机械设计课程设计

1、设计任务书带式输送机传动装置课程设计任务书1传动装置简图2已知条件1）工作情况：两班工作制，单向连续运转，载荷平稳，输送带水平放置。2）工作环境：室内，有灰尘，最高环境温度35°C，通风条件一般。3）动力来源：电力，三相交流，电压380V/220V。4）工作寿命：8年。5）检修间隔期：4年一次大修，2年一次中修，半年一次小修。6）制造条件：一般机械制造厂，小批量生产。7）齿轮减速器浸油润滑；取大齿轮的搅油效率搅=0.98;取滚筒-输送带效率w=0.96。3. 设计任务1）选择电动机型号。2）选择联轴器类型和规格。3）设计圆柱齿轮减速器。4）设计滚筒轴滑动轴承。5）绘制圆柱齿轮减速器装

2、配工作图。6）绘制带式输送机总装图。7）绘制减速器中23个零件工作图（由教师指定）。8）编写设计计算说明书。4. 技术参数注：输送带速度允许误差土5%题号参数12345678910输送带拉力F/kN76.565.55.254.84.54.24输送带速度V/（m/s）1.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0滚筒直径D/mm400400400450400500450400450450拟定传动方案注意事项：1.遵循高速级传动比为低速级传动比的1.3到1.5倍2此减速器应老师要求设计成二级传动。3. 斜齿圆柱齿轮较直齿圆柱齿轮传动比高、传动平稳、齿轮尺寸小，应放在二级减速器的高速级

3、。4. 减速器设计时，为齿轮寿命考虑，应选用闭式传动。5. 设计齿轮时应注意浸油润滑要求：所没尺寸大于一个齿高且小于齿轮直径的六分之一。6. 因为是两级传动，所以减速器内最少需要三根轴。7.确定轴的尺寸后，检查齿轮是否与轴干涉。计算及说明结果一、电动机选用过程电动机的选定：nd(46)2nw-10472357，故选用n=1500r/min同步转速的电动机滚筒Pw=Fv=4.i25kW,n4=V=1.091r/s=65.481r/minnwD5确定功率Fd=二=w=5.04891kWJ齿小联小滚小滑小搅通用的电动机为丫系列三相交流异步电动机，Y系列是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机式，

4、是我国新设计的统一系列，其安装尺寸和功率等级符合国家标准，具有高效、节能、起动转矩大、噪声底、振动小、运行安全可靠等优点，因此，工业上应用最为广泛，应优先选用。经常起动、制动和正反转时，要求电机有较小的转动惯量和较大的过载能力，一般选用起重及冶金用三相电机，常用为YZ或YZR系列各种型号电动机的技术数据、外型及安装尺寸可查阅有关机械设计手册或产品目录。但是本设计依老师要求选用丫型根据功率，故电动机选用丫132S-4Y132S-4主要技术参数选用电动机Y132S-4高速级斜齿轮：齿轮1:40Cr260HBW调质齿轮2:45钢230HBW调质Z1=19Z2=109B=10.06°K=1.

5、34b=40.25mm高速级真实109i-19低速级：齿轮340Cr250HBW调质齿轮445钢220HBW调质Za=28乙=108K=1.113b=70mm真实滚筒转速：n=65.08(r/min)5 =9mm6 =8mmb1=12mmb=13.5mmb2=22.5mmdf=18mmd1=14mmd2=10mm纠=11mm2=10mmd4=6mmI轴：d1=38mmd2=45mm电动机型号额疋动率/KW满载转速/(r/min)堵转转矩最大转矩质量/kgY132S-45.514402.22.368三、传动装置运动与动力参数计算总机械效率的确定：二级减速器中选用高速级为斜齿轮，低速级为直齿轮，口

6、齿=0.9852联轴器选用弹性套柱销联轴器、GICL型鼓形齿式联轴器，11联=0.992滚动轴承选用3对圆锥滚子轴承，滚=0.983滑动轴承选用1对，叫滑=0.97搅油损失，搅=0.982TW=W滚"訂訐滑=0.83377确定各级传动比及各轴转速：电动机滚筒总传动比i总1440-21.9865.481由于高速级传动齿轮为斜齿轮，其传送效率较高，故选用i高=5.7，i低=3.856为各级传动比效率所以m=1440r/min,n2=253r/min,n3=65.514r/min确定各轴功率及转矩：P1二Pd联=4.94793kW,P2=p1滚齿=4.77624kWP3二P2滚齿搅=4.5

