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目 錄
第1章 緒論 1
1.1 干粉壓片機(jī)的概述 1
1.2 干粉壓片機(jī)的研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 壓片機(jī)動(dòng)力學(xué)分析及力的優(yōu)化 2
1.2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的發(fā)展和研究現(xiàn)狀 4
第2章 干粉壓片機(jī)的工作原理分析 5
2.1 方案構(gòu)思及工作原理分析 5
2.1.1 干粉壓片機(jī)工藝動(dòng)作分解 5
2.1.2 干粉壓片機(jī)工藝動(dòng)作單步分析 5
2.1.3 工作循環(huán)圖的分析與確定 6
第3章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 8
3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案構(gòu)思 8
3.1.1料篩機(jī)構(gòu)的方案構(gòu)思 8
3.1.2上加壓機(jī)構(gòu)的方案構(gòu)思 8
3.1.3下加壓機(jī)構(gòu)的方案構(gòu)思 9
3.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案比較及分析 10
3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸綜合 11
3.3.1 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算 11
3.3.2 下凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算 11
3.3.3 料篩凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算 12
第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 13
4.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案構(gòu)思及分析 13
4.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù) 14
4.2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 14
4.2.2 分配傳動(dòng)比 15
4.2.3 計(jì)算各軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù) 16
4.3 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
4.3.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 17
4.3.2 高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 19
4.3.3 低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 23
4.4軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 28
4.4.1輸出軸的設(shè)計(jì) 28
4.4.2 高速軸的設(shè)計(jì) 32
4.4.3中間軸的設(shè)計(jì) 36
4.5 軸承的選擇與計(jì)算 39
4.5.1 輸入軸軸承的校核 39
4.5.2 中間軸軸承的校核 40
4.5.3 輸出軸軸承的校核 41
4.6鍵連接的選擇和校核計(jì)算 42
4.7 潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑油牌號(hào)及密封裝置的選擇 43
設(shè)計(jì)總結(jié) 44
參考文獻(xiàn) 45
干粉壓片機(jī)的設(shè)計(jì)
摘要：隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，壓片機(jī)涉及的行業(yè)越來(lái)越廣泛，高科技、高效率，低成本已成為現(xiàn)代壓片機(jī)的一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。與國(guó)外的壓片機(jī)相比，我國(guó)生產(chǎn)的壓片機(jī)規(guī)模小、產(chǎn)量低、技術(shù)含量較低。干粉壓片機(jī)是將干粉壓制成直徑為30mm，厚度為5mm的圓形片坯狀的裝置。本文以壓片機(jī)為研究對(duì)象，以造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單為基礎(chǔ)，通過(guò)方案對(duì)比及力的分析,從而設(shè)計(jì)出合適的壓片機(jī)。本文闡述了加壓機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。
關(guān)鍵詞：壓片機(jī)；連桿加壓機(jī)構(gòu)；凸輪
The Design of the Dry Powder tablet Pressing Machine
ABSTRACT: With the development of modem science and technology，tablet pressing machine is used in more and more industries. High technology, high efficiency and low cost have become the most important trend of current tablet pressing machine. Compared with the tablet pressing machine of abroad, the tablet pressing machine made in china is smaller scale, lower yield, lower technology. Dry powder tablet pressing machine is a machine that presses powder to a flat blank (30mm in diameter, 5mm in thickness) .Based on low cost and simple structure, to the study of the tablet pressing machine in the dissertation, contrast through the program and power analysis to design a suitable tablet pressing machine. In this paper, it is showed that the design process of the pressure mechanism, the feeding mechanism and the transmission.
Key Words: Tablet pressing machine; Pressure mechanism of the coupler; Cam
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第1章 緒論
1.1 干粉壓片機(jī)的概述
干粉壓片機(jī)是指利用傳動(dòng)系統(tǒng)將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)粉末物質(zhì)采取上下進(jìn)行加壓而成片狀。根據(jù)干粉壓片機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同，干粉壓片機(jī)可以分為單片式壓片機(jī)，旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)，亞高速旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)、全自動(dòng)高速壓片機(jī)以及旋轉(zhuǎn)式包芯壓片機(jī)。
干粉壓片機(jī)的使用行業(yè)很廣泛。如制藥廠(chǎng)、電子元件廠(chǎng)、陶瓷廠(chǎng)、化工原料廠(chǎng)等等，而且壓片機(jī)還能用來(lái)做沖壓設(shè)備。
壓片機(jī)在歐美壓片機(jī)出現(xiàn)的較早。而在國(guó)內(nèi)到1949年，上海市的天祥華記鐵工廠(chǎng)仿造成英國(guó)式33沖壓片機(jī)；1951年，根據(jù)美國(guó)16沖壓片機(jī)改制成國(guó)產(chǎn)18沖壓片機(jī)，這是國(guó)內(nèi)制造的最早制藥機(jī)械；1957年，設(shè)計(jì)制造了ZP25-4型壓片機(jī)；1960年，自行設(shè)計(jì)制造成功60-30型壓片機(jī)，具有自動(dòng)旋轉(zhuǎn)、壓片的功能。同年還設(shè)計(jì)制造了ZP33型、ZP19型壓片機(jī)。 “七五”期間，航空航天部206所HZP26高速壓片機(jī)研制成功。1980年，上海第一制藥機(jī)械廠(chǎng)設(shè)計(jì)制造了ZP-21W型壓片機(jī)，達(dá)到國(guó)際上世紀(jì)80年代初的先進(jìn)水平，屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng)產(chǎn)品。1987年，引進(jìn)聯(lián)邦德國(guó)Fette公司微機(jī)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)制造了P3100-37型旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)，具有自動(dòng)控制片劑重量、壓力、自動(dòng)數(shù)片、自動(dòng)剔除廢片等功能，封閉結(jié)構(gòu)嚴(yán)密、凈化程度達(dá)到GMP要求。1997，年上海天祥健臺(tái)制藥機(jī)械有限公司研發(fā)了ZP100系列旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)、GZPK100系列高速旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著GMP認(rèn)證的深入，完全符合GMP的ZP系列旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)相繼出現(xiàn)：上海的ZP35A、山東聊城的ZP35D等。高速旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)在產(chǎn)量、壓力信號(hào)采集、剔廢等技術(shù)上有了長(zhǎng)足的發(fā)展，最高產(chǎn)量一般都大于300000片/小時(shí)，最大預(yù)壓力20kN，最大主壓力80kN或10080kN。譬如，北京國(guó)藥龍立科技有限公司的GZPLS-620系列高速旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)、上海天祥健臺(tái)制藥機(jī)械有限公司的GZPK3000系列高速旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)、北京航空制造工程研究所的PG50系列高速旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)等。隨著制造加工工藝水平、自動(dòng)化控制技術(shù)的提高以及壓片機(jī)使用廠(chǎng)家各種不同的特殊需求，各種特殊用途的壓片機(jī)也相繼出現(xiàn)。譬如，實(shí)驗(yàn)室用ZP5旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)、用于干粉壓片的干粉旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)、用于火藥片劑的防爆型ZPYG51系列旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)等。?
