差动无级变速器设计

Abstract

摘要

差动变速器是由基本型变速器对差动轮系进行封闭而成的一种组合式变速传动装置.基本型变速器一般分为磨擦式、链式、带式和脉动式.通过选取装置内各不同传动参数,可实现精密调速并扩大基本型变速器承载能力,或者扩大基本型变速器的调速范围,甚至实现过零调速.将基本型变速器和差动轮系组合,有利于提高变速器变速范围,因此差动变速器具有很好的开发空间和市场前景。

针对差动变速器的分析和设计较为复杂的问题,提出了一种对差动变速器进行差动轮系的配齿计算方法,以及与变速器的组合装配设计的方法,给出了差动变速器的详细设计过程,并根据参数画出其装配图,为同类型传动设计提供了理论基础和方法。

通过分析差动无级变速器中带式无级变速工作原理，对差动无级变速器中的带轮传动和差动轮系及定轴齿轮副进行计算设计，得到了带轮急齿轮传动的重要参数，最后对其组合装配设计，实现了提高无级变速器的变速范围。

关键词：差动变速器；传动装置；配齿计算；组合设计

Abstract

Differential transmission is composed of basic transmission to closed differential gear train a combination of variable speed drive. Generally divided into basic transmission friction type, chain and belt type and pulsating flow. By selecting device inside the different parameters, which can realize precise control of motor speed and expand the basic transmission capacity, and expand the basic transmission speed range, and even realize zero speed. The basic transmission and the differential gear train, to improve the transmission speed range, as a result, the differential transmission has the very good development space and market prospects.

According to the analysis of the differential transmission and design of more complex problems, put forward a kind of differential gear train was carried out on the differential transmission of gear calculation method, and combined with the transmission assembly design method, gives the detailed design process of a differential transmission, and draw the assembly drawing, according to the parameters of the same type transmission design provides a theoretical basis and methods.

By analyzing the differential stepless transmission belt type CVT working principle, the differential stepless transmission pulley transmission and the differential gear train and in the calculation and design of fixed axis gear pair, the pulley gear transmission of the important parameters, finally the combination assembly design, realized the stepless transmission speed range.

Key words: differential transmission; Transmission device; For computing tooth; Composite design

目录

摘要 ............................................................................................................................................ I A BSTRACT ................................................................................................................................. II 目录 ..................................................................................................................................... III 1 绪论 (1)

1.1设计目的和意义 (1)

1.2设计任务 (1)

2 总体方案设计 (1)

2.1主要组成结构 (2)

2.2主要技术参数 (2)

2.3工作原理与工作过程概述 (3)

2.3.1 环模制粒机的工作原理 (3)

2.3.2 环模制粒机的主要工作过程 (4)

3 喂料机构设计 (4)

3.1喂料输送结构设计 (5)

3.2喂料器参数计算 (5)

3.2.1 螺旋直径D与螺旋轴转速n的计算 (5)

3.2.2 物料轴向推进速度计算 (6)

3.2.3 电机的选择 (6)

3.3机槽的设计 (6)

4 调制器结构设计 (7)

4.1调质的作用 (7)

4.2调质过程的控制 (7)

4.3调制器总体方案设计及计算 (7)

5 主传动系统的设计 (9)

5.1主电机的选择 (9)

5.2主传动计算 (9)

5.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (9)

5.2.2 按齿面接触强度设计 (9)

5.2.3 按齿根弯曲强度设计 (11)

5.2.4 几何尺寸计算 (12)

5.2.5 结构设计及绘制齿轮零件图 (12)

5.3空心轴的有限元分析 (12)

6 制粒系统的设计与计算 (19)

6.1环模的加工工艺综述及结构设计 (19)

6.1.1 环模的热处理工艺 (19)

6.1.2 环模模孔的加工工艺 (20)

6.1.3 环模的结构 (20)

6.1.4 方案设计 (20)

6.2环模的参数计算 (20)

6.2.1 环模厚度计算 (20)

6.2.2 环模单位功率面积 (20)

6.3压辊的设计计算 (21)

6.4环模和压辊工作间隙的调整 (21)

7 设备拆装及维护 (23)

7.1制粒机的使用和维护 (23)

7.2制粒机的检修 (23)

7.2.1 喂料系统拆装 (23)

7.2.2 主传动系统拆装 (24)

7.2.3 易损件的拆装 (26)

8 结论与展望 (29)

8.1 结论 (29)

8.2存在的不足及对未来的展望 (29)

致谢 (30)

参考文献 (31)

差动变速器设计

1 绪论

差动变速器是由基本型变速器对差动轮系进行封闭而成的一种组合式变速传动装置.基本型变速器一般分为磨擦式、链式、带式和脉动式.通过选取装置内各不同传动参数,可实现精密调速并扩大基本型变速器承载能力,或者扩大基本型变速器的调速范围,甚至实现过零调速.将基本型变速器和差动轮系组合,有利于提高变速器变速范围,因此差动变速器具有很好的开发空间和市场前景。

