垂直斗式提升机传动装置设计--机械设计课程设计说明书.doc
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1、机械设计课程设计说明书设计题目: 垂直斗式提升机传动装置设计 目录一、传动方案拟定3二、电动机选择4三、计算总传动比及分配各级的伟动比6四、运动参数及动力参数计算7.五、皮带轮传动的设计8六齿轮设计一高速级齿轮传动齿轮设计11二低速级齿轮传动齿轮设计16七、轴的设计I 轴的设计21II 轴的设计25III轴的设计30八键联接的校核计算34九滚动轴承的校核计算36十减速器箱体的设计37十一.PRO/E做的三维图:38垂直斗式提升机传动装置设计1.传动装置简图:2.设计条件:1)机械功用:由料斗把散状提升到一定高度.2)工作情况:单向工作,轻微振动.3)运动要求:滚筒转速误差不超过7%.4)使用寿
2、命:八年,每年300天,每天16小.5)检修周期:半年小修,二年大修.6)生产厂型:中型机械制造厂.7)生产批量:中批生产。3.原始数据:滚筒圆周力滚筒圆周速滚筒直径4kN1.1m/s350mm4.设计要求:采用硬斜圆柱齿轮一、传动方案拟定为了估计传动装置的总的传动比范围,以便选择合适的传动机构和拟定传动方案,可先由已知条件计算其驱动卷筒的转速nw,即: V=*D*nw/(60*1000) n筒=60*1000*V/(*D)=60 r/min选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为传动方案的原动机,因此传动装置的传动比约为i=1421,根据传动比值可初步拟定以二级传动为
3、主的多种传动方案。根据所给的带式传动机构,可将减速器设计为二级展开式减速器。二、电动机选择1、电动机类型的选择: 根据工作条件和工作要求,先用一般用途的Y(IP44)系列三相异步电动机,它为卧式封闭结构。2、电动机功率选择:(1)确定传动装置的总功率:带传动的传动效率 =0.96滚动轴承的传动效率齿轮的传动效率联轴器的传动效率滚筒的传动效率总=1322345 =0.960.9940.9720.990.95=0.82(2)电机所需的工作功率:Pd= Pw/总=FV/(1000总)=40001.1/(10000.792)=5.56kw(3)电动机的额定功率Pca根据工作功率可以查知Ped=18.5
4、kw(4)电动机的转速n电动机计算滚筒工作转速: V=*D*nw/(60*1000) n筒=60*1000*V/(*D)=60 r/min 按手册P7表1推荐的传动比合理范围,取圆柱齿轮传动二级减速器传动比范围Ia=24。取V带传动比I1=840,则总传动比理时范围为Ia=16160。故电动机转速的可选范围为nd=Ian筒=(1896)71=9609600r/min符合这一范围的同步转速有3000和1500r/min。根据容量和转速,由有关手册查出有二种适用的电动机型号:综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比,则选n=1500r/min。4、确定电动机型号根据以上选用
5、的电动机类型,所需的额定功率及同步转速,选用传动比的要求,可选用Y132M-4型号电动机。其主要性能:额定功率:7.5KW,满载转速1440r/min,最在转矩/额定转矩=2.2。三、计算总传动比及分配各级的伟动比1、总传动比:i总=n电动/n筒=1440/60=242、分配各级传动比1)取带传动比为2,低速级圆柱齿轮传动比为i齿轮低=1.3i齿轮高2) i总= i带i齿轮低i齿轮高i总/i带=12i齿轮高=4.09i齿轮低=2.92传动比分配合适。四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速(r/min)n0= n电机=1440r/minnI= n0/i带=1440/2=720 r/minnI
6、I=nI / i齿轮高=720/4.09=176(r/min)nIII=nII/i齿轮低=176/2.92=60(r/min)2、 计算各轴的功率(KW)P0= Ped=5.4KWPI= P0带=5.18KW PII=PI齿轮轴承=4.97KWPIII=PII轴承齿轮 =4.67KW3、 计算各轴扭矩(Nmm)T0=9.55103P0/n0=9.551035.4/1440 =35.8NmTI=9.55103PI/nI=9.551035.18/720=69.06 NmTII=9.55103PII/nII=9.551034.97/176 =269.7NmTIII=9.55103PIII/nIII=
