铸造车间型砂输送设备的传动装置的设计方案

- 1 - 铸造车间型砂输送设备的传动装置的设计方案 一、课程设计目的 课程设计是机械设计基础课程重要的实践性教学环节。课程设计的基本目的是： 1综合运用机械设计基础和其它先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。 2通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意见，熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。 3通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。 二、课程设计内容 课程设计的内容主要包 括：分析传动装置的总体方案；选择电动机；传动系统计算；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。 课程设计中要求完成以下工作： 1减速器装配图 1张 (； 2减速器零件图 2张 (； 3设计计算说明书 1份。 （一） 设计数据 原始数据 1 2 3 4 5 6 运输带 拉 力 F(N) 3000 2800 2700 2600 2600 2500 运输带速度 V(m/s) 筒直径 D(300 330 340 350 360 380 （二）工作条件 - 2 - 该传动装备单向传送，载荷平稳，空载起动，两班制工作，使用期限 10 年（每年按300天计算），运输带容许速度误差为 5%。 （三）运动简图 （四） 设计计算说明书内容 0、封面（题目、班级、姓名、学号、指导老师、时间） 1、目录（标题、页次） 2、设计任务书（装订原发的设计任务书） 3、前言（题目分析、传动方案的拟订等） 4、电动机的选择，传动系统计算（计算电动机所需的功率、选择电动机、分配各级传动比，计算各轴转速、功率和扭矩） 5、传动零件的设计计算（确定带传动，齿轮传动的主要参数） 6、轴的设计计算及校核 7、轴承的选择和计算 8、键联接的选择和校核 9、联轴器的选择 10、箱体的设计（主要结构和设计计算及必要的说明） 11、润滑和密封的选择、润滑剂的型号及容量、减速器的附件及说明 12、设计小结（设计体会、本次计的优缺点及改进意见等） - 3 - 13、参考资料（资料的编号 ，作者，书名，出版单位和出版年、月） 三、进度安排 第 1周 周一 电动机的选择和传动系统计算、带传动的设计计算 周二 齿轮传动的设计计算、低速轴 的设计 周三 高速轴的设计，校核一根轴。轴承的选择、联轴器的选择 周四 轴承的校核、普通平键的选择及校核、箱体的结构设计、润滑材料、润滑方式和密封型式的选择 周五 画减速器装配图 第 2周 周一 画减速器装配图 周二 画减速器装配图 周三 画零件图 周四 整理、装订计算说明书 周五 答辩 四、基本要求 课程设计教学的基本要求是： 1 能从机器功能要求出发，分析设计方案，合理地选择电动机、传动机构和零件。 2 能按机器的工作状况分析和计算作用在零件上的载荷，合理选择零件材料 ，正确计算零件工作能力和确定零件主要参数及尺寸。 3 能考虑制造工艺、安装与调整、使用与维护、经济性和安全性等问题，对零件进行结构设计。 4. 绘图表达设计结果，图样符合国家制图标准，尺寸及公差标注完整、正确，技术要求合理、全面。 5. 在客观条件允许的情况下，初步掌握使用计算机进行设计计算和使用计算机绘制装配图、零件图的方法。 - 4 - 五、确定齿轮传动方案 六、选择电动机 （ 1）选择电动机 机械传动装置一般由原动机、传动装置、工作机和机架四部分组成。单机圆柱齿轮减速器由带轮和齿轮传动组成，根据各种传动的特点，带传动安排在高速级，齿轮传动放在低速级。