传动装置总体设计

传动装置总体设计：1.组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。2.特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。3.确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。其传动方案如下：一、电动机的选择1)选择电动机的类型按工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380V。2)选择电动机的容量工作机的有效功率为Pw=F•v=3×0.8=2.4kWi=0从电动机到工作机传送带间的总效率为η。η=η1•η2•η3•η4•η5=0.96^0×0.99^4×0.97^2×0.99^1×0.96^1=0.859i=1由《机械设计课程上机与设计》可知：η1：V带传动效率0.96η2：滚动轴承效率0.99(球轴承)η3：齿轮传动效率0.97(7级精度一般齿轮传动)η4：联轴器传动效率0.99(弹性联轴器)η5：卷筒传动效率0.96所以电动机所需工作功率为：Pd=Pw/η=2.4/0.859=2.79kWi=2式中：Pd——工作机实际所需电动机的输出功率，kW；Pw——工作机所需输入功率。kW；η——电动机至工作机之间传动装置的总功率。3)确定电动机转速按推荐的传动比合理范围，V带传动≤(2～4)，一级圆柱齿轮传动≤5，两级圆柱齿轮传动为(5～40)。因为nw=v•60/(π•D)=(0.8×60)/(π×250)=61.12r/mini=3nd=i•nw=(1～20)•61.12=(61.12～1222.4)r/mini=4所以电动机转速的可选范围为：(61.12～1222.4)r/mini=5综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为750r/mini=6电动机。根据电动机类型、容量和转速，查表选定以下电动机，其主要性能如表格1。二、确定传动装置的总传动比和分配传动比1).总传动比i为i=nm/nw=710/61.12=11.62i=72).分配传动比i=i0•i1•i2=11.62i=8考虑润滑条件等因素，初定i0——为V型带传动比i1——为第一组齿轮传动比i2——为第二组齿轮传动比当为两级传动时：i1=(1.3～1.4)•i2取1.4，i0=3当为一级传动时：i1=i/i0i0=3所以经过计算以后可得：i1=4.03i=10i1=1.4•i2=1.4×4.03=2.88i=11(1).各轴的转速电动机轴：nm=710r/mini=13Ⅰ轴：nⅠ=710/1=710r/mini=14Ⅱ轴：nⅡ=710/4.03=176.18r/mini=15Ⅲ轴：nⅢ=176.18/2.88=61.17r/mini=16卷筒轴：nw=nⅢ=61.17/1=61.17r/mini=17(2).各轴的输入功率电动机轴：Pd=3kWi=19Ⅰ轴：PⅠ=Pd•η1•η2=3×0.99×0.96=2.85kWi=20Ⅱ轴：PⅡ=PⅠ•η2•η3=2.85×0.99×0.97=2.74kWi=21Ⅲ轴：PⅢ=PⅡ•η2•η3=2.74×0.99×0.99=2.63kWi=22卷筒轴：Pw=PⅢ•η2•η4=2.63×0.99×0.99=2.58kWi=23(3).各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩Td为：Td=9550×Pd/nm=9550×3/710=40.35N•mi=25电动机轴：Td=40.35N•mi=26Ⅰ轴：TⅠ=9550×PⅠ/nⅠ=9550×2.85/710=38.33N•mi=27Ⅱ轴：TⅡ=9550×PⅡ/nⅡ=9550×2.74/176.18=148.52N•mi=28Ⅲ轴：TⅢ=9550×PⅢ/nⅢ=9550×2.63/61.17=410.6N•mi=29卷筒轴：Tw=9550×Pw/nw=9550×2.58/61.17=402.8N•mi=30三、齿轮的设计1)齿轮1、2的设计(1)齿轮的材料，精度和齿数选择，因传递功率不大，转速不高。都采用45号钢，锻选项毛坯，大齿轮、正火处理，小齿轮调质，均用软齿面。齿轮精度用8级，轮齿表面精糙度为Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为占蚀，考虑传动平稳性，齿数宜可取多些。由《机械设计基础》表11-1选择齿轮1材料为45钢(调质)，硬度为280HBS,σHlim1=600MPa,FE=450MPa,齿轮2为45钢(正火)，硬度为240HBS,Hlim2=380MPa,σFE=320MPa。由《机械设计基础》表11-5取SH=1.25,SF=1.6。i=62[σH1]=σHlim1/SH=600/1.25=480Mpai=63[σH2]=σHlim2/SH=380/1.25=304Mpai=64[σF1]=σHFE1/SF=450/1.6=281.25Mpai=65[σF2]=σHFE2/SF=320/1.6=200Mpai=66(2)按齿面接触强度设计设齿轮按8级精度制造，取载荷系数为1.5i=67。齿宽系数Φd为0.8i=68对于铸钢ZE取188，ZH取2.5d1≥(2•K•TⅠ•(i1+1)/(Φd•i1)•(ZE•ZH/[σH])^2)^(1/3)=(2•1.5•38.33•1000•(4.03+1)/(0.8•4.03)×(188×2.5/480)^2)^(1/3)=55.61mmi=69齿数取z1=28i=70则z2=i1•z1=112i=71模数m=d1/z1=55.61/28=1.99mmi=72齿宽b=Φd•d1=0.8×55.61=44.49mmi=73取b1=40mmi=74b2=30mmi=75按《机械设计基础》表4-1取m=2mmi=76实际的d1=z1•m=28×2=56mmi=77d2=z2•m=112×2=224mmi=78中心距a=(d1+d2)/2=(56+224)/2=140mmi=79(3)验算齿轮弯曲强度齿形系数(由《机械设计基础》图11-8和图11-9可得)YFa1=2.54i=80YSa1=1.62i=81YFa2=2.03i=82YSa2=1.63i=83σF1=2•K•YFa1•YFa1/(b1•m^2•z1)=2×38.33×1000×1.5×2.54•1.62/(40×2^2×28)=105.62Mpa≤[σF1]i=84σF2=σF1•YFa2•YSa2/(YFa1•YSa1)=105.62×(2.03×1.63/(2.54×1.62))=84.93Mpa≤[σF2]i=85所以安全的。