带式输送机传动装置设计——一级圆柱齿轮减速器设计
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宁成都工业学院机械设计基础课程设计带式输送机传动装置设计所在学院成都工业学院专 业模具设计与制造班 级08125姓 名柳雄学 号2008111019指导老师顾铭老师 年 月 日机械设计课程设计计算说明书目录一、电机的选择.3二、计算总传动比及分配各级的传动比.5三、各轴运动参数计算.5四、带传动设计计算.5五、齿轮传动设计计算与校核.8六、轴的设计计算及校核.11七、轴承的选择与校核.16八、键及联轴器等零件的选择与校核.19九、箱体设计(主要结构尺寸及计算).19十、减速器的润滑及密封的选择.19十一、减速器附件的选择及说明.20十二、设计小结.21十三、参考文献.22任务书 (1)工作条件:工作情况 两班制,连续单向运转,载荷较平稳;动力来源 电力,三相交流,电压380V/220V;检修间隔期 四年一次大修,二年一次中修,半年一次小修;制造条件及生产批量,一般机械厂制造,小批量生产。(2)原始数据:输送带工作拉力 F =2750N;输送带工作速度 v=0.75m/s (允许输送带速度误差为5%);滚筒直径 D=120mm;滚筒效率 j=0.96 (包括滚筒与轴承的效率损失);使用期限 8年一、电动机选择1、电动机类型的选择: Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择:(1)传动装置的总功率:从电动机到工作机的传动总效率为:其中、分别为V带传动、齿轮传动、滚动轴承、弹性套柱销联轴器和滚筒的效率,查取机械基础P459的附录3 选取=0.95 、=0.97(8级精度)、=0.99(球轴承)、=0.995、=0.96故 (2)电机所需的工作功率:=27500.75/(10000.862)=2.4KW又因为电动机的额定功率查机械基础P499的附录50,选取电动机的额定功率为2.2kW,满足电动机的额定功率 。 3、确定电动机转速:计算滚筒工作转速: 按机械设计课程设计手册(第三版)P5推荐的传动比合理范围,取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围Ia=36。由相关手册V带传动比I1=24,则总传动比理时范围为Ia=624。故电动机转速的可选范围为n筒=(624)119=7142856r/min符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。根据容量和转速,由有关手册查出有三种适用的电动机型号:因此有三种传支比方案:综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比,可见第2方案比较适合,则选n=1000r/min。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型,所需的额定功率及同步转速,选定电动机型号为Y132S-6。其主要性能:额定功率:3KW,满载转速960r/min,额定转矩2.0。质量63kg。二、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比:i总=n电动/n筒=960/119.4=8.042、分配各级传动比(1) 据机械设计课程设计,取齿轮i齿轮=3.5(一般单级减速器i=3.54合理,根据V带的传动比范围i带=2 4)(2) i总=i齿轮I带i带=i总/i齿轮=8.04/3.5=2.3三、各轴动力参数计算1、计算各轴转速(r/min)nI=n电机=960r/minnII=nI/i带=960/2.3=417.4(r/min)nIII=nII/i齿轮=417.4/3.5=119.3(r/min)2、 计算各轴的功率(KW)PI=P工作=2.4KWPII=PI带=2.40.95=2.28KWPIII=PII轴承齿轮=2.280.990.97 =2.19KW3、 计算各轴扭矩(Nmm)TI=9.55106PI/nI=9.551062.4/960=23875NmmTII=9.55106PII/nII=9.551062.28/417.4 =52168.8NmmTIII=9.55106PIII/nIII=9.551062.19/119.3 =175310Nmm四、带传动设计计算(1)、选择普通V带型设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的,表达式如下:式中需要传递的名义功率工作情况系数,按表2工作情况系数选取=1.4;表2.