毕业设计-带式输送机传动装置设计--论文说明书.doc

《 机械设计课程设计 》说明书

青岛理工大学琴岛学院
课程设计说明书

课题名称：带式输送机传动装置设计
学 院：机电工程系
专业班级：机械设计制造及其自动化095
学 号：
学 生：
指导老师：

青岛理工大学琴岛学院教务处
2011 年 12 月 5 日
《机械设计基础课程设计》评阅书
题目
带式输送机传动装置设计
学生姓名

学号

指导教师评语及成绩

指导教师签名：
年 月 日
答辩评语及成绩

答辩教师签名：
年 月 日
教研室意见

总成绩：

室主任签名：
年 月 日

摘 要

机械设计综合课程设计是重要的综合性和实践性的教学环节，在机械工程学科中占有重要地位，它是理论应用于实际的重要实践环节。本课程设计培养了我们机械设计中的总体设计能力，将机械设计系列课程设计中所学的有关机构原理方案设计、运动和动力学分析、机械零部件设计理论、方法、结构及工艺设计等内容有机地结合进行综合设计实践训练，使课程设计与机械设计实际的联系更为紧密。此外，它还培养了我们机械系统创新设计的能力，增强了机械构思设计和创新设计。
本课程设计的设计任务是展开式二级圆柱齿轮减速器的设计。减速器是一种将由电动机输出的高转速降至要求的转速比较典型的机械装置，应用非常广泛。
本课程设计高度采用现代化的设计手段，使用AutoCAD环境下运行的计算机辅助设计平台，进行传动设计、圆柱齿轮传动设计、轴的结构设计、轴承的选择、轴承端盖设计、轴系零件紧固件设计、减速器基本附件以及基本连接件的设计等，使得设计高度地自动化，将现代计算机技术与我们传统的机械设计理论及实际相联系，提高了设计效率。
借此机会，对本次课程设计的各位指导老师以及参与校对、帮助的同学表示衷心的感谢。

21

目 录

摘 要 III
1设计任务 4
1.1 课程设计的目的 4
1.2 课程设计要求 4
1.3 课程设计的数据 4
2 传动系统方案的拟定 5
2.1方案简图和简要说明 5
2.2电动机选择 5
2.3传动比分配 6
2.4传动系统的运动和动力参数的计算 7
3传动零件的设计计算 8
3.1齿轮传动的主要参数和几何参数计算 8
3.2轴的设计计算（初估轴颈、结构设计和强度校核） 10
3.3滚动轴承选择和寿命计算 15
3.4键连接选择和校核 17
3.5联轴器的选择和计算 18
3.6润滑和密封形式的选择 18
4 箱体及附件的结构设计和选择 19
总 结 21
参考文献 22

1设计任务
1.1 课程设计的目的
该课程设计是继《机械设计》课程后的一个重要实践环节，其主要目的是：
（1）综合运用机械设计课程和其他先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固和拓展所学的知识
（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识，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能力的训练。
1.2 课程设计要求
（1）选择电动机型号；
（2）确定传动的主要参数及尺寸；
（3）设计减速器；
（4）选择联轴器。
（5）设计箱体，理论结合实际。
具体作业:
（1）减速器装配图一张；
（2）零件工作图二张（齿轮,轴）；
（3）设计说明书一份。
1.3 课程设计的数据
课程设计的题目是：带式输送机减速系统设计
数据：T=900N*m,V=1.3m/s,D=380mm，硬齿面斜齿轮。
工作条件：带式输送机连接单向运转，载荷变化不大，空载启动，传送带误差±5%，室内工作，有粉尘，使用年限10年，工作时间为2班制（每班8小时计算），大修期为3年，在大中型机械厂中可小批生产量

2 传动系统方案的拟定
2.1方案简图和简要说明
用于带式运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器。传动装置简图c如下图2-1所示。

图2-1 两级展开式圆柱齿轮减速器
2.2电动机选择
2.2.1
类型和结构型式：Y160M-6系列三相异步电动机，为卧式封闭结构。
2.2.2
电动机所需工作功率（kW）为
工作机所需功率（kW）为 =FV/1000=6.1581kw
传动装置的总效率为

按《机械设计/机械设计基础 课程设计》表2-4确定各部分效率为: 联轴器效率，共两个。滚动轴承效率（一对），共三对。滑动轴承效率（一对）。闭式齿轮传动效率（共有2个），代入得
所需电动机功率为 =7，16Kw