传动装置的布置如图 图 w(N) Vw(m/s) Dw( w(%) 2600 60 )选择电动机类型和结构形式 根据工作要求和条件，选用 一般用途的 构为卧室封闭结构 2）确定电动机功率 工作机所需的功率 下式计算 1000 = 电动机所需功率 0=中，为电动机到滚筒工作轴的传动装置总效率，根据传动特点，由表 2带传动 =对滚动轴承轴承 =性联轴器联轴器 =对齿轮传动齿轮=此总效率为 2 联轴器联轴器齿轮带 P= - 5 - （ 2）计算传动装置的总传动比 0 =定电动 机额定功率 使 1 1 =表 2 1(3）确定电动机转速 工作机卷筒轴的转速 0w/ = 2 4 一级齿轮减速器 3 5 传动装置的总传动比 6 20 故电动机的转速可取范围为 nm=i总 6 20） 择同步转速为 1500r/ Y 系列电动机 中460r/动机的参数见表 ）传动装置的总传动比为 nm/460/)分配各级传动比 为了符合各种传动形式的工作特点和结构紧凑，必须是各级传动比都在各自的合理范围 内，且使各自传动件尺寸协调合理匀称，传动装置总体尺寸紧凑，重量最小，齿轮侵油深度合理 本传动装置有带轮和齿轮传动组成，因 i带 为使减速器部分设计方便，取带传动比 齿轮传动的传动比为 = 号 额定功率 /载转速 /r定转矩 最大转矩 1 1460 m=11kw 160460r/=2.6 =- 6 - （ 3）计算传动装置的运动参数和动力参数 1) 各轴转速 轴 n = 1460/26=轴 n = n / 筒轴 n =）各轴功率 轴 P = 轴 P =P = P齿轮轴承 =筒轴 P滚 = P轴承联轴器 =w 3)各轴转速 电动机轴 0/ 460Nm=52067Nm 轴 T = 0 =T0 =m=129959Nm 轴 T =T i = T =m =502700 Nm 滚筒轴 T = T i = T轴承联轴器 =m =492696 Nm 根据以上 计算列出本传动装置的运动参数和动力参数数据表，见表 数 轴号 电动机轴 轴 轴 滚筒轴 转速 n/r 460 率 P/矩 T/Nm 52067 129959 502700 492696 传动比 i . 效率 0.n =n = n 滚筒= = = 滚筒=0= 52067 Nm T = 129959 Nm T =502700 Nm T =492696 Nm - 7 - 七、传动零件的设计和计算 传动 1） 计算功率 2）选择3）确定V 带基准直径 4）验算带速 V 5)初定中心距）初算带长 )计算中心距a 本题目高速级采用普通 根据已知的 减速器参数确定带的型号、根数和长度，确定带的传动中心距，初拉力及张紧装置，确定大小带轮的直径、材料、结构尺寸等内容 带传动的参数见表 据工作条件，查教材表 8A=C=0=w 由 460 r教材图 8定为 带 由表 8 8带轮 25带轮 25mm x(n1/=(1460/25表 815实际从动轮转速： n2=1460x(125/315) r速误差： (200 合适 查表 8插值法求得单根 0= 200r/460r/ 460r/0=表 8插值法求得增量功率 表 8插值法求得包角系数 表 8长修正系数 式 8Z ( 取 Z=7根 带的计算结果见表 0=(500 V)（ ） 中 m=m 由式 8 =） =知齿轮传动的系数，见表 表 d1/d2/d/mm a/ Z/根 A 125 325 600 4 = Z=7根 Q= - 9 - 1）选择齿轮材料 2）按齿面接触疲劳强度条件计算小齿轮直径 ）齿轮的主要参数和计算几何尺寸 减速器是 闭式传动，可以采用齿面硬度 350齿轮传动无特殊要求，故可采用普通齿轮材料，根据表 10考虑小齿轮的齿面硬度大于大齿轮的齿面硬度 30 50小齿轮的材料 42质处理，齿面硬度 217 286齿轮的材料 45钢，正火处理，齿面硬度 169 217用8级精度 . 