差動變速器、差速器的設計【含6張CAD圖紙、說明書】,含6張CAD圖紙、說明書,差動,變速器,差速器,設計,CAD,圖紙,說明書
Abstract
摘 要
差動變速器是由基本型變速器對差動輪系進行封閉而成的一種組合式變速傳動裝置.基本型變速器一般分為磨擦式、鏈式、帶式和脈動式.通過選取裝置內各不同傳動參數(shù),可實現(xiàn)精密調速并擴大基本型變速器承載能力,或者擴大基本型變速器的調速范圍,甚至實現(xiàn)過零調速.將基本型變速器和差動輪系組合,有利于提高變速器變速范圍,因此差動變速器具有很好的開發(fā)空間和市場前景。
針對差動變速器的分析和設計較為復雜的問題,提出了一種對差動變速器進行差動輪系的配齒計算方法,以及與變速器的組合裝配設計的方法,給出了差動變速器的詳細設計過程,并根據(jù)參數(shù)畫出其裝配圖,為同類型傳動設計提供了理論基礎和方法。
通過分析差動無級變速器中帶式無級變速工作原理，對差動無級變速器中的帶輪傳動和差動輪系及定軸齒輪副進行計算設計，得到了帶輪急齒輪傳動的重要參數(shù)，最后對其組合裝配設計，實現(xiàn)了提高無級變速器的變速范圍。
關鍵詞：差動變速器；傳動裝置；配齒計算；組合設計
Abstract
Differential transmission is composed of basic transmission to closed differential gear train a combination of variable speed drive. Generally divided into basic transmission friction type, chain and belt type and pulsating flow. By selecting device inside the different parameters, which can realize precise control of motor speed and expand the basic transmission capacity, and expand the basic transmission speed range, and even realize zero speed. The basic transmission and the differential gear train, to improve the transmission speed range, as a result, the differential transmission has the very good development space and market prospects.
According to the analysis of the differential transmission and design of more complex problems, put forward a kind of differential gear train was carried out on the differential transmission of gear calculation method, and combined with the transmission assembly design method, gives the detailed design process of a differential transmission, and draw the assembly drawing, according to the parameters of the same type transmission design provides a theoretical basis and methods.
