机械设计课程设计-用于链式运输机的传动装置F=5600,V=0.33.doc

机械设计课程设计说明书全套图纸加扣3012250582 设计题目： 用于链式运输机的传动装置 姓 名： 班 级： 10机电2班 学 号： 指导老师： 2013 年 1 月 16 日目 录一、设计任务书2二、传动方案的拟定及说明2 三、电动机类型及参数的选择3四、传动系统的总传动比和各级传动比的分配4五、运动和动力参数的选择和计算5六、传动零件的设计计算6七、轴的设计计算17八、键连接的选择和计算31九、滚动轴承的选择和计算33十、联轴器的选择36十一、润滑和密封方式的选择37十二、箱体及附件的结构设计和选择38十三、设计小结41参考文献41设计计算与说明计算结果一、设计任务书设计一用于链式运输机上的圆锥圆柱齿轮减速器，已知：链式运输机链条总拉力F=5600N，链条速度v=0.33m/s，链条节数P=150，链轮齿数Z=6，开式齿轮传动i=5；工作条件：二班制，连续单向运动，有轻微振动，室内工作，无灰尘；使用年限：二十年、大修期一年；生产批量：40台；生产条件：中等规模机械厂，可加工7-8级精度齿轮及蜗轮；动力来源：电力、三相交流、电压380/220V；运输链速度允许误差：5%。二、传动方案的拟定及说明已知传动机构类型为：圆锥-圆柱二级齿轮减速器。计算出工作机的链轮半径为工作机链轮的转速为按图1所示的传动方案进行设计。图 1三、电动机类型及参数的选择1.选择电动机类型和结构形式 本减速器在室内工作，有轻微振动，对起动无特殊要求，工作环境无灰尘，故选用Y系列三相异步电动机，电源电压为380V。2.确定电动机的功率电动机工作所需功率为 电动机的输出功率为 电动机到输送链的总效率为 滚子轴承效率；开式圆柱直齿轮传动效率；弹性联轴器效率；挠性联轴器效率；链传动效率；圆柱齿轮传动效率（齿轮精度为7级）；锥齿轮效率（齿轮精度为7级），带入得：查表11-1，选电动机额定功率为3kW。3.确定电动机转速链轮转速为由已知条件知，开式齿轮传动比；由表2-1知，圆锥-圆柱齿轮减速器的传动比，则总传动比合理范围为，电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有1000r/min、1500r/min和3000r/min三种，可查得四种方案，如表1所示。表1 可选电动机参数比较方 案电动机型号额定功率/kW电动机转速/(r/min)同步转速满载转速1Y100L-23300028802Y100L2-43150014203Y132S-631000960选定电动机型号为Y132S-6，其主要性能参数见表2。表2 Y132S-6电动机主要性能参数电动机型号额定功率/kW同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)Y132S-6310009602.020四、传动系统的总传动比和各级传动比的分配1.计算传动系统的总传动比传动系统的总传动比2.分配各级传动比（1）分配传动系统传动比式中：i0、i为开式齿轮传动和减速器的传动比。已知，则减速器的传动比为所得减速器传动比符合一般圆锥-圆柱减速器传动比的常用范围。（2）分配减速器的各级传动比为使大锥齿轮直径不致过大，高速级锥齿轮传动比取，所以低速级圆柱齿轮传动比为五、运动和动力参数的设计和计算1.各轴的输入功率电动机轴 轴 轴 轴 轴 轴 2.各轴的转速轴 轴 轴 轴 轴 3.各轴的转矩轴 轴 轴 轴 轴 将机械传动系统运动和动力参数的计算数值列于表3表3 机械传动系统运动和动力参数的计算数值计算项目轴轴轴轴轴功率/kW2.972.822.712.632.45转速/(r/min)960439.96109.99109.9922.00转矩/(Nm)29.5461.21235.30228.351063.52传动比2.182415效率0.950.960.970.93六、传动零件的设计计算1.直齿锥齿轮的设计计算 已知输入功率2.82kW，输出功率2.71kW，小齿轮转速960r/min，齿数比u=2.182，由电动机驱动，工作寿命20年（每年工作300天），二班制，工作有轻震，不反转。 （1）齿轮精度、材料和齿数的选择1）圆锥-圆柱减速器为通用减速器，故选择7级精度；2）选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS；3）初选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取44。（2）按齿面接触强度设计 1）确定公式内的各计算数值 试选载荷系数。 小齿轮传递的转矩。 齿宽系数。 弹性影响系数。 小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。 计算应力循环次数。 接触疲劳寿命系数，。 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，得2）计算 试算小齿轮分度圆直径，带入中的较小值。 计算平均分度圆直径。 计算平均分度圆处的圆周速度。 计算载荷系数。使用系数 ；根据，动载系数 ；齿间载荷分配系数 ；齿向载荷分配系数 ；故载荷系数 ； 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径。（3）按齿根弯曲强度设计1）确定公式内的各计算数值 小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限。 弯曲疲劳寿命系数，。 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得 计算载荷系数K。 计算节锥角。由得， 计算当量齿数。 查取齿形系数。， 查取应力校正系数。， 计算大、小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大。