帶式運輸機傳動裝置設計任務書.doc
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課程設計說明書 機械設計 (機械設計基礎) 設計題目 帶式運輸機傳動裝置 學 院 工學院 專業(yè)班級 設 計 者 學 號 指導教師 完成日期 2009年1月8日 中南大學 目 錄 一、前言…………….………………………………………… 二、設計任務…………….…………………………………… 三、計算過程及計算說明 一 傳動方案擬定…………….…………………………… 二 電動機的選擇……………………………………….… 三 計算總傳動比及分配各級的傳動比……………….… 四 運動參數(shù)及動力參數(shù)計算………………………….… 五 傳動零件的設計計算…………………………………. 六 軸的設計計算…………………………………………. 七 滾動軸承的選擇……………………………………… 八 鍵聯(lián)接的選擇及計算………..………………………… 九 減速箱體結(jié)構(gòu)…………………………………………. 十 潤滑和密封…………………………………………..... 四、小結(jié)……………………………………………………. 五、參考資料…………………. …………………………. 一、前言 (一) 設計目的: 通過本課程設計將學過的基礎理論知識進行綜合應用,培養(yǎng)結(jié)構(gòu)設計,計算能力,熟悉一般的機械裝置設計過程。 (二) 傳動方案的分析: 機器一般是由原動機、傳動裝置和工作裝置組成。傳動裝置是用來傳遞原動機的運動和動力、變換其運動形式以滿足工作裝置的需要,是機器的重要組成部分。傳動裝置是否合理將直接影響機器的工作性能、重量和成本。合理的傳動方案除滿足工作裝置的功能外,還要求結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低廉、傳動效率高和使用維護方便。 本設計中原動機為電動機,工作機為皮帶輸送機。傳動方案采用了兩級傳動,第一級傳動為帶傳動,第二級傳動為單級直齒圓柱齒輪減速器。 帶傳動承載能力較低,在傳遞相同轉(zhuǎn)矩時,結(jié)構(gòu)尺寸較其他形式大,但有過載保護的優(yōu)點,還可緩和沖擊和振動,故布置在傳動的高速級,以降低傳遞的轉(zhuǎn)矩,減小帶傳動的結(jié)構(gòu)尺寸。 齒輪傳動的傳動效率高,適用的功率和速度范圍廣,使用壽命較長,是現(xiàn)代機器中應用最為廣泛的機構(gòu)之一。本設計采用的是單級直齒輪傳動。 一、設計任務 具體要求: 1、 電動機類型確定 2、 單機減速器的齒輪、軸、軸承、箱體等的設計及強度計算 3、 編寫一份設計說明書 4、 裝配圖一張(1號圖紙)、齒輪及軸的零件圖各一張 二、計算過程及計算說明 一、傳動方案擬定 第三組:設計單級圓柱齒輪減速器和一級帶傳動 (1) 工作條件:使用年限8年,工作為二班工作制,載荷平穩(wěn),環(huán)境清潔。 (2) 原始數(shù)據(jù):滾筒圓周力F=4200N;帶速V=0.85m/s;滾筒直徑D=600mm。 二、電動機選擇 1、電動機類型的選擇: Y系列三相異步電動機 2、電動機功率選擇: (1)傳動裝置的總功率: η總=η帶η4軸承η閉式齒輪η聯(lián)軸器η滾筒η開式齒輪 =0.960.9940.970.990.960.95 =0.81 (2)電機所需的工作功率: P工作=FV/1000η總 =42000.85/10000.81 =4.421KW 3、確定電動機轉(zhuǎn)速: 計算滾筒工作轉(zhuǎn)速: n筒=601000V/πD =6010000.85/π600 =27.07r/min 按手冊推薦的傳動比合理范圍,取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍I‘1=3~6。取V帶傳動比I’2=2~4,則總傳動比理時范圍為I‘a(chǎn)=18~144。故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為n’d=I‘a(chǎn)n筒=487~4954r/min 符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750、1000、和1500r/min等。 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速,由有關(guān)手冊查出有三種適用的電動機型號,綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比,可見第2方案比較適合,則選n=1000r/min。 