By analyzing the differential stepless transmission belt type CVT working principle, the differential stepless transmission pulley transmission and the differential gear train and in the calculation and design of fixed axis gear pair, the pulley gear transmission of the important parameters, finally the combination assembly design, realized the stepless transmission speed range.
Key words: differential transmission; Transmission device; For computing tooth; Composite design
I
目 錄
摘要 III
ABSTRACT IV
目 錄 V
1 緒論 1
1.1 設計目的和意義 1
1.2 設計任務 1
2 總體方案設計 1
2.1 主要組成結構 2
2.2 主要技術參數(shù) 2
2.3 工作原理與工作過程概述 3
2.3.1 環(huán)模制粒機的工作原理 3
2.3.2 環(huán)模制粒機的主要工作過程 4
3 喂料機構設計 4
3.1 喂料輸送結構設計 5
3.2 喂料器參數(shù)計算 5
3.2.1 螺旋直徑D與螺旋軸轉速n的計算 5
3.2.2 物料軸向推進速度計算 6
3.2.3 電機的選擇 6
3.3 機槽的設計 6
4 調制器結構設計 7
4.1 調質的作用 7
4.2 調質過程的控制 7
4.3 調制器總體方案設計及計算 7
5 主傳動系統(tǒng)的設計 9
5.1 主電機的選擇 9
5.2 主傳動計算 9
5.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 9
5.2.2 按齒面接觸強度設計 9
5.2.3 按齒根彎曲強度設計 11
5.2.4 幾何尺寸計算 12
5.2.5 結構設計及繪制齒輪零件圖 12
5.3 空心軸的有限元分析 12
6 制粒系統(tǒng)的設計與計算 19
6.1環(huán)模的加工工藝綜述及結構設計 19
6.1.1 環(huán)模的熱處理工藝 19
6.1.2 環(huán)模?？椎募庸すに?20
6.1.3 環(huán)模的結構 20
6.1.4 方案設計 20
6.2 環(huán)模的參數(shù)計算 20
6.2.1 環(huán)模厚度計算 20
6.2.2 環(huán)模單位功率面積 20
6.3 壓輥的設計計算 21
6.4 環(huán)模和壓輥工作間隙的調整 21
7 設備拆裝及維護 23
7.1 制粒機的使用和維護 23
7.2 制粒機的檢修 23
7.2.1 喂料系統(tǒng)拆裝 23
7.2.2 主傳動系統(tǒng)拆裝 24
7.2.3 易損件的拆裝 26
8 結論與展望 29
8.1 結論 29
8.2 存在的不足及對未來的展望 29
致 謝 30
參考文獻 31
III
差動變速器設計
1 緒論
差動變速器是由基本型變速器對差動輪系進行封閉而成的一種組合式變速傳動裝置.基本型變速器一般分為磨擦式、鏈式、帶式和脈動式.通過選取裝置內各不同傳動參數(shù),可實現(xiàn)精密調速并擴大基本型變速器承載能力,或者擴大基本型變速器的調速范圍,甚至實現(xiàn)過零調速.將基本型變速器和差動輪系組合,有利于提高變速器變速范圍,因此差動變速器具有很好的開發(fā)空間和市場前景。
針對差動變速器的分析和設計較為復雜的問題,提出了一種對差動變速器進行差動輪系的配齒計算方法,以及與變速器的組合裝配設計的方法,給出了差動變速器的詳細設計過程,并根據(jù)參數(shù)畫出其裝配圖,為同類型傳動設計提供了理論基礎和方法。
通過分析差動無級變速器中帶式無級變速工作原理，對差動無級變速器中的帶輪傳動和差動輪系及定軸齒輪副進行計算設計，得到了帶輪急齒輪傳動的重要參數(shù)，最后對其組合裝配設計，實現(xiàn)了提高無級變速器的變速范圍。
1.1 設計目的和意義
差動變數(shù)器是行星齒輪的特殊情況。差動輪系還可以將一個原動構件的轉動分解為另外兩個從動基本構件的不同轉動。差動輪系可進行運動合成的這種特性被廣泛應用于機床、計算機構及補償調整裝置中。
