TDG400斗式提升机毕业设计.doc

陕西理工学院毕业设计 第 页 TDG400TDG400 斗式提升机毕业设计斗式提升机毕业设计 目目 录录 1 引言引言 1 1 1 概论 1 1 2 斗式提升机的分类装载和卸载 3 2 传动方案的确定传动方案的确定 6 2 1 总体方案的选择原则 6 2 2 传动方案的设计 6 3 TDG400 总体设计总体设计 9 3 1 电动机的选择 9 3 2 滚筒转速和尺寸的确定 11 3 3 传动比的确定 11 3 4 胶带的参数确定 12 3 5 料斗的参数确定 13 4 减速器的设计减速器的设计 15 4 1 相关参数的计算 15 4 2 齿轮的设计计算 16 4 2 1 z1 z2 齿轮的计算 16 4 2 2 z3 z4 齿轮计算 21 4 2 3 齿轮的结构设计 25 4 2 4 齿轮的润滑 27 4 3 1 各轴的设计计算 28 4 3 2 各轴的结构设计 28 4 3 3 轴的强度校核 31 4 4 减速器箱体的设计 32 4 4 1 减速器设计原则 32 4 4 2 减速器的箱体设计尺寸 33 5 总结总结 35 致谢致谢 36 参考文献参考文献 37 陕西理工学院毕业设计 第 0 页 共 41 页 1 引言 1 1 概论 的发展经历了几百年的历史 但近几年提升机的类型很多 主要有斗式提升机 物料提升机 高效提升机 环链提升机等多种 各有其特点 提升机的应用很为广泛 在各行业都有所应用 主要应用在建筑 机械 矿山领域 还应用于粮油 食品 化 工 水泥制造等行业 它是一种垂直或大倾角倾斜向上输送粉状 粒状或小块状物料 的连续输送机械 由牵引带围绕着头和底轮做循环运动 从而将其上部固定的畚斗内 的物料由下提升至机头 斗式提升机提升物料的高度可达 80m 如 TDG 目前 我国生产的通用斗式提升机 驱动链轮大都是槽形轮 靠摩擦带传动 尤 其原斗型提升机的传动链轮和拉紧链轮均为整体式 一旦链轮磨损 整只链轮全 部 报废 不但维修时间长 费用高 而且造成很大浪费 着国民经济的发展运输机械行 业在引进 吸收 消化了世界各国斗式提升机的最新技术 并结合我国实际情况 设 计出 THG 型和 TDG 型高效斗式提升机系列 以满足市场对大输送量 大提升高度及 结构紧凑的新型高效斗提机的需要 现在各厂对单机生产能力要求越来越高 以往的斗式提升机因设计问题已渐渐满 足不了生产是其驱动装置 传动装置 进行改进已势在必行 斗式提升机最关键的系统是输送系统 输送的要求 加上维修 更换等一系列的麻烦 已严重影响到其使用 因而对现有老式提升机 特别系统的改进直接决定着产量 生 产能力 当然罩壳的合理外形布置也有不可忽视的作用 链环斗式提升机输送高差大 运转部分重量大 有的输送物料温度高 易出现事故 针对以上问题 首先对输送系 统的驱动部分做了改进 将槽形轮改为胶带 原提升机还存在很多问题 斗提机的主要部件有 牵引构件 料斗 驱动装置 拉紧装置 传动轮 拉紧轮 机壳等 牵引构件有输送带或链条 用输送带作为牵引构件的斗提机称为带斗式提升 机 用链条作为牵引构件的斗提机称为链斗式提升机 斗提机使用的料斗主要有浅斗 深斗 导槽斗 组合斗 脱水斗等 可根据物料特性和卸载方式进行选择 驱动装置 包括电动机和传动装置等 传动轮可以是传动滚筒 牵引构件为输送带 或传动链 轮 牵引构件为链条 驱动装置与传动轮相连 使斗提机获得动力并驱使其运转 陕西理工学院毕业设计 第 1 页 共 41 页 斗提机通常采用螺旋式或重锤式拉紧装置 拉紧轮为拉紧滚筒或拉紧链轮 拉紧装置 与拉紧轮相连 使牵引构件获得必要的初张力 以保证斗提机正常运转 斗提机的机 壳分头部 中间和尾部三部分 头部机壳与驱动装置 传动轮等组成斗提机头部 头 部机壳的形状应根据物料的抛出轨迹进行设计 以保证从料斗中卸出的物料能顺利进 入卸料槽中 尾部机壳与拉紧装置 拉紧轮等组成斗提机尾部 尾部机壳形状应与物 料装载方式相适应 斗提机的优点是 结构简单紧凑 横断面外形尺寸小 可显著节省占地面积 提 升高度较大 有良好的密封性 可避免污染环境 其缺点是 对过载较敏感 料斗和 牵引构件易磨损 输送物料种类受到限制 斗提机的输送能力通常小于 600t h 提升 高度一般在 80m 以下 近年来由于钢绳芯输送带的发展 使牵引构件的强度大大提高 国外采用钢绳芯输送带作为牵引构件 并采用小型斗提机对大型斗提机定量供料 使 斗提机的输送能力高达 2000t h 提升高度达到 350m 斗提机不仅广泛用于堆场 仓 库和矿井中 还可用它来卸船和装卸车 TDG 型为带斗式提升机 以 EP 输送带或钢绳芯输送带为牵引构件 韧性好 强 度高 其输送量为 24 一 2080 m3 h 提升高度为 5 一 80m 技术参数如表 1 1 表 1 1 提升机的技术参数 型式TDG 型斗提机TDG 型斗提机 结构特征 采用高强度圆环链为牵引件 该链条 按 GB T2718 41 矿用高强度圆环链 制造 采用 EP 输送带和钢丝绳胶带为牵引件 卸载特征采用混合式或重力式方式卸料采用混合式或离心式方式卸料 适用输送 物料 配 SH 型料斗时适用于输送干燥 松散 流动性好的粉状 粒状 块状物料 配 ZH 型料斗时适用于输送略有潮湿 易结块 流动性差的粉粒状物料 同 THG 型 适用温度被输送物料的温度在 250 以下 普通胶带适用于 80 以下物料 耐热胶带适用于 120 以下的物料 型号 THG160 THG200 THG250 