机械设计课程设计-设计铸造车间型砂输送机的传动装置.doc

设计说明书课程名称：机械设计班 级：09机械师姓 名：学 号：指导老师： 1机械设计课程设计任务书设计题目：设计铸造车间型砂输送机的传动装置。要求：输送机由电机驱动，经传动装置驱动输送带移动。要求电机轴与工作机鼓轮轴平行，整机使用寿命为6年，每天两班制工作，每年工作300天，工作时不逆转，载荷平稳，允许输送带速度偏差为5%。工作机效率为0.95，要求有过载保护，按单件生产设计。二、原始数据：学号1-910-1819-2728-3637-4546-55输送带拉力f（n）310034003800240023002500输送带速度v（m/s）1.00.90.71.21.31.1鼓轮直径d（mm）400350300430420370三、设计内容：1 设计传动方案；2 减速器部件装配图一张(0号图幅)；3 绘制轴或齿轮零件图一张；4 编写设计计算说明书一份。2传动方案的分析3电动机选择，传动系统运动和动力参数计算一、电动机的选择1.确定电动机类型 按工作要求和条件,选用y系列三相交流异步电动机。2.确定电动机的容量（1）工作机卷筒上所需功率pwpw = fv/1000 =2.66kw(2)电动机所需的输出功率为了计算电动机的所需的输出功率pd，先要确定从电动机到工作机之间的总功率总。设1、2、3、4、5分别为弹性联轴器、闭式齿轮传动（设齿轮精度为7级）、滚动轴承、v形带传动、工作机的效率，由2表2-2查得1 = 0.99，2 = 0.98，3 = 0.99，4 = 0.95，5 = 0.95，则传动装置的总效率为 总=1223345 = 0.99 x 0.982 x 0.993 x 0.95 x 0.95 =0.83263.1948kw3.选择电动机转速由2表2-3推荐的传动副传动比合理范围 普通v带传动 i带=24 圆柱齿轮传动 i齿=35则传动装置总传动比的合理范围为 i总=i带i齿1i齿2 i总=（24）（35）（35）=（18100）电动机转速的可选范围为nd=i总nw=（18100）nw=18nw100nw=828-4600 nw根据电动机所需功率和同步转速，查2表16-1，符合这一范围的常用同步加速有1500、1000。选用同步转速为1500选定电动机型号为y112m-4二、传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配1.传动装置总传动比 i总= nm / nw=1440/46=31.3式中nm-电动机满载转速，1440 r/min; nw-工作机的转速， 46 r/min。2.分配传动装置各级传动比 i总=i带i齿1i齿2 分配原则： （1）i带i齿 （2）i带=24 i齿=35 i齿1=（1.31.4）i齿2 根据2表2-3，v形带的传动比取i带 =2.3 ，则减速器的总传动比为 i =12.52 双级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为 i齿1 = =4.1 低速级的传动比 i齿2 = i/i齿1 = 3.06三、运动参数和动力参数计算 1.各轴转速计算 1440 n= nm / i带 = 576 n= n / i齿1 = 140.9n= n / i齿2 = 462.各轴输入功率 p0= pd=3.19kwp= pd4 =3.03 kw p= p23 =2.94 kwp= p23 =2.85 kw3.各轴输入转矩t0 = 9550pd/n0 =21.2n.mt = 9550p/n =50.2 n.m t = 9550p/n = 199.3 n.mt = 9550p/n = 591.7 n.m表1 传动装置各轴运动参数和动力参数表 项目轴号功率转速转矩传动比 0轴3.19144021.22.5 轴3.0357650.24.1 轴2.94140.9199.33.06轴2.85 46591.74传动零件的设计计算一、v带传动设计1.