小型混料機(jī)的設(shè)計(jì)【傾斜式滾筒混料機(jī)】【固體粉末的攪拌混合】

小型混料機(jī)的設(shè)計(jì)【傾斜式滾筒混料機(jī)】【固體粉末的攪拌混合】,傾斜式滾筒混料機(jī),固體粉末的攪拌混合,小型混料機(jī)的設(shè)計(jì)【傾斜式滾筒混料機(jī)】【固體粉末的攪拌混合】,小型,混料機(jī),設(shè)計(jì),傾斜,歪斜,滾筒,固體,粉末,攪拌,混合 南京理工大學(xué)紫金學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 作 者: 徐友偉 學(xué) 號(hào)： 060104234 系： 機(jī)械工程系 專 業(yè): 機(jī)械工程及自動(dòng)化 題 目: 小型混料機(jī)的設(shè)計(jì) 副教授 胡小秋 指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 評(píng)閱者： 孫中圣 講師 (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 2010 年 5 月 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要 固體混合是工業(yè)生產(chǎn)過程中一種重要的單元操作，它廣泛用于化工、醫(yī)藥、食品、飼料、塑料和建材等部門。隨著固體混合技術(shù)的發(fā)展，各種不同類型的混合設(shè)備也在不斷地創(chuàng)新。按對(duì)粉粒體作用力的方式分為容器回轉(zhuǎn)型、容器固定型和復(fù)合型混合設(shè)備。 介紹了容器回轉(zhuǎn)型傾斜式混料機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在分析了混料機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，完成了混料機(jī)的總體設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)了傳動(dòng)裝置，達(dá)到四級(jí)變速的混料要求，重點(diǎn)對(duì)軸、齒輪、軸承進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。小型混料機(jī)具有高效、節(jié)能、低污染、操作簡便等諸多優(yōu)越性能，滿足了生產(chǎn)需要。 關(guān)鍵詞 固體混合 混料機(jī) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 發(fā)展方向 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要 Title The design of small mixer Abstract The solid mixture is an important unit operation in the processes of industrial production; it is widely used in chemical, pharmaceutical, food, plastics and building materials sectors. With the development of solid hybrid technology, different types of mixing equipment are also constantly innovating. By way of physical force to the powder, it can be divided into container back in transition, the container fixed and composite mixing equipment; The article introduced the principle and structure of the tilt container back in transition mixer. The design of the mixer is completed, based on the analysis of mixer current development status. Specific design is the transmission device with its mixing speed achieves to four, especially, the shafts, gears, bearings are designed in detail. Small mixer with high efficiency, energy saving, low pollution, easy operation and many other advantages can meet the production needs. Keywords solid mixture, mixer, structural characteristics, development 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第II頁 共Ⅱ頁 目 次 1 緒論…………………………………………………………………………………1 1.1固體粒子混合……………………………………………………………………1 1.1.1 固體粒子………………………………………………………………………1 1.1.2 固體混合……………………………………………………………………2 1.1.3 固體混合的影響因素 ………………………………………………………2 1.2 混合設(shè)備的分類…………………………………………………………………3 1.2.1 容器回轉(zhuǎn)型混合設(shè)備…………………………………………………………3 1.2.2 容器固定型混合設(shè)備…………………………………………………………4 1.2.3. 復(fù)合型混合設(shè)備……………………………………………………………4 2. 混料機(jī)的組成及各部分功能……………………………………………………6 2.1 混料機(jī)的組成……………………………………………………………………6 2.2 混料機(jī)的各部分功能……………………………………………………………7 3 .電動(dòng)機(jī)的選用……………………………………………………………………9 3.1 電動(dòng)機(jī)選用原則…………………………………………………………………9 3.2 電動(dòng)機(jī)選擇計(jì)算………………………………………………………………14 4.混料機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)…………………………………………………………17 4.1減速器的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………17 4.1.1 確定傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比……………………………17 4.1.2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)………………………………………………17 4.1.3 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………18 4.1.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及校核…………………………………………………22 4.1.5 鍵聯(lián)接的選擇及計(jì)算………………………………………………………29 4.1.6 滾動(dòng)軸承的壽命校核………………………………………………………29 4.2聯(lián)軸器的選用…………………………………………………………………30 4.3 變速裝置的設(shè)計(jì)………………………………………………………………31 4.4傳動(dòng)齒輪箱的設(shè)計(jì)……………………………………………………………32 4.4.1 軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………32 4.4.2 齒輪的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………33 4.4.3 軸承的選用…………………………………………………………………34 4.4.4 下箱體與上箱蓋的設(shè)計(jì)……………………………………………………35 5.混料滾筒的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………36 6.