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北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文
畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告(論文)
報(bào)告(論文)題目： 可調(diào)軌跡慣性激振器
設(shè)計(jì)與分析
作者所在系部： 機(jī)電工程學(xué)院
作者所在專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化
作者所在班級(jí)： B13113
作 者 姓 名 ： 魏許杰
作 者 學(xué) 號(hào) ： 20134011311
指導(dǎo)教師姓名： 段新豪
完 成 時(shí) 間 ： 2017年6月
北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制
北華航天工業(yè)學(xué)院
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性及知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
可調(diào)軌跡慣性激振器設(shè)計(jì)與分析
是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對(duì)本設(shè)計(jì)（論文）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。因本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸北華航天工業(yè)學(xué)院所有。本人遵循北華航天工業(yè)學(xué)院有關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的相關(guān)規(guī)定，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本。本人同意北華航天工業(yè)學(xué)院有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以營(yíng)利為目的的前提下，可以公布非涉密畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部?jī)?nèi)容。
特此聲明
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者： 指導(dǎo)教師：
年 月 日 年 月 日
摘 要
振動(dòng)篩是利用振子激振所產(chǎn)生的往復(fù)旋型振動(dòng)而工作的，而激振器可以產(chǎn)生周期變化的激振力，是振動(dòng)篩實(shí)現(xiàn)功能的重要核心部件。
目前常用的激振器大多都是單一運(yùn)動(dòng)方式的，即直線型、圓型、橢圓型的運(yùn)動(dòng)方式。隨著人們對(duì)生產(chǎn)力的要求日益提高，單一模式的激振器已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)要求了。設(shè)計(jì)一種可以在一臺(tái)機(jī)器上獲得不同軌跡運(yùn)動(dòng)的激振器已經(jīng)成了迫切要求。而本文則是主要設(shè)計(jì)一種新型的可變軌跡慣性激振器，從而獲得較高的生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)效益。
在設(shè)計(jì)可變軌跡激振器之前，首先了解產(chǎn)生激振力的條件以及影響因素，了解目前生活中常用的激振器分類及其工作方式。其次去了解目前激振器的應(yīng)用場(chǎng)合和工作環(huán)境。最后，結(jié)合文獻(xiàn)、教材、國(guó)內(nèi)外論文充分了解設(shè)計(jì)的基本思路，通過分析，著重去解決設(shè)計(jì)方面的核心難點(diǎn)。
本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)的可變軌跡激振器有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、 可以在一臺(tái)機(jī)器上獲得不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，省時(shí)省力大大提高了效益，降低了成本。
2、 在工作期間，例如采煤，篩礦石時(shí)由于不規(guī)則的物體在振動(dòng)時(shí)卡在了篩網(wǎng)上，影響生產(chǎn)效率，此時(shí)可以用可變軌跡激振器變換運(yùn)動(dòng)軌跡將物體震落。而不需要人工參與，提高了安全系數(shù)。
3、 本次設(shè)計(jì)的激振器的偏心塊的質(zhì)量可變，可以獲得不同的偏心塊質(zhì)量，可以獲得不同大小的激振力，進(jìn)而改變振幅大小。提高了激振器的利用效率。
關(guān)鍵詞： 激振器 激振力 可變軌跡 偏心塊
II
Abstract
Vibrating screen is to use the vibrator excitation generated by the reciprocating screw type vibration and work, and the vibrator can produce cycle vibration force, is one of the important core parts vibrating screen function.
The most commonly used vibrators are simple motion, which is linear, circular, and elliptical. With the increasing demand for productivity, the single mode of exciter has failed to meet production requirements. The design of an exciter that can achieve different trajectories on a machine has become an urgent requirement. In this paper, the main design is a new type of variable trajectory inertia exciter, which can achieve high production efficiency and increase production efficiency.
Before the design variable trajectory vibrator, first understand the terms and conditions of the exciting force and impact factors, understand the current classification of vibrator is commonly used in life and the way to work. Second, to understand the application and working environment of the current exciter. Finally, the paper discusses the basic idea of design in combination with the literature, teaching materials, domestic and foreign papers, and analyzes the key points of design.
The design of a variable trajectory vibrator has the following advantages:
Frist, can obtain different motion track on a machine, save time saves greatly the benefit, reduces the cost.
Second, during the period of work, such as coal, ore screen when the vibration due to the irregular object when the card on the screen, affects the production efficiency, can use at this time variable trajectory vibrator transform objects trajectory will shatter. Instead of requiring human involvement, the safety factor is improved.
Finally, the design variable, the quality of the eccentric block vibrator can get different quality of eccentric block, can get different sizes of exciting force, and then change amplitude. The efficiency of the exciter is improved.
