机械设计课程设计计算说明书

机械设计课程设计计算说明书 学院 系 专业 班 设计者 指导老师 2012 年 06 月 18 日 东北大学 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 目录 一 设计任务书及原始数据 1 1 1 设计题目 1 1 2 设计传动方案 1 1 3 原始数据 1 二 电动机的选择计算 1 2 1 选择电动机系列 1 2 2 选择电动机功率 1 2 3 确定电动机转速 2 2 4 分配传动比 2 三 传动装置的运动及动力参数计算 2 四 传动零件的设计计算 3 4 1 设计减速器高速级齿轮 3 4 1 1 选择材料 3 4 1 2 按齿面接触强度确定中心距 4 4 1 3 验算齿面接触疲劳强度 4 4 1 4 验算齿根弯曲疲劳强度 5 4 1 5 齿轮主要几何参数 6 4 2 设计减速器低速级齿轮 6 4 2 1 选择材料 6 4 2 2 按齿面接触强度确定中心距 6 4 2 3 验算齿面接触疲劳强度 7 4 2 4 验算齿根弯曲疲劳强度 8 4 2 5 齿轮主要几何参数 9 4 3 设计开式齿轮 9 4 3 1 选择材料 9 4 3 2 按齿根弯曲疲劳强度确定中心距 9 4 3 3 齿轮主要几何参数 10 4 4 校核总传动比与齿轮设计主要参数列表 10 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 五 减速器轴的设计计算与强度校核 10 5 1 初步确定轴的最小直径 10 5 2 轴的各段直径的设计 11 5 3 对低速轴进行强度校核 12 5 3 1 计算轴上受力 12 5 3 2 计算轴上弯矩 扭矩与绘制弯矩 扭矩图 13 5 3 3 校核低速轴的强度 14 5 4 对中间轴进行强度校核 18 5 4 1 计算轴上受力 18 5 4 2 计算轴上弯矩 扭矩与绘制弯矩 扭矩图 19 5 4 3 校核低速轴的强度 20 5 5 对高速轴进行强度校核 24 5 5 1 计算轴上受力 24 5 5 2 计算轴上弯矩 扭矩与绘制弯矩 扭矩图 25 5 5 3 校核低速轴的强度 26 六 滚动轴承的选择及寿命计算 29 6 1 根据轴径选择轴承型号并确定参数 29 6 2 计算轴承寿命 29 6 2 1 低速轴轴承寿命 29 6 2 2 中间轴轴承寿命 30 6 2 3 高速轴轴承寿命 32 七 键连接的选择计算 33 7 1 根据轴径选择平键型号并确定参数 33 7 2 校核平键强度 33 八 联轴器的选择 34 九 减速器润滑及密封形式的选择 34 十 参考文献 35 一 设计任设计任 务书及原始务书及原始 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 2 数据数据 1 1 设计题目 设计机械带式输送机的传动装置 ZL 5A 1 2 设计传动方案 传动方案示意图 图 1 1 1 1 3 原始数据 1 工作条件 工作年限工作班制工作环境载荷性质生产批量 82清洁平稳小批 表 1 2 1 2 技术数据 滚筒圆周力 F带速 v滚筒直径 D滚筒长度 L 14000 N0 26 m s450 mm900 mm 表 1 3 2 二 电动机的选择计算二 电动机的选择计算 2 1 选择电动机系列 按工作要求及工作条件 选用三相异步电动机 封闭式结构 电压 380V Y 系列 2 2 选择电动机功率 卷筒所需有效功率 Pw Fv 1000 14000 0 26 1000 3 64 kW 传动装置总效率 弹性联轴器 2闭合齿轮 5轴承 滑块联轴器 开式齿 轮 卷筒 按表 4 2 9 P109 1 取 弹性联轴器 弹性联轴器 0 99 闭式齿轮 闭合齿轮 0 97 滚动轴承 轴承 0 99 齿轮联轴器 滑块联轴器 0 99 开式齿轮 开式齿轮 0 95 Pw 3 64 kW 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 3 卷筒 卷筒 0 96 则传动总效率 0 99 0 972 0 995 0 99 0 95 0 96 0 800 所需电动机功率 Pr Pw 3 64 0 800 4 55 kW 查表 4 12 1 1 可选 Y 系列三相异步电动机 Y132M2 6 型 额定功率 P0 5 5 kW 或选 Y 系列三 相异步电动机 Y160M2 8 型 额定功率 P0 5 5 kW 2 3 确定电动机转速 卷筒轴转速 nw 60v D 60 0 26 3 14 0 45 11 0 r min 现以同步转速为 1000 r min 及 960 r min 两种方 案进行比较 由表 4 12 1 1 查得电动机数据 计算出的 总传动比 列于下表 2 3 1 方案号 电动机型 号 额定功 率 kW 同步转 速 r min 满载转 速 r min 总传动 比 1Y132M2 65 5100096087 27 2Y160M2 85 575072065 45 表 2 3 1 比较两方案课件 由于方案二电动机转速太慢造 成其质量 外形过大 价格过高 于是 暂定使用方 案一 电动机型号为 Y132M2 6 额定功率为 5 5 kW 同步转速为 1000 r min 由表 4 12 2 查得电动机中心 高 H 132 mm 外伸轴段 D E 38 mm 80 mm 2 4 分配传动比 由选定的电机型号为 Y132M2 