毕业设计（论文）-包装机纵封牵引及其调节补偿机构的设计.doc

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1、包装机纵封牵引及其调节补偿机构的设计 摘 要 包装工业作为一门新兴工业，具有明显的时代特征。它既是配套工业，也是 当今的主导产业之一。在日益发展的市场经济中，包装工业对其他工业的发展起 到了推动作用。包装机械是包装工业的一大门类产品，在包装工业中有着举足轻 重的地位和作用，它给行业提供必要的技术设备，以完成所要求的产品包装工艺 过程。 食品包装中所采用的包装材料一般都印有商标图案，每个商标图案按一定长 度等距分布。在包装过程中，必须保证横封切断的位置准确，使包装袋上的商标 图案完整无缺。当以固定速度牵引薄膜时，难免会出现封切点没有准确落在商标 图案之间的现象，或超前切断，或滞后切断。自动包装机

2、中常采用光电检测控制 微调装置来达到要求，微调传动采用行星轮式差动传动装置。 本文主要以立式连续制袋装填封口包装机为研究对象，介绍其国家标准、主 要工作机构和工艺过程，阐述了包装袋牵引过程中调节补偿的原理、实现机构， 并对纵封牵引及其调节补偿机构进行研究设计。 关键词：关键词：制袋包装机；纵封；调节补偿 2 The design of the vertical seal and the control mechanism of packaging machinery Abstract Packaging industry has an obvious characteristic of age

3、s as a new industry. It is not only an assistant industry, but also one of the predominant industry in nowadays. In developing market economy, packaging industry promotes other industry develop. Packaging machinery is one of the products in packaging industry, It has very important position, and pro

4、vides necessary technique and equipments, for fit in with request of packaging technology of products. Packing material in food packing always has trademark pattern , which has the same length. In packing we must cut off packing material horizontally accurate, in order to assure the pack is integral

5、. When with certain speed to furnish packing material, it can be come amiss, faster or later. Auto packaging machinery makes use of light electricity examination to control the mini regulating mechanism which is planet gear. The paper regard automatic form-fill-seal machine as the research object, i

6、ntroduce the national standard, main working mechanism and technology process. Introduce the principle of packing control, mechanism. Analyses and design the vertical seal and its control mechanism. Keywords: pack-making machine; vertical seal; control compensate 目录 1 绪论.1 1.1 引言.1 1.2 立式制袋包装机概述 .2

7、1.2.1 发展情况.2 1.2. 2 总体结构2 2 包装机纵封牵引及其调节补偿机构设计原理 4 2.1 有色标包装材料带在供送过程中的补偿调节 .4 2.2 差动式传动装置 .6 2.3 光电检测电控原理.8 3 总体设计 .10 3.1 纵封及其调节补偿机构总体设计示意图10 3.2 纵封机构10 3.2.1 包装要求10 3.2.2 包装的线速度10 3.2.3 纵封辊的直径11 3.2.4 辊的转速11 3.2.5 总传动比12 3.2.6 分配各级传动比12 3.2.7 计算部分轴的运动及动力参数12 3.3 调节补偿机构13 3.3.1 差动行星轮传动比关系13 3.3.2 调节

8、补偿要求13 3.3.3 调节补偿转速13 3.3.4 选择电动机13 3.3.5 补偿总传动比13 3.3.6 分配传递比13 3.3.7 计算部分轴的运动及动力参数14 4 预选变速第一对齿轮设计 .15 4.1 已知条件15 4.2 选择材料15 4.3 按齿面接触强度确定中心距15 4.4 验算齿面接触疲劳强度16 4.5 校核齿根弯曲疲劳强度17 4.6 齿轮主要几何参数17 5 预选变速第二对齿轮设计 .18 5.1 已知条件18 5.2 选择材料18 5.3 齿轮主要几何参数18 2 6 蜗轮蜗杆传动设计 .19 6.1 已知条件19 6.2 选择材料及确定许用应力19 6.3

