混凝土攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)
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混凝土攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)摘 要為加快鄉(xiāng)村振興以及城鎮(zhèn)的現(xiàn)代化建設(shè),設(shè)計(jì)一種適用于農(nóng)村和城鎮(zhèn)的小型簡便的混凝土攪拌機(jī)是有重大意義的。 本設(shè)計(jì)包括傳動機(jī)構(gòu),攪拌機(jī)構(gòu)以及機(jī)架。電動機(jī)將動力輸入皮帶,然后經(jīng)皮帶傳到減速器減速,減速器傳出的動力帶動滾筒上的大齒圈,使得滾筒轉(zhuǎn)動。由于這是一個小型混凝土攪拌機(jī),整個機(jī)器上料為人工上料,出料通過攪拌筒的反轉(zhuǎn)使得混凝土卸出。通過對攪拌筒的設(shè)計(jì)計(jì)算得拌筒的尺寸長1480mm,寬1200mm,出料口半徑350mm,進(jìn)料口半徑400mm,然后選擇合適的電動機(jī),選擇電動機(jī)型號為 Y132S1-2,額定功率Pen=5.5kW,滿載轉(zhuǎn)速為nm=2900r/min,同步轉(zhuǎn)速為nt=3000r/min。接著對帶輪,減速器,開式齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。皮帶選用3V帶根進(jìn)行傳動,所設(shè)計(jì)減速器的傳動比為8.05。設(shè)計(jì)的開式大齒輪基準(zhǔn)圓直徑為1260mm,齒寬100mm。選擇合適角度的高低葉片,最后設(shè)計(jì)機(jī)架使得各部件連接起來。設(shè)計(jì)所得的混凝土攪拌機(jī)滿足使用要求。關(guān)鍵詞:混凝土攪拌機(jī);電動機(jī);攪拌筒;葉片 Design of concrete mixerAbstractIn order to speed up the Rural Revitalization and urban modernization, it is of great significance to design a small and simple concrete mixer suitable for rural and urban areas. This design includes transmission mechanism, mixing mechanism and frame. The power is input into the belt by the motor, and then transmitted to the reducer through the belt. The power from the reducer drives the big gear ring on the drum to make the drum rotate. Because this is a small concrete mixer, the whole machine is manually loaded, and the concrete is discharged by reversing the mixing drum. Through the design and calculation of mixing drum, the size of mixing drum is 1480mm in length, 1200mm in width, 350mm in outlet radius and 400mm in inlet radius. Then select the appropriate motor, with y132s1-2 motor model, Pen=5.5kW rated power and n full load speednm=2900r/min n, synchronous speed is nt=3000r/min。 Then design and calculate the pulley, reducer and open gear. 3V belt root is selected for belt transmission, and the transmission ratio of the designed reducer is 8.05. The diameter of reference circle is 1260 mm and the tooth width is 100 mm. Choose the right angle of high and low blades, and finally design the frame to connect the components. The designed concrete mixer meets the use requirements.Key words: concrete mixer; Motor; Mixing drum; blade目錄1、前言61.1、課題的目的與意義61.2、混凝土攪拌機(jī)國內(nèi)外的研究發(fā)展62、技術(shù)任務(wù)書72.1、原始數(shù)據(jù)72.2、設(shè)計(jì)的總體要求72.3、設(shè)計(jì)內(nèi)容73設(shè)計(jì)計(jì)算說明書83.1總體設(shè)計(jì)方案83.2攪拌筒尺寸的確定93.3、電動機(jī)的選擇113.4傳動部分的設(shè)計(jì)133.4.1傳動裝置傳動比的分配133.4.2、V帶傳動設(shè)計(jì)計(jì)算143.4.3減速器的設(shè)計(jì)173.4.4聯(lián)軸器的選擇423.4.5軸承的選擇424執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)424.1. 