TMJ200型水果糖糖料拉白机设计.doc

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1、-第 38 页-目 录摘要（3）第一章 电动机的选择（4）1.1 电动机的型号（4）1.2 电动机功率的计算（4）1.3 确定电动机的转速（5）第二章 总传动比和分配各级传动比（6）2.1计算总传动比（6）2.2 分配传动装置传动比（6）第三章 传动装置的运动和动力参数的计算（7）3.1计算各轴转速（7）3.2计算各轴的功率（7）3.3计算各轴的转矩（8）第四章 减速器的设计计算（9）4.1 V带传动的设计计算（9）4.2齿轮的设计（11）第五章 轴的设计（16）5.1选用轴的材料和初步估算轴径（16）5.2轴的结构设计（17）5.3轴上受力分析（17）5.4绘制水平弯矩图（17）5.5绘垂直

2、面的弯矩图（17）5.6绘合成弯矩图（18）5.7转矩图（18） 5.8确定危险截面并计算安全系数（18）第六章 轴承的寿命计算（23）6.1计算内部轴向力S（23）6.2计算实际轴向力（23）6.3取系数X、Y值（23）6.4计算当量载荷P（24）第七章 曲柄的设计和杠杆的设计（25）7.1曲柄的设计（25）7.2杠杆的设计（26）第八章 选用键并校核强度（26）8.1主轴上安装齿轮处选用键的内型（26）8.2主轴上安装曲柄处选用键的内型（27）第九章 箱体的设计（27）第十章 齿轮和轴的润滑油的选择（28）第十一章减速箱加工工艺设计（28）11.1零件的工艺审查（29）11.2毛坯的选择（

3、29）11.3基准选择（30）11.3拟定机械加工工艺路线（30）设计小结（36）参考文献（37）摘要 我设计的是一台水果糖糖料拉白机。型号为TMJ200型。该拉白机对熬出的糖料进行拉伸，让糖料成为白色，使其光泽光亮，常用于酥芯糖糖衣的生产。该机的工作效率为25kg/次，次/810分钟。该机是一个传动机构，我对其传动机构进行设计。该机的工作状况是，通过电动机传到减速器，再通过减速器的变速运动，经过轴带动两曲柄的运动，两曲柄是进行相向运动，进行糖料的拉伸，达到工作的目的。在这次设计中我主要是对该拉白机的结构进行设计的。其主要步骤是，先选择其电动机的型号，根据其工作效率和要求来选择其型号的。然后再

4、对其传动机构进行设计的，在这一部分我设计了主轴和齿轮，还计算了其传动比。其机的主要部分就是曲柄和杠杆。关键字：传动机构 减速器 曲柄一、电动机的选择1.1 电动机的型号初选电动机型号：本拉白机在常温下连续工作，载荷平稳，对启动无特殊要求，启动性能较好，所以选用Y型三相鼠笼式异步电动机，封闭式结构，电压为380V。1.2 电动机功率的计算所选电动机的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率，这样才能使拉白机很好的工作，拉出更多的糖料。 电动机的功率为： P=P / 工作机所需功率： P=FV/1000 =1.16（kw）式中：F-工作机的阻力（N） V-工作机的线速度（m/s） w-工作机的效率电动

5、机到曲柄的总效率为： =式中：-电动机到曲柄的总效率-电动机V带传动的效率 -滚子轴承的效率 -两齿轮间的传动效率由表7.3可查得： =0.96 =0.97 =0.98 代入得 =0.980.970.980.96=0.89 电动机的工作效率： P=P/=1.69/0.89=1.35（kw）查表7.2，所选电动机额定功率为1.5kw。1.3 确定电动机的转速电动机的额定转速是根据该拉白机的生产要求而选定。在确定电动机额定转速时，要考虑减速装置的传动比，两者相互配合，经过技术，经济方面全面考虑才能确定。所以选用的电动机转速要求不低于500r/min。 曲柄工作的转速：n= =19.11(r/min

6、) 式中: V-工作机的线速度D-曲柄首端的直径按表7.5推荐的传动比合理范围,取V带传动的传动比i17。一级圆柱齿轮减速器传动比1i2810,则总传动比7i70。 则电动机的转速的可选范围为 n=in=(770)19.11133.71337.7（r/min） 符合这一页范围的同步转速有1000r/min,1500r/min两种，可查得方案如下：方案电动机型号额定功率（kw）电动机转速(r/min)同步转速满载转速1Y100L-61.5kw10009402Y90L-41.5kw15001400综合考虑电动机的传动装置和产品生产的工作效率的提高,节约资金,选用第二方案,因此选定电动机的型号为Y9

