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差動分級式齒輥式破碎機
使用遺傳算法的多目標優(yōu)化設計
摘要：我們的差分級齒輥式破碎機結合了齒輥式破碎機，顎式破碎機的破碎比高，破碎效率高，多篩分的優(yōu)點，克服齒輥式破碎機的缺憾。動顎破碎機采用曲柄搖桿機制，從而優(yōu)化動態(tài)性能和改善破碎機的抗裂能力，我們建立了一個數(shù)學模型來優(yōu)化傳輸角ｒ，以盡量減少行程特性值m。使用遺傳算法優(yōu)化的破碎機曲柄搖桿機構多對象的設計獲得最佳的結果。根據(jù)實驗，顯示出動顎式破碎機和裂解能力的性能得到改善。
關鍵詞：差分和分級齒輥式破碎機，曲柄搖桿機構遺傳算法多目標優(yōu)化。
1.引言
在許多行業(yè)中，物料粉碎過程是不可缺少的（如采礦，金屬
冶煉的，化工等行業(yè)）。傳統(tǒng)式破碎機（例如，顎式破碎機，沖擊式破碎機，回轉式破碎機，錘式粉碎機），實現(xiàn)物資的粉碎破碎能力，主要取決于工作沖擊壓力的部分。這些破碎機效率低，能耗高。我們已經(jīng)不能滿足傳統(tǒng)的破碎機。在最近幾年，一個英國MMD齒輥式破碎機大量被使用。但是，從平時的調查來看，我們發(fā)現(xiàn)在這些齒輥式破碎機的一些不足之處：1）通過齒嚙合來破碎物料。所有需要被粉碎的原料礦物被輸送到一個粉碎腔，通過標準嚙合齒粉碎成微粒排出。破碎機未能完成實際的分級破碎，不僅使用了大量的能量，而且效率低下，破碎齒還會迅速出現(xiàn)損壞和金屬疲勞。 2）兩種情況下發(fā)生堵塞現(xiàn)象。一個是一種高流動大塊的煤混有較小條的情況，另一種是濕潤的煤會導致堵塞。齒輥式破碎機由于沒有有效的分級機制，結果是不令人滿意的，我們不能單靠齒嚙合。根據(jù)使用MMD齒輥式破碎機的一些煤礦區(qū)的調查，我們發(fā)現(xiàn)，他們大多數(shù)煤礦沒有要求的干燥度。 3）MMD破碎機的破碎能力通過提高傳動部分的力來增加破碎的能力，從而導致高功耗和高成本?；谶@些考慮，并結合中國神華能源有限責任公司和神東煤炭分公司的需求，我們的研究團隊設計了一個新的，高效的差分和分級齒輥式破碎機，以彌補傳統(tǒng)破碎機的缺陷。
如圖1所示，破碎機破碎部分組成的牙齒和曲柄搖桿機構。動顎曲柄搖桿機構的草圖如圖2。在搜索的曲柄搖桿機構的優(yōu)化設計中，
似乎有很多的文獻研究的目的只是在優(yōu)化的傳輸角度ｒ。例如，李等人只是選擇減少圖[2-3]中的行程特性值m。但是，在一個實際的和典型的破碎機設計中，動顎的破碎能力和傳動角，行程特性值m都有密切的聯(lián)系。我們已經(jīng)使用了GA（遺傳算法），以便優(yōu)化曲柄搖桿機構的差動齒輥式破碎機的傳動角ｒ，和最小行程值m。
1．電機組裝篩分機制；2.齒輥屏軸; 3.傳動齒輪：4.粉碎齒; 5.動顎 6. 調整機制
7.機殼 8. 裝配曲軸 9. 齒輥軸電機
圖1齒輥式破碎機結構圖
圖2 齒輥式破碎機斷裂機制示意圖
2．曲柄搖桿的動力學分析
一個鉸鏈四桿機構的性能依賴其連桿相對長度。如果我們把搖臂?的長度等于1，那么相對長度的曲柄，連桿和身體幀分別為a，b和d。數(shù)學模型曲柄搖桿機構的設計是獨立的的實際長度，這使得它更普遍。
2.1 最佳傳動角ｒ
曲柄搖桿機構的傳輸力主要取決于傳動角ｒ。輸送傾角更大，就能更好的傳輸力。在傳輸過程中，傳輸角度時刻變化。每個組件的選擇具有合適的尺寸，可以優(yōu)化得到最小傳動角。因此，有必要增加傳輸角度，以提高傳輸力和破碎力。
兩個最小傳動角的可能位置如圖所示。
圖3.最小傳動角位置示意圖
2.3 行程特征值m
