机械设计课程设计-设计带式输送机中的传动装置.doc

机械设计课程设计计算说明书设计题目： 设计带式输送机中的传动装置 专业年级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 机械工程系完成时间 2012年 9 月 7 日机械设计课程设计任务书学生姓名： 学号： 专业：任务起止时间：2012年 8 月 20 日至 2012年9 月7日设计题目：设计带式输送机中的传动装置一、 传动方案如图1所示：图1 带式输送机减速装置方案二、原始数据滚筒直径d /mm250传送带运行速度v /(m/s)0.7运输带上牵引力F /N11每日工作时数T /h24传动工作年限5单向连续平稳转动，常温空载启动。三、设计任务：1.减速器装配图1张（A0图纸）2.低速轴零件图1张（A3图纸）3.低速轴齿轮零件图1张（A3图纸）4.设计说明书1份在三周内完成并通过答辩参考资料：机械设计 机械设计基础 课程设计指导书 机械设计手册 工程力学 机械制图指导教师签字：2012年 8月19 日目 录一、电机的选择1二、传动装置的运动和动力参数计算2三、V带传动设计4四、设计减速器内传动零件（直齿圆柱齿轮）5五、轴的结构设计计算10六、轴的强度校核19七、校核轴承寿命26八、键连接的选择和计算27九、箱体的设计28十、心得体会29一、电机的选择1.1 选择电机的类型和结构形式：依工作条件的要求，选择三相异步电机：封闭式结构U=380 VY型选择此电动机的原因是一般工厂都采用三相交流电，因此采用交流电动机；而交流电动机中Y系列自扇式笼型三相异步电动机，其结构简单、工作可靠、起动特性好、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀气体和无特殊要求的机械上。1.2 电机容量的选择工作机所需的功率PW=Fv /1000=11000.7/1000= 7.7 kWV带效率h1： 0.96 滚动轴承效率（一对）h2： 0.99 闭式齿轮传动效率（一对）h3: 0.97 联轴器效率h4： 0.99 工作机（滚筒）效率h5(hw)： 0.96 以上V带效率h1、滚动轴承效率h2、闭式齿轮传动效率h3、联轴器效率h4、工作机（滚筒）效率h5 由机械设计基础课程设计指导书表9-2查询得到。传输总效率h= h1 h24h33 h4 h5 =0.960.994 0.973 0.990.96 =0.825 则,电动机所需的输出功率Pd|=Pw/h=7.7/0.825=9.33 kW1.3 电机转速确定卷筒轴的工作转速=53.476 r/min V带传动比的合理范围为24，两级圆柱齿轮减速器传动比的合理范围为840，则总传动比的合理范围为=16160，故电动机转速的可选范围为：= 855.62 8556.16r/min 通过查询课程指导书162页，可以得知在此范围的电机的同步转速有： 1000r/min和1500r/min两种。 依课程设计指导书表18-1：Y系列三相异步电机技术参数（JB/T9616-1999）选择电动机型 号： Y160M-4 额定功率Ped： 11KW 同步转速N 1500r/min 满载转速nm： 1460r/min 二、传动装置的运动和动力参数计算总传动比：= 27.3 2.1 分配传动比及计算各轴转速取V带传动的传动比i0= 2 (由机械设计得知V带传动的传动比一般为24)则减速器传动比i=i/i0= 13.65 （由指导书可知两级圆柱齿轮减速器传动比的合理范围为840）取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比 4.37 则低速级传动比 3.1 2.2 传动装置的运动和动力参数计算0轴（电动机轴） 9.33 kW 1460 r/min 9550=61.03 Nm1轴（高速轴） 9.330.96= 8,96 kW 1460/2= 730 r/min 9550=117.76 Nm2轴（中间轴） 8.960.990.97= 8.60 kW = 167.70 r/min 9550= 491.81 Nm3轴（低速轴） 8.60.990.97= 8.25 kW= 53.61 r/min =1464.69 Nm4轴（滚筒轴） 8.260.990.99= 8.1 kW 53.87 r/min 9550= 1446.41 Nm以上功率和转矩为各轴的输入值，13轴的输出功率或输出转矩为各自输入值与轴承效率的乘积。