9、选择蜗杆头数 Z1 和蜗轮齿数 Z2 19 6.4 按蜗轮齿面接触疲劳强度设计19 6.5 验算蜗轮齿根弯曲疲劳强度20 6.6 主要几何尺寸计算20 6.7 热平衡计算20 7 差动行星轮设计 .22 7.1 已知条件 22 7.2 选择材料22 7.3 确定齿轮齿数22 7.4 实际传动比和转速22 7.5 应力循环次数计算23 7.6 强度验算23 7.6.1 中心轮、行星轮传动接触疲劳强度验算23 7.6.2 中心轮、行星轮传动弯曲疲劳强度验算 24 7.6.3 大太阳轮、行星轮传动接触疲劳强度验算25 7.6.4 大太阳轮、行星轮传动弯曲疲劳强度验算26 7.7 齿轮主要几何参数27

10、 8 转臂齿轮设计 .28 8.1 已知条件28 8.2 选择材料28 8.3 齿轮主要几何参数28 9 对辊等速齿轮设计 .29 9.1 已知条件29 9.2 选择材料29 9.3 确定齿数29 9.4 验算齿面接触疲劳强度30 9.5 校核齿根弯曲疲劳强度30 9.6 齿轮主要几何参数31 10 变速轴的设计 32 10.1 确定轴上的作用力（情况一） .32 10.2 确定轴上的作用力（情况二） .32 10.3 选择轴的材料.33 10.4 轴的结构设计.33 10.4.1 轴径的确定.33 10.4.2 确定轴承型号.33 10.4.3 轴段长度的确定.34 10.5 计算支座反力.

11、34 3 10.5.1 铅直面内的支座反力.34 10.5.2 水平面内的支座反力.34 10.6 作弯矩图.35 10.6.1 铅直面内弯矩 MY 图35 10.6.2 水平面内弯矩 MZ 图 35 10.6.3 作合成弯矩图.36 10.7 作转矩图.36 10.8 作当量弯矩图.36 10.9 按当量弯矩计算轴的直径.38 11 键的校核 39 11.1 主轴上键的选择.39 11.2 键的强度校核.39 12 结论 40 12.1 特点.40 12.2 主要技术参数.40 12.3 问题与不足.40 谢辞 .41 参考文献 .42 外文资料 .43 译文 .58 4 1 绪论 1.1

12、引言 包装工业作为一门新兴工业，具有明显的时代特征。在日益发展的市场经 济中，包装工业对其他工业的发展起到了推动作用。包装机械是包装工业的一 大门类产品，在包装工业中有着举足轻重的地位和作用。随着市场经济的深入 发展和人民生活水平的不断提高，对商品包装提出了更高的要求.哪里有商品, 哪里就有包装，各种各样的商品，有着千变万化的包装，对应着种类繁多的包 装机械，其中自动制袋装填包装机在众多的包装机械产品中属于量大面广的一 类，它广泛应用于食品、医药、化工等行业。 自动制袋装填包装机所采用的包装材料为卷筒式包装材料，在机上实现自 动制袋、装填、封口、切断等全部包装工序。这种方法适用于粉状、颗粒、块

13、 状、流体及胶体状物料的包装，特别以小食品、颗粒冲剂和速溶食品的包装应 用最为广泛。 包装袋也有多种形式，常见的有：中封式两端封口、四边封口以及三边封 口等。对于不同的袋型，包装机的结构有所不同，但主要构件及工作原理基本 相同。 自动制袋装填包装机普遍采用的包装流程如图 1 所示。 包装材料成型 纵封 （横封） 物料计算装填 横封 （纵封） 分切成品 图 1-1 自动制袋装填包装机工艺流程图 自动制袋装填包装机的种类有很多，按总体布局分为立式和卧式两大类； 按制袋的运动形式来分，有连续式和间歇式两大类。 本文主要以立式连续制袋装填封口包装机（以下称立式制袋包装机）为研 究对象，设计纵封牵引及其

