2802 行星運(yùn)動(dòng)螺旋式混合機(jī)

2802 行星運(yùn)動(dòng)螺旋式混合機(jī),行星,運(yùn)動(dòng),螺旋式,混合 1行星運(yùn)動(dòng)螺旋式混合機(jī)設(shè)計(jì)第1章 緒 論1.1 選題背景及意義混合單元操作廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品、粉末冶金、涂料、電子、軍工、材料等領(lǐng)域及新材料技術(shù)領(lǐng)域，為保證固體粉末特別是對(duì)于有一定潮濕度和團(tuán)聚粘結(jié)傾向的半干粉料之間的均勻混合，混合機(jī)械設(shè)備的選擇至關(guān)重要。隨著納米技術(shù)的發(fā)展,粉體混合更顯示出它的重要性。本次設(shè)計(jì)的行星運(yùn)動(dòng)螺旋式混合機(jī)，它的容器呈圓錐形，有利于粉料下滑。容器內(nèi)螺旋攪拌器軸平行于容器壁母線，上端通過(guò)轉(zhuǎn)臂與螺旋驅(qū)動(dòng)軸連接。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，攪拌除自轉(zhuǎn)外，還被轉(zhuǎn)臂帶著公轉(zhuǎn)，這樣就使被混合物料既能產(chǎn)生垂直方向的流動(dòng)，又能產(chǎn)生水平方向的位移，而且攪拌器還能消除靠近容器內(nèi)壁附近的滯留層。因此這種混合機(jī)的混合速度快、混合效果好。很有研究的意義。1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)混合機(jī)基本上以采用上世紀(jì) 80 年代由合肥輕機(jī)（合肥中辰前身）引進(jìn)的日本三菱技術(shù)為主，但這一技術(shù)在大產(chǎn)量和自動(dòng)化控制上已經(jīng)顯出不足 [1]。隨著飲料工業(yè)的持續(xù)、健康發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)高端設(shè)備的需求也在不斷增加，且一直依賴進(jìn)口。 為了改變這一局面，我國(guó)憑借多年研究、制作混合機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，組織技術(shù)力量在廣泛學(xué)習(xí)國(guó)外最新技術(shù)的基礎(chǔ)上，從 1990 年至今，混合機(jī)從無(wú)到有,并逐漸形成規(guī)模生產(chǎn)，已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中并且已有少量出口 [2]。螺旋錐形混合機(jī)是我國(guó)設(shè)計(jì)制造的固體粉?；旌系男聶C(jī)種，經(jīng)過(guò)數(shù)十年發(fā)展，已形成系列產(chǎn)品 [3]。隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，1995 年蘭化公司化工機(jī)械廠借蘭化合成橡膠廠 ABS 裝置改擴(kuò)建之際，自行開(kāi)發(fā)、研制出具有目前先進(jìn)技術(shù)水平的 LHSY-11.5N 雙螺旋錐形混合機(jī)。1997 年初，該機(jī)正式投入使用。截止目前，該混合機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常、性能穩(wěn)定，整機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。我國(guó)混合機(jī)正向著更好更接近世界在發(fā)展 [3]。間歇、連續(xù)進(jìn)料混合機(jī)械以及單螺桿和雙螺桿擠出器是十九世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的混合器，主要用于食品工業(yè)和潤(rùn)滑油的抽提，隨著橡膠工業(yè)和汽車輪胎工業(yè)的發(fā)展，二十世紀(jì)初逐漸發(fā)展起密封系統(tǒng)的擠出機(jī)，錯(cuò)流雙螺桿混合器也隨之產(chǎn)生，直到 19802年對(duì)于間歇和連續(xù)混合器的機(jī)理研究才逐漸發(fā)展起來(lái)。工程師們面對(duì)許多問(wèn)題，如具有分離功能回旋軸混合器、含有絞合回旋桿分離器等的設(shè)計(jì)。眾多的連續(xù)式混合器的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，這些系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單螺旋擠出、錯(cuò)流雙螺旋桿擠出的效能，并且可以混合非常多的物種，這些混合器各有特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)合 [4]。德國(guó) Respecta 公司推出的 Vacu Cast 多組件混合機(jī)可進(jìn)行低壓排空且混合均勻，可將準(zhǔn)確測(cè)量的混合物從一混合噴嘴噴射到模腔里，還可以直接將混合物注射到模腔內(nèi)，該機(jī)與其他混合機(jī)相比其優(yōu)點(diǎn)是，混合固體和液體物質(zhì)以及排空工序均在單一組件內(nèi)進(jìn)行。Vacu Cast 混合機(jī)生產(chǎn)的混合物、填充劑和粘合劑的表面濕潤(rùn)度極佳特別是對(duì)粉狀顆粒不但能提高成品的拉伸力而且能提高抗腐蝕性 [4]。在美國(guó)靜止型混合機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)在的主流。該機(jī)結(jié)果簡(jiǎn)單、無(wú)死角很適合食品加工，它再現(xiàn)性良好、可準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)均勻混合，而且省維修費(fèi)用、省能源、省空間機(jī)體具有豐富的多樣性 [4]?；旌蠙C(jī)的專業(yè)廠家關(guān)東混合機(jī)工業(yè)公司，開(kāi)始出售一種升降型立式混合機(jī)，該機(jī)大大改善了作業(yè)條件，符合衛(wèi)生、安全標(biāo)準(zhǔn)。