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机械设计课程设计计算说明书设计题目设计带式输送机中的传动装置专业年级学号学生姓名指导教师机械工程系完成时间年月日机械设计课程设计任务书学生姓名学号专业任务起止时间201年月日至年月日设计题目设计带式输送机中的传动装置传动方案如图1所示1—输送胶带;2—传动滚筒;3—两级圆柱齿轮减速器;4—V带传动;5—电动机图1带式输送机减速装置方案原始数据表2-1滚筒直径d/mm800传送带运行速度v/m/s
1.8运输带上牵引力F/N2200每日工作时数T/h24传动工作年限5单向连续平稳转动,常温空载启动
三、设计任务
1.减速器装配图1张(A0图纸)
2.低速轴零件图1张(A3图纸)
3.低速轴齿轮零件图1张(A3图纸)
4.设计说明书1份在三周内完成并通过答辩参考资料《机械设计》《课程设计指导书》《机械设计手册》《工程力学》《机械制图》指导教师签字目录TOC\o1-3\h\z\u
一、电机的选择
11.1选择电机的类型和结构形式
11.2电机容量的选择
11.3电机转速确定1
二、传动装置的运动和动力参数计算
22.1分配传动比及计算各轴转速
22.2传动装置的运动和动力参数计算2
三、V带传动设计
33.1确定计算功率
43.2选择普通V带型号
43.3确定带轮基准直径并验算带速
43.4确定V带中心距和基础长度
43.5验算小带轮包角
43.6计算V带根数Z
53.7计算压轴力5
四、设计减速器内传动零件(直齿圆柱齿轮)
54.1高速级齿轮传动设计计算
54.2低速级齿轮传动设计计算
74.3传动齿轮的主要参数9
五、轴的结构设计计算
95.1高速轴的计算(1轴)
95.2中间轴的计算(2轴)
115.3低速轴的计算(3轴)13
六、轴的强度校核
166.1高速轴校核
166.2中间轴校核
176.3低速轴校核19
七、校核轴承寿命
207.1高速轴
207.2中间轴
207.3低速轴21
八、键连接的选择和计算21
九、箱体的设计22
十、心得体会22
一、电机的选择
1.1选择电机的类型和结构形式依工作条件的要求,选择三相异步电机封闭式结构U=380VY型
1.2电机容量的选择工作机所需的功率PW=Fv/1000=
3.96kWV带效率
10.96滚动轴承效率(一对)
20.99闭式齿轮传动效率(一对)3:
0.97联轴器效率
40.99工作机(滚筒)效率5w
0.96传输总效率=
0.825则,电动机所需的输出功率Pd=Pw/=
4.8kW
1.3电机转速确定卷筒轴的工作转速=
42.99r/minV带传动比的合理范围为2~4,两级圆柱齿轮减速器传动比的合理范围为8~40,则总传动比的合理范围为=16~160,故电动机转速的可选范围为=688~6878r/min在此范围的电机的同步转速有750r/min1000r/min1500r/min3000r/min依课程设计指导书表18-1Y系列三相异步电机技术参数(JB/T9616-1999)选择电动机型号Y132S-4额定功率Ped
5.5kw同步转速n1500r/min满载转速nm1440r/min
二、传动装置的运动和动力参数计算总传动比
33.
4962.1分配传动比及计算各轴转速取V带传动的传动比i0=3则减速器传动比i=i/i0=
11.165取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比
3.954则低速级传动比
2.
8242.2传动装置的运动和动力参数计算0轴(电动机轴)
4.8kW1440r/min
31.83Nm1轴(高速轴)
4.608kW480r/min
91.68Nm2轴(中间轴)
4.425kW
121.396r/min
348.107Nm3轴(低速轴)
4.249kW
42.99r/min
493.959Nm4轴(滚筒轴)
4.164kW
42.99r/min
925.010Nm以上功率和转矩为各轴的输入值,1~3轴的输出功率或输出转矩为各自输入值与轴承效率的乘积各轴运动和动力参数如下表表2-1各轴运动和动力参数轴名功率P/kW转矩T/Nm转速n/r/min传动比i效率输入输出输入输出0轴
4.
831.8314401轴
4.
6084.
56291.
6890.
76348030.962轴
4.
4254.
381348.
107344.
626121.
3963.
9540.963轴
4.
2494.
207943.
959934.
51942.
992.
8240.964轴
4.
1644.
122925.
010915.
76042.
