设计胶带运输机的zdd型传动装置课程设计-毕业论文.doc

《机械设计基础》
课程设计
说明书

班 级：
姓 名：
学 号：
指导教师：

中国矿业大学应用技术学院
目录
1 设计任务书---------------------------------------------------4
2 传动装置总体设计方案
2.1 拟定传动方案-----------------------------------------------5
3 电动机的选择计算
3.1 所需电动机的输出功率---------------------------------------6
3.1.1 工作机的功率---------------------------------------------6
3.1.2 传动装置的总效率-----------------------------------------6
3.1.3 所需电动机的输出功率-------------------------------------6
3.2 选择电动机的转速-------------------------------------------6
3.2.1 计算传动滚筒的转速---------------------------------------6
3.2.2 选择电动机的转速-----------------------------------------7
3.3 选择电动机的型号-------------------------------------------7
4 传动装置的运动和动力参数计算
4.1 分配传动比-------------------------------------------------8
4.1.1 总传动比-------------------------------------------------8
4.1.2 各级传动比的分配-----------------------------------------8
4.2 各轴功率、转速和转矩的计算---------------------------------9
5 传动零件的设计计算
5.1 V带传动的设计----------------------------------------------10
6 齿轮的设计计算
6.1齿轮材料和热处理选择----------------------------------------12
6.2 齿轮几何尺寸的设计计算-------------------------------------15
6.3 齿轮的结构设计---------------------------------------------16
7 轴的设计计算
7.1轴的材料和热处理的选择-------------------------------------18
7.2 轴几何尺寸的设计计算--------------------------------------18
8 轴承 键 联轴器的选择
8.1 轴承的选择和校核------------------------------------------24
8.2 键的选择计算和校核----------------------------------------25
8.3 联轴器的选择------------------------------------------------26
9 减速器的润滑 密封及附件的选择确定以及箱体主要结构尺寸的计算
9.1 润滑的选择确定---------------------------------------------27
9.2 密封形式---------------------------------------------------27
9.3 减速器附件的选择确定---------------------------------------27
9.4 箱体主要结构尺寸计算--------------------------------------28
10 总结------------------------------------------------------29
11 参考文献------------------------------------------------31

1. 设计任务书
题目名称：设计胶带运输机的ZDD型传动装置
传动中ZDD型传动装置的技术数据
组号
2
滚筒圆周力
1600F/N
带速
2.20/
滚筒直径
300D/mm
滚筒长度
400L/mm

带传动中ZDD型传动装置的工作条件
项目
A
B
C
工作年限
8
10
15
工作班制
2
2
1
工作环境
清洁
多灰尘
灰尘较少
载荷性质
平稳
稍有波动
轻微冲击
生产批量
小批
小批
单件
检修周期
三年大修
两年大修
三年大修

数据：滚筒转矩T=460(N.m) .滚筒转速n=120(r/min)
工作条件：二班制，连续单向运转。载荷平稳，空载启动滚筒效率为0.97。
使用期限：大修期四年。
生产条件：中等规模机械厂，可加工7——8级精度齿轮。
动力来源：电力，三相交流（220/380V）。
运输带速度允许误差：±5%。
设计工作量：1.设计说明书1份。
2.零件图1张。

2. 传动装置总体设
2．1拟定传动方案

采用单级圆柱齿轮减速器

3电动机的选择
3.1 所需电动机的输出功率
3.1.1 传动装置的总效率
传动装置的总效率
确定各部分的效率如下：（1）联轴器的效率：=0.99
（暂定为弹性联轴器）
（2）一对球轴承的效率：=0.99
（稀润滑油）
（3）闭式齿轮传动的效率：=0.98
（暂定齿轮精度为7级，油润滑）
（4）V带传动的效率：=0.94
（5）传动滚筒的效率：=0.97
传动总效率：

3.1.2 所需电动机的输出功率
所需电动机的功率

按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，电压380V，Y系列。根据Y电动机功率，可选Y132M-4型，或选Y160M-6型，额定功率均为7.5KW，均满足要求

3.2 选择电动机的转速
3.2.1 计算传动滚筒的转速
传动滚筒的工作转速
3.2.2 选择电动机的转速
根据传动比合理范围，取V带传动比,一级圆柱齿轮减速器传动比，则总传动比的合理范围为，故电动机可选范围为
符合这一范围的同步转速有1000、1500、3000r/min。
现以同步转速为1500r/min和1000r/min两种方案进行比较
方案号
电动机号
额定功率/KW
同步转速/(r/min)
满载转速/(r/min)
总传动比
1
Y132S-4
5.5
1500
1440
10.28
2
Y132M2-6
5.5
1000
960
6.85

