带式输送机传动装置设计说明

1、北京大学机械设计课程设计计算说明书设计题目：带式输送机传动装置设计机械与材料工程学院班级：P0921班设计者：李梅学号:20913050设计者：李标学号;2091908设计者：钟晶石学号;20913050指导老师：陈铁锤2011年_月目录一、总体方案设计22 、设计要求23 、设计步骤1 .传动装置总体设计方案22 .电动机的选择33.计算传动装置的传动比及各轴参数的确定.44 .齿轮的设计65 .滚动轴承和传动轴的设计8附：两根轴的装配草图166 .键联接设计187 .箱体结构的设计198 .润滑密封设计20四、设计小结20五、参考资料21、总体方案设计课程设计题目:带式运输机传动装置设计（

2、简图如下r-i-1菖1V带传动2电动机3-圆柱齿轮减速器联轴器5 输送带6 漆筒1 .设计课题：设计一用于带式运输上的单级圆柱齿轮减速器。运输机连续工作，使用寿命5年，每年365天，每天24小时，传动不逆转，载荷平稳，起动载荷为名义载荷的1.25倍，输送带速度允许误差为+_5%。2 .原始数据：题号3第一组运送带工作拉力F/KN运输带工作速度v/（m/s）漆筒直径D/mm1.91.6400二、设计要求1 .减速器装配图1张（三视图，A1图纸）；2 .零件图两张（A3图纸，齿轮，轴，箱体）；3 .设计计算说明书1份（8000字左右）。三、设计步骤1.传动装置总体设计方案1）外传动机构为V带传动。

3、2）减速器为一级展开式圆柱齿轮减速器。3）方案简图如下图1V带传动；2电动机；3圆柱齿轮减速器；4联轴器；5输送带；6漆筒一传动方案拟定：采用V带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比需求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能。适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。2、电动机的选择1）选择电动机的类型按工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380V。2）选择电动机的容量工作机的有效功率为PwFv19001.63.04kW从电动机到工作机传送带间的总效率为21234560.82由机械设计基础课程设计指导书表2-3可知:yi：带传动0.96(球轴

4、承)里：齿轮传动的轴承0.99(8级精度一般齿轮传动)作：齿轮传动0.97(弹性联轴器)以：联轴器0.97隼：卷筒轴的轴承0.98作：卷筒的效率0.96所以电动机所需工作功率为PdFv19001.63.7Kw100010000.823)确定电动机转速V带传动的传动比i1=(2-4),单级齿轮传动比i2=(3-5),一级圆柱齿轮减速器传动比范围为i=(6-20),而工作机卷筒轴的转速为601000vnw76.4r/minD所以电动机转速的可选范围为：ndinw(620)76.4(4581528)r/min根据电动机类型、容量和转速，由机械设计基础课程设计指导书附录8,附表8-1选定电动机型号为Y

5、132M1-6。其主要性能如下表：电动机型号额定功率/kw满载转速/(r/min)启动转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y1600M1-47202.02.08Y132M1-649602.02.0综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000r/min的电动机，所以电动机的类型为Y132M1-6。3.计算传动装置的传动比i及各轴参数的确定（1）传动比i为nm9600i13nw76.4（nm为电动机满载转速，单位：r/min）分配各级传动比时由机械设计基础课程设计指导书表22圆柱直齿轮传动比范围i1=（35）V带传动范围（24）取值i0=3所以i=13

6、1）.各轴的转速I轴n1=m-960320r/min10 311 轴n2n130-76.4r/mini14.188卷筒轴nwn276.4r/minnm为电动机的满载转速r/min;n、n2为I轴、II轴（I轴高速轴、II轴为低速轴）的转速，i。电动机至I轴的传动比，i1为I轴至II轴的传动比。2) .各轴的输入功率电动机轴013.70.963.552滚筒轴PwP21123.23.5520.9920.9620.980.963.01Kw3.2Kw3) .各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩Td为:Td9550Pdnm3.7955036.8Nm960II轴T19550P1/n195503.552/320

7、106.01NT29550P2/n295503.2/76.4400Nm滚筒轴T卷9550Pw/nw95503.01/76.4376.25Nm将上述计算结果汇总如下表所示:轴名功率P/kw转矩T/(Nm)转速n/(r/min)传动比i效率I轴3.552106.0132030.97II轴3.240076.44.1180.90卷筒轴3.01376.2576.4电动3.736.8960机4) 齿轮的设计1）选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用45钢调质，硬度为220-250HBS;大齿轮选用45钢正火，硬度为170-210HBS。因为是普通减速器，由表10.21选9级精度，要求齿面粗糙度RaW3.26.3

