小型混料機(jī)的設(shè)計(jì)【傾斜式滾筒混料機(jī)】【固體粉末的攪拌混合】
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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文) 第 45 頁(yè) 共 45 頁(yè)1緒論1.1固體粒子混合1.1.1 固體粒子固體混合是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一種重要的單元操作,它廣泛用于化工、醫(yī)藥、食品、飼料、塑料和建材等部門(mén)1。固體混合設(shè)備中所述及的固體是指粉粒體,而粉粒體可再細(xì)分為兩種,一種是粒體(粒料),另一種是粉體。兩者的區(qū)別如圖1-1所示。圖1-1 各種固體粒子的粒徑范圍和測(cè)量方法兩者的粒徑約為50為界,粒料上限為數(shù)毫米,而粒料與粉體的更本質(zhì)的區(qū)別在于兩種固體顆粒的力學(xué)行為的區(qū)別。粒料的力學(xué)行為主要受重力所控制。當(dāng)粒子的粒徑不斷減小,則粒子之間的附著力所引起的作用逐漸增大,當(dāng)粒徑小至數(shù)十微米時(shí),附著力與重力平衡。粒徑進(jìn)一步減小,附著力急劇增加,當(dāng)粒徑小至數(shù)微米時(shí),重力的作用小到可以忽略,由附著力的作用會(huì)形成凝集體,即發(fā)生所謂逆粉碎現(xiàn)象,粒徑大小對(duì)混合物性能的影響主要是通過(guò)兩相的界面起作用的,過(guò)小的粒子(如在3以下)對(duì)混合物的力學(xué)性能不一定有好處。1.1.2 固體混合固體混合是指兩種或兩種以上不同性質(zhì)的粉粒體,在干燥狀態(tài)或加入少量液體的狀態(tài)下,在外力作用下進(jìn)行攪混,使之逐步達(dá)到均一分布的操作,是不均勻度不斷減小的一種隨機(jī)過(guò)程。其混合狀態(tài)如圖1-2。 (a)原狀態(tài) (b)理想完全狀態(tài) (C)隨機(jī)完全狀態(tài)圖1-2 混合狀態(tài)黑白格子各表示一種物料。圖中的理想完全混合狀態(tài)是難以達(dá)到的,實(shí)際混合過(guò)程總是無(wú)序、不規(guī)則排列,它所能達(dá)到的最佳程度稱(chēng)為隨機(jī)完全混合。1.1.3 固體混合的影響因素與液體攪拌相比,固體混合不具有自身擴(kuò)散的性質(zhì),因而必須施加外力才能強(qiáng)制流動(dòng)。影響混合的因素,除混合設(shè)備和操作條件外,固體粉粒體的性質(zhì),包括粒子的粒度與粒度分布、粒子形狀、表現(xiàn)密度、表面性質(zhì)、靜電荷、水分含量、休止角、流動(dòng)性、凝聚性,對(duì)混合過(guò)程的影響極大,如圖1-3所示。圖中M為混合度,t為混合時(shí)間。圖(a)所示的曲線(xiàn)為一條典型的正常曲線(xiàn)。在混合的初始階段。混合度M增加甚快。呈直線(xiàn)上升,到后階段,混合度的增加程度逐漸變得平緩,從圖(b)可看出,因粉粒體的粒度差大,在混合過(guò)程中,混合程度不穩(wěn)定,曲線(xiàn)經(jīng)過(guò)一個(gè)峰值后反而下降了?;旌虾箅A段,曲線(xiàn)下降的趨勢(shì)逐漸趨于平坦,這與混合過(guò)程中,大顆粒較容易分離,而且小顆粒物料又較容易沉積在設(shè)備的下部有關(guān)。圖(c)因粉粒體的密度差大,混合初期,混合度呈無(wú)規(guī)則曲線(xiàn)狀上升,過(guò)了峰值反而逐漸下降。此曲線(xiàn)后階段的走勢(shì)與圖(b)曲線(xiàn)有些類(lèi)似,也是由物性差異較大所造成的。圖(d)因混合過(guò)程中產(chǎn)生靜電作用,混合的初始階段,混合度上升的規(guī)律性很差,呈反復(fù)的波動(dòng)狀,到后階段才穩(wěn)定定下來(lái),呈曲線(xiàn)狀緩慢上升。(a)物性差小,混合良好 (b)粒度差大,混合不良 (c)密度差大,混合不良 (d)混合過(guò)程中發(fā)生靜電的再混合圖1-3 物性對(duì)混合過(guò)程的影響1.2 混合設(shè)備的分類(lèi)固體混合設(shè)備可按不同的方法分類(lèi):l 按對(duì)粉粒體作用力的方式分為容器回轉(zhuǎn)型、容器固定型(包括機(jī)械攪拌式、氣流攪拌式、流體切割式)和復(fù)合型混合設(shè)備;l 按操作方式分為間歇式和連續(xù)式;l 按運(yùn)動(dòng)部件回轉(zhuǎn)速度分為高速型和低速型。列出的各種混合設(shè)備的特性和適用范圍,歸納起來(lái)可分為以下幾大類(lèi)。1.2.1 容器回轉(zhuǎn)型混合設(shè)備 適用于物性差異小、流動(dòng)性好的物料的混合,可以獲得較高的混合精度;但對(duì)粒徑比等物性差異大、流動(dòng)性差的物料,采用該種型式大多數(shù)情況下不能得到良好的效果。 裝料系數(shù)低,一般為0.30.4。 最佳回轉(zhuǎn)速度,即處于最佳混合狀態(tài)的速度一般為臨界速度為50%80%;也可以用費(fèi)勞德數(shù)是離心力與重力之比。當(dāng)裝料系數(shù)為0.3時(shí),不同種類(lèi)混合設(shè)備的值分別為:V型0.30.4,雙重圓錐0.550.65,滾筒0.70.8,正立方體0.5。圖1-4 容器回轉(zhuǎn)型混合設(shè)備 設(shè)備容易清洗,適合于多品種小批量生產(chǎn)。 回轉(zhuǎn)速度慢、適合于易磨損物料的混合。 容器回轉(zhuǎn)空間大,但伴隨回轉(zhuǎn)容易引起負(fù)荷變動(dòng),因而需要設(shè)置 安全柵和牢固的基礎(chǔ)。 進(jìn)出口的定位較困難。1.2.2 容器固定型混合設(shè)備 機(jī)種多,不僅可滿(mǎn)足各種物性粉粒體的混合,也可用于粉粒體中添加液體的混合。 因容器是固定的,混合設(shè)備與粉粒體進(jìn)出料裝置容易連接。 裝料系數(shù)大,一般0.50.6。 設(shè)備清洗困難,適合于少品種大批量生產(chǎn)。 存在攪拌槳葉磨損和軸封部件粉塵等問(wèn)題。1.2.3.復(fù)合型混合設(shè)備這類(lèi)混合設(shè)備是在容器回轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)上,在容器內(nèi)部增設(shè)了攪拌物料用的葉片,以增強(qiáng)物料的混合和分散作用,從而提高混合效果。如在常用的滾筒、V型、雙重圓錐型等混合設(shè)備中,分別設(shè)置了特定的葉片,便構(gòu)成了復(fù)合型混合設(shè)備。復(fù)合型混合設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn):適合粒徑比等物性差異較大,流動(dòng)性較差的物料,也適合于需添 加液體的混合。 裝料系數(shù)中等,一般為0.40.5。 混合時(shí)間較短,生產(chǎn)效率高,混合精度較高。 因?yàn)橛行D(zhuǎn)葉輪工作,故清洗衣較容易。 容易造成物料的粉碎和磨損。 該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)熱較大,不適合受熱分解和熱敏性物料。 存在攪拌葉片的磨損和粉塵進(jìn)入軸封部件處而影響密封等問(wèn)題。2. 混料機(jī)的組成及各部分功能2.1 混料機(jī)的組成本論文對(duì)小型混料機(jī)的設(shè)計(jì)要求是傾斜式滾筒混料機(jī),目的是進(jìn)行固體粉末的攪拌混合,而不具備液體混合的能力。為了符合設(shè)計(jì)要求,在參閱了相關(guān)資料中涉及的滾筒混料機(jī)的技術(shù)參數(shù)后,將該混料機(jī)的組成分為以下四部分:動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、混合裝置和混料機(jī)機(jī)架這四個(gè)部分。