课程设计-带式输送机传动装置设计

机 械 设 计课程设计说明书课题名称: 带式输送机传动装置设计系 别: 物电学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 机械一班 姓 名: 学 号: 指导老师: 完成日期: 目 录第一章 绪论3第二章 减速器的结构选择及相关计算5第三章 V带传动的设计8第四章 齿轮的设计10第五章 轴的设计与校核14第六章 轴承、键和联轴器的确定17第七章 减速器的润滑与密封18第八章 减速器附件的确定20第九章 减速箱箱体的设置21第十章 装配图和零件图的绘制23总结25参考文献28第一章 绪 论1设计目的1.1此次机械课程设计主要培养我们理论联系实际的设计理念，训练综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。1.2另外促使我们培养查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图、数据处理等设计方面的能力。1.3通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一定的机械设计的程序和方法，同时树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。2设计题目1.1工作条件：带式输送机连续单向运转，载荷平稳，空载启动，使用期10年（每年300个工作日），小批量生产，两班制工作，输送机工作轴转速的允许误差为5%。带式输送机的传动效率为0.96。带式输送机传动简图如下图所示。FV1电动机；2带传动；3单级圆柱齿轮减速器；4联轴器；5输送带；6滚筒1.2带式输送机的设计参数 输送带的牵引力F/KN1.8输送带速度V/(m/s)1.5输送带滚筒直径D/mm2203传动方案的分析与拟定1.1、传动系统的作用及传动方案的特点：机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单（一）级直齿圆柱齿轮减速器。带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。1.2、方案拟定： 根据题目要求及上述分析，采用带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。第二章 减速器结构选择及相关计算1、电机的选择1.1、类型和结构的选择三相交流异步电动机的结构简单、价格低廉、维护方便，常应用于工业。Y系列电动机是一般用途的全封闭式自扇冷式三相异步电动机，具有效率高、性能好、噪声低、振动小等优点，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机器上，如风机、输送机、搅拌机、农业机械和食品机械等。因此，选用Y系列三相异步电动机作为带式输送机的电机。1.2、功率的确定 电机的容量（功率）选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作机的正常工作，或使电动机因长期过载而过早损坏；若容量过大，则电动机价格高，能力不能充分利用，而且因为经常不在满载下运行，其效率和功率因数较低，造成浪费。1.2.1工作机所需功率Pw(kW)Pw=FwVw/w=1.8kN1.5m/s0.962.8 kW式中，Fw为工作机的阻力，kN；Vw为工作机的线速度，m/s；w为工作机的效率，带式输送机可取w=0.96。1.2.2电动机-工作机的总效率总总=1234561为V带的传动效率，2为齿轮传动效率，3为滚动轴承的效率，4为联轴器的效率，5为运输机平型带传动效率, 6为滚筒的效率.总=123456=0.960.950.980.990.960.960.851.2.3需电动机的功率Pd(kW)Pd=Pw/总=2.8/0.85kW3.3 kW1.2.4电动机额定功率Pm按PmPd来选取电动机型号。电动机功率的大小应视工作机构的负载变化状况而定。1.3、转速的确定1.3.1滚筒轴的工作转速为nw=601000Vw/D=(6010001.5)/(3.14220)130 r/min其中， Vw为皮带输送机的带速，D为滚筒的直径。1.3.2额定功率相同的同类型电动机，有几种不同的同步转速。例如三相异步电动机有四种常用的同步转速，即3000r/min、1500r/min、1000r/min和750r/min。一般最常用、市场上供应最多的是同步转速为1500r/min和1000r/min的电动机，综合考虑各种情况，决定选用1000r/min的电动机。1.3.3选用Y系列电动机，参考机械设计课程设计表17-7 Y系列,得：电动机的型号为Y132M1-6，额定功率(Pm)为4kW，满载转速（nm)为960 r/min。