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畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )
自動(dòng)穿串機(jī)
AUTOMATICWEAR STRING MACHINE
學(xué)生姓名
學(xué)院名稱
專業(yè)名稱
指導(dǎo)教師
機(jī)電工程學(xué)院
機(jī)械制造及其自動(dòng)化
自動(dòng)穿串機(jī)適用于新型食品加工行業(yè)。目的是研制一種自動(dòng)穿插機(jī)構(gòu)，能夠代替手工
勞動(dòng)， 提高工作效率， 降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 本文針對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)， 進(jìn)給機(jī)構(gòu)及自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
并對(duì)所用的齒輪傳動(dòng)和軸進(jìn)行計(jì)算。本產(chǎn)品采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，通過各系統(tǒng)的相互協(xié)作，實(shí)
現(xiàn)穿插動(dòng)作。本機(jī)構(gòu)是在食品裝料機(jī)械的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。此機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、
成本低的優(yōu)點(diǎn)。
設(shè)計(jì)要求完成入料、動(dòng)力源的選定、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、落料機(jī)構(gòu)。
入料選用排序機(jī)構(gòu)，動(dòng)力源的選定選用電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用 V 帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、
連續(xù)傳送機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用插簽機(jī)構(gòu)、壓盤裝置，落料機(jī)構(gòu)一個(gè)擋棒和盤子。
關(guān)鍵詞自動(dòng)穿插；傳動(dòng)系統(tǒng)；自動(dòng)控制系統(tǒng)
II
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
Abstract
(論文 )
Automatic wear string machine is suitable for new food processing industry. Purpose is to
develop a kind of automatic thrust institution, can replace manual labor, improve work efficiency
and reduce labor intensity. Based on transmission system, lathe and automatic control system
design. And on the gear and axis. This product adopts motor driving through the cooperation and
realizing the system into action. The agency is in charge of food machinery based on the design.
The agency has simple structure, small volume, low cost advantage.
Complete the design requirements of power and selected, transmission system, actuators,
blanking institutions.
The ranking selection, the selected chooses motor, power transmission adopts the V belt
transmission, gear, continuous transmission, actuator adopts inserted sign institutions, pressure
plate blanking institution, a block sticks and plates.
Keywords automatically alternates, Transmission systems, Automatic control system
III
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
目
錄
(論文 )
1 緒論……………………………………………………………………………………………..1
1.1 序言 …………………………………………………...………………………………….1
1.2 自動(dòng)穿串機(jī)的設(shè)計(jì)思路 ……………………………………………………………….1
2 自動(dòng)穿串機(jī)各機(jī)構(gòu)的選擇及設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路………………………………………………......2
2.1 入料機(jī)構(gòu)的選擇及設(shè)計(jì) ……………………………………………………………….2
2.2 振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………2
2.3 穿插機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………….…..5
2.3.1 插簽機(jī)構(gòu) ……………………………………………………………………………..5
2.3.2 壓盤裝置 ……………………………………………………………………………..5
2.4 落料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………...6
3 軸承的選定………………………………………………………………………………..…....7
3.1 概述 ………………………………………………………………………………………7
3.2 滾動(dòng)軸承的主要類型、特點(diǎn)和代號(hào)
…………………………………………………8
3.3 軸承的壽命計(jì)算 …………………………………………………………………….…10
3.3.1 滾動(dòng)軸承的基本額定壽命 ……………………………………………………..…..10
3.3.2 基本額定動(dòng)負(fù)荷………………..………………………………………………..…..10
3.3.3 壽命計(jì)算公式 …………………….………………………………………………....11
3.3.4 額定壽命的修正 ……………..………………………………………………..…..11
3.3.5 滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷 ……………………………………………………..…..11
3.3.6 角接觸軸承的計(jì)算 …………...……………………………………………..…..12