(4)齿轮的圆周速度v1=π•d1•nⅠ/(60×1000)=π×56×710/(60×1000)=2.08m/si=86对照表11-2选用7级是正确的！齿轮参数见表格4i=872)齿轮3、4的设计(1)齿轮的材料，精度和齿数选择，因传递功率不大，转速不高。都采用45号钢，锻选项毛坯，大齿轮、正火处理，小齿轮调质，均用软齿面。齿轮精度用8级，轮齿表面精糙度为Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为占蚀，考虑传动平稳性，齿数宜可取多些。由《机械设计基础》表11-1选择齿轮3材料为45钢(调质)，硬度为280HBS,σHlim3=600MPa,FE=450MPa,齿轮2为45钢(正火)，硬度为240HBS,Hlim4=380MPa,σFE=320MPa。由《机械设计基础》表11-5取SH=1.25,SF=1.6。[σH3]=σHlim3/SH=600/1.25=480Mpai=88[σH4]=σHlim4/SH=380/1.25=304Mpai=89[σF3]=σHFE3/SF=450/1.6=281.25Mpai=90[σF4]=σHFE4/SF=320/1.6=200Mpai=91(2)按齿面接触强度设计设齿轮按7级精度制造，取载荷系数为1.5i=92。齿宽系数Φd为0.8i=93对于铸钢ZE取188，ZH取2.5d1≥(2•K•TⅡ•(i2+1)/(Φd•i2)•(ZE•ZH/[σH])^2)^(1/3)=(2•1.5•148.52•1000•(1.4×4.03=2.88+1)/(0.8•2.88)×(188×2.5/480)^2)^(1/3)=89.6mmi=94齿数取z3=30i=95则z4=i2•z3=86i=96模数m=d3/z3=89.6/30=2.99mmi=97齿宽b=Φd•d3=0.8×89.6=71.68mmi=98取b3=70mmi=99b4=60mmi=100按《机械设计基础》表4-1取m=3mmi=101实际的d3=z3•m=30×3=90mmi=102d4=z4•m=86×3=258mmi=103中心距a=(d3+d4)/2=(90+258)/2=174mmi=104(3)验算齿轮弯曲强度齿形系数(由《机械设计基础》图11-8和图11-9可得)YFa3=2.5i=105YSa3=1.63i=106YFa4=2.21i=107YSa4=1.61i=108σF3=2•K•YFa3•YFa3/(b3•m^2•z3)=2×38.33×1000×1.5×2.54•1.62/(40×3^2×30)=180.12Mpa≤[σF3]i=109σF4=σF3•YFa4•YSa4/(YFa3•YSa3)=180.12×(2.21×1.61/(2.5×1.63))=157.27Mpa≤[σF4]i=110所以安全的。(4)齿轮的圆周速度v3=π•d3•nⅡ/(60×1000)=π×90×176.18/(60×1000)=0.83m/si=111对照表11-2选用7级是正确的！齿轮参数见表格4i=112四、轴的设计1)轴Ⅰ的设计i=199圆周力：Ft1=2TⅠ/d1=2×38.33/0.056=1368.93Ni=200径向力：Fr1=Ft1•tanα=1368.93•tan20°=498.25Ni=201轴向力：Fa1=0Ni=2022)初步确定轴Ⅰ的最小直径材料为45钢，正火处理。根据《机械设计基础》表14-2，取C=110,于是dmin=C3•(PⅠ/nⅠ)^(1/3)=110×(2.85/710)^(1/3)=17.48mmi=203由于键槽的影响，故最小直径为：18mmi=204显然最小值的轴颈肯定是安在电动机的联轴器,故取标准值轴Ⅰ的最小最小直径d1=28mmi=205根据带轮或者是联轴器的结构可选轴轴向长度l1=56mmi=2063)轴Ⅰ的结构设计(1).为满足带轮的轴向定位要求，1段需要一轴肩故d2=37mmi=207(2).初步选择滚动轴承因轴承同时受有径向力和轴向力的做用，故选用接触球轴承。按照工作求并根据d2=37mmi=208查手册选取单列角接触球轴承7009ACi=209其尺寸为d×D×B=45×75×16mmi=210故d3=d7=45mmi=211故l7=B=34mmi=212(3).由小齿轮尺寸可知，齿轮处的轴端4的直径的d4=49mmi=213故l4=85mmi=214由轴肩高度h0.07d，则轴肩的直径d5=57mmi=215则d6=49mmi=216则l6=38mmi=217(4).根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求。故l2=96mmi=218(5).根据安装时齿轮中心要在一条线上，可得l3=16mmi=219至此，已初步确定了轴的各段和长度。见草图1i=2204).轴Ⅰ的校核根据两个轴承的位置可确定L=167mmi=221取齿轮中间为a-a截面，带轮离最近轴承的距离L2=132mmi=222取右端轴承至从右到左第一个齿轮截面的距离为L3=46mmi=223(1).求垂直面得支撑反力图1-aF1v=(Fr1*L3-Fa1•d1/2)/L=(498.25×0.046-0•0.056/2)/0.167=137.24Ni=224F2v=Fr1-F1v=498.25-137.24=361.01Ni=225(2).求水平的支撑反力图1-bF1H=Ft1•L3/L=1368.93•0.046/167=377.07Ni=226F2H=Ft1-F1H=1368.93-377.07=991.8