6 的满载转速 n0 960 r min 总传动比 i n0 nw 960 11 0 87 27 由于 i弹性联轴器 i轴承 i齿轮联轴器 1 则 i i开式齿轮 i减 根据表 4 2 9 1 取 i开式齿轮 5 则减速器的传动比为 i减 i i开式齿轮 87 27 5 17 454 于是 取两级减速器高速级的传动比为 i1 1 35 i减 1 2 1 35 17 454 1 2 4 854 则低速级的传动比为 i2 i减 i1 17 454 4 854 3 596 以上传动比的分配只是初步的 还需校核 三 传动装置的运动及动力参数计算三 传动装置的运动及动力参数计算 传动装置简图 1 1 1 从电动机开始计算各轴运动 及动力参数 0 轴 0 轴即电动机轴 P0 Pr 4 55 kW n0 960 r min T0 9 55 P0 n0 9 55 4 55 103 960 45 26 N m 轴 轴即减速器高速轴 P1 P0 01 P0 弹性联轴器 4 55 0 99 4 5 0 kW n1 n0 i01 n0 i弹性联轴器 960 1 960 r min 传动总效率 0 800 Pr 4 55 kW 选用电动机型号 Y132M2 6 i 87 27 i减 17 454 i1 4 854 i2 3 596 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 4 P0 4 55 kW n0 960 r min T0 45 26 N m P1 4 50 kW n1 960 r min T1 9 55 P1 n1 9 55 4 50 103 960 44 77 N m 轴 轴即减速器中间轴 P2 P1 12 P1 轴承 闭合齿轮 4 50 0 99 0 97 4 32 kW n2 n1 i12 n1 i1 960 4 854 197 8 r min T2 9 55 P2 n2 9 55 4 32 103 197 8 208 6 N m 轴 轴即减速器低速轴 P3 P2 23 P2 轴承 闭合齿轮 4 32 0 99 0 97 4 15 kW n3 n2 i23 n2 i2 197 8 3 596 55 0 r min T3 9 55 P3 n3 9 55 4 15 103 55 0 720 6 N m 轴 轴即开式齿轮副输入轴 P4 P3 34 P3 轴承 齿轮联轴器 4 32 0 99 0 99 4 07 kW n4 n3 i34 n3 i轴承 i齿轮联轴器 55 0 1 55 0 r min T4 9 55 P4 n4 9 55 4 07 103 55 0 706 7 N m 轴 轴即传动滚筒轴 P5 P4 45 P4 轴承 开式齿轮 4 32 0 99 0 95 3 85 kW n5 n4 i45 n4 i开式齿轮 55 0 5 11 0 r min T5 9 55 P5 n5 9 55 3 85 103 11 0 3325 1 N m 轴序号功率 P kW 转速 n r min 转矩 T N m传动型式 04 5596045 26 弹性联轴 器 4 5096044 27 闭式齿轮 4 32197 8208 6 闭式齿轮 4 1555 0720 6 滑块联轴 器 4 0755 0706 7 3 8311 03325 1 开式齿轮 四 传动零件的设计计算四 传动零件的设计计算 4 1 设计减速器高速级齿轮 4 1 14 1 1 选择材料选择材料 依据表 5 1 2 小齿轮 45 号钢 调制处理 齿面硬度 217 255HBS 大齿轮 45 号钢 正火处理 齿面硬度 162 217HBS 计算应力循 环次数 N1 60n1jLn 60 960 1 8 300 8 2 2 2 1 09 N2 N1 i12 2 2 109 4 854 4 55 108 依据图 5 17 2 得 ZN1 1 0 ZN2 1 0 8 允许一定点蚀 由式 5 29 2 得 ZX1 ZX2 1 0 取 SHmin 1 0 ZW 1 0 ZLVR 0 92 按齿面硬度 217HBS 与 167HBS 依照 图 5 16 b 2 得 Hlim1 570 MPa Hlim2 520 MPa 计算许用接 触应力 H 1 Hlim 1 SHmin ZN1ZX1Z WZLVR 570 1 0 1 0 1 0 1 0 0 9 2 524 4 MPa T1 44 77 N m P2 4 32 kW n2 197 8 r min T2 208 6 N m P3 4 15 kW n3 55 0 r min T3 720 6 N m 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 5 P4 4 07 kW n4 55 0 r min T4 706 7 N m P5 3 85 kW n5 11 0 r min T5 3325 1 N m N1 2 2 109 N2 4 55 108 H 1 524 4 MPa H 2 Hlim2 SHmin ZN2ZX2ZWZLVR 520 1 0 1 08 1 0 1 0 0 92 516 7 MPa 由于 H 2 H 1 计算中取 H H 2 516 7 MPa 4 1 24 1 2 按齿面接触强度确定中心距按齿面接触强度确定中心距 小轮转矩 T1 44 27 N m 44270 N mm 初定螺旋角 13 Z cos 1 2 cos13 1 2 0 