I摘 要主要介紹了一種為液體飲料生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計的自動灌裝生產(chǎn)線。分析了定量常壓式灌裝設(shè)備的國內(nèi)外現(xiàn)狀，探討了產(chǎn)品的市場開發(fā)背景，對設(shè)備的基本原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及各個子系統(tǒng)，如供送系統(tǒng)、灌裝系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及執(zhí)行系統(tǒng)的主要功能都作了詳細(xì)介紹，論述了設(shè)備開發(fā)過程中采用的一些關(guān)鍵技術(shù)：采用繼電器控制，系統(tǒng)控制簡單方便；執(zhí)行系統(tǒng)可靠性高、穩(wěn)定性好；傳感器的應(yīng)用更是提高了設(shè)備的可靠性；抗干擾設(shè)計和一體化的設(shè)計簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了重量，節(jié)省了成本。首先，通過對比和分析完成了對各個子系統(tǒng)環(huán)節(jié)的選擇與設(shè)計的基本思想和開發(fā)思路；其次，對設(shè)備進(jìn)行了準(zhǔn)確度等級的檢測實驗和產(chǎn)品實例分析；最后，對系統(tǒng)的各個組成機構(gòu)進(jìn)行了整體一致性的分析和控制。設(shè)備具有精度高、速度快、穩(wěn)定可靠、操作簡單等優(yōu)點?？蓮V泛應(yīng)用于飲料、藥劑等低粘度液體的灌裝，具有較高的應(yīng)用價值和良好的市場前景。關(guān)鍵詞：灌裝；直線型；低粘度IIAbstractMainly introduces a kind of liquid beverage manufacturing enterprise design for the automatic filling line. Analyzes the quantitative atmospheric type filling equipment situation at home and abroad, and explore the product's market development background of equipment, the basic principles, structural design and the various subsystems, such as for conveying system, filling system, control system and implement the main functions of the system are discussed in detail, the equipment used in the process of development of some key techniques: use relay control, simple and convenient control system; Execution system reliability, high stability; Sensor applications more is to improve the reliability of equipments; Anti-interference design and the design of unifinication of simplified systems structure, reduce the weight, saving the cost.Research results and main work include: first, through the comparison and analysis of each subsystem completed the selection and design of the link a basic idea and developing thinking; Secondly, the accuracy level of equipment of detection experiments and product example analysis; Finally, the system component agencies the overall consistency of analysis and control. Equipment has high accuracy, speed, stable and reliable, simple operation etc. Can be widely applied in beverage, pharmacy, etc low viscosity fluid filling, it has higher application value and good market prospect.Key words ：filling；linear；low liquidIII目 錄摘 要 IAbstractII第 1 章 緒論 .11.1 課題研究的背景及意義 11.1.1 課題研究的背景 .11.1.2 課題研究的目的和意義 .11.2 國內(nèi)外飲料灌裝機械的發(fā)展概況 21.2.1 國外飲料灌裝機的發(fā)展情況 .21.2.2 國內(nèi)飲料灌裝機的發(fā)展情況 .2第 2 章 