4、確定電動機型號 根據(jù)以上選用的電動機類型,所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速,選定電動機型號為Y132M2-6。 其主要性能:額定功率:5.5KW,滿載轉(zhuǎn)速960r/min,質(zhì)量84kg。 三、計算總傳動比及分配各級的傳動比 1、總傳動比:i總=n電動/n筒=960/27.07=35.46 2、分配各級偉動比 (1) 取V帶,圓柱齒輪i齒輪=i減速器=3.8(單級減速器i=3~6合理) (2) ∵i總=i齒輪iV帶i減速器 ∴iV帶=i總/(i齒輪i減速器)=35.46/3.84=2.456 四、運動參數(shù)及動力參數(shù)計算 1、計算各軸轉(zhuǎn)速(r/min) V帶高速軸 nI=n電機=960r/min 減速器高速軸nII=nI/iV帶=960/2.456=390.9(r/min) 減速器低速軸nIII=nII/ i減速器=390.9/3.8=102.9(r/min) 傳動滾筒軸 nIV= nIII/i齒輪 =102.9/3.8=27.07(r/min) 2、 計算各軸的輸入功率(KW) V帶低速軸 PI=P工作=5.5KW 減速器高速軸 PII=PIη帶=5.50.96=5.28KW 減速器低速軸 PIII=PIIη軸承η齒輪= 5.07KW 開式齒輪高速軸PIV = PIIIη軸承η聯(lián)軸器 =5.070.990.99=4.97 KW 滾筒軸 PV = PIVη軸承η開式齒輪 =4.970.990.95=4.67 KW 3、 計算各軸扭矩(Nm) 電動機輸出軸 TI=9.55106PI/nI =9.551035.5/960=54.714Nm 減速器高速軸 TII=9.55106PII/nII =9.551065.28/390.9=128.995Nm 減速器低速軸 TIII=9.55106PIII/nIII =9.551065.09/102.9=470.539Nm 開式齒輪高速 TIV=9.55106 PIV / nIII = 95504.97/102.9=461.289 Nm 滾筒軸 TV=9.55106 PV / nIV =95504.67/27.07=1647.525 Nm 五、傳動零件的設計計算 1、 皮帶輪傳動的設計計算 (1) 選擇普通V帶截型 由課本P205表13-6得:kA=1.1 PC=KAP=1.15.5=6.05KW 由課本P205圖13-15得:選用A型V帶 (2) 確定大小帶輪基準直徑,并驗算帶速 由課本表13-7得,推薦的小帶輪基準直徑為75mm 則取dd1=125mm>dmin=75 dd2=n1/n2dd1=960/309.9125=306.9mm 由課本P74表5-4,取dd2=300mm 實際從動輪轉(zhuǎn)速n2‘=n1dd1/dd2=960125/300 =400r/min 轉(zhuǎn)速誤差為:n2-n2‘/n2=390.9-400/390.9 =-0.023<0.05(允許) 驗算帶速V:V=πdd1n1/601000 =π125960/601000 =6.28m/s 在5~25m/s范圍內(nèi),帶速合適。 (3) 確定帶長和中心矩 根據(jù)課本P195式(13-2)得 0. 7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2) 0. 7(125+300)≤a0≤2(125+300) 取a0=650mm 由課本P195式(13-2)得: L0=2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd2-dd1)/4a0 =1979.4mm 根據(jù)課本P202表(13-2)取Ld=2000mm 根據(jù)課本P206式(13-16)得: a≈a0+Ld-L0/2=660mm (4)驗算小帶輪包角 α1=1800-dd2-dd1/a57.30 =1650>1200(適用) (5)確定帶的根數(shù) 根據(jù)課本P203表(13-3)P1=1.37KW 根據(jù)課本P204表(13-4)△P1=0.11KW 根據(jù)課本P8204表(13-5)Kα=0.96 根據(jù)課本P202表(13-2)KL=1.03 由課本P204式(13-15)得 Z=PC/P‘=PC/(P1+△P1)KαKL =4.13 (6)計算軸上壓力 由課本P201表13-1查得q=0.1kg/m,由式(13-17)單根V帶的初拉力: F0=500PC/ZV(2.5/Kα-1)+qV2 =158.5N 則作用在軸承的壓力FQ,由課本P87式(5-19) FQ=2ZF0sinα1/2=1571N 2、齒輪傳動的設計計算 (1)選擇齒輪材料及精度等級 考慮減速器傳遞功率不大,所以齒輪采用軟齒面。