带PLC和变频器的带式运输机传动系统设计【4张图纸】【课设】
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带PLC和
变频器
的带式
运输机
传动系统设计
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带PLC和变频器的带式运输机传动系统设计
18页 3300字数+说明书+任务书+4张CAD图纸
PLC接线图.dwg
书生.doc
任务书.doc
封面.doc
带PLC和变频器的带式运输机传动系统设
第一部分 课程设计前言
一、课程设计目的
1．学习机电一体化系统总体设计方案的拟定。
2． 通过机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。
通过进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。
通过控制系统的设计，掌握一些典型控制系统的设计方法和控制软件的设计思路。
培养学生独立分析问题和解决问题的能力，并培养系统设计的思想。
提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。
设计任务：设计一种供带式运输机使用的传动系统。
三、设计内容
1，电动机选型
2，PLC和变频器选择
3. 传动系统设计：
机械部分设计：
传动系统与运输机的联接设计
控制部分设计：
控制装置及控制设计计说明书.doc
机电课程设计任务书.doc
电路.dwg
装配图.dwg
轴.dwg
目录
第一部分 课程设计前言2
一、 课程设计目的2
二、设计任务2
三、设计内容2
第二部分 传动装置的总体设计3
一、传动方案3
二、电动机的选择4
三、计算传动装置的运动和动力参数5
四、传动装置的选择与校核5
第三部分 控制系统的总体设计7
一、控制装置的选择7
二、控制系统设计11
第四部分 心得体会17
第五部分 参考文献17
第二部分 传动装置的总体设计
传动方案
1．主要设计参数
（1）运输带工作拉力:2300(N)
（2）运输带传输速度: 1.8~2.0(m/s)
（3）卷筒直径: 290(mm)
（4）运输机工作条件：
在不同速度下连续运转，载荷平稳，空载起动，两班制工作，使用期5年。运输带速度允许误差5%.
电动机直接与皮带轮连接，皮带轮与卷筒连接。
- 内容简介：
-
重庆理工大学专业课程设计任务书 学生 刘正龙 指导教师 袁建国 一 设计题目带PLC和变频器的带式运输机传动系统二设计任务 设计一种供带式运输机使用的传动系统三主要设计参数1， 运输带工作拉力:2300(N)2， 运输带传输速度: 1.82.0(m/s)3， 卷筒直径: 290(mm) 运输机工作条件： 在不同速度下连续运转，载荷平稳，空载起动，两班制工作，使用期5年。运输带速度允许误差5%. 四设计内容 1，电动机选型 2，PLC和变频器选择3. 传动系统设计：1） 机械部分设计：传动系统与运输机的联接设计2） 控制部分设计：控制装置及控制设计 五设计完成后应提交的材料 1.总装配图一张 2.联接设计图一张 3.控制系统电气原理及接线图一张与PLC程序 4.设计计算说明书一份（设计步骤，设计计算等，字数不少于5000字） 五推荐参考资料 爱默生PLC使用手册 EC系列小型PLC编程参考手册 爱默生EV1000变频器说明书邹正明10904020513刘正龙10904020515罗洋10904020528杨旋10904020530余良10904020612梁明10904020618尚仁民10904020621王鹏10904020628余岩10904020629曾博10904020634郑铖 机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书目 录任务书-2成绩评定表-5摘要-6第一部分 传动装置的总体设计-7第二部分 传动零件的设计计算-9第三部分 轴的设计-18第四部分 润滑油及润滑方式的选择-36第五部分 密封及密封的选择-36第六部分 主要尺寸及数据-36总结-38参考文献-38 攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目4带式输送机传动装置设计1、课程设计的目的本课程设计为学生提供了一个既动手又动脑，自学，查资料，独立实践的机会。将本学期课本上的理论知识和实际有机的结合起来，锻炼学生实际分析问题和解决问题的能力，提高学生综合运用所学知识的能力，装配图、零件图的设计绘图能力。2、课程设计的内容和要求传动装置简图：1)、己知条件(1)机器功用 由输送带运送物料(2)工作情况 电动机连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，室内工作，环境温度不超过40度。(3)运转要求 输送带运动速度误差不超过5。(4)使用寿命 10年，每年300天，两班制。(5)检修周期 一年小修，三年大修。(6)生产厂型 中小型机械制造厂。2)设计原始数据见下表运输带速度v/(m/s)0.75运输带工作拉力F/KN3.4卷筒直径D/mm3003)要求： (1)完成传动装置的设计计算。(2)完成各类零件的设计、选择计算。(3)认真计算和制图，保证计算正确和图纸质量。(4)按预定计划循序完成任务。