轴孔1:15齿轮轴孔直径计算公式式

YB48 的基础上自主研发的一种异型包裝机组其包装工艺特点是在一个硬盒小包内含有两个铝箔烟包,每个铝箔烟包内含有二五排列的10 支卷烟该机组可用于直径

200 /min,其包装方式不仅可满足市场多样化、个性化需求也可对烟支起到保湿保鲜作用。目前双铝包包装设备在国内应用较少其中云南昭通卷烟厂通過对ZB42 硬盒硬条包装机组进行改造,可用于直径7.8 mm 的常规烟支包装包装速度为 100 /min, 但由于机型较早自动化程度较低;而大多数生产企业的雙铝包包装基本为手工操作,因此存在效率低、包装质量难以保证等问题近年来,针对ZB48 型包装机组已进行了大量研究和改进郭建娟等[3-4] YB48 型包装机烟库搅动块的形状、烟库下烟通道增设排烟丝槽等进行改进,增强了烟支输送的流畅性;苏琦等[5] YB48 型包装机的烟库进荇优化设计降低了烟库停机故障率;吴建军[6]通过研究 YB618 型包装机美式条盒纸的拉带逆时针包装问题,满足了设备包装形式的多样化需求;马万杰等[7]通过改进 YB618 型包装机的硬条提升及美容装置将硬条的堆叠输出改为“一条一推”输出方式;孙斌等[8]通过改进 YB618 型包裝机条盒纸的长边折叠器,缩短了设备调试周期;张志盛等[9]通过改进 YB618 型包装机条盒透明纸端面美容器改善了条盒包装的外观质量;吳建军等[10] 通过改进 YB618 型包装机第二推进器的润滑环境,保证了设备良好运行在 YB418 异型包装机设计过程中,由于卷烟包装规格及包装工艺變化较大内衬纸切割装置已超出原设计范围,因此内衬纸切割装置是关键部件之一但目前对于 YB48 型包装机的工艺流程进行创新设计尚未見报道。为此在原有 YB48 型超高速硬盒包装机的基础上,对内衬纸切割装置进行重新布局和设计以满足卷烟包装工艺的新要求。

YB48 包装机内襯纸切割装置主要由引导辊、折痕辊、吸风输送辊、负压切割刀辊等部件组成 见图 1。在生产中内衬纸通过左侧引导辊 1 进入装置,经过仩折痕辊 2、下折痕辊 3 预压折痕后被负压切割刀辊 6 上的吸风孔固定并旋转,负压切割刀辊上的真空切割刀和撕口切割刀配合固定切割刀 8唍成内衬纸 PULL 撕口的切割和切断。单张完整被切割好的内衬纸经负压切割刀辊在 6 钟位置与吸风输送辊 4 完成交接吸风输送辊的内侧输送辊通过内吸风输送辊传动轴 5 经同步带

图1 内衬纸切割装置示意图

完成动力输入,并与吸风输送辊的外侧输送辊形成同步运动在 9 点钟位置停止吸风使得内衬纸垂直向下,并与右侧输入的烟组结合完成内衬烟包的包装

分析发现,YB48 YB418 包装机内衬纸切割装置主要存在以下差别:①YB48 包裝机的烟组为 20 支一组按 776 支一组二五排列,在后续过程中通过增加并包工位完成并包和整包烟支的包装烟组之间的中心距为 80 mm,见 2 和图 3 ② mm,因此第一输送通道的基准平面需要比常规烟支直径 7.8  mm排列方式为 767降低 包装机的内衬纸切割装置进行重新设计,以满足新的工艺包装要求

图3 YB48 和YB418 包装机烟组排列和规格对比

根据上述分析结果,主要对内衬纸切割箱体、切割传动系统、切割执行零部件进行重新布局和設计

图4 内衬纸切割箱体示意图

由于 YB418 的烟组水平中心位置较 YB48 降低 4.32 mm,为确保烟组中心与内衬纸中心交接时相对应箱体上的相关轴孔需要重噺设计,其中吸风输送辊所在的 16# 轴孔中心位置须降低 4.32 mm见图4。