灌裝機械的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 .42.1 方案的提出 42.2 方案的擬定 42.2.1 灌裝機類型的選擇 .42.2.2 灌裝方法的選擇 .5第 3 章 液料供送系統(tǒng)的設(shè)計 .63.1 輸送管路的設(shè)計 63.2 灌裝時間的計算 7第 4 章 傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計 .94.1 板式輸送機的設(shè)計計算 94.1.1 參數(shù)的選擇和確定 .94.1.2 牽引力的計算 .94.1.3 輸送機鏈輪的設(shè)計 .114.2 電動機的選擇 124.3 傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)計 134.4 減速器的傳動零件的設(shè)計計算 134.4.1 選定齒輪類型及材料 .134.4.2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 .14IV4.4.3 按齒根彎曲疲勞強度校核 .164.4.4 幾何尺寸計算 .174.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 174.5.1 高速軸的設(shè)計及聯(lián)軸器的選取 .174.5.2 低速軸的設(shè)計及聯(lián)軸器的選取 .194.6 軸的強度校核 204.6.1 高速軸的強度校核 .204.6.2 低速軸的強度校核 .254.7 滾動軸承的強度校核 294.7.1 高速軸滾動軸承的強度校核 .294.7.2 低速軸滾動軸承的強度校核 .29第 5 章 控制系統(tǒng)的設(shè)計和選用 .305.1 電器元件的選擇 305.2 電氣控制線路的設(shè)計 31結(jié) 論 .34致 謝 .35參考文獻(xiàn) .36VCONTENTSAbstract .IChapter 1 Introduction 11.1 The background and significance of research.11.1.1 Subject research background .11.1.2 The study of purpose and meaning 11.2 The development of domestic and foreign drinks filling machine .21.2.1 Foreign drinks filling machine.21.2.2 The development of domestic drinks filling machine .2Chapter 2 The general structure of the filling machine design 42.1 Plan put forward42.2 Scheme of the recommended42.2.1 Filling machine types of choice .42.2.2 Filling the choice of methods.5Chapter 3 Liquid material for send the design of the system.63.1 Conveying pipeline design63.2 Filling time calculation .7Chapter 4 Drive the design of the whole system 94.1 Transport line design calculation94.1.1 The choice of parameters and determined .94.1.2 Traction calculation .94.2 Motor choice.114.3 The transmission system of sport and dynamic parameters plan114.4 The speed reducer design and calculation of the transmission parts 124.4.1 Selected types and materials gear 124.4.2 According to the tooth contact fatigue strength design .124.4.3 According to the tooth root bending fatigue strength check144.4.4 Geometry size calculation15VI4.5 Shaft structure design164.5.1 The shaft of the selection of design and coupling .164.5.2 The design of the low speed shaft coupling and selection.174.6 Shaft intensity .184.6.1 The shaft of intensity .184.6.2 The low speed shaft intensity.224.7 The rolling bearing strength check .274.7.1 The shaft of rolling bearing strength check .274.7.2 Low speed shaft of rolling bearing strength check 27Chapter 