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混凝土攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要
為加快鄉(xiāng)村振興以及城鎮(zhèn)的現(xiàn)代化建設(shè)，設(shè)計(jì)一種適用于農(nóng)村和城鎮(zhèn)的小型簡(jiǎn)便的混凝土攪拌機(jī)是有重大意義的。 本設(shè)計(jì)包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，攪拌機(jī)構(gòu)以及機(jī)架。電動(dòng)機(jī)將動(dòng)力輸入皮帶，然后經(jīng)皮帶傳到減速器減速，減速器傳出的動(dòng)力帶動(dòng)滾筒上的大齒圈，使得滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。由于這是一個(gè)小型混凝土攪拌機(jī)，整個(gè)機(jī)器上料為人工上料，出料通過(guò)攪拌筒的反轉(zhuǎn)使得混凝土卸出。通過(guò)對(duì)攪拌筒的設(shè)計(jì)計(jì)算得拌筒的尺寸長(zhǎng)1480mm，寬1200mm，出料口半徑350mm，進(jìn)料口半徑400mm，然后選擇合適的電動(dòng)機(jī)，選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y132S1-2，額定功率Pen=5.5kW，滿載轉(zhuǎn)速為nm=2900r/min，同步轉(zhuǎn)速為nt=3000r/min。接著對(duì)帶輪，減速器，開式齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。皮帶選用3V帶根進(jìn)行傳動(dòng)，所設(shè)計(jì)減速器的傳動(dòng)比為8.05。設(shè)計(jì)的開式大齒輪基準(zhǔn)圓直徑為1260mm，齒寬100mm。選擇合適角度的高低葉片，最后設(shè)計(jì)機(jī)架使得各部件連接起來(lái)。設(shè)計(jì)所得的混凝土攪拌機(jī)滿足使用要求。
關(guān)鍵詞：混凝土攪拌機(jī)；電動(dòng)機(jī)；攪拌筒；葉片
Design of concrete mixer
Abstract
In order to speed up the Rural Revitalization and urban modernization, it is of great significance to design a small and simple concrete mixer suitable for rural and urban areas. This design includes transmission mechanism, mixing mechanism and frame. The power is input into the belt by the motor, and then transmitted to the reducer through the belt. The power from the reducer drives the big gear ring on the drum to make the drum rotate. Because this is a small concrete mixer, the whole machine is manually loaded, and the concrete is discharged by reversing the mixing drum. Through the design and calculation of mixing drum, the size of mixing drum is 1480mm in length, 1200mm in width, 350mm in outlet radius and 400mm in inlet radius. Then select the appropriate motor, with y132s1-2 motor model, Pen=5.5kW rated power and n full load speednm=2900r/min n, synchronous speed is nt=3000r/min。 Then design and calculate the pulley, reducer and open gear. 3V belt root is selected for belt transmission, and the transmission ratio of the designed reducer is 8.05. The diameter of reference circle is 1260 mm and the tooth width is 100 mm. Choose the right angle of high and low blades, and finally design the frame to connect the components. The designed concrete mixer meets the use requirements.
