设计一用于带式运输机上的传动及减速装置任务书.doc
用于带式运输机上的传动及减速装置(论文+DWG图纸)
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用于带式运输机上的传动及减速装置(论文+DWG图纸),用于,运输机,传动,减速,装置,论文,dwg,图纸
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1 机械设计课程设计 一、 设计题目： 设计一用于带式运输机上的传动及减速装置。设计使用期限 8 年（每年工作日 300 天），两班制工作，单向运转，空载起动，运输机工作平稳，大修期为 3 年。转速误差为 +5%，减速器由一般规模厂中小批量生产。传动简图及设计原始参数如下。 减速器联轴器2电动机传输带滚筒联轴器1传动装置布置图 原始数据如下表 1 序号 带拉力 F（ N） 带速度 V（ m/s） 滚筒直径 D（ 10 3200 50 二、 选择电动机 ,确定传动方案及计算运动参数 电动机参数确 定 所示带式运输机 ,其电动机所需的工作功率为 1000电动机到运输机的传动总效率为 : 54321 4321 、 5分别为 传动装置布置图 中刚性联轴器 2(结构简单、成本低、适于高速、载荷平稳 )、轴承、齿轮传动、扰性联轴器 1(缓冲、减振、维护方便、承载能力较高 )和卷筒的传 2 动效率取 4321 、滚 子 轴 承、则 1. 选用电动机 查 9616 1999 选用 相异步电动机，主要参数如下表 1 型 号 额定功率 / 载 时 起动电流 额定电流 起动转矩 额定转矩 最大转矩 额定转矩 转速r/ 率 % 功率因数 电 流A 1 960 、 传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配 根据电动机满载转速得传动装置的总传动比为： 0 7 0 060 D 对于展开式二级圆柱齿轮减速器，在两级材质及齿宽系数接近的情况下，两级齿轮传动比可按下式分配： 121 式中，21,i 为减速器的传动比。取90 121 ii， 因闭式传动取高速级小齿轮齿数 4， 885.0a相异步电动机 P=4kw n=96r/1=24 3 大齿轮齿数 i=24 5 齿数比 5/24=速级小齿轮齿数 0 大齿轮齿数 0 8 齿数比 9/28=际总传动比 i =4 38 95/(30 24)=验工作机驱动卷筒的转速误差 卷筒的实际转速 0 mm/速误差 ： %5% 四 、 传动装置运动和动力参数的计算 方便设计 计算将传动装置种各轴由高速至低速依次定为 、 和 ， 21 , 分别为三轴和工作轴的转速（ r/ 21 ， 分别为三轴和工作轴的功率（ ; ，21 分别为三轴和工作轴的输入转矩（ N m） ; 231201 , 分别为电动至 I 轴、 I 轴至 、 至 、 至工作轴之间的传动比 ; 3231201 分别为电动至 I 轴、 I 轴至 、 至 、 至工作轴之间的传动效率。 若按电动机至工作辆的顺序进行推算，则可得到各轴的运动和动力参数如下： 5 3=30 8 i =4 各轴转速： m i n/i n/i n/i n/9603232312121 各轴输入功率 I - 至卷筒轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率 各轴的输出功率为： 32211 各轴的输入转矩 至卷筒轴的输出转矩则分别为输入转矩乘轴承效率 5 各轴的输出功率为： 32211将上述计算结果列入表 1以后设计计算使用。 表 1 运动和动力参数 轴 名 效率 P （ 转矩 T ( ) 转速 r/动比 i 效 率 输入 输出 输入 输出 电动机轴 60 1 轴 60 I 轴 、 齿轮传动的设计 高速齿轮传动设计计算 1） 选择材料确定极限应力 运输机为一般工作机，速度不高，故选用 7 级精度，直柱圆柱齿轮传动。由转动装置图、上述计算数据和机械设计资料，选小齿轮 40质， 280齿轮 45 钢（调质）， 220 2） 按齿面接触强度设计 3 211 )()1( 式中取 M P 影 响 系 数 数 9,1 ，小齿轮的接小齿轮 40质 大齿轮 45 钢调质 6 触疲劳强度极限 001 大齿轮的接触疲劳强度极限602 。 