学位论文-—设计带式输送机传动装置.doc

课程设计说明书

题目: 设计带式输送机传动装置

院 系：机电系
专业班级：07数控01班
学 号：
学生姓名：
指导教师：

年 5月 10日

目 录
设计任务书………………………………………………P3
第一部分
传动装置总体设计……………………………P4
第二部分
各齿轮的设计计算……………………………P8
第三部分
轴的设计………………………………………Ｐ13
第四部分
校核……………………………………………P21
第五部分
主要尺寸及数据………………………………P23
第六部分
设计心得………………………………………P26

设 计 任 务 书

一、 课程设计题目：
设计带式输送机传动装置（简图如下）

原始数据：

已知条件：
（1） 工作情况：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，允许输送带速度误差为+0.5%;
（2） 使用折旧期：8年;
（3） 动力来源：电力，三相交流，电压380/220V；
（4） 滚筒效率：0.96（包括滚筒与轴承的效率损失）。
设计工作量：
（1） 减速器装配图1张（A0）；
（2） 零件工作图1～3张（A4）；
（3） 设计计算说明书1份。
二、 课程设计内容
1）传动装置的总体设计。
2）传动件及支承的设计计算。
3）减速器装配图及零件工作图。
4）设计计算说明书编写。
本组设计数据：
第二组数据：输送带工作拉力F/kN 3.4 。
输送带工作速度v/(m/s) 1.0 。
卷筒直径D/mm 300 。

已给方案：外传动机构为V带传动。
减速器为两级展开式圆柱齿轮减速器。

第一部分 传动装置总体设计

一、 传动方案（已给定）
1） 外传动为V带传动。
2） 减速器为两级展开式圆柱齿轮减速器。
3） 方案简图如下：

二、该方案的优缺点：
该工作机有轻微振动，由于V带有缓冲吸振能力，采用V带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种。齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。原动机部分为Y系列三相交流异步电动机。
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。

计 算 与 说 明

三、电动机选择
1）选择电动机的类型和结构形式（Y系列三相交流异步电动机）
2）确定电动机的功率Pd
工作机所需功率：Pw＝Fv/1000＝3.4×103×1.0/1000 Kw＝3.4Kw
传动装置总效率：η
V带传动效率η1＝0.96 传动滚筒效率η2＝0.96 滚动轴承效率η3＝0.99 联轴器效率η4＝0.99 齿轮传动效率η5＝0.97
η＝η1η2η33η42η52＝0.96×0.96×0.993×0.992×0.972＝0.825
电动机的输出功率：Pd
Pd ＝Pw/η＝4.3/0.825 Kw＝5.21Kw
3) 确定电动机转速nd
滚筒轴的工作转速n＝60×1000v/πD＝60×1000×1.0／3.14×300＝63.69r/min
取V带传动的传动比i1＝2～4,二级圆柱齿轮减速器的传动比i2＝8～40,则总传动比的合理范围为i＝16～160,故电动机转速的可选范围为
nd＝i·n＝(16～160)×63.96＝1023.36～10233.6 r/min
根据功率及转速，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及总传动比，选定电动机型号为Y112M-2

四、计算总传动比和分配传动比
Y112M-2电动机的满载转速nm,工作机主轴的转速n
1） 计算总传动比i＝nm/n＝2890/63.96＝45.18
2） 分配传动装置各级传动比
取V带传动比i0＝3,则减速器的传动比ia为
ia＝i/i0＝45.18/3＝15.06
取二级齿轮减速器高速级传动比为
i1＝1.4i2
则ia＝i1·i2＝1.4i22
低速级传动比为
i2＝＝＝3.28
高速级传动比为
i1＝1.4i2＝1.4×3.28＝4.59

