機(jī)械設(shè)計(jì)-啤酒發(fā)酵中低速錨式攪拌機(jī)

1、摘 要該設(shè)計(jì)為食品機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的課程設(shè)計(jì)，主題是啤酒發(fā)酵中低速錨式攪拌機(jī)。該攪拌設(shè)備用于啤酒發(fā)酵過(guò)程麥芽的糖化（或醪液的制備）及啤酒的主發(fā)酵中，可用于非均相（多為粘度較大的液相或懸浮物）發(fā)酵，使參加反應(yīng)的物料混合均勻，強(qiáng)化相間的傳熱傳質(zhì)，操作條件的可控范圍廣，可以打開(kāi)蓋子清洗內(nèi)部表面，也可清除醪渣。本裝置電機(jī)為動(dòng)力來(lái)源，選用轉(zhuǎn)速為720r/min的電機(jī)，帶動(dòng)減速器，它們之間為帶傳動(dòng)，使轉(zhuǎn)速降至286 r/min，然后再用雙級(jí)減速器減速，并減至40r/min，減速器采用直齒圓柱齒輪。然后帶動(dòng)攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且與其同轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵詞：攪拌器;減速器;齒輪軸;設(shè)計(jì);校核 ABSTRACTThe design

2、 for the food-based curriculum design, mechanical design, theme is anchored low-speed mixer. The mixing equipment used for beer, malt saccharification fermentation process (or the preparation of mash) and the main fermentation of beer, can be used for non-homogeneous (mostly higher viscosity liquid

3、or suspended matter) fermentation to participate in response mixed materials, enhanced heat and mass transfer between phases, the controllability of a wide range of operating conditions, can open the lid clean interior surfaces, but also clear the mash residue. The motor as power source device, sele

4、ct the motor speed 720r/min to drive reducer, belt drive between them as to speed down to 286 r / min, and then use the two-stage reduction gear reducer, and reduced to 40r / min, with spur gear reducer. Then driven stirring shaft rotation, and with the same speed. Keywords: blender; reducers; gears

5、; shafts; design; check啤酒發(fā)酵中低速錨式攪拌機(jī)1 前言近年來(lái)隨著人們生活水平的提高，啤酒越來(lái)越普遍的被人們喜愛(ài)飲用，一些企業(yè)單位（非啤酒發(fā)酵生產(chǎn)單位）、大中型酒店、賓館等服務(wù)產(chǎn)業(yè)單位擁有了自己的啤酒生產(chǎn)線，其中重要的設(shè)備就是麥芽糖化器和啤酒發(fā)酵罐，低速攪拌器為其上的一重要機(jī)構(gòu)，以滿(mǎn)足良好的液體混合及好的傳質(zhì)相傳熱速率。啤酒發(fā)酵或麥芽糖化時(shí)要求攪拌器轉(zhuǎn)速低，起泡沫少，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，且料液有一定的粘度和懸浮物。本設(shè)計(jì)針對(duì)這些進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)為框錨式低速攪拌器，主要分為五部分:第一部分為電動(dòng)機(jī)選擇及傳動(dòng)系統(tǒng)總的傳動(dòng)比分配;主要確定電動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式、工作機(jī)主動(dòng)軸功率、電動(dòng)輸出功

6、率及傳動(dòng)系統(tǒng)總的傳動(dòng)比分配。第二部分為帶輪的設(shè)計(jì)包括帶輪類(lèi)型的選擇、帶輪尺寸參數(shù)的確定，及校核計(jì)算。第三部分為減速器的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算,主要確定各軸轉(zhuǎn)速、各軸的輸入功率、及各軸轉(zhuǎn)矩、各圓柱齒輪的尺寸參數(shù)，選擇齒輪、材料、精度、等級(jí)、確定齒輪齒數(shù)、轉(zhuǎn)矩、載荷系數(shù)、輪寬系數(shù)及齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。第四部分為軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括軸徑和軸身長(zhǎng)度的計(jì)算和設(shè)計(jì)尺寸。第五部分為各附件的選擇和確定 。常用的攪拌器有渦輪式攪拌器、槳式攪拌器、錨式攪拌器、螺帶式攪拌器、磁力加熱攪拌器、磁力攪拌器。攪拌器的類(lèi)型、尺寸及轉(zhuǎn)速，對(duì)攪拌功率在總體流動(dòng)和湍流脈動(dòng)之間的分配都有影響。一般說(shuō)來(lái)，渦輪式攪拌器的功率分配對(duì)湍流脈

