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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第42頁(yè)
圓盤(pán)給料機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
圓盤(pán)給料機(jī)亦稱圓盤(pán)喂料機(jī)，是一種連續(xù)喂料的容積式給料設(shè)備。以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)力,通過(guò)可變速式減速器的減速,輸出動(dòng)力,以鏈傳動(dòng)及蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu),將動(dòng)力傳輸?shù)焦ぷ鳈C(jī)構(gòu)——給料圓盤(pán)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)給料。圓盤(pán)給料機(jī)是實(shí)現(xiàn)冶煉燒結(jié)系統(tǒng)高效自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備，可用來(lái)喂給多種冶煉原料，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)定量的輸送。本文根據(jù)設(shè)計(jì)要求制定了設(shè)計(jì)方案，對(duì)圓盤(pán)給料機(jī)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其內(nèi)部主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)、選擇和強(qiáng)度計(jì)算，內(nèi)容包括主電動(dòng)機(jī)功率的選擇，齒輪、鍵、聯(lián)軸器、軸承、鏈輪及蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)和校核，同時(shí)還闡述了潤(rùn)滑的方式、方法以及潤(rùn)滑劑的選擇等。本套圓盤(pán)給料機(jī)結(jié)構(gòu)合理、成本低廉、且便于安裝和維護(hù)，可廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、建材、化工、能源等行業(yè)。
關(guān)鍵詞：圓盤(pán)給料機(jī)；減速器；給料圓盤(pán)
The Design of Disc Feeder
Abstract
Disc Feeder, is a continuous feed of the volume of feeder equipment. Driven by electric motors, variable speed through the speed reducer, the output power to chain drive and worm drive, will power transmission to the working body - the disc is expected to achieve continuous feeding. Disc feeder is key equipment to achieving smelting and sintered high-performance automation systems, can be used to feed a variety of metal materials, and to achieve the delivery of continuous quantitative. According to the design requirements, I make a development of design in this paper, design the institutions for the structural of disc feeder, and its main internal components for the design, selection and strength calculation, including the main electrical power of choice, gear, keys, coupling, bearing, sprocket and worm gear, also expounded the lubrication of the ways of selection and lubricants. This set of disc feeder has lots of advantages as reasonable structure, low cost and easy to install and maintain. It can be widely used in iron and steel, metallurgy, building materials, chemicals, energy, etc.
Key words: Disc feeder; Reducer; Disc feeding
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 圓盤(pán)給料機(jī)概論 1
1.2 選題背景 2
1.3 同類設(shè)備的分析比較 2
1.3.1振動(dòng)給料機(jī) 2
1.3.2螺旋給料機(jī) 3
1.4 圓盤(pán)給料機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù) 4
2 總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1 圓盤(pán)給料機(jī)工作原理 5
2.2 圓盤(pán)給料機(jī)工作過(guò)程 5
2.3 減速器結(jié)構(gòu) 6
3 圓盤(pán)給料機(jī)的設(shè)計(jì) 7
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 7
3.1.1 計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需功率 7
3.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 8
3.2 驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 8
3.2.1 分配傳動(dòng)比 8
3.2.2 驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 9
3.2.3 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 11
3.2.4 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 11
3.2.5 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 13
3.2.6 斜齒輪傳動(dòng)幾何尺寸的計(jì)算 15
3.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 16
3.4 鍵的選擇和校核 19
3.4.1 鍵的基本概況及鍵的選擇 19
3.4.2 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 20
3.4.3 校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 20
3.5 軸承的選擇 21
3.6 聯(lián)軸器的選擇 21
3.6.1 聯(lián)軸器概述 21
3.6.2 彈性套柱銷聯(lián)軸器 21
3.6.3 彈性套柱銷聯(lián)軸器的強(qiáng)度計(jì)算 22
3.7 減速器箱體尺寸 22
3.8 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 24
3.8.1 鏈輪的選擇 24
3.8.2 關(guān)于鏈傳動(dòng)的計(jì)算 24
3.8.3 鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸 25
3.9 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 26
3.9.1 蝸桿傳動(dòng)概述 26
3.9.2 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 26
4 試運(yùn)行 31
4.1 試運(yùn)行要求 31
4.2 電動(dòng)機(jī)試運(yùn)行要求 31
5 設(shè)備維護(hù)、安裝、潤(rùn)滑及密封 32
5.1 設(shè)備維護(hù) 32
5.2 機(jī)械設(shè)備的安裝 32
5.3 潤(rùn)滑 32
5.3.1 潤(rùn)滑的方法 32
5.3.2 潤(rùn)滑的作用 32
5.3.3 潤(rùn)滑油的選擇 32
5.3.4 潤(rùn)滑脂的選擇 33
