带式运输机传动装置设计课程设计.docx

机械基础综合课程设计说明书设计题目：带式运输机传动装置设计学院：机械工程学院专业年级： 12级姓名：宋东宪班级学号：机设12-01-10指导教师：杨秋晓二一四年九月十日目 录一、课程设计任务书及其方案拟定- 1 -二、电动机的选择- 2 -三、计算总传动比及分配各级的传动比- 3 -四、运动参数及动力参数计算- 4-五、传动零件的设计计算- 5 -六、轴的设计计算- 12 -七、滚动轴承的选择及校核计算- 22-八、键的选择计算- 27 -九、联轴器的选择及校核计算- 28-十、减速箱的附件选择- 29 -十一、润滑方式的确定- 30-十二、心得体会- 31-十三、参考文献- 32-北华大学机械工程学院宋东宪机设12-1 20121501000323 课程设计一、课程设计任务书及其方案拟定1、题目：带式运输机传动装置设计2、工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，空载起动；使用期10年，每年300个工作日，小批量生产，两班制工作，运输带速度允许误差为5%。3、 原始数据：表1.1 已知数据题号10-10运输带拉力f(kn)2.5卷筒直径d(mm)280带速v(m/s)1.64、传动方案：1-电动机；2-联轴器；3-圆锥-圆柱齿轮减速器；4-卷筒；5-运输带题目a图1.1带式运输机传动示意图1）选择电动机，进行传动装置的运动和动力参数计算。2）进行传动装置中的传动零件设计计算。3）绘制传动装置中减速器装配图和箱体、齿轮及轴的零件工作图。4）编写设计计算说明书。- 32 -二、电动机的选择1、电动机类型的选择电动机分交流和直流电机两种。由于直流电机需要直流电源，结构较复杂，价格较高维护不方便，因此用交流电动机，一般用三相交流电源。交流电机有异步和同步电机两类。异步电机有笼型和绕线型，其中一普通笼型异步电机应用最多。其机构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便。从工作要求、经济和实用角度考虑以及用y系列380v三相笼型异步电动机。2、电动机功率选择1）电动机至运输带的传动总效率为(2.1)式中分别为轴承、圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、联轴器、卷筒的效率。由机械设计综合课程设计指导表2-4查得：圆锥滚子轴承（一对）=0.98；深沟球轴承（一对）=0.99；圆柱齿轮传动=0.97；圆锥齿轮传动=0.96；弹性联轴器=0.98；卷筒轴滑动轴承=0.97；传动装置的总效率：2）工作机所需工作功率：kw3）所需电机功率： kw (2.2)因载荷平稳，电机额定功率略大于即可，由机械设计综合课程设计指导第六章y系列电动机技术数据，选电机的额定功率kw。3、 确定电动机转速计算滚筒工作转速(2.3)根据机械设计综合课程设计指导p19表2-4推荐的传动比合理范围，取圆锥圆柱齿轮传动二级减速器传动比范围，=8-15。故电动机转速的可选范围为：（2.4）由机械设计综合课程设计指导第六章相关资料查得，符合这一范围的同步转速有1000r/min，1500即进行比较选定电机型号为y132m2-6，其主要性能：额定功率 kw、满载转速为。三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比(3.1) 2、各级传动比分配对于圆锥-圆柱齿轮减速器，为了便于加工，大锥齿轮尺寸不应过大，为此应限制高速机锥齿轮的传动比，一般可取所以取=2.2；低速级圆柱齿轮传动比为=4。四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（4.1）2、计算各轴的功率kw=50.98=4.95 kw=4.950.980.96=4.655kw（4.2）=4.6550.990.97=4.47 kw =4.470.980.99=4.38kw3、计算各轴扭矩t0=9550=49.740 nmt1=9550=49.24nmt2=9550=101.88nm(4.3）t3=9550=390.92 nmt4=9550=383.04 nm五、传动零件的设计计算(一)高速级锥齿轮传动的设计计算1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）、选择精度等级输送机为一般工作机器，速度不高，根据教材机械设计（以下均简称教材）p210表10-8选用7级精度（gb10095-88）。（2）、材料选择由教材表10-1选择小齿轮材料为调质钢40cr（调质），硬度大齿轮材料为45号钢（调质），硬度，二者材料硬度相差40。（3）.