塑料挤出成型毕业设计范本.docx

毕业设计（论文）任务书

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指导教师评语(包含①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）；

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毕业设计(论文)答辩及综合成绩
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摘 要

本文是关于工业用塑料聚合物双螺杆挤出机的设计。在工业上和实验室中，螺杆挤出机都应用及其普遍，是塑料加工设备的重要元部件之一。作为工业中使用的双螺杆挤出机，在设计过程中，除了要求能够完成固体输送、增压、熔融、熔体输送和泵压等一系列通用过程以外，还要求涉及到复合塑料与聚合物颗粒之间的混合，以及物料喂料量的控制。物料喂料量的控制则是通过控制主螺杆及其辅助喂料螺杆的转速来完成的。同时，双螺杆挤出机具有分布混合和分散混合效果良好、自洁作用较强、可实现高速运转、产量高等特点，特别适合聚合物的改性，如共混、填料、增强及反应挤出。有利于增加挤出机的挤出产量，提高塑化质量。

关键词： 双螺杆挤出机； 辅助喂料螺杆； 工业； 同向啮合

目 录
1、绪论 1
1.1 塑料挤出成型概述 1
1.2塑料挤出成型的基本特点 1
1.3塑料挤出成型设备的组成 2
1.4 挤出机的分类 3
1.5 挤出机的选择原则和方法 3
1.6 挤出螺杆的选择 3
2、同向啮合双螺杆挤出机 4
2.1 挤出机型号说明 4
2.2 挤出成型基本原理 5
2.3 同向啮合双螺杆挤出机工作原理及其特性 7
2.4本次所设计挤出机类型的确定 7
2.5 同向啮合双螺杆挤出机的主要技术参数和规格 7
3、 同向啮合双螺杆挤出机性能参数的选择 8
3.1螺杆直径的选择 8
3.2螺杆中心距公称尺寸的选择 8
3.3螺杆长径比的选择 8
3.4螺杆转速要求及范围的选择 9
3.5 挤出机功率的确定 9
3.6挤出机加热功率的确定 9
4、同向啮合双螺杆挤出机主要零部件的设计 9
4.1 主螺杆的设计 10
4.2机筒的设计 11
4.3 螺杆与机筒的配合要求 12
4.4分流板及过滤网 12
4.5料斗的设计 12
5 挤出机电机的选择 13
6 减速器的设计 13
6.1 传动方案的总体设计 13
6.2齿轮设计 13
6.3 齿轮轴的设计 24
6.6 箱体的设计 38
结 束 语 40
参考文献 41
致 谢 42