動顎的行程，被分成水平和垂直的兩個部分。水平部分的功能是粉碎材料，垂直行程不能幫助粉碎，但也可以加速粉碎。遞減m的值既可以降低能耗和耐磨耗，同時，可以提高生產(chǎn)效率和提高破碎比。應采取一些措施，以減少m的值。為了簡化計算，C點被取出進行分析。幾何關系如圖所示。
圖4.曲軸和連桿路線圖
因此，行程特征值到C 點的距離是：m=h/s. 肘板的角度是:β=γ+α-90°，肘板的擺動角度：
傾角大小取決于連桿機制和動顎的力。它的取值范圍通常15°到20°之間。 s是水平行程，h是垂直行程。
3差分和分級齒輥式破碎機的動顎的數(shù)學模型
根據(jù)動力學分析，無論是傳動角γ和行程特性C點的值都可以表示為相對長度的曲柄，連桿和身體幀的曲柄搖桿機構。設計變量是：
動顎的目標函數(shù)最大化的最小傳動角γ：
動顎的目標函數(shù)最小化的行程特征m值??是：
適用以下約束：
1） 設計變量的邊界約束條件：
其中aimax和bimax是設計變量的上限和下限設計變量。
2） 擁有一個曲柄的曲柄搖桿機構的條件：
3） 約束的傳輸角度：增加傳輸角度可以提高傳輸效率和增強水平行程。但是，過多大傳動角具有相反的效果。
一種常見的情況是：
4）約束的行程特征值：根據(jù)經(jīng)驗，通常m的范圍是1.5和2.5之間。
5）動顎的水平行程S對生產(chǎn)力有明顯的影響。如果s是太小會降低生產(chǎn)率，但與此相反，它會加大破碎力，并導致過載損壞設備。水平行程的范圍：
其中dmin是排放口的最小尺寸。
6）肘板的角度約束。通常情況下，γ的范圍是18°至23°。綜上所述，優(yōu)化問題的可以歸結為曲柄搖桿機構的問題：
其中
多目標優(yōu)化問題的傳統(tǒng)解決方案，導致了低效率，并很容易導致一個明顯得局部問題。但遺傳算法的方法是迭代運行得到一個局部最優(yōu)解。通過可能的傳輸規(guī)則來指導搜索方向，GA搜索空間（如連通性，凸性等），并沒有特殊要求，不需要任何額外的信息。我們已應用遺傳算法優(yōu)化了差分和分級齒輥式破碎機的
多對象設計的曲柄搖桿機構。
4遺傳算法
遺傳算法是一種隨機搜索方法，它模仿自然演化規(guī)律。GA第一次是在1975年由荷蘭提出，它有以下主要特點：它直接運行在結構化對象，沒有任何限制函數(shù)求導和連續(xù)性;它擁有隱式并行和改進的能力全局優(yōu)化;通過使用隨機優(yōu)化方法，它可以自動獲取和引導優(yōu)化的搜索空間，并且還可以調整沒有具體的自適應搜索方向和規(guī)則。 GA具有的后期，一個重要技術OGY智能計算。主要方法是：1）編碼前的數(shù)據(jù)中搜索解空間，GA的數(shù)據(jù)表示，作為一個基因型表型的字符串結構和各種組合獲得不同的點。 2）創(chuàng)建一個初始化的GE-菜單組：GA隨機生成N初始化字符串數(shù)據(jù)，其中每個數(shù)據(jù)被稱為一個單獨UAL和這些人形成一個屬組。 GA開始使用的字符串數(shù)據(jù)作為初始迭代點。 3）個體適應值估計的適應性函數(shù)表示的質量個人或溶液。針對不同的問題，本一個適應性函數(shù)的定義是不同的。 4）選擇：選擇的目的是選擇前CELLENT目前屬群和個人之間允許他們有機會繁殖后代的父母。選擇是這一思想的體現(xiàn)為GA。選擇的原則是，指示高適應性viduals將有較大貢獻一個或多個后代的概率。 5）分頻點：這是最重要的操作GA。交叉操作可以生成新的屬具備的特點與前面的蒸發(fā)散一代。它體現(xiàn)了思想的信息交換。 6）基因突變：第一，GA隨機選擇個人從組屬。然后改變一個數(shù)據(jù)的值從字符串數(shù)據(jù)與給定的概率為選定的個人。類似生物宇宙，突變的概率GA是也很低，通常取值范圍為0.001至0.01，也就是說，突變提供了一個機會產(chǎn)生新的個體。
