课程设计带式输送机传动系统设计.docx
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1、湖南工业大学机械设计基础课程设计目 录1、拟定传动方案1 2、选择电动机3 3、计算传动装置总传动比和分配各级传动比5 4、计算传动装置的运动和动力参数6 5、传动零件的设计86、齿轮传动的设计计算11 7、轴的设计与计算168、联轴器的选择和计算23 9、键的选择与校核25 10 、滚动轴承的选择与寿命校核26 11、减速器箱体的设计2712、减速器附件的选择2813、减速器的润滑与密封33课程设计总结34参考文献351、拟定传动方案结 果1.1技术数据运输带工作拉力F/N运输带工作速度v/m.s-1转筒直径D/mm27001.5450表1.1 技术数据1.2工作条件 运转方向载荷性质起动方
2、式使用年限生产批量工作时间单向平稳空载10小批量每天16小时表1.2 工作条件1.3传动方案分析方案图1.1(a)选用带传动和闭式齿轮传动,有传动平稳、缓冲吸震、过载保护的优点,虽然结构尺寸大,但与上述其他方案相比最为合理。方案图1.1(b)结构紧凑,但蜗杆传动效率低,长期连续工作不经济。方案图1.1(c)结构紧凑且尺寸小,传动效率高,适应繁重工作要求,但是成本较高。方案图1.1(d)选用闭式齿轮传动,适应繁重工作要求,但宽度尺寸较大。一般常选用转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机,传动装置总传动比为i=,经计算得传动比约为15.7或23.5,根据总传动比数值,可初步
3、拟定出以一级传动为主的多种传动方案,如图1.2所示。 图1.1 带式运输机传动方案比较图1-2带式运输机传动系统选用方案(a)2、选择电动机结果2.1电动机类型的选择按动力源和工作条件,选用一般用途的Y系列三相异步电动机,卧式封闭结构,电源的电压为380V。2.2电动机容量的选择 (1)根据已知条件,工作机所需要的有效功率为: Pw=4.05 (kw)(2)传动装置的总效率(包括工作机效率): w=1223456式中,式中1、2、3、4、5、6分别为带传动、齿轮传动的轴承、齿轮传动、联轴器、卷筒轴的轴承及卷筒的效率。由参考资料1表3-3查得:V带传动效率 ,=0.95;齿轮球轴承效率,=0.9
4、9;闭式圆柱齿轮传动效率(设齿轮精度为9级), =0.96;联轴器效率,=0.99;卷筒轴的滚子轴承效率=0.98;输送机滚筒效率,6 =0.96。则传动系统的总效率为: a=w=0.950.9920.960.990.980.96=0.8325工作时,电动机所需的功率为: Pd电动机=4.86(kw)由参考资料1表12-1可知,满足PePd条件的Y系列三相交流异步电动机额定功率Pe应取为5.5kw。(3)电动机转速的选择。 根据已知条件,可得输送机滚筒的工作转速nw为 nw=r/min63.7r/min按照推荐的合理传动比范围,取V带传动的传动比i1 = 24,单级圆柱齿轮传动比i2= 35,
5、则总传动比的合理范围为i=620,故电动机转速的可选范围为nd= i1nw=(620)63.7r/min=382.21274 r/min符合这一范围的同步转速有750、1000r/min,由参考资料1表12-1和12-2查出有二种适合的电动机型号,其技术参数及传动比的比较见下表2-1:表2-1方案的比较方案电动机型号额定功率Pe/kw电动机转速n(r/min)总传动比i电动机质量w外伸轴径Dmm轴外伸长度Emm同步转速满载转速1Y160M2-85.575071511.2311942 1102Y132M2-65.5100096015.078448 110综合考虑电动机的重量以及减速器的传动比,比
6、较二个方案可知:方案1电动机转速低,外廓尺寸及重量较大,。方案2电动机总的传动比适中,重量合适。因此选用电动机的型号Y132M2-6,所选电动机的额定功率Pe=5.5kw,满载转速nm=960 r/min,总传动比适中,传动装置结构紧凑。Y132M2-6电动机的数据和外形,安装尺寸如表2-2。表2-2型号额定功率(KW)转速(r/min)质量(kg)同步满载Y132M2-65.5100096084 a选用电动机的型号Y132M2-63、计算传动装置的总传动比和分配各级传动比结 果3.1各级传动比的分配由选定的电动机的满载转速和输送机滚筒的工作转速,可得带式输送机传动系统的总传动比为: 由传动系
