【某粮食输送机传动系统的设计计算分析案例5700字】

某粮食输送机传动系统的设计计算分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u32146某粮食输送机传动系统的设计计算分析案例 1177581粮食输送机传动系统的设计计算 262741.1电动机的选用 2149531.1.1电机类型的确定 2291661.1.2选择电动机的容量 3261451.2计算总传动比并分配各级传动比 486891.2.1计算总传动比 4110651.2.2分配各级传动比 419031.4减速器齿轮的设计 5164001.2.1高速级齿轮传动的设计计算 5199841.2.2低速级齿轮传动的设计计算 9238952设计计算 984181.5轴的设计 10272821.5.1轴的材料 10223311.5.2轴径的初步估算 11245771.5.3轴的结构设计 1155331.5.4按弯扭合成进行轴的强度校核 124213(1)对轴I(输入轴)进行校核 12272891.6本章小结 15253672粮食输送机其他部件的设计分析 16286902.1机架 1610742.2联轴器的选用 16315642.2.1高速轴联轴器 1634532.2.2低速级联轴器的选择设计 17313952.3粮食输送机的变速 18269952.1.1plc的发展 18219942.1.2PLC变速控制系统 191粮食输送机传动系统的设计计算1.1电动机的选用1.1.1电机类型的确定很多人一碰到电动机的转型就头疼，其实电机的选型还是很有规律的，只要把握住方法，选择电动机的类型是非常方便的。首先选电动机第一考虑就是应用场合，应用场合分为几个方面去考虑：首先需要使用电机的设备，他对运动的精度要求高不高，如果要求很高，比如是精密的机床设备，那么我们必须要使用伺服电机，如果是简单的农用机械，只要输出转速就行，那么就选用异步电机即可。第二个要考虑的是电机供电，比如有的设备只能提供直流电，那么必须使用直流电机，这样交流电机就被排除了，反之也是一样的。第三个要考虑的是经济型，所谓好马配好鞍，高精密的设备选用的肯定是价格高的精密电机；经济型的设备选用的往往都是价格低廉的电机。经济性在实际应用中很多人都会考虑，因为没有人会愿意在电机的类型上花冤枉钱。正因为这种心态的作祟，很多人就一味追求电机的经济性，而对于电机的性能则能省就省，这样就会造成很多设备使用一段时间以后电机故障频发。这种功利的心理在科学严谨的电机选型上是不允许存在的。考虑完应用场合以后再来看电机的功率和输出转速是否合乎要求，很多人会把选择电机功率与选择电机的类型划上等号，甚至有的人选择电机时只看电机的功率，只要发现电机功率满足要求就选它，这种简单粗暴的选择方式缺乏科学严谨。科学的选择方法是电机额定功率在满足要求情况下，再放适当的余量，避免电机过载烧毁。电机的额定转速也是比较重要的，对于电机的选型而言，额定转速必须要满足要求，比如旋翼飞行器额定转速要达到五六千专才行。而普通机械一般只要求输出一千多转。额定转速满足要求时，还要考虑到电机耐热性、绝缘性等。我们按照上述这些选择电机的要求和步骤，同时结合本设计工作要求，选择Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。1.1.2选择电动机的容量工作所需的功率： （3-1）=FV/（1000）所以：=FV/（1000η）式中电动机的工作功率kw总效率为：η=...式中、、、、分别为齿轮传动、卷筒、轴承、联轴器的效率。取=0.97、=0.96、=0.98、=0.99则：η=0.972×0.96×0.984×0.992=0.817（3-2）所以：==（3-3）为了防止实际使用超过载荷，要适当放宽安全余量。查《机械零件设计手册》取电动机的额定功率为110kw。