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机械设计课程设计计算说明书题目设计带式运输机传动装置专业班级学号学生姓名指导教师西安文理学院2012年12月30日西安文理学院机械设计课程设计任务书学生姓名肖海江专业班级10级机械2班学号08102100217指导教师职称教研室题目设计带式运输机传动装置传动系统图原始数据表1-1运输带工作力矩T/NM运输带工作速度卷筒直径D/mm
12500.7420工作条件连续单向运转,工作时有轻微振动,使用期限10年,小批量生产,单班制工作,运输带速度允许误差为要求完成
1.部件装配图1张(A2)
2.零件工作图3张
3.设计说明书1份,6000-8000字开始日期2010年12月11日完成日期2010年12月31日2010年12月11日目录TOC\o1-2\h\z\u1传动装置总体分析
41.1原始数据
41.2方案分析42电动机的选择及传动比的分配
52.1电动机的选择
52.2计算总传动比及分配各级的传动比
62.3传动装置的运动和动力参数计算73V带设计
93.1确定带轮
93.2确定v带的中心距和基准长度
93.3验算小带轮上的包角
103.4计算带的根数
103.5计算单根v带初拉力的最小值
103.6计算压轴力114齿轮的设计
124.1高速级齿轮传动的计算设计
124.2低速级齿轮传动的设计165轴的设计
175.1输出轴的设计
175.2主动轴和中间轴的设计186箱体的设计及其附件的选择
216.1箱体的设计
216.2联轴器的选择
226.3轴承的选择
226.4润滑方式的选择
226.5减速器附件的选择237校核
247.1键的强度校核
247.2轴承的强度校核
247.3轴的校核25参考资料281传动装置总体分析
1.1原始数据
(1)运输机工作轴转矩;
(2)运输带工作速度;
(3)卷筒直径;
(4)卷筒工作效率=
0.96;
(5)工作寿命10年单班制;
(6)工作条件连续单向运转,工作时有轻微振动
(7)传动系统图图1-
11.2方案分析本设计中原动机为电动机,工作机为皮带输送机传动方案采用了两级传动,第一级传动为带传动,第二级传动为单级斜齿圆柱齿轮减速器 带传动承载能力较低,在传递相同转矩时,结构尺寸较其他形式大,但有过载保护的优点,还可缓和冲击和振动,故布置在传动的高速级,以降低传递的转矩,减小带传动的结构尺寸 齿轮传动的传动效率高,适用的功率和速度范围广,使用寿命较长,是现代机器中应用最为广泛的机构之一本设计采用的是展开式两级直齿轮传动总体来讲,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2电动机的选择及传动比的分配
2.1电动机的选择
2.
1.1传动装置的总效率其中为工作机传动效率为了计算电动机所需功率需确定传动装置总功率ηa 设各效率分别为、η1(V带传动效率)、η2(滚动轴承)、η3(闭式齿轮传动效率)、(联轴器效率),查表得,,则传动装置的总效率为
2.
1.2工作机所需的输入功率工作机所需要的有效功率为=;电动机所需功率为
2.
1.3确定电动机转速查表2-1表2-2得所以电动机的转速为
2.
1.4确定电动机型号根据动力源和工作条件,选用Y系列三相异步电动机使电动机的额定功率P=(1~
1.3)P,由查表19-1得电动机的额定功率P=4KW,电机型号有三种,现将三种方案列表如下表1-1三种电动机的数据比较方案电动机型号额定功率(kw)同步转速(rmin-1)满载()传动装置传动比总传动比V带ⅠY132M2-
64100096061.13ⅡY132S-
47.
5100097030.
142.5ⅢY180L-
611100096020.
102.8由上表的性价比和整体传动比综合考虑,可知方案Ⅱ更好,装置结构紧凑,因此选用方案Ⅱ
2.2计算总传动比及分配各级的传动比
2.
2.1总传动比
2.
2.2分配各级传动比假定高速轴则i=ia/i
02.3传动装置的运动和动力参数计算
2.
3.1各轴转速的计算
2.
3.2各轴输入P输出P’功率的计算=
5.82kW
2.
3.3各轴的输入T输出T’转矩的计算将各轴的运动和动力参数列于表2表1-2各轴的运动和动力参数轴名功率p/kw转矩T/NM转速r/min传动比i效率输入输出输入输出电动机Ⅰ轴Ⅱ轴Ⅲ轴滚筒轴
5.
585.
315.
044.
895.
85.
4185.
1514.
8964.
56137.
52529.
441509.
81464.
857.
3134.
77518.
851479.
661435.
5797038895.
831.
9331.
932.5i
00.
