机械设计课程设计带式运输机传动装置

目 录1 机械设计课程设计任务书 31.1 设计题目 31.2 设计要求 42 机械传动装置的总体设计 52.1 选择电动机 52.1.1 选择电动机类型 62.1.2 电动机容量的选择 62.1.3 电动机转速的选择 63 传动比的分配 74 计算传动装置的运动和动力参数 74.1 各轴的转速： 74.2 各轴的输入功率： 84.3 各轴的输入转矩： 84.4 整理列表： 85 V带传动的设计计算 85.1 V带的基本参数 95.2 带轮结构的设计 96 齿轮的设计 116.1 齿轮传动设计（1、2轮的设计） 116.1.1 齿轮的类型 126.1.2 齿面接触强度校核 136.1.3 按轮齿弯曲强度设计计算 146.1.4 几何尺寸设计 156.1.5 齿轮结构设计 156.2 齿轮传动设计（3、4齿轮的设计） 176.2.1 齿轮的类型 176.2.2 齿面接触强度校核 186.2.3 按轮齿弯曲强度设计计算 196.2.4 几何尺寸计算 206.2.5 齿轮结构设计 226.3 齿轮参数表 237 轴的设计 247.1 低速轴 257.1.1 低速轴上的运动参数 257.1.2 求作用在齿轮上的力 267.1.3 选取材料 267.1.4 轴最小直径的确定 277.1.5 拟定方案 277.1.6 确定轴的各段直径和长度287.1.7 低速轴所受载荷及弯扭图 297.1.8 轴的强度及疲劳强度校核计算 307.2 高速轴 327.2.1 选取材料 327.2.2 轴最小直径的确定 327.2.3 拟定方案 337.2.4 确定轴的各段直径和长度 337.2.5 滚动轴承的选择 337.2.6 键联接选择 337.3 中速轴 337.3.1 选取材料 347.3.2 轴最小直径的确定 347.3.3 拟定方案 347.3.4 确定轴的各段直径和长度347.3.5 滚动轴承的选择 347.3.6 键联接选择 358 滚动轴承的选择与计算 359 键联接选择及校核 3510 联轴器的选择 3611 机座箱体结构尺寸及附件设计 3611.1 箱体的结构设计 3711.2 附件设计 3712 润滑与密封 3813 参考资料 401 机械设计课程设计任务书1.1 设计题目：设计带式运输机传动装置（简图如下）1 电动机2V带3齿轮减速器4联轴器5卷筒6运输带 原始数据：数据编号03输送带主轴所需扭矩Nm650运输带工作速度v/(m/s)0.85卷筒直径D/mm3501.工作条件：每天两班制工作，载荷较平稳，连续单向运转，环境最高温度350C。2.使用期：使用期八年；3.运输带速度允许误差：5%；1.2 设计要求1. 减速器装配图1张（A1或以上）；2. 零件工作图2张（A4或以上）；3. 设计说明书一份。2 机械传动装置的总体设计2.1 选择电动机2.1.1 选择电动机的类型按工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构。2.1.2 电动机容量的选择卷筒轴的工作转速：工作机所需要的功率为： 试中 工作装置的效率考虑胶带卷筒器及其轴承的效率取 代入上试得 电动机的输出功率功率 按下式 式中为电动机轴至卷筒轴的传动装置总效率由试 由表2-4 V带传动效率，滚动轴承效率：斜齿轮传动效率（7级精度一般齿轮传动）：联轴器传动效率。则所以电动机所需工作功率为 因载荷平稳，电动机核定功率Pw只需要稍大于Po即可。按表20-1中Y系列电动机数据，选电动机的核定功率Pw为4.0 kw。2.1.3 确定电动机转速按表2-1推荐的传动比合理范围，展开式减速器的传动比为：而工作机卷筒轴的转速为 V带的传动比为：得总推荐传动比为：所以电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速为750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min。综合考虑为使传动装置机构紧凑，选用同步转速1500r/min的电机。型号为Y132S-4，满载转速，功率4。电动机的安装结构形式以及其中心高,外形尺寸,轴的尺寸等都在8-186,表8-187中查的。3 传动比的分配总传动比为；分配传动比为使传动装置尺寸协调、结构匀称、不发生干涉现象，现选V带传动比：；则减速器的传动比为：；经以下计算传动比修改为；考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应该有相近的浸油深度。