機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 東北大學(xué)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書題目： 設(shè)計(jì)用于膠帶運(yùn)輸機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)裝置 專 業(yè)：材料成型及控制工程班 級(jí)：成型1104設(shè)計(jì)者：鞠英男學(xué) 號(hào)：20110399指導(dǎo)教師：陳良玉目錄1.設(shè)計(jì)任務(wù)書21.1.設(shè)計(jì)題目21.2.工作條件21.3.技術(shù)數(shù)據(jù)22.電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算22.1.選擇電動(dòng)機(jī)系列22.2.選擇電動(dòng)機(jī)的功率及轉(zhuǎn)速22.3.選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)33.傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算43.1.分配傳動(dòng)比43.2.各軸功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算44.傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算64.1.減速器以外的傳動(dòng)零件（鏈傳動(dòng)）的設(shè)計(jì)計(jì)算64.2.減速器以內(nèi)的傳動(dòng)零件（齒輪）的設(shè)計(jì)計(jì)算75.軸的設(shè)計(jì)計(jì)算115.1.減速器高速軸的

2、設(shè)計(jì)115.2.減速器低速軸的設(shè)計(jì)126.滾動(dòng)軸承的選擇及其壽命計(jì)算156.1.減速器高速軸滾動(dòng)軸承的選擇及其壽命計(jì)算156.2.減速器低速軸滾動(dòng)軸承的選擇及其壽命計(jì)算167.鍵連接的選擇和驗(yàn)算197.1.減速器大齒輪與低速軸的鍵連接197.2.小鏈輪與減速器低速軸軸伸的鍵連接197.3.聯(lián)軸器與減速器高速軸軸伸的鍵連接198.聯(lián)軸器的選擇209.減速器的其他附件2010.潤(rùn)滑和密封2110.1.減速器齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑油的選擇2110.2.減速器軸承潤(rùn)滑方式和潤(rùn)滑劑的選擇2110.3.減速器密封裝置的選擇、通氣器類型的選擇2111.整體裝配2112.參考文獻(xiàn)231. 設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1. 設(shè)計(jì)題目

3、設(shè)計(jì)膠帶傳輸機(jī)的傳動(dòng)裝置1.2. 工作條件工作年限工作班制工作環(huán)境載荷性質(zhì)生產(chǎn)批量102多灰塵稍有波動(dòng)小批1.3. 技術(shù)數(shù)據(jù)題號(hào)滾筒圓周力F(N)帶速v (m/s)滾筒直徑D (mm)滾筒長(zhǎng)度L (mm)ZDL22001.52805002. 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算2.1. 選擇電動(dòng)機(jī)系列 根據(jù)工作要求及工作條件應(yīng)選用三相異步電動(dòng)機(jī)，封閉自扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓380伏，Y系列電動(dòng)機(jī)2.2. 選擇電動(dòng)機(jī)的功率及轉(zhuǎn)速 1.1.1. 卷筒所需有效功率 PW=3.30kW 1.1.2. 傳動(dòng)總效率 根據(jù)表2-11-1確定各部分的效率:彈性聯(lián)軸器效率 1=0.99一對(duì)滾動(dòng)球軸承效率 2=0.98閉式圓柱齒輪的傳動(dòng)效

4、率 3=0.97（暫定8級(jí)）開式鏈傳動(dòng)效率 4=0.92一對(duì)滑動(dòng)軸承的效率 5=0.97運(yùn)輸滾筒的效率 6=0.96 =0.79011.1.3. 所需電動(dòng)機(jī)的功率 Pr=4.18kW按工作要求及工作條件選用三相異步電動(dòng)機(jī)，封閉自扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y系列。 查表2-19-1可選的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)：Y132S-4型，額定P0=5.5kW；或選Y132M2-6型，額定P0=5.5kW。均滿足 P0>Pr ，因此初步這樣選擇。1.1.1. 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)速 nw=102.4r/min2.3. 選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)現(xiàn)以同步轉(zhuǎn)速為1500r/min、1000r/min兩種方案比較，

5、查得電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，計(jì)算總傳動(dòng)比結(jié)果列于下表方案號(hào)電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率/kW同步轉(zhuǎn)速/(r/min)滿載轉(zhuǎn)速/(r/min)電動(dòng)機(jī)質(zhì)量/kg總傳動(dòng)比1Y132S-45.5150014406814.062Y132M2-65.51000960849.38比較兩種方案，方案1選用的電動(dòng)機(jī)使總傳動(dòng)比較大。為使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊且價(jià)格經(jīng)濟(jì)，選用方案2。電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M2-6。由表2-19-2查得其主要性能數(shù)據(jù)列于下表電動(dòng)機(jī)額定功率/kW5.5電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速/(r/min)960電動(dòng)機(jī)軸伸直徑D/mm38電動(dòng)機(jī)軸伸長(zhǎng)度E/mm80電動(dòng)機(jī)中心高H/mm132堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩2.01. 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參

