机械设计课程设计计算说明书-设计带式输送机的传动装置.doc

+机械设计课程设计计算说明书 班级 姓名 十堰职业技术学院 2011.12机械设计课程设计计算说明书目录一、机械设计基础课程设计任务书.2二、电动机的选择及运动参数的计算.3三、总传动比的计算及传动比的分配 .6四、运动参数及动力参数计算. .6五、V带传动设计.8六、齿轮传动设计.10七、轴的设计.18八、滚动轴承的选择及校核计算.24九、键联接的选择及计算.26十、联轴器的选择.27机械设计基础课程设计任务书题目：试按下列一组数据，设计带式输送机的传动装置。工作条件及要求：用于运输碎粒物体，工作时载荷有轻微冲击，输送带允许速度误差4%，二班工作制，使用期限10年（年工作日300天），连续单向运转。带式输送机传动装置简图如下：计算过程及计算说明一、电动机的选择及运动参数的计算（一）电动机的选择1、确定皮带输送机所需功率2、传动装置的总功率：根据指导书P10表2-4，取 则总效率为总=带3轴承2齿轮联轴器 =0.960.9830.9720.99=0.84163电动机的的选择： 电动机的额定功率：P工作=FV/1000总=26001.4/（10000.842）=4.32KW4、确定电动机转速：（1）计算滚筒工作转速：n筒=601000V/D=6010001.4/360=74.3r/min 根据指导书P10表2-3推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动二级减速器传动比范围ia=840。取V带传动比i1=24，则总传动比的范围为ia=16160。故电动机转速的可选范围为nd=ian筒=（16160）74.3=118811888r/min符合这一范围的同步转速有1000、1500、和3000r/min。从指导书P6表2-1推荐的电动机型号有两种转速的电动机。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，可选择1000转转速比较适合，则选n电=1000r/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Y132M2-6。其主要性能：额定功率：5.5KW，满载转速960r/min，额定转矩2.0。二、总传动比的计算及传动比的分配1、总传动比：i总=n电动/n筒=960/74.3=12.922、分配各级传动比（1） 按指导书P10表2-3取V带传动比 i带=2（2） 则两级齿轮的传动比 i齿轮= i总/ i带=12.92/2=6.46 取一级减速传动比i齿轮1=2.5 第二级齿轮传动比i齿轮2=2.63、总传动比误差 总的实际传动比i总实际=22.52.6=13 i总=（13-12.9）/12.92=0.0077=0.77%三、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）n电=n电=960r/minnI=n电/i带=960/2=480(r/min)nII= nI/i齿轮1=480/2.5=192(r/min)nIII=nII/i齿轮2=192/2.6=73.85(r/min)2、 计算各轴的功率（KW）P电=P工作=4.32KWPI= P电带=4.320.96=4.15KWPII=PI轴承齿轮1=4.150.980.97=3.945KWPIII=PII轴承齿轮2=3.9450.980.97 =3.75KWP筒= PIII轴承联轴器=3.750.980.99 =3.64 KW3、 计算各轴扭矩（Nmm）T电=9.55106P电/n电=9.551064.32/960=42975NmmTI=9.55106PI/nI=9.551064.15/480 =82567NmmTII=9.55106PII/nII=9.551063.945/192 =196222NmmTIII=9.55106PIII/nIII=9.551063.75/73.85 =484936Nmm 四、V带传动设计1、选择V带截型 根据教材P83表5-9，取kA=1.2PC=KAP=1.24.32=5.18KWn电=960r/min 由教材P82图5-10得V带截型为A型，小带轮直径推荐值 2、确定带轮基准直径，并验算带速根据推荐值和教材P74表 5-4，取小带轮最小基准直径 dd1=125mmdmin=75 mm dd2=n1/n2dd1=960/480125=250mm 带速V：V=dd1n1/601000=125960/601000 =6.28m/s在525m/s范围内，带速合适。3、确定带长和中心矩根据教材P84式（5-14）得7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)0. 