國(guó)內(nèi)壓片機(jī)的現(xiàn)狀：（1）壓片機(jī)規(guī)格眾多、數(shù)量大；（2）操作簡(jiǎn)單；（3）技術(shù)含量較低，技術(shù)創(chuàng)新后力不足。國(guó)外壓片機(jī)的現(xiàn)狀：高速高產(chǎn)、密閉性、模塊化、自動(dòng)化、規(guī)?；跋冗M(jìn)的檢測(cè)技術(shù)是國(guó)外壓片機(jī)技術(shù)最主要的發(fā)展方向。
1.2 干粉壓片機(jī)的研究現(xiàn)狀
1.2.1 壓片機(jī)動(dòng)力學(xué)分析及力的優(yōu)化
文獻(xiàn)[6]闡述了主加壓機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析可采用圖解法分析和解析法分析．在此，我們采用解析法，應(yīng)用c語(yǔ)言程序進(jìn)行分析。桿組法運(yùn)動(dòng)學(xué)分析原理，由機(jī)構(gòu)的組成原理可知，任何平面機(jī)構(gòu)都可分解為原動(dòng)件、基本桿組和機(jī)架三個(gè)部分，每一個(gè)原動(dòng)件為一個(gè)單桿構(gòu)件．分別對(duì)單桿構(gòu)件和常見(jiàn)的基本桿組進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析， 并編制成相應(yīng)的子程序，在對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，根據(jù)機(jī)構(gòu)組成情況的不同，依次調(diào)用這些子程序，從而完成對(duì)整體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。
文獻(xiàn)[10]闡述了各種方案的擬定。根據(jù)各功能元的解， 動(dòng)力源可以采用電動(dòng)機(jī)、汽油機(jī)、蒸汽透平機(jī)、液壓機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)等；上下加壓則可采用凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、液壓缸等；送料可采用連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)等．這樣可組合的方案達(dá)上百種。
文獻(xiàn)[7]闡述了諧響應(yīng)分析。分析動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)際上是解一個(gè)完整的動(dòng)力學(xué)方程，它是一個(gè)二階常系數(shù)線(xiàn)性微分方程:
[M]{x(t)}+[c]{x(t)}+[K]{x(t)}={P(t)}
式中：[M] 、[c]、[K]--質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣。x(t)、x(t)、x ( t)--結(jié)點(diǎn)的加速度、速度和位移向量，它們均為時(shí)間的函數(shù)。fP(t)卜一激振力向量，也是時(shí)問(wèn)的函數(shù)。諧響應(yīng)分析是用于確定線(xiàn)性結(jié)構(gòu)在承受隨時(shí)問(wèn)按正弦規(guī)律變化載荷時(shí)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)。分析的目的是計(jì)算出結(jié)構(gòu)在諧波激振力下的響應(yīng)，即位移響應(yīng)與應(yīng)力響應(yīng)，并得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與系統(tǒng)激振力頻率的曲線(xiàn)，稱(chēng)為幅頻曲線(xiàn)。壓片機(jī)工作時(shí)，沖頭和壓輪周期性接觸，這樣就會(huì)造成有周期性的激振力作用在整個(gè)結(jié)構(gòu)上。當(dāng)激振力的頻率與壓片機(jī)的固有頻率接近時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振。共振現(xiàn)象的發(fā)生不但不能保證沖壓的加工精度，還會(huì)對(duì)沖頭和壓輪以致整個(gè)機(jī)床造成嚴(yán)重破壞，這是一定要避免的。通過(guò)以上分析，可以得到以下結(jié)論: (1)經(jīng)過(guò)力的優(yōu)化以后，避免了在第一、二階固有頻率處的共振現(xiàn)象的發(fā)生，雖然優(yōu)化后，第三階固有頻率處的位移比其他頻率處較大(1．8xlO4)，但小于優(yōu)化前該頻率處的位移(2．1xlO4)，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于機(jī)器共振時(shí)的(1。6x10一)，振動(dòng)量降低了接近1O倍。(2)經(jīng)過(guò)力的優(yōu)化以后，由于對(duì)整體結(jié)構(gòu)不存在激振力，所以一、二、四、五階振型不會(huì)對(duì)動(dòng)態(tài)性能產(chǎn)生影響。(3)由于該壓片機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)數(shù)在每分鐘4O一6O轉(zhuǎn)之間，即工作頻率為48 73Hz之間，而優(yōu)化后在96HZ處振動(dòng)量較大，遠(yuǎn)離工作頻率范圍，所以，機(jī)器處于安全良好的工作區(qū)域范圍，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。通過(guò)對(duì)壓片機(jī)的模態(tài)分析，動(dòng)力學(xué)諧響應(yīng)分析，得出了壓片機(jī)在不同工作頻率范圍下的響應(yīng)，在此基礎(chǔ)上對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了力的優(yōu)化，有效的抑制了共振現(xiàn)象的發(fā)生，解決了機(jī)器工作時(shí)振動(dòng)和噪音的問(wèn)題，分析結(jié)果對(duì)壓片機(jī)的設(shè)計(jì)具有很實(shí)用的理論參考價(jià)值。
文獻(xiàn)[13]闡述了沖壓機(jī)構(gòu)桿件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。沖壓機(jī)構(gòu)的應(yīng)用非常廣泛，以干粉壓片機(jī)為例，其中的沖壓機(jī)構(gòu)對(duì)壓痕機(jī)的性能影響很大。它要求機(jī)構(gòu)中的滑塊在工藝行程中速度盡可能均勻且施加于曲柄的平衡力矩盡可能小，為此有必要對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化分析。
運(yùn)動(dòng)及受力分析。沖壓機(jī)構(gòu)，由一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)及一搖桿滑塊機(jī)構(gòu)組成的多桿機(jī)構(gòu)。采用解析法，建立起3種目標(biāo)函數(shù)，運(yùn)用罰函數(shù)法進(jìn)行程序編制及計(jì)算，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，按機(jī)構(gòu)的組成原理將機(jī)構(gòu)分解成若干基本桿組，對(duì)每一個(gè)基本桿組編制相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)分析和受力分析的子程序，對(duì)具體某一機(jī)構(gòu)只須建立一個(gè)簡(jiǎn)單的主程序和調(diào)用相應(yīng)的子程序即可。
