机设基础课程设计.docx

机械设计基础课程设计说 明 书题 目 名 称： 带式运输机传动装置的设计 学 院（部）： 冶金工程学院 专 业： 金属材料与热处理技术 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 评 定 成绩： 课程设计任务书2010 2011 学年第 1 学期 冶金工程 学院 金属材料与热处理技术 专业 金属092 班课程名称： 机 械 基 础 设计题目： 带式运输机传动装置的设计 完成期限：自 2011 年 12 月 20 日至 2012 年 1 月 3 日共 2 周内容及任务设计任务：设计带式输送机的传动系统。要求传动系统中含有单级圆柱齿轮减速器及V带传动。1、原始数据带的圆周力F/N带速v（m/s）滚筒直径D/mm28002.54502、工作条件 常温下连续工作、单向运转；空载起动，工作载荷平衡；两班制（每班工作8h），要求减速器设计寿命为8年，中批量生产,输送带速度允许误差为5%。3、工作量要求（1）完成设计计算说明书一份。（2）完成A1装配图1张，零件图2张。（3）进度安排起止日期工作内容2011.12月2024日编写设计计算说明书2011.12月2530日绘制装配图、零件图，答辩主要参考资料1 邹培海等.机械设计基础.北京：清华大学出版社，2009年5月2 王洪等.机械设计课程设计.北京：清华大学出版社，2009年5月指导教师（签字）： 2011年 月 日系主任（签字）： 2011年 月 日目 录一、拟定传动方案4二、选择电动机5三、传动装置总传动比及其分配6四、传动装置的运动及动力参数计算7五、V带传动设计8六、齿轮传动设计10七、轴的设计13八、轴承的选择和校核21九、键连接的选择和校核22十、箱体结构设计及减速器附件设计23十一、参考文献24一、拟定传动方案设计题目：带式运输机传动装置中的单级圆柱齿轮减速器设计。(1)工作条件：三班制，工作10年。(2)原始数据：输送带有效拉力F=2800N；带速V=2.5m/s；滚筒直径D=450mm。传动方案如图1.1所示。其工作原理是：电动机1通过V带传动2将动力传入单级圆柱齿轮减速器3，再通过联轴器4，将动力传至输送机滚筒5，带动输送带6工作。 图1.1 传动系统简图二、选择电动机1.电动机类型的选择。根据动力源和工作条件，并参照第十二章选用一般用途的Y系列三项交流异步电动机，卧式封闭结构，电源的电压为380V.2.电动机容量的选择。根据已知条件，工作机所需要的有效功率为： PW= 查表3-3可设：d-V带的传动效率0.95c-联轴器效率0.99g-闭式圆柱齿轮传动效率(设精度8级)0.97b-一对滚动轴承效率0.99cy-输送机滚筒效率0.963w-输送机滚筒轴（3轴）至输送带间的传动效率。01=d=0.9512=bg=0.990.97=0.960323=bc=0.990.99=0.98013w则 ：传动系统总效率总=0.950.96030.98010.9504工作时，电动机所需的功率Pd=8.24（kw）由表12-1可知，满足PePd条件的Y系列三项交流异步电动机额定功率Pe应取为11kw。3.电动机转速的选择。根据已知条件，可得工作机工作转筒的转速nw为 nw(r/min)选择圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i3=305。取V带传动比i2=24，则总传动比的范围为i=620。故电动机转速的可选范围为nm=in筒=（620）106.103r/min=636.622122.06r/min初选Y160M-4和Y160L-6型电动机。现将两种电动机的一些有关技术数据列入下表：方案号型号额定功率同步转速满载转速总传动比外伸轴径轴外伸长度1Y160M-411kw1500146013.7642mm110mm2Y160L-611kw10009709.14242mm110mm通过上述比较：方案1选用的电动机的转速高、外廓尺寸小、质量轻、价格低，总传动比为13.76,对于传动装置来说不算大。