1、绪论
1.1 塑料挤出成型概述
挤出成型是在挤出机中通过加热、加压使各种塑料以熔融流动状态连续通过口模成型的方法。当今世界四大材料体系（木材、硅酸盐、金属和聚合物）中，聚合物和金属是应用最广泛和最重要的两种材料。其中不仅包括板、管、膜、丝、和型材等制品的直接成型，还包括热成型、中空吹塑等坯料的挤出加工。挤出机几乎成为任何一个塑料有关公司或研究所最基本的装备之一。挤出成型有如此发展趋势主要原因为：螺杆挤出机能将一系列化工基本单元过程，如固体输送、增压、熔融、排气、脱湿、熔体输送和泵出等物理过程集中在挤出机内的螺杆上来进行。螺杆挤出工艺装备逐步取代了一些由多台经典化工装备组成的生产线。连续生产代替间歇生产，必然有较高的生产率和较低的能耗，减少生产面积和操作人员数量，降低生产成本，也易于实现生产自动化，创造好的劳动条件和减少的环境污染。正因如此，螺杆挤出这种工艺不仅广泛地用于聚合物加工，而且在建材、食品、纺织、军工、和造纸等工业部门中都得到了愈来愈多的应用。
1.2塑料挤出成型的基本特点
与其他成型方法比较，挤出成型具有以下的特点：
（1） 挤出成型可实现生产的连续化和自动化。生产操作简单，工艺控制容易，效率高，产品质量稳定。（2） 可以根据产品的不同要求，改变产品的断面形状。其产品为管材、薄膜、电缆、单丝、棒材、板材、片材、中空制品及异型材等。（3）连续的生产操作，特别适合于较长尺寸的制（4） 应用范围广泛。如可以加工大多数热塑性塑料及部分热固性塑料，用挤出法进行共混改性、塑化、造粒、脱水和着色等。（5） 设备成本低、投资少、见效快，生产占地面积小，生产环境清洁。（6） 可进行综合性生产。伴随着塑料工业的迅猛发展，还将具有更广阔的应用前景。
1.3塑料挤出成型设备的组成
一套完整的挤出设备由主机、辅机及控制系统组成。
1.3.1 主机
挤出机是塑料挤出成型的主要设备，即主机。由挤压系统、传动系统及加热冷却系统和主机控制系统组成。
① 挤压系统 由机筒、螺杆和料斗组成，是挤出机的核心工作部分。
② 传动系统 由电机、调速装置和传动装置组成。作用是给螺杆提供所需转速和扭矩。
③ 加热冷却系统 由温控设备组成。作用是通过对机筒进行加热和冷却，以保证挤出系统成型在工艺要求的温度范围内进行。
④ 控制系统 主要由仪表、电器及执行机构组成。作用是调节控制机筒温度、机头压力和螺杆转速。
1.3.2辅机
通常包括：机头、冷却系统、定型装置、牵引装置、切割装置和卷曲装置等。
① 机头是制品成型的主要部件，熔融塑料通过机头获得断面与流道几何形状相似的塑料制品。
② 定型装置 作用是将机头中挤出的制品的形状稳定下来，并对其进行精确调整，从而得获得断面尺寸精确且表面光滑的塑料制品。
③ 冷却装置 从定型装置出来的制品冷却，获得最终的形状和尺寸。
④ 牵引装置 作用是均匀的牵引制品，使挤出过程稳定。
⑤ 切割装置 作用是将挤出的连续硬制品切成所需长度及宽度。
⑥ 卷取装备 作用是将软制品（薄膜、单丝等）卷绕成卷。
1.3.3 控制系统
由各种电器、仪表及执行机构组成。根据自动化水平的高低，可控制挤出机、辅机的拖动电机、油（汽）缸、驱动油泵及其他各种执行机构按所需的速度、功率和轨迹运行监控主辅机的流量、温度及压力，最终实现对整个挤出成型设备的自动控制和对产品质量的控制。

1.4 挤出机的分类
1.4.1 分类方法
按装置位置分为立式挤出机和卧式挤出机。按可否排气分为排气挤出机和非排气挤出机。按螺杆转速分为普通挤出机、高速挤出机和超高速挤出机。按螺杆数目的多少和结构分为无螺杆挤出机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机。单螺杆挤出机有普通型、部分型和排气式三种机型；双螺杆挤出机又可分为异向旋转同向旋转和双螺杆反应器三种机型。
1.5 挤出机的选择原则和方法
选择挤出机的总原则是技术上先进、经济上合理、确保产品质量，除此之外还要全面衡量机器的技术经济特性，并以下列因素为选择依据：
（1） 机器的生产效率；（2） 挤出质量；（3） 能量消耗；（4） 机器的使用寿命；（5） 挤出机的通用性和专用性。
挤出机的选择可按三步进行：首先是选择挤出机的类型；其次是选择螺杆的形式；然后再根据用户生产规模和产品质量要求以确定要选取的挤出机的主要技术性能。
1.6 挤出螺杆的选择
1.6.1 螺杆结构形式的选择
（1） 普通型螺杆 （2）新型螺杆
（3） 排气螺杆 （4）多功能组合式螺杆
1.6.2 螺杆基本参数的选择
螺杆的基本参数有：螺杆直径（D）、转速（n）、长径比（L/D）、压缩比（ε）和机头压力（p）。
1.螺杆直径 螺杆直径的大小主要由转数和产量及其它几何参数决定的。螺杆直径： 式中： Q-----生产能力 kg/h; D-----螺杆直径 mm; n------螺杆转速 r/min；
------经验出料系数，通常取=0.003~0.007
由公式计算出直径后，在从国标螺杆直径系列：30，45，65，90，120，150，200来选取。

