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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 45 頁(yè) 共 45 頁(yè)
1．緒論
1.1固體粒子混合
1.1.1 固體粒子
固體混合是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一種重要的單元操作，它廣泛用于化工、醫(yī)藥、食品、飼料、塑料和建材等部門[1]。
固體混合設(shè)備中所述及的固體是指粉粒體，而粉粒體可再細(xì)分為兩種，一種是粒體（粒料），另一種是粉體。兩者的區(qū)別如圖1-1所示。
圖1-1 各種固體粒子的粒徑范圍和測(cè)量方法
兩者的粒徑約為50為界，粒料上限為數(shù)毫米，而粒料與粉體的更本質(zhì)的區(qū)別在于兩種固體顆粒的力學(xué)行為的區(qū)別。粒料的力學(xué)行為主要受重力所控制。當(dāng)粒子的粒徑不斷減小，則粒子之間的附著力所引起的作用逐漸增大，當(dāng)粒徑小至數(shù)十微米時(shí)，附著力與重力平衡。粒徑進(jìn)一步減小，附著力急劇增加，當(dāng)粒徑小至數(shù)微米時(shí)，重力的作用小到可以忽略，由附著力的作用會(huì)形成凝集體，即發(fā)生所謂逆粉碎現(xiàn)象，粒徑大小對(duì)混合物性能的影響主要是通過(guò)兩相的界面起作用的，過(guò)小的粒子（如在3以下）對(duì)混合物的力學(xué)性能不一定有好處。
1.1.2 固體混合
固體混合是指兩種或兩種以上不同性質(zhì)的粉粒體，在干燥狀態(tài)或加入少量液體的狀態(tài)下，在外力作用下進(jìn)行攪混，使之逐步達(dá)到均一分布的操作，是不均勻度不斷減小的一種隨機(jī)過(guò)程。其混合狀態(tài)如圖1-2。
（a）原狀態(tài) （b）理想完全狀態(tài) （C）隨機(jī)完全狀態(tài)
圖1-2 混合狀態(tài)
黑白格子各表示一種物料。圖中的理想完全混合狀態(tài)是難以達(dá)到的，實(shí)際混合過(guò)程總是無(wú)序、不規(guī)則排列，它所能達(dá)到的最佳程度稱為隨機(jī)完全混合。
1.1.3 固體混合的影響因素
與液體攪拌相比，固體混合不具有自身擴(kuò)散的性質(zhì)，因而必須施加外力才能強(qiáng)制流動(dòng)。影響混合的因素，除混合設(shè)備和操作條件外，固體粉粒體的性質(zhì)，包括粒子的粒度與粒度分布、粒子形狀、表現(xiàn)密度、表面性質(zhì)、靜電荷、水分含量、休止角、流動(dòng)性、凝聚性，對(duì)混合過(guò)程的影響極大，如圖1-3所示。圖中M為混合度，t為混合時(shí)間。圖（a）所示的曲線為一條典型的正常曲線。在混合的初始階段?；旌隙萂增加甚快。呈直線上升，到后階段，混合度的增加程度逐漸變得平緩，從圖（b）可看出，因粉粒體的粒度差大，在混合過(guò)程中，混合程度不穩(wěn)定，曲線經(jīng)過(guò)一個(gè)峰值后反而下降了?；旌虾箅A段，曲線下降的趨勢(shì)逐漸趨于平坦，這與混合過(guò)程中，大顆粒較容易分離，而且小顆粒物料又較容易沉積在設(shè)備的下部有關(guān)。圖（c）因粉粒體的密度差大，混合初期，混合度呈無(wú)規(guī)則曲線狀上升，過(guò)了峰值反而逐漸下降。此曲線后階段的走勢(shì)與圖（b）曲線有些類似，也是由物性差異較大所造成的。圖（d）因混合過(guò)程中產(chǎn)生靜電作用，混合的初始階段，混合度上升的規(guī)律性很差，呈反復(fù)的波動(dòng)狀，到后階段才穩(wěn)定定下來(lái)，呈曲線狀緩慢上升。
(a)物性差小，混合良好 (b)粒度差大，混合不良
(c)密度差大，混合不良 (d)混合過(guò)程中發(fā)生靜電的再混合
圖1-3 物性對(duì)混合過(guò)程的影響
1.2 混合設(shè)備的分類
固體混合設(shè)備可按不同的方法分類：
l 按對(duì)粉粒體作用力的方式分為容器回轉(zhuǎn)型、容器固定型（包括機(jī)械攪拌式、氣流攪拌式、流體切割式）和復(fù)合型混合設(shè)備；
l 按操作方式分為間歇式和連續(xù)式；
l 按運(yùn)動(dòng)部件回轉(zhuǎn)速度分為高速型和低速型。
列出的各種混合設(shè)備的特性和適用范圍，歸納起來(lái)可分為以下幾大類。
1.2.1 容器回轉(zhuǎn)型混合設(shè)備
① 適用于物性差異小、流動(dòng)性好的物料的混合，可以獲得較高的混合精度；但對(duì)粒徑比等物性差異大、流動(dòng)性差的物料，采用該種型式大多數(shù)情況下不能得到良好的效果。
② 裝料系數(shù)低，一般為0.3～0.4。
③ 最佳回轉(zhuǎn)速度，即處于最佳混合狀態(tài)的速度一般為臨界速度為50%～80%；也可以用費(fèi)勞德數(shù)是離心力與重力之比。當(dāng)裝料系數(shù)為0.3時(shí)，不同種類混合設(shè)備的值分別為：V型0.3～0.4，雙重圓錐0.55～0.65，滾筒0.7～0.8，正立方體0.5。
圖1-4 容器回轉(zhuǎn)型混合設(shè)備
④ 設(shè)備容易清洗，適合于多品種小批量生產(chǎn)。
⑤ 回轉(zhuǎn)速度慢、適合于易磨損物料的混合。
⑥ 容器回轉(zhuǎn)空間大，但伴隨回轉(zhuǎn)容易引起負(fù)荷變動(dòng)，因而需要設(shè)置 安全柵和牢固的基礎(chǔ)。
⑦ 進(jìn)出口的定位較困難。
1.2.2 容器固定型混合設(shè)備
① 機(jī)種多，不僅可滿足各種物性粉粒體的混合，也可用于粉粒體中添加液體的混合。
② 因容器是固定的，混合設(shè)備與粉粒體進(jìn)出料裝置容易連接。
③ 裝料系數(shù)大，一般0.5～0.6。
④ 設(shè)備清洗困難，適合于少品種大批量生產(chǎn)。
⑤ 存在攪拌槳葉磨損和軸封部件粉塵等問(wèn)題。
1.2.3.復(fù)合型混合設(shè)備
這類混合設(shè)備是在容器回轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)上，在容器內(nèi)部增設(shè)了攪拌物料用的葉片，以增強(qiáng)物料的混合和分散作用，從而提高混合效果。如在常用的滾筒、V型、雙重圓錐型等混合設(shè)備中，分別設(shè)置了特定的葉片，便構(gòu)成了復(fù)合型混合設(shè)備。
復(fù)合型混合設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)：
①適合粒徑比等物性差異較大，流動(dòng)性較差的物料，也適合于需添 加液體的混合。
② 裝料系數(shù)中等，一般為0.4～0.5。
③ 混合時(shí)間較短，生產(chǎn)效率高，混合精度較高。
④ 因?yàn)橛行D(zhuǎn)葉輪工作，故清洗衣較容易。
⑤ 容易造成物料的粉碎和磨損。
⑥ 該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)熱較大，不適合受熱分解和熱敏性物料。
⑦ 存在攪拌葉片的磨損和粉塵進(jìn)入軸封部件處而影響密封等問(wèn)題。
2. 混料機(jī)的組成及各部分功能
2.1 混料機(jī)的組成
本論文對(duì)小型混料機(jī)的設(shè)計(jì)要求是傾斜式滾筒混料機(jī)，目的是進(jìn)行固體粉末的攪拌混合，而不具備液體混合的能力。為了符合設(shè)計(jì)要求，在參閱了相關(guān)資料中涉及的滾筒混料機(jī)的技術(shù)參數(shù)后，將該混料機(jī)的組成分為以下四部分：動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、混合裝置和混料機(jī)機(jī)架這四個(gè)部分。
小型混料機(jī)
電動(dòng)機(jī)
傳動(dòng)裝置
混料滾筒
機(jī)架
減速器
傳動(dòng)齒輪
配換齒輪傳動(dòng)
一號(hào)（左）機(jī)架
二號(hào)（右）機(jī)架
圖2-1 混料機(jī)的組成