Key words: concrete mixer; Motor; Mixing drum; blade
目錄
1、前言 6
1.1、課題的目的與意義 6
1.2、混凝土攪拌機(jī)國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展 6
2、技術(shù)任務(wù)書 7
2.1、原始數(shù)據(jù) 7
2.2、設(shè)計(jì)的總體要求 7
2.3、設(shè)計(jì)內(nèi)容 7
3設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 8
3.1總體設(shè)計(jì)方案 8
3.2攪拌筒尺寸的確定 9
3.3、電動(dòng)機(jī)的選擇 11
3.4傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 13
3.4.1傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比的分配 13
3.4.2、V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 14
3.4.3減速器的設(shè)計(jì) 17
3.4.4聯(lián)軸器的選擇 42
3.4.5軸承的選擇 42
4執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 42
4.1. 滾筒上齒圈的設(shè)計(jì) 42
4.2、工作機(jī)軸的設(shè)計(jì)與校核 46
4.3葉片角度的選擇 49
5、機(jī)架的設(shè)計(jì) 50
6、其他 50
7、使用說(shuō)明書 50
7.1、開機(jī)前的檢查 50
7.2、操作流程 51
7.3、日常維護(hù) 51
結(jié)論 51
參 考 文 獻(xiàn) 52
致 謝 52
1、前言
1.1、課題的目的與意義
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的迅速發(fā)展，基礎(chǔ)性的建設(shè)擴(kuò)大，生產(chǎn)越來(lái)越朝著自動(dòng)化的方向發(fā)展?；炷翑嚢铏C(jī)在建筑中有著十分廣泛的應(yīng)用，它不僅減輕了人們的勞動(dòng)力，還保證了混凝土的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于混凝土攪拌機(jī)是將沙和石子等物料進(jìn)行混合，且需要量大，所處環(huán)境惡劣。因此混凝土攪拌機(jī)在向使用方便、自動(dòng)生產(chǎn)等方面的發(fā)展是的必要的。
選擇混凝土攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)，希望能鞏固和掌握學(xué)到的知識(shí)。且隨著“十四五”的到來(lái)，為加快鄉(xiāng)村振興以及城鎮(zhèn)的現(xiàn)代化建設(shè)，設(shè)計(jì)適用于農(nóng)村和城鎮(zhèn)的混凝土攪拌機(jī)是有重大意義的。
1.2、混凝土攪拌機(jī)國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展
19世紀(jì)40年代，在徳、美、俄等國(guó)家出現(xiàn)了以蒸汽機(jī)為動(dòng)力來(lái)源的自落式攪拌機(jī)。從1943年美國(guó)開始大量生產(chǎn)預(yù)拌混凝土到1950年日本開始用攪拌機(jī)生產(chǎn)預(yù)拌混凝土期間，以各種有葉片或無(wú)葉片的自落式攪拌機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用為主。20世紀(jì)40年代后期，德國(guó)ELBA率先發(fā)明了強(qiáng)制式單臥軸攪拌機(jī)德國(guó)的桑索霍芬機(jī)械與礦業(yè)公司推出強(qiáng)制式雙臥軸攪拌機(jī)。但當(dāng)時(shí)的臥軸式攪拌機(jī)因軸端密封技術(shù)未完全成熟，其發(fā)展基本處于停頓狀態(tài)。我國(guó)在1952年，天津工程機(jī)械廠和上海建筑機(jī)械廠各試制出第一臺(tái)進(jìn)料容積為400L和1000L的混凝土攪拌機(jī)，當(dāng)時(shí)的400L即后來(lái)定型的JG250.1964-1965年，天津攪拌機(jī)廠和華東建筑機(jī)械廠先后在測(cè)繪國(guó)外樣機(jī)的基礎(chǔ)上，研制出JG250和JG1000型立軸渦槳式攪拌機(jī)，開始了我國(guó)強(qiáng)制式攪拌機(jī)生產(chǎn)的新篇章。20世紀(jì)70年代初，臥軸式攪拌機(jī)的軸端密封技術(shù)得到突破，這種類型的攪拌機(jī)在德國(guó)的BHS公司、意大利的SICOMA公司美國(guó)的JOHNSNO公司、日本的日工株式會(huì)社和光洋株式會(huì)社等企業(yè)又重新發(fā)展起來(lái)。