滾筒上齒圈的設(shè)計(jì)424.2、工作機(jī)軸的設(shè)計(jì)與校核464.3葉片角度的選擇495、機(jī)架的設(shè)計(jì)506、其他507、使用說明書507.1、開機(jī)前的檢查507.2、操作流程517.3、日常維護(hù)51結(jié)論51參 考 文 獻(xiàn)52致 謝521、前言1.1、課題的目的與意義隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的迅速發(fā)展,基礎(chǔ)性的建設(shè)擴(kuò)大,生產(chǎn)越來越朝著自動化的方向發(fā)展?;炷翑嚢铏C(jī)在建筑中有著十分廣泛的應(yīng)用,它不僅減輕了人們的勞動力,還保證了混凝土的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于混凝土攪拌機(jī)是將沙和石子等物料進(jìn)行混合,且需要量大,所處環(huán)境惡劣。因此混凝土攪拌機(jī)在向使用方便、自動生產(chǎn)等方面的發(fā)展是的必要的。選擇混凝土攪拌機(jī)的設(shè)計(jì),希望能鞏固和掌握學(xué)到的知識。且隨著“十四五”的到來,為加快鄉(xiāng)村振興以及城鎮(zhèn)的現(xiàn)代化建設(shè),設(shè)計(jì)適用于農(nóng)村和城鎮(zhèn)的混凝土攪拌機(jī)是有重大意義的。1.2、混凝土攪拌機(jī)國內(nèi)外的研究發(fā)展19世紀(jì)40年代,在徳、美、俄等國家出現(xiàn)了以蒸汽機(jī)為動力來源的自落式攪拌機(jī)。從1943年美國開始大量生產(chǎn)預(yù)拌混凝土到1950年日本開始用攪拌機(jī)生產(chǎn)預(yù)拌混凝土期間,以各種有葉片或無葉片的自落式攪拌機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用為主。20世紀(jì)40年代后期,德國ELBA率先發(fā)明了強(qiáng)制式單臥軸攪拌機(jī)德國的桑索霍芬機(jī)械與礦業(yè)公司推出強(qiáng)制式雙臥軸攪拌機(jī)。但當(dāng)時的臥軸式攪拌機(jī)因軸端密封技術(shù)未完全成熟,其發(fā)展基本處于停頓狀態(tài)。我國在1952年,天津工程機(jī)械廠和上海建筑機(jī)械廠各試制出第一臺進(jìn)料容積為400L和1000L的混凝土攪拌機(jī),當(dāng)時的400L即后來定型的JG250.1964-1965年,天津攪拌機(jī)廠和華東建筑機(jī)械廠先后在測繪國外樣機(jī)的基礎(chǔ)上,研制出JG250和JG1000型立軸渦槳式攪拌機(jī),開始了我國強(qiáng)制式攪拌機(jī)生產(chǎn)的新篇章。20世紀(jì)70年代初,臥軸式攪拌機(jī)的軸端密封技術(shù)得到突破,這種類型的攪拌機(jī)在德國的BHS公司、意大利的SICOMA公司美國的JOHNSNO公司、日本的日工株式會社和光洋株式會社等企業(yè)又重新發(fā)展起來。在此期間,除了強(qiáng)制式臥軸攪拌機(jī)外,立軸渦漿式,立軸行星式等強(qiáng)制式攪拌機(jī)也先后問世。1980年,長沙建筑機(jī)械研究所與吉林市工程機(jī)械廠聯(lián)合研制成功JS500型雙軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)。進(jìn)入21世紀(jì)以來,隨著商品混凝土技術(shù)的應(yīng)用推廣及國家環(huán)保政策的強(qiáng)力推行,我國混凝土攪拌機(jī)發(fā)展非常迅速,以中聯(lián)重科、珠海仕高瑪為代表的混凝土攪拌機(jī)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平,引領(lǐng)國內(nèi)混凝土攪拌機(jī)行業(yè)走上依靠創(chuàng)新的發(fā)展之路110。2、技術(shù)任務(wù)書2.1、原始數(shù)據(jù)(1)出料容積250L(2)進(jìn)料容積350L(3)攪拌筒的轉(zhuǎn)速18r/min (4)骨料最大粒徑60mm(5)生產(chǎn)率25-30m3/h2.2、設(shè)計(jì)的總體要求(1)滿足使用要求(2)滿足經(jīng)濟(jì)性要求(3)力求整機(jī)的布局緊湊合理(4)工業(yè)性要求易操作而實(shí)用(5)滿足有關(guān)技術(shù)要求2.3、設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個自落式混凝土攪拌機(jī),使其適用于農(nóng)村,城鎮(zhèn)家庭的一般工作使用,減少勞動力,提高效率。1、機(jī)架:機(jī)架是整個混凝土攪拌機(jī)的支撐部件。在機(jī)架下方安放輪胎,便于移動。2、原動機(jī):采用電動機(jī)作為混凝土攪拌機(jī)的動力來源。3、傳動部分:由電動機(jī),皮帶,齒輪,減速器,軸承,工作機(jī)軸,聯(lián)軸器等零件組成。4、工作部分:主要由滾筒,攪拌器等組成。本設(shè)計(jì)選用的機(jī)型為錐型反轉(zhuǎn)出料式,結(jié)構(gòu)簡單,對骨粒有很好的適應(yīng)性,攪拌比較均勻,工作效率較高,成本較低。3設(shè)計(jì)計(jì)算說明書3.1總體設(shè)計(jì)方案方案一:圖3-1齒輪傳動1-電動機(jī) 2-V帶 3-減速器 4-聯(lián)軸器5-攪拌筒 6-大齒圈 7-小齒輪攪拌筒由電動機(jī)控制旋轉(zhuǎn)方向,動力由V帶輸入減速器,經(jīng)齒輪傳給在聯(lián)軸器上的工作軸IV,軸上的小齒輪和攪拌筒上的大齒帶動攪拌筒旋轉(zhuǎn)。