道路垃圾清掃機(jī)設(shè)計含13張CAD圖帶開題,道路,垃圾,清掃,打掃,設(shè)計,13,cad,開題 道路垃圾清掃機(jī)設(shè)計 摘要 隨著社會發(fā)展，小型道路垃圾清掃成為城市清潔必不可少的組成部分。在城市中扮演著重要角色，而道路垃圾清掃機(jī)中的清掃部件，對清掃機(jī)清掃效率和清掃效果有很大提高，這個系統(tǒng)對清掃機(jī)起著至關(guān)重要的作用，清掃效率提高，對道路環(huán)衛(wèi)工人有非常大的幫助，讓他們的工作更加輕松，加速道路死角和高低不平小凹坑清理，并且提高環(huán)衛(wèi)保潔的效率。通過調(diào)查針對目前環(huán)衛(wèi)清潔工作情況初步設(shè)計了集清掃、收集和轉(zhuǎn)運(yùn)等為一體的道路清掃裝置。此設(shè)計的清掃裝置不僅工作效率高而且工作人員操作簡單，達(dá)到了此次設(shè)計目的，降低了環(huán)衛(wèi)工人勞動力。而且該清掃裝置結(jié)構(gòu)合理，操作簡單，試用性強(qiáng)。清掃裝置在道路清掃過程中能夠在很大程度上降低二次污染對環(huán)境和周圍人員的污染和傷害，能夠非常方便與周邊其他現(xiàn)有的設(shè)備組合使用，便于生產(chǎn)和推廣。 關(guān)鍵詞：污染；清掃機(jī)；效率；清掃裝置；垃圾； Abstract Along with the development of society, the path of small garbage cleaning became a indispensable part of the city clean Plays an important role in the city, and the roads are garbage cleaning of machine parts, cleaning efficiency and cleaning effect of cleaning machine has greatly improved, the system plays an vital role in cleaning the machine, the cleaning efficiency, has very great help to the road sanitation workers, make their job easier, accelerate the road corner and rugged small pit cleaning, and improve the efficiency of the sanitation cleaning Through investigation, based on the current situation of sanitation cleaning preliminary design a set of cleaning Collection and transport for the integration of road cleaning device such as the design of cleaning device not only high efficiency and staff operation simple, achieved the purpose of this design, reduces the sanitation workers labor and the cleaning device has the advantages of reasonable structure, simple operation, strong sex trial in addition, the cleaning device in the process of road cleaning can largely reduce the secondary pollution to the environment and the surrounding pollution and damage, can be very convenient and the surrounding other combinations of existing equipment, facilitate production and promotion . keywords: pollution; road garbage sweeper; efficiency; cleaning device. 目錄 摘要 I Abstract II 第1章緒論 1 1.1道路垃圾清掃機(jī)研究的意義 1 1.2道路垃圾清掃機(jī)研究的背景 1 第2章垃圾清掃機(jī)總成設(shè)計計算 3 2.1 垃圾清掃機(jī)設(shè)計思想 3 2.2 清掃機(jī)總體結(jié)構(gòu) 3 2.3 清掃機(jī)工作原理介紹 4 2.4 主要技術(shù)規(guī)范及參數(shù) 5 2.4.1 外形框架結(jié)構(gòu) 6 2.4.2清掃機(jī)行走所需功率 6 2.4.3 清掃滾筒的速度驗(yàn)算 6 2.4.4行走要求 7 2.4.5 垃圾清掃部分功率及其設(shè)計 7 2.4.6 垃圾收集轉(zhuǎn)運(yùn)的設(shè)計 9 2.4.7 動力匹配 10 第3章操作系統(tǒng)及主要部件的設(shè)計與計算 12 3.1 清掃滾筒傳動設(shè)計 12 3.2 確定主要參數(shù)及各級傳動比 13 3.2.1 傳動比設(shè)定 13 3.2.2 計算各軸轉(zhuǎn)速 13 3.2.3 計算各軸轉(zhuǎn)矩 14 3.2.4 各軸功率計算 14 3.3 主要工作零部件的設(shè)計計算 15 3.3.1 第一級傳動帶輪設(shè)計 15 3.3.2 第二級傳動帶輪設(shè)計 17 3.3.3 第三級傳動鏈傳動設(shè)計 19 3.3.4 齒輪傳動的設(shè)計 20 第4章主要受力零件的強(qiáng)度或壽命校核計算 25 4.1 軸的設(shè)計計算及校核 25 4.1.1 第一級從動軸設(shè)計計算及校核 25 4.1.2 第二級從動軸設(shè)計計算及校核 29 4.2 軸承的設(shè)計計算及其校核 33 4.2.1 第一級從動軸軸承設(shè)計計算及其校核 33 4.2.2 第二級從動軸軸承設(shè)計計算及其校核 35 4.2.3 第三級從動軸軸承的設(shè)計計算及其校核 36 4.3 鍵的設(shè)計計算及校核 37 4.3.1 第一級從動軸上聯(lián)接鍵的校核 37 4.3.2 第二級從動軸上聯(lián)接鍵的校核 38 4.3.3 第三級從動軸上聯(lián)接鍵的校核 38 4.3.4 上滾輪軸聯(lián)接鍵的校核 39 結(jié) 論 40 設(shè)計心得 41 參考文獻(xiàn) 42 致 謝 44 - 57 - 第1章緒論 1.1道路垃圾清掃機(jī)研究的意義 隨著人們觀念的轉(zhuǎn)變,對身邊居住的環(huán)境要求越來越高,而伴隨著產(chǎn)生了一個環(huán)衛(wèi)工人的工作量加大,光靠以往簡單的人工清掃不能達(dá)到需求的現(xiàn)象,這就要求研究能夠滿足人們需求的道路清掃機(jī),本課題研究目的就是在以道路垃圾清掃機(jī)的基礎(chǔ)上,提高以往道路垃圾清掃機(jī)的工作效率,降低環(huán)衛(wèi)工人的工作量。