带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器.docx
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带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器
东南大学
机械设计基础课程设计
设计计算说明书
题目机械设计基础
院系机械与材料工程学院
专业机电一体化
姓名金卤灯
年级机械3班
指导教师赵高
二零一一年四月
一、传动方案拟定
第一组第一个数据:
设计带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器
(1) 工作条件:
使用年限5年,每日按24小时计算,载荷平稳。
(2) 原始数据:
输送带工作拉力F=2300N;带速V=1.5m/s;
滚筒直径D=400mm。
运动简图
二、电动机的选择
1、电动机类型和结构型式的选择:
按已知的工作要求和 条件,选用 Y系列三相异步电动机。
2、确定电动机的功率:
(1)传动装置的总效率:
η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒
=0.96×0.992×0.97×0.99×0.95
=0.86
(2)电机所需的工作功率:
Pd=FV/1000η总
=2300×1.5/1000×0.86
=2.967KW
3、确定电动机转速:
滚筒轴的工作转速:
Nw=60×1000V/πD
=60×1000×1.5/π×400
=71.7r/min
根据【2】表2.2中推荐的合理传动比范围,取V带传动比Iv=2~4,单级圆柱齿轮传动比范围Ic=3~5,则合理总传动比i的范围为i=6~20,故电动机转速的可选范围为nd=i×nw=(6~20)×71.7=430.2~1434r/min
符合这一范围的同步转速有720 r/min和960r/min。
由【2】
8.1查出有三种适用的电动机型号、如下表
方案 电动机型号 额定功率 电动机转速(r/min) 传动装置的传动比
KW 同转 满转 总传动比 带 齿轮
1 Y160M1-8 4 750 720 9.423 3.14
2 Y132M1-6 4 1000960 12.5732.84.5
综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比,比较两种方案可知:
方案1因电动机转速低,传动装置尺寸较大,价格较高。
方案2适中。
故选择电动机型号Y132M1-6。
4、确定电动机型号
根据以上选用的电动机类型,所需的额定功率及同步转速,选定电动机型号为
。
Y132M1-6
其主要性能:
额定功率:
4KW,满载转速960r/min,额定转矩39.8N.m。
三、计算总传动比及分配各级的传动比
1、总传动比:
i总=n电动/n筒=960/71.7=13.38
2、分配各级传动比
(1) 取i带=2.8
(2) ∵i总=i齿×i 带π
∴i齿=i总/i带=13.38/2.8=4.92
四、运动参数及动力参数计算
1、计算各轴转速(r/min)
nI=nm/i带=960/2.8=342.86(r/min)
nII=nI/i齿=342.86/4.92=69.68(r/min)
滚筒nw=nII=342.86/4.92=69.68(r/min)
2、 计算各轴的功率(KW)
PI=Pd×η带=2.967×0.96=2.85KW
PII=PI×η轴承×η齿轮=2.85×0.99×0.97=2.74KW
3、 计算各轴转矩
Td=9.55Pd/nm=9550×2.967/960=29.51N•m
TI=9.55p2入/n1 =9550x2.85/342.86=79.66N•m
TII =9.55p2入/n2=9550x2.74/69.68=375.53N•m
五、传动零件的设计计算
1、 皮带轮传动的设计计算
(1) 选择普通V带截型
由课本[1]P189表10-8得:
kA=1.2 Pd=2.967KW
PC=KAPd=1.2×2.967=3.56KW
据PC=3.56KW和n1=342.86r/min
由课本[1]P189图10-12得:
选用A型V带
(2) 确定带轮基准直径,并验算带速
由[1]课本P190表10-9,取dd1=100mm>dmin=75
dd2=i带dd1(1-ε)=2.8×100×(1-0.02)=274.4 mm
由课本[1]P190表10-9,取dd2=280
带速V:
V=πdd1n1/60×1000
=π×100×960/60×1000
=5.24m/s
在5~25m/s范围内,带速合适。
(3) 确定带长和中心距
初定中心距a0=500mm
Ld=2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0
=2×500+3.14(100+280)+(280-100)2/4×500