5.3.5 齒輪的潤(rùn)滑 33
5.3.6 軸承的潤(rùn)滑 33
5.4 密封 34
6 經(jīng)濟(jì)性與可靠性分析 35
6.1 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性 35
6.2 設(shè)備的可靠性 35
結(jié) 束 語(yǔ) 37
致 謝 38
參 考 文 獻(xiàn) 39
1 緒論
1.1 圓盤(pán)給料機(jī)概論
定量圓盤(pán)給料機(jī)（圖1.1）是一種連續(xù)喂料的容積式給料設(shè)備，可廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、建材、化工、能源等行業(yè)，特別是在冶金行業(yè)燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程中，它是提高和保證燒結(jié)礦的品位和質(zhì)量，穩(wěn)定產(chǎn)出的主要工藝設(shè)備，它的正常運(yùn)行將直接影響到鋼鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量。它安裝于料倉(cāng)、筒倉(cāng)及斗倉(cāng)等儲(chǔ)存裝置的卸料口，依靠物料的重力作用和給料機(jī)工作機(jī)構(gòu)的強(qiáng)制作用，將存在倉(cāng)內(nèi)的物料卸出并連續(xù)均勻地喂入下一裝置中。當(dāng)它停止工作時(shí)，還可以起到存?zhèn)}閉鎖作用。
圖1.1 圓盤(pán)給料機(jī)
圓盤(pán)給料機(jī)是適用于20 mm以下粉礦的給料設(shè)備。 圓盤(pán)式給料機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置、給料機(jī)本體、計(jì)量用帶式輸送機(jī)和計(jì)量裝置組成。給料機(jī)和帶式輸送機(jī)由一套驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)裝置的電磁離合器具有實(shí)現(xiàn)給料機(jī)的開(kāi)、停和兼有功能轉(zhuǎn)換的作用。
現(xiàn)有給料機(jī)按工作構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)方式，給料機(jī)可分為3種：①直線式，如帶式給料機(jī)、板式給料機(jī)、刮板給料機(jī)；②回轉(zhuǎn)式,如鏈?zhǔn)浇o料機(jī)、圓盤(pán)給料機(jī)、螺旋給料機(jī)和葉輪給料機(jī)；③往復(fù)式，如振動(dòng)給料機(jī)、往復(fù)給料機(jī)。
1.2 選題背景
隨著生產(chǎn)的自動(dòng)化和連續(xù)化發(fā)展，鋼鐵企業(yè)對(duì)冶煉生產(chǎn)過(guò)程中各種設(shè)備的要求更加嚴(yán)格，更加精確。國(guó)內(nèi)幾家鋼鐵企業(yè)的煉鐵廠也都在尋求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、連續(xù)化的途徑。
燒結(jié)生產(chǎn)原料供給過(guò)程是燒結(jié)生產(chǎn)效率提高的關(guān)鍵所在。原料要求通過(guò)給料機(jī)的均勻配料送到造球機(jī)，圓盤(pán)給料機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和連續(xù)性很重要。以往的給料設(shè)備運(yùn)行不夠平穩(wěn)，磨損嚴(yán)重，需要時(shí)常停車(chē)檢修，生產(chǎn)效率低下，工廠的正常生產(chǎn)需要很難保證。
本套圓盤(pán)給料機(jī)可以很好的解決這個(gè)難題。給料機(jī)通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，減速器采用電磁離合器式，實(shí)現(xiàn)變速及空載運(yùn)轉(zhuǎn)，鏈傳動(dòng)及蝸桿傳動(dòng)的應(yīng)用使運(yùn)行更平穩(wěn)?？烧{(diào)式料倉(cāng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)給料量可調(diào)。
本套設(shè)備已經(jīng)在各大燒結(jié)廠應(yīng)用，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)情況的反饋，對(duì)圓盤(pán)給料機(jī)有很高的評(píng)價(jià)，大大地減少了檢修時(shí)間，有效的提高了生產(chǎn)的效率。
1.3 同類設(shè)備的分析比較
1.3.1振動(dòng)給料機(jī)
1. 振動(dòng)給料機(jī)的功能
振動(dòng)給料機(jī)（圖1.2）又稱振動(dòng)喂料機(jī)。振動(dòng)給料機(jī)在生產(chǎn)流程中，可把塊狀、顆粒狀物料從貯料倉(cāng)中均勻、定時(shí)、連續(xù)地給到受料裝置中去，在砂石生產(chǎn)線中可為破碎機(jī)械連續(xù)均勻地喂料，并對(duì)物料進(jìn)行粗篩分，廣泛用于冶金、煤礦、選礦、建材、化工、磨料等行業(yè)的破碎、篩分聯(lián)合設(shè)備中。
2. 振動(dòng)給料機(jī)的工作原理
振動(dòng)給料機(jī)是利用振動(dòng)器中的偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使篩廂、振動(dòng)器等可動(dòng)部分作強(qiáng)制的連續(xù)的圓或近似圓的運(yùn)動(dòng)。物料則隨篩廂在傾斜的篩面上作連續(xù)的拋擲運(yùn)動(dòng)，并連續(xù)均勻地將物料送至受料口內(nèi)。當(dāng)?shù)装暹B同物料向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，料倉(cāng)內(nèi)的物料隨之填滿機(jī)體內(nèi)的空間。當(dāng)?shù)装逑蚝筮\(yùn)動(dòng)時(shí)，底板上的物料不能隨之返回而受阻卸出，實(shí)現(xiàn)給料。改變底板運(yùn)動(dòng)的幅度、頻率和出料閘門(mén)的高度可調(diào)節(jié)給料量。給料量一般在40噸/時(shí)以內(nèi)。這類給料機(jī)適用于中、小粒度物料，主要有槽式和擺式兩種。槽式給料機(jī)的底板是平的，工作時(shí)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。擺式給料機(jī)的底板為弧形，鉸接在機(jī)體上，工作時(shí)底板擺動(dòng)。
圖1.2 振動(dòng)給料機(jī)
振動(dòng)給料機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，喂料均勻，連續(xù)性能好，激振力可調(diào)；隨時(shí)改變和控制流量，操作方便；偏心塊為激振源，噪音低，耗電少，調(diào)節(jié)性能好，無(wú)沖料現(xiàn)象；振動(dòng)平穩(wěn)、工作可靠、壽命長(zhǎng)；運(yùn)行可靠、調(diào)節(jié)安裝方便、重量輕、體積小、維護(hù)保養(yǎng)方便，當(dāng)采用封閉式結(jié)構(gòu)機(jī)身時(shí)可防止粉塵污染，因此已得到廣泛應(yīng)用。
1.3.2螺旋給料機(jī)
1. 螺旋給料機(jī)的功能
螺旋給料機(jī)（圖1.3）利用螺旋的旋轉(zhuǎn)推動(dòng)物料在輸送槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)而給料。輸送槽大多為管狀,有單管和雙管兩種。螺旋有等螺距和不等螺距、等直徑和不等直徑、單頭和雙頭等多種。改變螺旋轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)給料量，給料量的精確度較高，并可實(shí)現(xiàn)密封給料。在氣力輸送裝置中使用時(shí)，可由低壓區(qū)往高壓區(qū)給料。螺旋給料機(jī)外形尺寸小，但機(jī)件磨損較嚴(yán)重，易碾碎物料，適用于粘性和磨琢性較小的粉粒狀物料。
2. 螺旋給料機(jī)的工作原理
螺旋給料機(jī)把經(jīng)過(guò)的物料通過(guò)稱重橋架進(jìn)行檢測(cè)重量，以確定膠帶上的物料重量，裝在尾部的數(shù)字式測(cè)速傳感器，連續(xù)測(cè)量給料機(jī)的運(yùn)行速度，該速度傳感器的脈沖輸出正比于給料機(jī)的速度，速度信號(hào)和重量信號(hào)一起送入給料機(jī)控制器，控制器中的微處理器進(jìn)行處理，產(chǎn)生并顯示累計(jì)量/瞬時(shí)流量。該流量與設(shè)定流量進(jìn)行比較，由控制儀表輸出信號(hào)控制變頻器改變給料機(jī)的驅(qū)動(dòng)速度，使給料機(jī)上的物料流量發(fā)生變化，接近并保持在所設(shè)定的給料流量，從而實(shí)現(xiàn)定量給料的要求。
圖1.3 螺旋給料機(jī)
1.4 圓盤(pán)給料機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)
