机械设计课程设计-带式运输机传动装置的设计

课程设计说明书课程名称机械设计基础设计题目带式运输机传动装置的设计专业班级学生姓名学号指导教师评定成绩湖南工业大学教务处制2011年12月目录一、传动方案的分析与拟定2二、选择电动机3三、传动比及其分配5四、传动装置的运动及动力参数计算6五、V带传动设计7六、齿轮传动设计10七、轴的设计14八、轴承的设计26九、键连接的选择和校核28十、联轴器的选择31十一、箱体的结构设计32十二、减速器附件的选择34十三、润滑与密封38十四、课程设计总结和参考文献39设计说明书结果一、传动方案的分析与拟定1、原始数据带的圆周力F/N带速V（M/S）滚筒直径D/MM1150162602、工作条件三班制，使用年限10年，连续单向运转，载荷平稳，工作时有中等冲击，小批量生产，运输带速度允许误差为5。3、传动方案选择（A）（BC图11传动方案对比图根据要求有图11示三种方案，现在对三种方案进行对比，选择最合理的方案。A方案采用普通V带传动，传动平稳，能缓冲、吸震，结构简单，成本低，可用于高速传动可以连续时间工作；（B）方案采用链传动，瞬间传动比比不恒定，瞬时速度不均匀，故传动平稳性差，工作时有冲击，震动和噪声，多用于低俗速动（C方案采用普通圆柱蜗杆传动，此方案结构虽然紧凑，因传动时啮合齿面间相对滑动速度大，故摩擦损失大，有一定自锁性，传动效率低。如散热不良。因此不适宜连续时间工作。经过分析比较，采用（A方案较为合理。图12本设计传动方案图1电动机；2V带传动；3齿轮；4联轴器；5圆筒；6运输带；7滚动轴承；二、电动机的选择1、选择电动机的类型和结构形式根据电源种类，工作条件，工作时间的长短及载荷的性质，大小，起动性能和过载情况等条件来选择电动机，一般选用Y系列三相交流异步电动机，结构是全封闭自扇冷式笼型的，适用于无特殊要求的各种机械设备；2、确定电动机的转速一般来说，电动机的同步转速愈高，磁极对数愈少，外廓尺寸愈小，价格越低，当工作机转速高时，会选用高速电动机较经济，但若工作机转速较低也选用高速电动机，则此时总传动比增大，会导致传动系统结构复杂，造价较高。根据已知条件，可得输送机滚筒的工作转速为WNNW11753R/MIN60000/D6000016/（260）11753R/MINWNV表34可知，圆柱齿轮传动比范围是35,V带传动传动比2【】查为24，所以总的传动比620故电动机转速的可选范围为NDNWX6207051823506R/MIN符合这一范围的同步转速1000R/MIN、1500R/MIN、3000R/MIN。由于3000R/MIN无特殊要求下不使用，1000R/MIN和1500R/MIN使用广泛，此设计中本小组选用1500R/MIN。3、确定电动机的功率和型号根据公式，有效功率为PWFV/1000KWW带入数据F1150N，16M/S，184KWVP则电动机所需的功率为D/DWPKW式中，为系统的总效率，按计算式12N式中，为系统中每对运动副或传动副的效12N率。由传动方案图，可知总效率0AABBC0A2A090AB3B4094BCC5094其中2V带传动效率090094（此处取092）AB滚动轴承传动效率097099（此处取098）NW11753R/MIN184KWWP3齿轮传动效率（8级）0974联轴器传动效率099C滑动轴承传动效率097099（此处取098）5运输机卷筒传动效率096根据表44，2【】查可以计算出0AABBC0900940940795184/0795231KWDP因为额定功率，所以选择3。综合这一部DEEPKW分，选择电动机Y100L24，其技术数据如下表21所示。表21Y100L24额定功率/KW满载转速/R/MIN堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩314202222三、传动比及分配1、计算总传动比根据电动机的满载转速和工作机所需的，按下式计算MNWN机械传动的总传动比I/W60000/D6000016/（260）11753WNVR/MIN算出I1500/117531276机械传动系统的总传动比I等于各级传动比的连乘积，即12NII2、传动比的分配231KWDPI1276319I带在该方案中，只有V带和圆柱齿轮的传动，故I,取I带齿4，I/,则319。