1、ee紧压茶叶机的创新设计学 生：ee (ee)指导老师：ee摘 要：本文鉴于我国现有紧压茶叶机大多为手工机械或简易机械, 加工的紧压茶品质差、且生产效率低、劳动强度大 ，自动化程度不高。因此本文通过在对现有紧压茶叶机的研究基础上，通过方案的比较和选择，机构设计计算，各零部件的设计及计算，装配图和主要零件图的绘制，最后完成了三维仿真模拟，实现了紧压茶叶机机构的创新设计凸轮顶杆式紧压茶叶机。凸轮轮顶杆式压茶叶机作为最新发明，因为结构简单，生产效率高，且通过试验证证明运用凸轮顶杆与凸轮摆杆的协调配合基本解决了紧压绿茶的压紧和退模问题，可以实现大批量自动化生产。关键词：紧压茶；创新设计；凸轮顶杆；凸轮
2、摆杆;加工压力；eeinnovation design Of Compressed Machine for Teaee(ee)Tutor:eeAbstract：this article in view of the existing press the tea machine mostly simple manual mechanical or machinery, poor quality of production , and the low production efficiency , labor intensity, degree of automation is not high.
3、 So in this article, through the ex isting compressed tea machine based on research, through scheme comparison and selection, design computation, design and calculation of various parts, assembly drawing and main parts graph drawing, finally completed the 3 d simulation, implements tightly pressed t
4、ea machine innovation design of institutions - CAM press plunger type tea machine. CAM wheel pressure plunger type tea machine as the latest invention, because of simple structure, high production efficiency, and through the test certificate to use CAM plunger swinging rod CAM with the coordination
5、of basic solved the compression, the compression of green tea and refund mold problem, can achieve mass automationKey words: Compressed tea; innovation design ;CAM plunger;Biased slippery column type ; Produced pressure; ee目 录1 前 言 .11.1 优化设计的目的与意义 21.2 我国紧压茶叶加工机械现状与发展前景 .32 压制力对紧压茶的影响研究 .82.1 紧压茶压制
6、力的确定 .82.2 含水量对紧压茶外形及品质的影响 .92.3 加工压力对紧压茶外形及品质的影响 .102.4 散茶与紧压茶的品质比较 103 紧压茶叶机工作原理与设计方案的选则 .113.1 工作原理 113.2 创新设计方案的选择 114 动力机构和传动机构的设计及计算 .144.1 电动机类型和结构型式 144.2 电动机功率 .144.2.1 滑柱的输出功率 Pw.144.2.2 电动机的输出功率 Ped144.2.3 电动机的额定功率 Ped144.3 电动机的转速 144.4 确定电动机的型号 15ee4. 5 V 带传动的设计计算 154. 5. 1 确定计算功率 Pca154
7、.5.2 选取普通 V 带带型 .154.5.3 确定带轮基准直径 .154.5.4 普通 V 带的基准长度和传动中心距 .154.5.5 验算主动轮上的包角 .164.5.6 计算普通 V 带的根数 Z 164.5.7 计算预紧力 Fo .164.5.8 计算作用在轴上的压轴力 Fp .164.5.9 大小带轮的结构设计 164.5.10 大小带轮上键的选取与强度校核 .174.5.11 小带轮上键的选取与强度校核 174.5.12 大带轮上键的选取与强度校核 .184.6 减速器的选择和输出轴设计 184.6.1 求输出轴上的输出功率 ，转速 和转矩 183p3n3T4.6.2 初步确定轴