優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用有約束優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的間接求解方法中的罰函數(shù)法，編制程序suMT，編制目標(biāo)函數(shù)子程序FuNC和約束函數(shù)子程序FNT，編制各基本桿組的運(yùn)動(dòng)和受力分析子程序。
文獻(xiàn)[12]闡述了連桿送料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)優(yōu)化。連桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)的推板式送料裝置能夠?qū)崿F(xiàn)沖壓生產(chǎn)的自動(dòng)送料，該機(jī)構(gòu)與斜楔推動(dòng)的推板式送料機(jī)構(gòu)和杠桿推動(dòng)的推板送料裝置相比，可實(shí)現(xiàn)較大的行程“。設(shè)計(jì)連桿迭料機(jī)構(gòu)所需考慮的因素較多，直觀(guān)性較差．容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)失誤．因此設(shè)計(jì)了用于優(yōu)化機(jī)構(gòu)各桿長(zhǎng)、送料行程、送料加速度等的多目標(biāo)函數(shù)，綜合連桿機(jī)構(gòu)成立的條件、機(jī)構(gòu)大小限制、運(yùn)動(dòng)參數(shù)要求等建立約束條件，采用直觀(guān)的可視化方法對(duì)優(yōu)化結(jié)果和連桿送料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析。
目標(biāo)函數(shù)的建立。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，連桿機(jī)構(gòu)的迭料行程ZI，在蠛跫M，≥330mm的前提下，盡量取較小值，以避免總體結(jié)構(gòu)過(guò)大；送料的左半行程￡L：與右半行程L厶相圍l連桿送料機(jī)構(gòu)原理圖當(dāng)，以滿(mǎn)足機(jī)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性要求，因此設(shè)計(jì)第一目標(biāo)函數(shù)為：
Fl(x)=∣165-LL1∣+∣165+LL1∣
沖床的工作頻率為每分鐘30次，為減少送料機(jī)構(gòu)啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的沖擊，使最大送料速度降低，設(shè)計(jì)送料最大加速度，即開(kāi)始的加速度A。與結(jié)束時(shí)的加速度4：滿(mǎn)足第二目標(biāo)函數(shù)：
F2（x）=∣A1+A2∣
該送料機(jī)構(gòu)的搖桿長(zhǎng)度L，將影響傳動(dòng)的效率，希望它的長(zhǎng)度大些，同時(shí)不應(yīng)使該機(jī)構(gòu)因此而變得龐大，就此設(shè)計(jì)第三且標(biāo)函數(shù)為：
F3（x）=90-L3
為控制機(jī)構(gòu)的總體尺寸，需要對(duì)送料機(jī)構(gòu)的連桿長(zhǎng)度厶、支架高度^進(jìn)行限制，按實(shí)際情況確定第四目標(biāo)函數(shù)為：
F4（x）=L2-580
第五目標(biāo)函數(shù)為：
F5（x）=L4-390
依據(jù)各目標(biāo)的重要性、數(shù)量級(jí)以及對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響，確定各目標(biāo)的加權(quán)因子分別為1、l、1、0.1、0.1。采用統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)的加權(quán)組合法建立目標(biāo)函數(shù)：
F(x)=F1(x)+F2（x）+F3（x）+0.1F4（x）+0.1F5（x）
該優(yōu)化模型對(duì)機(jī)構(gòu)位置的優(yōu)化效果良好．可控制最大速度與加速度，以及在機(jī)構(gòu)總體尺寸限制的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)各桿長(zhǎng)度的優(yōu)化。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)優(yōu)化的結(jié)果能夠滿(mǎn)足工程使用的要求，利用該模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化是可行的。該連桿機(jī)構(gòu)在啟動(dòng)時(shí)存在柔性沖擊，其加速度特性難以得到根本改善，因此該機(jī)構(gòu)只適合于低中速連續(xù)生產(chǎn)的場(chǎng)合。
1.2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的發(fā)展和研究現(xiàn)狀
文獻(xiàn)[8]闡述了國(guó)內(nèi)外壓片機(jī)的創(chuàng)新與研究。1.向高速高產(chǎn)量發(fā)展是壓片機(jī)首要發(fā)展方向；2.全封閉的一體化的片劑成型系統(tǒng)是壓片機(jī)的一個(gè)主要發(fā)展方向，目前國(guó)外的壓片機(jī)十分注重輸入、輸出環(huán)節(jié)的密閉性，盡可能的減少交叉污染及粉塵飛揚(yáng)，而國(guó)內(nèi)大多數(shù)的壓片機(jī)這個(gè)過(guò)程是敞開(kāi)的，斷裂的工序致使壓片機(jī)的粉塵和泄露是藥廠(chǎng)的一個(gè)通??；3.集成化、模塊化使Courtoy公司、Fette公司的壓片機(jī)獲得巨大進(jìn)步；4. Courtoy壓片機(jī)片重控制的新方法； 5. 21CFR Partll(電子記錄和電子簽名)在壓片機(jī)上的應(yīng)用；6.新穎的壓片機(jī)及壓片機(jī)技術(shù)層出不窮, (1)增加預(yù)壓力, (2)為了最大程度的提高設(shè)備利用率，降低設(shè)備使用成本，使設(shè)備的清洗更規(guī)范，WIP(washing—in—place)在位清洗的理念在更多的壓片機(jī)上得到了貫徹。
第2章 干粉壓片機(jī)的工作原理分析
2.1 方案構(gòu)思及工作原理分析
干粉壓片機(jī)的原始數(shù)據(jù)如下：
表2-1 原始數(shù)據(jù)
f′h(mm′mm)
n1(rpm)
H(mm)
F(N)
y1(mm)
y2(mm)
30×5
25
90-100
150000
29
4
（1）機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻系數(shù)小于10%。
（2）行程速比系數(shù)為：K=1.2
（3）要求一定得保壓時(shí)間，保壓時(shí)間約占整個(gè)循環(huán)時(shí)間的1/10。
2.1.1 干粉壓片機(jī)工藝動(dòng)作分解
干粉壓片機(jī)的功用是將不加粘結(jié)劑的干粉料壓成Φ×h（30mm×5mm）的圓形片胚，其工藝動(dòng)作的分解如（圖一）
圖2-1 原理動(dòng)作圖
（1） 料篩在模具型腔上方往復(fù)振動(dòng)，將干粉料篩入直徑為f、深度為y1的筒形型腔，然后向左退出45mm。
（2） 下沖頭下沉y2，以防上沖頭進(jìn)入型腔時(shí)把粉料撲出。
（3） 上沖頭進(jìn)入型腔y2。
（4） 上、下沖頭同時(shí)加壓，各移動(dòng)（y1-h）/2，將產(chǎn)生壓力F，要求保壓一定時(shí)間，保壓時(shí)間約占整個(gè)循環(huán)時(shí)間的1/10。
（5） 上沖頭退回，下沖頭隨后以稍慢速度向上運(yùn)動(dòng)，頂出壓好的片坯。
為避免干涉，待上沖頭離開(kāi)平臺(tái)H且下沖頭上平面與平臺(tái)平齊時(shí)，料篩才向右運(yùn)動(dòng)推走片坯，接著下沖頭下沉、料篩往復(fù)振動(dòng)，繼續(xù)下一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)。
