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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
精選的脫皮豆類混合大米壓縮物的液流學(xué)與營養(yǎng)學(xué)的質(zhì)量
S. Balasubramaian & Anjan Borah & K. K. Singh &R. T. Patil
摘要：人們通過最小成本的夾頭壓縮機對即食大米及其豆類（如黑豆，綠豆，小扁豆和豌豆）的基本壓縮物的研究。壓縮物是通過維持不變的供給率與保濕成分及其在15%的豆類混合水平下制備而成的。由壓縮面粉做成的稀飯的液流學(xué)性質(zhì)通過使用快速黏膠分析機進行評估。大米壓縮物的最大及其最小的黏膠性是697cp.，大米混合物與15%的豌豆的黏膠性是523cp，對豆類混合物的水平增加，.黏膠的程度呈減少的趨勢。其他的快速黏膠分析機的液流學(xué)參數(shù)，像在轉(zhuǎn)折階段，中間階段及其最后階段的黏膠性 分別是266cp-226cp.,431-297cp,452-375cp.在大米壓縮物與混合15%的豆類中發(fā)現(xiàn) 最大價值的蛋白質(zhì)，脂肪，纖維和灰末成分的存在。 大米壓縮物內(nèi)加上豆類成分，營養(yǎng)值呈現(xiàn)出增加的趨勢。僅僅是大米壓縮物的膠凝程度是在29.4%，與加上豆類混合物的膠凝度上呈現(xiàn)個降低的趨勢，也只是大米混合15%的脫皮豆類的最小膠凝度。 所有的壓縮物的感官評估價值的得分呈現(xiàn)出最讓人接受的范圍：6至8.因此，脫皮豆類的豆類混合水平獲得了好的分?jǐn)?shù)，并且對低成本的膨脹壓縮物及其速溶粉的生產(chǎn)展呈現(xiàn)出很大的趨向。
關(guān)鍵詞：大米，脫皮豆類，壓縮物，感官質(zhì)量，營養(yǎng)
簡介
擠壓烹飪是生產(chǎn)膨脹消除與速溶粉的有效加工法之一。，在擠壓烹飪中，經(jīng)過高度扭曲的原材料因此允許部分的淀粉水解。 固有的擠壓系統(tǒng)需要跟高的金融投資，生產(chǎn)能力于及技術(shù)知識。，這就不適用與發(fā)展中國家。 為生產(chǎn)輔食，在20世紀(jì)八十年代初期，科羅拉多大學(xué)研發(fā)了的單個的夾頭擠壓機/干燥擠壓機除了擁有高生產(chǎn)力，但是還需要花昂貴的成本。在發(fā)展中國家，對速溶粉生產(chǎn)的擠壓烹飪加工還未被采用。因此，具有很小的生產(chǎn)力的簡單機器的使用還是具有潛在的利益的。為了研究小吃與速溶粉的生產(chǎn)，還需要對低成本的夾頭擠壓機的可能性進行研究。大米，是制作無骨蛋白食物最常用的谷類之一。豆類是植物蛋白，卡路里及其他營養(yǎng)的主要來源。豆類的擠壓烹飪增加了豆類營養(yǎng)的消化。
圖1一低成本擠出機夾頭
主視圖 側(cè)視圖
圖1
在產(chǎn)品研發(fā)期間，為對加工期間與加工之后的產(chǎn)品行為的理解，最高與最后的膠凝度是最重要的參數(shù)?？焖僬硰椘諆x可以用來調(diào)查脂肪的黏膠效應(yīng)與大米淀粉和米粉的氨基酸。擠壓加工的緊密結(jié)構(gòu)能夠構(gòu)建一個緊密的營養(yǎng)網(wǎng)，以便減少液化淀粉酶對淀粉顆粒的侵襲。 再者，由營養(yǎng)網(wǎng)創(chuàng)造的物理障礙限制了對淀粉酶的淀粉可取性，并且延誤其在試管內(nèi)的水解作用。 各種報告顯示，膠凝的特性，漿糊的流變性能，膠體和其他的淀粉功能性質(zhì)隨物種和變體的變化 而變化。淀粉的凝膠性性能取決于種類，顆粒的結(jié)構(gòu)，植物的起源和淀粉的比例。糯米和一般水稻在60至78℃時可凝膠化。許多因素影響了食物的偏好與接受性。許多因素是產(chǎn)品固有的，比如表面，味道和氣味，其他外在的因素，如社會文化因素。
圖2典型參數(shù)快速粘度分析儀粘度專為豆類混合飯擠壓
圖2 測試時間.分鐘
表1粘滯性譜參數(shù)
性狀縮寫 描述（術(shù)語參考）
PV 峰值粘度（61-02，1999年）
T 海槽（61-02）
BD 擊穿（寶和1999年夏，61-02），降低在烹飪過程中粘度在95℃
FV 在最后時刻結(jié)束糊粘度期間在50℃
把以上的點作為目標(biāo)，現(xiàn)在的工作是研究精選出脫皮豆類混合大米壓縮物的液流學(xué)和營養(yǎng)學(xué)的質(zhì)量。
原料與方法
不同的脫皮豆類，如黑豆，綠豆，小扁豆和豌豆與精米都是從當(dāng)?shù)厥袌鲑徺I的。通過清理與分級，原材料放在在粗超的扎板機表面是為了制成1.65-2.36mm顆粒大小的玉米片。在0，5,10與15%混合水平的不同豆類玉米片被與大米玉米片混合。為制出擠壓物，需要2KG的加濕至14%濕度的混合原料。
低成本的擠壓機，它是一個小的單個螺釘自動擠壓機，由7.5KW的電動馬達所驅(qū)動。 它 的芯管是250mm的，直徑率為6:1.，和一個4mm直徑，5mm長度的圓柱體的刀模。螺釘?shù)霓D(zhuǎn)動速度高，可允許高度扭曲。螺釘構(gòu)型有個定螺距，螺紋深度克允許摩擦力與芯管內(nèi)溫度的遞增。螺釘?shù)闹睆绞?2.5mm，根部直徑是32.5mm..含濕量保持在14%。擠壓機的芯管墻有個螺旋槽，可以增加產(chǎn)品的摩擦和烹調(diào)。為確保正常的供給率，擠壓機裝置了一個保濕螺釘，在研究中它不會被改變。
擠壓之后，壓縮物是磨碎的，并把 液流學(xué)與營養(yǎng)學(xué)的分析列為主題。
流變學(xué)性能,擠壓的粉末黏膠性能是使用第162個方法，通過粘膠分析儀 （MODEL -3 –D）的3.0版本的變溫軟件而得出的。樣品 懸浮是通過在放有蒸餾水的鋁筒里放入3g擠壓的粉末準(zhǔn)備而成的。一個程序化的加熱與冷卻系統(tǒng)在這就使用了。每種樣品在加溫至50℃的時候進行攪拌，剩下的加工過程中保持不變的扭曲率。溫度保持在50℃，持續(xù)1分鐘。
測試時間（秒） 測試時間（秒）
圖3典型的快速粘混紡不同糙大米儀積擠壓
圖4 度糊化大米混合不同糙擠壓 豆類團的水平，％
然后樣品加熱在95℃，持續(xù)2分30秒。，之后，樣品冷卻至50℃，持續(xù)2分鐘。一個粘性坐標(biāo)曲線的快速黏膠分析儀的繪圖被用于決定最高的粘性，低谷期的粘性，衰落期的粘性以及最后的粘性。每種分析都進行過兩次。
營養(yǎng)學(xué)的分析。不同豆類混合大米壓縮物決定了營養(yǎng)成分，脂肪與灰末和纖維。擠壓物的粘膠性的程度 被Wootton 研究。
感官評價。由11個成員主城的辦培訓(xùn)的專家小組評估擠壓物。如顏色，氣味，表面處理，氣味，松脆性和所有的擠壓物的可接受性等感官的特性被用9點的快感標(biāo)度來評價（1—4點，非常不喜歡至輕微的不喜歡，5點，即喜歡也不喜歡。6-9點喜歡至稍微喜歡。樣品在經(jīng)過加溫至105℃，持續(xù)三分鐘，后供給評價小組服用。
數(shù)據(jù)分析所報告出來的數(shù)據(jù)是10中觀察的平均數(shù)，并是以MS EXCEL 2000 為準(zhǔn)的。
結(jié)果與討論
低成本的擠壓機對擠壓物表面的粘性的作用，所有的粘性參數(shù)決定著與單個的大米擠壓物相比下的豆類的混合水平增長與降低。但是，綠色谷物的一般擠壓物的粘性減弱不是很明顯。在低谷期的粘性，豌豆最大，因此變化范圍在288-297cp，是所有品種中比較低的。最后的粘性在所有的品種中都在下降，但是，降低的程度比綠豆高，從437cp變至404cp。在最高階段的粘性的相似的觀察已經(jīng)被記錄。 當(dāng)擠壓粉末懸浮液加溫至以上一定的溫度，水?dāng)z入顆粒內(nèi)，減弱了淀粉段內(nèi)的氫鍵，由于機械的輸入，與它一致的原材料相比，反射出一個趨向下降的快速黏膠性分析儀輪廓。這種粘性在加溫至95℃時會加強，在冷卻時繼續(xù)降低，最后圖像顯示：不同豆類與混合水平呈現(xiàn)出穩(wěn)定的趨勢，單在加工的最后階段顯示出稍微的上升趨向。所有研究系統(tǒng)的粘性溫度圖像都是簡單的模式。
表2 營養(yǎng)分析不同糙豆類混合擠壓大米
豆類 豆類% 蛋白質(zhì)% 脂肪% 纖維% 灰分%
黑豆 0 8.6 0.86 0.19 0.56
5 9.2 0.90 0.25 0.62
10 9.8 0.96 0.27 0.78
15 10.5 1.03 0.29 0.96
綠豆 0 8.6 0.86 0.19 0.56
5 9.7 0.90 0.24 0.74
10 10.1 0.96 0.26 0.88
15 10.9 1.02 0.28 0.98
小扁豆 0 8.6 0.86 0.19 0.56
5 9.7 0.90 0.23 0.66
10 10.1 0.96 0.25 0.76
15 11.2 1.03 0.27 0.88
豌豆 0 8.6 0.86 0.19 0.56
5 9.0 0.90 0.32 0.66
10 9.6 0.96 0.39 0.78