改革開放以來我國社會主義經(jīng)濟(jì)飛快發(fā)展，城市化的進(jìn)程也越來越來快，隨著城市化進(jìn)程的加快,越來越多的外來人口加入城市的生活之中，這就使得城市中路面和角落中的垃圾隨處可見。這就使得城市環(huán)衛(wèi)工人工作的強(qiáng)度不斷加大，城市的優(yōu)良面貌下降。此時研究小型的道路垃圾清掃機(jī)就顯示出它的簡便性和優(yōu)越性。雖然國家和政府部門在城市面貌這方面很重視，但是環(huán)衛(wèi)行業(yè)相對落后設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀與當(dāng)前飛快發(fā)展的社會經(jīng)濟(jì)形勢依舊存在很大落差，在諸多的現(xiàn)象中，道路清掃設(shè)備的落后是最為突出的。這就使的我們要不斷的更新道路清掃機(jī)的設(shè)備，從而達(dá)到在減輕環(huán)衛(wèi)工人勞動力的同時還給大家一個清潔美好的生活環(huán)境，以前半自動的人工清掃已經(jīng)不能滿足發(fā)展需求，必須由現(xiàn)代的全自動機(jī)械清掃代替。人工清掃對環(huán)衛(wèi)工人的勞動力要求高，而且效率低，污染周邊環(huán)境，給環(huán)衛(wèi)工人身體帶來一定的傷害，又面臨著因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境差而人員短缺，因此用現(xiàn)代化機(jī)械清掃代替人工清掃已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢。小型道路垃圾清掃機(jī)融合了收集，清掃，轉(zhuǎn)運(yùn)等功能，可用于清掃城市道路中常見的垃圾。 1.2道路垃圾清掃機(jī)研究的背景 中國從上世紀(jì)六七十年代開始就有道路垃圾清掃機(jī)的研究和生產(chǎn)，到目前為止已有七十年的研發(fā)歷史，但我國與一些西方發(fā)達(dá)的國家相比，在道路垃圾清掃機(jī)的研發(fā)方面還有很大的差距，國外的道路垃圾清掃機(jī)清掃的干凈程度，清掃機(jī)的整體技術(shù)水平方面比我國還有很大的優(yōu)勢。但在最近幾十年的發(fā)展中，這種優(yōu)勢正在慢慢的變小，然而我國仍面臨著小型道路垃圾清掃的清掃效率低，清掃機(jī)的功能相對于國外有點(diǎn)單一的問題，不能滿足一些具有較高要求清潔程度的路面，但從總體上來說可以滿足國內(nèi)目前的需求。在最近幾年的發(fā)展中，我國已經(jīng)有許多專門研發(fā)與生產(chǎn)道路垃圾清掃機(jī)的企業(yè)，這些企業(yè)目前已經(jīng)能夠自主研發(fā)與生產(chǎn)。其中生產(chǎn)的小型道路垃圾清掃機(jī)已經(jīng)在同行業(yè)中處于領(lǐng)先的地位，它是電力提供動力作為驅(qū)動，由垃圾清掃裝置，行走裝置，輸送裝置，輔助裝置等部分組成。 社會的飛快發(fā)展，使得以前的人工清掃已經(jīng)不能滿足城市的發(fā)展，而在國外，道路垃圾清掃已經(jīng)發(fā)展成為純機(jī)械化，例如德國，美國等一些發(fā)達(dá)國家，他們在道路清掃機(jī)方面已經(jīng)將先進(jìn)的遠(yuǎn)程遙控加入了進(jìn)去，使其未來向著電子化的方向發(fā)展。利用這些先進(jìn)的電子技術(shù)，道路清掃的效率不斷的被最大化。 第2章 垃圾清掃機(jī)總成設(shè)計計算 2.1 垃圾清掃機(jī)設(shè)計思想 清掃裝置是道路垃圾清掃機(jī)的核心部件，通過對其性能的改變可以來提高道路垃圾清掃機(jī)的清掃效率，清掃裝置對零件的復(fù)雜性要求比較高一點(diǎn)，通過合理的設(shè)計，在提高清掃效率的同時相應(yīng)的會降低工人的勞動強(qiáng)度，增加一些必要的輔助部件，就可以將一些清掃機(jī)不能通過的死角和凹坑清理干凈。這次主要是對小型道路垃圾清掃機(jī)的清掃機(jī)構(gòu)和上料機(jī)構(gòu)的的設(shè)計，其主要的工作部件是清掃刷。設(shè)計的主要思路如下：道路垃圾清掃機(jī)清掃裝置設(shè)計→設(shè)計選題的意義及背景調(diào)查→確定研究的總體方向（調(diào)查國內(nèi)國外道路垃圾清掃機(jī)確定清掃機(jī)的全部組成部件）→對現(xiàn)有垃圾清掃機(jī)動力機(jī)構(gòu)的調(diào)查→確定此設(shè)計的動力機(jī)構(gòu)→對清掃裝置的調(diào)查研究→設(shè)計本課題的清掃裝置→確定收集裝置→確定這總體的設(shè)計方案→完成此次的畢業(yè)設(shè)計。 2.2 清掃機(jī)總體結(jié)構(gòu) 清掃機(jī)的總體組成部分： （1）行走部件的構(gòu)成：由于清掃機(jī)需要各種角度的轉(zhuǎn)向和來回行走，因此行走裝置采用四個萬向輪，前兩個萬向輪采用定向，后兩個采用變向的方式，這樣在保證清掃機(jī)整體穩(wěn)定性的同時而不喪失靈活性。 （2）清掃裝置組成：清掃裝置是由一組通過定位銷軸向固定的清掃刷和用軸承座固定在清掃機(jī)中部的清掃滾筒、清掃滾筒鏈組成。 （3）垃圾收集和輸送裝置：由承接清掃刷的上料板、實(shí)現(xiàn)和傳遞動力的上下滾輪總成、垃圾輸送帶、用于轉(zhuǎn)換方向的變向軸以及垃圾桶等零部件構(gòu)成。垃圾桶可采用抽屜式、懸掛式和塑料袋式這三種方式。塑料袋方式，顧名思義，就是用塑料袋作為垃圾的收集裝置，將塑料袋綁在清掃機(jī)上，更換塑料袋即可將收集的垃圾清除，但我們做得是長期環(huán)保的工作，這樣在一定的程度上既造成了白色污染又浪費(fèi)資源，因此不宜采用。抽屜式，即采用一個抽屜作為垃圾的收集裝置，將抽屜安裝在清掃機(jī)身上，可通過傾倒抽屜即可處理手機(jī)的垃圾，操作方便，但安裝和拆卸較難，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不適合本設(shè)計采用。懸掛式垃圾桶，即將普通垃圾桶懸掛在清掃機(jī)機(jī)身，通過傾倒垃圾桶即可完成垃圾的轉(zhuǎn)移，這種方案安裝和操作簡單，對垃圾桶本身的要求低，價格低廉，能從很大程度上減輕環(huán)衛(wèi)工人的工作量。