2.1.2 干粉壓片機(jī)工藝動(dòng)作單步分析
1.上沖頭
從圖一可以看出，上沖頭的基本運(yùn)動(dòng)為：下降－停歇－上升?？紤]方面：一，保壓的時(shí)有停歇，因而不宜用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，以為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中只產(chǎn)生瞬間的停歇。二，上沖頭運(yùn)動(dòng)時(shí)要產(chǎn)生較大的壓力，而凸輪機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的壓力比較小，因而不宜選擇凸輪機(jī)構(gòu)。由上面兩點(diǎn)分析，可以考慮用平面四桿機(jī)構(gòu)作為上沖頭的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。考慮到工作時(shí)壓力角不宜過(guò)大，此時(shí)可以通過(guò)改變兩個(gè)連桿的支點(diǎn)之間的距離以及某些桿的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整，并在調(diào)整的同時(shí)要考慮到上沖頭在保壓時(shí)段的時(shí)間至少要占整周時(shí)間的1/10（即使沖頭在離極限位置0.4mm范圍內(nèi)的主動(dòng)桿要轉(zhuǎn)過(guò)至少36度）。
2．下沖頭
從圖一可以看出下沖頭的基本運(yùn)動(dòng)為：上升－停歇－上升－停歇－下降－停歇－下降－停歇，首次上升的距離為（y1－h(huán)）/2,第二次上升的距離為(y1－h(huán))/2+y2+h，最后一次下降的距離為y2，考慮到此運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，以及每次上升下降的距離已經(jīng)確定，此時(shí)宜選用凸輪機(jī)構(gòu)比較容易實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)凸輪輪廓線(xiàn)時(shí)，可假設(shè)凸輪靜止不動(dòng)，，而使推桿相對(duì)于凸輪作反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)又在其導(dǎo)軌內(nèi)作預(yù)期運(yùn)動(dòng)，作出推桿在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)中的一系列位置，則其尖頂?shù)能壽E就是要求的凸輪廓線(xiàn)。這就是凸輪廓線(xiàn)設(shè)計(jì)方法的基本原理。在凸輪機(jī)構(gòu)中，壓力角是影響凸輪結(jié)構(gòu)受力情況的一個(gè)重要參數(shù)。壓力角越大則凸輪機(jī)構(gòu)中的作用力越大，對(duì)心的凸輪升程時(shí)壓力角較大，而正偏置能使凸輪升程的壓力角減小，所以要采用正偏置。在回程時(shí)，由于這時(shí)使推桿運(yùn)動(dòng)的不是凸輪對(duì)推桿的作用力，故允許采用較大的壓力角。
3．料篩
料篩的基本運(yùn)動(dòng)為：向右－震動(dòng)－向左－停歇，設(shè)計(jì)此運(yùn)動(dòng)時(shí)最主要考慮的因素是震動(dòng)如何實(shí)現(xiàn)，根據(jù)以前所學(xué)的知識(shí)，震動(dòng)可以分為兩類(lèi)方式實(shí)現(xiàn)：1，通過(guò)料篩自身的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如在用一段凸輪的彎曲起伏的外形來(lái)實(shí)現(xiàn)。2，可以通過(guò)外部結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如可以在料篩運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)槽處加入振蕩機(jī)構(gòu)對(duì)料篩進(jìn)行振動(dòng)。上述兩種方法中第2種方法實(shí)現(xiàn)比方法1難度大，并且實(shí)現(xiàn)起來(lái)可靠性沒(méi)有方法1好，并且某些外部機(jī)構(gòu)振蕩的同時(shí)還需耗能，所以采用方法1較為合理。
料篩處凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)最主要考慮振動(dòng)階段凸輪外形的設(shè)計(jì)，為了使凸輪外形曲線(xiàn)容易表達(dá)和震動(dòng)各段能夠頻率一樣，我選擇用正弦曲線(xiàn)Asin(wt)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)改變正弦曲線(xiàn)表達(dá)式中的峰值A(chǔ)可以控制振子運(yùn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)的強(qiáng)度，改變其中的w的值可以控制每次振動(dòng)的時(shí)間。
2.1.3 工作循環(huán)圖的分析與確定
根據(jù)以上分析以及這一段時(shí)間的設(shè)計(jì)，列出三個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖：（具體見(jiàn)附圖2）
（一）三個(gè)機(jī)構(gòu)的直角坐標(biāo)式工作循環(huán)圖：
圖2-2 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的坐標(biāo)表示法
（二）三個(gè)機(jī)構(gòu)的的直線(xiàn)式工作循環(huán)圖：
圖2-3 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的直線(xiàn)表示法
（三）三個(gè)機(jī)構(gòu)的圓周式工作循環(huán)圖：
圖2-4 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的圓周表示法
第3章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案構(gòu)思
3.1.1料篩機(jī)構(gòu)的方案構(gòu)思
圖（a）
圖 (b)
圖 (c )
圖3-1 料篩機(jī)構(gòu)
3.1.2上加壓機(jī)構(gòu)的方案構(gòu)思
圖（a）
圖（b）
圖（c）
圖（d）
圖3-2 上加壓機(jī)構(gòu)
3.1.3下加壓機(jī)構(gòu)的方案構(gòu)思
圖（a）
圖（b）
圖3-3 下加壓機(jī)構(gòu)
3.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案比較及分析
a 料篩優(yōu)缺點(diǎn)分析：
圖（a）和圖（c）均利用凸輪得凹凸不平而使振子產(chǎn)生振動(dòng)，此類(lèi)方法可靠度比較高，當(dāng)時(shí)凸輪制造較困難。其中圖（a）中加入了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為使振子按照規(guī)定的路線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)調(diào)整桿長(zhǎng)比較麻煩。而圖（c）直接將振子與凸輪接觸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介，而且料篩上接有一個(gè)彈簧能夠讓料篩較容易實(shí)現(xiàn)振子按照規(guī)定的路線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)整偏置量e的大小就可以方便的改變運(yùn)動(dòng)時(shí)壓力角的大小。圖（b）利用一根桿在一段凹凸不平的路線(xiàn)上滑動(dòng)而使料篩產(chǎn)生振動(dòng)，此法結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單且較容易制造，但，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)的桿剛與路線(xiàn)相接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊，從而引起料篩的破壞和整個(gè)機(jī)器的振動(dòng)。
