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XX大學(xué)XX學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目： 樹枝粉碎成型機(jī)的成型傳動裝置部分
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 號： XX63238
姓 名： XX
指導(dǎo)教師： XX
完成日期： 2012.5.21
目 錄
摘要………………………………………………………………………3
Abstract…………………………………………………………………..4
第1章 傳動方案的擬定 1
1.1 樹枝成型機(jī)中的傳動裝置 1
1.2 傳動方案的分析 3
1.3 傳動方案的擬定 4
1.4 預(yù)期效果 5
第2章 電動機(jī)的選擇及傳動比的確定 6
2.1 確定電動機(jī)型號 6
2.2 傳動裝置總傳動比的確定 7
2.3 分配傳動裝置各級傳動比 7
第3章 傳動裝置的設(shè)計 9
3.1 計算各軸轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 9
3.2 皮帶輪傳動裝置的設(shè)計 9
3.2.1確定普通V帶截型 10
3.2.2確定帶輪基準(zhǔn)直徑，并驗算帶速 11
3.2.3確定大帶輪的基準(zhǔn)直徑 11
3.2.4確定帶長和中心距 11
3.2.5 驗算小帶輪包角 12
3.2.6 確定帶的根數(shù) 12
3.2.7單根V帶的拉力 13
3.2.8作用在軸上的力 13
3.3 齒輪傳動裝置的設(shè)計 13
3.4 從動軸的設(shè)計 15
3.5 主動軸的設(shè)計 20
3.6 鍵連接的選擇及校核計算 24
3.7 軸承的壽命校核 25
3.8減速器箱體、箱蓋及附件的設(shè)計計算 25
3.9潤滑與密封 26
第4章 總 結(jié) 28
4.1.一級減速器裝配圖 28
4.2. 帶輪圖 28
4.3. 主動軸 28
致 謝 29
參考文獻(xiàn) 30
樹枝成型機(jī)的傳動裝置設(shè)計
摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，園林綠化面積不斷擴(kuò)大，由此而產(chǎn)生的廢殘樹枝等園林養(yǎng)護(hù)剩余物的數(shù)量也大量增加?，F(xiàn)代的處理方法是將它切碎，并經(jīng)發(fā)酵處理，制成有機(jī)復(fù)合肥，此樹枝成型機(jī)用于粉碎園林綠化剩余物,要求其體積小,結(jié)構(gòu)簡單,移動方便和便于操作。本論文主要設(shè)計移動式樹枝成型機(jī)的傳動裝置。其傳動裝置由V帶輪傳動和一級減速器組成。設(shè)計中在滿足成型機(jī)使用要求的同時，主要考慮其傳動的平穩(wěn)性、可靠性。
關(guān)鍵詞：樹枝成型機(jī)；傳動裝置；V帶輪；減速器
Transmission Device’s design of the Branches Molding Machine
Abstract：In this paper, with the development of social economy, landscape area expands unceasingly, this leads to waste residues of branches, and the number of using garden maintenance a large increase. The modern processing method is to chop it, and by fermentation processing, made into organic compound fertilizer, the branch for crushing machine using garden afforestation, ask its small size, simple structure, convenient to move and easy operation. This thesis mainly design mobile branches of the machines the transmission. The transmission device by V belt wheel transmission and level of gear reducer. Design in meet requirements of the use of molding machine at the same time, the main consideration of its transmission stability and reliability.
Key Words:The branches molding machine; Transmission device; V belt wheel; Reducer.
IV
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
第1章 傳動方案的擬定
1.1 樹枝成型機(jī)中的傳動裝置
帶有枝椏成型機(jī)機(jī)是將原木、采伐與撫育剩余物（枝椏、梢頭木、樹根、小徑木等）以及木材加工剩余物（如板皮、板條、碎單板、木芯等）加工成一定規(guī)格長度木片的設(shè)備。它屬于備料設(shè)備，但也是十分重要的。其切削特征是縱端向切削，主要參數(shù)是削出木片的長度。對枝椏成型機(jī)的主要工藝要求是：削出的木片長度應(yīng)均勻一致，其合格率應(yīng)在允許范圍內(nèi)，且應(yīng)厚度均勻，切口大而平滑，產(chǎn)生的碎料少，削出的木片的尺寸規(guī)格依使用要求而定。