5基于遺傳算法的多目標優(yōu)化
我們采取了不同的曲柄搖桿機構與差分和分級齒輥式破碎機我們的優(yōu)化對象壓榨能力為4000噸/小時。為了決定在曲軸的長度，濃度曲柄搖桿桿與主體框架的連接獲得機制，當目標函數(shù)（9）的最大值，該值的條件下行程速比系數(shù)為1.25時，連桿行程300毫米，傾角18°。我們使用遺傳算法來解決這個問題，通過設置屬群規(guī)模等于50，交叉概率性為0.8，變異概率為0.005和數(shù)代的演變在1000。傳統(tǒng)的二進制編碼方法比較相對方便的使用時，在理論分析。但對于多維和高精度數(shù)值校準的問題，它往往效率低，不準確。我們用一個自然數(shù)編碼方法設置三個變量a，b和d的基因，有序的結合入染色體。例如
就包含在其中。
在初始化期間，GA將產(chǎn)生一個屬基團，其中50個個體上產(chǎn)生的根據(jù)一個變量的范圍。我們選擇了式（9）為總目標函數(shù)的值表示個人適應性。作為例子，我們把個人的p和q被取代的式（9），即，（P）=0.8145，F(xiàn)（Q）=0.7887，F(xiàn)（P）> F（Q）。這表明，指示的p適應性比q的更好。
輪盤賭的方法用于在選擇操作中，在輪盤賭的游戲，我們模仿和計算的總的適應性和在同一時間的相對并累計每一個人的適應性。然后，輪盤變成為50倍，和一個隨機號0和1之間的每個時間。一個數(shù)比較，可以選擇由個人的累積，為每個單獨的適應性。例如，如果我們讓r是一個隨機數(shù)，然后FC（I）累計適應性個體iFC（i +1）的累計個體適應性I +1。如果FC（I）<=γ<=（i +1）的話，那么個體i+1將選擇。依此類推，所有選定的個人我們可以組成一個新屬組，并開展交叉和變異操作。
單點雜交方法采用的是交叉操作，生成一個隨機數(shù)介于01時屬組。如果數(shù)少于交叉概率和個人選擇一個偶數(shù)，那么配對后，可以實現(xiàn)交叉操作隨機的。以個人的p和q為配對例如，我們的交叉點設置為2，這意味著我們選擇了第二個基因跨越。后交叉操作，個人成為
方法是通過一個統(tǒng)一的突變操作，生成一個隨機數(shù)介于0和1之間時屬組。如果的數(shù)量小于變異概率，當前個人會發(fā)生變異。突變運算的方思是類似初始化我們重建設計的邊界中的一個單獨的基因變量。
經(jīng)過選擇，交叉和變異操作，評價函數(shù)被調用，以確保最好的個人可以被保存。優(yōu)化結果（轉換）示于表1。
最優(yōu)化的結果，這已被應用于在生產(chǎn)實踐中，能滿足約束情況。鄭州長城冶金設備廠，與我們的合作廠家，產(chǎn)生了相應的破碎機已經(jīng)在中國大量出售。根據(jù)實際工作情況，不同的差分和分級齒輥式破碎機具有破碎強度大的特點，高突破效率，穩(wěn)定的工作狀態(tài)，高能力清除堵塞和抗粘連和穩(wěn)定粒度破碎產(chǎn)品，所有這些都達到了他們預期的設計目標。
6結論
我們已經(jīng)用遺傳算法進行了多目標優(yōu)化設計。我們可以聲明如下：
1）我們的差分和分級齒輥式破碎機的優(yōu)點，具有很大的破碎比，破碎效率高。
2）由于它不同于傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，GA可以開展啟發(fā)式全局優(yōu)化。這是一個并行，并發(fā)和逐漸進化搜索過程，在這過程中，避免局部最優(yōu)。
3）優(yōu)化的結果已在實踐中應用的實際破碎機的工作狀態(tài)是穩(wěn)定的。工業(yè)上的應用已被證明效果良好。也已表明，以優(yōu)化破碎機的曲柄搖桿機構