2、传动比的分配2.1、传动系统的总传动比i总电动机选定后，根据电动机的满载转速nm和工作机的转速nw即可确定传动系统的总传动比I，即i总=nm/nw=960/1307.4总传动比等于各传动比的乘积 i总=i带i齿 取i带=2（普通V带 i=25）因为：i总=i带i齿,所以：i齿7.4/23.73、传动参数的计算3.1各轴的转速n(r/min)输入轴的转速：n1=nm=960 r/min输出轴的转速：n2=n1/i带=960/2=480 r/min滚筒轴4的转速：n4=n3/i齿=480/3.7=130 r/minn 3.2各轴的输入功率P（kW）u 输入轴的功率：P1=Pm 13=40.960.98=3.76 kWu 输出轴的功率：P2=P113=3.760.950.98=3.50 kW滚筒轴4的转速：P3=P243=3.500.990.98=3.40 kW3.3各轴的输入转矩T(Nm)输入轴的转矩：T1=9550P1/n1=95503.76/960=37.40 Nm输出轴的转矩：T2=9550P2/n2=95503.50/480=69.64 Nm滚筒轴的转矩：T3=9550P3/n3=95503.40/130=249.71 Nm第三章 V带的设计1、确定计算功率计算功率Pca是根据传递的功率P和带的工作条件而确定的.Pca=KAP1.24kw=4.8kw其中，Pca为计算功率， KA.；2、选择V带的带型2.1根据计算的功率Pca和小带轮转速n1，确定普通V带为A型，参考教材第九版机械设计。2.2由2.1可得到小带轮的基准直径范围为75mmdd100mm，再参考教材第九版机械设计的表8-7V带轮的最小基准直径和表8-9普通V带的基准直径系列，确定大小带轮的基准直径，应使dd1（dd）min，初选dd1为100mm，dd2=2dd1=200mm，则带速V1为： V1=dd1n1/(601000)=3.14100960/(601000)m/s5.02 m/s此值在525m/s范围内，符合要求。3确定中心距a，并选择V带的基准长度Ld。根据带传动总体尺寸的限制条件或要求的中心距，通过计算，0.7（dd1+dd2）a02（dd1+dd2）得： 210 mma0600 mm初定中心距为a0=300mm。计算相应的带长Ld0Ld02a0+/2(dd1+dd2)+(dd2-dd1)2/4a0=2300+/2(100+200)+(200-100)2/(4300)=1080 mm带的基准长度Ld根据Ld0，参考教材得 V带的基准长度系列及带长修整系数KL，得Ld=1100 mm。4计算中心距a及其变动范围传动的实际中心距近似为aa0(LdLd0)/2=300(11001080)/2=310mm考虑到带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧需要，常给出中心距的变动范围为amin=a0.015Ld=3100.0151100294 mmamax=a+0.03Ld=3100.031100327 mm5验算小带轮上的包角1由设计经验可得，小带轮上的包角1小于大带轮上的包角2；小带轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力。因此，打滑只可能在小带轮上发生。为了提高带传动的工作能力，应使1120011800(dd2dd1)57.30a=1800(200100)57.30352163.7012006确定带的根数z由式Pca=KAP得出，其中，KA为工作情况系数，P为传递的功率；Pr为额定功率，由式Pr=（P0P0）KaKL得出，其中，P0为单根普通V带所能传递的最大功率， Z=Pca/Pr=KAP/（P0P0）KaKL=3.6/（0.780.02）0.960.935.0410为了使各根V带受力均匀，带的根数不宜过多，一般少于10根，经鉴定，符合要求。7确定带的初拉力F0下式中，q为传动带单位长度的质量，kg/m,参考教材得：p=0.1kg/m。F0min=500(2.5Ka)Pca/Kazvqv2=500(2.50.96)3.6/(0.9665.02)0.15.02298.39 N对于新安装的V带，初拉力为1.5（F0）min；对于运转后的V带，初拉力应为1.3（F0）min，则初拉力应选F0=1.5（F0）min。8计算带传动的压轴力FpFp=2zF0sin(1/2)=261.598.39sin(163.70/2)=1.75 kN其中，1为小带轮的包角。第四章 齿轮的设计1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数及压力角的选择.1.1按所给图示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。1.2输送机为一般工作机器，速度不高，初选7级精度。1.3材料的选择，参考教材常用齿轮材料及其力学特性，选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。