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东北大学机械设计课程设计zl10机械设计课程设计 目录1 设计任务书31.1 题目名称 设计胶带输送机的传动装置31.2 工作条件41.3 技术数据42 电动机的选择计算42.1 选择电动机系列42.2 滚筒转动所需要的有效功率42.3 确定电动机的转速53 传动装置的运动及动力参数计算53.1 分配传动比53.1.1 总传动比53.1.2 各级传动比的分配53.2 各轴功率、转速和转矩的计算63.2.1 轴（高速轴）63.2.2 轴（中间轴）63.2.3 轴（低速轴）63.2.4 轴（传动轴）63.2.5 轴（卷筒轴）63.3 开式齿轮的设计63.3.1 材料选择73.3.2 按齿根弯曲疲劳强度确定模数73.3.3 齿轮强度校核83.3.4 齿轮主要几何参数94 闭式齿轮设计94.1 减速器高速级齿轮的设计计算94.1.1 材料选择94.1.2 按齿面接触疲劳强度确定中心距104.1.3 验算齿面接触疲劳强度114.1.4 验算齿根弯曲疲劳强度- 13 -4.1.5 齿轮主要几何参数- 2 -4.2 减速器低速级齿轮的设计计算- 2 -4.2.1 材料选择- 2 -4.2.2 按齿面接触疲劳强度确定中心距- 3 -4.2.3 验算齿面接触疲劳强度- 4 -4.2.4 验算齿根弯曲疲劳强度- 5 -4.2.5 齿轮主要几何参数- 6 -5 轴的设计计算- 7 -5.1 高速轴的设计计算- 7 -5.2 中间轴的设计计算- 8 -5.3 低速轴的设计计算- 8 -6 低速轴的强度校核- 9 -6.1 绘制低速轴的力学模型- 9 -6.2 求支反力- 9 -6.3 作弯矩、转矩图- 10 -6.1.4 作计算弯矩Mca图- 11 -6.1.5 校核该轴的强度- 11 -6.6 精确校核轴的疲劳强度- 11 -7 低速轴轴承的选择及其寿命验算- 13 -7.1 确定轴承的承载能力- 13 -7.2 计算轴承的径向支反力- 14 -7.3 作弯矩图- 14 -7.4 计算派生轴向力S- 14 -7.5求轴承轴向载荷- 14 -7.6 计算轴承的当量动载荷P- 14 -8 键联接的选择和验算- 15 -8.1 低速轴上键的选择与验算- 15 -8.1.1 齿轮处- 15 -8.1.2 联轴器处- 15 -8.2 中间轴上键的选择与验算- 15 -8.3 高速轴上键的选择与验算- 15 -9 联轴器的选择- 16 -9.1 低速轴轴端处- 16 -9.2 高速轴轴端处- 16 -10 减速器的润滑及密封形式选择- 16 -11 参考文献- 17 -1 设计任务书1.1 题目名称 设计胶带输送机的传动装置FvD1.2 工作条件工作年限工作班制工作环境载荷性质生产批量102多灰尘稍微波动小批1.3 技术数据题号滚筒圆周力F(N)带速v(m/s)滚筒直径 D(mm)滚筒长度 L(mm)ZL-10160000.244008502 电动机的选择计算2.1 选择电动机系列 根据工作要求及工作条件应选用三相异步电动机，封闭式结构，电压380伏，Y系列。2.2 滚筒转动所需要的有效功率传动装置总效率 查表17-9得 所以2.3 确定电动机的转速 滚筒轴转速 所需电动机的功率 查表27-1，可选Y系列三相异步电动机电动机型号额定功率/kW同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)总传动比Y132S-45.515001440125.22Y132M2-65.5100096083.48为使传动装置结构紧凑，选用Y132M26型 ，额定功率5.5kW,同步转速1000r/min,满载转速960r/min。查表27-2，电动机中心高 H=132mm，外伸段 DE=38mm80mm3 传动装置的运动及动力参数计算3.1 分配传动比3.1.1 总传动比 3.1.2 各级传动比的分配查表17-9 取减速器的传动比 高速级齿轮传动比低速级齿轮传动比 3.2 各轴功率、转速和转矩的计算 3.2.0 0轴 P=4.70kw,n=960r/min,T=9.55*4.70/960=46.76N*m 3.2.1 轴（高速轴）3.2.2 轴（中间轴） 3.2.3 轴（低速轴）3.2.4 轴（传动轴）3.2.5 轴（卷筒轴） 3.3 开式齿轮的设计3.3.1 材料选择小齿轮:45#锻钢，调质处理，齿面硬度217-255HBS大齿轮:45#锻钢，正火处理，齿面硬度162-217HBS 3.3.2 按齿根弯曲疲劳强度确定模数按齿面硬度217HBS和162HBS计算初取小齿轮齿数 则大齿轮齿数 计算应力循环次数 查图5-19 查图5-18(b) ，由式5-32 取 ,计算许用弯曲应力由式5-31 查图5-14 查图5-15 则 取初选综合系数，查表5-8 由式5-26考虑开式齿轮工作特点m加大10%-15%，取m=123.3.3 齿轮强度校核取则小齿轮转速为查图5-4（d） 查表5-3 由图5-7(a) 查表5-4 