給料大能力：15-60 噸/小時(shí)
給料小能力： 5-15 噸/小時(shí)
2 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 圓盤(pán)給料機(jī)工作原理
圓盤(pán)給料機(jī)（圖2.1）是物料搬運(yùn)機(jī)械化和自動(dòng)化系統(tǒng)中的輔助設(shè)備。料倉(cāng)裝置的組成部分，通常安裝在料倉(cāng)或卸料漏斗的下方，按生產(chǎn)流程的需要均勻定量地向輸送機(jī)或其他裝置給料，猶如調(diào)節(jié)流體流量的閥門(mén)。
圓盤(pán)給料機(jī)是由可回轉(zhuǎn)的圓盤(pán)、導(dǎo)料套筒和刮板等部分組成。料倉(cāng)內(nèi)的物料通過(guò)導(dǎo)料套筒堆積在鑲有耐磨襯板的圓盤(pán)上,圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng),物料被刮板刮出給料。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定均勻的給料。調(diào)節(jié)刮板位置或?qū)Я咸淄驳母叩涂筛淖兘o料量。
1-減速器;2-給料圓盤(pán);3-電動(dòng)機(jī);4-稱量皮帶輸送機(jī);5-支架
圖2.1 圓盤(pán)給料機(jī)示意圖
2.2 圓盤(pán)給料機(jī)工作過(guò)程
電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，動(dòng)力輸送給下一級(jí)的可調(diào)速減速器，減速器變速后輸出兩個(gè)動(dòng)力，其中一個(gè)是用來(lái)驅(qū)動(dòng)給料圓盤(pán)，另一個(gè)輸出動(dòng)力給行星減速器，行星減速器輸出得動(dòng)力是驅(qū)動(dòng)稱量皮帶輸送機(jī)的?？烧{(diào)速減速器根據(jù)需要的工作能力，由電磁離合器控制齒輪，設(shè)定一個(gè)輸出速度，帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)將動(dòng)力輸送給驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)的蝸桿，蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)圓盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。物料通過(guò)圓盤(pán)上部的進(jìn)料口進(jìn)入圓盤(pán)，在擋板的作用下通過(guò)下料口到達(dá)稱量皮帶，輸送給下級(jí)設(shè)備。其中的料套裝置可以調(diào)節(jié)擋板，控制給料的量。
2.3 減速器結(jié)構(gòu)
本套設(shè)備采用的是帶有電磁離合器的可調(diào)速減速器（圖2.2），可同時(shí)輸出兩個(gè)動(dòng)力，并且是可調(diào)速的，更可以滿足在不停車(chē)的情況下，停止給料的要求。
圖2.2 帶電磁離合器的減速器
本減速器采用三級(jí)傳動(dòng)，共有六個(gè)齒輪組成傳動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)電刷對(duì)三個(gè)電磁離合器的控制，實(shí)現(xiàn)多個(gè)速度的輸出，并且可以輸出兩個(gè)動(dòng)力，節(jié)省了資源，更能起到給料圓盤(pán)及稱量皮帶的動(dòng)力同步?？勺兊乃俣饶軡M足不同給料量的要求。設(shè)計(jì)合理，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
3 圓盤(pán)給料機(jī)的設(shè)計(jì)
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
選擇電動(dòng)機(jī)的容量是電力傳動(dòng)系統(tǒng)能否經(jīng)濟(jì)和可靠運(yùn)行的重要問(wèn)題。如果電動(dòng)機(jī)容量太小，長(zhǎng)期處于過(guò)載運(yùn)行，造成電動(dòng)機(jī)絕緣裝置過(guò)早的損壞；如果容量過(guò)大，不僅造成設(shè)備上的浪費(fèi)，而且運(yùn)行效率又較低，對(duì)電能的利用也很不經(jīng)濟(jì)。所以，要綜合各方面的因素，選擇合適的電動(dòng)機(jī)。
電動(dòng)機(jī)的選擇范圍應(yīng)該包括：電動(dòng)機(jī)的種類、型式、容量、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速及其各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等，而且對(duì)這些參數(shù)還應(yīng)該綜合進(jìn)行考慮。
3.1.1 計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需功率
已知
能力 Q=60 t/h，即 1000 kg/min；
設(shè)計(jì)給料圓盤(pán)的轉(zhuǎn)速 nw=2.45 r/min；
設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)比為 45；
設(shè)計(jì)給料圓盤(pán)的摩擦系數(shù) μ=0.5（根據(jù)工礦條件選定）；
設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)支撐半徑 R1=435 mm；
設(shè)計(jì)蝸輪蝸桿中心矩 R2=800 mm；
設(shè)計(jì)給料圓盤(pán)重量約為 m2=6300 kg。
計(jì)算
m1=Qn=1000 kg/min2.45 r/min=408.16 kg/r
F1=G=m1+m2g
=408.16 kg+6300 kg×9.8 Nkg≈65740N
μF1R1=F2R2
F2=μF1R1R2
=0.5×65740×0.4350.8=17873.06 N
M=F2×0.8-0.135=17873.06 N×0.665 m=11885.58 N?m
P=M?nw9550
=11885.58 N?m×2.45 rmin9550=3.05 kW
查文獻(xiàn)[1,109，表4.2-9]可知，各部分傳動(dòng)效率
η齒=0.97（齒輪精度為8級(jí)）；η承=0.98；η聯(lián)=0.99；η鏈=0.97；η蝸=0.82。
則
η=η齒3×η承5×η聯(lián)3×η鏈2×η蝸
=0.973×0.985×0.993×0.972×0.82
=0.62
Pr=Pη
=3.05 kW0.62
≈5 kW
3.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)所需的電動(dòng)機(jī)功率，查文獻(xiàn)，可選 ZO2-81型電動(dòng)機(jī)，額定功率 P0=13 kW，額定轉(zhuǎn)速 n0=1000 rmin 。本系列電機(jī)是按國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)系列產(chǎn)品，適用于傳動(dòng)無(wú)特殊性能要求的各種機(jī)械設(shè)備。冷卻方式為全封閉自扇冷式。
3.2 驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
3.2.1 分配傳動(dòng)比
傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比可根據(jù)電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 n0和工作機(jī)軸的轉(zhuǎn)速 nw ，由公式 i=n0nw 算出。然后將總傳動(dòng)比合理的分配給各級(jí)傳動(dòng)。
i=n0nw=10002.45=408.16
i=i1?i2?i鏈?i蝸
由已知可知，i蝸=45 ，設(shè)計(jì)鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比 i鏈=1.3，則
i1?i2=ii鏈?i蝸=408.161.3×45=7
設(shè)計(jì) i1=1，所以i2=7 。
3.2.2 驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
在選出電動(dòng)機(jī)型號(hào)、分配傳動(dòng)比后，將驅(qū)動(dòng)裝置中的各軸的傳遞功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩計(jì)算出來(lái)。
PP0P1=P0?η01P2=P1?η12 nn0n1=n0i01n2=n1i12 TT0=9.55P0n0T1=9.55P1n1=T0?i01?η01T2=9.55P2n2=T1?i12?η12
因此
0軸：電動(dòng)機(jī)軸
P0=Pr=5 kW
n0=1000 rmin
T0=9.55P0n0=9.55×5×1031000=47.75 N?m
