机械设计课程设计--带式运输机传动装置的设计.doc

Southwest university of science and technology本科课程设计（说明书）题目：带式运输机传动装置的设计设计数据与传动方案:c5学院名称制造科学与工程学院专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名蒙 静学号20085481指导教师陈晓勇学院名称制造科学与工程学院专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名蒙 静学号20085481指导教师陈晓勇 学院名称 制造科学与工程学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 指导老师 二一五年一月西 南 科 技 大 学机械设计课程设计说明书目录第一章 任务书31.1课程设计说明31.2带式运输机传动装置的设计31.2.1带式运输机工作原理31.2.2已知条件31.2.3设计数据41.2.4传动方案4 1.2.5设计内容4 1.2.6二级展开式圆柱齿轮减速器简图4第二章 电机设计52.1电机型号选择52.2电机功率选择52.3电机转速选择6 2.3.1传动比6 2.3.2二级减速传动比分配72.4计算各轴的运动和动力参数8 2.4.1计算各轴转速8 2.4.2计算各轴输入、输出功率8 2.4.3计算各轴输入、输出转矩8第三章 齿轮传动设计103.1高速级齿轮传动计算103.2低速级齿轮传动计算123.3圆柱齿轮传动参数表143.4验算带式运输机带速15第四章 减速器结构设计164.1减速器结构164.2轴类零件设计16 4.2.1初选轴16 4.2.2初选轴承17 4.2.3联轴器的选取17 4.2.4轴的结构设计18 4.2.5低速轴强度校核194.3轴承的寿命计算234.4键联接的选择和计算24第五章 减速器的润滑方式和密封类型255.1齿轮传动的润滑255.2滚动轴承润滑的选择255.3密封形式25第六章 课程设计心得26致谢27参考文献2726第1章 任务书1.1 课程设计说明 题目及原始数据确定： 本人选择的是带式运输机传动装置的c组传动方案（二级展开式圆柱齿轮减速器）的第5组数据。 本设计为课程设计，通过设计带式运输传动装置，学习机械设计的基本过程、步骤，规范、学习和掌握设计方法，以学习的各种机械设计，材料，运动，力学知识为基础，以机械设计、机械原理、机械制图、机械设计课程设计手册、制造技术基础、机械设计课程设计指导书以及各种国标为依据，独立自主的完成板栗脱壳机传动装置的设计、计算、验证的全过程。亲身了解设计过程中遇到的种种问题和解决的方法，思考、分析最优方案，这是第一次独立自主的完成设计过程，为毕业设计以及以后的就业工作做下铺垫。1.2 带式运输机传动装置的设计1.2.1 带式运输机工作原理 带式运输机传动示意图如图1-1所示。1.2.2 已知条件 1)工作条件:两班制，连续单向运转，载荷较平稳室内工作，有粉尘，环境最高温度35; 2)使用折旧期:8年; 3)检修间隔期:四年一次大修,两年一次中修,半年一次小修; 4)动力来源:电力,三相交流,电压380/220V;5)运输带速度允许误差:5%;图1-1 带式运输机传动示意图6)制造条件及生产批量:一般机械厂制造,小批量生产。1.2.3 设计数据 设计数据见表1.1。表1.1 设计数据题 号参 数12345678910运输带工作拉力F/N1500220023002500260028003300400045004800运输带工作速度v（m/s）1.11.11.11.11.11.41.21.61.81.25滚筒直径D（mm）220240300400220350350400400500注：运输带与卷筒之间及卷筒轴承的摩擦影响已经在F中考虑。1.2.4 传动方案表1.2 传动方案编号方案编号方案a带-单级斜齿圆柱齿轮减速器d二级同轴式圆柱齿轮减速器b锥齿轮减速器-开式齿轮e圆锥圆柱齿轮减速器c二级展开式圆柱齿轮减速器f单机蜗杆减速器1.2.5 设计内容1）按照给定的原始设计数据编号（编号） 5 和传动方案（编号） c 设计减速器装置；2）完成减速器装配图1张（A0或A1）。1.2.6 二级展开式圆柱齿轮减速器简图 二级展开式圆柱齿轮减速器传动方案简图如图1-2所示。