14、调节补偿机构。 5 1.2 立式制袋包装机概述 1.2.1 发展情况 1998 年下半年，受国家质量技术监督局的委托，原机械工业部包装机械产 品质量监检测中心对国内部分国有企业、集体企业、合资企业生产的立式制袋 包装机产品进行了突击性质量监督抽查。 抽查结果表明：国内小剂量立式制袋包装机产品质量大多比较成熟。到目 前为止，基本上解决了液体、膏体、粉料、颗粒、片剂等物料的包装问题。在 中、大剂量包装方面，产品质量也有了很大的提高，其中中型液体立式制袋包 装机产品质量较好 。尽管我国生产的立式制袋包装机在电气控制、结构调整 外形美观上与国外先进国家的产品尚有一定的差距，但大都比较经济实用，稳 定性

15、也有了很大提高。如：该类包装机的包装成品质量是衡量整机质量好坏的 一个重要方面。此次抽查的包装机生产出的成品质量普遍不错，特别是包装袋 热封口处的拉伸强度比行业标准要求值高出很多，即封口牢固度好。以上结论 从宏观上讲基本上能反映出目前该类包装机产品全国质量水平和行业质量状况。 我国立式制袋包装机产品从无到有，已经走过了近 20 年的历程，但与国外 发达国家同类产品相比，起步还是较晚。到目前为止，生产立式制袋包装机的 专业厂、兼业厂大大小小约一百多家。该类机械的生产企业，有的在市场竞争 中被淘汰，有的在不断发展壮大，有的才刚刚起步。这些企业中有国营企业、 集体企业、个体企业和三资企业，多属于中小

16、型企业。这些企业主要分布在北 京、天津、山东、上海、安徽、江苏、浙江、广东等地区，以生产小剂量包装 机的为多，其年产量约占该类包装机总产量的 80%左右1-3。 1.2. 2 总体结构 立式制袋包装机有一系列多种型号，适用于不同的物料以及多种规格范围 的袋型。虽然如此，其外部及内部结构是基本相似的。 典型的立式制袋包装机整机包括七大部分：传动系统、薄膜供送装置、袋 成型装置、纵封装置、横封及切断装置、物料供给装置以及电控检测系统。 我国生产的立式制袋包装机以普通型、通用型为主，即在同一台设备上， 同一竖直方向上自动完成包装袋成型、计量、打印日期、充填、封口、切断、 输出等工序。包装物料一般为：

17、液体、粘稠体、颗粒物料、粉料、膏体、片剂、 膨化食品等。充填计量方式一般为：容积式、称重式。容积式又可分为量杯式、 旋转阀式、柱塞式；称重式又可分为电子秤、杠杆秤两种。有些包装机还采用 6 组合式，如粗供料采用容积式，精供料采用称重式等。所包装材料主要是具有 可热封的塑料单膜和各种复合膜（如：纸-塑复合、塑-塑复合、铝-塑复合等）。 包装成形袋以扁平袋为多（如：枕形袋、三边封口袋、四边封口袋）。热封方 式主要有：往复式、型闭合式、旋转式【1-3】。 7 2 包装机纵封牵引及其调节补偿机构设计原理 2.1 有色标包装材料带在供送过程中的补偿调节 食品包装中所采用的包装材料卷一般都印有商标图案，每

18、个商标图案作为 独立的单元按一定长度等距分布。在完成产品的包装过程中，必须保证横封切 断的位置准确，使包装袋上的商标图案完整无缺，不会错位。 因此，有标识图案的卷膜必须要按图案的实际间距进行供送，确保其定位 的准确性。商标图案的定位精度是衡量包装质量的重要指标，同时也反映出包 装机的性能优劣。因此设计合理的定位调节装置是非常重要的。 由于卷筒包装材料在印刷过程中的误差，以及在应用于包装过程中受力和 温湿度的影响，不可避免会引起图案间距和长度的变化。当以固定速度牵引薄 膜时，难免会出现封切点没有准确落在商标图案之间的现象，使分切的包装袋 图案不完整，或超前切断，或滞后切断。因此只靠牵引滚轮和横封