2、同向啮合双螺杆挤出机
2.1 挤出机型号说明

塑料机械的辅助代号用于表示机组（代号为Z）、辅机（代号为F）、附机（代号为U）。主机不标辅助代号。设计序号是产品设计的顺序，按字母A，B，C……顺序选用，但字母I，O不选，首次设计的机械产品不标注设计序号。
2.2 挤出成型基本原理
挤出成型是将物料加入机筒与机筒内旋转着的螺杆之间进行固体输送、压缩、熔融塑化，最终定量地通过机头口模而实现制品的成型。挤出过程的基本原理是通过挤出理论研究得到的。突破性进展至今，挤出机中的塑料在一定外力作用下，随不同温度出现的三种不同物理状态与螺杆的结构、塑料的性能及加工条件之间的关系。为了更好地说明挤出成型的基本原理，先简要说明塑料存在的三种物理状态。
2.2.1 塑料随温度的三态变化
塑料在一定的外力作用下，受热时会出现三种物理状态：玻璃态、高弹态、粘流态，这三种状态在一定外在条件下可以相互转化。
2.2.2挤出过程中的物态变化
将螺杆分成三个基本职能区域：加料段、压缩段、计量段。
2.2.3 固体摩擦输送理论
2.2.4 熔融理论
熔融段是固体输送段和熔体输送段之间的部分。在熔融段内塑料从固态转变为熔融态，并且高弹态与粘流态共存。因此，熔融段塑料的流动情况比固体输送更为复杂。熔融理论研究的是在熔融段内塑料的熔融过程及其流动情况。它是建立在流变学、热力学等基础上的理论，用于指导螺杆熔融段的设计。
2.2.5熔体输送理论
熔体输送区的作用相当于一个泵，对物料进行进一步均匀混合、融化和加压，然后使其在适宜的温度下，定压、定量地输送到机头。所以，熔体输送段有时又称为计量段、压出段或均化段。研究这一段的基本规律的理论称为熔体输送理论，又称流体动力学理论。
2.2.6挤出机的工作状态
2.2.6.1 螺杆特性线
挤出机稳定工作时，若
式中 ——反流系数，cm; ——正流系数，cm；
——漏流系数，cm。

挤出量为：
当螺杆转速和温度不变时，不变，所以挤出量与压力降成线性关系。在确定转速下的Q-ΔP为线性关系，就称为螺杆特性线。同一根螺杆，在不同转速下得到的不同的螺杆特性线，称为螺杆特性线族。
由上式可得出如下结论：
（1）螺杆转速不变是，挤出机挤出量随压力的升高而下降，其下降的程度取决于螺杆的几何参数和胶料的粘度。（2）增加均化段的螺槽深度，将会增大螺杆特性线的斜率，而使挤出量随压力的变化幅度而增加，这不利于对挤出机的控制操作。（3）增加均化段的长度，会使螺杆特性线斜率减少，使挤出量随压力的变化减少，这有利于对挤出机的控制操作。（4）在相同压力下，挤出机的螺杆的转速高，挤出量越大。
2.3 同向啮合双螺杆挤出机工作原理及其特性
同向啮合双螺杆挤出机表现为物料的正位移输送特性。由于螺槽纵向开放，由加料口到机头，两螺杆间有一通道，当物料由加料口加到一根螺杆上后，物料在摩擦拖曳作用下沿着这跟螺杆的螺槽向前输送物料至下方的楔形区，在这里物料会受到一定的压缩。因螺棱比螺宽窄，那么另一根螺杆的螺棱不会把物料向前输送的道路堵死。两根螺杆在楔形区有大小相等、方向相反的速度梯度，因此物料不会进入啮合区绕同一根螺杆继续前进而被另一螺杆托起，在挤出机机筒表面的摩擦拖曳下沿另一根螺杆的螺槽向前输送。
与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机有如下优点：
（1）混合作用。相对速度大，所以混炼效果十分好。（2）自洁作用。
（3）节能特性。
2.4本次所设计挤出机类型的确定
由于同向双螺杆挤出机具有分布混合及分散混合良好、自洁作用较强、可实现高速运转、产量高等特点，特别适用于聚合物的改性，如共混、填料、增强及反应挤出。
2.5 同向啮合双螺杆挤出机的主要技术参数和规格
（1）螺杆公称直径。 指螺杆外圆直径，用D表示，单位（mm）；对于变径螺杆而言，公称直径是个变值。（2）螺杆长径比。 指螺杆有效长度L（有螺纹部分长度，即由加料口中心线到螺纹末端的长度）与外径D之比，用L/D表示。（3）螺杆的转动方向。 双螺杆的转向有同向和异向之分。（4）螺杆转速范围。 指螺杆的最低转速到最高转速间的允许值单位（r/min）；（5）驱动电机功率。表征挤出机的驱动能力用P表示，单位（KW）；
（6）机筒加热功率。指双螺杆挤出机加热功率的总和，用H表示，单位（KW）；（7）双螺杆中心距公称尺寸。 指平行布置两螺杆中心的距离，用a表示，单位为(mm)；（8）实际比功率。 指每小时平均加工1kg物料所需实际使用功率指标；（9）比流量。 指挤出机螺杆每转的生产能力；（10）生产能力：指每小时的制品挤出量，用Q表示，单位（kg/h）。