查电机标准选择型号为Y315S-4（实物如下图3-1所示）,所选电动机的额定功率P=110kw，满载转速n=1480r/min。图3-1Y315S-4电动机实物图1.2计算总传动比并分配各级传动比1.2.1计算总传动比==22.79（3-4）1.2.2分配各级传动比推荐高带级传动比。基本传动结构简图如下图3-2所示。图3-2传动简图1.4减速器齿轮的设计1.2.1高速级齿轮传动的设计计算1.选择材料、齿轮精度等级、类型及齿数齿轮和轴作为传动系统中关键的零部件，他们是直接传递动力和扭矩的，可以说是传动系统中的中流砥柱。所以他们使用的材料都是有讲究的，强度刚度要满足要求自然不用说，另外还要有一定的韧性要求。一般情况下作为轴来说45号钢和它的老搭档40Gr都是非常合适的材料，之所以这些材料常用，是因为他们的性价比高，调制过后的综合力学性能非常好价格也不贵。所以对于大部分没有特殊要求的轴来说，都可以使用他们来制造，当然也有一些工作在极端恶劣条件下的轴，之所以说这些轴工作条件恶劣，不单单是因为它和其他的轴一样承受弯矩和扭矩，而且还要承受不断的交变载荷。交变载荷对于机械部件来说是一个很大的考验，很多零部件没有经受过这样的考验，时间一长磨损特别严重，有的甚至就直接断裂了。断轴在机械传动中是非常危险的，除了影响机械本身正常工作以外，有的可能会酿成大的事故，所以十分危险。对于这些特殊的轴，自然要用特殊的办法，首先要使用韧性好的材料，一般是合金钢表面渗碳，这样的轴内部是合金钢具有充足的韧性，即使是不断的交变载荷也不会出现断裂，外部渗过碳以后非常硬不容易磨损。齿轮和轴由于有太多的相似之处，所以轴用的材料齿轮也可以用，轴用的热处理齿轮也需要，轴能用的办法齿轮照样可以用。也就是说常规的齿轮用45钢或40Gr，要求高的齿轮用合金钢加热处理。本设计当高速轴需要承受一定的振动和冲击，所以齿轮采用40Cr调制，齿面硬度为4855HRC。高速轴传动，我们选用的是携程传动，齿数为=18，大齿轮的齿数为==取。初选螺旋角2按齿面接触强度设计（3-5）（1）确定式中的各计算数值1).试选=1.62).小齿轮传递的转矩即=511.05Nmm3).由《机械设计手册》图10-30,选取区域系数=2.4234)查《机械设计手册》得=0.78=0.89则=+=0.78+0.89=1.675).齿宽系数，取值=0.8。6）查《机械设计手册》，查得材料的弹性影响系数=188.9。7）计算应力循环次数。=60×（3-5）=60×1480×1×(8×300×5)=1.06×===1.93×（3-6）8)计算接触疲劳选用应力。查《机械设计手册》，得=0.96；=0.98由式(10-12)，=得：==0.96×1100/1=1056MPa（3-7）==0.98×1100/1=1078MPa（3-8）故取==1067MPa（2）设计计算1)计算小齿轮的分度圆直径，=mm=62.45mm（3-9）2)计算圆周速度==2.99m/s（3-8）3)计算齿宽b及模数b==0.862.45=51.56mm（3-9）===1.47mm（3-10）h==2.25=2.251.47=7.8mm（3-11）b/h=51.56/7.8=6.614)计算纵向重合度=0.318=0.3180.818tan=1.1425)计算载荷系数k《机械设计手册》，得到载荷系数K==11.141.21.29=1.776)按实际分度圆直径得=62.45=66.65mm7)计算模数===1.59mm（3-12）1.