因此此設(shè)計采用懸掛式垃圾桶。 圖2.1垃圾輸送帶示意圖 Fig. 2.1Schematic diagram of conveying belt （4）動力系統(tǒng)：清掃機(jī)整體動力系統(tǒng)是采用電瓶驅(qū)動的直流電動機(jī)，機(jī)頭采用電動摩托作為行走動力。 （5）輔助系統(tǒng)：輔助扶手，動力系統(tǒng)控制開關(guān)，輔助工具箱（佩帶一些簡單的維修工具和小零件，能夠在清掃機(jī)出現(xiàn)小問題的時候修理一下；佩帶小鏟等一些人工清掃的小工具，清理收集清掃機(jī)較難清掃的垃圾）。 2.3 清掃機(jī)工作原理介紹 本次設(shè)計的道路垃圾清掃機(jī)是由直流電動機(jī)為清掃機(jī)提供動力，在能源的利用上，電力屬于清潔能源，不會對環(huán)境造成污染。清掃機(jī)是由起保護(hù)作用的箱體、行走部件、清掃裝置、垃圾收集和輸送裝置、動力系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)組成。清掃機(jī)的箱體是采用具有較好硬度和剛度的角鋼，通過焊接和螺栓連接在一起。垃圾箱是市面上普通的垃圾桶，有利于簡化結(jié)構(gòu)，降低成本。清掃裝置通過安裝在清掃滾筒上一組清掃刷組成，通過鏈傳動將動力傳輸?shù)角鍜邼L筒，清掃滾筒的轉(zhuǎn)動帶動清掃刷的工作。鏈傳動跟帶傳動相比在正常的工作中不存在打滑和彈性滑動現(xiàn)象，工作可靠，工作效率高，具有平均穩(wěn)定的傳動比，傳動的功率大，過載能力強(qiáng)，因此鏈傳動能夠在高溫，潮濕，多塵,陰冷等比較惡劣環(huán)境下工作。清掃機(jī)在運(yùn)行過程中，清掃裝置中的清掃刷將地上的垃圾清掃到垃圾輸送帶上，上下滾輪帶動輸送帶將垃圾運(yùn)輸?shù)嚼爸小Ｐ凶哐b置采用四個萬向輪，前兩個固定方向，這樣有利于環(huán)衛(wèi)工人對垃圾清掃機(jī)的操控。此次設(shè)計的道路清掃車，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，采用清潔能源的電力作為清掃車的動力，降低了對環(huán)境和環(huán)衛(wèi)工人的二次污染。對垃圾桶等的設(shè)計結(jié)合了可持續(xù)發(fā)展的理念，在降低成本的同時節(jié)約了資源。 1.機(jī)架 2.鏈輪 3.清掃滾筒總成 4.上料板 5.輸送帶 6.下滾輪總成 7.皮帶輪 8.第二級從動軸 9.電瓶 10.萬向輪 11.第一級從動軸 12.皮帶 13.電動機(jī) 14.垃圾箱 15.上滾輪總成 16.扶手 17.齒輪 18.連結(jié)底板 圖2.2 垃圾清掃機(jī)主要結(jié)構(gòu)圖 2.4 主要技術(shù)規(guī)范及參數(shù) 現(xiàn)有數(shù)據(jù)：已知清掃機(jī)的行走速度為20km/h。 對清掃機(jī)的主要要求：能夠干凈的清掃路面，完成路面的清掃工作。清掃機(jī)的設(shè)計要求結(jié)構(gòu)合理，能夠適應(yīng)各種路面的清掃工作，體積較小，利用清潔能源為清掃機(jī)提供動力，環(huán)保節(jié)能，操作簡單方便，在很大程度上降低環(huán)衛(wèi)工人的工作量。 2.4.1外形框架結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計的清掃機(jī)是小型道路垃圾清掃機(jī)，因此選取清掃機(jī)結(jié)構(gòu)框架尺寸為1600mm×700mm×750mm。清掃機(jī)零部件尺寸佩帶零件圖。 根據(jù)查閱機(jī)械設(shè)計手冊機(jī)其一些相關(guān)的資料可知，清掃機(jī)外形框架的材料采用25mm×25mm的方鋼可滿足設(shè)計要求，其厚3mm。外形框架采用焊接的方式連接，部分零件需要螺栓連接。 2.4.2清掃機(jī)行走所需功率 根據(jù)設(shè)計的要求，可取清掃機(jī)總重M=60kg。查相關(guān)資料可知，清掃機(jī)輪胎與地面的摩擦為μ=0.62,清掃機(jī)設(shè)計前進(jìn)速度V=5.6m/s計算。 根據(jù)公式:p=Fv1000=Mgμv1000=2.04kw(2-1) 2.4.3 清掃滾筒的速度驗(yàn)算 由能量守恒可知，要是垃圾脫離刷苗傳傳送到垃圾輸送帶上，則刷苗給垃圾的速度v必須大于垃圾到達(dá)傳送帶的速度V1，取脫離上料板時的最高距離為50mm,則需要滿足: 12mv2≥mgh (2-2) v≥2gh=2×9.8×0.05 =0.98m/s 通過常識設(shè)計和選取以下的參數(shù)，取清掃輪轉(zhuǎn)速為：62.5r/min 清掃機(jī)刷苗的自由長度為：100mm 清掃機(jī)清掃滾筒的半徑為：90mm v=2πnr60=2π×62.5×190×10－360 =1.243ms＞0.98ms 通過以上的設(shè)計計算和簡單校核，可知清掃機(jī)在正常工作的條件下，上面所選取的參數(shù)能夠滿足將垃圾輸送到垃圾輸送帶上。 2.4.4行走要求 清掃機(jī)是為了能夠完成清掃任務(wù)而設(shè)計，需要能夠正常工作和行駛，此次設(shè)計的清掃機(jī)由設(shè)計要求可知行走速度V=20km/h.要求清掃機(jī)在額定功率工作時，清掃機(jī)的行走速度不能低于20km/h，這就能夠保證清掃機(jī)按規(guī)定完成任務(wù)。 2.4.5 垃圾清掃部分功率及其設(shè)計 （1）主要參數(shù) 清掃刷的半徑：1mm 清掃刷工作時能夠產(chǎn)生的彈性型變量：25mm 清掃刷匹配工作的鏈輪直徑：160mm 清掃刷匹配工作的鏈輪寬度：550mm 根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊查的刷苗與地面間摩擦因數(shù)為0.4 （2）根據(jù)所學(xué)知識和查找相關(guān)資料清掃機(jī)正常清掃工作時的部分所需功率： 清掃機(jī)在正常工作時刷苗克服地面摩擦阻力所用功率： N1=Pμ(V+Vm)/1000η(2-3) P-刷苗工作時產(chǎn)生彈性形變對路面的壓力，單位牛頓（N）； -刷苗正常工作時和地面之間的摩擦因數(shù)為0.4； -刷苗工作時其頂端產(chǎn)生的線速度： Vm=2πRn/60(2-4) =2π×0.19×62.5÷60 =1.24m/s V-清掃機(jī)在額定功率下正常工作時的行走速度： V=20×103÷3600≈5.6m/s -查表可得傳動效率為0.9； 刷苗發(fā)生彈性形變時對路面的壓力P值根據(jù)公式可得； P=5.3×102×d（EJ/L）2h13Z[1＋0.18(Vm－2)]arccos?