机械设计课程设计-带式输送机传动装置.doc

燕山大学课程设计说明书燕山大学机械设计课程设计说明书题目：带式输送机传动装置学院（系）： 机械工程学院 年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 目录一、设计任务书.1二、传动装置的总体确定.1三、选择齿轮的材料、精度等级和热处理方式.6四、轴的设计及校核.17五、键的选择校核及计算.26六、轴承的校核计算.27七、联轴器的选择及校核.28八、密封与润滑的选择.28九、箱体结构设计及减速器附件说明.29十、装配三维图.30十一、设计小结.32参考文献.32燕山大学课程设计说明书 设计及计算过程结果1、 设计任务书1、设计题目：带式输送机传动装置2、传动装置运动简3、原始数据及要求 F=1579N D=0.28m V=0.81m/s4、其他条件 使用地点：室内 生产批量：大批 载荷性质：平稳 使用年限：六年一班2、 传动装置的总体设计1、 传动方案的确定 1）本组设计数据：运送带工作拉力F=1579N 运输带工作速度v=0.81m/s 卷筒直径D=280mm 2）外传动机构为联轴器传动；电机安装在远离高速轴齿轮的一端；工作机安装在远离低速轴齿轮的一端。 3）减速器为二级展开式圆柱齿轮减速器。 4）方案简图如下 1电动机 2联轴器 3齿轮 4卷筒轴 5）传动方案的特点：结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、 维护方便由于电动机、减速器与滚筒并列，导致横向尺寸较大，机器不紧凑。但齿轮的位置不对称， 高速级齿轮布置在远离转 矩输入端，可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分地抵消，以减缓沿齿宽载荷分布有均匀的现象。2、电动机的选择及参数计算 电动机是标准部件，设计时要根据工作机的工作特性，工作环境和工作载荷等条件，选择电动机的类型、结构容量和转速。 1）电动机类型和结构的选择 因为本传动的工作状况是载荷平稳，单向旋转。Y系列（IP44）电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘，铁屑或其他杂物侵入电动机内部之特点，B级绝缘，工作环境温度不超过40，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000m，额定电压380V，频率50Hz，适用于无特殊要求的机械上，所以选用常用的封闭式Y(IP44）。 2）选择电动机的容量（功率） 由于减速器工作载荷较稳定，长期连续运行，所选电动机的额定功率等于或稍大于所需的工作功率Pd即PedPd，电动机就能安全工作。（1） 卷筒的输出功率 （2）电动机输出功率Pd 传动装置的总效率 ：联轴器传动效率 0.99（弹性联轴器）：齿轮传动效率 0.98（7级精度一般齿轮传动）：滚动轴承效率 0.99（深沟球轴承） ：卷筒传动效率 0.96则 故 （3）选择电动机转速： 卷筒工作转速为:按表1-8推荐的传动比合理范围，两级同轴式圆柱齿轮减速器传动比电机转速为：(840) 55.3=276.22212 r/min选择同步转速为1000 r/min的电动机，如下表：表1 电动机主要性能参数F=1579N D=0.28m V=0.81m/s电动机计算公式和有关数据皆引自机械设计课程设计指导手册第9页第11页、第119页主要参数：Pw=1.28Kw 电动机型号额定功率（kw）同步转速（r/min)满载转速（r/min)起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y112M-62.210009402.02.2（4）传动比的分配选 各轴转速： 轴 轴 轴 卷筒轴 各轴的输入功率 轴 轴 轴 卷筒轴 （5）各轴的输入转矩 电动机的输出转矩Td为： 轴 轴 轴 卷筒轴 表2 运动和动力学参数轴号功率P/kw转矩T/（Nm）转速n/(rmin)传动比i效率电机轴1.5715.959401.000.99轴1.5515.79940 4.80 0.95轴1.48 