自动送料带式输送机传动装置的设计-本科论文.doc

学 号： 课 程 设 计题 目自动送料带式输送机传动装置的设计教 学 院机电工程学院专 业交通运输班 级 姓 名 指导教师 20132014学年第1学期机械设计基础课程设计任务书设计名称自动送料带式输送机传动装置的设计班级11交通 地点 J4-110一、课程设计目的课程设计是机械设计基础课程重要的实践性教学环节。课程设计的 基本目的是：1 综合运用机械设计基础和其它先修课程的知识，分析和解决机械 设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。2 通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争 意见，熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题 的能力。3 通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关 设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。二、课程设计内容课程设计的内容主要包括：分析传动装置的总体方案；选择电动机； 传动系统计算；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。课程设计中要求完成以下工作：1减速器装配图1张(A1图纸)；2减速器零件图2张(A3图纸)；3设计计算说明书1份。附：（一）设计数据原始数据题 号12345678910运输带拉力F(N)1500215022502350255026502800290030003100运输带速度V(m/s)2.01.61.71.51.551.61.551.651.71.8滚筒直径D(mm)250260270240250260250260280290（二）工作条件该传动装置单向传送，载荷有轻微冲击，空载起动，两班制工作，使用期限5年（每年按300天计算），运输带容许速度误差为5%。（三）运动简图（四）设计计算说明书内容0封面（题目、班级、姓名、学号、指导老师、时间）1目录（标题、页次）2设计任务书（装订原发的设计任务书）3前言（题目分析、传动方案的拟定等）4电动机的选择5传动装置运动参数和动力参数计算（计算总传动比、分配各级传 动比、计算各轴转速、功率和扭矩）6V带传动设计计算7齿轮（斜齿圆柱齿轮）传动设计计算8轴的设计计算9轴承的选择和计算10键联接的选择和校核11联轴器的选择12减速器箱体的设计（包括主要结构尺寸的计算及必要的说明）13减速器附件的选择及说明14减速器的润滑及密封（包括润滑及密封的方式、润滑剂的牌号 及用量）15设计小结（设计体会、本次设计的优缺点及改进意见等）16参考资料（资料的编号 ，作者，书名，出版单位和出版年、 月）三、进度安排第14周 周一 电动机的选择、传动装置运动参数和动力参数计算、带传动的设计计算周二周三 齿轮（斜齿圆柱齿轮）传动的设计计算、减速器箱体结构尺寸的确定、高速轴的设计、低速轴的设计、轴承的选择、联轴器的选择周四 低速轴的校核、高速轴的校核、轴承的校核、普通平键的选择及校核、润滑方式和密封型式的选择周五 画减速器装配草图第15周 周一周二 画减速器装配图周三 画零件图周四 整理、装订计算说明书周五 答辩四、基本要求课程设计教学的基本要求是： 1能从机器功能要求出发，分析设计方案，合理地选择电动机、传动机构和零件。2能按机器的工作状况分析和计算作用在零件上的载荷，合理选择零件材料，正确计算零件工作能力和确定零件主要参数及尺寸。3能考虑制造工艺、安装与调整、使用与维护、经济性和安全性等问题，对零件进行结构设计。4. 绘图表达设计结果，图样符合国家制图标准，尺寸及公差标注完 整、正确，技术要求合理、全面。5. 在客观条件允许的情况下，初步掌握使用计算机进行设计计算和 使用计算机绘制装配图、零件图的方法。 机电基础教学部2013.11.27 目录第一章 课题题目及主要技术参数说明.91.1 课题题目 1.2 主要技术参数说明 1.3 传动系统工作条件1.4 传动系统方案的选择 第二章 减速器结构选择及相关性能参数计算.102.1 减速器结构2.2 电动机选择2.3 传动比分配2.4 动力运动参数计算第三章 V带传动设计 . 