隨著人造板工業(yè)的發(fā)展和原木資源的日益缺乏，利用各種剩余制品削制工藝木片作為充分利用木材資源、提高木材綜合利用率的主要手段的觀點，已得到了人們的普遍贊同，削片機(jī)的種類也隨之而日益增多。
枝椏成型機(jī)按切削機(jī)構(gòu)的形狀可分為鼓式和盤式，它們的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖：
1.軸承座 2. 主軸 3.刀盤 4. 壓刀塊 5.飛刀 6.底刀
圖1.1 樹枝成型機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖
要把枝椏加工成碎片, 首先需要人工將枝椏材放進(jìn)料斗, 木材在人力或進(jìn)料機(jī)構(gòu)的壓力作用下進(jìn)入削片機(jī), 當(dāng)木材的端面碰到飛刀刀盤端面時, 進(jìn)給停止, 飛刀轉(zhuǎn)到切削位置開始切削, 由于飛刀有一定角度, 當(dāng)切入木材一定深度時, 木材受到飛刀切削面的分力、刀盤和料斗( 或底刀)的阻礙作用, 局部沿木材纖維方向崩裂成木片, 從前刀面飛出。切削過程中, 木材在壓力和飛刀切削分力的作用下，向刀盤方向進(jìn)給, 使切削加工得以連續(xù)進(jìn)行, 完成整根木材的加工。
鼓式枝椏削片機(jī)機(jī)座采用高腔度鋼板焊接而成，是整臺機(jī)器的支承基礎(chǔ)；刀輥上安裝兩把飛刀，用專門制造的飛刀螺栓，通過壓力塊，把飛刀固定在刀輥上；根據(jù)被切削原料的不同厚度，上喂料輥總成可以借助液壓系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)上下浮動；切削下來的合格木片通過網(wǎng)篩孔落下，有底部排處，大的片料將在機(jī)內(nèi)再進(jìn)行切削。鼓式削片機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1.2。
1.主軸 2.鎖緊裝置 3.飛刀 4.飛刀螺栓 5.壓刀塊
6.飛刀座 7.刀輥 8.上喂料輥 9.下喂料輥 10.底刀
圖1.2 鼓式樹枝成型機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖
但是，不管是哪種類型成型機(jī)其傳動裝置一般由原動機(jī)，帶傳動，減速器組成。這是由于：
1）工作機(jī)所要求的速度一般與原動機(jī)的最優(yōu)速速不象符合，固需要增速或減速。此外，原動機(jī)的輸出軸通常只作勻速回轉(zhuǎn)運動，但工作機(jī)所要求的運動形式卻是多種多樣的，如直線運動，簡諧運動。
2）很多工作機(jī)都需要根據(jù)生產(chǎn)要求而進(jìn)行速度調(diào)整但依靠調(diào)整原動機(jī)的速度來達(dá)到這一目的往往是不經(jīng)濟(jì)的，甚至是不可能的。
3）在有些情況下，需要用一臺原動機(jī)帶動若干個工作速度不同的工作機(jī)。
4）為了工作安全及維護(hù)方便，或因機(jī)器的外廓尺寸受到限制等其他原因，有時不能把原動機(jī)和工作機(jī)直接連接在一起。
樹枝成型機(jī)傳動裝置結(jié)構(gòu)簡圖如圖1.3所示。
圖1.3 成型機(jī)傳動裝置組成簡圖
其中的單級齒輪減速器為一級圓柱齒輪直齒減速器，如圖1.4。
圖1.4 一級減速器實物圖
1.2 傳動方案的分析
隨著機(jī)器一般是由原動機(jī)、傳動裝置和工作裝置組成。傳動裝置是用來傳遞原動機(jī)的運動和動力、變換其運動形式以滿足工作裝置的需要，是機(jī)器的重要組成部分。傳動裝置是否合理將直接影響機(jī)器的工作性能、重量和成本。合理的傳動方案除滿足工作裝置的功能外，還要結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低廉、傳動效率高和使用維護(hù)方便。
本設(shè)計中原動機(jī)為電動機(jī)，工作機(jī)為皮帶輸送機(jī)。傳動方案采用了兩級傳動，第一級傳動為帶傳動，第二級傳動為單級直齒圓柱齒輪減速器。
帶傳動承載能力較低，在傳遞相同轉(zhuǎn)矩時，結(jié)構(gòu)尺寸較其他形式大，但有過載保護(hù)的優(yōu)點，還可緩和沖擊和振動，故布置在傳動的高速級，以降低傳遞的轉(zhuǎn)矩，減小帶傳動的結(jié)構(gòu)尺寸。
齒輪傳動的傳動效率高，適用的功率和速度范圍廣，使用壽命較長，是現(xiàn)代機(jī)器中應(yīng)用最為廣泛的機(jī)構(gòu)之一。本設(shè)計采用的是單級直齒輪傳動。
減速器的箱體采用水平剖分式結(jié)構(gòu)，用HT200灰鑄鐵鑄造而成。
1.3 傳動方案的擬定
（1） 工作條件：使用年限10年，每年按300天計算，單班制工作，載荷平穩(wěn)。
（2） 原始數(shù)據(jù)：
電動機(jī)功率15kw
減速器輸出傳速285r/min
1. 電動機(jī) 2.帶傳動裝置 3.減速器 4 齒輪 5.聯(lián)軸器
圖1.5 傳動方案示意圖
1.4 預(yù)期效果
本枝椏成型機(jī)機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊合理，零件加工方便，操作簡便，生產(chǎn)能力大，木片合格率高，木片質(zhì)量還可以適當(dāng)調(diào)節(jié)，單位木片產(chǎn)量能耗低，用一般的牽引機(jī)車即可拖動和運輸，適用于城市綠化，小型人造板生產(chǎn)企業(yè)的材料處理，花卉園林企業(yè)的廢料處理等，是國內(nèi)生產(chǎn)木片，處理小型枝椏材的理想設(shè)備。
