拋砂機(jī)的設(shè)計(jì)【拋頭固定砂箱運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)拋砂機(jī)】【說(shuō)明書(shū)+CAD】
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題 目： 拋砂機(jī)的設(shè)計(jì)
姓 名：
學(xué) 院：
專(zhuān) 業(yè)：
班 級(jí)：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師： 劉玉高
2011年 6月 18日
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信聲明
本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。
論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書(shū)
本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。
論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日
指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日
目 錄
摘 要 ?
Abstract П
1緒論 1
1.1 研究的目的和意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
2 方案論證 4
2.1 設(shè)計(jì)要求 4
2.2方案選擇及分析 4
3 設(shè)計(jì)論述 7
3.1 拋頭設(shè)計(jì) 7
3.1.1 拋頭轉(zhuǎn)速選擇 7
3.1.2 拋頭尺寸計(jì)算 7
3.2 工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 8
3.2.1 工作臺(tái)尺寸設(shè)計(jì) 8
3.2.2 工作臺(tái)與主軸箱間的連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.2.3 強(qiáng)度校核 10
3.3 變速箱的設(shè)計(jì) 12
3.3.1 電機(jī)選擇 12
3.3.2 V帶和帶輪的設(shè)計(jì) 15
3.3.3 傳動(dòng)部分第一級(jí)齒輪設(shè)計(jì) 16
3.3.4 傳動(dòng)部分第二級(jí)齒輪設(shè)計(jì) 19
3.3.5 Ⅰ軸上的蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 21
3.3.6標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪設(shè)計(jì) 24
3.3.7 不完全齒輪設(shè)計(jì) 27
3.3.8 Ⅲ軸（輸出軸）的設(shè)計(jì)計(jì)算 29
3.3.9 Ⅱ軸（中間軸）的設(shè)計(jì)計(jì)算 33
3.3.10 Ⅰ軸（輸入軸）的設(shè)計(jì)計(jì)算 37
3.3.11 Ⅳ軸（蝸輪軸）的設(shè)計(jì)計(jì)算 41
3.3.12 Ⅴ軸（凸輪軸）的設(shè)計(jì)計(jì)算 44
3.3.13 Ⅵ軸（錐齒輪軸）的設(shè)計(jì)計(jì)算 47
4 結(jié)論 51
4.1 設(shè)計(jì)總結(jié) 51
4.2 設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)和不足 51
參考文獻(xiàn) 52
致謝 53
拋砂機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要
拋砂機(jī)是解決單件、小批生產(chǎn)造型（型芯）行之有效的設(shè)備。拋砂機(jī)使用得當(dāng)時(shí)，沿砂箱在高度上的緊實(shí)度比較均勻，也不需要補(bǔ)充夯實(shí)，緊實(shí)度高，而且拋砂機(jī)與某些其他造型機(jī)械相比振動(dòng)小，噪聲也小。
本次設(shè)計(jì)在研究普通拋砂機(jī)的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一臺(tái)拋頭固定砂箱運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)拋砂機(jī)，并且在拋頭部分加裝一變速裝置使之能夠在型砂高度增加時(shí)拋頭轉(zhuǎn)速相應(yīng)增大，以改善型砂緊實(shí)力隨型砂高度增加而相對(duì)減小的情況。該方案采用了凸輪的時(shí)需控制功能以實(shí)現(xiàn)拋頭轉(zhuǎn)速隨著生產(chǎn)過(guò)程不斷增快并且能夠在最后自動(dòng)返回，這種設(shè)計(jì)能夠完全滿(mǎn)足造型的緊實(shí)力要求，提高了造型的質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：鑄造技術(shù)；型砂緊實(shí)力；拋砂機(jī)
Design of Sand Slinger
Abstract
The sand slinger is an efficient equipment for the producing of the single unit model (core) in small batch. When the sand slinger is used appropriately, it is quite even in degree of ramming along the flask in altitude, and the degree of ramming is high without supplementing the ramming. Moreover，the noise of the sand slinger is smaller compared with certain other modelling machinery .
This program is based on the ordinary sand slinger's structure and its advantages and disadvantages. It is made to be an automatic sand slinger with a moving sandbox but fixed throws, and adding a gearbox to throw head to enable it to speed up correspondingly when the molding sand increases highly, to improve the situation that the molding sand reduces its tight strength along with the molding sand increase highly. This plan can achieve the first toss ever increasing speed with the faster production process with the cam’s timing control and can automatically return at last. This kind of design can completely satisfy the shape of the tight power requirements and improve the quality of modeling.
Key words: foundry engineering；molding sand tight strength; Sand Slinger
青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
1 緒論
1.1研究目的與意義
長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)中、小型鑄造車(chē)間，特別是生產(chǎn)鑄件品種多、批量小、產(chǎn)品變化比較大的鑄造車(chē)間，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)是比較困難的。如果廠房條件比較差，資金少，技術(shù)力量薄弱，則實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)的具體困難更多[1]。
拋砂機(jī)是解決單件、小批生產(chǎn)造型行之有效的設(shè)備。近二十年來(lái)，在我國(guó)鑄造生產(chǎn)中拋砂機(jī)技術(shù)有了比較大的發(fā)展，現(xiàn)在在許多中大件、單件小批成批生產(chǎn)的造型工部，拋砂機(jī)已成為不可缺少的造型設(shè)備之一。
