燕山大学课程设计报告--带式运输机传动装置.doc

燕 山 大 学机 械 设 计 课 程 设 计 报 告题目： 带式运输机传动装置 学 院： 机械工程学院 年级专业： 13级工设（1）班学 号： 130110050022 学生姓名： 王志辉 指导教师： 齐效文 燕山大学课程设计报告目录1 项目设计目标与技术要求42传动系统方案制定与分析42.1传动方案的制定42.2方案分析53 传动方案的技术设计与分析53.1 电动机选择与确定53.1.1 电动机类型和结构形式选择53.1.2 电动机容量确定53.1.3电动机转速选择63.1.4电动机主要性能参数63.2 传动装置总传动比确定及分配63.2.1 传动装置总传动比确定63.2.2 各级传动比分配74 关键零部件的设计与计算84.1 设计原则制定84.2齿轮传动设计方案104.3 第一级齿轮传动设计计算104.3.1 第一级齿轮传动参数设计104.3.2 第一级齿轮传动强度校核124.4第二级齿轮传动设计计算134.4.1 第二级齿轮传动参数设计144.4.2 第二级齿轮传动强度校核164.5 轴的初算174.5.1 高速轴结构设计与方案分析184.5.2 中间轴结构设计与方案分析204.5.3 低速轴结构设计与方案分析204.6 键的选择及键联接的强度计算214.6.1 键联接方案选择214.6.2 键联接的强度计算224.7 滚动轴承选择及轴的支撑方式225 传动系统结构设计与总成235.1装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范235.1.1装配图整体布局235.1.2 轴系结构设计与方案分析245.2主要零部件的校核与验算255.2.1 轴系结构强度校核255.2.2 滚动轴承的寿命计算286主要附件与配件的选择316.1联轴器选择316.2 润滑与密封的选择316.2.1 润滑方案对比及确定316.2.2 密封方案对比及确定316.3 通气器326.4 油标326.5 螺栓及吊环螺钉326.6油塞326.7其它337 零部件精度与公差的制定337.1 精度设计制定原则337.2 减速器主要结构、配合要求347.3 减速器主要技术要求348 项目经济性分析与安全性分析34 8.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性348.2 减速器总重量估算及加工成本初算358.3安全性分析358.4 经济性与安全性综合分析359三维图3610 设计小结3811参考文献39燕山大学课程设计报告设计计算过程结果1 项目设计目标与技术要求任务描述：带式输送机传动装置设计一款传动装置，使其将电机的动力传输到卷筒上。该装置由电动机、传动装置和工作机三部分组成。设计的主要任务是对电动机的选择和传动装置的设计，选用合适型号的电动机，根据电动机转速与所要求的工作机的转速，确定总传动比，按照传动比分配原则选定各级传动比，计算传动装置的运动和动力参数，设计传动装置主要工作结构以及外形结构。以及支撑件 ，润滑件，辅助定位件的设计与选取。技术要求： 卷筒数据要求： 负载力F=1835N 卷筒直径D=0.33m 卷筒圆周速度V=0.38m/s 其他条件： 使用地点：室外 生产批量：小批 载荷性质：微振 使用年限：四年二班2传动系统方案制定与分析2.1传动方案的制定方案一：高速级为普通V带传动，低速级为圆柱齿轮的减速器 该传动装置的优点在于带传动可以避免过载引起电机的损害，而且带传动可以减小噪音，减小震动，但是V带容易打滑，承载能力低，易磨损，寿命短。所以这种方案不宜选用。方案二：高速级为圆锥齿轮传动，低速级为圆柱斜齿轮的减速器。 