机械设计课程设计说明书

成绩：_机械产品设计项目设计说明书设计题目： 带式输送机传动装置设计 专业班级： 机制201210班 学生姓名： 王一熙 学 号： 120201020 指导教师： 姚 贵 英 河 北 工 程 大 学 机 电 学 院2014 年 12月 10 日01目录一、设计任务书2二、方案分析4三、电动机选择4四、传动装置的运动和动力参数5五、齿轮设计61.高速级齿轮设计62.低速级齿轮设计10六、链传动设计14七、轴的设计15（1）高速轴的结构设计16（2）中速轴的设计19（3）低速轴的设计22八、轴承的选择和计算25九、键的计算校核27十、联轴器的选择28十一、减速器箱体的尺寸28十二、减速器附件的选择29十三、齿轮的密封与润滑30一、设计任务书1、设计题目：胶带输送机传动系统设计1、机器的功能要求胶带输送机是机械厂流水作业线上运送物料常用设备之一，其主要功能是由输送带完成运送机器零、部件的工作。2、机器工作条件（1）载荷性质 单向运输，载荷较平稳；（2）工作环境 室内工作，有粉尘，环境温度不超过35C；（3）运动要求 输送带运动速度误差不超过5%；滚筒传动效率为0.96；（4）使用寿命 8年，每年350天，每天16小时；（5）动力来源 电力拖动，三相交流，电压380/220V；（6）检修周期 半年小修，二年中修，四年大修；（7）生产条件 中型机械厂，小批量生产。3、工作装置技术数据（1）输送带工作拉力: F=3.4 kN；（2）输送带工作速度: V= 2.1 m/s；（3）滚筒直径： D= 550 mm.2、设计任务1、设计工作内容（1）胶带输送机传动系统方案设计（包括方案构思、比选、决策）；（2）选择电动机型号及规格；（3）传动装置的运动和动力参数计算；（4）减速器设计(包括传动零件、轴的设计计算，轴承、连接件、润滑和密封方式选择，机体结构及其附件的设计)；（5）V带(或链)传动选型设计；（6）联轴器选型设计；（7）绘制减速器装配图和零件工作图；（8）编写设计说明书；（9）设计答辩。2、提交设计成品需要提交的设计成品：纸质版、电子版（以班级学号中文姓名作为文件名）各1份。内容包括：（1）减速器装配图一张；（2）零件图2张 (完成的传动零件、轴和箱体的名称)；（3）设计计算说明书一份。3、设计中应注意事项1.计算和绘图应交替进行，并注意随时整理结果，列表保存。2.设计中要贯彻标准。（标准件和标准尺寸）3.全面考虑问题：强度、结构、加工工艺等。4.设计应有创造性，多方案比较，择优选用。5.设计过程中注意培养独立工作能力。6.提交的设计成品应符合指导教师给出的格式要求。4、设计阶段1.计划阶段；2.方案设计；3.技术设计；4.设计文件汇总。5、完成时间要求在2014年12月10日之前完成全部设计任务。指导教师：姚贵英2014年9月2日31二、方案分析 胶带输送传动系统主要由三个部分组成：（1）电动机（驱动部分）（2）减速器（传动部分）（3）输送带（执行部分）首先选择发动机功率和转速，因为本课题中工作功率要求较高，在减速器与发动机之间设计合适的传动方式减速;由于工作环境中有粉尘且维修要求周期较长，选用带传动容易出现早期断裂。故选用链传动，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。设计任务书中的减速器是展开式圆锥-圆柱齿轮减速器，展开式减速器结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称而且直接作为电动机的输入端，因此要求轴具有较大的刚度和疲劳强度。高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭矩变形和在载荷作用下轴产生的弯曲变形可部分地相互抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。三、电动机选择1.电动机的类型因为该电动机为普通输送装置提供动力，对于转速变化没有特别要求，而且电源为三相交流电，所以选用三相异步电机。又因为工作环境有粉尘，所以可以选用Y2型封闭式小型三相异步发动机。2.电动机功率执行机功率Pw=FV=3.42.1=7.14kw；传动装置的传动效率 （链）=0.96（滚子链）（轴承）=0.98（滚子稀油润滑）（圆柱齿轮）=0.97（8级精度一般油润滑）（圆锥齿轮）=0.97（8级精度一般油润滑） （联轴器）=0.99（弹性）（滚筒）=0.96=0.960.9830.970.970.990.960.81电动机功率 Pm=Pw/=7.14/0.81=8.8kw2.电动机转速滚筒的转速 Nw=（2.160）/（0.2252）73.0r/min根据电动机的所需功率和电动机的经济性考虑，选择Y160M-4（具有防尘防杂物的特点，B级绝缘，工作环境温度不超过+40，湿度不超过95%，海拔不超过1000m，额定电压380V，频率50HZ）：同步转速为1500r/min 满载转速1460r/min。