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带式运输机传动装置的设计院-系工学院专业机械工程及自动化年级2012级学生姓名陆俊名学号201201020238小组成员陈小冲张明凉指导教师目录
一、设计任务书……………………………………………………………3
二、传动方案拟定…………………………………………………………4
三、电动机的选择…………………………………………………………5
四、计算总传动比及分配各级的传动比…………………………………6
五、运动参数及动力参数计算……………………………………………7
六、传动零件的设计计算…………………………………………………8
七、轴的设计计算………………………………………………………...19
八、润滑方式与润滑剂选择……………………………………………...29
九、设计小结……………………………………………………………...30
十、参考文献……………………………………………………………...31一.设计任务书课程设计题目带式运输机传动装置的设计1.设计带式运输机传动装置(简图如下)
2.工作条件1)两班制,连续单向运转,载荷较平稳,室内工作,有粉尘,环境最高温度35℃,每年350个工作日;2)使用折旧期8年;3)检修间隔期四年一大修,两年一中修,半年一次小修;4)动力来源的电力,三相交流,电压380V/220V;5)运输速度允许误差为;6)一般机械厂制造,小批量生产;
3.课程设计内容1)装配图一张(A3);2)零件工作图两张(A3)输出轴及输出齿轮;3)设计说明书一份备注手工绘制图纸,计算机打印或手写说明书
4.设计数据运输带工作拉力
4.5KN运输带工作速度
1.1m/s滚筒速度400mm二.传动装置的总体方案设计
2.1传动装置的运动简图及方案分析
2.
1.1运动简图表1—1原始数据学号201201020238题号11输送带工作拉力
4.5输送带工作速度
1.1滚筒直径
4002.
1.2方案分析该工作机有轻微振动,由于V带有缓冲吸振能力,采用V带传动能减小振动带来的影响,并且该工作机属于小功率、载荷变化不大,可以采用V带这种简单的结构,并且价格便宜,标准化程度高,大幅降低了成本减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速,这是两级减速器中应用最广泛的一种齿轮相对于轴承不对称,要求轴具有较大的刚度高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边,以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象原动机部为Y系列三相交流异步电动机总体来讲,该传动方案满足工作机的性能要求,适应工作条件、工作可靠,此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高三.电动机的选择
3.1电动机的类型和结构形式电动机选择Y系列三相交流异步电动机,电动机的结构形式为封闭式
3.2确定电动机的转速由于电动机同步转速愈高,价格愈贵,所以选取的电动机同步转速不会太低在一般械中,用的最多的是同步转速为1500或1000的电动机这里1500的电动机
3.3确定电动机的功率和型号
1.计算工作机所需输入功率由原始数据表中的数据得
2.计算电动机所需的功率式中,为传动装置的总效率式子中分别为传动装置中每对运动副或传动副的效率查表2-4得带传动效率一对轴承效率齿轮传动效率联轴器传动效率滚筒的效率总效率取查
[2]表9—39得选择Y132M-4型电动机电动机技术数据如下额定功率
7.5KW满载转速:额定转矩最大转矩运输带转速四.计算总传动比和分配各级传动比
4.1确定总传动比电动机满载速率,工作机所需转速总传动比为各级传动比的连乘积,即
4.2分配各级传动比总传动比初选带轮的传动比,减速器传动比=
2.3五.计算传动装置的运动参数和动力参数
5.1计算各轴的转速传动装置从电动机到工作机有三个轴,依次为IIIIII轴
5.2计算各轴的输入功率
5.3计算各轴的输入转矩传动装置参数见表1—2表1—2传动装置的运动参数和动力参数轴号转速(r/min)输入功率kW输入转矩N·mI
4007.125170II
133.
36.91495III
43.
56.71471六.传动零部件的设计计算
6.1带传动
6.
1.1确定计算功率并选择V带的带型
1.确定计算工率由
[1]表8—7查的工作情况系数,故
2.选择V带的带型根据,由
[1]图8—11选用A型
6.
1.2确定带轮的基准直径并验算带速
1.初选小带轮的基准直径由
[1]表8—6和表8—8,取小带轮的基
2.验算带速按
[1]式(8—13)验算带的速度因为,故带速合适
3.计算大带轮的基准直径由
[1]式(8—15a)计算大带轮的基准直径根据
[1]表8—8,圆整为
6.