混料設(shè)備的攪拌軸通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且由于該混料機(jī)的使用場(chǎng)合是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，電力能源的獲取是最簡(jiǎn)單易得的，故該小型混料機(jī)的動(dòng)力源部分采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)混料機(jī)由靜止起動(dòng)時(shí)，滾筒要克服自身的慣性，還要克服滾筒所推動(dòng)的固體粉末的慣性以及傳動(dòng)裝置等部件的慣性，這時(shí)滾筒與固體粉末的相對(duì)速度最大，滾筒所受阻力的作用面積也是最大，困此此所需的功率值必然較大，該最大功率即為混料機(jī)的啟動(dòng)功率。但試驗(yàn)測(cè)定表明，攪拌即在啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的最高點(diǎn)持續(xù)時(shí)間一般僅為2～3秒，隨后立即大幅度下降至接近正常動(dòng)轉(zhuǎn)電流，說(shuō)明出現(xiàn)最大功率的時(shí)間極短，由于一般電動(dòng)機(jī)都允許有啟動(dòng)過(guò)載量，即允許較大范圍的啟動(dòng)電流。如380V三相交流異步電動(dòng)機(jī)，在5～10秒的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，其啟動(dòng)電流一般允許達(dá)到額定電流的6.5～7倍；且電動(dòng)機(jī)功率越小，則啟動(dòng)電流相對(duì)于額定電流的允許倍數(shù)越大。所以，只要選擇合理的電動(dòng)機(jī)，在啟示錄動(dòng)時(shí)依靠轉(zhuǎn)矩余量來(lái)加速攪拌即滾筒直達(dá)穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速，不會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過(guò)熱或者不能啟動(dòng)的情況。
混料機(jī)的傳動(dòng)裝置包括減速裝置，變速裝置和滾筒驅(qū)動(dòng)裝置。減速裝置即減速器，由于攪拌設(shè)備的轉(zhuǎn)速一般都比較低，因而電動(dòng)機(jī)絕大多數(shù)情況下都是與變速器組合在一起使用的，有時(shí)也采用變頻直接調(diào)速。因此，選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)特別考慮與變速器的匹配問(wèn)題。變速裝置照設(shè)計(jì)要求應(yīng)該能達(dá)到四級(jí)變速的要求，在考慮了小型混料機(jī)的工作特性以及工作場(chǎng)所后，決定采且配換齒輪的變速方式。驅(qū)動(dòng)裝置采用齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)混料滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，鑒于齒輪傳動(dòng)的穩(wěn)定性，決定采用開式齒輪傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)混料滾筒。
混合裝置是一個(gè)直徑300㎜，長(zhǎng)度500㎜，壁厚5㎜的圓柱型滾筒，滾筒的兩端用支撐軸固定在機(jī)架上，混料滾筒的右側(cè)焊接上軸承，該軸承上的齒輪與滾筒驅(qū)動(dòng)裝置的齒輪嚙合，以達(dá)到使?jié)L筒轉(zhuǎn)動(dòng)的目的?；炝蠙C(jī)的機(jī)架分成兩個(gè)部分，兩機(jī)架的立柱結(jié)構(gòu)完全相同，區(qū)別是一側(cè)的機(jī)架底座較大，這部分的底座上要安放電動(dòng)機(jī)，減速器以及傳動(dòng)齒輪箱，且要保證電動(dòng)機(jī)減速器以及傳動(dòng)齒輪箱的中心軸線位于同一水平面上，另一側(cè)的機(jī)架只是負(fù)責(zé)混料滾筒的固定以及整個(gè)混料機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定。機(jī)架的兩個(gè)部分的相對(duì)位置的固定采用連接桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.2 混料機(jī)的各部分功能
該小型攪拌的動(dòng)力裝置部分為電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)為整個(gè)小型混料機(jī)提供動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)的功率經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器傳遞到小型混料機(jī)的傳動(dòng)裝置，經(jīng)過(guò)減速器的減速，將電動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速降低為比較低的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過(guò)配換齒輪副的調(diào)整之后，由傳動(dòng)齒輪最終將功率傳遞到混料滾筒上面，帶動(dòng)混料滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到混合不同粉末的目的。
減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來(lái)以滿足工作需要。減速器的輸入端軸通過(guò)連軸器與電動(dòng)機(jī)的輸出軸相連，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速太高而扭矩較低，不能直接輸出到混料滾筒段齒輪，必須經(jīng)過(guò)減速器的減速，來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增大扭矩。
有級(jí)（或分級(jí)）變速是指在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)若干固定、不連續(xù)的轉(zhuǎn)速（或速度）變化。其優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，采用多軸傳動(dòng)時(shí)變速范圍大，其缺點(diǎn)是不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，不易選擇最佳轉(zhuǎn)速值。該小型混料機(jī)的變速裝置為配換齒輪，變速時(shí)兩齒輪位置互換或另裝一對(duì)齒數(shù)比不同的齒輪，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要操縱機(jī)構(gòu)或者互鎖裝置，軸向尺寸小，但是更換齒輪費(fèi)時(shí)費(fèi)力，懸臂安裝受力條件差。適用于不經(jīng)常變速且要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊的變速機(jī)構(gòu)。
傳動(dòng)齒輪是機(jī)器中應(yīng)用最廣泛的一類傳動(dòng)形式，它的功能是將機(jī)器中的原動(dòng)機(jī)（如電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)）的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力向工作機(jī)（如水泵、抽油泵、鼓風(fēng)機(jī)、起重機(jī)的鋼纜轉(zhuǎn)鼓、汽車的車輪、車床的卡盤）傳遞其所需要的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。而在儀器儀表中齒輪是以傳遞運(yùn)動(dòng)為主。齒輪傳動(dòng)和其他的傳動(dòng)形式相比具有傳動(dòng)功率范圍寬、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、壽命長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。
