机械设计课程设计带式运输机传动装置的设计.doc
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1、武汉工程大学机械设计课程设计 武汉工程大学 机械设计课程设计说明书课题名称: 带式运输机传动装置的设计 专业班级: 机械电子工程03班 学生学号: 学生姓名: 学生成绩: 指导教师: 课题工作时间: 2014-12-22 至 2015-1-12 武汉工程大学教务处 目 录一、设计任务书 2二、传动方案的分析与拟定 2三、电动机的选择与计算 4四、传动比的分配 4五、传动装置的运动及动力参数的选择和计算 5六、传动零件的设计计算和轴系零部件的初步选择 6七、联轴器的选择及计算16八、键连接的选择及计算17九、轴的强度校核计算18十、润滑和密封 21十一、箱体及附件的结构设计和选择22十二、设计小
2、结24十三、参考资料24计算与说明主要结果一 设计任务书设计带式传输机传动装置中的双级圆柱齿轮减速器。设计数据及工作条件: T=410NM; V=0.8m/s; D=340mm;已知条件:1. 工作环境:一般条件,通风良好;2. 载荷特性:连续工作、近于平稳、单向运转;3. 使用期限:8年,大修期3年,每日两班制工作;4. 卷筒效率:=0.96;5. 运输带允许速度误差:5%;6. 生产规模:成批生产。 设计注意事项: 1.设计由减速器装配图1张,零件图2张(包括低速轴和低速轴上大齿轮),以及设计计算说明书一份组成; 2.设计中所有标准均按我国标准采用,设计说明书应按规定纸张及格式编写;3.
3、设计图纸及设计说明书必须按进度完成,经指导教师审查认可后,才能给予评分或答辩。二 传动方案的分析与拟定根据已知条件计算出工作机滚筒的转速为为防止过载以及过载而引起的安全事故,可拟定传动方案为:外部V带传动+内部双级圆柱齿轮传动。机构整体布置如图一:图1. 传动方案简图F=4600N; V=0.4m/s;D=400mmnw=44r/min计算与说明主要结果三 电动机的选择与计算1 电动机的类型选择 根据动力源和工作条件,选用Y系列三相交流异步电动机。2 电动机的功率工作机有效功率:F=2T/D=2410/340=2412NPw = Fv/1000 =24120.8/1000 kW=1.93 kW
4、设电动机到工作机之间的总效率为,查文献4表2-2可得: V带传动1=0.96, 滚动轴承2=0.99, 圆柱齿轮传动3=0.97,弹性联轴器4=0.99,卷筒轴滑动轴承5=0.98,由此可得:总效率: =1233245 =0.960.9930.9720.990.98 =0.85 电动机所需功率: Pd=Pw/=1.93/0.85=2.27 kW 查文献4表16-1选取电动机的功率为3kW。3 电动机转速的选择 选用同步转速为1500r/min 的电动机。4 电动机型号确定由功率和转速,查文献4表16-1,选择电动机型号为:Y132S-6,其满载转速为960 r/min,查表16-2,可得:中心
5、高H=132 mm; 轴外伸轴径D=38 mm; 轴外伸长度E=80 mm.四 传动比的分配 计算得内外总的传动比取V带传动的传动比i1=2.5,低速级齿轮的传动比i2=3.1则 满足i3=(1.3-1.4)i2总效率:=0.85电动机型号:Y132S-6计算与说明主要结果 五 传动装置的运动及动力参数的选择和计算1. 各轴的转速计算 n0=nm=1420r/min n=n0/i1=1420/2.5 r/min=568r/min n=n/i2=568/3.1 r/min=183 r/min n=n/i3=183/4.16 r/min=44r/min2. 各轴的输入功率计算 P0=Pd =2.2
