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機(jī)械設(shè)計(jì)理論
機(jī)械設(shè)計(jì)是一門通過設(shè)計(jì)新產(chǎn)品或者改進(jìn)老產(chǎn)品來(lái)滿足人類需求的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。它涉及工程技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，主要研究產(chǎn)品的尺寸、形狀和詳細(xì)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)思，還要研究產(chǎn)品在制造、銷售和使用等方面的問題。
進(jìn)行各種機(jī)械設(shè)計(jì)工作的人員通常被稱為設(shè)計(jì)人員或者機(jī)械設(shè)計(jì)工程師。機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)創(chuàng)造性的工作。設(shè)計(jì)工程師不僅在工作上要有創(chuàng)造性，還必須在機(jī)械制圖、運(yùn)動(dòng)學(xué)、工程材料、材料力學(xué)和機(jī)械制造工藝學(xué)等方面具有深厚的基礎(chǔ)知識(shí)。
如前所訴，機(jī)械設(shè)計(jì)的目的是生產(chǎn)能夠滿足人類需求的產(chǎn)品。發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和科技知識(shí)本身并不一定能給人類帶來(lái)好處，只有當(dāng)它們被應(yīng)用在產(chǎn)品上才能產(chǎn)生效益。因而，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到在一個(gè)特定的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，必須先確定人們是否需要這種產(chǎn)品。
應(yīng)當(dāng)把機(jī)械設(shè)計(jì)看成是機(jī)械設(shè)計(jì)人員運(yùn)用創(chuàng)造性的才能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、系統(tǒng)分析和制定產(chǎn)品的制造工藝學(xué)的一個(gè)良機(jī)。掌握工程基礎(chǔ)知識(shí)要比熟記一些數(shù)據(jù)和公式更為重要。僅僅使用數(shù)據(jù)和公式是不足以在一個(gè)好的設(shè)計(jì)中做出所需的全部決定的。另一方面，應(yīng)該認(rèn)真精確的進(jìn)行所有運(yùn)算。例如，即使將一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的位置放錯(cuò)，也會(huì)使正確的設(shè)計(jì)變成錯(cuò)誤的。
一個(gè)好的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該勇于提出新的想法，而且愿意承擔(dān)一定的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)新的方法不適用時(shí)，就使用原來(lái)的方法。因此，設(shè)計(jì)人員必須要有耐心，因?yàn)?所花費(fèi)的時(shí)間和努力并不能保證帶來(lái)成功。一個(gè)全新的設(shè)計(jì)，要求屏棄許多陳舊的，為人們所熟知的方法。由于許多人墨守成規(guī)，這樣做并不是一件容易的事。一位機(jī)械設(shè)計(jì)師應(yīng)該不斷地探索改進(jìn)現(xiàn)有的產(chǎn)品的方法，在此過程中應(yīng)該認(rèn)真選擇原有的、經(jīng)過驗(yàn)證的設(shè)計(jì)原理，將其與未經(jīng)過驗(yàn)證的新觀念結(jié)合起來(lái)。
新設(shè)計(jì)本身會(huì)有許多缺陷和未能預(yù)料的問題發(fā)生，只有當(dāng)這些缺陷和問題被解決之后，才能體現(xiàn)出新產(chǎn)品的優(yōu)越性。因此，一個(gè)性能優(yōu)越的產(chǎn)品誕生的同時(shí)，也伴隨著較高的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，如果設(shè)計(jì)本身不要求采用全新的方法，就沒有必要僅僅為了變革的目的而采用新方法。
在設(shè)計(jì)的初始階段，應(yīng)該允許設(shè)計(jì)人員充分發(fā)揮創(chuàng)造性，不受各種約束。即使產(chǎn)生了許多不切實(shí)際的想法，也會(huì)在設(shè)計(jì)的早期，即繪制圖紙之前被改正掉。只有這樣，才不致于堵塞創(chuàng)新的思路。通常，要提出幾套設(shè)計(jì)方案，然后加以比較。很有可能在最后選定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。
心理學(xué)家經(jīng)常談?wù)撊绾问谷藗冞m應(yīng)他們所操作的機(jī)器。設(shè)計(jì)人員的基本職責(zé)是努力使機(jī)器來(lái)適應(yīng)人們。這并不是一項(xiàng)容易的工作，因?yàn)閷?shí)際上并不存在著一個(gè)對(duì)所有人來(lái)說都是最優(yōu)的操作范圍和操作過程。
另一個(gè)重要問題，設(shè)計(jì)工程師必須能夠同其他有關(guān)人員進(jìn)行交流和磋商。在開始階段，設(shè)計(jì)人員必須就初步設(shè)計(jì)同管理人員進(jìn)行交流和磋商，并得到批準(zhǔn)。這一般是通過口頭討論，草圖和文字材料進(jìn)行的。為了進(jìn)行有效的交流 ，需要解決下列問題：
（1） 所設(shè)計(jì)的這個(gè)產(chǎn)品是否真正為人們所需要？
（2） 此產(chǎn)品與其他公司的現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比有無(wú)競(jìng)爭(zhēng)能力？
（3） 生產(chǎn)這種產(chǎn)品是否經(jīng)濟(jì)？
（4） 產(chǎn)品的維修是否方便？
（5） 產(chǎn)品有無(wú)銷路？是否可以盈利？
只有時(shí)間能對(duì)上述問題給出正確答案。但是， 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和銷售只能在對(duì)上述問題的初步肯定答案的基礎(chǔ)上進(jìn)行。設(shè)計(jì)工程師還應(yīng)該通過零件圖和裝配圖，與制造部門一起對(duì)最終設(shè)計(jì)方案進(jìn)行磋商。
通常 ，在制造過程中會(huì)出現(xiàn)某個(gè)問題。可能會(huì)要求對(duì)某個(gè)零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生產(chǎn)變得容易。但是，工程上的更改必須要經(jīng)過設(shè)計(jì)人員批準(zhǔn)，以保證不會(huì)損傷產(chǎn)品的功能。有時(shí)，在產(chǎn)品的裝配時(shí)或者裝箱外運(yùn)前的試驗(yàn)中才發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的某種缺陷。這些事例恰好說明了設(shè)計(jì)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程?？偸谴嬖谥玫姆椒▉?lái)完成設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該不斷努力，尋找這些更好的方法。
近些年來(lái)，工程材料的選擇已經(jīng)顯得重要。此外，選擇過程應(yīng)該是一個(gè)對(duì)材料的連續(xù)不斷的重新評(píng)價(jià)過程。新材料不斷出現(xiàn)，而一些原有的材料的能夠獲得的數(shù)量可能會(huì)減少。環(huán)境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面經(jīng)常會(huì)對(duì)材料選擇附加新的限制條件。為了減輕重量或者節(jié)約能源，可能會(huì)要求使用不同的材料。來(lái)自國(guó)內(nèi)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)、對(duì)產(chǎn)品維修保養(yǎng)方便性要求的提高和顧客的反饋等方面的壓力，都會(huì)促使人們對(duì)材料進(jìn)行重新評(píng)價(jià)。由于材料選用不當(dāng)造成的產(chǎn)品責(zé)任訴訟，已經(jīng)產(chǎn)生了深刻的影響。此外，材料與材料加工之間的相互依賴關(guān)系已經(jīng)被人們認(rèn)識(shí)得更清楚。因此，為了能在合理的成本和確保質(zhì)量的前提下獲得滿意的結(jié)果，設(shè)計(jì)工程師的制造工程師都必須認(rèn)真仔細(xì)地選擇、確定和使用材料。
制造任何產(chǎn)品的第一步工作都是設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)通?？梢苑譃閹讉€(gè)明確的階段：（a）初步設(shè)計(jì)；（b）功能設(shè)計(jì)；（c）生產(chǎn)設(shè)計(jì)。在初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者著重考慮產(chǎn)品應(yīng)該具有的功能。通常要設(shè)想和考慮幾個(gè)方案，然后決定這種思想是否可行；如果可行，則應(yīng)該對(duì)其中一個(gè)或幾個(gè)方案作進(jìn)一步的改進(jìn)。在此階段，關(guān)于材料選擇唯一要考慮的問題是：是否有性能符合要求的材料可供選擇；如果沒有的話，是否有較大的把握在成本和時(shí)間都允許的限度內(nèi)研制出一種新材料。
在功能設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)階段，要做出一個(gè)切實(shí)可行的設(shè)計(jì)。在這個(gè)階段要繪制出相當(dāng)完整的圖紙，選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機(jī)或者實(shí)物模型，并對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，評(píng)價(jià)產(chǎn)品的功能、可靠性、外觀和維修保養(yǎng)性等。雖然這種試驗(yàn)可能會(huì)表明，在產(chǎn)品進(jìn)入到生產(chǎn)階段之前，應(yīng)該更換某些材料，但是，絕對(duì)不能將這一點(diǎn)作為不認(rèn)真選擇材料的借口。應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)品的功能，認(rèn)真仔細(xì)地考慮產(chǎn)品的外觀、成本和可靠性。一個(gè)很有成就的公司在制造所有的樣機(jī)時(shí)，所選用的材料應(yīng)該和其生產(chǎn)中使用的材料相同，并盡可能使用同樣的制造技術(shù)。這樣對(duì)公司是很有好處的。功能完備的樣機(jī)如果不能根據(jù)預(yù)期的銷售量經(jīng)濟(jì)地制造出來(lái)，或者是樣機(jī)與正式生產(chǎn)的裝置在質(zhì)量和可靠性方面有很大不同，則這種樣機(jī)就沒有多大的價(jià)值。設(shè)計(jì)工程師最好能在這一階段完全完成材料的分析、選擇和確定工作，而不是將其留到生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段去做。因?yàn)?，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段材料的更換是由其他人進(jìn)行的，這些人對(duì)產(chǎn)品的所有功能的了解不如設(shè)計(jì)工程師。
