链式输送机专用传动装置的设计

石料链式输送机专用传动装置的设计摘要：本设计是石料输送机传动装置，是一种典型的二级圆柱斜齿轮减速器的传动装置。其中小齿轮材料为40Cr（调质），硬度约为240HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度约为215HBS，齿轮精度等级为8级。轴、轴承、键均选用钢质材料。首先进行了传动方案的选取，然后进行减速器的设计计算，包括选择电动机、设计齿轮传动、轴的结构设计、选择并验算滚动轴承、选择并验算联轴器、校核平键联接、选择齿轮传动和轴承的润滑方式九部分内容。绘制减速器的装配草图，和零件图，并且运用AutoCAD软件进行齿轮减速器的二维平面设计。本次设计综合运用机械设计、机械制图、机械制造基础、几何精度、理论力学、材料力学、机械原理等知识，进行结构设计，并完成石料输送机传动装置中减速器装配图、零件图设计及主要零件的工艺、工装设计。关键词：圆柱斜齿轮减速器、轴承的选用与校核、轴的设计与校核。StoneconveyortransmissiondevicedesignAbstract：Thetransmissiondevice,thisdesignisthestoneconveyorisakindoftypicalsecondarycylindricalhelicalgearreducerdrive.Thepinionmaterialsof40cr(conditioning),hardnessofabout240HBS,biggearmaterialis45steel(conditioning),hardnessofabout215HBS,gearprecisiongrade8.Shaft,bearing,keyselectsthesteelmaterial.Firsthascarriedonthetransmissionschemeselectionandcalculationofthedesignofthespeedreducer,includingselectingmotor,geartransmissiondesign,shaftstructuredesign,selectionandcalculationofrollingbearing,selectingandcalculatingthecoupling,checkkeylink,andthechoiceofgearandbearinglubricationwaynineparts.Reducerassemblyroughsketches,andpartsdiagram,anduseAutoCADsoftwarefor2dplanedesignofgearreducer.Thedesignoftheintegrateduseofmechanicaldesign,mechanicaldrawing,mechanicalmanufacturingbase,geometricaccuracy,theoreticalmechanics,materialmechanics,mechanicalprinciple,suchasknowledge,structuraldesign,andcompletethestoneintheconveyordrivereducerassemblydrawing,partdrawingdesignandmaincomponentsoftheprocessandequipmentdesign.Keywords:cylindricalhelicalgearreducer,theselectionofbearingandcheck,theshaftdesignandcheck.I目录1前言.11.1传动简图的拟定.31.2技术参数.31.3拟定传动方案.32电动机的选择.42.1电动机的类型.42.2功率的确定.42.2.1工作机所需功率.42.2.2电动机至工作机的总效率.42.2.3所需电动机的功率(kw).4dP2.3确定电动机的型号.43传动比分配和计算.53.1传动比的分配.53.2传动参数的计算.53.2.1各轴的转速n(r/min).53.2.2各轴的输入功率P（kw）.53.2.3各轴的输入转矩T(Nm).54链传动的设计与计算.64.1选择链轮齿数.64.2确定计算功率.64.3选择链条型号和节距.64.4计算链节数和中心距.64.5计算链速v，确定润滑方式.64.6计算链传动作用在轴上的压轴力.7PF4.7链轮材料的选择及处理.75圆锥齿轮传动的设计计算.85.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数.85.2按齿面接触疲劳强度设计.8II5.3校核齿根弯曲疲劳强度.106圆柱齿轮传动的设计计算.116.