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=2.4 kW i=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=0.859 i=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=2.79 kW i=2式中:Pd——工作机实际所需电动机的输出功率,kW;P w——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)=61.12 r/min i=3nd=i•nw=(1~20)•61.12=(61.12~1222.4) r/min i=4所以电动机转速的可选范围为:(61.12~1222.4) r/min i=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 750 r/min i=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=11.62 i=72).分配传动比i=i0•i1•i2=11.62 i=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/i0 i0=3所以经过计算以后可得:i1=4.03 i=10i1=1.4•i2=1.4×4.03=2.88 i=11(1).各轴的转速电动机轴:nm=710 r/min i=13Ⅰ轴:nⅠ=710/1=710 r/min i=14Ⅱ轴:nⅡ=710/4.03=176.18 r/min i=15Ⅲ轴:nⅢ=176.18/2.88=61.17 r/min i=16卷筒轴:nw= nⅢ=61.17/1=61.17 r/min i=17(2). 各轴的输入功率电动机轴: Pd=3 kW i=19Ⅰ轴: PⅠ=Pd•η1•η2= 3×0.99×0.96=2.85 kW i=20Ⅱ轴: PⅡ=PⅠ•η2•η3=2.85×0.99×0.97=2.74 kW i=21Ⅲ轴: PⅢ= PⅡ•η2•η3=2.74×0.99×0.99=2.63 kW i=22卷筒轴: Pw= PⅢ•η2•η4=2.63×0.99×0.99=2.58 kW i=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=40.35 N•m i=25电动机轴: Td=40.35 N•m i=26Ⅰ轴: TⅠ=9550×PⅠ/nⅠ=9550×2.85/710=38.33 N•m i=27Ⅱ轴: TⅡ=9550×PⅡ/nⅡ=9550×2.74/176.18=148.52 N•m i=28 Ⅲ轴: TⅢ=9550×PⅢ/nⅢ=9550×2.63/61.17=410.6 N•m i=29卷筒轴: Tw=9550×Pw/nw=9550×2.58/61.17=402.8 N•m i=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=380 MPa, σFE=320 MPa。
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=480 Mpa i=63[σH2]= σHlim2/SH=380/1.25=304 Mpa i=64[σF1]= σHFE1/SF=450/1.6=281.25 Mpa i=65[σF2]= σHFE2/SF=320/1.6=200 Mpa i=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1.5 i=67。
齿宽系数Φd为0.8 i=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)=55.61 mm i=69 齿数取z1=28 i=70则z2=i1•z1=112 i=71模数m=d1/z1=55.61/28=1.99 mm i=72齿宽b=Φd•d1=0.8×55.61=44.49 mm i=73取b1=40 mm i=74b2=30 mm i=75按《机械设计基础》表4-1 取m=2 mm i=76实际的d1=z1•m=28×2=56 mm i=77d2=z2•m=112×2=224 mm i=78中心距a=(d1+d2)/2=(56+224)/2=140 mm i=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=2.54 i=80YSa1=1.62 i=81YFa2=2.03 i=82YSa2=1.63 i=83σF1=2•K•YFa1•YFa1/(b1•m^2•z1)=2×38.33×1000×1.5×2.54•1.62/(40×2^2×28)=105.62 Mpa ≤[σF1] i=84σF2= σF1•YFa2•YSa2/( YFa1•YSa1)=105.62×(2.03×1.63/(2.54×1.62))=84.93 Mpa ≤[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)=2.08 m/s i=86对照表11-2选用7级是正确的!齿轮参数见表格4 i=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=380 MPa, σFE=320 MPa。
由《机械设计基础》表11-5 取SH=1.25,SF=1.6。
[σH3]= σHlim3/SH=600/1.25=480 Mpa i=88[σH4]= σHlim4/SH=380/1.25=304 Mpa i=89[σF3]= σHFE3/SF=450/1.6=281.25 Mpa i=90[σF4]= σHFE4/SF=320/1.6=200 Mpa i=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1.5 i=92。
齿宽系数Φd为0.8 i=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)=89.6 mm i=94齿数取z3=30 i=95则z4=i2•z3=86 i=96模数m=d3/z3=89.6/30=2.99 mm i=97齿宽b=Φd•d3=0.8×89.6=71.68 mm i=98取b3=70 mm i=99b4=60 mm i=100按《机械设计基础》表4-1 取m=3 mm i=101实际的d3=z3•m=30×3=90 mm i=102d4=z4•m=86×3=258 mm i=103中心距a=(d3+d4)/2=(90+258)/2=174 mm i=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=2.5 i=105YSa3=1.63 i=106YFa4=2.21 i=107YSa4=1.61 i=108σF3=2•K•YFa3•YFa3/(b3•m^2•z3)=2×38.33×1000×1.5×2.54•1.62/(40×3^2×30)=180.12 Mpa ≤[σF3] i=109σF4=σF3•YFa4•YSa4/( YFa3•YSa3)=180.12×(2.21×1.61/(2.5×1.63))=157.27 Mpa ≤[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)=0.83 m/s i=111对照表11-2选用7级是正确的!齿轮参数见表格4 i=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=1368.93 N i=200径向力: Fr1=Ft1•tanα=1368.93•tan20°=498.25 N i=201轴向力: Fa1=0 N i=2022)初步确定轴Ⅰ的最小直径材料为45钢,正火处理。