理料机的传动装置设计

1、机械设计基础课程设计 设计题目：理料机的传动装置设计机械与运载工程学院12机自4班设计者：吕健学 号：201204010412指导教师：刘江南二一五年三月二十四日目 录一、设计任务书1二、三、总体设计计算1. 电机型号选择2. 各级传动比分配3. 各轴的运动参数和动力参数（转速、功率、转矩）计算 四、齿轮传动设计计算 五、轴系零件设计计算 1. 高速/低速轴的设计计算 （初估各轴最小直径、受力、弯矩、强度校核、刚度校核等）2. 滚动轴承的选择与寿命校核计算 3. 键连接的强度校核计算 4. 联轴器的选择 六、润滑和密封方式的选择 七、箱体及附件的结构设计和选择 八、设计总结 参考文献 一、设计

2、任务书1、设计课题理料供送机构机传动装置设计如图1所示，理料供送机如图所示，在原训练课题机械系统传动方案的基础上，对带传动、蜗杆传动、齿轮传动、链传动重新进行设计计算，并对蜗杆、齿轮传动进行闭式结构设计（含机箱设计）。设备工作条件为室内工作，连续单向运转，载荷平稳，每日三班，工作10年，车间有三相交流电源。 图1 理料供送机2、设计任务与要求课程设计要求选择电动机型号，分配总传动比，计算各轴的转速、输入输出功率。对齿轮传动进行设计计算，选择联轴器，对减速器进行结构设计。本人设计的原始数据：1. 最小轴径：18mm 轴的功率：538w 轴的转速：930r/min上箱体高：60mm 下箱体高：10

3、0mm 浸油深度：61mm箱体壁厚：8mm2. 齿轮分度圆直径：d1=42.5mm，d2=155mm 轴承座：最大外径：95mm 最大内径：55mm 厚度：33mm本人独立完成的具体任务是：1) 小齿轮轴的设计计算 2）蜗杆蜗轮变速箱机箱的设计计算二、传动方案修改1. 把齿轮变速箱和蜗轮蜗杆箱分别做成两个独立箱体；2. 在蜗杆轴与小齿轮轴之间加弹性套柱销联轴器；3. 在两个箱体上加上所需的轴承；4. 将涡轮上端的轴承移到机箱座凸台上；5. 把齿轮减速箱的小齿轮做成齿轮轴。如图2 图2（设计过程及计算说明）三、总体设计计算1、电机型号选择（1）电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机（2）电动机

4、功率选择7级精度圆柱齿轮传动效率:0.98V带传动效率:0.94链传动(开式)效率:0.90滚动轴承:球轴承:0.99 滚子轴承:0.98弹性联轴器:0.99带式输送机:0.96蜗杆传动:0.45传动装置的总功率：电机所需的工作功率：P工作=400/0.99/0.96/0.99/0.99/0.98/0.99/0.99/0.94+100/0.98/0.90/0.99/0.99/0.98/0.99/0.99/0.94+500/0.45/0.94 =1784.5w 初步选定Ped=2.2Kw（3）确定电动机转速计算滚筒工作转速：根据设计要求蜗杆转速n=992n/min按课本推荐的传动比合理范围，圆柱

5、齿轮传动一级减速器传动比范围ia=36。V带传动比i1=24，则总传动比范围为ia=624。故电动机转速的可选范围为nd=ia×n筒=1984 3968 r/min，符合这一范围的同步转速，并且额定功率为 2.2 Kw的有x种电动机型号型号功率(Kw)同步（r/min）满载（r/min）重量（kg）1Y90L-22.230002840252Y100L1-42.215001440343Y112M-62.21000940454Y132S-82.275071066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，可见第2种比较适合，则选n=1500r/min 。（

6、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Y100L1-4 。其主要性能：额定功率： 2.2 Kw，满载转速 1440 r/min，额定转矩 14590 N·mm 。质量 34 kg。2、计算总传动比及分配各级的传动比 分配各级伟动比据指导书，取齿轮i带=62/17（单级减速器i=36合理）取蜗杆蜗轮i=153、各轴运动参数及动力参数计算 设电动机轴为0轴，减速器高速轴为轴，低速轴为轴。（1）计算各轴转速（r/min）n0=n电机= 1500 r/minnI=n0/i带= 1500 / （50/31） = 930 (r/min)nII=nI

7、/i齿轮= 930 / （62/17） = 255 (r/min)（2）计算各轴的功率（Kw）P0=P工作= 2.2 KwPI=P0×带= 2.2 × 0.96 = 2.112 KwPII=PI×轴承×齿轮=2.112×0.99×0.99×0.99×0.99×0.99×0.98 =1.97Kw-0.5/(0.45×0.99×0.99) Kw=0.54Kw（3）计算各轴扭矩（N·mm）T0=9.55×106P0/n0=9.55×106×2