(5)按学校规定格式书写说明书，交电子和纸质文档。3、主要参考文献1所学相关课程的教材2机械设计课程设计3机械设计手册4电动机手册4、课程设计工作进度计划(1)准备阶段（1天）(2)设计计算阶段（3天）(3)减速器的装配图一张（4天）(4)绘零件图三张（3天）(5)编写设计说明书（3天）(6)答辩或考察阶段。(1天)指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日 摘 要机械设计课程设计是在完成机械设计课程学习后，一次重要的实践性教学环节。是高等工科院校大多数专业学生第一次较全面的设计能力训练，也是对机械设计课程的全面复习和实践。其目的是培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计和有关选修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。本次设计的题目是带式运输机的减速传动装置设计。根据题目要求和机械设计的特点作者做了以下几个方面的工作：决定传动装置的总体设计方案，选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数，传动零件以及轴的设计计算，轴承、联接件、润滑密封和联轴器的选择及校验计算， 机体结构及其附件的设计和参数的确定，绘制装配图及零件图，编写计算说明书。关键词：减速器 带式运输机 机械设计 疲劳强度 计算及说明结果 第一部分 传动装置的总体设计 一、 传动方案 1、设计要求：卷筒直径D=300mm，牵引力F=3400N,线速度V=0.75m/s，连续单向运转，载荷平衡，空载启动，使用年限10年，批量生产，两班制工作，运输带的速度误差允许5%。2、电动机直接由联轴器与减速器连接，减速器由联轴器与卷筒连接3、减速器采用二级圆柱齿轮减速器4、方案简图如下：二、电动机的选择 1、选择电动机的类型 按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型 2、选择电动机的容量 由电动机至运输带的传动总效率为： （分别是联轴器、轴承、齿轮传动和卷筒的传动效率）分别取=0.99、=0.98、=0.97、=0.96 所以 3、 确定电动机的转速: 卷筒轴的工作转速为 按指导书表一，查二级圆柱齿轮减速器的传动比 ，故电动机转速的可选范围，符合这一范围的同步转速有750、1000、1500r/min. 根据容量和转速，由指导书P145 取电动机型号：Y132M1-6 三、确定传动装置的总传动比和分配传动比 电动机型号为Y132M1-6 1、 总传动比 2、 分配传动装置传动比由公式 求得、四、计算传动装置的运动和动力参数 1、计算各轴转速 轴1 轴2 轴3 2、 计算各轴输入功率轴1 轴2 轴3 卷筒轴 3、 计算各轴输入转矩电动机输出转矩 1-3轴的输入转矩 轴1 轴2 轴3 卷筒轴输入转矩 1-3轴的输出转矩则分别为各轴的输入转矩乘轴承效率0.98 运动和动力参数计算结果整理与下 效率P(KW)转矩T()转速n（r/min）传动比 i效率输入输出输入输出电机轴3.0630.449601.00.99轴13.032.9930.1429.549605.310.95轴22.882.82159.01155.83180.793.790.95轴32.742.69547.18536.2447.771.00.97卷筒轴2.662.61530.87520.2547.77第二部分 传动零件的设计计算一、高速级减速齿轮设计1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1)选用斜齿圆柱齿轮传动2)运输机为一般工作机器，速度不高，由有机设书表10-8知，选用7级精度（GB10095-88）3)材料选择：有机设书表10-1选择小齿轮材料为40Cr钢（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS。 4)选小齿轮齿数为，大齿轮齿数 5）初选螺旋角=142、按齿面接触强度设计 由设计计算公式（10-21）进行试算，即 (1)确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数 2)计算小齿轮传递的转矩 3)由表10-7选取齿宽系数 4)由表10-6查得材料的弹性影响系数 5)由图10-21d按齿面硬度查得：小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限；6)由式10-13计算应力循环次数 7)由图10-19查得接触疲劳寿命系数 8)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1，得: = 9)由图10-30选取区域系数10)由图10-26查得 则： (2）计算 1)试算小齿轮分度圆直径，代入数值： = 2)计算圆周速度v 3)计算尺宽b 4)计算尺宽与齿高比b/h 模数 齿高 5)计算纵向重合度 6)计算载荷系数 根据，7级精度，由图10-8（机设书）查得动载系数由表10-2查得使用系数因斜齿轮，假设 。