机械设计课程设计-带式输送机传动装置(2).doc

机械设计课程设计说明书目 录 一、设计任务书1 二、传动方案的分析4 三、电动机的选择4 四、传动装置的运动及动力参数计算7 五、传动零件的设计计算10 六、轴的计算13 七、滚动轴承的选择和计算22 八、键连接的选择和计算25 九、联轴器的校核计算27 十、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择27 十一、设计小结28 十二、参考资料28一、设计任务书1、课程设计的目的 课程设计是机械设计课程重要的教学环节，是培养学生机械设计能力的重要实践环节。课程设计的主要目的是：（1）、通过课程设计使学生综合运用机械设计基础课程及有关选修课程的知识，直到巩固、深化、融会贯通及扩展有关机械设计方面知识的作用，树立正确的设计思想。（2）、通过课程设计的实践，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机械零件、机械传动装置或简单机械的一般设计方法和步骤。（3）、提高学生的有关设计能力，如计算能力、绘图能力以及计算机辅助设计（cad）能力等，使学生熟悉设计资料（手册、图册等）的使用，掌握经验估算等机械设计的基本技能。2、课程设计的题目内容和任务 、课程设计题目： 带式输送机传动装置参数 题号12345输送带工作拉力f/n23002100190022002000输送带工作速度/（m/s）1.51.61.61.81.8滚筒直径d/mm400400400450450输送功率p/kw输出轴转速n/（r/min）每日工作时数t/h2424242424传动工作年限/a55555备注空载起动，载荷平稳，起动载荷是名义载荷的1.25倍，输送带速度允许误差误差为5%。 、设计的主要内容：（1）拟定、分析传动装置的设计方案；（2）选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数；（3）进行传动件的设计计算，校核轴、轴承、联轴器、键等；（4）绘制减速器装配图；（5）绘制零件工作图；（6）编写设计计算说明书。、课程设计要求在2周时间内完成以下任务：（1）绘制减速器装配图1张（用a1图纸绘制）；（2）零件工作图2张（从动齿轮、主动轴）；（3）设计计算说明书一份，约8000字左右；（4）答辩。3、课程设计的步骤课程设计一般可按以下顺序进行：设计准备工作总体设计传动件的设计计算装配图草图的绘制（校核轴、轴承等）装配图的绘制零件工作图的绘制编写设计计算说明书答辩。每一设计步骤所包括的设计内容如下表所列。指导教师在学生完成以上设计步骤后，根据图纸、说明书以及答辩情况等对设计进行综合评定。课程设计的步骤 步 骤主 要 内 容学时比例时间安排1、设计准备工作（1）熟悉任务书，明确设计的内容和要求；（2）熟悉设计指导书、有关资料、图纸等；（3）观看录像、实物、模型，或进行减速器装拆实验等，了解减速器的结构特点与制造过程。5%0.5天2、总体设计（1）确定传动方案；（2）选择电动机；（3）计算传动装置的总传动比，分配各级传动比；（4）计算机各轴的转速、功率和转矩。5%0.5天3、传动件的设计计算（1）计算齿轮传动、带传动的主要参数和几何尺寸；（2）计算各传动件上的作用力。5%0.5天4、装配图草图的绘制（1）确定减速器的结构方案；（2）绘制装配图草图（草图纸），进行轴、轴上零件和轴承组合的结构设计；（3）校核轴的强度、校核滚动轴承的寿命；（4）绘制减速器箱体结构；（5）绘制减速器附件。40%4天5、装配图的绘制（1）画底线图，画剖面线；（2）选择配合，标注尺寸；（3）编写零件序号，列出明细栏；（4）加深线条，整理图面；（5）书写技术条件、减速器特性等。25%2.5天6、零件工作图的绘制（1）绘制齿轮类零件工作图；（2）绘制轴类零件工作图；8%0.5天7、编写设计计算说明书（1）编写设计计算说明书，内容包括所有的计算，并附有必要的简图；（2）说明书中最后一段内容应写出设计总结。