故选用方案1较合理。Y160M-4型电动机的额定功率,满载转速r/min,查表得电动机中心高H=160mm,轴伸出部分用于装联轴器段的直径和长度分别为D=42mm,E=110mm。三、传动装置总传动比及其分配1.带式输送机传动系统总传动比：i总=2.由传动系统方案（见图1.1）知：按表（3-4）查取V带传动的传动比：一级圆柱直齿轮减速器的传动比：1=3.44所以，传动系统各级传动比： =3.44。四、传动装置的运动和动力参数计算传动系统各轴的转速、功率和转矩计算如下：0轴（电动机轴）： r/min) kw) 1轴（减速器高速轴）： (r/min) (kw)(N*m)2轴（减速器低速轴）： (r/min) (kw)0(N*m)3轴（输送机滚筒轴）： (r/min) 676(kw)(N*m)将上述结果列于下表中供查用：传动系统的运动和动力参数轴号电动机单级圆柱齿轮减速器工作机0轴1轴2轴3轴转速1460365106.104106.104功率8.247.8287.51727.3676转矩53.90204.81676.60663.13传动比 4 3.44 1五、V带的传动设计（1）确定计算功率。由表11-7查得=1.4，由公式得=Pw=1.411=15.4(kw)（2）选择V带型号根据=15.4kw，=1460r/min，由图11-8可选B型V带（3）确定带轮基准直径的推荐值为125140mm，由表11-8，则取dd1=125mm，故(mm) 实际传动比i为: 带速为v=(m/s) V值在525m/s范围内，带速合格。（4）确定带长Ld和中心距a，由公式得 0.7（）2() 437.5mm1250mm初取中心距=700mm.由公式得2432mm 由表11-2得，取Ld=2500mm.由公式得实际中心距a为a734(mm)验算小带轮上的包角，由公式（11-18）得（符合小带轮包角的要求）（5）确定V带根数Z查表11-4，由线性插值法可得查表11-5，直接可得：由表11-6，由线性插值法可得由表11-2，可得=1.03V带根数Z为:取整数，故Z=6根.（6）计算单根V带的预紧力由表11-1得q=0.17kg/m，由公式得单根V带的预紧力为(7) 计算V带对轴的压力Q由公式得V带对轴的压力Q为：=2849.76(N)(8)V带轮的结构设计，并绘制V带轮的零件工作图。（略）六、齿轮传动设计(1)选择齿轮材料、热处理方法。 根据工作条件，一般用途的减速器可采用闭式软齿面传动。查表5-6得：小齿轮 45钢 调质处理 =230大齿轮 45钢 正火处理 =190 两齿轮齿面硬度差为40，符合软齿面传动的设计要求（2）确定材料许可接触应力。查表5-11，两试验齿轮材料的接触疲劳极限应力分别为：查表5-12，接触疲劳强度的最小安全系数=1.0，则两齿轮材料的许可应力分别为（3）根据设计准则，按齿面接触疲劳强度进行设计式中：小齿轮的转矩=9.55106p/n=9.5510611/1460=0.72105(N*mm)/. 查表5-8，取载荷系数k=1.2; 查表5-9，取弹性系数=189.8;取齿宽系数（闭式传动软齿面）； 以较小值=531.2Mpa代入，故=56.91(mm)（4）几何尺寸计算因采用闭式软齿面传动，小齿轮齿数的推荐值=2040.取=27，则=273=81.齿数：=27，=81.模数：m=由表5-2，将m转换为标准模数，取m=2.5mm中心距：a=齿宽mm,取整（四舍五入）即 . ,取（5）校核齿根弯曲疲劳强度.