Key words： Vibration exciter exciting force Variable trajectory Eccentric block
IV
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 激振器的產(chǎn)生： 1
1.2 激振器分類： 1
1.3 慣性激振器工作原理： 1
1.4 激振器特點(diǎn)及發(fā)展方向： 1
1.5 畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1
第2章 激振器的工作理論 2
2.1 慣性激振器的理論基礎(chǔ) 2
2.1.1 直線形運(yùn)動(dòng)軌跡 2
2.1.2 圓線形運(yùn)動(dòng)軌跡 3
2.1.3 橢圓線形運(yùn)動(dòng)軌跡 3
第3章 可調(diào)軌跡激振器的設(shè)計(jì) 4
3.1 可調(diào)軌跡的實(shí)現(xiàn) 4
3.2 可調(diào)軌跡的分析 4
第4章 偏心塊 6
4.1 偏心塊的設(shè)計(jì) 6
4.1.1 偏心塊形狀的選擇 6
4.1.2 偏心塊材料的選擇 7
4.1.3 激振力的計(jì)算 7
第5章 齒輪設(shè)計(jì)與校核 8
5.1 齒輪的設(shè)計(jì) 8
5.1.1 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
5.1.2 齒輪的受力分析 8
5.2 齒輪強(qiáng)度校核 9
第6章 平鍵的設(shè)計(jì)與校核 10
6.1 平鍵的設(shè)計(jì) 10
6.2 平鍵強(qiáng)度校核 11
第7章 軸的設(shè)計(jì)與校核 12
7.1 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 12
7.1.1 主動(dòng)軸的直徑和長(zhǎng)度設(shè)計(jì) 12
7.1.2 主動(dòng)軸的校核 13
7.2 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 16
7.2.1 從動(dòng)軸的直徑與長(zhǎng)度設(shè)計(jì) 16
7.2.2 從動(dòng)軸的強(qiáng)度校核 17
第8章 箱體的設(shè)計(jì) 20
第9章 結(jié)論 21
第1章 緒論
1.1 激振器的產(chǎn)生：
在很多的情況下，振動(dòng)是一種不必要的和有害的。但是在某些特定的場(chǎng)合，振動(dòng)是有益的。最近二十多年，應(yīng)用振動(dòng)原理而工作的機(jī)械（簡(jiǎn)稱振動(dòng)機(jī)械）得到了迅速的發(fā)展。在礦山和冶金行業(yè)、選煤廠、水泥廠等得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了在重要作用。
1.2 激振器分類：
振動(dòng)機(jī)械由以下三個(gè)部分構(gòu)成：激振器、工作機(jī)體、彈性元件。其中激振器是振動(dòng)機(jī)械的核心部分。目前常用的激振器有慣性激振器、彈性連桿式激振器、電磁式激振器、液壓式或氣動(dòng)式激振器，以及凸輪式激振器等。
1.3 慣性激振器工作原理：
偏心塊回轉(zhuǎn)產(chǎn)生所需的激勵(lì)力。單向激勵(lì)力慣性式激振器一般由兩根轉(zhuǎn)軸和一對(duì)速比為 1的齒輪組成。兩根轉(zhuǎn)軸等速反向回轉(zhuǎn),軸上兩偏心塊在Y方向產(chǎn)生慣性力的合力。工作時(shí)將激振器固定于被激件上，被激件便獲得所需的振動(dòng)。在振動(dòng)機(jī)械中還廣泛采用一種自同步式慣性式激振器。這種激振器的兩根轉(zhuǎn)軸分別由兩臺(tái)特性相近的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),而且不用齒輪,依靠振動(dòng)同步原理使兩個(gè)帶偏心塊的轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)等速反向回轉(zhuǎn)，從而獲得單向激勵(lì)力。
1.4 激振器特點(diǎn)及發(fā)展方向：
激振器與其他類型的機(jī)械相比，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造難度較低、重量較輕、成本低安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在零部件的壽命較短以及噪音較大等特點(diǎn)。
隨著社會(huì)的進(jìn)步以及對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量要求得提高，以后的激振器會(huì)朝著更加智能多樣化發(fā)展。集合多重優(yōu)勢(shì)于一身提高生產(chǎn)效率，降低成本。
1.5 畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：
本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是在單一軌跡激振器的基礎(chǔ)上做出改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)激振器可調(diào)軌跡的功能。
第2章 激振器的工作理論
2.1 慣性激振器的理論基礎(chǔ)
2.1.1 直線形運(yùn)動(dòng)軌跡
激振器原理如圖2-1：
