1 第一章 緒論 1.1 項目的研究意義 20 世紀(jì) 70 年代以來，由于工業(yè)的不斷發(fā)展，廢物處理場地緊張，處理費用浩大，又由于資源的缺乏，提出了“資源循環(huán)”的口號，開始從固體廢物中回收資源和能源，即資源化。廢舊橡膠是固體廢物的一種，其來源主要是廢橡膠制品，即廢的輪胎、力車胎、膠管、膠帶、工業(yè)雜品等；另一部分來源于橡膠制品廠生產(chǎn)過程中的 邊角、余料和廢品。此外，廢舊輪胎造成的環(huán)境污染是嚴(yán)重的：整條廢輪胎堆積在一起變成了蚊蟲孳生的理想場所，這些蚊蟲導(dǎo)致腦炎等傳染疾病。整條廢輪胎不會自然，但是，任何想縱火的人，只要稍微借助 一下助燃的東西就能引起難以撲滅的大火，可見廢輪胎堆積既是危害健康的禍源，又是環(huán)境安全的定時炸彈。當(dāng)然，橡膠的廢與不廢都是相對的，他們本身都有特定的屬性和用途，都有被人類所利用以及循環(huán)利用的可能。一切所謂的“廢物”只不過是物質(zhì)的形態(tài)性質(zhì)或者是用途發(fā)生了變化，而他們本身可以利用的屬性并沒有消失，只要被人們發(fā)現(xiàn)和利用，就能重新發(fā)揮它的作用，由“廢物”變?yōu)椤皩毼铩?，而且有些東西只是在一定地點、一定的條件下，失去了它的使用價值成為了“廢物”，而通過再次的加工等途徑又會獲得其使用價值，鏟平機正是廢舊輪胎回收利用過程中的 一種加工設(shè)備，在目前能源日趨緊張的形廢輪胎勢下，鏟平機回收利用廢輪胎不僅可以節(jié)約資源、能源，而且對于保護環(huán)境具有重要的意義。 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀 廢橡膠的回收利用率在近年不斷的提高。其中，美國提高了 90%，1992 年總計利用約 6800 10 的四次方噸廢舊輪胎，利用率為 27%。原西德提高了 20% 30%， 1989 年廢輪胎的利用量為 45。 5 10 的四次方噸，占廢橡膠產(chǎn)生量的 60%。日本提高了 12%， 1992 年 廢橡膠的回收利用率為 92%，中國廢橡膠的回收利用率為 50%。從再生資源和保護環(huán)境的觀點出發(fā)，人們越來越重視 廢橡膠的綜合利用。 美國福特汽車公司和 Symene 公司最近聯(lián)合開發(fā)出一種回收廢舊汽車輪2 胎再加工成剎車片等汽車零件的新技術(shù)。目前全世界每天生產(chǎn)輪胎大約二百萬只 ,每年全世界廢棄的汽車輪胎近二點四億只 ,這一方面是橡膠材料的極大浪費 ,一方面也對環(huán)境造成很大的破壞。美國當(dāng)前也只有百分之五的廢舊輪胎得到再利用。其中主要是利用熱塑技術(shù)加工成地面鋪設(shè)材料的筒單再利用產(chǎn)品 ,其主要原因是由于橡膠加工成型汽車輪胎后 ,本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變化 ,使再利用變得極為困難 。 我國廢舊輪胎回收利用現(xiàn)狀 等 有關(guān)方面提供的資料初步統(tǒng)計 ,分布 在全國公交、化工、冶金、煤炭、礦山、輕工、交通、物資等部門的舊輪胎翻新企業(yè)約 500 家 ,具有一定規(guī)模的輪胎修補企業(yè)約1000 家 ,但這樣的回收利用主要是重新進行化學(xué)的加工或者是輪胎修補，前者成本高、不經(jīng)濟，而對于后一種利用方法則是沒有解決根本的問題，目前，對輪胎進行機械加工的環(huán)境保護的綠色設(shè)計，廢舊輪胎這方面的設(shè)計還剛剛起步，還處于研發(fā)設(shè)計階段，因此，鏟平機的改進、設(shè)計在廢舊輪胎的回收利用中將起著非常大作用，在國內(nèi)有著廣闊的發(fā)展前景。 1.3 鏟平機的應(yīng)用 鏟平機是廢舊輪胎回收利用中進行機械加工的重要設(shè)備，目 前 ,在國內(nèi)外是屬于一種綠色的加工設(shè)備，主要是對廢舊輪胎表面的一層進行鏟平， 再把鏟平好的廢舊橡膠切割成一片一片的 ,然后再通過釘磨機的磨削 ,加工成有一定斜度的橡膠片 ,然后再把這一小片一小片的橡膠通過擠壓機擠壓在一起 ,最后成為實心的橡膠輪胎。這種輪胎在目前在外國廣泛應(yīng)用于農(nóng)用機車上和割草機上。 鏟平機結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，所加工的廢舊輪胎范圍比較廣泛， 而且，此鏟平機對廢舊輪胎進行機械加工是一種保護環(huán)境的綠色加工，在處理廢舊輪胎的各種機器的設(shè)計研究還剛剛起步， 還處于研發(fā)設(shè)計階段的今天，可以 根據(jù)具體加工的廢舊橡膠的實 際情況，對鏟平機進行簡單的改進，完全可以應(yīng)用于在其它廢舊橡膠的加工程序中，因此，在注重節(jié)約資源和能源，保護周圍環(huán)境，不斷發(fā)展的今天而言， 鏟平機在未來的廢舊輪胎的回收利用中將有十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，在國內(nèi)外有著廣闊的發(fā)展前景。 3 4 5 6 第二章 總體設(shè)計 2.1 總體布局設(shè)計 鏟平機最終要實現(xiàn)的是通過兩個齒滾的相反方向的轉(zhuǎn)動使被加工的廢舊橡膠輪胎繞一個圓心，呈現(xiàn)出圓的軌跡運動，從而實現(xiàn)廢舊橡膠輪胎的切削加工，所以，鏟平機的設(shè)計包括確定傳動方案、選擇電動機、合理分配傳動比以及計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)，為設(shè)計各級傳 動件和轉(zhuǎn)動件創(chuàng)造一些必要的條件。 方案 1 鏟平機的機架支撐部分主要是有兩部分構(gòu)成的，即鏟平機的機架和兩個支腿，這樣設(shè)計的結(jié)構(gòu)雖然可以節(jié)省鋼材料降低成本，但是，由于鏟平機機架是由兩部分連接而成的，在加工過程中所承擔(dān)的振動也不同，于齒滾加工部分主要是由兩個支腿來支撐，減振效果不好，所以，在實際加工時穩(wěn)定性能不好，產(chǎn)生振動，從而影響廢舊輪胎加工的質(zhì)量 。 7 方案 2 綜上分析后，此鏟平機機架采用方案 2 由于加工橡膠的轉(zhuǎn)速不是很高，從電動機的輸入部分到齒滾的輸出部分，中間傳動的主要設(shè)計部件 有減速器、改向器等。其次，是鏟平機機架、鏟平機側(cè)板等的設(shè)計；以及其它部分的結(jié)構(gòu)：實現(xiàn)切割的刀架結(jié)構(gòu)的設(shè)計；切割橡膠時起到支撐橡膠的刀片按滾部分的設(shè)計；為加工廢舊橡膠提供直接動力的齒滾傳動部分的設(shè)計等等。下面大致介紹各個部分的結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)的功能： 改向器 由兩個傳動軸帶動兩個齒滾，兩個齒滾的轉(zhuǎn)動方向是相反的，并且兩個齒滾并不是平行的，而是有一個很小的角度，當(dāng)兩個相反的齒滾轉(zhuǎn)動時，使被加工的廢舊橡膠輪胎繞一個圓心，曾圓的軌跡運動，從而實現(xiàn)廢舊橡膠輪胎的切削加工。 8 刀架結(jié)構(gòu) 刀具是用沉頭螺栓固定在刀架上的，而刀架的 結(jié)構(gòu)是主要是由弧形角度板和刀片支架構(gòu)成，通過絲杠來調(diào)整使刀架上下移動從而帶動刀具上下移動，達到調(diào)整高度的目的。 刀片按滾部分，由弧形角度板、刀片按滾絞鏈、刀片按滾連桿軸、刀片按滾等組成。 