某大棗去核裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u22471某大棗去核裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算案例 1314751.1分選機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)設(shè)計 1154811.1.1確定電機(jī)的選擇 231941.1.2聯(lián)軸器設(shè)計 2239801.1.3齒輪設(shè)計 3270431.1.4V形帶設(shè)計 615757（1）計算V形帶功率并選擇合理的帶型 614095（2）計算中心距及長度 753001.計算包角及根數(shù) 7244384.計算壓軸力 8198575.帶輪材料及結(jié)構(gòu) 8275961.2輥軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 872711.3去核結(jié)構(gòu)設(shè)計 10230131.1.1確定電機(jī)的選取 1081701.1.2V帶的設(shè)計 101.1分選機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)上章節(jié)的論述，本項目選擇的傳動方案是采用V形帶與電機(jī)搭配運(yùn)動的傳動方案，驅(qū)動的動力源是采用電能的供電方式，機(jī)械設(shè)備的動力源可以選取氣動、液壓及電能三種動力方式，而電能是最常用的供電方式，這種供電方式不需要像氣動和液壓外接動力源，就可以實現(xiàn)整機(jī)的高效工作，因此，本項目采用電機(jī)作為動力源。圖3-1傳動機(jī)構(gòu)示意圖1.1.1確定電機(jī)的選擇本項目分析輸送皮帶的能量消耗，輸送皮帶設(shè)計運(yùn)料速度為0.5m/s，根據(jù)結(jié)構(gòu)確定滾筒的直徑為60mm，因此，能夠計算得出滾筒的驅(qū)動轉(zhuǎn)速n。（3-1）工作機(jī)有效功率P=，取輸送滾筒的設(shè)計最大有效扭矩為T=30Nm，因此，能夠計算得出。（3-2）計算得出末端的負(fù)載功率之后，需要通過分析傳動系統(tǒng)的傳動效率，進(jìn)而，能夠得出驅(qū)動電機(jī)的最小驅(qū)動功率，本次的傳動系統(tǒng)的傳動鏈主要包括帶輪，末端傳動機(jī)構(gòu)為3級的帶輪。本次設(shè)計的傳動系統(tǒng)動力來源為電動機(jī)，它為整個系統(tǒng)每個組件的運(yùn)作提供了動力，本系統(tǒng)需求動力為0.5kw，本次設(shè)計應(yīng)用2級減速，其中選擇齒輪減速器的工作效率為0.99，選擇V形帶減速的效率為0.96，初選聯(lián)軸器傳遞功率值是0.99，可以由公式得出輸入功率P為：（3-3）由于電機(jī)是目前機(jī)械設(shè)備最常用的驅(qū)動單元，同時，機(jī)械設(shè)備的使用場景變化較多，因此，隨著電機(jī)的發(fā)展，電機(jī)的種類也較多，驅(qū)動電機(jī)按照供電的電源方式可以分為直流電機(jī)、交流電機(jī)，按照是否能夠準(zhǔn)確停止，可以分為同步電機(jī)、異步電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等多種型號。根據(jù)本項目研發(fā)的設(shè)備的使用工況，其對停止位置并沒有要求，電機(jī)為持續(xù)運(yùn)行，同時，電機(jī)的驅(qū)動功率較大，為戶外運(yùn)行，采用交流電供電較為方便，因此，選用較為常用的三相異步電動機(jī)，這種電機(jī)的成本較低，運(yùn)行較為可靠，在中大型設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。選擇的型號為Y90L-6，驅(qū)動功率為1.1kw，轉(zhuǎn)速為910r/min。計算減速比（3-4）確定減速比的分配方式，選用帶傳動的減速比為1.5，選擇齒輪減速器的減速比為1.8，經(jīng)過計算與核對，該減速比符合要求。1.1.2聯(lián)軸器設(shè)計在機(jī)械設(shè)備中，電機(jī)是最常用的動力源，而電機(jī)的輸出動力方式一般為一個旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸，為了將這個驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸和執(zhí)行單元的轉(zhuǎn)軸相互穩(wěn)定連接，需要采用聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的功能是將兩個轉(zhuǎn)軸相互連接，實現(xiàn)這兩個轉(zhuǎn)軸之間的轉(zhuǎn)速及扭矩的傳動功能，目前，聯(lián)軸器發(fā)展較為成熟，能夠滿足低速、高速、重載等不同工況的需求，傳動效率能夠達(dá)到99%，保證了整體傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定及高效運(yùn)行。