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1、机械设计课程设计任务书姓名: 田毅 班级:交通运输工程 2 班学号: 201131150118指导老师:夏红梅设计时间: 2013.12.1 2013.12.26华南农业大学工程学院目录1 机械设计课程设计题目及传动方案32 电动机的选择计算43 传动装置运动和动力参数的选择计算53.1 分配传动比53.2 运动和动力参数计算54 传动零件的设计计算74.1 减速器外传动及传动零件设计74.2 减速器内传动及传动零件设计85 轴的设计计算125.1 高速轴125.2 中间轴135.3 低速轴 156 轴承的设计 177 联轴器的设计188 键的设计189 润滑与密封1910 箱体及附件的结构设

2、计和选择 1911 设计小结2012 参考资料201 机械设计课程设计题目及传动方案设计题目:带式输送机传动装置传动方案:链传动两级圆柱齿轮减速器 电机两级圆柱齿轮减速器链传动工作机5 电动机4 联轴器3 减速器2 链传动1 输送带鼓轮设计参数: 输送带的牵引力: F=10KN 输送带的速度: v=0.48m/s 提升机鼓轮的直径: D=390mm设计要求:1)输送机运转方向不变,工作载荷稳定。2)输送带鼓轮的传动效率取为 0.97。3)工作寿命为 8 年,每年 300个工作日,每日工作 16 小时2 电动机的选择与计算(1)选择电动机的类型 按工作要求和工作条件选用 Y 系列三相笼型异步电动

3、机,全封闭自扇冷式结 构,电压 380V。2)选择电动机容量,电动机所需工作功率为PdPw,工作机所需功率PwFv1000传动装置的总效率为421 2 3 4 5确定各部分的效率为:滚子链传动效率1 0.96 ,滚动轴承(一对)效率=0.99 ,联轴器传动效率4 = 0.99闭式齿轮传动效率 3 =0.97 ,输送带鼓轮传动效率 5 0.97代入得 0.833所需电动机功率为 Pd5. 76kW因载荷平稳,电动机额定功率 Ped略大于 Pd 即可,查表: Y 系列电动机技术数 据,选电动机的额定功率为 7.5kW.(3) 确定电动机的转速60 1000vD28. 65r / min通常,链传动

4、的传动比常用范围为 2-5 ,二级圆柱齿轮减速器为 8-40,则总传动比的范围为 ia 16 200 ,所以电动机转速的可选范围为nd ianw (16 200) 28. 65 r min (458 5730) r min符合这一范围的同步转速有 750,1000,1500 和 3000r/min 。选用 1500r/min 和1000r/min 的电动机进行比较,查表得: (安装型定为 B3)方案电动机型 号额定功率 /kw同步转速 / 满载转速 (r/min)外形尺寸L安装尺寸A电动机 中心高 H轴伸尺寸D,E,F1Y132M-47.51500/1440515216132+0.018,80

5、,102Y160M-67.51000/970600254160+0.018,110,12由于方案 1 转速高,占用体积也小,故采用方案 1.3 传动装置运动和动力参数的选择计算3.1 分配传动比(初步)1)总传动比 i anmnw144028. 6550.262)分配传动比,取滚子链传动比 i34 3 ,则对于展开式二级圆柱齿轮减速器高速级传动比 i12 1.4i23 (低速级传动比),总传动比 轴 (高速轴)n1 n0 1440r mini a 16. 75 ,i 34i 12i 23 16. 75 ,解得 i 12 4.84 , i 23 3.463.2 计算传动装置的运动和动力参数电动机

6、轴P0 Pd 5. 76kWn0 nw 1440r /minT0 9550n38.2N mn0轴名功率 P/kw转矩 T/N m转速传动比效率输入输出输入输出电动机轴5.7638.2144010.991轴5.705.6437.837.414404.840.962轴5.475.42173.8173.8297.523.460.963轴5.255.20583.1577.385.9930.954轴4.994.941662.81646.228.66P1P0 42 轴 (中间轴)P2 P1 2 33 轴 (低速轴)P3 P2 2 34 轴(鼓轮轴 )5. 70kWT1 9550 P1 37.8N m1n1