1.4初选小齿轮齿数z1=20，大齿轮齿数z2=3.720=74，取z2=74。 1.5根据实际情况,压力角应选=200。2、按齿面接触强度设计由设计公式进行试算，即d1t32KHT1u1(ZHZEZ)2duH22.1确定公式内的各计算数值2.1.1试选载荷系数Kt=1.3。2.1.2计算小齿轮传递的转矩。T1=(95.5105P2)/n2=95.51053.80480=7.56104Nmm(1)考教材第九版机械设计得圆柱齿轮的齿宽系数d，第206页，选取齿宽系数d=1。 (2)考教材第九版机械设计得弹性影响系数ZE， ZE=189.8MPa0.5。(3)参考教材得齿轮的接触疲劳强度极限Hlim，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1=600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=550MPa。(4)计算应力循环次数,其中，j为齿轮每转一圈时，同一齿轮面啮合的次数；Lh为齿轮的工作寿命（单位为h）。N1=60n2jLh=604801(2830010)1.38109N2=N1/i2=(1.38109)/3.73.7108(5)参考教材得接触疲劳寿命系数KHN（当NNC时，可根据经验在网纹内取KHN值），取接触疲劳寿命系数KHN1=0.92，KHN2=0.97。(6)算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1。1=（KHN1Hlim1）/S=0.92600MPa=552 MPa2=（KHN2Hlim2）/S=0.97550MPa=534 MPa2.2计算2.2.1试算小齿轮分度圆直径d132KHT1u1(ZHZEZ)2duH2 =53.12 mm2.2.2计算圆周速度vV=(d1tn2)/(601000)=(53.12480)/(601000)m/s=1.3 m/s2.2.3计算齿宽bb=dd1t=153.12mm=53.12 mm2.2.4算齿宽与齿高之比b/h模数：mt=d1t/z1=53.12/20mm=2.656 mm齿高：h=2.25mt=2.252.656mm=5.98 mm b/h=53.12/5.98=8.892.2.5计算载荷系数根据v=1.3m/s，7级精度，参考教材动载系数Kv=1.1；直齿轮，KHa=KFa=1;查得系数KA=1；用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，得KH=1.418。由b/h=8.89，KH=1.418，参考教材得弯曲强度计算的齿向载荷分布系数KF=1.33，故载荷系数K=KAKvKHaKH=11.0611.418=1.5032.2.6实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径d1=d1tK/Kt=53.121.503/1.3=55.752mm2.2.6计算模数mm=d1/z1=55.752/20mm=2.79mm3、按齿根弯度强度设计弯曲强度的设计公式为m32KT1YFa1YSa1(F)Z1Z1确定公式内的各计算数值3.1调质处理钢的FE，查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1=500MPa；大齿轮的弯曲强度极限FE2=380MPa；3.2查表弯曲疲劳寿命系数KFN，取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.90，KFN2=0.92；3.3计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则F1=（KFN1FE1）/S=0.90500MPa=450 MPaF2=（KFN2FE2）/S=0.92380MPa=350 MPa3.4计算载荷系数KK=KAKvKFaKH=11.0611.33=1.413.5查取齿形系数和应力校正系数参考教材得齿形系数YFa和YSa， YFa1=2.8，YFa2=2.24；YSa1=1.55，YSa2=1.75。3.6计算大小齿轮的YFaYSa/F并加以比较YFa1YSa1/F1=2.81.55/450=0.00964YFa2YSa2/F2=2.241.75/349.6=0.01121 可以看出，大齿轮的数值大。m（21.415.671040.01121）/202=1.65 mm 对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数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1.65并就近圆整为标准值m=2mm，按接触强度算得的分度圆直径d1=55.752mm，算出小齿轮齿数z1=d1/m=55.752/228大齿轮齿数：z2=3.728=103.6，取z2=104。