行星齒輪傳動的主要特點是體積小，承載能力大，工作平穩(wěn)。但大功率高速行星齒輪傳動結構較復雜，要求制造精度高。行星齒輪傳動中有些類型效率高，但傳動比不大。另一些類型則傳動比可以很大，但效率較低。用它們作減速器時，其效率隨傳動比的增大而減小；作增速器時則有可能產生自鎖。輪系在各種機械中得到了廣泛的應用。
1.2 設計任務
確定設計方案；喂料器技術參數(shù)的確定；電機參數(shù)的確定；調制器技術參數(shù)的確定；主傳動系統(tǒng)技術參數(shù)的確定；主軸剛度的校核計算；環(huán)模和壓輥配合使用的技術參數(shù)的確定，壓輥得制作工藝過程；其他相關說明。完成整機的三維設計、主要部件的組裝圖、重要零件的工程圖、相關參數(shù)的優(yōu)化。
2 總體方案設計
2.1 主要組成結構
圖2.1 差動變速器結構圖
AHHC520型制粒機主要用于中大型配合飼料廠壓制顆粒飼料，也可用于機械化養(yǎng)養(yǎng)殖場。該產品可以根據(jù)用戶的需求，配備不同?？卓讖降膲耗?，生產各種規(guī)格的顆粒飼料，從而用于不同的養(yǎng)殖對象。該機喂料、調質、制粒分別采用獨立傳動，工作可靠。該設備主要組成部分有：喂料系統(tǒng)，調質系統(tǒng)，制粒系統(tǒng)，主傳動系統(tǒng)，過載保護系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)等。
2.2 主要技術參數(shù)
表2-1 主要技術參數(shù)表
項目
參數(shù)
生產率（t/h）
4～20
壓模內徑（mm）
520
壓輥直徑（mm）
240
?？字睆剑╩m）
8
壓模轉速(r/min)
382
螺距（mm）
300
調質器轉速（r/min）
380
槳葉直徑（mm）
560
螺距（mm）
480
偏心軸偏心距(mm)
15
配套動力
主電機
200KW
調質電機
5.5KW
喂料電機
2.2KW
2.3 工作原理與工作過程概述
2.3.1 環(huán)模制粒機的工作原理
粉狀飼料的制粒過程是一個連續(xù)壓制過程。它建立在粉狀顆粒間有空隙存在的基礎上。粉狀物料是一種由具有一定流動性的分散顆粒組成的不連續(xù)松散體，在擠壓力的作用下粉粒相互移近和重新排列，粉粒間所含氣體不斷逸出,從而使得粉粒間的間隙減小，聯(lián)接力增大，最后被壓制成具有一定密度、一定硬度的顆粒飼料。
在壓粒過程中，飼料的蛋白質和糖分受熱產生可塑性，淀粉部分糊化?！皦毫！保唵蔚卣f就是一個擠壓式的熱塑過程。環(huán)模和壓輥是制粒機的主要工作部件，配合飼料從供料機構較均勻地供給調質機構，飼料在調質機構中與水(或其他添加物)混合后，投入制粒機構中。飼料在環(huán)模與壓輥的擠壓下，從壓模的模孔中擠出來成為顆粒。從工作過程分析，環(huán)模是主動回轉零件，而壓輥是靠摩擦而轉動的。
圖2.2 壓制區(qū)內分區(qū)圖
在環(huán)模制粒過程中，粉料在壓制區(qū)內所在的位置不同，其受壓輥的壓緊 力亦是不同的。它可劃分為4個區(qū)，即供料區(qū)、壓緊區(qū)、擠壓區(qū)和成形區(qū)，見上圖。
在供料區(qū)，物料基本不受機械外力，它處于自然松散狀態(tài)，但它受環(huán)模圈回轉而產 生離心力影響，使粉料緊貼在環(huán)模內圈上。隨著模輥的旋轉，物料進入壓緊區(qū)，在此區(qū)域內，受模輥的擠壓作用，粉粒之間產生相對移動，孔隙逐漸減小。隨著物料向前移動速度的加快，擠壓力逐漸增加，孔隙更小，但粉?；旧线€未變形。在擠壓區(qū)內，模輥間隙變小，擠壓力急劇增大，粉粒進一步靠緊和鑲嵌，粉粒間的接觸面增大和聯(lián)結增強，粉粒產生變形，并產生了較好的聯(lián)結，同時將壓緊粉體向模孔擠去。經過?？滓欢伍L度的飽壓形成顆粒飼料。這一區(qū)段物料將產生彈性、塑性組合變形。在壓?？變纫殉錆M了已被壓實成形的飼料柱體，在?？變葌扔植粩嘟邮苄聰D入的粉料，使飼料柱體向外側推移，排出?？?。這時擠壓力必須克服?？變攘现Σ亮Φ目偤?。物料在模輥轉動作用下壓制成顆粒有兩個條件：一是模輥要把物料攫入變形口，二是壓輥對物料擠壓力要大于模孔內料柱的摩擦阻力。
