1、武 汉 纺 织 大 学毕 业 设 计 (论 文 )题 目： 五加仑洗瓶机的传动系统设计 姓 名： 学 院： 外经贸学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 0721 班 学 号： 指导教师： 完成时间： 武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文I摘 要随着现代科学技术的发展,人民生活水平的提高,越来越多的的人开始饮用纯净水，相关纯净水的洗瓶机械需求量也越来越大，对于洗瓶机的技术要求也越来越严格，所以针对五加仑洗瓶机的研究是很有必要的.本说明书主要是对五加仑洗瓶机传动系统的设计和计算，工作原理是通过电机传递动力，然后通过固定在主根轴上的一对齿轮之间的啮合和大小齿轮间不同的传动和链传动带动洗
2、瓶输送链的运动。首先气缸和电动机进行比较，阐述选择气缸的好处；其次对各级传动比的进行计算和合理的分配；再次对齿轮和轴的材料进行选择和设计，还对其进行材料进行了强度校核，并且根据所得数据绘制出装配图和零件图，对附件（键和链）进行材料选择和设计；最后对整个设计进行检查核对，总结这次设计的收获与体会。关键词:传动系统； 工作原理； 计算； 材料选择； 设计全套图纸加 153893706武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文IIAbstractAlong with the development of modern science and technology improvement of peopl
3、es living standard, More and more people begin to drinking pure water, Related pure water spurt bottle-washing demand too more and more big. So for 5 gallon bottle-washing study is very necessary .The technical requirements for bottle-washing is becoming more and more strictly The brochure was to Dr
4、iven system of 5 gallon bottle washer Design and transmission device, the principle is to transmit electrical power. then fixed on two axes by the one pairs of gears meshing gears of different sizes and the transmission ratio and the transmission ratio reached which aims to reduce speed. Reducer to
5、reduce the size, we first had to motor design and calculation The results for the models through their choice; Secondly, the rational distribution of the transmission ratio at all levels; another gear and shaft design and the choice of materials, the strength of its material Check. Available data an
6、d 武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文IIIdrawings of parts and assembly to map out plans; Then Annex (and key chain), material selection and design; Final check on the whole design, summarizes the harvest and the experience of this design.Keywords : Driven system ；Working principle ；Calculate；Aerial selectio；esign武汉