多目標設計與優(yōu)化傳動角γ和動顎m作為目標函數(shù)最小化的行程特性，能獲得最佳效果。
致謝
作者向黃教授表達自己最真摯的感謝以及感謝嘉興集團提供的寶貴意見。編者還要感謝鄭州長城冶金設備廠免費提供的有用的材料。
參考文獻
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塔里木大學畢業(yè)設計
對輥式紅棗分級機的設計
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題來源及研究的目的和意義 1
1.2 國內外研究現(xiàn)狀及分析 1
2 系統(tǒng)總體方案的確定 2
2.1 系統(tǒng)方案的確定 2
2.2 結構特點及工作原理 2
2.3 系統(tǒng)總體方案設計 3
3 主要部件的設計計算及校核 3
3.1 電動機的選擇 3
3.2 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比 4
3.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算 4
3.4 V帶及V帶輪的選擇計算 5
3.5 傳動軸的設計計算 6
3.6 鍵的選擇 9
3.7 聯(lián)軸器的選擇 9
3.8 齒輪的設計 9
4.其他部件的設計 13
4.1入料斗 13
4.2出料斗 13
4.3 機架底座 14
4.4分級輥 14
結 論 15
致 謝 16
參 考 文 獻 17
1 緒論
1.1 課題來源及研究的目的和意義
紅棗，又名大棗。自古以來就被列為“五果”(桃、李、梅、杏、棗)之一，歷史悠久。大棗最突出的特點是維生素含量高。在國外的一項臨床研究顯示：連續(xù)吃大棗的病人，健康恢復比單純吃維生素藥劑快3倍以上。因此，大棗就有了“天然維生素丸”的美譽。紅棗為溫帶作物，適應性強。紅棗素有“鐵桿莊稼”之稱，具有耐旱、耐澇的特性，是發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的首選良種．近些年紅棗價格年年攀升，紅棗產(chǎn)業(yè)在一些地區(qū)有了較快的發(fā)展，對帶動地區(qū)經(jīng)濟增長，尤其在帶動農牧民增收上起到了重要作用。
南疆地區(qū)是世界上最適宜種植優(yōu)質紅棗的區(qū)域,是國家農業(yè)部確認的國家級綠色食品基地.南疆地區(qū)光照時間長,每年4-10月累計日照時數(shù)達2027.1小時,平均每天的日照時數(shù)達到10小時以上,且光照度強,十分有利于紅棗果實生長;該地區(qū)8-10月平均日較差在17.5—18.2℃,最大日較差可達27.8℃,特別有利于棗果可溶固形物和糖分積累,這也是造就南疆地區(qū)紅棗品質極優(yōu)的根本原因。
“十一五”期間，隨著產(chǎn)業(yè)結構的調整，紅棗種植面積大不斷擴大。截至2009年底，紅棗種植面積達481.08萬畝，約占全國的21.38%；產(chǎn)量26.32萬噸，約占全國的8.63 %。紅棗種植主要分布在南疆的阿克蘇、喀什、和田、巴州等地。紅棗栽培歷史悠久，建國后，特別是60-80年代引進品種42個，加之古、近代的引入，共計49個品種。目前從各地州規(guī)模發(fā)展的主栽品種構成來看：絕大多數(shù)為干、鮮兩類的灰棗、駿棗及贊皇紅棗等品種。紅棗種植模式主要有棗農間作和成片建園兩種方式，間作模式有棗樹+小麥、棗樹+豆類、棗樹+棉花、棗樹+蔬菜、棗樹+西（甜）瓜。成片建園的棗樹株行距多以2 x 3米或1.5 x 4米，每畝110株較為普遍。