1.3确定V带的中心距和基准长度
1.根据
[1]式(8—20)初定中心距为
2.由
[1]式(8—22)计算所需基准长度由
[1]表8—2选带轮基准长度
3.按
[1]式(8—23)计算实际中心距中心距的变化范围为
6.
1.4验算带轮包角
6.
1.5计算带的根数
1.计算单根V带的额定功率由和,查
[1]表8—4a得根据,和A型带查
[1]表8—4b得查的
[1]表8—5得,表8—2得,于是
2.计算V带的根数Z取6根
6.
1.6确定带的初拉力和压轴力由表
[1]表8—3得A型带单位长度质量,所以应使带的实际初拉力压轴力最小值
6.
1.7带轮的结构设计
1.带轮材料的确定大小带轮材料都选用HT
2002.带轮结构形式小带轮选用实心式,大带轮选用孔板式(6孔)具体尺寸参照
[1]表8—10图8—14确定
6.2齿轮传动
(一)高速级齿轮传动
6.
2.1选择精度等级,材料及齿数
1.运输机为一般工作机,速度不高,故选用7级精度
2.材料选择选择小齿轮材料为40Cr调质,硬度为280HBS大齿轮材料为45刚(调质)硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS
3.选小齿轮齿数,大齿轮齿数
6.
2.2齿轮强度设计
1.选取螺旋角初选螺旋角β=14°
2.按齿面接触强度设计按
[1]式(10—21)试算,即
(1)确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数2)小齿轮的传递转矩由前面算得3)由
[1]表10—7选取齿宽系数4)由
[1]表10—6差得材料的弹性影响系数5)由
[1]图10—21d按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限;大齿轮的接触疲劳强度极限6)由式
[1]10—13计算应力循环次数7)由
[1]图10—19取接触疲劳强度寿命系数,8)计算接触疲劳许用应力9)由
[1]图选取区域系数10)由
[1]图10—26查的,则11)许用接触应力
(2)计算1)试算小齿轮分度圆直径,有计算公式得2)计算圆周速度3)计算齿宽b及模数4)计算纵向重合度5)计算载荷系数已知使用系数,根据,7级精度,由
[1]图10—8查的动载系数;由表10—4查的;由表10—13查得;由表10—3差得故载荷系数6)按实际的载荷系数校正所算的的分度圆直径,由
[1]式(10—10a)得7)计算模数
3.按齿根弯曲疲劳强度设计由
[1]式(10—17)
(1)确定计算参数1)计算载荷系数2)计算纵向重合度,从
[1]图10—28查的螺旋角影响系数3)计算当量齿数4)查齿形系数由
[1]表10—5查得;5)查取应力校正系数由
[1]表10—5查得;6)由
[1]图10—20c查得小齿轮弯曲疲劳强度极限;大齿轮的弯曲疲劳极限7)由
[1]图10—18取弯曲疲劳寿命系数,8)计算弯曲许用应力取弯曲疲劳安全系数S=
1.4,由式
[1]10—12得9)计算大小齿轮的大齿轮数值大
(2)设计计算由接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数取以满足弯曲疲劳强度为同时满足接触疲劳强度需按接触疲劳强度算得的分度圆直径计算齿数取,则
6.
2.3几何尺寸计算
1.计算中心距将中心距圆整为140mm
2.按圆整后的中心距修螺旋角因β值改变不大故参数不必修正
3.计算大小齿轮分度圆直径
4.计算齿轮宽度圆整后取
6.
2.4齿轮结构设计(中间轴大齿轮)因齿顶圆直径大于160mm而又小于500mm,故以选用腹板式结构为宜其他有关尺寸按
[1]图10—39荐用的结构尺寸设计
(二)低速级齿轮传动
6.
2.5选择精度等级,材料及齿数
1.运输机为一般工作机,速度不高,故选用7级精度
2.材料选择选择小齿轮材料为40Cr调质,硬度为280HBS大齿轮材料为45刚(调质)硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS
3.选小齿轮齿数,大齿轮齿数
6.
