【《某链式传送带的机械结构设计计算案例》6600字】

某链式传送带的机械结构设计计算案例1.1电机的选型和校核1.1.1电动机类型和结构的选择因为本链式传送带的工作状况预想是：工作机要空载启动，工作过程中有轻微振动，并且经常满载，只需要单向运转,并且单班制工作，使用期限要达到15年，每年工作300天,允许速度误差5%。1.1.2电动机选型在前面的研究中选择了步进电机驱动器作为链式传送带的电动机进行驱动,步进电机又有许多种分类，目前可供选择的主要是同步电机和异步电机。同步电机与异步电机最主要的不同就是两个转子连续运动稳定的速度和电机定子旋转磁场的运动方向是否相同,电机的转子连续运动稳定速度和旋转方向与电机定子旋转磁场相同,则叫做同步电机,如果不相同则可以叫做异步电机。同步电机的精度高、但造工复杂、造价高、维修相对困难，而异步电机虽然反应慢，但易于安装和使用，同时价格便宜。所以同步电动机没有异步电机应用广泛。按工作的要求和工作条件，决定选用三相笼形异步电动机，其他参数是封闭式结构，电压380V，Y型。电机负载主要为推动负载前进的力，载荷最大为10KG，运送速度不超过1m/s，因此对功率进行估算P=FV/1000η=0.11KW，由此对电机进行选型，电机型号为Y2-702-6。表3-1额定功率转速效率额定电流功率因数0.25KW9000.681A0.681.2传动比计算1.2.1总传动比由由选定的电动机Y2-632-2满载转速=900和工作机的主轴的转速QUOTEn=v2πR=780n=v2πR=780QUOTEn=QUOTEn总n1n总1.2.2分配传动比QUOTEI链1=11.3计算传动装置运动1.1.1计算各轴的转速I轴=900rad/minII轴=780rad/min1.1.2计算各轴的输入功率转距I轴Ⅰ轴上的功率=0.22kw=900r/minQUOTET1=9.55×106×PnII轴=0.22KW，=900r/min，则QUOTET2=9.55×106×1.1.2各轴输出转矩：I轴QUOTET1,=T1II轴QUOTET2,=T21.1.3运动和动力参数计算结果表。运动和动力参数计算结果整理于下表：表3-2参数计算结果轴名效率P（KW）转矩T（NQUOTE∙∙mm）转速nr/s传动比i效率η输入输出输入输出电动机轴2.52.39000.825Ⅰ轴0.220.222330QUOTE2283.42283.4900100.99Ⅱ轴0.0220.022808791.842601.460.951.4.轴的设计1.4.1初步确定轴的最小直径轴的估算如下：初选材料为45号钢，调质处理，由于轴即传递转矩又承受弯矩。≥(3-7)查《机械设计手册》183页表15—3取QUOTEA0A0=110，且P=P=0.022KW，n=QUOTEn1n1=11.4r/min，d轴上可有两个键槽，所以QUOTEdmin=dt×1+13%=12.81×1+13%=14.57mmdmin=d1.4.2拟定轴上零件的装配方案链轮-轴承—链轮—链轮—轴承-链轮根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度第一段QUOTEd1d1=12mmQUOTEl1=l1=22mm第二段则定位轴肩QUOTEd2d2=15mmQUOTEl2l2=9.5mm第三段则为定位轴肩QUOTEd3d3=20㎜，QUOTEl3l3=37mm图3-2轴的尺寸1.4.3轴的校核a)轴的刚度校核轴的材料：轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢价格便宜，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，所以本设计采用45号刚作为轴的材料。