设计题目:皮带运输机传动装置
机械运动简图:
1- 电动机 2-联轴器 3-圆柱齿轮减速器 4-运输带 5-滚筒
运输带牵引力F(牛顿)
|
3800
|
每日工作时数t(小时)
|
8
|
运输带速度V(米/秒)
|
1.8
|
传送带工件年限(年)
|
15
|
滚筒直径D(毫米)
|
320
|
|
|
注:
传送带不逆转,工作载荷平稳,允许输送带速度误差为±5%。
设计工作量:
一.绘制减速器装配图1张
二.绘制减速器零件图2张,
三.编写设计说明书1份
一 传动方案分析
该方案的优缺点:
1-电动机 2-联轴器 3-圆柱齿轮减速器 4-运输带 5-滚筒
该工作机运动较平稳,并且该工作机功率不是很大、载荷变化不大,采用二级圆柱齿轮减速器这种简单传动结构,能使传动效率高,结构紧凑。采用闭式齿轮传动能有效防尘,保证润齿轮润滑的良好。二级圆柱齿轮减速,是减速器中应用最广泛的一种。齿轮相对于轴承不对称,要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边,以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。
总体来讲,该传动方案满足工作机的性能要求,适应工作条件、工作可靠,此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。
二.原动机选择与计算(Y系列三相交流异步电动机)
已知传送带工作拉力F=3800N,输送带毂轮转速 V=1.8m/s,鼓轮直径
D=320mm=0.32m。
2.1类型:Y系列三相异步电动机;
2.2功率选择:
工作带所需转速:
工作机所需输入功率:;
电机所需功率:;
其中,为滚筒工作效率,0.96
联轴器效率,0.99
为圆柱齿轮效率,0.97
为轴承效率,0.995
所以 =7.84 KW
2.3电机转速选择
输送机工作转速
电机同步转速选:1000;
2.4电机型号确定
所以查表选电机型号为:Y160L-6
电机参数:
额定功率:11Kw
满载转速:=970
三. 传动装置的运动和动力参数的选择和计算
3.1 总传动比和各级传动比分配:
其中:为高速级传动比,为低速级传动比,且,
取:;
3.2 各轴传动装置的运动和动力参数
1)高速轴:;
;
;
2)中间轴:;
;
;
3)低速轴:;
;
;
四 高速级齿轮传动设计(斜齿传动)
4.1选精度等级、材料及齿数
1为提高传动平稳性及强度,选用斜齿圆柱齿轮
小齿轮材料:45钢调质 HBS1=280
接触疲劳强度极限MPa (由[1]P207图10-21d)
弯曲疲劳强度极限 Mpa (由[1]P204图10-20c)
大齿轮材料:45号钢正火 HBS2=240
接触疲劳强度极限 MPa (由[1]P206图10-21c)
弯曲疲劳强度极限 Mpa (由[1]P204图10-20b)
3精度等级选用7级精度
4初选小齿轮齿数24
大齿轮齿数Z2 = Z1= 24×3.6=86取86
5初选螺旋角
4.2 按齿面接触强度设计
计算公式:
mm (由[1]P216式10-21)
1.确定公式内的各计算参数数值
初选载荷系数
小齿轮传递的转矩 N·mm
齿宽系数 (由[1]P201表10-7)
材料的弹性影响系数 Mpa1/2 (由[1]P198表10-6)
区域系数 (由[1]P215图10-30)
, (由[1]P214图10-26)
应力循环次数
接触疲劳寿命系数
(由[1]P203图10-19)
接触疲劳许用应力
取安全系数.0
∴ 取
2.计算
(1)试算小齿轮分度圆直径
=58.9mm
(2)计算圆周速度
m/s
(3)计算齿宽b及模数mnt
mm
b/h=10.99
﹙4﹚计算纵向重合度
=2.0933
(5) 计算载荷系数
① 使用系数
<由[1] P190表10-2> 根据电动机驱动得
② 动载系数
<由[1] P192表10-8> 根据v=1.43m/s、 7级精度
=1.1
③ 按齿面接触强度计算时的齿向载荷分布系数
<由[1]P194表10-4> 根据小齿轮相对支承为非对称布置、7级精度、=1.0、 mm,得