b 上加壓機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)分析：
圖（a）和圖（b）均利用桿組串連而設(shè)計(jì)，桿組運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以產(chǎn)生較大的壓力，而這點(diǎn)正是上沖頭所必須的，所以利用桿組比較合適，并且利用桿組可以通過(guò)改變各桿的桿長(zhǎng)方便的調(diào)整運(yùn)動(dòng)中的位移量和壓力角。圖（c）利用凸輪結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)，雖然整個(gè)機(jī)構(gòu)看起來(lái)比較簡(jiǎn)單，當(dāng)因?yàn)橥馆喬幨歉吒保\(yùn)動(dòng)時(shí)不能產(chǎn)生很大的壓力，因而不宜用凸輪機(jī)構(gòu)。圖（d）采用四桿機(jī)構(gòu)而設(shè)計(jì)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中葉可以產(chǎn)生較大的壓力，可以達(dá)到上沖頭所需的壓力，而且四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且可以方便的通過(guò)改變桿長(zhǎng)來(lái)調(diào)整位移量。
C 下加壓機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)分析：
圖（a）和圖（b）均利用凸輪來(lái)實(shí)現(xiàn)下沖頭的運(yùn)動(dòng)，圖（a）利用一個(gè)凸輪來(lái)實(shí)現(xiàn)而圖（b）利用兩個(gè)凸輪，兩個(gè)凸輪同時(shí)驅(qū)動(dòng)滾子可以使?jié)L子實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，但制作成本比用一個(gè)凸輪高，且下沖頭的運(yùn)動(dòng)只要用一個(gè)凸輪就可以實(shí)現(xiàn)滾子的運(yùn)動(dòng)。
綜上所述，根據(jù)各個(gè)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇：
料篩：采用圖（c）。在凸輪上用正弦定律則此機(jī)構(gòu)既無(wú)剛性沖擊又無(wú)柔性沖擊，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，能滿(mǎn)足需要的運(yùn)動(dòng)。
上沖頭：采用圖（d）。此機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)較大的壓片力，能實(shí)現(xiàn)短暫停歇，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改變桿長(zhǎng)能改變上沖頭的行程。
下沖頭：采用圖（a）。此機(jī)構(gòu)采用一個(gè)凸輪，能實(shí)現(xiàn)該機(jī)器的要求，造價(jià)不高，采用凸輪+桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸綜合
3.3.1 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算
根據(jù)作圖法，按給定的行程系數(shù)K=1.2設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)：
（1）根據(jù)搖桿長(zhǎng)度CD=170，擺角為，作出兩極位，；
（2） 連接，作，和，和交與P，
再作的外接圓，則固定鉸鏈A在圓弧上；
（3）作一直線(xiàn)平行與鉛垂線(xiàn)與P相距50mm，交圓弧于A。
（4）連，，作CE=90mm，再根據(jù)行程為90-100mm作出EF。
作出的簡(jiǎn)圖如下：（具體見(jiàn)圖紙）
圖3-4 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
AB=19.32mm；BC=158.06mm；CD=170mm；EF=105.42mm；CE=90mm
3.3.2 下凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算
根據(jù)要求，采用對(duì)心滾子推桿凸輪結(jié)構(gòu)，取基圓半徑為45mm，滾子半徑10mm，利用反轉(zhuǎn)法作出凸輪輪廓線(xiàn)，簡(jiǎn)圖如下：（詳見(jiàn)圖紙）
圖3-5 下凸輪機(jī)構(gòu)
3.3.3 料篩凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算
根據(jù)要求，采用滾子對(duì)心推桿凸輪機(jī)構(gòu)，取基圓半徑為50mm，滾子半徑
10mm，利用反轉(zhuǎn)法作出凸輪輪廓線(xiàn)，簡(jiǎn)圖如下：（詳見(jiàn)圖紙）
圖3-6 料篩凸輪機(jī)構(gòu)
第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案構(gòu)思及分析
方案一：電動(dòng)機(jī)+帶傳動(dòng)+二級(jí)圓錐圓柱減速裝置
① 帶傳動(dòng)是具有中間撓性的一種傳動(dòng)。所以它的優(yōu)點(diǎn)如下：
A.能緩和載荷沖擊。
B.運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)噪音。
C.制造和安裝精度不嚴(yán)格。
D.過(guò)載時(shí)引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件的損壞。
E.可增加帶長(zhǎng)以適應(yīng)中心距較大的工作條件（可達(dá)15m）。
② 帶傳動(dòng)的缺點(diǎn)：
A.有彈性滑動(dòng)和打滑，使用效率低，不能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。
B.傳遞同樣大的圓周力時(shí)，輪廓尺寸的軸上的壓力都比嚙合傳動(dòng)稍大。
C.帶的壽命短。
方案二 電動(dòng)機(jī)+鏈傳動(dòng)+二級(jí)圓錐圓柱減速裝置
① 鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：
A.沒(méi)有滑動(dòng)。
B.工作情況相同時(shí)，傳動(dòng)尺寸比較緊湊。
C.不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較小。
D.效率較高。
E.能在溫度較高，濕度較大的環(huán)境中使用。
② 鏈傳動(dòng)的缺點(diǎn):
A.鏈傳動(dòng)有中間元件和齒輪，需要軸間距離較大。
B.只能平行軸間的傳動(dòng)。
C.瞬時(shí)速度不均勻，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不如帶傳動(dòng)平穩(wěn)。
D.不適宜在載荷變化時(shí)和急促反向的傳動(dòng)中應(yīng)用。
E.工作時(shí)有噪音。
F.制造費(fèi)用高。
綜上所述，考慮帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)所設(shè)計(jì)的干粉壓片機(jī)的需要，選擇方案一。
