带式运输机两级闭式齿轮传动装置设计-机械设计课程设计计算说明书.doc

xxx 大 学机械设计课程设计计算说明书设计题目：带式运输机两级闭式齿轮传动装置设计学 院 专 业 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 xxx大学机械设计课程设计目录第一章 设计任务书31.1设计题目31.2设计要求31.3原始数据3第二章 电动机的选择42.1选择电动机的类型42.2选择电动机的容量42.3确定电动机的转速5第三章 传动装置运动及动力参数计算53.1分配传送比53.2运动和运动参数计算5第四章 传动装置设计74.1 V带传动设计74.2齿轮设计9第五章 轴的设计及计算145.1中间轴的结构设计145.2高速轴的设计165.3低速轴的结构设计185.4轴的校核20第七章 键连接的选择和计算23第八章 减速箱体结构及其附件的设计238.1减速箱体结构的具体参数和尺寸见表8-1238.2减速箱附件及其结构设计24第九章 心得体会26参考文献27第1章 设计任务书1.1设计题目带式运输机两级闭式齿轮传动装置设计1.2设计要求（1） 设计用于带式运输机的传动装置。（2） 连续单向运转，载荷较平稳，空载起动，运输带允许误差为5%。（3） 使用期限为10年，小批量生产，两班制工作。1.3原始数据数据组编号12345678910工作机轴输入扭矩T/(Nm)800850900950800850900800850900运输带工作速度v/(m/s)1.21.251.31.351.41.451.21.31.351.4卷筒直径D/mm360370380390400410360370380390选择第五组数据运输机工作轴扭矩：800Nm运输带工作速度：1.4m/s卷筒直径400mm第2章 电动机的选择2.1选择电动机的类型 按时间要求选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。2.2选择电动机的容量 电动机所需工作功率为 （1-1）电动机所需功率为 （1-2）传动装置的总效率为 （1-3）联轴器传动效率1=0.99，滚动轴承效率2=0.99，齿轮传递的效率3=0.97，V带传动效率4=0.96，卷筒传动效率5=0.96，代入式（1-3）得 滚筒轴工作转速：所需电动机功率：因载荷平稳，电动机额定功率Ped略大于pd即可，由机械设计综合课程设计第六章Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为Ped=7.5kw。2.3确定电动机的转速 由机械设计综合课程设计表2-3可知V带传动的传动比常用范围24，由机械设计综合课程设计表2-4可知展开式二级圆柱齿轮减速器的传动比常用范围840，则总传动比,所以电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有1500和3000r/min。现以同步转速1500及3000r/min，两分方案进行比较。由机械设计综合课程设计第六章相关资料查得的电动机数据及计算出的总传动比列于表1-1表1-1 额定功率为7.5kw时电动机选择对总方案影响方案电动机型号额定功率/kw同步转速/满载转速 nm/(r/min)1Y132S2-2 7.5 3000/29202Y132M-4 7.5 1500/1440有因为当工作转速要求一定时，电动机转速高将使传送比加大。则传动系统中的传动系数，整体体积将相对较大，这可能导致传动系统造价增加，造成整体成本增加，所以选定电动机型号为Y132M-4。第3章 传动装置运动及动力参数计算3.1分配传送比1. 总传送比 2. 分配传动装置各级传送比，去V带传动的传送比i01=2,则减速器的传动比i为 取两级圆柱齿轮减速器高速级的传送比则低速级的传动比联轴器的传动比为i34=1注意：以上传动比的只是初步的。