在此期間，除了強(qiáng)制式臥軸攪拌機(jī)外，立軸渦漿式，立軸行星式等強(qiáng)制式攪拌機(jī)也先后問(wèn)世。1980年，長(zhǎng)沙建筑機(jī)械研究所與吉林市工程機(jī)械廠聯(lián)合研制成功JS500型雙軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著商品混凝土技術(shù)的應(yīng)用推廣及國(guó)家環(huán)保政策的強(qiáng)力推行，我國(guó)混凝土攪拌機(jī)發(fā)展非常迅速，以中聯(lián)重科、珠海仕高瑪為代表的混凝土攪拌機(jī)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平，引領(lǐng)國(guó)內(nèi)混凝土攪拌機(jī)行業(yè)走上依靠創(chuàng)新的發(fā)展之路[1][10]。
2、技術(shù)任務(wù)書
2.1、原始數(shù)據(jù)
（1）出料容積250L
（2）進(jìn)料容積350L
（3）攪拌筒的轉(zhuǎn)速18r/min
（4）骨料最大粒徑60mm
（5）生產(chǎn)率25-30m3/h
2.2、設(shè)計(jì)的總體要求
（1）滿足使用要求
（2）滿足經(jīng)濟(jì)性要求
（3）力求整機(jī)的布局緊湊合理
（4）工業(yè)性要求易操作而實(shí)用
（5）滿足有關(guān)技術(shù)要求
2.3、設(shè)計(jì)內(nèi)容
設(shè)計(jì)一個(gè)自落式混凝土攪拌機(jī)，使其適用于農(nóng)村，城鎮(zhèn)家庭的一般工作使用，減少勞動(dòng)力，提高效率。
1、機(jī)架：機(jī)架是整個(gè)混凝土攪拌機(jī)的支撐部件。在機(jī)架下方安放輪胎，便于移動(dòng)。
2、原動(dòng)機(jī)：采用電動(dòng)機(jī)作為混凝土攪拌機(jī)的動(dòng)力來(lái)源。
3、傳動(dòng)部分：由電動(dòng)機(jī)，皮帶，齒輪，減速器，軸承，工作機(jī)軸，聯(lián)軸器等零件組成。
4、工作部分：主要由滾筒，攪拌器等組成。
本設(shè)計(jì)選用的機(jī)型為錐型反轉(zhuǎn)出料式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)骨粒有很好的適應(yīng)性，攪拌比較均勻，工作效率較高，成本較低。
3設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書
3.1總體設(shè)計(jì)方案
方案一：
圖3-1齒輪傳動(dòng)
1-電動(dòng)機(jī) 2-V帶 3-減速器 4-聯(lián)軸器
5-攪拌筒 6-大齒圈 7-小齒輪
攪拌筒由電動(dòng)機(jī)控制旋轉(zhuǎn)方向，動(dòng)力由V帶輸入減速器，經(jīng)齒輪傳給在聯(lián)軸器上的工作軸IV，軸上的小齒輪和攪拌筒上的大齒帶動(dòng)攪拌筒旋轉(zhuǎn)。
方案二：
圖3-2 摩擦傳動(dòng)
1-電動(dòng)機(jī) 2-V帶 3-減速器 4-主動(dòng)摩擦輪
5-從動(dòng)摩擦輪 6-滾道 7-攪拌筒
攪拌筒由電動(dòng)機(jī)控制旋轉(zhuǎn)方向，動(dòng)力由V帶輸入減速器經(jīng)軸III傳出使一對(duì)主動(dòng)摩擦輪旋轉(zhuǎn)，在攪拌筒及物料重量作用下，主動(dòng)摩擦輪靠摩擦力帶動(dòng)攪拌筒轉(zhuǎn)動(dòng)[1][11]。
方案二的摩擦傳動(dòng)特點(diǎn)是產(chǎn)生的聲音小，整體結(jié)構(gòu)較緊湊。但摩擦輪遇到油和水等液體時(shí)容易發(fā)生打滑現(xiàn)象，使得生產(chǎn)效率變低。方案一是齒輪傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)能夠使攪拌筒不會(huì)出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象，而且齒輪傳動(dòng)使它的傳動(dòng)比較準(zhǔn)確。綜合考慮選擇方案一作為本設(shè)計(jì)的總體方案。
3.2攪拌筒尺寸的確定
攪拌筒
圖3-1 攪拌筒
查《混凝土機(jī)械》得：
V0V1=2~4 （4-1）
δ=V2V1=0.6~0.7 （4-2）
δ-為出料系數(shù)
設(shè)出料V2=250L，所以V1=357～417L，暫時(shí)選V1==350L，所以V0=700L～1400L，暫時(shí)選V0=1000L。
查進(jìn)料錐角為47°～50°，出料錐角為30°～33°。所以選擇出料角32°，進(jìn)料角48°
設(shè)l1=430mm，l2=800mm，l3=250 mm
其中ρ為拌合料容重
為攪拌時(shí)拌合料的自然坡度，
φ=40°～45°
綜上可得：R1=350mm，R2=400mm
3.3、電動(dòng)機(jī)的選擇
選擇電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。電機(jī)的選擇需要根據(jù)設(shè)備的工作條件和運(yùn)動(dòng)形式來(lái)確定。
