机械设计基础课程设计 东北大学.doc

专 业 材料成型及控制工程 班 级 成型 1104 设计者 鞠英男 学 号 20110399 指导教师 陈良玉 机械设计基础课程设计说明书 题目 设计用于胶带运输机的机械传动装置 目录 1 设计任务书 2 1 1 设计题目 2 1 2 工作条件 2 1 3 技术数据 2 2 电动机的选择计算 2 2 1 选择电动机系列 2 2 2 选择电动机的功率及转速 2 2 3 选择电动机的型号 3 3 传动装置的运动和动力参数计算 4 3 1 分配传动比 4 3 2 各轴功率 转速和转矩的计算 4 4 传动零件的设计计算 6 4 1 减速器以外的传动零件 链传动 的设计计算 6 4 2 减速器以内的传动零件 齿轮 的设计计算 7 5 轴的设计计算 11 5 1 减速器高速轴的设计 11 5 2 减速器低速轴的设计 12 6 滚动轴承的选择及其寿命计算 15 6 1 减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算 15 6 2 减速器低速轴滚动轴承的选择及其寿命计算 16 7 键连接的选择和验算 19 7 1 减速器大齿轮与低速轴的键连接 19 7 2 小链轮与减速器低速轴轴伸的键连接 19 7 3 联轴器与减速器高速轴轴伸的键连接 19 8 联轴器的选择 20 9 减速器的其他附件 20 10 润滑和密封 21 10 1 减速器齿轮传动润滑油的选择 21 10 2 减速器轴承润滑方式和润滑剂的选择 21 10 3 减速器密封装置的选择 通气器类型的选择 21 11 整体装配 21 12 参考文献 23 1 1 设计任务书设计任务书 1 1 设计题目设计题目 设计胶带传输机的传动装置 1 2 工作条件工作条件 工作年限工作班制工作环境载荷性质生产批量 102多灰尘稍有波动小批 1 3 技术数据技术数据 题号 滚筒圆周力 F N 带速 v m s 滚筒直径 D mm 滚筒长度 L mm ZDL22001 5280500 2 2 电动机的选择计算电动机的选择计算 2 1 选择电动机系列选择电动机系列 根据工作要求及工作条件应选用三相异步电动机 封闭自扇 冷式结构 电压 380 伏 Y 系列电动机 2 2 选择电动机的功率及转速选择电动机的功率及转速 2 2 1 卷筒所需有效功率卷筒所需有效功率 PW 3 30kW kW FV pw30 3 1000 5 12200 1000 2 2 2 传动总效率传动总效率 根据表 2 11 1 确定各部分的效率 弹性联轴器效率 1 0 99 一对滚动球轴承效率 2 0 98 闭式圆柱齿轮的传动效率 3 0 97 暂定 8 级 开式链传动效率 4 0 92 一对滑动轴承的效率 5 0 97 运输滚筒的效率 6 0 96 0 7901 7901 0 96 097 092 097 098 099 0 2 6543 2 21 2 2 3 所需电动机的功率所需电动机的功率 Pr 4 18kW kW18 4 7901 0 30 3p p w r 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机 封闭自扇冷式 结构 电压 380V Y 系列 查表 2 19 1 可选的 Y 系列三相异步电动机 Y132S 4 型 额定 P0 5 5kW 或选 Y132M2 6 型 额定 P0 5 5kW 均满足 P0 Pr 因此初步这样选择 2 2 4 确定电动机转速确定电动机转速 传动滚筒转速 nw 102 4r min min 4 102 28 0 5 16060 w r D v n 2 3 选择电动机的型号选择电动机的型号 现以同步转速为 1500r min 1000r min 两种方案比较 查得电动机数据 计算总传动比结果列于下表 方 电动机型号额定同步转满载转电动总传动比 案 号 功率 kW 速 r min 速 r min 机质 量 kg 1Y132S 45 5150014406814 06 2Y132M2 65 51000960849 38 比较两种方案 方案 1 选用的电动机使总传动比较大 为使传动装置结构紧凑且价格经济 选用方案 2 电动机型号 为 Y132M2 6 由表 2 19 2 查得其主要性能数据列于下表 电动机额定功率 kW 0 P5 5 电动机满载转速 r min 0 n960 电动机轴伸直径 