机械设计课程设计说明书.doc
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1、一 传动方案设计1.1 课程设计的原始数据已知条件:运输带的扭矩:T=380Nm;运输带的工作速度:v=0.35m/s;卷筒直径:D=360mm;使用寿命:10年(轴承的寿命为3年以上),每年工作日300天,两班制,每班8小时。1.2 课程设计的工作条件 设计要求:1误差要求:运输带速度允许误差为带速度的5%;2 工作情况:连续单向运转,载荷平稳;3制造情况:小批量生产1.3 课程设计的设计内容带式输送机由电动机驱动。电动机通过连轴器将动力传入减速器,再经连轴器将动力传至输送机滚筒,带动输送带工作。传动系统中采用两级展开式圆柱斜齿轮减速器,其结构简单,但齿轮相对轴承位置不对称,因此要求轴有较大
2、的刚度,高速级和低速级都采用斜齿圆柱齿轮传动。带传动平稳、吸震且能器过载保护作用,故在高速级布置一级带传动。在带传动和运输带之间布置一台二级斜齿轮减速器,轴端连接选择弹性柱销联轴器。设计带式运输机的传动机构,其传动转动装置图如下图1-1所示。图1-3 双击斜齿圆柱齿轮减速器1-电动机;2-传动带;3-减速器;4-联轴器;5-卷轴;6-运输带二. 电动机的选择2.1 选择电动机的类型按按照设计要求以及工作条件,选用一般Y型全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,电压为380V。2.2选择电动机的容量2.2.1工作机所需的有效功率运输带扭矩计算公式:式中:P工作机所需的有效功率(KW) T运输带所需扭矩
3、(Nm) n运输带的转动速度(r/min)2.2.1电动机的输出功率卷筒轴工作的转速, 传动装置总效率,其中,根据文献查得 传动装置总效率v带效率, 滚动轴承(一对)效率, 齿轮传动效率, 联轴器效率, 卷筒效率,P=0.76Kw故: 因载荷平稳,电动机的功率稍大于即可,根据文献表8-53所示Y系列三相异步电动机的技术参数,可选择电动机的额定功率。 .2.3确定电动机的转速查1得按推荐的传动比合理范围,V带传动比i=2-4,二级圆柱斜齿轮传动比i=8-40,则总传动比i=16-160,已知工作转速n=19.11r/min,电动机转速范围为=(16-160)19.11=305.76-3057.6
4、r/min符合这一范围的同步转速的只有1500r/min,再由3.2中的电动机的额定功率,可根据文献中表19-1查得,可选取Y90S-4型号的电动机,其数据列于表1中。表2-3 电动机型号电动机型号额定功率/Kw满载转速/(r/min)堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y802-40.7513902.22.2Y90S-41.114002.22.2Y90L-41.514002.22.2三 确定总传动比及分配各级传动比3.1传动装置的总传动比式中:总传动比 电动机的满载转速(r/min)3.2 分配传动比带传动的传动比取为i1=3,则减速器的总传动比为则双级斜齿圆柱齿轮减速器高速级的传动比为低速级传
5、动比为3.3 各轴的转速计算3.4 各轴输入功率计算3.5 各轴输入扭矩计算 将结果列入表3-1中表3-5 各轴运动与力学参数轴号转速n/(r/min)功率P/kw扭矩T/(N.m)I466.671.0721.9II83.331.03118.04III19.110.96479.75IV19.110.89444.77四 V带传动的设计计算4.1 电动机所需功率Pca和满载转速n 由文献【1】表8-7查得工作情况系数KA=1.2,故 Pca=KAP1=1.32kw nm=140 0r/min 4.2 带轮基准直径dd1、dd2;由文献【1】中图8-11得基准直径dd1=50-71mm,且V带带型为
6、Z;得 dd2=idd1=150-213mm;取dd1=63mm,得dd2=189mm4.3 验算带速 验算得v在5-25m/s内。4.4 中心距a和带的基准长度Ld 由文献【1】中式8-20得得;取 由文献【1】式8-22计算所需的基准长度由表8-2选带的基准长度Ld=1120mm。按式8-23计算实际中心距a。4.5 小带轮包角1由文献【1】式8-7计算轮包角1为4.6 带的根数Z 单根V带的额定功率Pr:由文献【1】中表8-4a得P0=0.25kw优表8-4b查的P0=0.03kw;查表8-5得K=0.96;查表8-2得KL=1.11;于是:V带的根数Z为:取4根4.7单根v带初拉力由文
