1、第五章主要部件的设计及计算215.1 设计轴的结构215.2 主动轴强度校核215.2.1计算链轮所受各个分力215.2.2将空间分为H和V平面力系，并求支反力225.2.3 求轴的弯矩225.2.4 求轴的扭矩235.2.5画出弯矩图以及转矩图235.2.6 校核轴的静强度245.3 校核轴的疲劳强度255.4 滚动轴承的选择及寿命验算265.4.1 滚动轴承的选择265.4.2 寿命验算27第六章 结构设计28第七章 结论29参考文献30第一章 绪论1.1 研究内容的现状在飞速发展的今天，工业化生产占了主导地位，任何机械产品都是经过一步步加工，一步步改善而成的。随着技术的发展，机械产品的加
2、工也有了突飞猛进的发展，由单件生产慢慢转变成了流水线的生产。这样便提高了加工效率。由此，输送机也越来越重要了。输送机的产生不但节省了运输时间，也节约了人力资源，大大提高了运输的效率。本次课程设计研究的是滚筒式输送机。 滚筒输送机适用于各类箱、包、托盘等件货的输送，散料、小件物品或不规则的物品需放在托盘上或周转箱内输送。能够输送单件重量很大的物料，或承受较大的冲击载荷，滚筒线之间易于衔接过滤，可用多条滚筒线及其它输送机或专机组成复杂的物流输送系统，完成多方面的工艺需要。可采用积放滚筒实现物料的堆积输送。滚筒输送机结构简单，可靠性高，使用维护方便。 滚筒输送机适用于底部是平面的物品输送，主要由传动
3、滚筒、机架、支架、驱动部等部分组成。具有输送量大，速度快，运转轻快，能够实现多品种共线分流输送的特点。结构形式上，从驱动形式上分为有动力、无动力、电动滚筒等，按布局形式分为水平输送，倾斜输送和转弯输送。目前，滚筒式输送机的传动形式有单链轮、双链轮、O型皮带、平面摩擦传动带、同步带等1。 1.2 选题意义滚筒输送机多用于流水线生产，可用多条滚筒线及其它输送机或专机组成复杂的物流输送系统，完成多方面的工艺需要。能保证准确的传动比；传动尺寸比较紧凑；不需要较大的张紧力；效率高。并且，结构简单，成本低廉，安装精度要求低，并能在温度较高，湿度较大，油污较重等恶劣环境中工作。所以，此滚筒式输送机能够提高产
4、品生产的效率，减少了人力资源，为机械等行业创造了更多的财富。 21世纪是一个技术创新的时代，随着我国经济建设的高速发展，柴油机的应用日益增长，由此，柴油机输送机的需求也日益增加。柴油机本身质量较重，并且形状规则近似长方体形状，除此，柴油机的加工工序较多，利用本次设计的滚筒式输送机能够准确的将柴油机机体输送到各个工位上，并且输送可靠，由此，节省了工作时间，提高了柴油机的生产效率1。1.3 设计内容 1.输送机的总体设计滚筒式输送机结构主要有机架，直线推动机构，传动机构组成。机架主要是由方钢焊接而成。直线推动机构采用的是气缸和传感器，主要是由推板、滑动轴、底座组成。传动系统主要由电动机和链传动机构
5、组成。2.柴油机转向输送系统的设计输送机的转向机构，利用气缸的直线运动实现的，柴油机机体到达指定位置，通过传感器的作用，从而气缸工作，推动推板，通过推板均匀推动整个柴油机机体的转向，达到柴油机机体输送的转向。 3.传动系统的设计传动系统采用的是滚子链传动，直联电机通过键连接一个滚子链轮通过链传动将力和运动传递到滚筒输送机轨道的主轴上，主轴带动所有滚筒转动，达到柴油机机体的输送功能。第二章 总体方案设计2.1 技术参数表2.1为滚筒输送机的主要设计参数。表2.1 滚筒输送机参数参数名称数值辊筒直径（mm）76柴油机的尺寸（mm）输送柴油机的速度（m/min）30柴油机的质量（kg）3502.2
