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畢業(yè)論文說(shuō)明書
畢業(yè) 論 文 題 目
一體化茶葉真空包裝機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué) 院
工學(xué)院
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
一體化茶葉真空包裝機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及人們生活水平的提高，我國(guó)茶葉發(fā)展迅猛，在這種情況下給我們茶葉包裝機(jī)一個(gè)自我發(fā)展的機(jī)會(huì)。面對(duì)火熱的夏天，茶葉的銷量如火如荼，而隨之而來(lái)卻面臨著茶葉存放問(wèn)題，茶葉的包裝越發(fā)顯得重要。隨著時(shí)間的推移，那些不利于茶葉存放的包裝必將被市場(chǎng)所淘汰，而茶葉真空包裝機(jī)作為茶葉的好幫手，幫助茶葉解決其存放問(wèn)題。
關(guān)鍵字：茶葉真空包裝機(jī)；發(fā)展；結(jié)構(gòu)；原理；
Thorn roller steel needle cloth automatically wrap device design
Abstract
With the development of economy and the improvement of people's living standards, the rapid development of tea in China, in this case to give us tea packing machine a self - show opportunity. In the face of fiery summer, tea sales in full swing, and the attendant is faced with the problem of storage of tea, tea packaging is increasingly important. Over time, those who are not conducive to the storage of tea packaging will be eliminated by the market, and tea vacuum packaging machine as a good helper to help tea to solve their problems.
Keywords: Tea vacuum packaging machine; development; structure; principle;
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
2.1 茶葉真空包裝機(jī)的研究現(xiàn)狀 1
2.2 茶葉真空包裝機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 2
2 茶葉真空包裝機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4
2.1 總體結(jié)構(gòu)方案的確定 4
2.2 工作原理分析 4
2.3 裝置的結(jié)構(gòu)組成 4
2.4 電機(jī)選用計(jì)算 5
2.5 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 6
2.5.1 鏈的設(shè)計(jì) 6
2.5.2 鏈輪受力分析 7
2.5.3 鏈輪設(shè)計(jì)與校核 7
2.6 減速器的設(shè)計(jì)選型 10
2.6.1 減速機(jī)的選擇 10
2.6.2 減速機(jī)的校核計(jì)算 11
第3章 軸鍵的設(shè)計(jì)和軸承的設(shè)計(jì)校核 12
3.1 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 12
3.1.1 軸的設(shè)計(jì) 12
3.1.2 軸的失效形式 12
3.1.3 軸的材料 12
3.1.4 軸的強(qiáng)度校核 13
3.1.5 軸的固定 16
3.1.6 鍵的選擇 16
3.1.7 鍵聯(lián)結(jié)強(qiáng)度計(jì)算 17
3.2 軸承選擇與校核 18
3.2.1 軸承的分類 18
3.2.2 滾動(dòng)軸承及類型 18
3.2.3 滾動(dòng)軸承的失效形式 18
3.2.4 軸承的選擇計(jì)算 19
3.3 軸承的潤(rùn)滑 20
結(jié) 論 21
致 謝 22
參考文獻(xiàn) 23
II
1 緒論
茶葉真空包裝機(jī)以塑料復(fù)合薄膜或塑料鋁箔復(fù)合薄膜為包裝材料,專為茶葉成型包裝而設(shè)計(jì)的,對(duì)其它小型包裝物亦能進(jìn)行真空包裝;有效地防止物品腐敗變質(zhì),達(dá)到保質(zhì)、保鮮、保味、保色的功能,延長(zhǎng)產(chǎn)品的儲(chǔ)存期限。
茶葉真空包裝機(jī)以塑料復(fù)合薄膜或塑料鋁箔復(fù)合膜為包裝材料,對(duì)各種茶葉，紅茶、綠茶、鐵觀音、普洱、大紅袍等，儀器藥品,糧?食.果品.醬菜,果脯,水產(chǎn)品,土特產(chǎn),化工原料,電子元件?及軍用品等。不論是固體,粉狀,糊狀或液體均可進(jìn)行真空熱封包裝.由于袋內(nèi)真空度高,可有效的防止脂類品氧化和好氧性細(xì)菌繁殖而引起的物品腐敗和變質(zhì),達(dá)到保質(zhì),保鮮,保味,保色的功能,延長(zhǎng)產(chǎn)品(商品)的儲(chǔ)存期限,同時(shí)對(duì)某些松軟的物品,經(jīng)過(guò)真空包裝后縮小包裝體積,便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。
2.1 茶葉真空包裝機(jī)的研究現(xiàn)狀
1、銷售包裝的包裝材料方面
我國(guó)主要用塑料編織袋、復(fù)合塑料袋作為包裝容器，而這些包裝袋在運(yùn)輸、裝卸、零售等環(huán)節(jié)存在諸多問(wèn)題需要解決。使用塑料編織袋來(lái)包裝茶葉，浪費(fèi)的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，一般只能用1-2次，相對(duì)成本較高。且包裝方式簡(jiǎn)單，開(kāi)封后難以再封，不利于較長(zhǎng)時(shí)間的保存，蟲害、霉變現(xiàn)象較為嚴(yán)重。包裝材料防潮性差、阻隔性差，茶葉易氧化霉變。塑料復(fù)合袋是由高阻隔性包裝材料復(fù)合而成，在一定程度上可以解決茶葉的防霉、防蟲、保鮮問(wèn)題，但后處理較難，由于不易降解，使用也受到一定的制約。
2、國(guó)內(nèi)銷售包裝的兩種包裝技術(shù)
一種為普通包裝，利用聚丙烯塑料編織袋對(duì)茶葉進(jìn)行包裝，包裝過(guò)程中不施加任何保鮮技術(shù)，這種包裝對(duì)茶葉的防蟲、防霉及保鮮的效果差；
另外一種用真空包裝技術(shù)對(duì)包裝袋進(jìn)行抽真空，真空包裝技術(shù)對(duì)茶葉的儲(chǔ)存有較好的保鮮作用，但由于茶葉自身的形狀以及真空度的選擇不合適，目前茶葉真空包裝選用的真空度一般在-0．07～-0．09kPa之間，只要真空度在這個(gè)范圍內(nèi)，出廠都為合格的產(chǎn)品。由于真空度較大，包裝材料緊緊包裹茶葉，由于茶葉兩端較尖，包裝袋很容易被米粒扎破，形成針孔，這樣包裝袋就會(huì)漏氣，造成真空包裝失效。有試驗(yàn)表明，抽氣真空度為-0．09MPa的茶葉包裝袋，靜止放置，不堆垛，在20天之內(nèi)包裝袋的破漏率為16％，所以高真空度必然造成高破袋率。另外包裝袋在流通過(guò)程中袋與袋之間的摩擦、碰撞和跌落也很容易造成破袋。據(jù)統(tǒng)計(jì)真空包裝在流通過(guò)程中的破袋率達(dá)到30％。由于真空包裝的問(wèn)題造成了茶葉的浪費(fèi)，給消費(fèi)者和企業(yè)都帶來(lái)了損失和麻煩。所以在對(duì)茶葉進(jìn)行保鮮包裝的同時(shí)要和流通環(huán)境結(jié)合起來(lái)，這樣才能取得良好的效果。
2.2 茶葉真空包裝機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
真空包裝技術(shù)起源于20世紀(jì)40年代。自1950年聚酯、聚乙烯塑料薄膜成功地應(yīng)用于商品包裝以來(lái)，真空包裝機(jī)便得到迅速的發(fā)展，其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在高生產(chǎn)率、自動(dòng)化、單機(jī)多功能、組成生產(chǎn)線、采用相關(guān)新技術(shù)這五個(gè)方面。?
高生產(chǎn)率。真空包裝機(jī)的生產(chǎn)率已從每分鐘數(shù)件發(fā)展到數(shù)10件，熱成型－充填－封口機(jī)的生產(chǎn)率可達(dá)500件/分鐘以上。?
采用相關(guān)新技術(shù)。在包裝方法上大量采用充氣包裝取代真空包裝，將充氣成分、包裝材料與充氣包裝機(jī)三方面的研究緊密結(jié)合起來(lái)；在控制技術(shù)上，更多地應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)；在封口方面應(yīng)用熱管和冷封口技術(shù)，也可以將先進(jìn)的裝置直接安裝在真空包裝機(jī)上，如裝上計(jì)算機(jī)控制的粗粒物料高精度組合秤；在旋轉(zhuǎn)或真空包裝機(jī)上，應(yīng)用先進(jìn)高速的圓弧面凸輪分度機(jī)械等。
生產(chǎn)自動(dòng)化：真空包裝機(jī)的自動(dòng)化不僅提高了生產(chǎn)效率，而且具有安全衛(wèi)生的優(yōu)點(diǎn)。日本某公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)真空室式包裝機(jī)，是一種自動(dòng)化程度相當(dāng)高的多工位包裝機(jī)。該機(jī)有充填和抽真空2個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)，充填轉(zhuǎn)臺(tái)有6個(gè)工位，完成供袋、投料、注液預(yù)封口，并將包裝件送至抽真空轉(zhuǎn)臺(tái)；抽真空轉(zhuǎn)臺(tái)有12個(gè)工位（真空室），完成抽真空和封口、成品輸出等工序，生產(chǎn)效率可達(dá)40袋／分，主要用于包裝軟罐頭類食品。
組配生產(chǎn)線：當(dāng)需要的功能越來(lái)越多時(shí)，將所有的功能集中在一個(gè)單機(jī)上會(huì)使結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜，操作維修也不方便。這時(shí)可把功能不同、效率相匹配的幾種機(jī)器組合成功能較齊全的生產(chǎn)線，來(lái)完成更為復(fù)雜的包裝工序。如法國(guó)某公司研制的鮮魚真空包裝生產(chǎn)線，紡織真空包裝系統(tǒng)等機(jī)型均屬于這一型。??????中國(guó)工博會(huì)科技論壇連續(xù)11年聚焦標(biāo)準(zhǔn)化，今年與會(huì)專家、實(shí)業(yè)家圍繞著“綠色包裝”主命題，就涉及包裝材料、運(yùn)輸、有害物質(zhì)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)等話題展開(kāi)深入探討。國(guó)家發(fā)改委副巡視員趙鵬高介紹，目前我國(guó)大中城市的包裝廢棄物體積占城市固體廢棄物全部的近二分之一、重量的三分之一，推行綠色包裝、減少包裝物帶來(lái)的污染已成為重大而緊迫的課題?！皹?biāo)準(zhǔn)內(nèi)容不盡合理和完善；標(biāo)準(zhǔn)之間不夠協(xié)調(diào)、缺乏系統(tǒng)性；重形式、可操作性差”。?
