初步设计计算

1 设计计算 一： 传动方案的确定（如下图） V 带传动 减速器 高速轴 低速轴 电动机 联轴器 输送带 二：原始数据： 带拉力： 3500FN 带速度： 1.25 /v m s 滚筒直径： 310D mm 运输带的效率： 0.94 工作时有轻微冲击；要求齿轮使用寿命为 10 年，二班工作制；轴承使用寿命不小于 15000 小时。 三：确定电动机的型号 (1) 选择电动机类型： 选用 Y 系列三相异步电动机 (2) 选择电动机功率 运输机主轴上所需要的功率： 3 5 0 0 1 . 2 5 4 . 3 7 51 0 0 0 1 0 0 0W FvP k W 传动装置的总效率： 21 2 3 4 5 1，2，3，4，5分别是： V 带传动，齿轮传动（闭式，精度等级为 8），滚动轴承（球轴承一对），联轴器（弹性联轴器），运输带的效率。查课程设计表 2-3， 取：1 2 3 4 50 . 9 5 , 0 . 9 7 , 0 . 9 8 , 0 . 9 9 5 , 0 . 9 4 所以： 20 . 9 5 0 . 9 7 0 . 9 9 0 . 9 9 5 0 . 9 4 0 . 8 2 4 7 电动机所需功率 ： 4 . 3 7 51 . 3 5 . 2 8 50 . 8 2 4 7Wd PP K k W 式中，取载荷系数 K 1.3 查课程设计表 16-1 取电动机的额定功率 7.5edP kW 2 （ 3）选择电动机的转速 取 V 带传动比范围 (表 2-2)1i 2 4；单级齿轮减速器传动比2i 3 6 滚筒的转速： 6 0 1 0 0 0 1 . 2 5 6 0 1 0 0 0 7 7 . 0 1 / m i n3 . 1 4 3 1 0vnrD 电动机的合理同步转速： 查表 16-1 得 电动机得型号和主要数据如下（同步转速符合） 电动机型号 额定功率(kW) 同步转速(r/min) 满载转速 nm (r/min) 堵载转矩 额定转矩 最大转矩 额定转矩 Y132M-4 7.5 1500 1440 2.2 2.2 查表 16-2 得 电动机得安装及有关尺寸 中心高 H 外形尺寸 1()2L A C A D A D 底脚安装尺寸 AB 地脚螺栓孔直径 K 轴伸尺寸DE 键公称尺寸 Fh 132 515 345 315 216 178 12 38 80 8 7 四：确定传动装置得总传动比及分配 传动装置得总传动比 ： 9701440 1 8 . 6 9 97 7 . 0 1mni n 取 V 带传 动比：1 3.6i ；单级圆柱齿轮减速器传动比： 2 5.19i (1) 计算各轴得输入功率 电动机轴： 5 .3 7 5dP kW轴（减速器高速轴）11 0 . 9 5 5 . 3 7 5 5 . 1dP P k W 轴（减速器低速轴）2 2 3 1 0 . 9 7 0 . 9 9 5 . 3 7 5 4 . 8 4 8P P k W (2) 计算各轴得转速 电动机轴 1 4 4 0 / m i nmnr轴 1 11440 4 0 0 / m i n3 . 6mnnri 轴 122400 7 7 . 0 1 / m i n5 . 1 9nnri （ 3）计算各轴得转矩 电动机轴 5 . 3 7 59 5 5 0 9 5 5 0 3 5 . 6 51440dd mPT N mn g 3 轴 1115 . 19 5 5 0 9 5 5 0 1 2 1 . 7 6 3400PT N mn g 轴 2224 . 8 4 89 5 5 0 9 5 5 0 6 0 0 . 7 37 7 . 0 1PT N mn g 上述数据制表如下： 参数 轴名 输入功率 （ kW ） 转速 （ /minr ） 输入转矩 （ Nmg ） 传动比 i 效率 电动机轴 5.375 1440 35.65 3.6 0.96 轴（减速器高速轴） 5.1 400 121.763 5.19 0.96 轴（减速器低速轴） 4.848 77.01 600.73 五：传动零件得设计计算 1. 普通 V 带传动得设计计算 确定计算功率CP则： 1 . 3 8 . 6 5 1 1 . 2 4 5C A dP K P k W ，式中，工作情况系数取AK 1.3 根据计算功率CP与小带轮的转速1n，查机械设计基础图 10-10，选择 B型 V 带。 确定带轮的基准直径12,dd取小带轮直径 1 125dd mm，大带轮的直径 2 1 1 2 . 0 9 1 2 5 2 6 2ddd i d m m 根据国标： GB/T 13575.1-1992 取大带轮的直径2 265dd mm 验证带速 11 3 . 