混料機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)…………………………………………………………………37 結(jié)論…………………………………………………………………………………39 致謝…………………………………………………………………………………40 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………41 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 45 頁 共 45 頁 1．緒論 1.1固體粒子混合 1.1.1 固體粒子 固體混合是工業(yè)生產(chǎn)過程中一種重要的單元操作，它廣泛用于化工、醫(yī)藥、食品、飼料、塑料和建材等部門[1]。 固體混合設(shè)備中所述及的固體是指粉粒體，而粉粒體可再細(xì)分為兩種，一種是粒體（粒料），另一種是粉體。兩者的區(qū)別如圖1-1所示。 圖1-1 各種固體粒子的粒徑范圍和測量方法 兩者的粒徑約為50為界，粒料上限為數(shù)毫米，而粒料與粉體的更本質(zhì)的區(qū)別在于兩種固體顆粒的力學(xué)行為的區(qū)別。粒料的力學(xué)行為主要受重力所控制。當(dāng)粒子的粒徑不斷減小，則粒子之間的附著力所引起的作用逐漸增大，當(dāng)粒徑小至數(shù)十微米時(shí)，附著力與重力平衡。粒徑進(jìn)一步減小，附著力急劇增加，當(dāng)粒徑小至數(shù)微米時(shí)，重力的作用小到可以忽略，由附著力的作用會(huì)形成凝集體，即發(fā)生所謂逆粉碎現(xiàn)象，粒徑大小對(duì)混合物性能的影響主要是通過兩相的界面起作用的，過小的粒子（如在3以下）對(duì)混合物的力學(xué)性能不一定有好處。 1.1.2 固體混合 固體混合是指兩種或兩種以上不同性質(zhì)的粉粒體，在干燥狀態(tài)或加入少量液體的狀態(tài)下，在外力作用下進(jìn)行攪混，使之逐步達(dá)到均一分布的操作，是不均勻度不斷減小的一種隨機(jī)過程。其混合狀態(tài)如圖1-2。 （a）原狀態(tài) （b）理想完全狀態(tài) （C）隨機(jī)完全狀態(tài) 圖1-2 混合狀態(tài) 黑白格子各表示一種物料。圖中的理想完全混合狀態(tài)是難以達(dá)到的，實(shí)際混合過程總是無序、不規(guī)則排列，它所能達(dá)到的最佳程度稱為隨機(jī)完全混合。 1.1.3 固體混合的影響因素 與液體攪拌相比，固體混合不具有自身擴(kuò)散的性質(zhì)，因而必須施加外力才能強(qiáng)制流動(dòng)。影響混合的因素，除混合設(shè)備和操作條件外，固體粉粒體的性質(zhì)，包括粒子的粒度與粒度分布、粒子形狀、表現(xiàn)密度、表面性質(zhì)、靜電荷、水分含量、休止角、流動(dòng)性、凝聚性，對(duì)混合過程的影響極大，如圖1-3所示。圖中M為混合度，t為混合時(shí)間。圖（a）所示的曲線為一條典型的正常曲線。在混合的初始階段。混合度M增加甚快。呈直線上升，到后階段，混合度的增加程度逐漸變得平緩，從圖（b）可看出，因粉粒體的粒度差大，在混合過程中，混合程度不穩(wěn)定，曲線經(jīng)過一個(gè)峰值后反而下降了?；旌虾箅A段，曲線下降的趨勢逐漸趨于平坦，這與混合過程中，大顆粒較容易分離，而且小顆粒物料又較容易沉積在設(shè)備的下部有關(guān)。圖（c）因粉粒體的密度差大，混合初期，混合度呈無規(guī)則曲線狀上升，過了峰值反而逐漸下降。此曲線后階段的走勢與圖（b）曲線有些類似，也是由物性差異較大所造成的。圖（d）因混合過程中產(chǎn)生靜電作用，混合的初始階段，混合度上升的規(guī)律性很差，呈反復(fù)的波動(dòng)狀，到后階段才穩(wěn)定定下來，呈曲線狀緩慢上升。 (a)物性差小，混合良好 (b)粒度差大，混合不良 (c)密度差大，混合不良 (d)混合過程中發(fā)生靜電的再混合 圖1-3 物性對(duì)混合過程的影響 1.2 混合設(shè)備的分類 固體混合設(shè)備可按不同的方法分類： l 按對(duì)粉粒體作用力的方式分為容器回轉(zhuǎn)型、容器固定型（包括機(jī)械攪拌式、氣流攪拌式、流體切割式）和復(fù)合型混合設(shè)備； l 按操作方式分為間歇式和連續(xù)式； l 按運(yùn)動(dòng)部件回轉(zhuǎn)速度分為高速型和低速型。 列出的各種混合設(shè)備的特性和適用范圍，歸納起來可分為以下幾大類。 1.2.1 容器回轉(zhuǎn)型混合設(shè)備 ① 適用于物性差異小、流動(dòng)性好的物料的混合，可以獲得較高的混合精度；但對(duì)粒徑比等物性差異大、流動(dòng)性差的物料，采用該種型式大多數(shù)情況下不能得到良好的效果。 ② 裝料系數(shù)低，一般為0.3～0.4。 ③ 最佳回轉(zhuǎn)速度，即處于最佳混合狀態(tài)的速度一般為臨界速度為50%～80%；也可以用費(fèi)勞德數(shù)是離心力與重力之比。當(dāng)裝料系數(shù)為0.3時(shí)，不同種類混合設(shè)備的值分別為：V型0.3～0.4，雙重圓錐0.55～0.65，滾筒0.7～0.8，正立方體0.5。 圖1-4 容器回轉(zhuǎn)型混合設(shè)備 ④ 設(shè)備容易清洗，適合于多品種小批量生產(chǎn)。 ⑤ 回轉(zhuǎn)速度慢、適合于易磨損物料的混合。 ⑥ 容器回轉(zhuǎn)空間大，但伴隨回轉(zhuǎn)容易引起負(fù)荷變動(dòng)，因而需要設(shè)置 安全柵和牢固的基礎(chǔ)。 ⑦ 進(jìn)出口的定位較困難。 1.2.2 容器固定型混合設(shè)備 ① 機(jī)種多，不僅可滿足各種物性粉粒體的混合，也可用于粉粒體中添加液體的混合。 ② 因容器是固定的，混合設(shè)備與粉粒體進(jìn)出料裝置容易連接。 ③ 裝料系數(shù)大，一般0.5～0.6。 ④ 設(shè)備清洗困難，適合于少品種大批量生產(chǎn)。 ⑤ 存在攪拌槳葉磨損和軸封部件粉塵等問題。 1.2.3.復(fù)合型混合設(shè)備 這類混合設(shè)備是在容器回轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)上，在容器內(nèi)部增設(shè)了攪拌物料用的葉片，以增強(qiáng)物料的混合和分散作用，從而提高混合效果。如在常用的滾筒、V型、雙重圓錐型等混合設(shè)備中，分別設(shè)置了特定的葉片，便構(gòu)成了復(fù)合型混合設(shè)備。 復(fù)合型混合設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)： ①適合粒徑比等物性差異較大，流動(dòng)性較差的物料，也適合于需添 加液體的混合。 ② 裝料系數(shù)中等，一般為0.4～0.5。 ③ 混合時(shí)間較短，生產(chǎn)效率高，混合精度較高。 ④ 因?yàn)橛行D(zhuǎn)葉輪工作，故清洗衣較容易。 ⑤ 容易造成物料的粉碎和磨損。 ⑥ 該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)熱較大，不適合受熱分解和熱敏性物料。 ⑦ 存在攪拌葉片的磨損和粉塵進(jìn)入軸封部件處而影響密封等問題。 2. 混料機(jī)的組成及各部分功能 2.1 混料機(jī)的組成 本論文對(duì)小型混料機(jī)的設(shè)計(jì)要求是傾斜式滾筒混料機(jī)，目的是進(jìn)行固體粉末的攪拌混合，而不具備液體混合的能力。為了符合設(shè)計(jì)要求，在參閱了相關(guān)資料中涉及的滾筒混料機(jī)的技術(shù)參數(shù)后，將該混料機(jī)的組成分為以下四部分：動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、混合裝置和混料機(jī)機(jī)架這四個(gè)部分。 小型混料機(jī) 電動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)裝置 混料滾筒 機(jī)架 減速器 傳動(dòng)齒輪 配換齒輪傳動(dòng) 一號(hào)（左）機(jī)架 二號(hào)（右）機(jī)架 圖2-1 混料機(jī)的組成 混料設(shè)備的攪拌軸通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且由于該混料機(jī)的使用場合是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，電力能源的獲取是最簡單易得的，故該小型混料機(jī)的動(dòng)力源部分采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)混料機(jī)由靜止起動(dòng)時(shí)，滾筒要克服自身的慣性，還要克服滾筒所推動(dòng)的固體粉末的慣性以及傳動(dòng)裝置等部件的慣性，這時(shí)滾筒與固體粉末的相對(duì)速度最大，滾筒所受阻力的作用面積也是最大，困此此所需的功率值必然較大，該最大功率即為混料機(jī)的啟動(dòng)功率。