药材切片机的设计【含CAD图纸、说明书】
毕业论文(设计)任务书学生姓名学 号年级专业及班级指导教师及职称学 部年 9 月 20 日毕业论文(设计)题药材切片机的设计主要内容和要求本文以药材加工为背景,针对药材大都收工切片的现状,通过查找大量相关文献资料和观看已有药材切片机产品结构,综合它们的优缺点加以比较,设计出了一种适合药材零售商和批发商的小批量加工,切生产率介于大型切片机和手工加工之间的小型切片机。该药材切片机结构紧凑,重量轻巧,工作过程平稳,价格相对较低,适合大部多数药材加工的需求。 通过对市场现有药材切片机的设计的结构分析,进行多方案比较,优选,确定总体结构。采用牵引型直流电动机为动力源,完成药材切片机的设计部件和零件图纸设计,采用 CAD 绘图工具。编写设计说明书主要要求:1明确目的,端正态度;严格要求,按时、独立完成;2使用 CAD 等软件来完成图纸设计任务3安国家技术标准和行业技术标准绘图、绘制技术文件。注:此表如不够填写,可另加附页。主要参考资料1 蒋健兰 肖杰明.一种中药材切片机设计的新思路J 机电信息 ,2009年 26期,34-352 韦恩铸 胡建平.莲藕切片机推料装置的设计J 农机化研究,2008年 11期,104-106。3 汪虹, 张永林高效核桃仁切片机的设计J粮油食品科技,2006年 14卷 4期:6-7。4 王文奎直线往复式药材切片机原理J 机床与液压 ,2004No2:19205 刘峰蔬菜切丝切片机J 沿海企业与科技,2004年 6期:24-246 梁锐小型粮食制品切片机的设计J 现代农业装备,2003年 5期,64-66。7 周勇生菠萝立式切片机的设计J 食品与机械,2003年 1期:38-388 李天元简明机械工程师手册 昆明:云南科技出版社,19929 陈家新 谭羽非.摆动式带锯石料切片机J 建筑机械,2001 年 2 期,55-5610 种宝春.切片机主轴系统的设计、装配与维修J 电子工业专用设备,2001 年 30 卷 4 期,22-2611齿轮国家标准汇编M 北京:中国标准出版社,199212朱冬梅等主编 画法几何及机械制图M第五版 北京:高等教育出版社13刘鸿文主编 材料力学M第三版 北京:高等教育出版社,200414孙恒,陈作模主编 机械原理M 北京:高等教育出版社 200115李增铮主编 新型混料机及其应用J电工合金 1995 年 4 期,25-2716李晓堂,田野主编 高校双螺旋混料机的设计与研究J 冶金能源,1987 年 17 卷 1 期,35-3717何炜德.弹簧式混料机的设计J塑料开发,1992 年 19 卷 2 期,94-9518方成.圆筒混料机进料系统的设计改进J 烧结球团 ,1993 年 18 卷 3 期,35-3719强启先.空间机构的分析与综合(上册)M,北京机械工业出版社,1984 年 3 月20仇宏程 梅怡.一种新型混料机中传动机构的运动分析J现代机械,1995 年 3 期,19-21 工作进度安排起止日期 主要工作内容2011.09.10-2011.09.15 选题、定题、下达任务书2011.09.16-2011.09.26 撰写开题论证审批表、开题论证2011.09.27-2012.03.25 调查、收集资料、论文提纲及论文写作2012.03.25-2012.03.30 论文中期检查2012.04.25-2012.04.30 提交初稿2012.05.01-2012.05.09 论文修改、交正稿2012.05.10-2012.05.14 论文评阅2012.05.15-2012.05.20 论文答辩要求完成日期:20 12 年 5 月 5 日 指导教师签名:_ 接受任务日期:20 11 年 9 月 21 日; 学生本人签名:_ 注:签名栏必须由相应责任人亲笔签名。 毕业论文(设计)开题论证审批表学生姓名 学号 年级专业及班级 指导教师及职称 开题时间 毕业论文(设计)题目 药材切片机的设计文献综述(选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等)研究意义:本文以药材加工为背景,针对药材大都收工切片的现状,通过查找大量相关文献资料和观看已有药材切片机产品结构,综合它们的优缺点加以比较,设计出了一种适合药材零售商和批发商的小批量加工,切生产率介于大型切片机和手工加工之间的小型切片机。该药材切片机结构紧凑,重量轻巧,工作过程平稳,价格相对较低,适合大部多数药材加工的需求。国内外研究现状早期圆盘式剪切机速度较低,圆盘式剪切机刀片旋转是用电机通过齿轮传动,以及和万向连接轴来实现的。刀盘径向间隙调整用电机通过蜗杆蜗轮传动是偏心套转动来实现的。而刀片侧向间隙是 用手动通过蜗轮传动使刀片轴轴向移动来完成的。圆盘剪后设置碎边剪,将剪切下来的板边剪成碎段送到下面的滑槽中,也可对剪下来的薄板边用卷取机卷起来,然后停车卸卷。为了使切下来的板边的钢板平直,在出圆盘剪时切边应向下弯曲,现在采用上刀片轴相对下刀片轴移动一个不大的距离或者上刀片直径比下刀片直径小一些来实现。分条圆盘剪为了提高工作效率,从而采用了两套机架,轮流使用,整体更换使设备的维修性提高,但投资费用大。参考文献1 蒋健兰 肖杰明.一种中药材切片机设计的新思路J 机电信息 ,2009年 26期,34-352 韦恩铸 胡建平.莲藕切片机推料装置的设计J 农机化研究,2008年 11期,104-106。