第2章 電動機(jī)的選擇及傳動比的確定
2.1 確定電動機(jī)型號
Y系列電動機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)。安裝尺寸和功率等級符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，外殼防護(hù)等級為IP44，冷卻方法為IC411，連續(xù)工作制（S1）。適用于驅(qū)動無特殊要求的機(jī)械設(shè)備，如機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、攪拌機(jī)、運輸機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、食品機(jī)械等。
?? Y系列電動機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。Y80~315電動機(jī)符合Y系列（IP44）三相異步電動機(jī)技術(shù)條件JB/T9616-1999。Y355電動機(jī)符合Y系列（IP44）三相異步電動機(jī)技術(shù)條件JB5274-91。Y80~315電動機(jī)采用B級絕緣。Y355電動機(jī)采用F級絕緣。額定電壓為380V，額定頻率為50Hz。功率3kW及以下為Y接法；其它功率均為△接法。電動機(jī)運行地點的海拔不超過1000m；環(huán)境空氣溫度隨季節(jié)變化，但不超過40℃；最低環(huán)境空氣溫度為-15℃；最濕月月平均最高相對濕度為90%；同時該月月平均最低溫度不高于25℃。
? 電動機(jī)有一個軸伸，按用戶需要，可制成雙軸伸，第二軸伸亦能傳遞額定功率，但只能用聯(lián)軸器傳動。按用戶需要，還可供應(yīng)其他功率、電壓、頻率、濕熱帶型（TH）、防護(hù)等級等電動機(jī)。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]P20表2-2中推薦的合理傳動比范圍，取V帶傳動比i帶=2～4，單級圓柱齒輪傳動比范圍i齒=3～5，則合理總傳動比i總 的范圍為i=6～20，故電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為nd=i×Nw=（6～20）×109.19=654～2180r/min
由參考文獻(xiàn)[1]P19表2-1選擇Y系列三相異步電動機(jī)得出以下三種符合條件的電動機(jī)
表2.1
型 號
額定
功率
額定
電流
轉(zhuǎn)速
效率
功率
因數(shù)
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
堵轉(zhuǎn)電流
最大轉(zhuǎn)矩
噪聲
振動
速度
重量
額定轉(zhuǎn)矩
額定電流
額定轉(zhuǎn)矩
1級
2級
kW
A
r/min
%
COSФ
倍
倍
倍
dB(A)
mm/s
kg
同步轉(zhuǎn)速 3000r/min 2 級
Y80M1-2
0.75
1.8
2830
75.0
0.84
2.2
6.5
2.3
66
71
1.8
17
Y80M2-2
1.1
2.5
2830
77.0
0.86
2.2
7.0
2.3
66
71
1.8
18
Y90S-2
1.5
3.4
2840
78.0
0.85
2.2
7.0
2.3
70
75
1.8
22
Y90L-2
2.2
4.8
2840
80.5
0.86
2.2
7.0
2.3
70
75
1.8
25
Y100L-2
3
6.4
2880
82.0
0.87
2.2
7.0
2.3
74
79
1.8
34
Y112M-2
4
8.2
2890
85.5
0.87
2.2
7.0
2.3
74
79
1.8
45
Y132S1-2
5.5
11.1
2900
85.5
0.88
2.0
7.0
2.3
78
83
1.8
67
Y132S2-2
7.5
15
2900
86.2
0.88
2.0
7.0
2.3
78
83
1.8
72
Y160M1-2
11
21.8
2930
87.2
0.88
2.0
7.0
2.3
82
87
2.8
115
Y160M2-2
15
29.4
2930
88.2
0.88
2.0
7.0
2.3
82
87
2.8
125
Y160L-2
18.5
35.5
2930
89.0
0.89
2.0
7.0
2.2
82
87
2.8
145
由以上電機(jī)對比及從經(jīng)濟(jì)上考慮，選擇Y160M2-2型電動機(jī)
其主要參數(shù)如下
額定功率：15kw
滿載轉(zhuǎn)速：2930r/min
額定轉(zhuǎn)矩：2
2.2 傳動裝置總傳動比的確定
已知傳動裝置的輸出轉(zhuǎn)速為285r/min，而傳動裝置的輸入轉(zhuǎn)速為電動機(jī)轉(zhuǎn)速1440r/min。所以，傳動裝置的總傳動比為：
由傳動圖可以看出總計需要
軸承 兩對
齒輪 一對
聯(lián)軸器 一個
帶傳動 一副
滾筒 一個
由參考文獻(xiàn)[1]P22表2-4得
η軸承=0.99
η齒輪=0.97
η聯(lián)軸器=0.99
η總=η軸承2η齒輪η聯(lián)軸器
=0.992×0.97×0.99
=0.9223
2.3 分配傳動裝置各級傳動比
取i帶=3 其符合V帶傳動一般傳動比范圍
i總=i齒×i帶
故，
i齒=i總/i帶=10.281/3=3.427
則，
i齒=3.427符合一般單級直齒圓柱齒輪減速器的傳動比范圍。
第3章 傳動裝置的設(shè)計
3.1 計算各軸轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩
1）各軸轉(zhuǎn)速