THG315 T HG400 THG500 THG630 THG800 TH G1000 THG1250 THG1600 TDG160 TDG200 TDG250 TDG315 TDG400 T DG500 TDG630 TDG800 TDG1000 TDG1250 TDG1600 提升高度 5 75m5 80m 输送量 16 1800m3 h24 2080m3 h 1 斗式提升机的特点 1 驱动功率小 采用流入式喂料 诱导式卸料 大容量的料斗密集型布置 在物料提升 陕西理工学院毕业设计 第 2 页 共 41 页 时几乎无回料和挖料现象 因此无效功率少 2 提升范围广 这类提升机对物料的种类 特性要求少 不但能提升一般粉状 小颗粒 状物料 而且可提升磨琢性较大的物料 密封性好 环境污染少 3 运行可靠性好 先进的设计原理和加工方法 保证了整机运行的可靠性 无故障时间超 过 2 万小时 提升高度高 提升机运行平稳 因此可达到较高的提升高度 4 使用寿命长 提升机的喂料采取流入式 无需用斗挖料 材料之间很少发生挤压和碰撞 现象 本机在设计时保证物料在喂料 卸料时少有撒落 减少了机械磨损 5 采用重锤式张紧装置 即可实现自动张紧又可保持恒定的张紧力 避免胶带打滑或 脱链 从而保证机器正常运转 6 对过载的敏感程度大 料斗和牵引件易损坏 1 2 斗式提升机的分类装载和卸载 a 分类 1 按安装方式不同 可分为垂直式 倾斜式 垂直倾斜式 2 按卸载特性不同 可分为离心式 离心重力式 重力式 3 按装载特性不同 可分为掏去式 流入式 4 按牵引件不同 可分为带式 链式 5 按料斗形式不同 可分为深斗 浅斗 鳞斗等 b 装载 斗式提升机在尾部装载 装载的形式有两种 掏取式 如图 1 1 由料斗在物料中掏去装载 掏去主要用于输送粉末状 颗粒状 小块的无摸琢性的散料 由于在掏取物料时不会产生很大的阻力 所以允许料斗的运 行速度较高 为 0 8 2 m s 图 1 1 掏取式 图 1 2 流入式 陕西理工学院毕业设计 第 3 页 共 41 页 流入式 如图 1 2 物料直接流入料斗内 流入式用于输送大块状和磨琢性大的物料 其料斗的布置很密 以防止物料在料斗之间散落 料斗的运行速度较低 一般不超过 a b c 图 1 3 离心式 a 离心重力式 b 重力式 c 1m s c 卸载 斗式提升机在头部卸载 卸载的形式有三种 离心式 a 离心重力式 b 重力式 c 如图 1 3 料斗绕上驱动轮并随传动轮一起旋转时 斗内物料同时受到重力 mg 和离心力 mr 2的作用 它们的合力 N 的作用线始终与传动轮垂直中心线交于一点 p 称为极 点 p 点至传动轮中心的距离 h 称为极距 极距 h 可按下式计算 h 895 n2 1 1 式中 h 极距 m n 传动轮转速 r min 可见 极距 h 的大小只与传动轮转速 n 有关 而与料斗位置及物料特性无关 当传动轮转速 n 一定时 h 为定值 随着 n 的增大 极距 h 逐渐减小 离心力与 重力的比值增大 反之 n 减小 则 h 增大 离心力与重力的比值减小 卸载方式 可根据极距 h 的大小判别 设料斗外缘到传动轮中心的半径为 r1 传动轮半径为 r2 则 1 当 h r1 即极点位于料斗外缘轨迹以外时 见图 1 3a 重力大于离心力 物料将沿斗的内壁移动 这种卸载方式称为重力式卸载 输送小块状的 密度较大的 磨磋性较大的及脆性物料 常采用这种卸载方式 通常用链条作牵引构件 料斗的运 行速度一般为 0 4 0 8m s 可以采用深斗 2 当 h r2 即极点位于传动轮圆周以内时 见图 1 3b 离心力值远大于重力 陕西理工学院毕业设计 第 4 页 共 41 页 值 料斗内的物料将沿着斗的外缘移动并从外缘抛出 这种卸载方式称为离心式卸载 输送干燥的和流动性好的粉状 粒状及小块状物料 常采用这种卸载方式 常用输送 带作牵引构件 料斗的运行速度较高 一般为 1 0 3 5m s 最高可达 5m s 3 当 r2 h r1 即极点位于传动轮圆周以外和料斗外缘轨迹以内时 见图 1 3 c 离心力值与重力值相差不大 物料从料斗内整个物料表面卸出 卸载特性介于离 心式与重力式之间 这种卸载方式称为混合式卸载 这种卸载方式适用于输送潮湿的 流动性差的粉状和粒状物料 牵引构件可用输送带 也可以用链条 料斗的运行速度 为 0 6 1 5m s 陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 41 页 陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 41 页 2 2 传动方案的确定传动方案的确定 2 1 总体方案的选择原则 由于设计的多解性和复杂性 在满足功能的要求外 还应考虑到以下原则 1 机械系统尽可能简单 机械运动链尽量简短 在保证实现功能的前提下 应采用构件数和运动副 数少的机构 从而减轻重量 降低成本 2 尽量缩小机构尺寸 机械的尺寸和重量随所选择的机构类型不同而有差别 在相同的 转动比 下 有的机构结构比较小 3 机构应有较好的动力特性 机构在机械系统中不仅传递运动 同时还要传递动力 因此要选择有较好 的动力学特性的机构 4 机械系统应具有良好的人机性能 任何机械系统都是有人来设计 并用来服务于人 而大多数机械系统都要人 来操作和使用 因此在进行机械设计时 必须考虑人的生理特性 已求得人与机 械系统的和谐统一 2 2 传动方案的设计 