一方面总结设计课题的完成情况，另一方面总结个人所作设计的收获体会以及不足之处。10%1天8、答辩（1）作答辩准备（2）参加答辩2%0.5天4、课程设计的有关注意事项本课程设计是学生第一次接受较全面的设计训练，学生一开始往往不知所措。指导教师应给予学生适当的指导，引导学生的设计思路，启发学生独立思考，解答学生的疑难问题，并掌握设计的进度，对设计进行阶段性检查。另一方面，作为设计的主体，学生应在教师的指导下发挥主观能动性，积极思考问题，认真阅读设计指导书，查阅有关设计资料，按教师的布置循序渐进地进行设计，按时完成设计任务。在课程设计中应注意以下事项：（1）认真设计草图是提高设计质量的关键草图也应该按正式图的比例尺画，而且作图的顺序要得当。画草图时应着重注意各零件之间的相对位置，有些细部结构可先以简化法画出。（2）设计过程中应及时检查、及时修正设计过程是一个边绘图、边计算、边修改的过程，应经常进行自查或互查，有错误应及时修改，以免造成大的返工。（3）注意计算数据的记录和整理数据是设计的依据，应及时记录与整理计算数据，如有变动应及时修正，供进一步设计及编写设计说明书时使用。（4）要有整体观念 设计时考虑问题周全、整体观念强，就会少出差错，从而提高设计的效率。二、传动方案的分析题号：2 参数：输送带工作拉力f=2100n，输送带工作速度v=1.6m/s，滚筒直径d=400mm，每日工作时数t=24h，传动工作年限5a。 1-v带传动；2-电动机；3-圆柱齿轮传动器；4-联轴器；5-输送带；6-滚筒1、输送机传动不逆转，工作载荷平稳。2、起动载荷为名义载荷的1.25倍。 3、使用期限5年，每年300个工作日，每日工作24小时。三、电动机的选择计算说明计算结果目前应用最广泛的是y系列自扇三相异步电动机，其结构简单，起动性能好，工作可靠，价格低廉，维护方便适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体，无特殊要求的场合，如运输机、机床、风机、农机、轻工机械等。1、选择电动机类型按已知工作条件和要求选用y型全封闭笼型三相异步电动机。2、选择电动机功率因为起动载荷为名义载荷的1.25倍，所以工作机所需的电动机输出功率为：因为 则有由电动机至工作机之间的总效率为：式中:、分别为带传动 齿轮传动轴承 齿轮传动 联轴器 卷筒轴轴承及卷筒的效率。取 、。（机械设计基础课程设计指导书第三版第六页的表2-3中），则 所以 3、确定电动机转速 卷筒轴的工作转速为： 按推荐的合理传动比范围，取v带传动的传动比，单级齿轮传动比,则合理总传动比的范围为，故电动机转速的可迭范围为（传动比数据取：机械设计基础课程设计指导书第三版第六页的表2-2中）：符合这一范围的同步转速有750r/mm 1000r/mm 1500r/mm，再根据计算出的容量，查机械设计基础实例教程第48页的表3.2得：同步转速为（ ）r/min 额定功率为5.5kw时，只有电动机型号y132m2-6 额定功率为5.5kw, 额定转速为960r/min 。4、 确定传动装置的总传动比及分配（1）计算总传动比: （2）传动比分配为了使传动系统外形尺寸小，传动紧凑，采用较多的传动级数和每级传动比较小的方式。基于上述考虑，从电动机至滚筒轴，安排了v带传动、闭式齿轮传动两级传动。由机械设计基础实例教程表3.3推荐值，取v带传动比为，则闭式齿轮传动比为： =4.5（3）计算传动装置的运动参数和动力参数轴（电动机的轴）： 轴(减速器高速轴)： 轴(减速器低速轴): 轴（滚筒轴）： 所选电动机y132m2-6额定功率满载转速 轴名参数电动机轴轴轴卷筒轴转速r/min960342.8676.1976.19输入功率p/kw5.55.2255.024.92输入转矩t/nm54.7145.54629.23616.70四、 传动装置的运动和动力参数计算计算说明计算结果确定使用y系列异步电动机，传递功率，带轮转速 ,传动比为。