传动装置的实际总传动比必须在各级传动零件的参数，如带轮直径、齿轮齿数等确定以后才能计算出来。一般，总传送比的实际值与设计要求值得允许误差为3%5%。3.2运动和运动参数计算0轴（电动机轴）： P0=Pd=6.79kw n0=nm=1440r/min 1轴（高速轴）： 2轴（中间轴）： 3轴（低速轴）： 4轴（滚筒轴）： 13轴的输出功率或输出转矩分别为各轴的输入功率或输入转矩乘轴承效率0.99.运动和动力参数的计算结果列于表3-1。表3-1 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效率输入输出输入输出电动机轴6.794514401轴6.526.4586.585.672020.962轴6.266.20322.5319.3185.43.8830.963轴6.015.95858.8850.266.832.7740.96滚筒轴5.895.83841.7833.366.8310.98第四章 传动装置设计4.1 V带传动设计已知：Pd=6.79kw，nm=1440r/min，i=2,两班制工作，载荷较平稳，空载起动，要求结构紧凑。1. 确定计算功率Pca，由机械设计附表6-6查得工作情况系数KA=1.1，计算功率Pca为2. 选取带型根据Pca和nm，由机械设计图6-8选用A型带。3.确定带轮的基准直径根据机械设计表6-1推荐的最小基准直径，由附表6-7可选出小带轮的基准直径dd1=125mm，则大带轮的基准直径。根据附表6-7，取dd2=250mm。4. 验算带速，即5m/sV25m/s，故符合要求。5. 确定V带的基准长度和中心距。根据初步确定中心距为，考虑到设计要求结构紧凑，故选=300mm。计算V带的基准长度Ld0为由附表6-2选V带基准长度Ld为1250mm计算出实际的中心距a为6. 验算主动轮上的包角。故主动轮的包角合适。7. 计算V带的根数。由附表6-2查得KL=0.93，由附表6-5查得由附表6-4查得，由附表6-3查得P0=1.93kw在此条件下，单根V带所传递的功率为V带的根数Z为，取Z=5根8. 计算初拉力F0，由附表6-1查得q=0.1kg/m,V带的初拉力为9. 计算带对轴的压力。10. V带轮轮缘尺寸（基准宽度制）（摘自GB/T 10412-2002）V带传动的主要参数归于表4-1表4-1V带传动的主要参数名称结果名称结果名称结果带型A传动比2根数Z=5带轮基准直径dd1=125mmdd2=250mm基准长度Ld=1250mm预紧力F0=151.8N中心距a=323.97mm压轴力Fp=1489.9N4.2齿轮设计4.2.1高速级齿轮传动的设计1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）选用直齿圆柱齿轮传动（2）材料选择。由机械设计附表8-1选择小齿轮材料为40Cr调质，硬度为，取270HBS，大齿轮材料为45号钢，取240HBS，大小齿轮的硬度差为30HBS。由于是低速级，速度不高，由附表8-12，选择齿轮精度7级（3）对于闭式软齿面齿轮，齿数可以选择较多些，故选小齿轮齿数Z1=25，大齿轮齿数，取Z2=972、按齿面接触强度设计由设计计算公式进行齿轮尺寸的初步确定，即（1）确定上式内的各计算数值。 试选载荷系数Kt=1.5。低速级小齿轮传递的转矩。 齿宽系数，表8-3选取。应力循环次数为接触疲劳寿命系数由N1、N2及附图8-6，得,。接触疲劳强度极限，由附图8-7(f)，分别按合金钢（40Cr）MQ线和碳钢MQ的延长线及齿面硬度查得：小齿轮，大齿轮接触疲劳许用应力由表8-4，取安全系数，则取许用接触疲劳强度为计算许用应力。(2)试算，则3、修正计算（1）计算高速轴齿轮圆周速度V，则（2）计算高速轴齿轮圆周力，则（3）计算载荷系数K。根据以及参考附表8-12，选择9级精度（GB10095-88）。由参考附表8-2，查得使用系数。