带式运输机传动装置机械毕业设计.docx

燕 山 大 学机 械 设 计 课 程 设 计 报 告题目： 带式运输机传动装置 学 院： 机械工程学院 年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 43燕山大学课程设计报告摘 要 本设计主要描述带式运输机的传动装置的设计过程。本次设计综合运用机械设计、机械制图、互换性、材料力学、机械原理等知识，考虑经济性、安全性对环境的影响等各方面的影响。通过对设计任务的分析确定传动方案为圆锥-圆柱齿轮减速器，然后进行减速器的设计计算（包括选择电动机、设计齿轮传动、轴的结构设计与校核、选择并验算滚动轴承、选择并校核平键联接、选择齿轮形式及传动方案和轴承的固定、润滑方式等内容），最终在图纸上画出总装配草图。运用caxa软件进行齿轮减速器的二维平面设计，完成齿轮减速器的二维平面零件图和装配图的绘制，使用inventor进行三维图的绘制，并通过三维图计算出减速器的总质量，进而初步计算出减速器的价格。 最后编写说明书并进行课设答辩。关键词：设计 传动装置 圆锥-圆柱齿轮 计算 校核目录1 项目设计目标与技术要求62传动系统方案制定与分析63 传动方案的技术设计与分析73.1 电动机选择与确定73.1.1 电动机类型和结构形式选择73.1.2 电动机容量确定73.1.3 电动机转速及电机选择83.2 传动装置总传动比确定及分配83.2.1 传动装置总传动比确定94 关键零部件的设计与计算104.1 设计原则制定104.1.1不同类件的安全系数确定104.1.2 关键件或主要件加工工艺制定104.1.3材料选择114.2齿轮传动设计方案114.2.1 软齿面/硬齿面方案选择114.2.2设计及校核原则114.2.3直齿轮/斜齿轮选择方案114.3 第一级齿轮传动设计计算114.3.1 第一级齿轮传动参数设计114.3.2 第一级齿轮传动强度校核144.3.3第二级齿轮传动参数设计154.3.4 第二级齿轮传动强度校核184.4 键的选择及键联接的强度计算204.4.1 键联接方案选择204.4.2 键联接的强度计算204.5 滚动轴承选择方案及固定方案214.5.1滚动轴承选择方案214.5.2固定方案215 传动系统结构设计与总成215.1装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范215.1.1装配图整体布局215.1.2 轴系结构设计与方案分析225.1.4 典型结构的选择与集成设计285.2 主要零部件的校核与验算305.2.1 轴系结构强度校核305.2.2 滚动轴承的寿命计算346主要附件与配件的选择366.1联轴器选择366.2 润滑与密封的选择366.2.1 润滑方案对比及确定。与环境保护要求关系366.2.2 密封方案对比及确定。与环境保护要求关系376.3 通气器376.4 油标386.5 螺栓及吊环螺钉386.6油塞387 零部件精度与公差的制定387.1 精度制定原则387.2 精度设计的具体实施397.3 减速器主要技术要求408 项目经济性与安全性分析408.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性408.2 减速器总重量估算及加工成本初算418.3安全性分析418.4 经济性与安全性综合分析418.4.1轴的经济性与安全性分析418.4.2齿轮的经济性与安全性分析419 设计小结4210 参考文献4211.附录：三维图42 设计计算过程结果1 项目设计目标与技术要求 任务描述：通过四周的课程设计完成带式运输机传动装置的设计，包括传动方案及总体设计计算，装配草图的绘制，装配图抄正，零件图的绘制，说明书的撰写以及最终的答辩。技术要求：使用地点为室内，生产批量为大批，载荷性质平稳，使用年限为6年一班。2传动系统方案制定与分析（1）圆锥齿轮传动：能传递相交轴之间的运动和动力，宽度尺寸较小，适合在狭长空间里用。