南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 目錄 一設(shè)計任務(wù)書 二傳動方案的擬定 三電動機的選擇 四三角帶的傳動設(shè)計 五齒輪傳動的設(shè)計 六減速器的結(jié)構(gòu)及箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸計算 七軸的設(shè)計 八滾動軸承的壽命計算 九鍵的選擇 十聯(lián)軸器的選擇 十一減速器的潤滑密封和潤滑牌號選擇 十二設(shè)計小結(jié) 十三參考文獻 2004 級數(shù)控專業(yè)設(shè)計綜合實訓(xùn)任務(wù)書 1 課題名稱： 機械傳動系統(tǒng)設(shè)計與分析 2 具體設(shè)計參數(shù)學(xué)： 設(shè)計參數(shù) 輸送帶有效拉力 F 輸送帶工作速度 V 輸送機滾筒直徑 d 4KN 0.8m/s 350mm 傳動系統(tǒng)簡圖如下： 6 5 V F 4 1，電動機 2， V 帶傳動 3 3，兩級圓柱齒輪減速器 4，聯(lián)軸器 2 5，滾筒 1 6，輸送帶 帶式輸送機電動機驅(qū)動。電動機 1 通過 V 帶傳動將動力傳入兩級圓柱齒輪減速 器 3，再通過聯(lián)軸器 4 將動力傳至輸送機滾筒 5 帶動輸送帶 6 工作，減速器設(shè)計壽命 5 年，兩班制，常溫下連續(xù)工作，空載啟動，工作載荷平穩(wěn)，三相交流電源，電壓為 380/220 伏。 指導(dǎo)老師： 施勇成 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 二傳動方案的確定 電動機 - 帶傳動 - 齒輪傳動 -滾筒 方案分析 1帶傳動由于承載能力較低在傳遞相同轉(zhuǎn)矩時 結(jié)構(gòu)形式較其它形式大故應(yīng)放在傳動系統(tǒng)的高速級此時轉(zhuǎn)速較 高在傳遞相同功率時的轉(zhuǎn)矩較小從而使帶傳動獲得較為緊湊胡的結(jié)構(gòu)尺寸。此外帶傳動工作平衡能緩沖吸振被廣泛采用。 2齒輪傳動承載能力較高傳遞運動準(zhǔn)確平穩(wěn) 傳遞功率和圓周速度范圍很大傳動效率高結(jié)構(gòu)緊湊。 3斜齒圓柱齒輪傳動的平穩(wěn)性較直齒圓柱齒輪傳動好故有平穩(wěn)性要求時可采用斜齒圓柱齒輪傳動。 由上分析可得將帶傳動放在傳動系統(tǒng)的高速機齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級傳動方案合理。 654321帶式輸送機的傳動裝置簡圖 1電動機 2 V 帶傳動 3兩極齒輪減速器 4聯(lián)軸器 5滾筒 6 輸送帶 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 三 .選擇電動機 1選擇電動機 類型 2選擇電動機額定功率 1)計算工作機輸出功率 2)計算電動機輸出功率 P0 計算電動機輸出功率 P0 3)傳動裝置總效 率 3)選取 Pm 確定電動機轉(zhuǎn)速 (1)滾筒軸轉(zhuǎn)速nw (2)傳動比 i (3)發(fā)動機滿載轉(zhuǎn)速 nm 二計算傳 動裝置在的總傳動比并分配各級傳動比 按照工作條件及載荷特點選用 Y 系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機 Pw=FwVw/1000yw kw 由 1第 7 頁 得 yw=0.95 Pw=3000 0.95/10000.95= 3 .37kw P0=Pw/y kw 由 1第 11 頁 式 2.4 y=y1 y 2y 3 y4 參考 1第 11 頁 式 2.4 y1=0.95 y2=0.97 y3=0.99 y4=0.98 y=0.95.970.990.98=0.850 p0=3.37/0.850=3.96kW 為使 Pm=(1.01.3) p0, 并由 1第 8 頁表 2.1.