7、统方案(见图1-2)知取V带的传动比i带=4,则圆柱齿轮的传动比i齿轮=3.77在传动比i推荐值范围之内,所以是合理的。i=15.07i带=4i齿轮=3.774、计算传动装置的运动和动力参数结果4.1传动系统的运动和动力参数计算一般按由电动机至工作机之间的传递的路线推算出各轴的运动和动力参数,并将各轴从高速级向低速级依次编号为电动机轴、轴、轴 、卷筒轴 。则传动系统各轴的转速、功率和转矩计算如下所示。(i0=i带,i齿轮=i1)(1) 各轴转速高速轴轴 = r/min=240r/min低速轴轴 n= r/min 63.66 r/min卷筒轴 nw=n63.66r/min(2) 各轴的输入功率轴
8、 P=Pd01 =4.860.95kw =4.617kw轴 P=P12=P23 =4.61750.990.96kw=4.388kw卷筒轴 P=P23= P24=4.3880.990.99kw =4.301kw(3) 各轴输入转矩 =95504.86/960=48.35Nm轴 TI= Td i001= Td i01=48.3540.95Nm=183.72Nm轴 TII=TI i112= TI i123 =183.723.730.990.96=658.26Nm卷筒轴 TIII=TII 24=658.260.990.99Nm=645.16Nm 运动和动力参数的计算结果如表3-3所示:表3-3轴名参数
9、电动机轴轴轴卷筒轴转速96024063.6663.66输入功率P/kw4.864.6174.3884.301输入转矩T/Nm48.35183.72658.26645.16传动比i 4 3.77 1效率 0.95 0.96 0.98nII=63.66r/minnw=63.49r/minPI=4.617kwPII=4.388kwPIII=4.301kwTd=48.35NmTI=183.72NmTII=658.26NmTIII=645.16Nm5、传动零件的设计结 果5.1、确定计算功率查参考资料2由表10-7查得工作情况系数,故 PdV带=KAP=1.25.5kW=6.6kW5.2、选择V带的带型
10、根据PdV带=6.6kW、n1=nm=960r/min,由参考资料2图10-8查出此坐标点位于A型与B型交界处,现暂按选用B型计算。5.3确定带轮的基准直径dd并验算带速 (1)初选小带轮的基准直径由资料表10-8,取小带轮的基准直径 dd1=140mm。 (2)验算带速 v=7.03ms 因5msv25ms,带速合适。(3)计算大带轮的基准直径 dd2=idd1=4140mm=560mm由参考资料2查表10-8,取为dd2=560mm5.4确定V带的中心距a和基准长度(1),初定中心距a0=930mm。(2)计算带所需的基准长度 = 3006mm 由参考资料2表10-2选带的基准长度Ld=3
11、150mm。 (3)计算实际中心距 中心距的变化范围为988.751130.5mm。5.5验算小带轮上的包角 包角1合适。5.6计算带的根数z (1)计算单根V带的额定功率 由dd1=140mm和n1=960r/min,参考资料2查表10-4得P0= 2.10kw。 根据n1=960r/min,i=4和B型带,由参考资料2查表9-5得P0=0.29 kw。 由参考资料2查表10-6得=0.94;查表10-2得=0.97,于是 P0=( P0+P0) =(2.10+0.29)0.940.97kw2.18kw (2)计算V带的根数 =3.03V带取4根。5.7计算单根V带的初拉力F0 由参考资料2