7、纺织大学 2011 届毕业设计论文IV目 录1 绪论 11.1 洗瓶机在国内外的研究状况及发展趋势 .11.1.1 洗瓶机的现状 111 2 国内洗瓶机的发展趋势 111 3 滚筒式洗瓶机和立式洗瓶机技术对比分析 21.1.4 立式洗瓶机具备的主要功能 41.2 研究目的与意义 .51.3 课 题 设 计 内 容 及 原 理 简 介 62 . 洗瓶机的原理和设计方案 62.2 洗瓶机的工作原理 .62.1.1 洗瓶机的工作过程 62.1.2 洗瓶机的传动原理 .72.2 设计方案 .73 传统系统的设计 .83.1 传动类型的选择 .83.1.1 传动类型简介 83.1.2 链传动的特点及应用
8、 93.1.3 传动链结构特点 .103.1.4 滚子链链轮的结构和材料 .103.2 链传动的的工作情况分析 123.2.1 链传动的运动特性 .12武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文V3.2.2 链传动的动载荷 .153.3 链传动的设计计算 163.3.1 链传动的失效形式 .163.3.2 链传动的额定功率 .173.3.3 滚子链传动设计 .173.4 链传动的布置、张紧 193.4.1 链传动的合理布置 .193.4.2 链传动的张紧方法 .194 相关零件的计算 .194.1 电机的选择与运动参数计算 194.1.1 选择电动机的类型和结构形式： .194.1.2 电动机功率
9、的选择 .194.1.3 电机转速的确定 .204.2 齿轮传动设计计算 214.2.1 选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。.214.2.2 按齿面接触疲劳强度计算主要尺寸 .224.2.3 确定齿数、计算主要尺寸 .224.2.4 校核齿根弯曲疲劳强度 .224.3 轴的设计 234.3.1 齿轮轴的设计 .234.3.2 输出轴的设计计算 .24武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文VI4.3.3 轴承设计 .264.4 键和联轴器的选择 274.4.1 键连接 .274.4.2 联轴器的选择 .285.设计总结 .28参考文献： .29武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文1
10、1 绪论1.1 洗瓶机在国内外的研究状况及发展趋势1.1.1 洗瓶机的现状前国内市场上的洗瓶机有扭道式、箱式、滚筒式和立式等多种, 无论是何种洗瓶机大多采用了超声波清洗技术, 利用超声波空化作用所产生的机械摩擦力, 以清除用一般洗瓶工艺难以清除的瓶内、外粘附较牢固的物质。但安瓶瓶、西林瓶、口服液瓶对超声波的功率大小要求各不相同, 瓶子的规格越大、壁越厚所需要的功率就越大, 通常洗瓶机超声波的功率在 900W 左右，且大小可调。其中, 扭道式洗瓶机产量低、速度较慢, 以洗西林瓶和口服液瓶为主, 使用客户相对较少。以 B+S 公司的早期产品为原型的箱式洗瓶机在国内药厂的应用也不多。目前国内市场以滚
11、筒式洗瓶机和立式洗瓶机的应用最为广泛, 且立式洗瓶机后来居上, 发展势头迅猛, 己取代了滚筒式洗瓶机的传统地位, 目前国内生产立式洗瓶机的代表厂家有长沙楚天、上海远东、上海旭发、长沙正中等。在国际上, 2000 年以前国外厂家生产的洗瓶机各不相同。德国博世公司的洗瓶机主要采用滚筒式洗瓶机,德国 B+S 公司、意大利的伊马公司主要采用箱式洗瓶机。博世公司虽然拥有 30 多年生产滚筒式洗瓶机的技术, 但为了适应cGMP 的需要, 到 20 世纪末, 淘汰了滚筒式洗瓶机转而开始生产技术含量更高、更符合要求的立式洗瓶机。B+S、伊马等也淘汰了自己的箱式履带式洗瓶, 目前基本统一到以博世公司为代表的立式
12、洗瓶机上来了。尽管各个洗瓶机生产厂家在结构上各有特色, 但原理都是一样的。从扬子江药业进口的博世、B+S、伊马3 家的水针线中的洗瓶机看, 就是同属一个类型, 其它厂家如昆明、连云港、深圳等药厂则全是引进博世公司产品, 相对而言, 博世公司在水针线方面开发实力最强, 也最早开发了立式洗瓶机, 它的立式洗瓶机最有代表性, 是我国多数药厂看好的洗瓶设备。11 2 国内洗瓶机的发展趋势 众所周知, 老式水针线自引进博世技术国产化以来 , 己有 15 年历史, 其产品在国内占据了绝对市场份额, 而仿 B+S 和意大利的机型却无法与之相提并论。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文2然而自 2004 年
