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目 錄
設(shè)計任務(wù)書 1
一 選擇電動機 2
二 傳動比的分配 3
三 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算 3
四 V帶傳動的設(shè)計 5
五 圓錐齒輪傳動的設(shè)計 8
六 軸及軸承、鍵的設(shè)計 13
七 滾動軸承及鍵的校核 20
八 潤滑與密封 23
九 減速器箱體結(jié)構(gòu)尺寸 23
總結(jié) 25
參考文獻 25
設(shè)計任務(wù)書
(1)設(shè)計條件
工作條件:單向運轉(zhuǎn),載荷平穩(wěn),起動載荷為名義載荷的1.25倍,每天工作16小時,使用期限10年,輸送鏈速度容許誤差為±5%,輸送鏈效率。
(2)原始數(shù)據(jù)
運輸帶工作拉力:F=2200KN
輸送帶工作速度:V=0.8m/s
卷筒直徑: D=120mm
(3)傳動方案
根據(jù)設(shè)計要求,所給原始數(shù)據(jù)本次設(shè)計的帶式運輸機傳動結(jié)構(gòu)簡圖如圖1-1:
圖1-1礦用輸送鏈傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖
一 選擇電動機
1.1電動機類型的選擇
按工作要求和工作條件選用Y系列三相異步電動機。
1.2 電動機功率的選擇
標準電動機的容量由額定功率表示。所選電動機的額定功率應(yīng)該等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求,則不能保證工作機的正常工作,或使電動機長期過載、發(fā)熱大而過早損壞;容量過大,則增加成本,并且由于效率和功率因數(shù)低而造成電能浪費。
(1)運輸帶的功率為:
(2)電動機的輸出功率為
——電動機至輸送鏈效率鏈輪軸的傳動裝置總效率。
V帶傳動效率,錐齒輪傳動效率,
滾動軸承傳動效率,輸送鏈效率
則從電動機到工作機傳送鏈的總效率為:
(3)電動機所需功率為:
由于起動載荷為名義載荷的1.25倍,故:
查《機械設(shè)計實踐與創(chuàng)新》表19-1選取電動機額定功率為3kw。
1.3 電動機轉(zhuǎn)速的選擇
滾筒轉(zhuǎn)速:
通常V帶傳動的傳動比推薦?。?
錐齒輪的傳動比推薦取:
所以電動機實際轉(zhuǎn)速的推薦值為:
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為750、1000、1500、3000r/min。
綜合考慮傳動裝置機構(gòu)緊湊性和經(jīng)濟性,選用同步轉(zhuǎn)速1500r/min的電機。
型號為Y100L2-4,滿載轉(zhuǎn)速,功率3。
二 傳動比的分配
(1)總傳動比為:
(2)傳動比
考慮機構(gòu)緊湊性和防止帶輪干涉,取V帶傳動的傳動比為:
則V帶傳動比為:
三 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算
3.1各軸的轉(zhuǎn)速
0軸
1軸
2軸 ;
3.2各軸的輸入功率
0軸
1軸 ;
2軸 ;
3.3各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
0軸
1軸 ;
2軸 ;
將各軸動力參數(shù)整理如下表:
軸名
功率
轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速
傳動比
0軸
3
20.03
1430
1
1軸
2.88
53.85
510.71
2.8
2軸
2.766
206.89
127.68
4.0
四 V帶傳動的設(shè)計
4.1 V帶的基本參數(shù)
1)確定計算功率:
已知:;;
查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-8得工況系數(shù):;
則:
2)選取V帶型號:
根據(jù)、查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖13-15選用A型V帶,
3)確定大、小帶輪的基準直徑
(1)初選小帶輪的基準直徑:
;
(2)計算大帶輪基準直徑:
;
取基準直徑系列,誤差小于5%,是允許的。
4)驗算帶速:
帶的速度合適。
5)確定V帶的基準長度和傳動中心距:
中心距:
初選中心距
(2)基準長度:
對于A型帶選用
(3)實際中心距:
6)驗算主動輪上的包角:
由
得
主動輪上的包角合適。
7)計算V帶的根數(shù):
,查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-3 得:;
(2),查表得:;
(3)由查表得,包角修正系數(shù)
(4)由,與V帶型號A型查表得:
綜上數(shù)據(jù),得
取合適。
8)計算預(yù)緊力(初拉力):
根據(jù)帶型A型查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-1得:
9)計算作用在軸上的壓軸力:
其中為小帶輪的包角。
10)V帶傳動的主要參數(shù)整理并列表:
帶型
帶輪基準直徑(mm)
