螺旋输送机传动装置设计.docx
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螺旋输送机传动装置设计.docx
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螺旋输送机传动装置设计
机械设计课程设计
计算说明书
设计题目:
螺旋输送机传动装置设计
院别:
机电工程学院
专业:
班级:
姓名:
学号:
指导老师:
目录
一、机械设计课程设计任务书………………………3
二、减速器各零件的设计计算及说明………………4
1.电动机的选择………………………………………………..5
2.传动装置的总传动比的计算及各级传动比的分配………..5
3.各轴的转速和转矩的计算…………………………………..6
4.V带和带轮的设计与计算…………………………………..6
5.齿轮传动的设计与计算……………………………………..8
6.输出传动轴的设计与计算………………………………....10
7.输入传动轴的设计与计算………………………………....10
8.滚动轴承的选择…………………………………………….16
9.联轴器的选择………………………………………………16
10.减速器附件的选择及箱体的设计………………………….17
11.润滑密封…………………………………………………….17
12.减速器装配图………………………………………...18
三、参考文献………………………………………..21
一、机械设计课程设计任务书
题目:
螺旋输送机传动装置设计
(1)总体布置简图:
工作条件:
螺旋输送机主要用于运送粉状或碎粒物料,如面粉、灰、砂、糖、谷物等,工作时运转方向不变,工作载荷稳定;工作寿命8年,每年300个工作日,每日工作8h。
(2)运输机的设计参数:
(题号4)
参数、题号
1
2
3
4
减速器输出轴转矩T/(N.m)
80
95
100
150
减速器输出轴转速n/(r/min)
180
150
170
115
(3)设计内容
1、电动机的选择与其它参数选择计算
2、设计带轮传动和齿轮传动
3、设计输出传动轴和输入传动轴
4、滚动轴承的选择
5、联轴器的选择
6、减速器附件的选择及箱体设计
7、润滑与密封
8、绘制装配图、零件图
9、编写设计说明书
(4)设计任务
1、设计说明书一份
2、齿轮、带轮零件图各一张、传动轴零件图两张
3、减速器总装配图一张
二、减速器各零件的设计计算及说明
1、选择电动机
计算内容
计算说明
计算结果
(1)确定电动机功率
输送机的输出功率为:
P输送机=9550T/n输送机=1.8kw
查课本表2-3得,η轴承=0.98,η齿轮=0.97,η联轴器=0.99
η带轮=0.96
总效率η总=η轴承²η齿轮η带η联轴器=0.982x0.97x0.96x0.99=0.89
则电动机输出功率:
P电机=P输送机/η总=2.03kw
综合考虑及查课本表20-1可知Ped=2.2kw
P电=1.68kw
η总=0.89
(2)确定电动机的转速
根据表2-2,取普通V带传动比,i带=2~4,i齿=3~6,i总=6~24,i总=n电/n减,n电=(6~24)x115=(690~2760)r/min,由表20-1可知,选用转速为1500r/min其满载转速为1420r/min,
电动机型号为Y100L1-4
Ped=2.2kw
nm=1420r/min
(3)选择电动机类型
按已知的工作要求和工作条件,选用Y系列型号为Y100L1-4笼型三相异步电动机,全封闭自扇冷式结构,电压380V。
电动机型号为Y100L1-4
2、传动比计算与分配
总传动比i=nm/n输送机=1420/115=12.3
分配传动比:
根据传动比范围知,i带轮=3,i齿轮=i/i带轮=12.3/3=4.1
i=12.3
i带轮=3,i齿轮=4.1
3、计算各轴的转速和转矩
(1)各轴转速
n电=nm=1420r/min,n2=115r/min,n1=n2*i齿轮=471.5r/min
大齿轮轴即I轴:
P0
P1=η轴承η带轮η联轴器P电机=0.98×0.96×0.99×2.03kw=1.9kw
n1=n电/i带=617r/min,T1=9550P1/n1=9550x1.56/617N·m=24.14N·m
小齿轮轴即Ⅱ轴:
P2==1.5kw
n2=180r/min,T2=9550P2/n2=9550x1.5/180=79.58N·m
n电=1420r/min
n1=471.5r/min
T1=24.14N·m
n2=115/min
T2=79.58N·m
4、V带传动设计
(1)确定计算功率Pc
根据V带传动工作条件,查课本表11-7,可得工作情况系数KA=1.4,则Pc=KAP电=1.4×1.68kw=2.35kw