KTM-200 處于上升位置時(shí)的全高是 2,1 SOmm,運(yùn)行時(shí) 1. 500mm，寬為 1.230mm，全長(zhǎng) 1.700mmo 攪拌用電機(jī)容量是7.SKW，升降用 1.SkW、采用 4 級(jí)調(diào)速，各種轉(zhuǎn)速均在 30~300rpm 內(nèi)設(shè)定，機(jī)體為不銹鋼，易于沖洗，為防灰塵，制成密封型，改善了安全、衛(wèi)生、作業(yè)環(huán)境。當(dāng)然，成本有所提高，該公司正在努力降低成本，抑制價(jià)格上升 [5]。另外，該公司還開(kāi)始經(jīng)營(yíng)使用冷卻介質(zhì)、在攪拌物料過(guò)程進(jìn)行冷卻的世界第一臺(tái)“強(qiáng)制冷卻螺旋混合機(jī) ”。至今冷卻是通過(guò)噴射冷風(fēng)式 CO:進(jìn)行的，該機(jī)通過(guò)冷卻介質(zhì)的流動(dòng)，達(dá)到所希望的溢度，它還帶有表示物料溫度的溫度顯示裝置。包括全部規(guī)格的混合機(jī)、與攪拌容器、升降裝置等結(jié)合可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 [3]。粉研公司正在經(jīng)營(yíng)一種連續(xù)式噴射混合機(jī)。該機(jī)與供料器結(jié)合，在數(shù)秒內(nèi)可進(jìn)行粉狀物料的連續(xù)加沮、混煉、溶解、乳化，稱其為連續(xù)噴射混合裝置。該連續(xù)噴射混合裝置，采用了獨(dú)特的專利結(jié)構(gòu)，使氣液粉三相物料通過(guò)噴射混合，比率、混合精度高，品質(zhì)均勻一致，依靠物料的通過(guò)使其自潔，因在密閉環(huán)境中作業(yè)，無(wú)粉塵，無(wú)噪音。與卜機(jī)連動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)無(wú)人化，可大幅度地提高品質(zhì)，降低成本 [5]。連續(xù)式噴射混合裝置，采用獨(dú)特的連續(xù)加沮方式，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)手排面的味道，在食品制造過(guò)程中，加濕、混煉、溶解是必要的過(guò)程，面團(tuán)等的制作左右著產(chǎn)品的質(zhì)量、成本。面團(tuán)制作的秘訣，首要的是優(yōu)質(zhì)的水，在不需施加力的數(shù)秒內(nèi)，使一粒粒均勻濕潤(rùn)，使其釋放出天然的芳香，這樣即可作出超過(guò)手辮面的面。正確計(jì)量，均勻混是對(duì)所有坯料的要求，該機(jī)最先實(shí)現(xiàn)了這一理想 [4]。3第 2 章 機(jī)械傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)2.1 總體方案?jìng)鲃?dòng)方案要滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、傳動(dòng)效率、使用維護(hù)便利、工藝和經(jīng)濟(jì)性好等要求。經(jīng)過(guò)分析與比較,決定采用如圖 2.1 的運(yùn)動(dòng)方式：（a） （b）1-主軸 2、3-圓柱齒輪 4-蝸桿 5-蝸輪 6-轉(zhuǎn)臂 7-轉(zhuǎn)臂體8、9、11、12、13、14-圓錐齒輪 10-轉(zhuǎn)臂軸 15-攪拌器圖 2.1 行星運(yùn)動(dòng)螺旋式混合機(jī)電動(dòng)機(jī)通過(guò) V 帶帶動(dòng)輪將動(dòng)力輸入水平傳遞軸，使軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再由此分成兩路傳動(dòng)，一路經(jīng) 1 對(duì)圓柱齒輪 2、3，一對(duì)蝸輪蝸桿 4、5 減速，帶動(dòng)與蝸輪連成一體的轉(zhuǎn)臂 6 旋轉(zhuǎn)，裝在轉(zhuǎn)臂上的螺旋攪拌器 15 隨著沿容器內(nèi)壁公轉(zhuǎn)。另一路是經(jīng)過(guò)三對(duì)圓錐齒輪 8、9、11、12、13、14 變換兩次方向及減速，使螺旋攪拌器繞本身的軸自轉(zhuǎn)。這樣就實(shí)現(xiàn)了螺旋攪拌的行星運(yùn)動(dòng)。整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)路線如下：齒輪 2/齒輪 3→蝸桿 4/蝸輪 5→轉(zhuǎn)臂 6→螺旋攪拌器公轉(zhuǎn) 軸 1→圓錐齒輪 8/圓錐齒輪 9→圓錐齒輪 11/圓錐齒輪 12→圓錐齒輪 13/圓錐齒輪 14→螺旋攪拌器自轉(zhuǎn)4(2.1)(2.)(2.3)2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)的容量（功率）選得是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)容量小于工作要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能保證工作裝置的正常工作，或電動(dòng)機(jī)因長(zhǎng)期過(guò)載而過(guò)早損壞；容量過(guò)大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能量不能充分利用，且因經(jīng)常不在滿載下運(yùn)動(dòng)，其效率和功率因數(shù)都較低，造成浪費(fèi)。取工作機(jī)的有效功率為 Pw=5.5kW從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間的總效率 ?總= =0.808?43126?為 V 帶的效率； 為軸承的效率； 為齒輪的效率 1?2= =6.8 kW0pw?由此選擇 Y132 －2 型 Y 系列鼠籠三相異步電動(dòng)機(jī)。 =7.5 kW。