机械课程带式输送机传动系统设计Word格式.docx
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9
)设计计算说明书的整理和编写
10
)总结和答辩
第二章带式传动机传动系统设计
1、设计题目:
单级圆柱齿轮减速器及V带传动
2、传动系统参考方案(如图):
带式输迭机倍动系统简囲
1—电功机亍2—丫帶传动,3—单击圆柱齿鸵减速器;
4—联轴器:
5—滾筒;
5—输送带
3、原始数据:
F=2500N
F:
输送带拉力;
V=1.5m/s
V:
输送带速度;
D=450mmD
:
滚筒直径。
4、工作条件带式输送机在常温下连续工作、单向运转;
空载起动,
工作载荷平稳;
两班制(每班8小时),要求减速器设计寿命为8年,大修期为3年,大批量生产;
输送带工作速度V的允许误差为+-5%三相交流电源的电压为380/220V。
第三章电动机的选择
1、电动机类型和结构型式的选择:
按已知的工作要求和条件,选用Y系列三相交流异步电动机。
2、工作机所需要的有效功率根据已知条件,工作机所需要的有效功率
Pw=F•V/1000=2500X1.5/1000=3.75kw
设:
n2w—输送机滚筒轴至输送带间的传动效率
nc—联轴器效率0.99
ng—闭式圆柱齿轮效率0.97
nb——对滚动轴承效率0.98
ncy—输送机滚筒效率0.96
估算传动系数总效率:
n01=nc=0.95
n12=nb•ng=0.99x0.97=0.9603
n34=nb•nc=0.99x0.99=0.9801
n3w=nb•ncy=0.99x0.96=0.9504
则传动系统的总效率n为:
n=n01•n12•n34•n3w
=0.95X0.9603X0.9801X0.9504=0.84
3、工作时电动机所需功率为:
Pd=Pw/n=3.75/0.84=4.46kw
由表12-1可知,满足Pe>
Pd条件的丫系列三相交流异步
电动机额定功率取为5.5kw。
4、电动机转速的选择:
nw=60000v/nd=60000X1.5/3.14X450=63.70r/min
初选同步转速为1500r/min和1000r/min的电动机,由表
12-1可知对应额定功率Pe为5.5kw的电动机型号分别为丫132SM2-6和Y132S-4,现将两个型号的电动机有关技术数据及相应的算得的总传动比例表1-2中。
表1-2方案的比较
方案号
电动机型号
额电功率
(kw)
同步转速
(r/min)
满载转速
(r/min)
I
丫132M2-6
5.5
1000
960
II
丫132S-4
1500
1440
总传动比
D(mr)
E(mm)
13.38
38
80
20.09
通过上述两种方案比较用以看出:
方案I选用的电动机转速高,质量轻,价格低,总传动比为13.38,故选方案I较为合理,由表12-2查得电动机中心高H=132mm轴伸出部分用于装联轴器轴段的直径和长度分别为:
D=38m和E=80mm
第四章各级传动比的分配
1、总传动比:
i总二nm/nw=960/63.70=15.07由传动方案图可知:
i1=3;
i2=5;
i3=1传动系统各轴的转速,功率和转矩计算如下:
1轴(电动机轴)
n1=nm=960r/min
P0=pd=4.46kw
Td=9550-pd/nm=29.58N•m
2轴(减速器高速轴)
n2=n1/i1=320r/min
P2=p0•n01=4.46x0.95=4.23kw
T2=9550-p2/n2=126.24N•m
3轴(减速器低速轴)
n3=n2/i2=64r/min
P3=P2x0.98x0.98x0.97=3.94kw
T3=9550-p3/n3=587.92N•m
4轴(工作轴)
n4=n3=64r/min
P4=P3x0.98x0.96=3.71kw
T4=9550•p4/n4=553.60N•m
2、将上述计算结果列于表1-3中以供应。
表1-3传动系统的远动和动力参数
电动机
2轴
3轴
工作机
转(r/min)
320
64
功率(kW
4.46
4.23
3.94
3.71
转矩(n•m
29.58
126.24
587.92
553.60
传动比i
第五章齿轮的设计
1、选择材料和热处理方法,并确定材料的许用接触应力根据工作条件,一般用途的减速器可采用闭式软齿面传动。
查表5-6得
小齿轮45钢调制处理齿面硬度HBS1=230
大齿轮45钢正火处理齿面硬度HBS2=190
两齿轮齿面硬度差为40HBS符合软齿面传动的设计要求
2、确定材料许用接触应力
查表5-11得,两实验齿轮材料接触疲劳强度极限应力为:
Shiimi=480+0.93(HBS-135)=480+0.93(230-135)=568.4MpaShlim2=480+0.93(HBS2-135)=480+0.93(190-135)=531.2Mpa
由表5-12按一般重要性考虑,取接触疲劳强度的最小安全系数:
shlim1=1.0
两齿轮材料的许用接触应力分别为
[SH1]=Shlim1/shlim1=568.4Mpa
[SH2]=Shlim2/shlim1=531.2Mpa
3、根据设计准则,按齿面接触疲劳强度进行设计
查表5-8,取载荷系数K=1.2;
查表5-9,查取弹性系数ZE=189.8.Mpa;
取齿宽系数①d=1
(闭式软齿面);
[SH]取其中较小值为531.2Mpa代入。
故
=76.34mm
4、几何尺寸计算
齿数由于采用闭式软齿面传动,小齿轮齿数的推荐值是20~40,
取乙=27,贝卩Z2=81
模数m二d1/Z仁2.83mm
由表5-2,将m转换为标准模数,取m=3mm
中心距a=m(Z1+Z2)/2=162mm
齿宽b2二①dd1=1x76.34=76.34mm,取整b2=76mm
b1=76+(5~10)mm取b1=80mm
5、校核齿根弯曲疲劳强度
由校核公式(5-35)
Sf二込YfYs
bd1m
查表5-10,两齿轮的齿形系数,应力校正系数分别是(Yf2,YS2由线性插值法求出)
Z1=27时YF1=2.57Ys1=1.60
Z2=81时YF2=2.218Ys2=1.77
查表5-11,两实验齿轮材料的弯曲疲劳极限应力分别为
Sfiim1=190+0.2(HBS-135)=209Mpa
SfIim2=190+0.2(HBS-135)=201Mpa
查表5-12,弯曲疲劳强度的最小安全系数为Sfliml=1.0
两齿轮材料的许用弯曲疲劳应力分别为
[SF1]=Shlim1/shlim1=209Mpa
[SF2】=ShIim2/ShIim2=201Mpa
将上述参数分别代入校核公式(5-35),可得两齿轮的齿根弯曲疲劳应力分别为
SF1二竺Yf1Ysv[Sf1]=209Mpa
Sf2=2KT^Yf2YS2V[SF2]=201Mpa
所以两齿轮的齿根弯曲疲劳强度均足够。
6、齿轮其他尺寸计算
分度圆直径
d
1二mZ=3x27=81mm
2二mZ=3x81=243mm
齿顶圆直径
a1=d1+2ha=81+2x3=87mm
a2=d2+2ha=243+2x3=249mm
齿根圆直径
f1=d1-2hf=81-2x1.25=77.25mm
f2=d2-2hf=243-2x1.25=239.25mm
齿宽b1=80mmb2=76mm
7、选择齿轮精度等级
齿轮圆周速度v1二n讥1=1.36m/s
601000
查表5-7,选齿轮精度等级:
第H公差组为9级,由“齿轮传动公差”查得
小齿轮9-9-8GJGB10095-88
大齿轮9-9-8HKGB10095-88
第六章轴的设计
从动轴的设计
1、选取材料和热处理方法,并确定轴材料的许用应力:
由于为普通用途,中小功率,选用45钢正火处理。
查表15-1得
"
=600Mpa查表15-5得[(Tb]-1=55Mpa
2、估算轴的最小直径:
由表15-2查得A=110,根据公式(15-1)得:
d1>
=42.295mm
考虑轴端有一键槽,将上述轴径增大5%即42.295X
1.05=44.40mm该轴的外端安装联轴器,为了补偿轴的偏差,选用弹性柱销联轴器。
查手册表选用柱销联轴器,其型号为为HL3
最小直径d仁45mm
3、轴的设计计算并绘制结构草图:
(1)确定轴上零件的布置方案和固定方法:
参考一般减速器结构,将齿轮布置在轴的中部,对称于两端的轴承;
齿轮用轴环和轴套作轴向固定,用平键和过盈配合
(H7/r6)作轴向固定。
右端参考一般减速器结构,将齿轮布置在
轴的中部,对称于两端的轴承齿轮用轴环和轴套作轴向固定,用平键和过盈配合(H7/r6)作周向固定,右端轴承用轴肩和过度配合(H7/K6)固定内套圈;
左端轴承用轴套和过渡配合(Hi
K6)固定内套圈。
轴的定位则由两端的轴承端盖轴向固定轴承的
外套圈来实现。
输出端的联轴器用轴肩和挡板轴向固定,用平键作周向定位。
(2)直齿轮在工作中不会产生轴向力,故两端采用深沟球轴承。
轴承采用润滑,齿轮采用油浴润滑。
(3)确定轴的各段直径:
外伸端直径d1=45mm按工艺和强度要求把轴制成阶梯形,取通过轴承盖轴段的直径为d2=d1+2h=d1+2X0.07d1=51.3mm由于该段处安装垫圈,故取标
准直径d2=56mm
