机械设计课程设计带式输送机传动装置设计02).doc

机械设计课程设计

设计说明书

设计题目： 带式输送机传动装置设计

目 录

一 、 总体方案设计................. ...... 3

二 、设计要求 ............................. 3

三 、 设计步骤 ..............................3
1. 传动装置总体设计方案 ............. ...........3
2. 电动机的选择....................... ..........4
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比... ... ...6
4、设计V带和带轮 ............................ ..7
5. 齿轮的设计 ............................. .....10
6. 滚动轴承和传动轴的设计................ .......12
7.键联接设计............................ ........24
8. 箱体结构的设计....................... ........25
9.润滑密封设计 ............................. ....27
四 、 设计小结 ................................. ....28
五 、 参考资料 ................................ .....28

一 、总体方案设计
课程设计题目：
带式运输机传动装置设计（简图如下）
1——输送带
2——滚筒
3——联轴器
4——减速器
5——V带传动
6——电动机

1.设计条件：
1） 机器功用 由输送带运送物料，如：沙石，砖，煤炭，谷物等；
2） 工作情况 单项运输，载荷轻度振动，环境温度不超过40℃；
3） 运动要求 输送带运动速度误差不超过7%；
4） 使用寿命 10年，每年365天，每天8小时；
2.原始数据：
运送带工作拉力F/N
运输带工作速度v/(m/s)
卷筒直径D/mm
1000
0.5+[(学号)26-20]x0.1=1.1
400

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，高速轴、低速级大齿轮）；(自选项)
3.设计计算说明书1份（30页左右） 。
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。
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：
1——输送带；2——滚筒；3——联轴器；
4——减速器；5——V带传动；6——电动机
4） 该方案的优缺点：该工作机有轻微振动，由于V带有缓冲吸振能力，采用V带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。减速器部分一级圆柱齿轮减速，这是一级减速器中应用最广泛的一种。原动机部分为Y系列三相交流异步电动机。总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。

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

从电动机到工作机传送带间的总效率为

由《机械设计课程上机与设计》表9-1可知：
：滚动轴承效率 0.99（球轴承）
：齿轮传动效率 0.97 （8级精度一般齿轮传动）
：联轴器传动效率 0.99（弹性联轴器）
：卷筒传动效率 0.96
=0.89
所以电动机所需工作功率为

3）确定电动机转速
一级圆柱齿轮减速器传动比范围为  按推荐的合理传动比范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i=3~5。V带传动的传动比2~4，则总传动比理时范围为i=6~20。 ，而工作机卷筒轴的转速为

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750 r/min、1000r/min。
根据容量和转速，由有关手册查出有两种适用的电动机型号：因此综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选第2方案比较适合，则选n=1000r/min 。
根据电动机类型、容量和转速，由《机械设计课程设计指导书》附表8.1选定电动机型号为Y100L-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)

Y100L-6
1.5
940
2.0
2.2

电动机示意图
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比
(1)总传动比为
( 为电动机满载转速，单位：r/min )
分配传动装置传动比
＝× 式中分别为带传动和减速器的传动比.
初步取＝5则带传动比为
1).各轴的转速
I轴
II轴
卷筒轴

2).各轴的输入功率
I轴
II轴
卷筒轴

3）.各轴的输入转矩
电动机轴的输出转矩为：

I轴
II轴
卷筒轴
4、设计V带和带轮
（1） 选择普通V带截型
由课本P130表8.21得：=1.1

由课本P131图8.12得：选用A型V带
（2） 确定带轮基准直径
由课本表8.6、图8.12得，推荐的小带轮基准直径为
50~71mm，选取
 大带轮基准直径为

由课本表8.3，取
则实际传动比i、从动轮的实际转速分别为

从动轮的转速误差率为（263.31-250.6）/263.31x100%=4.8%在允许值内。
 （3）验算带速

在5~25m/s范围内，带速合适。
（4） 初定中心矩和基准带长
按结构要求初定中心距
根据课本P132式（8.14）

 由课本P132式（8.15）得：

根据课本P117表8.4取
根据课本P132式（8.16）得：

中心距a的变化范围为

(5) 验算小带轮包角

(6)确定V带的根数z
根据课本P132式（8.18）得

根据查表8.8，
根据内插法得
根据课本P129式（8.11）得功率增量为

由8.18查得
根据传动比，查表8.19得，则

由表8.4查得带长度修正系数由图8.11查得包角系数得普通V带的根数 取整得
(7)求初拉力及带轮轴上压力
由课本P121表8.6查得Z型普通V带的每米长质量，由课本P132式(8.19)得单根V带的初拉力为：

