[高等教育]带式运输机传动装置设计任务书.doc

课程设计说明书机械设计 （机械设计基础） 设计题目 带式运输机传动装置 学 院 工学院 专业班级设 计 者 学 号 指导教师 完成日期 2009年1月8日 中南大学目 录一、前言.二、设计任务.三、计算过程及计算说明 一 传动方案拟定.二 电动机的选择.三 计算总传动比及分配各级的传动比.四 运动参数及动力参数计算.五 传动零件的设计计算.六 轴的设计计算.七 滚动轴承的选择八 键联接的选择及计算.九 减速箱体结构.十 润滑和密封.四、小结.五、参考资料. . 一、前言（一)设计目的： 通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，培养结构设计，计算能力，熟悉一般的机械装置设计过程。(二)传动方案的分析： 机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。 带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。 齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。一、设计任务具体要求：1、 电动机类型确定2、 单机减速器的齿轮、轴、轴承、箱体等的设计及强度计算3、 编写一份设计说明书4、 装配图一张（1号图纸）、齿轮及轴的零件图各一张 二、计算过程及计算说明一、传动方案拟定第三组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动（1） 工作条件：使用年限8年，工作为二班工作制，载荷平稳，环境清洁。（2） 原始数据：滚筒圆周力F=4200N；带速V=0.85m/s；滚筒直径D=600mm。二、电动机选择1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择：（1）传动装置的总功率：总=带4轴承闭式齿轮联轴器滚筒开式齿轮 =0.960.9940.970.990.960.95=0.81(2)电机所需的工作功率：P工作=FV/1000总=42000.85/10000.81=4.421KW3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：n筒=601000V/D=6010000.85/600=27.07r/min 按手册推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I1=36。取V带传动比I2=24，则总传动比理时范围为Ia=18144。故电动机转速的可选范围为nd=Ian筒=4874954r/min符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min等。根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号，综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选n=1000r/min。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y132M2-6。其主要性能：额定功率：5.5KW，满载转速960r/min，质量84kg。三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比：i总=n电动/n筒=960/27.07=35.462、分配各级伟动比（1） 取V带，圆柱齿轮i齿轮=i减速器=3.8（单级减速器i=36合理）（2） i总=i齿轮iV带i减速器iV带=i总/（i齿轮i减速器）=35.46/3.84=2.456四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）V带高速轴 nI=n电机=960r/min减速器高速轴nII=nI/iV带=960/2.456=390.9(r/min)减速器低速轴nIII=nII/ i减速器=390.9/3.8=102.9(r/min)传动滚筒轴 nIV= nIII/i齿轮 =102.9/3.8=27.07(r/min)2、 计算各轴的输入功率（KW）V带低速轴 PI=P工作=5.5KW减速器高速轴 PII=PI带=5.50.96=5.28KW减速器低速轴 PIII=PII轴承齿轮= 5.07KW开式齿轮高速轴PIV = PIII轴承联轴器=5.070.990.99=4.97 KW滚筒轴 PV = PIV轴承开式齿轮 =4.970.990.95=4.67 KW3、 计算各轴扭矩（Nm）电动机输出轴 TI=9.55106PI/nI=9.551035.5/960=54.714Nm减速器高速轴 TII=9.55106PII/nII=9.551065.28/390.9=128.995Nm减速器低速轴 TIII=9.55106PIII/nIII=9.551065.09/102.9=470.539Nm开式齿轮高速 TIV=9.55106 PIV / nIII= 95504.97/102.9=461.289 Nm滚筒轴 TV=9.55106 PV / nIV =95504.67/27.07=1647.525 Nm五、传动零件的设计计算1、 皮带轮传动的设计计算（1） 选择普通V带截型由课本P205表13-6得：kA=1.1PC=KAP=1.15.5=6.05KW由课本P205图13-15得：选用A型V带（2） 确定大小带轮基准直径，并验算带速由课本表13-7得，推荐的小带轮基准直径为75mm 则取dd1=125mmdmin=75 dd2=n1/n2dd1=960/309.9125=306.9mm由课本P74表5-4，取dd2=300mm 