魔芋精粉高效筛分机设计

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魔芋精粉高效筛分机设计

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指导老师：ee

【摘要】

本次毕业设计主要是对现有魔芋精粉筛分方法进行比较，对比出各种方法的优劣，并结合自身现有知识水平对筛分机进行设计与优化，使筛分机满足毕业设计任务书中的要求：机构简单可靠实用，结构工艺性强，成本低。在设计书中，包括以下方面：魔芋产品简介、魔芋精粉加工方式方法、精粉筛分方法优劣对比、典型机械振动筛分机整体筛分效果比较、单轴圆运动自定中心惯性振动筛各部件的设计与计算、相关机械零件尺寸计算与应用材料确定、电气系统元件的选择及电路规划等。

【关键词】

魔芋精粉，干法加工，湿法加工，振动筛分，气固分离，单轴，惯性，自定中心，振动筛

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The design of high efficient screening machine for konjak

flour

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(ee)

Tutor:ee

Abstract:

This graduation design is mainly to compare the existing konjak powder sieving method, comparing the pros and cons of various methods, and combined with its existing knowledge level design and optimization of the screen, the screen to meet the graduation design task book requirements: the mechanism is simple and reliable and practical, structure and technology of strong, low cost. In the design of the book, including the following aspects: konjak products, konjak powder processing methods, powder sieving method contrast, typical mechanical vibrating screen the whole sieving effect comparison, uniaxial circular motion self-centering vibrating screen components of the design and calculation, related mechanical parts size calculation and application of materials, electrical system component selection and circuit layout

Key words:

Konjak flour, Dry-milling, Wet-milling, Vibration screening, Powder-gas separating, Single-shaft, Inertia, Self-centering, Vibrating screen.

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目 录

第一章：魔芋产品概述与精粉筛分前景········································1 第二章：魔芋精粉加工方法概述··············································2

1.干法加工技术·························································2 1.1.工艺流程··························································2 1.2.操作要点··························································2 2.湿法加工技术·························································2 2.1.有机溶剂(即食用酒精)保护加工精粉技术·······························2 2.1.1工艺流程·······················································2 2.1.2操作要点·······················································2 2.2.无机溶剂保护加工精粉技术··········································3 2.3.有机、无机湿法加工方法总结········································3 3.干湿结合纯化加工精粉技术·············································3 3.1.低档次精粉纯化加工精粉技术········································4 3.1.1.工艺流程·······················································4 3.1.2.操作要点·······················································4 3.2.干法纯化加工精粉技术··············································4 3.2.1.工艺流程·······················································4 3.2.2.操作要点·······················································4 4.水粉碎速加工精粉技术·················································4 4.1.工艺流程··························································4 4.2.操作要点··························································4 第三章：精粉筛分设备原理及方案优劣比较····································6

1.振动筛分法···························································6 1.1.普通筛分法························································6 1.2.薄层筛分法························································6 1.3.概率筛分法························································7 1.4.等厚筛分法························································7 1.5.概率分层大厚度筛分法··············································7 2.气固分离法···························································8 2.1.气固的干法分离····················································8 2.2.气固的湿法分离····················································8 2.3.气固的过滤分离····················································9 2.4.气固的电分离······················································9 3.其他新类型筛分机的对比··············································10 3.1.滚轴筛分机·······················································10 3.2.Ultimate筛分机···················································10 3.3.弛张筛分机·······················································10 3.4.螺旋筛分机·······················································11 第四章：单轴圆运动自定中心惯性振动筛设计·································12

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1.振动筛结构设计······················································12 1.1.筛箱的设计·······················································12 1.2.筛面及其固定·····················································12 1.3.激振器的设计·····················································13 1.4.惯性振动筛的隔振装置·············································14 1.5.减小过共振振幅的措施及装置·······································14 2.单轴圆运动惯性振动筛运动学参数选择··································15 2.1.筛面倾角·························································15 2.2.振幅·····························································15 2.3.振动次数·························································16 2.4.物料的运动速度···················································16 3.圆运动惯性振动筛动力学分析··········································16 3.1.亚共振状态·······················································19 3.2.共振状态·························································19 3.3.超共振状态·······················································20 4.动力学参数的选择····················································20 4.1.隔振系统的频率比及隔振弹簧的刚度·································20 4.2.主振系统的频率比及主振弹簧刚度与等效刚度·························20 4.3.振动系统的等效阻尼及相位差角·····································21 4.4.所需的激振力及偏心块的质量矩·····································21 4.5.所需功率·························································21 5.V带传动设计·························································22 5.1.确定设计功率·····················································22 5.2.选择带型与确定转速···············································22 5.3.验算带速·························································23 5.4.确定带的基准长度和传动中心距·····································23 5.5.验算小带轮包角···················································23 5.6.计算带的根数z···················································23 5.7.计算初拉力······················································24 5.8.计算对轴的压力···················································24 6.弹簧设计计算························································25 第五章：设计总结·························································26 参考文献·································································27