各轴运动和动力参数如下表：表2-1 各轴运动和动力参数轴名功率P/kW转矩T/Nm转速n/(r/min)传动比i效率h输入输出输入输出0轴9.3361.0314601轴8.968.87117.76116.047873020.962轴8.608.514491.81486.882167.704.370.963轴8.258.17741464.691449.676853.613.10.964轴8.18.0191446.411432.0746 53.8710.98三、V带传动设计3.1 确定计算功率根据已知条件结合教材 机械设计由图/表 8-7 得到工作情况系数KA= 1.3，故Pca=KAPd=1.34.184= 12.13 kW。3.2 选择普通V带型号已知Pca，nm，结合教材 机械设计由图/表 8-11 确定所使用的V带为 B 型。3.3 确定带轮基准直径并验算带速(1) 结合教材 机械设计由图/表 8-6和8-11，初选小带轮直径dd1=200 mm。(2) 验算带速 = 15.29 m/s，满足5m/sv120合格。3.6 计算V带根数Z由nm，dd1结合教材 机械设计 查图/表 8-4a 得P0=5.152 kW。由nm，i0， B型带，查图/表 8-4b 得DP0= 0.463 kW。已知a1查表 8-5得Ka= 0.947，已知Ld查表 8-2得KL= 0.98 则V带根数 =2.34 ，取z= 3 。3.7 计算压轴力 由教材机械设计表 8-3 ，可知 B 型带单位长度质量q=0.18 kg/m。单根V带的初拉力最小值：= =260.76N。 压轴力的最小值：=1535.81 N。四、设计减速器内传动零件（直齿圆柱齿轮）4.1 高速级齿轮传动设计计算(1) 选择材料及确定许用应力由教材 机械设计表 10-1 确定以下参数：表4-1 高速级齿轮材料及许用应力齿轮热处理方式齿面硬度/MPa/MPa小齿轮40Gr调质处理280HBS600500大齿轮45钢调质处理240HBS550380由表 10-19，取安全系数SH= 1 ，SF= 1.3。则许用应力为：600 MPa 550 MPa 384.62 MPa 292.31 MPa(2) 按齿面接触强度设计设齿轮按 7 级精度制造，由教材 机械设计 表 10-13 得载荷系数K= 1.594，由表 10-7 得齿宽系数d= 1 ，由表 10-6 可得弹性系数ZE= 189.8 。小齿轮传递的（输入）转矩：T1=Nmm (注意单位换算)小齿轮分度圆直径： = 69.89 mm。齿数取z1= 30 ，z2=i1z1 132，故实际传动比i1=z2/ z1= 4.4 。齿宽 70 mm（圆整）。取大齿轮齿宽b2= 70 mm，为补偿安装误差，取小齿轮齿宽b1=b2+(510) =60+5= 80 mm。模数m=d1t/z1=54.128/30= 2.32 ，按机械设计手册表 12-4 ，取标准模数m= 2.5，实际分度圆直径 302.5= 75 mm， 330 mm，中心距= 202.5 mm。计算载荷系数：根据v=2.87m/s，7级精度，由图10-8查得动载系数=1.12，由于直齿轮 ;由表10-2查得使用系数 ;由表10-4用插值法查得7级小齿轮相对轴承非对称布置 =1.426由，查图10-13得 故 K=11.1211.426=1.597(3) 验算齿轮弯曲强度由上面已知可得：由教材 机械设计图/表 10-5 ，取齿形系数YFa1= 2.52 , YFa2= 2.1544 ，应力修正系数YSa1= 1.625 ，YSa2= 1.8156 。判断:=123.64 F1判断： = 118.1 F2满足条件，安全。 (4) 齿轮的圆周速度 = 2.87 m/s。对照表 10-22 可知，选着 7 级精度是合适的。