世界包裝組織亞洲包裝中心總裁金祥佐認(rèn)為，“中國(guó)未來(lái)要成為真正的全球包裝產(chǎn)業(yè)中心，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)集群式發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，必須要提高中國(guó)在世界包裝界的話語(yǔ)權(quán)和規(guī)則制定權(quán)”。研討會(huì)傳遞出一個(gè)業(yè)界公認(rèn)的信息，中國(guó)包裝業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化水平的現(xiàn)狀，已不能適應(yīng)行業(yè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的實(shí)際需求，而實(shí)現(xiàn)包裝由“大”到“強(qiáng)”，亟需提升全行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化水平。金祥佐透露，我國(guó)正規(guī)劃建設(shè)“世界包裝產(chǎn)業(yè)中心”，建設(shè)世包總部、軍民融合發(fā)展、科教研發(fā)、商貿(mào)物流、文化創(chuàng)意、包裝裝備、包裝新材料、農(nóng)產(chǎn)品加工包裝等重點(diǎn)基地；實(shí)施世包研究院、世包大學(xué)、高端包裝制品、先進(jìn)包裝裝備、包裝新材料等18個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目，其中由世界包裝中心集團(tuán)牽頭的“世界包裝產(chǎn)業(yè)中心”將聯(lián)合民企、外企和國(guó)企共同投資，面向全球招商，預(yù)計(jì)投資規(guī)模超過(guò)1200億元。
2 茶葉真空包裝機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1 總體結(jié)構(gòu)方案的確定
茶葉真空包裝機(jī)主要由供料機(jī)構(gòu)、抽真空機(jī)構(gòu)、熱封機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置出料裝置等組成。
茶葉真空包裝機(jī)結(jié)構(gòu)件圖如圖2-1所示：
圖2-1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.2 工作原理分析
工作原理：散裝茶葉裝與料斗內(nèi)，供料機(jī)構(gòu)控制每一袋茶葉的份量，通過(guò)錐斗裝袋，裝好茶葉的袋通過(guò)抽真空裝置和熱封裝置，完成對(duì)茶葉的整體包裝，后通過(guò)成品出料口留出。
2.3 裝置的結(jié)構(gòu)組成
1.供料機(jī)構(gòu)：提供等量的茶葉用于裝入包裝袋；
2.抽真空機(jī)構(gòu)：裝好的茶葉袋需要抽真空，次機(jī)構(gòu)將茶葉袋抽為真空，為下一步熱封做準(zhǔn)備；
3.熱封機(jī)構(gòu)：為防止茶葉包裝袋漏氣而受潮發(fā)霉，抽真空后的茶葉袋用熱封封好口，為茶葉的長(zhǎng)久保存提供必要的條件；
4.傳動(dòng)裝置：茶葉真空包裝機(jī)整機(jī)的運(yùn)作需要一個(gè)動(dòng)力源以及傳動(dòng)裝置，保證各工位能有效的工作。
5.出料裝置：包裝好，熱封好的茶葉袋通過(guò)出料裝置推出包裝機(jī)。
2.4 電機(jī)選用計(jì)算
電動(dòng)機(jī)所需功率P0按下式計(jì)算：
式中，—工作機(jī)械所需要的功率，KW；
—從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)械間各運(yùn)動(dòng)副的總機(jī)械效率。
根據(jù)機(jī)構(gòu)的布置由已知條件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)承受10公斤力，即100N，由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還摩擦力f和自身重力分量F1，重力如圖
由已知條件得出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總的載荷為F=f+F1+1000
則工作機(jī)有效功率為：P=F×V=0.063KW
由已知條件得電動(dòng)機(jī)有效功率，式中為系統(tǒng)總的傳動(dòng)效率。
電動(dòng)機(jī)到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率
查表：，，，=0.99，=0.96
代入上式：
所以電動(dòng)機(jī)的有效功率
所選電動(dòng)機(jī)的額定功率須滿足。
根據(jù)已知條件傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為：
式中為節(jié)距，取=1
選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y2-90S-8，同步轉(zhuǎn)速為750 ,對(duì)應(yīng)額定功率為0.37KW，外伸軸直徑12mm
方案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
（KW）
同步轉(zhuǎn)速
（r/min）
滿載轉(zhuǎn)速
（r/min）
總傳動(dòng)比
i
1
Y2-90S-8
0.37
750
700
50
2.5 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.5.1 鏈的設(shè)計(jì)
鏈輪的設(shè)計(jì)
初選傳動(dòng)比i=3,小鏈輪鏈數(shù)為15，大鏈傳鏈數(shù)為50
設(shè)計(jì)功率 P=kk/kP
查表得 K=1.55 K=1 K=1
P=1.55P
傳遞功率P的計(jì)算
F=Mgf/2=65N P=Fv
P=0.960.9550.95P 得P=31.66W
根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速初選鏈條節(jié)距為9.525
初定中心距 ：a=45P=187.2mm
鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)：L=2a+(z+z)/2+C/a=124.65 mm 取L=124mm
理論中心距 a=P[L-(z+z)]/K=187.2mm
實(shí)際中心距 a=a-=425.4-0.002=200mm
轉(zhuǎn)速 n=18.13=54.3r/min
有效圓周力 F=1000P/V=210.4N
由上知，由于采用總傳動(dòng)比為3的減速器的減速系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩克服重力阻力矩，因?yàn)閍=0.16，當(dāng)=0時(shí)，所受轉(zhuǎn)矩最大
T=G/20.16=144N.m
減速器減速系統(tǒng) ，總傳動(dòng)比i=10:1，則單輪所需的最大驅(qū)動(dòng)力為F=T/i/r=66.3N。
2.5.2 鏈輪受力分析
鏈輪受力情況， 2f=F阻 2f= F阻
T 3=f R = F阻/2·R
R為輪半徑，F(xiàn)阻為運(yùn)行阻力，主要是滾動(dòng)摩擦阻力，非常小，因而此情況鏈輪受力狀況良好。
T3=μ(1-x)G·R，取μ=0.3，x=0.3
T3=0.3×0.7×180×0.1=3.78
比較以上情況，在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，鏈輪受轉(zhuǎn)矩最大。
在鏈輪中，中心輪所承受的轉(zhuǎn)矩最大，故最需要校核中心鏈輪的強(qiáng)度即可。
2.5.3 鏈輪設(shè)計(jì)與校核
（1）計(jì)算鏈輪轉(zhuǎn)矩T
根據(jù)4.2.1的比較知在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)受轉(zhuǎn)矩最大，
T=2T/i=28.91/(18/38)=37618N.mm
(2)選材料
為了最大程度的減輕整體機(jī)構(gòu)的重量，并降低各方面維護(hù)的成本，決定選取聚酰胺46為材料制作此鏈輪。
聚酰胺46（PA46）材料具有70%的結(jié)晶度，在高溫下展現(xiàn)出良好的耐磨性和摩擦性能，并且很好地保持了其機(jī)械性能，適用于需在高扭矩和高溫下工作的齒輪應(yīng)用。PA46具有多種適于齒輪設(shè)計(jì)的性能，并可通過(guò)不可逆的高溫退火處理進(jìn)一步增強(qiáng)。PA46材料在玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上的高溫下經(jīng)退火處理后，其硬度和強(qiáng)度性能可提高50%，并且改善了抗疲勞性、耐磨性和摩擦性能。另外，與其它聚酰胺材料相比，PA46的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)在于，經(jīng)退火處理后可降低材料的吸水量。重要的是，在高溫下退火處理的部件公差由其線性熱膨脹（CLTE）系數(shù)決定，而不是由吸水引起的尺寸變化決定。有許多應(yīng)用中，熱塑性塑料已經(jīng)替代了金屬用于齒輪制造。與金屬齒輪相比，工程熱塑性塑料具有電氣、機(jī)械和化學(xué)性能方面的優(yōu)勢(shì)；對(duì)潤(rùn)滑的要求極低，甚至無(wú)需潤(rùn)滑；重量輕；可以成型為更多的幾何形狀，制造速度快。
選用金屬材料制作鏈輪，其使用精度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)是明顯的，但另一方面，金屬齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中必然需要潤(rùn)滑，包括齒輪間及軸與齒輪之間，這必然增加了日常維護(hù)的難度，而且金屬齒輪重量較大，必然導(dǎo)致貼標(biāo)機(jī) 本身重量的增加，這無(wú)疑增加了貼標(biāo)機(jī)在搬運(yùn)過(guò)程中的負(fù)載。由于貼標(biāo)機(jī) 運(yùn)行速度并不高，完全可以選用聚酰胺46作為齒輪材料并 取消潤(rùn)滑。中間齒輪與軸之間也可以采用滑動(dòng)配合，還通過(guò)提高軸頸的表面光潔進(jìn)一步減少磨損。
(3) 根據(jù)星輪的大小要求，為降低安裝精度要求，初選齒輪模數(shù)為3，考慮結(jié)構(gòu)的緊湊性，根據(jù)樓梯的尺寸確定各輪輪距，
根據(jù)齒面接角觸疲勞強(qiáng)度校核有
[]=K/S
假設(shè)該裝置預(yù)期壽命為10年，每天工作8小時(shí)，每年運(yùn)行300天，在整個(gè)使用期限內(nèi)，行走時(shí)間約占60%，則總工作時(shí)間
L=10300860%=14400h
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N=60nj N L=6018.1337618=1.210
由圖按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=600MPa，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=550MPa。
查表得取接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)K=0.85; K=0.9
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。
取失效率為1%，安全系數(shù)為S=1，由式得
[]=K/S=6000.85=510MPa
[]=K/2=5500.90=495MPa
由公式=2.5Z
其中k=kkkk=111.121.423=1.594
d=114mm, d=78mm, b=34mm, b=39mm,u=3,F=2T/ d=129.8N，Z=189.8MPa
所以 =2.5189.8=126.6MP<[]
=2.5189.8=142.89MP< []
故齒面接觸疲勞強(qiáng)度足夠。
根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
查表得大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=380MP；齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500MPa
查表得彎曲疲勞壽命系數(shù)K=0.88，K=0.85
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。
取彎曲疲勞動(dòng)全系數(shù)S=1.4， 由公式得
===238.86MPa
=303.57 MPa
由根根彎曲疲勞強(qiáng)度公式
=
查表得齒形系數(shù)
=2.226 =2.65
查取應(yīng)力校正系數(shù)。
=1.764 =1.58
又=34/114=0.298，m=3, z=114 ,k=1.594,T=14800N.mm
所以 =34MPa<
=38MPa<
故彎曲疲勞強(qiáng)度符合要求。
2.6 減速器的設(shè)計(jì)選型
2.6.1 減速機(jī)的選擇
減速器是一種有封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)或齒輪-蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常用于動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)作為減速的傳動(dòng)裝置。由于減速器機(jī)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠。使用維護(hù)簡(jiǎn)單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機(jī)器中應(yīng)用很廣。目前國(guó)內(nèi)使用的堆垛機(jī)，采用電動(dòng)機(jī)-制動(dòng)器-外齒輪減速器-車輪的傳動(dòng)方式。由于減速器傳動(dòng)比大，需要多級(jí)減速，使得整個(gè)減速器機(jī)構(gòu)體積大，重量大，噪音大，效率低。因此本文采用了一種新的運(yùn)行機(jī)構(gòu)，用異步電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)少齒差減速器。
少齒差行星齒輪傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)加工方便、制造成本較低。漸開(kāi)線少齒差傳動(dòng)的特點(diǎn)是用普通的漸開(kāi)線齒輪刀具和齒輪機(jī)床就可以加工齒輪，不需要特殊的刀具與專用設(shè)備，材料也可采用普通齒輪材料(2)傳動(dòng)比范圍大，單級(jí)傳動(dòng)比為10～1000以上 。(3)結(jié)構(gòu)形式多．應(yīng)用范圍廣。由于其輸入軸與輸出軸可在同一軸線上，也可以不在同一軸線上，所以能適應(yīng)各種機(jī)械的需要。(4)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。由于采用內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)，所以結(jié)構(gòu)緊湊；當(dāng)傳動(dòng)比相等時(shí)，與同功率的普通圓柱齒輪減速器相比，體積和重量均可減少1/3～2／3。(5)效率高。當(dāng)傳動(dòng)比為10～200時(shí)，效率為80％～94％。效率隨著傳動(dòng)比的增加而降低。(6)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、承載能力大。由于是內(nèi)嚙合傳動(dòng)．兩嚙合輪齒一為凹齒、一為凸齒，兩者的曲率中心在同一方向．曲率半徑義接近相等，因此接觸面積大，使輪齒的接觸強(qiáng)度大為提高：又因采用短齒制．輪齒的彎曲強(qiáng)度也提高了：此外，少齒差傳動(dòng)時(shí)，不是一對(duì)輪齒嚙合，而是3-9對(duì)輪齒同時(shí)接觸受力．所以運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小，并且在相同的模數(shù)情況下．其傳遞力矩比普通同柱齒輪減速器大?；谝陨咸攸c(diǎn)，小到機(jī)器人的關(guān)節(jié)、大到冶金礦山機(jī)械．以及從要求不高的農(nóng)用、食品機(jī)械．到要求較高的印刷和國(guó)防工業(yè)都有應(yīng)用實(shí)例。少齒差行星減速器具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊、振動(dòng)小，噪音低等優(yōu)點(diǎn)，主要用于輕紡、電力、鋼鐵、化工、電工機(jī)械、建筑、起重運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。工作環(huán)境溫度為-40～45oC，低于0 oC時(shí)，啟動(dòng)前潤(rùn)滑油應(yīng)預(yù)熱；高于45 oC時(shí)應(yīng)采取降溫措施。