6、數(shù)計(jì)算1.1. 分配傳動(dòng)比1.1.1. 總傳動(dòng)比1.1.2. 各級(jí)傳動(dòng)比的分配 查表2-11-1取鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比為i鏈=2.5則減速器傳動(dòng)比 1.2. 各軸功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算0軸：0軸即電動(dòng)機(jī)的主動(dòng)軸 P0=Pr=4.18kWn0=960r/min 1軸：1軸即減速器的高速軸 P1= P0×1=4.18×0.99=4.14kW 2軸：2軸即減速器的低速軸 12=0.98×0.97=0.95 P2= P1×12=4.14×0.95=3.93kW 3軸：3軸即傳動(dòng)滾筒軸23=0.98×0.92=0.90 P3= P2×23=

7、3.93×0.90=3.54kW各軸運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)列表示軸序號(hào)功率P /kW轉(zhuǎn)速n/(r/min)轉(zhuǎn)矩T /(N.m)傳動(dòng)形式傳動(dòng)比i效率04.1896041.58彈性聯(lián)軸器10.9914.1496041.18閉式齒輪傳動(dòng)3.7520.9523.93255.86146.69開式鏈傳動(dòng)2.50.9033.54102.34330.342. 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1. 減速器以外的傳動(dòng)零件（鏈傳動(dòng)）的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1.1. 確定鏈輪齒數(shù)由傳動(dòng)比取小鏈輪齒數(shù) 取=25 z1=25大鏈輪齒數(shù) 取=63 z2=63實(shí)際傳動(dòng)比 i鏈=2.52 2.1.2. 確定鏈條節(jié)距由式 查教材表10-16得，工

8、況系數(shù)1.4小鏈輪齒數(shù)系數(shù) 取雙排鏈，查教材表10-17，得=1.7 P0=2.42kw因?yàn)?查教材圖10-23，選鏈號(hào)No10A，節(jié)距p=15.875mm p=15.875mm2.1.3. 計(jì)算鏈長(zhǎng)初選 =40p=4015.875=635mm鏈長(zhǎng) 取 =126節(jié) Lp=126節(jié)由于中心距可調(diào)，實(shí)際中心距a635mm2.1.4. 驗(yàn)算鏈速 v15 m/s 適合 2.1.5. 選擇潤(rùn)滑方式按v=1.692m/s,鏈號(hào)10A，查教材圖10-26選用滴油潤(rùn)滑。2.1.6. 作用在軸上的力由式計(jì)算有效圓周力 Fe=2322.70N作用在軸上的力 FQ2787.24N2.1.7. 鏈輪尺寸及結(jié)構(gòu)分度圓直

9、徑 d1=126.662mm d2=318.643mm2.2. 減速器以內(nèi)的傳動(dòng)零件（齒輪）的設(shè)計(jì)計(jì)算2.2.1. 材料的選擇小齒輪選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度217255HBS大齒輪選用45號(hào)鋼，正火處理，齒面硬度162217HBS 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N查教材圖11-14得ZN1=1.0 ZN2=1.04（允許一定的點(diǎn)蝕）由教材圖11-15得ZX1=ZX2=1.0 取SHmin=1.0 由教材圖11-13（b），得,由式計(jì)算許用接觸應(yīng)力因，計(jì)算中取 2.2.2. 按齒面接觸強(qiáng)度確定中心距小輪轉(zhuǎn)矩初定螺旋角=12°，由教材圖11-20得Z=0.99初取，由教材表11-5得由教材圖1

10、1-7得，減速傳動(dòng)，取， 由式計(jì)算中心距a查表2-11-2,取中心距a=140mm a=140mm估算模數(shù)mn，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式mn=(0.0070.02)a=(0.0070.02)×140=0.982.8mm,取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)mn=2.5mm mn=2.5mm 計(jì)算齒數(shù) z1 z2小齒輪齒數(shù)：大齒輪齒數(shù)：z2=uz1=3.752×23.05=84.50 取z1=24，z2=86 z1=24，z2=86 精確計(jì)算螺旋角 cos=mnz1+z22a=2.5×(24+86)2×140=0.98=11°2842 與初選=12°接近，可不修正 =11&