混凝土攪拌機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率：
Pd=Pwη ( 3-1)
Pw—混凝土攪拌機(jī)所需工作效率
? —由電動(dòng)機(jī)到混凝土攪拌機(jī)的總效率
Pw=M*n9550 (3-2)
M為攪拌筒攪拌時(shí)所需的外力據(jù)（N·m）
n—攪拌筒轉(zhuǎn)速（r/min）
混凝土攪拌機(jī)工作時(shí)，必須克服偏心阻力和滾筒摩擦阻力。假設(shè)所有物料都向攪拌筒的一側(cè)傾斜，這是極限條件。在此條件下的功率為最大功率。
外力矩M的計(jì)算：
M=M摩擦+M物料 （3-3）
M物料—攪拌時(shí)拌物料所產(chǎn)生的偏心阻力矩
M摩擦-攪拌時(shí)托輪所產(chǎn)生的滾動(dòng)摩擦阻力矩
M物料=G物料*H*sinα=9.8*V*p*Hsinφ （3-4）
式中G物料為攪合物料質(zhì)量
G物料=V*p
V—攪拌筒容積
p—拌合料容重
p=（1.5~1.7）×1000kg/m3 （3-5）
H—物料重心至攪拌筒中心的距離
H=2[R1+tanφ2-h]3 （3-6）
根據(jù)混合時(shí)進(jìn)出口不溢流的原則，進(jìn)出口應(yīng)為h。
ΔM進(jìn)=9.8ΔV進(jìn)pHsinφ=9.8×23[(R1+xtanα-h2)]32?p?sinα??x （3-7）
ΔM柱=9.8ΔV柱pHsinφ=19.63(R2-h2)32l2psinφ （3-8）
所以攪拌時(shí)物料產(chǎn)生的偏心力矩為：
M物料=M進(jìn)+M出+M柱 （3-9）
所以：
M進(jìn)=430.5N?m
M出=390.8N?m
M柱=1140N?m
M摩擦=i=1nNiK1(1+Rr)+i=1mNjK2(1+rR)=195.4N?m （3-10）
所以外力矩M=M摩擦+M物料=2150N?m
工作機(jī)所需功率為
Pw=M* n9550=4.05Kw （3-11）
查表得：
聯(lián)軸器的效率：η1=0.99
滾動(dòng)軸承的效率：η2=0.99
閉式圓柱齒輪的效率：η3=0.98
加工齒的開式齒輪的效率：η4=0.94
V帶的效率：ηv=0.96
工作機(jī)的效率：ηw=0.97
ηa=η1 η24 η32 η4ηv ηw=0.99×0.994×0.982×0.94×0.96×0.97=0.816
電動(dòng)機(jī)所需額定功率:
Pd=Pwηa=4.050.816=4.96kW （3-12）
攪拌筒轉(zhuǎn)速：
nw=n=18r╱min （3-13）
查機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊(cè)，得各傳動(dòng)比范圍
V帶：2～4
展開式二級(jí)圓柱直齒輪減速器：8～40
圓柱齒輪：3～5。
總傳動(dòng)：48～800。
所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為nd=ia×nw=(48～800)×18=864～14400 r/min。經(jīng)綜合考慮，電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為：Y132S1-2，額定功率Pen=5.5kW，滿載轉(zhuǎn)速為nm=2900r/min，同步轉(zhuǎn)速為nt=3000r/min。
3.4、傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)
3.4.1、傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比的分配
（1）、總傳動(dòng)比的計(jì)算
計(jì)算傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為：
ia=nmnw=290018=161.2 （3-14）
（2）、分配傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比
取普通V帶的傳動(dòng)比：iV=4
取開式圓柱齒輪的傳動(dòng)比：ib=5
高速級(jí)傳動(dòng)比
i1=1.35×iaiv×ib=3.29 （3-15）
則低速級(jí)的傳動(dòng)比為
i2=2.44
減速器總傳動(dòng)比
ib=i1 i2=8.05
（3）、動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算
1）、各軸轉(zhuǎn)速：
高速軸：nⅠ=nmiv=29004=725r/min
中間軸：nⅡ=nⅠi1=7253.29=220.36r/min
低速軸：nⅢ=nⅡi2=220.362.44=90.31r/min
工作機(jī)軸：nⅣ=nⅢ=90.31r/min
攪拌筒轉(zhuǎn)速：nw=nIVib=18.06r/min （3-16）
2）、各軸輸出功率：
高速軸：PⅠ=Pd ηv=4.96×0.96=4.76kW
