计设带式运输机传动装置课程设计-学位论文.doc

机械设计课程设计

机械设计课程设计
计算说明书

题 目 设计带式运输机传动装置
专业班级
学 号
学生姓名
指导教师

西安文理学院
2012年 12 月 30 日
西 安 文 理 学 院

机械设计课程设计任务书

学生姓名 肖海江 专业班级 10级机械2班 学 号 08102100217
指导教师 职 称 教研室
题目 设计带式运输机传动装置
传动系统图：

原始数据：
表1-1

运输带工作力矩T/NM
运输带工作速度
卷筒直径D/mm
1250
0.7
420
工作条件：
连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限10年，小批量生产，单班制工作，运输带速度允许误差为
要求完成：
1.部件装配图1张（A2）
2.零件工作图3张。
3.设计说明书1份，6000-8000字。
开始日期 2010年12月11日 完成日期 2010年12月31日
2010年 12 月 11 日

目 录

1 传动装置总体分析 4
1.1 原始数据 4
1.2 方案分析 4
2 电动机的选择及传动比的分配 5
2.1 电动机的选择 5
2.2 计算总传动比及分配各级的传动比 6
2.3 传动装置的运动和动力参数计算 7
3 V带设计 9
3.1 确定带轮 9
3.2 确定v带的中心距和基准长度 9
3.3 验算小带轮上的包角 10
3.4 计算带的根数 10
3.5 计算单根v带初拉力的最小值 10
3.6 计算压轴力 11
4 齿轮的设计 12
4.1 高速级齿轮传动的计算设计 12
4.2 低速级齿轮传动的设计 16
5 轴的设计 17
5.1 输出轴的设计 17
5.2 主动轴和中间轴的设计 18
6箱体的设计及其附件的选择 21
6.1 箱体的设计 21
6.2 联轴器的选择 22
6.3 轴承的选择 22
6.4 润滑方式的选择 22
6.5 减速器附件的选择 23
7校核 24
7.1 键的强度校核 24
7.2 轴承的强度校核 24
7.3 轴的校核 25
参考资料 28

1 传动装置总体分析
1.1 原始数据
（1）运输机工作轴转矩 ；
（2）运输带工作速度 ；
（3）卷筒直径 ；
（4）卷筒工作效率 =0.96；
（5）工作寿命 10年单班制；
（6）工作条件 连续单向运转，工作时有轻微振动。
（7）传动系统图

图1-1
1.2方案分析
本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级斜齿圆柱齿轮减速器。
　　带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。
　　齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是展开式两级直齿轮传动。
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 电动机的选择及传动比的分配
2.1电动机的选择
2.1.1 传动装置的总效率

其中为工作机传动效率。为了计算电动机所需功率,需确定传动装置总功率ηa。 　,
设各效率分别为：、η1（V带传动效率）、η2（滚动轴承）、η3（闭式齿轮传动效率）、（联轴器效率），查表得：，，,。
则传动装置的总效率为：
,
2.1.2工作机所需的输入功率
工作机所需要的有效功率为：
=；
电动机所需功率为： 。
2.1.3确定电动机转速

查表2-1,,表2-2得,,,所以,电动机的转速为,
2.1.4确定电动机型号
根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。使电动机的额定功率P ＝（1～1.3）P ，由查表19-1,得电动机的额定功率P＝4KW，电机型号有三种，现将三种方案列表如下

表1-1 三种电动机的数据比较

方案
电动机型号
额定功率（kw）
同步转速
（r min-1）
满载
（）
传动装置传动比
总传
动比
V带
Ⅰ
Y132M2-6
4
1000
960
61.13

Ⅱ
Y132S-4
7.5
1000
970
30.14
2.5
Ⅲ
Y180L-6
11
1000
960
20.10
2.8
由上表的性价比和整体传动比综合考虑，可知方案Ⅱ更好，装置结构紧凑，因此选用方案Ⅱ。
2.2计算总传动比及分配各级的传动比
2.2.1总传动比

2.2.2分配各级传动比
假定高速轴
则i=ia/i0
,
2.3传动装置的运动和动力参数计算
2.3.1各轴转速的计算

2.3.2各轴输入P输出P’功率的计算
=5.82kW

2.3.3各轴的输入T输出T’转矩的计算

将各轴的运动和动力参数列于表2。

表1-2 各轴的运动和动力参数
轴名
功率 p/kw
转矩 T/NM
转速
(r/min)
传动比
i
效率

输入
输出
输入
输出
电动机
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
滚筒轴

5.585.31
5.044.89
5.8
5.4185.151
4.8964.56

137.52529.44
1509.81464.8
57.3
134.77
518.85
1479.661435.57
970
388
95.8
31.93
31.93
2.5i0
0.912
4.05i1
0.91238
3.0i2
0.91238
1i3
0.92164