4.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)
4.2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
a）計(jì)算功率：
單個(gè)周期的時(shí)間：
單個(gè)沖頭周期做功：（F見(jiàn)表2-1原始數(shù)據(jù) F=150KN）
單個(gè)沖頭功率：
考慮到摩擦和料篩運(yùn)動(dòng)所需的功率，則
實(shí)際功率：
b）確定傳動(dòng)裝置的效率
查表得：（機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-17）（下用[3]表示）
彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器效率
滾動(dòng)軸承的效率（脂潤(rùn)滑正常）
一對(duì)圓柱齒輪傳動(dòng)的效率
皮帶輪效率
錐齒輪的傳遞效率
總的傳動(dòng)裝置的效率為
c）選擇電動(dòng)機(jī)
①電動(dòng)機(jī)所需功率：
②根據(jù)傳動(dòng)比范圍，確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：
查表得：（[3]表13-2）
圓柱齒輪 3 - 5 最大值 8
圓錐齒輪 2 - 3 最大值 5
所以，減速箱傳動(dòng)比 6 - 15 則
得：
又
所以，
選取
③根據(jù)轉(zhuǎn)速和功率選取Y系，既Y132M2-6
查[3]表12-1得電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)如下：
電動(dòng)機(jī)型號(hào)： Y132M2-6
額定功率： 5.5KW
滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速：
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，額定轉(zhuǎn)矩： 2.0KN·m
最大轉(zhuǎn)矩，額定轉(zhuǎn)矩： 2.0KN·m
質(zhì) 量： 84Kg
伸出端直徑： 38mm
電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度： 515mm
伸出端安裝長(zhǎng)度： 80mm
圖4-1 電動(dòng)機(jī)外形
Y132M-3型電動(dòng)機(jī)的外型尺寸（mm）：
A：216 B：178 C：89 D：38 E：80 F：10 G：33
H：132 K：12
AB：280 AC：270 AD：210 HD：315 BB：238 L：515
4.2.2 分配傳動(dòng)比
①總的傳動(dòng)比
②實(shí)際傳動(dòng)比
③根據(jù)查表，得
取帶輪傳動(dòng)比 則
4.2.3 計(jì)算各軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)
①各軸轉(zhuǎn)速：
又 所以符合要求。
②各軸功率
③各軸轉(zhuǎn)矩
④列出各軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)，如下表：
表4-1 各軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)
功率（kw）
轉(zhuǎn)矩（N·m）
轉(zhuǎn)速
（）
傳動(dòng)比
效率
輸入
輸出
電動(dòng)機(jī)
5.5
54.710
960
2.6
0.9504
軸一
5.5
5.28
54.710
136.57
369.23
3.25
0.9306
軸二
5.28
4.914
136.57
413.05
113.6
4.55
0.9603
軸三
4.914
4.719
413.05
180.47
24.969
4.3 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.3.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
（1）確定計(jì)算功率：
根據(jù)機(jī)器屬于兩班制且載荷變動(dòng)不大，查（《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第八版）P156
表8-7）（下用[1]表示）得：工作情況系數(shù)
（2）選擇帶型
又由于 選取普通A型V帶（[1] P157圖8-11）
（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速v
a 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑
根據(jù)A型V帶，查（[1] P155表8-6）得：
小帶輪最小基準(zhǔn)直徑
查（[1] P157表8-8）得：
小帶輪基準(zhǔn)直徑
b驗(yàn)算帶速v
在范圍5 - 25之內(nèi)，所以速度合格。
c 計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑
由（[1] P157表8-8，加以圓整，取
（4）確定中心距a，并選擇V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
① 初定中心距a
由 即
取
② 計(jì)算相應(yīng)的帶長(zhǎng)
帶的基本長(zhǎng)度，根據(jù)，由查（[1] P146表8-2） 取
③ 計(jì)算中心距a及變動(dòng)范圍
傳動(dòng)的實(shí)際中心距近似為：
由于帶輪制造誤差、帶長(zhǎng)誤差、帶的彈性以及帶的松弛而產(chǎn)生的補(bǔ)充張緊的需要。常取中心距的變動(dòng)范圍：
（5）驗(yàn)算小帶輪上的包角
查 [1] P148式8-7
包角取較小者，即
易知
小帶輪上的摩擦力相應(yīng)的小于大帶輪上的摩擦力，所以打滑只發(fā)生在小帶輪上，為了提高帶傳動(dòng)工作能力，則：
故合格。
（6）確定待得根數(shù)z
根據(jù)[1] P146表8-2得：
[1] P152表8-4a得：
[1] P153表8-4b得：
[1] P155表8-5得：
得：
取z=7
（7）確定帶的初拉力
由[1] P149表8-3得：
則應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力
（8）計(jì)算壓軸力
4.3.2 高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.選擇精度等級(jí)、材料與齒數(shù)
① 材料及熱處理
根據(jù)查表（[1] P191表10-1），選取小齒輪材料為 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼，調(diào)240質(zhì)處理，硬度為240HBS，二者材料硬度相差40HBS。
② 干粉壓片機(jī)為一般機(jī)器，速度不高，故用7級(jí)精度（GB10095-88）
③ 試選小齒輪齒數(shù)，根據(jù)初步?jīng)Q定的傳動(dòng)比i=3.25,則大齒輪
，所以此時(shí)的傳動(dòng)比
2.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
（1） 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式
，進(jìn)行計(jì)算
① 試選載荷系數(shù)
② 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
③ 取齒寬系數(shù)
④ 確定彈性影響系數(shù)，查（[1] P201表10-6）得
確定區(qū)域載荷系數(shù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪傳動(dòng)取，