但試驗(yàn)測定表明，攪拌即在啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的最高點(diǎn)持續(xù)時(shí)間一般僅為2～3秒，隨后立即大幅度下降至接近正常動(dòng)轉(zhuǎn)電流，說明出現(xiàn)最大功率的時(shí)間極短，由于一般電動(dòng)機(jī)都允許有啟動(dòng)過載量，即允許較大范圍的啟動(dòng)電流。如380V三相交流異步電動(dòng)機(jī)，在5～10秒的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，其啟動(dòng)電流一般允許達(dá)到額定電流的6.5～7倍；且電動(dòng)機(jī)功率越小，則啟動(dòng)電流相對(duì)于額定電流的允許倍數(shù)越大。所以，只要選擇合理的電動(dòng)機(jī)，在啟示錄動(dòng)時(shí)依靠轉(zhuǎn)矩余量來加速攪拌即滾筒直達(dá)穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速，不會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過熱或者不能啟動(dòng)的情況。 混料機(jī)的傳動(dòng)裝置包括減速裝置，變速裝置和滾筒驅(qū)動(dòng)裝置。減速裝置即減速器，由于攪拌設(shè)備的轉(zhuǎn)速一般都比較低，因而電動(dòng)機(jī)絕大多數(shù)情況下都是與變速器組合在一起使用的，有時(shí)也采用變頻直接調(diào)速。因此，選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)特別考慮與變速器的匹配問題。變速裝置照設(shè)計(jì)要求應(yīng)該能達(dá)到四級(jí)變速的要求，在考慮了小型混料機(jī)的工作特性以及工作場所后，決定采且配換齒輪的變速方式。驅(qū)動(dòng)裝置采用齒輪來驅(qū)動(dòng)混料滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，鑒于齒輪傳動(dòng)的穩(wěn)定性，決定采用開式齒輪傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)混料滾筒。 混合裝置是一個(gè)直徑300㎜，長度500㎜，壁厚5㎜的圓柱型滾筒，滾筒的兩端用支撐軸固定在機(jī)架上，混料滾筒的右側(cè)焊接上軸承，該軸承上的齒輪與滾筒驅(qū)動(dòng)裝置的齒輪嚙合，以達(dá)到使?jié)L筒轉(zhuǎn)動(dòng)的目的?；炝蠙C(jī)的機(jī)架分成兩個(gè)部分，兩機(jī)架的立柱結(jié)構(gòu)完全相同，區(qū)別是一側(cè)的機(jī)架底座較大，這部分的底座上要安放電動(dòng)機(jī)，減速器以及傳動(dòng)齒輪箱，且要保證電動(dòng)機(jī)減速器以及傳動(dòng)齒輪箱的中心軸線位于同一水平面上，另一側(cè)的機(jī)架只是負(fù)責(zé)混料滾筒的固定以及整個(gè)混料機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定。機(jī)架的兩個(gè)部分的相對(duì)位置的固定采用連接桿來實(shí)現(xiàn)。 2.2 混料機(jī)的各部分功能 該小型攪拌的動(dòng)力裝置部分為電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)為整個(gè)小型混料機(jī)提供動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)的功率經(jīng)過聯(lián)軸器傳遞到小型混料機(jī)的傳動(dòng)裝置，經(jīng)過減速器的減速，將電動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速降低為比較低的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過配換齒輪副的調(diào)整之后，由傳動(dòng)齒輪最終將功率傳遞到混料滾筒上面，帶動(dòng)混料滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到混合不同粉末的目的。 減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來以滿足工作需要。減速器的輸入端軸通過連軸器與電動(dòng)機(jī)的輸出軸相連，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速太高而扭矩較低，不能直接輸出到混料滾筒段齒輪，必須經(jīng)過減速器的減速，來降低轉(zhuǎn)速和增大扭矩。 有級(jí)（或分級(jí)）變速是指在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)若干固定、不連續(xù)的轉(zhuǎn)速（或速度）變化。其優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，采用多軸傳動(dòng)時(shí)變速范圍大，其缺點(diǎn)是不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，不易選擇最佳轉(zhuǎn)速值。該小型混料機(jī)的變速裝置為配換齒輪，變速時(shí)兩齒輪位置互換或另裝一對(duì)齒數(shù)比不同的齒輪，結(jié)構(gòu)簡單，不需要操縱機(jī)構(gòu)或者互鎖裝置，軸向尺寸小，但是更換齒輪費(fèi)時(shí)費(fèi)力，懸臂安裝受力條件差。適用于不經(jīng)常變速且要求結(jié)構(gòu)簡單、緊湊的變速機(jī)構(gòu)。 傳動(dòng)齒輪是機(jī)器中應(yīng)用最廣泛的一類傳動(dòng)形式，它的功能是將機(jī)器中的原動(dòng)機(jī)（如電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)）的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力向工作機(jī)（如水泵、抽油泵、鼓風(fēng)機(jī)、起重機(jī)的鋼纜轉(zhuǎn)鼓、汽車的車輪、車床的卡盤）傳遞其所需要的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。而在儀器儀表中齒輪是以傳遞運(yùn)動(dòng)為主。齒輪傳動(dòng)和其他的傳動(dòng)形式相比具有傳動(dòng)功率范圍寬、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、壽命長和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。 圖2-2 混料機(jī)裝配示意圖 滾筒式混合設(shè)備的混料裝置為一圓柱型混料滾筒，當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)混料滾筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)。初始位于滾筒底部的物料，由于物料間的黏結(jié)作用以及物料與側(cè)壁間的摩擦力而隨滾筒升起：又由于離心力的作用，物料向滾筒壁面靠近，并且物料之間以及物料與滾桶壁之間的作用力在增大。當(dāng)物料上升到一定高度時(shí)，在重力作用下飛落到底部，如此反復(fù)進(jìn)行循環(huán)混合。 該小型混料機(jī)的機(jī)架分為兩個(gè)部分。在無齒輪筒蓋一側(cè)的機(jī)架為一號(hào)機(jī)架，在有齒輪筒蓋一側(cè)的為二號(hào)機(jī)架。一號(hào)機(jī)架結(jié)構(gòu)比較簡單，主要功能僅為支撐滾筒，保持其穩(wěn)定。二號(hào)機(jī)架結(jié)構(gòu)略為復(fù)雜，除了與一號(hào)機(jī)架相同的結(jié)構(gòu)功能外，還包括一個(gè)底座，用于安放電動(dòng)機(jī)、減速器及傳動(dòng)齒輪箱，并保證這三個(gè)部件的中心高一致。 3 .電動(dòng)機(jī)的選用 原動(dòng)機(jī)的種類一般情況下均選用交流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)為系列化產(chǎn)品。機(jī)械設(shè)計(jì)中僅需根據(jù)工作機(jī)的工作情況，合理選擇電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速，提出具體的電動(dòng)機(jī)型號(hào)[2]。 