7、2829kW,P4=Ps滚搅联=4.2526kWTdPd=9550dnd=33.48kN*mP1,T1=95501nd=32.81kNmT2P2=9550-n2=180.3kNmF3,T3=9550-=658.63kNmT4P4=95504na=620.22kNmd3=50mmd5=55mm输入联轴器:T6联轴器Y3882Y38824323-2002键：GB/TbXh=10X8t=5t1=3.3l=50圆锥滚子轴承30210e=0.42,X=0.4,Y=1.4.斜齿轮：水平：于是得d1二Iv*Ze汉Zh汉zp)Iu丿'、H丿=30.6mm,d则取d1=35mm便于计算，3="

8、1+警=119mm2cosPMmax=21.489Nm垂直：扭矩：45钢：B=0.908u=0.77,r=0.81U轴：圆锥滚子轴承30207e=0.3,X=0.4,Y=1.6直齿轮：Fa1=1537NFA2=1234N水平：垂直：合成：扭矩：选材45钢B=0.92备=0.88,取标准模数mn=2,；r=0.81键：三、传动零件设计计算二级减速器齿轮参数计算：（一）高速级：斜齿圆柱齿轮确定齿轮自定义参数：B初取10°,材料初选：齿轮1:40Cr260HBW调质齿轮2：45钢230HBW调质。因为齿轮为两班工作制，一班工作时间为8小时，寿命为8年，所以齿轮工作时间为=288365=46

9、720h,循环次数N=60丫nth,其中丫为齿轮工作中转一圈齿面啮合的次数，所以丫=1所以N,=4109,N2=8108，查表得：齿轮1、2的齿面接触疲劳极限、弯曲疲劳极限为：最小安全系数、接触强度和弯曲强度计算的寿命系数为：由计算齿面许用接触疲劳应力、许用弯曲疲劳应力公式=亠HlimZn,亠FEYn计算出：SHminSFmin分析失效、确定设计准则：因为减速器功率较小，选用齿轮为软齿面，最大可能失效是齿面疲劳，故选用接触疲劳强度进行设计，确定主要参数，并且进行疲劳强度与弯曲强度验算。按齿轮接触疲劳承载能力计算齿轮主要参数：查表取值：小齿轮转矩T1=9550P=32.81kNmnda=130m

10、m,则按经验式mn=0.015a=0.015X130=1.8,检验传动比：传动比误差'u川轴：圆锥滚子轴承30213e=0.4，X=0.4,Y=1.5水平：垂直：合成：转矩：材料选定45钢键：滑动轴承D=50mm2acosz18.47,取z=19,z2=iZ!=5.7X19=108.3,取mn1uZ2=1091095.7-=0.0065，因为|知兰0.05,5.7可用，所以取Z1=19,Z2=109,iJ0919用B凑中心距a'二arccos1'1Z2=10.06，在B角在8o15o范围内，可用2a两齿轮直径为d1=mn：=38.6mm，d2=凹卑=221.4mmcos

11、PcosP精确计算计算载荷：小齿轮速度w：d111=2.9m，精度根据经验选择7级，则齿间60S000/s载荷分配系数K：.=1.1，使用系数Ka=1.00,动载系数Kv=1.1,齿向载荷分布系数K-：=1.11,则K=K：.K-：KaKv=1.34验算设计：查表得：齿宽b=d1=40.25mm，Ft=1875N，外齿轮复合齿形系数YF=4.4,由于邛=bsin卩=1.98，则螺旋角系数Yp=0.91二mn1、验算齿轮弯曲疲劳承载能力KF升=YFYp=124MPaVbFJ满足齿轮弯曲疲劳承载能力bmn查表得：区域系数Zh二2.38,螺旋角系数ZCOS=0.97,弹性系数ZE-189.8,2、验