傳動比
基準長度(mm)
A
2.8
1250
中心距(mm)
根數(shù)
初拉力(N)
壓軸力(N)
380
5
107.5
1055.8
4.2 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計
(1)帶輪的材料:
采用鑄鐵帶輪(常用材料HT200)
(2)帶輪的結(jié)構(gòu)形式:
V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與V帶的基準直徑有關(guān)。小帶輪接電動機,較小,所以采用實心式結(jié)構(gòu)帶輪;大帶輪接減速器,,所以采用孔板式結(jié)構(gòu)帶輪。
五 圓錐齒輪傳動的設(shè)計
5.1選精度等級、材料和齒數(shù)
選用直齒錐齒輪傳動。
速度不高,故選用7級精度
材料選擇。由機械設(shè)計表6.1選取小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì)),硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS。
選小齒輪齒數(shù)Z1=21,大齒輪齒數(shù)Z2=i1·Z1=4.0×21=84,取Z2=84。
5.2按齒面接觸強度設(shè)計
由設(shè)計計算公式進行試算,即
1)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
(1)試選載荷系數(shù)
(2)計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
(3)選取齒寬系數(shù)
(4)知齒輪,查得節(jié)點區(qū)域系數(shù)
(4)由表6.3查得材料的彈性影響系數(shù)
(5)由圖6.14按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限,大齒輪的接觸疲勞強度極限
(6)由式6.11計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
(7)由圖6.16查得接觸疲勞強度壽命系數(shù)
(8)計算接觸疲勞強度許用應(yīng)力 取失效概率為1%,安全系數(shù)為S=1
2)計算
(1)試算小齒輪分度圓直徑,由計算公式得
(2)計算圓周速度
(3)模數(shù)及主要尺寸的確定
模數(shù):,取。
分度圓直徑:
節(jié)錐角:
錐距
平均分度圓直徑:
齒寬,取
5.3校核齒根彎曲疲勞強度
(1) 彎曲強度校核公式:
(2)確定各參數(shù)
平均分度圓處螺旋角,則
查得動載系數(shù)1.15 齒向載荷分布系數(shù)
使用系數(shù)
故
(3)分度圓圓周
(4)齒輪系數(shù)YF和應(yīng)力修正系數(shù)YS
查表4.4得
(5)許用彎曲應(yīng)力可由下式算得
由機械設(shè)計圖6.15可查出彎曲疲勞極限應(yīng)力
小錐齒輪的彎曲疲勞強度極限
大錐齒輪的彎曲疲勞強度極限
查得壽命系數(shù)
查得 ,
查得安全系數(shù)是
故許用彎曲應(yīng)力
因此滿足齒根彎曲疲勞強度
5.4驗算
1)齒面接觸強度驗算
接觸強度壽命系數(shù),最小安全系數(shù)
因此齒面強度足夠
圓錐齒輪參數(shù)數(shù)據(jù)整理如下:
名稱
符號
公式
直齒圓錐小齒輪
直齒圓錐大齒輪
齒數(shù)
21
84
模數(shù)
m
m
3
傳動比
i
i
4.0
分度圓錐度
,
分度圓直徑
63
252
齒頂高
3
3
齒根高
3.6
3.6
齒全高
h
6.6
6.6
齒頂圓直徑
,
68.82
(大端)
253.46
(大端)
齒根圓直徑
56.015
250.254
齒距
p
9.42
9.42
齒厚
s
4.71
4.71
齒槽寬
e
4.71
4.71
頂隙
c
0.6
0.6
錐距
R
129.88
129.88
齒頂角
,
齒根角
齒頂圓錐角
,
齒根圓錐角
,
當量齒數(shù)
21.65
346.25
齒寬
45
45
六 軸及軸承、鍵的設(shè)計
6.1 輸入軸
(1)求輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
=2.88kW
=510.71r/min
=53.85N·m
(2)求作用在齒輪上的力
已知高速級小圓錐齒輪的分度圓半徑為
mm
N
如圖:
(3)初步確定軸的最小直徑
先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼(調(diào)質(zhì))
根據(jù)課本表15-3,取得:
因軸上有兩個鍵槽,故直徑增大5%—10%,取=22mm 左右。
=22mm
(4)軸各段各段尺寸的確定
為了滿足帶輪的軸向定位,1-2軸段右端需制出一軸肩,故取2-3段的直徑
=28 mm
初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力,故選用圓錐滾子軸承,參照工作要求并根據(jù)=28 mm ,由指導書表15-1,初步選取03系列, 30306 GB/T 276,其尺寸為
,
故
而為了利于固定
由指導書表15-1查得