由表10-3查得 由表10-4插值查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置式 由b/h=10.53, 查图10-13得,故载荷系数7)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得 8)计算模数m 3、按齿根弯曲强度设计 由式（10-17）得弯曲强度的设计公式为 (1) 确定公式内各计算数值1)计算载荷系数 2)根据纵向重合度 ，从图10-28查得螺旋角影响系数 3)计算当量齿数 4)查取齿形系数 由表10-5查得 5)查取应力较正系数 由表10-5查得 6)由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 7)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 8)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式（10-12）得 9)计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。(2)设计计算： = 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.21mm并就近圆整为标准值，但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得分度圆直径，来计算应有的齿数 ，于是有：小齿轮齿数 取 大齿轮齿数 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 4、 几何尺寸计算（1）计算中心距 将中心距圆整为 135mm（2）按圆整后的中心距修正螺旋角 因 值改变不多，故、等不必修正（3）计算大、小齿轮的分度圆直径 （4）计算齿轮宽度 取 ， （5）验算 ，合适二、低速级减速齿轮设计1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1)选用斜齿圆柱齿轮传动2)运输机为一般工作机器，速度不高，有机设书表10-8知，选用7级精度（GB10095-88）3）材料选择：由机设书表10-1选择小齿轮材料为40Cr钢（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS。 4)选小齿轮齿数为，大齿轮齿数 5）初选螺旋角=142、按齿面接触强度设计 由设计计算公式（10-21）进行试算，即 （1）确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数 2)计算小齿轮传递的转矩 3)由表10-7选取齿宽系数 4)由表10-6查得材料的弹性影响系数 5)由图10-21d按齿面硬度查得：小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限；6)由式10-13计算应力循环次数 7)由图10-19查得接触疲劳寿命系数 8)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1，得: 9)由图10-30选取区域系数 10)由图10-26查得 则： （2）计算 1)试算小齿轮分度圆直径，代入数值： = 2)计算圆周速度v 3)计算尺宽b 4)计算尺宽与齿高比b/h 模数 齿高 5)计算纵向重合度 6)计算载荷系数 根据，7级精度，由图10-8（机设书）查得动载系数 由表10-2查得使用系数斜齿轮，假设由表10-3查得由表10-4查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置式 由b/h=10.55，查图10-13得，故载荷系数 7)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得 8)计算模数m 3、按齿根弯曲强度设计 由式（10-17）得弯曲强度的设计公式为 (1)确定公式内的各计算数值1)计算载荷系数 2)根据纵向重合度 ，从图10-28查得螺旋角影响系数 3)计算当量齿数 4)查取齿形系数 由表10-5查得 5)查取应力较正系数 由表10-5查得 6)由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 7)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 8)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得 9)计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大(2)设计计算： = 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数2.07mm并就近圆整为标准值,但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得分度圆直径，来计算应有齿数，于是有：小齿轮齿数 取 大齿轮齿数 取 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4、几何尺寸计算(1)计算中心距 将中心距圆整为166mm(2)按圆整后的中心距修正螺旋角 因 值改变不多，故、等不必修正(3)计算大、小齿轮的分度圆直径 (4)计算齿轮宽度 取 , (5)验算 ，合适第三部分 轴的设计一 高速轴的设计1、 选择轴的材料由于减速器传递的功率不大，其重量无特殊要求故选择和小齿轮一样的材料40Cr钢,调质处理.2、 初步计算轴的最小直径 用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径d，计算公式： ，选用40Cr调质钢，查机设书P370表15-3，得 在第一部分中已经选用的电机Y132M1-6,D=38。