8、m.（2）按齿面接触疲劳强度设计因两齿轮均为钢质齿轮，可应用式（10.22）求出d1值。确定有关参数与系数：1）、转矩T163.5525.T19.551061.06105Nmm3202）、载荷系数K查表10.11取K=1.13）、齿数乙齿宽系数d小齿轮的齿数乙取为25,则大齿轮齿数Z2=100.因单级齿轮传动为对称布置，而齿轮齿面又为软齿面，由表10.20选取d1。4）、许用接触应力H由图10.24查得Hlim1560MPa,Hlim2530MPa由表10.10查得Sh=1。N160njLh603201（365*5*24）8.4108N2N1/i8.4108/4.1882108查图10.27得

9、ZNT11.02,ZNT21.1由式(10.13可得ZNT1Hlim1SH1.02560MPa571MPaZNT2Hlim2SHMPa583MPad1KT1u176.433duH276.43*51.11.1105,21.1mm62.67mm145712.5mm62.67mm25由表10.3取标准模数m=2.5mmo(3)计算主要尺寸d1mz12.525mm62.5mmd2mz22.5100mm250mmdd1162.5mm62.5mm经圆整后取b2=65mmoDb25mm70mm1amz1z221,2.525100mm156.25mm2(4)按齿根弯曲疲劳强度校核由式(10.24)得出F,如F

10、F则校核合格确定有关系数与参数:1）齿形系数Yf查表10.13得Yfi=2.65,Yf2=2.182）应力修正系数Ys查表10.14得Ys1=1.59,Ys2=1.80由图10.25查得3)许用弯曲应力Fiim1210MPa,Fiim2190MPa由表10.10查得Sf1.3由图10.26查得Ynt1Ynt21由式(10.14)可得YNT1Flim1SF210210MPa162MPa1.3YNT1Flim2SF190MPa146MPa1.3F12KTibmzEs521110134_10-1.342.651.59MPa91MPaF1652.5225217.08MPaF2Yf2Ys2YF1YS22

11、181891-MPaF2146MPa2.651.592齿轮弯曲强度校核合格。(5)验算齿轮的圆周速度vdn1v60100062.5286.57m/s6010000.938m/s由表10.22可知，选9级精度是合适的(6)计算几何尺寸及绘制齿轮零件工作图略。将上述计算结果整理如下表所示:名称小齿轮(mm)人齿轮(mm)分度圆直径d62.,5250齿顶身ha2.52.5齿根高df3.753.75齿全高h6.256.25齿顶圆直径da64.5252齿根圆直径df55242.5基圆直径db58.73234.92中心距a156.25传动比i45V带的设计(1)确定计算功率Pc由表8.21查得Ka=1.3

12、,由式(8.12)得PcKaP1.35.5kW7.15kWCA(2)选取普通V带型号根据Pc=7.15kW、n1=960r/min,由图8.12选用B型普通V带。(3)确定带轮基准直径dd1、dd2根据表8.6和图8.12选取dd1=140mm,且dd2=140mm>ddmin=125mm。大带轮基准直径为ni.960dd2-1ddi140468.99469.0mmn2286.57按表8.3选取标准值dd2=500mm,则实际传动比i、从动轮的实际转速分别为.dd2469.0”二i3.35dd1140960n201/i286.57r/min3.35从动轮的转速误差率为285.57286.

13、57286.57100%0%在5%以内为允许值1409606010007.03m/s(4)验算带速vddmv601000带速在525m/s范围内(5)确定带的基准长度Ld和实际中心距a按结构设计要求初定中心距a0=1500mm由式(8.15)得由表8.4选取基准长度Ld=4000mm由式(8.16)的实际中心距a为aa。1dl0231503414.351100967.825mmamin0.015ld967.8250.0153150920.575mmamax0.03Ld967.8250.0331501062.325mm中心距a的变化范围为（6）校验小带轮包角由式（8.17）得11800dd2dd

14、157.301800a500967.82514057.3160.5201200（7）确定V带根数z由式（8.18）得根据dd1=140mm,n1=960r/min,查表8.10,根据内插法可得取P0=2.82kW。由式（8.11）得功率增量为由表8.18查得Kb=根据传动比i=3.35,查表8.19得Ki=960r/min则由表8.4查得带长度修正系数Ki=1.13,由图8.11查得包角系数Ka=0.95,得普通V带根数圆整得z=4。(8)求初拉力F0级带轮轴上的压力Fq由表8.6查得B型普通V带的每米长质量q=0.17kg/m,根据式(8.19)得单根V带的初拉力为由式(8.20)可得作用在