在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段中，與材料有關(guān)的主要問題是應(yīng)該把材料完全確定下來(lái)，使它們與現(xiàn)有的設(shè)備相適應(yīng)，能夠利用現(xiàn)有設(shè)備經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行加工，而且材料的數(shù)量能夠比較容易保證供應(yīng)。
在制造過程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)對(duì)使用中的材料做一些更改的情況。經(jīng)驗(yàn)表明，可采用某些便宜材料作為替代品。然而，在大多數(shù)情況下，在進(jìn)行生產(chǎn)以后改換材料要比在開始生產(chǎn)前改換材料所花費(fèi)的代價(jià)要高。在設(shè)計(jì)階段做好材料選擇工作，可以避免多數(shù)這樣的情況。在生產(chǎn)制造開始后出現(xiàn)了可供使用的新材料是更換材料的最常見的原因。當(dāng)然，這些新材料可能降低成本、改進(jìn)產(chǎn)品的性能。但是，必須對(duì)新材料進(jìn)行認(rèn)真的評(píng)價(jià)，以確保其所有性能都滿足要求。應(yīng)當(dāng)記住，新材料的性能和可靠性很少像現(xiàn)有材料那樣為人們所了解。大部分的產(chǎn)品失效和產(chǎn)品責(zé)任事故案件是由于在選用新材料作為替代材料之前，沒有真正了解它們的長(zhǎng)期使用性能而引起的。
產(chǎn)品的責(zé)任訴訟迫使設(shè)計(jì)人員和公司在選擇材料時(shí)，采用最好的程序。在材料過程中，五個(gè)最常見的問題為：（a）不了解或者不會(huì)使用關(guān)于材料應(yīng)用方面的最新最好的信息資料；(b)未能預(yù)見和考慮擦黑年品可能的合理用途（如有可能，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)一步預(yù)測(cè)和考慮由于產(chǎn)品使用方法不當(dāng)造成的后果。在近年來(lái)的許多產(chǎn)品責(zé)任訴訟案件中，由于錯(cuò)誤地使用產(chǎn)品而受到傷害的原告控告生產(chǎn)廠家，并且贏得判決）；(c)所使用的材料的數(shù)據(jù)不全或是有些數(shù)據(jù)不確定，尤其是當(dāng)其長(zhǎng)期性能數(shù)據(jù)是如此的時(shí)候；(d)質(zhì)量控制方法不適當(dāng)和未經(jīng)驗(yàn)證；(e)由一些完全不稱職的人員選擇材料。
通過對(duì)上述五個(gè)問題的分析，可以得出這些問題是沒有充分理由存在的結(jié)論。對(duì)這些問題的研究分析可以為避免這些問題的出現(xiàn)指明方向。盡管采用最好的材料選擇方法也不能避免發(fā)生產(chǎn)品責(zé)任訴訟，設(shè)計(jì)人員和工業(yè)界按照適當(dāng)?shù)某绦蜻M(jìn)行材料選擇，可以大大減少訴訟的數(shù)量。
從以上的討論可以看出，選擇材料的人們應(yīng)該對(duì)材料的性質(zhì)，特點(diǎn)和加工方法有一個(gè)全面而基本的了解。
齒輪和軸的介紹
摘 要:在傳統(tǒng)機(jī)械和現(xiàn)代機(jī)械中齒輪和軸的重要地位是不可動(dòng)搖的。齒輪和軸主要安裝在主軸箱來(lái)傳遞力的方向。通過加工制造它們可以分為許多的型號(hào)，分別用于許多的場(chǎng)合。所以我們對(duì)齒輪和軸的了解和認(rèn)識(shí)必須是多層次多方位的。
關(guān)鍵詞:齒輪；軸
在直齒圓柱齒輪的受力分析中，是假定各力作用在單一平面的。我們將研究作用力具有三維坐標(biāo)的齒輪。因此，在斜齒輪的情況下，其齒向是不平行于回轉(zhuǎn)軸線的。而在錐齒輪的情況中各回轉(zhuǎn)軸線互相不平行。像我們要討論的那樣，尚有其他道理需要學(xué)習(xí)，掌握。
斜齒輪用于傳遞平行軸之間的運(yùn)動(dòng)。傾斜角度每個(gè)齒輪都一樣，但一個(gè)必須右旋斜齒，而另一個(gè)必須是左旋斜齒。齒的形狀是一濺開線螺旋面。如果一張被剪成平行四邊形（矩形）的紙張包圍在齒輪圓柱體上，紙上印出齒的角刃邊就變成斜線。如果我展開這張紙，在血角刃邊上的每一個(gè)點(diǎn)就發(fā)生一漸開線曲線。
直齒圓柱齒輪輪齒的初始接觸處是跨過整個(gè)齒面而伸展開來(lái)的線。斜齒輪輪齒的初始接觸是一點(diǎn)，當(dāng)齒進(jìn)入更多的嚙合時(shí)，它就變成線。在直齒圓柱齒輪中，接觸是平行于回轉(zhuǎn)軸線的。在斜齒輪中，該先是跨過齒面的對(duì)角線。它是齒輪逐漸進(jìn)行嚙合并平穩(wěn)的從一個(gè)齒到另一個(gè)齒傳遞運(yùn)動(dòng)，那樣就使斜齒輪具有高速重載下平穩(wěn)傳遞運(yùn)動(dòng)的能力。斜齒輪使軸的軸承承受徑向和軸向力。當(dāng)軸向推力變的大了或由于別的原因而產(chǎn)生某些影響時(shí)，那就可以使用人字齒輪。雙斜齒輪（人字齒輪）是與反向的并排地裝在同一軸上的兩個(gè)斜齒輪等效。他們產(chǎn)生相反的軸向推力作用，這樣就消除了軸向推力。當(dāng)兩個(gè)或更多個(gè)單向齒斜齒輪被在同一軸上時(shí)，齒輪的齒向應(yīng)作選擇，以便產(chǎn)生最小的軸向推力。
交錯(cuò)軸斜齒輪或螺旋齒輪，他們是軸中心線既不相交也不平行。交錯(cuò)軸斜齒輪的齒彼此之間發(fā)生點(diǎn)接觸，它隨著齒輪的磨合而變成線接觸。因此他們只能傳遞小的載荷和主要用于儀器設(shè)備中，而且肯定不能推薦在動(dòng)力傳動(dòng)中使用。交錯(cuò)軸斜齒輪與斜齒輪之間在被安裝后互相捏合之前是沒有任何區(qū)別的。它們是以同樣的方法進(jìn)行制造。一對(duì)相嚙合的交錯(cuò)軸斜齒輪通常具有同樣的齒向，即左旋主動(dòng)齒輪跟右旋從動(dòng)齒輪相嚙合。在交錯(cuò)軸斜齒設(shè)計(jì)中，當(dāng)該齒的斜角相等時(shí)所產(chǎn)生滑移速度最小。然而當(dāng)該齒的斜角不相等時(shí)，如果兩個(gè)齒輪具有相同齒向的話，大斜角齒輪應(yīng)用作主動(dòng)齒輪。蝸輪與交錯(cuò)軸斜齒輪相似。小齒輪即蝸桿具有較小的齒數(shù)，通常是一到四齒，由于它們完全纏繞在節(jié)圓柱上，因此它們被稱為螺紋齒。與其相配的齒輪叫做蝸輪，蝸輪不是真正的斜齒輪。蝸桿和蝸輪通常是用于向垂直相交軸之間的傳動(dòng)提供大的角速度減速比。蝸輪不是斜齒輪，因?yàn)槠潺X頂面做成中凹形狀以適配蝸桿曲率，目的是要形成線接觸而不是點(diǎn)接觸。然而蝸桿蝸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中存在齒間有較大滑移速度的缺點(diǎn)，正像交錯(cuò)軸斜齒輪那樣。
蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)有單包圍和雙包圍機(jī)構(gòu)。單包圍機(jī)構(gòu)就是蝸輪包裹著蝸桿的一種機(jī)構(gòu)。當(dāng)然，如果每個(gè)構(gòu)件各自局部地包圍著對(duì)方的蝸輪機(jī)構(gòu)就是雙包圍蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。著兩者之間的重要區(qū)別是，在雙包圍蝸輪組的輪齒間有面接觸，而在單包圍的蝸輪組的輪齒間有線接觸。一個(gè)裝置中的蝸桿和蝸輪正像交錯(cuò)軸斜齒輪那樣具有相同的齒向，但是其斜齒齒角的角度是極不相同的。蝸桿上的齒斜角度通常很大，而蝸輪上的則極小，因此習(xí)慣常規(guī)定蝸桿的導(dǎo)角，那就是蝸桿齒斜角的余角；也規(guī)定了蝸輪上的齒斜角，該兩角之和就等于90度的軸線交角。
當(dāng)齒輪要用來(lái)傳遞相交軸之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)，就需要某種形式的錐齒輪。雖然錐齒輪通常制造成能構(gòu)成90度軸交角，但它們也可產(chǎn)生任何角度的軸交角。輪齒可以鑄出，銑制或滾切加工。僅就滾齒而言就可達(dá)一級(jí)精度。在典型的錐齒輪安裝中，其中一個(gè)錐齒輪常常裝于支承的外側(cè)。這意味著軸的撓曲情況更加明顯而使在輪齒接觸上具有更大的影響。
另外一個(gè)難題，發(fā)生在難于預(yù)示錐齒輪輪齒上的應(yīng)力，實(shí)際上是由于齒輪被加工成錐狀造成的。
直齒錐齒輪易于設(shè)計(jì)且制造簡(jiǎn)單，如果他們安裝的精密而確定，在運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)產(chǎn)生良好效果。然而在直齒圓柱齒輪情況下，在節(jié)線速度較高時(shí)，他們將發(fā)出噪音。在這些情況下，螺旋錐齒輪比直齒輪能產(chǎn)生平穩(wěn)的多的嚙合作用，因此碰到高速運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合那是很有用的。當(dāng)在汽車的各種不同用途中，有一個(gè)帶偏心軸的類似錐齒輪的機(jī)構(gòu)，那是常常所希望的。這樣的齒輪機(jī)構(gòu)叫做準(zhǔn)雙曲面齒輪機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗鼈兊墓?jié)面是雙曲回轉(zhuǎn)面。這種齒輪之間的輪齒作用是沿著一根直線上產(chǎn)生滾動(dòng)與滑動(dòng)相結(jié)合的運(yùn)動(dòng)并和蝸輪蝸桿的輪齒作用有著更多的共同之處。
軸是一種轉(zhuǎn)動(dòng)或靜止的桿件。通常有圓形橫截面。在軸上安裝像齒輪，皮帶輪，飛輪，曲柄，鏈輪和其他動(dòng)力傳遞零件。軸能夠承受彎曲，拉伸，壓縮或扭轉(zhuǎn)載荷，這些力相結(jié)合時(shí)，人們期望找到靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。因?yàn)閱胃S可以承受靜壓力，變應(yīng)力和交變應(yīng)力，所有的應(yīng)力作用都是同時(shí)發(fā)生的。
“軸”這個(gè)詞包含著多種含義，例如心軸和主軸。心軸也是軸，既可以旋轉(zhuǎn)也可以靜止的軸，但不承受扭轉(zhuǎn)載荷。短的轉(zhuǎn)動(dòng)軸常常被稱為主軸。