圖 1 刀片按滾 圖 2 刀片按滾鉸鏈 圖 3 角度板 由于廢舊輪胎的廢舊橡膠來源于各種各樣的汽車、重型機車、9 農(nóng)用機車、卡車等等，種類和型號的不同使要加工的廢舊橡膠的厚薄也不同，所以，為了擴大鏟平機的加工范圍，實現(xiàn)更廣泛的廢舊輪胎的加工，實現(xiàn)加工的動力部分的齒滾設(shè) 計成可以上下可調(diào)整，用來加工不同厚度的橡膠。 通過具體的分析確定如下的傳動方案： 電動機 蝸桿減速器 改向齒輪箱 齒滾 傳遞動力的布局方案如下圖所示： 圖 4 10 2.2 各傳動軸的數(shù)據(jù)計算 . . 選擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)形式： Y 系列電動機為全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，用于空氣中不含易燃、易爆或者腐蝕性氣體的場合，適用于電源電壓 380 伏，且無特殊要求的機械上，如機床、運輸機，也用于某些高啟動轉(zhuǎn)矩的機器上。 按照工作條件和要求，選擇一般用途的這種三相異步電動機，臥式封閉結(jié)構(gòu)。 . .選擇電動機的容量： 工作機所需的功率： 42 1 01 0 0 0 1 0 0 0 0 . 9 6 0 . 2 4 . 1 7 6wFVw nP K W 電動機所需的功率： 4 . 1 7 60 0 . 5 9 3 8 7 . 0 1 7WPnP K W 從電動機到齒滾軸之間傳動裝置的總效率為： 2 3 21 2 3 9. . . . . . 0 . 9 6 0 . 9 8 0 . 7 2 0 . 9 7 0 . 9 9 0 . 5 9 3 8n n n n n 選擇電動機的額定功率mp：使mp=（ 11.3）0p 查手冊后選取電動機為： 電動機的型號 132 4YS 額定功率 0 7.5P KW 滿載轉(zhuǎn)速 1440 /minr . .計算各軸的轉(zhuǎn)速： 蝸桿軸1n： 1n 1 4 4 0 1 4 4 03 2 5 / 1 2 5 2 . 6 5 5 3 . 8 5 / m i nr 11 蝸輪軸2n： 2n 5 5 3 . 8 530 1 8 . 4 6 / m i nr 改向齒輪軸3n： 32 1 8 . 4 6 / m i nn n r 齒滾軸4n： 42 1 8 . 4 6 / m i nn n r . . 計算 各軸功率： （ 1）蝸桿軸的功率1P： 1 0 1 7 . 0 1 7 0 . 9 6 6 . 7 3 6P P K W （ 2）蝸輪軸的功率2P： 2 1 2 3 6 . 7 6 3 0 . 9 8 0 . 7 2 4 . 7 5 3P P K W （ 3）改向齒輪軸的功率3P： 3 2 4 5 0 . 9 7 0 . 9 8 4 . 7 5 3 4 . 5 1 8P P K W （ 4）齒滾軸的功率4P： 4 3 6 7 8 0 . 9 7 0 . 9 7 0 . 9 9 4 . 5 1 8 4 . 2 0 8P P K W . . 計算各軸的轉(zhuǎn)矩： （ 1）蝸桿軸的轉(zhuǎn)矩： 12 11 6 . 7 6 71 5 5 3 . 8 59 5 5 0 9 5 5 0 1 1 6 . 1 5PnT N m （ 2）蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩： 22 4 . 7 3 52 1 8 . 4 69 5 5 0 9 5 5 0 2 4 5 8 . 8 9PnT N m （ 3）改向齒輪軸的轉(zhuǎn)矩： 33 4 . 5 1 83 1 8 . 4 69 5 5 0 9 5 5 0 2 3 3 7 . 3PnT N m （ 4）齒滾軸的轉(zhuǎn)矩： 444 . 2 0 84 1 8 . 4 69 5 5 0 9 5 5 0 2 1 7 6 . 9 4PnT N m 13 第三章 蝸桿減速器的設(shè)計 .確定 蝸桿減速器的總體結(jié)構(gòu) 蝸 桿減速器傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，但效率低，用于中、小功率、輸入軸與輸入軸垂直交錯的傳動。 蝸桿下置式： 蝸桿與蝸輪嚙合處的冷卻和潤滑都較好，同時蝸桿軸承的潤滑也比較方便，但當(dāng)蝸桿圓周速度太大時，攪油損失大，一般用于蝸桿圓周速度小于等于 45 米 /秒，傳動比的范圍是 1040。 蝸桿上置式： 裝拆方便，蝸桿的圓周速度允許高一些，但蝸桿軸承的潤滑不太方便，需要才用特殊的結(jié)構(gòu)措施，一般用于蝸桿圓周速度大于 45 米 /秒，傳動比的范圍是 1040。 左圖為蝸桿上置式， 右圖為蝸桿下置式。 此鏟平機采用蝸桿在上的蝸桿減速器結(jié)構(gòu)： 14 蝸輪軸以及蝸桿軸上都是采用單列圓錐滾子軸承，蝸桿的軸端軸承為固定式，在安裝時軸承必須留有軸向的間隙，用來防止蝸桿膨脹而使軸承產(chǎn)生軸向的附加壓力，蝸桿、蝸輪、軸承等都是用機座內(nèi)的潤滑油潤滑的，蝸桿軸上軸承的潤滑油是由蝸桿將油甩到機蓋壁上鑄造的油溝而進入軸承；蝸桿軸上的軸承的潤滑油則靠安裝在蝸輪兩端面的刮油板，將油導(dǎo)入機座上的油溝而進入軸承，蝸桿轉(zhuǎn)向變化時，刮油板都能起作用。機座采用剖分式結(jié)構(gòu)，并且在外機座壁上鑄有散熱片，機座上的散熱片作成垂直 方向，用來有利于熱傳導(dǎo)；在蝸桿一端裝有風(fēng)扇，用來冷卻機蓋，機蓋上散熱片作成水平的方向，便于空氣流動。 15 . 蝸桿的設(shè)計計算 . . 根據(jù)蝸桿齒面接觸強度計算： 此蝸桿傳動屬于一般用途等特點，由表可以查得： 蝸桿選用 45 鋼，表面淬火，硬度大于 45HRC 蝸輪齒圈通過查表得： 選用無錫青銅 ,砂模鑄造 蝸桿頭數(shù)1Z： 傳動比 58 716 1532 3083 1Z 6 4 2 1 由上表可取1Z=1 1、 許用接觸應(yīng)力 ： 由材料的許用接觸應(yīng)力表可以查得： 2 2 0HaMp 2、 蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 ： 22 4 . 7 3 52 1 8 . 4 69 5 5 0 9 5 5 0 2 4 5 8 . 8 9PnT N m 3、 K 載荷系數(shù) ： AVK K K K 公式中： （ 1）VK 為動載荷系數(shù)：由于蝸桿傳動一般比較平穩(wěn)，動載荷要比齒輪傳動的小的多，故VK值可取定如下： 對于精確制造，且蝸輪圓周速度 : 當(dāng) 3/v m s 時，取VK=1.01.1 16 當(dāng) 3/v m s 時，取VK=1.11.2 （ 2） K 為齒向載 荷分布系數(shù)： 當(dāng)蝸桿傳動在平穩(wěn)載荷下工作時，載荷分布不均勻現(xiàn)象將由于工作表面良好的摩合而得到改善，此時可取 K=1.0； 當(dāng)載荷變化大或者沖擊振動時，蝸桿由于變形不固定，不可能因跑合使載荷分布均勻，這時取 K=1.31.6：蝸桿剛度大時，取小值，反之，取大值。 （ 3）AK 為使用系數(shù) 工作 類型 載荷性質(zhì) 均勻 無沖 擊 不均勻 小沖擊 不均勻 大沖擊 每小時 起動次數(shù) 50 起動 載荷 小 較大 大 AK 1 1.15 1.2 1 . 0 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 5k 4、 初選蝸桿導(dǎo)程角 ： 蝸桿頭數(shù)1Z 1 2 4 6 蝸 桿倒程角 ： 3 8 8 16 16 30 30 33.5 17 初步取 = 7 ，壓力角 20 。 22 2 3 2 34 8 0 4 8 012 3 0 2 2 0c o s ( ) 1 . 0 5 2 4 5 8 . 