8、的最小直径 .194.6.3 轴的结构设计 .194.6.4 校核轴的强度 .205 执行机构的设计及计算 225.1 凸轮顶杆式机构的设计要求 225.2 凸轮机构的设计 225.2.1 求凸轮理论轮廓线和工作廓线 22ee5.2.3 凸轮角位移 与凸轮半径 的变化 .245.2.4 凸轮推杆运动分析 245.2.5 凸轮受力分析 .255.3 顶杆的结构设计和强度的计算 .275.3.1 顶杆的结构设计 .275.3.2 顶杆的强度校核 .276 自动退料机构的设计及计算 286.1 凸轮 -摆杆式间歇退料机构的工作原理和设计要求 .286.2 凸轮 -摆杆式间歇退料机构的各连杆、连架杆的
9、设计与计算 .286.3 凸轮 -摆杆式间歇退料机构偏心凸轮的设计与计算 .286.3.1 偏心凸轮的推程的计算 .286.3.2 用作图法设计凸轮的轮廓线和凸轮的位移曲线、速度曲线、加速度曲线 .297 弹簧机架等零部件的设计 327.1 圆柱压缩弹簧的设计计算 .327.2 机架材料的选择及结构 .338 三维建模仿真 348.1 建模原理 348.2 三维造型软件 ProE .358.3 蜗杆实体建模 388.3.1 参数的选取 .398.3.2 蜗杆实体建模 40ee8.4 滑套建模 498.5 轴承座的建模 .508.6 滑柱的建模 518.7 实体装配 .528.7.1 机架的安装
10、 .528.7.2 尾座的装配 .528.7.3 导轨的装配 .538.7.4 滑套的装配 .548.7.5 轴承座的装配 .548.7.6 凸轮的装配 .558.7.7 装配图 .559结论 569.1 该机械存在以下的问题 569.2 该机械解决的问题 569.3 小结 56致 谢 .57参考文献 .58ee第 1 页 共 48 页1 前 言紧压茶叶作为一种新型茶叶，越来越受到广大消费着的青睐。因此对于紧压茶这种专用机械的研究与开发也备受重视。紧压茶的制作是在各种散茶经在加工蒸压成一定形状而制成的茶叶称“紧压茶”或“压制茶” 。根据采用的原料茶类不同可分为绿茶紧压茶、红茶紧压茶、乌龙茶紧压
11、茶、和黑茶紧压茶紧压茶除了上述的几类之外，还有紧茶、圆茶、饼茶、六堡茶，还有一种茶也可归属到紧压茶类“固形茶” ，他是一种再加工茶用茶叶加工中产生的细末，研磨成粉，加入淀粉、蛋白质等粘合剂，调和成糊状，然后加压，通过滤孔挤压成直径1-1.5毫米，形似细面条的细条型，晾烘干，切断成1-2厘米长即成。这种固形茶，热水冲泡后不溶化，茶条不散，但茶汁能浸出。固形茶的生产时副茶利用的一种途径，除我国外，日本，俄罗斯等国也有少量生产。因此本文主要涉及对加工紧压茶的专用机具的发展、研制、及其不同机构的紧压茶叶机工作原理作了全面的介绍，并在对原有机具研究、分析的基础上，通过机械的优化设计这一现代设计方法，在计
12、算机技术的应用基础上，对原有机构进行了优化设计，实现了新功能，改善了原有机构的诸多缺陷，提高了生产效率，降低的生产成本，增加了紧压茶叶的附加值。并重点对优化后的机构设计计算，及工作原理进行了概述，和介绍。文中可能存在错误和诸多缺陷，敬请广大读者提出宝贵的意见。ee第 2 页 共 48 页1.1 优化 设计的目的与意义我国是一个生产和消费。形成了不同地域不同特色的茶文化。在中国发展至今，饮茶被称为“国饮”，饮茶已成为日常生活中的习惯。中国是茶叶大国，是茶叶的故乡，也是茶的发源地。在中国有着悠久的种茶历史和丰富深厚的茶叶文化。在四五千年的文化积淀和发展中，茶叶作为一种独有的文化物质被传承并不断的被
13、赋予新的时代及地域内涵，从古老的的中国传遍了全球甚至是必不可少的。饮茶不仅仅只是一种传统习俗的继承或一种文化，礼节，修养及崇高精神的体现，同时饮茶有以下诸多好处：(1)茶能使人精神振奋，增强思维和记忆能力。(2)茶能消除疲劳，促进新陈代谢，并有维持心脏、血管、胃肠等正常机能的作用。(3)饮茶对预防龋齿有很大好处。(4)茶叶含有不少对人体有益的微量元素。(5)茶叶有抑制恶性肿瘤的作用，饮茶能明显地抑制癌细胞的生长。(6)饮茶能抑制细胞衰老，使人延年益寿。(7)饮茶能兴奋中枢神经，增强运动能力。(8)饮茶有良好的减肥和美容效果。(9)饮茶可以预防老年性白内障。(10)饮茶能保护人的造血机能。(11