拋砂機(jī)是以高速旋轉(zhuǎn)的葉片，將型砂拋入砂箱，得到緊實(shí)鑄型的造型設(shè)備。它以機(jī)械代替人工加砂與搞實(shí)，一般每小時(shí)可拋砂，比手工生產(chǎn)效率提高3-10倍[2]。這就大大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕了工人體力勞動(dòng)。而且由于拋出的鑄型緊實(shí)度均勻，從而也提高了鑄件的質(zhì)量。
拋砂機(jī)的主要特點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)大小高低不同的砂箱均可拋制，也能拋制型芯。工藝裝備要求不高，即使手工造型用的也可以使用。這對(duì)各類(lèi)大小鑄件，各種批量生產(chǎn)，尤其對(duì)不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的單件小批量生產(chǎn)的大中型鑄件，是較好的方法。此外，拋砂機(jī)還有：加砂與搞實(shí)一道工序完成，動(dòng)力可直接利用電能，無(wú)壓縮空氣的廠家也能采用，無(wú)強(qiáng)烈震動(dòng)及噪音，工作條件良好等優(yōu)點(diǎn)[3]。
雖然近幾十年來(lái)，拋砂機(jī)造型在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快，我國(guó)生產(chǎn)的拋砂機(jī)數(shù)量很多，但品種不多。很多工廠使用的拋砂機(jī)制造質(zhì)量不高，在使用中遇到了種種問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)出一種新型高自動(dòng)化的拋砂機(jī)是解決這一現(xiàn)狀的行之有效的方法[4]。
1.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
拋砂機(jī)機(jī)構(gòu)的發(fā)展, 主要是圍繞著穩(wěn)定造型質(zhì)量, 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度, 提高生產(chǎn)效率和減少零件磨損等方面進(jìn)行。近年來(lái)比較多的工作是解決前三項(xiàng)問(wèn)題[5]。
拋砂造型的緊砂過(guò)程是將預(yù)緊的一團(tuán)團(tuán)砂以高速拋向砂箱, 并根據(jù)模型的特點(diǎn), 以一定的軌跡, 將砂團(tuán)依次排列和還層拋緊。供給高速飛出的一團(tuán)團(tuán)預(yù)緊砂團(tuán)的工作, 主要由拋砂機(jī)的供砂部分等拋頭來(lái)完成。以一定軌跡依次逐層地拋緊的工作, 主要由拋頭的移動(dòng)部分和控制部分來(lái)完成[6]。
首先在拋頭部分，國(guó)外對(duì)拋砂頭的改進(jìn)，主要是在于提高砂質(zhì)量，減少葉片與弧板的磨損，以及擴(kuò)大拋投對(duì)不同生產(chǎn)率的適應(yīng)性等方面。在提高拋砂質(zhì)量方面，為提高砂團(tuán)拋出的方向，有采用搖頭拋砂機(jī)形式的，拋頭可以繞鉛垂線左右擺動(dòng)，其范圍是15°或20°也有采用弧板在拋出口處角度和長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)的裝置[7]；還有的采用寬頭拋砂頭和多盤(pán)式拋砂頭，這種拋砂頭和砂箱一樣寬，在拋砂時(shí)只要搖頭在砂箱上直線運(yùn)動(dòng)一次就能拋一層砂[8]。多盤(pán)式拋砂頭是在同一根軸上串有多個(gè)拋砂用的葉片盤(pán)，每個(gè)葉片盤(pán)旁裝有抽風(fēng)扇，拋頭裝在擺動(dòng)式料斗的底部，每個(gè)拋砂葉片盤(pán)上方裝有型砂的開(kāi)閉器，抽風(fēng)盤(pán)將型砂從料斗內(nèi)吸入拋砂頭。在擴(kuò)大拋頭對(duì)各種生產(chǎn)率的適應(yīng)性方面，采用統(tǒng)一更換不同寬度葉片 ，同時(shí)改變送砂皮帶速度的方法，就可既改變了生產(chǎn)率又保證了緊砂質(zhì)量。此外，為提高相同尺寸拋頭的生產(chǎn)率，出現(xiàn)了三葉片拋頭[9]。
在減少葉片與弧板的磨損方面，主要考慮葉片材料和葉片的結(jié)構(gòu)改進(jìn)[9]。材料上國(guó)外開(kāi)發(fā)出奧氏體高鋼葉片，并對(duì)此種葉片進(jìn)行強(qiáng)化處理，用氣焊將電極金（Electrode metal）在葉片上均勻地堆一層，使其壽命（實(shí)際工作拋砂時(shí)間）由未處理時(shí)的2.08小時(shí)提高到200小時(shí)。國(guó)外在結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面主要從減少弧板、葉片摩擦作用的弧長(zhǎng)和不使葉片與弧板接觸兩方面進(jìn)行，研制出了徑向進(jìn)砂拋砂機(jī)[9]。
其次是拋砂機(jī)的移動(dòng)部分，國(guó)內(nèi)外對(duì)這個(gè)部分采用砂箱與拋頭之間有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，也就是說(shuō)，采用砂箱靜止、拋頭運(yùn)動(dòng)的方法，也可采用拋頭靜止、砂箱運(yùn)動(dòng)的方法，或兩者都有較簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)，組成復(fù)合運(yùn)動(dòng)的方法。
目前廣泛見(jiàn)到的拋砂機(jī)是砂箱靜止、拋頭運(yùn)動(dòng)的方法[9]。在一般液壓傳動(dòng)的雙臂式拋砂機(jī)上，由于兩臂作的是圓弧運(yùn)動(dòng)，而砂箱通常是矩形的，這樣很難使拋頭作等速直線運(yùn)動(dòng)。因此，實(shí)際上拋頭總是在對(duì)砂箱做變動(dòng)速度和曲曲折折軌跡的運(yùn)動(dòng)情況下緊實(shí)鑄型，難以控制緊砂的均勻性和對(duì)同一種鑄型各次緊砂結(jié)果的一致性，也難以穩(wěn)定合理的拋砂工藝制度。近年來(lái)國(guó)外出現(xiàn)的橋式拋砂機(jī)克服了這種缺點(diǎn)。
從目前國(guó)外發(fā)展看，中型批量不大的鑄件，主要采用拋砂機(jī)實(shí)現(xiàn)造型的機(jī)械化。拋砂機(jī)的品種較多。如德國(guó)就有五十多種，零部件都通用化了。拋砂機(jī)的生產(chǎn)率從最小的，到最大達(dá)[9]，幾十噸和上百?lài)嵉闹匦丸T件，也可用大型拋砂機(jī)地坑造型。近年來(lái)，對(duì)于深而狹，如寬80mm，深2m的鑄型鋼錠模之類(lèi)，均能完全滿(mǎn)足造型緊實(shí)度要求，并且在部分大中件采用自硬砂等的情況下，也發(fā)展了以自硬砂等作面砂，拋砂機(jī)拋背砂的綜合造型，更擴(kuò)大了拋砂機(jī)的使用范圍。由于拋砂機(jī)的推廣使用，更向組織流水生產(chǎn)線，提高自動(dòng)化程度，如實(shí)現(xiàn)程序控制、隨動(dòng)控制及磁帶式程序控制等方向發(fā)展。
從我國(guó)的情況看，近年來(lái), 在我國(guó)鑄造生產(chǎn)中拋砂機(jī)技術(shù)有了較大的發(fā)展, 現(xiàn)在在許多中大件、單件小批成批生產(chǎn)的造型工部, 拋砂機(jī)已成為不可缺少的造型設(shè)備之一。我國(guó)中大件、單件小批手工造型在鑄造行業(yè)中占有相當(dāng)大的比重, 要改變勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)條件差的狀況, 用較少的投資來(lái)提高生產(chǎn)率, 使車(chē)間原來(lái)的砂處理系統(tǒng)、工藝工裝等仍可使用, 拋砂機(jī)就顯示了它特有的適應(yīng)性, 經(jīng)濟(jì)效益比較高、投產(chǎn)較快是它的一個(gè)主要特點(diǎn)。
而就我國(guó)發(fā)達(dá)地區(qū)而言，上海近年來(lái)，大批制造，拋砂機(jī)廣泛推廣于大中型造型、制芯，為我國(guó)大中型造型機(jī)械化開(kāi)辟了過(guò)闊的前景，目前我國(guó)生產(chǎn)的品種，主要有Z6312D型固定式拋砂機(jī)與Z6625型移動(dòng)式拋砂機(jī)兩種[9]。有的廠已實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)，并且有的廠，如上海重機(jī)鑄造廠，已實(shí)現(xiàn)采用模擬隨動(dòng)和遙控的半自動(dòng)拋砂機(jī)造型。但目前來(lái)看，拋砂機(jī)生產(chǎn)品種不多，使用上發(fā)展還很不平衡，流水生產(chǎn)線及自動(dòng)半自動(dòng)控制拋砂機(jī)還不多，說(shuō)明作為大中件造型機(jī)械的主要設(shè)備拋砂機(jī)，在我國(guó)還有待大力推廣使用。從我國(guó)大中件造型大多仍系手工或采用點(diǎn)風(fēng)動(dòng)工具操作的情況看，拋砂機(jī)造型的采用，對(duì)改變鑄造生產(chǎn)面貌。促進(jìn)我國(guó)鑄造生產(chǎn)四化的進(jìn)程，將起到積極推廣作用。
