2802 行星运动螺旋式混合机
2802 行星运动螺旋式混合机,行星,运动,螺旋式,混合
黑龙江工程学院本科生毕业论文I摘 要混合单元操作广泛应用于化工、医药、食品、粉末冶金、涂料、电子、军工、材料等领域及新材料技术领域, 为保证固体粉末特别是对于有一定潮湿度和团聚粘结倾向的半干粉料之间的均匀混合,混合机械设备的选择至关重要。国产优质混合机基本上以采用上世纪 80 年代由合肥轻机(合肥中辰前身)引进的日本三菱技术为主。但这一技术在大量产和自动化控制上已经显出不足。随着饮料工业的持续、健康发展,国内企业对高端设备的需求也在不断增加,且一直依赖进口。为了改变这一局面,我国凭借多年的研究、制作混合机的经验,组织技术力量在广泛学习国外最新技术的基础上。从 1990 年至今,混合机从无到有,并逐渐形成规模生产,已广泛应用于生产实践中并且已有少量出口。在设计过程中,努力实现混合机的混合速度快、混合效果好。本次设计的行星运动螺旋式混合机主要用于粉体混合。它的执行机构有两部分;一是通过三对锥齿轮传动的自转部分,二是由一对直齿轮和一对蜗轮蜗杆传动的公转部分。该机的机构设计,其主要设计内容是传动装置的设计,电动机的选择,减速器的设计,搅拌器的设计以及箱体的简单设计。最后进行总体的装配,达到设计的要求,本设计说明书对其进行了详细的阐述。关键词:混合机;行星运动;自转;公转;减速器;螺旋 黑龙江工程学院本科生毕业论文IIABSTRACTMixers are widely used in high-tech fields of chemicals, medication, food industry, powder and metallurgy, paints, electronics, military and materials. In order to warrantee the mild blend between powder of humidity and half-dried with tendency of aggregative cohersion, it is critical to choose the right blending machine.Domestic quality mixers are basically to use the last century 80 s the Hefei light machine (predecessor of the Hefei zhongchen) introduced by Japan Mitsubishi technology . But this technique has shown less than in a lot of production and Automation control .With the sustained and healthy development of the beverage industry, domestic enterprises increasing demand for high-end devices, and has relied on imports.In order to change this situation, with many years of experience in research, production mixer, organizational technology in a wide range of study abroad on the basis of the latest technologies.From 1990 to the present, mixing machine from scratch, and gradually achieve scale production, has been widely applied in practice and has a limited number of exports.During the design process to achieve mixer mixing speed, blend well.In this design the blending machine of spiral type with planetary motion is mainly used in blending different powders. There are two actuators in this machine, one is the autorotation driven by three pair of bevel gear, the other is the revolution driven by a pair of straight and worm gear transmission. And the main parts of this design are about the design of drive and decelerator, choose of motor, design of blender and box. In the end the assembly of whole parts and the requirement of design are elaborated.Key words: Blender;Planetary motion;Autorotation; Revolution;Decelerator; Helicism本科学生毕业设计行星运动螺旋式混合机设计院系名称: 机电工程系 专业班级: 机械设计制造及其自动化 08-2 学生姓名: 邓 鹏 指导教师: 刘亚娟 职 称: 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二一二年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of a Planetary Motion Helicism MixerCandidate: Deng PengSpecialty: Mechanical design and manufacturing and automationClass:08-2Supervisor:Associate Prof. Liu YajuanHeilongjiang Institute of Technology2012-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘要Abstract第 1 章 绪论11.1 选题的背景及意义21.2 国内外研究状况2第 2 章 机械传动装置的总体设计32.1 分析和拟定传动装置的运动32.2 电动机的选择42.3 分配各级传动比42.3.1 自转部分42.3.2 计算自转部分传动装置的运动和动力参数52.3.3 公转部分62.3.4 计算公转部分传动装置的运动和动力参数72.4 本章小结7第 3 章 机械传动件的设计83 .1 带轮的设计和校核 83 .2 齿轮的设计和强度校核103.2.1 自转部分高速级齿轮传动的设计计算103.2.2 高速级齿轮的校核133.2.3 自转部分低速级齿轮传动的设计计算133.2.4 低速级齿轮的校核163.2.5 公转部分直齿轮设计与计算173.2.6 直齿轮的校核203 .3 公转部分蜗杆传动设计与计算21黑龙江工程学院本科生毕业设计3.3. 1 蜗杆的校核213 .4 轴的设计和校核233.4.1 轴的结构设计233.4.2 轴的最小直径估算243.4.3 各轴段直径和长度的确定253.4.4 轴承的选择273.4.5 键的选择283.4.6 轴的受力分析和刚度校核283.4.7 轴承寿命核算303.4.8 键校核313.4.9 转臂的校核313 .5 本章小结32第 4 章 尺寸公差与配合的选用334 .1 配合制的选择334 .2 公差等级的选择334 .3 配合的选择334 .4 本章小结34第 5 章 箱体的设计355 .1 零件的位置尺寸355 .2 轴承端盖35黑龙江工程学院本科生毕业设计5 .3 铸铁减速箱的结构尺寸365 .4 本章小结37第 6 章 设计结果386 .1 各零件参数表386 .2 本章小结 40结论41参考文献 42致谢441行星运动螺旋式混合机设计第1章 绪 论1.1 选题背景及意义混合单元操作广泛应用于化工、医药、食品、粉末冶金、涂料、电子、军工、材料等领域及新材料技术领域,为保证固体粉末特别是对于有一定潮湿度和团聚粘结倾向的半干粉料之间的均匀混合,混合机械设备的选择至关重要。随着纳米技术的发展,粉体混合更显示出它的重要性。本次设计的行星运动螺旋式混合机,它的容器呈圆锥形,有利于粉料下滑。容器内螺旋搅拌器轴平行于容器壁母线,上端通过转臂与螺旋驱动轴连接。当驱动轴转动时,搅拌除自转外,还被转臂带着公转,这样就使被混合物料既能产生垂直方向的流动,又能产生水平方向的位移,而且搅拌器还能消除靠近容器内壁附近的滞留层。因此这种混合机的混合速度快、混合效果好。很有研究的意义。1.2 国内外研究状况国产优质混合机基本上以采用上世纪 80 年代由合肥轻机(合肥中辰前身)引进的日本三菱技术为主,但这一技术在大产量和自动化控制上已经显出不足 1。随着饮料工业的持续、健康发展,国内企业对高端设备的需求也在不断增加,且一直依赖进口。 为了改变这一局面,我国凭借多年研究、制作混合机的经验,组织技术力量在广泛学习国外最新技术的基础上,从 1990 年至今,混合机从无到有,并逐渐形成规模生产,已广泛应用于生产实践中并且已有少量出口 2。螺旋锥形混合机是我国设计制造的固体粉粒混合的新机种,经过数十年发展,已形成系列产品 3。随着应用范围的扩大,1995 年兰化公司化工机械厂借兰化合成橡胶厂 ABS 装置改扩建之际,自行开发、研制出具有目前先进技术水平的 LHSY-11.5N 双螺旋锥形混合机。1997 年初,该机正式投入使用。截止目前,该混合机运转正常、性能稳定,整机各项指标均达到设计要求。我国混合机正向着更好更接近世界在发展 3。间歇、连续进料混合机械以及单螺杆和双螺杆挤出器是十九世纪末发展起来的混合器,主要用于食品工业和润滑油的抽提,随着橡胶工业和汽车轮胎工业的发展,二十世纪初逐渐发展起密封系统的挤出机,错流双螺杆混合器也随之产生,直到 19802年对于间歇和连续混合器的机理研究才逐渐发展起来。工程师们面对许多问题,如具有分离功能回旋轴混合器、含有绞合回旋杆分离器等的设计。众多的连续式混合器的设计越来越复杂,这些系统可以实现单螺旋挤出、错流双螺旋杆挤出的效能,并且可以混合非常多的物种,这些混合器各有特点和优缺点,适用于不同的场合 4。