8 9 1 0 c o s 7 ( ) 1 1 2 6 . 3 3HZm d K T m m 2 1md 1126.33 3mm 由表 14-11 查得 21md=1250 3mm . . 蝸桿的尺寸計算： 模數(shù)： 5,m 分度圓直徑： 1 50d 導(dǎo)程角 ： 1 1550a r c t a n a r c t a n 5 . 7 1mzd 112222 ( 1 ) 2 5 ( 3 0 1 ) 5 5 . 6 8b m z m m 蝸桿齒頂圓直徑 1da： 11 2 5 0 2 5 6 0d a d m m m 18 . 蝸輪的計算 傳動比 30i 蝸輪的齒數(shù)： 21 3 0 1 3 0Z i Z 蝸輪的分度圓直徑： 22 5 3 0 1 5 0d m z m m 蝸輪喉圓直徑： 2 2 22 ( 1 5 0 2 5 ) 1 6 0aad d h m m m m 蝸輪齒根圓直徑 ： 2 2 22 ( 1 5 0 1 . 0 5 2 5 ) 1 3 9 . 5ffd d h m m m m 蝸輪咽喉母圓半徑： 2211(1 0 0 1 6 0 ) 2 022gar a d m m m m 蝸輪寬度2b： 210 . 7 5 0 . 7 5 6 0 4 5b d a m m 中心距： 111222( ) ( 5 0 1 5 0 ) 1 0 0a d d mm 符合推薦的中心距，所以不需要變位 19 . 蝸桿切向速度計算 22 1 5 0 1 8 . 4 62 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 0 . 1 4 5 /dnv m s 蝸桿圓周速度： 11 5 0 5 5 3 . 8 51 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 1 . 4 5 /dnv m s 滑動速度： 2 0 . 1 4 5s i ns i n 5 . 7 1 1 . 4 5 7 /vsv m s . 精度等級的選擇 考慮到所設(shè)計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從/ 1 0 0 8 9 1 9 8 8G B T 圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 選用 8 級精度。 .蝸桿傳動的效率計算 閉式蝸桿傳動的功率損耗一般包括三部分，即嚙合摩擦損耗、軸承摩擦損耗及浸入油池中的零件攪油時候的濺油損耗。 因此總效率為：1 2 3 公式中，1、2、3分別為單獨考慮嚙合摩擦損耗、軸承摩擦損耗及濺油損耗的效率。而蝸桿的傳動總效率，主要取決于計入嚙合摩擦損耗時候的效率1， （ 1） 傳動嚙合效率：， 當(dāng)蝸桿主動時計算公式： t a n1 t a n ( )v 式子中， 20 普通圓柱蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角； v 當(dāng)量摩擦角， arctanvvf ， 其數(shù)值可以根據(jù)滑動速度sv由表選取。 查表后得當(dāng)量摩擦角 2 2 .1 5v t a n t a n 5 . 7 11t a n ( ) t a n ( 5 . 7 1 2 . 1 5 ) 0 . 7 2 4v 1 1 1c o s 6 0 1 0 0 0 c o s = 1 . 4 5 7 m / sV d nsv 公式中 1v 蝸桿分度圓的圓周速度，單位 /ms 1d 蝸桿分度圓直徑，單位 mm 1n 蝸桿的轉(zhuǎn)速，單位 /minr （ 2）攪油損失的效率：2 0.99 （ 3）軸承的效率： 3 0.99 總效率為： 1 2 3 = 0 . 7 2 4 0 . 9 9 0 . 9 9 0 . 7 1 . 蝸輪彎曲疲勞強度驗算 齒根彎曲疲勞極限 ： 由表 8.8 查 lim 270FaMP 彎曲 疲勞最小安全系數(shù)： 21 min 1.3FS 許用彎曲疲勞應(yīng)力： 225222 0 . 9 5 2 4 . 5 8 1 0 1 9 2 . 8 6 2 0 7 . 75 3 8 . 1 7 1 5 0AKF a am b d T M P M P 合格，滿足要求 . 蝸桿熱平衡計算 蝸桿傳動由于效率低，所以工作時發(fā)熱量大。在閉式傳動中，如果產(chǎn)生的熱量不能即使散逸，將因為油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大摩擦損失，甚至發(fā)生膠合。所以，必須根據(jù)單位時間內(nèi)的發(fā)熱量等于同時間內(nèi)的散熱量的條件進行熱平衡計算，來保證油溫穩(wěn)定地處于規(guī)定的范圍內(nèi)。 由于摩擦損耗的功率 (1 )fPP， 則產(chǎn)生的熱流量為1 1 0 0 0 (1 )P 公式中 ： P 蝸桿傳遞的效率，單位 KW 以自然冷卻的方式，從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去熱流量2： 20()daS t t 公式中： d 箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ， 可以取d= (8 .1 5 1 7 .4 5 ) ， 當(dāng)周圍空氣流通良好時，取偏大值； S 內(nèi)表面能被潤滑油所飛濺到，而外表面又可為周圍空氣所冷卻箱體表面面積，單位為 2m 0t 油的工作溫度，一般限制在 60 70 C ，最高不應(yīng)超過 80C ； 22 at 周圍空氣的溫度常溫情況可取為 20C ； 按照熱平衡條件21，可求得在既定工作條件下的油溫0t為： 1 0 0 0 ( 1 )0 dPa Stt 或者在既定條件下，保持正常工作溫度所需 要的散熱面積 S 為： 01 0 0 0 ( 1 )()daPttS 在0t大于 80C 或者有效的散熱面積不足時，則必須采取措施，以提高散熱能力。通常采?。?1. 加散熱片增大散熱面積 2. 在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇，以加速空氣流通。 3. 在傳動箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路。 . 蝸桿傳動的潤滑 潤滑對蝸桿傳動來說，具有特別重要的意義。因為當(dāng)潤滑不良時，傳動效率將明顯的降低，并且會帶 來劇烈的磨損和產(chǎn)生膠合破壞的危險，所以往往采用粘度大的礦物油進行良好的潤滑，在潤滑油中還加入添加劑，使其提高抗膠合的能力。 .潤滑油：潤滑油的種類很多，需根據(jù)蝸桿、蝸輪配對材料和運轉(zhuǎn)條件合理選用。 蝸桿傳動常用的潤滑油的表格： 全 損 耗系 統(tǒng) 用油 牌 號L AN 68 100 150 220 320 460 680 23 運 動 粘度 61.2 74.8 90 110 135 165 198 242 288 352 414 506 612 748 運動指 數(shù) 不小于 90 90 90 90 90 90 90 傾點 / C 不高于 -8 -8 -8 -8 -8 -8 -5 閃點 / C 不低于 180 180 200 200 200 200 220 .潤滑油粘度及其給油的方法： 一般根據(jù)相對滑動速度及其載荷類型進行選擇。 對于閉式傳動，常用 的潤滑油粘度及其給油的方法見下表格： 蝸桿傳動 相對滑動速度 01 02.5 05 510 1015 1525 25 載荷類型 重 重 中 不限 不限 不限 不限 運動粘度 900 500 350 220 150 100 80 給油方法 油池 潤滑 油池 潤滑 油池 潤滑 油池 或噴油 0.7 2 3 如果采用噴油潤滑，噴油嘴要對準(zhǔn)蝸桿嚙入端，蝸桿正反轉(zhuǎn)時，兩邊都要裝有噴油嘴，而且要控制一定的油壓。 .潤滑油量： 對于閉式蝸桿傳動采用油池潤滑時，在攪油損耗不致過 大的情況下，應(yīng)有適當(dāng)?shù)挠土?。這樣不僅有利于動壓油膜的形成，而且有助于散熱。對于蝸桿上置式時，浸油深度約為蝸輪外徑的 1/3。 24 第四章 改向箱齒輪的設(shè)計計算 . 材料選擇 由于改向齒輪傳動是用于一般工作，速度不高，故選用 7 級精度。改向齒輪的傳動比為 1i ，只是用來改變兩個傳動軸的方向，所以，選擇齒輪材料為 40rC，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 45HRCK 45HRC 通過計算可以得到如下的數(shù)據(jù)： 該改向齒輪軸所傳遞的轉(zhuǎn)速為 1 8 .4 6 / m innr ， 傳遞的功率為 4 .5 1 8p KW ， 傳遞的轉(zhuǎn)矩為 2 3 3 7 .3T N m 初步選擇齒輪的齒數(shù)： 1 38Z ，2 1 1 38Z iZ Z . 按照齒輪接觸強度設(shè)計 由設(shè)計計算公 式進行計算，即： 13 3211 2 . 3 2 ( ) T EdHKT Zut ud . . 確定公式中的各參數(shù)的數(shù)值： 試選載荷系數(shù)TK=1.3 （）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： 33 4 . 5 1 83 1 8 . 4 69 5 5 0 9 5 5 0 2 3 3 7 . 3PnT N m （）選取齒寬系數(shù)a： 齒寬系數(shù)越大，輪齒就越寬，其承載能力就越大，但輪齒過寬，會使載荷沿著齒寬分布不均勻的現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至偏載引起局部輪齒25 折斷，因此，齒寬系數(shù)取值要適當(dāng)， 一般齒輪傳動常用 0.1 0.3a ； 通用減速器 0.4a 變速箱齒輪常用a= 0.12 0.15 ； 開式齒輪 0.1 0.3a 此減速器取 0.4a （）過查彈性影響系數(shù)表可得彈性影響系數(shù) 1 8 9 .8EaZ M P （）按照齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 lim 1250H MP （）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 根據(jù)公式 60hN njL 76 0 6 0 1 8 . 4 6 2 8 3 0 0 1 5 7 . 9 7 1 0hN n j L （）由接觸疲勞壽命系數(shù)圖表可查得接觸疲勞壽命系數(shù) 0.98HNK （）計算接觸疲勞許用應(yīng)力： 取失效概率為 1%，安全系數(shù) 1S ， 由公式 li m H N HKS 計算： l i m 0 . 9 8 1 2 5 0 1 2 2 51 . 3H N H aK MPS 26 . . 設(shè)計計算： （） 試計算小齒輪分度圓直徑1td，代入 的數(shù)值： 13 3211 2 . 3 2 ( ) T EdHKT Zut ud 13 2 31 . 3 2 3 3 7 . 3 1 0 1 8 9 . 82 . 3 2 2 ( ) 1 7 3 . 3 41 1 2 2 5 mm （） 計算圓周速度 v ： 11 3 . 1 4 1 7 3 . 3 4 1 8 . 4 6 0 . 1 6 7 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0tdnv m s （） 計算齒寬 b ： 1 0 . 4 1 7 3 . 3 7 7 0 . 4atb d m m （） 計算齒寬與齒高之比 /bh： 模數(shù) 11 1 7 3 . 3 4/ 4 . 5 638ttm d Z m m 齒高 2 . 2 5 2 . 2 5 4 . 5 6 1 0 . 2 6th m m m 7 0 . 4/ 6 . 8 61 0 . 2 6bh （） 計算載荷系 數(shù) K ： 計算齒輪強度用的載荷系數(shù) K ，包括使用系數(shù)AK，動載系數(shù)VK，齒間載荷分配系數(shù) K以及齒向載荷分布系數(shù) K，即AVK K K K K 1.AVK K K K K使用系數(shù)AK是考慮齒輪嚙合時候外部鄰接裝置引起的附加動載荷影響的系數(shù)。這種動載荷取決于原動機械的特性、質(zhì)量比、聯(lián)軸器類型以及運動的狀態(tài)等。 27 2. 動載系數(shù)VK；對于直齒輪傳動，輪齒在嚙合的過程中不論上由雙對齒嚙合過渡到單對齒嚙合，或者由單對齒過渡到雙對齒嚙合的期間，由于嚙合齒對的剛度變化，也要引起動載荷，為了計及動載荷的影響，引入了動載系數(shù)VK。齒輪的制造精度及圓周速度對輪齒嚙合過程中產(chǎn)生動載荷的大小影響很大。提高制造精度，減少齒輪直徑以及降低圓周速度，均可以減小動載荷。 3.齒間載荷分配系數(shù) K：一對相互嚙合的圓柱齒輪，在嚙合區(qū)中有兩對齒同時工作時，則載荷應(yīng)分配在這兩對齒上。由于齒間誤差及彈性變形等原因，總載荷并不是按比例分配在這兩條接觸線上。因此其中一條接觸線上的平均單位載荷可能會大，而另一條接觸線上的平均單位載荷則會小，進行強度計算時當(dāng)然按平均單位載荷大的數(shù)值計算。為此，引入齒間載荷分 配系數(shù) K。 4.齒向載荷分布系數(shù) K 當(dāng)軸承相對于齒輪作不對稱配置時，受載荷前，軸無彎曲變形，輪齒嚙合正常，兩個節(jié)圓柱恰好相切；受載荷后，軸產(chǎn)生彎曲變形，軸上的齒輪也就隨之偏斜，這就使作用在齒面上的載荷沿接觸線分布不均勻。當(dāng)然，軸的扭轉(zhuǎn)變形，軸承、支座的變形以及制造、裝配的誤差也是使齒面上載荷分布不均勻的因素。計算輪齒強度時，為了計及齒面上載荷沿接觸線分布不均勻的現(xiàn)象，通常用系數(shù) K來表征齒面上載荷分布不均勻的程度對輪齒強度的影響。 根據(jù) 0 .1 6 7 /v m s ， 7 級精度，由動載系數(shù)表， 查得動載系數(shù) 1.05VK 直齒輪，假設(shè) / 1 0 0 /AtK F b N m m， 由表查得 1 .1HFKK 28 查得使用系數(shù)AK=1 7 級精度，齒輪相對于支撐非對稱布置時， 2 2 31 . 0 0 . 3 1 ( 1 0 . 6 ) 0 . 1 9 1 0H d dKb 將數(shù)據(jù)代入后得 HK 31 . 0 0 . 3 1 ( 1 0 . 6 ) 0 . 1 9 1 0 7 . 0 4 1 . 5 0 9 由 7 0 . 4/ 6 . 8 61 0 . 2 6bh， 1.509HK 查表可以得 1.48FK 故載荷系數(shù)為： 1 . 0 1 . 0 5 1 . 1 1 . 4 8 1 . 7 0 9H H A VK K K K K （ 6）按照實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑： 1311 ( / ) 1 7 4 . 0 2ttd d K K （）計算模數(shù) m 11 7 4 . 0 2 4 . 5 7 938dm m mZ 29 . 