15、轴上的压力Fq为(9)带轮的结构设计按本章8.2.2进行设计(设计过程及带轮零件图略)。(10)设计结果选用3根B-3150GB/T115441997的V带，中心距a=968mm,带轮直径dd1=140mm,dd2=469.0mm,轴上压力Fq=2067.4N。6.传动轴的设计齿轮轴的设计(1)确定输入轴上各部位的尺寸(如图)(2)按扭转强度估算轴的直径选用45并经调质处理，硬度217255HBs轴的输入功率为Pi=4.03KW转速为n!=286.57r/min根据机械设计基础P265表14.1得C=107118.又由式(14.2)得:d>C3ini(107118)4.03,286.57

16、(25.85028.556)mm(3)确定轴各段直径和长度从大带轮开始右起第一段，由于带轮与轴通过键联接，则轴应该增加3%5%,取D1=30mm,又带轮的宽度B=(Z-1)e+2-f=(3-1)x18+2X8=52mm则第一段长度L1=60mm右起第二段直径取D2=38mm根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为30mm,则取第二段的长度L2=70mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6208型轴承，其尺寸为dXDXB=40x80x18,那么该段的直径为D3=O）40mm,长度为L3=20mm

17、（因为轴承是标准件，所以采用基孔制，轴与轴承间为过盈配合P7/h6）（4）右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩，其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D4=48mm，长度取L4=10mm右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为d5=67.5mm,分度圆直径为62.5mm,齿轮的宽度为70mm,则，此段的直径为D5=67.5mm,长度为L5=70mm右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩，其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D6=48mm长度取L6=10mm（因为轴承是标准件，所以采用基孔制，轴与轴承间为过盈配合P7/h6）右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D7=<M0mm,长度L7=

18、18mm（4）求齿轮上作用力的大小、方向：小齿轮分度圆直径：d1=62.5mm作用在齿轮上的转矩为：T=9.55x106P/n=134300Nmm求圆周力：FtFt=2T2/d2=2X134300/250=1074.40N(4)求径向力FrFr=Fttan%=1074.40xtan200=391.05NFt,Fr的方向如下图所示(5)轴上支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水平面的支反力：FA=FB=Ft/2=537.2N垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0那么FA'=FB'=Fr/2=195.525N(6)画弯矩图右起第四段剖面C

19、处的弯矩：水平面的弯矩：MC=PAX24=53.352Nm垂直面的弯矩：MC1'=MC2'=RA'X24=19.2Nm合成弯矩：MC1MC2,Mc2MC12'53352219200256.7Nm(7)画转矩图：T1=138.952Nm(8)画当量弯矩图因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6可得右起第四段剖面C处的当量弯矩：MeC2MC22®T)2100.825Nm(9)判断危险截面并验算强度右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知MeC2=100.825N-m，由课本表13-1有：(r-1=60Mpa则：o

20、e=MeC2/W=MeC2/(0.1D43)=100825/(0.1X483)=9.11Mpa<o-12右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面：MD忒aT)20.613895283.371Nmoe=MD/W=MD/(0.1D13)=83.371/(0.1X403)=13Nm<(r-1所以确定的尺寸是安全的。受力图如下:水翼邠水平用穹柜瓯受力因垂直百弯矩然辘当量弯矩Me2.输出轴的设计计算确定轴上零件的定位和固定方式(如图)(2)按扭转强度估算轴的直径(1)由前面计算得，传动功率P2=4.207kw,n2=76.19r/min工作单向，采用深沟球轴承支撑。由已知条件

21、知减速器传递的功率属于中小功率故选用45刚并经调质处理，硬度217-255HBS根据课本(14.2)式，并查表14.1,得d>C3/(107-118)J4207(40.7544.93)mmn76.19(3)确定轴各段直径和长度从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%,取(41.9747.18),根据计算转矩T=9.55乂m查标准GB/T5014106P/n=527.324NTc=RAXT=1.3X527324=685.49N2003,选用HL4型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为l1=112mm,轴段长L1=84mmZ右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径

22、取52mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为30mm,故取该段长为L2=74mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6011型轴承，其尺寸为dXDXB=55X90X18,那么该段的直径为55mm,长度为L3=32（4）右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%,则第四段的直径取60mm,齿轮宽为b=65mm,为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=62mm右起第五段，考虑齿轮的轴向定位，定位轴肩，取轴肩的直径为D5=66mm,长度取L5=11.5mm右起第六段，该段为滚动轴承安

23、装出处，取轴径为D6=55mm,长度L6=18mm（4）按弯扭合成强度校核轴径按设计结果画出轴的结构草图（图a）1） 画出轴的受力图（图b）2） 作水平面内的弯矩图（图c支点反力为）II截面处的弯矩为Mhi=2003.3X97/2=97160N-mmnII截面处的弯矩为Mhii=2003.3X23=46076N-mm3） 作垂直面内的弯矩图(图d)支点反力为FvB=FvA=Fr2/2=1458.29/2=729.145II截面处的弯矩为Mri左=FvaL/2=729.145X97/2=35363.5Nmmnii截面处的弯矩为Mrii=Fvb23=729.145X23=16770.3Nmm4)合