该传动装置选用圆锥齿轮作为高速级的传动装置，这样可以传递交错轴之间的动力，从而大大减小减速器的整体尺寸。但是圆锥齿轮有一端为悬臂梁结构，在传递大扭矩的情况下不稳定。而且圆锥齿轮的加工精度要求高，成本高。所以综上所述该方案不宜选择。方案三：二级展开式圆柱斜齿轮减速器该种减速器结构简单，传动效率高，传动平稳，传递的动力大。但是如果应用于传动比较大的场合，该类减速器的尺寸就会大大增加，所以不适合应用于传动比大工况。方案四：高速级为蜗轮蜗杆传动，低速级为圆柱齿轮传动的减速器。该种传动装置虽然传动效率一般，但是蜗杆传动和齿轮传动结合后，可以 大大减小减速器的尺寸，降低传动噪音。而且可以应用于传动比大的工况。 最终选择：为了减小减速器的尺寸以及降低噪音，该减速器采用蜗杆-齿轮减速器。2.2方案分析 蜗杆传动可以实现较大的传动比，尺寸紧凑，传动平稳，但效率较低，适用于中、 小功率的场合。采用铸造锡青铜为蜗轮材料的蜗杆传动，由于允许齿面有较高的相对滑动速度，可将蜗杆传动布置在高速级，可以提高承载能力和传动效率。因此将蜗杆传动布置在第一级。 斜齿轮传动的平稳性较直齿圆柱齿轮传动好，常用在高速级或要求传动平稳的场合。因此将斜齿轮传动布置在第二级。 因此，蜗杆传动斜圆柱齿轮传动，这样的传动方案是比较合理的。3 传动方案的技术设计与分析3.1 电动机选择与确定 3.1.1 电动机类型和结构形式选择 类型：Y系列 （三相交流异步电动机） 3.1.2 电动机容量确定 工作机所需的输入功率：传动装置的总销量率：【联轴器效率，=0.99；为齿轮传动效率，=0.97（8级精度齿轮传动）；为 蜗杆传动效率，=0.75；为轴承传动效率，=0.99；为卷筒的传动效率，=0.96】工作机所需电机输出功率所以为了保证工作机的正常工作，以及避免电机长期过载而过早损耗，电机的容量1.03kW,但是电机 容量过大会导致电机的价格过高，能力不能充分利用，由于经常不能满载运行，效率和功率因数都比较低，增加电能损耗，造成很大的浪费。综上所述 查手册取。 3.1.3电动机转速选择同步转速3000传动装置的结构尺寸重量增大，成本提高15001000适中750电动机尺寸和重量大，价格高。卷筒轴工作转速 额定转速（满载转速） 3.1.4电动机主要性能参数型号额定功率(w）同步转速（rmin）满载转速（rmin）Y90S-41.1150014002.223 3.2 传动装置总传动比确定及分配 3.2.1 传动装置总传动比确定 总传动比 3.2.2 各级传动比分配（要清楚的体现分配原则、要求与目标）3.2.2.1 分配方案 分配原则：各级传动比在常用的合理范围内，各级传动尺寸协调，结构匀称紧凑， 传动装置外廓尺寸较小。传动比分配(为齿轮传动，为蜗杆蜗轮传动)当蜗杆头数为2时其传动比=1532 蜗杆齿轮减速器一般可选齿轮传动的传动比 3.2.2.2 各级传动比确定 传动装置的传动比分配为: 各轴转速 各轴输入功率 各轴输入转矩 运动和动力参数计算结果整理于下表：轴号功率P/kW转矩T/(N*m)转速n(r/min)传动比i效率电机轴1.037.039101.000.99轴1.026.96910200.75轴0.76103.6959.173.180.96轴0.72312.5518.51.000.97卷筒轴0.70303.8618.54 关键零部件的设计与计算4.1 设计原则制定 不同类件的安全系数确定对于蜗轮蜗杆传动副而言，蜗杆齿是连续螺旋，其材料为较高的刚才所以失效总是发生在蜗轮齿面上。蜗轮和 蜗杆之间的相对滑动速度较高，产热量较大。所以蜗轮齿面容易发生点蚀以及胶合，很少发生折断，所以蜗轮的安全系数主要根据齿面接触疲劳强度确定。