7、動(dòng)有利，而旋槳式攪拌器對(duì)總體流動(dòng)有利。對(duì)于同一類(lèi)型的攪拌器來(lái)說(shuō)，在功率消耗相同的條件下，大直徑、低轉(zhuǎn)速的攪拌器，功率主要消耗于總體流動(dòng)，有利于宏觀混合。小直徑、高轉(zhuǎn)速的攪拌器，功率主要消耗于湍流脈動(dòng)，有利于微觀混合。針對(duì)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)中攪拌器采用框錨式或錨式攪拌器，該攪拌器工作時(shí)，主要產(chǎn)生軸向液流。葉輪直徑與攪拌罐內(nèi)徑比為0.70.95，葉片寬度與罐內(nèi)徑的比為1：12，轉(zhuǎn)速低，通常為1050r/min，線速度一般小于3m/s，由與錨與罐內(nèi)壁間隙小，可清除附在槽壁上的粘性反應(yīng)產(chǎn)物或堆積于槽底的固體物，保持較好的傳熱效果。在錨外緣處存在強(qiáng)烈的剪切作用，產(chǎn)生局部渦旋，引起液體物料間的不斷交換，因此錨

8、式攪拌器尤其適合帶加套的攪拌罐內(nèi)料液的傳熱。另外，由于葉輪直徑大，且與罐底貼近，較適合與高濃度沉淀物料，能較好的防止罐壁上物料的結(jié)晶和罐底物料沉淀?？捎糜跀嚢枵扯雀哌_(dá) 200Pa·s的牛頓型流體和擬塑性流體。攪拌器的傳動(dòng)方式為帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。帶傳動(dòng)具有適于兩軸中心距較大的傳動(dòng)；具有良好的彈性，可吸振緩沖，尤其是V帶沒(méi)有接頭，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲??；過(guò)載時(shí)帶與帶輪之間會(huì)自動(dòng)打滑，防止其他零件因過(guò)載而損壞；帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造與維護(hù)方便，成本低。因此本設(shè)計(jì)采用V帶傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)能保證瞬時(shí)傳動(dòng)比的恒定，傳動(dòng)平穩(wěn)性好，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠,適用的功率和速度范圍廣。 傳遞的功率小至低于lW (如儀表中

9、的齒輪傳動(dòng))，大至5×l04kW，甚至高達(dá)l×l05kW;其傳動(dòng)時(shí)圓周速度可達(dá)至300m/s。 傳動(dòng)效率高。一般傳動(dòng)效率 =0.940.99。 結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長(zhǎng)。設(shè)計(jì)正確、制造精良、潤(rùn)滑維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，可使用數(shù)年乃至數(shù)十年。因此本設(shè)計(jì)采用直齒齒輪傳動(dòng)。 本設(shè)計(jì)的攪拌機(jī)構(gòu)可為錨式或框錨式（在軸和錨之間有肋條或肋板，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)）。根據(jù)物料和工作情況的不同，安裝不同的攪拌機(jī)構(gòu)。另外，對(duì)于容易起泡的物料還可以將錨的邊緣做成鋸齒狀，增加消泡能力。當(dāng)然還有一些不足之處，比如電機(jī)質(zhì)量較大，轉(zhuǎn)速不可調(diào)等，需要尋求指導(dǎo)和改進(jìn).2 設(shè)計(jì)要求啤酒發(fā)酵或麥芽糖化(醪液的制備)時(shí)要

10、求攪拌器轉(zhuǎn)速低，起泡沫少(攪拌器最好能起到一定的消泡作用)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，且料液有一定的粘度和懸浮物，某些特殊階段還需控制進(jìn)氧量（或溶氧量），本設(shè)計(jì)針對(duì)其中這些主要要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。輸出功率Pw=6.0Kw，輸出軸轉(zhuǎn)速nw=40r/min，傳動(dòng)不逆轉(zhuǎn)，工作平穩(wěn)，可有輕微振動(dòng)，輕載啟動(dòng)，間歇操作，平均每天工作12小時(shí)，要求壽命8年。3 分析傳動(dòng)方案本次設(shè)計(jì)的方案有很多，可以?xún)?yōu)先選用的三種方案：（1）先用V帶傳動(dòng)，再用一級(jí)齒輪減速器傳動(dòng)。（2）直接用兩級(jí)齒輪減速器傳動(dòng)。（3）先用V帶傳動(dòng)，再用兩級(jí)級(jí)齒輪減速器傳動(dòng)。方案（1）中傳動(dòng)裝置尺寸大，大帶輪尺寸接近1m，齒輪若用軟齒，齒輪直徑特較大。方案（2）中直

