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中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
學(xué)生姓名
李 巍
學(xué)號(hào)
05208316
班 級(jí)
機(jī)制3班
指導(dǎo)教師
牛博英
職稱
助教
單 位
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目
棒棒糖自動(dòng)包裝機(jī)理糖機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求:
棒棒糖作為一種暢銷的糖果已經(jīng)進(jìn)入了人們的日常生活。這也給棒棒糖包裝提出了挑戰(zhàn)。為了減輕操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,自動(dòng)棒棒糖包裝機(jī)應(yīng)運(yùn)而生,該包裝機(jī)的理糖機(jī)構(gòu)非常重要,為保證包裝機(jī)的正常工作,本設(shè)計(jì)提出了要設(shè)計(jì)一棒棒糖自動(dòng)包裝機(jī)理糖機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。
理糖機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置功能:為能將棒棒糖整理成統(tǒng)一姿態(tài)的理糖盤選裝提供動(dòng)力。
要求:理糖盤轉(zhuǎn)速4.3r/min,理糖盤轉(zhuǎn)速允許誤差±5%,工作所需功率0.3kw;工作條件是室內(nèi),無(wú)塵,三班工作制,要求使用壽命12000h;動(dòng)力來(lái)源為電力,三相交流,電壓380v;一般機(jī)械廠制造,小批量生產(chǎn)。傳動(dòng)要求為實(shí)現(xiàn)水平放置的電動(dòng)機(jī)的垂直轉(zhuǎn)矩通過(guò)該設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成水平轉(zhuǎn)矩。
畢業(yè)設(shè)計(jì)主要參考資料:
[1] 尚久浩主編.自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì).北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,1987
[2] 濮良貴 紀(jì)明剛主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 北京:高等教育出版社,2006
[3] 王伯平主編 互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)(第三版) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008
[4] 郭克希 王建國(guó)主編 機(jī)械制圖 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008
[5] 鄧星鐘主編 機(jī)電傳動(dòng)控制(第四版) 武漢:華中科技大學(xué)出版社,2011
[6] 劉鴻文主編 材料力學(xué)Ⅰ(第四版) 北京:高等教育出版社,2003
[7] 高愿軍 熊衛(wèi)東主編 食品包裝 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005
[8] 肖旭霖主編 食品加工機(jī)械與設(shè)備 北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2000
[9] 黃穎為主編 包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007
[10] 成大先主編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(單行本)北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004
[11] 小栗富士雄(日) 小栗達(dá)男(日)主編 陳祝同 劉惠臣譯 機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌手冊(cè)
北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999
[12] 銀金光 王洪主編 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 北京:中國(guó)林業(yè)出版社,2006
[13] 成鐵明主編 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)(第三版)北京:高等教育出版社,1989
[14] 欠宗澤 羅圣國(guó)主編 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京:高等教育出版社,2006
[15] 孔凌嘉 毛謙德主編 簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京:北京理工大學(xué)出版社,2008
畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的主要工作:
本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要工作是完成棒棒糖自動(dòng)包裝機(jī)的理糖機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì),為后續(xù)包裝工作做好準(zhǔn)備。
圖紙和說(shuō)明書要求:繪制棒棒糖自動(dòng)包裝機(jī)送糖機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)圖及各機(jī)構(gòu)的零件圖等,合計(jì)3張零號(hào)圖紙;并編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書,字?jǐn)?shù)不得少于6000字。
畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度安排:
序號(hào)
畢業(yè)設(shè)計(jì)各階段內(nèi)容
時(shí)間安排
備注
1
查閱參考文獻(xiàn),確定研究方案
12月2 日~12月20日
2
整理開題報(bào)告,準(zhǔn)備開題
12月23 日~12月31日
3
文獻(xiàn)綜述的撰寫和外文翻譯定稿
1月1日~1月20日
4
去頂傳動(dòng)裝置傳動(dòng)方案
1月21日~1月27日
5
選擇電動(dòng)機(jī)
1月28日~2月3日
6
齒輪設(shè)計(jì)
2月4日~2月10日
7
蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)
2月11日~2月17日
8
軸的設(shè)計(jì)
2月18日~2月27日
8
主要零部件強(qiáng)度校核
2月28日~4月5日
9
箱體尺寸設(shè)計(jì)
4月6 日~4月15日
10
編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書,準(zhǔn)備畢業(yè)答辯
4月16日~4月30日
課題信息:
課題性質(zhì): 設(shè)計(jì)□ 論文□ ?
