机械设计爬坡加料机的设计

西 南 交 通 大 学

机械设计说明书

设计题目：爬坡加料机设计

西南交通大学

目录

摘要3

一、机械设计任务书4

1.1设计题目简介4 1.2设计任务4

二、传动方案的拟定及选择5

2．1传动方案分析5 2．2传动方案确定5

三、电动机的选择6

3．1电动机类型6 3．2电动机功率选择6 3．3电动机转速的选择7 3．4电动机型号的选择7

四、传动装置的相关计算7

4．1传动比的分配7 4．2各个轴的转速计算7 4．3各个轴的输出功率计算7 4．4各个轴的输出转矩计算8

五、V带传动的设计及计算8

5.1确定计算功率8

5.2确定V带的带型及带速8

5.3确定V带的中心距a和基准长度9 5.4验算小带轮上的包角9 5.5计算带的根数9

5.6计算单根V带初拉力的最小值10 5.7计算带传动的压轴力10 5.8确定V带截面尺寸10

六、V带带轮的设计及计算10

6.1选择带轮材料10 6.2选择带轮结构形式10 6.3确定带轮的轮槽12

七、齿轮传动12

7.1高速级齿轮计算12 7.2低速级齿轮计算15

八、轴的设计18 九、轴承的校核21 十、联轴器设计22 十一、卷扬机设计22

11．1钢丝绳的选择22

11．2卷筒的结构设计及计算23

十二、小车的设计27

1

西南交通大学

12.1轨道27 12.2车轮27

12.3车轮直径28

十三、制动器的选择28

十四、Pro/E三维建模及仿真29 14.1电动机模型29 14.2带传动模型29 14.3减速器模型29 14.4联轴器模型30 14.5卷扬机模型30 14.6小车模型32 14.7制动器模型33 14.8运动仿真34

十五、ANSYS有限元分析35 十六、结论36 十七、参考文献36

2

西南交通大学

摘 要

生产流程中，爬坡加料机可把块状、颗粒状物料从贮料仓中均匀、定时、连续地给到受料装置中去，在砂石生产线中可为破碎机械连续均匀地喂料，并对物料进行粗筛分，广泛用于冶金、煤矿、选矿、建材、化工、磨料等行业的破碎、筛分联合设备中。

本文首先分析了爬坡加料机的工作原理，确定了传递方案并画出了它的机构运动简图，结合题目中所提供的数据确定了电动机的功率和转速,然后运用齿轮传动原理,设计并计算了减速传递装置，其次综合各机构设计了卷扬机的结构,最后利用AutoCAD绘制了减速传动装置装配图及各零件图，通过Pro/E建立了爬坡加料机的三维模型并进行了运动仿真。

关键字： AutoCAD、Pro/E、运动仿真

3

西南交通大学

一、机械设计任务书

设计题目：爬坡加料机设计

1．1设计题目简介

1—卷扬机 2—传动装置 3—滑轮 4—小车 5—电动机 6—导轨（） 如图为爬坡加料机的工作示意图。电动机通过传动装置实现减速后驱动卷扬机工作，卷扬机通过钢缆拖动小车沿导轨做往复运动。原动机为三相交流电动机，单班制间歇运转，轻微振动，较大灰尘，小批量生产。 设计参数与要求： 题号 3 1．2设计任务 1、确定传动方案，绘制机构运动简图。 2、确定电动机的功率和转速。 3、设计减速传动装置。 4、设计卷扬机结构。

5、绘制减速传动装置装配图。 6、绘制主要零件图。

7、利用Pro/E软件建立三维模型并仿真。 8、编写设计计算说明书。

装料所受重力G(N) 导轨长度L(mm) 运行速度(m/s) 4000 660 0.4 轮距(mm) 500

4

西南交通大学

b?8.89由hKH??1.358，查得

KH?F??1.28，故载荷系数：

K?KKKKAvH??1?1.0?1?1.358?1.358

按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径：

d计算模数：

3?dK3t3K?91.20?t31.358mm?88.23mm 1.5m?dz33?88.23mm?4.41mm 207.2.2按齿根弯曲强度设计

查得小齿轮的弯曲疲劳极限：查得大齿轮的弯曲疲劳极限：取疲劳寿命系数：

??FE3?500MPa ?380MPa

FE4KFN3?0.93KFN4?0.98

计算弯曲疲劳许用应力：取弯曲疲劳安全系数:S?1.4,得：

??F??K3FN3?FE3SFN4FE4?0.93?500MPa?350MPa

1.40.98?380MPa?266MPa

1.4??F?计算载荷系数：K?A4?K?SF?F??KKKKv?1?1.0?1?1.28?1.28

查得齿形系数和应力校正系数:

YYFa3Fa3?2.8YSa3?1.55

Fa4Fa4?2.19Y??1.782

YY??F?YY??F?Fa4Sa4Sa32.8?1.55?0.0124

3503?2.19?1.782?0.01467 取数值较大值0.01467

26634m?2KT3Y3?z23Y???FaFSa?32?1.38?285.59?101?202?0.01467mm?3.07

15

西南交通大学

取标准值m?3mm，算出小齿轮齿数

z3?dm3?91.20?30.4，取整z3?30， 3z4?30?4.58?137.4，取整

z4?137。

7.2.3几何尺寸计算

计算分度圆直径：

d?zm?30?3mm?90mm

33d?zm?137?3mm?411mm

44计算中心距：

a?d3计算齿轮宽度：

?d42?90?411mm?250.5mm 2?1?90mm?90mm

b??取

dd3B4?90mm，B3?95mm。

八、 轴的设计（输出轴（C 轴）的设计）

1、输出轴上的功率

Pc?1.97kW，转速nc?14.97r/min，转矩Tc?1256.75N?m。

2、求作用在齿轮上的力

Ft?2Tcd?2?1256.75411?10?3N?6115.57N

43、拟定轴上零件的装配方案

通过对传动装置的分析初步拟定输出轴的装配方案如下图：

16

西南交通大学

4、初步确定轴的最小直径

取轴的材料为 45 钢，调质处理，查表取

A30?110，则：

dmin?PAn03cc?110?1.97mm?55.95mm 14.97 轴上会有两平键用来定位，会削减轴的承载能力，应适当放大轴径，输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需要同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩则：

Tca考虑到转矩变化比较小，故取KA?1.3，?KATC，

Tca?KATC?1.3?1256.75N?m?1633.775N?m

按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件，选用WH8型滑块联轴器，其公称转矩

2000N?m。半联轴器的孔径可以取 55mm。故最小直径取55mm,半联轴器长度

L?112mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1?110mm。

5、轴的结构设计

根据装配方案图可画出轴的简图如下图：

已经确定

dAB?55mm，为了满足半联轴器的轴向定位要求，AB 轴段右端需制出一轴肩，

17

西南交通大学

故取 BC 段的直径

dBC?58mm，LBC?60mm半联轴器与轴配合的毂孔长度

L1?110mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故取 AB 段得

长度应比

L略短一些，现取L1AB?107mm。

因轴承只承受径向力作用，故选用深沟球轴承，根据6212，其尺寸为：ddCD?60mm，选用深沟球轴承

?D?T?60mm?110mm?22mm，故：dCD?dHI?60mm，而

LHI?39mm。 右端滚动轴承采用轴肩定位，故取LGH?38mm查得6212的轴肩定位高

度为 5mm,因此取：

dGH?70mm。

取安装齿轮处的轴径

dEF?65mm。齿轮左端与轴承之间采用套筒定位，该段直径

dDE?63mm，长度LDE?49mm。已知齿轮宽度为 100mm，故取LEF?99mm。齿轮的

因此轴肩处的直径dFG?83mm，?9mm，

右端采用轴肩定位，轴肩高度h?0.07d，故取h轴肩宽度

LFG?10mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，故取

LCD?39mm。

至此，已初步确定了轴的各段长度和直径。

齿轮与轴的周向定位均采用双圆头平键。按

dEF?65m查得平键尺寸：

b?h?l?d?18mm?11mm?64mm?18mm，键槽用键槽铣刀加工；同时为了保证

H7良好的对中性，故选择齿轮与轴的配合为；同样，半联轴器与轴选用半圆头平键，尺

n6H7寸为16mm?10mm?92mm?16mm，半联轴器与轴的配合为。

k62T?对所选的平键进行校核：p?，其中：k?0.5h，l?L。 pkld?????p1?2TCkld2TC?2?1256.75?1000?71.018MPa5.5?99?652?1256.75?1000?53.388MPa

8?107?55?p2?kld?根据轴的材料为 45 钢，查得

????100~120MPa，故所选平键合适。

p查得 F、G、H 处轴肩圆角半径为 2.5，其余均为 2.0。首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。算出简支梁轴的支撑跨度，再做出弯矩图、扭矩图。如下图所示：

18

西南交通大学

从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面 W 是轴的危险截面。 计算得出轴上载荷参数，如下表。 载荷 支座反力 水平面H 垂直面V FFNH1?3964N?4143N FFNV1?1443N ?1508N NH2NV1弯矩 总弯矩 扭矩 MH?366.67N?m M?22MV?133.49N?m MH?MV?390.21N?m T?1256.75N?m 按弯扭组合应力校核轴的强度，通常只校核承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。取??0.6，轴的计算应力：