5 The design of control system and selection 305.1 The choice of electrical components 305.2 The electrical control circuit design31Conclusion 34Thanks.35References.361第 1 章 緒論1.1 課題研究的背景及意義1.1.1 課題研究的背景我國飲料灌裝機械制造業(yè)起步晚，20 世界 60 年代前基本是空白，當(dāng)時國內(nèi)的啤酒廠和汽水廠都是使用美國和日本 20 世紀(jì) 30—40 年代的設(shè)備，工藝落后，機械陳舊，嚴(yán)重影響了我國啤酒和汽水飲料工業(yè)的發(fā)展，1967 年我國才開始研制和生產(chǎn)灌裝機械。進(jìn)入 20 世紀(jì) 70 年代，我國先后引進(jìn)了一些國外灌裝生產(chǎn)線，在裝備一些設(shè)備的同時，也促進(jìn)了我國包裝機械行業(yè)進(jìn)入了一個新的發(fā)展時期。機械，輕工，軍工等領(lǐng)域的一些企業(yè)開始在仿制和消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，又開發(fā)和研制出了各種中小型的灌裝機械 [1]，提供給國內(nèi)的一些飲料生產(chǎn)廠，促進(jìn)了我國飲料業(yè)的發(fā)展。進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代，我國采用技術(shù)貿(mào)易結(jié)合的方式，引進(jìn)德國 SEN 公司的 20000 瓶/小時的啤酒灌裝生產(chǎn)線和日本三菱公司 18000 瓶/小時的含氣飲料灌裝生產(chǎn)線的制造技術(shù)，到 1991 年又引進(jìn)了德國 KHS 公司 30000 瓶/小時的啤酒灌裝生產(chǎn)線 [2]及生產(chǎn)技術(shù)。這樣我國不僅能夠生產(chǎn)中小型的灌裝機，而且能夠生產(chǎn)大型灌裝機，技術(shù)水平上了一個新的臺階，將我國的液體灌裝設(shè)備制造業(yè)的整體水平提高到了一個新的水平。1.1.2 課題研究的目的和意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們的消費習(xí)慣也隨之相應(yīng)的變化，同時對消費品的包裝提出了更高的要求，而液態(tài)產(chǎn)品的包裝在包裝行業(yè)中占有很大比例，這是由于液體包裝涉及的行業(yè)廣泛、品種繁多，如飲料方面的汽水、果汁、牛奶、礦泉水、蒸餾水、啤酒、果酒等；調(diào)味品方面的醬油、醋、味精液、果醬等；藥品方面的針劑、糖漿、酊劑、氣霧劑等；農(nóng)藥乳劑、化工產(chǎn)品的各種瓶裝、化妝品等，要滿足日益增長的液體產(chǎn)品的需要，2就應(yīng)大力發(fā)展液體產(chǎn)品的灌裝機械。1.2 國內(nèi)外飲料灌裝機械的發(fā)展概況1.2.1 國外飲料灌裝機的發(fā)展情況在飲料灌裝機械設(shè)備方面，美國、德國、日本、意大利和英國的制造水平相對較高。這些設(shè)備呈現(xiàn)出新的發(fā)展動向：①多功能同一臺設(shè)備，可進(jìn)行茶飲料、咖啡飲料和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝；均可進(jìn)行玻璃瓶與聚酯瓶的灌裝。②高速度、高產(chǎn)量：碳酸飲料灌裝機的灌裝速度最高達(dá) 2000 罐/分，德國H&K 公司、SEN 公司、KRONES 公司，其灌裝機的灌裝閥分別達(dá)到 165 頭、144 頭、178 頭。非碳酸飲料灌裝機的灌裝閥 50~100 頭，灌裝速度最高達(dá)1500 罐/分。③技術(shù)含量高、可靠性高：全線的自控水平高和全線效率高 [3]。在線檢測裝置和計量裝置配套完備，能自動檢測各項參數(shù) [4]、計量精確。集機、電、氣、光、磁為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。④整套供應(yīng)能力強：如一條飲料包裝線，由微電腦件、控制軟件、包裝封蓋配套組合，現(xiàn)實生產(chǎn)力與理論科技相結(jié)合。1.2.2 國內(nèi)飲料灌裝機的發(fā)展情況我國飲料灌裝設(shè)備基本是在引進(jìn)設(shè)備和技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，經(jīng)過引進(jìn)和消化吸收，我國飲料灌裝水平已有很大提高，特別是 150 瓶（罐）/分以上生產(chǎn)能力的灌裝生產(chǎn)線基本可以成套供應(yīng)，目前南京輕工機械廠、合肥輕工機械廠和廣東輕工機械廠已能提供生產(chǎn)能力高達(dá) 600 瓶/分的玻璃瓶和 600 罐/分的易拉罐飲料或啤酒灌裝生產(chǎn)線，主要設(shè)備包括灌裝機 [5]、封罐機（壓蓋機、旋蓋機） 、紙箱包裝機和殺菌機。灌裝能力如下：灌裝機/封罐機頭數(shù)：18/4 、30/6、40/6、60/8 ；灌裝速度 [6]：罐(瓶)/分：150、300、500、600。聚酯瓶灌裝生產(chǎn)線基本與玻璃瓶灌裝機 [7]通用，經(jīng)過調(diào)整后，可以一機兩用，灌裝能力 [8]為 250ml 瓶為 24000 瓶/時；1250ml 瓶為 720 瓶/ 時。