机械设计课程设计-带式输送机传动装置的设计.doc

机械设计课程设计计算说明书设计题目： 带式输送机传动装置的设计 系 别： 电子信息工程 系 机械设计制造及其自动化 专业 09级2班 班设 计 者： 黄理元 指导老师： 韦衡冰 日 期：2012年6月7日学 校： 梧州学院 目录一、机械设计课程设计任务书4二、机械设计课程设计目的5三、电动机的选择四、传动比的分配五、计算各轴的转速n、功率p和扭矩t1、各轴的转速n2、各轴输入功率p3、各轴的输入转矩t六、带传动设计1、v带型号的选择2、计算带轮基准直径 d1和d23、验算带速v4、计算v带基准长度ld和中心距a5、验算小带轮包角6、计算带的根数z7、计算单根v带的初拉力的最小值(f0)min8、计算压轴力fp七、计算齿轮转动比1、选用齿轮类型、精度等级、材料以及齿数2、按齿面接触强度计算3、按齿根弯曲强度计算4、几何尺寸计算八、轴的计算1、求作用在齿轮上的力2、计算轴的小直径3、联轴器的计算七、验算系统误差八、总结九、参考文献一、机械设计课程设计任务书名称：带式输送机传动装置传动简图如图1所示，设计参数列于表1。工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载启动，使用期5年，单班制工作（每班8小时）,运输带速度误差为5%,减速器使用寿命5年,每年按300天计,小批量生产,启动载荷为名义载荷的1.5倍。图1带式输送机传动简图表1带式输送机的设计参数题号1-a1-b1-c1-d1-e输送带的牵引力f/kn21.251.51.61.8输送带的速度v/（m/s）1.31.81.71.61.5输送带滚筒的直径d/mm180250260240220二、机械设计课程设计目的 机械设计课程设计是高等工科院校机械类本科学生第一次较全面的机械设计训练，也是机械设计课程的一个重要的实践性教学环节。其目的是：1、综合运用先修课理论，培养分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展学生有关机械设计方面的知识。2、学习简单机械传动装置的设计原理和过程，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力。3、进行机械设计基本技能训练。（计算、绘图、使用技术资料）三、电动机的选择1、 选择电动机依据：功率p，转速n 2、 1）电动机功率计算p工作机所需功率 ：p w = fwvw/1000w（ kw）其 中 已 知：fw输送带拉力 （n） vw_输送带速度 （m/s） w_工作机的效率（取w =0.96）故p w =1800*1.5/（1000*0.96）=2.81（kw）电动机所需要功率： pd= p w /其中电动机至工作机的总功率：=1. 2. 3 n 查机械零件手册表3-1得： 联轴器效率1=0.98 v带传动效率2=0.96 8级精度的一般齿轮传动效率3=0.97 1轴球轴承传动效率4 =0.99 2轴球轴承传动效率5 =0.99 平带无张紧轮的传动效率6 =0.98故 =0.98*0.96*0.97*0.99*0.99*0.98=0.88所以pd =2.81/0.88=3.2（kw）电动机额定功率：pmpd=3.2（kw）2）电动机转速n的计算工作机转速nw ： 因：v= (dnw)/60*1000 (m/s) 故：nw=(v*60*1000)/ d(r/min)其中：v输送机带速 (m/s) d卷筒直径 (mm) 则：nw =1.5*60*1000/（3.14*220）=130.28（r/min）查机械零件手册表2-1得：带转动一般取i=24圆柱齿轮传动一般取i=35故nd1=i1*i2* nw =2*3*130.28=781.68（r/min） nd2= i1*i2* nw =4*5*130.28=2605.6（r/min）对y系列电动机来说可选择同步转速为1500 r/min、1000 r/min、750 r/min。由计算结果可知转速为750 r/min的电动机不符合要求，为使传动可靠，额定功率应大于计算功率即pmpd=pw/ ，故应选择转速为1500r/min的电动机。根据求出的p、n查机械零件手册表17-1得：选定电动机为：y112m-2表2 电动机的主要技术数据电动机型号同步转速n/(r/min)满载转速 nm/(r/min)额定功率 pm/kw轴的中心高mm起动转矩/额定转矩的比值电动机轴径 d /mmy112m-21500144041201.528四、传动比的分配1、分配原则：1）各级传动尺寸协调、结构均匀及利于安装。2）传动零件之间不应造成互相干涉。3）所设计的传动系统应具有紧凑的外廓尺寸。