由附图8-1查得动载荷系数。根据100N/mm并由附表8-3，对于未经表面硬化的直齿9级精度齿轮，查得齿间载荷分配系数。由附表8-4，选择软齿面、装配时不做检验调整，可按8级精度公式计算，然后放大10%来考虑9级精度的齿向载荷分布系数，则故（4）按实际的载荷系数校正小齿轮直径，则计算低速轴的齿轮的模数m，则根据附表8-8，确定高速轴的齿轮传动模数m=3。对于闭式软齿轮传动，只需通过接触疲劳强度进行设计计算；对于低速（）、9级精度、不重要的传动，也可不必进行强度校核计算。4、低速轴齿轮的几何尺寸计算（1）分度圆直径为（2）中心距为 （3）齿宽为圆整后取，（4）齿轮精度等级8级（5）材料及热处理大、小齿轮材料为40Cr并经过调质处理及表面淬火，齿面硬度为，油润滑4.2.2低速级齿轮传动的设计2. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）选用直齿圆柱齿轮传动（2）材料选择。由机械设计附表8-1选择小齿轮材料为40Cr调质，硬度为，取270HBS，大齿轮材料为45号钢，取240HBS，大小齿轮的硬度差为30HBS。由于是低速级，速度不高，由附表8-12，选择齿轮精度7级（3）对于闭式软齿面齿轮，齿数可以选择较多些，故选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取2、按齿面接触强度设计由设计计算公式进行齿轮尺寸的初步确定，即（1）确定上式内的各计算数值。 试选载荷系数Kt=1.4。低速级小齿轮传递的转矩。 齿宽系数，表8-3选取。应力循环次数为接触疲劳寿命系数由N1、N2及附图8-6，得,。接触疲劳强度极限，由附图8-7(f)，分别按合金钢（40Cr）MQ线和碳钢MQ的延长线及齿面硬度查得：小齿轮，大齿轮接触疲劳许用应力由表8-4，取安全系数，则取许用接触疲劳强度为计算许用应力。(2)试算，则3、修正计算（1）计算低速轴齿轮圆周速度v，则（2）计算低速轴齿轮圆周力，则（3）计算载荷系数K。根据以及参考附表8-12，选择9级精度（GB10095-88）。由参考附表8-2，查得使用系数。由附图8-1查得动载荷系数。根据100N/mm并由附表8-3，对于未经表面硬化的直齿9级精度齿轮，查得齿间载荷分配系数。由附表8-4，选择软齿面、装配时不做检验调整，可按8级精度公式计算，然后放大10%来考虑9级精度的齿向载荷分布系数，则故（4）按实际的载荷系数校正小齿轮直径，则计算低速轴的齿轮的模数m，则根据附表8-8，确定低速轴的齿轮传动模数m=4.5对于闭式软齿轮传动，只需通过接触疲劳强度进行设计计算；对于低速（）、9级精度、不重要的传动，也可不必进行强度校核计算。4、低速轴齿轮的几何尺寸计算（1）分度圆直径为（2）中心距为 （3）齿宽为圆整后取，（4）齿轮精度等级8级（5）材料及热处理大、小齿轮材料为40Cr并经过调质处理及表面淬火，齿面硬度为，油润滑。高速级与低速级齿轮所涉及的参数如表4-2所示表4-2计算齿轮所涉及的主要参数高速级低速级小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮齿数/mm25972569齿宽/mm8075118113分度圆直径/mm75291112.5310.5齿顶圆直径/mm81297121.5319.5齿根圆直径/mm67.5283.5101.25299.25中心距/mm183211.5第五章 轴的设计及计算5.1中间轴的结构设计P=6.26kw n=185.4r/min 1. 选择轴的材料及热处理方法选择轴的材料为45号钢，调质处理。由机械设计附表14-1查得对称循环弯曲许用应力。2. 计算最小直径由机械设计表14-1选取C=110，得中间轴起过渡减速作用，最小直径无需键槽或其他零件，取整36mm。3. 轴的结构设计（1） 确定各轴直径：最小轴段因为要与轴承相配合，查机械设计综合课程设计表6-63，选轴承型号6308，则。