7、n2n1297. 52 r mini 12P25. 47kWT2 9550 2 175. 6N m2n2n25. 25kWi 23n4 ii 34P4P3 2 14. 99kWn4各轴运动和动力参数85. 99r minP3T3 9550 3 583. 1N mn328. 66r minPT4 9550 4 1662. 8N m4传动零件的设计计算4.1 减速器外传动及传动零件设计链传动由之前的计算,得知从减速器箱体出来后就是链传动,即低速轴输出P=5.20kw,n=85.99r/min, 传动比 i=3 (滚子链)1 链轮齿数选 Z1=25,大齿轮齿数 Z2=i*Z1=3*25=752 链条

8、节数初定中心 a0 =40p,则LP 2a0 z1 z2 p(z2 z1 ) 2 =131.6 节p 2 a0 2取链节数为 1323 计算功率KA 1. 0,PC KAP 5. 20kW(载荷平稳)4 链条节距由式 P0 PC 估计此链传动工作, Kz ( z1 )1.08 1.34 ,采用单排链, km 1.0,0 KZ Kmz 19 m故 p0 3. 88kw ,查表得当 n=85.99r/min 时,12A 链条能传递的功率为 4.0kW,故采用 12A 链条,节距 p =19.05mm5 实际中心距将中心距设计成可调节的,不必计算实际中心距。可取 a a0 40p 762mm6 计算

9、链速v= z1pn10. 68m/ s 0.6m/ s ,符合一般规定。60 10007 作用在轴上的压力P取 FQ 1.3F , F 1000 vC 7647. 1N , FQ 9941. 2N8润滑方式查表得可选用 L-AN100(040环境 ) ,人工定期润滑或滴油润滑均可。4.2 减速器内传动零件设计设计的减速器为两级直齿圆柱齿轮减速器1 高速级传动比 i 1=4.84 ,高速轴转 n1=1440r/min ,传动功率 P1=5.64kw,采用 软齿面。(1)选择材料及确定许用应力小齿轮材料选用 40MnB调质,齿面硬度为 241-286HBS, H lim1 730MPa ,FE1

10、600MPa 大 齿 轮 为 ZG35SiMn 调 质 , 齿 面 硬 度 为 241-269HBS,H lim 2 620MPa , FE2 510MPa应力循环次数N 8 300 16 60 480 1.1 109 次查表得寿命系数 KHN 0.92;KFN 0.86。取SF 1.25, SH 1,H1=KHN H lim1 0.92 730MPa 671.6MPaSH H 2= 0.92 620 MPa 570.4MPa F 1=K FN FE1 0.86 600MPa 412.8MPa FSF1.250.86 510 F 2=0.816.25510MPa 350.9MPa(2) 按齿面

11、接触疲劳强度设计设齿轮按 8级精度制造,取载荷系数 K=1.2,齿宽系数 d 0.8 小齿轮上转矩 T1 9.55 106 P1 3.6 104 N mn1取 ZE 189. 8, ZH2. 5d1 3 2KdT1i1 1( ZEZi1 H2 )2=45.42mm齿数取 Z123 ,则 Z24. 8423111,模数m=d11. 97mm,z1故实际传动比 i 111123 4. 83 齿宽,b= dd10. 8 45. 42mm 36. 34mm,取 b145mm, b240mm,m=2mm实, 际的 d1 z1 m 23 2mm 46mm ,d2111 2mm 222mm中心距ad1 2d