9910.98
三、V带传动设计
3.1确定计算功率根据已知条件结合教材《机械设计》由表8-7得到工作情况系数KA=
1.3,故Pca=KAPd=
6.24kW
3.2选择普通V带型号已知Pca,nm,结合教材《机械设计》由图8-11确定所使用的V带为A型
3.3确定带轮基准直径并验算带速1结合教材《机械设计》由表8-8,初选小带轮直径dd1=100mm2验算带速
7.536m/s,满足5m/sv30m/s3计算大齿轮的基准直径300mm
3.4确定V带中心距和基础长度1根据,初定中心距a0=600mm2计算所需的带长=
1844.67mm由图/表8-2,对A型带进行基准长度Ld=1800mm3实际中心距578mm中心距的变化范围551~632mm
3.5验算小带轮包角160°120°合格
3.6计算V带根数Z由nm,dd1结合教材《机械设计》查图/表8-4a得P0=
1.31kW由nm,i0,A型带,查图/表8-4b得P0=
0.17kW已知1查表8-5得K=
0.95,已知Ld查表8-2得KL=
1.01则V带根数
4.39,取z=
53.7计算压轴力由教材《机械设计》表8-3,可知A型带单位长度质量q=
0.10kg/m单根V带的初拉力最小值=
140.78N压轴力的最小值=
1386.41N
四、设计减速器内传动零件(直齿圆柱齿轮)
4.1高速级齿轮传动设计计算1选择材料及确定许用应力由教材《机械设计》表10-110-20(c)10-21d确定以下参数表4-1高速级齿轮材料及许用应力齿轮热处理方式齿面硬度/MPa/MPa小齿轮调质280700600大齿轮调质240600500由p206,取安全系数SH=1,SF=
1.4则许用应力为700MPa600MPa
428.57MPa
357.14MPa2按齿面接触强度设计设齿轮按8级精度制造,由教材《机械设计》表10-7得载荷系数K=
1.3,由表10-7得齿宽系数Φd=1,由表10-6可得弹性系数ZE=
189.8小齿轮传递的(输入)转矩T1=91680Nmm注意单位换算小齿轮分度圆直径
58.315mm齿数取z1=24,z2=i1z1≈95,故实际传动比i1=z2/z1=
3.958齿宽58mm(圆整)取大齿轮齿宽b2=58mm,为补偿安装误差,取小齿轮齿宽b1=b2+5~10=65mm模数m=d1t/z1=
2.43,按表10-1,取标准模数m=
2.5,实际分度圆直径60mm,
2327.5mm,中心距
148.75mm3验算齿轮弯曲强度由教材《机械设计》图/表10-5,取齿形系数YFa1=
2.65YFa2=
2.19,应力修正系数YSa1=
1.58,YSa2=
1.785判断
114.718≦[σF1]判断
107.105≦[σF2]满足条件,安全4齿轮的圆周速度
1.5072m/s对照《机械设计基础课程设计指导书》表9-2可知,选着8级精度是合适的
4.2低速级齿轮传动设计计算1选择材料及确定许用应力由教材《机械设计》表10-110-20(c)10-21d确定以下参数表4-2低速级齿轮材料及许用应力齿轮热处理方式齿面硬度/MPa/MPa小齿轮调质280700600大齿轮调质240600500由表10-5,取安全系数SH=1,SF=
1.4则许用应力为700MPa600MPa
428.57MPa
357.14MPa2按齿面接触强度设计设齿轮按8级精度制造,由教材《机械设计》表10-7得载荷系数K=
1.3,由表10-7得齿宽系数Φd=1,由表10-6可得弹性系数ZE=
189.8小齿轮传递的(输入)转矩T2=348107Nmm注意单位换算小齿轮分度圆直径
92.726mm齿数取z1=24,z2=i1z1≈68,故实际传动比i1=z2/z1=
2.83齿宽93mm(圆整)取大齿轮齿宽b2=93mm,为补偿安装误差,取小齿轮齿宽b1=b2+5~10=100mm模数m=d1t/z1=
3.86,按表10-1,取标准模数m=4,实际分度圆直径96mm,272mm,中心距184mm3验算齿轮弯曲强度由教材《机械设计》图/表10-5,取齿形系数YFa1=
2.65YFa2=
2.312,应力修正系数YSa1=
1.58,YSa2=
1.746判断
106.115≦[σF1]判断
102.307≦[σF2]满足条件,安全4齿轮的圆周速度
0.61m/s对照《指导书》表9-2可知,选着8级精度是合适的
4.3传动齿轮的主要参数表4-3传动齿轮的主要参数高速级低速级齿数z24952468中心距a/mm
148.75184模数m/mm
2.54齿宽b/mm655810093分度圆直径d/mm
60237.596272齿顶高ha/mm
2.
