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油冷式电动滚筒传动设计计算书
文章来源:www.ccsmyanmar.com   发布者:学生毕业作品网站  
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式中    ——电机轴上的转矩

——轴的直径

——键的高度

——键的工作长度

——许用挤压应力

经计算以及由电动滚筒设计与选用手册可得,式中各参数的值为:

则把数据代入公式计算可得,键所能传递的转矩为:

所以此键的强度满足要求,键的尺寸合适。

3.2中间轴上键的计算

若中间轴上左侧键连接的部分的轴的直径为,则查机械零件设计手册可知,所选的键的宽度,高度,而又有由轮毂的长度可确定键的长度为

则经计算以及由电动滚筒设计与选用手册可知式⑴中各参数的值为:

把数据代入公式后可得:

所以此键的强度满足要求,键的尺寸选择合适。

若中间轴上右侧(若是齿轮轴,没有键)键连接的部分的轴的直径为45,则查机械零件设计手册可知,所选的键的宽度,高度,而又有由轮毂的长度可确定键的长度为

则经计算以及由电动滚筒设计与选用手册可知式⑴中各参数的值为:

把数据代入公式后可得:

所以此键的强度满足要求,键的尺寸选择合适。

第四章    轴承选择计算

4.1中间轴上的轴承的选择计算

4.1.1中间轴上轴承的选取

中间轴的形状尺寸如图4-1所示。

      图4-1  中间轴结构示意图

经分析可知,中间轴上的轴承不受轴向力,所以所选轴承的类型为深沟球轴承。而此段轴上装轴承的部分为段和段。

对于段轴来说,与其相配合的轴承的代号为,其基本尺寸(查手册)为:

其基本额定动载荷(查手册)为:

对于段轴来说,与其相配合的轴承的代号为,其基本尺寸(查手册)为:

其基本额定动载荷(查手册)为:

4.1.2轴上轴承的校核

由第三章的计算可知,轴的受力图为:

图4-2  轴的受力图

其中,齿轮为标准齿轮,压力角为,则

,所以

又          

段轴承所受的力为:

段轴承所受的力为:

由于轴承有冲击和振动,为此,轴承的当量动载荷为:

为冲击载荷系数,由于电动滚筒只有轻微冲击,则由电动滚筒设计与选用手册可得:

为轴向力,由于轴承不受轴向载荷,则有:

由于轴向力为零,则,则由电动滚筒设计与选用手册可得:

段轴承所受当量动载荷为:

段轴承所受当量动载荷为:

经分析,电动滚筒的预期的使用时间是每天12h,有公式

因为轴承工作转速为:

对A处的轴承

 天, 62个月

对B处的轴承

天   142个月

由此可知A处的轴承需要29个月更换一次,B处的轴承需要142个月更换一次。

第五章    端盖结构设计

第六章   热平衡计算

结  论

此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工作中重要的一步。从最初的选题,开题到计算、绘图直到完成设计。期间,查找资料,老师指导,与同学交流,反复修改图纸,每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。

(1)通过这次实践,我了解了油冷式电动滚筒的用途及工作原理,熟悉了油冷式电动滚筒的设计步骤,锻炼了工程设计实践能力,培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固,同时也是走向工作岗位前的一次热身。

(2)在毕业设计收获很多,比如学会了查找相关资料相关标准,分析数据,提高了自己的绘图能力,懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时,仍有很多课题需要后辈去努力去完善。但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力,对材料的不了解,等等。这次实践是对自己大学四年所学的一次大检阅,使我明白自己知识还很浅薄,虽然马上要毕业了,但是自己的求学之路还很长,以后更应该在工作中学习,努力使自己 成为一个对社会有所贡献的人。


参考文献

[1] 西北工业大学 机械设计[M].北京,高等教育出版社 2013.5 第9版

[2] 西北工业大学 机械原理[M].北京,高等教育出版社 2013.4 第8版

[3] 机械零件设计手册[M] 上、下册,北京,机械工业出版社,2000

[4] 刘建勋。电动滚筒的设计与选用手册[M]。北京,化学工业出版社。1998

[5] 周土根,凌勇坚,钱蔚心,沈钟铭.煤矿用YDB型电动滚筒的优化设计[M].2001

[6]孙传祝,董焕俊,王建磊.油冷式电动滚筒减速装置的改进设计[J].煤矿机械,2008,03:137-140.