实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=960125/300 =400r/min转速误差为：n2-n2/n2=390.9-400/390.9 =-0.0231200（适用）（5）确定带的根数根据课本P203表（13-3）P1=1.37KW根据课本P204表（13-4）P1=0.11KW根据课本P8204表（13-5）K=0.96根据课本P202表（13-2）KL=1.03由课本P204式（13-15）得Z=PC/P=PC/(P1+P1)KKL =4.13(6)计算轴上压力由课本P201表13-1查得q=0.1kg/m，由式（13-17）单根V带的初拉力：F0=500PC/ZV（2.5/K-1）+qV2 =158.5N则作用在轴承的压力FQ，由课本P87式（5-19）FQ=2ZF0sin1/2=1571N2、齿轮传动的设计计算 （1）选择齿轮材料及精度等级 考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240260HBS，取250HBS。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220HBS；根据课本P162表11-2选9级精度。齿面精糙度Ra1.63.2mHlimZ1=680Mpa HlimZ2=560Mpa通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0Flim1=240Mpa Flim2 =190Mpa按一般可靠度选取安全系数SF=1.25H1=Hlim1/SH=680/1.1Mpa=618.2MpaH2=Hlim2/SH=560/1.1Mpa=509.1MpaF1=Flim1 /SF=240/1.3Mpa=184.6MpaF2=Flim2 /SF =190/1.3Mpa=146.2Mpa (2)按齿面接触疲劳强度计算中心距aT1=128995Nmm 选取载荷系数K=1.4 齿宽系数a= =0.4 u=i齿=3.8则a=(u+1)3 （335/H2*KT1/ ua =178.5 (3)确定齿数和模数传动比i齿=3.8 取小齿轮齿数Z1=35。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=133 实际传动比I0=3.31传动比误差：i-i0/I=1%2.5% 可用模数：m=2a/ Z2+Z1=2*178.5/133+35=2.125mm根据课本表4-1取标准模数：m=2.5mm确定中心距 a=m/2(Z2+Z1 ）=210 mm(4)齿宽b=dd1=0.4*210=84取大齿轮宽为84mm 小齿轮齿宽89mm(5)校核齿根弯曲疲劳强度根据课本P167图（11-9）得YF1=2.5 YF2 =2.14 F1=(2kT1/bm2Z1)YF1=49.14 MpaF1F2 =F1 YF2/YF1=442.06MpaF2 安全（6）齿轮的几何尺寸计算分度圆直径：d1=mZ1=2.535mm=87.5mmd2=mZ2=2.5133mm=332.5mm齿顶圆直径：da1= d1 +2m=87.5+5=92.5mm da2= d2 +2m=332.5+5=337.5mm全齿高：h=2.25m=2.25*2.5=5.6mm (7)计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/601000=3.1487.5390.9/601000=1.79m/s选8级精度合宜六、轴的设计计算输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质，硬度217255HBS根据课本P230（14-2）式，并查表14-2，取c=115d115 (5.28/390.9)1/3mm=27.4mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=27.4(1+5%)mm=28.8mm选d=30mm2、轴的结构设计（1）轴上零件的定位，固定和装配 单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定（2）确定轴各段直径和长度d1=30mm L1=72mmd2=36mm L1=58mmd3=43mm L1=43mmd4=50mm L4=87mmd5=58mm L5=7mmd6=36mm L1=4mmd7=43mm L1=25mm初选用深沟球承6209 d=45 D=85 B=19 Cr=24.5 (3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d1=87.5mm求转矩：已知T1=128995Nmm求圆周力：Ft根据课本P163（11-1）式得Ft=2T1/d1=128995/87.5=2948.457N求径向力Fr根据课本P163（11-1）式得Fr=Fttan=2948.457tan200=1073.2N强度校核(1)绘制轴受力简图（如图a）（2）绘制垂直面弯矩图（如图b）轴承支反力：FAY=FBY=Fr/2=536.6NFAZ=FBZ=Ft/2=1474.229N由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为MC1=FAyL/2=536.650=9.1Nm(3)绘制水平面弯矩图（如图c） 截面C在水平面上弯矩为：MC2=FAZL/2=1474.22950=25Nm(4)绘制合弯矩图（如图d）MC=(MC12+MC22)1/2=(9.12+252)1/2=26.6Nm(5)绘制扭矩图（如图e）转矩：T=9.55（P2/n2）106=48Nm(6)绘制当量弯矩图（如图f）转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化，取=1，截面C处的当量弯矩：Mec=MC2+(T)21/2=26.62+(148)21/2=54.88Nm(7)校核危险截面C的强度由式（6-3）e=Mec/0.1d33=99.6/0.1413=14.5MPa -1b=60MPa该轴强度足够。