则两级齿轮的高速级与低速级传动比的值取为1.3，取则：；经以下计算传动比修改为；经以下计算传动比修改为；4 计算传动装置的运动和动力参数4.1 各轴的转速 1轴 ；2轴 ；3轴 ；滚筒轴 ；4.2 各轴的输入功率1轴 ；2轴 ；3轴 ；卷筒轴 ；4.3 各轴的输入转矩电机轴 ；1轴 ；2轴 ；3轴 ；滚筒轴 4.4 整理列表项目电动机轴轴轴工作轴转速（r/min）1440566.93140.5746.3846.38功率P（kw）43.843.693.543.54转矩T（Nm）26.5364.69250.69728.91728.91传动比i2.544.0333.0311效率0.960.960.960.985 V带传动的设计 5.1 V带的基本参数1. 确定计算功率：已知：；查机械设计基础表13-8得工况系数：；则：2. 选取V带型号：根据、查机械设计图8-11选用A型V带3. 确定大、小带轮的基准直径初选小带轮的基准直径：；计算大带轮基准直径：；圆整取，误差小于5%，是允许的。修正后的传动比为：4. 验算带速：带的速度合适。5. 确定V带的基准长度和传动中心距：1) 中心距：初选中心距2) 基准长度：对于A型带选用3) 实际中心距：中心距的变化范围为6. 验算主动轮上的包角：由得主动轮上的包角合适。7. 计算V带的根数：，查机械设计表8-4a 得： ；，查表得：；a) 由查表得，包角修正系数：b) 由，与V带型号A型查表得：于是c) 计算V带的根数：取合适。8. 计算预紧力（初拉力）：根据带型A型查机械设计表8-3得：9. 计算作用在轴上的压轴力：其中为小带轮的包角。10. V带传动的主要参数整理并列表：带型带轮基准直径(mm)传动比基准长度(mm)A2.541600中心距（mm）根数初拉力(N)压轴力(N)5494133.671061.395.2 带轮结构的设计1、带轮的材料：采用铸铁带轮（常用材料HT200）2、带轮的结构形式：V带轮的结构形式与V带的基准直径有关。小带轮接电动机，所以采用实心式结构带轮。大带轮，且，所以采用孔板式结构带轮。小带轮的结构参数： 大带轮的结构参数：6 齿轮的设计6.1 齿轮传动设计（1、2轮的设计）6.1.1 齿轮的类型1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1) 依照传动方案，本设计选用二级展开式斜齿圆柱齿轮传动。2) 运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88)。3) 为尽量减少中间轴上的轴上力选小齿轮为左旋4) 材料选择。由机械设计，小齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度为 250HBS；大齿轮材料为45钢表面淬火，齿面硬度为220HBS。两者硬度相差30HBS5) 螺旋角：,初选=156) 选小齿轮齿数，则大齿轮齿数 取6.1.2 按齿轮面接触强度设计1. 按齿面接触疲劳强度设计，即2. 确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数。2) 计算小齿轮传递的转矩 3) 按软齿面齿轮非对称安装，由机械设计选取齿宽系数。4) 由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数。5) 由机械设计图10-30选取区域系数。6) 由机械设计表10-266查得7) 由机械设计图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。8) 计算应力循环次数9) 由机械设计图1019取接触疲劳寿命系数；。10) 计算接触疲劳许用应力取安全系数S=1许用接触应力因为所以取。3. 设计计算1) 试算小齿轮分度圆直径，代入以上参数的值。4. 计算圆周速度。 5. 计算齿宽与齿高之比b/h及计算齿宽b 6. 计算纵向重合度7. 计算载荷系数1) 查表10-2得使用系数=1.0;根据：7级精度，由图10-8得动载系数 由表10-3查的； 查表10-4用插值法得7级精度查机械设计，小齿轮相对支承非对称布置2) 由 由图10-13得故载荷系数 8. 校正分度圆直径由机械设计9. 计算齿轮传动的几何尺寸1) 计算模数 6.1.3 按齿根弯曲强度设计，公式为10. 确定公式内的各参数值1) 由机械设计图10-20c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) 由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数，3) 计算弯曲疲劳许用应力；取弯曲疲劳安全系数 S=1.4得4) 计算载荷系数K5) 根据纵向重合度,从图1028查得螺旋角影响系数。6) 计算当量齿数。7) 查取齿形系数、和应力修正系数、由机械设计表查得；8) 计算大、小齿轮的并加以比较； 小齿轮大11. 设计计算 对比计算结果，由齿轮面接触疲劳强度计算的模数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力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.42并就进圆整为标准值 接触强度算得的分度圆直径mm，算出小齿轮齿数大齿轮故实际传动比这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。