15 10.2 1.03 0.50 0.86
當(dāng)顆粒在其最腫脹的狀態(tài)時，它的粘性最大，在最高的粘性時任然保持完好的在這個階段可堅持加熱，然而，顆粒的破碎便會使得粘性降低。粘性在冷卻階段的第二次增加和衰減現(xiàn)象及其所觀察到的淀粉成分有關(guān)。
粘性程度的影響。大米壓縮物的粘性程度是%29.4.粘性變化范圍是：22.4至29.4%。 豆類混合壓縮物同大米壓縮物相比，粘性稍低。在15%的水平時的豆類混合壓縮物之間的粘性程度沒有太大的差異，黑豆和綠豆的粘性卻是稍低的 （22.4%和22.6%），隨之在后的是豌豆（23.3%）與小扁豆（（23.2%）。部分的淀粉糊化是合適的，因為在糊化準(zhǔn)備時減少了腫脹，因此為維持在較高的濃度可允許合適的半液體稠度。也就是，高能量密度。這個也就指明 擠壓烹飪已經(jīng)提高了壓縮物的膠凝程度。根據(jù)LIN et.al. 壓縮物的脂肪成分 嚴(yán)重影響了淀粉膠凝度。因此，同大米一樣，豆類混合的膠凝度減低是由于 營養(yǎng)和脂肪的增加水平。
營養(yǎng)價值的影響。大米，黑豆，綠豆，小扁豆及其豌豆分別是6%，8%，24%，19.7%，25.1%與19.7%的營養(yǎng)值。大米和豆類的混合形成了一種營養(yǎng)豐富的食物。豆類混合大米壓縮物的營養(yǎng)成分范圍是：8.6%至11.15%。在壓縮物中，同豆類相比，大米的營養(yǎng)成分低。營養(yǎng)成分的高低取決于豆類的種類。這也許是應(yīng)為豆類本身就有很高的營養(yǎng)成分。小扁豆混合大米壓縮物呈現(xiàn)最高的營養(yǎng)成分。僅僅是由大米做成的壓縮物，或是單獨的豆類混合大米壓縮物都呈現(xiàn)出低的脂肪百分?jǐn)?shù)：0.86%至1.03%，而玄米是：（0.5%）和豆類：如：黑豆，綠豆，小扁豆，豌豆。在豆類之間脂肪沒有很大的差別，綠豆除外，呈現(xiàn)出較低的價值。大米和豆類混合大米壓縮物的纖維成分范圍是0.19%至0.5%。 隨著豆類成分的增加，壓縮物的纖維成分呈現(xiàn)出增長的趨勢：因為豆類的纖維成分比大米的高。 豌豆在水平上混合大米壓縮物顯示出更高的纖維價值。 灰末壓縮物成分隨著豆類水平的增加而增加?；夷┏煞址秶牵?.56%至0.98%。黑豆和綠豆混合壓縮物呈現(xiàn)出高點的灰末成分（0.96%和0.98%），小扁豆（0.88%）和豌豆（0.86%）在其后。
感官特性的影響。在所有的例子中，感官屬性也明顯地被豆類水平影響。 然而，同綠豆和小扁豆基本壓縮物為相比，黑豆和豌豆混合壓縮物在整體的范圍內(nèi)并沒有顯示出太多的變化，這也許是應(yīng)為豆類的內(nèi)在顏色特征。
表5 擠壓由不同粗糙度混合而成的大米享樂分?jǐn)?shù)
黑豆 綠豆
顏色 顏色
脆度 表面處理 脆度 表面處理
味道 味道
顏色 顏色
脆度 表面處理 脆度 表面處理
味道 味道
然而，同單單的大米壓縮物相比，在沒有變化整體可接受性分?jǐn)?shù)，黑豆（15%），豌豆（15%）綠豆（10%）及其小扁豆（10%）的混合水平是可以接受的。
結(jié)論
帶有小生產(chǎn)力的低成本擠壓機適合加工和生產(chǎn)豆類混合大米膨脹小吃食物與帶有低水分和低液體成分的速溶粉。在經(jīng)過加工中，被部分糊化和膠化的擠壓粉，可縮性的速溶粉顯示了高能量密度顆粒的制備范圍。壓縮粉的低粘性圖像與原始成分的粉，高營養(yǎng)及其高感官價值相比，揭示出產(chǎn)品發(fā)展的用處和可能性，尤其是為正餐和輔食。
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畢業(yè)設(shè)計中期檢查表
填表日期
2012年 5 月11 日
迄今已進行 11 周剩余 5 周
學(xué)生姓名
鄧鵬
院系
機電工程學(xué)院
專業(yè)、班級
機械08-2班
指導(dǎo)教師姓名
劉亞娟
職稱
副教授
從事
專業(yè)
機械
是否外聘
□是■否
題目名稱
圓形件彎曲成形及自動送料裝置設(shè)計
學(xué)
生
填
寫
畢業(yè)設(shè)計工作進度
已完成主要內(nèi)容
待完成主要內(nèi)容
1. 調(diào)查研究、收集資料。完成開題報告。
2. 確定方案、部分結(jié)構(gòu)尺寸，完成部分相關(guān)計算。
3. 總裝配圖的結(jié)構(gòu)草圖。
4. 部分零件圖。
1. 部分結(jié)構(gòu)尺寸及部分相關(guān)計算。
2. 總裝配圖及各個零件圖的繪制。
3. 說明書一份。
存在問題及努力方向
因為第一次設(shè)計，在設(shè)計方面有許多的不足，在設(shè)計中也有很多的小錯誤需要老師的指導(dǎo)改正。在設(shè)計上我努力改正老師指出的錯誤，結(jié)合書中的圖例和同學(xué)的圖仔細修改。
學(xué)生簽字：鄧鵬
指導(dǎo)教師
意 見
畢業(yè)設(shè)計進度：超前□ 正常□ 滯后□ 嚴(yán)重滯后□
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
系意見
系主任簽字： 年 月 日
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計
行星運動螺旋式混合機設(shè)計
院系名稱： 機電工程系
專業(yè)班級： 機械設(shè)計制造及其自動化08-2
學(xué)生姓名： 鄧 鵬
指導(dǎo)教師： 劉亞娟
職 稱： 副教授
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一二年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of a Planetary Motion Helicism Mixer
Candidate: Deng Peng
Specialty: Mechanical design and manufacturing and automation
Class：08-2
Supervisor：Associate Prof. Liu Yajuan
Heilongjiang Institute of Technology
2012-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文
摘 要
混合單元操作廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品、粉末冶金、涂料、電子、軍工、材料等領(lǐng)域及新材料技術(shù)領(lǐng)域, 為保證固體粉末特別是對于有一定潮濕度和團聚粘結(jié)傾向的半干粉料之間的均勻混合，混合機械設(shè)備的選擇至關(guān)重要。國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)混合機基本上以采用上世紀(jì)80年代由合肥輕機（合肥中辰前身）引進的日本三菱技術(shù)為主。但這一技術(shù)在大量產(chǎn)和自動化控制上已經(jīng)顯出不足。隨著飲料工業(yè)的持續(xù)、健康發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)對高端設(shè)備的需求也在不斷增加，且一直依賴進口。為了改變這一局面，我國憑借多年的研究、制作混合機的經(jīng)驗，組織技術(shù)力量在廣泛學(xué)習(xí)國外最新技術(shù)的基礎(chǔ)上。從1990年至今，混合機從無到有，并逐漸形成規(guī)模生產(chǎn)，已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中并且已有少量出口。在設(shè)計過程中，努力實現(xiàn)混合機的混合速度快、混合效果好。
本次設(shè)計的行星運動螺旋式混合機主要用于粉體混合。它的執(zhí)行機構(gòu)有兩部分；一是通過三對錐齒輪傳動的自轉(zhuǎn)部分，二是由一對直齒輪和一對蝸輪蝸桿傳動的公轉(zhuǎn)部分。該機的機構(gòu)設(shè)計，其主要設(shè)計內(nèi)容是傳動裝置的設(shè)計，電動機的選擇，減速器的設(shè)計，攪拌器的設(shè)計以及箱體的簡單設(shè)計。最后進行總體的裝配，達到設(shè)計的要求，本設(shè)計說明書對其進行了詳細的闡述。
關(guān)鍵詞：混合機；行星運動；自轉(zhuǎn)；公轉(zhuǎn)；減速器；螺旋
ABSTRACT