設(shè)電動機(jī)軸為Ⅰ軸，減速器高速軸為Ⅱ軸，減速器低速軸為Ⅲ軸。
電動機(jī)輸出軸：n=2930r/min
減速器高速軸：n= 2930/3=976.7r/min
減速器輸出軸: n =976.7/3.426=285r/min
2）各軸功率
電動機(jī)輸出軸：P=15kw
減速器輸入軸：P =15×0.958=14.37kw
減速器輸出軸：P=15×0.9223=13.835kw
3）各軸轉(zhuǎn)矩
電動機(jī)輸出軸扭矩：T=9.55P/n
=9550×15/2930
=48.89N?m
減速器輸入扭矩：T=9.55P /n
=9550x14.37/976.7
=140.51N?m
減速器輸出扭矩：T =9.55P/n
=9550x13.835/285=463.59 N?m
3.2 皮帶輪傳動裝置的設(shè)計
同步帶傳動特點和應(yīng)用：同步帶傳動一般是由主動輪、從動輪和緊套在兩輪上的傳動帶組成。
其工作原理：利用中間撓性件(帶)，靠摩擦力(或嚙合)在主、從動軸間傳遞旋轉(zhuǎn)運動和動力。
其組成：同步帶（同步齒形帶）是以鋼絲為抗拉體，外包聚氨脂或橡膠。
結(jié)構(gòu)特點：橫截面為矩形，帶面具有等距橫向齒的環(huán)形傳動帶，同步帶輪輪面也制成相應(yīng)的齒形，如圖3.1。
圖3.1 帶輪傳動組成圖
傳動特點：靠同步帶齒與同步帶輪齒之間的嚙合實現(xiàn)傳動，兩者無相對滑動，而使圓周速度同步，故稱為同步帶傳動。
優(yōu)點：1.傳動比恒定；
2.結(jié)構(gòu)緊湊；
3.由于帶薄而輕，抗拉強(qiáng)度高，故帶速高達(dá)40 m/s，傳動比可達(dá)10，傳遞功率可達(dá)200kw；
4.效率高，高達(dá)0.98。
V帶輪的設(shè)計步驟如圖3.2.
圖3.2 V帶輪的設(shè)計步驟
3.2.1確定普通V帶截型
由參考資料[2] P174表9-3得：
kA=1.1 P=15kw
Pd=kAP=1.1×15=16.5kw
據(jù)Pd=16.5kw和n=2930r/min
由參考資料[2]P174圖9-10得：
選用B型V帶 Dd=125～140mm
3.2.2確定帶輪基準(zhǔn)直徑，并驗算帶速
由參考資料[2]P175表9-4，取dd1=125mm
帶速V：V=πdd1n0/60×1000
=9.42m/s
在5～25m/s范圍內(nèi)，帶速合適。
3.2.3確定大帶輪的基準(zhǔn)直徑
通常帶傳動的滑動系數(shù)ε=0.01~0.02，則取ε=0.02
dd2=i帶dd1(1-ε)
=3×100×（1-0.02）
≈375mm
查參考資料[2]P174表9-4取標(biāo)準(zhǔn)值dd2=400mm
Ld0=2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0
=2×600+π(125+400) /2+(400-125)2/4×600
=2055.76mm
3.2.4確定帶長和中心距
初定中心距a0=600mm 帶基準(zhǔn)長度
根據(jù)參考資料[2]P178表9-8選取標(biāo)準(zhǔn)值Ld=2240mm
確定中心距
a≈a0+(Ld-Ld0)/2
=600+(2240-2055.76)/2
=692mm
圖3.3 工作前拉力示意圖
圖3.4 工作時拉力示意圖
3.2.5 驗算小帶輪包角
α1=180°-57.30° ×(dd2-dd1)/a
=180°-57.3°×(400-125)/692
=157.2°
3.2.6 確定帶的根數(shù)
據(jù)dd1和n1，查參考資料[2]P176表9-5得P1=2.1kw
i≠1時單根V帶的額定功率增量.據(jù)帶型及i帶查參考資料[2]P177表9-6得 △P1=0.46kw
查參考資料[2]P178表9-7，得K=0.94；
查參考資料[2]P178表9-8,得KL=1.0
Z= Pd/[(P1+△P1)KαKL]
=8.25/[(2.1+0.46) ×0.94×1.0]
=3.4
取Z=4根
3.2.7單根V帶的拉力
查參考資料[2]P170表9-1取q=0.17kg/m
則F0=500[(2.5/Ka)-1](Pd/ZV)+qV2
=500[（2.5/0.94）-1] [8.25/（4×9.42 ）] +0.17×9.422
=196.78 N?m
3.2.8作用在軸上的力
FQ=2ZF0sin(α1/2)
=2×4×196.78 sin(α1/2)
=610.04N
3.3 齒輪傳動裝置的設(shè)計
1）選擇齒輪材料與熱處理
所設(shè)計齒輪傳動屬于閉式傳動，通常齒輪采用軟齒面。
查閱參考資料[2]P200表11-3，選用價格便宜便于制造的材料，小齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度230HBS；
大齒輪材料也為45鋼，正火處理，硬度為200HBS；
精度等級：
查閱參考資料[2]P201表11-5運輸機(jī)是一般機(jī)器，速度不高，故選8級精度。
α1=157.2°＞120°，故小齒輪符合設(shè)計要求。
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計
按中等質(zhì)量查參考資料[2]P200表11-3得：[δH]=520Mpa
單級齒輪減速器中齒輪相對軸承呈對稱布置，由于是軟齒面的閉式齒輪傳動，查參考資料[2]P200表11-4，選取ψd=1.0
查參考資料[2]P204表11-7，材料彈性系數(shù)ZE=189.8
查參考資料[2]P203表11-6，取載荷系數(shù)K=1.5
根據(jù)u=i齒=3.427，按齒面接觸強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算小輪直徑d1
