交变载荷作用下大型振动筛的应力分析 毕业设计.doc

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1、交变载荷作用下大型振动筛的应力分析ee（ee）指导教师：ee【摘要】振动筛广泛用于矿山、煤炭、冶炼、建材、耐火材料、轻工、化工等行业。振动筛的结构和材料直接影响其使用性能和寿命。在工作过程中，筛机主要零部件长期经受周期变化的激振力作用，致使筛箱的侧板、横梁等部件频繁发生断裂事故。因此，基于ANSYS软件,对大型振动筛在激振力交变载荷作用下的疲劳损坏,建立合理的有限元模型,进行动态特性分析,找出薄弱环节,需要对振动筛系统及其结构进行动力学研究，使振动筛的运动符合要求，而且消除筛体的应力集中，避免结构发生共振，这对于提高振动筛的工作效率、延长振动筛的使用寿命具有重要意义。【关键词】振动筛; 有限元

2、; 模态分析; 谐响应分析; Stress Analysis of Large Vibrating Screen under A Lternate LoadWang er-peng (Grade08, Class05, Machine Design Manufacture and Automation, Department of Mechanical Engineering,Shaanxi University of Technology,Han Zhong 723003,Shaanxi)Tutor : Wang yan-yanAbstract：Vibrating screen is wid

3、ely used in mining, coal, metallurgy, building materials, refractories, light industry, chemical industry, etc. The structure and materials of the vibrating screen influence its performance of use and life. In working process, the main parts of the vibrating screen often endure long time alternating

4、 loads, and often result in the lateral board, beams and other components, and occur accident frequently, and have a serious impact on the screening effect shaker and production efficiency. Therefore, based on ANSYS software for large vibrating screen in exciting-vibration force of fatigue damage un

5、der alternating loads, the establishment of finite element model of rational, dynamic analysis, identify weaknesses，it has a great significance to research on vibrating screen system and structural dynamics, ensure the motion meeting the equirements, eliminate stress concentration of vibrating scree

6、n, reduce stress and avoid sympathetic vibration for improving its working reliability and extending the life. Key words：Vibrating screen; Finite element; Modal analysis; Harmonic analy目 录1.绪论11.1课题的提出和研究意义11.2振动筛发展方向21.3国内外筛分机械发展状况31.3.1国外筛分机械发展状况31.3.2国内筛分机械发展状况31.4振动筛的分类51.4.1单轴振动筛51.4.2双轴振动筛61.4

7、.3多轴振动筛71.5振动筛的工作原理及结构参数71.5.1振动筛的工作原理71.5.2 ZKB振动筛的主要结构81.6本课题的研究目的、研究内容及方案82.结构动力学的有限元法102.1 有限元法介绍102.1.1有限单元法的基本思想102.1.2有限单元法的基本模型102.1.3有限单元法的分析步骤102.2 有限元法在振动筛结构动力分析中的应用123.ZKB振动筛有限元模型的建立133.1有限元软件ANSYS简介133.1.1ANSYS的组成133.1.2 ANSYS的特点133.1.3ANSYS的主要功能143.2振动筛有限元建模需要考虑的问题153.3有限元模型相关问题的处理153.

8、3.1筛箱的处理163.3.2激振器的模拟163.3.3筛体的支撑及边界约束的模拟173.4 选择有限元模型的单元173.4.1壳单元的选择173.4.2梁单元的选取183.4.3点质量单元的选取183.4.4弹簧阻尼单元的选取184.ZKB振动筛的模态分析194.1确定有限元模型的材料特性194.2ZKB振动筛有限元模型的建立194.3振动筛的模态有限元分析214.4 ZKB振动筛的动力学修改265.ZKB振动筛的谐响应分析285.1谐响应分析简介285.2用有限元软件进行结构谐响应分析的方法285.3筛箱的谐响应分析286. 结论与展望32致谢33参考文献341.绪论1.1课题的提出和研究

