机械课程设计带式传输机的设计.doc

机械基础课程设计计算说明书设计题目：带式传输机的设计学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 无机非金属材料工程 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 2013年12月 设计任务书设计带式运输机传动装置。三班制工作，使用期限10年，连续单向运转，载荷平稳，小批量生产，运输带速度允许误差为带速度的5%。原始数据如下表：题号6带的圆周力F（N）750运输带速度V(m/s)2滚筒直径D（mm）300设计任务要求：1、 减速器装配图一张（A0图纸）2、 输出轴和齿轮零件图纸各一张（A2图纸）3、 设计说明书一份目录一、传动方案拟定.2二、电动机的选择.2三、计算总传动比及分配各级的传动比.4四、运动参数及动力参数计算.5五、传动零件的设计计算.6六、轴的设计计算.12七、滚动轴承的选择及校核计算.19八、键联接的选择及计算.22九、联轴器的选择.十、设计小结.十一、参考文献.计算过程及计算说明一、传动方案拟定第三组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动（1） 工作条件：使用年限10年，工作为三班工作制，载荷平稳。（2） 原始数据：带的圆周力F=900N； 带速V=1.8m/s；滚筒直径D=280mm。二、电动机选择1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择：（1）传动装置的总功率：总=带2轴承齿轮联轴器滚筒 =0.960.9920.970.990.96=0.867(2)电机所需的工作功率：P工作=FV/1000总=7502/10000.867=1.730KW3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：n筒=601000V/D=6010002.5/300=159.2r/min 按指导书p5表2-1推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围Ia=35。取V带传动比I1=24，则总传动比理时范围为Ia=620。故电动机转速的可选范围为nd=Ian筒=（620）159.2=955.23184r/min符合这一范围的同步转 1000 、1500和3000r/min。根据容量和转速，由有关指导书查出有三种适用的电动机型号：因此有三种传支比方案：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，可见第2种方案比较适合，则选n=1500r/min。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Y112M-4。其主要性能：额定功率：4KW；满载转速1440r/min；额定转矩2.2；质量63kg。三、计算总传动比及分配各级的伟动比1、总传动比：i总=n电动/n筒=1440/159.2=9.052、分配各级传动比（1） 据指导书，取齿轮i齿轮=4（单级减速器i=35合理）（2） i总=i齿轮I带i带=i总/i齿轮=9.05/4=2.263四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）nI=n电机=1440（r/min）nII=nI/i带=1440/2.263=636.3(r/min)nIII=nII/i齿轮=636.3/4=159.2(r/min)2、 计算各轴的功率（KW）PI=P工作=1.730KWPII=PI带=1.7300.96=1.661KWPIII=PII轴承齿轮=1.6610.990.97 =1.595KW3、 计算各轴扭矩（Nmm）TI=9.55106PI/nI=9.551061.730/1440=11473.3 NmmTII=9.55106PII/nII=9.551061.661/636.3 =24929.4NmmTIII=9.55106PIII/nIII=9.551061.595/159.2 =95680.0 Nmm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p244表15-7得：kA=1.2PC=KAP=1.24=4.8KW由课本p234表15-4得：选用A型V带（2） 确定带轮基准直径，并验算带速由课本得，推荐的小带轮基准直径为75100mm 则取dd1=100mmdmin=75 dd2=n1/n2dd1=1440100/636.3=226.3mm由课本P242表15-4，取dd2=224mm实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=1440100/224 =642.9r/min转速误差为：n2-n2/n2=636.3-642.9/636.3 =0.01031200（适用）（5）确定带的根数根据课本P242表（15-4）P1=1.32KW根据课本P243表（15-5）P0=0.17KW根据课本P243表（15-6）K=0.98根据课本P235表（15-2）KL=1.01 由课本P246式（15-25）得Z=PC/P=PC/(P1+P1)KKL =4.8/(1.32+0.17) 0.981.01 =3.189(6)计算轴上压力由课本查得q=0.1kg/m，由式(15-26)单根V带的初拉力：F0=(500PC/ZV)（2.5/K-1）+qV2=5004.8/(47.536) (2.5/0.98-1)+0.17.5362N =129.17N则作用在轴承的压力FQ，由课本P247式（15-27）FQ=2ZF0sin1/2=24129.17sin168.90/2=376.57N2、齿轮传动的设计计算 （1）选择齿轮材料及精度等级 考虑减速器传递功率不在，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240260HBS。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220HBS；根据课本P200表13-2选8级。