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第一章 緒論
1.1課題研究意義
理論上把任何狀態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和半液態(tài)）下物料均勻摻和在一起的操作稱為混合，但習(xí)慣上常把固態(tài)物料之間摻和或者固態(tài)物料加濕的操作稱為混合；而把固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)物料與液態(tài)物料混合的操作稱為攪拌。
攪拌與混合操作是應(yīng)用最廣的過程單元操作之一，大量應(yīng)用于化工、石化、輕工、醫(yī)藥、食品、采礦、造紙、農(nóng)藥、涂料、冶金、廢水處理等行業(yè)中。近年來，攪拌與混合技術(shù)發(fā)展很快、攪拌與混合設(shè)備正向著大型化、標(biāo)準(zhǔn)化、高效節(jié)能化、機(jī)電一體化、智能化和特殊化方向發(fā)展。在這種形式下，技術(shù)人員如何借鑒已有經(jīng)驗(yàn)，掌握新的變化情況，正確設(shè)計(jì)與選用不同工藝條件下操作的攪拌與混合設(shè)備，使其滿足安全、可靠、高效和節(jié)能的要求，就變得十分重要了。
攪拌混合設(shè)備是各種工業(yè)反應(yīng)不可或缺的重要工具。然而，由于攪拌目的多樣性和混合反應(yīng)的復(fù)雜性，當(dāng)前，攪拌混合技術(shù)還存在著一些問題。例如攪拌效率低，功耗大，鑄造成本高，在自動(dòng)化選型和設(shè)計(jì)問題上，長期以來一直依靠專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)人工完成，智能化水平不高，設(shè)計(jì)周期較長，資金和人力物力消耗巨大，等等。因此研制新型攪拌裝置和采用先進(jìn)流場測量技術(shù)一直是攪拌過程所研究的主要課題。
1.2 攪拌機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)理論的完善和進(jìn)一步成熟，攪拌器的設(shè)計(jì)和制造獲得了飛速發(fā)展。但是，它也面臨著必需滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。攪拌器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟(jì)化和品種多樣化的同時(shí)，正日趨大型化?；诠?jié)能要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機(jī)、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機(jī)械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動(dòng)代替機(jī)械驅(qū)動(dòng)?；诮档彤a(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設(shè)備品均維修間隔時(shí)間的要求，大大提高設(shè)備運(yùn)行壽命?；跐M足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求，實(shí)現(xiàn)CIP（就地清洗）和SIP（就地殺菌），提高自動(dòng)化水平，避免人與產(chǎn)品接觸，減少人工操作和待機(jī)時(shí)間，大大提高產(chǎn)品衛(wèi)生水平。這些都是現(xiàn)代新型攪拌裝置的研究方向，其中有許多方面已經(jīng)取得豐碩成果，有些方面還在進(jìn)一步研究當(dāng)中。
傳統(tǒng)的攪拌器密封裝置基本有四種,填料密封、機(jī)械密封、液壓密封和唇狀密封。前兩種密封同泵的密封類似。液壓密封最簡單,在攪拌器中用得最少。唇狀密封只適用于低壓、防塵、防蒸汽的密封，這種密封結(jié)構(gòu)也很少采用，最常用的密封是前兩種。其中機(jī)械密封成本較高,但泄漏率低；維修頻度是填料密封的二分之一到四分之一。
磁力驅(qū)動(dòng)攪拌器的特點(diǎn)是以靜密封結(jié)構(gòu)取代動(dòng)密封,攪拌器與電極傳動(dòng)間采用磁力偶合器聯(lián)結(jié),不存在接觸傳遞力矩,能徹底解決機(jī)械密封與填料密封的泄漏問題。國內(nèi),威海自控反應(yīng)釜公司、開原化工機(jī)械磁力反應(yīng)釜廠、溫州中偉磁傳密封設(shè)備廠等均生產(chǎn)磁力攪拌器。瑞典NA型磁力攪拌反應(yīng)釜,攪拌器安裝在反應(yīng)釜底部,攪拌器與釜底齊平,易于拆卸,可靠、耐用和便于維修。磁力攪拌器的缺點(diǎn)是對(duì)于一些粘稠液體或有大量固體參加或生成的反應(yīng)尚不能順利使用,此時(shí)必須使用機(jī)械攪拌器作為驅(qū)動(dòng)能源。
