设计说明书
题目: 用于带式运输机的机械传动装置的设计
学院:机电工程学院 专业:机械设计制造及其自动化
班级: 2010级本3 学号: **************
完成人: 王新波
同组人:
指导老师:
完成日期: 2013 年 6 月 30 日
用于带式运输机的机械传动装置设计
设计任务:设计带式输送机传动系统。要求传动系统中含有V带传动及两级圆柱齿轮减速器。
原始数据:传送带拉力F=7500N,输送带的线速度v=0.48m/s(允许误差±5%),驱动滚筒直径d=375mm,减速器设计寿命为5年。
工作条件:两班制,常温下连续工作;空载起动,工作载荷有轻微震动;电压为380/220V的三相交流电源。
传动系统参考方案:
图1—1 带式输送机传动系统简图
1—电动机;2—V带传动;3—两级圆柱齿轮减速器;
4—联轴器;5—滚筒;6—输送带
带式输送机有电动机驱动。电动机1通过V带传动2将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。
| 计算与说明 | 主要结果 | ||||
一、确定传动方案 根据工作要求,可拟定几种传动方案,如图1—2所示。 (a)齿轮传动 (b)带传动及齿轮传动 (c)齿轮传动及链传动 图1-2 三种传动方案传动系统运动简图 对以上三种传动方案分析、比较如下: (a)图所示为电动机直接与两级圆柱齿轮减速器相连接,圆柱齿轮易于加工,但减速器的传动比和结构尺寸较大。 (b)图所示为第一级用带传动,后接两级圆柱齿轮减速器。带传动能缓冲、吸震,过载时起安全保护作用,但结构上宽度和长度尺寸较大,且带传动不宜在恶劣环境下工作。 (c)图所示为两级圆柱齿轮减速器后接一级链传动,链传动结构较紧凑,可在恶劣环境下工作,但震动噪声较大。 通过以上对三种方案的分析、比较,并结合考虑本课题要求,工作环境一般但有轻微冲击,可选择(b)图的传动方案。 二、选择电动机 1. 电动机类型的选择 根据动力源和工作条件,选用Y系列三相异步电动机。 2. 电动机功率的选择 工作机所需要的有效功率为 其中,为工作机的传动效率(在此设为1)。 传动装置总效率为 其中,各传动机构的效率,根据表2-4可查出: =0.95为带传动的效率; =0.97为一级圆柱齿轮传动的效率; =0.98为一对滚动轴承传动的效率; =0.99为刚性联轴器的效率。 电动机所需功率为 kw 由表16-3可选取电动机的额定功率为4kW。 3. 电动机转速的选择 电动机通常采用的同步转速有1000r/min和1500r/min两种,现在两种转速作对比。 由表16-3可知,同步转速是1000r/min的电动机,其满载转速是960r/min;同步转速是1500r/min的电动机,其满载转速是1440r/min。 工作机的转速为 总传动比,其中为电动机的满载转速。 现将两种电动机的有关数据列于表1-1作比较 表1-1 两种电动机的数据比较 方案 | 电动机型号 | 额定功率/kW | 同步转速/(r/min) | 满载转速/(r/min) | 总传动比i |
| Ⅰ | Y132M2-6 | 4 | 1000 | 960 | 39.25 |
| Ⅱ | Y132S-4 | 4 | 1500 | 1440 | 58.874 |
4. 电动机型号的确定
根据电动机功率和同步转速,选定电动机的型号为Y132M2-6。查表16-3和表16-4,知电动机的有关参数如下:
电动机额定功率P=5.5Kw
电动机的满载转速=960r/min
电动机的外伸直径D=38mm
电动机的外伸轴长度E=80mm
三、传动装置的运动学和动力学计算
1. 总传动比及其分配
总传动比;
根据表2-2,选V带传动的传动比3.170
减速器的传动比=12.382