14、)饮茶能防暑降温。所以无论从传统文化的发展需求，还是人们健康的精神和身体需求，茶叶都拥有无可替代的地位和需求。但是千百年来茶叶均总是以条索状、叶片状、砖块状的形状展现在人们面前。饮用时，人们往往用手抓茶叶放入杯中泡茶给自己或客人，这样既不卫生也不雅观。倾倒茶叶虽然卫生但拿捏不准份量也不方便。而紧压茶不仅继承了散茶叶本身的诸多优点同时也克服了上述的缺点，这种紧压茶耐储藏、饮用方便卫生，发展前景广阔，具有很高的附加值。因此具备较大的潜在市场和经济价值，很有必要对绿茶紧压机进行开发、研究和机构优化设计。但是目前由于我国紧压茶叶机械起步晚，技术落后，所以现有的紧压茶叶机只能实现粗加工，仍然依靠人力，不
15、能完全实现自动化生产，所以劳动强度大，效率低，产量小，价格高，从而大大的减小了紧压茶的附加值和市场竞争力，也不能很好地满足人们的生活需求。诸多因素使其市场不能很好地拓ee第 3 页 共 48 页展，也使的消费者不能享受优质的产品，因此在这种情况下急需对紧压茶机械进行研究，开发，对现有紧压茶叶机进行机构改造优化降低劳动力，提高生产效率，大批量生产，从而改善紧压茶ee第 1 页 共 48 页叶的品质提高其附加值，对人类对社会都具有非常重大的意义。本项目研究的目的:通过对现有紧压茶叶机的研究，及市场需求的调查对紧压茶叶机具进行优化改进设计，实现自动化大批量快速生产。通过这种优化后的紧压茶专用机具可以
16、将绿茶通过加工成小块紧压茶，在保持绿茶原有的形态和品质的前提条件下，将绿茶加工成各种形状，大小不一的紧压茶，以及加工表面带字的紧压茶以满足人们日益增长的生活需求和市场需求。1.2 我国紧压茶叶加工机械现状与发展前景中国有悠久的茶叶历史和丰富的茶叶文化，但却不是茶叶强国。紧压茶叶作为一种新式产品拥有很多优点，深受饮茶人群的亲睐，因此具有很大的市场价值。随着紧压茶市场需求的不断扩大及人们生活品质的提高，原有的手工制作的紧压茶，无论是在饮用的便利性，多样性还是生产上的高品质、高附加值、高效率大批量上都不能满足要求和需要，伴随着这一新兴市场的出现，紧压茶叶机的研究和开发已成为一个亟待解决的问题。然而在
17、中国由于技术落后，起步晚，所以这一机械行业的发展还很不完善，现有的紧压茶机械多为手工操作，不仅生产效率低 ，劳动强度高，且不适合大批量快速生产，因此大大降低了紧压茶的附加值和竞争力。因此这一技术的发展已成为限制紧压茶发展的重要因素。经过一段时间的发展，目前我国紧压茶机械主要有如下几中种：1）螺杆式紧压茶叶机图 1.1 螺杆式紧压茶叶机1.机架 2.模柱 3.模套 4.料斗 5.弹簧 6.滑套 7.滑套座 8.连接套 9.螺钉 10.轴承 11.外联套 12.螺杆 13.螺母 14.螺钉 15.丝杆座 16 手轮 ee第 2 页 共 48 页17.螺母 18.垫圈等零件组成工作原理 ：压制茶叶时
18、，将炒制好的茶叶放入料斗(4)，并用料椎将茶叶送入模套(3)中； 转动手轮(16)，通过螺杆(12)的旋转，由推力轴承(10)推动连接套(8)，从而带动模柱(2)在模套(3)内做轴向移动，完成茶叶挤压成型。压力大小由紧压茶的截面积及茶叶所含水分的多少而定。把模套(3)向右推，通过压缩弹簧(5)将力传递向转动手轮，受弹簧力的作用紧压茶自动落入料盘。如此循环操作，可以不断地加工出形状一致的小块紧压茶。 这种小行螺杆式紧压茶叶虽然在一定程度上解放了劳动力，但仍然有许多缺点只适用小批量生产，且效率低，劳动强度高，生产的紧压茶形状种类单一 。 图 1.2 紧压茶叶机机构简1.螺母 2.弹垫 3.上挡板
19、4.弹簧 5.上模板 6.模套 7.下摸板 8.支撑板 9.顶板 10.千斤顶 11.立柱 12.台板 13.机架 14.手柄15.撑套 16.寸套 17 手轮 18.定位螺钉 19.传动螺母 20.传动螺杆21.螺栓工作原理:将模套( 6) 放置入支撑板(8 ) 上后，在模孔内放入下模板(7 ) 到孔底并与支撑板( 8) 接触，然后放入炒制好的茶叶，用手压紧，再将上模板( 5) 压在茶叶上 旋转手轮( 17) 从而带动螺杆(20 ) 旋转向下，螺杆下端抵住上模板(5 ) 往下压紧茶叶 转动手轮( 17) 适当压紧茶叶后，即反向旋 转 手 轮，使 螺 杆(20 ) 离 开 上 模 板 一定高度
20、后在上模板上放上撑套( 15) 摇 动 千 斤 顶 的手柄，使千斤顶顶端顶住ee第 3 页 共 48 页顶板( 9) 及支撑板( 8) ，从而使模套中的茶叶继续压紧至压力达到预定量即可茶叶成型后可立即松开千斤顶，压缩弹簧将支撑板(8 ) 回位，取下模具，即可得到成型的砖茶.这种立柱式紧压茶虽然体 积 小 压 力 大不耗能源但需人工操作，且需人工上料，上模取模，压制后的茶块取出复杂，总体来说操作复杂，劳动强度大，效率低只适合少量单个体用户使用。图 1.3 偏心滑柱式紧压茶叶机1.螺栓， 2.电机， 3.机架，4.料斗，5.螺钉，6.导轨，7 手柄，8.螺栓，9.弹簧，10.螺钉，11.螺母，12