Ⅰ軸：減速器高速軸
P1=P0?η聯(lián)=5×0.99=4.95 kW
n1=n0=1000 rmin
T1=9.55P1n1=9.55×4.95×1031000=47.27 N?m
Ⅱ軸：減速器中間軸
P2=P1?η齒?η承=4.95×0.97×0.98=4.71 kW
n2=n1i1=10001=1000 rmin
T2=9.55P2n2=9.55×4.71×1031000=44.98 N?m
Ⅲ軸：減速器低速軸
P3=P2?η齒?η承=4.71×0.97×0.98=4.48 kW
n3=n2i2=10007=142.9 rmin
T3=9.55P3n3=9.55×4.48×103142.9=299.40 N?m
Ⅳ軸：鏈輪軸
P4=P3?η聯(lián)?η承=4.48×0.99×0.98=4.35 kW
n4=n3=142.9 rmin
T4=9.55P4n4=9.55×4.35×103142.9=290.71 N?m
Ⅴ軸：蝸桿軸
P5=P4?η鏈?η承=4.35×0.97×0.98=4.14 kW
n5=n4i鏈=142.91.3=109.9 rmin
T5=9.55P5n5=9.55×4.14×103109.9=359.75 N?m
Ⅵ軸：蝸輪軸
P6=P5?η蝸?η承=4.14×0.82×0.98=3.33 kW
n6=n5i蝸=109.945=2.45 rmin
T6=9.55P6n6=9.55×3.33×1032.45=12980.20 N?m
表3.1各軸運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)
軸序號(hào)
功率P/kW
轉(zhuǎn)速 n/(r/min)
轉(zhuǎn)矩 T/N?m
傳動(dòng)型式
傳動(dòng)比
效率
0
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
5
4.95
4.71
4.48
4.35
4.14
3.33
1000
1000
1000
142.9
142.9
109.9
2.45
47.75
47.27
44.98
299.40
290.7
359.75
12980.20
聯(lián)軸器
齒輪傳動(dòng)
齒輪傳動(dòng)
聯(lián)軸器
鏈傳動(dòng)
蝸桿傳動(dòng)
1.0
1.0
7.0
1.0
1.3
45
0.99
0.95
0.95
0.99
0.95
0.80
3.2.3 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
1. 考慮到本套設(shè)備的傳動(dòng)方案以及其他因素，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
2. 由于圓盤(pán)給料機(jī)工作速度不高，故選用8級(jí)精度（GB 10095－88）。
3．材料選擇。查文獻(xiàn)[2，10-191]表10-1選擇齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為
280HBS。
4. 選齒輪齒數(shù) z1=87，則z2=87×1=87。
5. 初選螺旋角 β=12°。
3.2.4 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式,查文獻(xiàn)[2,10-218]式10－21進(jìn)行試算，即
dt≥32KT?dεα?u±1u?ZHZEσH2
1. 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
(1) 試選載荷系數(shù) Kt=1.6。
(2) 計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。
已知電機(jī)功率 P=13 kw，選取減速器的傳動(dòng)效率η=0.86。
(3) 查文獻(xiàn)[2,10－205]表10－7選取齒寬系數(shù)
?d=1
(4) 查文獻(xiàn)[2,10－201]表10－6查得材料的彈性影響系數(shù)
ZE=189.8MPa12
(5) 查文獻(xiàn)[2,10－217]圖10－30按法向壓力角查得齒輪的區(qū)域系數(shù)
ZH=2.433
(6) 查文獻(xiàn)[2,10－209]圖10－21d按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
σHlim1=600 MPa
σHlim2=570 MPa
(6) 查文獻(xiàn)[2,10－215]圖10－26查得標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪傳動(dòng)的端面重合度
εα1=0.92 εα2=0.92
則
εα=εα1+εα2=1.84
(7) 查文獻(xiàn)[2,10－206]式10－13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。
圓盤(pán)給料機(jī)工作制度為：24小時(shí)工作量，年工作360天，使用年限10年。
則
N=60njLh=60×1000×1×360×10×24=5.184×109
(8) 查文獻(xiàn)[2,10－207]圖10－19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.96，KHN2=1.01。
(9) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。
取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1,由文獻(xiàn)[2,10－205]式10－12得
σH1=KHN1×σHlim1S=0.96×6001=576 MPa
σH2=KHN2×σHlim2S=1.01×5701=575.7 MPa
則
σH==σH1+σH22=576+575.72=575.85 MPa
2．計(jì)算
(1) 試算高速軸齒輪分度圓直徑 d1t。
dt≥32KT?dεα?u±1u?ZHZEσH2
=32×1.6×472701×1.84×1+11×2.433×189.8575.852 mm
=200.70 mm
(2) 計(jì)算圓周速度 v。
v=π?dt?n60×1000=π×200.70×100060×1000 ms=10.503 ms
(3) 計(jì)算齒寬 b 及模數(shù) mnt。
b=?ddt=1×200.70=200.70 mm
mnt=dtcosβz1=200.70×cos12°87=2.25
(4) 計(jì)算齒寬與齒高之比 bh。
h=2.25mnt=2.25×2.25 mm=5.06 mm
bh=200.705.06=39.66
(5) 計(jì)算縱向重合度 εβ。
εβ=0.318?dz1tanβ=0.318×1×87×tan14°=5.881
(6) 計(jì)算載荷系數(shù) K。
根據(jù) v=10.503ms，8級(jí)精度，由文獻(xiàn)[2,10－194]圖10－8查得動(dòng)載系數(shù) KV=1.18;
斜齒輪,KHα=KFα=1.2;
由文獻(xiàn)[2,10－193]表10－2查得使用系數(shù) KA=1；
由文獻(xiàn)[2,10－196]表10－4用插值法查得7級(jí)精度、齒輪懸臂布置時(shí),
KHβ=1.346。
由bh=39.66，KHβ=1.346，查文獻(xiàn)[2,10－198]圖10－13得
故載荷系數(shù)
K=KAKVKHαKHβ=1×1.18×1.2×1.346=1.906
(7) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由文獻(xiàn)[2,10－204]式10－10a
得
d1=dt×3KKt=200.70×31.9061.6=212.76 mm
(8) 計(jì)算模數(shù)m 。
m=d1cosβz1=212.76×cos12°87=2.39 mm
3.2.5 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由文獻(xiàn)[2,10－216]式10－17得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
m≥32KT1Yβcos2β?dz12εα?YFaYSaσF
1. 確定公式內(nèi)計(jì)算參數(shù)
(1) 計(jì)算載荷系數(shù)。
K=KAKVKFαKFβ=1×1.18×1.2×1.35=1.912
(2) 根據(jù)縱向重合度 εβ=5.881，由文獻(xiàn)[2,10－217]圖10－28得螺旋角影響系數(shù)
Yβ=0.75
(3) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)。
zv1=z1cos3β=87cos312°=92.96
zv2=zv1=92.96
(4) 查取齒形系數(shù)。
由文獻(xiàn)[2,10－200]表10－5查得
YFa1=2.19 YFa2=2.19
(5) 查取應(yīng)力校正系數(shù)。
由文獻(xiàn)[2,10－200]表10－5查得
YSa1=1.78 YSa2=1.78
(6) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。