按齿根弯曲强度设计（3-13）(1)确定式中计算参数1)计算载荷系数由上面的可知=1=1.14;由《机械设计手册》10-3查得=1.2，=1.22K==11.141.21.24=1.696（3-14）2)根据纵向重合度=1.142,螺旋角影响系数=0.853）计算当量齿数==19.7（3-15）==108.37（3-16）4)查齿表系数，得=2.80=2.185)查取应力校正系数，得=1.55=1.796)由《机械设计手册》10-20d查得齿轮的弯曲疲劳极限=620MPa7)由《机械设计手册》10-18，取弯曲疲劳寿命系数=0.88=0.918)计算弯曲疲劳许用应力（取弯曲疲劳安全系数S=1.4）得===389.7MPa（3-17）===403MPa（3-18）9)计算大小齿轮的并加以比较==0.0114（3-19）==0.00968（3-18）(2)设计计算=1.30mm（3-19）=18.49取=18，则=u=5.4918=98.82取=992.几何尺寸计算（1）计算中心距a==（3-20）将中心矩圆整为210mm(2)按圆速后的中心矩修正螺旋角=（3-21）==因值改变不多，故、、参数等不必修正。（3）计算大、小齿轮的分度圆直径===62.6mm（3-22）=355.38mm（3-23）（4）计算齿轮宽度b==0.8=51.68mm圆整后取=52mm=57mm1.2.2低速级齿轮传动的设计计算低速级齿轮材料仍然为40，并经调质及表面淬火，齿面硬度为4855HRC。小齿轮的齿数=21，大齿轮的齿数为=214.51=92.71取=95。2设计计算（1）计算大、小齿轮的分度圆直径===91.2mm==412.2mm（低速轴大齿轮结构如下图3-2所示）（2）计算中心距a==252.7（3-24）（3）计算齿轮宽度b==0.8=70.08mm圆整后取=70mm=75mm图3-2低速轴大齿轮1.5轴的设计下面我们对低速级和高速级的齿轮进行的计算，下面我们对减速器的三根轴也就是高速轴、中间轴和低速轴进行计算。1.5.1轴的材料轴的选材与小齿轮相同为40，调质处理。1.5.2轴径的初步估算（3-25）由《机械设计手册》15-3得，=11297取=110轴=1\*ROMANI：==41.45mm轴=2\*ROMANII:==71.9mm轴=3\*ROMANIII:==116.81mm避免键槽对轴的削弱，还要增加5%~7%。所以有：41.45(1+7％)=42.3571.9(1+5％)=75.50116.8(1+5％)=122.64将上面三轴的计算结果取整，初步估定三轴的最小直径如下：=48mm=80mm=125mm1.5.3轴的结构设计除了结构要考虑多方面，首先要满足减速器乃至粮食输送机的工作要求，其二要便于加工，方便制造。下面分别是减速器低、中、高速三轴的结构，如图3-3所示。A高速轴结构简图B中间轴结构简图C低速轴结构简图图3-3低速轴、中间轴和高速轴的轴结构简图1.5.4按弯扭合成进行轴的强度校核(1)对轴=1\*ROMANI(输入轴)进行校核1.计算作用在轴上的力轴=1\*ROMANI上高速级齿轮为斜齿轮，==15.8KN（3-26）==5.9KN（3-27）tan=15.8tan=1.59KN（3-28）2.求支点反力根据静力学平衡条件得：A支点反力：=10.42KN=1.89KNC支点反力：=5.38KN=2.01KN1.作弯矩图如图，c水平面弯矩图：B截面处的弯矩最大。=739.82Nme垂直面弯矩图：B截面处的弯矩最大。=276.2Nm=161.33Nm轴向力所产生的转矩为：Ma===116Nmf合成弯矩图：（3-29）==789.70Nm==757.63Nm2.作扭矩图T=511.05Nm6.作当量弯矩图当量弯矩为：=取=0.3则==772.99Nm7.校核轴的强度（3-30）===48.37MPa由《机械设计手册》15-1，得40的许用弯曲应力为=70MPa校核结果：<=70MPa,输入轴强度满足要求。根据以上的计算，作轴的载荷分析图如下3-4：图3-4输入轴的载荷受力分析图对其他的轴的校核上面我们分析的是高速轴，下面的中、低速轴方法相同，所以就不展开赘述了。设计完成的减速器如下图3-5所示。