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第一章：魔芋产品概述与精粉筛分前景

魔芋是中国的传统食品及医药资源，在现代食品加工业中具有巨大的开发潜力。魔芋别名蘑芋、蒟蒻、蒻头、麻芋子、鬼芋等，半野生植物，分布很广，栽培较粗放。

随着魔芋食品科学技术的发展和对魔芋认识的提高，魔芋精粉作为食品的重要原料或添加剂而制成各种食品、饮料、果冻、果汁的系列产品越来越多。魔芋葡甘露聚糖作为食品饮料添加剂能起到优良稳定剂、凝胶和增进口感的作用。魔芋精粉对高脂血症患者降血脂效果显著,可起到预防高血脂的作用。葡甘露聚糖吸水后体积膨大80—100倍，粘着力强，在包装、建材、交通运输、填充材料、防化工泄漏等方面可作为粘着剂，是所有植物胶中粘着力最强的。在造纸业，利用魔芋精粉的特殊性，已研制出高强度纸张、高级打印纸、具有吸水性能的专用纸等。魔芋精粉的成模性还可用于电镀工业，作为抗腐蚀金属的保护剂使用。由此，魔芋精粉加工机械的相关研究有着现实的意义与价值。

对精粉筛分的需求越大，则对筛分机械的要求越高。筛分机械有着如下的发展趋势： 集成计算机设计的成果，包括动力学分析、参数计算、强度计算、三维绘图、模拟装配和仿真运行等程序，形成像汽车、飞机计算机设计那样的系统软件包；利用复合仿真试验技术，开发研究各种物料的仿真筛分试验。

深入研究新的筛分理论技术，创造出新型的振动筛分设备。目前新的筛分理论与技术主要是针对难筛物料干法深度筛分开展的研究。主要研究和探讨在重力、流体中（风力、浮力）、离心力、电磁力、振动力复合作用下的新筛分理论与技术，研究出适合各种条件各种物料的新型筛分装置，以满足新的生产工艺要求。

满足市场需要，推进难筛物料筛分设备大型化的研制工作，积极扩大筛分设备的应用领域。

推进筛分机零部件的标准化、系列化、通用化，研究关键技术与工艺，提高大型和重型振动筛的产品质量，取代进口产品，满足国内经济发展的需求。

加强环保理念，注重振动筛的降噪和防尘设计与制造，在节能、节水和循环经济发展的领域寻找振动筛分的新用途和新市场。

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第二章：.电机选择

2.1电动机选择（倒数第三页里有东东） 2.1.1选择电动机类型 2.1.2选择电动机容量

电动机所需工作功率为： PPwd??； 工作机所需功率Pw为： P?Fvw1000；

传动装置的总效率为： ???1?2?3?4；

传动滚筒 ?1?0.96 滚动轴承效率 ?2?0.96 闭式齿轮传动效率 ?3?0.97 联轴器效率 ?4?0.99 代入数值得：

???1?2?3?4?0.96?0.994?0.972?0.992?0.8

所需电动机功率为： PFv1000??10000?40d?0.8?1000?60kW?10.52kW

P?d略大于Pd 即可。

选用同步转速1460r/min ；4级 ；型号 Y160M-4.功率为11kW

2.1.3确定电动机转速

取滚筒直径D?500mm n60?1000vw?500??125.6r/min

1.分配传动比 （1）总传动比 i?nmn?1460125.6?11.62 w(2)分配动装置各级传动比

取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比

i01?1.4i?4.03

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则低速级的传动比 i?i11.6212i??2.88

014.032.1.4 电机端盖组装CAD截图

图2.1.4电机端盖

2.2 运动和动力参数计算 2.2.1电动机轴

p0?pd?10.52kWn0?nm?1460r/min T?9550P00n?68.81N?m02.2.2高速轴

p1?pd?4?10.41kWn1?nm?1460r/min T?9550p11n?9550?10.41?68.09N?m114602.2.3中间轴

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p2?p1?01?p0?2?3?10.52?0.99?0.97?10.10kWn?n12i?1460014.03r/min?362.2r/minT?9550p

22n?9550?10.10?263.6N?m2362.22.2.4低速轴

p3?p2?02?p1?2?3?10.10?0.99?0.97?9.69kWn?n23i?362.2?125.76r/min 122.88T?9550p33n?9.693125.76?9550?735.8N?m2.2.5滚筒轴

p4?p3?03?p2?2?4?9.69?0.99?0.99?9.49kWn?n34i?125.76r/min 23T?9550p44n?9550?9.49?7204125.76N?m

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3.齿轮计算

3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

1>按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。

2>绞车为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。

3>材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280 HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240 HBS，二者材料硬度差为40 HBS。

4>选小齿轮齿数z1?24，大齿轮齿数z2?24?4.03?96.76。取z25初选螺旋角。初选螺旋角??14?

