初步設計計算

1 設計計算 一： 傳動方案的確定（如下圖） V 帶傳動 減速器 高速軸 低速軸 電動機 聯軸器 輸送帶 二：原始數據： 帶拉力： 3500FN 帶速度： 1.25 /v m s 滾筒直徑： 310D mm 運輸帶的效率： 0.94 工作時有輕微沖擊；要求齒輪使用壽命為 10 年，二班工作制；軸承使用壽命不小于 15000 小時。 三：確定電動機的型號 (1) 選擇電動機類型： 選用 Y 系列三相異步電動機 (2) 選擇電動機功率 運輸機主軸上所需要的功率： 3 5 0 0 1 . 2 5 4 . 3 7 51 0 0 0 1 0 0 0W FvP k W 傳動裝置的總效率： 21 2 3 4 5 1，2，3，4，5分別是： V 帶傳動，齒輪傳動（閉式，精度等級為 8），滾動軸承（球軸承一對），聯軸器（彈性聯軸器），運輸帶的效率。查課程設計表 2-3， ?。? 2 3 4 50 . 9 5 , 0 . 9 7 , 0 . 9 8 , 0 . 9 9 5 , 0 . 9 4 所以： 20 . 9 5 0 . 9 7 0 . 9 9 0 . 9 9 5 0 . 9 4 0 . 8 2 4 7 電動機所需功率 ： 4 . 3 7 51 . 3 5 . 2 8 50 . 8 2 4 7Wd PP K k W 式中，取載荷系數 K 1.3 查課程設計表 16-1 取電動機的額定功率 7.5edP kW 2 （ 3）選擇電動機的轉速 取 V 帶傳動比范圍 (表 2-2)1i 2 4；單級齒輪減速器傳動比2i 3 6 滾筒的轉速： 6 0 1 0 0 0 1 . 2 5 6 0 1 0 0 0 7 7 . 0 1 / m i n3 . 1 4 3 1 0vnrD 電動機的合理同步轉速： 查表 16-1 得 電動機得型號和主要數據如下（同步轉速符合） 電動機型號 額定功率(kW) 同步轉速(r/min) 滿載轉速 nm (r/min) 堵載轉矩 額定轉矩 最大轉矩 額定轉矩 Y132M-4 7.5 1500 1440 2.2 2.2 查表 16-2 得 電動機得安裝及有關尺寸 中心高 H 外形尺寸 1()2L A C A D A D 底腳安裝尺寸 AB 地腳螺栓孔直徑 K 軸伸尺寸DE 鍵公稱尺寸 Fh 132 515 345 315 216 178 12 38 80 8 7 四：確定傳動裝置得總傳動比及分配 傳動裝置得總傳動比 ： 9701440 1 8 . 6 9 97 7 . 0 1mni n 取 V 帶傳 動比：1 3.6i ；單級圓柱齒輪減速器傳動比： 2 5.19i (1) 計算各軸得輸入功率 電動機軸： 5 .3 7 5dP kW軸（減速器高速軸）11 0 . 9 5 5 . 3 7 5 5 . 1dP P k W 軸（減速器低速軸）2 2 3 1 0 . 9 7 0 . 9 9 5 . 3 7 5 4 . 8 4 8P P k W (2) 計算各軸得轉速 電動機軸 1 4 4 0 / m i nmnr軸 1 11440 4 0 0 / m i n3 . 6mnnri 軸 122400 7 7 . 0 1 / m i n5 . 1 9nnri （ 3）計算各軸得轉矩 電動機軸 5 . 3 7 59 5 5 0 9 5 5 0 3 5 . 6 51440dd mPT N mn g 3 軸 1115 . 19 5 5 0 9 5 5 0 1 2 1 . 7 6 3400PT N mn g 軸 2224 . 8 4 89 5 5 0 9 5 5 0 6 0 0 . 7 37 7 . 0 1PT N mn g 上述數據制表如下： 參數 軸名 輸入功率 （ kW ） 轉速 （ /minr ） 輸入轉矩 （ Nmg ） 傳動比 i 效率 電動機軸 5.375 1440 35.65 3.6 0.96 軸（減速器高速軸） 5.1 400 121.763 5.19 0.96 軸（減速器低速軸） 4.848 77.01 600.73 五：傳動零件得設計計算 1. 普通 V 帶傳動得設計計算 確定計算功率CP則： 1 . 3 8 . 6 5 1 1 . 2 4 5C A dP K P k W ，式中，工作情況系數取AK 1.3 根據計算功率CP與小帶輪的轉速1n，查機械設計基礎圖 10-10，選擇 B型 V 帶。 確定帶輪的基準直徑12,dd取小帶輪直徑 1 125dd mm，大帶輪的直徑 2 1 1 2 . 0 9 1 2 5 2 6 2ddd i d m m 根據國標： GB/T 13575.1-1992 取大帶輪的直徑2 265dd mm 驗證帶速 11 3 . 