3.1 電動(dòng)機(jī)選用原則 一、選擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式 如無特殊的需要，一般選用Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)。經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)動(dòng)的，例如起動(dòng)、提升設(shè)備，要求電動(dòng)機(jī)具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較大的過載能力，應(yīng)選用冶金及起重用三相異步電動(dòng)機(jī)，常用YZ型或YZR型。電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有防滴式、封閉自扇冷式和防爆式等，可根據(jù)防護(hù)要求選擇。 二、選擇電動(dòng)機(jī)的功率 電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性能都有影響。功率選的過小不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)因超載而過早損壞，功率選的過大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能力又得不到充分發(fā)揮，而且由于電機(jī)經(jīng)常不在滿載下運(yùn)轉(zhuǎn)，其效率和功率因數(shù)都較低而造成能源的浪費(fèi)[3]。 對(duì)于載荷比較穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械，通常只需使電動(dòng)機(jī)的額定功率Ped等于或稍大于所需電動(dòng)機(jī)的工作功率Pd，即Ped≥Pd，而不必校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 所需電動(dòng)機(jī)工作功率為: Pd= （3-1） 式中 Pw----------工作機(jī)所需功率，指輸入工作機(jī)軸的功率，KW。 ηα----------由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率。 工作機(jī)所需功率 Pw由工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算求得 Pw= （3-2） 或 Pw= （3-3） 其中： F-------工作機(jī)的阻力，N V-------工作機(jī)的線速度，m/s T-------工作機(jī)的阻力矩，N·m nw----工作機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min ηw------工作機(jī)效率。 總效率ηα按下式計(jì)算： ηα=η1·η2·η3。。。。。。ηn （3-4） 其中：η1η2η3。。。。。。ηn分別為傳動(dòng)裝置中每一傳動(dòng)副（齒輪、蝸桿、帶、鏈）每對(duì)軸承或每個(gè)聯(lián)軸器的效率，其數(shù)值可按表3-3-1選取。 計(jì)算總效率時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： 1.所取傳動(dòng)副效率是否已包括其軸承效率，如已包括，則不再計(jì)入軸承效率。 2.同類型的幾對(duì)傳動(dòng)副、軸承或聯(lián)軸器，要分別考慮效率，例如有兩級(jí)齒輪傳動(dòng)副時(shí)，效率為η齒·η齒=η齒2。 3.軸承效率均指一對(duì)軸承而言。 4.蝸桿傳動(dòng)效率與蝸桿頭數(shù)及材料有關(guān)，應(yīng)先初選頭數(shù)，估計(jì)效率，待初步設(shè)計(jì)出蝸桿、蝸輪參數(shù)后，再計(jì)算效率并校核傳動(dòng)效率。 5.當(dāng)資料給出的效率數(shù)值為一范圍時(shí)，一般可取中間值，如工作條件差、加工精度低、潤滑脂潤滑或維護(hù)部良時(shí)，則應(yīng)取低值；反之可取高值。 表3-1機(jī)械傳動(dòng)和軸承效率的概率值 三、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 額定功率相同的同類型電動(dòng)機(jī)，可能有不同的轉(zhuǎn)速。如三相異步電動(dòng)機(jī)就有四種常用的轉(zhuǎn)速，即3000 r/min、1500 r/min、1000 r/min、750 r/min,低轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的極數(shù)多，外廓尺寸及重量都較大，價(jià)格高，但可使傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比及尺寸較小，高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)則相反。因此確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)進(jìn)行分析比較，以確定合理的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。一般來說，如無特殊要求通常多選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min或1000r/min的電動(dòng)機(jī)。 為使傳動(dòng)裝置社的合理，可以根據(jù)工作機(jī)轉(zhuǎn)速要求和各傳動(dòng)副的合理傳動(dòng)比范圍推算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍，即 nd,=ia·nw=(i1i2……in)nw （3-5） 式中 nd, ―――電動(dòng)機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍r/min ia ―――傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的合理范圍 i1i2……in―――各級(jí)傳動(dòng)副傳動(dòng)比的合理范圍（見表3-2） nw―――工作機(jī)轉(zhuǎn)速r/min 表3-2 各類傳動(dòng)傳動(dòng)比的數(shù)值范圍 根據(jù)選定的電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、容量和轉(zhuǎn)速，由標(biāo)準(zhǔn)中查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)、額定功率、滿載轉(zhuǎn)速、外形尺寸、電動(dòng)機(jī)中心高、軸伸尺寸、鍵聯(lián)接尺寸等，并將這些參數(shù)列表備用。 四、傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比確定與分配原則 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)功率通常按實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)工作效率Pd考慮，而轉(zhuǎn)速則按電動(dòng)機(jī)額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速（滿載轉(zhuǎn)速）計(jì)算。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速nm和工作機(jī)轉(zhuǎn)速nw，可得到傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為 = (3-6) 總傳動(dòng)比為各級(jí)傳動(dòng)比i1i2……in的連乘積，即 ia= i1i2……in (3-7) 合理分配總傳動(dòng)比，可使傳動(dòng)裝置得到較小的外廓尺寸或叫較輕的重量，以實(shí)現(xiàn)降低成本和結(jié)構(gòu)緊湊的目的，也可以使轉(zhuǎn)動(dòng)零件獲得較低的園周速度以減少齒輪動(dòng)載和降低傳動(dòng)精度等級(jí)的要求，還可以使齒輪有較好的潤滑條件。但這幾方面的要求不可能同時(shí)滿足，因此在分配傳動(dòng)比時(shí)，主要考慮以下幾點(diǎn)。 （1）各級(jí)傳動(dòng)比都在各自的合理范圍內(nèi)，以保證符合各種傳動(dòng)形式的工作特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)緊湊。 （2）分配各傳動(dòng)形式的傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)注意各傳動(dòng)尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)均勻合理。例如，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比過大，大帶輪半徑大于減速器輸入中心高度（如圖1）而與地基相碰 （3）各傳動(dòng)件彼此不應(yīng)該發(fā)生干涉碰撞現(xiàn)象。例如，在兩級(jí)圓柱齒輪減速器中。若高速級(jí)傳動(dòng)比分配過大，則可能使高速級(jí)的大齒輪的輪緣與低速級(jí)的大齒輪相碰，如圖3-1和圖3-2所示。 圖3-1 帶輪過大與地基相碰 圖3-2 高速級(jí)大齒輪與低速軸相碰 （4）為使各級(jí)大齒輪浸油深度合理（低速級(jí)大齒輪浸油稍深），對(duì)各類減速器的傳動(dòng)比分配可參考下列幾點(diǎn)。 a) 展開式二級(jí)圓柱齒輪減速器，考慮潤滑條件，應(yīng)使兩個(gè)大齒輪直徑相近，低速級(jí)大齒輪略大些，按ia=（1.3～1.4）i2，對(duì)同軸線式則取i1≈i2=（i為減速器的總傳動(dòng)比）。這些關(guān)系只適應(yīng)于兩級(jí)齒輪的配對(duì)材料相同，齒寬系數(shù)選取同樣數(shù)值的情況。 b) 對(duì)于圓錐-圓柱齒輪減速器，可取圓錐齒輪傳動(dòng)比i1≈0.25i,并使i1≤3，最大允許i1＜4. c) 蝸桿-齒輪減速器，可取齒輪傳動(dòng)比i2≈(0.03～0.06)i d) 齒輪-蝸桿減速器，可取齒輪傳動(dòng)比i1≤2～2.5。 應(yīng)該注意，以上傳動(dòng)比的分配只是理論計(jì)算值，是初步的。待各級(jí)傳動(dòng)零件的參數(shù)（如齒輪齒數(shù)、帶輪直徑等）確定后，應(yīng)核算傳動(dòng)裝置的實(shí)際傳動(dòng)比。對(duì)于一般機(jī)械，總傳動(dòng)比的實(shí)際值允許與設(shè)計(jì)要求的理論計(jì)算值有±3%～5%的誤差。 五、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 為了進(jìn)行傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)將工作要求的功率或轉(zhuǎn)矩推算到各軸上，分別求出個(gè)軸的轉(zhuǎn)速功率和轉(zhuǎn)矩。如將減速器、變速機(jī)構(gòu)的各軸由高速至低速依次定為Ⅰ軸、Ⅱ軸、……并設(shè) io,i1,…———為相鄰兩軸的傳動(dòng)比； η01，η12…———為相鄰兩軸間的傳動(dòng)效率； PⅠ,PⅡ…———為各軸的輸入功率KW； TⅠ,TⅡ…———為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩N?m nⅠ,nⅡ…———為各軸的轉(zhuǎn)速r/min; 則可由電動(dòng)機(jī)軸值至工作機(jī)軸方向依次推算，得到各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。 1、 各軸轉(zhuǎn)速 nⅠ= （3-8） 式中 nm————電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速r/min Io———電動(dòng)機(jī)軸至Ⅰ軸的傳動(dòng)比。 同理 nⅡ==r/min nⅢ= = r/min （3-9） 其余類推。 2、 各軸功率 PⅠ=Pd KW （3-10） 式中 Pd———電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出功率 ———電動(dòng)機(jī)軸與Ⅰ軸間的傳動(dòng)效率 同理 PⅡ=PⅠ=Pd KW （3-11） 其余類推。 3、各軸轉(zhuǎn)矩 TⅠ=Td?io? N ?m （3-12） 其中電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩Td為 Td=9550 （3-13） 所以 TⅠ= Td?io?=9550 io? N·m TⅡ= TⅠ?i1 ?=9550 io?i1? N·m （3-14） 其余類推。 3.2 電動(dòng)機(jī)選擇計(jì)算 1、確定電動(dòng)機(jī)類型 按工作要求和條件，選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。 2、確定電動(dòng)機(jī)容量 原始數(shù)據(jù)：（1）每次混料合計(jì)重不大于20kg.（2）混料滾筒轉(zhuǎn)速10-60r/min。（3）滾筒（圓柱體)直徑300mm，長度500mm，壁厚5mm。 計(jì)算出滾筒實(shí)際體積V實(shí)=V外-V內(nèi)=Π（-）?H=3.14×（-）?0.5=2.32×。滾筒的質(zhì)量m=ρ?V實(shí)=7.9××2.32×=18.29(kg)。 圖3-3 混料機(jī)滾筒受力分析 混料重量計(jì)為20kg，則滾筒質(zhì)量（含料）共計(jì)38kg，=380×cos10o=374(N)， =380×cos80o=66 (N) 查表礦物油潤滑金屬表面的摩擦系數(shù)為0.15～0.3，取摩擦系數(shù)0.2，系數(shù)安全取2.5， 則計(jì)算的軸承轉(zhuǎn)動(dòng)需要的牽引力是F=×2.5=4650 N。軸承轉(zhuǎn)速最大為50r/min,則線速度V===0.785m/s 工作機(jī)所需功率Pw,按式計(jì)算： Pw= （3-15） 工作機(jī)效率=，滾筒效率=0.95，滑動(dòng)軸承效率=0.98，代人上式得： Pw===3.92kw 電動(dòng)機(jī)所需功率按下式公式計(jì)算 = （3-16） 式中———電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的傳動(dòng)裝置的總效率，由傳動(dòng)裝置圖可知 = （3-17） 由表3-1，取彈性聯(lián)軸器效率=0.994，閉式圓柱齒輪效率=0.97，開式圓柱齒輪效率=0.95， 滾動(dòng)軸承（每對(duì)）效率=0.988 =0.994×0.97×0.95×0.9883=0.91 故 Pd===4.31 KW （3-18） 電動(dòng)機(jī)的額定功率略大于即可。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選擇電動(dòng)機(jī)額定功率為5.5KW 3.選擇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 滾筒軸工作轉(zhuǎn)速為=50r/min。由表3-2推薦的傳動(dòng)副傳動(dòng)比合理范圍，取一級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)范圍=（3～6），配換齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍=（3～7） 則傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的合理范圍為： ==（3～6）×（3～7）=9～42 （3-19） 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為： ==（9～42）×50=450～2100r/min （3-20） 符號(hào)這一范圍的常用同步轉(zhuǎn)速有720、960、1440r/min。 以三種方案作比較，結(jié)果如表3-3 表3-3 電動(dòng)機(jī)型號(hào)參數(shù)比較 方案 電動(dòng)機(jī) 型號(hào) 額定功率（kw） 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電動(dòng)機(jī)重量（kg） 傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比 同步 滿載 總傳動(dòng)比 開式齒輪傳動(dòng)比 減速器傳動(dòng)比 1 Y160M2-8 5.5 750 720 127 112.8 4.0 28.21 2 Y132M2-6 5.5 980 960 90 70 4.0 17.37 3 Y132S-4 5.5 1500 1440 68 56 4.0 14.0 選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132S-4， 表3-4 Y132S-4電動(dòng)機(jī)參數(shù) 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率 （KW） 滿載時(shí) 轉(zhuǎn)速（r/min） 電流 效率 功率因數(shù) Y132S-4 5.5 1440 15.4 87％ 0.85 2.2 2.2 4.