9124.05i
10.
912383.0i
20.912381i
30.921643V带设计
3.1确定带轮
3.
1.1确定计算功率Pca由表8-7查得工作情况系数,故
3.
1.2选取v带带型根据、由图8-11选用A型
3.
1.3确定带轮的基本直径dd1并验算带速v初选小带轮的基准直径由表8-6和表8-8,取小带轮的基准直径;验算带速v;按式8-13验算带的速度;因为5m/sv25m/s故带速合适;计算带轮的基准直径;根据式8-15a,计算大带轮的基准直径;根据表8-8取350mm.
3.2确定v带的中心距和基准长度根据式8-20初定中心距;由式8-22计算带所需的基准长度由表8-2选带的基准长度;按式8-23计算实际中心距由式8-24得中心距的变化范围为473-554mm
3.3验算小带轮上的包角
3.4计算带的根数计算单个v带的额定功率由,查表8-4a得根据查表8-5得,表8-2得,于是计算v带的根数z所以取4根
3.5计算单根v带初拉力的最小值由表8-3得A型带的单位长度质量所以应使带的初拉力
3.6计算压轴力压轴力的最小值为4齿轮的设计
4.1高速级齿轮传动的计算设计
4.
1.1选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数
(1)按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动
(2)输送机为一般工作机械,速度不高,故选用8级精度
(3)材料选择选则小齿轮材料为40Cr,调质处理,平均硬度为280HBS大齿轮材料为45钢,调质,硬度为240HBS,二者硬度差为40HBS
(4)选小齿轮齿数,则
(5)初选螺旋角
4.
1.2按齿面接触疲劳强度设计(1确定公式内的各项数值
①试选载荷系数
②查表10-30选取区域系数
③查表10-6选取材料的弹性系数(大小齿轮均采用锻造)为
④由图10-26查得;,;
⑤小齿轮传递的转矩
⑥表10-7选取齿宽系数
⑦查图10-21d,按齿面硬度查取齿轮的接触疲劳强度极限小齿轮的接触疲劳强度极限大齿轮接触疲劳强度极限
⑧由式10-13计算应力循环次数
⑨查图10-19得接触疲劳寿命系数⑩计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数为S=1,,2计算
①计算小齿轮分度圆直径
②计算圆周速度v==
③计算齿宽b及模数=
④齿高
⑤计算纵向重合度
⑥计算载荷系数K查表10-2得使用系数;根据、8级精度,查图10-8得动载系数;查表10-3得;查表10-4调质小齿轮支承非对称布置、8级精度利用插值法计算得查表10-13根据、得故载荷系数
⑦按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径
⑧计算模数
4.
1.
3、按齿根弯曲疲劳强度设计
(1)确定计算参数
①计算载荷系数
②根据纵向重合度
2.061,查图10-28得螺旋角影响系数
③计算当量齿数,
④查取齿数系数及应力校正系数查表10-15得,
⑤查图10-21C按齿面硬度查得齿轮的弯曲疲劳强度极限
⑥查图10-18得弯曲疲劳寿命系数
⑦计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数
⑧计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大
(2)按小齿轮计算;=对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关故可取由弯曲强度算得的模数并就近圆整为标准值,而按接触强度算得的分度圆直径=
73.13mm来计算应有的齿数于是有,取
4.
1.4几何尺寸计算
(1)中心距计算将中心距圆整为188mm,a=188
(2)按圆整后的中心距修正螺旋角因为螺旋角变化不大,所以无需修正
(3)计算大、小齿轮的分度圆直径
(4)计算齿轮宽度,圆整后取
4.2低速级齿轮传动的设计低速级齿轮传动的设计过程与高速级的相同,此处从略将计算所得齿轮的参数列表如下表4-1高速级低速级大小大小
2.04z146367525i
4.
053.0d
300.
974.
2309103302.
976.
2311105296.
970.230799a188206B7570105110(齿顶圆直径齿根圆直径,,)5轴的设计
5.1输出轴的设计
5.
1.1求输出轴上的功率,转速,转矩P=
5.049KW=
31.93/min=
1509.86N.m
5.
1.2求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为=309而F=F=F
5.
1.3初步确定轴的最小直径按式15-2初步估算轴的最小直径选取轴的材料为45刚调质处理,取,于是得根据联轴器的计算公式,查表14-1,取;则有,选用GL10联轴器,其公称转矩为半联轴器的孔径
5.
1.4轴的结构设计
(1)拟定轴上零件的装配方案
(2)初步选择深沟球轴承根据工作条件选用角接触球轴承参照工作要求,由轴承产品目录中初步选用0基本游隙组、标准精度等级的7212其尺寸为
5.