小型混料機(jī)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置混料滾筒機(jī)架減速器傳動(dòng)齒輪配換齒輪傳動(dòng)一號(hào)(左)機(jī)架二號(hào)(右)機(jī)架 圖2-1 混料機(jī)的組成混料設(shè)備的攪拌軸通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),并且由于該混料機(jī)的使用場(chǎng)合是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),電力能源的獲取是最簡(jiǎn)單易得的,故該小型混料機(jī)的動(dòng)力源部分采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)混料機(jī)由靜止起動(dòng)時(shí),滾筒要克服自身的慣性,還要克服滾筒所推動(dòng)的固體粉末的慣性以及傳動(dòng)裝置等部件的慣性,這時(shí)滾筒與固體粉末的相對(duì)速度最大,滾筒所受阻力的作用面積也是最大,困此此所需的功率值必然較大,該最大功率即為混料機(jī)的啟動(dòng)功率。但試驗(yàn)測(cè)定表明,攪拌即在啟動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的最高點(diǎn)持續(xù)時(shí)間一般僅為23秒,隨后立即大幅度下降至接近正常動(dòng)轉(zhuǎn)電流,說(shuō)明出現(xiàn)最大功率的時(shí)間極短,由于一般電動(dòng)機(jī)都允許有啟動(dòng)過(guò)載量,即允許較大范圍的啟動(dòng)電流。如380V三相交流異步電動(dòng)機(jī),在510秒的持續(xù)時(shí)間內(nèi),其啟動(dòng)電流一般允許達(dá)到額定電流的6.57倍;且電動(dòng)機(jī)功率越小,則啟動(dòng)電流相對(duì)于額定電流的允許倍數(shù)越大。所以,只要選擇合理的電動(dòng)機(jī),在啟示錄動(dòng)時(shí)依靠轉(zhuǎn)矩余量來(lái)加速攪拌即滾筒直達(dá)穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速,不會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過(guò)熱或者不能啟動(dòng)的情況。混料機(jī)的傳動(dòng)裝置包括減速裝置,變速裝置和滾筒驅(qū)動(dòng)裝置。減速裝置即減速器,由于攪拌設(shè)備的轉(zhuǎn)速一般都比較低,因而電動(dòng)機(jī)絕大多數(shù)情況下都是與變速器組合在一起使用的,有時(shí)也采用變頻直接調(diào)速。因此,選用電動(dòng)機(jī)時(shí),應(yīng)特別考慮與變速器的匹配問(wèn)題。變速裝置照設(shè)計(jì)要求應(yīng)該能達(dá)到四級(jí)變速的要求,在考慮了小型混料機(jī)的工作特性以及工作場(chǎng)所后,決定采且配換齒輪的變速方式。驅(qū)動(dòng)裝置采用齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)混料滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng),鑒于齒輪傳動(dòng)的穩(wěn)定性,決定采用開(kāi)式齒輪傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)混料滾筒。混合裝置是一個(gè)直徑300,長(zhǎng)度500,壁厚5的圓柱型滾筒,滾筒的兩端用支撐軸固定在機(jī)架上,混料滾筒的右側(cè)焊接上軸承,該軸承上的齒輪與滾筒驅(qū)動(dòng)裝置的齒輪嚙合,以達(dá)到使?jié)L筒轉(zhuǎn)動(dòng)的目的?;炝蠙C(jī)的機(jī)架分成兩個(gè)部分,兩機(jī)架的立柱結(jié)構(gòu)完全相同,區(qū)別是一側(cè)的機(jī)架底座較大,這部分的底座上要安放電動(dòng)機(jī),減速器以及傳動(dòng)齒輪箱,且要保證電動(dòng)機(jī)減速器以及傳動(dòng)齒輪箱的中心軸線(xiàn)位于同一水平面上,另一側(cè)的機(jī)架只是負(fù)責(zé)混料滾筒的固定以及整個(gè)混料機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定。機(jī)架的兩個(gè)部分的相對(duì)位置的固定采用連接桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.2 混料機(jī)的各部分功能該小型攪拌的動(dòng)力裝置部分為電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)為整個(gè)小型混料機(jī)提供動(dòng)力,電動(dòng)機(jī)的功率經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器傳遞到小型混料機(jī)的傳動(dòng)裝置,經(jīng)過(guò)減速器的減速,將電動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速降低為比較低的轉(zhuǎn)速,經(jīng)過(guò)配換齒輪副的調(diào)整之后,由傳動(dòng)齒輪最終將功率傳遞到混料滾筒上面,帶動(dòng)混料滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng),以達(dá)到混合不同粉末的目的。減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置,用來(lái)以滿(mǎn)足工作需要。減速器的輸入端軸通過(guò)連軸器與電動(dòng)機(jī)的輸出軸相連,由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速太高而扭矩較低,不能直接輸出到混料滾筒段齒輪,必須經(jīng)過(guò)減速器的減速,來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增大扭矩。有級(jí)(或分級(jí))變速是指在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),能夠?qū)崿F(xiàn)若干固定、不連續(xù)的轉(zhuǎn)速(或速度)變化。其優(yōu)點(diǎn)是工作可靠,傳動(dòng)比準(zhǔn)確,采用多軸傳動(dòng)時(shí)變速范圍大,其缺點(diǎn)是不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速,不易選擇最佳轉(zhuǎn)速值。該小型混料機(jī)的變速裝置為配換齒輪,變速時(shí)兩齒輪位置互換或另裝一對(duì)齒數(shù)比不同的齒輪,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不需要操縱機(jī)構(gòu)或者互鎖裝置,軸向尺寸小,但是更換齒輪費(fèi)時(shí)費(fèi)力,懸臂安裝受力條件差。