对于齿轮传动来说，由于所选齿轮为软齿面，齿轮容易发生胶合和点蚀按照齿面接触疲劳强度设计，按照齿根弯曲疲劳强度校核。S为疲劳强度安全系数，设计时按照齿轮材料疲劳极限试验所取定的失效概率计算齿轮的疲劳强度，取S=1。对于轴而言，主要受力为轴承的挤压，齿轮传递时产生的轴向力，径向力，轴向力，将这些力向轴线处简化后得到附加弯矩以及扭矩。所以可以认为轴除了受 过轴线的力之外还受弯矩以及扭矩，所以在进行轴的强度计算时按安全系数校核计算。当材料质地均匀、载荷与应力计算较准确，取=1.31.5；材料不够均匀、计算不够准确时，可取=1.51.8；材料均匀性和计算精度都很低，或尺寸很大的转轴（），则可取=1.82.5。此处按第一种情况计算，即=1.31.5。 关键件或主要件加工工艺制定 蜗杆：下料、（按正规定要求坯料要经过锻打处理，为获取良好的金属纤维状）粗车（要保证同轴度，留2mm的精加工量。）热处理调质处理HRC28-32半精车，各部半精车留0.5mm的精车量，车蜗杆部分及两端退刀槽车至要求，挑蜗杆、粗挑，不论用分层法 切入法等都可（注意在切削过程中不可以让刀具三面吃刀，如果三面吃刀有可能产生扎刀）在中经处测量留量0.3mm，半精挑留量0.05-0.1mm（为精光留好较好的基础）低速精光三面至要求（刀具一定要锋利，刃口粗糙度一定要好，一面一面的光。）精车各部至要求（保证同轴度）。 蜗轮：加工蜗轮毛坯（小批自由锻）滚齿，采用基本参数与工作蜗杆相同的蜗轮滚刀，按展成法原理(见齿轮加工)切出齿形。如果采用径向进给法滚齿，则滚刀与工件按Z2/Z1的传动比（Z1为工作蜗杆螺纹头数,Z2为蜗轮齿数）对滚，两者逐渐靠近直到其中心距等于工作蜗杆与蜗轮啮合时的中心距为止珩齿，提高齿面质量、改善蜗轮与蜗杆啮合时的接触情况 圆柱斜齿轮：加工齿轮毛坯（小批自由锻）加工齿面（插齿）热处理（大齿轮正火小齿轮调制）精加工（珩齿） 轴：备料车右端面、钻中心孔、调头夹外圆车左端面、钻中心孔粗车外圆铣键槽调制热处理改变材料切削性能 精车外圆表面、切退刀槽和倒角、调头切退刀槽倒角磨削外圆表面去毛刺箱体和箱座：铸造毛坯时效油漆划线粗、精加工基准面粗、精加工各平面粗、半精加工各主要孔粗、半精加工各次要孔加工各螺纹、紧固孔、油孔等 去毛刺清洗检验。（平面加工采用普通铣床、孔采用镗床加工）。 材料选择与工艺选择蜗杆、齿轮、以及轴的材料均采用 45钢，虽然因硬度不高限制了承载能力，但易制造、成本低，另外通过热处理的方式或者增加轴径（针对于轴）可以增加其材料性能，所以45钢 可以满足减速器的工作要求。箱体和箱座采用HT150即可保证较好的耐磨性、铸造性和可切削性且吸振性好，成本低。蜗轮的材料有两大类：锡青铜和无锡青铜两大类。锡青铜容易发生点蚀，不宜胶合，但是抗拉和抗弯强度较小。而无锡青铜不宜点蚀，抗胶合能力差，但是抗拉和抗弯强度较大。考虑到承载能力，而且在保证散热的情况下，可以防止胶合的发生，所以本装置中轮缘和轮芯分别采用了采了用无锡青铜 ZCuAl9Fe4Ni4Mn2，和HT100。并且为金属型，大大提高承载能力。4.2齿轮传动设计方案 软齿面/硬齿面方案选择，设计及校核原则，直齿轮/斜齿轮选择方案蜗杆的传动设计方案：根据GB/T 100851988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。设计及校核原则：按齿面接触疲劳强度进行计算，按齿根弯曲强度进行校核，最后计算热平衡。齿轮传动设计方案： 大小齿轮据选择软齿面即可满足要求，但热处理方法不同。大齿轮正火、小齿轮调质，可以得到的硬度差（小齿轮齿根薄，受载次数多，可以使大小齿轮寿命接近；减小胶合的危险）。 