12、2(46 222)/ 2 134mm3)验算轮齿弯曲强度齿形系数表查得 YFa12.80;YFa22. 20; YSa1 1.58;YSa21.82F12KT1YFa1YSa1 b2m2Z1106. 8MPa F 1412. 8MPaF2YFa2YSa2F1F1 YFa1YSa196. 6MPa F 2350. 9MPa ,安全。4)计算圆周速度d1n1(5)采v60 1000 齿轮的其他参数 用ha*1. 0,c*0. 25, ha齿顶圆直径 da1d12hada2齿根圆直径 d f13. 41ms ,查表知选用8 级精度即可。ha * m50mmd2 2ha226mmd1 2hf 41mm

13、df 2d22hf217mm2.0, hf(ha *c*)m 2. 502 低速级传动比 i 2=3.46 ,中间轴转速 n2=297.52r/min ,传动功率 P2=5.42kw,采用软齿面。(1)选择材料及确定许用应力小齿轮 、 大齿 轮材 料 均选 用 40MnB调质, 齿 面硬度为 241-286HBS,Hlim1 730MPa , FE1 600MPa应力循环次数N 8 300 16 60 480 1.1 109 次查表得寿命系数 KHN 0.92;KFN 0.86。取SF 1.25, SH 1,H 1=K HN H lim 1SH0.92 730MPa 671.6MPa1 F 1

14、=KFN FE1SF0.86 600MPa 412.8MPa1.25(2) 按齿面接触疲劳强度设计设齿轮按 8 级精度制造,取载荷系数 K=1.2,齿宽系数 d 0.8 小齿轮上转矩 T2 9. 55 10nP21.76 10 N mn2取 ZE 189. 8, ZH2. 5d13 2KT2 i2i 1(Z EZH )2 =69.78mm d i 2 H齿数取 Z1 28,则Z2 3.46 28d196. 88 ,模数 m=z12. 49mm,z1故实际传动比 i 197283. 46,齿宽 b= dd10. 8 68. 9mm 55. 12mm,取b165mm, b260 mm,m=2.5m

15、m,实际的 d1 z1 m 28 2.5mm 70mm, d297 2. 5mm 242. 5mm中心距 ad1 d2d1 2 d2 (70 242. 5) / 2 156.25mm3)验算轮齿弯曲强度齿形系数表查得 YFa1 2.65; YFa22.22;YSa1 1.61;YSa21. 80F12KT2YFa1YSa1171. 6MPa F1bm2Z1412. 8MPaF2F 1 YFa2YSa2YFa1YSa1160. 8MPa F 2412. 8MPa ,安全。4)计算圆周速度 v 。d1n260 10001. 09 ms,查表知选用9 级精度即可。5)齿轮的其他参数采用正常齿制,则h

16、a*1. 0,c*0. 25, haha* m 2.5, hf(ha *c*)m 3. 125齿顶圆直径 da1d12ha75mmda2d22ha247. 5mm齿根圆直径 df 1d12hf63. 75mmdf 2d2 2hf236. 25mm5 轴的设计计算5.1 高速轴轴的形状如图,由齿轮数据,定轴从左至右直径分别为32mm,40mm,50mm,40mm,32mm,27mm,22mm, 长 度 分 别 为 17mm,12mm,45mm,113.2mm,17mm,20mm,3。8mm由于小齿轮太小, 故将小齿轮和轴并在一起设计成齿轮轴, 由之前算的数据, 得: da1 50mm , d1

17、46mm, b1 45mm, z1 23,T1 37.4N m, 取20 , 得 直 齿 圆 柱 齿 轮 上 圆 周 力 Ft2dT1 =1626.1N, 径 向 力d1FrFt tan591. 9N(1)求垂直面的支承反力MavF1v L23.0N mMaHF1H L61. 7N m2. 8FF1v436. 1NF2vFrF1v155. 8N3. 8(2)求水平面的支承反力F1H2. 8Ft1198. 2N3. 8F2HFtF1H427. 9N(3) 求垂直面和水平面的弯矩图:(4)合成弯矩图Ma23. 02 61. 7265. 8N m(5)危险截面的当量弯矩MeMa2 ( T)269.

