计算项目及内容 主要结果 计算项目及内容 主要结果 机电工程学院机械设计课程设计 题目名称 设计一带式输送机传动装置 课程名 称 机械设计 课程设计 学生姓名 学 号 班 级 指导教师 2012年6月18日 一、课题题目 设计一带式输送机传动装置 传动简图如图1所示。工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载起 动，使用10年（每年300个工作日），小批量生产，两班制工作，输送机 工作轴转速允许误差为±5%。带式输送机的传动效率为0.96。 』L 图1带式输送机传动简图 图2电动机 带式输送机的设计参数： 输送带的牵引力1.25kN ；输送带的速度为：1.8m/s ；输送带 滚筒的直径250mm。 简图1中的开云 开云体育1、2、3、4、5、6分别为： 1、电动机；2、三角带传动；3、减速器；4、联轴器；5、传动 滚筒；6、皮带运输机。 计算项目及内容 主要结果 二、电机的选择 1、类型和结构的选择 ①三相交流异步电动机的结构简单、价格低廉、维护方便，但一般应 用于工业。 ②Y系列电动机是一般用途的全封闭式自扇冷式三相异步电动机，具 有效率高、性能好、噪声低、振动小等优点，适用于不易燃、不易爆、无 腐蚀性气体和无特殊要求的机器上，如风机、输送机、搅拌机、农业机械 和食品机械等。 ③所以，选用Y系列电动机作为带式输送机的电机。 2、功率的确定 电机的容量(功率)选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。 当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作机的正常工作，或使电动机 因长期过载而过早损坏；若容量过大，则电动机价格高，能力不能充分利 用，而且因为经常不在满载下运行，其效率和功率因数较低，造成浪费。 ①工作机所需功率P (KW) W Pw 2.34KW P =F V =1.25KNX1.8m/s：O.96034KW w w v\r w 式中，Fw为工作机的阻力，KN； Vw为工作机的线速度，m/s；为工 作机的效率，带式输送机可取职=0.96。 ②电动机至工作机的总效率g 矿总二，淫5 s为三角带的传动效率，g2为齿轮传动效率，g3为滚动轴承的效率， g4为联轴器的效率，g5为运输机平型带传动效率。 参考《机械设计课程设计》表3-1机械传动效率概略值，第13页，得： g =g1-g2-g3-g4-g5=c.96 x 0.97 x 0.98 x 0.99 x 0.96-0.88 g =0.88 总 ③所需电动机的功率Pd(KW) Pd=P /g =2.34/0.88KW=2.66KW d w J已 Pd=2.66KW ④电动机额定功率Pm 按PmPd来选取电动机型号。电动机功率的大小应视工作机构的负载 变化状况而定。 3、转速的确定 ①滚筒轴的工作转速为 nw=60X 1000Vw/nD=(60X1000X 1.8)/(3.14X250)-138r/min n =138r/min w Vw为皮带输送机的带速，D为滚筒的直径。 ②额定功率相冋的冋类型电动机，有几种不冋的冋步转速。例如三相 异步电动机有四种常用的冋步转速，即3000r/min、1500r/min、1000r/min 和750r/min。一般最常用、市场上供应最多的是同步转速为1500r/min和 1000r/min的电动机，综合考虑各种情况，决定选用1000r/min的电动机。 ③选用Y系列电动机，参考《机械设计课程设计》表17-7 Y系列(IP144) 三相异步电动机的技术数据，第178页，得：电动机的型号为Y132S-6, 额定功率(Pm)为3KW (实物如图2)，满载转速(nm)为960r/min。 二、 传动比的分配 1、 电动机选定后，根据电动机的满载转速n和工作机的转速n即可确定 m w 传动系统的总传动比I,即 I=6.69I=n /n =960/138=6.956-6.96 I=6.69 m w 2、 传动系统的总传动比i是各串联机构传动比的连乘积，即 I=iii2=6.96 式中，i1，i2为传动系统中各级传动机构的传动比。 3、 传动比分配的一般原则 各级传动比可在各自自荐用值的范围内选取。各类机械传动比荐用 值和最大值，参考李育锡的《机械设计课程设计》表3—2各类机械传动 的传动比，第14页。 分配传动比应注意使各传动件的尺寸协调、结构匀称和利于安装。 传动零件之间不应造成互相干涉。 使减速器各级大齿轮直径相近，以利于实现油池润滑。 使所设计的传动系统具有紧凑的外廓尺寸。 4、 所以，传动系统中V型带机构的传动比七选择2,则齿轮机构的传动比 i2 为 3.48。 三、 传动参数的计算 机器传动系统的传动参数主要是指各轴的转速、功率和转矩，它是进 行传动零件设计计算的重要依据。 各轴的转速n(r/min) 高速轴1的转速：n1=nm 中间轴 2 的转速：n2=n1/i1=960/2=480r/min 低速轴 3 的转速：n3=n2/i2=nm/(i1i2)=480/3.48=138r/min 滚筒开云体育 kaiyun.com 官网入口轴4的转速：n4=n3=138r/min 式中，nm为电动机的满载速度；i1为高速级传动比；i2为低速级传动 比。 