课程设计--带式输送机圆锥齿轮传动装置设计.doc

学 生 实 训 报 告题 目： 机械设计课程设计 系 别： 机电学院 专 业： 机械电子工程 姓 名： 陈宇欣 学 号： 2009094243016 指导教师： 高峰 教务处制 2011年 7月 1 日 机械设计课程设计任务书姓名： 陈宇欣 专业：机械电子工程 班级： 09机电本 学号：2009094243016题号(五)题目带式输送机圆锥齿轮传动装置设计设 计 条 件 及 要 求一、 设计条件及要求1 传动方案要求如右图所示2 设计内容：选择合适的电动机、联轴器型号；设计圆锥齿轮减速器和开式圆柱齿轮机构3 工作条件：单向运转，载荷平稳，两班制工作，输送带速度容许误差为5%4 使用年限：8年5 生产批量：小批量生产原始数据 原始数据编号：3输送带工作拉力F（N）3300输送带速度v（s/m）1卷筒直径D（mm）300设计工作量1 设计说明书1份2 圆锥齿轮减速器装配图1张3 减速器零件图13张（具体在完成装配图并经指导老师审阅后，由指导老师指定）(要求所有工程图按1:1绘制)(1) 箱盖(2) 齿轮二（大圆锥齿轮）目录广东技术师范学院机电学院2题目 设计带式输送机圆锥齿轮传动装置 21.选择电动机52计算传动装置总传动比和分配各级传动比73.计算传动装置的运动和动力参数74.传动件的设计计算94.1圆锥直齿轮设计94.2圆柱直齿齿轮设计（软齿面）135.轴的设计计算175.1输入轴设计175.3输出轴设计286.滚动轴承的选择及计算337.键联接的选择及校核计算348.联轴器的选择359.减速器附件的选择3610.润滑与密封3712.设计小结3913.参考文献39带式输送机圆锥齿轮传动装置设计一、设计条件及要求 1. 传动方案要求如下图所示2. 设计内容：选择合适的电动机、联轴器型号，设计减速器和开式圆锥齿轮传动机构。3. 工作条件：螺旋输送机单向运转，有轻微振动，两班制工作，输送机螺旋轴转速的容许误差为5%。4. 使用年限：8年5. 生产批量：小批量生产原始数据输送带工作拉力F（N）3300输送带速度v（s/m）1卷筒直径D（mm）300 2、 选择电动机1. 电动机类型：选用Y型全封闭笼型三相导步电机2. 选择电动机类型和结构型式：用1、2、3、4、5分别代表联轴器效率，单级锥齿轮传动效率，开式圆柱齿轮传动效率，滚子轴承传动效率，卷筒传动效率。根据【2】表2.3，1=99%，2=95%，3=94%，4=98.5%，5=94%总传动效率a=1223435=80.3%3. 工作机所需电动机输出功率=Fv=3300w 因为，Pd = 4109.6w电动机转速n = (60x1000v)/D = 63.7r/min根据【2】2.2可查得圆锥-圆柱齿轮传动比i=6154. 电动机可选范围为=615=382.2r/min955.5r/min符合这一范围的同步转速只有750r/min，再根据计算出的容量由【2】表8.1选Y160M2-8型号电动机，额定功率为5.5KW，满载转速=720r/min，额定转矩为2.0三、计算总传动比和分配各级传动比1. /=720/63.7=11.32. 分配各级传动比 11.3，再根据【2】表2.2圆锥齿轮传动=3圆柱齿轮传动=3.7 ia = = 11.1 = 11.33. 计算传动装置的运动和动力参数各轴转速=720 r/min =/=340r/min =/=91.9 r/min 4. 各轴功率=Pd 1=4109.6x0.99=4068.5W =4 = 3807.1W4=3525.0W5. 各轴转矩：电动机轴的输出转矩=54.5Nm i0=53.96Nm106.93 Nm=366.31Nm 轴名功率P KW转钜T N.m转速r/min输入输出输入输出电动机轴4.1096 54.51720轴4.06853.807153.96106.93720轴3.80713.525106.93366.31340轴3.525366.3191.94、 传动零件的设计计算：（1） 圆锥齿轮设计计算1. 已知Pd = 4109.6w ，小齿轮转速为720r/min，由电机驱动，工作寿命8年，两班制，单向运转，载荷平稳。2. 按传动方案选用直齿锥齿轮传动。3. 根据【1】表11.20，圆锥齿轮减速器为通用减速器，速度低中速，故选用7级精度。4. 材料选择：根据【1】表11.8可得，圆锥直齿轮为低中速运行，故选用小齿轮材料为40Cr调质，硬度为240260HBS，大齿轮为45钢调质，硬度为217255HBS。5. 选小齿轮齿数Z1 = 24，选i = 2.8，大齿轮 Z2 = i*Z1 =24 2.8=67.2，取68。则u = Z1/Z2 = 68/24 = 2.8。6. 设计准则：应选用软齿面齿轮，主要失效形式为齿面疲劳齿蚀，故先按齿面接触疲劳强度强度计算，再按弯曲疲劳强度计算。7. 