电机联轴器减速器卷筒运输带图1-2 二级展开式圆柱齿轮减速器第二章 电机设计2.1 电机型号选择按照1.2的已知条件（1）、（4），根据3选用三机笼型电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。2.2 电机功率选择 （2-1） 式中为电动机功率，为负载功率，为总效率。 （2-2） 式中联轴器效率，由3表1-5，取（弹性柱销联轴器）， 轴承效率，由3表1-5，取（球轴承）， 齿轮传动效率，由3表1-5，取（按1表6.6选7级圆柱齿轮）。 （2-3） 已知，由式（2-1）、（2-3）、（2-4）并代入数据解得由3表12-1，满足要求的电机额度功率为2.3 电机转速选择2.3.1传动比 按3表14-5,推荐传动比，则电机转速范围符合这一范围的的同步转速有1000r/min，1500r/min，3000r/min。根据3表12-1查出有三种合适的电机，如表2.1所示。表2.1 部分功率为4kW的Y系列三相异步电机方案电机型号额定功率/kW电机转速/(r/min)电机质量/kg传动比同步满载1Y132M1-6410009607310.12Y112M-44150014404315.13Y112M-24300028904530.3 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和卷筒带传动、减速器的传动比，以及功率因数等，选择第2种方案，即电动机型号为Y112M-4。此时。电机外形尺寸参数如表2.2所示。表2.2电机外形尺寸参数，电机外形见图2-1ABCDEFGHKABACADHDL1901407028+0.0096082411212245230190265400-0.004图2-1电机外形图2.3.2二级减速传动比分配根据3表14-2，单级传动比圆柱齿轮常用值35及3P203推荐的展开式二级圆柱齿轮减速器推荐高速级传动比，取，则，故，均在35范围内。其中为轴k与轴k+1的传动比，见图2-2。 轴1轴2轴3轴4 图2-2减速器的各轴2.4计算各轴的运动和动力参数2.4.1计算各轴转速 轴1 ，轴2 ，轴3 。2.4.2计算各轴输入功率、输出功率1)输入功率轴1 ，轴2 ，轴3 。2）输出功率 各轴的输出功率为输入功率乘轴承效率0.99，分别为轴1 ， 轴2 ，轴3 。 2.4.3各轴的输入、输出转矩1） 电动机轴输出转矩电机输出转矩。2） 轴输入转矩轴1 ， 轴2 ，轴3 。3） 轴输出转矩轴1 ， 轴2 ，轴3 。4） 各轴动力参数如表2.3所示表2.3各轴动力参数轴号功率 P/KW转距T/N*M转速r/min转动比i输入输出输入输出电机426.5314401轴13.963.9226.2726.0114404.60轴23.843.80117.15115.98313.043.28轴33.733.69373.23369.5095.44第3章 齿轮传动设计3.1高速级齿轮传动计算已知输入功率，小齿轮转速，传动比工作条件：两班制，连续单向传动，载荷平稳，室内工作，有粉尘，环境最高温度35。制造条件：一般机械厂制造，小批量生产。使用折旧期8年。 （1）传动形式 由工作条件选择闭式传动。 (2)选定齿轮类型因功率不大速度不高，载荷平稳，并考虑制造条件，故选用直齿圆柱齿轮传动。（3）选定齿轮材料由1表6.1选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 （4）选择齿数由1P140建议，取小齿轮齿数=30，大齿轮齿数，又由1公式（6.6）知齿面接触强度设计公式为 （3-1） 计算载荷系数K由1表6.2查得使用系数，由1P134得，则；由前面知 ，； 由1表6.8选取齿宽系数；由1图6.14按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳极限 ，大齿轮的接触疲劳强度极限； 计算应力循环次数 小齿轮 ，大齿轮应力循环次数 ； 由1图6.16取接触疲劳寿命系数=1，=1.1；计算接触疲劳许用应力由1表6.5，取安全系数S=1.3，则小齿轮 =，大齿轮，故;查1中：图6.12,取节点区域系数=2.5(无变位)。参考1中135页,取Z=0.9；由1表6.3查得材料的弹性影响系数=189.8 。 (5）确定齿轮直径及模数 由（3-1）式及代入（4）的中数据得，模数,查1表6.7取m=1.5mm， 则mm，mm， 中心距： mm， 齿顶圆直径， ， 齿根圆直径， ，齿轮宽度：因为b=d=145=45mm，故取b1=50mm；b2=b=45mm。 （6）选定齿轮精度 V=，参考1中图6.18（a），取齿轮精度8级。 （7）按齿根弯曲强度校核 由1公式（6.8）知弯曲应力 （3-2） 由1137页，按最大取如果满足上式，强度肯定满足， 查1中表6.4得取齿形系数=2.52, =2.13， 查1中表6.4得取应力校正系数=1.63, =1.82， 计算弯曲疲劳许用应力 查1中图6.15(b)得小齿轮的弯曲疲劳强度极限Flim1=300MPa;大齿轮的弯曲疲劳强度极限Flim2=220MP， 查1中图6.17取弯曲疲劳寿命系数YN1= YN2=1，查1中表6.5取弯曲疲劳安全系数则=273MPa， =200MPa，=102MPa， ，因， 故弯曲强度足够。(8)受力分析圆周力=，径向力合力。3.2低速级齿轮传动计算已知条件：输入功率=3.80kW小齿轮3转速传动比 =3.28,工作寿命为8年，两班制。 (1)选定齿轮类型、材料和齿数 1）因功率不大速度不高，故选用直齿圆柱齿轮传动。 2）材料选择。由1表6.1选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 3）选择小齿轮齿3数=30，大齿轮4齿数=3.2830=98.4,取=98，此时。 (2)按齿面接触强度设计 由公式（6.6）1知齿面接触强度设计公式为 （3-3） 计算载荷系数K 由表6.2查得使用系数=1，由1P134，取，则 K= =11.21.21.2=1.7；由前面知齿轮3传递转矩（即轴2的输出转矩）； 由1表6.8选取齿宽系数； 由1图6.14按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳极限=700 MPa;大齿轮的接触疲劳强度极限=550 MPa； 计算应力循环次数 小齿轮=60313.041(162508)=6.01108，大齿轮 =1.83108； 由1图6.16取接触疲劳寿命系数=1.1，=1.15； 计算接触疲劳许用应力由表6.5，取安全系数S=1.3，则=592MPa =487MPa，故取；查1中：图6.12,取节点区域系数=2.5(无变位)。参考1中135页,取Z=0.9；由1表6.3查得材料的弹性影响系数=189.8 。 (3）确定齿轮直径及模数 由（3-2）式及代入（2）的中数据得=73.45mm，模数,查1表6.7取m=2.5mm， 小齿轮直径 mm， 大齿轮直径mm， 中心距： mm， 齿顶圆直径， ， 齿根圆直径， ， 齿轮宽度：因为b=d=175=75mm，故取b3=80mm，b4=b=75mm。 （4）计算圆周速度，确定齿轮精度V=m/s，参考1中图6.18（a），取齿轮精度8级。(5)按齿根弯曲强度校核 由1公式（6.8）知弯曲强度校核公式为 （3-4） 由1137页，按大取如果满足上式，强度肯定满足， 查1中表6.4得取齿形系数=2.52, =2.19， 查1中表6.4得取应力校正系数=1.63, =1.79， 计算弯曲疲劳许用应力 查1中图6.15(b)得小齿轮的弯曲疲劳强度极限Flim3=300MPa;大齿轮的弯曲疲劳强度极限Flim4=220MP， 查1中图6.17取弯曲疲劳寿命系数YN3= YN4=1，查1中表6.5取弯曲疲劳安全系数则=273MPa， =200MPa， =97MPa， ， 因， 故弯曲强度足够。(6)受力分析圆周力= ，径向力合力。3.3圆柱齿轮传动参数表表3.1 圆柱齿轮传动参数表名称代号单位高速级低速级小齿轮1大齿轮2小齿轮3大齿轮4中心距amm126160传动比i4.603.27模数mmm1.52.5螺旋角00端面压力角2020啮合角2020齿数z301383098分度圆直径dmm4520775245基圆直径mm42.29194.5270.48230.22齿顶圆直径mm4821080250齿根圆直径mm41.25203.2568.75238.75续表3.1 圆柱齿轮传动参数表齿宽bmm50458075材料40Cr4540Cr45热处理状态调质调质调质调质齿面硬度HBS2802402802403.4验算带式运输机带速由各齿轮齿数，得传动比，则卷筒转速，带速，误差，在允许的误差内，故减速设计满足设计要求。