数控专业设计综合实训机械传动系统设计与分析

1、南通纺织职业技朮学院目录一设计任务书二传动方案的拟定三电动机的选择四三角带的传动设计五齿轮传动的设计六减速器的结构及箱体主要结构尺寸计算七轴的设计八滚动轴承的寿命计算九键的选择十联轴器的选择十一减速器的润滑密封和润滑牌号选择十二设计小结十三参考文献2004级数控专业设计综合实训任务书1 课题名称： 机械传动系统设计与分析2 具体设计参数学： 设计参数输送带有效拉力f 输送带工作速度v 输送机滚筒直径d 4kn 0.8m/s 350mm传动系统简图如下：65 v f 41，电动机2，v带传动33，两级圆柱齿轮减速器 4，联轴器25，滚筒1 6，输送带 带式输送机电动机驱动。电动机1通过v带传动将

2、动力传入两级圆柱齿轮减速器3，再通过联轴器4将动力传至输送机滚筒5带动输送带6工作，减速器设计寿命5年，两班制，常温下连续工作，空载启动，工作载荷平稳，三相交流电源，电压为380/220伏。 指导老师：施勇成 南通纺织职业技朮学院设计项目 计算及说明主要结果二传动方案的确定电动机-带传动-齿轮传动-滚筒方案分析1带传动由于承载能力较低在传递相同转矩时结构形式较其它形式大故应放在传动系统的高速级此时转速较高在传递相同功率时的转矩较小从而使带传动获得较为紧凑胡的结构尺寸。此外带传动工作平衡能缓冲吸振被广泛采用。2齿轮传动承载能力较高传递运动准确平稳传递功率和圆周速度范围很大传动效率高结构紧凑。3斜

3、齿圆柱齿轮传动的平稳性较直齿圆柱齿轮传动好故有平稳性要求时可采用斜齿圆柱齿轮传动。由上分析可得将带传动放在传动系统的高速机齿轮传动放在传动系统的低速级传动方案合理。 带式输送机的传动装置简图 1电动机 2v带传动 3两极齿轮减速器 4联轴器 5滚筒 6输送带 南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果三.选择电动机1选择电动机类型2选择电动机额定功率1)计算工作机输出功率2)计算电动机输出功率p0计算电动机输出功率p03)传动装置总效率3)选取pm确定电动机转速(1)滚筒轴转速nw(2)传动比i(3)发动机满载转速nm二计算传动装置在的总传动比并分配各级传动比按照工作条件及载荷特点选用y系

4、列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机pw=fwvw/1000yw kw由1第7页 得yw=0.95pw=3000×0.95/1000×0.95= 3 .37kwp0=pw/y kw由1第11页 式2.4 y=y1×y 2²×y3³× y4参考1第11页 式2.4 y1=0.95 y2=0.97 y3=0.99 y4=0.98 y=0.95×.97²×0.99³×0.98=0.850p0=3.37/0.850=3.96kw为使pm=(1.01.3) p0, 并由1第8页

5、表2.1.取电动机额定功率为 pm=5.5kw nw=60vw/d r/min =60×0.95×1000/350=43.67由1第12页 式2.5, v带传动比24 两级圆齿轮的传动比范围i1 i2=840, 则i= i0× i1× i2=(24)×(840)=16160nm=i×nw×r/min=(16160)×43.67r/min=698.26989.72r/min由1第8页 式2.1,为降低电动机重量和价格选取y系列电动机y132s-4其满载转速nm=1440r/minyy系列三相异步电动机yw=0.95p

6、w=3.37kwp0=3.96kwpm=5.5kwnw=43.67r/minnm=1440r/min南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果传动装置总传动比分配各级传动比三计算传动装置的运动和动力参数1各轴转速 2各轴功率3各轴转速i=nm/nw=1440/43.67=32.97i= i0· i1· i2由<1>第12页表2.5且使i1=(1.31.5)i2 取i0=3 i1 ×i 2 =10.99得i1=3.92 i2 =2.80 i =7.85 no =nm =1440r/minni=1440/3=480r/minnii=480/3.92=1