表4-2減速器主要性能
減速器的主要尺寸及圖如下
表4-3a主要尺寸
表4-3b主要尺寸
圖4-1
2.6.2 減速機(jī)的校核計(jì)算
按照減速器的機(jī)械強(qiáng)度功率選取，一般情況下計(jì)入工況系數(shù)f1，特殊情況下還要考慮安全系數(shù)，查表知，當(dāng)負(fù)荷為：中等沖擊時(shí)，f1=1
已知:電動(dòng)機(jī)功率P2=1kw
P2m= P2×f1=1×1=1kw
要求：P2m≦P1
折算公稱公率P1=P×= 1.5×=0.865kw
其中，n1——減速器輸入轉(zhuǎn)速
n2——電機(jī)轉(zhuǎn)速
由于 P2m≦P1，故SCCJW2-23減速器符合推料機(jī)械手電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩要求。
第3章 軸鍵的設(shè)計(jì)和軸承的設(shè)計(jì)校核
3.1 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1.1 軸的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)零件必須通過(guò)其他零件被支承起來(lái)才能進(jìn)行工作，這種支承作用的零件稱為軸。軸是組成機(jī)器的重要作用之一，它的主要功能是支承做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
3.1.2 軸的失效形式
機(jī)械中的軸大多為轉(zhuǎn)軸，同時(shí)承受彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，且均為交變應(yīng)力。在交變應(yīng)力的作用下，軸的主要失效形式為疲勞斷裂。因此，軸的材料應(yīng)具有足夠的疲勞強(qiáng)度、較好的應(yīng)力集中敏感性和良好的加工性能。
3.1.3 軸的材料
根據(jù)上述這些要求，軸的材料一般宜選用中碳鋼和中碳合金鋼。對(duì)于一般以內(nèi)國(guó)土和較重要的軸，多采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼來(lái)制造，如45鋼等。這類鋼的加工性能和機(jī)械性能好，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)或者正火處理后可以獲得良好的機(jī)械性能，且價(jià)格比較便宜。對(duì)于載荷不大、轉(zhuǎn)速要求不高或者不重要的軸，可以采用普通的碳素結(jié)構(gòu)鋼來(lái)制造，如Q275等，以降低成本。
合金鋼的機(jī)械性能和熱處理工藝均優(yōu)于碳素鋼，對(duì)于強(qiáng)度要求高而結(jié)構(gòu)要求緊湊、重量輕的重要的軸或者有特殊性能要求的軸，應(yīng)該采用合金鋼來(lái)制造，如40Cr鋼等。
由于碳素鋼與合金鋼的彈性模量基本相同，因此采用合金鋼并不能提高軸的強(qiáng)度。但是，碳素鋼比合金鋼的成本低，而且對(duì)于應(yīng)力集中的敏感性小，所以得到了廣泛的應(yīng)用。
軸也可以采用球煤鑄鐵材料制造。鑄鐵材料容易鑄造成復(fù)雜的形狀，且吸振性和耐磨性較好，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性也較低，但其沖擊韌性低，可靠性差。
我設(shè)計(jì)的軸材料為合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr。
3.1.4 軸的強(qiáng)度校核
扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核
設(shè)軸在扭矩T的作用下，產(chǎn)生的切應(yīng)力。對(duì)于圓截面的實(shí)心軸，根據(jù)其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件可以得
（3-1）
所以
式中：是軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MP；T是軸所傳遞的扭矩，單位為N·mm；是軸的抗扭截面系數(shù)，0.2,單位為；P是軸傳遞的功率，單位為KW；n是軸的轉(zhuǎn)速，單位是r/min；d是軸的直徑，單位為mm；[]是材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa。
顯然，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度滿足要求。
按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算
力學(xué)模型的建立
在進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核時(shí)，通常忽略軸及其上各個(gè)零件的質(zhì)量，把軸簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁、外伸梁或懸臂梁。將其作用在軸上的零件分布力作為集中力，其作用點(diǎn)取為零件輪轂寬度的中點(diǎn)，并將其全部轉(zhuǎn)化到軸上。支點(diǎn)反力的作用點(diǎn)一般可近似地取在軸承寬度的中點(diǎn)上，以簡(jiǎn)化計(jì)算。受力圖為：
圖3-1 受力圖
作出軸的水平面受力圖和彎矩圖
圖3-2 水平受力圖
圖3-3 水平彎矩圖
作出垂直面內(nèi)的受力圖和彎矩圖
圖3-4 垂直受力圖
圖3-5 垂直彎矩圖
作出合成彎矩圖M
圖3-6 合成彎矩圖
作出扭矩圖T
圖3-7 扭矩圖
做當(dāng)量彎矩圖
圖3-8 當(dāng)量彎矩圖
計(jì)算危險(xiǎn)截面軸徑
過(guò)渡軸的每一處截面直徑均大于16.22
故強(qiáng)度滿足要求。
3.1.5 軸的固定
因?yàn)辇X輪整體寬度較少，而且齒輪較接近箱體孔，且箱體孔內(nèi)比壁較厚。所以軸只需一個(gè)箱體孔固定，齒輪與渡軸之間，其軸向固定由滾動(dòng)軸承連接。其軸向卡簧固定。而軸上有軸肩，裝配時(shí)直接將軸敲入箱體孔至軸肩處即可。
鍵聯(lián)結(jié)是將軸與軸上的傳動(dòng)零件，如凸輪、齒輪、帶輪等連接在一起，實(shí)現(xiàn)軸和妯上零件間的周向固定，以傳遞轉(zhuǎn)矩的軸轂連接。有些類型的鍵可以實(shí)現(xiàn)軸與軸上零件的軸向固定，或軸向動(dòng)連接。
3.1.6 鍵的選擇
按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，鍵聯(lián)結(jié)可以分為平鍵聯(lián)結(jié)、半圓聯(lián)結(jié)和楔鍵聯(lián)結(jié)，此外，還有各種花鍵。平鍵聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、對(duì)中性較好、裝拆方便，能夠承受沖擊或變載荷。因而得到廣泛的應(yīng)用。半圓聯(lián)結(jié)的工作面是兩個(gè)側(cè)面，由于軸上半圓鍵槽挖得深，軸的強(qiáng)度大為降低，固一般用于傳遞較少的扭矩。楔鍵聯(lián)結(jié)一般用于外部軸端上固定大齒輪或者皮帶輪。連接時(shí)將鍵打入鍵槽內(nèi)，依靠鍵的頂面和底面與輪轂和軸之間的擠壓所產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞扭矩，此時(shí)，兩底接觸面均畫成一條直線；鍵的兩側(cè)為非工作面，應(yīng)與輪轂和鍵槽側(cè)面之間留空隙?；ㄦI連接比較可靠，能傳遞較大的扭矩，軸上零件可以花鍵做軸向移動(dòng)，導(dǎo)向性、對(duì)中性都比較好，因此，在機(jī)械設(shè)備中也得到廣泛的應(yīng)用。
鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用要求和作業(yè)需求來(lái)選擇；按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來(lái)取定鍵的尺寸。鍵的截面尺寸為主要尺寸（一般以鍵寬b和鍵高h(yuǎn)表示）與長(zhǎng)度L。鍵的截面尺寸按，按鍵軸的直徑d的斷面尺寸選擇的標(biāo)準(zhǔn)。鍵的長(zhǎng)度L通?？梢韵喾Q的長(zhǎng)度中心。即長(zhǎng)度等于或略短于中心的長(zhǎng)度。這里d為軸的直徑，所選定的鍵長(zhǎng)亦應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長(zhǎng)度系列。錐齒輪軸上的軸頭處選平鍵聯(lián)結(jié)，B型66 L=10 GB1095-79。
3.1.7 鍵聯(lián)結(jié)強(qiáng)度計(jì)算
平鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，聯(lián)接中各零件都要進(jìn)行受力分析。
根據(jù)其要求，普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件計(jì)算校核公式為：
（3-2）
因此有：
顯然
所以強(qiáng)度足夠。
式中：
T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為；
L——鍵的工作長(zhǎng)度，單位為mm，圓頭平鍵l=L-b，平頭平鍵l=L，這里l為鍵的公稱長(zhǎng)度，單位為mm；b為鍵的寬度，單位為mm。
d——軸的直徑，單位為mm；
h——鍵的高度，單位為mm；
——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為；
3.2 軸承選擇與校核
3.2.1 軸承的分類
軸承是支承軸的部件。由于滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)小，起動(dòng)阻力小，已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，選用、潤(rùn)滑及維護(hù)較方便，所以在一般的機(jī)器中得到廣泛的應(yīng)用。滾動(dòng)軸承的徑向尺寸較大，工作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)、噪音與設(shè)備的精度、軸的工作轉(zhuǎn)速有關(guān)，故適用于中、低速以及精度要求較高的場(chǎng)合。
滑動(dòng)軸承具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在用于某些不能、不便或者使用滾動(dòng)軸承沒(méi)有優(yōu)勢(shì)的場(chǎng)合，如工作轉(zhuǎn)速特高、沖擊和振動(dòng)特大、徑向空間設(shè)計(jì)尺寸受到限制或者必須部分安裝（曲軸上軸承）的結(jié)構(gòu)，以及需要在水或者腐蝕性介質(zhì)工作的工況條件下，仍占有重要地位。因此，在軋鋼機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、雷達(dá)、天文望遠(yuǎn)鏡及各類儀表中應(yīng)用廣泛。
3.2.2 滾動(dòng)軸承及類型
滾動(dòng)軸承主要是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。常用的滾動(dòng)軸承絕大數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)載荷的性質(zhì)與大小、轉(zhuǎn)速的高低、旋轉(zhuǎn)精度等工作要求進(jìn)行選用，并進(jìn)行軸承承載能力的驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
滾動(dòng)軸承主要由外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體和保持架構(gòu)成。保持架將滾動(dòng)體均勻地隔開(kāi)，以減少滾動(dòng)體間的摩擦和磨損。通常內(nèi)圈固定在軸頸上，外圈裝在軸承座內(nèi)。常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)方式；內(nèi)圈隨軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈固定。也有外圈轉(zhuǎn)動(dòng)而內(nèi)圈不動(dòng)或者是內(nèi)、外圈都轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式。
滾動(dòng)軸承的類型很多，按照軸承受載荷的作用方向，可以分為：
（1）徑向接觸軸承 主要用于承受徑向載荷
（2）向心角接觸軸承 能同時(shí)承受徑向及單方向軸向載荷
（3）軸向接觸軸承 只能承受軸向載荷
3.2.3 滾動(dòng)軸承的失效形式
滾動(dòng)軸承在工作時(shí)，由于各元件間間隙的存在，其受力情況也成周期性不穩(wěn)定變化。軸承工作時(shí)，各元件上所受的載荷及產(chǎn)生的應(yīng)力是時(shí)時(shí)變化的，其變動(dòng)的頻率取決于滾動(dòng)體中心圓周速度。選用角接觸軸承或者圓錐滾子軸承時(shí)，為保證可靠地工作，使其在工作時(shí)至少處于下半圈滾動(dòng)體全部受載的工作狀態(tài)。
滾動(dòng)軸承的失效形式有：
（1）疲勞點(diǎn)蝕
滾動(dòng)軸承的正常失效形式是滾動(dòng)體或者內(nèi)外圈滾道上的點(diǎn)蝕破壞。軸承工作時(shí)，軸上的受力通過(guò)軸承內(nèi)圈→外圈→基座上，相鄰元件間的接觸面產(chǎn)生接觸應(yīng)力。由于內(nèi)、外圈的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，滾動(dòng)體的不規(guī)則滾動(dòng)，導(dǎo)致接觸應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化。在安裝、潤(rùn)滑及維護(hù)良好的條件下，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定值后，會(huì)在某一元件上形成表層金屬剝落現(xiàn)象，即疲勞點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕后軸承在工作時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)烈的振動(dòng)、噪音和發(fā)熱現(xiàn)象及旋轉(zhuǎn)精度下降，影響機(jī)器的正常工作。
（2）塑性變形
若軸承的工作轉(zhuǎn)速很低（n<10r/min）或者僅作間歇擺動(dòng)，則一般不會(huì)出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕破壞，工作時(shí)過(guò)大的靜載荷或者瞬間過(guò)大的沖擊載荷，均會(huì)使元件接觸面間的局部應(yīng)力大于元件材料的屈服極限應(yīng)力而產(chǎn)生塑性變形。在形成不均勻的凹炕后，軸承即已經(jīng)失效。
3.2.4 軸承的選擇計(jì)算
現(xiàn)只對(duì)過(guò)渡軸承進(jìn)行校核，我是設(shè)計(jì)時(shí)軸承選的是深溝球軸承6005 GB/T276-94。已知n=200.375r/min，軸徑d=25mm，=222.48N，=650.48N，溫度低于100℃，有輕微沖擊，預(yù)期使用壽命。
因?yàn)樯顪锨蜉S承沒(méi)有派生軸向力，所以，查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)知6005軸承的，查表，有輕微沖擊，應(yīng)取=1.2
查表，采用線性插值法，得e=0.234
因
查表可得
得
計(jì)算軸承的壽命
已知球軸承，因工作溫度低于120℃，得=1
按公式
（3-3）
得
所以，選6005深溝球軸承合用
同理，可以計(jì)算錐齒輪軸上所選的深溝球軸承6010 GB/T 276—96也合用。
3.3 軸承的潤(rùn)滑