987 初取 KtZ2 t 1 0 依据表 5 5 2 得 ZE 189 8 MPa1 2 减速传动 u i 4 854 取 a 0 4 计算 ZH 端面压力角 t arctan tan n c os arctan tan20 co s13 20 4829 基圆螺旋 角 b arctan tan co s t arctan tan13 c os20 4829 12 2035 ZH 2cos b cos ttan t 1 2 2 cos12 2035 cos20 48 29 tan20 4829 1 2 2 44 计算中心 距 a at u 1 KT1 ZHZEZ Z H 2 2 au 1 3 4 854 1 1 0 44270 2 44 189 8 0 987 5 16 7 2 2 0 4 4 854 1 3 121 4 mm 取中心 距 a 125 mm 估算模数 mn 0 007 0 02 a 0 007 0 02 125 0 875 2 5 mm 取标准模 数 mn 2 mm 小轮齿数 z1 2acos mn u 1 2 125 co s13 2 4 854 1 20 81 z2 uz1 4 85 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 6 4 20 81 101 01 取 z1 21 z2 101 实际传动比 i实 z2 z1 101 21 4 810 传动比误差 i i理 i实 i理 100 4 854 4 810 4 854 100 0 91 其误差小于 5 在允许范围内 修正螺旋角 arccosmn z2 z1 2a arccos2 101 21 2 125 12 5781 其与 13 相近 故 ZH与 Z 可以不用修正 齿轮分度圆直径 d1 mnz1 cos 2 21 cos12 5781 43 033 mm d2 mnz2 cos 2 101 cos12 5781 206 967 mm 圆周速度 v d1n1 60 103 3 14 43 033 960 60 103 2 16 m s 依据表 5 6 2 取齿轮精度为 8 级 4 1 34 1 3 验算齿面接触疲劳强度验算齿面接触疲劳强度 按照电机驱动 载荷平稳 依据表 5 2 2 取 KA 1 0 依照图 5 4 b 2 按照 8 级精度与 vz1 100 2 16 21 100 0 45 m s 得 Kv 1 03 齿宽 b aa 0 4 125 50 mm H 2 516 7 MPa Z 0 987 t 20 4829 b 12 2035 ZH 2 44 a 125 mm mn 2 mm z1 21 z2 101 i实 4 810 i 0 91 12 5781 d1 43 033 mm d2 206 967 mm v 2 16 m s b 50 mm 依据图 5 7 a 2 按照 b d1 50 43 033 1 162 考虑轴 的刚度较大和 齿轮相对轴承 为非对称布置 得 K 1 11 依据表 5 4 2 得 K 1 2 载荷系数 K KAKvK K 1 0 1 03 1 11 1 2 1 372 计算重合 度 齿顶圆直 径 da1 d1 2ha m 43 033 2 1 0 2 47 033 mm da2 d2 2ha m 206 967 2 1 0 2 210 967 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 7 mm 端面压力角 t arctan tan n cos arctan tan20 cos12 5781 20 4515 齿轮基圆直径 db1 d1cos t 43 033 cos20 4515 40 321 mm db2 d2cos t 206 967 cos20 4515 193 922 mm 端面齿顶压力角 at1 arcos db1 da1 arcos 40 321 47 033 30 9862 at2 arcos db2 da2 arcos 193 922 206 967 23 1898 z1 tan at1 tan t z2 tan at2 tan t 2 21 tan30 9862 tan20 4515 101 tan23 1898 tan20 4515 2 3 14 1 653 bsin mn 50 sin12 5781 3 14 2 1 734 Z 1 1 2 1 1 653 1 2 0 778 Z cos 1 2 cos12 5781 1 2 0 988 计算 ZH 基圆螺旋角 b arctan tan cos t arctan tan12 5781 cos20 4515 11 8083 ZH 2cos b cos ttan t 1 2 2 cos11 8083 cos20 4 515 tan20 4515 1 2 2 445 H ZHZEZ Z 2KT1 u 1 bd12u 1 2 2 445 189 8 0 778 0 988 2 1 372 44270 4 85 4 1 50 43 0332 4 854 1 2 448 7 MPa 小于 H 516 7 MPa 安全 4 1 44 1 4 验算齿根弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳强度 依据图 5 18 b 2 Flim1 210 MPa Flim1 200 MPa 由于 mn 2 