00882(196060601 K 用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1 得 M P 75 6 66 0 试算小齿轮分度圆直径 入 3 步中最小值 )1( 计算圆周速度 V 和齿宽 b t /3 2 0 060 9 6 03 3 0 060 11 3 3) 校核接触疲劳强度 模数 mt=d1/4=取 旋角 r c c o s()/a r c c o s( a= 7 中心距 a=z1+ = o s/)9524( 取 a = 1 1 5 m m 重新计算螺旋角 t 和 分 度 圆 直 径（36 8 6 )9524(r c c a r c c 则螺旋角系数 由运输工作机的使用条件选 由 V=s 查得动载系数 求齿间载荷分配系数K： 选求： T1/ 8 1/b= 100/ 由机械设计查表 10得表 10得 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置 , 3 7 bK 由 b/h=b/(机械设计查图 10 K ；故载荷系数： 1 . 9 6 61 . 3 7 91 . 比试用 大，需按实际的载荷校正所算得的分度圆直径，故 数：13311 载荷系数： ： 8 4)弯曲 疲劳强度 校核 当量齿数 : 6 1 73 6 o s/95c o s/7 1 o s/24c o s/33223311合度系数 : 0 向重合度： s 螺旋角系数 : ）（ 11 0 . 8 2 11202 1 . 3 6 11 取由机械设计查表 10得 齿形 系数： 力校正系数： 算载荷系数 1 . 9 9 61 . 41 . 由 机 械 设 计 查 表 10 得 弯 曲 疲劳 极限 M P 0,5 602 由 机械设计手册查得最小安全系数 寸系数 由应力循环次数842911 106 3 ， 机械 设计 图 10 得寿 命 系数 用应力 : M P 验算： (2 载荷系数 齿轮强度足够 9 强度足够 符合。 高速级齿轮传动 设计 1） 高速级齿轮传动的几何尺寸见下表 1 称 计 算 公 式 结 果 /面模数 旋角 面压力角 n 20 分度圆直径 顶圆直径 2 *22211 齿根圆直径 *22211 中心距 c 21 n 115 齿 宽 105(212 544612 高速级齿轮传动 的 结构设计 小齿轮 1 分度圆直径较小 （ 160 一般采用实心齿轮结构： 大齿轮 2 的结构尺寸按下表 1示： 代 号 结构尺寸计算公式 结果 /毂处直径 1=5 72 轮毂轴尺寸 L L=（ d 54 腹板厚 C C=1 10 倒角尺寸 n n=0.5 表 齿根圆处厚度0 7 腹板最大直径 0= 02 2166 板孔分布圆直径 2=0+119 板孔直径 d1 0心齿轮 1 结构草图 如下图 1： 实 心 齿 轮 1 结 构 草 图大齿轮 2 结构草图如下图 2 所示： 大 齿 轮 2 结 构 草 图 低级齿轮传动设计 11 1）低速级齿轮传动设计计算方法、过程、结构设计同高速级（略），经过设计计算低速级齿轮传动尺寸按下表 1示： 名 称 计 算 公 式 结 果 /面模数 旋角 法面压力角 n20 分度圆直径 c o s,c o s 4433 顶圆直径 2 *24433 齿根圆直径 *24433 中心距 co 43 n 宽 d )105( 868034 小齿轮 3 由于直径较小（ 160），采用实心齿轮结构： 3）大齿轮 4 的结构尺寸按下表 1示： 代 号 结构尺寸计算公式 结果 /毂处直径 4=0 96 轮毂轴尺寸 L L=（ d 78 腹板厚 C C=8 倒角尺寸 n n=0.5 根圆处厚度0 8 腹板最大直径 0= 04 212 板孔分布圆直径 4=0+表 板孔直径 d4 0心齿轮 3 和大齿轮 4 结构草图同上实心齿轮 1 和大齿轮 3（图略） 六、轴的设计 此运输机传动装置减速器为二级展开式，多采用阶梯轴，运输机传动装置工作时运转要平稳，一般先对低速轴的设计。 低速轴设计 1. 选择轴的材料 轴的材料一般与齿轮材 料相同选用 45 钢调质，由机械设计查得屈服强度极限 55 、许用弯曲应力 、硬度 220 0 。 2. 确定轴的最小直径 由上述轴的材料查机械设计表 15 12，于是得： 233330m 由以上数据知道该最小直径显然是联轴器处轴的直径 使联轴器的孔径与该数据相适，故需选择联轴器型号。 