齿数选择试选小齿轮齿数25，大齿轮齿数252.2=55；2 按齿面接触强度设计：（1）确定公式内的各计算值根据教材式10-26：（5.1）1）根据教材有：通常取=0.250.35，最通常用的值为=0.35；转矩；2）载荷系数k=1.8；3）许用接触应力可根据教材式10-12h=hlimkhn/sh4）根据教材式（10-15）计算应力循环次数60 n1jlh609601（2830010）2.765（5.2）所以=1.257（5.3）5）由教材图10-25d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限650mpa；齿轮的解除疲劳强度极限550mpa；6）由教材图（10-23）查得接触疲劳寿命系数0.89；0.97）安全系数s1所以= 0.89650mpa578.5mpa=0.94550mpa495mpau=2.2；=189.8（5.4）（2）设计计算1）所以小齿轮直径t =2)计算圆周速度v 4.28m/s3)计算载荷系数 系数=1，根据v=4.28m/s，7级精度查图表（图10-8）得动载系数=1.15 查图表（表10-3）得齿间载荷分布系数=1 根据大齿轮两端支撑，小齿轮悬臂布置查表10-4得=1.25的=1.5x1.25=1.875 得载荷系数 =2.1564)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得 = 5）计算模数m 3 按齿根弯曲疲劳强度校核(1)根据教材公式10-23有（5.14）1)由图（10-24c）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限：,大齿轮的弯曲强度极限2)由图（10-22）取弯曲疲劳寿命系数3)取弯曲疲劳安全系数s=1.4，由式（10-12）得：=308.28mpa=242.86mpa （5.15） 4) 选载荷系数 kft=1.35）计算当量齿数=27.4，=133.56）查取齿形系数由表（10-17）查得：yfa1=2.562 yfa2=2.15327）查取应力校正系数由表（10-18）查得：ysa1=1.604 8）计算大小齿轮的，并加以比较（5.16）所以 =1.42mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿面弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮的模数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力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数1.42，并就近圆标为标准值m=2，按接触强度算得=90.5mm算出小齿轮齿数。，取46（5.17） 所以大齿轮齿数2.2x46=101.2，取z2=1024、 计算几何寸（1） d=92mm（2） d=204mm（3） =24.（4）（5） mm（6） =38.37圆整取=36mm =41mm(二）低速级圆柱齿轮传动的设计计算1、选精度等级、材料及齿数1）材料及热处理：选择小齿轮材料为调质钢40cr（调质），硬度为hbs，大齿轮材料为调质钢45钢（调质），硬度为hbs，二者材料硬度差为40hbs；2）精度等级选用7级精度（gb 1009588）；3）试选小齿轮齿数22，大齿轮齿数；2、按齿面接触强度设计由教材公式（109a）进行计算，即（5.18）（1）确定公式内的各计算数值1）转矩=101880nmm2）试选载荷系数=1.6u=43）根据教材表（10-7）选取尺宽系数1。4) 由教材表（10-5）查得材料的弹性影响系数189.85) 小齿轮的接触疲劳强度极限650mpa；大齿轮的解除疲劳强度极限 =550mpa；6) 根据教材式（10-13）计算应力循环次数：60 jlh60436.361（2830010）1.256=1.256/4=0.314（5.19）7) 由教材图10-23查得接触疲劳的寿命系数：khn1=0.90 khn2=0.958) 通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求，选取安全系数sh=1.0，由公式（10-12）得：h1=hlim1 khn1/sh=6500.90/1.0mpa=585mpah2=hlim2 khn2/sh=5500.95/1.0mpa=553.75mpa （5.20）=2=553.75 (2)设计计算1）所以小齿轮分度圆直径：=55.67mm2）算圆周速度m/s（5.21）3）运输带速度允许误差为5%，所以合理。