带式运输机传动装置设计.doc

学 号： 课 程 设 计题 目带式运输机传动装置设计教 学 院机电工程学院专 业机械制造及自动化班 级机械制造及自动化(专)2010(1)班姓 名 指导教师2012年05月28日前 言设计目的:机械设计课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课。课程设计则是机械设计课程的实践性教学环节，同时也是高等工科院校大多数专业学生第一次全面的设计能力训练，其目的是：（1） 通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的的理论与实际知识去分析和解决机械设计问题的能力。（2） 学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。（3） 通过制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件的工作能力，确定尺寸及掌握机械零件，以较全面的考虑制造工艺，使用和维护要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件，机械传动装置或简单机械的设计过程和方法。（4） 学习进行机械设计基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册、运用标准和规定。- 2 -目 录一、 确定传动方案 1二、 选择电动机 1一、 选择电动机 1二、 计算传动装置的总传动比并分配各级传动比 2三、 计算传动装置的运动参数和动力参数 2三、 传动零件的设计计算 3（1） 普通V带传动 4（2） 圆柱齿轮设计 5四、 低速轴的结构设计 7（1） 轴的结构设计 7（2） 确定各轴段的尺寸 8（3） 确定联轴器的尺寸 10（4） 按扭转和弯曲组合进行强度校核 10五、 高速轴的机构设计 13六、 键的选择及强度校核 13七、 选择轴承及计算轴承的寿命 14八、 选择轴承润滑与密封方式 16九、 箱体及附件的设计 17（1） 箱体的选择 17（2） 选择轴承端盖 17（3） 确定检查孔与孔盖 17（4） 通气孔17（5） 油标装置 17（6） 螺塞 17（7） 定位销 17（8） 起吊装置 17（9） 设计小结 18参考文献 19一、确定齿轮传动方案 二、选择电动机（1）选择电动机（2）计算传动装置的总传动比（3）计算传动装置的运动参数和动力参数三、传动零件的设计和计算 （1）普通V带传动1）计算功率2）选择V类型3）确定V带基准直径4）验算带速V5)初定中心距a06）初算带长Ld07)计算中心距a8)验算小带轮的包角9）确定带的根数10）计算初拉力11）作用在轴上的力（2）圆柱齿轮设计 1）选择齿轮材料2）按齿面接触疲劳强度条件计算小齿轮直径d13）齿轮的主要参数和计算几何尺寸4）校核轮齿弯曲疲劳强度5）验算齿轮的圆周速度四、低速轴的结构设计（1）轴的结构设计（2）确定各轴段的尺寸（3）确定联轴器的型号(4) 按扭转和弯曲组合进行强度效核五、高速轴的设计六键的选择及强度校核七、选择轴承及校核轴承八、选择轴承润滑及密封方式九、箱体及附近的设计（1）箱体的选择（2）选择轴承端盖（3）确定检查孔与孔盖（4）通气器（5）油标装置（6）螺螺塞（7）定位销（8）起吊装置十、设设计小结十一、参考书目录机械传动装置一般由原动机、传动装置、工作机和机架四部分组成。单机圆柱齿轮减速器由带轮和齿轮传动组成，根据各种传动的特点，带传动安排在高速级，齿轮传动放在低速级。