mm 5 mm YX 1 0 依照图 5 19 2 得 YN1 YN2 1 0 取 YST 2 0 SFmin 1 4 计算许用弯曲应力 F 1 Flim1YSTYN1YX SFmin 210 2 1 0 1 0 1 4 300 MPa F 2 Flim2YSTYN2YX SFmin 200 2 1 0 1 0 1 4 286 MPa zv1 z1 cos3 21 cos312 5781 22 59 zv2 z2 cos3 101 cos312 5781 108 64 依据图 5 14 2 得 YFa1 2 74 YFa2 2 23 依据图 5 15 2 得 YSa1 1 58 YSa2 1 80 由于 1 734 故取 1 0 K 1 372 da1 47 033 mm da2 210 967 mm t 20 4515 db1 40 321 mm db2 193 922 mm at1 30 9862 at2 23 1898 1 653 1 734 Z 0 778 Z 0 988 b 11 8083 ZH 2 445 H 448 7 MPa F 1 300 MPa F 2 286 MPa zv1 22 59 zv2 108 64 Y 1 120 1 1 0 12 5781 12 0 0 895 Y 0 25 0 75cos2 b 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 8 0 25 0 75 cos211 8083 1 653 0 694 计算齿根弯曲应力 F1 2KT1YFa1 YSa1Y Y bd1mn 2 1 372 44270 2 74 1 58 0 694 0 895 50 43 03 3 2 75 9 MPa F 1 300 MPa 安全 F2 F1YFa2 YSa2 YFa1 YSa1 75 9 2 23 1 80 2 74 1 58 70 4 MPa F 1 286 MPa 安全 4 1 54 1 5 齿轮主要几何参数齿轮主要几何参数 z1 21 z2 101 mn 2 mm 12 5781 分度圆直径 d1 mnz1 cos 2 21 cos12 5781 43 033 mm d2 mnz2 cos 2 101 cos12 5781 206 967 mm 齿顶圆直径 da1 d1 2ha m 43 033 2 1 0 2 47 033 mm da2 d2 2ha m 206 967 2 1 0 2 210 967 mm 齿根圆直径 df1 d1 2 ha c m 43 033 2 1 0 0 25 2 38 033 mm df2 d2 2 ha c m 206 967 2 1 0 0 25 2 201 967 mm 齿宽 b2 b 50 mm b1 b2 5 10 58 mm 中心距 a d1 d2 2 43 033 206 967 2 125 mm 4 2 设计减速器低速级齿轮 4 2 14 2 1 选择材料选择材料 依据表 5 1 2 小齿轮 45 号钢 调制处理 齿面硬度 217 255HBS 大齿轮 45 号钢 正火处理 齿面硬度 162 217HBS 计算应力循环次数 N3 60n2jLn 60 197 8 1 8 300 8 2 4 56 108 N4 N3 i34 4 56 108 3 596 1 27 108 依据图 5 17 2 得 ZN3 1 08 ZN4 1 12 允许一定点 蚀 由式 5 29 2 得 ZX3 ZX4 1 0 取 SHmin 1 0 ZW 1 0 ZLVR 0 92 按齿面硬度 217HBS 与 167HBS 依照图 5 16 b 2 得 Hlim3 570 MPa Hlim4 520 MPa 计算许用接触应力 H 3 Hlim3 SHmin ZN3ZX3ZWZLVR 570 1 0 1 08 1 0 1 0 0 92 566 4 MPa H 4 Hlim4 SHmin ZN4ZX4ZWZLVR 520 1 0 1 12 1 0 1 0 0 92 535 8 MPa 由于 H 4 H 3 计算中取 H H 4 535 8 MPa 4 2 24 2 2 按齿面接触强度确定中心距按齿面接触强度确定中心距 小轮转矩 T3 T 轴承 208600 0 99 206514 N mm 初定螺旋角 13 Z cos 1 2 cos13 1 2 0 987 初取 KtZ2 t 1 0 依据表 5 5 2 得 ZE 189 8 MPa1 2 Y 0 895 Y 0 694 F1 75 9 MPa F2 70 4 MPa d1 43 033 mm d2 206 967 mm da1 47 033 mm da2 210 967 mm df1 38 033 mm df2 201 967 mm b2 50 mm b1 58 mm a 125 mm N3 4 56 108 N4 1 27 108 H 3 566 4 MPa H 4 535 8 MPa T3 206 5 N m Z 0 987 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 9 减速传动 u i 3 596 取 a 0 4 计算 ZH 端面压力角 t arctan tan n cos arctan tan20 cos13 20 4829 基圆螺旋角 b arctan tan cos t arctan tan13 cos20 4829 