[7]王子寒.电动滚筒在带式输送机驱动装置应用中的问题[J].煤矿机械,2007,11:18-20.

[8]王建磊,孙传祝.电动滚筒减速装置的改进设计[J].农业装备技术,2007,06:54-57.

[9]乔洪鹏.油冷式电动滚筒的结构分析与改进[J].现代制造技术与装备,2012,04:38-39.

[10]牛国亮.电动滚筒常见故障分析与传动装置外置式滚筒的设计[J].机械工程师,2011,06:122-124.

[11]韩峰.带式输送机配置电动滚筒的研究[M].鸡西大学.1997

[1] 邵光兰、孙传祝。活齿减速电动滚筒结构设计。山东理工大学工程技术学院。

,

第一章    传动装置的设计计算

1.1  传动方案设计

     根据设计要求,结合实际工作情况,选定设计的传动方案为渐开线圆柱直齿轮两级减速,传动方案原理图如图1-1所示。电动机的外伸轴连接的是高速级外啮合小齿轮7,经大齿轮8通过中间轴把转矩传递给低速级,由于滚筒体整体尺寸的限制,选取低速级为内啮合齿轮传动,低速级相啮合的两个齿轮分别是轴齿轮9和内齿轮10。

电动滚筒要实现把电动机的旋转运动传递给滚筒,使滚筒也转动才能驱动胶带运行。如图1-1所示,电动机由左右法兰轴支撑,当电机转子旋转时,通过电机输出轴带动与其固连的小齿轮7旋转。小齿轮7与大齿轮8为外啮合,由它通过键驱动轴齿轮9转动,并通过内啮合驱动内齿轮10转动。内齿轮10由螺栓固定在滚筒的大端盖上,而端盖又经螺栓固定在滚筒端面上,进而驱动滚筒旋转,从而实现了把电动机的旋转运动转化为滚筒的旋转运动。此即为电动滚筒的工作原理。滚筒由左右两个大端盖通过轴承支撑在左右法兰轴上。

如图1-2所示为传动装置,1和2相互形成外啮合,2和3在同一轴上,3和4是内啮合关系。下图为右法兰轴。

图1-3 右法兰轴

1.2  传动比的计算

1.2.1总的传动比的计算

设电动滚筒总的传动比为,则有:

式中    ——电动机的额定转速,;

——电动滚筒的名义转速,

——带速,

——滚筒直径,

1.2.2传动比的分配

经分析,此滚筒采用二级传动,设第一级传动的传动比为,第二级传动传动比为,则有:   

由于两级传动的中心距相等,故两级传动比分配时即要满足总传动比的要求,还要兼顾凑配中心距(中心距定为130mm),(往往需要多次反复计算并采用齿轮变位,最终才能确定两级的各自传动比,注意小齿轮齿数尽量不低于17个齿(避免根切),)滚筒壁厚按8mm考虑,则滚筒内壁直径为500-16=484mm,再留出5mm以避免大齿轮齿顶圆与滚筒内壁发生干涉。

外啮合标准齿轮的中心矩为

内啮合标准齿轮的中心矩为

两级齿轮传动时,中心距相等,故有:

两级传动各级模数m1和m2确定时需要考虑强度要求,齿轮接触应力和齿根弯曲应力不超过允许值。(通常低速级齿轮模数大于高速级,由于结构限制,高、低两级可以选一样,但都必须是标准模数。)

各级模数和齿数确定后分别计算出4个齿轮的几何尺寸。

分度圆直径分别为:

齿轮的齿根圆直径分别为:

        mm

       mm

       mm

       mm

(该齿轮为内齿轮,故用“+”号)

齿轮的齿顶圆直径分别为:

       mm

       mm

       mm

       mm

 1.2.3验证齿轮尺寸

传动装置因为要装入滚筒内部,所以必须考虑各齿轮的尺寸,以免发生干涉。因此要进行齿轮尺寸的验证。

(1)对于小齿轮Z1,齿根圆与键槽底部之间的距离x不小于模数m1的2倍。

图1-4 齿根圆与键槽底部之间的距离

齿轮1的齿根圆直径为:

      mm

电动机外伸轴的直径为,键的厚度h=7m,轮毂上键槽深度是3.3mm,

电动机外伸轴的直径为时,键的厚度h=8m,轮毂上键槽深度也是3.3mm,因此,小齿轮齿根圆直径应该满足如下关系:

(2)对于大齿轮Z2,其齿顶圆不应与滚筒内壁干涉,至少留5mm间距。

中心轴(即小齿轮轴线)到齿轮Z2齿顶圆的距离为:

中心轴到滚筒内壁的距离为:

由以上可知,则齿轮不会和滚筒内壁发生干涉。

(3)对于内齿轮Z4,它不能太大,因其要用螺栓固定在右端盖上,端盖也需要用螺栓固定在滚筒端面上,再考虑齿根需要一定的厚度,故Z4的齿根圆直径不超过400mm。

即:          ≤400mm

根据经验,高速级两个齿轮计算需要返工的可能性较大,或许反复计算需要多次,这是正常的。当然,高速级重新确定,也会引起低速级调整,总之要满足传动比和尺寸要求,这是重要的设计过程。(将来整理设计计算说明书就有内容写了。)

1.3齿轮强度的校核计算

以后的内容作为参考,所有用到的图表、计算公式可以参考使用西北工业大学编的《机械原理》和《机械零件设计》,也可以直接《使用机械零件设计手册》,或课本中没有的技术参数表就查手册。

1.3.1材料选择和许用应力确定

由于闭式传动的齿轮,主要失效形式是接触疲劳磨损、弯曲疲劳折断。所以一般只进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度校核。

1 齿轮材料选择

小功率可选45#钢,大功率选合金钢如40Gr。

齿轮常用材料的力学性能及后面的所有图表参考《机械零件设计基础》和《手册》(记住来源,末尾要列参考文献)

2 材料许用应力[σ]确定

不同材料试验齿轮的疲劳极限如图1-5和1-6所示。。

确定工作循环寿命时,工作制度按每天连续工作16小时,一年300天,10年计算。

图1-5 齿面接触疲劳极限

图1-6 齿根弯曲疲劳极限

1.3.2 齿轮接触疲劳强度的计算(下面用的强度计算公式是简化版)

(接触应力每对齿轮只计算一次,但须同时满足两个齿轮的强度条件。)

(1) 载荷系数K,由于是均匀运输,原动机为电动机,载荷性质是均匀、轻微冲击载荷。

(2)材料弹性系数

(3) 齿宽系数ψd

转矩        

(第二级

1.3.3  齿轮弯曲疲劳强度的计算

    齿根弯曲应力的计算公式为:

式中:b—齿宽;b=ψd×d

YF—标准外齿轮的齿形系数;YS—标准外齿轮的应力修正系数;

                      表1-6 标准外齿轮的齿形系数YF

z

12

14

16

17

18

19

20

22

25

28

30

35

40

45

50

60

80

100

≥200

YF

3.47

3.22

3.03

2。97

2。91

2.85

2。81

2.75

2.65

2.58

2.54

2.47

2.41

2.37

2.35

2。30

2.25

2。18

2.14

表1-7 标准外齿轮的应力修正系数YS

z

12

14

16

17

18

19

20

22

25

28

30

35

40

45

50

60

80

100

≥200

YS

1.44

1。47

1.51

1.53

1。54

1.55

1。56

1。58

1。59

1.61

1。63

1.65

1.67

1.69

1.71

1。73

1.77

1。80

1。88

(齿根弯曲应力每个齿轮计算一次,相互啮合的两个齿轮仅仅是后面两个修正系数不同。)

所有齿轮的接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度都应满足强度要求。

   第二章    轴的设计及计算

2.1中间轴的设计计算

2.1.1中间轴的设计

中间轴是指Z3这根齿轮轴,要确定它的几何尺寸,并进行强度校核.