联轴器的计算转矩 3,查机械设计表 14虑到 转 矩 变 化 不 大 ， 取 则 3 查标准 5014额定转矩为 联轴器的孔径 0低速轴材料用45 钢调质 联轴器 转矩606825 13 联轴器的长度 L=84联轴器与轴配合毂孔长度 2 故低速轴的最小直径 40m 。 3. 轴的结构设计 1）拟定轴上零件的装配方案 为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出 45 度的倒角；采用砂轮越程 槽以便磨削加工的轴段。现选用图 3 所示的装配方案。 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足半联轴器轴向要求 , -轴段右端制出一轴肩 ,定位轴肩高度取（ d， 半联轴器的孔径 0 -段的直径 d - =43端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径 D=45联轴器 与轴配合毂孔长度 2了保证轴挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故 -轴段的长度比 短一些 ，现取 L - =60 初步选择滚动国轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据 d -=43机械设计手册初步选取 0 基本游隙组、标准精度级的 单列圆锥滚子轴承 30209（ 297，其尺寸,故 d - =d - =45 L -= 右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。 定位轴肩高度h=(.1)d= d - =50 低速轴的最小直径0 14 取安装齿轮处的轴肩 - 段 的直径 d - =60上齿轮4 的设计计算可知），齿轮的左端和左轴 承之间采用套筒定位。已知齿轮 4 轮毂的宽度为 78了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂的宽度，故取 L - =75端采用轴肩定位，轴肩高度取（ d ，取 h= 7 则轴环处的直径 d - =67环宽度 b L - =8 轴承端盖的宽度和直径确定。 选用凸缘式轴承盖（调整方便、密封性能好），由上知滚动轴承直径 D=85查 机械设计手册 选用端盖螺栓直径为 10钉数目为 4，螺栓孔直径D0=d+18端盖直径 .2 34 宽度为 10减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器的距离 L=30取 L - =50看图 1 取齿轮距箱体最近内壁距离 a=14照图 3,考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离 S，取 S=5照图 3已知滚动轴承宽度 T=间轴两齿轮距离 c=20照图 3齿轮 1 轮毂长4轮 2 轮毂长 4轮 3 轮毂长 6齿轮 4 轮毂长 2： L - =T+S+a+( +14+78 - = L2+c+a+ - =54+20+14+55此，已初步确定了轴的各段直径和长度，详见下图 3 齿轮 1 轮毂长4齿轮 2 轮毂长4齿轮 3 轮毂长6 15 图 3 上零件的周向定位 齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按 d -=60 手 册 (1096得 平 键21118 , ,键槽用键槽铣刀加工，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H7/ 同 样 ， 半 轴 联 器 与 轴 联 接 ， 选 用 平 键 5812 ,键槽半径取 R=b/2。半联轴器与轴的配合为 h7/动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选 轴的直径尺寸公差为 4)确定轴上圆角和倒角尺寸 各轴肩圆角半径见图 3角均取为 452 。 首先根据轴的结构图（图 3做出轴的计算简图（图 4-(a)）。在确定轴承的支点位置时，从机械手册查得 30209 单列圆锥滚子轴承 a=图 3知简支梁的轴的支承跨距齿轮 4 轮毂长216 3=71据图 4 的计算出轴的弯矩图和扭矩图（见图 4）。 