2 設(shè)計(jì)方案
2.1 設(shè)計(jì)要求
在了解普通拋砂機(jī)的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種能在一小時(shí)內(nèi)完成尺寸為的砂箱的拋砂緊實(shí)工作的自動(dòng)拋砂機(jī)，并且要求該拋砂機(jī)可以改善型砂緊實(shí)力隨型砂高度增加而相對(duì)減小的情況。要求動(dòng)力裝置只用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。
2.2 方案選擇與分析
拋砂機(jī)是以高速旋轉(zhuǎn)的葉片，將型砂拋入砂箱，得到緊實(shí)鑄型的造型設(shè)備。它的結(jié)構(gòu)主要由拋頭、工作臺(tái)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。
首先解決拋砂機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式問(wèn)題。拋砂機(jī)的移動(dòng)部分, 除了使拋砂機(jī)移動(dòng)到指定的工作位置外, 主要是完成使砂團(tuán)能依次逐層地緊實(shí)鑄型的任務(wù)。要達(dá)到這個(gè)主要目的, 只要砂箱與拋頭之間有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)。也就是說(shuō), 可以采用砂箱靜止、拋頭運(yùn)動(dòng)的方法, 也可以采用拋頭靜止、砂箱運(yùn)動(dòng)的方法, 或者兩者都有較簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng), 組成復(fù)合運(yùn)動(dòng)的方法。
砂箱靜止、拋頭運(yùn)動(dòng)的方法是目前廣泛見(jiàn)到的拋砂機(jī)運(yùn)動(dòng)方法。在一般液壓傳動(dòng)的雙搖臂式拋砂機(jī)上, 由于兩臂作的是圓弧運(yùn)動(dòng), 而通常砂箱是矩形的, 這樣很難使拋頭作等速直線運(yùn)動(dòng)。因此, 實(shí)際上拋頭總是在對(duì)砂箱作變動(dòng)速度和曲曲折折軌跡的運(yùn)動(dòng)情況下緊實(shí)鑄型, 難以控制緊砂的均勻性和對(duì)同一種鑄型各次緊砂結(jié)果的一致性, 也難以穩(wěn)定合理的拋砂工藝制度。而砂箱運(yùn)動(dòng)。拋頭靜止的方法可以避免上述問(wèn)題，并且結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，故本次設(shè)計(jì)采用的是拋頭靜止，砂箱運(yùn)動(dòng)的方法。
砂箱的運(yùn)動(dòng)采用工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的形式，工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用牛頭刨床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，忽略該機(jī)構(gòu)的急回特性，即可實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的勻速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。
圖2-1 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
其次解決型砂緊實(shí)度隨拋出型砂的高度增高而減小的問(wèn)題。對(duì)已確定結(jié)構(gòu)及其參數(shù)的拋砂頭來(lái)說(shuō), 供砂量是影響鑄型緊實(shí)硬度的一個(gè)因素, 只有在合適的供砂量范圍內(nèi), 才能獲得工藝要求的鑄型硬度, 過(guò)大或過(guò)小的供砂量, 都會(huì)降低硬度。所以國(guó)外發(fā)展了可以由拋砂機(jī)操作者來(lái)控制的, 能改變向拋頭供砂量大小的裝置。例如,在貯砂斗壁上出口處裝上電動(dòng)控制供砂量的間門(mén), 當(dāng)閘門(mén)拾高時(shí)加大供砂量,閘門(mén)降低時(shí)減少供砂量。又如, 采用改變皮帶送砂機(jī)上刮砂板的角度, 來(lái)增減供砂量的裝置, 刮砂板中的角度是由蝸桿傳動(dòng)裝置中來(lái)驅(qū)動(dòng)的。
這兩種方案不論如何改變，其最終結(jié)果也是需要人工進(jìn)行供砂量的控制，并不能實(shí)現(xiàn)全部的自動(dòng)化生產(chǎn)。所以本次設(shè)計(jì)放棄從供砂量方面考慮，將設(shè)計(jì)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向拋頭的轉(zhuǎn)速，已知拋頭的轉(zhuǎn)速越大，拋出的型砂的緊實(shí)度越高，故在完成一個(gè)砂箱的拋砂過(guò)程中逐步增大拋頭的轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)緊實(shí)度的要求。
拋砂機(jī)的拋頭結(jié)構(gòu)已經(jīng)固定，要想更改拋頭的轉(zhuǎn)速就要從拋砂機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)入手，現(xiàn)設(shè)計(jì)一種可變速傳動(dòng)箱如圖2-2所示，這樣就滿(mǎn)足本次課題的設(shè)計(jì)要求
圖2-2 變速機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
最后，已知拋頭的結(jié)構(gòu)已經(jīng)固定，如圖2-3所示即為本次設(shè)計(jì)所采用的拋頭結(jié)構(gòu)。
1-機(jī)頭外殼 2-型砂入口 3-砂團(tuán)出口4-被緊實(shí)的砂團(tuán) 5-砂箱
圖2-3 拋頭結(jié)構(gòu)
3設(shè)計(jì)論述
3.1 拋頭設(shè)計(jì)
本次的課程設(shè)計(jì)對(duì)于拋頭部分沒(méi)有進(jìn)行改進(jìn)，故采用我國(guó)使用較多的Z6312型拋砂機(jī)拋頭結(jié)構(gòu)。
3.1.1 拋頭轉(zhuǎn)速選擇
型砂的能否緊實(shí), 主要決定于拋出速度。緊實(shí)度或硬度是反映拋砂機(jī)工作質(zhì)量的一個(gè)參數(shù), 一般要求砂型硬度達(dá)到90HBS以上[10], 這就首先要以拋出速度來(lái)保證。一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)要求鑄鐵件為, 鑄鋼件為[10]。根據(jù)我們?cè)囼?yàn), 拋出速度在以上, 即可達(dá)到一般工藝要求的緊實(shí)度。
而拋出速度, 也是決定拋頭結(jié)構(gòu)尺寸的基礎(chǔ)。由公式(3-1):
(3-1)
式中：V——圓周速度，可近似地看作拋出速度
D——拋頭直徑
n——拋頭轉(zhuǎn)速
由上述公式可知：如拋出速度一定, 則拋頭直徑與轉(zhuǎn)速成反比, 直徑小時(shí), 轉(zhuǎn)速要高, 直徑大時(shí)轉(zhuǎn)速可低些, 從國(guó)內(nèi)外拋頭直徑與轉(zhuǎn)速采用范圍看, 拋頭直徑由, 轉(zhuǎn)速由, 兩者應(yīng)配合, 以獲得要求的拋出速度。
因?yàn)楸敬蔚恼n題是在研究普通拋砂機(jī)的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一臺(tái)拋頭靜止砂箱運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)拋砂機(jī)，并且在拋頭部分加裝一變速裝置使之能夠在型砂高度增加時(shí)拋頭轉(zhuǎn)速相應(yīng)增大，以改善型砂緊實(shí)力隨型砂高度增加而相對(duì)減小的情況。故在拋頭部分的拋出速度選擇上要求，拋出的最大速度可達(dá)，最低速度應(yīng)大于。本次設(shè)計(jì)將拋頭的轉(zhuǎn)速分為3級(jí)，因此可選擇、、為拋頭的三級(jí)轉(zhuǎn)速。
3.1.2 拋頭尺寸計(jì)算
上述公式[10]可轉(zhuǎn)變成求拋頭直徑的公式：。假設(shè)拋頭在、、時(shí)拋出的速度分別為、、驗(yàn)算出拋頭的最大尺寸：
；；