19、切断机构的 速比配合是难以满足有色标带的连续定位供送的。自动包装机中最常用的方法 是采用光电检测控制微调装置来达到要求【4-6】。 电子放大器微动开关 伺服电 机正反 转 差动机构 纵封滚轮 增减速 灵敏度调节 时间继电器 同步凸轮 延时设定 （修正量） 光电信号 图 2-1 光电微调系统原理框图 包装薄膜带每个商标图案之间都印有一个条形标记，一般是宽约 5mm 的矩 形，称作“色标”或“光标” ，其颜色要求与图案底色反差明显。光电检测装置 正是通过识别光标而发出信号，使控制装置执行对包装材料带牵引输送速度的 调节。 由此可见，在连续式自动制袋装填包装机中，要实现准确的定位封切，必 须配备一个

20、光电微调系统。具体设计是：通过光电继电器及凸轮同步开关操控 伺服电机，经减速及差动轮系，使纵封牵引滚轮实现随机的增速或减速，从而 调整包装膜在输送过程中色标滞后或超前的现象。图 2-1 所示是光电微调系统 原理。 8 图 2-2 有色标带输送补偿调节原理示意图 1-卷膜 2-光电传感器 3-光电继电器 4、5-凸轮同步开关 6、7-电控装置 8-伺服电机 9-微调传动装置 10-纵封牵引装置 11-横封切辊 图 2-2 所示是一个有色标带输送补偿调节原理，可更直观地分析光电微调 系统的工作原理。所谓补偿调节，即按商标图案在包装材料带上的实际间距进 行随机调节，确保商标图案准确定位。如图示，由主

21、电机经减速机构（图中没 标示）给定一个正常转速使纵封牵引滚轮 10 运转，同时横封切辊 11 也以给定 的转速动作。另外，通过分配轴使凸轮同步开关 4，5 的凸轮回转，控制同步开 关实现周期性的闭合，其周期与封切辊 11 同步。 在运行中，通过光电信号控制光电继电器 3 动作，并综合同步开关 4，5 使 电控装置 6 或 7 接通，分别控制伺服电机 8 正转和反转。伺服电机再通过微调 传动装置 9 給予纵封牵引滚轮 10 一个补偿转速，使其按实际情况或增速或减速， 从而确保在等时间间隔内牵引输送出色标间实际长度的包装材料带，使封切定 位准确【4-6】。 整个控制过程将出现三种情况： （1）在正

22、常情况下 在封切瞬间，色标正确到位，使光电传感器 2 发出脉冲信号，光电继电器 3 常开触头闭合，但此时的同步开关 4，5 均处于断开状态，因此电控装置 6，7 不通电，补偿装置不动作，纵封牵引滚轮以给定速度运转。 （2）当色标发生滞后现象时 即实际商标图案大于标准长度时，在光电传感器 2 发出脉冲信号令继电器 3 动作的瞬间，凸轮同步开关 4 闭合，5 断开，正补偿电控装置 6 接通，控制伺 服电机 8 正转，通过微调传动装置 9 使纵封牵引滚轮 10 增速回转，从而在标准 时间内送出实际长度比标准长度大的材料带。 9 （3）当色标发生超前现象时 即实际商标图案小于标准长度时，在光电传感器

23、2 发出脉冲信号令继电器 3 动作的瞬间，凸轮同步开关 5 闭合，4 断开，负补偿电控装置 7 接通，控制伺 服电机 8 反转，通过微调传动装置 9 使纵封牵引滚轮 10 减速回转，从而在相同 时间内送出实际长度比标准长度小的材料带。 由以上分析可见，实现补偿调节是由五部分组成的，包括光电检测装置、 凸轮同步信号装置、电控装置、误差补偿装置和微调传动装置。其中，误差补 偿装置可采用伺服电机补偿装置或电磁离合式换向补偿装置，前者控制准确可 靠，因而最常用。至于微调传动装置，主要采用差动式传动装置。 2.2差动式传动装置 常用的差动传动装置有两种形式，一种是锥齿轮式差动传动装置，另一种 是行星轮差