1)计算轴上的作用力： 齿轮 4：2)计算支反力：绕支点 D 点力矩和 0 得 )()2(,)()2(324424324434同理，绕支点 B 点力矩和 0 得 2)60/()40 83 8()/()(,1)60/()6040 83 8()/()(323432243)转矩，绘弯矩图 水平面弯矩图：见图 4-（ b） C 处弯矩： 1693 垂直平面弯矩图：见图 4-（ c） C 处弯矩： 3 5 12 1 0 6 3 3 7 24422 合成弯矩：见图 4-（ d） 1 7 1 5 5 61 6 9 3 6 3 5 11 9 9 9 7 51 6 9 3 6 21 0 6 3 3 2222222224)转矩及转矩图： 404550见图 4-（ e） 轴上 作用力 支反力 772 弯矩 Y 69362 17 4 轴的载荷分析5）计算当量弯矩 应力校正系数 01 a ： 3 2 4 0 3 0)( 1 5 5 6左左右右 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面 C 是危险截面。现将以上计算结果列于下表 载 荷 水平面 垂直面 支反力 F 弯 矩 M 169362 3 5 11 0 6 3 3 2 总弯矩 MC 1 7 1 5 5 61 9 9 9 7 52222扭 矩 T 404550 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即截面 C）。轴的计算应力为： MP 322 前面选定轴材料为 45 钢调质，许用弯曲应力 ，因此 1故轴安全可靠。 C 171556199975 18 中间轴设计 间轴是齿轮轴，应与齿轮 3 的材料相同，故材料为 40质， 280 由上述轴的材料查机械设计表 15 12，于是得： 3220m i n 取 40 考图 5） 1)划分轴段 轴颈段 L - 、 L - ；齿轮轴段 L - 、 L - ；轴承安装定位轴段 L - ；轴肩 L -。 2）确定各轴段直径 由齿轮设计计算阶段可知：齿轮 2 的直径 5轮 3的分度圆直径 5轴选用阶梯轴形式。 初选滚动轴承，查机械手册选用代号为 30207 单列圆锥滚子轴承，其尺寸为 ,轴承安装尺寸2 d1=d5=d=35 齿轮 2 定位轴肩高度 h=(.1)d=35=处的直径为 d 2=523） 确定各轴段长度（参考图 5） 按轴上零件的轴向尺寸有零件相对位置（同低速级轴）， L - 1危险面强度足够 中间轴材料 40质 d 中 =4019 为 低速级轴 - 轴段距离，综上可得： L - =T+ L 套筒 =0 L - =L 轮毂轴 =50 - L - =20 L - =6 - = L - - L - - L - - L - - L - - L -=5 - = T =)轴上零件的周向定位同低速级，见图 5。 5)确定轴上圆角和倒角尺寸 各轴肩圆角半径见图 3角均取为 452 6)齿轮与轴的周向定位采用平键联接。按 d - =45手册(1096平键 2914 ,键槽半径取R=b/2=7槽用键槽铣刀加工，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 H7/动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选 轴的直径尺寸公差为 7) 轴承端盖的宽度和直径确定。 选用凸缘式轴承盖（调整方便、密封性能好），由滚动轴承外圈直径 d=72查 机械设计手册 选用端盖螺栓直径为 0钉数目为 4，螺栓孔直径 D0=d+7端盖直径 .2 10度为 10 20 到此中间轴结构尺寸初步确定，详见图 5 所示。 图 5 中间轴结构图8）按许用弯曲应力校核过程同于低速级轴（略） 弯矩、扭矩图同低速级轴（略） 中轴受力下图如图 6 所示： 图 6 中 轴 受 力 图现将中间轴受力计算结果列于下表 载 荷 水平面 垂直面 支反力 F 弯 矩 M 扭 矩 T 146500 续表 21 总弯矩 MC D 右D 左C 右C 左 5 9 4 0 7 3 7 7 3 6 4 2 5222222229）按弯矩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（即截面 C、 D）。