机械设计课程设计(锥齿轮2-B).doc

机械设计课程设计
说明书

设计题目 链板式输送机传动装置

机电学院05051101班

设 计 者： 尚臣龙

学 号：2011301356

2014-07-12
西北工业大学

目 录

课程设计题目
第一部分 传动方案拟定
第二部分 电动机的选择
第三部分 计算总传动比及分配各级的传动比
第四部分 运动参数及动力参数计算
第五部分 传动零件的设计计算
第六部分 轴的设计计算
第七部分 深沟球轴承的选择及校核计算
第八部分 键联接的选择及校核计算
第九部分 联轴器的选择
第十部分 润滑及密封
第十一部分 箱体及附件的结构设计和选择
设计小结
参考资料

1. 设计目的
机械设计课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课。课程设计则是机械设计课程的实践性教学环节，同时也是高等工科院校大多数专业学生第一次全面的设计能力训练，其目的是：
（1）通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论与实际知识去分析和解决机械设计问题的能力。
（2）学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。
（3）通过制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件工作能力，确定尺寸和掌握机械零件，以较全面的考虑制造工艺，使用和维护要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件，机械传动装置或简单机械的设计过程和方法。
（4）学习进行机械设计基础技能的训练，例如：计算，绘图，查阅设计资料和手册，运用标准和规范等。

2. 设计方案及要求
课程设计题目：
设计链板式运输机传动装置（简图如下）

原始数据：
输送链的牵引力F/kN
1.2
运输机链速V/(m/s)
0.75
传送链链轮的节圆直径d/mm
92
工作条件：连续单向转动，工作时有轻微震动，使用年限10年(每年300个工作日)，小批量生产，两班制工作，输送机工作轴转速允许误差为5％。链板式传动机的传动效率为0.95。
计算与说明
主要结果
第一部分 传动方案拟定
传动方案（已给定）
1） 外传动为V带传动。
2） 减速器为一级展开式圆锥齿轮减速器。
3） 方案简图如下：

第二部分 电动机的选择
1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机
2、电动机功率选择：
1.工作机所需功率：
2.从电动机到工作机输送链之间的总效率为
=
式中，，，，分别为链板传动效率, 滚动轴承效率，齿轮传动效率，联轴器效率，带传动效率。据《机械设计手册》知=0.95，=0.98，=0.97，=0.99，=0.96，则有：

所以电动机所需的工作功率为：

电动机额定功率

3、确定电动机转速：
计算鼓轮工作转速：

按手册推荐的传动比合理范围，取圆锥齿轮传动一级减速器传动比范围=2～3。取V带传动比=2～4，则总传动比理时范围为i=4～12。转速范围（623.096-1869.288r/min）
符合这一范围的同步转速有750、1000和1500r/min。
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，可见转速1500r/min比较适合，则选n=1500r/min 。
4、确定电动机型号
根据以上选用的电动机类型，由理论需求电机功率：
及同步转速，选定电动机型号为Y90L-4。
其主要性能：额定功率：1.5KW，满载转速1400r/min。
第三部分 计算总传动比及分配各级的传动比
1、 总传动比：

2、分配各构件传动比：

3、 初定减速器内的传动比，则带传动的传比就为

第四部分 运动参数及动力参数计算
1、各轴转速：
电动机转速
小锥齿轮轴转速
大锥齿轮转速
链轮轴转速
2、 各轴功率：

3、 各轴转矩：
电动机轴：
轴1：
轴2：
轴3：
4、参数汇总
参 数
转速（r/min）
功率（kW）
转矩（）
轴Ⅰ
467.32
1.44
29.43
轴Ⅱ
155.77
1.37
83.92
轴Ⅲ
155.77
1.33
81.42
第五部分 传动零件的设计计算
1. 皮带轮传动的设计计算
（1） 选择普通V带截型
由机械设计课本表6-7得：工况系数kA=1.3

所以由图6-10选择z型v带
（2） 确定带轮基准直径，并验算带速选取
轴Ⅰ的实际转速:

