螺旋输送机传动装置设计.doc

课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日目 录0 设计任务书50.1 设计题目50.2 设计要求50.3 设计内容50.4 设计进程61 电动机的选择71.1 选择电动机71.1.1 选择电动机系列71.1.2 选择电动机功率71.1.3 确定电动机转速71.2 总传动比的计算及分配81.3 传动装置的运动和动力参数的计算81.3.1 轴的转速计算81.3.2 各轴功率的计算81.3.3 各轴输入扭矩计算91.3.4 传动装置运动,动力参数的计算92 斜齿圆柱齿轮传动的设计102.1 选择齿轮类型、材料、齿数及热处理方式102.1.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数102.2 按齿面接触疲劳强度设计102.2.1 确定公式内各计算数值102.2.2 计算112.3 按齿根弯曲强度校核112.3.1 确定公式内各计算数值122.4 几何尺寸的计算122.4.1 计算分度圆直径12 2.4.2 计算中心矩132.4.3 计算齿轮宽度133 轴的设计143.1 高速轴的设计143.1.1 初步确定最小直径和选材143.1.2 轴的结构设计143.1.3 轴上的载荷分析143.1.4 进行精确校核163.2低速轴的设计173.2.1 初步确定最小直径和选材173.2.2 轴的结构设计173.2.3 计算轴上的载荷193.2.4 精确校核轴的强度204 滚动轴承的选择计算及校核214.1 高速轴轴承的计算及校核214.1.1. 作用在轴承上的载荷214.2 低速轴轴承的计算及校核234.2.1 作用在轴承上的载荷235 键的选择计算及强度校核255.1 高速轴键的选择计算和校核255.1.1 联轴器1上的键255.2 低速轴键的选择计算和校核255.2.1 连轴器上的键255.2.2 斜齿轮上的键256 联轴器的选择计算266.1 高速轴联轴器的选择计算266.2 低速轴联轴器的选择计算267 减速器轴承的润滑和密封277.1 减速器润滑及润滑方式的选择277.1.1 减速器的润滑277.1.2 减速器的密封277.2 视孔盖及通气塞的选择277.3 轴承的润滑和密封278 装配图及主要零件图的绘制288.1 高速轴的绘制288.2 装配草图的绘制28参考文献29致谢300 设计任务书0.1设计题目设计一用于螺旋运输机上的传动及减速装置。设计使用期限8年（每年工作日300天），两班制工作，运输机有轻微冲击，转速误差为+5%。传动简图及设计原始参数如下。原始数据如下表： 序号输送机螺旋轴转矩输送机螺旋轴转速（n/r/min）2 250 1450.2设计要求要求每位学生在设计过程中，充分发挥自己的独立工作能力，对每个问题都应进行分析，比较，并提出自己的见解，反对盲从，杜绝抄袭。在设计过程中必须做到：1. 随时复习教科书，听课笔记及习题。2. 及时了解有关资料，做好准备工作，充分发挥自的主观能动性和创造性。3. 认真计算和制图，保证计算正确和图纸质量。4. 按预定计划循序完成任务。5. 按学校规定格式书写说明书，交电子和纸质文档。0.3 设计内容1. 电动机的选择及运动参数的计算；2. 齿轮传动的设计；3. 轴的设计；4. 滚动轴承的选择及验算；5. 键的选择计算及强度校核；6. 联轴器的选择；7. 润滑油及润滑方式的选择；8. 绘制零件的工作图和装配图；1. 绘制零件的工作图（用 Auto CAD绘制）a) 箱盖或箱盖b) 大齿轮的零件图c) 低速轴的零件图2. 减速器的装配图（手工绘制）注：零件的工作图包括：尺寸的标注；公差；精度；技术要求装配图包括：a. 尺寸标注 b. 技术特性c. 零件编号d. 编写零件明细表、标题栏。9. 