中小規(guī)模的非充氣飲料灌裝線包括玻璃瓶灌裝生產(chǎn)線和易拉罐灌裝生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力 40~200 瓶3（罐）/分 [9]4第 2 章 灌裝機械的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 方案的提出本設(shè)計由灌裝水廠提出，設(shè)計要求:對現(xiàn)有的直線型液體灌裝機做一些技術(shù)上的改進(jìn),使直線型灌裝生產(chǎn)線性能有大的提高.用途：包裝低粘度的不含氣體的液體飲料（如礦泉水、飲料等）包裝規(guī)格：灌裝礦泉水。灌裝瓶規(guī)格：灌裝體積為 550ml,瓶口直徑 60mm。包裝材料：塑料瓶灌裝能力：100000 瓶/天灌裝時間:＜12s/次設(shè)計要求：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作穩(wěn)定性較好，方便控制2.2 方案的擬定2.2.1 灌裝機類型的選擇按灌裝瓶的主要運動形式可將灌裝機分成：旋轉(zhuǎn)型灌裝機、直線型灌裝機等。1. 旋轉(zhuǎn)型灌裝機待罐瓶由傳送系統(tǒng)（一般經(jīng)洗瓶機由輸送帶輸入或人工送入灌裝機進(jìn)瓶機構(gòu)），瓶子由灌裝機轉(zhuǎn)盤帶動繞主軸旋轉(zhuǎn)運動進(jìn)行連續(xù)灌裝，轉(zhuǎn)動近一周時瓶子以灌滿，然后由轉(zhuǎn)盤送入壓蓋機進(jìn)行壓蓋。這種灌裝機在食品飲料行業(yè)應(yīng)用最廣泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌裝，此機主要由供料系統(tǒng)、供瓶系統(tǒng)、灌裝閥、大轉(zhuǎn)盤、傳動系統(tǒng)、機體、自控等部分所組成，其中灌裝閥是保證灌裝機能否正常工作的關(guān)鍵。2. 直線型灌裝機灌裝瓶沿著平直的直線運動，進(jìn)行成排灌裝。凡送來一排空瓶由推瓶板向5前推送一次，到送至灌裝管的下方時，閥門打開進(jìn)行灌裝，間歇進(jìn)行操作。這種灌裝機相對旋轉(zhuǎn)灌裝機來講，結(jié)構(gòu)比較簡單，制造方便，但占地面積比較大，而且間歇運動，生產(chǎn)能里的提高也受到一定限制，因此一般只用于無氣液料類額灌裝。方法比較：根據(jù)原始數(shù)據(jù)及灌裝要求，選擇直線型灌裝機比較合理。2.2.2 灌裝方法的選擇各種液體產(chǎn)品的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均不相同，在灌裝過程中，為了使產(chǎn)品的特性保持不變，必須采用不同的灌裝方法。一般灌裝機常采用下列幾種灌裝方法：1. 常壓法常壓法也稱純重力法，即在常壓下，液料依靠自重流進(jìn)包裝容器內(nèi)。大部分能自由流動的不含氣液料都可用此方法灌裝，例如：白酒、礦泉水等低粘度液體。2. 等壓法等壓法也稱壓力重力式灌裝法，即在高于大氣壓的條件下，首先對包裝容器充氣，使之形成與儲液箱內(nèi)相等的氣壓，然后再依靠被灌裝液料的自重流進(jìn)包裝容器內(nèi)。這種方法普遍用于含氣飲料，如：啤酒、汽水等的灌裝。采用此種方法的灌裝，可以減少這類產(chǎn)品中所含二氧化碳的損失，并能防止灌裝過程中過量的起泡而影響產(chǎn)品質(zhì)量和定量精度。3. 壓力法 利用機械壓力或氣壓，將被灌物料擠入包裝容器內(nèi)，這種方法主要用于灌裝粘度較大的稠性物料，例如：番茄醬、牙膏等，有時也可用于汽水類軟飲料的灌裝，這時靠汽水本身的氣壓直接灌入未經(jīng)充氣等壓的瓶內(nèi)，從而提高了灌裝速度，形成的泡沫因汽水中無膠體尚易消失，對灌裝質(zhì)量有一定影響，但不算太大。方法比較：考慮液體本身的工藝性能，如粘度、重度、含氣性、揮發(fā)性等因素，采用常壓法進(jìn)行灌裝。6第 3 章 液料供送系統(tǒng)的設(shè)計3.1 輸送管路的設(shè)計從儲液槽到灌裝機儲液箱的輸液管路一般均用圓管。設(shè)計時，首先要合理選擇它的內(nèi)徑和壁厚。1. 圓管內(nèi)徑、圓管的截面積??=??4??2??=????故得：??=4??????式中 A——圓管截面積，m 2；d——輸液管的內(nèi)徑，m；u——液料在管內(nèi)的流速，m/s；V——體積流量，m 3/s；可見，欲求 d 必先求 V 及 u。為此寫出：（3-1） ??=????=????????????3600??式中 W——管內(nèi)質(zhì)量流量， kg/s；ρ——液料密度，kg/m 3； Gb——每瓶灌裝液料的質(zhì)量，kg/pc；Qmax——灌裝機最大生產(chǎn)能力，pcs/h；將數(shù)據(jù)代入公式（3-1）中即：??=0.55×140003600×1000=0.0021 ??3/??流速 u 可根據(jù)文獻(xiàn)[17] 表 32.5-11 查得：自來水的流速 u=3m/s，則：7??=4×0.00213.14×3 =20 ???? 在流量保持定值的條件下，雖然提高流速會使管徑和設(shè)備投資費用都相應(yīng)減少，但往往要增加輸送液料所需的動力和操作費用。2. 圓管壁厚 圓管的壁厚一般根據(jù)他的面耐壓和耐腐蝕等條件，按標(biāo)準(zhǔn)選用取b=5mm。3.2 灌裝時間的計算根據(jù)定量方法和灌裝閥管口伸至瓶內(nèi)位置的不同對灌裝時間影響也不同。設(shè)定量杯的橫截面積為定值 A0，當(dāng)內(nèi)存液料距離管口的高度為 Z 時，其瞬時流量：??=???0????????