3.3.7 主動(dòng)軸軸承的校核……………………………..………………………………..…..12
3.3.8 從動(dòng)軸軸承的校核………………………..……………………………………..…..13
4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………....14
4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇 ……………………………………………………...…………..……14
4.1.1 帶傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)………………………..…………………………………..…..14
4.1.2 V 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)………………………..………………………………………..…..15
4.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 ………………………………...……………………….....………………18
4.2.1 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)的選擇………………………..……………………………..…..18
4.2.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇………………………..……………………………………..…..18
4.2.3 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速………………………..………………………………………..…..18
4.2.4 電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定………………………..……………………………………..…..18
4.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) …………………………....………………………...…………..……19
I
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
(論文 )
4.3.1 選擇齒輪材料并確定許應(yīng)應(yīng)力………………………..………………………..…..19
4.3.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………..……..……………………..…..19
4.4 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 ……………...………………………...………..………21
4.4.1 總傳動(dòng)比的確定 ………………………..……..…………………………..…..…..21
4.4.2 分配各級(jí)傳動(dòng)比 ………………………..……..………………………..……..…..21
4.4.3 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速 ………………………..……..…………………………………...…..21
4.4.4 計(jì)算各軸的功率 ………………………..……..…………………..…………..…..21
4.4.5 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)矩
………………………..……..……………………..………..…..21
4.4.6 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)匯總表 ………………………..…………………..…..22
4.5 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ……………...…………………………………………...……………..…22
4.5.1 輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………..……..….……………..………..…..22
4.5.2 輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
………………………..…………………..………..…..25
4.6 輸送機(jī)的設(shè)計(jì) ……………...…………………………………………...……………..…26
5 減速器的選擇………………………………………………………………………………....31
5.1 概述 ……………...………………………………………………..…...…………..……31
5.2 減速器的機(jī)構(gòu)和附件的設(shè)計(jì) …………...…………………………...……………..…31
5.3 減速器的潤滑和密封 …………….........……………………………...…………..……32
結(jié)論…………………………………………………………...………………………………....33
致謝………………………………………………………………………………………...…....34
參考文獻(xiàn)………………………………………………………...……………………………....35
附錄……………………………………………………………………………...……………....36
附錄 1 …………….........……………………………...............................…………..……47
II
1.1 序言
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
1 緒論
(論文 )
目前，許多生產(chǎn)食品串類的廠家，穿串的工序都是靠手工來完成的，手工穿串不僅
勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，食品串形狀不規(guī)則，但是由于穿串耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，串類的食品極
其容易變質(zhì)，從而難以達(dá)到食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。因此，傳統(tǒng)的手工操作存在的弊端是本設(shè)計(jì)有
待解決的難題。
有鑒于此，本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)主要目的在于提供一種自動(dòng)完成穿串，減少勞動(dòng)力的投
入，提高生產(chǎn)效率高，可達(dá)到衛(wèi)生質(zhì)量要求的設(shè)備。
在我國的食品機(jī)械行業(yè)中，這類機(jī)械還是新型行業(yè)，主要用于一些小型機(jī)械。
1.2 自動(dòng)穿串機(jī)的設(shè)計(jì)思路
自動(dòng)穿串機(jī)要完成入料、動(dòng)力源的選定、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、落料機(jī)構(gòu)。
入料機(jī)構(gòu)的選擇很重要，它包括入料口和排序機(jī)構(gòu)，排序機(jī)構(gòu)在這里是個(gè)重點(diǎn)，因
為面團(tuán)是有黏性，所以如果選擇以它的自重來排序就不穩(wěn)當(dāng)，要重新選擇排序機(jī)構(gòu)，我
選擇的是振動(dòng)篩，在振動(dòng)篩出料口有一個(gè)類似于齒輪形狀的花盤。
動(dòng)力源是電動(dòng)機(jī)， 自動(dòng)穿串機(jī)雖然不是大型機(jī)器， 但是它對(duì)速度的要求還是很嚴(yán)格的，