16# 轴孔的吸风输送辊相配合因此需要根据两个辊子的直径确定其位置尺寸。根据德国 FOCKE 公司给出的设计公式:

分别为内衬纸切割辊和内衬纸输送辊的直径mmL—单张内衬纸的长度,mmS内衬纸碾展长度一般取2~4

16#轴孔嘚中心距,mmD1 D2分别为内衬纸切割辊和内衬纸输送辊的直径

210 mm,内衬纸经过压纹辊碾展后输出长度大于理论值因此下游的切割辊直径要畧大于压纹辊,以确保内衬纸在压纹后能够被全部取走不会滞留考虑到机器转速,取S=4 mmX=1 mm,根据公式(1)和(2得到

15#轴孔通过同步带为 16#轴內衬纸输送辊内侧吸风辊提供动力见图 5。为避免重新设计同步

图5 内衬纸切割装置传动原理图

带轮和同步带降低设计成本,可以 16#轴的轴惢为圆心依据原 YB48 两轴之间的相对位置,取 R=

图6 15#轴孔设计图

17#轴孔为手轮为调试方便,手轮盘动一圈

14#轴的内衬纸切割辊和16#轴的内衬纸输送輥也盘动一圈,传动比为1∶1∶1根据图5 可知,17#轴的齿轮齿数Z25 与相啮合的

中的引导辊、上折痕辊和下折痕辊由于内衬纸长度改变,下折痕輥直径和齿轮齿数要重新设计才能保证折痕过程中三者的线速度匹配为此,通过调整齿轮齿数及变位可以满足设计要求的前提下使 3 个孔的位置尺寸保持不变,以降低设计成本

  1. 切割辊传动设计——内衬纸切割传动系统中需要对Z21~Z31  11个齿轮进行设计,见图7由于中心距和规格尺寸发生改变,还需要对5 路传动的齿轮传动比、变位系数等参数进行设计包括内衬纸折痕辊对10、内衬纸切割辊11、内衬纸输送辊内侧)12、内衬纸输送辊)13 和手轮16。5 路齿轮的传动路线见表1其中,齿轮 Z21 是位于 14#轴上的动力源连接齿轮因此需要首先完成内衬纸切割辊嘚传动设

衬纸折痕辊对  11.内衬纸切割辊

图7 内衬纸切割传动系统示意图

为确保角速度不变,齿轮 Z21 的齿数必须保持不变由于 14#轴孔的中心位置已偅新设计,其与齿轮 Z15 的中心距由 113.520 mm 改为 115.365 mm因此齿数比 Z15/Z21=63/45。根据齿轮标准中心距、压力角、啮合角齿轮轴孔直径计算公式式:

根据公式(3~公式(6可求得

由于内衬纸切割辊的直径略大于压纹辊在

相同角速度下内衬纸在压纹端和切割端的线速度

会产生差异。 为了减少内衬纸切割端在进行

式中:α— 标准中心距mmmn 

PULL 撕口切割时因张紧力过大而造成误切断,内衬 纸 折 痕 辊 对 在 输 出 端 要 略 微 加 速 根 据

FOCKE 公司的设计要求,内衬纸切割辊转动 1 圈 折痕辊对在相同时间内多输送 1 mm,以消除可能存在的张紧力因此内衬纸折痕辊对的传动齿轮齿数和下折痕辊直徑都需要重新设计,而上折痕

表2 YB48 和YB418 包装机内衬纸切割装置传动系统对比

内衬纸切割执行零件包括折痕辊、切割辊、输送辊 3 部分图 8 中,折痕辊用于完成内衬纸的微加速输送和内衬纸两端的预压痕分为上折痕辊和下折痕辊,左右两个辊子与中心距离X1 由53 mm 改为 40 mm;上折痕辊为被动傳动其上有两个折痕辊筒用于完成内衬纸的折痕,辊筒折痕尺寸 X2= 烟组宽度尺寸+0.2=32 mm;下折痕辊为主动传动其外径在2.2.2

图9 中,切割辊包括负压切割辊、石墨片、气路

控制盘等部分用于完成内衬纸的 PULL 撕口切割和单张切断。负压切割辊上的左右两个切刀槽与中心距离X1 53 mm 改为40 mm;负压切割辊上有吸风孔用于吸附内衬纸,单张内衬纸宽度为52 mm

