帶式輸送機傳動裝置設計方案

1 帶式輸送機傳動裝置設計方案 一、設計 帶式輸送機傳動裝置 已知條件： （ 1） 工作條件：兩班制，連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)，室內(nèi)工作，有粉塵，環(huán)境最高溫度 35 （ 2） 使用折舊期： 8 年； （ 3） 檢修間隔期：四年一次大修，兩年一次中修，半年一次小修； 動力來源：電力，三相交流，電壓 380/220V； （ 4） 運輸帶速度允許誤差： 5%； （ 5） 制造條件及生產(chǎn)批量：一般機械廠制造，小批量生產(chǎn)。 已知參數(shù)：運輸帶工作壓力 F = 1500 N 運輸帶工作速度 v = 1.1 m/s 卷筒直徑 = 220 2 二、 擬定傳動方案 a : 二級展開式圓柱齒輪減速器 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，應用廣泛，兩級大齒輪直徑接近，有利于浸油潤滑，尺寸緊湊，成本低，用于載荷比較平穩(wěn)的場合。 缺點：由于齒輪相對于軸承為不對稱布置，因而沿齒向載荷分布不均，要求軸有較大剛度。 b ：二級同軸式圓柱齒輪減速器 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，應用廣泛，齒輪減速器長度方向尺寸較小，兩級大齒輪直徑接近，浸入油中深度大致相等，有利于浸油潤滑。 缺點：齒輪減速器軸向尺寸較大，中間軸較長，剛度較差，沿齒寬載荷分布不均勻，高速軸的承載能力難于充分利用。 3 C ： 圓錐圓柱齒輪減 速器 優(yōu)點：用于輸入輸出軸相交的場合，也用于兩軸垂直相錯的傳動中。 缺點：制造安裝復雜，成本高，僅在傳動布置需要時才采用。 4 d ：單級蝸桿減速器 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊 缺點：效率較低，適用于載荷較小、間歇工作的場合，軸承潤滑不太方便。 綜上所述，二級展開式圓柱齒輪減速器比較符合方案要求，故選用 二級展開式圓柱齒輪減速器 。 5 三、 電動機的選擇 設計 設計步驟及內(nèi)容 結(jié)果 電動機的選擇 已知： F = 1500 N v = 1.1 m/s D = 220 1、電動機輸出功率 0 = 12 23 32 42 5 1：聯(lián)軸器效率 2：嚙合效率 3：軸承效率 4：溜油效率 5：滾筒效率 1 = 2 = 3 = 4 = 5 = 1 322 d 查電動機手冊 選取 電動機 W 430 、總傳動比計算及傳動比分配 m i n/ 3 0 取 i i 選取i i 6 各軸的轉(zhuǎn)速、扭矩： 4301 m m m 4 3 0112 m m 1223 3 5 09 5 5 0 軸 轉(zhuǎn)速（ r/ 扭矩 （ N m) 功率 （ 一 1430 7 四 、齒輪的設計計算 設計 設計步驟及內(nèi)容 結(jié)果 高速級齒輪傳動 已知條件 430r/=動方案：二級展開式直齒圓柱齒輪傳動 選用二級展開式直齒齒輪傳動，壓力角為 20； 根據(jù)機械設計表 10擇小齒輪材料為 40面硬度為 280齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240者材料硬 度差為 40精度等級選用 7 級精度 ; 試選小齒輪齒數(shù) 1，大齒輪齒數(shù) Z2=1= 00 小齒輪和大齒輪均為調(diào)質(zhì)處理，淬火后高溫回火，用來使鋼獲得高的韌度和足夠的強度。 按式（ 10 11）進行試算小齒輪分度圓直徑，即 3211 12 (1)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 查表知 41 0 7選取尺寬系數(shù) d 1 二級展開式直齒圓柱齒輪傳動 取 1 00 1.3 4110 d 1 8 0H = 0 5查得材料的彈性影響系數(shù) 10算接觸疲勞強度用重合度系數(shù)Z 221/(20c o r c c (c o sa r c c 111 aa 2100/(20c r c c (c r c c 222 aa 20t a t a 0t a t a t a n( t a n)t a n( t a n 2211 aa Z H 由圖 10得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為 001 、 502 由式（ 10算應力循環(huán)次數(shù)： 911 102 9 3 0 082(11 4 3 06060 1/100/( 由圖 10 失效概率為 1%、安全系數(shù) S=1，由式（ 10 M P N 5401 i M P I 