I齿I带齿I带四、传动装置的运动及动力参数计算0轴（电动机轴）N0NM1420（R/MINP0PD231KWT09550P0/N01553NMA轴N1N0/I带1420/31944514（R/MINP1P0X0A208KWT19550XP1/N14462NMB轴N2N1/I齿11128（R/MINP2P1XAB196KWT29550XP2/N21682NMC轴N3N2/111128（R/MINP3P2XBC184KWT39550P3/N315791NM表41传动系统的运动和动力参数五、V带传动设计1、确定计算功率由公式可确定计算功率，CAPKCP式中P所需传递的额定功率，KW工作情况系数A根据原动机工作条件，表107得【1】查13AKPC13X2239KW2、选择V带的带型号根据39KW和小带轮的转速1420R/MIN，图108C1N【1】查选定V带型号为A型。3、确定带轮的基准直径并验算带速1初选小带轮的基准直径。1D图108可知，小带轮基准直径的推荐值为80100MM，【1】查电动机一级圆柱齿轮减速器轴号0轴A轴B轴C轴转速N/R/MIN1420445141112811128功率P/KW231208196184转矩T/（NM）15534462168215791传动比I31941PC39KW90MM1D表108取小带轮的基准直径为90MM【1】查1D（2）验算带速。由公式12/60M/SDDVNN（）/（10）（）计算可知，669VM/S（）一般条件下应控制在5M/S25M/S,经计算可知带速合适。（3）计算并确定大带轮的基准直径。2DXI2870MM2D1由上式计算出来的值，由表108中基准直径系列2D【1】查值满足。4、确定V带的中心距A和基准长度DL（1）由公式1212007DDA可以算出264MM754MM，初取中心距320MM。00A（2）由公式1212004DDLAA可以算出1262MM0表102，取1400MM。【1】查DLI319V669M/S320MM0A1262MM0L根据公式002DLA可以算出实际中心距389MMA为了便于带的安装与张紧，中心距A应留有调整的余量，中心距的变动范围为DLA0315MXINM43168AXIN验算小带轮的包角，由公式1211857D计算可知120（符合小带轮包角的要求）。195015、计算带的根数Z表104，由线性插值法可得【1】查P01053KW93071245O表105，由线性插值法可得【1】查KW）150245076P1670表106，由线性插值法可）【1】查920A59806K930A表102，【1】查可得096L由公式00CCALPZK140DLM389MMAP01053KW930AKPC39KW1670096LK669VM/S（）Z4根带入上面数据，可知Z358根取整数，故Z4根。6、计算单根V带的预紧力0F101可以查到A型带的单位长度质量Q01KG/M，由公式【1】查2051CAPFQVZVK带入数据求得12748N07、计算V带对轴的压力Q根据公式012SIN/ZF代入数据计算可得，9872NQ六、标准圆柱齿轮传动的设计1、选择齿轮材料、热处理方法根据工作条件，一般用途的减速器可采用闭式软齿面传动。表【1】查121得小齿轮45钢调质处理2401HBS大齿轮45钢正火处理2002两齿轮齿面硬度差为40HBS，符合软齿面传动的设计。2、确定材料许用接触应力表126，两试验齿轮材料的接触疲劳极限应力分别为【1】查LIM1148093576HBSMPA12748N0F9872NQLIM22480931540HBSMPA表127，接触疲劳强度的最小安全系数（可靠度为【1】查LIM10HS99），则两齿轮材料的许用接触应力分别为1LIM1LI/576HHSPA2LI2LI/40M3、根据设计准则，按齿轮接触疲劳强度进行设计由公式2131354EDHKTZU式中U为齿数比，小齿轮的转矩4462；123，1TNM【1】查取载荷系数K14；124，查取得弹性系数1898；根据【1】查EZMPA闭式软齿面齿轮传动通常取0314，这里取齿宽系数1；以较小DH值带入。