Mixers are widely used in high-tech fields of chemicals, medication, food industry, powder and metallurgy, paints, electronics, military and materials. In order to warrantee the mild blend between powder of humidity and half-dried with tendency of aggregative cohersion, it is critical to choose the right blending machine.Domestic quality mixers are basically to use the last century 80 's the Hefei light machine (predecessor of the Hefei zhongchen) introduced by Japan Mitsubishi technology . But this technique has shown less than in a lot of production and Automation control .With the sustained and healthy development of the beverage industry, domestic enterprises ' increasing demand for high-end devices, and has relied on imports.In order to change this situation, with many years of experience in research, production mixer, organizational technology in a wide range of study abroad on the basis of the latest technologies.From 1990 to the present, mixing machine from scratch, and gradually achieve scale production, has been widely applied in practice and has a limited number of exports.During the design process to achieve mixer mixing speed, blend well.
In this design the blending machine of spiral type with planetary motion is mainly used in blending different powders. There are two actuators in this machine, one is the autorotation driven by three pair of bevel gear, the other is the revolution driven by a pair of straight and worm gear transmission. And the main parts of this design are about the design of drive and decelerator, choose of motor, design of blender and box. In the end the assembly of whole parts and the requirement of design are elaborated.
Key words: Blender；Planetary motion；Autorotation； Revolution；Decelerator; Helicism
II
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論……………………………………………………………………………1
1.1選題的背景及意義…………………………………………………………2
1.2國內(nèi)外研究狀況……………………………………………………………2
第2章 機械傳動裝置的總體設(shè)計…………………………………………………3
2.1分析和擬定傳動裝置的運動……………………………………………………3
2.2電動機的選擇……………………………………………………………………4
2.3分配各級傳動比………………………………………………………………4
2.3.1自轉(zhuǎn)部分……………………………………………………………4
2.3.2計算自轉(zhuǎn)部分傳動裝置的運動和動力參數(shù)…………………………5
2.3.3公轉(zhuǎn)部分……………………………………………………………6
2.3.4計算公轉(zhuǎn)部分傳動裝置的運動和動力參數(shù)…………………………7
2.4 本章小結(jié)………………………………………………………………………7
第3章 機械傳動件的設(shè)計……………………………………………………………8
3 .1帶輪的設(shè)計和校核 ……………………………………………………………8
3 .2齒輪的設(shè)計和強度校核…………………………………………………………10
3.2.1自轉(zhuǎn)部分高速級齒輪傳動的設(shè)計計算…………………………………10
3.2.2高速級齒輪的校核………………………………………………………13
3.2.3自轉(zhuǎn)部分低速級齒輪傳動的設(shè)計計算…………………………………13
3.2.4低速級齒輪的校核………………………………………………………16
3.2.5公轉(zhuǎn)部分直齒輪設(shè)計與計算……………………………………………17
3.2.6直齒輪的校核……………………………………………………………20
3 .3公轉(zhuǎn)部分蝸桿傳動設(shè)計與計算…………………………………………………21
3.3. 1蝸桿的校核………………………………………………………………21
3 .4軸的設(shè)計和校核…………………………………………………………………23
3.4.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………………………23
3.4.2軸的最小直徑估算………………………………………………………24
3.4.3各軸段直徑和長度的確定………………………………………………25
3.4.4軸承的選擇………………………………………………………………27
3.4.5鍵的選擇…………………………………………………………………28
3.4.6軸的受力分析和剛度校核………………………………………………28
3.4.7軸承壽命核算……………………………………………………………30
3.4.8鍵校核………………………………………………………………31
3.4.9轉(zhuǎn)臂的校核…………………………………………………………31
3 .5本章小結(jié)…………………………………………………………………………32
第4章 尺寸公差與配合的選用……………………………………………………33
4 .1配合制的選擇……………………………………………………………………33
4 .2公差等級的選擇…………………………………………………………………33
4 .3配合的選擇………………………………………………………………………33
4 .4本章小結(jié)…………………………………………………………………………34
第5章 箱體的設(shè)計……………………………………………………………………35
5 .1零件的位置尺寸…………………………………………………………………35
5 .2軸承端蓋…………………………………………………………………………35
5 .3鑄鐵減速箱的結(jié)構(gòu)尺寸…………………………………………………………36
5 .4本章小結(jié)…………………………………………………………………………37
第6章 設(shè)計結(jié)果………………………………………………………………………38
6 .1各零件參數(shù)表……………………………………………………………………38
6 .2本章小結(jié) ………………………………………………………………………40
結(jié)論………………………………………………………………………………………41
參考文獻 ………………………………………………………………………………42
致謝………………………………………………………………………………………44
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
目 錄
第1章 緒論 3
1.1選題背景及意義 3
1.2國內(nèi)外研究狀況 3
1.3研究方法 4
第2章 機械傳動裝置的總體設(shè)計 6
2.1 總體方案 6
2.2 電動機的選擇 7
2.3 分配各級傳動比 7