接触疲劳强度设计1) 设计公式：d1 2) 齿宽系数，由【1】表11.19，取 = 0.33) 转矩T ，T = = 53.96N.m4) 载荷系数K ,由【1】表11.10，得K=1.15) 弹性系数zE ，由【1】表11.11，的zE =189.8MPa6) 由【1】表11.25，得=580 MPa =530 MPa7) 由【1】表11.9，得=18) 60x720x2x8x300x8=1.6589x109 = 5.925 x108 9) 由【1】图11.28得=1，=1.1 所以 =/=580MPa =/=583 MPa 10） 计算小齿轮大端分度圆直径及大端模数：=63.61mm 大端模数m= d1/Z1 = 2.65 由【1】表11.15得标准模数m=2.7511） 计算主要尺寸 =m=66mm =m=77mm R = 95.56 mm 齿宽=R=28.67mm 取=57.6mm =+5=62.2mm 中心距a=170mm8. 齿根弯曲疲劳强度设计设计公式： 1) 查【1】表11.12，【1】图11.2得齿形系数=2.70，=1.585, =2.27，=1.75，查【1】图 11.26许用弯曲应力 Flim1 = 490MPa Flim2 = 380MPa，查【1】图 11.27，得Yn1 = Yn2 = 1，查【1】表11.9，得Sf = 1.32) 分度圆锥角19.44，70.563) =376.92 MPa，=292.31MPa4) =131.63MPa=376.92 MPa =122.19 MPa =292.31 MPa9. 齿轮各项参数： 名称代号计算公式及参数选择齿数比uU=2.8大端模数=2.75齿数 、=24、=68分度圆锥角 、=19.44 、=70.56分度圆直径 =m=66 =m=77齿顶高=m=3.3齿根高=1.2=3.6全齿高hh =2.2=6.05顶隙cC=0.2=0.6齿顶圆直径 、=+2cos=67.89mm=+2cos=77.66mm齿根圆直径 、=-2.4cos=63.3mm=-2.4cos=76.07mm外锥距RR=95.56mm齿宽bB=28.67齿顶角=1.28齿根角=arctan=198顶锥角 、=+ =+根锥角 、=- =-（2） 开式圆柱齿轮设计计算1. 选择齿轮材料及精度等级 开式圆柱齿轮一般布置为低速运行，故采用直齿轮，均选用45钢，根据【1】表11.8，小齿轮调质，齿面硬度217255HBS,大齿轮正火，齿面硬度169217HBS，由【1】表11.20选7级精度。2. 选小齿轮齿数为= 20 ，大齿轮 = 20 x 3.7 =74，取 75 ，与互为质数3. 齿轮接触疲劳强度设计 1) 计算公式2) 由【1】图11.25，得=550MPa，=510MPa3) 载荷系数K = 1.3， 取=1 4) 小齿轮转矩 = 109360N.mm5) = 189.8 MPa6) 7.83x108 =2.12x108 7) = 0.95 = 1.0，=1=522.5MPa =510 MPa 8) = 66.82mm9) m=3.341 取标准模数 m = 3.5 4. 齿轮弯曲疲劳强度设计1) 设计公式2) Yn1 = 0.9 Yn2=0.953) Flim1 = 400MPa Flim2 = 350MPa4） Sf =1.4.， 所以 =247.14 MPa，=237.50MPa5） =2.81，=1.56, =2.27，=1.75，6） / = 0.017 ，/= 0.0167 小齿轮数目大7） 设计计算 = 1.057 8） 齿轮接触疲劳强度模数m1大于齿轮弯曲疲劳接触强度模数m2，取弯曲疲劳强度模数作为模数m=1.057。查表，由于是开式传动，最终模数取大于10%20%，取m=1.5。9） 其他数据：分度圆直径=30mm =112.5mm齿宽=75mm取=75mm =+5=80mm，中心距a=71.25mm4、 轴的设计计算（1） 输入轴设计计算1. 求输入轴上的功率、转速和转矩 4.0685kw ， 53960N.m2. 求作用在齿轮上的力 已知高速级小圆锥齿轮的分度圆半径为56.1mm 1923.7N660.26N233.03N3. 初步确定轴的最小直径初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为（调质），取，C = 112 得19.95mm，因为轴上有两个键槽，故直径增大10%15% ，取22mm左右因为高速轴的输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查表【1】表19.1，由于转矩变化很小，故取，1.3则70.15N.m由于该轴与连轴器相连的一端直径要与电机相同，应小于联轴器的公称转矩，所以查标准【2】附表8.2，选LT7型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为500000，半联轴器的孔径d1=42mm，故取d1=42mm，半联轴器长度L=112mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为L1=60mm。