按照齒根彎曲強度計算 彎曲強度的設(shè)計公式為： 13212 ( ) F a S adFYYKTmZ 確定公式中的各計算數(shù)值： 查得齒輪的彎曲疲勞強度極限 725FE aMP 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 1.7FNK 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力： 取彎曲疲勞安全系數(shù) 1.4S 1 . 7 7 2 5 8 8 0 . 3 61 . 4F N F EFaK MPS 計算載荷系數(shù)： 1 . 0 1 . 0 5 1 . 1 1 . 4 8 1 . 7 0 9F F A VK K K K K 查取齒形系數(shù) 2.42FaY 查取應(yīng)力校正系數(shù) 1.66SaY 計算齒輪的Fa SaFYY的數(shù)值： Fa SaFYY= 2 . 4 2 1 . 6 6 0 . 0 0 4 5 48 8 0 . 3 6 設(shè)計計算： 1322 1 . 7 0 9( 0 . 0 0 4 5 4 ) 3 . 1 51 . 0 3 8m m m 30 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可以取彎曲強度算得的模數(shù)并圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 4m ，按照接觸 強 度 算 得 的 分 度 圓 直 徑 ， 算 齒 輪 的 齒 數(shù) ： 1 1 7 4 . 0 2 4438dZ m mm . 幾何尺寸計算 .計算分度圓直徑 ： 1 4 4 4 1 7 6d m z m m 211,i z i z 2 2 1 1 4 4 4 1 7 6d m z d m z m m .計算中心距 12 1 7 6 1 7 6( ) / 2 1 7 62a d d m m .計算齒輪的寬度 1 0 . 4 1 7 3 . 3 7 7 0 . 4atb d m m 31 第五章 改向箱軸的強度計算 .受力計算 1. 改向箱軸即 軸，通過前面的 計算可以得到如下的數(shù)據(jù)： 轉(zhuǎn)速2 1 8 .4 6 / m i nnr， 傳遞的功率3 4 .5 1 8p KW 該軸上齒輪分度圓直徑 176d mm ， 傳遞的轉(zhuǎn)矩3 2 3 3 7 .3T N m 圓周力tF： 3 42 2 2 3 3 7 . 3 1 0 2 . 6 5 6 1 0176t TFNd 徑向力 rF： 3 3t a n t a n 2 0 2 . 6 5 6 1 0 9 . 7 6 7 1 0c o s c o s 8rFN 軸向力aF： 43t a n t a n 8 2 . 6 5 6 1 0 3 . 7 3 7 1 0atF F N . 初步確定軸的最小直徑 按照公式 1 1 1 13 3 3 39 5 5 0 0 0 0 9 5 5 0 0 0 0( ) ( ) ( ) ( )0 . 2 0 . 2 p p pdAn n n 初步估算軸的最小直徑 32 選擇軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 取 A =70，于是得 13m i n 4 . 5 1 87 0 ( ) 4 3 . 7 8 61 8 . 4 6d m m 此軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使 所選軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需要同時選擇聯(lián)軸器的型號。 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩3ca AT K T，取 1.3AK 1 . 3 2 3 3 7 . 3 3 0 3 8 . 4 9caT N m 按 照 計 算 轉(zhuǎn) 矩caT應(yīng) 小 于 聯(lián) 軸 器 公 稱 轉(zhuǎn) 矩 的 條 件 ， 查 標(biāo) 準(zhǔn)/ 5 0 1 4 1 9 8 5G B T ，選用十字軸萬節(jié)聯(lián)軸器，半聯(lián)軸器的孔徑 1 45d mm ，故取軸 d - 45mm ，半聯(lián)軸器的長度 82，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度1 70L mm。 . 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)工藝性是制軸的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)方便加工和裝配軸上的零件并且生產(chǎn)效率高，成本低，一般地說，軸的結(jié)構(gòu)越簡單，工藝性越好，因此，在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量簡化，為了便于裝配零件并去掉毛刺，軸端應(yīng)制出 45 倒角，需要磨削加 工的軸段，應(yīng)留有砂輪越程槽，為了減少裝夾工件的時間，同一軸上不同軸段的鍵槽應(yīng)布置在軸的同一母線上，為了減少加工刀具種類和提高勞動生產(chǎn)率，軸上直徑的相近處的圓角、倒角、鍵槽寬度和退刀槽寬度、砂輪越程槽寬度等應(yīng)盡可能采用相同的尺寸。 33 . 擬定軸上的裝配方案 軸上零件的裝配方案是進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，對軸的結(jié)構(gòu)形式起著決定性的作用，所謂的裝配方案就是預(yù)定出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互的關(guān)系。 改向箱軸的裝配方案是：齒輪、套筒、右端軸承、軸承端蓋、半聯(lián)軸器、軸端擋圈，依次從軸的右端向左端安裝，左端安裝套筒 、左端軸承、軸承端蓋、半聯(lián)軸器、軸端擋圈。 軸上零件的定位：此改向箱軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸承端蓋、軸端擋圈等來保證的。齒輪的左端是利用軸肩定位，此定位方便可靠；齒輪的右端用套筒定位，軸上不需要開槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強度，具有結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠等優(yōu)點，用軸端擋圈固定半聯(lián)軸器，可以承受較大的軸向力。軸承端蓋用螺釘與改向箱體聯(lián)接，而使軸承的外圈得到軸向定位。 . 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 34 . . 確定軸的各段直徑和長度： 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求， -段右端制出一軸肩。 -段軸上安裝滾動軸承，初選滾動軸承。因軸承同時承受徑向力和軸向力的作用，而且軸的轉(zhuǎn)速不高，故選用角接觸球軸承。參照工作要求并根據(jù)1 45d mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的 7211C ，其尺寸為 5 5 1 0 0 2 1d D B m m m m m m ，故 -段軸直徑2 55d mm 取安裝齒輪處的軸段 -的直徑4 56d mm，齒輪的右端與右軸承之間采用套筒定位。