2、传动比的计算及选择i总= =nm/nwnm电动机满载转速nw工作机转速故i总 =1440/130.28=11.05设带轮的传动比i1=2.5则齿轮的传动比i2=4.42五、计算各轴的转速n、功率p和扭矩t1、 各轴的转速n（r/min）根据选定的传动比得各轴转速为：电动机轴:nm=1440（r/min）1轴: n1=nm/i1=1440/2.5=576（r/min）2轴: n2=n1/i2=576/4.42=130.32（r/min）卷筒轴的转速n3 = n2=130.32（r/min） 2、各轴输入功率p（kw） 电动机轴: pd=pw/总 1轴: p1= pd （联轴器效率） 2轴: p2= p1 * 12 卷筒轴： p3= p2* 1 又 12= 3 45=0.97*0.99*0.99=0.95 121轴至 2轴效率前面计算得：pd =3.2kw故：p1=3.2*0.98=3.14（kw）p2=3.14*0.95=2.99（kw）p3=2.99*0.98=2.93（kw）3、各轴的输入转矩t（n*m）电动机轴：td=9550*pd/nm（n*m）1轴： t1= td*i1* 1 2轴：t2= ti*12*i2 卷筒轴：t3= t2*1故：td=9950*3.2/1440=22.11（n*m）t1=22.11*2.5*0.96=53.07n*m）t2=53.07*0.95*4.42=222.83（n*m）t3=222.83*0.98=218.37总结数据如下表：表3 各轴的p、t、n、i、数据表功率p/kw转矩t(n*m)转速n（r/min）传动比i电机轴3.222.1114402.5轴13.1453.075764.42轴22.99222.83130.321卷筒轴2.93218.37130.32六、带传动设计由电动机的型号y112m-2可知其外伸毂轮直径d=28mm，输入功率p=3.2kw，转速n=1440r/min。1、v带型号的选择查机械设计表8-7得ka=1.1故：pca=ka*p=1.1*3.2=3.52(kw)选择窄v带，根据pca=3.52kw,n=1440r/min查机械设计图8-11得选择a型。2、计算带轮基准直径 d1和d2查机械设计表8-8得：d1不能小于75mm，又电机轴的中心高为120mm，取d1=100mm，d2=i1*d1= 100*2.5=250mm查表得d2=250mm。3、验算带速vv=d1n/（60*1000）=3.14*100*1440/（60*1000）=7.54（m/s）在525m/s之间，所以合适。4、计算v带基准长度ld和中心距a初步选取a0=d1+d2=100+250=350mm符合0.7（d1+d2）a02（d1+d2）计算带长：l0=2a0+/2（d1+d2）+（d2-d1）2/（4a0） 经计算得 l0=1265.57mm查机械设计表8-2得：ld=1400mm计算实际中心距：a=a0+(ld-l0)/2=350+（1400-1265.57）/2=420mm 中心距的变化范围为390460mm 5、验算小带轮包角 159.5490故合适。6、计算带的根数z1）计算v带的额定功率pr由d1=100和n1=1440r/min，查机械设计表8-4a得p0=1.27kw根据n=1440，i1=2.5和a型带，查机械设计表8-4b得p0=0.17kw查机械设计表8-5得k=0.95，查机械设计表8-2得kl=0.96，于是pr=（p0+p0）* k*kl 经计算得pr=1.31kw2）计算v带的根数zz= pca/ pr=3.52/1.31=2.69故取3根。7、计算单根v带的初拉力的最小值(f0)min查机械设计表8-3得：a型带的单位长度质量q=0.1kg/m，所以经计算得 (f0)min=131.32n应使带的实际初拉力f0(f0)min8、计算压轴力fp压轴力的最小值为: 经计算得 740.64n七、 计算齿轮转动比1、选用齿轮类型、精度等级、材料以及齿数已知：一级减速器的传动比i2=4.42，输入轴转速n1=576r/min，传动功率p1=31.4kw，t1=53.07n*m，t2=222.83n*m1）采用直齿圆柱齿轮闭式软齿面传动；2）运输机为一般工作机器，速度不高，故精度选用8级精度3）材料选择查机械设计表10-1小齿轮用40cr调质处理，齿面硬度为280hbs，大齿轮材料选用45#钢（调质处理）硬度为240 hbs ，与小齿轮硬度相差40 hbs 。4）选择小齿轮齿数为：z1=24，则大齿轮齿数为：z2=4.42*24=106.8取z2=107。2、按齿面接触强度计算由设计公式进行计算，即：(1)确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数kt=1.3。2)小齿轮传动的转矩：t1=53.07n*m。3）查机械设计表10-7选取齿宽系数 =1。4）查机械设计表10-6得材料的弹性影响系数。5）取小齿轮的接触疲劳强度极限=800mpa,；大齿轮的接触疲劳强度极限=750 mpa。