9、意义随着煤炭加工技术的推广，大型振动筛已在工程中得到广泛应用，例如直线振动筛(直线筛)系高效新型的筛分设备，广泛用于矿山、煤炭、冶炼、建材、耐火材料、轻工、化工等行业。直线振动筛亦可对粉状、颗粒状物料的筛选和分级，广泛应用于塑料、磨料、化工、医药、建材、粮食、炭素、化肥等行业。在各级别的选煤厂，振动筛也是最重要筛分设备，它不同的运动轨迹会对物料的输送产生不同的影响。根据振动筛工作过程的运动轨迹，我们将振动筛分为:直线、圆、和椭圆三种形式的筛分机械。圆运动振动筛工作时，会产生一个旋转着的加速度向量，使筛面上的物料极易分散，堵塞筛孔的可能性小。但圆运动轨迹的抛掷角陡峭，物料输送速度较低，因而在相同

10、条件下处理量不如直线筛。直线振动筛具有的主要特点是:对物料的输送力强，可以水平甚至上仰安装，处理能力大，筛面磨损较小，筛网的寿命较长，筛分效率较高，并且筛箱结构简单，重量较轻，维修方便，物料在筛网上运动的速度大于椭圆筛及圆筛，耗电功率仅为椭圆筛的1/5等优点，是应用最为广泛的筛分产品。随着采煤机械化程度的提高，对振动筛的容量要求越来越大。因此，研究、设计、制造大型直线振动筛就成为一项十分重要的课题。而且目前国产大型直线振动筛的使用寿命无故障运行时间相对于国外还有比较大的差距，这就更促进了振动筛的发展。随着生产和科学技术尤其是计算机辅助设计、制造技术的发展，振动筛也向着高效、精密和自动化方向发展

11、，产品的结构日趋复杂，对工作性能的要求也越来越高。由于筛分机械的工作环境往往比较恶劣，受力相当复杂，所以很容易发生疲劳失效及腐蚀，尤其是下横梁断裂、两侧筛帮开裂、排料口横梁及前帮开裂。在生产过程中，设备的损坏将直接导致经济效益的降低，同时，振动筛在工作过程中的噪声与振动，会严重损害操作者的身体健康，且对环境也造成了严重的破坏，这就要求我们在振动筛的设计与生产过程中，必须满足筛分机械结构的静态、动态特性、噪声低、振动小等要求。木文就是应用动力学分析的方法对某筛分机械研究所自主研发的2ZKB大型直线振动筛进行动态仿真和有限元分析，使筛体的结构能够尽可能合理，满足设计要求，提高其使用寿命和可靠性。国

12、外在振动筛的结构动态设计中起步较早，应用计算机辅助设计进行动态仿真和有限元分析，取得了一些成果，尤其是美国、欧洲等一些发达国家，非常重视机械产品的结构动态设计，并将其作为一个重点发展方向。我国在这方面的研究还相对比较落后，生产出来的振动筛，尤其是大型振动筛普遍存在着强度低、使用寿命短、噪声大、共振振幅大、工作动负荷大、轴承温升大等问题，这就需要我们设计、研发机械产品的能力进一步增强，逐步缩短与发达国家之间的差距，使我们的机械产品的结构和性能得到优化。1.2振动筛发展方向振动筛是通过安装在激振器两侧的偏心块产生的激振力，对筛体的激振而使物料得以分离，从而达到生产要求的一种设备。各种形式的筛分机械

13、在各行各业中得到了广泛应用，对国民经济起着重要作用。从目前国内外的研究动向看，一方面致力于现存筛分机械的运动分析和结构调整;另一方面瞄准新颖的设计目标。探求合理的结构型式、动力配置和动力学参数，以便进一步推动筛分机的应用。综合国内外筛分机械状况，筛分机械应向以下几个方向发展。(l)筛分机械大型化筛分机械大型化是提高处理量的重要途径。近些年来，许多国家都在设计大型振动筛，其中德国早在1976年就已经能制造出单机处理量为1000吨/时的筛分振动机。为了加大激振力，有的国家还将四个激振器并联安装，筛体采用耐疲劳、耐腐蚀能力强的材料制成。实践证明，其使用效果得到各行业的好评。(2)筛分机械标准化、系列