13、长沙楚天公司开始推出国际最新技术的立式洗瓶机以来, 市场形势发生了根本性的变化, 国内生产其它形式洗瓶机厂家也都开始转向。从 2005年的成都药机会和同期召开的上海国际展上可以看出, 几乎所有水针线生产厂家, 洗瓶机己改为立式洗瓶, 足以说明这种发展趋势己被行业所公认。我国目前正处在市场经济高速发展阶段, 仍属发展中国家。客观的说, 从技术的角度来看, 国际上的今天就是我们的明天, 与国际接轨, 就是向国际先进技术学习。过去是这样, 现在还是这样。国外博世公司沿用 30 多年的洗瓶技术为什么要改？因为有了更好更高水平的技术, 才以新技术赢得市场, 优胜劣汰, 这就是市场规律。用于清洗安瓶的立式
14、洗瓶机在国内的使用已有三四的历史, 市场总量近200 台。经过国内药机厂家的大力攻关, 针对国产化中遇到的问题, 作了相应的完善和提高, 使之更加符合国情, 其己进入了技术成熟期。立式洗瓶机己经系列化、通用化, 按机械手数划分可分为 20 头（主要适用于清洗 50250ml 的大输液瓶） 、40 头、60 头、80 头、100 头及 120 头等多种, 产量从每分钟 100瓶至 600 瓶等多个产品, 且在一定范围内速度可调, 目前立式洗瓶机不但可以清洗安瓶瓶, 更换少量规格件后也可以清洗西林瓶和口服液瓶, 真正做到了一机多用。11 3 滚筒式洗瓶机和立式洗瓶机技术对比分析卧式超声波洗瓶机(1
15、)滚筒式洗瓶机的设计生产能力最大 22000 瓶/h,但在清洗 20ml 的大规格安瓶瓶时, 滚筒式洗瓶机只有 8000 瓶/h, 产量有待提高。(2)清洗瓶内壁的喷针为循环水、注射用水、压缩空气共用喷针, 因而有介质交叉污染, 且在运转过程中喷针必须从未经过滤的水中通过, 造成直接污染, 如图所示, 不符合 GMP 要求。(3)滚筒式洗瓶机破损率约为 1%, 破瓶时易产生连锁反应。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文3图 1-1(4)滚筒式喷针与喷嘴之间有间隙(原理上决定),水气管路不连续, 因而不仅水气有损失(约 20%), 而且压力也有损失(约 40%), 水、气耗量大, 不仅浪费能源
16、,而且同样条件下, 达不到最佳清洗效果。滚筒式喷针多根, 由于细而长易堵、易断。滚筒式进瓶为斜斗式, 安瓶只能通过传递窗再人工上机, 劳动强度大。安瓶在冲洗时, 瓶口不是完全处在垂直朝下的位置进行清洗, 洗瓶效果差。(5) 滚筒式喷针多(288 根), 由于细而长易堵、易断。(6) 滚筒式进瓶为斜斗式, 安瓶只能通过传递窗再人工上机, 劳动强度大。(7)安瓶在冲洗时, 瓶口不是完全处在垂直朝下的位置进行清洗, 洗瓶效果差。(8)工作观察不完全, 操作不方便, 操作者无法看到水箱中安瓶进瓶等工作状态, 不便发现故障及故障处理。(9)滚筒式洗瓶机规格更换得多, 更换规格件繁琐,调整复杂。立式超声波
17、洗瓶机(1)设计生产能力为 2400 瓶/h。尤其对大规格瓶子, 比滚筒式洗瓶机提高50%。(2)通用型立式清洗机的循环水、注射用水和压缩空气均采用独立喷针和管路系统, 避免了介质交叉污染。(3)所有喷针与水箱无接触, 无污染。(4)喷针与喷嘴为一体, 无间隙, 不存在卧式洗瓶机所存在的缺点。立洗机由于喷射压力大、内壁清洗效果好, 澄明度较滚筒式高。(5)规格件少, 更换规格方便, 喷针数量少(36 根),水、气管路短, 便于清武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文4洗和更换备件, 喷针与瓶内壁无磨擦, 减少玻屑和金属微粒的产生, 同时能有效降低瓶口的破损。(6)安瓶在冲洗时, 瓶口一直处于垂
18、直朝下的位置, 洗瓶效果好。(7)可视性好, 安瓶清洗过程全部显露在操作者视线内 , 便于观察, 无清洗效果隐患。(8)采用平送网带上瓶, 可直接在传递窗外开箱上瓶, 不需码瓶上周转盘, 劳动强度低。(9)破瓶率低, 破瓶率5，出现碎瓶时不会发生连锁反应。(10)国外机型采用了升降环、四导柱升降机构, 传动机构复杂, 成本高。国内机型的传动采用了空间连杆及凸轮机构, 结构简单 , 便于安装维修, 成本低, 见图。国内立式洗瓶机的喷针升降、跟踪原理图(空间连杆及凸轮机构), 见图 3, 而博世公司的立式洗瓶机传动则采用了升降环、四导柱升降机构。图 1-2武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文51