传动装置的布置如图A-1所示 图A-1Fw(N)Vw(m/s)Dw(mm)w(%)20002.73800.951)选择电动机类型和结构形式 根据工作要求和条件，选用一般用途的Y系列三相异步电动机，结构为卧室封闭结构 2）确定电动机功率 工作机所需的功率Pw（kW）按下式计算 = =电动机所需功率按下式计算 式中，为电动机到滚筒工作轴的传动装置总效率，根据传动特点，由表2-4查的：带传动=0.96,一对滚动轴承轴承=0.99，弹性联轴器联轴器=0.99，一对齿轮传动齿轮=0.97，因此总效率为 =6.28kw确定电动机额定功率Pm（kW），使Pm=（11.3）xP0 =6.28（11.3） =6.288.16查表2-1，取Pm=7.5(kW)3）确定电动机转速工作机卷筒轴的转速nw为nw=60x1000 Vw/3.14D =60X1000X2.7/3.14x380 =135.77r/min取V带传动的传动比 i带=24一级齿轮减速器i齿轮=35传动装置的总传动比i总=620故电动机的转速可取范围为 nm=i总nw=（620）x135.77=814.6r/min2715.4r/min选择同步转速为1500r/m的Y系列电动机Y132M-4，其中nm=1440r/min电动机的参数见表A-1型号额定功率/kW满载转速/rmin-1额定转矩最大转矩Y132M-47.514402.22.2表A-11）传动装置的总传动比为 i总= nm/nw=1440/135.77=10.012)分配各级传动比为了符合各种传动形式的工作特点和结构紧凑，必须是各级传动比都在各自的合理范围内，且使各自传动件尺寸协调合理匀称，传动装置总体尺寸紧凑，重量最小，齿轮侵油深度合理本传动装置有带轮和齿轮传动组成，因i总= i带i齿轮，为使减速器部分设计方便，取齿轮传动比i齿轮=4.2，则带传动的传动比为 i带=i总/i齿轮 =10.01/4.2=2.531) 各轴转速轴 n= nm/ i带=1440/2.53=569.17r/min轴 n= n/ i齿轮=569.17/4.2=135.52r/min滚筒轴n滚筒= n=135.52r/min2）各轴功率轴P=P00= P0带=6.28X0.96=6.03kW轴P=P= P齿轮轴承=6.03x0.97x0.99 =5.79kW滚筒轴 P滚筒= P滚= P轴承联轴器 =5.79x0.99x0.99Kw =5.68 Kw3)各轴转速 电动机轴 T0=9.55X106 P0/ nm =9.55x106x6.28/1440Nm=41649Nm轴T=T0i00=T0 i带带 =41649x2.53x0.96Nm=101157Nm轴T=Ti= Ti齿轮齿轮轴承 =101157.09x4.2x0.97x0.99 Nm =407992 Nm滚筒轴 T= Ti= T轴承联轴器 =407992X0.99X0.99 Nm =399873 Nm根据以上计算列出本传动装置的运动参数和动力参数数据表，见表A-2参数 轴号电动机轴轴轴滚筒轴转速n/rmin-11440569.17135.52135.52功率P/kW6.286.035.795.68转矩T/Nm41649101157407992399873 表A-2传动比i2.654.21效率0.960.960.98本题目高速级采用普通V带传动，应根据已知的减速器参数确定带的型号、根数和长度，确定带的传动中心距，初拉力及张紧装置，确定大小带轮的直径、材料、结构尺寸等内容 带传动的参数见表A-3 项目P0/kWnm/ rmin-1i0参数6.2814402.65 表A-3根据工作条件，查教材表8-9取KA=1.2PC=KA P0=1.2X6.28=7.536 Kw由nm=1440 rmin-1、PC=7.536Kw，查教材图8-10，确定为A型V带由表8-10，表8-11选带轮基准直径，小带轮dd1=125mm、大带轮 dd1=125mm (n1/n2)x dd1=(1440/569.17)x125=331.64mm按表8-11将dd2取标准为315mm，则实际从动轮转速： n2=n1x( dd1/ dd2)=1440x(125/315) rmin-1 =571.43rmin-1转速误差：(571.43-569.17)/569.17x100%=0.0405%允许由式8-12得 V=3.14x dd1x n1/（601000） =3.14x125x1440/60x1000 =9.42m/s带速在525m/s范围内，合适由式8-13 0.7（dd1+ dd2） a01200 合适查表8-5，用插值法求得单根V带的基本额定功率P0=1.91kW，按A型带和dd1查得n1=1200r/min与n1=1460r/min时，P0的值分别为1.66、1.93，当n1=1400r/minP0=1.66+(1.93-1.66)/(1460-1200)x(1440-1200) =1.909kW查表8-6，用插值法求得增量功率P0=0.168kW查表8-7，用插值法求得包角系数K=0.95查表8-8，带长修正系数kL=0.99由式8-17得 ZPc/( P0+P0) KkL =7.536/(1.91+0.168)x0.95x0.99=3.866 取Z=4根带的计算结果见表A-4表A-4Dd1/mmDd2/mmV/ms-1Ld/mma/mmZ/根A1253159.421800545160.14F0=(500 Pc/ZV)（2.5/K）-1+mv2 =500x7.536/(4x9.42)(2.5/0.95）-1+0.11x(9.42)2=172.92N式中m=0.11kg/m 由式8-19得 FQ=2ZF0sin/2 =2x5x172.92sin160.1/2=1364.384N已知齿轮传动的系数，见表A-5 表A-5项目P/kWn/ rmin-1i齿轮参数6.03569.174.2减速器是闭式传动，可以采用齿面硬度350HBS的软齿面钢制齿轮。该齿轮传动无特殊要求，故可采用普通齿轮材料，根据表10-6，并考虑小齿轮的齿面硬度大于大齿轮的齿面硬度3050HBS的要求，选小齿轮的材料42SiMn,调质处理，齿面硬度217286HBS，大齿轮的材料45钢，正火处理，齿面硬度169217HBS；选用8级精度.首先确定式10-24中各参数；查表10-8取K=1.2查表10-10取d=1u=i=4.21=9.55106 P /n1 =9.55106x6.03/569.17Nmm=101176 Nmm查表10-9取ZE=189.8查图10-21= 700 Mpa ，=540 Mpa查表10-11 =1由式10-25计算得= 700 Mpa ，=540 Mpa使用较小的=540 Mpa按公式10-24计算小齿轮直径：1)确定齿轮齿数：取消齿轮Z1=30，则大齿轮Z2= Z1i=304.2=1262）确定齿轮模数：m=d1/ Z1=2.05mm查表10-1取标准m=2.5mm3）计算齿轮传动中心距：a=m(Z1+ Z2)/2=195mm4)计算齿轮的几何参数：分度圆直径d1=75m Z2=75mm,d2=315m Z2=2.5x126=315mm,齿宽b=dd1=175=75mm,取b2=75mm，b1=80mm。查表10-12，查取YF1=2.52，YS1=1.625，YF2=2.16，YS2=1.81查10-22得 查表10-11取SFmin=1由式10-28计算得按式10-26验算齿根弯曲疲劳强度经验算，齿轮弯曲强度满足要求，故合格根据圆周速度，查表10-7可取齿轮传动为8级精度课程设计一般是先设计低速轴，把低速轴设计出来后根据低速轴的长度尺寸就可以确定箱体的宽度等尺寸，故先设计低速轴低速轴的参数见表A-6表A-6项目P/kWn/ rmin-1参数5.79135.521） 轴上零件的布置：对于单级减速器，低速轴上安装一个齿轮，一个联轴器，齿轮安装在箱体的中间位置;两个轴承安装在箱体的轴承座孔内，相对于齿轮对称布置；联轴器安装在箱体的外面一侧。为保证齿轮轴向位置，还应在齿轮和轴承之间加一个套筒2） 零件的装拆顺序轴上的主要零件是齿轮，齿轮的安装可以从左侧装拆，也可以从右侧装拆。本题目从方便加工的角度选轴上的零件从轴的右端装拆，之论，套筒，轴承。