軸承潤(rùn)滑的方法，分為脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑。為了使軸承很好地發(fā)揮機(jī)能，首先，要選擇適合使用條件、使用目的的潤(rùn)滑方法。若只考慮潤(rùn)滑，油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑性占優(yōu)勢(shì)。但是脂潤(rùn)滑有可以簡(jiǎn)化軸承周圍結(jié)構(gòu)的特長(zhǎng)。脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑的比較：
軸承的潤(rùn)滑方式主要分為脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑，其一般性比較如下所示：
項(xiàng)目
脂
油
密封裝置
簡(jiǎn)單
較復(fù)雜，需注意保養(yǎng)
潤(rùn)滑性能
好
非常好
轉(zhuǎn)速
低速－中速
也可用于高速
扭矩
比較大
比較小
潤(rùn)滑劑的更換
較麻煩
簡(jiǎn)單
潤(rùn)滑劑的壽命
較短
長(zhǎng)
冷卻效果
無(wú)
好（需要循環(huán)）
雜質(zhì)的濾除
困難
容易
潤(rùn)滑劑的漏出
漏油污染少
不適用于禁止漏油的情況
結(jié) 論
轉(zhuǎn)眼間，做為大學(xué)四年的最后一份作業(yè)——畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，也預(yù)示著大學(xué)生活即將結(jié)束，從此要踏入社會(huì)。在社會(huì)上我們要利用四年大學(xué)中學(xué)到的知識(shí)，再通過(guò)自己的努力奮斗，爭(zhēng)取早點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自己的理想?；仡欉@整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程，從開(kāi)學(xué)來(lái)的生產(chǎn)調(diào)研和畢業(yè)實(shí)習(xí)，到總體方案和方案設(shè)計(jì)，再到主要零件的設(shè)計(jì)及最后裝配圖的確定和繪制，之后是畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書的編寫和整理。其中遇到很多困難和挑戰(zhàn)，面對(duì)困難和挑戰(zhàn)，我從不退縮，從挑戰(zhàn)中發(fā)現(xiàn)樂(lè)趣，享受樂(lè)趣，做到學(xué)習(xí)和興趣愛(ài)好的結(jié)合。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用多學(xué)科理論、知識(shí)和技能的能力，以解決較復(fù)雜的實(shí)際工程問(wèn)題，主要包括設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)研究方案的分析論證，原理綜述，方案方法的擬定以及使用材料的確定等。它培養(yǎng)了我樹立正確的設(shè)計(jì)思想，勇于實(shí)踐、勇于探索和開(kāi)拓創(chuàng)新的精神，掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，滿足社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的需要。
畢業(yè)設(shè)計(jì)這一教學(xué)的最后環(huán)節(jié)讓我有了一次獨(dú)立承擔(dān)實(shí)際任務(wù)的機(jī)會(huì)，通過(guò)獨(dú)立完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的全過(guò)程，培養(yǎng)了我的實(shí)踐工作能力。另外，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)還必須具備一定的計(jì)算機(jī)應(yīng)用的能力，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中都應(yīng)結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)課題利用計(jì)算機(jī)編制相應(yīng)的工程計(jì)算、分析和優(yōu)化的程序，同時(shí)還具備必要的計(jì)算機(jī)繪圖能力，如利用AutoCAD軟件進(jìn)行二維圖的繪制，還要熟練使用OFFICE辦公軟件。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)除了讓我對(duì)知識(shí)和能力培養(yǎng)的收獲外，還得到思想道德方面的洗禮。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我感受到了作為一名工程技術(shù)人員應(yīng)該具備的基本?精神，需要強(qiáng)化的工程實(shí)踐意識(shí)，以及對(duì)設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量要負(fù)責(zé)，具有高度的責(zé)任感，樹立實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)，并嚴(yán)格遵守規(guī)章制度。這對(duì)今后的工作和學(xué)習(xí)都是有利無(wú)害的，它將時(shí)刻影響著我，讓我早點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想，以便將來(lái)更好的服務(wù)社會(huì)，報(bào)答母校多年的培養(yǎng)。感謝在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中幫助我的所有老師和同學(xué)，謝謝！
致 謝
經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，我的畢業(yè)論文終于接近尾聲，幾個(gè)月的付出，在這一刻得到了實(shí)現(xiàn)。心里充滿了激動(dòng)和感激。由于經(jīng)驗(yàn)的缺乏，在編寫的過(guò)程中的過(guò)程中遇到了很多的難題，有許多考慮不周全的地方。在老師耐心的指導(dǎo)和幫助下，以及同班同學(xué)的幫助下，完成了這次論文設(shè)計(jì)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及到的知識(shí)和各個(gè)零件的設(shè)計(jì)在這過(guò)程中得到了重新的認(rèn)識(shí)和鞏固，在完成這次課題寫作過(guò)程中，得到了老師的耐心的指導(dǎo)和關(guān)心。老師她認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，嚴(yán)格的要求，精益求精的工作態(tài)度，讓我十分的敬佩和受到鼓舞。從老師那里我學(xué)到了許多專業(yè)知識(shí)和相關(guān)的設(shè)計(jì)方法。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師都始終耐心的為我解疑答惑和指導(dǎo)。老師這些高尚的師德將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。
最后還要感謝的，就是我培養(yǎng)了我四年的學(xué)院，學(xué)院提供給我們優(yōu)美的學(xué)習(xí)環(huán)境和交流的平臺(tái)。通過(guò)四年的學(xué)習(xí)，讓我們認(rèn)識(shí)了自己，提高了專業(yè)的技能；通過(guò)這次實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，讓我們?cè)谧呱瞎ぷ鲘徫恢昂煤玫腻憻捯幌伦约骸?
謹(jǐn)此表示最真誠(chéng)的敬意和感謝。
參考文獻(xiàn)
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[10] Robert L. Mott. Machine Elements in Mechanical Design. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.1
22
一體化茶葉真空包裝機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及人們生活水平的提高，我國(guó)茶葉發(fā)展迅猛，在這種情況下給我們茶葉包裝機(jī)一個(gè)自我發(fā)展的機(jī)會(huì)。面對(duì)火熱的夏天，茶葉的銷量如火如荼，而隨之而來(lái)卻面臨著茶葉存放問(wèn)題，茶葉的包裝越發(fā)顯得重要。隨著時(shí)間的推移，那些不利于茶葉存放的包裝必將被市場(chǎng)所淘汰，而茶葉真空包裝機(jī)作為茶葉的好幫手，幫助茶葉解決其存放問(wèn)題。
關(guān)鍵字：茶葉真空包裝機(jī)；發(fā)展；結(jié)構(gòu)；原理；
Thorn roller steel needle cloth automatically wrap device design
Abstract
With the development of economy and the improvement of people's living standards, the rapid development of tea in China, in this case to give us tea packing machine a self - show opportunity. In the face of fiery summer, tea sales in full swing, and the attendant is faced with the problem of storage of tea, tea packaging is increasingly important. Over time, those who are not conducive to the storage of tea packaging will be eliminated by the market, and tea vacuum packaging machine as a good helper to help tea to solve their problems.
Keywords: Tea vacuum packaging machine; development; structure; principle;
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
2.1 茶葉真空包裝機(jī)的研究現(xiàn)狀 1
2.2 茶葉真空包裝機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 2
2 茶葉真空包裝機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4
2.1 總體結(jié)構(gòu)方案的確定 4
2.2 工作原理分析 5
2.3 裝置的結(jié)構(gòu)組成 5
2.4 電機(jī)選用計(jì)算 5
2.5 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核 7
2.5.1 傳動(dòng)比確定 7
2.5.2 第一組鏈輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)校核 7
2.5.3 第二組鏈輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)及校核 11
2.5.4 第一組鏈輪傳動(dòng)的校核 16
2.5.5 第二組鏈輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)及校核 17
2.6 減速器的設(shè)計(jì)選型 18
2.7 V帶的傳動(dòng) 39
第3章 軸鍵的設(shè)計(jì)和軸承的設(shè)計(jì)校核 42
3.1 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 42
3.1.1 軸的設(shè)計(jì) 42
3.1.2 軸的失效形式 42
3.1.3 軸的材料 42
3.1.4 軸的強(qiáng)度校核 43
3.1.5 軸的固定 46
3.2 鍵的選擇 46
3.3 鍵聯(lián)結(jié)強(qiáng)度計(jì)算 47
3.3.1 主動(dòng)軸上鍵的強(qiáng)度校核 48
3.3.2 從動(dòng)軸鍵的強(qiáng)度校核 48
3.4 軸承選擇與校核 48
3.4.1 軸承的分類 48
3.4.2 滾動(dòng)軸承及類型 49
3.4.3 滾動(dòng)軸承的失效形式 49
3.4.4 軸承的選擇計(jì)算 50
3.4.5 校核Ⅱ軸軸承是否滿足工作要求 51
3.5 軸承的潤(rùn)滑 52
結(jié) 論 54
致 謝 55
參考文獻(xiàn) 56
II
1 緒論
茶葉真空包裝機(jī)以塑料復(fù)合薄膜或塑料鋁箔復(fù)合薄膜為包裝材料,專為茶葉成型包裝而設(shè)計(jì)的,對(duì)其它小型包裝物亦能進(jìn)行真空包裝;有效地防止物品腐敗變質(zhì),達(dá)到保質(zhì)、保鮮、保味、保色的功能,延長(zhǎng)產(chǎn)品的儲(chǔ)存期限。
茶葉真空包裝機(jī)以塑料復(fù)合薄膜或塑料鋁箔復(fù)合膜為包裝材料,對(duì)各種茶葉，紅茶、綠茶、鐵觀音、普洱、大紅袍等，儀器藥品,糧?食.果品.醬菜,果脯,水產(chǎn)品,土特產(chǎn),化工原料,電子元件?及軍用品等。不論是固體,粉狀,糊狀或液體均可進(jìn)行真空熱封包裝.由于袋內(nèi)真空度高,可有效的防止脂類品氧化和好氧性細(xì)菌繁殖而引起的物品腐敗和變質(zhì),達(dá)到保質(zhì),保鮮,保味,保色的功能,延長(zhǎng)產(chǎn)品(商品)的儲(chǔ)存期限,同時(shí)對(duì)某些松軟的物品,經(jīng)過(guò)真空包裝后縮小包裝體積,便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。
2.1 茶葉真空包裝機(jī)的研究現(xiàn)狀
1、銷售包裝的包裝材料方面
我國(guó)主要用塑料編織袋、復(fù)合塑料袋作為包裝容器，而這些包裝袋在運(yùn)輸、裝卸、零售等環(huán)節(jié)存在諸多問(wèn)題需要解決。使用塑料編織袋來(lái)包裝茶葉，浪費(fèi)的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，一般只能用1-2次，相對(duì)成本較高。且包裝方式簡(jiǎn)單，開(kāi)封后難以再封，不利于較長(zhǎng)時(shí)間的保存，蟲害、霉變現(xiàn)象較為嚴(yán)重。包裝材料防潮性差、阻隔性差，茶葉易氧化霉變。塑料復(fù)合袋是由高阻隔性包裝材料復(fù)合而成，在一定程度上可以解決茶葉的防霉、防蟲、保鮮問(wèn)題，但后處理較難，由于不易降解，使用也受到一定的制約。
2、國(guó)內(nèi)銷售包裝的兩種包裝技術(shù)
一種為普通包裝，利用聚丙烯塑料編織袋對(duì)茶葉進(jìn)行包裝，包裝過(guò)程中不施加任何保鮮技術(shù)，這種包裝對(duì)茶葉的防蟲、防霉及保鮮的效果差；
另外一種用真空包裝技術(shù)對(duì)包裝袋進(jìn)行抽真空，真空包裝技術(shù)對(duì)茶葉的儲(chǔ)存有較好的保鮮作用，但由于茶葉自身的形狀以及真空度的選擇不合適，目前茶葉真空包裝選用的真空度一般在-0．07～-0．09kPa之間，只要真空度在這個(gè)范圍內(nèi)，出廠都為合格的產(chǎn)品。由于真空度較大，包裝材料緊緊包裹茶葉，由于茶葉兩端較尖，包裝袋很容易被米粒扎破，形成針孔，這樣包裝袋就會(huì)漏氣，造成真空包裝失效。有試驗(yàn)表明，抽氣真空度為-0．09MPa的茶葉包裝袋，靜止放置，不堆垛，在20天之內(nèi)包裝袋的破漏率為16％，所以高真空度必然造成高破袋率。另外包裝袋在流通過(guò)程中袋與袋之間的摩擦、碰撞和跌落也很容易造成破袋。據(jù)統(tǒng)計(jì)真空包裝在流通過(guò)程中的破袋率達(dá)到30％。由于真空包裝的問(wèn)題造成了茶葉的浪費(fèi)，給消費(fèi)者和企業(yè)都帶來(lái)了損失和麻煩。所以在對(duì)茶葉進(jìn)行保鮮包裝的同時(shí)要和流通環(huán)境結(jié)合起來(lái)，這樣才能取得良好的效果。
2.2 茶葉真空包裝機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
真空包裝技術(shù)起源于20世紀(jì)40年代。自1950年聚酯、聚乙烯塑料薄膜成功地應(yīng)用于商品包裝以來(lái)，真空包裝機(jī)便得到迅速的發(fā)展，其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在高生產(chǎn)率、自動(dòng)化、單機(jī)多功能、組成生產(chǎn)線、采用相關(guān)新技術(shù)這五個(gè)方面。?