適用于不經(jīng)常變速且要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊的變速機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)齒輪是機(jī)器中應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)傳動(dòng)形式,它的功能是將機(jī)器中的原動(dòng)機(jī)(如電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī))的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力向工作機(jī)(如水泵、抽油泵、鼓風(fēng)機(jī)、起重機(jī)的鋼纜轉(zhuǎn)鼓、汽車(chē)的車(chē)輪、車(chē)床的卡盤(pán))傳遞其所需要的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。而在儀器儀表中齒輪是以傳遞運(yùn)動(dòng)為主。齒輪傳動(dòng)和其他的傳動(dòng)形式相比具有傳動(dòng)功率范圍寬、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、壽命長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。圖2-2 混料機(jī)裝配示意圖滾筒式混合設(shè)備的混料裝置為一圓柱型混料滾筒,當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),帶動(dòng)混料滾筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)。初始位于滾筒底部的物料,由于物料間的黏結(jié)作用以及物料與側(cè)壁間的摩擦力而隨滾筒升起:又由于離心力的作用,物料向滾筒壁面靠近,并且物料之間以及物料與滾桶壁之間的作用力在增大。當(dāng)物料上升到一定高度時(shí),在重力作用下飛落到底部,如此反復(fù)進(jìn)行循環(huán)混合。該小型混料機(jī)的機(jī)架分為兩個(gè)部分。在無(wú)齒輪筒蓋一側(cè)的機(jī)架為一號(hào)機(jī)架,在有齒輪筒蓋一側(cè)的為二號(hào)機(jī)架。一號(hào)機(jī)架結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,主要功能僅為支撐滾筒,保持其穩(wěn)定。二號(hào)機(jī)架結(jié)構(gòu)略為復(fù)雜,除了與一號(hào)機(jī)架相同的結(jié)構(gòu)功能外,還包括一個(gè)底座,用于安放電動(dòng)機(jī)、減速器及傳動(dòng)齒輪箱,并保證這三個(gè)部件的中心高一致。3 .電動(dòng)機(jī)的選用原動(dòng)機(jī)的種類(lèi)一般情況下均選用交流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)為系列化產(chǎn)品。機(jī)械設(shè)計(jì)中僅需根據(jù)工作機(jī)的工作情況,合理選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速,提出具體的電動(dòng)機(jī)型號(hào)2。3.1 電動(dòng)機(jī)選用原則一、選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式如無(wú)特殊的需要,一般選用Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)。經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)動(dòng)的,例如起動(dòng)、提升設(shè)備,要求電動(dòng)機(jī)具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較大的過(guò)載能力,應(yīng)選用冶金及起重用三相異步電動(dòng)機(jī),常用YZ型或YZR型。電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有防滴式、封閉自扇冷式和防爆式等,可根據(jù)防護(hù)要求選擇。二、選擇電動(dòng)機(jī)的功率電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適,對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性能都有影響。功率選的過(guò)小不能保證工作機(jī)的正常工作,或使電動(dòng)機(jī)因超載而過(guò)早損壞,功率選的過(guò)大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高,能力又得不到充分發(fā)揮,而且由于電機(jī)經(jīng)常不在滿(mǎn)載下運(yùn)轉(zhuǎn),其效率和功率因數(shù)都較低而造成能源的浪費(fèi)3。對(duì)于載荷比較穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械,通常只需使電動(dòng)機(jī)的額定功率Ped等于或稍大于所需電動(dòng)機(jī)的工作功率Pd,即PedPd,而不必校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。所需電動(dòng)機(jī)工作功率為: Pd= (3-1)式中 Pw-工作機(jī)所需功率,指輸入工作機(jī)軸的功率,KW。 -由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率。工作機(jī)所需功率 Pw由工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算求得 Pw= (3-2)或 Pw= (3-3)其中: F-工作機(jī)的阻力,N V-工作機(jī)的線(xiàn)速度,m/s T-工作機(jī)的阻力矩,Nm nw-工作機(jī)轉(zhuǎn)速,r/min w-工作機(jī)效率??傂拾聪率接?jì)算: =123。n (3-4)其中:123。n分別為傳動(dòng)裝置中每一傳動(dòng)副(齒輪、蝸桿、帶、鏈)每對(duì)軸承或每個(gè)聯(lián)軸器的效率,其數(shù)值可按表3-3-1選取。計(jì)算總效率時(shí)要注意以下幾點(diǎn):1.所取傳動(dòng)副效率是否已包括其軸承效率,如已包括,則不再計(jì)入軸承效率。2.同類(lèi)型的幾對(duì)傳動(dòng)副、軸承或聯(lián)軸器,要分別考慮效率,例如有兩級(jí)齒輪傳動(dòng)副時(shí),效率為齒齒=齒2。3.軸承效率均指一對(duì)軸承而言。4.蝸桿傳動(dòng)效率與蝸桿頭數(shù)及材料有關(guān),應(yīng)先初選頭數(shù),估計(jì)效率,待初步設(shè)計(jì)出蝸桿、蝸輪參數(shù)后,再計(jì)算效率并校核傳動(dòng)效率。5.當(dāng)資料給出的效率數(shù)值為一范圍時(shí),一般可取中間值,如工作條件差、加工精度低、潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑或維護(hù)部良時(shí),則應(yīng)取低值;反之可取高值。表3-1機(jī)械傳動(dòng)和軸承效率的概率值三、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇額定功率相同的同類(lèi)型電動(dòng)機(jī),可能有不同的轉(zhuǎn)速。如三相異步電動(dòng)機(jī)就有四種常用的轉(zhuǎn)速,即3000 r/min、1500 r/min、1000 r/min、750 r/min,低轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的極數(shù)多,外廓尺寸及重量都較大,價(jià)格高,但可使傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比及尺寸較小,高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)則相反。