72.04195.83540.95轴1.40242.455.31.000.97卷筒轴1.36235.455.3 传动装置总传动比的确定及其分配公式和有关数据皆引自机械设计课程设计指导手册第12页第15页 结果 40燕山大学课程设计说明书三、选择齿轮的材料、精度等级和热处理方式1、高速级齿轮的设计 1）选齿轮材料、精度等级及齿数 （1）材料及热处理； 考虑到齿轮所传递的功率不大，故小齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度为240HBS，大齿轮材料为45钢，正火，硬度为190HBS，二者材料硬度差为50HBS，合适,齿轮均为软齿面，闭式。 （2）精度等级选用8级精度，按GB/T10095 （3）选小齿轮齿数z121 大齿轮齿数 圆整取z2101；误差 合适 (4)一般初取， 2）按齿面接触强度设计 初步确定小齿轮分度圆的直径： （1）载荷系数 动载系数Kv=1.06齿间载荷分配系统，齿向载荷分配系数齿轮计算公式和有关数据皆引自机械设计第76页第98页斜齿圆柱齿轮主要参数：45号钢调质HB1=240HBSHB2=190HBSz121z2101=10Kv=1.06则 （2）计算小齿轮传递的转矩 （3）查得区域系数 （4）重合度系数 （5）螺旋角系数 （6）弹性影响系数（7）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限应力Hlim1590MPa；大齿轮疲劳强度极限应力Hlim2460MPa； （8）应力循环次数 取疲劳寿命系数;（不允许有点蚀） （9）接触疲劳许用应力 取安全系数S1，由式（1012）得 取（10）试算小轮分度圆直径d1t （11）实际圆周速度 （12）修正载荷系数：按 查得动载系数 （13）校正分度圆直径 （14）计算法向模数, 圆整取 （15）中心距 圆整取 （16）修正螺旋角 （17）修正载荷系数K齿间载荷分配系数，齿向载荷分配系数则 （18）修正区域系数 （19）修正重合度系数因1,取=1 （20）修正螺旋角系数 （21）弹性影响系数 （22）修正小轮分度圆直径d1t （23）实际圆周速度 （24）修正载荷系数：按 查得动载系数 （25）校正分度圆直径 （26）计算分度圆直径 （27）齿宽 圆整取mm，mm 3）齿根弯曲强度校核 （1）重合度系数 （2）螺旋角系数 （3）当量齿数 （4)齿形系数 (5)应力修正系数 (6)弯曲疲劳极限应力及寿命系数 (7)弯曲疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1d=42.6mma=125mmS=1燕山大学课程设计说明书 (8)弯曲应力 结论：强度足够 (9)结构设计 大齿轮为锻造结构，小齿轮为齿轮轴2.低速级齿轮的设计及其计算 1)选精度等级、材料及齿数(1)材料及热处理；选择小齿轮材料为45钢，调质，硬度为240HBS，大齿轮材料为45钢，正火，硬度为200HBS，二者材料硬度差为40HBS。(2)精度等级选用8级精度；(3)选小齿轮齿数z122大齿轮齿数 ，圆整取z278； 误差 故合适 2)按齿面接触强度设计因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算 齿轮计算公式和有关数据皆引自机械设计第76页第98页斜齿圆柱齿轮主要参数：45号钢调质HB1=240HBSHB2=200HBSz122z278 （1）载荷系数 动载系数Kv=1.07 查图613齿间载荷分配系统 查图617齿向载荷分配系数则 (2)计算小齿轮传递的转矩 （3）查得区域系数 （4）重合度系数因1,取=1 （5）螺旋角系数 （6）弹性影响系数=14d=0.8Kv=1.07 燕山大学课程设计说明书 （7）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限应力Hlim1590MPa；大齿轮疲劳强度极限应力Hlim2470MPa； （8）应力循环次数 取疲劳寿命系数;（不允许有点蚀） （9）接触疲劳许用应力 取失效概率为1，安全系数S1，由式（1012）得 取 （10）试算小轮分度圆直径d1t （11）实际圆周速度 （12）修正载荷系数：按 查得动载系数 （13）校正分度圆直径Hlim1590MPaHlim2470MPa （14）计算法向模数,取 （15）中心距 圆整取 （16）修正螺旋角 （17）修正载荷系数K 齿间载荷分配系数，齿向载荷分配系数 （18）修正区域系数 （19）修正重合度系数因1,取=1 ， （20）修正螺旋角系数 （21）弹性影响系数 （22）修正小轮分度圆直径 （23）实际圆周速度 （24）修正载荷系数：按 查得动载系数 （25）校正分度圆直径 （26）计算分度圆直径 （27）齿宽 圆整取=55mm，mm 3）齿根弯曲强度校核 （1）重合度系数 d=58.53mma=155mm (2)螺旋角系数 (3)当量齿数 (4)齿形系数 (5)应力修正系数 (6)弯曲疲劳极限应力及寿命系数 (7)弯曲疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1 (8)弯曲应力 结论：强度足够 4）结构设计及参数表首先考虑大齿轮，因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式结构为宜。其他有关尺寸按机械设计图6.26(a)荐用的结构尺寸设计，并绘制大齿轮零件图如下。S=1 其次考虑小齿轮，由于小齿轮齿顶圆直径较小，若采用齿轮结构，不宜与轴进行安装，故采用齿轮轴结构，其零件图见滚动轴承传动轴的设计部分。参数第一级125mm21101212.643mm207mm35mm30mm参数第二级155mm2278314.5968.2mm241.8mm60mm55mm四、轴的设计及校核1、轴的设计（1）初步确定轴的最小直径 材料为45钢，调质处理齿轮轴的最小直径：。考虑到键对轴强度的削弱及联轴器对轴径的要求，最后取d=20mm。中间轴的最小直径：。考虑到键对轴强度的削弱,轴承寿命和轴承端盖的要求，最后取 输出轴的最小直径：。考虑到键对轴强度的 削弱，最后取 （2）齿轮轴的结构设计 a)7轴由于联接联轴器，而联轴器又连接于电动机，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为孔20mm长定为52mm.b)6轴用于安装轴承端盖，该段的长度由减速器的结构所确定，设计减速器内壁到轴承端盖距离为50mm,以及轴要外伸轴承端盖15mm可初步确定轴的长度，定位轴肩加68mm,确定该轴直径为28mm。c)5轴联接轴承，5-6轴肩为非定位轴肩，故加1-3，查取轴承的联接直径，取直径为30mm.长度按轴承宽度确定。d)4-5轴肩为定位轴肩 ，确定直径为36mm,该段属于自由轴段，由减速器箱体及污垢所确定。e)3段是齿轮的形式，其长度是由齿轮的宽度所确定，由齿轮的计算可得此段长度为35mmf)2段轴径由1确定，因轴上的轴承是成对存在的，故1段直径为30mm,长度由轴承宽度确定，考虑到轴的受载情况，本设计中选用深沟球轴承，1-2段位定位轴肩，故可初步确定2段轴径为36mm。 图一、齿轮轴的三维图 （3） 中间轴的结构设计装配方案是：左端齿轮、套筒、轴承、端盖依次从轴的左端向右安装；右端，大齿轮、套筒、右端轴承、调整垫片、端盖依次从轴的右端向左安装。尺寸设计准则同输入轴。图二、中间轴的三维图（4）输出轴的结构初步设计如下图装配方案是：左端轴承、调整垫片、端盖、密封圈、联轴器依次从轴的左端向右安装；右端，套筒、右端轴承、调整垫片、端盖依次从轴的右端向左安装。 a)为了满足联轴器的轴向定位要求，1-2段右端需制出一轴肩，故取1-2段的直径,左端用轴端挡圈定位。半联轴器与轴配合的毂孔长度 b)初步选择滚动轴承。因轴承只受有径向力的作用，故选用深沟球轴承。按照工作要求并根据，查机械设计手册表选取深沟球轴承6209，其尺寸为。故3段轴长为19mm。定位轴长一般取10mm。 c)由定位和非定位轴肩取安装齿轮处的轴端的直径；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的跨度为55mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴端应略短于轮毂宽度，故取。 