2.3.2 環(huán)模制粒機的主要工作過程
當水分含量為12％～14％的配合飼料進入混合喂料器后，飼料經加入一定量的水蒸汽后，被螺旋漿葉混合攪拌均勻后送進調質器內，進行糊化。如果需要，也可以將糖蜜、脂等液體均勻噴灑到物料中去，脂的添加量不得超過3％，以利于成形。調質后的物料水分達到15％～17％，然后經分配器分配到轉動的環(huán)式壓模和壓輥的工作面上。旋轉的壓輥通過與物料的磨擦帶動壓輥旋轉，物料在強烈的擠壓下，克服孔壁的阻力，并不斷從壓模孔中成條的擠出。擠出時被裝置在壓模外的切刀切成長度適宜的顆粒。切刀的位置可以調節(jié)，以控制顆粒的長短。剛壓制出的顆粒溫度一般在75～90℃之間，水分在15％～16％左右，必須在經過冷卻降溫，揮發(fā)水分使其溫度接近室溫，以便保管儲藏。
3 喂料機構設計
喂料機構的作用是將待制粒倉中的粉狀物料均勻地輸送到調質部分，其關鍵是保證輸送速度的穩(wěn)定。傳統(tǒng)的機構通常是依靠螺旋輸送機來實現(xiàn)這種功能。螺旋輸送機又稱“絞龍”，是一種無撓性牽引構件的連續(xù)輸送設備。其結構主要包括料槽、螺旋葉片和轉動軸組成的螺旋體、兩端軸承和驅動裝置幾部分。工作時，物料由進料口進入料槽，并在螺旋葉片的推動下沿螺旋槽作軸向移動，直至卸料口被排出。螺旋輸送機的類型有水平、垂直和傾斜三種形式，本設計中選用水平螺旋輸送機。與其它輸送設備相比，螺旋輸送機具有結構簡單、橫截面積小、密封性好、操作維修安全、方便、制造成本低等優(yōu)點，這也正是它被廣泛應用的原因之一。
圖3.1 喂料機構簡圖
3.1 喂料輸送結構設計
該設備的螺旋輸送機葉片采用單頭滿面式螺旋葉片，螺旋葉片的一邊緊貼在軸上，形成完整的螺旋面。這種葉片構造簡單，輸送能力強，便于均勻地輸送粉類物料。
螺旋面采用右旋設計方案。由于輸送物料中含有一定水分，為了防止葉片生銹，影響物料輸送和產品質量，選用不銹鋼作為葉片材料。同時，由于在工作過程中，葉片磨損比較嚴重，為了增加其耐磨性，要對葉片進行調質處理，以提高其表面硬度。
螺旋葉片厚度為5mm，螺距為（0.8-1）D，D為螺旋直徑，由于本設計采用水平結構設計，取S=D，機殼厚度為5mm。
3.2 喂料器參數(shù)計算
3.2.1 螺旋直徑D與螺旋軸轉速n的計算
根據(jù)?運輸機械設計選用手冊?的公式15-1：
（3.1）
其中，Q:輸送能力，按設計要求，取20t/h；
K：物料特性系數(shù)，常用物料的k值見?運輸機械設計選用手冊?表15-1，這里取0.0415；
Ψ:填充系數(shù)，見?運輸機械設計選用手冊?表15-1，這里取0.35；
C：傾角系數(shù)，見?運輸機械設計選用手冊?表15-1，這里取1；
ρ:物料松散密度，見?運輸機械設計選用手冊?表15-6，這里取0.52t/m3，
將數(shù)據(jù)帶入上式，可得
圓整后，取D=0.3m。
根據(jù)?運輸機械設計選用手冊?的公式15-2：
（3.2）
其中，A：物料綜合系數(shù)，見?運輸機械設計選用手冊?表15-6，這里取75，
代入上式，得
又由公式?運輸機械設計選用手冊?的公式15-3
（3.3）
計算得
圓整后，取n=90r/min。
對D和n圓整后，應該對填充系數(shù)進行驗算：
（3.4）
未超過上限，故圓整后的D和n值適合。
3.2.2 物料軸向推進速度計算
根據(jù)公式：
（3.5）
式中，V：物料的軸向推進速度（m/s）；
S：螺旋葉片的螺距（m）；
n：螺旋軸轉速（r/min）;
則物料沿軸向推進速度。
3.2.3 電機的選擇
由于N=1.33 kw,所以驅動軸轉動的電機選用YTC型電磁調速異步電動機，該電機有三相異步交流電機、渦流離合器與測速發(fā)電機組成，并與控制器配合使用，工作時，此電機能根據(jù)軸上承受載荷的不同自動地、無級地調整其輸出轉速，達到無級變速喂料，控制不同喂料量的目的。
3.3 機槽的設計
本設計中的機槽采用法蘭和截面為U字型的鋼制機槽。U型機槽的厚度為5mm薄鋼板，其兩側臂垂直，底部成半圓形，在 U型機槽的端面焊接有法蘭，用以固定蓋板和端蓋。機槽半圓的內徑大于螺旋葉片半徑，允許少量的物料滯留于槽底，以防葉片與槽底摩擦。