14、化、通用化为了便于设计，专业化生产、保证质量和降低成木，筛分机械己向标准化、系列化、通用化方向发展。德国某公司生产的USL、USK筛分机以宽度200mm为一稽，长度以750mm为一文件，组成两个系列的45种规格产品。其筛网、横梁传动轴、进料板、出料板均实现标准化、系列化、通用化。(3)筛分机械重型化和超重型化为了满足粒度大于400mm的物料分级，我国己研制出适用于大型矿山、采石场，煤矿等场合的重型化和超重型化的筛分机械，使得大粒度的物料得以分级，满足了工作需要。(4)振动筛空间化发展对于筛分细物料，先后出现了旋流振动筛、锥形振动筛旋转概率筛等，既提高了生产能力和筛分效率，又减少了占地面积。(5

15、)振动筛强度增大化筛分机的振动过程逐渐强化，己取得较大的速度和加速度，提高生产能力和筛分效果。1.3国内外筛分机械发展状况1.3.1国外筛分机械发展状况国外从16世纪开始筛分机械的研究与生产，到了18世纪欧洲工业革命时期，筛分机械得到了迅速的发展，使筛分机械发展到较高的水平。比如，美国NRO公司研制出了DFN型双频率振动筛，采用不同的速度激振器。德国的申克公司能提供260种筛分设备，STK公司生产的筛分设备系列品较全，技术水准较高，KUP公司和海因曼公司都研制了双倾角的筛分设备。KHD公司生产200多种规格筛分设备，通用化程度较高，DKR公司研制成三路分配给料，一台高速电机驱动的振动筛。英国为

16、解决从湿原煤中筛出细粒末煤，研制成功了旋流概率筛。前苏联也研制了一种多用处兼有直线振动筛优点的自同步直线振动筛。这些国外知名企业采用先进的设计技术及制造技术，不但生产出适用于各种场合的不同类型的振动筛，而且生产出了性能优良的大型振动筛，受到用户的欢迎，几乎垄断了国内大型振动筛市场。如德国的筛子技术公司和申克公司分别制造出了50 m 和34 m 的大型直线振动筛，日木的神户制钢所和川崎重工也制造出了34m 和48 m 的产品，美国的 CONN WELD公司制造出了27m 的产品。从我国使用大型振动筛的情况来看，进口的德国筛子技术公司和日木神户制钢所的27 m 直线振动筛均可正常使用3-5年。1.

17、3.2国内筛分机械发展状况(l)国内筛分机械的研究我国煤炭资源丰富，储量多，品种齐全。煤炭占我国能源的75以上，是目前我国最主要的能源。随着我国经济的高速发展，对能源的需求与日俱增，煤矿采掘的机械化程度也在不断提高，因此对振动筛分机械的处理能力和工作效率的要求越来越高，由此可见研制大容量的大重型振动筛的重要性越显突出。我国对筛分机械的研制主要经历了三个阶段:第一、仿制阶段。通过对国外这些筛分机械的成功仿制，使我国筛分机械的发展基础得以巩固，并培养了一批技术人员。第二、自行研制阶段。上世纪70年代左右，我国研制出了一批性能优良的新型振动筛分设备，有1500mrn3000mm重型振动筛系列，15

18、m 、30 m 共振筛系列，煤用单轴、双轴振动筛系列，等厚概率筛系列，自同步直线振动筛系列，冷热矿筛系列。这些设备虽然存在着技术和质量上的问题，但是它们的研制成功在一定程度上满足了国内的需求，开创了我国独立发展筛分机械的新纪元。第三、提高阶段。在80年代，我国的筛分机械有了新的发展。成功的自行研制了振动概率筛系列，旋转概率筛系列，箱式激振器等系列，自同步等系列。我国经过数十年的研究，虽然取得了很大的成绩，研制出了多种新型的振动筛，但是与发达国家相比，对大型振动筛的研制并没有取得明显进展，在生产能力，技术水准，劳动生产率等方面还有很大的差距。我国多数使用的大型振动筛还是引进国外的设计图纸及制造工