圖2-2 混料機(jī)裝配示意圖
滾筒式混合設(shè)備的混料裝置為一圓柱型混料滾筒，當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)混料滾筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)。初始位于滾筒底部的物料，由于物料間的黏結(jié)作用以及物料與側(cè)壁間的摩擦力而隨滾筒升起：又由于離心力的作用，物料向滾筒壁面靠近，并且物料之間以及物料與滾桶壁之間的作用力在增大。當(dāng)物料上升到一定高度時(shí)，在重力作用下飛落到底部，如此反復(fù)進(jìn)行循環(huán)混合。
該小型混料機(jī)的機(jī)架分為兩個(gè)部分。在無(wú)齒輪筒蓋一側(cè)的機(jī)架為一號(hào)機(jī)架，在有齒輪筒蓋一側(cè)的為二號(hào)機(jī)架。一號(hào)機(jī)架結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要功能僅為支撐滾筒，保持其穩(wěn)定。二號(hào)機(jī)架結(jié)構(gòu)略為復(fù)雜，除了與一號(hào)機(jī)架相同的結(jié)構(gòu)功能外，還包括一個(gè)底座，用于安放電動(dòng)機(jī)、減速器及傳動(dòng)齒輪箱，并保證這三個(gè)部件的中心高一致。
3 .電動(dòng)機(jī)的選用
原動(dòng)機(jī)的種類一般情況下均選用交流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)為系列化產(chǎn)品。機(jī)械設(shè)計(jì)中僅需根據(jù)工作機(jī)的工作情況，合理選擇電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速，提出具體的電動(dòng)機(jī)型號(hào)[2]。
3.1 電動(dòng)機(jī)選用原則
一、選擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式
如無(wú)特殊的需要，一般選用Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)。經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)動(dòng)的，例如起動(dòng)、提升設(shè)備，要求電動(dòng)機(jī)具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較大的過(guò)載能力，應(yīng)選用冶金及起重用三相異步電動(dòng)機(jī)，常用YZ型或YZR型。電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有防滴式、封閉自扇冷式和防爆式等，可根據(jù)防護(hù)要求選擇。
二、選擇電動(dòng)機(jī)的功率
電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性能都有影響。功率選的過(guò)小不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)因超載而過(guò)早損壞，功率選的過(guò)大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能力又得不到充分發(fā)揮，而且由于電機(jī)經(jīng)常不在滿載下運(yùn)轉(zhuǎn)，其效率和功率因數(shù)都較低而造成能源的浪費(fèi)[3]。
對(duì)于載荷比較穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械，通常只需使電動(dòng)機(jī)的額定功率Ped等于或稍大于所需電動(dòng)機(jī)的工作功率Pd，即Ped≥Pd，而不必校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
所需電動(dòng)機(jī)工作功率為:
Pd= （3-1）
式中 Pw ----------工作機(jī)所需功率，指輸入工作機(jī)軸的功率，KW。
ηα----------由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率。
工作機(jī)所需功率 Pw由工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算求得
Pw= （3-2）
或
Pw= （3-3）
其中： F-------工作機(jī)的阻力，N
V-------工作機(jī)的線速度，m/s
T-------工作機(jī)的阻力矩，N·m
nw----工作機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min
ηw------工作機(jī)效率。
總效率ηα按下式計(jì)算：
ηα=η1·η2·η3。。。。。。ηn （3-4）
其中：η1η2η3。。。。。。ηn分別為傳動(dòng)裝置中每一傳動(dòng)副（齒輪、蝸桿、帶、鏈）每對(duì)軸承或每個(gè)聯(lián)軸器的效率，其數(shù)值可按表3-3-1選取。
計(jì)算總效率時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：
1.所取傳動(dòng)副效率是否已包括其軸承效率，如已包括，則不再計(jì)入軸承效率。
2.同類型的幾對(duì)傳動(dòng)副、軸承或聯(lián)軸器，要分別考慮效率，例如有兩級(jí)齒輪傳動(dòng)副時(shí)，效率為η齒·η齒=η齒2。
3.軸承效率均指一對(duì)軸承而言。
4.蝸桿傳動(dòng)效率與蝸桿頭數(shù)及材料有關(guān)，應(yīng)先初選頭數(shù)，估計(jì)效率，待初步設(shè)計(jì)出蝸桿、蝸輪參數(shù)后，再計(jì)算效率并校核傳動(dòng)效率。
5.當(dāng)資料給出的效率數(shù)值為一范圍時(shí)，一般可取中間值，如工作條件差、加工精度低、潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑或維護(hù)部良時(shí)，則應(yīng)取低值；反之可取高值。
表3-1機(jī)械傳動(dòng)和軸承效率的概率值
三、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇
額定功率相同的同類型電動(dòng)機(jī)，可能有不同的轉(zhuǎn)速。如三相異步電動(dòng)機(jī)就有四種常用的轉(zhuǎn)速，即3000 r/min、1500 r/min、1000 r/min、750 r/min,低轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的極數(shù)多，外廓尺寸及重量都較大，價(jià)格高，但可使傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比及尺寸較小，高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)則相反。因此確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)進(jìn)行分析比較，以確定合理的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。一般來(lái)說(shuō)，如無(wú)特殊要求通常多選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min或1000r/min的電動(dòng)機(jī)。
