机械设计基础课程设计ZDL-414338.pdf

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1、 机械设计基础课程设计说明书 题目：设计胶带输送机的机械传动装置 班 级：新能源 1101 班 姓 名：黄艺凯 学 号：指导教师：李宝民 成 绩：日 期：2014 年 1 月 14 日 目录 1.设计任务书.3 设计题目.3 工作条件.3 技术数据.3 2.传动装置总体设计.3 电动机的选择.3 分配传动比.5 传动装置的运动和动力参数计算.5 3.传动零件的设计计算.7 减速器以外的传动零件设计计算.7 减速器以内的传动零件设计计算.9 4.轴的设计计算.13 初步确定轴的直径和长度.13 轴的强度校核.186 5.滚动轴承的选择及其寿命验算.20 低速轴轴承.21 6.键联接的选择和验算.

2、20 减速器大齿轮与低速轴的键联接.20 小链轮与减速器低速轴轴伸的联接.20 联轴器与减速器高速轴轴伸的联接.21 7.减速器的润滑及密封形式选择.23 参考文献.24 1.设计任务书 设计题目 设计用于胶带运输机的机械传动装置。工作条件 工作年限 工作班制 工作环境 载荷性质 生产批量 8 2 清洁 平稳 小批 技术数据 2.传动装置总体设计 电动机的选择 2.1.1 选择电动机系列 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭自扇冷 式结构，电压 380V，Y 系列。2.1.2 选择电动机功率 1）传动滚筒所需有效功率：kWFvPw7.210005.118001000 kWPw4.2 题

3、号 滚筒圆周力 F(N)带速 v(m/s)滚筒直径 D(mm)滚筒长度 L(mm)ZDL-4 1800 300 500 2）传动装置总效率：按表 2-11-1(P107)确定各部分效率如下:弹性联轴器的效率 99.01 一对深沟球轴承的效率 99.03 闭式齿轮传动的效率 97.02（暂定精度为 8 级）开式滚子链传动的效率 91.04 一对滚子轴承的效率 97.05 运输滚筒的效率 96.06 传动装置总效率 7976.096.097.091.097.099.099.026542231 7976.0 3）所需的电动机功率：kWPPwr39.37976.07.2 kWPr39.3 查表 2-1

4、9-1(P189),可选 Y 系列三相异步电动机 Y112M-4 型，或选 Y 系列三相异步电动机 Y132M1-6 型，额定功率均为 kWP0.40，均满足rPP 0 2.1.3 确定电动机转速 1）传动滚筒轴工作转速：min9.10130.06.16060wr/Dvn min/9.101rnw 现以同步转速为 1500r/min 及 1000r/min 两种方案进行比 较，查表 2-19-1(P189)得电动机数据,计算总传动比列于下表：方案号 电动机 型号 额定功率 kW 同步转速 r/min 满载转速 r/min 电动机 质量 kg 总传动比 1 Y112M-4 1500 1440 4

5、7 2 Y132M1-6 1000 960 73 比较两方案可见，方案 1 选用的电动机虽然质量和价格较 低，但总传动比较大。为使传动装置结构紧凑，决定选用方案 2。电动机型号为 Y132M1-6，同步转速为 1000r/min。由表 2-19-1(P189)和表 2-19-2(P190)查得主要性能技术数据和安装尺寸：额定功率 P0/kW 满载转速 n0/(r/min)960 堵载转矩/额定转矩 电动机外伸轴直径 D/mm 38 电动机外伸轴长度 E/mm 80 电动机中心高 H/mm 132 分配传动比 总传动比：05.105.959600wnni 据表 2-11-1(P107)取链传动比

6、：5.223i 则齿轮传动的传动比：02.45.205.102312iii 传动装置的运动和动力参数计算 2.3.1 各轴功率、转速和转矩的计算 0 轴：即电动机的主动轴：kWPPr39.30 min/9600rn mNnPT72.3396039.395509550000 1 轴：即减速器高速轴，与电动机轴采用联轴器链接，传 动比101i，查表 2-11-1(P107)弹性联轴器的传动效率99.01，则：kWPP36.399.039.30101 min/9600101rinn mNnPT43.3396036.395509550111 2 轴：即减速器低速轴，动力从1 轴到 2 轴经历了 1 轴