12、算齿轮接触疲劳承载能力应力误差为一H2H=-0.048一-0.05,在误差范围内，即满足齿轮接丘H2触疲劳承载能力109所以高速级传动比为i=，低速级传动比变为i=3.831,U轴真实的19转速为n=251(r/min)高速级斜齿圆柱齿轮传动几何尺寸计算齿轮参数名称(公式)小齿轮大齿轮法向模数mn/mm22法向压力角a/(°)2020螺旋角B10.06°10.06°分度圆直径d=mn；/mmCOSP38.6221.4齿顶咼ha=hamn/mm22齿根高*hf=(ha+c)mn/mm2.52.5全齿高h=ha+hf/mm4.54.5齿顶圆直径da=d+2ha/mm4

13、2.6225.4齿根圆直径df=d-2hf/mm33.6216.4顶隙c=c*m/mm0.50.5标准中心距mn(z<z2)a=冠/mm2cosP130节圆直径d'=d/mm38.6221.4传动比i=n玉n?zi5.74(二)、低速级：直齿圆柱齿轮确定齿轮自定义参数：a=20o,材料初选：齿轮340Cr250HBW调质齿轮445钢220HBW调质齿轮使用时间同咼速级为th=2乂8江8><365=46720h,N=60丫nth88所以N3=7況10,N4=2況10,查表得：齿轮3、4齿面接触疲劳极限和弯曲疲劳极限为：最小安全系数、接触强度和弯曲强度计算的寿命系数为：由

14、公式齿面许用接触疲劳应力、许用弯曲疲劳应力公式切匸处乙“屛丄是丫“计算出：SHminSFmin分析失效、确定设计准则：直齿圆柱齿面选用软齿面，最大可能失效为齿面疲劳，因此进行齿面疲劳强度设计，确定主要参数，并且进行齿面弯曲强度校核和疲劳强度校核。按齿面接触疲劳承载能力计算齿轮主要参数：初取载荷系数K=1.3，减速传动u=i=3.831,查区域系数图，标准齿轮Zh=2.5,弹性系数Ze=189.8，齿宽系数-二b，许用齿面di接触疲劳应力值应将小值带入，于是初取载荷系数K=1.3，减速传动u=i=3.831,查区域系数图，标准齿轮Zh=2.5,弹性系数Ze=189.8，齿宽系数-二b，许用齿面d

15、i接触疲劳应力值应将小值带入，于是2KT3p+1丫址召'所以，d3取67mmd3一3H42=66.6mma=°+U"3=162.7mm，a取整170mm2由经验公式m=0.015a=2.55mm取标准模数m=2.5mm2aZ3=28.007,取Z3=28，同时Z3+Z4=136,乙取108m1u检验传动比：传动比误差；二1083.83128=0.0068乞0.05，3.831所以传动比在误差范围内，可用即d3二mz3=70mm，d4=mz4精确计算计算载荷：主动齿轮传动速度V3二"3=267.5mm=0.93m60X000/s根据经验，齿轮精度选用7级精度

16、，则齿间载荷分配系数K：.=1.0，使用系数Ka=1.00,动载系数Kv=1.05,齿向载荷分布系数K=1.06，则K二K：K:KaKv=1.113验算设计：齿宽b=dd3=70mm，查表得：外齿轮复合齿形系数Yf=4.23,Ft=5151N1、验算齿轮弯曲疲劳承载能力：查表得：弹性系数Ze=189.8，区域系数Zh=2.52、验算齿轮接触疲劳承载能力：所以最后总的计算传动比为i=109豔22.13'滚筒的转速为n=65.08(r/min)在可允许范围内。低速级直齿圆柱齿轮传动几何尺寸计算公式名称（公式）齿轮参数小齿轮大齿轮模数m/mm2.52.5压力角a、（°）2020分度

17、圆直径d=mz/mm70270齿顶咼ha=ham/mm2.52.5齿根高hf=（h；+c*）m/mm3.1253.125全齿高h=ha+hf/mm5.6255.625齿顶圆直径da=mz+2ha/mm75275齿根圆直径df=mz2hf/mm63.75263.75基圆直径db=mzcosct/mm65.8253.7齿距p=兀m/mm7.85基圆齿距pb=xmcosa7.381齿厚s=p/mm23.93齿槽宽e=丄p/mm23.93顶隙c=c*m/mm0.625标准中心距a=卫（乙+z2）/mm2170节圆直径d=d/mm70270传动比i=皿=全压乙3.857验算配油问题：以上计算齿轮符合配油