4.2 低速级齿轮传动设计计算(1) 选择材料及确定许用应力由教材 机械设计 表 10-1 确定以下参数：表4-2 低速级齿轮材料及许用应力齿轮热处理方式齿面硬度/MPa/MPa小齿轮40Gr调质处理280600500大齿轮45钢调质处理240550380由表 10-19，取安全系数SH= 1 ，SF= 1.3 。则许用应力为： 600 MPa 550 MPa 384.62 MPa 292.31 MPa(2) 按齿面接触强度设计设齿轮按 7 级精度制造，由教材 机械设计 表 10-13 得载荷系数K= 1.512 ，由表 10-1 得齿宽系数d= 1 ，由表 10-6 可得弹性系数ZE=189.8 。小齿轮传递的（输入）转矩：T2=Nmm (注意单位换算)小齿轮分度圆直径： =112.69 mm。齿数取z1= 30 ，z2=i1z1 93 ，故实际传动比i1=z2/ z1=3.1。齿宽 120 mm（圆整）。取大齿轮齿宽b2= 120 mm，为补偿安装误差，取小齿轮齿宽b1=b2+(510) =90+10= 125 mm。模数m=d1t/z1= 3.76，按机械设计手册表 12-4，取标准模数m=4 ，实际分度圆直径 120 mm， 372 mm，中心距=246 mm。计算载荷系数：根据v=0.34m/s，7级精度，由图10-8查得动载系数=1，由于直齿轮 ;由表10-2查得使用系数 ;由表10-4用插值法查得7级小齿轮相对轴承非对称布置 =1.438由，查图10-13得 故 K=1111.438=1.438(3) 验算齿轮弯曲强度由教材 机械设计图/表 10-5 ，取齿形系数YFa1= 2.52 , YFa2= 2.1544，应力修正系数YSa1= 1.625 ，YSa2= 1.8156。判断： =97.985F1判断： =93.64 F2满足条件，安全。 (4) 齿轮的圆周速度 = 0.34 m/s。对照表 10-22 可知，选着 7 级精度是合适的。4.3 传动齿轮的主要参数表4-3 传动齿轮的主要参数高速级低速级齿数 z301323093中心距a /mm202.5246模数 m /mm2.54齿宽b /mm8070120125分度圆直径d/mm75330120372齿顶高ha /mm2.52.544齿根高hf /mm3.1253.12555齿高h /mm5.6255.62599齿顶圆直径da /mm80 335128380齿根圆直径df /mm68.75323.75110362参考公式如下：； ； ; ; ; 五、轴的结构设计计算5.1 高速轴的计算（1轴）根据表 15-1得，高速轴材料为： 45钢，热处理方式： 调质，许用弯曲应力-1b=60 MPa。(1) 初估轴径初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表15-3得常数A0= 110 =25.37 mm考虑到键槽的作用，轴径增加3%为 26.14 mm，圆整后暂取d1= 30mm。(2) 轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下表5-1 高速轴径向尺寸确定轴段直径d /mm确定方法说明d1=30第一段为直径最小段，上面算出结果则为直径从课程设计指导书93页可知：倒角C为1.0d2=32非定位轴肩从课程设计指导书93页可知：倒角C为1.0d3=35因为此段和轴承配合，选择轴承30207，从表17-1可知，d=35从课程设计指导书93页可知：倒角C为1.6d4=42因为此段对轴承定位，则根据指导书表17-1知从课程设计指导书93页可知：倒角C为1.6d5=80因为这段加工成齿轮轴，所以这段直径为齿轮齿顶圆直径此段无倒角。d6=42此段和第四段一样，为轴承定位从课程设计指导书93页可知：倒角C为1.6d7=35这段和第三段一样，和轴承配合从课程设计指导书93页可知：倒角C为1.6(3) 轴的轴向尺寸设计轴的结构图如下：经验值的计算与选取：轴承端盖至箱外传动件间的距离L= 18mm 箱座壁厚d= 9.15mm联接螺栓至外箱壁的距离C1= 28mm；至凸缘边距离C2= 26mm 轴承座宽度L=C1+C2+d+(510)=28+26+9.15+6.85= 70mm 齿轮至机体内壁的距离D2= 10 mm 大齿轮齿轮端面的距离D3= 10mm 轴承内侧至箱体内壁的距离D4=4mm（指导书38页图5-12）表5-2 