聯(lián)軸器安裝種類能夠分為彈性和剛性兩種，彈性型號更加便于安裝，對轉(zhuǎn)軸的實際工況要求較低，能夠應(yīng)用于一些不容易安裝的場合，但是，其傳動效率要低于剛性型號。聯(lián)軸器的選型需要考慮實際工況的負(fù)載、轉(zhuǎn)速、安裝方式、使用環(huán)境、采購成本等多種因素，選擇較為合適的型號。聯(lián)軸節(jié)所承受的最大扭矩為：（3-5）因此，計算得出，選擇彈性柱銷聯(lián)軸器，額定轉(zhuǎn)矩為50N.m，能夠滿足要求。圖3-2彈性柱銷結(jié)構(gòu)圖1.1.3齒輪設(shè)計查參考文獻(xiàn)[30]，分別選取小齒輪為40Cr，大齒輪為45鋼；選用7級精度；選用直齒圓柱齒輪傳動。大齒輪硬度為280HBS；小齒輪硬度為240HBS。（1）試選小齒輪齒數(shù),大齒輪齒數(shù)，取76。（2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計 （3-6）根據(jù)齒輪減速器的使用工況，試選計算齒輪轉(zhuǎn)矩T1 查參考文獻(xiàn)[30]，確定齒寬系數(shù)查參考文獻(xiàn)[30]，確定根據(jù)齒輪的材質(zhì)，查參考文獻(xiàn)[30]，確定齒輪接觸強(qiáng)度；。根據(jù)使用年限，計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 （3-7） （3-8） （3-9）查參考文獻(xiàn)[30]，選取數(shù)值；計算應(yīng)力 （3-10） （3-11）進(jìn)而，得出 計算圓周速度v （3-12）計算齒寬b （3-13）模數(shù)齒高 （3-14）計算載荷系數(shù)。查參考文獻(xiàn)[30]得；直齒輪；查參考文獻(xiàn)[30]得，； （3-15）因此，得出 （3-16）（3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 （3-17）查參考文獻(xiàn)[30]得,小齒輪；大齒輪查參考文獻(xiàn)[30]得，，；計算彎曲應(yīng)力（3-18）（3-19）計算載荷系數(shù)K1.782（3-20）查參考文獻(xiàn)[30]；，；比較兩個齒輪的應(yīng)力系數(shù) （3-21） （3-22）大齒輪的數(shù)值大。將上述數(shù)據(jù)代入，能夠計算得出 由上述計算能夠確定，根據(jù)齒輪接觸強(qiáng)度計算，小齒輪直徑選取25.74mm，根據(jù)齒輪彎曲強(qiáng)度，齒輪模數(shù)選取m=1mm，可以得出小齒輪齒數(shù)和大齒輪齒數(shù)。 ，取1）計算分度圓直徑 （3-23） （3-24）2）計算中心距 （3-25）3）計算齒輪寬度 （3-26）取，。1.1.4V形帶設(shè)計V形帶作為遠(yuǎn)距離傳動的常用傳動手段，其特性是一種柔性傳動方式，可以實現(xiàn)對電動機(jī)的保護(hù)作用，在實際使用過程中，V形帶傳動可以做增速傳動，也可以做減速傳動，但是，由于尺寸的限制，V形帶傳動一般不能夠?qū)崿F(xiàn)大傳動比的傳動，最大傳動比一般控制在4以內(nèi)。V形帶傳動可以由帶輪和V形帶組成，通過帶輪的旋轉(zhuǎn)，V形帶和帶輪之間通過摩擦力能夠?qū)崿F(xiàn)相互的傳動，摩擦傳動方式不同于剛性傳動，可以具備一定的柔性量，不會導(dǎo)致主動電機(jī)卡死等問題，但是，摩擦傳動的傳動效率較低，一般可以達(dá)到96%，對于傳動效率要求不高的場合可以采用帶傳動方式，能夠起到保護(hù)電機(jī)的作用，同時，帶傳動對于電機(jī)端和負(fù)載端的安裝精度要求較低，具有一定調(diào)節(jié)量，滿足一些安裝較為困難的場合的要求。圖3-3V形帶（1）計算V形帶功率并選擇合理的帶型根據(jù)設(shè)備的實際使用工況，確定為振動較輕，工作環(huán)境較好的場合，查表確定載荷系數(shù)為1.1，因此，能夠得出（3-27）依據(jù)功率及轉(zhuǎn)速結(jié)果查表應(yīng)選用Z型傳動帶。（2）計算中心距及長度1.確定帶輪直徑根據(jù)帶輪的轉(zhuǎn)速及功率，查表確定小帶輪其基準(zhǔn)直徑。因此，根據(jù)帶輪轉(zhuǎn)速，能夠確定帶的線速度 （3-28）進(jìn)而，代入傳動比，確定大帶輪直徑 （3-29）2.確定帶長度（1）根據(jù)實際的結(jié)構(gòu)布置要求，初定中心距（2）根據(jù)公式，確定帶長度（3-30）確定基準(zhǔn)長度。（3）計算實際中心距（3-31）1.計算包角及根數(shù)推算小帶輪上包角（3-32）帶輪包角能夠滿足實際的傳動要求。（1）確定單根V帶其額定功率為，，，（3-33）（2）確定V帶的根數(shù)為z。（3-34）根據(jù)結(jié)構(gòu)，確定選取為2根。4.計算壓軸力（1）確定張緊力 （3-35）實際結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要設(shè)置張緊力。