到这里粮食输送机的传动系统就设计完成了。图3-5粮食输送机齿轮减速器结构图1.6本章小结本章节完成了粮食输送机的传动系统设计计算，首先选择了电动机，另外拟定了传统路线，然后重点对传动系统中的关键部件，尤其是减速器进行了详细的设计。到这里粮食输送机的主要部件和传动系统就设计完成了，下面对其他部件进行设计分析。4粮食输送机其他部件的设计分析2.1机架粮食输送器的机架结构第2章节分析过了，采用Q235型材焊接，其机架为头架、尾架、中间架和驱动装置架，标准中间架长6米，非标准中间架长为3米到6米不等，中间机架宽度最窄处是300毫米，最宽处是500毫米。本设计的机架结构如下图4-1所示。图4-1粮食输送机的机架结构图2.2联轴器的选用2.2.1高速轴联轴器经过分析，高速轴联轴器采用弹性柱销联轴器。计算转矩：=（）Nm由《机械设计手册》8-9，得=0.25，得=1.2=1.45511.05=766.57Nm由《机械设计手册》8-7选联轴器(GB/T5014-2003)其公称许用转矩1250Nm，许用转速为4700r/min，故满足要求。图4-2弹性柱销联轴器基本结构图2.2.2低速级联轴器的选择设计经过分析，低速轴联轴器采用弹性齿式联轴器。计算转矩：=（）Nm由《机械设计手册》8-9，得=0.25，=1.25=1.511435.39=17151.09Nm由《机械设计手册》1-82选ZL8型联轴器。，公称许用转矩25000Nm，许用转速2300r/min，故满足要求。图4-3弹性齿式联轴器基本结构图2.3粮食输送机的变速另外为了进一步增强粮食输送机的实用性能，还进一步增加了它的变速功能，也就是让粮食输送机根据使用要求不同能够输出不同的转速。本设计的变速方法我们采用PLC控制，之所以采用PLC是因为他稳定可靠，而且有比较成熟的应用案例作为参考。由PLC控制电动机速度不同转速，从而实现输出速度的改变。目前设定粮食输送机分为低速输送，标准输送和高速输送三种输出速度。2.1.1plc的发展PLC是控制系统的一项利用编程控制的，可以控制机械的自动化运行。早先PLC的编程控制还不够成熟，没有现如今的PLC操作方式简单。PLC的发展要从上世纪五六十年代说起，最早是美国人发明的PLC，二战后美国成为了世界第一的大国，无论是科技还是经济方面，美国都要占绝对优势。随着电的发现人们发明了继电器，这是一种可以通过电路实现对机器的控制，虽然说操作简单，但拆装繁琐，机器有十分的笨重，人们渐渐地开始寻求能够简单操作，不需要拆装物件就可以进行控制的载体，于是有了PLC的发现，当时的美国和其他的欧洲国家都对此做出了研究和试验，但由于技术不够成熟，许多机器上的控制系统存在漏洞，人们对PLC的研究也就停滞不前。后来随着信息技术的迅猛发展和科技的改革,人们对PLC技术的研究也有了重大突破，利用先前所研发的的电路运行安装PLC编程系统对机器进行控制等的功能，PLC技术的得到了近一步的发展，PLC技术也在许多方面得到了应用，尤其是在工业机械化领域有着重大的地位，德国的西门子公司所发明的生产的PLC控制器就是如此，在工业、电器等方面都有非常多的应用到PLC技术。国内的技术相比于国外就比较落后了，直到改革开放之后，国内才开始引进国外的先进PLC控制技术，PLC控制被广泛的应用在机械制造等大型工厂，打开了我国对PLC控制应用的大门。随着对外交流的不断深入，国内的大小企业也看到了PLC控制所带来的好处，于是与国外的企业进行了合作，我国的政府机构也大力引进这项技术，国外的企业也跑到中国来进行投资建厂，一时之间，PLC控制技术得到了空前的发展。不过在引进国外的机器和技术的同时，国内的大小企业也纷纷研发出了PLC控制装置，已经能够做到自主研发，虽然与美国和其他的欧洲国家之间还存在着差距，但我国的PLC系统也有了能够控制大型机器的功能，大型的机械中的组件都能够很方便的通过PLC程序来进行编程