果蔬三維切丁機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)摘要 果蔬加工作為一種新興食品工業(yè)產(chǎn)品正在國內(nèi)興起，由于其具有自然、新鮮、衛(wèi)生和方便等特點(diǎn)，正日益受到消費(fèi)者喜愛。但我國，果蔬加工機(jī)械卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于發(fā)展需求，并且價(jià)格昂貴。由此我們研制了多功能果蔬加工機(jī)，一機(jī)多用，取代了部分功能單一、效率低下、價(jià)格昂貴的進(jìn)口機(jī)械。傳動(dòng)系統(tǒng)作為機(jī)器的重要部分，其好壞關(guān)系到果蔬切片、切丁的成品質(zhì)量和工作效率等問題。進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，確定推進(jìn)器、圓盤刀軸、條刀軸之間的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，為適應(yīng)不同物料切削，提供不同的速度及動(dòng)力，使之能夠達(dá)到對塊根狀及葉菜狀果蔬進(jìn)行切片、絲、丁等規(guī)格形狀的加工。同時(shí)應(yīng)用新科技，采用先進(jìn)的數(shù)字調(diào)速電機(jī)，省去復(fù)雜的變速機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。試驗(yàn)表明，該設(shè)備出成率、效率達(dá)到進(jìn)口機(jī)械水平，價(jià)格較進(jìn)口設(shè)備降低 50%以上，可填補(bǔ)此類機(jī)械的國內(nèi)空白，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵詞： 多功能, 果蔬, 加工機(jī)械, 傳動(dòng)系統(tǒng)Abstract As one new kind of food industry product in the homeland, fruit vegetables have being fond of gradually by the consumer because they are natural, fresh, convenient. But in our country, fruit vegetables process machinery stagnates over later than need of development, and the price is expensive. So, we have been developing the multifunctional fruit vegetables processing machine to replace the part function single , poor efficiency , expensive price entrance machinery. Drive system is one kind of important parts of machine, its function is good or not will relate to the product mass.At the same time, it applies the new science, it adopts the advanced electrical machinery in cutting, and it omits the organization of the complicated transformation speed and adjustment. Experiment and Proved, price of equipment can reduce 50%, Compared with imported equipment, the rate of finished product and efficient can reach level of imported machine. It can stuff national blank of this kind of machine. It has obtained the good economic results and science utility.Key words: more function, vegetable, working-machine, drive system目 錄第一章 緒論 ……………………………………………………… 31.1 課題研究的目的和意義………………………………………………… 31.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………………………………………………… 31.3 本課題主要研究內(nèi)容…………………………………………………… 3第二章 傳動(dòng)方案的選擇和運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)計(jì)算………………… 52.1 總體方案的確定……………………………………………………………52.2 傳動(dòng)帶的選擇………………………………………………………………62.3 電動(dòng)機(jī)的選擇………………………………………………………………62.4 傳動(dòng)比的分配………………………………………………………………72.5 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算…………………………………………………… 8第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………103.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………… 103.2 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………… 153.3 軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………… 20第四章 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………… 294.1 UG 軟件簡介 …………………………………………………………… 294.2 切丁機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的建模及裝配圖……………………………… 29第五章 設(shè)計(jì)總結(jié) ………………………………………………………… 365.1 主要結(jié)論 ……………………………………………………………… 365.2 存在的問題 ………………………………………………………………365.3 進(jìn)一步研究建議 …………………………………………………………36致謝…………………………………………………………………… 37參考文獻(xiàn)…………………………………………………………… 38 1第一章 緒 論1.1 課題研究的目的和意義切割果蔬作為一種新興食品工業(yè)產(chǎn)品正在國內(nèi)興起，由于其具有自然、新鮮、衛(wèi)生和方便等特點(diǎn)，正日益受到消費(fèi)者喜愛。