设计计算表项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果(1)确定计算功率pcapca=d查1表8-6=1.21.2x3.19=3.833.83(2)选择带的型号查图8-11a型(3)选择小带轮直径75查1 表8-6及8-8100(4)确定大带轮直径=2.5x100=250250(5)验算传动比误差=0(6)验算带速=7.54(7)初定中心距=1 （100+250）=350mm 350 (8)初算带长 1265.57(9)确定带的基准长度查1表8-2近邻原则1250(10)计算实际中心距离（取整）358(11)安装时所需最小中心距（取整）=358-0.015x1250=339 339(12)张紧或补偿伸长量所需最大中心距=358+0.015x1250=377377(13)验算小带轮包角度156(14) 单根v带的基本额定功率查1表8-5a插值法 =1.31281.31(15) 单根v带额定功率的增量查1表8-5b插值法=0.15+(0.17-0.15)/(1450-1200)x(1440-1200)=0.1692 0.17(16) 长度系数查1表8-20.93(17)包角系数表8-8插值法=0.35+(0.95-0.93)/(156-155) x(160-155)=0.9340.934(18)单位带长质量表8-110.10(19)确定v带根数 z 3(20)计算初拉力查1表8-4得q= 0.10147.3(21)计算带对轴的压力864.362.带型选用参数表带型1002507.543581563864.36(3-1)x15x2x10=50 3带轮结构相关尺寸项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果(1)带轮基准宽bp查表8-111.0(2)带轮槽宽b查表8-10b=11+13.06(3)基准宽处至齿顶距离查表8-102.753(4)基准宽处至槽底距离查表8-108.79(5)两v槽间距e查表8-1015(6)槽中至轮端距离查表8-1010(7)轮槽楔角查表8-1038(8)轮缘顶径256(9)槽底直径232(10)轮缘底径202(11)板孔中心直径125(12)板孔直径30.846.238 (13)大带轮孔径d最小直径公式mm25(14)轮毂外径d1mm48(15)轮毂长lmm55(16)辐板厚smm12(17)孔板孔数个8二、渐开线斜齿圆柱齿轮设计（一）高速级斜齿圆柱齿轮设计计算表项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果1选齿轮精度等级查1表10-11通用减速器选68级级72材料选择小齿轮45钢（调质）硬度为240hbs大齿轮45钢（调质）硬度为280hbs小齿轮40cr大齿轮45钢3选择齿数z=25u=103/25=4.12个=25u=4.124选取螺旋角=8-2014度145按齿面接触强度设计（1）试选kt1.2-1.4斜齿稍大1.6（2）区域系数zh由1图2.425（3）a由1图6查得a1=0.765a2= 0.880.765+0.88=1.6451.645(4)计算小齿轮传递的转矩t1=5.02xnmm(5)齿宽系数d由1表0.9d1.41(6)材料的弹性影响系数ze由1表mpa1/2189.8(7) 齿轮接触疲劳强度极限由1图650mpa550mpa650550（8）应力循环次数n由1式n1 = 60n1jlh n2 = n1/ i齿1 =n1=n2 = （9）接触疲劳强度寿命系数khn由1图khn1 =0.92 khn2 = 0.96khn1 =0.92 khn2 = 0.96（10）计算接触疲劳强度许用应力h取失效概率为，安全系数为s=1，由1式得h1= = h2= = h= = =540540（11）试算小齿轮分度圆直径按1式（1021）试算=44.5mm44.5（12）计算圆周速度v=1.34m/s1.34（13）计算齿宽bb = dd1tb1=b2=1x44.5=44.5mm44.5（14）模数=1.77h=2.25mnt =b/h =度（15）计算纵向重合度= 0.318dz1tan1.982（16）计算载荷系数k由1表10-2查得使用系数根据v=1.37m/s，级精度，由1图查得动载荷系数1.08由1表查得kh=1.12+0.18(1+0.6d2) d2+0.2310-3b =由1图查得kf=1.35假定，由1表查得1.4故载荷系数k=kakvkhkh=2.14（17）按实际的载荷系数校正分度圆直径由1式d1=d1t=49.02（18）计算模数mm1.9026按齿根弯曲强度设计（1）计算载荷系数kk=kakvkfkfk=2.04（2）螺旋角影响系数根据纵向重合度=1.932，从1图10-280.880.88（3）计算当量齿数zv（4）齿形系数yfa由1表yfa1= 2.57+(2.55-2.57)x(27.37-27)=2.5626yfa2=2.18+(2.14-2.18)/50 