在穿串的時(shí)候輸送機(jī)是要停止輸送的，然后進(jìn)行穿串。最后考慮到緩沖加了個(gè)減速器。
傳動(dòng)系統(tǒng)首先是 V 帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、連續(xù)輸送傳動(dòng)。帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)不用多說。
連續(xù)輸送機(jī)構(gòu)采用的是凹槽形狀的輸送鏈。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是插簽機(jī)構(gòu)。插簽機(jī)構(gòu)采用多排。因?yàn)楣ぷ餍枰淮芜_(dá)到 20 串，在插簽
機(jī)構(gòu)的上面有個(gè)壓盤機(jī)構(gòu)，大小和插簽機(jī)構(gòu)差不多大。壓盤裝置的齒和輸送鏈上的齒結(jié)構(gòu)
一樣。面團(tuán)在這兩個(gè)齒的中間。
落料機(jī)構(gòu)為設(shè)置在所述連續(xù)傳送鏈上方的檔棒。在面團(tuán)到達(dá)傳送鏈的末端有個(gè)檔棒擋
住面團(tuán)上的簽，使穿好的面團(tuán)掉落在下面的盤子中。
1
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
(論文 )
2 穿串機(jī)各機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路
2.1 入料機(jī)構(gòu)的選擇及設(shè)計(jì)
入料機(jī)構(gòu)的選擇很重要，它包括入料口和排序機(jī)構(gòu)，排序機(jī)構(gòu)在這里是個(gè)重點(diǎn)，因
為面團(tuán)是有黏性，所以如果選擇以它的自重來排序就不穩(wěn)當(dāng)，要重新選擇排序機(jī)構(gòu)，我
選擇的是振動(dòng)篩，在振動(dòng)篩出料口有一個(gè)類似于齒輪形狀的花盤。
2.2 振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)
2.2.1 振動(dòng)篩的用途
振動(dòng)篩是利用振動(dòng)的大小孔工作面將顆粒大小不同的混合物料按粒度進(jìn)行分級(jí)的機(jī)
械。篩分工作一般適用于尺寸為 1~300 毫米或更細(xì)物料的分級(jí)。當(dāng)用于分級(jí)時(shí)，一層篩面
可以獲得兩種產(chǎn)品；用 n 層篩面分級(jí)，可得到 n+1 種產(chǎn)品。
振動(dòng)篩除了用于分級(jí)之外，還常用于物料的脫水，即除去物料中的水分；脫介，即在
篩機(jī)中用水清洗并回收重要介質(zhì)微粒；振動(dòng)篩也常用于清洗物料表面的污泥。
2.2.2 篩分的方法
目前已在工業(yè)中獲得應(yīng)用的篩分方法，有普通篩分法、薄層篩分法、概率篩分法、等
厚篩分法和概率等厚篩分法等。本設(shè)計(jì)只要介紹普通篩分法。
在工業(yè)部門中長(zhǎng)期沿用的篩分法就是普通篩分法，這是一種中等料層厚度的篩分方
法，在普通振動(dòng)篩和共振篩中進(jìn)行篩分就是利用這種篩分方法。它的特點(diǎn)如下。
（1）料層厚度一般為篩孔尺寸的 3~6 倍。
（2）篩面層數(shù)位 1~2 層。
（3）物料顆粒的透篩是在篩面連續(xù)振動(dòng)的情況下按照篩孔的大小進(jìn)行的。小于篩孔
的物料顆粒在沿篩長(zhǎng)方向運(yùn)動(dòng)的過程中，不斷透過篩孔；而大于篩孔的物料顆粒沿篩面方
向移動(dòng)，最后從篩面上方排出。
2
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圖 1 -1 振動(dòng)篩
(論文 )
（4）在一般情況下，篩孔尺寸與篩下面的最大顆粒尺寸有如下關(guān)系：對(duì)于圓孔，篩
孔尺寸 a 是篩下物做大顆粒尺寸 d 的 1.3~1.4 倍，即 a=1.3~1.4d；對(duì)于方形孔，邊長(zhǎng)
a=1.1~1.13d；對(duì)于長(zhǎng)方形孔，狹長(zhǎng)邊 a=0.7~0.8d。
利用普通篩分方法對(duì)物料進(jìn)行篩分，物料的透篩過程進(jìn)行的比較緩慢，在篩長(zhǎng)一定的
情況下，該種篩分方法的篩分頻率較低。因此近十多年來，不少國家的科技工作者對(duì)物料
篩分過的理論進(jìn)程了許多研究，相繼提出了幾種新的篩分發(fā)發(fā)，這些發(fā)發(fā)對(duì)提高篩分過程
的質(zhì)量和產(chǎn)量都有一定的實(shí)際價(jià)值。
2.2.3 計(jì)算
1.滑行指數(shù)的選擇
選取拋鄭指數(shù) D>1，正向滑行指數(shù) D1≈1。
2.振動(dòng)方向角的計(jì)算當(dāng)摩擦系數(shù)?0=?=0.95 時(shí)，摩擦角μ0=μ=43°44′，計(jì)算出
振動(dòng)反方向角計(jì)算：
C=D9sin(μ0+α0)/Dksin(μ0-μ0)=0.5～0.33
δ=arctg(1-c)?(1+c)?0=19°19′～27°56′
式（2.1）
式（2.2）
當(dāng)取 Dk=2.5 時(shí)，振動(dòng)方向角δ=22°。
3.振幅的計(jì)算
λ=900－〔D9sin(μ0+α0) /π2n2cos(μ0－δ) 〕
=15.36mm
取=15 毫米。
4.精算拋鄭指數(shù)和正向滑行指數(shù)及反向滑行指數(shù)
振動(dòng)強(qiáng)度
3
式（2.3）
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(論文 )
拋鄭指數(shù)
正向滑行指數(shù)
反向滑行指數(shù)
有輕微的反向滑動(dòng)。
K=π2n2λ/900g=1.828
D=Ksinδ/cosα0=0.685<1
DK=Kcos(μ0－δ) /sin(μ0+α0)
=2.46
D9=Kcos(μ0+δ) /sin(μ0－α0)
=1.09>1
式（2.4）
式（2.5）
式（2.6）
式（2.7）
5.計(jì)算滑始角與滑止角，確定滑行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
正向滑始角
φk0=φk=arcsin1/DK0=24°
反向滑始角
Φ90=φ9=arcsin(-1/D90)=246°33′
式（2.8）
式（2.9）
根據(jù)滑始角φk0和φk，查得正向滑止角φ0′=233°，因?yàn)?，φ0′<Φ90，所以長(zhǎng)相滑動(dòng)終了
與反向滑行開始還有一段時(shí)間的間隔。再根據(jù)Φ90和φ9，查得φk′=318°，因?yàn)椋é?′ - 360）
<φk0，所以物料反向終了與正向滑行開始也是不連續(xù)的。因此，物料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)屬于正向
滑行與反向滑行不連續(xù)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
6.滑行平均速度的計(jì)算
根據(jù)正向與反向滑始角φk0、φk及Φ90、φ9，查得速度系數(shù)Ρk0=1.98，ρ90=0.02。
計(jì)算正向滑行平均速度
計(jì)算反向滑行平均速度
合成平均速度
νk=ωλcosδ(1＋tgμtgδ) Ρk0/2π
=0.2095m/s
ν9= - ωλcosδ(1－tgμtgδ) ρ90/2π
= - 0.00008m/s
νk9=ν9＋νk=0.2094m/s
式（2.10）
式（2.11）
式（2.12）
實(shí)際平均速度：當(dāng)取 Ck=0.9 時(shí)，其值為
ν′= Ckνk9=0.1884m/s