18、5N m(6)计算危险截面处轴的直径轴的材料选用 45 钢,调制处理,B 650MPa , 查表得 1b 60MPa , 则d 3 0.1Me 60 22. 6mm而 d122. 6mm,故设计合理。5.2 中间轴1 3 4 2轴的形状如图,由齿轮数据,定轴从左至右直径分别为 32mm,44mm,50mm,44mm,38mm,35mm,32mm,长 度 分 别 为17mm,9.5mm,50mm,35.7mm,65mm,10mm,1。7mm由之前算的数据,得: d2 50mm, d1 38mm,小齿轮 d1 70mm, da1 75mm, z1 28,大齿轮 d2 222mmda2 226mm,

19、 z2 111,T173. 8N m, 取20 ,得直齿圆柱齿轮上圆周力 Ft 2T =1565.8N, Ft 2T =4965.7Nt d 2t d1径向力 FrFt tan 569. 9N , FrFt tan1807. 4N(1)求垂直面的支承反力195. 7F1v144. 2Fr51Fr890. 9N543.8 1771 862 1486. 4N2)求水平面的支承反力F1H144. 2Ft51Ft2447.8N195. 7F2H1494 4866 2369 4083. 7N(3) 求垂直面和水平面的弯矩图: Mav1 F1v L45. 9N mMav2 F2v L 75. 7N mMa

20、H1F1H L 126. 1N mMaH2F2H L208. 7N m4)合成弯矩图Ma1Mav1MaH1134. 2N mMa2Mav2 MaH2222. 0N m(5)危险截面的当量弯矩MeMa22 ( T)2245. 3N m(6)计算危险截面处轴的直径轴的材料选用 45 钢,调制处理, B 650MPa , 查表得 1b 60MPa , 则Med 3 0.1 e 6034. 4mm而d134. 4mm,故设计合理。5.3 低速轴2 3 1轴的形状如图,由齿轮数据,定轴从左至右直径分别为 46mm,50mm,54mm,60mm,65mm,60mm,54mm,长 度 分 别 为30mm,3

21、0mm,25mm,89.7mm,60mm,17mm,2。5mm由 之 前 算 的 数据 ,得 : da 247. 5mm, d 242. 5mm, z 97T577. 3N m, 取20 ,得直齿圆柱齿轮上圆周力 Ft=4762.1N,d径向力 FrFt tan1733. 2N1) 求垂直面的支承反力132. 2Fr 1122. 1N204. 2FrF1v611. 1N2)求水平面的支承反力F1H61Ft3083. 0N204. 2FtF1H1679. 1N3)F 力在支点上产生的反力F1F53. 5F2604. 6N204. 29960 2609. 5 12545. 8N(4) 绘弯矩图:M

22、avF1v L80. 7N mMaHF1H L221. 7N mF力产生的弯矩:M2 FF1F 204. 2mm 531. 9N m72mm 187. 5N m在 3 点处: MaFF1F5)求合成弯矩,考虑最不利的情况,MaMav2 MaHMaF423. 4N m,而 M2F531. 9N m(6)求危险截面的当量弯矩,由( 5)可知,在 2 处的截面最危险,其当量弯矩 22MeM2F( T )2634. 7N m(7)计算危险截面处轴的直径轴的材料选用 45 钢,调制处理, B 650MPa , 查表得 1b 60MPa , 则47. 3mm而 54mm 47. 3mm,故设计合理。6 轴

23、承的设计( 1)高速轴:由此前设计的高速轴选定滚动轴承代号为 7305AC的角接触球轴承 (一对),已知轴承载荷 Fr1 436. 1N , Fr 2 155. 8N ,n=1440r/min, 预期 寿 命 Lh 38400h( 8 16 300) , Fs1 0. 68Fr 1 296. 5N , Fs2 0. 68Fr 2 105. 9N ,因为 Fs1 Fs2 ,所以轴承 2为压紧端,轴承 1 为 放 松 端 , Fa1Fa22 9 6. 5N , 查 表 得 e=0.68 , 而 Fa1 / Fr 1 0.68 ,Fa2/Fr2 1.9 ,查表得: X1=1, Y1=0, X2=0.