高生產(chǎn)率。真空包裝機(jī)的生產(chǎn)率已從每分鐘數(shù)件發(fā)展到數(shù)10件，熱成型－充填－封口機(jī)的生產(chǎn)率可達(dá)500件/分鐘以上。?
采用相關(guān)新技術(shù)。在包裝方法上大量采用充氣包裝取代真空包裝，將充氣成分、包裝材料與充氣包裝機(jī)三方面的研究緊密結(jié)合起來(lái)；在控制技術(shù)上，更多地應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)；在封口方面應(yīng)用熱管和冷封口技術(shù)，也可以將先進(jìn)的裝置直接安裝在真空包裝機(jī)上，如裝上計(jì)算機(jī)控制的粗粒物料高精度組合秤；在旋轉(zhuǎn)或真空包裝機(jī)上，應(yīng)用先進(jìn)高速的圓弧面凸輪分度機(jī)械等。
生產(chǎn)自動(dòng)化：真空包裝機(jī)的自動(dòng)化不僅提高了生產(chǎn)效率，而且具有安全衛(wèi)生的優(yōu)點(diǎn)。日本某公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)真空室式包裝機(jī)，是一種自動(dòng)化程度相當(dāng)高的多工位包裝機(jī)。該機(jī)有充填和抽真空2個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)，充填轉(zhuǎn)臺(tái)有6個(gè)工位，完成供袋、投料、注液預(yù)封口，并將包裝件送至抽真空轉(zhuǎn)臺(tái)；抽真空轉(zhuǎn)臺(tái)有12個(gè)工位（真空室），完成抽真空和封口、成品輸出等工序，生產(chǎn)效率可達(dá)40袋／分，主要用于包裝軟罐頭類食品。
組配生產(chǎn)線：當(dāng)需要的功能越來(lái)越多時(shí)，將所有的功能集中在一個(gè)單機(jī)上會(huì)使結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜，操作維修也不方便。這時(shí)可把功能不同、效率相匹配的幾種機(jī)器組合成功能較齊全的生產(chǎn)線，來(lái)完成更為復(fù)雜的包裝工序。如法國(guó)某公司研制的鮮魚真空包裝生產(chǎn)線，紡織真空包裝系統(tǒng)等機(jī)型均屬于這一型。
中國(guó)工博會(huì)科技論壇連續(xù)11年聚焦標(biāo)準(zhǔn)化，今年與會(huì)專家、實(shí)業(yè)家圍繞著“綠色包裝”主命題，就涉及包裝材料、運(yùn)輸、有害物質(zhì)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)等話題展開(kāi)深入探討。國(guó)家發(fā)改委副巡視員趙鵬高介紹，目前我國(guó)大中城市的包裝廢棄物體積占城市固體廢棄物全部的近二分之一、重量的三分之一，推行綠色包裝、減少包裝物帶來(lái)的污染已成為重大而緊迫的課題?！皹?biāo)準(zhǔn)內(nèi)容不盡合理和完善；標(biāo)準(zhǔn)之間不夠協(xié)調(diào)、缺乏系統(tǒng)性；重形式、可操作性差”。?
世界包裝組織亞洲包裝中心總裁金祥佐認(rèn)為，“中國(guó)未來(lái)要成為真正的全球包裝產(chǎn)業(yè)中心，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)集群式發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，必須要提高中國(guó)在世界包裝界的話語(yǔ)權(quán)和規(guī)則制定權(quán)”。研討會(huì)傳遞出一個(gè)業(yè)界公認(rèn)的信息，中國(guó)包裝業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化水平的現(xiàn)狀，已不能適應(yīng)行業(yè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的實(shí)際需求，而實(shí)現(xiàn)包裝由“大”到“強(qiáng)”，亟需提升全行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化水平。金祥佐透露，我國(guó)正規(guī)劃建設(shè)“世界包裝產(chǎn)業(yè)中心”，建設(shè)世包總部、軍民融合發(fā)展、科教研發(fā)、商貿(mào)物流、文化創(chuàng)意、包裝裝備、包裝新材料、農(nóng)產(chǎn)品加工包裝等重點(diǎn)基地；實(shí)施世包研究院、世包大學(xué)、高端包裝制品、先進(jìn)包裝裝備、包裝新材料等18個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目，其中由世界包裝中心集團(tuán)牽頭的“世界包裝產(chǎn)業(yè)中心”將聯(lián)合民企、外企和國(guó)企共同投資，面向全球招商，預(yù)計(jì)投資規(guī)模超過(guò)1200億元。
2 茶葉真空包裝機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1 總體結(jié)構(gòu)方案的確定
茶葉真空包裝機(jī)主要由供料機(jī)構(gòu)、抽真空機(jī)構(gòu)、熱封機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置出料裝置等組成。
茶葉真空包裝機(jī)結(jié)構(gòu)件圖如圖2-1所示：
圖2-1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.2 工作原理分析
工作原理：散裝茶葉裝與料斗內(nèi)，供料機(jī)構(gòu)控制每一袋茶葉的份量，通過(guò)錐斗裝袋，裝好茶葉的袋通過(guò)抽真空裝置和熱封裝置，完成對(duì)茶葉的整體包裝，后通過(guò)成品出料口留出。
2.3 裝置的結(jié)構(gòu)組成
1.供料機(jī)構(gòu)：提供等量的茶葉用于裝入包裝袋；
2.抽真空機(jī)構(gòu)：裝好的茶葉袋需要抽真空，次機(jī)構(gòu)將茶葉袋抽為真空，為下一步熱封做準(zhǔn)備；
3.熱封機(jī)構(gòu)：為防止茶葉包裝袋漏氣而受潮發(fā)霉，抽真空后的茶葉袋用熱封封好口，為茶葉的長(zhǎng)久保存提供必要的條件；
4.傳動(dòng)裝置：茶葉真空包裝機(jī)整機(jī)的運(yùn)作需要一個(gè)動(dòng)力源以及傳動(dòng)裝置，保證各工位能有效的工作。
5.出料裝置：包裝好，熱封好的茶葉袋通過(guò)出料裝置推出包裝機(jī)。
2.4 電機(jī)選用計(jì)算
電動(dòng)機(jī)所需功率P0按下式計(jì)算：
式中，—工作機(jī)械所需要的功率，KW；
—從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)械間各運(yùn)動(dòng)副的總機(jī)械效率。
根據(jù)機(jī)構(gòu)的布置由已知條件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)承受10公斤力，即100N，由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還摩擦力f和自身重力分量F1，重力如圖
由已知條件得出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總的載荷為F=f+F1+1000
則工作機(jī)有效功率為：P=F×V=0.063KW
由已知條件得電動(dòng)機(jī)有效功率，式中為系統(tǒng)總的傳動(dòng)效率。
電動(dòng)機(jī)到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率
查表：，，，=0.99，=0.96
代入上式：
所以電動(dòng)機(jī)的有效功率
所選電動(dòng)機(jī)的額定功率須滿足。
根據(jù)已知條件傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為：
式中為節(jié)距，取=1
選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y2-90S-8，同步轉(zhuǎn)速為750 ,對(duì)應(yīng)額定功率為0.37KW，外伸軸直徑12mm
方案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
（KW）
同步轉(zhuǎn)速
（r/min）
滿載轉(zhuǎn)速
（r/min）
總傳動(dòng)比
i
1
Y2-90S-8
0.37
750
700
50
2.5 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核
2.5.1 傳動(dòng)比確定
地輪軸的轉(zhuǎn)速
故
排料輪的轉(zhuǎn)速
根據(jù)《機(jī)械工程手冊(cè)》第11卷65篇機(jī)械P65-45
已知V=3.6km/h=1m/s
故
2.5.2 第一組鏈輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)校核
已知條件：傳遞的功率
主、從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)比：
選擇鏈輪齒數(shù)
由于轉(zhuǎn)速很慢，假定鏈條的速度為，查表初選小鏈輪齒數(shù)。
表5-1 小鏈輪齒數(shù)Z的選擇
鏈速
齒數(shù)
摘自參考書[5]P177表9-8
所以大鏈輪的齒數(shù)： 取
設(shè)計(jì)功率
參考書[5]P178表9-9的工作情況系數(shù)
故
確定鏈條鏈節(jié)數(shù)
初定中心距為30，則鏈節(jié)數(shù)
為了避免使用過(guò)渡鏈節(jié)，取=98
確定鏈條節(jié)距
單排鏈條傳遞的功率
其中 ------小鏈輪齒數(shù)系數(shù)
------排數(shù)系數(shù)
由參考書[6]P12-104 表12-2-4得到
表12-2-5得到
故
根據(jù)和由圖12-2-2得到“08B”
由參考書[6]P12-101表12-2-1查得
驗(yàn)算小鏈輪轂孔最大許用直徑
由參考書[6]P168表9-4查得
變速器的輸出軸的直徑
故小鏈輪符合要求
初定中心距
由參考書[1]P180查的中心距計(jì)算系數(shù)=0.24442
則
取=385mm
中心距減少量
實(shí)際中心距：
鏈條長(zhǎng)度L：
鏈條速度：
有效圓周力
作用在軸上面的力
鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸
1）分度圓直徑
2）齒頂圓直徑
查的08B滾子鏈=8.51mm
小鏈輪齒頂圓直徑的確定
取
大鏈輪齒頂圓直徑的確定
取
3）分度圓弦齒高
小鏈輪分度圓弦齒高的確定
取
大鏈輪分度圓弦齒高的確定
取
4）齒根圓直徑的確定
確定最大軸凸緣直徑
小鏈輪最大軸凸緣直徑
大鏈輪最大軸的凸緣直徑
2.5.3 第二組鏈輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)及校核
已知條件：由于鏈輪傳動(dòng)的效率很高，忽略不計(jì)，所以此組鏈輪傳遞的功率
主、從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)比
選擇鏈輪齒數(shù)
初選小鏈輪齒數(shù)為，
故大鏈輪齒數(shù)
選取大鏈輪齒數(shù)
設(shè)計(jì)功率
由表9-9查得工作情況系數(shù)
故
確定鏈條鏈節(jié)數(shù)
初定中心距 則鏈節(jié)數(shù)
初取節(jié)
確定鏈條的節(jié)距
單排鏈條傳遞的功率
其中------小鏈輪齒數(shù)系數(shù)
------排數(shù)系數(shù)
由參考書[6]P12-104表12-2-4得到
表12-2-5得到
故
鏈條節(jié)距 根據(jù)和由圖12-2-2得到“12B”
由參考書[6]P12-101表12-2-1查得
驗(yàn)算小鏈輪轂孔最大許用直徑
由參考書[5]P168表9-4查得
地輪軸的直徑待定
保證 故小鏈輪符合要求
最大中心距
由參考書[1]P180查的中心距計(jì)算系數(shù)=0.24931
則
取=568mm
考慮到投料機(jī)體積小巧，選取中心距為472mm。
最終鏈條鏈節(jié)數(shù)
最終取鏈節(jié)數(shù)為72節(jié)
中心距減少量
實(shí)際中心距：
鏈條長(zhǎng)度L：
鏈條速度：
有效圓周力
作用在軸上面的力
鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸
（根據(jù)參考書[5]P167表9-3計(jì)算）
1）分度圓直徑
2）齒頂圓直徑
小鏈輪齒頂圓直徑的確定
取
大鏈輪齒頂圓直徑的確定
取
3）分度圓弦齒高
小鏈輪分度圓弦齒高的確定
取
大鏈輪分度圓弦齒高的確定
取
4）齒根圓直徑的確定
確定最大軸凸緣直徑
小鏈輪最大軸凸緣直徑
大鏈輪最大軸的凸緣直徑
（4）鏈輪傳動(dòng)的校核
在低速（）重載鏈傳動(dòng)中，鏈條的靜強(qiáng)度占主要地位。
鏈條靜強(qiáng)度計(jì)算式：
式中 ------靜強(qiáng)度安全系數(shù)；
-------鏈條極限拉伸載荷,見(jiàn)表12-2-1；，
------有限圓周力，N；
------離心力引起的力，N，；
------鏈條質(zhì)量，，見(jiàn)表12-2-9；
------鏈條速度，；
------懸垂力，在和二者中取大值者
------系數(shù)，見(jiàn)圖12-2-3；
------鏈傳動(dòng)中心距，mm;
------兩輪中心連線對(duì)水平面傾角；
------許用安全系數(shù)，
2.5.4 第一組鏈輪傳動(dòng)的校核
查參考書【6】P12-102見(jiàn)表12-2-1得：
查參考書【6】P12-108見(jiàn)表12-2-9得：
故
取
垂度
取
查參考書【6】P12-108圖12-2-3，根據(jù)和選取
由于，所以
故鏈輪符合要求
2.5.5 第二組鏈輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)及校核
查參考書【6】P12-102見(jiàn)表12-2-1得：
查參考書【6】P12-108見(jiàn)表12-2-9得：
故
取
垂度
取
查參考書[6]P12-108圖12-2-3，根據(jù)和選取
由于，所以