已求得齒輪輪轂寬度為 70mm ，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取軸段 -的長度為 65mm （ 1） 齒輪的左端采用軸肩定位，軸肩高度 0.07hd ，長度為 5mm （ 2） 軸承端蓋的總寬度為 20mm ，套筒寬 4mm ，軸承端蓋的最外圓直徑為211 6 0 , 1 0 0D m m d m m （ 3） 軸段 -和軸段 -的尺寸與左端的相同，大致曾對稱。 . . 軸上零件的圓周定位： 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。根據(jù)安裝齒輪 處 的 軸 段 - 的 直 徑4 56d mm， 由 手 冊 查 得 平 鍵 截 面1 6 1 0b h m m m m ( 1 0 9 6 7 9 )GB ，鍵槽用鍵銑刀加工，長為 48mm （標(biāo)35 準(zhǔn)鍵長見 1096 79GB ），同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為 7/ 6Hn；同樣，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為 1 4 9 6 3m m m m m m半聯(lián)軸器與軸的配合 7/ 6Hk。滾動軸承與軸的周向定位上借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為6m 。 取軸端倒角為 2 45 ，各軸肩處的圓角半徑為 2r mm 。 . 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖，在根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面 C 是軸的危險截面。 該截面的相關(guān)計算如下： . . 水平方向的支持反力分別為1NHF，2NHF 42 . 6 5 6 1 0N H tF F N （ 1） 412 2 . 6 5 6 1 0N H N H N HF F F N 由左邊兩個式子可以得出： （ 2）125 4 . 7 4 9 . 7N H N HFF 41 1 . 2 6 5 1 0NHFN ， 42 1 . 3 9 1 1 0NHFN . . 垂直方向的支持反力分別為1NVF，2NVF 36 4 3t a n t a n 8 2 . 6 5 6 1 0 9 . 7 6 7 1 0c o s c o s 8N V rF F N （ 1） 312 9 . 7 6 7 1 0N V N V N VF F F N （ 2）125 4 . 7 4 9 . 7N V N VFF 由上邊兩個式子（ 1）、（ 2）可以得出： 31 4 . 6 5 1 1 0NVFN， 32 5 . 1 1 6 1 0NVFN 37 . . 扭矩 T ： 2 3 3 7 .3T N m . . 彎矩 M ： 451 5 4 . 7 1 . 2 5 6 1 0 5 4 . 7 6 . 9 2 1 0H F NM F N m m 3511 5 4 . 7 4 . 5 6 1 1 0 5 4 . 7 2 . 5 4 4 1 0V N VM F N m m 3522 5 4 . 7 5 . 1 1 6 1 0 4 9 . 7 2 . 5 4 3 1 0V N VM F N m m . . 總彎矩： 112 2 5 2 5 2 52221( ) ( 6 . 9 2 1 0 ) ( 2 . 5 4 4 1 0 ) 8 . 2 0 4 1 0HVM M M N m m 2 2 5 2 5 2 512( ) ( 6 . 9 2 1 0 ) ( 2 . 5 4 3 1 0 ) 8 . 2 0 3 1 0HVM M M N m m . 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎 矩和扭矩的截面的強度。 通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力 是對稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 則常常不是對稱循環(huán)變應(yīng)力，為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù) ， 則計算應(yīng)力為： 1222 4 ( ) ca 公式中的彎曲應(yīng)力為稱循環(huán)變應(yīng)力。 當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時， 取 0.3 ； 當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時， 0.6 ； 38 當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力時， 1.0 ； 軸的彎扭合成強度條件為： 11 22222 21( ( ) ) ( ) 4 ( ) 2caMMW W W 公式中 ca 軸的計算應(yīng)力，單位為aMP M 軸所受到的彎矩，單位為 Nmm T 軸所受到的扭矩，單位為 Nmm W 軸的抗彎截面系數(shù)，單位為 3mm 1 對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力 取 0.6 ，軸的計算應(yīng)力為： 11 5 2 3 2222 23 ( 8 . 2 0 3 1 0 ) ( 0 . 6 2 3 3 7 . 3 1 0 ) ( ) 4 ( ) 5 1 . 5 42 0 . 1 6 5c a aM MPWW 前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得1=60aMP，因此，ca1 所以，安全。 . 精確校核軸的疲勞強度 . . 判斷危險截面 截面、，只受到扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩以及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲 勞強度，但由于軸的最小直徑是按39 照扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕地確定的，所以截面、均無需要校核。 從應(yīng)力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面和處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受到載荷的情況來看，截面 C 上的應(yīng)力最大。截面的應(yīng)力集中的影響和截面的相近，但截面截面不受到扭矩的作用，同時軸徑也比較大，故不必作強度校核。截面 C 上雖然應(yīng)力大，但應(yīng)力集中不大（過盈配合以及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸的直徑 最大，故截面也不必校核。鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需要校核截面左右兩側(cè)即可。 . . 截面的右側(cè)： 抗彎截面系數(shù) : 3 3 30 . 1 0 . 1 5 5 1 6 6 3 7 . 5W d m m 抗扭截面系數(shù) : 3 3 30 . 1 0 . 2 5 5 3 3 2 7 5TW d m m 截面的右側(cè)彎矩 M 為： 535 7 . 4 3 2 . 58 . 2 0 3 3 . 5 5 8 1 05 7 . 4M m m 截面上的扭矩 T 為： 2 3 3 7 .3T N m 截面上彎曲應(yīng)力b為： 53 . 