由文獻(xiàn)[2,10－208]圖10－20c查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
σFE1=σFE2=500 MPa
由文獻(xiàn)[2,10－206]圖10－18取彎曲疲勞壽命系數(shù)
KFN1=KFN2=0.85
取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由文獻(xiàn)[2,10－205]式10－12得
σF1=σF2=KFN1σFE1S MPa=303.57 MPa
(7) 計(jì)算齒輪的 YFaYSaσF。
YFa1YSa1σF1=YFa2YSa2σF2=2.19×1.78303.57=0.01284
兩個(gè)齒輪一樣大。
2. 設(shè)計(jì)計(jì)算
m≥32KT1Yβcos2β?dz12εα?YFaYSaσF
=32×1.912×47270×0.75×(cos12°)21×872×5.881×0.01284 mm
=2.13 mm
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù) mn，大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取 mn =2.25 mm，以滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得分度圓直徑 d1=212.76 mm 來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有
z1=d1cosβmn=212.76cos12°2.25=92.49
取 z1=z2=92。
3. 幾何尺寸計(jì)算
(1) 計(jì)算中心距。
a=(z1+z2)mn2cosβ=(92+92)×2.252×cos12° mm=211.62 mm
將中心距圓整為 212 mm。
(2) 按圓整后的中心距修正螺旋角。
β=arccos(z1+z2)mn2a=arccos(92+92)×2.252×212=12°24'42''
因β值改變不多，故εα、Kβ、ZH等不必修正。
(3) 計(jì)算齒輪的分度圓直徑。
d1=d2=z1mncosβ=92×2.25cos12°24'42''=212 mm
(4) 計(jì)算齒輪寬度。
b=?dd1=1×212=212 mm
因此 B2=215 mm；B1=220 mm。
3.2.6 斜齒輪傳動(dòng)幾何尺寸的計(jì)算
表3.2 斜齒輪的幾何尺寸
名稱
符號(hào)
計(jì)算公式
數(shù)值
螺旋角
法面模數(shù)
壓力角
法面齒頂高系數(shù)
法面頂隙系數(shù)
分度圓直徑
基圓直徑
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
當(dāng)量齒數(shù)
β
mn
αn
han*
cn*
d
db
ha
hf
da
df
zv
d=zmncosβ
db=dcosαt
ha=mn(han*+xn)
hf=mnhan*+cn*-xn
da=d+2ha
df=d-2hf
zv=zcos3β
12°24'42''
2.25
20°
han*=1
cn*=0.25
d=212
d=198.65
ha=2.25
hf=2.81
da=216.5
df=206.4
zv=92.96
3.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
已知Ⅲ軸的功率 P1=4.48 kW，轉(zhuǎn)速 n1=142.9 rmin，轉(zhuǎn)矩 T1=299.40 N?m。
1． 求作用在齒輪上的力
已知齒輪的分度圓直徑 d1=468 mm，模數(shù) mt=2.25，齒數(shù) z1=203
Ft=2T1d1=2×299400468=1280 N
而
Fr=Fttanαncosβ=1280×tan20°cos12°24'42''=477 N
Fa=Fttanβ=1280×tan12°24'42''=288 N
2． 初步確定軸的最小直徑
選取材料為45剛，調(diào)質(zhì)處理，查文獻(xiàn)[2,15-370]表15-3，得 A0=112。
dmin=A03P1n1=112×34.48142.9=35.3 mm
根據(jù)設(shè)計(jì)方案取 d=75 mm。
3． 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)選定的軸承,聯(lián)軸器以及設(shè)計(jì)的齒輪的規(guī)格，設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)如圖3.1：
圖3.1 軸的機(jī)構(gòu)
4． 求軸上的載荷：
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（圖3.2），查文獻(xiàn)[11,4-146]表4.6-3，得a=35.1 mm。
圖3.2 軸的載荷分布圖
由此可知截面C 是危險(xiǎn)截面。由圖計(jì)算出截面C 處的 MH，MV及M 的值。
L2=216 mm，L3=176 mm
L=L2+L3=216+176=392 mm
FtL2-FHN2L=0
1280×216-FHN2×392=0
FHN2=705 N，F(xiàn)HN1=1280-705=575 N
MH=FNH1L2=575×216=124200 N?mm
FrL2-FNV2L=0
477×216-FNV2×392=0
FNV2=-263N，F(xiàn)NV1=477--263=740 N
MNV1=740×216=159840 N?mm
MNV2=-263×176=-46288 N?mm
M1=1242002+1598402=202422 N?mm
M2=1242002+462882=132545 N?mm
5． 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為，脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取 α=0.6，查文獻(xiàn)[2,15-373]式15-5，
σca=M2+αT12W
σca=2024222+0.6×29940020.1×903
σca=3.71 MPa
根據(jù)選定軸的材料，調(diào)質(zhì)處理。查文獻(xiàn)[2,15-362]表15-1，查得 σ-1=60 MPa。因此 σca<σ-1，故安全。
3.4 鍵的選擇和校核
3.4.1 鍵的基本概況及鍵的選擇
鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，通常用來(lái)實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的軸向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，有的還能
實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動(dòng)的導(dǎo)向。鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方
面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來(lái)選擇；鍵的尺寸則按符
合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來(lái)取定。所以，鍵的選擇很重要。重要的鍵聯(lián)接在選出鍵的類型
和尺寸后，還應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。
鍵聯(lián)接的類型主要有：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。各種鍵聯(lián)接類型的特點(diǎn)如下：
1. 平鍵可分為普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵三種
普通平鍵聯(lián)接的特點(diǎn)：靠側(cè)面?zhèn)鬟f轉(zhuǎn)矩。對(duì)中良好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便；但不能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定。普通平鍵分為A型、B型和C型。A型用于端銑刀加工的軸槽，鍵在槽中固定良好，但軸上槽引起的應(yīng)力集中較大；B型用于盤(pán)銑刀加工的軸槽，軸的應(yīng)力集中較??；C型用于軸端。普通平鍵應(yīng)用最廣，也適用于高精度、高速或承受變載、沖擊的場(chǎng)合。
2. 半圓鍵聯(lián)接的特點(diǎn)：
靠側(cè)面?zhèn)鬟f轉(zhuǎn)矩。鍵在軸槽中能繞槽底圓弧曲率中心擺動(dòng)，
裝配方便。鍵槽較深，對(duì)軸的削弱較大。一般可用于輕載。
3. 楔鍵聯(lián)接的特點(diǎn)：
鍵的上下兩面是工作面。鍵的上表面和轂槽的底面各有1/100的斜度，裝配時(shí)需打入，靠楔緊作用傳遞轉(zhuǎn)矩，可軸向固定零件和傳遞單方向的軸向力，但使軸上零件與軸的配合產(chǎn)生偏心與偏斜。用于精度要求不高、轉(zhuǎn)速較低時(shí)傳遞較大的、雙向的或有振動(dòng)的轉(zhuǎn)矩。