考虑两级齿轮润滑问题,两级大齿轮应有相近的浸油深度。根据式2-8,两级齿轮减速器高速级传动比与低速级传动比的比值取1.3,即,则
4.012
3.086
2. 传动装置中各轴的转速计算
根据传动装置中各轴的安装顺序,对轴依次编号为:0轴、Ⅰ轴、Ⅱ轴、Ⅲ轴、Ⅳ轴。
302.839
75.483
24.46
24.46
3. 传动装置中各轴的功率计算
3.573
4. 传动装置中各轴的输入转矩计算
35.544
107.029
408.1
1197.459
1161.93
将传动装置中各轴的功率、转速、转矩列表,如表1—2所示。
表1-2 各轴的运动和动力参数
| 参 数 | 轴 名 | |||||||
| 0轴 | Ⅰ轴 | Ⅱ轴 | Ⅲ轴 | Ⅳ轴 | ||||
| 转 速 | 960 | 302.839 | 75.483 | 24.46 | 24.46 | |||
| 功 率 | 3.573 | 3.394 | 3.226 | 3.067 | 2.976 | |||
| 转 矩 | 35.544 | 107.029 | 408.1 | 1197.459 | 1161.93 | |||
| 传动比 | 3.170 | 4.012 | 3.086 | 1 | ||||
1. 确定带传动的额定功率
已知P=3.573kW; 960; 3.170。
由所引用的《机械设计》教材中的图8-9可知,查出带传动的工作情况系数=1.1,则1.1×3.573=3.9303
2. 选取带传动的带型
根据、,由《机械设计》教材中的图8-9可知,选用SPZ型窄V带。
3. 确定带轮基准直径
由《机械设计》教材中的表8-3及表8-7取主动轮(小带轮)的基准直径112mm;从动轮(大带轮)的基准直径=3.170×112mm=355.04mm,由表8-7取355mm。
带传动的实际传动比=3.170,与总传动比分
配的带传动的传动比一致。
按《机械设计》教材中的式(8-13),验算V带的线速度为
=5.627﹤25
所以V带的线速度合适。
4. 确定V带的基准长度和带传动的中心距
根据﹤﹤,初步确定带传动的中心距,取=850mm。
=mm
=2450.56mm
由《机械设计》教材中的表8-2选带的基准长度=2500mm。
计算带传动的实际中心距
=850+mm=874.72mm
5. 验算主动轮上的包角
=
=1.03°﹥
所以,主动轮上的包角是合适的。
6. 计算V带的根数z
由, =112mm, =3.170,查《机械设计》教材中的表8-5(c),由线性关系得: =2.078;查《机械设计》教材中的表8-5(d)得: 0.15;
查《机械设计》教材中的表8-8得: =0.96;查《机械设计》教材中的表8-2得: =1.07。则
z==1.72
取z=2根。
7. 计算带传动的预紧力
查《机械设计》教材中表8-4得:单位长度质量q=0.07,则
=500
=N
=282.335N
8. 计算作用在带轮上的压轴力
=2z=N=
V带的主要参数列于表1-3中。
表1-3 带传动的主要参数
| 名称 | 结果 | 名称 | 结果 | 名称 | 结果 |
| 带型 | SPZ | 传动比 | 3.170 | 根数 | z=2 |
| 带轮基准直径 | =112mm =355mm | 基准 长度 | =2500 mm | 预紧力 | =282.335N |
| 中心距 | =874.72mm | 压轴力 | =1118.045N |
由表12-2得:e=(12±0.3)mm;f=(8±1)mm。
则带轮轮缘的宽度:B=(z-1)e+2f=(2-1)×12+2×8mm=28mm。
大带轮的轮毂直径由后续高速轴设计来定,d==35mm。
带轮的轮毂宽度L:当B﹤1.5d时,取L=B=40mm。
五、高速级齿轮传动的设计
1. 选定高速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数