?ca?M12???T?2W?3902102??0.6?1256750?65?1320.1??39.30MPa

根据已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，查得全。九、轴承的校核

????60MPa，?????，故安

ca?11、轴承的受力

径向力：

Fr1?FNH1?FNV1?2239642?1443?4218N

19

2

西南交通大学

十六、结论

通过本次课程设计，我获益匪浅。从电动机型号的选择、减速器设计到联轴器的选择，再到卷扬机和小车的设计，每一步骤都经过了认真反复的演算，直至最终我成功完成本次课程设计的工作。首先，我的学科综合运用的能力得到了锻炼。机械设计过程是一个机械设计、机械原理、理论力学、材料力学、互换性、数学等的综合运用过程。在设计过程中总会遇到许多内容，这就要求我在解决实际问题的时候，要把实际问题抽象为理论要素。其次，分析问题的能力也的道理提高，箱体的设计首先从整体的传动过程分析，到齿轮设计及轴的设计。要先从总体上把握整个设计的内容，把这些内容分步骤进行，才能设计中顾全总体需要，不至于相互之间尺寸不匹配。最后，我进一步熟悉了Pro/E软件三维建模和运动仿真的相关知识。同时，通过本次设计，我发现自己还有些许不足，必须在有限的时间里，尽快弥补，为以后打好基础。

十七、参考文献

【1】唐曾宝，常建娥，《机械设计课程设计（第三版）》，华中科技大学出版社，2010； 【2】冯鉴，何俊，《机械原理》，西南交通大学出版社，2008； 【3】蒲良贵，纪明刚，《机械设计（第八版）》，高等教育出版社，2006； 【4】西南交通大学材料力学课程教研组，《材料力学（第四版）》，2009； 【5】钟日铭，《Pro/ENGINEER Wildfire5.0基础入门与范例》，2010；

35

西南交通大学

S????1K?＝2.1

????a????m式中，K?——有效应力集中系数；

?——表面状态系数；

??——绝对尺寸系数； ??——等效系数。

一般疲劳强度安全系数S?1.5~1.8，所以该轴的疲劳强度足够。 4、按静强度计算

卷筒轴的静强度计算，需要用静强度计算拉力，可按下式求得：

??Fjmax??Fe

式中 Fjmax——静强度计算最大拉力；

?——动载荷系数，查手册：取??1.35。

查资料得：材料的抗弯屈服极限则静强度计算安全系数：

综上，该轴符合本设计要求。

十二、小车的设计

12.1轨道

桥式起重机所用的轨道有铁路钢轨（P型）、起重机专用钢轨（QU型）以及方钢或扁钢，本设计采用起重机专用钢轨（QU型）。

12.2车轮

车轮材料一般选用ZG55Ⅱ铸钢，对于轮压较大的车轮可采用合金钢。本题目中，材料选用45号钢。为了提高车轮的使用寿命，车轮的踏面应进行热处理，表面硬度为HB300～350。淬火深度不小于15 mm，并均匀的过渡到未淬火层。

12.3车轮直径

车轮的最大轮压：小车自重取，负载，假设轮压均布，则：

，载荷率

25

西南交通大学

查起重机课程设计，当运行速度小于60 m/min，时工作类型为中级，车轮直径选为D=350 mm。

十三、制动器的选择

按照制动器构造特征，可分为带式制动器、块式制动器、蹄式制动器和盘式制动器四种。 与其他制动器相比，盘式制动器具有散热快、重量轻、制动迅速、调整方便的优点。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，受外界环境因素的影响更小，在严寒气候和极限驾驶状态下开车，盘式制动器更容易在短时间内让车停下来。

盘式制动器分为固定钳式和浮动钳式。固定钳式虽易于保证钳的刚度，容易实现从鼓式到盘式的改型，能适应不同回路驱动系统的要求，但液压缸较多，使制动钳结构复杂；热负荷大时，液压缸和跨越制动盘的油管或油道中的制动液容易受热汽化。相对于固定钳式，浮动钳式成本低、制动效果更好。

本题选择滑动钳盘式制动器。制动钳可以相对于制动盘做轴向滑动，其中只在制动盘的内侧置有液压缸，外侧的制动块固装在钳体上。制动时活塞在液压作用下使活动制动块压靠到制动盘。而反作用力则推动制动钳体连同固定制动块压向制动盘的另一侧，直到两制动块受力均匀为止。

十四、Pro/E三维建模及仿真

14.1电动机模型

14.2带传动模型

大带轮小带轮

26

西南交通大学

皮带

14.3减速器模型

高速轴

中间轴 低速轴

箱体

27

西南交通大学

箱盖

装配体

14.4联轴器模型

轴体 滑块

14.5卷扬机模型

28

西南交通大学

卷筒

挡板

心轴

29

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3c6d.html