⑤ 根據(jù)循環(huán)次數(shù)公式，計(jì)算循環(huán)次數(shù)：
⑥ 根據(jù)（[1] P207圖10-19）得接觸疲勞壽命系數(shù)：
根據(jù)（[1] P209圖10-21（d））接觸疲勞極限應(yīng)力：
⑦ 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取安全系數(shù)
⑧ 計(jì)算小齒輪的分度圓直徑：
計(jì)算齒輪的圓周速度：
計(jì)算載荷系數(shù)：
齒輪的使用系數(shù)載荷狀況以均勻平穩(wěn)為依據(jù)，查（[1] P193表10-2）得：
由（[1] P194圖10-8）得：
由（[1] P195表10-3）得：
根據(jù)大齒輪兩端支承，小齒輪作懸臂布置，查（[1] P226表10-9）得軸承系數(shù)：
又由公式
得接觸強(qiáng)度載荷系數(shù)：
（2）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正分度圓
查[2] P180表10-1（GB/T1357-1987），取標(biāo)準(zhǔn)值：m=3
（3） 計(jì)算齒輪相關(guān)系數(shù)
（4） 圓整并確定齒寬
故取 則
3. 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
① 確定彎曲強(qiáng)度載荷系數(shù)：
② 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)：
③ 根據(jù)（[1] P200表10-5）得齒輪系數(shù)及應(yīng)力校正：
④ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
根據(jù)（[1] P207圖10-18得：
根據(jù)（[1] P208圖10-20（c）得：
取安全系數(shù)
按脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力確定許用彎曲應(yīng)力：
⑤ 校核彎曲強(qiáng)度
根據(jù)彎曲強(qiáng)度條件公式
進(jìn)行校核
滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度。
綜上所述，所選參數(shù)合適。
4.3.3 低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.選定齒輪類(lèi)型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)。
①干粉壓片機(jī)為一般機(jī)器，速度不高，故用7級(jí)精度。（GB/T100095-88）
②材料選擇：
根據(jù)（[1] P191表10-1）選擇小齒輪為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為280HBS；大齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS，二者硬度差為40HBS。
③初選小齒輪齒數(shù)為，根據(jù)初選傳動(dòng)比i=4.55，則大齒輪齒數(shù)
所以，
④選取螺旋角，初選螺旋角
2.按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式10-9a進(jìn)行試算即：
（1）計(jì)算公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值
①試選
②由（[1] P217圖10-30）選取區(qū)域系數(shù)
③由（[1] P215圖10-26）選取端面重合度
④計(jì)算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩
⑤由（[1] P201表10-6）查得材料的彈性影響系數(shù)：
⑥選取 由 得 根據(jù)（[1] P209表10-7）查齒寬系數(shù)，符合。
⑦由（[1] P209圖10-21（d））得：小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
⑧由公式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)：
⑨由（[1] P207圖10-19)取接觸疲勞壽命系數(shù)
⑩計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取安全系數(shù)S=1，則
許用接觸應(yīng)力:
(2)計(jì)算
①試算小齒輪分度圓直徑，由公式得：
②計(jì)算圓周速度
③計(jì)算齒寬及模數(shù)
④計(jì)算縱向重合度
⑤計(jì)算載荷系數(shù)
由干粉壓片機(jī)屬于中等沖擊得：（[1] P193表10-2）
根據(jù)，7級(jí)精度，由（[1] P194圖10-8）查得動(dòng)載系數(shù)
根據(jù)（[1] P196表10-4）查得疲勞強(qiáng)度齒向載荷分布系數(shù)
根據(jù)（[1] P198圖10-13）得彎曲強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù)
根據(jù)（[1] P195表10-3）得載荷分配系數(shù)
⑥按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得分度圓直徑
⑦計(jì)算模數(shù)
3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
①計(jì)算載荷系數(shù)
②根據(jù)縱向重合度，查（[1] P217圖10-28）得
螺旋角影響系數(shù)
③計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
④查齒形系數(shù)
根據(jù)（[1] P200表10-5）得齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)
⑤根據(jù)（[1] P208圖10-20（c））查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
⑥根據(jù)（[1] P206圖10-18）得：
⑦計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則
⑧計(jì)算大小齒輪的，并加以比較
設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，故由（[2] 表10-1.（GB/T1357-1987））已可滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算分度圓直徑來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)，則
故取，
4. 幾何尺寸計(jì)算
①計(jì)算中心距
將中心距圓整為a=229mm
②按圓整的中心距修正螺旋角
與試算的相差不大，則其他參數(shù)、、等不必修正
③計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑
④計(jì)算齒寬
調(diào)整后 ，
5.輸出齒輪嚙合尺寸及其偏差的確定
法向模數(shù)：
螺旋角：
螺旋方向：右旋
徑向變位系數(shù)：0
法向齒高：由當(dāng)量齒數(shù)
查手冊(cè)得：
圓整n=12
4.4軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.4.1輸出軸的設(shè)計(jì)
①求作用在齒輪上的力
已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為，則
②試確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45鋼，調(diào)制處理。根據(jù)（[1] P370表15-3）選?。?