德国 Respecta 公司推出的 Vacu Cast 多组件混合机可进行低压排空且混合均匀,可将准确测量的混合物从一混合喷嘴喷射到模腔里,还可以直接将混合物注射到模腔内,该机与其他混合机相比其优点是,混合固体和液体物质以及排空工序均在单一组件内进行。Vacu Cast 混合机生产的混合物、填充剂和粘合剂的表面湿润度极佳特别是对粉状颗粒不但能提高成品的拉伸力而且能提高抗腐蚀性 4。在美国静止型混合机已经成为现在的主流。该机结果简单、无死角很适合食品加工,它再现性良好、可准确的实现均匀混合,而且省维修费用、省能源、省空间机体具有丰富的多样性 4。混合机的专业厂家关东混合机工业公司,开始出售一种升降型立式混合机,该机大大改善了作业条件,符合卫生、安全标准。KTM-200 处于上升位置时的全高是 2,1 SOmm,运行时 1. 500mm,宽为 1.230mm,全长 1.700mmo 搅拌用电机容量是7.SKW,升降用 1.SkW、采用 4 级调速,各种转速均在 30300rpm 内设定,机体为不锈钢,易于冲洗,为防灰尘,制成密封型,改善了安全、卫生、作业环境。当然,成本有所提高,该公司正在努力降低成本,抑制价格上升 5。另外,该公司还开始经营使用冷却介质、在搅拌物料过程进行冷却的世界第一台“强制冷却螺旋混合机 ”。至今冷却是通过喷射冷风式 CO:进行的,该机通过冷却介质的流动,达到所希望的溢度,它还带有表示物料温度的温度显示装置。包括全部规格的混合机、与搅拌容器、升降装置等结合可实现自动化 3。粉研公司正在经营一种连续式喷射混合机。该机与供料器结合,在数秒内可进行粉状物料的连续加沮、混炼、溶解、乳化,称其为连续喷射混合装置。该连续喷射混合装置,采用了独特的专利结构,使气液粉三相物料通过喷射混合,比率、混合精度高,品质均匀一致,依靠物料的通过使其自洁,因在密闭环境中作业,无粉尘,无噪音。与卜机连动容易实现无人化,可大幅度地提高品质,降低成本 5。连续式喷射混合装置,采用独特的连续加沮方式,实现了超过手排面的味道,在食品制造过程中,加湿、混炼、溶解是必要的过程,面团等的制作左右着产品的质量、成本。面团制作的秘诀,首要的是优质的水,在不需施加力的数秒内,使一粒粒均匀湿润,使其释放出天然的芳香,这样即可作出超过手辫面的面。正确计量,均匀混是对所有坯料的要求,该机最先实现了这一理想 4。3第 2 章 机械传动装置的总体设计2.1 总体方案传动方案要满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率、使用维护便利、工艺和经济性好等要求。经过分析与比较,决定采用如图 2.1 的运动方式:(a) (b)1-主轴 2、3-圆柱齿轮 4-蜗杆 5-蜗轮 6-转臂 7-转臂体8、9、11、12、13、14-圆锥齿轮 10-转臂轴 15-搅拌器图 2.1 行星运动螺旋式混合机电动机通过 V 带带动轮将动力输入水平传递轴,使轴转动,再由此分成两路传动,一路经 1 对圆柱齿轮 2、3,一对蜗轮蜗杆 4、5 减速,带动与蜗轮连成一体的转臂 6 旋转,装在转臂上的螺旋搅拌器 15 随着沿容器内壁公转。另一路是经过三对圆锥齿轮 8、9、11、12、13、14 变换两次方向及减速,使螺旋搅拌器绕本身的轴自转。这样就实现了螺旋搅拌的行星运动。整个机构的运动路线如下:齿轮 2/齿轮 3蜗杆 4/蜗轮 5转臂 6螺旋搅拌器公转 轴 1圆锥齿轮 8/圆锥齿轮 9圆锥齿轮 11/圆锥齿轮 12圆锥齿轮 13/圆锥齿轮 14螺旋搅拌器自转4(2.1)(2.)(2.3)2.2 电动机的选择电动机的容量(功率)选得是否合适,对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时,电动机不能保证工作装置的正常工作,或电动机因长期过载而过早损坏;容量过大则电动机的价格高,能量不能充分利用,且因经常不在满载下运动,其效率和功率因数都较低,造成浪费。取工作机的有效功率为 Pw=5.5kW从电动机到工作机之间的总效率 总= =0.80843126为 V 带的效率; 为轴承的效率; 为齿轮的效率 12= =6.8 kW0pw由此选择 Y132 2 型 Y 系列鼠笼三相异步电动机。 =7.5 kW。其主要技术S P额数据、外形和安装尺寸见表 2.1表 2.1 电动机主要技术数据、外形和安装尺寸表型号 额定功率/ kW 满载转速 r/min 最大转矩(额定转矩)Y132 -22S7.5 2920 2.2外形尺寸/ mmmmmmL(AB/2+AD)+HD中心高/mmH安装尺寸 /mmAB轴伸尺寸/ mmmmmmDE475350315 132 216140 38802.3 分配各级传动比2.3.1 自转部分电动机选定后,根据电动机的满载转速 n m及工作轴的转速 n w即可确定传动装置的总传动比i=n m /n w=2930/70=41.8具体分配传动比时,应注意以下几点:5(2.4).5(2.6)(1)各级传动的传动比最好在推荐范围内选取,对减速传动尽可能不超过允许的最大值。(2)应注意使传动级数少传动机构数少传动系统简单,以提高和减少精度的降低。(3)应使各级传动的结构尺寸协调匀称利于安装,绝不能造成互相干涉。(4)应使传动装置的外轮廓尺寸尽可能紧凑。