6、 kW P=P04=2.20.96 kW=2.11 kW P=P23=2.110.990.97 kW=2.03 kW P=P23=2.030.990.97 kW=1.95 kW3. 各轴的输入转矩计算T0=9550P0/n0=95502.2/1420 Nm =14.80 NmT=9550P/n=95502.11/568 Nm =35.48 NmT=9550P/n=95502.03/183 Nm =105.94 NmT=9550P/n=95501.95/44 Nm =423.24 Nm将上述数据归纳总结如下表所示。表1. 各轴的运动和动力参数轴号转速(r/min)功 率(kW)转 矩(Nm)传动
7、比i效率电动机输出轴14202.214.80 2.5 3.14.160.960.96030.9603高速轴5682.1135.48中间轴1832.03105.94低速轴441.95423.24减速器总传动比:i=32.27低速级传动比:i2=3.1高速级传动比:i3=4.16计算与说明主要结果六 传动零件的设计计算和轴系零部件的初步选择1. 减速器外部传动V带传动的设计计算(1)、确定计算功率PC 两班制工作,即每天工作16h,查表8-8得工况系数KA=1.2,故 Pc = KAP = 1.22.2kW =2.64 kW(2)、选择普通V带的型号 根据Pc=2.64 kW、n0=1420 r/
8、min,由文献3图2-7初步选用A型带。(3)、选取带轮基准直径dd1和dd2 由文献3表2-6取dd1=90 mm,并取=0.02,则 由文献3表2-6取最接近的标准系列值dd2=224 mm。(4)、验算带速v 因v在525 m/s 范围内,故带速合适。(5)、确定中心距a和带的基准长度Ld 初定中心距a0的取值范围为 初选中心距a0=400 mm。由此计算所需带长为 查阅文献3表2-4,选择基准长度Ld=1250 mm。由此计算实际中心距得(6)、验算小带轮包角1带轮基准直径:dd1=90 mmdd2=224 mm安装中心距:a=592 mm带的基准长度:Ld=2000 mm计算与说明主
9、要结果(7)、确定带的根数已知dd1=90 mm,i1=2.5,v=6.69 m/s,查文献3表2-1得P0=1.056 kW,查文献3表2-2得P0=0.17 kW;因=159,查文献3表2-3得K=0.95;因Ld=1250mm,查文献3表2-4得KL=0.93,因此取z=3根。(8)、确定初拉力F0单根普通V带的初拉力为(9)、计算压轴力FQ(10)、带轮的结构设计A、小带轮的结构设计由于dd1=90mm300mm, 所以带轮采用腹板式结构,小带轮装在电动机轴上,轴孔直径等于电动机外伸轴径,即28mm,轮缘宽度B=(z-1)e+2f=(3-1)15210=50mm,轮毂长度L1=50mm
10、电动机伸长长度,小带轮外径da1=dd2ha=9022.75=95.5mm,da/2=95.5/2=47.75电动机的中心高,故小带轮1的结构设计合理。B、大带轮的结构设计由于dd2=224mm300mm,所以带轮采用腹板式结构,其大齿轮外径da2=dd22ha=22422.75=229.5mm,轮毂长度L2=60mm。小带轮包角:1=155.8带的根数:Z=3初拉力:F0=153N压轴力:FQ=903N小带轮外径:da=95.5mm轮毂长度:L=50mm大带轮外径:da2=229.5mm轮毂长度:L2=60mm计算与说明主要结果2高速级传动齿轮的设计计算高速级主动轮输入功率2.11 kW,转
11、速568 r/min,转矩T=35.48 Nm,齿数比u=i2=3.1,单向运转,载荷平稳,每天工作16小时,预期寿命8年,电动机驱动。(1)、选择齿轮的材料及热处理方式小齿轮:45钢,调质处理,齿面硬度230HBS;大齿轮:45钢,正火处理,齿面硬度190HBS。(2)、确定许用应力A. 确定极限应力Hlim和Flim许用接触应力Hlim1=600MPa,Hlim2=550MPa;许用弯曲应力Flim1=500MPa,Flim2=380MPa。B. 计算应力循环次数N,确定寿命系数ZN,YN查文献3图3-7和图3-9得,ZN1=0.9,ZN2=0.95;YN1=0.85,YN2=0.88.
