2023年减速器设计及其三维建模有限元分析.doc

重庆工商大学 毕 业 论 文 机械工程 学院 机械设计及其自动化 专业( 本 科) 06 级 机制一 班 课题名称： 某螺旋式物料运输机传动系统 减速器设计与建模分析 毕业论文(设计)起止时间： 2023 年　3　月　22　日～　5月　30　日(共　10　周) 学生姓名： 许伟丽 学号：2023003119 同组学生姓名： 指导教师： 王立存 (职称 副教授 ) (职称 ) 目 录 ·绪 论 4 ·带式输送机结构分析 4 ·第一局部 传动装置的总体设计 7 ·一 选择电动机 7 ·二 各级传动比分配 8 ·第二局部 带式输送机传动装置计算 9 ·2.1 V带的设计 9 ·1 确定计算功率 9 ·2 选择V带的类型 9 ·3 确定带轮的基准直径并验算带速V 9 ·4 确定V带中心距及基准长度 9 ·5 计算带的根数 10 ·2.2 齿轮的设计计算 12 ·1 选择齿轮类型，材料，齿数及精度等级 12 ·2 按齿面接触强度设计 12 ·3 按齿根弯曲强度设计 14 ·2.3 轴的设计 18 ·1 减速器高速轴的设计 18 ·2 减速器低速轴设计 18 ·2.4强度校核 19 ·1 低速轴的强度校核 19 ·2 轴承校核 21 ·3 键的校核 22 ·2.5 减速器箱体结构的尺寸确定 23 ·第三局部 传动装置三维建模分析 24 ·3.1 Solidworks简介 24 ·3.2 零件建模 26 ·3.2.1轴三维建模的形成 26 ·3.2.2 箱体的三维建模形成 30 ·3.2.3 箱盖的三维建模形成 31 ·3.2.4其他零件的三维模型造型 32 ·3.3 零件装配 35 ·3.4三维向二维的转换 38 ·第四局部 传动装置运动仿真分析 40 ·4.1 SolidWorks motion 介绍 40 ·4.2 两齿轮啮合的运动仿真 40 ·4.3装配体的运动仿真 44 ·第五局部 传动装置关键部件有限元分析 45 ·5.1 SolidWorks Simulation Professional介绍 45 ·5.2 啮合齿轮的有限元分析 46 ·5.3 低速轴应力有限元分析 51 ·第六局部 结论与展望 54 ·致 谢 59 ·参考文献 60 ·绪 论 ·带式输送机结构分析 1.1带式输送机的应用 带式输送机是连续运输机的一种，连续运输机是固定式或运移式起重运输机中主要类型之一，其运输特点是形成装载点到装载点之间的连续物料流，靠连续物料流的整体运动来完成物流从装载点到卸载点的输送。在工业、农业、交通等各企业中,连续运输机是生产过程中组成有节奏的流水作业运输线不可缺少的组成局部。 连续运输机可分为： 1.11具有挠性牵引物件的输送机,如带式输送机,板式输送机,刮板输送机,斗式输送机、自动扶梯及架空索道等； 1.12不具有挠性牵引物件的输送机，如螺旋输送机、振动输送机等； 1.13管道输送机(流体输送),如气力输送装置和液力输送管道。 其中带输送机是连续运输机中是使用最广泛的,带式输送机运行可靠，输送量大，输送距离长，维护简便，适应于冶金煤炭，机械电力，轻工，建材，粮食等各个部门。 1.2带式输送机的分类 带式输送机分类方法有多种,按运输物料的输送带结构可分成两类,一类是普通型带式输送机,这类带式输送机在输送带运输物料的过程中,上带呈槽形,下带呈平形,输送带有托辊托起,输送带外表几何形状均为平面;另外一类是特种结构的带式输送机,各有各的输送特点.