其主要技術(shù)S P額數(shù)據(jù)、外形和安裝尺寸見(jiàn)表 2.1表 2.1 電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)、外形和安裝尺寸表型號(hào) 額定功率/ kW 滿載轉(zhuǎn)速 r/min 最大轉(zhuǎn)矩（額定轉(zhuǎn)矩）Y132 -22S7.5 2920 2.2外形尺寸/ mm×mm×mmL×(AB/2+AD)+HD中心高/mmH安裝尺寸 /mmA×B軸伸尺寸/ mm×mm×mmD×E475×350×315 132 216×140 38×802.3 分配各級(jí)傳動(dòng)比2.3.1 自轉(zhuǎn)部分電動(dòng)機(jī)選定后，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速 n m及工作軸的轉(zhuǎn)速 n w即可確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比i=n m /n w=2930/70=41.8具體分配傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：5(2.4).5(2.6)（1）各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比最好在推薦范圍內(nèi)選取，對(duì)減速傳動(dòng)盡可能不超過(guò)允許的最大值。（2）應(yīng)注意使傳動(dòng)級(jí)數(shù)少﹑傳動(dòng)機(jī)構(gòu)數(shù)少﹑傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，以提高和減少精度的降低。（3）應(yīng)使各級(jí)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸協(xié)調(diào)﹑勻稱利于安裝，絕不能造成互相干涉。（4）應(yīng)使傳動(dòng)裝置的外輪廓尺寸盡可能緊湊。為了使主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊，齒輪傳動(dòng)的外輪廓尺寸不宜過(guò)大，因而取傳動(dòng)比 i 帶 =3則i 減 = i/i 帶=41.8/3=13.95按展開(kāi)式布置，取 i1 齒 =1.4i2 齒計(jì)算得齒 =4.421i齒 =3.1622.3.2 計(jì)算自轉(zhuǎn)部分傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) I 軸 = /min1n293076.rmi?帶P1 = Po·η 帶 = 7.5 0.96 = 7.2 kW?T1 = N·m17.29500.496pn??II 軸 由公式（2.4） n2= /min17.2r4i齒由公式（2.5） P2 = ·η 軸 承 ·η 齒 輪 = 7.2×0.97×0.98 = 6.84 kW16由公式（2.6） T2 = N·m26.84950295.1pn??Ⅲ軸 n3=n2=221r/min由公式（2.5） P3= P2·η 軸 承 ·η 齒 輪 =16.84×0.97×0.98=6.5 kW由公式（2.6） T3= =280.97N·m36.59501pn??Ⅳ軸 由公式（2.4） n4= /min3270r.16i齒由公式（2.5） P4 = P3·η 軸 承 ·η 軸 承 ·η 齒 輪 = 18.46×0.97×0.98 = 6.2 kW由公式（2.6） T4 = N·m4.295084.970pn??2.3.3 公轉(zhuǎn)部分根據(jù) I 軸轉(zhuǎn)速 n 1及公轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速 n 6即可確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比i=n 1 /n 6=976.7/3=325.57=325.57i?直 蝸單級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比 8 取 i=5.3i直 ?單級(jí)蝸桿傳動(dòng)比 =10-80蝸所以= =325.57 5.3=61.4i蝸 i?直 蝸計(jì)算得=5.3i直=61.4蝸72.3.4 計(jì)算公轉(zhuǎn)部分傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) I 軸 n1 = /min976.rP1 =7.2 kWT1 = 70.4N·m蝸桿軸 由公式（2.4） n 蝸 = /min1976.5.3ri?直由公式（2.5） P 蝸 = ·η 軸 承 ·η 齒 輪 = 7.2×0.97×0.98 = 6.84 Kw1由公式（2.6） = N·mT蝸 6.849503.519n???蝸蝸公轉(zhuǎn)軸 由公式（2.4） = =3r/min蝸 i蝸蝸由公式（2.5） = ·η 軸 承 ·η 蝸 桿 =6.84×0.72×0.98=4.83 kWP公 蝸由公式（2.6） = =15375.5N·mT公 4.83950pn??公公2.4 本章小結(jié)分析并擬定了混合機(jī)傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，根據(jù)設(shè)計(jì)要求計(jì)算并選擇了電動(dòng)機(jī)的類型與型號(hào)，合理的分配了各級(jí)傳動(dòng)比，通過(guò)計(jì)算得出了公轉(zhuǎn)部分和自轉(zhuǎn)部分各傳動(dòng)軸的傳遞扭矩、功率和轉(zhuǎn)速。8(3.1)(3.2)(3.)(3.4)第 3 章 機(jī)械傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)3.1 帶輪的設(shè)計(jì)和校核1、 選擇 V 帶的型號(hào)取工作系數(shù) Ka=1.3 Pca=KaP=1.3×7.2=9.36 kW查參考文獻(xiàn)[6]得按 Pca=9.36 kW， =2920r/min1n選 B 型 V 帶2、 確定帶輪的直徑選取小帶輪的直徑 =132mm1d驗(yàn)算帶速V= d160N??= 329.4=20.25m/s為小帶輪直徑 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1d1NV 在 5～25m/s 內(nèi)，合適。dd2 =i(1- )dd1 =3×(1-0.001)=392.4mm?為帶的滑動(dòng)率，通常?。?