5 5 8 1 0 2 1 . 3 91 6 6 3 7 . 5baM MPW 40 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力T為： 32 3 3 7 . 3 1 0 7 0 . 2 433275TaTT MPW 軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理 查得 640BaMP ， 1 275 aMP ， 1 155 aMP 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)和T可以由相應(yīng)的表格查取。 因 2 .0 0 .0 3 655rd ， 56 1 .1 0 855Dd ， 經(jīng)過插值后可以查得 : 1.31 ， 2.0 查得軸的材料的敏性系數(shù)為： 0.85q 0.82q 故有效應(yīng)力集中系數(shù)由公式計算得： 1 ( 1 ) 1 0 . 8 5 (1 . 3 1 1 ) 1 . 2 61 ( 1 ) 1 0 . 8 2 ( 2 . 0 1 ) 1 . 8 2kq 查得尺寸系數(shù) 0.67； 扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 0.82； 軸按照磨削加工，查得表面質(zhì)量系數(shù)為 : 0 .9 2 軸未經(jīng)過表面強化處理，即 1,q 根據(jù)公式計算得到綜合系數(shù)數(shù)值41 為： 1 1 . 8 2 11 2 . 8 00 . 6 7 0 . 9 2kK 1 1 . 2 6 11 1 . 6 20 . 8 2 0 . 9 2kK 查得碳鋼的特性系數(shù)： 0.1 0.2 取 0.1 0 .0 5 0 .1 取 0.05 于是，計算安全系數(shù)caS值， 1 275 4 . 5 9 22 . 8 0 2 1 . 3 9 0 . 1 0amS K 1 155 4 . 6 8 97 0 . 2 4 7 0 . 2 41 . 6 2 0 . 0 522amS K 112 2 2 2224 . 5 9 2 4 . 6 8 9 3 . 2 8 1 1 . 5( ) ( 4 . 5 9 2 4 . 6 8 9 )caSSSSSS 故可知安全。 . . 截面的左側(cè)： 抗彎截面系數(shù) : 3 3 30 . 1 0 . 1 5 6 1 7 5 6 1 . 6W d m m 抗扭截面系數(shù) : 42 3 3 30 . 2 0 . 2 5 6 3 5 1 2 3 . 2TW d m m 截面的右側(cè)彎矩 M 為： 535 7 . 4 3 2 . 58 . 2 0 3 3 . 5 5 8 1 05 7 . 4M m m 截 面上的扭矩 T 為： 2 3 3 7 .3T N m 截面上彎曲應(yīng)力b為： 53 . 5 5 8 1 0 2 0 . 2 61 7 5 6 1 . 6baM MPW 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力T為： 32 3 3 7 . 3 1 0 6 6 . 5 4 63 5 1 2 3 . 2TaTT MPW 過盈配合處的 k值，用插值法求出，并取 0.8kk，于是得： 3.16k 0 . 8 3 . 1 6 2 . 5 3k 軸按照磨削加工，查得表面質(zhì)量系數(shù)為 0 .9 2 故得綜合系數(shù)為： 111 2 . 5 3 1 2 . 6 20 . 9 2kK 43 111 3 . 1 6 1 3 . 2 50 . 9 2kK 所以軸在截面右側(cè)的安全系數(shù)為： 1 275 4 . 1 7 63 . 2 5 2 0 . 2 6 0 . 1 0amS K 1 155 3 . 7 4 56 6 . 5 4 6 6 6 . 5 4 62 . 6 2 0 . 0 522amS K 112 2 2 2224 . 1 7 6 3 . 7 4 5 2 . 7 9 1 . 5( ) ( 4 . 1 7 6 3 . 7 4 5 )caSSSSSS 故該軸在截面左側(cè)的強度也是足夠的。 44 第六章經(jīng)濟性分析 在機械生產(chǎn)加工的過程中，經(jīng)濟性一直都是追求的目標(biāo)，力求用最少的投資獲得最大的經(jīng)濟效益。加工廢舊輪胎的此鏟平機的經(jīng)濟性主要表現(xiàn)在以下幾點： .從選材方面 ： 合適地選擇各零件的材料可以降低耗材的成本。 .從設(shè)計方面和從加工方面 ： 選擇合理而又快速的設(shè)計方法這樣可以縮減機床的設(shè)計周期；機床的零件加工是很重要的一個環(huán)節(jié)，它直接影響著機床 的精度，除此之外，許多的零件機構(gòu)都比較復(fù)雜，對它們進行加工時一般都采用數(shù)控機床來加工，它可以降低工人師傅的勞動強度、節(jié)省加工時間等等。 在鏟平機設(shè)計的過程中，大多數(shù)采用的是標(biāo)準(zhǔn)件的螺釘、螺母和螺栓等，購買方便，特殊加工的零件少，因此，采用標(biāo)準(zhǔn)件要比特殊加工的零件更經(jīng)濟。 論文中對機床進行優(yōu)化設(shè)計分析，這樣可以在設(shè)計的同時還可以將每個零件進行應(yīng)力分析，以確定所選擇的材料的尺寸是否合理，這樣做既直觀又簡單；對于機床中各主要零件的設(shè)計中，在選材方面都是在滿足了設(shè)計要求及其強度要求下，而選擇材料這樣很好地減少了材料的 浪費；在設(shè)計方面也是盡可能地簡化零件的結(jié)構(gòu)，在機床的整體設(shè)計上比較起以前的機床機構(gòu)更加簡單些；這樣能很好地縮短零件的加工時間。整臺機床的設(shè)計成本及其設(shè)計周期比以前的設(shè)計都得到了降低。 鏟平機是廢舊輪胎回收利用過程中的一種加工設(shè)備，在目前能源日趨緊張的形廢輪胎勢下，鏟平機對廢輪胎回收利用不僅可以節(jié)約資源、能源，對于保護環(huán)境具有重要的意義，還可以由“廢物”變?yōu)椤皩毼铩保?這些都將帶來可觀的社會效益和經(jīng)濟效益。 45 第七章 綠色設(shè)計與生產(chǎn) .綠色設(shè)計產(chǎn)生的背景 自 20 世紀(jì) 70 年代以來，工業(yè)污染所導(dǎo)致全球性環(huán)境惡化達到了前所未有的程度，生態(tài)危機日益嚴(yán)重，人們不得不重視這種環(huán)境污染的現(xiàn)實。在工業(yè)發(fā)達國家，產(chǎn)品的綠色標(biāo)志制度相繼建立，凡標(biāo)有“綠色標(biāo)志”的產(chǎn)品，表明該產(chǎn)品從生產(chǎn)到使用、回收的整個過程符合環(huán)境保護要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極小，可以實現(xiàn)資源的再生與回收，這中產(chǎn)品大大地提高了在國際市場的競爭力。 與經(jīng)濟發(fā)達國家相比，我國工業(yè)的技術(shù)水平還有較大的差距，工業(yè)產(chǎn)品還存在著資源和原料消耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重、國際市場競爭能力相對較弱等問題。為了解決上述問題的可行途徑，就是通過綠 色設(shè)計與綠色制造技術(shù)，大力發(fā)展綠色產(chǎn)品，盡可能減少對環(huán)境的污染和資源的浪費，全面提高產(chǎn)品的競爭力。 . 