各轴输入功率P(KW) 高速轴1的转速：P1=Pm=3KW 中间轴 2 的转速：P2=P]S%=3X0.96X0.99=2.85KW 低速轴 3 的转速：P3=P2%%=2.85X0.97X0.99=2.74KW 滚筒轴 4 的转速：P4=P3矶％=2.74X0.99 X0.96=2.60KW 式中，Pm为电动机额定功率(时)；化为联轴器效率；匚为一对轴承 的效率；S为V型带传动的传动效率；％为低速级齿轮传动效率。 各轴的输入转矩T(N-m) 高速轴 1 的转速：T1=9550P1/n1=9550X3/960=29.84N-m 中间轴 2 的转速：T2=9550P2/n2=9550X2.85/480=56.70N?m 低速轴 3 的转速：T3=9550P3/n3=9550X2.74/138=189.62N?m 滚筒轴 4 的转速：T4=9550P4/n4=9550X2.60/138=179.93N?m 四、V型带的设计 1、 确定计算功率 计算功率P是根据传递的功率P和带的工作条件而确定的 Ca P =3.6 KWcaPca=KAP=「2X3 P =3.6 KW ca 式中，Pca为计算功率，KW； Ka为工作情况系数，这里取Ka=1 . 2，参考，教材第八版《机械设 计》表8-7工作情况系数KA，第156页； P为所传递的额定功率，如电动机的额定功率或名义的负载功率，KWo开云 开云体育 2、 选择V带的带型 根据计算的功率P和小带轮转速田，确定普通V带为A型，参考, 教材第八版《机械设计》图8-11普通V带选型图，第157页。 由①可得到小带开云体育 kaiyun.com 官网入口轮的基准直径范围为80mmdd100mm，再参考教 材第八版《机械设计》的表8-6 V带轮的最小基准直径和表8-8普通V带 的基准直径系列，确定大小带轮的基准直径，应使dd1 (dd)硕，初选dd1 为 100mm， dd2=2dd1=200mm，则带速 V1 为： V1=5.02m/sV1=ndd1n1/(60X 1000)=3.14X 100 X 960/(60 X 1000)m/s~5.02m/s 因为算出来的带速为5.02m/s,在5~25m/s范围内，符合要求。 V1=5.02m/s 确定中心距a,并选择V带的基准长度Ldo 根据带传动总体尺寸的限制条件或要求的中心距，通过计算， 0.7 (dd1+dd2)%2 禺+《《2)1 210mma0600mm 初定中心距为a0=300mm。 计算相应的带长Ld0 Ld0^1146mmLd0^2a0+n/2 X (dd1+dd2)+(dd1+d Ld0^1146mm =2 X 300+n/2 X (100+200)+(100+200)2/(4 X 300)=1146mm 带的基准长度Ld根据Ld0,参考教材第八版《机械设计》表8-2 V带 的基准长度系列及长度系数KL，第146页，得Ld开云 开云体育=1250mmo 计算中心距a及其变动范围 a~ a~352mm a~a0+(Ld—Ld0)/2=300+(1250—1146)/2=352mm 考虑到带轮的制造误差、带长误差、带的弹开云体育 kaiyun.com 官网入口性以及因带的松弛而产生 的补充张紧需要，常给出中心距的变动范围为 a . ~334mm mina ~390mmmaxamin=a—0.015Ld=352—0.015X1250-334mm amax=a+0.03Ld=352+0 a . ~334mm min a ~390mm max 验算小带轮上的包角a 1 由设计经验可得，小带轮上的包角a】小于大带轮上的包角a2 ；小带 轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力。因此，打滑只可能在小 带轮上发生。为了提高带传动的工作能力，应使a 1900 a ~163.709001a 1~1800—(dd2—dd1)X57.30^a=1800—(200—100)X57.30 ^352~163.7090 a ~163.70900 1 确定带的根数z Pca为计算功率，由式Pca=KAP得出，其中，KA为工作情况系数，P为 ca ca ?A. ?A. 传递的功率；P为额定功率，由式P= (P0+AP0)XK XKt得出，其中， P0为单根普通V带所能传递的最大功率，参考教材《机械设计》表8—4a单 根普通V带的基本额定功率P0，第152页，经计算得P0=0.78KW, AP0为单根V带额定功率的增量，参考教材第八版《机械设计》表8—4b单根普 通V带额定功率的增量AP0，第153页，经计算得AP0=Q.Q2KW，Ka为包角 不等于1800时的修正系数，参考教材第八版《机械设计》表8—5包角的 修正系数，第155页，经计算得K=0.96, Kt为当带长不等于实验规定的 特定带长时的修正系数，参考教材第八版《机械设计》表8—2 V带的基准 长度系列及长度系数KL，第146页，Kl=0.93，则， Z~5.0410Z取6Z=Pca/Pr=KAP/[ (P0+AP0)XKaXKL]=3.6/[ (0.78+0.02)X0.96X 0.93 护 5.04M Z~5.0410 Z取6 为了使各根V带受力均匀，带的根数不宜过多，一般少于10根，经 鉴定，符合要求,Z取6。 