带式运输机上的传动装置机械设计课程设计大学论文.doc
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1、机械设计减速器设计说明书 系 别: 专 业: 学生姓名: 学 号: 指导教师: 职 称:目 录第一部分 拟定传动方案.4第二部分电机动机的选择传动比的分配.5 2.1 电动机的选择.5 2.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比.6第三部运动和动力分析.第四部分 齿轮设计计算.13 4.1 高速级齿轮传动的设计计算.134.2 低速级齿轮传动的设计计算.第五部分 传动轴和传动轴承及联轴器的设计.25 5.1 输入轴的设计.25 5.2 中间轴的设计.305.3 输出轴的设计.35第六部分 齿轮的结构设计及键的计算.41 6.1输入轴齿轮的结构设计及键选择与校核.41 6.2 中间轴齿轮的结构设
2、计及键选择与校核.41 6.3 输出轴齿轮的结构设计及键选择与校核.41第七部分 轴承的选择及校核计算.42 7.3 输出轴的轴承计算与校核.43设计小结.49参考文献.50第一部分 拟定传动方案1.1初始数据1.工作要求;设计一带式运输机上的传动装置,工作中有轻微振动,经常满载工作,空载启动,单向运转,单班制工作(每天8小时)运输带运输带容许误差为5%。减速器为小批量生产,使用年限为5年。2.工况数据:F=2000N D=300mm V=1m/s1.2. 传动方案特点1.组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。2.特点:齿轮相对于轴承不对称分布,故沿轴向载荷分布不均匀,要求轴有一定的刚度。
3、3.确定传动方案:考虑到电机转速较高采用二级直齿圆柱齿轮减速器,。备选方案方案一:对场地空间有较大要求,操作较为便捷方案二:对场地要求较小,操作不便1.3方案分析方案一的场地空间有着较大要求,操作较为便捷。方案二对场地要求较小,但操作不便。由设计要求可知场地不收限制,故选择方案一。第二部分 电动机的选择及传动比的分配2.1电机的选择1.带轮的转速:2.工作机的功率3. 计算传动装置总效率电机功率:4. 电机的选择查电机类型适用Y型电机,同步转速为1000/min,满载转速为940r/min,功率为2.2kw的电机型号为Y112M-6.2.2传动比的分配1. 总传动比的计算:轴号功率P/KW转矩
4、T/Nm转速传动比i效率电机轴 2.2 21.01 1000高速轴 2.16 20.65 1000 1 0.903中间轴 2.07 66.41 298.5 3.35 0.96低速轴 1.99 299 63.65 4.69 0.96工作轴 1.96 299 63.65 1 0.9832. 传动比的分配结合课程设计指导书推荐公式:,此处取1.4计算,可算得,符合齿轮单级传动比的规定。 第三部分 运动及动力分析经计算可得各轴的速度与受力: 第四部分 齿轮传动的设计4.1 高速级齿轮传动的设计计算1.齿面接触疲劳强度计算初选齿数:小齿轮数z1=19大齿数z2=193.35=63.65取64压力角a =
5、 20初选螺旋角=14按齿面接触疲劳强度计算:试选载荷系数KHt =1.3计算小齿轮传递的转矩T1 =20.65Nm选取齿宽系数d = 1;由图查取区域系数ZH =2.433;传动比u=2.433切向压力角t=arctan(tann/cos)=arctan(tan20/cos140)=20.562aa1 = arccosz1cosa/(z1+2ha*) = arccos19cos20.562/(19+21cos14)=31.84aa2 = arccosz2cosa/(z2+2ha*) = arccos64cos20.562/(64+21cos14)=24.668端面重合度ea = z1(tan
6、aa1-tana)+z2(tanaa2-tana)/2=1.60069切面重合度e=dZ1tan/=1.5079重合度系数Ze =0.732;Z=查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为sHlim1 = 600 MPa、sHlim2 = 550 MPa查取接触疲劳寿命系数:KHN1 = 1.03、KHN2 = 1.1小齿轮应力循环次数N1= 60nkth =601000130058=7.2108大齿轮应力循环次数N2 =N1/u =7.2108/3.35=2.149108sH1 = =618MPa;sH2 = =605MPa取sH1和sH2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力,即sH = s