231 取 1H和 2H中的較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應力，即 H 232 Z H 9 2）試算小齒輪分度圓直徑 3211 12 2 38 7 2 4 （ 2） 調(diào)整小齒輪分度圓直徑 1） 計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準備 圓周速度 v t/ 齒寬 b 2） 計算實際載荷系數(shù) 由表 10得使用系數(shù) 1根據(jù) v = s、 7 級精度，由圖 10得動載系數(shù)02.1齒輪的圓周力 4111 100/371/1 查表 10齒間載荷分配系數(shù) 表 10插值法查得 7 級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，得齒向載荷分布系數(shù) 此，得到實際載荷系數(shù) 3） 由式（ 10可得按實際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑 28.202.1K 10 311 及相應的齒輪模數(shù) 8 11 3、 按齒根彎曲疲 勞強度設計 （ 1） 由式（ 10算模數(shù)，即 3 21 12 F 1） 確定公式中的各參數(shù)值 試選 式 (10算彎曲疲勞強度用重合度系數(shù) Y計算 圖 10得齒形系數(shù) , 1 2 由圖 100得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為 001 , 802 由圖 10 得 彎 曲 疲 勞 壽 命 系 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=式（ 10 M P i M P i Y 11 0 1 4 6 1 F Y 2 F Y 因為大齒輪的 于小齒輪 ,所以取 2 F Y 2)試算模數(shù) （ 2）調(diào)整齒輪模數(shù) 1） 計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準備 圓周速度 v t 8 3 00060 1 齒寬 b d 寬高比 b/h 2( * 3 2)計算實際載荷系數(shù) 根據(jù) v= s， 7 級精 度，由圖 10得動載系數(shù) 由t 34111 103 6 04 2 0 0/ 3 03 6 31 Y t 992.0560.1 12 查表 10齒間載荷分配系數(shù) 表 10插值法查得 合 b/h=0 則載荷系數(shù)為 3)由式（ 10可得按實際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù) 3 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取 決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由彎曲疲勞強度算得的模 m=接觸疲勞強度算得的分度圓直徑 ， 算 出 小 齒 輪 齒 數(shù)z1=d1/m= 1 取 1002 z ， 1z 與 2z 互為質(zhì)數(shù) 這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 4、幾何尺寸計算 （ 1）計算分度圓直徑 2 022 （ 2） 計算中心距 K m=1 1002 z 252 13 )( 21 （ 3） 計算齒輪寬度 d 考慮不可避免的安裝誤差，為了保證設計齒寬 b 和節(jié)省材料，一般將小齒輪略為加寬（ 510） 05(05(1 取 21 ，而使大齒輪的齒寬等于設計齒寬，即 6 主要設計結(jié)論 齒數(shù) 211 z 、 1002 z ，模數(shù) 25.1m ，壓力角 20 ，中心距 齒寬 21 ， 。小齒輪選用 40質(zhì)），大齒輪選用 45 鋼（調(diào)質(zhì)）。齒輪按 7 級精度設計。 21 211 z 、1002 z 25.1m 20 21 小齒輪選用 40質(zhì)），大齒輪選用 45 鋼（調(diào)質(zhì)）。齒輪按 7級精度設計。 14 低速級齒輪傳動設計 已知： 小齒輪轉(zhuǎn)速 數(shù)比 u=p=度等級、材料及齒數(shù) （ 1）按選定傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動，壓力 角取為20 。 （ 2）帶式運輸機為一般工作機器，參考表 10用 7 級精度。 （ 3）材料選擇。