2.6齿轮强度设计
1.选取螺旋角初选螺旋角β=12°
2.按齿面接触强度设计按
[1]式(10—21)试算,即
(1)确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数2)小齿轮的传递转矩由前面算得3)由
[1]表10—7选取齿宽系数4)由
[1]表10—6差得材料的弹性影响系数5)由
[1]图10—21d按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限;大齿轮的接触疲劳强度极限6)由式
[1]10—13计算应力循环次数7)由
[1]图10—19取接触疲劳强度寿命系数,8)计算接触疲劳许用应力9)由
[1]图选取区域系数10)由端面重合度近似公式算得11)许用接触应力
(2)计算1)试算小齿轮分度圆直径,有计算公式得2)计算圆周速度3)计算齿宽b及模数4)计算纵向重合度5)计算载荷系数已知使用系数,根据,7级精度,由
[1]图10—8查的动载系数;由表10—4查的;由表10—13查得;由表10—3差得故载荷系数6)按实际的载荷系数校正所算的的分度圆直径,由
[1]式(10—10a)得7)计算模数
3.按齿根弯曲疲劳强度设计由
[1]式(10—17)
(1)确定计算参数1)计算载荷系数2)计算纵向重合度,从
[1]图10—28查的螺旋角影响系数3)计算当量齿数4)查齿形系数由
[1]表10—5查得;5)查取应力校正系数由
[1]表10—5查得;6)由
[1]图10—20c查得小齿轮弯曲疲劳强度极限;大齿轮的弯曲疲劳极限7)由
[1]图10—18取弯曲疲劳寿命系数,8)计算弯曲许用应力取弯曲疲劳安全系数S=
1.4,由式
[1]10—12得9)计算大小齿轮的大齿轮数值大
(2)设计计算由接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数取以满足弯曲疲劳强度为同时满足接触疲劳强度需按接触疲劳强度算得的分度圆直径计算齿数取,则取整
6.
2.7几何尺寸计算
1.计算中心距将中心距圆整为173mm
2.按圆整后的中心距修螺旋角因β值改变不大故参数不必修正
3.计算大小齿轮分度圆直径
4.计算齿轮宽度圆整后取
6.
2.8四个齿轮的参数列表如表2—1表2—1齿轮模数齿数Z压力角螺旋角分度圆直径齿顶圆直径齿底圆直径高速级小齿轮22720°
15.3°566051高速级大齿轮210820°
15.3°224228219低速级小齿轮
2.53320°
12.7°
84.
5889.
5878.33低速级大齿轮
2.510220°
12.7°
261.
42266.
42255.17续表2—1齿轮旋向齿宽B轮毂L材质热处理结构形式硬度高速级小齿轮右616140Cr调质实体式280HBS高速级大齿轮左566545钢调质腹板式240HBS低速级小齿轮左909040Cr调质实体式280HBS低速级大齿轮右859245钢调质腹板式240HBS七.轴系部件设计第轴设计
7.1初算第III轴的最小轴径
1.输出轴上的功率,转速,转矩由前面算得,,
2.求作用在齿轮上的力低速级大齿轮的分度圆直径
3.初步确定轴的最小直径先按
[1]式(15—2)初步估算轴的最小直径选取轴的材料为45钢,调质处理根据表
[1]表15—3,取于是得输出轴的最小直径显然是安装联轴器处直径,故需同时选取联轴器的型号查
[1]表14—1,考虑到转矩变化小,故取则联轴器的计算转矩查GB/T5014——1985,选用HL5弹性柱销联轴器,其公称转矩为.半联轴器的孔径,故取,半联轴器长度,半联轴器与轴配合的毂孔长度
7.2第III轴的结构设计
1.各段轴直径的确定如表2—2位置直径(mm)理由60由前面算得半联轴器的孔径70为满足半联轴器轴向定位要求,轴段需制出一个轴肩,,故取75根据选取0基本游隙组标准精度级的单列圆锥滚子轴承30315其尺寸为故87左端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位由
[2]上差得30315型轴承的定位轴肩高度,因此取89齿轮右端采用轴肩定位,轴肩高度,故取,则轴环处直径,齿轮处直径见段理由77取安装齿轮处的轴段直径75见段理由表2—
22.各轴段长度的确定如表2—3位置长度(mm)理由105为保证轴承挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故段长度应比略短些,取50轴承端盖总长度为20mm,取端盖外端面与半联轴器右端面间距离故取40为联轴器长度,故9712轴环处轴肩高度,轴环宽度,取88已知齿轮轮毂宽度为92mm,为了使套筒可靠地压紧齿轮,次轴段略短于轮毂宽度,故取68取齿轮距箱体内壁距离为,第II轴上大齿轮距第III轴上大齿轮考虑到箱体铸造误差,在确定滚动轴承时应距箱体内壁一段距离取滚动轴承宽度第II轴上大齿轮轮毂长则表2—
33.第III轴的结构简图如图2—3图2—3第(II)轴设计
7.3初算第(II)轴的最小直径
1.第(II)轴上输入功率,转速,转矩由前面算得,,
2.分别计算大小齿轮上的力已知第(II)轴上大齿轮分度圆直小齿轮上分度圆直径为
3.初步确定轴的最小直径根据最小直径查
[2]GB/T297—1994选取30309轴承的规格为
7.