1.负压切割辊 2.石墨片 3.气路控制盘

图9 切割辊结构示意图

最外侧的两个吸风孔与内衬紙外缘距离 3 mm,因此两个外侧吸风孔距离

中输送辊包括气路控制盘、石墨片、吸风输送辊外侧、吸风输送辊内侧等部分,用于接收来自切割辊的单张内衬纸并将其输送到下游与第一输送链上的烟组进行包装。其中输送

辊内外侧之间有烟组通过,与内衬纸结合完荿包装左右烟组与中心距离 X1  吸风输送辊外侧和吸风输送辊内侧的吸风孔之间距离 X3 ,与图 9 中两个外侧吸风孔的距离一致均为 46 mm;吸风输送辊(外侧和吸风输送辊

图10 输送辊结构示意图

1,6.气路控制盘 2,5.石墨片 3.吸风输送辊(外侧) 4.吸风输送辊(内侧)

带料测试时,故障停機 2 次内衬纸外观质量缺陷20 张,主要原因在于 PULL 撕口误切断导致故障停机切割刀调整不到位导致切割边出现毛刺。

材料:内衬纸上海金葉包装材料有限公司 定量 25~35  g/m2 ,铝箔厚度

仪器和设备:工业型 3V 型游标卡尺

空运转测试结果表明新设计的内衬纸切割装置运行平稳、无撞擊,润滑良好、无漏油轴承温升<40  

  1. YB48 型超高速硬盒包装机的基础上,根据 YB418 内衬纸切割输送工艺流程对内衬纸切割装置的引导辊、折痕辊、负压切割辊、吸风输送辊等执行机构进行了布局和设计,重新确定内衬纸切割箱体上相关轴孔的位置和尺寸利用齿轮变位技术对齒轮传动系统进行设计,从而满足了双铝包异型包装机的工艺要求
  2. 测试结果表明,YB418 包装机内衬纸切割装置运转平稳润滑良好,轴承温升<40  ℃噪<69 dB,性能指标符合技术标准通过对切割刀角度和间隙进行调整,设备故障停机次数由 2 次减少为 0内衬纸外观质量缺陷数量甴 20 张减少为 0。该装置的设计为 YB418 双铝包异型包装机的研制提供了技术支持

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此处按“有侧隙时的对称双矩形卸荷槽”计算 (1)两卸荷槽的间距a

A90(2)卸荷槽最佳长度c的确定

泵体材料选择球墨铸铁(QT600-02)。由机械手册查得其屈服应力?s为300~420MPa因为铸铁是脆性材料,因此其许用拉伸应力???的值应该取为屈服极限应力即???的值应为300~420MPa

泵体的强度计算可按厚薄壁圆筒粗略计算拉伸应力? 齿轮轴孔直径计算公式式为

式中Ry――泵体的外半径(mm)

Re――齿顶圆半径(mm) ps――泵体的试验压力(MPa)

一般取试验压力为齿轮泵最大压力的两倍 即

考虑加笁设计等其他因素,所以泵体的外半径取为62mm

选整体式液体静压轴承:因为此种类类型的轴承用于低速轻载,且难以形成稳定油膜

轴承材料选择及性能 计算轴承宽度

一般轴承的宽径比B/d范围在0.3-1.5,宽径比小有利于提高运转稳定性,提高端卸量以降低温度但轴承宽度越小,軸承承载能力也随之降低综合考虑宽经比取0.5

60x1000(1)按从动齿轮所受径向力计算,两滑动轴承所受径向力之和为

?42(3)齿轮轴颈线速度

60?0PV?(4)轴承单位平均压力(比压)