2）设计计算齿轮的模数取决于弯曲强度所决定的承载能力，故取，为了同时满足接触疲劳强度算得的分度圆直径取 d1=81.25mm，算出小齿轮齿数大齿轮齿数 ，取。（4）计算齿轮相关参数1）计算分度圆直径齿数比 2）计算节锥角，3）计算锥距和齿宽圆整后，取。4）结构设计大齿轮直径大于160mm，而又小于500mm，故选用腹板式结构。2.圆柱斜齿轮的设计计算 已知输入功率2.71kW，输出功率2.63kW，小齿轮转速439.96r/min，齿数比u=4，由电动机驱动，工作寿命20年（每年工作300天），二班制，工作有轻震，不反转。 （1）齿轮精度、材料、齿数和螺旋角的选择1）圆锥-圆柱减速器为通用减速器，故选择7级精度；2）选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS；3）初选小齿轮齿数，大齿轮齿数；4）初选螺旋角。（2）按齿面接触强度设计 1）确定公式内的各计算数值 试选载荷系数。 小齿轮传递的转矩。 齿宽系数。 弹性影响系数。 端面重合度，则。 区域系数。 小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。 计算应力循环次数。 接触疲劳寿命系数，。 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，得2）计算 试算小齿轮分度圆直径。 计算圆周速度。 计算齿宽及模数。 计算纵向重合度。 计算载荷系数。使用系数 ；根据，动载系数 ；齿间载荷分配系数 ；齿向载荷分配系数 ，；故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径。 计算模数。（3）按齿根弯曲强度设计1）确定公式内的各计算数值 小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限。 弯曲疲劳寿命系数，。 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得 计算载荷系数K。 计算当量齿数。 查取齿形系数。， 查取应力校正系数。， 计算大、小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大。2）设计计算故取，为了同时满足接触疲劳强度算得的分度圆直径取 d1=54.56mm，算出小齿轮齿数大齿轮齿数 （4）计算齿轮相关参数1）计算中心距 将中心距圆整为140mm。2）按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数等不必修正。3）计算大、小齿轮的分度圆直径4）计算齿轮宽度圆整后取；。5）结构设计大齿轮直径大于160mm，而又小于500mm，故选用腹板式结构。3.开式圆柱齿轮的设计计算 已知输入功率2.63kW，输出功率2.45kW，小齿轮转速109.99r/min，齿数比u=5，由电动机驱动，工作寿命20年（每年工作300天），二班制，工作有轻震，不反转。 （1）齿轮材料和齿数的选择1）选择小齿轮材料为45钢（正火），硬度为225HBS，大齿轮材料为铸钢（正火），硬度为180HBS；2）初选小齿轮齿数，大齿轮齿数。（2）按齿根弯曲强度设计1）确定公式内的各计算数值 试选载荷系数。 小齿轮传递的转矩。 齿宽系数。 小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限。 计算应力循环次数。 弯曲疲劳寿命系数，。 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1.4，得 查取齿形系数。， 查取应力校正系数。， 计算大、小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大。2）设计计算 计算模数。 计算分度圆直径。 计算齿宽。 计算齿宽与齿高之比。齿高 计算圆周速度。 计算载荷系数。使用系数 ；根据，动载系数 ；齿间载荷分配系数 ；齿向载荷分配系数 ，；故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的模数。考虑到齿面磨损，将模数增大1025%，得，取（3）计算齿轮相关参数1）计算分度圆直径2）计算中心距3）计算齿轮宽度取，。七、轴的设计计算1.输入轴的设计计算（1）输入轴上的功率、转速和转矩，（2）求作用在齿轮上的力小锥齿轮的平均分度圆直径为 得 （3）初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢（调质），取=112，得考虑到轴上开有键槽，将增大1015%，得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。联轴器的计算转矩 ，由于转矩变化很小，故取 ，则选用TL-4型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的轮毂长度。（4）轴的结构设计 1）拟定轴上零件的装配方案图2选用如图2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 为满足半联轴器的轴向定位要求，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比L1略短一些，取。 初步选择滚动轴承。应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，初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30207，其尺寸为，故；而。 为便于拆装，滚动轴承的安装方式为反装，两轴承间采用套筒定位。取，套筒厚度。左端轴承用圆螺母和止动垫圈定位。 