由于獨特的區(qū)位優(yōu)勢，紅棗品質受到追捧，國內外出現(xiàn)熱銷紅棗的態(tài)勢，紅棗龍頭加工企業(yè)紛紛向集中，紅棗形成了產(chǎn)銷兩旺。目前，紅棗主要以制干初加工銷售，紅棗加工企業(yè)將半干紅棗經(jīng)過篩選、分級、哄干、包裝后銷售。
其中，紅棗分級是紅棗制干過程中的一個重要環(huán)節(jié)，紅棗分級質量的好壞，尺寸的大小直接影響紅棗的經(jīng)濟效益。
1.2 國內外研究現(xiàn)狀及分析
國外公司較早開始對水果自動分級技術進行研究并將研究成果產(chǎn)品化，意大利、日本和美國是果品分級分選設備研究的倡導者，目前來看，歐洲果品分級分選設備的研究集中在果品分級生產(chǎn)線的研制；美國和亞洲的日本、韓國則是著重研究尖端的分級分選技術，比如核磁共振成像分級、內部品質檢測分級，如成熟度分級等。 我國對智能化程度較高的果品分選機的研制尚處于起步階段，對水果品質檢測及自動分級研究時間不長，國內目前能生產(chǎn)的水果分級設備基本還限于機械分級階段，主要進行大小、重量的分級，自動分級設備基本還處于實驗室研發(fā)階段。我國水果質量檢測中使用的水果品質自動檢測生產(chǎn)線多為進口設備，由于引進設備操作較為復雜，設備成本較高，且這種進口設備是針對大農場生產(chǎn)所設計的，在我國小農戶生產(chǎn)方式的農產(chǎn)品的檢測中并不實用。
目前國內主要的紅棗分級機構有以下幾種：一是差速帶式紅棗分級機。差速帶式紅棗分級機，由差速帶式紅棗分級機構組成，包括機架、電機、喂料斗及其傳動裝置，其特征在于機架上至少設有兩級的差速帶式紅棗分級裝置，機架下方的電動機輸出軸上設有傳動軸，傳動軸的前后兩端均設有錐形齒輪，與其相嚙合的錐形齒輪軸上均設有皮帶輪，且前端的皮帶輪直徑比尾端的皮帶輪直徑大，兩個皮帶輪通過皮帶分別與機架上方的兩個直徑相同的皮帶輪相接，軸上間隔均布有與方軸連為一體的、和不連為一體的兩種軸套，前后兩個軸上的兩種軸套相錯而設，前后兩個軸套間設有分級皮帶，每根分級皮帶的下方設有擊打裝置。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有結構簡單、操作方便、無卡棗現(xiàn)象、紅棗破損率低的優(yōu)點。缺點是效率低，分級不均，造價較高。二是重疊式篩籠紅棗分級機。該紅棗分級機，解決現(xiàn)有紅棗分級機分級效果差、破損率較高以及結構復雜等問題，包括箱體，箱體一側設有進料口，箱體內貫穿設置轉動軸，轉動軸上至少固定有兩個互相套接且一端面呈階梯狀分布的篩籠，篩籠另一端面與環(huán)形圓板固定，篩籠上各篩條之間的間隙尺寸由內向外逐漸減小，其中內層篩籠一端與進料口相通，另一端與設置在箱體另一側的一級出料口相通，每個篩籠下方均設有出料口。本實用新型將多個篩籠呈重疊式且端面呈階梯狀安裝，整體結構簡單、造價低、效率高，可一次將紅棗分成多個等級，分級均勻，在設備中的行程較短，在實際使用中效果顯著，可廣泛用于紅棗產(chǎn)地的規(guī)模化加工。缺點是有卡棗現(xiàn)象，破損率較大。
針對上述兩種紅棗分級機存在的問題，課題提出一種對輥式紅棗分級機，該機械可連續(xù)做業(yè)，各將紅棗按企業(yè)要求分成多個級別。
2 系統(tǒng)總體方案的確定
2.1 系統(tǒng)方案的確定
輥式分級機主要有以下輥帶式和對輥式。輥帶式尺寸分級一般由分級滾軸和輸送帶組成。根據(jù)分級滾軸直徑是否變化又可以分為等徑輥帶式尺寸分級機和變徑輥帶式尺寸分級，如下圖：
圖2-1 等徑輥帶式分級機原理圖
1.輸送帶主帶輪 2.待分級物料 3.分級隔板
對輥式尺寸分級機分級間隙的改變一般靠對輥之間的空間位置變化來來改變分級間隙分為以下幾種:
