机械毕业设计78南通纺织职业技朮学院机械传动系统设计与分析

南通纺织职业技朮学院 目录 一设计任务书 二传动方案的拟定 三电动机的选择 四三角带的传动设计 五齿轮传动的设计 六减速器的结构及箱体主要结构尺寸计算 七轴的设计 八滚动轴承的寿命计算 九键的选择 十联轴器的选择 十一减速器的润滑密封和润滑牌号选择 十二设计小结 十三参考文献 2004 级数控专业设计综合实训任务书 1 课题名称： 机械传动系统设计与分析 2 具体设计参数学： 设计参数 输送带有效拉力 F 输送带工作速度 V 输送机滚筒直径 d 4KN 0.8m/s 350mm 传动系统简图如下： 6 5 V F 4 1，电动机 2， V 带传动 3 3，两级圆柱齿轮减速器 4，联轴器 2 5，滚筒 1 6，输送带 带式输送机电动机驱动。电动机 1 通过 V 带传动将动力传入两级圆柱齿轮减速 器 3，再通过联轴器 4 将动力传至输送机滚筒 5 带动输送带 6 工作，减速器设计寿命 5 年，两班制，常温下连续工作，空载启动，工作载荷平稳，三相交流电源，电压为 380/220 伏。 指导老师： 施勇成 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 二传动方案的确定 电动机 - 带传动 - 齿轮传动 -滚筒 方案分析 1带传动由于承载能力较低在传递相同转矩时 结构形式较其它形式大故应放在传动系统的高速级此时转速较 高在传递相同功率时的转矩较小从而使带传动获得较为紧凑胡的结构尺寸。此外带传动工作平衡能缓冲吸振被广泛采用。 2齿轮传动承载能力较高传递运动准确平稳 传递功率和圆周速度范围很大传动效率高结构紧凑。 3斜齿圆柱齿轮传动的平稳性较直齿圆柱齿轮传动好故有平稳性要求时可采用斜齿圆柱齿轮传动。 由上分析可得将带传动放在传动系统的高速机齿轮传动放在传动系统的低速级传动方案合理。 654321带式输送机的传动装置简图 1电动机 2 V 带传动 3两极齿轮减速器 4联轴器 5滚筒 6 输送带 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 三 .选择电动机 1选择电动机 类型 2选择电动机额定功率 1)计算工作机输出功率 2)计算电动机输出功率 P0 计算电动机输出功率 P0 3)传动装置总效 率 3)选取 Pm 确定电动机转速 (1)滚筒轴转速nw (2)传动比 i (3)发动机满载转速 nm 二计算传 动装置在的总传动比并分配各级传动比 按照工作条件及载荷特点选用 Y 系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机 Pw=FwVw/1000yw kw 由 1第 7 页 得 yw=0.95 Pw=3000 0.95/10000.95= 3 .37kw P0=Pw/y kw 由 1第 11 页 式 2.4 y=y1 y 2y 3 y4 参考 1第 11 页 式 2.4 y1=0.95 y2=0.97 y3=0.99 y4=0.98 y=0.95.970.990.98=0.850 p0=3.37/0.850=3.96kW 为使 Pm=(1.01.3) p0, 并由 1第 8 页表 2.1.取电动机额定 功率为 Pm=5.5kW nw=60Vw/ D r/min =600.951000/ 350=43.67 由 1第 12 页 式 2.5, V 带传动比 24 两级圆齿轮的传动比范围 i1 i2=840, Y 系列三相异步电动机 yw=0.95 Pw=3.37kW p0=3.96kW Pm=5.5kW nw=43.67r/min nm=1440r/min 则 i= i0 i1 i2=(24)(840)=16160 nm=Inwr/min=(16160)43.67r/min =698.26989.72r/min 由 1第 8 页 式 2.1,为降低电动机重量和价格选取 Y 系列电动机 Y132S-4 其满载转速 nm=1440r/min y 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 传动装置总传动比 分配各级传动比 三计算传动装置的运动和动力参数 1各 轴转速 2各轴功率 3各轴转速 i=nm/nw=1440/43.67=32.97 i= i0 i1 i2 由 第 12 页表 2.5 且使 i1=(1.31.5)i2 取 i0=3 i1 i 2 =10.99 得 i1=3.92 i2 =2.80 i 2 2 =7.85 no =nm =1440r/min nI=1440/3=480r/min nII=480/3.92=122.449r/min nw=122.449/2.8=43.732r/min (nIII=nw) p0=3.96kw