工作情况系数工作机原动机类类一天工作时间/h10161016载荷平稳液体搅拌机;离心式水泵;通风机和鼓风机();离心式压缩机;轻型运输机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式运输机(运送砂石、谷物),通风机();发电机;旋转式水泵;金属切削机床;剪床;压力机;印刷机;振动筛1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大螺旋式运输机;斗式上料机;往复式水泵和压缩机;锻锤;磨粉机;锯木机和木工机械;纺织机械1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机(旋转式、颚式等);球磨机;棒磨机;起重机;挖掘机;橡胶辊压机1.31.41.51.51.61.8由表2得:kA=1.2Pd=KAP=1.22.4=2.88KW(2)、由机械设计基础得:选用A型V带确定带轮基准直径,并验算带速由机械设计基础得,推荐的小带轮基准直径为75100mm 则取dd1=100mmd2=mm查机械设计基础表7.3选取大带轮基准直径;实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=960100/224 =428.6r/min转速误差为:n2-n2/n2=|(417.4428.6)|/428.6 =0.0260.05(允许)带速V: m/s在5 25 m/s之间 故合适a) 确定带长和中心矩根据机械设计基础得0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)0.7(100+224)a02(100+224) 所以有:226.8mma0648mm取500 mm由机械设计基础P84式(5-15)得:L0=2a0+(d2+ d1)+=1784 mm查表得取Ld=180mm计算实际中心距(4)验算小带轮包角故合适(5)确定带的根数Z=由n=960 r/min d1=100mm查表得P0=0.95KW由公式传动比查表得 KW由查表得 故带入数据得Z=故Z取3 (6)计算轴上压力由机械设计基础查得q=0.1kg/m,由式(5-18)单根V带的初拉力:F0=500Pd/ZV(2.5/K-1)+qV2=5002.88/35.03(2.5/0.99-1)+0.15.032N =160N则作用在轴承的压力FQ, FQ= =23160sin166/2=750N五、齿轮传动的设计计算 (1)选择齿轮材料及精度等级考虑减速器传递功率不在,所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质,齿面硬度为240260HBS。大齿轮选用45钢,调质,齿面硬度220HBS;根据机械设计基础选7级精度。齿面精糙度Ra1.63.2m (2)按齿面接触疲劳强度设计确定有关参数如下:传动比i齿=3.5 取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数:Z2=iZ1=3.520=70 实际传动比I0=70/2=35传动比误差:i-i0/I=6-6/6=0%2.5% 可用齿数比:u=i0=3.5由机械设计基础取d=0.8 (3)转矩T1TII=9.55106PII/nII=9.551062.28/417.4=52168.8Nmm (4)载荷系数K因为该齿轮传动是软齿面的齿轮,圆周速度也不大,精度也不高,而且齿轮相对轴承是对称布置,根据电动机和载荷的性质查机械设计学基础P147表58,得K的范围为1.41.6, 取K1.5。 (5)许用接触应力HH= HlimZNT/SH由机械设计基础查得:Hlim1=625Mpa Hlim2=470Mpa 由机械设计基础查得接触疲劳的寿命系数:ZNT1=0.92 ZNT2=0.98通用齿轮和一般工业齿轮,按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0查表得取ZE=189.8H1=Hlim1ZNT1/SH=6250.92/1.0Mpa=575H2=Hlim2ZNT2/SH=4700.98/1.0Mpa=460故得:=59.8mm模数:m=d1/Z1=59.8/20=2.99mm根据机械设计基础表9-1取标准模数:m=3mm(6)校核齿根弯曲疲劳强度根据机械设计基础式 F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaH确定有关参数和系数分度圆直径:d1=mZ1=320mm=60mmd2=mZ2=370mm=210mm齿宽:b=dd1=0.860mm=48mm取b=45mm b1=50mm(7)齿形系数YFa和应力修正系数YSa根据齿数Z1=20,Z2=70由表相得YFa1=2.80 YSa1=1.55YFa2=2.14 