(1)齿轮传动的类型:按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。
(2)精度等级:由于输送机为一般工作机械,速度不高,故选用8级精度齿轮传动。
(3)齿轮材料:由《机械设计》教材中的表10-1选择小齿轮材料为45钢,并进行调制处理,平均硬度为234HBS;大齿轮材料为45钢,并进行调制处理,平均硬度为190HBS。大、小齿轮的硬度差为45HBS。
(4)选择小齿轮齿数: =31,则大齿轮齿数==4.012×
31=124.372,取=125。齿数比u==4.032
(5)初选螺旋角: 13°。
2. 按齿根弯曲疲劳强度设计
2.1确定公式内各参数值
(1)试选载荷系数=1.7。
(2)小齿轮传递的扭矩
107029N·m=1.07029×10N·m
(3)由《机械设计》教材中的图10-30,选取区域系数=2.433。
(4)由《机械设计》教材中的图10-26,查得: =0.788; =0.865;
=+=0.788+0.865=1.653
(5)由《机械设计》教材中表10-7,选取齿宽系数=1。
(6)大、小齿轮均采用45钢锻造,由《机械设计》教材中的表10-6,查得材料系数=1.8。
(7)从《机械设计》教材中的图10-20(c),按齿面硬度查得:小齿轮的弯曲疲劳强度极限=380MPa;从《机械设计》教材中的图10-20(b),按齿面硬度查得:大齿轮的弯曲疲劳强度极限=325MPa。
(8)计算应力循环次数。按《机械设计》教材中的式(10-13)。
=,式中:j为齿轮每转一圈时,同一齿面啮合的次数。在本例中j=1;为齿轮的工作寿命,单位为小时。本例中,
=2班制×8小时×300天×5年
所以,应力循环次数为
==60×302.839×1×(2×8×300×5)=4.361×
===
(9)由《机械设计》教材中的图10-18,查得弯曲疲劳寿命系数=, =。
(10)计算当量齿数。
=33.51
=135.13
(11)查取齿数系数及应力校正系数。
由《机械设计》教材中的表10-5,查得: =2.471, =2.152; =1.3, =1.818。
(12)选取螺旋角系数=0.88。
(13)计算许用弯曲疲劳应力。取弯曲疲劳安全系数S=。则
MPa=249.7MPa
MPa=215.MPa
(14)计算大、小齿轮的,并加以比较。
小齿轮: ==0.01626
大齿轮: ==0.01812
所以,大齿轮的数值大。
2.2 设计计算
(1)试计算齿轮模数。
=
=1.514mm
(2)计算圆周速度v。
=
(3)计算载荷系数。由《机械设计》教材中的表10-2,查得:使用系数=1;根据v=0.744、8级精度,由《机械设计》教材中的图10-8查得:动载荷系数=1.09;由《机械设计》教材中的表10-3查得: =1.4,由《机械设计》教材中的图10-13查得=1.4。
K==1×1.09×1.4×1.4=2.136
(4)校正并确定齿轮模数。
=1.514×mm =1.587mm
取齿轮模数= 2.5mm。
3.计算齿轮传动的几何尺寸
(1)计算中心距。
= 200.129mm,将中心距圆整为200mm。
(2)按圆整后的中心距修正螺旋角。
==12.3°
(3)计算大、小齿轮的分度圆直径。
=79.487mm
=320.513mm
(4)计算大、小齿轮宽度。
,其中为齿宽系数,此处齿轮对称布置,查看《机械设计》教材中的表10-7,选=1,所以=1×79.487mm=79.487mm,圆整后取b=80mm。
所以,大齿轮宽度80mm,小齿轮宽度=85mm。
4. 校核齿面接触疲劳强度
4.1 确定公式内各项参数值
(1)由《机械设计》教材中的图10-30,选取区域系数=1111.