3 V带设计
3.1 确定带轮
3.1.1 确定计算功率Pca
由表8-7查得工作情况系数，故

3.1.2选取v带带型
根据、由图8-11选用A型。
3.1.3确定带轮的基本直径dd1并验算带速v
初选小带轮的基准直径。由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径；验算带速v；按式8-13验算带的速度 ；
因为5m/s<v<25m/s,故带速合适；计算带轮的基准直径；根据式8-15a，计算大带轮的基准直径；根据表8-8取350mm.
3.2确定v带的中心距和基准长度
根据式8-20 初定中心距;
由式8-22计算带所需的基准长度

由表8-2选带的基准长度；
按式8-23计算实际中心距

由式8-24

得中心距的变化范围为473-554mm。
3.3 验算小带轮上的包角
。
3.4 计算带的根数
计算单个v带的额定功率。由，查表8-4a得。
根据
查表8-5得，表8-2得，于是

计算v带的根数z

所以取4根。
3.5 计算单根v带初拉力的最小值
由表8-3得A型带的单位长度质量,所以

应使带的初拉力。
3.6计算压轴力
压轴力的最小值为
。

4 齿轮的设计
4.1高速级齿轮传动的计算设计
4.1.1选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数
（1）按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。
（2）输送机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度。
（3）材料选择 选则小齿轮材料为40Cr，调质处理，平均硬度为280HBS。大齿轮材料为45钢，调质，硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS。
（4）选小齿轮齿数， 则：。
（5）初选螺旋角。
4.1.2按齿面接触疲劳强度设计

（1)确定公式内的各项数值
①试选载荷系数
②查表10-30选取区域系数
③查表10-6选取材料的弹性系数（大小齿轮均采用锻造）为
。
④由图10-26查得； ，；

⑤小齿轮传递的转矩

⑥表10-7选取齿宽系数。
⑦查图10-21d，按齿面硬度查取齿轮的接触疲劳强度极限
小齿轮的接触疲劳强度极限,
大齿轮接触疲劳强度极限。
⑧由式10-13计算应力循环次数

⑨查图10-19得接触疲劳寿命系数
⑩计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为S=1，
，

(2)计算
①计算小齿轮分度圆直径

②计算圆周速度v==
③计算齿宽b及模数
=
④齿高

⑤计算纵向重合度
⑥计算载荷系数K
查表10-2得：使用系数；
根据、8级精度，查图10-8得动载系数；
查表10-3得；
查表10-4调质小齿轮支承非对称布置、8级精度利用插值法计算得

查表10-13根据、得：
故载荷系数
⑦按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径：

⑧计算模数
4.1.3、按齿根弯曲疲劳强度设计

（1）确定计算参数
①计算载荷系数
②根据纵向重合度2.061，查图10-28得螺旋角影响系数
③计算当量齿数，
④查取齿数系数及应力校正系数
查表10-15得：，
⑤查图10-21C按齿面硬度查得齿轮的弯曲疲劳强度极限

⑥查图10-18得弯曲疲劳寿命系数

⑦计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数

⑧计算大小齿轮的并加以比较

大齿轮的数值大
（2）按小齿轮计算；

=
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关。故可取由弯曲强度算得的模数并就近圆整为标准值，而按接触强度算得的分度圆直径=73.13mm来计算应有的齿数。于是有
，
取
4.1.4几何尺寸计算
（1）中心距计算 将中心距圆整为188mm，a=188。
（2）按圆整后的中心距修正螺旋角

因为螺旋角变化不大，所以无需修正。

（3）计算大、小齿轮的分度圆直径

（4）计算齿轮宽度，
圆整后取
4.2 低速级齿轮传动的设计
低速级齿轮传动的设计过程与高速级的相同，此处从略。

将计算所得齿轮的参数列表如下：
表4-1：

高速级
低速级
大
小
大
小

2.0
4
z
146
36
75
25
i
4.05
3.0
d
300.9
74.2
309
103

302.9
76.2
311
105

296.9
70.2
307
99
a
188
206
B
75
70
105
110

（齿顶圆直径齿根圆直径，，）
5 轴的设计
5.1 输出轴的设计
5.1.1 求输出轴上的功率，转速，转矩
P=5.049KW =31.93/min =1509.86N．m
5.1.2 求作用在齿轮上的力
已知低速级大齿轮的分度圆直径为
=309
而 F=
F= F
5.1.3初步确定轴的最小直径
按式15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45刚,调质处理，取，于是得。
根据联轴器的计算公式，查表14-1，取;则有
，选用GL10联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径。
5.1.4轴的结构设计
（1）拟定轴上零件的装配方案

（2）初步选择深沟球轴承
根据工作条件选用角接触球轴承。参照工作要求，由轴承产品目录中初步选用0基本游隙组、标准精度等级的7212。其尺寸为
。
5.1.5轴的各段直径

5.1.6 轴上零件的周向定位
齿轮，半联轴器与轴的轴向定位均采用平键连接。根据由表14-24查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，；同样，齿轮与轴的联接，选用平键为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的。
5.2 主动轴和中间轴的设计