6、确定工艺方案 柴油机的直线输送和输送转向的工艺路程为：将柴油机放置在的输送机上，通过滚筒的转动实现柴油机的直线输送，当柴油机输送到所需位置，通过外力推动实现柴油机的输送转向，使柴油机能够输送到各个所需工位。工艺路线图如图2.1所示。柴油机推动柴油机的输送柴油机定位柴油机的放置柴油机输送转向柴油机送到各工位 图2.1工艺路线图由于本次课程设计时间较短，所以只对柴油机的输送以及柴油机的换向输送进行主要的设计。2.3功能分解滚筒式输送机的分功能主要由动力功能，传动功能，控制功能组成。其中动力功能主要由传动功能和换向功能完成。传动功能主要是输送功能。控制功能主要是由传动控制以及换向控制功能完成。本次设
7、计的滚筒输送机的功能分解如图2.2所示：输送功能传动功能转向功能 动力功能滚筒输送机 启动 控制功能停止 图2.2功能树2.4 功能元求解滚筒式输送机的分功能由功能树得出为转向，输送，启动，动力四个分功能。其中转向功能可由人工转向，气缸推动转向，吊车转向实现。输送功能可由带式输送，链式输送，辊子输送来实现。启停功能可由传感器控制，人工控制，机械控制来实现。动力功能可由电动机，内燃机，以及液压系统来实现。根据各分功能可得到如表2.3滚筒式输送机设计的形态学矩阵。表2.2 形态学矩阵分功能功能分解 1 2 3 A转向 人工转向 气缸推动吊车转向 B输送 带式输送 链式输送辊子输送 C启停 传感器控
8、制 人工控制机械控制 D动力电动机内燃机液压2.5 综合评价由表2.2形态学矩阵可知，在柴油机机体输送过程中，从使用工作环境，传动效率，传动比范围，传动速度，制造成本和安装精度以及柴油机机体本身的特征等方面考虑，我认为最佳组合是A2+B3+C1+D1。图2.3为传感器控制，气缸推动原理图实现柴油机的转向输送。图2.4为滚筒式输送原理图实现直线输送柴油机功能。本机整体是通过链轮传动来实现的。这种方案使得整个机器结构简单，可靠性高，使用维护方便。并且输送效率很高，成本低廉，安装精度要求低，并能在温度偏高，湿度偏大，油污较重等恶劣环境中工作。图2.3 传感器控制,气缸推动（A2+C1） 图2.4 滚
9、筒式输送（B3） 图2.5 链轮传动2.6 传动系统原理图本次设计的滚筒式输送机主要由电动机进行动力驱动，通过链式传动将动力和扭矩传动到输送辊上，输送辊为主动辊，每个辊上均有一个双排链轮，通过链传动使得每个滚筒转动从而达到柴油机的输送功能。柴油机的转向输送主要由气缸来实现。方案原理图如图2.7所示。 图2.7 方案原理图2.7 传动系统总体布局由于本次设计的滚筒式输送机只要应用于工厂中，所以输送机的总体布局很重要。总体布局应尽量使得整个机体占地面积小，不妨碍其他工作人员以及其他机器的正常工作。方案总体布局图如图2.8所示： 图2.8 方案总体布局图第三章 执行系统设计计算3.1 滚筒受力分析
10、输送的柴油机机体的重量为G=3500N，柴油机在输送过程中，同时与四个滚筒接触，所以有：每个滚筒所承受的载荷： 滚筒材料选为45号钢，无润滑的情况下，摩擦系数： 轴承的摩擦系数为： 滚筒与柴油机之间的摩擦力为：N 一个滚筒的重量大致为：kg 轴承转动的摩擦力为：N 滚筒的转速为： 每个滚筒的功率为：W 3.2滚筒结构尺寸及受力（ANSYS分析）已知滚轴的外形尺寸如图3.1所示：滚筒的两端所有方向都有约束，在滚筒中间位置上，水平方向承受力525N，垂直方向承受力为875N，在键的位置上承受转矩为Mz=45.7N.M。4542393262103917 图3.1 滚筒结构图3.2.1 建模过程单元类
11、型：Solid Brick 8node 45材料属性：弹性模量：2x 泊松比：0.3建模思路：连续创建几个圆柱体，并利用布尔加使其生成一个整体。再创建一个键槽，利用布尔减将键槽剪掉。整个外形图确定之后划分网格，施加约束和载荷。最后进行后处理。步骤：连续创建几个圆柱体ModelingCreateVolumescylinderBy Dimensions ，输入坐标值，生成图形如图3.2模型一。利用布尔加Boolean将其合为一个整体。先转换工作平面，workplane change active cs to workingplane offset up by increments ok创建两个圆柱