為了對機槽進行密封，機槽上部裝有用薄鋼板制成的蓋板，蓋板用螺栓固定在槽體上端的鋼制法蘭上。蓋板可以開啟，以便對槽體進行必要的檢查。蓋板上開有進料口，機槽底部開有卸料口，均做成方形，以便安裝料管。
4 調制器結構設計
調質就是使粉料在高溫、高壓下通入過熱蒸汽,使其熟化的過程。它是顆粒飼料生產中的必然環(huán)節(jié),在這一過程中可使飼料中很多成分發(fā)生變化,其中有些是人們所需要的,而有些則是人們所不希望的。
4.1 調質的作用
在調質過程中最主要的變化就是使飼料中含量較高的淀粉部分發(fā)生糊化,而使淀粉更易被動物所消化吸收。這可明顯地提高飼料的利用率;同時產生的糊精具有較好的適口性,可大大提高飼料的適口性;另外,糊化淀粉可使飼料的黏稠性提高,可起到黏結劑的作用,這也是在制粒過程中必須進行調質的一個主要原因。
調質中的高溫、高壓可使飼料中大量病原微生物滅活,如常見的沙門氏桿菌及大腸桿菌等。特別是最近一些飼料廠為了生產出高衛(wèi)生標準、無病原菌尤其是無沙門氏菌的產品,在飼料生產時,出現(xiàn)了提高制粒溫度的發(fā)展趨勢。這些飼料廠家規(guī)定制粒溫度在85 ℃以上,它是有效地殺死沙門氏菌的示值溫度。在國外更是如此,早在20世紀80年代末西歐在打“沙門氏菌恐慌”戰(zhàn)時,在調質中首要考慮的就是殺菌的問題,目前西歐已開始采用的擠壓調質二次制粒工藝通常達到的制粒溫度為90 ℃。
4.2 調質過程的控制
為減少營養(yǎng)成分的損失,在制粒過程中要根據(jù)不同的原料組分、含水量及對產品熟化程度的不同要求來調整調質時間。一般來說,調質時間越長,原料的熟化度越好。淀粉糊化度越高,黏性越好,生產出的顆粒料物理性能就越好,但同時營養(yǎng)物質損失也較多。一般飼料原料的調質時間為10～30 s為宜。但對各種飼料都合適的一個調質時間是不存在的。因此,最重要的創(chuàng)新應該是把飼料原料在調質器中滯留時間設為一個可變參數(shù)。
4.3 調制器總體方案設計及計算
本設計方案采用單級槳葉式調質器，該型調制器通過改變槳葉的傾斜角度來控制物料的推進速度，針對不同的物料，分別設定調質器槳葉的傾斜角度，控制物料的調質時間，實現(xiàn)調質器的最優(yōu)功能。
調質時間：
（4.1）
式中，V：調質筒體積（）；
D：調質筒直徑（m）；
：調質筒長度，取=7D；
：飼料容重(),取v=0.5；
；飼料充滿系數(shù)，取k=0.3。
圖4.1 調制器軸
調質軸輸送量Q1，取壓粒設計產量Q的1.5~2.0倍，可初定Q1=1.8Q。
將上述有關參數(shù)代入調質時間t計算式：
（4.2）
（4.3）
對于一臺選定產量Q的制粒機來說，調質時間t對D影響很大，為了便于設計，一般取t=15秒。代入上式，計算得D=0.5592m。參照市場上同類產品的技術參數(shù)，取調質桶直徑為560mm，長度3200mm。調質電機選用Y100L，功率2.2kW，同步轉速1500r/min。
5 主傳動系統(tǒng)的設計
5.1 主電機的選擇
根據(jù)吳克疇教授摘譯的《混合飼料生產工藝》一書介紹，一臺飼料壓粒機的生產率Q可以近似的由下式來計算：
（5.1）
式中，N：壓粒電動機的驅動功率（KW）；
：要壓粒的散料密度（t/）；
：壓粒電動機的效率取0.8——0.9；
p：需要壓粒壓力（MPa）；
：決定于壓縮率K（未壓粒的散裝物和壓粒后的顆粒密度的比率）；
K：壓縮率，可取0.5——0.7；
公式換算得到驅動功率的算法：
（5.2）
已知：Q=10, =0.9，查表得到P=56；=0.5；γ=0.5；
帶入計算得到N=166.2kW，經查表，選取主電機型號為Y280L-2 ，額定功率為200KW，同步轉速1500r/min。
5.2 主傳動計算
該設計方案主傳動系統(tǒng)采用直齒齒輪傳動，主要優(yōu)點是工作可靠，使用壽命長，傳動較平穩(wěn)，傳遞功率高，結構緊湊，功率和速度適用范圍很廣等。工作時,由電動機帶動小、大齒輪，并經傳動空軸帶動環(huán)模轉動，環(huán)模與壓輥擠壓物料成形。
5.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
1） 選定齒形為直齒圓柱齒輪傳動。
2） 作為機床主軸傳動，選用7級精度（GB 10095-88）