18、原则（小于齿轮六分之一处且大于一个齿高）四、轴、轴承、联轴器、键的设计计算及校核公共参数：箱体壁厚：s=0.025X170+仁5.25V8,取S=9mm箱盖壁厚：=0.02x170+3=6.4v8,取d=8mm箱盖凸缘厚度：d=1.5x31=l2mm箱座凸缘厚度：b=1.5XS=13.5mm箱座底凸缘厚度：b2=2.5XS=22.5mm地脚螺钉直径：df=0.036Xa+12=17.76mm取18mm地脚螺钉数目：n=4轴承旁连接螺栓直径：d!=0.75Xdf=13.32mm取14mm盖与座连接螺栓直径：d2=(0.50.6)df=8.8810.656mm取10mm大齿轮顶圆与内箱壁距离：亠&

19、gt;1.2S=10.8mm取11mm齿轮端面与内壁箱距离：厶2>S=9mm取10mm视孔盖螺钉直径：d4=(0.30.4)df=5.37.1mm取6mm厶3选取：根据润滑方式的不同，厶3有不同取值，油润滑也3=25脂润滑3=810润滑方式选择根据轴承内径d与轴承转速n乘积大小确定dn16104选择油润滑dn16104选择脂润滑凸台及凸缘的结构尺寸螺栓直径M18M14M10242016221814363022855r533I轴：因本设计中减速器功率小，故轴用材料选用45钢即可，查表的参数：岭】=35,Ao=110由公式dA°3,P得I轴最细di=16.6mm又因为I轴上有键槽，

20、轴颈应加大5%，及I轴最细应为17.4mm圆整后I轴上小1取20mm同时考虑到I轴与电动机相连，查表得到D=38mm综上考虑，I轴最细直径取38mm，因为轴为齿轮轴，所以所用料为40Cr。于是d1=38mm贝U由于d2=d1+(810)=45mm,d3=d2+(25)=50mm,d5=d3+(25)=55mm选择输入轴联轴器：由于输入转速高、扭矩大，故选用带有弹性元件的联轴器，此处选用弹性套柱销联轴器，查阅手册根据电动机伸出轴的直径选择Y38x82LT6联轴器GB/T4323-2002Y38X82具体参数如下表：型号公称转矩Nm许用转速r/min轴孔直径mm轴孔长度Mm转动惯量kgm2质量kg

21、LT6250380038820.0289.57选择连接联轴器与轴的键：根据直径选择键：bxh=10X8t=5t1=3.3l=50选择圆锥滚子轴承(可承受轴向力)：安装轴承的尺寸为d3=50mm,故选取圆锥滚子轴承30210,参数如下(mm):dDTaCrCorP509021.7520575879:8373.292其中计算系数为：e=0.42,X=0.4,丫=14计算轴承安装尺寸：因为nd=5040016"04，所以采用脂润滑，也3=9轴初步尺寸如下：计算齿轮受力：圆周力斤=纽=1700”d1径向力Fr=Fttan,n=628NcosP轴向力Fa=Fttan0=303N轴承强度校核：计

22、算轴承受力：1、计算轴承支反力：水平面FXa+IB)-FrlB=0二Ft=Fr&=381NF.|竖直面F1(Ia+唁)一FtIb=0=F1=-t=1155NlAlB合成轴承支反力：2、计算两轴承轴向心力：因而轴有向右运动的趋势，即轴承2被压紧，轴承1被放松3、计算当量动载荷Fai一434o.36e-0.42X=1,Y=0Fr11216Fa27371.23兰©o.42X=0.4,Y=1.4Fr2598因此当量动载荷P,二乂丁巳+丫丁人1=1216NPP2所以只需要校核轴承2的寿命4、求轴承2的寿命滚动轴承载荷系数fp=1.0滚动轴承温度系数存=1.0满足寿命要求。轴的强度校核：