1、确定设计功率 由书本表4.9查得，故 2、 确定v带的型号根据及，查书本表4.15确定选用spz型的窄v带。3、确定带轮直径、(1)确定小带轮的基本直径依据图4-15的推荐，小带轮可选用的直径范围是，参照书本表4.3,选择。(2)验算带速v故 ,带速合适。 (3)计算大带轮直径 一般计算中传动要求不高，忽略滑动率 ，由书上的公式（4.11）得： 根据带轮基本直径系列，由书上表4.3选取最接近计算值350mm的标准值，在此，取。 实际传动比，与要求相差不大，可用。4、确定中心距a及基准带长 (1)、初取中心距 得336960，初选 (2)、确定带的基准 故 由于v带是标准件，故查书上表4.2，取基准长为=2500mm。 (3)、计算实际中心距 根据几何关系估算出所需的实际中心距 5、计算包角 根据几何关系计算 故 包角适合。6、确定v带的根数z (1)、确定基本额定功率 根据，查书本表4.5得(用插入法)：。 (2)、确定功率曾量 由书本表4.7查得spz型v带的；由表4.8查得时，；当时，由书本公式（4.16）得： (3)、确定包角系数由上，有书本公式(4.17)可得： (4)、确定带常系数由书本表4.7查得spz型v带的计算系数，当时，由书本公式（4.18）可得： (5)、确定v带的根数z：由书本公式（4.20）可得： 所以取7、确定初拉力 式中:为计算功率(kw)；v为带速(m/s);z为带的根数；为单位长度的质量(kq/m)。对型spz窄v带，由书本表4.1查得：q=0.07kq/m。则 8、 计算带轮轴所受的压力: 式中：z为带的根数；为初拉力(n)；为小带轮的包角。则 五、传动零件的设计计算计算说明计算结果 该齿轮传动的传动比，较小冲击，减速器高速轴所需传动的功率；v带传动的传动比由2.8变成了。 由于斜齿圆柱齿轮传动的平稳性和承载能力都优于直齿圆柱齿轮传动，在此，传动类型选斜齿圆柱齿轮传动；无特殊要求，选软齿面。 1、选择齿轮精度、材料及热处理方式 一般要求，由书本表5.15，初选7级精度。小齿轮40cr，调质，硬度为241286 hbs，取270hbs。大齿轮zg35simn，调质，硬度197248 hbs，取220hbs。2、计算许用应力 (1)、由表5.18，求强度极限、。 (2) 、由表5.19，取 安全系数：；。(3) 、由公式（5.19）可得： 3、该传动为闭式软齿面，按齿面接触疲劳强度设计 (1)、确定载荷系数：查表5.17，按较大冲击，取中间值；(2)、确定齿宽系数：由表5.21，轻型传动，取；(3)、计算小齿轮上的转矩： (4)、确定齿数：选小齿轮齿数，则大齿轮齿数为 。(5) 、由表5.16中式（5.40）初算中心距： (6)、计算法面模数：初取螺旋角，由表5.4可知 由表5.2 取。 (7)、确定中心距： 取。(8)、确定螺旋角： (9)、计算分度圆直径： (10)、计算齿宽、：由式（5.50）可得： 取、。 4、校核齿根弯曲疲劳强度(1)、确定复合齿形系数： 计算当量齿数,由式（5.12）得： 则由试（5.51）可得： (2)、按表5.16中式（5.39）校核齿根弯曲疲劳强度： 故安全。5、计算齿轮的圆周速度 对照表5.15选取，7级精度合适。6、齿轮其它尺寸计算 分度圆直径： 齿顶高： 齿根高： 全齿高： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 中心矩：齿宽：、六、轴的计算计算说明计算结果、减速器高速轴设计1、轴的结构设计由上面计算可知高速轴所传递的功率，转速；大带轮的轮毂宽度为；小齿轮的分度圆直径为，螺旋角为，宽度为。 (1)确定轴的最小直径直径最小的轴段为装大带轮的轴段，可按传递扭矩进行估算。按式（7.1）计算，选取轴的材料为45号钢，调质处理。由表（7.2），该轴承弯矩且有冲击载荷，取,则 考虑装有单键，应把轴径加大7%,所以。