图5-1

5.2.1 主动轴(高速轴)的相关参数
选取轴的材料为45刚,调质处理，取，于是得
。
选取各段轴径尺寸如下：

5.2.2 中间轴的相关参数
选取轴的材料为45刚,调质处理，取，于是得

选取各段轴径尺寸如下：

6箱体的设计及其附件的选择
6.1 箱体的设计
箱座壁厚： ， 而，
取。
箱盖壁厚：，取。
箱座、箱盖、凸缘的厚度：b=b1=,取b=b1=12
箱底座凸缘的厚度：b2=2.5，b2=20mm
箱座、箱盖的肋厚：取m=8mm
地脚螺钉的直径：
取df= 18mm；数目：n=6
轴承旁联接螺栓的直径：，d1=16；
箱盖、箱座联接螺栓的直径：，取d2=10 mm，间距
l=150~200mm
轴承盖螺钉的直径：，取d3=8 mm；
窥视孔盖板螺钉的直径：，d4=6mm;
定位销直径：d=10mm
轴承旁凸台的半径：
至箱外壁的距离：
至凸缘边缘的距离：。
外箱壁到轴承座端面的距离：=48mm。
齿轮顶圆与内箱壁距离：，取：=10mm。
齿轮端面与内箱壁距离：，取：=10mm。
轴承盖外径：（其中，D为轴承外径，为轴承盖螺钉的直径）。
高速轴：
中间轴：
低速轴：
6.2联轴器的选择
,所以联轴器的计算转矩查表14-1，取，则，查标准GB/T 5014-1995，选用GL10型弹性联轴器，其公称转矩为1250，半联轴器的孔径半联轴器的长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度。
6.3 轴承的选择
高速轴：滚动轴承6208 GB/T 294，d=40mm,D=80mm,B=18mm；
中间轴：滚动轴承6208 GB/T 294，d=40mm,D=80mm,B=18mm；
低速轴：滚动轴承6013C GB/T 294, d=65mm,D=100mm,B=18mm。
6.4 润滑方式的选择
6.4.1高速级齿轮的圆周速
v==
所以，轴承采用脂润滑；高速级小齿轮处用封油盘。
6.4.2滚动轴承的润滑
采用脂润滑，并在靠近箱体内壁处加封油板。
6.4.3齿轮的润滑
因齿轮的圆周速度<12 m/s，所以采用浸油润滑的润滑方式。高速齿轮浸入油里约为0.7个齿高，但不小于10mm，低速级齿轮浸入油高度约为1个齿高（不小于10mm），1/6齿轮。

6.4.4密封方式选取：
选用凸缘式端盖，易于调整轴承间隙，采用端盖安装毡圈油封实现密封。
轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承外径决定

6.5 减速器附件的选择
6.5.1通气器：由于在外界使用，有粉尘，选用通气室采用M161.5
6.5.2油面指示器：选用油标尺，规格M12
6.5.3起吊装置：采用箱盖吊耳，箱座吊钩
6.5.4放油螺塞装置：选用外六角细牙螺塞及垫片M161.5
6.5.5窥视孔及视孔盖：选用板结构的视孔盖
6.5.5键的选择：选普A型通平键，铸铁键，所有齿轮与轴的联接中可采用此平键。

7校核
7.1 键的强度校核
键，L=90mm连接强度计算，根据式

查表得，因为，故键槽的强度足够。其它键的验算方法同上，经过计算可知它们均满足强度要求。

7.2轴承的强度校核
7.2.1 输出轴轴承的校核
轴上齿轮受力情况如图所视
切向力
径向力
轴向力

图7-1

所以，
同理，

取

同理,

7.2.2 主动轴和中间轴轴承的校核
主动轴和中间轴轴承的校核同输出轴相同，其验算方法同上，经过计算可知它们均满足强度要求。
7.3轴的校核

图 7-2 输出轴

（1）在垂直面上
左侧
右侧
弯矩
（2）在水平面上
左侧
右侧
弯矩

（3）总弯矩 M

（4）扭矩
画出剪力图、弯矩图和扭矩图：

图7-3
根据以上计算，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力，因选定45钢，调质处理，由表15-1查得。因此，故安全。
3.轴的刚度校核

对于一般传动轴，，则，所以满足刚度要求。

YM60L-6
型电动机

.

参考资料
[1]《机械设计》，高等教育出版社，濮良贵，纪名刚主编，2006年5月第八版；
[2]《简明机械零件设计实用手册》，机械工业出版社，胡家秀主编，2006年第1版；
[3]《机械设计课程设计》，机械工业出版社，陆玉主编，2008年6月第四版；
[4] 《机械设计课程设计手册》，国防工业出版社，张龙主编2006年5月第一版。
西安文理学院2010级机械设计制造及其自动化专业
第27页