四、传动装置的运动和动力参数所以i总=1460/Nw20各部分传动比圆柱齿轮：i=35 圆锥齿轮：i=23 链传动i=25 i总 =1275 分配传动比的基本原则是： 1）使各级传动的承载能力接近相等（一般指齿面接触强度） 2）使各级传动的大齿轮浸入油中的深度大致相等，以使润滑简便。 3）使减速器获得最小的外形尺寸和重量。 两级圆锥圆柱齿轮减速器：对这种减速器的传动比进行分配时，要尽量避免圆锥齿轮尺寸过大、制造困难，因而高速级圆锥齿轮的传动比不宜太大，通常取i锥0.25i减，最好使i锥3。当要求两级传动大齿轮的浸油深度大致相等时，也可取3.54。所以i柱=3，所以i1=2。i总=i1i2i3=20 得 i33.3。1.各轴转速N0=1460r/min，N1=1460/2730.0r/min，N2=730.0/3243.3r/min,N3=243.3/3.373.7/min。2.各轴功率 P0=8.80.990.988.54kw P1=8.80.990.980.970.988.12kw P2=8.80.990.980.970.980.970.987.72kw P3=8.80.990.980.970.980.970.980.960.967.14kw3.各轴转矩 T0=87009.550.980.99/146055.2NM T1=55.220.970.98105.0NM T2=105.030.970.98299.4NM T3=299.43.30.960.96910.7NM五、齿轮设计1.高速级齿轮设计（1）直齿圆锥齿轮材料、精度等级和齿数 1）精度等级：结合工作要求（传动平稳，中等速度单向连续运转，寿命为8年(两班制，一年按350天算)，传动比i=2）这里选用8级精度的一般锥齿轮（油润滑）。 2）材料：小齿轮45钢，调质处理，平均硬度235HBS，大齿轮45钢，正火，硬度为190HBS。 3）齿数：闭式小齿轮可取z=2040，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，所以取小齿轮齿数为21，则大齿轮齿数为84， （2）按齿面接触疲劳强度计算 d12.92 最常用的值为 R=1/3； 由书表10-6可得，ZE =189.8，T0=55.2NM；u=2； K=KAKVKK,试取 K=1.6 因为H=，查表10-19得KHN=1.00，min=585.0MPa， S=1; =585.0MPa 则d12.9280.7mm 1）计算圆周速度。 2）计算齿宽b及模数m mt= h=2.2mn1=2.23.2=7.04mm b/h= 3）计算载荷系数K 已知使用系数KA=1.25，根据v=6.17m/s，8级精度，由图10-8查得动载荷系数KV=1.20;有表10-4查得KH=1.222;由图10-13查得KF=1.2；由表10-3查得 KH=KF=1.875。故载荷系数 4）按实际的载荷校正所得到的分度圆直径得 5）计算模数mn （3）按齿根弯曲强度计算 1）已知T0=55.2NM， 2）查表10-5得 ，YSa1=1.59，YSa2=1.70 3）查表10-20c，； 根据公式，查得， 4）计算弯曲疲劳强度 （4）计算大小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大（5）计算大齿轮参数 对此计算结果,由齿面接触疲劳计算模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能了,仅与齿轮直径(即模数与齿 数的乘积)有关,可取弯曲强度算得的模数3.3并就近圆整为标准数m=4mm,按接触强度算得的分度圆直径d1=94.5，算出小齿轮齿数 则大齿轮齿数 ，d2=524=210mm（6）锥距 R=d1=116.2mm（7）平均分度圆直径 （8）当量齿轮的分度圆半径 rv1= rv2=（8）当量齿数zv （9） （10）（11） 2.低速级齿轮设计（1）斜齿圆柱齿轮材料、精度等级和齿数 1）精度等级：结合工作要求（传动平稳，中等速度单向连续运转，寿命为8年(两班制，一年按350天算)，传动比i=3）这里选用8级精度的一般斜齿圆柱齿轮（油润滑）。 2）材料：小齿轮45钢，调质处理，平均硬度235HBS，大齿轮45钢，正火，硬度为190HBS。 3）齿数：闭式小齿轮可取z=2040，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，所以取小齿轮齿数为24，则大齿轮齿数为72， 4）螺旋角：斜齿圆柱齿轮的传动的螺旋角不宜选得过大，常在820之间选择，初选=15(2) 按齿面接触强度 1）小齿轮分度圆直径 试取K=2；u=3；d=1；=1+2=0.765+0.87=1.635；查表得区域系数ZH=2.451 ； 2）计算圆周速度。 