输出轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质钢，硬度（217255HBS）根据课本P230页式（14-2），表（14-2）取c=115dc(P3/n3)1/3=115(5.07/102.9)1/3=45.31mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=45.31(1+5%)mm=47.6mm取d=50mm2、轴的结构设计（1）轴的零件定位，固定和装配 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。（2）确定轴的各段直径和长度d1=50mm L1=70mmd2=56mm L1=60mmd3=63mm L1=45mmd4=70mm L4=80mmd5=76mm L5=7mmd6=63mm L1=30mmd7=72mm L1=4mm初选用深沟球承6213 d=65 D=120 B=23 Cr=44.0(3)按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知d2=332.5mm求转矩：已知TIII=470.539Nm求圆周力Ft：根据课本P163（11-1）式得Ft=2T3/d2=2470.539103/332.5=2830.3N求径向力Fr根据课本P163（11-1）式得Fr=Fttan=2830.30.36379=1030.1N校核(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=1030.1/2=515.1NFAZ=FBZ=Ft/2=2830.3/2=1415.2N(2)由两边对称，书籍截C的弯矩也对称截面C在垂直面弯矩为MC1=FAYL/2=515.194.5/2*1000=23.34Nm(3)截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=1415.294.5/2*1000=66.87Nm(4)计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2 =（23.342+66.872）1/2 =70.83Nm(5)计算当量弯矩：=0.6Mec=MC2+(T)21/2=70.832+(0.6*470.5)21/2 =291.1Nm(6)校核危险截面C的强度由式（10-3）e=Mec/（0.1d3）=291.1/(0.1543)=18.5Mpaob=70Mpa此轴强度足够七 滚动轴承的选择1、计算输入轴承选用6209型深沟球轴承，其内径d为45mm,外径D为85mm，宽度B为19mm. Cr=24.5kN根据根据条件，轴承预计寿命163658=48720小时（1）已知n=458.2r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N初先两轴承为6209型深沟球轴承根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N(2) FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端FA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N(3)求系数x、yFA1/FR1=315.1N/500.2N=0.63FA2/FR2=315.1N/500.2N=0.63根据课本P263表（11-8）得e=0.68FA1/FR1e x1=1 FA2/FR248720h预期寿命足够2、计算输出轴承选6213型深沟球轴承，其内径d为65mm，外径D=120mm，宽度B为23mm Cr=44.0kN(1)已知n=76.4r/min Fa=0 FR=FAZ=903.35N试选6213型深沟球轴承根据课本P265表（11-12）得FS=0.063FR,则FS1=FS2=0.63FR=0.63903.35=569.1N(2)计算轴向载荷FA1、FA2FS1+Fa=FS2 Fa=0任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端两轴承轴向载荷：FA1=FA2=FS1=569.1N(3)求系数x、yFA1/FR1=569.1/903.35=0.63FA2/FR2=569.1/930.35=0.63根据课本P263表（11-8）得：e=0.68FA1/FR1e x1=1 y1=0FA2/FR248720h此轴承合格八、键联接的选择及校核计算1、带轮与输入轴采用平键轴径d1=30mm,L1=75mm查手册得单圆头普通平键用于轴端，选用C型平键，得：bh=87 l=L1-b=75-8=67mmT2=129Nm h=7mmp=4T/dhl=4128995/30767=36.67MpaR(110Mpa)2、输入轴与齿轮联接采用平键联接轴径d4=50mm L4=87mm T=128.995Nm查手册10-9 选A型平键键149 l=L4-b=87-14=73mm h=9mmp=4T/dhl=4128995/50973 =15.71Mpap(110Mpa)3、输出轴与齿轮联接用平键联接轴径d4=70mm L4=82mm T=470.539N.m查手册 选用A型平键键2012 l=L4-b=82-20=62mm h=12mmp=4 T/dhl=4470539/701262=36.14Mpap4、输出轴与联轴器联接用平键联接轴径d1=50mm L1=75mm T=470.539N.m查手册 选C型平键键1610 l=L1-b=75-16=59mm h=10mmp=4 T/dhl=4470539/161059 =101.87Mpap(110Mpa)九 减速箱体结构1、箱体是减速器结构和受力最复杂的零件，其各部分的尺寸均根据内部的零件的尺寸以及经验计算。