：此段为高速级大齿轮安装段，轴肩2为过渡部位，区分加工表面，所以。：高速级大齿轮的右端采用轴环定位，轴环高度应满足，故取，所以。：同理，此段为低速级小齿轮安装段，取。：同理，与轴承配合，选取6308型号滚动轴承故。（2） 确定各轴段长度：与轴承配合段，取。：与高速级大齿轮配合段，配合轴段应比齿轮宽略短，所以。：与低速级小齿轮配合段，取。：与轴承配合，取。：轴环宽度，为了有足够的强度来承受轴向力，通常取，所以。（3） 确定轴上倒角和圆角 5.2高速轴的设计P=6.52kw n=720r/min T=86.5Nm1.选择轴的材料及热处理方法选择轴的材料为45号钢，调质处理。由机械设计附表14-1查得对称循环弯曲许用应力。2.计算最小直径由机械设计表14-1选取C=110，得考虑到安装带轮，会有键槽的影响，故将直径增加4%，取。3. 轴的结构设计由于高速级小齿轮的尺寸相对较小，故将高速轴做成齿轮轴，无需对齿轮进行定位。（1） 确定各轴段直径：最小轴段，。：轴肩2处对带轮定位，故。：轴肩3处为过渡部分，区分加工表面，轴段34与轴承配合，轴承仅承受径向力，查机械设计综合课程设计表6-63，选取轴承型号6307，其主要参数，所以=35mm，B1=21mm。：由于轴肩4对轴承有定位作用，查机械设计综合课程设计表6-63型号6307滚动轴承得，轴承的安装直径为44mm，所以=44mm。：同理，与轴承配合，选取型号6307，故。（2） 确定各轴段的长度：由于12轴段配合的带轮宽B=78mm，=B-2mm=(78-2)mm=76mm:查机械设计综合课程设计表3-1得地脚螺栓。轴承旁连接螺栓 取d1=16mm，由表3-1可得C1=22mm ，C2=20mm。箱体轴承孔长轴承端盖厚t=10mm。装拆螺钉余量取则。：与型号6307滚动轴承配合，取=25mm。：与型号6307滚动轴承配合，取=25mm。：取=243mm。（3） 取定轴上倒角和圆角 5.3低速轴的结构设计P=6.01 n=66.83r/min T=858.8Nm1.选择轴的材料及热处理方法选择轴的材料为45号钢，调质处理。由机械设计附表14-1查得对称循环弯曲许用应力。2.计算最小直径由机械设计表14-1选取C=110，得因为联轴器安装在此段，且用键连接传递转矩。考虑到键槽会削弱轴的强度，故应将计算轴径适当增大，所以取整为52mm。3. 轴的结构设计轴上零件的定位及轴的主要尺寸的确定（1） 轴端联轴器的选用和定位。轴传递的转矩为由附表15-4查联轴器工作的情况系数K=1.5求得计算转矩为根据Tca值，查国标GB/T 5014-2003,选用LX4型弹性柱销联轴器，J型轴孔，其安装孔径；联轴器的毂孔长，故取轴与其配合段长，按轴径选用平键截面面积尺寸，键长为70mm(GB/T1095-2003)（2） 轴承、齿轮的定位及轴段主要尺寸计算各轴段的直径：由以上分析计算可得。：轴肩2处对半联轴器有轴向定位，。：轴肩3处为过渡部位，区分加工表面，轴段34与轴承配合，轴承仅承受径向力，因=62mm，查机械设计综合课程设计表6-63，选取6313滚动轴承。其主要参数，=65mm,。:由于轴肩4对轴承有定位作用，查机械设计综合课程设计表6-63型号6313得其安装尺寸为77mm,所以=77mm。：同理，=65mm。：对轴承的要求通过套筒来实现，。：轴肩6对低速级小齿轮有轴向定位要求，为保证齿轮端面能紧靠定位面，通常取，取h=5mm，故。计算各轴段的长度：由于12轴段配合的半联轴器孔长故。：查机械设计综合课程设计表3-1得地脚螺栓。轴承旁连接螺栓 取d1=16mm，由表3-1可得C1=22mm ，C2=20mm。箱体轴承孔长轴承端盖厚t=10mm。装拆螺钉余量取则。:与轴承6313配合，取=37mm:轴环宽度，为了有足够的强度来承受轴向力，通常取，故取。：由于与之相配合的低速级小齿轮齿宽，配合轴段长应比齿轮齿宽略短，所以。