Pc=2.35kw
(2)选取V带型号
根据Pc、n电,由课本图11-6选用A型V带
采用实心式
选用A型V带
(3)确定带轮基准直径dd1、dd2
由课本表11-8,图11-6选dd1=100㎜,则
dd2=i带dd1=230mm
dd1=100㎜
dd2=230mm
(4)确定结构尺寸
根据课本p148,表11-9得e=15,fmin=10
①主动轮尺寸:
根据素材p219式15-2,d≥
=14.55~16.08mm
ds=20mm,l=(1.5~2)ds=30-40mm,ha=1.75,da1=dd1+2ha=103.5mm
②从动轮尺寸:
dh=(1.8~2)ds=36~40mm,da2=dd2+2ha=233.5mm,ho=12
σ=6,dr=da2-2(ho+d)=194mm,do=(dh+dr)/2=115mm,s=(0.2~0.3)B=7~10.5mm,s1≥1.5s=15mm,s2≥0.5s=5mm
③轮槽尺寸:
根据素材p148,表11-9得,bd=11,hamin=2.75
ds=20mm
l=30-40mm
ha=1.75
da1=103.5mm
dh=36mm
da2=233.5mm
dr=194mm
do=115mm
s=7~10.5mm
bd=11
hamin=2.75
(5)验算带速v
v=πdd1n1/60×1000=3.14×100×1420/60×1000
=7.43m/s,
v在5~15m/s范围内,故带的速度合适
v=7.43m/s
(6)确定V带的基准长度和传动中心距a
因0.7(dd1+dd2) 故初选中心距a0=450mm,V带所需基准长度 L0=2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)²/4a0≈1427.49mm 由课本表11-2知,选取带基准长度Ld=1400mm 实际中心距a=a0+(Ld-L0)/2=422.51mm a0=450mm L0=1427.49mm Ld=1400mm a=422.51mm (7)验算主动轮上的包角α1 α1=180°-57.3°(dd2-dd1)/a=163.45>120°, 故包角合适 α1=163.45° (8)计算V带的根数Z 查课本表11-3、表11-4、表11-5、表11-6,可知 P0=1.28kw,△P0=0.11,Ka=0.82,KL=1.09 Z=Pc/(P0+△P0)KaKL=2.35/(1.28+0.11)x0.82x1.09=1.89(根)取Z=2根,B=(Z-1)e+2fmin=35mm Z=2根 (9)计算V带合适的初拉力Fo 查课本表11-1,可知q=0.1kg/m,则 Fo=500Pc(2.5/Ka-1)/+qv2=500x2.35/(2.5/0.82-1)+0.1x9.292=138.19N Fo=138.19N (10)计算作用在带轮轴上的压力FQ FQ=2FoZsin(α1/2)=549.96N FQ=549.96N (11)带轮结构 由带轮基准直径可知带轮形式为实心式 采用实心式 5、齿轮传动设计 (1)选择齿轮材料及精度等级 选用硬齿面齿轮组合,小齿轮选用 20CrMnTi,渗碳淬火,硬度为56~62HRC;大齿轮 选用40Cr,表面淬火,硬度为48~55HRC(见课本表12-3),由表12-2选8级精度 小齿轮选用20CrMnTi,大齿轮选用40Cr,选8级精度 (2)按轮齿抗弯强度设计 1)转矩T1=9.55×106P减/n减=79583.3N·mm 2)载荷系数K,查课本表12-4取K=1.4 T1=79583.3 N·mm 3)齿数Z1、螺旋角β、齿形系数Ψa 小齿轮齿数Z1取20,则大齿轮齿数Z2=68,初选螺旋角β=15°,则ZV1=Z1/cos2β=22.22 ZV2=Z2/cos2β=75.55,由课本图12-25查得 齿形系数YF1=2.81,YF2=2.27,取Ψa=0.4 Z1=20,Z2=68 ZV1=22.22 ZV2=75.55 β=15°, Ψa=0.4 4)许用弯曲应力[σF] 由课本图12-26查得σFlim1=370MPa, σFlim2=320MPa,由课本表12-5查得SF=1.5 则[σF]1=σFlim1/SF≈246.66MPa, [σF]2=σFlim2/SF≈213.33MPa 因YF1/[σF]1≈0.0114,YF2/[σF]2≈0.0107 且YF1/[σF]1>YF2/[σF]2,则 mn≥³√3.2KT1YF1cos²β/Ψa(u+1)Z1²[σF]1≈1.61mm,由课本表12-1取mn=1.75mm [σF]1=246.66 MPa, [σF]2=213.33 MPa, mn=1.75mm 5)确定结构尺寸 