2.3.1 自轉(zhuǎn)部分 7
2.3.2 計算自轉(zhuǎn)部分傳動裝置的運動和動力參數(shù) 8
2.3.3 公轉(zhuǎn)部分 9
2.3.4 計算公轉(zhuǎn)部分傳動裝置的運動和動力參數(shù) 9
2.4 本章小結(jié) 10
第3章 機械傳動件的設(shè)計 11
3.1 帶輪的設(shè)計和校核 11
3.2 齒輪的設(shè)計和強度校核 13
3.2.1 自轉(zhuǎn)部分高速級齒輪傳動的設(shè)計計算 13
3.2.2 齒輪的校核 16
3.2.3 自轉(zhuǎn)部分低速級齒輪傳動的設(shè)計計算 17
3.2.4 齒輪的校核 21
3.2.5 公轉(zhuǎn)部分直齒輪設(shè)計與計算 21
3.2.6 齒輪的校核 24
3.3 公轉(zhuǎn)部分蝸桿傳動設(shè)計與計算 25
3.3.1 蝸桿的校核 26
3.4 軸的設(shè)計和校核 27
3.4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 27
3.4.2 軸的最小直徑估算 27
3.4.3 各軸段直徑和長度的確定 29
3.4.4 軸承的選擇 31
3.4.5 鍵的選擇 31
3.4.6 軸的受力分析和剛度校核 31
3.4.7. 軸承壽命核算 33
3.4.8. 鍵校核 34
3.4.9轉(zhuǎn)臂的校核 34
3.5 本章小結(jié) 35
第4章 尺寸公差與配合的選用 36
4.1 配合制的選擇 36
4.2 公差等級的選擇 36
4.3 配合的選擇 36
4.4 本章小結(jié) 37
第5章 箱體的設(shè)計 38
5.1 零件的位置尺寸 38
5.2 軸承端蓋 38
5.3 鑄鐵減速箱的結(jié)構(gòu)尺寸 39
5.4本章小結(jié) 40
第6章 設(shè)計結(jié)果 41
6.1 各零件參數(shù)表 41
6.2 本章小結(jié) 43
結(jié) 論 44
參考文獻 45
第1章 緒 論
1.1 選題背景及意義
混合單元操作廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品、粉末冶金、涂料、電子、軍工、材料等領(lǐng)域及新材料技術(shù)領(lǐng)域，為保證固體粉末特別是對于有一定潮濕度和團聚粘結(jié)傾向的半干粉料之間的均勻混合，混合機械設(shè)備的選擇至關(guān)重要。隨著納米技術(shù)的發(fā)展,粉體混合更顯示出它的重要性。本次設(shè)計的行星運動螺旋式混合機，它的容器呈圓錐形，有利于粉料下滑。容器內(nèi)螺旋攪拌器軸平行于容器壁母線，上端通過轉(zhuǎn)臂與螺旋驅(qū)動軸連接。當(dāng)驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動時，攪拌除自轉(zhuǎn)外，還被轉(zhuǎn)臂帶著公轉(zhuǎn)，這樣就使被混合物料既能產(chǎn)生垂直方向的流動，又能產(chǎn)生水平方向的位移，而且攪拌器還能消除靠近容器內(nèi)壁附近的滯留層。因此這種混合機的混合速度快、混合效果好。很有研究的意義。
1.2 國內(nèi)外研究狀況
國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)混合機基本上以采用上世紀(jì)80年代由合肥輕機（合肥中辰前身）引進的日本三菱技術(shù)為主，但這一技術(shù)在大產(chǎn)量和自動化控制上已經(jīng)顯出不足[1]。隨著飲料工業(yè)的持續(xù)、健康發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)對高端設(shè)備的需求也在不斷增加，且一直依賴進口。 為了改變這一局面，我國憑借多年研究、制作混合機的經(jīng)驗，組織技術(shù)力量在廣泛學(xué)習(xí)國外最新技術(shù)的基礎(chǔ)上，從1990年至今，混合機從無到有,并逐漸形成規(guī)模生產(chǎn)，已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中并且已有少量出口[2]。螺旋錐形混合機是我國設(shè)計制造的固體粉?；旌系男聶C種，經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，已形成系列產(chǎn)品[3]。隨著應(yīng)用范圍的擴大，1995年蘭化公司化工機械廠借蘭化合成橡膠廠ABS裝置改擴建之際，自行開發(fā)、研制出具有目前先進技術(shù)水平的LHSY-11.5N雙螺旋錐形混合機。1997年初，該機正式投入使用。截止目前，該混合機運轉(zhuǎn)正常、性能穩(wěn)定，整機各項指標(biāo)均達到設(shè)計要求。我國混合機正向著更好更接近世界在發(fā)展[3]。
間歇、連續(xù)進料混合機械以及單螺桿和雙螺桿擠出器是十九世紀(jì)末發(fā)展起來的混合器，主要用于食品工業(yè)和潤滑油的抽提，隨著橡膠工業(yè)和汽車輪胎工業(yè)的發(fā)展，二十世紀(jì)初逐漸發(fā)展起密封系統(tǒng)的擠出機，錯流雙螺桿混合器也隨之產(chǎn)生，直到1980年對于間歇和連續(xù)混合器的機理研究才逐漸發(fā)展起來。工程師們面對許多問題，如具有分離功能回旋軸混合器、含有絞合回旋桿分離器等的設(shè)計。眾多的連續(xù)式混合器的設(shè)計越來越復(fù)雜，這些系統(tǒng)可以實現(xiàn)單螺旋擠出、錯流雙螺旋桿擠出的效能，并且可以混合非常多的物種，這些混合器各有特點和優(yōu)缺點，適用于不同的場合[4]。
德國 Respecta 公司推出的 Vacu Cast 多組件混合機可進行低壓排空且混合均勻，可將準(zhǔn)確測量的混合物從一混合噴嘴噴射到模腔里，還可以直接將混合物注射到模腔內(nèi)，該機與其他混合機相比其優(yōu)點是，混合固體和液體物質(zhì)以及排空工序均在單一組件內(nèi)進行。Vacu Cast 混合機生產(chǎn)的混合物、填充劑和粘合劑的表面濕潤度極佳特別是對粉狀顆粒不但能提高成品的拉伸力而且能提高抗腐蝕性[4]。
在美國靜止型混合機已經(jīng)成為現(xiàn)在的主流。該機結(jié)果簡單、無死角很適合食品加工，它再現(xiàn)性良好、可準(zhǔn)確的實現(xiàn)均勻混合，而且省維修費用、省能源、省空間機體具有豐富的多樣性[4]。
混合機的專業(yè)廠家關(guān)東混合機工業(yè)公司，開始出售一種升降型立式混合機，該機大大改善了作業(yè)條件，符合衛(wèi)生、安全標(biāo)準(zhǔn)。KTM-200處于上升位置時的全高是2,1 SOmm,運行時1. 500mm，寬為1.230mm，全長1.700mmo攪拌用電機容量是7.SKW，升降用1.SkW、采用4級調(diào)速，各種轉(zhuǎn)速均在30~300rpm內(nèi)設(shè)定，機體為不銹鋼，易于沖洗，為防灰塵，制成密封型，改善了安全、衛(wèi)生、作業(yè)環(huán)境。當(dāng)然，成本有所提高，該公司正在努力降低成本，抑制價格上升[5]。
另外，該公司還開始經(jīng)營使用冷卻介質(zhì)、在攪拌物料過程進行冷卻的世界第一臺“強制冷卻螺旋混合機”。至今冷卻是通過噴射冷風(fēng)式CO:進行的，該機通過冷卻介質(zhì)的流動，達到所希望的溢度，它還帶有表示物料溫度的溫度顯示裝置。包括全部規(guī)格的混合機、與攪拌容器、升降裝置等結(jié)合可實現(xiàn)自動化[3]。
粉研公司正在經(jīng)營一種連續(xù)式噴射混合機。該機與供料器結(jié)合，在數(shù)秒內(nèi)可進行粉狀物料的連續(xù)加沮、混煉、溶解、乳化，稱其為連續(xù)噴射混合裝置。該連續(xù)噴射混合裝置，采用了獨特的專利結(jié)構(gòu)，使氣液粉三相物料通過噴射混合，比率、混合精度高，品質(zhì)均勻一致，依靠物料的通過使其自潔，因在密閉環(huán)境中作業(yè)，無粉塵，無噪音。與卜機連動容易實現(xiàn)無人化，可大幅度地提高品質(zhì)，降低成本[5]。
連續(xù)式噴射混合裝置，采用獨特的連續(xù)加沮方式，實現(xiàn)了超過手排面的味道，在食品制造過程中，加濕、混煉、溶解是必要的過程，面團等的制作左右著產(chǎn)品的質(zhì)量、成本。面團制作的秘訣，首要的是優(yōu)質(zhì)的水，在不需施加力的數(shù)秒內(nèi)，使一粒粒均勻濕潤，使其釋放出天然的芳香，這樣即可作出超過手辮面的面。正確計量，均勻混是對所有坯料的要求，該機最先實現(xiàn)了這一理想[4]。
1.3 研究方法
本次設(shè)計主要工作內(nèi)容如下：
1、 進行設(shè)計計劃
在設(shè)計前進行相關(guān)知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)。