19、.1.4 立式洗瓶机具备的主要功能(1) 既能单机使用, 又能与杀菌干燥机、分装封口机组成全自动生产线, 并具有完善的自动保护功能, 能确保产品的质量;(2) 电机发生故障时, 应能自动停机报警。具有有效的机械、电器安全防护装置, 保证设备正常运行及操作人员的安全;(3) 控制系统先进、合理, 采用触摸屏式操作面板,可监控用水、用气及设备运行状态。具备自动报警和停机功能, 可显示和储存生产参数及历史数据, 并可显示故障点;(4) 水槽内水温由辅助加热器自动控制, 清洗槽内设有温控仪控制, 并有温度数字显示, 保证超声波清洗在的最佳温度范围内进行, 并控制加热和超声波启停;(5) 新鲜水管路上和
20、压缩空气管路上装有电磁阀,以节约用水用气;(6) 超声波清洗的功率可根据瓶子的规格和实际状况进行调节;(7) 泵缺水与超声波的运行连锁保护。当超声波不工作时, 水箱水位不够时, 无法开启机器联动。当超声波发生故障时, 主机能自动停车;(8) 清洗机应设置显示水、气压力的仪表。当各种清洗介质的压力低于额定压力时，设备无法启动，保证洗瓶洁净度。1.2 研究目的与意义桶 装 水 和 饮 水 机 已 进 入 千 家 万 户 ， 给 人 们 的 生 活 带 来 了 方 便 和 时 尚 。 五加仑桶装水在饮用水市场中占很大的份额，所以针对五加仑桶洗瓶机的研发尤为重要，关于传动系统的设计很关键。五加仑洗瓶机
21、传动系统设计采用的是电机传动、齿轮传动、链传动等机械传动，链 传 动 可 用 来 传 递 相 对 位 置 较 远 的两 轴 之 间 的 运 动 和 动 力 。 链 传 动 的 特 点 是 ： 平 均 传 动 比 准 确 ， 工 作 可 靠 ， 效率 高 ； 传 递 功 率 大 ， 过 载 能 力 强 ， 相 同 工 况 下 的 传 动 尺 寸 小 ； 所 需 张 紧 力 小 ，作 用 于 轴 上 的 压 力 小 ； 能 在 高 温 、 潮 湿 、 多 尘 、 有 污 染 等 恶 劣 环 境 中 工 作 。针 对 这 些 传 动 的 特 点 ， 选 择 合 适 的 配 合 也 能 给 整 个 传
22、 动 系 统 的 设 计 带 来 方 便 。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文6为 了 能 制 造 出 品 质 一 流 的 洗 瓶 机 ， 一 个 稳 定 高 效 的 传 动 系 统 是 必 不 可 少 的 。1.3 课 题 设 计 内 容 及 原 理 简 介本课题主要是对五加仑洗瓶机传动系统的设计和计算，工作原理是通过气缸传递动力，然后通过固定在主根轴上的一对齿轮之间的啮合和大小齿轮间不同的传动和链传动带动洗瓶输送链的运动。首先气缸和电动机进行比较，阐述选择气缸的好处；其次对各级传动比的进行计算和合理的分配；再次对齿轮和轴的材料进行选择和设计，还对其进行材料进行了强度校核，并且根据所得数
23、据绘制出装配图和零件图；接着对附件（键和链）进行材料选择和设计；2 . 洗瓶机的原理和设计方案2.2 洗瓶机的工作原理2.1.1 洗瓶机的工作过程图 2-1 五加仑洗瓶机纵向视图外洗机将瓶子的外部洗净后，并经检查质量合格的瓶子，由传送带送入自动洗瓶机的上瓶机构，根据规定的要求按一定距离排列好，上瓶机构将通过气动连接装置将瓶子推入托瓶板上固瓶杯，主轴经过电机的带动，从而带动齿轮与链条，这样，固定在链条上的托平板就能带动瓶子在洗瓶工位上运动了。冲武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文7洗过程共有 10 道工位：第一道：预冲洗；第二道至第三道：碱液（65 度）冲洗；第四道：滴水；第五道第六道：药水冲
24、洗；第七道：滴水；第八道：成品水冲洗；第九道：滴水；第十道；滴水。工位上方配有抽风口，可排走雾气。水箱内配有液位和温控装置。温度自动控制，加热碱水箱六面包裹有高热阻的绝热材料，防散热保温机械连杆升降式喷头，同步性能好，杜绝不同步现象。水力足够大，可以祛除桶内较厚的菌层和软性污物，特别是桶的肩部和口部。水泵出口加有压力表和调节阀以便控制压力。洗完之后，通过下瓶机构将瓶子取下放到输送链上传送到其他机器进行处理。2.1.2 洗瓶机的传动原理洗瓶机是通过电机带动机器的运转，一般及其所用的电动机，其功率都是在 13 千瓦之间，电动机的转速通常是很高的，而五加仑洗瓶机的转速并不是很高，因此它的传动就需要一
25、套合理的变速系统。有的洗瓶机还采用调速电机，直接无级变速，但这种传动对电机的要求很高，必须防尘、防水等，而且价格也较贵。对于五加仑洗瓶机传动部分的要求有以下几点：1.传动平稳由于机器上有很多瓶子在同时进行洗瓶工作，所以它的进瓶、出瓶准确地冲洗等都要求在平稳的工作条件下进行。2.传动系统结构简单传动系统简单,一方面可以减少功率的消耗,另一方面设备的精度易达到,同时维修方便。3.安全装置洗瓶机比较容易出现的问题是瓶子经常卡住,在设计时应考虑安全装置,在机器发生故障时,能自动停车或自动报警,以便及时排除故障。2.2 设计方案武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文81- 电机；2-联轴器；3-减速器；
