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机械设计基础课程设计计算说明书设计题目带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器系机械系专业材料成型及控制工程班级15-1设计者孙新凯指导教师2017年06月12日目录
一、设计任务书0
二、带式运输送机传动装置设计1
三、普通V带传动的设计4
四、斜齿圆柱齿轮传动设计6
五、滚动轴承和传动轴的设计10
六、轴键的设计18
七、联轴器的设计18
八、润滑和密封19
九、设计小结20
十、参考资料20一.设计任务书一.设计题目设计带式输送机传动装置二.工作条件及设计要求
1.工作条件两班制,连续单项运转,载荷较平稳室内工作,有粉尘,环境最高温度35℃;
2.使用折旧期8年;
3.检查间隔期四年一次大修,两年一次中修半年一次小修;
4.动力来源电力,三相交流,电压380/220V
5.运输带速允许误差为5%
6.制造条件及批量生产一般机械厂制造,小批量生产三.原始数据第二组选用原始数据运输带工作拉力F=2200N运输带工作速度V=
1.1m/s卷筒直径D=240mm四.设计任务
1.完成传动装置的结构设计
2.完成减速器装备草图一张(A1)
3.完成设计说明书一份二.带式运输送机传动装置设计电动机的选择
1.电动机类型的选择按已知的工作要求和条件,选用Y型全封闭笼型三相异步电动机
2.电动机功率的选择=Fv/1000=2200*
1.1/1000=
2.42kw
3.确定电动机的转速卷筒工作的转速=60*1000/π*D=60*1000*
1.1/
3.14*240=
87.58r/min
4.初步估算传动比由《机械设计基础》表14-2,单级圆柱齿轮减速器传动比=6~20电动机转速的可选范围;=i∑·v=6~
2087.58=
525.48~
1751.6r/min因为根据带式运输机的工作要求可知,电动机选1000r/min或1500r/min的比较合适
5.分析传动比,并确定传动方案
(1)机器一般是由原动机,传动装置和工作装置组成传动装置是用来传递原动机的运动和动力,变换其运动形式以满足工作装置的需要,是机器的重要组成部分传动装置是否合理将直接影响机器的工作的性能、重量和成本合理的传动方案除满足工作装置的功能外,还要结构简单,制造方便,成本低廉,传动效率高和使用维护方便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两级传动,第一级传动为带传动,第二级传动为单级圆柱齿轮减速器选用V带传动是V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,还可以缓和和冲击振动齿轮传动的传动效率高,使用的功率和速度范围广、使用寿命较长由于本运输送机是在室内,考虑工作的背景和安全问题,固在齿轮区采用封闭式,可达到更好的效果故其方案示意图如下图所示
6.传动装置的总功率由图1可知由《机械设计手册》表1-5可知初选弹性联轴器、球轴承、8级齿轮精度查表可知=096*099*
0.97*
0.99*099*
0.99*
0960.
867.电动机所需的工作功率查《机械设计课程设计手册》表12-1可知符合同步转速1000r/minY132S-6和1500r/minY100L2-4适合,考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格比较,则选n=1500r/min即确定这里取Y100L2-4其额定功率,满载转速为1430r/min
8.分配传动比又考虑润滑条件为使两级大齿轮直径相近取i带=4则i齿=
4.
19.计算各轴的转速轴n1=nm=1430r/minⅡ轴nⅡ=nⅠ/i1=1430/4=
357.5r/minⅢ轴nⅢ=nⅡ/iⅡ=
357.5/
4.1=
87.2r/min卷筒轴nw=nⅢ=
87.2r/min
10.计算各轴的功率轴p1=pd=
2.81kwⅡ轴pⅡ=η3η
22.67×
0.99×
0.97=
2.56kwⅢ轴pⅢ=pⅡη3η2=
2.67×
0.99×
0.97=
2.56kwP卷=pⅢη4η2=
2.56×
0.99×
0.99=
2.51kw
11.计算各轴的转Td=
9.55×106×Pd/nm=
1.88×104N/mmT1=Td=
1.88×104N/mmTⅡ=
9.55×106×PⅡ/nⅡ=
7.13×104N/mmTⅢ轴=TⅡη3×η2×iⅡ=
2.82×105N/mm卷筒轴T卷=TⅢη4η2=
2.76×105N/mm
12.运动和动力参数计算结果列出表轴名参数Ⅰ轴Ⅱ轴Ⅲ轴卷筒轴转速n(r/min)
1430357.
587.
287.2输入功率P(kw)
2.
812.
672.
562.51输入转矩T
1.88×104N/mm
7.13×104N/mm
2.82×105N/mm
2.76×105N/mm传动比i
44.11效率
0.
950.