8、.2/1500 = 14006 N·mmTI=9.55×106PI/nI=9.55×106×2.112/930 =21687N·mmTII=9.55×106PII/nII=9.55×106×0.54/255 =193134N·mmn滚筒= 1500r/min Ped=2.2KW电动机型号Y100L1-4 i带=50/31i齿轮=32/17n0= 1500 r/minnI = 930 r/minnII= 255 r/minPo= 2.2 KwPI= 2.112 KwPII= 0.54 KwT0=14006

9、NmmTI=21687 NmmTII=193134 Nmm四、齿轮传动设计计算 1选择齿轮材料及精度等级根据设计任务要求，齿轮采用标准斜齿轮硬齿面。小齿轮选用20Cr（渗碳后淬火），齿面硬度为60HRC。大齿轮选用20Cr（渗碳后淬火），齿面硬度为59 HRC；根据教材表10- 6 ，暂选7级精度。2 初步选取主要参数初选螺旋角=14º压力角=20º取小齿轮齿数Z1=17 。由i齿轮=62/17 ，则大齿轮齿数：623. 按齿面接触疲劳强度设计d12kT1(u+1)(ZEZHZ/ H)2/(du)1/3a) 输入功率和转矩齿轮机构输入功率：P1=0.54Kw齿轮机构输入转矩

10、：T1=9.55×106×P1/n=9.55×106×0.54/255=21687N·mm b) 各系数取载荷系数k= 1.3 材料弹性影响系数：ZE=189.8区域系数：ZH=2.5重合度系数： =1.88-3.2(1/Z1+1/Z2)= 1.725 Z= 0.87 c) 许用接触应力H 查教材H= HlimZNT/SH由教材查得：HlimZ1= 600Mpa HlimZ2= 550 Mpa 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=1.0H1=Hlim1/SH= 600 /1.0Mpa= 600 MpaH2=Hlim2/SH

11、=550 /1.0Mpa= 550Mpa所以计算取H=550 Mpa故得：d12kT1(u+1)(ZEZHZ/H)2/(du)1/3 = 23mm初估模数：m = 2.2 mm根据教材表取标准模数：m= 2.5 mm。4校核齿根弯曲疲劳强度根据教材F=2kT1/(bd1z1)YFsYH确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mz1= 2.5 × 17 = 42.5 mm d2= mz2= 2.5 × 62 = 155 mm齿宽：b=dd1 = 46 mm 取b2= 46 mm ，则b1= b2+5= 51 mm齿形系数YFa和应力修正系数YSa根据齿数z1= 17 ，z2= 6

12、2 由表得YFs1=2.65 YFs2= 2.23 重合度系数：Y=0.688许用弯曲应力F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 /SF= 600/1.25Mpa= 480 MpaF2=Flim2/SF = 550/1.25Mpa= 440 Mpa计算大小齿轮YFs/F故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够。5计算齿轮传动的中心距a及其他主要几何参数a=m/2(z1+z2)= 2.5 /2( 62 + 17 )= 98.75 mm，z1= 17 z2=62 u =62/17d =1.1 T1= 21687NmmHlimZ1=600 MpaHlimZ2= 550Mpa

13、 H1= 600 MpaH2= 550 Mpad1 23 mmm= 2.5 mm a = 98.75 mmd1= 42.5 mmd2= 155 mmb1= 46 mmb2= 51 mm精度等级7 级五、轴系零件设计计算1、高速轴/低速轴的设计计算（1）选择材料和热处理方法选用45钢调质处理，硬度217255HBS。（2）按扭矩初算轴径P= 0.54 Kw，n= 930 r/min。查表 15 -2 得 C=120，d10mm考虑有键槽，将直径增大5%，则dmin= 10 ×(1+5%) = 10.5 mm选dmin= 10.5 mm。（3）轴的结构设计确定轴各段直径和长度从最右端算起

14、： 第一段： d1= 30 mm 长度取L1= 25 mm 第二段：考虑到齿轮与内壁面的安全距离 L2=8 mm，d2=35； 第三段：这一段是小齿轮，小齿轮的宽度为51，所以L3=51 mm； 第四段：同样的，考虑到齿轮与内壁的安全距离，故取L4= 8 mm，d4=35 mm； 第五段：d5=30，L5=25mm； 第六段：考虑到链轮与联轴器之间可能会发生干涉，所以取L6=70 mm，d6=25 mm； 第七段：这里与联轴器相连，d7=18 mm，L7=42 mm。c)按弯扭合成强度计算，建立下图数学模型（应参考教材图14-17，另绘当量弯矩图，） 分度圆直径：已知d1= 42.5 mm转矩