12 2035 ZH 2cos b cos ttan t 1 2 2 cos12 2035 cos20 4829 tan20 4829 1 2 2 44 计算中心距 a at u 1 KT3 ZHZEZ Z H 2 2 au 1 3 3 596 1 1 0 206514 2 44 189 8 0 987 535 8 2 2 0 4 3 596 1 3 171 8mm 取中心距 a 175 mm 估算模数 mn 0 007 0 02 a 0 007 0 02 175 1 225 3 5mm 取标准模数 mn 3 mm 小轮齿数 z3 2acos mn u 1 2 175 cos13 3 3 596 1 24 73 z4 uz3 3 596 24 73 88 93 取 z3 25 z4 89 实际传动比 i实 z4 z3 89 25 3 560 传动比误差 i i理 i实 i理 100 3 596 3 560 3 596 100 1 00 其误差小于 5 在允许范围内 修正螺旋角 arccosmn z4 z3 2a arccos2 89 25 2 175 12 2738 其与 13 相近 故 ZH与 Z 可以不用修正 齿轮分度圆直径 d3 mnz3 cos 3 25 cos12 2738 76 754 mm d4 mnz4 cos 3 89cos12 2738 273 246 mm 圆周速度 v d3n3 60 103 3 14 76 754 197 8 60 103 0 79 m s 依据表 5 6 2 取齿轮精度为 8 级 4 2 34 2 3 验算齿面接触疲劳强度验算齿面接触疲劳强度 按照电机驱动 载荷平稳 依据表 5 2 2 取 KA 1 0 依照图 5 4 b 2 按照 8 级精度与 vz3 100 0 79 25 100 0 20 m s 得 Kv 1 01 齿宽 b aa 0 4 175 70 mm 依据图 5 7 a 2 按照 b d3 70 76 754 0 912 考 虑轴的刚度较大和齿轮相对轴承为非对称布置 得 K 1 08 依据表 5 4 2 得 K 1 2 载荷系数 K KAKvK K 1 0 1 01 1 08 1 2 1 309 计算重合 度 齿顶圆直 径 t 20 4829 b 12 2035 ZH 2 44 a 175 mm mn 3 mm z3 25 z4 89 i实 3 560 i 1 00 12 2738 d3 76 754 mm d4 273 246 mm v 0 79 m s b 70 mm 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 10 K 1 309 da3 d3 2ha m 76 754 2 1 0 3 82 754 mm da4 d4 2ha m 273 246 2 1 0 3 279 246 mm 端面压力角 t arctan tan n cos arctan tan20 cos12 2738 20 4296 齿轮基圆直径 db3 d3cos t 76 754 cos20 4296 71 926 mm db4 d4cos t 273 246 cos20 4296 256 059 mm 端面齿顶压力角 at3 arcos db3 da3 arcos 71 926 82 754 29 6395 at4 arcos db4 da4 arcos 256 059 279 246 23 5136 z3 tan at3 tan t z4 tan at4 tan t 2 25 tan29 6395 tan20 4296 89 tan23 5136 tan20 4296 2 3 14 1 670 bsin mn 70 sin12 2738 3 14 3 1 580 Z 1 1 2 1 1 670 1 2 0 774 Z cos 1 2 cos12 2738 1 2 0 989 计算 ZH 基圆螺旋角 b arctan tan cos t arctan tan12 2738 cos20 4296 11 5231 ZH 2cos b cos ttan t 1 2 2 cos11 5231 cos20 4 296 tan20 4296 1 2 2 447 H ZHZEZ Z 2KT3 u 1 bd32u 1 2 2 447 189 8 0 774 0 989 2 1 309 206514 3 5 96 1 70 76 7542 3 596 1 2 460 2 MPa 小于 H 535 8 MPa 安全 4 2 44 2 4 验算齿根弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳强度 依据图 5 18 b 2 Flim3 270 MPa Flim3 200 MPa 由于 mn 3 mm 5 mm YX 1 0 依照图 5 19 2 得 YN3 YN4 1 0 取 YST 2 0 SFmin 1 4 计算许用弯曲应力 F 3 Flim3YSTYN3YX SFmin 270 2 1 0 1 0 1 4 300 MPa F 4 Flim4YSTYN4YX SFmin 200 2 1 0 1 0 1 4 286 MPa zv3 z3 cos3 25 cos312 2738 26 80 zv4 z4 cos3 89 cos312 2738 95 39 依据图 5 14 2 得 YFa3 2 61 YFa4 