7、H2 =605Mpa试算小齿轮分度圆直径= =59.55mm调整小齿轮分度圆直径计算实际载荷系数前的数据准备圆周速度v = =3.118m/s;齿宽b = =59.55mm计算实际载荷系数KH由表查得使用系数KA =1.25;根据v=3.118m/s;7级精度由图查得动载系数KV =1.12齿轮的圆周力Ft1 = 2T1/d1t =693.53N;KAFt1/b =1.25693.53/59.55=14.56查表得齿间载荷分配系数KHa =1.4;KHb =1.42KH = KAKVKHaKHb =1.251.121.41.42=2.783可得按实际载荷系数算的的分度圆直径d1 = =59.5
8、5=76.749mm及相应的齿轮模数m = d1cos/z1 =3.919mm2.齿面弯曲疲劳应力校核按齿轮弯曲疲劳强度设计KFt=1.3;b=arctan(tancost)=13.14v=/cos2b=1.688;Y=0.25+0.75/v=0.694Y=1-=0.824;Y=0.25+0.75/ea=0.07185由齿数,查图得齿形系数和应力修正系数YFa1 =2.84 YFa2 =2.25YSa1 =1.55 YSa2 =1.76计算Zv1=z1/cos3=20.8同理Zv2=70.06查得小齿轮和大齿轮的弯曲疲劳极限分别为sFlim1 = 500 MPa、sFlim2 = 380 MP
9、aKFN1=0.85;KFN2=0.88取安全系数S=1.4,得sF1 = = 303.57 MPasF2 = =238.86MPa=0.0145;=0.0166取=0.0166试算模数mt计算实际载荷系数前的数据准备圆周速度v = =1.204m/s;d1=m1z1=22.99mm齿宽b = =22.99mm宽高比h=(2ha*+c*)mt=2.7225;b/h=22.99/2.7225=8.44计算实际载荷系数KF根据v=1.204m/s 7级精度查表Kv=1.08由Ft1=2T1/d1=220.65/22.99=1.796103NKAFt1/b=1.251.796103/22.99=97
10、.65N/mm100N/mm查表得KF=1.4由差值法KH=1.372结合b/h=8.44查表得KF=1.26;KF = KAKvKFaKFb =1.251.081.41.26=2.381按实际载荷算得齿轮模数m=取标准值m=2mm按接触疲劳强度算得分度圆直径d1=76.749mm算得小齿轮齿数z1=d1cos/m=37.23取z1=37则z2=uz1=3.3537.23=123.95取z2=124z1和z2互质新传动比i=z2/z1=3.3513.几何尺寸计算计算中心距a = (d1+d2)/2 =165.925mm中心距圆整为165mm修正后螺旋角=arccos大小齿轮分度圆半径d1=;d
11、2=齿宽b=dd1=75.84mm取b2=76mm;b1=80mm调整后强度校核4.齿面接触疲劳强度校核Ft1=2T1/d1=516.25N;KAFt1/b=1.25516.25/80=8.066100查10-3表KH=1.39;KH=KAKVKHKH=2.76T1=20.65Nm;d=1;d1=75.84mm;u=3.351;ZH=2.45;ZE=189.8MPaZ=0.64;Z=0.99H=H齿根弯曲疲劳校核KF=2.4;T1=20.65Nm;YFa1=2.81;YFa2=1.74;Ysa1=1.50Ysa2=2.22;Y=0.715;Y=0.82;=12.64;d=1;m=2mm;z1=
12、37sF1 = =21.29MPa sF1sF2 = =11.26MPa sF2压力角=20;螺旋角=12.64变位系数x1=x2=0;中心距a=165mm;齿宽b1=65mm;b2=60mm小齿轮选用40Cr(调制),大齿轮选用45钢(调制),7级精度5.齿轮参数总结和计算代号名称高速级小齿轮高速级大齿轮模数m2mm2mm齿数z37124齿宽b6560mm分度圆直径d74mm248mm齿顶高系数ha1.01.0顶隙系数c0.250.25齿顶高ha2mm2mm齿根高hf2.5mm2.5mm全齿高h4.5mm4.5mm齿顶圆直径da78mm252mm齿根圆直径df69mm243mm6.2 低速级
13、齿轮传动的设计计算1. 初选数据斜齿圆柱齿轮传动,压力角=20选择小齿轮材料为40Cr(调质),齿面硬度280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),齿面硬度为240HBS初选小齿轮齿数z1=20大齿轮z2=93;u=4.65初选=142.齿面接触疲劳强度计算按齿面接触疲劳强度计算:试选载荷系数KHt =1.2;选取齿宽系数d = 1;由图查取区域系数ZH =2.433切向压力角t=arctan(tann/cos)=20.562aa1 = arccosz1cosa/(z1+2ha*) =31.408aa2 = arccosz2cosa/(z2+2ha*) =23.486端面重合度ea = z1(t