因此確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí),應(yīng)進(jìn)行分析比較,以確定合理的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。一般來(lái)說(shuō),如無(wú)特殊要求通常多選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min或1000r/min的電動(dòng)機(jī)。為使傳動(dòng)裝置社的合理,可以根據(jù)工作機(jī)轉(zhuǎn)速要求和各傳動(dòng)副的合理傳動(dòng)比范圍推算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍,即 nd,=ianw=(i1i2in)nw (3-5)式中 nd, 電動(dòng)機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍r/min ia 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的合理范圍 i1i2in各級(jí)傳動(dòng)副傳動(dòng)比的合理范圍(見(jiàn)表3-2) nw工作機(jī)轉(zhuǎn)速r/min表3-2 各類(lèi)傳動(dòng)傳動(dòng)比的數(shù)值范圍根據(jù)選定的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、容量和轉(zhuǎn)速,由標(biāo)準(zhǔn)中查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)、額定功率、滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速、外形尺寸、電動(dòng)機(jī)中心高、軸伸尺寸、鍵聯(lián)接尺寸等,并將這些參數(shù)列表備用。四、傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比確定與分配原則傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)功率通常按實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)工作效率Pd考慮,而轉(zhuǎn)速則按電動(dòng)機(jī)額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速(滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速)計(jì)算。根據(jù)電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速nm和工作機(jī)轉(zhuǎn)速nw,可得到傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為 = (3-6)總傳動(dòng)比為各級(jí)傳動(dòng)比i1i2in的連乘積,即ia= i1i2in (3-7)合理分配總傳動(dòng)比,可使傳動(dòng)裝置得到較小的外廓尺寸或叫較輕的重量,以實(shí)現(xiàn)降低成本和結(jié)構(gòu)緊湊的目的,也可以使轉(zhuǎn)動(dòng)零件獲得較低的園周速度以減少齒輪動(dòng)載和降低傳動(dòng)精度等級(jí)的要求,還可以使齒輪有較好的潤(rùn)滑條件。但這幾方面的要求不可能同時(shí)滿(mǎn)足,因此在分配傳動(dòng)比時(shí),主要考慮以下幾點(diǎn)。(1)各級(jí)傳動(dòng)比都在各自的合理范圍內(nèi),以保證符合各種傳動(dòng)形式的工作特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)緊湊。(2)分配各傳動(dòng)形式的傳動(dòng)比時(shí),應(yīng)注意各傳動(dòng)尺寸協(xié)調(diào),結(jié)構(gòu)均勻合理。例如,帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比過(guò)大,大帶輪半徑大于減速器輸入中心高度(如圖1)而與地基相碰(3)各傳動(dòng)件彼此不應(yīng)該發(fā)生干涉碰撞現(xiàn)象。例如,在兩級(jí)圓柱齒輪減速器中。若高速級(jí)傳動(dòng)比分配過(guò)大,則可能使高速級(jí)的大齒輪的輪緣與低速級(jí)的大齒輪相碰,如圖3-1和圖3-2所示。 圖3-1 帶輪過(guò)大與地基相碰 圖3-2 高速級(jí)大齒輪與低速軸相碰(4)為使各級(jí)大齒輪浸油深度合理(低速級(jí)大齒輪浸油稍深),對(duì)各類(lèi)減速器的傳動(dòng)比分配可參考下列幾點(diǎn)。a) 展開(kāi)式二級(jí)圓柱齒輪減速器,考慮潤(rùn)滑條件,應(yīng)使兩個(gè)大齒輪直徑相近,低速級(jí)大齒輪略大些,按ia=(1.31.4)i2,對(duì)同軸線(xiàn)式則取i1i2=(i為減速器的總傳動(dòng)比)。這些關(guān)系只適應(yīng)于兩級(jí)齒輪的配對(duì)材料相同,齒寬系數(shù)選取同樣數(shù)值的情況。b) 對(duì)于圓錐-圓柱齒輪減速器,可取圓錐齒輪傳動(dòng)比i10.25i,并使i13,最大允許i14.c) 蝸桿-齒輪減速器,可取齒輪傳動(dòng)比i2(0.030.06)id) 齒輪-蝸桿減速器,可取齒輪傳動(dòng)比i122.5。應(yīng)該注意,以上傳動(dòng)比的分配只是理論計(jì)算值,是初步的。待各級(jí)傳動(dòng)零件的參數(shù)(如齒輪齒數(shù)、帶輪直徑等)確定后,應(yīng)核算傳動(dòng)裝置的實(shí)際傳動(dòng)比。對(duì)于一般機(jī)械,總傳動(dòng)比的實(shí)際值允許與設(shè)計(jì)要求的理論計(jì)算值有3%5%的誤差。五、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算為了進(jìn)行傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算,應(yīng)將工作要求的功率或轉(zhuǎn)矩推算到各軸上,分別求出個(gè)軸的轉(zhuǎn)速功率和轉(zhuǎn)矩。如將減速器、變速機(jī)構(gòu)的各軸由高速至低速依次定為軸、軸、并設(shè) io,i1,為相鄰兩軸的傳動(dòng)比;01,12為相鄰兩軸間的傳動(dòng)效率; P,P為各軸的輸入功率KW; T,T為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩Nmn,n為各軸的轉(zhuǎn)速r/min;則可由電動(dòng)機(jī)軸值至工作機(jī)軸方向依次推算,得到各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。1、 各軸轉(zhuǎn)速 n= (3-8) 式中 nm電動(dòng)機(jī)的滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速r/min Io電動(dòng)機(jī)軸至軸的傳動(dòng)比。同理 n=r/min n= = r/min (3-9)其余類(lèi)推。2、 各軸功率 P=Pd KW (3-10)式中 Pd電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出功率 電動(dòng)機(jī)軸與軸間的傳動(dòng)效率同理 P=P=Pd KW (3-11)其余類(lèi)推。