传动方案一般用机构简图来表示 它反映运动和动力传递路线和各部件的组成和 连接关系 图 2 1 为本次 设计的方案图 合理的传动方案首先要满足机械的功能要求 例如传递功率的大小 转速和运动 形式 此外 还要适合工作条件 工作环境 场地 工作制度 满足工作可靠 结构 简单 尺寸紧凑粗 传动效率高 维护便利 工艺性和经济性合理等要求 同时满足 这些要求是比较困难的 因此通过分析多种方案来选择能保证重点要求的较好方案 根据以上的选择原则 有一下两种传动方案 方案一 电动机 联轴器 减速器 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 41 页 胶带 滚筒 联轴器 方案一图如下 图 2 1 传动方案图 1 电动机 2 4 联轴器 3 减速器 5 滚筒 6 胶带 方案二 电动机 皮带轮 减速器 胶带 滚筒 联轴器 方案二图如下 图 2 2 1 2 轴 1 轴 3 轴 2 4 3 3 5 6 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 41 页 图 2 2 传动方案图 1 电动机 2 皮带轮 3 减速器 4 联轴器 5 滚筒 6 胶带 将两种方案进行比较 选用方案一做为本次设计的方案 2 1 3 4 5 6 陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 41 页 3 3 TDG400TDG400 总体设计总体设计 3 1 电动机的选择 电动机的选择内容包括电动机的类型 结构形式 功率 额定转矩等 主要是从 功率 转速 适应环境等场活考虑 具体如下 由 机械运输设计使用手册 表 14 42 查得 TDG400 配 sh 料斗 技术参数如下所示 料斗容量 16L 料斗斗距 410mma 每米长度牵引件胶带重量 42 2kg m 料斗的运行速度 1 5m s v 提升高度 80mH MAX H 本次设计取提升高度为 24 997m 查 机械运输设计使用手册 311 页得 提升 机的一系列数据 如表 3 1 表 3 1 提升机的技术参数 斗提机的轴距 c 料斗数提升高度 H 轮廓尺寸 24 99713623 09726 797 输送能力的计算 3 1 v a i Q6 3 式中 输送能力 料斗容量 L Qi 轴距 m 斗运行速度 m s av 填充系数 由表 14 1 取 0 8 按 75 计算 密度 t m 取 1 2 3 数据代入 3 1 得 v a i Q6 3 3 675 0 2 18 05 1 41 0 16 152 t h 表 3 2 提升机的功率参数 陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 41 页 由 机械运输设计使用手册 14 7 式 计算斗式提升机的轴功率公式为 3 2 kso pp cgQ p 3600 式中 为轴功率 kw o p 为挖取功率 kw 查表 3 2 得 取 1 8kw s p 为空载功率 kw 查表 3 2 得 取 3 0kw k p 其它参数如前 代入 3 2 式 得 kso pp cgQ p 3600 28 1 3600 8 9997 242 1152 16 21 kw 电动机功率 3 3 d p o p 其中 为电动机的计算功率 kw d p 为减速器的效率 取 0 96 代入数值 16 89 kw d p o p 96 0 21 16 电动机型号为 Y180M 4 参数如下 表 3 2 表 3 2 Y180M 4 参数 项目功率转速额定转矩质量 Y180M 418 514702 0182 斗宽 mm 160200250315400500630800 空转功率 Pk KW 22233445 物料粒度 0 1mm 0 20 20 30 50 81 22 23 4 物料粒度 0 5mm 0 40 40 71 1 82 74 26 9 挖 取 功 率 Ps KW 物料粒度 0 40mm 0 40 40 91 62 23 658 4 陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 41 页 3 2 滚筒转速和尺寸的确定 因提升机采用离心式卸载方式 因而输送速度应根据斗内物料的重心点的离心力和 重力相等来确定 3 4 GR g m F 2 即 grR 22 2 2 204 0 2 v g v Dg 所以 0 204 0 459 m g D 2 5 1 为了确定传动装置的总的传动比范围 以便选择合适的传动机构和拟定传动方案 可先由已知条件计算其驱动滚筒的转速 即 g n 由 附录八十七查的 取传动滚筒直径为 400mm 尾筒也用同 g D 样的大小 滚筒的长度由胶带的宽度决定 滚筒的转速 71 7r min g g D v n 60 4 014 3 5 160 极距 h 0 174m 2 895 gn 2 7 71 895 因为 h 所以物料做离心卸载 符合要求 2 g D 3 3 传动比的确定 总的传动比 5 20 7 71 1470 g d n n i 因此传动装置的传动比约为 i 20 5 根据传动比值可初步拟定以二级传动 可将减 速器设计为二级展开式减速器 即 21 iii 可取 5 4 1 此传动比没误差 1 i 2 i 5 先取 1 2 1 z z i 18 1 z90 112 izz 取 1 4 3 4 2 