D mm38 电动机轴伸长度 E mm80 电动机中心高 H mm132 堵转转矩 额定转矩2 0 传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数计算 分配传动比分配传动比 3 1 1 总传动比总传动比 38 9 4 102 960 0 w n n i 3 1 2 各级传动比的分配各级传动比的分配 查表 2 11 1 取链传动的传动比为 i链 2 5 则减速器传动比 752 3 5 2 38 9 链 减 i i i 3 2 各轴功率 转速和转矩的计算各轴功率 转速和转矩的计算 0 轴 0 轴即电动机的主动轴 P0 Pr 4 18kW n0 960r min mN58 41 960 18 4 9550 n p 55 9T 0 0 0 1 轴 1 轴即减速器的高速轴 P1 P0 1 4 18 0 99 4 14kW min 960 01 0 1 r i n n mN18 41 960 14 4 9550 n p 55 9T 1 1 1 2 轴 2 轴即减速器的低速轴 12 0 98 0 97 0 95 P2 P1 12 4 14 0 95 3 93kW min 86 255 752 3 960 12 1 2 r i n n mN69 146 255 86 93 3 9550 n P 55 9T 2 2 2 3 轴 3 轴即传动滚筒轴 23 0 98 0 92 0 90 P3 P2 23 3 93 0 90 3 54kW min 34 021 2 5 255 86 23 2 3 r i n n mN n P T 34 303 102 34 54 3 955055 9 3 3 3 各轴运动及动力参数列表示各轴运动及动力参数列表示 轴 序 号 功率 P kW 转速 n r m in 转矩 T N m 传动形式 传动 比 i 效率 04 1896041 58弹性联轴 器 10 99 14 1496041 18 闭式齿轮 传动 3 7520 95 23 93 255 8 6 146 69 开式链传2 50 90 33 54 102 3 4 330 34动 4 4 传动传动零件的设计计算零件的设计计算 4 1 减速器以外的传动零件 链传动 的设计计算减速器以外的传动零件 链传动 的设计计算 4 1 1 确定链轮齿数确定链轮齿数 由传动比取 小链轮齿数 取 25 z1 25245 2229229 1 iz 1 z 大链轮齿数 取 63 z2 635 62255 2 12 izz 2 z 实际传动比 i链 2 52 52 2 25 63 1 2 z z i 5 8 0 100 5 2 52 25 2 100 理 实理 i ii i 4 1 2 确定链条节距确定链条节距 由式 pz A KK PK P 0 查教材表 10 16 得 工况系数1 4 A K 小链轮齿数系数 34 1 19 25 19 08 1 08 1 1 z Kz 取双排链 查教材表 10 17 得 1 7 p K P0 2 42kwkW42 2 7 134 1 93 34 1 KK PK P pz A 0 因为 min 86 255 1 rn 查教材图 10 23 选链号 No10A 节距 p 15 875mm p 15 875mm 4 1 3 计算链长计算链长 初选 40p 4015 875 635mm 0 a 链长 节92 124 2 2563 635 875 15 2 2563 875 15 635 2 2 2 2 2 212 0 120 zz a pzz p a Lp 取 126 节 Lp 126节 p L 由于中心距可调 实际中心距 a 635mm 4 1 4 验算链速验算链速 s m692 1 100060 875 1586 25525 100060 pnz v 21 v 15 m s 适合 4 1 5 选择润滑方式选择润滑方式 按 v 1 692m s 链号 10A 查教材图 10 26 选用滴油润滑 4 1 6 作用在轴上的力作用在轴上的力 由式计算有效圆周力 Fe 2322 70NN70 2322 692 1 93 31000 v P1000 Fe 作用在轴上的力 FQ 2787 24NN24 278770 23222 1F2 1F eQ 4 1 7 链轮尺寸及结构链轮尺寸及结构 分度圆直径 d1 126 662mmmm z p d662 126 