故當(dāng)拋頭的直徑為即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。查Z6312型拋砂機(jī)技術(shù)資料[10]可知拋頭葉片的寬度為、長(zhǎng)度為，故拋頭轉(zhuǎn)子直徑為。
3.2 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)
拋砂機(jī)的工作臺(tái)是用來(lái)安放砂箱的部分，是本次設(shè)計(jì)的非重要部分，要求其能夠承受住滿(mǎn)載砂箱的重量并且能夠按照設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)勻速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其設(shè)計(jì)要求如下：
1.耐潮耐腐蝕，不用涂油，不生銹，不退色。
2.溫度系數(shù)低，基本不受溫度影響。
3.幾乎不用保養(yǎng)，能夠迅速地清潔，精度穩(wěn)定性要求不高。
4.一律是堅(jiān)硬的表面。
3.2.1工作臺(tái)尺寸設(shè)計(jì)
由于砂箱尺寸為，根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求，工作臺(tái)的材料可選擇灰鑄鐵HT150即可，尺寸要求為。
根據(jù)實(shí)際工作要求，工作臺(tái)的往復(fù)勻速運(yùn)動(dòng)宜選用軌道滾動(dòng)的方式來(lái)相應(yīng)減小拉動(dòng)工作臺(tái)的力的大小，且工作臺(tái)的行程為1000mm，工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間為10s。
3.2.2工作臺(tái)與主軸箱間的連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3-1 工作臺(tái)傳動(dòng)示意圖
圖3-2 連桿運(yùn)動(dòng)軌跡（雙點(diǎn)劃線為極限位置）
為實(shí)現(xiàn)往復(fù)勻速運(yùn)動(dòng)，本次課程設(shè)計(jì)借用牛頭刨床的進(jìn)給系統(tǒng)[11]，忽略牛頭刨床進(jìn)給與急回之間的速度差。
材料選擇：直徑25mm的45號(hào)鋼
為了設(shè)計(jì)機(jī)械的緊湊性，應(yīng)將曲柄與搖桿的回轉(zhuǎn)中心的距離適當(dāng)選擇的小一些，根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將兩回轉(zhuǎn)中心設(shè)計(jì)在同一條垂直線上，兩者之間的距離可選擇150mm，選擇曲柄Ⅲ度為90mm，以實(shí)現(xiàn)方便計(jì)算的目的。
由圖2的連桿運(yùn)動(dòng)軌跡可知：曲柄與搖桿垂直的兩位置即為該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的極限位置。工作臺(tái)的行程為1000mm即機(jī)構(gòu)下部的滑塊的兩極限位置之間的距離為1000mm。根據(jù)簡(jiǎn)單的勾股定理可得：搖桿Ⅰ長(zhǎng)度為。
設(shè)搖桿與滑塊之間的連桿Ⅱ在極限位置時(shí)與水平面之間的夾角為30°，連桿Ⅱ的長(zhǎng)度為100mm。
3.2.3強(qiáng)度校核
(1) 工作臺(tái)受力分析：
根據(jù)《鑄造工藝基礎(chǔ)》[12]查得：型砂密度為，忽略砂箱的厚度與鑄件的大小可知，砂箱的最大質(zhì)量為
；
根據(jù)《工程材料》[13]可查的：
灰鑄鐵HT150的密度為，忽略滾輪與連桿的質(zhì)量可得工作臺(tái)的質(zhì)量為；故工作臺(tái)與砂箱的總質(zhì)量為。
由《工程材料》[13]查鑄鐵的滾動(dòng)摩擦系數(shù)為：。根據(jù)滾動(dòng)摩擦力的計(jì)算公式，可求得滾輪與導(dǎo)軌之間的滾動(dòng)摩擦力為
(2) 工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)的受力分析：
取桿Ⅰ受力最大的極限位置進(jìn)行分析，
取連桿Ⅱ進(jìn)行受力分析，忽略各連桿之間的重力與摩擦，
圖3-3 對(duì)連桿與滑塊受力分析圖
，
對(duì)Ⅰ桿與Ⅱ桿之間的連接點(diǎn)進(jìn)行受力分析得：
圖3-4 Ⅰ桿與Ⅱ桿之間的連接點(diǎn)的受力分析圖
，
則是作用在Ⅰ軸上的里與大小相等方向相反的反作用力。
對(duì)搖桿的回轉(zhuǎn)中心取矩得：；求得的即為驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩。
由工作臺(tái)連桿的簡(jiǎn)圖可知，桿Ⅲ所受到的應(yīng)力最大，故只要使桿Ⅲ滿(mǎn)足應(yīng)力要求，則其他的桿相應(yīng)的都能滿(mǎn)足應(yīng)力要求。
(3) 疲勞強(qiáng)度計(jì)算：
查《機(jī)械工程師手冊(cè)》[15]可得直徑25mm的45號(hào)鋼的硬度為217HBS，疲勞強(qiáng)度б=600MPa。
由材料力學(xué)公式(3-2)可知：
(3-2)
故桿Ⅲ所收到的應(yīng)力大小為故，桿的強(qiáng)度滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
3.3變速箱設(shè)計(jì)
圖3-5 變速箱傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
3.3.1選擇電機(jī)
1.計(jì)算電機(jī)所需功率：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》第3頁(yè)表1-7：
－帶傳動(dòng)效率：0.96
－每對(duì)軸承傳動(dòng)效率：0.99
－圓柱齒輪的傳動(dòng)效率：0.96
－直齒圓錐齒輪的傳動(dòng)效率：0.94
－聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率：0.993
—渦輪蝸桿的傳動(dòng)效率：0.80
—卷筒的傳動(dòng)效率：0.96
說(shuō)明：
－電機(jī)至工作臺(tái)之間的傳動(dòng)裝置的總效率：
2.計(jì)算推動(dòng)工作臺(tái)所需功率的大?。?
由工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間為10s，可求的主軸箱上向工作臺(tái)輸出動(dòng)力的軸的轉(zhuǎn)速為；上面已經(jīng)求得的驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，根據(jù)公式(3-3)[14]：
(3-3)
可以求得電機(jī)向工作臺(tái)部分輸出地總功率為：；電動(dòng)機(jī)需要提供給工作臺(tái)的功率為。
3.計(jì)算拋頭消耗的功率的大?。?
拋砂機(jī)拋頭的功率消耗，在于克服各種阻力，并給予砂團(tuán)一定的能量。主要包括拋出砂團(tuán)吸收能量所需功率，克服葉片弧板間摩擦阻力及克服旋轉(zhuǎn)中空氣阻力所需功率[13]。本次設(shè)計(jì)選擇的生產(chǎn)率為，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式表3-1，可查得計(jì)算的總功率為，由于本次課程設(shè)計(jì)中加裝了變速裝置，故其功率應(yīng)按照功率損失計(jì)算。
表3-1 國(guó)內(nèi)外使用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表
生產(chǎn)率
（）
計(jì)算
總功率
（）
百分比
（%）
一般使用的
功率
（）
與計(jì)算
值比
（%）
經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的
功率
（）
與計(jì)算
值比
（%）
12
2.98
100
7
234
5.55
186
15
7.24
100
17
235
13.3
184
25
8.96
100
19
213
16.7
187
故，所以
4.需要的總功率的大?。?
需要的總功率即為推動(dòng)工作臺(tái)所需功率與拋頭消耗的功率之和，由于推動(dòng)工作臺(tái)所需功率非常小，故計(jì)算總功率時(shí)可直接將拋頭消耗的功率記為總功率的大小，即需要的總功率的大小為。
5.確定電機(jī)轉(zhuǎn)速：
根據(jù)拋砂機(jī)需要的總功率為，查《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》[14]有4種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有4種傳動(dòng)方案如下表：
表3-2傳動(dòng)方案
方案
型號(hào)
額定功率
（）
轉(zhuǎn)速
（）
效 率
（%）
額定
轉(zhuǎn)矩
重量
（）
1