26、4-链轮；5-链条；6-主轴；7-从动轴；图 2-2 传动系统简图电机经过减速器调速后，带动主轴转动，从而主轴上的两个链轮一起运动，再通过链轮与链条的链接，带动整个托瓶板运动，使瓶子到达洗瓶工位。洗瓶机的原理设计传动系统设计电机的选择与运动参数计算齿轮传动设计轴的设计及校核 滚动轴承的选择键和联轴器的设计及校核 其他零件的设计及校核绘制装配图及零件图编写说明书3 传统系统的设计3.1 传动类型的选择3.1.1 传动类型简介传动是指利用构件或机构把动力从机器的一部分传递到另一部分。传传递动力使机器或机器部件运动或运转。传递动力和运动的装置，也可用来分配能量、改变转速和运动形式。机器通常是通过它将
27、动力机产生的动力和运动传递给机器的工作部分。传动分为机械传动、流体传动和电力传动 3 大类。 机械传动是利用机件直接实现传动，其中齿轮传动和链传动属于啮合传动；武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文9摩擦轮传动和带传动属于摩擦传动。流体传动是以液体或气体为工作介质的传动，又可分为依靠液体静压力作用的液压传动、依靠液体动力作用的液力传动、依靠气体压力作用的气压传动。电力传动是利用电动机将电能变为机械能，以驱动机器工作部分的传动。根据洗瓶机的工作特点，本次传动设计主要部分采用的是链传动。3.1.2 链传动的特点及应用链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的
28、一种传动方式。 31 链传动链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。五加仑洗瓶机事在潮湿的条件下工作的，链传动在这一点上占有优势。 链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。链传动主要用在要求工作可靠，两轴相距较远，低速重载，工作环境恶劣，以及其他不宜采用齿轮传动的场合.与齿轮传动相比，链传动的制造原装精度要求较
29、低，成本也低，在远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便得多。五加仑洗武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文10瓶机的传动系统正是具有低速重载，两轴相距较远的特点，所以选择链传动作为主要传动是很符合机器工作条件的。3.1.3 传动链结构特点链传动是啮合传动，平均传动比是准确的。它是利用链与链轮轮齿的啮合来传递动力和运动的机械传动。按照用途不同，链可分为起重链、牵引链和传动链三大类。起重链主要用于起重机械中提起重物，其工作速度 v0.25m/s；牵引链主要用于链式输送机中移动重物，其工作速度 v4m/s；传动链用于一般机械中传递运动和动力，通常工作速度 v15m/s。传动链主要分为：套筒链、套筒滚子链
30、(简称滚子链)、齿形链和成型链。其中滚子链常用于传动系统的低速级，一般传递的功率在 100KW 以下，链速不超过 15m/s。洗瓶机传动系统采用的链条是滚子链，滚子链由内链板 1、 外链板 2、 套筒 3、 销轴 4 和滚子 5 组成。 如图 3- 2 所示, 外链板与销轴、 内链板与套筒之间采用过盈配合, 而销轴与套筒之间为间隙配合 , 可以作相对转动, 以适应链条进入和退出链轮时的屈伸； 滚子与套筒之间采用间隙配合, 以使链与链轮在进入与退出啮合时, 滚子与轮齿形成滚动摩擦, 减小链和轮齿的磨损。1.内链板 2.外链板 3.销轴 4.套筒 5.滚子图 3-2 滚子链相邻两滚子轴线间的距离称
31、链为节距, 用 p 表示, 如图 3-2 p 值愈大, 链的各部分尺寸愈大, 承载能力愈高, 且在齿数一定时, 链轮尺寸随之增大。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文113.1.4 滚子链链轮的结构和材料链传动是利用链与链轮轮齿的啮合来传递动力的。而链轮由轮齿、轮缘、轮辐和轮毂组成。链轮设计主要是确定其结构和尺寸，选择材料和热处理方法。滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合，其链轮齿形的设计比较灵活。链轮轮齿的齿形应保证链节能自由地进入和退出啮合；在啮合时应保证良好的接触，同时它的形状应尽可能地简单。链轮齿形已经标准化，链轮设计主要是确定其结构尺寸。图 3-3 滚子链链轮名 称 符 号 计 算 公