11、接用齒輪傳動(dòng)，平穩(wěn)性沒(méi)有經(jīng)帶傳動(dòng)傳遞后平穩(wěn)，影響其壽命，且需經(jīng)常維護(hù)。若用軟齒，尺寸也較大。方案（3）中，經(jīng)V帶傳動(dòng)后，平穩(wěn)性較好，第一級(jí)減速用軟齒，可節(jié)省成本，結(jié)構(gòu)尺寸也不大，第一級(jí)減速用硬齒，可使結(jié)構(gòu)更緊湊。因此，選用方案（3）。本設(shè)計(jì)采用漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪，主要由于該類(lèi)型齒輪在機(jī)械傳動(dòng)中，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，傳動(dòng)較平穩(wěn)，強(qiáng)度高，制造、安裝方便，應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)采用深溝球軸承，主要由于軸向幾乎無(wú)軸向力，該軸承適用，且摩擦阻力小，啟動(dòng)靈活，效率高，易配備。本次設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速低，選用低轉(zhuǎn)速電機(jī)，傳動(dòng)比較大，選用雙級(jí)減速器，它們之間為帶傳動(dòng)，減速器采用直齒圓柱齒輪，然后帶動(dòng)攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且與其同轉(zhuǎn)速。在機(jī)械傳

12、動(dòng)中，一般應(yīng)將帶傳動(dòng)設(shè)置在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)，使之與原動(dòng)機(jī)相連，齒輪或其他傳動(dòng)裝置在帶傳動(dòng)之后。這樣，即可以減小傳動(dòng)的外廓尺寸，又可以起到過(guò)載保護(hù)的作用，還可以減少機(jī)械的振動(dòng)和噪音。傳動(dòng)裝置的簡(jiǎn)圖如圖1所示。圖1 設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖1 4大、小帶輪 2電機(jī) 3 5 8軸、 6深溝球軸承7 9一、二級(jí)減速齒輪副 10聯(lián)軸器 11筒體 12錨式攪拌器4 選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型，確定各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)4.1 確定電動(dòng)機(jī)的輸出功率4.1.1 確定傳動(dòng)裝置的總效率由李秀珍主編機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（少學(xué)時(shí)）第四版機(jī)械工業(yè)出版社，2005版（以下未說(shuō)明者均為該書(shū)籍）表11-3選取V帶10.95，軸滾動(dòng)軸承20.98、一級(jí)齒輪

13、30.96、軸滾動(dòng)軸承40.98、二級(jí)齒輪50.98，軸滾動(dòng)軸承60.99、聯(lián)軸器70.993；又由設(shè)計(jì)可知，需要V帶傳動(dòng)、3對(duì)軸承、1個(gè)聯(lián)軸器、2對(duì)齒輪傳動(dòng)，故總效率：0.95×0.98×0.96×0.98×0.98×0.99×0.993 =0.844.1.2 計(jì)算需要電動(dòng)機(jī)輸出的功率Pd電動(dòng)機(jī)功率PdPd=Pw/總=6.0/0.84=7.1KW 4.1.3 初定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速4.1.3.1 初定各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比，求初定總傳動(dòng)比I由表11-3查得: V帶傳動(dòng)比i1=2.70 齒輪傳動(dòng)比i2=2.60,鏈傳動(dòng)傳動(dòng)比i3=2.56,則總傳

14、動(dòng)比i=184.1.3.2 計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nd=I×nw=18×40r/min=720 r/min4.1.4 選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)，計(jì)算總傳動(dòng)比4.1.4.1 選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào) 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率Ped>Pd,轉(zhuǎn)速nd=nd及工作情況。查孔凌嘉主編簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表19-5，可選擇三相異步電動(dòng)機(jī)Y160L-8。基本參數(shù)為：額定功率Ped=7.5Kw,同步轉(zhuǎn)速為750r/min,滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速nd=720r/min,最大轉(zhuǎn)矩為2.0，額定轉(zhuǎn)矩為2.0。4.1.4.2 計(jì)算總傳動(dòng)比 i=nd/nw=720/40=184.1.5 重新分配傳動(dòng)比，計(jì)算各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)4.1.5.