1 4 1 2 5 9 7 0 6 . 3 5 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0ddnv m s 在 5 / 2 5 /m s m s之间。故带的速度合适。 确定 V 带的基准直径和传动中心距0a初选传动中心距范围为： 1 2 0 1 21 22 d d d dd d a d d ，取0 500a mmV 带的基准长度： 2210 0 1 202 2 5 0 0 3 9 0 9 . 8 1 6 2 2 . 12 4 2dddd ddL a d d m ma 查机械设计基础表 10-2，选取带的基准直径长度 1600dL mm实际中心距： 00 2 2 . 15 0 0 5 1 1 . 0 522dLLa a m m 4 验算主动轮的最小包角 211 1 8 0 5 7 . 3 1 6 4 . 2 4 1 2 0dddda o o o o故主动轮上的包角合适。 计算 V 带的根数 z 00C aLPz P P K K 由1 9 7 0 / m innr，1 125dd mm， 查 机械设计基础表 10-5，得0 1.67P ，由 2.09i ，查表 10-6，得0 0.30P， 查表 10-7，得 0.95aK ，查表 10-2，得 0.92LK 1 1 . 2 4 5 6 . 21 . 6 7 0 . 3 0 . 9 5 0 . 9 2z ， 取 6z 根。 计算 V 带的合适初拉力0F20 500 2 . 5 1CaPF q vz v K 查 机械设计基础 表 10-1，取 0 .1 9 /q kg m 得 20 5 0 0 1 1 . 2 4 5 2 . 5 1 0 . 1 9 6 . 3 5 2 4 8 . 46 6 . 3 5 0 . 9 5FN 计算作用在轴上的载荷 10 1 6 4 . 2 42 s i n 2 6 2 4 8 . 4 s i n 2 8 6 422QF z F N 带轮的结构设计 （单位） mm 带轮 尺寸 小带轮 大带轮 槽型 B B 基准宽度db14 14 基准线上槽深minah3.5 3.5 基准线下槽深minfh10.8 10.8 槽间距 e 19 0.4 19 0.4 槽边距minf11.5 11.5 5 轮缘厚min7.5 7.5 外径ad1 2 1 3 2a d ad d h 1 2 2 7 2a d ad d h 内径sd30 30 带轮宽度3B3 2 5 1 1 8B f e 3 2 5 1 1 8B f e 带轮结构 实心式 轮辐式 V 带轮采用铸铁 HT150 或 HT200 制造，其允许的最大圆周速度为 25m/s. 大带轮尺寸如图2. 齿轮传动设计计算 （ 1）择齿轮类型，材料，精度，及参数 选用斜齿圆柱齿轮传动（外啮合） 选择齿轮材料；小齿轮材 料都取为 45 号钢，调质，1 230HBS （考虑到齿轮使用寿命较长 (GB699-1988)；大齿轮材料取为： ZG310-570,调质，2 240HBS 选取齿轮为 8 级的精度（ GB 10095 1998） 初选螺旋角 12 o 选 小齿轮的齿数1 25z ；大齿轮的齿数2 5 2 5 1 2 5z （ 2）按齿面接触疲劳强度设计 6 中心距 23 3 0 5 1 . 3 1 6 7 . 95 1 1 8 8 . 9 8 1 8 95 7 0 0 . 4 5a m m 式中： limHHHS 查机械设计基础图 7-26 式中：lim 570H M P a ；查表 7-5 ： 1HS 查表 7-4 ： 1.3K ；齿宽系数取： 0.4a 23 3 0 5 1 . 3 1 6 7 . 95 1 1 8 95 7 0 0 . 4 5a m m 计算模数 122 c o s 2 1 8 9 c o s 1 2 2 . 4 82 5 1 2 5nam zz 查表 7-1 取模数标准值 2.5nm 计算中心距 12 2 5 1 2 5 2 . 5 1 9 0 . 8 82 c o s 2 c o s 1 2nz z ma m m ， 圆整中心距，取 195a mm 修正螺旋角： 12 a r c c o s 1 7 4 22 nz z ma o 计算两齿轮分度圆直径 小齿轮 11 2 . 5 2 5 65c o s c o s 1 7 4 2nmzd m m o大齿轮 22 2 . 5 1 2 5 3 2 5 . 0 1 3c o s c o s 1 7 4 2nmzd m m o 计算齿宽 0 . 