查指导书P128，选用联轴器HL3，故。 3、轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案，经分析比较，选用如下方案： （2）、各轴的直径和长度 1）、联轴器采用轴肩定位，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴肩对半联轴器的可靠定位，故选择 2）、初步确定滚动轴承8 因齿轮为斜齿轮则轴承受径向力和轴向力作用，高速级转速较高，载荷一般，故选用角接触球轴承7007AC，故， 3）、当直径变化处的端面是为了固定轴上零件或承受轴向力时，则相邻直径变化要大些，故， 4）、当轴径变化仅为了装配方便或区别加工表面时，不承受轴向力也不固定轴上零件的，则相邻直径变化较小，即 ：， （3）、轴上零件的周向定位 半联轴器与轴的周向定位采用普通C型平键连接，查机设书P106表6-1选用键为，半联轴器与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位采用过度配合保证，选轴的直径尺寸公差m6。（4）、确定轴向圆角和倒角尺寸 参照机设书P365表15-2，取轴端倒角，各轴肩出圆角半径见轴的零件图（5）、求轴上的载荷 小齿轮分度圆直径 首先根据轴的结构图作出以下受力分析图，在确定轴承的支撑点位置时，应从手册中查取a的值，对于7007AC型角接触球轴承，由指导书P122页查得a=20.1mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距为，根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图，从轴的结构图以及弯矩图可以看出齿轮中心截面受弯矩较大，计算该截面出的力与矩： 载荷水平面H垂直面V支持力F弯矩M总弯矩扭矩 （6）、按弯矩合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，根据P373式（15-5）及表中数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故取=0.6,轴的计算应力 其中 前面以选定轴的材料为40Cr钢（调质），查机设书P362表15-1，得：，因此，故安全。 (7)、精确校核轴的疲劳强度 1）、判断危险截面由轴的结构图以及受力图和各平面的弯矩图综合可知齿轮左端截面5因加工齿轮有尺寸变化，引起应力集中，故该截面左侧需校核验证2)、截面左侧 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧的弯矩M为：截面上的扭矩为： 截面上的弯曲应力： 截面上的扭转应力： 轴的材料为40Cr钢，调质处理，由机设书P362表15-1查得： 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机设书P40附表3-2查取因 经插入后得： 又由附图3-1可得轴的材料敏性系数为 则： 由附图3-2的尺寸系数 由附图3-3的扭转尺寸系数 轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量 轴未经表面强化处理，即，则按式3-12及3-14b得综合系数为： 合金钢的特性系数 取 取则可计算安全系数 ， 故可知其安全（8）、轴承寿命的校核1)已知轴承的预计寿命 L=2830010=48000h 由所选轴承系列7007AC，查指导书P122表知额定动载荷C=19.0KN2)求两轴承受到的径向载荷3)求两轴承的计算轴向力 对于70000AC型轴承，按表13-7，轴承派生轴向力，则有： 于是轴向力为： 4)当量动载荷P因 由表13-5得径向载荷系数和轴向载荷系数为：轴承1 轴承2 因轴承运转中有轻微冲击载荷，故按表13-6取，则： 5)验算轴承寿命 因 ，所以按轴承2的受力大小来验算，则： 所以所选轴承寿命符合要求，确定角接触球轴承7007AC（9）、键的校核 联轴器与轴：1)选用键的系列 2)键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力，取，键的工作长度，键的接触高度，由式6-1得：，所以合适二 中速轴的设计1、选择轴的材料该轴同样选取40Cr钢,调质处理。