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑。為了所選的軸直徑與聯(lián)軸器孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)?？紤]到轉(zhuǎn)矩小，查（[1] P351表14-1）取，則
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的條件，查（[3] P99表8-7），選用LX4型彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，其參數(shù)如下：
公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩：
半聯(lián)軸器孔徑：
半聯(lián)軸器長(zhǎng)度：L=112mm
半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度：
選取
③軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
a 擬定軸上零件的裝配方案如下所示
圖4-2 輸出軸的結(jié)構(gòu)
b 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
①為了滿(mǎn)足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ段右端制出一軸肩，故?、?Ⅲ段的直徑為d=66mm，左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=70mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，則Ⅰ-Ⅱ段的長(zhǎng)度應(yīng)比稍短些，故取L=82mm。
②初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受徑向力的作用，故選取單列圓錐滾子軸承。參照工作要求，并根據(jù)Ⅰ-Ⅱ段d=66mm，根據(jù)（[3] P75 表6-7）選取單列圓錐滾子軸承30314，其尺寸dxDxT=70x150x38mm， 故Ⅲ-Ⅳ 的直徑等于Ⅶ-Ⅷ段的，d=70mm， L=38mm。
③取安裝齒輪處的軸段Ⅳ-Ⅴ的直徑d=75mm。齒軸的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪的齒寬為92mm，為了使套筒壓緊齒輪，則此段應(yīng)約短于輪轂 寬度，故取L=88mm。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度h>0.07d，故取h=6mm，則軸環(huán)出的直徑d=87mm，軸環(huán)的寬度b>1.4h，取L=10mm。
④軸承端蓋總寬度為20mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離L=30mm，故?、?Ⅲ段長(zhǎng)度L=50mm。
⑤取齒輪距箱體內(nèi)壁之間的距離a=10mm，錐齒輪與圓柱齒輪之間的距離c=20mm，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離s，取s=8mm，已知滾動(dòng)軸承寬度T=38mm，大錐齒輪輪轂長(zhǎng)L=57mm，則
Ⅲ-Ⅳ段長(zhǎng)度，L=T+s+a+（92-88）=60mm
Ⅵ-Ⅶ段長(zhǎng)度，L=L寬+c+a+s-LⅤ-Ⅵ=91mm
所以軸的各段直徑和長(zhǎng)度確定如下表：
表4-2 軸的各段直徑和長(zhǎng)度
軸段
長(zhǎng)度L（mm）
直徑d（mm）
Ⅰ-Ⅱ
82
60
Ⅱ-Ⅲ
50
66
Ⅲ-Ⅳ
60
70
Ⅳ-Ⅴ
88
75
Ⅴ-Ⅵ
10
87
Ⅵ-Ⅶ
97
82
Ⅶ-Ⅷ
38
70
c 軸上零件的周向定位
齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按Ⅳ-Ⅴ段直徑由[1] P106表6-1查得平鍵截面bxh=20x12mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為63mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸
配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為，同樣，半聯(lián)軸器與軸連接選用平鍵為18x11x70mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的定位由過(guò)渡配合來(lái)保證，此處選軸的直徑尺寸公差為。
d 確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為，各軸肩處的圓周半徑如圖。
④求軸上載荷
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。
對(duì)于30314型圓錐滾子軸承，查得a=30.7mm，因此作為簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距為，
圖4-3 軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
從軸的結(jié)構(gòu)圖和彎矩圖中可看出截面C為危險(xiǎn)截面，則計(jì)算C處的、及M的值。
圖4-4 彎矩圖
由簡(jiǎn)圖（a）所示：
得
彎矩圖如（b）所示：
由簡(jiǎn)圖（b）所示：
得：
彎矩圖如圖（d）所示：
所以，
如圖（e）所示：
⑤按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)只需校核受最大彎矩和最大扭矩的截面的強(qiáng)度，根據(jù)數(shù)據(jù)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，則取
根據(jù)選定的軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，則根據(jù)[1] P362表15-1查得
因此，故安全。
4.4.2 高速軸的設(shè)計(jì)
①作用在齒輪上的力
已知高速級(jí)小齒輪上的分度圓直徑：
②初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45鋼，調(diào)制處理。根據(jù)（[1] P370表15-3）選取： 則
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑。為了所選的軸直徑與聯(lián)軸器孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)?？紤]到轉(zhuǎn)矩小，查（[1] P351表14-1）取，則
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的條件，查（[3] P99表8-7），選用LT6型彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，其參數(shù)如下：
公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩：
半聯(lián)軸器孔徑：
半聯(lián)軸器長(zhǎng)度：L=82mm
半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度：
選取
③軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
a 擬定軸上零件的裝配方案
圖4-5 輸入軸的結(jié)構(gòu)
b 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段長(zhǎng)度
①為了滿(mǎn)足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端制出一軸肩，故Ⅱ-Ⅲ段直徑d=38mm。左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=40mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度為，為了保證軸端擋圈只在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段的長(zhǎng)度應(yīng)比略短些，現(xiàn)?、?Ⅱ段的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=58mm。
②初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受徑向力的作用，故選取單列圓錐滾子軸承。參照工作要求，并根據(jù)Ⅱ-Ⅲ段d=38mm，根據(jù)（[3] P75 表6-7）選取單列圓錐滾子軸承30308，其尺寸dxDxT=40x90x25.25mm， 故Ⅲ-Ⅳ 的直徑等于Ⅴ-Ⅵ段的直徑，40mm，Ⅲ-Ⅳ的長(zhǎng)度為23.25mm。右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。查得30308型軸承的定位軸肩高度h=6mm。因此?、?Ⅴ直徑等于52mm。
③取安裝齒輪處的軸段Ⅵ-Ⅶ的直徑38mm。
已知齒輪輪轂的寬度為72mm，又有軸肩擋圈，故Ⅵ-Ⅶ段長(zhǎng)度L=76mm
④軸承端蓋的總寬度為20mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離L=30mm，故?、?Ⅲ段長(zhǎng)度L=50mm。
軸的各段長(zhǎng)度和直徑如下：
表4-3 軸的各段長(zhǎng)度和直徑
軸段
長(zhǎng)度（mm）
直徑（mm）
Ⅰ-Ⅱ
58
32
Ⅱ-Ⅲ
50
38
Ⅲ-Ⅳ
25.25
40
Ⅳ-Ⅴ
80
52
Ⅴ-Ⅵ
23.25
40
Ⅵ-Ⅶ
76
38
c 軸上零件的周向定位
齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按Ⅳ-Ⅴ段直徑由[1] P106表6-1查得平鍵截面bxh=10x8mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為56mm，同時(shí)為了保證齒輪與
軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為，同樣，半聯(lián)軸器與軸連接，選用平鍵為10x8x40mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的定位由過(guò)渡配合來(lái)保證，此處選軸的直徑尺寸公差為。
d 確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為，各軸肩處的圓周半徑如圖。
④求軸上載荷
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。對(duì)于30308型的圓錐滾子軸承，[1] P75表6-7查得a=19.5，因此作為簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距。AB=98.5mm BC=105.25mm CD=42.75mm
圖4-6 軸的簡(jiǎn)圖
圖4-7 彎矩圖
如簡(jiǎn)圖（a）所示：
得
彎矩圖（b）所示：
如簡(jiǎn)圖（c）所示：
得：
彎矩圖（d）所示：
故，
⑤按彎矩扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只要校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面。由軸單向旋轉(zhuǎn)，扭矩切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取，則軸的計(jì)算應(yīng)力：
根據(jù)選定的軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，則根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第八版）P362表15-1）查得：，因此，故安全。
4.4.3中間軸的設(shè)計(jì)
①作用在齒輪上的力
已知錐齒輪上的分度圓直徑：d=312mm
圓柱齒輪的分度圓直徑：d=82.45mm
②初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45鋼，調(diào)制處理。根據(jù)（[1] P370表1