6.1.4 几何尺寸计算1) 计算中心距 将中心距圆整得117mm。2) 按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数等不必修正3) 计算分圆周直径、 4) 计算齿轮宽度 取，。6.1.5 齿轮的结构设计1) 小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用腹板式结构2) 大齿轮的有关尺寸计算如下：轴孔直径40mm 轮毂长度 与齿宽相等 轮毂直径 轮缘厚度 板厚度 腹板中心孔直径 腹板孔直径齿轮倒角 取6.2 齿轮传动设计（3、4齿轮的设计）6.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1) 依照传动方案，本设计选用二级展开式斜齿圆柱齿轮传动。2) 运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88)。3) 为尽量减少中间轴上的轴上力选小齿轮为右旋4) 材料选择。由机械设计，小齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度为 250HBS；大齿轮材料为45钢表面淬火，齿面硬度为220HBS。两者硬度相差30HBS5) 螺旋角：,初选=156) 选小齿轮齿数，则大齿轮齿数 6.2.2 按齿轮面接触强度设计1. 按齿面接触疲劳强度设计，即1、2. 确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数。2) 计算小齿轮传递的转矩 3) 按软齿面齿轮非对称安装，由机械设计选取齿宽系数。4) 由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数。5) 由机械设计图10-30选取区域系数。6) 由机械设计表10-266查得7) 由机械设计图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。8) 计算应力循环次数9) 由机械设计图1019取接触疲劳寿命系数；。10) 计算接触疲劳许用应力取安全系数S=1许用接触应力因为所以取。3. 设计计算试算小齿轮分度圆直径，代入以上参数的值。4. 计算圆周速度。 5. 计算齿宽与齿高之比b/h及计算齿宽b 6. 计算纵向重合度7. 计算载荷系数1) 查表10-2得使用系数=1.0;根据：7级精度，由图10-8得动载系数 由表10-3查的； 查表10-4用插值法得7级精度查机械设计，小齿轮相对支承非对称布置2) 由 由图10-13得故载荷系数 8. 校正分度圆直径由机械设计9. 计算齿轮传动的几何尺寸1) 计算模数 6.2.3 按齿根弯曲强度设计，公式为10. 确定公式内的各参数值1) 由机械设计图10-20c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) 由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数，3) 计算弯曲疲劳许用应力；取弯曲疲劳安全系数 S=1.4得4) 计算载荷系数K5) 根据纵向重合度,从图1028查得螺旋角影响系数。6) 计算当量齿数。7) 查取齿形系数、和应力修正系数、由机械设计表查得；8) 计算大、小齿轮的并加以比较； 小齿轮大11. 设计计算 对比计算结果，由齿轮面接触疲劳强度计算的模数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力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数2.04并就进圆整为标准值 接触强度算得的分度圆直径mm，算出小齿轮齿数大齿轮故实际传动比这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。6.2.4 几何尺寸计算1) 计算中心距 将中心距圆整得131mm。2) 按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数等不必修正3) 计算分圆周直径、 4) 计算齿轮宽度 取，。