3.1确定计算功率3.2确定V带型号3.3确定带轮直径3.4确定带长及中心距 3.5验算包角3.6确定V带根数Z3.7 确定初拉力F03.8计算带轮轴所受压力FQ第四章 齿轮的设计计算(包括小齿轮和大齿轮)4.1 齿轮材料和热处理的选择4.2 按齿面弯曲强度设计计算4.3验算齿面接触强度4.4齿轮圆周速度4.5齿轮各参数第五章 轴的设计计算(从动轴)5.1 低速轴的结构设计5.1.1轴上零件的布置5.1.2零件的拆装顺序5.1.3轴的结构设计5.2确定各轴段尺寸5.2.1各轴段直径5.3确定联轴器型号5.4按扭转和弯曲组合进行校核5.4.1计算轴上的作用力5.4.2计算支力及弯矩5.4.3绘制低速轴的计算简图5.5高速轴的结构设计5.5.1轴上零件布置5.5.2轴的结构设计5.5.3确定各轴段尺寸5.6按扭转和弯曲组合进行校核5.6.1计算轴上的作用力5.6.2计算支力及弯矩5.6.3绘制低速轴的计算简图第六章 轴承、键和联轴器的选择6.1 低速轴键的选择及强度校核 6.1.1选择键的尺寸6.1.2校核键的强度6.2 高速轴键的选择计算及校核6.2.1选择键的尺寸6.2.2校核键的强度6.3选择轴承及计算轴承寿命6.3.1轴承选择6.3.2轴承寿命计算第七章 减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱 体主要结构尺寸的计算7.1 润滑的选择确定 7.2 密封的选择确定 7.3箱体主要结构尺寸计算7.3.1箱体选择7.3.2轴承端盖选择 第八章 设计体会第九章 参考文献 第一章 课题题目及主要技术参数说明1.1课题题目 自动送料带式输送机传动装置的设计1.2 主要技术参数说明 输送带的最大有效拉力F=3100N，输送带的工作速度 V=1.8m/s,输送机滚筒直径D=290mm。1.3 传动系统工作条件 该传动装置单向传送，载荷有轻微冲击，空载起动，两班制工作，使用期限5年（每年按300天计算），运输带容许速度误差为5%。1.4 传动系统方案的选择 第二章 减速器结构选择及性能参数计算2.1 减速器结构本减速器设计为水平剖分，封闭卧式结构。2.2 电动机选择（一）工作机的功率Pw =FV/1000w=31001.8/（10000.96）=5.8kw（二） 总效率 查表各传动部分的效率如下： 带轮的效率 =0.96 闭式圆柱斜齿轮的效率 =0.97 一对滚动轴承的效率 轴承=0.98 联轴器的效率 =0.98 =2轴承 =0.960.970.9820.98=0.89（三）所需电动机功率Pd Pd=Pw/总=5.8/0.89=6.5kw，选取电动机 P额 =(11.3)Pd=(11.3) 6.5Kw=6.58.45kw. 查表得 P额 =7.5kw （四）确定电机转速 工作机卷筒轴的转速nw=601000vw/D=601000 1.8（3.1423290）=118.6r/min。根据表得，i带=24 i齿轮=35 ，i总=620。故电动机的转速nm=nw=（620） 118.6r/min =711.62372r/min。综合考虑，选择同 步转速1500r/min的Y系列电动机Y132M-4，其满载转 速nm=1440r/min 电动机的参数见下表型号额定功率满载转速额定转矩最大转矩 Y132M-4P额=7.5kwnm=1440r/min2.2 2.3 2.3 计算传动装置的总传动比并分配各级传动比 1，传动装置的总传动比 i=nm/nw=1440/118.6=12.14， 2,分配各级传动比 本传动装置有带传动和齿轮传动组成，因i=i带i齿轮，为使 减速器部分设计方便，取齿轮传动比i齿轮=4.25，取带传动 的传动比为i带=2.85。2.4计算传动装置的运动参数和动力参数（一） 各轴转速n 电机轴 nm=1440（r/min）轴 =nm/=1440/2.85=505（r/min） 轴 =/=505/4.4.25=119（r/min） （二）各轴功率P 电机轴 Pd=6.5kw 轴 P1=Pd*=6.5*0.96=6.24kw 轴 P2=P1*2轴承=5.9kw 滚筒轴功率P3=P22轴承=5.6kw（三）各轴转矩T 电动机轴Td=9550*Pd/ nm=43000 轴 T1=9550*P1/n1=118000 轴 T2=9550*P2/n2=473000 滚筒轴转矩 T3=9550*P3/nw=447000将上述数据列表如下：参数轴号电动机轴 I轴 II轴 滚筒轴1440505119118.66.56.245.95.6430001180004730004470002.854.2510.960.930.94第三章V带传动设计 带传动的计算参数见下表项目Pd/kwnm/r/mini0参数 6.5 14402.853.1确定计算功率查表13-8得=1.1，则=P=1.16.5=6.864KW3.2确定V带型号按照任务书得要求，选择普通V带。