(2)从处起逐一确定各段轴的直径 （圆整。） （大带轮的定位轴肩高度，这里取4；2考虑到该段有标准件毡圈。） （该轴段配合轴承，按轴承内径标准系列取初选轴承型号7310ac。） （轴承的定位轴肩直径。） （该轴段直径与轴段相同。） （非定位轴肩，轴肩高取。） （该轴段为装齿轮的重要轴段。） （小齿轮的定位轴肩高度，这里取。） (3)确定各轴段的长度 （考虑压紧空间，轴段长比轮毂短。） （轴承端盖宽，拆卸空间，倒角。） （7310ac轴承宽，为倒角与凑成偶数。） （为齿轮的定位轴肩高度，凑成整数。） （为小齿轮宽，为考虑压紧空间。） （为套筒齿轮及套筒与轴承的压紧空间。） （为套筒与轴承的压紧空间。） 计算完成后的尺寸标注图如下。2、校核轴承的强度 高速轴所传递转矩：；小齿轮分度圆直径，螺旋角为；由书本公式（5.27）可知小齿轮上的：圆周力：径向力：轴向力： 由于该轴为转轴，应按弯扭合成强度条件进行计算。 (1)、作轴的受力简图 (2)、作轴的垂直面受力简图(3)、绘制垂直面弯矩图 求垂直面的支反力： 求垂直面弯矩： 绘制弯矩图 、作轴的水平面受受力简图 、绘制水平面弯矩图 求支反力： 求水平面弯矩 绘制旁矩图 、绘制合成弯矩图 计算合成弯矩 绘制弯矩图、绘制扭矩当量弯矩图轴单向转动，扭转切应力为脉动循环变应力，取0.6，则扭矩当量弯矩： 、绘制总当量弯矩图 计算总当量弯矩： 绘制总当量弯矩图 、校核轴的强度 轴的材料为45号钢，调质处理，由设计手册查得：。 从总当量弯矩图可以看出，截面b、c为两个危险截面。截面b为轴承处，。 截面c为齿轮处，。 强度足够。、减速器低速轴的设计1、 轴的结构设计由前面计算可知低速轴所传递的功率,转速；大齿轮的分度圆直径,螺旋角为，宽度为。 (1)、确定轴的最小直径直径最小的轴段为装联轴器的轴段，可接传递扭矩来进行估算，按之前所选的材料为45号钢，调质处理。由书本表（7.2），该轴承弯矩且有冲击载荷，取, 考虑要开键槽将轴径增大7%，.该轴外端安装的是联轴器，为补偿轴的偏移，选用弹性柱销联轴器。查手册初选型弹性柱销联轴器，孔径与轴外伸直径相符。 (2)、从处起逐一确定各段轴的直径 （圆整。） （联轴器的定位轴肩高度，考虑到该段有标准件毡圈，这里取。） （该轴段配合轴承，按轴承内径标准系列取初选轴承型号7313ac。） （轴承的定位轴肩直径。） （该轴段直径与轴段相同。） （非定位轴肩，轴肩高取。） （该轴段为装齿轮的重要轴段。） （大齿轮的定位轴肩高度，这里取。） (3)确定各轴段的长度 （hl4联轴器z型轴孔,考虑压紧空间轴段长比轮毂短。） （轴承端盖宽，拆卸空间，倒角。） （7313ac轴承宽，为倒角与凑成偶数。） （为齿轮的定位轴肩高度，凑成整数。） （为大齿轮宽，为考虑压紧空间。） （为套筒与轴承的压紧空间。） （为轴段到轴段的定位距离。） 计算完成后的尺寸标注图如下。2、校核轴承的强度 低速轴所传递转矩为：；大齿轮分度圆直径，螺旋角为；由书本公式（5.27）可知小齿轮上的：圆周力：径向力：轴向力： 由于该轴为转轴，应按弯扭合成强度条件进行计算。 (1)、作轴的受力简图 (2)、作轴的垂直面受力简图(3)、绘制垂直面弯矩图 求垂直面的支反力： 求垂直面弯矩： 绘制弯矩图 、作轴的水平面受受力简图 、绘制水平面弯矩图 求支反力： 求水平面弯矩 绘制旁矩图 、绘制合成弯矩图 计算合成弯矩 绘制弯矩图、绘制扭矩当量弯矩图轴单向转动，扭转切应力为脉动循环变应力，取0.6，则扭矩当量弯矩： 、绘制总当量弯矩图 计算总当量弯矩： 绘制总当量弯矩图 、校核轴的强度 轴的材料为45号钢，调质处理，由设计手册查得：。 从总当量弯矩图可以看出，截面b、c为两个危险截面。截面b为轴承处，。 截面c为齿轮处，。 强度足够。高速轴各轴段直径：各轴段长度：低速轴各轴段直径：各轴段长度：七、滚动轴承的选择计算计算说明计算结果、高速轴承校核计算查书可得轴承的判断系数。当时，、;当时，、。基本额定的载荷,轴承采用正安装，要求寿命力。