21、. 尾座，13.字模，14.模套，15.螺钉，16.进料斗，17.弹簧，18.模柱，19.轴承座，20.轴套，21.垫圈，22.螺母，23.螺杆，24.凸轮，25.大带轮，26.螺栓，27.螺栓，28.带，29.小带轮工作过程：压制茶叶时，将炒制好的茶叶放入料斗（16） ，将茶叶送入模套（14） ，通过电动机（2）带动带传动，再通过减速器减速，带动偏心轮机构将旋转运动转化为直线运动，将茶叶压紧，利用手柄将压紧的茶叶推出，将茶叶推入料盘中。同时手柄转回去，周而复始，就不断加工出这种形状大小一致的小块紧压茶。这种茶叶机结构简单，工作效率高，操作简单，大大降低了劳动强度。但仍有不足之处。不足之处：1
22、、劳动强度比较大，生产效率较低，成本高，附加值小。ee第 4 页 共 48 页2、没有一个很好的退料机构，由于存在自有粘性，有可能使茶叶卡在模具中，可能无法取出。此外在工业化生产中还有大型的液压是紧压茶叶机，这种紧压茶机能够实现大批量自动化生产，但是机构复杂，体积大，而且生产成本高，因此也不具有市场价值。虽然全球有近 50 个国家和地区产茶，100 多个国家和地区需要进口茶叶。 有一个尴尬的数字让人无法回避，我国的茶园面积约占全世界的 45%，居第一位， 产量却仅仅占了世界产量的 22%。近年来， 我国茶产业遇到了空前的挑战， 茶叶质量和出口状况都不甚理想，全行业处于亏损状态，中国茶叶产业的振
23、兴面临着不可回避的诸多难题。 统计资料显示，我国茶园平均单产 608 公斤/公顷， 大大低于世界茶园平均单产 100公斤/公顷的标准，而印度为 1498 公斤/公顷， 日本高达 1725 公斤/公顷。目前全国的茶叶产值约为 70 亿元， 但是在全国竟有 6.7 万家茶叶初制厂，每家茶厂加工量不足 10 吨， 绝大多数企业生产设备陈旧落后，工艺粗糙，管理水平低下。大量的乡镇、个体小茶厂大多单纯追求利润最大化，在原料的收购、成品的加工、质量等级检验等重要环节中，往往随意降低标准要求啊，且不具备机械的制造、创新、优化的能力，由于成本问题又不愿购买新型新型高科技含量的机械，种种原因使得茶叶的附加值不高
24、，市场竞争力低，且难以满足人们的生活需求。 目前，茶叶产业为国民经济一大产业分支，缺乏统一的产业政策指导， 茶叶产业还没有形成真正的龙头企业。一方面各经营主体无法站在整个产业的高度， 来审视和预测企业自身和行业的发展，也无力投入大笔资金搞科研开发，进行长远规划； 另一方面，各自为政的小企业只能搞粗放式经营，在低层次、 低水平上进行相互摧残的竞争，以至出现全行业的亏损。我国茶叶出口创汇能力薄弱，出口商品结构老化，技术含量少， 附加价值低，新品开发差，商品竞争力不强。因此， 出口量虽然不少，但是由于质量和市场适应问题，卖价不高。同时，出口秩序混乱，低价竞销， 经济效益下滑。改革开放以来，我国茶叶出
25、口由垄断性经营转为开放性经营， 开放口岸和经营主体迅速增加， 虽然这样有利于调动各方面出口茶叶的积极性，但是也出现经营秩序混乱，恶性竞争，低价竞销，导致出口价格不断下跌。一般红、绿、青茶的外观已很难适应新的市场变化，而且价格低下，效益低。所以，传统的烘青、炒青绿茶、红茶及乌龙茶等大宗茶，如能通过特殊加工方法，使其外形光滑紧结成饼仔状，富有美感，其价值将会大大提高，销路也会更好。因此紧压茶这一极具市场价值，备受喜爱的的商品具有巨大的潜在价值，也是发展改善我国茶叶市场竞争力的重要突破口，为此，着手研究新的加工工艺、并对原有紧压茶叶机械ee第 5 页 共 48 页进行优化设计制造势在必行。凸轮顶杆式
26、紧压茶叶机是利用茶叶的自有粘性加工成紧压茶块的方法，加工工艺过程简单，易于操作。生产出来的成型茶，体积小、分量轻，饼仔粒重在 25，可直接冲泡饮用，且保持茶叶原有的品质和冲泡后保持散茶一松形状。同时可进行精美包装，方便冲泡、易于保存、既卫生又有一定的艺术性。优化后的凸轮顶杆式紧压机结构简单，设计合理、生产效率高、性能稳定、体积小，安全可靠，操作方便。对于紧压机械的研制，需要解决各种毛茶特别是中低档茶类的外型松散，包装臃肿，易吸潮，易变味，不便携带和运输费用高的老大难问题，加工出的成品茶外形光滑、紧实，十分便于包装、库存及携带，并且保持茶原有的风味，减少运输费用，这也是未来紧压茶机械的发展方向，