故2H540MPA3245508193411062411D4942MM4、几何尺寸计算齿数由于采用闭式软齿面传动，小齿轮齿数推荐值，取1204Z30，则30X41201Z齿IZ12模数4942/30164MM1/ZDM表51，将M转换为标准模数，取M2MM【1】查4942MM1DM164MM150MMA57MM1B49MM2中心距150MM12MAZ齿宽1X49424942MM，取整（四舍五入）即49D2B2BMM,，取57MM1501B5、校核齿根弯曲疲劳强度由校核公式12FFSKTYBDM表125，两齿轮的齿形系数、应力校正系数分别为【1】查时，时301Z62511SFY时，（线性插值法）20Z8061012791928201579314282SFY表126，两试验齿轮材料的弯曲疲劳极限应力分别为【】查211MPALIM1190235FHBS203MPALI22表127，一般（失效率为99）弯曲疲劳强度的最小安全系数【1】查。LIM0FS60MM1D两齿轮材料的许用弯曲疲劳应力分别为1LIM1LI/2FFSMPA2LI2LI/03将上述参数分别代入校核公式，可得两齿轮的齿根弯曲疲劳应力分别为10564MPA211MPA11BDM12SFKTFY1F203MPAPA3102221MSBD2所以，两齿轮齿根弯曲疲劳强度均足够。6、齿轮其他尺寸的计算正常齿制M1MM时，；于是此处可得250,1CHA，21AH52F）（M分度圆直径ZD2401632齿顶圆直径MHDAA24240662121齿根圆直径235240HD62121FFFF中心距M150A齿宽；，B7B492240MM2D64MM1A240MM2DM150A，MB571492V1140M/S7、齿轮的圆周速度SMDV/401N1061七、轴的设计1、输出轴（低速轴）的设计（一）选择轴的材料和热处理方法，并确定许用应力设计需要为普通用途，中小功率的减速器，选用45钢正火处理。161得强度极限，165得许用【1】查60BMPA【1】查弯曲应力。15BPA（二）估算轴的最小直径162，取A110，根据公式161得【1】查【1】查328196310NPAD解的MM628考虑轴端有一键槽，将上述轴径增大5，即286210530051MM。表163可知，选取最小直径应为315MM。【1】查（三）轴的结构设计并绘制结构草图（1）轴上零件的定位，固定和装配单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定。（2）确定轴各段直径和长度绘制轴的计算简图MM628D图71输出轴的结构定位轴肩当直径变化时为了固定轴上零件或承受轴向力时，其轴肩高度要大些，如图71中的与，与,与的1D245D67轴肩。P294图1611，可知,为保证零件与定位面靠紧，1查轴上的过度圆角半径R应小于轴上的零件圆角半径R和倒角C。一般取定位轴肩高度H00701D，轴环宽度一般可取B14H。轴上有轴、孔配合要求的直径，如图71所示的安装齿轮和联轴器处的直径、，一般应取标准值见表163。另4D11查外，安装轴承及密封元件处的轴径、和，应与轴承及密2D73封元件孔径的标准尺寸一致。非定位轴肩轴径变化仅为装拆方便时，相邻直径要小些，一般为（13）MM，如图71中的与，与，与2D34D5处的直径变化6D因此，由初算并考虑键影响及联轴器孔径方位等，315MM，考虑前面所述决定径向尺寸的各种因素，其他各段1直径可确定为考虑在处联轴器用轴肩实现轴向定位，所以，2D2007013591378MM211DMM531DMD372M403D425MM4D取MD372齿轮和左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便以及零件固定的要求，装轴处应大于，所以，32133840MM3D2要满足轴承基本型号，故选3DM403为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径应大于,所以，4D3134143MM4D3处安装齿轮一般取标准值，表163。