验证带的速度：

介于之间，合适。
（3） 确定带长和中心矩
按设计要求

取

查表6-2取
实际轴间距

安装时所需最小轴间距离

张紧或补偿伸长所需最大轴间距离

(4) 验算小带轮包角
包角

包角合适。
(5)确定带的根数
由 ， 及表6-2、6-4、6-5和6-6
得 ，，，，则

可以选取
(6)计算轴压力
单根v带的初拉力：由表6-3得:

压轴力：

小轮基准直径
小轮外径
由表6-11得：
带轮宽
大轮基准直径
大轮外径
2．齿轮传动的设计计算
1、选定精度等级，材料热处理方式，齿数初定：
1）本输送机工作速度、功率都不高，选用7级精度；
2）选择小齿轮材料为40Cr，调质处理，硬度
3）大齿轮材料为45钢，调质处理，硬度为机械设计教材表8-1
4）选取小齿轮齿数Z1=20，初步确定传动比为i2=3则大齿轮齿数Z2= i2 Z1=3×20=60
5）此时传动比
2、按齿面接触疲劳强度计算：
锥齿轮以大端面参数为标准值，取齿宽中点处的当量齿轮作为强度计算依据进行计算。表8-2和8-4
由公式其中为齿轮节点区域系数，为弹性影响系数
1) 初拟载荷系数，取齿宽系数
计算节锥角

2) 按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限为：
应以大齿轮材料所决定的许用接触应力为准,对45号钢,取,大齿轮：
3) 接触疲劳强度寿命系数
取安全系数,
计算接触疲劳的寿命系数,式中
,
因,故
4)计算接触疲劳许用应力
许用接触应力

5）按齿面接触强度设计传动
区域系数
弹性影响系数
由式8-11得小齿轮分度圆直径：

齿轮模数
3、按齿根弯曲疲劳强度计算：

两齿轮的当量齿数

查8-3表 得
对小齿轮取,对大齿轮仍用接触强度时的数据,取,按线性插值得弯曲疲劳极限分别为

许用应力

较大，故选其校验

4、确定模数
综上 , 根据标准模数表取
5、齿轮参数计算：
由齿数求分度圆直径

计算中心距

锥距R，由

齿宽
圆整取

6、齿轮参数汇总：
名 称
代 号
小锥齿轮
大锥齿轮
齿数
Z
20
60
模数
m
3mm
分锥角
δ

分度圆直径
d（mm）
60
180
齿顶高
ha (mm)a
3
齿根高
hf(mm)
3.6
齿顶圆直径
da(mm)
65.6921
181.8974
齿根圆直径
df(mm)
53.1695
177.7232
锥距
R(mm)
94.8683
顶隙
c(mm)
0.6
分度圆齿厚
S(mm)
4.712
当量齿数
ZV
21.08
189.74
齿宽
β(mm)
28
齿宽系数
φR
0.3
平均分度圆直径
d（mm）
51
153
第六部分 轴的设计计算？
输入轴的设计计算
1、按照扭转强度初定直径
选用45号钢作为轴的材料，调质处理，取
估算最小轴径：

考虑有键槽，将直径增大5%，则

考虑到键槽对轴强度的削弱以及带轮对小轴有较大的拉力，我们选择小轴最小径。
2、输入轴的结构设计
( 1 )轴上零件的定位，固定和装配
1 2 3 4 5 6
( 2 )确定轴各段直径和长度
Ⅰ段: d1=20mm 长度取L1=60mm
键长 50mm b=h=6mm
Ⅱ段: d2=25mm 长度取L2=30mm
Ⅲ段: d3=30mm长度取L3=15mm用来和轴承进行过度配合，初选用30206型圆锥滚子轴承。
Ⅳ段： d4=28mm长度为L4=42mm
Ⅴ段： d5=30mm长度为L5=26mm用来和轴承进行过度配合，初选用30206型圆锥滚子轴承。
Ⅵ段：齿轮部分
( 3 )轴强度校核
齿轮之间的力：
对小锥齿轮受力分析：
（外）
（左）
（下）
带轮处：
（下）
对输入轴进行受力分析得
轴承1 ：Fr1=1.144KN（上）
Ft1=1.154KN（外）
轴承2：Fr2=0.206KN（下）?
Ft2=2.127KN（里）?