按對輥之間的相對角度變化分級:
a) b)
圖2-2 按對輥角度變化分級原理圖
1.待分物料 2.分級輥
按對輥之間的相對高度變化分級:
圖2-3 按對輥相對高度變化分級原理圖
1.定輥 2.浮動輥 3.待分物料
由于對輥式分級的結構簡單，分級范圍較廣，對棗子的破壞比較小，所以本次設計采用對輥式分級，按照對輥之間的角度相對變化來分級。
2.2 結構特點及工作原理
2.2.1 結構特點
本設計吸收了當前的設計優(yōu)勢，主要由原動機、傳動系、工作系、機架系四部分構成。原動機采用電動機帶動，傳動系選擇V帶傳動，齒輪傳動，工作系由滾筒和刀片組成，其中工作系由圓形錐輥和卡位鐵皮組成，機架系由底座、架身、進料斗、出料斗組成。此外采用全損耗系統(tǒng)用油進行潤滑，橡膠密封。主運動軸、軸承、鍵、聯(lián)軸器都采用標準件，易于更換。
2.2.2 工作原理
電動機運轉，通過聯(lián)軸器將動力傳到V帶輪，通過V帶輪將發(fā)動機轉速降低，經(jīng)過減速的動力通過V帶將動力傳到主運動軸，帶動錐輥開始工作。在確認機器啟動運轉平穩(wěn)后開始喂料，喂料要及時均勻，要觀察入料口，如有堵塞及時清除。
工作原理簡圖（總體方案圖）
圖2-4 對輥式紅棗分級機方案圖
1—入料斗，2—輥子1，3—輥子2，4—齒輪，5—V帶，6—機架，
7—電動機，8—聯(lián)軸器，9—出料斗
2.3 系統(tǒng)總體方案設計
組成：傳動裝置由電機、減速器、工作機組成。
確定傳動方案：考慮到電機轉速高，傳動功率大，在工作中要承受輕微沖擊等實際要求，故采用一級斜齒輪減速器，初步確定傳動系統(tǒng)總體方案如圖2。選擇帶傳動和一級圓柱斜齒輪減速器。
傳動裝置的總效率：
；
為聯(lián)軸器的效率，為高速軸齒輪的效率，
為高速軸承的效率，為第二對軸承的效率，
為第三對軸承的效率，為第四對軸承的效率，為V帶的效率（齒輪為9級精度，油脂潤滑。因是薄壁防護罩,采用半開式效率計算)。
3 主要部件的設計計算及校核
3.1 電動機的選擇
電動機所需工作功率為：
--工作裝置的功率；—總效率；
執(zhí)行機構的轉速為100~200r/min
經(jīng)查表按推薦的傳動比合理范圍，帶傳動的傳動比，圓柱齒輪減速器傳動比，則總傳動比合理范圍為，電動機轉速的可選范圍為。
根據(jù)容量和轉速，由設計手冊查出的電動機型號，因此有以下三種傳動比選擇方案，如下
表3-1 電動機型號
方案
電動機型號
額定功率
同步轉速
滿載轉速
電動機質量
參考價格
傳動裝置傳動比
1
Y-112M-2
4
3000
2890
45
5.00
22.40
2
Y112M-4
4
1500
1440
43
3.48
20.42
3
Y132M1-6
4
1000
960
73
2.22
13.61
下面的表格就是電動機的技術參數(shù)、性能以及外形尺寸的數(shù)據(jù)：
表3-2 電動機外形尺寸
中心高
外型尺寸
L×（AC/2+AD）×HD
底腳安裝尺寸A×B
地腳螺栓孔直徑K
軸伸尺寸D×E
裝鍵部位尺寸F×GD
112
38×265×190
190×140
12
28×60
8
圖3-1 電動機主要外形安裝尺寸
3.2 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比
3.2.1 總傳動比
由選定的電動機轉速和工作裝置主動軸轉速，可得傳動裝置總傳動比為。
3.2.2分配傳動裝置傳動比
式中分別為帶傳動和減速器的傳動比。
為使帶傳動外廓尺寸不致過大，初步取，則減速器傳動比為
3.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算
3.3.1 各軸轉速
?
??
??