p1=p0y 1=3.96 0.95=3.762kw p2=p1y 1y 2=3.7620.970.99=3.61kw p3=p2y 2y 3=3.610.970.99=3.47kw pw=p3y 3y 4=3.470.990.98=3.37kw T0=9.55106p0/n0=9.55106 3.96/1440=2.62104 N.mm T1=9.55106pI/nI=7.48104 N.mm 6 T2=9.55106pII/nII=2.81104 N.mm 6 T3=9.55106 pIII/nIII=7.58 104 N.mm 6 Tw=9.55106 pw/nw=7.36 104 N.mm i=32.97 i0=3 i1=3.92 i2 =2.80 no=1440r/min nI=480r/min nII=122.49r/min nw=43.732r/min p0=3. 96kw p1= 3.762kw p2=3.61kw p3 =3.47kw pw=3.37 kw T0=2.62 10 4 N.mm T1=7.48 10 4 N.mm T2=28 10 4 N.mm T3=75.8 104 N.mm Tw=73.6 10 4 N.mm 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 四三角带传动设计 1确定设计功率 P 2选择带的型号 3确定带轮的基准直径 (1)选取小带轮基准直径 (2)验算带速 (3)计算大带轮的基准直径 参 数 轴名 电动机 0轴 I 轴 II 轴 III 轴 IV 轴 转速 n 1440r/min 480r/min 122.449r/min 43.732r/min 43.732r/min 功率 p 3.96kw 3.762kw 3.61kw 3.47kw 3.37kw 转矩 T 26.2n m 74.8 nm 281 nm 758n m 736n m 传动比 i 3 3.92 2.80 32.97 效率 0.95 0.97 0.99 0.88 Pc=KAP0 (KA 为工况系数 ) 由 212 页表 5-7 得 KA=1.3 Pc=1.33.96=5.148kw 由 211 页表 5.17依据 Pc 和 n选 A 型带 由 211 页 517 212 页 5.8 得 d1=112mm V= dn1/1000X60= 1121440/1000X60=8.44m/s i=n1/n2=d2/d1(1- ) d2/d1 d2=id1=n1/n2 d1=1440/480 112=336mm 由 213 页 5.9 取 d2=355mm 实际传动比 i=d2/d1 =355/112 =3.17 Pc=5.148kw 选 A 型 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 (4)验算从动轮转速n2 4确定中心距 a 和带长 Ld (1)初选中心距 (2)计算 Ld (3)选取标准基准长度 Ld (4)计算实际中心距 (5)确定中心距的调整范围 (6)验算小带轮包销 (7)确定 V带的根数 实际 n2=n1/i 实 =1440/3.170=454.259r/min n 2 的误差 (480-454.259)/454.259100 =2.3 213页 5-9取 Ld=2000mm a=a0+ (Ld- Ldo)/2 =600+(2000-1958)/2=621mm amax=a+0.03 Ld=621+0.032000=681mm amin=a-0.015 Ld=621-0.0152000=591mm 1=180o -(d2-d1)/a57.3 o =180o -(355-112)/62157.3 o =157.578o 120o 合适 Z Pc/(P1+ P2)K Kl 由 210页表 5-6依 Vd1型号由插值法 (1.68-1.22)/(9-6)=(1.68-p1)/(9-8.44) P1=1.6012 p1=0.0001 T n1 由 214页表 5-11得 T=1.2 取 a=600 Ld=2000 a=621mm amax=681mm amin=591mm 令 1 =157.578o P1=1.6012kw 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 (8)确定单根 V 带的初拉力 F0 (9)计算带轮轴所受的压力 Q (10) 带轮的结构设计 五齿轮传动的设计 A 高速机齿轮传动 1选择齿轮材料 (1)确定许用应力 P=0.00011.21440=0.1728 由 214页表 5-12得 K =0.95 由 215 页表 5-13 得 Kl=1.03 Z 3.883/(1.6012+0.17)0.951.03=2.24 