3、 同向啮合双螺杆挤出机性能参数的选择
3.1螺杆直径的选择
同向啮合双螺杆挤出机的几个特征参数：螺杆直径、螺杆中心距公称尺寸、长径比、螺杆转速要求及范围、挤出机功率和挤出机加热功率在进行挤出机设计或选用前，首先要对这些参数给予确定。
螺杆直径：即螺杆的外径，它是挤出机的重要参数，一般用D表示，单位为mm，它表征挤出机挤出量的大小。
螺杆直径的选取是根据挤出机的产量来确定设计参数：生产以聚氯乙烯（PVC）为主料的复合塑料，最大产量为 200Kg/h，最高转速为260r/min。
根据我国同向双螺杆挤出机基本参数表(JB/T 5420-91)和螺杆直径系列标准，取螺杆公称直径:D=72mm。
3.2螺杆中心距公称尺寸的选择
指平行布置两螺杆中心的距离，用a表示。单位为mm。 根据螺杆直径、螺杆计量段螺纹槽深度和计量段啮合程度确定。
3.3螺杆长径比的选择
用L/D）来表示，即螺杆有效螺纹部分长度L与螺杆外径D之比，它可以表征螺杆的塑化能力和塑化质量，用（L/D）来表示。
螺杆长径比的增加有如下好处：（1）螺杆加压充分，能提高塑料制品的物理机械性能。（2）提高塑化质量，制品外观质量好。（3）有利于类似于PVC粉料挤管的成型。
（4）螺杆特性曲线斜率小，挤出量稳定，挤出量可以提高20%~40%。但螺杆长径比与很多因素有关，因此可以根据加工条件和实际需要再由试验确定，还可以由统计类比的方法来确定。国产同向旋转挤出机的主要技术参数表(JB/T 5420-91)显示生产能力为300kg/h的螺杆挤出机螺杆长径比L/D=28~32，取 L/D=30
3.4螺杆转速要求及范围的选择
螺杆转速范围：用（最高转速）~（最低转速）表示，其单位是r/min。对挤出机速度要求有两方面，既能实现无级调速又要有一定的调速范围。要求实现无级调速的目的是容易控制挤出质量并与辅机的一致配合；要求有一定的调速范围的目的是为了适应多种加工物料及满足多种工艺要求。根据常用挤出机的设计参数，确定螺杆转速范围为： n=50~260r/min
3.5 挤出机功率的确定
双螺杆挤出机功率的确定通常是根据经验选取，根据我国同向双螺杆挤出机基本参数表(JB/T 5420-91)选取挤出机主电机功率:P=55KW.
3.6挤出机加热功率的确定
机筒加热功率：用H表示，单位为千瓦（KW）。通常情况下按机筒的内表面积计算加热功率：
H=
= =41.1KW
式中 H——机筒加热功率，单位为KW； ——机筒内直径，单位为mm； A——单位面积的加热功率，W/。A值根据各种塑料性能靠经验选定，取A=5.5× W/。