為使傳動(dòng)裝置社的合理，可以根據(jù)工作機(jī)轉(zhuǎn)速要求和各傳動(dòng)副的合理傳動(dòng)比范圍推算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍，即
nd,=ia·nw=(i1i2……in)nw （3-5）
式中 nd, ―――電動(dòng)機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍r/min
ia ―――傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的合理范圍
i1i2……in―――各級(jí)傳動(dòng)副傳動(dòng)比的合理范圍（見(jiàn)表3-2）
nw―――工作機(jī)轉(zhuǎn)速r/min
表3-2 各類傳動(dòng)傳動(dòng)比的數(shù)值范圍
根據(jù)選定的電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、容量和轉(zhuǎn)速，由標(biāo)準(zhǔn)中查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)、額定功率、滿載轉(zhuǎn)速、外形尺寸、電動(dòng)機(jī)中心高、軸伸尺寸、鍵聯(lián)接尺寸等，并將這些參數(shù)列表備用。
四、傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比確定與分配原則
傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)功率通常按實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)工作效率Pd考慮，而轉(zhuǎn)速則按電動(dòng)機(jī)額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速（滿載轉(zhuǎn)速）計(jì)算。
根據(jù)電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速nm和工作機(jī)轉(zhuǎn)速nw，可得到傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為
= (3-6)
總傳動(dòng)比為各級(jí)傳動(dòng)比i1i2……in的連乘積，即
ia= i1i2……in (3-7)
合理分配總傳動(dòng)比，可使傳動(dòng)裝置得到較小的外廓尺寸或叫較輕的重量，以實(shí)現(xiàn)降低成本和結(jié)構(gòu)緊湊的目的，也可以使轉(zhuǎn)動(dòng)零件獲得較低的園周速度以減少齒輪動(dòng)載和降低傳動(dòng)精度等級(jí)的要求，還可以使齒輪有較好的潤(rùn)滑條件。但這幾方面的要求不可能同時(shí)滿足，因此在分配傳動(dòng)比時(shí)，主要考慮以下幾點(diǎn)。
（1）各級(jí)傳動(dòng)比都在各自的合理范圍內(nèi)，以保證符合各種傳動(dòng)形式的工作特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)緊湊。
（2）分配各傳動(dòng)形式的傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)注意各傳動(dòng)尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)均勻合理。例如，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比過(guò)大，大帶輪半徑大于減速器輸入中心高度（如圖1）而與地基相碰
（3）各傳動(dòng)件彼此不應(yīng)該發(fā)生干涉碰撞現(xiàn)象。例如，在兩級(jí)圓柱齒輪減速器中。若高速級(jí)傳動(dòng)比分配過(guò)大，則可能使高速級(jí)的大齒輪的輪緣與低速級(jí)的大齒輪相碰，如圖3-1和圖3-2所示。
圖3-1 帶輪過(guò)大與地基相碰 圖3-2 高速級(jí)大齒輪與低速軸相碰
（4）為使各級(jí)大齒輪浸油深度合理（低速級(jí)大齒輪浸油稍深），對(duì)各類減速器的傳動(dòng)比分配可參考下列幾點(diǎn)。
a) 展開式二級(jí)圓柱齒輪減速器，考慮潤(rùn)滑條件，應(yīng)使兩個(gè)大齒輪直徑相近，低速級(jí)大齒輪略大些，按ia=（1.3～1.4）i2，對(duì)同軸線式則取i1≈i2=（i為減速器的總傳動(dòng)比）。這些關(guān)系只適應(yīng)于兩級(jí)齒輪的配對(duì)材料相同，齒寬系數(shù)選取同樣數(shù)值的情況。
b) 對(duì)于圓錐-圓柱齒輪減速器，可取圓錐齒輪傳動(dòng)比i1≈0.25i,并使i1≤3，最大允許i1＜4.
c) 蝸桿-齒輪減速器，可取齒輪傳動(dòng)比i2≈(0.03～0.06)i
d) 齒輪-蝸桿減速器，可取齒輪傳動(dòng)比i1≤2～2.5。
應(yīng)該注意，以上傳動(dòng)比的分配只是理論計(jì)算值，是初步的。待各級(jí)傳動(dòng)零件的參數(shù)（如齒輪齒數(shù)、帶輪直徑等）確定后，應(yīng)核算傳動(dòng)裝置的實(shí)際傳動(dòng)比。對(duì)于一般機(jī)械，總傳動(dòng)比的實(shí)際值允許與設(shè)計(jì)要求的理論計(jì)算值有±3%～5%的誤差。
五、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算
為了進(jìn)行傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)將工作要求的功率或轉(zhuǎn)矩推算到各軸上，分別求出個(gè)軸的轉(zhuǎn)速功率和轉(zhuǎn)矩。如將減速器、變速機(jī)構(gòu)的各軸由高速至低速依次定為Ⅰ軸、Ⅱ軸、……并設(shè)
io,i1,…———為相鄰兩軸的傳動(dòng)比；
η01，η12…———為相鄰兩軸間的傳動(dòng)效率；
PⅠ,PⅡ…———為各軸的輸入功率KW；
TⅠ,TⅡ…———為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩N?m
nⅠ,nⅡ…———為各軸的轉(zhuǎn)速r/min;
則可由電動(dòng)機(jī)軸值至工作機(jī)軸方向依次推算，得到各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。
1、 各軸轉(zhuǎn)速
nⅠ= （3-8）
式中 nm————電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速r/min
Io———電動(dòng)機(jī)軸至Ⅰ軸的傳動(dòng)比。
同理
nⅡ==r/min
nⅢ= = r/min （3-9）
其余類推。
2、 各軸功率
PⅠ=Pd KW （3-10）
式中 Pd———電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出功率
———電動(dòng)機(jī)軸與Ⅰ軸間的傳動(dòng)效率
同理
PⅡ=PⅠ=Pd KW （3-11）
其余類推。
3、各軸轉(zhuǎn)矩
TⅠ=Td?io? N ?m （3-12）
其中電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩Td為
Td=9550 （3-13）
所以 TⅠ= Td?io?=9550 io? N·m
TⅡ= TⅠ?i1 ?=9550 io?i1? N·m （3-14）
其余類推。
3.2 電動(dòng)機(jī)選擇計(jì)算