针对差动变速器的分析和设计较为复杂的问题,提出了一种对差动变速器进行差动轮系的配齿计算方法,以及与变速器的组合装配设计的方法,给出了差动变速器的详细设计过程,并根据参数画出其装配图,为同类型传动设计提供了理论基础和方法。

通过分析差动无级变速器中带式无级变速工作原理，对差动无级变速器中的带轮传动和差动轮系及定轴齿轮副进行计算设计，得到了带轮急齿轮传动的重要参数，最后对其组合装配设计，实现了提高无级变速器的变速范围。

1.1 设计目的和意义

差动变数器是行星齿轮的特殊情况。差动轮系还可以将一个原动构件的转动分解为另外两个从动基本构件的不同转动。差动轮系可进行运动合成的这种特性被广泛应用于机床、计算机构及补偿调整装置中。

行星齿轮传动的主要特点是体积小，承载能力大，工作平稳。但大功率高速行星齿轮传动结构较复杂，要求制造精度高。行星齿轮传动中有些类型效率高，但传动比不大。另一些类型则传动比可以很大，但效率较低。用它们作减速器时，其效率随传动比的增大而减小；作增速器时则有可能产生自锁。轮系在各种机械中得到了广泛的应用。

1.2 设计任务

确定设计方案；喂料器技术参数的确定；电机参数的确定；调制器技术参数的确定；主传动系统技术参数的确定；主轴刚度的校核计算；环模和压辊配合使用的技术参数的确定，压辊得制作工艺过程；其他相关说明。完成整机的三维设计、主要部件的组装图、重要零件的工程图、相关参数的优化。

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2总体方案设计

2.1 主要组成结构

图2.1 差动变速器结构图

AHHC520型制粒机主要用于中大型配合饲料厂压制颗粒饲料，也可用于机械化养养殖场。该产品可以根据用户的需求，配备不同模孔孔径的压模，生产各种规格的颗粒饲料，从而用于不同的养殖对象。该机喂料、调质、制粒分别采用独立传动，工作可靠。该设备主要组成部分有：喂料系统，调质系统，制粒系统，主传动系统，过载保护系统和润滑系统等。

2.2 主要技术参数

表2-1 主要技术参数表

差动变速器设计

2.3 工作原理与工作过程概述

2.3.1 环模制粒机的工作原理

粉状饲料的制粒过程是一个连续压制过程。它建立在粉状颗粒间有空隙存在的基础上。粉状物料是一种由具有一定流动性的分散颗粒组成的不连续松散体，在挤压力的作用下粉粒相互移近和重新排列，粉粒间所含气体不断逸出,从而使得粉粒间的间隙减小，联接力增大，最后被压制成具有一定密度、一定硬度的颗粒饲料。

在压粒过程中，饲料的蛋白质和糖分受热产生可塑性，淀粉部分糊化。“压粒”，简单地说就是一个挤压式的热塑过程。环模和压辊是制粒机的主要工作部件，配合饲料从供料机构较均匀地供给调质机构，饲料在调质机构中与水(或其他添加物)混合后，投入制粒机构中。饲料在环模与压辊的挤压下，从压模的模孔中挤出来成为颗粒。从工作过程分析，环模是主动回转零件，而压辊是靠摩擦而转动的。

图2.2 压制区内分区图

在环模制粒过程中，粉料在压制区内所在的位置不同，其受压辊的压紧力亦是不同的。它可划分为4个区，即供料区、压紧区、挤压区和成形区，见上图。

在供料区，物料基本不受机械外力，它处于自然松散状态，但它受环模圈回转而产生离心力影响，使粉料紧贴在环模内圈上。随着模辊的旋转，物料进入压紧区，在此区域内，受模辊的挤压作用，粉粒之间产生相对移动，孔隙逐渐减小。随着物料向前移动速度的加快，挤压力逐渐增加，孔隙更小，但粉粒基本上还未变形。在挤压区内，模辊间隙变小，挤压力急剧增大，粉粒进一步靠紧和镶嵌，粉粒间的接触面增大和联结增强，粉粒产生变形，并产生了较好的联结，同时将压紧粉体向模孔挤去。经过模孔一段长度的饱压形成颗粒饲料。这一区段物料将产生弹性、塑性组合变形。在压模孔内已充满了已被压实成形的饲料柱体，在模孔内侧又不断接受新挤入的粉料，使饲料柱体向外侧推移，排出模孔。这时挤压力必须克服模孔内料柱摩擦力的总和。物料在模辊转动作用下压制成颗粒有两个条件：一是模辊要把物料攫入变形口，二是压辊对物料挤压力要大于模孔内料柱的摩擦阻力。