式（2.13）
振動(dòng)輸送機(jī)的生產(chǎn)率：當(dāng)取 B=0.4 米，h=0.1 米，γ =1.6 噸/米 3 時(shí)，其值為
Q= 3600Bhν′γ=3600×0.1×0.4×0.188×1.6
=43.4073 噸/小時(shí)
4
式（2.14）
2.3 穿插機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.3.1 插簽機(jī)構(gòu)
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(論文 )
竹簽、木簽或者是金屬簽放置于簽斗中，在重力的作用下，部分簽會(huì)自動(dòng)落入壓板上
的落簽孔中，壓板與導(dǎo)板和簽斗之間是活動(dòng)連接，即壓板可以在導(dǎo)板上面沿導(dǎo)向槽垂直方
向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)落簽孔與導(dǎo)向槽相對(duì)應(yīng)時(shí)，就會(huì)有簽落入到導(dǎo)向槽中，當(dāng)落簽孔與導(dǎo)向
槽相錯(cuò)開時(shí)，壓板就會(huì)將簽封住，限制簽的上下移動(dòng)，這時(shí)推簽桿就可將簽推出，插入到
前道工序已經(jīng)填滿定量面團(tuán)盤子中，將面團(tuán)穿成串。本設(shè)計(jì)的推簽桿、壓板的移動(dòng)用氣缸
來帶動(dòng)。本設(shè)計(jì)的裝置可以最大限度地避免在導(dǎo)向槽中卡簽、簽不能正常落入導(dǎo)向槽中等
影響插簽現(xiàn)象的發(fā)生，一旦發(fā)生卡簽現(xiàn)象，控制器會(huì)驅(qū)動(dòng)壓板連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生振動(dòng)效
果。本設(shè)計(jì)是自動(dòng)穿串機(jī)的主要組成部分，其中導(dǎo)板和簽斗固定安裝在自動(dòng)穿串機(jī)的機(jī)架
上，壓板由自動(dòng)穿串機(jī)的驅(qū)動(dòng)、控制系統(tǒng)控制。本設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活可靠，工
作效率高，可以保證食品的衛(wèi)生質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。
2.3.2 下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
面團(tuán)自動(dòng)插簽機(jī)構(gòu)的組成包括簽斗，在簽斗下設(shè)置壓板，在壓板下設(shè)置導(dǎo)板，導(dǎo)板上
開有一排導(dǎo)向槽，壓板上開有一排數(shù)量和間距與導(dǎo)向槽的間距和數(shù)量相等的落簽孔，壓板
與導(dǎo)板和簽斗之間活動(dòng)連接，導(dǎo)板的一端為出簽孔、另一端設(shè)置推簽桿。出簽孔處設(shè)置導(dǎo)
向頭，導(dǎo)向槽和落簽孔等間距分布，導(dǎo)向槽的底部呈 “U”形，導(dǎo)向槽與落簽孔的數(shù)量設(shè)
置在 20 個(gè)。
圖 2-1 插簽機(jī)構(gòu) 1
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(論文 )
2.3.3 壓盤裝置
圖 2-2 插簽機(jī)構(gòu) 2
圖 2-3 插簽機(jī)構(gòu) 3
壓盤裝置設(shè)有一往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸，氣缸的活塞桿上連接一個(gè)與輸送鏈上的齒形一樣的
壓盤形狀相吻合的壓板，通過氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，壓板固緊或松開壓盤。
2.4 落料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
落料機(jī)構(gòu)為設(shè)置在所述連續(xù)傳送鏈上方的檔棒。在面團(tuán)到達(dá)傳送鏈的末端有個(gè)檔棒擋
住面團(tuán)上的簽，使穿好的面團(tuán)掉落在下面的盤子中。
6
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(論文 )
3.1 概述
3 軸承的選定
軸承是支撐軸頸的部件，有時(shí)也用來支撐軸上的回轉(zhuǎn)零件。按照承受載荷的方向，軸
承可分為徑向軸承和推力軸承兩類。根據(jù)軸承工作的摩擦性質(zhì)，又可分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)
軸承兩類。
1）
2）
3）
4）
5）
6）
7）
滾動(dòng)軸承在一般工作條件下， 摩擦阻力矩大體和液體動(dòng)力潤滑軸承相當(dāng)， 比混
合潤滑軸承要小很多倍。 滾動(dòng)軸承效率 （0.98~0.99） 比液體動(dòng)力潤滑軸 （0.995）
略低， 但較混合潤滑軸承 （0.95） 要高一些。 采用滾動(dòng)軸承的機(jī)器起動(dòng)力矩小，
有利于在負(fù)載下起動(dòng)。
滾動(dòng)軸承的徑向游隙比較小， 向心角接觸軸承可用預(yù)緊方法消除游隙， 運(yùn)載精
度高。
大多數(shù)滾動(dòng)軸承能同時(shí)受徑向和軸向載荷，故軸承組合結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。
對(duì)于同尺寸的軸頸， 滾動(dòng)軸承的寬度比滑動(dòng)軸承小， 可使機(jī)器的軸向結(jié)構(gòu)經(jīng)湊。
滾動(dòng)軸承消耗潤滑劑少，便于密封，易于維護(hù)。
滾動(dòng)軸承不需要用有色金屬。
滾動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)化程度高，成批生產(chǎn)，成本較低。
自動(dòng)穿串機(jī)選用的軸承是根據(jù)摩擦性質(zhì)來的，由于自動(dòng)穿串機(jī)的工作效率比較大，且
使用較頻繁，故選用滾動(dòng)軸承。
3.1.1 滾動(dòng)軸承
1） 滾動(dòng)軸承由軸承廠專業(yè)大批生產(chǎn)，使用者只需根據(jù)具體工作條件合理選用軸
承的類型和尺寸，驗(yàn)算軸承的承載能力，以及進(jìn)行軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（軸承的定位、
裝拆、調(diào)整、潤滑、密封等問題） 。
2） 滾動(dòng)軸承依靠元件間的滾動(dòng)接觸來承受載荷，與滑動(dòng)軸承相比:滾動(dòng)軸承具有
摩擦阻力小、效率高、起動(dòng)容易、安裝與維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是耐沖擊性能較差、
高速重載時(shí)壽命低、噪聲和振動(dòng)較大。
3） 滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)：內(nèi)圈 1、外圈 2、滾動(dòng)體 3 和保持架 4 等四部分組成。
常用的滾動(dòng)體有球、圓柱滾子、滾針、圓錐滾子、球面滾子和非對(duì)稱球面滾子等幾種。
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(論文 )
圖 3-1 滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)