在新型攪拌槳葉的開發(fā)方面，很多公司都在積極開發(fā)具有適合于高黏度物料的槳葉的攪拌器,其中美國ROSS公司開發(fā)的新型雙行星式攪拌器是其中之一。同傳統(tǒng)的矩形長條形行星槳葉(見圖1.1 a)不同,新型的高黏度攪拌槳葉(見圖1.1 b)有一個(gè)精確的空間角度，使槳葉的轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡不但有力地推動(dòng)高黏度物料向前運(yùn)動(dòng),而且推動(dòng)它向下運(yùn)動(dòng),不產(chǎn)生爬升,而且比傳統(tǒng)的行星式垂直槳葉的阻力要小得多。傳統(tǒng)的行星式垂直槳葉有兩組,每組兩片垂直的扁長槳葉,當(dāng)這兩片槳葉在容器里面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生極大剪切阻力,功耗大增,電流猛升。這個(gè)問題一直是傳統(tǒng)
（a） 傳統(tǒng)的行星式槳葉 （b） 新型HV槳葉
行星式垂直槳葉的要害所在。新型HV槳葉由于是螺旋式設(shè)計(jì),兩組HV槳葉在交替轉(zhuǎn)過一個(gè)截面時(shí)幾乎是連續(xù)地在切斷物料,負(fù)荷是連續(xù)地處于平衡狀態(tài),從而消滅了電流的浪涌現(xiàn)象。
多功能化和攪拌過程的自動(dòng)化是二十一世紀(jì)提高攪拌產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和滿足環(huán)境保護(hù)要求的主導(dǎo)方向,目前有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢:
（1）多軸攪拌機(jī)，它配備三套獨(dú)立傳動(dòng)的攪拌裝置。一套是沿著攪拌容器周邊慢速轉(zhuǎn)動(dòng)的三翼錨式攪拌槳,使物料產(chǎn)生激烈的軸向和徑向流動(dòng),促使物料良好的混合和傳熱；第二套是定/轉(zhuǎn)子式剪切裝置和高速分散頭。
（2）雙行星攪拌器與變速驅(qū)動(dòng)裝置的組合，這一構(gòu)想使得即使在極低轉(zhuǎn)速下也可獲得極大扭矩。而低轉(zhuǎn)速攪拌對(duì)于制造高性能的硅膠、樹脂、橡膠添加劑、牙科材料、金屬和陶瓷粉等是非常重要的。
（3）行星槳葉與高速分散器的組合，采用這種組合的攪拌器,被處理物料的黏度可高達(dá)120萬厘泊。行星槳葉和分散頭在環(huán)繞容器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)各有自己的轉(zhuǎn)軸,行星槳葉將物料傳送到分散頭。高速分散頭則對(duì)物料施加剪切力。
（4）自動(dòng)卸料和互換攪拌容器，由于粘稠材料人工卸料很困難,很多廠家都采取自動(dòng)卸料措施。自動(dòng)卸料系統(tǒng)大大減少了人工卸料的停機(jī)時(shí)間。不但大大提高了產(chǎn)量,消滅次品,還保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。由于操作人員與產(chǎn)品的接觸大大減少,產(chǎn)品不受污染的安全性也大大提高了。
1.3論文主要完成的工作
攪拌裝置主要由兩部分組成：主傳動(dòng)部分和攪拌葉片部分。主傳動(dòng)部分包括一個(gè)異步電機(jī)和減速系統(tǒng)。為使物料在攪拌過程中更高效率的混合，攪拌葉片選用螺帶式攪拌葉片。本論文的主要研究內(nèi)容如下：
（1） 總體方案設(shè)定
通過對(duì)國內(nèi)外的攪拌器發(fā)展現(xiàn)狀的研究，以及對(duì)塑膠設(shè)計(jì)要求的了解，吸取經(jīng)驗(yàn)，制定自己的設(shè)計(jì)方案。
（2） 攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
有了總體的設(shè)計(jì)方案，將攪拌器結(jié)構(gòu)分為主傳動(dòng)系統(tǒng)、攪拌部分和機(jī)架三大部分，然后分部對(duì)這三部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。
（3） 零件安全性校核
當(dāng)完成各部分的零件設(shè)計(jì)后，還要進(jìn)行安全性校核。本論文主要對(duì)處于最復(fù)雜受力狀態(tài)下的軸、軸承、鍵以及電機(jī)進(jìn)行了校核計(jì)算舉例
（4） 電氣控制設(shè)計(jì)