15、1 重新分配傳動(dòng)比 將總傳動(dòng)比分配到各級(jí)傳動(dòng)中,經(jīng)分析，取V帶傳動(dòng)比i1=2.70，一級(jí)齒輪i2=2.60，則齒輪i=18/（2.70×2.60）=2.564.1.5.2 各軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算各軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算如表1所示。表1 初算各軸的輸入功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)比軸號(hào)輸入功率P1/轉(zhuǎn)矩T/(N·m)轉(zhuǎn)速n（r/min）傳動(dòng)比電動(dòng)機(jī)軸7.194.1772017.194.177206.6236.062672.706.21575.781032.606.021430.12402.524.2 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)上述計(jì)算已知：輸入功率Pd=7.1KW，帶輪轉(zhuǎn)速n1=

16、720，n2=267r/min，輕載啟動(dòng)，間歇工作，平均每天工作12h。4.2.1 確定帶型工況系數(shù) 由表6-4 KA=1.1設(shè)計(jì)功率 Pd=P1KA=1.1×7.1KW=7.81KWV帶截型 由圖6-13 B型4.2.2 確定V帶帶輪直徑 小帶輪基準(zhǔn)直徑 由圖6-13及表6-3取 =125mm驗(yàn)算帶速 v=4.71m/s大帶輪基準(zhǔn)直徑 dd2=337.5mm 由表6-3取dd2=315mm傳動(dòng)比 i=dd2/dd1=2.524.2.3 確定中心距及V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度初定中心距 由0.7（dd1dd2）a02（dd1dd2）得308mma0880mm雖結(jié)構(gòu)要求，但盡量緊湊，初選a0=500

17、mm 由表6-2取Ld=1600m傳動(dòng)中心距 aa0（LdLd0）/2=445.4mm小帶輪包角 =180-51.3×（dd2dd1）/a=155.604.2.4 確定V帶根數(shù)單根V帶的基本額定功率 由表6-5 P1=1.34Kw額定功率增量 由表6-6 P=0.22 Kw包角修正系數(shù) 由表6-7 K=0.93 Kw帶長(zhǎng)修正系數(shù) 由表6-2 KL =0.92 V帶根數(shù) Z=5.85 取Z=64.2.5 計(jì)算作用在軸上的載荷V帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量 由表6-1 q=0.17Kg初拉力 F0=236.2N作用在軸上的載荷 FQ=2770.4N4.2.6 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小帶輪 由表6-1及圖6-8

18、 小帶輪制成實(shí)心式Da=Dd2ha=128.5mm大帶輪 由表6-1及圖6-8 大帶輪制成腹板式由（簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·孔凌嘉主編·北京理工大學(xué)出版社，2008-2）表7-7 d1=（1.282）d=（57.664）mm 取58mm da= dd2 ha =322mm d2= da-2(hahf)=296.7mm B=(Z-1)e2f=120mm L=(1.5-2)d=(4864)mm 取64mm (d為軸的直徑，見(jiàn)軸的設(shè)計(jì))4.3 第一級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算該傳動(dòng)設(shè)計(jì)為單級(jí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，為減速器中的第一級(jí)直齒圓柱齒輪閉式齒輪傳動(dòng)，。已知傳遞功率P=6.6KW，輸入軸轉(zhuǎn)速（

19、小齒輪轉(zhuǎn)速）n2=720/2.52=286 r/min，傳動(dòng)比i=2.6，大齒輪轉(zhuǎn)速n2=286/2.6=110 r/min。雖無(wú)尺寸要求但盡量使結(jié)構(gòu)緊湊和協(xié)調(diào)，采用軟齒面?zhèn)鲃?dòng)，為閉式傳動(dòng)，其失效主要是齒輪折斷?？紤]加工的成本和使用性，在滿(mǎn)足同樣功能的前提下，按使用條件屬低速，輕載，重要性和可靠性一般齒輪傳動(dòng)，齒輪材料由表3-4選擇：小齒輪選用40Cr鋼調(diào)質(zhì)，齒面平均硬度為250HBS，大齒輪選用45鋼正火，齒面平均硬度為200HBS，先按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核其齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。4.3.1 校核其接觸疲勞強(qiáng)度4.3.1.1 許用接觸應(yīng)力極限應(yīng)力 小齒輪 him1=1.4HBS +350=1

