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机械设计

油冷式电动滚筒传动设计计算书

时间:2020/10/14 13:17:29  作者:  来源:  查看:0  评论:0
内容摘要: 114" height="42" src="/UploadFiles/20200606124728921101.png">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...
114" height="42" src="/UploadFiles/20200606124728921101.png">

式中    油冷式电动滚筒传动设计计算书——电机轴上的转矩

油冷式电动滚筒传动设计计算书——轴的直径

油冷式电动滚筒传动设计计算书——键的高度

油冷式电动滚筒传动设计计算书——键的工作长度

油冷式电动滚筒传动设计计算书——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:

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则把数据代入公式计算可得,键所能传递的转矩为:

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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油冷式电动滚筒传动设计计算书,则查机械零件设计手册可知,所选的键的宽度油冷式电动滚筒传动设计计算书,高度油冷式电动滚筒传动设计计算书,而又有由轮毂的长度可确定键的长度为油冷式电动滚筒传动设计计算书

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:

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把数据代入公式后可得:

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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,所选的键的宽度油冷式电动滚筒传动设计计算书,高度油冷式电动滚筒传动设计计算书,而又有由轮毂的长度可确定键的长度为油冷式电动滚筒传动设计计算书

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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。

油冷式电动滚筒传动设计计算书      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油冷式电动滚筒传动设计计算书段和油冷式电动滚筒传动设计计算书段。

对于油冷式电动滚筒传动设计计算书段轴来说,与其相配合的轴承的代号为油冷式电动滚筒传动设计计算书,其基本尺寸(查手册)为:

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其基本额定动载荷(查手册)为:

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其基本额定动载荷(查手册)为:

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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:

油冷式电动滚筒传动设计计算书图4-2  轴的受力图

其中油冷式电动滚筒传动设计计算书,齿轮为标准齿轮,压力角为油冷式电动滚筒传动设计计算书,则

油冷式电动滚筒传动设计计算书,所以

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又          油冷式电动滚筒传动设计计算书

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油冷式电动滚筒传动设计计算书段轴承所受的力为:

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油冷式电动滚筒传动设计计算书段轴承所受的力为:

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由于轴承有冲击和振动,为此,轴承的当量动载荷为:

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油冷式电动滚筒传动设计计算书为冲击载荷系数,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:

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油冷式电动滚筒传动设计计算书为轴向力,由于轴承不受轴向载荷,则有:

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由于轴向力为零,则油冷式电动滚筒传动设计计算书,则由电动滚筒设计与选用手册可得:

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油冷式电动滚筒传动设计计算书段轴承所受当量动载荷为:

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油冷式电动滚筒传动设计计算书段轴承所受当量动载荷为:

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经分析,电动滚筒的预期的使用时间是每天12h,有公式

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因为轴承工作转速为:油冷式电动滚筒传动设计计算书

对A处的轴承

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油冷式电动滚筒传动设计计算书 天, 62个月

对B处的轴承油冷式电动滚筒传动设计计算书

油冷式电动滚筒传动设计计算书天   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

油冷式电动滚筒传动设计计算书
     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。

油冷式电动滚筒传动设计计算书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。

油冷式电动滚筒传动设计计算书

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油冷式电动滚筒传动设计计算书,则有:

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式中    油冷式电动滚筒传动设计计算书——电动机的额定转速,油冷式电动滚筒传动设计计算书;

油冷式电动滚筒传动设计计算书——电动滚筒的名义转速,油冷式电动滚筒传动设计计算书

油冷式电动滚筒传动设计计算书——带速,油冷式电动滚筒传动设计计算书

油冷式电动滚筒传动设计计算书——滚筒直径,油冷式电动滚筒传动设计计算书

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油冷式电动滚筒传动设计计算书,第二级传动传动比为油冷式电动滚筒传动设计计算书,则有:   油冷式电动滚筒传动设计计算书

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油冷式电动滚筒传动设计计算书

内啮合标准齿轮的中心矩为油冷式电动滚筒传动设计计算书

两级齿轮传动时,中心距相等,故有:

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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:

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齿轮的齿根圆直径分别为:

油冷式电动滚筒传动设计计算书        mm

油冷式电动滚筒传动设计计算书       mm

油冷式电动滚筒传动设计计算书       mm

油冷式电动滚筒传动设计计算书       mm

(该齿轮为内齿轮,故用“+”号)

齿轮的齿顶圆直径分别为:

油冷式电动滚筒传动设计计算书       mm

油冷式电动滚筒传动设计计算书       mm

油冷式电动滚筒传动设计计算书       mm

油冷式电动滚筒传动设计计算书       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。

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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:

油冷式电动滚筒传动设计计算书      mm

电动机外伸轴的直径为油冷式电动滚筒传动设计计算书,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油冷式电动滚筒传动设计计算书时,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:

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(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:

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中心轴到滚筒内壁的距离为:

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由以上可知油冷式电动滚筒传动设计计算书,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:油冷式电动滚筒传动设计计算书          ≤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)

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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。

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图1-5 齿面接触疲劳极限

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图1-6 齿根弯曲疲劳极限

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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。)

油冷式电动滚筒传动设计计算书(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。

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(2)材料弹性系数油冷式电动滚筒传动设计计算书

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(3) 齿宽系数ψd

转矩油冷式电动滚筒传动设计计算书        油冷式电动滚筒传动设计计算书

(第二级 油冷式电动滚筒传动设计计算书

1.3.3  齿轮弯曲疲劳强度的计算

油冷式电动滚筒传动设计计算书    齿根弯曲应力油冷式电动滚筒传动设计计算书的计算公式为:

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;

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                      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

油冷式电动滚筒传动设计计算书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油冷式电动滚筒传动设计计算书,电动机外伸轴所受的转矩为油冷式电动滚筒传动设计计算书,则:

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设轴的最小直径为油冷式电动滚筒传动设计计算书,则有:

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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

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45#钢调质处理查表2-2得强度极限油冷式电动滚筒传动设计计算书, 查表2-3得油冷式电动滚筒传动设计计算书。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

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考虑到轴的最小直径处要安装大齿轮,会有键槽存在,故将估算直径加大油冷式电动滚筒传动设计计算书,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)。

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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:

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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:

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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:

油冷式电动滚筒传动设计计算书        油冷式电动滚筒传动设计计算书   解方程组求出FHA和FHB。

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     其中:标准齿轮α=200。

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(2)轴在垂直面上的受力如图2-4所示:

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图2-4  轴油冷式电动滚筒传动设计计算书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:

油冷式电动滚筒传动设计计算书    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:

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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:

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图2-6  轴在垂直面上所受的弯矩图

油冷式电动滚筒传动设计计算书(5)计算合成弯矩

则轴所受的合成弯矩图如图2-7所示:

油冷式电动滚筒传动设计计算书图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。

油冷式电动滚筒传动设计计算书图2-8  轴的转矩图

油冷式电动滚筒传动设计计算书(7)计算当量弯矩                       修正系数取α=0.6

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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,轴的危险截面在油冷式电动滚筒传动设计计算书油冷式电动滚筒传动设计计算书两段,应对此两段分别校核。

轴的材料为油冷式电动滚筒传动设计计算书钢,轴工作在对称循环应力下,许用应力为油冷式电动滚筒传动设计计算书

(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:

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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油冷式电动滚筒传动设计计算书,则查机械零件设计手册可知,所选的键的宽度油冷式电动滚筒传动设计计算书,高度油冷式电动滚筒传动设计计算书,而又有由轮毂的长度可确定键的长度为油冷式电动滚筒传动设计计算书

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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