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無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 差動變速器的設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923186 學(xué)生姓名： 戴其貴 指導(dǎo)教師： 唐正寧（職稱： 副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 差動變速器的設(shè)計(jì) 是 本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 94 學(xué) 號： 0923186 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 差動變速器的設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 差動變速器是由基本型變速器對差動輪系進(jìn)行封閉而成的一種組合式變 速傳動裝置.基本型變速器一般分為磨擦式、鏈?zhǔn)健胶兔}動式.通過選取 裝置內(nèi)各不同傳動參數(shù),可實(shí)現(xiàn)精密調(diào)速并擴(kuò)大基本型變速器承載能力,或者 擴(kuò)大基本型變速器的調(diào)速范圍,甚至實(shí)現(xiàn)過零調(diào)速.將基本型變速器和差動輪 系組合,有利于提高變速器變速范圍,因此差動變速器具有很好的開發(fā)空間和 市場前景。 針對差動變速器的分析和設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的問題,提出了一種對差動變速 器進(jìn)行差動輪系的配齒計(jì)算方法,以及與變速器的組合裝配設(shè)計(jì)的方法,給出 了差動變速器的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程,并根據(jù)參數(shù)畫出其裝配圖,為同類型傳動設(shè)計(jì) 提供了理論基礎(chǔ)和方法。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 了解 變速器的發(fā)展歷程及其工作特點(diǎn)； 熟 練使用 CAD，UG 等制圖軟件； I 熟 練掌握差動變速器的變速原理； 辨 別差動變速器與其他變速器的共同點(diǎn)與不同點(diǎn)； 能 夠具備一定的三維空間想象能力。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 94 班 姓名 戴其貴 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2013 年 5 月 25 日 II 摘 要 差動變速器是由基本型變速器對差動輪系進(jìn)行封閉而成的一種組合式變速傳動裝置.基 本型變速器一般分為磨擦式、鏈?zhǔn)?、帶式和脈動式.通過選取裝置內(nèi)各不同傳動參數(shù),可實(shí) 現(xiàn)精密調(diào)速并擴(kuò)大基本型變速器承載能力,或者擴(kuò)大基本型變速器的調(diào)速范圍,甚至實(shí)現(xiàn)過 零調(diào)速.將基本型變速器和差動輪系組合,有利于提高變速器變速范圍,因此差動變速器具有 很好的開發(fā)空間和市場前景。 針對差動變速器的分析和設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的問題,提出了一種對差動變速器進(jìn)行差動輪系 的配齒計(jì)算方法,以及與變速器的組合裝配設(shè)計(jì)的方法,給出了差動變速器的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程, 并根據(jù)參數(shù)畫出其裝配圖,為同類型傳動設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)和方法。 通過分析差動無級變速器中帶式無級變速工作原理，對差動無級變速器中的帶輪傳動 和差動輪系及定軸齒輪副進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，得到了帶輪急齒輪傳動的重要參數(shù)，最后對其組 合裝配設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了提高無級變速器的變速范圍。 關(guān)鍵詞：差動變速器；傳動裝置；配齒計(jì)算；組合設(shè)計(jì) Abstract III Abstract Differential transmission is composed of basic transmission to closed differential gear train a combination of variable speed drive. Generally divided into basic transmission friction type, chain and belt type and pulsating flow. By selecting device inside the different parameters, which can realize precise control of motor speed and expand the basic transmission capacity, and expand the basic transmission speed range, and even realize zero speed. The basic transmission and the differential gear train, to improve the transmission speed range, as a result, the differential transmission has the very good development space and market prospects. According to the analysis of the differential transmission and design of more complex problems, put forward a kind of differential gear train was carried out on the differential transmission of gear calculation method, and combined with the transmission assembly design method, gives the detailed design process of a differential transmission, and draw the assembly drawing, according to the parameters of the same type transmission design provides a theoretical basis and methods. By analyzing the differential stepless transmission belt type CVT working principle, the differential stepless transmission pulley