32、 式 备 注分度圆直径 dd= （ ）sinpz180齿顶圆直径 dad =d+p(1- )-daminz6.11d =d+1.25p-dxd 和 d 对于最小aminax齿槽形状和最大齿槽形状均可应用，d受刀具限制amxdfd =d-d f1武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文12齿根圆直径齿 高hah =0.5(p-d )amin1h =0.625p-0.5d +xzp8.0h 为节距多边形以上a部分的齿高，用于绘制放大尺寸的齿槽形状确定的最大轴凸缘直径dgd =pcot -1.04h -0.76gz1802h 为内链板高度2(a) 整体式 (b) 腹板式 (c) 组合式图 3-4 链轮
33、的结构链轮的材料一般为中碳钢淬火处理；高速重载用低碳钢渗碳淬火处理； 低速时也可用铸铁等温淬火处理；小链轮对材料的要求比大链轮高。3.2 链传动的的工作情况分析3.2.1 链传动的运动特性因为链是由刚性链接通过销轴铰接而成，当链绕在链轮上时，其链节与相武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文13应的轮齿啮合后，这一段链条将曲折成正多边形的一部分（如图 3-5） 。该正多边形的边长等于链条的节距 p，边数等于链轮齿数 z，链轮每转过一圈，链条走过 zp 长，所以链的平均速度 v（单位为 m/s）为v= =106pnz02式中： 、 分别为主、从动链轮的齿数；1z2、 分别为主、从动链轮的转速，r/
34、min。n图 3-5 链传动的速度分析链传动的平均传动比为i= =21nz因为链传动为啮合传动，链条和链轮之间没有相对滑动，所以平均联塑和平均传动比都是常数。但是，仔细考察铰链链节随同链轮转动的过程就会发现，链传动的瞬时传动比和链速并非常数。在主动链轮上，铰链 A 正在牵引链跳沿直线运动，绕在主动链轮上的其他武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文14铰链并不直接牵引链条，因此，链条的运动速度完全由铰链 A 的运动所决定。铰链 A 随同主动链轮运动的线速度为v =v cos =R cosx11式中，R 为主动链轮的分度圆半径，m。1因为 是变化的，所以即使主动链轮转速恒定，链条的运动速度也是变化
35、的。当 = = 时，链速最低；当 =0，链速最高。 是主动链轮上一21z801个连接所对的中心角。链速的变化呈周期性，链轮转过一个链节，对应链速变化的一个周期。链速变化的程度与主动链轮的转速 n 和齿数 有关。转速越高、11z齿数越少，则链速变化范围越大。在链速 v 变化的同时，铰链 A 还带动链条上下运动，其上下运动的链速xv =v sin =R sin1y1也是随链节呈周期性变化的。在主动链轮牵引链条变速运动的同时，从动链轮上也发生着类似的过程。从图中可见，从主链轮上的铰链 C 正在被直线链条拉动，并由此带动从动链轮以 转动。因为链速 v 的方向与铰链 C 的线速度方向之间的夹角为 ，所以
36、铰2x 链 C 沿圆周方向运动的线速度为v =R =2cosx式中，R 为从动链轮的分度圆半径，m。2由此可知从动链轮的转速为= =2cosRvxsc21武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文15在传动过程中， 因为 在 内不断变化，加上 也在变化，所以即使2180z为常数， 也是周期性变化的。12所以链传动的瞬时传动比为i= =21cosR可见链传动的瞬时传动比是变化的。链传动的传动比变化与链条绕在链轮上的多边形特征有关，故将以上现象称为链传动的多边形效应。3.2.2 链传动的动载荷链传动在工作过程中，链速和从动链轮的转速都是变化的，因而会引起变化的惯性力及相应的动载荷。连速变化引起的惯性力
37、为F =mad1c式中：m紧边链条的质量，kg；a 链条变速运动的加速度，m/s 。c 2如果视主动链轮匀速转动，则a = = （R ）=- R sincdtvx1cos12当 = = 时，21z80（a ） =- R sin( )= R sin =cmax121z80121z8021P武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文16从动链轮因角加速度引起的惯性力为F =d2t2RJ式中：J从动系统转化到从动轴上的转动惯量，kg ；2m从动链轮的角速度，rad/s。2链轮的转速越高，节距越大，齿数越少，则惯性力就越大，相应的动载荷也就越大。同时，链条沿垂直方向也在作变速运动，也产生一定的动载荷。图