(2)由大、小齿轮均采用45钢锻造,由《机械设计》教材中的表10-6,查得材料系数=1.8。
(3)重合度系数由《机械设计》教材要求知, =0.75~0.88,齿数多时取小值,本例齿数中等,取=1。
(4)螺旋角系数=0.987
(5)小齿轮传递的扭矩
=98.168=0.98168×
(6)计算载荷系数K。由《机械设计》教材中的表10-2查得:使用系数=1;由《机械设计》教材中的图10-8查得:动载荷系数=1.09;由《机械设计》教材中的表10-3查得:按齿面接触偏劳强度计算时用的齿间载荷分配系数=1.4;由《机械设计》教材中的表10-4查得当8级精度、调制小齿轮相对支撑非对称布置时接触疲劳强度计算时用的齿相载荷分布系数=;
=1.15+0.18×(1+0.6×1) ×+0.31××79.487
=1.463
所以
K==1×1.09×1.4×1.463=2.232
(7)根据齿面硬度,由《机械设计》教材中的图10-21(d)查得:小齿轮的接触疲劳强度极限=560MPa;由《机械设计》教材中的图10-21(c)查得:大齿轮的接触疲劳强度极限=400MPa。
(8)由《机械设计》教材中的图10-19,查得接触疲劳寿命系数=1.01, =1.09。
(9)计算许用接触疲劳应力。
取安全系数S=1,失效率为1%。则
==1.01×560MPa=565.6MPa
==1.09×400MPa=436MPa
===500.8MPa
4.2 校核计算
=2.433×1.8×0.8×0.987×
=490.198MPa<
所以,齿面接触疲劳强度满足要求。
5. 齿轮结构设计
由于小齿轮1的直径较小,故采用齿轮轴结构。
大齿轮2采用孔板式结构,结构尺寸按本书中的表5-11的经验公式来计算。大齿轮2的孔径根据后续设计的中间轴配合部分的直径来确定,设计结果列于表1-4中。
表1-4大齿轮结构尺寸
| 名称 | 结构尺寸及经验计算公式 | 结果/mm |
| 毂孔直径 | 根据中间轴设计而定 = | 60 |
| 轮毂直径 | =1.6 | 96 |
| 轮毂宽度 | =(1.2~1.5)=72~79 | 80 (取为与齿宽相等) |
| 腹板最大直径 | ≈-(10~14) | 270 |
| 板孔分布圆直径 | =0.5(+) | 183 |
| 板孔直径 | =15~25mm | 25 |
| 腹板厚度C | C=(0.2~0.3) | 20 |
图1-3 大齿轮结构草图
表1-5高速级齿轮转动的尺寸
| 名称 | 计算公式 | 结果/mm |
| 法面模数 | m | 2.5 |
| 法面压力角 | 20° | |
| 螺旋角 | 12.3° | |
| 齿数 | 31 125 | |
| 转动比 | 4.032 | |
| 分度圆直径 | 79.487 320.513 | |
| 齿顶圆直径 | =+2m =+2m | 84.487 325.513 |
| 齿根圆直径 | =-2(+) =-2(+) | 73.237 314.263 |
| 中心距 | a= | 200 |
| 齿宽 | =b+5 =b | 85 80 |
①正常齿制。当m1mm时, =1, =0.25;当m<1mm, =1, =0.35.
②非标准的短齿制。=0.8, =0.3.