24、动传动装置。本文以行星轮差动传动装置为设计对象， 如图 3-3 所示，行星齿轮差动传动机构比较常用。当光标正确定位时，伺 服电机停转，内齿轮 Z3固定不动。机构由 Z5输入转速，角速度为 5，通过中 心轮 Z1、行星轮 Z2和齿轮 Z4，Z6，Z7，Z8，Z9驱动纵封牵引滚轮运转，实现正 常供纸。当光标出现超前或滞后现象时，由光电信号发出指令，驱动伺服电机 正转或反转，输出一个补偿速度，实现牵引速度的调节。 同样，由周转轮系传动关系可得 i= 4 13 43 41 21 32 ZZ ZZ 即 4= （式 2-1） 31 3311 ZZ ZZ 当光标正确到位时，只有 1输入转速，而 3=0。 1

25、0 图 2-3 行星齿轮差动调节机构 1-伺服电机 2-牵引滚轮 光标滞后时，伺服电机正转，向差动机构输入一个正补偿运动。因此输入 角速度分别为 1和 3=（Z0/Z ）0，其中 Z 为蜗轮齿数。 3 3 光标超前时，伺服电机反转，向差动机构输入一个负补偿运动。因此输入 角速度分别为 1和 3=（Z0/Z ）0。把以上各值分别代入 2-1 式，得 3 4= （式 2-2） 0 3 31 30 1 31 1 0 3 31 30 1 31 1 1 31 1 ZZZ ZZ ZZ Z ZZZ ZZ ZZ Z ZZ Z c b a 由以上分析可知，纵封牵引滚轮由差动机构带动着忽快忽慢地回转。当薄 膜上的

26、光标滞后于封切时刻到达光电传感器时，差动机构输出一个正补偿的转 速，因而纵封牵引滚轮的实际转速比正常值要稍大；当薄膜上的光标超前于封 切时刻到达光电传感器时，差动机构输出一个负补偿的转速，从而纵封牵引滚 轮的实际转速比正常值要稍小。因此，纵封牵引滚轮按光电信号时刻纠正包装 材料带的输送速度，保证其正确定位供送。纠正材料带输送长度量由下式计算： 11 l=Rt （式 2- 3） 式中 l 为薄膜带输送纠正量(mm)； R 为纵封牵引滚轮牵引包装材料带部 分的半径(mm)； 为牵引滚轮角速度变化量，由差动机构输出而获得，其值 是 3-2 式中(b)或(c)与(a)的差值；t 为纠正偏差持续时间(s

27、)，由检控装置 中的时间继电器控制。 2.3 光电检测电控原理 包装机在运行中，包装材料带连续输送，带上光标不断通过光电传感器， 并由光电检测装置发出脉冲信号，经电子装置控制光电继电器工作，实现调控。 由前述可知，为了识别信号是超前或滞后，还需要采用一个同步信号装置 配合光电检测装置工作。因为光电信号只能提供两种状态：通或断。然而，补 偿调节需要三种状态：正常状态、正补偿状态、负补偿状态，对应于伺服电机 的运动状态就是停转、正转、反转。为此，设计一个凸轮同步信号装置（如图 2-4 所示） 。 该装置由两个组合而成，安装于分配轴上，对应于包装机的包装速率而运 转，即每封切一个包装袋，凸轮随分配轴

28、转一圈。其中凸轮 1 有凸出圆弧段 120，控制着常开微动开关 SK；凸轮 2 有凹入圆弧段 120，控制着常闭微动 开关 XK。两凸轮如图示安装。当凸轮装置顺时针运转时，将出现三种控制状态， 如图 A，B，C 三区段。在 A 区段，SK 和 XK 均处于断开状态；在 B 区段，SK 闭 合，XK 断开；在 C 区段，SK 断开，XK 闭合。因此，可把 A 区段设计为正常状 态，当光电信号在此区段发生时，商标图案正确到位，伺服电机不转动；B 区 段可设计为正补偿状态，当光电信号在此区段发生时，光标滞后，伺服电机正 转，使牵引滚轮增速；C 区段可设计为负补偿状态，当光电信号在此区段发生 时，光标