其简介如下： 各种带式输送机的特点 ⑴.QD80轻型固定式带输送机QD80轻型固定式带输送机与TDⅡ型相比,其带较薄、载荷也较轻,运距一般不超过100m,电机容量不超过22kw。 ⑵.它属于高强度带式输送机,其输送带的带芯中有平行的细钢绳，一台运输机运距可达几公里到几十公里. ⑶.U形带式输送机它又称为槽形带式输送机,其明显特点是将普通带式输送机的槽形托辊角由提高到使输送带成U形.这样一来输送带与物料间产生挤压,导致物料对胶带的摩擦力增大,从而输送机的运输倾角可达25°。 ⑷. 管形带式输送机U形带式输送带进一步的成槽,最后形成一个圆管状,即为管形带式输送机,因为输送带被卷成一个圆管,故可以实现闭密输送物料,可明显减轻粉状物料对环境的污染,并且可以实现弯曲运行。 ⑸.气垫式带输送机其输送带不是运行在托辊上的,而是在空气膜(气垫)上运行,省去了托辊,用不动的带有气孔的气室盘形槽和气室取代了运行的托辊, 运动部件的减少,总的等效质量减少,阻力减小,效率提高,并且运行平稳,可提高带速.但一般其运送物料的块度不超过300mm.增大物流断面的方法除了用托辊把输送带强压成槽形外,也可以改变输送带本身,把输送带的运载面做成垂直边的,并且带有横隔板.一般把垂直侧挡边作成波状,故称为波状带式输送机,这种机型适用于大倾角,倾角在30°以上,最大可达90°。 〔6〕.压带式带输送机它是用一条辅助带对物料施加压力.这种输送机的主要优点是:输送物料的最大倾角可达90°,运行速度可达6m/s,输送能力不随倾角的变化而变化,可实现松散物料和有毒物料的密闭输送.其主要缺点是结构复杂、输送带的磨损增大和能耗较大。 ⑺.钢绳牵引带式输送机它是无际绳运输与带式运输相结合的产物,既具有钢绳的高强度、牵引灵活的特点,又具有带式运输的连续、柔性的优点。 1..3 带式输送机的开展状况 目前带式输送机已广泛应用于国民经经济各个部门,近年来在露天矿和地下矿的联合运输系统中带式输送机又成为重要的组成局部.主要有:钢绳芯带式输送机、钢绳牵引胶带输送机和排弃场的连续输送设施等。 这些输送机的特点是输送能力大(可达30000t/h),适用范围广(可运送矿石,煤炭,岩石和各种粉状物料,特定条件下也可以运人),安全可靠,自动化程度高,设备维护检修容易,爬坡能力大(可达16°),经营费用低,由于缩短运输距离可节省基建投资。 目前,带式输送机的开展趋势是:大运输能力、大带宽、大倾角、增加单机长度和水平转弯,合理使用胶带张力,降低物料输送能耗,清理胶带的最正确方法等.我国已于1978年完成了钢绳芯带式输送机的定型设计.钢绳芯带式输送机的适用范围：适用于环境温度一般为°°C;在寒冷地区驱动站应有采暖设施; 可做水平运输,倾斜向上(16°)和向下运输,也可以转弯运输;运输距离长,单机输送可达15km; 可露天铺设,运输线可设防护罩或设通廊; 输送带伸长率为普通带的1/5左右;其使用寿命比普通胶带长;其成槽性好;运输距离大。 1.4 带式输送机的工作原理 带式输送机又称胶带运输机,其主要部件是输送带,亦称为胶带,输送带兼作牵引机构和承载机构.带式输送机组成及工作原理如图1-1所示,它主要包括一下几个局部:输送带(通常称为胶带) 、托辊及中间架、滚筒拉紧装置、制动装置、清扫装置和卸料装置等。 输送带1绕经传动滚筒2和机尾换向滚筒3形成一个无极的环形带.输送带的上、下两局部都支承在托辊上.拉紧装置5给输送带以正常运转所需要的拉紧力.工作时,传动滚筒通过它和输送带之间的摩擦力带动输送带运行.