轴承盖，联轴器依次从轴的左端装入3） 轴的结构设计为便于轴上零件的安装，把轴设计为阶梯轴，后段轴的直径大于前端轴的直径，低速轴的具体设计如下轴段安装联轴器，用键周向固定轴段高于轴段形成轴肩，用来定位联轴器轴段高于轴段，方便安装轴承轴段高于轴段，方便安装齿轮；齿轮在轴段上用键周向固定轴段高于轴段形成轴环，用来定位齿轮轴段直径应该和轴段直径相同，以使左右两端轴承型号一致。轴段高于轴段形成轴 肩用来定位轴承；轴段高于轴段的部分取决于轴承标准轴段与轴段的高低没有什么直接影响，只是一般的轴身连接低速轴的结构如图A-2所示 图A-21）各轴段的直径因本减速器为一般常规用减速器，轴的材料无特殊要求，故选择45钢，正火处理查教材知 45钢的A=118107带入设计公式(118107)41.2537.41mm考虑到该轴段上有一个键槽，故应将轴径增大5%，d=（37.41741.25）（1+0.05）=（39.2843.31）mm查附录F，按联轴器标准直径系列取d1=40mm轴段1的直径确定为d1=40mm轴段2的直径d2应在d1的基础上加上两倍的定位轴肩高。这里取定位轴肩高h12=（0.070.1）d1=4mm,即d2=d1+2h12=40+24=48mm轴段3的直径d3应在d2的基础上增加两倍的非定位轴肩高，但因该轴段要安装滚动轴承，故其取直径要与滚动轴承内径相符合。这里去d3=d7=55mm轴段4上安装齿轮，为安装齿轮的方便，取h34=1.5mm，取d4=58mm轴段5的直径d5=d4+2h45=68mm h12=（0.070.1）d4=5mm轴段6的直径d6应根据所用的轴承类型及型号查轴承标准取得，预选该轴段用6311轴承（深沟球轴承，轴承数据见附录B），查得d6=65mm。2）各轴段的长度计算轴段L4与齿轮宽度有关L4略小于齿轮轮廓的宽度L齿轮-L4=23mmL齿轮=75mm 轴段3的长度包括三部分，再加上L4小于齿轮轮廓的数值（L齿轮-L4）=(67.79-65.79)mm=2mm），即。B为滚动轴承的宽度，查附录B可知6311轴承的B=29mm；2为齿轮端面至箱体内壁的距离，查表5-2，通常取2=1015mm；3为滚动轴承内端面至减速器内壁的距离，轴承的润滑方式不同3的取值不同，这里选择润滑方式为油润滑，查表5-2，可取3=35mm，在此取 2=15mm3=5mm ，=29+15+5+2=51mm轴段2的长度包括三部分：，其中部分为联轴器的内端面至轴承端盖的距离，查表5-2，通常取=1520mm。e为轴承端盖的厚度，查表5-7（6311轴承D=120mm，d3=10mm），；m部分为轴承盖的止口端面至轴承座孔边缘距离，此距离应按轴承盖的结构形式、密封形式及轴承座孔的尺寸来确定，要先确定轴承座孔的宽度，轴承座孔的宽度减去轴承宽度和轴承距箱体内壁的距离就是这一部分的尺寸。轴承座孔的宽度，为下箱座壁厚，应查表5-3，这里取=8mm；c1、c2为轴承座旁连接螺栓到箱体外壁及箱边的尺寸，应根据轴承座旁连接螺栓的直径查表5-3，这里取轴承座旁连接螺栓Md=12mm，查表5-3得：c1=20mm、c2=16mm；为加工轴承座孔端面方便，轴承座孔的端面应高于箱体的外表面，一般可取两者的差值为510mm；故最终的反算则轴段1安装联轴器，其长度L1与联轴器的长度有关，因此先选择联轴器的型号和类型，才能确定L1的长度。为了补偿和安装等的误差及两轴线的偏差，优先考虑弹性套柱销联轴器，根据安装联轴器轴段的直径，查附录F选联轴器的型号为TL7，联轴器安装长度L=84mm，考虑到联轴器的链接和固定的需要，因此取L1=82mm。轴段5的长度L5及轴环的宽度b（一般b=1.4h45），h45=5mm取L5=7mm轴段6长度L6由2、3的尺寸减去L5的尺寸来确定，轴段7的长度L7应等于或略大于滚动轴承的宽度B,B=29mm，取L7=31mm 轴的总长度低速轴轴承的支点之间的距离为1） 绘制轴的计算简图 为了计算轴的强度，应将载荷化简处理，直齿圆柱齿轮，其受力可分解为圆周力F，径向力F。俩端轴承可化简为一端活动铰链，一端固定铰链。