圖2-1激振器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圖2-1是一個(gè)最基本的直線型激振器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖。激振器有主動(dòng)軸偏心塊、傳動(dòng)齒輪、從動(dòng)軸偏心塊、主動(dòng)軸、偏心軸組成。此時(shí)為初始狀態(tài)，兩個(gè)偏心輪的位置相同。兩齒輪的模數(shù)和壓力角以及齒數(shù)完全一樣，即齒輪為1：1的外嚙合齒輪，從而兩個(gè)軸的速度相同。
根據(jù)激振器的結(jié)構(gòu)可知，偏心塊的產(chǎn)生的力是周期性的離心力。由公式：
（2-1）
式中：F——激振力（N）
m——偏心塊的質(zhì)量（kg）
E——偏心塊的偏心距(m)
——偏心塊的角速度（r/min）
得出結(jié)論：
當(dāng)兩偏心塊運(yùn)動(dòng)到正上方或正下方的時(shí)候，其中大小相等、方向相同，質(zhì)量相等，偏心距相同，此時(shí)兩個(gè)偏心塊各自的激振力F1、F2大小相同方向相同，此時(shí)激振器的合力為2F;
當(dāng)偏心塊處于其他位置上時(shí)，質(zhì)量相等、偏心距相等，但在此時(shí)兩個(gè)偏心塊的速度卻大小相等、方向相反。根據(jù)公式可知F1=-F2，此時(shí)合力F=0;
在偏心塊反復(fù)做圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，合力是周期性變化的即0→2F→0→2F→0……
可以推出：激振器在這種運(yùn)動(dòng)方式是上下的直線形軌跡。
2.1.2 圓線形運(yùn)動(dòng)軌跡
此外，激振器還有兩種基本運(yùn)動(dòng)軌跡橢圓形和圓形。它們的實(shí)現(xiàn)形式分別如下圖簡(jiǎn)圖：
圖2-2圓形軌跡示意圖 圖2-3橢圓形軌跡示意圖
圖2-2為圓形運(yùn)動(dòng)軌跡的簡(jiǎn)圖。在這種運(yùn)動(dòng)方式下，激振器中只有主動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)軸不運(yùn)動(dòng)。因此只有一個(gè)偏心塊運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生圓周各個(gè)方向的離心力。此時(shí)激振器的力F大小相同，方向時(shí)刻變化（切于偏心塊）。
根據(jù)上述的分析：當(dāng)僅有一個(gè)偏心塊做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，激振器的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓形。
2.1.3 橢圓線形運(yùn)動(dòng)軌跡
圖2-3實(shí)現(xiàn)的橢圓形運(yùn)動(dòng)軌跡，它的實(shí)現(xiàn)方式與圓形類似。主動(dòng)軸與從動(dòng)軸以大小相等的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。但此時(shí)的從動(dòng)軸多了一個(gè)小偏心塊，該小偏心塊產(chǎn)生的激振力為F3。激振器運(yùn)動(dòng)軌跡將不再是直線。
當(dāng)偏心塊運(yùn)動(dòng)到正上方或正下方時(shí)，激振器的合力為F=F1+F2+F3。但在其他位置激振器的合力卻不再是0。比如當(dāng)偏心塊位于90°或270°時(shí)，此時(shí)主動(dòng)軸和從動(dòng)軸產(chǎn)生的力是相反的，合力F=F1=F2+F3=F3（其中F1=-F2）。
在這種運(yùn)動(dòng)形式下，當(dāng)偏心塊不位于正上方或正下方時(shí)，合力大小也不為0。但力是小于偏心塊在正上方或正下方位置的合力。
根據(jù)上述的分析：當(dāng)兩軸的偏心塊質(zhì)量不同時(shí)，激振器的運(yùn)動(dòng)軌跡是橢圓形的。
第3章 可調(diào)軌跡激振器的設(shè)計(jì)
3.1 可調(diào)軌跡的實(shí)現(xiàn)
基于上述分析已經(jīng)了解了激振器的基本工作方式，但傳統(tǒng)的激振器只能單一的實(shí)現(xiàn)某種運(yùn)動(dòng)軌跡。本次設(shè)計(jì)就是要在一臺(tái)激振器上實(shí)現(xiàn)直線、圓、橢圓、三種方式。
圖3-1可調(diào)軌跡的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
如圖3-1：
在實(shí)現(xiàn)圓、橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡的時(shí)候，需要一個(gè)齒輪的滑動(dòng)，于是采用了滑移齒輪，而從動(dòng)軸則采用了花鍵聯(lián)接。因?yàn)榛ㄦI有較好的導(dǎo)向性。8是一個(gè)雙滑移齒輪，它與從動(dòng)軸通過花鍵聯(lián)接可以在指定位置自由滑動(dòng)。7是一個(gè)撥叉用以實(shí)現(xiàn)滑移齒輪的滑動(dòng)。
3.2 可調(diào)軌跡的分析
5是外嚙合齒輪，與雙滑移齒輪的大齒輪的壓力角、齒數(shù)、模數(shù)都相等。當(dāng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)軸與從動(dòng)軸等速反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)兩個(gè)大偏心塊轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)激振器為直線運(yùn)動(dòng)軌跡。