2、 準(zhǔn)備設(shè)計
由于缺乏經(jīng)驗和水平欠缺所以在設(shè)計以前找出要學(xué)習(xí)的相關(guān)知識從方法到具體技術(shù)參考資料依次為設(shè)計手冊、規(guī)范、專題借鑒及以前的工程。
3、 設(shè)計計算
（1）擬訂總體設(shè)計方案。
（2）關(guān)于設(shè)計參數(shù)的選擇
設(shè)計參數(shù)的選擇原則以安全為目的。
參考其它工程在其條件下選擇的原則。
（3）關(guān)于計算公式的選擇
計算公式必須符合規(guī)范的要求。
在多種公式中選擇更安全、更合理的公式。
（4）公式計算
計算的步驟可以參照以往的計算書或者其它資料。
計算的每一步結(jié)果都要確保正確計算，減少返工時間。
（5）自校
自校的原則是等同于重新再做一遍。
4、 制圖
按照機械制圖標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確繪圖。
5、 編寫設(shè)計說明書。
最后基本達到設(shè)計要求。
第2章 機械傳動裝置的總體設(shè)計
2.1 總體方案
傳動方案要滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、傳動效率、使用維護便利、工藝和經(jīng)濟性好等要求。
經(jīng)過分析與比較,決定采用如圖2.1的運動方式：
（a） （b）
1-主軸 2、3-圓柱齒輪 4-蝸桿 5-蝸輪 6-轉(zhuǎn)臂 7-轉(zhuǎn)臂體
8、9、11、12、13、14-圓錐齒輪 10-轉(zhuǎn)臂軸 15-攪拌器
圖2.1 行星運動螺旋式混合機
電動機通過V帶帶動輪將動力輸入水平傳遞軸，使軸轉(zhuǎn)動，再由此分成兩路傳動，一路經(jīng)1對圓柱齒輪2、3，一對蝸輪蝸桿4、5減速，帶動與蝸輪連成一體的轉(zhuǎn)臂6旋轉(zhuǎn)，裝在轉(zhuǎn)臂上的螺旋攪拌器15隨著沿容器內(nèi)壁公轉(zhuǎn)。另一路是經(jīng)過三對圓錐齒輪8、9、11、12、13、14變換兩次方向及減速，使螺旋攪拌器繞本身的軸自轉(zhuǎn)。這樣就實現(xiàn)了螺旋攪拌的行星運動。整個機構(gòu)的運動路線如下：
齒輪2/齒輪3→蝸桿4/蝸輪5→轉(zhuǎn)臂6→螺旋攪拌器公轉(zhuǎn)
軸1→
圓錐齒輪8/圓錐齒輪9→圓錐齒輪11/圓錐齒輪12→圓錐齒輪13/圓錐
齒輪14→螺旋攪拌器自轉(zhuǎn)
2.2 電動機的選擇
電動機的容量（功率）選得是否合適，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。當(dāng)容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常工作，或電動機因長期過載而過早損壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利用，且因經(jīng)常不在滿載下運動，其效率和功率因數(shù)都較低，造成浪費。
取工作機的有效功率為
Pw=5.5kW
從電動機到工作機之間的總效率
==0.808
為V帶的效率；為軸承的效率；為齒輪的效率
==6.8 kW
由此選擇Y132－2型Y系列鼠籠三相異步電動機。 =7.5 kW。其主要技術(shù)數(shù)據(jù)、外形和安裝尺寸見表2.1
表2.1 電動機主要技術(shù)數(shù)據(jù)、外形和安裝尺寸表
型號
額定功率/ kW
滿載轉(zhuǎn)速r/min
最大轉(zhuǎn)矩（額定轉(zhuǎn)矩）
Y132-2
7.5
2930
2.2
外形尺寸/ mm×mm×mm
L×(AB/2+AD)+HD
中心高/mm
H
安裝尺寸/mm
A×B
軸伸尺寸/ mm×mm×mm
D×E
475×350×315
132
216×140
38×80
2.3 分配各級傳動比
2.3.1 自轉(zhuǎn)部分
電動機選定后，根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速n m及工作軸的轉(zhuǎn)速n w即可確定傳動裝置的總傳動比
i=n m /n w
=2930/70
=41.8
具體分配傳動比時，應(yīng)注意以下幾點：
（1）各級傳動的傳動比最好在推薦范圍內(nèi)選取，對減速傳動盡可能不超過允許的最大值。
（2）應(yīng)注意使傳動級數(shù)少﹑傳動機構(gòu)數(shù)少﹑傳動系統(tǒng)簡單，以提高和減少精度的降低。
（3）應(yīng)使各級傳動的結(jié)構(gòu)尺寸協(xié)調(diào)﹑勻稱利于安裝，絕不能造成互相干涉。
（4）應(yīng)使傳動裝置的外輪廓尺寸盡可能緊湊。
為了使主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊，齒輪傳動的外輪廓尺寸不宜過大，因而取傳動比i帶 =3則
i減 = i/i帶
=41.8/3
=13.95
按展開式布置，取i1齒 =1.4i2齒
計算得
齒=4.42
齒=3.16
2.3.2 計算自轉(zhuǎn)部分傳動裝置的運動和動力參數(shù)
I軸
= /min
P1 = Po·η帶= 7.50.96 = 7.2 kW
T1 = N·m
II軸
由公式（2.4） n2= /min
由公式（2.5） P2 =·η軸承 ·η齒輪= 7.2×0.97×0.98 = 6.84 kW
由公式（2.6） T2 = N·m
Ⅲ軸
n3=n2=221r/min
由公式（2.5） P3= P2·η軸承·η齒輪=16.84×0.97×0.98=6.5 kW
由公式（2.6） T3==280.97N·m
Ⅳ軸
由公式（2.4） n4=/min
由公式（2.5） P4 = P3·η軸承 ·η軸承 ·η齒輪= 18.46×0.97×0.98 = 6.2 kW
由公式（2.6） T4 = N·m
2.3.3 公轉(zhuǎn)部分
根據(jù)I軸轉(zhuǎn)速n 1及公轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n 6即可確定傳動裝置的總傳動比
i=n 1 /n 6
=976.7/3
=325.57
=325.57
單級圓柱齒輪傳動比8 取i=5.3
單級蝸桿傳動比=10-80
所以
==325.575.3=61.4
計算得
=5.3
=61.4
2.3.4 計算公轉(zhuǎn)部分傳動裝置的運動和動力參數(shù)
I軸
n1 = /min
P1 =7.2 kW
T1 = 70.4N·m
蝸桿軸
由公式（2.4） n蝸= /min
由公式（2.5） P蝸 =·η軸承 ·η齒輪= 7.2×0.97×0.98 = 6.84 Kw
由公式（2.6） = N·m
公轉(zhuǎn)軸
由公式（2.4） ==3r/min
由公式（2.5） = ·η軸承·η蝸桿=6.84×0.72×0.98=4.83 kW
由公式（2.6） ==15375.5N·m
2.4 本章小結(jié)
分析并擬定了混合機傳動裝置的運動過程，根據(jù)設(shè)計要求計算并選擇了電動機的類型與型號，合理的分配了各級傳動比，通過計算得出了公轉(zhuǎn)部分和自轉(zhuǎn)部分各傳動軸的傳遞扭矩、功率和轉(zhuǎn)速。
第3章 機械傳動件的設(shè)計
3.1 帶輪的設(shè)計和校核
1、 選擇V帶的型號
取工作系數(shù)Ka=1.3
Pca=KaP=1.3×7.2=9.36 kW
查參考文獻[6]得按Pca=9.36 kW，=2920r/min
選B型V帶
2、 確定帶輪的直徑
選取小帶輪的直徑=132mm
驗算帶速
V=
=
=20.25m/s
為小帶輪直徑 為電動機轉(zhuǎn)速
V在5～25m/s內(nèi)，合適。
dd2 =i(1-)dd1 =3×(1-0.001)=392.4mm
為帶的滑動率，通常?。?%-2%）
dd2=375mm
3、 確定中心距a和帶長Ld0
初選中心距a0
0.7(dd1+dd2)≤a0 ≤2(dd1+dd2)
a0 =700mm
求D帶輪的計算長度L0
L0=2a+
=2217.5mm
取L0=2240mm
4、 計算中心距a
a=
=
=689mm
5、 確定中心距的調(diào)整范圍
=a+0.03ld
=689+0.03×2217.5
=755mm
=a-0.015 ld
=700-0.015×2217.5
=667mm
6、 驗算小帶輪的包角α1
α1=180°- (dd2 -dd1 )×57.3°/a
=160.4°﹥120°
符合要求
7、 確定V帶的根數(shù)Z
dd1=132mm 帶速V=20.25m/s 傳動比i=3 查表得
P0=3.83kW 功率增量=1.04kW
=4.63 符合
取Z=5
8、 計算V帶的初拉力
Q=0.10㎏/m
=
=2232.71N
=2×5×232.71×
=2293.1N