尺寸列入下表，单位mm。 符 号名 称尺 寸备 注底座壁厚10不小于81箱盖壁厚1 =0.8=8不小于8b箱底座上不凸缘厚b=1.5=15b1箱盖凸缘厚b1 =1.51=12b2想底座厚b2=2.5=25m箱座加强肋厚m=0.85 =8.5m1箱盖加强肋厚m1=0.851 =6.8df地脚螺栓直径df=20手册查得d1轴承旁连接螺栓直径d1=0.75 df=15n=4d2箱座与箱盖连接螺栓直径d2=0.5 df=10d3轴承盖固定螺栓直径d3=8手册查得d4视孔盖螺栓直径d4=0.4 df=8c1箱壳外壁至螺钉中心线间的距离c1=26c1=24可由手册查得k底座上部或下不凸缘宽k= c1+ c1=50D1小轴承盖螺钉分布圆直径D1=D+5 d3=105D=85为小轴承外径D0105D581D2大轴承盖螺钉分布圆直径D2=D+5 d3=160D0145D5115R箱盖外表面圆弧半径196.75十 润滑和密封一、齿轮的润滑 采用浸油润滑，由于低速级周向速度为1.8m/s，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为35mm。 二、滚动轴承的润滑 由于齿轮周向速度为1.8m/s2 m/s所以宜用脂润滑，应开设封油盘。 三、润滑油的选择 考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。 四、密封方法的选取 选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。 密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 F=4200NV=0.85m/sD=600mm滚筒=27.07r/min总=0.81P工作=4.421KW电动机型号Y132M2-6i总=35.46据手册得i齿轮=3.8i V带=2.456nI =960r/minnII=390.9r/minnIII=102.9r/minnIV=27.07 r/minPI=5.5KWPII=5.28KWPIII=5.07KWPIV =4.97KWPV =4.67KWTI=54.714NmTII=128.995NmTIII=470.539NmTIV=461.289 NmTV=1647.525 Nmdd1=125mmdd2=306.9mm取标准值dd2=300mmn2=400r/minV=6.28m/s取a0=650Ld=2000mma=660mmZ=5根F0=158.5NFQ =1571NH1=618.2MpaH2=509.1MpaF1=184.6MpaF2=146.2Mpai齿=3.8Z1=35Z2=133m=2.5mma =210mmb=89mmb1=84mmT1=128995Nmmd1=87.5mmd2=332.5mmda1=92.5mmda2=337.5mmh=5.6mmV =1.8m/sd=30mmd1=30mm L1=72mmd2=36mm L1=58mmd3=43mm L1=43mmd4=50mm L4=87mmd5=58mm L5=7mmd6=36mm L1=4mmd7=43mm L1=25mmL=296mmFt =2948.457NFr=1073.2NFAY =536.6NFBY=536.6N FAZ =1474.229NMC1=9.1NmMC2=25NmMC =26.6NmT=48NmMec =99.6Nme =14.5MPa-1bd=50mmd1=50mm L1=70mmd2=56mm L1=60mmd3=63mm L1=45mmd4=70mm L4=80mmd5=76mm L5=7mmd6=63mm L1=30mmd7=72mm L1=4mmFt=2830.3NFr=1030.1NFAX= FBY=515.1NFAZ=FBZ=1415.2NMC1=23.34NmMC2=66.87NmMC=70.83NmMec=291.1Nme=18.5Mpa轴承预计寿命48720hFS1=FS2=315.1Nx1=1y1=0x2=1y2=0P1=750.3NP2=750.3NLH=1047500h预期寿命足够FR =903.35NFS1=569.1Nx1=1y1=0x2=1y2=0P1=1355NP2=1355NLh =2488378.6h故轴承合格C型平键87p=36.67MpaA型平键149p =15.71MpaA型平键2012p=36.14MpaC型平键1610p=101.87Mpa四、小结在设计过程中的经验教训总结：1.设计的过程中必须严肃认真，刻苦专研，一丝不苟，精益求精，才能在设计思想，方法和技能各方面获得较好的锻炼与提高。2.机械设计课程设计是在老师的指导下独立完成的。必须发挥设计的主动性，主动思考问题分析问题和解决问题。3.设计中要正确处理参考已有资料和创新的关系。熟悉和利用已有的资料，既可避免许多重复的工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量的重要保证。善于掌握和使用各种资料，如参考和分析已有的结构方案，合理选用已有的经验设计数据，也是设计工作能力的重要方面。4.在教师的指导下订