當(dāng)軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)變形必需被限制于很小的范圍內(nèi)時(shí)，其尺寸應(yīng)根據(jù)變形來(lái)確定，然后進(jìn)行應(yīng)力分析。因此，如若軸要做得有足夠的剛度以致?lián)锨惶?，那么合?yīng)力符合安全要求那是完全可能的。但決不意味著設(shè)計(jì)者要保證；它們是安全的，軸幾乎總是要進(jìn)行計(jì)算的，知道它們是處在可以接受的允許的極限以內(nèi)。因之，設(shè)計(jì)者無(wú)論何時(shí)，動(dòng)力傳遞零件，如齒輪或皮帶輪都應(yīng)該設(shè)置在靠近支持軸承附近。這就減低了彎矩，因而減小變形和彎曲應(yīng)力。
雖然來(lái)自M.H.G方法在設(shè)計(jì)軸中難于應(yīng)用，但它可能用來(lái)準(zhǔn)確預(yù)示實(shí)際失效。這樣，它是一個(gè)檢驗(yàn)已經(jīng)設(shè)計(jì)好了的軸的或者發(fā)現(xiàn)具體軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生損壞原因的好方法。進(jìn)而有著大量的關(guān)于設(shè)計(jì)的問題，其中由于別的考慮例如剛度考慮，尺寸已得到較好的限制。
設(shè)計(jì)者去查找關(guān)于圓角尺寸、熱處理、表面光潔度和是否要進(jìn)行噴丸處理等資料，那真正的唯一的需要是實(shí)現(xiàn)所要求的壽命和可靠性。
由于他們的功能相似，將離合器和制動(dòng)器一起處理。簡(jiǎn)化摩擦離合器或制動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式中，各自以角速度w1和w2運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I1和I2，在制動(dòng)器情況下其中之一可能是零，由于接上離合器或制動(dòng)器而最終要導(dǎo)致同樣的速度。因?yàn)閮蓚€(gè)構(gòu)件開始以不同速度運(yùn)轉(zhuǎn)而使打滑發(fā)生了，并且在作用過程中能量散失，結(jié)果導(dǎo)致溫升。在分析這些裝置的性能時(shí)，我們應(yīng)注意到作用力，傳遞的扭矩，散失的能量和溫升。所傳遞的扭矩關(guān)系到作用力，摩擦系數(shù)和離合器或制動(dòng)器的幾何狀況。這是一個(gè)靜力學(xué)問題。這個(gè)問題將必須對(duì)每個(gè)幾何機(jī)構(gòu)形狀分別進(jìn)行研究。然而溫升與能量損失有關(guān)，研究溫升可能與制動(dòng)器或離合器的類型無(wú)關(guān)。因?yàn)閹缀涡螤畹闹匾允巧岜砻?。各種各樣的離合器和制動(dòng)器可作如下分類：
1．輪緣式內(nèi)膨脹制凍塊；
2．輪緣式外接觸制動(dòng)塊；
3．條帶式；
4．盤型或軸向式；
5．圓錐型；
6．混合式。
分析摩擦離合器和制動(dòng)器的各種形式都應(yīng)用一般的同樣的程序，下面的步驟是必需的：
1．假定或確定摩擦表面上壓力分布；
2．找出最大壓力和任一點(diǎn)處壓力之間的關(guān)系；
3．應(yīng)用靜平衡條件去找尋（a）作用力；（b）扭矩；(c)支反力。
混合式離合器包括幾個(gè)類型，例如強(qiáng)制接觸離合器、超載釋放保護(hù)離合器、超越離合器、磁液離合器等等。
強(qiáng)制接觸離合器由一個(gè)變位桿和兩個(gè)夾爪組成。各種強(qiáng)制接觸離合器之間最大的區(qū)別與夾爪的設(shè)計(jì)有關(guān)。為了在結(jié)合過程中給變換作用予較長(zhǎng)時(shí)間周期，夾爪可以是棘輪式的，螺旋型或齒型的。有時(shí)使用許多齒或夾爪。他們可能在圓周面上加工齒，以便他們以圓柱周向配合來(lái)結(jié)合或者在配合元件的端面上加工齒來(lái)結(jié)合。
雖然強(qiáng)制離合器不像摩擦接觸離合器用的那么廣泛，但它們確實(shí)有很重要的運(yùn)用。離合器需要同步操作。
有些裝置例如線性驅(qū)動(dòng)裝置或電機(jī)操作螺桿驅(qū)動(dòng)器必須運(yùn)行到一定的限度然后停頓下來(lái)。為著這些用途就需要超載釋放保護(hù)離合器。這些離合器通常用彈簧加載，以使得在達(dá)到預(yù)定的力矩時(shí)釋放。當(dāng)?shù)竭_(dá)超載點(diǎn)時(shí)聽到的“喀嚓”聲就被認(rèn)定為是所希望的信號(hào)聲。
超越離合器或連軸器允許機(jī)器的被動(dòng)構(gòu)件“空轉(zhuǎn)”或“超越”，因?yàn)橹鲃?dòng)驅(qū)動(dòng)件停頓了或者因?yàn)榱硪粋€(gè)動(dòng)力源使被動(dòng)構(gòu)件增加了速度。這種離合器通常使用裝在外套筒和內(nèi)軸件之間的滾子或滾珠。該內(nèi)軸件，在它的周邊加工了數(shù)個(gè)平面。驅(qū)動(dòng)作用是靠在套筒和平面之間契入的滾子來(lái)獲得。因此該離合器與具有一定數(shù)量齒的棘輪棘爪機(jī)構(gòu)等效。
磁液離合器或制動(dòng)器相對(duì)來(lái)說是一個(gè)新的發(fā)展，它們具有兩平行的磁極板。這些磁極板之間有磁粉混合物潤(rùn)滑。電磁線圈被裝入磁路中的某處。借助激勵(lì)該線圈，磁液混合物的剪切強(qiáng)度可被精確的控制。這樣從充分滑移到完全鎖住的任何狀態(tài)都可以獲得。
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目 錄
引言 3
1 水果分選機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展?fàn)顩r 3
1.1研究現(xiàn)狀 3
1.2課題研究的意義與發(fā)展 5
2 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求 5
2.1內(nèi)容 5
2.2要求與數(shù)據(jù) 5
2.3技術(shù)參數(shù) 6
3 功能原理設(shè)計(jì) 6
3.1分選機(jī)的工作方式 6
3.2分選機(jī)構(gòu)原理的設(shè)計(jì) 7
3.3隔板的設(shè)計(jì) 7
4 方案的選擇與設(shè)計(jì) 8
4.1 分選機(jī)整體裝置的設(shè)計(jì) 8
4.2電機(jī)的選擇 8
4.3傳動(dòng)比及主要裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算 10
5 重要零件的校核與計(jì)算 11
5.1齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11
5.2 V帶的設(shè)計(jì) 14
5.2.1 帶傳動(dòng)的選擇 14
5.2.2 V帶傳動(dòng)的計(jì)算 17
5.3 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 19
5.3.1 鏈傳動(dòng)的選擇 20
5.3.2 鏈傳動(dòng)的計(jì)算 21
5.4 輸出軸部分的設(shè)計(jì) 22
5.4.1 輸出軸的設(shè)計(jì) 22
5.4.2 平鍵的設(shè)計(jì) 27
5.5 輸入軸部分的設(shè)計(jì) 28
5.5.1 輸入軸的設(shè)計(jì) 28
5.5.2 平鍵的設(shè)計(jì) 33
5.6 滾子軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 34
5.7 箱體的設(shè)計(jì) 36
5.8 螺栓組的設(shè)計(jì)與計(jì)算 38
5.9 潤(rùn)滑密封的設(shè)計(jì) 42
6 三維數(shù)字化建模 42
6.1分選機(jī)整體的三維建模 42
6.2帶傳動(dòng)部分的三維建模 44
6.2分級(jí)機(jī)構(gòu)的三維建模 45
6.2入料斗的三維建模 46
7 總結(jié) 47
謝 辭 48
參考文獻(xiàn) 50
引言
近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，國(guó)內(nèi)外水果品種越來(lái)越多，人們對(duì)水果的品質(zhì)也有了更高的要求。為了提高水果的加工質(zhì)量和出品等級(jí)，需要對(duì)水果進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量分級(jí)和大小分級(jí)?，F(xiàn)有的水果分選機(jī)大多結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一般多以大型生產(chǎn)線為主，制造成本較高，分選效率也較低，分選成本較高，現(xiàn)有的水果分選機(jī)又以重量分選機(jī)為主，而農(nóng)產(chǎn)品基地的水果銷售多以尺寸大小、質(zhì)地為衡量標(biāo)準(zhǔn)，重量分選機(jī)就不適合在農(nóng)產(chǎn)品基地使用。因此有必要要設(shè)計(jì)一種成本較低，容易操作，適合中小型企業(yè)和水果產(chǎn)地使用的水果分選機(jī)。
目前，我國(guó)具備先進(jìn)水果分選設(shè)備的企業(yè)很少，有大型生產(chǎn)線的企業(yè)也僅僅是對(duì)質(zhì)量和大小進(jìn)行分選,裝備比較落后。因此，市場(chǎng)上銷售的水果大多數(shù)依靠機(jī)械配合人工的方式實(shí)現(xiàn)分級(jí)。人工分級(jí)的主要缺點(diǎn)是：勞動(dòng)量大、生產(chǎn)率低而且分選精度不穩(wěn)定；水果分選難以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和無(wú)損化。截止到目前為止，國(guó)內(nèi)外已有不少學(xué)者及科研人員在此領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。根據(jù)水果檢測(cè)指標(biāo)的不同，水果分選機(jī)大致可分為大小分選機(jī)、重量分選機(jī)、外觀品質(zhì)分選機(jī)和內(nèi)部品質(zhì)分選機(jī)。
1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和意義
1.1研究現(xiàn)狀
（1）大小分選機(jī)
大小分選機(jī)是按照水果大小進(jìn)行分選，在水果分選機(jī)中應(yīng)用最為廣泛。目前可用于蘋果類圓形水果分選的方法有篩子分選法、回轉(zhuǎn)帶分選法、輥軸分選法、滾筒式分選法等。其中，前3種方法由于各自存在不同的缺點(diǎn)而未能推廣使用。滾筒式分選法其分選裝置主要由喂料機(jī)構(gòu)、V型槽導(dǎo)果板、分選滾筒、接果盤及傳動(dòng)系統(tǒng)組成。工作時(shí)，水果由傾斜輸送器提升后，先經(jīng)手選裝置由人工剔除傷殘果，然后通過輸送帶送入果箱，打開料門，輸送至導(dǎo)果槽板。在此，水果自然分行滾動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)水果堆積和阻礙現(xiàn)象。分選滾筒開有孔徑逐級(jí)增大的圓孔，水果從V型導(dǎo)果槽板流至滾筒外邊進(jìn)行自動(dòng)校徑的分選。小于分選孔的水果先從第一滾筒分選孔落入接果盤，大于分選孔的則經(jīng)V型導(dǎo)果槽繼續(xù)向前滾動(dòng)，直至遇到相應(yīng)分選孔落下，于是在不同的接果盤可得到不同等級(jí)的水果。此分選裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)水果損傷小，成本較低，分選精度和效率較高，適用于球形和近似球形物料的分選，在國(guó)外應(yīng)用較廣。為了減少水果碰撞，提高好果率，有的大小分選機(jī)是利用浮力、振動(dòng)和網(wǎng)格相配合的辦法進(jìn)行分選，但有關(guān)此方面的報(bào)道較少。由以上可知，水果大小機(jī)械式分選法中，滾筒式分選法是最優(yōu)的一種。另外，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)的發(fā)展，采用光電傳感器或CCD攝像機(jī)對(duì)水果的大小進(jìn)行測(cè)量判別已成為此類分選機(jī)的研究熱點(diǎn)。因?yàn)樗鼈兪菍?duì)水果的大小進(jìn)行不損傷的非接觸性計(jì)量，適用于任何種類的水果。研究了一種基于計(jì)算機(jī)視覺的水果大小檢測(cè)方法，試驗(yàn)表明該方法檢測(cè)速度快、正確率高、適用范圍寬，能夠滿足水果自動(dòng)檢測(cè)要求。