由公式得 : 查表5-10，两齿轮的齿形系数，应力校正系数分别为（由线性插值法求出）=27时，=2.57， YF2=1.60，=2.22-(2.22-2.20)/(90-80)(81-80)=2.218. YS2=1.77+(1.78-1.77)/(90-80) (81-80)=1.77查表5-11，两试验齿轮材料的弯曲疲劳极限应力分别为查表5-12，弯曲疲劳强度的最小安全系数为两齿轮材料的许可弯曲疲劳应力分别为将上述参数分别代入校核公式，可得知两齿轮的齿根弯曲疲劳应力分别为87.62M83.65M即：两齿轮齿根弯曲疲劳强度均足够。（6）齿轮其他尺寸计算.分度圆直径：(mm)(mm)齿顶圆直径：(mm) (mm)齿根圆直径：(mm)(mm)中心距： a=m(z1+z2)/2=135(mm)齿宽： .（7）选择齿轮精度等级齿轮圆周速度： m/s)查表5-7，选齿轮精度，第二公差组为8级。由“齿轮传动公差”查得小齿轮 8-8-9 GJ GB 10095-88大齿轮 8-8-9 HK GB 10095-88(8)确定齿轮结构形式和其他结构尺寸，绘制零件工作图。（待续）七、轴的设计圆柱直齿轮减速器中主动轴（减速器高速轴）的设计.(1) 选取轴的材料和热处理方法，并确定轴材料的许可应力。根据题意，普通用途，中小功率，选用45钢正火处理，查表15-1的=600Mpa，查表15-5得，=55Mpa。（2）估算轴的最小直径由表15-2查取A=118，根据公式15-1得：考虑轴端有一键槽，将上述轴径增大5%，即32.7.由传动系统方案可知，该减速器高速轴外端接V带，孔径d1=48mm(课程设计手册201页)所以，取轴的最小直径d1=48mm.（3）轴的结构设计并绘制结构草图确定轴上零件的布置方案和固定方式。参考一般减速器结构，将齿轮布置在轴的中部，对称于两端的轴承；齿轮用轴环和轴套作轴向固定，用平键和过盈配合（）作周向固定。左端轴承用轴肩和过渡配合（H7/k6）固定内套圈；右端轴承用轴套和过渡配合（H7/k6）固定内套圈。轴的定位则由两端的轴承端盖单面轴向固定轴承的外套圈来实现。输入端的大带轮用轴肩和挡板作轴向固定，用平键作周向固定。两端采用深沟球轴承，轴承采用脂润滑，齿轮采用油浴润滑。.确定轴的各段直径。外伸端直径=48mm按工艺和强度要求把轴制成阶梯形，取通过轴承盖轴段的直径为该段处安装毡圈，故取标准直径=56mm考虑轴承的内孔标准，取=60mm，（两轴承同型号），初选两端深沟球轴承的型号为6212直径为的轴段为轴头，取=63mm，应符合轴径标准系列轴环直径=+2h=6372（mm）根据轴承的安装直径，查手册得d6=69(mm)确定轴的各段长度。=63mm（齿轮齿宽=65mm，比短13mm）=60（查手册201页毂长B1=60mm）=23mm（轴承宽度为=22mm，挡油环厚1mm）=9mm（轴环宽度为b1.4h）根据减速器结构设计的要求，初步确定=1015mm，=510mm=+-=（1015）+(510)-12=11mm=+（13）=22+（510）+（1015）+（13）=44mm=55mm（根据减速器箱体结构等尺寸初步确定为5565mm）由草图可知，两轴承之间的跨距L=22+2(510)+2（1015）+65=127（mm）（近似认为支点在两轴承宽度的中点）（4）主动齿轮的受力计算 分度圆直径：d=mz1=2.527=67.5(mm)转矩： (N*m)圆周力: 径向力:(5)按弯扭组合变形强度进行校核计算。绘制轴的受力简图（如下图7.2（a）将齿轮所受力分解成水平面H和铅垂平面V的力。求水平面H和铅垂平面V的支座反力。水平面的支座反力：(N)铅出平面V内的支座反力： 绘制弯矩图(如下图7.2)水平面H的弯矩图：(Nmm)铅垂平面V的弯矩图:(Nmm)合成弯矩图:(Nmm)绘制扭矩图（如下图所示）T=204815(Nmm)绘制当量弯矩图单向转动，故切向应力脉动循环，取=0.6。b截面当量弯矩为:(Nmm)=205058(Nmm)（6）校核轴的强度。根据总合成弯矩图、扭矩图和轴的结构草图的判断，a、b截面为危险截面。