机械设计课程设计计算说明书-带式运输机传动装置设计.doc

机械设计课程设计计算说明书一、传动方案拟定2二、电动机的选择2三、计算总传动比及分配各级的传动比4四、运动参数及动力参数计算4五、传动零件的设计计算5六、轴的设计计算8七、滚动轴承的选择及校核计算12八、键联接的选择及计算15九、箱体及附件的结构设计和选择16十、润滑和密封方式的选择，润滑油和牌号的确定18十一、设计小结18十二、参考资料18设计题目：带式运输机传动装置设计机械制造与自动化班设计者：指导教师：计算过程及计算说明一、传动方案拟定第三组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动1 传动系统组成： 圆柱齿轮减速器+v带传动2 原始数据： 运输带工作拉力f=1800n； 运输带工作速度v=1.3m/s 卷筒直径d=280mm3 工作条件： 载荷特性：平稳；工作环境：多尘； 工作期限：三年双班制；生产规模：小批量 其他条件：空载起动，单向连续运转，运输带速度允许误差为5二、电动机选择1、电动机类型的选择： y系列三相异步电动机2.、计算电机所需功率： 查课程设计第6页表2-2：带传动效率：0.95每对轴承传动效率：0.98圆柱齿轮的传动效率：0.97联轴器的传动效率：0.99卷筒的传动效率：0.96电机至工作机之间的传动装置的总效率：（1）传动装置的总效率：=132345=0.950.9830.970.990.96=0.82(2) 工作机所需要的有效功率为pw=fv/1000=18001.3/1000=2.34kw(3)电机所需的工作功率：pd= pw/=2.34/0.82=2.85kw由课程设计第148页表16-1选取电动机的额定功率为3kw3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：n筒=601000v/d=6010001.3/3.14280=88.7r/min按课程设计第4页表2-1推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i齿轮=35。取v带传动比i带=24，则总传动比合理范围为i总=620。故电动机转速的可选范围为:nd=i总n筒=（620）88.7=5321774r/min符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。根据电动机所需功率和转速查课程设计第148页表16-1有3种适用的电动机型号，因此有3种传动比方案如下：方案电动机型号额定功率同步转速r/min满载转速r/min总传动比1y100ll2-43kw1500143016.122y132s-63kw100096010.823y132m-83kw7507108综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和带传动、减速器的传动比，可见第2种方案比较合适，因此选用电动机型号为y132s-6，其主要参数如下：额定功率kw满载转速同步转速adefghlab3960100021638801033132390280三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比：i总=n电动/n筒=960/88.7=10.822、分配各级传动比（1） 课程设计第4页表2-1，取齿轮i齿轮=5（单级减速器i=35合理）（2） i总=i齿轮i带i带=i总/i齿轮=10.82/5=2.16四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）ni=n电机=960r/minnii=ni/i带=960/2.16=444.4(r/min)niii=nii/i齿轮=444.4/5=88.9(r/min)2、 计算各轴的功率（kw）pi=pd=2.85kwpii=pi1=2.850.96=2.736kwpiii=pii23=2.7360.980.97=2.601kw3、 计算各轴扭矩（nmm）ti=9.55103pi/ni=9.551032.85/960=28.352nmtii=9.55103pii/nii=9.551032.736/444.4=58.796nmtiii=9.55103piii/niii=9.551032.601/88.9=279.410nm五、传动零件的设计计算1、 皮带轮传动的设计计算（1） 选择普通v带截型由课本p218表13-8得：ka=1.2pc=ka pd=1.23=3.9kw由课本p219图13-15得：选用a型v带（2） 确定带轮基准直径，并验算带速由课本p219图13-15得，推荐的小带轮基准直径为80100mm则取dd1=100mmdmin=85dd2=n1/n2dd1=960/444.4100=216mm由课本p219表13-9，取dd2=212mm实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=960100/212=452.8r/min转速误差为：n2-n2/n2=444.4-452.8/444.4=-0.012在5范围内带速v：v=dd1n1/601000=3.14100960/601000=5.03m/s在525m/s范围内，带速合适。（3） 确定带长和中心矩初步选取中心距a0=1.5(dd1+dd2)=1.5（100+212）=468mm0. 7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)0. 