F0= =130.1N 132N F Q=2zF0sin 1/2 =2 4 132 sin157.578/2 =1003n d1=112 实心式 d2=355 腹板式 由 249 页表 6-9 小齿轮 45 优质碳素钢 调质处理 217255HBS 大齿轮 45 优质碳素钢 调质处理 170217HBS 由 250 页 表 6-30 图 C Hlim1=570MPa 图 b Hlim2=460MPa 表 6-30 图 C Flim1=460MPa 图 b Flim2=360MPa 由 251页 表 6-10 SHmin=1 SFmin=1.25 【 H1】 = Hlim1/SHmin=570/1=570MPa 【 H2】 = Hlim2/SHmin=460/1=460MPa K =0.95 Kl=1.03 F0=132 n F Q=1003 n d1=112 实心式 d2=355 腹板式 小齿轮 45 217255 大齿轮 45 170217 Hlim=570MPa Hlim=460MPa Flim=460MPaFlim=360MPa 【 H1 】=570MPa 【 H2 】 = 460MPa 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 2 按接触疲劳强度设计 (1)载荷系数K (2)计算 T1 (3) 齿数比U1 (4)齿宽系数 d (5) 许 用 接触应力 3 确定齿轮的系数及几何尺寸 (1) 齿数 Z1 Z2 (2)模数 (3)中心距 (4)其它主要尺寸 【 F1】 = Flim1/SFmin=460/1=368MPa 【 F2】 = Flim2/SFmin=360/1=360MPa 由 242 页表 6-4 取 8 级精度 d1(671/ H)2 KT1( +1)/ d 由 246页表 6-6 取 K=1.1 T1=9.55 106P1/n1=7.48 104 Nm U1=i1=3.92 由 247页表 6-7取 d=1 【 H1】 =【 H2】 =340 MPa d1(671/ H)2 KT1( +1)/ d =(671/460)1.1 7048 104 ( +1)/ d =57.83mm 取 Z1 =29 Z2=iz1=3.92 29=113.68 i 实 =z2/z1=113/29=3.897 i= (i 实 -i/)i 100 =0.56% 5%合适 m=d1/z1=1.99mm 由 233页表 6-1 取 m=2.5 a12=m/2(z1+z2)=142mm d1=mz1=58mm d2=mz2=266mm F1=460MPa F2=360MPa 8 级精度 K=1.1 d=1 d1=57.83mm Z2=113 m=2.5 a12=162mm d1=58mm d2=266mm 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 (5)齿宽 (6)验算齿根弯曲疲劳强度 (7) 确定YFs (8)齿轮传动的圆周速度 (9)齿轮的结构设计 4低速级传动 (1) 选择齿轮材料 (2) 确定许用应力 da1=d1+2m=62mm da2=d2=2m=270mm b= dd1= 58mm 取 b2=58mm b1=b2+(5 10)= 63 68mm 取 b1=66mm F=2KT1/bmd1YFs F 由 248 页表 6-29 得 YFs1=2.53 YFs2=2.18 F1=2KT1/bmd1 YFs1=314.3mpa F2= F1 (YFs1/ YFs2)=300mpa 弯曲疲劳强度足够 V1= d1n1/601000= 1.457m/s249 页表 6-9 小齿轮 45 优质碳素钢 调质处理 217255HBS 大齿轮 45 优质碳素钢 调质处理 170217HBS 由 250 页 表 6-30 图 C Hlim1=570MPa 图 b Hlim2=460MPa 表 6-30 图 C Flim1=460MPa 图 b Flim2=360MPa da1=62mm da2=270mm b2=58mm b1=66mm YFs1=2.53 YFs2=2.18 8 级精度 小齿轮 45 217255 大齿轮 45 170217 Hlim=570MPa Hlim=460MPa Flim=460MPa Flim=360MPa 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 2 按接触疲劳强度设计 (1)载荷系数K (2)计算 T2 (3) 齿数比U2 (4)齿宽系数 d (5) 许 用 接触应力 3 确定齿轮的系数及几何尺寸 (1) 齿数 Z3 Z4 【 由 251 页 表 6-10 SHmin=1 SFmin=1 【 