4、同向啮合双螺杆挤出机主要零部件的设计
同向啮合双螺杆挤出机主要零部件包括螺杆、机筒、分流板、过滤网、料斗及料斗传输螺杆等装置。
4.1 主螺杆的设计
螺杆是挤出机的核心部分，是输送、塑化塑料的最重要部件。
4.1.1 螺杆的基本尺寸初步确定
螺杆的螺纹长度为：L=30D=30×72=2160mm
根据实践经验，螺杆三段长度的分配如下：
塑料类型
加料段
压缩段
计量段
非结晶型塑料
10%~25%全长
55%~65%全长
22%~25%全长
结晶型塑料
60%~65%全长
1~2 螺距
25%~35%全长
所以：加料段=（10%~25%）L，取
=0.15L=0.12×2160=259mm
压缩段=（55%~65%）L，取
=0.6L=0.65×2160=1404mm
计量段=（22%~25%）L，取
=0.25L=0.23×2160=497mm
螺杆压缩比。因压缩比的确定非常复杂，目前国内根据经验选取。对塑料而言，螺杆几何压缩比大多数为2~5,根据常用塑料螺杆的几何压缩比表，选取螺杆压缩比：
ε=3
为了加工方便，等距螺杆取S=D
螺距S：S=D=72mm 螺纹头数： i=1
螺纹升角：
=arctan=arctan=
螺棱法向宽度e：根据对紧密共轭齿廓的要求和齿轮传动啮合基本原理，取螺棱法向宽度为： e==30mm
螺棱轴向宽b：b=e/Cosφ=30/Cos=12.6mm
螺槽法向宽E： E=S×Cos－30=72×Cos－30=38.7mm
螺槽轴向宽B：B=D―b=72―31.4=40.6mm
螺杆与机筒间隙δ的确定。
根据我国螺杆与机筒之间的间隙值(JB1291-73),选取
δ=0.3mm

L=2160mm

=259mm

=1404mm

=497mm

ε=3
=12.9mm
S=D=72mm
i=1

4.2机筒的设计
机筒是双螺杆挤出机最重要的部件之一。
4.2.1机筒的结构类型选择及特性
机筒的结构类型主要有分段式、整体式、双金属和轴向开槽结构形式，机筒的优劣以及双螺杆螺杆挤出机的设计要求，选择分段式机筒。
4.2.2机筒的结构尺寸设计
根据参考值，可选择机筒壁厚h=40mm机筒的内径。
机筒的外径：
机筒两孔的中心距为两螺杆中心距，即为70.7mm.
机筒总长度L的确定。
查GB/T297-95,选取安装在机筒内深沟球轴承的代号为61810，其内径为50，外径为65mm ,宽为7mm .轴承端盖暂取40mm ,螺杆螺纹端末端到轴承需留一段长度供密封，取该段长度为30mm. 则螺杆的重长度L为：
L=2160+7+40+30=2237 mm 取：L=2240mm
4.2.3机筒的材料选择
这里我们选择40Cr钢作为机筒的制造材料。
4.3 螺杆与机筒的配合要求
4.4分流板及过滤网
作用是：①防止熔料中的杂质和未熔物料进入机头而堵塞机头流道或影响产品质量；②使由机筒来的熔料的旋转运动变为直线运动，并分成若干束，以保证挤出稳定；③搅拌混合，增强塑化效果。④设置料流障碍，以增加背压来保证制品的密实；⑤支撑过滤网。
4.5料斗的设计
料斗的设计遵循不允许物料结成团、架桥和挂料的原则。料斗角度应该大于塑料颗粒的静止角。为了达到设计所需要求，该挤出机设置两个料斗：一个用于盛装主料；另一个用于盛装添加料。如下图所示：

5 挤出机电机的选择
为了实现在调速范围内的无级调速和保证双螺杆挤出机50r/min~260r/min 的调速范围，选择直流电机作为挤出机电机。选取挤出机主电机功率为：
P=55KW
挤出机电机选择江苏东元电机电控有限公司生产的型号为Z3-250-31直流电动机，其主要技术参数为：额定功率为55 KW、额定电压440V、额定转速为500r/min。