首先确定式 10 查表 10=表 10d=1 u=i=T 1=106 P /129959 N 表 10E=图 10= 700 2=540 表 10 1 由式 10 1= 700 2=540 H 使用较小的 H =540 公式 10 算 小 齿 轮 直 径 ： 211 1)确定齿轮齿数：取消齿轮 9，则大齿轮 9 18 2）确定齿轮模数： m=0m=）计算齿轮传动中心距： a=m(2=)计算齿轮的几何参数：分度圆直径 00 项目 P /kW n / r i 齿轮 参数 齿轮 42大齿轮 45 钢正火 选用 8 精度 K= d=1 29959N E= 1= 700 H = 540 d = 1=29 18 m=a= 00mm 5mm 0- 10 - 4）校核轮齿弯曲疲劳强度 5）验算齿轮的圆周速度 八、轴的结构设计 1、低速轴 （ 1）轴的结构设计 齿宽 b= 5 50 查表 10取 10 M P a 2 0,6 0 0 2l i i m 查表 10 由式 10按式 10经验算，齿轮弯曲强度满足要求，故合格 1 根据圆周速度 ，查表 10取齿轮传动为 8 级精度 课程设计一般是先设计低速轴，把低速轴设计出 来后根据低速轴的长度尺寸就可以确定箱体的宽度等尺寸，故先设计低速轴 低速轴的参数见表 齿轮传动选 8 级精度 9 9 5 5 9 9 5 p - 11 - （ 2）确定各轴段的 尺寸 1） 轴上零件的布置： 对于单级减速器，低速轴上安装一个齿轮，一个联轴器，齿轮安装在箱体的中间位置 ;两个轴承安装在箱体的轴承座孔内，相对于齿轮对称布置；联轴器安装在箱体的外面一侧。为保证齿轮轴向位置，还应在齿轮和轴承之间加一个套筒 2） 零件的装拆顺序 轴上的主要零件是齿轮，齿轮的安装可以从左侧装拆，也可以从右侧装拆。本题目从方便加工的角 度选轴上的零件从轴的右端装拆，之论，套筒，轴承。轴承盖，联轴器依次从轴的左端装入 3） 轴的结构设计 为便于轴上零件的安装，把轴设计为阶梯轴，后段轴的直径大于前端轴的直径，低速轴的具体设计如下 轴段安装联轴器，用键周向固定 轴段高于轴段形成轴肩，用来定位联轴器 轴段高于轴段，方便安装轴承 轴段高于轴段，方便安装齿轮；齿轮在轴段上用键周向固定 轴段高于轴段形成轴环，用来定位齿轮 轴段直径应该和轴段直径相同，以使左右两端轴承型号一致。轴段高于轴段形成轴 肩用来定位轴承；轴段高 于轴段的部分取决于轴承标准 轴段与轴段的高低没有什么直接影响，只是一般的轴身连接低速轴的结构如图 图 ）各轴段的直径 因本减速器为一般常规用减速器，轴的材料无特殊要求，故选择 45钢，调质处理 查教材知 45钢的 A=118 107 带入设计公式 3 118 107) 3 目 P /kW n / r数 - 12 - 考虑到该轴段上有一个键槽，故应将轴径增大 5%， d=（ （ 1+=（ 附录 F，按联轴器标准直径系列取 5段 1的直径确定为 5段 2的直径 里取 定 位 轴 肩 高 （ 即d2=5+2 5=55段 3的直径 因该轴段要安装滚动轴承，故其取直径要与滚动轴承内径相符合。这里去 d3=0段 4上安装齿轮，为安装齿轮的方便，取 3段 5的直径 d5=5 段 6 的直径 根据所用的轴承类型及型号查轴承标准取得，预选该轴段用 6212 轴承（深沟球轴承，轴承数据见附录 B），查得 9 2）各轴段的长度计算 轴段 齿轮 34=B 齿轮 32 轴段 3 的长度 , 3323 B 为滚动轴承的宽度，查附录 311轴承的 B=22 2为齿轮端面至箱体内壁的距离，查表 5 2=10 3为滚动轴承内端面至减速器内壁的距离，轴承的润滑方式不同 3 的取值不同，这里选择润滑方式为油润滑，查表 5 3=5323 22+10+5+3=40段 2的长度包括三部分： 12 ，其中 1l 部分为联轴器的内端面至轴承端盖的距离，查表 5常取 1l =15 20mm。