h3】 = Hlim3/SHmin=570/1=570MPa 【 H4】 = Hlim4/SHmin=460/1=460MPa 【 F3】 = Flim3/SFmin=460/1=460MPa 【 F4】 = Flim4/SFmin=320/1=360MPa 由 242 页表 6-4 取 8 级精度 d3(671/ H)2 KT1( +1)/ d 由 246页表 6-6 取 K=1.1 T2=9.55 106P1/n1=281000Nmm U2=i2=2.80 由 247页表 6-7取 d=1 【 H3】 =【 H4】 =460MPa d1(671/ H)2 KT1( +1)/ d =(671/460)1.1 7.03 104 ( +1)/ d =96.36mm 取 Z3 =30 Z4=i2z3=2.8 30=86 SHmin=1 SFmin=1 【 H3 】=570MPa 【 H4 】 = 460MPa F3=460MPa F4=360MPa 8 级精度 K=1.1 d=1 D1=96.36mm Z3=30 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 (2)模数 (3)中心距 (4)其它主要尺寸 (5)齿宽 4 验算齿根弯曲疲劳强度 (1) 确定YFs (2) 齿 轮 传动 的 圆周速度 (3) 齿 轮 的结构设计 六减速器的结构及箱体主要结构尺寸计算 i 实 =z4/z3=86/30=2.87 i= (i 实 -i3)i3 100 = 2.5% 5% 合适 m=d3/z3=113.29/30=3.212 由 233页表 6-1 取 m=3 a34=m/2(z3+z4)=174mm d3=mz3=3 30=90mm d4=mz4=3 86=258mm da3=d3+2m=90+2 3=96mm da4=d4=2m=258+2 3=264mm b= dd3= 1 90=90mm 取 b4=90mm b3=b4+(5 10)=95 100 取 b3=98mm F=2KT1/bmd1YFs F 由 248 页表 6-29 得 YFs1=2.52 YFs2=2.22 F3=2KT2/bmd3 YFs3=33.87mpa F4= F3 (YFs4/ YFs3)=20.84mpa 弯曲疲劳强度足够 V2= d3n2/601000= 0.837309页表 8-8 【 H】 b=55MPa 由 313 爷表 8-11 取 C=115 d CP3/n3= 1153.04/43.732mm=49.37 mm 考虑到有键槽将轴径增大 5% 即 dmin 45.12mm 此段轴的直径和长度应与联轴器相等 由 219页表 6.3选取 dmin=56mm (1) 根据轴上零件的轴向位置考虑轴上零件的轴向定位 固定安装方式从最小直径开始初步确定轴需要有 7 个阶梯段 (2) 确定轴系各段直径和长度 7654321d1=45mm 由 129页附表 6.3查得轴段 1处联轴器长 84mm L1=81mm d 2=d1+2a=65mm (a 为轴肩高度取 a=4mm) 考虑到毡圈密封查 37 页表 5.4 取 d2=53mm 考虑到轴承盖尺寸联轴器的拆装要求 L2=26+48=74mm 26-端盖长度 45 正火处理 【 H 】b=55MPa dmin=56mm d1=45mm L1=81mm d 2=55mm L2=74mm 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 4按弯曲合成强度校核轴的强度 (1) 绘制轴的受力图 (2) 绘制水平面内轴承支反力 (a)和弯矩图(b) (3) 求截面 C处的弯矩 (4) 求垂直面内的支反力 (c)和弯矩图 (d) 由 31 页表 5.1 查得 d3=d2+(15) 取 d3=65+5=70mm 由 116 附表 5.1 初选轴承 6014 型轴承宽度 B1=20mm D=110mm L3=20+10=30mm d 4=d3+2a=60+24=68mm 由低速轴的结构确定取 L4=15+58+15-6=82mm d 5=d4+2a=86mm L5=1.44=6mm d 6=74mm L6=b-(23)=90-2=88mm d 7=d6-(15)=74-5=71mm 此处轴承由 116 页表 5.1 初选 6014 型取 d7=70mm B2=20mm L7=222mm (3) 计算轴承支点跨距 L=20/2+10+82+6+73+16+20/2=222 Ft=2T/d6=22.8105 /74=7594.6N Fr=Fttan20 =7594.60.364=2 764.4N FHA=Ft 70/(70+152)=70/2227 594.6=2395N FHB=Ft-FHA=7594.6-2395=5099.6N