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑。4、几何尺寸计算4.1计算分度圆直径d1=z1m=282=56 mmd2=z2m=1042=208 mm4.2计算中心距a=(d1d2)/2=(56180)/2=132mm4.3计算齿轮宽度b=dd1=156=56mm取B2=56mm，B1=65mm。5 、齿轮的结构设计 小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构大齿轮的关尺寸计算如下：轴孔直径 d=41轮毂直径 =1.2d=1.241=49.2 圆整为50mm轮毂长度 轮缘厚度 0 = (34)m = 68(mm) 取 =8 轮缘内径 =-2h-2=179mm ；取D2 = 180(mm) ；腹板厚度 c=0.3b=0.345=13.5 取c=15(mm)；腹板中心孔直径=0.5(+)=0.5(180+50)=115(mm)；腹板孔直径=0.25（-）=0.25（180-50）=32.5(mm) 取=32.5 (mm)；齿轮倒角n=0.5m=0.52=1；第五章 轴的设计与校核1主动轴的设计与校核1.1主动轴的选材及轴径计算，轴的长度L因小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS。按扭转强度估算轴的直径，选用45号钢(调质)，硬度217255HBS主动轴的输入功率为P1=3.76kW,转速为n1=960 r/min轴的直径dA(P/n)1/3=120(3.76/960)1/3=19.70mm鉴于有一个键槽，将直径增大5%，则d=19.70(1+5%)mm=20.69 mm，圆整为25mm.主动轴长，取L1=250mm.1.2轴的结构设计，轴上零件的定位、固定和装配 一级减速器中将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面、右面均由轴肩轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别和轴承端盖定位，采用过渡配合固定。1.3齿轮上作用力的大小、方向 1.3.1小齿轮分度圆直径：d1=56mm1.3.2作用在齿轮上的转矩为：T1 =37.40 Nm 1.3.3求圆周力：FtFt=2T1/d1=237.40103/56=1335.71N 1.3.4求径向力FrFr=Fttan=1335.71tan200=486.16NRVA=RVB=Fr/2=243.08 N , MVC=RVAL/2=14.58 NRHA=RHB=Ft/2=667.86 N , MHC=RHBL/2=40.07 NMC=（MHC2+MVC2）0.5=42.58 NmME=(ME2+(at)2)0.5=48.13 Nm2从动轴的设计2.1按扭矩初算轴径大齿轮材料用45钢，正火，b=600Mpa，硬度217255HBS大齿轮轴轴径的初算：大齿轮轴的转速较低，受转矩较大，故取：C=120d 考虑有两个键槽，将直径增大10%，则d=48.48(1+10%)mm=53.33mm 圆整为55mm以上计算的轴径作为输出轴外伸端最小直径。L=125mm2.2轴的结构设计，轴的零件定位、固定和装配 一级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，该设计润滑方式是油润滑，箱体四周开有输油沟，齿轮一面用轴肩定位，另一面用轴套定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，齿轮、右轴承和皮带轮依次从右面装入。2.3求齿轮上作用力的大小、方向 2.3.1大齿轮分度圆直径：d2=180 mm2.3.2作用在齿轮上的转矩为：T2 =69.64Nm 2.3.3求圆周力：Ft=2T2/d2=269.641000/180=773.78 N 2.3.4求径向力：Fr=Fttan=773.78tan200=281.63 NRVA=RVB=Fr/2=140.82N, RHA=RHB=Ft/2=368.89 ,MHC=RHAL/2=193.45 N , MVC=RVAL/2=74.41 N。3 主动轴和从动轴的强度校核 按扭转合成应力校核轴强度，由轴结构简图及弯矩图知处当量弯矩最大，是轴的危险截面，故只需校核此处即可。