東北大學(xué)機械學(xué)院機械設(shè)計課程設(shè)計ZL-20B.doc

作者： 1/29/2020 本設(shè)計要求的轉(zhuǎn)矩較大，故部分齒輪和軸選用40Cr為材料，如轉(zhuǎn)矩較小，可使用45#鋼機械設(shè)計課程設(shè)計說 明 書機械工程與自動化學(xué)院機械工程及自動化專業(yè) 機械 班 學(xué)號： 設(shè)計者： 指導(dǎo)老師：2013年6月19日目 錄1. 設(shè)計任務(wù)書32. 電動機的選擇計算33. 傳動裝置的運動與動力參數(shù)的選擇和計算44. 傳動零件的設(shè)計計算95. 軸的設(shè)計計算186. 軸的強度校核197. 滾動軸承的選擇和壽命驗算248. 鍵聯(lián)接的選擇和驗算259. 聯(lián)軸器的選擇2610. 減速器的潤滑及密封形式2611. 參考資料26一設(shè)計任務(wù)書1） 設(shè)計題目 ：設(shè)計膠帶輸送機的傳動裝置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多灰塵稍有波動小批3） 技術(shù)數(shù)據(jù)題 號滾筒圓周力F(N)帶 速v(m/s)滾筒直徑 D(mm)滾筒長度 L(mm)ZL-20480000.244001000二 電動機的選擇計算1） 選擇電動機系列根據(jù)工作要求及工作條件應(yīng)選用三相異步電動機，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y系列。2） 選擇電動機功率滾筒轉(zhuǎn)動所需要的有效功率為 傳動 按表4.2-9取: 彈性聯(lián)軸器效率 彈聯(lián)=0.99閉式齒輪嚙合效率 齒=0.97 聯(lián)軸器效率 聯(lián)=0.99滾動軸承效率 承=0.99開式齒輪嚙合效率 開齒=0.94 滾筒效率 筒=0.96 則傳動總效率所需的電動機的功率為 3).選擇電機的轉(zhuǎn)速滾筒軸轉(zhuǎn)速為 查表4.12-1選Y型三相異步電動機Y180L6型，額定功率 15kw, 同步轉(zhuǎn)速1000r/min,滿載轉(zhuǎn)速970r/min。 同時，由表4.12-2查得電動機中心高 H=180mm，外伸軸段 DE=48mm 110mm。傳動總效率=0.791所需的電動機功率選Y型三相異步電動機Y180L6型 三 傳動裝置的運動及動力參數(shù)計算 （一）. 分配傳動比1） 總傳動比: 2）各級傳動比的粗略分配根據(jù)總傳動比（i=83.33），以及各種機械傳動推薦的傳動比范圍，各級傳動比分配如下： 由表4.2-9 取 則減速器的傳動比： 取兩級齒輪減速器高速級齒輪傳動比為： 減速箱內(nèi)低速級齒輪傳動比為 （二） 各軸功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計算1 0軸：即電動機的主動軸 2 軸： 即減速器的高速軸 3.軸：即減速器的中軸 總傳動比:i=83.33 4.軸：即減速器的低速軸 5. 軸： 即傳動軸 6.軸： 即傳動滾筒軸 各軸運動及動力參數(shù)軸序號功率P(kw)轉(zhuǎn)速n(r/min)轉(zhuǎn)矩(N.m)傳動形式傳動比效率014.223970140彈性聯(lián)軸器1.00.9914.081970138.63閉式齒輪4.330.9613.522224.02576.44閉式齒輪3.210.9612.98569.791776.86聯(lián)軸器1.00.9812.72769.791741.55開式齒輪60.9411.83111.639715.05（三） 設(shè)計開式齒輪小齒輪 40Cr 表面淬火 齒面硬度 48-55HRC大齒輪 45#鋼 表面淬火 齒面硬度 40-50HRC按齒根彎曲疲勞強度確定模數(shù)初選小輪的齒數(shù)為 Z5=20，那么，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60n4jLsh=6069.791(1030016)=2.0108N2=N1/i=3.3107初選,由圖5-18b，得 由圖5-19，得由圖 5-15，得由圖 5-14，得 初取由式5-32，得YX=1.0。取YST=2.0，SFmin=1.4由式5-31計算許用彎曲應(yīng)力 取計算 取KYE=1.1，由表5-3，按電機驅(qū)動載荷稍有波動 取KA=1.10 得Kv=1.001。 由表5-4，K=1.2按機械原理知識計算重合度齒頂圓直徑 26第 26 頁 共 26 頁 壓力角 齒輪基圓直徑 齒頂壓力角 與KtYEt相近，無需修正則m=6開式齒輪主要參數(shù)Z5=20 i=6 d5=120 da5=132 df5=105 b5=84Z6=120 m=6 d6=720 da6=732 df6=705 b6=90開式齒輪i=6m=6mmz4=20,z5=120四傳動零件的設(shè)計計算（一）減速器高速級齒輪的設(shè)計計算1） 材料的選擇：高速級的小齒輪選擇40Cr,表明淬火。