计算载荷系数 与相近 ，无需修正计算齿根弯曲应力3.3.4 齿轮主要几何参数 4 闭式齿轮设计4.1 减速器高速级齿轮的设计计算4.1.1 材料选择小齿轮:45#锻钢，调质处理，齿面硬度217-255HBS大齿轮:45#锻钢，正火处理，齿面硬度162-217HBS 按齿面硬度217HBS和162HBS计算计算应力循环次数N查图5-17 （允许一定点蚀）由式5-29 取（精加工）查图5-16（b） ,由式5-284.1.2 按齿面接触疲劳强度确定中心距小轮转矩初定螺旋角初取，查表5-5 减速传动 取端面压力角基圆螺旋角由式5-42 由式5-41 由式5-39 取中心距 估算模数 取标准模数 小齿轮齿数 大齿轮齿数 取 实际传动比 传动比误差 在允许范围内修正螺旋角 与初选相近, ,可不修正轮分度圆直径 圆周速度 查表5-6 取齿轮精度为8级4.1.3 验算齿面接触疲劳强度电机驱动,稍有波动,查表5-3 查图5-4（b） 齿宽查图5-7（a） 查表5-4 载荷系数 齿顶圆直径 端面压力角齿轮基圆直径 端面齿顶压力角 由式5-43 由式5-42 由式5-41由式5-41- 23 -4.1.4 验算齿根弯曲疲劳强度查图5-18（b） ，查图5-19 由式5-32 取 由式5-31 查图5-14 查图5-15 由式5-47计算，因，取由式5-48 由式5-444.1.5 齿轮主要几何参数 4.2 减速器低速级齿轮的设计计算4.2.1 材料选择小齿轮: 40Cr ，调质处理，齿面硬度241-286HBS大齿轮:45#锻钢，调质处理，齿面硬度217-235HBS按齿面硬度241HBS和217HBS计算查图5-17 （允许一定点蚀）由式5-29 取（精加工）查图5-16（b） ,由式5-284.2.2 按齿面接触疲劳强度确定中心距小轮转矩初定螺旋角初取，查表5-5 减速传动 取端面压力角基圆螺旋角由式5-42 由式5-41 由式5-39 取中心距 估算模数 取标准模数 小齿轮齿数 大齿轮齿数 取 实际传动比 传动比误差 在允许范围内修正螺旋角 与初选相近, ,可不修正轮分度圆直径 圆周速度 查表5-6 取齿轮精度为8级4.2.3 验算齿面接触疲劳强度电机驱动,稍有波动,查表5-3 查图5-4（b） 齿宽查图5-7（a） 查表5-4 载荷系数 齿顶圆直径 端面压力角齿轮基圆直径 端面齿顶压力角 由式5-43 由式5-42 由式5-41由式5-41 4.2.4 验算齿根弯曲疲劳强度查图5-18（b） ，查图5-19 由式5-32 取 由式5-31查图5-14 查图5-15 由式5-47计算，因，取由式5-484.2.5 齿轮主要几何参数 5 轴的设计计算5.1 高速轴的设计计算轴的材料为选择45#, 调质处理，传递功率转速 查表8-2 由于轴上有一个键槽，则估定减速器高速轴外伸段轴径查表17-2 电机轴径轴伸长则取 根据传动装置的工作条件选用HL型弹性柱销联轴名义转矩查表11-1 工作情况系数计算转矩查表22-1 选TL6公称转矩许用转速轴孔直径取减速器高速轴外伸段轴径d=32mm,可选联轴器轴孔联接电机的轴伸长联接减速器高速轴外伸段的轴伸长5.2 中间轴的设计计算轴的材料为选择45#, 调质处理，传递功率，转速 查表8-2 由于轴上有一个键槽，则 取5.3 低速轴的设计计算轴的材料为选择40Cr, 调质处理，传递功率，转速 查表8-2 由于轴上有一个键槽，则 取因为是小批生产，故轴外伸段采用圆柱形根据传动装置的工作条件选用HL型弹性柱销联轴名义转矩查表11-1 工作情况系数.k取1.25计算转矩 查表22-1 选TL9公称直径许用转速6 低速轴的强度校核6.1 绘制低速轴的力学模型 作用在齿轮的圆周力 径向力轴向力 6.2 求支反力水平支反力 ,垂直支反力 6.3 作弯矩、转矩图（上图）水平弯矩C点 垂直弯矩C点左 C点右 合成弯矩C点左 C点右 转矩 6.1.4 作计算弯矩Mca图（上图）该轴单向工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑取C点左C点右D点6.1.5 校核该轴的强度根据以上分析，C点弯矩值最大，而D点轴径最小，所以该轴危险断面是C点和D点所在剖面。轴的材料为40Cr查表8-1 查表8-3 C点轴径 因为有一个键槽D点轴径因为有一个键槽6.6 精确校核轴的疲劳强度-均为有应力集中的剖面，均有可能是危险剖面。其中-剖面计算弯矩相同，、剖面相比较，只是应力集中影响不同。可取应力集中系数值较大的值进行验算即可。同理、剖面承载情况也接近，可取应力集中系数较大者进行验算。