1、確定電動(dòng)機(jī)類型 按工作要求和條件，選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。
2、確定電動(dòng)機(jī)容量 原始數(shù)據(jù)：（1）每次混料合計(jì)重不大于20kg.（2）混料滾筒轉(zhuǎn)速10-60r/min。（3）滾筒（圓柱體)直徑300mm，長(zhǎng)度500mm，壁厚5mm。
計(jì)算出滾筒實(shí)際體積V實(shí)=V外-V內(nèi)=Π（-）?H=3.14×（-）?0.5=2.32×。滾筒的質(zhì)量m=ρ?V實(shí)=7.9××2.32×=18.29(kg)。
圖3-3 混料機(jī)滾筒受力分析
混料重量計(jì)為20kg，則滾筒質(zhì)量（含料）共計(jì)38kg，=380×cos10o=374(N)，
=380×cos80o=66 (N)
查表礦物油潤(rùn)滑金屬表面的摩擦系數(shù)為0.15～0.3，取摩擦系數(shù)0.2，系數(shù)安全取2.5，
則計(jì)算的軸承轉(zhuǎn)動(dòng)需要的牽引力是F=×2.5=4650 N。軸承轉(zhuǎn)速最大為50r/min,則線速度V===0.785m/s
工作機(jī)所需功率Pw,按式計(jì)算：
Pw= （3-15）
工作機(jī)效率=，滾筒效率=0.95，滑動(dòng)軸承效率=0.98，代人上式得：
Pw===3.92kw
電動(dòng)機(jī)所需功率按下式公式計(jì)算
= （3-16）
式中———電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的傳動(dòng)裝置的總效率，由傳動(dòng)裝置圖可知
= （3-17）
由表3-1，取彈性聯(lián)軸器效率=0.994，閉式圓柱齒輪效率=0.97，開式圓柱齒輪效率=0.95， 滾動(dòng)軸承（每對(duì)）效率=0.988
=0.994×0.97×0.95×0.9883=0.91
故 Pd===4.31 KW （3-18）
電動(dòng)機(jī)的額定功率略大于即可。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇電動(dòng)機(jī)額定功率為5.5KW
3.選擇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 滾筒軸工作轉(zhuǎn)速為=50r/min。由表3-2推薦的傳動(dòng)副傳動(dòng)比合理范圍，取一級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)范圍=（3～6），配換齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍=（3～7）
則傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的合理范圍為：
==（3～6）×（3～7）=9～42 （3-19）
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：
==（9～42）×50=450～2100r/min （3-20）
符號(hào)這一范圍的常用同步轉(zhuǎn)速有720、960、1440r/min。
以三種方案作比較，結(jié)果如表3-3
表3-3 電動(dòng)機(jī)型號(hào)參數(shù)比較
方案
電動(dòng)機(jī)
型號(hào)
額定功率（kw）
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
電動(dòng)機(jī)重量（kg）
傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比
同步
滿載
總傳動(dòng)比
開式齒輪傳動(dòng)比
減速器傳動(dòng)比
1
Y160M2-8
5.5
750
720
127
112.8
4.0
28.21
2
Y132M2-6
5.5
980
960
90
70
4.0
17.37
3
Y132S-4
5.5
1500
1440
68
56
4.0
14.0
選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132S-4，
表3-4 Y132S-4電動(dòng)機(jī)參數(shù)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
（KW）
滿載時(shí)
轉(zhuǎn)速（r/min）
電流
效率
功率因數(shù)
Y132S-4
5.5
1440
15.4
87％
0.85
2.2
2.2
4.混料機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
4.1減速器的設(shè)計(jì)
4.1.1確定傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比
傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比
===28.8 （4-1）
分配傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比
= （4-2）
式中 、分別為一級(jí)圓柱齒輪減速器和開式圓柱齒輪的傳動(dòng)比
為使開式圓柱齒輪傳動(dòng)中大齒輪分度圓直徑大于滾筒直徑，以免開式圓柱齒輪傳動(dòng)的小齒輪與滾筒發(fā)生干涉，取=5.0,減速器傳動(dòng)比為==5.76
考慮到四級(jí)變速，變速箱的傳遞比分別是
當(dāng)轉(zhuǎn)速=20min，傳動(dòng)比=5.76，=12.5
當(dāng)轉(zhuǎn)速=30r/min，傳動(dòng)比=5.76，=8.3
當(dāng)轉(zhuǎn)速=40min，傳動(dòng)比=5.76，=6.25
當(dāng)轉(zhuǎn)速=50r/min，傳動(dòng)比=5.76，=5.0
4.1.2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
1. 各軸由高速至低速依次設(shè)為Ⅰ軸、Ⅱ軸、……Ⅴ軸（工作軸），輸出轉(zhuǎn)速是（計(jì)算轉(zhuǎn)速=50r/min）
Ⅰ軸 nⅠ===1440r/min
Ⅱ軸 nⅡ===250r/min
Ⅲ軸 nⅢ===50r/min （4-3）
2、輸出功率
Ⅰ軸 PⅠ===4.31×0.994=4.27 kw
Ⅱ軸 PⅡ===4.27×0.97×0.988=4.09 kw
Ⅲ軸 PⅢ===4.09×0.95×0.988=3.84 kw （4-4）
3、各軸輸出轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩=9550=9550×=28.58 N·m
Ⅰ軸 TⅠ===28.58×0.994×0.97=27.56 N·m
Ⅱ軸 TⅡ==27.56×0.97×0.988×5.76=152.14 N·m
Ⅲ軸 TⅢ==152.14×0.95×0.988×5=714 N·m （4-5）
應(yīng)注意的是：同一根軸上輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩與其輸入功率和轉(zhuǎn)矩不同，一般相差一對(duì)軸承效率。
將上述計(jì)算得到的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)列表如下表：
表4-1 電動(dòng)機(jī)軸及各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
軸號(hào)
功率P(kw)
扭矩T
（N·m）
轉(zhuǎn)速n
(r/min)
傳動(dòng)比
效率
電動(dòng)機(jī)軸
4.31
28.58
1440
1.0
0.994
Ⅰ軸
4.27
27.56
1440
5.76
0.97
Ⅱ軸
4.09
152.14
250
5.0