小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì),齒面硬度為240~260HBS,取250HBS。大齒輪選用45鋼,調(diào)質(zhì),齒面硬度220HBS;根據(jù)課本P162表11-2選9級精度。齒面精糙度Ra≤1.6~3.2μm σHlimZ1=680Mpa σHlimZ2=560Mpa 通用齒輪和一般工業(yè)齒輪,按一般可靠度要求選取安全系數(shù)SH=1.0 σFlim1=240Mpa σFlim2 =190Mpa 按一般可靠度選取安全系數(shù)SF=1.25 [σH]1=σHlim1/SH=680/1.1Mpa =618.2Mpa [σH]2=σHlim2/SH=560/1.1Mpa =509.1Mpa [σF]1=σFlim1 /SF=240/1.3Mpa =184.6Mpa [σF]2=σFlim2 /SF =190/1.3Mpa =146.2Mpa (2)按齒面接觸疲勞強度計算中心距a T1=128995Nmm 選取載荷系數(shù)K=1.4 齒寬系數(shù)φa= =0.4 u=i齒=3.8 則a>=(u+1)3 (335/[σH]2*KT1/ uφa =178.5 (3)確定齒數(shù)和模數(shù) 傳動比i齒=3.8 取小齒輪齒數(shù)Z1=35。則大齒輪齒數(shù): Z2=iZ1=133 實際傳動比I0=3.31 傳動比誤差:i-i0/I=1%<2.5% 可用 模數(shù):m=2a/ Z2+Z1=2*178.5/133+35=2.125mm 根據(jù)課本表4-1取標準模數(shù):m=2.5mm 確定中心距 a=m/2(Z2+Z1 )=210 mm (4)齒寬b=φdd1=0.4*210=84 取大齒輪寬為84mm 小齒輪齒寬89mm (5)校核齒根彎曲疲勞強度 根據(jù)課本P167圖(11-9)得YF1=2.5 YF2 =2.14 σF1=(2kT1/bm2Z1)YF1=49.14 Mpa≤[σF1] σF2 =σF1 YF2/YF1=442.06Mpa≤[σF2] 安全 (6)齒輪的幾何尺寸計算 分度圓直徑:d1=mZ1=2.535mm=87.5mm d2=mZ2=2.5133mm=332.5mm 齒頂圓直徑:da1= d1 +2m=87.5+5=92.5mm da2= d2 +2m=332.5+5=337.5mm 全齒高:h=2.25m=2.25*2.5=5.6mm (7)計算齒輪的圓周速度V V=πd1n1/601000=3.1487.5390.9/601000 =1.79m/s 選8級精度合宜 六、軸的設計計算 輸入軸的設計計算 1、按扭矩初算軸徑 選用45#調(diào)質(zhì),硬度217~255HBS 根據(jù)課本P230(14-2)式,并查表14-2,取c=115 d≥115 (5.28/390.9)1/3mm=27.4mm 考慮有鍵槽,將直徑增大5%,則 d=27.4(1+5%)mm=28.8mm ∴選d=30mm 2、軸的結(jié)構(gòu)設計 (1)軸上零件的定位,固定和裝配 單級減速器中可將齒輪安排在箱體中央,相對兩軸承對稱分布,齒輪左面由軸肩定位,右面用套筒軸向固定,聯(lián)接以平鍵作過渡配合固定,兩軸承分別以軸肩和大筒定位,則采用過渡配合固定 (2)確定軸各段直徑和長度 d1=30mm L1=72mm d2=36mm L1=58mm d3=43mm L1=43mm d4=50mm L4=87mm d5=58mm L5=7mm d6=36mm L1=4mm d7=43mm L1=25mm 初選用深溝球承6209 d=45 D=85 B=19 Cr=24.5 (3)按彎矩復合強度計算 ①求分度圓直徑:已知d1=87.5mm ②求轉(zhuǎn)矩:已知T1=128995Nmm ③求圓周力:Ft 根據(jù)課本P163(11-1)式得 Ft=2T1/d1=128995/87.5=2948.457N ④求徑向力Fr 根據(jù)課本P163(11-1)式得 Fr=Fttanα=2948.457tan200=1073.2N ⑤強度校核 (1)繪制軸受力簡圖(如圖a) (2)繪制垂直面彎矩圖(如圖b) 軸承支反力: FAY=FBY=Fr/2=536.6N FAZ=FBZ=Ft/2=1474.229N 由兩邊對稱,知截面C的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為 MC1=FAyL/2=536.650=9.1Nm (3)繪制水平面彎矩圖(如圖c) 截面C在水平面上彎矩為: MC2=FAZL/2=1474.22950=25Nm (4)繪制合彎矩圖(如圖d) MC=(MC12+MC22)1/2=(9.12+252)1/2=26.6Nm (5)繪制扭矩圖(如圖e) 轉(zhuǎn)矩:T=9.55(P2/n2)106=48Nm (6)繪制當量彎矩圖(如圖f) 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪文治武功力按脈動循環(huán)變化,取α=1,截面C處的當量彎矩: Mec=[MC2+(αT)2]1/2 =[26.62+(148)2]1/2=54.88Nm (7)校核危險截面C的強度 由式(6-3) σe=Mec/0.1d33=99.6/0.1413 =14.5MPa< [σ-1]b=60MPa ∴該軸強度足夠。 