以往的果蔬鮮切加工采用模仿人工切割動(dòng)作的二維切削方式，即利用機(jī)械刀片來實(shí)現(xiàn)果蔬制品的橫向和縱向切割。國外一些先進(jìn)的果蔬鮮切機(jī)械普遍采用了離心切片、盤形刀或柵形刀切絲、然后條刀切丁的三維切割加工工藝。本課題設(shè)計(jì)果蔬三維切丁機(jī)采用三維切割加工工藝，通過拆卸某些工作部件，使機(jī)具既能單獨(dú)進(jìn)行切片、切絲，又能切丁，做到一機(jī)多用、一機(jī)多能。隨著人們生活水平的不斷提高，生活節(jié)奏加快，對食用方便、營養(yǎng)豐富、經(jīng)過加工的精細(xì)蔬菜的需求越來越大，對產(chǎn)品的品質(zhì)要求越來越高。蔬果食品機(jī)械加工在我國起步雖晚，但由于中國蔬果富含營養(yǎng)、品種齊全、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，深受國內(nèi)外消費(fèi)者的青睞，因而近幾年蔬果食品發(fā)展十分迅速，己成為創(chuàng)匯農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著我國改革開放，蔬果食品加工的崛起，各種不同類型加工機(jī)械有了很大發(fā)展，開發(fā)研制的廠家也比較多。國內(nèi)單一功能的蔬果加工機(jī)械品種較多，功能可靠但開發(fā)多功能加工機(jī)械的廠家?guī)缀鯖]有，即使所謂的多功能蔬果加工機(jī)械其實(shí)也是生產(chǎn)同類型的產(chǎn)品，只不過是針對不同的原料而講是多功能。生產(chǎn)上除了靠昂貴的進(jìn)口機(jī)械外，主要靠手工加工和醬菜機(jī)械或飲事機(jī)械來代替，加工成型不規(guī)則，成品率低，浪費(fèi)大，不能滿足日益迅速發(fā)展的蔬果加工食品的需求。國內(nèi)蔬果深加工的研究尚屬起步階段，對蔬果的品質(zhì)和綜合利用的研究與應(yīng)用無成熟經(jīng)驗(yàn)。對蔬果成型機(jī)械的研究尚屬空白，不能滿足日益迅速發(fā)展的蔬果加工品種的需要。國外情況: 國外蔬果生產(chǎn)機(jī)械化具有 6 個(gè)突出特點(diǎn):1.蔬果機(jī)械大型化;2.機(jī)械自動(dòng)化:3.使用高技術(shù);4.廣泛應(yīng)用多功能機(jī)械;5.質(zhì)量穩(wěn)定可靠，使用壽命長;6 售后服務(wù)好21.3 本課題研究的主要內(nèi)容果蔬切丁機(jī)傳動(dòng)部分的分析與研究。傳動(dòng)系統(tǒng)是將動(dòng)力機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件的中間裝置，是主機(jī)設(shè)備中最關(guān)鍵的部分之一，其方案和布置的合理與否，將直接影響到整套裝備的運(yùn)行，加工產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。此果蔬食品切丁機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)即是把變頻電機(jī)的輸出動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，通過齒輪傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)，將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給切丁機(jī)的推進(jìn)器裝置、圓盤刀軸和條刀軸，已達(dá)到特定要求的任務(wù)和目的。傳動(dòng)系統(tǒng)作為機(jī)器的重要部分，其好壞關(guān)系到果蔬切片、切丁的成品質(zhì)量和工作效率等問題。進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，確定推進(jìn)器、圓盤刀軸、條刀軸之間的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，為適應(yīng)不同物料切削，需要提供不同的速度及動(dòng)力。此次設(shè)計(jì)是切丁機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括齒輪軸的設(shè)計(jì)，帶輪軸的設(shè)計(jì)，齒輪模數(shù)計(jì)算及校核，帶輪的確定等。傳動(dòng)系統(tǒng)是主機(jī)設(shè)備中最關(guān)鍵的部分之一，但是，由于設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用和維護(hù)等方面的因素，影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，了解系統(tǒng)工作原理，懂得一些設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用和維護(hù)等方面的知識，是保證系統(tǒng)能正常運(yùn)行并極大發(fā)揮其作用和性能的先決條件。本文主要研究的是果蔬切丁機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要與整套機(jī)器設(shè)備的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、低噪音、經(jīng)久耐用、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的傳動(dòng)系統(tǒng)。3第二章 傳動(dòng)方案的選擇和運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)計(jì)算2.1 總體傳動(dòng)方案的確定傳動(dòng)裝置主要由傳動(dòng)、支撐等零部件組成。選擇方案時(shí)，要保證工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易加工，以維護(hù)，成本低，效率高。圓盤刀軸、條刀軸要求功率不大，但其轉(zhuǎn)速較高，要求傳動(dòng)效率也較高，電機(jī)軸轉(zhuǎn)速也相對較高，因此，電機(jī)軸與軸 2（小齒輪軸）之間、小齒輪軸與圓盤刀軸、條刀軸之間的傳動(dòng)宜選帶傳動(dòng)，因?yàn)閹鲃?dòng)宜布置在傳動(dòng)鏈的高速端。