第4章 减速器结构设计4.1减速器结构前面已知低速级齿轮传动中心距a=160,由2查表3，并经计算后得减速器结构尺寸如表4.1所示，其中有些数据是后面设计后再填上的。表4.1减速箱机体结构尺寸名称符号减速器型式及尺寸关系/mm 箱座壁厚8 箱盖壁厚8箱座凸缘厚度12箱盖凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径18地脚螺钉数目4轴承旁联接螺栓直径14机盖与座联接螺栓直径10联接螺栓的间距150轴承端盖螺栓直径8视孔盖螺钉直径6定位销直径8、到外箱壁距离24、20 、16、至凸缘边缘距离22、14轴承旁凸台半径22凸台高度35外箱壁至轴承座端面距离40大齿轮顶圆与内箱壁距离10齿轮端面与内箱壁距离16.5箱盖、箱座肋厚、7、7轴承端盖外径120轴承端盖凸缘厚度10轴承旁联接螺栓距离130150 4.2轴类零件设计 4.2.1初选轴在进行轴的结构设计之前，应首先初步计算轴的直径。一般按受扭作用下的扭转强度估算各轴的直径，计算公式为，式中：P轴所传递的功率，kW； n轴的转速，r/min；A由轴的需用切应力所确定的系数。 由于减速器传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求，故选择常用材料45钢，调质处理，查1表11.3取C=118，则 轴 1 =16.5mm, 轴2 =27.2mm,轴3 =40.0mm，将各轴圆整为=20mm , =30mm , =40mm。4.2.2初选轴承轴1选轴承为：6006， 轴2选轴承为：6006，轴3选轴承为：6010。表4.2轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定/kNdDBdaDa动载荷Cr静载荷Cor6006305513364913.28.36006305513364913.28.36010508016567422.016.24.2.3联轴器的选取轴1和轴3需要与联轴器连接，为使该段直径与联轴器的孔径相适应，所以需要同时选用联轴器，又由于本减速器属于中小型减速器，其输出轴与工作机的轴线偏移不大。其次为了能够使传送平稳，所以必须使传送装置具有缓冲，吸振的特性。因此选用弹性注销联轴器（1） 轴1的联轴器轴1的联轴器与电机相联接，前面已知电机输出转矩Td=26.53，功率，转速，查1表10.1知工作情况系数KA=1.3，于是计算转矩，根据以上参数并考虑轴1直径d1=20和电机轴直径dd=28相配合，查3表8-7，对轴1选用LX2-Y型轴孔。（2） 轴3的联轴器前面已知轴3输出转矩T3=373.23，功率，转速，查1表10.1知工作情况系数KA=1.3，于是计算转矩，查3表8-7，对轴3选用LX3-Y型轴孔。各轴的联轴器尺寸如表4.3表4.3联轴器外形尺寸轴号型号公称扭矩Nm许用转速r/min轴孔直径mm轴孔长度mm外径D/mm转动惯量kgm2轴1LX2560630020521200.009轴3LX312504700401121600.0264.2.4轴的结构设计低速轴图4-1 低速轴结构简图 根据轴向定位要求，确定轴的各段直径和长度。（1）I段与联轴器配合取=40,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取。（2）为了满足半联轴器轴向定位，段右侧设计定位轴肩，由3表7-12毡圈油封的轴颈取=45,由轴从轴承孔端面伸出15-20,由结构定取=60。（3）初选球轴承内径为50，故取=50，轴承宽16，故取=16，右端的轴肩用于轴承轴向定位。（4）由于轴承的的定位需要轴肩，且由表4.3知该轴承轴肩尺寸da=56,所以，又根据轴上零件（轴承）的定位要求及箱体之间关系尺寸取 （5）先说VI段，VI段为齿轮安装轴段，齿轮宽75，此段长应小于轮毂宽，取LVI=72,取d6=55. （6）V段右边用于齿轮轴向定位，轴肩定位高度,取h=4轴环宽度b1.4h=5.6，取b=12,故,（7）7段用于安装轴承，已选轴承孔径50，故=50,根据轴承宽度，箱体结构，及用套筒轴向定位,取 （8）轴上齿轮、半联轴器零件的轴向定位均采用圆头普通平键连接。