7、上的 一对滚动轴承和一对齿轮啮合，故发生两次功率损耗，计算效 率时都要计入，查表2-11-1(P107)一对滚动轴承的传动效率利 率99.03，闭式齿轮传动的效率为97.02（暂定齿轮精度 为 8 级），则：9603.097.099.012 kWPP3.239603.036.31212 min/81.38202.49601212rinn mNnPT17.291238.813.2395509550222 3 轴：即传动滚筒轴，动力从2 轴到此轴经历了 2 轴上的一 对滚动轴承和开式滚子链传动，故发生两次功率损耗，计算效 率时都要计入，查表 2-11-1(P107)一对滚动轴承的传动效率为 99.

8、02，开式滚子链传动的效率为91.04，则：9009.091.099.023 kWPP91.29009.03.232323 min/95.522.5238.812323rinn mNnPT290.9495.522.9195509550333 2.3.2 各轴运动及动力参数列表 轴序号 功率 P kW 转速 n r/min 转矩 T 传动 形式 传动比 i 效率 0 960 联轴器 1 1 960 齿轮传动 2 链传动 3 3.传动零件的设计计算 减速器以外的传动零件设计计算 3.1.1 设计链传动 1）确定链轮齿数:由传动比取小链轮齿数245.22292291iz,因链轮齿数最好为奇数，251

9、z；大链轮齿数60245.212izz,取,632z。63,2521zz 实际传动比：52.2256312zzi 52.2链i 2）确定链条节距：查表 10-16(教材 P166)得，工况系数AK 小链轮齿数系数：34.1192519z08.108.11zK 取单排链，由表 10-17(教材 P166)取pK=由式pzAKKPKP 0，得 kWP2.410.134.123.30.10 kWP41.20 因为78.2542nr/min，查图 10-23(教材 P164)，得选链号 No10A，节距mmp875.15。mmp875.15 3)计算链长：初选：mmpa635875.1540400 链

10、长：节125)22563(635875.1522563402)2(2222120120zzapzzpaLp 取节126pL 节126pL 所以，链的中心距mma6350 4)验算链速：m/s580.1100060875.1581.2382510006021pnzv smv/15，适合。5）选择润滑方式：按smv/580.1,链号 10A，查图 10-26(教材 P167)选用滴 油润滑。6）作用在轴上的力：有效圆周力：NvPFe3.2044580.123.310001000 NFe3.2044 作用在轴上的力：NFFeQ2.24533.20442.12.1 NFQ2.2453 7）链轮尺寸及结

11、构：分度圆直径 mmzpd662.12625180sin875.15180sin0101 mmd662.1261 mmzpd482.31863180sin875.15180sin0202 mmd482.3182 减速器以内的传动零件设计计算 3.2.1 设计齿轮传动 1）材料的选择：小齿轮选用 40Cr，调质处理，齿面硬度 241286HBS，大齿轮选用 45 钢，正火处理，齿面硬度 162217HBS。计算应力循环次数：9111021.2)283008(19606060hjLnN 89121050.502.41021.2iNN 查图 11-14(教材 P187)，（允许一定点蚀）取 0.11

12、NZ，06.12NZ 由图 11-15(教材 P187)，得 0.121XXZZ 取0.1minHS，由图 11-13(b)(教材 P186)，得 MPaH6701lim,MPaH5102lim 许用接触应力：MPaZZSXNHHH0.6700.10.10.167011min1lim1 MPaZZSXNHHH6.5400.106.10.151022min2lim2 因 12HH，故取 MPaHH6.5402 MPaH6.540 2）按齿面接触强度确定中心距：小轮转矩mmNT334301，初取1.12ttZK 取4.0a，由表 11-5(教材 P181)得：MPaZE8.189 由图 11-7(