z z i20 3 z82 234 izz 陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 41 页 3 4 胶带的参数确定 1 胶带的分类 提升带根据其结构形式和带芯材料可分为 帆布芯提升带 EP 橡胶提升带钢丝绳 芯提升带 PVC 整芯提升带等 各种规格中还有不同等级的抗拉强度 理论计算中安全系数的选择要结合物料特性 装载方式及卸载方式 对于采用挖 料式装载时 主要为粉末状 颗粒状 小块状的无磨琢性的散状物料 挖料时不会 产生很大的阻力 且畚斗间距较大 允许提升带和畚斗的运行线速度较高 一般可以 为 0 8 3 5 m s 同时为避免超载和物料撒落 应使挖取的物料面高度低于拉 紧轮轴所在的水平面 此时安全系数应考虑取中间值 对于容重较大 磨琢性大的物 料 应考虑采用流入式装载方式 畚斗应连续 密集地布置 并取较低的运行线速 度 一般小于 1 0m s 且运动方向应迎向物料流动方向 供料口下缘的位置要高 于拉紧轮轴所在的水平面 此时承受的冲击载荷较大 安全系数应考虑取高值 在提 升产量大 提升高度高 使用频率高的高效提升设备上 应优先选用钢丝绳芯提升 带或高强度的 PVC 整芯提升带 2 胶带的性能要求 提升带作为承受负载的传动带 其性能要求与传统的输送带在织物芯层的选择 橡胶的配方上有很大区别 提升带除了应具有足够的经向 纬向拉 伸强度外 还应该有 定负荷延伸率低 优异的耐磨性 使用寿命长 阻 燃 抗静电 使用过程中安全性高 耐水 油 酸 碱性能优异 防腐蚀 防霉烂 适 用性广 具有优异的螺栓栓固能力 适合畚斗的安装 对于与食品 饲料等有卫生 要求的物料接触时应符合 FDA 卫生安全认证 3 胶带在工作过程中的常见问题及解决办法 A 提升带跑偏 1 提升机在安装时机筒中心线的垂直度偏差过大 要求调整机筒联接法兰 校正 垂直度 2 主动轮轴的水平度偏差过大 垫整轴承座 3 主 从动轮不在一个垂直投影面上 可以将下轴承座改为外伸式轴承座 轴向 或径向移动都很方便 便于安装调节 4 提升带弯曲 更换提升带或将弯曲严重的部分打断重新接头校直 5 头轮为直筒式 物料进料不均匀时出现跑偏 将头轮换成鼓状结构 同时在进 料口处增加节料挡板 陕西理工学院毕业设计 第 13 页 共 41 页 6 增加跑偏 失速监控装置 及时采集设备运行信息 及时检查调整 B 提升带的张紧故障 1 提升带在使用过程中随时间增长而被拉长 首先调节张紧机构 当超出张紧 行程时 提升带未能被张紧 斗式提升机便会发生堵塞 产量降低 传动打滑 严重的会将提升带烧断 针对这些问题可采取 缩带法 去除被拉长部分 重 新调整 2 选择定负荷延伸率低的 PVC 整芯提升带或 EP 橡胶提升带 C 提升带的断裂 1 提升带正常运行时发生断裂属于设计选型问题 应重新计算更换拉伸强度符合 要求的提升带 2 提升带正常运行时接头处断裂是由于接头方式不合理造成的 应将螺钉搭接的 形式改为皮带联接器的形式 提高接头处联接强度 3 超负载异常断裂时 应检查进料口的料量和相关配件的质量及运行情况 及时 调整更换 由 5 31 式 芯层数 3 5 1 22 3 150125 400 150125 G D i 取 3i 胶带的宽度通常比斗宽 25 150 mm 即 150 425 550mm B25 B 其中 为斗宽 mm B 为胶带的宽度 mm B 由 起重机械计算 附录八十七 取胶带宽度 500mm 因此选用钢芯胶带 B 3 5 料斗的参数确定 料斗的提升速度不但影响生产率 还影响卸料 应根据输送物料的不同进行选用 比 事实上 料斗的提升速度是否恰当 不但影响生产率 同时对卸料影响也较大 实验证过低 斗式提升机的产量难以提高 并且 料斗中物料所受离心力较小 主要 受自身重力的作用间距稍大时 部分物料会从头部散落到提升筒体内 而不能被抛向 出料口 影响斗式提升机的生重时甚至会出现堵塞现象 当提升速度过高 有料料斗 绕上上滚筒时 料斗中物料所受离心力于流散性好的物料 部分会被过早地抛出料斗 陕西理工学院毕业设计 第 14 页 共 41 页 与头部机壳碰撞后散落到筒体中 对于流散性料 如潮湿的粉料 部分会贴住料斗外侧 不易抛出造成返料 斗式提升机生产率也会降低 因速度应根据输送物料的不同进行 选用 实践证明 输送干燥 流散性好的物料易倒空 为提高生产率提升速度可选用大 一些 一般以 2m s 为宜 采用离心式卸料 输送潮湿 流散性不良的物料 一般提升 速度以 0 6 一 0 8m s 用离心一重力式卸料 2 应依据物料特性和提升速度选择斗型 并控制单位长度的料斗数量 来保证斗 式提升机 料斗容积的变化 即型号不同 会影响斗式提升机的生产率 在提升带宽度 相同的条件下 容积较大 因此 相同型号的斗式提升机采用深料斗时 生产率较高 但斗型的选择主要依据和提升速度 一般 深料斗用于输送干燥 流散性好的物料 浅料斗用于提升潮湿 流散性不 提升速度较低时可用深料斗 提升速度较高时宜用浅 料斗 这样有利于提高斗式提升机的生产单位长度上料斗数量的多少 也会直接影响 斗式提升机的生产率 同时对料斗的充填系数 从生产率计算公式可以看出 单位长 度上料斗数量越多生产率越高 但另一方面 单位长度量过多 又会降低料斗的充填系 数 使生产率降低 目前大多数斗式提升机采用提高提升速度 位长度上的料斗数量 来保证斗式提升机的生产率 通常输送粉状 颗粒状物料 每米长度安装料斗 输送块 状物料 