3、各軸轉(zhuǎn)矩 T=Tdio N m (3-12)其中電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩Td為 Td=9550 (3-13)所以 T= Tdio=9550 io Nm T= Ti1 =9550 ioi1 Nm (3-14)其余類(lèi)推。3.2 電動(dòng)機(jī)選擇計(jì)算1、確定電動(dòng)機(jī)類(lèi)型 按工作要求和條件,選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。2、確定電動(dòng)機(jī)容量 原始數(shù)據(jù):(1)每次混料合計(jì)重不大于20kg.(2)混料滾筒轉(zhuǎn)速10-60r/min。(3)滾筒(圓柱體)直徑300mm,長(zhǎng)度500mm,壁厚5mm。 計(jì)算出滾筒實(shí)際體積V實(shí)=V外-V內(nèi)=(-)H=3.14(-)0.5=2.32。滾筒的質(zhì)量m=V實(shí)=7.92.32=18.29(kg)。圖3-3 混料機(jī)滾筒受力分析混料重量計(jì)為20kg,則滾筒質(zhì)量(含料)共計(jì)38kg,=380cos10=374(N),=380cos80=66 (N)查表礦物油潤(rùn)滑金屬表面的摩擦系數(shù)為0.150.3,取摩擦系數(shù)0.2,系數(shù)安全取2.5,則計(jì)算的軸承轉(zhuǎn)動(dòng)需要的牽引力是F=2.5=4650 N。軸承轉(zhuǎn)速最大為50r/min,則線(xiàn)速度V=0.785m/s工作機(jī)所需功率Pw,按式計(jì)算: Pw= (3-15)工作機(jī)效率=,滾筒效率=0.95,滑動(dòng)軸承效率=0.98,代人上式得: Pw=3.92kw電動(dòng)機(jī)所需功率按下式公式計(jì)算 = (3-16)式中電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的傳動(dòng)裝置的總效率,由傳動(dòng)裝置圖可知 = (3-17)由表3-1,取彈性聯(lián)軸器效率=0.994,閉式圓柱齒輪效率=0.97,開(kāi)式圓柱齒輪效率=0.95, 滾動(dòng)軸承(每對(duì))效率=0.988 =0.9940.970.950.9883=0.91故 Pd=4.31 KW (3-18)電動(dòng)機(jī)的額定功率略大于即可。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇電動(dòng)機(jī)額定功率為5.5KW3.選擇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 滾筒軸工作轉(zhuǎn)速為=50r/min。由表3-2推薦的傳動(dòng)副傳動(dòng)比合理范圍,取一級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)范圍=(36),配換齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍=(37)則傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的合理范圍為:=(36)(37)=942 (3-19)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為: =(942)50=4502100r/min (3-20)符號(hào)這一范圍的常用同步轉(zhuǎn)速有720、960、1440r/min。以三種方案作比較,結(jié)果如表3-3表3-3 電動(dòng)機(jī)型號(hào)參數(shù)比較方案電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率(kw)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)重量(kg)傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比同步滿(mǎn)載總傳動(dòng)比開(kāi)式齒輪傳動(dòng)比減速器傳動(dòng)比1Y160M2-85.5750720127112.84.028.212Y132M2-65.598096090704.017.373Y132S-45.51500144068564.014.0選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132S-4,表3-4 Y132S-4電動(dòng)機(jī)參數(shù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率(KW)滿(mǎn)載時(shí)轉(zhuǎn)速(r/min)電流效率功率因數(shù)Y132S-45.5144015.4870.852.22.24.混料機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)4.1減速器的設(shè)計(jì)4.1.1確定傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比=28.8 (4-1)分配傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比= (4-2)式中 、分別為一級(jí)圓柱齒輪減速器和開(kāi)式圓柱齒輪的傳動(dòng)比為使開(kāi)式圓柱齒輪傳動(dòng)中大齒輪分度圓直徑大于滾筒直徑,以免開(kāi)式圓柱齒輪傳動(dòng)的小齒輪與滾筒發(fā)生干涉,取=5.0,減速器傳動(dòng)比為=5.76考慮到四級(jí)變速,變速箱的傳遞比分別是當(dāng)轉(zhuǎn)速=20min,傳動(dòng)比=5.76,=12.5當(dāng)轉(zhuǎn)速=30r/min,傳動(dòng)比=5.76,=8.3當(dāng)轉(zhuǎn)速=40min,傳動(dòng)比=5.76,=6.25當(dāng)轉(zhuǎn)速=50r/min,傳動(dòng)比=5.76,=5.04.1.2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)1. 各軸由高速至低速依次設(shè)為軸、軸、軸(工作軸),輸出轉(zhuǎn)速是(計(jì)算轉(zhuǎn)速=50r/min) 軸 n=1440r/min 軸 n=250r/min 軸 n=50r/min (4-3)2、輸出功率 軸 P=4.310.994=4.27 kw 軸 P=4.270.970.988=4.09 kw軸 P=4.090.950.988=3.84 kw (4-4)3、各軸輸出轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩=9550=9550=28.58 Nm 軸 T=28.580.9940.97=27.56 Nm 軸 T=27.560.970.9885.76=152.14 Nm 軸 T=152.140.950.9885=714 Nm (4-5)應(yīng)注意的是:同一根軸上輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩與其輸入功率和轉(zhuǎn)矩不同,一般相差一對(duì)軸承效率。