由式
(8) V带轮的结构示意图
5.齿轮的设计
（1）选择齿轮材料及精度等级
按简图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。
考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为220~250HBS。大齿轮选用45钢正火，齿面硬度170~210HBS；根据课本p204表10.21选8级精度。齿面粗糙度Ra≤1.6~3.2μm
  (2)按齿面接触疲劳强度设计
1） 转矩
2） 载荷系数k  由表10.11取k=1.1
3） 齿数和齿宽系数
小齿轮的齿数取25，则大齿轮齿数=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=1
4）许用接触应力
由图10.24查得：
由表10.10查得N=60nj =60x940x1x(10x52x40)=1.17x 查图10.27得

故
由表10.3取标准模数m=2.5mm
(3) 计算主要尺寸

经圆整后取

大齿轮齿顶圆直径
大齿轮齿根圆直径
(4)按齿根弯曲疲劳强度校核
由式(10.24)书P187得出
确定有关系数与参数：
1) 齿形系数
查表10.14得
2) 应力修正系数
查表10.14得
3) 许用弯曲应力
由图10.25查得
由表10.10查得
由图10.26查得
由式(10.14)可得

故

齿根弯曲校验合格。
5)验算齿轮的圆周速度v

由表10.22可知，选8级精度是合适的。
6) 绘制齿轮零件工作图

6.滚动轴承和传动轴的设计
(一).高速轴的设计
1.输入轴上的功率、转速及转矩
由上可知：
，，
2.求作用在齿轮上的力
高速小齿轮的分度圆直径

圆周力：
径向力：
轴向力:
3.初步确定轴的最小直径
材料为45号钢，调质处理。根据《机械设计基础》表14.1，取，于是，由于键槽的影响，故

输出轴的最小直径是安装带轮处的直径，取，根据带轮结构和尺寸，可取。
4.齿轮轴的结构设计
(1).根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1).为了满足带轮的轴向定位要求，1段左端需要制出一轴肩，故可取2段的直径；
2).初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承。按照工作要求并根据2段直径，查手册选取单列角接触球轴承7009AC，其尺寸为，故。
3).由小齿轮尺寸可知，齿轮处的轴端4的直径，。轴肩高度，故取，则轴肩处的直径。
4).根据减速器和轴承端盖的结构设计，轴承端盖的总宽度可取。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右端面间的距离，故。
5) .根据安装时齿轮中心要在一条线上，可得
至此，已初步确定了轴的各段和长度。
1段
d1=35mm
L1=50mm
2段:
d2=d1+7=42mm
L2=41mm
3段
d3= d2+3=45mm
L3=33mm
4段
d4= d3+5=50mm
L4=77mm
5段
d5= d4+5=58mm.
L5=7.5mm
6段
d6=51 mm
L6 =7mm
7段
d7=d3=45mm
L7 =14mm

(2).轴上零件的周向定位
根据《机械设计基础》表11-1查得带轮与轴的周向定位采用平键连接。带轮与轴的连接，选用平键截面。齿轮与轴的连接，选用平键截面。滚动轴承与轴的周向定位是通过过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为。
(3).确定轴上圆角和倒角尺寸
参考机械设计手册，可取轴端圆角。
5.求轴上的载荷
可根据轴的结构图做出轴的计算简图，再根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。图形如下所示：