如图A-3b，为计算方便，选择俩个危险截面，II，IIII,II危险截面选择安装齿轮的轴段中心位置，位于俩个支点的中间，距B支座的距离为144/2=72mm;IIII危险截面选择在轴段4和轴段的截面处，距B支座的距离为。2)计算轴上的作用力 齿轮分度圆直径为齿轮的圆周力 齿轮的径向力 3）计算支反力及弯矩（1)计算垂直平面内的支反力及弯矩a、求支反力：对称分布，只受一个力，故b、求垂直平面的弯矩截面：截面：（2）计算水平平面内的支反力及弯矩a、求支反力：对称分布，只受一个力，故b、求水平平面的弯矩截面： 截面：（3）求各截面的合成弯矩截面截面（4）计算转矩 T=407992Nmm（5）确定危险截面及校核其强度按弯矩组合计算时，转矩按脉动循环变化考虑，取。按两个危险截面校核：截面的应力截面的应力查教材表知。、都小于，故轴的强度满足要求 高速轴的设计主要是设计各轴段的直径，为设计俯视图做准备。有些轴段的长度可以根据轴上的零件来确定；有些轴段的长度在确定低速轴处的箱体后，取箱体内壁为一直线就可确定 经设计，高速轴可以做成单独的轴而不是齿轮轴。为使零件定位和固定，高速轴也和低速轴一样设计为七段，各轴段直径尺寸为：高速轴的结构设计各轴的直径尺寸 （1）选择键的尺寸低速轴上在轴段1和4各安装有一个键，按一般使用情况选择采用A型普通平键联接，查教材表6-2选择键的参数，见表A-7 表A-7 轴段1d1=40mmL1=80mm轴段4d2=58mmL2=70mm标记为键1 键 键2 键 （2）校核键的强度轴段1上安装有联轴器，联轴器上安装有铸铁，载荷性质为轻微冲击，查教材表6-3 5060MPa 轴段4上安装齿轮，齿轮的材料为钢，载荷性质为轻微冲击，查教材表6-3 100120MPa静连接校核挤压强度：轴段1 略大于许用应力，因相差不大，尺寸可用轴段4 所选键的强度满足要求1） 轴承型号的选择高速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为6307低速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为63112） 轴承的校核计算3） 高速轴：高速轴的外端安装有带轮，中间安装有齿轮，要计算轴承的寿命，就要先求出轴承支座的支反力，进一步求出轴承的当量动载荷，然后计算轴承的寿命 画出高速轴的受力图并确定支点之间的距离见图A-5，带轮安装在轴上的轮懿宽L=（1.52）L=（1.52）d0，d0为安装带轮处的轴径，即高速轴的第一段轴径，d0= d1=25mm,L=37.550mm,取第一段轴的长度为50mm.第二段轴的长度取和低速轴的第二段轴长一样的对应关系，但考虑该轴段上的轴承宽度（6307的B=21mm）故该轴段的长也为45mm,带轮中心到轴承A支点的距离L3=45250212=83mm.高速轴两轴承支点距离为原低速轴的两支点的距离减去两轴承宽度之差，应为138.79-5=134mm因对称布置故L1=L2=70.5mm高速轴上齿轮的受力和低速轴的大小相等，方向相反，即：=942.9N,=2590.6N注：高速轴上安装有带轮，带对轴的压力=1364.38N,作用在高速轴上，对轴的支反力计算有影响，安装不同，该力对轴的支反力影响不同。在这里有三种情况，在这可选一种本示列具体情况不明，故方向不确定，采用在求出齿轮受力引起的支反力后直接和该压力引起的支反力相加来确定轴承最后的受力因齿轮相对于轴承对称布置，A,B支座的支反力数值一样，故只计算一边即可。求轴承A处支反力：水平平面：垂直平面：求合力考虑到带的压力对轴承支反力的影响，因方向不定，以最不利因素考虑：轴承受到的最大的力为正常使用情况，查教材表14-5和14-7得：、查附录B：轴承6307的基本额定动载荷，代入公式低速轴：正常使用情况，查教材表14-5和14-7得：、，查附录B：轴承6311的基本额定动载荷,因齿轮相对于轴承对称布置，轴承的受力一样，可知算一处，计算A处，当量动载荷 代入公式 从计算结果看，高速轴轴承使用时间较短。