因载荷平稳，电动机额定功率略大于即可。由《机械设计/机械设计基础 课程设计》表20-1，Y系列(IP44)三相电动机电动机技术数据，选电动机的额定功率为7.5kW。
卷筒轴工作转速

通常，二级圆柱齿轮减速器总传动比的范围为 ，故电动机转速的可选范围为

故此处选\同步转速为1000r/min.
2.2.3电动机的技术数据和外形、安装尺寸

图3-1电动机安装尺寸
2.3传动比分配
2.3.1总传动比

2.3.2分配传动装置各级传动比
选高速级齿轮的传动比为低速级齿轮传动比的1.3倍，即。
　　可求出　= 4.40
2.4传动系统的运动和动力参数的计算
2.4.1 0轴（电动机轴）：

2.4.2 1轴（高速轴）：

2.4.3 2轴（中间轴）：

2.4.4 轴（低速轴）：

运动和动力参数的计算结果加以汇总，列出表2如下：

表2-1 各轴运动和动力参数
轴名
功率 P/kW
转矩 T/(N·m)
转速
n/(r/min)
传动比
i
效率

输入
输出
输入
输出
电动机轴
——
7.5
——
73.84
970
1
4.40
3.39
——
1轴
7.5
7.425
73.10
73.10
970
0.96
2轴
7.425
7.13
310
310
220
0.99
3轴
7.13
——
1006
1006
65
0.97

3传动零件的设计计算
3.1齿轮传动的主要参数和几何参数计算
考虑到制造的方便及小齿轮容易磨损并兼顾到经济性，两级圆柱齿轮的大、小齿轮材料均用45Gr，热处理均为调质处理及表面淬火，且大、小齿轮的齿面硬度分别为48~55HRC；
初选螺旋角为14度；
初步规划该减速器的使用寿命为10年，每年按300天计算，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ公差组精度分别为7、7、7；
鉴于该减速器有轻微震动，空载启动，两级圆柱齿轮的使用系数均取1.0。
3.1.1高速级齿轮传动设计
由前面运动及动力参数的计算结果知高速级齿轮传动的最大传递功率为7.5kW，小齿轮最高转速为970r/min、最大扭矩为 T=1006r/min。
闭式齿轮的小齿齿数
１. 定齿轮类型、精度等级、材料极其齿数
(1)按设计给定的方案，选用斜齿圆柱齿轮　
(2)运输机为一般工作机器，速度不高，固选７级精度
(3)小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为55HRC
大齿轮材料为45Gr（调质），硬度为48HRC
(4)选 ，则
２. 按齿面接触强度设计

(1)选　　　小齿轮传递的转距为
选齿宽系数　，由表查得材料的弹性影响系数
由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的触疲劳强度为，由式计算应力循环次数

取接触疲劳寿命系数　　　取效率为，区域系数Z=2.433安全系数S=1,则

（2）计算 带入的值，求得小齿轮分度圆直径的最小值为

圆周速度：
计算齿宽：
计算齿宽与齿高比： 模数
齿高 h=2.25*1.46=3.285mm
　　　　　 ∴
计算载荷系数： 根据v=1.83m/s, 7级精度，查得 动载系数
对于斜齿轮
查得使用系数 , 用插值法查得7级精度小齿轮非对称布置时， 由， 可查得
故载荷系数
校正分度圆直径：
计算模数：
３. 按齿根弯曲强度计算：
弯曲强度的设计公式为

取弯曲疲劳安全系数 ,由式（10-21）得

载荷系数
查取齿形系数
查取应力校正系数

圆整 ∴
取，则
几何尺寸计： 分度圆直径：
中心距：
齿轮宽度：
圆整之后取
至此，高速级齿轮的计算完毕。用同样的方法计算低速级直齿轮的尺寸

分度圆直径：
中心距：
齿轮宽度：
取
3.2轴的设计计算（初估轴颈、结构设计和强度校核）
1. 轴的结构尺寸设计
根据结构及使用要求该轴设计成阶梯轴,共分7段。
考虑低速轴的载荷较大，材料选用45,热处理调质处理,取材料系数=112

各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表:
表3-1 低速轴结构尺寸设计
阶梯轴段
设计计算依据和过程
计算结果
第1段
(考虑键槽影响)
(由联轴器宽度尺寸确定)
55
105
第2段