7、献【1】中表8-3得Z型带的单位长度质量q=0.10kg/m,所以单根v带的初拉力的最小值(F0)min为:应使带的实际初拉力F0(F0)min。4.8轴压力Fp;轴压力的最小值为五.齿轮传动的设计计算斜齿圆柱齿轮减速器的设计选用标准斜齿圆柱齿轮传动。标准结构参数压力角,齿顶高系数,顶隙系数。5.1高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算5.1.1选择齿轮材料及热处理方式:由于软齿面齿轮用于齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高,载荷不大的中低速场合。根据设计要求现选软齿面组合:根据1P102表8-1得:小齿轮选择45钢调质,HBS=217255;大齿轮选择45钢常化,HBS=162217;此时两齿轮最小硬度差
8、为217-162=55;比希望值略小些,可以初步试算。5.1.2 齿数的选择:现为软齿面齿轮,齿数以比根切齿数较多为宜,初选=24=5.278924=126.7249取大齿轮齿数=127,则齿数比(即实际传动比)为=/=127/24=5.2917。与原要求仅差(5.2917-5.2789)/5.2917=0.2166%,故可以满足要求。5.1.3 选择螺旋角: 按经验 ,81,按1计算得:Y1-110.9981计算齿形系数与许用应力之比值:Y/=2.7380/148.9744=0.0184Y/=2.1424/137.1795=0.0156由于Y/较大,用小齿轮的参数Y/代入公式,计算齿轮所需的
9、法面模数:5.1.11 决定模数由于设计的是软齿面闭式齿轮传动,其主要失效是齿面疲劳点蚀,若模数过小,也可能发生轮齿疲劳折断。所以对比两次求出的结果,按接触疲劳强度所需的模数较大,齿轮易于发生点蚀破坏,即应以mn1.3693mm为准。根据标准模数表,暂定模数为:m=2.0mm5.1.12 初算中心距:2.0(24+127)/2cos12=154.9719mm标准化后取 a=155mm5.1.13 修正螺旋角 按标准中心距修正:5.1.14计算端面模数:5.1.15 计算传动的其他尺寸: 5.1.16 计算齿面上的载荷:5.1.17 选择精度等级 齿轮的圆周转速:1.2039 m/s对照1P10
10、7表8-4,因传送清洁机为一般通用机械,故选齿轮精度等级为8级是合宜的。5.1.18齿轮图: 5.2低速级斜齿圆柱齿轮的传动设计计算5.2.1 选择齿轮材料及热处理方式:由于软齿面齿轮用于齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高,载荷不大的中低速场合。根据设计要求现选软齿面组合:根据1P102表8-1得:小齿轮选择45钢调质,HBS=217255;大齿轮选择45钢常化,HBS=162217;此时两齿轮最小硬度差为217-162=55;比希望值略小些,可以初步试算。5.2.2 齿数的选择:现为软齿面齿轮,齿数以比根切齿数较多为宜,初选=31=4.0617231=125.9126取大齿轮齿数z=126,则齿数
11、比(即实际传动比)为=z/z1=126/31=4.0645。与原要求仅差(4.0645-4.0617)/4.0645=0.5343%,故可以满足要求。5.2.3选择螺旋角: 按经验 ,81,按1计算得:Y1-110.9984计算齿形系数与许用应力之比值:Y/=2.597/148.9744=0.0172Y/=2.177/137.1795=0.0156由于Y/较大,用大齿轮的参数Y/代入公式计算齿轮所需的法面模数:5.2.11 按接触强度决定模数值:取m=2.0mm5.2.12 初算中心距:a=m(z1+ z)/2cos=2.0(231+126)/2cos11=159.9385 mm标准化后取 a
12、=160 mm5.2.13 修正螺旋角:按标准中心距修正:5.2.14 计算端面模数:5.2.15计算传动的其他尺寸:5.2.15 计算齿面上的载荷:齿轮的主要参数高速级低速级齿数2412731130中心距155160法面模数2.02.0端面模数2.05302.0382螺旋角法面压力角端面压力角齿宽b52446860齿根高系数标准值11齿顶高系数0.97420.9813齿顶系数标准值0.250.25当量齿数2613833134分度圆直径5026164257齿顶高2.02.0齿根高2.52.5齿全高4.54.5齿顶圆直径5426568261齿根圆直径4525659252基圆直径462455924
13、1六.轴的结构设计和计算轴是组成机械的主要零件,它支撑其他回转件并传递转矩,同时它又通过轴承和机架连接。所有轴上零件都围绕轴心做回转运动,形成一个以轴为基准的组合体轴系部件。6.1轴的材料选取轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范(如调质、正火、淬火等),以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45钢是轴类零件的常用材料,它价格便宜经过调质(或正火)后,可得到较好的切削性能,而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能,淬火后表面硬度可达4552HRC。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件,这类钢经调质和淬火后,具有较好的综合机械性能。轴承钢GCr15