20、.4×250+350=700MPa 大齒輪 him2=0.87 HBS +380=0.87×200=554MPa安全系數(shù) 取SH=1許用接觸應(yīng)力 H1=him1/Sh=700Mpa H2=him2/Sh=554MPa 4.3.1.2 計(jì)算小齒輪分度圓直徑小齒輪轉(zhuǎn)矩 T2=9.55×106×（P2/n2）=220380N·mm齒寬系數(shù) 齒輪相對(duì)軸承對(duì)稱(chēng)分布，由表37取 d=1.1 載荷系數(shù) 工作平穩(wěn)，軟齒面齒輪，取K=1.3（1.2-2）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng) ZH=2.5彈性系數(shù) 由表3-5 取ZE=189.8小齒輪計(jì)算直徑 =69

21、.204.3.2 確定幾何尺寸齒數(shù) 取Z1=35, Z2=i×Z1=3.5×2.6=91 模數(shù) m= d1/Z1=1.98mm 由表32取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=2mm分度圓直徑： d1 =m Z1=2×35mm=70mm =mZ2=2×91mm=182mm 傳動(dòng)比i=d1/d 2 =2.60中心距 a=1/2(d1+d2)=1/2x(70+182)= 126mm齒寬 b= d1=1.1×70mm=77mm取b2=b=77mm b1=b+510 b1=82mm4.3.3 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)4.3.3.1 許用齒根應(yīng)力極限應(yīng)力 由表3-4： 小齒輪Fli

22、m1=0.8HBS+380=580MPa大齒輪Flim2 =0.7HBS+275=415Mpa安全系數(shù) 取SF=1.4許用齒根應(yīng)力 F=hlim/SF，所以F1=414.3Mpa，F(xiàn)2=296.4Mpa4.3.3.2 驗(yàn)算齒根應(yīng)力復(fù)合齒型系數(shù) 由表3-6查得 YES1=4.06, YES2=3.97齒根應(yīng)力 F1=Mpa=215.8Mpa F2=F1=215.8Mpa= 220.7Mpa由于F1<F1, F2<F2, 所以齒根彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。4.3.4 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小齒輪 由表8-3及圖3-28制成實(shí)心式（鍛造齒輪） da=dd2ha=76mm L=b=82mm大齒輪 由表8-

23、3及圖3-28制成腹板式 da=dd2ha=186mm D1=1.6ds=72mm D2= da -10m=166mmD0=0.25（D2- D1）=23.5mmS=0.3b=23.1mmL=(1.21.5)b=(98.4123)mm=100mm4.4 第二級(jí)級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算該傳動(dòng)設(shè)計(jì)為直齒圓柱齒輪，已知傳遞功率P3=6.21KW，輸入軸轉(zhuǎn)速（小齒輪轉(zhuǎn)速）n3=110 r/min，傳動(dòng)比i=18/2.52/2.60=2.75，大齒輪轉(zhuǎn)速n3=110/2.75=40 r/min雖然無(wú)尺寸要求，為使結(jié)構(gòu)盡量緊湊，選用硬齒面齒輪傳動(dòng)（為閉式傳動(dòng)），其失效主要是齒面疲勞點(diǎn)蝕，先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)

24、計(jì)，再校核其接觸疲勞強(qiáng)度?？紤]加工的成本和使用性，及工作情況，齒輪材料由表3-4選擇：小齒輪選用45Cr鋼表面（48HRC-55HRC），齒面平均硬度為50HRC大齒輪選用45鋼表面淬火（40HRC-50HRC），齒面平均硬度為45HRC4.4.1 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)許用齒根應(yīng)力極限應(yīng)力 小齒輪 fim1=10.5HRC+195=10.5×50+195=720MPa 大齒輪 fim2=10.5HRC+195=10.5×45+195=667.5MPa取兩結(jié)果中較小的代入計(jì)算公式中安全系數(shù) 取Sf=1.4許用齒根應(yīng)力 F=fim1/ Sf F1 =720/1.4=514.3

25、Mpa F2=667.5/1.4=476.8 Mpa小齒輪轉(zhuǎn)矩 T1=9.55×106×（P3/n3）=539141 N·mm齒寬系數(shù) 由表37 取 d=0.8載荷系數(shù) 工作平穩(wěn)，硬齒面齒輪，相對(duì)軸承對(duì)稱(chēng)分布 取K=1.5齒數(shù) 取取Z1=18, Z2=i× Z1=2.75×18=49.5，Z2=49判斷計(jì)算對(duì)象 =4.45/514.3=8.65×10-3 =4.01/4768=8.41×10-3 取兩者較小的代入計(jì)算式模數(shù) m=3.78mm由表32取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=4mm4.4.2 確定幾何尺寸分度圓直徑：d 1=m Z1=4