12、查表10-1查得B型带的单位长度质量q=0.2kgm F0=500+qv2 =500+0.27.032N 205N5.8计算压轴力FQ FQ2zF0sin=(24205sin)N1541.6N6、齿轮传动的设计计算PdV带=6.6kWdd2=560mmLd03006mma1002mm1156z3.03F0205NFQ1541.6N结果6.1材料选择带式输送机的工作载荷比较平稳,对减速器的外廓尺寸没有限制,为了便于加工,采用软齿面齿轮传动。小齿轮选用45钢,调质处理,查参考资料2表11-1取小齿轮齿面平均硬度为240HBS;大齿轮选用45钢,正火处理,查参考资料1表11-1取大齿轮齿面平均硬度为
13、190HBS。6.2参数选择(1)通常,对于开式传动,=1720;对于闭式传动=2040。由于采用软齿面闭式传动,故齿数取=30,113.1所以取整数,z2=114(2)根据工况查参考资料2表11-2,取载荷系数。(3)齿宽系数的选择。由于是单级齿轮传动,且两支承相对齿轮为对称布置,两轮均为软齿面,查参考资料2表11-5知,对于对称布置且大轮或两轮齿面硬度HBS的圆柱齿轮的齿宽系数,取载荷系数=1.2。(4)采用单级减速传动,齿数比。 6.3确定许用应力小齿轮的齿面平均硬度为240HBS。则小齿轮许用接触应力和许用弯曲应力可根据参考资料2表11-1通过线性插值计算,即许用接触应力:许用弯曲应力
14、:大齿轮的齿面平均硬度为195HBS,由参考资料2表11-1通过线性插值求得大齿轮的许用接触应力和许用弯曲应力分别为许用接触应力:许用弯曲应力:6.4计算小齿轮的转矩由转矩公式,式中:主动轮传递的功率(kw);主动轮的转速(r/min)。计算出小齿轮的转矩为6.5按齿面接触疲劳强度计算因为对于闭式软齿面(硬度)的齿轮传动,其主要失效形式为齿面点蚀,故先按齿面接触疲劳强度进行计算,确定齿轮传动的主要参数和尺寸,然后校核齿根弯曲疲劳强度。 对于标准直齿圆柱齿轮,接触疲劳强度的设计公式为 式中:为小齿轮的分度圆直径();为小齿轮的转矩();为齿数比,;为齿宽系数,其中b为齿宽();为弹性影响系数;为
15、许用接触应力(MPa)。则取较小的许用接触应力,由参考资料2表11-3取弹性影响系数=189.8代入上接触疲劳强度设计式中,得小齿轮的分度圆直径为 =() 75,7mm所以,小齿轮的模数为取标准模数。6.6计算齿轮的主要几何尺寸小齿轮分度圆直径:大齿轮分度圆直径:小齿轮齿顶圆直径:大齿轮齿顶圆直径: 中心距: 齿轮的设计宽度 :齿全高:齿厚:齿根高:齿顶高:小齿轮齿根圆直径:大齿轮齿根圆直径:为了保证齿轮传动有足够的啮合宽度,一般取大齿轮的齿宽,小齿轮的齿宽+(510),即。故取,。6.7按齿根弯曲疲劳强度校核确定有关系数如下。齿形系数 查参考资料2表11-4得=2.62,应力修正系数 查参考
16、资料2表11-4得 ,由弯曲校核公式得 综上所述,齿根弯曲强度校核合格。6.8齿轮精度的选择由齿轮传动的圆周速度为 故查参考资料1表12-2,可选择精度等级为9的齿轮。6.9齿轮的受力分析图6-1所示为一标准直齿圆柱齿轮传动,轮齿在节点P处接触。忽略摩擦力,轮齿间相互作用的法向力沿着啮合线方向并垂直于齿面。为方便计算,将法向载荷在节点P处分解为两个相互垂直的分力,即圆周力和径向力(单位均为N)。图6-1 直齿圆柱齿轮轮齿的受力分析由此得: 圆周力:径向力:法向力: Nmm =189.8 7、轴的设计与计算结果7.1轴的选材由参考资料2表11-1查得选用45钢,正火处理,硬度HBS170217,
17、许用弯曲应力 ,许用扭转切应力。7.2初步估算轴的最小直径由轴径的设计计算公式,其中为轴传递的功率(kw);为轴的转速(r/min),又查参考资料2表15-3 ,取。故主动轴=29.6,考虑到轴上还开有一个键槽,故轴径还应增大5%7%,所以,主动轴,选取标准直径。从动轴=45.7,考虑到该段轴上还开有一个键槽,故轴径还应增大5%7%,所以,从动轴,选取标准直径。7.3齿轮轴的结构设计,初定轴径及轴的轴向尺寸(1)轴上零件的定位、固定和装配 主动轴采用齿轮轴结构,如图7-1所示1,5滚动轴承 2轴 3齿轮 6轴承端盖 7轴端挡圈 8箱体 9带轮 10键图7-1 主动轴的零件工作图(2) 确定轴各
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