transmission and the differential gear train and in the calculation and design of fixed axis gear pair, the pulley gear transmission of the important parameters, finally the combination assembly design, realized the stepless transmission speed range. Key words: differential transmission; Transmission device; For computing tooth; Composite design IV 目 錄 摘要 ..........................................................................................................................................III ABSTRACT ................................................................................................................................IV 目 錄 .......................................................................................................................................V 1 緒論 ........................................................................................................................................1 1.1 設(shè)計(jì)目的和意義 ..............................................................................................................1 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) ..........................................................................................................................1 2 總體方案設(shè)計(jì) ........................................................................................................................1 2.1 主要組成結(jié)構(gòu) ..................................................................................................................2 2.2 主要技術(shù)參數(shù) ..................................................................................................................2 2.3 工作原理與工作過程概述 ..............................................................................................3 2.3.1 環(huán)模制粒機(jī)的工作原理 ..........................................................................................3 2.3.2 環(huán)模制粒機(jī)的主要工作過程 ..................................................................................4 3 喂料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................................................................................................4 3.1 喂料輸送結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..........................................................................................................5 3.2 喂料器參數(shù)計(jì)算 ..............................................................................................................5 3.2.1 螺旋直徑 D 與螺旋軸轉(zhuǎn)速 n 的計(jì)算 .....................................................................5 3.2.2 物料軸向推進(jìn)速度計(jì)算 ..........................................................................................6 3.2.3 電機(jī)的選擇 ..............................................................................................................6 3.3 機(jī)槽的設(shè)計(jì) ......................................................................................................................6 4 調(diào)制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................................................................................................7 4.1 調(diào)質(zhì)的作用 ......................................................................................................................7 4.2 調(diào)質(zhì)過程的控制 ..............................................................................................................7 