4.第(II)轴的结构设计
1.确定轴的各段直径如表2—4位置直径(mm)理由45根据轴承的尺寸50根据取小齿轮安装处直径58小齿轮右端用轴肩定位,轴肩高度,取故,则轴环处直径50取大齿轮安装处直径45理由同段表2—
42.确定轴的各段长度为了使套筒可靠地压紧齿轮,分别使段和段长度略短于齿轮轮毂宽4mm轴环处轴肩高度,轴环宽度轴环处长度取其它轴的尺寸,根据第III轴算出的尺寸进行确定
7.5第(II)轴的强度校核
1.轴的载荷分析图2—4图2—
42.大小齿轮截面处的力及力矩数据由上轴的结构图及弯矩和扭矩图可以看出大小齿轮中心线截面处是轴的危险截面,现将计算出的两个截面处的,,的值列于下表2—5载荷水平面垂直面支反力弯矩总弯矩扭矩表2—
53.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面即(小齿轮)中心线截面的强度根据
[1]式(15—5)及上表中的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉冲循环变应力,取,轴的计算应力前已选轴的材料为45钢,调质处理,由表
[1]15—1查得因此,故安全
4.精确校核轴的疲劳强度从轴的受载情况来看及来看,大小齿轮中心线截面处受力最大虽然两截面处应力最大,但应力集中不大而且这里轴径也最大,故两中心截面不必校核截面II,III,IV,V处应力集中的影响接近,但截面III,IV处轴径也很大比II,V处轴径大所以校核II,V截面就行了由于截面II处受力大些,所以只需校核II左右截面即可1)截面II左侧截面左侧的弯矩为截面上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45钢,调质处理,由
[1]表15—1查得,截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按
[1]附表3—2查取因,,经插值可查得又由
[1]附图3—1可得轴的材料敏感系数为故有效应力集中系数按
[1]式(附表3—4)为由
[1]附图3—2尺寸系数,又由附图3—3的扭转尺寸系数轴按磨削加工,由
[1]附图3—4得表面质量系数为轴未经表面强化处理,及,按
[1]式(3—2)及式(3—12a)得综合系数为由
[1]§3—1及§3—2得碳的特性系数,取,取于是,计算安全系数值,按
[1]式(15—6)~(15—8)则得故可知其安全2)截面II右侧抗弯截面系数按
[1]表15—4中的公式计算弯矩及弯曲应力为扭矩及扭转应力为过盈配合处的,由
[1]附表3—8用插值法求出,并取于是得轴按磨削加工由
[1]附图3—4得表面质量系数为故得综合系数所以轴在截面右侧安全系数为故该轴在截面II右侧的强度也是足够的因无大的瞬时过载及严重应力循环不对称,故可略去静强度校核第(I)轴设计
7.6初算第(I)轴的最小直径
1.先按
[1]式(15—2)初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45号钢,调质处理根据
[1]表15—3,取根据最小直径选取30307轴承,尺寸为
7.7第(I)轴的结构设计根据轴(I)端盖的总宽度及外端盖距带轮的距离,取轴承外壁距带轮表面距离为50mm即II—III段长度为50mm再根据轴(III),(II)数据,及确定的箱体内壁距离和带轮轮毂的长即可将整个轴的结构尺寸确定轴的结构简图如图2—5图2—
57.8轴系零部件的选择根据前面轴的设计内容可以确定各个轴上的零部件现将各轴系零件列表如表2—6轴承(GB/T297—1994)键(GB/T1096—2003)联轴器(GB/T5014—1985)轴I30307(带轮)小齿轮轴II30309小齿轮大齿轮)轴III30315联轴器)大齿轮HL5表2—6八.润滑密封及其它
8.1润滑
8.