取安裝齒輪處的軸段6-7的直徑
齒輪的左端與套筒之間采用軸肩定位。
已知齒輪輪轂的寬度為45mm,應(yīng)使套筒端面可靠地壓緊軸承,由套筒長度,擋油環(huán)長度以及略小于輪轂寬度的部分組成,故
為使套筒端面可靠地壓緊軸承,5-6段應(yīng)略短于軸承寬度,故取。
軸承端蓋的總寬度為30mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑油的要求,求得端蓋外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離故取,,
至此,已經(jīng)初步確定了軸的各段直徑和長度。
(5)軸上零件的周向定位
齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接
軸與半聯(lián)軸器之間的平鍵,按
=24 mm
查得平鍵截面
長50 mm
軸與錐齒輪之間的平鍵按
由課本表6-1查得平鍵截面
長為35 mm,鍵槽均用鍵槽銑刀加工。
為保證齒輪、半聯(lián)軸器與軸配合有良好的對中性,故選擇半聯(lián)軸器與軸配合為,齒輪輪轂與軸的配合為;
滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的,此處選軸的尺寸公差為m6。
確定軸上圓角和倒角尺寸參考表15-2,取軸端倒角為,其他均為R=1.6
軸段編號
長度(mm)
直徑(mm)
配合說明
Ⅰ-Ⅱ
50
22
與滾動軸承30310配合
Ⅱ-Ⅲ
29
28
軸環(huán)
Ⅲ-Ⅳ
19
30
與大齒輪以鍵聯(lián)接配合,套筒定位
Ⅳ-Ⅴ
30
35
與滾動軸承30310配合
Ⅴ-Ⅵ
19
30
與端蓋配合,做聯(lián)軸器的軸向定位
Ⅵ-Ⅶ
46
24
與聯(lián)軸器鍵聯(lián)接配合
總長度
193mm
(5)求軸上的載荷
根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面B是軸的危險截面。先計算出截面B處的MH、MV及M的值列于下表。
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
B截面彎矩M
總彎矩
扭矩
(6) 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度
根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù),以及軸單向旋轉(zhuǎn),扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,取,軸的計算應(yīng)力
已選定軸的材料為45Cr,調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得。因此,故安全。
6.2 輸出軸
(1)軸上的功率P2,轉(zhuǎn)速n2和轉(zhuǎn)矩T2
,,
(2)求作用在齒輪上的力
圓周力:mm
徑向力:
軸向力:N
(3)初步確定軸的最小直徑
先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料45鋼,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機械設(shè)計表11.3,取,于是得:
該處開有鍵槽故軸徑加大5%~10%,且Ⅲ軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng),故需同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩,取。
按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查機械設(shè)計手冊選用HL3型彈性套柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為630N.m。半聯(lián)軸器的孔徑為35mm,故??;半聯(lián)軸器長度為,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。
(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1)擬定軸上零件的裝配方案
2)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
(a)為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位的要求,ⅤⅡ-ⅤⅢ軸段左端需制出軸肩,故?、酡?ⅤⅡ段的直徑,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上面而不壓在軸的端面上,故ⅤⅡ-ⅤⅢ段的長度應(yīng)比L1略短一些,現(xiàn)取。
(b) 初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承。根據(jù),查機械設(shè)計師手冊(軟件版)選取0基本游隙組,標準精度級的單列圓錐滾子軸承32011,其尺寸為,故,而,滾動軸承采用軸肩進行軸向定位,軸肩高度,因此,取.