(1－h(huán)R)(2-5) 根據(jù)上面的設(shè)計可知刷苗的自由長度L為 0.1m； E-刷苗的彈性模量 0.9×1011pa； J-刷苗的斷面慣性矩 3.97×10-12m4； h-刷苗的形變量 0.025m； d-刷苗的半徑 2×10-3m； R-滾刷的半徑 0.19m； Z-清掃機(jī)正常工作時與地面接觸的刷苗可根據(jù)以下公式計算： Z=5.5BV/dβ1Vm (2-6) 式中β1是刷苗在工作過程中路面與其接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)角； β1=arccosR－h(huán)R×π180=arccos0.205－0.0250.205?×π180=1.488(2-7) VM/V-通過查閱資料可得比值為0.22； B-根據(jù)最初的設(shè)計可知清掃機(jī)的清掃寬度為0.55m； 因此，通過以上公示計算并得出Z： Z=5.5BVdβ1Vm=5.5×0.552×10－3×1.448×0.22=474.79(2-8) 通過上面的計算，可知Z大約為474左右，但根據(jù)實(shí)際操作中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)以及清掃級設(shè)計的合理性，取Z=450. 因此可以計算出清掃機(jī)在正常工作時刷苗產(chǎn)生彈性形變對路面的壓力P; p=5.3×102×d(EJ/L)2h13Z[1＋0.18﹙Vm－2﹚]arccos﹙1－h(huán)R﹚(2-9 ) =5.3×102×2×10﹣3×(0.9×1011×3.97×10﹣120.1)×0.02513×450×[1＋0.18×（1.24－2）]×arccos?(1－0.0250.19) =450.6N 所以可以得出以下的計算： N1=P×μ(V＋Vm﹚1000η=450.6×0.4×(1.24＋5.6)1000×0.9≈0.137Kw(2-10) 通過上面的計算已經(jīng)得知清掃機(jī)滾刷轉(zhuǎn)速的值為n=62.5r/min可以用來計算 ψ=arcsin﹙R－h(huán)﹚×3﹙2Rh－h(huán)2﹚R﹙R－2﹚×π180=0.83 (2-11) 所以，清掃機(jī)正常工作時刷苗產(chǎn)生彈性形變需要消耗的功率為: N2=0.26×10-7×n32d×h×EJψL=0.050364KW (2-12) 然后計算清掃機(jī)正常工作時對空氣所消耗的功率N3： N3≈0.01N1=0.1×0.137KW=0.00137KW(2-13) 清掃機(jī)在運(yùn)行過程中，垃圾于上料板之間由于摩擦力而消耗的功率N4： N4=PμVm1000η=450.6×0.4×1.241000×η0.03926Kw (2-14) 清掃機(jī)在工作中，垃圾由清掃刷通過圓周運(yùn)動拋到垃圾輸送帶上，而垃圾輸送帶在運(yùn)輸垃圾的過程中消耗的功率較小，因此N5可忽略不計。 清掃論在正常的工作中，功率的消耗大多用于地面的摩擦N1，產(chǎn)生彈性形變消耗功率N2，克服空氣消耗N3，上料板在運(yùn)輸垃圾的過程中由于摩擦產(chǎn)生的功率消耗N4 ,垃圾在運(yùn)輸工程中的功率消耗N5 。 因此清掃機(jī)在額定功率下工作時所消耗的功率總和為N： N=N1＋N2＋N3＋N4＋N5 (2-15) =0.013＋0.050364＋0.00137＋0.03926＋0 ≈0.23KW 2.4.6 垃圾收集轉(zhuǎn)運(yùn)的設(shè)計 根據(jù)清掃機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可取清掃機(jī)的以下參數(shù): 清掃機(jī)傳送帶寬度：550mm 小齒輪分度圓直徑d1：50mm 大齒輪分度圓直徑d2：250mm 小齒輪齒數(shù)z1：20 大齒輪齒數(shù)z2：100 齒輪模數(shù)：2.5mm 滾輪外經(jīng)：160mm 滾輪轉(zhuǎn)速：100r/min 通過以上的參數(shù)設(shè)計，可以計算出清掃機(jī)正常工作時輸送帶消耗的功率： 輸送帶以一定的速度勻速運(yùn)行，假設(shè)在輸送帶的運(yùn)行過程中其上的垃圾總重量為m=5kg，則可以計算出輸送帶勻速運(yùn)行時的線速度v： v=2πnr60=2π×100×80×10-360=0.84m/s(2-16) 因此輸送帶消耗的功率P輸送帶為： P輸出帶=Fe×v1000ηw=mgv1000ηw=5×9.8×0.841000×0.96=0.043kw (2-17) 2.4.7 動力匹配 （1）清掃機(jī)電動機(jī)的選擇： 通過前面的的設(shè)計和計算，我們可以算出清掃機(jī)在正常工作時的功率P： P=N＋P=0.23＋0.043=0.273KW 日常生活中，我們見到的電動機(jī)各種各樣，用途也各不相同。電動機(jī)的分類方法非常多，比如伺服電機(jī)就分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)；眾所周知，電動機(jī)是一個動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的核心部分，隨著社會的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)飛速進(jìn)步，電動機(jī)的功能由以前簡單的傳動向更復(fù)雜的控制方向發(fā)展。在選用電動機(jī)時，可以選用不同的驅(qū)動方式，從不同的設(shè)計方面進(jìn)行選擇電動機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以有許多的分類方法，從較簡單的方面可以分為信號電機(jī)、功率電機(jī)和控制電機(jī)這三大類；控制電機(jī)又可以進(jìn)一步分為伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、力矩電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)和直流無刷電機(jī)；功率電機(jī)分為直流電機(jī)、交流異步電機(jī)及交流同步電機(jī)。同一型號的電機(jī)，根據(jù)工作需求的不同，也可以擁有不同的分類，但是其結(jié)構(gòu)決定了用途，在以往的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計過程中直流電機(jī)經(jīng)常與蓄電池同步搭配使用。 