设计及校核原则：软齿面点蚀为主，以齿面接触疲劳强度设计，齿根接触疲劳强度校核。 圆柱齿轮采用斜齿轮。相对于直齿轮，斜齿轮有以下优点： （1）斜齿轮的啮合性好，传动平稳、噪声小。 （2）斜齿轮重合度大，降低了每对齿轮的载荷，提高了齿轮的承载能力。 （3）斜齿轮不产生根切的最少齿数少。4.3 第一级齿轮传动设计计算4.3.1 第一级齿轮传动参数设计(1)初选材料、精度等级和蜗杆头数1. 材料 初步估算蜗杆副的相对滑动速度：蜗轮：ZCuSn10P1 金属型铸造（小批量生产）蜗杆：45 调质处理2. 精度等级：初选8级（一般为动力传动）3. 蜗杆头数： 实际传动比 传动比误差（2）接触疲劳强度设计 1. 2. .3.4.5.6. 7. 代入 取 956（3）传动基本尺寸确定1. 蜗轮分度圆直径：2. 传动中心距： 圆整取变位系数 3. 蜗杆导程角： 4. 蜗轮齿宽： 5. 确定精度等级 =0.73S2 由图示结构知，1轴承“放松”,2轴承“压紧”。 则 Fa1=S1 =371.32，Fa2= S1+Fa=371.32+571.9=943.22N（3）计算当量载荷 e=0.43 当比值小于e时，X=1，Y=0， 比值大于e时，X=0.44，Y=1.30。 e=0.43 当比值小于e时，X=1，Y=0， 比值大于e时，X=0.44，Y=1.30。 查书169页表11-7，取（平稳运转） e查表得X2=0.44，Y2=1.30 则 P1=1.2928.3=1113.96N P2=1.2(0.441156.8+1.30943.22)=2082.2N（4）计算寿命 取P1、P2中的较大值带入寿命计算公式因为是球轴承，取=3，则h1021039h19200h,符合要求。 当载荷受到平稳运转或轻微冲击时，载荷系数为1.21.5，受到轻度冲击的运转时，载荷系数为1.53.0。而载荷性质为平稳运转或轻微冲击。当fP=1.5时，结果为532772h，当fP=3时，结果为65346h。所以选择安全。（5）静载荷验算： X0=0.5，Y0=0.38，则 故取 故取 （6）极限转速验算： 则 所以选用7206C型轴承符合要求。6主要附件与配件的选择6.1联轴器选择 弹性柱销联轴器能够承受启动频繁转向经常改变，负载启动的高低速传动。 弹性联轴器由于含有能产生较大弹性变形的元件，除有补偿性能外，还具有缓冲和减振作用。由于减速器工作情况为微振，因而选择弹性联轴器，其中包括弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器。 方案一：弹性柱销联轴器的特点：结构简单，安装方便，更换容易，尺寸小，重量轻。由于弹性套工作时受到挤压发生的变形量不大，且弹性套与销孔的配合间隙不宜过大，因此弹性柱销联轴器的缓冲和减震性不高，补偿两轴之间的相对位移量较小。 应用于冲击载荷不大，由电动机驱动底座刚性好，对中精确的各种中小功率传动轴系中。 方案二：弹性套柱销联轴器的特点：结构简单，容易制造，装拆更换弹性元件比较方便，不用移动两联轴器。适用于轴向窜动较大，启动频繁转向经常改变，负载启动的高、低速传动。根据轴孔直径的大小选择： 轴1的联轴器选择HL1弹性柱销联轴器的J型轴孔直径18mm轴孔长度30mm 额定转矩为160Nm 轴3的联轴器选择HL3弹性柱销联轴器J型轴孔直径38mm，轴孔长度60mm额定转矩为630Nm6.2 润滑与密封的选择6.2.1 润滑方案对比及确定蜗杆、大齿轮采用浸油润滑，小斜齿圆柱齿轮通过和大齿轮啮合得以润滑，大齿轮和过油轮啮合润滑。轴1因蜗杆转速为0.73m/s,轴承可以采用稀油润滑，但因蜗杆旋项导致油液向两侧分流，不能产生油雾润滑，故轴3轴承采用润滑脂润滑，因为轴承转速v位置公差值形状公差值粗糙度数值。