12、体cylinder和一个矩形体block，利用布尔加Boolean将其合成一个整体，再利用布尔减Boolean将其减掉，生成键槽，如图3.3所示。划分网格: MeshingMeshToolGlobalsetNDIV 10MeshPickAllClose，如图3.4所示。图3.2 模型一图3.3 模型二 图3.4 模型三 3.2.2 施加载荷及约束施加约束及载荷的建模思路：滚筒两端均有任意方向的约束。柴油机放置在滚筒上，相当于在滚筒正中心承受向下的重力作用以及水平方向的摩擦力的作用。施加约束：SolutionDefine LoadsApplystructuralDisplacementOn Ar
13、eas选择4个侧面OK施加X和Y方向的约束。如图3.5，图3.6所示。施加载荷：SolutionDefine LoadsApplystructuralForce/Moment选择上表面Fx=525N, Fy=875N,Mz=45.7N.MOK，如图3.7，图3.8所示。求解：SolutionSolveCurrent LsOK，如图3.9所示。 图3.5模型五 图3.6模型六图3.7模型七 图3.8模型八3.2.3 后处理后处理即求机体的变形量以及应力:滚筒的变形量：General PostprocPlot ResultsDeformed shape，如图5.10所示。滚筒的应力：General
14、 PostprocPlot ResultsContour Plotstressvon Mises stress，如图5.11所示。建模过程图如下所示： 图3.9模型九 图3.10模型十 图3.11模型十一由参考文献10查得=50 Mpa，最大应力为26.9Mpa =50 Mpa，故滚筒的尺寸设计合理。3.3气缸的选择 根据所需，气缸的行程为500mm,推力至少为525N。由文献5表21-5-23、表21-5-24、表21-5-25可选气缸的型号为QCM2 32-500。第四章 传动系统设计计算4.1 运动与动力设计计算4.1.1 电动机的选择所设计的滚筒式输送机的每排滚筒数为10个运输滚筒的有
15、效拉力为：滚筒所需的有效功率:W传动装置总效率：=滚筒 查表4.1表得出： 表4.1 传动装置效率传动装置的效率滚筒链滚动轴承0.960.970.98 传动总效率=所需电动机功率为：W所以可得到两款合适的电动机如下所式所示：可选型号为Y80M2-4，额定功率为0.75kw，转速为1390r/min还可选型号为Y90s-6，功率为0.75kW，转速为910r/min比较两方案可知，方案2的电动机虽然结构紧凑，传动比小，但价格和质量都比较大,方案1选用的电动机传动比较大，但质量和价格虽然低，所以选方案1。表4.2为可选电动机数据。表4.2 电动机数据及传动比方案号电机型号额定功率同步转速满载转速总
16、传动比1Y80M247.51500139011.072Y90s410009104.06电动机型号为Y80M2-4，额定功率为0.75kw，转速为1390r/min。电动机的中心高度为80mm,外伸轴段D*E=19*40。4.1.2 传动比分配由于本次选择了Y80M2-4型号电机， 取，则减速器的传动比为： =11.05/1=11.054.1.3 各轴转速功率及转矩0轴：即电机轴 WNM1轴：减速器高速轴 W2轴：减速器低速轴M 3轴:即传动滚筒轴 N4轴：即输送轨道所有的轴 NM 下表4.3为传动表 表4.3 传动表序 号 功 率 P/kw转 速n/（r/min）转 矩T/Nm传动型式 传动比