%-2%）?dd2=375mm3、 確定中心距 a 和帶長(zhǎng) Ld0初選中心距 a0 0.7(dd1+dd2)≤a0 ≤2(dd1+dd2)a0 =700mm求 D 帶輪的計(jì)算長(zhǎng)度 L0L0=2a+ 1203.4()da??9(3.5)(3.6)(3.7)(3.8)(3.9)(3.10)=2217.5mm取 L0=2240mm4、 計(jì)算中心距 aa= 002dLa??= 17.54=689mm 5、 確定中心距的調(diào)整范圍=a+0.03ldmax=689+0.03×2217.5=755mm=a-0.015 ldmina=700-0.015×2217.5=667mm 6、 驗(yàn)算小帶輪的包角 α 1α1=180°- (dd2 -dd1 )×57.3°/a=160.4°﹥120°符合要求 7、 確定 V 帶的根數(shù) Zdd1=132mm 帶速 V=20.25m/s 傳動(dòng)比 i=3 查表得P0=3.83kW 功率增量 =1.04kWp?=4.63 符合取 Z=5 8、 計(jì)算 V 帶的初拉力Q=0.10㎏/m=??caolpZK???2051dvPFmz????2.（ ） K2..()0.7.5?10(3.1)=2232.71N=2×5×232.71×=2293.1NFmax=1.5Fq=3439.65N9、 帶輪采用孔板式結(jié)構(gòu)3.2 齒輪的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核3.2.1 自轉(zhuǎn)部分高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1、 選擇齒輪的材料、熱處理、精度(1) 齒輪材料及熱處理大小齒輪材料均為 20CrMnTi。齒面滲碳淬火，齒面硬度為 58~62HRC，有效硬化深度 0.5~0.9mm。經(jīng)參考文獻(xiàn)[9] 查得MPalim1li250hh??=900MPaliliF(2) 齒輪精度按 GB/T10095-1998，選擇 8 級(jí)精度，齒跟噴丸強(qiáng)化。2、 初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸因?yàn)橛昌X面齒輪傳動(dòng)，具有較強(qiáng)的齒面抗點(diǎn)蝕能力，故先按齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。(1) 計(jì)算小齒輪傳遞的扭矩= =0.704 N mmT150??(2) 確定齒數(shù)因?yàn)槭怯昌X面，故取 =20， = =20 4.41=881Z21i?Z?傳動(dòng)比誤差 i= =4.421Z=0.3% 5% 允許。4.10.3i????02sinqz???160.4211(3.12)(3.1)(3.14)(3) 初選齒寬系數(shù) R?=b/R 設(shè)計(jì)時(shí)通常取 = 又取R1312b?b 為錐齒輪工作寬度R 為錐距(4) 確定分錐角 12?小齒輪分錐角= =12.93112arctnZ（ ） ?大齒輪分錐角=90 =77.072?3???(5) 載荷系數(shù) tK試選載荷系數(shù) =1.44 t(6) 齒形系數(shù) 和應(yīng)力修正系數(shù)FY?SY?當(dāng)量齒數(shù) =17.51cosVZ??=3352V查參考文獻(xiàn)[9]得 =2.97 =1.521FY?1S?=2.06 =1.9722(7) 許用彎曲應(yīng)力安全系數(shù) =1.6 一般 =1.4~1.8FSFS工作壽命為 1 班制，三年，每年工作 300 天。則小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)= = =8.4391N60hnkt1976.(3018)??810?12(3.15)(3.16)(3.17)(3.18)(.9)則大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)= =1.194 12Nu?8.4390?81查參考文獻(xiàn)[9]得 壽命系數(shù)10.89NY?20.N許用彎曲應(yīng)力 ??limFNFYS??MPalim1li290F??所以= =505.625MPa??1lim1FNFYS??90.816?= =517.5MPa2li22.(8) 計(jì)算模數(shù) n ??132214()(0.5)FSRRYKTZu??????式中：載荷系數(shù) K=1.44 齒數(shù)比 u=4.41 扭矩 =1.998 N 齒形系數(shù) =2.971T50?m? FY?齒寬系數(shù) =1/3 應(yīng)力修正系數(shù) =1.52R?S3.2nm?查參考文獻(xiàn)[9]得，圓整標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)取 m=4.5。(9) 初算主要尺寸初算中心距 a= = =205mm12()nmZ?4.5(0+8)2?分度圓直徑 =4.5 20=90mm1nd?=4.5 88=391mm2Z?13(3.20)(3.21)(3.2)齒寬 (取整 )13b?=20321nRmZ??=65mm12?= =0.32R?b(10) 驗(yàn)算載荷系數(shù) K圓周速度=3.48m/s160dnV???查參考文獻(xiàn)[9]得 動(dòng)載系數(shù) =1.25=0.32 65mmR?1b?查參考文獻(xiàn)[9]得 =1.074 HK?又 b/h= =6.572.nm查參考文獻(xiàn)[9]得 齒向載荷分布系數(shù) 1.095 FK??使用系數(shù) 工作機(jī)輕微沖擊，原動(dòng)機(jī)均勻平穩(wěn)，所以查參考文獻(xiàn)[9]得AK=1.25。A齒間載荷分布系數(shù) 1.0F??載荷系數(shù) 1.78AVFHKK????則引用公式（3.17）m ??132214()(0.5)FSRRYTZu??????=4.0?nm所以滿足齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度。3.2.2 齒輪的校核設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)在具體工作情況下，必須有足夠的工作能力，以保證在整個(gè)壽命14(3.2)期間不致失效，所以要對(duì)齒輪進(jìn)行校核。