當(dāng)撥叉滑移到主動(dòng)軸的兩個(gè)齒輪中間位置時(shí)，只有主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪無嚙合。此時(shí)只有主動(dòng)軸的偏心塊產(chǎn)生激振力，激振器的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓形。
根據(jù)第一章的分析，產(chǎn)生橢圓形的運(yùn)動(dòng)軌跡需要添加一個(gè)新的偏心塊。但如果小偏心塊與從動(dòng)軸連接在一起，即小偏心塊隨著偏心軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于主動(dòng)軸和從動(dòng)軸偏心塊的質(zhì)量不一樣，產(chǎn)生的激振力也不同會(huì)導(dǎo)致直線形的運(yùn)動(dòng)軌跡不能實(shí)現(xiàn)。
考慮加入一個(gè)空套的偏心塊。如下圖一個(gè)帶有內(nèi)嚙合齒輪的小偏心塊與軸承配合在一起，軸承與從動(dòng)軸配合到一起。當(dāng)滑移齒輪的大齒輪與主動(dòng)軸的齒輪嚙合到一起時(shí)，由于小偏心塊空套在軸承上，此時(shí)的小偏心塊是不會(huì)隨著從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的。
當(dāng)撥叉將滑移齒輪撥到外齒輪與內(nèi)齒輪嚙合的位置時(shí)，此時(shí)從動(dòng)軸的兩個(gè)偏心塊同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，且速度相同（傳動(dòng)比是1:1的內(nèi)嚙合齒輪的速度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向完全相同）。這樣就實(shí)現(xiàn)了橢圓形的運(yùn)動(dòng)軌跡。 上述分析了可變軌跡激振器的設(shè)計(jì)方法，此設(shè)計(jì)主要利用的離心力的特點(diǎn)以及齒輪嚙合的特征。
第4章 偏心塊
4.1 偏心塊的設(shè)計(jì)
4.1.1 偏心塊形狀的選擇
根據(jù)激振器的工作原理，選擇半圓形的偏心塊。在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候可以產(chǎn)生回轉(zhuǎn)的離心力。結(jié)大偏心塊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：
圖4-1大偏心塊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
如圖4-1，偏心塊大徑R=213mm，小徑r=82mm，中心孔r0=58.5mm。偏心塊厚度為B=83mm。
小偏心塊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：
圖4-2小偏心塊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
如圖，偏心塊大徑R=220mm，小徑r=140mm，中心孔r0=107.5mm。偏心塊厚度為B=73mm
4.1.2 偏心塊材料的選擇
偏心塊材料選用Q235,材料的密度為ρ=7.8×103Kg/m3，此材料適用于要求不太高的零件比較合適。激振器主動(dòng)軸和從動(dòng)軸各有一個(gè)大偏心塊，若要實(shí)現(xiàn)橢圓的運(yùn)動(dòng)軌跡則需要加進(jìn)來一個(gè)偏心塊2。
4.1.3 激振力的計(jì)算
偏心塊的偏心距公式為：
（4-1）
質(zhì)量計(jì)算公式為：
（4-2）
激振力的計(jì)算公式為：
（4-3）
式中：F——激振力
m——偏心塊的質(zhì)量（kg）
E——偏心塊的偏心距(m)
——-偏心塊的角速度（rad/min）
或：
（4-4）
其中ρ為密度(T/m3)
將上面的數(shù)據(jù)代入方程中可得到：
大偏心塊的激振力F1=3624.5N; 小偏心塊的激振力F2=2765.1N
第5章 齒輪設(shè)計(jì)與校核
5.1 齒輪的設(shè)計(jì)
根據(jù)激振器的結(jié)構(gòu)，要實(shí)現(xiàn)可變軌跡慣性激振器，需要一對(duì)1:1外嚙合齒輪實(shí)現(xiàn)直線振動(dòng)。如果要實(shí)現(xiàn)橢圓軌跡則需要再加入一個(gè)偏心塊。此時(shí)需要利用一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪將偏心塊加進(jìn)來?；诖嗽韥韺?shí)現(xiàn)齒輪。要求兩軸等速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.1.1 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
齒輪選用的材料是45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)HB241-269，7級(jí)精度。采用標(biāo)準(zhǔn)圓柱直齒輪，外齒輪和內(nèi)齒輪均使用模數(shù)m=5，標(biāo)準(zhǔn)壓力角α=20°。
外嚙合齒輪參數(shù)如下:
齒數(shù)z=56
分度圓直徑d=mz=280mm
齒頂高 ha=ha×m=5mm
齒根高h(yuǎn)f=(ha+c)×m=6.25mm
齒全高h(yuǎn)=11.25mm
齒頂圓直徑da=d+2ha×m=290mm
齒根圓直徑df=d-2(ha+c)×m=267.5mm
齒厚 s=πm/2=7.85mm
內(nèi)嚙合齒輪參數(shù)如下：