29、超前，伺服电机反转，使牵引滚轮减速。至于超前或滞后的补偿量， 则可采用时间继电器，控制伺服电机的转动时间来实现【7】。 12 图 3-4 凸轮同步开关装置 补偿调节的控制线路如图 2-5 所示。电路控制着伺服电机的三种运动状态： 图 2-5 补偿调节控制线路 （1）正常情况 包装材料带在输送过程中通过光电传感器，若两色标间商标图案长度与设 定标准长度相等时，即色标正确到位。此时，在光电脉冲信号令光电继电器 GJ 接通瞬间，同步凸轮处于 A 区段，控制微动开关 SK 和 XK 断开，控制线路不通， 伺服电机不动。于是，纵封牵引滚轮以给定速度牵引包装材料带前进。 （2）色标滞后 色标间商标图案长度

30、大于设定标准长度，即色标滞后。在光电继电器 GJ 接 通瞬间，同步凸轮处于 B 区段，控制微动开关 SK 接通，XK 断开，于是 ZC 接触 器通电，控制伺服电机正转，通过差动机构令牵引滚轮增速转动，实现正补偿。 补偿量由时间继电器 SJ 延时控制。 （3）色标超前 色标间商标图案长度小于设定标准长度，即色标超前。在光电继电器 GJ 接通瞬间， 同步凸轮处于 C 区段，控制微动开关 SK 断开，XK 接通，于是 FC 接触器通电，控制伺服 电机反转，通过差动机构令牵引滚轮减速转动，实现负补偿。补偿量同样由时间继电器 SJ 延时控制。 13 3 总体设计 3.1 纵封及其调节补偿机构总体设计示意

31、图 图 3-1 所示为纵封牵引机及其调节补偿机构总体设计示意图 图 3-1 纵封及其调节补偿机构总体设计示意图 3.2 纵封机构 3.2.1 包装要求 包装速度：50-80（袋/min） 包装袋尺寸（bl）: 120240 (mm) 70140 (mm) 3.2.2 包装的线速度 V1=80 袋/min240mm/袋=0.32m/s 14 V2=80 袋/min140mm/袋=0.186m/s 3.2.3 纵封辊的直径 纵封辊转动线速度=包装袋移动速度 R=nl R2n=nl R1=38.2mm 2 1l 2 240 R2=22.2mm (舍) 2 2l 2 140 取纵封辊的直径 D=R12

32、=76.4mm 3.2.4 辊的转速 n= D 60 v n1=80r/min 4 . 76 0.3260 n2=46.5r/min 4 . 76 186 . 0 60 确定电动机转速 纵封辊所需有效功率上限 p=0.3kw 传动装置总效率【8-11】 =12235455 式（3-1） 减速器（一级）传动效率 1=0.95 联轴器效率 2 =0.99 齿轮啮合效率 3 =0.97 （齿轮精度为 8 级） 滚动轴承效率 4=0.99 纵封辊效率 5=0.90 则传动总效率 =0.950.9920.9750.9950.90=0.685 所需电动机功率 pr=0.438kw p 0.685 3 .

33、0 选 Y 系列三相异步电动机 Y801-4 型，额定功率 pr=0.55kw，转速 n0=1390r/min 15 3.2.5 总传动比 = = = =17.375 总 i 1 0 n n 80 1390 = = = =29.892 总 i 2 0 n n 5 . 46 1390 3.2.6 分配各级传动比 减速器=2.5 j i 差动行星轮 i1H=3 转臂筒齿轮 i3=1.339 则 变速齿轮一 i1=1.73 31Hjiii 总i 1.33932.5 375.17 变速齿轮二 i2=2.976 31Hjiii 总i 1.33932.5 29.862 3.2.7 计算部分轴的运动及动力参

34、数 电动机轴： p0=pr=0.55kw n0=1390r/min T0=9.55=9.55=3.779Nm 0 0 n p 1390 550 主轴： p1=p0122=0.550.950.992=0.512kw n1=556r/min ji n0 5 . 2 1390 T1=9.55=9.55=8.794Nm 1 1 n p 556 512 变速轴： P2=p1=0.5120.970.99=0.492kw n21=321.39r/min 1 1 i n 73 . 1 556 T21=9.55=9.55=14.62Nm 21 2 n p 39.321 492 n22=186.828r/min