11、#176;2842驗(yàn)算傳動(dòng)比誤差 要求i理 =3.752 而實(shí)際傳動(dòng)比 i齒=3.583傳動(dòng)比誤差在允許范圍內(nèi)。 齒輪分度圓直徑 d1=mn·z1/cos=2.5×24/cos11°2842=61.224mm d1=61.224mmd2=mn·z2/cos=2.5×86/cos11°2842=219.388mm d2=219.388mm圓周速度 v=2.92m/s由教材表11-6,取齒輪精度為8級(jí)。2.2.3. 驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度 按電機(jī)驅(qū)動(dòng),載荷稍有波動(dòng),由表11-3,取KA=1.25由教材圖11-2（b）按8級(jí)精度和 得Kv=1

12、.06齒寬。 b=56mm由教材圖11-3(a)，按b/d1=56/61.224=0.914考慮軸剛度較大和齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取 K=1.08由教材表11-4，得K=1.2載荷系數(shù) K=1.717由教材圖11-4，按zv1=z1/cos3=24/ cos311°2842=25.5zv2=z2/cos3=86/ cos311°2842=91.4得 ，所以由教材圖11-6得，由式（11-31）計(jì)算齒面接觸應(yīng)力2.2.4. 驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度按zv1=25.5，zv2=91.4,由教材圖11-10得，Y=2.66，Y=2.23由圖教材11-11得，由圖教材11-12得，

13、由圖教材11-21得，Y=0.90 由圖教材11-16（b），得，由圖教材11-17，得Y=1.0，Y=1.0由圖教材11-18得,Y=Y=1.0取Y=2.0，S=1.4由式計(jì)算許用彎曲應(yīng)力2.2.5. 齒輪主要幾何參數(shù) z1=24, z2=86, u=3.752， mn=2.5 mm，=11°2842， mt= mn / cos=2.5/ cos11°2842=2.551mmd1=mn·z1/cos=2.5×24/cos11°2842=61.224mmd2=mn·z2/cos=2.5×86/cos11°2842=

14、219.388mmmm,mm mm mm , 取 b1=b2+(510)=62mm3. 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1. 減速器高速軸的設(shè)計(jì)3.1.1. 選擇軸的材料高速軸：選擇材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。3.1.2. 根據(jù)電動(dòng)機(jī)軸直徑估算軸伸直徑根據(jù)所選電機(jī)軸伸T0=41.58N.m則d=(0.81.0) D=(0.81.0)×38=30.438mm3.1.3. 選擇聯(lián)軸器，設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)，初選滾動(dòng)軸承選擇聯(lián)軸器擬選用LT型彈性套柱銷聯(lián)軸器（GB/T 4323-2002）。KA=1.5，計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 =1.5×41.58=62.37N.m 根據(jù)=62.37N.m,從表2-14-2可查L(zhǎng)T6

15、號(hào)聯(lián)軸器設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu).根據(jù)初選的聯(lián)軸器型號(hào)，由聯(lián)軸器軸孔直徑確定減速器高速外伸段直徑為d=32mm,L聯(lián)=55mm初選滾動(dòng)軸承根據(jù)半徑初選圓錐滾子軸承（GB/T 97-1994），型號(hào)302083.1.4. 求小齒輪上的作用力轉(zhuǎn)矩T=T1=41.18N.m圓周力 Ft=1345.22 N徑向力 Fr=499.61N 軸向力 =273.16N 3.2. 減速器低速軸的設(shè)計(jì)3.2.1. 選擇軸的材料低速軸：選擇材料為45號(hào)鋼，正火處理。3.2.2. 按轉(zhuǎn)矩初步估算軸伸直徑由于受鍵槽影響加大5%，取d0=32mm3.2.3. 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)，初選滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)初選滾動(dòng)軸承根據(jù)半徑初選圓錐滾子軸承

16、（GB/T 97-1994），型號(hào)302083.2.4. 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖3.2.5. 求垂直面內(nèi)的支撐反力，作垂直面內(nèi)的彎矩圖垂直面支反力L1=90mm, L2=L3=54mm RAY=672.61N RBY=672.61N 垂直面彎矩MY圖A點(diǎn)，MAy=0Nmm MAy=0NmmC點(diǎn) ， McY=36321N.mm 3.2.6. 求水平面內(nèi)的支撐反力，做水平面內(nèi)的彎矩圖水平面支反力 RAZ=5082.30N RBZ=1795.45N水平面彎矩MZ圖A點(diǎn)，MAZ=FQL1=2787.2490=250852Nmm MAZ=250852NmmC點(diǎn)左, =274444N.mmC點(diǎn)右 =96959N.m