內(nèi)嚙合齒輪：齒數(shù)z=40
分度圓直徑d=mz=200mm
齒頂高h(yuǎn)a=ha×m=5mm
齒根高h(yuǎn)f=(ha+c)×m=6.25mm
齒全高h(yuǎn)=11.25mm
齒頂圓直徑da=d+2ha×m=210mm
齒根圓直徑df=d-2(ha+c)×m=187.5mm
齒厚s=πm/2=7.85mm
5.1.2 齒輪的受力分析
主動(dòng)軸的主要受力情況如下：
轉(zhuǎn)矩T=9550P/n=9550×7.1×1000/960=70.6N.mm
齒輪圓周力Ft=2T/d=2×70.6/0.28=1008.6N
齒輪徑向力Fr=Ft×tan20=367.2N
5.2 齒輪強(qiáng)度校核
齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是輪齒的失效，而輪齒的失效形式與工作條件、速度、載荷、材料熱處理等有關(guān)。為了保證齒面有足夠的接觸疲勞強(qiáng)度和輪齒有足夠的彎曲疲勞強(qiáng)度，必須進(jìn)行校核以保證機(jī)器的傳動(dòng)安全而準(zhǔn)確。
1、齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度校核
彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算式為：
（5-1）
其中：
（5-2）
φd=b/d （5-3）
查《簡(jiǎn)明機(jī)械手冊(cè)》表6-2取使用系數(shù)KA=1.35；動(dòng)載系數(shù)KV=1.2；齒間載荷分配系數(shù)Kα=1.2；齒向載荷分配系數(shù)Kβ=1.388，即K=1.35×1.2×1.2×1.388=2.698。
查表6-5取齒形系數(shù)YFa=2.32，應(yīng)力修正系數(shù)YSa=1.70
將上述數(shù)據(jù)代入公式（5-1）中可得：
σF=72.8Mpa<［σF］=350Mpa,因此齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。
2、齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核
接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式為：
(5-4)
其中ZH是區(qū)域系數(shù)大小為2.5，ZE查表取ZE=188.9，μ是嚙合齒數(shù)之比大小為1。將數(shù)據(jù)代入公式（5-4）得：
σH=662.865MPa<［σH］=800Mpa，所以滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求。
綜上齒輪設(shè)計(jì)滿足要求。
第6章 平鍵的設(shè)計(jì)與校核
6.1 平鍵的設(shè)計(jì)
在激振器的設(shè)計(jì)中，齒輪和偏心塊都是通過平鍵與軸相連。鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)件，通常用來連接軸與軸上的旋轉(zhuǎn)零件起周向固定零件的作用以傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和扭矩。平鍵的主要失效形式擠壓破壞和剪斷。
普通平鍵通常分為兩種類型，如下圖：
圖6-1鍵的示意簡(jiǎn)圖
圖6-2平鍵尺寸
如圖6-1與圖6-2：普通平鍵分為A型、B型，該激振器采用的是A型平鍵，材料選用45號(hào)鋼。
平鍵1的尺寸是L=83mm，h=18mm，b=32mm，l=51mm，平鍵2的尺寸是L=47mm，h=18mm，b=32mm，l=15mm。
6.2 平鍵強(qiáng)度校核
對(duì)于普通平鍵聯(lián)接，分為動(dòng)聯(lián)接和靜聯(lián)接。其中動(dòng)聯(lián)接的主要失效形式是磨損，需要進(jìn)行壓強(qiáng)校核。而該激振器的聯(lián)接方式為靜聯(lián)接，靜聯(lián)接的只要失效形式是壓潰，只需要進(jìn)行擠壓強(qiáng)度校核。
平鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度條件為：
（6-1）
式中：
T——轉(zhuǎn)矩（N·mm）；
d——軸徑（mm）；
h——鍵的高度（mm）；
l——鍵的工作長(zhǎng)度（mm）；
[σp]——許用擠壓應(yīng)力（MPa）；
對(duì)于平鍵1：
主動(dòng)軸的d=117mm、L=83mm、h=18mm、b=32mm、l=51mm、T=47086N·mm；將數(shù)據(jù)代入公式（6-1）得σp=8.75Mpa。
通過《簡(jiǎn)明機(jī)械書冊(cè)》可知鋼的許用應(yīng)力[σp]=120~150Mpa，取[σp]=130Mpa>σp，所以平鍵1滿足強(qiáng)度要求，設(shè)計(jì)合理。
對(duì)于平鍵2：
從動(dòng)軸徑是d=116mm、L=47mm、h=18mm、b=32mm、l=15mm、T=47086N·mm；將數(shù)據(jù)代入公式（6-1）得σp=8.75Mpa。≤[σp]=130Mpa，同樣滿足要求，設(shè)計(jì)合理。
綜上，平鍵可以滿足強(qiáng)度要求，設(shè)計(jì)合理。
第7章 軸的設(shè)計(jì)與校核
7.1 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
先初步估算軸的最小軸徑，選用軸的材料為40cr，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表14-11取A=120，于是根據(jù)公式：