2 24 依据图 5 15 2 得 YSa3 1 61 YSa4 1 79 由于 1 580 故取 1 0 Y 1 120 1 1 0 12 2738 120 0 898 Y 0 25 0 75cos2 b 0 25 0 75 cos211 5231 1 6 70 0 681 计算齿根 弯曲应力 F3 2KT3Y Fa3 YSa3Y Y bd3mn 2 1 309 206514 2 61 1 61 0 681 0 898 70 76 754 3 8 6 2 MPa F 3 30 0 MPa 安全 F4 F3YFa4 YSa4 YFa3 YSa3 da3 82 754 mm da4 279 246 mm t 20 4296 db3 71 926 mm db4 256 059 mm at3 29 6395 at4 23 5136 1 670 1 580 Z 0 774 Z 0 989 b 11 5231 ZH 2 447 H 460 2 MPa 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 11 F 3 300 MPa F 4 286 MPa zv3 26 80 zv4 95 39 Y 0 898 Y 0 681 F3 86 2 MPa 86 2 2 24 1 79 2 61 1 61 82 3 MPa F 3 286 MPa 安全 4 2 54 2 5 齿轮主要几何参数齿轮主要几何参数 z3 25 z4 89 mn 3 mm 12 2738 分度圆直径 d3 mnz3 cos 3 25 cos12 2738 76 754 mm d4 mnz4 cos 3 89 cos12 2738 273 246 mm 齿顶圆直径 da3 d3 2ha m 76 754 2 1 0 3 82 754 mm da4 d4 2ha m 273 246 2 1 0 3 279 246 mm 齿根圆直径 df3 d3 2 ha c m 76 754 2 1 0 0 25 3 69 254 mm df4 d4 2 ha c m 273 246 2 1 0 0 25 3 265 746 mm 齿宽 b4 b 70 mm b3 b4 5 10 78 mm 中心距 a d3 d4 2 76 754 273 246 2 175 mm 4 3 设计开式齿轮 4 3 14 3 1 选择材料选择材料 依据表 5 1 2 小齿轮 QT600 3 正火处理 齿面硬度 190 270HBS 大齿轮 QT600 3 正火处理 齿面硬度 180 230HBS 计算应力循环次数 N5 60n4jLn 60 55 0 1 8 300 8 2 1 27 108 N6 N5 i56 1 27 108 5 2 54 107 4 3 24 3 2 按齿根弯曲疲劳强度确定中心距按齿根弯曲疲劳强度确定中心距 初定小齿轮齿数 z5 21 u i56 5 则大齿轮齿数 z6 z5 u 21 5 105 T5 T 轴承 706700 0 99 699633 N mm 按齿面硬度 230HBS 与 200HBS 依照图 5 18 a 2 得 Flim5 210 MPa Flim6 190 MPa 依照图 5 19 2 得 YN 1 0 取 YST 2 0 SFmin 1 4 初定模数 mt mt 5 mm 初定 YX 1 0 KtY t 1 1 取 a 0 2 再考虑摩擦 磨损的影响 将 F 降低 20 35 得 F 5 0 65 0 8 Flim5YSTYN YX SFmin 0 65 0 8 210 2 0 1 0 1 0 1 4 195 240 MPa F 6 0 65 0 8 Flim6YSTYN YX SFmin 0 65 0 8 190 2 0 1 0 1 0 1 4 176 217 MPa 考虑其作用 工况清洁且平 稳 最后得 F 5 220 MPa F 6 200 MPa 依据图 5 14 2 得 YFa5 2 80 YFa6 2 21 依据图 5 15 2 得 YSa5 1 55 YSa6 1 82 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 12 YFa5YSa5 F 5 2 80 1 55 220 1 9727 10 2 YFa6YSa6 F 6 2 21 1 82 200 2 0111 10 2 由于 YFa5YSa5 F 5 S 安全 2 计算 截面处的安全系数 运用插值法计算 截面综合影响系数表 如下 名称根据值 有效应力集中系数表 10 8 3 过盈配合 K 2 63 Kr 1 89 绝对尺寸系数表 10 11 3 d 55mm 0 81 r 0 76 表 10 12 3 Ra 1 6 3 2 m 1 0 94 未加工 2 1 加工表面的表面质 量系数 1 2 0 94 综合影响系数表 5 3 2 W 14230 mm3 WT 30556 mm3 a 30 4 MPa m 0 MPa T 23 6 MPa a m 11 8 MPa S 4 1 S 5 3 Sca 3 24 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 19 计算抗弯模量与抗扭模量 d 55mm 抗弯模量 W 0 1d3 0 1 553 16638 mm3 抗扭模量 WT 0 2d3 0 2 553 33275 mm3 计算弯曲应力 