輸出軸的設計計算 1、按扭矩初算軸徑 選用45#調(diào)質(zhì)鋼,硬度(217~255HBS) 根據(jù)課本P230頁式(14-2),表(14-2)取c=115 d≥c(P3/n3)1/3=115(5.07/102.9)1/3=45.31mm 考慮有鍵槽,將直徑增大5%,則 d=45.31(1+5%)mm=47.6mm 取d=50mm 2、軸的結(jié)構(gòu)設計 (1)軸的零件定位,固定和裝配 單級減速器中,可以將齒輪安排在箱體中央,相對兩軸承對稱分布,齒輪左面用軸肩定位,右面用套筒軸向定位,周向定位采用鍵和過渡配合,兩軸承分別以軸承肩和套筒定位,周向定位則用過渡配合或過盈配合,軸呈階狀,左軸承從左面裝入,齒輪套筒,右軸承和皮帶輪依次從右面裝入。 (2)確定軸的各段直徑和長度 d1=50mm L1=70mm d2=56mm L1=60mm d3=63mm L1=45mm d4=70mm L4=80mm d5=76mm L5=7mm d6=63mm L1=30mm d7=72mm L1=4mm 初選用深溝球承6213 d=65 D=120 B=23 Cr=44.0 (3)按彎扭復合強度計算 ①求分度圓直徑:已知d2=332.5mm ②求轉(zhuǎn)矩:已知TIII=470.539Nm ③求圓周力Ft:根據(jù)課本P163(11-1)式得 Ft=2T3/d2=2470.539103/332.5=2830.3N ④求徑向力Fr根據(jù)課本P163(11-1)式得 Fr=Fttanα=2830.30.36379=1030.1N ⑤校核 (1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ FAX=FBY=Fr/2=1030.1/2=515.1N FAZ=FBZ=Ft/2=2830.3/2=1415.2N (2)由兩邊對稱,書籍截C的彎矩也對稱 截面C在垂直面彎矩為 MC1=FAYL/2=515.194.5/2*1000=23.34Nm (3)截面C在水平面彎矩為 MC2=FAZL/2=1415.294.5/2*1000=66.87Nm (4)計算合成彎矩 MC=(MC12+MC22)1/2 =(23.342+66.872)1/2 =70.83Nm (5)計算當量彎矩:α=0.6 Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[70.832+(0.6*470.5)2]1/2 =291.1Nm (6)校核危險截面C的強度 由式(10-3) σe=Mec/(0.1d3)=291.1/(0.1543) =18.5Mpa<[σob]=70Mpa ∴此軸強度足夠 七 滾動軸承的選擇 1、計算輸入軸承 選用6209型深溝球軸承,其內(nèi)徑d為45mm,外徑D為85mm,寬度B為19mm. Cr=24.5kN 根據(jù)根據(jù)條件,軸承預計壽命 163658=48720小時 (1)已知nⅡ=458.2r/min 兩軸承徑向反力:FR1=FR2=500.2N 初先兩軸承為6209型深溝球軸承 根據(jù)課本P265(11-12)得軸承內(nèi)部軸向力 FS=0.63FR 則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N (2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0 故任意取一端為壓緊端,現(xiàn)取1端為壓緊端 FA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N (3)求系數(shù)x、y FA1/FR1=315.1N/500.2N=0.63 FA2/FR2=315.1N/500.2N=0.63 根據(jù)課本P263表(11-8)得e=0.68 FA1/FR1- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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