（5.22）齿宽b与齿高h之比b=55.67mm （5.23） 模数；m =2.455mm（5.24）齿高:h=2.25m=5.24mm （5.25）4)所以=10.62（5.26）5)计算载荷系数k已知载荷较平稳，有轻微冲击，根据教材表（10-2）查取=16)根据v=0.92m/s，7级精度，由图10-8查得动载系数=1.08；由表10-4查取=1.420；由教材图10-13查得=1.32；由教材表10-3查得= =1.4故载荷系数k= =11.081.11.420=2.147（5.27）7)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（10-10a）得 （5.28）8）计算模数=61.4/22=2.7, 取标准值m=33、按齿根弯曲疲劳强度计算1）根据教材p201式（10-5）得弯曲强度设计公式为：（5.29）转矩：=101880nmm2）根据教材由图（10-24c）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=520mpa大齿轮的弯曲疲劳强度极限:=400 mpa3）图（10-18）取弯曲疲劳寿命系数4）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数s=1.4，由式（10-12）得：= 315.71 mpa（5.30）k=11.051.11.423=1.99 （5.31）5）根据教材p200由表（10-5）查得：查取应力校正系数由表（10-5）查得：6）计算大小齿轮的，并加以比较0.013260.01554大齿轮的数值大。7）设计计算=1.87mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿面弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮的模数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力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数1.87，并就近圆标为标准值m=2，按接触疲劳强度算得的分度圆直径为61.4mm算出小齿轮齿数故取大齿轮齿数几何尺寸计算1） 中心距mm（5.32）2） 大、小齿轮的分度圆直径=75mm=300mm（5.33）3） 计算齿轮宽度mm（5.34）取小齿轮齿宽=80mm,大齿轮齿宽=75mm计算圆周速度：（5.35）4） 结构设计以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于，小于，故以选用腹板式为宜。 5）减速器机体结构尺寸的确定表5.1 减速器机体结构尺寸名称符号计算公式结果箱座厚度8箱盖厚度8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径m20地脚螺钉数目查手册6轴承旁联结螺栓直径m14机盖与机座联结螺栓直径=（0.5 0.6）m10轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）8视盖螺钉直径=（0.30.4）8定位销直径=（0.70.8）8，至外箱壁的距离查手册表112262014，至凸缘边缘距离查手册表1122414外箱壁至轴承端面距离=+（510）40大齿轮顶圆与内箱壁距离1.210齿轮端面与内箱壁距离10箱盖，箱座肋厚77轴承端盖外径+（55.5）72（1轴）85（2轴）115（3轴）轴承旁联结螺栓距离12（1轴）85（2轴）115（3轴）六、轴的设计计算 输入轴的设计计算图6.1 输入轴示意图1、按扭距初算轴的最小直径，选取轴的材料为45#钢，调质处理根据教材mm即dmin=19mm有键槽将直径增大4-5%，则d=19（1+5%）=19.95mm所以d=20mm （6.1）2、轴的结构设计a) 轴上零件的定位，固定和装配二级减速器中可将齿轮安排在箱体前端，相对两轴承对称布置，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，周向用平键连接。两轴承分别以轴肩和套筒定位。b) 确定轴各段直径和长度由手册查得c=1.5mm h=2c=3mm因为输出轴的最小直径显然是安装联轴器输出轴的直径，联轴器的计算转矩tca=kat1，查教材p351表14-1，取ka=1.3则：tca=kat3=1.3453.307=589.299nm。查标准gb/t4323-2002选lt8型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为710nm，半联轴器孔径d=24mm，半联轴器长度l=112mm，l1=84mm。