7、0L4,其主要性能如下：电动机型号额定功率（kw）同步转速(r/min)满载转速(r/min)堵转转矩额定转矩最大转矩Y90L-41.5150014002.22.2 根据电动机型号,由可查的电动机的外型尺寸,轴伸尺寸,键连接尺寸,地脚螺栓等参数. 由可查得,Y90L4型号的电动机主要外型和安装尺寸如下： 中心高H外型尺寸L（AC/2+AK）HD安装尺寸AB轴伸尺寸DE平键尺寸FGD11033514012524j65087故，该水果糖糖料拉白机选用的电动机型号为Y90L4。二、总传动比和分配各级传动比2.1 计算总传动比传动装置的总传动比要求应为：i=n/n式中：n-电动机满载转速 n-工作机的

8、转速 则i= n/n=140019.11=73.262.2 分配传动装置传动比i=ii式中：i -带传动的传动比 i -减速器的传动比 为使V带传动外廓尺寸不太过大，初步取i=3，则 i= i/ i=73.26/3=24.42则 i=4.33三、传动装置的运动和动力参数的计算3.1 计算各轴转速n=n/in=n/i式中：n、n分别为、轴的转速,其中轴为高速轴,轴为低速轴 轴: n=n/i=1400/3=466.7(r/min)轴: n=n/i=466.7/24.42=19.11(r/min)曲柄轴的转速:n=19.11(r/min) 3.2 计算各轴的功率各轴的功率取决于电动机的功率: P=P

9、 P=P 式中：P-高速轴的输入功率 P-低速轴的输入功率P-电动机的输入功率-电动机轴与高速轴的传动效率 -高速轴与低速轴的传动效率 轴: P=P=P =1.350.96=1.296(kw)轴: P=P=P =1.2960.980.97=1.23(kw)曲柄的拉伸功率 P=1.23(kw)3.3 计算各轴的转矩T=Ti T=Ti式中： T-电动机轴的输出转矩（Nm） T-高速轴的输出转矩（Nm） T-低速轴的输出转矩（Nm） 电动机轴的输出转矩： T=9550P/ n =95501.35/1400=9.21(Nm)轴: T=Ti=Tdi0 =9.2130.96=28.75（Nm）轴: T=T

10、i= Ti =28.7524.420.980.97=667.4（Nm）曲柄的输入转矩： T=T=667.4（Nm）将计算数值列表如下：轴号功率P(kw)转矩T(N/m)转速n(r/min)传动比i效率电动机轴1.359.211400324.4210.980.970.96轴1.29628.75466.7轴1.23667.419.11曲柄1.23667.419.11四、速器的设计计算4.1 V带传动的设计计算4.1.1 确定设计功率 P=KP式中：P-电动机的功率 K-V带工作情况系数由机械设计基础表5-13查得，取K=1.1 代入则 P=KP=1.11.35=1.485(kw)4.1.2 选V带

11、的型号根据P和电动机转速n，查机械设计基础图5-8，选A型号普通V带。4.1.3 确定带轮的直径由机械设计基础表5-8查得，取小带轮基准直径d=50mm,查机械设计实用手册取V带的传动比i=3。则从动轮的转速： n=n/3=1400/3=466.7(r/min)4.1.4 验算带速 V=dn/601000=501400/601000 =0.5(m/s)所以V带的速度合适。4.1.5 确定带的基准长度和中心距由0.7(d+d)a2(d+d)初定中心距，取a=400mm，则带的基准长度为： L=2a+(d+d)/2+( dd)4a =2 =1120.25（）式中：L-带的基准长度 a-初定的中心距

12、查机械设计基础图5.3，取带的基准长度Ld0=1120 4.1.6 验算小带轮包角 =18060( dd)/a =180 =165120所以，小带轮的包角合适4.1.7 计算带的根数 Z= 式中：P-基本额定功率增量 P-V带轮传递的功率 K-小带轮的包角系数由d=50，n=1400r/min，查表5-9，得P=0.68kw。由i=3，n1=1400r/min，查表5-10得P1=0.13 kw。由Ld=1120，查表5-15，得K=0.91。则 Z=2.2 所以取V带的根数为Z=3根 所以，该水果糖糖料拉白机减速器的V带，选用A型号带，根树为3根。4.2 齿轮的设计4.2.1 选定齿轮传动类