2）对于结构复杂，刚性较差或不易加工与测量的零件（如细长轴和孔，距离较大的孔等），可降低等级1-2级。 7.2 减速器主要结构、配合要求 （1）在减速器中，齿轮与轴的配合选用基孔制过盈或基孔制过渡配合：如H7/r6、H7/p6、H7/n6均可。 （2）滚动轴承内圈与轴颈采用基孔制，但内圈公差带是上偏差为0，下偏差为负，所以，轴颈的公差带要比通常的紧，选择k6，实际上是过盈配合。外圈与机座孔的配合采用基轴制，机座孔用H7。 （3）端盖与机座孔之间用f 9。 （4）联轴器的配合与齿轮相同。 （5）滚动轴承的形位公差-圆柱度，一定要查互换性书88页表4-18 轴颈和外壳孔的形位公差。 （6）其它的形位公差值均可按7级查表。 7.3 减速器主要技术要求l 装配前，所有零件用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，机体内不许有任何杂质存在，内壁涂上不被机油侵蚀的涂料两次；l 蜗轮啮合侧隙用铅丝检验不小于0.14mm,齿轮啮合侧隙用铅丝检验不小于0.16mm，铅丝不得大于侧隙的四倍；l 用途色法检验斑点。蜗杆副按齿高接触斑点不小于55%，按齿长接触斑点不小于50%；齿轮副按齿高接触斑点不小于40%，按齿长接触斑点不小于35%。必要时可用研磨或刮后研磨以便改善接触情况；l 检查减速器剖分面、各接触面及密封处，均不许漏油。剖分面允许涂密封油漆或水玻璃，不允许使用任何额填料。轴伸出处密封应涂上润滑脂；l 轴承空隙内润滑脂的填入量为轴承空隙体积的1/2-2/3，每半年左右补充或更换一次。8 项目经济性分析与安全性分析 8.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性以轴类零件、箱体以及轴承端盖来说明三者的关系。 轴类零件： 轴类零件主要采用碳素钢和合金钢以及球墨铸铁 （1）碳素钢价格低，应力集中小，应用广泛。但是强度和硬度较差。 （2）合金钢的强度和硬度比较高，可淬性较好。在传递大动率并要求减轻质量提高轴颈的耐磨性时应用广泛。 （3）球墨铸铁：它们的毛坯是铸造成型，容易 得到理想的形状。这些材料的吸镇效果比较好。可以通过热处理方式获得良好的减磨性，对应力集中的敏感性低。 最终选择：由于铸造轴的品质不宜控制，可靠性较差不选择球墨铸铁。再加上经济的原因以及应力集中因素，可选择碳素钢（45）作为轴类零件的材料。而且通过调制处理可以提高轴的强度。 轴类在毛坯之后的加工一般都是以车床加工为主。但是毛坯的加工有锻造和铸造以及车制毛坯三种加工方式。 （4）锻造毛坯应用较多，它可以使材料内部分布均匀，不宜用于复杂零件。 （5）铸造毛坯：容易得到理想的形状，成本比锻造高。但是会导致内部铸造应力的存在。 （6）车制毛坯：主要用于尺寸较小的轴。最终选择：由于该减速器的轴类零件均比较大，而且结构简单，所以采用锻造毛坯。箱体和轴承端盖：箱体和轴承端盖的材料可以选择灰铸铁，碳素钢等。灰铸铁：灰铸铁材料具有良好的吸振性，容易切削且承压性能好，适合铸造，成本较低。碳素钢：虽然碳素钢的强度高，但是该种材料不宜铸造，适合切削加工。最终选择：轴承端盖的材料选HT150。加工工艺可以铸造和数控加工铸造：适合内部复杂的零件，加工精度低，适合批量生产，成本低。数控加工：加工精度高，适合单个生产，成本高。最终结果：考虑到经济因素，以及该减速器为小批量生产，所以选择铸造。 8.2 减速器总重量估算及加工成本初算 在solidworks里建好三维模型后，可得出 整个装配体的体积为0.0197m3，密度为7.8x103Kg