23、轴受力图：轴承1距齿轮受力点为1a，轴承2距齿轮受力点为冷。水平面受力图：水平面弯矩及弯矩图：Mmax=F2=21.489Nm垂直面受力图：垂直面的弯矩及弯矩图：合成弯矩图：扭矩及扭矩图：判断危险截面：据轴的弯矩图与扭矩图可初步判断轴的危险截面为齿轮集中力点所在截面。确定许用应力：材料：45钢调质热处理，查表得其抗拉强度、弯曲强度、弯曲疲劳极限、剪切疲劳极限%=735MPaNs=540MPa,cr=355MPa,3=200皿戸8,屮=0.34,屮i=0.21合成弯矩：Mi=JlMHi+M：=52.057Nm抗弯截面模量：W止0.1d3=5.75"0（口3弯曲应力：19.05MpaW抗

24、扭截面模量：Wt=2汇W=11.5汉10°口3剪切应力：壬=2.85MpaWt因为，弯曲应力属于对称循环变应力，所以因为，剪切应力属于脉动循环变应力，所以求断面的有效应力集中系数：断面处有键槽，因此轴面积有变化，按照螺纹、键、花键、横孔处及配合的边缘处的有效应力集中系数查询：因为仃b=735MPa，利用内插法得k仃=1.932，心=1.7695确定表面质量系数B及绝对尺寸系数和gr:轴加工方式为车削，查表利用内插法得B=0.908轴材料为45Cr,直径为38mm经查表得名口=0.77,名r=0.81求安全系数：按照应力循环特性r=C的情况计算安全系数：轴只受正应力时安全系数为轴只受切

25、应力时安全系数为本轴材料均匀、载荷与应力计算精确，故取S=1.4轴的总安全系数为：所以轴安全强度足够。键的强度校核：键连接的许用挤压应力经查表取kp】=130MPaP轴I的转矩为=9550汇丄=32.81kNnd故p=3.85MPavkp=130MPadlk故键的强度满足要求。H轴：选择材料，计算初步参数：因为此轴不是齿轮轴，即材料没有特殊要求，故采用成本较低的45钢|Pndu兰A03!=29.3mmnn又因为此轴有键槽，故轴径应加大5%，即卩dn=30.77mm，要取以0、5结尾的直径，故du最终取35mm。记为d3=35mm选择圆锥滚子轴承(可承受轴向力)：安装轴承的尺寸为da=35mm，

26、故选取圆锥滚子轴承30207，参数如下(mm):dDTaCrCorr357218.2515.34244626554.263.5其中计算系数：e=0.37，X=0.4,丫=1.6计算轴承安装尺寸：轴初步尺寸如下：计算齿轮受力：斜齿轮：圆周力R11700Ndi径向力Fr-七n-628NCOSP轴向力Fa=Fttan0=303N直齿轮：圆周力Ft2T"5151Nd3径向力F=Fttan已=1875N轴承校核：因为nd=885516"04，所以采用脂润滑，山=9计算轴承支座反力：水平面圆周力产生的径向支反力：竖直面圆周力产生的径向支反力：合成径向支反力：=3075N2、两轴承轴向力

27、：卩引二Fr1=961Ns12YFs2=Fr2=1234N2YFa2+FS2=303+1234=1537N)FS1=961N轴有向右运动趋势，轴承1受拉,轴承2受压,即FA1=Fa2+Fs2=1537NFa2=Fs2=1234N计算当量动载荷：当量动载荷：P二乂汁巳+丫丁川=3689N所以计算轴承寿命时用轴承2所受当量动载荷进行计算由于无冲击，故由表9-6，取fP=1°工作温度低于100乜，查表9-5得fT=1.0。轴承的寿命为106fcL建=叱(-严=407783：33280h60nfpP2轴承寿命符合要求。校核轴的强度：轴受力图：水平面受力图：水平面弯矩及弯矩图：垂直面受力图：垂

28、直面弯矩及弯矩图：合成弯矩图：转矩图：判断危险截面：综合上述弯矩、扭矩图可初步判断此轴危险截面在2处，即低速级主动齿轮集中受力点所在平面。确定许用应力：轴材料选定45钢，调质，即所查参数如下：抗拉强度b=640Mpa屈服强度s=355Mpa弯曲疲劳极限二=275Mpa剪切疲劳极限TA=155Mpa合成弯矩：M!=JmH!+M；!=236.9Nm危险截面轴的直径：d=38mm32抗弯截面模量：W=d+bt(dt)=5.4<10_6m3322d弯曲应力：=Ml=5lMpaW抗扭截面模量：Wt=+()=1.1"0，m3162d剪切应力：=20MpaWt因为，弯曲应力属于对称循环变应力