校核大齒輪 =H?314ERRKTZdu?2（ -0.5）由參考文獻(xiàn)[9]確定式中各系數(shù)：節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) =2.5 彈性系數(shù) =189.8 HZEMpa載荷系數(shù) K=1.44 轉(zhuǎn)矩 =0.704 N mmT510??齒寬系數(shù) =0.33 分度圓直徑 =391mm R?d齒數(shù)比 =4.41 u計(jì)算得 =538.5MPa H?= =1500 1.15 1.24=1391.1 MPa??limhNZS?100mm 時(shí)，單鍵槽增大 3％，雙鍵槽增大 7％；d 100mm 時(shí)，單鍵槽增大 5％～7％，雙鍵槽增大?10％～15％。最后對(duì) d 進(jìn)行圓整。（1）高速軸 材料選用 45 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為 217-255HBS。按扭矩強(qiáng)度計(jì)?算，初步計(jì)算直徑查表 A=110。d A =30.3mmmin?P3由于軸開(kāi)鍵槽會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，故需增大軸徑 5%-7% 所以最小軸徑mm。取 =35mm 。min32d?1D（2）軸Ⅱ材料選用 45 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為 217-255HBS。按扭矩強(qiáng)度計(jì)算，初步計(jì)算直徑查表 A=110。d A =48.9mmmin?P3由于軸開(kāi)鍵槽會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，故需增大軸徑 5%-7% 所以最小軸徑mm。取 =55mm 。min52d?1D（3）軸Ⅲ材料選用 45 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為 217-255HBS。按扭矩強(qiáng)度計(jì)算，初步計(jì)算直徑查表 A=110。d A =48.1mmmin?P3由于軸開(kāi)鍵槽會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，故需增大軸徑 5%-7% 所以最小軸徑26mm。取 =52mm 。min50d?1D（4）軸Ⅳ材料選用 45 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為 217-255HBS。按扭矩強(qiáng)度計(jì)算，初步計(jì)算直徑查表 A=110。d A =68mmmin?P3由于軸開(kāi)鍵槽會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，故需增大軸徑 5%-7% 所以最小軸徑mm 取 =75mm。 min74d?1D3.4.3 各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定1、 各軸段的直徑階梯軸各軸段直徑的變化應(yīng)遵循下列原則：（1）配合性質(zhì)不同的表面（包括配合表面與非配合表面） ，直徑應(yīng)有所不同。（2）加工精度、粗糙度不同的表面，一般直徑亦應(yīng)有所不同。（3）應(yīng)便于軸上零件的裝拆。通常從初步估算的軸段最小直徑 d 開(kāi)始，考慮軸上配合零部件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸、結(jié)min構(gòu)特點(diǎn)和定位、固定、裝拆、受力情況等對(duì)軸結(jié)構(gòu)的要求，一次確定軸段的直徑。具體操作時(shí)還應(yīng)注意以下幾個(gè)方面問(wèn)題：（1）與軸承配合的軸頸，其直徑必須符合滾動(dòng)軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)系列。（2）軸上螺紋部分必須符合螺紋標(biāo)準(zhǔn)。（3）軸肩定位是軸上零件最方便可靠的定位方法。軸肩分定位軸肩和非定位軸肩，定位軸肩通常用于軸向力較大的場(chǎng)合。（4）定位軸肩是為加工和裝配方便而設(shè)置的，其高度沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定。與軸上傳動(dòng)零件配合的軸頭直徑，應(yīng)盡可能圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑尺寸系列。（5）非配合的軸身直徑，可不取標(biāo)準(zhǔn)值，但一般應(yīng)取成整數(shù)。2、 各軸段的長(zhǎng)度各軸段的長(zhǎng)度決定于軸上零件的寬度和零件固定的可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）軸頸的長(zhǎng)度通常于軸承的寬度相同。（2）軸頭的長(zhǎng)度取決于與其相配合的傳動(dòng)輪轂的寬度。（3）軸身長(zhǎng)度的確定應(yīng)考慮軸上各零件之間的相互位置關(guān)系和拆裝工藝要求，各零件間的間距查參考文獻(xiàn)[10]。軸Ⅰ軸Ⅱ軸Ⅲ軸Ⅳ及蝸桿軸的布置方案與具體尺寸分別如圖所示27圖 3.1 Ⅰ軸圖 3.2 Ⅱ軸圖 3.3 Ⅲ軸?28(3.8)圖 3.4 Ⅳ軸圖 3.5 蝸桿軸3.4.4 軸承的選擇選擇滾動(dòng)軸承的類型，一般從載荷的大小、方向和性質(zhì)入手。在外廓尺寸相同的條件下，滾子軸承比球軸承承載能力大，時(shí)用于載荷較大或有沖擊的場(chǎng)合。當(dāng)承受純徑向載荷時(shí)，通常選用徑向接觸軸承或深溝球軸承；當(dāng)承受純軸向載荷時(shí)，通常選用推力軸承；當(dāng)承受較大徑向載荷和一定軸向載荷時(shí)，可選用角接觸球軸承。根據(jù)軸的應(yīng)用場(chǎng)合可知，軸主要既受到的徑向力又受到軸向力。查詢常用滾動(dòng)軸承的性能和特點(diǎn)，選擇角接觸球軸承。角接觸球軸承的性能特點(diǎn)：當(dāng)量摩擦系數(shù)較小，高轉(zhuǎn)速時(shí)可用來(lái)承受較大的軸向負(fù)荷。