13、教材 P181)得：43.2HZ 因为是减速传动，02.4iu，由式(11-17)(教材 P182)计算中心距：mmZZZuKTuaHEHat73.1016.5408.18943.202.44.02334301.1)102.4(2)1(32321 查表 2-11-2(P108),在 R40 系列中取中心距a=125mm.估算模数：mmam5.2735.011502.0007.002.0007.0 取标准模数mmmn2(43p)mmmn2 确定齿数：小齿轮齿数：91.22)102.4(21152)1(ma21uz 大齿轮齿数：10.9291.2202.412 uzz 取231z，922z。922

14、321zz，实际传动比：4239212zzi实 4齿i 传动比误差：%05.0%10002.4|402.4|%100理实理iiii，%5i，在允许范围内。齿轮分度圆直径：mmzmdn4623211 mmzmdn18492222 圆周速度：smsmndv/2/31.21069604610604311 所以采用 油润滑。smv/31.2 由表 11-6(教材 P185),取齿轮精度为 8 级。3）验算齿面接触疲劳强度：计算载荷系数：按电机驱动,载荷平稳,由表 11-3(教材 P176),取：00.1AK 计算smvz/.530100/2331.2100/1，由图 11-2(b)(教 材 P177)

15、，按 8 级精度得：06.1K 齿宽mmaba461154.0。由图 11-3(a)(教材 P177)，按0.146/46/1db，考虑 轴的刚度较大和齿轮相对轴承为非对称布置得：08.1K 由表 11-4(教材 P178)，得：1.1K 载荷系数：26.11.108.106.100.1KKKKKvA 26.1K 计算齿面接触应力：由图 11-4(教材 P178)，得807.01，929.02，所以：736.121 查由图 11-6(教材 P180)得：76.0Z 齿面接触应力：MPaMPauubdKTZZZHEHH6.54041.36402.4102.446463343026.1276.08

16、.18943.2122211 MPaH41.364 故在安全范围内。4）校核齿根弯曲疲劳强度：按231z，922z 由图 11-10(教材 P183)得：75.21FaY，21.22FaY 由图 11-11(教材 P184)得，58.11saY，.7912saY 由图 11-12(教材 P184)得，68.0Y 由图 11-16(b)(教材 P187)，得，MPaF2851lim ，MPaF2012lim 由图 11-17(教材 P188)，得，0.11NY，0.12NY 由图 11-18(教材 P188)得,0.121XXYY 取0.2STY，4.1minFY，由式(11-25)(教材 P1

17、88)计算许 用弯曲应力：MPaYYSYXNFSTFF14.4070.10.14.1228511min1lim1 MPaF14.4071 MPaYYSYXNFSTFF0.4020.10.14.1220122min2lim2 MPaF0.4022 MPaMPaYYYmbdKTFsaFaF14.40788.5768.058.175.2246463343024.122111111 MPaF88.571 故安全。MPaMPaYYYYFsaFSaFaFF0.40270.5256.175.279.121.288.57211a2212 MPaF70.522 故安全。5）齿轮主要几何参数：231z，922z，

18、02.4u，mmm2 mmmzd4623211 mmmzd18492222 mmmhddaa5020.1246211 mmmhddaa18820.12184222 mmmchddaf412)25.00.1(246)(211 mmmchddaf1792)25.00.1(2184)(222 mmdda11519852212121 齿宽mmbb462，取mmbb5410521 4.轴的设计计算 初步确定轴的直径和长度 4.1.1 高速轴及联轴器的设计 1）初步选定减速器高速轴外伸段轴径：根据所选电机mmDd38电机，则 mmdd3864.29380.178.00.178.0电机 2）选择联轴器：联轴