同时，要使，取。 取安装锥齿轮的轴段6-7的直径，齿轮的左端与轴承之间采用挡油圈定位。已知齿轮宽度，考虑锥齿轮端面应距箱体内壁一段距离，且安装轴段应略短于轮毂宽度，取。 轴承端盖的总宽度为28mm。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右端面间的距离，故取。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3）轴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连接。按查得平键截面为，键槽长32mm，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；半联轴器与轴的连接，选用平键为，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为k6。4）确定轴上倒角的尺寸取轴端倒角为。（5）求轴上的载荷图 3根据轴的结构图做出轴的计算简图，如图3所示。对于30307型的圆锥滚子轴承，由手册中查得。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。水平方向 已知切向力，解得， 弯矩图竖直方向已知径向力，解得，弯矩图从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面B是轴的危险截面。截面处的总弯矩扭矩抗弯截面系数轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查得。因此，故安全。2.中间轴的设计计算（1）输入轴上的功率、转速和转矩，（2）求作用在齿轮上的力 小斜齿轮上的力 大锥齿轮上的力（3）初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢（调质），取=112，得考虑到轴上开有键槽，将增大1015%，得（4）轴的结构设计 1）拟定轴上零件的装配方案图4选用如图4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 初步选择滚动轴承。应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，初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30207，其尺寸为，故；考虑大锥齿轮端面与箱体内壁距离，且轴承端面与箱体内壁距离，取。 两轴承均采用轴肩轴向定位，查得30307型轴承的定位轴肩直径，故取安装小斜齿轮的轴段2-3和安装大锥齿轮的轴段4-5直径。已知大锥齿轮轮毂宽度，小斜齿轮齿宽，安装轴段应略短于轮毂宽度，故取，。 大锥齿轮与小斜齿轮轴向距离应在1015mm间，故取。两齿轮以3-4段轴环轴向定位，轴肩高度，故取，。 考虑减速器箱体应关于高速级小锥齿轮的中心线对称，取大斜齿轮端面与箱体内壁距离，且轴承端面与箱体内壁距离，故至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3）轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位均为平键连接。按查得平键截面为，小斜齿轮周向定位的键槽长50mm；同样地，大锥齿轮周向定位选用平键为。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。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。4）确定轴上倒角的尺寸取轴端倒角为。（5）求轴上的载荷图 5根据轴的结构图做出轴的计算简图，如图5所示。对于30307型的圆锥滚子轴承，由手册中查得。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。水平方向 已知切向力，解得， 弯矩图竖直方向已知，解得，弯矩图从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面B是轴的危险截面。截面处的总弯矩扭矩抗弯截面系数轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查得。因此，故安全。3.输出轴的设计计算（1）输入轴上的功率、转速和转矩，（2）求作用在齿轮上的力 （3）初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢（调质），取=112，得考虑到轴上开有键槽，将增大1015%，得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。联轴器的计算转矩 ，由于转矩变化很小，故取 ，则选用GL-6型滚子链联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径，故取，半联轴器与轴配合的轮毂长度。（4）轴的结构设计 1）拟定轴上零件的装配方案图6选用如图6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 为满足半联轴器的轴向定位要求，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径；半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比L1略短一些，取。 初步选择滚动轴承。应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，初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30210，其尺寸为，故；考虑大斜齿轮及滚动轴承与箱体内壁的距离，同时需满足箱体关于小锥齿轮中心线对称，取，。 