=????02??(???????+??)將上式轉(zhuǎn)換為：????=? ??0????????02??(???????+??)則定量杯所存的液料全部注入瓶內(nèi)所需的灌裝時間：??=?∫??2??1 ??0????????02??(???????+??)（4-2）=2??0????02??(???????+??1? ???????+??2)式中 z1——定量杯中充滿液料時距離管口的高度，m ；z2——定量杯流完液料時距離管口的高度，m ；將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（4-2）中得：8??= 2×14×3.14×(60×10?3)20.5×14×3.14×(20×10?3)2×20×( 21.0×103×10+3? 21.0×103×10+2.5)=6.01 ??根據(jù)設(shè)計要求可知，灌裝時間滿足使用要求。9第 4 章 傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計4.1 板式輸送機的設(shè)計計算4.1.1 參數(shù)的選擇和確定1. 底板寬度的確定對于有擋邊的板式輸送機： ??=??+（100~150）式中 B——底板寬度，mmb——成件物品的最大橫向尺寸，mm則： ??=120+150=270????2. 擋邊高度由文獻(xiàn)[18]表 13-2 選取擋邊高度為 100mm3. 運行速度由文獻(xiàn)[18]表 13-3 選取板式輸送機運行速度 v=0.16m/s4.1.2 牽引力的計算1. 輸送機單位長度載荷的計算（1） 對于承載分支 ??=??0+????（2） 對于空載分支??'=??0式中 q——承載分支上單位長度的載荷，kg/mq'——空載分支上單位長度的載荷， kg/mq0——行走部分單位長度的質(zhì)量，kg/m qM——底板上單位長度物料的質(zhì)量，kg/m 10B——底板寬度，mA——底板重量系數(shù)，由文獻(xiàn)[18]表 13-9 查得 A=40GV——單位物重，kga——成件物的距離， m 則： ??0=60×0.25+0.04=15.04????/??????=0.55/0.05=11????/????=15.04+11=26.04????/????'=15.04????/??2. 牽引鏈的最小張力牽引鏈的最小張力可以取所選用的許用張力的 5％，但單根鏈條的張力不得小于 500N最小張力值可依據(jù)經(jīng)驗計算： ????????=（300??+2????）??式中 Smin——牽引鏈的最小張力，NLc——承載分支的水平投影長度，mg——重力加速度，g=9.81m/s 2則： ????????=（ 300×0.25+2×30） ×9.81=1324.35??500??3. 牽引力的計算??=??1????1000??式中 P——電動機功率， kWK1——功率備用系數(shù)，一般取 K1=1.1~1.2η——驅(qū)動裝置的傳動效率，η=0.82則：??=1000×0.82×31.1×0.16=13977.3??=14 ????4.1.3 輸送機鏈輪的設(shè)計根據(jù)減速器的輸出軸進(jìn)行設(shè)計計算。輸送鏈水平布置，按低速設(shè)計。1. 選擇鏈輪齒數(shù)11取從鏈輪齒數(shù) z1=21，大鏈輪的齒數(shù)為 z2=iz1=700/902. 確定計算功率由文獻(xiàn)[20]表 9-7 查得 KA=1.0，由文獻(xiàn)[20] 圖 9-13 查得 Ka=1.24，單排鏈，則計算功率： ??????=??????????=1.0×1.24×3=3.723. 選擇鏈條型號和節(jié)距根據(jù) Pca=3.72kW， n1=700r/min，查文獻(xiàn)[20]圖 9-11，可選 05B，其主要參數(shù)如表 4-2 所示表 4-2 鏈的規(guī)格和主要參數(shù)節(jié)距p滾子直徑??1內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 ??1銷軸直徑??2內(nèi)鏈板高度 ?2排距 ???? 抗拉載荷ISO鏈號mm kN05B 8 5 3 2.31 7.11 5.64 4.44. 計算鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距 a0=(30~50)p=(30~50)×8=240×400mm，取 a0=300mm，相應(yīng)鏈長節(jié)數(shù)為：????0=2×??0??+??1+??22 +(??2???12?? )2????0=142.77 ????取鏈長節(jié)數(shù) Lp=142 節(jié)。查文獻(xiàn)[20]表 9-8 得到中心距計算系數(shù) f1=0.24467，則鏈傳動的最大中心距為：??=??1??[2?????(??2+??1)]=309.37664 ????5. 計算鏈速 v，確定潤滑方式??= ??1??1??60×1000=700×21×860×1000=1.96 ??/??由 v=1.96m/s 和鏈號 05B，查文獻(xiàn)[20]圖 9-14 采用定期人工潤滑。6. 計算壓軸力 ????有效圓周力為：12????=1000????=1000× 31.96=1530.612 ??鏈輪水平布置時的壓軸力系數(shù)： ????=???????????=1.15×1530.612=1760.2038 ??7. 鏈輪的主要尺寸(1) 分度圓直徑 d??