齿面精糙度Ra1.63.2m (2)按齿面接触疲劳强度设计 由d176.43(kT1(u1)/du（ZE/ H）2)1/3 由式（13-5）确定有关参数如下：传动比i齿=6 取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=620=120 实际传动比I0=120/2=60传动比误差：i-i0/I=6-6/6=0%2.5% 可用齿数比：u=i0=6由课本P206表13-7取d=0.9 (3)转矩T1T1=9.55106P/n1=9.551064.8/1440 =31833.3Nmm (4)载荷系数k 由课本P202 表13-3取k=1 (5)许用接触应力HH= HlimZNT/SH由课本P198图13-1查得：HlimZ1=570Mpa HlimZ2=350Mpa由课本式计算应力循环次数NLNL1=60n1rth=60409.561(163658)=1.15109NL2=NL1/i=1.15109/6=1.913108由课本查得接触疲劳的寿命系数：ZNT1=0.85 ZNT2=0.98通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0H1=Hlim1ZNT1/SH=5700.85/1.0Mpa=484.5MpaH2=Hlim2ZNT2/SH=3500.98/1.0Mpa=343Mpa故得：d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3=76.43131833.3(6+1)/0.9634321/3mm=53.88mm模数：m=d1/Z1=53.88/20=2.69mm根据课本P132表8-6取标准模数：m=2.75mm(6)校核齿根弯曲疲劳强度根据课本式 F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaH确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mZ1=2.7520mm=55mmd2=mZ2=2.75120mm=330mm齿宽：b=dd1=0.955mm=49.5mm取b=50mm b1=50mm(7)齿形系数YFa和应力修正系数YSa根据齿数Z1=20,Z2=120由表得YFa1=2.80 YSa1=1.55YFa2=2.14 YSa2=1.83 (8)许用弯曲应力F根据课本式：F= Flim YSTYNT/SF由课本查得：Flim1=290Mpa Flim2 =210Mpa查得：YNT1=0.88 YNT2=0.9试验齿轮的应力修正系数YST=2按一般可靠度选取安全系数SF=1.25 计算两轮的许用弯曲应力F1=Flim1 YSTYNT1/SF=29020.88/1.25Mpa=408.32MpaF2=Flim2 YSTYNT2/SF =21020.9/1.25Mpa=302.4Mpa将求得的各参数代入式上式F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1=(2131833.3/502.75220) 2.801.55Mpa=36.53Mpa F1F2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1=(2131833.3/502.752120) 2.141.83Mpa=5.495Mpa F2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够 (9)计算齿轮传动的中心矩aa=m(Z1+Z2)/2=2.75(20+120)/2=192.5mm (10)计算齿轮的圆周速度VV=d1nII/601000=3.1455409.56/601000=1.18m/s六、轴的设计计算 输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质，硬度217255HBS根据课本，查表，取c=115d115 (2.304/458.2)1/3mm=19.7mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=19.7(1+5%)mm=20.69选d=22mm2、轴的结构设计 （1）轴上零件的定位，固定和装配 单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定 （2）确定轴各段直径和长度工段：d1=22mm 长度取L1=50mmh=2c c=1.5mmII段:d2=d1+2h=22+221.5=28mmd2=28mm初选用7206c型角接触球轴承，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+16+55）=93mmIII段直径d3=35mmL3=L1-L=50-2=48mm段直径d4=45mm由指导书得：c=1.5 h=2c=21.5=3mmd4=d3+2h=35+23=41mm长度与右面的套筒相同，即L4=20mm但此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由指导书得安装尺寸h=3.该段直径应取：（30+32）=36mm因此将段设计成阶梯形，左段直径为36mm段直径d5=30mm. 长度L5=19mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=100mm (3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d1=55mm求转矩：已知T2=31833.3Nmm求圆周力：Ft根据课本式得Ft=2T2/d2=31833.3/55=578.787N求径向力Fr根据课本式得Fr=Fttan=578.787tan200=210.644N因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=50mm (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=105.322NFAZ=FBZ=Ft/2=289.394N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=105.33250=5.267Nm (3)绘制水平面弯矩图（如图c）截面C在水平面上弯矩为：MC2=FAZL/2=289.39450=14.47Nm (4)绘制合弯矩图（如图d）MC=(MC12+MC22)1/2=(5.282+14.47)1/2=15.40Nm (5)绘制扭矩图（如图e）转矩：T=9.55（P2/n2）106=48Nm (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=1，截面C处的当量弯矩：Mec=MC2+(T)21/2=15.402+(148)21/2=51.364Nm (7)校核危险截面C的强度由式e=Mec/0.1d33=51.364/0.1413=35.4MPa -1b=60MPa该轴强度足够。 输出轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质钢，硬度（217255HBS）根据课本取c=115dc(P3/n3)1/3=115(3.512/102.4)1/3=35.08mm取d=35mm2、轴的结构设计 （1）轴的零件定位，固定和装配 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。 （2）确定轴的各段直径和长度 初选7207c型角接球轴承，其内径为35mm，宽度为17mm。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41mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。 (3)按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知d2=330mm求转矩：已知T3=328Nm求圆周力Ft：根据课本式得Ft=2T3/d2=2328103/330=1987.88N求径向力Fr根据课本式得Fr=Fttan=1987.880.36379=723.2N两轴承对称LA=LB=49mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=723.2/2=361.6NFAZ=FBZ=Ft/2=1987.88/2=993.94N (2)由两边对称，书籍截C的弯矩也对称截面C在垂直面弯矩为MC1=FAYL/2=361.649=17.72Nm (3)截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=993.9449=48.7Nm (4)计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2 =（17.722+48.72）1/2 =51.82Nm (5)计算当量弯矩：根据课本得=1Mec=MC2+(T)21/2=51.822+(1328)21/2 =333.06Nm (6)校核危险截面C的强度由式e=Mec/（0.1d）=333.06/(0.1453)=3.65Mpa-1b=60Mpa此轴强度足够七、滚动轴承的选择及校核计算根据根据条件，轴承预计寿命836510=29200小时1、计算输入轴承 （1）已知n=636.3r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=289.39N初先两轴承为角接触球轴承7206AC型根据课本得轴承内部轴向力FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=182.32N (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=182.32N FA2=FS2=182.32N (3)求系数x、yFA1/FR1=182.32N/289.39N=0.63FA2/FR2=182.32N/289.39N=0.63根据课本得e=0.68FA1/FR1e x1=1 FA2/FR229200h预期寿命足够2、计算输出轴承 (1)已知n=102.4r/min Fa=0 FR=FAZ=993.94N试选7207AC型角接触球轴承根据课本得FS=0.063FR,则FS1=FS2=0.63FR=0.63993.94=626.18N (2)计算轴向载荷FA1、FA2FS1+Fa=FS2 Fa=0任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端两轴承轴向载荷：FA1=FA2=FS1=626.18N (3)求系数x、yFA1/FR1=626.18/993.94=0.63FA2/FR2=626.18/993.94=0.63根据课本）得：e=0.68FA1/FR1e x1=1 y1=0FA2/FR229200h此轴承合格八、键联接的选择及校核计算轴径d1=22mm,L1=50mm查指导书得，选用C型平键，得：键A 87 GB1096-79 l=L1-b=50-8=42mmT2=48Nm h=7mm根据课本式得p=4T2/dhl=448000/22742 =29.68MpaR(110Mpa)2、输入轴与齿轮联接采用平键联接轴径d3=35mm L3=48mm T=328Nm查指导书 选A型平键键108 GB1096-79l=L3-b=48-10=38mm h=8mmp=4T/dhl=4328000/35838 =103.3Mpap(110Mpa)3、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d2=51mm L2=50mm T=61.5Nm查指导书 选用A型平键键1610 GB1096-79l=L2-b=50-16=34mm h=10mm据课本得p=4T/dhl=46100/511034=60.3Mpap九、联轴器的选择课本P313页十、设计小结本次课程设计对“单级圆柱减速器的设计”有了一定的了解，通过自己的设计，初步了解了单级圆柱减速器的制作流程，对自己今后的工作给予了很大的帮助，通过该次设计，了解到做什么都要细心点。十一、参考文献1、机械设计基础（第二版）/王继焕 主编。武汉：华中科技大学出版社2、机械设计课程设计（第二版）/金清肃主编。武汉：华中科技大学出版社F=750NV=2m/sD=300mm总=0.867P工作=1.730KWn滚=159.2r/min电动机型号Y112M-4i总=9.05据指导书得i齿轮=4i带=2.263 nI =1440r/minnII=636.3r/minnIII=159.2r/minPI=1.730KWPII=1.661KWPIII=1.595KWTI=11473.3NmmTII=24929.4NmmTIII=95680.0Nmmdd2=226.3mm取标准值dd2=224mmn2=642.9r/minV=7.536m/s226.8mma0648mm取a0=600Ld=1800mma=642.5mmZ=4根F0=129.17NFQ =376.57i齿=6Z1=20Z2=120u=6T1=31833.3NmmHlimZ1=570MpaHlimZ2=350MpaNL1=1.15109NL2=1.913108ZNT1=0.85ZNT2=0.98H1=484.5MpaH2=343Mpad1=53.88mmm=2.75mmd1=55mmd2=330mmb=50mmb1=50mmYFa1=2.80YSa1=1.55YFa2=2.14YSa2=1.83Flim1=290MpaFlim2 =210MpaYNT1=0.88YNT2=0.9YST=2SF=1.25F1=36.5MpaF2=5.49Mpaa =192.5mmV =1.18m/sd=22mmd1=22mmL1=50mmd2=28mmL2=93mmd3=35mmL3=48mmd4=41mmL4=20mmd5=30mmL=100mmFt =578.787NFr=210.644NFAY =105.322NFBY =105.322NFAZ =289.394NMC1=5.267NmMC2=14.47NmMC =15.40NmT=48NmMec =51.364Nme =35.4MPa-1bd=35mmFt =1987.88NFAX=FBY =361.6NFAZ=FBZ =993.94NMC1=17.72NmMC2=44.26NmMC =51.82NmMec =333.06Nme =3.65Mpa-1b轴承预计寿命29200hFS1=FS2=182.32Nx1=1y1=0x2=1y2=0P1=434.09NP2=434.09NLH=6057510.8h预期寿命足够FR =993.94NFS1=626.18Nx1=1y1=0x2=1y2=0P1=1490.9NP2=1490.9NLh =1399630.5h故轴承合格A型平键87p=29.68MpaA型平键108p=103.3MpaA型平键1610p =60.3Mpa