電氣控制主要完成能實(shí)現(xiàn)攪拌機(jī)的啟動(dòng)、停止和調(diào)速。
第二章 攪拌器總體方案的確定
2.1 引言
塑膠混合就是將不同種類的塑膠、色粉、母?；蚱渌砑訑嚢铏C(jī)在一起的原料注塑。
2．2攪拌機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案
臥式攪拌器的攪拌容器軸線與回轉(zhuǎn)軸線都處于水平位置；其結(jié)構(gòu)簡單，卸料、清洗、維修方便，但占地面積一般較大。這類機(jī)器生產(chǎn)能力范圍大，在國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，如化工、醫(yī)藥、食品、造紙等行業(yè)均得到廣泛應(yīng)用。
2.2.1 傳動(dòng)方式確定
（1）攪拌機(jī)形式選擇，考慮到本設(shè)計(jì)目的，采用容器固定式臥式攪拌機(jī)。
（2）傳動(dòng)方案確定，本設(shè)計(jì)要求攪拌速度為35r/min，對(duì)攪拌速度要求不高。雖然轉(zhuǎn)速較低，但其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩很大，需選用符合啟動(dòng)要求的電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速約為2000r/min，因此傳動(dòng)系統(tǒng)需采用加大的減速比，考慮機(jī)器尺寸和噪聲要求，采用帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)組合機(jī)構(gòu)。初步設(shè)定的減速機(jī)構(gòu)示意圖如圖2.1所示
2
3
6
4
5
1
1-小帶輪 2-大帶輪 3-攪拌軸 4-大齒輪 5小齒輪 6電機(jī)
圖2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡圖
2.2.2基本尺寸的確定
本設(shè)計(jì)為中小型攪拌機(jī)，根據(jù)其工作容量與操作人員的最佳操作位置，暫定攪拌器外形尺寸為600×600×1200 mm，其中攪拌軸軸線高度為800 mm，攪拌器下半部分為直徑600 mm的半圓桶，上半部分為1000×600×900mm的長方體，桶壁后8mm，攪拌器葉片邊緣與桶壁間隙2mm。為了實(shí)現(xiàn)更好的攪拌效果，采用雙螺帶式攪拌器，攪拌軸直徑30mm，長1000mm，大螺帶直徑480mm，帶寬40mm，小螺帶直徑240mm，帶寬30mm。還有設(shè)定進(jìn)料方式和出料方式，容器桶上部設(shè)蓋子裝填物料，下部開口卸放物料。有了以上尺寸設(shè)定，合理布局電動(dòng)機(jī)的位置，傳動(dòng)裝置的布局，完成總體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)，繪制機(jī)構(gòu)簡圖?？傮w機(jī)構(gòu)簡圖如圖2.2所示。
1- 電動(dòng)機(jī)
2- 小帶輪
3- 大帶輪
4- 齒輪
5- 攪拌容器
6- 攪拌葉片
圖2.2總體機(jī)構(gòu)簡圖
2.3 攪拌器性能指標(biāo)的設(shè)定
攪拌器工作參數(shù)不僅反映其所能勝任的工作，更重要的是決定設(shè)計(jì)方向和一些設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇范圍。
對(duì)于主傳動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)要求設(shè)定正常工作轉(zhuǎn)速35r/min，啟動(dòng)時(shí)加速時(shí)間4s，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間5min，減速時(shí)間6s，停歇時(shí)間2min。
攪拌容器為半圓柱形，尺寸如圖2.3所示。通常的裝料系數(shù)可取0.6~0.85，如果物料在攪拌過程中要起泡沫或呈沸騰狀態(tài)，可取0.6~0.7；如果物料在攪拌過程中狀態(tài)平穩(wěn)，可取0.8~0.85（物料粘度較大可取大值）。故本設(shè)計(jì)取攪拌裝置的攪拌系數(shù)為0.8。
600
1000
圖2.3 攪拌容器外形
2.4 本章小結(jié)
本章通過分析塑膠混合強(qiáng)制攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)制作要求，確定了攪拌機(jī)的基本結(jié)構(gòu)方案和基本結(jié)構(gòu)尺寸，并對(duì)臥式攪拌機(jī)的部分工作參數(shù)進(jìn)行了設(shè)定，為下一步詳細(xì)計(jì)算做好準(zhǔn)備。