可知，4D1查取425MM4考虑在与处用轴肩实现轴向定位，所以，4D5200701484551MM544D取50MM5D满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定右端轴承型号与左端轴承相同,即40MM7D3与用轴肩实现轴向定位，齿轮在左端用轴环定位,轴环67直径，所以D45648MM776102D取47MM6D50MM5D40MM7D47MM6D（3）选择轴承型号由于和40两处都安装轴承，初选深沟球轴承，7D3（P189），可知，轴承代号为6208，轴承宽度B18MM，安装2查尺寸为47MM，所以可知47MM。MINA6D（4）确定各轴的长度如图71中、处的长度由齿轮、联轴器的轮毂宽4D17度及轴承宽度确定轮毂宽度与孔径有关，一般情况下，轮毂宽L度1216D，最大宽度182D，轮毂过紧则轴向LMAX尺寸不紧凑，装拆不便，而且键连接不能过长，键长一般不大于1618D，以免压力沿键长分布不均匀现象严重轴上零件靠套筒或轴端挡圈轴向固定时，轴段长度应较轮毂宽短LL23MM，以保证轴上零件定位可靠。由于，MM531D121621216315358484MM1L取40MM1L1216212164024662MM44D取58MM4L因为轴端倒角45度，1021710230MM7L3B考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁的距离，取套筒长23MM；所以封油环L（13）1823243MM3BL封油杯40MM1L58MM4L30MM7L43MM3L齿轮位于轴的中间，取9MM（B），11MM。5L14H6L在图71中，与箱体轴承座孔的长度、轴承的宽度及伸出2L轴承盖外部分的长度轴承座孔及轴承的轴向位置和宽度在前面已确定。此次设计的为凸缘式轴承盖，伸出端盖外部分的长度与伸出端安装的零件有关，与端盖固定螺钉的装拆有关，查有BL关表格可取B354，此处为轴承端盖固定螺钉直径，3D3轴上零件不影响螺钉等的拆卸，查有关表格，可取015025BL由装拆弹性套销距离B确定B值可由联轴器标准查出轴承3D盖轴段长应根据轴承盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定（P21）可知2查地脚螺钉直径MADF4172503621036取M8F轴承盖螺钉直径取MD927185043）（38D所以015025122MM，取。BL3D2BL有3121896EM取，同时取9EMM则29234BLL由上述轴各段长度可算得轴支承跨距MD18F38D4358911121MML3L45L6（四）求作用在轴上的外力和支反力（1）根据轴系机构图绘制轴的计算简图，如图72（A）图72轴的强度计算轴上所受的外力有作用在齿轮上的两个分力，圆周力和径向力，方向如图所示；作用在齿轮和半联轴器之间轴TFR段上的扭矩为。2T已知MNB16820已知（齿轮传动设计中已算出分度圆直径）MD402NFT7140R85求圆周力TFNDT7140268T求径向力R51018N120TAN74COSTANBFR（2）将作用在轴上的力向水平面和垂直面分解，然后按水平和垂直面分别计算。垂直面的支反力（见图72（B）NFRRBVA0925/18502/水平面上的支反力（见图72（C）TBHA85702/1402/（3）作弯矩图作垂直弯矩图（见图72（B）垂直面上截面的D处的弯矩M9451320925NLRMAVD作水平面弯矩图（见图72（C）42501285702AHD作合成弯矩图（见图72（D）把水平面和垂直面上的弯矩按矢量和合成起来，其大小为2245019514322DHVM解的M745NNRAV0925AH8570MDV15432945NMMMDH42401425NMMM74512NMD作扭矩图（见图72（E）扭矩只作用在齿轮和半联轴器中间平面之间的一段轴上。（五）校核轴的强度轴在D处截面处的弯矩和扭矩最大，故为轴的危险截面，轴单向转动，扭矩可认为按脉动循环变化，故取折合系数06轴的材料为45钢，正火处理，（P291表161及P296表1查165），得55MPA。1由2222301DDCAMTTWDPA4322541068745M）（）（1由此可知，轴的强度满足要求2、输入轴（高速轴）的设计图73输入轴的结构（一）选择轴的材料与输出轴选材一样。选用45钢正火处理。表161得【1】查，表165得。60BMPA【1】查15BMPA（二）齿轮上作用力的计算已知MNTA6241已知D0求圆周力TFNDTT314876021求径向力RNAF354120TAN31487TN将作用在轴上的力向水平面和垂直面分解，然后按水平和垂直面分别计算。