19、艺，或是进行单纯的仿造，其产品的整体性能相对国外先进水平还待进一步提高，比如我国的振动筛普遍存在着振动噪声大、隔振性能差、寿命短、无故障运行时间短等诸多问题，因此我国筛分机械的发展，除了不断提高常规机械生产的工艺装备和工艺水平外，还必须研究开发更优质高效筛分机械，加强技术研究，提高自主开发能力，缩短与国外的差距，满足我国建设事业迅猛发展和现代化建设的迫切需求。(2)国内筛分机械的应用我国生产使用的筛分设备品种很多，其中绝大部分为振动筛。目前使用的振动筛主要应用在以下几个部门:冶金工业部门，选矿厂普遍采用圆振动筛对矿石进行预先筛分和检查筛分;煤炭工业部门，煤的分级在不同的场合分别采用圆振动筛，概

20、率筛和等厚筛;用直线振动筛作为精煤和末煤的脱水、脱介等:水利电力部门，火电厂对煤的预先筛分通常使用圆振动筛或等厚筛来实现;利用直线筛解决煤炭的处理。在水电站的建设工作中，需要各种大型振动筛对砂石进行分级。交通工业部门，针对铁路石碴的清沙和除泥，常采用概率等厚筛;采用热石筛对沥青混凝土的石头进行分级，这在建设高速公路中起着重要作用。化工部门，振网筛和化肥筛在化工原料和产品的筛分，化肥和复合肥分级中起着举足轻重的作用。我国目前使用振动筛种类很多，主要的振动筛有:双轴振动筛;自同步直线振动筛;ZK系列直线振动筛;ZKX系列直线振动筛;DZS大型直线振动筛;LZS和SLZS型冷矿振动筛;SZR型热矿振

21、动筛。其它类型的筛分机械有:GPS型高频振动细筛;SL型螺旋筛分机;概率筛分机;ZD型、ZDS型等厚筛;GXS型、SQD工型琴弦式筛分机;C型、M型电磁振动旋流筛;QZK曲面振动筛;LYS型立式圆筒筛等。1.4振动筛的分类振动筛有多种分类方法，主要是按激振轴数量、振动轨迹、筛分原理、按筛网的层数进行分类等。振动筛的主要分类见下表1.1。表1.1 振动筛的分类分类依据振动筛类型激振轴数量单轴振动筛双轴振动筛多轴振动筛筛箱运动轨迹直线振动筛圆振动筛椭圆振动筛特殊轨迹振动筛筛分原理一般振动筛等厚振动筛驰张筛琴弦筛概率筛筛网层数多层筛双层筛单层筛1.4.1单轴振动筛单轴振动筛是采用一根带有偏心质量的激

22、振轴产生的离心惯性力工作的，这个力的矢端轨迹是以激振轴的回转中心为圆心的圆，该圆心称为力心。根据激振轴不同的安装位置，振动筛的运动方式也有所不同，可分为两种类型:即圆运动和椭圆运动。当力心与振动筛参振质量的质心有所偏离时，振动筛质心的运动轨迹近似为圆，质心两侧筛箱前后端的运动轨迹为椭圆。椭圆振动筛的特点是:在进口处物料移动平稳，在出口处输送速度减慢，增大了物料的透筛率。当力心与振动筛参振质量的质心重合时，筛箱作平动，整个筛箱上任一点的运动轨迹都近似为圆。圆运动振动筛的特点是:筛分效率较高，处理量大，但由于筛面做圆运动，对物料输送力差，所以安装时倾角必须大一些。 1.4.2双轴振动筛双轴振动筛采

23、用两根作同向或反向等速旋转带有偏心质量的激振轴激振来实现振动筛的振动运动。按振动筛的振动运动轨迹分，双轴振动筛可分为双轴直线振动筛、双轴圆振动筛、双轴椭圆振动筛、双轴特殊轨迹振动筛。(1)双轴直线振动筛双轴直线振动筛的激振器是由两根带有不平衡重量的轴组成，两轴作反向同步回转，它所产生的离心力使筛箱发生振动。当相同的两激振轴等速反向旋转时，两激振轴产生的离心惯性力在某一方向上的分力完全抵消，二者的合力始终垂直于该方向，并且合力的大小呈正弦规律变化，振动筛实现直线振动运动。当合力的方向通过振动筛的质心时，振动筛就实现了平动，这就是通常我们所说的直线振动筛。当合力的作用方向不通过振动筛质心时，筛箱上