第3章 臥式攪拌器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 引言
上一章對(duì)臥式攪拌器的機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案進(jìn)行了分析論證，本章將基于上一章已確定的基本結(jié)構(gòu)和基本尺寸進(jìn)行詳細(xì)全面的設(shè)計(jì)工作，分別對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的分析設(shè)計(jì)，確定其具體結(jié)構(gòu)，詳細(xì)尺寸，繪制零件圖，裝配圖。
3.2 驅(qū)動(dòng)元件的選擇與計(jì)算
3.2.1 驅(qū)動(dòng)元件選擇原則
攪拌設(shè)備的攪拌軸通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)選用一般依據(jù)以下幾個(gè)原則：
（1） 根據(jù)攪拌設(shè)備的負(fù)載性質(zhì)和工藝條件對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型。
（2） 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過載能力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，合理選擇電動(dòng)機(jī)容量，并確定冷卻通風(fēng)方式。
（3） 根據(jù)使用場所大的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯和腐蝕及易燃易爆氣體等，考慮必要的防護(hù)方式和電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，確定電機(jī)的防爆等級(jí)和防護(hù)等級(jí)。
（4） 根據(jù)攪拌設(shè)備的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程的性能要求，以及機(jī)械減速的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。
除此之外，選擇電機(jī)還必須符合節(jié)能要求，并綜合考慮運(yùn)行可靠性、供貨情況、備品備件通用性、安裝檢修難易程度、產(chǎn)品價(jià)格、運(yùn)行和維修費(fèi)用等因素。
根據(jù)上述原則，綜合考慮本設(shè)計(jì)的工作條件要求，確定電機(jī)類型為異步電機(jī)，防護(hù)方式防塵、防水濺以及防異物伸入。
3.2.2 主電機(jī)的選擇及電機(jī)參數(shù)的確定
1、攪拌功率的計(jì)算
在正常情況下，混合設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所消耗的功率包括以下幾部分：
（1） 使容器內(nèi)的塑膠粒子運(yùn)動(dòng)消耗的功率。
（2） 軸承、減速裝置和傳動(dòng)裝置摩擦消耗的功率。
（3） 連續(xù)驅(qū)動(dòng)容器本身或攪拌槳葉等回轉(zhuǎn)消耗的功率。
（4） 其他附屬裝置，如控制器等消耗的功率。
對(duì)于容器固定型混合設(shè)備，當(dāng)這類混合設(shè)備的螺帶葉片或攪拌槳回轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)于流動(dòng)良好的粒體，可以通過實(shí)驗(yàn)等到軸力矩。
（3.1）
式中
K—實(shí)驗(yàn)系數(shù)，查表取K=45；
Dp—粒子直徑，m，查表取m；
—表觀密度，kg/m3，查表取kg/m3；
—內(nèi)摩擦系數(shù)，查表取=1.19；
Z—接觸螺帶的粉粒體層的高度或長度，m，本設(shè)計(jì)Z=0.78m；
d—葉片外徑，m，本設(shè)計(jì)d=0.48m；
s—螺帶節(jié)距，m，本設(shè)計(jì)s=0.78m；
b—葉片寬度，m，本設(shè)計(jì)b=0.04m；
f—裝料系數(shù)，本設(shè)計(jì)取值f=0. 8。
參考已有實(shí)驗(yàn)測出的參數(shù)表格，選擇機(jī)型為臥式螺帶，則指數(shù)值如下：
=0；=1.0；=1.2；=1.0；=3.3；=-0.3；=0.7；=1.2。
對(duì)于本設(shè)計(jì)，物料設(shè)定為面粉和砂糖的混合物，攪拌葉片與攪拌桶內(nèi)壁間隙為2mm，根據(jù)查詢的資料，估算混合物料的表觀密度，粒子直徑等參數(shù)，最后計(jì)算數(shù)值確定如下：