轴承3位置为危险截面
这里只校核危险截面3的强度。轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取折合系数
首先计算截面3的抗弯截面系数
？
？

轴的计算应力

该轴材料为45号钢，调质处理，查得其许用应力因此，，故满足要求。
输出轴的设计计算
1、按照扭转强度初定直径
选用45号钢最为轴的材料

考虑有键槽，将直径增大5%，则

考虑到联轴器的尺寸，我们选大轴最小径
2、输出轴的结构设计
( 1 )轴上零件的定位，固定和装配

1 2 3 4 5 6
( 2 )确定轴各段直径和长度
Ⅰ段: d1=28mm、长度取L1=60mm，与联轴器相连。

Ⅱ段:由轴肩高度取（0.07~0.1）d1 取 d2=32mm 长度取L2=31mm。
Ⅲ段: d3=33mm长度取L3=35mm用来和轴承进行过度配合，初选用30207型圆锥滚子轴承。
Ⅳ段：d4=40mm长度为L4=96.3mm，定位。
Ⅴ段：d5=36mm长度为L5=46mm，与大齿轮配合。
VI段：d6=35mm长度为L6=31mm，和轴承进行过度配合,初选用30207型圆锥滚子轴承。
( 3 )轴强度校核
齿轮之间的力：
Fa2=0.395KN
Fr2=0.132KN
Ft2=Ft1=1.154KN
大齿轮上的动力参数：
P2=1.3689kw 转速 n2=155.7736r/min T2=83.9230Nm

危险面2处的弯矩：表12-6

由于轴单向转动，扭矩可以认为按脉动循环变化，故取折合系数

前已选定轴的材料为45号钢，正火处理，查得，因此，故满足要求。
第七部分 圆锥滚子轴承的选择及校核计算
根据根据条件，轴承预计寿命
L=10×300×12=36000h
由于轴承会受到较大的轴向力，故选择深沟球轴承
1、对于从动轴，选择30207轴承，由受力分析知：
，

而查表知 基本额定动载荷
故查表得，，,则当量动载荷, 载荷系数
，

，因,所以按轴承1的受力大小验算

而使用期限L=10×300×12=36000h，故，满足要求。
2、对于主动轴，选择30206轴承，由受力分析知：
，，

而查表知 基本额定动载荷,

故查表得，，,则当量动载荷,载荷系数
，

，且，则

而使用期限L=10×300×12=36000，故，满足要求。

第八部分 键联接的选择及校核计算
（1）带轮与输入轴所用键的校核
轴径，轴长
选用A型平键，通过查表得到

轮毂的材料是铸铁，键和轴的材料是45号钢，选用较小的材料做为计算，即

，满足要求。
（2）输出轴和齿轮连接采用的键的校核
轴径，轴长
采用A型平键连接。通过查表得到

轴和齿轮的材料都是45号钢，所以抗压需用应力是：

，满足要求。
（3）输出轴和联轴器连接采用的键的校核
轴径，轴长
采用A型平键连接。通过查表得到

轮毂的材料是铸铁，键和轴的材料是45号钢，选用较小的材料做为计算，即

，满足强度要求。

第九部分 联轴器的选择
减速器的输出轴与工作机之间用联轴器连接，由于轴的转速较低，传递转矩较大，综合考虑选用弹性套柱销联轴器，联轴器上的扭矩为83.9230Nm，选用型号为LT5。

第十部分 润滑及密封
齿轮的润滑
采用浸油润滑，由于低速级周向速度为1.54m/s，为锥齿轮传动，浸油高度应没过大锥齿轮齿宽，至少应没过1/2齿宽，齿顶距箱底至少30mm,这里设计为45mm。选用CKC150润滑油。
轴承的润滑
由于浸油齿轮的圆周速度，齿轮不能有效的把油飞溅到箱壁上，因此选用脂润滑方式。脂润滑具有形成润滑膜强度高，不容易流失，容易密封，一次加脂可以维持相当长一段时间，也有利于传动装置的维护。
选用ZL-2号通用锂基润滑脂（GB 7324-1994） 。
密封
端盖与轴间的密封
轴承用轴承盖紧固，已知轴承用脂润滑，且轴的最高圆周速度不超过2m/s，属于低速范畴，因此这里可以使用毡圈油封。毡圈油封结构简单，摩擦较大，易损耗，应注意及时更换。