17、m3.2.7. 求合成彎矩，作合成彎矩M圖A點(diǎn) MA=250852NmmC點(diǎn)左, =276837N.mmC點(diǎn)右, =103539N.mm3.2.8. 作轉(zhuǎn)矩T圖 T=147563N.mm3.2.9. 求當(dāng)量彎矩，作當(dāng)量彎矩MV圖該軸單向工作，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力考慮，取=0.6 A點(diǎn) MvA=266018N.mmC點(diǎn)左邊 MvC左=290650N.mmC點(diǎn)右邊 MvC右=103539N.mmD點(diǎn) MvD=88538N.mm 3.2.10. 校核軸的強(qiáng)度由以上分析可見， C點(diǎn)彎矩最大，而D點(diǎn)軸徑最小，所以該軸危險(xiǎn)斷面是C點(diǎn)和D點(diǎn)所在剖面。查表13-1得查表13-2得。C點(diǎn)軸徑因?yàn)橛幸?/p>

18、個(gè)鍵槽。該值小于原 設(shè)計(jì)該點(diǎn)處軸徑45mm ,故安全。D點(diǎn)軸徑 因?yàn)橛幸粋€(gè)鍵槽。該值小于原設(shè)計(jì)該點(diǎn)處軸徑32mm，故安全。4. 滾動(dòng)軸承的選擇及其壽命計(jì)算4.1. 減速器高速軸滾動(dòng)軸承的選擇及其壽命計(jì)算4.1.1. 選擇軸承類型及初定型號(hào)圓錐滾子軸承（GB/T 97-1994），型號(hào)30208 ：查表得 4.1.2. 計(jì)算軸承的受力 R1=854.63N R2=1227.54N計(jì)算派生軸向力查表可得e=0.4,Y=1.5，確定軸承的軸向載荷S1=284.88<FA+S2=682.34,A1=682.34N A1=682.34NS2=409.18>S1-FA=11.72,A2=409

19、.18N A2=409.18N4.1.3. 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P1=X1R1+Y1A1=1365.36N, P2=X2R2+Y2A2=1227.54N取P=P1=1365.36N P=1365.36N4.1.4. 計(jì)算軸承壽命故滿足軸承的壽命要求4.2. 減速器低速軸滾動(dòng)軸承的選擇及其壽命計(jì)算4.2.1. 選擇軸承類型及初定型號(hào)圓錐滾子軸承（GB/T 97-1994），型號(hào)30208 ：查表得 4.2.2. 計(jì)算軸承的受力可由前面低速軸校核的力直接求出： R1=5126.61N R2=1917.30N計(jì)算派生軸向力查表可得e=0.4,Y=1.5，確定軸承的軸向載荷S1=1708.87N> S

20、2-FA=365.94N,A1=1708.87N A1=1708.87NS2=639.1N>S1+FA=1982.03N,A2=1982.03N A2=1982.03N4.2.3. 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P1=X1R1+Y1A1=5126.61N, P2=X2R2+Y2A2=3739.97N取P=P1=5126.61N P=5126.61N4.2.4. 計(jì)算軸承壽命故滿足軸承的壽命要求5. 鍵連接的選擇和驗(yàn)算5.1. 減速器大齒輪與低速軸的鍵連接5.1.1. 鍵的材料類型及尺寸45號(hào)鋼，A型普通平鍵，b=12mm, h=8mm, L=45mm5.1.2. 驗(yàn)算鍵的擠壓強(qiáng)度查教材表的許用擠壓應(yīng)力，

21、鍵的計(jì)算長(zhǎng)度 l=L-b=45-12=33mm由下式得該鍵安全。所以選12×45 GB1096-795.2. 小鏈輪與減速器低速軸軸伸的鍵連接5.2.1. 鍵的材料類型及尺寸45號(hào)鋼A型普通平鍵，b=10mm， h=8mm, L=45mm 5.2.2. 驗(yàn)算鍵的擠壓強(qiáng)度=100，l=35mm，同上面的方法因，故安全。所以選10×45GB1096-79。5.3. 聯(lián)軸器與減速器高速軸軸伸的鍵連接5.3.1. 鍵的材料類型及尺寸45號(hào)鋼A型普通平鍵，b=10mm， h=8mm, L=70mm5.3.2. 驗(yàn)算鍵的擠壓強(qiáng)度=100，l=60mm，同上面的方法因，故安全。所以選10×70GB1096-79。6. 聯(lián)軸器的選擇因前部分已初步選用LT6型彈性套柱銷聯(lián)軸器根據(jù)電動(dòng)機(jī)軸徑d=38mm，軸伸長(zhǎng)度E=80mm，故選聯(lián)軸器主動(dòng)端軸孔直徑d