高速轴轴向尺寸确定轴段长度L /mm确定方法说明L1=50根据轮毂宽度则计算得出此段长度d的值为30，之后通过圆整，查询带轮标准系列得到此段长度L2=76.6其中e为端盖厚度，通过指导书32页表4-5可得其大小，B为轴承宽度，通过查询所选轴承可得 L3=17此段和轴承配合，通过查询指导书表17-1可得到所选轴承宽度，从而确定其大小从表17-1得到B=17mmL4=141.5-=4+10 +10+120-2.5-5L5=80此段加工成齿轮轴，则齿轮宽即为这段长度通过查询前边数据可得到高速级小齿轮宽度为80mmL6=14L7=17此段和轴承配合，通过查询指导书表17-1可得到所选轴承宽度，从而确定其大小从表17-1得到B=17mml1=62.5l2=190l3=1105.2 中间轴的计算（2轴）根据表 15-1 得，中间轴材料为： 40CrNi ，热处理方式：调质处理，许用弯曲应力-1b= 75 MPa。(1) 初估轴径初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表 15-3得常数A0= 110 =29.89 mm(2) 轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下图表5-3 中间轴径向尺寸确定轴段直径d /mm确定方法说明d1=35此段和轴承配合，选用轴承30207，查表17-1可得轴承内径，从而确定此段直径从表17-1查询30207内径为35mmd2=37此段和齿轮配合，非定位轴肩直径比d1大6mm内即可。d3=45此段为齿轮定位，则根据公式可得此段直径通过指导书表5-1可得=2，可得结果d4=42非定位轴肩d5=35此段和轴承配合，选用轴承30207，查表17-1可得轴承内径，从而确定此段直径从表17-1查询30207内径为35mm(3) 轴的轴向尺寸设计 轴的结构图如下 经验值的计算与选取：轮毂宽度与轴段长度之差D= 2 （指导书38页图5-10）齿轮至机体内壁的距离D2= 10 大齿轮齿轮端面的距离D3= 10 轴承内侧至箱体内壁的距离D4= 4 （指导书38页图5-12）表5-4中间轴轴向尺寸确定轴段长度L /mm确定方法说明L1=33其中B为轴承宽度L2=123查询前边数据可得到B为125mmL3=12.5通过一轴相对距离推算而来L4=68查询前边数据可到B为70mmL5=38其中B为轴承宽度l1=62.5其中B为轴承宽度l2=105l3=85其中B为轴承宽度5.3 低速轴的计算（3轴）根据表15-1得，低速轴材料为： 40Gr ，热处理方式： 调质处理，许用弯曲应力-1b= 60 MPa。(1) 初估轴径初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表 15-3 得常数A0= 100 =53.52mm考虑到键槽的作用，轴径增加3%为55.13mm，圆整后暂取d1=60 mm。(2) 轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下图表5-5 低速轴径向尺寸确定轴段直径d /mm确定方法说明d1=65根据选择的轴承30313内径可以确定此段直径由指导书17-3可以得知30313内径为65mmd2=66此段为非定位轴肩非定位轴肩比d1大2mm即可d3=76其中可从指导书37页表5-1查询可得d4=74可以通过指导书表17-3查询可得d5=65根据选择的轴承30313内径可以确定此段直径由指导书17-3可以得知30313内径为40mmd6=62非定位轴肩d7=60此段和联轴器配合，通过查询标准联轴器，可以确定此段轴径联轴器的系列在下表表5-6 所选用联轴器的主要参数型号公称转矩Tn /Nm许用转速n /mm轴孔直径d /mm轴孔长度L /mm轴孔长度L1 /mmHL52000355060140107DD1D2bA19510045(3) 轴的轴向尺寸设计轴的结构图如下经验值的计算与选取：轴承端盖至箱外传动件间的距离L= 18mm 箱座壁厚d= 9.15mm 联接螺栓至外箱壁的距离C1= 28mm；至凸缘边距离C2= 26mm 