24、成弯矩图(图e)M尸(35363.52+971602)1/2=103396NmmMii=(16770.32+460762)1/2=49033Nmm5) 求转矩图(图f)T=9.55x106xP/n=9.55X106X4.207/76.19=527324Nmm求当量弯矩6) 因减速器单向运转，故可认为转矩为脉动循环变化，修正系数口为0.6II截面:Mei=(609252+(0.6X5273242)1/2=322200NmmnII截面：Meii=(490332+(0.6X5273242)1/2=320181Nmm8)确定危险截面及校核强度由图可以看出，截面II可能是危险截面。但轴径d3>d2

25、,故也应对截面II-II进行校核。II截面：(reI=Mei/W=322200/(0.1x603)=14.9MpaHII截面：(reII=Meii/W=320181/(0.1x553)=19.2Mpa查表得(T-1b=60Mpa,满足oew«1b的条件，故设计的轴有足够强度，并有一定余量。其受力图如下FHAkMH点的反力疝Ik直MWFvAFVB1117.滚动轴承设计根据条件，轴承预计寿命Lh5X365X24=43800小时1.输入轴的轴承设计计算(1)初步计算当量动载荷P因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=391.05NP=fpFr=1.1X391.05=430

26、.155N(2)求轴承应有的径向基本额定载荷值_160286.57643800)，106_1P/60n-430.155C'-rLh)£ft106132395.29N(3)选择轴承型号查课本P284页，选择6208轴承Cr=29.5KN根据课本式15-5有Lh106ftC60n(fdP)'算得Lh=187589.77>43800预期寿命足够此轴承合格其草图如下:(1)初步计算当量动载荷P因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=391.05N(2)求轴承应有的径向基本额定载荷值C'fdP/60nft1061Lh尸(3)选择轴承型号查课本P1

27、54页，选择6011轴承Cr=30.2KN由课本式11-3有I106/ftCe106,130200、3的二。二AQftnnLh()()8055254380060nfdP6071.61.1391.05预期寿命足够此轴承合格8、键的设计1)联轴器的健a、选择键的型号：C型键由轴径di=45mm，在表14.8查得键宽b=14mm，键高h=9mm,L=36160mm。L=54mm<(1.61.8)d=7281mml1=L-0.5b=54-7=47mm由式14.7得qy1=4T/(dhl1)=4X525.87X1000/(45X9X47)=110.47MPa<小】=120MPa(轻微冲击，由

28、表14.9查得)b、写出键的型号：选键为C14X70GB/T1096-19792)齿轮键的选择a、选择键的型号：A型键轴径d4=60mm,为了使加工方便应尽量选取相同的键高和键宽。但强度不够。查表14.8得键宽b=18mm,h=11mm,L=50200mm,取L=56mml2=L-18=56-18=38mmgy2=4T/(dhl2)=4X525.87x1000/(45X11X38)=111.79MPa<qy=120MPa(轻微冲击，由表14.9查得)b、写出键的型号：取键A18X80GB/T1096-19793)输入端与带轮键选轴径d4=30mm,查表14.8取键10X8。即b=10,h

29、=8,L=50l2=L-10=60-10=50mm%2=4T/(dhl2)=4X138.95x1000/(30X8X50)=46.317<【小】9、联轴器的选择1)、计算联轴器的转矩由表16.1查得工作情况系数K=1.3由式16.1得主动端Tci=KT2=1.3X400=520Nm从动端Tc2=KTw=1.3X376Nm=488.8Nm<Tm=1250Nm(附表9.4)由前面可知：dAC=40.2344.37mm又因为d=C(1+0.05)=(40.2344.37)(1+0.05)=42.2446.59mmn2=76.4r/minn=4000r/min由附表9.4可确定联轴器的型号

30、为弹性柱销联轴器2）确定联轴器的型号HL4GB5014-2003。由其结构取L=11.5d=55D=6410.箱体结构的设计减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用旦2配合。is61） .机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度。2） .考虑到机体内零件的润滑，密封散热因其传动件速度小于12m/s,故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H大于40mm。为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面6.3应精创，其表面粗糙度为。3） .机体结构有良好的工艺性铸件壁厚为8mm,圆角半径

31、为R=5。机体外型简单，拔模方便。4.）对附件设计A视孔盖和窥视孔：在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M8紧固。B油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出。D通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡。E位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度。F吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体。11.润滑密封设计对于单级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于，八5(1.52)10mm