由表 10擇小齒輪材料為 40質(zhì)），齒面硬度 280齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度240 （ 4 ） 選 小 齒 輪 齒 數(shù) 25 ， 大 齒 輪 齒 （ 1） 由式（ 10算小齒輪分度圓直徑，即 321 12 1）確定公 式中的各參數(shù)值 試選 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 查軸轉(zhuǎn)速、扭矩列表得 53 表 10取齒寬系數(shù) 1d。 由圖 10得區(qū)域系數(shù) 由表 10得材料的彈性影響系數(shù) 由式（ 10算接觸疲勞強度用重 合度系數(shù)Z。 225/(20c o r c c o s)2/(c o sa r c c o s 111 aa 279/(20c r c c o s)2/(c r c c o s 222 aa 直齒圓柱齒輪傳動，壓力角取為20 25 792 z 53 E = 15 2/)t a n( t a n)t a n( t a n 2211 aa 20t a t a 0t a t a 8 7 1 Z 計算接觸疲勞 許用應力 H 。 由圖 10得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為001 、 502 。 由式（ 10算應力循環(huán)次數(shù)： 811 102 0 3 0 082( 8812 由圖 10取接觸疲勞壽命系數(shù) 1 K 。 取失效概率為 %1 、安全系數(shù) 1S ，由式（ 10 M P 8 21 6 0 i M P i 取 1H 和 2H 中的較小者作為 該齒輪副的接觸疲勞許用應力，則 M P 42 2）試算小齒輪分度圓直徑 321112 Z 16 （ 2）調(diào)整小齒輪分度圓直徑 1）計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準備。 圓周速度 v 。 t /1 齒寬 b 。 2）計算實際載荷系數(shù) 由表 10。 根據(jù) v=s、 7級精度，由圖 10齒輪的圓周力。 511 09 4 8 /100/31t 查表 10 由表 10級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，得齒向載荷分布系數(shù) 由此，得到實際載荷系數(shù) 3）由式（ 10可得按實際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑 311 1 02.1K 17 及相應的齒輪模數(shù) 11 （ 1） 由式（ 10算模數(shù)，即 3 2112 F 1) 確定公式中的各參數(shù)值 試選 由式（ 10算彎曲疲勞用重合度系 數(shù)。6 8 Y 計算 由圖 10 由圖 10 由圖 10001 、 802 。 由圖 10，2 。 取彎曲疲勞安全系數(shù) ，由式（ 10 1 l i m 11 0 . 9 4 5 0 0 3 3 5 . 7 11 . 4F N M P a M P 2 l i m 22 0 . 9 6 3 8 0 2 6 0 . 5 71 . 4F N M P a M P 0 1 1 5 1 F Y Y 18 0 1 4 0 1 F Y 因為大齒輪的 于 小 齒 輪 ， 所 以 取 222 0 . 0 1 4 8F a s a F a s Y Y2）試算模數(shù) 3 21 12 F 3 25 2） 調(diào)整齒輪模數(shù) 1）計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準備。 圓周速度 v 。 t 1 1 齒寬 b 。 01b 1 寬高比 。 4 2( * 2）計算實際載荷系數(shù) 根據(jù) m/ ， 7 級精度，由圖 10得動載系數(shù) K。 由 51108 4 8 ， 0d 1 19 1 0 0/ 3 2 01/1 ， 查表 10 由表 10插值法查得 查圖 10 3）由式（ 10可得按實際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù) 3 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由彎曲疲勞強度算得的模數(shù) m=2 ,z 11 取 251 z ，則大齒輪齒數(shù) 2 z ， 1z 與2z 互為質(zhì)數(shù)。 這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊 湊，避免浪費。 