= ??sin(180??)2= 8sin180105=267.42 ????(2) 齒頂圓直徑 da????=??+1.25?????1=267.42+1.25×8?5=272.42 ????(3) 齒根圓直徑 df????=?????1=267.42?5=262.42 ????(4) 齒高 ha???=0.625???0.5??1+0.8???? =2.56 ????(5) 最大軸凸緣直徑 ????????=??(cot180°??1?1)?0.8=258.56 ????4.2 電動機的選擇設(shè)計一級直齒圓柱齒輪減速器，根據(jù)輸送機的牽引力 F=14kN，運行速度v=0.16m/s，初步計算出輸送機所需的功率 P=14×0.16=2.24kW， ，選用型號為Y100L-2 的三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速 n=2880r/min，額定功率 PW=3kW，最大轉(zhuǎn)矩 T=2.2kN·m，傳遞效率 η=0.82，外形尺寸：長×寬×高=380×205×245mm。134.3 傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)計傳動系統(tǒng)各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩的計算傳動比： ??=??1??2=2880700=4.11Ⅰ軸（減速器高速軸） ??1=2880 ??/????????1=?????????式中 ηc——聯(lián)軸器傳遞效率，查文獻(xiàn) [19]表 3-1 知 ηc=0.99 則：??1=3×0.99=2.97 ??????1=9550×??1??1=9550×2.972880=9.85 ?????????Ⅱ軸（減速器低速軸） ??2=700 ??/????????2=??1??????????式中 ηg——8 級精度圓柱齒輪的傳遞效率，取 ηg=0.97 則：??2=2.97×0.97×0.99=2.88 ??????2=9550×??2??2=9550×2.88700=39.29 ?????????將上述計算結(jié)果匯總見表 4-1：4.4 減速器的傳動零件的設(shè)計計算4.4.1 選定齒輪類型及材料1. 輸送機為一般工作機器，速度不高，故選用 8 級精度。2. 材料選擇：由文獻(xiàn)[20]表 10-1 選擇小齒輪材料 40Cr（調(diào)質(zhì)）硬度為280HBS，大齒輪材料 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，兩者硬度差為 40HBS。143. 初選小齒輪齒數(shù) z1=17，大齒輪齒數(shù) z2=i·z1=4.11×17=69.87，圓整后取 z2=70。4.4.2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計由設(shè)計計算公式計算即：（4-1 ）??1??≥2.32×3????1??????±1??(????[????])21. 確定公式內(nèi)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(zhuǎn)矩。??1=9550×2.972880=9.85 ?????????(3) 由文獻(xiàn)[20]表 10-7 選取齒寬系數(shù)，兩支承相對小齒輪做不對稱布置取 Фd=1 。(4) 由文獻(xiàn)[20]表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) ZE=189.8MPa1/2(5) 由文獻(xiàn)[20]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) 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。??1=60??1?????=60×2880×1×(2×8×300×15)=1.24×1010??2=??1?? =1.24×10104.11=3.03×109(7) 由文獻(xiàn)[20]圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.90；K HN2=0.86。(8) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為 1％ 安全系數(shù) S=1 則：[????]1=??????1????????1?? =0.9×600=540 ??????[????]2=??????2????????2?? =0.86×550=473 ??????2． 計算15(1) 試算小齒輪分度圓直徑 d1t 代入[σ H]中較小的值。??1??≥2.32×31.3×9.85×1031 ×4.11+14.11×(189.8473)2=31.75 ????(2) 計算圓周速度 v。??= ????1????160×1000=3.14×31.75×288060×1000 =4.79 ??/??(3) 計算齒寬 b。 ??=??????1??=1×31.75=31.75 ????(4) 計算齒寬與齒高之比 b/h。模數(shù): ????=??1????1=31.7517齒高: ?=2.25????=2.25×1.86=4.185 ???????=31.754.185=7.59(5) 計算載荷系數(shù)。