课程设计说明书---带式运输机传动装置的设计.doc

33 机械设计课程设计计算说明书题 目 带式运输机传动装置的设计 专业班级 机械设计制造及其自动化08级2班 学 号 08102080234 机械设计课程设计任务书 题目 设计带式运输机传动装置 编号dd-5传动系统图：原始数据：运输机工作轴转矩运输带工作速度卷筒直径12000.70400工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限10年，小批量生产，单班制工作，运输带速度允许误差为5%要求完成：1.减速器装配图1张（a2）。2.零件工作图2张（齿轮、轴和箱体）。3.设计说明书1份，6000-8000字。开始日期 2010 年 12 月 06 日 完成日期 2010 年 12 月 31 日 目 录1电动机的选择51.1原动机的选择51.2传动机的选择51.3 工作机转速51.4传动比的分配61.5传动装置的运动和动力参数计算61.5.1各轴转速的计算61.5.2各轴输入功率计算71.5.3各轴的输入转矩计算72 v带设计92.1 确定皮带轮92.1.1 确定计算功率92.1.2选取v带带型92.1.3初选小带轮的基准直径92.2确定v带的中心距和基准长度92.3 验算小带轮上的包角102.4 计算带的根数102.5 计算单根v带初拉力的最小值102.6计算压轴力113齿轮的设计123.1高速级齿轮传动的计算设计123.1.1选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数123.1.2按齿面接触疲劳强度设计123.1.3按齿根弯曲疲劳强度设计143.1.4几何尺寸计算153.2低速级齿轮传动的设计164 轴的设计174.1 以输入轴为例说明轴的设计过程174.2初步确定轴的最小直径174.3以高速轴为例说明轴的结构设计174.3.1 拟定轴上零件的装配方案184.3.2 联轴器的选择184.3.3 初步选择滚动轴承184.3.4 密封方式选取194.4润滑方式选择194.4.1高速级齿轮的润滑194.4.2滚动轴承的润滑194.4.3润滑油的选择195 校核205.1轴承的校核205.1.1以输出轴为例，说明轴上齿轮受力情况205.1.2计算轴承的寿命校核215.2.1求轴上载荷215.2.2画出剪力图、弯矩图和扭矩图：225.2.3 按弯扭合成应力校核轴的强度225.3.轴的刚度校核226 箱体及其它附件246.1箱体的结构尺寸246.2 减速器附件的选择256.3 键的选择257 参考文献261电动机的选择1 .1 原动机的选择 根据动力源和工作条件，选用y系列三相异步电动机。1.2传动机的选择 工作机所需要的有效功率为：=, 其中为工作机传动效率。为了计算电动机所需功率,需确定传动装置总功率。 。 设各效率分别为：1（v带传动效率）、2（滚动轴承）、3（齿轮传动效率）、（联轴器效率），查表得：，,则传动装置的总效率为：,电动机所需功率为： 。由表19-13选取电动机的额定功率为5.5kw。 1.3 工作机转速 查文献3 表2-1,表2-2得,所以,电动机的转速为,根据文献3选为y132s-4型电动机,y132m2-6型,现将两种电动机的有关数据列于表1.1比较。 表1.1 两种电动机的数据比方案电动机型号额定功率（kw）同步转速（r min-1）满载（）价格y132s-45.515001440中y132m2-65.51000960 贵y132s-25.530002920便宜由上表的性价比可知方案更好动装置结构紧凑决定选用方案。1.4传动比的分配现总传动比取，则,1.5传动装置的运动和动力参数计算1.5.1各轴转速的计算1.5.2各轴输入功率计算=5.361.5.3各轴的输入转矩计算 同理得出输出功率和输出转矩 将各轴的运动和动力参数列于表1.2。表1.2 各轴的运动和动力参数轴名功率 p/kw转矩 t/n.m,转速n/(r/min)传动比i效率输入输出输入输出电动机轴1 轴2 轴3 轴滚筒轴5.154.904.654.515.365.044.804.564.4285.39398.931328.771289.1735.5583.68390.951302.191440576117.3133.4233.422.50.964.910.953.510.9510.972 v带设计2.1 确定皮带轮2.1.1 确定计算功率由文献1表8-7查得工作情况系数，故2.1.2选取v带带型根据、由文献1图8-11选用a型。确定带轮的基本直径并验算带速v。2.1.3初选小带轮的基准直径由文献1表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径；验算带速v；按式8-13验算带的速度；因为5m/sv30m/s,故带速合适；计算带轮的基准直径；根据式8-15a，计算大带轮的基准直径；根据表8-8取224mm。