課題來(lái)源: 教學(xué)□ 科研□ 生產(chǎn)□ 其它□
發(fā)出任務(wù)書日期:
指導(dǎo)教師簽名:
年 月 日
教研室意見:
教研室主任簽名:
年 月 日
學(xué)生簽名:
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題目 棒棒糖自動(dòng)包裝機(jī)理糖機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
系 別 工程技術(shù)系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 李巍
學(xué) 號(hào) 05308316
指導(dǎo)教師 牛博英
職 稱 助教
2012年 5 月 2 日
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
李巍
學(xué)號(hào)
05208316
專業(yè)班級(jí)
機(jī)制3班
指導(dǎo)教師
牛博英
職稱
助教
單 位
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院
課題性質(zhì)
設(shè)計(jì) 論文□
課題來(lái)源
科研□ 教學(xué)□ 生產(chǎn) 其它□
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目
棒棒糖自動(dòng)包裝機(jī)理糖機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
一、研究目的及意義
通過(guò)了解自動(dòng)包裝機(jī)在我國(guó)食品包裝方面的應(yīng)用和現(xiàn)有工作狀況及市場(chǎng)需求,并且以實(shí)現(xiàn)減少工人工作量、節(jié)約能源、提高包裝效率為目的,完成棒棒糖自動(dòng)包裝機(jī)理糖機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。
二、研究現(xiàn)狀
改革開放以來(lái),我國(guó)的食品工業(yè)日益發(fā)達(dá),消費(fèi)量逐年上升,從而使得食品的生產(chǎn)量
大大增加,同時(shí)食品的包裝量也隨之增大,單靠工人的手工加工已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足要求,越來(lái)越多的廠家開始使用包裝機(jī)來(lái)滿足自身的產(chǎn)品包裝需求。
隨著包裝機(jī)的廣泛使用,食品的包裝效率得到了很大提升,產(chǎn)量提升得很快。但是,最初使用的包裝機(jī)基本上是靠工人手工供料,還是無(wú)法根本解決食品的包裝效率問(wèn)題,工人的工作量并沒(méi)有因?yàn)榘b機(jī)的應(yīng)用而減少。并且由于是工人手工供料,在一定程度上存在著食品的衛(wèi)生安全問(wèn)題,這種包裝機(jī)被稱為半自動(dòng)包裝機(jī)。
隨著市場(chǎng)需求的提升,半自動(dòng)包裝機(jī)已經(jīng)無(wú)法滿足廠家產(chǎn)量的需求,全自動(dòng)包裝機(jī)逐漸成為主流包裝機(jī)械設(shè)備。所謂全自動(dòng)包裝機(jī),是能夠自動(dòng)完成主料和輔料的供給,并自動(dòng)完成包裝過(guò)程的包裝機(jī)械。在全自動(dòng)包裝機(jī)中,枕式自動(dòng)包裝機(jī)得到了很廣泛的應(yīng)用。枕式包裝機(jī),就是用于包裝產(chǎn)品,使包裝后的產(chǎn)品呈枕頭狀,從而增加產(chǎn)品保質(zhì)期和美觀度的一種機(jī)械。枕式包裝機(jī)是目前國(guó)內(nèi)最新型的自動(dòng)連續(xù)包裝設(shè)備,具有節(jié)電高效(節(jié)電15%以上),衛(wèi)生環(huán)保,傳動(dòng)簡(jiǎn)潔,便于維修等特點(diǎn)。在枕式自動(dòng)包裝機(jī)中,供料機(jī)構(gòu)是整個(gè)包裝系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分,它的工作效率直接關(guān)系到包裝機(jī)的包裝效率。
在棒棒糖的包裝設(shè)備中,棒棒糖枕式自動(dòng)包裝機(jī)已經(jīng)占據(jù)了棒棒糖包裝設(shè)備中的主流地位。所以,棒棒糖枕式自動(dòng)包裝機(jī)的理糖機(jī)構(gòu)(即供料機(jī)構(gòu))對(duì)整個(gè)包裝機(jī)的工作效率有著重要影響。
三、主要內(nèi)容和要求
隨著包裝機(jī)的廣泛使用,食品的包裝效率得到了很大提升,產(chǎn)量提升得很快。但是,最初使用的包裝機(jī)基本上是靠工人手工供料,還是無(wú)法根本解決食品的包裝效率問(wèn)題,工人的工作量并沒(méi)有因?yàn)榘b機(jī)的應(yīng)用而減少。并且由于是工人手工供料,在一定程度上存在著食品的衛(wèi)生安全問(wèn)題,這種包裝機(jī)被稱為半自動(dòng)包裝機(jī)。自動(dòng)包裝機(jī)的產(chǎn)生在很大程度上解決了工人工作量大的問(wèn)題。自動(dòng)包裝機(jī)與前者相比,擁有了自動(dòng)供料及理料裝置,棒棒糖自動(dòng)包裝機(jī)就是自動(dòng)包裝機(jī)的一種。其理糖機(jī)構(gòu)能夠通過(guò)自身的圓錐形理糖盤的旋轉(zhuǎn)和配有私服電機(jī)的毛刷的配合來(lái)將棒棒糖整理為統(tǒng)一姿態(tài),并且送至輸送機(jī)構(gòu)取糖處。在理糖機(jī)構(gòu)中,理糖盤是極為關(guān)鍵的部件,本次設(shè)計(jì)就是為理糖盤的旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置。
設(shè)計(jì)要求:理糖盤轉(zhuǎn)速4.3r/min,理糖盤轉(zhuǎn)速允許誤差±5%,工作所需功率0.3kw;工作條件是室內(nèi),無(wú)塵,三班工作制,要求使用壽命12000h;動(dòng)力來(lái)源為電力,三相交流,電壓380v;一般機(jī)械廠制造,小批量生產(chǎn)。傳動(dòng)要求為實(shí)現(xiàn)水平放置的電動(dòng)機(jī)的垂直轉(zhuǎn)矩通過(guò)該設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成水平轉(zhuǎn)矩。