方案二:圖3-2 摩擦傳動1-電動機(jī) 2-V帶 3-減速器 4-主動摩擦輪5-從動摩擦輪 6-滾道 7-攪拌筒攪拌筒由電動機(jī)控制旋轉(zhuǎn)方向,動力由V帶輸入減速器經(jīng)軸III傳出使一對主動摩擦輪旋轉(zhuǎn),在攪拌筒及物料重量作用下,主動摩擦輪靠摩擦力帶動攪拌筒轉(zhuǎn)動111。方案二的摩擦傳動特點(diǎn)是產(chǎn)生的聲音小,整體結(jié)構(gòu)較緊湊。但摩擦輪遇到油和水等液體時容易發(fā)生打滑現(xiàn)象,使得生產(chǎn)效率變低。方案一是齒輪傳動,齒輪傳動能夠使攪拌筒不會出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象,而且齒輪傳動使它的傳動比較準(zhǔn)確。綜合考慮選擇方案一作為本設(shè)計(jì)的總體方案。3.2攪拌筒尺寸的確定攪拌筒圖3-1 攪拌筒查混凝土機(jī)械得:V0V1=24 (4-1)=V2V1=0.60.7 (4-2) -為出料系數(shù)設(shè)出料V2=250L,所以V1=357417L,暫時選V1=350L,所以V0=700L1400L,暫時選V0=1000L。 查進(jìn)料錐角為4750,出料錐角為3033。所以選擇出料角32,進(jìn)料角48設(shè)l1=430mm,l2=800mm,l3=250 mm 其中為拌合料容重 為攪拌時拌合料的自然坡度,=4045綜上可得:R1=350mm,R2=400mm 3.3、電動機(jī)的選擇選擇電動機(jī)作為原動機(jī)。電機(jī)的選擇需要根據(jù)設(shè)備的工作條件和運(yùn)動形式來確定。混凝土攪拌機(jī)電動機(jī)的功率:Pd=Pw ( 3-1)Pw混凝土攪拌機(jī)所需工作效率 由電動機(jī)到混凝土攪拌機(jī)的總效率Pw=M*n9550 (3-2)M為攪拌筒攪拌時所需的外力據(jù)(Nm) n攪拌筒轉(zhuǎn)速(r/min)混凝土攪拌機(jī)工作時,必須克服偏心阻力和滾筒摩擦阻力。假設(shè)所有物料都向攪拌筒的一側(cè)傾斜,這是極限條件。在此條件下的功率為最大功率。外力矩M的計(jì)算:M=M摩擦+M物料 (3-3)M物料攪拌時拌物料所產(chǎn)生的偏心阻力矩 M摩擦-攪拌時托輪所產(chǎn)生的滾動摩擦阻力矩M物料=G物料*H*sin=9.8*V*p*Hsin (3-4)式中G物料為攪合物料質(zhì)量G物料=V*pV攪拌筒容積p拌合料容重p=(1.51.7)1000kg/m3 (3-5)H物料重心至攪拌筒中心的距離H=2R1+tan2-h3 (3-6)根據(jù)混合時進(jìn)出口不溢流的原則,進(jìn)出口應(yīng)為h。M進(jìn)=9.8V進(jìn)pHsin=9.823(R1+xtan-h2)32psinx (3-7)M柱=9.8V柱pHsin=19.63(R2-h2)32l2psin (3-8)所以攪拌時物料產(chǎn)生的偏心力矩為:M物料=M進(jìn)+M出+M柱 (3-9) 所以: M進(jìn)=430.5NmM出=390.8NmM柱=1140NmM摩擦=i=1nNiK1(1+Rr)+i=1mNjK2(1+rR)=195.4Nm (3-10)所以外力矩M=M摩擦+M物料=2150Nm工作機(jī)所需功率為Pw=M* n9550=4.05Kw (3-11)查表得:聯(lián)軸器的效率:1=0.99滾動軸承的效率:2=0.99閉式圓柱齒輪的效率:3=0.98加工齒的開式齒輪的效率:4=0.94V帶的效率:v=0.96工作機(jī)的效率:w=0.97a=1 24 32 4v w=0.990.9940.9820.940.960.97=0.816電動機(jī)所需額定功率:Pd=Pwa=4.050.816=4.96kW (3-12)攪拌筒轉(zhuǎn)速:nw=n=18rmin (3-13)查機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊,得各傳動比范圍V帶:24展開式二級圓柱直齒輪減速器:840圓柱齒輪:35??倐鲃樱?8800。 所以電動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為nd=ianw=(48800)18=86414400 r/min。經(jīng)綜合考慮,電動機(jī)的型號為:Y132S1-2,額定功率Pen=5.5kW,滿載轉(zhuǎn)速為nm=2900r/min,同步轉(zhuǎn)速為nt=3000r/min。3.4、傳動部分的設(shè)計(jì)3.4.1、傳動裝置傳動比的分配(1)、總傳動比的計(jì)算計(jì)算傳動裝置總傳動比為:ia=nmnw=290018=161.2 (3-14)(2)、分配傳動裝置傳動比取普通V帶的傳動比:iV=4取開式圓柱齒輪的傳動比:ib=5高速級傳動比i1=1.35iaivib=3.29 (3-15)則低速級的傳動比為i2=2.44減速器總傳動比ib=i1 i2=8.05(3)、動力學(xué)參數(shù)計(jì)算1)、各軸轉(zhuǎn)速:高速軸:n=nmiv=29004=725r/min中間軸:n=ni1=7253.29=220.36r/min低速軸:n=ni2=220.362.44=90.31r/min工作機(jī)軸:n=n=90.31r/min攪拌筒轉(zhuǎn)速:nw=nIVib=18.06r/min (3-16)2)、各軸輸出功率:高速軸:P=Pd v=4.960.96=4.76kW中間軸:P=P 2 3=4.760.990.98=4.62kW低速軸:P=P 2 3=4.620.990.98=4.48kW工作機(jī)軸:P=P 4 13 =4.480.940.990.99=4.13kW攪拌筒:P筒=PIV4=4.130.94=3.88kW (3-17)3)、各軸輸入轉(zhuǎn)矩:電機(jī)軸:Td=9550Pdnm=95504.962900=16.33Nm高速軸:T=Td iv v=16.3340.96=62.72Nm中間軸:T=T i1 3 2=62.723.290.980.99=200.20Nm低速軸:T=T i2 3 2=200.202.440.980.99=473.94Nm工作機(jī)軸:T=T 13 =473.940.990.99=464.51Nm 攪拌筒:T筒=TIV4ib=464.510.945=2183.19Nm (3-18)3.4.2、V帶傳動設(shè)計(jì)計(jì)算(1)、確定計(jì)算功率Pca由查表得工作情況系數(shù)KA=1.1,故Pca=KA P=1.14.96=5.45kW (3-19)(2)、選擇V帶的帶型根據(jù)Pca、n1選用A型。