62
50
第3段
由轴承尺寸确定(轴承预选30311 )

65

63
第4段

70
42
第5段

82

12
第6段

77

47
第7段

由轴承尺寸确定(轴承预选30313 ）

65
36

3.2.2 中间轴的轴系结构设计
1. 轴的结构尺寸设计
根据结构及使用要求该轴设计成阶梯轴且为齿轮轴,共分五段,其中第II段和第IV段为齿轮,如图3-2所示:

由于结构及工作需要将该轴定为齿轮轴,因此其材料须与齿轮材料相同,均为合金钢,热处理为渗碳淬火,对于非外伸轴，计算时取较大的材料系数A值，估算的轴颈可作为安装齿轮处的直径。所以,有该轴的最大轴径为:

其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表：
表3-2 中间轴结构尺寸设计
阶梯轴段
设计计算依据和过程
计算结果
第1段
由轴承尺寸确定
(轴承预选30307 T=22.75)

35
45.75
第2段

考虑到键槽

40

28
第3段

48

15
第4段

--

50
第5段

35

42.75
3.2.3 高速轴的轴系结构设计
1.轴的结构尺寸设计
根据结构及使用要求该轴设计成阶梯轴且为齿轮轴,共分5段,。由于结构及工作需要将该轴定为齿轮轴,因此其材料须与齿轮材料相同,均为合金钢,热处理为氮化,取材料系数 112
所以,有该轴的最小轴径为:
考虑到该段开键槽的影响,轴径增大6%,
因为要与联轴器配合，选取联轴器为TL5
因此取
其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表:
表3-3 高速轴结构尺寸设计
阶梯轴段
设计计算依据和过程
计算结果
第1段

(考虑键槽影响，联轴器配合)
(由联轴器宽度尺寸确定)

25

42
第2段

28

50
第3段
由轴承尺寸确定
(轴承预选30307 )

30

34
第4段

--

110
第5段
由轴承尺寸确定
(轴承预选30307 )
L
30

29

3.2.4低速轴的强度校核

图3-4 低速轴受力分析
对轴进行受力分析，并作出轴的弯矩和扭矩图，如图3-5所示。
从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出危险截面是C。先计算出截面处的Mr、Mt及M的值列于下表
表3-4 低速轴 受力数据

载荷
水平面H
垂直面V
支反力F

弯矩M

总弯矩

扭矩T

按弯扭合成应力校核轴的强度
根据轴的弯扭合成强度条件，取，轴的计算应力

=23.53Mpa
前已选定轴的材料为45钢，调质处理。由<机械设计>表15-1查得。因此，故安全。

图3-5 受力分析
3.3滚动轴承选择和寿命计算
3.3.1轴承的选择
1、由轴的设计总体思想可知，本设计中均采用圆锥滚子轴承30000字型号；
2、根据校对结果，三根轴都选用中窄系列，以满足其受力，各轴承选用中力求经济、合理；
3、由于向心推力球轴承受力后将产生一派生力，为使各轴上齿轮传动平稳，尽量减小齿轮处轴的弯曲变形，故结构设计中均采用面对面安装方式。

图3-6 低速轴上轴承
3.3.2轴承的寿命计算
（大修期为三年，17520h）
由前面计算得：
所以
由,取Y=1.9,e=0.31,
计算得
由于，

3.4键连接选择和校核
①选择键联接的类型和尺寸
一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.
根据 中间轴： d=40mm
高速轴： d=25mm
低速轴： d=55mm d=70mm
查课本表6-1取：中间轴：12X8X20
高速轴： 8X7X28
低速轴：①16X12X30 ②20X12X25
②校和键联接的强度
查课本表表6-2得 []=110∽120MP取[]=110MPa
键工作长度中间轴： 12
高速轴： 21
低速轴：① 518 ②13
③键与轮毂键槽的接触高度
中间轴： ＜[]
高速轴： ＜[]

低速轴：① K=0.5 h=4 ②K=0.5 h=4
①MPa＜[]
②MPa＜[]