（7-1）
其中：
Dmin——最小軸徑（mm）；
A——固定數(shù)；
P——軸的功率（kw）；
n——軸的轉(zhuǎn)速（r/min）；
該激振器選用的電機(jī)是 。該電機(jī)的額定功率是7.5kw，轉(zhuǎn)速是1440r/min。
由于電機(jī)與激振器采用的是帶傳動(dòng)，而帶傳動(dòng)的效率η=94.6%。所以主動(dòng)軸的功率P=7.5kw×94.6%=7.1kw。而采用的帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比是1.5，則主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速n=1440/1.5=960rad/min。
可以得公式中的數(shù)據(jù)分別為：A=120；n=960r/min；P=7.1kw。代入公式（7-1）得到dmin=23.47mm
選擇軸徑為90mm。
7.1.1 主動(dòng)軸的直徑和長(zhǎng)度設(shè)計(jì)
各軸段的直徑確定
D90： 最小直徑 安裝軸承及端蓋處d=90mm
D116： 安裝偏心塊1以及平鍵的位置，直徑d=116mm
D119：根據(jù)從動(dòng)軸偏心塊安裝位置確定，直徑d=119mm
D127：軸環(huán)，根據(jù)定位要求確定直徑為d=127mm
D119：安裝齒輪1的位置，直徑為d=119mm
D117：撥叉空擋調(diào)節(jié)區(qū)域，直徑為d=117mm
D116： 齒輪2的安裝位置，直徑為d=116mm
D105：根據(jù)從動(dòng)軸偏心塊3安裝位置，避免干涉直徑為105mm
D45：支撐軸承的安裝位置，直徑為90mm
各軸段的直徑確定
D90： 根據(jù)軸承的厚度以及端蓋，令長(zhǎng)度l=94mm
D116： 安裝偏心塊1以及平鍵的位置，令長(zhǎng)度l=89mm
D119：根據(jù)從動(dòng)軸偏心塊安裝位置確定，令長(zhǎng)度l=88mm
D127：軸環(huán)，根據(jù)定位要求確定，令長(zhǎng)度l=6mm
D119：安裝齒輪1的位置，令長(zhǎng)度l=48mm
D117：撥叉空擋調(diào)節(jié)區(qū)域，令長(zhǎng)度l=211mm
D116： 齒輪2的安裝位置，令長(zhǎng)度l=48mm
D105：根據(jù)從動(dòng)軸偏心塊3安裝位置，避免干涉令長(zhǎng)度l=194mm
D45：支撐軸承的安裝位置，令長(zhǎng)度l=94mm
主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：
圖7-1主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
7.1.2 主動(dòng)軸的校核
主動(dòng)軸的受力分析：
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，畫出軸的載荷分析。在確定軸的支撐點(diǎn)時(shí)，由手冊(cè)可以得到，做出軸的彎矩圖和扭矩圖。如下所示：
圖7-2主動(dòng)軸力簡(jiǎn)圖
其中激振力F=3624.5N,根據(jù)第5章5.1.2可知齒輪的圓周力Ft=504.3N,徑向力Fr=183.6N。
做水平面內(nèi)彎矩圖（圖7-3）
由力的平衡關(guān)系可得Ft=FH1+FH2;齒輪的合力矩為零得FH1×（89+88）=FH2×（211+48+190）可得FH1=104.8N，F(xiàn)H2=399.5N。
齒輪處的彎矩為
MH=FH1×（88+89+6）=19123.5N·mm
圖7-3水平面彎矩圖
做垂直面內(nèi)彎矩圖（圖7-4）
由力的平衡關(guān)系可得Fr+F=FV1+FV2;F×（89+47）=Fr1×（89+88+6）+Fv2×（190+211+48）代入數(shù)據(jù)可得Fv1=2782.5N,FV2=1025.5N;
偏心塊處的彎矩為
Mv1=Fv1×（45+47）=256026.8N·mm
齒輪處的彎矩為
Mv2=Fv1×（88+89+6）=509197.5N·mm
圖7-4垂直面彎矩圖
做合成彎矩圖(圖7-5)
由：
（7-2）
帶入數(shù)據(jù)可得偏心塊處總彎矩M1=256588.4N·mm；齒輪處總彎矩M2=569934N·mm
圖7-5總彎矩圖
主動(dòng)軸上載荷分布
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖和彎矩圖以及扭矩圖可以得出齒輪中間截面處為危險(xiǎn)截面，先計(jì)算出軸的彎矩，如下表7-1所示：
載荷
水平面(H)
豎直面（V）
支反力(N)
FH1=104.8N,FH2=399.5N
FV1=2782.5N,FV2=1025.5N
彎矩（N·mm）
MH=19123.5N·mm
MV1=256026.5N·mm
MV2=509197.5N·mm
扭矩（N·mm）
T=70600N·mm
總彎矩（N·mm）
M1=569924N·mm
表7-1
軸的強(qiáng)度校核
按照彎矩扭矩的合成應(yīng)力計(jì)算校核軸的強(qiáng)度時(shí)，只需要校核軸上承受最大的彎矩和扭矩的截面，也就是左邊偏心塊的中心截面處的強(qiáng)度，根據(jù)如下公式：
(7-2)
其中[-1]為軸的許用彎曲應(yīng)力。
考慮到主動(dòng)軸的運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻、振動(dòng)、啟動(dòng)、停車等因素，假定為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，查表10-6取折合系數(shù)α為0.59。將上表中的數(shù)據(jù)代入公式(7-2),可得a=62.78Mpa。