15、：已知T1= 21687N mm求圆周力：FtFt=2 T1/d1 = 1020 N求径向力FrFr=Ft·tan= 1020 ×tan200= 371 N轴承的径向支撑反力水平面的径向支撑反力： FHA= F tL1- F0L2 )/L3= 456 NFHB= F0 F tFHA= 456 N垂直面的径向支撑反力：FVA=FVB=Ft2/2= 456 N截面C在垂直面弯矩为MC1= FVA L= 456 × 56 ×10-3= 25.5 N·m截面C在水平面上弯矩为：MC2= FHA L= 456 ×56 ×10-3= 2

16、5.5 N·m计算合成弯矩MC=(MC12+MC22)1/2=( 25.5 2+ 25.5 2)1/2= 36.1 N·m转矩：T1= 46 Nm计算当量弯矩：因为轴式单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 Mec=MC2+(T)21/2= 48 N·m校核危险截面C的强度e=Mec/（0.1d）= 1.21 Mpa<-1b= 55 Mpa该轴强度足够。2、滚动轴承的选择及寿命校核计算 (1)计算轴承预计寿命 根据根据条件，轴承预计寿命10×365×24=87600小时(2) 计算当量动载荷已知nI=255 r/min，由于有轴向力，选用7类

17、角接触球轴承。查机械设计（第九版）表13-6，fd=1.01.2，取fd=1.2查机械设计（第九版）表13-7，fd=efr查机械设计（第九版）表13-5，X=1，Y=0(3)计算基本额定动载荷值 查表得深沟球轴承=10/3，(4) 初选轴承型号 查GB/T 272-2007，选择C=16.5kN的6303轴承(5) 验算轴承的寿命 此轴承的基本额定静载荷C0=10.5kN P=487.8N 因此所选轴承符合要求。3、键联接的选择及强度校核计算(1) 带轮与高速轴连接采用平键联接轴径d1=25mm,L1=38mm查手册得，选用C型平键，得：键C 8×32 GB1096-79 l=L1

18、-b/2=32-4=28mmTI=1.16×105 Nmm h=7mmp=4T/dhl=4×1.16×105/(25×7×28)=94.69Mpa<p(110Mpa)（2）高速/低速轴与齿轮连接用平键联接轴径d2=60mm L2=50mm TII=5.42×105 Nmm查手册P51 选用A型平键键18×50 GB1096-79l=L2-b=50-18=32mm h=11mmp=4T/dhl=4×5.42×105/(60×11×32)=102.7Mpa<p（3）低速轴与联轴

19、器连接用平键联接轴径d1=42mm,L1=72mm查手册得，选用C型平键，得：键C 12×72 GB1096-79 l=L1-b/2=72-6=66mmTII=5.42×105 Nmm h=8mmp=4T2/dhl=4×542000/(42×8×66)=97.76Mpa<p(110Mpa)4、联轴器的选择因为T=KAT=1.4×9.55×106×3.875×0.99/314=7.588×105 N·m 查标准GB/T/5014-23，选用LX4型弹性柱销联轴器，半联轴器产度l1=

20、84mm，轴段长度L1=80mmdmin= 10.5 mmd1= 30 mmL1= 25 mmd2= 35 mmL2= 8 mmL3= 51 mmd4= 35 mmL4= 8 mmd5= 30 mmL5= 25 mmd5= 25 mmL5= 70 mmd5= 18mmL5= 42mm 键 18×50p=102.7Mpa键C 12×72p =97.76Mpa六、润滑与密封方式选择 因为齿轮的圆周速度V=d1n1/60×1000=3.14×155× 255 /(60×1000)= 2.07 m/s，所以齿轮选用浸油润滑油润滑。轴承选用脂润

21、滑七、箱体及附件的结构设计和选择1、箱体的主要尺寸： 因箱体为铸造箱体，故根据工艺要求，选择主要尺寸参数如下： (1)箱座壁厚z0.025a+1 取z= 8 mm (2)箱盖壁厚z10.02a+1 取z1= 8 mm (3)箱体凸缘厚度箱座：b=1.5z=12 mm 箱盖：b1=1.5 z1=12 mm 箱底座：b2=2.5z =20mm (4)加强肋厚 箱座：m=0.85z= 7mm箱盖：m1=0.85z1=7mm (5) 地脚螺钉直径df=取12mm (6) 地脚螺钉数目n=4 (因为a<250) (7) 轴承旁连接螺栓直径d1=8mm (8) 盖与座连接螺栓直径 d2=8mm (9) 观察孔盖螺钉d4=6mm (10) 凸台高度：根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。 (11) 齿轮顶圆与内箱壁间的距离：10mm2、润滑与密封1、齿轮的润滑采用浸油润滑，由于为单级圆柱齿轮减速器，速度v<12m/s，当m<20 时，浸油深度h约为1个齿高，但不小于10m