Fmax=1.5Fq=3439.65N
9、 帶輪采用孔板式結(jié)構(gòu)
3.2 齒輪的設(shè)計和強度校核
3.2.1 自轉(zhuǎn)部分高速級齒輪傳動的設(shè)計計算
1、 選擇齒輪的材料、熱處理、精度
(1) 齒輪材料及熱處理
大小齒輪材料均為20CrMnTi。齒面滲碳淬火，齒面硬度為58~62HRC，有效硬化深度0.5~0.9mm。經(jīng)參考文獻[9]查得
MPa
=900MPa
(2) 齒輪精度
按GB/T10095-1998，選擇8級精度，齒跟噴丸強化。
2、 初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸
因為硬齒面齒輪傳動，具有較強的齒面抗點蝕能力，故先按齒跟彎曲疲勞強度設(shè)計，再校核齒面接觸疲勞強度。
(1) 計算小齒輪傳遞的扭矩
==0.704Nmm
(2) 確定齒數(shù)
因為是硬齒面，故取=20，==204.41=88
傳動比誤差
i==4.4
=0.3%5% 允許。
(3) 初選齒寬系數(shù)
=b/R 設(shè)計時通常取= 又取
b為錐齒輪工作寬度
R為錐距
(4) 確定分錐角
小齒輪分錐角
==12.93
大齒輪分錐角
=90=77.07
(5) 載荷系數(shù)
試選載荷系數(shù)=1.44
(6) 齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)
當(dāng)量齒數(shù)
=17.5
=335
查參考文獻[9]得
=2.97 =1.52
=2.06 =1.97
(7) 許用彎曲應(yīng)力
安全系數(shù)=1.6 一般=1.4~1.8
工作壽命為1班制，三年，每年工作300天。
則小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
===8.439
則大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
==1.194
查參考文獻[9]得 壽命系數(shù)
許用彎曲應(yīng)力
MPa
所以
==505.625MPa
==517.5MPa
(8) 計算模數(shù)
式中：
載荷系數(shù)K=1.44 齒數(shù)比u=4.41
扭矩=1.998N 齒形系數(shù)=2.97
齒寬系數(shù)=1/3 應(yīng)力修正系數(shù)=1.52
查參考文獻[9]得，圓整標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)取m=4.5。
(9) 初算主要尺寸
初算中心距
a===205mm
分度圓直徑
=4.520=90mm
=4.588=391mm
齒寬
(取整)
=203
=65mm
==0.32
(10) 驗算載荷系數(shù)K
圓周速度
=3.48m/s
查參考文獻[9]得 動載系數(shù)=1.25
=0.32 65mm
查參考文獻[9]得 =1.074
又b/h==6.57
查參考文獻[9]得 齒向載荷分布系數(shù)1.095
使用系數(shù) 工作機輕微沖擊，原動機均勻平穩(wěn)，所以查參考文獻[9]得=1.25。
齒間載荷分布系數(shù)1.0
載荷系數(shù)
則
引用公式（3.17）m
=4.0
所以滿足齒跟彎曲疲勞強度。
3.2.2 齒輪的校核
設(shè)計的齒輪傳動在具體工作情況下，必須有足夠的工作能力，以保證在整個壽命期間不致失效，所以要對齒輪進行校核。校核大齒輪
=
由參考文獻[9]確定式中各系數(shù)：
節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.5 彈性系數(shù)=189.8
載荷系數(shù)K=1.44 轉(zhuǎn)矩=0.704N mm
齒寬系數(shù)=0.33 分度圓直徑=391mm
齒數(shù)比=4.41
計算得=538.5MPa
==15001.151.24=1391.1 MPa
<
所以齒輪完全達到要求。
3.2.3 自轉(zhuǎn)部分低速級齒輪傳動的設(shè)計計算
1、 選擇齒輪的材料、熱處理、精度
(1) 齒輪材料及熱處理
大小齒輪材料均為20CrMnTi。齒面滲碳淬火，齒面硬度為58~62HRC，有效硬化深度0.5~0.9mm。經(jīng)參考文獻[9]查得
MPa
=900MPa
(2) 齒輪精度
按GB/T10095-1998，選擇8級精度，齒跟噴丸強化。
2、 初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸
因為硬齒面齒輪傳動，具有較強的齒面抗點蝕能力，故先按齒跟彎曲疲勞強度設(shè)計，再校核齒面接觸疲勞強度。
(1) 計算小齒輪傳遞的扭矩
=8.43Nmm
(2) 確定齒數(shù)
因為是硬齒面，故取=17，==173.16=54
傳動比誤差 i==3.176
由公式（3.11）=0.5%5% 允許。
(3) 初選齒寬系數(shù)
=b/R 設(shè)計時通常取= 又取
b為錐齒輪工作寬度
R為錐距
(4) 確定分錐角
小齒輪分錐角
由公式（3.12） ==17.47
大齒輪分錐角
=70=52.53
(5) 載荷系數(shù)
試選載荷系數(shù)=1.4
(6) 齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)
當(dāng)量齒數(shù)
由公式（3.13） =17.82
=179.876
查參考文獻[9]得
=2.97 =1.52
=2.12 =1.97
(7) 許用彎曲應(yīng)力
安全系數(shù)=1.6 一般=1.4~1.8
工作壽命為1班制，三年，每年工作300天。
則小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
由公式（3.14） ===4.032
則大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
由公式（3.15） ==1.28
查參考文獻[9]得 壽命系數(shù)
許用彎曲應(yīng)力
MPa
所以
由公式（3.16） ==562.5MPa
==562.5MPa
(8) 計算模數(shù)
由公式（3.17）
式中：
載荷系數(shù)K=1.4 齒數(shù)比u=3.16
扭矩=2.393 齒形系數(shù)=2.97
齒寬系數(shù)=1/3 應(yīng)力修正系數(shù)=1.52
查參考文獻[9]得 圓整標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 取m=6
(9) 初算主要尺寸
初算中心距
由公式（3.18） a===213mm
分度圓直徑
由公式（3.19） =617=102mm
=654=324mm
齒寬
(取整)
由公式（3.20） =169.83
=55mm
==0.333
(10) 驗算載荷系數(shù)K
圓周速度
由公式（3.21） =0.376m/s
查參考文獻[9]得 動載系數(shù)=1.02
=0.333 55mm
查參考文獻[9]得
=1.074
又b/h==9.5
查參考文獻[9]得 齒向載荷分布系數(shù)1.081
使用系數(shù) 工作機輕微沖擊，原動機均勻平穩(wěn)，所以查參考文獻[9]得=1.25。
齒間載荷分布系數(shù)1.0
載荷系數(shù)
由公式（3.22）
則
由公式（3.17） m
=5.41
所以滿足齒跟彎曲疲勞強度。
3.2.4 齒輪的校核
設(shè)計的齒輪傳動在具體工作情況下，必須有足夠的工作能力，以保證在整個壽命期間不致失效，所以要對齒輪進行校核。
大齒輪的數(shù)值大，取大齒輪校核。
大齒輪的彎曲強度
由公式（3.23） =
由參考文獻[9]確定式中各系數(shù)
節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.5 彈性系數(shù)=189.8
載荷系數(shù)K=1.4 轉(zhuǎn)矩=8.43N
齒寬系數(shù)=0.333 分度圓直徑=324mm
齒數(shù)比=3.16
計算得=435.5Mpa
==15001.131.24=1366.9 MPa
<
所以齒輪完全達到要求。
3.2.5 公轉(zhuǎn)部分直齒輪設(shè)計與計算
1、 選擇齒輪的材料、熱處理、精度
(1) 齒輪材料及熱處理
大小齒輪材料均為20CrMnTi。齒面滲碳淬火，齒面硬度為58~62HRC，有效硬化深度0.5~0.9mm。經(jīng)參考文獻[10]圖
MPa
=900MPa
(2) 齒輪精度
按GB/T10095-1998，選擇8級精度，齒跟噴丸強化。
2、 初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸
因為硬齒面齒輪傳動，具有較強的齒面抗點蝕能力，故先按齒跟彎曲疲勞強度設(shè)計，再校核齒面接觸疲勞強度。