K m = 2 251 z 79 20 （ 1） 計算分度圓直徑 0225d 11 5 8279d 22 （ 2） 計算中心距 0 42/)1 5 850(2/)(a 21 （ 3） 計算齒輪寬度 d 505011 考慮不可避免的安裝誤差，為了保證設計齒寬 b 和節(jié)省材料，一般將小齒輪略為加寬 05( ，即055)105(50)105(b 1 取 61 ，而使大齒輪的齒寬等于設計齒寬，即02 。 齒數(shù) 251 z 、 792 z ，模數(shù) 2m ，壓力角 20 ，中心距 04 ，齒寬 61 ， 02 。小齒輪選用 40質(zhì)），大齒輪選用 45 鋼（調(diào)質(zhì)）。齒輪按7 級精度設計。 21 五、 軸 的結(jié)構(gòu)設計 設計 設計步驟及內(nèi)容 結(jié)果 軸一 已知電動機 P = 速 n = 1430r/1， 21 P 、轉(zhuǎn)速 1n 和轉(zhuǎn)矩 1T 查轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩表知 4301 142501 t 而 t 8 4 2 5 022 1 1 50c o a 8 5c o st a n 00t a 8 5t a n 先按式（ 15 2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45鋼，調(diào)制處理。根據(jù)表 15 3，取 1120 A，于是得 3110m i n 查表 14 K ，則 聯(lián) 軸 器 的 計 算 轉(zhuǎn) 矩 1 8 5 2 51 4 2 5 查表得選用 凸緣聯(lián)軸器，公稱轉(zhuǎn)矩為25000 ， 半 聯(lián) 軸器 的孔徑 4故 取4聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 1L =27 4301 142501F 凸緣聯(lián)軸器 422 （ 1） 擬定軸上零件的裝配方案 現(xiàn)選用圖 15示的裝配方案。 （ 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1）取 段的直徑 d - =15聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 1L =27保證軸段擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故 -段的長度應比 1L 略短一些，現(xiàn)取 l - =25 2) 選用單列深溝球軸承，選取 0 基本游隙組、標準精度級的單列深溝球軸承 6303 ，其尺寸為144717 故 d - =d 7 l 4 右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。取 0 3） 取安裝齒輪處的軸段 -的直徑 d=20輪的左端采用套筒定位，已知齒輪轂輪寬 32使套筒可靠地壓緊齒輪，此段應略短與轂輪寬度，取 l - =30輪的右端采用軸肩定位，由直徑 d=205得 R=則軸環(huán)處的 4) 軸承端蓋的總寬度為 20端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離 l=取 l - = 5) 取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離 ，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應距箱體內(nèi)壁一段距離，取 s=2知滾動軸承寬度 B=14 l - =254mm l - =d - =15mm d - = 17mm l - =30 d=20mm 5mm 0mm l 4d 7 (3) 軸上零件的周向定位 齒輪直接在軸上加工，半聯(lián)軸器與軸的周向定采用平鍵連 接 。 半 聯(lián) 軸 器 與 軸 的 連 接 ， 選 用 平 鍵 為5聯(lián)軸器與軸的配合為 76滾動軸承與軸的周向定位有過度配 單列深溝球軸承 單列深溝球軸 承6303 平鍵截面2輪轂孔與軸的配 23 合保證，此處選軸的直徑尺寸公差為 （ 4） 確定軸上圓角和倒角尺寸 查表 15角取 角取 5. 求軸上的載荷 由 合為 724 1 2211 F 得 , 5 8 311 由 521 1 2211 F 得 , 4 0 V222 查表知 14250 e2222 6. 按彎扭合成應力校核軸的強度 對第三截面進行校核 d=17331 12212 )材料選 405 75 因此 ，故安全。 對第 四截面進行校核 d=202=00 21212 )材料選 405 75 因此 ，故安全。 