19、器所传递的标称扭矩：mNnPT72.3396039.39550955000 根据传动装置的工作条件拟选用LX 型弹性套柱销联轴器 (GB/T4323-2002)查表 16-1(教材 P268)，取工作情况系数0.2AK 计算转矩 mNTKTAc44.6772.330.2。因此选 LX4 号联轴器。3)最后确定减速器高速轴外伸直径为mmd30。mmd30 4)确定减速器高速轴各段轴径及密封 d=30mm,mmTGBPCmmcdd35d20071.13871/)143(8-15-2)6.11)(4.368.34)43(111得）由旋转唇形密封圈（）查表（mmd351 按滚动轴承取标准直径 mmd3

20、52 mmd352 mmd403 mmd403 mmd504。mmd504 5)确定减速器高速轴各段轴长 mmLLL58-联轴器1 mmL581 mmL562 mmL562 mmL783 mmL783 mmL174 mmL174 6)选择高速轴的轴承 选择 6207（GB/T276-1994）型号联轴器；轴承外径 D=72mm 4.1.2 低速轴的设计计算 1）选择轴的材料 选择材料为 45 号钢，调质处理。2）初步计算轴伸直径 mmnPAd21.2681.23823.311033220 按一个键槽考虑，最小直径加大 5%得 mmd52.2705.121.26min 取mmd300 mmd30

21、0 mmCdd4.368.346.1)43(30)43(101 查表 2-15-8(P143),）20071.13871/由旋转唇形密封圈（TGB 取mmd381 mmd351 查表 2-13-3(P131)，由圆锥滚子轴承（GB/T97-1994）选择30208型号的圆锥滚子轴承。mmd352 ）查表2-11-2(5.423mmd(P108)mmd5.423）mm（5.505.480.2）43(5.42)43(d134cd 取 mm50d4 mmd504 mmd475 mmd475 mmdd4036 mmd406 3）计算各段轴的长度 mmd352 确定小链轮的毂孔直径和轮毂宽度 小链轮毂孔

22、与轴伸配合安装，即毂孔直径等于轴伸直径。mmds30 查图 2-20-3（P197）,链轮轮毂宽度）(604530)25.1(）25.1（链轮mmdLs 取mmL55链轮 mmL55链轮）(5.5454)15.0(-55）15.0（-链轮1mmLL 取mmL541 mmL541 mmLsetKbL184)(51222 mmL1842 mmBsbL795123 mmL793 其中，轴承端面到箱体内壁距离41s mmLbL4324 mmL434)(7.0345ddL 取整数mmL45 mmL45 mmL166 mmL166 轴总长度mmBLLL217627 mmL2177 轴的强度校核 4.2.1

23、 计算大齿轮上的作用力 转矩mmNT129170 圆周力NdTFt0.70218412917022 NFt0.702 径向力NFFtr6.38820tan0.702tan NFr6.388 4.2.2 绘轴的受力简图，求支座反力 M b a c e d f 1）垂直面支座反力 据0BM，得 0)(332lFllRtAy N3512323ttAyFlllFR N351AyR 根据0YF,得N351ByR N351ByR 2）水平面支座反力 据0BM，得 0)()(332321lFllRlllFrAzQ NRAz75.127 NRAz75.127 据0Z，得 NRBz75.127 NRBz75.1

24、27 受力简图如图（b）4.2.3 作弯矩图 1）垂直面弯矩 MY图 C 点 mmNlRMAyCy16848483512 垂直面弯矩图如图（c）2）水平面弯矩 MZ图 A 点 mmNlFMQAZ613224875.1271 g C 点 mmNlRlFMAZQCz613221 水平面弯矩图如图（d）3）合成弯矩图 C 点 mmNMMMzy2.179292C2CC，合成弯矩图如图（e）4.2.4 作转矩图 mmNdFTt1299702 mmNT129970 转矩图如图（f）4.2.5 作当量弯矩图 该轴单向工作，转矩按脉动循环应力考虑，取6.0 当量弯矩 22)(TMM A 点 mmNTMMAA6

