机械制造设计实例及设计流程分析
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机械制造设计实例及设计流程分析
--------------------------机械传动系统设计实例设计题目:V带——单级斜齿圆柱齿轮传动设计。
某带式输送机的驱动卷筒采用如图14-5所示的传动方案。已知输送物料为原煤,输送机室内工作,单向输送、运转平稳。两班制工作,每年工作300天,使用期限8年,大修期3年。环境有灰尘,电源为三相交流,电压380V。驱动卷筒直径350mm,卷筒效率0.96。输送带拉力5kN,速度2.5m/s,速度允差±5%。传动尺寸无严格限制,中小批量生产。
该带式输送机传动系统的设计计算如下:
一、电动机选择
1.电动机类型选择
按工作要求和条件,选用三相笼型异步电动机,封闭式结构,电压380V,Y型。
2.电动机容量选择
工作机所需工作功率P工作=FV=5×2.5 =12.5 kW,
所需电动机输出功率为P d=P工作/η总
电动机至输送带的传动总效率为:η总=ηV带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒
查表16—3取带传动和齿轮传动的传动效率分别为0.96和0.97,取联轴器效率0.99,参
照式(16—3)取轴承效率0.99,可求得η总=0.96×0.992×0.97×0.99×0.96=0.867,
故所需电动机输出功率P d=P工作/η总=12.5/0.867=14.41 kW。
3.确定电动机转速
卷筒轴工作转速为n w=60×1000V/(πD)
=60×1000×2.5/(π×350)
≈136.4 r/min,
按表[16-1]推荐的传动比合理范围,i V=2~4,i齿轮=3~7,故i总=6~28,
例9-1试设计某带式输送机传动系统的V 带传动,已知三相异步电动机的额定功率P ed =15 KW, 转速n Ⅰ=970 r/min ,传动比i =2.1,两班制工作。
[解] (1) 选择普通V 带型号
由表9-5查得K A =1.2 ,由式 (9-10) 得P c =K A P ed =1.2×15=18 KW ,由图9-7 选用B 型V 带。
(2)确定带轮基准直径d 1和d 2
由表9-2取d 1=200mm, 由式 (9-6)得
()6.41102.012001.2)1(/)1(12112=-⨯⨯=-=-=εεid n d n d mm ,
由表9-2取d 2=425mm 。
(3)验算带速
由式 (9-12)得
11π970200π10.16100060100060
n d v ⨯⨯===⨯⨯ m/s , 介于5~25 m/s 范围内,合适。
(4)确定带长和中心距a
由式(9-13)得
)(2)(7.021021d d a d d +≤≤+,
)425200(2)425200(7.00+≤≤+a ,
所以有12505.4370≤≤a 。初定中心距a 0=800 mm ,
由式(9-14)得带长
21221004)()(22a d d d d a L -+++=π, 2
(425200)2800(200425)2597.624800π
-=⨯+++=⨯mm 。 由表9-2选用L d =2500 mm ,由式(9-15)得实际中心距
2.7512/)6.25972500(8002/)(00=-+=-+=L L a a d mm 。
(5)验算小带轮上的包角1α
由式(9-16)得 012013.57180⨯--=a
d d α 000042520018057.3162.84120,751.2
-=-⨯=> 合适。
(6)确定带的根数z
由式(9-17)得 00l α
()c P z P P K K =+∆, 由表9-4查得P 0 = 3.77kW,由表9-6查得ΔP 0 =0.3kW;由表9-7查得K a =0.96; 由表9-2查得K L =1.03,
47.403
.196.0)3.077.3(18=⨯⨯+=z , 取5根。
(7)计算轴上的压力F 0
由表9-1查得q =0.17kg/m,故由式(9-18)得初拉力F 0 2c 0α
500 2.5(1)P F qv zv K =-+ 75.30116.1017.0)196
.05.2(16.105185002=⨯+-⨯⨯= N ,
由式(9-19)得作用在轴上的压力F Q
1
Q 0162.842sin 25301.75sin 2983.7322F zF α==⨯⨯⨯= N 。 (8)带轮结构设计及绘制零件图(略)
设计后带传动实际传动比i V带=425/200=2.125>2.1,使轴Ⅰ转速nⅠ略有降低,误差小于5%。若保持斜齿轮传动比i齿轮=3.386,则输送带速度下降幅度在允许范围内;也可在保证总传动比不变的前提下重新分配传动比,则输送带速度满足2.5m/s。本章采用后者:i V=2.125,斜齿轮传动比i齿轮=7.11/2.125=3.35,此时,重新计算轴Ⅰ的输入转
速和转矩(其他参数不变):
n Ⅰ=n 电机/i V 带=970/2.125=456.5r/min ,
T Ⅰ=9.55×106P Ⅰ/n Ⅰ=9.55×106×14.4/456.5=301.25×103 N ·mm 。
例6-3 试设计某带式输送机单级减速器的斜齿轮传动。已知输入功率P =14.4KW ,小齿轮转速n 1=456.5r/min ,传动比i =3.35, 两班制每年工作300天,工作寿命8年。带式输送机运转平稳,单向输送。
[解](1)选定齿轮材料、热处理方式、精度等级
据题意,选闭式斜齿圆柱齿轮传动。此减速器的功率较大,大、小齿轮均选硬齿面,齿轮材料均选用20Cr ,渗碳淬火,齿面硬度为56~62HRC 。齿轮精度初选7级。
(2) 初步选取主要参数
取z 1=20,z 2=iz 1=3.35×20=67,
取ψa =0.4,则ψd =0.5(i +1)ψa =0.5×(3.4+1)×0.4=0.88,符合表6-9范围。
(3) 初选螺旋角β=12°。
(4) 按轮齿齿根弯曲疲劳强度设计计算
按式(6-34)计算法面模数
n m ≥ 确定公式内各参数计算值:
①载荷系数K 查表6-6,取K A=1.2;
②小齿轮的名义转矩T 1 6631114.49.55109.5510301.2510456.5
P T n =⨯=⨯⨯=⨯ N ·mm ; ③复合齿形系数Y FS 由11332021.37cos cos 12v z z β=
==︒, 22336771.59cos cos 12v z z β===︒
, 查图6-21得,FS1 4.34Y = , FS2 3.96Y =;
④重合度系数εY
由t 1211111.88 3.2cos 1.88 3.2cos12 1.642067z z εβ⎡⎤⎛⎫⎡⎤⎛⎫=-+=-+⨯︒=⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎢⎥⎣⎦⎝⎭⎣⎦
得εt 0.75
0.750.250.250.7091.64
Y ε=+=+=; ⑤螺旋角影响系数βY
由1n d 1d
cos z m b d ψψβ==及式(6-27)可得 d 1βn tan sin 0.8820tan12 1.191πππ
z b m ψββε⨯⨯︒===≈>,取β1ε=计算, ββ12110.9120120Y βε︒=-=-=︒︒
; ⑥许用应力 查图6-22(b),Flim1σ=Flim2σ=460 MPa ,
查表6-7,取S F =1.25,