但锥齿轮加工困难，制造精度较低，工作时振动和噪声都较大，一般置于高速级，以减小其直径和模数，以使圆锥齿轮尺寸不致太大。（2）带传动：传动平稳、缓冲吸振、结构简单、成本低、使用维护方便、 有良好的挠性和弹性、过载打滑。但传动比不准确、带寿命低、轴上载荷较大、传动装置外部尺寸大、效率低。与锥齿轮传动相比，结构简单，成本低，使用维护方便，传动平稳，工作中噪声小，但传动比不准确，轴上载荷较大不能传递相交轴间的力，占用空间较大，使用寿命不长，故不采用。（3）链传动：链传动平均传动比准确,传动效率高，轴间距离适应范围较大，能在温度较高、湿度较大的环境中使用。与锥齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单，但瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声，不能传递相交轴间的力，占用空间较大，故不采用。（4）圆柱齿轮传动：结构简单、单齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。高速级齿轮布置在远离转距输入端，这样轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯距作用下产生的弯曲变形可部分的抵消，以减缓载荷沿轮齿宽度分布不均匀的现象，用于载荷比较平稳的场合。与锥齿轮传动相比工作时振动和噪声小，加工相对容易，但不能传递相交轴间的力，占用空间较大，故将其放在低速级。（5）蜗轮蜗杆齿轮传动：具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上；但是一般体积比较大，传动效率不高，精度不高。而相对于锥齿轮，蜗轮蜗杆传动的传动精度不高，体积较大，效率也较低，题目对自锁也没有特别要求，故不采用。分析：综上所述，选择高速级为圆锥齿轮，低速级为圆柱齿轮的传动方案。对于锥齿轮曲线齿较直齿承载能力高、噪音低、传动平稳，但成本也相对较高，本此设计中，齿轮转速不高，载荷平稳，为节省成本选择直齿锥轮。为了平衡锥齿轮与圆柱齿轮公共轴的轴向力，对圆柱齿轮选取斜齿轮。3 传动方案的技术设计与分析3.1 电动机选择与确定3.1.1 电动机类型和结构形式选择电机类型特点主要用途y系列（ip23）三项异步电动机该系利为一般用途防护式笼型电动机，能防止直径大于 12mm的小固体异物进入，并防止沿垂线小于或等于60度的淋雨对电动机的影响。功率高、起动性能好、噪音低、体积小、质量轻适合于驱动无特殊要求的各种机械设备。y系列（ip44)）三项异步电动机该电机为封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。效率高、节能，转矩高、噪音低，振动小，运动安全可靠。能防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电机内部。除与ip23相同的用途外之外，电机应用于灰尘多、水土飞溅的场合。yej系列电磁制动三星异步电动机该电机为全封闭自扇冷式鼠笼型带有直流圆盘式电磁制动器的三相异步电动机。适用于要求快速停止准确定位的传动机构或装置上，具备制动快，定位准确地优点。方案选择： 本次设计的减速器对快速停止准确定位没特殊要求，没必要选择电磁制动三星异步电动机，由于要求的同步转速为1000r/min,而在该同步转速下，ip23系列的电机额定功率都较大，远远超出本此设计中电机输出功率的需要，综合考虑上述两个因素，选择y系列（ip44)）三项异步电动机 3.1.2 电动机容量确定电动机的输出功率：，其中为卷筒效率（不包括轴承）；传动装置的总传动效率： 所以，式中：为联轴器的效率，（刚性联轴器），为轴承效率（滚动轴承），为圆锥齿轮传动效率（8级精度），为圆柱齿轮传动效率（8级精度），；容量确定：考虑安全性，电动机额定功率若小于工作要求，不能保证电机正常运转、长期过载而过早损坏，所以选定电机的额定功率必须大于传动装置需要电机提供的功率；考虑电机裕度，电机容量过大，会造成电机价格升高，其输出的机械效率不能充分应用，效率和功率因数都较低，增加电能损耗，对用户和电网也都不利。