3）计算齿宽b及模数m mnt= h=2.25mn1=2.252.6=5.904mm b/h= 4）计算纵向重合度 5）计算载荷系数K 已知使用系数KA=1.25，根据v=3.12m/s，8级精度，由图10-8查得动载荷系数KV=1.22;有表10-4查得KH=1.463;由图10-13查得KF=1.08；由表10-3查得 KH=KF=1.4。故载荷系数 6）按实际的载荷校正所得到的分度圆直径得 7）计算模数mn （3）按齿根弯曲强度设计 1）计算载荷系数 2）根据纵向重合度 ，从图10-28查得螺旋角影 响系数Y=0.88 3）计算当量齿数 4）查取齿形数和校正系数 由表10-5查得YFa1=2.65；YFa2=2.24；YSa1=1.58;YSa2=1.75。 5）计算大小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。 6）设计计算 1.85mm 对比计算结果，有齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取mn=2，已可满足弯曲强度，但是为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=94.6mm来计算应有的齿数，于是由 取z1=46,则z2=z1u=346=138. 7）几何尺寸计算 中心距 按圆整后的中心距修正螺旋角 因为值改变不大，故参数，K，ZH等不必修正计算大小齿轮的分度圆直径 六、链传动设计 1、选择链轮齿轮数z1、z2和确定传动比i一般链轮齿数17114之间。传动比i=3.3。所以初取z1=19,z2=63。 2、计算当量的单排链的计算功率Pca 由表9-6得 KA=1.4；由图9-13得 KZ=1.52；初选KP=1。 kw 3、确定链条型号和节距p 由图9-11得 链条型号 28A 节距p=44.45mm 4、计算链节数和中心距 初选中心距a0=（3050）p=（3050）44.45=1333.52222.5mm 按下式计算链节数Lp0 = 取链长节数Lp=108节。查表9-7得 链传动的最大中心距为： a= = （5）计算链速v，确定润滑方式 由图9-14选择润滑方式为 油池润滑或油盘飞溅润滑（6）计算链传动作用在轴上的压轴力FP 近似取为 水平传动KFp=1.15。 所以 Fp七、轴的设计 1、轴的材料和最小直径估计 选用比较常用的45钢，调质处理。按扭矩强度法进行最小直径估算，即：。除算轴径时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5%7%，两个键槽增大10%15%，值查表可知，对于45钢为=103126.确定高速轴，中间轴,低速轴。 高速轴 ，最小直径处要安装一键槽来连接联轴器和齿轮，取 中间轴 ，中间轴需要两个键槽来安装齿轮，轴径增加10%15%，取 低速轴 ，最小直径处安装一键槽来连接链和齿轮， ，取。2、 减速器的结构设计 （1）高速轴的结构设计 1）求出输入轴上的功率P0、转速n0和转矩T0 2）求作用在齿轮上的力 因为 3)初步确定轴的最小直径 输入轴的最小直径显然是安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。 联轴器的计算转矩Tca=KAT0，查表14-1，考虑到转矩变化很小，故取KA=1.5，则： Tca=KAT0=1.555200Nmm=82800Nmm按照计算转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T 5014-2003或手册，选用LT5型弹性套柱销联轴器，半联轴器的孔径的d=28mm,故取第一段轴d1-2=28mm,半联轴长度L=62mm。 4）轴的结构设计 1拟定轴上零件的装备方案 2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1 为了满足半联轴器的轴向定位要求，-轴段右端需制出一轴肩，R0.07d，故取-段的直径d2-3=32mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径d=35mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=44mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不是压在轴的端面上，故-段的长度应比L1短一些，先取。2 初步选择滚动轴承。因轴承同时受径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据d2-3=32mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30207，其尺寸为，故d3-4=35mm；而。