27、特要满足中低档茶类的生产。通过新机具，新工艺外观新颖，冲泡饮用方便的紧压茶，因而有效地促进茶叶市场的繁荣，提高茶叶生产经济效益。目前，该机械处在初步研究阶段，还需要进一步完善，希望能进行连续生产，进一步提高生产率和产品质量。同时研制新的花式品种及精美包装，以适应市场的变化和提高竞争能力。紧压茶加工流程： 紧压茶是以绿茶或红茶或黑茶作原料，直接在茶叶加工过最后一道工序干燥前将其加工成不同形状的小块紧压茶，有砖形、饼形、碗形、柱形、方块形等。压制工艺因品种不同而异。基本加工流程: 鲜叶手工杀青手工揉捻进行炒二青边炒边揉搓紧压干燥紧压茶属再加工茶和茶叶的深加工，符合现代茶叶加工的发展趋势，使茶叶产品
28、增值，紧压茶叶机对茶叶的加工不改变原茶的性质，使茶叶能保持原滋原味，并且可以加入些有益成分，还使茶叶加工艺术化，富有美感，让现代气息扑面而来。ee第 6 页 共 48 页2.电机选择2.1 电动机选择（倒数第三页里有东东）2.1.1 选择电动机类型2.1.2 选择电动机容量电动机所需工作功率为：；wdP工作机所需功率 为：wP；10FvPw传动装置的总效率为：；432传动滚筒 96.01滚动轴承效率 2闭式齿轮传动效率 7.3联轴器效率 4代入数值得： 8.0909.6024321 所需电动机功率为： kWFvPd 5.118.略大于 即可。d选用同步转速 1460r/min ；4 级 ；型号
29、 Y160M-4.功率为 11kW2.1.3 确定电动机转速取滚筒直径 mD50in/6.12506rvnw1.分配传动比（1）总传动比 62.1.54wmni(2)分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比 03.4.10iiee第 7 页 共 48 页则低速级的传动比 8.203.46112i2.1.4 电机端盖组装 CAD 截图图 2.1.4 电机端盖2.2 运动和动力参数计算2.2.1 电动机轴mNrkWnPTpmd81.6950i/42.02.2.2 高速轴 mNrkWnpTmd 09.6814.950i/146.1112.2.3 中间轴ee第 8 页 共 48 页mNrr
30、 kWnpTi 6.23.10950in/.mi/3.41610.97.05212223202.2.4 低速轴 mNrkWnpTi 8.735906.12590in/.8.369.7.09133123321022.2.5 滚筒轴 mNr kWnpTi 7206.1549095mi/76.124944344203ee第 9 页 共 48 页3.齿轮计算3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2绞车为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（GB 10095-88） 。3材料选择。由表 10-1 选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280 HBS，
31、大齿轮材料为 45 钢（调质）硬度为 240 HBS，二者材料硬度差为 40 HBS。4选小齿轮齿数 ，大齿轮齿数 。取241z 76.903.42z 972z5 初选螺旋角。初选螺旋角 13.2 按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式（10-21）进行试算，即 30112HEdtt ZTK3.2.1 确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数 1。6.tk（2）由机械设计第八版图 10-30 选取区域系数 。43.2hz（3）由机械设计第八版图 10-26 查得 ， ，则78.0170。5.21（4）计算小齿轮传递的转矩。 mNnpT .108.6.1460.90.95 4511 （5）由机
32、械设计第八版表 10-7 选取齿宽系数 d（6）由机械设计第八版表 10-6 查得材料的弹性影响系数 MPaZe8.19（7）由机械设计第八版图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 。MPaH01lim H502lim13 计算应力循环次数。 91 103.650821466 hjLnN9205.3.4（9）由机械设计第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数 ;0.1HNK。.02HNKee第 10 页 共 48 页（10）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由机械设计第八版式（10-12）得 MPaSKHN54069.01