校核、剖面的疲劳强度剖面因键槽引起的应力集中系数查附表1-1（插值），剖面因过渡圆角引起的应力集中系数查附表1-2 因、剖面主要受转矩作用，起主要作用，按键槽引起的应力集中系数计算查表8-1 查附表1-4 查附表1-5 查表1-5 ，取，校核、的疲劳强度剖面因配合(H7/r6)引起的应力集中系数查附表1-1， 剖面因过渡圆角引起的应力集中系数查附表1-2 ， 剖面因键槽引起的应力集中系数查附表1-1，按配合引起的应力集中系数校核剖面剖面承受的弯矩和转矩分别为：剖面产生正应力 ，剖面产生的扭剪应力及其应力幅、平均应力为查附表1-4 查附表1-5 ,查表1-5 ,取，其它剖面与上述剖面相比，危险性小，不予校核7 低速轴轴承的选择及其寿命验算低速轴轴承选择一对30210圆锥滚子轴承条件：d=50mm,转速n=96.6r/min，工作环境多灰尘，载荷稍有波动，工作温度低于，预计寿命7.1 确定轴承的承载能力查表21-3 轴承30210的=55200N7.2 计算轴承的径向支反力7.3 作弯矩图（如前）7.4 计算派生轴向力S查表9-8 30210轴承Y=1.5，C=722000 ，e=0.4的方向如图7.5求轴承轴向载荷故1松2紧7.6 计算轴承的当量动载荷P由查表9-6 由查表9-6 查表9-7 根据合成弯矩图取，故按计算查表9-4 故圆锥滚子轴承30210适用8 键联接的选择和验算8.1 低速轴上键的选择与验算8.1.1 齿轮处 选择键1610 其参数为L=56mm，t=6.0mm，R=b/2=8mm，k=h-t=10-6=4mm，l=L-2R=56-28=40mm，d=54mm。齿轮材料为40Cr，载荷平稳，静联接查表2-1 8.1.2 联轴器处 选择键149,其参数为L=70mm，t=5.5mm，R=b/2=7mm，k=h-t=9-5.5=3.5mm，l=L-2R=70-27=56mm，d=48mm。齿轮材料为45#钢，载荷稍有波动，静联接查表2-1 8.2 中间轴上键的选择与验算选择键149 GB1096-2003A型，其参数为L=40mm，t=5.5mm，R=b/2=7mm，k=h-t=9-5.5=3.5mm，l=L-2R=50-27=26mm，d=50mm。齿轮材料为45#钢，载荷稍有波动，静联接查表2-1 8.3 高速轴上键的选择与验算选择键108 GB1096-2003A型，其参数为L=45mm，t=5mm，R=b/2=5mm，k=h-t=8-5=3mm，l=L-2R=45-25=35mm，d=32mm。齿轮材料为45#钢，载荷稍有波动，静联接由表2-1，查得9 联轴器的选择9.1 低速轴轴端处选择TL8联轴器, GB/T4323-2002名义转矩计算转矩 公称转矩 许用转速减速器低速轴外伸段9.2 高速轴轴端处选择TL5联轴器，GB/T4323-2002名义转矩 计算转矩 公称转矩许用转速 减速器高速轴外伸段从动端10 减速器的润滑及密封形式选择减速器的润滑采用脂润滑。油标尺M16,材料Q235A密封圈选用毛毡，JB/ZQ4606-198611 箱体结构的设计减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，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。因其传动件速度大于2m/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，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8，圆角半径为R=2。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 油标和油尺：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 定位销：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.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轴承旁联接螺栓直径M16轴承旁联接螺栓通孔直径17.5轴承旁接沉头座直径D026轴承旁凸台凸缘尺寸C1C2C1=32mmC2=24mm机盖与机座联接螺栓直径=（0.50.6）M12机盖与机座联接螺栓通孔直径D213.5机盖与机座联接螺栓沉头座直径26箱缘尺寸（扳手空间）C1C2C1=20mmC2=16mm地脚螺钉数目n6地脚螺钉直径M20mm地脚螺钉通孔直径25mm地脚螺钉沉头座直径48mm底角凸缘尺寸L1L2L1=32mmL2=30mm轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）8mm视孔盖螺钉直径=（0.30.4）8mm减速器中心高HH=(11.12)a*180圆锥定位销直径=（0.70.8）12轴承旁凸台半径R20外机壁至轴承座端面距离KK=+（58）52轴承座孔长度K+62大齿轮顶圆与内机壁距离1.214齿轮端面与内机壁距离12箱盖，箱座肋厚8 轴承端盖外径+（55.5）120（1轴）125（2轴）130（3轴）11 参考文献（1）孙志礼 马兴国 黄秋波 闫玉涛 主编机械设计 北京：科学出版社，2008 （2） 巩云鹏 田万禄 张伟华 黄秋波 主编机械设计课程设计北京：科学出版社，2008（3）喻子建 张磊 邵伟平 主编机械设计习题与解题分析 沈阳：东北大学出版社，2000