强度校核公式：e=/W-1主动轴：(1) 轴是直径为25mm的是实心圆轴，W=0.1d3=12500Nmm(2) 轴材料为45号钢，调质，许用弯曲应力为-1=65MPa则e=/W=31.28-1= 65MPa故轴的强度满足要求从动轴：(1) 轴是直径为55mm的是实心圆轴，W=0.1d3=6892.1Nmm(2) 轴材料为45号钢，正火，许用弯曲应力为-1=65MPa则e= M2/W=6.35-1= 65MPa故轴的强度满足要求（3） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度半联轴器的孔径d-=35mm,故取d-=35mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L-=80mm，为了满足联轴器的轴向定位要求，I-轴段右端需制出一轴肩，故取d-=37mm，L-=50mm，选取深沟球滚子轴承6208，其尺寸为dDT=408018，故d-=d-=40mm，L-=T+s+（56-52）=18+8+12+4=42mm，L-=T=18mm，由大齿轮的校核结果可知，安装齿轮处的d-=55mm，此轴段应略短于轮毂宽度，故取L-=52mm。由表15-2，R=1.6mm，h=4.8mm，所以轴环d-=55+2h=64.6mm，圆整得d-=65mm，取L-=7mm，由手册查得6208型轴承的定位轴肩高度h=3.5mm，所以d-=40+2h=47mm，L-=46mm。第六章 轴承、键和联轴器的选择根据已知条件，轴承预计寿命10年30010=30000h1轴承的选择1.1主动轴的轴承使用寿命计算滚动轴承选用6206， Cr=19.5 kN Fr=468.16N 查得fp=1.2径向当量动载荷：Pr=fpFr=1.2468.16=516.792 N根据条件，轴承预计寿命：10年36524=87600小时所以由式Cj=，查表知ft=1故满足寿命要求 1.2从动轴的轴承使用寿命计算滚动轴承选用6208， Cr=29.5kN Fr=281.63N 径向当量动载荷：Pr=r=1.2281.3=337.96 N所以由式Cj=，查表10-6可知ft=1 故满足寿命要求。2 键的选择及校核齿轮，半联轴器与轴的轴向定位均采用平键。按d-由课本表6-1查得平键截面bh=12mm8mm，键槽铣刀加工，长度为45mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7n6，同样，半联轴器与轴的连接，选用平键10mm8mm50mm，半联轴器与轴的配合为H7k6。3 联轴器的选择在减速器输出轴与工作机之间联接用的联轴器因轴的转速较低、传递转矩较大，又因减速器与工作机常不在同一机座上，要求由较大的轴线偏移补偿，应选用承载能力较高的刚性可移式联轴器。经查表得选用GL5型号的轴孔直径为35的凸缘联轴器，公称转矩Tn=250 Nm K=1.3=9550=9550=90.53Nm选用GL5型弹性套住联轴器，公称尺寸转矩=250，。采用J型轴孔，键轴孔直径d=3240，选d=35，轴孔长度L=82第七章 减速器的润滑与密封1 润滑的选择确定 1.1润滑方式 1.1.1因齿轮V12 m/s，选用浸油润滑,因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于3050mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1kW需油量V0=0.350.7m3。1.2.2.对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，选用飞溅润滑。这样结构简单，不宜流失，但为使润滑可靠,要加设输油沟。1.2润滑油牌号及用量1.2.1齿轮润滑选用AN150全系统损耗油，最低最高油面距1020mm，需油量为1.2L左右。1.2.2轴承润滑选用AN150全系统损耗油。2密封的选择与确定2.1箱座与箱盖凸缘接合面的密封选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法2.2观察孔和油孔等处接合面的密封在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封2.3轴承孔的密封闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部轴的外伸端与透盖的间隙，由于选用的电动机为低速、常温、常压的电动机，则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。第八章 减速器附件的确定1、轴承端盖：根据下列的公式对轴承端盖进行计算： d0=d3+1mm；D0=D +2.5d3； D2=D0 +2.5d3； e=1.2d3； e1e；m由结构确定； D4=D -(1015)mm；D5=D0 -3d3；D6=D -(24)mm；d1、b1由密封尺寸确定；b=510，h=(0.81)b2、油面指示器：用来指示箱内油面的高度。3、放油孔及放油螺塞：为排放减速器箱体内污油和便于清洗箱体内部，在箱座油池的最低处设置放油孔，箱体内底面做成斜面，向放油孔方向倾斜12，使油易于流出。4、窥视孔和视孔盖：窥视孔用于检查传动零件的啮合、润滑及轮齿损坏情况，并兼作注油孔，可向减速器箱体内注入润滑油。5、定位销：对由箱盖和箱座通过联接而组成的剖分式箱体，为保证其各部分在加工及装配时能够保持精确位置，