e)轴承端盖的总宽度为(由减速器及轴承端盖的结构设计而定)。轴承距离箱体内壁的距离为5mm,由此确定第7段的长度。第2段由轴承端盖的宽度以及设计的要求所确定， 至此，已初步确定了轴的各段和长度。燕山大学课程设计说明书 图三、输出轴的三维图2、输出轴的校核 （1）计算齿轮上的作用力斜齿圆柱齿轮螺旋角： 大小分度圆直径： 大齿轮受力：转矩：T2=72.04N.m 圆周力： 径向力： 轴向力： （2）计算轴承支反力 水平面： 垂直面： （3）画出水平面弯矩图Mxy，垂直面变矩Mxz图，和合成弯矩图 （4）画出轴的转矩T图，T=242400Nmm 燕山大学课程设计说明书 （5）轴材料为45刚，调制处理，查得， 用插值法查得 （6）画出当量弯矩图，在小齿轮剖面处的最大当量弯矩分别为： （7）判断轴的危险截面应力大（弯矩M大、有扭矩T、轴径d小） 应力集中（过盈配合、键槽、过渡圆角） 所以确定危险截面在 1、2、3截面附近，且3截面最危险插值法由机械设计手册P143页查得 燕山大学课程设计说明书 3-3剖面左侧，竖直方向： 水平方向： 其合成弯矩为当量弯矩为 3-3剖面右侧，竖直方向 水平方向 其合成弯矩为当量弯矩危险截面在a-a剖面右侧。（8）用安全系数法对3截面进行校核轴材料选用45钢调质，b=650MPa，s=360MPa，查表得疲劳极限：-1=0.45b=0.45650=293MPa，0=0.81b=0.81650=527MPa-1=0.26b=0.26650=169MPa0=0.5b=0.5650=325MPa 由式，得， 轴的强度计算公式和有关数据皆引自机械设计第142157页45号钢调质键联接参考机械设计手册P191页 （1）求截面3的应力 初定齿轮4的轴径为=48mm，连接键由参考文献选择=1450，t=5.5mm,=50mm。 抗弯剖面模量 抗扭剖面模量 弯曲应力 扭剪应力 ( 2)求截面3上的有效应力集中系数 因在此截面处键槽，其键槽应力集中系数可由插值法查得 (3)求表面状态系数及尺寸系数、 查表得=0.92，=0.88、=0.81。 (4)求安全系数 设为无限寿命，kN=1W=11025键槽应力集中系数可由机械设计书P155页表1010查取燕山大学课程设计说明书 根据校核，截面3足够安全，故输出轴满足要求。五、键的选择校核1.键的选择 根据轴径和轴的长度选择键，这里都选择普通平键 输入轴：联轴器段轴径20，选键 640 中间轴：大齿轮配合段轴径33，选键 1025 小齿轮配合段轴径33，选键 1050 输出轴：大齿轮配合段轴径48，选键 1450 联轴器段轴径35，选键1070 2.键的校核 由于静连接，取， 输入轴:键的接触长度 所传递的转矩为 中间轴：大齿轮键的接触长度 能传递的转矩为小齿轮键的接触长度计课程设计指键的选择引自机械设导手册第189页燕山大学课程设计说明书 能传递的转矩为 输出轴，联轴器段键的接触长度 能传递的转矩为 输出轴，大齿轮配合段键的接触长度 能传递的转矩为校核通过结论：键安全六、轴承的校核 1.基本寿命六年一班 2、输出轴寿命校核 轴承型号为深沟球轴承6209其尺寸为dDB=358519。 (1) 已知，两轴承的轴向载荷，由差值法求得e=0.215,径向载荷 (2).计算当量载荷、，X=0.56,Y=2.2 ，故 滚动的计算公式和数据皆引自机械设计第159173页 燕山大学课程设计说明书 (4).轴承寿命计算 查手册得6208型深沟球轴承的，则 故满足预期寿命。七、联轴器的选择及校核 1、电动机与输入轴之间： 为了减小启动转矩，减小转动惯量和良好的减震性能，采用弹性柱销联轴器。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。 查得电机轴外伸直径D=28mm，选HL2型弹性柱销联轴器，其公称转矩为315，半联轴器的孔径，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为36mm.输出轴与卷筒轴之间：选HL2型弹性柱销联轴器，其公称转矩为315，半联轴器的孔径d1=35mm3.、联轴器校核结论，联轴器安全。