确定带的初拉力F0 下式中，q为传动带单位长度的质量，kg/m，参考教材第八版《机械设 计》表8—3 V带单位长度的质量，第149页，得p=0.1kg/m。 F0m或98.39NF0min=500 X (2.5 — Ka)Pca/Kazv + qv2=500 X (2.5 — 0.96) X 3.6/(0.96 X 6 X 5.02)+0.1X 5.022-98.39N F0m或98.39N 对于新安装的V带，初拉力为1.5F0min；对于运转后的V带，初拉力 应为1-3F0min，则初拉力应选F0=1-5F0min° 计算带传动的压轴力Fp 为了设计带轮轴的轴承，需要计算带传动作用在轴上的压轴力Fp,参 考教材第八版《机械设计》图8—13压轴力计算示意图，第159页。。 Fp=1753.13NF =2zF0sin(a ]/2)=2X6X1.5X98.39Xsin(163.70/2)=1753.13N 式中，a ]为小带轮的包角。 Fp=1753.13N V带小轮二维零件图(如图3)  五、圆柱齿轮的设计 1、 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 按图1所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 输送机为一般工作机器，速度不高，可以选用7级精度(GB 10095—88)。 材料的选择，参考教材第八版《机械设计》表10—1常用齿轮材料 及其力学特性，第191页，选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS， 大齿轮材料为45钢(调质)，硬度为240HBS，二者材料硬度差40HBS。 选小齿轮齿数Z]=20,大齿轮齿数z2=3.48X 20=69.6，取z2=70。 2、 按齿面接触强度设计 由设计公式进行试算，即 X(l )2 u [%] (1)确定公式内的各计算数值 试选载荷系数K =1.3。 t 计算小齿轮传递的转矩。 T1=5-67X 104N*mmT =(95.5X 105P )/n =95.5X 10 T1=5-67X 104N*mm 1 2 2 参考教材第八版《机械设计》表10—7圆柱齿轮的齿宽系数中，第 d 205页，选取齿宽系数中=1。 d 参考教材第八版《机械设计》表10—6弹性影响系数Z ,第201页， E Z =189.8MPa^o E 参考教材第八版《机械设计》图10—21d齿轮的接触疲劳强度极限 5 ，第209页，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限5 Hlim =600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限5 =550MPa。 Hlim1 Hlim2 计算应力循环次数，其中，j为齿轮每转一圈时，同一齿轮面啮合的 次数；L为齿轮的工作寿命(单位为h)。 h N -1.38X1091N -3.97X1082N=60n jL=60X480X1X (2X8X300X10) N -1.38X109 1 N -3.97X108 2 2 1 2 参考教材第八版《机械设计》图10—19接触疲劳寿命系数K (当 HN NN时，可根据经验在网纹内取K值)，取接触疲劳寿命系数K =0.92， HN HN1 K =0.97o HN2 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1o [5 ] =552MPa1[5】2=533.5MPa[5] = (K [5 ] =552MPa 1 [5】2=533.5MPa 1 HN1 Hlim1 [5] = (K 5 ) /S=0.97X550MPa=533.5MPa 2 HN2 Hlim2 (1)计算 试算小齿轮分度圆直径 d 1t = 53.12mmd 1t 2.32 x 3：0 x 也 x(左)2 d 1t = 53.12mm 1 3 如 u ] 计算圆周速度v V==1.33m/sV=(nd1tn2)/(60X 1000)=(n X 53.12 X 480)/(60 X 1000)m/s=1.33m/s V==1.33m/s 计算齿宽b b=53.12mmb=^ ? d =1 X53.12mm=53.12mm b=53.12mm d 1t 计算齿宽与齿高之比b/h 模数：mt=d1t/z1=53.12/20mm=2.656mm 齿高：h=2.25mt=2.25X2.656mm=5.98mm b/h=53.12/5.98=8.89 计算载荷系数 根据v=1.33m/s, 7级精度，参考教材第八版《机械设计》图10—8动 载系数Kv，第194页，查得动载系数为Kv=1.06； 直齿轮，Ky1； V 参考教材第八版《机械设计》表10—2使用系数KA，第193页，查 得使用系数ka=1； 参考教材第八版《机械设计》表10—4接触疲劳强度计算用的齿向载 荷分布系数KHp,第196页，用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非 对

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