根据=6.864KW及nm=1440r/min，查图13-15确定选用A型普通V带。3.3确定带轮直径（1）确定小带轮基准直径根据表13-9，小带轮选用直径=125mm。取滑动率=0.02，=i （1-）=349.3mm，查表13-9取=355mm（2）验算带速v =9.42m/s 5m/sv25m/s,带速合适。3.4确定带长及中心距（1）初取中心距a0得336a0960ao=1.5（d1+d2）=720 mm 符合(2) 确定带长L0：根据几何关系计算带长得=2*720+1、2*3.14*（125+355）+（355-125）*（355-125） *1/4*1/720=2211.9681900mm根据表13-2，取Ld =2240mm。 (3)计算实际中心距=734mm调节范围amin=a-0.015Ld=700.4mm amax=a+0.03Ld=801.2mm3.5.验算包角=180-(355-125)*1/734*57.3=162120，包角合适。3.6.确定V带根数ZZ 根据dd1=125mm及n1=1440r/min，查表13-3得P0=1.92KW,查表13-5P0=0.17KW,查表13-7K=0.95,查表13-2KL=1.01则Z6.864*1/(1.92+0.17)*1.06*0.95=3.26取Z=4YFa2*YSa2/F2=0.0058 Mn=2.04取Mn=2.5mm a=122.9取a=123mm =arc cos=15.1056 d1=46.658mm， d2=199.39mm b=dd1=27.99mm,b2=30mm,取b1=35mm4.3验算齿面接触强度H=ZEZHZ=1041.14MPa= H=1500MPa安全。4.4齿轮的圆周速度V=1.23m/s10m/s安全4.5齿轮各参数如下表名称符号数值/mm端面模数Mt505螺旋角15.1056分度圆直径d1d246.568199.39齿顶高ha2.5齿根高 hf3.125齿全高h5.625頂隙c0.625齿顶圆直径da1da251.568204.39齿根圆直径df1df240.318,193.14中心距a123法面模数Mn2.5啮合角202P171表11-4 2P171表11-52P167查表11-12P169表11-32P175表11-6【2】p173图11-82P174图11-9V=1.23m/s第五章 轴的设计5.1低速轴的结构设计 低速轴的参数见表 项目/kW/r参数5.91195.1.1轴上零件的布置 对于单级减速器，低速轴上安装一个齿轮、一个联轴器，齿轮安装在箱体的中间位置；俩个轴承安装在箱体的轴承座孔内，相对于齿轮对称布置；联轴器安装在箱体的外面一侧。为保证齿轮的轴向位置和轴承润滑，还应在齿轮和轴承之间加一个挡油板。5.1.2零件的装拆顺序 轴上的主要零件是齿轮，齿轮的安装可以从左侧装拆。从方便加工的角度选轴上的零件从轴的左端装拆，轴承盖、轴承、挡油板、齿轮一次从轴的左端装入，右端的轴承从右端装入。5.1.3轴的结构设计 为便于轴上零件的安装，把轴设计为阶梯轴，后段轴的直径大于前段轴的直径，低速轴的具体设计如下 轴段安装轴承，用度端盖和挡油板轴向固定 轴段高于轴段，用来安装齿轮 轴段高于轴段，用来定位齿轮 轴段低于轴段，方便安装轴承； 齿轮在轴段上用键轴向固定。 轴段低于轴段形成轴肩，用来定位联轴器 低速轴的结构如下图所示 图15.2确定各轴段的尺寸5.2.1各轴段的直径 因本减速器为一般常规用减速器，轴的材料无特殊要求，故选用45钢 查教材表13-10 45钢的A =118107 代入设计公式d=A=（118107）mm=41.0340.00mm考虑该轴段与联轴器装配有一个键槽，故应将轴径增大5%，即d=（41.0340.00）（1+0.05）=42.0043.08mm ，又考虑到轴承选取 故轴段的直径确定为=45mm 轴段的直径应在故轴段的直径的基础上加上两倍的定位轴肩高度。这里取定位高度=（0.070.1）=4mm，即=+2=45+24=53mm,考虑该轴段安装轴承，故直径还应符合密封圈的标准，取=55mm 轴段的直径应根据所用的轴承类型及型号差轴承标准取得，预选该轴段用30211轴承（圆锥滚子轴承，轴承数据见【1】 P79），查得=55mm轴段上安装齿轮其直径应在的基础上加上两倍的安装轴 肩高度，这里取=57mm 轴段的直径=+2,是定位轴环的高度，取=4mm, =57+24=65mm53确定联轴器的型号根据安装联轴器轴的的直径，查附录F选联轴器型号为GYS6，联轴器安装长度L=108mm因本例转速较低，最后确定轴承润滑方式为脂润滑. 