混料機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 4.1減速器的設(shè)計(jì) 4.1.1確定傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比 ===28.8 （4-1） 分配傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比 = （4-2） 式中 、分別為一級(jí)圓柱齒輪減速器和開式圓柱齒輪的傳動(dòng)比 為使開式圓柱齒輪傳動(dòng)中大齒輪分度圓直徑大于滾筒直徑，以免開式圓柱齒輪傳動(dòng)的小齒輪與滾筒發(fā)生干涉，取=5.0,減速器傳動(dòng)比為==5.76 考慮到四級(jí)變速，變速箱的傳遞比分別是 當(dāng)轉(zhuǎn)速=20min，傳動(dòng)比=5.76，=12.5 當(dāng)轉(zhuǎn)速=30r/min，傳動(dòng)比=5.76，=8.3 當(dāng)轉(zhuǎn)速=40min，傳動(dòng)比=5.76，=6.25 當(dāng)轉(zhuǎn)速=50r/min，傳動(dòng)比=5.76，=5.0 4.1.2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 1. 各軸由高速至低速依次設(shè)為Ⅰ軸、Ⅱ軸、……Ⅴ軸（工作軸），輸出轉(zhuǎn)速是（計(jì)算轉(zhuǎn)速=50r/min） Ⅰ軸 nⅠ===1440r/min Ⅱ軸 nⅡ===250r/min Ⅲ軸 nⅢ===50r/min （4-3） 2、輸出功率 Ⅰ軸 PⅠ===4.31×0.994=4.27 kw Ⅱ軸 PⅡ===4.27×0.97×0.988=4.09 kw Ⅲ軸 PⅢ===4.09×0.95×0.988=3.84 kw （4-4） 3、各軸輸出轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩=9550=9550×=28.58 N·m Ⅰ軸 TⅠ===28.58×0.994×0.97=27.56 N·m Ⅱ軸 TⅡ==27.56×0.97×0.988×5.76=152.14 N·m Ⅲ軸 TⅢ==152.14×0.95×0.988×5=714 N·m （4-5） 應(yīng)注意的是：同一根軸上輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩與其輸入功率和轉(zhuǎn)矩不同，一般相差一對(duì)軸承效率。 將上述計(jì)算得到的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)列表如下表： 表4-1 電動(dòng)機(jī)軸及各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 軸號(hào) 功率P(kw) 扭矩T （N·m） 轉(zhuǎn)速n (r/min) 傳動(dòng)比 效率 電動(dòng)機(jī)軸 4.31 28.58 1440 1.0 0.994 Ⅰ軸 4.27 27.56 1440 5.76 0.97 Ⅱ軸 4.09 152.14 250 5.0 0.95 Ⅲ軸 3.84 714 50 4.1.3傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算[4] 已知輸入功率Pd=4.31kw（略大于小齒輪的實(shí)際功率），小齒輪的轉(zhuǎn)速為：n1=1440r/min,大齒輪的轉(zhuǎn)速為n2=250r/min，傳動(dòng)比i=5.76,由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作壽命（設(shè)每年工作300天,工作15年），單班制，工作時(shí)有輕微震動(dòng)，在室外工作。 1.選定齒輪的類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1） 按已知條件，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 2） 減速器的齒輪齒面采用硬齒面齒輪傳動(dòng)，由表9-1取大小齒輪的 材料，選用45Cr，調(diào)質(zhì)后表面淬火，表面硬度HRC48～55。 3） 因表面淬火，齒輪變形小，不需磨削，故選用7級(jí)精度。 4） 選用小齒輪的齒數(shù)=23，則 ==132 2. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即 ≥2.32 （4-6） （1）確定上式中各參數(shù) 1） 試選載荷系數(shù)Kt＝1.3 2） 小齒輪傳遞的扭矩=0.2756×105 N·mm 3） 查表，選齒寬系數(shù)=0.9 4） 查表，得彈性影響系數(shù)=189.8 5） 按齒面硬度中間值HRC52，查得大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為 ==1170MPa 6） 重合度系數(shù)，端面重合度 =[1.88-3.32(+)]cosβ = [1.88-3.32 (+)]cos0°=1.71 由式得===0.874 7） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1==60×1440×1×(300×15×8)=3.11×109次 8） N2=3.11×109/3.2=0.97×109次 9） 查圖得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù) 10） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：取安全系數(shù)S=1，則 11） 12） （2）計(jì)算 1）設(shè)計(jì)公式中代入中較小的值，得 ≥2.32 =2.32× =23.53 mm （4-7） 2)計(jì)算小齒輪分度圓圓周速度v 3)計(jì)算齒寬b b= 4)計(jì)算齒寬與齒高之比b/h 模數(shù) 齒高 5)計(jì)算載荷系數(shù) 查圖，由v=3.15m/s，7級(jí)精度，得KV=1.17 查表，得,查表，得KA=1, 查表，得KHβ=1.63, 查表，得KFβ=1.53 載荷系數(shù) 6）按實(shí)際載荷系數(shù)修正 7）計(jì)算模數(shù)m (3).按齒根接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)公式為 （4-8） （1）.確定設(shè)計(jì)公式中的參數(shù) 1）查圖，得大、小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為 2）查圖，得彎曲疲勞壽命系數(shù) 3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取安全系數(shù)S=1.4，則 4）計(jì)算載荷系數(shù)K 5）查表，得齒形系數(shù) 6）查表，得應(yīng)力校正系數(shù) 7）計(jì)算重合度系數(shù) 8）計(jì)算大、小齒輪的值 所以小齒輪彎曲強(qiáng)度較弱。 （2）計(jì)算齒輪模數(shù) 設(shè)計(jì)公式中代人的較大值，得 （4-9） 由計(jì)算結(jié)果可看出，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m略小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，但由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，所以，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.72，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1.5mm。因按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=24.09mm，這時(shí)需要修正齒數(shù)[5][6] ，取 則 (4).幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑 （4-10） （2）計(jì)算中心距 （4-11） （3）計(jì)算齒輪寬度 取b2=22mm,b1=b2+5=27mm （4-12） (5).驗(yàn)算 ＞，合適。（4-13） 4.1.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 已知求得[7] PⅡ=4.09 kw TⅡ=152.14 N·m nⅡ=250 r/min d2=mz2=138 mm Ft=2TⅡ/d2=2×152.14/0.138=2204.93 N Fr=Fttgαn=2204.93×tg20°=802.53 N Fa=0 N 選取軸的材料為45Cr。