取電動機額定 功率為 Pm=5.5kW nw=60Vw/ D r/min =600.951000/ 350=43.67 由 1第 12 頁 式 2.5, V 帶傳動比 24 兩級圓齒輪的傳動比范圍 i1 i2=840, Y 系列三相異步電動機 yw=0.95 Pw=3.37kW p0=3.96kW Pm=5.5kW nw=43.67r/min nm=1440r/min 則 i= i0 i1 i2=(24)(840)=16160 nm=Inwr/min=(16160)43.67r/min =698.26989.72r/min 由 1第 8 頁 式 2.1,為降低電動機重量和價格選取 Y 系列電動機 Y132S-4 其滿載轉(zhuǎn)速 nm=1440r/min y 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 傳動裝置總傳動比 分配各級傳動比 三計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 1各 軸轉(zhuǎn)速 2各軸功率 3各軸轉(zhuǎn)速 i=nm/nw=1440/43.67=32.97 i= i0 i1 i2 由 第 12 頁表 2.5 且使 i1=(1.31.5)i2 取 i0=3 i1 i 2 =10.99 得 i1=3.92 i2 =2.80 i 2 2 =7.85 no =nm =1440r/min nI=1440/3=480r/min nII=480/3.92=122.449r/min nw=122.449/2.8=43.732r/min (nIII=nw) p0=3.96kw p1=p0y 1=3.96 0.95=3.762kw p2=p1y 1y 2=3.7620.970.99=3.61kw p3=p2y 2y 3=3.610.970.99=3.47kw pw=p3y 3y 4=3.470.990.98=3.37kw T0=9.55106p0/n0=9.55106 3.96/1440=2.62104 N.mm T1=9.55106pI/nI=7.48104 N.mm 6 T2=9.55106pII/nII=2.81104 N.mm 6 T3=9.55106 pIII/nIII=7.58 104 N.mm 6 Tw=9.55106 pw/nw=7.36 104 N.mm i=32.97 i0=3 i1=3.92 i2 =2.80 no=1440r/min nI=480r/min nII=122.49r/min nw=43.732r/min p0=3. 96kw p1= 3.762kw p2=3.61kw p3 =3.47kw pw=3.37 kw T0=2.62 10 4 N.mm T1=7.48 10 4 N.mm T2=28 10 4 N.mm T3=75.8 104 N.mm Tw=73.6 10 4 N.mm 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 四三角帶傳動設(shè)計 1確定設(shè)計功率 P 2選擇帶的型號 3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 (1)選取小帶輪基準(zhǔn)直徑 (2)驗算帶速 (3)計算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 參 數(shù) 軸名 電動機 0軸 I 軸 II 軸 III 軸 IV 軸 轉(zhuǎn)速 n 1440r/min 480r/min 122.449r/min 43.732r/min 43.732r/min 功率 p 3.96kw 3.762kw 3.61kw 3.47kw 3.37kw 轉(zhuǎn)矩 T 26.2n m 74.8 nm 281 nm 758n m 736n m 傳動比 i 3 3.92 2.80 32.97 效率 0.95 0.97 0.99 0.88 Pc=KAP0 (KA 為工況系數(shù) ) 由 212 頁表 5-7 得 KA=1.3 Pc=1.33.96=5.148kw 由 211 頁表 5.17依據(jù) Pc 和 n選 A 型帶 由 211 頁 517 212 頁 5.8 得 d1=112mm V= dn1/1000X60= 1121440/1000X60=8.44m/s i=n1/n2=d2/d1(1- ) d2/d1 d2=id1=n1/n2 d1=1440/480 112=336mm 由 213 頁 5.9 取 d2=355mm 實際傳動比 i=d2/d1 =355/112 =3.17 Pc=5.148kw 選 A 型 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 (4)驗算從動輪轉(zhuǎn)速n2 4確定中心距 a 和帶長 Ld (1)初選中心距 (2)計算 Ld (3)選取標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長度 Ld (4)計算實際中心距 (5)確定中心距的調(diào)整范圍 (6)驗算小帶輪包銷 (7)確定 V帶的根數(shù) 實際 n2=n1/i 實 =1440/3.170=454.259r/min n 2 的誤差 (480-454.259)/454.259100 =2.3 213頁 5-9取 Ld=2000mm a=a0+ (Ld- Ldo)/2 =600+(2000-1958)/2=621mm amax=a+0.03 Ld=621+0.032000=681mm amin=a-0.015 Ld=621-0.0152000=591mm 1=180o -(d2-d1)/a57.3 o =180o -(355-112)/62157.3 o =157.578o 120o 合適 Z Pc/(P1+ P2)K Kl 由 210頁表 5-6依 Vd1型號由插值法 (1.68-1.22)/(9-6)=(1.68-p1)/(9-8.44) P1=1.6012 p1=0.0001 T n1 由 214頁表 5-11得 T=1.2 取 a=600 Ld=2000 a=621mm amax=681mm amin=591mm 令 1 =157.578o P1=1.6012kw 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 (8)確定單根 V 帶的初拉力 F0 (9)計算帶輪軸所受的壓力 Q (10) 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 五齒輪傳動的設(shè)計 A 高速機齒輪傳動 1選擇齒輪材料 (1)確定許用應(yīng)力 P=0.00011.21440=0.1728 由 214頁表 5-12得 K =0.95 由 215 頁表 5-13 得 Kl=1.03 Z 3.883/(1.6012+0.17)0.951.03=2.24 F0= =130.1N 132N F Q=2zF0sin 1/2 =2 4 132 sin157.578/2 =1003n d1=112 實心式 d2=355 腹板式 由 249 頁表 6-9 小齒輪 45 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 調(diào)質(zhì)處理 217255HBS 大齒輪 45 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 調(diào)質(zhì)處理 170217HBS 由 250 頁 表 6-30 圖 C Hlim1=570MPa 圖 b Hlim2=460MPa 表 6-30 圖 C Flim1=460MPa 圖 b Flim2=360MPa 由 251頁 表 6-10 SHmin=1 SFmin=1.25 【 H1】 = Hlim1/SHmin=570/1=570MPa 【 H2】 = Hlim2/SHmin=460/1=460MPa K =0.95 Kl=1.03 F0=132 n F Q=1003 n d1=112 實心式 d2=355 腹板式 小齒輪 45 217255 大齒輪 45 170217 Hlim=570MPa Hlim=460MPa Flim=460MPaFlim=360MPa 【 H1 】=570MPa 【 H2 】 = 460MPa 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 2 按接觸疲勞強度設(shè)計 (1)載荷系數(shù)K (2)計算 T1 (3) 齒數(shù)比U1 (4)齒寬系數(shù) d (5) 許 用 接觸應(yīng)力 3 確定齒輪的系數(shù)及幾何尺寸 (1) 齒數(shù) Z1 Z2 (2)模數(shù) (3)中心距 (4)其它主要尺寸 【 F1】 = Flim1/SFmin=460/1=368MPa 【 F2】 = Flim2/SFmin=360/1=360MPa 由 242 頁表 6-4 取 8 級精度 d1(671/ H)2 KT1( +1)/ d 由 246頁表 6-6 取 K=1.1 T1=9.55 106P1/n1=7.48 104 Nm U1=i1=3.92 由 247頁表 6-7取 d=1 【 H1】 =【 H2】 =340 MPa d1(671/ H)2 KT1( +1)/ d =(671/460)1.1 7048 104 ( +1)/ d =57.83mm 取 Z1 =29 Z2=iz1=3.92 29=113.68 i 實 =z2/z1=113/29=3.897 i= (i 實 -i/)i 100 =0.56% 5%合適 m=d1/z1=1.99mm 由 233頁表 6-1 取 m=2.5 a12=m/2(z1+z2)=142mm d1=mz1=58mm d2=mz2=266mm F1=460MPa F2=360MPa 8 級精度 K=1.1 d=1 d1=57.83mm Z2=113 m=2.5 a12=162mm d1=58mm d2=266mm 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 (5)齒寬 (6)驗算齒根彎曲疲勞強度 (7) 確定YFs (8)齒輪傳動的圓周速度 (9)齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4低速級傳動 (1) 選擇齒輪材料 (2) 確定許用應(yīng)力 da1=d1+2m=62mm da2=d2=2m=270mm b= dd1= 58mm 取 b2=58mm b1=b2+(5 10)= 63 68mm 取 b1=66mm F=2KT1/bmd1YFs F 由 248 頁表 6-29 得 YFs1=2.53 YFs2=2.18 F1=2KT1/bmd1 YFs1=314.3mpa F2= F1 (YFs1/ YFs2)=300mpa 彎曲疲勞強度足夠 V1= d1n1/601000= 1.457m/s249 頁表 6-9 小齒輪 45 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 調(diào)質(zhì)處理 217255HBS 大齒輪 45 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 調(diào)質(zhì)處理 170217HBS 由 250 頁 表 6-30 圖 C Hlim1=570MPa 圖 b Hlim2=460MPa 表 6-30 圖 C Flim1=460MPa 圖 b Flim2=360MPa da1=62mm da2=270mm b2=58mm b1=66mm YFs1=2.53 YFs2=2.18 8 級精度 小齒輪 45 217255 大齒輪 45 170217 Hlim=570MPa Hlim=460MPa Flim=460MPa Flim=360MPa 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 2 按接觸疲勞強度設(shè)計 (1)載荷系數(shù)K (2)計算 T2 (3) 齒數(shù)比U2 (4)齒寬系數(shù) d (5) 許 用 接觸應(yīng)力 3 確定齒輪的系數(shù)及幾何尺寸 (1) 齒數(shù) Z3 Z4 【 由 251 頁 表 6-10 SHmin=1 SFmin=1 【 h3】 = Hlim3/SHmin=570/1=570MPa 【 H4】 = Hlim4/SHmin=460/1=460MPa 【 F3】 = Flim3/SFmin=460/1=460MPa 【 F4】 = Flim4/SFmin=320/1=360MPa 由 242 頁表 6-4 取 8 級精度 d3(671/ H)2 KT1( +1)/ d 由 246頁表 6-6 取 K=1.1 T2=9.55 106P1/n1=281000Nmm U2=i2=2.80 由 247頁表 6-7取 d=1 【 H3】 =【 H4】 =460MPa d1(671/ H)2 KT1( +1)/ d =(671/460)1.1 7.03 104 ( +1)/ d =96.36mm 取 Z3 =30 Z4=i2z3=2.8 30=86 SHmin=1 SFmin=1 【 H3 】=570MPa 【 H4 】 = 460MPa F3=460MPa F4=360MPa 8 級精度 K=1.1 d=1 D1=96.36mm Z3=30 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 (2)模數(shù) (3)中心距 (4)其它主要尺寸 (5)齒寬 4 驗算齒根彎曲疲勞強度 (1) 確定YFs (2) 齒 輪 傳動 的 圓周速度 (3) 齒 輪 的結(jié)構(gòu)設(shè)計 