x(113.18-100)=2.1695（5）应力校正系数ysa由1表ysa1=1.60+(1.61-1.60)x(27.37-27)=1.6037ysa2=1.79+(1.83-1.79)/50 x(113.18-100)=1.8005（6）齿轮的弯曲疲劳强度极限由1图小：280hbs大：240hbs500350500350（7）弯曲疲劳强度寿命系数由1图0.870.900.870.90（8）计算弯曲疲劳许用应力f取弯曲疲劳安全系数s1.3，由式得f1= = f2= = f1=334.62（9）计算大小齿轮的并加以比较=0.013=结论：大齿轮的数值大0.016（10）齿根弯曲强度设计计算由1式结论：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取2.0mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1= 49.90mm来计算应有的齿数。于是由= 取25 ，则z2 = z1i齿1 =103 取z2 =1033几何尺寸计算（1）计算中心距a=132将中心距圆整为132mm132（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。度14.14（3）计算齿轮的分度圆直径dmm（4）计算齿轮的齿根圆直径df=47=207mm（5）计算齿轮宽度bb = dd1圆整后取：b1 =55 b2 =50mm（6）验算= n =1930.8= n/mm = 35.1m100n/mm合适（二）低速级斜齿圆柱齿轮设计计算表项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果1选齿轮精度等级查1表10-11通用减速器等级6-8级选7级级72材料选择小齿轮40cr（调质）硬度为280hbs大齿轮45钢（调质）硬度为240hb小齿轮40cr大齿轮45钢3选择齿数z个4选取螺旋角=8-20度145按齿面接触强度设计（1）试选kt1.2-1.4斜齿稍大1.6（2）区域系数zh由1图2.433（3）a由1图6查得a3=0.82a4= 0.84 1.661.66(4)计算小齿轮传递的转矩tnmm199.3x(5)齿宽系数d由1表0.9d1.41(6)材料的弹性影响系数ze由1表mpa1/2(7) 齿轮接触疲劳强度极限由1图550mpa570mpa550570（8）应力循环次数n由1式n3 = 60n3jlhn4 = n3/ i齿2 =（9）接触疲劳强度寿命系数khn由1图khn3 =0.97 khn4 =0.99（10）计算接触疲劳强度许用应力h取失效概率为，安全系数为s=1，由1式得h3= = 533.5h4= 564.3 h= =548.9 （11）试算小齿轮分度圆直径按1式（1021）试算71.12mm72（12）计算圆周速度vm/s0.53（13）计算齿宽bb = dd3tb3=5+72=77b4=72mmb3=77b4=72（14）模数h = 2.25mnt =4.5b/h =度（15）计算纵向重合度= 0.318dz3tan2.78（16）计算载荷系数k由1表10-2查得使用系数根据v=0.55m/s，级精度，由1图查得动载荷系数1.02由1表查得kh=1.12+0.18(1+0.6d2) d2+0.2310-3b= 由1图查得kf=1.35假定，由1表查得1.4故载荷系数k=kakvkhkh=（17）按实际的载荷系数校正分度圆直径d3由1式d3=d3t=77.95（18）计算模数mm2.166按齿根弯曲强度设计（1）计算载荷系数kk=kakvkfkfk=1.93（2）螺旋角影响系数根据纵向重合度=1.645，从1图0.880.88（3）计算当量齿数zv（4）齿形系数yfa由1表yfa3=2.42yfa4=2.17（5）应力校正系数ysa由1表ysa3=1.66ysa4=1.80（6）齿轮的弯曲疲劳强度极限由1图440mpa400mpa440400（7）弯曲疲劳强度寿命系数由1图0.900.92（8）计算弯曲疲劳许用应力f取弯曲疲劳安全系数s1.3，由式得f3= = f4= = f1=304.62（9）计算大小齿轮的并加以比较结论：大齿轮的数值大（10）齿根弯曲强度设计计算由1式结论：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取2.5mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d3= 76.33mm来计算应有的齿数。