下面分别进行校核校核a截面(Nmm)=28.165(mm)考虑键槽后，由于=28.165105%=29.57mm=48mm,故a截面安全。校核b截面。=239062(Nmm)考虑键槽后，由于=35.161.05=36.92mm=63mm,故b截面安全。因为危险截面a，b均安全，即该轴的强度时足够的，无须修改原设计结构方案 图7.2轴的受力图、弯矩图、扭矩图等从动齿轮轴（减速器低速轴）设计（1） 选取轴的材料和热处理方法，并确定轴的材料的许可应力。普通用途，中小功率，选用45钢正火处理，查表15-1的=600Mpa，查表15-5得，=55Mpa。（2）估算轴的最小直径。由表15-2查取A=112，根据公式15-1得：考虑轴端有一键槽，将上述轴径增大5%，即由于轴端要安装联轴器，为了补偿轴的偏差，选用弹性柱销联轴器。7.5172/106.104=1015(Nmm)查手册选弹性柱销联轴器，其型号为HL4,内孔孔径d1=50mm,与上述增大5%后的轴径比较，最后取轴的最小直径d1=50mm.（3）轴的结构设计并绘制结构草图。确定轴上零件的布置方案和固定方式。参考一般减速器结构，将齿轮布置在轴的中部，对称于两端的轴承；齿轮用轴环和轴套作轴向固定，用平键和过盈配合（）作周向固定。右端轴承用轴肩和过渡配合（H7/k6）固定内套圈；左端轴承用轴套和过渡配合（H7/k6）固定内套圈。轴的定位则由两端的轴承端盖单面轴向固定轴承的外套圈来实现。输出端的联轴器用轴肩和挡板作轴向固定，用平键作周向固定。两端采用深沟球轴承，轴承采用脂润滑，齿轮采用油浴润滑。.确定轴的各段直径。外伸段直径=50mm.按工艺和强度要求把轴制成阶梯形，取通过轴承盖轴段的直径为，由于该段处安装毡圈，故取标准直径=60mm.考虑轴承的内孔标准，取=65mm，（两轴承同型号），初选两端深沟球轴承的型号为6213.直径为的轴段为轴头，取=71mm，应符合轴径标准系列轴环直径=+2h=7181（mm）.根据轴承的安装直径，查手册的d6=74(mm)确定轴的各段长度=55mm（轮毂宽度为B2=57mm，比短13mm）=82mm（HL4的J型轴孔长B1=84mm,比短13mm）=34mm（轴承宽度为=33mm，挡油环厚1mm）=10mm（轴环宽度为b1.4h）根据减速器结构设计的要求，初步确定=1015mm，=510mm=+-=（1015）+(510)-10=9mm=+（13）=33+（510）+（1015）+（13）=52mm=55mm（根据减速器箱体结构等尺寸初步确定为5565mm）由草图可知，两轴承之间的跨距L=33+2(510)+2（1015）+57=130（mm）（近似认为支点在两轴承宽度的中点）（4）从动轴齿轮的受力计算 分度圆直径：d=mz2=2.581=202.5(mm) 转矩 ：(Nmm)圆周力: 径向力:(5)按弯扭组合变形强度条件进行校核计算。绘制轴的受力简图（如下图7.3（a）。将齿轮所受力分解成水平面H和铅垂平面V的力。求水平面H和铅垂平面V的支座反力。水平面H内的支座反力：(N)铅出平面V内的支座反力： 绘制弯矩图(如下7.2图)水平面H的弯矩图：铅垂平面V的弯矩图： (Nmm)绘制扭矩图（如下图所示）T=676593(Nmm)绘制当量弯矩图单向转动，故切向应力脉动循环，取=0.6b截面当量弯矩为:M=231114（6）校核轴的强度，根据总合成弯矩图、扭矩图和轴的结构草图的判断，a、b截面为危险截面。下面分别进行校核校核a截面=42(mm)考虑键槽后，=42105%=44.1mm=50mm,故a截面安全。校核b截面。=467133.51(Nmm)考虑键槽后，因=441.05=46.2mm=71mm,故b截面安全。因为危险截面a，b均安全，所以该轴的强度是足够的，无须修改原始结构设计方案。 图7.3轴的受力图、弯矩图、扭矩图等八、轴承的选择和校核。 减速器高速轴轴承类型的选择。（1）滚动轴承类型的选择。前面主动轴的设计已初选深沟球轴承型号6212.