MHC=FHAL AC=23951 52X10- 3 =364NXm FVA=Fr+70/222=70/2222 764.4=872N FVB=Fr-FVA=2764-872=1892N d3=70mm B1=20mm L3=30mm d4=68mm L4=82mm d5=86mm L5=6mm d6=74mm L6=88mm d7=70mm B2=20mm L=222mm Ft=7594.6N Fr=2764.6N FHA=2395N FHB=5099.6N MHC=364Xm FVA=872N FVB=1892N 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 (5)求合成湾矩 (6)求当量湾距 (7)计算危险截面处的轴径 ( f )( e )( d )( c )( b )( a )M VCFrF vBF VAM HC70152FtF HBF HABATCFrFtMvc=FVALAC=872 15210- 3 =132.544N.m Mc= MHC2 +MVC2 = 3642 +132.5442 =387.38NL 因单向传动转矩为脉动循环变化故折算系数 0.6 危险截面 C处的当量弯矩为 Mec= Mc2 + T2 = 387.382 +(0.62. 8110 5 10 - 3 )2 =422.48Nm d Mec/0.1b= (422.4810 3 /0.1X55)=41.97mm Mvc =132.544N.m Mc= 387.38NL Mec= 422.48Nm 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 八滚动轴承的寿命计算 1确 定 Cr 值 2确定合成支反力 3计算当量动载荷 1 确定 e值 2 判别FaFr 与 e的大小 3 计算当量动载荷Pr 4 计算轴承寿命 因 截 面 C 处 有 一 键 槽 故 将 直 径 增 加 5% 即d=41.971.05=44.07mm 机构设计草图中此处直径为 64mm故强度足够 因此以原始结构设计的直径为准 由 116 页表 5.1 6014 轴承的 Cr=77.5Cor=45.5 由图 (a)(c)可得支反力的 合成受力图 (g) F BFrFtF A FA= FVA2 +FHA2 = 8722 +23952 =2586N FB= FVB2 +FHB2 = 18922 +5099.62 =5549N FB FA 计算 B 处轴承的受命即可 由 2P225 表 14-5FA/FR E 查得系数 X=1 Y=0 PR=XPR+YFA=XFB=YFA=1X5549+0=5549 由 2P226 表 14-7 温度小于 100 可知 FT=1，由 2表 16-6 按载荷有轻微冲击查得 FP=1.2 寿命指数 =3 LH=10/60N=83600h 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 九 .键的选择及校核 1. 选择键型 2. 确定尺寸 3. 键的强度校核 4. 键槽尺寸 十 .联轴器的选择 1. 选择联轴器类型 2. 计算转矩Tc LH=5 300 16=24000 LH LH 6014 轴承满足要求 该联接为静联接，为了便于安装，选择普通平键 A 型（圆头） 根据轴的直径 D=74MM，由 2P211 表 13-1 键宽 B=20MM 键高H=12MM，计算轮毂长度 L=80MM 该联接中轮毂材料最弱，由 2P212 表 13-2P=50MPA 键的 工作长度 L=L-B=80-20=60MM 按键的联接校核联接强度 P=2007/KLD=21.10MPA 50MPA 强度足够 此键的标准为键： 18 80GB/7 1096-1979 该平键的标记为键宽极限偏差按一般联接由 1P111 附表 4-1 键槽深 d-t-7.5=66.5mm 轴槽宽 b20-0.052 轮毂槽深 d64+4.9=78.9+0.2mm 轮毂槽宽 b20+0.0215 由于此输送机的功率不大，振动轻微，考虑结构简单，安装方便，选择弹性注销联轴器动力机为由动机，工作机为输送机，由2P273 表 16-1 取工作情况系数 KA=1.5 D=74mm B=20mm h11mm L=80mm L=60mm KA=1.5 南通纺织职业技朮学院 设计项目 计算及说明 主要结果 十一 .减速器的润滑密封和润滑油牌号选择 TC=KAT=1.5 758000=1173 N.M 根据 TC.D 和 N 查 1P129 附表 6.3 选 HL54 型弹性套注销联接器，公称转矩 TN=2000 N.M TC，许用转矩 N=3550R/MIN N，轴孔直径 D=45-63MM 符合要求 主动 端安装在减速器输