齒面硬度為48-55HRC大齒輪材料選用45鋼,表明淬火。齒面硬度為40-50HRC計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查圖5-17，ZN1=1.0 ZN2=1.05 由式5-29，ZX1=ZX2=1.0 ，取SHmin=1.0 ZW=1.14 ZLVR=0.92由圖516得 ,計算許用接觸應(yīng)力 因，故取2）按齒面接觸強度確定中心距小輪轉(zhuǎn)矩T1=138000Nmm初定螺旋角=初取由表5-5得減速傳動,取。由式（5-41）計算ZH端面壓力角基圓螺旋角 由式（5-39）計算中心距a取中心距a=140mm。估算模數(shù) mn=(0.0070.02)a=1.053 mm取標準模數(shù)mn=2mm。小齒輪齒數(shù) 取整，大齒輪齒數(shù) 。取整，實際傳動比 =4.26傳動比誤差，在允許范圍內(nèi)。修正螺旋角與初選=130相近,ZHZ可不修正. 齒輪分度圓直徑 中心距a=140mm模數(shù)mn=2mmz1=26，z2=111螺旋角圓周速度 ,(3) 驗算齒面接觸疲勞強度 由表5-3,取KA=1.35。由圖5-4b，按8級精度和，得Kv=1.04齒寬。b/d1=56/50.88=1.1006由圖5-7a，得K=1.113。由表5-4，得K=1.4。載荷系數(shù)計算重合度齒頂圓直徑端面壓力角 齒輪基圓直徑端面齒頂壓力角 齒輪分度圓直徑齒輪精度為8級 則 則齒面接觸應(yīng)力 （4） 驗算齒根彎曲疲勞強度由圖5-18b，得 由圖5-19，得由圖 5-15，得 取YST=2.0，SFmin=1.4由式5-31計算許用彎曲應(yīng)力 由圖5-14得YFa1=2.65，YFa2=2.22由圖5-15得YSa1=1.93，YSa2=1.961.0， （5）齒輪主要幾何參數(shù)z1=26,z2=111,u=4.33mn=2mm,=11.880,mt=mn/cos=2/cos11.880=2.04mm,d1=53.36mm,d2=227.83mm,da1=54.88mm,da2=2221.24mm,df1=48.36mm, df2=222.83mma=140mm,b2=b=56mm,b1=b2+(510)=65mm（二） 減速器低速級齒輪的設(shè)計計算1).材料的選擇：高速級的小齒輪選擇40Cr,表明淬火。齒面硬度為48-55HRC大齒輪材料選用45鋼,表明淬火。齒面硬度為40-50HRC計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 查圖5-17，ZN3=1 ZN4=1.05 ，由式5-29，ZX3=ZX4=1.0 ，取SHmin=1.0 ZW=1.14 ZLVR=0.92按齒面硬度50HRC，45HRC，由圖5-16b，得，計算許用接觸應(yīng)力 因，故取。2） 按齒面接觸強度確定中心距 小輪轉(zhuǎn)矩T1=576440Nmm初定螺旋角=，初取， 由表5-5得減速傳動，;取由式（5-41）計算ZH端面壓力角基圓螺旋角由式（5-39）計算中心距a取中心距a=170mm。估算模數(shù)mn=(0.0070.02)a=1.193.4mm取標準模數(shù)mn=2.5mm。中心距a=170mm模數(shù)mn=2.5mm小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù)取z3=32，z4=102實際傳動比傳動比誤差在允許范圍內(nèi)。修正螺旋角與初選=130相近,ZHZ可不修正. 齒輪分度圓直徑 圓周速度,由表5-6,取齒輪精度為8級.(3) 驗算齒面接觸疲勞強度由表5-3,取KA=1.25。由圖5-4d，按8級精度和，得Kv=1.024。齒寬b/d3=68/82.10=0.828由圖5-7a，得K=1.08。由表5-4，得K=1.4。載荷系數(shù) 齒頂圓直徑z3=32，z4=102齒輪精度為8級端面壓力角 齒輪基圓直徑端面齒頂壓力角 由式5-39,計算齒面接觸應(yīng)力（4）驗算齒根彎曲疲勞強度由圖5-18c，得，由圖5-19，得YN3=1.0，YN4=1.0由式5-32，mn=2.5mmTC =207.95 Nm, n=3300r/minn=970r/min取減速器高速軸外伸軸段軸徑d=40mm可選聯(lián)軸器軸孔直徑d1=38mm,d2=d=35mm 因為是小批生產(chǎn)，故軸外伸段采用圓柱形。（二） 中間軸的設(shè)計軸的材料為45鋼, 調(diào)質(zhì)處理，傳遞功率13.52W 轉(zhuǎn)速=224.02min。由表-，取A0=110 ，取45（三）低速軸的設(shè)計計算軸的材料為45鋼，傳遞功率12.98，轉(zhuǎn)速69.79in。由表-，取A0=100,因軸端處需開一個鍵槽，軸徑加大，取60。因為是小批生產(chǎn)，故軸外伸段采用圓柱形。 六. 輸出軸的強度校核低速軸的材料取40Cr，調(diào)質(zhì)處理查表81 得查表83 得（1） 繪軸的受力簡圖，求斜齒輪上作用分力及支反力。 Fa4 RAy Ft4 RByT1 RAz Fr4 R By r RAx D A 136 C 72 B L1=136mm L2=72mm.