?97

3.2按齿面接触强度设计

由《机械设计》设计计算公式（10-21）进行试算，即

d1t?32KtT0??1ZHZE?d??????H

3.2.1确定公式内的各计算数值

（1）试选载荷系数kt?1.61。

（2）由《机械设计》第八版图10-30选取区域系数zh?2.433。

?0.78（3）由《机械设计》第八版图10-26查得?1，??1??2?1.65。

???2?0.87，则

????（4）计算小齿轮传递的转矩。 95.5?105?p095.5?105?10.41T1??N.mm?6.8?104N.mm

n11460（5）由《机械设计》第八版表10-7 选取齿宽系数?d?1

（6）由《机械设计》第八版表10-6查得材料的弹性影响系数Ze?189.8MPa （7）由《机械设计》第八版图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限

?Hlim1?600MPa ；大齿轮的接触疲劳强度极限?Hlim2?500MPa 。

13计算应力循环次数。

N1?60n1jLh?60?1460?1?2?8?300?15?6.3?109

NN2?1?1.56?109

4.03（9）由《机械设计》第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数

KHN1?0.90;KHN2?0.95 。

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（10）计算接触疲劳许用应力。

取失效概率为1%，安全系数S=1，由《机械设计》第八版式（10-12）得 ??H?1?KHN1?lim1?0.9?600MPa?540MPa

S??H?2?KHN2?lim2?0.95?550MPa?522.5MPa

S（11）许用接触应力

??H?1???H?2??H???531.25MPa

2（1）试算小齿轮分度圆直径d1t

3.2.2计算

?d??9.56mm

d1t?32KtT0??1ZHZE????H?316.46?104?0.862=30.7396?16.46?104=3121.738?10=4

（2）计算圆周速度v0

???d1tn160?1000???1460?49.5660?1000?3.78m/s

（3）计算齿宽及模数

mmntnt?d1t1tcos??dcos?z?49.56mm

1h=2.25mnt?2.25?2=4.5mm b?49.56/4.5=11.01 h（4）计算纵向重合度

z?149.56?cos14?49.56?0.97==2mm

2424???0.318?dztan??0.318?1?24?tan14?=20.73

1（5）计算载荷系数K。

已知使用系数KA?1,根据v= 7.6 m/s,7级精度，由《机械设计》第八版图10-8查得动载系数Kv?1.11;

由《机械设计》第八版表10-4查得K的值与齿轮的相同，故KH?Kf??1.35由《机械设计》第八版图 10-13查得

H??1.42;

由《机械设计》第八版表10-3查得KH??KH??1.4.故载荷系数

K?KAKVKH?KH??1?1.11?1.4?1.42=2.2

（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a）得

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d1?d1t3KK?49.56?3t2.2?49.56?31.375?55.11mm 1.6（7）计算模数

co?s55.11?cos14?0.97?55.11??2.22mm mn?d1?2424z13.3按齿根弯曲强度设计

由式（10-17）

mn?32KT1Y?cos?2?z1?d2?YY?FaF????Sa

3.3.1确定计算参数

（1）计算载荷系数。

K?KAKVKf?Kf??1.?11?1.4?1.35=2.09

?1.903（2）根据纵向重合度 ? ，从《机械设计》第八版图10-28查得螺旋角

?0.88影响系数Y?

?（3）计算当量齿数。

zV1?v2z?24?24?24?26.37

cos?cos140.970.91z?97?97?106.59 ?zcos?cos140.911333233（4）查齿形系数。

?2.57;YFa2?2.18由表10-5查得YFa1

（5）查取应力校正系数。

由《机械设计》第八版表10-5查得YSa1?1.6;YSa2?1.79

?（6）由《机械设计》第八版图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ?500MPa?380MPaFE1 ；大齿轮的弯曲强度极限 FE2；

?0.85（7）由《机械设计》第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 KFN1，KFN2?0.88；

?（8）计算弯曲疲劳许用应力。

取弯曲疲劳安全系数S＝1.4,由《机械设计》第八版式（10-12）得

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????F??K?F1?2K?FN1FE1SFN2??FE2S0.85500MPa?303.57MPa1.4