4 1 9 5 7 8ab a m m 取小齿轮齿宽 1 80b mm（齿轮轴）；大齿轮齿宽2 78b mm（大齿轮） （ 3）校核弯曲疲劳强度 校核 1 2111 . 6 c o sFFFnK T Yb m z 其中 l i m 190 1 4 6 . 11 . 3FF F M P aS 查机械设计基础 表 7-4： 1.3K ；查图 7-23： 2.72FY ；查图 7-24：lim 190F M P a ；查表 7-5： 1.3FS 7 21 . 6 1 . 3 1 6 7 . 9 1 0 0 0 2 . 7 2 c o s 1 7 4 27 3 . 0 6 78 0 2 . 5 2 5FF M P a o，故满足。 齿轮传动的几何尺寸，制表如下： (详细见零件图 ) 名称 代号 计算公式 结果 小齿轮 大齿轮 中心距 a 12 2 c o snz z ma 195mm 传动比 i 12zi z 5 法面模数 nm设计和校核得出 2.5 端面模数 tmco snt mm 2.60 法面压力角 n20o 螺旋角 一般为 8 20oo 1742o 全齿高 h afh h h5.625mm 齿数 Z 略 25 125 分度圆直径 d 查表 7-6 65.00mm 325.013mm 齿顶圆直径 ad略 70.00mm 330.013mm 齿根圆直径 df 查表 7-6 58.75mm 318.763mm 齿轮宽 b 查表 7-6 80mm 78mm 螺旋角方向 查表 7-6 左旋 右旋 三，减速器铸造箱体的主要结构尺寸设计。 查设计基础表 3-1 经验公式，及结果列于下表。 名称 结果（ mm） 名称 结果 (mm) 底座壁厚 8 轴承盖固定螺钉直径 8 箱盖壁厚 8 轴承盖螺钉分布圆直径 130 底座上部凸圆厚度 12 轴承座凸缘端面直径 150 箱盖凸圆厚度 12 螺栓孔凸缘的配置尺寸 22， 20， 30 底座下部凸圆厚度 20 地脚螺栓孔凸缘尺寸 25， 23， 45 底座加强筋厚度 8 箱体内壁与齿轮距离 12 底盖加强筋厚度 7 箱体内壁与齿轮端面距离 12 地脚螺栓直径 16 底座深度 190 地脚螺栓数目 6 外箱壁至轴承端面距离 47 8 轴承座联接螺栓直径 12 视孔盖固定螺钉直径 6 箱座与 箱盖联接螺栓直径 10 四：轴的设计 1. 高速轴的设计。 选择轴的材料：选取 45 号钢，调质， HBS 230 初步估算轴的最小直径 根据教材公式，取0 110A ，则1 33018 . 1 31 1 0 2 8 . 5 74 6 4 . 1PdAn 轴的结构设计 考虑带轮的机构要求和轴的刚度，取装带轮处轴径min 30d mm，根据密封件的尺寸，选取装轴承处的轴径为 38d mm 两轴承支点间 的距离：1 1 1 222L B B ， 式中：1B小齿轮齿宽，1 80B mm1 箱体内壁与小齿轮端面的间隙，1 12mm2 箱体内壁与轴承端面的距离，2 10mmB 轴承宽度，选取 6309型深沟球轴承，查表 13-3，得到 25B mm 得到：1 8 0 2 4 2 0 2 5 1 4 9L m m 带轮对称线到轴承支点的距离 32 2 322BBL l l k 式中：2l轴承盖的凸缘厚度，2 30l mm3l螺栓头端面至带轮端面的距离，3 15l mmk 轴承盖 M8 螺栓头的高度，查表可得 5.6k 3B带轮宽度，3 118B mm得到： 32 2 3 2 5 1 1 83 0 1 5 5 . 6 1 2 2 . 12 2 2 2BBL l l k m m 2.按弯扭合成应力校核轴的强度。 轴的计算简图 9 水平面弯矩图； 垂直面弯矩图，合成弯矩图； ，转矩图， ，计算弯矩图183 61.5117244.5ab 计算作用在轴上的力 小齿轮受力分析 圆周力： 1112 2 1 6 7 9 0 0 5 1 6 6 . 265tTFNd 径向力：11 t a n 5 1 6 6 . 2 t a n 2 0 1 7 4 5 . 8c o s c o s 1 7 4 2tnr F o轴向力 ：11 t a n 1 4 7 4 . 6atF F N 计算支反力 水平面： 1 5 1 6 6 . 2 2 5 8 3 . 122tA H B H FR R N 垂直面： 110651 4 9 7 4 . 5 1 2 2 . 1 1 4 92BA V r a QMR F F F 得： 6 4 0 5 .5AVRN106 4 0 5 . 5 2 8 6 4 1 7 4 5 . 