4. 轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案（见图）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位，1轴段右端需制出一轴肩，故取3段的直径为d3=50mm，为了满端盖密封，3轴段右端需制出一轴肩，故取4段的直径d4=57mm，L2=50mm L3=34mm2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据L3=34mm，由【2】附表10.4中初步选取02系列30210标准精度级的圆锥滚子轴承，其尺寸为50x90x21.75x20 ,d3=d5=50mm，L5=31mmd5=54mm3) 取6轴段L6=53mm，安装齿轮5. 轴上的周向定位圆锥齿轮与轴，联轴器与轴的周向定位采用平键连接，由【1】表8.1查得平键截面12x8mm，键槽用键槽铣刀加工，长为42mm，同时为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；6. 确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为7. 轴上载荷计算1） 根据轴的结构，做出轴的受力图及扭矩图。（如图）2） 计算作用在轴上的支反力载荷水平面H垂直面V支反力F-565N-207.3N2487.7N867.56N弯矩MMH=75986.2NMV1=-27881.85NMV2=26080.27N总弯矩M1=80940.1N M2=80337.31N扭矩TT= 32376N.m按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力6.97MPa前已选定轴的材料为（调质），查得，故安全。（2） 输出轴设计计算1. 求输出轴上的功率、转速和转矩2. =3.8071kw =340r/min = 106.93N.m3. 求作用在齿轮上的力已知大圆锥齿轮的分度圆直径 d2 = 57.75mm= 3703.2N = 448.6 N = 1271.0N4. 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢（调质），取C=112，得25.1mm，增大10%15%，故取dmin=29mm5. 轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案（见图）1) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 确定d1= 30mm 大于29mm ，L1= 80mm大于75 mm （齿宽B1）2) 初步选择滚动轴承。轴承同时承载径向力和轴向力，但轴向力较小，故选用圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据d3=d6大于d1=30mm，由【2】附表10.4选取30307型圆锥滚子轴承，其尺寸为的dxDxTxB=35x80x22.75x21,所以d3=d6=35mm，L6=L3=36mm3） 由经验公式算轴肩高度：h4=4mm，取3mm，所以d4=43mm, L4=38mm4） 取h5=5mm，d5=53mm，L5=110mm5） d2=34mm，L2=50mm轴上的周向定位圆锥齿轮、圆柱齿轮与轴的周向定位均采用平键连接，由【1】表8.1得按d1=30mm查得平键截面bxh=8x7mm，键槽用键槽铣刀加工，长为,70mm，同时为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；同样，d4=43mm选用平键bxh=12x8mm，长度为35mm与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m6。(5) 确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为6. 轴上载荷计算1） 根据轴的结构，做出轴的受力图及扭矩图。（如图）1) 计算作用在轴上的支反力载荷水平面H垂直面V支反力F3008.85N-1296.4N694.35N1745N弯矩MMH=99292NmmMV1=-427812NmmMV2=249535Nmm总弯矩M1=99384.1Nmm M2=268564.0Nmm扭矩TT= 106.93Nm按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力33.78MPa前已选定轴的材料为45钢（调质），查得60MPa，故安全。