=1.42
④ 按齿根弯曲强度计算时的齿向载荷分布系数
<由[1]P195图10-13> 根据b/h=10.99、
⑤ 齿向载荷分配系数、
<由[1]P193表10-3> 假设,根据7级精度,软齿面传动,得
∴=2.73
(6) 按实际的载荷系数修正所算得的分度圆直径
<由[1]P200式(10-10a)>
mm
(7) 计算模数
4.3按齿根弯曲强度设计 <由[1]P198式(10-5)>
1 确定计算参数
(1)计算载荷系数K
(2)螺旋角影响系数
<由[1]P215图10-28> 根据纵向重合系数,得
0.92
(3)弯曲疲劳系数KFN
<由[1]P202图10-18> 得
(4)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.2 <由[1]P202式(10-12)>得
(5)计算当量齿数ZV
取27
取94
(6)查取齿型系数YFα 应力校正系数YSα
<由[1]P197表10-5> 得
(7)计算大小齿轮的 并加以比较
比较
<
所以大齿轮的数值大,故取0.014269。
2 计算
=1.96mm
取2
4.4 分析对比计算结果
对比计算结果,取=2.0已可满足齿根弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的d1=70.43mm来计算应有的
取35
取126
需满足、互质
4.5 几何尺寸计算
1 计算中心距阿a
将a圆整为165mm
2 按圆整后的中心距修正螺旋角β
3 计算大小齿轮的分度圆直径d1、d2
71.74mm
258.26mm
4计算齿宽度
B=mm
取B1=75mm,B2=70mm
五 低速级齿轮传动设计(斜齿传动)
5.1选精度等级、材料及齿数
1为提高传动平稳性及强度,选用斜齿圆柱齿轮
小齿轮材料:45钢调质 HBS1=280
接触疲劳强度极限MPa (由[1]P207图10-21d)
弯曲疲劳强度极限 Mpa (由[1]P204图10-20c)
大齿轮材料:45号钢正火 HBS2=240
接触疲劳强度极限 MPa (由[1]P206图10-21c)
弯曲疲劳强度极限 Mpa (由[1]P204图10-20b)
3精度等级选用7级精度
4初选小齿轮齿数23
大齿轮齿数Z2 = Z1= 23×2.51=57.66取58
5初选螺旋角
5.2 按齿面接触强度设计
计算公式:
mm (由[1]P216式10-21)
3.确定公式内的各计算参数数值
初选载荷系数
小齿轮传递的转矩 N·mm
齿宽系数 (由[1]P201表10-7)
材料的弹性影响系数 Mpa1/2 (由[1]P198表10-6)
区域系数 (由[1]P215图10-30)
, (由[1]P214图10-26)
应力循环次数
接触疲劳寿命系数
(由[1]P203图10-19)
接触疲劳许用应力
取安全系数.0
∴ 取
4.计算
(1)试算小齿轮分度圆直径
=91.63mm
(2)计算圆周速度
m/s
(3)计算齿宽b及模数mnt
mm
b/h=10.54
﹙4﹚计算纵向重合度
=2.093
(5) 计算载荷系数
① 使用系数
<由[1] P190表10-2> 根据电动机驱动得
② 动载系数
<由[1] P192表10-8> 根据v=1.29m/s、 7级精度
=1.1
③ 按齿面接触强度计算时的齿向载荷分布系数
<由[1]P194表10-4> 根据小齿轮相对支承为非对称布置、7级精度、=1.0、 mm,得
=1.429
④ 按齿根弯曲强度计算时的齿向载荷分布系数
<由[1]P195图10-13> 根据b/h=10.54、
⑤ 齿向载荷分配系数、
<由[1]P193表10-3> 假设,根据7级精度,软齿面传动,得
∴=2.75
(6) 按实际的载荷系数修正所算得的分度圆直径
<由[1]P200式(10-10a)>
mm
(7) 计算模数
5.3按齿根弯曲强度设计 <由[1]P198式(10-5)>
1 确定计算参数
(1)计算载荷系数K
(2)螺旋角影响系数
<由[1]P215图10-28> 根据纵向重合系数,得
0.92