(3)、確定dd和驗(yàn)算v查表選取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1=90mm。驗(yàn)算帶速v。驗(yàn)算帶的速度v= dd1 n601000=902900601000=13.65ms (3-20)計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。dd2=i dd1=490=360mm (3-21)根據(jù)查表,取dd2=355mm。(4)、確定a和Ld初定中心距a0=670mm。計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度Ld0=2a0+2dd1+dd2+dd2-dd124a0=2670+290+355+355-90246702065mm (3-22)由表選帶的基準(zhǔn)長度Ld=2050mm。計(jì)算實(shí)際中心距a。aa0+Ld-Ld02=670+2050-20652662mm中心距的變化范圍為631724mm。(5)、驗(yàn)算小帶輪的包角a1180-dd2-dd157.3a180-355-9057.3662=157.06120 (3-23)(6)、計(jì)算帶的根數(shù)z計(jì)算單根V帶的額定功率Pr。由dd1=90mm和n1=2900r/min,查表得P0=1.64kW。根據(jù)n1=2900r/min,i=4和A型帶,查表得P0=0.34kW。查表得K0.938,KL=1.04,于是Pr=P0+P0K KL=1.64+0.340.9381.04=1.93kW計(jì)算帶的根數(shù)zz=PcaPr=5.451.932.82 (3-24)取3根。(7)、計(jì)算單根V帶的初拉力F0查表得A型帶的單位長度質(zhì)量q=0.105kg/m F0=5002.5-KPcaK z v+q v2=5002.5-0.9385.450.938313.65+0.10513.652=130.37N (3-25)(8)、計(jì)算壓軸力FpFp=2 z F0sin12=23130.37sin157.062=766.59N (3-26)(9)、帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)、小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小帶輪的軸孔直徑d=38mm因?yàn)樾л哾d1=90mm小帶輪結(jié)構(gòu)選擇為實(shí)心式。因此小帶輪尺寸如下:d1=2.0 d=2.038=76mmda=dd+2ha=90+22.75=95.5mmB=z-1e+2 f=3-115+29=48mm (3-27)因?yàn)長=2.0dB,取L=48mm2)、大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大帶輪的軸孔直徑d=32mm因?yàn)榇髱л哾d2=355mm因此大帶輪結(jié)構(gòu)選擇為輪輻式。因此大帶輪尺寸如下:d1=2.0 d=2.032=64mmda=dd+2ha=355+22.75=360.5mmB=z-1e+2 f=3-115+29=48mmh1=2903Pnz=29034.967253=43.05mmh2=0.8h1=34.44mmb1=0.4h1=17.22mmb2=0.8b1=13.78mmf1=0.2h1=8.61mmf2=0.2h2=6.89mmL=2.0 d=2.032=64mm (3-28) (10)、主要設(shè)計(jì)結(jié)論選A型的V帶3根, 基準(zhǔn)長度Ld=2050mm?;鶞?zhǔn)直徑dd1=90mm,dd2=355mm,中心距在 a=631724mm。單根帶初拉力F0=130.37N。3.4.3減速器的設(shè)計(jì)根據(jù)傳動方案,本設(shè)計(jì)采用二級圓柱直齒輪減速器。1、減速器高速級齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算(1)、選精度等級、所用材料及齒數(shù)查表壓力角取為=20,選用7級精度。材料選擇:小齒輪:40Cr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBW大齒輪:45(調(diào)質(zhì)),硬度為240HBW 選小齒輪齒數(shù)z1=32,則大齒輪齒數(shù)z2=z1i=323.29=107。(2)、根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算1)、算小齒輪分度圓直徑,即d1t32KHt Td u+1u ZH ZE ZH2 (3-29)2)、確定公式中的各參數(shù)值試選KHt=1.3計(jì)算小齒輪傳遞的扭矩:T=62.72Nm查表選取齒寬系數(shù)d=1查圖得區(qū)域系數(shù)ZH=2.49查表得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa12。計(jì)算Z。