0.88?380?MPa?238.86MPa1.4（9）计算大、小齿轮的YFaYSa 并加以比较。

?F??YYFa1Fa2??F?Sa11?2.592?1.596?0..1363

303.57=

2.211?1.774?0.01642

238.86YY??F?Sa22由此可知大齿轮的数值大。

3.3.2设计计算

m

n?32?2.10?6.8?10?0.88?(cos14?)422242*1.65?0.01642mm?34.342?0.97mm?34.085?1.59m对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn 大于由齿面齿根弯曲疲

?劳强度计算 的法面模数，取mn2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度得的分度圆直径100.677mm 来计算应有的齿数。于是由

d1cos??55.11?cos14??26.73?z12 mn取 z1?27 ，则z2?27?4.03?108.81 取z2?109;

3.4几何尺寸计算

??z?mza=

123.4.1计算中心距

n2cos??(27?109)?2136??140.2mm

2?cos140.97将中以距圆整为141mm.

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3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角

??arccos(z1?z2)mn2a?arccos(27?109)?22??arccos0.97?14.06Z140.2?

因?值改变不多，故参数

??、k?、H等不必修正。

3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径

d27?21?z1mncos??cos14?540.97?55mmd?z2mn2cos??109?2cos14?2180.97?224mm

a?d1?d255?2242?2?139.5mm

3.4.4计算齿轮宽度

b??dd1?1?55.67?55mm

圆整后取B2?56mm;B1?61mm. 低速级

取m=3;z3?30; 由iz412?z?2.88

34?2.88?30?86.4 取4?87

dzz3?mz3?3?30?90md

4?mz4?3?87?261mma?d3?d42?90?2612mm?175.5mm

b??dd3?1?90mm?90mm

圆整后取B4?90mm,B3?95mm

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表 1高速级齿轮： 名 代号 称 m 模数 ? 压力角 d 分度圆直径 齿顶高 ha 齿根高 齿全高 齿顶圆直径

计 算 公 式 小齿轮 2 20 大齿轮 2 20 d1?mz1=2?27=54 ?d?2?mz2=2?109=218 ha1?ha2?ham?1?2?2 ???(?)m?(1?c)?2 hf1hf2hac?hf h h1?h2?(2ha?c)m ?*da da1?(z1?2ha)m 表 2低速级齿轮： *da2?(z2?2ha)m *名 代号 称 m 模数 ? 压力角 d 分度圆直径 齿顶高 ha 齿根高 齿全高 齿顶圆直径

计 算 公 式 小齿轮 3 20 大齿轮 3 20 d1?mz1=3?27=54 ?d?2?mz2=2?109=218 ha1?ha2?ham?1?2?2 ???(?)m?(1?c)?2 hf1hf2hac?hf h h1?h2?(2ha?c)m ?*da da1?(z1?2ha)m *da2?(z2?2ha)m *

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4. 轴的设计

4.1低速轴

4.1.1求输出轴上的功率

p3转速n3和转矩T3

若取每级齿轮的传动的效率,则

p??p???10.10?0.990.97?9.69kWn?362.2?125.76r/min? n2.88ip9.69T?9550?125.76?9550?735.842N?mnp3?20212323123334.1.2求作用在齿轮上的力

因已知低速级大齿轮的分度圆直径为

d4?mz4?4?101?404mm

FFFt???2T3d?42?735.8?1000?3642N404?3642?tan20?0.3639?3642??1366N

cos14?0.97rFFttan?ncos?attan??3642?tan14??908N圆周力Ft ,径向力 Fr 及轴向力Fa 的

4.1.3初步确定轴的最小直径

先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据《机械设计》?112第八版表15-3,取A0 ,于是得

pd?Anmin033?112?339.69?112?30.077?47.64mm 125.76输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d12.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.

联轴器的计算转矩TcaKAT3, 查表考虑到转矩变化很小,故取KAN?mm?956594.6N?mm Tca?KAT3?1.3?735842??1.3 ,则:

按照计算转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003或手册,

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选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2500000N?mm .半联轴器的孔径d1?55mm ,故取 d1?2?50mm ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长

?84mm度L1.

4.1.4轴的结构设计

（1）拟定轴上零件的装配方案

图4-1

（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

?50mm,l12?84mm;1)根据联轴器d12为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴

?62mm段右端需制出一轴肩,故取2-3段的直径d2?3 ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取

?84mm挡圈直径D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度L1,为了保证轴端挡圈只压在

?82mm半联轴器上而不压在轴的端面上,故1-2 段的长度应比L1 略短一些,现取l1?2. 2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚

?62mm子轴承.参照工作要求并根据d2?3,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313。其尺寸为d?D?T=65mm?140mm?36mm，故d3?4?d6?7?65mm ；而l5?6?54.5mm,d5?6?82mm。

?70mm3）取安装齿轮处的轴段4-5段的直径d4?5 ；齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为90mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应