为了使主轴箱结构紧凑,齿轮传动的外轮廓尺寸不宜过大,因而取传动比 i 带 =3则i 减 = i/i 带=41.8/3=13.95按展开式布置,取 i1 齿 =1.4i2 齿计算得齿 =4.421i齿 =3.1622.3.2 计算自转部分传动装置的运动和动力参数 I 轴 = /min1n293076.rmi带P1 = Po 带 = 7.5 0.96 = 7.2 kWT1 = Nm17.29500.496pnII 轴 由公式(2.4) n2= /min17.2r4i齿由公式(2.5) P2 = 轴 承 齿 轮 = 7.20.970.98 = 6.84 kW16由公式(2.6) T2 = Nm26.84950295.1pn轴 n3=n2=221r/min由公式(2.5) P3= P2 轴 承 齿 轮 =16.840.970.98=6.5 kW由公式(2.6) T3= =280.97Nm36.59501pn轴 由公式(2.4) n4= /min3270r.16i齿由公式(2.5) P4 = P3 轴 承 轴 承 齿 轮 = 18.460.970.98 = 6.2 kW由公式(2.6) T4 = Nm4.295084.970pn2.3.3 公转部分根据 I 轴转速 n 1及公转轴的转速 n 6即可确定传动装置的总传动比i=n 1 /n 6=976.7/3=325.57=325.57i直 蜗单级圆柱齿轮传动比 8 取 i=5.3i直 单级蜗杆传动比 =10-80蜗所以= =325.57 5.3=61.4i蜗 i直 蜗计算得=5.3i直=61.4蜗72.3.4 计算公转部分传动装置的运动和动力参数 I 轴 n1 = /min976.rP1 =7.2 kWT1 = 70.4Nm蜗杆轴 由公式(2.4) n 蜗 = /min1976.5.3ri直由公式(2.5) P 蜗 = 轴 承 齿 轮 = 7.20.970.98 = 6.84 Kw1由公式(2.6) = NmT蜗 6.849503.519n蜗蜗公转轴 由公式(2.4) = =3r/min蜗 i蜗蜗由公式(2.5) = 轴 承 蜗 杆 =6.840.720.98=4.83 kWP公 蜗由公式(2.6) = =15375.5NmT公 4.83950pn公公2.4 本章小结分析并拟定了混合机传动装置的运动过程,根据设计要求计算并选择了电动机的类型与型号,合理的分配了各级传动比,通过计算得出了公转部分和自转部分各传动轴的传递扭矩、功率和转速。8(3.1)(3.2)(3.)(3.4)第 3 章 机械传动件的设计3.1 带轮的设计和校核1、 选择 V 带的型号取工作系数 Ka=1.3 Pca=KaP=1.37.2=9.36 kW查参考文献6得按 Pca=9.36 kW, =2920r/min1n选 B 型 V 带2、 确定带轮的直径选取小带轮的直径 =132mm1d验算带速V= d160N= 329.4=20.25m/s为小带轮直径 为电动机转速1d1NV 在 525m/s 内,合适。dd2 =i(1- )dd1 =3(1-0.001)=392.4mm为带的滑动率,通常取(1%-2%)dd2=375mm3、 确定中心距 a 和带长 Ld0初选中心距 a0 0.7(dd1+dd2)a0 2(dd1+dd2)a0 =700mm求 D 带轮的计算长度 L0L0=2a+ 1203.4()da9(3.5)(3.6)(3.7)(3.8)(3.9)(3.10)=2217.5mm取 L0=2240mm4、 计算中心距 aa= 002dLa= 17.54=689mm 5、 确定中心距的调整范围=a+0.03ldmax=689+0.032217.5=755mm=a-0.015 ldmina=700-0.0152217.5=667mm 6、 验算小带轮的包角 11=180- (dd2 -dd1 )57.3/a=160.4120符合要求 7、 确定 V 带的根数 Zdd1=132mm 带速 V=20.25m/s 传动比 i=3 查表得P0=3.83kW 功率增量 =1.04kWp=4.63 符合取 Z=5 8、 计算 V 带的初拉力Q=0.10/m=caolpZK2051dvPFmz2.( ) K2.()0.7.510(3.1)=2232.71N=25232.71=2293.1NFmax=1.5Fq=3439.65N9、 带轮采用孔板式结构3.2 齿轮的设计和强度校核3.2.1 自转部分高速级齿轮传动的设计计算1、 选择齿轮的材料、热处理、精度(1) 齿轮材料及热处理大小齿轮材料均为 20CrMnTi。齿面渗碳淬火,齿面硬度为 5862HRC,有效硬化深度 0.50.9mm。经参考文献9 查得MPalim1li250hh=900MPaliliF(2) 齿轮精度按 GB/T10095-1998,选择 8 级精度,齿跟喷丸强化。2、 初步设计齿轮传动的主要尺寸因为硬齿面齿轮传动,具有较强的齿面抗点蚀能力,故先按齿跟弯曲疲劳强度设计,再校核齿面接触疲劳强度。(1) 计算小齿轮传递的扭矩= =0.704 N mmT150(2) 确定齿数因为是硬齿面,故取 =20, = =20 4.41=881Z21iZ传动比误差 i= =4.421Z=0.3% 5% 允许。4.10.3i02sinqz160.4211(3.12)(3.1)(3.14)(3) 初选齿宽系数 R=b/R 设计时通常取 = 又取R1312bb 为锥齿轮工作宽度R 为锥距(4) 确定分锥角 12小齿轮分锥角= =12.93112arctnZ( ) 大齿轮分锥角=90 =77.0723(5) 载荷系数 tK试选载荷系数 =1.44 t(6) 齿形系数 和应力修正系数FYSY当量齿数 =17.51cosVZ=3352V查参考文献9得 =2.97 =1.521FY1S=2.06 =1.9722(7) 许用弯曲应力安全系数 =1.6 一般 =1.41.8FSFS工作寿命为 1 班制,三年,每年工作 300 天。