4.3 調(diào)制器總體方案設(shè)計(jì)及計(jì)算 ..........................................................................................7 5 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ................................................................................................................9 5.1 主電機(jī)的選擇 ..................................................................................................................9 5.2 主傳動計(jì)算 ......................................................................................................................9 5.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) ..............................................................9 5.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ..............................................................................................9 5.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) ............................................................................................11 5.2.4 幾何尺寸計(jì)算 ........................................................................................................12 5.2.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖 ................................................................................12 5.3 空心軸的有限元分析 ....................................................................................................12 6 制粒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ......................................................................................................19 6.1 環(huán)模的加工工藝綜述及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................................19 6.1.1 環(huán)模的熱處理工藝 ................................................................................................19 6.1.2 環(huán)模模孔的加工工藝 ............................................................................................20 6.1.3 環(huán)模的結(jié)構(gòu) ............................................................................................................20 V 6.1.4 方案設(shè)計(jì) ................................................................................................................20 6.2 環(huán)模的參數(shù)計(jì)算 ............................................................................................................20 6.2.1 環(huán)模厚度計(jì)算 ........................................................................................................20 6.2.2 環(huán)模單位功率面積 ................................................................................................20 6.3 壓輥的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................................................................................21 6.4 環(huán)模和壓輥工作間隙的調(diào)整 ........................................................................................21 7 設(shè)備拆裝及維護(hù) ..................................................................................................................23 7.1 制粒機(jī)的使用和維護(hù) ....................................................................................................23 7.2 制粒機(jī)的檢修 ................................................................................................................23 7.2.1 喂料系統(tǒng)拆裝 ........................................................................................................23 7.2.2 主傳動系統(tǒng)拆裝 ....................................................................................................24 7.2.3 易損件的拆裝 ........................................................................................................26 8 結(jié)論與展望 ..........................................................................................................................29 8.1 結(jié)論 ...............................................................................................................................29 8.2 存在的不足及對未來的展望 ........................................................................................29 致 謝 ........................................................................................................................................30 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................................31 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0 1 緒論 差動變速器是由基本型變速器對差動輪系進(jìn)行封閉而成的一種組合式變速傳動裝置.基 本型變速器一般分為磨擦式、鏈?zhǔn)?、帶式和脈動式.通過選取裝置內(nèi)各不同傳動參數(shù),可實(shí) 現(xiàn)精密調(diào)速并擴(kuò)大基本型變速器承載能力,或者擴(kuò)大基本型變速器的調(diào)速范圍,甚至實(shí)現(xiàn)過 零調(diào)速.將基本型變速器和差動輪系組合,有利于提高變速器變速范圍,因此差動變速器具有 很好的開發(fā)空間和市場前景。 針對差動變速器的分析和設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的問題,提出了一種對差動變速器進(jìn)行差動輪系 的配齒計(jì)算方法,以及與變速器的組合裝配設(shè)計(jì)的方法,給出了差動變速器的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程, 并根據(jù)參數(shù)畫出其裝配圖,為同類型傳動設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)和方法。 通過分析差動無級變速器中帶式無級變速工作原理，對差動無級變速器中的帶輪傳動 和差動輪系及定軸齒輪副進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，得到了帶輪急齒輪傳動的重要參數(shù)，最后對其組 合裝配設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了提高無級變速器的變速范圍。 1.1 設(shè)計(jì)目的和意義 差動變數(shù)器是行星齒輪的特殊情況。差動輪系還可以將一個(gè)原動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動分解為另 外兩個(gè)從動基本構(gòu)件的不同轉(zhuǎn)動。差動輪系可進(jìn)行運(yùn)動合成的這種特性被廣泛應(yīng)用于機(jī)床、 計(jì)算機(jī)構(gòu)及補(bǔ)償調(diào)整裝置中。 行星齒輪傳動的主要特點(diǎn)是體積小，承載能力大，工作平穩(wěn)。但大功率高速行星齒輪 傳動結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，要求制造精度高。行星齒輪傳動中有些類型效率高，但傳動比不大。另 一些類型則傳動比可以很大，但效率較低。用它們作減速器時(shí)，其效率隨傳動比的增大而 減??；作增速器時(shí)則有可能產(chǎn)生自鎖。輪系在各種機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 確定設(shè)計(jì)方案；喂料器技術(shù)參數(shù)的確定；電機(jī)參數(shù)的確定；調(diào)制器技術(shù)參數(shù)的確定； 主傳動系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的確定；主軸剛度的校核計(jì)算；環(huán)模和壓輥配合使用的技術(shù)參數(shù)的確 定，壓輥得制作工藝過程；其他相關(guān)說明。完成整機(jī)的三維設(shè)計(jì)、主要部件的組裝圖、重 要零件的工程圖、相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化。 差動變速器設(shè)計(jì) 1 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 主要組成結(jié)構(gòu) 圖 2.1 差動變速器結(jié)構(gòu)圖 AHHC520 型制粒機(jī)主要用于中大型配合飼料廠壓制顆粒飼料，也可用于機(jī)械化養(yǎng)養(yǎng) 殖場。該產(chǎn)品可以根據(jù)用戶的需求，配備不同?？卓讖降膲耗?，生產(chǎn)各種規(guī)格的顆粒飼料， 從而用于不同的養(yǎng)殖對象。該機(jī)喂料、調(diào)質(zhì)、制粒分別采用獨(dú)立傳動，工作可靠。該設(shè)備 主要組成部分有：喂料系統(tǒng)，調(diào)質(zhì)系統(tǒng)，制粒系統(tǒng)，主傳動系統(tǒng)，過載保護(hù)系統(tǒng)和潤滑系 統(tǒng)等。 2.2 主要技術(shù)參數(shù) 表 2-1 主要技術(shù)參數(shù)表 項(xiàng)目 參數(shù) 生產(chǎn)率（t/h） 420 壓模內(nèi)徑（mm） 520 壓輥直徑（mm） 240 ?？字睆剑╩m） 8 壓模轉(zhuǎn)速(r/min) 382 螺距（mm） 300 調(diào)質(zhì)器轉(zhuǎn)速（r/min） 380 槳葉直徑（mm） 560 螺距（mm） 480 偏心軸偏心距(mm) 15 主電機(jī) 200KW 調(diào)質(zhì)電機(jī) 5.5KW配套動力 喂料電機(jī) 2.2KW 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2.3 工作原理與工作過程概述 2.3.1 環(huán)模制粒機(jī)的工作原理 粉狀飼料的制粒過程是一個(gè)連續(xù)壓制過程。它建立在粉狀顆粒間有空隙存在的基礎(chǔ)上。 粉狀物料是一種由具有一定流動性的分散顆粒組成的不連續(xù)松散體，在擠壓力的作用下粉 粒相互移近和重新排列，粉粒間所含氣體不斷逸出,從而使得粉粒間的間隙減小，聯(lián)接力增 大，最后被壓制成具有一定密度、一定硬度的顆粒飼料。 