六、低速级齿轮传动的设计
低速级齿轮转动的设计过程与高速级类似,故省略。
低速级齿轮转动的尺寸列于表1-6。
表1-6 低速级齿轮转动的尺寸
| 名称 | 计算公式 | 结果/mm |
| 法面模数 | m | 4 |
| 法面压力角 | 20° | |
| 螺旋角 | 14.652° | |
| 齿数 | 29 90 | |
| 转动比 | 3.103 | |
| 分度圆直径 | 119.9 372.101 | |
| 齿顶圆直径 | =+2m =+2m | 127.9 380.101 |
| 齿根圆直径 | =-2(+) =-2(+) | 109.9 362.101 |
| 中心距 | a= | 246 |
| 齿宽 | =b+5 =b | 125 120 |
七、轴的初步设计计算
根据轴上零件(齿轮、带轮、轴承、联轴器等)的结构尺寸、装配关系、定位、零件间的相对位置等要求,参照书中的图5-7、图5-8、图5-10、图5-14及表5-3,设计出图1-4所示的减速器装配草图。
1. 轴材料的选择
根据轴的工作条件,初选轴材料为45钢,调质处理。
2. 轴的最小直径估算
按本书中的式(5-1)进行最小直径估算,即:d≥C (mm)
当该轴段上有一个键槽时,d增大5%~7%;当有两个键槽时,d增大10%~15%。C值由本书中的表5-5来确定:C=120。
2.1 高速轴
=C=120×mm=26.854mm
因为在最小直径处开有一个键槽为了安装大带轮,所以=(1+7%)=26.854×(1+0.07)mm=28.734mm,圆整后取=30mm。
2.2 中间轴
=C=120×mm=41.955mm,因为在中间轴最小
的直径处安装滚动轴承,取标准值=45mm。
2.3 低速轴
=C=120×mm=60.062mm
因在低速轴直径处安装联轴器,参见后面联轴器的选择,取联轴器孔径=65mm。
图1-4 减速器装配草图
3. 高速轴的设计
高速轴系的结构尺寸如图21-4所示。
3.1 各轴段直径的确定
:轴的最小直径,是安装大带轮的外伸轴端直径, ==30mm。
:密封处轴段直径,根据带轮轴向定位要求,定位高度h=(0.07~0.1),以及密封圈的尺寸要求(拟采用毡圈密封),取=40mm。
:滚动轴承处轴段直径, =45mm。由本书表13-1初选滚动轴承选30209,查表13-1得尺寸为:d×D×T×B=45mm×85mm×
20.75mm×19mm
:过度轴段的直径,由于齿轮转动的线速度均小于2m/s,所以滚动轴承采用脂润滑,考虑挡油盘的轴向定位, =60mm。
齿轮处轴段:由于小齿轮直径较小,故采用齿轮轴结构。
:滚动轴承段直径,同一个轴上安装的两个滚动轴承是同一个型号,所以==50mm。
3.2 各轴段长度的确定
:由大带轮的轮毂孔宽度B=40mm确定, =38mm。
:由箱体结构、轴承端盖尺寸、装配要求等确定, =80mm。
:由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定, =40mm。
:由两级齿轮装配要求、箱体结构等确定, =135mm。
:由高速级小齿轮宽度=85mm确定, =85mm。
4. 中间轴的结构设计
中间轴系的初步结构如附图所示。
图1-5 中间轴系机构图
4.1各段轴径的确定
:最小直径,是滚动轴承处轴段直径, ==45。由本书中的表13-1可见,滚动轴承选取30209,其尺寸为:。
:低速级小齿轮轴段直径,根据低速级小齿轮尺寸确定, =60mm。
:轴环直径,根据齿轮的轴向定位要求确定, =75mm。
:高速级大齿轮轴段直径,根据低速级大齿轮尺寸确定, =60mm。
:滚动轴承处轴段直径,同一个轴上安装的两个滚动轴承是同一个型号,所以, ==45mm。
4.2 各轴段长度的确定
:由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定, =45mm。
:由低速级小齿轮的轮毂孔宽度=125mm确定, =123mm。
:轴环宽度, =10mm。
: 由高速级大齿轮的轮毂孔宽度=80mm确定, =78mm。
: 由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定, =45mm。
4.3 细部结构设计