在此次的設(shè)計中，我們選擇步進(jìn)直流電動機(jī)，步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖電信號能夠轉(zhuǎn)變成角位移或線位移信號的電機(jī)，在當(dāng)今的現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中具有舉足輕重的位置，與其他的控制系統(tǒng)相比具有很多的優(yōu)點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)擁有其他電機(jī)不可比擬的控制性能，在對機(jī)械的啟動、停止和翻轉(zhuǎn)等操作方面都有非常靈敏的響應(yīng)；步距電機(jī)的步距值不受外界其他干擾因素的影響；步距電機(jī)在壽命方面也有較大的優(yōu)勢，其壽命只決定于自身所帶的軸承，跟電刷沒有任何關(guān)系。相對而言步距電機(jī)也有限制發(fā)展的致命缺點(diǎn)：步距電機(jī)對能源的利用率是比較低的；如果在高速工作的狀態(tài)下，操作或控制不當(dāng)就會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，就會伴隨著噪音和振動的產(chǎn)生。 直流電機(jī)相對于交流電機(jī)而言，在調(diào)速方面具有只通過控制電壓的大小就可控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度大小的憂點(diǎn)，同時擁有比其他電動機(jī)更強(qiáng)的過載能力，這兩點(diǎn)是此次清掃機(jī)設(shè)計非常重要的方面，清掃機(jī)需要非常好的調(diào)速功能，因此選擇在直流和交流電機(jī)中選擇直流電機(jī)。 根據(jù)以上的分析和市場的調(diào)研，決定選用ZYT系列直流永磁電機(jī)作為道路垃圾清掃機(jī)的動力源。 電動機(jī)銘牌提供以下的參數(shù)： 型號：110ZYT103; 額定功率：P0=400W; 電壓：U=11OV 扭:T0=1274N?M轉(zhuǎn)速：n0=3000r/min （2）清掃機(jī)電池的選擇安裝 本次的設(shè)計注重人性化，設(shè)計的目的就是減輕環(huán)衛(wèi)工人的勞動力度讓他們在工作的同時體驗(yàn)工作的快樂與時代的快速發(fā)展。在電池的選用方面，鉛蓄電池是一個很好的選擇，鉛蓄電池能夠反復(fù)的充電，而且質(zhì)量不是太大，能夠減輕清掃機(jī)的總體壓力。將開關(guān)按裝在方便環(huán)衛(wèi)工人輕易就能夠著的地方，因此選擇扶手旁邊，但要設(shè)計防水裝置。 第3章操作系統(tǒng)及主要部件的設(shè)計與計算 3.1 清掃滾筒傳動設(shè)計 在此次設(shè)計中，對傳動系統(tǒng)有兩套的設(shè)計方案可供選擇： 方案一： 圖3.1.道路垃圾清掃機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計方案一 方案二： 圖3.2道路垃圾清掃機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計方案二 通過比較以上兩種方案，可知第二種方案更適合此次道路垃圾清掃機(jī)的傳動系統(tǒng)。方案一中清掃滾筒與傳動系統(tǒng)之間采用帶傳動連接的方式；而方案二則是采用鏈傳動連接的方式。通過比較上面的兩個傳動系統(tǒng)設(shè)計方案，結(jié)合清掃機(jī)在日常生活中的實(shí)際工作情況，可知方案二是更符合的此次設(shè)計的傳動系統(tǒng)。道路垃圾清掃機(jī)在正常的工作中，經(jīng)常會面臨溫度，濕度等易于變化的環(huán)境，帶傳動在傳動時有彈性滑動，而彈性滑動會致使傳送帶壽命減短，使其傳動效率降低，并且?guī)鲃釉诠ぷ髦信c帶輪摩擦?xí)a(chǎn)生放電現(xiàn)象，不能更好地適應(yīng)比較惡劣的環(huán)境。而鏈傳動則是滿足在低速，高溫，塵土飛揚(yáng)等的惡劣環(huán)境中工作；鏈傳動在傳動過程中比帶傳動具有更穩(wěn)定的傳動比，更高的傳動效率，對軸和軸承的作用力小，在制造和安裝過程中精度要求不高，可以降低道路垃圾清掃的的成本。以上的分析可以綜合得出方案二更為合理。 3.2 確定主要參數(shù)及各級傳動比 3.2.1 傳動比設(shè)定 通過查找機(jī)械設(shè)計一書，可以設(shè)定傳動軸之間的傳動比如下： i=n1/n2=z2/z1 (3-1) 清掃機(jī)第一級傳動比i1=6； 清掃機(jī)第二級傳動比i2=4； 清掃機(jī)第三級傳動比i3=2； 清掃機(jī)上滾輪軸齒輪傳動比i4=5。 3.2.2 計算各軸轉(zhuǎn)速 根據(jù)傳動公式可以計算從動軸轉(zhuǎn)速如下： Ⅰ:n1=n0i=3000÷6=500r/min Ⅱ:n2=n1i=500÷4=125r/min Ⅲ:n3=n2i=125÷2=62.5r/min Ⅳ：上滾輪軸n4=n5i=500÷5=100r/min 3.2.3 計算各軸轉(zhuǎn)矩 依據(jù)《機(jī)械設(shè)計》第141頁表2可知以下參數(shù)： V帶傳遞效率（未計入軸承中摩擦損失）為0.92～0.97，可取η1=η2=0.96； 閉式鏈傳動效率（未計入軸承中摩擦損）為0.97～0.98，可取η3=0.97； 開式圓柱齒輪及錐齒輪傳動效率（未計入軸承中摩擦損）為0.92～0.95，可取η4=0.93。 因此可計算以下轉(zhuǎn)矩： Ⅰ：一級從動軸轉(zhuǎn)矩 T1=T0×i1×η1=1274×6×0.96N?mm=7338.24N?mm Ⅱ：二級從動軸轉(zhuǎn)矩 T2=T1×i2×η2=7338.24×4×0.96N?mm=28278.84N?mm Ⅲ：三級從動軸轉(zhuǎn)矩 T3=T2×i3×η3=28178.84×2×0.97N?mm=54666.95N?mm Ⅳ：上滾輪軸轉(zhuǎn)矩 T4=T1×i4×η4=7338.24×5×0.93N?mm=34122.82N?mm=34122.82N?mm 3.2.4 各軸功率計算 通過電動機(jī)銘牌可知電額定功率P0=400W；各級傳動軸之間效率為η1= η2=0.96，η3=0.97，η4=0.93。因此計算各級從動軸功率如下： Ⅰ：P1=P0×η1=400×0.96W=384W Ⅱ：P2=﹙P1×P輸出帶﹚×η2 Ⅲ：P3=P2×η3=327.36×0.97W=317.54W Ⅳ：上滾輪軸P4=P1×η4=384×0.93W=357.12W 3.3 主要工作零部件的設(shè)計計算 3.3.1 第一級傳動帶輪設(shè)計 由以上設(shè)計可知電動機(jī)額定功率為P0=400W,電機(jī)轉(zhuǎn)速n0=3000r/min,i1=6，假設(shè)電機(jī)在一天的正常工作中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8小時。 （1）確定計算功率Pca： 計算功率Pca是由傳送帶在正常工作時的工作條件和功率所決定的，依據(jù)《機(jī)械設(shè)計》157頁表8-8工作情況系數(shù)KA，可查的KA=1.1，以下查得的數(shù)據(jù)均是出自此書。 Pca=KAP=1.1×400W=440W (3-2) （2）選取V帶的帶型： 根據(jù)計算功率Pca,主動輪轉(zhuǎn)速n0，由圖8-11普通V選型圖可選用V帶的類型為Z型。 （3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗(yàn)算帶速 根據(jù)前面所選V帶的類型為Z型，通過《機(jī)械設(shè)計》可以查表8-7V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑，表8-9普通V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列；選取帶輪的最小基準(zhǔn)直徑應(yīng)滿足dd0≥（dd）min,故取dd0=50mm。 計算從動輪的基準(zhǔn)直徑： Dd1=i1dd0=6×50mm=300mm 并且依據(jù)表8-9普通V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列對所算出的從動輪基準(zhǔn)直徑進(jìn)行圓整， 最后可得為315mm。 驗(yàn)算V帶的帶速v: v=πdd0n060×1000 (3-3) =π50×300060×1000 =7.85m/s<25m/s 通過驗(yàn)算，V帶的速度合格。 (4)計算V帶的中心距a和基準(zhǔn)長度LD。 中心距的初選可以根據(jù)公式0.7(dd1＋dd2)?a0≤2(dd1＋dd2),可以首次確定中心距為a0=500mm。 然后計算V帶所需基準(zhǔn)長度: Ld0≈2a0＋π(dd0＋dd1)/2＋(dd1＋dd0)24a0 (3-4) =2×500＋π×(50＋315)2＋(315－50)24×500 =1608.5mm 依據(jù)表8-2普通V帶的基準(zhǔn)長度L取V帶基準(zhǔn)長度為LD=1600mm。 (5)驗(yàn)算小帶輪上的包角α1： α1=180°－(dd2－dd1)×57.3/a (3-5) =180°－(315－50)×57.3÷496 =149.39>120° (6)計算V帶的根數(shù)z： 依據(jù)從動輪的基準(zhǔn)dd1=50mm，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速n0=3000r/min,查表8-4可得基本額定功率P0=0.28kw；依據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速n0=3000r/min，兩者之間的傳動比i=6和選擇的為V形帶查表8-5單根普通V帶額定功率的增量ΔP0可得ΔP0=0.04kw；由表8-6包角修正系數(shù)和表8-2普通V帶的基準(zhǔn)長度LD(mm)及帶長修正系數(shù)KL可分別得KA=0.915,KL=1.16。因此，可運(yùn)用下式計算單根V帶的額定功率Pr: Pr=(P0＋ΔP0)?KA?KL (3-6) =(0.28＋0.04)×0.915×1.16 =0.34KW 由此可得V帶根數(shù):Z=PcaPr=0.440.34=1.29 故可取z=2。 （7）算出單根V帶的最小初拉力(F0)min: 通過表8-3V帶單位長度的質(zhì)量可得q=0.06kg/m 則: (F0)min=500×(2.5－KA)PcakA?z?v＋qv2 (3-7) =500×2.5－0.915×0.44÷(0.915×2×7.85)＋0.06×7.852 =27.97N (8)計算V帶輪軸上的壓軸力FP: Pp=2zF0sinα12(3-8) =2×2×29.97×sin149.392 =105.5N 3.3.2 第二級傳動帶輪設(shè)計 由以上設(shè)計可知功率為P1－P輸送帶=329.38W,電機(jī)轉(zhuǎn)速n1=500r/min,i2=4，假設(shè)電機(jī)在一天的正常工作中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8小時。 （1）確定計算功率Pca： 計算功率Pca是由傳送帶的在正常工作時的工作條件和功率所決定的，依據(jù)《機(jī)械設(shè)計》157頁表8-8工作情況系數(shù)KA，可查的KA=1.0，以下計算所運(yùn)用的數(shù)據(jù)皆是出自此書。 Pca=KAP=1.0×329.38W=329.38W （2）選取V帶的帶型： 根據(jù)計算功率Pca,主動輪轉(zhuǎn)速n0，由圖8-11普通V帶選型圖可選擇V帶的類型為Z型。 （3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗(yàn)算帶速 根據(jù)上面的計算可選V帶的類型為z型，查表8-7V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑，表8-9普通V帶輪基準(zhǔn)直徑系列,查閱資料可知v帶輪最小直徑應(yīng)該滿足dd0≥（dd）min,故取dd0=80mm。 計算從動輪的基準(zhǔn)直徑： D1=i1dd0=4×80mm=320mm 依據(jù)表8-9對所算出的v帶輪基準(zhǔn)直徑進(jìn)行圓整，可得315mm。 驗(yàn)算V帶的帶速v: v=πdd0n060×1000 (3-9) =π80×50060×1000 =2.09m/s<25m/s 通過驗(yàn)算，V帶的速度合格。 (4)計算V帶的中心距a和基準(zhǔn)長度LD。 查資料可知，應(yīng)用以下公式進(jìn)行初選中心距0.7(dd1＋dd2)≤a0≤2(dd1＋dd2),可以首次確定中心距為a0=500mm。 然后計算V帶所需基準(zhǔn)長度: Ld0≈2a0＋π(dd0＋dd1)/2＋(dd1－dd0)24a0 (3-10) =2×500×π×(80＋315)/2＋(315－80)24×500 =1648.5mm 依據(jù)表8-2普通V帶的基準(zhǔn)長度LD 可以選取V帶基準(zhǔn)長度為LD=1600mm。 計算V帶實(shí)際中心距與初選的中心距相比： a≈a0＋(LD－LD0)/2 (3-11) =500＋(1600－1648.08)/2 ≈1476mm (5)驗(yàn)算小帶輪上的包角α1： α1=180°－(dd2－dd1)×57.3/a (3-12) =180°－(315－80)×57.3°÷476 =151.7°>120° 通過驗(yàn)算可知，小帶輪上的包角符合要求。 (6)計算V帶的根數(shù)z： 依據(jù)從動輪的基準(zhǔn)直徑dd1=80mm，轉(zhuǎn)速n0=500r/min,可查表8-4可得P0=0.15kw；依據(jù)n0=500r/min，傳動比i=6和選擇的為V形帶查表8-5可得ΔP0=0.013kw；由表8-6包角修正系數(shù)和表8-2普通V帶的基準(zhǔn)長度LD(mm)及帶長修正系數(shù)KL可分別得KA=0.93,KL=1.18。因此，可由下式計算單根V帶的額定功率Pr: Pr=(p0＋Δp0)?KA?KL (3-13) =(0.15＋0..13)×0.93×1.18 =0.179kw 由此可得V帶根數(shù):z=PcaPr=0.330.179=1.84(3-14) 故可取z=2。 （7）算出單根V帶的最小初拉力(F0)min: 通過表8-3V帶單位長度的質(zhì)量可得q=0.06kg/m 則(F0)min=500(2.5－KA)PcaKAzv＋qv2 (3-15) =500(2.5－0.93)×0.330.93×2×2.09＋0.06×2.092 =56.9N (8)計算V帶輪軸上的壓軸力FP: Pp=2zF0sinα12 (3-16) =2×2×66.9×sin149.392 =261.5N 3.3.3 第三級傳動鏈傳動設(shè)計 （1）選擇鏈輪齒數(shù) 根據(jù)設(shè)計的需求，可選取小鏈輪的齒數(shù)z1=20，大鏈輪的齒數(shù)通過小鏈輪的齒數(shù)計算可得為z2=i·z1=20×2=40。 （2）計算當(dāng)量的單排鏈的計算功率Pca 依據(jù)《機(jī)械設(shè)計》第178頁表9-6工作系數(shù)KA可查的KA=1.0,由圖9-13主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)KZ可知KZ=1.35，因此可計算Pca=KAKZP3=1.0×1.35×317.54w=426.88w （3）鏈條型號與節(jié)距P的選擇 查圖9-11是應(yīng)該確保單排鏈額定功率大于等于單排鏈計算功率，即Pca≤PC，查圖9-11選擇鏈條為08A系列鏈條，查表9-1得鏈條節(jié)距P=12.7mm。 （4） 計算鏈節(jié)數(shù)和中心距 依據(jù)公式a0=30~50P=30~50×12.7mm=635mm進(jìn)行初選中心距a0=400mm，應(yīng)用公式計算相應(yīng)鏈節(jié)數(shù): Lp0=2a0p＋z1＋z22＋(z2－z12π)2pa0 (3-17) =2×40012.7＋20＋402＋(40－202π)212.7400 =93.31 因此可取鏈節(jié)數(shù)LP0=94節(jié)。 查表9-7中心距計算系數(shù)f1可得f1=0.24884； 計算中心距 a=f1p2Lp－z1＋z2=0.24884×12.7×[2×94－（20＋40）]≈405mm (3-18) （5）計算鏈速v，確定潤滑方式 V=n2z1p60×1000=125×20×12.760×100=0.529m/s (3-19) 依據(jù)鏈條型號為08A，鏈速v=0.529m/s,查圖9-14選擇鏈條的潤滑方式人工潤滑。 (6)計算壓軸力FP 查資料可知有效圓周力Fe=1000p3v=1000×316.2×10-30.6=527N (3-20) 此次的設(shè)計采用水平傳動的方法，因此選用壓軸力系數(shù)KFP=1.15； 則FF=KFP?Fe=1.15×527N=606N 3.3.4 齒輪傳動的設(shè)計 （1）選定齒輪類型、精度等級、材料 根據(jù)設(shè)計的需要和前面零部件的設(shè)計，可知選取的軸承對軸向載荷較小，又因?yàn)閭鲃訋槠胀üぜ?，因此采?級精度（GB10095-88）的直齒圓柱齒輪即可滿足。 依據(jù)《機(jī)械設(shè)計》191頁表10-1選擇齒輪的材料，選用45鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的齒輪，選取硬度為240HBS。 依據(jù)設(shè)計大小齒輪的齒數(shù)分別為z2=100，z1=20。 (2)按齒面接觸皮疲勞強(qiáng)度設(shè)計 選擇載荷系數(shù)Kt=1.3 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1: T1=9.55×106Pn1 (3-21) =9.55×106×0.384500=7334N?mm 計算壓軸FP=2Z(F0)min=2×50×5.6=224N 由表10-7可查得齒寬系數(shù)φd=0.4； 查表10-6可得彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa1/2； 查圖10-25d可得大小齒輪σHlim=600MPa 因此大小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)可由下式計算： N1=60n1jL=60×500×1×1×8×350×10=8.4×109 (3-22) 由圖10-23 N可查的接觸疲勞系數(shù)KHN1=0.92,KHN2=0.88 查找資料可取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1,計算以下數(shù)值： [σH]1=KHN1σlim1S=0.92×6001=552MPa (3-23) [σH]2=KHN2σlim2S=0.88×6001=528MPa (3-24) 由以上的計算可知[σH]2＜ [σH]1，因此選用[σH]2作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力。 通過上面的計算和比較可知 [σH]=[σH]2=528MPa 因此可計算出小分度圓: d1t=2.323KtT1φdμ+1μ(ZE[σH])2 (3-25) =2.3231.3×103×70.4×32×(189.8528)2 ≈38mm 計算齒輪圓周速度： v=πd1tn160×1000 (3-26) =π×38×50060×1000 =0.733m/s 齒寬:b=φdd1t=0.4×38=15mm (3-27) 模數(shù):mt=d1tz1=38201.9mm (3-28) 齒高：h=2.25mt=2.25×1.9=4.275mm (3-29) 齒寬與齒高之比:bh=154.275=3.51 (3-30) 計算齒輪實(shí)際載荷系數(shù)： 通過表10-2使用系數(shù)KA查的KA=1； 依據(jù)v=0.733齒輪精度為7級，查圖10-8動載系數(shù)Kv可得Kv=1.05,對直齒圓柱齒輪而言，齒間載荷分配系數(shù)KHa=KFa=1； 依據(jù)表10-4接觸疲勞強(qiáng)度計算用的齒向分載荷布系數(shù)KHβ用插值法的方法查的7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時KHβ=1.15,由圖10-13彎曲強(qiáng)度計算的齒向載荷分布系數(shù)KFβ可得KFβ=1.125； 