YSa2=1.83 (8)许用弯曲应力F根据机械设计基础P136(6-53)式:F= Flim YSTYNT/SF由机械设计基础查得:Flim1=288Mpa Flim2 =191Mpa由图6-36查得:YNT1=0.88 YNT2=0.9试验齿轮的应力修正系数YST=2按一般可靠度选取安全系数SF=1.25 计算两轮的许用弯曲应力F1=Flim1 YSTYNT1/SF=28820.88/1.25Mpa=410MpaF2=Flim2 YSTYNT2/SF =19120.9/1.25Mpa=204Mpa将求得的各参数代入式(6-49)=33.37Mpa F1=26.60Mpa F2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够 (9)计算齿轮传动的中心矩aa=m(Z1+Z2)/2=3(20+70)/2=135mm (10)计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/(601000)=3.1460417.4/(601000)=1.31m/s名 称计 算 公 式结 果 /mm模数m3压力角n分度圆直径d160d2210齿顶圆直径齿根圆直径中心距135齿 宽六、轴的设计与校核输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质,硬度217255HBS根据机械设计基础并查表,取c=115,PII=PI带=2.40.95=2.28KWnII=nI/i带=960/2.3=417.4(r/min)d=115(2.28/417.4)1/3mm=20.25mm考虑有键槽,将直径增大5%,则d=17.7(1+5%)mm=21.27选d=22mm2、轴的结构设计 (1)轴上零件的定位,固定和装配 单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布,齿轮左面由轴肩定位,右面用套筒轴向固定,联接以平键作过渡配合固定,两轴承分别以轴肩和大筒定位,则采用过渡配合固定 (2)确定轴各段直径和长度工段:d1=22mm 长度取L1=50mmh=2c,c=2mmII段:d2=d1+2h=22+222=30mmd2=30mm初选用6206型深沟球轴承,其内径为30mm,装在输入轴第3段(从输入端数起)宽度为16mm. 考虑齿轮端面和箱体内壁,轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm,通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度,并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定,为此,取该段长为55mm,安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长:L2=(2+20+16+55)=93mmIII段直径d3=35mmL3=L1-L=50-2=48mm段直径d4=45mm由手册得:c=1.5 h=2c=21.5=3mmd4=d3+2h=35+23=41mm长度与右面的套筒相同,即L4=20mm但此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑,应便于轴承的拆卸,应按标准查取由手册得安装尺寸h=3.该段直径应取:(30+32)=36mm因此将段设计成阶梯形,左段直径为36mm段直径d5=30mm. 长度L5=19mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=100mm (3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径:已知d1=60mm求转矩:已知T2=52168.8Nmm求圆周力:Ft根据机械设计基础式得求径向力Fr根据机械设计基础式得Fr=Fttan=1738.96tan200=632N因为该轴两轴承对称,所以:LA=LB=50mm (1)绘制轴受力简图(如图a)(2)绘制垂直面弯矩图(如图b)轴承支反力:FAY=FBY=Fr/2=316NFAZ=FBZ=Ft/2=868N由两边对称,知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为MC1=FAyL/2=31650=11.765Nm (3)绘制水平面弯矩图(如图c)截面C在水平面上弯矩为:MC2=FAZL/2=631.6145550=31.58Nm (4)绘制合弯矩图(如图d)MC=(MC12+MC22)1/2=(11.7652+31.582)1/2=43.345Nm (5)绘制扭矩图(如图e)转矩:TII=9.55106PII/nII=9.551062.28/417.4 =52168.8Nmm (6)绘制当量弯矩图(如图f)转矩产生的扭剪力按脉动循环变化,取=1,截面C处的当量弯矩:Mec=MC2+(T)21/2=43.3452+(135)21/2=55.5Nm (7)校核危险截面C的强度由式(6-3)e=Mec/0.1d33=55.5/0.1353=12.9MPa21000故能满足使用要求 十一.