3） 材料選擇。由《機械設計》表10-1選擇小齒輪材料為們40Cr（調質），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240HBS，二者硬度差為40HBS。
4） 選小齒輪齒數(shù)為z1=24，大齒輪齒數(shù)為z2=3.74×24=92.976，取z2=93。
5.2.2 按齒面接觸強度設計
由《機械設計》公式10-9a進行試算，即
（5.3）
（1） 確定公式內的各計算數(shù)值
1） 試選載荷系數(shù)Kt=1.3.
2） 計算小齒輪傳遞的轉矩。
（5.4）
3） 由《機械設計》表10-7選取齒寬系數(shù)?d=1.
4） 由《機械設計》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8 MPa1/2.
5） 由《機械設計》圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim1=600MPa，大齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim2=550MPa。
6） 由《機械設計》式10-13計算應力循環(huán)次數(shù)。
（5.5）
7） 由《機械設計》圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.95，KHN2=0.98.
8） 計算接觸疲勞許用應力。
取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由《機械設計》得
（2） 計算
1）試算小齒輪分度圓直徑d1t，代入[σH]中較小的值。
（5.6）
2） 計算圓周速度v。
（5.7）
3） 計算齒寬。
（5.8）
4） 計算齒寬與齒高之比。
模數(shù)
（5.9）
齒高
（5.10）
5） 計算載荷系數(shù)。
根據(jù)v=11.50m/s，7級精度，由《機械設計》圖10-8查得動載荷系數(shù)Kv=1.18,；
直齒輪，；
由《機械設計》表10-2查得使用系數(shù)KA=1.25；
由《機械設計》表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支撐非對稱布置時，。
由，查圖10-13得；故載荷系數(shù)
6） 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由《機械設計》得
（5.11）
7） 計算模數(shù)。
（5.12）
5.2.3 按齒根彎曲強度設計
由《機械設計》公式10-5得彎曲強度計算公式為
(5.13)
（1） 確定公式內的各計算數(shù)值。
1） 由《機械設計》圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限；
2） 由圖10-18取得彎曲疲勞壽命系數(shù)；；
3） 計算彎曲疲勞需用應力。
取彎曲疲勞安全系數(shù)為S=1.4，由《機械設計》式10-12得
4） 計算載荷系數(shù)K。
5） 查取齒形系數(shù)。
由《機械設計》表10-5查得，；。
6） 查取應力校正系數(shù)。
由《機械設計》表10-5查得，；。
7） 計算大、小齒輪的并加以比較。
大齒輪的數(shù)值大。
（2） 設計計算
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算得模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算得模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅于齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)5.0954mm，就近圓整到標準值m=6mm，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=174.887，算出小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)，取。