查表11-3，知A0=100 1．初步確定軸的最小直徑 d≥ （4-14） 2. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）擬定軸上零件的裝配方案 圖4-1 軸上零件的裝配 i. I-II段軸用于安裝軸承30307，故取直徑為35mm。 ii. II-III段軸肩用于固定軸承，查手冊得到直徑為44m。 iii. III-IV段為大齒輪，外徑52mm。 iv. IV-V段為軸肩，直徑為57mm。 v. V-VI段為軸肩，直徑為50mm。 vi. VI-VIII段安裝套筒和軸承，直徑為38mm、35mm。 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 I-II段軸承寬度為22.75mm，所以長度為22.75mm。 II-III段軸肩考慮到齒輪和箱體的間隙12mm，軸承和箱體的間隙4mm，所以長度為16mm。 III-IV段為大齒輪，長度為90mm。 IV-V段軸，長度為20mm。 V-VI段軸為83mm。 VI-VIII長度為40mm、44mm。 綜上得出軸各段的直徑和長度。 1-2段：DⅠ-Ⅱ=35mm,LⅠ-Ⅱ=22.75mm 2-3段：DⅡ-Ⅲ=44mm,LⅡ-Ⅲ=16mm 3-4段：DⅢ-Ⅳ=52mm,LⅢ-Ⅳ=90mm 4-5段：DⅣ-Ⅴ=57mm,LⅣ-Ⅴ=20mm 5-6段：DⅤ-Ⅵ=50mm,LⅤ-Ⅵ=83mm 6-7段：DⅥ-Ⅶ=38mm,LⅥ-Ⅶ=40mm 7-8段：DⅦ-Ⅷ=35mm,LⅦ-Ⅷ=44mm 3. 軸上零件的周向定位：齒輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，查手冊選平鍵b×h=16×10,鍵長36mm,配合為H7/K6,滾動(dòng)軸承與軸通過過渡配合實(shí)現(xiàn)周向定位，軸徑公差為K6。 4． 確定軸上圓角和倒角尺寸，取軸端倒角2×45° 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的結(jié)構(gòu)簡圖 L1=80mm, L2=130mm, L3=44mm 作為簡支梁的軸的支持跨距L1+L2=210mm 截面彎矩最大處是軸的危險(xiǎn)截面[8]。 圖4-2 軸的受力 求軸承支反力及彎矩 水平支反力：水平面內(nèi)軸的受力如圖，由力的平衡條件得 圖4-3 軸承水平支反力 得 （4-15） 垂直支反力：垂直面內(nèi)軸的受力如圖，由力的平衡條件得 圖4-4 軸承垂直支反力 同理得 彎矩： （4-16） 總彎矩： （4-17） 扭矩： （4-18） 計(jì)算彎矩： （） （4-19） 抗彎截面系數(shù)： （4-20） 校核軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面強(qiáng)度 （4-21） 軸的材料是45Cr，σB=785MPa,查表知[σ-1]b=70MPa。因此σca＜[σ-1]b，故軸安全。 圖4-5 軸的載荷分布圖 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面Ⅲ和Ⅳ處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重，但截面Ⅳ不受扭矩作用，軸徑也大，不必校核。該軸只須校核截面Ⅲ左右兩側(cè)即可[9]。 （1）截面Ⅲ左側(cè) 抗彎截面模量 抗扭截面模量 作用在截面Ⅲ左側(cè)的彎矩M為 （4-22） 作用在截面Ⅲ上的扭矩為 截面Ⅲ左側(cè)的彎曲應(yīng)力 截面Ⅲ左側(cè)的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 查表得 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及查表選取。因 ，得 查圖，可得軸的材料的敏感系數(shù) 所以有效應(yīng)力集中系數(shù) （a）彎曲 (b)扭轉(zhuǎn) 圖4-6 有效應(yīng)力集中系數(shù) 由圖得尺寸系數(shù) 軸按磨削加工，查圖得表面質(zhì)量系數(shù)為 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，，則綜合系數(shù)值為 （4-23） 查表得材料特性系數(shù) 計(jì)算安全系數(shù) ＞S=1.5 （4-24） 所以其安全。 （2）截面Ⅲ右側(cè) 抗彎截面模量 抗扭截面模量 作用在截面Ⅲ右側(cè)的彎矩M為 （4-25） 作用在截面Ⅲ上的扭矩為 截面Ⅲ右側(cè)的彎曲應(yīng)力 截面Ⅲ右側(cè)的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 過盈配合產(chǎn)生的應(yīng)力集中系數(shù)，查表可得 軸按磨削加工，查圖得表面質(zhì)量系數(shù)為 所以綜合系數(shù)為 軸在截面Ⅲ右側(cè)的安全系數(shù)為 ＞S=1.5 （4-26） 該軸在截面Ⅲ右側(cè)強(qiáng)度足夠，故安全。 4.1.5 鍵聯(lián)接的選擇及計(jì)算 由于鍵采用靜聯(lián)接，有輕微沖擊。所以許用擠壓應(yīng)力為，所以上述鍵皆安全。 表4-2 鍵聯(lián)接的選擇 代號(hào) 直徑 （mm） 工作長度 （mm） 工作高度 （mm） 轉(zhuǎn)矩 （N·m） 極限應(yīng)力 （MPa） 高速軸 6×6×40 20 34 3 27.56 27.94 中間軸 16×10×52 52 50 4 152.14 41.2 低速軸 8×7×28 28 20 35 714 54.99 4.1.6 滾動(dòng)軸承的壽命校核 Ⅰ、Ⅱ、軸均采用30307圓錐滾子軸承,校核計(jì)算： 1） 求合成支反力 （4-27） 2） 軸承的派生軸向力 由軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊查得30307軸承C=75.2KN，e=0.31,Y=1.9 （4-28） 3） 實(shí)際軸向力 由于，所以軸向力 4） 當(dāng)量動(dòng)載荷 （4-29） 由于是一般載荷，輕微沖擊，取載荷系數(shù)，則當(dāng)量動(dòng)載荷 （4-30） 因，故應(yīng)按計(jì)算軸承壽命。 5） 軸承額定壽命計(jì)算 常溫下工作，溫度系數(shù)得 （4-31） 4.2聯(lián)軸器的選用 減速器通常通過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸、工作機(jī)軸相聯(lián)接。聯(lián)軸器的選擇包括聯(lián)軸器類型和尺寸等的合理選擇。 聯(lián)軸器類型應(yīng)根據(jù)工作要求選定，具體原則如下。 （1）聯(lián)接電動(dòng)機(jī)軸與減速器高速軸的聯(lián)軸器，由于軸的轉(zhuǎn)速較高，故一般應(yīng)選用具有緩沖、吸振作用的彈性聯(lián)軸器，如彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器等。 （2）減速器低速軸與工作機(jī)軸聯(lián)接用的聯(lián)軸器，由于轉(zhuǎn)速較低，傳遞的力矩較大，且減速器軸與工作機(jī)軸之間往往有較大的軸線偏移，故常常選用剛性可移式聯(lián)軸器，如滾子鏈聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器等。 （3）對(duì)于中小型減速器，其輸出軸與工作機(jī)軸的軸線偏移不很大時(shí)，也可選用彈性柱銷聯(lián)軸器這類可移式聯(lián)軸器。 （4）所選聯(lián)軸器孔徑的范圍應(yīng)與被連接兩軸的直徑相適應(yīng)。應(yīng)注意減速器高速軸外伸端軸徑與電動(dòng)機(jī)的軸徑不能相差很大，否則難以選擇合適的聯(lián)軸器。電動(dòng)機(jī)選定后，其軸徑是一定的，應(yīng)注意調(diào)整高速軸外伸端的直徑。 由于彈性聯(lián)軸器的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以考慮選用它。 