将弯曲应力看成对称循环应力求解 则 弯曲应力幅 a max M W 432 4 16638 26 0 MPa 平均弯曲应力 m 0 MPa 计算扭转切应力 将扭转切应力看作脉动循环应力求解 则 T T WT 720 6 33275 21 7 MPa 扭转应力幅 a与平均扭转应力 m a m T 2 21 7 2 10 9 MPa 按疲劳强度计算安全系数 查表 10 14 3 得 0 34 r 0 21 S 1 K a m 300 2 63 26 0 0 94 0 81 3 34 S 1 K a r m 155 1 89 10 9 0 94 0 76 0 21 10 9 5 0 综合安全系数 Sca S S S 2 S 2 1 2 3 34 5 0 3 342 5 02 1 2 2 78 取 S 1 5 2 0 而 S S 安全 3 计算 截面处的安全系数 运用插值法计算 截面综合影响系数表 如下 名称根据值 有效应力集中系数表 10 8 3 过盈配合 K 2 63 Kr 1 89 绝对尺寸系数表 10 11 3 d 70mm 0 78 r 0 74 表 10 12 3 Ra 1 6 3 2 m 1 0 94 未加工 2 1 加工表面的表面质 量系数 1 2 0 94 综合影响系数表 5 3 3 计算抗弯模量与抗扭模量 d 70mm 抗弯模量 W 0 1d3 0 1 703 34300 mm3 抗扭模量 WT 0 2d3 0 2 703 68600 mm3 计算弯曲应力 将弯曲应力看成对称循环应力求解 则 弯曲应力幅 a max M W M M M 35 122 W 478 5 478 5 432 4 35 122 34300 13 6 MPa 平均弯曲应力 m 0 MPa 计算扭转切应力 W 16638 mm3 WT 33275 mm3 a 26 0 MPa m 0 MPa T 21 7 MPa a m 10 9 MPa S 3 34 S 5 0 Sca 2 78 W 34300 mm3 WT 68600 mm3 a 13 6 MPa m 0 MPa 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 20 将扭转切应力看作脉动循环应力求解 则 T T WT 720 6 68600 10 5 MPa 扭转应力幅 a与平均扭转应力 m a m T 2 10 5 2 5 3 MPa 按疲劳强度计算安全系数 查表 10 14 3 得 0 34 r 0 21 S 1 K a m 300 2 63 13 6 0 94 0 78 6 1 S 1 K a r m 155 1 89 5 3 0 94 0 74 0 21 5 3 10 0 综合安全系数 Sca S S S 2 S 2 1 2 6 1 10 0 6 12 10 02 1 2 5 21 取 S 1 5 2 0 而 S S 安全 4 计算 截面处的安全系数 运用插值法计算 截面综合影响系数表 如下 名称根据值 有效应力集中系数表 10 8 3 A 型普通平键 K 1 83 Kr 1 63 绝对尺寸系数表 10 11 3 d 55mm 0 78 r 0 74 表 10 12 3 Ra 1 6 3 2 m 1 0 94 未加工 2 1 加工表面的表面质 量系数 1 2 0 94 综合影响系数表 5 3 4 计算抗弯模量与抗扭模量 d 70mm b 20mm t 7 5mm 抗弯模量 W d3 32 bt d t 2 2d 3 14 703 32 20 7 5 70 7 5 2 2 70 29472 mm3 抗扭模量 WT d3 16 bt d t 2 2d 3 14 703 16 20 7 5 70 7 5 2 2 70 63128 mm3 计算弯曲应力 将弯曲应力看成对称循环应力求解 则 弯曲应力幅 a max M W 478 5 29472 16 2 MPa 平均弯曲应力 m 0 MPa 计算扭转切应力 将扭转切应力看作脉动循环应力求解 则 T T WT 720 6 63128 11 4 MPa 扭转应力幅 a与平均扭转应力 m a m T 2 11 4 2 5 7 MPa 按疲劳强度计算安全系数 查表 10 14 3 得 0 34 r 0 21 S 1 K a m 300 1 83 16 2 0 94 0 78 7 4 S 1 K a r m 155 1 63 5 7 0 94 0 74 0 21 5 7 10 7 综合安全系 数 T 10 5 MPa a m 5 3 MPa S 6 1 S 10 0 Sca 5 21 W 29472 mm3 WT 63128 mm3 a 16 2 MPa m 0 MPa T 11 4 MPa a m 5 7 MPa S 7 4 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 21 S 10 7 Sca S S S 2 S 2 1 2 7 4 10 7 7 42 10 72 1 2 6 1 取 S 1 5 2 0 而 S S 安全 5 4 对中间轴进行强度校核 中间轴轴上零件装配图 5 4 1 5 4 15 4 1 计算轴上受力计算轴上受力 中间轴轴上受力分析图 5 4 2 1 计算齿轮受力 由输入转矩 T2 T3 208600 N mm 208 6 N m Ft2 2T2 d2 2 208600 207 2015 5 N Fr2 Ft2 tan n cos 2015 5 