這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲強度，并做到結構緊湊，避免浪費。
5.2.4 幾何尺寸計算
（1） 計算分度圓直徑
（2）計算中心距
（3）計算齒輪寬度
取B2=180mm，B1=190mm。
5.2.5 結構設計及繪制齒輪零件圖
見零件圖AHHC520-ZL-01和AHHC520-ZL-02。
5.3 空心軸的有限元分析
電機的轉矩通過一對齒輪傳動傳遞給空心軸，空心軸帶動固定其上的環(huán)模一起旋轉。因此，空心軸是主要的傳動和連接部件。空心軸的主要制造工藝和計算如下：
1、 空心軸材料為45鋼；
2、 該軸采用鍛造方式加工，然后再進行車削和銑削加工；
3、 空心軸內壁設有軸承支座，為了將環(huán)模和主軸定位，保證兩零件的同軸度，環(huán)模和空心軸用鍵連接，即傳動鍵，并用螺栓定位?？招闹鬏S結構請參見制粒部分部裝圖AHHC520-ZL-00。
(1)進入UG NX6.0的高級仿真模塊，并新建FEM和仿真。
（2） 新建解算方案Solution1。
（3） 對模型施加載荷和約束。
（4） 指派模型材料。
（5） 對模型進行網格劃分。用10mm的CTETRA（4）單元。
（6） 定義了相關參數(shù)后，即可開始解算。
（7） 解算完成后，查看節(jié)點位移和應力云圖，如下：
通過有限元分析，我們可以從云圖上看到，空心軸上變形最大處的位移量在0.0028mm左右，而最大應力為4.388MPa，均滿足要求。
6 制粒系統(tǒng)的設計與計算
6.1環(huán)模的加工工藝綜述及結構設計
圖6.1 環(huán)模
環(huán)模是顆粒飼料壓制機的關鍵零件之一；又是易損件；價格不菲；其質量的好壞和質量是否穩(wěn)定,直接影響環(huán)模的使用壽命和顆粒飼料壓制機的產量、飼料的質量，從而影響飼料加工的生產成本。
環(huán)模失效的主要形式是模孔及環(huán)模內環(huán)表已磨損報廢，也有少量環(huán)模開裂和?？锥氯磯翰怀隽希┑那闆r。環(huán)模的使用壽命主要與環(huán)模材料、環(huán)模的加工工藝有關，對同一環(huán)模材料和同一加工工藝，環(huán)模的使用壽命還與飼料配方、飼料生產工藝參數(shù)、工藝操作等有關。環(huán)模初試壓是否順利出料主要與環(huán)模?？妆砻婀鉂嵍扔嘘P。目前，國產顆粒飼料壓制機的環(huán)模材料常見的有20號鋼、35號鋼、45號鋼、20Cr、40Cr、20CrMnTi、40CrMnMo等中、低碳優(yōu)質碳素結構和合金結構鋼，也有少量采用不銹鋼制造。
6.1.1 環(huán)模的熱處理工藝
在常用環(huán)模材料加工工藝中,常見的熱處理方法有正火、調質、淬火、滲碳、滲氮。要針對不同的環(huán)模材料,綜合考慮這些熱處理方法的特點,而安排于機加工工序之間。正火處理消除內應力,為下一道工序作準備。在環(huán)模加工工藝中,正火處理一般安排在鍛造之后或粗加工之前,也有安排在精車之前。經正火處理后的環(huán)模,切削性能有所改善,并能適當?shù)馗纳萍庸ず蟊砻婀鉂嵍取?
環(huán)模調質的目的能獲得較高的強度和韌性性能,特別是保持環(huán)模心部的綜合機械性能。在環(huán)模加工工藝中,一般安排在精車,擴孔之前或粗加工之后;也可以安排在滲氮之前。對于中碳優(yōu)質結構鋼和合金結構鋼,要注意淬火與高溫回火的時間間隔不宜過長,否則,因環(huán)模的復雜結構而可能造成環(huán)模的熱處理裂紋。
環(huán)模的淬火處理常用的冷卻介質為水和油。在水中的冷卻速度比在油中快些。如在水中加入0.15%～0.30%的聚乙烯醇,其冷卻介于水和油之間,可得到較好的熱處理組織。淬火一般安排在擴孔后或磨削加工之前,可作最終熱處理工藝。
滲碳處理能提高模孔和內環(huán)表面的硬度,提高其耐磨性,從而提高環(huán)模的使用壽命。滲碳主要針對含碳量0.15%～0.25%的優(yōu)質結構鋼和低合金鋼如20號鋼、20Cr、20CrMnTi等。
6.1.2 環(huán)模?？椎募庸すに?