12、C. 计算许用应力安全系数:,则:/(3)、初步确定齿轮基本参数和主要尺寸A. 选择齿轮类型选用较平稳、噪声小、承载能力较强的斜齿圆柱齿轮传动。B. 选用8级精度C. 初选参数初选参数:,ZZu=373.1118, , 齿宽系数。D. 初步计算齿轮主要尺寸小齿轮1齿数:Z1=37大齿轮2齿数:Z2=118变位系数:齿宽系数:计算与说明主要结果由于载荷平稳,取载荷系数K=1.3,根据螺旋角查得节点区域系数;弹性系数;取重合度系数;螺旋角系数为:;因此,有: 故:取标准模数mn=2 mm,则中心距圆整后取a=159 mm。调整螺旋角:计算分度圆直径:计算圆周速度:法面模数:mn=2 mm中心距:a
13、=159mm螺旋角:分度圆直径:d1=76.289mm;d2=243.299mm圆周速度:v=1.47 m/s计算与说明主要结果计算齿宽:大齿轮:,小齿轮:;(4)、 验算轮齿的弯曲疲劳强度计算当量齿数:查图得,齿形系数:,;应力修正系数:,。取,则:齿根弯曲强度足够。(5)、齿轮结构设计齿顶圆直径:齿根圆直径:大齿轮齿宽:b2=76mm小齿轮齿宽:b1=81mm齿顶圆直径:da1=79.289mmda2=246.299mm计算与说明主要结果高速级齿轮设计结果: ,d1=76.289mm , d2=243.299 mmda1=79.289mm , da2=246.299mmdf1=72.539
14、mm , df2=72.539mmb1=55mm , b2=50mm mn=2mm , , a=159mm , v=1.47m/s.对于高速轴上的小齿轮1,从键槽底面到齿根的距离x过小,故将其做成齿轮轴。齿轮跟轴的材料相同,均采用45钢调质处理。对于中间轴上的大齿轮2,因为da2200 mm,所以做成腹板式结构,其中,dh=1.6ds=1.6*43mm=68.8mm,=8mm,c=0.3b=0.3*42mm=12.6 mm,d0=131.584 mm,d=31.392mm。具体结构如装配图上所示。3. 低速级传动齿轮的设计计算低速级主动轮输入功率2.03kW,转速183 r/min,转矩T2=
15、105940 Nmm,齿数比u=i3=4.16,单向运转,载荷平稳,每天工作16小时,预期寿命8年,电动机驱动。(1)、选择齿轮的材料及热处理方式大小齿轮均采用45钢表面淬火,齿面硬度4050HRC,取45HRC。(2)、确定许用应力A确定极限应力Hlim和Flim许用接触应力Hlim3=Hlim4=1120MPa许用弯曲应力Flim3=Flim4=350MPaB计算应力循环次数N,确定寿命系数查图表得,ZN3=0.96, ZN4=0.99; YN3=YN4=1。C计算许用应力安全系数:,故有:齿根圆直径:df1=72.539mmdf2=72.539mm计算与说明主要结果(3)、初步确定齿轮基
16、本参数和主要尺寸A选择齿轮类型初估齿轮圆周速度v=2.5m/s,选用较平稳、噪声小、承载能力较强的斜齿圆柱齿轮传动。B初步选用8级精度C初选参数初选:,, Z4=Z3u=204.1684,齿宽系数。D初步计算齿轮主要尺寸当量齿数:据此查得:Ysa3=2.78 ,Ysa4=2.22;YFa3=1.56 ,YFa4=1.77 ;取Y=0.7,Y=0.9;由于载荷平稳,取载荷系数K=1.1,则:(因为比大,所以上式将代入)小齿轮3齿数:Z3=20大齿轮4齿数:Z4=84变位系数:齿宽系数:计算与说明主要结果取标准模数mn=3mm,则中心距圆整后取a=159mm。调整螺旋角:计算分度圆直径: 计算圆周
17、速度:符合估计值。计算齿宽:大齿轮:,小齿轮:;(4)、验算轮齿齿面接触疲劳强度根据螺旋角查得节点区域系数;弹性系数;取重合度系数;螺旋角系数,则:法面模数:mn=3mm中心距:a=159mm螺旋角:分度圆直径:d3=60.914mmd4=255.838mm圆周速度:v=0.584m/s大齿轮4齿宽:b4=31 mm小齿轮3齿宽:b3=36 mm计算与说明主要结果齿面接触疲劳强度满足要求。(5)、齿轮结构设计齿顶圆直径:齿根圆直径:低速级齿轮设计结果: , d3=60.914mm , d4=255.838mmb3=36mm , b4=31mmda3=67.914mm , da4=262.838
18、mmdf3=52.164mm , df4=247.088mmmn=3 mm , , a=165mm , v=0.258m/s.对于中间轴上的小齿轮3,从键槽底面到齿根的距离x过小,故将其做成齿轮轴。齿轮跟轴的材料相同,均采用45钢,齿轮齿面表面淬火,轴经调质处理。对于低速轴上的大齿轮4,因为da4200 mm,所以做成腹板式结构, 其中,dh=1.6ds=1.6*70mm=112mm,=12mm,c=0.3b=0.3*36mm=10.8 mm,d0=168.7555 mm,d=28.37775mm。具体结构如装配图上所示。4. 初算轴的直径及轴结构的初步设计已知,最小轴径的初算公式为,轴的材料
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