綠色產(chǎn)品的含義和優(yōu)點 綠色設(shè)計是由綠色產(chǎn)品的誕生所引伸的一種設(shè)計技術(shù)。因而，要進行綠色設(shè)計，首先有必要弄清什么樣產(chǎn)品是綠色產(chǎn)品，綠色產(chǎn)品有何特點，以便于采取一定的方法和手段去設(shè)計綠色產(chǎn)品。 . . 綠色產(chǎn)品的含義 綠色產(chǎn)品是相對傳統(tǒng)產(chǎn)品而言的，至今還沒有權(quán)威性的定義，為了便于對綠色產(chǎn)品的認(rèn)識給出如下一些定義： 1）綠色產(chǎn)品是指以環(huán)境和環(huán)境資源保護為核心概念而設(shè)計生產(chǎn)的、可以拆卸和分解的產(chǎn)品，其零部 件經(jīng)過翻新處理后可以重新里利用。 2）綠色產(chǎn)品是將重點放在減少部件，使原材料使用合理化并能進行回收處理的產(chǎn)品。 3）綠色產(chǎn)品是指從生產(chǎn)到使用乃至回收的整個過程都符合特定的環(huán)境保護要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害小，以及可以再生或回收、循環(huán)、再利用的產(chǎn)品。 4）綠色產(chǎn)品是指其使用壽命完結(jié)時，部件可以翻新和重新里利46 用的產(chǎn)品。 從上述定義可以看出綠色產(chǎn)品是指在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)，包括原材料制備、設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用、回收、再用或再生過程，能節(jié)約資源和能源，對生態(tài)環(huán)境無危害或少危害，且對生產(chǎn)者及是使用者具有良好保護 性的產(chǎn)品。 . . 綠色產(chǎn)品的優(yōu)點： 1）優(yōu)良的環(huán)境友好性。即產(chǎn)品從生產(chǎn)到使用乃至廢棄回收處理的各個環(huán)節(jié)都對環(huán)境無害或危害甚小。這就要求企業(yè)在生產(chǎn)過程中選用清潔的原料、清潔的工藝過程，生產(chǎn)出清潔的產(chǎn)品；使用產(chǎn)品時不對使用者造成危害；報廢產(chǎn)品在回收處理過程中很少產(chǎn)生廢棄物。 2）最大限度地利用材料資源。綠色產(chǎn)品盡量減少材料使用量，減少使用材料的種類，特別是稀有昂貴材料及有毒、有害材料。這就要求設(shè)計產(chǎn)品時，在滿足產(chǎn)品基本功能的條件下盡量簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，合理選用材料，并使產(chǎn)品中零件材料能最大限度的再利用。 3）最 大限度地節(jié)約能源。綠色產(chǎn)品在其生命周期的各個環(huán)節(jié)所消耗的能源最少，能源的節(jié)約本身也是很好的環(huán)境保護手段。 .綠色設(shè)計的主要內(nèi)容 .綠色設(shè)計的描述與建模 準(zhǔn)確全面地描述綠色，建立系統(tǒng)的綠色產(chǎn)品評價模型是綠色設(shè)計的關(guān)鍵。 .綠色設(shè)計的材料選擇 綠色設(shè)計要求設(shè)計人員改變傳統(tǒng)的選材程序和步驟，選材時不僅要考慮產(chǎn)品的使用要求和性能，還應(yīng)考慮環(huán)境約束準(zhǔn)則，同時必須了解材料對環(huán)境的影響，選用無毒、無污染材料，選用易回收、可重用、易降解材料。 .面向拆卸性設(shè)計 傳統(tǒng)設(shè)計方法多考慮產(chǎn)品的裝備性，很少考慮產(chǎn)品的可拆卸性。綠色設(shè)計要求把可拆卸作為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的一項評價準(zhǔn)則，使產(chǎn)品在報廢以后其零部件能夠高效地、不加破壞地拆卸，有利于零部件的重新利用和材料的循環(huán)再生，達到節(jié)省資源、保護環(huán)境的目的。 產(chǎn)品類型千差萬別，不同產(chǎn)品的拆卸性設(shè)計不盡相同?？傮w上，47 可拆卸性設(shè)計的原則包括： 1）實現(xiàn)零件的多功能性，減少拆卸工作量； 2）避免有相互影響的材料組合，避免零件的污損； 3）易于拆卸，易于分離； 4）實現(xiàn)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，減少零件的多樣性。 .產(chǎn)品的可回收性設(shè)計 可回收性設(shè)計是指在設(shè)計是要充分考慮 產(chǎn)品的各零部件回收再用的可能性、回收處理方法回收費用等問題，達到節(jié)省材料、節(jié)約能源，盡量減小環(huán)境污染的目的?？苫厥招栽O(shè)計的內(nèi)容包括： （ 1）可回收材料的識別及標(biāo)志 （ 2）回收處理工藝方法 （ 3）可回收性的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （ 4）可回收性的經(jīng)濟分析與評價 可回收性設(shè)計主要原則有： ）避免使用有害于環(huán)境及人體的材料 2）減少產(chǎn)品所使用的材料種類 3）避免使用與循環(huán)利用過程不相兼容的材料或零件 4）使用便于重用的材料 5）使用可重用的零部件 .綠色產(chǎn)品的成本分析 與傳統(tǒng)成本分析不同，綠色產(chǎn)品成本分析應(yīng)考慮污染物的處 理成本、產(chǎn)品拆卸成本、重復(fù)利用成本、環(huán)境成本等，以達到經(jīng)濟效益與環(huán)境質(zhì)量雙贏的目的。 .綠色產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)庫 綠色產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)庫是一個龐大復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫對綠色產(chǎn)品的設(shè)計過程起到舉足輕重的作用。數(shù)據(jù)庫包括產(chǎn)品全生命周期中環(huán)境、經(jīng)濟等有關(guān)的一切數(shù)據(jù)，如材料成分、各種材料對環(huán)境的影響、材料自然降解周期、人工降解時間、費用，以及制造、裝備、銷售、使用過程中所產(chǎn)生的附加物數(shù)量及對環(huán)境的影響，環(huán)境評估準(zhǔn)則所需的各種判斷標(biāo)準(zhǔn)等。 .綠色設(shè)計的原則 與傳統(tǒng)設(shè)計相比，綠色設(shè)計應(yīng)遵循如下的設(shè)計原則： （）“零污 染”原則 綠色設(shè)計應(yīng)徹底拋棄傳統(tǒng)的“先污染、后治理”的治理環(huán)境方式。應(yīng)實施“預(yù)防為主、治理為輔”的環(huán)境48 保護策略。因此，設(shè)計時就必須充分考慮如何消除污染源，盡可能地做到零污染。 （） “零損害”原則 綠色設(shè)計應(yīng)該確保產(chǎn)品在生命周期內(nèi)對勞動者（生產(chǎn)者和使用者）具有良好的保護功能。產(chǎn)品設(shè)計時不僅要從產(chǎn)品的制造、使用、質(zhì)量、可靠性等方面保護勞動者，而且還要從人技工程學(xué)和美學(xué)角度，避免對人們的身心健康造成危害，力求將損害降到最低程度。