7(100+212)a02(100+212)取a0=500，符合218.4mma0624mm由课本p205式（13-2）得：l0=2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd2-dd1)/4a0=2500+1.57(100+212)+(212-100)2/4500=1496mm根据课本p212表（13-2）取ld=1400mm根据课本p84式（5-16）得实际中心距：a=a0+ld-l0/2=500+（1400-1496）/2=500-48=452mm(4)验算小带轮包角1=1800-dd2-dd1/a57.30=1800-（212-100）/45257.30=1800-14.20=165.801200（适用）（5）确定带的根数根据课本p214表（13-3）p0=0.95kw根据课本p216表（13-5）p0=0.11kw根据课本p217表（13-7）k=0.97根据课本p213表（13-5）kl=0.96由课本p218式（13-15）得z=pc/p=pc/(p0+p0)kkl=3.9/(0.95+0.11) 0.970.96=3.95取z=4(6)计算轴上压力由课本p212表（13-1）查得q=0.1kg/m，由p220式（13-17）单根v带的初拉力：f0=（500pc/zv）（2.5/k）-1+qv2=(5003.9/45.03)(2.5/0.97)-1+0.15.032n=155.40n则作用在轴上的压力fq，由课本p221式（13-18）fq=2zf0sin1/2=24155.4sin（165.80/2）=1233.7n2、齿轮传动的设计计算（1）选择齿轮材料及精度等级考虑减速器传递功率，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40cr调质，齿面硬度为240260hbs。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220hbs；根据课本p168表11-2选7级精度。齿面精糙度ra1.63.2m(2)按齿面接触疲劳强度设计由课本p171表（13-3）d1 2kt1(u+1)/duzezh /h21/3确定有关参数如下：传动比i齿=5取小齿轮齿数z1=20。则大齿轮齿数：z2=iz1=520=100实际传动比i0=100/20=5传动比误差：i-i0/i=5-5/5=0%2.5% 可用齿数比：u=i0=5由课本p75表11-6取d=0.9(3)转矩tiitii=9.55103pii/nii=9.551032.736/444.4=58796nm m由课本p171表11-4取ze=188, 标准齿轮ze=2.5(4)载荷系数k由课本p169表11-3取k=1(5)许用接触应力hh= hlim/ sh由课本p166图11-1查得：hlimz1=700mpa hlimz2=580mpa通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数sh=1.0 sh=1.25h1=hlim1/sh=700/1.0mpa=700mpah2=hlim2/sh=500/1.0mpa=500mpa故得：d12k tii (u+1)/duzezh /h21/3= 2158796(5+1)/5 1882.5/5802 1/3mm=42.58mm模数：m=d1/z1=47.58/20=2.13mm根据课本p57表4-1取标准模数：m=2.5mm(6)校核齿根弯曲疲劳强度根据课本p172（11-5）式f=2kt1 yfaysa /bm2z1h确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mz1=2.520mm=50mmd2=mz2=2.5100mm=250mm齿宽：b=dd1=0.950mm=45mm取b2=45mm b1=50mm(7)齿形系数yfa和应力修正系数ysa根据齿数z1=20,z2=100由表6-9相得yfa1=2.92 ysa1=1.56yfa2=2.21 ysa2=1.83(8)许用弯曲应力f由课本p166图11-1查得fe1=610 mpa fe2=470mpa计算两轮的许用弯曲应力f1=fe1/sf=610/1.25mpa=488mpaf2=fe2/sf =470/1.25mpa=376mpa将求得的各参数代入式（6-49）f1=2k tii yfa1ysa1/bm2z1=21587962.921.56/452.5220=95.2mpa f1f2=f1 yfa2ysa2 /yfa1ysa1=95.22.21.83/2.921.56=84.1mpa d2 查课程设计p119表12-6取d3=30 初选用7206ac型角接触球轴承，l3=15mm.段：d4主要是定位轴承取d4=36 l4=15段：d5装配齿轮段直径：判断是否做成齿轮轴e= (df -d4 )/2- t1 2.5m由课本p156表10-9 得t1=3.3 得e=0.57 6.25故做成齿轮轴段：d6段装配轴承所以d6 =d3 =30 l6 =l3 =15由上述轴各段长度可算得轴支承跨距l=96mm(3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d1=50mm求转矩：已知tii=58796nm m求圆周力：ft根据课本得ft=2 tii/d2=258796/50=2351.84n求径向力fr根据课本p127（6-35）式得fr=fttan=2351.84tan200=856.00n因为该轴两轴承对称，所以：la=lb=48mm(1)绘制轴受力简图（如图a）（2）绘制垂直面弯矩图（如图b）轴承支反力：fay=fby=fr/2=428.00nfaz=fbz=ft/2=1175.9n由两边对称，知截面c的弯矩也对称。截面c在垂直面弯矩为mc1=fayl/2=4280.048=20.54nm(3)绘制水平面弯矩图（如图c）截面c在水平面上弯矩为：mc2=fazl/2=1175.90.048=56.4nm(4)绘制合弯矩图（如图d）mc=(mc12+mc22)1/2=(20.542+56.42)1/2=60.0nm(5)绘制扭矩图（如图e）转矩：t=9.55（pii/ nii）103=58.8nm(6)绘制当量弯矩图（如图f）转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化，取=1，截面c处的当量弯矩：mec=mc2+(tii)21/2=60.02+(158.8)21/2=84.0nm(7)校核危险截面c的强度由e=mec/0.1d43=84/0.10.0363 =18.0mpa -1b=60mpa该轴强度足够。