三者都合适
取键标记为：
中间轴：键2：12×8 GB/T1096-79
高速轴：键1：8×7 GB/T1096-79
低速轴：①键3：16×12 GB/T1096-79 ②键3：20×12 GB/T1096-79
3.5联轴器的选择和计算
载荷计算：公称转矩：T=1006N*m
选取工作情况系数为：
所以转矩
因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以选取TL5型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为2000Nm，孔径长度为J型107mm。
3.6润滑和密封形式的选择
3.6.1、润滑方式的确定
由于所设计的减速器的双级圆柱齿轮减速器，两个大齿轮的转速均不高。减速器的齿轮采用浸油润滑,由于高、低速级的大齿轮(Z2,Z4)的尺寸不同，因而浸油深度就不一样。为了使两齿轮均润滑良好,并考虑到V4很小
，约0.7，低速级大齿轮浸油深度可多一些, h≈～分度圆半径(从齿轮向上算起)，取h=,取h=20mm,这样Z2也有>10mm的浸油深度,润滑油能带到啮合面上,润滑可靠。
3.6.2、轴承润滑
由于浸油零件（Z2，Z4）的圆周速度小，溅油功用不大，且Ⅰ轴速度较高（1440），发热也较大，为了减少各轴承之间的磨擦，减少磨损和发热量，考虑到寿命只三年，一般不需拆卸，故采用油脂润滑轴承。
3.6.3、润滑剂的选择
齿轮的润滑：由于轴承的润滑是油脂润滑，
① 对齿轮：选用齿轮油SYB1103-625
冬用HL―20 E100 2.7～3.2
夏用HL―30 E100 4.0～4.5
② 对轴承:选用钠基润滑脂(GB492―65)
3.6.4、油的密封及防止脂的稀释
由于轴承采用脂润滑,为了防止沿齿合面的齿轮挤出的热油流入轴承,靠小齿轮轴的轴承采用了档油板(第Ⅰ轴上)。
第Ⅱ、Ⅲ轴上部装有大齿轮,而大齿轮是浸在油中的,为了防止箱内的油进入轴承,稀释脂,故采用了甩油环结构。
嵌入式轴承盖不用螺栓联结，结构简单，但密封性差。在轴承盖中，设置O型密封圈能提高其密封性能，适用于油润滑。另外，采用嵌入式轴承盖时，利用垫片调整轴向间隙要开启箱盖。
4 箱体及附件的结构设计和选择
减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构
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.
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10，圆角半径为R=3。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 盖螺钉：
启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。
钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.
F 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.
G 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表4-1下：

名称
符号
计算公式
结果
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

M16
地脚螺钉数目

查手册
4
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）
M8
轴承端盖螺钉直径

=（0.4~0.5）
M10
视孔盖螺钉直径

=（0.3~0.4）
M6
，，至外机壁距离

查机械课程设计指导书表4
26
22
16
，至凸缘边缘距离

查机械课程设计指导书表4
24
14
外机壁至轴承座端面距离

=++（8~12）
52
大齿轮顶圆与内机壁距离

>1.2
10
齿轮端面与内机壁距离

>
16
机盖，机座肋厚

6.8 6.8

表4-1减速箱结构尺寸

总 结
这次关于带式运输机上的两级展开式圆柱斜齿轮减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过三个星期的设计实践，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. 机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融《机械原理》、《机械设计》、《理论力学》、《材料力学》、《互换性与测量技术基础》、《CAD实用软件》、《机械工程材料》、《机械设计手册》等于一体。
2. 这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想;训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。
3. 在这次的课程设计过程中,综合运用先修课程中所学的有关知识与技能,结合各个教学实践环节进行机械课程的设计,一方面,逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力,特别是提高了分析问题和解决问题的能力,为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。
4. 本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持。衷心的感谢老师的指导和帮助.
5. 设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。

参考文献
[1]濮良贵， 纪名刚， 《机械设计》 第八版 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编，高等教育出版社，2006
[2]葛文杰， 《机械原理》 第七版 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编， 高等教育出版社 2001
[3]何铭新， 钱可强， 《机械制图》 第五版 同济大学、上海大学等院校《机械制图》编写组编。高等教育出版社 2003
[4]王昆， 何小柏， 汪信远 《机械课程设计指导书》 1996
[5]陈于萍， 周兆元， 《互换性与测量技术基础》 第二版 机械工业出版社 2005
[6]戴枝荣， 张远明， 《工程材料》 第二版 高等教育出版社 2005
其他有关数据见装配图的明细表和手册中的有关数据。