33、lim1 .2.2li2（11）许用接触应力PaHH5.31213.2.2 计算（1）试算小齿轮分度圆直径 dt1= = =40321tHEtdKTZ32486.0.634106.79.10738.29.56mm（2）计算圆周速度 v0smnt /78.3165.49106（3）计算齿宽及模数1cos49.5tntdmz= =2mmtnt121cs6.2497.06h=2.25 2.25 2=4.5mmt49.56/4.5=11.01hb（4）计算纵向重合度0.318 1 24 tan =20.73tan318.0zd4（5）计算载荷系数 K。已知使用系数 根据 v= 7.6 m/s,7 级精
34、度，由 机械设计第八版图 10-8,A查得动载系数 ;.v由机械设计第八版表 10-4 查得 的值与齿轮的相同，故H ;42.1KH由机械设计第八版图 10-13 查得 35.1fK由机械设计第八版表 10-3 查得 .故载荷系数41 1.11 1.4 1.42=2.2HVAK（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a）得ee第 11 页 共 48 页31Kdtt m1.537.56.49.1256.493（7）计算模数zmn1cos2.4024cos.3.3 按齿根弯曲强度设计由式（10-17 ） 321cosFSadn YzTK3.3.1 确定计算参数（1）计算载荷系数
35、。=2.09fVAK35.14.（2）根据纵向重合度 ，从机械设计 第八版图 10-28 查得螺旋90角影响系数 8.0Y（3）计算当量齿数。 37.2691.04214cos33311 zV 5.793322v（4）查齿形系数。由表 10-5 查得 18.2;5.1YFaFa（5）查取应力校正系数。由机械设计第八版表 10-5 查得 79.1;6.21SaSa（6）由机械设计第八版图 10-24c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲强度极限 ；MPaFE01MPFE3802（7）由机械设计第八版图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 ，85.01KFN；8.2KN（8）计算弯曲疲劳许用
36、应力。取弯曲疲劳安全系数 S 1.4,由机械设计第八版式（10-12）得ee第 12 页 共 48 页MPaaSFPFENK86.234.1805752211 （9）计算大、小齿轮的 并加以比较。YSa136.057.391FYSa=Sa2 42.8.由此可知大齿轮的数值大。3.3.2 设计计算 mmmmn 59.108.4342.01642.65.1*80.6102 323224 97)(cos 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于由齿面齿根弯曲疲n劳强度计算 的法面模数，取 2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强n度，需按接触疲劳强度得的分度圆直径 100.677m
37、m 来计算应有的齿数。于是由73.6214cos.5cos1dzn取 ，则 取 271 81.0.2z;092z3.4 几何尺寸计算3.4.1 计算中心距a= mmzn 2.14097.3614cos2)07(cos21 将中以距圆整为 141mm.ee第 13 页 共 48 页3.4.2 按圆整后的中心距修正螺旋角 06.1497.arcos2.140)97(arcos2)(arcos1mzn因 值改变不多，故参数 、 、 等不必修正。kZH3.4.3 计算大、小齿轮的分度圆直径 mmzdn2497.0184cos5.221 a5.32513.4.4 计算齿轮宽度 mbd567.1圆整后取
38、.B1;2低速级取 m=3; ;30z由 8.23412i取4.6874zmzd21879043a5.73bd9013圆整后取 mB5,34ee第 14 页 共 48 页表 1 高速级齿轮：计 算 公 式名 称代号小齿轮 大齿轮模数 m 2 2压力角 20 20分度圆直径d =2 27=54zm1=2 109=218zdm2齿顶高 ha 12haa齿根高 f )()(1 cff齿全高 h a*2齿顶圆直径 da*1()aamzmhzdaa)2(*2表 2 低速级齿轮：计 算 公 式名 称代号小齿轮 大齿轮模数 m 3 3压力角 20 20分度圆直径d =3 27=54zm1=2 109=218