7、22.449r/minnw=122.449/2.8=43.732r/min (niii=nw)p0=3.96kwp1=p0×y1=3.96×0.95=3.762kwp2=p1×y1×y2=3.762×0.970.99=3.61kwp3=p2×y2×y3=3.61×0.97×0.99=3.47kwpw=p3×y3×y4=3.47×0.99×0.98=3.37kwt0=9.55×106p0/n0=9.55×10×3.96/1440=2.62

8、×10n.mmt1=9.55×106pi/ni=7.48×10 n.mm t2=9.55×106pii/nii=2.81×10 n.mm t3=9.55×10piii/niii=7.58×10 n.mm tw=9.55×10pw/nw=7.36×10 n.mmi=32.97i0=3i1=3.92i2 =2.80 no=1440r/minni=480r/minnii=122.49r/minnw=43.732r/min p0=3. 96kwp1= 3.762kwp2=3.61kwp3 =3.47kwpw=3.

9、37 kwt0=2.62×10n.mmt1=7.48×10n.mm t2=28×10 n.mmt3=75.8× 10n.mmtw=73.6×10 n.mm南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果四三角带传动设计1确定设计功率p2选择带的型号3确定带轮的基准直径(1)选取小带轮基准直径(2)验算带速(3)计算大带轮的基准直径参 数 轴名电动机0轴i轴ii轴iii轴iv轴转速n1440r/min480r/min122.449r/min43.732r/min43.732r/min功率p3.96kw3.762kw3.61kw3.47kw3.37k

10、w转矩t26.2nm74.8 nm281 nm758nm736nm传动比i33.922.8032.97效率0.950.970.990.88pc=ka×p0 (ka为工况系数)由<2>212页表5-7 得 ka=1.3pc=1.3×3.96=5.148kw由<2>211页表5.17依据pc和n选a型带由<2>211页517212页5.8 得d1=112mmv=dn1/1000x60=×112×1440/1000x60=8.44m/si=n1/n2=d2/d1(1-)d2/d1d2=id1=n1/n2 d1=1440/48

11、0 ×112=336mm由<2>213页5.9 取d2=355mm实际传动比i=d2/d1 =355/112 =3.17pc=5.148kw选a型南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果(4)验算从动轮转速n24确定中心距a和带长ld(1)初选中心距(2)计算ld(3)选取标准基准长度ld(4)计算实际中心距(5)确定中心距的调整范围(6)验算小带轮包销(7)确定v带的根数实际n2=n1/i实=1440/3.170=454.259r/minn 2的误差(480-454.259)/454.259×100=2.3<5合适0.7(d1+d2)a02(d1+

12、d2)0.7(112+355) a02(112+355)即312.9a0934ld=2ao+/2(d1+d2)+(d2-d1)/4ao=2×600+/2(112+355)+(355-112)/4×600=1957.7931958由<2>213页5-9取ld=2000mma=a0+ (ld- ldo)/2=600+(2000-1958)/2=621mmamax=a+0.03 ld=621+0.03×2000=681mmamin=a-0.015 ld=621-0.015×2000=591mm1=180-(d2-d1)/a×57.3=18

13、0-(355-112)/621×57.3=157.578>120合适zpc/(p1+p2)kkl由<2>210页表5-6依vd1型号由插值法(1.68-1.22)/(9-6)=(1.68-p1)/(9-8.44)p1=1.6012p1=0.0001t·n1由<2>214页表5-11得t=1.2取a=600ld=2000a=621mmamax=681mmamin=591mm令1=157.578p1=1.6012kw南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果(8)确定单根v带的初拉力f0(9)计算带轮轴所受的压力q(10)带轮的结构设计五齿轮传

14、动的设计a高速机齿轮传动1选择齿轮材料(1)确定许用应力p=0.0001×1.2×1440=0.1728由<2>214页表5-12得k=0.95由<2>215页表5-13得kl=1.03z3.883/(1.6012+0.17)×0.95×1.03=2.24f0=130.1n132nf q=2zf0sin1/2=2×4×132×sin157.578/2=1003nd1=112 实心式d2=355 腹板式 由<2>249页表6-9小齿轮 45优质碳素钢 调质处理217255hbs大齿轮 45优