3 汪虹, 张永林 高效核桃仁切片机的设计J粮油食品科技,2006年 14卷 4期:6-7。4 王文奎 直线往复式药材切片机原理J 机床与液压 ,2004No2:19205 刘峰 蔬菜切丝切片机J 沿海企业与科技,2004年 6期:24-246 梁锐 小型粮食制品切片机的设计J 现代农业装备,2003年 5期,64-66。7 周勇生 菠萝立式切片机的设计J 食品与机械,2003年 1期:38-388 李天元 简明机械工程师手册 昆明:云南科技出版社,1992 9 陈家新 谭羽非.摆动式带锯石料切片机J 建筑机械,2001 年 2 期,55-5610 种宝春.切片机主轴系统的设计、装配与维修J 电子工业专用设备,2001 年 30卷 4 期,22-2611齿轮国家标准汇编M 北京:中国标准出版社,199212朱冬梅等主编 画法几何及机械制图M第五版 北京:高等教育出版社13刘鸿文主编 材料力学M第三版 北京:高等教育出版社,200414孙恒,陈作模主编 机械原理M 北京:高等教育出版社 200115李增铮主编 新型混料机及其应用J电工合金 1995 年 4 期,25-2716李晓堂,田野主编 高校双螺旋混料机的设计与研究J 冶金能源,1987 年 17 卷1 期,35-3717何炜德.弹簧式混料机的设计J塑料开发,1992 年 19 卷 2 期,94-9518方成.圆筒混料机进料系统的设计改进J 烧结球团 ,1993 年 18 卷 3 期,35-3719强启先.空间机构的分析与综合(上册) M,北京机械工业出版社,1984 年 3 月20仇宏程 梅怡.一种新型混料机中传动机构的运动分析J现代机械,1995 年 3 期,19-21研究方案(研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等)研究目的: (1)明确药材切片机生产发展应用的现状。(2)弄清药材切片机总体结构及制动系统改进的重点。(3)通过理论与实际相结合,药材切片机总体结构及制动系统设计完善提出具体的建议。研究内容:药材切片机总体及制动系统设计研究方法:通过搜集资料、调查分析等步骤确定设计方案。预期成果:通过搜集资料、理解分析、设计、计算等步骤确定设计方案,利用 SolidWorks绘制三维图形、AutoCAD 软件绘制二维图。条件保障:已安装 AutoCAD 绘图软件的电脑一台、电动游览车相关的书籍和资料、及指导老师的相关指导。时间进程安排(各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等)阶段 起止日期 实施进度与完成程度1 2011.09.102011.09.12 选题、定题、下达任务书2 2011.09.162012.09.26 撰写开题论证审批表、开题论证3 2011.09.272012.03.25 调查、收集资料、论文提纲及论文写作4 2012.03.252012.03.30 论文中期检查5 2012.04.252012.04.30 提交初稿6 2012.05.012012.05.09 论文修改、改正稿7 2012.05.102012.05.14 论文评阅8 2012.05.152012.05.20 论文答辩开题论证小组意见组长签名:年 月 日专业委员会意见专业教研室主任签名:年 月 日注:此表意见栏必须由相应责任人亲笔填写。专业名称必须是全称,例如“会计学专业” ,班序号用阿拉伯数字“1” 、 “2”标注。此表如不够填写,可另加页。1毕业论文(设计)开题论证记录系 部: 理工学部 学生姓名 学 号 年级专业及班级指导教师姓名 指导教师职称 毕业论文(设计)题目药材切片机的设计论证小组质疑及指导意见学生回答简要记录论证小组成员签名记录人签名: 论证时间: 年 月 日2注:记录、签名栏必须用黑色笔手工填写。 毕业论文(设计)成绩评定册学生姓名 学号 年级专业及班级指导教师及职称毕业论文(设计)题目药材切片机的设计完成时间 20 年 月 日答辩时间20 年 月 日摘要:本文以药材加工为背景,针对药材大都收工切片的现状,通过查找大量相关文献资料和观看已有药材切片机产品结构,综合它们的优缺点加以比较,设计出了一种适合药材零售商和批发商的小批量加工,切生产率介于大型切片机和手工加工之间的小型切片机。该药材切片机结构紧凑,重量轻巧,工作过程平稳,价格相对较低,适合大部多数药材加工的需求。关键词:合模机构;双曲肘;开合模;液压答辩资格审查意见:专业委员会主任签名:20 年 月 日指导教师评语:指导教师建议成绩: 指导教师签名:年 月 日评阅教师评语:评阅教师建议成绩: 评阅教师签名:年 月 日答辩小组评语:答辩小组建议成绩: 组长签名:年 月 日综合成绩(百分制): 分 折合五级记分制成绩:成绩评定答辩委员会审查意见:答辩委员会主任签名:年 月 日成绩评定说明:毕业论文(设计)的成绩评定采用综合加权评分的办法,按指导教师评分占30%、论文评阅人评分占30%和答辩小组评分占40%计算出百分制的综合成绩,并根据综合成绩确定相应五级记分制等级。系部答辩委员会对毕业论文(设计)的预评、评阅、答辩成绩进行审查,对评定等级为优秀或不及格以及答辩评分中有争议的论文(设计)要进行重点审核,最终确定成绩。指导教师、评阅教师、答辩小组应分别严格按湖南农业大学东方科技学院毕业论文(设计)评分标准中的相应标准客观、公正赋分。