两端滚动轴采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得30207型轴承的定位轴肩的定位轴肩高度h=3mm,因此取d4-5=41mm。右端轴承处d5-6=35mm。3 取安装齿轮处的轴段-段的；为使套筒可靠地压紧轴承，3-4段应略短于轴承宽度，故取。4 轴承端盖总宽度为20mm，由于装拆及添加润滑油的要求，轴承端盖与外端面与半联轴器右端面的距离，取。5 圆锥齿轮的轮毂宽度，取，齿轮端面与箱壁间距取10mm，故。取。6 轴上零件的周向定位 半联轴器与轴、齿轮与轴采用平键连接，即过盈配合。由设计手册，并考虑便于加工，取半联轴器与安装齿轮处的键剖面尺寸,齿轮键长L=B-（510）=26mm，联轴器L=32mm。齿轮轮毂与轴的配合均用H7/n6；半联轴器与轴的的配合为H7/k6；滚动轴承采用轴肩及套筒定位。轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴尺寸公差为m6。7 确定轴上的圆角和倒角尺寸 参考表15-2，取轴端倒角分别为245，圆角取1.6mm。 5）求轴的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的指点位置时，应从手册中查取a值为15.3mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。 由资料可得，应力最大面在轴承2处。载荷水平面H垂直面V竖直面W支反力FNNNNNN弯矩MNmNm总弯矩Nm扭矩TNm 6）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据式（15-5）及上表中的数据，以及单想旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力MPa前已选定轴的材料为45钢，调制处理，由表15-1查得-1=60MPa.因此ca-1，故安全。（2）中速轴的设计 1）求出输入轴上的功率P1、转速n1和转矩T1 2）求作用在齿轮上的力 3）轴的结构设计 1拟定轴上零件的装备方案 2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 初步选择滚动轴承。因轴承同时受径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据dmin=31mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30207，其尺寸为，故d-=35mm；而。两端滚动轴采用套筒进行轴向定位。轴定位轴肩高度h=3mm,因此取套筒直径为46mm.由轴承，挡油环，装配关系确定，试取。1 取安装齿轮处的轴段2-3段的d2-3=41mm，圆锥齿轮的轮毂，试取，又因为齿轮要与套筒压紧，所以可以将该段长度应小于齿轮轮毂长度，故取2 齿轮左端使用套筒轴向定位，右端使用轴肩定位，取轴肩高度为h=3mm，一方面还要分开锥齿与斜齿间距，又要考虑减速器的结构紧凑性，故取d3-4=47mm，。3 d4-5=d2-3=41mm，由中速级齿轮设计可求得斜齿小齿轮的齿宽，因为斜齿左端使用套筒定位，所以长度要小于齿轮轮毂宽度，故取4 箱体以小圆锥齿轮为对称，取得。 5 轴上零件的周向定位 齿轮与轴采用平键连接，即过盈配合。由设计手册，并考虑便于加工，取安装锥齿轮处的键剖面尺寸,齿轮键长L=B-（510）=40mm。斜齿轮处L=82mm。齿轮轮毂与轴的配合均用H7/n6；滚动轴承采用轴肩及套筒定位。轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴尺寸公差为m6。6 确定轴上的圆角和倒角尺寸 参考表15-2，取轴端倒角分别为245，圆角取1.6mm。 4）求轴的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的指点位置时，应从手册中查取a值为19.5mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。 由资料可得，最大应力处在圆柱齿轮左侧。 载荷水平面H垂直面V竖直面支反力FNNNN弯矩MNmNm总弯矩Nm扭矩TNm 6）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据式（15-5）及上表中的数据，以及单想旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力MPa前已选定轴的材料为45钢，调制处理，由表15-1查得-1=60MPa.因此ca-1，故安全。