按最短时间算，如按每天两班制工作，每年按250天机算，约使用四年，这只是理论计算，实际情况比较复杂，应根据使用情况，注意检查，发现破损及时更换。低速轴轴承因转速太低，使用时间较长，实际应用中会有多种因素影响，要注意观察，发现破损及时更换轴承的润滑方式取决于侵油齿轮的圆周速度，即大齿轮的的圆周速度，大齿轮的圆周速度应选择油润滑因轴的转速不高，高速轴轴颈的圆周速度为选择接触式毡圈密封低速轴轴颈的圆周速度选择接触式毡圈密封注：确定润滑方式后，就可以确定，段的轴长，装配图的俯视图就基本完成。一般使用情况下，为制造和加工方便，采用铸造箱体，材料为铸铁。箱体结构采用剖分式，剖分面选择在轴线所在的水平面上箱体中心高度H=da2+(5070)mm =320/2+(50-70)=210230mm 取H=220，箱体厚度选用凸缘式轴承盖，根据轴承型号设计轴承盖的尺寸：高速轴：D=80mm,d3=8mm,D0=110mm,D2=130mm低速轴：D=120mm,d3=10mm,D0=155mm,D2=180mm根据减速器中心距a=195mm查表5-14得检查孔尺寸：L=100mm,b=70mm检查孔盖尺寸：材料为Q235，厚度取6mm选用表5-15中通气器1，选M161.5选用表5-16中M10选用表5-19中M161.5定位销选用圆锥销。查表5-2得：销钉公称直径d=8mm按中心距查表5-21得，箱体毛重155kg选用吊环螺钉为M10。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础 说实话，课程设计真的有点累然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这2周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中”春眠不知晓”的感悟 通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有2次因为不小心我计算出错，只能毫不情意地重来但一想起周伟平教授，黄焊伟总检平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定呀养成一种高度负责，认真对待的良好习惯这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练 短短三周是课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用想到这里，我真的心急了，老师却对我说，这说明课程设计确实使我你有收获了老师的亲切鼓励了我的信心，使我更加自信 最后，我要感谢我的老师们，是您严厉批评唤醒了我，是您的敬业精神感动了我，是您的教诲启发了我，是您的期望鼓励了我，我感谢老师您今天又为我增添了一幅坚硬的翅膀今天我为你们而骄傲，明天你们为我而自豪参考资料 ：【1】机械设计基础 【2】机械设计课程设计指导书=5.68kw=6.28kwPm=7.5kwnw= 135.77r/minY132M-4nm=1440r/minI总=10.1i齿轮=4.2i带=2.53n=569.14r/minn= n滚筒=135.52r/minP=6.03kwP=5.79kwP滚筒=5.68kwT0=41649 NmT=101157NmT=407992 NmT=399873 NmPC=7.536kwA型带dd1=125mmdd2=315mmV=9.42m/sa0=500mmLd=1800mma=545.575mmamin=518.575mmamax=599.575mm=160.1Z=4根F0=172.92NFQ=1364.384N小齿轮42SiMn调质大齿轮45钢正火选用8精度K=1.2d=1T1=101176 NmmZE=189.8= 700 Mpa=540 Mpa=61.44mmZ1=30Z2=126m=2.5mma=195mmd1=75mmd2=315mmb2=75mmb1=80mm齿轮传动选8级精度d1=40mmd