在壓粒過程中，飼料的蛋白質(zhì)和糖分受熱產(chǎn)生可塑性，淀粉部分糊化。 “壓?！?，簡單 地說就是一個(gè)擠壓式的熱塑過程。環(huán)模和壓輥是制粒機(jī)的主要工作部件，配合飼料從供料 機(jī)構(gòu)較均勻地供給調(diào)質(zhì)機(jī)構(gòu)，飼料在調(diào)質(zhì)機(jī)構(gòu)中與水(或其他添加物)混合后，投入制粒機(jī) 構(gòu)中。飼料在環(huán)模與壓輥的擠壓下，從壓模的模孔中擠出來成為顆粒。從工作過程分析， 環(huán)模是主動回轉(zhuǎn)零件，而壓輥是靠摩擦而轉(zhuǎn)動的。 圖 2.2 壓制區(qū)內(nèi)分區(qū)圖 在環(huán)模制粒過程中，粉料在壓制區(qū)內(nèi)所在的位置不同，其受壓輥的壓緊 力亦是不同的。 它可劃分為 4 個(gè)區(qū)，即供料區(qū)、壓緊區(qū)、擠壓區(qū)和成形區(qū)，見上圖。 在供料區(qū)，物料基本不受機(jī)械外力，它處于自然松散狀態(tài)，但它受環(huán)模圈回轉(zhuǎn)而產(chǎn) 生 離心力影響，使粉料緊貼在環(huán)模內(nèi)圈上。隨著模輥的旋轉(zhuǎn)，物料進(jìn)入壓緊區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)， 受模輥的擠壓作用，粉粒之間產(chǎn)生相對移動，孔隙逐漸減小。隨著物料向前移動速度的加 快，擠壓力逐漸增加，孔隙更小，但粉?；旧线€未變形。在擠壓區(qū)內(nèi)，模輥間隙變小， 擠壓力急劇增大，粉粒進(jìn)一步靠緊和鑲嵌，粉粒間的接觸面增大和聯(lián)結(jié)增強(qiáng)，粉粒產(chǎn)生變 形，并產(chǎn)生了較好的聯(lián)結(jié)，同時(shí)將壓緊粉體向?？讛D去。經(jīng)過?？滓欢伍L度的飽壓形成顆 粒飼料。這一區(qū)段物料將產(chǎn)生彈性、塑性組合變形。在壓?？變?nèi)已充滿了已被壓實(shí)成形的 飼料柱體，在?？變?nèi)側(cè)又不斷接受新擠入的粉料，使飼料柱體向外側(cè)推移，排出模孔。這 時(shí)擠壓力必須克服?？變?nèi)料柱摩擦力的總和。物料在模輥轉(zhuǎn)動作用下壓制成顆粒有兩個(gè)條 差動變速器設(shè)計(jì) 3 件：一是模輥要把物料攫入變形口，二是壓輥對物料擠壓力要大于模孔內(nèi)料柱的摩擦阻力。 2.3.2 環(huán)模制粒機(jī)的主要工作過程 當(dāng)水分含量為 1214的配合飼料進(jìn)入混合喂料器后，飼料經(jīng)加入一定量的水蒸汽 后，被螺旋漿葉混合攪拌均勻后送進(jìn)調(diào)質(zhì)器內(nèi)，進(jìn)行糊化。如果需要，也可以將糖蜜、脂 等液體均勻噴灑到物料中去，脂的添加量不得超過 3，以利于成形。調(diào)質(zhì)后的物料水分 達(dá)到 1517，然后經(jīng)分配器分配到轉(zhuǎn)動的環(huán)式壓模和壓輥的工作面上。旋轉(zhuǎn)的壓輥通 過與物料的磨擦帶動壓輥旋轉(zhuǎn)，物料在強(qiáng)烈的擠壓下，克服孔壁的阻力，并不斷從壓?？?中成條的擠出。擠出時(shí)被裝置在壓模外的切刀切成長度適宜的顆粒。切刀的位置可以調(diào)節(jié)， 以控制顆粒的長短。剛壓制出的顆粒溫度一般在 7590之間，水分在 1516左右， 必須在經(jīng)過冷卻降溫，揮發(fā)水分使其溫度接近室溫，以便保管儲藏。 3 喂料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 喂料機(jī)構(gòu)的作用是將待制粒倉中的粉狀物料均勻地輸送到調(diào)質(zhì)部分，其關(guān)鍵是保證輸 送速度的穩(wěn)定。傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)通常是依靠螺旋輸送機(jī)來實(shí)現(xiàn)這種功能。螺旋輸送機(jī)又稱“絞 龍” ，是一種無撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送設(shè)備。其結(jié)構(gòu)主要包括料槽、螺旋葉片和轉(zhuǎn)動軸組 成的螺旋體、兩端軸承和驅(qū)動裝置幾部分。工作時(shí)，物料由進(jìn)料口進(jìn)入料槽，并在螺旋葉 片的推動下沿螺旋槽作軸向移動，直至卸料口被排出。螺旋輸送機(jī)的類型有水平、垂直和 傾斜三種形式，本設(shè)計(jì)中選用水平螺旋輸送機(jī)。與其它輸送設(shè)備相比，螺旋輸送機(jī)具有結(jié) 構(gòu)簡單、橫截面積小、密封性好、操作維修安全、方便、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，這也正是它 被廣泛應(yīng)用的原因之一。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 3.1 喂料機(jī)構(gòu)簡圖 3.1 喂料輸送結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 該設(shè)備的螺旋輸送機(jī)葉片采用單頭滿面式螺旋葉片，螺旋葉片的一邊緊貼在軸上，形 成完整的螺旋面。這種葉片構(gòu)造簡單，輸送能力強(qiáng)，便于均勻地輸送粉類物料。 螺旋面采用右旋設(shè)計(jì)方案。由于輸送物料中含有一定水分，為了防止葉片生銹，影響 物料輸送和產(chǎn)品質(zhì)量，選用不銹鋼作為葉片材料。同時(shí)，由于在工作過程中，葉片磨損比 較嚴(yán)重，為了增加其耐磨性，要對葉片進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以提高其表面硬度。 螺旋葉片厚度為 5mm，螺距為（0.8-1）D，D 為螺旋直徑，由于本設(shè)計(jì)采用水平結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)，取 S=D，機(jī)殼厚度為 5mm。 3.2 喂料器參數(shù)計(jì)算 3.2.1 螺旋直徑 D 與螺旋軸轉(zhuǎn)速 n 的計(jì)算 根據(jù)運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊的公式 15-1： ）（ m5.2CQK （3.1） 其中，Q:輸送能力，按設(shè)計(jì)要求，取 20t/h； K：物料特性系數(shù)，常用物料的 k 值見運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊 表 15-1，這里取 0.0415； :填充系數(shù)，見運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊表 15-1，這里取 0.35； C：傾角系數(shù)，見運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊表 15-1，這里取 1； 差動變速器設(shè)計(jì) 5 :物料松散密度，見運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊 表 15-6，這里取 0.52t/m3， 將數(shù)據(jù)帶入上式，可得 mD27.0 圓整后，取 D=0.3m。 