=2193.38mm
根据课本[1]表(10-6)选取相近的Ld=2240mm
确定中心距a≈a0+(Ld-Ld0)/2=500+(2240-2193.38)/2
=523.31mm
(4) 验算小带轮包角
α1=180度-57.3度 ×(dd2-dd1)/a
=180度-57.3度×(280-100)/523.31=160.30>120度(适用)
(5) 确定带的根数
单根V带传递的额定功率.据dd1和n1,查课本图10-9得 P1=1.4KW
i≠1时单根v带的额定功率增量.据带型及i查[1]表10-2得 △P1=0.17KW
查[1]表10-3,得Kα=0.94;查[1]表10-4得 KL=0.99
Z= PC/[(P1+△P1)KαKL]
=3.56/[(1.4+0.17) ×0.94×0.99]
=2.26 (取3根)
(6) 计算轴上压力
由课本[1]表10-5查得q=0.1kg/m,由课本式(10-20)单根V带的初拉力:
F0=500pC/2V[(2.5/ka)-1]+qV2=500x3.56/2X5.24[(2.5/0.94)-1)]+0.10x5.24=106.65kN
则作用在轴承的压力FQ
FQ=2ZF0sin(α1/2)=2×3×106.25sin(158.67o/2)
=626.50N
2、齿轮传动的设计计算
(1)选择齿轮材料与热处理:
所设计齿轮传动属于闭式传动,通常
齿轮采用软齿面。
查阅表[1] 表6-8,选用价格便宜便于制造的材料,小齿轮材料为45钢,调质,齿面硬度250HBS;大齿轮材料也为45钢,正火处理,硬度为210HBS;
精度等级:
运输机是一般机器,速度不高,故选8级精度。
(2)按齿面接触疲劳强度设计
由d1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
确定有关参数如下:
传动比i齿=3.89
取小齿轮齿数Z1=20。
则大齿轮齿数:
Z2=iZ1= ×20=77.8取z2=78
由课本表6-12取φd=1.1
(3)转矩T1
T1=9.55×106×P1/n1=9.55×1000000×2.85/342.86=79105.17N•mm
(4)载荷系数k :
取k=1.2
(5)许用接触应力[σH]
[σH]= σHlim ZN/SHmin 由课本[1]图10.24查得:
σHlim1=600Mpa σHlim2=500Mpa
接触疲劳寿命系数Zn:
按一年300个工作日,每天24h计算,由公式N=60njtn 计算
N1=60×342.86×5×300×18=1.877x109
N2=N/i=1.877x109 /3.89=4.28×108
查[1]课本图10-26中曲线1,得 ZN1=1 ZN2=1.05
按一般可靠度要求选取安全系数SHmin=1.0
[σH]1=σHlim1ZN1/SHmin=600x1/1=610 Mpa
[σH]2=σHlim2ZN2/SHmin=500x1.05/1=525Mpa
故得:
d1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
=49.04mm
模数:
m=d1/Z1=49.04/20=2.45mm
取课本[表10.3]标准模数第一数列上的值,m=2.5
(6)校核齿根弯曲疲劳强度
σ bb=2KT1YFS/bmd1
确定有关参数和系数
分度圆直径:
d1=mZ1=2.5×20mm=50mm
d2=mZ2=2.5×78mm=195mm
齿宽:
b=φdd1=1.1×50mm=55mm
取b2=55mm b1=60mm
(7)复合齿形因数YFs 由课本[1]图10-10得:
YFS1=4.35,YFS2=3.95
(8)许用弯曲应力[σbb]
根据课本[1]P180:
[σbb]= σbblim YN/SFmin
由课本[1]图10.25得弯曲疲劳极限σbblim应为:
σbblim1=490Mpa σbblim2 =410Mpa
由课本[1]图10.26得弯曲疲劳寿命系数YN:
YN1=1 YN2=1
弯曲疲劳的最小安全系数SFmin :
按一般可靠性要求,取SFmin =1
计算得弯曲疲劳许用应力为
[σbb1]=σbblim1 YN1/SFmin=490×1/1=490Mpa
[σbb2]= σbblim2 YN2/SFmin =410×1/1=410Mpa
校核计算
σbb1=2kT1YFS1/ b1md1=71.86pa< [σbb1]
σbb2=2kT1YFS2/ b2md1=72.61Mpa< [σbb2]
故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够
(9)计算齿轮传动的中心矩a
a=(d1+d2)/2= (50+195)/2=122.5mm
(10)计算齿轮的圆周速度V
计算圆周速度V=πn1d1/60×1000=3.14×342.86×50/60×1000=1.698m/s
因为V<6m/s,故取8级精度合适.