物料从装载点装到输送带上,形成连续运动的物流,在卸载点卸载.一般物料是装载到上带(承载段) 的上面,在机头滚筒(在此,即是传动滚筒)卸载,利用专门的卸载装置也可在中间卸载。 普通型带式输送机的机身的上带是用槽形托辊支撑,以增加物流断面积,下带为返回段(不承载的空带)一般下托辊为平托辊.带式输送机可用于水平、倾斜和垂直运输.对于普通型带式输送机倾斜向上运输,其倾斜角不超过18°,向下运输不超过15°。 输送带是带式输送机部件中最昂贵和最易磨损的部件.当输送磨损性强的物料时,如铁矿石等,输送带的耐久性要显著降低。 提高传动装置的牵引力可以从以下三个方面考虑： 〔1〕增大拉紧力。增加初张力可使输送带在传动滚筒别离点的张力增加，此法提高牵引力虽然是可行的。但因增大必须相应地增大输送带断面，这样导致传动装置的结构尺寸加大，是不经济的。故设计时不宜采用。但在运转中由于运输带伸长，张力减小，造成牵引力下降，可以利用拉紧装置适当地增大初张力，从而增大，以提高牵引力。 〔2〕增加围包角对需要牵引力较大的场合，可采用双滚筒传动，以增大围包角。 〔3〕增大摩擦系数其具体措施可在传动滚筒上覆盖摩擦系数较大的衬垫，以增大摩擦系数。 通过对上述传动原理的阐述可以看出，增大围包角是增大牵引力的有效方法。故在传动中拟采用这种方法。 1.5 带式输送机的结构和布置形式 带式输送机的结构 带式输送机主要由以下部件组成：头架、驱动装置、传动滚筒、尾架、托辊、中间架、尾部改向装置、卸载装置、清扫装置、安全保护装置等。 输送带是带式输送机的承载构件，带上的物料随输送带一起运行，物料根据需要可以在输送机的端部和中间部位卸下。输送带用旋转的托棍支撑，运行阻力小。带式输送机可沿水平或倾斜线路布置。 ·第一局部 传动装置的总体设计 ·一. 选择电动机 工作机的转矩T〔N`m〕=780，和转速()=145 ，那么工作机所需的有效功率为： kw 求出工作机的有效功率，那么电动机所需功率为： (kw〕 为传动系统的总效率，按下式计算： = =0.837 那么 查手册选电动机额定功率。 初选同步电机为1500r/min和1000r/min的电动机，对应于额定功率为15kw的电动机型号为Y160L-4和Y180L-6，现将Y160L-4和Y180L-6型电动机有关技术数据及相应算得的总传动比列下表： 方案号 电动机型号 额定功率 /kw 同步转速/(r/min) 满载转速/(r/min) 总传动比i 外伸轴直径D/mm 轴外伸长度E/mm 1 Y160L-4 15 1500 1460 10.07 42 110 2 Y180L-4 15 1000 970 6.69 48 110 方案比拟可知，方案一选用的电动机转速高，质量轻，价格低，总传动比10.07，因其算V带的传动比，故其不算大，选方案一比拟合理。 Y160L-4 15kw =1460r/min H=160mm D=42mm E=110mm ·二 各级传动比分配 i=10.07 = 查取闭式圆柱齿轮的传动比为3~5，取4。 V带传动比〔皮带推荐传动比2~4〕。 ·第二局部 带式输送机传动装置计算 ·2.1 V带的设计 电机功率P=15kw,转速=1460r/min,传动比=2.5175，每天工作16小时。 ·1 确定计算功率 由表8-7查得工作情况系数=1.1，故 。 ·2 选择V带的类型 根据 ，，由图8-11选用B型。 ·3 确定带轮的基准直径并验算带速V 1>初选小带轮基准直径。 由表8-6和表8-8取小带轮的基准直径=160mm。