(c)取安裝齒輪處的軸的直徑;齒輪左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為50mm,為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪,此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度,故取。齒輪的右端采用軸肩定位,軸肩高度,取,則,。因Ⅱ、Ⅲ兩軸在箱體內(nèi)的長度大致相等,取, 。。。
(5)軸上零件的周向定位
查機械設(shè)計表,聯(lián)接聯(lián)軸器的平鍵截面;聯(lián)接圓柱齒輪的平鍵截面
軸段編號
長度(mm)
直徑(mm)
配合說明
Ⅰ-Ⅱ
21
45
與滾動軸承30309配合
Ⅱ-Ⅲ
12
48
與套筒配合
Ⅲ-Ⅳ
48
50
與大齒輪以鍵聯(lián)接配合,套筒定位
Ⅳ-Ⅸ
12
60
軸環(huán)
Ⅸ-Ⅴ
50
Ⅳ-Ⅴ
21
45
與滾動軸承30309配合
Ⅴ-Ⅵ
45
42
與端蓋配合,做聯(lián)軸器的軸向定位
Ⅵ-Ⅶ
80
35
與聯(lián)軸器鍵聯(lián)接配合
總長度
285.5mm
(6)求軸上的載荷
對于30209型圓錐滾子軸承,
載荷
水平面
垂直面
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
(7)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度
進行校核時,通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面,即安裝齒輪處,取,軸的計算應(yīng)力:
前已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由機械設(shè)計,
查得,因此,安全。
計得:,,根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。如下圖所示。
七 滾動軸承及鍵的校核
7.1輸入軸的軸承
1).按承載較大的滾動軸承選擇其型號,因支承跨距不大,故采用兩端固定式軸承組合方式。軸承類型選為圓錐滾子軸承,軸承的預(yù)期壽命取為:L'h=29200h。
由上面的計算結(jié)果有軸承受的徑向力為Fr1=340.43N,軸向力為Fa1=159.90N
2).初步選擇滾動軸承型號為30206,其基本額定動載荷為Cr=51.8KN,基本額定靜載荷為C0r=63.8KN。
3).徑向當量動載荷
動載荷為,查得,則有
滿足要求。
7.2 輸入軸的鍵
1)選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
輸入軸處選用單圓頭平鍵,尺寸為
圓錐齒輪處選用普通平頭圓鍵,尺寸為。
2)校核鍵聯(lián)接的強度
鍵、軸材料都是鋼,由機械設(shè)計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為
鍵的工作長度,
,合適
,合適
7.3 輸出軸的軸承
(1)選擇的圓錐滾子軸承型號為30209,尺寸為,基本額定動載荷。
(2) 當量動載荷
前面已求得
,,,
軸承 1、2受到的徑向載荷為:
軸承 1、2受到的軸向載荷為:
查簡明機械工程師手冊-表7.7-39得
軸承的當量動載荷為:
按機械設(shè)計查得
(3)驗算軸承壽命
因為,所以按軸承1的受力驗算。
對于滾子軸承,。
減速器的預(yù)定壽命
,合適。
7.4輸出軸的鍵
1)選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
聯(lián)軸器處選用單圓頭平鍵,尺寸為