这里，L=124.5mm
1)求垂直面的支撑反力

2) 求水平面的支撑反力

3） 绘制垂直面的弯矩图

4) 绘制水平面的弯矩图

5） 求合成弯矩图

6) 求轴传递的转矩

7) 求危险截面的当量弯矩

从图可以看出面a-a面最危险，其当量弯矩为：
取折合系数，代入上式得

8） 计算危险截面处的轴的最小直径
轴的材料为45钢，调质处理，由《机械设计基础》表14-1查得
由表14-3查得
则：

考虑到键槽对轴的削弱影响，将最小直径加大5%

而实际设计的危险截面处的
因此该轴符合要求。

(二).低速轴的设计
1.输出轴上的功率、转速和转矩
由上可知，，
2.求作用在齿轮上的力
低速大齿轮的分度圆直径

圆周力：
径向力：
轴向力：
3.轴最小直径的初步确定
轴的材选用45钢，调质处理。根据《机械设计基础》表14-2，取，于是，由于键槽的影响，故可取
输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径。为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。
联轴器的计算转矩为

查《机械设计基础》(第三版)P329表16.1取
，
因为计算转矩应小于联轴器公称转矩，通过查手册，可选用HL5型弹性柱销联轴器，其公称转矩为 。半联轴器的孔径 ，故取，半联轴器长度为，半联轴器与轴配合的毂孔长度为。

4.轴的结构设计
(1).根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1).为了满足半联轴器的轴向定位要求，1段右端需制出一轴肩，高度为，故取2段的直径；左端用轴端挡圈定位。半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故第1段的长度应比略短一些，现取
2).初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承。按照工作要求并根据，查手册选取单列角接触球轴承，型号为7313AC，其尺寸为，故。
3).取安装齿轮处的轴端第4段的直径；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的跨度为75mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴端应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的右端采用轴肩定位，齿轮的轴向定位轴肩，取。轴环宽度，取。
4). 根据减速器及轴承端盖的结构设计，由轴承外径D=90mm可得，而，,总宽度为，故轴承端盖的总宽度可选为。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右端面间的距离，故。
5).根据安装时齿轮中心要在一条线上，由设计轴的草图可得 。

综上所述，轴的各段长度和直径数据统计如下表所示：
1段
d1=55mm
L1=110mm
2段:
d2=d1+7=62mm
L2=41mm
3段
d3= d2+3=65mm
L3=36mm
4段
d4= d3+5=70mm
L4=72mm
5段
d5= d4+5=75mm.
L5=7.5mm
6段
d6=d4 = 70 mm
L6 =7 mm
7段
d7=d3=65mm
L7 =16 mm

(2).轴上零件的周向定位
齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按由《机械设计课程上机与设计》表11-1查得齿轮与轴的连接，选用平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为。
(3).确定轴上圆角和倒角尺寸
参考《机械设计》表15-2，取轴端圆角。
5.求轴上的载荷
这里，取L=122.5mm,K=106mm
1)求垂直面的支撑反力

3) 求水平面的支撑反力

F点在支点产生的反力

4）绘制垂直面的弯矩图

5）绘制水平面的弯矩图

6)F力产生的弯矩图

危险截面F力产生的弯矩为：

7） 求合成弯矩图
8）

8) 求轴传递的转矩

9) 求危险截面的当量弯矩
从图可以看出面a-a面最危险，其当量弯矩为：
取折合系数，代入上式得

9） 计算危险截面处的轴的最小直径
轴的材料为45钢，调质处理，由《机械设计基础》表14.2查得
,

考虑到键槽对轴的削弱，将最小直径加大5%

而实际设计的危险截面处的
因此该轴符合要求。
轴的结构图、计算简图及轴的弯矩图、扭矩图

两轴的装配草图如下所示：

(三).滚动轴承的校核
轴承的预计寿命
1.输入轴承的计算
(1).已知，两轴承的径向反力为：

选定的角接触球轴承型号为7009AC，轴承内部的轴向力

(2).因为，所以
故，
(3). ，，查手册可得
由于，故;
,故
(4).计算当量载荷、
由《机械设计基础》表16-9，取，则

(5).轴承寿命计算
由于，取，角接触球轴承，取，
查手册得7009AC型角接触球轴承的，则

故满足预期寿命。

2. 输出轴承的计算
(1).已知，两轴承的径向反力

由选定的角接触球轴承7011AC，轴承内部的轴向力

(2).因为，所以
故，
(3). ，，查手册可得
由于，故;
,故
(4).计算当量载荷、
由《机械设计基础》表15.12，取，则

18.99
(5).轴承寿命计算
由于，取，角接触球轴承，取，
查手册得7006AC型角接触球轴承的，则

故满足预期寿命。
(6) .绘制轴承简图如下：

7.键联接设计
1.带轮与输入轴间键的选择及校核
轴径，轮毂长度，查手册，可选A型平键，
其尺寸为
，，(GB/T 1095-2003)
进行强度校核：
,

通过查阅手册得，因为，故键符合强度要求。
2.输入轴与齿轮间键的选择及校核
轴径，轮毂长度，查手册，可选A型平键，
其尺寸为
，，(GB/T 1095-2003)
进行强度校核：
,