25 180 sin 875 15 180 sin 0 1 0 1 d2 318 643mmmm z p d643 318 63 180 sin 875 15 180 sin 0 2 0 2 4 2 减速器以内的传动零件 齿轮 的设计计算减速器以内的传动零件 齿轮 的设计计算 4 2 1 材料的选择材料的选择 小齿轮选用 45 号钢 调质处理 齿面硬度 217 255HBS 大齿轮选用 45 号钢 正火处理 齿面硬度 162 217HBS 计算应力循环次数N 9 11 1076 2 2830010 19606060 h jLnN 8 9 1 2 1037 7 752 3 1076 2 i N N 查教材图 11 14 得 ZN1 1 0 ZN2 1 04 允许一定的点蚀 由教材图 11 15 得 ZX1 ZX2 1 0 取 SHmin 1 0 由教材图 11 13 b 得 MPa H 565 1lim MPa H 520 2lim 由式计算许用接触应力 MPaZZ S XN H H H 5650 10 1 0 1 565 11 min 1lim 1 MPaZZ S XN H H H 8 5400 104 1 0 1 520 22 min 2lim 2 因 计算中取 12HH MPa HH 8 540 2 MPa H 8 540 4 2 2 按齿面接触强度确定中心距按齿面接触强度确定中心距 小轮转矩mmN41180T1 初定螺旋角 12 由教材图 11 20 得 Z 0 99 初取 由教材表 11 5 得0 1 2 ttZ K MPaZE 8 189 由教材图 11 7 得 45 2 H Z 减速传动 取 752 3 iu4 0 a 由式计算中心距a mm18 102 8 540 99 08 18945 2 752 34 02 411800 1 1752 3 ZZZZ u2 KT 1u a 3 2 3 2 H EH a 1 查表 2 11 2 取中心距 a 140mm a 140mm 估算模数 mn 根据经验公式 mn 0 007 0 02 a 0 007 0 02 140 0 98 2 8mm 取标准模数 mn 2 5mm mn 2 5mm 计算齿数 z1 z2 小齿轮齿数 05 23 1752 35 2 12cos1402 1um cosa2 z n 1 大齿轮齿数 z2 uz1 3 752 23 05 84 50 取 z1 24 z2 86 z1 24 z2 86 精确计算螺旋角 1 2 2 2 5 24 86 2 140 0 98 11 28 42 与初选 12 接近 可不修正 11 28 42 验算传动比误差 要求 i理 3 752 而实际传动比 i齿 3 583 583 3 24 86 z z i 1 2 实 42 1 5 214 3 42 2811sin56 m sinb n 传动比误差 5 5 4 100 752 3 583 3752 3 100 i ii i 理 实理 在允许范围内 齿轮分度圆直径 d1 mn z1 cos 2 5 24 cos11 28 42 61 224mm d1 61 224mm d2 mn z2 cos 2 5 86 cos11 28 42 219 388mm d2 219 388mm 圆周速度 v 2 92m s s m92 2 1060 960224 6114 3 1060 nd v 33 11 由教材表 11 6 取齿轮精度为 8 级 4 2 3 验算齿面接触疲劳强度验算齿面接触疲劳强度 按电机驱动 载荷稍有波动 由表 11 3 取 KA 1 25 由教材图 11 2 b 按 8 级精度和s m7008 0100 2492 2100 vz1 得 Kv 1 06 齿宽 b 56mmmm561404 0ab a 由教材图 11 3 a 按 b d1 56 61 224 0 914 考虑轴刚度较大和齿轮相对轴承为非对称布置 取 K 1 08 由教材表 11 4 得 K 1 2 载荷系数 K 1 717717 12 108 106 125 1KKKKK vA 由教材图 11 4 按 zv1 z1 cos3 24 cos311 28 42 25 5 zv2 z2 cos3 86 cos311 28 42 91 4 得 765 0 1 823 0 2 所以588 1823 0765 0 21 由教材图 11 6 得 78 0 Z 由式 11 