?85mm略短于轮毂宽度，故取l4?5 。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度h?0.07d

?82mm?60.5mm ，故取h=6mm ，则轴环处的直径d5?6 。轴环宽度b?1.4h ，取l5?6。

4）轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端

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盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取l2?3低速轴的相关参数：

功率 转速 转矩 ?40.57mm

表4-1 1-2段轴长 1-2段直径 2-3段轴长 2-3段直径 3-4段轴长 3-4段直径 4-5段轴长 4-5段直径 5-6段轴长 5-6段直径 6-7段轴长 6-7段直径 p n3 T l1?2 39.69kW 125.76r/min 735.842N?m 3d1?2 ldldld2?3 2?33?4 3?44?5 4?5ldld5?6 5?66?7 6?784mm 50mm 40.57mm 62mm 49.5mm 65mm 85mm 70mm 60.5mm 82mm 54.5mm 65mm （3）轴上零件的周向定位 齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按d4?5查表查得平键截面b*h=20mm?12mm，键槽用键槽铣刀加工，长为L=63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有

H7良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选

n6H7用平键为14mm?9mm?70mm，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位

k6是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。

4.2中间轴

4.2.1求输出轴上的功率p2转速n2和转矩T2

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p??p???10.52?0.99?0.97?10.10kWn?1460r/min?362.2r/min?ni4.03

p10.10?9550?9550??263.6N?mT362.2np2?10102312012224.2.2求作用在齿轮上的力

（1）因已知低速级小齿轮的分度圆直径为：

d3?mz3?4?35?140mm

FFFdt???2T2d?32?263.6?1000?3765N140?3765?tan20?0.3639?3765??1412N

cos14?0.97rFFttan?ncos?attan??1412?tan14??352N（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为：

?mz2?3?133?399mm

2FFFt???2T2d?22?263.6?1000?1321N399?1321?tan20?0.3639?1321??495N

cos14?0.97rFFttan?ncos?attan??495?tan14??123N4.2.3初步确定轴的最小直径

先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取

A0?112 ,于是得：

pd?Anmin032?112?3210.10?112?30.027?33.6mm 362.2轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径d12。

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图 4-2

4.2.4初步选择滚动轴承.

（1）因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据d1?2?35mm,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为d?D*T=35mm?72mm?18.25mm，故d1?2?d5?6?35mm，

l5?6?31.8mm；

（2）取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径d2?3?45mm

l1?2?29.8mm ；齿

轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为95mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取l2?3?90mm 。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h?0.07d，故取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度b?1.4h，取l3?4?12mm。

（3）取安装高速级大齿轮的轴段4-5段的直径d4?5?45mm;齿轮的右端与右端轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为56mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取l4?5?51mm。

4.2.5轴上零件的周向定位

齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按d4?5查表查得平键截面b*h=22mm?14mm。键槽用键槽铣刀加工，长为63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm?9mm?70mm，半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。

中间轴的参数：

表4-2 功率 转速 转矩 1-2段轴长

p n2 T l1?2 210.10kw 362.2r/min 263.6N?m 229.3mm 第15页 共Ⅱ页

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1-2段直径 2-3段轴长 2-3段直径 3-4段轴长 3-4段直径 4-5段轴长 4-5段直径 d1?2 ldldld2?3 2?33?4 3?44?5 4?5 25mm 90mm 45mm 12mm 57mm 51mm 45mm 4.3高速轴

4.3.1求输出轴上的功率

p1转速n1和转矩T1

若取每级齿轮的传动的效率,则

p?p??10.41kW n?n?1460r/minp10.41?9550?9550??68.09N?mT1460n1d41m1114.3.2求作用在齿轮上的力

因已知低速级大齿轮的分度圆直径为

d1?mz1?3?24?72mm

FFFt???2T1d?12?68.09?1000?1891.38N72?1891.38?tan20?0.3639?1891.38??709.55N

cos14?0.97rFFttan?ncos?attan??1891.38?tan14??1891.38?0.249?470.95N4.3.3初步确定轴的最小直径

先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取

A?112 ,于是得：

0 第16页 共Ⅱ页

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pd?Anmin031?112?3110.41?3?112?37.13*10?112?1.924?0.1?21.54mm 1460输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d12.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.

联轴器的计算转矩Tca?KAT1 , 查表 ,考虑到转矩变化很小,故取KA?1.3 ,则:

Tca?KAT1?1.3?68090N?mm?88517N?mm

按照计算转矩Tca 应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003 或

手册,选用LX2型弹性柱销联轴器,其公称转矩为560000N?mm .半联轴器的孔径d1?30mm ,故取 d1?2?30mm ,半联轴器长度 L=82mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度L1?82mm.