38、3-6 链节和链轮轮齿啮合瞬间的冲击此外，链节和链轮啮合瞬间的相对速度，也将引起冲击和振动。如图 3-6所示，当链节与链轮轮齿接触的瞬间，因链节的运动速度和链轮轮齿的运动速度在大小和方向上的差别，从而产生冲击和附加的动载荷。显然，节距越大，链轮的转速越高，则冲击越严重。3.3 链传动的设计计算3.3.1 链传动的失效形式(1)链条铰链磨损。链条铰链的销轴与套筒之间承受较大的压力且又有相对滑动，故在承压面上将产生磨损。磨损使链条节距增加，极易产生跳齿和脱链。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文17(2) 链板疲劳破坏。链传动紧边和松边拉力不等，因此链条工作时，拉力在不断地发生变化，经一定的应力
39、循环后，链板发生疲劳断裂。(3)多次冲击破断。链传动在启动、制动、反转或重复冲击载荷作用下，链条、销轴、套筒发生疲劳断裂。 (4)链条铰链的胶合。链速过高时销轴和套筒的工作表面由于摩擦产生瞬时高温，使两摩擦表面相互粘结，并在相对运动中将较软的金属撕下，这种现象称为胶合。链传动的极限速度受到胶合的限制。(5)链条的静力拉断。在低速（v 0.6m/s）重载或突然过载时,载荷超过链条的静强度，链条将被拉断。3.3.2 链传动的额定功率链传动的各种失效形式都与链速有关。图 3-7 所示为实验条件下单排链的极限功率曲线示意图。由图可见：在润滑良好、中等速度下，链传动的承载能力主要取决于联办的疲劳强度；随
40、着转速的增高，链传动的动载荷增大，传动能力主要取决于滚子和套筒的冲击疲劳强度；当转速很高时，胶合将限制链传动的承载能力。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文181-链板疲劳强度限定2-由滚子、套筒冲击疲劳强度限定；3-由销轴和套筒胶合限定图 3-7 极限功率曲线3.3.3 滚子链传动设计设计滚子链时的原始数据为：传动的功率、小链轮和大链轮的转速（或传动比） 、原动机种类、载荷性质以及传动用途等。设计步骤 ：(1)选择链轮齿数 z1、z2 小链轮齿数对链传动的平稳性和使用寿命有较大的影响，链轮齿数不宜过多或过少。过少时将：1)增加传动的不均匀性和动载荷；2)增加链节间的相对转角，从而增大功率消
41、耗；3)增加铰链承压面间的压强（因齿数少时，链轮直径小，链的工作拉力将增加） ，从而加速铰链磨损等；4)增加链传动的圆周力，从而加速了链条和链轮的损坏。由于链节数应选用偶数，所以链轮齿数最好选质数或不能整除链节数的数。并优先选取 17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。(2)确定传动比链传动的传动比一般 i 6，推荐 i=2-3.5 之间，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允许到 10（个别情况可到 15） 。如传动比过大，则链包在小链轮上的包角过小，啮合的齿数太少，这将加速轮齿的磨损，容易出现跳齿，破坏正常啮合，通常包角最好不小于 120。(3)确定计算功率P = Pcap
42、zK(4)确定链节距在承载能力足够条件下，应选取较小节距的单排链，高速重载时，可选用小节距的多排链。一般，载荷大、中心距小、传动比大时，选小节距多排链；速度不太高、中心距大、传动比小时选大节距单排链。(5)确定中心距和链长武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文19初选中心距 a =（30-50）p，按下式计算链节数 L0 0pL =2 021210)(azz(6)计算链速 v，确定润滑方式v= =106pnz023.4 链传动的布置、张紧3.4.1 链传动的合理布置两链轮的回转平面应在同一垂直平面内;两链轮中心连线最好是水平的，或与水平面成 45以下的倾斜角，尽量避免垂直传动。属于下列情况时，
43、紧边最好布置在传动的上面：(1)中心距 a 30p 和 i 2 的水平传动；(2)倾斜角相当大的传动；(3)中心距 a 60p、传动比 i 1.5 和链轮齿数 z 25 的水平传动。13.4.2 链传动的张紧方法(1)链传动张紧的目的，主要是为了避免由于链条垂度过大产生啮合不良和链条振动现象，同时也为了增加链条的包角。(2)张紧力并不决定链的工作能力，而只是决定垂度的大小。当两轮中心连线倾角大于 60 时，一般都要设置张紧装置。(3)最常见的张紧方法是移动链轮以增大两轮的中心距。但如中心距不可调时，也可以采用张紧轮传动。(4)张紧轮应装在靠近主动链轮的松边上。不论是带齿的还是不带齿的张紧轮，其