已知圆锥滚子轴承的最小定位直径，取。已知齿轮宽度，安装轴段应略短于轮毂宽度，故取。为便于安装，在安装齿轮轴段右端设一轴环，轴肩高度，故取，轴环宽度。 轴承端盖的总宽度为28mm。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右端面间的距离，故取。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3）轴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连接。按查得平键截面为，键槽长50mm，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；半联轴器与轴的连接，选用平键为，半联轴器与轴的配合为。4）确定轴上倒角的尺寸取轴端倒角为。（5）求轴上的载荷图 7根据轴的结构图做出轴的计算简图，如图7所示。对于30310型的圆锥滚子轴承，由手册中查得。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。水平方向 已知切向力，解得， 弯矩图竖直方向已知径向力，解得，弯矩图从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面B是轴的危险截面。截面处的总弯矩扭矩抗弯截面系数轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查得。因此，故安全。八、键连接的选择和计算1、输入轴键的选择和计算（1）联轴器处选用普通平键尺寸为，键与轮毂键槽的接触长度键的强度 故所选平键满足要求（1）小锥齿轮处选用普通平键尺寸为，键与轮毂键槽的接触长度键的强度 故所选平键满足要求2、中间轴键的选择和计算（1）小斜齿轮处选用普通平键尺寸为，键与轮毂键槽的接触长度键的强度 故所选平键满足要求（1）大锥齿轮处选用普通平键尺寸为，键与轮毂键槽的接触长度键的强度 故所选平键满足要求3、输出轴键的选择和计算（1）联轴器处选用普通平键尺寸为，键与轮毂键槽的接触长度键的强度 故所选平键满足要求（1）大斜齿轮处选用普通平键尺寸为，键与轮毂键槽的接触长度键的强度 故所选平键满足要求九、滚动轴承的选择和计算1、输入轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30207E，其尺寸为，载荷水平面H垂直面V支反力F（1）径向载荷 （2）轴向力 因为 （3）轴承当量动载荷 （4）验算轴承寿命 故所选轴承满足寿命要求2、中间轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30207E，其尺寸为，载荷水平面H垂直面V支反力F（1）径向载荷 （2）轴向力 因为 （3）轴承当量动载荷 （4）验算轴承寿命 故所选轴承满足寿命要求3、输出轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30207E，其尺寸为，载荷水平面H垂直面V支反力F（1）径向载荷 （2）轴向力 因为 （3）轴承当量动载荷 （4）验算轴承寿命 故所选轴承满足寿命要求十、联轴器的选择1、输入轴联轴器的选择联轴器的计算转矩 ，由于转矩变化很小，故取 ，则输入轴与电动机轴相连，转速高、转矩小，选用TL-4型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的轮毂长度。2、输出轴联轴器的选择联轴器的计算转矩 ，由于转矩变化很小，故取 ，则输出轴与工作机轴连接，轴的转速较低，传递的转矩较大，又因为减速器轴与工作轴之间往往有较大的轴线偏移，因此选用无弹性元件的GL-6型滚子链联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径，半联轴器与轴配合的轮毂长度。十一、润滑和密封方式的选择1、传动零件的润滑在减速器中齿轮的润滑方式根据齿轮的圆周速度v而定，经过前面的计算可知，高速级齿轮的圆周速度约为4.07m/s，低速级的齿轮圆周速度约为1.29m/s，应采用浸油润滑。低速级大齿轮距箱底30mm，大斜齿轮应至多浸油1/3的分度圆半径，故最高油面取67.3mm，而大锥齿轮的润滑条件为至少浸没0.5b（b：锥齿轮齿宽），因此，油面高度取71mm，使低速级大齿轮浸油过深，需要采用带油轮润滑。润滑油选用工业闭式齿轮油L-CKC68。2、滚动轴承的润滑与密封根据轴承的转速及内径大小，润滑方式选择脂润滑，选用通用锂基润滑脂。为防止箱内润滑油进入轴承，造成润滑脂稀释而流出，在箱体轴座内端面一侧装设封油盘。同时，应设注油杯以便于添加润滑脂。3、轴伸外端的密封为了使滚动轴承与箱外隔绝，防止润滑油漏出以及箱体外的杂质，水及灰尘等侵入轴承处，避免轴承急剧磨损和腐蚀，轴伸外端选用毡圈油封。毡圈油封的结构简单，价格便宜，安装方便，但与轴颈接触，对轴颈的磨损较严重，因而功耗大，寿命较短。十二、箱体及附件的结构设计和选择表4名称符号减速器形式及尺寸单位mm圆锥-圆柱齿轮减速器机座壁厚8机盖壁厚8机座凸缘厚度12机盖凸缘厚度12机座底凸缘厚度20地脚螺钉直径20地脚螺钉数目44个轴承旁联接螺栓直径16机盖与机座联接螺栓直径12联接螺栓的间距150200150轴承端盖螺钉直径10视孔盖螺钉直径6定位销直径822、18、2620、16、24轴承旁凸台半径1620凸台高度2132外机壁至轴承座端面距离54十三、设计小结这次课程设计题目是链式运输机上的圆锥-圆柱齿轮减速器，我在课程设计过程中主要是参考机械设计以及图书馆借的手册，包括很多表格和图都是依据手册和书本的。让我重新学习了这本书，发现自己所掌握的东西还远远不够。同时，我也更加了解了