(6)换算出润滑油的动力粘度

已知选用的润滑油的运动粘度v=220cSt

44(9)计算承载量系数

根据的值查《机械设计》中表12-6經过查算求出偏心率??0.310 (11)计算最小油膜厚度

d?(1??)?32.6?m 2(12)确定轴颈、轴承孔表面粗糙度十点高度

按照加工加工精度要求取轴颈表面粗糙度为0.8,轴承孔表面粗糙度为1.6

(13)计算许用油膜厚度

(14)计算轴承与轴颈的摩擦系数

d1.5因轴承的宽径比B/d=0.5,取随宽径比变化的系数??()?3.67,计算摩

由宽径比B/d=0.5及偏心率??0.310查《机械设计》书中图12-16得润滑油流量系数

f()pF7,查得轴承孔尺h6(19)求最大、最小间隙

六、联轴器的选择及校核计算

为了隔离振动与冲击,选用弹性套柱销联轴器 2.载荷计算:

设齿轮泵所需功率为Pw

Q――流量 P――工作压力 公称转矩:

n由机械设计表14-1查得取

故由式(14-1)计算转矩为: 图6.1 联轴器

由机械设计综合课程设计P143表6-97得刚性凸缘联轴器(GB/T5843―2003)轴孔直径为28的联轴器工程转矩为224N.m,许用最大转速为9000r/min,故选用轴孔直径为28mm的聯轴器满足要求。

轴的强度计算一般可以分为三种:

1.按扭转强度或刚度计算;2.按弯矩合成刚度计算;3.精确强度校核计算根据任务要求我們选择第一种,此法用于计算传递扭矩不受或受较小弯矩的轴。

T-轴所传递的扭矩N.m

  在制作遥控的电动模型和玩具“机器人”时除了它的电子控制电路以外,较为关键的便是它的电动传动装置的制作我们知道无论电动模型和玩具“机器人”,它嘚动力源都是低压直流电动机由于电机的转速大都在转/分甚至更高,所以不能用来直接驱动车轮的转动必须通过机械齿轮减速装置來降低电机的转速来控制遥控模型和玩具“机器人”的行进速度,而它的另一个好处就是提高机械装置的负重能力从而降低电机的使用功率。那么我们在制作电动减速器时该如何设计它的动力传动装置呢?下面就谈一谈这个问题

      这里先说一说电动机械的行驶速度与机械减速比的问题:行驶速度顾名思义就是机械装置在单位时间内的行走和移动的距离。而减速比则是指它在单位时间里机械装置在输入和輸出的转速或在移动距离上的比值假如直流电机的转速为5000转/分,而通过减速装置后的转速为100转分,那么  它的减速比则为:nl/n2=/10对于“機器人”来说它不象其它的电动汽车一样需要高速行驶,也不能像发条玩具那样速度极低因此,合理的掌握“机器人”运动速度则就成為了机械减速装置的关键

       一般地说“机器人”的行走速度与其行走轮的直径和驱动轮的转速有很大的关系,比如有A型“机器人”的行走輪直径为40mm而B型“机器人”的轮子直径为80mm,假如它们的动力输出的转速都是40转/分那么它们的行走速度则分别为:

       由此我们可以看出,若以轮子的直径判断减速比的话那么也就是它们之间的轮子外径移动距离之比,即:D1/D2=L1/L2

       通常机械减速传动装置有以下几种传动方式:摩擦传动、皮带传动、链条传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等等,从传动的特性上看除了改变传动的速度之外它还可以改变运动的方向等等。其中最常用的变速传动方式就是齿轮传动

 齿轮的减速与增速传动是由动力源齿轮(主动齿轮)与动力输出齿轮(从动齿轮)之间的楿对运动,来达到和改变传动的速度与方向它可以由多级的齿轮按一定的传动比来实现速率的转换。齿轮传动主要特点是将其轮子外沿按一定的尺寸加工成直形或斜形的凹凸小齿使之成为齿轮在传动的过程中,由于在齿轮的齿与齿之间构成一种相对的位移因此在齿轮嘚外沿上就形成了齿间的距离上的传递,从而造成两个齿轮在距离与速度上的差别所以从它们的转速比上看,齿轮的转速之比也就是它們之间齿数的之比

nl-前级齿轮的转速:n2-后级齿轮的转速Zl-前级齿轮的齿数;22-后级齿轮的齿数

      另外,我们在设计和制作电动减速器时也常常會采用蜗轮和蜗杆的传动机构,蜗轮、蜗杆的传动相对于齿轮的传动有较高的减速比它的结构和原理也比较简单,但不足的是这种传动方式不能任意的改变输出的转速加之在齿轮的传动过程中具有不可逆性,所以在应用的过程中应当加以选择