由于在傳動(dòng)同樣大小功率時(shí)，轉(zhuǎn)速高則轉(zhuǎn)矩小，傳動(dòng)帶所受的拉力減小，外廓尺寸也隨之減小，對減小帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和速度損失及提高傳動(dòng)帶的壽命均有利，此外還可以減小傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)，有利于結(jié)構(gòu)緊湊，均勻，平穩(wěn)。推進(jìn)器構(gòu)件需求大轉(zhuǎn)矩，功率高，轉(zhuǎn)速低，傳動(dòng)比要求嚴(yán)格尺寸要求緊湊，充分考慮其傳動(dòng)效率，選擇直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。切丁機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖如圖 2-1 所示，源動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)提供，通過同步帶、帶輪動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到軸 2，其中一部分動(dòng)力通過齒輪減速傳動(dòng)，將動(dòng)力傳遞給執(zhí)行部分—推進(jìn)器，以實(shí)現(xiàn)物料的輸送，另一部分運(yùn)動(dòng)通過共用一根同步帶，將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給執(zhí)行部分—圓盤刀軸和條刀軸，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的和要求。4圖 2-1 切丁機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖1—電動(dòng)機(jī) 2—電動(dòng)機(jī)帶輪 3、6—同步帶 4—軸Ⅱ輸入帶輪 5—軸Ⅱ輸出帶輪 7—圓盤刀軸帶輪 8—條刀軸帶輪 9—小齒輪 10—大齒輪 2.2 傳動(dòng)帶的選擇在切丁機(jī)設(shè)備中，其執(zhí)行部件是推進(jìn)器、圓盤刀、條刀。該設(shè)備屬于農(nóng)用食品機(jī)械設(shè)備，要求轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，效率高，無振動(dòng)等。同步帶傳動(dòng)把摩擦傳動(dòng)改善為嚙合傳動(dòng)，避免了打滑，傳動(dòng)精度準(zhǔn)確，效率高，傳動(dòng)比大，功率高?，F(xiàn)在已初步系列化，標(biāo)準(zhǔn)化，帶輪和同步帶可以直接購買。所以宜選圓弧齒形同步帶及與其配套同步帶輪。2.3 電動(dòng)機(jī)的選擇2.3.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型按工作要求，每天 8 小時(shí)工作制，一年 300 天。要求電動(dòng)機(jī)能現(xiàn)實(shí)大范圍調(diào)速且平滑調(diào)速，應(yīng)用變速交流異步電動(dòng)機(jī)，選 YVP 系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。 YVP 系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)與 SPWM 變頻裝置構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)具有節(jié)能效果明顯、調(diào)速性能好、調(diào)速比寬、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)。防護(hù)等級和5絕緣等級高，噪聲低，安裝尺寸及功率符合 IEC 標(biāo)準(zhǔn)，互換通用性強(qiáng)。本系列電動(dòng)機(jī)采用獨(dú)立的冷卻結(jié)構(gòu)，采用軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，確保電機(jī)在低速恒轉(zhuǎn)矩下長期運(yùn)行時(shí)升溫不超過允許值。2.3.2 選擇電動(dòng)機(jī)容量電動(dòng)機(jī)所需工作功率為 ?/wdP?按要求，工作機(jī)所需功率為 為 3.5 Kww傳動(dòng)裝置總效率為 2341??根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表 2-5 傳動(dòng)效率取值范圍確定各部分效率為：帶傳動(dòng)效率 ，軸承效率 ，齒輪傳動(dòng)效率 ，代入得98.01??9.02?98.03?0.98 0.99 =0.9225?2?.42所需電動(dòng)機(jī)功率為 kWPd79.395.0/3?因?yàn)檩d荷平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)額定功率 略大于 P 即可。由 YVP 系列電動(dòng)機(jī)技edd術(shù)數(shù)據(jù)，選電動(dòng)機(jī)的額定功率 為 4kW。e2.3.3 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大齒輪軸工作轉(zhuǎn)速 n =115r/min，通常，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比常用范圍為w,二級圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為 ，總傳動(dòng)比范圍為 ，4~21?i 8~32?i 32~6?i故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為（6~32 ） 115/min=360~3686r/min?wdin?考慮電動(dòng)機(jī)的尺寸、重量和價(jià)格，選擇同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 電機(jī)，滿載轉(zhuǎn)速 r/min，型號為 YVP 系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。140?mn2.4 傳動(dòng)比的分配62.4.1 總傳動(dòng)比 5.1240?wmni2.4.2 傳動(dòng)裝置各級傳動(dòng)比的分配此傳動(dòng)部分共有 5 根傳動(dòng)軸，分別為電機(jī)輸出軸 1，小齒輪軸 2，大齒輪軸3，圓盤刀軸 4 條刀軸 5 。