根據(jù) v=4.79m/s，8 級精度，由文獻(xiàn) [20]圖 10-8 查得動載荷系數(shù) Kv=1.19；直齒輪 KHα= KHβ=1；由文獻(xiàn)[20]表 10-2 查得使用系數(shù) KA=1；由文獻(xiàn)[20]表 10-4 用插值法查得八級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，KHβ=1.423。由 b/h=7.59， KHβ=1.423 查文獻(xiàn)[20]圖 10-13 得 KFβ=1.47；故載荷系數(shù)??=???????????????????????=1×1.19×1×1.423=1.693(6) 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 d：??1=??1??3??????=31.75×31.6931.3=34.67 ????(7) 計算模數(shù) m。??=??1??1=34.6717=2.04 ????164.4.3 按齒根彎曲疲勞強度校核由彎曲疲勞強度的設(shè)計公式??≥32????1?????21(????????????[????] )1． 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(1) 由文獻(xiàn)[20]圖 10-20C 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE1=500MPa，大齒輪的彎曲疲勞強度極限 σFE2=380MPa(2) 由文獻(xiàn)[20]圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=0.8，K FN2=0.85(3) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 則:[????]1=??????1??????1?? =0.8×5001.4 =285.7 ??????[????]2=??????2??????2?? =0.85×3801.4 =230.7 ??????(4) 計算載荷系數(shù) K??=???????????????????????=1×1.19×1×1.47=1.749(5) 查取齒形系數(shù)由文獻(xiàn)[20]表 10-5 查得 YFα1=2.97，Y Fα2=2.24(6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)由文獻(xiàn)[20]表 10-5 查得， YSα1=1.52，Y Sα2=1.75(7) 計算大、小齒輪的 并加以比較????????????[????]??????1??????1[????]1 =2.97×1.52285.7=0.0158??????2??????2[????]2 =2.24×1.75230.7=0.0169比較得出大齒輪的數(shù)值較大。172． 計算??≥32×1.749×9.85×1031×172 ×0.0169=1.26 ????對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 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，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲疲勞強度算的得的模數(shù) 1.26，就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=1.5mm，接觸疲勞強度算得的分度圓直徑 d1=34.67mm，算出小齒輪齒數(shù)??1=??1??=34.671.5=23.11大齒輪齒數(shù) ??2=24×4.11=98.64，取 ??2=1004.4.4 幾何尺寸計算1． 計算分度圓直徑 ??1=????1=24×1.5=36 ??????2=????2=100×1.5=150 ????2． 計算中心距??=??1+??22 =36+1502 =93 ????，取 ??=95 ????3． 計算齒輪寬度 ??=??????1=1×36=36 ????取 B2=36mm，B 1=42mm。4.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.5.1 高速軸的設(shè)計及聯(lián)軸器的選取1． 初選軸的材料為 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[17]表 26.3-2 取 A=1154518則????????=??3??1??1=115×32.972880=11.62 ????2． 初步選定聯(lián)軸器和計算轉(zhuǎn)矩 ??????=???????1由文獻(xiàn)[20]表 14-1，取 KA=1.3??????=1.3×9.85×103=12.8 ?????查文獻(xiàn)[19]附表 F-4，選取型號為 YL2 的凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩TN=16N·m，軸孔直徑 d1=12mm，半聯(lián)軸器長度 L=32mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 L1=20mm由文獻(xiàn)[19]表 15-2 知當(dāng) d1=12mm 時??2=??1+3.1??=12+3.1×1.6=17.96 ????取 d2=18mm3． 