a1=arccosz1cos z1+2han*=arccos32cos 2032+21=28.35a2=arccosz2cos z2+2han*=arccos107cos 20107+21=23.07=z1tan a1-tan +z2tan a2-tan 2=32tan 28.35-tan 20+107tan23.07-tan 202=1.77Z=4-3=4-1.773=0.862 (3-30)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力H由圖查得小齒輪:Hlim1=600Mpa,大齒輪 Hlim2=550Mpa計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù):NL1=60 n j Lh=6072511630010=2.08109NL2=NL1u=2.081093.29=6.32108查取接觸疲勞系數(shù)KHN1=0.91,KHN2=0.93取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,得H1=Hlim1 KHN1SH=6000.911=546MPaH2=Hlim2 KHN2SH=5500.931=511.5MPa (3-31)比較H1和H2的大小,取較小值,即H=511.5MPa3)、試算小齒輪分度圓直徑d1t32KHt Td u+1u ZH ZE ZH2=321.3627201 3.29+13.29 2.49189.80.862511.52=55.12mm (3-32)4)、調(diào)整小齒輪分度圓直徑計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。圓周速度v= d1t n601000=55.12725601000=2.09m/s (3-33)齒寬bb=d d1t=155.12=55.12mm (3-34)計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KH。查表得使用系數(shù)KA=1根據(jù)v=1.3m/s、7級精度,由圖查得KV=0.99 齒輪的圓周力。Ft=2Td1=26272055.12=2275.76N (3-35)KAFt/b=12275.76/55.12=41.28N/mm100N/mm查表得齒間載荷分配系數(shù)KH=1.2由表查得7級精度、支承非對稱布置時, KH=1.424由此,得到實(shí)際載荷系數(shù):KH=KA KV KH KH=10.991.21.424=1.692 (3-36)可得分度圓直徑:d1H=d1t 3KHKHt=55.1231.6921.3=60.15mm (3-37)確定模數(shù)mH=d1Hz1=60.1532=1.87mm(3)、根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算1)、由式試算齒輪模數(shù),即mt32KT1YdZ12YFaYSaF 2)、確定公式中的各參數(shù)值。試選載荷系數(shù)KFt = 1.2重合度系數(shù):Y=0.25+0.75=0.25+0.751.77=0.689由齒數(shù),查圖得YFa1 = 2.48 YFa2 = 2.15YSa1 = 1.64 YSa2 = 1.78計(jì)算齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力F查圖得小的齒輪和大的齒輪的彎曲疲勞極限分別為Flim1 = 500MPa、Flim2 = 320 MPa。由圖查取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1= 0.85、KFN2 = 0.88取安全系數(shù)S=1.4,得F1=KFN1Flim1S=0.855001.4=304MPaF2=KFN2Flim2S=0.883201.4=201MPaYFa1YSa1F1=2.481.64304=0.0133YFa2YSa2F2=2.151.78201=0.019大齒輪的YFaYSaF大于小齒輪的,故YFaYSaF=YFa2YSa2F2=0.0193)、試算齒輪模數(shù)mt 32KT1YdZ12YFaYSaF=1.23mm4)、調(diào)整齒輪模數(shù)計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備圓周速度vd1=mtZ1=1.2332=39.36mmv=d1n1601000=39.36725601000=1.49ms齒寬bb=dd1=139.36=39.36mm齒高h(yuǎn)及寬高比b/hh=2ha*+c*mt=21+0.251.23=2.76mmbh=39.362.76=14.26計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF由表查得使用系數(shù)KA = 1。根據(jù)v =1.49 m/s、7級精度,由圖查得動載系數(shù)KV= 1.05。齒輪的圓周力Ft1=2T1d1=26272039.36=3186.99NKAFt1b=13186.9939.36=81.09N/mm 100 N/mm查表得齒間載荷分配系數(shù)KF= 1.2。由表查得7級精度、支承非對稱布置時,KH= 1.506,結(jié)合b/h =14.26,得KH= 1.51。則載荷系數(shù)為:KF=KAKVKFKF=11.051.21.51=1.902按實(shí)際載荷系數(shù)所得到的模數(shù)為:m=mt3KFKFt=1.2331.9021.2=1.54mm模數(shù)取為標(biāo)準(zhǔn)值m = 2mm。(4)、齒輪傳動尺寸小齒輪齒數(shù):z1=d1Hm=30.07 取z1=30 z2=uz1=99計(jì)算中心距a=m2z1+z2=2.5230+99=129mm計(jì)算小、大齒輪的分度圓直徑d1=z1 m=302=60mmd2=z2 m=992=198mm計(jì)算齒寬b=d d1=60mm (3-38)取B1=65mm ,B2=60mm。