將上述計(jì)算得到的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)列表如下表:表4-1 電動(dòng)機(jī)軸及各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)軸號(hào)功率P(kw)扭矩T(Nm)轉(zhuǎn)速n(r/min)傳動(dòng)比效率電動(dòng)機(jī)軸4.3128.5814401.00.994軸4.2727.5614405.760.97軸4.09152.142505.00.95軸3.84714504.1.3傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算4已知輸入功率Pd=4.31kw(略大于小齒輪的實(shí)際功率),小齒輪的轉(zhuǎn)速為:n1=1440r/min,大齒輪的轉(zhuǎn)速為n2=250r/min,傳動(dòng)比i=5.76,由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),工作壽命(設(shè)每年工作300天,工作15年),單班制,工作時(shí)有輕微震動(dòng),在室外工作。1.選定齒輪的類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1) 按已知條件,選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2) 減速器的齒輪齒面采用硬齒面齒輪傳動(dòng),由表9-1取大小齒輪的 材料,選用45Cr,調(diào)質(zhì)后表面淬火,表面硬度HRC4855。3) 因表面淬火,齒輪變形小,不需磨削,故選用7級(jí)精度。4) 選用小齒輪的齒數(shù)=23,則 =1322. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算,即 2.32 (4-6)(1)確定上式中各參數(shù) 1) 試選載荷系數(shù)Kt1.32) 小齒輪傳遞的扭矩=0.2756105 Nmm3) 查表,選齒寬系數(shù)=0.94) 查表,得彈性影響系數(shù)=189.85) 按齒面硬度中間值HRC52,查得大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為 =1170MPa6) 重合度系數(shù),端面重合度=1.88-3.32(+)cos= 1.88-3.32 (+)cos0=1.71 由式得=0.8747) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1=6014401(300158)=3.11109次8) N2=3.11109/3.2=0.97109次9) 查圖得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù) 10) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力:取安全系數(shù)S=1,則11) 12) (2)計(jì)算1)設(shè)計(jì)公式中代入中較小的值,得2.32 =2.32 =23.53 mm (4-7) 2)計(jì)算小齒輪分度圓圓周速度v 3)計(jì)算齒寬b b= 4)計(jì)算齒寬與齒高之比b/h 模數(shù) 齒高 5)計(jì)算載荷系數(shù) 查圖,由v=3.15m/s,7級(jí)精度,得KV=1.17 查表,得,查表,得KA=1, 查表,得KH=1.63, 查表,得KF=1.53 載荷系數(shù) 6)按實(shí)際載荷系數(shù)修正 7)計(jì)算模數(shù)m (3).按齒根接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)公式為 (4-8) (1).確定設(shè)計(jì)公式中的參數(shù) 1)查圖,得大、小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為 2)查圖,得彎曲疲勞壽命系數(shù) 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力:取安全系數(shù)S=1.4,則 4)計(jì)算載荷系數(shù)K 5)查表,得齒形系數(shù) 6)查表,得應(yīng)力校正系數(shù) 7)計(jì)算重合度系數(shù) 8)計(jì)算大、小齒輪的值 所以小齒輪彎曲強(qiáng)度較弱。(2)計(jì)算齒輪模數(shù) 設(shè)計(jì)公式中代人的較大值,得 (4-9) 由計(jì)算結(jié)果可看出,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m略小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),但由于齒輪模數(shù)m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與齒輪直徑有關(guān),所以,可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.72,并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1.5mm。因按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=24.09mm,這時(shí)需要修正齒數(shù)56 ,取 則 (4).幾何尺寸計(jì)算(1)計(jì)算分度圓直徑 (4-10) (2)計(jì)算中心距 (4-11) (3)計(jì)算齒輪寬度 取b2=22mm,b1=b2+5=27mm (4-12)(5).驗(yàn)算 ,合適。(4-13)4.1.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及校核已知求得7P=4.09 kw T=152.14 Nm n=250 r/mind2=mz2=138 mm Ft=2T/d2=2152.14/0.138=2204.93 NFr=Fttgn=2204.93tg20=802.53 N Fa=0 N選取軸的材料為45Cr。查表11-3,知A0=1001初步確定軸的最小直徑d (4-14) 2. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1)擬定軸上零件的裝配方案 圖4-1 軸上零件的裝配i. I-II段軸用于安裝軸承30307,故取直徑為35mm。ii. II-III段軸肩用于固定軸承,查手冊(cè)得到直徑為44m。iii. III-IV段為大齒輪,外徑52mm。iv. IV-V段為軸肩,直徑為57mm。v. V-VI段為軸肩,直徑為50mm。vi. VI-VIII段安裝套筒和軸承,直徑為38mm、35mm。2)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度I-II段軸承寬度為22.75mm,所以長(zhǎng)度為22.75mm。II-III段軸肩考慮到齒輪和箱體的間隙12mm,軸承和箱體的間隙4mm,所以長(zhǎng)度為16mm。III-IV段為大齒輪,長(zhǎng)度為90mm。IV-V段軸,長(zhǎng)度為20mm。V-VI段軸為83mm。VI-VIII長(zhǎng)度為40mm、44mm。綜上得出軸各段的直徑和長(zhǎng)度。1-2段:D-=35mm,L-=22.75mm 2-3段:D-=44mm,L-=16mm3-4段:D-=52mm,L-=90mm 4-5段:D-=57mm,L-=20mm5-6段:D-=50mm,L-=83mm 6-7段:D-=38mm,L-=40mm7-8段:D-=35mm,L-=44mm3. 軸上零件的周向定位:齒輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接,查手冊(cè)選平鍵bh=1610,鍵長(zhǎng)36mm,配合為H7/K6,滾動(dòng)軸承與軸通過(guò)過(guò)渡配合實(shí)現(xiàn)周向定位,軸徑公差為K6。4 確定軸上圓角和倒角尺寸,取軸端倒角245根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖L1=80mm, L2=130mm, L3=44mm作為簡(jiǎn)支梁的軸的支持跨距L1+L2=210mm截面彎矩最大處是軸的危險(xiǎn)截面8。