39、zdm2齿顶高 ha 21aah齿根高 f )()(1 cff齿全高 h a*2齿顶圆直径 da*1()aamzmhzdaa)2(*2ee第 15 页 共 48 页4. 轴的设计4.1 低速轴4.1.1 求输出轴上的功率 转速 和转矩p3n3T3若取每级齿轮的传动的效率,则 mNrkWnpTi 842.735906.12590in/.8.369.7.0133123321024.1.2 求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为 mmzd4014NNFTtantrt 90814ta3621367.9362costcos8.735243圆周力 ,径向力 及轴向力 的t rFa4.1.3 初
40、步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为 45 钢,调质处理.根据机械设计第八版表 15-3,取 ,于是得120Amnpd64.70.76.593330min 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 .为了使所选的轴直径与联轴d12器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩 , 查表考虑到转矩变化很小,故取 ,则:TKAca3 3.1KAmNmNTAca 6.954735842.13ee第 16 页 共 48 页按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件,查标准 GB/T 5014-2003 或手册,Tca选用 LX4 型弹性柱销联轴器,其公称转矩为 250
41、0000 .半联轴器的孔径mN,故取 ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔md51md5021长度 .L844.1.4 轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案图 4-1（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)根据联轴器 为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2 轴;84,501212mld段右端需制出一轴肩,故取 2-3 段的直径 ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取d623挡圈直径 D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度 ,为了保证轴端挡圈只压在mL841半联轴器上而不压在轴的端面上,故 1-2 段的长度应比 略短一些,现取 .ml8212)初步选择滚动轴承.因轴
42、承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据 ,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙m623组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30313。其尺寸为 d D T=65mm 140mm 36mm，故 ；而 。md65743l82,5.465653）取安装齿轮处的轴段 4-5 段的直径 ；齿轮的右端与左轴承之间704采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为 90mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度ml854，故取 h=6mm ，则轴环处的直径 。轴环宽度 ，dh07. md8265 hb4.1取 。ml56
43、5ee第 17 页 共 48 页4）轴承端盖的总宽度为 20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定） 。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 l=30mm，故取 ml57.4032低速轴的相关参数：表 4-1功率 p3 kW69.转速 nmin/7125r转矩 T3 N84.31-2 段轴长 l21 84mm1-2 段直径 d50mm2-3 段轴长 l32 40.57mm2-3 段直径 62mm3-4 段轴长 43 49.5mm3-4 段直径 d65mm4-5 段轴长 l54 85mm4-5 段直径 70mm5-6 段轴长 l65 60.5mm5
