课程设计---井下胶带输送机传动装置设计.doc

机械设计基础课程设计说明书设计题目：井下胶带输送机传动装置设计 学 院：材料科学与工程学院 班 级：设 计 者： 学 号：14095459指导老师：完成日期：目 录一、 设计任务书21.1 机械设计课程设计目的1.2 机械设计课程设计内容1.3 机械设计课程设计的步骤二、 设计题目4三、 电动机的选择53.1 电动方案的分析与拟定3.2 电动相关参数选择与计算四、 齿轮参数计算74.1 齿轮设计方案的分析与拟定4.2高速级齿轮的选择与校核4.3低速级齿轮的选择与校核5、 高速轴联轴器的选择15六、 减速器内轴的设计156.1轴参数核算6.2中间轴的设计与计算 6.3高速轴的设计与计算 6.4低速轴的设计计算七、 减速器箱体的结构尺寸26八、 减速器润滑方式、密封形式28九、 附表 28十、 参考资料 29一、 设计任务书1.1 机械设计课程设计目的机械设计课程设计是机械类专业和部分非机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性教学环节，其基本目的是：1、通过机械设计课程的设计，综合运用机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。2 、学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。 3、 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。1.2 机械设计课程设计内容选择作为机械设计课程的题目，通常是一般机械的传动装置或简单机械。课程设计的内容通常包括：确定传动装置的总体设计方案；选择电动机；计算传动装置的运动和动力参数；传动零件、轴的设计计算；轴承、联轴器、润滑、密封和联接件的选择及校核计算；箱体结构及其附件的设计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计计算说明书，我在在设计中完成了以下工作： 减速器装配图1张（a1图纸）； 零件工作图2张(低速级齿轮轴、高速级轴，a3图纸）； 减速器设计说明书1份。1.3 机械设计课程设计的步骤机械设计课程设计的步骤通常是根据设计任务书，拟定若干方案并进行分析比较，然后确定一个正确、合理的设计方案，进行必要的计算和结构设计，最后用图纸表达设计结果，用设计计算说明书表示设计依据，我按照机械设计课程设计一般步骤进行了如下所述的几个阶段：1.3.1 设计准备 分析设计计划任务书，明确工作条件、设计要求、内容和步骤； 了解设计对象，阅读有关资料、图纸、观察事物或模型以进行减速器装拆试验等； 熟悉课程有关内容，熟悉机械零件的设计方法和步骤。 准备好设计需要的图书、资料和用具，并拟定设计计划等。1.3.2 传动装置总体设计 确定传动方案圆柱斜齿齿轮传动，画出传动装置简图； 计算电动机的功率、转速、选择电动机的型号； 确定总传动比和分配各级传动比； 计算各轴的功率、转速和转矩。1.3.3 各级传动零件设计 减速器内的传动零件设计，其中主要是齿轮传动。1.3.4 减速器装配草图设计 选择比例尺，合理布置试图，确定减速器各零件的相对位置； 选择联轴器，初步计算轴径，初选轴承型号，进行轴的结构设计； 确定轴上力作用点及支点距离，进行轴、轴承及键的校核计算； 分别进行轴系部件、传动零件、减速器箱体及其附件的结构设计。1.3.5 减速器装配图设计 标注尺寸、配合及零件序号； 编写明细表、标题栏、减速器技术特性及技术要求； 完成装配图。1.3.6 零件工作图设计齿轮类零件工作图；轴类零件工作图。二、 设计题目1、已知条件（1）机器功能：用于井下煤炭的运输。（2）已知参数：带的拉曳力f=3.8(kn)；带的速度v=1.57（m/s）；滚筒直径d=550(mm)。（3）工作情况：连续型工作载荷中等冲击，单向转动。（4）使用寿命：10年，每天两班工作制。（5）滚筒轴转速误差4%。2、设计任务（1）设计内容电动机的选型；联轴器的选型；二级圆柱齿轮减速器设计。（2）设计要求 减速器内齿轮可设计为：斜齿传动；斜齿-直齿传动，有设计者群定。（3）设计工作量 减速器装配图一张1；零件图两张3；设计说明书。三、 电动机的选择3.1 电动方案的分析与拟定由于该减速器的工作环境为井下，工作环境较为恶劣，并伴有中等的载荷冲击，应选用较为耐用，可靠性佳的方案，综上采用三相鼠龙式异步电动机和圆柱齿轮传动。