由书中的表11-26查出高速级大齿轮与轴之间安装键的尺寸为:(t=7mm,r=0.3mm);低速级小齿轮处键的尺寸为:(t=7mm,r=0.3mm)。
齿轮的轮毂与轴的配合采用;滚动轴承与轴采用过盈配合,轴的直径公差选为;查表9-16,各轴肩处的过渡圆角半径见图1-6,查书中的表9-14,得倒角为C2;参考书中的表6-2,各轴段的表面粗糙度见图1-6。
图1-6 中间轴结构设计图
5. 低速轴的结构设计
低速轴的初步结构如图1-4所示。
5.1 各轴段直径的确定
:最小直径,是安装联轴器的外伸轴段的直径, 65mm。
:滚动轴承处的直径,初选滚动轴承型号30218,查书中表13-1得滚动的轴承尺寸为:
=9016032.530。所以, =90mm。
:低速级大齿轮轴段的直径, =100mm。
:轴环的直径,根据齿轮的轴向定位要求确定, =120mm。
:过渡轴段的直径,考虑到挡油环的轴向定位要求,取=110mm。
:滚动轴承处轴段的直径,同一轴上安装的两个滚动轴承是同一个型号,所以, ==90mm。
:密封处轴段的直径,根据联轴器轴向定位要求,以及密封圈的尺寸标准(采用粘圈密封)查本书中的表5-13,得=85mm。
5.2 各轴段长度的确定
:由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定, =57mm。
:由低速级大齿轮的毂孔宽=120mm确定, =118mm。
:轴环宽度, =10mm。
:由装配要求、箱体结构等确定, =80mm。
:由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定, =55mm。
:由箱体结构、轴承端盖、装配要求等确定, =70mm。
:由联轴器毂孔的宽度=107mm, =105mm。
八、轴的校核
以中间轴为主,对轴的强度进行校核。
1. 轴的力学模型的建立
1.1 力的作用点和支撑点位置的确定
齿轮啮合力的作用点位置应在齿轮宽度的中点。
中间轴上安装的是30209轴承,从本书中的表13-1可查得:载荷作用中心到轴承外端面的距离19mm,故可计算出支承点位置和轴上作用点位置。两个支承点之间的总跨距L=2mm;低速级小齿轮的力作用点C到左支点A的距离=87mm;两齿轮的力作用点之间的距离=113mm;高速级大齿轮的力作用点D到右支点B的距离=mm。
1.2 做轴的受力简图
初步选定高速级小齿轮为右旋,高速级大齿轮为左旋;根据中间轴所受轴向力应该尽可能小的要求,可确定低速级小齿轮为左旋,低速级大齿轮为右旋。并根据齿轮传动的传动方向,绘制轴的受力简图如图1-7(a)所示。
图1-7中间轴的力学模型及转矩、弯矩图
(a)受力图;(b)垂直面内的受力图;(c)垂直面内的弯矩图;
(d)水平面内的受力图;(e)水平面内的弯矩图;(f)合成弯矩图;
(g)转矩图;(h)当量弯矩图;
2. 计算齿轮对轴的作用力
齿轮2:
齿轮3: ==N=6808.88N
==6808.88×N=2561.533N
=tan=6808.88×tan14.652N=1780.18N
3. 计算轴承对轴的支反力
3.1 垂直面内的支反力
在xOy平面内,根据图21-7(b),由绕支点B的力矩平衡=0,得
()+=0
(87+113+)+[1005.3×+613.76×+1780.18×-2561.533×(113+)]=0
解得 =696.507N
方向向下。
由y轴方向的合力=0,可以求出。
=0
+696.507+1005.3-2561.533=0
解得 =859.726N
方向向下。
3.2 水平面支反力
在xOz平面内,参看图21-7(d),由绕支点B的力矩和=0,得
=0
×(87+113+)-2692.99×-6808.88×(113+)=0
=5217.N,方向向前。
由z轴方向上的合力=0,可以求出
2692.99+6808.88-5217.-=0
=4283.98N,方向向前。
3.3 计算支承点的总支反力
A点的总支反力为
N=52.171N
B点的总支反力为
N=4369.395N
4. 绘制轴的弯矩图和转矩图
4.1 垂直面内的弯矩图
参看图1-7(c),在xOy平面内,轴在C点截面处的弯矩为:
=-696.507×87-1780.18×
=-167317.01N·mm
轴在D点截面处的弯矩:
=-859.726×+613.76×
=43336.57N·mm