(5)、計(jì)算齒輪幾何尺寸計(jì)算齒頂高、齒根高和全齒高h(yuǎn)a=m han*=21=2mmhf=mhan*+cn*=21+0.25=2.5mmh=ha+hf=m2han*+cn*=4.5mm計(jì)算小、大齒輪的齒頂圓直徑da1=d1+2ha=60+22=64mmda2=d2+2ha=198+22=202mm計(jì)算小、大齒輪的齒根圓直徑df1=d1-2hf=60-22.5=55mmdf2=d2-2hf=198-22.5=193mm(3-42)注:han*=1.0,cn*=0.25(5)、主要設(shè)計(jì)結(jié)論齒數(shù)z1=30,z2=99,模數(shù)m=2mm,壓力角=20,中心距a=129mm,齒寬B1=65mm、B2=60mm2、低速級齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算(1)、選精度等級、所用材料及齒數(shù)參考表壓力角取為=20,選用7級精度。材料的選擇:小齒輪:40Cr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBW,大齒輪:45(調(diào)質(zhì)),硬度為240HBW。選小齒輪齒數(shù)z1=34,則大齒輪齒數(shù)z2=z1i=342.44=83。(2)、根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算1)、試算小齒輪分度圓直徑,即d1t32KHt Td u+1u ZH ZE ZH22)、確定公式中的各參數(shù)值試選KHt=1.3小齒輪傳遞的扭矩:T=200.20Nm查表選取齒寬系數(shù)d=1由圖查得區(qū)域系數(shù)ZH=2.49由表查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa12。計(jì)算Z。a1=arccosz1cos z1+2han*=arccos34cos 2034+21=28.35a2=arccosz2cos z2+2han*=arccos83cos 2083+21=24.49=z1tan a1-tan +z2tan a2-tan 2=34tan 28.35-tan 20+83tan 24.49-tan 202=1.71Z=4-3=4-1.713=0.872 (3-43)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力H由圖查得小齒輪接觸疲勞極限為Hlim1=600Mpa大齒輪的接觸疲勞極限為Hlim2=550Mpa計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù):NL1=60 n j Lh=60220.3611630010=6.34108NL2=NL1u=6.341082.44=2.59108 (3-44)由圖查取接觸疲勞系數(shù)KHN1=0.93,KHN2=0.95取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,得H1=Hlim1 KHN1SH=6000.931=558MPaH2=Hlim2 KHN2SH=5500.951=522.5MPa (3-45)比較H1和H2的大小,取較小值H=522.5MPa試算小齒輪分度圓直徑d1t32KHt Td u+1u ZH ZE ZH2=321.32002001 2.44+12.44 2.49189.80.872522.52=75.59mm (3-46)3)、調(diào)整小齒輪分度圓直徑計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。圓周速度v= d1t n601000=75.59220.36601000=0.87ms齒寬bb=d d1t=175.59=75.59mm計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KH。查表查得使用系數(shù)KA=1根據(jù)v=0.87m/s、7級精度,查得KV0.99齒輪的圓周力。Ft=2Td1=220020075.59=5296.99NKAFt/b=15296.99/75.59=70.07N/mm100N/mm 查表得KH=1.2 查表查得在7級精度、支承非對稱布置時,得KH=1.435,KH=KA KV KH KH=10.991.21.435=1.704)、可得分度圓直徑d1H=d1t 3KHKHt=75.5931.701.3=82.66mm5)、確定模數(shù)mH=d1Hz1=82.66/34=2.43mm(3)、根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算1)、由式試算齒輪模數(shù),即mt 32KT1YdZ12YFaYSaF2)、確定公式中的各參數(shù)值。試選載荷系數(shù)KFt = 1.3。計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)Y 。Y=0.25+0.75=0.25+0.751.71=0.689由齒數(shù),查圖得YFa1 = 2.46 YFa2 = 2.21YSa1 = 1.64 YSa2 = 1.77計(jì)算齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力F查得小的齒輪的彎曲疲勞極限為Flim1 = 500 MPa,大的齒輪的彎曲疲勞極限為Flim2 = 320 MPa。由圖查取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.86、KFN2=0.89取安全系數(shù)S=1.4,得F1=KFN1Flim1S=0.865001.4=307.14MPaF2=KFN2Flim2S=0.893201.4=284.8MPaYFa1YSa1F1=2.461.46307.14=0.0116YFa2YSa2F2=2.211.77284.8=0.0137因?yàn)閅Fa1YSa1F1YFa2YSa2F2,故取YFaYSaF=YFa2YSa2F2=0.01373)、試算齒輪模數(shù)mt32KTYdZ12YFaYSaF=1.62mm(4)、調(diào)整齒輪模數(shù)1)圓周速度vd1=mtZ1=1.6234=55.08mmv=d1n1601000=55.08220.36601000=0.635ms齒寬bb=dd1=155.08=55.08mm齒高h(yuǎn)及寬高比b/hh=2ha*+c*mt=21+0.251.62=3.64mmbh=55.083.64=15.132)計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF由表查得使用系數(shù)KA= 1。