3.2 电动相关参数选择与计算设计计算及说明结果a因已知数据f( kn)=3.8，v(m/s)=1.57，d(mm)=550故可计算得工作机所需功率pw=(38001.57)/1000=5.966 kw考虑到传动过程中存在传动效率问题，涉及到传动效率如下：名称效率弹性联轴器圆柱齿轮传动滚动球轴承滚筒轴传动由此可计算得传动装置的总效率 电动机所需功率 b. 滚筒的工作转速 电动机转速 c.由此可以选择电动机，具体参数如下表：同步转速1500r/min4级电动机型号y132m-4额定功率7.5kw满载转速1440r/min堵转转矩2.2最大转矩2.3d.计算相关参数a. 传动比总传动比 取，所以可以计算得到高速传动比i12=5.86，低速传动比i34=4.51 b.各轴功率高速轴 中速轴 低速轴 c.转速高速轴 中速轴 低速轴 d.扭矩高速轴 中速轴 低速轴 综上所述，可总结相关参数如下表：轴 号功率p（kw）转矩t/(nm)转速n/(r.min-1)高速轴7.42549.241440中速轴7.13277.10245.73低速轴6.851200.5454.49四、 齿轮参数计算4.1 齿轮设计方案的分析与拟定因本设计题目工作环境为井下，工作环境较为恶劣，并伴有中等的载荷冲击，应选用较为耐用，可靠性佳的方案，综上可采用标准式圆柱直齿齿轮，根据硬齿面闭式齿轮传动设计准则，应先按齿面弯曲强度公式进行设计计算，然后再按接触强度设计验算公式进行验算校核。在本次课程设计中，我就选择斜齿-斜齿传动的传动机构。（硬齿面闭式齿轮）.同时运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度(gb10095-88)。4.2高速级齿轮的选择与校核设计计算及说明结果a.计算齿数取小齿轮齿数z1=22，则大齿轮z2=z1* i12=22*5.86=128.92故取大齿轮齿数z34=128，则i12真= z2/z1=5.82由此可计算得i34= i总/i12真=26.41/5.82=4.54b.选取材料1. 小齿轮材料为20crmnti。，渗碳淬火，硬度为56-62hrc2. 大齿轮为20cr（渗碳淬火），硬度为56-62hrc，二者材料硬度差不多。c. 按轮齿弯曲疲劳强度设计 设计准则:先由齿根弯曲疲劳强度计算，再按齿面接触疲劳强度校核。 1.确定公式内的各参数值a.由机械设计基础查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；b.计算弯曲疲劳许用应力；取弯曲疲劳安全系数 s=1.25，得 c.查图可得外齿轮的齿形系数yfa1=2.74, yfa2=2.20 外齿轮的齿根修正系数ysa1=1.59, yfa2=1.82d.载荷系数k=1.3，齿轮宽度系数d=0.8e.计算大、小齿轮的并加以比较； 因为yfa1*ysa1/f1=6.41*10-3 yfa2*ysa2/f2=5.89*10-3 所以应对小齿轮进行弯曲强度计算f.设计法向模数mn2kt1yfa1ysa1/(df1 z12)1/3=1.28取法向模数mn=2.52.集合尺寸设计a.计算分圆周直径、 d1=z1mn=222.5=55mm d2=z2mn=1282.5=320mmb.计算中心距 a=(d1+d2)/2=(55+320)/2=187.5mm c.计算齿轮宽度 b= d d1 =0.8 55=44mm 取b2=45mm ,b1=50mm d.校核齿面接触强度 根据1. 确定公式内的各参数值由机械设计基础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查得材料的弹性影响系数ze=189.8h1= h2= hlim1 /sh =1500mpa h1 =ze*zh*2*k*t1 *(1+u)/(b* u* d12)1/2 =498mpa yfa4*ysa4/f4=5.89*10-3 所以应对小齿轮进行弯曲强度计算f.设计法向模数mn2*k*t2*yfa3*ysa3/(d* f3 z12)1/3=2.08取法向模数mn=32.集合尺寸设计a.计算分圆周直径、 d3=z3mn=253=75mm d4=z4mn=1153=345mmb.计算中心距 a=(d1+d2)/2=(75+345)/2=210mm c.计算齿轮宽度 b= d d1 =0.8 75=60mm 可取b4=60mm ,b3=65 mmd.校核齿面接触强度 根据 式中t1为中速轴扭矩t2，t2=277.10nm1. 