軸承的選擇由文獻(xiàn)[19]續(xù)附表 E-2，選取型號為 6404 深溝球滾子軸承，其中：d=20mm，D=72mm，B=19mm ，基本額定動載荷 Cr=31kN4． 鍵的選擇聯(lián)軸器外鍵的選取由文獻(xiàn)[20]表 6-1， d=12mm，取 b×h=4×4； L=16mm減速器高速軸的結(jié)構(gòu)見圖 4-1 所示：圖 4-1 減速器高速軸的結(jié)構(gòu)圖194.5.2 低速軸的設(shè)計及聯(lián)軸器的選取1. 初選軸的材料為 45 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[17]表 26.3-2 取 A=115則:????????=??3??2??2=115×32.88700=18.43 ????2. 初步選定聯(lián)軸器和計算轉(zhuǎn)矩 ??????=???????2由文獻(xiàn)[20]表 14-1，取 KA=1.3 則：??????=1.3×39.29×103=51.077?????查文獻(xiàn)[19]表 13-4，選取型號為 YL5 凸緣聯(lián)軸器，其額定轉(zhuǎn)矩TN=63N·m，軸孔直徑 d1=22mm，半聯(lián)軸器長度 L=52mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 L1=38mm由文獻(xiàn)[19]表 15-2 知當(dāng) d1=22mm 時??2=??1+3.5??=22+3.5×1.6=25.6????取 d2=26mm3. 軸承的選擇由文獻(xiàn)[19]續(xù)附表 E-2 取型號為 6406 深溝球滾子軸承，其中，d=30mm，D=90mm，B=23mm ，其本額定動載荷 Cr=47.5kN4. 鍵的選擇(1) 聯(lián)軸器外鍵的選取由文獻(xiàn)[20]表 6-1 d=20mm，??；b×h=6×6；L=32mm(2) 齒輪外鍵的選取由文獻(xiàn)[20]表 6-1 d=34mm，取；b×h=10×8；L=34mm減速器高速軸的結(jié)構(gòu)見圖 4-220圖 4-2 減速器低速軸的結(jié)構(gòu)圖4.6 軸的強度校核4.6.1 高速軸的強度校核1. 軸的受力分析軸的受力簡圖如圖 4-3 所示圖 4-3 高速軸的受力簡圖圖中： ??????=??1=80 ??????????=??12+??+??+???12 =92+5+10+422=45.5 ??????????=?????????????=80?45.5=34.5 ????21(1) 計算齒輪的嚙合力圓周力：????1=2000??1??1 =2000×9.8536 =547.2 ??徑向力： ????1=????1?tan??式中 α——壓力角，直齒圓柱齒輪的壓力角取 20。 則：????1=547.2×tan20°=199.16 ??軸向力：????1=????1cos??=547.2cos20°=582.3 ??(2) 求水平面的支承反力，作水平面的彎矩圖軸在水平面內(nèi)的受力簡圖如圖 4-4 所示圖 4-4 軸在水平面內(nèi)的受力簡圖軸在水平面內(nèi)的彎矩圖如圖 4-5 所示22圖 4-5 軸在水平面內(nèi)的彎矩圖其中： ??????=????1?????????????=547.2×34.580=235.98 ????????=????1???????=547.2?235.98=311.22 ????????=??????=0????=?????????????=?????????????=235.98×45.5=10737.09 ???????(3) 求垂直面內(nèi)的支承反力，作垂直面內(nèi)的彎矩圖軸在垂直面內(nèi)的受力簡圖如圖 4-6 所示圖 4-6 軸在垂直面內(nèi)的受力簡圖23??????=????1???????+????1???12?????? =199.16×34.5+582.3×36280 =216.9 ????????=????1???????=582.3?216.9=365.4????????=??????=0??????1=?????????????=216.9×45.5=9868.95 ?????????????2=?????????????=365.4×34.5=12606.3 ???????軸在垂直面內(nèi)的彎矩圖如圖 4-7 所示圖 4-7 軸在垂直面內(nèi)的彎矩圖(4) 求支承反力，作軸的合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖????=??2????+??2????=235.982+216.92=320.52 ??????=??2????+??2????=311.222+365.42=479.97 ??????=????=0????1=??2????+??2??1??=10737.092+9868.952=14583.6 ???????????2=??2????+??2??2??=10737.092+12606.32=16559.1 ???????24??1=????1???12=547.2×362=9849.6 ???????軸的合成彎矩圖如圖 4-8 所示圖 4-8 軸的合成彎矩圖軸的轉(zhuǎn)矩圖如圖 4-9 所示圖 4-9 軸的轉(zhuǎn)矩圖2. 軸的強度校核計算??≥310??2+(????)2[??]式中 [σ]——軸材料的許用彎曲應(yīng)力，查文獻(xiàn)[17]取[σ]=58.7MPaα——將轉(zhuǎn)矩折合成當(dāng)量彎矩的折算系數(shù)，α=0.6則：