本表一式二份,一份进入学生个人档案,一份存学院档案室。药材切片机的设计摘 要:本文以药材加工为背景,针对药材大都收工切片的现状,通过查找大量相关文献资料和观看已有药材切片机产品结构,综合它们的优缺点加以比较,设计出了一种适合药材零售商和批发商的小批量加工,切生产率介于大型切片机和手工加工之间的小型切片机。该药材切片机结构紧凑,重量轻巧,工作过程平稳,价格相对较低,适合大部多数药材加工的需求。关键词:药材饮片;设计;切片机Abstract: In this paper, the background processing of medicinal herbs, most call it a day for the medicine section of the status quo, by looking for a large number of related documents and view the product structure has medicinal slicer, integrated to compare their advantages and disadvantages, design a retail and wholesale for medicinal herbs Batch processing of small business, cut between the productivity of large sections between machine and manual processing of small slicer. The medicine slicing machine compact, lightweight, smooth work process, the price is relatively low for most of the needs of most medicinal herbs processing.Key Words:chinese herbal medicine;design;section cutter药材切片机的设计目 录摘要1关键词11 前言11.1 选题的背景和目的51.2 圆盘式剪切机国内外的发展现状51.3 剪切机设计内容和方法62 电动机的选择72.1 传动装置总体传动比的确定及传动比的分配72.2 确定各轴转速、转矩72.2.1 转速计算72.2.2 转矩计算73 各齿轮的设计计算83.1 减速器内锥齿轮的设计计算83.1.1 选定齿轮精度等级、材料热处理方式及齿数83.1.2 按齿面接触疲劳强度计算83.1.3 齿轮部分相关参数103.1.4 校核齿根弯曲疲劳强度113.1.5 锥齿轮转动数据汇总123.1.6 核算转速,转矩133.1.7 锥齿轮结构示意图134 轴的设计144.1 小锥齿轮轴(轴)的设计144.1.1 作用在小齿轮上的力144.1.2 小齿轮轴上的参数144.1.3 初步确定轴的最小直径144.1.4 联轴器的选用144.1.5 轴的结构设计154.1.6 求轴上的载荷174.1.7 按弯扭合成应力校核轴的强度184.2 大锥齿轮轴(轴)的设计184.2.1 作用在大齿轮上的力194.2.2 类似轴的设计过程194.2.3 轴的结构设计194.2.4 求轴上载荷214.2.5 按弯扭矩合成应力校核轴的强度224.2.6 精确校核轴的强度225 轴承和键的选择 235.1 轴承的选取 235.2.键的设计和计算256 刀盘刀片设计267 总结 28参考文献29致谢 3001.前言1.1 选题的背景和目的剪切机有各种类型,平刃剪、斜刃剪、圆盘剪和飞剪。平刃剪用于剪切方坯,斜刃剪用于剪切板材,而圆盘剪广泛用于纵向剪切厚度小于 2030 毫米的钢板及薄带钢。而飞剪用于剪切运动着的轧件,其剪刃有平刃、斜刃和圆盘式飞剪。圆盘式剪切机由于刀片是旋转的圆盘,因而可连续纵向剪切运动钢板和带钢。圆盘式剪切机通常设置在精整作业线上用于将运动着的钢板纵向边缘切齐和剪切或者切成窄带钢,根据其用途可分为剪切板边的圆盘剪和剪切带钢的圆盘剪。剪切板边的圆盘剪,每个圆盘刀片均以悬臂的形式固定在单独传动的轴上,刀片的数目为两对。这种圆盘剪用于厚板精整加工线。板卷的横切机组和连续酸洗机组等作业线。剪切带钢的圆盘剪用于板卷的纵切机组,连续退火和渡锌机组等作业线上。将板卷切成窄带钢,作为焊管坯料和车圈的坯料等。这种圆盘剪的刀片数目是多对的,一般刀片都固定在两根公用的运动轴上,也有少数的圆盘刀片是固定在独立的传动轴上的。这次选圆盘式剪切机作为设计题目是在对 1700 横切机组的调研的背景下进行的。1700 横切机组使用多年,其中圆盘剪使用过程中存在一些问题。该厂对该剪切机也进行了多次改造。圆盘剪使用过程中传动系统精度底,径向调整机构和刀片侧向调整精度低,迫切要求更新和改造设计。这次设计的目的就是通过设计对主轴传动系统,刀片侧向调整机构,特别是各个机构中的传动部分进行设计。通过设计过程掌握圆盘剪单体机械设备的设计方法,使所学的理论知识和实际结合起来,提高设计能力,独立分析能力和绘图技术,进行规范化的的训练为今后的工作打下有力的基础。1.2 圆盘式剪切机国内外的发展现状1剪切机有下列几个机构组成:刀盘旋转传动系统,刀盘径向调整和刀片的侧向调整,剪切宽度的调整等。剪切宽度的调整实际上就是对机架的距离调整。