14、anaa1-tana)+z2(tanaa2-tana)/2=1.629切面重合度e=dZ1tan/=1.587;重合度系数Ze =0.714Z=0.985;T1=66.41103Nmm查表得材料影响系数ZE=189.8Mpa查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为sHlim1 = 600 MPa、sHlim2 = 550 MPa查取接触疲劳寿命系数:KHN1 = 1.13、KHN2 = 1.18小齿轮应力循环次数N1= 60nkth =2.15108大齿轮应力循环次数N2 =N1/u =4.6107sH1 = =452MPa;sH2 = =432.68Mpa取sH1和sH2中的较小者作为该齿轮副
15、的接触疲劳许用应力,即sH=432.68MPa试算小齿轮分度圆直径= 47.81mm调整小齿轮分度圆直径计算实际载荷系数前的数据准备圆周速度v = =0.747m/s;齿宽b = =47.81mm计算实际载荷系数KH由表查得使用系数KA =1.25;根据v=0.747m/s;7级精度由图查得动载系数KV =1.03齿轮的圆周力Ft1 = 2T1/d1t =2.79103;KAFt1/b =72.94100N/mm查表得KF=1.2;查表得KH=1.51结合b/h=9.16由差值法KH=1.4KF = KAKvKFaKFb =2.056按实际载荷算得齿轮模数m=取标准值m=2mm按接触疲劳强度算
16、得分度圆直径d1=62.83mm算得小齿轮齿数z1=d1cos/m=30.48取z1=31则z2=uz1=146;d2=292mm4.几何尺寸计算计算中心距a = (d1+d2)/2 =182.419mm取180mm修正后螺旋角=arccos大小齿轮分度圆半径d1=;d2=齿宽b=dd1=63.05mm取b2=60;b1=65调整后强度校核齿面接触疲劳强度校核KH=KAKVKHKH=2.587T1=6.41103Nm;d1=65mm;u=4.709;ZH=2.46;ZE=189.8MPaZ=0.657;Z=0.992H=H齿根弯曲疲劳校核KF=2.2;T1=66.41103Nmm;YFa1=2
17、.52;YFa2=2.157Ysa1=1.64;Ysa2=1.83;Y=0.689;Y=0.82sF1 = =137.64MPa sF1sF2 = =76MPa sF25.主要设计结论 齿数z3 = 31、z4 =143 ,模数m = 2mm,压力角a = 20,中心距a = 187.5 mm,齿宽b3 = 60 mm、b4 = 65mm。6.齿轮参数总结和计算代号名称低速级小齿轮低速级大齿轮模数m2mm2mm齿数z31143齿宽b65mm60mm分度圆直径d62mm286mm齿顶高系数ha1.01.0顶隙系数c0.250.25齿顶高ha2mm2mm齿根高hf2.5mm 2.5mm全齿高h5m
18、m5mm齿顶圆直径da66mm290mm齿根圆直径df58mm282mm第五部分 传动轴和传动轴承及联轴器的设计7.1 高速轴的设计1.轴上的功率P1、转速n1和转矩T1 P1 = 2.16KW n1 = 1000 r/min T1 = 21.01Nm2.求作用在齿轮上的力 已知高速级小齿轮的分度圆直径为:d1 = 74mm 则: Fr = Fttana = 558.1tan20 = 203.1 N 3.初步确定轴的最小直径:先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢,调质处理,根据表,取A0 = 112,得:mm4. 联轴器的选择由题设知减速器工作具有轻微振动,故选弹性联轴器补偿两轴相对位
19、移,初步选定弹性柱销联轴器,由公称转矩和轴径选定HL2,公称转矩为315Nm,高速轴直径为20mm,电机轴直径28mm。5. 轴的设计图根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度,由联轴器的选择确定输入轴ab段,轴径为20mm,长度为45mm。轴段bc由以下公式确定 联轴器的倒角取为2mm,考虑到密封垫圈的内径,所以取,透盖高66mm,考虑到螺栓的长度此处取。选择型号为7028AC的角接触球轴承,其内径为40mm,宽为18mm,由此确定轴段cd,轴环de段用以轴承的定位,故轴段gh由齿轮与端盖共同决定取,至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。6.轴的受力分析和校核1)计算出轴承支点的位置选择型号
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