7、9.551034.67/60 =759 Nm项目电动机轴高速轴低速轴低速轴转速(r/min)144072017660功率(kw)5.45.184.974.67转矩(Nm)35.869.06269.7759传动比24.092.92五、皮带轮传动的设计已知:普通V带传动,电动机功率P=7.5KW,转速N0=1440r/min,传动比为i=2,每天工作16小时1.确定计算功率 Pca查表8-7可知工作情况系数KA=1.2Pca=KAP=1.5.4=6.48KW2. 选择普通V带截型 根据PCA 和N0由图8-11可知应选取A型带3确定带轮基准直径,并验算带速1)初选小带轮的基准直径,由表8-6和8-
8、8,取小带轮的基准直径dd1=100mm2)验算带速V=(dd1N0)/(601000)=11.3m/s 因为5m/sV1200(适用)5.确定带的根数1)计算单根V带的额定功率根据课本表(8-4a)P0=1.32KW根据课本表(8-4b)P1=0.17KW根据课本表(8-5)K=0.93根据课本表(8-2)KL=0.99 计算V带根数Z=PCA/P=PCA/ (P1+P1)KKL =6.48/(1.32+0.17) 0.930.99 =4.72所以取5根V带。6计算单根V带的初拉力的最小值由课本表8-3查得q=0.1kg/m,单根V带的最小初拉力:(F0) min=500PCA(2.5/K-
9、1)/(ZV K)+qV2=5006.48(2.5/0.93-1)/(511.30.93)+0.111.32N=109.6N7计算压轴力作用在轴承的最小压力FpFp=2ZF0sin1/2=25106.6sin153.4/2=1066.3N六齿轮设计 (一)高速级齿轮传动齿轮设计 已知:输入功率PIII =5.4KW,小齿轮的转速n1 =720r/min,传动比为I=4.09,工作寿命8年,每天工作16小时,每年300天,传动输送机轻微振动,单向工作。1选择齿轮类型、材料、精度等级和齿数 1)按拟定的传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动。 2)因为滚筒为一般工作器,速度不高,选用法级精度(GB 100
10、95-88)。 3)材料选择,由表10-1选择小齿轮材料为40 Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮选用45钢(调质),硬度为240HBS二者材料相差为40HBS。 4)选用小齿轮齿数为Z1=24,则大齿轮的齿数为Z2=4.0925=98,取Z2 =97。 5)选用螺旋角:初选螺旋角为=140 2按齿面接触疲劳强度设计 由d1t 确定有关参数如下:1)传动比i=4.092)由课本表10-7取d=0.83)选取载荷系数Kt=1.24)由图10-30选取区域系数为ZH =2.35)由图10-26,可知=0.7, =0.90,所以=+=0.78+0.90=1.66)由表10-6查知材料的弹性影响
11、系数ZE =189.8MPa1/27) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa和大齿轮的接触疲劳强度极限 =550MPa8)计算两齿的循环次数 N1 =60* n1* j* Lh =607201(163008) =1.658109N2 = N1/4.09=4.06108由图10-19取疲劳寿命系数KHN1=0.92,KHN2 =0.969)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%,安全系数为S=1,由式(10-12)可知: =KHN1*/S=0.90600=552MPa 2= KHN2* /S=0.94*550=480MPa =( + )/2=(552+480)/2
12、MPa=516MPa(2)计算 1)试计算小齿轮分度圆直径d1t ,由上述公式可得 d1t=50.25mm 2)计算圆周速度V=(ddtN0)/(601000)=1.91m/s 3)计算齿宽系数b以及模数mnt b=dd1t=0.850.25=40.6mmmnt=(d1t*cos140)/ Z1=2.05h=2.25mnt=4.61mmb/h=8.804)计算纵向重合度=0.318 *d* Z1 * tan140 =1.525)计算载荷系数使用系数KA=1 ,根据V=1.89m/s,7级精度,KV=1.20由表10-4查得=1.322由tu10-13查得=1.25由表10-3查得=1.4K=K
13、AKV=1*1.4*1.2*1.322=2.26)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由d1=d1t(K/Kt)1/3得 d1=50.77(2.2/1.2)1/3=62.14mm7)计算模数mnmn= d1*cos / z1 =2.513.按齿根弯曲强度设计 (1) 确定参数1) 计算载荷系数 K= KAKV =1*1.2*1.4*1.25=2.13)计算当量齿数 4)齿形系数YFa和应力修正系数YSa根据齿数Z1=25,Z2=85由表6-9相得 YFa1=2.72 YSa1=1.57YFa2=2.20 YSa2=1.785)由图10-20C查知小齿轮弯曲疲劳强度 FE1 =500MPa,