八、密封与润滑 1、 齿轮采用浸油润滑，由机械设计（机械设计基础）课程设计表16-1查得选用N220中负荷工业齿轮油（GB5903-86）。，圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高。由于第二级大圆柱齿轮圆周速度，可以利用齿轮飞溅的油润滑轴承，并通过油槽联轴器的选择和有关数据皆引自机械设计课程设计指导手册第126130页燕山大学课程设计说明书润滑其他轴上的轴承，且有散热作用，效果较好。 2、滚动轴承的润滑 开设油沟，飞溅润滑。 3、润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用SH 0537-1992润滑油。 4、密封方法的选取 轴端透盖根据润滑方式和轴径选择J型骨架式橡胶油封，检查减速器剖分面、各接触面及密封处，均不许漏油，剖分面涂以水玻璃。9、 箱体的设计及减速器附件及说明1.箱体的设计 （1）减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用配合. （2）机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度 （3）考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油 搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H大于40mm为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为6.3。 （4）机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为10mm，圆角半径为R=5。机体外型简单，拔模方便.2、减速件附件的说明 （1）窥视孔盖窥视孔盖的规格为170114mm。在减速器箱盖顶部开窥视孔，以便于检查传动件的啮合情况、润滑状况、接触斑点级齿侧间隙等。窥视孔应设在能看到传动零件啮合区的位置，并有足够大小，以便手能深入操作。平时将检查孔盖板盖上并用螺钉予以固定，盖板与箱盖凸台接合面间加装防渗漏的纸质封油垫片。减速器的润滑和密封引自机械设计课程设计指导手册第3839页以及机械设计课程设计图册第 82页 共35页 第30页燕山大学课程设计说明书2）放油螺塞螺塞规格为，放油孔的位置应在油池的最低处，并安装在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便于放油。螺塞材料采用Q235。3）油标油标选用M12杆式油标，油标尺常放置在便于观测减速器油面级油面稳定处，对于多级传动油标安置在低速级传动件附近。长期连续工作的减速器，在杆式油标的外面常装有油标尺套，可以减轻油的搅动干扰，以便在不停车的情况下随时检测油面。4）通气器减速器在运转时，箱体内温度升高，气压增大，对减速器密封极为不利。为沟通箱体内外的气流使箱体内的气压不会因减速器运转时的温升而增大，从而造成减速器密封处渗漏，在箱盖顶部或检查孔盖板上安装通气器。5）起盖螺钉箱盖，箱座装配时在剖分面上涂密封胶给拆卸箱盖带来不便，为此常在箱盖的联接凸缘上加工出螺孔，拆卸时，拧动装与其中的起盖螺钉便可方便地顶起箱盖。起盖螺钉材料为45。螺杆顶部做成半圆形，以免顶坏螺纹。6）定位销为保证剖分式箱体的轴承座孔的加工及装配精度，在箱体的联接凸缘的长度方向两端各安置一个圆锥定位销，并尽量设置在不对称位置。定位销为圆公称直径（小端直径）可取，为箱座，箱盖凸缘联接螺栓的直径；取长度应稍大于箱体联接凸缘的总厚度，以利于安装。7）起吊装置吊耳和吊钩：为了方便装拆与搬运，在机盖上设置吊耳，在机座上设置吊钩。吊耳用于打开机盖，而吊钩用于搬运整个减速器。考虑到起吊用的钢丝直径，吊耳和吊钩的直径都取20mm。8）调整垫片组 调整垫片组的作用是调整轴承的轴向位置。垫片组材料为08F。10、 三维图 上箱体下箱体装配体十一、设计小结这次关于带式运输机上的二级同轴式圆柱齿轮减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考