编写设计说明书（要求用word编写打印）0.4 设计进程1. 准备阶段（1天）设计前详细研究和分析设计任务书和指导书，明确设计要求和计内容根据原始数据和工作条件，明确一个较全面合理的设计方案。复习有关课程，参考有关资料，对所设计项目进行方案比较选出最优方案。2. 设计计算阶段（3天）(1) 电动机的选择及传动装置运动参数的计算；(2) 齿轮传动的设计；(3) 轴的设计；(4) 滚动轴承的选择计算及校核；(5) 键的选择计算及强度校核；(6) 联轴器的选择；(7) 润滑油及润滑方式的选择；(8) 减速器的结构设计；3. 减速器的装配图一张（4天）4. 绘零件图一张（1天）5. 编写设计说明书（3天）1 电动机的选择1.1 选电动机1.1.1 选择电动机系列根据已知的工作要求和条件，选用三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y系列1.1.2 选择电动机功率 查1、P34表34：所需的有效功率： 式（1.1)式中 Pw系统有效功率，Kw； T输送机螺旋轴转矩，Nm； nw输送机螺旋轴转速，n/r/min。传动装置总效率： 式中，1 、2n分别为传动装置中每对传动副或运动副（如联轴器、齿轮传动、带传动、链传动和轴承等）的效率，w为工作机效率查手册： 滚动轴承效率： =0.99（球轴承） 圆柱齿轮合效率： =0.98（7级精度，稀油润滑） 圆锥齿轮开式： 联轴器效率： =0.99则总效率：= 故所需电动机功率： 式（1.2）式中 Pd所需电动机功率，Kw； Pw系统有效功率，Kw； 传动装置总效率。1.1.3 确定电动机转速 查表P1、P209表P39： 型，额定功率=5.5kw；或可选型，额定功率=5.5Kw；还可选型，额定功率=5.5Kw。现以同步转速为，及三种方案进行比较，由表P39查得电动机数据，计算出总传动比于下表表 1.1方案号电动机型号额定功率同步转速满载转速总传动比15.53000290020.6225.5150014409.9335.510009606.62 单级圆柱齿轮传动比：考虑到电动机输出功率及转速，同时为了减少电动机是重量和降低成本，并且考虑到合适传动比，可选择型电动机，且主要参数为：=5.5Kw安装方式选择135 查手册表 1913、135安装尺寸可知：电动机中心高H=132mm，外伸尺寸：=3880mm1.2 总传动比的计算及分配总传动比： 式（1.3）式中 取 ， 则 式中 1.3 传动装置的运动和动力参数的计算1.3.1 轴的转速计算 1.3.2 各轴功率的计算 1.3.3 各轴输入扭矩计算 1.3.4 传动装置运动,动力参数的计算表1.2轴序功率转速转矩0轴4.60144030.501轴4.554144030.202轴4.3343595.03轴4.2043592.204轴3.87145254.886 2 斜齿圆柱齿轮传动的设计2.1 选择齿轮类型、材料、齿数及热处理方式减速器.高速级齿轮传动2.1.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（减速器.高速级齿轮传动)（1） 由于要求传动平稳故选斜齿圆柱齿轮传动。（2） 该设备速度、精度要求不高，选用8级精度（GB10095-88） （3） 材料选择。由机械设计表10-1选择小齿轮材料为45（调质），硬度为250HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为220HBS，二者硬度差为30HBS，（4）选小齿轮齿数为22，大齿轮齿数，选择螺旋角2.2 按齿面接触强度设计 由设计计算公式M中（10-9）进行试算，即 式（2.1）式中 2.2.1 确定公式内各计算数值试选载荷系数，由M中10-26查得 计算小齿轮传递的转矩由M中 表10-7选取齿轮宽系数，由M中表10-6查得材料弹性系数 ，由M中图10-21d，按齿面硬度查得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 由图M中10-17查得接触疲劳寿命系数； 计算接触疲劳许用应力：取失效率为1%，安全系数S=1， 由式（10-12）M得： ； ； 2.2.2 计算 试计算小齿轮分度圆直径，由式（2.1）有 计算圆周速度v 计算齿宽 ： mm 计算齿轮与齿高之比 模数： 齿高： ， 计算载荷系数 ，7级精度，由M中（图10-8查得动载系数 直齿轮，假设，由M中（表10-3查得由M中（表10-2查得使用系数.5； 由M中（表10-4查得8级精度，小齿轮相对支承对称布置时， =1.443 由查M中（图10-13得故载荷系数： 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由M中（式（10-10a）得： ； 计算模数 ，查表得标准值为2.5。2.3 按齿根弯曲强度设计由式M中（10-5）得，弯曲强度的设计公式 式（2.2）式中 2.3.1 确定公式内各计算数值由M中（图（10-20c）查得小齿轮弯曲疲劳强大齿轮弯曲疲劳强度；由M中（图10-18查得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由M中（式10-12得 计算载荷系数K： 根据重合度查图10-28得 查取齿形系数由M中（表10-5查得；。 计算大齿轮的，并加以比较 ； ； 大齿轮的数值大 设计计算，由式（2.2）有：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m似的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数并圆为标准值=2.5，接触疲劳强度算得的分度圆直径 算出小齿轮齿数： 取大齿轮齿数：2.4 几何尺寸计算2.4.1 计算分度圆直径 2.4.2 计算中心矩 。2.4.3 计算齿轮宽度 取 与预选螺旋角没有多大差别不用变动。表2.1 齿轮的各项相关参数名称符号小齿轮大齿轮法向模数2.52.5齿数z2488螺旋角1515端面模数2.592.59法向距7.857.85端面齿距8.138.13分度圆直径62.2227.9齿顶高2.52.5齿根高3.1253.125法面齿厚3.9253.925端面齿百4.0664.066当量齿数26.797.93 轴的结构设计3.1 高速轴的设计3.1.1 初步确定最小直径和选材由轴的转矩，转速，功率估算轴径和选择联轴器。选择轴的材料为45钢（调质），查表得本材料的力学性能：，根据M中（表15-3取 于是得 式（3.1）式中 考虑联轴器键须将轴径增加4%-5%，故轴径为25.3mm查M中（表14-1得则联轴器计算转矩根据转矩查GB/T4323-1984得选取YL7型联轴器其参数为：故选轴的最小轴径。3.1.2 轴的结构设计为满足联轴器长轴的第一段长直径为。第二段直径为，第二段轴的长度由端厚及安装尺寸得。初步选择滚动轴承，由于同时承受径向力和轴，故选用角接触球轴承，又由于第三段的轴径，则选轴承型号为7208C其参数为：第三段为轴承安装故其长度为又由于轴上的齿轮是和轴做在一起的则在轴承近齿轮的两端做上轴环其长度和直径为。第五段为齿轮长度为由于齿轮的结构使得其为齿轮轴。同样另一段轴环为。轴上的倒角为各轴肩的圆半径。3.1.3 轴上的载荷分析在确定轴承支点位置时，由则结构简图为： 图3-1齿轮的切向力 齿轮的径向力 齿轮轴向力 图 3-2从轴的结构图及弯矩和扭矩图可以看出C截面是危险截面支点反力的计算：I-I截面的弯矩为：根据表13.2得的取C=110II-II截面处的弯矩为：作垂直面的弯矩图如上：支点反力为： I-I截面的弯矩为： II-II截面的弯矩为：作合成弯矩图：M= I-I截面：II-II截面：作转矩图：求当量弯矩 因减速器单向运转，故可以为转矩为脉动循环变化，修正系数取0.6，I-I截面： = 86256.23N.mm II-II截面：=85952.48N.mm 确定危险截面及校核强度由图可知 截面I，II所受转矩相同但弯矩，且轴上还有键槽，故截面I-I可能为危险截面，但由于轴径，故也应对截面II-II进行校核。