初选32006型圆锥滚子轴承，其尺寸ddt=30mm55mm17mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，取齿轮距箱体内壁的距离a=5mm 滚动轴承距箱体内壁的距离s=5mm，各段长度及直径如下：1段：长度：2段：长度：3段：长度：4段：长度：5段：长度：6段：长度：mm由于轴承由轴肩和套筒定位，所以轴要比轴承的宽度小2mmc) 按弯矩复合强度计算a) 求圆周力（根据教材p198式10-3）（6.2）b) 求径向力，根据教材p189，可得=436.25n（6.3）轴向力：=197.19n（6.4）c) 轴承所承担的力由一对圆锥滚子轴承分担扭矩t=41.821nm（6.5）（6.6）图6.2 输入轴受力分析图d) 危险截面的弯矩（6.7）（6.8）（6.9）校核危险截面c的强度（6.10）所以，该输入轴的强度足够图6.3 弯矩、扭矩图 输出轴的设计计算图6.4 输出轴示意图1、按扭矩初算轴径选用45#调质钢，硬度217255hbs根据教材表15-3 式15-2取mm（6.11）选择圆锥滚子轴承，由机械设计手册第四版第三卷得其型号为 330102、轴的结构设计1) 轴上零件定位，固定和装配圆柱齿轮安装在两轴承之间，圆柱齿轮的第一端与轴肩固定，另一端与轴承间的套筒固定，周向采用键过渡配合，两轴承分别与轴肩、套筒定位，另一端与端盖装配固定。2) 确定轴的各段直径和长度，前已有叙述3) 按弯矩复合强度计算a) 求圆周力已知t3=488.32nm（6.12）b) 由教材式p198式10-3（6.13）c)轴承所承担的力由一对圆锥滚子轴承分担扭矩t3=488.32nm（6.14）图6.5 输出轴受力分析图 d) 转矩（6.15）（6.16）（6.17）校核危险截面c的强度（6.18）所以，该输入轴的强度足够图6.6 扭矩弯矩图 传动轴的设计计算图6.7 传动轴示意图1、按扭矩初算轴径选用45#调质钢，硬度217255hbs根据教材表15-3 式15-2取mm（6.19）选择圆锥滚子轴承，由机械设计手册第四版第三卷得其型号为 332062、轴上零件定位，固定和装配圆柱齿轮安装在两轴承之间，圆柱齿轮的第一端与轴肩固定，另一端与轴承间的套筒固定，周向采用键过渡配合，两轴承分别与轴肩、套筒定位，另一端与端盖装配固定。3、确定轴的各段直径和长度，前面已有叙述4、按弯矩复合强度计算a)求圆周力（6.19）（6.20）图6.7 传动轴受力分析图b) 由教材式p198c) 转矩（6.21）（6.22）校核危险截面c的强度（6.23）所以，该传动轴的强度足够。图6.7 弯矩扭矩图七、滚动轴承的选择及校核计算1、 计算输入轴的轴承已知：轴承寿命：两轴承径向反作用力 (7.1)初选轴承为圆锥滚子轴承 33206型基本尺寸（mm）:d=30 d=62 b=25 c=19.5 t=25安装尺寸（mm）:由教材p322表13-7得轴承内部轴向力则1) 由教材p322得被“放松”的轴承1只受其派生轴向力(7.2)2) 求系数则 (7.3)则(7.4)3) 计算当量动载荷根据教材p322表13-7根据教材p320得(7.5)(7.6)4) 寿命计算角接触球轴承，根据机械设计手册查得7207ac型由教材p319(7.7)2、 计算输出轴的轴承寿命已知试选33010型圆锥滚子轴承基本尺寸（mm）:d=50 d=85 t=26安装尺寸（mm）:根据教材1）求(7.8)2）求x,y(7.9)(7.10)3）计算当量的动载荷根据教材(7.11)(7.12)4）寿命计算根据机械设计手册查得7209ac型由教材(7.13)预期寿命足够，两轴承合格3、 计算传动轴轴承寿命已知，两轴承径向反作用力：初选轴承为圆锥滚子轴承 33206型基本尺寸（mm）:d=30 d=62 b=25 c=19.5 t=25安装尺寸（mm）:(7.14)1）由教材得被“放松”的轴承1只受其派生轴向力(7.15)2） 求系数则 (7.16)则(7.17)3）计算当量动载荷根据教材根据教材(7.18)(7.19)4）寿命计算角接触球轴承，根据机械设计手册查得7207ac型由教材(7.20)预期寿命足够，两轴承合格。八、键的选择计算键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点，使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。1输入轴与齿轮连接键的选择及计算1) 键联接的选择根据联接的结构特点、使用要求和工作条件，选用圆头普通平键（a型），由轴径=22mm，则两处键的型号可取一样，又由教材p106表4-1，两处的选用键分别为：安装小齿轮段 gb/t 1096-1979 键87252) 键的强度校核键、轴和轮毂的材料都是钢，由教材p106表6-2查许用挤压应力=100160，取 =150。键与轮毂键槽的接触高度。=0.57mm=3.5mm (8.1)键的工作长度=2510mm=15mm (8.2)则有：=（合适）(8.3)2输出轴键的选择及计算1) 键联接的选择根据联接的结构特点、使用要求和工作条件，选用圆头普通平键（a型），由轴径d=55mm和由教材p106表4-1，选用键gb/t 10961979 键161035；联轴器段由2表4-1，选用键gb/t 1096 键181156。2) 键的强度校核键、轴和轮毂的材料都是钢，由1表6-2查许用挤压应力=100160，取，=150。