(1) 計算小齒輪傳遞的扭矩
==0.704Nmm
(2) 確定齒數(shù)
因為是硬齒面，故取=20，==205.3=106。
傳動比誤差 i==5.29
由公式（3.11） =0.2%5% 允許。
(3) 初選齒寬系數(shù)
=0.9
(4) 載荷系數(shù)
試選載荷系數(shù)=1.3
(5) 齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)
查參考文獻[10]得
=2.97 =1.52
=2.20 =1.78
(6) 許用彎曲應(yīng)力
安全系數(shù)=1.6 一般=1.4~1.8
工作壽命為1班制，三年，每年工作300天。
則小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
由公式（3.14） ===8.439
則大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
==1.592
查參考文獻[10]得 壽命系數(shù) SH=1.0
許用彎曲應(yīng)力
MPa
所以
由公式（3.16） ==500.625MPa
==517.5MPa
(7) 計算模數(shù)
式中：
載荷系數(shù)K=1.3 扭矩=2.393
齒形系數(shù)=2.97 齒寬系數(shù)=0.9
應(yīng)力修正系數(shù)=1.52 =20
查參考文獻[10]得 圓整標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 取m=3
(8) 初算主要尺寸
初算中心距
由公式（3.18） a===160.5mm
分度圓直徑
由公式（3.19） =320=60mm
=3106=318mm
齒寬
=0.960=54mm
(9) 驗算載荷系數(shù)K
圓周速度
由公式（3.21） =2.60m/s
查參考文獻[10]得 動載系數(shù)=1.17
=0.9 54mm
查參考文獻[10]得 =1.074
又b/h==8.5
查參考文獻[10]得 齒向載荷分布系數(shù)1.09
使用系數(shù)工作機輕微沖擊，原動機均勻平穩(wěn)，所以查參考文獻[10]得=1.25。
齒間載荷分布系數(shù)1.0
載荷系數(shù)
由公式（3.22）
則
m
=2.68
所以滿足齒跟彎曲疲勞強度。
3.2.6 齒輪的校核
設(shè)計的齒輪傳動在具體工作情況下，必須有足夠的工作能力，以保證在整個壽命期間不致失效，所以要對齒輪進行校核。
大齒輪的數(shù)值大，取大齒輪校核。
大齒輪的彎曲強度
=
由參考文獻[10]確定式中各系數(shù)
節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.5 彈性系數(shù)=189.8
載荷系數(shù)K=1.3 圓周力=3330N
分度圓直徑=318mm 齒數(shù)比=5.3
齒寬b=54
計算得=260.5MPa
==15001.21.24=1451.7 MPa
<
所以齒輪完全達到要求。
3.3 公轉(zhuǎn)部分蝸桿傳動設(shè)計與計算
1、 選擇齒輪的材料、熱處理、精度
(1) 齒輪材料及熱處理
考慮到傳遞的功率不大轉(zhuǎn)速較抵，選用ZA蝸桿。
蝸桿選用45鋼，芯部調(diào)質(zhì)，表面滲碳淬火，硬度大于45HRC。
蝸輪選用ZCuZn10P1，金屬模鑄造。
(2) 齒輪精度
按GB/T10095-1998，選擇8級精度。
2、 初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸
因為硬齒面齒輪傳動，具有較強的齒面抗點蝕能力，故先按齒跟彎曲疲勞強度設(shè)計，再校核齒面接觸疲勞強度。
(1) 計算小齒輪傳遞的扭矩
=1.53Nmm
(2) 確定齒數(shù)
因為是硬齒面，故取=1，
==161.5=62
(3) 載荷系數(shù)
查參考文獻[10]得 =1，
由于載荷平穩(wěn) 取=1，取=1.05。
K==10.5
(4) 確定彈性系數(shù)
=155
(5) 許用彎曲應(yīng)力
安全系數(shù)=1.6 一般=1.4~1.8
工作壽命為1班制，三年，每年工作300天。
===2.59
==1.58220=347.3MPa
(6) 計算確定m和、q
9k（）
=561.5
查參考文獻[10]得 取m=4 =71 （=1136）
(7) 確定中心距
初算中心距
a==159.5mm
3.3.1 蝸桿的校核
設(shè)計的齒輪傳動在具體工作情況下，必須有足夠的工作能力，以保證在整個壽命期間不致失效，所以要對齒輪進行校核。
(1) 計算蝸桿的倒程角
==3.22
(2) 計算蝸桿當(dāng)量齒數(shù)
==62.60
(3) 確定齒形系數(shù)
由已知條件 查參考文獻[10]得 =2.26
(4) 確定螺旋角系數(shù)
==0.9619
(5) 計算許用應(yīng)力
查參考文獻[10]得 =56MPa
=0.8878
=49.72MPa
(6) 校核強度
==36.37MPa小于
齒跟彎曲強度合格。
3.4 軸的設(shè)計和校核
3.4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是要確定軸的合理外形和結(jié)構(gòu)，以及包括各軸段長度、直徑及其他細小尺寸在內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)尺寸。
軸的結(jié)構(gòu)主要取決以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸的毛坯種類；軸上作用力的大小和分布情況；軸上零件的布置及固定方式；軸承類型及位置；軸的加工工藝以及其他一些要求。由于影響因素很多，且其結(jié)構(gòu)形式又因具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計具有較大的靈活性和多樣性。但是，不論具體情況人如何，軸的結(jié)構(gòu)一般應(yīng)滿足以下幾個方面的要求：
（1）軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置。
（2）軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整。
（3）軸應(yīng)具有良好的制造工藝性。
（4）軸的受力合理，有利于提高強度和剛度。
（5）節(jié)省材料，減輕重量。
（6）形狀及尺寸有利于減小應(yīng)力集中。
3.4.2 軸的最小直徑估算
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一般已知裝配簡圖、軸的轉(zhuǎn)速、傳遞的功率及傳動零件的類型和尺寸等。
轉(zhuǎn)軸受彎扭組合作用，在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計前，其長度、跨距、支反力及其作用點的位置等都未知，尚無法確定軸上彎矩的大小和分布情況，因此也無法按彎扭組合來確定轉(zhuǎn)軸上各段的直徑。為此應(yīng)先按扭轉(zhuǎn)強度條件估算轉(zhuǎn)軸上僅受轉(zhuǎn)矩作徑。
d=A
式中：
A——計算常數(shù)，取決于軸的材料和受載情況。
當(dāng)軸段上開有鍵槽時，應(yīng)適當(dāng)增大直徑以考慮鍵槽對軸的削弱：d>100mm時，單鍵槽增大3％，雙鍵槽增大7％；d100mm時，單鍵槽增大5％～7％，雙鍵槽增大10％～15％。最后對d進行圓整。
（1）高速軸材料選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為217-255HBS。按扭矩強度計算，初步計算直徑查表A=110。
dA=30.3mm
由于軸開鍵槽會削弱軸的強度，故需增大軸徑5%-7% 所以最小軸徑mm。取=35mm 。
（2）軸Ⅱ材料選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為217-255HBS。按扭矩強度計算，初步計算直徑查表A=110。
dA=48.9mm
由于軸開鍵槽會削弱軸的強度，故需增大軸徑5%-7% 所以最小軸徑mm。取=55mm 。
（3）軸Ⅲ材料選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為217-255HBS。按扭矩強度計算，初步計算直徑查表A=110。
dA=48.1mm
由于軸開鍵槽會削弱軸的強度，故需增大軸徑5%-7% 所以最小軸徑mm。取=52mm 。
（4）軸Ⅳ材料選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為217-255HBS。按扭矩強度計算，初步計算直徑查表A=110。
dA=68mm