=76.3mm
所以，
取小齒輪齒數(shù)z1=24
則，
大齒輪齒數(shù)z2=z1i=24×4.4=105.6
取標(biāo)準(zhǔn)值z2=106
齒輪模數(shù)m=d1/z1=76.3/24=3.188
參考資料[2]P193表11-1，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4mm
分度圓
d1=mz1=4×24=96mm
d2=mz2=4×106=424mm
中心距
a=m(z1+z2)/2=4×(24+106)/2=260mm
齒寬
b=ψdd1=1.0×106=106mm
取b2=106mm
b1=b2+(5～10)
取b1=114mm
按中等質(zhì)量查參考資料P200[2]表11-3得
[σF1]=310Mpa
[σF2]=290Mpa
查參考資料[2]204表11-8得
YF1=2.68
YF2=2.18
YS1=1.59
YS2=1.8
σF1=
=
=45.9N/mm2
σF2=σF1
=68.3×
=42.3 N/mm2
由于σF1＜[σF1]
σF2＜[σF2]，故滿足齒根彎曲強(qiáng)度要求，設(shè)計合理
V===2.4m/s
因為V＜6m/s，故取8級精度合適，由上可得，齒輪設(shè)計合理。
確定有關(guān)參數(shù)如下：
傳動比i齒=3.427；
小齒輪齒數(shù)z1=24；
大齒輪齒數(shù)z2=106；
中心距a=260mm；
i齒=3.427；
a=260mm；
z2=106 z1=24。
3.4 從動軸的設(shè)計
1）選擇軸的材料及確定許用應(yīng)力
選軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。查參考資料[2]P200表11-3可知：
σb=650Mpa
查參考資料[2]P200表11-4可知：
[σb-1]b=60Mpa
2）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑
一級齒輪減速器的低速軸為轉(zhuǎn)軸，輸出端與聯(lián)軸器相接， 從結(jié)構(gòu)要求考慮，輸出端軸徑應(yīng)最小，最小直徑為：
d≥C
查參考資料[2]P208表11-8可得，45鋼取C=118～107
則d≥（118～107）×
=（118～107）×
=47.2～43mm
考慮鍵槽的影響以及聯(lián)軸器孔徑系列標(biāo)準(zhǔn)，取標(biāo)準(zhǔn)值d=50mm
3）軸承的確定
為簡化安裝，選擇兩軸承一致。據(jù)參考資料[1]P211附表4-1選擇角接觸球軸承46211型，其內(nèi)徑d=55mm。
4）聯(lián)軸器的選擇
可采用彈性柱銷聯(lián)軸器，查參考資料[1]P231附表6-3可取聯(lián)軸器的型號為HL5聯(lián)軸器。
5）設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)并繪制軸的結(jié)構(gòu)藍(lán)圖
由于設(shè)計的是單級減速器，可將齒輪布置在齒輪箱體的中內(nèi)，將軸承對稱安裝在齒輪兩側(cè)，軸的外伸端安裝聯(lián)軸器，如圖3.5所示。
圖3.5 從動軸結(jié)構(gòu)圖
6）確定軸上零件的位置和固定方式
要確定軸的結(jié)構(gòu)，先確定軸上零件的裝配順序和固定方式。確定齒輪從軸的右端裝入，齒輪的左端用軸肩定位，右端用套筒固定，這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定，齒輪的周向固定采用平鍵連接，軸承對稱安裝于齒輪的兩側(cè)，其軸上采用軸肩固定，周向采用過盈配合固定。
7）確定各段軸的直徑
將估算軸d=50mm作為外伸端直徑d1與聯(lián)軸器相配（如圖3.5），考慮聯(lián)軸器用套筒實現(xiàn)軸向定位，取第二段直徑為d2=53mm ，齒輪和左端軸承從左側(cè)裝入，考慮裝拆方便以及零件固定的要求，裝軸處d3應(yīng)大于d2，取d3=55mm，為便于齒輪裝拆與齒輪配合處軸徑d4應(yīng)大于d3，取d4=60mm。齒輪左端用用套筒固定,右端用套筒定位,軸肩直徑d5=60+2×0.1×60=72mm，滿足齒輪定位的同時,還應(yīng)滿足右側(cè)軸承的安裝要求,根據(jù)選定軸承型號確定.右端軸承型號與左端軸承相同,取d6=55mm。
8）確定各軸段的長度
由于齒輪輪轂寬度為106mm，為保證齒輪固定可靠，軸段④的長度略短于齒輪輪轂寬度，取軸段④長度為100mm;為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪端面與箱體內(nèi)壁間就留有一定的間距，取該間距為25mm,為保證軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬21mm），并考慮軸承的潤滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5mm,故取軸段⑤長度為30mm(軸承支點距離C=185mm);由齒輪寬度及套筒寬度和軸承寬度得，取軸段③長度為56mm;由軸承蓋寬度及裝配要求選擇軸段②長度為57mm；考慮聯(lián)軸器裝配要求取軸段①為90mm。
在軸段①④上分別加工出鍵槽，使兩鍵槽處于軸的同一圓柱母線上，鍵槽長度比相應(yīng)的輪轂寬度小約5～10mm,鍵槽寬度按軸段直徑查手冊得得。
選定軸的結(jié)構(gòu)結(jié)節(jié)
軸兩端的倒角均為2×45；
軸段⑤上的倒角為2×5×2.5；
軸段③④上的圓角均為2×R2；
軸段①②上的圓角均為2×R1；
軸所受力如圖3.6.