考虑轴承的内孔标准,取d3=d7=60,初选轴承型号6212。
直径为d4的轴段为轴头,取d4=66mm
轴环直径d5=d4+2h=64X(1+2X0.07)=70mm
根据轴承安装直径,查手册得d6=68mm
(4)确定轴的各段长度:
L4=74mm(轮毂宽度为B2=76mmL4比B2长1~3mr)i
L仁58m(HL3弹性注销联轴器J型轴孔长度为B仁60mmL比B1短1~3mm
L7=23mm(轴承宽度为B3=22mm,挡油环厚1mm)
L5=8m(轴环宽度为b>
1.4h)
根据减速器结构设计的要求,初步确定△2=10~15mml2=5~10mm
L6=A2+12-L3=11mm
L3=B3+12+△2+(1~3)=42mm
L2=55mm根据减速器箱体结构等尺寸初步确定为(55~65mm
两轴承之间的跨距:
L=B3+2I2+2△2+B2=23+2(5~10mm)+2X(10~15mm+
82=135mm
4、从动齿轮的受力计算
分度圆直径d1=mz=3X81=243mm
转矩T=9.55X106XP/n=587921N・mm
圆周力Ft=2T/d1=4839N
径向力Fr=FtXtan20o=1761N
5、按扭矩和弯曲组合变形强度条件进行校核计算
1)绘制轴的受力简图见图8-2(a)
2)将齿轮所受力分解成水平H和铅垂平面V内的力
3)求水平面H和铅垂平面V的支座反力
1水平面H内的支座反力:
FH1=FH2=Fr/2=880N
2铅垂平面V内的支座反力:
RV1=RV2=Ft/2=2420N
4)绘制弯矩图:
1水平面H的弯矩图见图8-2(b)
Mh=65FH1=65<
880=57200N
2铅垂面V的弯矩图见图8-2(c)
Mv=65XRV1=65<
2420=157300N
3合成弯矩图见8-2(d)
M合=(皿2+"
)1/2=(572002+157306)1/2=167377N-mm
4绘制扭矩图见图8-2(e)
T=587921N•mm
5绘制当量弯矩图见图8-2(f)
单向转动,故切应力脉动循环,取a=0.6,b截面当量弯矩为:
Mea=xT=0.6x587921=352752N・mm
6、校核轴的强度
根据总合成弯矩图、扭矩图和轴的结构草图的判断a、b截面为危
险截面,下面分别进行校核:
1)校核a截面
da>
JMea=40mm\0.1[^b]1
考虑键槽后,由于da=40x1.05=42mm<
d仁45nr)m故a截面安
全。
2)校核b截面
Meb=M合=167377N-mm
db>
JMeb=31mmV0.1[^b]1
考虑键槽后,由于db=3ix1.05=32.55mm<
d4=63mm故b截面安全。
因为危险截面a、b均安全,所以原结构设计方案符合要求。
主动轴的设计
1、选取材料和热处理的方法,并确定轴材料的许用应力
根据设计要求,普通用途,中小功率,单向运转,选用45钢正
火处理。
查表15-1得Sb=600Mpa,查表15-5[5]o=55Mpa.
2、估算轴的最小直径由表15-2查取A=110根据公式(15-1)得
考虑轴端有一键槽,将上述轴径增大5%,即26.2X1.05=27.51mm该轴的外端安装V带轮,为了补偿轴的偏差,选用腹板式带轮,最后取轴的最小直径为d仁30mm
3、轴的结构设计并绘制草图。
1)确定轴上零件的布置方案和固定方式
2)参考一般减速器机构
3)确定轴的各端直径
外端直径d仁30mm
按工艺和强度要求把轴制成阶梯形,取穿过轴承盖周段的轴
径为d2=d1+2h=d1+2<
0.07d1=34.2mm,由于该处安装垫圈,故
取标准直径d2=36mn考虑到轴承的内孔标准。
取d3=d7=45mm两
轴承类型相同)。
初选深沟球轴承型号为6209。
直径为d4的轴段为轴头,取d4=54mm
轴环直径d5=50mm,根据轴承安装直径,查手册得d6=47mm。
4、确定各轴的长度:
L4=84m(轮毂宽度为B2=82mmL4比B2长1~3mm
L仁58m(HL3弹性注销联轴器J型轴孔长度为B仁60mmL比B1短1~3mm)
L7=20m(轴承的宽度B3为19mm加1mm的挡油环)
根据减速器结构设计的要求,初步确定
△2=10~15mml2=5~10mm
L6=A2+L2-L5=11mm
L3=B3+L2+A2=42mm
L2=55mm
两轴承的跨距
L二B+2L2+2A2+B=22+2X(5~10)+2X(10~15)+56=135mm
5、主动轴的受力计算
分度圆直径d1=mz=3X27=81mm
转矩T=9.55X10XP/n=126239N・mm
圆周力Ft=2T/d1=3117N