中間軸：PⅡ=PⅠ η2 η3=4.76×0.99×0.98=4.62kW
低速軸：PⅢ=PⅡ η2 η3=4.62×0.99×0.98=4.48kW
工作機(jī)軸：PⅣ=PⅢ η4 η1η3 =4.48×0.94×0.99×0.99=4.13kW
攪拌筒：P筒=PIVη4=4.13×0.94=3.88kW （3-17）
3）、各軸輸入轉(zhuǎn)矩：
電機(jī)軸：Td=9550×Pdnm=9550×4.962900=16.33N?m
高速軸：TⅠ=Td iv ηv=16.33×4×0.96=62.72N?m
中間軸：TⅡ=TⅠ i1 η3 η2=62.72×3.29×0.98×0.99=200.20N?m
低速軸：TⅢ=TⅡ i2 η3 η2=200.20×2.44×0.98×0.99=473.94N?m
工作機(jī)軸：TⅣ=TⅢ η1η3 =473.94×0.99×0.99=464.51N?m
攪拌筒：T筒=TIVη4ib=464.51×0.94×5=2183.19N?m （3-18）
3.4.2、V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）、確定計(jì)算功率Pca
由查表得工作情況系數(shù)KA=1.1，故
Pca=KA P=1.1×4.96=5.45kW （3-19）
（2）、選擇V帶的帶型
根據(jù)Pca、n1選用A型。
（3）、確定dd和驗(yàn)算v
查表選取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1=90mm。
驗(yàn)算帶速v。驗(yàn)算帶的速度
v=π dd1 n60×1000=π×90×290060×1000=13.65m╱s （3-20）
計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。
dd2=i dd1=4×90=360mm （3-21）
根據(jù)查表，取dd2=355mm。
（4）、確定a和Ld
初定中心距a0=670mm。
計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
Ld0=2a0+π2dd1+dd2+dd2-dd124a0=2×670+π290+355+355-9024×670≈2065mm （3-22）
由表選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=2050mm。
計(jì)算實(shí)際中心距a。
a≈a0+Ld-Ld02=670+2050-20652≈662mm
中心距的變化范圍為631~724mm。
（5）、驗(yàn)算小帶輪的包角αa
α1≈180°-dd2-dd1×57.3°a≈180°-355-90×57.3°662=157.06°>120° （3-23）
（6）、計(jì)算帶的根數(shù)z
計(jì)算單根V帶的額定功率Pr。
由dd1=90mm和n1=2900r/min,查表得P0=1.64kW。
根據(jù)n1=2900r/min，i=4和A型帶，查表得△P0=0.34kW。
查表得Kα0.938，KL=1.04，于是
Pr=P0+△P0×Kα KL=1.64+0.34×0.938×1.04=1.93kW
計(jì)算帶的根數(shù)z
z=PcaPr=5.451.93≈2.82 （3-24）
取3根。
（7）、計(jì)算單根V帶的初拉力F0
查表得A型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量q=0.105kg/m
F0=500×2.5-Kα×PcaKα z v+q v2=500×2.5-0.938×5.450.938×3×13.65+0.105×13.652=130.37N （3-25）
（8）、計(jì)算壓軸力Fp
Fp=2 z F0×sinα12=2×3×130.37×sin157.06°2=766.59N （3-26）
（9）、帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）、小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
小帶輪的軸孔直徑d=38mm
因?yàn)樾л哾d1=90mm
小帶輪結(jié)構(gòu)選擇為實(shí)心式。
因此小帶輪尺寸如下：
d1=2.0 d=2.0×38=76mm
da=dd+2ha=90+2×2.75=95.5mm
B=z-1×e+2 f=3-1×15+2×9=48mm （3-27）
因?yàn)長(zhǎng)=2.0×d>B,取L=48mm
2)、大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
大帶輪的軸孔直徑d=32mm
因?yàn)榇髱л哾d2=355mm
因此大帶輪結(jié)構(gòu)選擇為輪輻式。
因此大帶輪尺寸如下：
d1=2.0 d=2.0×32=64mm
da=dd+2ha=355+2×2.75=360.5mm
B=z-1×e+2 f=3-1×15+2×9=48mm
h1=290×3Pnz=290×34.96725×3=43.05mm