（2）重量分選機(jī)
按重量進(jìn)行分選的分選機(jī)械早期是利用杠桿原理進(jìn)行分選的。目前，機(jī)械式重量分選機(jī)主要有固定衡量秤體、運(yùn)動(dòng)輸送盤式和固定限位裝置、運(yùn)動(dòng)衡量秤體式兩種機(jī)型。機(jī)械式重量分選對(duì)水果的損傷較小，而且具有較廣的通用性，但是由于各種誤差及摩擦影響等使分選精度不是很高。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和稱重傳感技術(shù)的迅速發(fā)展和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的相互滲透，電子稱重技術(shù)及應(yīng)用有了新的發(fā)展?；诖?，國(guó)內(nèi)外已開始研制電子稱重式分選機(jī)。電子稱重式分選機(jī)一般采用壓力傳感器稱量水果，微機(jī)系統(tǒng)對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行采樣、放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、運(yùn)算和處理，并控制機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行分選。在現(xiàn)有電子稱重式水果分選臺(tái)的基礎(chǔ)上，對(duì)其測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行了重新研制，將原有的PC機(jī)控制替代為單片機(jī)控制。由于系統(tǒng)采用微機(jī)控制，可按需選擇準(zhǔn)確的分選基準(zhǔn)，具有更高精度和更高的控制靈活度，在實(shí)際中具有更廣的應(yīng)用前景。但是由于該設(shè)備操作較為復(fù)雜，而且設(shè)備成本較高，難以在我國(guó)推廣使用。我國(guó)對(duì)該類型水果分選機(jī)的研制尚處于起步階段，需要科研人員充分利用國(guó)外已經(jīng)取得的研究成果，研制適合于我國(guó)實(shí)際情況的電子稱重式分選機(jī)。
（3）外觀品質(zhì)分選機(jī)
外觀品質(zhì)分選機(jī)是按水果的大小、表面缺陷、色澤、形狀、成熟度等進(jìn)行分選的分選機(jī)。其分選方法包括：光電式色澤分選法和計(jì)算機(jī)圖像處理分選法。色澤分選法是根據(jù)顏色不同反射光的波長(zhǎng)就不同的原理對(duì)水果顏色進(jìn)行區(qū)分。而計(jì)算機(jī)圖像處理分選法是利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)一次性完成果梗完整性、果形、水果尺寸、果面損傷、成熟度等檢測(cè),可以測(cè)得水果大小、果面損傷面積等具體數(shù)值,并根據(jù)其數(shù)值大小進(jìn)行分類。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)水果外部品質(zhì)檢測(cè)方面進(jìn)行了大量的研究，并取得了重大進(jìn)展。
（4）內(nèi)部品質(zhì)分選機(jī)
內(nèi)部品質(zhì)包括水果的糖度、硬度、酸度和內(nèi)部缺陷等指標(biāo)，通常水果內(nèi)部品質(zhì)主要依靠破壞性檢驗(yàn)方法。目前用于水果硬度的檢測(cè)方法主要有變形法和聲學(xué)法。但由于變形法只能測(cè)量水果的局部硬度，聲學(xué)法易受噪音和機(jī)械振動(dòng)的影響等而限制了其應(yīng)用。而近紅外法和核磁共振法可用于水果糖度、硬度的檢測(cè)。近紅外光譜技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)方面發(fā)展較快，具有檢測(cè)速度快、可同時(shí)檢測(cè)多種內(nèi)部成分等優(yōu)點(diǎn)。其基本原理是當(dāng)用近紅外光照射水果時(shí)，不同的水果內(nèi)部成分對(duì)于不同波長(zhǎng)的光學(xué)吸收和散射程度不同，而內(nèi)部光譜也會(huì)隨著水果內(nèi)部成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同而發(fā)生變化。利用這一特性，即可根據(jù)近紅外光譜特征分析水果中的主要成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。何東健等利用近紅外分光法檢測(cè)水果內(nèi)部品質(zhì)，結(jié)果表明：近紅外分光法不但能檢測(cè)水果糖度、酸度，而且能檢測(cè)內(nèi)部缺陷，完全滿足在線檢測(cè)水果內(nèi)部品質(zhì)的要求。劉燕德等應(yīng)用近紅外漫反射光譜分析技術(shù)設(shè)計(jì)了一種近紅外光譜水果內(nèi)部品質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠快速地用于水果內(nèi)部品質(zhì)的無(wú)損檢測(cè)和分級(jí)。核磁共振技術(shù)作為一項(xiàng)新的檢測(cè)技術(shù)在水果內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)方面也有著較大的發(fā)展?jié)摿Α?
1.2課題研究的意義與發(fā)展
在眾多場(chǎng)合下，大小和重量分選機(jī)應(yīng)用較多。而且目前常用的大多數(shù)是機(jī)械式大小和重量分選機(jī)?；谟?jì)算機(jī)視覺的水果大小分選機(jī)雖已用于實(shí)際生產(chǎn)，但是由于價(jià)格昂貴，還未能推廣使用。外部品質(zhì)分選機(jī)和內(nèi)部品質(zhì)分選機(jī)還在進(jìn)一步研究中，研究過程還存在著一些難題：水果外部品質(zhì)檢測(cè)方面，水果的尺寸和顏色檢測(cè)技術(shù)已比較成熟，但是果面的缺陷檢測(cè)確是水果實(shí)時(shí)分級(jí)的難點(diǎn)，要快速準(zhǔn)確地測(cè)定水果表面的各種缺陷并與梗、萼凹陷區(qū)正確區(qū)分比較困難；內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)方面，多是就一種產(chǎn)品某一單項(xiàng)項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)果品多種內(nèi)部品質(zhì)的綜合檢測(cè)方面研究較少。同時(shí)，由于內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)的方法比較復(fù)雜，所需設(shè)備成本較高，故用于實(shí)際檢測(cè)中的還很少。另外，在水果在線檢測(cè)分選機(jī)的研究中，水果品質(zhì)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和分級(jí)還存在檢測(cè)精度低、速度慢等問題，這就要求圖像信息的處理和識(shí)別算法必須簡(jiǎn)單而有效，以滿足在線高生產(chǎn)率的要求。計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)以及自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代及未來(lái)的分級(jí)檢測(cè)技術(shù)提供了廣闊的空間。機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用已成為實(shí)現(xiàn)果蔬產(chǎn)品品質(zhì)自動(dòng)識(shí)別和分級(jí)的最有效的方法?？梢灶A(yù)見，將人工智能技術(shù)和圖像處理技術(shù)相結(jié)合，是今后應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行水果品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要發(fā)展方向[1]。
2 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求
2.1 內(nèi)容
水果分選機(jī)用于將水果按需要進(jìn)行分類的機(jī)械，是水果供應(yīng)企業(yè)進(jìn)行水果自動(dòng)化加工的關(guān)鍵設(shè)備之一。為實(shí)現(xiàn)將水果按大小（重量）進(jìn)行分類的功能，設(shè)計(jì)水果分選機(jī)分選部分。具體任務(wù)如下：
1. 分析水果分選的要求，研究系統(tǒng)的工作原理；
2. 提出水果分選機(jī)分選部分的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
3. 繪制水果分選機(jī)分選部分的裝配圖及典型零件的零件圖；
4. 對(duì)水果分選機(jī)分選部分的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和校核。
2.2要求與數(shù)據(jù)
1. 所提出水果分選的工作原理應(yīng)符合按大?。ㄖ亓浚┻M(jìn)行水果分類的要求，能實(shí)現(xiàn)高效的水果分選；
2. 用Solidworks建立水果分選機(jī)分選部分的3D裝配模型；
3. 繪制水果分選機(jī)分選部分的裝配圖及典型零件的零件圖；
4．設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書）應(yīng)包含中英文摘要、設(shè)計(jì)方案比較、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。
2.3技術(shù)參數(shù)
1. 按（重量）進(jìn)行分選范圍：＞0.35Kg ；0.35Kg≥X＞0.3Kg ； 0.3Kg≥X＞0.25Kg
0.25Kg≥X＞0.2Kg ； ＜0.2Kg
2. 工作電壓：380V
3. 產(chǎn)品用途：按重量分選水果
4. 包裝：裸裝
5. 功率：0.75Kw
6. 分選等級(jí)：5個(gè)
7. 主要技術(shù)性能噪聲??：≤80dB（A） ??
8. 噸料電耗?：?≤0.25 kW.h/t ??
9. 純工作小時(shí)生產(chǎn)率：?≥3000kg/h ??
10. 碰壓傷率：?≤8 （%） ??