2.2确定v带的中心距和基准长度初定中心距;由式8-22计算带所需的基准长度由文献1表8-2选带的基准长度；按式8-23计算实际中心距。由式8-24 得中心距的变化范围为230-275mm。2.3 验算小带轮上的包角。2.4 计算带的根数计算单个v带的额定功率。由，查文献1表8-4a得。根据查文献1表8-5得，表8-2得，于是计算v带的根数z，所以取六根。2.5 计算单根v带初拉力的最小值由文献1表8-3得a型带的单位长度质量,所以 应使带的初拉力2.6计算压轴力压轴力的最小值为3齿轮的设计3.1高速级齿轮传动的计算设计3.1.1选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数1） 按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。2） 输送机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度。3） 材料选择 选则小齿轮材料为40cr，调质处理，平均硬度为280hbs。大齿轮材料为45钢，调质，硬度为240hbs，二者硬度差为40hbs。4） 选小齿轮齿数， 则：。5）初选螺旋角。3.1.2、按齿面接触疲劳强度设计 （1)确定公式内的各项数值1）试选载荷系数 2）查表选取区域系数3）由图10-26查得； ，小齿轮传递的转矩5）选取齿宽系数。6）查表材料的弹性系数（大小齿轮均采用锻造）为。7）查表，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限,按齿面硬度查得大齿轮接触疲劳强度极限。8）计算应力循环次数9）查表得接触疲劳寿命系数10)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为s=1， (2)计算1）计算小齿轮分度圆直径2）计算圆周速度v= 3）计算齿宽b及模数 =4）齿高5）计算纵向重合度6)计算载荷系数k查表得：使用系数；根据、8级精度，查表得动载系数；查表； 8级精度、调质小齿轮相对之承非对称布置根据、,查表得： 故载荷系数7)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径： 8）计算模数3.1.3、按齿根弯曲疲劳强度设计（1）确定计算参数1）计算载荷系数2)根据纵向重合度1.903，查表得螺旋角影响系数3）计算当量齿数，4）查取齿数系数及应力校正系数 查表得：， 5）查表：按齿面硬度查得小齿轮和大齿轮的弯曲疲劳强度极限分别是 6) 查表弯曲疲劳寿命系数7）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数8）计算大小齿轮的并加以比较，（2）计算（按小齿轮）=对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关。故可取由弯曲强度算得的模数并就近圆整为标准值，而按接触强度算得的分度圆直径=63.46mm重新修正齿轮齿，取 3.1.4、几何尺寸计算（1）中心距计算a 将中心距圆整为189mm。(2)按圆整后的中心距修正螺旋角（3）计算大、小齿轮的分度圆直径 （4）计算齿轮宽度，圆整后取3.2低速级齿轮传动的设计低速级齿轮传动的设计过程与高速级的相同，从略。所以，计算得齿轮的参数为： 表3.1 齿轮的参数高速级 低速级大小 大小2.04z152318825i4.913.51d313.9764.03362.88103.09314.9767.03370.88111.09309.97 60.03 358.8895.09a189233b6570 105110（齿顶圆直径齿根圆直径，）4轴的设计4.1 轴的计算1)输入轴的功率为，转速为和转矩分别为 ，。2)求作用在齿轮上的力圆周力，轴向力，径向力4.1.1 初估轴的最小直径根据表15-3取，由式得则轴1：,因高速轴最小直径处有键槽。所以，选择滚动轴承，轴承代号为30206。4.1.2轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案，如下图图4.1.2输入轴1) 轴段1-2，由联轴器型号直径为30mm，右端应有轴肩定位，轴向长度应该略小于60mm，取58mm。2) 轴段4-5，先初选轴承型号，由受力情况选择圆锥滚子轴承，型号取30207，内径为35mm。所以轴段直径为35mm，长度应略小于轴承内圈宽度17mm，取为15mm。3)轴段2-3，由轴承内圈直径得轴段直径为35mm。