35、2 1 i n 976 . 2 556 16 T22=9.55=9.55=25.15Nm 式（3-4） 22 2 n p 828.186 492 3.3 调节补偿机构 3.3.1 差动行星轮传动比关系 = 式（3-5） H i13 H H nn nn 3 1 21 32 ZZ ZZ 1 3 Z Z 则= = 总H n 31 3311 ZZ ZnZn 情况一：正常工作时= =n3 总H n 31 1 ZZ Z 情况二：正补偿时= =n3+n3 总H n 31 1 ZZ Z 31 3 ZZ Z 情况三：负补偿时= =n3n3 总H n 31 1 ZZ Z 31 3 ZZ Z =nH+nH 总H n

36、 nH = =n1 则有 i1H=1+ 31 1 ZZ Z Hn n1 1 3 Z Z nH = =n3 则有 i3H=1+ 31 3 ZZ Z Hn n 3 3 1 Z Z 3.3.2 调节补偿要求 v=5mm/s 3.3.3 调节补偿转速 n=2.5r/min D 60 v 4 . 76 1060 3.3.4 选择电动机 55SL5A2 型，额定功率 Pr=8w/220v，转速 n0=2700r/min 3.3.5 补偿总传动比 =806.6 b i 3in ns 339 . 1 5 . 2 2700 3.3.6 分配传递比 减速器=18 j i 差动行星轮 i3H=1.5 蜗轮蜗杆=29

37、.88 w i 17 3.3.7 计算部分轴的运动及动力参数 电动机轴： p0=pr=8w n0=2700r/min T0=9.55=9.55=0.028Nm 0 0 n p 2700 8 蜗杆： p1=p0=80.9130.992=7.158w n1=150r/min ji n0 18 2700 T1=9.55=9.55=0.0456Nm 1 1 n p 150 158 . 7 18 4 预选变速第一对齿轮设计 4.1 已知条件 传递功率 p1=0.512kw，小齿轮转速 n1=556r/min，传动比 i=1.73，每天 2 班，预期寿命 6 年。 4.2 选择材料 小齿轮材料选用 45

38、钢，调质处理，齿面硬度 210255HBS。大齿轮材料选 用 ZG310-570，正火处理，齿面硬度 162185HBS。 计算应力循环次数 N N1=60n1jLh=605561( 630016)=9.6108 式（4-1） N2=5.55108 i N1 73 . 1 106 . 9 8 查图得 接触强度计算的寿命系数 ZN1=1.0，ZN2=1.07 (允许有一定点蚀) 查图得 接触强度计算的尺寸系数 ZX1=ZX2=1.0 取 SHmin=1.0 由图得 齿面接触疲劳极限 Hlim1=550MPa Hlim2=440MPa 计算许用接触应力 H1=ZN1ZX1=1.01.0=550MP

39、a 式（4-2） min 1lim H H S 0 . 1 550 H2=ZN2ZX2=1.071.0=470.8MPa min 2lim H H S 0 . 1 440 因H2H1，计算中取H= H2=470.8MPa 4.3 按齿面接触强度确定中心距 小齿轮转矩 T1 T1=9.55106=9.55106=8794Nmm n1 p1 556 512 . 0 初取 KtZt2=1.1，a=0.4 由表得 弹性系数 ZE=188.9MPa 由图得 节点区域系数 ZH=2.5 传动比 i=u=1.73 计算中心距 at(u+1) 式（4-3） 3 2 1 2 H EH a ZZZ u KT 19

40、 =(1.73+1)3 2 8 . 470 9 . 1885 . 2 73 . 1 4 . 02 87941 . 1 =52.3mm 取中心距 a=140mm 估取模数 m=(0.0070.02)a=(0.0070.02)140=0.982.8 取标准模数 m=2.5mm 齿数 Z1=41 式（4-4） 1 2 um a 173 . 1 5 . 2 1402 Z2=uZ1=1.7341=71 齿轮分度圆直径 d1=mZ1=2.541=102.5mm d2=mZ2=2.571=177.5mm 圆周速度 v=2.98m/s 式（4-5） 3 11 1060 nd 3 1060 556 5 . 10