六減速器的結(jié)構(gòu)及箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸計算 i 實 =z4/z3=86/30=2.87 i= (i 實 -i3)i3 100 = 2.5% 5% 合適 m=d3/z3=113.29/30=3.212 由 233頁表 6-1 取 m=3 a34=m/2(z3+z4)=174mm d3=mz3=3 30=90mm d4=mz4=3 86=258mm da3=d3+2m=90+2 3=96mm da4=d4=2m=258+2 3=264mm b= dd3= 1 90=90mm 取 b4=90mm b3=b4+(5 10)=95 100 取 b3=98mm F=2KT1/bmd1YFs F 由 248 頁表 6-29 得 YFs1=2.52 YFs2=2.22 F3=2KT2/bmd3 YFs3=33.87mpa F4= F3 (YFs4/ YFs3)=20.84mpa 彎曲疲勞強度足夠 V2= d3n2/601000= 0.837309頁表 8-8 【 H】 b=55MPa 由 313 爺表 8-11 取 C=115 d CP3/n3= 1153.04/43.732mm=49.37 mm 考慮到有鍵槽將軸徑增大 5% 即 dmin 45.12mm 此段軸的直徑和長度應(yīng)與聯(lián)軸器相等 由 219頁表 6.3選取 dmin=56mm (1) 根據(jù)軸上零件的軸向位置考慮軸上零件的軸向定位 固定安裝方式從最小直徑開始初步確定軸需要有 7 個階梯段 (2) 確定軸系各段直徑和長度 7654321d1=45mm 由 129頁附表 6.3查得軸段 1處聯(lián)軸器長 84mm L1=81mm d 2=d1+2a=65mm (a 為軸肩高度取 a=4mm) 考慮到氈圈密封查 37 頁表 5.4 取 d2=53mm 考慮到軸承蓋尺寸聯(lián)軸器的拆裝要求 L2=26+48=74mm 26-端蓋長度 45 正火處理 【 H 】b=55MPa dmin=56mm d1=45mm L1=81mm d 2=55mm L2=74mm 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 4按彎曲合成強度校核軸的強度 (1) 繪制軸的受力圖 (2) 繪制水平面內(nèi)軸承支反力 (a)和彎矩圖(b) (3) 求截面 C處的彎矩 (4) 求垂直面內(nèi)的支反力 (c)和彎矩圖 (d) 由 31 頁表 5.1 查得 d3=d2+(15) 取 d3=65+5=70mm 由 116 附表 5.1 初選軸承 6014 型軸承寬度 B1=20mm D=110mm L3=20+10=30mm d 4=d3+2a=60+24=68mm 由低速軸的結(jié)構(gòu)確定取 L4=15+58+15-6=82mm d 5=d4+2a=86mm L5=1.44=6mm d 6=74mm L6=b-(23)=90-2=88mm d 7=d6-(15)=74-5=71mm 此處軸承由 116 頁表 5.1 初選 6014 型取 d7=70mm B2=20mm L7=222mm (3) 計算軸承支點跨距 L=20/2+10+82+6+73+16+20/2=222 Ft=2T/d6=22.8105 /74=7594.6N Fr=Fttan20 =7594.60.364=2 764.4N FHA=Ft 70/(70+152)=70/2227 594.6=2395N FHB=Ft-FHA=7594.6-2395=5099.6N MHC=FHAL AC=23951 52X10- 3 =364NXm FVA=Fr+70/222=70/2222 764.4=872N FVB=Fr-FVA=2764-872=1892N d3=70mm B1=20mm L3=30mm d4=68mm L4=82mm d5=86mm L5=6mm d6=74mm L6=88mm d7=70mm B2=20mm L=222mm Ft=7594.6N Fr=2764.6N FHA=2395N FHB=5099.6N MHC=364Xm FVA=872N FVB=1892N 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 (5)求合成灣矩 (6)求當(dāng)量灣距 (7)計算危險截面處的軸徑 ( f )( e )( d )( c )( b )( a )M VCFrF vBF VAM HC70152FtF HBF HABATCFrFtMvc=FVALAC=872 15210- 3 =132.544N.m Mc= MHC2 +MVC2 = 3642 +132.5442 =387.38NL 因單向傳動轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)變化故折算系數(shù) 0.6 危險截面 C處的當(dāng)量彎矩為 Mec= Mc2 + T2 = 387.382 +(0.62. 