4.4轴的结构设计

4.4.1拟定轴上零件的装配方案

图4-3

4.4.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1)为了满足半联 轴器的轴向定位要示求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3 段的直径d2?3?42mm ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D=45mm .半联轴器与轴配合的毂孔长度L1?82mm ,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上 而不压在轴的端面上,故 段的长度应比 略短一些,现取l1?2?80mm.

2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据d2?3?42mm ,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为d*D*T=45mm*85mm*20.75mm，故d3?4?d6?7?45mm ；而l7?8?26.75mm ，l3?4?31.75mm。

3）取安装齿轮处的轴段4-5段,做成齿轮轴；已知齿轮轴轮毂的宽度为61mm，齿轮轴的直径为62.29mm。

4）轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取l2?3?45.81mm。

5）轴上零件的周向定位

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齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按d4?5 查表查得平键截面b*h=14mm*9mm ，键槽用键槽铣刀加工，长为L=45mm,同时为了保证齿轮与轴配合

H7有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，

n6H7选用平键为14mm?9mm?70mm，半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向

k6定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。

高速轴的参数：

表4-3 功率 转速 转矩 1-2段轴长 1-2段直径 2-3段轴长 2-3段直径 3-4段轴长 3-4段直径 4-5段轴长 4-5段直径 5-6段轴长 5-6段直径 6-7段轴长 6-7段直径 p n1 T l1?2 110.41kw 1460r/min 168.09N?m dldl1?2 2?3 2?33?4 dldldld3?44?5 4?55?6 5?66?7 6?780mm 30mm 45.81mm 42mm 45mm 31.75mm 99.5mm 48.86mm 61mm 62.29mm 26.75mm 45mm

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5.齿轮的参数化建模

5.1齿轮的建模

（1）在上工具箱中单击

按钮，打开“新建”对话框，在“类型”列表框中选择“零件”

选项，在“子类型”列表框中选择“实体”选项，在“名称”文本框中输入“dachilun_gear”，如图5-1所示。

图5-1“新建”对话框

2>取消选中“使用默认模板”复选项。单击“确定”按钮，打开“新文件选项”对话框，选中其中“mmns_part_solid”选项，如图5-2所示，最后单击”确定“按钮，进入三维实体建模环境。

图5-2“新文件选项”对话框

（2）设置齿轮参数

1>在主菜单中依次选择“工具” 2>在对话框中单击

“关系”选项，系统将自动弹出“关系”对话框。

按钮，然后将齿轮的各参数依次添加到参数列表框中，具体内

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容如图5-4所示，完成齿轮参数添加后，单击“确定”按钮，关闭对话框。

图5-3输入齿轮参数

（3）绘制齿轮基本圆 在右工具箱单击

，弹出“草绘”对话框。选择FRONT 基准平面作为草绘平面，

绘制如图5-4所示的任意尺寸的四个圆。

（4）设置齿轮关系式，确定其尺寸参数

1>按照如图5-5所示，在“关系”对话框中分别添加确定齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径的关系式。

2>双击草绘基本圆的直径尺寸，将它的尺寸分别修改为d、da、db、df修改的结果如图5-6所示。

图5-4草绘同心圆 图5-5“关系”对话框

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图5-6修改同心圆尺寸 图5-7“曲线：从方程”对话框

（5）创建齿轮齿廓线 1>在右工具箱中单击

按钮打开“菜单管理器”菜单，在该菜单中依次选择“曲

线选项” “从方程” “完成”选项，打开“曲线：从方程”对话框，如图5-7所示。

2>在模型树窗口中选择

坐标系，然后再从“设置坐标类型”菜单

中选择“笛卡尔”选项，如图5-8所示，打开记事本窗口。

3>在记事本文件中添加渐开线方程式，如图5-9所示。然后在记事本窗中选取“文件” “保存”选项保存设置。

图5-8“菜单管理器”对话框 图5-9添加渐开线方程

4>选择图5-11中的曲线1、曲线2作为放置参照，创建过两曲线交点的基准点PNTO。参照设置如图5-10所示。

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曲 线1 曲 线 2

图5-11基准点参照曲线的选择 图5-10“基准点”对话框

5>如图5-12所示，单击“确定”按钮，选取基准平面TOP和RIGHT作为放置参照，创建过两平面交线的基准轴A_1，如图6-13所示。

图5-12“基准轴”对话框 图5-13基准轴A_1

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6>如图5-13所示，单击“确定”按钮，创建经过基准点PNTO和基准轴A_1的基准平面DTM1,如图5-14所示。