计算步骤，结果及说明、绘出轴承的计算简图 、计算轴承所受总的径向力由轴的计算可知 b、d处水平面的支反力： b、d垂直面的支反力： ， 、计算各轴承的内部派生轴向力 、判断放松、压紧端 轴有左窜趋势，轴承1压紧，轴承2放松，则 、计算当量动载荷 对于轴承1：，则、。 对于轴承2：，不要考虑轴向力，、。 因,故按轴承1的当量动载荷来计算轴承寿命，即取。、轴承寿命校核计算 所选轴承符合要求。、低带轴的轴承校核计算查书可得轴承的判断系数。当时，、;当时，、。基本额定的载荷,轴承采用正安装，要求寿命力。计算步骤、结果及说明、绘出轴承的计算简图、计算各轴承所受点的径向力由轴的计算可知。b、d处水平面的支反力： b、d垂直面的支反力： ， 、计算各轴承的内部派生轴向力 、判断放松、压紧端 轴有左窜趋势，轴承1压紧，轴承2放松，则 、计算当量动载荷 对于轴承1：，则、。 对于轴承2：，不要考虑轴向力，、。 因,故按轴承1的当量动载荷来计算轴承寿命，即取。、轴承寿命校核计算 所选轴承符合要求。八、键连接的选择和计算计算说明计算结果、带轮与减速器高速轴键的连接设计计算由上面所计算的可知，该轴受的转矩。轴段直径,轴长,轴和键的材料均为45号钢，带轮材料为钢。计算步骤及结果 (1)、键的类型与尺寸选择 因为该键用于轴端与毂的连接，所以采用c型单圆头平键。 尺寸选择。 由表6.8可知，轴段直径, 选取键的截面为;轴长,取键长度。因此键的型号为键c1045gb1096-2003。 (2)、键的校核计算按较弱的材料钢查表6.9得，键连接的钢挤压力。键的工作长度 则由式（6.20）可得 所以该连接满足强度要求。 、小齿轮与减速器高速轴键的连接计算由上面所计算的可知，该轴受的转矩。轴段直径,轴长,轴和键的材料均为45号钢，小齿轮材料为45cr钢。计算步骤及结果 (1)、键的类型与尺寸选择 因为该键用于轴中部与毂的连接，所以采用a型圆头平键。 尺寸选择。 由表6.8可知，轴段直径, 选取键的截面为;轴长,取键长度。因此键的型号为键c1863gb1096-2003。 (2)、键的校核计算按较弱的材料钢查表6.9得，键连接的钢挤压力。键的工作长度 则由式（6.20）可得 所以该连接满足强度要求。、大齿轮与减速器低速轴键的连接设计计算由上面所计算的可知，该轴受的转矩。轴段直径,轴长,轴和键的材料均为45号钢，大齿轮的材料为zg34sinmn。计算步骤及结果 (1)、键的类型与尺寸选择 因为该键用于轴中部与毂的连接，所以采用a型圆头平键。 尺寸选择。 由表6.8可知，轴段直径, 选取键的截面为;轴长,取键长度。因此键的型号为键c2263gb1096-2003。 (2)、键的校核计算按较弱的材料钢查表6.9得，键连接的钢挤压力。键的工作长度 则由式（6.20）可得 所以该连接满足强度要求。、联轴器与减速器低速轴键的连接设计计算由上面所计算的可知，该轴受的转矩。轴段直径,轴长,轴和键的材料均为45号钢。计算步骤及结果 (1)、键的类型与尺寸选择 因为该键用于轴端与毂的连接，所以采用c型单圆头平键。 尺寸选择。 由表6.8可知，轴段直径, 选取键的截面为;轴长,取键长度。因此键的型号为键c16801gb1096-2003。 (2)、键的校核计算按较弱的材料钢查表6.9得，键连接的钢挤压力。键的工作长度 则由式（6.20）可得 所以该连接满足强度要求。带轮与减速器高速轴的键为c1045gb1096-2003型小齿轮与减速器高速轴的键为c1863gb1096-2003大齿轮与减速器低速轴的键为c2263gb1096-2003联轴器与减速器低速轴的键为c16801gb1096-2003九、联轴器的校核计算计算说明计算结果 查表7.13选取工作情况系数,名义转矩，则 查指导书附表9.4可知，hl4型联轴器的方程扭矩，则 所以联轴器满足要求。十、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择、轴承的润滑选择 一般情况下，滚动轴承都使用润滑脂。它可以形成强度较高的油腊，承受较大的载荷，缓冲和吸振能好，黏附力强，可以防水，不需要经常换润滑和补充。同时密封