轴承座宽度L=C1+C2+d+(510)= 70mm 齿轮至机体内壁的距离D2= 12mm 大齿轮齿轮端面的距离D3= 10mm 轴承内侧至箱体内壁的距离D4= 4mm（指导书38页图5-12）表5-7 低速轴轴向尺寸确定轴段长度L /mm确定方法说明L1=51L1=33+4+12+2L2=118从前边数据可以得知B=120L3=7L4=91此段长度通过第二轴相对距离的推算可得L5=33此段和轴承配合，所以长度由轴承的宽度确定通过表17-3可以得知轴承的宽度为18mmL6=63数据可以通过前边列表查到L7=138此段长度由标准联轴器确定联轴器宽度为138mml1=125l2=174.5l3=71六、轴的强度校核6.1 高速轴校核 轴的受力分析如下图：(1) 齿轮的受力=3125.9 N =1137.7N(2) 水平面内轴承约束力(3) 竖直面内轴承约束力(4) 弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图竖直面内弯矩图 扭矩图(5) 合成弯矩（考虑最不利的情况下）带轮的压轴力FP在支点产生的反力 弯矩图 合成弯矩 Nmm （注意单位换算）(6) 按第三强度理论校核 =5.81MPa 满足强度要求。6.2 中间轴校核轴的受力分析如下图： (1) 齿轮的受力大齿轮 2980.6 N；1084.85N小齿轮 8196 N； 2983.3 N(2) 水平面内轴承约束力(3) 竖直面内轴承约束力(4) 弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图竖直面内弯矩图扭矩图最危险截面的合成弯矩 = 544617.3 Nmm （注意单位换算）(5) 按第三强度理论校核=73.51MPa 满足强度要求。6.3 低速轴校核轴的受力分析如下图：(1) 齿轮的受力 4093 N； 148.73 N(2) 水平面内轴承约束力(3) 竖直面内轴承约束力(4) 弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图竖直面内弯矩图扭矩图最危险截面的合成弯矩 =534276.4Nmm （注意单位换算）(5) 按第三强度理论校核=18.58MPa 满足强度要求。七、校核轴承寿命表7-1 所选用的轴承主要参数轴名称轴承代号d / mmD / mmB /mmCr / kN高速轴3020735721754.2中间轴3020735721754.2低速轴303136514033195 轴承设计要求寿命 43200 h7.1 高速轴根据轴的受力情况可知，高速轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 7 ， 2503.15 N。=646002.1h 满足要求。7.2 中间轴根据轴的受力情况可知，中间轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 1 ， 8364.04 N。=50631h 满足要求。7.3 低速轴根据轴的受力情况可知，低速轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 7 ， 5316.18 N。 =50732339.23 满足要求。八、键连接的选择和计算本设计减速器共需键： 5 个。表8-1 键的主要参数轴名安装直径 d / mm类型h / mmb /mm轮毂长度/ mm键长L /mm高速轴30B785045中间轴37B81012511037B8107063低速轴66B122012011060B111845125九、箱体的设计表9-1 铸铁减速器箱体的主要结构尺寸（mm）名称符号尺寸机座壁厚d9,15机盖壁厚d18机座凸缘厚度b12机盖凸缘厚度b112机座底凸缘厚度b220地脚螺钉直径df20.856地脚螺钉数目n6轴承旁联接螺栓直径d115.642盖与座联接螺栓直径d210.428连接螺栓d2的间距l180轴承端盖螺钉直径d310.428窥视孔盖螺钉直径d48.34定位销直径d8.34df, d1, d2至外机壁距离C128，23,17df, d2至凸缘边缘距离C226,15轴承旁凸台半径R126