于是由= = 37.8 取38 ，则z4 = z3i齿2 = 取z4 = 1173几何尺寸计算（1）计算中心距a将中心距圆整为160mm160（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。度14.36（3）计算齿轮的分度圆直径dmm（4）计算齿轮的齿根圆直径df=73.45236.55mm（5）计算齿轮宽度bb = dd3圆整后取：b3 = 80 b4 = 75mm（6）验算= n =5080.94n=n/mm =67.75n/mm100n/mm 合适（三）斜齿轮设计参数表传动类型模数齿数中心距齿宽螺旋角高速级斜齿圆柱齿轮2.025103132b1=55b2=50低速级斜齿圆柱齿轮238117160b3=80b4=755轴的设计计算减速器轴的结构草图一、轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表15-1选择轴的材料为40cr(调质)；根据齿轮直径，热处理方法为正火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：再查 1表15-3，=126103考虑键：轴截面有一个键槽3确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果=19.3221.93，安装一带轮25定位轴肩高度根据毡圈尺寸表17-12，d取30mm30按工作要求及=30mm,选用7207ac角接触球轴承，尺寸为dxdxb=35x72x1735轴承安装尺寸=da=4242计算得e=(-)/t1.25m故齿轮与轴做成一体=48.6148.61= =35354选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2，滚动轴承的速度低，故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果箱体壁厚查 2表11-1 10地脚螺栓直径及数目n查 2表11-1由手册3-13得地脚螺栓m20由手册11-1=20n=4轴承旁联接螺栓直径查 2表11-1查手册3-9得联接螺栓m1616轴承旁联接螺栓扳手空间、查 2表11-1查表11-2，m16的轴承盖联接螺钉直径查 2表11-18轴承盖厚度查 2表11-10取凸缘式轴承盖 10小齿轮端面距箱体内壁距离查 2 12轴承内端面至箱体内壁距离查 2采用脂润滑轴承=812mm,取=10mm10轴承支点距轴承宽边端面距离a查表6-6得a=21215.计算各轴段长度。名称计算公式单位计算结果根据带轮与轴配合的毂孔长度为65mm，为了保证轴端挡圈不压在轴的断面上，取=6363=5762取l=60=60+20+10-10-17-2=6161=2+17+10+2=3131=12+80+6-2-2=9494 齿轮段宽长为齿轮齿宽 5510+10+17+2=3939l（总长）343（支点距离）=343-63-61-2（2+21）173二、轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火回火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：再查 1表15-3，=126103考虑键：轴截面有两个键槽3确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果31.23-34.43，及选用7208ac角接触球轴承d x d x b=40x80x1840定位轴肩=40+2x(0.070.1)x40=45.648,及轴承安装要求=47取=4848定位高速级大齿轮，=48+2x(0.070.1)x48=54.7257.6取=5656安装齿轮，令=4848同， 根据30307轴承=40404选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2 滚动轴承的速度低，故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果轴承支点距轴承宽边端面距离a查 表12-6a=23235.