44、-6 段直径 d82mm6-7 段轴长 76 54.5mm6-7 段直径 65mm（3）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按 查表查得平键截面d54b*h=20mm 12mm，键槽用键槽铣刀加工，长为 L=63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，67nH选用平键为 14mm 9mm 70mm，半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向k定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为 m6。4.2 中间轴4.2.1 求输出轴上的功率 转速 和转矩p2n2T2ee第 18 页 共 48 页mNrr kWn
45、pTi 6.23.10950in/.mi/3.41610.97.05212223204.2.2 求作用在齿轮上的力（1）因已知低速级小齿轮的分度圆直径为： mmzd140353NNFTtantrt 35214ta214297.063cos0t376cos5.23（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为： mmzd932 NNFTtantrt 1234ta954957.06cos0t13cos216.24.2.3 初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为 45 钢,调质处理.根据表 15-3,取,于是得：120Amnpd6.3027.12.3601332min 轴的最小直径显
46、然是安装轴承处轴的直径 。d12ee第 19 页 共 48 页图 4-24.2.4 初步选择滚动轴承.（1）因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据 ,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级md3521的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为 d D*T=35mm 72mm 18.25mm，故， ；6521l8.165（2）取安装低速级小齿轮处的轴段 2-3 段的直径 ；齿md4532l8.291轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为 95mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 。齿轮的右端采用l90轴肩定位
47、，轴肩高度 ，故取 h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度 ，dh07. hb4.取 。ml1243（3）取安装高速级大齿轮的轴段 4-5 段的直径 齿轮的右端与右端轴;45m承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为 56mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 。l5144.2.5 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按 查表查得平键截面d54b*h=22mm 14mm。键槽用键槽铣刀加工，长为 63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为 14mm 9mm 70mm，半联
48、轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为 m6。中间轴的参数：表 4-2功率 p2 10.10kw转速 n362.2r/min转矩 T2 263.6 mN1-2 段轴长 l1 29.3mmee第 20 页 共 48 页1-2 段直径 d21 25mm2-3 段轴长 l3 90mm2-3 段直径 2 45mm3-4 段轴长 43 12mm3-4 段直径 d 57mm4-5 段轴长 l54 51mm4-5 段直径 45mm4.3 高速轴4.3.1 求输出轴上的功率 转速 和转矩p1n1T1若取每级齿轮的传动的效率,则 mNrkWnpTmd 09.6814.950i/146.1114.3.2 求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为 mzd72431 NNFTtantrt 95.4702.38194tan38.196.cos2