设中间轴所受的转矩为,电动机外伸轴所受的转矩为,则:

设轴的最小直径为,则有:

1 选择轴的材料,确定许用应力[σ]和[τ]

由已知条件知传动机构传递的功率属中小功率,对材料无特殊要求,故选中间轴的材料为45#钢调质处理(若是轴齿轮,材料应该与3号齿轮的材料相同)。参考机械设计基础(第三版,陈立德主编)表14.7和表14.1。

轴的常用材料及其部分机械性能如下表:

表2-1 轴的许用剪切应力[τ]

轴的材料

Q235

35

45

40Gr, 35SiMn

[τ]/MPa

12~20

20~30

30~40

40~52

C

135~160

118~135

107~118

98~107

45#钢调质处理查表2-2得强度极限, 查表2-3得。查表2-1得[τ]=30~40Mpa(没有特殊要求取中间值)。

2  按扭转强度估算轴径

考虑到轴的最小直径处要安装大齿轮,会有键槽存在,故将估算直径加大,得         mm。圆整为整数,一般为5的倍数。

按设计要求,中间轴上需要安装大齿轮Z2,还有齿轮Z3(可能与轴为一体形成齿轮轴)。且该轴还要与两个轴承相配合,考虑齿轮、轴承需要轴向定位,故为阶梯状,综合分析后,该轴的结构尺寸如图2-1所示示例(各自确定自己齿轮轴的尺寸)。

图2-1  轴的结构示意图

2.1.2中间轴的校核计算

经分析,轴的受力图如图2-2所示:

图2-2  轴的受力示意图

(1)轴在水平面上的受力如图2-3所示:

图2-3  轴在x平面上的受力图

对A点取距,由理论力学的知识可知:

           解方程组求出FHA和FHB。

     其中:标准齿轮α=200。

(2)轴在垂直面上的受力如图2-4所示:

图2-4  轴平面上的受力示意图

则对A点取距,由理论力学的知识可知:

    解方程组求出FVA和FVB。

(3)在水平面上轴的弯矩图如图2-5所示:

图2-5  轴在水平面上的弯矩示意图

(4)垂直面上轴所受的弯矩图如图2-6所示:

图2-6  轴在垂直面上所受的弯矩图

(5)计算合成弯矩

则轴所受的合成弯矩图如图2-7所示:

图2-7 轴所受的合成弯矩图

(6)轴的扭矩图为:扭矩为前面计算值,位于两个齿轮之间如图2-8所示。

图2-8  轴的转矩图

(7)计算当量弯矩                       修正系数取α=0.6

轴所受的当量弯矩图如图2-9所示:

图2-9 轴所受的当量弯矩图

(8)确定危险截面

由弯矩图可知,轴的危险截面在两段,应对此两段分别校核。

轴的材料为钢,轴工作在对称循环应力下,许用应力为

(9)校核轴在危险截面上的强度

轴在危险截面上所受的弯曲应力为:

                   

计算值应该小于许用值,才算满足强度要求。

第三章    键的设计计算

3.1外伸轴上的键的计算

由电动滚筒设计与选用手册可得,电动机外伸轴的直径为,则查机械零件设计手册可知,所选的键的宽度,高度,而又有由轮毂的长度可确定键的长度为

经分析可知,键的连接的静连接。平键连接通常只需要按工作面上的挤压强度进行设计计算

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