取兩圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比 ，取圓盤刀軸與大齒輪軸的傳動(dòng)4.13.2?ii比 5.4，取條刀軸與大齒輪軸的傳動(dòng)比 ，求得：?3.4i 2.53.電機(jī)輸出軸 1 與小齒輪軸 2 傳動(dòng)比 ；2.1i小齒輪軸 2 與圓盤刀軸 4 傳動(dòng)比 （增速） ；740.?小齒輪軸與條刀軸 5 傳動(dòng)比 （增速） 。65.2i以上傳動(dòng)比的分配是在初步確定的，傳動(dòng)裝置的實(shí)際傳動(dòng)有可能在各級略有變化。2.5 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算1 軸（電動(dòng)機(jī)軸）：P =P =3.794kW1dr/min40?mnT 9550 =9550 =25.16?11?79.3N?m?2 軸（小齒輪軸）：P = P = P =3.794 kW 0.98=3.87 kW21.0?1r/min=460.8r/min25.34.1?inT =80.28.0795022?nmN??73 軸（大齒輪軸）：P = P = P =3.87kW 0.99 0.98=3.75kW323.?23?115.2r/min?48603.2in310.8????mNnT2.15739533 ?4 軸（圓盤刀軸）：=3.83 kW9.087.214.24 ?kWP?r/min=622.7r/min.0864.2?in=80.2.739524?nTmN??5 軸（條刀軸）：=3.83 kW5P9.087.3214.2 ???kW?r/min=606.3r/min6.05.2n=60.963.87955??TmN??運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算結(jié)果加以總匯，列出表格如下，以供以后的設(shè)計(jì)計(jì)算使用。功率 P/kW 轉(zhuǎn)矩 T/ ?軸名輸入 輸出 輸入 輸出轉(zhuǎn)速n/(r/min)傳動(dòng)比 i 效率 ?電動(dòng)機(jī)軸 13.794 25.16 1440小齒輪軸 23.87 3.75 80.2 79.4 460.8大齒輪軸 33.75 3.69 310.8 298.6 115.23.12540.980.978圓盤刀軸 43.83 3.67 80.2 77 622.7條刀軸53.83 3.67 60.96 59.7 606.30.740.760.960.96第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.1 電機(jī)軸 1 到小齒輪軸 2 圓弧齒形同步帶 1 的設(shè)計(jì)（1）確定設(shè)計(jì)功率， （其中系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)kWPkAd645.??? 5.?Ak和鏈傳動(dòng)》表 14.1-86 查的） 。（2）選定帶型節(jié)距根據(jù) =6kW，n=1500r/min，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》圖d14.1-16，選 8M 型圓弧帶。（3）確定電動(dòng)機(jī)軸上小帶輪 1 的齒數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表 14.1-72，根據(jù) 8M 型圓弧帶，n=1500r/min,查得最少齒數(shù) 為 32，故選 =32。minZ1Z（4）確定電機(jī)軸上小帶輪節(jié)圓直徑 1d（其中 為 8M 型圓弧帶節(jié)距） ，由《機(jī)械設(shè)pZdb5.8321?????bp9計(jì)手冊-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表 14.1-71 查得其外徑為 80.115mm。查表 14.1-75 得帶輪 1 寬度 mm。7.31?fb（5） 確定小齒輪軸上與電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)帶相配的大帶輪 2 齒數(shù)因?yàn)閭鲃?dòng)比 ，所以， 100。小齒輪軸 2251i ????315.2.1Zi轉(zhuǎn)速 。確定帶輪 2 節(jié)圓直徑 ： min/480.32.1rin?2d，pZdb7.52????外徑 （其中查表 14.1-71 得md41.2537.182420)( ????=1.372）?查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表 14.1-75 得，大帶輪 2 寬度mm。382?fb（6）確定同步帶 1 的帶速 V。smnd/4.61065.8106?????（7）初定軸距 （軸 1 到軸 2 中心距）2.1a0.7（ ）≤ ≤2（ ） ，1d?2.1a21d?即 244.207mm≤ ≤697.752mm，取 =350~400mm. .a（8）確定同步帶 1 帶長 1L=21 2.1212. 4)()(adda???= mm3959.7350??查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表 14.1-66 選取 =1248mm，即1L。mLp1248?（9）確定同步帶 1 帶齒數(shù) ZZ= 156824?10（10）確定實(shí)際中心距 2.1a= ，2.116)(3221dM??（其中 ） ，代入數(shù)據(jù)求得 =349.3mm。80)(4???dLMp?2.1a（11）安裝量 mIa74.38.3492.1min ??（12）調(diào)整量 s2.50.12.1ax??（其中，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表得 I=1.78，S=1.02 ）（13）確定嚙合齒數(shù) mZ。14)65.0(2.1???Zadent（14）確定基本額定功率 0P查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表 14.1-69 得基本額定功率=3.5kW。0P（15）確定要求帶寬 sb≥ ，s014.0PKbZLd（其中，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表 14.1-73 得，）,1,.,20??ZLsKb≥20 29.5mmsb??14.5.36查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表 14.1-65 得，選帶寬 為 30mm sb。