1.5轴的各段直径
5.
1.6轴上零件的周向定位齿轮,半联轴器与轴的轴向定位均采用平键连接根据由表14-24查得平键截面,键槽用键槽铣刀加工,;同样,齿轮与轴的联接,选用平键为滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的
5.2主动轴和中间轴的设计图5-
15.
2.1主动轴高速轴的相关参数选取轴的材料为45刚调质处理,取,于是得选取各段轴径尺寸如下
5.
2.2中间轴的相关参数选取轴的材料为45刚调质处理,取,于是得选取各段轴径尺寸如下6箱体的设计及其附件的选择
6.1箱体的设计箱座壁厚,而,取箱盖壁厚,取箱座、箱盖、凸缘的厚度b=b1=取b=b1=12箱底座凸缘的厚度b2=
2.5,b2=20mm箱座、箱盖的肋厚取m=8mm地脚螺钉的直径取df=18mm;数目n=6轴承旁联接螺栓的直径,d1=16;箱盖、箱座联接螺栓的直径,取d2=10mm,间距l=150~200mm轴承盖螺钉的直径,取d3=8mm;窥视孔盖板螺钉的直径,d4=6mm;定位销直径d=10mm轴承旁凸台的半径至箱外壁的距离至凸缘边缘的距离外箱壁到轴承座端面的距离=48mm齿轮顶圆与内箱壁距离,取=10mm齿轮端面与内箱壁距离,取=10mm轴承盖外径(其中,D为轴承外径,为轴承盖螺钉的直径)高速轴中间轴低速轴
6.2联轴器的选择所以联轴器的计算转矩查表14-1,取,则,查标准GB/T5014-1995,选用GL10型弹性联轴器,其公称转矩为1250,半联轴器的孔径半联轴器的长度,半联轴器与轴配合的毂孔长度
6.3轴承的选择高速轴滚动轴承6208GB/T294,d=40mmD=80mmB=18mm;中间轴滚动轴承6208GB/T294,d=40mmD=80mmB=18mm;低速轴滚动轴承6013CGB/T294d=65mmD=100mmB=18mm
6.4润滑方式的选择
6.
4.1高速级齿轮的圆周速v==所以,轴承采用脂润滑;高速级小齿轮处用封油盘
6.
4.2滚动轴承的润滑采用脂润滑,并在靠近箱体内壁处加封油板
6.
4.3齿轮的润滑因齿轮的圆周速度12m/s,所以采用浸油润滑的润滑方式高速齿轮浸入油里约为
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
6.
4.4密封方式选取选用凸缘式端盖,易于调整轴承间隙,采用端盖安装毡圈油封实现密封轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承外径决定
6.5减速器附件的选择
6.
5.1通气器由于在外界使用,有粉尘,选用通气室采用M
161.
56.
5.2油面指示器选用油标尺,规格M
126.
5.3起吊装置采用箱盖吊耳,箱座吊钩
6.
5.4放油螺塞装置选用外六角细牙螺塞及垫片M
161.
56.
5.5窥视孔及视孔盖选用板结构的视孔盖
6.
5.5键的选择选普A型通平键,铸铁键,所有齿轮与轴的联接中可采用此平键7校核
7.1键的强度校核键,L=90mm连接强度计算,根据式查表得,因为,故键槽的强度足够其它键的验算方法同上,经过计算可知它们均满足强度要求
7.2轴承的强度校核
7.
2.1输出轴轴承的校核轴上齿轮受力情况如图所视切向力径向力轴向力图7-1所以,同理,取同理
7.
2.2主动轴和中间轴轴承的校核主动轴和中间轴轴承的校核同输出轴相同,其验算方法同上,经过计算可知它们均满足强度要求
7.3轴的校核图7-2输出轴
(1)在垂直面上左侧右侧弯矩
(2)在水平面上左侧右侧弯矩
(3)总弯矩M
(4)扭矩画出剪力图、弯矩图和扭矩图图7-3根据以上计算,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取,轴的计算应力,因选定45钢,调质处理,由表15-1查得因此,故安全
3.轴的刚度校核对于一般传动轴,,则,所以满足刚度要求YM60L-6型电动机.参考资料
[1]《机械设计》,高等教育出版社,濮良贵,纪名刚主编,2006年5月第八版;
[2]《简明机械零件设计实用手册》,机械工业出版社,胡家秀主编,2006年第1版;
[3]《机械设计课程设计》,机械工业出版社,陆玉主编,2008年6月第四版;
[4]《机械设计课程设计手册》,国防工业出版社,张龙主编2006年5月第一版。