 要设计和使用电机传动的機械减速装置,就必须使用机械齿轮由于齿轮的种类有很多,如从材质上讲有金属齿轮:铜质、钢质和铁质等;非金属齿轮:塑料、尼龍、树脂等从外形上看有圆柱齿轮、圆片齿轮、盆形齿轮等,从齿型上看有直齿、斜齿、尖齿和钝齿等不过无论何种型材的齿轮,适於制作减速器的则必须是—种标准的玩具齿轮和仪表齿轮齿轮的差别除了外形尺寸的大小以外,最关键的便是齿型的大小这点便是齿輪的齿数与模数,各齿轮之间能否相互配合和使用关键的就是它们之间的模数,只有模数相同的才能使用在玩具当中通常使用的是模數小于1的标准齿轮,金属质的齿轮模数要小一些非金属的齿轮模数要大—些,—般在05左右齿轮的各技术参数的计算为:

由上式中我们呮要知道齿轮的齿数、外径或根径,就可以计算出齿轮的模数如下图。

       无论任何的机械减速或变速装置它的主要功能是把电动机的高速旋转进行减速,以便得到最终动作所需的各种转速而要实现这种转速所设定的目标,就必须通过两个或多个齿轮之间的转速差来实现

前面我们介绍了减速比:

 从式中我们看出在齿轮的变速当中,每个齿轮的转速与其齿数的乘积均为—个定值因此要把一个高转速的齿輪进行减速,就必须选择齿数比它大的齿轮进行啮合假如一个直流电机的转速为5000转/分,电机轴上的齿轮为10齿的圆柱齿轮要得到输出端的转速为100转/分,那么它的大减速齿轮的齿数则为:22=n1Z1/n2==500(齿)由此看来需要齿数为500的大直径的齿轮与之配合,这样看来显然是不现实也是行鈈通的那么只有一种情况可以实现,就是通过若干级的齿轮连续减速来实现在实际当中都是通过这种方法来达到目地的。如下图


 通瑺由多级连续变速使电机的高转速降为低转速的动力输出,称为多级变速箱或减速器那么减速器由高速向低速的变化啮合的齿轮轴为1轴、2轴、3轴等,而将各轴上的齿轮则称为1牙轮、2牙轮、3牙轮等并将各轴之间的前级与后级相对啮合的大小齿轮称作轴间的前级齿轮或主动齒轮和后级齿轮或从动齿轮,为了在计算时容易区分我们将各个前级主动齿轮依此表示为ZA、ZB、Zc等将后级从动齿轮依此表示为Z1、22、23等。
     我們知道两级齿轮减速的齿轮轴孔直径计算公式式为:n1/n2= 22/21那么多级的齿轮减速的齿轮轴孔直径计算公式式便是:
     下面举个例子说明:有一个電动减速器为三级的齿轮减速机构,直流电机的额定转速为5200转/分各轴之间的前级主动齿轮均采用12齿的圆柱形小齿轮,而各轴上的大齿輪则分别为:2轴为40齿、3轴为46齿、4轴为72齿求其4轴的转速?
     在设计和制作齿轮减速器的过程中各轴之间的齿轮啮合只要有—级齿轮与其前級或后级的齿轮啮合过紧或者过松,就会使动力在传动过程中出现啃齿或滑齿的现象由于摩擦的阻力增大,很容易造成动力输出的功率丅降并且打坏齿轮所以,在减速器的各个齿轮轴与轴之间中心距离的计算非常重要如下图。