8110 5 10 - 3 )2 =422.48Nm d Mec/0.1b= (422.4810 3 /0.1X55)=41.97mm Mvc =132.544N.m Mc= 387.38NL Mec= 422.48Nm 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 八滾動軸承的壽命計算 1確 定 Cr 值 2確定合成支反力 3計算當(dāng)量動載荷 1 確定 e值 2 判別FaFr 與 e的大小 3 計算當(dāng)量動載荷Pr 4 計算軸承壽命 因 截 面 C 處 有 一 鍵 槽 故 將 直 徑 增 加 5% 即d=41.971.05=44.07mm 機構(gòu)設(shè)計草圖中此處直徑為 64mm故強度足夠 因此以原始結(jié)構(gòu)設(shè)計的直徑為準(zhǔn) 由 116 頁表 5.1 6014 軸承的 Cr=77.5Cor=45.5 由圖 (a)(c)可得支反力的 合成受力圖 (g) F BFrFtF A FA= FVA2 +FHA2 = 8722 +23952 =2586N FB= FVB2 +FHB2 = 18922 +5099.62 =5549N FB FA 計算 B 處軸承的受命即可 由 2P225 表 14-5FA/FR E 查得系數(shù) X=1 Y=0 PR=XPR+YFA=XFB=YFA=1X5549+0=5549 由 2P226 表 14-7 溫度小于 100 可知 FT=1，由 2表 16-6 按載荷有輕微沖擊查得 FP=1.2 壽命指數(shù) =3 LH=10/60N=83600h 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 九 .鍵的選擇及校核 1. 選擇鍵型 2. 確定尺寸 3. 鍵的強度校核 4. 鍵槽尺寸 十 .聯(lián)軸器的選擇 1. 選擇聯(lián)軸器類型 2. 計算轉(zhuǎn)矩Tc LH=5 300 16=24000 LH LH 6014 軸承滿足要求 該聯(lián)接為靜聯(lián)接，為了便于安裝，選擇普通平鍵 A 型（圓頭） 根據(jù)軸的直徑 D=74MM，由 2P211 表 13-1 鍵寬 B=20MM 鍵高H=12MM，計算輪轂長度 L=80MM 該聯(lián)接中輪轂材料最弱，由 2P212 表 13-2P=50MPA 鍵的 工作長度 L=L-B=80-20=60MM 按鍵的聯(lián)接校核聯(lián)接強度 P=2007/KLD=21.10MPA 50MPA 強度足夠 此鍵的標(biāo)準(zhǔn)為鍵： 18 80GB/7 1096-1979 該平鍵的標(biāo)記為鍵寬極限偏差按一般聯(lián)接由 1P111 附表 4-1 鍵槽深 d-t-7.5=66.5mm 軸槽寬 b20-0.052 輪轂槽深 d64+4.9=78.9+0.2mm 輪轂槽寬 b20+0.0215 由于此輸送機的功率不大，振動輕微，考慮結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，選擇彈性注銷聯(lián)軸器動力機為由動機，工作機為輸送機，由2P273 表 16-1 取工作情況系數(shù) KA=1.5 D=74mm B=20mm h11mm L=80mm L=60mm KA=1.5 南通紡織職業(yè)技朮學(xué)院 設(shè)計項目 計算及說明 主要結(jié)果 十一 .減速器的潤滑密封和潤滑油牌號選擇 TC=KAT=1.5 758000=1173 N.M 根據(jù) TC.D 和 N 查 1P129 附表 6.3 選 HL54 型彈性套注銷聯(lián)接器，公稱轉(zhuǎn)矩 TN=2000 N.M TC，許用轉(zhuǎn)矩 N=3550R/MIN N，軸孔直徑 D=45-63MM 符合要求 主動 端安裝在減速器輸