（3）低速轴的设计 1）求出输入轴上的功率P1、转速n1和转矩T1 2）求作用在齿轮上的力 3）轴的结构设计 1拟定轴上零件的装备方案 2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1 由链传动设计可知，取28A的滚子链，取b=d1-2=42mm。根据经验取 2 链轮右端使用轴肩定位，取d2-3=48mm，根据箱体和滚子轴承装配关系取3 初步选择滚动轴承。因轴承同时受径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据轴肩定位要求d3-4=54mm由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30211，其尺为寸，故d2-3=60mm；而。左端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，右端滚动轴承套筒定位，查手册得轴定位轴肩高度h=2mm。4 由上可取轴4-5段的d4-5=64mm。5 轴肩高度h=3mm，取d5-6=70，取。7 取齿轮的安装处，齿宽，因为斜齿左端使用套筒定位，所以长度要小于齿轮轮毂宽度，故取。齿轮左端采用轴肩定位，取轴肩高度h=5mm，故取。8 以中速轴的斜齿轮位置为基准，选择，。 9 轴上零件的周向定位 齿轮与轴采用平键连接，即过盈配合。由设计手册，并考虑便于加工，取安装齿轮处的键剖面尺寸,齿轮键长L=B-（510）=82mm。取链轮安装处的键剖面尺寸，链轮键长L=B-（510）=32mm。齿轮轮毂与轴的配合均用H7/n6；滚动轴承采用轴肩及套筒定位。轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴尺寸公差为m6。10 确定轴上的圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角分别为245，圆角取1.6mm。 4）求轴的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的指点位置时，应从手册中查取a值为19.5mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。 由资料可得，最大应力处在圆柱齿轮左侧。载荷水平面H垂直面V竖直面支反力FNNNN弯矩MNmNm总弯矩Nm扭矩TNm 6）按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据式（15-5）及上表中的数据，以及单想旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力MPa前已选定轴的材料为45钢，调制处理，由表15-1查得-1=60MPa.因此ca-1，故安全。八、轴承的选择和计算 1、输入轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计课程设计手册表6-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30307，其尺寸为， mm，e=0.37载荷水平面H垂直面V竖直面W支反力FNNNNNN由轴承载荷计算要求：e，故Pr=Fr0.17KN; e,故故Pr=Fr=1.6KN因为Cr=54.2KN，所以合格。 2、中速轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计课程设计手册表6-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30207，其尺寸为， mm，e=0.37载荷水平面H垂直面V竖直面支反力FNNNN由轴承载荷计算要求：e，故Pr=0.4Fr+YFa0.6KN.e,故Pr=Fr=1.2KN因为Cr=63.0KN，所以合格。3、低速轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计课程设计手册表6-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30211，其尺寸为， mm，e=0.4载荷水平面H垂直面V竖直面支反力FNNNN由轴承载荷计算要求：e，故Pr=0.4Fr+YFa1.2KN； e,故Pr=Fr1.6KN因为Cr=63.0KN，所以合格。九、键的计算校核1.输入轴上的键 联轴器处：，,所以使用单个A型键就可以。 小锥齿轮处：，,所以使用单个B型键就可以。2、中速轴的键的校核计算：1 大锥齿轮处：，,所以使用单个A型键就可以。2 小直齿轮处：，,所以使用单个A型键就可以。3.输出轴键的校核：1 链轮处的键：，, ,所以使用单个B型键就可以。2