41、214 . 3 选齿轮精度为 8 级 4.4 验算齿面接触疲劳强度 按电机驱动，载荷平稳，由表选 使用系数 KA=1.0 按 8 级精度和 vZ1/100=2.9841/100=1.22m/s，由图得 动载系数 Kv=1.14 齿宽 b=aa=0.4140=56mm 由图 按 b/d1=56/102.5=0.546，轴的刚度较大，齿轮在两轴承间非对称分布， 得齿向载荷分布系数 K=1.035 由表得 齿间载荷分配系数 K=1.1 则 载荷系数 K=KAKvKK=1.01.141.0351.1=1.3 式（4-6） 由图得 端面重合度系数 1=0.779，2=0.795 得 =1+2=1.574

42、 由图得 接触强度计算的重合度系数 Z=0.91 计算齿面接触应力 H=ZHZEZ 式（4-7） u u bd KT1 2 2 1 1 =2.5188.90.91 73 . 1 173 . 1 5 . 10256 87943 . 12 2 20 =106.6MPaH=470.8MPa 安全 4.5 校核齿根弯曲疲劳强度 按 Z1=41，Z2=71，由图得 外齿轮齿形系数 YFa1=2.41，YFa2=2.25 由图得 外齿轮应力修正系数 Ysa1=1.675，Ysa2=1.76 由图得 齿根弯曲强度计算的重合度系数 Y=0.73 由图得 齿根弯曲疲劳极限 Flim1=210MPa Flim2=

43、152MPa 由图得 弯曲强度计算的寿命系数 YN1=1.0，YN2=1.0 由图得 弯曲强度计算的尺寸系数 YX1=1.0，YX2=1.0 取 YST=2.0，SFmin=1.4 计算许用弯曲应力 F1=YN1YX1=1.01.0=300MPa min 1lim F STF S Y 4 . 1 2210 F2=YN2YX2=1.01.0=217MPa min 2lim F STF S Y 4 . 1 2152 计算齿根弯曲应力 F1=YFa1Ysa1Y mbd KT 1 12 =2.411.6750.73 5 . 2 5 . 10256 87943 . 12 =4.7MPaF1=300MPa

44、 安全 F2=F1=4.7 11 22 saFa saFa YY YY 675 . 1 41 . 2 76 . 1 25 . 2 =4.6MPaF2=217MPa 安全 4.6 齿轮主要几何参数 Z1=41 Z2=71 u=1.732 m=2.5mm d1=mZ1=2.541=102.5mm d2=mZ2=2.571=177.5mm da1=d1+2ha*m=102.5+21.02.5=107.5mm da2=d2+2ha*m=177.5+21.02.5=182.5mm df1=d12(ha*+c*)m=102.52(1.0+0.25) 2.5=96.25mm df2=d22(ha*+c*)m

45、=177.52(1.0+0.25) 2.5=171.25mm a=( d1+ d2)=(102.5+177.5)=140mm 2 1 2 1 21 齿宽 b2=b=56mm 取 b1=b2+(510)=62mm 5 预选变速第二对齿轮设计 5.1 已知条件 传递功率 p1=0.512kw，小齿轮转速 n1=556r/min，传动比 i=2.976，每天 2 班，预期寿命 6 年。 5.2 选择材料 小齿轮材料选用 45 钢，调质处理，齿面硬度 210255HBS。大齿轮材料选 用 ZG310-570，正火处理，齿面硬度 162185HBS。 该齿轮的设计及强度校核过程同上，这里不再重复。 5.3 齿轮主要几何参数 Z1=28 Z2=84 u=3 m=2.5mm d1=mZ1=2.528=70mm d2=mZ2=2.584=210mm da1=d1+2ha*m=70+21.02.5=75mm da2=d2+2ha*m=210+21.02.5=215mm df1=d12(ha*+c*)m=702(1.0+0.25) 2.5=63.75mm df2=d22(ha*+c*)m=2102(1.0+0.25) 2.5=203.75mm a=( d1+ d2)=(70+210)=140mm 2 1 2 1 齿宽 b2=b=56mm 取 b1=b2+(510)=62mm