圓柱齒輪處選用普通平頭圓鍵,尺寸為。
2)校核鍵聯(lián)接的強度
鍵、軸材料都是鋼,由機械設(shè)計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為。鍵的工作長度,
,合適
,合適
八 潤滑與密封
8.1潤滑方式的選擇
齒輪用潤滑油潤滑,并利用箱內(nèi)傳動件濺起的油潤滑軸承。
根據(jù)I,II,III軸的速度因子,I,II,III軸的軸承用脂潤滑
8.2密封方式的選擇
由于I,II,III軸與軸承接觸處的線速度,所以采用氈圈密封
8.3潤滑油的選擇
因為該減速器屬于一般減速器,查機械設(shè)計課程設(shè)計可選用中負載
工業(yè)齒輪油N100號潤滑油。
九 減速器箱體結(jié)構(gòu)尺寸
1
箱座壁厚
,
2
箱蓋壁厚
3
箱座凸緣厚度
4
箱蓋凸緣厚度
5
箱座底凸緣厚度
6
地底螺釘直徑
,取M20
7
地底螺釘數(shù)目
8
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
,取M14
9
箱蓋與箱座聯(lián)接螺栓直徑
取M10
10
聯(lián)接螺栓的間距
12
窺視孔蓋螺釘直徑
,取M6
13
定位銷直徑
14
,,至外箱壁距離
15
軸承旁凸臺半徑
16
凸臺高度
17
箱體外壁至軸承座端面距離
19
大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離
20
齒輪端面與內(nèi)箱壁距離
21
箱蓋,箱座筋厚
,
22
軸承端蓋外徑
23
軸承旁聯(lián)接螺栓距離
24
大齒輪齒頂圓至箱底內(nèi)壁的距離
25
箱底至箱底內(nèi)壁的距離
26
減速器中心高
27
箱體內(nèi)壁至軸承座孔端面的距離
28
軸承端蓋凸緣厚度
29
軸承端面至箱體內(nèi)壁的距離
30
旋轉(zhuǎn)零件間的軸向距離
31
齒輪頂圓至軸表面的距離
總結(jié)
從設(shè)計過程中,我復(fù)習了以前學過的機械制圖知識,AUTOCAD的畫圖水平有所提高,Word輸入、排版的技巧也有所掌握,這些應(yīng)該是我最大的收獲。再次,嚴謹理性的態(tài)度在設(shè)計中是非常重要的,采用每一個數(shù)據(jù)都要有根據(jù),設(shè)計是一環(huán)扣一環(huán)的,前面做錯了,后面就要全改,工作量差不多等于重做。
只有做了才真正明白什么是什么.通過這次的設(shè)計,極大的提高了我們對機械設(shè)計這門課程的掌握和運用,讓我們熟悉了手冊和國家標準的使用。
由于課程設(shè)計過程及工程設(shè)計本身的固有特性要求我們在設(shè)計過程中稟承仔細、認真、耐心、實事求是的態(tài)度去完成這項課程,也提高了我們各個方面的素質(zhì)。
現(xiàn)在我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在很多不完美、缺憾甚至是錯誤的地方,但由于時間的原因,是不可能一一糾正過來的了。盡管設(shè)計中存在這樣或那樣的問題,我還是從中學到很多東西。
參考文獻
【1】《機械設(shè)計》楊忠志、朱家誠主編,武漢理工大學出版社
【2】《機械設(shè)計課程設(shè)計指導書》第二版 龔溎義主編,高等教育出版社
【3】《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第3版,吳宗澤、羅圣國主編,高等教育出版社
【4】《機械精度設(shè)計檢測》應(yīng)琴主編,西南交通大學出版社
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