根据轴直径，由3查表4-1得I段轴选用平键bh=128,选键长系列L=90，如图4-1所示；VI轴选用平键bh=1610，键长选择63，左端与轴肩相距5，如图4-1所示。（9） 轴端倒角及各轴段之间的圆弧过渡，取轴端倒角为C2。至于定位轴肩，根据1表11.2，III段与IV段圆弧过渡取R1.6，V段与VI段间圆弧为R2，轴承的定位轴肩处是R1，其余圆弧R1.6。中速轴图4-2 中速轴结构简图高速轴图4-3 高速轴结构简图4.2.5低速轴强度校核由于低速轴上所承受的转矩最大，所以仅对低速轴按弯扭合成强度条件进行校核计算。该轴的简化如图4-4所示。DCEBA图4-4 低速轴的简化(1)按弯扭合成应力校核轴强度由前面齿轮部分已求得齿轮所受径向力，切向力，齿轮直径，则对轴扭矩T=。根据轴3的尺寸及零件安装方式得，如图4-4所示。 做出受力分析及载荷分析图，如图4-5所示。扭矩当量弯矩 图4-5 低速轴受力分析及载荷分布图 左端支座反力 ， ； 右端支座反力 ， ；危险截面（截面D）弯矩 ， ；合成弯矩 ；当量弯矩；当量应力 。 由1查表11.1知弯曲疲劳极限（45，调质），查表11.6取S=1.8，于是，则 ，故安全。 （2）精确校核轴的疲劳强度1）危险截面判断如图4-4所示A、B及A、B之间只受扭矩作用，虽然有键槽、轴肩等引起的应力集中将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，所以截面A、B及其之间截面无需校核。从B截面之后弯矩一直增大，扭矩不变直到截面D所受弯矩和扭矩最大但应力集中不大，D截面之前的C截面与D截面尺寸相同，扭矩也相同，弯矩比C截面稍小但应力集中大，D截面之后扭矩消失，弯矩逐渐减小，所以C截面为危险截面，需进行强度校核。2)强度校核该处抗弯截面模量，抗扭截面模量，弯矩 ， 扭矩 ， 截面上的弯曲应力，因为弯矩为对称循环，所以此处弯曲应力的应力幅，平均弯曲应力，截面上的扭转切应力=，因为扭转切应力为脉动循环，所以此处扭转切应力的应力幅和平均应力， 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数和由图1.15可知，因，得，又由图1.16可知轴材料敏性系数为，故有效应力集中系数为，由1图1.18得尺寸系数，轴按磨削加工1图1.19得表现质量系数为，轴未经强化处理，即，则综合系数值由式1.22，1.23为，又由材料特性系数取，取，于是，计算安全系数值，由式1.30，1.31得， ， 故安全。4.3轴承的寿命计算 （1）低速轴轴承寿命计算 1）预期寿命从减速器的使用寿命期限考虑，轴承使用期限为8年（年工作日为250天）。预期寿命=825016=32000h。 2）寿命验算从前面以求得低速轴左端支座反力 ，则左端轴承所受径向力，左端支座反力， 则右端轴承所受径向力。 ，所以右端轴承为危险轴承，应以它进行寿命验算。由表4.2知，该轴承基本额定动载荷为22.0kN，低速轴选用的轴承是球轴承,则。由1表8.3查得温度系数=1（工作温度最高35），表8.6得到负荷系数=1.2，则，所以所选轴承可满足寿命要求。4.4键联接的选择和计算（1）低速轴齿轮的键联接 1）选择类型及尺寸 根据d=55mm,轮毂宽B=76mm,选用A型，bh=1610,L=63mm。 2）键的强度校核键的工作长度=L-b=63-16=47mm，由前面表2.3知轴3的输出转矩，此处，键、轴和轮毂的材料都是钢，查1表3-1取120MPa，于是， 故键安全合格。（2）低速轴联轴器的键联接1）选择类型及尺寸 根据d=40mm,半联轴器轮毂宽B=112mm,选用A型，bh=128,L=90mm。2）键的强度校核r此处，键、轴和轮毂的材料都是钢，仍取120MPa，则 故键安全合格。第5章 减速器的润滑方式和密封类型5.1齿轮传动的润滑 1）从前面已知高速级的两齿轮线速度=，低速级的两齿轮线速度=m/s，因此两个级的大齿轮线速度均满足，所以采用浸油润滑。2）齿轮传动的润滑油粘度和润滑油牌号选择低速级齿轮线速度在11.2m/s之间，查1表6.1知齿轮强度极限，由1表6.10选用润滑油合适运动粘度，再按的大小查1表6.9选用工业齿轮油（SY1172-88），牌号为220。5.2滚动轴承润滑的选择滚动轴承的dn值高速级滚动轴承，显然中速级和低速级的轴承也小于此值，查1表8.11选用脂润滑，在轴承旁加挡油板