早期圆盘式剪切机速度较低,圆盘式剪切机刀片旋转是用电机通过齿轮传动,以及和万向连接轴来实现的。刀盘径向间隙调整用电机通过蜗杆蜗轮传动是偏心套转动来实现的。而刀片侧向间隙是 用手动通过蜗轮传动使刀片轴轴向移动来完成的。圆盘剪后设置碎边剪,将剪切下来的板边剪成碎段送到下面的滑槽中,也可对剪下来的薄板边用卷取机卷起来,然后停车卸卷。为了使切下来的板边的钢板平直,在出圆盘剪时切边应向下弯曲,现在采用上刀片轴相对下刀片轴移动一个不大的距离或者上刀片直径比下刀片直径小一些来实现。分条圆盘剪为了提高工作效率,从而采用了两套机架,轮流使用,整体更换使设备的维修性提高,但投资费用大。1.3 剪切机设计内容和方法1、通过靠工厂调研,了解同类圆盘剪生产中存在的问题,查阅相关资料掌握圆盘剪的发展现状。2、制定圆盘剪设计方案,在认真研究,有创新和改进,方案合理,并进行方案评述。3、进行设计计算,保证机件强度和刚度,计算公式采用要有依据。4、画出总图,部分部件图和零件图,利用计算机绘图。5、对设计中控制系统提出要求,选择润滑方法。6、试车方法和维修技术,保证维修方便。7、对设备进行经济分析和评价,降低设计成本。22 电动机的选择其技术数据如下:额定功率:0.75KW,满载转速:1400r/min 。电机所需功率为 P=P/ =19001.3/10000.759=3.25KW。根据 2.2 转速转矩计算,电动机轴转矩 Td=5.1NM 各转动轴功率 P1=0.72KW P2=0.68KW,所以确定 Y 系列电动机。Y 系列三相异步电动机具有国际互换性特点其中, Y 系列(IP44)电动机为一般用途全封闭自扇式笼型三相异步电动机,具有防止灰尘铁屑等杂物侵入电电动机内部之特点,B 级绝缘,工作环境不超过40C 相对湿度不超过95,海拔不超过 1000m,额定电压 220V,频率 50Hz。适用于无特殊要求的机械上。这里即选用此系列电动机。查取电动机参数。比较选择 Y 系列三项异步电动机在 2.2 节中求出工作机至少需要功率 3.25kW,在不小于此功率前提下,选取额定功率至少 4kW 的电动机,有如下备选型号 Y112M-2,Y112M-4,Y132M1-6,Y160M1-8,其中Y112M-2 型磁极少体积小,价格较低,但其转速高会使传动比增大;Y160M1-8 型转速低,磁极多,重量大,成本高,这两种电动机不宜在此处选用,通过比较选用 Y112M-4-B3 型电动机。扭转转矩:2.2,额定转矩:2.32.1 传动装置总体传动比的确定及传动比的分配总传动比 9.1i2.2 确定各轴转速、转矩2.2.1 转速计算1) 小锥齿轮轴转速 min/140rn2) 大锥齿轮转速 i/8.7369.12ri2.2.2 转矩计算1) 对电动机轴: mNnPTdd 1.540.502) 对各转动轴:功率: kWd 72.98.7.4813kWP68.09.072.5712 转矩: mNiTd 41.0.841223 各齿轮的设计计算3.1 减速器内锥齿轮的设计计算3.1.1 选定齿轮精度等级、材料热处理方式及齿数本运输机工作速度、功率都不高,故选用 8 级精度。1) * 选择小齿轮材料为 40Gr,调质处理,硬度 270HBS,大齿轮材料为45 号钢,调质处理,硬度为 230HBS,二者硬度差为 40HBS。2) 选取小齿轮齿数 Z1=20,*初步确定传动比为 U1=1.9 则大齿轮齿数 Z2= U1 Z1=1.92038 此时传动比 9.12zu3.1.2 按齿面接触疲劳强度计算锥齿轮以大端面参数为标准值,取齿宽中点处的当量齿轮作为强度计算依据进行计算。3.1.2.1 设计齿轮3 2121 )5.0()(9.2UTKZdRRtHET 1) 初拟载荷系数 ,取齿宽系数.t 3.02) 弹性影响系数 EZ查得 218.9aEMP3) 应力循环次数使用期: h4806350911 1087.31hHNjLn22 574) 按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限为:4小齿轮: ;大齿轮:aHMP601limaHMP502lim5) 接触疲劳强度寿命系数*,选用线型 1(允许少量点蚀)查得:;9.1HNK94.2HN6) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%,安全系数 S=1,由课本式 10-12 得aHNMPS609.1lim1aHK54.2li23.1.2.2 参数计算1) 试计算小齿轮(大端)分度圆直径 ,代入较小的 有:1td2H32121t )5.0(9.2dUTKZRtHE)( m65.80.)3.(.9781.3 22 )(2) 计算平均圆周速度由*,求平均分度圆直径 dRtmit 564.79)3.01(65.80).1( 3) 计算载荷系数使用系数:由*,取 .KA动载系数:由*,按 9 级精度查取, 1.23V齿间载荷分布系数: 取 1 HF齿向载荷分布系数: eHK5.K其中,轴承系数由*查得 2eH所以 87.15. FH5综上,载荷系数 HVAK 537.28.1023.14) 校正分度圆直径,由*mKdt 80.25376.8031模数 zm41取标准值 m=4mm3.1.3 齿轮部分相关参数1) 由分度圆直径计算齿轮 20481mdZ389.12u2) 最终传动比 .03812Z3) 由齿数球分度圆直径 841md15232Z4) 锥距 R,由*mud502.912.6721 齿宽 bR650.913.