15、质碳素钢 调质处理170217hbs由<2>250页 表6-30 图chlim1=570mpa图bhlim2=460mpa表6-30 图cflim1=460mpa图bflim2=360mpa由<2>251页 表6-10 shmin=1 sfmin=1.25【h1】=hlim1/shmin=570/1=570mpa 【h2】=hlim2/shmin=460/1=460mpak=0.95kl=1.03f0=132 nf q=1003 nd1=112 实心式d2=355 腹板式小齿轮 45217255大齿轮 45170217 hlim=570mpa hlim=460mpa f

16、lim=460mpaflim=360mpa【h1】=570mpa 【h2】= 460mpa南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果2按接触疲劳强度设计(1)载荷系数k(2)计算t1(3)齿数比u1(4)齿宽系数d(5)许用接触应力 3确定齿轮的系数及几何尺寸(1)齿数z1 z2(2)模数(3)中心距(4)其它主要尺寸【f1】=flim1/sfmin=460/1=368mpa 【f2】=flim2/sfmin=360/1=360mpa由<2>242页表6-4取8级精度d1³(671/h)kt1(+1)/d由<2>246页表6-6 取k=1.1t1=9.55

17、×106p1/n1=7.48×10nmu1=i1=3.92由<2>247页表6-7取d=1【h1】=【h2】=340 mpa d1³(671/h)kt1(+1)/d=³(671/460)1.1×7048×10(+1)/d=57.83mm取z1 =29 z2=iz1=3.92×29=113.68i实=z2/z1=113/29=3.897i= (i实-i/)i×100=0.56% ±5%合适m=d1/z1=1.99mm由<2>233页表6-1 取m=2.5a12=m/2(z1+z2)=

18、142mmd1=mz1=58mm d2=mz2=266mmf1=460mpa f2=360mpa8级精度 k=1.1d=1d1=57.83mmz2=113m=2.5a12=162mmd1=58mmd2=266mm南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果(5)齿宽(6)验算齿根弯曲疲劳强度(7)确定yfs(8)齿轮传动的圆周速度(9)齿轮的结构设计4低速级传动 (1) 选择齿轮材料(2) 确定许用应力 da1=d1+2m=62mm da2=d2=2m=270mm b=d×d1= 58mm 取b2=58mmb1=b2+(510)= 6368mm 取b1=66mmf=2kt1/bmd

19、1yfsf由<2>248页表6-29得yfs1=2.53 yfs2=2.18f1=2kt1/bmd1 yfs1=314.3mpaf2=f1 ×(yfs1/ yfs2)=300mpa弯曲疲劳强度足够v1=d1×n1/60×1000=1.457m/s<6m/s da1=62mm 齿轮轴 da2=270mm 腹板式由<2>249页表6-9小齿轮 45优质碳素钢 调质处理217255hbs大齿轮 45优质碳素钢 调质处理170217hbs由<2>250页 表6-30 图chlim1=570mpa图bhlim2=460mpa表6-3

20、0 图cflim1=460mpa图bflim2=360mpada1=62mm da2=270mmb2=58mmb1=66mmyfs1=2.53 yfs2=2.188级精度小齿轮 45217255大齿轮 45170217 hlim=570mpa hlim=460mpa flim=460mpaflim=360mpa南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果2按接触疲劳强度设计(1)载荷系数k(2)计算t2(3)齿数比u2(4)齿宽系数d(5)许用接触应力 3确定齿轮的系数及几何尺寸(1)齿数z3 z4【由<2>251页 表6-10 shmin=1 sfmin=1【h3】=hlim3

21、/shmin=570/1=570mpa 【h4】=hlim4/shmin=460/1=460mpa【f3】=flim3/sfmin=460/1=460mpa 【f4】=flim4/sfmin=320/1=360mpa由<2>242页表6-4取8级精度d3³(671/h)kt1(+1)/d由<2>246页表6-6 取k=1.1t2=9.55×106p1/n1=281000nmmu2=i2=2.80由<2>247页表6-7取d=1【h3】=【h4】=460mpa d1³(671/h)kt1(+1)/d=³(671/460)