则小齿轮应力循环次数= = =8.4391N60hnkt1976.(3018)81012(3.15)(3.16)(3.17)(3.18)(.9)则大齿轮应力循环次数= =1.194 12Nu8.439081查参考文献9得 寿命系数10.89NY20.N许用弯曲应力 limFNFYSMPalim1li290F所以= =505.625MPa1lim1FNFYS90.816= =517.5MPa2li22.(8) 计算模数 n 132214()(0.5)FSRRYKTZu式中:载荷系数 K=1.44 齿数比 u=4.41 扭矩 =1.998 N 齿形系数 =2.971T50m FY齿宽系数 =1/3 应力修正系数 =1.52RS3.2nm查参考文献9得,圆整标准模数取 m=4.5。(9) 初算主要尺寸初算中心距 a= = =205mm12()nmZ4.5(0+8)2分度圆直径 =4.5 20=90mm1nd=4.5 88=391mm2Z13(3.20)(3.21)(3.2)齿宽 (取整 )13b=20321nRmZ=65mm12= =0.32Rb(10) 验算载荷系数 K圆周速度=3.48m/s160dnV查参考文献9得 动载系数 =1.25=0.32 65mmR1b查参考文献9得 =1.074 HK又 b/h= =6.572.nm查参考文献9得 齿向载荷分布系数 1.095 FK使用系数 工作机轻微冲击,原动机均匀平稳,所以查参考文献9得AK=1.25。A齿间载荷分布系数 1.0F载荷系数 1.78AVFHKK则引用公式(3.17)m 132214()(0.5)FSRRYTZu=4.0nm所以满足齿跟弯曲疲劳强度。3.2.2 齿轮的校核设计的齿轮传动在具体工作情况下,必须有足够的工作能力,以保证在整个寿命14(3.2)期间不致失效,所以要对齿轮进行校核。校核大齿轮 =H314ERRKTZdu2( -0.5)由参考文献9确定式中各系数:节点区域系数 =2.5 弹性系数 =189.8 HZEMpa载荷系数 K=1.44 转矩 =0.704 N mmT510齿宽系数 =0.33 分度圆直径 =391mm Rd齿数比 =4.41 u计算得 =538.5MPa H= =1500 1.15 1.24=1391.1 MPalimhNZS100mm 时,单键槽增大 3,双键槽增大 7;d 100mm 时,单键槽增大 57,双键槽增大1015。最后对 d 进行圆整。(1)高速轴 材料选用 45 钢,经调质处理硬度为 217-255HBS。按扭矩强度计算,初步计算直径查表 A=110。d A =30.3mmminP3由于轴开键槽会削弱轴的强度,故需增大轴径 5%-7% 所以最小轴径mm。取 =35mm 。min32d1D(2)轴材料选用 45 钢,经调质处理硬度为 217-255HBS。按扭矩强度计算,初步计算直径查表 A=110。d A =48.9mmminP3由于轴开键槽会削弱轴的强度,故需增大轴径 5%-7% 所以最小轴径mm。取 =55mm 。min52d1D(3)轴材料选用 45 钢,经调质处理硬度为 217-255HBS。按扭矩强度计算,初步计算直径查表 A=110。d A =48.1mmminP3由于轴开键槽会削弱轴的强度,故需增大轴径 5%-7% 所以最小轴径26mm。取 =52mm 。min50d1D(4)轴材料选用 45 钢,经调质处理硬度为 217-255HBS。按扭矩强度计算,初步计算直径查表 A=110。d A =68mmminP3由于轴开键槽会削弱轴的强度,故需增大轴径 5%-7% 所以最小轴径mm 取 =75mm。 min74d1D3.4.3 各轴段直径和长度的确定1、 各轴段的直径阶梯轴各轴段直径的变化应遵循下列原则:(1)配合性质不同的表面(包括配合表面与非配合表面) ,直径应有所不同。(2)加工精度、粗糙度不同的表面,一般直径亦应有所不同。(3)应便于轴上零件的装拆。通常从初步估算的轴段最小直径 d 开始,考虑轴上配合零部件的标准尺寸、结min构特点和定位、固定、装拆、受力情况等对轴结构的要求,一次确定轴段的直径。具体操作时还应注意以下几个方面问题:(1)与轴承配合的轴颈,其直径必须符合滚动轴承内径的标准系列。(2)轴上螺纹部分必须符合螺纹标准。(3)轴肩定位是轴上零件最方便可靠的定位方法。轴肩分定位轴肩和非定位轴肩,定位轴肩通常用于轴向力较大的场合。(4)定位轴肩是为加工和装配方便而设置的,其高度没有严格的规定。与轴上传动零件配合的轴头直径,应尽可能圆整成标准直径尺寸系列。(5)非配合的轴身直径,可不取标准值,但一般应取成整数。2、 各轴段的长度各轴段的长度决定于轴上零件的宽度和零件固定的可靠性,设计时应注意以下几点:(1)轴颈的长度通常于轴承的宽度相同。(2)轴头的长度取决于与其相配合的传动轮毂的宽度。(3)轴身长度的确定应考虑轴上各零件之间的相互位置关系和拆装工艺要求,各零件间的间距查参考文献10。轴轴轴轴及蜗杆轴的布置方案与具体尺寸分别如图所示27图 3.1 轴图 3.2 轴图 3.3 轴?28(3.8)图 3.4 轴图 3.5 蜗杆轴3.4.4 轴承的选择选择滚动轴承的类型,一般从载荷的大小、方向和性质入手。