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2.3.2 环模制粒机的主要工作过程

当水分含量为12％～14％的配合饲料进入混合喂料器后，饲料经加入一定量的水蒸汽后，被螺旋浆叶混合搅拌均匀后送进调质器内，进行糊化。如果需要，也可以将糖蜜、脂等液体均匀喷洒到物料中去，脂的添加量不得超过3％，以利于成形。调质后的物料水分达到15％～17％，然后经分配器分配到转动的环式压模和压辊的工作面上。旋转的压辊通过与物料的磨擦带动压辊旋转，物料在强烈的挤压下，克服孔壁的阻力，并不断从压模孔中成条的挤出。挤出时被装置在压模外的切刀切成长度适宜的颗粒。切刀的位置可以调节，以控制颗粒的长短。刚压制出的颗粒温度一般在75～90℃之间，水分在15％～16％左右，必须在经过冷却降温，挥发水分使其温度接近室温，以便保管储藏。

3 喂料机构设计

喂料机构的作用是将待制粒仓中的粉状物料均匀地输送到调质部分，其关键是保证输送速度的稳定。传统的机构通常是依靠螺旋输送机来实现这种功能。螺旋输送机又称“绞龙”，是一种无挠性牵引构件的连续输送设备。其结构主要包括料槽、螺旋叶片和转动轴组成的螺旋体、两端轴承和驱动装置几部分。工作时，物料由进料口进入料槽，并在螺旋叶片的推动下沿螺旋槽作轴向移动，直至卸料口被排出。螺旋输送机的类型有水平、垂直和倾斜三种形式，本设计中选用水平螺旋输送机。与其它输送设备相比，螺旋输送机具有结构简单、横截面积小、密封性好、操作维修安全、方便、制造成本低等优点，这也正是它被广泛应用的原因之一。

图3.1喂料机构简图

差动变速器设计

3.1 喂料输送结构设计

该设备的螺旋输送机叶片采用单头满面式螺旋叶片，螺旋叶片的一边紧贴在轴上，形成完整的螺旋面。这种叶片构造简单，输送能力强，便于均匀地输送粉类物料。

螺旋面采用右旋设计方案。由于输送物料中含有一定水分，为了防止叶片生锈，影响物料输送和产品质量，选用不锈钢作为叶片材料。同时，由于在工作过程中，叶片磨损比较严重，为了增加其耐磨性，要对叶片进行调质处理，以提高其表面硬度。

螺旋叶片厚度为5mm ，螺距为（0.8-1）D ，D 为螺旋直径，由于本设计采用水平结构设计，取S=D ，机壳厚度为5mm 。

3.2 喂料器参数计算

3.2.1 螺旋直径D 与螺旋轴转速n 的计算

根据?运输机械设计选用手册?的公式15-1：

）

（m 5.2C Q K D ??≥ρψ （3.1） 其中，Q:输送能力，按设计要求，取20t/h ；

K ：物料特性系数，常用物料的k 值见?运输机械设计选用手册?表15-1，这里取0.0415； Ψ:填充系数，见?运输机械设计选用手册?表15-1，这里取0.35；

C ：倾角系数，见?运输机械设计选用手册?表15-1，这里取1；

ρ:物料松散密度，见?运输机械设计选用手册?表15-6，这里取0.52t/m3，

将数据带入上式，可得

m D 272.0≥

圆整后，取D=0.3m 。

根据?运输机械设计选用手册?的公式15-2：

m i n )/(r D A

n ≤ （3.2）

其中，A ：物料综合系数，见?运输机械设计选用手册?表15-6，这里取75，

代入上式，得

min /9.136r n ≤

又由公式?运输机械设计选用手册?的公式15-3

C s n

D Q ?????=ρψ247 （3.3） 计算得

min /059.90r n =

圆整后，取n=90r/min 。

对D 和n 圆整后，应该对填充系数进行验算：

337.0472=????=C

s n D Q ρψ （3.4） 未超过上限，故圆整后的D 和n 值适合。

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3.2.2 物料轴向推进速度计算

根据公式：

60

n S V ?= （3.5） 式中，V ：物料的轴向推进速度（m/s ）；

S ：螺旋叶片的螺距（m ）；

n ：螺旋轴转速（r/min ）;

则物料沿轴向推进速度m V 45.0=。

3.2.3 电机的选择

由于N=1.33 kw,所以驱动轴转动的电机选用YTC 型电磁调速异步电动机，该电机有三相异步交流电机、涡流离合器与测速发电机组成，并与控制器配合使用，工作时，此电机能根据轴上承受载荷的不同自动地、无级地调整其输出转速，达到无级变速喂料，控制不同喂料量的目的。

3.3 机槽的设计

本设计中的机槽采用法兰和截面为U 字型的钢制机槽。U 型机槽的厚度为5mm 薄钢板，其两侧臂垂直，底部成半圆形，在 U 型机槽的端面焊接有法兰，用以固定盖板和端盖。机槽半圆的内径大于螺旋叶片半径，允许少量的物料滞留于槽底，以防叶片与槽底摩擦。

为了对机槽进行密封，机槽上部装有用薄钢板制成的盖板，盖板用螺栓固定在槽体上端的钢制法兰上。盖板可以开启，以便对槽体进行必要的检查。盖板上开有进料口，机槽底部开有卸料口，均做成方形，以便安装料管。