tan20 cos12 5781 751 6 N Fa2 Ft2 tan 2015 5 tan12 5781 449 7 N Fn2 Ft2 cos cos n 2015 5 cos12 5781 cos20 2197 6 N Ft3 2T3 d3 2 208600 77 5418 2 N Fr3 Ft3 tan n cos 5418 2 tan20 cos12 2738 2018 2 N Fa2 Ft2 tan 5418 2 tan12 2738 1178 8 N Fn3 Ft3 cos cos n 5418 2 cos12 2738 cos20 59 00 8 N 2 计算垂 直面支反力 Sca 6 1 Ft2 2015 5 N Fr2 751 6 N 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 22 Fa2 449 7 N Fn2 2197 6 N Ft3 5418 2 N Fr3 2018 2 N Fa2 1178 8 N Fn3 5900 8 N 中间轴垂直面受力分析图 5 4 3 由力矩平衡 Md 0 得 RH1 Xad Ft3 Xbd Ft2 Xcd 0 即 RH1 Ft3 Xbd Ft2 Xcd Xad 5418 2 122 2015 5 46 178 4234 5 N RH2 Ft3 Ft2 RH1 5418 2 2015 5 4234 5 3199 2 N 3 计算水平面支反力 中间轴水平面受力分析图 5 4 4 由力矩平衡 Md 0 得 Rr1 Xad Fr3 Xbd Fa3 d3 2 Fr2 Xcd Fa2 d2 2 0 即 Rr1 Fa3 d3 2 Fr2 Xcd Fr3 Xbd Fa2 d2 2 Xad 1178 8 77 2 751 6 46 2018 2 122 449 7 207 2 178 1195 5 N Rr2 Fr2 Fr3 Rr1 751 6 2018 2 1195 5 71 1 N 5 4 25 4 2 计算轴上弯矩 扭矩与绘制弯矩 扭矩图计算轴上弯矩 扭矩与绘制弯矩 扭矩图 1 计算弯矩 绘制弯矩图 垂直面弯矩 b 点 MHb RH1 Xab 4234 5 56 237 1 N m c 点 MHc RH2 Xcd 3 199 2 46 147 2 N m 水平面弯 矩 b 点左 Mrb 左 Rr1 Xab 1195 5 56 66 9 N m b 点右 Mrb 右 Rr2 Xbd Fr2 Xbc Fa2 d2 2 71 1 122 751 6 76 449 7 20 7 2 112 3 N m RH1 4234 5 N RH2 3199 2 N 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 23 Rr1 1195 5 N Rr2 71 1 N MHb 237 1 N m MHc 147 2 N m Mrb 左 66 9 N m Mrb 右 112 3 N m c 点左 Mrb 左 Rr1 Xac Fr3 Xbc Fa3 d3 2 1195 5 132 2018 2 76 1178 8 77 2 49 8 N m c 点右 Mrb 右 Rr2 Xcd 71 1 46 3 3 N m 合成弯矩 b 点左 Mb 左 MHb2 Mrb 左 2 1 2 237 12 66 92 1 2 246 4 N m b 点右 Mb 右 MHb2 Mrb 右 2 1 2 237 12 112 32 1 2 262 4 N m c 点左 Mc 左 MHc2 Mrc 左 2 1 2 147 22 49 82 1 2 155 4 N m c 点右 Mc 右 MHc2 Mrc 右 2 1 2 147 22 3 32 1 2 147 2 N m 计算弯矩 依据脉动循环应力求解 取 0 6 b 点左 Mcab 左 Mb 左 2 T 2 1 2 Mb 左 246 4 N m b 点右 Mcab 右 Mb 右 2 T 2 1 2 262 42 0 6 208 6 2 1 2 290 7 N m c 点左 Mcac 左 Mc 左 2 T 2 1 2 155 42 0 6 208 6 2 1 2 199 5 N m c 点右 Mcac 右 Mc 右 2 T 2 1 2 Mc 右 147 2 N m 绘制弯矩图 弯矩图 5 4 5 5 4 35 4 3 校核低速校核低速 轴的强度轴的强度 1 确定危 险截面 Mrb 左 49 8 N m Mrb 右 3 3 N m Mb 左 246 4 N m Mb 右 262 4 N m Mc 左 155 4 N m Mc 右 147 2 N m Mcab 左 246 4 N m Mcab 右 290 7 N m Mcac 左 199 5 N m 机械设计课程设计计算说明书 设计机械带式输送机的传动装置 24 Mcac 右 147 2 N m 轴上截面编号图 5 4 6 其中 截面所受弯矩最大 需要校核 分析 与 两个截面 截面其弯矩略小 故只需校核 截 面 对于 截面 截面弯矩大于 并且应力 集中情况较严重 而 截面弯矩与应力集中情况较 轻微 但是其截面面积较小 故 截面均需校核 而 和 的弯矩都为零或非常轻微 综上所述 需要校核的截 面为 和 这四个截 面 中间轴为 45 号钢 调制 处理 查表 10 1 3 得主要力 学性能参数 Rm 650 MPa 1 300 MPa 1 155