五、计算传动装置的运动和动力参数
1） 各轴转速
nⅠ＝nm/i0＝2890/3＝963.33r/min
nⅡ＝nⅠ/i1 ＝963.33/4.59＝209.88r/min
nⅢ＝nⅡ/i2＝63.97/3.28＝19.50r/min
2） 各轴的输入功率
Ⅰ轴 PⅠ＝Pd·η4＝5.21×0.99＝5.16Kw
Ⅱ轴 PⅡ＝PⅠ·η3·η5＝5.16×0.99×0.97＝4.96Kw
Ⅲ轴 PⅢ＝PⅡ·η3·η5＝4.96×0.99×0.97＝4.76Kw
滚筒轴 Pw＝PⅢ·η3·η4＝4.76×0.99×0.99＝4.67Kw
3) 各轴的输入转矩
电动机轴的输出转矩
Td＝9550Pd/nm＝9550×5.21/2890＝17.22N·m
其他各轴的输入转矩
Ⅰ轴 TⅠ＝9550PⅠ/n1＝9550×5.16/963.33＝51.15N·m
Ⅱ轴 TⅡ＝9550PⅡ/nⅡ＝9550×4.96/209.88＝225.96N·m
Ⅲ轴 TⅢ＝9550PⅢ/nⅢ＝9550×4.76/19.50＝2331.18N·m
滚筒轴 Tw＝9550Pw/n＝9550×4.67/63.69＝700.24N·m

第二部分 各齿轮的设计计算
一、高速级减速齿轮设计（直齿圆柱齿轮）
1.齿轮的材料，精度和齿数选择，因传递功率不大，转速不高，材料按表7-1选取，都采用45号钢，锻选项毛坯，大齿轮、正火处理，小齿轮调质，均用软齿面。齿轮精度用8级，轮齿表面精糙度为Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为占蚀，考虑传动平稳性，齿数宜取多些，取Z1=34 则Z2=Z1·i=34×4.5=153
2.设计计算。
（1）设计准则，按齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。
（2）按齿面接触疲劳强度设计

T1=9.55×106×P/n=9.55×106×5.21/63.69=781212 N·mm由选取材料的接触疲劳，极限应力为
бHILim=580 бHILin=560
选取材料弯曲疲劳极阴应力
бHILim=230 бHILin=210
应力循环次数N计算
N1=60n, at=60×(8×360×10)=6.64×109
N2= N1/u=6.64×109/2.62=2.53×109
查得接触疲劳寿命系数；ZN1=1.1 ZN2=1.04
查得弯曲 ；YN1=1 YN2=1
查得接触疲劳安全系数：SFmin=1.4 又YST=2.0
试选Kt=1.3
求许用接触应力和许用弯曲应力

将有关值代入得

则V1=(πd1tn1/60×1000)=1.3m/s
( Z1 V1/100)=1.3×(34/100)m/s=0.44m/s
查图得Ka=1.05 Ka=1.25 Kβ=1.08
取Kα=1.05.则KH=KaKvKβKα=1.42,
修正

M=d1/Z1=1.96mm
取标准模数：m=2mm
(3) 计算几何尺寸
d1=mz1=2×34=68mm
d2=mz2=2×89=178mm
a=m(z1＋z2)/2=123mm
b=φddt=1×68=68mm
取b2=65mm b1=b2+10=75
3.校核齿根弯曲疲劳强度
查得，YFS1=4.1，YFS2=4.0 取Yε=0.7
校核大小齿轮的弯曲强度.

二、低速级减速齿轮设计（直齿圆柱齿轮）
1.齿轮的材料，精度和齿数选择，因传递功率不大，转速不高，材料按表7-1选取，都采用45号钢，锻选项毛坯，大齿轮、正火处理，小齿轮调质，均用软齿面。齿轮精度用8级，轮齿表面精糙度为Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为占蚀，考虑传动平稳性，齿数宜取多些，取Z1=34
则Z2= Z1·i=34×3.7=104