11. 分級(jí)合格率?質(zhì)量分級(jí)：≥95（%）
3功能原理設(shè)計(jì)
3.1分選機(jī)的工作方式
如圖1所示。杠桿式水果分級(jí)卸載裝置直接安裝在滾子式水果輸送裝置上，分選杠桿的分選臂正好處于、支撐在相鄰滾子之間水果的正下方。縱向水平軸固定在輸送鏈上，分選杠桿套裝在縱向水平軸上并可繞其自由旋轉(zhuǎn)，分級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)則固定在輸送線上方的基體框架上。當(dāng)輸送鏈運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾子、水果、縱向水平軸和分選杠桿隨著輸送鏈一起向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)水果經(jīng)過分選機(jī)構(gòu)時(shí)，杠桿臂上翹使得水果被翻轉(zhuǎn)到相應(yīng)的入料斗[2]。
圖1 分選卸載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
（a）主視圖 （b）俯視圖
其動(dòng)作邏輯關(guān)系圖如下：
清洗后的水果 → 滾輪傳送 → 分級(jí)機(jī)構(gòu) 翻轉(zhuǎn) → 進(jìn)入料斗
↑ ↓
← 不符合
3.2 分級(jí)機(jī)構(gòu)原理的設(shè)計(jì)
杠桿式水果分級(jí)卸料機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。分選杠桿的中部有一個(gè)水平套筒，其一端為承壓壁，另一端為分選臂。分選杠桿通過其水平套筒套裝在縱向水平軸上并可繞其自由轉(zhuǎn)動(dòng)，上下限位銷則用于限制其轉(zhuǎn)動(dòng)范圍[3]。
圖2 分級(jí)機(jī)構(gòu)原理示意圖
1、水果 2、分選杠桿 3、上限位銷 4、下限位銷
5、縱向水平軸 6、套筒 7、滾子
3.3 隔板的設(shè)計(jì)
水果從料斗進(jìn)入機(jī)體后，通過隔板12導(dǎo)入分級(jí)器，為了使水果能順利滾入分級(jí)器，設(shè)定隔板的傾角為。隔板左右兩端應(yīng)向上進(jìn)行一定尺寸折邊，保證水果順利進(jìn)入下一級(jí)分級(jí)器而不會(huì)從隔板兩端掉落。并且，隔板靠近分級(jí)器一端應(yīng)向下進(jìn)行一定尺寸的折邊，這樣可避免損傷物料，同時(shí)是為了防止所需分選的物料未經(jīng)分選直接進(jìn)入下一分級(jí)器[9]。結(jié)構(gòu)如圖3
圖3
4方案選擇與設(shè)計(jì)
4.1分選機(jī)整體裝置設(shè)計(jì)[4]
(1) 組成:電動(dòng)機(jī)、減速器、傳動(dòng)部分、分級(jí)部分、入料斗部分。
(2) 特點(diǎn):齒輪相對(duì)于軸承不均勻分布，故沿軸向載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度。
(3)分選機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖:（如圖4）
圖4 分選機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
1、電動(dòng)機(jī) 2、帶輪1 3、皮帶 4、齒輪 5、輸送鏈
6、滾子 7、分選杠桿 8、縱向水平軸 9、滾子軸 10、收集箱
4.2電機(jī)的選擇
由本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和具體傳動(dòng)部分配合知:電動(dòng)機(jī)的功率初定為0.75Kw，額定電壓為380V。具體配合如圖5所示:
圖5 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下的傳動(dòng)配合
選擇Y90S—6型籠型異步電動(dòng)機(jī)
電動(dòng)機(jī)采用B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻。額定電壓為380V，額定功率為50HZ[5]。
如表1 Y90S—6型籠型異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：(附圖1)
型號(hào)
額定功率
KW
滿載時(shí)
電流
A
轉(zhuǎn)速
r/min
效率
％
功率因素
Y90S—6
0.75
15.54
1000
87％
0.85
由機(jī)械手冊(cè)知:L=340mm ，AC=195mm ，E=500.310mm ，C=561.5mm
B=125mm
4.3傳動(dòng)比及主要裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算
由本設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)知:減速器的傳動(dòng)比選擇為＝2.5，即一級(jí)減速器。帶傳動(dòng)部分的傳動(dòng)比為： 。因?yàn)閮涉溳喅叽缦嗤矗?。電動(dòng)機(jī)的額定功率為Kw。根據(jù)要求知，減速器所用的直齒輪精度如下，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知[6]，
9級(jí)精度直齒輪的效率值:η直齒輪=0.96，
所以，減速器的傳遞效率為:
本設(shè)計(jì)為普通V帶傳動(dòng)，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)手冊(cè)知，開式傳動(dòng)效率為：:
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知，鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相似，其主要特點(diǎn)是借助于中間撓性件——鏈，在距離較遠(yuǎn)的軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。鏈傳動(dòng)的常用功率范圍為100kW以下，傳動(dòng)比≤6（滾子鏈），開式鏈傳動(dòng)效率為：
（1） 各軸轉(zhuǎn)速
減速器部分的傳動(dòng)比為＝2.5，則＝＝1000/2.5＝400r/min
帶傳動(dòng)部分的傳動(dòng)比為＝2.6，則＝＝400 /2.6＝154r/min
鏈傳動(dòng)部分的傳動(dòng)比為＝1，則＝?/?＝154/1=154r/min=2.6r/s.
（2） 各軸輸入功率
Kw
＝
＝×＝0.690.94=0.6486Kw
＝×==0.5837kW
（3） 各主要軸轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩：=9550 =9550×0.75/1000=7.1625N·m
所以，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速器輸入軸的轉(zhuǎn)矩：
＝××=7.1625×2.5×0.92=16.4738N·m
帶輪帶動(dòng)下輸出軸的轉(zhuǎn)矩
＝××=16.4738×2.6×0.94=40.2620N·m
鏈輪傳動(dòng)中從動(dòng)輪上鏈輪軸的轉(zhuǎn)矩：
5重要零件的校核與計(jì)算
5.1齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
已知減速器所用到的齒輪齒數(shù)分別為:,。下面以加速器所用的低速直齒輪為例[7]:
(一)標(biāo)準(zhǔn)直齒輪的計(jì)算
1、齒輪材料，熱處理及精度
① 材料選擇由教材表10-1可知：大小齒輪材料均為鋼調(diào)質(zhì)。小齒輪齒面硬度為 250HBS ，取小齒齒數(shù)=17
大齒輪齒面硬度為 220HBS ，則大齒輪齒數(shù)為: Z=i×Z=2.5×17=42.5 取:Z=42
② 齒輪精度
芯片拾取機(jī)構(gòu)為一般機(jī)器,速度不高，按GB/T10095－1998，選精度等級(jí)為7級(jí)
２．初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸
（1）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
確定各參數(shù)的值:
①試選載荷系數(shù)為=1.8
②計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩
T=9.55×10×=9.55×10×0.75/1000
=7162.5N.mm
③確定齒寬系數(shù) 小齒輪做不對(duì)稱布置，查教材表10-7選取=1.0
④確定彈性影響系數(shù) 查教材表10-6得 =189.8MP
⑤確定區(qū)域載荷系數(shù)
按標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)Z=2.5
⑥齒數(shù)比 μ==42/17=2.47
⑦根據(jù)循環(huán)次數(shù)公式N=60nj 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N=60nj =60×1000×1×12000
=0.72×10h
N2=60n2j =60×1000×42/17×1×12000
=1.78×10h
⑧取接觸疲勞壽命系數(shù)
查教材圖10-19中曲線1得
K=0.93 K=0.96
⑨計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
查教材圖10-21(d)得
=600，=570
取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1
[]==0.93×600=558
[]==0.96×570=547.2
許用接觸應(yīng)力
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
①由接觸強(qiáng)度計(jì)算小齒輪的分度圓直徑
=2.32
②計(jì)算齒輪的圓周速度
③計(jì)算齒寬
b==1.0×30=30mm
④計(jì)算齒寬和齒高比
=
= ==7.56
⑤計(jì)算載荷系數(shù)
齒輪的使用系數(shù)載荷狀況以輕微沖擊為依據(jù)查教材表10-2得KA=1.25。
由教材圖10-8查得KV=1.12。
對(duì)于軟齒面輪，假設(shè)KAFt/b<100N/mm，由教材表10-3得K==1.2。
由教材表10-4得K=1.32，由教材圖10-13得K=1.28。
接觸強(qiáng)度載荷系數(shù)
K＝K K K K =1.25×1.12×1.2×1.32=2.22
⑥按實(shí)際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑
d=d=30×=32.17
⑦計(jì)算齒輪的相關(guān)參數(shù)
=
取標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm
d=mz1=2×17=34mm
d2=mz2=2×42=84mm
a=( d+ d2)/2=59mm
⑧進(jìn)行圓整并最終確定齒寬
b
=
=15.78mm
圓整后，取b2=15mm，b1=20mm。
(3)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
①確定彎曲強(qiáng)度載荷系數(shù)
K＝K K K K =1.25×1.16×1.1×1.12=1.7864
②查取齒形系數(shù)和盈利校正系數(shù)查教材表10-5得
齒形系數(shù)Y＝2.97 Y＝2.37
?應(yīng)力校正系數(shù)Y＝1.52? Y＝1.675
③計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由教材圖10-18得。
取安全系數(shù),由教材圖10-20（c）得， 。
按對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力確定許用彎曲應(yīng)力
④校核彎曲強(qiáng)度
根據(jù)彎曲強(qiáng)度公式條件進(jìn)行校核
108MPa<
如圖6所示標(biāo)準(zhǔn)直齒輪零件圖[8]
圖6 直齒輪
5.2 V帶的設(shè)計(jì)
5.2.1帶傳動(dòng)的選擇
傳動(dòng)的重要性:工作機(jī)一般都要靠原動(dòng)機(jī)提供給一定的能量(絕大多數(shù)是機(jī)械能)才能工作。但是，把原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)直接連接起來(lái)的情況是很少的，往往需要在二者之間加入傳遞動(dòng)力或者改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的傳動(dòng)裝置。其主要原因是:
1） 工作機(jī)所要求的速度，一般與原動(dòng)機(jī)的最優(yōu)速度不相符合，故需增速或減速（實(shí)用中多為減速）。此外，原動(dòng)機(jī)的輸出軸通常只作勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但工作機(jī)所要求的運(yùn)動(dòng)形式卻是多種多樣的，如直線運(yùn)功、間歇運(yùn)動(dòng)等。