在外廓尺寸相同的条件下,滚子轴承比球轴承承载能力大,时用于载荷较大或有冲击的场合。当承受纯径向载荷时,通常选用径向接触轴承或深沟球轴承;当承受纯轴向载荷时,通常选用推力轴承;当承受较大径向载荷和一定轴向载荷时,可选用角接触球轴承。根据轴的应用场合可知,轴主要既受到的径向力又受到轴向力。查询常用滚动轴承的性能和特点,选择角接触球轴承。角接触球轴承的性能特点:当量摩擦系数较小,高转速时可用来承受较大的轴向负荷。轴选择 7010AC 轴选择 7011AC 轴选择 7012AC轴选择 7015AC 蜗杆轴选择 7010AC 3.4.5 键的选择轴选择 A 型键,公称尺寸为分别为 10x90、12x40 。轴选择键的公称尺寸为分别为 A18x60、C16x28。轴选择键的公称尺寸为分别为 C16x25、16x32。轴选择 A 型键,公称尺寸为 22x70。蜗杆轴选择 A 型键,公称尺寸为 16x36。3.4.6 轴的受力分析和刚度校核对轴来说所受转矩最大所以对它进行校合。 482.9NmT341065tFd29max 1316428.9MPa45Pa0.75eMW (3.9)40(3.41)(3.42)(3.4)Y XZRV1RH1VF6trF6aRH2VT 2V1RV1r6aH2VM X23N.m105MH140N.mM236F6tT256N.m a)b)c)d)e4tancos16530tan2cos14620NrF4taF1、做出轴的空间受力简图(图 3.6 a) 2、做出垂直面受力、弯矩图(图 3.6 b) 。 RV1=7107.7N , RV2=3551.8N。3、做出水平面受力、弯矩图(图 3.6 c)。 RH1=17511N, RH2=17511N。 4、求出合成弯矩,并画出合成弯矩图(图 3.6 d) 。m2222maxaxmax93013NVHM5、做出扭矩图(图 3.6 e) T=2256.6N.m6、求出当量弯矩 Memax 取 6.0m2 222max93.5614Ne7、校核轴的强度查参考文献10 得 P130(3.4)(3.4)(3.46)5图 3.6 轴的载荷和弯矩分布图所以轴合格。 3.4.7. 轴承寿命核算1、 初选轴承型号由工作条件初选轴承 7015AC,由参考文献8查得该轴承的Cor=46500N, Cr=49500N。2、 求 Fr1,Fr2由 2156NAVHR278B得 Fr1= =11156NAFr2= =7885NBR3、 计算 Fa由参考文献10 得,轴承内部轴向力S=0.68Fr=0.68x Fr=7586N 1S=0.68x F=5361.8N2= =7586N = -3516=4070N1aF2aF1S4、 计算轴承当量动载荷 P(1)查参考文献10 得 e=0.68(2) , 由参考文献1013560.32ar e23516780.4arFe查表,则 =1, =0。2X1Y(3)求 P1,P2 由参考文献10 ,f p=1.21.8,取 fp=1.2,所以13387.2N11.2156rafXFY9462N2278pr5、 计算轴承的基本额定寿命 hL31(3.47)(3.48)(3.49)(3.50)(3.54)(3.52)(.)(.1)(取 =10000 小时,P 取大值),hL=11905h663104950()()78.2hCn,hL所以,初选轴承 7015AC 符合要求,可以确定。3.4.8. 键校核齿轮传递的扭矩为 2256N m,对应的转矩为 2256N m。直径、键高及键长分别 为:d 1=75mm,h=14mm,b=22,l 1=70mm 根据键连接的挤压强度公式,它的挤压应力为p61.4MPa312561074pTdhl=6090MPa,故所选键均满足强度条件。p3.4.9 转臂的校核由于转臂承受径向力所以对转臂校核弯曲应力进行校核和弯曲刚度进行校核。弯曲应力的计算公式为=maxaxZMyI式中:为弯矩 为极惯性矩 为距中心轴最远的表面MZI maxy确定式中各参数9.5V3=72.9kgFmg=729NF LM=21900MPaZI4(1)32D32(3.56)(.7)(3.5) =85 dD =0.8经计算得 157.6MPa有参考文献6得 =290MPat 所以合格。maxt弯曲刚度用轴的挠度 w 或偏转角 来度量,其计算公式为 ww 查文献10得轴的变形许用值 ,得y=0.0002L , =0.005radw=0.0002L=0.066mm2287930.15FlwmEI =0.005 rad228.45lI所以强度刚度合格。3.5 本章小结本章着重说明了混合机传动机构设计的主要内容。对V 带、带轮、各级齿轮、蜗轮蜗杆、各传动轴以及轴承的设计过程进行了详细的说明。33第4章 尺寸公差与配合的选用公差与配合的选择是机械设计与制造中至关重要的一环。公差与配合的选用是否恰当,对机械的使用性能和制造成本都有很大的影响,有时甚至起决定性的作用。因此,公差和配合的选择,实际上是尺寸的精度设计。在设计工作中,公差和配合的选用主要包括配合制、公差等级和配合种类。4.1 配合制的选择选用配合制时,应从零件的结构、工艺、经济几方面来综合考虑,权衡利弊。一般情况下,设计时应优先采用基孔制配合。因为孔通常用定值刀具(如钻头、绞刀、拉刀等)加工,用极限量规检查,所以采用基孔制配合可以减少孔公差带的数量,大大减少用定值刀具和极限量规的规格和数量,显然是经济和合理的。有些情况下应采用基轴制配合比较合理。