31 计算齿面接触应力 所以安全 MPa8 540MPa69 331 752 3 1752 3 224 6156 41180717 12 99 078 08 18945 2 u 1u bd KT2 ZZZZ H 2 2 1 1 EHH 4 2 4 验算齿根弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳强度 按 zv1 25 5 zv2 91 4 由教材图 11 10 得 Y 2 66 Y 2 23 1Fa2Fa 由图教材 11 11 得 58 1Y 1sa 78 1 2 sa Y 由图教材 11 12 得 70 0 Y 由图教材 11 21 得 Y 0 90 由图教材 11 16 b 得 MPa F 220 1lim MPa F 200 2lim 由图教材 11 17 得 Y 1 0 Y 1 0 1N2N 由图教材 11 18 得 Y Y 1 0 1X2X 取 Y 2 0 S 1 4 STminF 由式计算许用弯曲应力 MPaYY S Y XN F STF F 3140 10 1 4 1 0 2220 11 min 1lim 1 MPaYY S Y XN F STF F 2860 10 1 4 1 0 2200 22 min 2lim 2 MPa314MPa68 43 9 070 058 166 2 5 2224 6156 41180717 12 YYYY mbd KT2 1F 1sa1Fa n1 1 1F 故安全 MPa286MPa25 41 58 166 2 78 123 2 68 43 YY YY 2F 1Sa1Fa 2Sa2Fa 1F2F 4 2 5 齿轮主要几何参数齿轮主要几何参数 z1 24 z2 86 u 3 752 mn 2 5 mm 11 28 42 mt mn cos 2 5 cos11 28 42 2 551mm d1 mn z1 cos 2 5 24 cos11 28 42 61 224mm d2 mn z2 cos 2 5 86 cos11 28 42 219 388mm mm 224 665 22224 61m2dd 11a mm 388 2245 22388 219m2dd 22a mm 974 545 225 12224 61m25 12dd 11f mm 138 2135 225 12388 219m25 12dd 22f mm306 140 388 219224 61 2 1 dd 2 1 a 21 取 b1 b2 5 10 62mmmm56bb2 5 5 轴的设计计算轴的设计计算 5 1 减速器高速轴的设计减速器高速轴的设计 5 1 1 选择轴的材料选择轴的材料 高速轴 选择材料为 45 号钢 调质处理 5 1 2 根据电动机轴直径估算轴伸直径根据电动机轴直径估算轴伸直径 根据所选电机轴伸m80轴伸长 38mEmmD T0 41 58N m 则 d 0 8 1 0 D 0 8 1 0 38 30 4 38mm 5 1 3 选择联轴器 设计轴的结构 初选滚动轴承选择联轴器 设计轴的结构 初选滚动轴承 选择联轴器 拟选用 LT 型弹性套柱销联轴器 GB T 4323 2002 KA 1 5 计算转矩为 c T 1 5 41 58 62 37N m c T 0 TKA 根据 62 37N m 从表 2 14 2 可查 LT6 号联轴器 c T min r960nmin r3800n mm42d mm32d mN37 62TmN250T maxmincn 设计轴的结构 根据初选的联轴器型号 由联轴器轴孔直径确定减速器高速 外伸段直径为 d 32mm L联 55mm mm40dd mm45d mm40d mm35d 24321 mm5 260L mm75 93L mm75 201L mm80l LL 总3 2联1 初选滚动轴承 根据半径初选圆锥滚子轴承 GB T 97 1994 型号 30208 5 1 4 求小齿轮上的作用力求小齿轮上的作用力 转矩 T T1 41 18N m 圆周力 Ft 1345 22 NN22 1345 224 61 411802 d T2 Ft 径向力 Fr 499 61N N61 499 42 2811cos 20tan22 1345 cos tanF F t r 轴向力 273 16N N16 273 42 2811tan22 1345tanFF ta a