故鏈輪符合要求
2.6 減速器的設(shè)計(jì)選型
減速器是一種有封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)或齒輪-蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常用于動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)作為減速的傳動(dòng)裝置。由于減速器機(jī)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠。使用維護(hù)簡(jiǎn)單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機(jī)器中應(yīng)用很廣。目前國(guó)內(nèi)使用的堆垛機(jī)，采用電動(dòng)機(jī)-制動(dòng)器-外齒輪減速器-車輪的傳動(dòng)方式。由于減速器傳動(dòng)比大，需要多級(jí)減速，使得整個(gè)減速器機(jī)構(gòu)體積大，重量大，噪音大，效率低。因此本文采用了一種新的運(yùn)行機(jī)構(gòu)，用異步電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)少齒差減速器。
少齒差行星齒輪傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)加工方便、制造成本較低。漸開(kāi)線少齒差傳動(dòng)的特點(diǎn)是用普通的漸開(kāi)線齒輪刀具和齒輪機(jī)床就可以加工齒輪，不需要特殊的刀具與專用設(shè)備，材料也可采用普通齒輪材料(2)傳動(dòng)比范圍大，單級(jí)傳動(dòng)比為10～1000以上 。(3)結(jié)構(gòu)形式多．應(yīng)用范圍廣。由于其輸入軸與輸出軸可在同一軸線上，也可以不在同一軸線上，所以能適應(yīng)各種機(jī)械的需要。(4)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。由于采用內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)，所以結(jié)構(gòu)緊湊；當(dāng)傳動(dòng)比相等時(shí)，與同功率的普通圓柱齒輪減速器相比，體積和重量均可減少1/3～2／3。(5)效率高。當(dāng)傳動(dòng)比為10～200時(shí)，效率為80％～94％。效率隨著傳動(dòng)比的增加而降低。(6)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、承載能力大。由于是內(nèi)嚙合傳動(dòng)．兩嚙合輪齒一為凹齒、一為凸齒，兩者的曲率中心在同一方向．曲率半徑義接近相等，因此接觸面積大，使輪齒的接觸強(qiáng)度大為提高：又因采用短齒制．輪齒的彎曲強(qiáng)度也提高了：此外，少齒差傳動(dòng)時(shí)，不是一對(duì)輪齒嚙合，而是3-9對(duì)輪齒同時(shí)接觸受力．所以運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小，并且在相同的模數(shù)情況下．其傳遞力矩比普通同柱齒輪減速器大。基于以上特點(diǎn)，小到機(jī)器人的關(guān)節(jié)、大到冶金礦山機(jī)械．以及從要求不高的農(nóng)用、食品機(jī)械．到要求較高的印刷和國(guó)防工業(yè)都有應(yīng)用實(shí)例。少齒差行星減速器具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊、振動(dòng)小，噪音低等優(yōu)點(diǎn)，主要用于輕紡、電力、鋼鐵、化工、電工機(jī)械、建筑、起重運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。工作環(huán)境溫度為-40～45oC，低于0 oC時(shí)，啟動(dòng)前潤(rùn)滑油應(yīng)預(yù)熱；高于45 oC時(shí)應(yīng)采取降溫措施。
（1）減速器類型的選擇
為了滿足工作需求和動(dòng)力機(jī)方便放置，本設(shè)計(jì)選用一級(jí)圓錐直齒輪減速器。
（2）確定傳動(dòng)比i
已知電機(jī)動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速為632r/min，鏈輪軸轉(zhuǎn)速為1250r/min。故，計(jì)算出傳動(dòng)比為：
i=632/1250=0.506
（3）齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
①輸入功率=Pη
式中：聯(lián)軸器效率η=0.99（查[1]得）
=36.8×0.99=36.4kw
主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 =632r/min
主動(dòng)輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
=9.55×/=9.55×106×36.4/632=5.5×N·mm
②選齒輪材料及熱處理方法
查[2]P211表12.7 主動(dòng)輪用40Cr調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度HB241~286；從動(dòng)輪用40Cr調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度HB241~286。（查[2] P221表12.7）
③選擇齒寬系數(shù)
查[2]P222表12.13，選=0.3
④選擇齒輪精度
查[2]P207表12.6選7級(jí)精度，估計(jì)節(jié)點(diǎn)圓周速度V<8m/s。
⑤選齒輪齒數(shù)
=29
= i=0.506×29=14.7，取=15
(當(dāng)輪齒有輕微根切時(shí)，增大了齒根圓角，對(duì)輪齒抗彎強(qiáng)度有利，故工程上允許輪齒產(chǎn)生輕微根切，這時(shí)可取=14)
μ=29/15=1.93
⑥極限應(yīng)力
接觸極限應(yīng)力
=1.33HBS+366.7=241×1.33+366.7=687.2N/
=1.33HBS+366.7=241×1.33+366.7=687.2N/
彎曲極限應(yīng)力
=0.844HBS+377.9=0.844×267+377.9=603.2 N/
=0.844HBS+377.9=0.844×267+377.9=603.2 N/
⑦按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
≥
使用系數(shù)=1.0 查【2】P215表12.9。
動(dòng)載系數(shù) =1.15 查【2】P216圖12.9。
齒間載荷分配系數(shù)和:
估計(jì) <100N/mm
cos===0.8879
cos===0.4600
===32.66
===32.61
=[1.88-3.2(1.68
齒向載荷分布系數(shù):
載荷系數(shù):
彈性系數(shù) ([2]P221表12.12，鋼-鋼)
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù) （[2]P225表12.14，一般可靠度）
故將數(shù)據(jù)帶入上式計(jì)算得：
≥103.8mm
計(jì)算模數(shù) m= /=103.8/29=3.58 取m=4(查[2]P206表12.3)
齒輪1分度圓直徑 =m=4×29=116mm
驗(yàn)算圓周速度
與原估算相符
驗(yàn)算
R=
b=R=0.3×65.299=19.6mm
取b=20mm
= ，與原估算相符。
⑧校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度
齒寬系數(shù)=b/R=20/65.3=0.306
齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求
⑨齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
齒形系數(shù)
(查[2]P247圖12.30)
應(yīng)力修正系數(shù)
(查[2]P248圖12.31)
彎曲最小安全系數(shù)
(查[2]P225表12.14)
尺寸系數(shù)
(查[2]P232圖12.25)
需用彎曲應(yīng)力
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度有較大富余。
⑩齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
大齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
小齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
（4）減速器軸承的選擇與校核
①軸承類型的選擇：
圓錐齒輪減速器其軸承上同時(shí)受徑向和軸向聯(lián)合載荷，故輸入軸選用角接觸滾珠軸承；由于輸出軸徑向載荷較大、軸向載荷較小，故可選用深溝滾珠軸承。
軸承型號(hào)的選擇:
角接觸滾珠軸承選7208AC (GB/T292-94)
深溝滾珠軸承選 6206 （GB/T276-94）
②校核計(jì)算
軸承的工作條件和主要參數(shù)
項(xiàng) 目
工作條件和參數(shù)
名 稱
角接觸滾珠軸承
深溝滾珠軸承
型 號(hào)
7208AC
6206
基本額定動(dòng)載荷
35.2KN
19.5KN
基本額定靜載荷
24.5KN
11.5KN
e
0.68
0.42
X,Y
X=1，Y=0
X=0.56，Y=1.04
徑 向 載 荷
軸 向 載 荷
載 荷 性 質(zhì)
有強(qiáng)大沖擊
轉(zhuǎn) 速
632r/min
1250r/min
壽 命
3000~8000h
上表中有關(guān)數(shù)據(jù)有[2],[3]差得。
輸入軸軸承計(jì)算簡(jiǎn)圖
輸入軸軸承校核計(jì)算
A軸承的徑向載荷
B軸承的徑向載荷
A軸承的附加軸向載荷
B軸承的附加軸向載荷
(查[2]P371表18.4)
軸有向右跑的趨勢(shì)，B軸承承受 力
A軸承的軸向載荷
B軸承的軸向載荷
沖擊載荷系數(shù) （查[2]P375表18.8）
A軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷
X=1，Y=0
B軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷
X=1，Y=0
> ，應(yīng)按B軸承校核壽命
該軸承的壽命滿足要求。
同理，對(duì)輸出軸深溝滾珠軸承進(jìn)行校核計(jì)算得：
故亦滿足設(shè)計(jì)要求。
（5）輸入、輸出軸的設(shè)計(jì)
①運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
軸名
功率（KW）
轉(zhuǎn)矩（N?mm）
轉(zhuǎn)速(r/min)
傳動(dòng)比i
效率η
輸入
輸出
輸入
輸出
動(dòng)力機(jī)輸出軸
36.8
55000
632
1
減速器輸入軸1
35.7
35.0
53350
52283
632
0.506
減速器輸出軸2
34.3
32.6
26995
26455
1250
表中、分別為萬(wàn)向聯(lián)軸器、軸承和單級(jí)錐齒輪減速器的傳動(dòng)效率。由[3]P5表1-7查的(吳宗澤等編.<<機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)>>，高等教育出版社，1999年)
②輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
估算軸徑 ，查[2]P314表16.2,取C=102(假設(shè)軸材料為40Cr)
根據(jù)錐齒輪的設(shè)計(jì)尺寸數(shù)據(jù)和所選用的軸承，畫出其結(jié)構(gòu)草圖。
右端采用矩形花鍵與配套動(dòng)力連接，其型號(hào)：
（GB/T1144-2001）
與齒輪連接處采用普通圓頭平鍵連接，其型號(hào)：鍵 （GB/T1096-2003）
其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3.1a
軸的空間受力分析：
把兩滾動(dòng)軸承簡(jiǎn)化為鉸支，作用點(diǎn)在其中點(diǎn)處；把作用在齒輪和聯(lián)軸器上的力簡(jiǎn)化成集中力，彎矩從輪緣中點(diǎn)開(kāi)始，扭矩從輪轂中點(diǎn)開(kāi)始。右端聯(lián)軸器有方向不定的徑向力作用。
查手冊(cè)知聯(lián)軸器的
方向不定，按最危險(xiǎn)情況考慮?？臻g受力簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3.1b。
垂直面受力分析與彎矩計(jì)算：
垂直面受力圖見(jiàn)圖3.1c
軸承A、B的支反力：
D點(diǎn)彎矩為：
從左端計(jì)算
從右端計(jì)算
可見(jiàn)計(jì)算正確。
垂直面彎矩圖見(jiàn)圖3.1d
水平面受力分析與彎矩計(jì)算：
水平面受力圖見(jiàn)圖3.1e
軸承A、B的支反力：
D點(diǎn)彎矩為
水平面彎矩圖見(jiàn)圖3.1f
初步合成彎矩：
從左端算起
從右端算起
初步合成彎矩圖見(jiàn)圖3.1g
聯(lián)軸器徑向力 彎矩圖：
軸承支反力：
B點(diǎn)彎矩
聯(lián)軸器徑向力 彎矩圖見(jiàn)圖3.1h
合成彎矩圖：
D點(diǎn)彎矩：
從左端算
從右端算
B點(diǎn)彎矩：
合成彎矩圖見(jiàn)圖3.5i
扭矩圖：
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化，應(yīng)力校正系數(shù)
（[2]P315表16.3）
扭矩圖見(jiàn)圖3.1j
計(jì)算彎矩圖：
D點(diǎn)彎矩：
從左端計(jì)算
從右端計(jì)算
B點(diǎn)彎矩
E點(diǎn)彎矩
從左端計(jì)算：
從右端計(jì)算
計(jì)算彎矩圖見(jiàn)圖3.1k
圖3.1 軸的計(jì)算圖
③按彎矩校核該軸的強(qiáng)度
由計(jì)算簡(jiǎn)圖可以看出，D截面或B截面是危險(xiǎn)截面。
D截面校核
查[2]P332表7,得D截面抗彎截面系數(shù)
查[2]P315表16.3
,安全.