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数.116.2按齿面接触疲劳强度设计.116.3设计计算.136.4计算尺寸.147轴的设计计算.157.1输入轴设计.157.2中间轴设计.167.3输出轴的设计.188键连接的选择和计算.248.1输入轴与联轴器的链接.248.2输入轴与小圆锥齿轮的链接.248.3中间轴与大圆锥齿轮的链接.248.4中间轴与小圆柱齿轮的链接.248.6输出轴与滚子链轮的链接.259滚动轴承的设计和计算.269.1输入轴上的轴承计算.269.2输出轴上的轴承计算.2710联轴器的选择.2811箱体的设计.2812润滑和密封设计.3012.1润滑.3012.2密封.30结论.32参考文献.32致谢.3401前言国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据势，了解决这些问题，国内外在减速器的研究与发展投入了许多精力，并且都取得了很大的成就，尤其在德国、日本、美国以及英国在减速器的材料和制造工艺的方面取得了较大的突破，并且在减去器传动原理和结构上也大胆创新，例如平动齿轮传动原理。通用减速器的趋势如下：高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高4倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。型式多样化，变型设计多。摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。促使减速器水平提高的主要因素有：理论知识的日趋完善，更接近实际（如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、优化设计方法、齿根圆滑过渡、新结构等）。采用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平提高。结构设计更合理。加工精度提高到ISO56级。轴承质量和寿命提高。减速器主要由传动零件(齿轮或蜗杆)、轴、轴承、箱体及其附件所组成。其基本结构有三大部分：齿轮、轴及轴承组合。箱体箱体是减速器的重要组成部件。它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。箱体通常用灰铸铁制造，对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单体生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接的箱体。其特点有，寿命长，高负荷承载耐化学和腐蚀性强降噪和减震重量轻，成1本低易于成型，润滑性好.因此锥齿轮应用广泛，广泛应用于印刷设备，汽车差速器，和水闸上，也多可用在机车，船舶，电厂，钢厂，铁路轨道检测等。塑料齿轮相对于金属齿轮，经济实惠，耐磨寿命长，功能性强。链传动：与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张紧力小，作用于轴的压力也小，可减少轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单。瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。链传动平均传动比准确,传动效率高，轴间距离适应范围较大，能在温度较高、湿度较大的环境中使用；但链传动一般只能用作平行轴间传动，且其瞬时传动比波动，传动噪声较大。由于链节是刚性的，因而存在多边形效应（即运动不均匀性），这种运动特性使链传动的瞬时传动比变化并引起附加动载荷和振动，在选用链传动参数时须加以考虑。链传动广泛用于交通运输、农业、轻工、矿山、石油化工和机床工业等。21.1传动简图的拟定1.2技术参数输送链的牵引力：8kN，输送链的速度：0.37(m/s),链轮的节圆直径：351mm。工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期10年（每年300个工作日，小批量生产，两班制工作，输送机工作轴转速允许误差5%。链板式输送机的传动效率为0.95。1.4拟定传动方案传动装置由电动机，减速器，工作机等组成。减速器为二级圆锥圆柱齿轮减速器。外传动为链传动。方案简图如图1.3。图1.332电动机的选择2.1电动机的类型：三相交流异步电动机（Y系列）2.2功率的确定2.2.1工作机所需功率(kw):=/(1000)=(80000.37)(10000.95)=3.1158wPwvF2.2.2电动机至工作机的总效率：=13245=0.960.980.980.980.970.960.99=0.8329（为链传动效率，为滚动轴承的效率，为圆柱齿轮的效率，为锥齿轮1234的效率，为联轴器的效率动效率）52.2.3所需电动机的功率(kw):dP=/=3.11580.8329=3.74kw，电动机额定功率:取：4dPwdmPmkw2.3确定电动机的型号因同步转速的电动机磁极多的，尺寸小，质量大，价格高，但可使传动比和机构尺寸减小，其中=4kN，符合要求，但传动机构电动机容易制造且体积mP小。