（2）明確壓軸力壓軸力的最小值為 （3-36）5.帶輪材料及結(jié)構(gòu)合理化設(shè)計帶輪還需要選擇較為合適的帶輪材料，一般帶輪材料可以采用灰鑄鐵，這種采用是典型的鑄造鋼鐵，毛坯一般可以采用鑄造工藝加工，適用于生產(chǎn)批量較大，形狀較為復(fù)雜的零件使用，同時，灰鑄鐵的力學(xué)性能也較高，能夠滿足帶輪的使用要求。1.2輥軸結(jié)構(gòu)設(shè)計轉(zhuǎn)軸是機(jī)械設(shè)備的較為常用的一種零部件，其主要特征是由回轉(zhuǎn)體組成，在機(jī)械設(shè)備中能夠起到旋轉(zhuǎn)的作用，可以通過聯(lián)軸節(jié)、傳動鍵等零件，實現(xiàn)與電機(jī)、齒輪、鏈輪之間的旋轉(zhuǎn)傳動。在設(shè)計機(jī)械裝備的過程中，轉(zhuǎn)軸的受力及結(jié)構(gòu)設(shè)計是機(jī)械設(shè)計的典型分析對象，需要能夠根據(jù)不同受力狀態(tài)下，分析轉(zhuǎn)軸的實際受力特征，并利用材料力學(xué)、理論力學(xué)、有限元分析方法等手段，完成轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度校核和結(jié)構(gòu)設(shè)計，為保證整機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行具有重要作用。圖3-4輥軸本項目設(shè)計的轉(zhuǎn)軸上面主要布置傳動帶輪、軸承等零件，根據(jù)實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計需求，對其合理化布置，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖3-5軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）1號軸上面安裝了軸承，軸承的尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，根據(jù)1號軸的軸徑，并查找軸承選型手冊，完成2號軸的軸徑選型，因此，1號軸的軸徑為40mm。（2）2號軸上面未安裝零部件，這部分軸的主要作用是形成軸肩，完成對安裝在1號軸上的軸承形成軸向的定位作用，同時，每個軸承的軸肩定位高度都有著較為規(guī)范化的要求，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)完成3號軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定2號軸的軸徑為56mm。（3）3號軸上面安裝了帶輪，根據(jù)結(jié)構(gòu)的布置要求，這個軸徑的長度需要比帶輪長度略長，軸徑需要和帶輪內(nèi)孔直徑相同，因此，3號軸的軸徑為40mm。圖3-6軸的整機(jī)結(jié)構(gòu)1.3去核結(jié)構(gòu)設(shè)計1.1.1確定電機(jī)的選取本課題分析的去核機(jī)構(gòu)的能量消耗，假設(shè)壓板機(jī)構(gòu)的速度為0.3m/s，壓緊力為200N，因此，能夠計算去核機(jī)構(gòu)的驅(qū)動功率（3-37）由去核速度為0.3m/s，曲柄長度為54mm，能夠計算曲柄轉(zhuǎn)速為（3-38）本次設(shè)計的傳動系統(tǒng)動力來源為電動機(jī)，它為整個系統(tǒng)每個組件的運(yùn)作提供了動力，本系統(tǒng)需求動力為60W，本次設(shè)計應(yīng)用1級減速，根據(jù)參考文獻(xiàn)[18]選擇V形帶減速的效率為，可由公式得出電機(jī)功率為：（3-39）根據(jù)本項目研發(fā)的設(shè)備的使用工況，其對停止位置并沒有要求，電機(jī)為持續(xù)運(yùn)行，同時，電機(jī)的驅(qū)動功率較大，為戶外運(yùn)行，采用交流電供電較為方便，因此，選用較為常用的小型齒輪減速電動機(jī)，這種電機(jī)的成本較低，運(yùn)行較為可靠，型號DM05RA-82i60F24，驅(qū)動功率為70W，扭矩為2.9N.m，轉(zhuǎn)速為200r/min。計算減速比（3-40）故減速帶速比為1.88。1.1.2V帶的設(shè)計1.確定設(shè)計功率查參考文獻(xiàn)[30]，取，因此，能夠計算得出:（3-41）上式中為計算功率；為工作情況系數(shù)；為所需要傳遞的名義功率。2.選擇帶的型號以及確定帶輪的直徑查參考文獻(xiàn)[30]，選取Z型V帶,選取帶輪1的直徑為。代入減速比，可以算出大帶輪的基準(zhǔn)直徑為（3-42）通常取驗算帶的速度v為，故符合要求。1.確定其中心距和V帶的基準(zhǔn)長度1）初定中心距為（3-43）計算得到因為其要求結(jié)構(gòu)緊湊，故取偏小值，；2）計算皮帶的長度：（3-44）根據(jù)參考文獻(xiàn)[30]，確定基準(zhǔn)長度為。3)確定其實際中心距為（3-4