h2=0.8h1=34.44mm
b1=0.4h1=17.22mm
b2=0.8b1=13.78mm
f1=0.2h1=8.61mm
f2=0.2h2=6.89mm
L=2.0 d=2.0×32=64mm （3-28）
（10）、主要設(shè)計(jì)結(jié)論
選A型的V帶3根， 基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=2050mm?；鶞?zhǔn)直徑dd1=90mm，dd2=355mm，中心距在 a=631～724mm。單根帶初拉力F0=130.37N。
3.4.3減速器的設(shè)計(jì)
根據(jù)傳動(dòng)方案，本設(shè)計(jì)采用二級(jí)圓柱直齒輪減速器。
1、減速器高速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）、選精度等級(jí)、所用材料及齒數(shù)
查表壓力角取為α=20°，選用7級(jí)精度。
材料選擇：小齒輪：40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBW
大齒輪：45（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBW
選小齒輪齒數(shù)z1=32，則大齒輪齒數(shù)z2=z1×i=32×3.29=107。
（2）、根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
1）、算小齒輪分度圓直徑，即
d1t≥32KHt Tφd u+1u ZH ZE ZεσH2 （3-29）
2）、確定公式中的各參數(shù)值
試選KHt=1.3
計(jì)算小齒輪傳遞的扭矩:
T=62.72N?m
查表選取齒寬系數(shù)φd=1
查圖得區(qū)域系數(shù)ZH=2.49
查表得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa12。
計(jì)算Zε。
αa1=arccosz1×cos αz1+2han*=arccos32×cos 20°32+2×1=28.35°
αa2=arccosz2×cos αz2+2han*=arccos107×cos 20°107+2×1=23.07°
εα=z1tan αa1-tan α'+z2tan αa2-tan α'2π=32×tan 28.35°-tan 20°+107×tan23.07°-tan 20°2π=1.77
Zε=4-εα3=4-1.773=0.862 （3-30）
⑦計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力[σH]
由圖查得小齒輪：σHlim1=600Mpa，大齒輪 σHlim2=550Mpa
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
NL1=60 n j Lh=60×725×1×16×300×10=2.08×109
NL2=NL1u=2.08×1093.29=6.32×108
查取接觸疲勞系數(shù)
KHN1=0.91，KHN2=0.93
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得
[σH]1=σHlim1 KHN1SH=600×0.911=546MPa
[σH]2=σHlim2 KHN2SH=550×0.931=511.5MPa （3-31）
比較[σH]1和[σH]2的大小，取較小值，即σH=511.5MPa
3）、試算小齒輪分度圓直徑
d1t≥32KHt Tφd u+1u ZH ZE ZεσH2=32×1.3×627201 3.29+13.29 2.49×189.8×0.862511.52=55.12mm （3-32）
4）、調(diào)整小齒輪分度圓直徑
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
圓周速度ν
v=π d1t n60×1000=π×55.12×72560×1000=2.09m/s （3-33）
齒寬b
b=φd d1t=1×55.12=55.12mm （3-34）
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KH。
查表得使用系數(shù)KA=1
根據(jù)v=1.3m/s、7級(jí)精度，由圖查得KV=0.99
齒輪的圓周力。
Ft=2×Td1=2×6272055.12=2275.76N （3-35）
KA×Ft/b=1×2275.76/55.12=41.28N/mm<100N/mm
查表得齒間載荷分配系數(shù)KHα=1.2
由表查得7級(jí)精度、支承非對(duì)稱布置時(shí)， KHβ=1.424
由此，得到實(shí)際載荷系數(shù)：
KH=KA KV KHα KHβ=1×0.99×1.2×1.424=1.692 （3-36）
可得分度圓直徑：
d1H=d1t 3KHKHt=55.12×31.6921.3=60.15mm （3-37）
確定模數(shù)mH=d1Hz1=60.1532=1.87mm