：故取=57mm。：取=84mm。确定轴上倒角和圆角 R=2。5.4轴的校核以高速轴为例进行校核1. 轴的受力分析（1） 轴上力的作用点位置和支点跨距的确定。齿轮对轴的力作用点按简化原则应在齿轮宽度的中点，因此可决定低速轴上的齿轮的作用点位置。轴上安装的6313型号的轴承，为深沟球轴承，因此可知负荷作用中心到轴承外端面的距离a=16.5，故可计算出支点跨距和轴上各力作用点相互位置尺寸。支点跨距;齿轮的作用点到左支点A的距离为。齿轮的作用点到右支点的距离为。（2） 绘制轴的力学模型图齿轮啮合处作用有径向力和圆周力，根据齿轮转向，可确定两者方向，画出受力简图（图a）。取集中力作用于齿轮和轴承宽度的中点。齿轮啮合力即为作用于轴上的载荷，将其分解为垂直面受力（图b）和水平面受力（图d）。（3） 轴上载荷计算齿轮的圆周力：齿轮的径向力：（4） 轴上支反力计算水平面内的支反力： 即 解得 垂直面内的支反力： 即 解得： （5） 轴弯矩计算及弯矩图绘制计算截面B处的弯矩：水平面的弯矩：垂直面的弯矩：分别画出垂直面和水平面的弯矩图（图c和图e），求合成弯矩并画出其弯矩图（f），则（6） 画出扭矩图（图g）2. 按弯矩合成校核轴的强度截面B处的弯矩最大，以其为危险截面进行强度校核。根据机械设计式（14-6），取单向转动，扭矩切应力为脉动循环变应力，考虑键槽的影响，将B截面轴径乘以0.94，则有B截面强度足够，故安全。第6章 滚动轴承的计算和选择以低速轴上的滚动轴承为例由计算轴时初选轴承型号6313，因轴承支点跨距小于300mm,故采用两端固定的轴承组合。查机械设计综合课程设计表6-23深沟球轴承可知： ，1. 计算轴承受到的径向载荷由前面的计算可知2.计算轴承的当量动载荷由于轴承只承受径向载荷，且载荷较平稳，查机械设计附表13-2可得，冲击载荷系数，所以3. 验算轴承的寿命所以2轴承的当量动载荷为计算依据，轴承的预期寿命为所选轴承的寿命为故所选轴承满足要求第7章 键连接的选择和计算以低速轴为例1. 选择键的类型和尺寸因为安装齿轮处轴径d=73mm，由机械设计综合课程设计表6-57可查得，当轴径d=6575mm时，键的宽度为b=20mm,高度为h=12mm。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=90mm(略小于轮毂宽度)。2. 校核键连接的强度键、轴和轮毂的材料都是钢，键的工作长度,接触高度k=0.4h=0.4x12=4.8mm，查机械设计综合课程设计表5-2，按照有轻微冲击取许用挤压应力，则有故键连接满足挤压强度强度条件。第8章 减速箱体结构及其附件的设计8.1减速箱体结构的具体参数和尺寸见表8-1表8-18.1减速箱体结构的机体参数名称符号计算公式结果箱座壁厚9箱盖壁厚9箱座凸缘厚度13.5箱盖凸缘厚度13.5箱座底凸缘厚度22.5地脚螺钉直径M20地脚螺钉数目4轴承旁联接螺栓直径M16机盖与机座联接螺栓直径=（0.50.6）M10连接螺栓间距150200mm150轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）M10窥视孔盖螺钉直径=（0.30.4）M8定位销直径=（0.70.8）8，至外机壁距离查机械设计综合课程设计表3-1262216，至凸缘边缘距离查机械设计综合课程设计表3-12420轴承旁凸台半径14凸台高度根据低速级轴承座确定外机壁至轴承座端面距离=+（58）58大齿轮顶圆与内机壁距离1.211齿轮端面与内机壁距离10机盖，机座肋厚7.65，7.65轴承端盖外径+（55.5）轴117, 轴126, 轴181轴承端盖凸缘厚度11.210轴承旁联结螺栓距离轴117, 轴126, 轴1818.2减速箱附件及其结构设计1. 观察孔和观察孔盖主要参数：d=8mm，A=180mm, A1=220mm, A2=200mm, B1=100mm,