输出轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质钢，硬度（217255hbs）根据课本p245（14-2）式，并查表10-2，取c=115dc(piii/ niii) 1/3=115 (2.601/88.9)1/3mm=35.4mm 取d=35mm2、轴的结构设计（1）轴的零件定位，固定和装配单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。（2）确定轴的各段直径和长度初选7207ac型角接球轴承，其内径为35mm，宽度为17mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为17.5mm，则该段长34.5mm，安装齿轮段长度为44mm。(3)按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知d2=250mm求转矩：已知tiii=279.410nm求圆周力ft：根据课本得ft=2tiii/d2=2279.41103/250=2235.3n求径向力fr根据课本得fr=fttan=2235.30.36397=813.6n两轴承对称la=lb=48.5mm(1)求支反力fax、fby、faz、fbzfay=fby=fr/2=813.6/2=406.8nfaz=fbz=ft/2=2235.3/2=1117.7n(2)由两边对称，书籍截c的弯矩也对称截面c在垂直面弯矩为mc1=fayl/2=406.80.0485=19.7nm(3)截面c在水平面弯矩为mc2=fazl/2=1117.70.0485=54.2nm(4)计算合成弯矩mc=（mc12+mc22）1/2=（19.72+54.22）1/2=57.7nm(5)计算当量弯矩：根据课本p235得=1mec=mc2+(tiii)21/2=57.72+(1279.41)21/2=285.3nm(6)校核危险截面c的强度e=mec/（0.1d）=285.3/(0.10.043)=44.6mpa17520h预期寿命足够2、计算输出轴承(1)已知n=88.9r/minfa=0 fr=faz=1117.7n试选7207ac型角接触球轴承根据课本p281表（16-12）得fs=0.068fr,则fs1=fs2=0.68fr=0.681117.7=760.0n(2)计算轴向载荷fa1、fa2fs1+fa=fs2 fa=0任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端两轴承轴向载荷：fa1=fa2=fs1=760.0n(3)求系数x、yfa1/fr1=760/1117.7=0.68fa2/fr2=760/1117.7=0.68根据课本p263表（11-8）得：e=0.68fa1/fr1e x1=1y1=0fa2/fr2e x2=1y2=0(4)计算当量动载荷p1、p2根据课本p279表（16-8）、表（16-9）取f p=1.5、ft=1根据课本p279（16-4）得p1=(x1fr1+y1fa1)= (11117.7)=1117.7np2=(x2fr2+y2fa2)= (11117.7)=1117.7n(5)计算轴承寿命lhp1=p2 故p=1117.7 =3根据课程设计p119表12-6 7207ac型轴承cr=30500n根据课本p279（16-3）式得lh=1000000/60n(ftcr/f pp)=1000000/6088.9(130500/1.51117.7)3=1130356h17520h此轴承合格八、键联接的选择及校核计算轴径d1=22mm,l1=60mm查课本p156表10-9，选用a型平键，得：键a 87 gb1096-2003 l=l1-b=60-8=52mmtii=58.796nm h=7mm根据课本p243（10-5）式得p=4 tii/dhl=458796/22752=29.4mpar(110mpa)2、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d2=40mm l2=44mm t= tiii=279.410nm查课本p156表10-9 选用a型平键键128 gb1096-2003l=l2-b=44-12=32mm h=8mm据课本p243式（10-5）得p=4t/dhl=4279410/40832=109.1mpa1.210齿轮端面与内箱壁距离10箱盖，箱座肋厚7轴承端盖外径+（55.5）102（1轴）112（2轴）十、润滑和密封方式的选择，润滑油和牌号的确定由课程设计p41表15-3因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以采用脂润滑，箱体内选用l-ckc68中的50号润滑，装至规定高度。十二、设计小结 经过以上设计、校核计算可知本v带单级圆柱减速器的设计是符合设计要求的。十二、参考资料机械设计课程设计（中华科技大学出版社）唐增宝、常建蛾主编。机械设计基础（第四版）课本杨可桢 程光蕴 主编。f=1800nv=1.3m/sd=280mm=0.824pd=2.85kwn滚筒=88.7r/min电动机型号y132s-6i总=10.82根据课程设计i齿轮=5i带=2.16ni =960r/minnii=444.4r/minniii=88.9r/minpi=2.85kwpii=2.736kwpiii=2.601kwti=28352nmmtii=58796nmmtiii=279410nmmdd2=216mm取标准值dd2=212mm