式中W為抗扭截面模量（mm3），計(jì)算公式為：
（7-3）
其中b=32mm，h=18mm，d=117mm，代入公式（7-3）得W=175cm3
主動(dòng)軸采用的材料是40cr，調(diào)質(zhì)處理。查表10-2可知[-1]=70Mpa。因此ca ＜[-1]，故滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，所以設(shè)計(jì)合理。
7.2 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
由于齒輪選用的是傳動(dòng)比為1:1嚙合，則主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速相同n=960r/min。
齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率約為0.97，則P=7.0kw。
最小軸徑的確定：
先初步估算軸的最小軸徑，選用軸的材料為40cr，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表14-11取A=120，于是根據(jù)公式
（7-4）
其中：A=120；n=960r/min；P=7.0kw，代入公式（7-4）得：dmin=23.1mm
選擇軸徑為90mm
從動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.2.1 從動(dòng)軸的直徑與長(zhǎng)度設(shè)計(jì)
各軸段的直徑確定：
D45：最小直徑 安裝軸承及端蓋處d=90mm
D58：主動(dòng)軸安裝偏心塊的位置，直徑d=116mm
D59.5：從動(dòng)軸偏心塊安裝位置確定直徑d=119mm
D63.5：軸環(huán)，根據(jù)定位要求確定直徑為d=127mm
D60：花鍵位置，直徑為d=120mm
D48：偏心塊3和軸承區(qū)域 直徑為d=96mm
D45：軸承1的安裝位置 直徑為d=90mm
各軸段的長(zhǎng)度確定：
D45：最小直徑 安裝軸承及端蓋處長(zhǎng)度L=92mm
D58：主動(dòng)軸安裝偏心塊的位置，L=89mm
D59.5：從動(dòng)軸偏心塊安裝位置確定直徑L=94mm
D63.5：軸環(huán)，根據(jù)定位要求確定直徑為L(zhǎng)=6mm
D60：花鍵位置，直徑為L(zhǎng)=388mm
D48：偏心塊3和軸承區(qū)域L=103mm
D45：軸承1的安裝位置直徑為L(zhǎng)=92mm
從動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：
圖7-6從動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
7.2.2 從動(dòng)軸的強(qiáng)度校核
從動(dòng)軸的受力分析
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，畫出軸的載荷分析。在確定軸的支撐點(diǎn)時(shí)，由手冊(cè)可以得到，做出軸的彎矩圖和扭矩圖。如下所示：
圖7-7從動(dòng)軸力簡(jiǎn)圖
圖7-8水平面彎矩圖
圖7-9垂直面彎矩圖
圖7-10總彎矩圖
軸上載荷分布
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖和彎矩圖以及扭矩圖可以得出齒輪中間截面處為危險(xiǎn)截面，先計(jì)算出軸的彎矩，如下圖所示：
載荷
水平面(H)
豎直面（V）
支反力(N)
FH1=270.5N,FH2=233.8N
FV1=2978.3N,FV2=3411.3N
彎矩（N·mm）
MH=13052N·mm
MV1=325064N·mm
MV2=578754.5N·mm
MV3=337536N·mm
扭矩（N·mm）
T=70600N·mm
總彎矩（N·mm）
M1=595267N·mm
表7-2
軸的強(qiáng)度校核
按照彎矩扭矩的合成應(yīng)力計(jì)算校核軸的強(qiáng)度時(shí)，只需要校核軸上承受最大的彎矩和扭矩的截面，也就是從動(dòng)軸左邊偏心塊的中心截面處的強(qiáng)度。
根據(jù)公式（7-3）可算得該位置該位置的抗扭截面模量W=143.5cm3，其中b=32mm，h=18mm，d=115mm。
又由表7-2可知T=70600N·mm，M=595267N·mm。將上述數(shù)據(jù)代入公式(7-2)可得a=52.16Mpa
從動(dòng)軸采用的材料是40cr，調(diào)質(zhì)處理。查表10-2可知[-1]=70Mpa。因此ca ＜[-1]，故滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，所以設(shè)計(jì)合理。
綜上所述，主動(dòng)軸和從動(dòng)軸滿足設(shè)計(jì)要求。
第8章 箱體的設(shè)計(jì)
本次激振器的箱體采用的是鑄鐵，箱體的側(cè)面與軸承的端蓋通過螺絲配合在一起。箱體支撐并包容了激振器的各個(gè)零件，如：滑移齒輪、軸承、主動(dòng)軸、從動(dòng)軸等。箱體應(yīng)有如下特點(diǎn)：
1、具有足夠的支撐強(qiáng)度和剛度，保證機(jī)器的正常運(yùn)行與工作。
2、箱體應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于加工與安裝。
3、在滿足工作要求下，箱體的尺寸應(yīng)足夠小以減輕質(zhì)量。
4、箱體兩側(cè)有把手,以方便運(yùn)輸和移動(dòng).