键联接的选择及校核计算一根据轴径的尺寸选定键1.高速轴与V带轮联接的键为:键8736 GB/T 1096-20032.大齿轮与轴连接的键为:键 161056 GB/T 1096-20033.轴与联轴器的键为:键12880 GB/T 1096-2003二.键的强度校核1.大带轮处的键根据轴的直径选择:键8736 GB/T 1096-2003bh=87,L=36,则l=L-b=28mm 转矩T=89.3N.m故挤压强度为: 小于125150MPa=p因此挤压强度足够2.大齿轮与轴上的键 根据轴的直径选择:键1656 GB1096-79bh=1610,L=56,则l=L-b=40mm,转矩T=378.5 N.m 故挤压强度为: 小于125150MPa=p因此挤压强度足够九、箱体设计(主要结构尺寸及计算)根据手册表,取箱体座壁厚度为 =10mm,箱盖厚为1=10mm 箱座凸缘厚度为 b=15mm,箱盖凸缘厚度为 b1=15mm,地脚螺钉df=10mm,数目为4。轴承离连接螺栓直径d1=0.75*df=12mm。箱盖与箱座连接螺栓直径d2=0.5df=8mm。窥视孔盖螺钉直径d4=0.375*16=6mm。定位销直径d=0.75d2=6mm.连接螺栓d2间距L=398mm。Df、d1、d2至外箱壁距离c1=18mm;df、 d2至凸缘边缘距离 c2=12mm。轴承离合器半径R1=12mm。外箱壁至轴承座端面距离L1=40mm。大齿轮与内箱壁距离L1=20mm。齿轮端面与内箱壁距离L2=15mm。箱盖、箱座肋厚m1=8.5mm,m=8.5mm。轴承离连接螺栓距离s=60mm。毡圈油封高速轴取d=25,D=39,B1=7,d1=24 .低速轴d=35,D=49,B1=7,d1=34。杆载油标选从16。D1=4,d3=6,h=35,d2=16,a=12。圆柱销选GB119-86,A8*3。十、减速器的润滑及密封的选择 1.齿轮润滑此减速器装置是采用闭式,其齿轮的最大线速度: 12m/s。故选用机械油AN15型号(GB443-89)浸油润滑方式,浸油深度为h=4mm,二级圆柱齿轮减速器需设一个(浸油)小齿轮以使第一级齿轮得到良好的润滑,详见装配图。1. 轴承润滑滚动轴承在本设计中均采用单列圆锥滚子轴承。其轴颈和转速的最大积,故可以采用脂润滑,便于密封、维护、运转时间长且不易流失,查机械课程设计选用1号通用锂基润滑脂(GB 7324-87)。十一、箱体及附件的选择与说明 带式运输机是一般传动装置,箱体的材料选择用灰铸铁(HT200),有良好的减振性能,使用铸造方法方便、简单、经济、实用。上箱盖用曲壁,下箱盖采用直壁,上、下分箱面做成水平。箱体尺寸由上轴及轴承设计可知,箱体厚度由上轴的设计可知箱体轴承处厚度为30.75mm。为使箱体壁厚均匀,过度平缓,壁厚由机械课程设计查得为10mm。铸造外圆角R=4mm,内圆角一般取R0=6mm(具体随零件尺寸而定)。上、下箱盖选用(GB/T5277-1985)螺纹直径为12mm,螺栓数目8颗,地脚螺纹直径20mm, 螺栓数目4颗,材料选用Q235-A。在箱盖上设计视孔盖有便观察减速箱内部情况,箱盖、箱座、轴承盖、放油孔需加装纸封油垫。轴承盖、螺纹联接见轴设计。设计小结 回顾整个设计过程,除了难还有的是感慨。简简单单的一个减速器,只是简单的齿轮减速,一级的,还只是直齿而已,就已经繁复到这个地步。由外到内,由大到小,减速器的几乎每个原子都需要精心计算设计。而且整个设计过程中,我们学过的知识只占很小很小的一部分,在设计的时候时常会感到茫然无措。在用AutoCAD作图时,更是发现无处下手,重新学习一个以前完全没有接触过的软件,然后用自己十分肤浅的技术去努力拼凑出一个心中设想好的蓝图参考文献1范思冲主编.机械基础.北京:机械工业出版社,20052孙建东主编.机械设计学基础.北京:机械工业出版社,20043王昆,何小柏,汪信远主编.机械设计课程设计.北京:高等教育出版社,19964沈乐年,刘向锋主编.机械设计基础.北京:清华大学出版社,19965吴宗泽,肖丽英主编.机械设计学习指南.北京:机械工业出版社,20036 机械设计手册(软件版)V3.0 北京:机械工业出版社,200322
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