圆整取 m261b825) 计算 * 2tanu则 62.41o5.tanrr64.1902163.1.4 校核齿根弯曲疲劳强度1) 确定弯曲强度载荷系数,与接触强度载荷系数相同 537.28.1023.1FVAK2) 确定齿形系数 ,应力校正系数 ,*:YSY53.21F 6.1S8523) 确定弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 ,寿命系数查*1.4 S查得: 8601FNk8.02FNk疲劳极限应力,由*查得: a15MPFEaFEP32*可求出许用应力 aFENFSK86.14.08611 aFEF MP57.23.224) 校核弯曲强度轮齿所受切向力 ,由*,有tNdTFRmtt 436.80).501(.6792)5.01(212 *校核111 92.8)3.051(.2843.)5.0( FaRsaFtF MPbYK 2212 5.14).(.67.).( FaRsaFtFm弯曲强度满足要求。以上所选参数合适,至此减速器内锥齿轮转动设计完毕。73.1.5 锥齿轮转动数据汇总表 3-1 齿轮的参数12Table 3-1 gear parameters 12名称 代号 小齿轮 大齿轮分度圆直径 d 80 152齿数 z 20 38大端模数 m 4节锥角 27.759o 62.241o锥距 R 85.882齿宽 b 26齿距 p 12.56工作齿高 h 6.8齿高 h 7.552齿顶高 4.528 2.272齿根高 f 3.024 5.28顶隙 c 0.725齿跟角 f2.017o 3.518o齿顶角 3.018o 1.515o顶圆锥角 30.777o 63.756o跟圆锥角 f 25.742o 58.723o齿顶圆直径 d88.014 154.116冠顶距 kA73.891 37.989大端分度圆弧齿厚s 7.583 4.977法向侧隙 nj 46齿轮材料为 20Cr 且经渗碳淬火,接触材料系数:KHC=0.86 8弯曲材料系数 KFC=0.97。 考虑小齿轮的分度圆直径相对于传动轴的直径差别并不是很大,而且为了保证更好的传动精度,在本次设计中将小齿轮和传动轴设计成一个齿轮轴。齿轮轴上的小齿轮与大齿轮安装时保证它们之间存在一定的间隙,这个间隙用铅丝检验,保证间隙不小于 0.16mm 并且不大于 0.64mm。3.1.6 核算转速,转矩表 3-2 各轴运动、动力参数表Table 3-2 of the axis, dynamic parameter list参 数 转速 n(r/min) 功率 p(KW) 转矩( )mN轴 1440 1.944 19.52轴 571.66 2.770 46.28轴 87.60 2.687 293.023.1.7 锥齿轮结构示意图图 3-3 锥齿轮结构示意图Figure 3-3 Schematic diagram of bevel gear94 轴的设计4.1 小锥齿轮轴(轴)的设计4.1.1 作用在小齿轮上的力切向力:前面已求出 NFt436801径向力: Ntr 197.23064.1cos20tan436.8cosan11 轴向力: ta ii1 4.1.2 小齿轮轴上的参数表 4-1 小齿轮轴参数表Table 4-1 Parameter Table pinion shaft功 率 kWP94.21转 速 min/0rn扭 矩 NT5.14.1.3 初步确定轴的最小直径先按*初步估算轴的直径,这里选取轴的材料为 45 号钢,调质处理。根据*,取 ,于是有15Amnpd60.149.2331min 安装联轴器处轴的直径最小4.1.4 联轴器的选用为减小传动间的振动,使传动更平稳,及补偿电动机轴与小齿轮轴可能存在的相对位移并根据传递功率、转矩的大小这里选用弹性套柱销联轴器。10由课本有,连轴器的计算转矩公式: TKAca查*,取 ,则有:5.1AKmNca 289.T根据 ,查手册(GB/T4323-2002) ,*已知电动机输出轴直径为 28mm,而能与 28mm 轴配合的弹性套柱销联轴器的最小型号为 LT4,此型联轴器的最小孔径为 20mm,这里就选用 LT4 型弹性套柱销联轴器,其公称转矩为 ,与小齿轮配合的半联轴器孔径 ,63 mdI20所以轴段-直径为 ,半联轴器长度 L=52mm,与轴配合的毂孔长md20度 L1=38mm。图 4-2 联轴器示意图Figure4-2 Coupling diagram4.1.5 轴的结构设计4.1.5.1 拟定轴上零件的装配方案通过对轴及轴系零件的安装的可行性,难易程度的比较,对轴上零件的定位,轴的结构工艺性优劣的分析,以及对现有方案的类比,现使用如下装配方案: 11图 4-3 装配方案图Figure 4-3 Figure assembly scheme4.1.5.2 根据轴向定位的要求,硬度轴各段直径和长度1) 前已得到 ,半联轴器右端以轴肩定位,所以取md20,连轴器左端用轴端挡圈定位,型号为:挡圈 GB/T891 628,半联轴器与轴配合的毂孔长度 L1=38mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故-段的长度应比 L1略短,现取。