4）軸承的內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體，一般是用軸承鋼（如 GCr15、GCr15SiMn）制造，
熱處理后硬度應(yīng)達(dá)到 61～65HRC。
5） 保持架有沖壓的和實(shí)體的兩種結(jié)構(gòu)。沖壓保持架一般用低碳鋼板沖壓制成，
它與滾動(dòng)體間有較大間隙，工作時(shí)噪聲大；實(shí)體保持架常用銅合金、鋁合金或酚醛樹
脂等高分子材料制成，有較好的隔離和定心作用。
6） 當(dāng)滾動(dòng)體是圓柱或滾針時(shí)，有時(shí)為了減小軸承的徑向尺寸，可省去內(nèi)圈、外
圈或保持架，這時(shí)的軸頸或軸承座要起到內(nèi)圈或外圈的作用。為滿足使用中的某些需
要，有些軸承附加有特殊結(jié)構(gòu)或元件，如外圈帶止動(dòng)環(huán)、附加防塵蓋等。
3.2 滾動(dòng)軸承的主要類型、特點(diǎn)和代號(hào)、特 和代
3.2.1 滾動(dòng)軸承的類型、性能和特點(diǎn)
按照軸承主要承受的載荷方向，可分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承三大類。
圖 3-2 接觸角
圖 3-3 滾針軸承
用細(xì)長(zhǎng)滾子（滾子直徑≦5mm， 長(zhǎng)度與直徑之比為3～10）作為滾動(dòng)體的向心軸承
稱為滾針軸承；
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(論文 )
滾針軸承的特點(diǎn)是：外徑尺寸小，徑向承載能力大，價(jià)格便宜。常用于徑向尺寸
受限制而載荷又比較大的場(chǎng)合。
3.2.2 滾動(dòng)軸承的類型選擇
3.2.2.1 載荷的大小、方向和性質(zhì)
1）按載荷的大小、性質(zhì)考慮：在外廓尺寸相同的條件下，滾子軸承比球軸承承載能
力大，適用于載荷較大或有沖擊的場(chǎng)合。球軸承適用于載荷較小、振動(dòng)和沖擊較小的場(chǎng)合
2）按載荷方向考慮：當(dāng)承受純徑向載荷時(shí)，通常選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或
滾針軸承； 當(dāng)承受純軸向載荷時(shí)， 選用推力軸承； 當(dāng)承受較大徑向載荷和一定軸向載荷時(shí)，
可選用深溝球軸承、接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；當(dāng)承受較大軸向載荷和
一定徑向載荷時(shí)，可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，或者將向心軸承和
推力軸承進(jìn)行組合，分別承受徑向和軸向載荷。
3.2.2.2 軸承的轉(zhuǎn)速
軸承標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)各種類型、各種規(guī)格尺寸的軸承都規(guī)定了油潤滑及脂潤滑時(shí)的極限轉(zhuǎn)速
值 nlim;
①球軸承比滾子軸承具有較高的極限轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)精度，高速時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用球軸承；
②為減小離心慣性力，高速時(shí)宜選用同一直徑系列中外徑較小的軸承。當(dāng)用一個(gè)外徑
較小的軸承承載能力不能滿足要求時(shí)，可再裝一個(gè)相同的軸承，或者考慮采用寬系列的軸
承。外徑較大的軸承宜用于低速重載場(chǎng)合；
③推力軸承的極限轉(zhuǎn)速都很低，當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高、軸向載荷不十分大時(shí)，可采用角接觸
球軸承或深溝球軸承替代推力軸承；
④保持架的材料和結(jié)構(gòu)對(duì)軸承轉(zhuǎn)速影響很大。實(shí)體保持架比沖壓保持架允許更高的轉(zhuǎn)
速。
3.2.2.3 調(diào)心性能要求
軸承的調(diào)心性能是指軸承適應(yīng)內(nèi)、外圈中心線存在角度偏差的性能。
當(dāng)軸因受力而彎曲或傾斜時(shí)，或由于制造安裝誤差等原因，都會(huì)引起軸承內(nèi)、外圈中
心線的角度偏差，這時(shí)應(yīng)采用有調(diào)心性能的調(diào)心軸承或帶座外球面球軸承。
圓柱滾子軸承和滾針軸承對(duì)軸承的偏斜最為敏感，這類軸承在偏斜狀態(tài)下的承載能力
可能低于球軸承。因此在軸的剛度和軸承座孔的支承剛度較低時(shí)，應(yīng)盡量避免使用這類軸
承。
3.2.2.4 軸承的安裝和拆卸
在軸承座為非剖分式而必須沿軸向安裝和拆卸軸承部件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離
的軸承（如 N0000、NA0000、30000 等） 。
3.2.2.5 經(jīng)濟(jì)性
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(論文 )
球軸承比滾子軸承價(jià)格低；派生型軸承（如帶止動(dòng)槽、密封圈或防塵蓋的軸承等）比
其基本型軸承貴； 同型號(hào)軸承， 精度高一級(jí)價(jià)格將急劇增加。 故在滿足使用功能的前提下，
應(yīng)盡量選用低精度、低價(jià)格的軸承。
選擇軸承類型時(shí)，要全面衡量上述各方面的要求，擬定多種方案，通過比較選出最佳
方案。
圖 3-4 球軸承
3.3 軸承的壽命計(jì)算
3.3.1 滾動(dòng)軸承的基本額定壽命
軸承的壽命：指軸承中任何一個(gè)套圈或滾動(dòng)體材料首次出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕擴(kuò)展之前，一個(gè)
套圈相對(duì)于另一個(gè)套圈的轉(zhuǎn)數(shù)或者在一定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)。
大量試驗(yàn)結(jié)果表明，一批型號(hào)相同的軸承（即結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、熱處理及加工方法
等都相同的軸承） ，即使在完全相同的條件下工作，它們的壽命也是極不相同的，其壽命
差異最大可達(dá)幾十倍。因此，不能以一個(gè)軸承的壽命代表同型號(hào)一批軸承的壽命。
基本額定壽命：是指一組在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的滾動(dòng)軸承，10％的軸承發(fā)生點(diǎn)蝕破壞而
90％的軸承未發(fā)生點(diǎn)蝕破壞前的轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)，以 L10 （單位為
106r）或 Lh（單位為 h）表示。
3.3.2 基本額定動(dòng)負(fù)荷
滾動(dòng)軸承在基本額定壽命等于 106 r 時(shí)所能承受的載荷，稱為基本額定動(dòng)載荷 C。
對(duì)向心軸承， 指的是純徑向載荷， 稱為徑向基本額定動(dòng)載荷， 記為Cr； 對(duì)于推力軸承，
指的是純軸向載荷， 稱為軸向基本額定動(dòng)載荷， 記為Ca； 對(duì)于角接觸球軸承或圓錐滾子軸
承，指的是使套圈間產(chǎn)生純徑向位移的載荷的徑向分量，記為 Cr。
在基本額定動(dòng)載荷作用下，軸承工作壽命為 106r 時(shí)的可靠度為 90％。
不同型號(hào)的軸承有不同的基本額定動(dòng)載荷值 C，它表征了具體型號(hào)軸承的承載能力。