26、×18mm=72mm d 2=mZ2=4×49=196mm 中心距 a=1/2(d1+d2)=1/2×(72+196)=134mm齒寬 b=d1=0.8×72mm=57.6mm取b2=b=58 b1=b+510 b1=63mm4.4.3 校核其齒面接觸疲勞強(qiáng)度4.4.3.1 許用接觸應(yīng)力極限應(yīng)力 由表3-4： 大齒輪hlim1=10HRC+670=1170MPa小齒輪hlim2=10HRC+670=1120Mpa安全系數(shù) 取SH=1許用接觸應(yīng)力 H1=him1/SH=1170Mpa H2=him2/SH=1120MPa 4.4.3.2 校核接觸疲勞強(qiáng)度節(jié)

27、點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH=2.5 材料彈性系數(shù)（表3-5）：ZE=189.8小齒輪齒面接觸應(yīng)力 H = ZEZH=1087MPa H1 H2 取較弱者進(jìn)行比較,故接觸疲勞強(qiáng)度夠4.4.4 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小齒輪 由表8-3及圖3-28制成實(shí)心式（鍛造齒輪） da=dd2ha=80mm L=b=58mm大齒輪 由表8-3及圖3-28制成腹板式 da=dd2ha=200mm D1=1.6ds=80mm D2=da-10m=130mmD0=0.25（D2-D1）=50mmS=0.3b=17.4mmL=(1.21.5)b=(75.684.5)mm=80m4.5 驗(yàn)算輸出軸的轉(zhuǎn)速誤差實(shí)際傳動(dòng)比 i=i1×

28、;i2×i3 =2.70×2.60×2.52=17.84實(shí)際 轉(zhuǎn)速 nw=720/17.84=40.36r/min傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)誤差 (nw-nw)/ nw=0.90%滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。5 軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例。由上述計(jì)算，已知n2=286r/min，P2=6.6Kw，T2=220380N·mm。初選軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)。5.1 計(jì)算軸的計(jì)算直徑5.1.1 確定軸的最小直徑軸的材料系數(shù) 由表7-4查得C=106-98， 取C=102軸的最小直徑 dC=102×=29.04mm帶輪的輪轂聯(lián)接有2個(gè)鍵槽，d29.04×（1+0.0

29、7）=31.07mm查附表7-1，取標(biāo)準(zhǔn)直徑d為R10a中的32mm5.1.2 軸的各軸段軸徑 軸的各軸段軸徑如表2所示表2 軸的各處直徑位置軸徑mm說(shuō)明帶輪處32按傳遞轉(zhuǎn)矩計(jì)算并查附表7-1取標(biāo)準(zhǔn)直徑油封處39滿(mǎn)足帶輪的軸向固定，設(shè)置一軸肩，由表7-2，軸肩高度a=（0.070.1）d=（0.070.1）×32=（3.245.2），取a=3.5左軸承處45無(wú)軸向力，選用深溝球軸承，為便于從左端安裝拆卸，軸承內(nèi)徑應(yīng)稍大于油封處軸徑，并符合軸承標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑（附表8-3），取軸徑為45mm（初選深溝球軸承6209，兩端相同）。齒輪處50齒輪左端裝入，齒輪孔徑應(yīng)稍大于軸承處軸徑，并由附表7-1

30、取標(biāo)準(zhǔn)直徑軸環(huán)處59齒輪左端用軸環(huán)定位，按齒輪處軸徑d=50mm，由表7-2知，軸環(huán)高度a=（0.070.1）d+12mm=4.57mm右軸承軸肩處52便于軸承拆卸，軸肩高度不能過(guò)高，按6209型軸承安裝尺寸，由表8-3，d=52（a=3.5）右軸承處45由附表8-3取深溝球軸承內(nèi)徑5.1.3 軸的各軸段軸身長(zhǎng)度如表3所示表3 軸的各處長(zhǎng)度位置軸徑mm說(shuō)明帶輪處62輪轂寬度為64mm，保證軸端擋圈能壓緊帶輪，略小于此值，取62mm油封處45為便于拆裝及軸承潤(rùn)滑，取軸承蓋外端面與帶輪左端間距為25mm，由軸承蓋及減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取軸承右端面與軸承蓋外端面間距為20mm，軸段長(zhǎng)度20+25=45