（圆柱直齿轮轴承只受径向载荷。）（2）滚动轴承尺寸选择过程。1.已知主动轴受径向载荷FR=2209N。2.主动轴的工作转速n1=365r/min.3.预期寿命L10h=1036524=87600h.4.计算轴应满足的基本额定动载荷。（查表得ft=1,fp=1.2,球轴承的寿命指数E=3）Cr=fpPr/ft(60nL10h/106)1/E=1.22209/1(6036587600/106)1/3=32938(N)查轴承手册初选6211轴承，其Cr=33500N,Cr0=25000N. 经验算高于预期寿命，符合要求。 5.所以综合考虑确定选用6212深沟球轴承。减速器低速轴轴承类型的选择。 （1）滚动轴承类型的选择。由从动轴设计初选6213深沟球轴承。（圆柱直齿轮轴承只受径向载荷。）（2）滚动轴承尺寸选择过程。1.已知从动轴受径向载荷FR=2432N。2.主动轴的工作转速n1=106.104r/min.3.预期寿命L10h=1036524=87600h.4.计算轴应满足的基本额定动载荷。（查表得ft=1,fp=1.2,E=3）Cr=fpPr/ft(60nL10h/106)1/E=1.22432/1(60106.10487600/106)1/3=24022 (N)查轴承手册初选6209轴承，其Cr=24500N,Cr0=17500N. 经验算满足要求（高于预期寿命）。 5.所以综合考虑确定选用前面设计的6213深沟球轴承。九、键联接的选择和校核.（1）键的类型与尺寸选择。齿轮传动要求齿轮与轴对中性好，以避免啮合不良，该传动系统连接为静连接，故选用普通平键A型。（2）高速轴轴上平键，查表选用为14，长L为50mm的A型圆头平键。受力分析：,经查表=100MPa。则：,故所选的平键联接强度足够，满足要求。(3)减速器低速轴轴上需要两个圆头平键，根据从动轴的直径d=50mm,轮毂宽度为57mm,查表选用：=16，长L=70mm.标记为：键 1670 GB/T10962003 (4)强度计算。由表1010查得工作长度l=70-20=50mm则：,故此平键满足强度要求。根据从动轴的直径d=50mm,轮毂宽度为57mm查表选用：=2012mm,长L=46.5mm.同理可校核：键2046.5GB/T10962003经验证得平键满足强度要求。十、箱体结构及减速器附件设计10.1箱体设计10.11铸造箱体的结构设计减速器箱体支承和固定轴系的零件，保证了传动零件的正确啮合及箱体内零件的良好润滑和可靠的密封。设计铸造箱体结构是应考虑箱体的刚度、结构工艺性等几个方面的要求。箱体尺寸主要按照经验确定，减速器的主要尺寸如下：箱体壁厚：h1=20mm 箱盖厚度：h2=20mm箱座的凸缘厚度：b=15mm,箱盖的凸缘厚度：b1=15mm箱底座的凸缘厚度：b2=25mm地脚螺栓直径：df=18mm 地脚螺栓个数n=4轴承旁联接螺栓直径：d1=14mm箱盖、箱座联接螺栓直径：d2=10mm轴承端盖螺钉直径：d3=8mm检查孔盖螺钉直径：d4=8mm箱盖的肋板厚度：s=10mm大齿轮顶圆与箱体内壁间的距离:c1=12mm齿轮端面与箱体内壁的之间距离：c2=12mm10.2箱体附件设计10.2.1箱体附件的设计为了检查传动系统啮合情况、注油、排气、指示油面、通气、加工及装配时的定位、拆卸和吊运、需要在减速器上安装以下附件。a:窥视孔和窥视孔盖b:通气器c:起吊装置d:油标e:油塞和排油孔f:定位销g:起盖螺钉十一、参考文献【1】 机械设计/银金光等主编.北京：清华大学出版社；北京交通大学出版社，2009.5【2】 机械设计课程设计/王洪等主编.北京：清华大学出版社；北京交通大学出版社，2009.5【3】 吴宗泽.机械设计实用手册【M】.北京：化学工业出版社，2003:11571296.【4】 胡家秀.简明机械零件设计实用手册【M】.北京：机械工业出版社，1999:337361,384。