例如:(1)在农业机械、建筑机械等制造中,有时采用具有一定公差等级的冷拉钢材,外径不需要加工,可直接做轴。在此情况下,应选用基轴制配合。(2)在同一基本尺寸的轴上需要装配几个具有不同配合性质的零件时,应选用基轴制配合。(3)与标准件相配合的孔和轴,应以标准件为基准件来确定配合制。切断轴的轴径由于与滚动轴承(标准件)的内圈相配合,应选用基孔制的配合,而和滚动轴承外圆配合的孔则应选用基轴制配合。4.2 公差等级的选择选用公差等级时,要正确处理使用要求、制造工艺和成本之间的关系。因此,选用公差等级的基本原则:在满足使用要求的前提下,尽量选用低等级的公差等级。选用公差等级时,还因考虑以下问题:(1)相关件和配合件的精度。(2)加工成本。4.3 配合的选择选择配合主要是为了解决结合零件孔与轴在工作时相互关系,以保证机器正常工作。34间隙配合主要用于结合件有相对运动的配合(包括旋转运动和轴向滑动) ,也可用于一般的定位配合。过盈配合主要用于结合件没有相对运动的配合,过盈配合不能拆卸。过渡配合主要用于定位精确并要求拆卸的相对静止的联结。在设计中应尽可能选用优先配合和常用配合。确定配合制之后选择配合的大小确定轴和孔的基本偏差代号,同时确定基准件及配合件的公差等级。基孔制 、 和 为常用间隙配合,零件可自由装拆,而工作时一般静止不动,67hH8f79在最大实体条件下的间隙为零,在最小实体零件下的间隙由公差等级确定。 为常76Hk用过度配合, 为常用的过盈配合,因此选择这种配合。76p4.4 本章小结本章对传单机构所采用的配合制、公差等级及配合的选择进行了阐述,从而保证了传动的精度。35(5.1).2(3)5.4(.6)第 5 章 箱体的设计5.1 零件的位置尺寸 1122332365m()0 0.5650m 1579.60sbBall小 齿 轮 的 宽 度 高 速 轴轴 承 宽 度轴 向 距 离 取箱 座 壁 厚 取径 向 距 离 取旋 转 零 件 间 的 轴 向 距 离 取箱 外 旋 转 零 件 的 中 面 到 最 近 支 撑 点 的 距 离滚 动 承 的 端 面 至 箱 体 内 壁 的 距 离轴 承 内 端 面 至 端 盖 螺 钉 头 顶 面 的 距 离箱 体 外 旋 转 零 件 的 445 1520m1510mlll 内 端 面 至 轴 承 盖 螺 钉 头 顶 面 的 距 离 取与 带 轮 配 合 的 轴 段 长 度5.2 轴承端盖第一对轴承盖 3(6210)8825Ddn轴 承 外 径螺 钉 直 径 取 螺 栓 GB57-M螺 钉 数 0332045033(1)m.5()125m.8.964.()71.dDded取36(5.7).8(5.9)1011120.253m(8) 0.8513m.52034msab箱 座 壁 厚 取 为箱 盖 壁 厚 取 为 箱 座 加 强 肋 厚 取 为箱 盖 加 强 肋 厚 取 为箱 座 分 箱 面 凸 缘 厚 取 为箱 盖 分 箱 面 凸 缘 厚 取 为平 凸 缘 底 座 厚 取 为12(0.5)7.m8(10)m.8eDbh取取50m 65/9201FZT输 入 端 轴 承 盖 选 用 毡 圈 油 封轴 径 d毡 圈 油 封 毡 圈第二对轴承盖 3(621)801025Ddn轴 承 外 径螺 钉 直 径 取 螺 栓 GB7-M螺 钉 数 033204503322()m.512()45.8.90()1.m8()10(0.8)dDdedbbh取取取5.3 铸铁减速箱的结构尺寸37m0.36124m578209672016fsdaGBMGBM固 定 螺 栓 取 为螺 栓选 用 垫 圈 选 用 螺 母 2(.)x80mfdd联 接 分 箱 面 的 螺 栓 取 为 , 。表 5.1 螺栓凸台结构尺寸1C20D0Rr1R1r30485 30 5表 5.2 底座螺栓凸台结构尺寸1C200Rr1R1r40 36 60 10 8 40 811(.2)0m36() dCRD89轴 承 座 孔 边 缘 至 轴 承 螺 栓 轴 线 的 距 离 l取 为轴 承 座 外 孔 端 面 至 箱 外 壁 的 距 离 取 为轴 承 座 孔 外 的 直 径1 802按 轴 承 盖 相 应 的 尺 寸 确 定 75m。应 较 轴 承 盖 凸 缘 的 外 径 大 -,取 为 , 4。221230,.7()30m5mdahDHrRC3轴 承 螺 栓 凸 台 高 (.4)取 为 。箱 座 的 深 度 为 浸 入 池 内 的 最 大 旋 转 零 件 的 外 圆 直 径 ,取 为 4箱 体 分 箱 面 凸 缘 圆 角 半 径 取 为箱 体 内 壁 圆 角 半 径 取 为5.4 本章小结本章详细说明了混合机传动装置箱体的设计过程,在设计箱体的同时考虑了各零件的装配工艺。从而保证了各零件的协调性。