综合考虑上述两因素，选择额定功率为3kw的电机。3.1.3 电动机转速及电机选择卷筒轴的转速：按推荐的二级减速器传动比合理范围（i=820），计算电动机转速的可选范围为：，符合这一范围的同步转速有1000r/min、1500r/min等。经过上述分析确定选用ip44电动机，稳定功率选择3kw，根据机械设计课程设计手册表10-4-4，决定选用同步电动机y132s-6。其参数如下表：型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）启动转矩最大转矩y132s-63.010009602.02.23.2 传动装置总传动比确定及分配3.2.1 传动装置总传动比确定总传动比：，根据圆锥-圆柱齿轮减速器传动比分配建议， ，又知 ，选所以，取；4.计算传动装置的运动和动力参数：将传动装置各轴由原动机到工作机依次定为1轴、2轴、3轴、工作机轴，并设，为相邻两轴间的传动比。a.各轴转速：电机轴：1轴：2轴：3轴：卷筒工作轴：b.各轴输入功率：c.各轴输入转矩：运动和动力参数计算结果整理于下表4 关键零部件的设计与计算4.1 设计原则制定4.1.1不同类件的安全系数确定（1） 齿轮：根据机械设计介绍，齿轮按材料疲劳蓟县实验所限定的失效概率计算齿轮的疲劳强度时，通常取安全系数s=1，故本次设计取s=1；（2） 轴：根据机械设计介绍，进行安全系数法校核时，根据公式计算得；4.1.2 关键件或主要件加工工艺制定 （1）箱体：冷加工工艺：对有配合要求的表面，例如对轴承的运转精度高低、寿命的长短有很大轴承座孔，由于孔的尺寸不大，车床用花盘、弯板加工；对于安装螺栓的表面，采用铣削加工。热加工工艺：进行去应力退火，保证一定的拔模斜度。（2）轴：冷加工工艺：主要采用车削加工表面，对于与轴承配合处，需用磨削加工，故需留有退刀槽；对于与键连接处，键槽用铣刀铣出；安装圆螺母出的圆螺纹用车削加工即可，但要留有退刀槽。热加工工艺：均采用调质处理。 （3）齿轮：冷加工工艺：用于本方案为大批量生产，故采用模锻。热加工工艺：大齿轮正火、小齿轮调质。4.1.3材料选择考虑经济性和安全性，以及前人经验，选用以下材料：零件材料箱体ht150齿轮45轴45端盖ht1504.2齿轮传动设计方案 4.2.1 软齿面/硬齿面方案选择（1）硬齿面齿轮的承载能力高，它是在齿轮精切之后 ，再进行淬火、表面淬火或渗碳淬火处理，以提高硬度。但在热处理中，齿轮不可避免地会产生变形，因此在热处理之后须进行磨削、研磨或精切 ，以消除因变形产生的误差，提高齿轮的精度。（2）软齿面的齿轮承载能力较低，但制造比较容易，跑合性好， 多用于传动尺寸和重量无严格限制，以及小量生产的一般机械中。分析：本方案中硬齿轮虽然有承载能力高，精度高等优点，但考虑到减小加工工序和成本，采用制造比较容易，也能满足要求的软齿面方案。4.2.2设计及校核原则由于采用软齿面，故按齿面接触疲劳强度进行设计，齿根弯曲疲劳强度进行校核。4.2.3直齿轮/斜齿轮选择方案对于圆锥齿轮，斜齿现在一般不采用，曲线齿较直齿承载能力高、噪音低、传动平稳，但成本也相对较高，故不采用；对于圆柱齿轮为与锥齿轮的轴向力进行平衡，采用斜齿方案。4.3 第一级齿轮传动设计计算4.3.1 第一级齿轮传动参数设计（1）选择齿轮的材料，热处理方法及硬度小锥齿轮材料为45钢，调质处理，硬度为hb1=240hbs，大锥齿轮材料为45钢，正火处理，硬度为hb2=200hbs，二者材料硬度差为40hbs，满足硬度差在3050hbs的要求，且硬度均小于350hbs（软齿面）；估计锥齿轮平均分度圆的圆周速度为3m/s，所以，初选八级精度（v3m/s）；（2）确定齿数：小齿轮齿数（1725），取，则（3）按齿面接触疲劳强度设计1.初定小齿轮大端分度圆直径：2.