比较两方案可见，方案1选用的电动机虽然质量价格较低，但总传动比大。为了使传动装置结构紧凑，决定选用方案2。

3.3 选择电动机的型号
Y132M2-6型电动机外形及安装尺寸
中心高H
外形尺寸
L×(AC/2+AD)×HD
底角安装尺寸
A×B
132
508×（270/2+210）×315
216×140

地脚螺栓孔直径K
轴伸尺寸
D×E
键的尺寸
F×GD
12
38×80
10×8

4 传动装置的运动和动力参数计算
4.1分配传动比
4.1.1 总传动比
电动机型号为Y132M2-6，满载转速为，
总传动比
4.1.2 各级传动比的分配
选定V带的传动比
则减速器的传动比
4.2 各轴功率、转速和转矩的计算
（1）0轴：电动机轴

（2）1轴：减速器高速轴
动力经减速器到高速轴中间有V带，故：

（3）2轴：减速器低速轴
动力经减速器到低速轴中有齿轮和轴承，故：

（4）3轴传动滚筒轴
动力经低速轴到滚筒轴经历一对滚动轴承和联轴器，故：

0.87

4.05kw

=140.13
(r/min)

Y132M2-6型电动机

各轴运动和动力参数的计算结果见表：
轴的名称
输入功率P/kw
输入转矩T/(N·m)
转速n/(r/min)
电动机轴（0轴）
4.05
40.29
960
高速轴（1轴）
3.81
83.32
436.36
低速轴（2轴）
3.70
121.57
140.31
滚筒轴（3轴）
3.63
119.15
140.31
传动形式与传动比汇总
传动比
效率

2.20
0.94
3.11
0.97
1.00
0.98

5 传动零件的设计计算
5.1 V带传动的设计
已知：电动机的输出功率，转速，减速器输入轴转速，方案A，二班制。
1、确定V带型号
1）工作情况系数。
由教材表13-8得
2）计算功率

3）带型号
根据计算功率，查表教材图13-15，选用A型带。
2、确定带轮的基准直径。
1）小带轮基准直径。
根据上文选用的A型带，查教材表13-9得，查教材图13-15得，故取。
2）大带轮基准直径
根据教材可知
式中：——V带传动的滑动率，通常，本题取=0.02，带入上式得

应符合带轮基准直径系列，故查教材表13-9取（虽然使略有减少，但其误差<5%，故允许）
3） 验算带速
小带轮带速

普通V带的最大带速，小带轮带速在此范围内，故满足要求。
3、 V带基准长度和中心距
1）初定中心距。
一般推荐按下式初步确定中心距：

本题初步选取中心距

2） V带基准长度
由教材公式可知，V带长度为

查教材表13-2，取V带的标准长度
3）计算实际中心距。
由教材公式可知
4、验算小带轮包角

5、确定V带的根数。
由教材公式可知，V带的根数为

其中，由教材表13-3，查得单根V带的基本额定功率

由教材公式可知，可计算V带的传动比

由教材表13-5，根据上文得出的V带型号、传动比、小带轮转速，
查得。
由教材表13-7，根据上文得出的，查得
由教材表13-2，查的。
将上述参数代入求V带根数的公式中，计算V带根数为

故V带的根数取4跟。
6、 求V带的初拉力和作用在轴上的压力
1）初拉力。
由教材公式可知，单根V带的初拉力为

由教材13-1查得，V带单位长度质量,代入上式可得单根V带的初拉力为

作用在轴上的压力。

轴号
功率
P/kW
N /(r.min-1)
/
(N﹒m)

i

0
6.72
970
66.16
2.4
0.95
1
6.3
404
149.4
2
5.98
120
476.6
23.51
0.97
3
5.80
120
461.7
1
0.97
6 齿轮的设计计算
1、 选择齿轮类型、精度等级、材料及确定许用应力。
1）根据本文传动方案，本题选用直齿圆柱齿轮。
2）本题的带式运输机为一般工作机器，速度不高，故 根据教材表11-2选择齿轮精度为7级。
3）由于本题的载荷为中等冲击，且为单向运转，所以齿轮采用软齿面。根据教材11-1，选用齿轮材料及力学性能如下。
6.1 齿轮材料和热处理的选择
小齿轮选用45号钢，调质处理，齿面硬度为250HBS
大齿轮选用45号钢，正火处理，齿面硬度为200HBS
6.2 齿轮几何尺寸的设计计算
6.2.1 按照接触强度初步设计齿轮主要尺寸
由《机械零件设计手册》查得
,SHlim = 1