圖3.6 從動軸受力圖
軸上所受的轉(zhuǎn)矩：
TⅡ=9.55× ×1000
=9.55××1000
=617.43N?m
軸上作用力如下：
圓周力：Ft=2TⅡ/d2=2×617.43/0.424=2912.41N
徑向力：Fr=Fttan20°=2912.41×tan20°=1060.03N
圖3.7 從動軸彎矩圖
FHA=FHB==1456.2N
支點反力：F==530.02N
Ⅰ—Ⅰ截面處彎矩為：
MHI=FHAC/2=1456.2×185/2=134698.5N?mm
Ⅱ—Ⅱ截面處彎矩為
MHⅡ=1456.2×35.5=51712.85N?mm
圖3.8 從動軸彎矩圖
Ⅰ—Ⅰ截面：
MVI=FC/2=530.02×185/2=49026.85N?mm
Ⅱ—Ⅱ截面：
MVⅡ=F×35.5=530.02×35.5=18815.71N?mm
合成彎矩圖如下：
圖3.9 從動軸合成彎矩圖
由于，
M=
Ⅰ—Ⅰ截面合成彎矩：
MI=
=
=143343.36N?mm
Ⅱ—Ⅱ截面合成彎矩：
MⅡ=
=
=55029.54N?mm
轉(zhuǎn)矩圖：
圖3.10 轉(zhuǎn)矩圖
TⅡ=9.55×106P/n
=617430N?mm
a=0.6
d3=55mm
Ⅰ—Ⅰ截面：
MeⅠ=
=
=397223.42 N?mm
Ⅱ—Ⅱ截面：
MeⅡ=
=
=374522.87 N?mm
Ⅰ—Ⅰ截面：
σeⅠ= ==13.49Mpa
Ⅱ—Ⅱ截面：
σeⅡ ===12.38 Mpa
查參考資料[2]P200表11-4可知：[σ-1]b=60Mpa，滿足σe＜[σ-1]b的條件，故設(shè)計的從動軸有足夠的強(qiáng)。
3.5 主動軸的設(shè)計
1）選擇軸的材料 確定許用應(yīng)力
選軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。查參考資料[2]P200表11-3可知：
σb=650Mpa
參考資料[2]P200表11-4可知：
[σb-1]b=60Mpa
2）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑
單級齒輪減速器的低速軸為轉(zhuǎn)軸，輸出端與聯(lián)軸器相接， 從結(jié)構(gòu)要求考慮，輸出端軸徑應(yīng)最小，最小直徑為：
d≥C
查參考資料[2]P208表11-8可得，45鋼取C=118～107
則d≥（118～107）×
=（118～107）×
=29.30～26.57mm
考慮鍵槽的影響以及聯(lián)軸器孔徑系列標(biāo)準(zhǔn)，取標(biāo)準(zhǔn)值d=35mm ，為簡化安裝，選擇兩軸承一致。
3）軸承的確定
據(jù)參考資料[1]P211附表4-1選擇深溝球軸承46208型，其內(nèi)徑d=40mm。
4）定軸上零件的位置和固定方式
由于設(shè)計的是單級減速器，可將齒輪布置在齒輪箱體的中內(nèi)，將軸承對稱安裝在齒輪兩側(cè)，軸的外伸端安裝聯(lián)軸器。要確定軸的結(jié)構(gòu)，須先確定軸上零件的裝配順序和固定方式。確定齒輪從軸的右端裝入，齒輪的右端用軸肩定位，左端套筒固定，這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定，齒輪的周向固定采用平鍵連接，軸承對稱安裝于齒輪的兩側(cè)，其軸上采用軸肩固定，周向采用過盈配合固定。軸的結(jié)構(gòu)如下圖3.11所示：
圖3.11 主動軸結(jié)構(gòu)圖
5）軸的各段直徑
將估算軸d=35mm作為外伸端直徑d1與帶輪相配（如上圖），考慮軸承蓋的裝配，取第二段直徑為d2=38mm ，齒輪和左端軸承從左側(cè)裝入，考慮裝拆方便以及零件固定的要求，裝軸處d3應(yīng)大于d2，取d3=40mm，為便于齒輪裝拆與齒輪配合處軸徑d4應(yīng)大于d3，取d4=45mm。齒輪左端用用套筒固定,右端用軸肩定位,軸肩直徑d5=45+2×0.1×45=54mm滿足齒輪定位的同時,還應(yīng)滿足右側(cè)軸承的安裝要求,根據(jù)選定軸承型號確定.右端軸承型號與左端軸承相同, 取d6=40mm。
6）確定軸的各段長度