4. 切向鍵聯(lián)接的特點(diǎn)：
由兩個(gè)斜度為1/100的楔鍵組成。其上下兩面（窄面）為工
作面，其中一面在通過(guò)軸心線的平面內(nèi)。工作面上的壓力沿軸的切線方向作用，能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩。一個(gè)切向鍵只能傳遞一個(gè)方向的轉(zhuǎn)矩，傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，須用互成角的兩個(gè)鍵，用于載荷很大，對(duì)中要求不嚴(yán)的場(chǎng)合。由于鍵槽對(duì)軸削弱較大，所以常用于直徑大于100 mm的軸上, 如大型帶輪及飛輪，礦用大型絞車(chē)及齒輪等與軸的聯(lián)接。
經(jīng)過(guò)綜合考慮軸的結(jié)構(gòu)，鍵的使用要求、工作條件和經(jīng)濟(jì)性等因素，選擇普通平鍵
聯(lián)接。
3.4.2 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
已知齒輪的精度為8級(jí)。一般8級(jí)以上精度的齒輪有定心精度要求，所以應(yīng)選用平鍵聯(lián)接。這里選用圓頭普通平鍵（A型）。
根據(jù) d=60 mm 從文獻(xiàn)[2,6-106]表6-1查得鍵的截面尺寸 b×h=18 mm×11 mm 。有輪轂寬度并參考文獻(xiàn)[2,6-106]表6-1鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng) L=40 mm （比輪轂寬度小些）。
3.4.3 校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度
鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由文獻(xiàn)[2,6-106]中表6-2查得許用擠壓應(yīng)力σp=100 MPa~120 MPa，取其平均值得 σp=110 MPa。
鍵的工作長(zhǎng)度
l=L-b=40 mm-18 mm=22 mm
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度
k=0.5h=0.5×11 mm=5.5 mm
齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
T=T?η=44.98 N?m×0.95=42.731 N?m
根據(jù)文獻(xiàn)[2,6-106]中式6-1，把l=22 mm，k=5.5 mm，d=60 mm，T=42.731 N?m
代入可得
σp=2T×103kld
=2×42.731×1035.5×22×60
=11.772 MPa<σp=110 MPa
可知所選鍵合適。
3.5 軸承的選擇
滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)械中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并由專業(yè)工廠大量制造及供應(yīng)各種常用規(guī)格的軸承。滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小，功率消耗少，起動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。
滾動(dòng)軸承如果僅按軸承用于承受的外載荷不同來(lái)分類時(shí)，滾動(dòng)軸承可以概括的分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承。
根據(jù)設(shè)計(jì)方案，選擇圓錐滾子軸承。
由于設(shè)計(jì)的軸徑為 d=100 mm，查文獻(xiàn)[11,146]表4.6-3可知，選擇型號(hào)為30220的圓錐滾子軸承。
3.6 聯(lián)軸器的選擇
3.6.1 聯(lián)軸器概述
聯(lián)軸器是聯(lián)接兩軸或軸與回轉(zhuǎn)件，在傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力過(guò)程中一同回轉(zhuǎn)而不脫開(kāi)的一種裝置。此外，聯(lián)軸器還可以具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移、緩沖和減振以及安全防護(hù)等功能。根據(jù)工作特性，聯(lián)軸器可以分為以下幾類：
1. 聯(lián)軸器用來(lái)把兩軸連接在一起，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸不能分離；只有在機(jī)器停車(chē)并將連接拆開(kāi)后，兩軸才能分離。
2. 安全聯(lián)軸器在機(jī)器工作時(shí)，如果轉(zhuǎn)矩超過(guò)規(guī)定值，這種聯(lián)軸器即可自行斷開(kāi)或打滑，
保證機(jī)器中的主要部件不致因過(guò)載而損壞。
3. 特殊功用的聯(lián)軸器用于某些有特殊要求處，例如在一定的回轉(zhuǎn)方向或達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，聯(lián)軸器即可自行接合或分開(kāi)等。
根據(jù)聯(lián)軸器對(duì)各種相對(duì)位移有無(wú)補(bǔ)償能力（即能否在發(fā)生相對(duì)位移條件下保持連接的能力），聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器（無(wú)補(bǔ)償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補(bǔ)償能力）兩大類。撓性聯(lián)軸器又可按是否具有彈性元件分為無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器兩個(gè)類別。
3.6.2 彈性套柱銷聯(lián)軸器
彈性套柱銷聯(lián)軸器利用套有彈性套的柱銷代替連接螺栓，以實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接。因?yàn)橥ㄟ^(guò)蛹狀的彈性套傳遞轉(zhuǎn)矩，故可緩沖減振。彈性套的材料常用耐油橡膠，并做成螺紋型結(jié)構(gòu)，以提高其彈性。板聯(lián)軸器的材料常用HT200，有時(shí)也采用35鋼或ZG270-500；柱銷材料多用35鋼。
彈性套柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，裝拆更換方便，不需潤(rùn)滑，并有較好的耐磨性。但彈性套易磨損，壽命較短。它適用于連接載荷平穩(wěn)、需要正反轉(zhuǎn)或啟動(dòng)頻繁的傳遞中小轉(zhuǎn)矩的軸。
3.6.3 彈性套柱銷聯(lián)軸器的強(qiáng)度計(jì)算
考慮到電動(dòng)機(jī)與減速器連接處的軸徑為32 mm ,所以選擇TL6型彈性套柱銷聯(lián)軸器。
已知電機(jī)額定功率 P=13 kW,額定轉(zhuǎn)數(shù) r=1000 r/min 。
則電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩
T=9550Pn=9550×13kW1000 rmin=124.15 N?m
查文獻(xiàn)[2,14-351]表14-1可知工作情況系數(shù)KA=1.3
Tca=KA?T=1.3×124.15 N?m=161.395 N?m
根據(jù)文獻(xiàn)[4,29-161]中表29.5-40可知，TL6型彈性套柱銷聯(lián)軸器的D=160 mm，d=32 mm，L=82 mm。
查文獻(xiàn)[4,29-160]彈性柱銷聯(lián)軸器的主要尺寸關(guān)系，可知聯(lián)軸器的外徑
因此
D1=D1.2~1.4=D1.3=1601.3=123.08 mm
3.7 減速器箱體尺寸
表3.3減速器的箱體尺寸
名 稱
符 號(hào)
尺 寸 數(shù) 據(jù)（mm）
下箱座壁厚
上 箱 座 壁 厚
下箱座剖分面處凸緣厚度
上箱座剖分面處凸緣厚度
地腳螺栓底腳厚度
箱座上的肋厚
箱蓋上的肋厚
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
軸承旁聯(lián)接螺栓通孔直徑
軸承旁聯(lián)接螺栓沉頭座直徑
軸承旁凸臺(tái)的凸緣尺寸
(扳手空間)
上下箱體聯(lián)接螺栓直徑
上下箱體聯(lián)接螺栓通孔直徑
上下箱體聯(lián)接螺栓沉頭座直徑
箱緣尺寸
(扳手空間)
地腳螺栓直徑
地腳螺栓孔直徑
地腳螺栓沉頭座直徑
底腳凸緣尺寸
(扳手空間)
地腳螺栓數(shù)目
軸承蓋螺釘直徑
減速器中心高
檢查孔蓋聯(lián)接螺釘直徑
軸承旁凸臺(tái)半徑
軸承旁凸臺(tái)高度
軸承端蓋外徑
軸承旁聯(lián)接螺栓距離
箱體外壁至軸承座斷面的距離
大齒輪頂圓與箱體內(nèi)壁間的距離
齒輪端面與箱體內(nèi)壁間的距離
δ
δ1
b
b1
p
m
m1
d1
d1'
D0
c1
c2
d2
d2'
D3
c1
c2
d?