29、，所以因为，剪切应力属于脉动循环变应力，所以求断面的有效应力集中系数：断面处有键槽，因此轴面积有变化，按照螺纹、键、花键、横孔处及配合的边缘处的有效应力集中系数查询：因为=640MPa，利用内插法得心=1.812，心=1.608确定表面质量系数B及绝对尺寸系数和r:轴加工方式为车削，查表利用内插法得B=0.92轴材料为45钢，直径为38mm经查表得g=0.88，务=0.81求安全系数：按照应力循环特性r=C的情况计算安全系数：轴只受正应力时安全系数为轴只受切应力时安全系数为本轴材料均匀、载荷与应力计算精确，故取S=1.4轴的总安全系数为：所以轴安全强度足够。键的强度校核：键连接的许用挤压应力经

30、查表取kp】=130MPa轴U的转矩为T2=9550汉豆=180.3kN*m连接直齿圆柱齿轮的键的规格为bx:h=10x:8,l=56连接斜齿圆柱齿轮的键的规格为b5=10汉8,1=22。p-工-130.7MPa在误差范围内，强度足够dlk其中：k=3.3mm故键的强度满足要求。山轴：选择材料，计算初步参数：因为此轴不是齿轮轴，即材料没有特殊要求，故采用成本较低的45钢d皿王Ao3=45.1mmn皿又因为此轴有键槽，故轴径应加大5%,即卩d皿=47.36mm,要取以0、5结尾的直径，故dm最终取50mm。记为di=50mmd2=di+(812)=60mm(以0、5结尾)选择圆锥滚子轴承(可承受

31、轴向力)：安装轴承的尺寸为d3=65mm，故选取圆锥滚子轴承30213,参数如下(mm):dDTaCrCor6512024.7523.87477106111120152其中计算系数：e=0.4，X=0.4,丫=1.5计算轴承安装尺寸：轴承初步尺寸：因为Vm=0.917m/s2m/s，所以采用脂润滑，故亠=9直齿轮：2T圆周力Ft=5151Nd3径向力厂=匸tan$=1875N轴承强度校核：计算轴承受力：1、计算轴承支反力：F水平面FIa+IbFrIb=0二F1=rB=1211.9NlA*lB竖直面F1(lA+lB)-FtlB0=F1-FtIb-3229.3N1A*1B合成轴承支反力：2、计算两

32、轴承轴向心力：由于直齿圆柱齿轮不存在轴向力，所以3、计算当量动载荷比=0.33e=0.4X=1,Y=0FR1Fa20.33兰e0.4X=1,Y=0FR2因此当量动载荷R二乂店巳+Y1FA1=3543NPP2所以只需要校核轴承1的寿命求轴承1的寿命：滚动轴承载荷系数fP=1.0滚动轴承温度系数仃=0Lh-10'也)-3.2x107h：46720h其中e-1060n(fpP丿3满足寿命要求。校核轴的强度：轴的受力图：轴在水平面受力图：轴在水平面上所受弯矩及弯矩图：轴在垂直面受力图：轴在垂直面上所受弯矩及弯矩图：合成弯矩及弯矩图：转矩及转矩图：判断危险截面：综合上述弯矩、扭矩图可初步判断此轴危险截面低速级从动齿轮集中受力点所在平面。确定许用应力：轴材料选定45钢，调质，即所查参数如下：抗拉强度坊b=640Mpa屈服强度s=355Mpa弯曲疲劳极限丄=275Mpa剪切疲劳极限iA=155Mpa合成弯矩：M,=JmH2=205.5Nm危险截面轴的直径：d=68mm抗弯截面模量：W=2+bt(dt)=2.68"0讣3322d弯曲应力：=7.66MpaW32抗扭截面模量：WT-d+bt(dt)-5.77S0，m3162d剪切应力：i=11.41MpaWt因为，弯曲应力属于对称循环变应力，所以因为，剪切应力属于脉动循环变应力，所以求断面的有效应力集中