每米长度上安装 3 一 4 个料斗 从实际使用效果来看 这样的布置是合理的 由于设计 TDG400 料斗宽度为 400 mm 由 运输机械设计手册 表 14 42 可 查的料斗的容量16 斗距为 410mm iL 陕西理工学院毕业设计 第 15 页 共 41 页 陕西理工学院毕业设计 第 16 页 共 41 页 4 4 减速器的设计减速器的设计 减速器的设计主要包括 传动件的设计 齿轮 轴 支撑件的设计 包括箱座 箱盖 轴承的选择等 4 1 相关参数的计算 1 计算各轴转速 min 1470 0 1 rn i n n d d 1 1 2 i n n min 294 5 1470 r min 7 71 1 4 294 2 2 3 r i n n 式中 分别为各轴的转速 r min 321 nnn 分别为各轴传动比 210 iii 为电动机的转速 r min d n 2 计算各轴功率 18 50 98 18 13 KW 11 d pp 18 130 97 17 59 KW 2 P 21 P 17 590 97 17 06 KW 323 PP 式中 为各轴的功率 kw 321 ppp 为电动机功率 kw d p 为联轴器的传动效率 查 机械设计手册 取 0 98 1 1 均为齿轮传动效率 查 机械设计手册 取 0 98 32 32 3 各轴的转矩 19 120 1470 5 18 95509550Nm n P T d d d 陕西理工学院毕业设计 第 17 页 共 41 页 0101 iTT d 98 0 119 120 8 117Nm 3 57197 058 117 12112 NmiTT 9 227197 0 1 4 3 571 23223 NmiTT 式中 分别为各轴的转矩 Nm 321 TTT 为电动机到轴 1 的传动效率 01 为轴 1 到轴 2 之间的传动效率 12 为轴 2 到轴 3 之间的传动效率 23 4 2 齿轮的设计计算 4 2 1 z1 z2 齿轮的计算 1 精度等级 材料和齿数 1 采用斜齿轮传动 因为斜齿轮平稳 没冲击 1 z 2 z 2 精度等级选为 7 级 3 选小齿轮材料为 40 调质 硬度 280HBS 大齿轮的材料为 45 调 r C 质 硬度 240HBS 4 初选小齿轮齿数 18 则 90 1 z 2 z 5 选螺旋角 初选螺旋角 14 2 按齿面接触强度设计 由 机械设计 计算公式 10 9a 进行试算 即 1 2 1 1 3 1 1 H EH ad t ZZ i iTk d 4 1 a 确定公式中的各计算数值 1 试选 1 6 t K 2 由 机械设计 图 10 30 选取区域系数 2 43 H Z 3 由 机械设计 图 10 26 查得 0 75 0 82 1a 2a 4 由 机械设计 图 10 21d 查的小齿轮的接触疲劳强度极限 600M大齿轮的接触疲劳强度极限 550 1limH a p 2limH 取失效概率为 1 安全系数 S 1 由式 10 12 得 陕西理工学院毕业设计 第 18 页 共 41 页 540M a HHN H MP s K 6009 0 1lim1 1 a P 522 5 M a H H MP s KHN 55095 0 2 2lim 2 a P 5 许用接触应力 2 21HHH 540 522 5 2 531 25M a P 6 轴 1 的转矩 117 8N m 1 T 7 由 机械设计 表 10 7 选齿宽系数 1 d 8 由 机械设计 表 10 6 查的材料的弹性影响系数为M 8 189 E Z 2 1 Pa b 计算 1 计算小齿轮分度圆直径 由计算公式得 t d1 3 2 25 1 25 531557 1 1 8 18943 2 15 10178 1 6 12 t d 60 1mm 2 计算圆周速度 v 100060 11 nd t 60000 1470 1 6014 3 4 6m s 3 计算齿宽 b 及模数 nt m 1 60 1 1td db 1 60 mm nt m 1 1 cos z d t mm239 3 18 14cos 1 60 mmmh nt 29 7 239 3 25 2 25 2 24 8 29 7 1 60 h b 陕西理工学院毕业设计 第 19 页 共 41 页 4 计算重合度 tgz d1 318 0 0 31814118tg 1 43 5 计算载荷系数K 已知使用系数 1 A K 根据 v 4 6m s 7 级精度 由 机械设计 图 10 8 查的动载荷系数 1 12 由表 10 4 查得的计算公式如下 V K h K bK ddH 3 22 1023 0 6 01 18 0 12 1 1 12 0 18 1 601023 0 6 01 3 1 42 由 机械设计 图 10 13 查得24 1 F K 由 机械设计 表 10 3 查得 3 1 HH KK HHVA KKKKK 13 142 1 12 1 2 07 6 按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 由 机械设计 公式 10 10a 得 3 3 11 6 1 07 2 1 60 t t K K dd 65 49mm 计算模数 3 53 18 14cos49 65cos 1 1 z d mn mm 3 按齿根弯曲强度设计 由 机械设计 10 17 式得 2 1 2 1 Fad SaFa n z YYCOSYKT m 4 