四、整個(gè)設(shè)計(jì)具體時(shí)間安排
查閱參考文獻(xiàn),確定研究方案 12月2 日~12月20日
整理開題報(bào)告,準(zhǔn)備開題 12月23 日~12月31日
文獻(xiàn)綜述的撰寫和外文翻譯定稿 1月1日~1月20日
去頂傳動(dòng)裝置傳動(dòng)方案 1月21日~1月27日
選擇電動(dòng)機(jī) 1月28日~2月3日
齒輪設(shè)計(jì) 2月4日~2月10日
蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 2月11日~2月17日
軸的設(shè)計(jì) 2月18日~2月27日
主要零部件強(qiáng)度校核 2月28日~4月5日
箱體尺寸設(shè)計(jì) 4月6 日~4月15日
編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書,準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 4月16日~4月30日
五、預(yù)期結(jié)果
完成理糖機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì),使電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩正確傳遞到理糖盤,使理糖盤以4.3r/min的轉(zhuǎn)速工作,最大程度上保證加工效率。
六、參考文獻(xiàn)
[1] 尚久浩主編.自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì).北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,1987
[2] 濮良貴 紀(jì)明剛主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 北京:高等教育出版社,2006
[3] 王伯平主編 互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)(第三版) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008
[4] 郭克希 王建國(guó)主編 機(jī)械制圖 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008
[5] 鄧星鐘主編 機(jī)電傳動(dòng)控制(第四版) 武漢:華中科技大學(xué)出版社,2011
[6] 劉鴻文主編 材料力學(xué)Ⅰ(第四版) 北京:高等教育出版社,2003
[7] 高愿軍 熊衛(wèi)東主編 食品包裝 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005
[8] 肖旭霖主編 食品加工機(jī)械與設(shè)備 北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2000
[9] 黃穎為主編 包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007
[10] 成大先主編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(單行本)北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004
[11] 小栗富士雄(日) 小栗達(dá)男(日)主編 陳祝同 劉惠臣譯 機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌手冊(cè)
北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999
[12] 銀金光 王洪主編 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 北京:中國(guó)林業(yè)出版社,2006
[13] 成鐵明主編 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)(第三版)北京:高等教育出版社,1989
[14] 欠宗澤 羅圣國(guó)主編 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京:高等教育出版社,2006
[15] 孔凌嘉 毛謙德主編 簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京:北京理工大學(xué)出版社,2008
[16] Hugh Kerr Thomas Worm Gearing McGraw-Hill Book Company, 1913
[17] John J. Coy, Dennis P. Townsend, Erwin V. Zaretsky Gearing National Aeronautics and Space Administration, Scientific and Technical Information Branch, 1985
指導(dǎo)教師意見:
指導(dǎo)教師簽名:
年 月 日
教研室意見:
審查結(jié)果: 同 意□ 不 同 意□
教研室主任簽名:
年 月 日
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
前言
隨著包裝機(jī)的廣泛使用,食品的包裝效率得到了很大提升,產(chǎn)量提升得很快。但是,最初使用的包裝機(jī)基本上是靠工人手工供料,還是無(wú)法根本解決食品的包裝效率問(wèn)題,工人的工作量并沒(méi)有因?yàn)榘b機(jī)的應(yīng)用而減少。并且由于是工人手工供料,在一定程度上存在著食品的衛(wèi)生安全問(wèn)題,這種包裝機(jī)被稱為半自動(dòng)包裝機(jī)。自動(dòng)包裝機(jī)的產(chǎn)生在很大程度上解決了工人工作量大的問(wèn)題。自動(dòng)包裝機(jī)與前者相比,擁有了自動(dòng)供料及理料裝置,棒棒糖自動(dòng)包裝機(jī)就是自動(dòng)包裝機(jī)的一種。其理糖機(jī)構(gòu)能夠通過(guò)自身的圓錐形理糖盤的旋轉(zhuǎn)和配有伺服電機(jī)的毛刷的配合來(lái)將棒棒糖整理為統(tǒng)一姿態(tài),并且送至輸送機(jī)構(gòu)取糖處。在理糖機(jī)構(gòu)中,理糖盤是極為關(guān)鍵的部件,本次設(shè)計(jì)就是為理糖盤的旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置。