1 4 1 2 5 9 7 0 6 . 3 5 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0ddnv m s 在 5 / 2 5 /m s m s之間。故帶的速度合適。 確定 V 帶的基準直徑和傳動中心距0a初選傳動中心距范圍為： 1 2 0 1 21 22 d d d dd d a d d ，取0 500a mmV 帶的基準長度： 2210 0 1 202 2 5 0 0 3 9 0 9 . 8 1 6 2 2 . 12 4 2dddd ddL a d d m ma 查機械設計基礎表 10-2，選取帶的基準直徑長度 1600dL mm實際中心距： 00 2 2 . 15 0 0 5 1 1 . 0 522dLLa a m m 4 驗算主動輪的最小包角 211 1 8 0 5 7 . 3 1 6 4 . 2 4 1 2 0dddda o o o o故主動輪上的包角合適。 計算 V 帶的根數 z 00C aLPz P P K K 由1 9 7 0 / m innr，1 125dd mm， 查 機械設計基礎表 10-5，得0 1.67P ，由 2.09i ，查表 10-6，得0 0.30P， 查表 10-7，得 0.95aK ，查表 10-2，得 0.92LK 1 1 . 2 4 5 6 . 21 . 6 7 0 . 3 0 . 9 5 0 . 9 2z ， 取 6z 根。 計算 V 帶的合適初拉力0F20 500 2 . 5 1CaPF q vz v K 查 機械設計基礎 表 10-1，取 0 .1 9 /q kg m 得 20 5 0 0 1 1 . 2 4 5 2 . 5 1 0 . 1 9 6 . 3 5 2 4 8 . 46 6 . 3 5 0 . 9 5FN 計算作用在軸上的載荷 10 1 6 4 . 2 42 s i n 2 6 2 4 8 . 4 s i n 2 8 6 422QF z F N 帶輪的結構設計 （單位） mm 帶輪 尺寸 小帶輪 大帶輪 槽型 B B 基準寬度db14 14 基準線上槽深minah3.5 3.5 基準線下槽深minfh10.8 10.8 槽間距 e 19 0.4 19 0.4 槽邊距minf11.5 11.5 5 輪緣厚min7.5 7.5 外徑ad1 2 1 3 2a d ad d h 1 2 2 7 2a d ad d h 內徑sd30 30 帶輪寬度3B3 2 5 1 1 8B f e 3 2 5 1 1 8B f e 帶輪結構 實心式 輪輻式 V 帶輪采用鑄鐵 HT150 或 HT200 制造，其允許的最大圓周速度為 25m/s. 大帶輪尺寸如圖2. 齒輪傳動設計計算 （ 1）擇齒輪類型，材料，精度，及參數 選用斜齒圓柱齒輪傳動（外嚙合） 選擇齒輪材料；小齒輪材 料都取為 45 號鋼，調質，1 230HBS （考慮到齒輪使用壽命較長 (GB699-1988)；大齒輪材料取為： ZG310-570,調質，2 240HBS 選取齒輪為 8 級的精度（ GB 10095 1998） 初選螺旋角 12 o 選 小齒輪的齒數1 25z ；大齒輪的齒數2 5 2 5 1 2 5z （ 2）按齒面接觸疲勞強度設計 6 中心距 23 3 0 5 1 . 3 1 6 7 . 95 1 1 8 8 . 9 8 1 8 95 7 0 0 . 4 5a m m 式中： limHHHS 查機械設計基礎圖 7-26 式中：lim 570H M P a ；查表 7-5 ： 1HS 查表 7-4 ： 1.3K ；齒寬系數取： 0.4a 23 3 0 5 1 . 3 1 6 7 . 95 1 1 8 95 7 0 0 . 4 5a m m 計算模數 122 c o s 2 1 8 9 c o s 1 2 2 . 4 82 5 1 2 5nam zz 查表 7-1 取模數標準值 2.5nm 計算中心距 12 2 5 1 2 5 2 . 5 1 9 0 . 8 82 c o s 2 c o s 1 2nz z ma m m ， 圓整中心距，取 195a mm 修正螺旋角： 12 a r c c o s 1 7 4 22 nz z ma o 計算兩齒輪分度圓直徑 小齒輪 11 2 . 5 2 5 65c o s c o s 1 7 4 2nmzd m m o大齒輪 22 2 . 5 1 2 5 3 2 5 . 