确定公式内的各参数值由机械设计基础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查得材料的弹性影响系数ze=189.8h1= h2= hlim1 /sh =1500mpa h1 =ze*zh*2*k*t2 *(1+u)/(b* u* d32)1/2 =765mpah1 =1500mpa 符合强度要求，所以齿数选择正确，为安全状态。综上所述，可得低速端齿轮相关参数如下如下：z3z4模数m33齿数25115分度圆直径d(mm) 75345齿顶圆直径da(mm)81351齿根圆直径df(mm)67.5337.5齿宽(mm)6560中心距(mm)210i34真=4.60i总真=26.77 f3= 680 mpaf4= 680 mpa应对小齿轮进行弯曲强度计算mn=3a=235mm d3=75mm d4=345mm b3= 65mmb4=60mm4.4.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amm187.5210传动比i5.824.6模数mmm2.53压力角2020齿数z2212825115分度圆直径dmm5532075345齿顶圆直径damm6032581351齿根圆直径dfmm48.75313.7567.5337.5齿宽bmm50456560材料20crmnti20cr20crmnti20cr热处理状态渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火齿面硬度hrc5662566256625662五. 高速轴联轴器的选择 t = t0 = 49.24nm取ka = 1.5 则tca = kat = 1.549.24nm =73.86 nm又由电动机输出轴直径38mm查gb/t4323-1984，选用lt6型弹性套柱销轴联轴器。公称转矩：250nm许用最大转速：3800r/min主动端：y型轴孔，b型键槽，d=38mm,l=82mm从动端：y型轴孔，b型键槽，d32mm,l=82mm 六、 轴的结构设计6.1轴参数核算设计计算及说明结果在计算齿轮时，因选择齿轮齿数必须为整数造成了传动比等传动参数的改变，在此必须进行修正。计算相关参数a. 传动比 i总真=26.77 i12真=5.82 i34真=4.6b.各轴功率高速轴 中速轴 低速轴 c.转速高速轴 中速轴 低速轴 d.扭矩高速轴 中速轴 低速轴 综上所述可得如下参数：轴 号功率p（kw）转矩t/(nm)转速n/(r.min-1)高速轴7.42549.241440中速轴7.13.275.21247.42低速轴6.851216.1653.79 6.2.中间轴的设计与计算已知，,转速，齿轮分度圆直径分别为，齿轮宽度，选择轴材料因为传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故可选45钢，调质处理初算轴径查表得，c=118107，考虑轴端不受转矩，只承受少量的弯矩，故取c=110，则 结构设计 因为轴不长，故轴承采用两端固定方式。然后按轴上零件的安装顺序，从处开始设计。（1） 轴承的选择与轴段和的设计 考虑齿轮有轴向力存在，选用角接触球轴承。轴段和上安装轴承。取7208c进行设计计算，查表得，轴承内径d=40mm，外径d=80mm，宽度b=18mm，定故，通常一根轴上的两个轴承取相同型号，则（2） 轴段和的设计轴段上安装齿轮3，轴段上安装齿轮2，为便于安装，和应分别略大于和，取齿轮2取其轮毂宽度与齿轮宽度相等，左端采用轴肩定位，右端采用套筒定位。由于齿轮3的直径较小，采用实心式，取其轮毂宽度与齿轮宽度相等，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒定位。为使套筒端面能顶到齿轮端面，轴段和的长度应比相应的齿轮的轮毂略短，故取，（3） 轴段 该轴段为中间轴上的两个齿轮供定位，其轴肩高度为5mm，齿轮3左端面与箱体内壁距离与高速齿轮右端面距箱体的距离均取，齿轮2与齿轮3的距离初定为，则箱体内壁之间的距离为齿轮2的右端面与箱体内壁的距离，则轴段的长度为（4） 轴段及轴段的长度该减速器齿轮的圆周速度小于2m/s,故轴承采用脂润滑，需要挡油环阻止箱体内润滑油溅入轴承座，轴承内端面距箱体的距离取为，中间轴上两个齿轮的固定均由挡油环完成，则轴段长度为轴段的长度为键连接齿轮与轴之间采用a型普通平键连接，查表得键的型号分别为gb/t 10961990键12860和gb/t 10961990键1284045钢，调质处理 选键：gb/t 10961990键12860和gb/t 10961990键128406.3高速轴的设计与计算已知，,转速，小齿轮分度圆直径为，齿轮宽度， 选择轴材料因为传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故可选45钢，调质处理初算轴径查表得，c=118107，考虑轴端既承受转矩，又承受弯矩，故取c=110，则因最小轴径处有键槽，所以d=1.04 d=19.76mm又因与联轴器tl6配合使用，因此d=32mm 结构设计 因为轴不长，故轴承采用两端固定方式。