F 5 2 减速器低速轴的设计减速器低速轴的设计 5 2 1 选择轴的材料选择轴的材料 低速轴 选择材料为 45 号钢 正火处理 5 2 2 按转矩初步估算轴伸直径按转矩初步估算轴伸直径 mm34 27 86 255 93 3 110 n P Ad 3 3 2 2 由于受键槽影响加大 5 取 d0 32mm 5 2 3 设计轴的结构 初选滚动轴承设计轴的结构 初选滚动轴承 设计轴的结构 mm40dd mm52C 4 3 dd mm45d 40mmd mm35C 4 3 dd 25134 32101 mm5 230BLLL mm16s5L mm7 d d 7 0L mm54l BL mm75 90Bs5BL mm75 195Lset K 5BL mm50 1 5 0 d 2 5 1 1 5 0 LL 627 16 345 24 123 1222 0链轮1 初选滚动轴承 根据半径初选圆锥滚子轴承 GB T 97 1994 型号 30208 5 2 4 轴的计算简图轴的计算简图 5 2 5 求垂直面内的支撑反力 作垂直面内的弯矩图求垂直面内的支撑反力 作垂直面内的弯矩图 垂直面支反力 L1 90mm L2 L3 54mm 0MB 0LF LL R 3t32Ay RAY 672 61N N61 672 2 22 1345 2 F LL LF R t 32 3t Ay 0 Y RBY 672 61N N61 67261 672 22 1345RFR AytBy 垂直面弯矩 MY图 A 点 MAy 0N mm MAy 0N mm C 点 McY 36321N mm mmN363215461 672LRM 2Aycy 5 2 6 求水平面内的支撑反力 做水平面内的弯矩图求水平面内的支撑反力 做水平面内的弯矩图 水平面支反力 0MB 0 LLL FLF 2 d F LL R 321Q3ra32Az RAZ 5082 30N N30 5082 5454 545490 24 2787 2 388 219 16 273 5461 499 LL LLL F 2 d FLF R 32 321Qa3r Az 0Z RBZ 1795 45NN45 1795FFRR rQAzBz 水平面弯矩 MZ图 A 点 MAZ FQL1 2787 24 90 250852N mm MAZ 250852N mm C 点左 274444N mmmmN2744445430 5082LRM 2Az左CZ 左cZ M C 点右 96959N mmmmN969595445 1795LRM 3BZ右cZ 右cZ M 5 2 7 求合成弯矩 作合成弯矩求合成弯矩 作合成弯矩 M 图图 A 点 MA 250852N mmmmN250852MM 2 Az 2 AyA C 点左 276837N mmmmN276837MMM 2 左cZ 2 yc左C 左C M C 点右 103539N mmmmN103539MM 2 右cZ 2 yc右C 右C M 5 2 8 作转矩作转矩 T 图图 T 147563N mmmmN147563 2 d FT t 5 2 9 求当量弯矩 作当量弯矩求当量弯矩 作当量弯矩 MV图图 该轴单向工作 转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑 取 0 6 A 点 MvA 266018N mm mmN266018 1475636 0 250852 T MM 2222 AA C 点左边 MvC左 290650N mm mmN290650 1475636 0 276837 T MM 2222 左c左Cv C 点右边 MvC右 103539N mm mmN103539 06 0 103539 T MM 222 2 右c右Cv D 点 MvD 88538N mm mmN88538TMM 22 DDv 5 2 10 校核轴的强度校核轴的强度 由以上分析可见 C 点弯矩最大 而 D 点轴径最小 所以 该轴危险断面是 C 点和 D 点所在剖面 查表 13 1 得查表 13 2 得 2 B mm N650 2 1 55 mmN b C 点轴径 mm M d b C C 5 37 551 0 290650 1 0 3 3 1 v 因为有一个键槽 该值mmdC4 39 05 01 5 37 小于原 设计该点处轴径 45mm 故安全 D 点轴径 mm M d b D D 