左端联轴器又端面距离短盖取30mm，加上轴承宽度和端盖宽度，轴段长度定为65.25mm。4) 轴段5-6，小锥齿轮轮毂长度为38mm，齿轮左端面距离套杯距离约为8mm，再加上套杯厚度，确定轴段长度为54mm，直径为32mm。5) 轴段3-4，由于小齿轮悬臂布置，轴承支点跨距应取悬臂长度的大约两倍，由此计算出轴段长度为93mm。又有轴肩定位的需要，轴肩高度取3.5mm，所以轴段直径取42mm。6) 零件的周向定位查1表14-24得左端半联轴器定位用平键，宽度为8mm，长度略小于轴段，取50mm，选取键，右端小齿轮定位用平键，宽度为10mm，长度略小于轴段，取30mm，选取键。轴上圆角和倒角尺寸参考1表12-13，取轴端倒角为2mm，圆角取1.6mm。4.1.3求轴上的载荷根据轴的结构图和受力情况得出轴所受弯矩扭矩如图所示图4.1.3输入轴的弯矩扭矩图4.1.4按弯扭合成应力校核轴的强度由上图可知，应力最大的位置，只需校核此处即可，根据3式15-5及以上数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力查3表15-1得，因此，轴安全。4.2 ii轴的计算1) 轴上的功率，转速，转矩。2) 求作用在齿轮上的力大圆锥齿轮：圆周力，轴向力，径向力。圆柱齿轮：圆周力，轴向力，径向力。3) 初估轴的最小直径选择滚动轴承，轴承代号为30212。4.2.1 轴的结构设计图4.2.1中间轴1) 轴段4-5，由设计结果，小齿轮分度圆直径为59.59mm，齿宽为65mm，取此轴段为65mm。2) 轴段2-3，齿轮轮毂长度为40mm，轴段长度定为38mm，直径为齿轮孔径40mm。3) 轴段1-2，选用轴承型号为30207，轴段直径为35mm，齿轮端面距离箱体内壁取7mm，轴承距内壁2mm，所以轴段长度取30mm。4) 轴段6-7，用于装轴承，长度取19mm，直径取35mm。5) 轴段5-6，轴承应该距离箱体内壁2mm左右，且小齿轮端面距离箱体内壁8mm左右，长度取10mm，又根据轴肩定位需要，轴径取41mm。6) 轴段3-4，由于箱体内壁应该相对于输入轴的中心线对称，通过计算此段长度为20mm，又有定位需要，轴径取47mm。7) 零件的周向定位查1表14-24得齿轮定位用平键，宽度为12mm，长度略小于轴段，取32mm，选取键12x32。8) 轴上圆角和倒角尺寸参考1表12-13，取轴端倒角为2mm，圆角取1.6mm。4.2.2求轴上的载荷根据轴的结构图和受力情况得出轴所受力和弯矩扭矩如表所示表4.2.2 中轴的受力、弯矩、扭矩载荷水平面h垂直面v支反力f弯矩m总弯矩扭矩t弯矩和扭矩图如下：图4.2.2从动轴的弯矩、扭矩 4.2.3按弯扭合成应力校核轴的强度由上图可知，应力最大的位置，校核此处即可，根据3式15-5及以上数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力查3表15-1得，因此。另外小齿轮的两个端面处较危险，右端按照轴颈35mm，若弯扭组合按照最大处计算，有，所以最终可以确定弯扭校核结果为安全。4.2.4精确校核轴的疲劳强度1) 判断危险截面由上述计算已知小齿轮中点处应力最大，但是此处轴颈较两侧高出许多，所以应选4的左侧和5的右侧进行精确校核计算。2) 截面4的左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面4左侧的弯矩为截面4上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上扭转切应力轴的材料为40cr，调质处理。由3表15-1查得。综合系数的计算查3附表3-2，由，经直线插入，得因轴肩而形成的理论应力集中为，由3附图3-1得轴的材料敏感系数为，则有效应力集中系数为，按3式（附表3-4）由3附图3-2，3-3查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，查3附图3-4，轴采用精车加工，表面质量系数为，轴表面未经强化处理，即，则综合系数值为碳钢系数的确定碳钢的特性系数取为，安全系数的计算轴的疲劳安全系数为故此处安全。3) 截面5的右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面5右侧的弯矩为截面5上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上扭转切应力轴的材料为40cr，调质处理。由3表15-1查得。