垂直面的支反力N6527035412RFRBVA水平面上的支反力N65743218TBHAFR（三）按扭转强度估算轴的最小直径轴径D的设计计算公式为3PDAN（P291表162），取A110，代入上面公式，有1查MD41835021上式求出的直径为轴的最小直径，即外伸轴段直径，需要圆整为标准直径，与标准件相配是应与标准件相一致。当轴上开有键槽时，轴径还应增大57一个键槽或1015两个键槽，因为外伸轴段上有一个键槽。所以，取184151D1932MM。（P292表163），可知1查取M201D（四）轴的结构设计（1）确定轴上零件的位置和固定方法单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边轴外伸端安装联轴器，齿轮靠油环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位（2）确定轴的径向尺寸定位轴肩当直径变化时为了固定轴上零件或承受轴向力时，其轴肩高度要大些，如图73中的1与2，4与5，处的轴肩。定位轴肩高度A00701D，轴环宽度B14A。查阅有关资料获得配合或安装标准件的直径，轴上有轴、孔配合要求的直径，如图73所示的安装齿轮处的直径4，一般应取标准值。另外，安装轴承及密封元件处的轴径2，5和3应与轴承及密封元件孔径的标准尺寸一致。非定位轴肩轴径变化仅为装拆方便时，相邻直径要小些，一般为13MM如图73中2与3、3与4的轴径变化。由以上可知MD01MD24810722M201DMD23325取MD23M2641取3541268D（P292表163），可知1查取432M5D（3）选择轴承型号由于5和3两处都安装轴承，初选深沟球轴承，（P189），可知，轴承代号为6205，轴承宽度B15MM。查（4）确定轴的轴向尺寸由轴上安装零件确定的轴段长度，如图73中1、4、5处由带轮轴、齿轮的轮毂宽度及轴承宽度确定。一般情况下，轮毂宽度1216D，最大宽度182D，轮毂过紧则轴向LMAXL尺寸不紧凑，装拆不便，而且键连接不能过长，键长一般不大于1618D，以免压力沿键长分布不均匀现象严重。所以MDL382051251取ML38为了安装方便和各种零件协调，可将轴的第4段与小齿轮做的一体，其长度可比小齿轮的宽度（57MM）大1216倍（684912），取ML704因为轴端倒角45度，B2101521027MM。5考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和该轴段外端的距离取为2MM，取套筒长10MM，所以封油环L1510227MM3地脚螺栓直径MADF417250621036取MD8F轴承盖螺钉直径D92715043）（取38DM所以015025122MM，取。BL32BL3121896EDM取，同时取。9M7M则29238BLEL（五）强度校核强度校核方法与输出轴方法相同，经校核，强度符合要求。八、轴承的设计1输出（低速）轴承的设计（一）初选轴承型号2874PRN由前面条件，试选择深沟球轴承，因其直径与轴第3段直径相等，故其直径取，（P189），可知，轴承代号为40M3D查6208，轴承宽度B18MM，基本额定动荷载,基本额KNC82R定静荷载。由已知条件知道工作时间为10年，且每KNC815OR天3班制工作，则大概总的各种时间为（轴承预计寿命）365102487600H10HL（二）计算当量动截荷考虑到最不利的情况，单个轴承所受的径向力为7458N1R2285709522AHV向心轴承只承受径向载荷时，NP87451（三）校核轴承寿命轴承计算寿命公式为610THFCLNP（P253表147），常温下，1查1TF3111282N/MINR所以4279196H38745201601HL由于满足要求，故选用6208型轴承。10H2、输入（高速）轴承的设计（一）初选轴承型号由前面条件，试选择深沟球轴承，因其直径与轴第3段直径NRP87451相等，故其直径取，（P189），可知，轴承代号325DM3查为6205，轴承宽度B15MM，基本额定动荷载,基本108RCKN额定静荷载。