5、 轴承的选择计算：1. 输入轴轴承：采用圆锥滚子轴承30210型查【2】附表10.4 Cr=73.2kN Cor=92.0kN2. 计算轴向载荷：p=Fp*（xFr+yFa）轴承1：A1/F1（径向）=0.39查【2】附表10.4，e=0.42大于0.39由e查【1】表17.8，得x=1，y=0查【1】表Fp=13. 所以p=Fp*（xFr+yFa）=597.4N轴承2:A2/F2（径向）=0小于e=0.42所以p2=Fp*（xFr+yFa）=2631.2N大于p14. 轴承寿命Lh C=Cr=73200N p=p2=3030.8Nn=n=340r/min =10/35. 所以=1510522h大于8x8x300x2=38400h ,故所选轴承合格6. 输出轴轴承：采用圆锥滚子轴承30307型查【2】附表10.4 Cr=75.2kN Cor=92.0kN7. 计算轴向载荷：p=Fp*（xFr+yFa）轴承1：A1/F1（径向）=0查【2】附表10.4，e=0.31大于0由e查【1】表17.8，得x=1，y=0查【1】表Fp=18. 所以p=Fp*（xFr+yFa）=3030.8N轴承2:A2/F2（径向）=1271/968大于e=0.31所以p2=Fp*（xFr+yFa）=2064.9N小于p19. 轴承寿命Lh C=Cr=73200N p=p2=3030.8Nn=n=340r/min =10/3所以=2184365h大于8x8x300x2=38400h ,故所选轴承合格18六、键的选择：连接轴一与联轴器：键宽b=12mm，键高h=8mm，键长L=500mm连接轴二与锥齿轮：键宽b=12mm，键高h=8mm，键长L=40mm连接轴二与大圆锥齿轮：键宽b=8mm，键高h=7mm，键长L=70mm连接轴三与圆柱齿轮：键宽b=12mm，键高h=8mm，键长L=35mm七、联轴器的选择根据所选电动机轴径的大小选择联轴器的孔径。结合所选Y160M28型电动机的技术数据和外形、安装尺寸，根据【2】附表9.3选取LT7型联轴器，公转转矩为500N.mm，额定转速n=3600r/min，质量m=14.01kg，p=190mm。八、铸铁减速器箱体结构尺寸：名称符号计算公式结果机座厚度8机盖厚度8机盖凸缘厚度12机座凸缘厚度12机座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M20地脚螺钉数目6轴承旁联结螺栓直径M16盖与座联结螺栓直径=（0.5 0.6）M12轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）M8连接轴栓的间距150200视孔盖螺钉直径=（0.30.4）M8定位销直径=（0.70.8）10，至外箱壁的距离查设计手册22，至凸缘边缘距离查设计手册20外箱壁至轴承端面距离=+（510）50大齿轮顶圆与内箱壁距离6.8齿轮端面与内箱壁距离10箱盖，箱座肋厚 6.8轴承端盖外径轴承外径+（55.5）125（I 轴）155（II 轴）轴承旁连接螺栓距离尽量靠近，以和互不干涉为准，一般取九、减速器各部位附属零件的设计：(1)窥视孔盖与窥视孔在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔, 大小只要够手伸进操作即可。以便检查齿面接触斑点和齿侧间隙,了解啮合情况，润滑油也由此注入机体内。(2)放油螺塞放油孔的位置设在油池最低处，并安排在不与其它部件靠近的一侧，以便于放油，放油孔用螺塞堵住并加封油圈以加强密封。(3)油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量.因此要安装于便于观察油面及油面稳定之处即低速级传动件附近；用带有螺纹部分的油尺，油尺上的油面刻度线应按传动件浸入深度确定。(4)通气器 减速器运转时，由于摩擦发热,机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏,所以在机盖顶部或窥视孔上装通气器，使机体内热空气自由逸处，保证机体内外压力均衡，提高机体有缝隙处的密封性，通气器用带空螺钉制成。(5)启盖螺钉为了便于启盖，在机盖侧边的边缘上装一至二个启盖螺钉。在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖；螺钉上的长度要大于凸缘厚度，钉杆端部要做成圆柱形伙半圆形，以免顶坏螺纹；螺钉直径与凸缘连接螺栓相同。在轴承端盖上也可以安装取盖螺钉,便于拆卸端盖.对于需作轴向调整的套环,装上二个螺钉,便于调整。(6）定位销为了保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联接凸缘的长度方向两端各安置一个圆锥定位销。两销相距尽量远些，以提高定