由于裝置用于攪拌粉末，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，所以工作情況系數(shù)為， 計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 （4-32） 所以考慮選用彈性柱銷聯(lián)軸器TL4（GB4323-84），但由于聯(lián)軸器一端與電動(dòng)機(jī)相連，其孔徑受電動(dòng)機(jī)外伸軸徑限制，所以選用TL5（GB4323-84） 其主要參數(shù)如下： 材料HT200 公稱轉(zhuǎn)矩 軸孔直徑， 軸孔長， 裝配尺寸 半聯(lián)軸器厚 （P521表5-6-4）（GB4323-84） 4.3 變速裝置的設(shè)計(jì) 本課題小型混料機(jī)的設(shè)計(jì)由原動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速器的減速再通過變速將動(dòng)力傳遞給混料滾筒，剛開始打算采用滑移齒輪來實(shí)現(xiàn)四級(jí)變速的，但考慮到每對(duì)滑移齒輪上的齒輪數(shù)最好不超過3，否則在滑移時(shí)會(huì)引起滑移齒輪與固定齒輪的齒頂相碰，而設(shè)計(jì)要四級(jí)變速就必須把滑移齒輪塊分成兩組，即用兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪塊，同時(shí)還必須使用兩個(gè)能互鎖的機(jī)構(gòu)操縱，使其不能同時(shí)進(jìn)入嚙合。如果這樣本設(shè)計(jì)的課程工作量就較大，于是放棄采用滑移齒輪的想法，進(jìn)而打算采用塔輪變速傳遞機(jī)構(gòu)，塔輪機(jī)構(gòu)要進(jìn)行皮帶輪的設(shè)計(jì)且要保證兩軸的中心距不變，皮帶較長，尺寸大，變換時(shí)換移皮帶不夠方便，設(shè)計(jì)的整個(gè)裝置變大，綜合考慮最終選擇配換齒輪來變速。 這次設(shè)計(jì)小型混料機(jī)，要求混料機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速可調(diào)，轉(zhuǎn)速共分四級(jí)并呈幾何級(jí)數(shù)布置，。由于滾筒的轉(zhuǎn)速限制在10-60r/min,所以轉(zhuǎn)速的選舉被限制在一個(gè)更小的范圍內(nèi)，變速器的輸出轉(zhuǎn)速采用等比數(shù)列排列。 標(biāo)準(zhǔn)公比是等比數(shù)列中任意相鄰的兩轉(zhuǎn)速之比，為一常數(shù)成為轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比，即 式中為最低轉(zhuǎn)速（第1級(jí)轉(zhuǎn)速）、第2級(jí)轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速（第Z級(jí)轉(zhuǎn)速）。 標(biāo)準(zhǔn)公比，即=1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2.00?？筛鶕?jù)變速器的使用要求及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度選取值，通常取=1.26,1.41。實(shí)際上也可使用非標(biāo)準(zhǔn)公比的。 配換齒輪變速機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：變速時(shí)兩齒輪位置互換或另裝一對(duì)不同齒數(shù)比的齒輪結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定，不需要操縱機(jī)構(gòu)或互鎖裝置，軸向尺寸小，但更換齒輪費(fèi)時(shí)費(fèi)力，懸壁安裝時(shí)受力條件差。適合于不經(jīng)常變換且要求結(jié)構(gòu)簡單、緊湊的變速機(jī)構(gòu)中。 本設(shè)計(jì)中配換齒輪的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)非常適合本次小型混料機(jī)的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，所以決定小型混料機(jī)的變速機(jī)構(gòu)采用配換齒輪變速機(jī)構(gòu)，由于轉(zhuǎn)速共分四級(jí)，所以總共需要四對(duì)配換齒輪以達(dá)到四級(jí)變速的目的。 具體的配換齒輪參數(shù)如下 表4-3 配換齒輪數(shù)據(jù) 配換齒輪 齒輪參數(shù) 第一組配換齒輪 第二組配換齒輪 第三組配換齒輪 第四組配換齒輪 Z1（高速級(jí)） 23 62 62 70 Z2（低速級(jí)） 131 96 88 80 M（模數(shù)） 1.5 1.5 1.5 1.5 實(shí)現(xiàn)的滾筒轉(zhuǎn)速 r/min 20 30 40 50 4.4傳動(dòng)齒輪箱的設(shè)計(jì) 箱體采用剖分式，鑄造而成。箱體用來支持和固定軸系零件，保證傳動(dòng)件嚙合精度，良好潤滑及密封。箱體要有足夠的剛度，為了保證箱體的剛度，在軸的兩個(gè)機(jī)架之間增加支撐肋保證箱體在安裝基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性，并盡可能減少箱體底座平面機(jī)械加工面積，箱體底座一般不采用完整的平面。 4.4.1 軸的設(shè)計(jì) III軸 1． 作用在齒輪上的力 FH1=FH2=4494/2=2247N Fv1=Fv2=1685/2=842.5N （4-33） 2． 初步確定軸的最小直徑 （4-34） 3． 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1） 軸上零件的裝配方案 圖4-7 軸上零件的裝配 2） 據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 I-II II-Ⅲ Ⅲ-Ⅳ Ⅳ-Ⅴ Ⅴ-Ⅵ Ⅵ-Ⅶ 直徑 60 70 75 87 79 70 長度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 求軸上的載荷 Mm=316767N·mm T=925200N·mm 4. 彎扭校核 （4-35） 4.4.2 齒輪的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)齒輪箱中齒輪的設(shè)計(jì)，是與混料滾筒的筒蓋外齒輪嚙合，從而帶動(dòng)混料滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪的材料采用45鋼，熱處理工藝為調(diào)質(zhì)，齒輪毛坯為鑄造生產(chǎn)，具體參數(shù)如下[10]： 齒數(shù)Z=70，齒輪模數(shù)m=1.5，齒輪沉頭通孔的圓心半徑φ=85mm 齒輪下沉部分的內(nèi)圓直徑d1=50mm 齒輪下沉部分的外圓直徑d2=120mm 齒輪中心孔直徑為d0=30mm 齒輪厚度為t=25mm 圖4-8 齒輪示意圖 通孔上的鍵槽型號(hào)與軸上鍵的型號(hào)相對(duì)應(yīng)，具體尺寸符合GB/T1095-1979 4.4.3 軸承的選用 根據(jù)軸的尺寸，選擇軸承的基本尺寸d=70mm,由于軸承承受的載荷為徑向載荷，受到的軸向載荷較小，所以選用深溝球軸承完全可以滿足使用要求，由于滾動(dòng)軸承的失效形式主要有疲勞點(diǎn)蝕、塑性變形、磨損，經(jīng)過查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，最終決定選用深溝球軸承6214，其計(jì)算所得的滾動(dòng)軸承壽命完全小于軸承的基本額定壽命[12]，其具體尺寸如下表所示： 表4-4 軸承基本數(shù)據(jù) 基本尺寸 安裝尺寸 基本額定載荷 極限轉(zhuǎn)速 動(dòng)載荷 靜載荷 d D B min max max 脂潤滑 油潤滑 mm mm kN r/min 70 125 24 79 116 1.5 60.8 45 4800 6000 4.4.4 下箱體與上箱蓋的設(shè)計(jì) 該箱體的功能要求比較簡單，只是完成動(dòng)力的傳輸，而且與混料滾筒的外齒輪嚙合為開式齒輪傳動(dòng)，所以箱體的設(shè)計(jì)也力求簡單易行。具體的箱體外形尺寸見傳動(dòng)齒輪箱裝配圖。 5.混料滾筒的設(shè)計(jì) 混料滾筒即混料機(jī)的混料容器，包括筒體、外購件及內(nèi)購件等，其作用是為物料混合提供合適的空間。滾筒的筒體大多是圓筒形的，兩端端蓋一般采用橢圓形封頭，錐形封頭或平蓋，本設(shè)計(jì)采用平蓋封頭，并用螺母固定。根據(jù)工藝需要，容器上裝有各種接管，以滿足進(jìn)料和出料的要求?；炝先萜魍ǔＪ橇⑹桨仓玫模灿袝r(shí)是臥式的，水平放置的滾筒式混合設(shè)備，其滾筒內(nèi)的物料僅在垂直平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，而在水平面很少產(chǎn)生物料間的位置更換，為彌補(bǔ)這類混合設(shè)備的不足，采用斜軸式安裝形式，也就是將滾筒的軸線與水平旋轉(zhuǎn)軸線成一定的角度，使得垂直方向運(yùn)動(dòng)的物料受到傾斜作用力而發(fā)生水平方向移動(dòng)，即產(chǎn)生上、下、左、右的交叉混合，以提高混合效果[13]。斜軸式混合設(shè)備的傾斜角度設(shè)計(jì)為10°。物料在滾