（16）確定緊邊、松邊張力 、1F211緊邊張力：=1FNvPd85.174.6250??松邊張力：=2vd375.24.650??3.1.2 小齒輪軸 2 到圓盤刀軸 4、條刀軸 5 圓弧齒形同步帶 2 的設(shè)計(jì) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表 14.1-3，得同步帶的傳動(dòng)效率為93%~98%，取 96%，由此算得，小齒輪軸 2 的功率 96% 4=3.84kW。?2P?（1）確定設(shè)計(jì)功率因?yàn)槿~輪需要功率為 1.9kW，所以該帶要求傳遞的功率至少為 1.9kW，設(shè)計(jì)功率為： 。kWPKAd 85.291.???（2）選定帶型節(jié)距 dp小齒輪軸 2 轉(zhuǎn)速 480r/min，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 -帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》圖2n14.1-16，選 8M 圓弧齒形同步帶。（3）圓盤刀軸 4 上帶輪 3 的設(shè)計(jì)由小齒輪軸 2 到圓盤刀軸 4 的傳動(dòng)比 ，得74.0.2?i，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊- 帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表 14.1-72min/6.487.0.24rn?得，同步帶論最少齒數(shù)為 22，取 ，其節(jié)圓直徑473?Z，外徑pZdb68.1943????， （其 中《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)和m312.7230)( ???鏈傳動(dòng)》查表 14.1-71 得 2 ） ，查表 14.1-75 得帶輪 3 寬度?mm。83?fb12（4）條刀軸上小帶輪 4 的設(shè)計(jì)根據(jù)小齒輪軸 2 到條刀軸 5 的傳動(dòng)比 ，有 76.05.2?i，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表 14.1-72min/6.317.0485.2rin?得，帶輪最少齒數(shù)為 22，取 ，節(jié)圓直徑 ，49?Z mpZdb84.12494????外徑 mm，查表 14.1-75 得帶輪 4 輪寬 38mm。1.2340)(???d 4f（5）小齒輪軸上與同步帶 2 配對的帶輪 5 的設(shè)計(jì)齒數(shù) ，取 =64，.6374.0.235?iZ5Z節(jié)圓直徑 mm，0.185???bpd外徑 mm，6.250)(??查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表 14.1-75 得帶輪 5 輪寬 38mm。?5fb（6）確定同步帶 2 的帶速 vV= m/s 。096.4860.136025 ?????nd（7）確定同步帶帶長 2L① 初定小齒輪軸 2 到條刀軸 5 軸間距0.7（ ≤ ≤2（)4d?5.2)45d?代入數(shù)據(jù)得 201.53≤ ≤575.8.取 =450mm。5.2d② 初定圓盤刀軸 4 到條刀軸 5 的軸間距0.7（ ）≤ ≤2（ ）34d?4. 34d?13代入數(shù)據(jù)解得 197.92≤ ≤565.4884.3d取 =430mm。4.3d③ 初算同步帶 2 帶長由作圖法得=1539，參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-帶傳動(dòng)4354.3542 aLL???和鏈傳動(dòng)》表 14.1-66，選帶長 =1600mm。2④ 確定同步帶 2 帶寬 sb帶輪 5 嚙合齒數(shù)為 ，37895?bpa帶輪 4 嚙合齒數(shù)為 ，14b帶輪 3 嚙合齒數(shù)為 ，86.3?bpa因?yàn)?37、17、11 都大于 6，故 ,1ZK.L基本額定功率 (其中 為帶輪 4 額定功率，kWP079.34210 ???1p為帶輪 3 額定功率 )，帶寬 ≥ =20 ，2Psb14.00PZLd 36.207.8.54??故選帶寬 =30mmsb綜上述，選同步帶 1 帶長 1440mm，帶寬 30mm，規(guī)格為?1p ?1sbRPP8M-1440；選同步帶 2 帶長 1600mm，帶寬 30mm，規(guī)格為2L2sRPP8M-1600mm。為方便設(shè)計(jì)和查找，現(xiàn)將格帶輪有關(guān)數(shù)據(jù)列成表格形式：帶輪 齒數(shù) 節(jié)圓直徑d/mm外徑 /mm0d輪寬 /mmfb帶輪 1 32 81.487 80.115 31.714帶輪 2 100 254.778 253.406 38帶輪 3 47 119.684 118.312 38帶輪 4 49 124.84 123.11 38帶輪 5 64 163.06 161.68 383.2 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算軸 2 到軸 3 傳動(dòng)的設(shè)計(jì)（采用齒輪傳動(dòng)） 。已知小齒輪軸轉(zhuǎn)速為 =480r/min，傳動(dòng)比 4，功率 P=1.9kW，工作壽2n?3.2i命為 15 年，每年工作 300 天，每天 8 小時(shí)工作制。3.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)（1） 按圖示傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)（2） 果蔬食品切丁機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 8 級精度（GB10095-88） 。（3） 材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)處理）硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)處理） ，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。（4）該齒輪傳動(dòng)為閉式傳動(dòng)，小齒輪齒數(shù) 適宜取值范圍為 =20~40，取小Z小Z=27，則有大齒輪齒數(shù) = =27 ，取 =108。小Z大Z小 3.2i?1084??大3.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即 ??2131 )(2. HEdt ZuKTd?????