6 减速器的设计
6.1 传动方案的总体设计
直流电动机的额定转速为500r/min，挤出机设计的最高转速为260 r/min，因此需要在电机输出轴和螺杆之间设置减速器。总传动比：==1.92
传动比的分配：由于配位齿轮受到螺杆直径的限制，如果第一级传动比取得过小，则减速器的第二根轴上的小齿轮会较小，而此轴的直径较地一根轴大，如此对键和齿轮的强度有很大的不利，因此应把第一级减速的传动比设置大些取：，则后续总传动比=0.8
6.2齿轮设计
6.2.1第Ⅰ减速级齿轮设计
（1）选择齿轮材料，确定许用应力查常用齿轮材料及其机械性能表，选取：小齿轮选用渗碳淬火，大齿轮选用渗碳淬火
许用接触应力 由式
接触疲劳极限 查图
接触强度寿命系数 设计挤出机每天工作24小时，每年工作300天，预期寿命为10年，应力循环次数N 由式

查接触强度计算的寿命系数图表得
接触强度最小安全系数

许用弯曲应力 由式
弯曲疲劳极限 查试验齿轮的弯曲疲劳强度极限
查弯曲强度寿命系数图
查弯曲强度尺寸系数图（假设模数小于5mm）
弯曲强度最小安全系数
则

（2）齿面接触疲劳强度设计计算
确定齿轮传动的精度等级，
按估取圆周速度
=2.4m/s，参考通用机械所用齿轮传动的精度范围图表和齿轮第Ⅱ公差精度与齿轮圆周速度图表选取
小轮分度圆直径，由式

齿宽系数 查圆柱齿轮的齿宽系数表，按相对轴承为非对称分布选取
小齿轮齿数 在推荐值20～40中取
大齿轮齿数
圆整选取 =55
齿数比 u
传动比误差△u/u △u/u=（2.4-2.39）/2.4
=0.0042<0.05
小齿轮转矩：
= =1050500N·mm
载荷系数K=
——使用系数 查使用系数表
——动载荷系数 由推荐值1.051.4
——齿向载荷分布系数 由推荐值1.0~1.2
——齿间载荷分布系数 由推荐值1.0~1.2
载荷系数K K=
=
材料弹性系数 查材料弹性系数表
节点区域系数 查节点区域系数表
重合度系数 由推荐值0.85~0.92
故：

=70.74mm
齿轮模数 ==3.08按渐开线齿轮标准模数表圆整
故小轮分度圆直径：

大轮分度圆直径：

圆周速度v

标准中心距
==156mm
齿宽
大齿轮齿宽 取=57mm
小齿轮齿宽 取=65mm
（3）齿根弯曲疲劳强度校核计算
由式
查齿形系数和应力修正系数表
齿形系数 小轮 大轮
应力修正系数 小轮 大轮
重合度

重合度系数
故
=

=

（4）齿轮其他主要尺寸计算
齿根圆直径

齿顶圆直径

6.2.2第Ⅱ级减速及第Ⅲ级增速齿轮设计
此两级的传动方式为小齿轮与大齿轮啮合把功率传递给大齿轮，然后大齿轮和配位齿轮啮合把功率传递给配位齿轮，两螺杆上的配位齿轮需要错位配置。
由于两螺杆上的配位齿轮错位配置，因此第Ⅱ级减速齿轮为参数相同的两对齿轮，没对齿轮传递的功率是总功率的一半，即：
（1）选择齿轮材料，确定许用应力
查常用齿轮材料及其机械性能表，选取：
小齿轮选用渗碳淬火
大齿轮选用渗碳淬火
配位齿轮选用渗碳淬火

许用接触应力 由式
接触疲劳极限 查图
接触强度寿命系数 设计挤出机每天工作24小时，每年工作300天，预期寿命为10年，应力循环次数N 由式

此时三个齿轮的应力循环次数都大于，
查接触强度计算的寿命系数图表得
接触强度最小安全系数

许用弯曲应力 由式
弯曲疲劳极限 查试验齿轮的弯曲疲劳强度极限
弯曲强度寿命系数 查弯曲强度寿命系数图
弯曲强度尺寸系数 查图（假设模数小于5mm）
弯曲强度最小安全系数
则

（2）齿面接触疲劳强度设计计算
确定齿轮传动的精度等级，
按估取圆周速度
=2.1m/s，参考通用机械所用齿轮传动的精度范围图表和齿轮第Ⅱ公差精度与齿轮圆周速度图表选取
小轮分度圆直径，由式