17、 效 率0 0666 4.58减速器11.0550.62 125.7传动0.930633 48.0940602 45.74.2 链的设计计算4.2.1 确定链轮的齿数因为设链速V=0.6-3m/s,根据文献3表4-13选用小链轮齿数z1=17，则因链轮齿数一般取奇数，为了均匀磨损，取z2=174.2.2 确定链型号和链节距p由文献3表4-14，表4-15，图4-39，图4-37查得工作情况系数KA=1.5，Kz=0.92, Kp=1.0,则计算功率：KW根据P0、n1由文献3图4-37确定，故选链号 08A，链节距p=12.70mm。4.2.3 验算链速v链速故满足要求。4.2.4 确定链条数
18、和中心距初定中心距a0=（3050）p=381635mm，则取a0=400mm用于表示链条长度的链节数Lp，=62节 取LP=62节实际中心距4.2.5 计算压轴力压轴力系数KQ取1.25则压轴力为：4.2.6 计算链轮直径小轮分度圆直径 大轮分度圆直径 此外，还需确定润滑方法及润滑油品种。根据链速及链号，选滴油润滑，由表选46号低黏节能通用齿轮油。4.3 滚子链的静强度计算链条的静强度计算式为查文献5表33.2-2可知链条极限拉伸载荷N 查文献5表33.2-4可知 工况系数查文献5表33.2-3可知 有效拉力N因为链传动的速度为0.5m/s,所以离心力引起的拉力Fc可以忽略不计。查文献5表3
19、3.2-6可知，悬垂拉力所以链条的静强度为：n=4-8所以滚子链的静强度合格。4.4 减速器的选择根据传动比和功率，查参考文献3表18.1-98可选WD型直联卧式摆线针轮一级减速器，该减速器的需用输入功率为0.75W，传动比为11，输出轴直径为25mm,长为34mm。第五章 主要部件的设计及计算5.1 设计轴的结构根据轴上零件的安装和定位的需要，初定各轴段直径和长度，作轴的结构图,如图5.1所示。图5.1轴的结构图5.2 主动轴强度校核5.2.1计算链轮所受各个分力本章所涉及的计算均来源参考文献1011。链速v的确定m/s有效圆周力F作用于轴上的拉力QF5.2.2将空间分为H和V平面力系，并求
20、支反力对于轴端的直径有d3A0 45号钢 A0 = 110d3110*14mm所以d3取17mm中间（与链轮相连）轴直径d2选为23mm在H面上有：mmmm 在V面上有：由MR2v=0得N 5.2.3 求轴的弯矩mm mm 191940Nmm 取根据5.2.4 求轴的扭矩5.2.5画出弯矩图以及转矩图该滚筒如图5.2所示，截面1.2.3.4四个位置为危险截面，即需要对该滚筒的四个截面进行校核。 图5.2滚筒的结构图 根据以上所求及其滚筒的结构可得到如图5.3所示的轴的弯矩扭矩图。5.2.6 校核轴的静强度根据图中轴的结构尺寸，选择弯矩较大的4剖面和弯矩较大，轴径较细的1剖面进行验算。根据主教材
21、查得=59 MPa1剖面的计算应力： 安全4的抗弯截面系数：4剖面的计算应力： 安全根据图中轴的结构尺寸，选择弯矩叫大的剖面和弯矩较大，轴径较细的剖面进行验算。根据文献3查得=59 MPa剖面的计算应力：剖面的计算应力：转矩图FR2VFR1VFR2HFR1H 总图 图5.3轴的弯矩转矩图5.3 校核轴的疲劳强度a.判断危险剖面 分别选择，剖面进行验算。剖面所受的弯矩和扭矩大，轴肩圆角处有应力集中。剖面除受弯矩和扭矩外，附近还有过盈配合，键槽和轴肩圆角三个应力集中源。45钢调质的机械性能参数：。 b.剖面疲劳强度安全系数校核因轴单向转动，弯曲应力为对称循环变应力。扭剪应力按脉动循环处理。MPa MPa MPa MPa MPa查取应力集中系数，绝对尺寸影响系数和表面质量系数。根据：， r/d=2/23=0.09查得：，=4.71 =10.21