2、初步计算轴的最小直径根据表15-3，取，于是根据公式有 选定3、轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案，经分析比较，选用如下方案： （2）各轴的直径和长度 1)根据，选用角接触球轴承7208AC，尺寸得mm，为了使齿轮3便于安装，故取，轴承第三段起轴向定位作用，故，第四段装齿轮2，直径2)第二段和第四段是装齿轮的，为了便于安装，L2和L4都要比齿轮三和齿轮二的齿宽略小所以，由指导书得 ， ，（3）轴上零件的周向定位齿轮的周向定位都采用普通平键连接，根据，查表6-1得第二段键的尺寸为，同理可得第四段键的尺寸为，滚动轴承与轴采用过度配合来保证，选用直径尺寸公差m6 （4）轴上零件的轴向定位 轴上轴承轴向定位采用凸缘式端盖与挡油环定位，齿轮采用挡油环与轴肩定位；（5）确定轴上圆角和倒角尺寸 参照表15-2，取轴端倒角，各轴肩出圆角半径为1mm （6）求轴上的载荷 1）求轴上的力 已知 首先根据轴的结构图作出以下受力分析图，在确定轴承的支撑点位置时，应从手册中查取a的值，对于7208AC型角接触球轴承，由指导书P123页查得a=23mm，根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图，从轴的结构图以及弯矩图可以看出两齿轮中心截面受弯矩较大，分别计算两截面处的力与矩： 载荷水平面H垂直面V支持力F弯矩M总弯矩扭矩 （6）、按弯矩合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，根据机设书P373式（15-5）及表中数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故取=0.6,轴的计算应力 其中前面已选定轴的材料为40Cr钢（调质），查机设书P362表15-1，得：，因此，故安全。（7)、精确校核轴的疲劳强度 1）、判断危险截面由轴的结构图以及受力图和各平面的弯矩图综合可知两齿轮中间轴肩处截面3和4因轴肩尺寸变化，引起应力集中，又截面3受弯矩等大于截面4，故可只校核截面3左面：2)、截面左侧 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧的弯矩M为：截面上的扭矩为： 截面上的弯曲应力： 截面上的扭转应力： 轴的材料为40Cr钢，调质处理，由机设书P362表15-1查得： 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机设书P40附表3-2查取因 经插入后得： 又由附图3-1可得轴的材料敏性系数为 则： 由附图3-2的尺寸系数 由附图3-3的扭转尺寸系数 轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量 轴未经表面强化处理，即，则按式3-12及3-14b得综合系数为： 合金钢的特性系数 取 取则可计算安全系数 故可知其安全（8）、轴承寿命的校核1)已知轴承的预计寿命 L=2830010=48000h 由所选轴承系列7208AC，查指导书P123表知额定动载荷C=35.2KN2)求两轴承受到的径向载荷3)求两轴承的计算轴向力 对于70000AC型轴承，按表13-7，轴承派生轴向力，则有： 于是轴向力为： 其中 4)当量动载荷P因 由表13-5得径向载荷系数和轴向载荷系数为：轴承1 轴承2 因轴承运转中有轻微冲击载荷，故按表13-6取，则： 5)验算轴承寿命 因 ，所以按轴承1的受力大小来验算，则： 所以所选轴承寿命符合要求，确定角接触球轴承7208AC（9）、键的校核小齿轮：1)选用键的系列 2)键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力，取，键的工作长度，键的接触高度，由式6-1得：，所以合适大齿轮：1)选用键的系列 2)键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力，取，键的工作长度，键的接触高度，由式6-1得：，所以合适三 低速轴的设计1、选择轴的材料该轴同样选取40Cr钢,调质处理。2、初步计算轴的最小直径根据表15-3，取，于是根据公式有 选定初选联轴器HL4，初定轴的最小直径3、轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案，经分析比较，选用如下方案： （2）各轴的直径和长度 1）联轴器采用轴肩定位，半联轴器长度为，半联轴器与轴的配合的毂孔长度为，为了保证半联轴器轴向的可靠定位，故取 2）初步确定滚动轴承 因轴承受径向力和轴向力作用大，转速较小，载荷大，故选用角接触球轴承7212AC，故,为了便于齿轮安装，为了使齿轮有较好的轴向定位，取， 轴承，为了便于安装，其他长度由轴1和轴2的计算方法求得， 3）轴上零件的周向定位 齿轮的周向定位采用普通A型平键连接，根据选择轴上的键为，半联轴器的周向定位采用普通C型平键连接，根据选择轴上键为，滚动轴承与轴采用过度配合来保证，直径公差m6； 4）轴上零件的轴向定位 轴承采用凸缘式端盖和挡油环来定位，齿轮轴向定位则采用轴肩与挡油环定位 5）确定轴向圆角和倒角尺寸 参照表，去轴端倒角，各轴肩处圆角半径为1mm。 （6）求轴上的载荷 1）求轴上的力 已知 首先根据轴的结构图作出以下受力分析图，在确定轴承的支撑点位置时，应从手册中查取a的值，对于7212AC型角接触球轴承，由指导书P123页查得a=30.8mm，根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图，从轴的结构图以及弯矩图可以看出齿轮中心截面受弯矩较大，分别计算两截面处的力与矩： 载荷水平面H垂直面V支持力F弯矩M总弯矩扭矩 （6）按弯矩合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，根据机设书P373式（15-5）及表中数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故取=0.6,轴的计算应力 其中前面已选定轴的材料为40Cr钢（调质），查机设书P362表15-1，得：，因此，故安全。