根據(jù)v = 0.635 m/s、7級精度,由圖查得動載系數(shù)KV= 0.98。齒輪的圓周力Ft1=2T1d1=220020055.08=7269.42NKAFt1b=17269.4255.08=131.9N/mm 100 N/mm查表得齒間載荷分配系數(shù)KFa = 1.1。由表用查得7級精度、支承非對稱布置時,KHb = 1.506,結(jié)合b/h = 15.13查圖,得KFb = 1.51。則載荷系數(shù)為:KF=KAKVKFKF=10.981.11.51=1.623)、按實(shí)際載荷系數(shù)得到的模數(shù)m=mt3KFKFt=1.6231.621.3=1.74mm取為m = 2 mm。小齒輪齒數(shù):z1=d1Hm=41.33 取z1=41 z2=2.4441=100(5)、齒輪傳動尺寸計(jì)算中心距a=m2z1+z2=2241+100=141mm計(jì)算小、大齒輪的分度圓直徑d1=z1 m=412=82mmd2=z2 m=1002=200mm計(jì)算齒寬b=d d1=82mm (3-47)取B1=90mm ,B2=82mm。(6)、計(jì)算齒輪傳動幾何尺寸 齒根高:ha=m han*=21=2mm齒頂高:hf=mhan*+cn*=21+0.25=2.5mm全齒高:h=ha+hf=m2han*+cn*=4.5mm計(jì)算小、大齒輪的齒頂圓直徑da1=d1+2ha=82+22=84mmda2=d2+2ha=200+22=204mm計(jì)算小、大齒輪的齒根圓直徑df1=d1-2hf=82-24.5=73mmdf2=d2-2hf=200-24.5=191mm (3-50)注:han*=1.0,cn*=0.25(7)、主要設(shè)計(jì)結(jié)論齒數(shù)z1=41,z2=100,模數(shù)m=2mm,壓力角=20,中心距a=141mm,齒寬B1=90mm、B2=82mm3、軸的設(shè)計(jì)與校核(1)、高速軸設(shè)計(jì)計(jì)算1)、P1=P4.76kW;n1=725r/min;T1=62.72Nm2)、初步確定軸的最小直徑:選取軸的材料為45(調(diào)質(zhì)),硬度為240HBS,根據(jù)表,取A0=112,于是得dminA0 3Pn=11234.76725=20.97mm (3-51)此處將安裝大帶輪,因?yàn)榘惭b鍵,故將直徑增大5%dmin=1+0.0520.97=22.02mm故選取: d12=23mm3)、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖圖3-3高速軸為了使大帶輪能夠滿足定位要求,需要軸肩使得d12d23,故取d23=37mm。因?yàn)檩S承的擋圈不能再軸的端面上,而大帶輪輪轂寬度L=48mm,,故l12L,取l12=46mm。4)、選用深溝球軸承。根據(jù)d23=37mm,選擇軸承型號為:6208,查手冊得dDB=408018mm,故d34=d78=40mm。取d45=d78=43mm。5)、采用分體式來保證齒輪的強(qiáng)度,所以讓l6765mm,則取l67=63mm, d67=64mm6)、軸承端蓋厚度e=10,墊片厚度t=2,軸承端蓋的外端面與帶輪端面有一定距離K=24,螺釘C1=22mm,C2=20mm,箱座壁厚=10mm,則軸承座寬度為L=+C1+C2+5=10+22+20+5=57mml23=L+t+e+K-B-=57+2+10+24-18-10=65 mm7)、取小齒輪到減速器內(nèi)壁距離的1=10mm,大齒輪和小齒輪之間的距離3=15mm,軸承到減速器內(nèi)壁的距離=10mm,小齒輪的齒輪寬度b3=90mm,則l34=B+2=18+10+2=30 mml78=B+2+1=18+10+2+10=40 mm齒輪右側(cè)采用軸肩定位,取l56=10mml45=b3+3+1-2.5-2-l56=90+15+10-2.5-2-10=100.5 mm8)、鍵的選擇大帶輪與軸的連接用A型鍵,查手冊得bh=108mm,長度L=50mm,小齒輪與軸的連接用A型鍵,查手冊得bh=149mm,長度L=70mm。9)、軸各處的轉(zhuǎn)矩根據(jù)表,取軸端倒角為C1.5。小齒輪所受的圓周力Ft1=2Td1=26272064=980N小齒輪所受的徑向力Fr1=Ft1tan =980tan 20=356.69N根據(jù)6208深溝球查手冊得壓力中心a=9mm第一段軸中點(diǎn)到軸承壓力中心距離:l1=L1+L2+a=482+65+9=98mm軸承壓力中心到齒輪支點(diǎn)距離:l2=L3+L4+L5+B2-a=30+100.5+10+632-9=163mm齒輪中點(diǎn)到軸承壓力中心距離:l3=B2+L7-2-a=632+40-2-9=60.5mm計(jì)算軸的支反力高速軸上外傳動件壓軸力Fq=766.59N水平支反力FNH1=Ft l3l2+l3=98060.5163+60.5=265.27NFNH2=Ft l2l2+l3=980163163+60.5=714.72N (3-52)垂直支反力FNV1=Fr l3-Fql1+l2+l3l2+l3=356.6960.5-766.5998+163+60.5163+60.5=-224.87NFNV2=Fr l2+Fq l1l2+l3=356.69163+766.5998163+60.5=596.26N (3-53)計(jì)算軸的彎矩,并做彎矩圖截面C處的水平彎矩MCH1=FNH1 l2=256.27163=41772.01Nmm截面B處的垂直彎矩MBV=Fq l1=766.5998=75125.82Nmm截面C處的垂直彎矩MCV1=FNV1 l2+Fql1+l2=-224.87163+766.5998+163=163426.18Nmm (3-54)MCV2=MCV1=163426.18Nmm分別作水平面、垂直面的彎矩圖,如圖b,如圖c。