0.95
Ⅲ軸
3.84
714
50
4.1.3傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算[4]
已知輸入功率Pd=4.31kw（略大于小齒輪的實(shí)際功率），小齒輪的轉(zhuǎn)速為：n1=1440r/min,大齒輪的轉(zhuǎn)速為n2=250r/min，傳動(dòng)比i=5.76,由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作壽命（設(shè)每年工作300天,工作15年），單班制，工作時(shí)有輕微震動(dòng)，在室外工作。
1.選定齒輪的類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
1） 按已知條件，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
2） 減速器的齒輪齒面采用硬齒面齒輪傳動(dòng)，由表9-1取大小齒輪的 材料，選用45Cr，調(diào)質(zhì)后表面淬火，表面硬度HRC48～55。
3） 因表面淬火，齒輪變形小，不需磨削，故選用7級(jí)精度。
4） 選用小齒輪的齒數(shù)=23，則 ==132
2. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即
≥2.32 （4-6）
（1）確定上式中各參數(shù)
1） 試選載荷系數(shù)Kt＝1.3
2） 小齒輪傳遞的扭矩=0.2756×105 N·mm
3） 查表，選齒寬系數(shù)=0.9
4） 查表，得彈性影響系數(shù)=189.8
5） 按齒面硬度中間值HRC52，查得大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為 ==1170MPa
6） 重合度系數(shù)，端面重合度
=[1.88-3.32(+)]cosβ
= [1.88-3.32 (+)]cos0°=1.71
由式得===0.874
7） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N1==60×1440×1×(300×15×8)=3.11×109次
8） N2=3.11×109/3.2=0.97×109次
9） 查圖得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)
10） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：取安全系數(shù)S=1，則
11）
12）
（2）計(jì)算
1）設(shè)計(jì)公式中代入中較小的值，得
≥2.32
=2.32×
=23.53 mm （4-7）
2)計(jì)算小齒輪分度圓圓周速度v
3)計(jì)算齒寬b
b=
4)計(jì)算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
5)計(jì)算載荷系數(shù)
查圖，由v=3.15m/s，7級(jí)精度，得KV=1.17
查表，得,查表，得KA=1, 查表，得KHβ=1.63,
查表，得KFβ=1.53
載荷系數(shù)
6）按實(shí)際載荷系數(shù)修正
7）計(jì)算模數(shù)m
(3).按齒根接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式為 （4-8）
（1）.確定設(shè)計(jì)公式中的參數(shù)
1）查圖，得大、小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為
2）查圖，得彎曲疲勞壽命系數(shù)
3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取安全系數(shù)S=1.4，則
4）計(jì)算載荷系數(shù)K
5）查表，得齒形系數(shù)
6）查表，得應(yīng)力校正系數(shù)
7）計(jì)算重合度系數(shù)
8）計(jì)算大、小齒輪的值
所以小齒輪彎曲強(qiáng)度較弱。
（2）計(jì)算齒輪模數(shù)
設(shè)計(jì)公式中代人的較大值，得
（4-9）
由計(jì)算結(jié)果可看出，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m略小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，但由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，所以，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.72，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1.5mm。因按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=24.09mm，這時(shí)需要修正齒數(shù)[5][6]
，取
則
(4).幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
（4-10）
（2）計(jì)算中心距
（4-11）
（3）計(jì)算齒輪寬度
取b2=22mm,b1=b2+5=27mm （4-12）
(5).驗(yàn)算
＞，合適。（4-13）
4.1.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及校核
已知求得[7]
PⅡ=4.09 kw TⅡ=152.14 N·m nⅡ=250 r/min
d2=mz2=138 mm Ft=2TⅡ/d2=2×152.14/0.138=2204.93 N
Fr=Fttgαn=2204.93×tg20°=802.53 N Fa=0 N
選取軸的材料為45Cr。查表11-3，知A0=100
1．初步確定軸的最小直徑
d≥ （4-14）
2. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）擬定軸上零件的裝配方案
圖4-1 軸上零件的裝配
i. I-II段軸用于安裝軸承30307，故取直徑為35mm。
ii. II-III段軸肩用于固定軸承，查手冊(cè)得到直徑為44m。
iii. III-IV段為大齒輪，外徑52mm。
iv. IV-V段為軸肩，直徑為57mm。
v. V-VI段為軸肩，直徑為50mm。
vi. VI-VIII段安裝套筒和軸承，直徑為38mm、35mm。
2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
I-II段軸承寬度為22.75mm，所以長(zhǎng)度為22.75mm。
II-III段軸肩考慮到齒輪和箱體的間隙12mm，軸承和箱體的間隙4mm，所以長(zhǎng)度為16mm。
III-IV段為大齒輪，長(zhǎng)度為90mm。
IV-V段軸，長(zhǎng)度為20mm。
V-VI段軸為83mm。
VI-VIII長(zhǎng)度為40mm、44mm。
綜上得出軸各段的直徑和長(zhǎng)度。
1-2段：DⅠ-Ⅱ=35mm,LⅠ-Ⅱ=22.75mm 2-3段：DⅡ-Ⅲ=44mm,LⅡ-Ⅲ=16mm
3-4段：DⅢ-Ⅳ=52mm,LⅢ-Ⅳ=90mm 4-5段：DⅣ-Ⅴ=57mm,LⅣ-Ⅴ=20mm
5-6段：DⅤ-Ⅵ=50mm,LⅤ-Ⅵ=83mm 6-7段：DⅥ-Ⅶ=38mm,LⅥ-Ⅶ=40mm
7-8段：DⅦ-Ⅷ=35mm,LⅦ-Ⅷ=44mm
3. 軸上零件的周向定位：齒輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，查手冊(cè)選平鍵b×h=16×10,鍵長(zhǎng)36mm,配合為H7/K6,滾動(dòng)軸承與軸通過(guò)過(guò)渡配合實(shí)現(xiàn)周向定位，軸徑公差為K6。
4． 確定軸上圓角和倒角尺寸，取軸端倒角2×45°
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