Y112M-2
4
2890
86.2
2.2
70
2
Y112M-4
4
1440
87
2.2
81
3
Y132M1-6
4
960
86
2.0
119
4
Y160M1-8
4
720
86
2.0
145
由于電動(dòng)機(jī)不僅僅要驅(qū)動(dòng)拋頭轉(zhuǎn)動(dòng)，還要驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，故電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量選得小一點(diǎn)來(lái)滿(mǎn)足傳動(dòng)比的需要。故根據(jù)最大轉(zhuǎn)速為可以選擇方案3取到的最小電機(jī)轉(zhuǎn)速為。
6.確定拋頭傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比：
三級(jí)傳動(dòng)的總傳動(dòng)比依次為：
，，
分配傳動(dòng)比：
取帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為：
取第二級(jí)上的傳動(dòng)比為：
故第一級(jí)上的三個(gè)傳動(dòng)比依次為：，，
7.計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)：
將傳動(dòng)裝置由帶輪到連接拋頭的軸依次記為Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸，，，——依次是電機(jī)與Ⅰ軸，Ⅰ軸與Ⅱ軸，Ⅱ軸與Ⅲ軸，Ⅲ軸與拋頭之間的傳動(dòng)效率。
① 各軸轉(zhuǎn)速：
軸Ⅰ：；軸Ⅱ：，，；軸Ⅲ：，，
② 各軸的輸入功率：
軸Ⅰ：；軸Ⅱ：；軸Ⅲ：；拋頭：
③ 各軸輸入轉(zhuǎn)矩：
電機(jī)：；軸Ⅰ：；軸Ⅱ：，，；軸Ⅲ：，，。
表3-3 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)表
參 數(shù)
軸 名
電動(dòng)機(jī)
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
拋頭
一級(jí)
二級(jí)
三級(jí)
一級(jí)
二級(jí)
三級(jí)
轉(zhuǎn)速r/min
970
800
800
700
600
800
700
600
60.1
轉(zhuǎn)矩
37.8
45.84
43.57
49.8
58.1
41.42
47.34
58.1
功率kw
4
3.84
3.65
3.47
3.41
效率
0.96
0.99
0.95
0.983
3.3.2 V帶和帶輪的設(shè)計(jì)
1.確定V帶型號(hào)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[16]表8-7得： 則。根據(jù), ,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖8-11[16]，選擇A型V帶，取，
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-8[16]取。
2.驗(yàn)算帶速：
帶速在范圍內(nèi)，故帶速合適。，
3.取V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距：
初步選取中心距：由于即，
，取。
由式(3-4)得：
(3-4)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-2[16]取。
由式(3-5)計(jì)算實(shí)際中心距
(3-5)
故，，
因此中心距的變化范圍為。
4.驗(yàn)算小帶輪包角：
，所以主動(dòng)輪上包角合適。
5.求V帶根數(shù)Z：由式(3-6)得：
(3-6)
計(jì)算得：。故取V帶的根數(shù)為3根。
6.計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值：查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-3[16]得：
應(yīng)使帶實(shí)際初拉力則有作用在軸上壓力為：。
3.3.3傳動(dòng)部分第一級(jí)齒輪設(shè)計(jì)
1.選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
(1) 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)
(2) 設(shè)備為一般工工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB10095-88）
(3) 材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-1[16]選小齒輪材為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45#鋼（調(diào)質(zhì)），硬度度為280HBS，而這材料硬度差為40HBS。
(4) 初步選擇三級(jí)小齒輪齒數(shù)均為，則三級(jí)大齒輪齒數(shù)依次為為： ,
2.按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算公式(3-7)：
(3-7)
3.計(jì)算
(1) 試算小齒輪分度圓直徑d1t 由計(jì)算公式得：
(2) 計(jì)算圓周速度
由公式(3-8)：
(3-8)
計(jì)算可得：
(3) 計(jì)算齒寬b及模數(shù)
由公式(3-9),(3-10),(3-11)得：
(3-9)
(3-10)
(3-11)
計(jì)算可得：
(4) 計(jì)算載荷系數(shù)K
取，根據(jù)，7級(jí)精度，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8[16]得：，，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4得：，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13[16]得：。
故載荷系數(shù)
(5) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
(6) 計(jì)算模數(shù)m
4.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，由公式(3-12):
(3-12)
計(jì)算可得：
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)，取三組齒輪的模數(shù)為分別為，可滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度。為滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度，按接觸強(qiáng)度算得小齒輪的分度圓直徑分別為，，算出小齒輪齒數(shù)；大齒輪齒數(shù)
5.幾何尺寸計(jì)算
(1) 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑：
(2) 計(jì)算中心距：
因?yàn)樵撊M齒輪要安裝在同一對(duì)軸上，故中心距應(yīng)該相同，因此，調(diào)節(jié)中心距得：
，則
；
；
(3) 計(jì)算齒輪寬度
，圓整后取。
，圓整后取。
，圓整后取。
6.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件（見(jiàn)圖紙）
3.3.4 傳動(dòng)部分第二級(jí)齒輪設(shè)計(jì)
1.選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
(1) 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)
(2) 設(shè)備為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7 級(jí)精度（GB10095-88）
(3) 材料選擇。由表10-1[16] 選小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HB，大齒輪為45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HB，二者材料硬度差為40HB。
(4) 選小齒輪齒數(shù)，大齒輪。
2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算公式(3-7)可得：
① 試算小齒輪分度圓直徑 由計(jì)算公式得：
② 計(jì)算圓周速度
由公式(3-8)可得：