=3.51
由《机械零件设计手册》查得
ZN1 = ZN2 = 1 YN1 = YN2 = 1.1
由

小齿轮的转矩
(N﹒m)
1. 选载荷系数K
由原动机为电动机，工作机为带式输送机，载荷平稳，齿轮在两轴承间对称布置。查《机械原理与机械零件》教材中表得，取K＝1.1
2. 计算尺数比
=3.51
3. 选择齿宽系数
根据齿轮为软齿轮在两轴承间为对称布置。查《机械原理与机械零件》教材中表得，取＝1
4. 计算小齿轮分度圆直径
≥= = 88.4( mm)

5. 确定齿轮的齿数和
=30 =105.3 取 Z2 = 105

6. 实际齿数比
=3.5
齿数比相对误差 =0.0029
Δ<±5% 允许
7. 模数为
m===2.95
齿宽
按表4-1取m=3mm,实际的=,
中心距

Z1 = 30
Z2 =105

=90mm
=315mm

6.2.2 齿轮弯曲强度校核
验算轮齿弯曲强度
1、 计算两齿轮齿根的弯曲应力
由图11-8得 =2.6 =2.27

由式（11-5）

由此可知齿轮的弯曲强度足够

6.2.3 齿轮几何尺寸的确定
齿顶圆直径 由《机械零件设计手册》得 h*a =1 c* = 0.25
(mm)

齿距 P = 3×3.14=9.42(mm)
齿根高
齿顶高
齿根圆直径

6.3 齿轮的结构设计
小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构大齿轮的关尺寸计算如下：
轴孔直径 d=50
轮毂直径 =1.6d=1.6×50=80
轮毂长度
轮缘厚度 δ0 = (3～4)m = 6～8(mm) 取 =8
轮缘内径 =-2h-2=321-2×6.75-2×8= 291.5(mm)
取D2 = 292(mm)
腹板厚度 c=0.3=0.3×66=19.8

=96mm
=321mm

P=9.42mm
hf=3.75mm
ha=3mm
df1=82.5mm
df2=307.5mm
取c=20(mm)
腹板中心孔直径=0.5(+)=0.5(80+292)=186(mm)
腹板孔直径=0.25（-）=0.25（292-80）
=53(mm)
取=30(mm)
齿轮倒角n=0.5m=0.5×3=1.5
齿轮工作如图2所示：

7 轴的设计计算
7.1 轴的材料和热处理的选择
由《机械零件设计手册》中的图表查得
选45号钢，调质处理，HB217～255
=650MPa =360MPa =280MPa
7.2 轴几何尺寸的设计计算

7.2.1轴，高速轴的设计
(1) 确定输入轴上各部位的尺寸（如图）

1.选择轴的材料，确定许用应力。
由已知条件知减速器传递的功率属于中小功率，对材料无特殊要求，故选用45钢并经调质处理。查书强度极限σB=650MPa，许用弯曲应力【σ-1b】=60MPa。
2. 按钮转强度估算轴径。
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=Φ30mm，又带轮的宽度B=（Z-1）·e+2·f=（5-1）×15+2×9=78mm，则第一段长度L1=80mm

右起第二段直径取D2=Φ38mm
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d×D×B=40×80×18，那么该段的直径为D3=Φ40mm，长度为L3=20mm（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=Φ48mm，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=78 径为Φ68.75mm轮的宽度为70mm，则，此段的直径为D5=Φ78mm，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=48mmL6=10mm，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=Φ40mm，长度L7=18mm