L1=80mm, L2=130mm, L3=44mm
作為簡(jiǎn)支梁的軸的支持跨距L1+L2=210mm
截面彎矩最大處是軸的危險(xiǎn)截面[8]。
圖4-2 軸的受力
求軸承支反力及彎矩
水平支反力：水平面內(nèi)軸的受力如圖，由力的平衡條件得
圖4-3 軸承水平支反力
得 （4-15）
垂直支反力：垂直面內(nèi)軸的受力如圖，由力的平衡條件得
圖4-4 軸承垂直支反力
同理得
彎矩：
（4-16）
總彎矩： （4-17）
扭矩： （4-18）
計(jì)算彎矩：
（） （4-19）
抗彎截面系數(shù)： （4-20）
校核軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面強(qiáng)度
（4-21）
軸的材料是45Cr，σB=785MPa,查表知[σ-1]b=70MPa。因此σca＜[σ-1]b，故軸安全。
圖4-5 軸的載荷分布圖
從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面Ⅲ和Ⅳ處過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重，但截面Ⅳ不受扭矩作用，軸徑也大，不必校核。該軸只須校核截面Ⅲ左右兩側(cè)即可[9]。
（1）截面Ⅲ左側(cè)
抗彎截面模量
抗扭截面模量
作用在截面Ⅲ左側(cè)的彎矩M為
（4-22）
作用在截面Ⅲ上的扭矩為
截面Ⅲ左側(cè)的彎曲應(yīng)力
截面Ⅲ左側(cè)的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
查表得
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及查表選取。因
，得
查圖，可得軸的材料的敏感系數(shù)
所以有效應(yīng)力集中系數(shù)
（a）彎曲 (b)扭轉(zhuǎn)
圖4-6 有效應(yīng)力集中系數(shù)
由圖得尺寸系數(shù)
軸按磨削加工，查圖得表面質(zhì)量系數(shù)為
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，，則綜合系數(shù)值為
（4-23）
查表得材料特性系數(shù)
計(jì)算安全系數(shù)
＞S=1.5 （4-24）
所以其安全。
（2）截面Ⅲ右側(cè)
抗彎截面模量
抗扭截面模量
作用在截面Ⅲ右側(cè)的彎矩M為
（4-25）
作用在截面Ⅲ上的扭矩為
截面Ⅲ右側(cè)的彎曲應(yīng)力
截面Ⅲ右側(cè)的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
過(guò)盈配合產(chǎn)生的應(yīng)力集中系數(shù)，查表可得
軸按磨削加工，查圖得表面質(zhì)量系數(shù)為
所以綜合系數(shù)為
軸在截面Ⅲ右側(cè)的安全系數(shù)為
＞S=1.5 （4-26）
該軸在截面Ⅲ右側(cè)強(qiáng)度足夠，故安全。
4.1.5 鍵聯(lián)接的選擇及計(jì)算
由于鍵采用靜聯(lián)接，有輕微沖擊。所以許用擠壓應(yīng)力為，所以上述鍵皆安全。
表4-2 鍵聯(lián)接的選擇
代號(hào)
直徑
（mm）
工作長(zhǎng)度
（mm）
工作高度
（mm）
轉(zhuǎn)矩
（N·m）
極限應(yīng)力
（MPa）
高速軸
6×6×40
20
34
3
27.56
27.94
中間軸
16×10×52
52
50
4
152.14
41.2
低速軸
8×7×28
28
20
35
714
54.99
4.1.6 滾動(dòng)軸承的壽命校核
Ⅰ、Ⅱ、軸均采用30307圓錐滾子軸承,校核計(jì)算：
1） 求合成支反力
（4-27）
2） 軸承的派生軸向力
由軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊(cè)查得30307軸承C=75.2KN，e=0.31,Y=1.9
（4-28）
3） 實(shí)際軸向力
由于，所以軸向力
4） 當(dāng)量動(dòng)載荷
（4-29）
由于是一般載荷，輕微沖擊，取載荷系數(shù)，則當(dāng)量動(dòng)載荷
（4-30）
因，故應(yīng)按計(jì)算軸承壽命。
5） 軸承額定壽命計(jì)算
常溫下工作，溫度系數(shù)得
（4-31）
4.2聯(lián)軸器的選用
減速器通常通過(guò)聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸、工作機(jī)軸相聯(lián)接。聯(lián)軸器的選擇包括聯(lián)軸器類型和尺寸等的合理選擇。
聯(lián)軸器類型應(yīng)根據(jù)工作要求選定，具體原則如下。
（1）聯(lián)接電動(dòng)機(jī)軸與減速器高速軸的聯(lián)軸器，由于軸的轉(zhuǎn)速較高，故一般應(yīng)選用具有緩沖、吸振作用的彈性聯(lián)軸器，如彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器等。
（2）減速器低速軸與工作機(jī)軸聯(lián)接用的聯(lián)軸器，由于轉(zhuǎn)速較低，傳遞的力矩較大，且減速器軸與工作機(jī)軸之間往往有較大的軸線偏移，故常常選用剛性可移式聯(lián)軸器，如滾子鏈聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器等。
（3）對(duì)于中小型減速器，其輸出軸與工作機(jī)軸的軸線偏移不很大時(shí)，也可選用彈性柱銷聯(lián)軸器這類可移式聯(lián)軸器。
（4）所選聯(lián)軸器孔徑的范圍應(yīng)與被連接兩軸的直徑相適應(yīng)。應(yīng)注意減速器高速軸外伸端軸徑與電動(dòng)機(jī)的軸徑不能相差很大，否則難以選擇合適的聯(lián)軸器。電動(dòng)機(jī)選定后，其軸徑是一定的，應(yīng)注意調(diào)整高速軸外伸端的直徑。
由于彈性聯(lián)軸器的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以考慮選用它。
由于裝置用于攪拌粉末，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，所以工作情況系數(shù)為，
計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 （4-32）
所以考慮選用彈性柱銷聯(lián)軸器TL4（GB4323-84），但由于聯(lián)軸器一端與電動(dòng)機(jī)相連，其孔徑受電動(dòng)機(jī)外伸軸徑限制，所以選用TL5（GB4323-84）
其主要參數(shù)如下：
材料HT200
公稱轉(zhuǎn)矩
軸孔直徑，
軸孔長(zhǎng)，
裝配尺寸
半聯(lián)軸器厚 （P521表5-6-4）（GB4323-84）
4.3 變速裝置的設(shè)計(jì)
本課題小型混料機(jī)的設(shè)計(jì)由原動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器的減速再通過(guò)變速將動(dòng)力傳遞給混料滾筒，剛開始打算采用滑移齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)四級(jí)變速的，但考慮到每對(duì)滑移齒輪上的齒輪數(shù)最好不超過(guò)3，否則在滑移時(shí)會(huì)引起滑移齒輪與固定齒輪的齒頂相碰，而設(shè)計(jì)要四級(jí)變速就必須把滑移齒輪塊分成兩組，即用兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪塊，同時(shí)還必須使用兩個(gè)能互鎖的機(jī)構(gòu)操縱，使其不能同時(shí)進(jìn)入嚙合。如果這樣本設(shè)計(jì)的課程工作量就較大，于是放棄采用滑移齒輪的想法，進(jìn)而打算采用塔輪變速傳遞機(jī)構(gòu)，塔輪機(jī)構(gòu)要進(jìn)行皮帶輪的設(shè)計(jì)且要保證兩軸的中心距不變，皮帶較長(zhǎng)，尺寸大，變換時(shí)換移皮帶不夠方便，設(shè)計(jì)的整個(gè)裝置變大，綜合考慮最終選擇配換齒輪來(lái)變速。