（3）、根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算
1）、由式試算齒輪模數(shù)，即
mt≥32KT1YεφdZ12×YFaYSaσF
2）、確定公式中的各參數(shù)值。
試選載荷系數(shù)KFt = 1.2
重合度系數(shù)：
Yε=0.25+0.75εα=0.25+0.751.77=0.689
由齒數(shù)，查圖得
YFa1 = 2.48 YFa2 = 2.15
YSa1 = 1.64 YSa2 = 1.78
計(jì)算齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力[σF]
查圖得小的齒輪和大的齒輪的彎曲疲勞極限分別為σFlim1 = 500MPa、σFlim2 = 320 MPa。
由圖查取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1= 0.85、KFN2 = 0.88
取安全系數(shù)S=1.4，得
σF1=KFN1σFlim1S=0.85×5001.4=304MPa
σF2=KFN2σFlim2S=0.88×3201.4=201MPa
YFa1YSa1σF1=2.48×1.64304=0.0133
YFa2YSa2σF2=2.15×1.78201=0.019
大齒輪的YFaYSaσF大于小齒輪的，故
YFaYSaσF=YFa2YSa2σF2=0.019
3）、試算齒輪模數(shù)
mt≥ 32KT1YεφdZ12×YFaYSaσF=1.23mm
4）、調(diào)整齒輪模數(shù)
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
①圓周速度v
d1=mtZ1=1.23×32=39.36mm
v=πd1n160×1000=π×39.36×72560×1000=1.49m╱s
②齒寬b
b=φdd1=1×39.36=39.36mm
③齒高h(yuǎn)及寬高比b/h
h=2ha*+c*mt=2×1+0.25×1.23=2.76mm
bh=39.362.76=14.26
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF
①由表查得使用系數(shù)KA = 1。
②根據(jù)v =1.49 m/s、7級(jí)精度，由圖查得動(dòng)載系數(shù)KV= 1.05。
③齒輪的圓周力
Ft1=2T1d1=2×6272039.36=3186.99N
KAFt1b=1×3186.9939.36=81.09N/mm< 100 N/mm
查表得齒間載荷分配系數(shù)KF= 1.2。
④由表查得7級(jí)精度、支承非對(duì)稱布置時(shí)，KHβ= 1.506，結(jié)合b/h =14.26，得KHβ= 1.51。
則載荷系數(shù)為：
KF=KAKVKFαKFβ=1×1.05×1.2×1.51=1.902
按實(shí)際載荷系數(shù)所得到的模數(shù)為：
m=mt×3KFKFt=1.23×31.9021.2=1.54mm
模數(shù)取為標(biāo)準(zhǔn)值m = 2mm。
（4）、齒輪傳動(dòng)尺寸
小齒輪齒數(shù)：z1=d1Hm=30.07 取z1=30 z2=uz1=99
計(jì)算中心距
a=m2z1+z2=2.5230+99=129mm
計(jì)算小、大齒輪的分度圓直徑
d1=z1 m=30×2=60mm
d2=z2 m=99×2=198mm
計(jì)算齒寬
b=φd d1=60mm （3-38）
取B1=65mm ，B2=60mm。
（5）、計(jì)算齒輪幾何尺寸
計(jì)算齒頂高、齒根高和全齒高
ha=m han*=2×1=2mm
hf=mhan*+cn*=2×1+0.25=2.5mm
h=ha+hf=m2han*+cn*=4.5mm
計(jì)算小、大齒輪的齒頂圓直徑
da1=d1+2ha=60+2×2=64mm
da2=d2+2ha=198+2×2=202mm
計(jì)算小、大齒輪的齒根圓直徑
df1=d1-2hf=60-2×2.5=55mm
df2=d2-2hf=198-2×2.5=193mm（3-42）
注：han*=1.0，cn*=0.25
（5）、主要設(shè)計(jì)結(jié)論
齒數(shù)z1=30，z2=99，模數(shù)m=2mm，壓力角α=20°，中心距a=129mm，齒寬B1=65mm、B2=60mm
2、低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）、選精度等級(jí)、所用材料及齒數(shù)
參考表壓力角取為α=20°，選用7級(jí)精度。
材料的選擇：小齒輪：40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBW，
大齒輪：45（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBW。
選小齒輪齒數(shù)z1=34，則大齒輪齒數(shù)z2=z1×i=34×2.44=83。
（2）、根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