31、mm左軸承處46包括四部分，軸承內(nèi)圈寬度19mm，箱體裝配留余地5mm，箱體內(nèi)壁與齒輪右端面間距取20mm，齒輪對(duì)稱(chēng)布置，取相同值，齒輪輪轂與齒輪處軸段長(zhǎng)度差2mm，故19+5+20+2=46mm齒輪處80已知輪轂寬度為82mm，保證套筒能壓緊齒輪，取80mm軸環(huán)處8軸環(huán)寬度為b=1.4a=1.4×4.5=6.3，取b=8mm右軸承軸肩處17軸承左端面與齒輪右端面距離與軸環(huán)寬度之差，即（20+5）-8=17mm右軸承處19深溝球軸承內(nèi)圈寬度為19mm全軸長(zhǎng)27762+46+45+80+8+15+19=277mm5.2 校核軸的強(qiáng)度5.2.1 軸的各軸段受力和彎矩圖圖2 軸的各軸段受力

32、和彎矩圖5.2.2 軸上齒輪的受力 Ft=2T2/d1=6296.6N Fr=Ft×tan=2291.8N軸上齒輪的受力如圖2中a所示。5.2.3 求水平面支反力以B為基點(diǎn) FAH=447.9N以A為基點(diǎn) FBH=2291.8NC截面處的水平面彎矩 MCHR= FAH ×70N·mm= 447.9×70N·mm=31353 N·mm MCHR=31353 N·mmB截面處的水平面彎矩 MBH=FQ×84.5=2270.4×84.5 N·mm =186523N·mm 水平面支反力如圖2中

33、b、c所示5.2.4作垂直面受力圖及彎矩圖 FAV = FBV= /2=3148.3N MCV= FAV×70=220381N垂直面彎矩圖如圖2中d所示5.2.5作合成彎矩圖C截面 MCR=222600 N·mmMCL= MCR=222600 N·mmB截面 MBL=186525.3 N·mm (MBV=0)合成彎矩圖如圖2中e所示5.2.6 作轉(zhuǎn)矩圖 T2=220380N·mm轉(zhuǎn)矩圖如圖2中f所示5.2.7 作當(dāng)量彎矩圖由當(dāng)量彎矩圖和軸的結(jié)構(gòu)圖可知，C、D截面為危險(xiǎn)截面。應(yīng)力校正系數(shù) 可視為脈動(dòng)循環(huán)，取=0.6C截面（左右兩側(cè)相等） MCe=

34、258911.2 N·mmB截面（左右兩側(cè)相等） MBe=228639.3 N·mmD截面 MDV= FBV×37.5=18061.3 N·mm MDH= FBH×37.5=176876.3N·mmMD=212658.2 N·mmMDe=250415.2 N·mm當(dāng)量彎矩圖如圖2中g(shù)所示5.2.8求危險(xiǎn)截面處軸的計(jì)算直徑許用應(yīng)力 軸的材料選用45鋼調(diào)質(zhì)處理。由表7-1查得 w=60MPaC截面計(jì)算直徑 =mm=35.08mm計(jì)入鍵槽的影響 dc=1.04×35.08mm=36.48mmD截面計(jì)算直徑 =m

35、m=32.85mm5.2.9 檢查軸的強(qiáng)度經(jīng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖比較， dc=50mm，dD=45C截面與D截面的計(jì)算直徑分別小于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定的直徑，故軸的強(qiáng)度足夠5.2.10 軸的正視圖軸的正視圖如圖3所示圖3 軸的正視圖5.3 鍵的選擇5.3.1 齒輪輪轂聯(lián)接的鍵根據(jù)工作要求及軸和輪轂的情況，初選用材料為45鋼，A型普通平鍵在鍵槽中易于固定，聯(lián)接定心性好，拆裝方便，能承受變載，因此，初選用該型鍵。由附表2-7與齒輪輪轂聯(lián)接的鍵 鍵A14×65GB1069-79 b=14mm，h=9mm，L=65與帶輪輪轂聯(lián)接的鍵 鍵A10×54GB1069-79 b=10mm，h=8mm，L