六、轴的设计计算
从动轴设计
1、选择轴的材料 确定许用应力
选轴的材料为45号钢,调质处理。
查书表[14.7]表可知:
σb=650Mpa,σs=360Mpa,查书表表【14.7】可知:
[σb+1]bb=215Mpa
[σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa
2、按扭转强度估算轴的最小直径
单级齿轮减速器的低速轴为转轴,输出端与联轴器相接,
从结构要求考虑,输出端轴径应最小,最小直径为:
d≥C
查表14-1可得,45钢取C=118
则d≥Cx(P/N)1/3=118×(2.74/69.68)1/3mm=40.002mm
考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准,取d=40mm
3、齿轮上作用力的计算
齿轮所受的转矩:
T=9.55×106P/n=9.55×106×2.74/69.68=375530 N.m
齿轮作用力:
圆周力:
Ft=2T/d=2×375530/195N=3851.5N
径向力:
Fr=Fttan200=3851.5×tan200=1401.7N
4、轴的结构设计
轴结构设计时,需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式,按比例绘制轴系结构草图。
(1)、联轴器的选择
可采用弹性柱销联轴器,查表16.1可得联轴器的型号为HL3联轴器:
40×82 GB5014-85
(2)、确定轴上零件的位置与固定方式
单级减速器中,可以将齿轮安排在箱体中央,轴承对称布置
在齿轮两边。
轴外伸端安装联轴器,齿轮靠油环和套筒实现
轴向定位和固定,靠平键和过盈配合实现周向固定,两端轴
承靠套筒实现轴向定位,靠过盈配合实现周向固定 ,轴通
过两端轴承盖实现轴向定位,联轴器靠轴肩平键和过盈配合
分别实现轴向定位和周向定位
(3)、确定各段轴的直径
将估算轴d=40mm作为外伸端直径d1与联轴器相配(如图),
考虑联轴器用轴肩实现轴向定位,取第二段直径为d2=45mm
齿轮和左端轴承从左侧装入,考虑装拆方便以及零件固定的要求,装轴处d3应大于d2,取d3=50mm,为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3,取d4=55mm。
齿轮左端用用套筒固定,右端用轴环定位,轴环直径d5=65
满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定.右端轴承型号与左端轴承相同,取d6=50mm.
(4)选择轴承型号.由[1]P270初选深沟球轴承,代号为6210,查手册可得:
轴承宽度B=19,安装尺寸D=57,故轴环直径d5=57mm.