（2）求齿轮上作用力的大小、方向：
小齿轮分度圆直径：d1=68.75mm
作用在齿轮上的转矩为：T= 9.55×106·P/n=115746N·mm
求圆周力：Ft, Ft=2T2/d2=2×115746/68.75=3367.1563N
求径向力Fr, Fr=Ft·tanα=3367.1563×tan200=1254.1006N
Ft，Fr的方向如下图所示
FHA=FHB=Ft/2=3367.1563/2=1683.578N
Ⅰ-Ⅰ截面处的弯矩为: MHC1=1683.578×57.5=96805.7436N·mm
Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩为：MHC2=1683.578×20=3367.156 N·mm
（3）、作垂直平面内的弯矩图:支点反力。
FVA=650.8787、FVB=603.2218
Ⅰ-Ⅰ截面左侧的弯矩为：Mvi左=34685.2535 N·mm
Ⅱ-Ⅱ截面右侧的弯矩为：Mvi右=13017.574 N·mm
做合成弯矩图：
Ⅰ-Ⅰ截面：Mi左=90378.56、Mi右=34848.307
求当量弯矩，修正系数a=0.6
Ⅰ-Ⅰ截面：Mei=77700.5 N·mm，Ⅱ-Ⅱ截面：Meii=70576.817 N·mm
由图14.21可以看出截面Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ所受弯矩相同，但弯矩Mei＞Meii，且轴上还有键槽，但由于轴径d4＞d3，故也应对截面Ⅱ-Ⅱ进行校核。
Ⅰ-Ⅰ截面：σeⅠ= MDⅠ/W=2.3911mpa
Ⅱ-Ⅱ截面：σeⅡ= MDⅡ/W=11.027mpa
查教材272页表14.2得【σ-1b】=60MPa，满足σe≤【σ-1b】的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定的余量。受力图如下

7.2.1 按照扭转强度初步设计轴的最小直径
从动轴=c=115=41.8考虑键槽 =41.8×1.05=44.0选取标准直径=46
7.2.2 轴的结构设计
根据轴上零件的定位、装拆方便的需要，同时考虑到强度的原则，主动轴和从动轴均设计为阶梯轴。
7.2.3 轴的强度校核
从动轴的强度校核
圆周力 ==2000×461.73/218=4236.06
径向力 =tan=4236.06×tan20°=1541.8
由于为直齿轮，轴向力=0
L=110mm
==0.5=0.5×1541.8=770.90
=0.5L=770.90×110×0.5/1000=42.40
==0.5=0.5×1541.8 =770.9
=0.5L=770.9×110×0.5/1000=42.3
转矩T=158.872
校核
===59.90
===112.58
由图表查得，=55MPa
d≥10=10=27.35(mm)
考虑键槽d=27.35mm < 45mm
则强度足够

8 轴承、键和联轴器的选择
8.1 轴承的选择及校核
考虑轴受力较小且主要是径向力，故选用单列深沟球轴承主动轴承根据轴颈值查《机械零件设计手册》选择6208 2个（GB/T276-1993）从动轴承6209 2个
（GB/T276-1993）
寿命计划：

两轴承受纯径向载荷
P==1541.8 X=1 Y=0
从动轴轴承寿命：深沟球轴承6209，基本额定功负荷
=25.6KN =1 =3
===635774
预期寿命为：8年，两班制
L=8×300×16=38400<
轴承寿命合格

从动轴承 2个
8.2 键的选择计算及校核
（一）从动轴外伸端d=42，考虑键在轴中部安装故选键10×40 GB/T1096—2003，b=16，L=50，h=10，选45号钢，其许用挤压力=100MPa
====46.54<
则强度足够，合格
（二）与齿轮联接处d=50mm，考虑键槽在轴中部安装，故同一方位母线上，选键14×52 GB/T1096—2003，b=10mm，L=45mm，h=8mm，选45号钢，其许用挤压应力=100MPa
====33.09<
则强度足够，合格

从动轴外伸端键10×40 GB/1096—2003

与齿轮联接处键14×52 GB/T1096—2003
8.3 联轴器的选择

联轴器是将两轴轴向联接起来并传递扭矩及运动的部件并具有一定的补偿两轴偏移的能力，为了减少机械传动系统的振动、降低冲击尖峰载荷，联轴器还应具有一定的缓冲减震性能。联轴器有时也兼有过载安全保护作用。

由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑拆装方便及经济问题，选用弹性套柱联轴器
K=1.3
=9550=9550×
选用TL8型弹性套住联轴器，公称尺寸转矩=250，<。采用Y型轴孔，A型键轴孔直径d=32～40，选d=35，轴孔长度L=82
TL8型弹性套住联轴器有关参数

选用TL8型弹性套住联轴器
型号
公称
转矩T/(N·m)
许用
转速
n/（r·
轴孔
直径
d/mm
轴孔
长度
L/mm
外径
D/mm
材料
轴孔
类型
键槽
类型
TL6
250
3300
35
82
160
HT200
Y型
A型