7(125+250)a02(125+250) 所以有：262.5mma0750mm 取a0=500 mm 由教材P84式（5-15）得：L0=2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd2-dd1)/4a0 =2500+1.57(125+250)+(250-125)2/4500 =1596mm根据教材P71表（5-2）取Ld=1600mm根据教材P84式（5-16）得：aa0+Ld-L0/2=500+（1600-1596）/2 =500-2 =498mm4、验算小带轮包角1=1800-（dd2-dd1）/a57.30 =1800-（250-125）/49857.30=1800-14.40 =165.601200（适用）5、确定带的根数根据教材P78表5-5 P1=1.37+（1.66-1.37）10/（1200-950）=1.37+0.012=1.38KW根据教材P79表5-6 P1=0.11KW根据教材P81表5-7 K=0.96根据教材P81表5-8 KL=0.99 由教材P83式（5-12）得Z=PC/P=PC/(P1+P1)KKL =5.18/(1.38+0.11) 0.960.99 =3.66根取Z=4根6、计算轴上压力由教材P70表5-1查得q=0.1kg/m，由教材P84式（5-18）单根V带的初拉力：F0=500PC/ZV（2.5/K-1）+qV2=5005.18/46.28(2.5/0.96-1)+0.16.282=168.91N则作用在轴承的压力FQ，由教材P85式（5-19）FQ=2ZF0sin1/2=24168.91sin165.6/2=1346.N五、齿轮传动设计（一）第一级直齿轮传动1、选择齿轮材料及精度等级 考虑减速器传递功率不大，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；根据教材P139表6-12选7级精度。齿面精糙度Ra1.63.2m2、按齿面接触疲劳强度设计 由教材P130式（6-45） d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3 确定有关参数如下：传动比i齿1=2.5（1）齿数和齿宽系数 取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=2.520=50由教材P138表6-10，取d=0.9（2）转矩TI=82568 Nmm（3）载荷系数k 由教材P128表6-7取k=1.2（4）许用接触应力H，教材P133式（6-51）H= HlimZNT/SH由教材P134图6-33查得：HlimZ1=700Mpa HlimZ2=560Mpa（5）计算应力循环次数NLNL1=60n1rth=604801630010=1.38109NL2=NL1/i=1.38109/2.5=5.52108（6）寿命系数和安全系数由教材P135图6-34查得接触疲劳的寿命系数：ZNT1=0.88 ZNT2=0.90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=1.1（7）许用接触应力H1=Hlim1ZNT1/SH=7000.88/1.1Mpa=560MpaH2=Hlim2ZNT2/SH=5600.90/1.1Mpa=458Mpa（8）小齿轮分度圆的计算直径及模数d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3=76.431.182568(2.5+1)/0.92.545821/3=67.mm模数：m=d1/Z1=67/20=3.35mm根据教材P107表6-1取标准模数：m=4mm3、校核齿根弯曲疲劳强度根据教材P132式（6-49） F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaH（1）确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mZ1=420mm=80mmd2=mZ2=450mm=200mm齿宽：b=dd1=0.980mm=72mm取b=70mm b1=75mm(2)齿形系数YFa和应力修正系数YSa根据齿数Z1=20,Z2=50，查P132表6-10得YFa1=2.80 YSa1=1.55YFa2=2.32 YSa2=1.70 (3)许用弯曲应力F F= Flim YSTYNT/SF由教材P136图6-35查得：Flim1=290Mpa Flim2 =210Mpa由教材P137图6-36查得：YNT1=0.85 YNT2=0.89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=29020.85/1.25Mpa=394.4MpaF2=Flim2 YSTYNT2/SF =21020.89/1.25Mpa=299Mpa将求得的各参数代入式（6-49）F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1=(21.282568/704220) 2.801.55Mpa=38.4Mpa F1=394.4MpaF2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1=(21.282568/704250) 2.321.70Mpa=13.96Mpa F2=299Mpa故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够 (4)计算齿轮传动的中心矩aa=m(Z1+Z2)/2=4(20+50)/2=140mm (5)计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/601000=3.1480480/601000=2m/s（二）第二级斜齿轮传动1、选择齿轮材料及精度等级 考虑减速器传递功率不大，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；根据教材P139表6-12选7级精度。齿面精糙度Ra1.63.2m2、按齿面接触疲劳强度设计 由教材P130式（6-45） d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3 确定有关参数如下：传动比i齿2=2.6（1）齿数、螺旋角和齿宽系数 取小齿轮齿数Z3=20，则大齿轮齿数：Z4=iZ3=2.620=52初选螺旋角=15当量齿数为： =22.19=57.7由教材P138表6-10，取d=0.9（2）转矩TII=196222 Nmm（3）载荷系数k 由教材P128表6-7取k=1.2（4）许用接触应力H，教材P133式（6-51）H= HlimZNT/SH由教材P134图6-33查得：HlimZ3=700Mpa HlimZ4=560Mpa（5）计算应力循环次数NLNL3=60n1rth=601921630010=5.53108NL4=NL1/i=5.53108/2.6=2.13108（6）寿命系数和安全系数由教材P135图6-34查得接触疲劳的寿命系数：ZNT3=0.90 ZNT4=0.91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=1.1（7）许用接触应力H3=Hlim1ZNT3/SH=7000.90/1.1Mpa=573MpaH4=Hlim2ZNT4/SH=5600.91/1.1Mpa=463Mpa（8）小齿轮分度圆的计算直径及模数d376.43(k TII (u+1)/duH2)1/3=76.431.1196222(2.6+1)/0.92.646321/3=88.43mm根据教材P146表6-1388.430.9659/25 =3.42 mm取模数：3、校核齿根弯曲疲劳强度根据教材P132式（6-49）F=(2k TII/bm2 ZV3)YFaYSaH（1）确定有关参数和系数分度圆直径： =420/0.9659=82.82 mm =452/0.9659=211.19 mm齿宽：b=dd3=0.982.82mm=74.538mm取=15b4=75mm b3=80mm(2)齿形系数YFa和应力修正系数YSa根据齿数ZV3=20.93，Zv4=54.43查P132表6-10得YFa3=2.76 YSa3=1.56YFa4=2.30 YSa4=1.715 (3)许用弯曲应力F F= Flim YSTYNT/SF由教材P136图6-35查得：Flim3=290Mpa Flim4 =210Mpa由教材P137图6-36查得：YNT3=0.88 YNT4=0.89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F3=Flim3 YSTYNT3/SF=29020.88/1.25Mpa=408.32MpaF4=Flim4 YSTYNT4/SF =21020.89/1.25Mpa=299Mpa将求得的各参数代入式（6-49）F3=(2k TII/bm2 ZV3)YFa3YSa3=(21.2196222/754220.93) 2.761.56=80.73Mpa F1=408.32MpaF4=(2k TII/bm2 ZV4)YFa4YSa4=(21.2196222/754254.43) 2.31.715=28.44Mpa F2=299Mpa故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够 (4)计算齿轮传动的中心矩a =4(20+52)/20.9659=149.084mm (5)计算齿轮的圆周速度VV=d3n3/601000=3.1482.82192/601000=0.832m/s六、轴的设计计算（一）各轴的最小直径设计计算1、按转矩计算输入轴的最小直径选用45#调质，硬度217255HBS 