由此选择电动机型号：Y112M6，电动机额定功率=4kN,满载转速mP=960r/min，工作机转速=601000v(*d)=222001102.14=20.14筒nr/min。电动机型号额定功率(kw)满载转速(r/min)起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩4选取B3安装表2.3:电动机参数3传动比分配和计算3.1传动比的分配总传动比：=/=96020,14=47.67总imn筒设高速轮的传动比为,低速轮的传动比为,链传动比为，减速器的传动1i2i3i比为,链传动的传动比推荐S=1.52Sc58.23.故可知安全。(15)截面6左侧抗弯截面系数3336.175.01.mdW抗扭截面系数22t截面6左侧弯矩NM387截面6上的扭矩=360.32Nm3T截面上的弯曲应力MPaWb4.615截面上的扭转切应力T280.33由课本附表3-8用插值法求得/=3.75，则/=0.83.75=3kk轴按磨削加工，有附图3-4查得表面质量系数为=0.92故得综合系数为22/+1/=3.75+1/0.92=3.84Kk11/+1/=3+1/0.92=3.09又取碳钢的特性系数05.,.所以轴的截面5右侧的安全系数为maKS18.1.468.32760.92/.05./.109.S=1.52Sca96.8.22故可知其安全。238键连接的选择和计算8.1输入轴与联轴器的链接轴径，选取的平键界面为，长L=50mm。md281mhb78由指导书表14-26得，键在轴的深度t=4.0mm，轮毂深度3.3mm。圆1t角半径r=0.2mm。查课本表6-2得，键的许用应力。20MPap满足强度要求。pp78.93502864dhlT8.2输入轴与小圆锥齿轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=40mm。由md2867mhb78指导书表14-26得，键在轴的深度t=4.0mm，轮毂深度3.3mm。圆角1t半径r=0.2mm。查课本表6-2得，键的许用应力。20MPap满足强度要求。p58.164082dhlT48.3中间轴与大圆锥齿轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=32mm。由md352mhb810指导书表14-26得，键在轴的深度t=5.0mm，轮毂深度3.3mm。圆角半1t径r=0.3mm。查课本表6-2得，键的许用应力。2MPap满足强度要求。p37.9283504dhlT248.4中间轴与小圆柱齿轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=63mm。md354mhb810由指导书表14-26得，键在轴的深度t=5.0mm，轮毂深度3.3mm。圆1t角半径r=0.3mm。查课本表6-2得，键的许用应力。2MPap满足强度要求。pp0.26385dhlT8.5输出轴与大圆柱齿轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=56mm。md4012mhb812由指导书表14-26得，键在轴的深度t=5.0mm，轮毂深度3.3mm。圆1t角半径r=0.3mm。查课本表6-2得，键的许用应力。0MPap满足强度要求。pp42.856403dhlT8.6输出轴与滚子链轮的链接轴径，选取的平键界面为，长md56mhb106L=63mm。由指导书表14-26得，键在轴的深度t=6.0mm，轮毂深度4.3mm。圆角半径r=0.3mm。查课本表6-2得，键的许用应力1t。20MPap满足强度要求。pp85.40631524dhlT259滚动轴承的设计和计算9.1输入轴上的轴承计算（1）已知:=1440r/min，,1nNFt5.89r8.30NFa9.5N5.36C0rKe=0.37，Y=1.624r（2）求相对轴向载荷对应的e值和Y值相对轴向载荷0.136358.9CF0a比e小.23.859Fra（3）求两轴承的轴向力NY59.268).1/(5.89)/(F1tdNY46.0)/(2rdFdaNa94（4）求轴承当量动载荷和1P248000hhPCnLh6366109.5.8400故可以选用。（6）中间轴上的轴承计算已知：=411.43r/min，2nNFt2501r2.917，NFt1089r9.4a62，e=0.31，Y=1.963CC（7）求两轴承的轴向力26NYF15.63)9.2/(50)/(1td2.42rNda631Fa9.（8）求轴承当量动载荷和1P248000hhPCnLh5366102.59042.0故可以选用。9.2输出轴上的轴承计算（1）已知：=95.68r/min，=，=874.2N，3n1tFN2401r，e=0.35，Y=1.71580NC3C（2）求两轴承的轴向力aFY8.706).12/(4)/(rd（3）求轴承当量动载荷P48000hhPCnLh736610.2408.950故可以选用。