e 为 轴 承 端 盖 的 厚 度 ， 查 表 5 6212 轴 承 ）， ； 距离应按轴承盖的结构形式、密封形式及轴承座孔的尺寸来确定，要先确定轴承座孔的宽度，轴承座孔的宽度减去轴承宽度和轴承距箱体内壁的距离就是这一部分的尺寸。轴承座孔的宽度 座孔L， 为下箱座壁厚，应查表 5里取 =85mm 5mm d3=0mm 3mm 5mm 9mm 24 3L 40- 13 - （ 3）确定联轴器的型号 (4) 按扭转和弯曲组合进行强度效核 箱体外壁及箱边的尺寸，应根据轴承座旁连接螺栓的直径查表5里取轴承座旁连接螺栓 2表 50mm、6加工轴承座孔端面方便，轴承座孔的端面应高于箱体的外表面，一般可取两者的差值为 5 10最终的）（座孔 L 反算 ）（座孔 4)251217(12 轴段 1安装联轴器，其长度 此先选择联轴器的型号和类型，才能确定 了补偿和安装等的误差及两轴线的偏差，优先考虑弹性套柱销联轴器，根据安装联轴器轴段的直径， 查附录 F 选联轴器的型号为 轴器安装长度 L=84虑到联轴器的链接和固定的需要，因此取 2 轴段 5 的长度 b（一般 b= 段 6 长度 2、 3 的尺寸减去 尺寸来确定，)9510(5326 轴段 7 的长度 ,B=22 3的总长度 长度 低 速 轴 轴 承 的 支 点 之 间 的 距 离 为2722222)510(75222)( 322 1） 绘制轴的计算简图 2L =541=825=9L=67=23- 14 - 为了计算轴的强度，应将载荷化简处理，直齿圆柱齿轮，其受力可分解为圆周力 F，径向力 F。俩端轴承可化简为一端活动铰链，一端固定铰链。如图 计算方便，选择俩个危险截面， I I， I 危险截面选择安装齿轮的轴段中心位置，位于俩个支点的中间，距 B 支座的距离 为144/2=72I 和轴段 的截面处，距 922 32 。 2)计算轴上的作用力 齿轮分度圆直径为 95 齿轮的圆周力 t 3 40 82 955 02 7 0 022 齿轮的径向力 1 2 4 0t a 0 8t a n 3）计算支反力及弯矩 （ 1)计算垂直平面内的支反力及弯矩 a、求支反力： 对称分布，只受一个力，故 2 02 b、求垂直平面的弯矩 截面： 9 3 7 0 截面： 7 9 8 0296 2 0 （ 2）计算水平平面内的支反力及弯矩 a、求支反力：对称分布，只受一个力，故 7 0 42 - 15 - 2、高速b、求水平平面的弯矩 截面： H 1 0 8 2 0 0 4 截面： 4 9 4 1 6291 7 0 4（ 3）求各截面的合成弯矩 截面 5 1 4 3)()( 22 截面 M 5 8 522 （ 4）计算转矩 T=407992N 5）确定危险截面及校核其强度按弯矩组合计算时，转矩按脉动循环变化考虑，取 。按两个危险截面校核： 截面的应力 M P M )( 3 22 截面的应力 M P ( 322 查教材表知 。e都小于 ，故轴的强度满足要求 - 16 - 轴的设计 九、键的选择及强度校核 高速轴的设计主要是设计各轴段的直径，为设计俯视图做准备。有些轴段的长度可以根据轴上的零件来确定；有些轴段的长度在确定低速轴处的箱体后，取箱体内壁为一直线就可确定 经设计，高速轴可以做成单独的轴而不是齿轮轴。