带式运输机传动装置设计III.doc

机械设计基础课程设计设计题目：带式运输机传动装置设计III航空科学与工程学院 100513班 设计者： 庄淇凯 指导老师： 杨洋 前言本设计为机械设计基础课程设计的内容，是先后学习过画法几何、机械原理、机械设计、工程材料、加工工艺学等课程之后的一次综合的练习和应用。本设计说明书是对带式运输机减速器传动装置设计的说明，减速器是降低轴转速、提升扭矩机器，使用广泛，本次设计是使用已知的使用和安装参数自行设计机构形式以及具体尺寸、选择材料、校核强度，并最终确定形成图纸的过程。通过设计，我们回顾了之前关于机械设计的课程，并加深了对很多概念的理解，并对设计的一些基本思路和方法有了初步的了解和掌握。目录前言2第一章 设计任务书11.1课题题目11.2传动方案分析及原始数据：1第二章 传动方案的拟定22.1整体方案22.2 减速器说明2第三章 电动机的选择33.1类型和结构形式的选择：33.2 确定电机的额定功率：3第四章 传动系统的运动和动力参数4第五章 传动零件的设计计算和校核65.1 闭式齿轮传动设计65.2减速器外部零件的设计计算-普通V形带传动9第六章 轴的设计计算和校核116.1高速轴的设计与校核：116.2低速轴的设计与校核13第七章 滚动轴承的选择和寿命计算167.1高速轴轴承的选择167.2低速轴轴承的选择16第八章 键和联轴器的选择188.1 键的选择188.2 联轴器的选择18第九章 润滑的选择199.1闭式减速齿轮的润滑199.2滚动轴承的润滑19第十章 密封形式的选择20第十一章 减速器机体各部分结构尺寸其它技术说明2111.1 减速器集体各部分尺寸2111.2其它技术说明：21参考文献2222第一章 设计任务书1.1课题题目u 带式运输机传动装置设计III1.2传动方案分析及原始数据：u 设计要求：1带式输送机在常温下连续工作、单向运转，空载起动，工作载荷较平稳，带速允许误差5%。2.两班制（每班工作8小时），要求减速器设计寿命为10年，大修期为3年，小批量生产。u 主要技术参数：输送带的最大有效拉力F=1450N，输送带的工作速度V=1.55m/s，输送机滚筒直径D=250 mm。u 设计任务：1) 减速器装配图1张（A0或A1图纸）；2) 零件工作图2张（大齿轮、低速轴，A3图纸）；3) 设计计算说明书1份，60008000字。说明书内容应包括：拟定机械系统方案，进行机构运动和动力分析，选择电动机，进行传动装置运动动力学参数计算，传动零件设计，轴承寿命计算、轴（许用应力法和安全系数法）、键的强度校核，联轴器的选择、设计总结、参考文献、设计小结等内容。第二章 传动方案的拟定2.1整体方案根据设计任务书，该方案的设计分成减速器（传动部分）和工作机（执行部分）两部分，如图 2- 1 带式运输机传动装置设计参考图所示。图 2- 1 带式运输机传动装置设计参考图2.2 减速器说明机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。第三章 电动机的选择3.1类型和结构形式的选择：按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机，电压为 380/220V；3.2 确定电机的额定功率：（一）工作机的功率Pw =FV/1000=11501.6/1000=2.247kw（二）总效率 = =（三）所需电动机功率 总传动比范围：带轮传动比 齿轮传动比总传动比 查机械零件设计手册电动机选用 Y112M-4 得 Ped = 3 kw n满 = 1420 r/min电动机选用：Y100L2-4第四章 传动系统的运动和动力参数 1 计算传动比 工作机的转速n=601000v/（D） =6010001.55/(3.14260) =118.41r/min 取 则2 确定各轴运动和动力参数=4.00（一）转速n=1420（r/min）=/=/=1420/3=473.333（r/min） =/=473.333/4.0=118.33（r/min） =118.33（r/min）（二） 输入功率P （三） 输出功率 （四） 输入转矩T (Nm) (Nm )（五） 输出转矩 =14.126(Nm) (Nm) (Nm )各轴的运动和动力参数列表如下：功率P/kw轴名输入输出电机轴2.25高速轴2.162.14低速轴2.072.05滚筒轴2.032.01转矩T/Nmm轴名输入输出电机轴15130高速轴4358043180低速轴167100165450滚筒轴163740162220转速n/(r/mm)传动比效率轴名电机轴1420高速轴473.330.96低速轴118.3340.96滚筒轴118.3310.98第五章 传动零件的设计计算和校核5.1 闭式齿轮传动设计考虑到主动轮的转速不是很高,传动尺寸无严格的限制，批量较小，故小齿轮用45号钢，调质处理，硬度为HB=249286，平均取为260HB，大齿轮用45号钢，正火处理，硬度HB=182267，平均取220HB，精度等级选为8级。