③ 計(jì)算齒寬及模數(shù)
由公式(3-9),(3-10),(3-11)可得：，
④ 計(jì)算載荷系數(shù)，取，根據(jù)，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8[16]查得動(dòng)載系數(shù)；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4[16]查得由圖10-13 [16]查得；由表查得 。故載荷系數(shù)
⑤ 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
⑥ 計(jì)算模數(shù)
3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由公式(3-12)計(jì)算得：
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù) 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)，取，可滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度。為滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，由，則 ，此時(shí)符合要求
(3) 幾何尺寸計(jì)算
① 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑
② 計(jì)算中心距
③ 計(jì)算齒輪寬度
，取。
4.繪制零件圖（見(jiàn)圖紙）。
3.3.5 Ⅰ軸上的蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)
在本次課程設(shè)計(jì)中，已知蝸桿的轉(zhuǎn)速為輸入功率為，要求渦輪蝸桿的傳動(dòng)比。
1. 選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型
根據(jù)GB/ 10085-1988的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿（ZI）
2. 選擇材料
考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度只是中等，故蝸桿選用45鋼；因希望效率高些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45-55 HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。
3．按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。由式(3-13)，傳動(dòng)中心距
(3-13)
(1) 確定作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩
按，估取效率，則
(2) 確定載荷系數(shù)
因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù)；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11-5[16]選取使用系數(shù)；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載荷系數(shù)，則
(3) 確定彈性影響系數(shù)
因選用的是鑄錫磷青銅渦輪和鋼蝸桿相配，故
(4) 確定接觸系數(shù)
先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距的比值，從圖11-18[16]中可查得。
(5) 確定需用接觸應(yīng)力
根據(jù)渦輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，螺桿螺旋齒面硬度>45 HRC，可從表11-7[16]中查得渦輪的基本許用應(yīng)力。
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
壽命系數(shù)
則
(6) 計(jì)算中心距
由公式(3-13)可得：
取中心距，因，故從表11-2[16]中取模數(shù)，蝸桿分度圓直徑。這時(shí)，從圖11-18[16]中可查得接觸系數(shù)，因?yàn)?，因此以上?jì)算結(jié)果可用。
4. 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
(1) 蝸桿
軸向齒局；
直徑系數(shù)；
齒頂圓直徑；
頂隙；
齒根圓直徑；
分度圓導(dǎo)程角
蝸桿軸向齒厚
(2) 蝸輪
蝸輪齒數(shù) ；
驗(yàn)算傳動(dòng)比，這時(shí)的傳動(dòng)比誤差為，是允許的。
蝸輪分度圓直徑 ；
位系數(shù)
蝸輪齒頂高；
蝸輪喉圓直徑；
蝸輪齒根高；
蝸輪齒根圓直徑；
蝸輪咽喉母半徑
5．校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
(3-14)
當(dāng)量齒數(shù)
根據(jù)，，從圖11-19[16]中可查得齒形系數(shù)。
螺旋角系數(shù)
許用彎曲應(yīng)力
從表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的渦輪的基本許用彎曲應(yīng)力。
壽命系數(shù)
彎曲強(qiáng)度是滿(mǎn)足的。
6．驗(yàn)算效率
(3-15)
已知；；與相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān)。
從表11-18[16]中用差值法差得；代入式中得，大于原估計(jì)值，因此不用重算。
7．精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定
考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從GB/T 10089-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級(jí)精度，側(cè)隙種類(lèi)為f，標(biāo)注為8f GB/T 10089-1988。為了保證傳動(dòng)平穩(wěn)性需要檢測(cè) ：蝸桿軸向齒距偏差，蝸桿軸向齒距累積誤差；蝸輪徑向綜合誤差。查表16-36得蝸桿軸向齒距偏差、蝸桿軸向齒距積累誤差、蝸輪徑向綜合誤差。
8.繪制工作圖（見(jiàn)圖紙）
3.3.6 標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪設(shè)計(jì)
1.材料選擇，熱處理方法定精度等級(jí)
大、小齒輪材料均為20Cr，滲碳、淬火，硬度均為56-62HRC；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21[16]查得,采用6級(jí)精度，即：6C GB 11365，齒面粗糙度。
2．初步設(shè)計(jì)
圖3-6 直齒錐齒輪示意圖
選用直齒錐齒輪，按接觸強(qiáng)度公式(3-16)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，即：
(3-16)
初步計(jì)算結(jié)果為：
3. 幾何尺寸計(jì)算
齒數(shù)：取，
分錐角：；
模數(shù)：，取
分度圓直徑：；
齒寬中點(diǎn)分度圓直徑：
外錐距：；
中錐距：
齒寬：取
齒頂高：；
齒根高：；
頂圓直徑：；
分度圓齒厚：
4. 校核接觸強(qiáng)度
強(qiáng)度條件：
計(jì)算接觸應(yīng)力：
(3-17)
則
許用接觸應(yīng)力：
(3-18)
則
結(jié)論：滿(mǎn)足接觸強(qiáng)度。
5. 齒根彎曲強(qiáng)度校核
強(qiáng)度條件
由式(3-19)計(jì)算尺根應(yīng)力
(3-19)
則
許用接觸應(yīng)力，查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》[15]可得：，，滿(mǎn)足齒根接觸強(qiáng)度。
6. 錐齒輪工作圖（見(jiàn)圖紙）
3.3.7不完全齒輪設(shè)計(jì)
已知輸入功率為，小齒輪的轉(zhuǎn)速為，齒數(shù)比為
首先按照完全齒輪設(shè)計(jì)，計(jì)算出齒輪的各項(xiàng)參數(shù)
1．選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
(1) 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)
(2) 設(shè)備為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7 級(jí)精度（GB10095-88）