大螺帶轉(zhuǎn)矩
而對(duì)于小螺帶，計(jì)算時(shí)只需將葉片外徑d這一參數(shù)值替換為0.24即可，小螺帶轉(zhuǎn)矩
攪拌軸上總轉(zhuǎn)矩
攪拌軸功率
（3.2）
式中各參數(shù)
P—功率，W；
n—回轉(zhuǎn)速度，r/s，本設(shè)計(jì)取值n=1r/s；
T—軸力矩，。
所以攪拌軸功率
2、電動(dòng)機(jī)額定功率的計(jì)算
電動(dòng)機(jī)額定功率是根據(jù)它的發(fā)熱情況來選擇的，在允許范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)絕緣材料的壽命為15~25年。如果超過了容許溫度，電動(dòng)機(jī)使用壽命就要縮短。而電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱情況，又與負(fù)載大小及運(yùn)行時(shí)間長短有關(guān)。
攪拌設(shè)備的電動(dòng)機(jī)功率必須同時(shí)滿足攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)及傳動(dòng)裝置和密封系統(tǒng)功率損耗的要求，此外還需考慮在操作過程中出現(xiàn)的不利條件造成功率過大等因素。
電動(dòng)機(jī)額定功率可按下式確定：
（3.3）
式中各參數(shù)
PN—電動(dòng)機(jī)功率，kW；
P—攪拌器功率，kW，由前面計(jì)算P=1.25393kW；
PS—軸封裝置的摩擦損失功率，kW；
—傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率。
軸封裝置摩擦造成的功率損失因密封系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)而異，一般來說，填料密封功率損失大，機(jī)械密封的功率損失相對(duì)較小。但是考慮到設(shè)計(jì)的目標(biāo)功能與成本有機(jī)結(jié)合，最終采用了填料密封，作為粗略的估算，填料密封功率損失約為攪拌器功率的5%~10%，本次計(jì)算取5.8%，即軸封摩擦損失功率為
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率是齒輪軸承帶這些零部件的效率乘積，開式圓柱齒輪傳動(dòng)效率取0.9，帶傳動(dòng)效率取0.96，滾動(dòng)軸承效率取0.99，所以
電機(jī)額定效率
3、電動(dòng)機(jī)功率的修正計(jì)算
電動(dòng)機(jī)用于海拔高度超過1000m或環(huán)境溫度超過40℃、相對(duì)濕度超過95%時(shí)，均在訂貨時(shí)注明，并計(jì)算功率的降低程度，這是因?yàn)楹０胃叨?、溫度和濕度都?huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作產(chǎn)生很大影響。本設(shè)計(jì)忽略海拔高度和濕度的影響，只考慮環(huán)境溫度造成的影響，電機(jī)額定功率按照下式進(jìn)行修訂：
（3.4）
式中
—校正溫度影響后的電動(dòng)機(jī)功率，kW；
—電動(dòng)機(jī)額定功率，kW，由前面計(jì)算PN=1.644kW；
—溫度校正系數(shù)，根據(jù)表格查詢對(duì)應(yīng)25℃時(shí)的溫度校正系數(shù)為1.1。
所以電機(jī)額定功率
4、電動(dòng)機(jī)的選擇
為保證系統(tǒng)滿足啟動(dòng)要求和穩(wěn)定運(yùn)行要求，選擇的電機(jī)額定功率為2.2kW，
方案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
KW
轉(zhuǎn)速
r/min
電流
A
效率
%
最大轉(zhuǎn)矩
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
總傳動(dòng)比
1
Y100L1-4
2.2
1430
5.03
81
2.2
7.0
40.86
2
Y112M-6
2.2
940
5.61
80.5
2.0
6.0
26.86
3
Y132S-8
2.2
710
5.81
81
2.0
5.5
20.29
綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，可見第二方案比較適合。因此選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112M-6，其主要參數(shù)如下；