计算各轴段长度名称计算公式单位计算结果=2+18+10+2+10=4242=80-2=7878=c=66=50-2=4848=44.5 44.5l（总长）218.5（支点距离）=218.5-2-23-2-23=168.5168.5三、轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火回火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：再查 1表15-3， 考虑键：轴截面有2个键槽3确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果与联轴器孔径相适应，取=5050定位轴肩=50+2x(0.070.1)x50=5760,考虑毡圈取=6060按工作要求及=60mm，选用7213ac角接触球轴承，其尺寸为d x d x b=65x120x2365由轴承安装尺寸=7474定位轴肩取=74+2x(0.070.1)x74=84.3688.8取=8888考虑轴承安装尺寸=7474同,根据轴承7213ac=65654选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2 滚动轴承的速度低，故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果轴承支点距轴承宽边端面距离a根据轴承型号7212ac查表6-6得a=33.533.55.计算各轴段长度名称计算公式单位计算结果查表lt9型联轴器得故82=60+10+20-10-23-2=5555=2+10+23+2=3737=2.5+6+50+12.5-2-9=60606.379.18=75-2=7373=2+23+10+12.5+2=49.549.5l（总长）364.5（支点距离）=l-2-33.5-33.5-82-52-2157.5二、校核轴的强度齿轮的受力分析：齿轮2上的圆周力齿轮2上的径向力齿轮2上的轴向力齿轮3上的圆周力齿轮3上的径向力齿轮3上的轴向力1求支反力、绘弯矩、扭矩图（1）垂直平面支反力 （2）垂直平面弯矩图（3）水平平面支反力=49.62=51.02（4）水平平面弯矩图（5）合成弯矩图（6）扭矩图2按弯扭合成校核轴的强度（1）确定轴的危险截面 根据轴的结构尺寸和弯矩图可知：弯距和扭距大而轴径不足的截面为危险截面（2）按弯矩组合强度校核轴危险截面强度查1表15-1得 60 ,因此,故安全。6轴承的选择和校核一、轴承的选择和校核1轴轴承的选择选择轴轴承的一对 7208ac 轴承，校核轴承，轴承使用寿命为5年，每年按300天计算。2根据滚动轴承型号，查出和。根据30307得3校核轴轴承是否满足工作要求（1）画轴的受力简图。（2）求轴承径向支反力、（a）垂直平面支反力、（b）水平面支反力、（c）合成支反力、29764105.22（3）求两端面轴承的派生轴向力、初选估算2023.68n0.68x4105.24=2791.56（4）确定轴承的轴向载荷、+=842.4+2791.56n=3633.96-=2791.56n（5）计算轴承的当量载荷、查1 表13-5、13-6 ： 根据1 表13-5查表或插值计算径向载荷系数和轴向载荷系数，对轴承1： 对轴承2：轴工作平稳，查查1 表13-6的为，取=1.0（6）校核所选轴承由于两支承用相同的轴承，故按当量动载荷较大的轴承2计算，滚子轴承的0.68 ，查1表13-6取冲击载荷系数 1.0 ，查1表13-4取温度系数1.00 ，计算轴承工作寿命：结论： 即设计的轴承满足寿命要求7键联接的选择和校核一、轴大齿轮键1键的选择选用普通圆头平键a型,轴径 48 ,查1表6-1得 键宽键高2键的校核键长度小于轮毂长度且键长不宜超过，前面算得大齿轮宽度 ,根据键的长度系列选键长 45mm 。查1表16-1得键连接工作方式为静连接，受轻微冲击，许用压力所以所选用的平键强度足够。8联轴器的选择查1表14-1得减速器输出轴相连运输机，转矩变化不大，工作情况系数为查2表8-5，选用弹性套柱销联轴器:根据计算转矩（联轴器公称转矩），即选用lt9型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为1000n.m，半联轴器的孔径=50mm半联轴长度=112mm 半联轴器与轴配合的毂孔长度=84mm丁型轴孔9减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择一、传动零件的润滑1齿轮传动润滑因为齿轮圆周速度，故选择浸油润滑。2滚动轴承的润滑二、减速器密封1.轴外伸端密封用凸缘式端盖2.轴承靠箱体内侧的密封用挡油环3.箱体结合面的密封用回油槽10减速器箱体设计及附件的选择和说明一、箱体主要设计尺寸名称计算依据计算过程计算结果箱座壁厚 10箱盖壁厚8