调制处理。主轴输入转矩：T=808QUOTEN∙mmN∙mmQUOTEη1η1为键的传动效率根据设计指导书参考表1初选QUOTEη1=0.97η1=0.97QUOTEη2η2为轴承的传动效率初选QUOTEη2=0.98η2=0.98QUOTEη3η3为内外磨的传动效率初选QUOTEη3=0.96η3=0.96根据要求，轴要满足下列条轴的强度条件：QUOTEτ=TWt=149.80.2×式中：为轴的切应力，0.08877MPa;T为转矩，QUOTE149.8N∙mm149.8N∙mm;QUOTEWTWT为抗扭截面系数，QUOTE675mm3675mm3;QUOTEττ为许用扭切应力，20MPa.表3-3常用材料的值和C值轴的材料Q235,20354540Cr，35SiMn12-2020-3030-4040-52C160-135135-118118-107107-98该轴的材料为45号钢，则满足强度条件，轴是安全的。[11]轴的刚度计算 （3-9）式中：T为转矩；L为受转矩作用的长度，47.4mm;G为材料的切变模量，8.1MPa;d为轴径，0.35mm;QUOTEIpIp为轴截面的极惯性距。,QUOTEφ≥1φ≥1，QUOTEφ≥φφ≥φ.故轴是安全的。b)轴的强度校核1.4.1.2轴的强度校核已知：轴的结构如下页图。L=224mm，K=128.5mm链轮的啮合力：圆周力：QUOTEFt=2T1d1径向力：F=F=80.8.22×=29.4N(3-11)求垂直面的支承反力(3-13)F=F—F=294.35N求水平面的支承反力QUOTEF1H=Ft2=40.4NF力在支点产生的反力QUOTEF1F=FKL=40.4×128.4QUOTEF2F=F+F1F=76.93NF2F外力F作用方向与带传动的布置有关，在尚未确定具体布置前，可按最不利情况考虑。绘垂直面的弯矩图M=FNm(3-16)M=FNm(3-17)绘水平面的弯矩图M=FNmF力产生的弯矩图QUOTEMaH=F∙K=76.94×MaH=F∙K=76.94×0.1285=9.6NQUOTE∙mm∙mm作用在轴右端的外力：F=NQUOTEMaF=F1F∙L2求合成弯矩图考虑到最不利的情况，QUOTEMaFMaF与QUOTEMav2+MaHQUOTEMa=Mav2+MMc)求轴传递的转矩T=F×Nm图3-3弯矩图d)求危险截面的当量弯矩从图可见，a-a截面最危险，其当量弯矩为Me取折合系数=0.6，代入上式得QUOTEMe=2802+0.6×64.72≈Me=2801.4.1.5计算危险截面处轴的直径轴材料为40Mnb，调质处理，由表14—1查得QUOTEσbσb=750MPa，由《机械设计手册》175页表14—3查的许用应力=60MP，则d≥mm考虑到键槽对轴的削弱，将d值加大4％，故d=1.04×20.4=40.2粗取轴径为24，合适，安全。1.5轴系零件的定位与轴承的选择1.5.1轴向定位因为要避免在轴上的零件发生沿着轴向的运动,所以必须对它进行定位,以保证齿轮的有效啮合,由轴的结合的工艺要求和轴上零件的安装的工艺要求,必须按需选择不一样的定位方式,常见的定位方式有套筒定位、弹性挡圈、轴肩定位和轴端挡圈,在本文的链式传送带设计中有应用到轴间的定位形式,在零部件图和明细表中有具体的结构和技术参数。