24、各点的运动轨迹虽然还是直线但各点的直线运动轨迹的倾斜方向不一样，振幅也不一样。我们把这种直线运动轨迹称为变直线运动轨迹，具有这种运动轨迹的振动筛称为变直线振动筛。直线振动筛的主要特点:对物料有很强的输送力，可以水平甚至上仰安装，处理物料的能力大，筛面磨损较小，筛分效率较高。(2)双轴圆振动筛当两激振轴等速同向旋转时，若激振力的力心与参振质量的质心重合，振动筛就实现圆振动运动。与单轴圆振动筛相比，双轴圆振动筛的激振力更大。(3)双轴椭圆振动筛当两激振轴作等速反向旋转，但两轴偏心质量的质径积不相等，二者产生的离心力方向在某位置时刚好相反在与该位置垂直的方向上二者的方向刚好相同，二者的合力通过一定点

25、，合力的矢端轨迹为椭圆，椭圆的长轴方向就是两离心力方向相同的方向，短轴的方向就是两离心惯性力方向相反的方向，椭圆的中心就是该定点，这个椭圆叫做力椭圆，这个定点就是力心。当力心(即力椭圆的中心)与振动筛的质心重合时，振动筛就可实现平动椭圆运动，这种振动筛就是所谓的双轴椭圆振动筛。这种振动筛的优点是:物料输送的速度较高，因此物料层厚度较薄:安装倾角可以很小，机器总高度较低;被筛物料有强烈的松散和再排列效应，因此有较大的筛分率;因有较大的有效筛分面积，所以筛孔不易被物料堵塞。(4)双轴特殊运动轨迹振动筛振动筛除了可以实现上述振动运动外，还可以实现一些特殊的振动运动轨迹。这里不再赘述。1.4.3多轴振

26、动筛当振动筛筛分面积较大时，若采用两根激振轴，要求每根激振轴产生的激振力太大，轴承及轴承座受力情况恶劣，且较大的激振力集中的作用使筛箱的强度也大大降低，此时采用三轴或三轴以上的多轴激振既可以获得大的激振力，又可以改养筛箱的受力情况。多轴振动筛也可以实现直线振动、圆振动和椭圆振动。每根激振轴间可以是强迫同步，也可以是自同步。多轴振动筛已经形成的产品有强迫同步的三轴振动筛，运动形式多以椭圆运动为主。1.5振动筛的工作原理及结构参数1.5.1振动筛的工作原理直线振动筛采用双振动电机驱动，当两台振动电机做同步、反向旋转时，其偏心块所产生的激振力在平行于电机轴线的方向相互抵消，在垂直于电机轴的方向叠为一

27、合力，因此筛机的运动轨迹为一直线。其两电机轴相对筛面有一倾角，在激振力和物料自重力的合力作用下，物料在筛面上被抛起跳跃式向前作直线运动，从而达到对物料进行筛选和分级的目的。振动筛具体的工作过程如下:物料首光进入筛箱，筛箱是振动筛进行筛分的主要工作区域，激振器带动筛箱按照一定的轨迹振动，物料则在筛箱的运动过程中向前运动，在这个过程中筛网对物料进行分级，粒径大于筛孔的物料直接从出料口直接排出。筛分过程分为两个阶段，第一阶段，比筛孔尺寸小的细颗粒通过粗颗粒组成的物料层到达筛面;第二阶段，细颗粒通过筛孔。这样就完成了一个筛分过程。大型直线振动筛的的工作原理如图2所示，激振器两轴上偏心轮的偏心质量和偏心