1設(shè)計(jì)要求
原始數(shù)據(jù):理糖盤轉(zhuǎn)速4.3r/min,理糖盤轉(zhuǎn)速允許誤差±5%,工作所需功率0.3kw;
工作條件:室內(nèi),無(wú)塵,三班工作制,要求使用壽命12000h;
動(dòng)力來(lái)源:電力,三相交流,電壓380v;
制造條件及生產(chǎn)批量:一般機(jī)械廠制造,小批量生產(chǎn)。
傳動(dòng)要求:實(shí)現(xiàn)水平放置的電動(dòng)機(jī)的垂直轉(zhuǎn)矩通過(guò)該設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成水平轉(zhuǎn)矩。
2總體方案分析
由設(shè)計(jì)要求可知,電動(dòng)機(jī)所輸出的轉(zhuǎn)矩通過(guò)減速裝置的傳遞,最終達(dá)到將轉(zhuǎn)矩的傳遞方向向上改變90°,并將其傳遞給理糖盤。所以傳動(dòng)裝置中確定傳動(dòng)方案為,由電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,通過(guò)聯(lián)軸器與減速裝置的高速軸相連,由高速軸傳遞給低速軸,再由低速軸傳遞給蝸桿軸,最終由蝸輪蝸桿配合,從蝸輪軸將水平轉(zhuǎn)矩輸出給理糖盤,實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)動(dòng)。
減速器部分是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)設(shè)計(jì)部分,本設(shè)計(jì)中的減速器是二級(jí)圓柱齒輪減速器配合蝸輪蝸桿的復(fù)合型減速器。其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,但齒輪的位置不對(duì)稱。高速級(jí)齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端??墒馆S在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭矩變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形部分相互抵消,以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象。蝸輪蝸桿的配合可以最大程度上增加傳動(dòng)比,減小齒輪的直徑和加工難度,最高效地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞。
3選擇電動(dòng)機(jī)
3.1電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)的選擇
本傳動(dòng)的工作狀況是:三班制,工作環(huán)境無(wú)塵干凈,380v交流電。
根據(jù)條件查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定選用Y系列全封閉自扇冷式籠形三相異步電動(dòng)機(jī)。
3.2電動(dòng)機(jī)的容量
3.2.1工作機(jī)所需功率
由設(shè)計(jì)要求可知, =0.3kw
3.2.2計(jì)算傳動(dòng)裝置總效率
由于動(dòng)力經(jīng)過(guò)一個(gè)傳動(dòng)副或者運(yùn)動(dòng)副就會(huì)發(fā)生一次損失,故多級(jí)串聯(lián)總效率
公式(1)
本設(shè)計(jì)中
————聯(lián)軸器(共兩個(gè)) =0.99
———滾動(dòng)軸承(共8個(gè)) =0.98
————圓柱齒輪(共2對(duì))=0.96
————蝸桿傳動(dòng) =0.75
將上述各值代入公式(1)中
電動(dòng)機(jī)效率 公式(2)
3.2.3確定電動(dòng)機(jī)
表1 電動(dòng)機(jī)預(yù)選方案
方案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
滿載轉(zhuǎn)速
總傳動(dòng)比
1
Y112M2-4
1440
334.88
2
Y90S-6
910
211.63
3
Y132S-4
1440
334.88
由于考慮到傳動(dòng)方案以及加工成本,所以比較三個(gè)方案,選擇方案2比較合適。
4確定傳動(dòng)比
總傳動(dòng)比 i=211.63
首先確定蝸輪蝸桿傳動(dòng)比
所以
由于輸入軸與電動(dòng)機(jī)之間靠聯(lián)軸器連接,所以輸入軸傳動(dòng)比
考慮到兩級(jí)齒輪潤(rùn)滑問(wèn)題,兩級(jí)大齒輪應(yīng)有相近的浸油深度。兩級(jí)齒輪減速器高速級(jí)傳動(dòng)比與低速級(jí)傳動(dòng)比 的比值取為1.3。
即
所以 ;
5確定各軸的動(dòng)力參數(shù)
5.1各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算
輸入軸轉(zhuǎn)速
中間軸轉(zhuǎn)速
蝸桿軸轉(zhuǎn)速
蝸輪軸轉(zhuǎn)速
5.2各軸輸入功率的計(jì)算
電動(dòng)機(jī)的輸出功率
輸入軸的輸入功率
中間軸的輸入功率
蝸桿軸的輸入功率
蝸輪軸的輸入功率
5.3各軸輸入轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
公式(3)
將已知條件代入公式(3)中
輸入軸的轉(zhuǎn)矩
中間軸的轉(zhuǎn)矩
蝸桿軸的轉(zhuǎn)矩
蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩
6高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)
6.1選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
6.1.1齒輪類型的選擇
考慮到動(dòng)力的傳遞沒(méi)有方向的變化以及節(jié)約加工成本,查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定齒輪類型選擇為直齒。
6.1.2齒輪精度選擇