参数确定：传动平稳，由机械设计表6-4得；估计分度圆处圆周速度v=3m/s，由机械设计图6-11a得；齿间载荷分配系数（锥齿轮）；由机械设计表6-8取齿宽系数，又因为有，所以由机械设计图6-17得齿向载荷分布系数；根据；由机械设计图6-19），结合知，节点区域系数由机械设计表6-5知，弹性影响系数，；由机械设计图6-27 c）及图6-27 b）知接触疲劳强度极限： ，计算应力循环次数：由机械设计图6-25取接触疲劳寿命系数 ，失效率1%，安全系数s=1得取3.计算：小齿轮分度圆直径，代入中的较小值计算平均分度圆处的圆周速度；修正载荷系数由机械设计图6-11知，校正试算大端分度圆直径；计算大端模数，将模数标准化取m=3；计算锥距，计算齿轮宽度，圆整，取4.3.2 第一级齿轮传动强度校核按齿根弯曲疲劳强度校核：有如下公式：，；分锥角，；当量齿数，所以，由机械设计图6-21知， ，由机械设计图6-22，；计算弯曲疲劳许用应力：取失效概率1%，安全系数s=1，由机械设计图6-26得由机械设计图6-28c）得，由机械设计图6-28b）得，所以，；故有，成立，所以，满足强度要求。4.3.3第二级齿轮传动参数设计（1）选择斜齿轮的材料，热处理方法及硬度选材及热处理方式小齿轮材料为45钢，调质处理，硬度为hb3=240hbs，大齿轮材料为45钢，正火处理，硬度为hb4=200hbs，二者材料硬度差为40hbs，满足硬度差在3050hbs的要求，且硬度均小于350hbs（软齿面）；选精度估计锥齿轮平均分度圆的圆周速度为3m/s，所以，初选八级精度（v位置公差值形状公差值粗糙度数值。2）对于结构复杂，刚性较差或不易加工与测量的零件（如细长轴和孔，距离较大的孔等），可降低等级1-2级。7.2 精度设计的具体实施（1）在减速器中，齿轮与轴的配合选用基孔制过盈或基孔制过渡配合：如h7/r6、h7/p6、h7/n6均可。，本次设计中选择的是h7/r6。（2）滚动轴承内圈与轴颈采用基孔制，但内圈公差带是上偏差为0，下偏差为负，所以，轴颈的公差带要比通常的紧，选择k6，实际上是过盈配合。外圈与机座孔的配合采用基轴制，机座孔用h7。（3）端盖与机座孔之间用f 9。（4）联轴器的配合与齿轮相同，本次设计中选择的是r6。（5）键：根据互换性中介绍，键槽及轮毂对轴及轮毂线的对称度公差按79精度选取，本此设计选取8级精度，配合根据正常联接选择n9/js9，键高按公差带h11取值，键长按h14选取，轴槽长按h14选取。（6）中心距：中心距计算并圆整后为140mm，齿轮精度为8-8-7，根据机械设计课程设计指导手册表20-8，中心距极限偏差为精度要求水平与经济性的矛盾:标准公差、粗糙度只是可供选择的一系列标准数值，使用时需要根据实际需求选择相应合理的纸值，一般来说我们选择加工精度是考虑在满足精度要求的情况下尽可能的降低公差值和粗糙度，这样才能保证产品的经济性。经济加工精度包括加工尺寸经济精度和加工表面形状、位置经济精度。其含义：在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人，不延长加工时间）下，该加工方法所能保证的加工精度。从图中我们不难看出，当公差等级较高后再增加其精度所需要的生产成本是成急剧增长的。所以，在满足使用要求的前提下尽量选用较低的公差等级。7.3 减速器主要技术要求1、装配前所有零件用煤油清洗，机体内不该有任何杂物存在。内壁涂上不被机油浸蚀的涂料两次；2、箱座内装hj-50润滑油至规定高度；3、检查减速器剖分面接触面及密封处，均不许漏油，剖分面允许涂以密封油漆或水玻璃，不允许使用任何填料；4、轴承的轴向游隙为0.05-0.1mm；5、减速器装配好后做空载试验，正反转各一小时，要求运转平稳，震动噪声小，联接固定处不得松动，负载试验时油池温升不得超过35，轴承温升不得超过40；6、用涂点法检验斑点。按齿高接触斑点不小于40%，按齿长接触斑点不小于50%。必要时可用研磨或刮后研磨；7、表面涂灰色油漆，外伸轴及其零件需涂油包装严密，运输和装卸时不得倒置。8 项目经济性与安全性分析8.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性（1）本次设计主要零件采用生