由已知条件知道工作时间为10年，且069RCKN每天3班制工作，则大概总的各种时间为（轴承预计寿命）365102487600H10HL（二）计算当量动截荷考虑到最不利的情况，单个轴承所受的径向力为7914N2222657430AHVR向心轴承只承受径向载荷时7914N2P（三）校核轴承寿命轴承计算寿命公式为610THFCLNP（P253表147），常温下，1查TF3由之前结果可知，MIN/145RN所以，L10H95152H347910845601）（由于满足要求，故选用6205型轴承。10H九、键连接的选择和校核7912PR4NDTBH1HBLR/2图91平键安装图1、低速轴（一）键的尺寸计算轴1段，轴4段MD530DM可知表1310在3038MM之间，则1【1】查B10MM，H8MM，此处的键是用于轴端连接，与联轴器相连，选择C型槽键；表1310在3844MM,则B12MM,H8MM40DM【1】查静连接时，一般键长可比轴段长度小510MM。L则段的L51058（510）4853MM，取L50MM44L段的L51040（510）3035MM，取L32MM1D1L二）强度校核工作表面的挤压应力为12136MPA1032856412PHLDTMPAL5042P（P234表1311）可知，轮毂材料为45钢，且载荷平稳1查时，许用挤压应力125150MPAP1P125150MPA,125150MPA,故连接能满足挤压强度4要求。2、高速轴（一）键的尺寸计算轴1段20MMD（P231表1310），可知20MM在1722MM之间，查1D则B6MM，H6MM。静连接时，一般键长可比轮毂宽度小L13MM则段的键长L21338（26）3236MM，11L取L32。则工作表面的挤压应力为MPALDT25763204H41P轴4段M（P231表1310），可知23MM,在2230之间，1查2D则B8MM，H7MM。静连接时，一般键长可比轮毂宽度小L13MM则段的键长LL421370（26）641D68MM，取L65MM则工作表面的挤压应力为PA4519867234041PMHLDT）（P234表1311），可知，轮毂材料为45钢，且载荷平1查稳时，许用挤压应力125150MPAP1P125150MPA,故连接能满足挤压强度要求。十、联轴器的选择1类型选择综合考虑各种因素选择弹性柱销联轴器。2型号选择（1）计算名义扭矩TT2950NPMN21689（2）确定计算扭矩CATCATK由电动机的工作特性可知，（P307表171），取K151查则MN325168CA（3）选择联轴器的型号查（P191），可知42523T315CATNM11128NN5600R/MIN，2故选择型号为HL2的联轴器。十一、箱体的结构设计P91得到减速器铸造箱体结构设计的数据如下】查【3表111减速器箱体结尺寸（单位MM）名称符号尺寸箱座壁厚8箱盖壁厚18箱座B12箱盖1B12箱座底凸缘厚度220地脚螺钉直径FD16地脚螺钉数目N4轴承旁连接螺栓直径1D12连接螺栓的间距2DL160轴承盖螺钉直径3D8视孔盖螺钉直径45定位销直径D12、至外FD12箱壁距离1C25、至凸缘边缘F2距离2C23轴承旁凸台的半径1R23箱体外壁至轴承座端面的距离1L55大齿轮顶圆与箱体内壁的距离112齿轮端面与箱体内壁距离210箱座M7箱盖上的肋板厚1M7轴承旁凸台的高度H40输出轴承端盖外径2D102输入轴承端盖外径187输出轴承盖两个相对螺钉直径的间距0282输入轴承盖两个相对螺钉直径的间距01D67十二、减速器附件的选择1窥视孔及视孔盖图121窥视孔和视孔盖表194可知【2】查表121窥视孔及视孔盖尺寸（单位MM）D1L23L1B23B直径孔数R90756070554074452通气器由已知选，外型安装图125M图122通气塞表122通气塞有关尺寸单位MMDD1SLLA1DM1212518165141910243游标尺选M12型。安装图为图123油标尺表122油标尺有关尺寸（单位MM）D12D3HABCD1M12412628106420164放油螺塞及封油垫放油孔应设在油池的最低处，平时用螺塞堵住，采用圆柱螺塞时，箱座上装置处应设凸台，并加封油垫片放油孔不能高于油池底面，以免排不干净。图124螺塞、封油垫（P207）可知选M1415的型号2