根据教材P235式（10-2） 教材P235表10-2取C=110 =1150.2052=23.6 mm 由于轴端带轮处有键槽，要将轴径加大5% dI=23.6105%=24.78 mm 取dI=25 mm2、按转矩计算中间轴的最小直径选用45#调质，硬度217255HBS教材P235表10-2取C=110 dII=1100.2739=30.13 mm 中间轴最小轴径处没有键槽，所以可取dII=30 mm3、按转矩计算输出轴的最小直径选用45#调质，硬度217255HBS教材P235表10-2取C=110dIII=1100.3703=41.03 mm由于轴端联轴器处有键槽，要将轴径加大5%dIII=41.03105%=43.08 mm取dIII=45 mm（二）输出轴的结构设计 1、轴上零件的定位，固定和装配 两级减速器中输出轴，相对两轴承为非对称分布，斜齿轮为右旋，其轴向力向左，轴上齿轮左端用轴环定位，右边用套筒轴向固定，周向用平键联接以过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和套筒定位。2、确定轴各段直径和长度第一段（装联轴器）联轴器处直径：d联=45mm 根据TIII=485Nm取弹性套柱销联轴器TL7型（T=500Nm）长度这L联=112mm第二段（位于联轴器与滚动轴承间）直径取d2=52 mm ，长度L2=95 mm柱销安装尺寸62 mm，轴承端盖厚30 mm，留3 mm轴承调整间隙。第三段（装轴承）选轴承7211AC，轴的直径d滚=55mm轴段长L滚=31mm（其中10 mm挡油板）（轴承座孔长50 mm）第四段（过渡段）过渡段轴径d过=64 mm（查滚动轴承标准）过渡轴段长L过=80mm第五段（轴环）轴环直径d环=71 mm，长度L环=10mm第六段（装齿轮）d齿=63 mm，长度L齿=73mm第七段（从齿轮到轴承）取d7=56 mm，长度L7=17mm第八段（滚动轴承）d滚=55mm，L滚=21mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=213mm各跨度为：联轴器到轴承距离L1=163.5 mm；左轴承到齿宽中心距离L2=150 mm；右轴承到齿宽中心距离L3=63 mm。 3、按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d4=211.19 mm求转矩：已知TIII=484936Nmm求圆周力：Ft4Ft4=2 TIII/d4=484936/211.19=2296.2N求径向力FrFr4=Ft4tan/cos=2296.2tan200/cos 15 =2296.20.3640/0.9659=865.32 N求轴向力Fa4Fa4= Ft4tan=2296.20.2679=615.15 N 4、绘制轴受力简图5、绘制垂直面弯矩图轴承支反力：FAY=63Ft4 /213=679.16NFBY=150Ft4 /213=1617.04NFAZ= 63Fr/213+ Fad4/2213=560.92NFBZ= 150Fr/213- Fad4/2213=304.4N垂直平面弯矩图为：6、绘制水平面弯矩图 7、绘制合弯矩图（如图d）M左=(MY2+MZ2)1/2=132.13NmM右=(MY2+MZ2)1/2=103.66Nm8、绘制扭矩图转矩：TIII=484Nm 9、绘制当量弯矩图根据第三强度理论Me=M2+(T)21/2转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=0.6，则危险截面处的最大当量弯矩：Me=M2+(T)21/2=1322+(0.6484)21/2=319Nm 10、校核危险截面的强度根据轴的材料45钢，硬度217255HBS，查教材P230表10-1得b=650MPa，由教材P236表10-3用线性插入法得-1b=60MPa由P235式（10-3）e=Me/0.1d33=319000/0.1633=12.76MPa -1b=60MPa该轴强度足够。七、滚动轴承的选择及校核计算根据工作条件，轴承预计寿命1630010=48000小时只计算输出轴承 1、求轴承内部轴向力已知nIII=73.85r/min两轴承径向反力：FRA=（679.162+560.922）1/2=880.84NFRB=（1617.042+304.42）1/2=1645.44N初选两轴承为角接触球轴承7211AC型根据教材P265表11-12得轴承内部轴向力FS=0.63FR 则FSA=0.63FRA=554.93NFSB=0.63FRB=1036.63N 2、 求轴承承受的轴向力FSB+FaFSA FSB =1036.63N FSA=1651.78N3、求系数x、yFSA/FRA=1651.78/880.84=1.875FSB/FRB=103