2 25 551 0 88538 1 0 3 3 1 v 因为有一个键槽 该值mmdD5 26 05 01 2 25 小于原设计该点处轴径 32mm 故安全 6 6 滚动轴承的选择及其寿命计算滚动轴承的选择及其寿命计算 6 1 减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算 6 1 1 选择轴承类型及初定型号选择轴承类型及初定型号 圆锥滚子轴承 GB T 97 1994 型号 30208 查表得 kNCr8 59 kNC r 8 42 0 6 1 2 计算轴承的受力计算轴承的受力 N61 672 2 22 1345 2 F RR t ByAy N25 527 LL LF 2 d F R 32 3ra Az N86 102661 49925 527RFR AzrBz R1 854 63N N63 854RRR 2 AZ 2 AY1 R2 1227 54NN54 1227RRR 2 BZ 2 BY2 计算派生轴向力 查表可得 e 0 4 Y 1 5 N88 284 Y2 R S 1 1 N18 409 Y2 R S 2 2 确定轴承的轴向载荷 S1 284 88S1 FA 11 72 A2 409 18N A2 409 18N 6 1 3 计算当量动载荷计算当量动载荷 0Y 1X 则e33 0 R A 5 1Y 40 0X 则e79 0 R A 22 2 2 11 1 1 P1 X1R1 Y1A1 1365 36N P2 X2R2 Y2A2 1227 54N 取 P P1 1365 36N P 1365 36N 6 1 4 计算轴承寿命计算轴承寿命 1030082 h48000h179997 36 13652 1 598001 96060 10 p Cf n60 10 L 3 10 6 3 10 t 6 h10 pf 故满足轴承的寿命要求 6 2 减速器低速轴滚动轴承的选择及其寿命计算减速器低速轴滚动轴承的选择及其寿命计算 6 2 1 选择轴承类型及初定型号选择轴承类型及初定型号 圆锥滚子轴承 GB T 97 1994 型号 30208 查表得 kNCr8 59 kNC r 8 42 0 6 2 2 计算轴承的受力计算轴承的受力 可由前面低速轴校核的力直接求出 R1 5126 61N NRRR AZAY 61 512630 508261 672 2222 1 R2 1917 30NNRRR BZBY 30 191745 179561 672 2222 2 计算派生轴向力 查表可得 e 0 4 Y 1 5 N Y R S87 1708 2 1 1 N Y R S1 639 2 2 2 确定轴承的轴向载荷 S1 1708 87N S2 FA 365 94N A1 1708 87N A1 1708 87N S2 639 1N S1 FA 1982 03N A2 1982 03N A2 1982 03N 6 2 3 计算当量动载荷计算当量动载荷 5 1 40 0 则e03 1 0 1 则e33 0 22 2 2 11 1 1 YX R A YX R A P1 X1R1 Y1A1 5126 61N P2 X2R2 Y2A2 3739 97N 取 P P1 5126 61N P 5126 61N 6 2 4 计算轴承寿命计算轴承寿命 1030082 48000h127672 61 51262 1 598001 89 25560 10 60 10 3 10 6 3 10 6 10 h p Cf n L pf t h 故满足轴承的寿命要求 7 7 键连接的选择和验算键连接的选择和验算 7 1 减速器大齿轮与低速轴的键连接减速器大齿轮与低速轴的键连接 7 1 1 键的材料类型及尺寸键的材料类型及尺寸 45 号钢 A 型普通平键 b 12mm h 8mm L 45mm 7 1 2 验算键的挤压强度验算键的挤压强度 查教材表的许用挤压应力 mPa p 100 键的计算长度 l L b 45 12 33mm 由下式得 该键安全 所以选 12 45 GB1096 79 7 2 小链轮与减速器低速轴轴伸的键连接小链轮与减速器低速轴轴伸的键连接 7 2 1 键的材料类型及尺寸键的材料类型及尺寸 45 号钢 A 型普通平键 b 10mm h 8mm L 45mm 7 2 2 验算键的挤压强度验算键的挤压强度 100 l 35mm 同上面的方法 p 2