1）、試算小齒輪分度圓直徑，即
d1t≥32KHt Tφd u+1u ZH ZE ZεσH2
2）、確定公式中的各參數(shù)值
①試選KHt=1.3
②小齒輪傳遞的扭矩:
T=200.20N?m
③查表選取齒寬系數(shù)φd=1
④由圖查得區(qū)域系數(shù)ZH=2.49
⑤由表查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa12。
⑥計(jì)算Zε。
αa1=arccosz1×cos αz1+2han*=arccos34×cos 20°34+2×1=28.35°
αa2=arccosz2×cos αz2+2han*=arccos83×cos 20°83+2×1=24.49°
εα=z1tan αa1-tan α'+z2tan αa2-tan α'2π=34×tan 28.35°-tan 20°+83×tan 24.49°-tan 20°2π=1.71
Zε=4-εα3=4-1.713=0.872 （3-43）
⑦計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力[σH]
由圖查得小齒輪接觸疲勞極限為σHlim1=600Mpa
大齒輪的接觸疲勞極限為σHlim2=550Mpa
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
NL1=60 n j Lh=60×220.36×1×16×300×10=6.34×108
NL2=NL1u=6.34×1082.44=2.59×108 （3-44）
由圖查取接觸疲勞系數(shù)
KHN1=0.93，KHN2=0.95
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得
[σH]1=σHlim1 KHN1SH=600×0.931=558MPa
[σH]2=σHlim2 KHN2SH=550×0.951=522.5MPa （3-45）
比較[σH]1和[σH]2的大小，取較小值σH=522.5MPa
試算小齒輪分度圓直徑
d1t≥32KHt Tφd u+1u ZH ZE ZεσH2=32×1.3×2002001 2.44+12.44 2.49×189.8×0.872522.52=75.59mm （3-46）
3)、調(diào)整小齒輪分度圓直徑
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
圓周速度ν
v=π d1t n60×1000=π×75.59×220.3660×1000=0.87m╱s
齒寬b
b=φd d1t=1×75.59=75.59mm
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KH。
查表查得使用系數(shù)KA=1
根據(jù)v=0.87m/s、7級(jí)精度，查得KV0.99
齒輪的圓周力。
Ft=2×Td1=2×20020075.59=5296.99N
KA×Ft/b=1×5296.99/75.59=70.07N/mm<100N/mm
查表得KHα=1.2
查表查得在7級(jí)精度、支承非對(duì)稱布置時(shí)，得KHβ=1.435，
KH=KA KV KHα KHβ=1×0.99×1.2×1.435=1.70
4）、可得分度圓直徑
d1H=d1t 3KHKHt=75.59×31.701.3=82.66mm
5）、確定模數(shù)
mH=d1Hz1=82.66/34=2.43mm
（3）、根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算
1）、由式試算齒輪模數(shù)，即
mt≥ 32KT1YεφdZ12×YFaYSaσF
2）、確定公式中的各參數(shù)值。
試選載荷系數(shù)KFt = 1.3。
計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)Yε 。
Yε=0.25+0.75εα=0.25+0.751.71=0.689
由齒數(shù)，查圖得
YFa1 = 2.46 YFa2 = 2.21
YSa1 = 1.64 YSa2 = 1.77
計(jì)算齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力σF
查得小的齒輪的彎曲疲勞極限為σFlim1 = 500 MPa，大的齒輪的彎曲疲勞極限為σFlim2 = 320 MPa。
由圖查取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.86、KFN2=0.89
取安全系數(shù)S=1.4，得
σF1=KFN1σFlim1S=0.86×5001.4=307.14MPa
σF2=KFN2σFlim2S=0.89×3201.4=284.8MPa
YFa1YSa1σF1=2.46×1.46307.14=0.0116
YFa2YSa2σF2=2.21×1.77284.8=0.0137
因?yàn)閅Fa1YSa1σF1
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