机械设计基础课程设计东北大学.doc

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 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：陈良玉目录1.设计任务书21.1.设计题目21.2.工作条件21.3.技术数据22.电动机的选择计算22.1.选择电动机系列22.2.选择电动机的功率及转速22.3.选择电动机的型号33.传动装置的运动和动力参数计算43.1.分配传动比43.2.各轴功率、转速和转矩的计算44.传动零件的设计计算64.1.减速器以外的传动零件（链传动）的设计计算64.2.减速器以内的传动零件（齿轮）的设计计算75.轴的设计计算115.1.减速器高速轴的设计115.2.减速器低速轴的设计126.滚动轴承的选择及其寿命计算156.1.减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算156.2.减速器低速轴滚动轴承的选择及其寿命计算167.键连接的选择和验算197.1.减速器大齿轮与低速轴的键连接197.2.小链轮与减速器低速轴轴伸的键连接197.3.联轴器与减速器高速轴轴伸的键连接198.联轴器的选择209.减速器的其他附件2010.润滑和密封2110.1.减速器齿轮传动润滑油的选择2110.2.减速器轴承润滑方式和润滑剂的选择2110.3.减速器密封装置的选择、通气器类型的选择2111.整体装配2112.参考文献231. 设计任务书1.1. 设计题目 设计胶带传输机的传动装置1.2. 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)ZDL22001.52805002. 电动机的选择计算2.1. 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 1.1.1.2.2.1.2.2.2.2.1. 卷筒所需有效功率 PW=3.30kW 1.2.1.3.2.2.2. 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 =0.79011.4.1.5.2.2.3. 所需电动机的功率 Pr=4.18kW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 P0Pr ，因此初步这样选择。1.2.2.1.2.2.2.2.1.2.2.2.2.2.3.2.2.4. 确定电动机转速传动滚筒转速 nw=102.4r/min2.3. 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案号电动机型号额定功率/kW同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)电动机质量/kg总传动比1Y132S-45.5150014406814.062Y132M2-65.51000960849.38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/kW5.5电动机满载转速/(r/min)960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2.01.2.3. 传动装置的运动和动力参数计算1.2.3.3.1. 分配传动比3.1.1. 总传动比 3.1.2. 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 3.2. 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=4.18kWn0=960r/min 1轴：1轴即减速器的高速轴 P1= P01=4.180.99=4.14kW 2轴：2轴即减速器的低速轴 12=0.980.97=0.95 P2= P112=4.140.95=3.93kW 3轴：3轴即传动滚筒轴23=0.980.92=0.90 P3= P223=3.930.90=3.54kW 各轴运动及动力参数列表示轴序号功率P /kW转速n/(r/min)转矩T /(N.m)传动形式传动比i效率04.1896041.58弹性联轴器10.9914.1496041.18闭式齿轮传动3.7520.9523.93255.86146.69开式链传动2.50.9033.54102.34330.344. 传动零件的设计计算4.1. 减速器以外的传动零件（链传动）的设计计算4.1.1. 确定链轮齿数由传动比取小链轮齿数 取=25 z1=25大链轮齿数 取=63 z2=63实际传动比 i链=2.52 4.1.2. 确定链条节距由式 查教材表10-16得，工况系数1.4小链轮齿数系数 取双排链，查教材表10-17，得=1.7 P0=2.42kw因为 查教材图10-23，选链号No10A，节距p=15.875mm p=15.875mm4.1.3. 计算链长初选 =40p=4015.875=635mm链长 取 =126节 Lp=126节由于中心距可调，实际中心距a635mm4.1.4. 验算链速 v15 m/s 适合 4.1.5. 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. 作用在轴上的力由式计算有效圆周力 Fe=2322.70N作用在轴上的力 FQ2787.24N4.1.7. 链轮尺寸及结构分度圆直径 d1=126.662mm d2=318.643mm4.2. 减速器以内的传动零件（齿轮）的设计计算4.2.1. 材料的选择小齿轮选用45号钢，调质处理，齿面硬度217255HBS大齿轮选用45号钢，正火处理，齿面硬度162217HBS 计算应力循环次数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,由式计算许用接触应力 因，计算中取 4.2.2. 按齿面接触强度确定中心距小轮转矩初定螺旋角=12，由教材图11-20得Z=0.99初取，由教材表11-5得由教材图11-7得，减速传动，取， 由式计算中心距a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=(0.0070.02)a=(0.0070.02)140=0.982.8mm,取标准模数mn=2.5mm mn=2.5mm 计算齿数 z1 z2小齿轮齿数：大齿轮齿数：z2=uz1=3.75223.05=84.50 取z1=24，z2=86 z1=24，z2=86 精确计算螺旋角 cos=mnz1+z22a=2.5(24+86)2140=0.98=112842 与初选=12接近，可不修正 =112842验算传动比误差 要求i理 =3.752 而实际传动比 i齿=3.583传动比误差在允许范围内。 齿轮分度圆直径 d1=mnz1/cos=2.524/cos112842=61.224mm d1=61.224mmd2=mnz2/cos=2.586/cos112842=219.388mm d2=219.388mm圆周速度 v=2.92m/s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 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 得Kv=1.06齿宽。 