截面B處的合成彎矩MB=MBH2+MBV2=02+75125.822=75125.82Nmm截面C處的合成彎矩MC1=MCH12+MCV12=41772.012+163426.182=168680.22Nmm (3-55)作合成彎矩圖如圖dT=62720Nmm作轉(zhuǎn)矩圖如圖e 10)、校核軸的強(qiáng)度通過彎矩圖可知C左側(cè)為危險剖面抗彎截面系數(shù)為W= d332=43332=7805.58mm抗扭截面系數(shù)為WT= d316=43316=15611.16mm最大彎曲應(yīng)力為=MW=168680.227805.58=21.60MPa剪切應(yīng)力為=TWT=6272015611.16=4.01MPa取折合系數(shù)=0.6,則當(dāng)量應(yīng)力為ca=2+4 2=21.602+4 0.64.012=22.12MPa查表得45(調(diào)質(zhì))處理,B=640MPa,因?yàn)?-1b=60MPa,ca-1b,所以強(qiáng)度滿足要求。(2)、中間軸設(shè)計(jì)計(jì)算1)、P2=4.62kW;n2=220.36r/min;T2=200.20Nm2)、初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為45(調(diào)質(zhì)),硬度為240HBS,根據(jù)表,取A0=112dminA0 3Pn=11234.62220.36=30.88mm3)、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖圖3-4 中間軸示意圖4)、選用深溝球軸承。由dmin=30.88mm,選深溝球軸承6207,其尺寸為dDB=357217mm,故d12=d56=35mm。5)、取d45=53mm。高速大齒輪齒寬b2=60mm,為了壓緊齒輪,所以l45b2,所以取l45=58mm。由d45=58mm,查軸肩h=(23)R=5mm,則d34=68mm。軸環(huán)寬度b1.4h,取l34=15mm。6)、小齒輪的齒寬為b3=90mm,為了壓緊齒輪,l23b3,取l23=87mm,d23=58mm。7)、取小齒輪左端到減速器內(nèi)壁的距離1=10mm,大齒輪右端到減速器內(nèi)壁的距離2=12.5mm,大齒輪和小齒輪距離3=15mm。軸承到減速器內(nèi)壁的距離=10mm,則l12=B+1+2=17+10+10+2=39 mml56=B+2+2=17+10+12.5+2=41.5 mm8)、鍵的選擇小齒輪與軸的連接選用A型鍵,查手冊得bh=1610mm,長度L=110mm。大齒輪與軸的連接選用A型鍵,查手冊得bh=1610mm,長度L=63mm。10)、軸各處的轉(zhuǎn)矩根據(jù)表,取軸端倒角為C1.5。大齒輪所受的圓周力Ft2=2Td2=2200200198=2022.23N大齒輪所受的徑向力Fr2=Ft2tan =2022.23tan 20=736.03N小齒輪所受的軸向力Ft3=2Td3=220020082=4882.92N小齒輪所受的徑向力Fr3=Ft3tan =4882.92tan 20=1777.237N根據(jù)深溝球查手冊得壓力中心a=10mml1=39-2+872-10=70.5mml2=58+872+15=87.5mml3=41.5-2+582-10=58.5mm計(jì)算軸的支反力水平支反力FNH1=Ft3l2+l3+Ft2 l3l1+l2+l3=4882.9287.5+58.5+2022.2358.570.5+87.5+58.5=2643.93NFNH2=Ft3 l1+Ft2l1+l2l1+l2+l3=4882.9270.5+2022.2370.5+87.570.5+87.5+58.5=3076.28N垂直支反力FNV1=Fr2 l3-Fr3l2+l3l1+l2+l3=736.0358.5-1777.23787.5+58.573.5+87.5+61.5=-986.70NFNV2=Fr2-FNV1-Fr3=736.03+986.70-1777.237=-54.507N計(jì)算軸的彎矩,并做彎矩圖截面B處的水平彎矩MBH1=FNH1 l1=3820.8673.5=280833.21NmmMBH2=MBH1=280833.21Nmm截面C處的水平彎矩MCH1=FNH2 l3=3076.2861.5=189191.22NmmMCH2=MCH1=189191.22Nmm截面C處的垂直彎矩MCV1=FNV2 l3=-54.50761.5=-3352.18Nmm截面B處的垂直彎矩MBV1=FNV1 l1=-986.7073.5=-72522.45Nmm分別作水平面、垂直面的彎矩圖,如圖b、圖c截面B處的合成彎矩MB1=MBH12+MBV12=280833.212+(-72522.45)2=290046.19Nmm截面C處的合成彎矩MC1=MCH12+MCV12=189191.222+(-3352.18)2=189220.9154Nmm作合成彎矩圖如圖dT=200200Nmm作轉(zhuǎn)矩圖如圖e11)、校核軸的強(qiáng)度根據(jù)彎矩圖可知B處受到的彎矩最大為危險剖面抗彎截面系數(shù)為W= d332-b t d-t22 d= 58332-166 58-62258=12615.36mm抗扭截面系數(shù)為WT= d316-b t d-t22 d= 58316-166 58-62258=27231.33mm最大彎曲應(yīng)力為=MW=290046.1912615.36=22.99MPa剪切應(yīng)力為=TWT=
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