960.98三.普通V带传动的设计设计说明书步骤计算及说明结果
(1)计算功率查《机械设计基础》表7-8可知取则
(2)选择带型据和由图10-3可知选A型带A型
(3)确定带轮基准直径由《机械设计基础》表7-9可知,确定则查《机械设计基础》表取标准值
(4)验算带速V=
6.74因为5m/s﹤v﹤25m/s符合要求
(5)计算带长初定中心距初选V带中心距a0=750mm取带的基准长度由《机械设计基础》表7-3选取相近的
(6)确定中心距a=759mm
(7)验算包角≈160º>90º符合要求
(8)确定带的根数Z据和,查《机械设计基础》表7-5可知P0=
1.07查表7-6可知.由小轮包角查表7-7查表7-3可知.则有取Z=49单根V带的的初拉力由《机械设计基础》查表7-2得A型V带的单位质量长度q=
0.1kg/m所以
(10)作用在轴的力小带轮采用实心式dd1=75mm大带轮为轮辐式dd2=300mm由《机械设计基础》表7-2取单根带宽为13mm取带轮宽为52mm轮毂宽度48mm四.圆柱齿轮传动设计设计说明书步骤计算及说明结果
(1)选择齿轮齿轮类型材料和精度选用斜齿圆柱齿轮传动,小齿轮选用45钢调质处理,硬度为217~255HBS;大齿轮选用45钢正火,硬度为169~217HBS因为是普通减速器,有《机械设计基础》表9-1选用8级精度小齿轮选用45钢调质处理,硬度为230HBS;大齿轮选用45钢正火,硬度为190HBS2接触疲劳强度设计
①载荷系K
②小齿轮转矩
③齿数和齿宽系数
④许用接触应力初选螺旋角β=13º一般在8º~25º两齿轮均为刚质齿轮,由式9-3可求出值,先确定有关参数与系数;查表9-4取K=
1.2K=
1.2小齿轮齿数取.则大齿轮齿数为单级齿轮传动对称布置,由表9-8取齿宽系数由图9-6查得查表9-7查得安全系按预期寿命10年,单向运转,两班制工作,计算应
④许用接触应力
⑤分度圆直径由式(9-3)得d1≧[2KT1/ψd*u-1/uZEZHZε2]1/3
(3)几何尺寸计算查表8-
2.取标准模数m=
2.5mm.d1=mnZ1/cosβ=
2.5×24/
0.97=
61.86mmd2=mnZ2/cosβ=
2.5×98/
0.97=
252.58mmb2=ψd×d2=1×
61.86=
61.86mmb1=b2+5~10=
66.86~
71.86mm圆取整b1=70mmb2=65mm则m=
2.5d1=
61.86mmd2=
252.58mmb2=65mmb1=70mm
(3)几何尺寸计算取a=157mm
(4)按齿根弯曲疲劳强度校核
①许用弯曲应力
②齿形系数及应力修正系数
③强度校核
④齿轮圆周速度根据式如查得由表9-7查得YFs1=
4.15YFs2=
3.94重合度系数Yε按式(9-8)计算得Yε=
0.25+
0.75/
1.66=
0.7螺旋角系数Yβ=1-εβ*β/120º=1-1*
14.07º/120º=
0.88计算大小齿轮的YFS/[δF]并加以比较YFS1/[δF1]=
4.15/
433.5=
0.0096YFS2/[δF2]=
3.94/
324.6=
0.0121由表可知小齿轮较弱故代入大齿轮数据进行校核有δF1=2KT1/bd1mn*YFS1*Yβ*Yε=2*
1.2*
7.13*104*
4.15*
0.7*
0.88/70*
61.86*
2.5=
43.52[δF]2故弯曲强度足够可知选8级精度合适五.滚动轴承和传动轴的设计一.轴的结构设计
1.输出轴PⅢ=
2.56kwnⅢ=
87.2r/minTⅢ=
2.82*105N*mm2求作用在齿轮上的力低速大齿轮的分度圆直径d2=mZ2/cosβ=2*98/cos
14.07º=
252.28mm而切向力Ft=2TⅢ/d2=
2.82*105*2/
252.58=
2232.96Nα=20º径向力Fr=Fttanα/cosβ=
2232.96*
0.36/
0.97=
828.73N轴向力Fa=Fttanβ=
2232.96*
0.25=
558.24N
3.初步确定轴的最小直径材料45号钢正火处理查表12-1取抗拉极限δb=590MPa查表12-5取对称循环许用弯曲应力δ-1b=55MPa查表12-3取C=110代入下式Dmin=cPⅢ/nⅢ1/3=
33.93mm由于轴Ⅲ上有一个键槽故d=
1.05dmin所以d=
35.63mm输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径dⅠ-Ⅱ为了使所选轴直径dⅠ-Ⅱ与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号4联轴器的计算转矩Tca=KTⅢ《查机械设计基础》表10-113-1取K=
1.5则Tca=KTⅢ=423000N·mm计算转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件且结合dⅠ-Ⅱ查《查机械设计基础》表8-7选LX3型弹性柱销联轴器其工称转矩为1250000N·mm,半联轴器孔径dⅠ=38取半联轴器长度L=82mm与轴配合的毂孔长度LⅠ=60mm
5.轴的结构设计;径向尺寸的设计d1=38mmh=
0.07~1d2=d1+2h≥38×1+2×
0.07=
43.32mm所以d2处将安装密封毡圈,标准直径应取d2=45mmd3与轴承内径配合,取d3=50选轴承型号T210cd4与齿轮孔径配合按标准直径系列取d4=53mmd5=60mm6.轴的强度校核