6）计算应力循环次数n1=60njlhlh=1*8*300*5=1.2*104故：n1=60*1440*1.2*104=1.037*109n2=1.037*109/4.42=2.346*1087）取接触疲劳寿命系数=0.90，=0.95。8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数s=1所以=0.9*500=720(mpa)=0.95*750=712.5（mpa)(2)计算1）试计算小圆分度圆直径，代入中较小的值经计算得42.165mm2）计算圆周速度v 经带入计算得v=3.178（m/s）3)计算齿宽b=42.165（mm）4）计算齿宽和齿高之比模数 =42.165/24=1.757（mm）齿高 h=2.25mt=3.953（mm）b/h=42.165/3.953=10.6675）计算载荷系数取动载系数kv=1.12直齿轮，=1；查机械设计表得使用系数ka=1；查机械设计表10-4用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承对称分布时，=1.344取=1.35故载荷系数=1*1.15*1*1.335=1.5056)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径经计算得 =44.274mm7）计算模数m=44.274/24=1.8453、 按齿根弯曲强度计算弯曲强度的设计公式为(1)确定公式内的数值1）取小齿轮的弯曲疲劳强度=500（mpa）取大齿轮的弯曲疲劳强度=380（mpa）取弯曲疲劳寿命系数=0.85,=0.88 2)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数s=1.4，则=0.85*500/1.4=303.57（mpa）=0.88*380/1.4=238.86（mpa）3)计算载荷系数k=1*1.12*1.35=1.5124)查取齿形系数查机械设计表10-5得=2.65，=2.2265）查取应力校正系数查机械设计表10-5得=1.58, =1.7646)计算大、小齿轮的并比较=2.65*1.58/425=0.014=2.226*1.764/238.86=0.016大齿轮的数值较大。（2）计算经计算得 1.65对比计算结果，由齿面疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲强度计算的模数，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，而吃面接触疲劳强度的承载能力，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m=1.65并就近圆整为标准值m=2，按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=44.274mm，算出小齿轮齿数 =44.274/2=22.137取z1=22 =4.42*22=97.24取97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） 计算分度圆直径=22*2=44mm=97*2=194mm2)计算中心距=119mm3)计算齿轮宽度=44mm取b2=44mm,b1=50mm故选择八级是合适的八、轴的计算轴结构设计时，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。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，齿轮靠挡油环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键实现周向固定，两端轴承靠套筒和挡油环实现轴向定位，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，联轴器靠轴肩和平键分别实现轴向定位和周向定位1、求作用在齿轮上的力已知大齿轮的分度圆直径为=194mm，=222.83n*m而 计算得=2296.907n =82.587n 圆周力 径向力2、计算轴的小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。查机械设计表15-3取=112则根据公式=32mm3、联轴器的计算联轴器的计算转矩：=1.3*222.83=289.679（n*m）按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查机械零件手册表12-4，选用hl2型弹性柱销联轴器，公称转矩为tn=315n*m。查机械零件手册表12-1选