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(dòng)機(jī)的速度來(lái)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(tái)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)若干個(gè)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(shí)不能把原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)直接連接在一起。
由此可見，傳動(dòng)裝置是大多數(shù)機(jī)器或機(jī)組的主要組成部分。實(shí)踐證明，傳動(dòng)裝置在整臺(tái)機(jī)器的質(zhì)量和成本中都占有很大的比例。機(jī)器的工作性能和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也很大程度上取決于傳動(dòng)裝置的優(yōu)劣。因此，不斷提高傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和制造水平就具有極其重大的意義。
傳動(dòng)分電傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)，本設(shè)計(jì)選擇機(jī)械傳動(dòng)中的摩擦型傳動(dòng)，摩擦型帶傳動(dòng)中，根據(jù)帶傳動(dòng)的橫截面的形狀的不同，又可以分為：平帶傳動(dòng)、圓帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)和多楔帶傳動(dòng)[13]。
平帶傳動(dòng)各設(shè)計(jì)參數(shù)附表
1、平帶傳動(dòng)傳遞功率的范圍及效率概值
傳動(dòng)類型
功率P/kW
效率（未計(jì)入軸承中摩檫損失）
V帶
使用范圍
常用范圍
閉式傳動(dòng)
開式傳動(dòng)
可達(dá)1000
50-100
----
0.92-0.97
平帶
1-3500
20-30
----
0.94-0.98
表2
2、平帶傳動(dòng)的最大允許速度、轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)比
傳動(dòng)類型
最大允許速度/(m/s)
最大允許轉(zhuǎn)速/(r/min)
減速傳動(dòng)比
普通平帶傳動(dòng)
(30)
-----
（5）
普通V帶
25-30
12000
（15）
窄V帶
35-40
15000
（15）
摩擦輪傳動(dòng)
15-25
-----
（15）
表3
3、平帶傳動(dòng)(功率P=75Kw，傳動(dòng)比i=n1 /n2=1000/250=4)的尺寸、質(zhì)量和成本對(duì)比
傳動(dòng)類型
【圓周速度/（m/s）】
中心距/mm
輪寬/mm
質(zhì)量概值/kg
相對(duì)成本
/%
平帶傳動(dòng)
(23.6)
5000
350
500
106
有張緊輪的平帶傳動(dòng)（23.6）
2300
250
550
125
普通V帶傳動(dòng)（23.6）
1800
130
500
100
滾子鏈傳動(dòng)（7）
830
360
500
140
齒輪傳動(dòng)（5.85）
280
160
600
165
表4
帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)。帶傳動(dòng)的基本組成零件為帶輪（主動(dòng)輪和從動(dòng)輪）和傳動(dòng)帶如圖2。當(dāng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用帶輪和傳動(dòng)帶間的摩擦或嚙合作用，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過傳動(dòng)帶傳遞給從動(dòng)帶。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸震等特點(diǎn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。
圖7 帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖
因?yàn)?，平帶傳?dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，帶輪也容易制造，在傳動(dòng)中心距較大的情況下應(yīng)用比較多。
圓帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是多用于小功率傳動(dòng)。
多楔帶兼有平帶和V帶的摩擦力大的優(yōu)點(diǎn)，并解決了多根V帶長(zhǎng)短不一而使得各帶受力不均勻的問題。但要求傳遞功率大，結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合。
V帶的橫截面呈等腰梯形，帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽。傳動(dòng)時(shí)，V帶的兩側(cè)面和輪槽接觸。橫面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V帶傳動(dòng)允許的傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，大多數(shù)V帶已標(biāo)準(zhǔn)化。V帶傳動(dòng)的上述特點(diǎn)使它獲得了廣泛的應(yīng)用。
所以，由本設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)及零件配合尺寸知，我們選擇平通V帶傳動(dòng)。
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知：選擇普通V帶的帶型為C型。具體截面尺寸如下表5：（附圖2）
普通V帶的帶型
節(jié)寬
頂寬
高度
h/mm
橫截面積
A/
楔角
C
19.0
22.0
14.0
237
表5 V帶的橫截面積
5.2.2 V帶傳動(dòng)的計(jì)算
本設(shè)計(jì)的帶式傳送裝置，其齒輪減速器與鏈輪軸之間用普通V帶傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的功率為P=0.75Kw，減速器的傳動(dòng)比i=2.5,傳動(dòng)效率為：。減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速為：262 r/min ，鏈輪的輸入軸的轉(zhuǎn)速為：100 r/min 。允許誤差為，運(yùn)輸裝置工作時(shí)有輕度沖擊，兩班制工作。
則此帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)如下：
（1）確定計(jì)算功率 。
查教材表8-7得工作情況系數(shù)=1.2。又因?yàn)椋健粒?.750.92=0.69kW
計(jì)算功率
===0.828Kw
（2）選取V帶型號(hào)。
根據(jù)=0.828Kw，262 r/min，查教材圖8-11選用A型
（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速。
由教材表8-4a取主動(dòng)輪計(jì)算直徑=90mm ,從動(dòng)輪直接
查教材表8-8取。
從動(dòng)輪的實(shí)際的轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)速合適。
驗(yàn)算帶的速度
帶速合適。
（4）確定帶的長(zhǎng)度和中心距
根據(jù)0.7（）<< 2(),初步確定中心距=650mm，根據(jù)帶長(zhǎng)公式，帶的長(zhǎng)度為
=2+（）+
=2+（236+90）+mm
=1820.02mm
查教材表8-2選節(jié)線長(zhǎng)度，實(shí)際中心距為
（5）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角。
包角合適。
（6）計(jì)算帶的根數(shù)z。
由和262 r/min查教材表8-4a得
由262 r/min 和 A型帶，查教材表8-4b得
查教材表8-5,8-2，得，。根據(jù)帶數(shù)公式，得帶數(shù)為
取z=3根。
（7）計(jì)算初拉力
查教材表8-3得A型帶的單位長(zhǎng)度q=0.10 kg/m 。
=
=178.54 N
(8)計(jì)算軸壓力。
=1064.67 N.
(9)帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由帶輪的基準(zhǔn)直徑和帶輪的轉(zhuǎn)速等條件知，帶輪選擇材料為HT150，又由于V帶的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)。當(dāng)帶輪的基準(zhǔn)直徑為（d為安裝帶輪軸的直徑，mm）時(shí)，可采用實(shí)心式；當(dāng)時(shí)，可采用腹板式；當(dāng)，同時(shí)時(shí)，采用孔板式；當(dāng)時(shí)，可采用實(shí)心式。
由以上分析知，本設(shè)計(jì)選擇實(shí)心式V帶傳動(dòng)。
其V帶傳動(dòng)、小帶輪、大帶輪的三維示意圖如下：
圖8 傳動(dòng)三維示意圖
圖9 小帶輪
圖10 大帶輪
5.3 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
5.3.1鏈傳動(dòng)的選擇
本設(shè)計(jì)的主要傳動(dòng)部分是鏈傳動(dòng)，水果隨著滾輪運(yùn)動(dòng)，而滾輪杠桿臂都是安裝在鏈條上，隨著鏈輪帶動(dòng)而周而復(fù)始的傳動(dòng)，從而與分級(jí)機(jī)構(gòu)配合，從而達(dá)到分選水果的目的。如圖11所示:
圖11 鏈傳動(dòng)示意圖
鏈傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)，它是由鏈條和鏈輪（小鏈輪和大連輪）組成。通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。鏈傳動(dòng)在機(jī)械制造中應(yīng)用廣泛。
與摩擦型的帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無(wú)彈性滑動(dòng)和整體打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率比較高；又因鏈條不需要像帶那樣長(zhǎng)得很緊，所以作用于軸上的 徑向壓力較小；鏈條采用金屬材料制造，在同樣的使用條件下，鏈傳動(dòng)的整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊；同時(shí)，鏈傳動(dòng)能在高溫和潮濕的環(huán)境中工作。
與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求較低，成本也低。在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)輕便的多。
總之，鏈傳動(dòng)主要用在要求工作可靠，兩軸相距較遠(yuǎn)，低速重載，工作環(huán)境惡劣，以及其它不宜采用齒輪傳動(dòng)的場(chǎng)合。當(dāng)然，鏈傳動(dòng)也有一些缺點(diǎn)：只能實(shí)現(xiàn)平行軸間的鏈輪的同向傳動(dòng)；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；磨損后易發(fā)生跳齒；工作時(shí)有噪聲；不宜用在載荷變化很大、高速和急速反向的傳動(dòng)中。因此，在使用中應(yīng)該注意避免和保護(hù)。
根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體情況我們選擇：常用于傳動(dòng)系統(tǒng)為低速級(jí)，一般傳動(dòng)功率在100Kw以下，鏈速不超過15m/sd的滾子鏈傳動(dòng)（圖12）最合適。
圖12 滾子鏈的機(jī)構(gòu)示意圖
5.3.2鏈傳動(dòng)的計(jì)算
此設(shè)計(jì)部分鏈傳動(dòng)傳遞效率P=0.6486Kw，主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速＝?/?＝154/1=154r/min。載荷平穩(wěn)，定期人工潤(rùn)滑。則具體設(shè)計(jì)如下步驟[14]：
（1）選擇鏈輪齒數(shù)。
由于本設(shè)計(jì)的鏈輪的主要用途就是輸送水果，則兩個(gè)配合鏈輪為相同參數(shù)。所以，取前鏈輪齒數(shù)為，則后齒輪也是 。
（2）確定計(jì)算功率。
由教材表9-6得,由教材圖9-13查得，單排鏈，則計(jì)算功率為：
（3）選擇鏈條型號(hào)和節(jié)距。
根據(jù)及，查教材圖9-11得，可選10A，則由教材表9-1得，鏈條的節(jié)距為p=15.875 mm 。
（4） 計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距。
初選中心距
由于中心距過小，單位時(shí)間內(nèi)鏈條的繞轉(zhuǎn)次數(shù)增多，鏈條曲伸次數(shù)和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增多，因而加劇了鏈的磨損和疲勞。同時(shí)，由于中心距小，鏈條在小鏈輪上的包角變小，每個(gè)輪齒所受的載荷增大，易出現(xiàn)跳齒和脫鏈現(xiàn)象；中心距太大垂度過大，傳動(dòng)比造成的松邊顫動(dòng)。因此在此設(shè)計(jì)時(shí)，若中心距不受其他條件的限制時(shí)，一般可?。?