径向力Fr=FtXtan20o=1134N
6、按扭矩和弯曲组合变形强度条件进行校核计算
(1)绘制轴的受力简图
(2)将齿轮所受力分解成水平H和铅垂平面V内的力
(3)求水平面H和铅垂平面V的支座反力
FH1=FH2=Fr/2=567N
RV1=RV2=Ft/2=1558N
(4)绘制弯矩图:
1水平面H的弯矩图
567=36855N
2铅垂面V的弯矩图
Mv=RV1=65<
1558=101270N
3合成弯矩图见8-2(f)
M合=(Mh2+MI2)1/2=(368552+10127(f)1/2=107767N・mm
4绘制扭矩图
T=126239N•mm
5绘制当量弯矩图
Mea=xT=0.6<
126239=75743N・mm
7、校核轴的强度
根据总合成弯矩图、扭矩图和轴的结构草图的判断a、b截面
为危险截面,下面分别进行校核:
JMea=23.96mm忖血]i
考虑键槽后,由于da=23.96x1.05=25.158mm<
d仁32m,故
a截面安全。
2)校核b截面
Meb=M合=107767N・mm
3Meb=26.96mm
Yomi
考虑键槽后,由于db=26.96x1.05=28.3mm<
d4=47.5mm故b
截面安全。
&
绘制轴的零件图(略)
Mee
(f)_^TTTrnT[f
第七章V带传动的设计
1、选择V带型号:
由表11-7查得KA=1.1,PC二KApd=1.1X4.46=4.906kw
根据PC=4.906kwnm=960r/min,由图11-8可选取普通B型的
2、确定带轮基准直径,并验算带速V:
由图11-8可知,小带轮基准直径的推进值为112〜140
由表11-8,则取dd1=125mm
由dd2=dd1-nm/n1=125X960/240=500mm
由表11-8取dd2=500mm实际传动比i为:
i=dd2/dd1=500/125=4
由(11-14)式得:
v二兀dd1n0/60•1000=6.28m/s
v值在5〜25m/s范围内,带速合格。
3、确定带长Ld和中心距a:
由(11-15)式得:
0.7(dd1+dd2)<
a0<
2(dd1+dd2)
437.5mm<
1250mm
初选中心距:
a0=550mm
由(11-16)式得:
L0=2a0+K(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)/4a0=2145.17mm
由表11-2取Ld=2240mm
由式(11-17)得实际中心距为:
a~a0+(Ld-L0)/2=597.415mm
4、验算小带轮的包角a1,由式(11-18)得:
a1=1800-57.30x(dd2-dd1)/a=144.04°
>
120°
(满足要求)
5、确定V带的根数z:
查表11-4,由线性插值法可得:
p=1.64+[(1.93-1.64)/(1200-950)]•(960-950)=1.65kw
查表11-5,由线性插值法可得:
△p=0.25+[(0.3—0.25)/(980—800)]•(960-800)=0.294kw
查表11-6,由线性插值法可得:
ka=0.89+[(0.92—0.89)/(150—140)]-(144.04—140)=0.902
查表11-2,可得kL=1.00
由式(11-19)得V带根数z为:
z=pc/[(p+△p)kakL]
=4.906/[(1.65+0.294)0.902•1.00]=2.8(根)
取整数:
故z=3(根)
6、计算单根V带预紧力F0:
查表11-1得q=0.17kg/m,由式(11-20)得单根V带的预紧力F0
为:
F0=500pc/zV[(2.5/ka)-1]+qV2
2=500X4.906/[3X6.28(2.5/0.902—1)]+0.17X6.28
=237.15KN
7、计算V带对轴的压力Q:
由式(11-21)得V带对轴的压力Q为:
Q=2zF0sin(a1/2)=2X3X237.15sin(144.04o/2)=1232.23N
V带轮的结构设计,并绘制V带轮的零件工作图(略)。
第八章键联接的选择标准键的选择包括键的选择,联轴器的选择,螺栓、螺母、螺钉的选择,销的选择、垫圈、垫片的选择。
1、键的选择
查表4-1(机械设计基础课程设计)
I轴与齿轮相配合的键:
b=10mm,h=8mm,t=5.0mm,t1=3mm
n轴与大齿轮相配合的键:
b=16mm,h=10mm,t=6.0mm,t1=4mmn轴与联轴器相配合的键:
b=12mm,h=8mm,t=5mm,t1=3mm
2、联轴器的选择
根据轴设计中的相关数据,查表