1.5.2周向定位键的形式有许多种，键设计是为了实现轴上零件的周向定位来传递转距，因此选择键的型号要根据不同的要求来，由传动的要求，本次链式传送带设计采用圆头普通平键（A型），两个侧面是工作面，它的优点是定心性好、拆装方便，上表面和轮毂槽底之间留有间隙。1.5.3轴承的选择轴的两端由轴承固定在机架上。根据轴受力和轴径的不同，本设计选用的轴承是：深沟球轴承。因为轴固定在机器支架上，轴承对于轴起到支撑作用，因此对于轴承的校核十分重要。选定的轴承需要足够高的强度以便能适应轴在高强度负载下正常平稳的工作；同时当轴在旋转的过程中，摩擦力矩不能过大不能影响轴的正常转动；还要满足支撑与回转精度。根据摩擦状态和性质的不同，将轴承分成了滑动和滚动两种形式的轴承。滚动轴承的优点主要有以下几个方面：首先是和滑动轴承相比较而言，没有特别大的摩擦阻力，转动起来比较方便；同时满足轴向和径向两个方向同时受力的要求；另外，滚动轴承的可替换性比较高，当某个滚动轴承坏了之后可以用其他的不同轴承替代；与轴之间的径向间隙比较小，如果通过一定的方法减小它们之间的间隙，就可大大提高支撑与回转精度。但是滚动轴承同样有一些缺点，比如当遇到较强的冲击载荷时，容易受到损害；使用寿命短；当轴处于高速运转的状态时，会产生噪声；在径向方向上滚动轴承的结构尺寸大。本文所选用的深沟球轴承就属于上述的滚动轴承。深沟球轴承主要零部件包括内外圈、保持架以及滚动体。深沟球轴承能承受的径向载荷较多，承受的轴向载荷较少，但在轴高速运转的工况下则承载轴向负载的能力会显著提升。深沟球轴承的接触形式为点接触，而对于滚子轴承而言接触形式为线接触。对于滚动轴承的选型一般主要遵循如下几点原则:首先是当轴承所接触到的载荷相对于较小或者是冲击不太大的情况下就应该考虑选择球轴承,但是当滚动轴承所接触到的载荷相对于较大或者是冲击比较大时就应该考虑选择滚动轴承。因此,当只承受一个径向方向的力时,可以考虑使用圆柱形滚子轴承或者深沟球轴承,但是在单纯承受轴向力时,我们就应该考虑选择推力轴承。而且在既接受轴向力又接收到径向力并不大的情况下可以考虑使用深沟球轴承。而在当轴运转很快时,如果选择球式轴承,而在转速低时,就会考虑选择滚动轴承。若是回转精度需求比较大时,就应该考虑使用带有圆形球体的轴承。轴承一般的失效形式有疲劳点蚀、磨损和变形等。为了防止滚动轴承在工作时失效，需要对其寿命和强度进行计算和校核。已知此处轴径d=15mm，所以选内径为15mm的轴承，在机械设计手册中选择深沟球轴承；查98页表6-1，选择型号为661902的深沟球轴承。轴承外径：d=15mmD=28mm基本额定动载荷：C=16.2KN基本额定静载荷：C=10.5KN1.5.4轴承的校核因为轴固定在机器支架上，轴承对于轴起到支撑作用，因此对于轴承的校核十分重要。选定的轴承需要足够高的强度以便能适应轴在高强度负载下正常平稳的工作；同时当轴在旋转的过程中，摩擦力矩不能过大不能影响轴的正常转动；还要满足支撑与回转精度。轴承一般的失效形式有疲劳点蚀、磨损和变形等。为了防止滚动轴承在工作时失效，需要对其寿命和强度进行计算和校核。深沟球轴承当量载荷求解：首先由于齿轮安装在轴上，需要求得齿轮作用产生的支反力，计算公式为：F其中F1x和F2x是由于齿轮转动过程中圆周力会产生作用，根据牛顿第三定律得到的支反力。同样，需要求得竖直方向的受力：由于链条传动过程中拉力产生相互作用，而产生的反作用力：由上述公式的计算得到了轴上不同结构对于轴承的支反力，从而依此可以计算轴承在径向上的总支反力，计算公式为：由于轴承在轴向上产生的作用力为0，依此计算轴承的当量载荷，得到其值为2371.9N。