然后按轴上零件的安装顺序，从处开始设计。（1） 轴段 轴段上安有联轴器和密封圈，此段设计应与联轴器的选择同步进行。相应轴段的直径，取，该处轴的圆周速度 3m/s,可选用毡圈油封，查表选35 jb/zq 4606-1997。 （2）轴承与轴段和 考虑齿轮有轴向力存在，选用角接触球轴承。轴段和上安装轴承。取7208c进行设计计算，查表得，轴承内径d=40mm，外径d=80mm，宽度b=18mm ,轴承采用脂润滑，需要用挡油环阻止箱体内润滑油溅入轴承座。为补偿箱体的铸造误差和安装挡油环，轴承靠近箱体内壁的端面距离箱体内壁取，挡油环的挡油凸缘内侧面凸出箱体内壁12mm,挡油环宽度定为，则（4） 齿轮与轴段 齿轮轴,轴段和的设计 该轴段可略大于轴承定位轴肩的直径，则，齿轮右端面距箱体内壁距离为，则轴段的长度，轴段的长度（5） 轴段的长度轴承座的宽度为，下箱座的壁厚，取轴承旁连接螺栓为m16，则，则，取，可取箱体凸缘连接螺栓为m12，地脚螺栓为，则有轴承端盖连接螺钉为，由表得轴承端盖凸缘厚度取为，取端盖与轴承座间的调整垫片厚度为，端盖连接螺钉查表采用 gb/t 5781 m825，取联轴器轮毂端面距轴承该表面距离，则d2略大于d1,取36mm齿轮轴6.4低速轴的设计计算已知，,转速，齿轮4分度圆直径为，齿轮宽度， 选择轴材料因为传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故可选45钢，调质处理初算轴径查表得，c=118107，考虑轴端只承受转矩，故取c=110，则轴与联轴器连接，有一个键槽， 结构设计 因为轴不长，故轴承采用两端固定方式。然后按轴上零件的安装顺序，从处开始设计。（1） 联轴器及轴段 轴段上安有联轴器，此段设计应与联轴器的选择同步进行。为补偿联轴器所连接两轴的安装误差、隔离震动，选用弹性柱销联轴器。查表取,则计算转矩查表得，gb/t5014-2002中的lt10型联轴器符合要求：公称转矩为2000nm，许用转速2300r/min,轴孔范围为5075mm,取联轴器彀孔直径为63mm,轴孔长度为107mm,j型轴孔，a型键，联轴器主动端代号为 lx3 63107gb/t 5014/2003,相应轴段的直径，其长度略小于彀孔宽度，取 （2）密封圈与轴段 在确定轴段的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸。联轴器用轴肩定位，轴肩高度为5mm，轴段的轴径。该处轴的圆周速度为 3m/s,可选用毡圈油封，查表选73 jb/zq 4606-1997。(3)轴承与轴段和 考虑齿轮有轴向力存在，选用角接触球轴承。轴段和上安装轴承。取7214c进行设计计算，查表得，轴承内径d=70mm，外径d=125mm，宽度b=24mm，定位轴肩直径，外径定位直径对轴的作用点与外圈大端面的距离，故轴承采用脂润滑，需要用挡油环阻止箱体内润滑油溅入轴承座。为补偿箱体的铸造误差和安装挡油环，轴承靠近箱体内壁的端面距离箱体内壁取，挡油环的挡油凸缘内侧面凸出箱体内壁12mm,挡油环宽度定为，则通常一根轴上的两个轴承取相同型号，则（4） 齿轮与轴段轴段上安装齿轮，为便于安装，应略大于，取，取（5）轴段 该轴段为齿轮提供定位和固定作用，定位轴肩高度为，则，齿轮左端面距箱体内壁距离为，轴段的长度（6） 轴段和轴段的长度轴承端盖连接螺栓为gb/t 5781 m825，其安装圆周大于联轴器轮毂外径，轮毂外径不与端盖螺栓的拆装空间干涉，故取联轴器轮毂端面与端盖外端面的距离为。则有则轴段的长度七、 减速器箱体的结构尺寸 名称代号尺寸/mm高速级中心距187.5低速级中心距210下箱座壁厚10上箱座壁厚10下箱座剖分面处凸缘厚度12上箱座剖分面处凸缘厚度12地脚螺栓底角厚度20箱座上的肋厚8箱盖上的肋厚8地脚螺栓直径m20地脚螺栓通孔直径22地脚螺栓沉头座直径48底角凸缘尺寸（扳手空间）3230地脚螺栓数目