1.齿轮受力大齿轮d2=
252.58mm转矩T3=
9.55*106*PⅢ/nⅢ=
280366.97N·m切向力Ft=2T3/d2=2220N径向力Fr=
823.92N轴向力Fa=555N
2.轴的受力简图
3.计算支撑反力水平面FH1*100+Fa*d2/2+Fr*55=0FH2+FH1=Fr得FH1=1154NFH2=-330N
4.绘制弯矩图Frb截面(MH1)max=FH1*45=51930N·mm(MH2)max=-MHb+Fa*d2/2=51930+555*
126.29=18161N·mmFt垂直方向FZ=0Ft-Fv2-Fv1=0Mb=055Fv2=45Fv1Fv1=1221NFv2=999N(Mv1)max=45Fv1=1221*45=54945(Mv2)max=55Fv2=999*55=
549455.大齿轮轴轴承寿命校核
1.轴承径向载荷FH1=1154NFH2=-330N齿轮轴向力Fa=-555N
2.派生轴向力大小
①选轴承代号为7010C由《机械设计基础》表11-9额定静载为22000NFa/cor=555/22000=
0.253取e=
0.4Fda=
0.4*FH1=
0.4*1154=
461.6N向右Fdc=
0.4*FH2=
0.4*330=132N向左
②因齿轮轴向力向左且FatFDCfda所以A轴承压紧C放松则轴向力为;Fa1=555+132=687N向左Fa2=
461.6N向右因Fa1/cor=687/22000=
0.031Fa2/cor=
461.6/22000=
0.021查表e1=
0.43e2=
0.40所以Fda`=e1·FH1=
0.43*1154=
496.22N
③当量动载荷的求解Fa1/FH1=687/1154=
0.595e1径向x=
0.44轴向Y=
1.3Fa1/FH1=
461.6/330=
1.398e2x=
0.44Y=
1.4P=fP(xFr+YFa)由《机械设计基础》表11-8取fP=
1.2Pra=
1.2*
0.44*1154+
1.3*687=
1681.032Prc=
1.2*
0.44*330+
1.4*
461.6=
949.28故只需对A轴承进行校核
④检验A轴承的寿命基本额定动载
26.5kw由Lh=106/60n*c/Pra3=106/60*
87.2*26500/
1681.0323=
748171.06≈128年8年六.轴键的设计
1.带轮与输入轴间键轴径d=25轮毂长度L=35mm查《机械设计课程设计手册》表4-1选择A型平键b=8h=7L=28GB/T/1095-
20033.输出轴与齿轮间键的选择轴径d=63轮毂长度L=70mm小型平键;b=18h=11L=56GB/T/1096-
20033.输出轴与联轴器间键的选择d=38L=59A型平键b=10h=8L=50mmGB/T/1096-2003七.联轴器的设计
(1)类型选择由于两轴相对位移很小,运转平稳,且结构简单,对缓冲要求不高,故选用弹性柱销联
(2)载荷计算由可知其中为工作情况系数,由课本表5-2得计算转矩
(3)型号选择根据,轴径d,轴的转速n,查标准GB/T5014-2003,选用HL2型弹性柱销联,其额定转矩许用转速[n]=5600r/min因为故符合要求八.润滑和密封
1.密封由于选用的电动机为低速,常温,常压的电动机则可以选用毛毡密封毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙,达到密封的目的毛毡具有天然弹性,呈松孔海绵状,可储存润滑油和遮挡灰尘轴旋转时,毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑2.润滑1对于齿轮来说,由于传动件的的圆周速度v12m/s采用浸油润滑,因此机体内需要有足够的润滑油,用以润滑和散热同时为了避免油搅动时泛起沉渣,齿顶到油池底面的距离H不应小于30~50mm对于单级减速器,浸油深度为一个齿全高,这样就可以决定所需油量,单级传动每传递1KW需油量V0=
0.35~
0.7m32对于滚动轴承来说,由于传动件的速度不高,且难以经常供油,所以选用润滑脂润滑这样不仅密封简单,不宜流失,同时也能形成将滑动表面完全分开的一层薄膜九.设计小结机械设计课程设计是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练,是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性环节 1通过这次机械设计课程的设计,综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论,结合生产实际知识,培养分析和解决一般工程实际问题的能力,并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展 2学习机械设计的一般方法,掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程 3进行机械设计基本技能的训练,如计算、绘图、熟悉和运用设计资料(手册、图册、标准和规范等)以及使用经验数据,进行经验估算和数据处理等参考资料1鲍莉主编、机械设计基础、河南科学技术出版社3吴宗泽高志清华大学罗圣国李威北京科技大学主编、机械设计课程设计手册(第四版)、高等教育出版社。