25、.80116)(22 C 点 mmNTMMCC6.80116)(22 D 点 mmNTMMDvd77982)(22 当量弯矩图如图（g）4.2.6 校核轴的强度 由以上分析可见,A 点弯矩值最大，而 D 点轴 径最小，所以该轴危险断面是 A 点和 D 点所在剖面。查表 13-1(教材 P218)得MPab650 查表 13-2(教材 P224)得MPab601。A 点轴径 mmmmMdbAA5.4271.231.031 安全。D 点轴径 mmMdbDD51.231.031 该值小于原设计该点处轴的直径30mm,安全。5.滚动轴承的选择及其寿命验算 低速轴轴承 1）选定轴承类型及初定型号 深沟球

26、轴承（GB/T97-1994），型号 6207：查表得kNCr5.130，kNCr8.19。2）计算径向支反力 NRRRAZAY53.373221 NRRRBZBY53.373222 取NRP88.4101 3）校核轴承寿命 hhPfCfnLpth8400315000088.4102.124500181.238601060103636 故满足轴承的寿命要求。6.键联接的选择和验算 减速器大齿轮与低速轴的键联接 1）键的材料、类型 键的材料选用 45 钢，选用 A 型普通平键。2）确定键的尺寸 查表 2-12-13（P122）：选圆头普通平键 128 键长 L=(18-90）mm 取 L=37m

27、m 3）验算键的挤压强度 键和轴的材料为钢，轮毂材料为45 钢，所以按钢校核键连 接的挤压强度。查表 9-7(教材 P135)，得许用挤压应力 MPap100 键的计算长度mmbLl251237，由下式得 MPaMPadhlTpp10079.602585.4212917044 该键安全。所以选键 12840 GB/T1096-2003。小链轮与减速器低速轴轴伸的键联接 1）键的材料、类型 键的材料选用 45 钢，选用 A 型普通平键。2）确定键的尺寸查表 2-12-13（P122），选择普通平键 1045 GB/T1096-2003 R=mmLmmb46,42/,l=L-b=38mm.3）验算

28、键的挤压强度 键和轴的材料为钢，轮毂材料为 45 钢，所以按钢校核键连 接的挤压强度。查表 9-7(教材 P135)，得许用挤压应力 MPap100 MPaMPadhlTpp10075.643873012917044 该键安全.所以选键 8746 GB/T1096-2003。联轴器与减速器高速轴轴伸的键连接 1）键的材料、类型 键的材料选用 45 钢，选用 A 型普通平键。2）确定键的尺寸 查表 2-12-13（P122）：选圆头普通平键 87 键长 L=(18-90）mm 取 L=50mm 3）验算键的挤压强度 键和轴的材料为钢，轮毂材料为45 钢，所以按钢校核键连 接的挤压强度。查表 9-

29、7(教材 P135)，得许用挤压应力 MPap100 键的计算长度mmbLl42850，由下式得 MPaMPadhlTpp10029.15427303372044 该键安全。所以选键 8750 GB/T1096-2003。7.减速器的润滑及密封形式选择 1）轴承及齿轮润滑：根据减速器齿轮的圆周速度smv/2，减速器轴承 采用飞溅润滑，根据工作环境及工作强度，查表2-15-2(P141),齿轮润滑油选用抗氧防锈工业齿轮油(L-CKB)。2）密封圈：根据减速器的工作环境，减速器高速轴及低速轴采用 B 型 旋转轴唇形密封圈。由高速轴直径mmd30，低速轴轴直径 mmd30，通过查表 2-15-8(P143)，得 低速轴采用：唇形密封圈 B 038052 GB/高速轴采用：唇形密封圈 B 042055 GB/3）油标尺 M12,材料 Q235A。参考文献A 1陈良玉2000机械设计基础沈阳：东北大学出版社 2孙德志2010机械设计基础课程设计北京：科学出版社 A 说明书中未标明“教材”的页码标注，均是参考文献“1陈良玉”标明“教材”的页码标注，均是参考文献“2孙德志”，特此 说明。