44、分度圆直径最好与小链轮的分度圆直径相近。(5)不带齿的张紧轮可以用夹布胶木制成，宽度应比链约宽 5mm。(6)此外还可用压板或托板张紧。对于中心距大的链传动，用托板控制垂度更为合理。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文204 相关零件的计算4.1 电机的选择与运动参数计算4.1.1 选择电动机的类型和结构形式：Y 系列三相异步电动机4.1.2 电动机功率的选择工作机所需要的有效功率为： = =35001.1W=3.85KWPFv注：工作机构的有效阻力 F，v 为工作机构的圆周转速。传动装置与工作机构的总效率 ，传动装置为串联，总效率 等于各级传动效率和轴承、联轴器效率的连乘积，即= 0.99
45、 0.950.90=0.757 23.14520.9630.9注：齿轮传动分为 2 个 7 级精度的闭式圆柱斜齿轮传动，由资料1表 3-4查得:闭式圆柱斜齿轮传动（油润滑） =0.96,联轴器为弹性联轴器，1=0.99，共 1 个；滚动轴承（油润滑） ， =0.99，共 3 对; 普通 V 带传动2 3效率， =0.95 链传动效率， 0.90。55电动机所需输出的功率为： = / KW= KW =5.09KWdP.85074.1.3 电机转速的确定由资料1表 2-1 选电动机的转速为 1500r/min 和 1000r/min 的两种。工作机链轮的转速为 52.55r/minwn601vD6
46、01.4则两种电动机的总的传动比分别为 14027.5.Ii968I先将两种电动机的参数列于表 2-1：表 2-1武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文21序号 型号 额定功率KW同步转速r/min满载转速r/min总传动比外伸轴径mm轴外伸长度mm1 Y132S-4 5.5 1500 1440 27.4 38 802 Y132M2-6 5.5 1000 960 18.27 38 80对此两种方案进行计算方案 1：总的传动比为 27.4进行传动比分配：普通 V 带传动比取 =21i双级圆柱斜齿轮减速器高速级的传动比=0.25 =2i1i27.40.535=3i17.4.由于低速级为圆柱齿轮，起
47、传动比一般为 23，而 =4 传动比过大，因此3i选择方案 2 进行计算。由表 1 可知，方案 1 虽然电动机转速高、价格低，但是传动比大。为了能合理地分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选用方案 2，既电动机型号为 Y132M2-6。4.2 齿轮传动设计计算4.2.1 选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为 45 号钢调质，齿面硬度为 240HBS，大齿轮选用 45 号钢正火，齿面硬度为 210HBS。齿轮精度初选 8 级武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文22接触疲劳强度极限由 240HBS 查得 MPaH5901lim210HBS
48、查得 62li许用接触应力 =0.9 =0.9590=5311 H1lim=0.9 =0.9560=5042 2liH Pa弯曲疲劳极限 240HBS 查得 =2251limF M210HBS 查得 =2102li a许用弯曲应力 =0.7 =0.7225=157.51 F1limF Pa=0.7 =0.7210=1472 2liH4.2.2 按齿面接触疲劳强度计算主要尺寸T1=9550P/n1=95501.02/654.2=14.89Nm查文献3表 6-7 取 K=1.2d1195.1 =195.1 mm=50.73mm213 HikT2504189.34.2.3 确定齿数、计算主要尺寸 Z1=20 ，u =4 Z2= Z1u =204=80md 1/Z1=50.73/20=2.536取标准模数值 m=3分锥角 2=arctan Z2/ Z1= arctan80/20= ”4957 1= - =90”4570分度圆直径 d 1=m Z1=320=60mmd2=m Z2=380=240mm锥距 R=m =3 =123.69 mm2/)(2/)08(2齿宽 bR/3=41.23mm 取 b=41mm武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文234.2.4 校核齿根弯曲疲劳强度计算当量齿数 Z v1= Z1/cos 1=20