(3)弯曲疲劳系数KFN
<由[1]P202图10-18> 得
(4)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.2 <由[1]P202式(10-12)>得
(5)计算当量齿数ZV
取26
取63
(6)查取齿型系数YFα 应力校正系数YSα
<由[1]P197表10-5> 得
(7)计算大小齿轮的 并加以比较
比较
<
所以大齿轮的数值大,故取0.013823。
2 计算
=2.99mm
取3
5.4 分析对比计算结果
对比计算结果,取=3.0已可满足齿根弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的d1=91.63mm来计算应有的
取36
取91
需满足、互质
5.5 几何尺寸计算
1 计算中心距阿a
将a圆整为195mm
2 按圆整后的中心距修正螺旋角β
3 计算大小齿轮的分度圆直径d1、d2
110.55mm
279.45mm
4计算齿宽度
B=mm
取B1=110mm,B2=105mm
六、轴的设计
6.1高速轴的设计
1).已知输入轴上的功率P 、转速n 和转矩T
高速轴:;
;
材料:选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2取 C=108。
2) 确定轴的最小直径
,因此根据联轴器选择(后面将有计算),取
选用HL2型弹性套柱联轴器。半联径d1=30mm,故取 d1-2=30mm,半联轴器长度L=55mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度L=53mm
轴配合的毂孔长度L =53mm
3)结构设计
拟定轴上零件的装配方案
采用图示的装配方案
4)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
(1)为使联轴器轴向定位,在外伸端设置轴肩,则第二段轴径。查手册85页表7-2,此尺寸符合轴承盖和密封圈标准值,因此取。
(2)设计轴段,为使轴承装拆方便,查手册62页,表6-1,取,采用轴肩膀给轴承定位。选轴承7208,根据轴承孔径,所以mm,长度略比轴承宽度短,取为mm.
(3)齿轮分度圆直径为71.74mm,齿轮宽度为110mm,,因此,mm
(4)轴承由轴肩膀定位, 取,mm,。
5)校核该轴:
L1=122.5 L2=183 L3=68
作用在齿轮上的圆周力为:
径向力:
轴向力:
求垂直面的支反力:
求垂直弯矩,并绘制垂直弯矩图:
求水平面的支承力:
N
N
求并绘制水平面弯矩图:
求合成弯矩图:
求危险截面当量弯矩:
从图可见,m-m处截面最危险,其合成弯矩为:(取折合系数)
所以该轴是安全的。
6.2 中间轴的设计:
材料:选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2取C=110。
②根据课本第230页式14-2得:,最小轴径段安装轴承,在此选择7208轴承,因此,
装配低速级小齿轮,且取,轴长比齿宽略短取L3-2=107。
段主要是定位高速级大齿轮,所以取mm,轴长比齿宽略短取L4-5=68mm。
段轴肩定位齿轮,所以取mm,L4-5=7.5mm。
6.3低速轴的设计:
低速轴:;
;
;
⑴确定各轴段直径
1)计算最小轴段直径。
因为轴主要承受转矩作用,所以按扭转强度计算:
考虑到该轴段上开有键槽,因此根据联轴器选择(后面将有计算),取
选用HL4型弹性套柱联轴器,公称直径为1250N*m。半联径d=60mm,故取 d1-2=60mm,半联轴器长度L=142mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度L =140mm.
2)为使联轴器轴向定位,在外伸端设置轴肩,则第二段轴径。查手册85页表7-2,此尺寸符合轴承盖和密封圈标准值,因此取。
3)设计轴段,为使轴承装拆方便,查手册62页,表6-1,取,采用轴肩膀给轴承定位。选轴承7214,根据轴承孔径,所以mm,长度略比轴承宽度短,取为mm.