軸段①為裝配軸承，取其長25mm;由于齒輪輪轂寬度為114mm，為保證齒輪固定可靠，軸段③的長度略短于齒輪輪轂寬度，取軸段③長度為100mm;為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪端面與箱體內(nèi)壁間就留有一定的間距，取該間距為2mm,為保證軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬18mm），并考慮軸承的潤滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5mm,故取軸段②長度為25mm(軸承支點距離C=185mm); 由齒輪寬度及套筒寬度和軸承寬度得，取軸段④長度為57mm;由軸承蓋寬度及裝配要求選擇軸段⑤長度為47mm；考慮帶輪裝配要求取軸段⑥為90mm。在軸段③⑥上分別加工出鍵槽，使兩鍵槽處于軸的同一圓柱母線上，鍵槽長度比相應(yīng)的輪轂寬度小約5～10mm,鍵槽寬度按軸段直徑查手冊得得。
選定軸的結(jié)構(gòu)結(jié)節(jié)：
軸兩端的倒角均為2×45°；
軸段②上的倒角為5×45°；
軸段③④上的圓角均為2×R2；
軸段⑤⑥上的圓角均為2×R1。
8）軸上作用力的計算
圖3.12 主動軸截面圖
軸上所受的轉(zhuǎn)矩：
TⅡ=9.55× ×1000
=146.23N?m
軸上作用力：
圓周力：Ft=2TⅡ/d2=2×146.23/0.096=3046.55N
徑向力：Fr=Fttan20°=3046.55×tan20°=1108.85N
FHA=FHB==1523.28N
支點反力：
F==554.43N
Ⅰ—Ⅰ截面處彎矩為
MHI=FHAC/2=140903.4N?mm
Ⅱ—Ⅱ截面處彎矩為
MHⅡ=FHA×35.5=54076.44N?mm
圖3.13 主動軸水平彎矩圖
Ⅰ—Ⅰ截面處彎矩為
MVI=FC/2=51284.78N?mm
Ⅱ—Ⅱ截面處彎矩為
MVⅡ=F×35.5=19682.27N
圖3.14 垂直彎矩圖
Ⅰ—Ⅰ截面
MVI=FC/2=51284.78N?mm
Ⅱ—Ⅱ截面
MVⅡ=F×35.5=19682.27N?mm
圖3.15 主動軸合成彎矩圖
由于 M=
Ⅰ—Ⅰ截面合成轉(zhuǎn)矩
MI=
=149946.31N?mm
Ⅱ—Ⅱ截面合成轉(zhuǎn)矩
MⅡ=
=57546.96N?mm
主動軸的轉(zhuǎn)矩如圖3.16。
圖3.16 主動軸轉(zhuǎn)矩圖
TⅡ=9.55×106P/n
=146230N?mm
a=0.6, d3=40mm
Ⅰ—Ⅰ截面
MeⅠ=
=173729.25N?mm
Ⅱ—Ⅱ截面
MeⅡ=
= 104926.69N?mm
Ⅰ—Ⅰ截面
σeⅠ= ==10.86Mpa
Ⅱ—Ⅱ截面
σeⅡ ===6.56Mpa
查參考資料[2]P200表11-4可知：
[σ-1]b=60Mpa
滿足σe＜[σ-1]b的條件，故設(shè)計的主動軸有足夠的強(qiáng)度，設(shè)計合理。
3.6 鍵連接的選擇及校核計算
1）根據(jù)軸徑的尺寸選擇鍵
由參考資料[1]P211附表4-1中取：小齒輪與軸連接的鍵為：鍵14×90 GB1096-79。
大齒輪與軸連高速軸(主動軸)與V帶輪聯(lián)接的鍵為：鍵14×70 GB1096-79
接的鍵為：鍵12×90 GB1096-79
軸與聯(lián)軸器的鍵為：鍵12×70 GB1096-79。
2）鍵的強(qiáng)度校核
大齒輪與軸上的鍵 ：鍵12×90 GB1096-79，b×h=14×9,L=90,則Ls=L-b=76mm
Σp=4T/dhl=21.38Mpa＜[σR=110Mpa] ，因此剪切強(qiáng)度足夠，另外三個鍵均按照以上校核，強(qiáng)度均符合要求。
3.7 軸承的壽命校核
設(shè)計時粗選角接觸球軸承46208型與46211型，校核軸承的壽命由設(shè)計要求使用年限10年，每年按300天計算，單班制工作，載荷平穩(wěn)得大約總工作為時間T=10×300×8=21000h。
1） 軸承的選擇
查手冊，46208軸承所具有的徑向基本額定動載荷Cr=28800N
查參考資料[1]P221附表5-5,對于角接觸球軸承。
2） 計算軸承的壽命
取ε=3，F(xiàn)r=1108.85N
取Pr=Fr=1108.85N
Lh=
=
=608490h＞21000h
即該軸承符合設(shè)計要求。
3） 查手冊，46211軸承所具有的徑向基本額定動載荷Cr=39200N，查參考資料[1]P221附表5-5對于角接觸球軸承
取ε=3
得，F(xiàn)r=1060.03N
取Pr=Fr=1060.03N
4) Lh=
=
=7719989h＞21000h
即該軸承符合設(shè)計要求
3.8減速器箱體、箱蓋及附件的設(shè)計計算
減速器附件的選擇
通氣器
由于在室內(nèi)使用，選通氣器（一次過濾），采用M18×1.5
油面指示器
選用游標(biāo)尺M(jìn)12
起吊裝置
采用箱蓋吊孔、箱座吊耳.