，
最大80P 。但此設(shè)計(jì)要求的距離遠(yuǎn)比此常用距離大，在加上此設(shè)計(jì)有托板，則可大于80P。
取 ，相應(yīng)的鏈節(jié)數(shù)為：
=
=400.6
取鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)節(jié)。
（5） 計(jì)算鏈速，確定潤(rùn)滑方式。
由和鏈號(hào)10A，查教材圖9-14得，應(yīng)采用滴油潤(rùn)滑。
（6）計(jì)算壓軸力。
有效圓周力為
假設(shè)鏈輪的水平布置時(shí)的壓軸力系數(shù)，則壓軸力為
(7)鏈輪的張緊設(shè)計(jì)。
鏈傳動(dòng)張緊的目的是，主要是為了避免在鏈條的松邊垂度過大時(shí)產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的振動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)也是為了增加鏈條和鏈輪的嚙合包角。張緊的辦法很多，本設(shè)計(jì)選用壓板和托板張緊，如圖13所示：
圖13 壓板和托板張緊裝置示意圖
5.4 輸出軸部分的設(shè)計(jì)
5.4.1輸出軸的設(shè)計(jì)
圖14 輸出軸的設(shè)計(jì)圖[10]
該輸出軸用于連接大帶輪及兩個(gè)鏈齒輪，由電動(dòng)機(jī)通過減速器，從而減速器帶動(dòng)輸入軸，帶動(dòng)小帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過V帶傳動(dòng)大帶輪跟著從動(dòng)，因而引起輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖15所示。
圖 15 輸出軸軸段設(shè)計(jì)圖
已知：
電動(dòng)機(jī)的額定功率為P=0.75Kw，減速器的傳動(dòng)比為：＝2.5，減速器的傳遞效率為: 。
普通V帶傳動(dòng)，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)手冊(cè)知，開式傳動(dòng)效率為：。
＝＝400 /2.6＝154r/min
兩齒輪參數(shù)分別為：，；
，
（1）求輸出軸上的功率和轉(zhuǎn)矩。
＝×＝0.690.94=0.6486Kw
＝××=16.4738×2.6×0.94=40.2620N·m
（2）求作用在齒輪上的力。
圓周力
徑向力
軸向力
（3）初步確定軸的最小直徑。
根據(jù)工作條件選擇軸材料45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，由教材表15-3查得 。
考慮軸與聯(lián)軸器連接有鍵槽，軸頸增加3%，。
由教材表14-1查得 。
聯(lián)軸器計(jì)算扭矩
N·mm。
（4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
圖16 軸段示意圖
首先，軸段設(shè)計(jì)及軸承的選擇。
軸端為大帶輪，通過小帶輪帶動(dòng)與用平鍵連接，帶輪可隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，中部?jī)啥藶橹饼X輪，其也和平鍵連接，并且其上分別帶動(dòng)鏈條傳動(dòng)，根據(jù)較少選用標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)的原則，兩端的軸段直徑做成與軸的承載軸端一致為，初步選擇滾動(dòng)軸承.因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用,故選用深溝球軸承.參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取軸承型號(hào)為6215。如表6所示，結(jié)構(gòu)如圖17所示
D
B
軸承代號(hào)
75
130
25
94.0
115.0
6215
75
160
37
101.3
133.7
6315
75
190
45
112.1
155.9
6415
80
100
10
86.1
93.9
61816
80
110
16
89.3
100.7
61916
80
125
14
95.8
109.2
16016
表6 軸承尺寸數(shù)據(jù)及代號(hào)
圖17 6215深溝球軸承
其次，徑向尺寸的確定，如圖18所示為軸的初步設(shè)計(jì)。
圖18 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如上草圖所示，從軸段=60㎜開始，逐段選取相鄰軸段的直徑。與軸承內(nèi)徑相配合，考慮安裝方便，結(jié)合軸的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列并符合軸承內(nèi)徑系列，取=75 mm，選定軸承代號(hào)為61818。逐段選取相鄰軸段的直徑。即為直齒輪部分，將多為分度圓直徑，即=80 mm ,起定位固定作用，定位軸肩高度h可在（2～3）C范圍內(nèi)經(jīng)驗(yàn)選?。–為大鏈輪內(nèi)孔倒角尺寸，取C=2.5㎜），故= +2h≥80+2×(2.5×2.5)=90 mm, 起定位作用，取=100mm。
所以，根據(jù)對(duì)稱原理知： ，
。
最后，軸向尺寸的確定
直齒輪齒寬=50㎜, =50㎜。同理mm。與軸承和套筒相配合，查軸承安裝尺寸寬度=13mm,于是取=100 mm。由于帶輪寬度為90mm,考慮安裝方便端蓋至帶輪距離=30，初步取=180 mm。
則由其對(duì)稱性知: ==100mm, ==50 mm，由設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)要求知總高度為740mm。則有=。。
兩軸承中心間的跨距：L=360mm 。
(5)軸強(qiáng)度的計(jì)算校核。
I．按彎矩強(qiáng)度計(jì)算：
由教材表15-3軸常用幾種材料的及值得，
=25~45Mpa
故符合要求。
II．按彎矩強(qiáng)度校核:
因?yàn)?，由教材?5-1軸的常用材料及其主要力學(xué)性能知：
故符合要求。
（6）軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算。
I型號(hào)為6215的軸承，其中B=25mm,d=75mm。
由機(jī)械手冊(cè)常用滾動(dòng)軸承的基本尺寸與數(shù)據(jù)——深溝球軸承列表知：
基本額定動(dòng)載荷
基本額定靜載荷
因?yàn)?，軸承所受徑軸向載荷遠(yuǎn)大于徑向載荷，所以P= =366.34N
＝＝400 /2.6＝154r/min
所以，
（10年）
故軸承符合要求。
5.4.2平鍵的設(shè)計(jì)
(1)與直齒輪配合的平鍵的輕度校核如下:
根據(jù)公式
式中：T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m
k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度，mm。
l——鍵的工作長(zhǎng)度，mm，圓頭平鍵l=L-b，平頭平鍵l=L，這里L(fēng)為鍵的公稱長(zhǎng)度，mm；b為鍵的寬度，mm。
d——軸的直徑，mm。
——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，Mpa見教材表6-2。.
根據(jù)此處平鍵連接時(shí)靜連接，齒面經(jīng)過熱處理，制造和使用狀況為良好，及所用材料為45鋼，查表得=120Mpa。
將以上數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得
=。
故符合要求。
（2）與帶輪配合的平鍵的輕度校核如下;
根據(jù)公式
根據(jù)此處平鍵連接時(shí)靜連接，齒面經(jīng)過熱處理，制造和使用狀況為良好，及所用材料為45鋼，查表得=120Mpa。
將以上數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得
=。
故符合要求。
5.5輸入軸部分的設(shè)計(jì)。
5.5.1輸入軸的設(shè)計(jì)。
圖19 輸入軸的設(shè)計(jì)圖
該輸出軸用于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過減速器以一定的傳動(dòng)比減速后，帶動(dòng)其直齒輪從而帶輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而，帶動(dòng)小帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過V帶傳動(dòng)輸出功率。如圖20所示。
圖 20 輸入軸軸段設(shè)計(jì)圖
已知：
電動(dòng)機(jī)的額定功率為P=0.75Kw，減速器的傳動(dòng)比為：＝2.5，減速器的傳遞效率為: 。
已知減速器所用到的齒輪參數(shù)分別如下:
,
d=34mm ， =84mm
。
又因?yàn)榧铀倨鞯膫鲃?dòng)比為：。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為：n=1000r/min 。
所以, ＝＝1000/2.5＝400r/min 。
（1）求輸入軸上的功率和轉(zhuǎn)矩。
＝
＝××=7.1625×2.5×0.92=16.4738N·m
（2）求作用在齒輪上的力。
圓周力
徑向力
軸向力
（3）初步確定軸的最小直徑。
根據(jù)工作條件選擇軸材料45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，由教材表15-3查得 。
考慮軸與聯(lián)軸器連接有鍵槽，軸頸增加5%，
。
由教材表14-1查得 。
聯(lián)軸器計(jì)算扭矩
N·mm 。
（4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
圖21 軸段示意圖
首先，軸段設(shè)計(jì)及軸承的選擇。
軸端為小帶輪，小帶輪和平鍵連接，可隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)大帶輪。左端為減速器的大直齒輪，其也是和平鍵連接，并與系那個(gè)配合的傳動(dòng)比的小齒輪嚙合。根據(jù)較少選用標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)的原則，兩端的軸段直徑做成與軸的承載軸端一致為，初步選擇滾動(dòng)軸承.因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用,故選用深溝球軸承.參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取軸承型號(hào)為6213。如表7所示，結(jié)構(gòu)如圖21所示
D
B
軸承代號(hào)
65
120
23
82.5
102.5
6213
65
140
33
88.1
116.9
6313
65
160
37
94.5
130.6
6413
70
90
10
76.1
83.9
61814
70
100
16
79.3
90.7
61914
70
110
13
83.8
96.2
16014
表7 軸承尺寸數(shù)據(jù)及代號(hào)
圖21 6213深溝球軸承
其次，徑向尺寸的確定，如圖22所示為軸的初步設(shè)計(jì)。
圖22 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如上草圖所示，從軸段=36㎜開始，逐段選取相鄰軸段的直徑。與軸承內(nèi)徑相配合，考慮安裝方便，結(jié)合軸的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列并符合軸承內(nèi)徑系列，取=65 mm，選定軸承代號(hào)為6213。逐段選取相鄰軸段的直徑。即為直齒輪部分，將多為分度圓直徑，即=75 mm ,起定位固定作用，定位軸肩高度h可在（2～3）C范圍內(nèi)經(jīng)驗(yàn)選?。–為大鏈輪內(nèi)孔倒角尺寸，取C=2㎜），故= +h≥75+×(2×2)=80 mm,
同理，為軸肩，則 。
起定位作用，取=60mm。
所以，根據(jù)對(duì)稱原理知： 。
最后，軸向尺寸的確定
直齒輪齒寬=55㎜, =60㎜。同理可知，小帶輪寬度，mm。與軸承和套筒相配合，查軸承安裝尺寸寬度=23mm,于是取=35mm。由于帶輪寬度為90mm,考慮安裝方便端蓋至帶輪距離=30，初步取。
由設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)要求知總高度為590mm。則有=。
，
兩軸承中心間的跨距：L=90mm 。
(5)軸強(qiáng)度的計(jì)算校核。
I．按彎矩強(qiáng)度計(jì)算：
由教材表15-3軸常用幾種材料的及值得，
=25~45Mpa
故符合要求。
II．按彎矩強(qiáng)度校核:
因?yàn)?，由教材?5-1軸的常用材料及其主要力學(xué)性能知：
故符合要求。
（6）軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算。
I型號(hào)為6213的軸承，其中B=23mm,d=65mm。
由機(jī)械手冊(cè)常用滾動(dòng)軸承的基本尺寸與數(shù)據(jù)——深溝球軸承列表知：
基本額定動(dòng)載荷
基本額定靜載荷
因?yàn)?，軸承所受徑軸向載荷遠(yuǎn)大于徑向載荷，所以P= =159.89N
＝＝1000/2.5＝400r/min
所以，
（10年）
故軸承符合要求。
5.5.2平鍵的設(shè)計(jì)
(1)與直齒輪配合的平鍵的輕度校核如下:
根據(jù)公式
式中：T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m
k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度，mm。
l——鍵的工作長(zhǎng)度，mm，圓頭平鍵l=L-b，平頭平鍵l=L，這里L(fēng)為鍵的公稱長(zhǎng)度，mm；b為鍵的寬度，mm。
d——軸的直徑，mm。
——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，Mpa見教材表6-2。.