14、大齿轮的弯曲强度极限FE2 =380MPa由图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1 =0.85,KFN2 =0.96)计算弯曲疲劳许用应力:取弯曲疲劳安全系数S=1.4F1= KFN1FE1/S=0.9*500/1.4=303.57F2= KFN2FE2/S=0.9*380/1.4=244.298)计算大小齿轮的YFaYSa/F并加以比较YFa1YSa1/F=2.58*2.6/303.57=0.01353YFaYSa/F=2.18*1.79/244=0.01599小齿轮的数值大(2)设计计算 对于比较计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn,取mn=2.5mm已满足要求,但是为了同时满足
15、接触疲劳强度,需要按齿面接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=61.50mm来计算应有的齿数,于是 Z1=d1cos140/mn=61.50*cos140/2=24.8,取Z1=24Z2=i*Z1=4.09*24=98,为了与小齿互质,取Z2=974几何尺寸计算(1)计算中心距=(24+97)*2/(2*cos140)=155.88mm将其圆整为a=156mm(2) 按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos(24+97)*2/(2*156)= 14.170由于改变不多,故参数等不必修正。(3)计算大小齿轮分度圆直径(4)计算齿轮宽度 B=dd1 =0.8*61.88=49.50mm经圆整后,取B1
16、=55mm,B2=50mm 二低速级齿轮传动齿轮设计 已知:输入功率PII =4.97KW,小齿轮的转速n1 =176r/min,传动比为I=2.92,工作寿命8年,每天工作16小时,每年300天,传动输送机轻微振动,单向工作。1选择齿轮类型、材料、精度等级和齿数 1)按拟定的传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动。 2)因为滚筒为一般工作器,速度不高,选用法级精度(GB 10095-88)。 3)材料选择,由表10-1选择小齿轮材料为40 Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮选用45钢(调质),硬度为240HBS二者材料相差为40HBS。 4)选用小齿轮齿数为Z1=24,则大齿轮的齿数为Z2=2
17、.9224=70.08。2按齿面接触疲劳强度设计 由确定有关参数如下:1)传动比i=2.922)由课本表10-7取d=0.83)选取载荷系数Kt=1.24)由表10-6查知材料的弹性影响系数ZE =189.8MPa1/25) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限和大齿轮的接触疲劳强度极限6)计算两齿的循环次数 N3 =60* n2* j* Lh =601761(163008) =4.05108N4= N3/2.92=1.37108由图10-19取疲劳寿命系数KHN3=0.94,KHN3 =0.987)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%,安全系数为S=1,由式(10-12)
18、可知: (2)计算 1)试计算小齿轮分度圆直径d1t ,由上述公式可得 d3t=94.30mm 2)计算圆周速度V=(d3tN0)/(601000)=0.86m/s 3)计算齿宽系数b以及模数mnt b=dd1t=0.840.86=75.5mmmt=d3t/ Z1=40.68/24=3.9h=2.25mt=8.84mmb/h=8.544)计算载荷系数K使用系数KA=1 ,根据V=0.86m/s,7级精度,KV=1.09由表10-4查得由表10-13查得由表10-3查得5)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由d3=d3t(K/Kt)1/3得 d1=40.68(1.39/1.2)1/3=99
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