8 1 7 9 5 . 7B V A V rFR R Q F N 作弯矩图 水平面弯矩： 7 4 . 5 1 4 7 4 . 6 7 4 . 5 1 0 9 8 6 0C H B HM R N m m g垂直面弯矩： 121 2 2 . 1 3 4 9 6 9 01 2 2 . 1 7 4 . 5 7 4 . 5 1 1 2 6 8 07 4 . 5 1 3 3 7 8 0AVC V A VC V B VM Q N m mM Q R N m mM R N m m ggg 10 合成弯矩： 22112222349690157372173108A A VC C H C VC C H C VM M N m mM M M N m mM M M N m m ggg 作转矩图 1 167900T N m m g当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数 0.6 ， 则： 112222221221222212210 0 . 6 1 6 7 9 0 0 1 0 0 7 4 03 4 9 6 9 0 0 . 6 1 6 7 9 0 0 3 8 7 9 0 91 5 7 3 7 2 0 . 6 1 6 7 9 0 0 1 8 6 7 5 41 7 3 1 0 8 0 . 6 1 6 7 9 0 0 2 0 0 2 8 7c a D Dc a A Ac a C Cc a C CM M T N m mM M T N m mM M T N m mM M T N m m gggg 按弯扭合成应力校核轴的强度 轴的材料是 45 号钢，调质处理，其拉伸强度极限 650b MPa ，对称循环变应力时的许用应力 1 60b M P a 。 由弯矩图可以知道， A 剖面的计算弯矩最大 ，该处的计算应力为： 133387909 4 2 . 5 7 6 00 . 1 0 . 1 4 5c a A c a Ac a A bAMM M P a M P aWd (安全 ) D 剖面的轴径最小，该处的计算应力为： 133100740 3 7 . 3 1 6 00 . 1 0 . 1 3 0c a D c a Dc a D bDMM M P a M P aWd （安全） 轴的结构图见零件图所示 五 滚动轴承的选择和计算 选取的轴承：型号为 6309 深沟球轴承（每根轴上安装一对） 查 课程设计表 13-3 和查机械基础表 18-11， 0.26e 轴承 A 的径向载荷 2 2 2 22 5 8 3 . 1 6 4 0 5 . 5 4 8 0 3 . 6A A H A VR R R N 轴向载荷： 1 4 7 4 . 6AaA F N轴承 B的径向载荷： 2 2 2 22 5 8 3 . 1 1 7 9 5 . 7 3 1 4 5 . 9B B H B VR R R N 轴向载荷： 0BAN;由此可见，轴承 A 的载荷大，应该验算轴承 A. 计算轴承 A 的径向当量动载荷 查表 13-3 得到：01 4 7 4 . 6 0 . 0 3 640800AAC ，取 0.26e 11 1 4 7 4 . 6 0 . 3 0 64 8 0 3 . 4AAA eR ，故查表 18-11 得： 0 .5 6 1 .7 1XY 则其径向当量动载荷 0 . 5 6 4 8 0 3 . 4 1 . 7 1 1 4 7 4 . 6 5 0 1 1 . 4 7AAP X R Y A N 因两端选择同样尺寸的轴承，故选轴承 A 的径向当量动载荷 P 为计算依据。工作温度正常，查机械基础表 18-8 得 1Tf ；按中等冲击载荷，查表 18-9 得 1.0Ff ，按设计要求，轴承得寿命为： 15000hLh则： 11332666 0 1 5 0 1 1 . 4 7 6 0 4 6 4 . 1 1 5 0 0 0 3 9 7 6 0 . 2 3 81 0 1 1 0F hTfP nC L Nf 由查课程设计表 13-3,6309 深沟球轴承得额定动载荷0 40800CN,0CC所以选取得轴承合适。 六：键联接得选择和强度校核。 1. 高速轴与 V 带轮用键联接 选用圆头普通平键（ A 型） 按轴径 d=33mm，及带轮宽3 118B mm，查表 10-1 选择 C10 100（ GB/T 1096-1979） 强度校核 键得材料选为 45 号钢， V 带轮材料为铸铁，查表得键联接得许用应力 5 0 6 0b M P a ，键得工作长度 101 0 0 9 522bl L m m ，10 522hk m m ，挤压应力 12