軸承的基本額定動(dòng)載荷是在常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下——軸承正確安裝、無外來物侵入、充分
潤滑、按常規(guī)加載、工作溫度不過高或過低、運(yùn)轉(zhuǎn)速度不特別高或特別低，以及失效率為
10
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10％、基本額定壽命為 106 r 時(shí)給出的。
3.3.3 壽命計(jì)算公式
(論文 )
PεL10=Cε×1=常數(shù)
L10=〔?tC/?p〕ε
L10h=106/60n〔?tC/?p〕ε
3.3.4 額定壽命的修正
Lnm=a1axyzL10
Lnmh=a1axyzL10h
a1 ——考慮可靠度不等于 90％時(shí)軸承額定壽命的修正因數(shù)，
式（3.1）
式（3.2）
式（3.3）
axyz ——考慮其他因素，如材料、潤滑、環(huán)境、套圈中的內(nèi)應(yīng)力、安裝、載荷及軸承
類型等影響軸承額定壽命的修正因數(shù)。
表 3-1 載荷因數(shù)?p
載荷性質(zhì)
平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕微沖擊
?p
1.0～1.2
舉例
電機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵等
中等沖擊
1.2～1.8 車輛、動(dòng)力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、冶煉機(jī)械、選礦機(jī)
強(qiáng)大沖擊
軸承工作溫度 C ≦125
1.8～3.0
125
械、卷場(chǎng)機(jī)、機(jī)床等
破碎機(jī)、軋輥機(jī)、振動(dòng)機(jī)等
表 3-2 溫度因數(shù)?t
150 175 200 225 250
300 350
溫度因數(shù)?t
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80
0.75
0.70
0.6
0.5
3.3.5 滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷
當(dāng)軸承既承受徑向載荷又承受軸向載荷時(shí)，為能應(yīng)用額定動(dòng)載荷值進(jìn)行軸承的壽命計(jì)
算，就必須把實(shí)際載荷轉(zhuǎn)換為與基本額定動(dòng)負(fù)荷的載荷條件相一致的當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷。
當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷是一個(gè)假想的載荷，在它的作用下，滾動(dòng)軸承具有與實(shí)際載荷作用時(shí)相同
的壽命。
l） 對(duì)只能承受徑向載荷Fr 的向心軸承 （α＝0o 的向心滾子軸承， 如N0000 型、 NA0000
型）
P＝Fr
11
式（3.4）
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(論文 )
2）對(duì)只能承受軸向載荷 Fa 的推力軸承（α＝90o 的推力球軸承和推力滾子軸承，如
50000 型、80000 型）
P＝Fa
式（3.5）
3）對(duì)以承受徑向載荷 Fr 為主又能承受軸向載荷 Fa 的角接觸向心軸承（包括角接觸
球軸承、 深溝球軸承及 α≠0o 的向心推力滾子軸承， 如30000 型、 70000 型、 60000 型及10000
型、20000 型）
P＝Pr＝XFr＋YFa
式（3.6）
4） 對(duì)以承受軸向載荷Fa 為主又能承受徑向載荷 Fr 的角接觸推力軸承 （α≠90o 的推
力滾子軸承）
P＝Pa＝XFr＋YFa
3.3.6 角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的徑向載荷與軸向載荷計(jì)算
1. 角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的派生軸向力
2. 角接觸球軸承或圓錐滾子軸承的軸向載荷計(jì)算
3-5 角接觸球軸承
3.3.7 主動(dòng)軸軸承的校核
根據(jù)已知條件，軸承預(yù)計(jì)壽命 16×365×10=58400 小時(shí)。
（1）計(jì)算當(dāng)量載荷 P1、P2
由課本 P280 表 16-11 查得，
X=1，Y=0，?p=1.5
12
式（3.7）
兩軸承徑向反力：
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(論文 )
初選兩軸承為角接觸球軸承。
根據(jù)課本 P279（16-4）式得
Fr1=Fr2=674.3N
(2)軸承壽命計(jì)算
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×674.3+0)=1011.45N
P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×674.3+0)= 1011.45N
∵P1=P2故取 P=1011.45N
∵角接觸球軸承ε=3
查設(shè)計(jì)手冊(cè)得： 7209C 角接觸球軸承型額定靜載荷
Cor
，基本當(dāng)量動(dòng)載荷
C=38.5KNr
，根據(jù)課本 P279 表 16-8 得：ft=1。由課本 P278（16-3）式得
L=16670/n(ftCr/P)ε=16670/433×(1×38500/1011.45)3
=2123228h>58400h
∴預(yù)期壽命足夠
3.3.8 從動(dòng)軸軸承的校核
（1）計(jì)算當(dāng)量載荷 P1、P2
由機(jī)械設(shè)計(jì)課本 P280 表 16-11 查得
X=1，Y=0， ?p=1.5
兩軸承徑向反力：
Fr1=Fr2=1761.6N
初選兩軸承為角接觸球軸承。
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課本 P279（16-4）式得
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1761.6+0)=2642.4N
P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×1761.6+0)= 2642.4N
(2)軸承壽命計(jì)算
∵P1=P2故取 P=2642.4N
∵角接觸球軸承ε=3
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：7213C 角接觸球軸承型額定靜載荷 Cor
，基本當(dāng)量動(dòng)載荷
C=69.8KNr
，根據(jù)課本 P279 表 16-8 得：ft=1。由課本 P278（16-3）式得
L=16670/n(ftCr/P)ε=16670/72.15×(1×69800/2642.4)3
=4258629h>58400h
∴預(yù)期壽命足夠
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4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇
4.1.1 帶傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)
4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
帶傳動(dòng)由主動(dòng)帶輪 1、 從動(dòng)帶輪2 和撓性帶 3 組成， 借助帶與帶輪之間的摩擦或嚙合，