28、距均相等，离心力相等。偏心块作同步的反向回转运动，在任意瞬时位置，离心力沿Z向，也就是振动方向的分力总是相互迭加，而与振动方向垂直的分力总是相互抵消，因此，形成了沿Z向的激振力，驱动振动筛作近似直线的往复振动。在图1.1中，1和3位置时离心力迭加，激振力达到最大，2和4位置时离心力完全抵消，激振力为零。 1 2 3 4图1.1直线振动筛激振器工作原理1.5.2 ZKB振动筛的主要结构大型直线振动筛的组成结构主要有:筛箱、筛网、激振器、及其紧固装置、传动装置和支撑装置。筛箱主要由筛箱、挡板、弹簧支座等部件组成。振动筛的筛箱由钢板与型钢焊接或用高强度螺栓连接而成的筛型结构，在两侧的钢板之间用带法兰

29、的无缝钢管或型钢连接，筛箱内固定有筛网或筛板。振动筛中受冲击力最大的构件是筛网，因此也是最易损坏的零件，物料在其上面进行分级、脱水、脱介，筛孔的形状和布置直接影响筛分效果。激振器的作用是产生周期变化的激振力，此激振力使筛箱产生持续的振动。激振器按照不同的工作形式有两种安装形式:在筛箱的中上部，在筛箱的底部。激振器是产生振动的主要部件，其布置形式将直接影响振动筛工作面的运动轨迹和筛分效果。常用的激振器有惯性式、弹性连杆式、电磁式、液压或气压式等形式。弹性元件(弹簧)包括隔振弹簧和连杆弹簧。隔振弹簧的作用主要是:支撑振动机体，是机体实现所要求的振动，并减小传给基础或结构架的载荷。振动筛利用弹簧的振

30、动进行工作，这样可以减少振动对地基的冲击，但是在工作中会产生非常大的噪音和振动，造成环境污染，合理布置弹簧能减少振动对地面的冲击，提高振动筛的使用质量，延长振动筛的工作寿命。1.6本课题的研究目的、研究内容及方案本课题以ZKB大型直线振动筛为研究对象，对其进行动态分析。针对我国国产大型直线振动筛普遍存在的使用寿命短，横梁易断裂等主要失效形式和弊端，木课题研究的目的主要是增加可靠性、延长振动筛的使用寿命。利用动态仿真的方法研究该振动筛的结构，以有限元结构动力学分析为手段，对筛箱进行结构动力分析并建立有限元模型，对筛箱结构进行模态分析、谐响应分析，以改进筛机结构设计的方法，针对筛机的启动过程，进行

31、应力分析，本课题具体研究的内容和方案为包括以下方面:(1)利用ANSYS建模软件，按照直线振动筛建立模型，判断振动筛能否按照设计参数进行设计。(2)研究直线振动筛的工作原理，确立振动筛筛箱有限元模型的建模方法，并建立其有限元模型。(3)利用有限元分析软件ANSYS对该振动筛筛箱进行模态分析，获得结构的模态参数和模态振型，分析结构能否避免共振。检验结构是否存在过大的应力集中，较大的变形或某处应力超过材料的许用应力。(4)对振动筛进行谐响应分析，通过谐响应分析了解结构的改进对振动筛稳态工作时应力分布情况的影响。2.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

32、电动机容量电动机所需工作功率为：；工作机所需功率为：；传动装置的总效率为：；传动滚筒 滚动轴承效率 闭式齿轮传动效率 联轴器效率 代入数值得：所需电动机功率为：略大于 即可。选用同步转速1460r/min ；4级 ；型号 Y160M-4.功率为11kW2.1.3确定电动机转速取滚筒直径1.分配传动比（1）总传动比(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则低速级的传动比2.1.4 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 2.2.2高速轴2.2.3中间轴2.2.4低速轴2.2.5滚筒轴3.齿轮计算3.1选定齿轮类型、精度等级、材料

33、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，大齿轮齿数。取5初选螺旋角。初选螺旋角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3.2.1确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数1。（2）由机械设计第八版图10-30选取区域系数。（3）由机械设计第八版图10-26查得，则。（4）计算小齿轮传递的转矩。（5）由机械设计第八版表1

34、0-7 选取齿宽系数（6）由机械设计第八版表10-6查得材料的弹性影响系数（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 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 。13计算应力循环次数。（9）由机械设计第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数; 。（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（11）许用接触应力3.2.2计算（1）试算小齿轮分度圆直径=49.56mm（2）计算圆周速度（3）计算齿宽及模数 =2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01（4）计算纵向重合度0.318124tan=20.