13、型、精度等级、材料、许用应力根据该糖料拉白机的工作要求，选用圆柱齿轮传动。该减速器受冲击强度较小，功率也比较小，大小齿轮均可选用 软齿面。选用大小齿轮的材料为45钢。大小齿轮采用调质处理，齿轮硬度为162217HBS。齿轮精度按6级精度制造。查机械设计基础图7-33和图7-34，得 =1250Mpa =210Mpa查表得， S=1， Y=1式中：S-齿轮的最小安全系数 Y-弯曲强度的尺寸系数故， = / S=1250/1=1250 Mpa = Y/ S=2101/1=210 Mpa式中：-齿轮的许用接触应力 -齿轮的许用弯曲应力4.2.2 齿轮弯曲疲劳强度的计算计算齿轮的模数 m式中： m-齿

14、轮的模数 K-齿轮的载荷系数 T-小齿轮传递的名义转矩N -圆柱齿轮的齿宽系数 Z-齿轮系数 Y-齿轮的复合齿形系数 Y-齿轮的重合度系数 -齿轮的许用弯曲应力确定公式内的各计算数据值4.2.2.1 选定齿轮的参数 Z=20， Z=iZ=4.3320=86.6 取Z=88查机械设计实用手册，可得=0.74.2.2.2 计算小齿轮的名义转矩 T=9550P/n=95501.5/1400=10.23（Nm）=10230（Nmm）4.2.2.3 计算齿轮的载荷系数K查机械设计实用手册，因水果糖糖料拉白机的电动机，在工作时平稳转动，所以取K=1.0。所以，初步估计转速V=4m/s查机械设计实用手册可得

15、，K=1.4，K=1.15，K=1.13则 =1.883.2（1/ Z+1/Z）cos =1.883.2（1/201/88）1 =1.7055式中： -齿轮的端面重 cos-齿轮的螺旋角系数 K-齿轮间的载荷分配系数 K-齿轮齿向载荷分配系数则 K=K K KK =1.01.41.151.13=1.824.2.2.4 查取齿轮的复合系数Y根据机械设计实用手册查得，Y=4.2，Y=3.55式中：Y-齿轮的复合齿形系数 4.2.2.5 计算大小齿轮的Y/ Y/ =4.2/210=0.02 Y/=3.15/210=0.015所以， Y/ Y/4.2.2.6 计算齿轮的重合系数 Y=0.250.75/

16、=0.250.75/1.7055=0.68984.2.2.7 齿轮的设计计算求出齿轮的模数 m = =1.355将齿轮模数为标准值，所以，取m=24.2.3 齿轮的几何尺寸计算d=mZ=220=40d=mZ=288=176 a=m（ZZ）/2=2（2088）/2=108（） b= d=0.740=28（） b= b（510）=28（510）=3338（） 式中：d-小齿轮齿顶圆直径d-大齿轮齿顶圆直径a-两齿轮间的中心距b-小齿轮的齿宽b-大齿轮的齿宽4.2.4 校核齿轮齿面接触疲劳强度 =ZZZ式中：ZE=189.8 ，Z=2.5，Z=0.76=-齿轮齿面接触疲劳强度Z-材料的弹性系数Z-齿

17、轮节点区域系数Z-齿轮重合度系数K-齿轮的载荷系数U -两齿轮的齿数比 则， =ZZZ =189.8 =1023.15(Mpa) 所以，接触疲劳强度足够。4.2.5 齿轮的实际圆周速度 V=d1n1/601000=3.14140038/601000=2.78（m/s） 所以，实际圆周速度小于初估的速度 即 VV1， 合适参照机械设计实用手册，可知，该减速器齿轮选用6级精度是合适的。根据计算，由于V1Z1/100与VZ1/100所选KV值差距不大，对K值的影响很小，故无需修正以上设计计算。4.2.6 绘制齿轮零件图 小齿轮的齿顶圆直径为d1=40mm 大齿轮的齿顶圆直径为d2=174mm 小齿轮

18、的齿宽为b2=28mm 大齿轮的齿宽为b=38mm故,选用齿轮的中心距为107,小齿轮的直径为40,齿宽为28,大齿轮的直径为164,这样的一对闭式圆柱直齿啮合齿轮,构成了该拉白机减速器的内部结构.五、轴的设计5.1 选用轴的材料和初步估算轴径主轴的设计轴的材料选用45钢.经调质,b=637Mpa,E=210Gpa。按机械设计实用手册表24-4查得，轴径d=40。由表24-4查得轴毂长度为65（轴上轴伸长度为58）。轴传递的转距T为 T=9550p/n=95501.23/19.11=614.67(Nm)5.2 轴的结构设计根据轴的受力情况，选用向心球面球轴承，为了便于轴承的装卸，取轴承处的直径