(3) 材料選擇。由表10-1 [16]選小齒輪材料為20Cr2Ni4（調(diào)質(zhì)），硬度為350HB，大齒輪為12Cr2Ni4（調(diào)質(zhì)），硬度為320HB，二者材料硬度差為30HB。
(4) 選小齒輪齒數(shù)，大齒輪。
2．按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(1) 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算公式(3-7)可得小齒輪分度圓直徑：
(2) 根據(jù)公式(3-8)計(jì)算圓周速度:
(3) 根據(jù)公式(3-9),(3-10),(3-11)計(jì)算齒寬及模數(shù)得：
，，
(4) 計(jì)算載荷系數(shù)，取，根據(jù)，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8[16]查得動(dòng)載系數(shù)；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4[16]查得由圖10-13 [16]查得；由表[16]查得 。故載荷系數(shù)
(5) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式[16]得
(6) 計(jì)算模數(shù)
3．按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，由公式(3-12)計(jì)算可得：
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù) 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)，取，可滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度。為滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，由，則 ，此時(shí)符合要求
4.幾何尺寸計(jì)算
(1) 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑
(2) 計(jì)算中心距
(3) 計(jì)算齒輪寬度
，取。
間歇設(shè)計(jì)
將主動(dòng)齒輪上只保留一個(gè)輪齒，其他輪齒全部去除。去除部分保留齒根圓，并且在從動(dòng)齒輪輪齒頂部加工出與主動(dòng)齒輪齒根圓相配合的圓弧，從而起到防止從動(dòng)齒輪游動(dòng)的情況[17]，具體結(jié)構(gòu)如圖所示。
圖3-7 不完全小齒輪
3.3.8 Ⅲ軸（輸出軸）的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.作用在齒輪上的力
2.初步確定軸的最小直徑，估算軸最小直徑，軸材料為45#鋼（調(diào)質(zhì)），查表[16]得，根據(jù)公式(3-20)可得：
(3-20)
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選軸的直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需選取聯(lián)軸器的型號(hào)。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表14-1[16]，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取，則：
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器的公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T5014-2003，選用HL6型彈性圓柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，其公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩為。半聯(lián)軸器的孔徑，聯(lián)軸器的長(zhǎng)度，聯(lián)軸器與軸孔配合的長(zhǎng)度
3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1) 軸上零件的裝配方案
圖3-8 軸的結(jié)構(gòu)與裝配
(2) 據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
① 為了滿(mǎn)足聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故?、?Ⅲ段的直徑；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑。聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度，為了保證軸端擋圈只壓在聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段的長(zhǎng)度應(yīng)比略短一些，現(xiàn)取。
② 初步選擇滾動(dòng)軸承。因?yàn)檩S承只承受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中選擇61907，其尺寸為，故；而。
左端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。查《機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè)》[15]得61907型軸承的定位軸肩高度，因此取。
③ 取安裝齒輪處的軸端Ⅵ-Ⅶ的直徑；齒輪的右端與右軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪廓的寬度為，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪廓寬度，故取。齒輪左端采用軸肩定位，軸肩高度，故取，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。
④ 軸承蓋地總寬度為。根據(jù)軸承端蓋的裝拆方便及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋外面與聯(lián)軸器的右端面的長(zhǎng)度距離為，故取。
⑤ 取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距離箱體內(nèi)壁一段距離s，取，已知深溝球軸承寬度為，則：
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
表3-4 軸段尺寸表
Ⅰ-Ⅱ
Ⅱ-Ⅲ
Ⅲ-Ⅳ
Ⅳ-Ⅴ
Ⅴ-Ⅵ
Ⅵ-Ⅶ
Ⅶ-Ⅷ
直徑
24
30
35
37
46
40
35
長(zhǎng)度
48
60
10
176
5
43
34
(3) 軸上零件的周向定位
齒輪、聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-1[16]查得平鍵截面，鍵槽采用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為，同時(shí)保證了齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪廓與軸的配合為；同樣，聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵，聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選擇軸的直徑尺寸公差為m6。
(4)確定軸上的圓角和倒角
取軸端倒角為。
4.求軸上的載荷
圖3-9 受力分析圖
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出州的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》[15]中查取a值。對(duì)于61907型深溝球軸承，。因此，作為簡(jiǎn)支梁的軸承跨距。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。
計(jì)算出危險(xiǎn)截面的,記錄與表中。
表3-5 力矩表
載荷
水平面H
垂直面V
支反力
；
；
彎矩
；
總彎矩
扭矩
根據(jù)選定材料45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表得取α = 0.6 ，由公式(3-21)計(jì)算軸的計(jì)算應(yīng)力為，所以安全。
(3-21)
3.3.9 Ⅱ軸（中間軸）的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.初步確定軸的最小直徑