d?'
D?
L1
L2
n
d3
H
d4
Rδ
h
D2
S
K
?1
?2
8
8
12
12
16
8
10
M20
22
40
28
24
M12
13.5
26
20
16
M24
26
60
38
35
8
M10
743
M10
24
25
150
207
40
24
8
3.8 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
3.8.1 鏈輪的選擇
鏈輪的輪齒要具有足夠的耐磨性和強(qiáng)度。由于小鏈輪輪齒的嚙合次數(shù)比大鏈輪多，所受的沖擊也較大，故小鏈輪應(yīng)采用較好的材料制造。
根據(jù)本設(shè)計(jì)方案，小鏈輪的速度中等，傳遞功率中等，因此材料選擇40Cr；大鏈輪的傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)明顯振動(dòng)，因此材料也選擇40Cr。
3.8.2 關(guān)于鏈傳動(dòng)的計(jì)算
已知電動(dòng)機(jī)額定功率 P=13 kW，主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速 n1=142.9 rmin，傳動(dòng)比 i鏈=1.3
1． 選擇鏈輪齒數(shù)
取小鏈輪齒數(shù) z1=26，則大鏈輪的齒數(shù) z2=i鏈?z1=1.3×26=35
2． 確定計(jì)算功率
由文獻(xiàn)[2,9-178]表9-6，得工況系數(shù)
KA=1.0
由文獻(xiàn)[2,9-179]圖9-13，得主動(dòng)鏈輪齒數(shù)系數(shù)
KZ=0.96
單排鏈，即KP=1則計(jì)算功率由文獻(xiàn)[2,14-178]式9-15，
Pca=KAKZKPP
=1.0×0.96×13 kW=12.48 kW
3．選擇鏈條型號(hào)和節(jié)距
由文獻(xiàn)[2,9-176]圖9-11，根據(jù)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，計(jì)算功率，選擇20A-1。
查文獻(xiàn)[2,9-167]表9-1，鏈條節(jié)距 p=31.75 mm。
4．計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距
初選中心距 a0=30~50p=30~50×31.75 mm=952.5~1587 mm。
取 a0=1300 mm。相應(yīng)的鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)為
Lp0=2a0p+z1+z22+z2-z12π2pa0
=2×130031.75+26+352+35-262π2×31.751300
≈112.44
取鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)為 Lp=112 節(jié)。
查文獻(xiàn)[2,9-180]表9-7，中心矩計(jì)算系數(shù)
f1=0.24991
則鏈傳動(dòng)的最大中心距
a=f1p2Lp-z1+z2
=0.24991×31.75×2×112-26+35 mm
≈1293 mm
5．計(jì)算鏈速v，確定潤(rùn)滑方式
v=n1z1p60×1000=142.9×26×31.7560×1000=1.97 ms
由v=1.97 ms和鏈號(hào)20A-1，查文獻(xiàn)[2,9-181]圖9-14，應(yīng)采用油池潤(rùn)滑或油盤(pán)飛濺潤(rùn)滑。
6．計(jì)算壓軸力 Fp
有效圓周力為
Fe=1000Pv=1000×131.9≈6842 N
鏈輪水平布置時(shí)的壓軸力系數(shù) KFp=1.15，則壓軸力為
Fp≈KFpFe=1.15×6842=7868 N
3.8.3 鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸
表3.4鏈輪的基本參數(shù)和尺寸
名 稱
符 號(hào)
數(shù) 值（mm）
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒高
齒寬
齒側(cè)倒角
齒側(cè)半徑
齒全寬
d
da
df
ha
bf1
ba
rx
bfn
263.41/354.20
274.16/365.45
244.36/335.15
6.35
17.96
4.13
31.75
17.96
3.9 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
3.9.1 蝸桿傳動(dòng)概述
根據(jù)蝸桿形狀的不同,蝸桿傳動(dòng)可以分為圓柱蝸桿傳動(dòng)，環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐面蝸桿傳動(dòng)。
環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的特征是，蝸桿體的軸向的外形是以凹圓弧為母線所形成的旋轉(zhuǎn)曲面，所以把這種蝸桿傳動(dòng)稱為環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。在這種傳動(dòng)的嚙合帶內(nèi)，蝸輪的節(jié)圓位于蝸桿的節(jié)弧上，亦即蝸桿的節(jié)弧沿蝸輪的節(jié)圓包著蝸輪。在中間平面內(nèi)，蝸桿和蝸輪都是直線齒廓。由于同時(shí)相嚙合的齒對(duì)多，而且輪齒的接觸線與蝸桿齒運(yùn)動(dòng)的方向近似于垂直，這就大大改善了輪齒受力情況和潤(rùn)滑油膜形成的條件，因而承載能力約為阿基米德蝸桿傳動(dòng)的2~4倍，效率一般高達(dá)0.85~0.9；但需要較高的制造和安裝精度。
根據(jù)設(shè)計(jì)需要，本方案采用二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。其承載能力和效率有明顯提高。
3.9.2 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)
已知，蝸桿輸入功率 P=4.14 kW，中心距 a=800 mm，傳動(dòng)比 i=45，蝸桿轉(zhuǎn)速 n1=109.9 rmin，短時(shí)間高峰載荷 T2=12980.2 N?m。