由于螺杆上的配位齿轮的大小受到空间的严格限制，因此先确定配位齿轮的分度圆直径。
由于两螺杆的中心距为70.7mm，两配位齿轮错位放置，螺杆上安装配位齿轮段的直径大致取50mm，考虑到安装容易，则配位齿轮的齿顶圆直径不能超过85mm,假设模数为3，则齿轮的分度圆直径最大为79mm,此时齿轮齿数为26.3， 取
配位齿轮分度圆直径
小齿轮齿数 圆整取
齿数比u
传动比误差

小齿轮分度圆直径
为了空间需要取取大圆齿数
大齿轮的分度圆直径：
齿宽系数 查圆柱齿轮的齿宽系数表，按相对轴承为非对称分布选取：小齿轮转矩
=
=525250N·mm
载荷系数K=
——使用系数 查使用系数表
——动载荷系数 由推荐值1.051.4
——齿向载荷分布系数 由推荐值1.0~1.2
——齿间载荷分布系数 由推荐值1.0~1.2
载荷系数K K=
=
材料弹性系数 查材料弹性系数表
节点区域系数 查节点区域系数表
重合度系数 由推荐值0.85~0.92
故：

=25.2mm
因此满足接触疲劳强度

圆周速度v

小齿轮和大齿轮的标准中心距
==156mm
配位齿轮和大齿轮的标准中心距
==145.5mm

齿宽取
大齿轮齿宽
小齿轮齿宽 取=68mm
配位齿轮齿宽
（3）齿根弯曲疲劳强度校核计算
由式

查齿形系数和应力修正系数表
齿形系数 小轮 大轮
应力修正系数 小轮 大轮
重合度

重合度系数
重合度

重合度系数
因此有：

=

=

=
（4）齿轮其他主要尺寸计算
齿根圆直径

P=55KW

n=500r/min

1
1

Ⅱ公差组8级

=0.8

=23

=55
=2.39

合适

=1050500N·mm

=1.0
=1.25
1.05
=1.1

K=1.44
=189.8

=0.88

70.74mm

4mm

s
与估取值接近

=156mm

=57mm
=65mm

=1.66

齿根弯曲满足强度要求

1
1

Ⅱ公差组8级

合适

=0.8

=525250N·mm

=1.0
=1.25
1.05
=1.1

K=1.44
=189.8

=0.88

25.2mm

s
与估取值接近
=156mm

=62mm
=68mm
=68mm

=1.73

6.3 齿轮轴的设计
根据整个减速箱设计规划，轴Ⅱ上的齿轮最多，出于减速箱加工工艺和降低成本需要减速箱两侧内壁在同一平面上，因此减速箱的宽度由轴Ⅱ来确定，因此先进行轴Ⅱ的设计计算，再进行轴Ⅰ、轴Ⅲ和螺杆无螺纹段的设计计算。
6.3.1轴Ⅱ的设计计算
（1）计算轴转矩，轴Ⅱ的输出功率：
=55×0.97×0.99=52.82KW
转速：=208.3r/min
求轴上转矩
=1940119N·mm
（2）求作用在齿轮上的力

（3）初步估算轴直径
选取38GrMoAlA作为轴的材料，调质处理。
由式 计算轴的最小直径并加大3%考虑键槽对轴的强度的影响。查表取A=90，得：

（4）轴的结构设计
1）拟定轴的结构方案
左右轴承均采用轴承端盖，齿轮4和右轴承从轴的右端装入，齿轮左侧端面靠轴肩定位，齿轮和右轴承之间用定位套筒使右轴承左端面得以定位；齿轮2、齿轮3和左轴承从轴的左端装入，齿轮2右侧端面靠轴肩定位，齿轮2和齿轮3之间用定位套筒使齿轮2左端面得以定位，齿轮3和左轴承之间用定位套筒使左轴承右端面得以定位，齿轮采用普通平键得到周向固定。采用调心滚子轴承。轴的结构简图如下所示：装配方案如下图所示：