根據(jù)運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊的公式 15-2： in)/(rAn （3.2） 其中，A：物料綜合系數(shù)，見運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊 表 15-6，這里取 75， 代入上式，得 min/9.136rn 又由公式運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊的公式 15-3 CsDQ247 （3.3） 計(jì)算得 in/059.rn 圓整后，取 n=90r/min。 對 D 和 n 圓整后，應(yīng)該對填充系數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算： 37.0472CsnDQ （3.4） 未超過上限，故圓整后的 D 和 n 值適合。 3.2.2 物料軸向推進(jìn)速度計(jì)算 根據(jù)公式： 60SV （3.5） 式中，V：物料的軸向推進(jìn)速度（m/s） ； S：螺旋葉片的螺距（ m） ； n：螺旋軸轉(zhuǎn)速（r/min）; 則物料沿軸向推進(jìn)速度 。V45.0 3.2.3 電機(jī)的選擇 由于 N=1.33 kw,所以驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動的電機(jī)選用 YTC 型電磁調(diào)速異步電動機(jī)，該電機(jī)有三 相異步交流電機(jī)、渦流離合器與測速發(fā)電機(jī)組成，并與控制器配合使用，工作時(shí)，此電機(jī) 能根據(jù)軸上承受載荷的不同自動地、無級地調(diào)整其輸出轉(zhuǎn)速，達(dá)到無級變速喂料，控制不 同喂料量的目的。 3.3 機(jī)槽的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中的機(jī)槽采用法蘭和截面為 U 字型的鋼制機(jī)槽。 U 型機(jī)槽的厚度為 5mm 薄鋼 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 板，其兩側(cè)臂垂直，底部成半圓形，在 U 型機(jī)槽的端面焊接有法蘭，用以固定蓋板和端蓋。 機(jī)槽半圓的內(nèi)徑大于螺旋葉片半徑，允許少量的物料滯留于槽底，以防葉片與槽底摩擦。 為了對機(jī)槽進(jìn)行密封，機(jī)槽上部裝有用薄鋼板制成的蓋板，蓋板用螺栓固定在槽體上 端的鋼制法蘭上。蓋板可以開啟，以便對槽體進(jìn)行必要的檢查。蓋板上開有進(jìn)料口，機(jī)槽 底部開有卸料口，均做成方形，以便安裝料管。 4 調(diào)制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 調(diào)質(zhì)就是使粉料在高溫、高壓下通入過熱蒸汽,使其熟化的過程。它是顆粒飼料生產(chǎn)中 的必然環(huán)節(jié),在這一過程中可使飼料中很多成分發(fā)生變化,其中有些是人們所需要的,而有些 則是人們所不希望的。 4.1 調(diào)質(zhì)的作用 在調(diào)質(zhì)過程中最主要的變化就是使飼料中含量較高的淀粉部分發(fā)生糊化,而使淀粉更易 被動物所消化吸收。這可明顯地提高飼料的利用率; 同時(shí)產(chǎn)生的糊精具有較好的適口性,可大 大提高飼料的適口性;另外,糊化淀粉可使飼料的黏稠性提高 ,可起到黏結(jié)劑的作用,這也是在 制粒過程中必須進(jìn)行調(diào)質(zhì)的一個(gè)主要原因。 調(diào)質(zhì)中的高溫、高壓可使飼料中大量病原微生物滅活,如常見的沙門氏桿菌及大腸桿菌 等。特別是最近一些飼料廠為了生產(chǎn)出高衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、無病原菌尤其是無沙門氏菌的產(chǎn)品,在 飼料生產(chǎn)時(shí),出現(xiàn)了提高制粒溫度的發(fā)展趨勢。這些飼料廠家規(guī)定制粒溫度在 85 以上,它 是有效地殺死沙門氏菌的示值溫度。在國外更是如此,早在 20 世紀(jì) 80 年代末西歐在打“沙 門氏菌恐慌”戰(zhàn)時(shí),在調(diào)質(zhì)中首要考慮的就是殺菌的問題,目前西歐已開始采用的擠壓調(diào)質(zhì)二 次制粒工藝通常達(dá)到的制粒溫度為 90 。 差動變速器設(shè)計(jì) 7 4.2 調(diào)質(zhì)過程的控制 為減少營養(yǎng)成分的損失,在制粒過程中要根據(jù)不同的原料組分、含水量及對產(chǎn)品熟化程 度的不同要求來調(diào)整調(diào)質(zhì)時(shí)間。一般來說,調(diào)質(zhì)時(shí)間越長,原料的熟化度越好。淀粉糊化度越 高,黏性越好,生產(chǎn)出的顆粒料物理性能就越好,但同時(shí)營養(yǎng)物質(zhì)損失也較多。一般飼料原料 的調(diào)質(zhì)時(shí)間為 1030 s 為宜。但對各種飼料都合適的一個(gè)調(diào)質(zhì)時(shí)間是不存在的。因此,最重 要的創(chuàng)新應(yīng)該是把飼料原料在調(diào)質(zhì)器中滯留時(shí)間設(shè)為一個(gè)可變參數(shù)。 4.3 調(diào)制器總體方案設(shè)計(jì)及計(jì)算 本設(shè)計(jì)方案采用單級槳葉式調(diào)質(zhì)器，該型調(diào)制器通過改變槳葉的傾斜角度來控制物料 的推進(jìn)速度，針對不同的物料，分別設(shè)定調(diào)質(zhì)器槳葉的傾斜角度，控制物料的調(diào)質(zhì)時(shí)間， 實(shí)現(xiàn)調(diào)質(zhì)器的最優(yōu)功能。 調(diào)質(zhì)時(shí)間： )(36041 21 sQkvlDVt （4.1） 式中，V：調(diào)質(zhì)筒體積（ ）；3m D：調(diào)質(zhì)筒直徑（m）； ：調(diào)質(zhì)筒長度，取 =7D；ll ：飼料容重( ),取 v=0.5；v3/t ；飼料充滿系數(shù)，取 k=0.3。k 調(diào)質(zhì)軸輸送量 Q1，取壓粒設(shè)計(jì)產(chǎn)量 Q 的 1.52.0 倍，可初定 Q1=1.8Q。 將上述有關(guān)參數(shù)代入調(diào)質(zhì)時(shí)間 t 計(jì)算式： 3608.1.5742Dt圖 4.1 調(diào)制器軸 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 （4.2） 33 078.36.057481QtQtD （4.3） 對于一臺選定產(chǎn)量 Q 的制粒機(jī)來說，調(diào)質(zhì)時(shí)間 t 對 D 影響很大，為了便于設(shè)計(jì)，一般 取 t=15 秒。代入上式，計(jì)算得 D=0.5592m。參照市場上同類產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)，取調(diào)質(zhì)桶直 徑為 560mm，長度 3200mm。調(diào)質(zhì)電機(jī)選用 Y100L，功率 2.2kW，同步轉(zhuǎn)速 1500r/min。 