B截面校核
B截面的抗彎截面系數(shù)
< ，安全。
該軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖見(jiàn)附圖.
同理,對(duì)輸出軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),經(jīng)按彎矩校核該軸強(qiáng)度，亦滿足要求。
其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖見(jiàn)附圖。
（6）減速器箱體的設(shè)計(jì)及其潤(rùn)滑
根據(jù)齒輪及軸的尺寸，并依據(jù)齒輪傳動(dòng)的位置，設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)和尺寸大小。具體結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)附圖。
減速器的潤(rùn)滑：一、減速器中齒輪的潤(rùn)滑采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，方式為油池浸浴潤(rùn)滑；二、減速器中軸承的潤(rùn)滑采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。
齒輪傳動(dòng)組總成的設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本滅茬機(jī)構(gòu)工作行數(shù)為5行，故需要設(shè)計(jì)5個(gè)刀盤輸出軸，且各軸輸出轉(zhuǎn)速相等。所以，各軸之間的齒輪傳動(dòng)總傳動(dòng)比均為i=1。
考慮到各軸及各軸之間的齒輪傳動(dòng)具有很大的相似性，故只需對(duì)其中一軸及一對(duì)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)校核即可。
（1）中間刀盤輸出軸與其右側(cè)一軸之間的齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本滅茬機(jī)構(gòu)的外形總長(zhǎng)L=2330mm，故兩軸之間的距離
考慮其他輔助裝置的長(zhǎng)度，取
。
齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)：
①選用圓柱直齒輪傳動(dòng)
輸入功率
主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速
主動(dòng)輪轉(zhuǎn)遞的轉(zhuǎn)矩
考慮到兩軸之間的距離太大，為了節(jié)省成本，故擬采用兩組相同且傳動(dòng)比互為倒數(shù)的齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩軸之間的動(dòng)力傳動(dòng)。取其一傳動(dòng)比
②選齒輪材料及熱處理方法
查[2]P211表12.7主動(dòng)輪用40Cr調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度HB241~286；從動(dòng)輪用40Cr調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度HB241~286。
③選擇齒寬系數(shù)
查[2]222表12.13，選=0.3
④選擇齒輪精度
查[2]P207表12.6選7級(jí)精度，估計(jì)節(jié)點(diǎn)圓周速度V<10m/s。
⑤選擇齒輪齒數(shù)
⑥按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
式中:系數(shù)
齒輪的接觸疲勞極限
許用接觸應(yīng)力[]
故有：
計(jì)算模數(shù) 取m=3.5
齒輪3分度圓直徑
齒輪的計(jì)算齒寬
取
中心距
⑦校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度
節(jié)點(diǎn)線速度 （在原預(yù)計(jì)V<10m/s范圍內(nèi)）
使用情況系數(shù)
查表得：
動(dòng)載系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
查[2]P217表12.10
齒間載荷分配系數(shù)
重合度系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù) ([2]P221表12.12，鋼-鋼)
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù) ([2]P225表12.12,一般可靠度)
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
接觸壽命系數(shù)
齒面接觸疲勞強(qiáng)度安全。
⑧校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
齒形系數(shù) (查[2]P229圖12.21)
應(yīng)力修正系數(shù) (查[2]P230圖12.22)
彎曲最小安全系數(shù) （查[2]P225,表12.14，一般可靠度）
彎曲壽命系數(shù) :
尺寸系數(shù) ([2]P232圖12.25)
彎曲疲勞極限
許用彎曲應(yīng)力
可見(jiàn)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度有較大富余。
⑨對(duì)大小齒輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
大齒輪：
分度圓直徑
齒頂圓直徑
取
取
取n=2mm
輪轂長(zhǎng)L=(0.5~1.0)=31~62mm ，取L =32mm。
大齒輪工作圖見(jiàn)附圖
小齒輪：
分度圓直徑
齒頂圓直徑
取
取
取n=2mm
輪轂長(zhǎng)L2=(1.2~1.5)=32.6~42mm ，取L2 =42mm。
小齒輪工作圖見(jiàn)附圖
（2）鍵及軸承的選擇
該軸上端用花鍵與減速器及傳動(dòng)齒輪連接，中部用一軸承支撐，下部懸掛刀盤等滅茬工作裝置。
上端采用矩形花鍵連接，矩形花鍵型號(hào)：
（GB/T1144-2001）
與刀盤連接處采用普通圓頭平鍵連接，其型號(hào)：鍵 （GB/T1096-2003）
軸承選用深溝滾珠軸承 6206 （GB/T276-94）
（3）刀盤輸出軸的設(shè)計(jì)
①運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
軸名
功率（KW）
轉(zhuǎn)矩（N?mm）
轉(zhuǎn)速(r/min)
傳動(dòng)比i
效率η
輸入
輸出
輸入
輸出
減速器輸出軸
34.3
32.6
26995
26455
1250
1
刀盤輸出軸
32.6
31.9
26455
25926
1250
表中為軸承的傳動(dòng)效率。由[3]P5表1-7查的(吳宗澤等編.<<機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)>>，高等教育出版社，1999年)
②刀盤輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
估算軸徑 ，查[2]P314表16.2,取C=102(假設(shè)軸材料為40Cr)
根據(jù)錐齒輪的設(shè)計(jì)尺寸數(shù)據(jù)和所選用的軸承，畫出其結(jié)構(gòu)草圖。
其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3.2a
軸的空間受力分析：
把滾動(dòng)軸承簡(jiǎn)化為鉸支，作用點(diǎn)在其中點(diǎn)處；把作用在齒輪上的力簡(jiǎn)化成集中力，彎矩從輪緣中點(diǎn)開(kāi)始，扭矩從輪轂中點(diǎn)開(kāi)始。下端刀盤處有扭矩作用，作用點(diǎn)在圓頭平鍵中點(diǎn)處。
其中：D為刀盤工作旋轉(zhuǎn)半徑，方向不定。
空間受力簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3.2b。
垂直面受力分析與彎矩計(jì)算：
垂直面受力圖見(jiàn)圖3.2c
軸承的支反力：
B點(diǎn)彎矩為：
從左端計(jì)算
從右端計(jì)算
垂直面彎矩圖見(jiàn)圖3.5d
水平面受力分析與彎矩計(jì)算：
水平面受力圖見(jiàn)圖3.5e
軸承的支反力：
B點(diǎn)彎矩為：
水平面彎矩圖見(jiàn)圖3.5f
初步合成彎矩：
從左端算起
從右端算起
初步合成彎矩圖見(jiàn)圖3.5g
A點(diǎn)彎矩：
合成彎矩圖見(jiàn)圖3.5i
扭矩圖：
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化，應(yīng)力校正系數(shù)：
（[2]P315表16.3）
扭矩圖見(jiàn)圖3.5j
計(jì)算彎矩圖：
B點(diǎn)彎矩：
從左端計(jì)算
從右端計(jì)算
A點(diǎn)彎矩
③按彎矩校核該軸的強(qiáng)度
由計(jì)算簡(jiǎn)圖可以看出，B截面或A截面是危險(xiǎn)截面。
B截面校核
查[2]P332表7,得B截面抗彎截面系數(shù)
查[2]P315表16.3
,安全.
A截面校核
A截面的抗彎截面系數(shù)
< ，安全。
表4-2減速器主要性能
減速器的主要尺寸及圖如下
表4-3a主要尺寸
表4-3b主要尺寸
圖4-1
2.7 V帶的傳動(dòng)
1、有以上已知條件可知：，轉(zhuǎn)速，從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，每天的工作時(shí)間大概為16h/天
2、求計(jì)算功率
查表1得
3、選普通V帶型號(hào)
根據(jù)，查出此坐標(biāo)點(diǎn)位于E區(qū)，所以選用E型計(jì)算。
求小、大帶輪基準(zhǔn)直徑
考慮結(jié)構(gòu)緊湊，由表2查得，取
大輪計(jì)算直徑
可查表3可得，取
驗(yàn)算帶速
在范圍內(nèi)，所以合適。
初步選取中心距
取，符合
9、初算V帶長(zhǎng)度
查表4可得，取節(jié)線長(zhǎng)度的V帶，內(nèi)周長(zhǎng)度
10、實(shí)際中心距
小帶輪包角
，合適
12、單根V帶所能傳遞的功率
根據(jù)和，查表5可查得并按比例計(jì)算求得E型帶。考慮傳動(dòng)比的影響，單根V帶傳遞功率的增加量。
傳動(dòng)比，查表6、7得，則
求V帶根數(shù)，由
查表8、9可得，，則：
所以取六根。
單根V帶的初拉力
查表13-1得，故得單根V帶的初拉力
作用在軸上的壓力
表3 V帶帶輪最小直徑
型號(hào)
O
A
B
C
D
E
F
71
（63）
100
（90）
140（125）
200
315
500
800
表4 V帶輪的計(jì)算直徑
計(jì)算直徑
A
B
C
D
E
1500
1600
1800
注：—優(yōu)先選擇 —可以選擇
表5 V帶長(zhǎng)度系列
內(nèi)周長(zhǎng)度
節(jié)線長(zhǎng)度
D
E
F
9000
9076
9096
9119
10000
10076
10096
10119
11200
11276
11296
11391
表6 V帶所能傳遞的功率
型號(hào)
小帶輪直徑
V帶速度
18
19
20
21
E
500
25.11
25.62
26.18
26.48
560
28.76
29.51
30.23
30.78
630
32.17
33.12
34.02
34.74
35.24
36.37
37.42
38.32
表6 彎曲影響系數(shù)
帶型
A
B
C
D
E
表7 傳動(dòng)比系數(shù)
傳動(dòng)比
1.00
1.03
1.08
1.12
1.14
表8 小帶輪包角系數(shù)
包角
180
170
160
150
140
1.00
0.98
0.95
0.92
0.89
表9 長(zhǎng)度系數(shù)
內(nèi)周長(zhǎng)度
C
D
E
9000
1.22
1.08
1.05
10000
1.11
1.07
11200
1.14
1.10
第3章 軸鍵的設(shè)計(jì)和軸承的設(shè)計(jì)校核
3.1 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1.1 軸的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)零件必須通過(guò)其他零件被支承起來(lái)才能進(jìn)行工作，這種支承作用的零件稱為軸。軸是組成機(jī)器的重要作用之一，它的主要功能是支承做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
3.1.2 軸的失效形式
機(jī)械中的軸大多為轉(zhuǎn)軸，同時(shí)承受彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，且均為交變應(yīng)力。在交變應(yīng)力的作用下，軸的主要失效形式為疲勞斷裂。因此，軸的材料應(yīng)具有足夠的疲勞強(qiáng)度、較好的應(yīng)力集中敏感性和良好的加工性能。
3.1.3 軸的材料
根據(jù)上述這些要求，軸的材料一般宜選用中碳鋼和中碳合金鋼。對(duì)于一般以內(nèi)國(guó)土和較重要的軸，多采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼來(lái)制造，如45鋼等。這類鋼的加工性能和機(jī)械性能好，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)或者正火處理后可以獲得良好的機(jī)械性能，且價(jià)格比較便宜。對(duì)于載荷不大、轉(zhuǎn)速要求不高或者不重要的軸，可以采用普通的碳素結(jié)構(gòu)鋼來(lái)制造，如Q275等，以降低成本。
合金鋼的機(jī)械性能和熱處理工藝均優(yōu)于碳素鋼，對(duì)于強(qiáng)度要求高而結(jié)構(gòu)要求緊湊、重量輕的重要的軸或者有特殊性能要求的軸，應(yīng)該采用合金鋼來(lái)制造，如40Cr鋼等。
由于碳素鋼與合金鋼的彈性模量基本相同，因此采用合金鋼并不能提高軸的強(qiáng)度。但是，碳素鋼比合金鋼的成本低，而且對(duì)于應(yīng)力集中的敏感性小，所以得到了廣泛的應(yīng)用。
軸也可以采用球煤鑄鐵材料制造。鑄鐵材料容易鑄造成復(fù)雜的形狀，且吸振性和耐磨性較好，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性也較低，但其沖擊韌性低，可靠性差。