（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值① 試選載荷系數(shù) 1.3。?tK② 計(jì)算小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩。15N mm45251 1078.34809.1.90.9 ??????mNnPT ?③ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 10-7 選取齒寬系數(shù) 。6.?d④ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 10-6 得材料彈性影響系數(shù) 。218.9MPaZE?⑤ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限600MPa，?1limH?大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 550MPa。?2limH?⑥ 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 921 1037.80154860???hjLnN93.212.7?i⑦ 由《機(jī)械設(shè)計(jì) 》第八版圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) ，1?HNK。 08.12?HNK⑧ 計(jì)算接觸疲勞許應(yīng)力。取失效概率為 1%，安全系數(shù)為 S=1，由公式 10-12 得??MPaSKHN601lim11 ????5948.2li2（2）計(jì)算① 計(jì)算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值。td1??H?≥2.32td1=50.725mm?? 243213 )598.1(6.078.)( ??????HEdtZuTK?取 =68mm。t1② 計(jì)算圓周速度 。?16m/s708.160481602??????ndt③ 計(jì)算齒寬 b。b= mm.48.1??mdt④ 計(jì)算齒寬與齒高之比 。h模數(shù) =25.3mm2761?ztt齒高 mm67.53.5.?tmh67.840?b⑤ 計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù) =1.708m/s，8 級精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 10-8 查得動(dòng)載荷系?數(shù) 1.04；?VK直齒輪有，齒間載荷分配系數(shù) ；1??FHK查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 10-2 得使用系數(shù) 1；A由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 10-4 用指數(shù)法查得 8 級精度懸臂布置時(shí)，齒向載荷分布系數(shù) 。38.1??HK由 =7.25， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 10-13 得 ；故hb 28.1??FK載荷系數(shù)K= 43.8.104.????HAVK⑥ 按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑mm.73.16831?ttd⑦ 計(jì)算模數(shù) m。mm267.01?Z3.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)17彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 ??)(213FSadYZKTm???（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值① 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；MPaFE501?? MPaFE3802??② 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，8.01?FNK；9.2FNK③ 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，有??MPaSKFENF 28.314.50811 ????FEF 922④ 計(jì)算載荷系數(shù) K。 312.8.104.??????FVA⑤ 查取齒形系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 10-5 查得 ； 。57.1FaY64.2Fa⑥ 查取應(yīng)力校正系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 10-5 查得 ， 。60.1?Sa87.12SaY⑦ 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。??FSaY?0138.2.3146571??FSa??2FSaY?大齒輪的數(shù)值大。18（2）計(jì)算569.103.276.01953143 ????m對比結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 2.6 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=3mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑=70.33mm，算出小齒輪齒數(shù)1d，取43.2.701?mdZ241?Z大齒輪齒數(shù) 963.21?i這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的要求，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。3.2.4 幾何尺寸的計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑 mZd72341???8962（2）計(jì)算中心距mda102721???（3）計(jì)算齒輪寬度.4376.01??db取 ， 。mB42?4913.3 軸系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1 小齒輪軸 2 的設(shè)計(jì)19已知：軸上的功率 =3.87kW，轉(zhuǎn)速 =460.8r/min。軸的在和分析如下圖所2P2n示。3.3—1 圖 軸的載荷分析簡圖（1）確定轉(zhuǎn)矩 2T=95502 mNnP??????80258.4601739532（2）求作用在齒輪上的力已知小齒輪分度圓直徑 mZd72341???