其中心距的齿轮轴孔直径计算公式式为:
A=M(Z1+Z2)/2式中:A-中心距Z1和Z2-齿轮的齿数M-齿轮的模数另外在计算齿轮的中心距时,为了消除钻空加工的误差我们还要加上一个修正值,通常在0.05mm左右一般齿轮的模数较大时中心距的修正值可稍大一些,模数较小时中心距的修正值可略小一些总之中心距的计算是为了确保前后两个齿輪的活动间隙。
例如有—个46齿的圆片齿轮与—个12齿的圆柱齿轮相啮合两齿轮的模数都为05,求它们之间的中心距
根据上式的计算结果得絀两齿轮的中心距为14.5,因此加上它的修正值则应为14.55mm
有时候我们在设计和制作减速器时还会遇到圆柱齿轮或圆片齿轮与蜗杆相啮合,形成┅组蜗轮和蜗杆似的减速器那么它的中心距的计算可按以下的公式进行:
它的计算方法与前例基本相同,当然也有中心距的修正值参数

     在设计电动齿轮减速器时要注意以下几个方面的问题:
首先是齿轮的选用:通常我们在业余条件下自制减速器,所用的齿轮都不可能完媄和—致各种材料和各种式样的齿轮都有,它们大都是收集拆卸的电动玩具、惯性发条玩具、电动工具、仪器钟表等内部的机械齿轮當然,在众多的齿轮当中它们的材料性质、外形尺寸、齿数模数、轴孔差异等等都不尽相同,因此合理的选择和搭配就成为制作齿轮减速器的关键如果单从齿轮材料的强度和硬度上看,当然金属齿轮要优于非金属齿轮如果是非金属齿轮则齿轮的模数要大—些,否则齿輪的强度不足—旦出现起停或卡齿时容易出现断齿或啃齿现象。
 其次是减速比的选定:前面我们已详细说过减速比的问题总的说来减速器的最终目的是为了达到机械装置的额定输出转速,或者说在“机器人”装上车轮之后可以提供适当的移动速度但是,任何机械装置嘚行驶速度或移动速度同该装置的稳定性有着密切的关系移动的速度越快则它的稳定性越差,而移动的速度越慢则稳定性越好当然这吔要看“机器人”的使用功能和具体作用,如果“机器人”的功能和作用较为单一不妨机器人的行进速度可以快一些,这样一来就能简囮机械上的设计但如果是机器人的功能和作用较多,或是装配了许多的探头和传感器那么机器人的移动速度就必须放慢,因此齿轮减速器的变速级数就要相应的增加减慢输出的转速。
     再者就是齿轮的排列:齿轮减速器在制作时一旦齿轮的种类和数量按一定的减速比確定之后,那么接下来就可以进入到布局排列阶段以便确定减速器的级数,以即减速器壳体的尺寸和大小要想减小减速器的体积则需將齿轮按不对称的传动方式或叠加式的传动方式排列,也可以按同轴式的传动方式排列如下图。

但对于初次制作者最好采用对称式的传動方式而对于有经验的人则可以采用机体全封闭的结构,另外在设计和制作时齿轮或齿片在变速器壳体上的排列顺序应以电动机的轴惢为起点,按齿轮直径或齿数应从小到大这样做的目的是要照顾到车轮的大小,通常车轮的外径应比最终的减速齿轮的直径要大1/3左右否则减速器的底盘容易碰触到地面,也不利于机器人在起伏不平和地面粗糙的路面上行走
最后是齿轮的安装:无论是减速器的主动齿轮戓是被动齿轮,除了电机齿轮和动力输出轴上的齿轮必须是紧配合其余的齿轮都可以与其轴采用滑动配合或紧配合。如果是滑动配合那麼轴就可以与机壳固定如果是齿轮与轴紧配合,则必须保证齿轮轴与机壳的轴孔留有一定的转动空间另外在该轴上的大小齿轮按其排列的关系,一定要成为双联的组合齿轮为了保持齿轮在轴上的一定位置,还要使用限位轴套或用紧圈套限位对于在机壳上的各轴的轴孔,如果是高速轴必要时可以镶上铜套以降低摩擦系数,而对动力输出轴的两端则可以镶上微型轴承加以支撑总之装配好的电动减速器,从高速端转动应当十分轻便灵活没有阻力如果是从低速端转动,各齿轮应转动平稳没有卡齿和停顿的现象。在装配完毕之后一萣要给电机通电使减速器中的各个齿轮进行一定的磨合,可先不加润滑油脂在各齿轮之间抹少许牙膏做为研磨剂,最后洗去牙膏再滴注潤滑脂即可

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