24、41 , Y2=0.87, 故当量动载荷为 P1 X1Fr1 Y1Fa1 436. 1NP2 X2Fr2 Y2Fa2 321. 8N , 查 表 得 fp 1.0, ft 1 ,Cr1ffpP1 ( 6100n6 Lh)1/36504. 3N ,查表得 Cr 21500N Cr1,故所选f t 107305AC轴承适用。( 2)中间轴:由此前设计的中间轴选定滚动轴承代号为 7305AC的角接触球轴承 (一对),已知轴承载荷 Fr1890. 9N , Fr 2 1486. 4N ,n=297.52r/min,预 期 寿 命 Lh 38400h(8 16 300) , Fs1 0. 68Fr 1

25、605. 8N ,Fs2 0. 68Fr 2 1010. 8N ,因为 Fs1 Fs2 ,所以轴承 1 为压紧端,轴承 2为放松端, Fa1Fa21010. 8N ,查表得 e=0.68 ,而 Fa1 /Fr1 1.15 ,Fa2 /Fr2 0.68 ,查表得: X2=1, Y2=0, X1=0.41, Y1=0.87, 故当量动载荷为 P1 X1Fr1 Y1Fa11244. 7NP2X2Fr 2 Y2Fa21486. 4N , 查 表 得 f p 1.0, f t 1 ,f pP1 60n 1 / 3Cr1p 1( 6 Lh)1/3 13106. 0N ,查表得Cr 21500N Cr1,故

26、所选f t 107305AC轴承适用。( 3)低速轴:由此前设计的低速轴选定滚动轴承代号为 7309AC的角接触球轴承 (一对),已知轴承载荷 Fr11122. 1N,Fr2611. 1N ,n=85.99r/min, 预期 寿 命 Lh 38400h(8 16 300) , Fs1 0. 68Fr 1 763. 0N , Fs2 0. 68Fr 2 415. 5N ,因为 Fs1 Fs2 ,所以轴承 2 为压紧端,轴承 1为 放松 端, Fa1 Fa2763.0N ,查 表得 e=0.68 , 而 Fa1/Fr1 0.68 ,Fa2/Fr2 1.25 ,查表得: X1=1, Y1=0, X2

27、=0.41, Y2=0.87, 故当量动载荷为 P1X1Fr1Y1Fa11122. 1NP2X2Fr 2Y2Fa2914. 4N, 查 表 得 f p 1.0, ft1 ,f pP1 60n 1 / 3Cr1fp 1 ( 6 Lh)1/36541. 5N ,查表得 Cr 21500N Cr1,故所选f t 107309AC轴承适用。7联轴器的设计由之前的计算知电动机轴输出转矩 T=38.2Nm,转矩 n=1440r/min, 由于工作机为 带式输送机, KA 1. 5, TCKAT 57. 3N m,22 52选用型号为 GYS2联轴器GB/ T5843配合高速轴,J1 22 38查得公称转矩 Tn 63N m,许用转速 np 10000r /min ,Tn Tc,np n符合 规定。8 键的设计1)高速轴上安装联轴器处采用圆头普通平键A型),查表得: b=6,h=6,L=30,挤 压 强 度 校 核 : 普 通 平 键 p4TdhL37. 8MPa , 查 表 得 p1 2 51 5M0P a p ,故符合设计(2)中间轴上安装小齿轮处采用圆头普通平键A型),查表得:b=10,h=8,L=50,挤 压 强 度 校 核 : 普 通 平

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