Ⅰ軸選擇 7010AC Ⅱ軸選擇 7011AC Ⅲ軸選擇 7012ACⅣ軸選擇 7015AC 蝸桿軸選擇 7010AC 3.4.5 鍵的選擇Ⅰ軸選擇 A 型鍵，公稱尺寸為分別為 10x90、12x40 。Ⅱ軸選擇鍵的公稱尺寸為分別為 A18x60、C16x28。Ⅲ軸選擇鍵的公稱尺寸為分別為 C16x25、16x32。Ⅳ軸選擇 A 型鍵，公稱尺寸為 22x70。蝸桿軸選擇 A 型鍵，公稱尺寸為 16x36。3.4.6 軸的受力分析和剛度校核對(duì)Ⅳ軸來(lái)說(shuō)所受轉(zhuǎn)矩最大所以對(duì)它進(jìn)行校合。 482.9NmT??341065tFd??29??max 1316428.9MPa45Pa0.75eMW???????? (3.9)40(3.41)(3.42)(3.4)Y XZRV1RH1VF6trF6aRH2VT 2V1RV1r6aH2VM X23N.m105MH140N.mM236F6tT256N.m a)b)c)d)e4tancos16530tan2cos14620NrF????????4taF?1、做出軸的空間受力簡(jiǎn)圖（圖 3.6 a） 2、做出垂直面受力、彎矩圖（圖 3.6 b） 。 RV1=7107.7N , RV2=3551.8N。3、做出水平面受力、彎矩圖(圖 3.6 c)。 RH1=17511N, RH2=17511N。 4、求出合成彎矩，并畫(huà)出合成彎矩圖（圖 3.6 d） 。m2222maxaxmax93013NVHM??????5、做出扭矩圖（圖 3.6 e） T=2256.6N.m6、求出當(dāng)量彎矩 Memax 取 6.0??m????2 222max93.5614Ne?????7、校核軸的強(qiáng)度查參考文獻(xiàn)[10] 得 ??P1?30(3.4)(3.4)(3.46)5圖 3.6 軸的載荷和彎矩分布圖所以軸合格。 3.4.7. 軸承壽命核算1、 初選軸承型號(hào)由工作條件初選軸承 7015AC，由參考文獻(xiàn)[8]查得該軸承的Cor=46500N， Cr=49500N。2、 求 Fr1,Fr2由 2156NAVHR??278B?得 Fr1= =11156NAFr2= =7885NBR3、 計(jì)算 Fa由參考文獻(xiàn)[10] 得，軸承內(nèi)部軸向力S=0.68Fr=0.68x Fr=7586N 1S=0.68x F=5361.8N2= =7586N = -3516=4070N1aF2aF1S4、 計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 P（1）查參考文獻(xiàn)[10] 得 e=0.68（2） , 由參考文獻(xiàn)[10]13560.32ar e??23516780.4arFe??查表，則 =1， =0。2X1Y（3）求 P1,P2 由參考文獻(xiàn)[10] ，f p=1.2~1.8，取 fp=1.2,所以13387.2N??11.2156rafXFY????9462N2278pr5、 計(jì)算軸承的基本額定壽命 hL31(3.47)(3.48)(3.49)(3.50)(3.54)(3.52)(.)(.1)（取 =10000 小時(shí)，P 取大值）,hL=11905h>663104950()()78.2hCn??,hL所以，初選軸承 7015AC 符合要求，可以確定。3.4.8. 鍵校核齒輪傳遞的扭矩為 2256N m，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為 2256N m。直徑、鍵高及鍵長(zhǎng)分別? ?為：d 1=75mm,h=14mm,b=22，l 1=70mm 根據(jù)鍵連接的擠壓強(qiáng)度公式，它的擠壓應(yīng)力為p?61.4MPa312561074pTdhl????=60~90MPa,故所選鍵均滿足強(qiáng)度條件。??p?3.4.9 轉(zhuǎn)臂的校核由于轉(zhuǎn)臂承受徑向力所以對(duì)轉(zhuǎn)臂校核彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核和彎曲剛度進(jìn)行校核。彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式為=max?axZMyI式中：為彎矩 為極慣性矩 為距中心軸最遠(yuǎn)的表面MZI maxy確定式中各參數(shù)9.5V?3??=72.9kgFmg??=729NF LM?=21900MPaZI?4(1)32D???32(3.56)(.7)(3.5) =85 ??dD =0.8經(jīng)計(jì)算得 157.6MPa有參考文獻(xiàn)[6]得 =290MPa??t?< 所以合格。max???t彎曲剛度用軸的撓度 w 或偏轉(zhuǎn)角 來(lái)度量，其計(jì)算公式為? w≤[w] ≤[ ]查文獻(xiàn)[10]得軸的變形許用值 ，得[y]=0.0002L ，[ ]=0.005rad?≤[w]=0.0002L=0.066mm2287930.15FlwmEI?????[ ]=0.005 rad228.45lI???所以強(qiáng)度剛度合格。3.5 本章小結(jié)本章著重說(shuō)明了混合機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。對(duì)V 帶、帶輪、各級(jí)齒輪、蝸輪蝸桿、各傳動(dòng)軸以及軸承的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。33第4章 尺寸公差與配合的選用公差與配合的選擇是機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中至關(guān)重要的一環(huán)。公差與配合的選用是否恰當(dāng)，對(duì)機(jī)械的使用性能和制造成本都有很大的影響，有時(shí)甚至起決定性的作用。因此，公差和配合的選擇，實(shí)際上是尺寸的精度設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)工作中，公差和配合的選用主要包括配合制、公差等級(jí)和配合種類。4.1 配合制的選擇選用配合制時(shí)，應(yīng)從零件的結(jié)構(gòu)、工藝、經(jīng)濟(jì)幾方面來(lái)綜合考慮，權(quán)衡利弊。