因此可計算載荷系數(shù)： K=KAKVKHαKHβ (3-31) =1×1.05×1.15 =1.2075 因此可通過實(shí)際的載荷系數(shù)重新計算分度圓直徑： d1=d1t3KKt (3-32) =38×31.20751.3 =37.076mm 計算模數(shù): m=d1z1 （3-33） =37.07620mm =1.85mm （3）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計 依據(jù)圖10-24可查的大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1=σFE2=380MPa； 依據(jù)圖10-22彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN查的KFN1=0.91,KFN2=0.84； 通過查看所選取材料的力學(xué)性能，可選取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3,應(yīng)用下式計算彎曲疲勞許用應(yīng)力： [σF]1=KFN1σFE1S (3-34) =0.91×3801.3 =266MPa [σF]2=KFN2σFE2S (3-35) =84×3801.3 =245.5MPa 因此可計算載荷系數(shù)： K=KAKVKFαKFβ (3-36) =1×1.05×1×1.125 =1.8125 查表可得齒形系數(shù)分別為YFa1=2.8，YFa2=2.18； 應(yīng)力校正系數(shù)分別為YSa1=1,YSa2=1.79； 分別計算齒輪的YFaYSa/ [σF] ,對兩個計算出的數(shù)值進(jìn)行比較： YFa1YSa1[σF]1=2.8×1.55266 (3-37) =0.0163 YFa2YSa2σF2=2.18×1.79245.5 (3-38) =0.01589 因?yàn)樾↓X輪計算的數(shù)值小于大齒輪的，因此計算小齒輪的模數(shù)m: m≥32KT1φdz12(YFaYSa[σF]) (3-39) =32×1.18125×7×1030.4×2020.0163 =1.19mm 根據(jù)以上對齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的模數(shù)計算和清掃機(jī)在正常工作中的經(jīng)驗(yàn)可選取模數(shù)m=2.5mm。 （4）幾何尺寸計算 計算大小齒輪的分度圓直徑： d1=z1m (3-40) =20×2.5mm=50mm d2=z2m (3-41) =100×2.5mm=250mm 計算兩齒輪間的中心距： a=(z1＋z2)m2cosβ (3-42) =20＋100×2.52 =150mm 計算齒輪寬度:b=φd×d1 =0.4×50mm=20mm 依據(jù)在實(shí)際當(dāng)中的情況，可取b1=25,b2=20mm。 第4章 主要受力零件的強(qiáng)度或壽命校核計算 4.1 軸的設(shè)計計算及校核 4.1.1 第一級從動軸設(shè)計計算及校核 （1）初步確定軸的最小直徑 初步確定軸的最小直徑，由清掃機(jī)的工作環(huán)境和軸在工作中應(yīng)承受的壓力，選取第一級從動軸的材料為45鋼，熱處理方式調(diào)質(zhì)處理。依據(jù)《機(jī)械設(shè)計》366頁表15-3軸幾種常見材料的[τT]及A0值，取A0=125。則 dmin=A03P1n1 (4-1) =125×30.384500 =27.33mm 依據(jù)計算，為了使軸的強(qiáng)度和承受載荷能力等能夠滿足要求，取dmin=28mm。 （2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖4.1第一級從動軸的結(jié)構(gòu)圖 （3）求軸上的載荷 此軸作為簡單的簡支梁，計算軸的支承跨距如下： L1+L2=638.5+36=74.5mm L3=36.5mm,L4=30mm 對軸進(jìn)行以下的平衡計算和分析： 力:F1＋F3=224＋105.5＋105.5 力矩：224×L1＋105.5×L1＋L2＋L3＋105.5×L1＋L2＋L3＋L4 =F3(L1＋L2) 通過解上面的兩個方程可的F1=166N,F3=419N； 計算以下各力所在截面所受的彎矩： F2：M12=F1＋L1=16×638.5=10216N·mm F3：M23=F1×L1＋L2－224L2=2728N·mm F4: M34=F1×L1＋L2＋L3－224L2＋L3＋F3×L3=10429.5N·mm 依據(jù)上面對力和力矩平衡的計算以及各個力所在截面所受的彎矩作出軸的彎矩與扭矩圖如下： 圖4.2第一級從動軸的載荷分析圖 圖中顯示危險截面為力F4所在的截面。 (4)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 第一級從動軸已經(jīng)設(shè)計和計算完成，在校核軸的過程中，通常只需要校核在該軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，即危險截面所在的截面。依據(jù)《機(jī)械設(shè)計》369頁式15-5對軸進(jìn)行校核計算，取α=0.3，則軸的計算應(yīng)力為： σ=M2＋(αT)2W (4-2) =M12＋(αT)20.1d3 =36136.52＋(0.3×7338.24)20.1×283 =16.49MPa 根據(jù)前面所選軸的材料以及熱處理方法，由表15-1軸的常用材料及其主要力學(xué)性能，查的許用彎曲應(yīng)力[σ-1]=60MPa,因?yàn)棣遥糩σ-1]，因此此軸的彎扭校核合格。 （5）精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 確定危險截面，從軸的各個截面分別進(jìn)行分析，因?yàn)長1和L2所在的截面有過渡軸肩的存在，使軸承受的力和扭矩都降低了許多，減小了應(yīng)力集中的現(xiàn)象，因此L1和L2所在的截面是安全的，依據(jù)機(jī)械設(shè)計一書，對安全的軸面不必進(jìn)行校核，從受載的的方面來分析，L3和L4所在的截面所受的應(yīng)力為最大，對L3和L4所在截面進(jìn)行以下校核。 L3右截面抗彎截面系數(shù)：W=0.1d3=0.1×283=2159.2mm3； L3右截面抗扭截面系數(shù)：Wr=0.2d3=0.2×283=4390.4mm3； 彎矩M：M=3136.5×36.5－1536.5=21285.9N·mm 扭矩T：T=7338.24N?mm