根據(jù)此處平鍵連接時(shí)靜連接，齒面經(jīng)過熱處理，制造和使用狀況為良好，及所用材料為45鋼，查表得=120Mpa。
將以上數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得
=。
故符合要求。
（2）與帶輪配合的平鍵的輕度校核如下;
根據(jù)公式
根據(jù)此處平鍵連接時(shí)靜連接，齒面經(jīng)過熱處理，制造和使用狀況為良好，及所用材料為45鋼，查表得=120Mpa。
將以上數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得
=。
故符合要求。
5.6滾子軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算。
如圖23所示，即為，滾子軸。
圖23 滾子軸示意圖
該滾子軸主要用于承載滾輪，從而承載滾輪上的水果。它與滾輪、套筒連接，套筒固定在鏈條上，隨鏈輪向前傳動(dòng)。同時(shí)滾輪可以在滾子軸上自傳，以向人們展示水果的各個(gè)角度品質(zhì)。具體配合如下圖24所示，
圖 24 滾子軸三維模型圖
（1）徑向尺寸的確定，如圖25所示為軸的初步設(shè)計(jì)。
圖25 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如上草圖所示，從軸段=40㎜開始，逐段選取相鄰軸段的直徑。與軸承內(nèi)徑相配合，考慮安裝方便，結(jié)合軸的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列并符合軸承內(nèi)徑系列，取=35 mm。逐段選取相鄰軸段的直徑，。即為滾輪部分，將多為滾輪內(nèi)孔直徑，即=40 mm ,起定位固定作用，定位沉頭槽深度h可在（2～5）范圍內(nèi)經(jīng)驗(yàn)選取，=28mm。
（2）軸向尺寸的確定
滾輪寬度=150㎜, =150㎜。與軸承和套筒相配合，查軸承安裝尺寸寬度=13mm,于是取=90 mm。沉頭槽寬度=5mm?？紤]安裝方便端蓋至帶輪距離=30，初步取=40 mm。
由設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)要求知總高度為310mm。則有。
（3）鍵尺寸設(shè)計(jì)。
由于滾輪上的鍵槽參數(shù)如下：
， ，
鍵深度：。
所以與之配合的軸的鍵槽尺寸如下：
，
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知，平鍵厚度為： 。
所以，軸上的鍵槽深度為： 。
5.7 箱體的設(shè)計(jì)。
(一)減速器的箱體采用鑄造（HT200）制成，采用整體式箱體[15]。
1、 機(jī)體有足夠的剛度
在機(jī)體為加肋，外輪廓為長(zhǎng)方形，增強(qiáng)了軸承座剛度。
2、 考慮到機(jī)體內(nèi)零件的潤(rùn)滑，密封散熱。
因其傳動(dòng)件速度小于12m/s，故采用侵油潤(rùn)油，同時(shí)為了避免油攪得沉渣濺起，齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯xH為40mm。
為保證機(jī)蓋與機(jī)座連接處密封，聯(lián)接凸緣應(yīng)有足夠的寬度，聯(lián)接表面應(yīng)精創(chuàng)，其表面粗糙度為。
3、 機(jī)體結(jié)構(gòu)有良好的工藝性。
鑄件壁厚為8，圓角半徑為R=3。機(jī)體外型簡(jiǎn)單，拔模方便。
4、 對(duì)附件設(shè)計(jì)
A 視孔蓋和窺視孔
在機(jī)蓋頂部開有窺視孔，能看到 傳動(dòng)零件齒合區(qū)的位置，并有足夠的空間，以便于能伸入進(jìn)行操作，窺視孔有蓋板，機(jī)體上開窺視孔與凸緣一塊，有便于機(jī)械加工出支承蓋板的表面并用墊片加強(qiáng)密封，蓋板用鑄鐵制成，用M6緊固。
B 油螺塞：
放油孔位于油池最底處，并安排在減速器不與其他部件靠近的一側(cè)，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔處的機(jī)體外壁應(yīng)凸起一塊，由機(jī)械加工成螺塞頭部的支承面，并加封油圈加以密封。
C 油標(biāo)：
油標(biāo)位在便于觀察減速器油面及油面穩(wěn)定之處。
油尺安置的部位不能太低，以防油進(jìn)入油尺座孔而溢出。
D 通氣孔：
由于減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，為便于排氣，在機(jī)蓋頂部的窺視孔改上安裝通氣器，以便達(dá)到體內(nèi)為壓力平衡。
E 蓋螺釘：
啟蓋螺釘上的螺紋長(zhǎng)度要大于機(jī)蓋聯(lián)結(jié)凸緣的厚度。
釘桿端部要做成圓柱形，以免破壞螺紋。
F 位銷：
為保證剖分式機(jī)體的軸承座孔的加工及裝配精度，在機(jī)體聯(lián)結(jié)凸緣的長(zhǎng)度方向各安裝一圓錐定位銷，以提高定位精度。
G 吊鉤：
在機(jī)蓋上直接鑄出吊鉤和吊環(huán)，用以起吊或搬運(yùn)較重的物體。
小型圓柱齒輪，為了使結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕，采用整體式箱體，它的材料為HL150。
表8
名稱
符號(hào)
減速器形式及尺寸關(guān)系/mm
本次設(shè)計(jì)取值/mm
齒 輪
箱體壁厚
=8
箱蓋壁厚
=8
箱蓋凸緣厚度
=12
箱座凸緣厚度
=12
箱座底凸緣厚度
=20
地腳螺栓直徑及數(shù)目
、n
時(shí)，n=4
=18,n=4
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
0.75
=13
蓋與座聯(lián)接螺栓直徑
=10
聯(lián)接螺栓的間距
=180
檢查孔蓋螺釘直徑
=6
定位銷直徑
=7
、、至外箱壁距離
由螺栓確定
=16
、至凸緣距離
由螺栓確定
=14
軸承旁凸臺(tái)半徑
=14
凸臺(tái)高度
根據(jù)低速級(jí)軸承座外徑確定
=30
外箱壁至軸承座端面的距離
=50
齒輪頂圓與內(nèi)箱壁間的距離
>
=20
齒輪端面與內(nèi)箱壁間的距離
>
=10
箱蓋、箱座肋厚
、
,
=7
=7
軸承座外徑
=125/90
軸承端蓋螺釘直徑
=6
軸承旁聯(lián)接螺栓距離
S
一般取
S=150
5.8 螺栓的設(shè)計(jì)與計(jì)算。
圖26 箱體底板螺栓組連接示意圖
由設(shè)計(jì)要求的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知箱體固定在鑄鐵支架上，已知螺栓所受軸向載荷,徑向載荷為。具體尺寸如上圖26圖所示。
（1）螺栓組結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
采用如圖所示結(jié)構(gòu)，螺栓數(shù)目z=4，對(duì)稱布置。
（2）螺栓的受力分析
①在總載荷的作用下，螺栓組受以下各力和傾覆力矩的作用：
由于帶輪的軸壓力為：
=1064.67 N.
所以，作用于軸上的總載荷1064.67N 。
橫向力（的垂直分力，作用于接合面垂直向下）
==1064.67N 。
傾覆力矩(順時(shí)針方向)，又因?yàn)?0N 。
M=
②在傾覆力矩的作用下，下面兩個(gè)螺栓受到加載作用，而上面兩螺栓受到減載作用，故下面兩個(gè)螺栓受到的力較大，則所受到的載荷為
故下面的螺栓所受的軸向工作載荷為
③在橫向載荷的作用下，底板接合面可能產(chǎn)生滑移，根據(jù)底板接合面不滑移條件
由表5-5查得接合面間的摩擦系數(shù)f=0.16，并取,則=1-=0.8，取防滑系數(shù)Ks=1.2，則各螺栓所需要的預(yù)緊力為
④下面每個(gè)螺栓所受的總拉力
（3）確定螺栓直徑
選擇螺栓材料為Q235、性能等級(jí)為4.6的螺栓，由表5-8查得材料的屈服極限，由表5-10查得安全系數(shù)S=1.5，故螺栓材料的許用應(yīng)力。
則求得螺栓的危險(xiǎn)截面直徑為
查手冊(cè)知，如下表9
公稱直徑d
10
12
14
16
18
小徑d1
8.376
10.106
11.835
13.835
15.294
表9
則應(yīng)選用螺紋公稱直徑d=12mm。
（4）校核螺栓組連接接合面的工作能力
①連接接合面下端的擠壓應(yīng)力不超過許用值，以防止接合面壓碎。
=
=502.96=5.0296
由表查得>>5.0296MPa,故連接接合面下端不致被壓碎。
②連接接合面上端應(yīng)保持一定的殘余預(yù)緊力，以防止機(jī)架產(chǎn)生間隙，即則有
故接合面上端受壓最小處不會(huì)產(chǎn)生間隙。
（5）校核螺栓所需的預(yù)緊力是否合適
由教材知，對(duì)碳素鋼螺栓，要求
又因?yàn)?，取預(yù)緊力下限即
要求的預(yù)緊力小于上值，故滿足要求。
確定螺栓的公稱直徑后，螺栓的類型、長(zhǎng)度、精度以及相應(yīng)的螺母、墊片等的結(jié)構(gòu)尺寸，可根據(jù)板厚、螺栓在機(jī)架的固定方法以及防松裝置定出[16]。
5.9 潤(rùn)滑密封的設(shè)計(jì)。
（1）傳動(dòng)件的潤(rùn)滑
浸油潤(rùn)滑：浸油潤(rùn)滑適用于齒輪圓周速度V≤12m/s的減速器。為了減小齒輪的阻力和油的升溫，齒輪浸入油中的深度以1∽2個(gè)齒高為宜，速度高時(shí)還應(yīng)淺些，在0.7個(gè)齒高上下，但至少要有10mm,速度低時(shí)，允許浸入深度達(dá)1/6∽1/3的大齒輪頂圓半徑。油池保持一定深度，一般大齒輪齒頂圓