L32) 初步选择滚动轴承因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承,参照工作要求并根据 ,查取手册表 6-7,由轴承产品目录md26中初步取基本游隙组,标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30206,其尺寸。故, ,TDd5.1730 md30,mL16L43) 轴承端盖的总宽度为 25mm,根据轴承端盖的装拆,取端盖的外端面与半 联轴器右端面间的距离 L=30mm 故取 L64) *由轴承的轴向定位需求取 ,长度初步取为md3 L805) 安装小锥齿轮处轴段的直径 2由*,齿轮轮毂长计算式 L=(11.2)d,即 L=1.222=26.4mm。但,小齿轮齿宽已为 32mm,所以轮毂长应大于 32mm,于是取轮毂长为 40mm也由手册表 11-7,可求出轮毂外径: 。圆md2.356.1.1整取 。md361小齿轮与箱体内壁应有一定距离避免干扰,同时小齿轮与轴承的距离应尽量小,以改善受力,综合考虑,取 ,小齿轮右端伸L0出轴右端 2mm,小齿轮与轴承间用一挡油环定位。至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。126) 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器于轴的周向定位全采用平键连接。*,轴-段使用键位 GB/T 1096 键 6625,半联轴器与轴向配合为 ;轴-67KH段使用键为 GB/T 1096 键 C6636,为保证齿轮与轴配合有良好的对中性,选择齿轮毂与轴的配合为 ;滚动轴承周向定位由过渡配合保67nH证,选用轴直径的公差为 m6。4.1.6 求轴上的载荷图 4-4 小齿轮轴上载荷图Figure 4-4 pinion shaft load diagram13对于 30206 型圆锥滚子轴承,由*查得 a=13.8mm。固此可求得作为筒与梁的轴的支撑跨距 L2+L3=87mm+49mm=136mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图,即如上图(b)(c) (d)所示。从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面 C 是轴的危险截面。截面 C 处的各种受力值列表如下:表 4-2 截面 C 处的受力参数列表Table 4-2 cross-section C at the force parameter list载 荷 垂直面 V 水平面 H支反力F(N) 234.81N6702V 531.91NF7282H弯矩 )( mM 358.4119.652M总弯矩 )( N 4.372HVC扭矩 )(T 50.19T4.1.7 按弯扭合成应力校核轴的强度这里只校核危险截面 C 的强度。*及上表中的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循动循环变应力,取折合系数 6.0首先计算截面 C 的抗弯截面系数 W333719.26502mdWc轴的计算应力aacca MPTM726.13719.2650)2(4.3)(212 该轴材料为 45 号钢,调质处理,由*查得许用应力 因此,a01,故安全。1ca144.2 大锥齿轮轴(轴)的设计4.2.1 作用在大齿轮上的力 由前对小齿轮受力的计算结果及两齿轮间的作用与反作用对应关系有: NFra197.23012r46tt .812大齿轮上运动动力参数功率 转速 KWP70.2min2571rmNT28.464.2.2 类似轴的设计过程初步估算最小直径AdNP47.19537.23min2安装输出联轴器的直径最小4.2.3 轴的结构设计4.2.3.1 拟定轴上零件的装配方案(见图 4-3)4.2.3.2 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度1) 为了满足半联轴器的轴向定位要求,轴右端制出一轴肩,故取段的直径 左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直md26径 D28mm,段 的长度应比 略短,取 。1Lm502) 初步选择滚动轴承因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚动轴承,参照工作要求并根据 ,查*初步选取:基本游隙组,标准精度级的单列md26圆锥滚动轴承 30206,其尺寸 ,故mTDd25.17630;滚动轴承采用长为 10mm 的挡油环右端定位,取d30。由手册查询,取l183) 取安装齿轮处的轴段的直径 ,齿轮左端以轴套定位,d34轴肩的高度 h0.07d,取 h=4mm,则轴环直径 。轴环宽度m215,取 。hb4.1ml84) 轴段参考前一根轴设计原则,取 ml655) 考虑齿轮与箱体壁间距,与轴承的安装,取 ,齿轮轴与3轴承间的挡油环长度取 15mm,外径取 40mm6) 综合考虑,减速器的对称及空间需求取 l80至此,以初步确定了轴的各段直径和长度。