键与轮毂键槽的接触高度=0.510mm=5mm (8.4) 键的工作长度=25mm (8.5)则有：=（合适）(8.6)3传动轴与齿轮连接键的选择及计算1) 键联接的选择根据联接的结构特点、使用要求和工作条件，选用圆头普通平键（a型），由轴径=36mm，则两处键的型号可取一样，又由教材p106表4-1，两处的选用键分别为：安装小齿轮段 gb/t 1096-1979 键108202) 键的强度校核键、轴和轮毂的材料都是钢，由教材p106表6-2查许用挤压应力=100160，取 =150。键与轮毂键槽的接触高度。=0.58mm=4mm (8.7)键的工作长度=206mm=14mm (8.8)则有：=158（合适）(8.9)九、联轴器的选择及校核计算根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被连接件的安装精度等，参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。输入轴处联轴器的选择：1类型选择由于此处并无剧烈冲击，且功率小。在输入轴处弹性套柱销联轴器。2载荷计算转距：=9.55106=9.551063.153/720=41.821nm由1表14-1，考虑到转矩变化很小取计算转矩：=2.341.182 nm=94.719nm (9.1)3型号的选择选择弹性联轴器的型号为：弹性套柱销联轴器，gb/t4223-2002许用转矩为63nm,许用转速5700r/m轴径为20-28mm之间,由前面计算可知此联轴器适用。输出轴处联轴器的选择：1类型选择由于此处并无剧烈冲击，且功率小。在输出轴处选择弹性套柱销联轴器。2载荷计算转矩：=9.55106=9.551062.848/60=453.307 nm由1表14-1，考虑到转矩变化很小取计算转矩：kat3=2.3453.307 nm=1042.751nm (9.2)3型号的选择选择弹性联轴器的型号为：弹性套柱销联轴器gb/t4223-2002，许用转矩为250nm,许用转速3800r/m轴径为32-42mm之间,由前面计算可知此联轴器适用。十、减速箱的附件选择1.检查孔和视孔盖检查孔用于检查传动件的啮合情况，润滑状态、接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，故检查孔应开在便于观察传动件啮合区的位置，其尺寸大小应便于检查操作。视孔盖可用铸铁、钢板或有机玻璃制成，它和箱体之间应加密封垫，还可在孔口处加过滤装置，以过滤注入油中的杂质，如2图16-64所示。2放油螺塞放油孔应设在箱座底面的最低处，或设在箱底。在其附近应有足够的空间，以便于放容器，油孔下也可制出唇边，以利于引油流到容器内。箱体底面常向放油孔方向倾斜11.5，并在其附近形成凹坑，以便于污油的汇集和排放。放油螺塞常为六角头细牙螺纹，在六角头与放油孔的接触面处，应加封油圈密封。也可用锥型螺纹或油螺塞直接密封。选择m101.5的外六角螺塞（2表7-11）。3 油标油标用来指示油面高度，应设置在便于检查及油面较稳定之处。常用油标有圆形油标（2表7-7），长形油标（2表7-8）和管状油标（2表7-9）、和杆式油标（2表7-10）等。由2表7-10得m14的杆式油标。4通气器通气器用于通气，使箱内外气压一致，以免由于运转时，箱内油温升高，内压增大，而引起减速器润滑油的渗漏。简易的通气器钻有丁字型孔，常设置在箱顶或检查孔上，用于较清洁的环境。较完善的通气器具有过滤网及通气曲路，可减少灰尘进入。5起吊装置起吊装置用于拆卸及搬运减速器。它常由箱盖上的吊孔和箱座凸缘下面的吊耳构成2表11-3。6定位销为保证箱体轴承孔的加工精度与装配精度，应在箱体联接凸缘上相距较远处安置两个圆柱销，并尽量不放在对称位置，以使箱座与箱盖能正确定位。选择销 gb/t 11986 a430。十一、润滑方式的确定1.传动件的润滑减速器传动件和轴承都需要良好的润滑，其目的是为了减少摩檫、磨损，提高效率，防锈，冷却和散热。减速器润滑对减速器的结构设计有直接影响，如油面高度和需油量的确定，关系到箱体高度的设计；轴承的润滑方式影响轴承轴向位置和阶梯轴的轴向尺寸。因此，在设计减速器结构前，应先确定减速器润滑的有关位置。高速级齿轮在啮合处的线速度：v=2.288m/s (前面已经计算出)则采用浸油润滑，箱体内应有足够的润滑油，以保证润滑及散热的需要。2.滚动轴承润滑对齿轮减速器，当浸油齿轮的圆周速度v2m/s时，滚动轴承宜采用脂润滑；当齿轮的圆周速度时，滚动轴承多采用油润滑。由上有v=2.288m/s则采用油润滑。3.密封在润滑后，为防止油外漏，故减速器需密封。则轴出来需加密封圈，在据机械设计手册表7-14选择相应的密封圈。十二、心得体会我的设计题目是二级圆柱直齿轮减速器的设计。根据设计要求进行一系列的设计计算，按照一般的设计步骤：确定方案，选择电机，设计传动零件，选择标准件，绘图等。从设计到