深沟球轴承的寿命计算，其计算公式为：经过查阅相关文献和参考资料可知，当轴承在受到轻微冲击的工况下工作时fp的值为1.2；当深沟球轴承在100℃以内工作时，ft的值为1。将相关的参数代入轴承寿命计算公式，可得轴承寿命为101638小时，大于许用的寿命值14400小时，满足使用要求。1.6.键联结的选择与校核1.6.1键的选择键是在机械设备中常用的一种零件，它经常和轴或者齿轮等进行配合使用，起到连接的作用，并且通过周向定位可以传递足够的扭矩。对于轴来说，为了能够和键进行安装并进行良好的配合，一般会在轴上加工出与键进行配合的凹槽，也被称为键槽。键与轴之间的配合或者安装方法为：为达到良好的安装效果，首先是先进行轴与键之间的装配，并且键与轴之间的装配关系为嵌入；当轴与键装配好之后再将键与齿轮或者带轮轮毂上的键槽对准。这样就能保证轴、轮毂、键三者之间的准确配合，在轴转动的过程中，通过键向齿轮或者带轮传递转矩，带动齿轮或带轮一起旋转。键的种类有许多，而且不同的键具有不同的特点和使用工况。键在工作的过程中使用方便并且经久耐用，生产和制造的成本都比较低，因为键是一种机械结构十分简单的零件，所以在各种各样的机器设备上都会有广泛的使用。其中一般最多用的键的种类是平键，平键有三种，薄型、导向型和普通型，其中薄型键可以传递的扭矩是最小的，所以只能在负载较小或者冲击较小的工况下使用。然后花键由内外两花键组成，外花键在外表面，内花键在内表面。平键的优点有具有良好的对中性；但是还有一个特点就是只能有周向固定的作用，而在轴向上没用固定作用；还有传递扭矩和动力是以键的侧面与键槽之间的相互挤压完成的；优点还有拆装方便简单；最后是当轴在高速下运转或者轴能够在正反两个方向下转动时，使用平键会有很多好处。键的主要参数为其长度和宽度，且这两个参数是根据轴的直径的不同，应该选择不同型号的键，在以上的说明书中知道安装键的轴有两处，分别是第一段，第三段和第五段。第三段的直径为20mm，第五段的直径为20mm，根据以上的数据选择两个不同的键：GB/T1096键6*6*20[13]和键4*4*181.6.2键的安装轴上的深度轮毂的深度1.6.3校核键联接的强度轴和联轴器的材料是钢和铸铁，且属于静联接由文献12的表6-2查得许用挤压应力为[σp]=120-150MPa,取其平均值，[σp]=135MPa。键的工作长度为，键与轮毂的键槽的接触高度为。由文献1的式6-1可得(3-21)M—传递的转矩（N.M）d—轴的直径（mm）l—键的工作长度（mm）;A型，l=L－bk—键与轮毂的接触高度（mm）;k=h－t,h为键的高度，b—键的宽度（mm）—键的许用切应力（MPa）—键连接的许用挤压应力，/MPat—切向键工作面宽度(mm)可见联接的挤压强度满足，即该键可以正常工作1.7链轮的设计计算链轮实际上是齿轮的一种，它和齿轮的区别是链轮是实心或者是带有辐条，链轮通过和链条之间的啮合进行传动。对于链轮，其齿形对于链轮传动的性能产生十分重要的作用。齿形加工时要保证链轮和链条之间在进行啮合和退出啮合时平稳、可靠,尽可能减小冲击；并且链轮轮齿齿面和链条滚子的接触面足够大；链轮轮齿齿形不应该过于复杂，否则不利于加工。链轮齿形的端面齿形一般指的是三弧一线齿形，即由三段圆弧和一条直线构成的轮齿形状，链轮的实际齿形参数主要包括齿沟圆弧半径、齿面圆弧半径以及齿沟角，这些几何参数的数值是要介于国家标准的最大值与最小值之间的。