=-5.726×=-55022.4N·mm
4.2 水平面内的弯矩图
参看图1-7(e),在xOyh平面内,轴在C点截面处的弯矩为
C截面处弯矩:
=-5217.×87=-453956.43N·mm
D截面处弯矩:
=-4283.98×=-27474.72N·mm
4.3 合成弯矩图
参看图1-7(f),轴在C截面处的合成弯矩:
N·mm
N·mm
在D截面处的合成弯矩:
=
=277578.52N·mm
=
=2791.3N·mm
4.4 轴的转矩图
参看图1-7(g),轴受到的转矩为:
=4081N·mm
4.5 轴的当量弯矩图
参看图1-7(h),轴在C截面处的当量弯矩为
,因为中间是单向旋转轴,扭转切应力可视为脉动循环变应力,取折算系数。所以
=
=542267.46N·mm
轴在D截面处的当量弯矩:
=519356.2N·mm
5. 按照弯矩合成强度校核
通过上述分析,可知中间轴承受的最大当量弯矩在截面C处(及危险截面),所以 只校核截面C处的强度。
根据中间轴的材料为45钢,经过调质处理,由《机械设计》教材中的表15-1可查出:[]=60MPa。因为<[],所以中间轴的强度是足够的。
九、键的选择与强度校核
根据中间轴与高速级大齿轮装配处的轴径是,由表11-26选定高速级大齿轮处键1结构尺寸为:
b×h×L=18mm×11mm×70mm(t=7mm,r=0.3mm),
标记为:键18×11×70 GB/T 1096-2003
根据中间轴与低速级小齿轮装配处的轴径是,由表11-26选定低速级小齿轮处键2为:
b×h×L=18mm×11mm×70mm(t=7mm,r=0.3mm),
标记为:键18×11×70 GB/T 1096-2003
由于同一根轴传递相同的扭矩,所以只需校核较短的键1即可。
键1的工作长度: =L-b=70-18=52mm;
键1的接触高度:k=0.5h=0.5×11=5.5mm;
键1传递的扭矩:T==628,654N·m
因为键1、齿轮轮毂、轴的材料均为45钢,故按《机械设计》教材中的表6-2查出键静连接时的许用挤压应力[]=100MPa。
=
所以键1的连接强度是足够的。
十、滚动轴承的选择与校核
1. 滚动轴承的选择
根据中间轴承承受载荷及速度情况,拟定选用圆锥滚子轴承。由中间轴的机构设计,得出圆锥滚子轴承的内孔=45mm,初步决定选取圆锥滚子轴承的代号为30209。其基本参数可查本书表13-1, =67.8kN, =83.5,。
2. 滚动轴承的校核
轴承的受力分析示意图如图1-8所示。
图1-8 轴承受力分析示意图
2.1 径向载荷
根据对轴的分析可知:A点总支反力==52.717N, B点支反力==4369.395N。
2.2 轴向载荷
外部轴向力=-=1780.18-613.76=1166.42N,从最不利的受力情况考虑,指向A处的轴承1(方向向左);
轴承派生轴向力,由圆锥滚子轴承的计算公式=可求出:
(方向向右)
(方向向左)
因为
(1166.42+1456.456)N=2622.876N>1751.91N=所以A处轴承1被压紧,B处轴承2被放松。故
2622.876N,
2.3 当量动载荷P
对于轴承1:因为
=
由表13-1可知;
0.4×52.717+1.5×2622.876=6040.2N
对于轴承2:因为=
由表13-1可知:
1×4369.395+0×1456.456=4369.395N
2.4 验算轴承寿命
因为,故只需验算轴承1。
设轴承预期寿命与整机寿命相同,轴承预期寿命为轴承的寿命计算公式为
其中,温度系数=1(轴承工作温度小于120)。根据工况(无冲击或轻微冲击),由《机械设计》教材中的表13-6查出载荷系数=1.1,为寿命指数。所以
=
=504958.8h>24000h
故轴承具有足够的寿命。
十一、联轴器的选择
带式运输机的工作要求,为了缓和冲击,减速器的输出轴应选用弹性柱销联轴器。考虑到带式运输机工作过程中转矩变化不大,由《机械设计》教材中的表14根据-1可知,取,所以联轴器的计算转矩
按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件,可查书中表15-6,确定选用LX6型弹性柱销联轴器,其公称转矩为3150N·m,孔径=70mm,L=142mm, =107mm,许用转速为2100r/min,故适用。