圖4-2 軸的受力求軸承支反力及彎矩水平支反力:水平面內(nèi)軸的受力如圖,由力的平衡條件得圖4-3 軸承水平支反力 得 (4-15)垂直支反力:垂直面內(nèi)軸的受力如圖,由力的平衡條件得圖4-4 軸承垂直支反力同理得 彎矩: (4-16)總彎矩: (4-17)扭矩: (4-18)計(jì)算彎矩:() (4-19)抗彎截面系數(shù): (4-20)校核軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面強(qiáng)度 (4-21)軸的材料是45Cr,B=785MPa,查表知-1b=70MPa。因此ca-1b,故軸安全。圖4-5 軸的載荷分布圖從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看,截面和處過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重,但截面不受扭矩作用,軸徑也大,不必校核。該軸只須校核截面左右兩側(cè)即可9。(1)截面左側(cè)抗彎截面模量 抗扭截面模量 作用在截面左側(cè)的彎矩M為 (4-22)作用在截面上的扭矩為 截面左側(cè)的彎曲應(yīng)力 截面左側(cè)的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 查表得截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及查表選取。因,得 查圖,可得軸的材料的敏感系數(shù) 所以有效應(yīng)力集中系數(shù) (a)彎曲 (b)扭轉(zhuǎn)圖4-6 有效應(yīng)力集中系數(shù)由圖得尺寸系數(shù) 軸按磨削加工,查圖得表面質(zhì)量系數(shù)為 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理,則綜合系數(shù)值為 (4-23)查表得材料特性系數(shù) 計(jì)算安全系數(shù) S=1.5 (4-24)所以其安全。(2)截面右側(cè)抗彎截面模量 抗扭截面模量 作用在截面右側(cè)的彎矩M為 (4-25) 作用在截面上的扭矩為 截面右側(cè)的彎曲應(yīng)力 截面右側(cè)的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 過(guò)盈配合產(chǎn)生的應(yīng)力集中系數(shù),查表可得 軸按磨削加工,查圖得表面質(zhì)量系數(shù)為 所以綜合系數(shù)為 軸在截面右側(cè)的安全系數(shù)為 S=1.5 (4-26)該軸在截面右側(cè)強(qiáng)度足夠,故安全。4.1.5 鍵聯(lián)接的選擇及計(jì)算由于鍵采用靜聯(lián)接,有輕微沖擊。所以許用擠壓應(yīng)力為,所以上述鍵皆安全。表4-2 鍵聯(lián)接的選擇代號(hào)直徑(mm)工作長(zhǎng)度(mm)工作高度(mm)轉(zhuǎn)矩(Nm)極限應(yīng)力(MPa)高速軸66402034327.5627.94中間軸16105252504152.1441.2低速軸872828203571454.994.1.6 滾動(dòng)軸承的壽命校核、軸均采用30307圓錐滾子軸承,校核計(jì)算:1) 求合成支反力 (4-27)2) 軸承的派生軸向力由軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊(cè)查得30307軸承C=75.2KN,e=0.31,Y=1.9 (4-28)3) 實(shí)際軸向力由于,所以軸向力 4) 當(dāng)量動(dòng)載荷 (4-29)由于是一般載荷,輕微沖擊,取載荷系數(shù),則當(dāng)量動(dòng)載荷 (4-30)因,故應(yīng)按計(jì)算軸承壽命。5) 軸承額定壽命計(jì)算常溫下工作,溫度系數(shù)得 (4-31) 4.2聯(lián)軸器的選用減速器通常通過(guò)聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸、工作機(jī)軸相聯(lián)接。聯(lián)軸器的選擇包括聯(lián)軸器類(lèi)型和尺寸等的合理選擇。聯(lián)軸器類(lèi)型應(yīng)根據(jù)工作要求選定,具體原則如下。(1)聯(lián)接電動(dòng)機(jī)軸與減速器高速軸的聯(lián)軸器,由于軸的轉(zhuǎn)速較高,故一般應(yīng)選用具有緩沖、吸振作用的彈性聯(lián)軸器,如彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器等。(2)減速器低速軸與工作機(jī)軸聯(lián)接用的聯(lián)軸器,由于轉(zhuǎn)速較低,傳遞的力矩較大,且減速器軸與工作機(jī)軸之間往往有較大的軸線(xiàn)偏移,故常常選用剛性可移式聯(lián)軸器,如滾子鏈聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器等。(3)對(duì)于中小型減速器,其輸出軸與工作機(jī)軸的軸線(xiàn)偏移不很大時(shí),也可選用彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器這類(lèi)可移式聯(lián)軸器。(4)所選聯(lián)軸器孔徑的范圍應(yīng)與被連接兩軸的直徑相適應(yīng)。應(yīng)注意減速器高速軸外伸端軸徑與電動(dòng)機(jī)的軸徑不能相差很大,否則難以選擇合適的聯(lián)軸器。電動(dòng)機(jī)選定后,其軸徑是一定的,應(yīng)注意調(diào)整高速軸外伸端的直徑。由于彈性聯(lián)軸器的諸多優(yōu)點(diǎn),所以考慮選用它。由于裝置用于攪拌粉末,原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī),所以工作情況系數(shù)為,計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 (4-32)所以考慮選用彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器TL4(GB4323-84),但由于聯(lián)軸器一端與電動(dòng)機(jī)相連,其孔徑受電動(dòng)機(jī)外伸軸徑限制,所以選用TL5(GB4323-84)其主要參數(shù)如下:材料HT200公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩軸孔直徑,軸孔長(zhǎng),裝配尺寸半聯(lián)軸器厚 (P521表5-6-4)(GB4323-84)4.3 變速裝置的設(shè)計(jì)本課題小型混料機(jī)的設(shè)計(jì)由原動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器的減速再通過(guò)變速將動(dòng)力傳遞給混料滾筒,剛開(kāi)始打算采用滑移齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)四級(jí)變速的,但考慮到每對(duì)滑移齒輪上的齒輪數(shù)最好不超過(guò)3,否則在滑移時(shí)會(huì)引起滑移齒輪與固定齒輪的齒頂相碰,而設(shè)計(jì)要四級(jí)變速就必須把滑移齒輪塊分成兩組,即用兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪塊,同時(shí)還必須使用兩個(gè)能互鎖的機(jī)構(gòu)操縱,使其不能同時(shí)進(jìn)入嚙合。