(5)确定轴各段直径和长度
Ⅰ段:
d1=40mm 长度取L1=50mm
II段:
d2=45mm
初选用6210深沟球轴承,其内径为50mm,
宽度为19mm.考虑齿轮端面和箱体内壁,轴承端面和箱体内壁应有一定距离。
取套筒长为20mm,通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度,并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定,为此,取该段长为55mm,安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长:
L2=(2+20+19+55)=96mm
III段直径d3=50mm
L3=L1-L=50-2=48mm
Ⅳ段直径d4=55mm
长度与右面的套筒相同,即L4=52mm
Ⅴ段直径d5=57mm. 长度L5=20mm
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=96mm
(6)按弯矩复合强度计算
①求分度圆直径:
已知d1=195mm
②求转矩:
已知T2=375.53N•m
③求圆周力:
Ft
根据课本P297(式得
Ft=2T2/d1=2×375.53/195=3.85N
④求径向力Fr
根据课本P297式得
Fr=Ft•tanα=3.85×tan200=1.40N
⑤因为该轴两轴承对称,所以:
LA=LB=48mm
(1)绘制轴受力简图(如图a)
(2)绘制垂直面弯矩图(如图b)
轴承支反力:
FAY=FBY=Fr/2=1.40/2=0.7N
FAZ=FBZ=Ft/2=3.85/2=1.925N
由两边对称,知截面C的弯矩也对称。
截面C在垂直面弯矩为
MC1=FAyL/2=0.37×96÷2=33.6N•m
截面C在水平面上弯矩为:
MC2=FAZL/2=1.925×96÷2=92.4N•m
(4)绘制合弯矩图(如图d)
MC=(MC12+MC22)1/2=(33.6+92.4)1/2=63N•m
(5)绘制扭矩图(如图e)
转矩:
T=9.55×(P2/n2)×106=375.53N•m
(6)绘制当量弯矩图(如图f)
转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化,取α=0.2,截面C处的当量弯矩:
Mec=[MC2+(αT)2]1/2
=[63+(0.2×375.53)2]1/2=70.25N•m
(7)校核危险截面C的强度
σe=70.25/0.1d33=70.25x1000/0.1×453
=10.14MPa< [σ-1]b=60MPa
∴该轴强度足够。
主动轴的设计
1、选择轴的材料 确定许用应力
选轴的材料为45号钢,调质处理。
查表14-7可知:
σb=650Mpa,σs=360Mpa,查表14-7可知:
[σb+1]bb=215Mpa
[σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa
2、按扭转强度估算轴的最小直径
单级齿轮减速器的低速轴为转轴,输出端与联轴器相接,
从结构要求考虑,输出端轴径应最小,最小直径为:
d≥C
查14.1可得,45钢取C=118
则d≥118×(2.85/342.86)1/3mm=23.6mm
考虑键槽的影响以系列标准,取d=24mm
3、齿轮上作用力的计算
齿轮所受的转矩:
T=9.55×106P/n=9.55×106×2.85/342.86=79383 N
齿轮作用力:
圆周力:
Ft=2T/d=2×79383 /50N=3175.32N
径向力:
Fr=Fttan200=2130×tan200=773.19N
确定轴上零件的位置与固定方式
单级减速器中,可以将齿轮安排在箱体中央,轴承对称布置
在齿轮两边。
齿轮靠油环和套筒实现 轴向定位和固定
,靠平键和过盈配合实现周向固定,两端轴
承靠套筒实现轴向定位,靠过盈配合实现周向固定 ,轴通
过两端轴承盖实现轴向定位,
4 确定轴的各段直径和长度
初选用6206深沟球轴承,其内径为30mm,
宽度为16mm.。
考虑齿轮端面和箱体内壁,轴承端面与箱体内壁应有一定矩离,则取套筒长为20mm,则该段长36mm,安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。
(2)按弯扭复合强度计算
①求分度圆直径:
已知d2=50mm
②求转矩:
已知T=53.26N•m
③求圆周力Ft:
根据课本p297式得
Ft=2T3/d2=2×79.66/50=3.18N
④求径向力Fr根据课本P297式得
Fr=Ft•tanα=3.18×0.36379=1.15N
⑤∵两轴承对称
∴LA=LB=50mm
(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ
FAX=FBY=Fr/2=1.15/2=0.575N
FAZ=FBZ=Ft/2=3.18/2=1.59N
(2) 截面C在垂直面弯矩为