36、=545.3.2鍵的校核以與軸上齒輪輪轂聯(lián)接的鍵進(jìn)行校核為例。許用擠壓應(yīng)力 由表2-12，齒輪材料為鋼，輕微沖擊，p=100120MPa工作長(zhǎng)度 l=L-b=65-14=51mm擠壓應(yīng)力 p=4T2/dhl=38.4Mpa結(jié)論 由于pp，所以選用的鍵強(qiáng)度足夠。5.4 軸承的確定5.4.1軸承的選擇由于深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，生產(chǎn)批量大（價(jià)格便宜），可承受一定的軸向載荷（本次設(shè)計(jì)雖無(wú)軸向軸荷），摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，由附表8-3初選用深溝球軸承型號(hào)6209，d=45mm，D=85mm，B=19mm。5.4.2軸承的校核所用軸承型號(hào)為6209軸上的齒輪所受力Ft=6296.6N，F(xiàn)r=2

37、291.8N，可有輕微沖擊，轉(zhuǎn)速n=286r/min，平均每天工作12h，要求工作8年。5.4.3 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷軸承只受徑向載荷，當(dāng)量動(dòng)載荷即為徑向載荷，兩軸承受力相等。當(dāng)量動(dòng)載荷 FP1=FP2=0.5×=0.5×=3350N5.4.4 求軸承的實(shí)際壽命軸承的基本額定動(dòng)載荷 由附表8-3 C=31700 N溫度系數(shù) 由表8-6 ft=1.00載荷系數(shù) 由表8-7 fp=1.1壽命指數(shù) 球軸承 =3軸承的實(shí)際壽命 Lh=37089h軸承的預(yù)期壽命 L=12×365×8=35040hLhL，即滿(mǎn)足工作要求6 其他附件的選擇6.1 聯(lián)軸器的選擇選用型號(hào)為：

38、YL11的凸緣聯(lián)軸器，夾殼材料使用HT200，懸吊環(huán)用Q255-A鋼摘自機(jī)械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計(jì)，北京理工大學(xué)出版社。 參考：（GB/T5843-1986）6.2 箱體的選擇箱體的作用：支撐和固定軸系零件，保證傳動(dòng)件的嚙合精度，良好的潤(rùn)滑及密封。此箱體選用剖分式，便于軸系部件的裝拆。密封：用涂水玻璃，并在接合面上開(kāi)回油溝6.3 軸承密封6.3.1 外密封外密封：安裝在減速器外伸軸伸出端的軸承外側(cè)，用于使軸承與箱體外部隔離，以防潤(rùn)滑劑瀉出及外部的灰塵、水分及其他污物進(jìn)入軸承而導(dǎo)致軸承的磨損或腐蝕。并采用氈圈密封。6.3.2 內(nèi)密封內(nèi)密封：安裝在軸承內(nèi)側(cè)，本裝置軸承采用油潤(rùn)滑，用擋油環(huán)密封。6.4 窺

39、視孔和視孔蓋便于檢查傳動(dòng)件的嚙合情況，潤(rùn)滑狀態(tài)，接觸斑點(diǎn)和齒側(cè)間隙。在傳動(dòng)件嚙合區(qū)的上方設(shè)置窺視孔、視孔蓋，用螺釘緊固在窺視孔上，其下墊有密封墊，以防潤(rùn)滑油漏出或污物進(jìn)入箱體內(nèi)。6.5 起吊裝置和軸承蓋為便于拆卸和搬運(yùn)減速器，在箱體上設(shè)置的，此處選用吊環(huán)螺釘。軸承蓋用于對(duì)軸系零件進(jìn)行軸向固定和承受軸向載荷，并起密封作用。這些附件的材料出處，摘自機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)金清肅主編，華中科技大學(xué)出版社，2007年版。6.6 機(jī)座的選擇型號(hào)：J-A-50參考文獻(xiàn)：化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)P418，表18-14 ：J-A型機(jī)座外形及安裝尺寸。6.7 箱體基本尺寸箱座壁厚9 mm箱蓋壁厚8mm箱蓋凸緣厚度12mm箱座凸緣厚度13.5mm箱底凸緣厚度22.5mm地角螺釘直徑120mm地角螺釘數(shù)目6軸承旁連接螺栓直徑90mm蓋與座連接螺栓直徑66mm連接螺栓的間距175mm軸承端蓋螺釘直徑54mm視孔蓋螺釘直徑42mm定位銷(xiāo)直徑49.5mmMdf,Md1,Md2至外箱壁距離26mmMdf,Md1,Md2至凸緣邊緣距離34mm軸承旁凸臺(tái)半徑34mm外箱壁至軸承座端面距離67mm箱蓋、箱座肋厚6.8mm 7.65mm軸承端蓋外徑60mm軸承旁螺栓距離60mm摘自機(jī)械設(shè)計(jì)基