（7）轴承寿命的计算 1)已知轴承的预计寿命 L=2830010=48000h 由所选轴承系列7212AC，查指导书P123表知额定动载荷C=58.2KN2)求两轴承受到的径向载荷3)求两轴承的计算轴向力 对于70000AC型轴承，按表13-7，轴承派生轴向力，则有： 于是轴向力为： 4)当量动载荷P因 由表13-5得径向载荷系数和轴向载荷系数为：轴承1 轴承2 因轴承运转中有轻微冲击载荷，故按表13-6取，则： 5)验算轴承寿命 因 ，所以按轴承2的受力大小来验算，则： 所以所选轴承寿命符合要求，确定角接触球轴承7212AC（8）键的校核 齿轮与轴：1）选用键的系列 2）键、轴和轮毂的材料都是钢，由教材查得许用应力，取，键的工作长度，键与轮毂、键槽的接触高度，则有：，所以合适 轴与联轴器相连的键 3）选用键的系列 4）键的工作长度，键与轮毂、槽的接触高度，则有：，所以合适 第四部分 润滑油及润滑方式的选择传动件的润滑：对于此二级斜齿圆柱齿轮减速器，由传动零件设计部分可知传动件的圆周速度远远小于12m/s，所以采用浸油润滑，为此箱体内需有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时沉渣泛起，齿顶到油池底面的距离不小于3050mm,此减速器为40mm。选用标准号为SH0357-92的普通工业齿轮油润滑，装至高速级大齿轮齿根圆以上、低速级大齿轮三分之一半径R以下。轴承的润滑： 由前面传动件设计部分知道齿轮圆周速度小于2m/s,故对轴承采用润滑脂润滑，为此在轴承旁装有挡油环以防止润滑脂流失。采用牌号为2的钙基润滑脂（GB491-87）。第五部分 密封及密封的选择 轴承端盖于轴间的密封： 由于传动件的圆周速度小于3m/s,故可由指导书P58选择密封形式为粗羊毛毡封油圈密封。机盖与机座联接处的密封： 为了保证机盖与机座联接处密封的可靠性，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精刨，其表面粗糙度应不大于6.3。 第六部分 主要尺寸及数据箱体尺寸:机座壁厚 机盖壁厚 机座凸缘厚度 机盖凸缘厚度 机座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁联接螺栓直径 机盖与机座连接螺栓直径 轴承端盖螺钉直径 窥视孔盖螺钉直径 定位销直径 大齿轮顶园与内机壁距离 齿轮端面与内机壁距离 齿轮2端面和齿轮3端面的距离 所有轴承都用油脂润滑 轴承端盖和齿轮3端面的距离 轴承端盖凸缘厚度 总结机械设计课程设计是机械课程当中一个重要环节，通过三周的课程设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，对机械方面有关各个零部件的有机结合有了深刻的认识。由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择计算标准件时可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准确。在设计的过程中，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，通过这次设计再次熟悉了AUTOCAD绘图软件和microsoft word文字处理软件，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，大家共同解决了许多个人无法解决的问题，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。本次设计由于有参考指导书，自己独立设计的东西不多，但在通过这次设计之后，我想会对以后自己独立设计打下一个良好的基础。 【参考文献】刘朝儒、彭福荫、高政一机械制图（第四版） 高等教育出版社 2001年濮良贵、纪名刚机械设计（第八版） 高等教育出版社 2006年孙桓、陈作模、葛文杰机械原理（第七版） 高等教育出版社 2006年武建华材料力学 重庆大学出版社 2002年西华大学机械设计机械原理教学组机械设计课程设计指导书 2008年确定传动方案:减速器的类型为二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器=0.833 n=47.77r/min电动机型号Y132M1-6选用斜齿圆柱齿轮传动选用斜齿圆柱齿轮传动选用角接触球轴承7007AC公差m6倒角选用角接触球轴承7208AC第二段键第四段键倒角圆角半径为1mm小齿轮：大齿轮角接触球轴承7212AC直径公差m6轴端倒角轴肩处圆角半径为1mm 齿轮与轴的键联轴器上键- 38 -重庆理工大学机电一体化课程设计说明书设计题目：带PLC+变频器的带式运输机传动系统学 号：10904020513姓 名： 刘正龙指导教师： 袁建国成 绩：日 期：2012年1月目录第一部分 课程设计前言2 一、 课程设计目的2 二、设计任务2 三、设计内容2第二部分 传动装置的总体设计3 一、传动方案3 二、电动机的选择4 三、计算传动装置的运动和动力参数5 四、传动装置的选择与校核5第三部分 控制系统的总体设计7 一、控制装置的选择7 二、控制系统设计11第四部分 心得体会17第五部分 参考文献17 第一部分 课程设计前言一、课程设计目的1学习机电一体化系统总体设计方案的拟定。