轴Ⅱ的结构简图
1） 确定各轴段直径和长度
①段 根据圆整（按GB/T288-1994）,且符合标准轴承内径，暂选调心滚子轴承型号为22212C/W33, ，其宽度。轴承润滑方式选择：
，选择脂润滑。齿轮3与减速箱体内壁间隙取，考虑到轴承脂润滑，取轴承距箱体内壁距离，为了使齿轮轴向可靠定位，轴①段应伸入齿轮3内孔一段距取其长度为，则有 ：

②段 ，齿轮3与齿轮2之间的间隙取10mm，为了使与左轴承相连的套筒1端面可靠地压紧齿轮3，轴段②上齿轮3占据的长度应比轮毂孔短1~4mm，取其长度为2mm，为了使套筒2可靠地压紧齿轮2，轴段②还应在以上长度基础上加上2mm，则：

③段 ，套筒2端面可靠地压紧齿轮2，应比齿轮2的轮毂长度短2mm
④段 取齿轮2右端定位轴肩高度为，则轴环直径，长度取
⑤段 因齿轮4和齿轮3的技术参数完全相同，考虑到加工方便和降低成本，取，为了使套筒3端面可靠地压紧齿轮4，应比齿轮毂孔的长度短2mm
⑥段 长度和直径都和①段相同
2） 确定轴承及齿轮作用力位置
；
；
（5）绘制轴的弯矩和扭矩图
1）求轴承反力 ：V垂直面
；
H水平面 ：；

=52.82KW
=208.3r/min

=1940119N·mm

=
=

2）求危险截面处的弯曲
轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图。从轴的结构图及当量弯矩图中可以看出，C截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。C截面处的M、T及的数据如下。
V垂直面

H水平面

合成弯矩M

扭矩
=1940119N·mm
6.3.2 轴Ⅰ的设计计算
由于齿轮较小，传递功率较大，把轴和齿轮做成齿轮轴。
（1）求轴Ⅰ转矩
轴Ⅰ的输出功率：
转速：
求输入轴上转矩:

=
=1050500N·mm
（2）计算作用在齿轮上的力

（3）初步估算轴直径
选取38GrMoAlA作为轴的材料，调质处理。
由式 计算轴的最小直径
查表取A=90，得：

（4）轴的结构设计
1）拟定轴的结构方案
右挡油圈和右轴承从轴的右端装入，右挡油圈左端面靠轴肩定位。左挡油圈和左轴承从轴的左端装入，左挡油圈靠轴肩定位。半联轴器靠轴肩定位。左右轴承均采用轴承端盖，半联轴器靠轴肩得到轴向固定。齿轮和半联轴器采用普通平键得到周向固定。采用调心滚子轴承和弹性柱销联轴器。轴的结构简图如下所示：

轴的结构简图
2）确定各轴段直径和长度
①段 此轴段用于联轴器的安装，根据圆整（按GB5014-85圆整），其直径应该与联轴器的孔径相配合，并根据输入轴的转矩和转速选用型号为HL4联轴器(GB/T5014-1985)，为了使轴端挡圈能够可靠地对半联轴器进行轴向定位，取比毂孔长度短1~4作为①段长度。
②段 为了使半联轴器轴向能够可靠得定位，轴肩高度取，半联轴器孔倒角C取2mm，并且要符合标准密封内径(JB/ZQ4606-86)。取端盖宽度为，端盖外端面与半联轴器右端面留空隙，则
③段 为了方便轴承内圈的装拆，应，并且应符合标准轴承内径。根据GB/T288-1994，初选调心滚子轴承代号为22212 C/W33，，其宽度B为。轴承润滑方式的确定：
，选择脂润滑，考虑挡油圈宽度为17mm。

④段 查机械设计手册可知轴承的安装尺寸,取：。由轴Ⅱ的设计计算可知，齿轮轴向中点到箱体左内壁的距离为116.5mm，轴承右端面距箱体内壁为7mm,则有：

⑤段 该段为齿轮所占长度，长度等于齿轮宽度。
⑥段 由于箱体内壁相对于齿轮对称，因此该段与4段数据相同。
⑦段 该段数据与3段数据相同
3）确定轴上圆角和倒角尺寸
各轴肩出的圆角半径为R2，轴端倒角为2×45。
4）确定轴承及齿轮作用力位置

（5）绘制轴的弯矩和扭矩图
1）求