第十一部分 箱体及附件的结构设计和选择
减速器附件的选择
起吊装置：采用箱盖吊环螺钉、箱座吊耳
通气器：由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M12×1.25
油面指示器：选用油尺M12
放油螺塞：选用外六角油塞及垫片M14×1.5
箱体及其附件参数
名 称
尺 寸（mm）
箱 座 壁 厚
8
箱 盖 壁 厚
8
箱盖凸缘厚度
12
箱座凸缘厚度
12
箱座底凸缘厚度
20
地脚螺钉直径
12
地脚螺钉数目
4(个)
小锥齿轮轴轴承旁
连接螺栓直径
10
大锥齿轮轴轴承旁
连接螺栓直径
10
盖与座连接螺栓直径
8
轴承端盖螺钉直径
M6
视孔盖螺钉直径
M6
定位销直径
6`
凸台高度
39
大齿轮顶圆与内箱壁距离
10
箱盖，箱座肋厚
6.8
主动端轴承端盖外径
92
被动端轴承端盖外径
112
箱体的附件包括窥视孔及窥视孔盖、通气器、轴承盖、定位销、启箱螺钉、油标、放油孔及放油螺塞、起吊装置等等。
箱体 加工工艺路线：铸造毛坯→时效→油漆→划线→粗精加工基准面→粗、精加工各平面→粗、半精加工各主要加工孔→精加工主要孔→粗、精加工各次要孔→加工各紧固孔、油孔等→去毛刺→清洗→检验。
减速器的装拆顺序及注意事项 ：箱体和箱盖通过螺栓连接，拆下螺栓即可将箱盖取下，对于两轴系零件，整个取下该轴，即可一一拆下各零件。其它各部分拆卸比较简单。 拆卸零件不要用硬东西乱敲，以防敲毛敲坏零件，影响装配复原。对于不可拆的零件，如过渡配合或过盈配合的零件则不要轻易拆下。对拆下的零件应妥善保管，以免丢失。
技术要求：
1.装配前，滚动轴承用汽油清洗，其它零件用煤油清洗，箱体内不允许有任何杂物存在，箱体内壁涂耐磨油油漆；
2.齿轮副的侧隙用铅丝检验，侧隙值应不小于0.14mm；
3.滚动轴承的轴向调整间隙均为0.05-0.1mm；
4.齿轮装配后，用涂色法检验齿面接触斑点，沿齿高不小于65%，沿齿长不小于60%；
5.减速器剖面分面涂密封胶或水玻璃，不允许使用任何填料；
6.减速器内装L-AN15（GB443-89），油量应达到规定高度；
7.减速器外表面涂绿色油漆。

电动机型号为Y90L-4

i=8.9874

z型带

输入轴
满足要求

输出轴
满足要求

输出轴承
30207

输入轴承
30206

输入轴采用A型键
6×6×50

输出轴与齿轮采用A型键
10×8×32

输出轴与联轴器采用A型键
10×8×32

轮毂采用A型键
8×7×50

凸缘联轴器

锂基润滑脂

十一、设计小结
经过这两周忙碌且充实的机械课程设计，我觉得我付出了许多，也收获了许多。这次的课程设计让我将以前学习的理论知识进一步的巩固与吃透，也深深的体会到了一个工程中的机械设计人员的辛苦。在这次课程设计实习过程中，我曾经遇到了许许多多的困难，从刚开始的不知所措，然后通过问同学，问老师，亦或者自己反过去查阅课本，复习以前学过的知识，直到最终将问题解决。这一切的付出与努力，在最终大图画完的时候都变成的珍贵的回忆，通过这次课程设计，我明白了一个道理，在做一件事情的时候只要你可以全身心的投入进去，在面对困难时不退缩，那么最终一定会收获到自己的想要的结果。
十二、参考书目：
《机械设计课程设计》……………………西北工业大学 李育锡 主编
《机械制图》……………………西北工业大学 臧宏琦 王永平 主编
《机械设计基础》…………………………………………李育锡 主编