將主動(dòng)輪 1 的運(yùn)動(dòng)傳給從動(dòng)輪 2，如圖 4-1 所示。
圖 4-1 帶傳動(dòng)示意圖
一、帶傳動(dòng)的類型
根據(jù)工作原理不同，帶傳動(dòng)可分為摩擦帶傳動(dòng)和嚙合帶傳動(dòng)兩類。
1.摩擦帶傳動(dòng)
摩擦帶傳動(dòng)是依靠帶與帶輪之間的摩擦力傳遞運(yùn)動(dòng)的。按帶的橫截面形狀不同可分為
四種類型，如圖 4-2 所示。
a)
b)
圖 4-2 帶傳動(dòng)的類型
c)
d)
(1)平帶傳動(dòng)。平帶的橫截面為扁平矩形（圖a） ，內(nèi)表面與輪緣接觸為工作面。常用的
平帶有普通平帶(膠帆布帶)、皮革平帶和棉布帶等，在高速傳動(dòng)中常使用麻織帶和絲織帶。
其中以普通平帶應(yīng)用最廣。平帶可適用于平行軸交叉?zhèn)鲃?dòng)和交錯(cuò)軸的半交叉?zhèn)鲃?dòng)。
(2)V 帶傳動(dòng)。V 帶的橫截面為梯形，兩側(cè)面為工作面（圖 b） ，工作時(shí)V 帶與帶輪槽
兩側(cè)面接觸，在同樣壓力 FQ 的作用下，V 帶傳動(dòng)的摩擦力約為平帶傳動(dòng)的三倍，故能傳
遞較大的載荷。
(3)多楔帶傳動(dòng)。多楔帶是若干 V 帶的組合(圖 c),可避免多根 V 帶長(zhǎng)度不等,傳力不均
的缺點(diǎn)。
(4)圓形帶傳動(dòng)。橫截面為圓形(圖 d), 常用皮革或棉繩制成, 只用于小功率傳動(dòng)。
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2.嚙合帶傳動(dòng)
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嚙合帶傳動(dòng)依靠帶輪上的齒與帶上的齒或孔嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)。嚙合帶傳動(dòng)有兩種類型，
如圖 4-3 所示。
a)同步齒形帶傳動(dòng)
圖 4-3 嚙合帶傳動(dòng)
b)齒孔帶傳動(dòng)
(1)同步帶傳動(dòng)。利用帶的齒與帶輪上的齒相嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，帶與帶輪間為嚙
合傳動(dòng)沒有相對(duì)滑動(dòng)，可保持主、從動(dòng)輪線速度同步（圖 a） 。
(2)齒孔帶傳動(dòng)。帶上的孔與輪上的齒相嚙合，同樣可避免帶與帶輪之間的相對(duì)滑動(dòng)，
使主、從動(dòng)輪保持同步運(yùn)動(dòng)（圖 b） 。
二、帶傳動(dòng)的特點(diǎn)
摩擦帶傳動(dòng)具有以下特點(diǎn)：
(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適宜用于兩軸中心距較大的場(chǎng)合。
(2)膠帶富有彈性，能緩沖吸振，傳動(dòng)平穩(wěn)無噪聲。
(3)過載時(shí)可產(chǎn)生打滑、能防止薄弱零件的損壞，起安全保護(hù)作用。但不能保持準(zhǔn)確的
傳動(dòng)比。
(4)傳動(dòng)帶需張緊在帶輪上，對(duì)軸和軸承的壓力較大。
(5)外廓尺寸大,傳動(dòng)效率低(一般 0.94~0.96)。
根據(jù)上述特點(diǎn)，帶傳動(dòng)多用于①中、小功率傳動(dòng)（通常不大于 100KW）；②原動(dòng)機(jī)輸
出軸的第一級(jí)傳動(dòng)（工作速度一般為 5~25m/s）；③傳動(dòng)比要求不十分準(zhǔn)確的機(jī)械。
本設(shè)計(jì)所選擇的是 v 帶傳動(dòng)。
4.1.2V 帶的傳動(dòng)設(shè)計(jì)
一、帶的構(gòu)造和標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn) V 帶都制成無接頭的環(huán)形， 其橫截面由強(qiáng)力層1、 伸張層2、 壓縮層3 和包布層 4
構(gòu)成，如圖 4-4 所示。伸張層和壓縮層均由膠料組成，包布層由膠帆布組成，強(qiáng)力層是承
受載荷的主體，分為簾布結(jié)構(gòu)（由膠簾布組成）和線繩結(jié)構(gòu)（由膠線繩組成）兩種。簾布
結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度高，一般用途的 V 帶多采用這種結(jié)構(gòu)。線繩結(jié)構(gòu)比較柔軟，彎曲疲勞強(qiáng)度較
好，但拉伸強(qiáng)度低，常用于載荷不大，直徑較小的帶輪和轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合。V 帶在規(guī)定張
15
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(論文 )
緊力下彎繞在帶輪上時(shí)外層受拉伸變長(zhǎng)，內(nèi)層受壓縮變短，兩層之間存在一長(zhǎng)度不變的中
性層，沿中性層形成的面稱為節(jié)面，如圖 4-4 所示。節(jié)面的寬度稱為節(jié)寬 bp。節(jié)面的周長(zhǎng)
為帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld。
a)簾布結(jié)構(gòu)
b)線繩結(jié)構(gòu)
圖 4-4 V 帶剖面結(jié)構(gòu)
V 帶和帶輪有兩種尺寸制， 即有效寬度制和基準(zhǔn)寬度制。基準(zhǔn)寬度制是以V 帶的節(jié)寬
為特征參數(shù)的傳動(dòng)體系。普通 V 帶和 SP 型窄 V 帶為基準(zhǔn)寬度制傳動(dòng)用帶。
按 GB/T11544-97 規(guī)定，普通 V 帶分為 Y、
Z、A、B、C、D、E 七種， 截面高度與節(jié)寬的比值為0.7； 窄V 帶分為 SPZ、SPA、SPB、SPC
四種，截面高度與節(jié)寬的比值為 0.9。帶的截面尺寸如表 4-1 所示，基準(zhǔn)長(zhǎng)度系列如表 4-2
所示。窄 V 帶的強(qiáng)力層采用高強(qiáng)度繩芯，能承受較大的預(yù)緊力，且可撓曲次數(shù)增加，當(dāng)帶
高與普通 V 帶相同時(shí)其帶寬較普通 V 帶小約 1/ 3,而承載能力可提高 1.5~2.5 倍。在傳遞相
同功率時(shí)，帶輪寬度和直徑可減小，費(fèi)用比普通 V 帶降低 20~40％，故應(yīng)用日趨廣泛。V
帶的型號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度都?jí)河≡谀z帶的外表面上，以供識(shí)別和選用。例：B2240
GB/T11544-97,表示 B 型 V 帶，帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為 2240mm。
圖 4-5 V 帶的節(jié)面和節(jié)線
二、帶傳動(dòng)的受力分析
帶以一定的預(yù)緊力套在帶輪上。 靜止時(shí)帶輪兩邊的拉力相等， 均為預(yù)緊力F0， 如圖4-6a)
所示。負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于帶與帶輪接觸面摩擦力的作用，帶繞上主動(dòng)輪的一邊被拉
緊，稱為緊邊，緊邊的拉力由 F0增加到 F1；另一邊被放松，稱為松邊，拉力由 F0降
至 F2。如圖 4-6b)所示。
16
b)
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帶傳動(dòng)的受力分析
(論文 )
a)
圖 4-6
緊邊與松邊拉力的差值（F1－F2）為帶傳動(dòng)中起傳遞力矩作用的拉力，稱為有效拉力F
即：
F = F1－F2
式(4.1)