图 4-5 大齿轮轴结构示意图Figure 4-5 Schematic diagram of the gear shaft7) 轴上零件的周向定位齿轮,半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。由手*得所选平键尺寸,半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周mlhb406 67KH向定位由过渡配合来保证,选取轴的直径尺寸公差为 m8) 确定轴上圆角和倒角尺寸,参考课本表 15-2取轴端倒角为 ,轴肩 圆角均为 R1.6,其余为 R1。4514.2.4 求轴上载荷16图 4-6 大齿轮轴上载荷图Figure 4-6 the gear shaft load diagram对于 30206 型圆锥滚子轴承,由*a=13.8mm。因此可求得作为筒与梁的轴的支撑跨距 L2+L3=52mm+104mm=156mm,根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图,即如上图所示。从轴的机构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面 C 是轴的危险截面。C 处各面的弯矩值列表如下17表 4-3 截面 C 处弯矩值列表Table 4-3 lists the value of cross-section C at the moment载 荷 垂直面 V 水平面 H支反力 F(N) 624.531N82V 51.671NF2H弯 矩 )( mNM 4.35V .801M6792H总弯矩 )( 35.4211V822H扭 矩 )( mNT 60T4.2.5 按弯扭矩合成应力校核轴的强度这里只校核危险截面 C 的强度,根据课本式(15-5)及上表中的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取 =0.6,轴的计算应力其中抗弯截面aca MPWTM561.279.340)680()5.21()( 22 系数 W 由式 计算dtb)(32前已选定轴的材料为 45 号钢,调质处理,由课本表 15-1 查得,因此 ,故安全。aMP6011ca4.2.6 精确校核轴的强度4.2.6.1 判断危险截面考查图 a、图 b、图 d 可知,从应力集中且 M、T 又较大考虑,截面和C 截面都有较大的合弯矩,但 C 截面处键槽引起的应力集中较小,键槽引起的应力集中是在键槽两侧,键槽引起的应力集中小于轴肩和过盈配合,故把危险断面定在处,在处左侧是轴肩应力集中,在处右侧是过盈应力集中由于截面 IV 处受的载荷较大,直径较小,所以判断为危险截面。4.2.6.2 截面左侧18抗弯截面系数 3335.42871.0. mdW抗扭截面系数 2T截面左侧的弯矩 M 为 N549.16058.36.214截面上的扭矩 T2 为: m2截面上的弯曲应力 aab MPW70.25.487截面上的扭转切应力 aaTb 39.602轴的材料为 45 号钢,调质处理,由*15-1 查得抗拉强度极限 ,aBP640抗弯疲劳极限 ,剪切疲劳极限 截面上由于轴肩而形成aMP2751aMP15的理论应力集中系数 ,按*附表 3-2 查取。因 , ,经带值后查得。03.dr2.106dD.271又由*附图 3-1 可得轴的材料的刚性系数为3.0q8.0q故有效应力集中系数,由课本式(附 3-4)有 94.1)3.2(7.1)(1K5680zq由附图 3-2 的尺寸系数 ;.由附图 3-3 的扭转尺寸系数 轴按磨削加工,由附图 3-4 的 3 表面质量系数为92.0轴末径表面强化处理,即 ,则按式(3-12)及式(3-12a)得综合系数为1q493.2.08.41kK19860.192.08.561kK又有碳钢的特性系数,取.0.计算安全系数 值,按课本式(15-6)(15-8)得caS 750.41.07.2493.51 maK .32986.1Sa 5.10.47.35.40222 Sca故可知其安全4.2.6.3 截右侧抗弯截面系数 W 按表 15-4 中的公式计算 3332.54871.0. md抗扭系数 333.092T弯矩 M 及弯曲应力为 N54.160ab MPW15.2.87扭矩 T2及扭转切应力为 mN460aTP217.41982过盈配合处的 ,由*附表 3-8 用插值法求出,并取k k5.2 25.80轴按磨削加工,由*附图 3-4 得表面质量系数为2092.0故得综合系数为 587.219.051kK2所以轴在截面右侧的安全系数为 260.51.0.2587.1 maKS 4.327.52.40.1a 5.1836.5222 SSrca故该轴在截面右侧的强度也是足够的。该轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性,故不对轴进行静强度校核。5 轴承和键的选择215.1 轴承的选取a 作为机座的支承原件,必须能够承受较大的轴向载荷。在这里选用推力球轴承11 ,轴承的型号为 51209。表 5-1 轴承 51209 的主要技术参数Table5-1 bearing the main technical parameters of 51209基本额定 极限转速 r/min轴承代号 动载荷 Ca/KN静载荷 Coa/KN脂润滑 油润滑51209 47.8 105 2200 3400b 齿轮轴上轴承的选取:考虑到齿轮轴上两个轴承的安装问题,在轴的齿轮端安装直径稍大的轴承。