注：表中图表来自于机械设计计算项目计算内容计算结果（1）初步估算小齿轮直径转矩T1=9550P1n1齿宽系数由图2-14，取d=1.2d=1.2接触疲劳极限由图2-24得到初步计算需用接触应力HP1=0.9Hlim1HP2=0.9Hlim2Ad值由表B-1，估计取Ad=756Ad=756动载荷系数K=1.4K=1.4计算小齿轮直径初取 d1=45mm初步齿宽b=dd1b=65mm（2）确定基本参数圆周速度 v=1.61m/s精度等级由表2-1选择8级精度齿数、模数和螺旋角取z1=35z2=iz1=150.5，互质取831取z1=35mt=d1/z1由表2-4取mn=1.25=acrcosmnmt（3）校核齿面接触疲劳强度重合度系数由表2-5得由于无变位，端面啮合角t=t=12z1(tanat1-tant)z2(tanat2-tant)=bsinmn=3.221Z=1=0.764t=20.524at1=27.47at2=22.4=1.713=3.221Z=0.764使用系数载荷较平稳KA=1动载系数由教材图2-6KV=1.2齿间载荷分配系数Ft=2T1d1由表2-8，软齿面斜齿轮，精度等级8级KH=KF=cos2bKH=KF=1.75齿向载荷分布系数KH=1.43334区域系数由图2-18查出ZH=2.43ZH=2.43弹性系数由表2-15查出ZE=189.8MPaZE=189.8MPa螺旋角系数Z=cosZ=0.986许用接触应力验算齿面接触应力：H=ZHZEZZKAKVKHKHFtd1bu+1u合格（4）确定主要传动尺寸中心距圆整取a=160mm螺旋角=arccos(z1+z2)mn2a端面模数mt=mncos分度圆直径d=mnzcos齿宽b=dd（5）齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数由图2-10,查得YFaYFa1=2.45YFa2=2.15应力修正系数由图2-21查得YSa1=1.65YSa2=1.81螺旋角系数由图2-22查取Y=0.87重合度系数Y=0.25+0.75vY=0.67齿向载荷分布系数bh=19.2由图2-9查取KF=1.5许用弯曲应力校核试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限Flim由表2-17查最小安全系数SFmin由图2-18确定尺寸系数YX由图2-32确定弯曲寿命系数YNT另外取YST1=YST2=2YVrelT1=YVrelT2=1YRrelT1=YRrelT2=1F=KAKVKFKFFtbmnYFaYSaYYFP=FlimYSTYNTYVrelTYRrelTYXSFminFlim1=300N/mm2Flim2=270N/mm2SFmin=1.25YX1=YX2=1.0YNT1=0.88YNT2=0.90YST1=YST2=2YVrelT1=YVrelT2=1YRrelT1=YRrelT2=1F1=172.22MPaF2=167.42MPaFP1=427MPaFP2=401MPaF120 小轮包角合适确定带的根数由式确定V带根数，查63表得0.36kW，查67表得0.03kW查62表得0.99，0.89则 Z=PC/（(P0+P0)=2.71/（0.97+0.11）0.990.89 = 5.54 故要取6根Z型V带 满足少于8根的要求。带轮样式选择小带轮：辐板式；大带轮：孔板式草图第六章 轴的设计计算和校核6.1高速轴的设计与校核：计算项目计算内容计算结果材料选择为45号钢，正火处理，硬度HB=170217 估算轴径=c=115=21.83mm选取直径比d大3%d=25mm齿轮圆周力Ft=2T1d1齿轮径向力Fr1=Ft1tanncos齿轮轴向力Fa1=Ft1tan竖直面反力及弯矩FAV=FBV=Ft2FAV=FBV=748.15N水平面反力及弯矩合成弯矩MC=MVC2+MHC2MC=MVC2+MHC2应力校正系数b=750MPa0b=130MPa=0.58计算当量弯矩Mec=Mc2+(T)2截面C是危险截面受力和弯矩图校核许用弯曲应力为符合要求6.2低速轴的设计与校核 计算项目计算内容计算结果材料的选择为45号钢，正火处理，硬度HB=170217 估算轴径=c=115=29.86mm加大3%，d=30.75d=40mm齿轮圆周力Ft=2Td齿轮径向力Fr=Fttanncos齿轮轴向力Fa1=Ft1tan竖直面反力及弯矩FV=Ft2水平面反力及弯矩合成弯矩MC=MVC2+MHC2应力校正系数b=600MPa0b=95MPa=-1b0b=0.58计算当量弯矩Mec=Mc2+(T)2受力和弯矩图校核许用弯曲应力为 -1b=55MPa符合要求第七章 滚动轴承的选择和寿命计算7.1高速轴轴承的选择该轴为工作于普通温度下的短轴，故支点采用两端单向固定的方式选用一对圆锥滚子轴承，按轴径初选30205。