由于棒棒糖自動(dòng)包裝機(jī)屬于一般工作機(jī),所以理糖盤轉(zhuǎn)速比較低,因此選用7級(jí)精度。
6.1.3齒輪材料的選擇
小齒輪材料選為40Cr,調(diào)質(zhì)處理,處理后硬度為280HBS。大齒輪材料選為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,處理后硬度為240HBS,且兩者硬度差40HBS。
6.1.4齒輪齒數(shù)選擇
小齒輪齒數(shù) ;
大齒輪齒數(shù) ,取=81
6.2計(jì)算
6.2.1按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
公式(4)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》確定式中各值
載荷系數(shù) ;
小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 ;
齒寬系數(shù) ;
材料的彈性影響系數(shù) ;
按齒面硬度確定小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
;
按齒面硬度確定大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
;
通過(guò)盈利循環(huán)次數(shù)確定接觸疲勞壽命系數(shù)
確定使用壽命系數(shù) ;
;
確定疲勞許用應(yīng)力
失效概率為1%,安全系數(shù)S=1
則
將所確定的各值代入公式(4)中,
為便于加工,以及后續(xù)齒輪和軸系的設(shè)計(jì),取模數(shù)m=2;
則
確定齒輪寬度及中心距
中心距
齒輪寬度
6.2.2按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算
公式(5)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》確定公式(5)中各值
確定小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
確定大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
確定齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù)
確定彎曲疲勞許用應(yīng)力
確定載荷系數(shù)K
確定齒形系數(shù)
確定應(yīng)力校正系數(shù)
確定兩齒輪的,并比較大小
比較后,大齒輪的數(shù)值大。
將各值代入公式(5)中
考慮到便于加工,取m=2
最終確定高速級(jí)齒輪參數(shù)
中心距
分度圓
齒輪寬度
7低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)
7.1選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
7.1.1齒輪類型的選擇
考慮到動(dòng)力的傳遞沒(méi)有方向的變化以及加工成本,查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定齒輪類型選擇為直齒。
7.1.2齒輪精度選擇
由于棒棒糖自動(dòng)包裝機(jī)屬于一般工作機(jī),所以理糖盤轉(zhuǎn)速比較低,因此選用7級(jí)精度。
7.1.3齒輪材料的選擇
小齒輪材料選為40Cr,調(diào)質(zhì)處理,處理后硬度為280HBS。大齒輪材料選為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,處理后硬度為240HBS,且兩者硬度差40HBS。
7.1.4齒輪齒數(shù)選擇
小齒輪齒數(shù) ;
大齒輪齒數(shù)
7.2計(jì)算
7.2.1按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
公式(6)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》確定公式(6)中各值
載荷系數(shù) ;
小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 ;
齒寬系數(shù) ;
材料的彈性影響系數(shù) ;
按齒面硬度確定小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
;
按齒面硬度確定大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
;
通過(guò)盈利循環(huán)次數(shù)確定接觸疲勞壽命系數(shù)
;
;
確定解除疲勞壽命系數(shù)
確定疲勞許用應(yīng)力
失效概率為1%,安全系數(shù)S=1
則,
將所確定的各值代入公式(6)中,
計(jì)算圓周速度
計(jì)算齒寬
計(jì)算齒寬與齒高之比
所以,
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》確定載荷系數(shù)K
所以,
按實(shí)際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑
計(jì)算模數(shù)
7.2.2按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算
公式(7)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》確定式公式(7)各值
確定小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
確定大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
確定齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù)
確定彎曲疲勞許用應(yīng)力,取疲勞安全系數(shù)S=1.4
確定載荷系數(shù)K
確定齒形系數(shù)
確定應(yīng)力校正系數(shù)
確定兩齒輪的,并比較大小
比較后,確定大齒輪的數(shù)值大。
將各值代入公式(7)中
將模數(shù)元整,取m=2.5
確定最終齒數(shù) 取
所以,最終確定高速級(jí)齒輪參數(shù)
分度圓
中心距
齒輪寬度
8蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)