（機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)P828）
表3.1 交流異步電機(jī)的部分技術(shù)參數(shù)
名稱
額定功率
kW
額定電流
A
額定轉(zhuǎn)速
r/min
效率
%
最大轉(zhuǎn)矩
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
質(zhì)量
kg
Y112M-6
2.2
5.61
940
80.5
6
6
45
3.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
電動(dòng)機(jī)已經(jīng)初步選定，轉(zhuǎn)速940r/min，攪拌軸的轉(zhuǎn)速35r/min，傳動(dòng)比大約為26.86，考慮到電機(jī)和攪拌軸的距離以及整個(gè)攪拌機(jī)的體積，采用一級(jí)帶輪傳動(dòng)，二級(jí)齒輪減速器減速，帶輪傳動(dòng)比初定為3，兩級(jí)齒輪減速器傳動(dòng)比為8.95。下面將進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。
3.2.1帶輪的詳細(xì)計(jì)算
對(duì)于傳動(dòng)比為3的帶傳動(dòng)，傳動(dòng)比不是很高，傳遞的功率也不是很大，使用普通V帶輪，材料HT200；齒輪傳動(dòng)比為4，材料40Cr。
3.3.2 帶輪與齒輪的詳細(xì)設(shè)計(jì)
1、帶輪的詳細(xì)設(shè)計(jì)
為計(jì)算帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，首先設(shè)定一些工作條件，本設(shè)計(jì)載荷變動(dòng)微小，帶負(fù)載啟動(dòng)，每天工作小于10小時(shí)。
（1）計(jì)算帶輪的計(jì)算功率[7]
（3.5）
式中
—計(jì)算功率，kW；
—?jiǎng)虞d荷系數(shù)，查表選取1.1；
P—電機(jī)額定功率，kW。
所以
（2）選擇帶型，普通V帶Z型，節(jié)寬bp=8.5mm，頂寬b=10mm，高度h=6mm，截面積A=47mm2
（3）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑，因此外徑，轉(zhuǎn)速為=2880r/min，驗(yàn)算帶的速度
其中的取值范圍是25~30m/s。
計(jì)算從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑
查表圓整后，外徑。
（4）確定帶輪的中心距和帶的基準(zhǔn)長度
初定中心距 （3.6）
初定
帶的基準(zhǔn)長度
取，實(shí)際中心距
中心距的變動(dòng)范圍
（5）驗(yàn)算主動(dòng)輪上包角
包角滿足要求。
（6）確定V帶的根數(shù)
（3.7）
式中
所以，
（7）確定帶的預(yù)緊力。
單根V帶所需預(yù)緊力
（3.8）
其中 v—帶的線速度取最大值，m/s，即大帶輪上外緣點(diǎn)的線速度10.55m/s；
q—傳動(dòng)帶單位長度質(zhì)量，kg/m，查表得數(shù)值0.06kg/m。
所以，
由于新帶輪容易松弛，所以對(duì)于非自動(dòng)張緊的帶傳動(dòng)，安裝新帶時(shí)的預(yù)緊力應(yīng)為上述預(yù)緊力的1.5倍。
（8）計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上的力
（9）V帶輪設(shè)計(jì)，關(guān)于V帶輪的形式：當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑小于等于2.5倍的軸徑時(shí)，帶輪一般采用實(shí)心式；當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑小于等于300mm時(shí)可以采用腹板式；當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑大于300mm時(shí)，可以采用輪輻式。
帶輪槽型Z型，基準(zhǔn)寬度，基準(zhǔn)線上槽深，下槽深，槽間距，第一槽對(duì)稱面至端面的距離，最小輪緣厚，輪槽角小帶輪34°，大帶輪38°。
所以，帶輪寬
小帶輪設(shè)計(jì)，小帶輪軸徑d=34mm，，采用實(shí)心式
以下圖3.1為小帶輪的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
圖3.1 小帶輪結(jié)構(gòu)尺寸