2 a 确定计算参数 1 计算载荷系数 陕西理工学院毕业设计 第 20 页 共 41 页 FFVA KKKKK 3 124 112 1 1 1 81 2 根据纵向重合度 1 43 从图 10 28 查得螺旋角影响系数 94 0 Y 3 计算当量齿数 19 72 3 1 1 cos z zv 14cos 18 3 98 6 14cos 90 cos 33 2 2 z zv 4 查齿形系数 由 机械设计 表 10 5 查得 82 2 1 Fa Y19 2 2 Fa Y 5 查取应力校正系数 由 机械设计 表 10 5 查得 54 1 1 sa Y78 1 2 sa Y 6 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数由 机械设计 式 10 12 得 4 1 s MPa S K FEFN F 57 303 4 1 50085 0 11 1 MPa S K FEFN F 8 238 4 1 380088 22 2 7 计算大小齿轮的 加以比较 F SaFaY Y 0143 0 57 303 54 1 82 2 1 F SaFaY Y 0163 0 86 238 78 1 19 2 2 F SaFaY Y 大齿轮的数值大 设计计算 将数值代入 4 2 式 30 2 0163 0 57 1 181 14 cos94 0 10 8 11781 1 2 3 2 203 n m 对比结果 由齿面接触疲劳强度大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数 则 n m 取已可满足弯曲强度 但为了同时满足接触疲劳强度 需按接触疲劳强度可得0 3 n m 陕西理工学院毕业设计 第 21 页 共 41 页 的分度圆直径 mmd49 65 1 于是由 18 21 3 14cos49 65cos 0 1 1 n m d z 取 则21 1 z105 2 z 几何计算 计算中心距 78 194 14cos2 3 10521 cos2 0 21 n mzz a 将中心距圆整取为 195mm 按圆整后的中心距修正螺旋角 021 25 14 1952 3 10521 arccos 2 arccos a mzz n 因值改变不多 故参数 等不必修正 a K H Z 的参数如下 1 z 2 z 分度圆直径 dmm mz d n 65 25 14cos 321 cos 0 1 1 mm mz d n 325 25 14cos 3105 cos 2 2 计算齿宽 mmdb d 65651 1 圆整后取 mmB65 2 mmB70 1 表 4 1 z1 z2 的参数如下 名 称符号 结果 螺旋角 25 14 法面模数 n m 3 法面压力角 n 20 法面齿顶高系数 an h 1 法面顶间系数 n c 0 25 齿顶高 anna hmh mmh mmh a a 3 3 2 1 陕西理工学院毕业设计 第 22 页 共 41 页 齿根高 nannf chmh mmh mmh f f 75 3 75 3 2 1 分度圆直径 cos zmd n mmd mmd 325 65 2 1 齿顶圆直径 aa hdd2 mmd mmd a a 331 71 2 1 齿根圆直径 ff hdd2 mmd mmd f f 5 317 5 57 2 1 齿宽 B mmB mmB 65 70 2 1 4 2 2 z3 z4 齿轮计算 1 精度等级 材料和齿数 1 采用斜齿轮传动 因为斜齿轮平稳 没冲击 3 z 4 z 2 精度等级选为 7 级 3 选小齿轮材料为 40 调质 硬度 280HBS 大齿轮的材料为 45 调质 硬 r C 度 240HBS 4 初选小齿轮齿数 20 则 82 1 z 2 z 5 选螺旋角 初选螺旋角 14 2 按齿面接触强度设计 由 机械设计 计算公式 10 9a 进行试算 即 1 2 1 1 3 1 1 H EH ad t ZZ i iTk d 4 3 a 确定公式中的各计算数值 1 试选 1 6 t K 2 由 机械设计 图 10 30 选取区域系数 2 43 H Z 3 由 机械设计 图 10 26 查得 0 78 0 84 1a 2a 62 1 4 由 机械设计 图 10 21d 查的小齿轮的接触疲劳强度极限 600M 1limH 大齿轮的接触疲劳强度极限 550 a p 2limH 陕西理工学院毕业设计 第 23 页 共 41 页 取失效概率为 1 安全系数 S 1 由式 10 12 得 540M a HHN H MP s K 6009 0 1lim1 1 a P 522 5 M a H H MP s KHN 55095 0 2 2lim 2 a P 5 许用接触应力 2 21HHH 540 522 5 2 531 25M a P 6 轴 2 的转矩 571 3N m 2 T 7 由 机械设计 表 10 7 选齿宽系数 1 d 8 由 机械设计 表 10 6 查的材料的弹性影响系数为M 8 189 E Z 2 1 Pa b 计算 1 计算小齿轮分度圆直径 由计算公式 4 3 得 t d1 3 2 25 1 25 5311 457 1 1 8 18943 2 11 4 10713 5 6 12 t d 101 9mm 2 计算圆周速度 v 100060 21 nd t 60000 294 9 10114 3 1 57m s 3 计算齿宽 b 及模数 nt m 1 101 