不大重要的轴，也可 作为最后计算结果。轴的扭转强度条件为：9.55 xlO6-强度条件：=矿=0 2尸卯Mpa、几、丄八f/5x9.55xlO6P ； 7 ,、设计公式：%就卜哽)轴上有键槽：放大：35% 一个键槽

41、；7-10%二个键槽。并且取标准植式中：门许用扭转剪应力(N/nini2),C为由轴的材料和承载情况确定的常数。5.4.2按弯扭合成强度计算通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸、轴上零件的位置以及外载荷和支反力 的作用位置均己确定，轴上的载荷(弯矩和扭矩)己可以求得，因而可按弯扭合成 强度条件对轴进行强度校核计算。对于钢制的轴，按第三强度理论，强度条件为：M M+(g )M2 + (aT)2(yr = - =: <a .1.W 丄"°山32设计公式：d> I Mc(mm)。心-上式中、：6e为当量应力，Mpa。d为轴的直径，mm, 也=伽：+(的 为当量 弯矩；M

42、为危险截面的合成弯矩；M =伽：+崎；Mh为水平面上的弯矩；Mv 为垂直面上的弯矩；W为轴危险截面抗弯截而系数：。一一为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数.弯矩引起的弯曲应力为对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转乾应力往往为非 对称循环变应力与扭矩变化情况有关=1 一一扭矩对称循环变化J%。 丁 0.6一扭矩脉动循环变化丄为2丁 0.3一不变的扭矩仃/,分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用弯曲应力。 对F重要的轴，还要考虑影响疲劳强度的一些因素而作精确验算。内容参看有关书籍。5.4.3轴的刚度计算槪念轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度，就会影响轴 上零件的正常工作

43、，甚至会丧失机器应有的工作性能。来度量，其校核公式为：抽 的弯曲刚度是以挠度y或偏转角0以及扭转角。yWy; ow。；巾 Wd）。式中：y、I。、巾分别为轴的许用挠度、许用转角和许用扭转角。5.4.4轴的设计步骤设计轴的一般步骤为：（1）选择轴的材料 根据轴的工作要求，加工工艺性、经济性，选择合适的材料和 热处理工艺。（2）初步确定轴的直径按扭转强度计算公式，计算出轴的最细部分的直径。（3）轴的结构设计 要求：轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置；轴上零 件装拆、调整方便：轴应具有良好的制造工艺性等。尽量避免应力集中；根据轴上 零件的结构特点，首先要预定出主要零件的装配方向、顺序和相互关系，它

44、是轴进行结 构设计的基础，拟定装配方案，应先考虑儿个方案，进行分析比较后再选优。原则：1）轴的结构越简单越合理；2）装配越简单越合理。5.5各轴的计算5.5.1高速轴计算C1）査得C=118 （低速轴弯矩较大），由公式d>= 118-益=2腿1599NARax =匕半=1599N水平支反力AR=F, Rrx =2188 1599 = 589NRy = E + 4M/2 = 821x201 + 564x40 =垂直支反力275取高速轴的直径d=45mm。（2）求作用在齿轮上的力齿轮所受的转矩为J955M。、=955。小驾 o=87542M齿轮分度圆直径为47 = 20x4 = 80w齿轮作

45、用力 圆周力 F产牛=2、胃U.OV径向力Fr = Fjgan / cos - = 2188 x 缪 20° / cos 14.45 = 82 IN轴向力Fa =氏弟/7 = 2188x04.45 = 564N（3）画轴的计算筒图并计算支反力（图a）682N139N589NERBY = Fr -= 821-682 = 139N（4）画弯矩图a水平面内弯矩图M（b图）118326图b截面cMCx = RJac = 1599x74 = 113326N.mmb垂直面内弯矩图MC （c图）截面cC合成弯矩McMy（d图）Mcr = RAYlAC = 682 x74 = 50468N= 128

46、639N 刀伸d画扭矩图（e图）T = 87542Mh/w 又根据 =600/nun查得b】L=55N/舟a = = 0.5859则 aRT = 0.58x87542 = 50774N."以e绘当量弯矩图（f图）L38296图fMca = JM' +07、= 138296M 也5.5.2中间轴设计（1）查得C=118 （低速轴弯矩较大），由公式d>2 955="8七商=23.2血取高速轴的直径d=60mmo（2）求作用在齿轮上的力齿轮分度圆直径为】=47 = 23x4 = 92齿轮所受的转矩为p2 955T = 9550xI。二=9550xl03-一 = 73