大帶輪設(shè)計(jì)， ,由于其基準(zhǔn)直徑已經(jīng)非常大，為了減少質(zhì)量，更重要的是降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，采用孔板式。
以下圖3.2所示為大帶輪的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
圖3.3 大帶輪結(jié)構(gòu)尺寸
3.2.2齒輪的詳細(xì)計(jì)算
由計(jì)算得二級(jí)齒輪減速機(jī)的傳動(dòng)比為8.95，查表得（機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P17）查得=3.4，則=/=2.63。齒輪材料鍛鋼，直齒圓柱齒輪，7級(jí)精度。
傳動(dòng)系統(tǒng)輸入功率
小齒輪轉(zhuǎn)速
齒數(shù)比u=4，設(shè)定工作壽命10年，每年工作300天，每天工作6小時(shí)。選擇小齒輪材料40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度280HBS，大齒輪材料45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度240HBS，二者材料硬度差40HBS。
初定小齒輪齒數(shù)Z1=24,大齒輪齒數(shù)。按照齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪。
（3.9）
確定其中計(jì)算參數(shù)，
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
查表得接觸疲勞壽命系數(shù)，KHN1=0.92，KHN2=0.95，取失效概率1%，安全系數(shù)S=1，計(jì)算接觸許用應(yīng)力
將上述兩個(gè)數(shù)值中較小的值帶入公式中計(jì)算小齒輪分度圓直徑
23.14
計(jì)算圓周速度
計(jì)算齒寬
23.14
模數(shù)
齒高
五.計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)：
將傳動(dòng)裝置各軸由高速到低速依次定為1軸、2軸、3軸、4軸；
，，，—依次為電機(jī)與軸1，軸1與軸2，軸2與軸3，軸3與軸4之間的傳動(dòng)效率。
1.各軸轉(zhuǎn)速：r/min
r/min
r/min
==35.04 r/min
2.各軸輸入功率：KW
KW
KW
KW
—帶傳動(dòng)效率：0.96
—每對(duì)軸承的傳動(dòng)效率：0.99
—圓柱齒輪的傳動(dòng)效率：0.96
—聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率：0.99
—卷筒的傳動(dòng)效率：0.96
3.各軸輸入轉(zhuǎn)矩：
1-3軸的輸出功率、輸出轉(zhuǎn)矩分別為各軸的輸入功率、輸入轉(zhuǎn)矩乘軸承傳動(dòng)效率0.98。
運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)結(jié)果如下表：
軸名
功率P KW
轉(zhuǎn)鉅T N.m
轉(zhuǎn)速r/min
輸入
輸出
輸入
輸出
電動(dòng)機(jī)軸
2.2
2.18
940
1軸
2.11
2.07
64.37
63.08
313.33
2軸
2.01
1.97
208.05
203.89
92.16
3軸
1.91
1.97
520.14
509.74
35.04
4軸
1.85
1.81
504.64
494.55
35.04
齒輪的計(jì)算
1.高速級(jí)大小齒輪的設(shè)計(jì)
1）選擇齒輪材料：大小齒輪都選用45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)處理，硬度230，大齒輪正火處理，硬度210。
2）確定許用應(yīng)力：
a.許用接觸應(yīng)力：
查精密機(jī)械設(shè)計(jì)課本表11-7得
=570，
。
故應(yīng)按接觸極限應(yīng)力較低的計(jì)算，即只需求出。
對(duì)于調(diào)質(zhì)處理的齒輪，=1.1
b.許用彎曲應(yīng)力：
由表11-10知
=190
取=1.4，
所以
3）根據(jù)接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)：9級(jí)精度制造，載荷系數(shù)K=1.2，取齒寬系數(shù)，測中心距
選定=30,
b==119.5mm
4）驗(yàn)算彎曲應(yīng)力
由圖8-44查得,x=0
=30，=2.60
=209，=2.14
,故應(yīng)計(jì)算大齒輪的彎曲應(yīng)力，
，彎曲強(qiáng)度足夠。