一般情況下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用基孔制配合。因?yàn)榭淄ǔＳ枚ㄖ档毒撸ㄈ玢@頭、絞刀、拉刀等）加工，用極限量規(guī)檢查，所以采用基孔制配合可以減少孔公差帶的數(shù)量，大大減少用定值刀具和極限量規(guī)的規(guī)格和數(shù)量，顯然是經(jīng)濟(jì)和合理的。有些情況下應(yīng)采用基軸制配合比較合理。例如：（1）在農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械等制造中，有時(shí)采用具有一定公差等級(jí)的冷拉鋼材，外徑不需要加工，可直接做軸。在此情況下，應(yīng)選用基軸制配合。（2）在同一基本尺寸的軸上需要裝配幾個(gè)具有不同配合性質(zhì)的零件時(shí)，應(yīng)選用基軸制配合。（3）與標(biāo)準(zhǔn)件相配合的孔和軸，應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)件為基準(zhǔn)件來(lái)確定配合制。切斷軸的軸徑由于與滾動(dòng)軸承（標(biāo)準(zhǔn)件）的內(nèi)圈相配合，應(yīng)選用基孔制的配合，而和滾動(dòng)軸承外圓配合的孔則應(yīng)選用基軸制配合。4.2 公差等級(jí)的選擇選用公差等級(jí)時(shí)，要正確處理使用要求、制造工藝和成本之間的關(guān)系。因此，選用公差等級(jí)的基本原則：在滿足使用要求的前提下，盡量選用低等級(jí)的公差等級(jí)。選用公差等級(jí)時(shí)，還因考慮以下問(wèn)題：（1）相關(guān)件和配合件的精度。（2）加工成本。4.3 配合的選擇選擇配合主要是為了解決結(jié)合零件孔與軸在工作時(shí)相互關(guān)系，以保證機(jī)器正常工作。34間隙配合主要用于結(jié)合件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的配合（包括旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向滑動(dòng)） ，也可用于一般的定位配合。過(guò)盈配合主要用于結(jié)合件沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的配合，過(guò)盈配合不能拆卸。過(guò)渡配合主要用于定位精確并要求拆卸的相對(duì)靜止的聯(lián)結(jié)。在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能選用優(yōu)先配合和常用配合。確定配合制之后選擇配合的大小確定軸和孔的基本偏差代號(hào)，同時(shí)確定基準(zhǔn)件及配合件的公差等級(jí)?；字?、 和 為常用間隙配合，零件可自由裝拆，而工作時(shí)一般靜止不動(dòng)，67hH8f79在最大實(shí)體條件下的間隙為零，在最小實(shí)體零件下的間隙由公差等級(jí)確定。 為常76Hk用過(guò)度配合， 為常用的過(guò)盈配合，因此選擇這種配合。76p4.4 本章小結(jié)本章對(duì)傳單機(jī)構(gòu)所采用的配合制、公差等級(jí)及配合的選擇進(jìn)行了闡述，從而保證了傳動(dòng)的精度。35(5.1).2(3)5.4(.6)第 5 章 箱體的設(shè)計(jì)5.1 零件的位置尺寸 1122332365m()0 0.5650m 1579.60sbBall???????????小 齒 輪 的 寬 度 高 速 軸軸 承 寬 度軸 向 距 離 取箱 座 壁 厚 取徑 向 距 離 取旋 轉(zhuǎn) 零 件 間 的 軸 向 距 離 ～ 取箱 外 旋 轉(zhuǎn) 零 件 的 中 面 到 最 近 支 撐 點(diǎn) 的 距 離滾 動(dòng) 承 的 端 面 至 箱 體 內(nèi) 壁 的 距 離軸 承 內(nèi) 端 面 至 端 蓋 螺 釘 頭 頂 面 的 距 離箱 體 外 旋 轉(zhuǎn) 零 件 的 445 15~20m1510mlll ??內(nèi) 端 面 至 軸 承 蓋 螺 釘 頭 頂 面 的 距 離 取與 帶 輪 配 合 的 軸 段 長(zhǎng) 度5.2 軸承端蓋第一對(duì)軸承蓋 3(62~10)8825Ddn???軸 承 外 徑螺 釘 直 徑 取 螺 栓 GB57-M螺 釘 數(shù) 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 為箱 蓋 壁 厚 取 為 箱 座 加 強(qiáng) 肋 厚 取 為箱 蓋 加 強(qiáng) 肋 厚 取 為箱 座 分 箱 面 凸 緣 厚 取 為箱 蓋 分 箱 面 凸 緣 厚 取 為平 凸 緣 底 座 厚 取 為12(0.~5)7.m8(~10)m.8eDbh?????取取50m 65/9201FZT??輸 入 端 軸 承 蓋 選 用 氈 圈 油 封軸 徑 d氈 圈 油 封 氈 圈第二對(duì)軸承蓋 3(62~1)801025Ddn???軸 承 外 徑螺 釘 直 徑 取 螺 栓 GB7-M螺 釘 數(shù) 033204503322(~)m.512()45.8.90(~)1.m8()10~(0.8)dDdedbbh?????????取取取5.3 鑄鐵減速箱的結(jié)構(gòu)尺寸37m0.36124m578209672016fsdaGBMGBM?????固 定 螺 栓 取 為螺 栓選 用 墊 圈 選 用 螺 母 2(.~)x80mfdd聯(lián) 接 分 箱 面 的 螺 栓 取 為 ， 。表 5.1 螺栓凸臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸1C20D0Rr1R1r30485 30 5表 5.2 底座螺栓凸臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸1C200Rr1R1r40 36 60 10 8 40 811(~.2)0m36() dCRD??89軸 承 座 孔 邊 緣 至 軸 承 螺 栓 軸 線 的 距 離 l取 為軸 承 座 外 孔 端 面 至 箱 外 壁 的 距 離 取 為軸 承 座 孔 外 的 直 徑1 802按 軸 承 蓋 相 應(yīng) 的 尺 寸 確 定 75m。