25 軸二設計 已知 00， 5, P 、轉(zhuǎn)速 2n 和轉(zhuǎn)矩 2T 查表知 655602t 1 2 51 0 t 50252222 而 t 4 81 2 56 5 5 6 022 1 21 10c o a 4 8c o st a 00t a 4 8t a t 2 2506 5 5 6 022 2 22 40c o a 2 2c o st a 00t a 2 2t a 先按式（ 15 2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45鋼，調(diào)制處理。根據(jù)表 15 3，取 1120 A，于是得 3220m i n 根據(jù)軸向定位 的要求確定軸的各段直徑和長度 1) 選用單列深溝球軸承，選取 0 基本游隙組、標準精度 26 級的單列深溝球軸承 6307 ，其尺寸為218035 故 5 2)取左側(cè)安裝齒輪處的軸段 直徑 d=40輪的左端采用套筒定位，已知齒輪轂輪寬 使套筒可靠地壓緊齒輪，此段應略短與轂輪寬度，取 l - =24輪的右端采用軸肩定位，由直徑 d=405得 R=則軸環(huán)處的右側(cè)安裝齒輪處的軸段 d=40輪的右端采用套筒定位，已知齒輪轂輪寬 56使套筒可靠地壓緊齒輪，此段應略短與轂輪寬度，取 l - =54輪的左端采用軸肩定位 3） l - =5mm l - =24d - =40mm d - = 45mm l - =54 d=40mm 5）軸上零件的周向定位 齒輪 1 與軸的周向定位采用平鍵連接。按 d=40表6平鍵截面 2槽用鍵槽銑刀加工，長分為 20，同時為了保證齒輪與軸有良好的對中性，選擇齒輪轂孔與軸的配合為 7滾動軸承與軸的周向定位有過度配 合保證，此處選軸的直徑尺寸公差為 輪 2 直接加工在軸上。 5）確定軸上圓角和倒角尺寸 查表 15角取 角取 5 求軸上的載荷 27 28 由 2 4 82121 )213222211 F 得 , 0 7 121 F (213221211 F 得 4 H22 12 11 H22 22 22 查表知 655602e222211 e8 55)65 56 1 7)222222 29 軸三設計 6. 按彎扭合成應力校核軸的強度 對第二截面進行校核 d=40331 6 4 0 12212 )材料選 405 75 因此 ，故安全。 對第四截面進行校核 d=402=400 21212 )材料選 405 75 因此 ，故安全。 已知電動機 P = 9， 2mm 01 P 、轉(zhuǎn)速 1n 和轉(zhuǎn)矩 1T 查轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩表知 1948801 t 15879211 而 t 6 61 5 81 9 4 8 8 022 1 1 o a 6 6c o st a n 30 00t a 6 6t a n 初步確定軸的最小直徑 先按式（ 15 2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45鋼，調(diào)制處理。根據(jù)表 15 3，取 1120 A，于是得 3110m i n 查表 14 K ，則 聯(lián) 軸 器 的 計 算 轉(zhuǎn) 矩 2 5 3 3 4 41 9 4 8 8 查表得選用 凸緣聯(lián)軸器，公稱轉(zhuǎn)矩為400000 ，半聯(lián)軸器的孔徑 d=32故取d=32聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 1L =60 4. 軸的結(jié)構(gòu)設 計 （ 2） 擬定軸上零件的裝配方案 現(xiàn)選用圖 15示的裝配方案。 （ 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1）取 段的直徑 d - =34聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 1L =60保證軸段擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故 -段的長度應比 1L 略短一些，現(xiàn)取 l - =58 3) 選用單列深溝球軸承，選取 0 基本游隙組、標準精 度級的單列深溝球軸承 6307 ，其尺寸為218035 故 d - =d 5 l 1 左端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。取 0 4） 取安裝齒輪處的軸段 -的直徑 d=40輪的右端采用套筒定位，已知齒輪轂輪寬 50使套筒可靠地壓緊齒輪，此段應略短與轂輪寬度，取 l - =48輪的左端采用軸肩定位，由直徑 d=405得 R=則軸環(huán)處的 4) 軸承端蓋的總寬度為 20端蓋的外端面與半