端面模数mt=mn/cosβ=1.69 端面压力角at=arctantanan/cosβ=21.5 分度圆直径dd1=100mm,dd2=230mm 齿顶高ha=mn=1.75mm,齿根高hf=1.25mn=2.18mm 全齿高h=ha+hf=3.93mm 顶隙c=hf-ha=0.43mm,顶齿圆直径da1=dd1+2ha=103.5mm da2=dd2+2ha=233.5mm,齿根圆直径df1=dd1-2hf=95.64mm df2=dd2-2hf=225.64mm,中心距a=mn(z1+z2)/2cosβ=79.7mm mt=1.69 at=21.5 ha=mn=1.75mm hf=2.18mm h=3.93mm c=0.43mm da1=103.5mm da2=233.5mm df1=95.64mm 6)确定中心距及螺旋角β 中心距a=mn(Z1+Z2)/2cosβ=61.59mm,取a=61.5 螺旋角β=arccos[mn(Z1+Z2)/2a]=16°6´20´´ 齿宽b=Ψa·a=0.4×61.5mm=24.6mm 经圆整后取b2=25mm,b1=30mm a=61.5mm β=16°6´20´´ b1=30mm b2=25mm 7)验算齿面接触强度 由课本图12-23、12-5可得,σHlim1=1420MPa σHlim2=1200MPa,SH=1.1,故 [σH]1=σHlim1/SH=1290MPa, [σH]2=σHlim2/SH=1091MPa,则 σH=305√(u+1)KT1/uba²=987<[σH2], 因此安全 σH=987MPa 8)齿轮的圆周速度 V=πd1n1/60/100=2.6m/s,由课本表12-2可知,应选8级精度 V=2.6m/s 6、轴的设计 (1)选择轴的材料,确定许用应力 由P1=1.55kw,可知减速器传递的功率属于中小功率,对材料无特殊要求,故选用45号钢,调质处理。 由课本表15-1查得σb=650MPa,由表15-3查得许用弯曲应力[σ-1b]=60MPa 选用45号钢,调质处理 σb=650MPa, [σ-1b]=60MPa (2)按抗扭强度估算轴的直径 由课本表15-2得C=118~107,则 dD≥ =14.55~16.08mm,考虑到键槽对轴的削弱,将直径增大3%~5%,取15.01~17.28mm,由设计手册取dD=15mm,轴C处的直径dc=25mm dD=15mm, dc=25mm (3)齿轮上作用力的计算 齿轮所受的转矩T=9.55×106×P减/n减 =9.55×106×1.55/612≈24187N•mm 圆周力: Ft=2T/d=2×24187/36.2N=1336N 径向力: Fr=Fttanαn/cosβ=1336×tan20°/cos15°N =503N 轴向力: Fa=Fttanβ=1336×tan15°N=358N T=24187N·m Ft=1336N Fr=503N Fa=358N (4)轴的受力图 如左图所示 (5)计算水平面支反力,画水平面弯距图 水平面支反力: RAH=l1/(l1+l2)Fr=156N RBH==l2/(l1+l2)Fr=347N MCH=RBH·l1=31230N·mm RAH=156N RBH=347N MCH=31230N·mm (6)计算垂直面支反力,画垂直弯矩图 垂直面支反力: RAV=(l1/l1+l2)Ft=415N RBV=(l2/l1+l2)Ft=921N MCV左=RBV·l1-Fa·d/2=76410N·mm MCV右=RAV·l1=37350N·mm RAV=415N RBV=921N MCV左=76410 N·mm MCV右=37350 N·mm (7)画合成弯矩图 Mc左=√M²cH+M²cv左=76410N·mm Mc右=√M²cH+M²cv右=48686N·mm Mc左=76410N·mm Mc右=48686N·mm (8)画转矩图 T=24187N·mm T=24187N·mm (9)计算当量弯矩 因减速器单向运转,故可认为转矩脉动循环变化,取系数α=0.6;由图可知,C-C截面最危险,则 =50802N·mm Mec=50802N·mm (10)校核强度 σe=Mec/Wz=50802/0.1d³c=32.5MPa<[σ-1b]=60MPa,故轴的强度足够 σe=32.5MPa 轴Ⅱ的设计 (1)选择轴的材料,确定许用应力 由P2=1.5kw,可知减速器传递的功率属于中小功率,对材料无特殊要求,故选用45号钢,调质处理。 