3.3.2 各軸的輸出功率
3.3.3 因電動機軸的輸出轉矩所以:
運動和動力參數(shù)結果如下表:
表3-3 運動和動力參數(shù)表
軸 名
功率P/ KW輸出
轉矩T /Nm輸出
轉速r/min
電動機軸
1軸
2軸
3.6
3.42
3.02
22.92
65.36
304.3
1500
500
100
3.4 V帶及V帶輪的選擇計算
3.4.1 V 帶的選擇
因為小帶輪（主動輪）的轉速為500轉/分,輸出功率為3.42千瓦，根據(jù)設計要求，經(jīng)查《機械設計基礎》得到小帶輪初選的基準直徑為140mm。初步確定選普通V帶B型，基準長度為1800mm。
實際工作時，應對V帶的基本額定功率值加以修正。修正后既得實際工作條件下V帶所能傳遞的功率，稱為許用功率[]：[]=(+)
式中：-功率增量。
-包角修正系數(shù)。
-帶長修正系數(shù)。
經(jīng)查表；；。
符合要求。 所以小帶輪的基準直徑因選擇140mm。
根數(shù)的確定
設為傳動的額定功率（Km），為工作情況，則計算功率為：；
式中：--工作情況系數(shù),查表得1.5。則：
V帶的根數(shù)由式：計算確定，帶入數(shù)據(jù)計算得；確定為兩根。
3.4.2 帶輪的設計計算
1）大小帶輪直徑的確定
由3.4.1可知小V帶輪的直徑為140mm，設大帶輪為，由經(jīng)驗公式：
帶入數(shù)據(jù)計算得：
由《機械設計基礎》表13-9取
2）中心距的確定
初步選定中心距：取=650mm，符合，得帶長：
經(jīng)查《機械設計基礎》表8-2得B型帶基準長度=2240mm。再由計算實際中心距：
綜上所述，可以確定V帶選用普通V帶A型，，中心距為716mm；大帶輪直徑為400mm，小帶輪直徑為140mm。由于，所以采用輪輻式，小帶輪可采用孔板式。
3.5 傳動軸的設計計算
3.5.1 主運動軸（從動軸）的設計
1）求主運動軸上的功率，轉速，轉矩。
由上述可知，，
2）求作用在從帶輪上的力
已知低速帶輪的基準圓直徑為
而初步知道：
圓周力：
徑向力:
軸向力：
3）初步確定主運動軸的最小直徑
先按課本初步估算軸的最小直徑,選取軸的材料為45鋼,調質處理,根據(jù)《機械設計基礎》的公式14-2：
式中：C—由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)；
P—傳遞的功率；
n—軸的轉速。
帶入數(shù)據(jù)：
軸的最小直徑取24mm，顯然是安裝在軸承上的直徑,為了使所選的軸與軸承吻合,故需同時選取軸承的型號。
4）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
初步設計主運動軸（從動軸）如圖：
圖3-2 軸簡圖
1） 如上圖，ab段為螺紋，用以安裝橡膠輥，bc段安裝軸承，cd段安裝齒輪，ef段安裝另一軸承，fg安裝帶輪,在左側應鉆螺紋孔，起軸向固定作。
2）初步選擇滾動軸承 因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,但軸向力相對較小，故選用單列深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組標準精度級的單列深溝球軸承6005型，如表：
表3-4 軸承參數(shù)表
D
B
軸承代號
17
35
10
19.4
32.6
6003
20
42
12
25
37
6004
25
47
12
30
42
6005
30
55
13
36
49
6006
3.5.2 主運動軸各軸段長度直徑的確定
對于選取的單向深溝球軸承其尺寸為的,故直徑
長度，，，，考慮到實際工作情況，將軸的總長380mm。
3.5.3 求主動軸上載荷及校核
首先根據(jù)結構圖作出軸的計算簡圖, 確定頂軸承的支點位置時,查《機械設計手冊》得對于6005型的深溝球軸承,做為簡支梁的軸的支承跨距.
由上述可知，圓周力：，徑向力：，軸向力：
1）求垂直面的支承反力(圖3-3 b）
2）求水平面的支承反力（圖3-3c）
3)F力在支點產(chǎn)生的反力（圖3-3d）
外力F作用方向與帶傳動的布置有關，在尚未確定具體布置前，可按最不利情況考慮。
4)繪垂直面的彎矩圖（3-3圖b）
5）繪水平面的彎矩圖（圖3-3c)
6）F力產(chǎn)生的彎矩圖(圖3-3d）
截面F產(chǎn)生的彎矩圖為：
7)求合成彎矩圖（圖3-3e）
考慮到最不利的情況，把M與直接相加。
8）求軸傳遞的轉矩（圖3-3f）
9） 求危險截面的當量彎矩（圖3-3g）
從圖可見，a-a截面最危險，其當量彎矩為
取折合系數(shù)=0.6，代入上式得
10) 計算危險截面處軸的直徑
軸材料為45號鋼，調質處理，由表14—1查得σ=650 MP，由
表14-3查的許用應力=60 MP，則
傳動外廓尺寸不致過