4)齿轮孔径为80mm,齿轮宽度为105mm,,因此,mm
5)轴承由轴肩膀定位, 取,mm。
6),齿轮同轴肩定位,,。
(4).校核该轴:
求作用力、力矩和和力矩、危险截面的当量弯矩。
作用在齿轮上的圆周力:
径向力:
轴向力:
由减速器图可知,可知:L1=222mm L2=169.5mm L3=89.5mm
求水平面的支承力。
计算、绘制水平面弯矩图。
求垂直面的支反力:
计算垂直弯矩:
合成弯矩。
扭转切应力是脉动循环变应力,则折合系数,则
轴的计算应力:
轴的材料为45钢,调质处理,由(2)表15-1查得:,因此 ,故安全。
(5).精确校核轴的疲劳强度
判断危险截面,从应力集中对轴疲劳强度的影响,截面7应力集中最严重,因此需校核截面7两侧
校核危险截面左侧:
抗弯截面系数:
抗扭截面系数:
弯矩及弯曲应力:
扭矩及扭转切应力:
轴的材料为45钢,调质处理,由(2)表15-1查得:
,,
应力集中系数:,,查附表3-2得:,
由附表3-1得轴的敏性系数为:
,
故有效应力集中系数:
由附图3-2得尺寸系数:
由附图3-3得扭转尺寸系数:
查附图3-4表面质量系数为:
轴未经表面强化处理,则:
综合系数值:
3
8
碳钢的特性系数:
,取:5
,取:
则计算安全系数,得:
轴左截面安全
3.校核危险截面右侧
抗弯截面系数:
抗扭截面系数:
弯矩及弯曲应力:
扭矩及扭转切应力:
过盈配合处的值,由附表3-8用插入法求出,并取
,于是得:
,
轴按磨削加工,由附图3-4得表面质量系数为:
故得综合系数为:
所以轴在危险截面右侧的安全系数为:
故该轴在危险截面的右侧的强度也是足够的。
七、轴承的校核
7.1 低速轴轴承校核
由于低速轴受力最大,传递转矩最大,本文只校核低速轴
轴承7214的校核
求两轴承受到的径向载荷
径向力,
查[1]表15-1,得Y=1.4,e=0.4,
派生力,
轴向力,右侧轴承压紧
由于,
所以轴向力为,
当量载荷
由于,,
所以,,,。
由于为一般载荷,所以载荷系数为,故当量载荷为
,
轴承寿命的校核
故轴承寿命满足要求。
八 键的设计与校核:
8.1高速轴键的校核
根据,,故轴段上采用键:,
采用A型普通键:
综合考虑取=45得
查课本155页表10-10所选键为:安全合格。
8.2 中间轴键的校核:
只校核大齿轮处的键,因为小齿轮处比大齿轮处长,而键的其它参数相同,大齿轮的合格,小齿轮处也合格。
因为d=45装齿轮查课本153页表10-9选键为查课本155页表10-10得
因为L1=70mm初选键长为63mm
,校核
所以所选键为: 安全合格。
8.3低速轴齿轮处的键校核:
因为d=80装联轴器查课本153页表10-9选键为查课本155页表10-10得
因为L1=70初选键长为,校核所以所选键为: 安全合格。
8.4 低速轴联轴器处的键校核:
因为d=50装联轴器查课本153页表10-9选键为查课本155页表10-10得
因为L1=100初选键长为,校核所以所选键为: 安全合格。
九.低速轴联轴器的选择:
9.1输入轴联轴器
计算联轴器所需的转矩: 查课本269表17-1取 查手册94页表8-7选用型号为HL2的弹性柱销联轴器。
9.2输出轴联轴器
计算联轴器所需的转矩: 查课本269表17-1取 查手册94页表8-7选用型号为HL4的弹性柱销联轴器。
十. 润滑方式的确定
因为传动装置属于轻型的,且传速较低,所以其速度远远小于,所以采用油润滑,箱体内选用SH0357-92中的50号润滑,装至规定高度。
十一 减速器机体结构尺寸如下
名称
|
符号
|
计算公式
|
结果
|
箱座厚度
|
|
|
10
|
箱盖厚度
|
|
|
10
|
箱盖凸缘厚度
|
|
|
20
|
箱座凸缘厚度
|
|
|
20
|
箱座底凸缘厚度
|
|
|
20
|
地脚螺钉直径
|
|
|
M16
|
地脚螺钉数目
|
|
查手册
|
4
|
轴承旁联结螺栓直径
|
|
|
M8
|
盖与座联结螺栓直径
|
|
=(0.5 0.6)
|
M12
|
轴承端盖螺钉直径
|
|
=(0.40.5)
|
M8
|
视孔盖螺钉直径
|
|
=(0.30.4)
|
M6
|
定位销直径
|
|
=(0.70.8)
|
8
|
,,至外箱壁的距离
|
|
查手册表11—2
|
27
19
19
|
,至凸缘边缘距离
|
|
查手册表11—2
|
30
27
|
外箱壁至轴承端面距离
|
|
=++(510)
|
30
|
大齿轮顶圆与内箱壁距离
|
|
>1.2
|
26
|
齿轮端面与内箱壁距离
|
|
>
|
12.5
|
箱盖,箱座肋厚
|
|
|
8
8
|
轴承端盖外径
|
|
+(55.5)
|
106(1轴)
116(2轴)
166(3轴)
|