5 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5.1 主電機(jī)的選擇 根據(jù)吳克疇教授摘譯的混合飼料生產(chǎn)工藝一書介紹，一臺飼料壓粒機(jī)的生產(chǎn)率 Q 可以近似的由下式來計(jì)算： )/(2.7htpKNQ （5.1） 式中，N：壓粒電動機(jī)的驅(qū)動功率（KW） ； ：要壓粒的散料密度（t/ ） ；3m ：壓粒電動機(jī)的效率取 0.80.9； p：需要壓粒壓力（MPa） ； ：決定于壓縮率 K（未壓粒的散裝物和壓粒后的顆粒密度的比率） ；K K：壓縮率，可取 0.50.7； 公式換算得到驅(qū)動功率的算法： 差動變速器設(shè)計(jì) 9 2.7 QpKN （5.2） 已知：Q=10, =0.9，查表得到 P=56； =0.5；=0.5； 帶入計(jì)算得到 N=166.2kW，經(jīng)查表，選取主電機(jī)型號為 Y280L-2 ，額定功率為 200KW，同步轉(zhuǎn)速 1500r/min。 5.2 主傳動計(jì)算 該設(shè)計(jì)方案主傳動系統(tǒng)采用直齒齒輪傳動，主要優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，使用壽命長，傳動 較平穩(wěn)，傳遞功率高，結(jié)構(gòu)緊湊，功率和速度適用范圍很廣等。工作時(shí),由電動機(jī)帶動小、 大齒輪，并經(jīng)傳動空軸帶動環(huán)模轉(zhuǎn)動，環(huán)模與壓輥擠壓物料成形。 5.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1）選定齒形為直齒圓柱齒輪傳動。 2）作為機(jī)床主軸傳動，選用 7 級精度（GB 10095-88） 3）材料選擇。由機(jī)械設(shè)計(jì)表 10-1 選擇小齒輪材料為們 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，二者硬度差為 40HBS。 4）選小齒輪齒數(shù)為 z1=24，大齒輪齒數(shù)為 z2=3.7424=92.976，取 z2=93。 5.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由機(jī)械設(shè)計(jì)公式 10-9a 進(jìn)行試算，即 3 2112. HEdt ZuKTd （5.3） （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）試選載荷系數(shù) Kt=1.3. 2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 mNmNnPT 65151 1029.14802.90.9 （5.4） 3）由機(jī)械設(shè)計(jì)表 10-7 選取齒寬系數(shù) d=1. 4）由機(jī)械設(shè)計(jì)表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) ZE=189.8 MPa1/2. 5）由機(jī)械設(shè)計(jì)圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 Hlim1=600MPa，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 Hlim2=550MPa。 6）由機(jī)械設(shè)計(jì)式 10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 992 911065.87.34 1034.6)582(0NjLnh （5.5） 7）由機(jī)械設(shè)計(jì)圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.95，K HN2=0.98. 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。 取失效概率為 1%，安全系數(shù)為 S=1，由機(jī)械設(shè)計(jì)得 MPaSKHN570695.01lim1 398.2li2 （2）計(jì)算 1）試算小齒輪分度圓直徑 d1t，代入 H中較小的值。 m m ZuKTdEdt417.8 5398.17.831029.3.3 262 （5.6） 2）計(jì)算圓周速度 v。 smsndt /50.1/106487.106 （5.7） 3）計(jì)算齒寬。 mdbt 47.847.81 （5.8） 4）計(jì)算齒寬與齒高之比 。hb 模數(shù) mzdmtt 184.6247.18 （5.9） 齒高 ht 914.318.65. （5.10） 67.0.hb 5）計(jì)算載荷系數(shù)。 根據(jù) v=11.50m/s，7 級精度，由 機(jī)械設(shè)計(jì)圖 10-8 查得動載荷系數(shù) Kv=1.18,； 直齒輪， ；1FHK 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 10-2 查得使用系數(shù) KA=1.25； 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 10-4 用插值法查得 7 級精度、小齒輪相對支撐非對稱布置時(shí)， 。42.1HK 由 ， 查圖 10-13 得 ；故載荷系數(shù)670hb42.1H32.1F 差動變速器設(shè)計(jì) 11 127.4.18.25HvAK 6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由機(jī)械設(shè)計(jì)得 mdtt .73.417.831 （5.11） 7）計(jì)算模數(shù)。 zdm287.248.17 （5.12） 5.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由機(jī)械設(shè)計(jì)公式 10-5 得彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式為 (5.13)321FSAdYzKTm （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值。 1）由機(jī)械設(shè)計(jì)圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪MPaFE501 的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；MPaFE3802 2）由圖 10-18 取得彎曲疲勞壽命系數(shù) ； ；90.1FNK9.2FN 3）計(jì)算彎曲疲勞需用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù)為 S=1.4，由機(jī)械設(shè)計(jì)式 10-12 得 MPaaSFENF 49.314.151K857.2.80922 4）計(jì)算載荷系數(shù) K。 94.131.5FvA 5）查取齒形系數(shù)。 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 10-5 查得， ； 。6.21aY2.Fa 6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 10-5 查得， ； 。58.1Sa7.12Sa 7）計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。