根据轴的结构需要，各轴段的长度确定如下： 低速轴各轴段长度见图15.4按钮转和弯曲组合进行强度校核 54.1计算轴上的作用力低速轴的转矩 T2=470000Nmm齿轮分度圆直径=199.39mm,=15.1056齿轮的圆周力=4714Nmm,cos=0.9655,tan=0.3639齿轮的径向力=Fttan/cos=4714tan/cosNmm=1803Nmm.Fa=Ft*tan=0.26995.4.2计算支反力及弯矩计算垂直平面内的支反力及弯矩a.求支反力,; b.求垂直平面的弯矩t图a计算水平平面内的支反力及弯矩图ba.求支反力和弯矩：对称布置，故求各截面的合成弯矩图c计算转矩T=473000N.mm确定危险截面及校核其强度按弯矩组合计算时，转矩按脉动循环变化考虑，取=0.6.=324N.M计算危险截面直径轴的材料为45钢调质=650MPa,=60MPa=37mm.受键槽影响取d=39mm45mm满足。5.4.3绘制低速轴的计算简图为计算轴的强度，应将载荷简化处理，斜齿圆柱齿轮，其受力可分解为圆周力Ft、径向力Fr，轴向力Fa。两端轴承可简化为一端活动铰链，一端为固定铰链。为计算方便，危险截面选择安装齿轮的轴段中心位置，位于两个支点的中间，距1支座距离为L/2=47.875mm.5.5高速轴的结构设计高速轴参数项目/kW/r参数6.245055.5.1轴上零件的布置 高速轴为齿轮轴其上安装一个带轮，齿轮在箱体的中间位置；俩个轴承安装在箱体的轴承座孔内，相对于齿轮对称布置；为保证轴的轴向位置，还应在齿轮和轴承之间加一个挡油板。5.5.2轴的结构设计 为便于轴上零件的安装，把轴设计为阶梯轴，后段轴的直径大于前段轴的直径，高速轴的具体设计如下 轴段安装带轮，用键轴周向固定 轴段高于轴段形成轴肩，用来定位带轮 轴段安装轴承，挡油板 轴段为齿轮； 轴段直径应和轴段直径相同，以使左右两端轴承型号一致。用挡油板和端盖轴向定位。高速轴的结构如下图 5.5.3确定各轴段的尺寸 高速轴为齿轮轴其材料为20GrMnT，取A=98 代入设计公式d=A=22.6mm考虑该轴段上有一个键槽，故应将轴径增大5%，轴段的直径确定为=32mm 轴段的直径应在的基础上加上两倍的定位轴肩高度。这里取定位高度=（0.070.1）=4mm，即=+2=32+24=40mm。轴段应根据所用的轴承类型及型号差轴承标准取得，预选该轴段用预选该轴段用30208轴承（圆锥滚子轴承，轴承数据见【1】 P79）d4=40mm5.6按钮转和弯曲组合进行强度校核5.6.1计算轴上的作用力从动轮的转矩 T=120000Nmm齿轮分度圆直径=46.568mm齿轮的圆周力=5154N齿轮的径向力=1943N轴向力Fa=525N,K=87.475mm5.6.2计算支反力及弯矩计算垂直平面内的支反力及弯矩a. 求支反力弯矩图b计算水平平面内的支反力及弯矩a. 求支反力和弯矩图c求FQ在支点产生的反力和弯矩图d求各截面的合成弯矩计算转矩T=118000N.mm确定危险截面及校核其强度按弯矩组合计算时，转矩按脉动循环变化考虑，取=0.6.计算危险截面轴的直径轴为20GrMnT渗碳淬火=29mm考虑到键槽的削弱d加大5%=30.25mm32mm 合格5.6.3绘制低速轴的计算简图 为计算轴的强度，应将载荷简化处理，斜齿圆柱齿轮，其受力可分解为圆周力Ft、径向力Fr，轴向力Fa。两端轴承可简化为一端活动铰链，一端为固定铰链。危险截面选择齿轮的轴段中心位置，位于两个支点的中间，距1支座距离为L/2=46.375mm第六章 轴承、键和联轴器的选择6.1低速轴键的选择及强度校核6.1.1选择键的尺寸 低速轴上在段轴和段轴两处各安装一个键，按一般使用情况轴段选择采用A型普通平键连接，轴段选择采用C型单圆头普通平键连接查【1】P56表4-1选取键的参数，见表段轴=57mmbh=16mm10mmL1=20mm段轴=45mmbh =14mm9mmL2=90mm标记为：键1：GB/T1096 键 161020键2：GB/T1096 键 149906.1.2校核键的强度轴段上安装联轴器，轴段上安装齿轮静联接校核挤压强度:L=L-b ,T=45000N.mm轴段：=92.5小于许用应力 合理轴段：=61小于许用应力 