47、490N.仰nA384齿轮作用力圆周力厂 2T 2x7349092= 15980径向力轴向力£ = an / cos /7 = 1598 x tg 20° / cos 14.45 = 60。NFa = Fftgp = 1598xfgl4.45 = 412N95水平支反/yF"，273N327N15<ENX1I352N（3）画轴的计算简图并计算支反力（图a）BID-r砌=£一电=1598 546 = 1052NR = F,盘=1598X 竺=621NCX ''278R _F,y + FdJ2 垂直支反力“600x95 + 412x46

48、 _273nAB278A* =127NRcy = Fr - Ray 一Rby = 600-273-127 = 200/V（4）画弯矩图a水平面匚匚矩ZM（bZ）53184图k)截面cA/rrJ = R,xLc = 546 x 75 = 40950N."截面DM,e = Rcx1ac = 546x108 = 59184N."b垂直而内弯矩图MC （c图）图c截面cMcyi = RArlAC = 273x75 = 20475Nm截面DMDY2 = RCYlCD = 200x108 = 21600N 刀C 合成弯矩"ci = J材-= 457837V./WM（d图）D合

49、成弯矩虬” =>J DX2 +DY2=62783N."6278332d画扭矩图（e图）图eT = 73490噸乂根据(7S = 600 N / mm *查得b 丄=95N /mm25559= 0.580.58 x 73490 = 42624Njnme绘当量弯矩图（f图）Mea = yjM2 + (aT)2 = 62553N仰5.5.3低速轴设计CD査得C=118,由公式d > eg = 50.1mm取高速轴的直径d=75mm。（2）求作用在齿轮上的力齿轮分度圆直径为4 = 87x4 = 348齿轮所受的转矩为p2 643T = 9550x10 =9550x10, - =

50、757295N.如33.33齿轮作用力圆周力E= 2x757295 = 4352/v，348径向力F, = FjgmH cos = 4352 x 级 20° /cos 14.45 = 16337V轴向力Fa = F,tgfl = 4352 x 14.45 = 112 IN（3）画轴的计算简图并计算支反力（图ISOCfJ：=7CN148C图Ci水平支反力41BC182产= 4352x两= 2870NRrx =F一Rrx =4352 2870 = 1482N1633x82 + 1121xl74 = 150()Ar垂直支反力276Rbv=F_Ray = 1633-1500 = 133N（4

51、）画弯矩图a水平面内弯矩图M（b图）269780图b截面CMCx = RAXlAC = 2870x94 = 2697807V.mmb垂直面内弯矩图MC （c图）图C截面cMcy = RAYlAC = 1500x94 =141000N.wwC 合成弯矩+M, = 282658N.nun（d图）282658图dd画扭矩图（e图）4艺2豊r = 757295Mww 又根据(7R = 600N/mm查得 hL=557V/nm2a2b=95N/mm2则 叩=0.58x757295 = 43923e绘当量弯矩图（f图）ylM2+(aT)2 = 625503N冲5.6轴的设计与校核5.6.1高速轴设计初定最

52、小直径，选用材料45。钢，调质处理。取A0=112 （不同）则 Rimn=A0= 16.5 6nmi最小轴径处有键槽Rmm'= 1.07dmin= 17.72min最小直径为安装联轴器外半径，取KA=1.7,同上所述己选用TL4弹性套柱联轴器,轴孔半径R=20nun o取高速轴的最小轴径为R=20mnic由于轴承同时受径向和轴向载荷，故选用6300滚子轴承按国标T297-94D*d*T=17.25轴承处轴径d =36niin高速轴简图如下：取 L 1=3 8+46=84mm.取挡圈直径 D=43mm,取 d2=d4=54nuii.d3=67iiun.d l=d5=67nun ：联轴器用键：圆头普通平键。B*h=6*6,长 L=91 mm齿轮用键：同上。B*h=6*6.长L=10mm,倒角为2*45度5.6.2中间轴设计中间轴简图如下：初定最小直径dmin=20mm选用6303轴承，d*D*T=25*62*18.25d 1 =d6=25nun,取 Li =26nun.L2=19. L4=120mm,d2=d4=35mm丄3=12mmD3=50nuii.d5=30miii.L5=1.2*d5=69nun, L6=55mm齿轮用键：圆头普通键：b*h=12*8,长L=61mm5.6.3低速轴设计初定最小直径：d miii=2 5 nun取小轴径