=1.3×1161.93=1510.47N·m
标记为:LX6联轴器GB/T5014-2003
十二、箱体及其附件的设计
减速器箱体的结构尺寸可根据本书中的图5-39和表5-1来确定。
减速器主要附件(窥视孔盖、通气器、油标、放油螺塞、定位销、启盖螺钉、吊运装置)的结构尺寸可参照书中的表5-19~表5-25确定。
十三、润滑的设计
齿轮和轴承的润滑
1. 齿轮
根据
故可采用浸油润滑,选50号机械润滑油。按每传递1kW的功率需油量为0.35~0.7LL来计算,所需润滑油的量为:0.5×3.573=1.7865L。
2. 轴承
滚动轴承的速度因素: 302.8=15140m·r/min<2×(mm·r/min),所以滚动轴承可采用脂润滑或油润滑。
十三、设计小结
机械设计课程设计是学习机械设计不可缺少的一个课题,它能让我们学会如何运用所学的知识去设计东西,从而真正学好这一门课,同时为以后的实践打好了基础。
这次的课程设计我完全自己动手设计完成,在设计的过程中,遇到了很多的问题,但是过查阅资料,这些问题都一一得到了解决,我认为这是对所学知识运用于实践的一次检验,同时也是辅助我学好这门课程的动力。
| 在设计过程中,通过我向老师、同学请教自己不懂得问题,我明白了我们不仅要认真自学,同时也需要向他人请教,做到不耻下问。 | 选择(b)传动方案 Pw=3.6kw 电动机型号: Y132M1-6 额定功率: P=34kW 满载转速: =960r/min 总传动比: 带传动的传动比: 3.170 高速级齿轮的传动比: 低速级齿轮的传动比: r/min r/min 3.573kW =1.1 3.9303 SPZ型窄V带 112mm =355mm =5.627 =874.72mm 主动轮上的包角: =1.03° Z=2 预紧力 =282.335N 压轴力 =1118.045N =31 =125 u=4. 032 应力循环次数 =4.361×10 =1.028×10 齿轮模数 = 2.5mm 中心距 =200mm 螺旋角 =12.3° =79.487mm =320.513mm =85mm 80mm =1.8 =0.8 =0.987 =1 =1.09 =1.4 =1.463 K=2.232 =500.8MPa 齿面接触疲劳强度满足要求 =30mm =45mm =65mm =30mm =40mm =45mm =60mm =50mm =38mm =80mm =40mm =135mm =85mm =45 =60mm =75mm =60mm =45mm =45mm =123mm =10mm =78mm =45mm =90mm =100mm =120mm =110mm =90mm =85mm =57mm =118mm =10mm =80mm =55mm =70mm =105mm =2692.99N =1005.3N =613.76N =6808.88N =2561.533N =1780.18N =696.507N =859.726N =5127.N =4283.98N =5624.171N =4369.395N =457982.1 N·mm =4863809.28 N·mm =277578.52 N·mm =2791.3 N·mm =4572.1 N·mm =542267.46 N·mm =519356.24 N·mm =27961.3 N·mm =25.1MPa 中间轴强度足够 键18×11×70 键的连接强度足够 轴承的代号:30209 =52.717N =4369.395N =1166.42N 2622.876N 6040.2N 4369.395N 轴承具有足够寿命 LX6联轴器 |
感谢老师的指导与培养,在这次课程 设计中我们学到了很多,不仅学到了书本上的知识,更多的是实践,同时也增加了老师与学生之间的交流,为以后的学习提供了更多的机会!再次,非常感谢老师的谆谆教导和同学们的帮助,才能使我顺利完成这次任务!
参考文献
[1] 周海机.械设计课程设计.西安:西安电子科技大学出版社,2011
[2] 吴宗泽.机械设计课程设计手册.北京:高等教育出版社,2006
[3] 成大先.机械设计手册.北京:化学工业出版社,2008
[4] 骆素军.机械设计课程设计实例与禁忌.北京:化学工业出版社,2009
[5] 濮良贵.机械设计.北京:高等教育出版社,2001.下载本文