为使零件定位和固定，高速轴也和低速轴一样设计为七段，各轴段直径尺寸为： 高速轴的结 构设计 各轴的直径尺寸 低速轴： （ 1）选择键的尺寸 低速轴上在轴段 1和 4各安装有一个键，按一般使用情况选择采用 A 型普通 平键联 接，查教材 表6择键的参数，见表 记 为 键 1 1096/ 键 80914 轴段 1 514 0段 4 3118 0mm - 17 - 十、选择轴承及校核轴承 键 2 1096/ 键 701118 （ 2）校核键的强度 轴段 1上安装有联轴器，联轴器上安装有铸铁，载荷性质为轻微冲击，查教材表 6 p50 60 轴段 4上安装齿轮，齿轮的材料为钢，载荷性质为轻微冲击，查教材表 6 p100 120连接校核挤压强度： 轴段 1 M P 0 27 0 0441 1p略大于许用应力，因相差不大，尺寸可用 轴段 4 P 02700442 所选键的强度满足要求 高速轴： （ 1）选择键的尺寸 低速轴上在轴段 1和 4各安装有一个键，按一般使用情况选择采用 教材表 6择键的参数，见表 记为 键 1 1096/ 键 45810 键 2 1096/ 键 70812 1） 轴承型号的选择 高速轴选 轴承类型为深沟球轴承，型号为 6208 低速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为 6212 2） 轴承的校核计算 3） 高速轴：高速轴的外端安装有带轮，中间安装有齿轮，要计算轴承的寿命，就要先求出轴承支座的支反力，进一步求出轴段 1 010 5段 4 212 0连接强度满足要求 - 18 - 轴承的当量动载荷，然后计算轴承的寿命 画出高速轴的受力图并确定支点之间的距离见图 轮安装在轴上的轮懿宽 L=（ ） L=（ ） 高速轴的第一段轴径， 0=4560第一段轴的长度为 一样的对应关系，但考虑该轴段上的轴承宽度（ 6308的 B=18该轴段的长也为 55轮中心到轴承 3=54 2 55 18 2=为12723对称布置故 2=速轴上齿轮的受力和低速轴的大小相等，方向相反，即： 13408N, 11240速轴上安装有带轮，带对轴的压力 用在高速轴上，对轴的支反力计算有影响，安装不同，该力对轴的支反力影响不同。在这里有 三种情况，在这可选一种 本示列具体情况不明，故方向不确定，采用在求出齿轮受力引起的支反力后直接和该压力引起的支反力相加来确定轴承最后的受力 因齿轮相对于轴承对称布置， A,B 支座的支反力数值一样，故只计算一边即可。求轴承 水平平面： 7 0 423 4 0 821 垂直平面： 2021 2 4 022 求合力 F 1 36201 7 0 4 2222 考虑到带的压力对轴承支反力的影响，因方向不定，以最不利因素考虑： 0M B 0)()( 12321 R R 0 9123 8 7)(12123 轴承受到的最大的力为 2 0 1 3m a x 正常使用情况，查教材表 144： 1 2.1 - 19 - 十一、选择轴承润滑及密封方式 查附录 B：轴承 6307的基本额定动载荷 ，代入公式 544601036 低速轴： 正常使用情况，查教材表 144： 1 2.1 ，查附录 B：轴承 6311的基本额定动载荷 ,因齿轮相对于轴承对称布置，轴承的受力一样，可知算一处，计算 量动载荷 F 1 代入公式 2 8 0 0 0 0601036 从计算结果看，高速轴轴承使用时间较短。按最短时间算，如按每天两班制工作，每年按 300天机算，使用不到一年，这只是理论计算，实际情况比较复杂，应根据使用情况，注意检查，发现破损及时更换。低速轴轴承因转速太低，使用时间较长，实际应用中会有多种因素影响，要注意观察，发现破损及时更 - 20 - 十二、箱体及附近的设计 （ 1）箱体的选择 （ 2）选择轴承端盖 （ 3）确定检查孔与孔盖 （ 4）通气器 （ 5）油标装置 （ 6）螺塞 （ 7） 定位销 换 轴承的润滑方式取决于侵油齿轮的圆周速度，即大齿轮的的 圆 周 速 度 ， 大 齿 轮 的 圆 周 速 度2/d a 应选择油润滑 因轴的转速不高，高速轴轴颈的圆周速度为 5/d 2 选择接触式毡圈密封 低速轴轴颈的圆周速度 5/d