I-I截面： II-II截面： 查表16.3得=60MPa,满足的条件。故设计的轴有足够的强度，并有一定的裕度。3.1.4 进行精确校核由选择最小轴每项时检验过轴头，故与联轴器相配合的轴较宽裕不必校核，而齿轮轴也是相当富裕，然而与左边轴承处那条受扭矩应力也受径向应力，且还过盈配合，故应校核。该截面的左侧为：轴承处轴的抗扭系数 。 扭转应力 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中查M中（附表3-2 据得：。由M中（图附3-1得轴的材料的敏性系数： 由M中（图3-2和3-3查得由M中（图3-4得综合系数： 从而得到安全系数故该轴满足精确校核。该截面的右侧为： 抗扭截面系数为抗弯截面系数W按M中（表15-4中的公式计算，弯矩M及弯曲应力 , 扭矩及扭转切应力，。 过盈配合处的值，由M中（附表3-8有插入法求出，并取=0.8，于是得=3.45，。 轴按磨削加工，由M中（附表3-4得表面质量系数为：，故综合系数为 所以轴在截面A的右面的安全系数为 S=1.5 故该轴在截面A的右面强度也是足够的.因无大的瞬间过载及严重的应力循环不对称性,故可略去静强度校核.3.2 低速轴的设计3.2.1 初步确定最小直径和选材由轴的转矩，转速，功率。由于轴的分度圆直径则齿轮上的力为：齿轮的切向力 齿轮的径向力 齿轮轴向力 选择轴的材料为45钢（调质），据M中（表15-3取以及式（3.1）于是得： 由于轴上开有两键，故，取d=27mm.查M中（表14-1得则联轴器计算转矩根据转矩查GB/T4323-1984得选取TL2型联轴器其参数为：综上述轴的最小直径 。3.2.2 轴的结构设计图3-3 为满足联轴器长轴的第一段长直径为，第二段直径为。初步选择滚动轴承，由于同时承受径向力和轴向力作用，故选用角接触轴承，又由于第三段的轴径，则选轴承型号为7207C其参数为：其中B和间隙得第三段长，。第四段为齿轮配合段，其长度为。第五段是设计两段阶梯轴环，其长度分别为。第六段为轴承的配合段：。3.2.3 计算轴上的载荷根据轴的结构图做出轴的计算简图图 3-4从轴的结构图及弯矩和扭矩图可以看出C截面是危险截面，现将计算出的截面C的，及M的值列于下表：表3.1载荷水平面H垂直面V支反力F，弯矩M，总弯矩，扭矩按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时只需校核承受最大弯矩和扭矩的截面（截面C）的强度，根据M中15-5及上表中的数据并取=0.6，轴的计算应力 前已确定材料为45钢，调质处理。由表M中15-1查得。因此，故安全。3.2.4 精确校核轴的强度判断危险截面截面B受扭矩作用，故此段最危险所以做截面B的精确校核即可。1）截面B的左侧 抗弯截面系数 抗扭截面系数截面B的左侧的弯矩，截面抗弯截面系数截面B的扭矩截面B的弯曲应力 截面B的扭转切应力为轴的材料为45钢由M中表15-1查得，。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数， 及按附表3-1查取因 ， 经查值后得，。又由附表可得材料的敏性系数，。故有效应力集中系数按式M中（附3-4）为： ， 由M中附表3-2查得尺寸系数由M中3-3查。轴按磨削加工由M中附图3-4得表面质量系数。轴未经过表面强化处理，则按M中式3-12及M中3-13a得综合系数值为：， 又M中由3-1和3-2得碳钢的特性系数在0.1和0.2之间取为0.1，在0.05和0.1之间，取为0.05。