22、1.1×7.03×10(+1)/d=96.36mm取z3 =30 z4=i2z3=2.8×30=86shmin=1sfmin=1【h3】=570mpa【h4】= 460mpaf3=460mpa f4=360mpa8级精度 k=1.1d=1d1=96.36mmz3=30南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果(2)模数(3)中心距(4)其它主要尺寸(5)齿宽4验算齿根弯曲疲劳强度(1) 确定yfs(2) 齿轮传动的圆周速度 (3)齿轮的结构设计 六减速器的结构及箱体主要结构尺寸计算i实=z4/z3=86/30=2.87i= (i实-i3)i3×100

23、= 2.5% ±5% 合适m=d3/z3=113.29/30=3.212由<2>233页表6-1 取m=3a34=m/2(z3+z4)=174mmd3=mz3=3×30=90mmd4=mz4=3×86=258mmda3=d3+2m=90+2×3=96mmda4=d4=2m=258+2×3=264mmb=d×d3=1×90=90mm 取b4=90mmb3=b4+(510)=95100 取b3=98mmf=2kt1/bmd1yfsf由<2>248页表6-29得yfs1=2.52 yfs2=2.22f3=2

24、kt2/bmd3 yfs3=33.87mpaf4=f3 ×(yfs4/ yfs3)=20.84mpa弯曲疲劳强度足够v2=d3×n2/60×1000=0.837<6m/s da3=96 mm 齿轮轴 da4=264mm 腹板式1减速器的结构展开式圆柱齿轮减速器的结构2铸造减速器箱体的主要结构尺寸m=3a34=174mmd3=90 mmd4=258mmda3=96mmda4=264 mmb3=98mmb4=90 mmyfs1= 2.52 yfs=2.228级精度南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果名称符号尺寸确定方式结果单位mm1箱体壁厚2箱盖壁厚3

25、地脚螺栓直径4地脚螺栓数目5轴承座尺寸6凸台和凸缘螺栓联接处的尺寸7箱体接合面处联接螺栓的间距8轴承座两旁联接螺栓距离9凸台高度1dfndd1d2c1c2d0r0resh0.25a2+3=7.350.02a2+3=6.480.036a2+12=18.264n=l+b/2003004 d1=d+2.5d3d2=d1+2.5d3sd2237.35d=110d1=135d2=160c1=26c2=24d0=40r0=8r=5e=180sh=2.5南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果七轴的设计1选择轴的材料热处理方式2确定许用应力3确定轴的最小直径dmin4轴的结构设计45正火处理由<

26、2>309页表8-8 【h】b=55mpa由<2>313爷表8-11 取c=115dc³p3/n3= 115³3.04/43.732mm=49.37 mm考虑到有键槽将轴径增大5%即dmin45.12mm 此段轴的直径和长度应与联轴器相等由<2>219页表6.3选取dmin=56mm(1) 根据轴上零件的轴向位置考虑轴上零件的轴向定位固定安装方式从最小直径开始初步确定轴需要有7个阶梯段(2) 确定轴系各段直径和长度d1=45mm由<1>129页附表6.3查得轴段1处联轴器长84mml1=81mmd 2=d1+2a=65mm (a为轴

27、肩高度取a=4mm)考虑到毡圈密封查<1>37页表5.4 取d2=53mm考虑到轴承盖尺寸联轴器的拆装要求l2=26+48=74mm 26-端盖长度45正火处理【h】b=55mpadmin=56mmd1=45mml1=81mmd 2=55mml2=74mm南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果4按弯曲合成强度校核轴的强度(1) 绘制轴的受力图(2) 绘制水平面内轴承支反力(a)和弯矩图(b)(3) 求截面c处的弯矩(4) 求垂直面内的支反力(c)和弯矩图(d)由<1>31页表5.1查得d3=d2+(15) 取d3=65+5=70mm由<1>116附表