52.544齿根高hf/mm
3.
1253.12555齿高h/mm
5.
6255.62599齿顶圆直径da/mm
65242.5104280齿根圆直径df/mm
53.
75231.2586262
五、轴的结构设计计算
5.1高速轴的计算(1轴)根据表15-1得,高速轴材料为45cr,热处理方式调质,许用弯曲应力[σ-1b]=60MPa1初估轴径初选轴径,根据扭转强度计算初估由表15-3得常数A0=
11023.378mm考虑到键槽的作用,轴径增加3%为
24.08mm,圆整后暂取d1=25mm2轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求,确定轴的结构如下图(结构草图标注轴段,用充分的文字说明支撑计算结果)表5-1高速轴径向尺寸确定轴段直径d/mm确定方法说明d1=2525mm初选直径d2=30d1+3~4*
1.6定位轴肩d3=35由6407轴承确定轴承选定d4=45低于轴承内圈定位轴肩d5=65da尺度圆直径d6=45d4同轴d7=35d3定位轴肩3轴的轴向尺寸设计轴的结构图如下(结构草图标注轴段长度及支撑点距离,表格内用充分的文字说明支撑计算结果)经验值的计算与选取轴承端盖至箱外传动件间的距离L=12箱座壁厚=8联接螺栓至外箱壁的距离C1=20;至凸缘边距离C2=18轴承座宽度L=C1+C2++5~10=54齿轮至机体内壁的距离2=10大齿轮齿轮端面的距离3=10轴承内侧至箱体内壁的距离4=5(指导书38页图5-12)表5-2高速轴轴向尺寸确定轴段长度L/mm确定方法说明L1=60表9-8L2=
69.2L2=l’+e+L-δ4-BB轴承宽L3=25B轴承宽L4=118δ2+δ4+小齿轮齿宽+δ3+另一个小齿轮齿宽-齿宽差+δ2+δ4-L5-L6L5=65B1低速轴齿宽L6=15δ4+δ2L7=25B轴承宽l1=60L7+L5/2+L6《指导书》图5-17l2=163L5+L3/2+L4《指导书》图5-17l3=
111.7L3+L1/2+L2《指导书》图5-
175.2中间轴的计算(2轴)根据表15-1得,中间轴材料为45Cr,热处理方式调质,许用弯曲应力[σ-1b]=60MPa1初估轴径初选轴径,根据扭转强度计算初估由表15-3得常数A0=
11036.5mm2轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求,确定轴的结构如下图(结构草图标注轴段,用充分的文字说明支撑计算结果)表5-3中间轴径向尺寸确定轴段直径d/mm确定方法说明d1=45由轴6409确定6409d2=56低于轴承内圈定位轴肩d3=62d2+(3~4)*
1.6定位轴肩d4=56d2同轴d5=45d164093轴的轴向尺寸设计轴的结构图如下(结构草图标注轴段长度及支撑点距离,表格内用充分的文字说明支撑计算结果)经验值的计算与选取轮毂宽度与轴段长度之差=2mm(指导书38页图5-10)齿轮至机体内壁的距离2=10大齿轮齿轮端面的距离3=10轴承内侧至箱体内壁的距离4=5(指导书38页图5-12)表5-4中间轴轴向尺寸确定轴段长度L/mm确定方法说明L1=46B+δ4+δ2+δB轴承宽L2=56B中速轴大齿轮-δB中速轴大齿轮L3=
6.5δ3-齿宽差/2L4=98B(中速轴小齿轮)-δB中速轴小齿轮L5=51B+δ2+δ4+δl1=62B大/2+齿宽差/2+δ2+δ4+B/2《指导书》图5-17l2=
85.5B大/2+L3+B小/2《指导书》图5-17l3=
79.5B小/2+δ2+δ4+B/2《指导书》图5-
175.3低速轴的计算(3轴)根据表15-1得,低速轴材料为45Cr,热处理方式调质,许用弯曲应力[σ-1b]=60MPa1初估轴径初选轴径,根据扭转强度计算初估由表15-3得常数A0=
11050.86mm考虑到键槽的作用,轴径增加3%为
57.5mm,圆整后暂取d1=60mm2轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求,确定轴的结构如下图(结构草图标注轴段,用充分的文字说明支撑计算结果)表5-5低速轴径向尺寸确定轴段直径d/mm确定方法说明d1=6060mm初选轴径d2=65d1+(3~4)*
2.5定位轴肩d3=70轴承6414轴承选定d4=85低于轴承内圈d5=90d4+(3~4)*
2.5定位轴肩d6=85d5-(3~4)*