35、73（5）计算载荷系数K。已知使用系数根据v= 7.6 m/s,7级精度，由机械设计第八版图10-8查得动载系数由机械设计第八版表10-4查得的值与齿轮的相同，故由机械设计第八版图 10-13查得由机械设计第八版表10-3查得.故载荷系数11.111.41.42=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（7）计算模数 3.3按齿根弯曲强度设计由式（10-17）3.3.1确定计算参数（1）计算载荷系数。 =2.09（2）根据纵向重合度 ，从机械设计第八版图10-28查得螺旋角影响系数（3）计算当量齿数。（4）查齿形系数。由表10-5查得（5）查取应力校正系数。由机

36、械设计第八版表10-5查得（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 ；大齿轮的弯曲强度极限 ；（7）由机械设计第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ，；（8）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S1.4,由机械设计第八版式（10-12）得（9）计算大、小齿轮的 并加以比较。=由此可知大齿轮的数值大。3.3.2设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于由齿面齿根弯曲疲劳强度计算 的法面模数，取2，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。于是由取 ，则 取 3.4几何尺寸计算3.

37、4.1计算中心距a=将中以距圆整为141mm.3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正。3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径3.4.4计算齿轮宽度圆整后取.低速级取m=3;由 取圆整后取表 1高速级齿轮：名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m22压力角2020分度圆直径d=227=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径表 2低速级齿轮：名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m33压力角2020分度圆直径d=327=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径4.轴的设计4.1低速轴4.1.1求输出轴上的功率转速和转矩 若取每级齿轮的传动的

38、效率,则4.1.2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圆周力 ,径向力 及轴向力 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.根据机械设计第八版表15-3,取 ,于是得输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.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, 查表考虑到转矩变化很小,故取 ,则:按照计算转矩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LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2500000 .半联轴器的孔径 ,故取 ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器

39、与轴配合的毂孔长度.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1)根据联轴器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 ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度,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1-2 段的长度应比 略短一些,现取.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,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dDT=6

40、5mm140mm36mm，故 ；而。3）取安装齿轮处的轴段4-5段的直径 ；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，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度 ，故取h=6mm ，则轴环处的直径 。轴环宽度 ，取。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 低速轴的相关参数：表4-1功率转速转矩1-2段轴长84mm1-2段直径50mm2-3段轴长40.57mm2-3段直径62mm3-4段轴长

41、49.5mm3-4段直径65mm4-5段轴长85mm4-5段直径70mm5-6段轴长60.5mm5-6段直径82mm6-7段轴长54.5mm6-7段直径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。按查表查得平键截面b*h=20mm12mm，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14mm9mm70mm，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。4.2中间轴4.2.1求输出轴上的功率转速和转矩4.2.2求作用在齿

42、轮上的力（1）因已知低速级小齿轮的分度圆直径为：（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为：4.2.3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 ,于是得：轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径。图 4-24.2.4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,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dD*T=35mm72mm18.25mm，故，；（2）取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径 ；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂

43、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 。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度，取。（3）取安装高速级大齿轮的轴段4-5段的直径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。 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。按查表查得平键截面b*h=22mm14mm。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14mm9

44、mm70mm，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10.10kw转速362.2r/min转矩263.61-2段轴长29.3mm1-2段直径25mm2-3段轴长90mm2-3段直径45mm3-4段轴长12mm3-4段直径57mm4-5段轴长51mm4-5段直径45mm4.3高速轴4.3.1求输出轴上的功率转速和转矩若取每级齿轮的传动的效率,则4.3.2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4.3.3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 ,于是得：输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.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 , 查表 ,考虑到转矩变化很小,故取 ,则:按照计算转矩 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560000 .半联轴器的孔径 ,故取 ,半联轴器长度 L=82mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.4轴的结构设计4.4.1拟定轴上零件的装配方案图4-34.4.2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,