我設(shè)計(jì)的軸材料為合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr。
3.1.4 軸的強(qiáng)度校核
扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核
設(shè)軸在扭矩T的作用下，產(chǎn)生的切應(yīng)力。對(duì)于圓截面的實(shí)心軸，根據(jù)其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件可以得
（3-1）
所以
式中：是軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MP；T是軸所傳遞的扭矩，單位為N·mm；是軸的抗扭截面系數(shù)，0.2,單位為；P是軸傳遞的功率，單位為KW；n是軸的轉(zhuǎn)速，單位是r/min；d是軸的直徑，單位為mm；[]是材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa。
顯然，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度滿足要求。
按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算
力學(xué)模型的建立
在進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核時(shí)，通常忽略軸及其上各個(gè)零件的質(zhì)量，把軸簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁、外伸梁或懸臂梁。將其作用在軸上的零件分布力作為集中力，其作用點(diǎn)取為零件輪轂寬度的中點(diǎn)，并將其全部轉(zhuǎn)化到軸上。支點(diǎn)反力的作用點(diǎn)一般可近似地取在軸承寬度的中點(diǎn)上，以簡(jiǎn)化計(jì)算。受力圖為：
圖3-1 受力圖
作出軸的水平面受力圖和彎矩圖
圖3-2 水平受力圖
圖3-3 水平彎矩圖
作出垂直面內(nèi)的受力圖和彎矩圖
圖3-4 垂直受力圖
圖3-5 垂直彎矩圖
作出合成彎矩圖M
圖3-6 合成彎矩圖
作出扭矩圖T
圖3-7 扭矩圖
做當(dāng)量彎矩圖
圖3-8 當(dāng)量彎矩圖
計(jì)算危險(xiǎn)截面軸徑
過(guò)渡軸的每一處截面直徑均大于16.22
故強(qiáng)度滿足要求。
3.1.5 軸的固定
因?yàn)辇X輪整體寬度較少，而且齒輪較接近箱體孔，且箱體孔內(nèi)比壁較厚。所以軸只需一個(gè)箱體孔固定，齒輪與渡軸之間，其軸向固定由滾動(dòng)軸承連接。其軸向卡簧固定。而軸上有軸肩，裝配時(shí)直接將軸敲入箱體孔至軸肩處即可。
鍵聯(lián)結(jié)是將軸與軸上的傳動(dòng)零件，如凸輪、齒輪、帶輪等連接在一起，實(shí)現(xiàn)軸和妯上零件間的周向固定，以傳遞轉(zhuǎn)矩的軸轂連接。有些類型的鍵可以實(shí)現(xiàn)軸與軸上零件的軸向固定，或軸向動(dòng)連接。
3.2 鍵的選擇
按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，鍵聯(lián)結(jié)可以分為平鍵聯(lián)結(jié)、半圓聯(lián)結(jié)和楔鍵聯(lián)結(jié)，此外，還有各種花鍵。平鍵聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、對(duì)中性較好、裝拆方便，能夠承受沖擊或變載荷。因而得到廣泛的應(yīng)用。半圓聯(lián)結(jié)的工作面是兩個(gè)側(cè)面，由于軸上半圓鍵槽挖得深，軸的強(qiáng)度大為降低，固一般用于傳遞較少的扭矩。楔鍵聯(lián)結(jié)一般用于外部軸端上固定大齒輪或者皮帶輪。連接時(shí)將鍵打入鍵槽內(nèi)，依靠鍵的頂面和底面與輪轂和軸之間的擠壓所產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞扭矩，此時(shí)，兩底接觸面均畫成一條直線；鍵的兩側(cè)為非工作面，應(yīng)與輪轂和鍵槽側(cè)面之間留空隙。花鍵連接比較可靠，能傳遞較大的扭矩，軸上零件可以花鍵做軸向移動(dòng)，導(dǎo)向性、對(duì)中性都比較好，因此，在機(jī)械設(shè)備中也得到廣泛的應(yīng)用。
鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用要求和作業(yè)需求來(lái)選擇；按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來(lái)取定鍵的尺寸。鍵的截面尺寸為主要尺寸（一般以鍵寬b和鍵高h(yuǎn)表示）與長(zhǎng)度L。鍵的截面尺寸按，按鍵軸的直徑d的斷面尺寸選擇的標(biāo)準(zhǔn)。鍵的長(zhǎng)度L通?？梢韵喾Q的長(zhǎng)度中心。即長(zhǎng)度等于或略短于中心的長(zhǎng)度。這里d為軸的直徑，所選定的鍵長(zhǎng)亦應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長(zhǎng)度系列。錐齒輪軸上的軸頭處選平鍵聯(lián)結(jié)，B型66 L=10 GB1095-79。
3.3 鍵聯(lián)結(jié)強(qiáng)度計(jì)算
平鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，聯(lián)接中各零件都要進(jìn)行受力分析。
根據(jù)其要求，普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件計(jì)算校核公式為：
（3-2）
因此有：
顯然
所以強(qiáng)度足夠。
式中：
T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為；
L——鍵的工作長(zhǎng)度，單位為mm，圓頭平鍵l=L-b，平頭平鍵l=L，這里l為鍵的公稱長(zhǎng)度，單位為mm；b為鍵的寬度，單位為mm。
d——軸的直徑，單位為mm；
h——鍵的高度，單位為mm；
——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為；
3.3.1 主動(dòng)軸上鍵的強(qiáng)度校核
大錐齒輪與軸之間鍵的強(qiáng)度校核
（1）選用圓頭普通平鍵（A型）
按軸徑d=40mm及輪廓長(zhǎng)L=48mm，查參考文獻(xiàn)[3]表6-1，選鍵12×8。
（2）強(qiáng)度校核
鍵材料用45鋼，查參考文獻(xiàn)[3]表6-2，得許用應(yīng)力[]=100～120MPa。
鍵的工作長(zhǎng)度=40mm，按參考文獻(xiàn)[3]公式（6-1）得擠壓應(yīng)力：
（3-33）
<[]，鍵選的合適。
地輪與軸之間鍵的強(qiáng)度校核
（1）選用圓頭普通平鍵（A型）
按軸徑d=25mm，查參考文獻(xiàn)[3]表6-1，選鍵8×7。
（2）強(qiáng)度校核
鍵材料用45鋼，查參考文獻(xiàn)[3]表6-2，得許用應(yīng)力[]=100～120MPa。
鍵的工作長(zhǎng)度=50mm，按參考文獻(xiàn)[3]公式（6-1）得擠壓應(yīng)力：
<[]，鍵選的合適。
3.3.2 從動(dòng)軸鍵的強(qiáng)度校核
離合器與從動(dòng)軸之間鍵的強(qiáng)度校核
（1）選用圓頭普通平鍵（A型）
按軸徑d=20mm，查參考文獻(xiàn)[3]表6-1，選鍵6×6。
（2）強(qiáng)度校核
鍵材料用45鋼，查參考文獻(xiàn)[3]表6-2，得許用應(yīng)力[]=100～120MPa。
鍵的工作長(zhǎng)度=50mm，按參考文獻(xiàn)[3]公式（6-1）得擠壓應(yīng)力：
<[]，鍵選的合適。
3.4 軸承選擇與校核
3.4.1 軸承的分類
軸承是支承軸的部件。由于滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)小，起動(dòng)阻力小，已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，選用、潤(rùn)滑及維護(hù)較方便，所以在一般的機(jī)器中得到廣泛的應(yīng)用。滾動(dòng)軸承的徑向尺寸較大，工作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)、噪音與設(shè)備的精度、軸的工作轉(zhuǎn)速有關(guān)，故適用于中、低速以及精度要求較高的場(chǎng)合。
滑動(dòng)軸承具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在用于某些不能、不便或者使用滾動(dòng)軸承沒(méi)有優(yōu)勢(shì)的場(chǎng)合，如工作轉(zhuǎn)速特高、沖擊和振動(dòng)特大、徑向空間設(shè)計(jì)尺寸受到限制或者必須部分安裝（曲軸上軸承）的結(jié)構(gòu)，以及需要在水或者腐蝕性介質(zhì)工作的工況條件下，仍占有重要地位。因此，在軋鋼機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、雷達(dá)、天文望遠(yuǎn)鏡及各類儀表中應(yīng)用廣泛。
3.4.2 滾動(dòng)軸承及類型
滾動(dòng)軸承主要是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。常用的滾動(dòng)軸承絕大數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)載荷的性質(zhì)與大小、轉(zhuǎn)速的高低、旋轉(zhuǎn)精度等工作要求進(jìn)行選用，并進(jìn)行軸承承載能力的驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
滾動(dòng)軸承主要由外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體和保持架構(gòu)成。保持架將滾動(dòng)體均勻地隔開(kāi)，以減少滾動(dòng)體間的摩擦和磨損。通常內(nèi)圈固定在軸頸上，外圈裝在軸承座內(nèi)。常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)方式；內(nèi)圈隨軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈固定。也有外圈轉(zhuǎn)動(dòng)而內(nèi)圈不動(dòng)或者是內(nèi)、外圈都轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式。
滾動(dòng)軸承的類型很多，按照軸承受載荷的作用方向，可以分為：
（1）徑向接觸軸承 主要用于承受徑向載荷
（2）向心角接觸軸承 能同時(shí)承受徑向及單方向軸向載荷
（3）軸向接觸軸承 只能承受軸向載荷
3.4.3 滾動(dòng)軸承的失效形式
滾動(dòng)軸承在工作時(shí)，由于各元件間間隙的存在，其受力情況也成周期性不穩(wěn)定變化。軸承工作時(shí)，各元件上所受的載荷及產(chǎn)生的應(yīng)力是時(shí)時(shí)變化的，其變動(dòng)的頻率取決于滾動(dòng)體中心圓周速度。選用角接觸軸承或者圓錐滾子軸承時(shí)，為保證可靠地工作，使其在工作時(shí)至少處于下半圈滾動(dòng)體全部受載的工作狀態(tài)。
滾動(dòng)軸承的失效形式有：
（1）疲勞點(diǎn)蝕
滾動(dòng)軸承的正常失效形式是滾動(dòng)體或者內(nèi)外圈滾道上的點(diǎn)蝕破壞。軸承工作時(shí)，軸上的受力通過(guò)軸承內(nèi)圈→外圈→基座上，相鄰元件間的接觸面產(chǎn)生接觸應(yīng)力。由于內(nèi)、外圈的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，滾動(dòng)體的不規(guī)則滾動(dòng)，導(dǎo)致接觸應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化。在安裝、潤(rùn)滑及維護(hù)良好的條件下，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定值后，會(huì)在某一元件上形成表層金屬剝落現(xiàn)象，即疲勞點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕后軸承在工作時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)烈的振動(dòng)、噪音和發(fā)熱現(xiàn)象及旋轉(zhuǎn)精度下降，影響機(jī)器的正常工作。
（2）塑性變形
若軸承的工作轉(zhuǎn)速很低（n<10r/min）或者僅作間歇擺動(dòng)，則一般不會(huì)出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕破壞，工作時(shí)過(guò)大的靜載荷或者瞬間過(guò)大的沖擊載荷，均會(huì)使元件接觸面間的局部應(yīng)力大于元件材料的屈服極限應(yīng)力而產(chǎn)生塑性變形。在形成不均勻的凹炕后，軸承即已經(jīng)失效。
3.4.4 軸承的選擇計(jì)算
現(xiàn)只對(duì)過(guò)渡軸承進(jìn)行校核，我是設(shè)計(jì)時(shí)軸承選的是深溝球軸承6005 GB/T276-94。已知n=200.375r/min，軸徑d=25mm，=222.48N，=650.48N，溫度低于100℃，有輕微沖擊，預(yù)期使用壽命。
因?yàn)樯顪锨蜉S承沒(méi)有派生軸向力，所以，查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)知6005軸承的，查表，有輕微沖擊，應(yīng)取=1.2
查表，采用線性插值法，得e=0.234
因
查表可得
得
計(jì)算軸承的壽命
已知球軸承，因工作溫度低于120℃，得=1
按公式
（3-3）
得
所以，選6005深溝球軸承合用
同理，可以計(jì)算錐齒輪軸上所選的深溝球軸承6010 GB/T 276—96也合用。
3.4.5 校核Ⅱ軸軸承是否滿足工作要求
（1）畫軸承的受力簡(jiǎn)圖
圖5.1 軸承的受力圖
（2）求軸承徑向支反力、
1）垂直平面支反力、
2）水平面支反力、
3）合成支反力、
（3-29）
（3）求兩端面軸承的派生軸向力、
（3-30）
（4）確定軸承的軸向載荷、