這次設(shè)計(jì)小型混料機(jī)，要求混料機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速可調(diào)，轉(zhuǎn)速共分四級(jí)并呈幾何級(jí)數(shù)布置，。由于滾筒的轉(zhuǎn)速限制在10-60r/min,所以轉(zhuǎn)速的選舉被限制在一個(gè)更小的范圍內(nèi)，變速器的輸出轉(zhuǎn)速采用等比數(shù)列排列。
標(biāo)準(zhǔn)公比是等比數(shù)列中任意相鄰的兩轉(zhuǎn)速之比，為一常數(shù)成為轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比，即
式中為最低轉(zhuǎn)速（第1級(jí)轉(zhuǎn)速）、第2級(jí)轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速（第Z級(jí)轉(zhuǎn)速）。
標(biāo)準(zhǔn)公比，即=1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2.00。可根據(jù)變速器的使用要求及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度選取值，通常取=1.26,1.41。實(shí)際上也可使用非標(biāo)準(zhǔn)公比的。
配換齒輪變速機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：變速時(shí)兩齒輪位置互換或另裝一對(duì)不同齒數(shù)比的齒輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，不需要操縱機(jī)構(gòu)或互鎖裝置，軸向尺寸小，但更換齒輪費(fèi)時(shí)費(fèi)力，懸壁安裝時(shí)受力條件差。適合于不經(jīng)常變換且要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊的變速機(jī)構(gòu)中。
本設(shè)計(jì)中配換齒輪的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)非常適合本次小型混料機(jī)的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，所以決定小型混料機(jī)的變速機(jī)構(gòu)采用配換齒輪變速機(jī)構(gòu)，由于轉(zhuǎn)速共分四級(jí)，所以總共需要四對(duì)配換齒輪以達(dá)到四級(jí)變速的目的。
具體的配換齒輪參數(shù)如下
表4-3 配換齒輪數(shù)據(jù)
配換齒輪
齒輪參數(shù)
第一組配換齒輪
第二組配換齒輪
第三組配換齒輪
第四組配換齒輪
Z1（高速級(jí)）
23
62
62
70
Z2（低速級(jí)）
131
96
88
80
M（模數(shù)）
1.5
1.5
1.5
1.5
實(shí)現(xiàn)的滾筒轉(zhuǎn)速
r/min
20
30
40
50
4.4傳動(dòng)齒輪箱的設(shè)計(jì)
箱體采用剖分式，鑄造而成。箱體用來(lái)支持和固定軸系零件，保證傳動(dòng)件嚙合精度，良好潤(rùn)滑及密封。箱體要有足夠的剛度，為了保證箱體的剛度，在軸的兩個(gè)機(jī)架之間增加支撐肋保證箱體在安裝基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性，并盡可能減少箱體底座平面機(jī)械加工面積，箱體底座一般不采用完整的平面。
4.4.1 軸的設(shè)計(jì)
III軸
1． 作用在齒輪上的力
FH1=FH2=4494/2=2247N
Fv1=Fv2=1685/2=842.5N （4-33）
2． 初步確定軸的最小直徑
（4-34）
3． 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1） 軸上零件的裝配方案
圖4-7 軸上零件的裝配
2） 據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
I-II
II-Ⅲ
Ⅲ-Ⅳ
Ⅳ-Ⅴ
Ⅴ-Ⅵ
Ⅵ-Ⅶ
直徑
60
70
75
87
79
70
長(zhǎng)度
105
113.75
83
9
9.5
33.25
求軸上的載荷
Mm=316767N·mm
T=925200N·mm
4. 彎扭校核
（4-35）
4.4.2 齒輪的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)齒輪箱中齒輪的設(shè)計(jì)，是與混料滾筒的筒蓋外齒輪嚙合，從而帶動(dòng)混料滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪的材料采用45鋼，熱處理工藝為調(diào)質(zhì)，齒輪毛坯為鑄造生產(chǎn)，具體參數(shù)如下[10]：
齒數(shù)Z=70，齒輪模數(shù)m=1.5，齒輪沉頭通孔的圓心半徑φ=85mm
齒輪下沉部分的內(nèi)圓直徑d1=50mm
齒輪下沉部分的外圓直徑d2=120mm
齒輪中心孔直徑為d0=30mm
齒輪厚度為t=25mm
圖4-8 齒輪示意圖
通孔上的鍵槽型號(hào)與軸上鍵的型號(hào)相對(duì)應(yīng)，具體尺寸符合GB/T1095-1979
4.4.3 軸承的選用
根據(jù)軸的尺寸，選擇軸承的基本尺寸d=70mm,由于軸承承受的載荷為徑向載荷，受到的軸向載荷較小，所以選用深溝球軸承完全可以滿足使用要求，由于滾動(dòng)軸承的失效形式主要有疲勞點(diǎn)蝕、塑性變形、磨損，經(jīng)過(guò)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，最終決定選用深溝球軸承6214，其計(jì)算所得的滾動(dòng)軸承壽命完全小于軸承的基本額定壽命[12]，其具體尺寸如下表所示：
表4-4 軸承基本數(shù)據(jù)
基本尺寸
安裝尺寸
基本額定載荷
極限轉(zhuǎn)速
動(dòng)載荷
靜載荷
d
D
B
min
max
max
脂潤(rùn)滑
油潤(rùn)滑
mm
mm
kN
r/min
70
125
24
79
116
1.5
60.8
45
4800
6000
4.4.4 下箱體與上箱蓋的設(shè)計(jì)
該箱體的功能要求比較簡(jiǎn)單，只是完成動(dòng)力的傳輸，而且與混料滾筒的外齒輪嚙合為開式齒輪傳動(dòng)，所以箱體的設(shè)計(jì)也力求簡(jiǎn)單易行。具體的箱體外形尺寸見(jiàn)傳動(dòng)齒輪箱裝配圖。
5.混料滾筒的設(shè)計(jì)
混料滾筒即混料機(jī)的混料容器，包括筒體、外購(gòu)件及內(nèi)購(gòu)件等，其作用是為物料混合提供合適的空間。滾筒的筒體大多是圓筒形的，兩端端蓋一般采用橢圓形封頭，錐形封頭或平蓋，本設(shè)計(jì)采用平蓋封頭，并用螺母固定。根據(jù)工藝需要，容器上裝有各種接管，以滿足進(jìn)料和出料的要求。混料容器通常是立式安置的，但也有時(shí)是臥式的，水平放置的滾筒式混合設(shè)備，其滾筒內(nèi)的物料僅在垂直平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，而在水平面很少產(chǎn)生物料間的位置更換，為彌補(bǔ)這類混合設(shè)備的不足，采用斜軸式安裝形式，也就是將滾筒的軸線與水平旋轉(zhuǎn)軸線成一定的角度，使得垂直方向運(yùn)動(dòng)的物料受到傾斜作用力而發(fā)生水平方向移動(dòng)，即產(chǎn)生上、下、左、右的交叉混合，以提高混合效果[13]。斜軸式混合設(shè)備的傾斜角度設(shè)計(jì)為10°。物料在滾