9 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
9.1 润滑的选择确定
9.1.1润滑方式
1. 齿轮V=1.2＜＜12 m/s 应用喷油润滑，但考虑成本及需要，选用浸油润
2.轴承采用润滑脂润滑
9.1.2润滑油牌号及用量
1.齿轮润滑选用150号机械油，最低～最高油面距10～20mm，
需油量为1.5L左右
2.轴承润滑选用2L—3型润滑脂，用油量为轴承间隙的1/3～1/2为宜
9.2密封形式
1 .箱座与箱盖凸缘接合面的密封
选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法
2. 观察孔和油孔等处接合面的密封
在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封
3 .轴承孔的密封
闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部
轴的外伸端与透盖的间隙，由于V<3（m/s），故选用半粗羊毛毡加以密封
4. 轴承靠近机体内壁处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部

9.3减速器附件的选择确定

列表说明如下：
名称
功用
数量
材料
规格
螺栓
安装端盖
12
Q235
M6×16
GB 5782—1986
螺栓
安装端盖
24
Q235
M8×25
GB 5782—1986
销
定位
2
35
A6×40
GB 117—1986
垫圈
调整安装
3
65Mn
10
GB 93—1987
螺母
安装
3

M10
GB 6170—1986
油标尺
测量油
面高度
1
组合件

通气器
透气
1

9.4箱体主要结构尺寸计算
箱座壁厚=10mm 箱座凸缘厚度b=1.5 ,=15mm
箱盖厚度=8mm 箱盖凸缘厚度=1.5 ,=12mm
箱底座凸缘厚度=2.5 ,=25mm ,轴承旁凸台高度h=45，凸台半径R=20mm
齿轮轴端面与内机壁距离=18mm
大齿轮顶与内机壁距离=12mm
小齿端面到内机壁距离=15mm
上下机体筋板厚度=6.8mm , =8.5mm
主动轴承端盖外径=105mm
从动轴承端盖外径=130mm
地脚螺栓M16，数量6根

齿轮浸油润滑

轴承脂润滑

齿轮用150号机械油

轴承用2L—3型润滑脂
10 总结
通过本次课程设计，我对机械设计进一步加深了理解，同时也深深感到自己掌握的知识与实际需要还有很大的距离。由于时间紧迫，能力和经验有限，设计中难遇到了很多问题，所以这次的设计存在许多缺点，比如说齿轮的计算不够精确等等缺陷。完成这次设计虽然不容易，我却从这段时间内学到了许多实际知识，受益匪浅。其中我感受最深的是以下几点：
第一、课程设计作为一种大开卷的形式考察我们，通过在网上查询资料和到图书馆查阅书籍，让我学到了许多我在课堂上学不到的知识，从而扩大了我的知识面，同时也进一步加深了我对课堂知识的理解。让我深深体会到了，仅仅学习书本上的理论知识是远远不够的，作为一名大学生，我们必须要有一定的实践能力和动手能力。
第二、在这次课程设计当中，画图是一项艰巨的任务，这就意味着我必须再一次熟悉CAD。事实也确是如此，通过这次设计，进一步加深了我对CAD的理解，同时让我学到了以前不知道的知识。另外，使我感受到自己目前所学到的计算机绘图知识对于我自己专业所需要的程度是远远不够的。因此，我觉得课程设计就是对我们所学知识最好的一种检验。
第三、设计中学到了很多很容易被忽视的问题、知识点，培养了自己的耐心、细心、用心的性格。
最后，我谈谈自己设计的单级减速器。从我的整个设计作品来看，确实存在一些问题：首先，在我选择齿轮的齿数时，由于次数选得不恰当，使得我的整个减速器相比之下比较笨重；其次，在选材方面，虽然，各项校核已符合标准，但我想应该还有更好更经济的选择，在一定程度上，导致了材料的浪费；最后，我设计的减速器在零件上的搭配也不够完善，有待改进。

参考文献
1、 《机械设计课程设计》，孙岩等主编，北京理工大学出版社。
2、 朱理，机械原理.高等教育出版社.2004
3、 《机械设计课程设计》，银金光等主编，中国林业出版社；北京希望电子出版社。
4、 《机械制图》教材
5、 《机械设计基础》教材
6、 《工程力学》教材
6、其它机械类专业课程教材

致谢
非常感谢杨老师一学期以来的谆谆教导，让我收获颇丰。在课程设计中我遇到了许多难题，去请教杨老师，杨老师虽然特别忙，但他总是想方设法挤出时间来辅导我们做设计。在此祝愿您身体健康，工作顺利！
在设计期间也得到了周围同学的细心帮助与耐心指导，才使得我能够完成设计。在此一并表示感谢！

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