9 td db 1 9 101 mm nt m 3 1 cos z d t mm9 4 20 14cos 9 101 mmmh nt 025 119 425 2 25 2 2 9 025 11 9 101 h b 4 计算纵向重合度 陕西理工学院毕业设计 第 24 页 共 41 页 tgz d1 318 0 0 318 1 8914120tg 5 计算载荷系数K 已知使用系数 1 A K 根据 v 1 57 m s 7 级精度 由 机械设计 图 10 8 查的动载荷系数 1 08 由表 10 4 查得的计算公式如下 V K h K bK ddH 3 22 1023 0 6 01 18 0 12 1 1 12 0 18 9 1011023 0 6 01 3 1 43 由 机械设计 图 10 13 查得24 1 F K 由 机械设计 表 10 3 查得 43 1 HH KK HHVA KKKKK 143 143 108 1 2 21 6 按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 由 机械设计 公式 10 10a 得 3 3 13 6 1 21 2 9 101 t t K K dd 113 48mm 计算模数 5 5 20 14cos48 113cos 3 3 z d mn mm 3 按齿根弯曲强度设计 由 机械设计 10 17 式得 2 3 2 2 Fad SaFa n z YYCOSYKT m 4 4 a 确定计算参数 1 计算载荷系数 FFVA KKKKK 陕西理工学院毕业设计 第 25 页 共 41 页 1 81 3 124 108 11 2 根据纵向重合度 1 89 从图 10 28 查得螺旋角影响系数 84 0 Y 3 计算当量齿数 21 89 3 3 1 cos z zv 14cos 20 3 89 7 14cos 82 cos 33 4 2 z zv 4 查齿形系数 由 机械设计 表 10 5 查得 72 2 1 Fa Y2 2 2 Fa Y 5 查取应力校正系数 由 机械设计 表 10 5 查得 57 1 1 sa Y78 1 2 sa Y 6 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数由 机械设计 式 10 12 得 4 1 s MPa S K FEFN F 8 238 4 1 380088 22 2 7 计算大小齿轮的 加以比较 F SaFaY Y 0141 0 57 303 57 1 72 2 1 F SaFaY Y 0164 0 86 238 78 12 2 2 F SaFaY Y 齿轮的数值大 4 z 按设计计算 代入公式 4 4 得 4 z 45 3 0164 0 62 1 201 14 cos84 0 10 3 57181 1 2 3 2 23 n m 对比结果 由齿面接触疲劳强度大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数 则 n m 取已可满足弯曲强度 但为了同时满足接触疲劳强度 需按接触疲劳强度可0 4 n m 得的分度圆直径 mmd48 113 1 于是由 陕西理工学院毕业设计 第 26 页 共 41 页 2 27 4 14cos48 113cos 0 3 1 n m d z 圆整后取 则27 3 z110 4 z 几何计算 计算中心距 mm mzz a n 4 282 14cos2 4 11027 cos2 0 43 将中心距圆整取为 mm284 按圆整后的中心距修正螺旋角 043 9 14 2852 4 11027 arccos 2 arccos a mzz n 因值改变不多 故参数 等不必修正 a K H Z 的参数如下 3 z 4 z 分度圆直径 dmm mz d n 112 9 14cos 427 cos 0 3 3 mm mz d n 456 9 14cos 4110 cos 4 4 计算齿宽 mmdb d 7 111651 3 圆整后取 mmB115 4 mmB120 3 表 4 2 斜齿轮 的参数如下 3 z 4 z 名 称符号 结果 螺旋角 9 14 法面模数 n m 4 法面压力角 n 20 法面齿顶高系数 an h 1 法面顶间系数 n c 0 25 齿顶高 anna hmh mmh mmh a a 4 4 4 3 齿根高 nannf chmh mmh mmh f f 5 5 4 3 陕西理工学院毕业设计 第 27 页 共 41 页 分度圆直径 cos zmd n mmd mmd 456 112 4 3 齿顶圆直径 aa hdd2 mmd mmd a a 464 120 4 3 齿根圆直径 ff hdd2 mmd mmd f f 446 102 4 3 齿宽 B mmB mmB 115 120 4 3 4 2 3 齿轮的结构设计 通过齿轮传动的强度设计计算后 只要确定出齿轮的主要尺寸后 如尺寸 模数 齿宽 螺旋角 分度圆直径就可以对齿轮的结构设计 齿轮的结构设计与几何尺寸有关 进行结构设计时必须考虑各方面因素 通常是 先按齿轮的直径大小 选定合适的结构形式 然后在根据经验数据 进行结构设计 对于直径很小的齿轮 例如圆柱齿轮 若齿根圆到键槽底的距离 小于 2时 e t m 要将齿轮与轴做为一体 称齿轮轴 若 值超过上述尺寸 则齿轮与轴分开制造为合理 e 当齿顶圆直径 可做成实心结构的齿轮 也可做成腹板式 