1.
1.齿轮的润滑因齿轮的圆周速度12m/s,所以才用浸油润滑的润滑方式高速级齿轮浸入油里约
0.7个齿高,但不小于10mm,低速级齿轮浸入油高度约为1个齿高(不小于10mm)1/6齿轮
8.
1.
2.轴承的润滑轴承采用润滑油进行润滑,润滑油直接采用减速器油池内的润滑油通过输油沟进行润滑
8.2密封为保证机盖与机座连接处密封,连接凸缘应有足够的宽度,连接表面应精创其表面粗糙度为Ra=
6.3密封的表面应进过刮研,而且凸缘连接螺柱之间的距离不应过大应均匀分布轴承端盖选用凸缘式轴承盖易于调整,采用密封圈实现密封端盖直径见表3—1密封圈型号根据轴承直径确定密封圈材料为半粗羊毛毡
8.3其它
(1)装配图图纸选用A1的图纸,按12的比例画
(2)装配前零件用煤油清洗,滚动轴承用汽油清洗,机内不许有任何杂物存在,内壁图上不被机油侵蚀的涂料两次
(3)齿啮合侧隙用铅丝检验不小于
0.6mm,铅丝不得大于最小侧隙的四倍
(4)用涂色法检验斑点,按齿高接触斑点不小于40%,按齿长接触斑点不小于50%,必要时间可用研磨或刮后研磨以便改善接触情况
(5)应调整轴承轴向间隙,F35为
0.03~
0.008mmF45为
0.06~
0.12mmF
750.08~
0.15mm.检查减速器剖封面,各接触面积密封处,均不许漏油,剖封面允许涂密封油漆或水玻璃,不许使用任何填料
(6)机内装N68润滑油至规定高度
(7)表面涂灰色油漆九.总结在大学里我们学了《理论力学》,《材料力学》,《机械原理》,《机械设计》等一系列机械专业的课程,感觉离我们的生活很近但是又很远的感觉不知道怎么去用它,我能将它们用在什么地方通过这次课程设计,我发现以前学的理论基础课程还不是很牢固,没有真正联系实际自己设计的数据和实践有很大差距,有的不符合机械设计指导书上的要求,还有就是知识的遗忘性大,不会将所学的知识融会贯通等等通过这次设计我发现搞机械设计这一行需要自己有丰富的经验和牢固的基础理论知识这次设计过程中好多内容是参考书上的,很多数据的选取都是借鉴书上的数据,还有很多数据是自己选的不知道何不合理,好多设计的关键地方都是在老师的指导下完成的毫无疑问,我们的设计的内容有好多错误的地方我们设计的减速器也很难经的起实践的考验不过,这次设计毕竟是自己第一次将所学的知识联系到实践中,有很多设计不合理的地方那是必然的通过这次设计我了解了一些设计的步骤和准则我们不能违反这些准则否则我们的设计将会出错这次设计也培养了我一些良好的习惯比如,设计时要专门准备好草稿纸,在稿纸上一步一步将自己的设计内容写清楚等搞机械这一行需要有严谨的作风,我这次设计过程中始终记住了这一点设计过程中有好多数据有错误或则不合理,但不是很严重,好多同学都忽略了这次我没有像以前那样忽略这些小的细节在这次设计过程中我还发现我有些应用软件如cadrord等使用起来不是很熟练,机械手册查起来不熟练等问题,接下来在这些方面我还要进一步的加强总之,这次设计培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力,在设计的过程中还培养出了我们的团队精神,大家共同解决了许多个人无法解决的问题,在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足,在今后的学习过程中我们会更加努力多多练习画图和动手能力的培养十.参考文献参考文献
[1]濮良贵、纪名刚.机械设计.8版.北京高等教育出版社,
2006.5
[2]席伟光、杨光、李波.机械设计课程设计.北京高等教育出版社,
2003.
[3]吴宗择、罗圣国.机械设计课程设计手册.3版.北京高等教育出版社,
2006.。