若帶傳遞功率為 P（KW）、帶速為 v（m/s）則：
F=1000P/ν N
式(4.2)
如果近似的認(rèn)為工作前后膠帶總長(zhǎng)不變，則帶的緊邊拉力增量應(yīng)等于松邊拉力的減少
量，即 F1－F0＝F0－F2，即：
由式（4-1） 、 （4-3）得：
三、帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析
F1+ F2= 2F0
F1=F0+F/2
F2=F+F0/2
式(4.3)
式(4.4)
帶在工作過程中主要承受拉應(yīng)力， 離心應(yīng)力和彎曲應(yīng)力三種應(yīng)力。 三種應(yīng)力迭加后，最
大應(yīng)力發(fā)生在緊邊繞入小帶輪處，其值為：
σmax= σ1+ σb1+σc≤ [ ]
式（4.5）
式中：σ1= F1/A 為緊邊拉應(yīng)力(MPa), A 為帶的橫截面積(mm2)；σb1= Eh/dd為帶繞
過小帶輪時(shí)發(fā)生彎曲而產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力, E 為帶的彈性模量(MPa),h 為帶的高度(mm),dd
為帶輪的基準(zhǔn)直徑(mm)；σC=qv/A 為帶繞帶輪作圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心應(yīng)力，q 為每米長(zhǎng)
帶的質(zhì)量（kg/m） ，見表（4-1）。
在帶的高度 h 一定的情況下，dd越小帶的彎曲應(yīng)力就越大，為防止過大的彎曲應(yīng)力對(duì)
各種型號(hào)的 V 帶都規(guī)定了最小帶輪直徑 dmin如表 4-1 所示。
表 4-1 V 帶輪的最小基準(zhǔn)直徑
型 號(hào)
Y
SPZ
Z
SPA
A
SPB
B
SPC
C
D
E
ddmin(mm)
20
50～ 63 75～ 90 125～
140
17
200～
224
355
500
4.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
(論文 )
4.2.1 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)的選擇
因?yàn)楸緜鲃?dòng)的工作狀況是：載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)。所以選用常用的封閉式 Y 系列三相
異步電動(dòng)機(jī)。
4.2.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇
4.2.2.1 傳動(dòng)裝置的總功率
由設(shè)計(jì)手冊(cè)得，
V 型帶傳動(dòng)的效率：0.96
滾動(dòng)軸承（一對(duì)）的效率：0.98
圓柱齒輪（閉式）的效率：0.97
齒輪聯(lián)軸器的效率：0.99
輸送機(jī)卷筒的效率為：0.96
η總=η卷×\u951X軸承2×\u951X齒輪×\u951X聯(lián)軸器×\u951X帶=0.96×0.982×0.97×0.99×0.96=0.85
4.2.2.2 電動(dòng)機(jī)所需的工作功率：
P 工作=FV/η總=3.5×1.7/0.85=7.0（KW）
4.2.3 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
計(jì)算卷筒的工作轉(zhuǎn)速：
= ×
× × =
n
60××=D1000/(3.14450)72.15r/min
筒
按手冊(cè)推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取圓柱齒輪傳動(dòng)一級(jí)減速器傳動(dòng)比范圍 I1=3~6。
取 V 帶傳動(dòng)比 I2=2~4， 則總傳動(dòng)比理時(shí)范圍為I 總=6~24。 故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：
n 筒=（6~24）×72.15=432.9~1731.6r/min
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有 750、1000、和 1500r/min。
根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊(cè)查出有三種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)：因此有三種傳動(dòng)比
方案：通過綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，
可見第 2 方案比較適合，則選 n=1000r/min 。
4.2.4 電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定
根據(jù)以上選用的電動(dòng)機(jī)類型，及所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為
Y160M-6。其主要性能：額定功率：7.5KW，滿載轉(zhuǎn)速 970r/min，額定轉(zhuǎn)矩 2.0。
4.3 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
4.3.1 選擇齒輪材料并確定許應(yīng)應(yīng)力
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(論文 )
考慮到減速器傳遞功率不大及其工作條件，所以齒輪采用軟齒面。小齒輪選用 40Cr，
調(diào)質(zhì)；大齒輪選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)。其主要參數(shù)如表 4-2。根據(jù)課本 P168 表 4-2 選 8 級(jí)精度。
圓周速度V ≤ 6m / s 。
表 4-2 齒輪材料及其力學(xué)性能
材料
熱處理
接觸疲勞極限
彎曲疲勞極限
牌號(hào)
40Cr
45
方式
調(diào)質(zhì)
調(diào)質(zhì)
硬度
217～286HBS
197～286HBS
σHlim/MPa
650～750
550～620
σFE/ MPa
560～620
410～480
取表中所示范圍的中間值，得
σHlim1=700MPa ， σHlim2=580MPa
σFE1=590MPa ，
σFE1=450MPa
根據(jù)課本 P171 表 11-5 取
= S
S
=
。許用接觸應(yīng)力為：
=
[σH1]
=
F
σ
H 1.0,
Hlim1700
700MPa，H2σ]=
SH1.0
=
σ
H lim2580580MPa
SH1.0
許用彎曲應(yīng)力為：
= [σ=F1]=
σ
FE1590472MPa ， [σ=F2]=
σ
FE2450360MPa
SF
1.25
SF
1.25
4.3.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)準(zhǔn)則，應(yīng)首先按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，
然后再按軟齒面彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算公式進(jìn)行驗(yàn)算。
根據(jù)課本 P171，可知設(shè)計(jì)計(jì)算公式為：
2
2KT u1+1 ?HE
σ
d
1
≥ 3
φ
??
u
?
[ ]
mm
4.3.2.1 確定計(jì)算參數(shù)
計(jì)算小齒輪上的名義轉(zhuǎn)矩：
H
6
?
d
?
?
T=9.5517.0/433=154388.0N