14、和弹簧钢65Mn,经调质和表面高频淬火后,表面硬度可达5058HRC,并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能,可制造较高精度的轴。精密机床的主轴(例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴)可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后,不仅能获得很高的表面硬度,而且能保持较软的芯部,因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较,它有热处理变形很小,硬度更高的特性。45钢是轴类零件的常用材料,它价格便宜经过调质后,可得到较好的切削性能,而且能够获得较高的强度和韧性等综合机械性能,调质后表面硬度可达220-240HBS。根据传动轴的制造材料(45钢),毛坯类型可采用型材和锻件,现选用锻件;毛坯采用自由锻造。6
15、.2 轴的结构设计 高速轴:6.2.1 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45号钢调质处理。按扭转强度法估算轴的直径,由1P207表122,取A=112考虑到该轴段截面上有一个键槽,增大5%,即dmin =11.21(1+5%)=11.77mm减速器高速轴外伸端用联轴器与电动机相连,外伸端轴径用电动机轴直径D估算:d=(0.81.2)D=0.838=30.4 mm圆整后 为了使所选的外伸端轴径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器:由于轴的转速较高且稍有冲击,为了减小进去载荷,缓和冲击,应选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器,由于弹性柱销联轴器结构简单、安装方便、耐久性好,故选用弹性柱销联
16、轴器。选择联轴器的型号:联轴器的计算转矩T=,查1P193表111,取=1.5,则T=1=1.521900=32850.256 N.mm由2P131表13-7选联轴器型号为HL3,联轴器的许用转矩T=630Nm,半联轴器的外孔径d=30mm,故取与输入轴相连处d1-2=30mm,半联轴器长度L=82mm(J型孔),与轴段连接处长度L=60mm.6.2.2 按轴向定位要求确定轴的各段直径和长度1) 考虑联轴器的定位要求,12轴段需定位轴肩,取轴肩高度h=2.25mm (h0.07d),则d=34.5mm;联轴器左端用螺栓紧固轴端挡圈定位,由3P207表7-6按轴端直径取挡圈直径D = 38 。半
17、联轴器与轴配合长度L=60mm,为了保证轴端挡圈压紧半联轴器,故1-2轴段的长度应比L略短一些,故L1-2=58mm2) 轴段2-3的直径需对1-2轴段有定位轴肩,故d2-3=35mm。轴承端盖的总宽度为38mm(由减速器及轴承端盖的结构设计决定)。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离L=18mm,故取L=56mm。3) 初步选择滚动轴承,由于主要承受径向载荷,所以选用深沟球轴承,故选择深沟球轴承,取安装轴承段直径d=d=35mm,由3P252表8-23选取6207型深沟球轴承,其尺寸为,其内径,外径,宽度,安装尺寸,。4) 对4-5段,由中间
18、轴可知 L=89 mm,由轴肩定位可得d=42mm。 5) 取安装齿轮处的轴段5-6的直径,由于高速级齿轮df1=44.2715,则取d5-6=44mm,由于高速轴为齿轮轴,所以齿轮的右端无须轴肩定位,L5-6=56mm。6) 取小齿轮距箱体内壁的距离=8 mm,考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置应距箱体内壁一段距离s,现取s=5mm,则 L=+s=8+5=13mm,右端轴承的轴肩定位从手册中查得6207型的安装尺寸,因此d6-7=42mm。6.3轴的结构设计中间轴:6.3.1初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为45号钢调质处理。按扭转强度法估算轴的直径,由1P207表122,取A=11
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