2710联轴器的选择在轴的计算中已选定联轴器型号，选LT4型弹性套柱销联轴器。其公称转矩为，许用转速为5700r/min。m3N611箱体的设计箱体是减速器的一个重要零件，它用于支持和固定减速器中的各种件，并保证传动件的啮合精度，使箱体有良好的润滑和密封。箱体的形状较复杂，其重量约占减速器的一半，所以箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗，重量及成本等有很大的影响。箱体结构与受力均较复杂，各部分民尺寸一般按经验公式在减速器装配草图的设计和绘制过程中确定。（1）箱体的材料及制造方法选用HT200，砂型铸造。（2）箱体各部分的尺寸（如表11.2-1、11.2-2）表11.2-1：箱体参数名称符号圆锥圆柱齿轮减速器计算结果机座壁厚0.025a+3mm8mm8机盖壁厚1（0.80.85）8mm8机座凸缘厚度b1.512机盖凸缘厚度11.512机座底凸缘厚度p2.520地脚螺钉直径df0.036a+12mm2028地脚螺钉数目na250mm4轴承旁连接螺栓直径d10.75df16机座与机盖连接螺栓直径d2(0.50.6)df12连接螺栓d2的间距l150200mm轴承端螺钉直径d3(0.40.5)df10窥视孔盖螺钉直径d4(0.30.4)df8定位销直径d(0.70.8)d29df、d1、d2至外机壁距离1c见表2d1、d2至缘边距离2见表2轴承旁凸台半径1Rc凸台高度h根据低速轴承座外径确定50外机壁到轴承端面距离1lc1+c2+(58)mm50内机壁到轴承端面距离2+c1+c2+(58)mm58大齿轮齿顶圆与内机壁距离11.210齿轮端面与内机壁的距离210机盖、机座肋厚、1mmm10.851，m0.857轴承端盖外径2D轴承座孔直径+(55.5)d3110/130轴承端盖凸缘厚度e(11.2)d310轴承旁连接螺栓距离s尽量靠近，以Md1和Md3不发生干涉为准表11.2-2：连接螺栓扳手空间c1、c2值和沉头座直径螺栓直径M8M10M12M16M20M24M301minc131618222634402i11141620242834沉头座直径182226334048612912润滑和密封设计12.1润滑齿轮圆周速度v5m/s所以采用浸油润滑，轴承采用脂润滑。浸油润滑不但起到润滑的作用，同时有助箱体散热。为了避免浸油的搅动功耗太大及保证齿轮啮合区的充分润滑，传动件浸入油中的深度不宜太深或太浅，设计的减速器的合适浸油深度H1对于圆柱齿轮一般为1个齿高，但不应小于10mm，保持一定的深度和存油量。油池太浅易激起箱底沉渣和油污，引起磨料磨损，也不易散热。取齿顶圆到油池的距离为50mm。换油时间为半年，主要取决于油中杂质多少及被氧化、被污染的程度。查手册选择L-CKB150号工业齿轮润滑油。12.2密封（1）减速器需要密封的部位很多，有轴伸出处、轴承内侧、箱体接受能力合面和轴承盖、窥视孔和放油的接合面等处。轴伸出处的密封：作用是使滚动轴承与箱外隔绝，防止润滑油漏出以及箱体外杂质、水及灰尘等侵入轴承室，避免轴承急剧磨损和腐蚀。由脂润滑选用毡圈密封，毡圈密封结构简单、价格便宜、安装方便、但对轴颈接触的磨损较严重，因而工耗大，毡圈寿命短。（2）轴承内侧的密封：该密封处选用挡油环密封，其作用用于脂润滑的轴承，防止过多的油进入轴承内，破坏脂的润滑效果。（3）箱盖与箱座接合面的密封：接合面上涂上密封胶。30结论虽然这次毕业设计历经好几个月时间，但是使我体会到了很多。明白了一张比较完美的装配图是要付出多少努力，加强了我的动手、思考和解决问题的能力，使我对机械设计有更深刻的认识。通过这次的设计，我认识到一些问题是我们以后必须注意的。设计过程决非只是计算过程，当然计算是很重要，但只是为结构设计提供一个基础，而零件、部件、和机器的最后尺寸和形状，通常都是由结构设计取定的，计算所得的数字，最后往往会被结构设计所修改。结构设计在设计工作中一般占较大的比重。我的设计工作分为以下三个方面：（1）在确定总体方案的基础上，对各传动零件、齿轮、蜗轮蜗杆、轴分别进行强度设计和刚度设计，从而确定各项理论参数。对电机、轴承、联轴器、键、螺钉等进行标准件选用。确定润滑及密封方式。（2）在上述理论计算的基础上，进行轴和齿轮的结构设计并绘制装配草图，草图绘制时，会出现不能装配，或者在加工时，工序比较复杂等问题，因此在设计中，我们应理论联系实际，不能一味的依赖理论数据，应该综合考虑工艺和装配等方面的问题，不断修正草图，从而得到正确的装配图。（3）由于没有0号图板，所以通过AutoCAD软件绘制了减速器装配图，并按设计要求手绘了蜗杆轴和大齿轮的零件图。31参考文献1减速器选用手册，周明衡主编，化学工业出版社.2机械零件设计手册，吴宗泽主编，机械工业出版社.3机械设计，濮良贵，纪名刚主编，高等教育出版社.4机械制图，刘朝儒主编，M高等教育出版社，2006.5机械原理纪名刚，高等教育出版社.6机械设计课程设计指导书，石向东主编，M机械工业主板社，2011.7金属工艺学，邓文英主编