2.5定位轴肩和键槽d7=70d3轴承选定表5-6所选用联轴器的主要参数型号公称转矩Tn/Nm许用转速n/mm轴孔直径d/mm轴孔长度L/mm轴孔长度L1/mmHL52000355060142107DD1D2bA25016653轴的轴向尺寸设计轴的结构图如下(结构草图标注轴段长度及支撑点距离,表格内用充分的文字说明支撑计算结果)经验值的计算与选取轴承端盖至箱外传动件间的距离L=12箱座壁厚=8联接螺栓至外箱壁的距离C1=20;至凸缘边距离C2=18轴承座宽度L=C1+C2++5~10=54齿轮至机体内壁的距离2=10大齿轮齿轮端面的距离3=12轴承内侧至箱体内壁的距离4=5(指导书38页图5-12)表5-7低速轴轴向尺寸确定轴段长度L/mm确定方法说明L1=105表9-8L2=
30.2L’+e+L-δ4-BB轴承宽L3=42BB轴承宽L4=75δ2+δ4+B大+δ3-L5B中间轴大齿轮齿宽L5=
121.4*hh=
0.1d4轴肩高度L6=91B大-δB低速大齿轮齿宽L7=59B+δ+δ2+δ4B轴承宽l1=
103.7L1+L3/L2《指导书》图5-17l2=
151.5L3+L6+L4+L5《指导书》图5-17l3=
83.5L6/2+L7-B/2B轴承宽
六、轴的强度校核
6.1高速轴校核轴的受力分析如下图:1齿轮的受力3056N;1112N2水平面内轴承约束力3竖直面内轴承约束力4弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图竖直面内弯矩图扭矩图5合成弯矩(考虑最不利的情况下)带轮的压轴力FP在支点产生的反力弯矩图合成弯矩
1.77*10∧5Nmm(注意单位换算)6按第三强度理论校核
6.75MPa满足强度要求
6.2中间轴校核轴的受力分析如下图1齿轮的受力大齿轮2931N;
1066.8N小齿轮7252N;
2639.5N2水平面内轴承约束力3竖直面内轴承约束力4弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图竖直面内弯矩图扭矩图最危险截面的合成弯矩452392Nmm(注意单位换算)5按第三强度理论校核
28.37MPa满足强度要求
6.3低速轴校核轴的受力分析如下图1齿轮的受力
6940.9N;
2526.3N2水平面内轴承约束力3竖直面内轴承约束力4弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图竖直面内弯矩图扭矩图最危险截面的合成弯矩397584Nmm(注意单位换算)5按第三强度理论校核
11.268MPa满足强度要求
七、校核轴承寿命表7-1所选用的轴承主要参数轴名称轴承代号d/mmD/mmB/mmCr/kN高速轴
6407351002556.8中间轴
6409451202977.5低速轴64147018042140轴承设计要求寿命43800h
7.1高速轴根据轴的受力情况可知,高速轴上所受径向力大的轴承作用在轴段d7,3071N127136h>满足要求
7.2中间轴根据轴的受力情况可知,中间轴上所受径向力大的轴承作用在轴段d5,
5693.9N
200343.95h>满足要求
7.3低速轴根据轴的受力情况可知,低速轴上所受径向力大的轴承作用在轴段d7,4762N5701032h>满足要求
八、键连接的选择和计算本设计减速器共需键5个表8-1键的主要参数轴名安装直径d/mm类型h/mmb/mm轮毂长度/mm键长L/mm高速轴25平键
7837.5~5051中间轴56平键101684~
11247.656平键101684~
11283.3低速轴85平键
1422127.5~
17077.3560平键111890~
12089.25
九、箱体的设计表9-1铸铁减速器箱体的主要结构尺寸(mm)名称符号尺寸机座壁厚8机盖壁厚18机座凸缘厚度b12机盖凸缘厚度b112机座底凸缘厚度b220地脚螺钉直径df20地脚螺钉数目n4轴承旁联接螺栓直径d114盖与座联接螺栓直径d210连接螺栓d2的间距l180轴承端盖螺钉直径d38窥视孔盖螺钉直径d48定位销直径d8dfd1d2至外机壁距离C120dfd2至凸缘边缘距离C218轴承旁凸台半径R118凸台高度h64外机壁与轴承座端面距离l145大齿轮端面圆与内机壁距离110齿轮端面与内机壁距离210机盖,机座筋厚m1m
6.
86.8轴承端盖外径D2222轴承旁联接螺栓距离s222F。