FSa0157.8.25736.49.3621FSaY 大齒輪的數(shù)值大。 （2）設(shè)計(jì)計(jì)算 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 mm0954.17.24109.7.36 對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算得模 數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所 決定的承載能力，僅于齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模 數(shù) 5.0954mm，就近圓整到標(biāo)準(zhǔn)值 m=6mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d1=174.887，算 出小齒輪齒數(shù) 30148.2967.11 mdz 大齒輪齒數(shù) ，取 。25.3075.2zz 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲強(qiáng)度，并做 到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 5.2.4 幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑 mmzd7026183021 （2）計(jì)算中心距 a4121 （3）計(jì)算齒輪寬度 mdb801 取 B2=180mm，B1=190mm。 5.2.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖 見零件圖 AHHC520-ZL-01 和 AHHC520-ZL-02。 5.3 空心軸的有限元分析 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過一對齒輪傳動傳遞給空心軸，空心軸帶動固定其上的環(huán)模一起旋轉(zhuǎn)。 因此，空心軸是主要的傳動和連接部件。空心軸的主要制造工藝和計(jì)算如下： 1、 空心軸材料為 45 鋼； 2、 該軸采用鍛造方式加工，然后再進(jìn)行車削和銑削加工； 3、 空心軸內(nèi)壁設(shè)有軸承支座，為了將環(huán)模和主軸定位，保證兩零件的同軸度，環(huán) 模和空心軸用鍵連接，即傳動鍵，并用螺栓定位?？招闹鬏S結(jié)構(gòu)請參見制粒部分部 裝圖 AHHC520-ZL-00。 差動變速器設(shè)計(jì) 13 (1)進(jìn)入 UG NX6.0 的高級仿真模塊，并新建 FEM 和仿真。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 （2）新建解算方案 Solution1。 （3）對模型施加載荷和約束。 差動變速器設(shè)計(jì) 15 （4）指派模型材料。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 （5）對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。用 10mm 的 CTETRA（4）單元。 差動變速器設(shè)計(jì) 17 （6）定義了相關(guān)參數(shù)后，即可開始解算。 （7）解算完成后，查看節(jié)點(diǎn)位移和應(yīng)力云圖，如下： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 通過有限元分析，我們可以從云圖上看到，空心軸上變形最大處的位移量在 0.0028mm 左右，而最大應(yīng)力為 4.388MPa，均滿足要求。 差動變速器設(shè)計(jì) 19 6 制粒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 6.1 環(huán)模的加工工藝綜述及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 6.1 環(huán)模 環(huán)模是顆粒飼料壓制機(jī)的關(guān)鍵零件之一；又是易損件；價(jià)格不菲；其質(zhì)量的好壞和質(zhì) 量是否穩(wěn)定,直接影響環(huán)模的使用壽命和顆粒飼料壓制機(jī)的產(chǎn)量、飼料的質(zhì)量，從而影響飼 料加工的生產(chǎn)成本。 環(huán)模失效的主要形式是?？准碍h(huán)模內(nèi)環(huán)表已磨損報(bào)廢，也有少量環(huán)模開裂和?？锥氯?（即壓不出料）的情況。環(huán)模的使用壽命主要與環(huán)模材料、環(huán)模的加工工藝有關(guān)，對同一 環(huán)模材料和同一加工工藝，環(huán)模的使用壽命還與飼料配方、飼料生產(chǎn)工藝參數(shù)、工藝操作 等有關(guān)。環(huán)模初試壓是否順利出料主要與環(huán)模模孔表面光潔度有關(guān)。目前，國產(chǎn)顆粒飼料 壓制機(jī)的環(huán)模材料常見的有 20 號鋼、35 號鋼、45 號鋼、 20Cr、40Cr、20CrMnTi、40CrMnMo 等中、低碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)和合金結(jié)構(gòu)鋼，也有少量采用 不銹鋼制造。 6.1.1 環(huán)模的熱處理工藝 在常用環(huán)模材料加工工藝中,常見的熱處理方法有正火、調(diào)質(zhì)、淬火、滲碳、滲氮。要 針對不同的環(huán)模材料,綜合考慮這些熱處理方法的特點(diǎn),而安排于機(jī)加工工序之間。正火處理 消除內(nèi)應(yīng)力,為下一道工序作準(zhǔn)備。在環(huán)模加工工藝中,正火處理一般安排在鍛造之后或粗加 工之前,也有安排在精車之前。經(jīng)正火處理后的環(huán)模,切削性能有所改善,并能適當(dāng)?shù)馗纳萍?工后表面光潔度。 環(huán)模調(diào)質(zhì)的目的能獲得較高的強(qiáng)度和韌性性能,特別是保持環(huán)模心部的綜合機(jī)械性能。 在環(huán)模加工工藝中,一般安排在精車,擴(kuò)孔之前或粗加工之后;也可以安排在滲氮之前。對于 中碳優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼,要注意淬火與高溫回火的時(shí)間間隔不宜過長,否則,因環(huán)模的 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 復(fù)雜結(jié)構(gòu)而可能造成環(huán)模的熱處理裂紋。 環(huán)模的淬火處理常用的冷卻介質(zhì)為水和油。在水中的冷卻速度比在油中快些。如在水 中加入 0.15%0.30% 的聚乙烯醇,其冷卻介于水和油之間,可得到較好的熱處理組織。淬火 一般安排在擴(kuò)孔后或磨削加工之前,可作最終熱處理工藝。 滲碳處理能提高?？缀蛢?nèi)環(huán)表面的硬度,提高其耐磨性,從而提高環(huán)模的使用壽命。滲碳 主要針對含碳量 0.15%0.25%的優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼如 20 號鋼、20Cr、20CrMnTi 等。 6.1.2 環(huán)模模