5、箱體蓋有法蘭，方便與振動(dòng)臺(tái)連接。
箱體的設(shè)計(jì)圖及如下：
圖8-1 箱體簡(jiǎn)圖
第9章 結(jié)論
本次設(shè)計(jì)的激振器是新型的可變軌跡慣性激振器。慣性激振器擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)力強(qiáng)、維修方便、等特點(diǎn)，所以在日常社會(huì)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。但日常運(yùn)用的慣性激振器比較單一，只能完成某一種類型的運(yùn)動(dòng)軌跡，不利于生產(chǎn)力的提高。
可變軌跡慣性激振器的設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)激振器的約束，在一臺(tái)激振器上實(shí)現(xiàn)了三種運(yùn)動(dòng)軌跡。設(shè)計(jì)的主要思路是在不影響直線運(yùn)動(dòng)軌跡的前提下實(shí)現(xiàn)圓形和橢圓形的運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖9-1所示。這也是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。
以往的慣性激振器利用兩個(gè)齒輪的嚙合獲得激振力，本次的創(chuàng)新就是添加了一個(gè)空套的偏心塊，可以產(chǎn)生橢圓形的運(yùn)動(dòng)軌跡。但在實(shí)際應(yīng)用中考慮到環(huán)境因素、濕度、溫度、地形等復(fù)雜因素等等，肯定與設(shè)計(jì)有差異。所以在正常使用時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體分析。
根據(jù)對(duì)外文文獻(xiàn)、發(fā)明專利分析學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)出了這次激振器。本次的創(chuàng)新對(duì)于生產(chǎn)力和效率有了顯著的提高。
創(chuàng)新是進(jìn)步的動(dòng)力。在日益發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，在制造方面創(chuàng)新確是很缺失的。本次的設(shè)計(jì)對(duì)我的創(chuàng)新思維有很大的幫助。希望以后能繼續(xù)進(jìn)步。
圖9-1激振器三維圖
致 謝
為期幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)現(xiàn)在已經(jīng)基本結(jié)束。回顧整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程，雖然在這個(gè)過程中遇到了很多的困難與挫折，但我從中學(xué)到了很多東西，有的甚至是我要從零開始學(xué)起，這整個(gè)的過程受益匪淺。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是可調(diào)軌跡慣性激振器的設(shè)計(jì)與分析。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是老師自擬題目，本意在于設(shè)計(jì)一個(gè)新式的慣性激振器。為工業(yè)生產(chǎn)提供一種更加科學(xué)的與人性化的振動(dòng)篩激振器。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致。這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)集合了我的大學(xué)所學(xué)內(nèi)容，是我在大學(xué)期間完成本專業(yè)應(yīng)修的課程后的體現(xiàn)，是對(duì)我這幾年來來所學(xué)知識(shí)的一次大檢驗(yàn)，也是對(duì)我實(shí)習(xí)過程的再學(xué)習(xí)和在溫習(xí)，為走出校園面向社會(huì)做出了更好的鋪墊。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我能夠在畢業(yè)前將理論與實(shí)踐融會(huì)貫通，并且學(xué)到了書本上沒有提及的知識(shí)點(diǎn)，提高了我對(duì)機(jī)械軟件的更深的認(rèn)識(shí)，加深了我對(duì)理論知識(shí)的理解，加深了我對(duì)工業(yè)機(jī)械的認(rèn)識(shí)，讓我的實(shí)踐與思考能力得到很好地提升。
經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我掌握了現(xiàn)在世界上最新的慣性激振器的品種與工作狀態(tài)。對(duì)于激振器的常用運(yùn)動(dòng)軌跡做出了了解與仔細(xì)分析。對(duì)于機(jī)械的各種結(jié)構(gòu)的調(diào)整我查閱了很多的資料，讓我對(duì)機(jī)械方面的知識(shí)有了更深入的了解。同時(shí)也讓我了解了我國(guó)在重工業(yè)機(jī)械與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。我們要在今后努力的去發(fā)展屬于我們自己的工業(yè)機(jī)械。
總的來是說，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我在基本的理論綜合運(yùn)用和正確地去解決實(shí)際問題方面得到比較好的提高。不僅僅提高了我在問題中獨(dú)立思考、創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及解決問題的能力，而且減小了我和工廠從事技術(shù)的專業(yè)人員之間的差距，這對(duì)我以后從事工程技術(shù)工作奠定了一個(gè)很好的橋梁。
本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然已經(jīng)完成了，但是由于我個(gè)人水平不高比較有限，而且缺乏一些真正實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，有可能會(huì)在論文中出現(xiàn)很多問題甚至是一些很明顯的錯(cuò)誤，在此我真誠(chéng)的懇請(qǐng)各位老師的批評(píng)與指正。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在段新豪老師的認(rèn)真指導(dǎo)下完成的。段老師經(jīng)常會(huì)為我解答一系列的疑難問題，為我在完成畢設(shè)過程中提出了很多寶貴意見，同時(shí)指導(dǎo)我的思想，引導(dǎo)我的設(shè)計(jì)思路，讓我在此次過程中少走了很多彎路。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，一直熱心的輔導(dǎo)我，再次我表示由衷的感謝。很多其他的同學(xué)也對(duì)我在自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予許多的幫助。在此，感謝各位老師和同學(xué)的付出和指導(dǎo)。
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北華航天工業(yè)學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)單
姓 名
班 級(jí)
學(xué) 號(hào)
入學(xué)時(shí)間
系 別
機(jī)械工程系
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指 導(dǎo)
教 師
職 稱
設(shè)計(jì)（論文）
起止時(shí)間
設(shè)計(jì)（論文）題目
指導(dǎo)教師評(píng)語
成績(jī)1
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
評(píng)閱驗(yàn)收小組評(píng)語
成績(jī)2
評(píng)閱人簽名：
年 月 日
答辯小組評(píng)語
成績(jī)3
答辯小組負(fù)責(zé)人簽名：
年 月 日
綜合評(píng)定成績(jī)
系答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日
注：綜合評(píng)定成績(jī)=成績(jī)1*0.4+成績(jī)2*0.2+成績(jī)3*0.4