MC1=FAxL/2=0.575×100/2=28.75N•m
(3)截面C在水平面弯矩为
MC2=FAZL/2=1.59×100/2=79.5N•m
(4)计算合成弯矩
MC=(MC12+MC22)1/2
=(28.75+79.5)1/2
=84.5N•m
(5)计算当量弯矩:
根据课本P235得α=0.4
Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[79.52+(0.4×53.26)2]1/2
=82.30N•m
(6)校核危险截面C的强度
由式(10-3)
σe=Mec/(0.1d3)=59.74x1000/(0.1×303)
=22.12Mpa<[σ-1]b=60Mpa
∴此轴强度足够
(7) 滚动轴承的选择及校核计算
一从动轴上的轴承
根据根据条件,轴承预计寿命
L'h=5×300×24=36000h
(1)由初选的轴承的型号为:
6210,
(3) 查附录10.2可知:
d=50mm,外径D=90mm,宽度B=20mm,基本额定动载荷C=35KN, 基本静载荷CO=23.2KN,
查附录10可知极限转速9000r/min
(1)已知nII=69.68(r/min)
两轴承径向反力:
FR1=FR2=1083N
根据课本P296(11-16)得轴承内部轴向力
FS=0.68FR 则FS1=FS2=0.68FR1=0.68x1083=682N
(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
故任意取一端为压紧端,现取1端为压紧端
FA1=FS1=682N FA2=FS2=682N
(3)求系数x、y
FA1/FR1=682N/1038N =0.68
FA2/FR2=682N/1038N =0.68根据课本P265表(14-14)得e=0.68
FA1/FR1y1=0 y2=0
(4)计算当量载荷P1、P2
根据课本P264表(14-12)取f P=1.5
根据课本P264(14-7)式得
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1083+0)=1624N
P2=fp(x2FR1+y2FA2)= 1.5×(1×1083+0)=1624N
(5)轴承寿命计算
∵P1=P2 故取P=1624N
∵深沟球轴承ε=3
根据手册得6210型的Cr=35000N
由课本P264(14-5)式得
LH=106(ftCr/P)ε/60n
=106(1×35000/1624)3/60X121.67=998953h>36000h
∴预期寿命足够
二.主动轴上的轴承:
(1)由初选的轴承的型号为:
6206
查附录10.1可知:
d=30mm,外径D=62mm,宽度B=16mm,
基本额定动载荷C=19.5KN,基本静载荷CO=11.5KN,
查[2]表10.1可知极限转速13000r/min
根据根据条件,轴承预计寿命
L'h=5×300×24=36000h
(1)已知nI=342.86(r/min)
两轴承径向反力:
FR1=FR2=1129N
根据课本P296得轴承内部轴向力
FS=0.68FR 则FS1=FS2=0.68FR1=0.68x1129=711.8N
(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
故任意取一端为压紧端,现取1端为压紧端
FA1=FS1=711.8N FA2=FS2=711.8N
(3)求系数x、y
FA1/FR1=711.8N/711.8N =0.68
FA2/FR2=711.8N/711.8N =0.68
根据课本P265表(14-14)得e=0.68
FA1/FR1y1=0 y2=0
(4)计算当量载荷P1、P2
根据课本P293取f P=1.5
根据课本P293式得
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1129+0)=1693.5N
P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×1129+0)= 1693.5N
(5)轴承寿命计算
∵P1=P2 故取P=1693.5N
∵深沟球轴承ε=3
根据手册得6206型的Cr=19500N
由课本P264(14-5)式得
LH=106(ftCr/P)ε/60n
=106(1×19500/1693.5)3/60X473.33=53713h>36000h
∴预期寿命足够
七、键联接的选择及校核计算
1.根据轴径的尺寸,由[1]中表12-6
高速轴(主动轴)与V带轮联接的键为:
键8×36 GB1096-79
大齿轮与轴连接的键为:
键 14×45 GB1096-79
轴与联轴器的键为:
键10×40 GB1096-79
2.键的强度校核
大齿轮与轴上的键 :
键14×45 GB1096-79
b×h=14×9,L=45,则Ls=L-b=31mm
圆周力:
Fr=2TII/d=2×198580/50=7943.2N
挤压强度:
=56.93<125~1