轴的计算应力为： M P a a (3222232222前面 选定轴材料为 40质，许用弯曲应力 ，因此 1 都小于和 ,故轴安全可靠。 高速级轴设计 于该轴是齿轮轴，与齿轮 1 的材料相同为小齿轮 40质， 280计的全过程同于低速轴（略） 附下： 图 6 高速级轴 结构尺寸图3. 按许用弯曲应力校核过程同于低速级轴（略） 扭矩 中 轴强度足够 高速级轴材料40质 22 弯矩、扭矩图同低速级轴（略） 现将中间轴受力计算结果列于下表 载 荷 水平面 垂直面 支反力 F 弯 矩 M 1 5 4 6 7 2 3 5 5 4 3 总弯矩 MC 6 2 7 7 2 3 72222扭 矩 T 146500 9）按弯矩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（即截面 B）。轴的计算应力为： M P 322232 前面选定轴材料为 40质调质，许用弯曲应力 ，因此 1故轴安全可靠。 七、滚动轴承的校核计算 低速轴滚动轴承选用型号为 30209（ 297，其尺寸 。由机械课程设计表 13载荷分别为 C 7 0 ,计算系数 e=Y= 1）径向负荷 高速 轴强度足够 23 A 处轴承： 3 2 22221 7 6 1) 3( 22222 2）轴向负荷 : 7 64 3）由以上数据可以作出轴承受简图见图七 图 七 轴 承 受 简 图 见轴承内部轴向力： 1 7 3 33 3 3 因为 2 =11=左端被压紧，所以： 2 = 11N 因 5 6 631 8 8 7 3 3 3/FF 所以 4 1 6 5 . 0 5 8 7 . 91 . 533330 . 4F . 4 P 同上： 2 7 7 . 5115/FF 所以 1 2 7 7 F P 因 只需验算轴承 1 的。 轴 承 寿 命 同 运 输 机 寿 命 相 同为 : 1 44 0 00天3年 小时 轴承实际寿命为： 24 4 4 0 6 56 7 8 0 31063101610 具有足够的寿命。 高速、中间轴滚动轴承的校核计算同低速轴承计算（略） 中间滚动轴承选用型号为 30207（ 297，其尺寸。 高速轴滚动轴承选用型号为 30206（ 297，其尺寸。 经验算结果均具有足够的寿命。 八、 键的选择计算及强度校核 1. 低速级 轴轴上 键的选择 在 低速级轴设计 过程中已选择 1 ） 选 择 参 数 ： 齿 轮 4 与 轴 的 联 接 21118 键槽半径取 R=b/2=9 键处轴径 0联轴器 1 与轴联接 5812 键槽半径取 R=b/2=6 键处轴径 0） 强度校核 ：查出键静联接的挤压许用应力 : 4p =120 1p =150 P 862( 422 34 34 1p不符合 故 需 重 选 平 键 ： 由 1096得0914 低速 轴承寿命足够 低速级轴键强度足够 25 由 M P 429)1450( 4212 331 1p符合 2. 中间轴 轴上 键的选择 在中间 轴设计 过程中已选择 1 ） 选 择 参 数 ： 齿 轮 2 与 轴 的 联 接 2914 键槽半径取 R=b/2=7键处轴径 5） 强度校核 ：查出键静联接的挤压许用应力 : 2p =100 P 862( 422 34 34 4p符合 3. 高速级轴轴上 键的选择 在高速级 轴设计 过程中已选择 1 ） 选 择 参 数 ： 联 轴 器 与 轴 的联接 078 键槽半径取 R=b/2=4键处轴径 2 ） 强度校核 ：查 出 键 静 联 接的 挤 压 许 用 应力 : 1p =100 P 30(2 21 1p符合 以上键槽均用键槽铣刀加工。 九、联轴器的选择 联轴器选择 由轴上的功率 速 最小直径： 233330m 查机械设计表 15 12 由以上数据知道该最小直径显然是联轴器处中间 轴键强度足够 高速 键强度足够 26 轴的直径 使联轴器的孔径与该数据相适，联轴器的计算转矩 3,查机械设计表 14虑到转矩变化不大 ,需要有一定缓冲、减振，且要求维护方便、承载能力较高，取 3 查 标 准5014用 铁弹性柱销联轴器 ,用转速 n=5000r/联轴器的孔径 0联轴器的长度 L=84联轴器与轴配合毂孔长度 2 轴器选择 同上可得联轴器最小直径 21
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