综合系数的计算查3附表3-2，由，经直线插入，得因轴肩而形成的理论应力集中为，由3附图3-1得轴的材料敏感系数为，则有效应力集中系数为，按3式（附表3-4）由3附图3-2，3-3查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，查3附图3-4，轴采用精车加工，表面质量系数为，轴表面未经强化处理，即，则综合系数值为碳钢系数的确定碳钢的特性系数取为，安全系数的计算轴的疲劳安全系数为故此处安全。综上得出，此轴疲劳强度达到要求。4.3 iii轴的计算1) 轴上的功率，转速，转矩，2) 求作用在齿轮上的力圆周力，轴向力，径向力4.3.1 初估轴的最小直径先按3式15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为40cr，调质处理。根据3表15-3，取，于是得，此处有一个平键，直径增加5%，得出直径最小为34.74mm。,所以联轴器的计算转矩查表14-1，取，则，查标准gb/t 5014-1985，选用hl4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为2000000，半联轴器的孔径半联轴器的长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度4.3.2 轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案，如下图1) 轴段1-2，由联轴器型号得直径为35mm，右端应有轴肩定位，轴向长度应该略小于60mm，取56.5mm。2) 轴段5-6，此处与大齿轮配合，取直径为齿轮孔径45mm，长度略小于轮毂长度取为58mm。3) 轴段6-7，选取轴承型号为30208，由轴承内圈直径得轴段直径为40mm。又考虑大齿轮与小齿轮的配合，大齿轮与内壁距离为10.5mm。轴承距离内壁取2mm左右，最后确定轴段长度为35mm。4) 轴段4-5，此段用于大齿轮定位，轴肩高度为4mm，所以直径取53mm，长度取10mm。5) 轴段3-4，左端用于轴承定位，轴肩高度取3.5mm，直径为47mm，又有轴承距离内壁2mm左右，轴段长度得出为61.5mm。6) 轴段2-3，根据轴承和端盖宽度，再是轴稍微伸出一段，确定轴段长度为56.5mm，直径取轴承内圈大小为40mm。7) 零件的周向定位查1表14-24得左端半联轴器定位用c型平键，宽度为10mm，长度略小于轴段，取50mm，选取键c，右端大齿轮定位用平键，宽度为12mm，长度略小于轴段，取50mm，选取键。轴上圆角和倒角尺寸参考1表12-13，取轴端倒角为2mm，圆角取1.6mm4.3.3 求轴上的载荷根据轴的结构图和受力情况得出轴所受弯矩扭矩如图所示4.3.4 按弯扭合成应力校核轴的强度由上图可知，应力最大的位置，只需校核此处即可，根据3式15-5及以上数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力查3表15-1得，因此，轴安全。4.4 密封方式选取选用凸缘式端盖，易于调整轴承间隙，采用端盖安装毡圈油封实现密封。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承外径决定4.5润滑方式选择4.5.1、高速级齿轮的润滑v=所以，轴承采用脂润滑。高速级小齿轮处用封油盘。4.5.2、滚动轴承的润滑采用飞溅润滑在箱座凸缘面上开设导油沟，并设挡油盘，以防止轴承旁齿轮啮合时，所挤出的热油溅入轴承内部，增加轴承的阻力。4.5.3、润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备选用l-an15润滑油5 轴承的计算5.1 初步选择滚动轴承高速轴：滚动轴承 30206 297， 中间轴：滚动轴承 30208 gb/t 297， d=40mm,d=80mm,b=18mm,低速轴：滚动轴承 30213 gb/t 297, 滚动轴承轴承端盖外径：高速轴：中间轴：低速轴：5.2 i轴的轴承校核 轴承30206校核求两轴承受到的径向载荷径向力，查1表15-1，得y=1.6，e=0.37，派生力，轴向力，左侧轴承压紧由于，所以轴向力为，当量载荷由于，所以，。由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为，轴承寿命的校核5.3 轴的轴承校核轴承30208的校核求两轴承受到的径向载荷径向力，查1表15-1，得y=1.6，e=0.37，派生力，轴向力，右侧轴承压紧由于，所以轴向力为，当量载荷由于，所以，。由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为，轴承寿命的校核5.4 iii轴的轴承校核轴承30213校核求两轴承受到的径向载荷径向力，查1表15-1，得y=1.6，e=0.37，派生力，轴向力，左侧轴承压