6.2.5 齿轮的结构设计1) 小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用实心打孔式结构2) 大齿轮的有关尺寸计算如下：轴孔直径60mm 轮毂长度 与齿宽相等 轮毂直径 轮缘厚度 板厚度 腹板中心孔直径 腹板孔直径齿轮倒角 取6.3 齿轮传动参数表名称符号单位高速级低速级小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮中心距amm117131传动比i4.0333.04模数mmm1.52.5压力角2020齿数Z301212576分度圆直径dmm46.49187.5164.85197.15齿顶圆直径damm4899190.0167.35199.65齿根圆直径dfmm43.99185.0154.35194.65齿宽bmm55507065旋向左旋右旋右旋左旋材料45454545热处理状态调质调质调质调质齿面硬度HBS250220250220 7 轴的设计7.1 低速轴的结构设计7.1.1 低速轴的运动参数功率：转速：转矩：7.1.2 求作用在齿轮上的力低速级齿轮的分度圆直径为d7.1.3 选取材料可选轴的材料为45钢，调质处理。7.1.4 计算轴的最小直径，查表可取轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径，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的型号。联轴器的计算转矩查表14-1考虑到转矩变化很小故取则按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件查标准（GB5014-85）选用HL4型弹性柱销联轴器其公称转矩为联轴器的孔径为42mm,故取=42，联轴器长度L=84mm,半联轴器配合的毂孔长度mm7.1.5 拟定轴上零件的装配草图方案(见下图)7.1.6 根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度1) 根据半联轴器配合的毂孔长度mm,故取，为满足半联轴器的定位要求，则其左侧有一轴肩，故取，右端用轴端挡圈定位按轴端直径取挡圈直径D=55mm。初选滚动轴承a) 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故取角接触球轴承，参照工作要求并根据，由轴承产品目录初取0组基本游隙组标准精度等级的角接触球轴承7211AC则其尺寸为，故，根据装配关系，段左边有一定位轴肩，故取b) 取安装齿轮处的轴端的直径，齿轮的左端与右端轴承之间采用套筒定位，已知齿轮的宽度为65mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度故取，齿轮的左端采用轴肩定位。轴肩高度则此轴环处的直径为mm, 轴环宽度取。c) 齿面和箱体内壁取a=18.5mm,轴承距箱体内壁的距离取s=8mm,转动齿轮之间的距离c=20mm,则轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，取端盖的外面与半联轴器的距离为30mm,故取。计算可得、d) 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度2) 轴上零件的轴向定位为齿轮，半联轴器与轴的周向定位采用普通平键A型连接，齿轮按由（GB1095-79）尺寸为,齿轮与轴的配合为，半联轴按由（GB1095-79）尺寸为，半联轴与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是过渡配合保证的，此外选轴的直径尺寸公差为m6.3) 确定轴上圆角和倒角尺寸轴端倒角皆为，圆角半径为。7.1.7 低速轴所受载荷及弯扭图a) 首先根据轴的结构图做出轴上的简图（如图一），在确定轴承的支撑位置时应从手册查取a值，对于7211AC型角接触球轴承由手册查得a=29.4mm，因此作简支梁（如图二）的轴的支撑跨距L=171.2mm。b) 将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面上两个平面力系做出轴上的弯矩和扭矩图如下c) 弯矩图的计算和扭矩计算如下水平面：段：铅垂面：段： 段： 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面是轴的危险截面。现将计算出的截面处的、及的值列于下表 表3载荷水平面垂直面支持力弯矩总弯矩扭矩7.1.8 轴的强度及疲劳强度校核计算1) 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)的强度。根据计算式及上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表可得，因此，故安全。2) 精确校核轴的疲劳强度a) 判断危险截面截面A，2，4，B只受扭矩作用虽然键槽轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按钮转强度较为宽裕确定的所以截面A，2，4，B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面3和5处过盈配合所引起的应力集中最严重，从截面情况来看截面C上的应力最大。