0 1 3c o s c o s 1 7 4 2nmzd m m o 計算齒寬 0 . 4 1 9 5 7 8ab a m m 取小齒輪齒寬 1 80b mm（齒輪軸）；大齒輪齒寬2 78b mm（大齒輪） （ 3）校核彎曲疲勞強度 校核 1 2111 . 6 c o sFFFnK T Yb m z 其中 l i m 190 1 4 6 . 11 . 3FF F M P aS 查機械設計基礎 表 7-4： 1.3K ；查圖 7-23： 2.72FY ；查圖 7-24：lim 190F M P a ；查表 7-5： 1.3FS 7 21 . 6 1 . 3 1 6 7 . 9 1 0 0 0 2 . 7 2 c o s 1 7 4 27 3 . 0 6 78 0 2 . 5 2 5FF M P a o，故滿足。 齒輪傳動的幾何尺寸，制表如下： (詳細見零件圖 ) 名稱 代號 計算公式 結果 小齒輪 大齒輪 中心距 a 12 2 c o snz z ma 195mm 傳動比 i 12zi z 5 法面模數 nm設計和校核得出 2.5 端面模數 tmco snt mm 2.60 法面壓力角 n20o 螺旋角 一般為 8 20oo 1742o 全齒高 h afh h h5.625mm 齒數 Z 略 25 125 分度圓直徑 d 查表 7-6 65.00mm 325.013mm 齒頂圓直徑 ad略 70.00mm 330.013mm 齒根圓直徑 df 查表 7-6 58.75mm 318.763mm 齒輪寬 b 查表 7-6 80mm 78mm 螺旋角方向 查表 7-6 左旋 右旋 三，減速器鑄造箱體的主要結構尺寸設計。 查設計基礎表 3-1 經驗公式，及結果列于下表。 名稱 結果（ mm） 名稱 結果 (mm) 底座壁厚 8 軸承蓋固定螺釘直徑 8 箱蓋壁厚 8 軸承蓋螺釘分布圓直徑 130 底座上部凸圓厚度 12 軸承座凸緣端面直徑 150 箱蓋凸圓厚度 12 螺栓孔凸緣的配置尺寸 22， 20， 30 底座下部凸圓厚度 20 地腳螺栓孔凸緣尺寸 25， 23， 45 底座加強筋厚度 8 箱體內壁與齒輪距離 12 底蓋加強筋厚度 7 箱體內壁與齒輪端面距離 12 地腳螺栓直徑 16 底座深度 190 地腳螺栓數目 6 外箱壁至軸承端面距離 47 8 軸承座聯接螺栓直徑 12 視孔蓋固定螺釘直徑 6 箱座與 箱蓋聯接螺栓直徑 10 四：軸的設計 1. 高速軸的設計。 選擇軸的材料：選取 45 號鋼，調質， HBS 230 初步估算軸的最小直徑 根據教材公式，取0 110A ，則1 33018 . 1 31 1 0 2 8 . 5 74 6 4 . 1PdAn 軸的結構設計 考慮帶輪的機構要求和軸的剛度，取裝帶輪處軸徑min 30d mm，根據密封件的尺寸，選取裝軸承處的軸徑為 38d mm 兩軸承支點間 的距離：1 1 1 222L B B ， 式中：1B小齒輪齒寬，1 80B mm1 箱體內壁與小齒輪端面的間隙，1 12mm2 箱體內壁與軸承端面的距離，2 10mmB 軸承寬度，選取 6309型深溝球軸承，查表 13-3，得到 25B mm 得到：1 8 0 2 4 2 0 2 5 1 4 9L m m 帶輪對稱線到軸承支點的距離 32 2 322BBL l l k 式中：2l軸承蓋的凸緣厚度，2 30l mm3l螺栓頭端面至帶輪端面的距離，3 15l mmk 軸承蓋 M8 螺栓頭的高度，查表可得 5.6k 3B帶輪寬度，3 118B mm得到： 32 2 3 2 5 1 1 83 0 1 5 5 . 6 1 2 2 . 12 2 2 2BBL l l k m m 2.按彎扭合成應力校核軸的強度。 軸的計算簡圖 9 水平面彎矩圖； 垂直面彎矩圖，合成彎矩圖； ，轉矩圖， ，計算彎矩圖183 61.5117244.5ab 計算作用在軸上的力 小齒輪受力分析 圓周力： 1112 2 1 6 7 9 0 0 5 1 6 6 . 265tTFNd 徑向力：11 t a n 5 1 6 6 . 2 t a n 2 0 1 7 4 5 . 8c o s c o s 1 7 4 2tnr F o軸向力 ：11 t a n 1 4 7 4 . 6atF F N 計算支反力 水平面： 1 5 1 6 6 . 2 2 5 8 3 . 122tA H B H FR R N 垂直面： 110651 4 9 7 4 . 5 1 2 2 . 1 1 4 92BA V r a QMR F F F 得： 6 4 0 5 .5AVRN106 4 0 5 . 