只有当齿沟圆弧半径、齿面圆弧半径以及齿沟角在合理和规定的范围之内，链轮在进行传动时才能保证正常的运行效果。其中齿沟圆弧半径与齿面圆弧半径的大小与链轮的分度圆直径和链轮齿数有关，而齿沟角的大小只与链轮齿数有关。链轮的基本参数主要是节距、排距以及齿数等。链轮的结构也分为几种，根据直径大小不同，可分成整体、组合和腹板等多种形式。整体式的形式适用于直径较小的链轮；腹板结构形式适用于直径中等的链轮，这样就可以减轻链轮的重量，搬运时也可方便许多；组合结构形式的适用于直径较大的链轮，一般组合式的链轮通过齿圈和轮毂进行连接。链轮材料的选择与热处理也十分关键，链轮轮齿由于要不断的和链条进行啮合，强度要高而且耐磨性要好。链轮材料及热处理常用的方法和原则：对于15钢或20钢材料的链轮基本上采用渗碳淬火，硬度为50-60洛氏硬度，适用于链轮齿数小于25，且高速运转负载较大、有冲击的工况；对于35钢材料的链轮基本上采用正火处理，硬度为160-200洛氏硬度，适用于链轮齿数大于25，且低速运转负载较小、没有冲击或传动平稳的工况；对于45钢或50钢材料的链轮基本上采用淬火处理，硬度为40-50洛氏硬度，适用于链轮中低速运转负载适中、没有冲击或传动平稳而且不易磨损的工况；对于15Cr或20Cr材料的链轮基本上采用渗碳淬火处理，硬度为50-60洛氏硬度，适用于链轮齿数在25以内，高速运转负载较大、传送功率较大，没有冲击或传动平稳而且不易磨损的工况；对于40Cr、35SiMn以及50钢材料的链轮基本上采用淬火处理，硬度为40-50洛氏硬度，适用于链轮中低速运转负载适中、没有冲击或传动平稳而且不易磨损的工况；对于Q235或Q275钢材料的链轮基本上采用淬火处理，硬度为40-50洛氏硬度，适用于链轮中低速运转负载适中、没有冲击或传动平稳而且不易磨损的工况。对于灰铸铁材料的链轮基本上采用淬火处理，硬度为40-50洛氏硬度，适用于链轮中低速运转负载适中、没有冲击或传动平稳而且不易磨损的工况。图3-4运输链轮的结构因为=1：1所以大链轮齿数为21齿选用ISO606-82链号16A节距P=25.40mm滚子直径mm分度圆直径：==27.53mm(3-22)齿顶圆直径：=48mm(3-23)齿根圆直径：=48-11.91=36.09mm(3-24)齿高：QUOTEhminhmin=QUOTE0625+80zp=16.80625+80z侧齿凸缘直径：(3-26)齿槽形状齿面圆弧半径：最大齿槽形状=5.96mm(3-27)齿沟圆弧半径：QUOTERemax=0.505×dr=5.96mm出沟角：=(3-29)滚子链链轮轴向齿轮尺寸单排齿宽(3-30)1.7.1链轮材料和工艺由《机械设计手册》表13-8可查得：材料用45钢，硬度为40—50HBS。1.8链传动设计的计算1.8.1传动布置上节主要介绍了链轮的基本知识和链轮的设计和校核过程。本节主要介绍链传动的原理和设计方法。链传动主要包括主从动链轮和链条，传动时是靠链轮和连接之间相互啮合产生动力的。链传动既有优点又有缺点。首先优点是：可以在较长较远的距离进行传输；传动效率相对于带传动比较高，工作稳定程度也高；平均传动比是一个定值；压紧力和带传动相比也比较小。缺点主要有：链传动的运动特性是不均匀的，并且链轮的齿数越多、张紧力越大链传动的不均匀性就越大；虽然链传动有一个比较稳定的平均传动比但是瞬时传动比是不确定的；链传动的过程中会产生较大的振动和冲击以至于传动不平稳、可靠性降低；受到外部载荷的影响比较大，当传递速度较高时易引起振动，并且外部尺寸比