截面5的应力集中的影响和截面3的相近但截面5不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核，截面C上虽然应力最大但应力集中不大（过盈配合键槽引起的应力集中均在两端）而且这里轴的直径最大，故不必校核由第三章附录可知键槽的应力集中系数比过盈配合小，因而该轴校核截面3左右两侧即可。b) 截面3左侧抗弯截面系数：抗扭截面系数：截面3左侧的弯矩M为截面3左侧的扭矩为截面上的弯曲应力：截面上的扭转切应力：轴的材料为45钢调质处理由表15-1查得，截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-2查取经插值后查得又由附图3-1得轴的材料敏性系数为故有效应力集中系数按式（附表3-4）为由附图3-2的尺寸系数由附图3-3的扭转尺寸系数轴按摩削加工附图3-4得表面质量系数轴未经表面强化处理即按式（3-12）及式（3-12a）的综合系数又由得碳钢的特性系数取，取。于是计算安全系数按式则得故可知安全。c) 截面3右侧按抗弯截面系数W按表15-4中的公式计算抗扭截面系数：截面3左侧的弯矩M为截面3左侧的扭矩为截面上的弯曲应力：截面上的扭转切应力：过盈配合处为 由附表3-8用插值法求出并取于是得轴按摩削加工附图3-4得表面质量系数故得综合系数所以轴在截面3右侧的安全系数为故可知安全。7.2 高速轴的结构设计7.2.1 高速轴的运动参数功率：转速：转矩：7.2.2 选取材料可选轴的材料为45钢，调质处理。7.2.3 计算轴的最小直径，查表可取轴的最小直径显然是安装V带轮处的直径，为了使所选的轴直径与V带轮的孔径相适应故=25mm。V带轮与轴配合的毂孔长度。轴的结构设计7.2.4 拟定方案如下图7.2.5 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V带轮的轴向定位要求轴1段右端需要制出一轴肩故取，右端用轴端挡圈定位按轴端直径取挡圈直径D=40mm。轴承同时受有径向力和轴向力的作用，选用角接触球轴承7207AC，参照工作要求。2) 轴上零件的周向定位大齿轮与轴的周向定位均采用平键定位根据，选用C型键，3) 确定轴上圆角和倒角尺寸轴端倒角皆为，圆角半径为。7.3 中间轴的结构设计7.3.1 中间轴的运动参数功率：转速：转矩：7.3.2 选取材料可选轴的材料为45钢，调质处理。7.3.3 计算轴的最小直径，查表可取轴的最小直径显然是安装V带轮处的直径，为了使所选的轴直径与V带轮的孔径相适应故=25mm。V带轮与轴配合的毂孔长度。轴的结构设计7.3.4 拟定方案如下图7.3.5 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。4) 轴承同时受有径向力和轴向力的作用，选用角接触球轴承7207AC，参照工作要求。5) 轴上零件的周向定位大齿轮与轴的周向定位均采用平键定位根据，选用A型键，6) 确定轴上圆角和倒角尺寸轴端倒角皆为，圆角半径为。8 滚动轴承的设计（低速轴上的轴承）1) 轴承的选择轴承同时承受径向力和轴向力，选用角接触球轴承参照工作要求并根据初选7211AC型，其尺寸为。2) 校核a) 由上述可知轴上齿轮受力轴的转速，运动中有轻微冲击要求寿命查角接触球轴承样本可知该轴承的基本额定动载荷基本额定静载荷b) 齿轮受径向载荷轴承正装c) 两轴承的计算轴向力对于7211AC型轴承按表13-7轴承派生轴向力因此因故d) 求轴承的当量动载荷和对于轴承1对于轴承2e) 查表可得径向载荷系数和轴向载荷系数分别为：对于轴承1，对于轴承2， f) 因轴承运转中有轻微冲击按表13-6取则g) 求该轴承应具有的额定载荷值因为则有故符合要求。9 键联接设计（低速轴上的键）1. 键选择由上可知低速轴左端键的尺寸为右端键的尺寸为2. 连接强度的校核键，齿轮和轴的材料都是45钢，由表6-2查得许用应力取左端键：工作的长度为齿轮与轮毂键槽接触的高度为由式6-1得，故合适。所以选用：键A 右端键：工作长度键和轮毂键槽的接触高度则，故合适。所以选用：键C 10 联轴器的选择由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选用弹性套柱销联轴器 ，选用HL4型弹性套柱销联轴器，采用Y型轴孔，C型键，轴孔直径选d=45mm,轴孔长度为L=84mm11 机座箱体结构尺寸11.1 箱体的结构设计在本次设计中箱体材料选择铸铁HT200即可满足设计要求代号名称设计计算结果箱座壁厚箱盖壁厚箱座加强肋厚箱盖加强肋厚箱座凸缘厚箱盖凸缘厚箱座底凸缘厚地脚螺栓轴承旁螺栓联结分箱面的螺栓轴承盖螺钉检查