2.设计计算。
（1） 设计准则，按齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。
（2）按齿面接触疲劳强度设计，由式
T1=9.55×106×P/n=9.55×106×5.20/148=335540 N•mm
由图选取材料的接触疲劳，极限应力为
бHILim=580 бHILin=560
选取材料弯曲疲劳极阴应力
бHILim=230 бHILin=210
应力循环次数N计算
N1=60n at=60×148×(8×360×10)=2.55×109
N2= N1/u=2.55×109/3.07=8.33×108
由图查得接触疲劳寿命系数；ZN1=1.1 ZN2=1.04
由图查得弯曲 ；YN1=1 YN2=1
由图查得接触疲劳安全系数：SFmin=1.4 又YST=2.0 试选Kt=1.3
求许用接触应力和许用弯曲应力

将有关值代入式(7-9)得

则V1=(πd1tn1/60×1000)=0.55m/s
( Z1 V1/100)=0.55×(34/100)m/s=0.19m/s
查图得Kv=1.05 Ka=1.25 Kβ=1.08
取Kα=1.05.则KH=KaKvKβKα=1.377
修正
M=d1/Z1=2.11mm　取标准模数：m=2.5mm
(3) 计算几何尺寸
d1=mz1=2.5×34=85mm
d2=mz2=2.5×104=260mm
a=m(z1＋z2)/2=172.5mm
b=φddt=1×85=85mm
取b2=85mm b1=b2+10=95
3.校核齿根弯曲疲劳强度
查得，YFS1=4.1，YFS2=4.0 取Yε=0.7
校核大小齿轮的弯曲强度.

总结：高速级 z1=34 z2=89 m=2
低速级 z1=34 z2=104 m=2.5

第三部分 轴的设计
高速轴的设计

1.选择轴的材料及热处理
由于减速器传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求故选择常用材料45钢,调质处理.
2.初估轴径
按扭矩初估轴的直径,查表10-2,得c=106至117,考虑到安装联轴器的轴段仅受扭矩作用.取c=110则:
D1min=
D2min=
D3min=
3.初选轴承
1轴选轴承为6008
2轴选轴承为6009
3轴选轴承为6012
根据轴承确定各轴安装轴承的直径为:
D1=40mm
D2=45mm
D3=60mm
4.结构设计为了拆装方便,减速器壳体用剖分
(1).各轴直径的确定
初估轴径后,句可按轴上零件的安装顺序,从左端开始确定直径.该轴轴段1安装轴承6008,故该段直径为40mm。2段装齿轮，为了便于安装，取2段为44mm。齿轮右端用轴肩固定，计算得轴肩的高度为4.5mm，取3段为53mm。5段装轴承，直径和1段一样为40mm。4段不装任何零件，但考虑到轴承的轴向定位，及轴承的安装，取4段为42mm。6段应与密封毛毡的尺寸同时确定，查机械设计手册，选用JB/ZQ4606-1986中d=36mm的毛毡圈，故取6段36mm。7段装大带轮，取为32mm>dmin 。
（2）各轴段长度的确定
轴段1的长度为轴承6008的宽度和轴承到箱体内壁的距离加上箱体内壁到齿轮端面的距离加上2mm，l1=32mm。2段应比齿轮宽略小2mm，为l2=73mm。3段的长度按轴肩宽度公式计算l3=1.4h；去l3=6mm，4段：l4=109mm。l5和轴承6008同宽取l5=15mm。l6=55mm，7段同大带轮同宽，取l7=90mm。其中l4，l6是在确定其它段长度和箱体内壁宽后确定的。
于是，可得轴的支点上受力点间的跨距L1=52.5mm，L2=159mm，L3=107.5mm。
（3）.轴上零件的周向固定
为了保证良好的对中性，齿轮与轴选用过盈配合H7/r6。与轴承内圈配合轴劲选用k6，齿轮与大带轮均采用A型普通平键联接，分别为16*63 GB1096-1979及键10*80 GB1096-1979。
（4）.轴上倒角与圆角
为保证6008轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册的推荐，取轴肩圆角半径为1mm。其他轴肩圆角半径均为2mm。根据标准GB6403.4-1986，轴的左右端倒角均为 45°。