查手册得，因为，故键符合强度要求。
3.输出轴与联轴器间键的选择及校核
轴径，轮毂长度，查手册，可选A型平键，其尺寸为
，，(GB/T 1095-2003)
进行强度校核：
,

查手册得，因为，故键符合强度要求。
4.输出轴与大齿轮间键的选择及校核
轴径，轮毂长度，查手册，可选A型平键，其尺寸为
，，(GB/T 1095-2003)
进行强度校核：

查手册得，因为，故键符合强度要求。
8.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，
大端盖分机体采用配合。
1.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。
减速器机体结构尺寸如下：

名称
符号
计算公式
结果
箱座壁厚

10
箱盖壁厚

9
箱盖凸缘厚度

12
箱座凸缘厚度

15
箱座底凸缘厚度

25
地脚螺钉直径

M24
地脚螺钉数目

查手册
6
轴承旁联接螺栓直径

M12
机盖与机座联接螺栓直径

=（0.5~0.6）
M10
轴承端盖螺钉直径

=（0.4~0.5）
10
视孔盖螺钉直径

=（0.3~0.4）
8
定位销直径

=（0.7~0.8）
8
，，至外机壁距离

查机械课程设计指导书表4
34
22
18
，至凸缘边缘距离

查机械课程设计指导书表4
28
16
外机壁至轴承座端面距离

=++（8~12）
50
大齿轮顶圆与内机壁距离

>1.2
15
齿轮端面与内机壁距离

>
10
机盖，机座肋厚

9 8.5
轴承端盖外径

+（5~5.5）
120（1轴）125（2轴）
150（3轴）
轴承旁联结螺栓距离

120（1轴）125（2轴）
150（3轴）
9. 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，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度。油的深度为H+，H=30 =34。所以H+=30+34=64。
从密封性来讲为了保证机盖与机座连接处密封，凸缘应有足够的宽度，连接表面应精刨，密封的表面要经过刮研。而且，凸缘连接螺柱之间的距离不宜太大，并均匀布置，保证部分面处的密封性。轴承端盖采用嵌入式端盖，易于加工和安装。
四 、 设计小结
通过这次对于带式输送机传动装置的设计，我收获了很多知识，同时也提高了自己实践和创造的能力。这次课程设计是我们第一次真正的去理论联系实际，在设计中我初步的了解到了课程设计的内涵和做设计时应具备的能力。设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质有很大用处。通过接近一个星期的课程设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的学习和工作打下了坚实的基础。
1．机械设计所涉及的内容是多方面的,要搞好机械设计，首先要对相关学科有所认识和了解，并且会有机结合相关的知识。然后将书本上的知识运用到实际当中，做到学以致用，这样不仅提高了我们的实践能力，并且还加深了我们对理论知识的理解。
2．通过本次课程设计，使我意识到了对于一个设计问题，解决的方案是多种多样的。在设计时，我们要严格按照要求，结合生产实际关系和工程实际问题，在节约成本和零件易于加工、装配的基础上设计出较好的零件装配图。
3在这次的课程设计过程中,我综合运用了机械设计基础课程中所学的相关知识知识与技能,并结合CAD进行制图,在这一过程中提高了我的理论水平及分析问题和解决问题的能力,对我以后要接触的各种设计打下了坚实的基础。
4. 设计是一门需要耐心和精力的学科，要有认真谨慎的态度才能做好。
5．本次课程设计的一些不懂之处通过询问老师，得到了很好的解决，所以十分感谢指导老师的细心帮助和支持。

五、 参考资料
《机械设计基础》(第三版) 高等教育出版社 主编 陈立德
《机械设计基础课程设计指导书》 高等教育出版社 主编 陈立德
《机械设计手册》