计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数d=25mm，D=52mm，B=15mm，T=16.25mm轴承受力情况Fr1=FAH2+FAV2Fr2=FBH2+FBV2附加轴向力 Y=1.6轴向载荷Fa1=FS1+FAFa2=FS2选A端轴承校核寿命A端当量动载荷轴承寿命L=10660n(CP)即寿命大于三年寿命合格7.2低速轴轴承的选择该轴为工作于普通温度下的短轴，故支点采用两端单向固定的方式选用一对圆锥滚子轴承，按轴径初选30208。计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数d=40mm，D=80mm，T=19.75mm，B=18mm轴承受力情况Fr1=FAH2+FAV2Fr2=FBH2+FBV2附加轴向力轴向载荷Fa1=FS1+FAFa2=FS2选B端校核轴承寿命B端当量动载荷轴承寿命L=10660n(CP)即寿命大于三年寿命合格第八章 键和联轴器的选择8.1 键的选择键的选择主要考虑所传递的扭矩的大小，轴上零件是否需要沿轴向移动，零件的对中要求等等。计算项目计算内容计算结果（1）高速轴与带轮连接键的选择和校核键的选择和参数静联接，选用普通平键A型，b*h=10*8b*h=10*8键长取L=60mmL=60mm许用挤压应力校 核查表可得45号钢的许用挤压应力为p=(100120)MPa=76.75pp满足要求（2）低速轴与联轴器连接键的选择和校核键的选择和参数静联接，选用普通平键A型，b*h=10*8b*h=10*8键长取L=60mmL=60mm许用挤压应力校 核查表可得45号钢的许用挤压应力为p=(100120)MPa=46.48pp满足要求（3）低速轴与闭式大齿轮连接键的选择和校核键的选择和参数静联接，选用普通平键A型，b*h=16*10b*h=16*10键长取L=70mmL=70mm许用挤压应力校 核查表可得45号钢的许用挤压应力为p=(100120)MPa=68.95pp满足要求8.2 联轴器的选择由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，根据低速轴连接联轴器处d=32mm，选用LX1型弹性柱销联轴器，将各种参数列表如下：型号公称转矩许用转数轴孔直径轴孔长度外径轴孔类型LX256063003282120Y型联轴器承受转矩联轴器合适第九章 润滑的选择9.1闭式减速齿轮的润滑减速器中的一级闭式减速齿轮,由于齿轮外缘的回转速度小于12m/s，因此采用浸油润滑，选用L-AN68全损耗系统用油,浸油深度应没过至少1个齿高，一般不应小于10mm。 9.2滚动轴承的润滑经计算，小齿轮轴dn值为4.32*104mm*r/min，大齿轮轴dn值为1.34*104mm*r/min，因此，轴承宜用油脂润滑。第十章 密封形式的选择为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作，在构成机体的各零件间，如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。本设计中：（1）由于密封界面的相对速度不是很大，采用接触式密封，高速轴与轴承盖间V 3m/s，采用半粗羊毛毡封油圈，低速轴与轴承盖间也为V 3m/s，故采用半粗羊毛毡封油圈。（2）轴承内部与机体内部处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部。（3）箱座与箱盖凸缘结合面与观察孔、油孔之间都采用静密封方式第十一章 减速器机体各部分结构尺寸其它技术说明11.1 减速器集体各部分尺寸名称符号尺寸箱座壁厚=8mm箱盖壁厚11=8mm箱盖凸缘厚度bb=12mm箱座凸缘厚度b1b1=12mm箱座底凸缘厚度b2b2=20mm地脚螺钉直径dfdf=16mm地脚螺钉数目nn=4