28、5.1初选轴承6014型轴承宽度b1=20mm d=110mml3=20+10=30mmd 4=d3+2a=60+2×4=68mm由低速轴的结构确定取l4=15+58+15-6=82mmd 5=d4+2a=86mml5=1.4×4=6mmd 6=74mml6=b-(23)=90-2=88mmd 7=d6-(15)=74-5=71mm此处轴承由<1>116页表5.1初选6014型取d7=70mmb2=20mml7=222mm(3) 计算轴承支点跨距l=20/2+10+82+6+73+16+20/2=222ft=2t/d6=2×2.8×10/74

29、=7594.6nfr=ft×tan20°=7594.6×0.364=2764.4nfha=ft×70/(70+152)=70/222×7594.6=2395nfhb=ft-fha=7594.6-2395=5099.6nmhc=fha×lac=2395×152x10=364nxmfva=fr+70/222=70/222×2764.4=872nfvb=fr-fva=2764-872=1892nd3=70mmb1=20mml3=30mmd4=68mml4=82mmd5=86mml5=6mmd6=74mml6=88mmd7

30、=70mmb2=20mml=222mmft=7594.6nfr=2764.6nfha=2395nfhb=5099.6nmhc=364xmfva=872nfvb=1892n南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果(5)求合成湾矩(6)求当量湾距(7)计算危险截面处的轴径mvc=fva×lac=872×152×10=132.544n.mmc= mhc+mvc = 364+132.544=387.38nl因单向传动转矩为脉动循环变化故折算系数0.6危险截面c处的当量弯矩为mec=mc+t=387.38 +(0.6×2.81×10×10

31、)=422.48nmd³mec/0.1<h>b=³(422.48×10/0.1x55)=41.97mmmvc=132.544n.mmc=387.38nlmec=422.48nm南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果八滚动轴承的寿命计算1确定cr值2确定合成支反力3计算当量动载荷确定e值判别fafr与e的大小计算当量动载荷pr计算轴承寿命因截面c处有一键槽故将直径增加5%即d=41.97×1.05=44.07mm机构设计草图中此处直径为64mm故强度足够因此以原始结构设计的直径为准由<1>116页表5.1 6014轴承的cr

32、=77.5cor=45.5由图(a)(c)可得支反力的合成受力图(g)fa=fva+fha=872+2395=2586nfb=fvb+fhb=1892+5099.6 =5549n fb fa 计算b处轴承的受命即可由2p225表14-5fa/fre查得系数x=1 y=0pr=xpr+yfa=xfb=yfa=1x5549+0=5549由2p226表14-7温度小于100可知ft=1，由2表16-6按载荷有轻微冲击查得fp=1.2寿命指数=3lh=10/60n=83600h南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果九.键的选择及校核1. 选择键型2. 确定尺寸3. 键的强度校核4. 键槽尺寸十

33、.联轴器的选择1. 选择联轴器类型2. 计算转矩tclh=5×300×16=24000lhlh6014轴承满足要求该联接为静联接，为了便于安装，选择普通平键a型（圆头）根据轴的直径d=74mm，由2p211表13-1键宽b=20mm键高h=12mm，计算轮毂长度l=80mm该联接中轮毂材料最弱，由2p212表13-2p=50mpa键的工作长度l=l-b=80-20=60mm按键的联接校核联接强度p=2007/kld=21.10mpa50mpa强度足够此键的标准为键：18×80gb/7 1096-1979该平键的标记为键宽极限偏差按一般联接由1p111附表4-1键槽深d-t-7.5=66.5mm轴槽宽b20-0.052轮毂槽深d64+4.9=78.9+0.2mm轮毂槽宽b20+0.0215由于此输送机的功率不大，振动轻微，考虑结构简单，安装方便，选择弹性注销联轴器动力机为由动机，工作机为输送机，由2p273表16-1取工作情况系数ka=1.5 d=74mmb=20mmh11mml=80mml=60mmka=1.5南通纺织职业技朮学院设计项目计算及说明主要结果十一.减速器的润滑密封和润滑油牌号选择tc=kat=1.5×758000=1173 n.m根据tc.d和n查1