5.轴的受力分析
（1） 画轴的受力简图。

（2） 结构简图 b受力简图 c水平面受力和弯矩图d垂直的受力和弯矩图e合成弯矩图f转矩图
（3） 计算支座反力。
Ft=2T1/d1=
Fr=Ft·tan20°=3784×0.3639＝1377N
FQ=1588N
在水平面上 FR1H=
FR2H=Fr-FR1H=1377-966=411N
在垂直面上 FR1V=
Fr2V=Ft- FR1V=1377-352=1025N
（4） 画弯矩图

在水平面上，a-a剖面左侧
MAh=FR1Hl3=966 52.5=50.715N•m
a-a剖面右侧
M’Ah=FR2Hl2=411 153=62.88 N• m
在垂直面上
MAv=M’AV=FR1Vl2=352×153=53.856 N•m
合成弯矩，a-a剖面左侧
＝73.97 N
a-a剖面右侧

（5）画转矩图

转矩 3784×（68/2）=128.7N•m
6. 判断危险截面
显然，如图所示，a-a剖面左侧合成弯矩最大、扭矩为T，该截面左侧可能是危险截面；b-b截面处合成湾矩虽不是最大，但该截面左侧也可能是危险截面。若从疲劳强度考虑，a-a，b-b截面右侧均有应力集中，且b-b截面处应力集中更严重，故a-a截面左侧和b-b截面左、右侧又均有可能是疲劳破坏危险截面。
7. 轴的弯扭合成强度校核
查得
(1)a-a剖面左侧
3=0.1×443=8.5184m3
=14.57

(2）b-b截面左侧
3=0.1×423=7.41m3

b-b截面处合成弯矩Mb:
=174 N•m
=27
8. 轴的安全系数校核:
查得
(1)在a-a截面左侧
WT=0.2d3=0.2×443=17036.8mm
查得
绝对尺寸系数 ;
轴经磨削加工,
查得质量系数 .
则
弯曲应力
应力幅
平均应力
切应力

安全系数

查得许用安全系数=1.3～1.5,
显然S> ,故a-a剖面安全.
(2)b-b截面右侧
抗弯截面系数3=0.1×533=14.887m3
抗扭截面系数WT=0.2d3=0.2×533=29.775 m3
又Mb=174 N•m,
故：
弯曲应力

切应力

查得过盈配合引起的有效应力集中系数 。
则

显然S> ,故b-b截面右侧安全。
(3）b-b截面左侧
WT=0.2d3=0.2×423=14.82 m3
b-b截面左右侧的弯矩、扭矩相同。
弯曲应力

切应力

（D-d）/r=1 r/d=0.05，查得圆角引起的有效应力集中系数 。查得绝对尺寸系数 。
又 。则

显然S> ,故b-b截面左侧安全。

第四部分 校 核
高速轴轴承

FR2H=Fr-FR1H=1377-966=411N

Fr2V=Ft- FR1V=1377-352=1025N
轴承的型号为6008，Cr=16.2 kN
1） FA/COr=0
2） 计算当量动载荷

查表得fP=1.2径向载荷系数X和轴向载荷系数Y为X=1，Y=0
=1.2×（1×352）=422.4 N
3） 验算6008的寿命

验算右边轴承

键的校核
键1 10×8 L=80 GB1096-79
则强度条件为

查表许用挤压应力
所以键的强度足够
键2 12×8 L=63 GB1096-79
则强度条件为

查表许用挤压应力
所以键的强度足够

联轴器的选择
联轴器选择为TL8型弹性联轴器 GB4323-84
减速器的润滑
1.齿轮的润滑
因齿轮的圆周速度<12 m/s，所以才用浸油润滑的润滑方式。
高速齿轮浸入油里约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。
2．滚动轴承的润滑
因润滑油中的传动零件（齿轮）的圆周速度V≥1.5～2m/s所以采用飞溅润滑，