圓周力 2227.9NNTFt 7280512徑向力 Nntr 819'06costan9.cosa??????20（3）初步確定軸的最小直徑先按下式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 15-3，取 =112，于是得0AmnPd 76.28.46031230min ???輸出軸的最小直徑顯然是安裝小齒輪處軸的直徑，考慮齒輪內(nèi)孔的設(shè)計(jì)和性能要求，選 =35mm。min3.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì)圖如下圖所示：齒輪軸的設(shè)計(jì)圖（1）根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度① 為了滿足兩帶輪的軸向定位要求，Ⅰ~Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故取 Ⅱ~ Ⅲ段的直徑 =40mm，左端用螺釘擋板定位，兩帶輪寬 都為 38mm，軸套臺ⅢⅡ ?d fb肩厚度為 18mm，故Ⅰ~ Ⅱ軸段的長度略比三者總長短一些，現(xiàn)取 =90mm。ⅡⅠ ?d② 初步選擇滾動(dòng)軸承21因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) =40mm，考慮外固定套筒的定位問題，選擇兩組軸承內(nèi)ⅢⅡ ?d徑不同的軸承，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度等級的單列圓錐滾子軸承， 30308 基本尺寸為 ； mmTDd25.904???30309 基本尺寸為 ，故mTDd25.7145??=45mm， =28mm，ⅣⅢ ?dⅣⅢ ?l使小齒輪軸懸臂、固定兩軸的固定套筒長為 110mm,為使固定套筒與旋轉(zhuǎn)部分留一定間隙，取 =120mm。ⅢⅡ ?d右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，取 =99mm， =130mm，ⅤⅣ ?dⅥⅤ ?d=16mm。ⅥⅤ ?l小齒輪總寬 65mm，所以去取與小齒輪配合處軸段長為 65mm。（2）軸上零件的周向定位小齒輪、法蘭盤與軸的周向定位均采用普通平鍵連接。按 d=35mm,由表 6-1 查得普通平鍵截面鍵寬 b 鍵高 h= ,鍵槽用銑刀加工，與小齒輪?m810?連接處長為 =50mm，與法蘭盤連接處長為 =56mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸1L2L配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ；法蘭盤與軸的配合67nH為 。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過度配合來保證的，此處選軸的直徑公67kH差為 k6。（3）確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角為 ，各軸肩處的圓角半徑 R1。?452?3.3.3 求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡圖。確定軸承的支點(diǎn)位置，從手冊中查取 a 值。對圓錐滾子軸承， ， mm。由ma5.19308?3.21309?a， ，求得 =1400N， =-581N；由21VrF??1783?VrFVVF22， ，求得 =3810N， -1582N。從軸的21HtF??01783??HFt 1H?2HF結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 B 是軸的危險(xiǎn)截面。彎矩169274N.mm， =106400N.mm，總彎矩 M=HMVMmN???7.20311649273.3.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，只需校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面 B 的強(qiáng)度。根據(jù)上述數(shù)據(jù)及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭矩切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取 0.6，軸的計(jì)算應(yīng)??力：MPaWTMca 43.12401.)8256(7203)( 3232 ???????由軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版 15-1 得，因此 ，故安全。??P601? ??1???ca3.3.5 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度（1）判斷危險(xiǎn)截面截面Ⅵ雖然鍵槽、軸肩及過度配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭矩轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截面Ⅵ無需校核。截面Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ相對Ⅱ較大，所以均無需校核。截面Ⅱ左右兩側(cè)應(yīng)力集中嚴(yán)重，受力較大，現(xiàn)在對其左右兩側(cè)進(jìn)行校核。（2）截面Ⅱ右側(cè)抗彎截面系數(shù) 3334601.0. mdW???抗扭截面系數(shù) 333922T截面Ⅱ右側(cè)的彎矩 M 為M= mN????1475.14807.截面Ⅱ上扭矩為 23=2TmN?805截面上的彎曲應(yīng)力為MPaWMb 7.31461???截面上的扭矩切應(yīng)力為 T.892085?軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 15-1 查得，抗拉強(qiáng)度極限 ，彎曲疲勞極限 ，剪切疲勞極限MPaB640??MPa751???。15??截面由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 及 按《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版???附 3-2 查取，因 ， ，經(jīng)插值后可查得0429.351?dr 14.350?dD=2.04， =1.60???由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖 3-1 可得軸的材料的敏性系數(shù)為，82.0??q5.?