当齿轮 a dmm160 齿顶圆 500mm 可做成腹板式结构 腹板上的孔的数目按结构尺寸大小及需要 a d 而定 当齿轮齿顶圆直径 400 1000mm 可做成轮辐截面为 十 字形的轮辐式结 a d 构的齿轮 齿轮 对于齿轮 由于尺寸太小 设计时做成齿轮轴 1 z 1 z 齿轮 齿顶圆 160 mm 设计成腹板式 2 z 齿轮 齿顶圆小于 160mm 设计成实心齿轮 3 z 齿轮 齿顶圆大于 160 mm 设计成腹板式结构 4 z 例如对齿轮设计如 图 4 1 所示 2 z 陕西理工学院毕业设计 第 28 页 共 41 页 图 4 1 4 2 4 齿轮的润滑 齿轮在传动时 相啮合的齿面有相对滑动 因此就要发生摩擦和磨损 增加动力 的消耗 降低传动效率 特别是高速传动 就更需要考虑齿轮润滑 齿轮啮合面间加 注润滑剂 可避免金属直接接触 减少摩擦 还可以散热及防腐 因此对齿轮传动进 行适合的润滑 可大大的改善齿轮的工作情况 齿轮的润滑方式 开式及半开式齿轮传动 或速度较低的闭式齿轮传动 通常人 工做周期性润滑 所用润滑剂为润滑油或润滑脂 通用的闭式齿轮传动 其润滑方法根据齿轮的圆周速度大小而定 当齿轮的圆周 速度小于 12 米时 常将大齿轮的齿浸入油池中进行润滑 这样齿轮传动时 就把油带 到啮合面上 同时也将油摔到箱壁上 给散热 齿轮浸油的深度可以齿轮的圆周速度 而定 对圆柱齿轮通常不超过一个齿高 但一般不超过 10mm 属于闭式圆柱齿轮传动 因此设计时采用浸油润滑 油的高度不超过一个齿 4 3 轴的设计 轴的设计都是初步完成结构设计后进行校核计算的 进行轴的强度校核时 应 陕西理工学院毕业设计 第 29 页 共 41 页 根据轴所受的具体载荷及应力 采取相应的计算方法 并恰当的选取其许用应力 对于承受转矩的的轴 传动轴 应按扭转强度条件计算 对于只承受弯矩的轴 心 轴 应按弯曲强度设计计算 对既受弯矩有受扭矩的轴 转轴 应根据弯扭合成的 条件进行计算 本设计主要都是传动轴 轴所用材料均为 45 按扭矩强度计算 轴的强度计算公式如下 T T t nd P W T 3 2 0 9550000 4 5 式中 扭转切应力 T a MP 轴所受的扭矩 TNmm 轴的抗扭截面系数 T W 3 mm 轴的转速 nmin r 轴传递功率 PKW 计算截面处的直径 dmm 许用扭转切应力 T a MP 由式 4 5 可得轴的直径 3 33 2 0 9550000 2 0 9550000 n P n P d TT 4 6 3 0 n P A 式中可按 机械设计 表 15 3 查得 0 A 4 3 1 各轴的设计计算 查 机械设计 表 15 3 查得 126 0 A 将相关参数代入式 4 6 得 126 1 d3 1 1 0 n P A 3 1470 13 18 29 3mm 取轴 1 的直径为 40mm 陕西理工学院毕业设计 第 30 页 共 41 页 126 2 d3 2 2 0 n P A 3 294 59 17 49 28mm 取轴 2 的直径为 55mm 3 d 3 3 3 3 0 7 71 06 17 126 n P A 78 89 mm 可取轴 3 的直径为 85mm 4 3 2 各轴的结构设计 轴的结构设计包括确定轴的形状 轴的径向尺寸和轴向尺寸 1 确定轴的径向尺寸和结构 确定轴的径向尺寸时 要在初估直径的基础上 考虑轴承型号选择 轴的强度 轴上零件的定位与固定等 1 初选轴承型号 2 保证轴有足够的强度 首先 应考虑受载较大的轴段 通常是轴上各受力 点附近的轴段 装传动零件的轴段 3 为了便于轴上零件的装拆 常做成阶梯轴 径向尺寸逐段变化 4 综合考虑轴上零件的定位 固定和减少轴的应力集中 这是决定阶梯轴相 邻直径变化大小的重要因素 2 确定轴向尺寸 轴的轴向尺寸主要决定轴上传动及支承件的轴向宽度及轴向位置 并应 考虑有利提高轴的强度和刚度 1 传动件在轴上的固定可靠 与传动件相配合的轴段长度由与其轮毂宽度决定 当传动件用其他零件 顶住来实现轴向定位时 该轴段的配合长度应比传动件的轮毂宽度捎短 当 用平键连接时 键应较配合长度捎短 并布置在偏向传动件装入的一侧 2 置应尽量靠近传动轴 为了减少轴的弯矩 以提高轴的强度和刚度 轴承应尽量靠近传动件 当轴上的传动件都在两轴承之间时 两轴承跨度应尽量小 若轴上有悬伸传动 件时 应该使一轴承尽量靠近它 轴承支点跨度应适当增加 陕西理工学院毕业设计 第 31 页 共 41 页 3 应便于零件的拆装 当轴上零件彼此靠的很近时 则不利于零件的拆装 要适当的增加有关 轴段的轴向距离 根据上述设计的原则 设计的轴如下所示 1 轴 1 的设计 如图 4 2 图 4 2 轴 1 的结构 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 按轴的强度校核轴 1 的最小直径大于 29 有由于 I 处左端需要装轴承 因取内径 为 40 的轴承 取此处直径为 40 长度根据结构确定 取 210 II 处装齿轮 因齿轮直 径太小 因而做成齿轮轴 齿轮的宽度为 70 III 处也装内径为 40 轴承 III 处直径 为 40 IV 处装套筒轴向定位 轴肩通常为 0 01 0 1 d 可取 2 5 V 处装联轴器 取直径为 30 长 43 2 轴 2 结构 如图 4 3 陕西理工学院毕业设计 第 32 页 共 41 页 图 4 3 轴 2 的结构 按轴的强度校核轴 1 的最小直径