b=56mm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=1.717由教材图11-4，按zv1=z1/cos3=24/ cos3112842=25.5zv2=z2/cos3=86/ cos3112842=91.4得 ，所以 由教材图11-6得，由式（11-31）计算齿面接触应力4.2.4. 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由图教材11-11得，由图教材11-12得，由图教材11-21得，Y=0.90 由图教材11-16（b），得，由图教材11-17，得Y=1.0，Y=1.0由图教材11-18得,Y=Y=1.0取Y=2.0，S=1.4由式计算许用弯曲应力4.2.5. 齿轮主要几何参数 z1=24, z2=86, u=3.752， mn=2.5 mm，=112842， mt= mn / cos=2.5/ cos112842=2.551mmd1=mnz1/cos=2.524/cos112842=61.224mmd2=mnz2/cos=2.586/cos112842=219.388mmmm,mm mm mm , 取 b1=b2+(510)=62mm5. 轴的设计计算5.1. 减速器高速轴的设计5.1.1. 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所选电机轴伸T0=41.58N.m则d=(0.81.0) D=(0.81.0)38=30.438mm5.1.3. 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 =1.541.58=62.37N.m 根据=62.37N.m,从表2-14-2可查LT6号联轴器设计轴的结构.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初选滚动轴承根据半径初选圆锥滚子轴承（GB/T 97-1994），型号302085.1.4. 求小齿轮上的作用力转矩T=T1=41.18N.m圆周力 Ft=1345.22 N径向力 Fr=499.61N 轴向力 =273.16N 5.2. 减速器低速轴的设计5.2.1. 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由于受键槽影响加大5%，取d0=32mm5.2.3. 设计轴的结构，初选滚动轴承设计轴的结构初选滚动轴承根据半径初选圆锥滚子轴承（GB/T 97-1994），型号302085.2.4. 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垂直面支反力L1=90mm, L2=L3=54mm RAY=672.61N RBY=672.61N 垂直面弯矩MY图A点，MAy=0Nmm MAy=0NmmC点 ， McY=36321N.mm 5.2.6. 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 RAZ=5082.30N RBZ=1795.45N水平面弯矩MZ图A点，MAZ=FQL1=2787.2490=250852Nmm MAZ=250852NmmC点左, =274444N.mmC点右 =96959N.mm5.2.7. 求合成弯矩，作合成弯矩M图A点 MA=250852NmmC点左, =276837N.mmC点右, =103539N.mm5.2.8. 作转矩T图 T=147563N.mm5.2.9. 求当量弯矩，作当量弯矩MV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.mmC点左边 MvC左=290650N.mmC点右边 MvC右=103539N.mmD点 MvD=88538N.mm 5.2.10. 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。C点轴径因为有一个键槽。该值小于原 设计该点处轴径45mm ,故安全。D点轴径 因为有一个键槽。该值小于原设计该点处轴径32mm，故安全。6. 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6.1.1. 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 6.1.2. 计算轴承的受力 R1=854.63N R2=1227.54N计算派生轴向力查表可得e=0.4,Y=1.5，确定轴承的轴向载荷S1=284.88S1-FA=11.72,A2=409.18N A2=409.18N6.1.3. 计算当量动载荷P1=X1R1+Y1A1=1365.36N, P2=X2R2+Y2A2=1227.54N取P=P1=1365.36N P=1365.36N6.1.4. 计算轴承寿命 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6.2.1. 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 6.2.2. 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 R2=1917.30N计算派生轴向力查表可得e=0.4,Y=1.5，确定轴承的轴向载荷S1=1708.87N S2-FA=365.94N,A1=1708.87N A1=1708.87NS2=639.1NS1+FA=1982.03N,A2=1982.03N A2=1982.03N6.2.3. 计算当量动载荷P1=X1R1+Y1A1=5126.61N, P2=X2R2+Y2A2=3739.97N取P=P1=5126.61N P=5126.61N6.2.4. 计算轴承寿命 故满足轴承的寿命要求7. 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7.1.1. 键的材料类型及尺寸45号钢，A型普通平键，b=12mm, h=8mm, L=45mm7.1.2. 验算键的挤压强度查教材表的许用挤压应力，键的计算长度 l=L-b=45-12=33mm由下式得该键安全。所以选1245 GB1096-797.2. 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=100，l=35mm，同上面的方法 因，故安全。所以选1045GB1096-79。7.3. 联轴器与减速器高速轴轴伸的键连接7.3.1. 键的材料类型及尺寸45号钢A型普通平键，b=10mm， h=8mm, L=70mm7.3.2. 验算键的挤压强度=100，l=60mm，同上面的方法 因，故安全。所以选1070GB1096-79。8. 联轴器的选择因前部分已初步选用LT6型弹性套柱销联轴器根据电动机轴径d=38mm，轴伸长度E=80mm，故选联轴器主动端轴孔直径d1=38mm，Y型轴孔长度L=