環(huán)模模孔表面光潔度直接影響環(huán)模生產飼料時是否順利出料的關鍵。一般用人工進給的鉆孔工藝很難達到其要求的光潔度。而進口的多工位鉆孔專用機床由于設備價格昂貴和其鉆頭依賴進口,導致環(huán)模制造成本增加。有的廠家采用專用機床,雖然能達到光潔度要求,但生產成本也比較高。利用普通鉆床經過改進并輔以必要的工裝,能夠實現(xiàn)鉆（擴）孔半自動化,取得令人滿意的環(huán)模?？妆砻婀鉂嵍群洼^高的生產效率,降低制造成本;其方法是利用單片機控制兩個步進電機,其中一個步進電機控制鉆（擴）孔進給方式,另一個步進電機控制環(huán)模的轉角,達到自動轉動;經加工后?？妆砻婀鉂嵍瓤蛇_0.8,產品質量穩(wěn)定,生產成本降低,自動化程度大為提高。通過不同的編程,可改變鉆（擴）孔的鉆頭或（銑刀）的進給運動,可分一步或多次對同一孔進行加工;更換不同直徑的鉆頭（或銑刀）,可加工不同直徑?？椎沫h(huán)模。
6.1.3 環(huán)模的結構
環(huán)?？椎男螤钆c尺寸也對產品的質量和生產率大小有很大影響。一般?？椎慕孛娉蕡A形，有四種：直形孔、階梯孔、外錐孔和內錐孔。按孔徑大小可以分為兩種：內小外大、內大外小，前者用于?？讖叫∮?0mm，后者用于?？諒酱笥?0mm，其所以有此差別是有利于成形。直孔和階梯孔適于配合飼料的制粒，但是，階梯孔不常用，外錐孔適于脫脂糖等高纖維飼料，內錐孔使于草粉類體積大的飼料，由于直形孔加工簡單，用得最為廣泛。進料口有三種形式：直孔、錐孔和曲線孔。采用曲線孔效果好，但加工困難。因此，常采用直形孔口。錐孔角度一般為60～120度。環(huán)模工作面的開孔率對生產率有很大影響。在考慮環(huán)模有足夠強度的條件下盡可能提高開孔率，?？滓话阋哉切闻帕校组g距為3～5 mm。
6.1.4 方案設計
本設計方案主要參數(shù)如下：環(huán)模材料為20CrB，滲氮處理。環(huán)模內徑為250mm；孔徑取8mm；?？咨疃?0mm；環(huán)模有效工作寬度185mm；?？撞捎弥毙涂自O計，錐孔角60度，孔在環(huán)模外表面呈正三角形排列。
6.2 環(huán)模的參數(shù)計算
6.2.1 環(huán)模厚度計算
環(huán)模的厚度根據(jù)物料特性和?？卓讖接嬎?，壓制不同的飼料，需要采用相應的最佳長徑比，以獲得高質量的顆粒。
?？字睆饺?mm，同時取?？咨疃葹?0mm，則徑深比為
故環(huán)模內徑為520mm，外徑為680mm。
6.2.2 環(huán)模單位功率面積
單位功率面積是指壓粒主電機每千瓦所對應的環(huán)模有效壓帶面積，是衡量制粒機性能的重要參數(shù)，也是設計制粒機的主要依據(jù)。
單位面積功率的計算公式如下：
(6.1)
其中，S：環(huán)模亞帶有效面積；
D：環(huán)模內徑；
b: 環(huán)模壓帶寬
A0=(3.14×520×185)/200=1510.34(mm2/kW)
基本符合正常的取值。
6.3 壓輥的設計計算
壓輥是制粒機的主要部件之一，它與環(huán)模配套使用，二者對粉狀飼料進行積壓，使其成形。本設計方案在制粒室中采用兩個壓輥。
壓輥是用來向壓模擠壓物料的，為防止打滑和增加攫取力，壓輥表面采取增加摩擦力和耐磨措施：在壓輥上按壓輥軸向拉絲。本設計方案壓輥采用40Cr,調質處理后硬度為：HRC49。壓輥直徑的大小直接影響壓粒時物料攝入角，故在盡可能的條件下，應采用大直徑的輥，兩壓輥得環(huán)模制粒機，壓輥直徑d與環(huán)模內徑D的關系為：2d
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