故有效應(yīng)力集中系數(shù)為85.1)04.2(8.1)(1?????????k.)6.(5.)(????q由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖 3-2，軸直徑為 35mm 得，尺寸系數(shù) ，85.0???由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖 3-3 得，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 。8.0???按精車，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖 3-4 得必愛面質(zhì)量系數(shù) .???軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 ，1?q?由此計(jì)算綜合系數(shù)35.218.05.?????????kK2489.15.08.1??????????kK取碳鋼的特性系數(shù) ，1.0???計(jì)算安全系數(shù) 的值caS69.301.735.21 ??????maK???4.828911????aSS=1.3~1.56.34.6.322???????Sca故可知其安全。（3）截面Ⅱ左側(cè)抗彎截面系數(shù) 333 5.428751.0. mdW???抗扭截面系數(shù) 2T截面Ⅱ左側(cè)的彎矩 M 及彎曲應(yīng)力為M= N????14375.14807.3MPaWb .2??截面Ⅱ上扭矩及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 =2TmN?805PaT35.97???過盈配合處的 ，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附表 3-8 用插值法求出并取??k得8.0???k?25=2.06， ??k68.1???k按磨削加工，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖 3-4 查得表面質(zhì)量系數(shù)為92.0???故得綜合系數(shù)為15.29.06.1???????????kK78.??所以軸在截面Ⅱ左側(cè)的安全系數(shù)為79.301.735.21 ???????maKS???2.85.2.911???aS=1.3~1.563487.3222????????SSca故該軸在截面Ⅱ左側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。3.3.6 鍵的選擇及校核已知小齒輪與軸的連接時(shí)通過鍵連接，齒輪等級精度為 8 級，裝齒輪處的軸徑 d=35mm，已知齒輪寬度為 60mm，需傳遞扭矩 T=80205 ，設(shè)計(jì)此鍵mN?連接。（1）選擇鍵連接的類型和尺寸一般 8 級以上精度的齒輪有定心要求，此時(shí)應(yīng)選用圓頭普通平鍵（A 型） 。根據(jù) d=35mm，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 6-1 中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=10mm，高度 h=8mm。根據(jù)鍵的長度系列和齒輪寬度，選鍵長 L=50mm。（2）校核鍵連接的強(qiáng)度26鍵、軸、輪轂的材料都是鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 6-2 查得許用擠壓應(yīng)力 ，取其平均值， 。鍵與輪轂鍵槽的接觸??MPap150~2????MPap135??高度 k=0.5h=4mm。可得??PaPakldT pp 1359.2503412.81023 ????????故連接鍵的擠壓強(qiáng)度足夠。3.3.7 軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)工作條件，軸承所受的徑向力和軸向力分別為 ，NFr140?=620N，小齒輪轉(zhuǎn)速 n=460.8r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，軸承預(yù)期壽命aF為 15 年，每年 300 天，每天 8 小時(shí)工作制。初選軸承型號為 30308，校核hL'軸承能否到達(dá)預(yù)期壽命要求。（1）查標(biāo)準(zhǔn)軸承表得，軸承 30308 的基本額定載荷 C=90800N，e=0.35（2）球軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 P因?yàn)? 35.04.1062???eFra由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 13-5 分別進(jìn)行查表和插值計(jì)算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為0.4， ?X7.1?Y因?yàn)檩S承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 13-6，取 。5.1?pf則有NYFXPar 241607.14.0?????（3）驗(yàn)算軸承的壽命 hCnLh 531066 6.)2498(.0)(01??hh1.385' ?27因?yàn)?，故所選軸承滿足壽命要求。hL'?第四章 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于三維立體圖直觀、形象，通過對傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型來分析系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和性能比較方便。因此，把握好零件的模型建立，對整個(gè)設(shè)計(jì)過程乃至今后的工作都至關(guān)重要。而 UG 是比較常用的結(jié)構(gòu)建模軟件之一。4.1 UG 軟件簡介Unigraphics（簡稱 UG）是 EDC 公司推出的集 CAD/CAM/CAE 于一體的三維參數(shù)化軟件，是當(dāng)今世界最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件之一。它為為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。自從 1990年進(jìn)入中國市場，并很快以其先進(jìn)的理論基礎(chǔ)、強(qiáng)大的工程背景、完善的功能和專業(yè)化的技術(shù)服務(wù)贏得了廣大 CAM/CAD 用戶的好評，并已廣泛應(yīng)用于航空、