放油螺塞
選用外六角油塞及墊片M18×1.5
根據(jù)選擇適當(dāng)型號：
高速軸軸承蓋上的螺釘：GB5782～86 M8×25,材料Q235
低速軸軸承蓋上的螺釘：GB5782～86 M8×25,材料Q235
螺栓：GB5782～86 M10×80，材料Q235
箱體的主要尺寸：
(1)箱座壁厚取σ=10mm
(2)箱蓋壁厚σ=10mm
(3)箱蓋凸緣厚度b1=12 mm
(4)箱座凸緣厚度b=12 mm
(5)地腳螺釘直徑df =0.036a+12
= 0.036×260+12
=21.36(取22mm)
(6)地腳螺釘數(shù)目n=4
(7)蓋與座連接螺栓直徑d2=10mm
(8)連接螺栓d2的間距L=150-200
(10)軸承端蓋螺釘直d3=8mm
(11)檢查孔蓋螺釘d4=6mm
(12)凸臺高度：根據(jù)低速級軸承座外徑確定，以便于扳手操作為準(zhǔn)。
(13)外箱壁至軸承座端面的距離C1＋C2＋（5～10）
(14)齒輪頂圓與內(nèi)箱壁間的距離：＞9.6 mm取10mm
(15)齒輪端面與內(nèi)箱壁間的距離：取＞10mm
(16)箱蓋，箱座肋厚：m1=10 mm,m2=10 mm
(17)高速軸軸承端蓋外徑∶D= 144mm
(18)低速軸軸承端蓋外徑：D=100mm
(19)軸承旁連接螺栓距離：盡可能靠近，以Md1和Md3互不干涉為準(zhǔn)，一般取S＝D2.
3.9潤滑與密封
1齒輪的潤滑
采用浸油潤滑，由于為單級圓柱齒輪減速器，速度ν<12m/s，當(dāng)m<20時，浸油深度h約為1個齒高，但不小于10mm，所以浸油高度約為12mm。
油池深度h0=（0.35～0.7）×10-3P/S=57.25mm
故取油深度為h0=60mm。
2潤滑油的選擇
齒輪與軸承用同種潤滑油較為便利，考慮到該裝置用于小型設(shè)備，選用GB443-89全損耗系統(tǒng)用油L-AN15潤滑油。
3滾動軸承的潤滑
考慮到滾動軸承采取與齒輪同種潤滑油，故宜開設(shè)油溝、飛濺潤滑
4密封方法的選取
選用凸緣式端蓋易于調(diào)整，采用悶蓋安裝骨架式旋轉(zhuǎn)軸唇型密封圈實現(xiàn)密封。密封圈型號按所裝配軸的直徑確定為GB894.1-86-25軸承蓋結(jié)構(gòu)尺寸按用其定位的軸承的外徑?jīng)Q定。
第4章 總 結(jié)
1.一級減速器裝配圖
2. 帶輪圖
3. 主動軸
致謝
本設(shè)計能夠順利的完成得到了院系領(lǐng)導(dǎo)老師的大力支持和幫助，在導(dǎo)師XX教授的悉心指導(dǎo)和殷切關(guān)懷下完成的。導(dǎo)師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)求實的作風(fēng)、海納百川的胸懷使我終生受益，值此論文完成之際，謹(jǐn)向?qū)煴硎局孕牡母兄x!
在論文的完成過程中，許多老師、同學(xué)和朋友都給與了無私的關(guān)懷和幫助。設(shè)計過程中，周老師一并幫我分析遇到的種種困難。一直支持，鼓勵我要有解決問題的信心，不僅在理論上更深了解相關(guān)知識，并使之在實際應(yīng)用的知識有了更進(jìn)一步的認(rèn)知。使設(shè)計得以順利的完成。同時，和同學(xué)們之間的相互探討也使我獲益匪淺。在此，對他們表示由衷的感謝！
最后，要感謝母校所有老師，四年來他們給了我無盡的關(guān)懷，他們精心的栽培為我以后的學(xué)習(xí)工作打下了堅實的基礎(chǔ)。
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