5 2 8 6 4 1 7 4 5 . 8 1 7 9 5 . 7B V A V rFR R Q F N 作彎矩圖 水平面彎矩： 7 4 . 5 1 4 7 4 . 6 7 4 . 5 1 0 9 8 6 0C H B HM R N m m g垂直面彎矩： 121 2 2 . 1 3 4 9 6 9 01 2 2 . 1 7 4 . 5 7 4 . 5 1 1 2 6 8 07 4 . 5 1 3 3 7 8 0AVC V A VC V B VM Q N m mM Q R N m mM R N m m ggg 10 合成彎矩： 22112222349690157372173108A A VC C H C VC C H C VM M N m mM M M N m mM M M N m m ggg 作轉矩圖 1 167900T N m m g當扭轉剪力為脈動循環(huán)應變力時，取系數 0.6 ， 則： 112222221221222212210 0 . 6 1 6 7 9 0 0 1 0 0 7 4 03 4 9 6 9 0 0 . 6 1 6 7 9 0 0 3 8 7 9 0 91 5 7 3 7 2 0 . 6 1 6 7 9 0 0 1 8 6 7 5 41 7 3 1 0 8 0 . 6 1 6 7 9 0 0 2 0 0 2 8 7c a D Dc a A Ac a C Cc a C CM M T N m mM M T N m mM M T N m mM M T N m m gggg 按彎扭合成應力校核軸的強度 軸的材料是 45 號鋼，調質處理，其拉伸強度極限 650b MPa ，對稱循環(huán)變應力時的許用應力 1 60b M P a 。 由彎矩圖可以知道， A 剖面的計算彎矩最大 ，該處的計算應力為： 133387909 4 2 . 5 7 6 00 . 1 0 . 1 4 5c a A c a Ac a A bAMM M P a M P aWd (安全 ) D 剖面的軸徑最小，該處的計算應力為： 133100740 3 7 . 3 1 6 00 . 1 0 . 1 3 0c a D c a Dc a D bDMM M P a M P aWd （安全） 軸的結構圖見零件圖所示 五 滾動軸承的選擇和計算 選取的軸承：型號為 6309 深溝球軸承（每根軸上安裝一對） 查 課程設計表 13-3 和查機械基礎表 18-11， 0.26e 軸承 A 的徑向載荷 2 2 2 22 5 8 3 . 1 6 4 0 5 . 5 4 8 0 3 . 6A A H A VR R R N 軸向載荷： 1 4 7 4 . 6AaA F N軸承 B的徑向載荷： 2 2 2 22 5 8 3 . 1 1 7 9 5 . 7 3 1 4 5 . 9B B H B VR R R N 軸向載荷： 0BAN;由此可見，軸承 A 的載荷大，應該驗算軸承 A. 計算軸承 A 的徑向當量動載荷 查表 13-3 得到：01 4 7 4 . 6 0 . 0 3 640800AAC ，取 0.26e 11 1 4 7 4 . 6 0 . 3 0 64 8 0 3 . 4AAA eR ，故查表 18-11 得： 0 .5 6 1 .7 1XY 則其徑向當量動載荷 0 . 5 6 4 8 0 3 . 4 1 . 7 1 1 4 7 4 . 6 5 0 1 1 . 4 7AAP X R Y A N 因兩端選擇同樣尺寸的軸承，故選軸承 A 的徑向當量動載荷 P 為計算依據。工作溫度正常，查機械基礎表 18-8 得 1Tf ；按中等沖擊載荷，查表 18-9 得 1.0Ff ，按設計要求，軸承得壽命為： 15000hLh則： 11332666 0 1 5 0 1 1 . 4 7 6 0 4 6 4 . 1 1 5 0 0 0 3 9 7 6 0 . 2 3 81 0 1 1 0F hTfP nC L Nf 由查課程設計表 13-3,6309 深溝球軸承得額定動載荷0 40800CN,0CC所以選取得軸承合適。 六：鍵聯接得選擇和強度校核。 1. 高速軸與 V 帶輪用鍵聯接 選用圓頭普通平鍵（ A 型） 按軸徑 d=33mm，及帶輪寬3 118B mm，查表 10-1 選擇 C10 100（ GB/T 1096-1979） 強度校核 鍵得材料選為 45 號鋼， V 帶輪材料為鑄鐵，查表得鍵聯接得許用應力 5 0 6 0b M P a ，鍵得工作長度 101 0 0 9 522bl L m m ，10 522hk m m ，擠壓應力 12