19、为d1=40mm,装卸齿轮处的轴径为d2=46。初选调心球轴承308型号，轴承宽度B=25，根据结构要求，取轴承环宽度为15。5.3 轴上受力分析齿轮分度圆上的切向力 Ft=2000T/d1=2000614.67/（872/cos）=6970.5（N）齿轮的径向力 Fr=Ft=tann/cos=6970.50.364/0.986=2550（N）齿轮的轴向力 Fx=Fttan=6970.5tan10=1139.4（N）5.4 绘制水平弯矩图水平面轴的受力简图，如图，支点反力为 RAZ=RBZ=Ft/2=6970/2=3485（N）弯矩图如图所示 MDZ=RAZa=34850.08=277.8（N

20、）5.5 绘垂直面的弯矩图垂直面轴的受力简图，如图，支点反力为 RBy=（FraFxd1/2）/(ab) =(25500.081139.40.202/2)/(0.08+0.08) =556（N） Ray=FrRBy=2550556=1994(N) Mdy=Raya=19940.08=159(Nm) MDy=MDyFxd1/2 =15911390.202/2=44(Nm)5.6 绘合成弯矩图合成弯矩图，如图， M= =320（Nm） M= = =281（Nm）5.7 转矩图如图,已求出T=614.67N5.8 确定危险截面并计算安全系数 根据轴的结构尺寸和弯矩图,转矩图,可知道危险截面可能有三处

21、:D、B、E截面.因为D截面处弯矩最大,且受转矩,又有过盈联接的应力集中,键槽的应力集中;B截面弯矩较大但轴径亦小,且有圆角的应力集中。以下将逐个校核之：5.8.1 校核D截面的安全系数由公式（24-9）及（24-10）,可知,n=n=式中：1、,1-对称循环下材料试件的扭剪疲劳极限k，k-弯曲，扭剪时的有效应力集中系数-表面品质系数，弯曲，扭剪的绝对尺寸影响系数，-材料拉伸，扭剪的平均应力计算系数，-正应力，扭剪应力的平均应力式中：由机械设计使用手册表24-1查得， =238Nmm. =138N/mm k、，k由表24-16可以知道，过盈配合的应力集中系数远大于键槽的，故只按过盈配合考虑即可

22、。查得，k=2.6，k=1.88。 查表24-19，取=0.92 查表24-13，得=0.84，=0.78 ，查表24-24，得=0.34，=0.21则 =M/w=320/8.18=39(N/mm2) W由表24-27可以知道，单键槽d=46mm时，W=8.18cm,Wp=17.1 cm. =Fx/A=0因为 ，Fx为D截面以左的轴向应力，D截面以右（即，受转矩的一段）不受轴向力。 =T/W=17.9（N/mm）将上列诸值代入公式， n= =2.6 n= =2.9代入式中 n= =1.945.8.2 校核B截面的安全系数公式 =M/W =17.55（N/mm） =0 =T/2Wp =9.24（

23、N/mm）查表24-19，得=1，其它系数同前面一样代入式中 n=4.3 n=5.7则 n = = =3.43n=1.31.55.8.3 校核E截面的安全系数 公式 =M/WM/W=17.55（N/mm） =0 =12.3（N/mm）查表24-17可得，应力系数K=1.6，K=1.4。其它系数同上 n=5.7 n=5.6 n = =3.99n由计算可知,选取的三个危险截面的强度都满足要求,所以该主轴强度满足要求。以下绘制该主轴的受力图和弯矩图： 六、轴承的寿命计算 根据该水果糖糖料拉白机的功率和工作情况，选用双列向心球面球轴承，初选型号为308. 查机械设计实用手册表25-24，得如下数据：

24、额定动载荷 C=29.2KN,e=0.25,Y=2.5 载荷系数 f=1.1 温度系数 由前面的计算可知： R=1994N, R=556N即，轴承的径向力： F= R=1994N, F= R=556N6.1 计算内部轴向力SS=F/2Y=398.8（N）S=F/2Y =111.2（N） 6.2 计算实际轴向力 F=maxSSF =max398.8,11.21139 =398.8（N） F=maxS,SF=max11.2,398.81139=1537（N）6.3 取系数X、Y值 F/F=398.8/1537=0.26e F/F=1573/556=2.8e由机械设计实用手册查表得 X=X=0.65, Y=Y=2.66.4 计算当量载荷P P=f（XFYF） =1.1（0.6515372.6398.8） =2239.5（N） P=f（XFYF） =1.1（0.655562.61573）