选取圆锥滚子轴承,型号为 30206 和 30207。表 5-2 齿轮轴上轴承的主要技术参数Table5-2 gear shaft bearing the main technical parameters基本额定 极限转速 r/min轴承代号 动载荷 Cr/KN静载荷 Cor/KN脂润滑 油润滑30206 43.2 50.5 6000 750030207 54.2 63.5 5300 6700c 传动轴上轴承的选取:传动轴上已经有一个推力球轴承来承受轴向载荷,在这里在选取一对轴承支撑传动轴的转动。选取滚子轴承,型号为 30210,表 5-3 传动轴上轴承的主要技术参数Table5-3 shaft bearing the main technical parameters基本额定 极限转速 r/min轴承代号 动载荷 静载荷 脂润滑 油润滑22Cr/KN Cor/KN30210 73.2 92.0 4300 5300轴承的校核由圆锥滚子轴承的工作条件可知其失效形式是,接触应力过大,产生永久性的过大的凹坑(即材料发生了不允许的永久变形) ,按轴承静载能力选择的公式为:机械设计13-17 0PSC其中 为当量静载荷, 为轴承静强度安全系数,取决于轴承的使用条件。0P按机械设计表 3-8 作连续旋转轴承,普通载荷,So=1-2 此处取 1.5.上轴承受纯径向载荷, 015()FN所以 0 015.273.2()SPCK因此轴承合适.下轴承受径向和轴向载荷, AYRXP00R 为径向载荷A 为轴向载荷X Y 分别为径向轴向载荷系数,其值按机械设计表 135 查取因为 所以 10XY0015PXRYAN所以 5.25()73.2()SNCK因此轴承合适齿轮轴上轴承受力很小,所以不用教核。轴承摩擦力矩的计算:如果 (C 为基本额定动载荷,P 为所受当量动载荷) ,可按机械设计手册第二版 (16.1-13)公式:80.12.35eR1023估算FdT5.0其中: 为滚动轴承摩擦因数,F 为轴承载荷,d 为轴承内径。查表机械设计手册第二版 表 16.1-29 得 01.,所以也可以用此公式估算所以 10.5.0150.2.165(.)TFdNM5.2.键的设计和计算选择键联接的类型和尺寸一般 8 级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求,应用平键.根据 d =55 d =6523查表 6-1 取: 键宽 b =16 h =10 =36222Lb =20 h =12 =50333校和键联接的强度查表 6-2 得 =110MPpa工作长度 36-16=2022bLl50-20=3033键与轮毂键槽的接触高度K =0.5 h =522K =0.5 h =633由式(6-1)得: 23210dlTp20.551.4p 33lKp .36. p两者都合适72.4CP24取键标记为:键 2:1636 A GB/T1096-1979键 3:2050 A GB/T1096-19796 刀盘和刀片的设计本设计刀盘刀片图如下所示:图 6-1 刀盘示意图Figure 6-1 Schematic cutter25图 6-2 刀片示意图Figure 6-2 Schematic diagram of the blade刀片选材和动平衡性说明:因 为 相 同 直 径 的 不 同 刀 具 的 破 裂 极 限 与 刀 体 质 量 、 刀 具 构 件 数 和 构 件 接触 面 数 之 间 的 关 系 , 经 比 较 发 现 , 刀 具 质 量 越 轻 , 构 件 数 量 和 构 件 接 触 面 越少 , 刀 具 破 裂 的 极 限 转 速 越 高 。 研 究 发 现 , 用 钛 合 金 作 为 刀 体 材 料 减 轻 了构 件 的 质 量 , 可 提 高 刀 具 的 破 裂 极 限 和 极 限 转 速 。 但 由 于 钛 合 金 对 切 口 的 敏感 性 , 不 适 宜 制 造 刀 体 , 因 此 刀 片 采 用 高 强 度 铝 合 金 来 制 造 刀 体 。在 刀 体 结 构 上 , 应 注 意 避 免 和 减 小 应 力 集 中 , 药 材 上 的 凹 槽 会 引 起 应力 集 中 , 降 低 刀 体 的 强 度 , 因 此 应 尽 量 避 免 药 材 表 面 的 不 平 整 。 同 时 , 刀体 的 结 构 应 对 称 于 回 转 轴 , 使 重 心 通 过 刀 片 的 轴 线 。 刀 片 和 刀 座 的 夹 紧 、调 整 结 构 应 尽 可 能 消 除 游 隙 , 并 且 要 求 重 复 定 位 性 好 。提 高 刀 片 的 动 平 衡 性 对 提 高 刀 片 的 安 全 性 有 很 大 的 帮 助 。 因 为 刀 具 的 不 平衡 量 会 对 主 轴 系 统 产 生 一 个 附 加 的 径 向 载 荷 , 其 大 小 与 转 速 的 平 方 成 正 比 。按 照 标 准 草 案 要 求 , 用 于 高 速 切 削 的 刀 片 必 须 经 过 动 平 衡 测 试 , 并 应 达 到ISO1940 1 规 定 的 G4.0 平 衡 质 量 等 级 以 上 要 求 。
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