5

5-15基准平面对话框 5-15基准平面DTM1

7>如图5-16所示，单击“确定”按钮，创建经过基准轴A_1，并由基准平面DTM1转过“-90/z”的基准平面DTM2，如图5-17所示。

图5-16“基准平面”对话框 图5-17基准平面DTM2

8>镜像渐开线。使用基准平面DTM2作为镜像平面基准曲线，结果如图5-18所示。

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图5-18镜像齿廓曲线

（6）创建齿根圆实体特征 1>在右工具箱中单击

按钮打开设计图标版。选择基准平面FRONT作为草绘平面，

接收系统默认选项放置草绘平面。

2>在右工具箱中单击

按钮打开“类型”对话框，选择其中的“环”单选按钮，然

后在工作区中选择图5-19中的曲线1作为草绘剖面。再图标中输入拉伸深度为“b”，完成齿根圆实体的创建，创建后的结果如图5-20所示。

图5-19草绘的图形

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5-20拉伸的结果

（7）创建一条齿廓曲线 1>在右工具箱中单击

按钮，系统弹出“草绘”对话框，选取基准平面FRONT作

为草绘平面后进入二维草绘平面。

2>在右工具箱单击和

图

5-21 草绘曲线图 5-22显示倒角半径

按钮打开“类型”对话框，选择“单个”单选按钮，使用

并结合绘图工具绘制如图5-21所示的二维图形。

3>打开“关系”对话框，如图5-22所示，圆角半径尺寸显示为“sd0”，在对话框中输入如图5-23所示的关系式。

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图5-23“关系“对话框

（8）复制齿廓曲线

1>在主菜单中依次选择“编辑” “特征操作”选项，打开“菜单管理器”菜单，选择其中的“复制”选项，选取“移动”复制方法，选取上一步刚创建的齿廓曲线作为复制对象。

图5-24依次选取的 菜单

2>选取“平移”方式，并选取基准平面FRONT作为平移参照，设置平移距离为“B”，将曲线平移到齿坯的另一侧。

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图5-25输入旋转角度

3>继续在“移动特征”菜单中选取“旋转”方式，并选取轴A_1作为旋转复制参照，设置旋转角度为“asin(2*b*tan(beta/d))”，再将前一步平移复制的齿廓曲线旋转相应角度。最后生成如图5-26所示的另一端齿廓曲线。

图5-26创建另一端齿廓曲线

（9）创建投影曲线 1>在工具栏内单击

按钮，系统弹出“草绘”对话框。选取“RIGUT”面作为草绘

平面，选取“TOP”面作为参照平面，参照方向为“右”，单击“草绘”按钮进入草绘环境。

2>绘制如图5-27所示的二维草图，在工具栏内单击

图5-27绘制二维草图

按钮完成草绘的绘制。

3>主菜单中依次选择“编辑” “投影”选项，选取拉伸的齿根圆曲面为投影

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表面，投影结果如下图5-28所示。

图5-28投影结果

（10）创建第一个轮齿特征

1>在主菜单上依次单击“插入” “扫描混合”命令，系统弹出“扫描混合”操控面板，如图5-29所示。

2>在“扫描混合”操控面板内单击“参照”按钮，系统弹出“参照”上滑面板，如图6-30所示。

图5-29 “扫描混合”操作面板 图5-30“参照”上滑面板

3>在“参照”上滑面板的“剖面控制”下拉列表框内选择“垂直于轨迹”选项，在

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“水平/垂直控制”下拉列表框内选择“垂直于曲面”选项，如图5-30示。

4>在绘图分度圆上的投描混合的扫引5-31示。

图5-31选取扫描引线

扫描引线 区单击选取影线作为扫线，如图

5>在“扫描混合”操作面板中单击“剖面”按钮，系统弹出“剖面”上滑面板，在上方下拉列表框中选择“所选截面”选项，如图5-32所示。

图5-32“剖面”上滑面板 图5-33 选取截面

6>在绘图区单击选取“扫描混合”截面，如图5-33所示。 7>在“扫描混合”操控面板内单击

按钮完成第一个齿的创建，完成后的特征如

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图5-34所示。

图5-34完成后的轮齿特征 图5-35“选择性粘贴“对话框

(11)阵列轮齿

1>单击上一步创建的轮齿特征，在主工具栏中单击

按钮，然后单击

按钮，

随即弹出“选择性粘贴”对话框，如图5-35所示。在该对话框中勾选“对副本应用移动/旋转变换”，然后单击“确定”按钮。

图5-36 旋转角度设置 图5-37复制生成的第二个轮齿

2>单击复制特征工具栏中的“变换”，在“设置”下拉菜单中选取“旋转”选项，“方向参照”选取轴A_1，可在模型数中选取，也可以直接单击选择。输入旋转角度“360/z”,如图6-36所示。最后单击齿。