2 通过机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。3 通过进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。4 通过控制系统的设计，掌握一些典型控制系统的设计方法和控制软件的设计思路。5 培养学生独立分析问题和解决问题的能力，并培养系统设计的思想。6 提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。2、 设计任务：设计一种供带式运输机使用的传动系统。三、设计内容 1，电动机选型 2，PLC和变频器选择 3. 传动系统设计：1） 机械部分设计：传动系统与运输机的联接设计2） 控制部分设计：控制装置及控制设计 第二部分 传动装置的总体设计 一、 传动方案 1主要设计参数 （1）运输带工作拉力:2300(N) （2）运输带传输速度: 1.82.0(m/s) （3）卷筒直径: 290(mm) （4）运输机工作条件： 在不同速度下连续运转，载荷平稳，空载起动，两班制工作，使用期5年。运输带速度允许误差5%.2、 电动机直接与皮带轮连接，皮带轮与卷筒连接。 3、方案简图如下： 图1 传动方案图二、电动机的选择 1、选择电动机的类型 按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型 2、选择电动机的功率 由电动机至运输带的传动总效率为： （分别是带传动、轴承和卷筒的传动效率）分别取=0.96、=0.98、=0.96 =0.9 所以 3、 确定电动机的转速: 卷筒轴的工作转速为 按指导书表取V带的传动比 ，故电动机转速的可选范围 根据转速和功率，取电动机型号：Y160M2-8 电动机的具体参数如下表：3、 计算传动装置的运动和动力参数 1、计算轴转速 2、 计算轴输入功率 3、 计算轴输入转矩 4、 传动装置的选择与校核1、轴的设计 选择轴的材料：选取40Cr钢,调质处理。2、初步计算轴的最小直径 用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径d，计算公式： ，选用40Cr调质钢，查机设书P370表15-3，得 故初选3、轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案，经分析比较，选用如下方案： 图2 卷筒轴4、确定滚动轴承 因轴承受径向力和轴向力作用大，转速较小，载荷大，故选用角接触球轴承7212AC，故。5、确定V带和带轮直径 （1）工作情况系数： （2） 计算功率： （3）选带型号：B型 （4）小带轮的直径：查表得。，取 大带轮，由于传动比所以取,圆整为 D=800mm。 验证带速V 因为，故带速合适。（5）计算带长 初取中心距 计算带所需的基准长度： 选带的基准长度为 计算实际中心距 中心距的变化范围为646mm-788mm。（6） 验算小带轮上的包角 （7） 计算带的根数 查表得 于是 计算V带的根数 ，故取3根 第三部分 控制系统的总体设计 一、控制装置的选择 1、变频器的选择由电动机的功率，并且运输带属于恒转矩负载，根据变频器型号表可以选出，所需变频器型号为EV1000-4T0055G. 变频器具体参数如下：变频器型号额定容量（KVA）额定输入电流（A）额定输出电流（A）适配电机（KW）EV1000-4T0055G8.914.613.05.5 图3 变频器的外形图 图4 变频器安装示意图2、PLC的选择 PLC的选择主要应从PLC 的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比。选择时应主要考虑到合理的结构型式,安装方式的选择,相应的功能要求,响应速度要求,系统可靠性的要求,机型尽量统一等因素。 综合以上选型基本原则，选择的PLC为EC10-1614BTA 图5 EC10-1614BTA主模块外形结构及端口分布 EC10-1614BTA的具体参数如下表型号电源电压Vac输入/输出点数数字量输入信号电压数字量输出类型数字量输入端/公共端数字量输出端/公共端EC10-1614BTA85-26416/1424Vdc晶体管16/114/42、 控制系统设计 1，PLC与变频器自由口协议通讯（1） 组网方式：单机RS485连接 图6 PLC与变频器组网方式（2）关键参数设置变频器功能码名称设定范围最小单位设定值F0.00频率给定通道选择0：数字给定1，LED键显示1：数字给定2，端子UP/DN调节2：数字给定3，串行口给定3：VCI模拟给定（VCI-GND）4：CCI模拟给定（CCI-GND）5：端子脉冲（PULSE）给定6：LED键盘显示单元电位计给定12F0.03运行命令通道选择0：LED键盘显示单元运行命令通道1：端子
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