8.1設(shè)計(jì)條件
根據(jù)要求確定輸入功率
蝸桿轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)比
工作條件:無(wú)沖擊、無(wú)塵
使用壽命
8.2確定蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)類型以及選擇材料
8.2.1傳動(dòng)類型
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》根據(jù)GB/T10085-1988的推薦,采用ZI(漸開線蝸桿)。
8.2.2選擇材料
考慮到蝸桿傳動(dòng)的功率不大,速度較小,所以蝸桿采用40Cr;因希望效率高些,耐磨性好些,所以蝸桿螺旋齒面要求調(diào)質(zhì)處理,處理后硬度為45~55HRC。蝸輪采用鑄錫磷青銅(ZCuSn10P1),采用金屬模工藝鑄造。
8.3設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。
8.3.1按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》確定下列各值
載荷分布不均勻系數(shù)
使用系數(shù)
動(dòng)載系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù)
接觸系數(shù)
基本接觸應(yīng)力
蝸輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
計(jì)算壽命系數(shù)
計(jì)算許用接觸應(yīng)力
計(jì)算中心距
公式(8)
將各值代入公式(8)中
考慮到方便加工以及后續(xù)的軸系分布設(shè)計(jì),取,由于,可確定模數(shù),蝸桿分度圓直徑,可確定,因此,上述計(jì)算結(jié)果可用。
8.3.2蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸
軸向齒距
齒根圓直徑
直徑系數(shù)
分度圓導(dǎo)程角
齒頂圓直徑
蝸桿軸向齒厚
蝸桿頭數(shù)
蝸桿寬度
8.3.3蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
蝸輪齒數(shù)
變位系數(shù)
蝸輪分度圓直徑
蝸輪喉圓直徑
蝸輪齒根圓直徑
蝸輪咽喉母圓半徑
8.3.4按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
公式(9)
根據(jù)公式(9)進(jìn)行校核
確定當(dāng)量齒數(shù)
因
所以
確定螺旋角系數(shù)
確定ZCuSn10P1的基本許用彎曲應(yīng)力
確定壽命系數(shù)
計(jì)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
因?yàn)椋陨鲜鲈O(shè)計(jì)參數(shù)滿足條件。
9軸上其他零件設(shè)計(jì)
9.1軸最小直徑的計(jì)算及危險(xiǎn)軸的校核
9.1.1 輸入軸
材料40Cr(調(diào)質(zhì)處理),硬度為280HBS,取 A0=107
公式(10)
將各數(shù)值代入公式(10)中
=9.864 mm 取25mm
9.1.2 中間軸
材料40Cr(調(diào)質(zhì)處理),硬度280HBS,取 A0=110
公式(11)
將各值代入公式(11)中
=15.117mm 取30mm
9.1.3蝸桿軸
材料40Cr(調(diào)質(zhì)處理),硬度250HBS,取
公式(12)
將各值代入公式(12)中
=24.105mm 取35mm
9.1.4蝸輪軸
材料40Cr(調(diào)制處理),硬度280HBS,取
公式(13)
將各值代入公式(13)中
取60mm
9.1.5危險(xiǎn)軸的校核
根據(jù)數(shù)據(jù)判斷,輸入軸軸為危險(xiǎn)軸,所以需要對(duì)其進(jìn)行校核。
圖1
如圖1所示小齒輪受力
=440.176 N 公式(14)
=160.211 N 公式(15)
受力分析
由軸的結(jié)構(gòu)圖得 L1=396mm L2=60mm
水平面
由
公式(16)
公式(17)
得 FNH1=21.080N
FNH2=139.131N
彎矩 M==8347.68 N·mm
鉛垂面
由
公式(18)
公式(19)
得 FNV1=57.918N
FNV2=382.258 N
彎矩 M==22935.528 N·mm
總彎矩 M==32435.735 N·mm
扭矩 T=7438 N·mm
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度,計(jì)算取α=0.6
公式(20)
將各值代入公式(20)中
=21MPa
之前已選軸材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理,
70 MPa,
因?yàn)? <,
所以輸入軸是安全的。
9.2軸承選擇及校核
9.2.1輸入軸軸承的選擇及校核
由于輸入軸軸承段直徑為25mm,所以根據(jù)條件查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定輸入軸采用深溝球軸承,軸承代號(hào)為6005。
校核過(guò)程如下:
輸入軸軸承為6005。
查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得基本額定動(dòng)載荷:
C=15.2kN
軸承受到的徑向載荷:
F=F=377.1N
F=F=981.1N
派生軸向力為:取e=0.4
Fd1=eFr1=150.8 N
Fd2=eFr2=392.4 N
兩軸承正裝,由于齒輪為直齒,無(wú)軸向力,所以Fae=0。
因?yàn)镕ae+Fd2>Fd1,所以左端軸承1被壓緊,右端軸承2放松。
所以軸向力 Fa1=Fae+Fd2=392.4 N
Fa2=Fd2=392.4 N
6005軸承判斷系數(shù) e=0.4。
>e
0.4
確定動(dòng)載荷系數(shù) X1=0.44, Y1=1.40
X2=1,Y2=0
取fp=1.1當(dāng)量動(dòng)載荷 P1=fp(X1Fr1+Y1Fa1)=786.8N
P2=fp(X2Fr2+Y2Fa2)=1079.2 N
因?yàn)镻1
12000h
所以壽命滿足使用要求。
9.2.2中間軸軸承的選擇及校核