1． 根據(jù)設(shè)計(jì)方案，選擇材料及精度：
蝸桿：40Cr，調(diào)質(zhì) 240~280HB，齒面淬火 HRC50~55。蝸輪：ZCuAl9Fe3。加工精度：7級(jí)，齒面粗糙度 1.6 μm。
2． 校核承載能力：
蝸桿傳遞的功率
P1=T2n19550iη=12980.2×109.99550×45×0.8=4.15 kW
蝸桿軸的計(jì)算功率，查文獻(xiàn)[6,5-1174]表21-43， K1=1.0 K2=1.0 K3=1.0 K4=0.8，
Pc=P1K1?K2?K3?K4=4.151×1×1×0.8=5.19 kW
由 a=800 mm，i=45，n1=109.9 rmin 查文獻(xiàn)[18,5-1172]圖21-20得P1'=18 kW，故通過(guò)校核。
3． 基本參數(shù)的選擇：
蝸桿頭數(shù)選擇 z1=2；蝸輪齒數(shù) z2=z1?i=2×45=90。
蝸桿分度圓直徑 d1:查文獻(xiàn)[6,5-1162]表21-35，
d1=0.33~0.3a=0.33×800=264 mm
4． 幾何尺寸計(jì)算：
d2=2a-d1=2×800-264=1336 mm
mt=d2z2=133690=14.8444 mm
c=0.2mt=0.2×14.8444=2.97 mm
ha=0.7mt=0.7×14.8444=10.39 mm
hf=ha+c=10.39+2.97=13.36 mm
df1=d1-2hf=264-2×13.36=237.28 mm
校驗(yàn)：df1≥0.5a0.875=0.5×8000.875=173.45 mm
結(jié)論：df1=237.28 mm 可用。
da1=d1+2ha=264+2×10.39=284.78 mm
ra1=a-0.5da1=800-0.5×284.78=657.61 mm
rf1=a-0.5df1=800-0.5×237.28=681.36 mm
da2=d2+2ha=1336+2×10.39=1356.78 mm
df2=d2-2hf=1336-2×13.36=1309.28 mm
γ=arctand2d1?i=arctan1336264×45=6°24'57''
τ=360°z2=360°90=4°
db=sin22°~25°d2=sin22°×1336=500.474 mm
查文獻(xiàn)[6,5-1162]表21-36，標(biāo)準(zhǔn)系列值 db=560 mm。
α=arcsindbd2=arcsin5601336=24°46'55''
查文獻(xiàn)[6,5-1161]表21-33，得蝸桿包圍蝸輪齒數(shù) Z'=8
φω=0.5τZ'-0.45=0.5×4°×8-0.45=15°6'
φ0=α-φω=24°46'55''-15°6'=9°40'55''
b=0.8~1df1=0.9×237.28=213.552 mm
取 b=214 mm
Lω=d2sinφω=1336×sin15°6'=384.03 mm
δ≤mt=14.8444 mm，取 δ=14.2 mm。
da1max=2a-ra12-0.5Lω2
=2×800-657.612-0.5×384.032
=342 mm
df1max=2a-rf12-0.5Lω2
=2×800-681.362-0.5×384.032
=293 mm
ra2=0.55df1max=0.55×293=161.15 mm
β=arctancosα+??d22acosαcosα+?-d22acosα?1i
=arctancos24°46'55''+8°?13362×800cos24°46'55''cos24°46'55''+8°-13362×800?145
=2°28'8''
式中 ?=8°，取β=2°30'
p2=π?mt=π×14.8444=46.61 mm
s2=0.55p2=0.55×46.61=25.63 mm
查文獻(xiàn)[6,5-1151]表21-26得，傳動(dòng)的法向側(cè)隙
jn=0.5 mm
s1=p2-s2-jn=46.61-25.63-0.5=20.48 mm
sn1=s1cosγ=20.48×cos6°24'57''=20.35 mm
sn2=s2cosγ=25.63×cos6°24'57''=25.47 mm
ha1=ha-0.5d21-cosarcsins1d2
=10.39-0.5×1336×1-cosarcsin20.481336
=10.31 mm
ha2=ha+0.5d21-cosarcsins2d2
=10.39+0.5×1336×1-cosarcsin25.631336
=10.51 mm
查文獻(xiàn)[6，5-1171]表21-41，得蝸桿嚙入口修緣值 ?fr=0.85
?fc=23?fr=23×0.85=0.57 mm
查文獻(xiàn)[6，5-1171]表21-42，得平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的修緣長(zhǎng)度
?φr=p=46.61 mm
?φc=p=46.61 mm
5． 按一般型傳動(dòng)加工
表3.5蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)及尺寸
項(xiàng) 目
代 號(hào)
數(shù) 值
中心距
傳動(dòng)比
蝸桿頭數(shù)
蝸輪齒數(shù)
蝸桿分度圓直徑
蝸輪分度圓直徑
蝸桿包圍蝸輪齒數(shù)
徑向間隙
蝸輪端面模數(shù)
齒頂高
齒根高
蝸桿喉部根圓直徑
蝸桿喉部螺旋升角
蝸桿齒頂圓直徑
蝸輪齒頂圓直徑
蝸輪齒根圓直徑
蝸桿齒根圓弧半徑
齒距角
主基圓直徑
分度圓齒形角
蝸桿工作半角
母平面傾斜角
蝸輪齒寬
蝸桿工作部分長(zhǎng)度
蝸桿最大齒頂圓直徑
蝸桿最大齒根圓直徑
蝸輪齒頂圓弧半徑
蝸輪齒距
蝸輪節(jié)圓齒厚
齒側(cè)隙
蝸桿節(jié)圓齒厚
蝸桿分度圓法向齒厚
蝸輪分度圓法向齒厚
蝸桿弦齒高
蝸輪弦齒高
蝸桿嚙入口修緣值
蝸桿嚙出口修緣值
蝸桿嚙出口修緣長(zhǎng)度
a
i
z1
z2
d1
d2
z'
c
mt
ha
hf
df1
γ
da1
da2
df2
rf1
τ
db
α
φω
β
b
Lω
da1max
df1max
ra2
p2
s2
jn
s1
sn1
sn2
ha1
ha2
?fr
?fc
?φc
800
45
2
90
264
1336
8
2.97
14.8444
10.39