第五部分 主要尺寸及数据
箱体尺寸:
箱体壁厚
箱盖壁厚
箱座凸缘厚度b=15mm
箱盖凸缘厚度b1=15mm
箱座底凸缘厚度b2=25mm
地脚螺栓直径df=M16
地脚螺栓数目n=4
轴承旁联接螺栓直径d1=M12
联接螺栓d2的间距l=150mm
轴承端盖螺钉直径d3=M8
定位销直径d=6mm
df 、d1 、d2至外箱壁的距离C1=18mm、18 mm、13 mm
df、d2至凸缘边缘的距离C2=16mm、11 mm
轴承旁凸台半径R1=11mm
凸台高度根据低速轴承座外半径确定
外箱壁至轴承座端面距离L1=40mm
大齿轮顶圆与内箱壁距离△1=10mm
齿轮端面与内箱壁距离△2=10mm
箱盖，箱座肋厚m1=m=7mm
轴承端盖外径D2 ：凸缘式端盖：D+（5～5.5）d3
以上尺寸参考机械设计课程设计P17～P21

齿轮的结构尺寸
两小齿轮采用实心结构
两大齿轮采用复板式结构
齿轮z1尺寸
z=34 d1=68 m=2 d=44 b=75 d1=68
ha=ha*m=1×2=2mm
hf=( ha*+c*)m=(1+0.25)×2=2.5mm
h=ha+hf=2+2.5=4.5mm
da=d1＋2ha=68+2×2=72mm
df=d1－2hf=68－2×2.5=63
p=πm=6.28mm
s=πm/2=3.14×2/2=3.14mm
e=πm/2=3.14×2/2=3.14mm
c=c*m=0.25×2=0.5mm
齿轮z2的尺寸
由轴可 得d2=178 z2=89 m=2 b=65 d4=49
ha=ha*m=1×2=2mm
h=ha+hf=2+2.5=4.5mm
hf=(1＋0.5)×2=2.5mm
da=d2＋2ha=178＋2×2=182
df=d1－2hf=178－2×2.5=173
p=πm=6.28mm
s=πm/2=3.14×2/2=3.14mm
e=πm/2=3.14×2/2=3.14mm
c=c*m=0.25×2=0.5mm
D0≈da-10mn=182-10×2=162
D2≈0.25(D0-D3)=0.25(162-78.4)=20
D3≈1.6D4=1.6×49=78.4
R=5 c=0.2b=0.2×65=13

齿轮3尺寸
由轴可得, d=49 d3=85 z3=34 m=2.5 b=95
ha =ha*m=1×2.5=2.5
h=ha+hf=2.5+3.125=5.625
hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)×2.5=3.125
da=d3+2ha=85+2×2.5=90
df=d1-2hf=85-2×3.125=78.75
p=πm=3.14×2.5=7.85
s=πm/2=3.14×2.5/2=3.925
e=s c=c*m=0.25×2.5=0.625
齿轮4寸
由轴可得 d=64 d4=260 z4=104 m=2.5 b=85
ha =ha*m=1×2.5=2.5
h=ha+hf=2.5+3.25=5.625
hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)×0.25=3.125
da=d4+2ha=260+2×2.5=265
df=d1-2hf=260-2×3.125=253.75
p=πm=3.14×2.5=7.85
s=e=πm/2=3.14×2.5/2=3.925
c=c*m=0.25×2.5=0.625
D0≈da-10m=260-10×2.5=235
D3≈1.6×64=102.4

D2=0.25(D0-D3)=0.25×(235-102.4)=33.15
r=5 c=0.2b=0.2×85=17

参考文献：
《机械设计》徐锦康 主编 机械工业出版社
《机械设计课程设计》陆玉 何在洲 佟延伟 主编
第3版 机械工业出版社《机械设计手册》
第六部分 设计心得
机械设计课程设计是机械课程当中一个重要环节通过了3周的课程设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，对机械的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。
由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择计算标准件是可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准
在设计的过程中，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，大家共同解决了许多个人无法解决的问题，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。
由于本次设计是分组的，自己独立设计的东西不多，但在通过这次设计之后，我想会对以后自己独立设计打下一个良好的基础。