38( kW)( kNm)( r/min) 第 6 章 设计结果 6.1 各零件参数表 表 6.1 最终实际传动比(i )V 带 高速锥级齿轮 低速级锥齿轮 单级圆柱齿轮 单级蜗杆3 4.42 3.16 5.3 61.5表 6.2 各轴转速(n) n蜗 杆 转 臂976.7 221 221 70 195.34 3表 6.3 各轴输入功率 (P) P蜗 杆 n转 臂20.43 19.42 18.46 17.54 19.42 13.7表 6.4 各轴输入转矩 (T) T蜗 杆 T转 臂0.199 0.139 0.798 2.256 0.949 43.1表 6.5 带轮主要参数小轮直径(mm)大轮直径(mm)中心距 a(mm) 基准长度(mm)带的根数 z132 375 712 2240 539表 6.6 高、低速级锥齿轮及圆柱齿轮参数名称 高速级 低速级 圆柱级中心距 a(mm) 205 213 160.5摸数 (mm) 4.5 6 320 17 20齿数88 54 106(mm) 90 102 60分度圆直径(mm) 396 324 318(mm)98.83 110.6 66齿顶圆直径(mm)404.76 331.6 324(mm)79.4 314.9 52.5齿根圆直径(mm)2fd393.6 92.1 310.5(mm) 65 57 54齿宽(mm)393.6 92.1 310.5齿轮等级精度 8 8 8材料及热处理 20CrMnTi,齿面渗碳淬火,齿面硬度5862HRC20CrMnTi,齿面渗碳淬火,齿面硬度5862HRC20CrMnTi,齿面渗碳淬火,齿面硬度5862HRC 40表 6.7 蜗轮蜗杆的技术参数名称 蜗杆 蜗轮中心距 160 160模数 4 4分度圆直径 71 257.6齿顶圆直径 79 245.6齿根圆直径 62 直径系数 17.75 倒程角 3.22 轴向齿距 12.57 倒程 12.57 轴向齿厚 6.28 齿轮等级精度 8 8材料及热处理 45 钢芯部调质表面淬火 硬度45HRCZCuSn10Pb1 金属模铸造6.2 本章小结本章详细的列出了在设计过程中各零件的技术参数。41结 论本次毕业设计从选定题目到收集资料,再进入工艺计算和设计计算过程中,学习了很多关于机械方面的书籍。在这次设计中我对机构的传动及相关零件的设计等都有了进一不的理解。在设计的转臂是为了考虑好装配我把转臂分成了两个部分这样对箱体的结构有简化了。在设计箱体时考虑到很多装配关系的问题对箱体做了很多细节性的工作,也做了很多原来没有尝试过的想法,箱体基本达到了的要求并且满足了零件的装配工艺。但是不足之处是在箱体工作时只能选择用润滑脂润滑,用油润滑润滑不全面并且会有轻微的泄露。总的来说本次设计的行星运动螺旋式混合机基本达到了设计的要求。相信通过本次设计将会对以后的工作有很大的帮助。42参考文献1张文华,赵厚林 .纵谈混合机与混和质量J.机电信息,2005(18):45-47.2张文华.二维运动混合机螺旋板出料装置P.中国专利 01218035, 2001-03-27.3黄钟,范德顺 ,张文华.三维运动混合机现状与展望J.制药机械,2000(4):7-11.4田耀华.( 料斗式混合机 + 提升加料机 + 料斗清洗机 )组合的特点与意义J. 中国制药装备杂志, 2005( 8).5吕涛,王雷 ,范德顺,等.摆动式混合机内粉体混合质量评估J.北京化工大学学报, 1996,23(3):44-48.6王三民主编.机械原理与课程设计M.北京:机械工业出版社,2004.7成大先主编.机械设计手册(单行本) 减(变)速器.电机与电器M.北京:化学工业出版社,2004. 8王世刚主编.机械设计实践M.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2003.9成大先主编.机械设计手册(单行本) 机械传单M.北京:化学工业出版社,2004.10王三民、诸文俊主编 .机械原理与设计M.北京:机械工业出版社,2000.11刘品主编 . 机械精度设计与检测基础M.哈尔滨:哈尔滨工业出版社,2004.12工程制图基础 /武汉理工大学等五院校 工程制图基础编写组编M. 北京: 高等教育出版社,2003.13 Shigley JEUicker JJ.Theory of Machines and mechanismsM.New York:McGraw-Hill book Company,1993.14 Orlov p.Fundamental of Machine DesignM.Moscow: Mir Pub.1987.15The University of Queensland, Brisbane, Australia, Part M - Journal of Engineering for the Maritime EnvironmentJ,英国机械工程学会;16中国机械工程 J,湖北,中国机械工程学会 .17American Society of Mechanical Engineers, Applied Mechanics ReviewsJ,美国机械工程学会,1998.18 制造技术与机床J,北京, 中国机械工程学会;北京机床研究所.19 制造技术与机床 J,北京, 中国机械工程学会;北京机床研究所4320 American Society of Mechanical Engineers, Journal of Energy Resources TechnologyJ,美国机械工程学会.44致 谢在这里首先要感谢我的导师刘亚娟老师。她平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段都给予了我悉心的指导。同时还要感谢和我一起做设计的同学们,在设计中他们给予了我很大的帮助。还要感谢大学四年来所有的老师,为我打下机械专业知识的基础;更要感谢我的父母养育之恩无以回报,祝你们永远健康快乐。最后感谢黑龙江工程学院四年来对我的大力培养。我将会尽自己的微薄之力回报母校的培育之情。
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