于是，计算安全系数的值，按式15-6至15-8则得 远远大于S=1.5 故可知其安全。截面B的右面 抗弯截面系数W按M中表15-4中的公式计算， 抗扭截面系数为弯矩M及弯曲应力,.扭矩及扭转切应力 ， 。 过盈配合处的值，由附表3-8有插入法求出，并取=0.8，于是得=3.1。 轴按磨削加工，由附表3-4得表面质量系数为：，故综合系数为 所以轴在截面A的右面的安全系数为 S=1.5故该轴在截面B的右面强度也是足够的.因无大的瞬间过载及严重的应力循环不对称性,故可略去静强度校核.4 滚动轴承的选择计算及校核4.1 高速轴的滚动轴承的选择计算及校核选用的轴承型号为代号为7208C,由资料2表9-19查出=23.5KN =17.5KN4.1.1 作用在轴承上的载荷径向负荷A处轴承, =482.6N B处轴承, =1245.1N 轴向载荷外部轴向力轴承内部轴向力（接触角为15的角接触轴承可暂取e=0.4）因，轴承1被压紧，轴承2被放松。故图 4-1 计算当量动载荷轴承1:查资料1表13-5用线性插入法得e=0.422 轴承2: 查资料1表13-5用线性插入法得e=0.397 计算当量动载荷载荷系数工作中有中等振动载荷系数 验算轴承寿命因为,故只需验算轴承1的寿命 式（4.1）式中 由式（4.1）以及相关参数得： （=7200h预期寿命）具有足够的使用寿命.4.2 低速轴的滚动轴承的选择计算及校核低速轴滚动轴承经计算选用轴承型号为 7207C 4.2.1 作用在轴承上的载荷径向负荷1处轴承: ， 2处轴承:， 轴向载荷对于7207C型轴承，按1表13-7，轴承派生轴向力，其中e为表13-5中的判断系数，其值由的大小来确定，但现在轴承轴向力未知，故先选取e=0.4,因此估算 外部轴向力. 故轴承1“放松”，轴承2“压紧 由表113-5插值计算 图 4-2计算当量动载荷由资料1表13-5查得:径向动载荷系数，。轴向动载荷系数因轴承运转中有中等冲击载荷，按表113-6，取,轴承的当量动载荷 验算轴承寿命因为,故只需校核1处轴承即可.轴承预期寿命与整机寿命相同,为:7200h轴承的实际寿命:球轴承=3 由式（4.1）以及相关参数得：具有足够的使用寿命. 5 键的选择计算及强度校核5.1 高速轴的键的选择计算及强度校核5.1.1 联轴器1上的键 由联轴器的孔径，查GB/T 1096-1979得键，由联轴器长得：键长，联轴器采用铸钢，键和轴采用45，进行验算得： 式（5.1） 式中 故联轴器2轴上的键满足强度要求。5.2 低速轴的键的选择计算及强度校核5.2.1 减速器中轴上零件与轴采用平键联接 键与键槽尺寸的选取联轴器与轴的联接处，键与键槽部面的尺寸如下：轴的直径，键 ，键长 GB/T 1096-1979 由于轴的转速高，联轴器采用铸铁，而键采用45钢，由轴的选择知轴的材料为45钢由式（5.1）以及相关参数进行验算得： ，其值小于任何一种材料的强度。故联轴器上的键满足使用要求。5.2.2 斜齿轮上的键 由轴径，查GB/T 1096-1979得键，由齿轮宽得：键长，由于齿轮和轴的材料都是45钢，故 ，选择键的材料45钢故，由式（5.1）以及相关参数进行验算得：故联轴器上的键满足使用要求。 6 联轴器的选择6.1 高速轴输入端联轴器的选择高速级的转速较高,工作中有中等振动，选用弹性柱销联轴器，销采用35钢，由资料表14-1查出载荷系数=1.7则计算转矩= =1.730.50=5185，工作转速n=1440()，由资料2表9-22选用联轴器为: 合乎上述工作要求. 计算出销的直径为，L=246.2 低速轴输出端联轴器的选择工作中有中等振动，选用弹性柱销联轴器由资料1表14-1查出载荷系数7，则计算转矩= =1.7419010=712317，工作转速n=435(