如果這樣本設(shè)計(jì)的課程工作量就較大,于是放棄采用滑移齒輪的想法,進(jìn)而打算采用塔輪變速傳遞機(jī)構(gòu),塔輪機(jī)構(gòu)要進(jìn)行皮帶輪的設(shè)計(jì)且要保證兩軸的中心距不變,皮帶較長(zhǎng),尺寸大,變換時(shí)換移皮帶不夠方便,設(shè)計(jì)的整個(gè)裝置變大,綜合考慮最終選擇配換齒輪來(lái)變速。這次設(shè)計(jì)小型混料機(jī),要求混料機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速可調(diào),轉(zhuǎn)速共分四級(jí)并呈幾何級(jí)數(shù)布置,。由于滾筒的轉(zhuǎn)速限制在10-60r/min,所以轉(zhuǎn)速的選舉被限制在一個(gè)更小的范圍內(nèi),變速器的輸出轉(zhuǎn)速采用等比數(shù)列排列。標(biāo)準(zhǔn)公比是等比數(shù)列中任意相鄰的兩轉(zhuǎn)速之比,為一常數(shù)成為轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比,即式中為最低轉(zhuǎn)速(第1級(jí)轉(zhuǎn)速)、第2級(jí)轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速(第Z級(jí)轉(zhuǎn)速)。標(biāo)準(zhǔn)公比,即=1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2.00??筛鶕?jù)變速器的使用要求及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度選取值,通常取=1.26,1.41。實(shí)際上也可使用非標(biāo)準(zhǔn)公比的。配換齒輪變速機(jī)構(gòu)的特點(diǎn):變速時(shí)兩齒輪位置互換或另裝一對(duì)不同齒數(shù)比的齒輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作穩(wěn)定,不需要操縱機(jī)構(gòu)或互鎖裝置,軸向尺寸小,但更換齒輪費(fèi)時(shí)費(fèi)力,懸壁安裝時(shí)受力條件差。適合于不經(jīng)常變換且要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊的變速機(jī)構(gòu)中。本設(shè)計(jì)中配換齒輪的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)非常適合本次小型混料機(jī)的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)特點(diǎn),所以決定小型混料機(jī)的變速機(jī)構(gòu)采用配換齒輪變速機(jī)構(gòu),由于轉(zhuǎn)速共分四級(jí),所以總共需要四對(duì)配換齒輪以達(dá)到四級(jí)變速的目的。具體的配換齒輪參數(shù)如下表4-3 配換齒輪數(shù)據(jù)配換齒輪齒輪參數(shù)第一組配換齒輪第二組配換齒輪第三組配換齒輪第四組配換齒輪Z1(高速級(jí))23626270Z2(低速級(jí))131968880M(模數(shù))1.51.51.51.5實(shí)現(xiàn)的滾筒轉(zhuǎn)速r/min203040504.4傳動(dòng)齒輪箱的設(shè)計(jì)箱體采用剖分式,鑄造而成。箱體用來(lái)支持和固定軸系零件,保證傳動(dòng)件嚙合精度,良好潤(rùn)滑及密封。箱體要有足夠的剛度,為了保證箱體的剛度,在軸的兩個(gè)機(jī)架之間增加支撐肋保證箱體在安裝基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性,并盡可能減少箱體底座平面機(jī)械加工面積,箱體底座一般不采用完整的平面。4.4.1 軸的設(shè)計(jì)III軸1 作用在齒輪上的力FH1=FH2=4494/2=2247NFv1=Fv2=1685/2=842.5N (4-33)2 初步確定軸的最小直徑 (4-34)3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1) 軸上零件的裝配方案圖4-7 軸上零件的裝配2) 據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度I-IIII-直徑607075877970長(zhǎng)度105113.758399.533.25求軸上的載荷Mm=316767NmmT=925200Nmm4. 彎扭校核 (4-35)4.4.2 齒輪的設(shè)計(jì)傳動(dòng)齒輪箱中齒輪的設(shè)計(jì),是與混料滾筒的筒蓋外齒輪嚙合,從而帶動(dòng)混料滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng),齒輪的材料采用45鋼,熱處理工藝為調(diào)質(zhì),齒輪毛坯為鑄造生產(chǎn),具體參數(shù)如下10:齒數(shù)Z=70,齒輪模數(shù)m=1.5,齒輪沉頭通孔的圓心半徑=85mm齒輪下沉部分的內(nèi)圓直徑d1=50mm齒輪下沉部分的外圓直徑d2=120mm 齒輪中心孔直徑為d0=30mm齒輪厚度為t=25mm 圖4-8 齒輪示意圖通孔上的鍵槽型號(hào)與軸上鍵的型號(hào)相對(duì)應(yīng),具體尺寸符合GB/T1095-19794.4.3 軸承的選用根據(jù)軸的尺寸,選擇軸承的基本尺寸d=70mm,由于軸承承受的載荷為徑向載荷,受到的軸向載荷較小,所以選用深溝球軸承完全可以滿(mǎn)足使用要求,由于滾動(dòng)軸承的失效形式主要有疲勞點(diǎn)蝕、塑性變形、磨損,經(jīng)過(guò)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),最終決定選用深溝球軸承6214,其計(jì)算所得的滾動(dòng)軸承壽命完全小于軸承的基本額定壽命12,其具體尺寸如下表所示:表4-4 軸承基本數(shù)據(jù)基本尺寸安裝尺寸基本額定載荷極限轉(zhuǎn)速動(dòng)載荷靜載荷dDBminmaxmax脂潤(rùn)滑油潤(rùn)滑mmmmkNr/min7012524791161.560.845480060004.4.4 下箱體與上箱蓋的設(shè)計(jì) 該箱體的功能要求比較簡(jiǎn)單,只是完成動(dòng)力的傳輸,而且與混料滾筒的外齒輪嚙合為開(kāi)式齒輪傳動(dòng),所以箱體的設(shè)計(jì)也力求簡(jiǎn)單易行。具體的箱體外形尺寸見(jiàn)傳動(dòng)齒輪箱裝配圖。5.混料滾筒的設(shè)計(jì) 混料滾筒即混料機(jī)的混料容器,包括筒體、外購(gòu)件及內(nèi)購(gòu)件等,其作用是為物料混合提供合適的空間。滾筒的筒體大多是圓筒形的,兩端端蓋一般采用橢圓形封頭,錐形封頭或平蓋,本設(shè)計(jì)采用平蓋封頭,并用螺母固定。根據(jù)工藝需要,容器上裝有各種接管,以滿(mǎn)足進(jìn)料和出料的要求。混料容器通常是立式安置的,但也有時(shí)是臥式的,水平放置的滾筒式混合設(shè)備,其滾筒內(nèi)的物料僅在垂直平面內(nèi)回轉(zhuǎn),而在水平面很少產(chǎn)生物料間的位置更換,為彌補(bǔ)這類(lèi)混合設(shè)備的不足,采用斜軸式安裝形式,也就是將滾筒的軸線(xiàn)與水平旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)成一定的角度,使得垂直方向運(yùn)動(dòng)的物料受到傾斜作用力而發(fā)生水平方向移動(dòng),即產(chǎn)生上、下、左、右的交叉混合,以提高混合效果13。斜軸式混合設(shè)備的傾斜角度設(shè)計(jì)為10。物料在滾
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