3>在模型树中单击刚刚创建的第二个轮齿特征，在工具栏内单击

按钮，或者依次

按钮，完成轮齿的复制，生成如图6-37所示的第2个轮

在主菜单中单击“编辑” “阵列”命令，系统弹出“阵列”操控面板，如图6-38所示。

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图5-38 “阵列”操控面板

图5-39 完成后的轮齿 图5-40齿轮的最终结构

4>在“阵列”操控面板内选择“轴”阵列，在绘图区单击选取齿根园的中心轴作为阵列参照，输入阵列数为“88”偏移角度为“360/z”。在“阵列”操控面板内单击按钮，完成阵列特征的创建，如图5-39所示。 5>最后“拉伸”、“阵列”轮齿的结构，如图5-40所示

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致谢

本论文是在ee老师的悉心指导下完成的。e老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。

在此，谨向e老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！ 本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。感谢CAD培训中心老师的指导和帮助。

后文是被我人为屏蔽掉了，想要原版吗？小伙伴，在第2章电机选择中CAD图里找我联系方式吧

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参考文献

[1]王定.矿用小绞车[M].北京:煤炭工业出版社,1981. [2]程居山.矿山机械[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005.8.

[3]王洪欣,李木,刘秉忠.机械设计工程学[M].徐州;中国矿业大学出版社,2001. [4]唐大放,冯晓宁,杨现卿. 机械设计工程学[M].徐州;中国矿业大学出版社,2001. [5]成大先.机械设计手则[M].北京;化学工业出版社,2002. [6寿楠椿,弹性薄板夸曲[M].北京;高等出版社.1987. [7]刘鸿文.材料力学[M]. 北京;高等出版社.2004.

[8]夏荣海,赫玉深.矿井提升设备[M]. 徐州:中国矿业大学出版社,1987. [9]国家发展和改革委员会.调度绞车[M].北京：机械工业出版社 ，2007.

[10]编委会，新编机械设计知识百科-常用技术资料、计算方法、标准数据速查手册[M].北京工业出版社，2000. [11]李洁，最新国内外起重机械使用技术性能及安全管理规章制度实务全书[M].北京：机械工业出版社，2001. [12]编委会，煤矿机械设备选型、安装、检修维护技术守则[M].北京：机械工业出版社，2003.

[13]李洁，煤矿机械设备设计方法、机械制图、制造加工与故障排除实用手册[M].北京：机械工业出版社，2005. [14]于文景、李富群，现代化煤矿机械设备安装调试、运行监测、故障诊断、维护保养与标准规范全书[M].北

京：机械工业出版社，2003.

[15]编委会，煤矿机械设备选型安装检修维护技术手册[M].北京：机械工业出版社，2001. [16] 罗名佑.行星齿轮传动[M].北京：高等教育出版社，1984.

[17] 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册[M]. 第五版.北京：高等教育出版社，2006. [18] 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M]. 第七版.北京：高等教育出版社，2006. [19] 濮良贵，纪明刚.机械设计[M] 第八版.北京：高等教育出版社，2006.

[20] 付丰礼，唐孝稿.异步电动机设计手册[M]. 第二版.北京：机械工业出版社，2007. [21] 日本机械学会.齿轮强度设计资料[M].北京：机械工业出版社，1984. [22] 刘鸿文.材料力学[M].4版.北京：高等教育出版社，2004. [23] 曹惟庆，徐曾萌.机构设计[M].北京：机械工业出版社，1995. [24] 李发海，陈汤佑.电机学[M]. 第二版.北京：高等教育出版社，2000. [25] 张勇.电机拖动与控制[M].北京：机械工业出版社，2003.

[26] 马从谦.渐开线行星齿轮传动设计[M].北京：机械工业出版社，1993. [27] 齿轮手册编委会.齿轮手册[M].北京：机械工业出版社，1990. [28] 佟纯厚.近代交流调速[M]. 第二版.北京：冶金工业出版社，1995.

第2页 共27页

ee

[29] 刘竞成. 交流调速系统[M].上海交通大学出版社，1984.

[30] 韩安荣.通用变频器及应用[M].第二版.北京：机械工业出版社，2000. [31] 杨兴瑶. 电动机调速的原理及系统[M]. 第二版.北京：水利电力出版社，1979. [32] B.H.鲁坚科.行星与谐波传动结构图册[M].北京：机械工业出版社，1986.

[33] HuI1 C．Chapter l，Rapid prototyping and manufacturing：fundamentals of

stereolithography(J)．SME Dearborn MI，l992，l.23.

[34] KarrerP,Corbels，Ander C J ，et al. Containingfilling agents :application to

stereophotolithography. J Polym Sci Polym Chem Ed ，1992,30:2715.

第3页 共27页

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