根據(jù)公式(3-20)可得：
2.求作用在齒輪上的受力
3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1) 擬定軸上零件的裝配方案
圖3-10 軸的結(jié)構(gòu)與裝配
(2) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段尺寸
① 參照工作要求并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中選擇61906，其尺寸為，故；右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。查《機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè)》[15]得61906型軸承的定位軸肩高度，因此取。
② 已知箱體厚度為，取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距離箱體內(nèi)壁一段距離s，取，已知深溝球軸承寬度為，則：；；
③ 已知，取安裝齒輪處的軸端Ⅳ-Ⅴ的直徑；齒輪的右端與右軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪廓的寬度為，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪廓寬度，故取。齒輪左端采用軸肩定位，軸肩高度，故取，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。
表3-6 軸段尺寸表
Ⅰ-Ⅱ
Ⅱ-Ⅲ
Ⅲ-Ⅳ
Ⅳ-Ⅴ
Ⅴ-Ⅵ
直徑
30
32
39
33
30
長(zhǎng)度
10
176
5
43
34
(3) 軸上零件的周向定位
二級(jí)齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接。按由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-1[16]查得平鍵截面，鍵槽采用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為，同時(shí)保證了齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪廓與軸的配合為；一級(jí)齒輪與軸的連接采用滑鍵連接，選用滑鍵，齒輪與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選擇軸的直徑尺寸公差為m6。
(4) 確定軸上的圓角和倒角
取軸端倒角為。
4.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。
圖3-11 受力分析圖
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出州的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》[15]中查取a值。對(duì)于61907型深溝球軸承，。因此，作為簡(jiǎn)支梁的軸承跨距且高速級(jí)速度可調(diào)，即齒輪組可以再軸上移動(dòng)，當(dāng)齒輪組只能停留在最左，中間和最右三個(gè)位置，對(duì)這三個(gè)位置分別分析
(1)當(dāng)齒輪組在最左邊時(shí)此時(shí),,。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。
計(jì)算出危險(xiǎn)截面的,記錄與表中。
表3-7 力矩表
載荷
水平面H
垂直面V
支反力
；
；
彎矩
，
；
總彎矩
，
扭矩
(2) 當(dāng)齒輪組在最右邊時(shí)此時(shí),,。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。
計(jì)算出危險(xiǎn)截面的,記錄與表中。
表3-8 力矩表
載荷
水平面H
垂直面V
支反力
；
；
彎矩
，
；
總彎矩
，
扭矩
(3) 當(dāng)齒輪組在中間時(shí)此時(shí),,。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。
計(jì)算出危險(xiǎn)截面的,記錄與表中。
表3-9 力矩表
載荷
水平面H
垂直面V
支反力
；
；
彎矩
，
；
總彎矩
，
扭矩
根據(jù)選定材料45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表得，取α = 0.6 ，選取最大的總彎矩，根據(jù)公式(3-21)軸的計(jì)算應(yīng)力為，所以安全。
3.3.10 Ⅰ軸(輸入軸)的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.作用在齒輪上的力
2.初步確定軸的最小直徑
估算軸最小直徑，軸材料為45#鋼（調(diào)質(zhì)），查表[16]得，根據(jù)公式(3-20)可得：
3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1) 確定軸上零件的裝配方案
圖3-12 軸的結(jié)構(gòu)與裝配
(2) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段尺寸
① 為了滿(mǎn)足帶輪的軸向定位要求，Ⅶ-Ⅷ軸段右端需制出一軸肩，故取Ⅶ-Ⅷ段的直徑。帶輪與軸配合的轂孔長(zhǎng)度，為了保證軸端擋圈只壓在聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段的長(zhǎng)度應(yīng)比略短一些，現(xiàn)取。
② 初步選擇滾動(dòng)軸承。因?yàn)檩S承承受軸向力和徑向力的作用，故選用圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中選擇32905，其尺寸為，故。
左端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。查《機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè)》[15]得32905型軸承的定位軸肩高度，因此取。
③ 取安裝齒輪處的軸端Ⅱ-Ⅲ的直徑；齒輪的左端與右軸承之間采用套筒定位。已知三個(gè)齒輪輪廓及間隙的總寬度為，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪廓寬度，故取。齒輪右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取，則Ⅲ-Ⅳ處的直徑。
④ 軸承蓋地總寬度為。根據(jù)軸承端蓋的裝拆方便及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋外面與聯(lián)軸器的右端面的長(zhǎng)度距離為，故取。
⑤ 取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距離箱體內(nèi)壁一段距離s，取，已知軸承寬度為，則
⑥ 取蝸桿部分長(zhǎng)度為，則根據(jù)渦輪蝸桿的安裝要求可得：，，，。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
表3-10 軸段尺寸表
Ⅰ-Ⅱ
Ⅱ-Ⅲ
Ⅲ-Ⅳ
Ⅳ-Ⅴ
Ⅴ-Ⅵ
Ⅵ-Ⅶ
Ⅶ-Ⅷ
直徑
24
28
32
42
32
24
20
長(zhǎng)度
41
138
276
120
160
60
48
(3) 軸上零件的周向定位
齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接。按由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-1[16] 查得平鍵截面，鍵槽采用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為，同時(shí)保證了齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪廓與軸的配合為；帶輪與軸的連接采用平鍵連接，選用平鍵，長(zhǎng)為，帶輪與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選擇軸的直徑尺寸公差為m6。
(4) 確定軸上的圓角和倒角
取軸端倒角為。
4.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。
圖3-13 受力分析圖
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出州的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》[1
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