應(yīng) 較 軸 承 蓋 凸 緣 的 外 徑 大 -,取 為 ， 4。221230,.7()30m5mdahDHrRC????3軸 承 螺 栓 凸 臺(tái) 高 (.4)取 為 。箱 座 的 深 度 為 浸 入 池 內(nèi) 的 最 大 旋 轉(zhuǎn) 零 件 的 外 圓 直 徑 ,取 為 4箱 體 分 箱 面 凸 緣 圓 角 半 徑 取 為箱 體 內(nèi) 壁 圓 角 半 徑 取 為5.4 本章小結(jié)本章詳細(xì)說(shuō)明了混合機(jī)傳動(dòng)裝置箱體的設(shè)計(jì)過(guò)程，在設(shè)計(jì)箱體的同時(shí)考慮了各零件的裝配工藝。從而保證了各零件的協(xié)調(diào)性。38（ kW）?（ kNm）（ r/min） 第 6 章 設(shè)計(jì)結(jié)果 6.1 各零件參數(shù)表 表 6.1 最終實(shí)際傳動(dòng)比（i ）V 帶 高速錐級(jí)齒輪 低速級(jí)錐齒輪 單級(jí)圓柱齒輪 單級(jí)蝸桿3 4.42 3.16 5.3 61.5表 6.2 各軸轉(zhuǎn)速（n） Ⅳ n蝸 桿 轉(zhuǎn) 臂976.7 221 221 70 195.34 3表 6.3 各軸輸入功率 （P） Ⅳ P蝸 桿 n轉(zhuǎn) 臂20.43 19.42 18.46 17.54 19.42 13.7表 6.4 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 （T） Ⅳ T蝸 桿 T轉(zhuǎn) 臂0.199 0.139 0.798 2.256 0.949 43.1表 6.5 帶輪主要參數(shù)小輪直徑（mm）大輪直徑（mm）中心距 a（mm） 基準(zhǔn)長(zhǎng)度（mm）帶的根數(shù) z132 375 712 2240 539表 6.6 高、低速級(jí)錐齒輪及圓柱齒輪參數(shù)名稱 高速級(jí) 低速級(jí) 圓柱級(jí)中心距 a(mm) 205 213 160.5摸數(shù) (mm) 4.5 6 320 17 20齒數(shù)88 54 106（mm） 90 102 60分度圓直徑(mm) 396 324 318（mm）98.83 110.6 66齒頂圓直徑(mm)404.76 331.6 324(mm)79.4 314.9 52.5齒根圓直徑(mm)2fd393.6 92.1 310.5（mm） 65 57 54齒寬(mm)393.6 92.1 310.5齒輪等級(jí)精度 8 8 8材料及熱處理 20CrMnTi，齒面滲碳淬火，齒面硬度58~62HRC20CrMnTi，齒面滲碳淬火，齒面硬度58~62HRC20CrMnTi，齒面滲碳淬火，齒面硬度58~62HRC 40表 6.7 蝸輪蝸桿的技術(shù)參數(shù)名稱 蝸桿 蝸輪中心距 160 160模數(shù) 4 4分度圓直徑 71 257.6齒頂圓直徑 79 245.6齒根圓直徑 62 —直徑系數(shù) 17.75 —倒程角 3.22 —軸向齒距 12.57 —倒程 12.57 —軸向齒厚 6.28 —齒輪等級(jí)精度 8 8材料及熱處理 45 鋼芯部調(diào)質(zhì)表面淬火 硬度≧45HRCZCuSn10Pb1 金屬模鑄造6.2 本章小結(jié)本章詳細(xì)的列出了在設(shè)計(jì)過(guò)程中各零件的技術(shù)參數(shù)。41結(jié) 論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)從選定題目到收集資料，再進(jìn)入工藝計(jì)算和設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，學(xué)習(xí)了很多關(guān)于機(jī)械方面的書(shū)籍。在這次設(shè)計(jì)中我對(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)及相關(guān)零件的設(shè)計(jì)等都有了進(jìn)一不的理解。在設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)臂是為了考慮好裝配我把轉(zhuǎn)臂分成了兩個(gè)部分這樣對(duì)箱體的結(jié)構(gòu)有簡(jiǎn)化了。在設(shè)計(jì)箱體時(shí)考慮到很多裝配關(guān)系的問(wèn)題對(duì)箱體做了很多細(xì)節(jié)性的工作，也做了很多原來(lái)沒(méi)有嘗試過(guò)的想法，箱體基本達(dá)到了的要求并且滿足了零件的裝配工藝。但是不足之處是在箱體工作時(shí)只能選擇用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，用油潤(rùn)滑潤(rùn)滑不全面并且會(huì)有輕微的泄露?？偟膩?lái)說(shuō)本次設(shè)計(jì)的行星運(yùn)動(dòng)螺旋式混合機(jī)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。相信通過(guò)本次設(shè)計(jì)將會(huì)對(duì)以后的工作有很大的幫助。42參考文獻(xiàn)[1]張文華,趙厚林 .縱談混合機(jī)與混和質(zhì)量[J].機(jī)電信息,2005(18):45-47.[2]張文華.二維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)螺旋板出料裝置[P].中國(guó)專利 01218035, 2001-03-27.[3]黃鐘,范德順 ,張文華.三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)現(xiàn)狀與展望[J].制藥機(jī)械,2000(4):7-11.[4]田耀華.( 料斗式混合機(jī) + 提升加料機(jī) + 料斗清洗機(jī) )組合的特點(diǎn)與意義[J]. 中國(guó)制藥裝備雜志, 2005( 8).[5]呂濤,王雷 ,范德順,等.擺動(dòng)式混合機(jī)內(nèi)粉體混合質(zhì)量評(píng)估[J].北京化工大學(xué)學(xué)報(bào), 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