由于中間軸軸承段直徑為30mm,根據(jù)條件查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定中間軸采用深溝球軸承,軸承代號(hào)為6006。
校核過(guò)程如下:
中間軸軸承為6006。
查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得基本額定動(dòng)載荷
C=15.2kN
軸承受到的徑向載荷 F=F=377.1N
F=F=981.1N
派生軸向力為:取e=0.4
Fd1=eFr1=150.8 N
Fd2=eFr2=392.4 N
兩軸承正裝,由于齒輪為直齒,無(wú)軸向力,所以Fae=0。
因?yàn)镕ae+Fd2>Fd1,所以左端軸承1被壓緊,右端軸承2放松。
所以軸向力
Fa1=Fae+Fd2=392.4 N
Fa2=Fd2=392.4 N
6006軸承判斷系數(shù) e=0.4。
>e
0.4
確定動(dòng)載荷系數(shù) X1=0.44, Y1=1.40
X2=1,Y2=0
取fp=1.1當(dāng)量動(dòng)載荷
P1=fp(X1Fr1+Y1Fa1)=786.8N
P2=fp(X2Fr2+Y2Fa2)=1079.2 N
因?yàn)镻112000h
所以壽命滿足使用要求。
9.2.3蝸桿軸
由于蝸桿軸軸承段直徑為35mm,根據(jù)條件查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定蝸桿軸采用角接觸軸承,軸承代號(hào)為7007C。
校核過(guò)程如下:
蝸桿軸軸承為7007C。
查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得基本額定動(dòng)載荷
C=19.5 kN
軸承受到的徑向載荷
F=F=3042.2N
F=F=2354.5N
派生軸向力為:取e=0.4
Fd1=eFr1=1216.9 N
Fd2=eFr2=941.8 N
兩軸承正裝,由于齒輪為直齒,無(wú)軸向力,所以Fae=0。
因?yàn)镕ae+Fd2P2,所以以軸承1作為壽命計(jì)算軸承。
球軸承ε=3
將各值代入公式(21)中
=16765 h >12000h
所以壽命滿足使用要求。
9.2.4蝸輪軸
由于渦輪軸上端軸承段基本沒(méi)有軸向載荷,所以根據(jù)條件查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定蝸輪軸上部才用深溝球軸承,軸承代號(hào)為6010;由于蝸輪軸下端同時(shí)承受軸向載荷和徑向載荷,所以根據(jù)條件查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定采用角接觸軸承,軸承代號(hào)為7012C。
校核過(guò)程如下:
由于蝸輪軸兩端采用不同軸承,但是底部7012C軸承承受絕大部分載荷,所以只對(duì)7012C軸承使用壽命進(jìn)行校核。
查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得基本額定動(dòng)載荷
C=19.5 kN
軸承受到的徑向載荷 F=F=3042.2N
派生軸向力為
取e=0.4 Fd1=eFr1=1216.9 N
取Fae=1.5,且Fae+Fd212000h
所以壽命滿足使用要求。
9.3鍵的選擇及校核
9.3.1鍵的選擇
輸入軸 輸入聯(lián)軸器連接鍵:8×7×38
中間軸 大齒輪連接鍵:10×8×28
蝸桿軸 大齒輪連接鍵:12×8×39
蝸輪軸 輸出聯(lián)軸器連接鍵:14×9×40
蝸輪連接鍵:18×11×56
上述各鍵材料均為Q275A。
9.3.2輸入軸上鍵連接強(qiáng)度校核
輸入軸上只有一個(gè)鍵連接,聯(lián)軸器鏈接鍵:8×7×38。圓頭普通平鍵,材料Q275A,許用壓應(yīng)力=120MPa。
強(qiáng)度計(jì)算公式
公式(22)
公式中數(shù)據(jù) = 7.483N·m
k=3.5mm
l= 38mm
d=24 mm
所以 =4.688 MPa
因?yàn)?<所以滿足強(qiáng)度要求。
9.3.3中間軸鍵連接強(qiáng)度校核
中間軸上只有一個(gè)鍵連接,聯(lián)軸器鏈接鍵:10×8×28。圓頭普通平鍵,材料Q275A,許用壓應(yīng)力=120MPa。
數(shù)據(jù) =32.96N·m
k=4mm
l= 28mm
d=34 mm
將上述數(shù)據(jù)代入公式(22)中
得 =17.311 MPa
因?yàn)?<所以滿足強(qiáng)度要求。
9.3.4蝸桿軸鍵連接強(qiáng)度校核
蝸桿軸上只有一個(gè)鍵連接,聯(lián)軸器鏈接鍵:12×8×39。圓頭普通平鍵,材料Q275A,許用壓應(yīng)力=120MPa。
數(shù)據(jù) =103.34N·m
k=4mm
l= 39mm
d=42 mm
將上述數(shù)據(jù)代入公式(22)中
得 =31.545MPa
因?yàn)?<所以滿足強(qiáng)度要求。
9.3.5蝸輪軸鍵連接強(qiáng)度校核
蝸輪軸上有兩個(gè)鍵,蝸輪鏈接鍵和輸出聯(lián)軸器鏈接鍵。都為圓頭普通平鍵,材料Q275A,許用壓應(yīng)
力=120MPa。
蝸輪鏈接鍵尺寸 18×11×40
聯(lián)軸器鏈接鍵尺寸 14×9×56
蝸輪連接鍵 = 968.325N·m
k=5.5 mm
l= 56 mm
d=60 mm
聯(lián)軸器鏈接鍵 = 968.325N·m
k=4.5mm
l= 40mm
d=46 mm
將上述數(shù)據(jù)代入公式(22)中
得
蝸輪鍵連接 =104.797 MPa
聯(lián)軸器鏈接鍵 =110.894 MPa
因?yàn)閮蓚€(gè)均為 <,所以都滿足強(qiáng)度要求。
9.4潤(rùn)滑方式選擇
9.4.1 軸承潤(rùn)滑方式選擇
根據(jù)條件可確定潤(rùn)滑方式為脂潤(rùn)滑。查 《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定潤(rùn)滑劑為通用鋰基潤(rùn)滑脂ZL-1。
9.4.2 齒輪潤(rùn)滑方式選擇
根據(jù)條件查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定齒輪采用浸油潤(rùn)滑。圓柱齒輪浸入油的深度最低約一個(gè)齒高,但不少于10mm,最高不超過(guò)三分之一分度圓半徑,大齒輪的齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯x≥10mm。
10箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)
箱體是減速器的重要組成部件。它是傳動(dòng)零件的基座,應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。在保證強(qiáng)度和剛度的基礎(chǔ)上,因考慮到該傳動(dòng)裝置用于食品包裝,可以最大限度上較小整體質(zhì)量,所以確定箱座壁厚5mm、箱蓋壁厚5mm、箱蓋凸緣厚度5mm、箱座凸緣厚度5mm。根據(jù)內(nèi)部軸系分布,確定減速器三圍尺寸為:長(zhǎng)825mm、寬492mm、高221mm。
結(jié) 論
棒棒糖自動(dòng)包裝機(jī)理糖機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成,該傳動(dòng)裝置為一個(gè)二級(jí)圓柱齒輪減速器與蝸輪蝸桿減速器組成的復(fù)合式減速器,其輸出功率為0.436kw,能夠滿足設(shè)計(jì)中的0.3kw的設(shè)計(jì)要求,其輸出轉(zhuǎn)速為4.3r/min,完全符合設(shè)計(jì)要求。該傳動(dòng)裝置的最大特點(diǎn)在于將二級(jí)圓柱齒輪減速器與蝸輪蝸桿減速器復(fù)合于一個(gè)箱體內(nèi),且最終將電動(dòng)機(jī)輸出的垂直轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成水平轉(zhuǎn)矩,并將轉(zhuǎn)矩傳遞給理糖盤,完成其旋轉(zhuǎn)。由于設(shè)計(jì)要求理糖盤的轉(zhuǎn)速為4.3r/min,切電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏高,這對(duì)傳動(dòng)比得分配提出了比較大得挑戰(zhàn)。該傳動(dòng)裝置的這一特點(diǎn),恰好將這一挑戰(zhàn)迎刃而解,蝸輪蝸桿減速器的應(yīng)用,最大程度上增加了傳動(dòng)比,而將這兩者減速器復(fù)合于一體,也在最大程度上節(jié)省了空間和設(shè)計(jì)難度,同時(shí)也在一定程度上節(jié)約了加工成本,減少了加工難度,這一點(diǎn)也是與以前類似減速器設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新。該減速器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是承載能力強(qiáng),抗沖擊能力大,工作穩(wěn)定,但是這一優(yōu)點(diǎn)也帶來(lái)了它的一個(gè)缺點(diǎn),那就是整體質(zhì)量偏大,這也在一定程度上提高了安裝的難度。這一問(wèn)題會(huì)在日后加以解決。
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[5] 鄧星鐘主編 機(jī)電傳動(dòng)控制(第四版) 武漢:華中科技大學(xué)出版社,2011
[6] 劉鴻文主編 材料力學(xué)Ⅰ(第四版) 北京:高等教育出版社,2003
[7] 高愿軍 熊衛(wèi)東主編 食品包裝 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005
[8] 郭克希 王建國(guó)主編 機(jī)械制圖 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008
[9] 黃穎為主編 包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007
[10] 成大先主編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(單行本)北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004
[11] 小栗富士雄(日) 小栗達(dá)男(日)主編 陳祝同 劉惠臣譯 機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌手冊(cè)
北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999
[12] 尚久浩主編.自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì).北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,1987
[13] 成鐵明主編 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)(第三版)北京:高等教育出版社,1989
[14] 欠宗澤 羅圣國(guó)主編 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京:高等教育出版社,2006
[15] 王伯平主編 互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)(第三版) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008
[16] Hugh Kerr Thomas Worm Gearing McGraw-Hill Book Company, 1913
[17] John J. Coy, Dennis P. Townsend, Erwin V. Zaretsky Gearing National Aeronautics and Space Administration, Scientific and Technical Information Branch, 1985
致 謝
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,我深深地體會(huì)到“萬(wàn)事開頭難”與“堅(jiān)持不懈”的真諦。每當(dāng)遇到困難,沒(méi)有動(dòng)力的時(shí)候,我不止一次地感覺到,只要能夠開個(gè)頭,只要能夠堅(jiān)持著一步一步向前走去,哪怕再困難的問(wèn)題都會(huì)迎刃而解。在本次設(shè)計(jì)中,我的指導(dǎo)教師,牛博英老師給予了我極大的幫助,不僅幫我解決了問(wèn)題,也開拓了我的設(shè)計(jì)思路,再次對(duì)您致以深深的謝意。
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