垂直面支反力由 得 由得b. 水平面支反力由得，由得，（2)作彎矩圖a. 垂直面彎矩Mz圖 C點 b. 水平面彎矩My圖 156N.m C點左邊 合成彎矩圖 448N.m C點左邊（） 作轉(zhuǎn)矩T圖 1176.86N.m （） 作計算彎矩Mca圖 835 448該軸單向工作，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力按脈動循環(huán)應(yīng)力考慮，取=0.6 C點左邊 C點右邊D點（） 校核軸的強度由以上分析可見，C點彎矩值最大，而D點軸徑最小，所以該軸危險斷面是C點和D點所在剖面。C點軸徑 考慮到鍵槽的影響軸徑加大5%。該值小于原設(shè)計該點處軸徑72mm，故安全。D點軸徑 考慮到鍵槽的影響軸徑加大5%。該值小于原設(shè)計該點處軸徑60mm，故安全。（6）精確校核軸的疲勞強度剖面因鍵槽引起的應(yīng)力集中系數(shù)由附表1-1，查得，剖面因過渡圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)由附表1-2： 按插值法查得 ， 因、剖面主要受轉(zhuǎn)矩作用，起主要作用，故校核剖面。剖面產(chǎn)生的45鋼的機械性能查表8-1，得，絕對尺寸影響系數(shù)由附表1-4，得， 表面質(zhì)量系數(shù)由附表1-5，得,查表1-5，得，剖面安全系數(shù)取，所以剖面安全。b.校核剖面的疲勞強度 剖面因配合(H7/r6)引起的應(yīng)力集中系數(shù)由附表1-1，查得， 因過渡圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)由附表1-2： 所以， 。應(yīng)按過渡圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)校核剖面。剖面承受的彎矩和轉(zhuǎn)矩分別為 剖面產(chǎn)生正應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為 剖面產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為由附表1-4，查得,，表面質(zhì)量系數(shù)由附表1-5，得,表面質(zhì)量系數(shù)同上，剖面的安全系數(shù)按配合引起的應(yīng)力集中系數(shù)計算，,所以剖面安全。其它剖面與上述剖面相比，危險性小，不予校核。七 滾動軸承的選擇及其壽命驗算低速軸軸承選擇一對30214圓錐滾子軸承。低速軸軸承校核工作條件：軸的轉(zhuǎn)速n=69.79r/min，工作中稍有波動，工作溫度低于，預(yù)計壽命（） 計算徑向支反力 由軸的強度校核得軸承支反力 則 （） 計算派生軸向力 查表9-8，S=R/2Y,查表9-6-3,30214軸承Y=1.4,e=0.42 ,(3)求軸承的軸向載荷A 由圖可知，軸系有向左移動趨勢，軸1被壓緊且 所以 (4)計算當量動載荷P由e=0.4，查表9-10得 X1=0.40，Y2=1.5由 e=0.4, 查表9-10得 XB=1，YB=0由表9-7，查取，軸承受力矩載荷，所以 (5)校核軸承壽命因P1P2，故按P1計算故圓錐滾子軸承30214適用八 鍵聯(lián)接的選擇和驗算低速軸上鍵的選擇與驗算(1) 齒輪處由軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計知，該軸段直徑d=67mm長度L=65mm,所以選擇鍵 2056GB1095-79，其結(jié)構(gòu)參數(shù)為b=20mm h=12mm l=50mm齒輪材料為40Cr鋼，載荷稍有波動，聯(lián)接方式為靜聯(lián)接。 因，故安全。(2)聯(lián)軸器處由軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及聯(lián)軸器的選擇可知，該軸段直徑d=60mm，長度L=107mm所以選擇鍵1670 GB1095-79，其結(jié)構(gòu)參數(shù)為b=16mm h=10mm l=100mm聯(lián)軸器材料為40Cr鋼，載荷稍有波動，聯(lián)接方式為靜聯(lián)接。所以 因=115mpa，故安全。九 聯(lián)軸器的選擇(1)低速軸軸端處選擇TL6聯(lián)軸器 GB5014-85 名義轉(zhuǎn)矩T=9550=9550(15/970)=147 Nm 計算轉(zhuǎn)矩為TC=KT=1.5147=220.5Nm250NmTC =220.5 Nm, n=2800r/minn=960r/min (2) 高速軸軸端處選擇HL6聯(lián)軸器 GB5014-85, 名義轉(zhuǎn)矩T=95509550( 12.985/69.79)=1776Nm 計算轉(zhuǎn)矩為TC=KT=1.51776=2664Nm3150NmTC =2664 Nm, n=2800r/minn=69.79r/min十 減速器的潤滑