由于軸開鍵槽會削弱軸的強度，故需增大軸徑5%-7% 所以最小軸徑mm取=75mm。
3.4.3 各軸段直徑和長度的確定
1、 各軸段的直徑
階梯軸各軸段直徑的變化應(yīng)遵循下列原則：
（1）配合性質(zhì)不同的表面（包括配合表面與非配合表面），直徑應(yīng)有所不同。
（2）加工精度、粗糙度不同的表面，一般直徑亦應(yīng)有所不同。
（3）應(yīng)便于軸上零件的裝拆。
通常從初步估算的軸段最小直徑d開始，考慮軸上配合零部件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸、結(jié)構(gòu)特點和定位、固定、裝拆、受力情況等對軸結(jié)構(gòu)的要求，一次確定軸段的直徑。具體操作時還應(yīng)注意以下幾個方面問題：
（1）與軸承配合的軸頸，其直徑必須符合滾動軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)系列。
（2）軸上螺紋部分必須符合螺紋標(biāo)準(zhǔn)。
（3）軸肩定位是軸上零件最方便可靠的定位方法。軸肩分定位軸肩和非定位軸肩，定位軸肩通常用于軸向力較大的場合。
（4）定位軸肩是為加工和裝配方便而設(shè)置的，其高度沒有嚴(yán)格的規(guī)定。與軸上傳動零件配合的軸頭直徑，應(yīng)盡可能圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑尺寸系列。
（5）非配合的軸身直徑，可不取標(biāo)準(zhǔn)值，但一般應(yīng)取成整數(shù)。
2、 各軸段的長度
各軸段的長度決定于軸上零件的寬度和零件固定的可靠性，設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點：
（1）軸頸的長度通常于軸承的寬度相同。
（2）軸頭的長度取決于與其相配合的傳動輪轂的寬度。
（3）軸身長度的確定應(yīng)考慮軸上各零件之間的相互位置關(guān)系和拆裝工藝要求，各零件間的間距查參考文獻[10]。
軸Ⅰ軸Ⅱ軸Ⅲ軸Ⅳ及蝸桿軸的布置方案與具體尺寸分別如圖所示
圖3.1 Ⅰ軸
圖3.2 Ⅱ軸
圖3.3 Ⅲ軸
圖3.4 Ⅳ軸
圖3.5 蝸桿軸
3.4.4 軸承的選擇
選擇滾動軸承的類型，一般從載荷的大小、方向和性質(zhì)入手。在外廓尺寸相同的條件下，滾子軸承比球軸承承載能力大，時用于載荷較大或有沖擊的場合。當(dāng)承受純徑向載荷時，通常選用徑向接觸軸承或深溝球軸承；當(dāng)承受純軸向載荷時，通常選用推力軸承；當(dāng)承受較大徑向載荷和一定軸向載荷時，可選用角接觸球軸承。
根據(jù)軸的應(yīng)用場合可知，軸主要既受到的徑向力又受到軸向力。查詢常用滾動軸承的性能和特點，選擇角接觸球軸承。角接觸球軸承的性能特點：當(dāng)量摩擦系數(shù)較小，高轉(zhuǎn)速時可用來承受較大的軸向負荷。
Ⅰ軸選擇7010AC Ⅱ軸選擇7011AC Ⅲ軸選擇7012AC
Ⅳ軸選擇7015AC 蝸桿軸選擇7010AC
3.4.5 鍵的選擇
Ⅰ軸選擇A型鍵，公稱尺寸為分別為10x90、12x40。
Ⅱ軸選擇鍵的公稱尺寸為分別為A18x60、C16x28。
Ⅲ軸選擇鍵的公稱尺寸為分別為C16x25、16x32。
Ⅳ軸選擇A型鍵，公稱尺寸為22x70。
蝸桿軸選擇A型鍵，公稱尺寸為16x36。
3.4.6 軸的受力分析和剛度校核
對Ⅳ軸來說所受轉(zhuǎn)矩最大所以對它進行校合。
1、做出軸的空間受力簡圖（圖3.6 a）
2、做出垂直面受力、彎矩圖（圖3.6 b）。
RV1=7107.7N , RV2=3551.8N。
3、做出水平面受力、彎矩圖(圖3.6 c)。
RH1=17511N, RH2=17511N。
4、求出合成彎矩，并畫出合成彎矩圖（圖3.6 d）。
m
5、做出扭矩圖（圖3.6 e）
T=2256.6N.m
6、求出當(dāng)量彎矩Memax 取
m
7、校核軸的強度
查參考文獻[10]得
圖3.6 軸的載荷和彎矩分布圖
所以軸合格。
3.4.7. 軸承壽命核算
1、 初選軸承型號
由工作條件初選軸承7015AC，由參考文獻[8]查得該軸承的Cor=46500N，Cr=49500N。
2、 求Fr1,Fr2
由
得 Fr1= =11156N
Fr2= =7885N
3、 計算Fa
由參考文獻[10]得，軸承內(nèi)部軸向力
S=0.68Fr
=0.68x Fr=7586N
=0.68x F=5361.8N
==7586N =-3516=4070N
4、 計算軸承當(dāng)量動載荷P
（1）查參考文獻[10]得 e=0.68
（2） , 由參考文獻[10]查表，則=1， =0。
（3）求P1,P2
由參考文獻[10]，fp=1.2~1.8，取fp=1.2,所以
13387.2N
9462N
5、 計算軸承的基本額定壽命
（取=10000小時，P取大值）
=11905h>
所以，初選軸承7015AC符合要求，可以確定。
3.4.8. 鍵校核
齒輪傳遞的扭矩為2256Nm，對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為2256Nm。直徑、鍵高及鍵長分別為：d1=75mm,h=14mm,b=22，l1=70mm根據(jù)鍵連接的擠壓強度公式，它的擠壓應(yīng)力為
61.4MPa
=60~90MPa,故所選鍵均滿足強度條件。
3.4.9轉(zhuǎn)臂的校核
由于轉(zhuǎn)臂承受徑向力所以對轉(zhuǎn)臂校核彎曲應(yīng)力進行校核和彎曲剛度進行校核。
彎曲應(yīng)力的計算公式為
=
式中：
為彎矩 為極慣性矩 為距中心軸最遠的表面
確定式中各參數(shù)
9.5
=72.9kg
=729N
FL
=21900MPa
=85
=0.8
經(jīng)計算得157.6MPa
有參考文獻[6]得=290MPa
< 所以合格。
彎曲剛度用軸的撓度w或偏轉(zhuǎn)角來度量，其計算公式為
w≤[w]
≤[]
查文獻[10]得軸的變形許用值 ，得[y]=0.0002L ，[]=0.005rad
≤[w]=0.0002L=0.066mm
[]=0.005 rad
所以強度剛度合格。
3.5 本章小結(jié)
本章著重說明了混合機傳動機構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容。對V帶、帶輪、各級齒輪、蝸輪蝸桿、各傳動軸以及軸承的設(shè)計過程進行了詳細的說明。
第4章 尺寸公差與配合的選用
公差與配合的選擇是機械設(shè)計與制造中至關(guān)重要的一環(huán)。公差與配合的選用是否恰當(dāng)，對機械的使用性能和制造成本都有很大的影響，有時甚至起決定性的作用。因此，公差和配合的選擇，實際上是尺寸的精度設(shè)計。
在設(shè)計工作中，公差和配合的選用主要包括配合制、公差等級和配合種類。
4.1 配合制的選擇
選用配合制時，應(yīng)從零件的結(jié)構(gòu)、工藝、經(jīng)濟幾方面來綜合考慮，權(quán)衡利弊。
一般情況下，設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先采用基孔制配合。因為孔通常用定值刀具（如鉆頭、絞刀、拉刀等）加工，用極限量規(guī)檢查，所以采用基孔制配合可以減少孔公差帶的數(shù)量，大大減少用定值刀具和極限量規(guī)的規(guī)格和數(shù)量，顯然是經(jīng)濟和合理的。
有些情況下應(yīng)采用基軸制配合比較合理。例如：
（1）在農(nóng)業(yè)機械、建筑機械等制造中，有時采用具有一定公差等級的冷拉鋼材，外徑不需要加工，可直接做軸。在此情況下，應(yīng)選用基軸制配合。
（2）在同一基本尺寸的軸上需要裝配幾個具有不同配合性質(zhì)的零件時，應(yīng)選用基軸制配合。
（3）與標(biāo)準(zhǔn)件相配合的孔和軸，應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)件為基準(zhǔn)件來確定配合制。
切斷軸的軸徑由于與滾動軸承（標(biāo)準(zhǔn)件）的內(nèi)圈相配合，應(yīng)選用基孔制的配合，而和滾動軸承外圓配合的孔則應(yīng)選用基軸制配合。
4.2 公差等級的選擇
選用公差等級時，要正確處理使用要求、制造工藝和成本之間的關(guān)系。因此，選用公差等級的基本原則：在滿足使用要求的前提下，盡量選用低等級的公差等級。選用公差等級時，還因考慮以下問題：
（1）相關(guān)件和配合件的精度。
（2）加工成本。
4.3 配合的選擇
選擇配合主要是為了解決結(jié)合零件孔與軸在工作時相互關(guān)系，以保證機器正常工作。
間隙配合主要用于結(jié)合件有相對運動的配合（包括旋轉(zhuǎn)運動和軸向滑動），也可用于一般的定位配合。
過盈配合主要用于結(jié)合件沒有相對運動的配合，過盈配合不能拆卸。