合理所以键连接强度满足要求6.2高速轴键的选择及强度校核6.2.1选择键的尺寸高速轴上在轴段安装一个键，按一般使用情况轴段选择采用C型单圆头普通平键连接查【1】P56表4-1选取键的参数见表段轴=32mmbh=10mm8mmL=40mm 标记为：键1：GB/T1096 键 108406.2.2校核键的强度轴段上安装带轮静联接校核挤压强度:L=L-b ,T=12000N.mm轴段：=62.5小于许用应力 合理所以键连接强度满足要求6.3选择轴承及计算轴承寿命6.3.1轴承型号的选择高速轴选轴承类型为圆锥滚子轴承，型号为30208低速轴选轴承类型为圆锥滚子轴承，型号为302116.3.2轴承寿命计算 低速轴： 正常使用情况，查【2】P279表16-8和16-9得: ft= 1,fp=1.2,=3 查1P79表6-7:轴承30211 d=55mm,基本额定动载荷Cr=90800N,基本额定静载荷Co=115000N，临界系数e=0.4，当A/R=e时x=0.5,y=1.5计算轴承受力径向力轴向外载荷Fa=1272N派生的轴向力S计算轴承的轴向载荷因为SB与轴向外载荷方向相反切SB=1080N,Fa+SA=2072NSBe=0.4则x=0.5,y=1.5故PB=fd(xRB+YAB)=5671N对于轴承BAA/RA=0.33PA按PB计算轴承寿命Lh1=（）3=1500000=36000h 合格第七章 减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构尺寸的计算及装配图7.1 润滑的选择确定 7.1.1润滑方式 1.轴承的润滑方式取决于浸油齿轮的圆周转速度，即大齿轮的圆周速度，大齿轮的的圆周速度v=dan/60000=1.27m/s, 选用脂润滑7.2密封形式 1.因轴的转速不高，高速轴的轴颈圆周速度v=d2n/60000=1.065m/s，故高速轴处选用接触式毡圈密封 2.低速轴轴颈的圆周速度为v=d2n/60000=0.34m/s5m/s，故低速轴处也选用接触式毡圈密封 7.3箱体主要结构尺寸计算及附件的设计 7.3.1箱体的选择 一般情况下，为制造和加工方便，采用铸造箱体，材料为铸铁。箱体结构采用剖分式，剖分面选择在轴线所在的水平面 。名称符号数值箱座壁厚8箱盖壁厚8箱盖凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺栓直径M18盖与座连接螺栓直径M10连接螺栓d2的间距l175轴承端盖连接螺栓直径d3M8视孔盖螺栓直径d4M6定位销直径d6df,d1,d2至外箱壁距离C125,21,17df,d2至凸缘边缘距离C223,19,15轴承旁凸台半径R119凸台高度h45外箱壁至轴承座端面的距离L148铸造过度尺寸X,y大齿轮顶圆与内箱壁距离10箱盖箱座肋厚6.8,6.8轴承端盖外径D2140轴承旁边连接螺栓距离s140箱座凸缘厚度b12地脚螺栓数目n4轴承旁连接螺栓直径M14齿轮端面与内箱壁距离10,12.57.3.2轴承端盖的选择选用凸缘式轴承端盖，根据轴承型号设计轴承盖的尺寸：名称轴左端盖轴右端盖轴右端盖轴左端盖 9 999100100120120120120140140e9.69.69.69.61010101068688888767696967777979713-8839-5353b7777h6.36.36.36.3m202020207.3.3确定检查孔与孔盖根据减速器中心距a=150mm，查表5-15得：检查孔尺寸：L=120mm，b=70mm检查孔盖尺寸：l1=150mm，b1=100mm，b2=85mm，l2=135mm，d4=8mm 材料：Q235，厚度取6mm7.3.4确定通气器选用表5-15中通气器1，选用M161.57.3.5油标装置选用表5-16中M127.3.6螺塞选用表5-19中M161.57.3.7定位销选用圆锥销。查表5-20可得：销钉公称直径d=8mm7.3.8起吊装置按中心距查表5-21得，箱体重量85kg，选用吊环螺钉为M10第八章 设计体会第九章 参考文献序号 名称 主编 出版社【1】机械设计课程设计手册吴宗泽 高志罗圣国 李威高等教育出版社【2】机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴李仲生高等教育出版社【3】机械制图（第六版）何铭新 钱可强徐祖茂高等教育出版社 d=41.0340.00mm=55mm=65mm=4714Nmm=1803NmmT=473000N.mmd=39mm=32mmd4=40mm=46.568mmd=29mm