由课本表15-1查得σb=650MPa,由表15-3查得许用弯曲应力[σ-1b]=60MPa 选用45号钢,调质处理, σb=650MPa, [σ-1b]=60MPa (2)按抗扭强度估算轴的直径 由课本表15-2得C=118~107,则 dD≥ =21.7~23.6mm,考虑到键槽对轴的削弱,将直径增大3%~5%,取22.3~25.7mm,由设计手册取dD=25mm,轴C处的直径dc=35mm dD=25mm, dc=35mm (3)齿轮上作用力的计算 齿轮所受的转矩T=9.55×106×P2/n2 =9.55×106×1.5/180=79583N•mm 圆周力: Ft=2T/d=2×79583/123.2N=1294N 径向力: Fr=Fttanαn/cosβ=1294×tan20°/cos15°N =488N 轴向力: Fa=Fttanβ=1294×tan15°N=347N T=79583N·m Ft=1294N Fr=488N Fa=347N (4)轴的受力图 如左图所示 (5)计算水平面支反力,画水平面弯距图 设两轴承之间的距离L=20mm 水平面支反力: FAH=FBH=Ft/2=1294/2N=647N MCH=647×200/2N·mm=64700N·mm FAH=FBH=647N MCH=64700N·mm (6)计算垂直面支反力,画垂直弯矩图 FAV×200-Fr×100+Fa×d/2=0;→FAV=128.6N FBV=Fr-FAV=341.4N Mcv左=128.6×200/2N·mm=12860N·mm MCV右=341.4×200/2N·mm=34140N·mm FAV=128.6N FBV=341.4N Mcv左=12860N·mm MCV右=34140N·mm N·mm (7)画合成弯矩图 Mc左=√M²cH+M2cv左=65868N·mm Mc右=√M²cH+M2CV右=73066N·mm Mc左=65868N·mm Mc右=73066N·mm (8)画转矩图 T=79583N·mm T=79583N·mm 如左图所示 (9)计算当量弯矩 因减速器单向运转,故可认为转矩脉动循环变化,取系数α=0.6;由图可知,C-C截面最危险,则 =87285N·mm Mec=87285N·mm (10)校核强度 σe=Mec/Wz=87285/0.1dc3=20.4MPa<[σ-1b]=60MPa,故轴的强度足够 σe=20.4MPa 7、轴承的选择 由两轴的设计需求可知,Ⅰ轴应选择滚动轴承6303 Ⅱ轴应选择滚动轴承6305 8、联轴器的选择 依题意,按照工作要求,输出轴系的主要零部件包括一对圆锥滚子轴承、斜齿圆柱齿轮(对称布置在两支承中间)和联轴器(安装在外伸段)等。 为了便于轴上零件的装拆,采用阶梯轴结构。 可知应选择HL1型弹性柱销联轴器 9.减速器附件的选择及箱体的设计 【1】减速器附件的选择 (1)窥视孔及视孔盖 窥视孔: 尺寸115mmx50mm 视孔盖: 采用钢板加工而成,尺寸115mmx50mmx4mm 用四个M6x12的螺钉固定与机盖上。 板上中心位置右一18的通孔,下端焊有连接 通气器的螺纹套。 (2)通气器 考虑结构和价格因素,选用表4-5的通气器,查表得结构尺寸为M18x1.5。 (3)油面指示器 采用杆式油标。 由表4-6,M12的油标。 油标位置: 油标最大刻度高于大齿轮1/3的高度。 (4)放油孔及放油螺塞 选用管螺纹外六角栓塞(JB/ZQ4451-86).尺寸G1/2A (5)吊环螺钉、吊耳及吊钩 螺纹规格M20、材料为45钢、经正火处理、不经表面处理的A型吊环螺钉为 螺钉GB/T825—1988-M20 (6)定位销和起盖螺钉 (7)轴承盖与套杯 选用凸缘式轴承盖 【2】箱体的设计 10.润滑密封 (1)齿轮的润滑 采用浸油润滑,由于为单级圆柱齿轮减速器,速度ν<12m/s,当m<20时,浸油深度h约为1个齿高,但不小于10mm,所以浸油高度约为36mm。 (2)滚动轴承的润滑 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 (3)润滑油的选择 齿轮与轴承用同种润滑油较为便利,考虑到该装置用于小型设备,选用GB443-89全损耗系统用油L-AN15润滑油。 (4)密封方法的选取 选用凸缘式端盖易于调整,采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。 密封圈型号按所装配轴的直径确定为GB894.1-86-25轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 11.减速器装配图(参考CAD) 三、参考文献 1.《机械设计基础》(含工程力学)李国斌.主编.机械工业出版社 2.《机械设计课程设计》徐起贺刘静香程鹏飞.主编.机械工业出版社 4.《机械零件手册(第五版》周开勤.主编.高等教育出版社
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