螺旋输送机设计课程设计.doc

新乡学院本科课程设计（论文） 螺旋输送机设计学生姓名：学生学号：院 系：机电工程学院年级专业：10级切削一班指导老师：刘建华（副教授）1、引言32、课程设计的内容和要求33、传动装置的总体设计4 3.1电动机的选择.4 3.2总传动比的计算和分配各级传动比.5 3.3传动装置的运动和动力参数计算.64、传动零件的设计计算7 4.1带轮传动的设计计算.7 4.2高速啮合齿轮的设计.9 4.3低速啮合齿轮设计计算.125、轴的设计计算及校核16 5.1高速轴的结构设计与校核.6 5.2低速轴的结构设计与校核.21 5.3中间轴的结构设计与校核.266、滚动轴承的选择和计算31 6.1高速轴轴承的计算31 6.2中间轴轴承的计算32 6.3低速轴轴承的计算337、键的选择与计算.34 7.1高速轴34 7.2低速轴34 7.3中间轴348、减速器附件的选择.349、箱体和轴承端盖的设计.3510、润滑与密封的选择3611、参考资料.3612、课程设计小结.361引言机械设计课程是培养学生机械设计能力的技术基础课。机械设计课程设计是机械设计课程的重要实践教学环节，其基本目的是：1）通过课程设计，综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，培养分析和解决实际问题的能力，掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想；2）学会从机器功能的要求出发，合理选择执行机构和传动机构的类型，制定传动方案，合理选择标准部件的类型和型号，正确计算零件的工作能力，确定其尺寸、形状、结构及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养机械设计能力；3）通过课程设计，学习运用标准、规范、手册、图册和查阅科技文献资料以及计算机应用等，培养机械设计的基本技能和获取有关信息的能力。在本课程设计中用计算机绘图或手工绘图都能达到以上要求，但是由目前发展趋势应尽量采取计算机绘图。2.课程设计的内容和要求要求：某螺旋输送机连续单向运转，较大冲击载荷，两班制工作，工作年限10年，工作机转速的允许误差为5%，小批量生产，试设计该螺旋输送机的传动装置部分。螺旋输送机的原始数据如下表：数据编号7.2运输机工作轴转矩T（N.m）1550运输及工作轴转速n(r/min)120传动装置简图如下：3.传动装置的总体设计3.1.电动机的选择（1）选择电动机的类型和结构形式根据减速装置工作条件和工作要求，选用三相鼠笼Y型异步电动机，采用密封结构。（2）选择电动机的功率工作机的输出功率为电动机的功率为 电动机输送带的总功率为根据表2-1得，V带传动效率；滚动轴承（三对齿轮轴承）；圆柱齿轮副效率（齿轮精度为8级）；圆锥齿轮传动（8级精度的一般锥齿轮传动）；齿轮联轴器，则通过查表，选额定功率的电机。（3）确定电动机的转速按表2-1,2-2推荐的传动比合理的范围，V带传动常用传动比范围，二级圆锥-圆锥齿轮减速器传动比范围，输送机的工作转速，则电动机转速通过查表12-8，取型号为Y180M-2电动机，主要外形尺寸和安装尺寸见下表。电动机主要性能参数型号额定功率满载转速满载时效Y180M-230 293889.52.0 电动机主要外形尺寸和安装尺寸 单位：mm中心高H外形尺寸底脚安装尺寸延伸尺寸平键尺寸180726x505279x24155x11016x493.2.计算总传动比和分配各级传动比（1）总传动比 式中，分别为电动机的满载转速，螺旋输送机的转速，r/min。（2）传动系统的传动比 式中，分别为V带传动，二级圆锥-圆柱齿轮减速器的传动比。为了使V带传动外廓尺寸不要太大，初步选，则二级圆锥-圆柱齿轮减速器的传动比 所得减速器的传动比符合二级圆锥-圆柱齿轮减速器传动比的范围。（3）分配减速器的各级传动比以使大锥齿轮直径不知过大，从而便于加工，高速级圆锥齿轮传动比取 ，则 圆柱齿轮传动比 3.3.计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴的输入功率 电动机轴 1轴 2轴 3轴 输送机轴 （2）各轴的转速 1轴 2轴 3轴 输送机轴 （3）各轴的转矩 电动机轴 1轴 2轴 3轴 输送机轴 最后，将运动和动力参数计算结果进行整理，如下表： 运动和动力参数计算结果轴名功率转矩转速传动比效率输入输出输入输出电动机轴_30_97.5293830.961轴28.8_280.8_979.32.030.952轴27.7_551.1_48040.953轴26.6_2116.9_12010.97输送机轴26.07_2074.7_120_4.传动零件的设计计算4.1 V带的选择（1）确定计算功率由表8-7查得工作情况系数，故 （2）选择V带的带型根据，查图8-11可知，单根V型带是承载不起的，通过分析、计算，应选取4根V型带，带型为A。初步取基准直径。（3）验算带速。按式（8-13）验算带的速度 因为，故带速合适。（4）计算大带轮的基准直径。 根据式（8-15a）,计算大带轮的基准直径 根据表8-8，应选取。（5）确定V带的中心距和基准长度1)根据式（8-20），初定中心距。2）由式（8-22）计算带所需的基准长度 由表8-2选带的基准长度。3）计算实际中心距。 中心距的变化范围为474mm522mm。4）验算小带轮上的包角5）计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3得A型带的单位长度质量，所以 应使带的实际初拉力。6）计算压轴力压轴力的最小值为 4.2高速啮合齿轮的设计(1).选定齿轮材料、类型、精度等级和齿数选择直齿锥齿轮传动，精度等级8级，大小齿轮都选用45钢(调质)，小齿轮为260HBS，而大齿轮为220HBS.小齿轮齿数为Z1 =18,大齿轮齿数Z2=uZ1=2.03,取Z2=37，齿轮啮合时=90，=20，直齿区域系数ZH=2.5。(2)按齿面疲劳强度计算(式1026)确定各个参数：1) 初选载荷系数：;2) 齿数比：u=3) 小齿轮转矩：4) 弹性影响系数：（表106）5) 确定接触许用应力：1) 循环次数：-(式1013)接触疲劳寿命系数KHN（图1019） 接触疲劳强度极限（图1021（d） 接触许用应力：按失效概率为1%，疲劳强度安全系数-（式1012）6) 计算(3)验算载荷系数：1) 齿轮的使用系数：载荷状况中等冲击（表102）=1.52) 动载荷系数：= -(P224,d)由（图108）查=1.14；3) 齿间载荷分配系数：；4) 齿向载荷分配系数：一两端只承一个悬臂，查表109，载荷系数： -（式102）(4)校正直径与大端模数m-(式1010a)(5).按齿根弯曲强度设计 -（式1024） 确定计算参数：1) 计算载荷系数 K= =1.51.1411.875=3.2（式102）2) 小齿轮转矩：=16649.287N.mm 3) 齿宽系数：4) 齿数比：5) 计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数：（a） 大小齿轮齿面受脉动循环应力，查图（10-20(c)） （b） 弯曲疲劳寿命系数，查图（1018） （c） 弯曲疲劳许用应力：（6) 计算锥齿轮当量齿数： （P225，式（f）（7) 齿形系数：查表105 =2.22 =2.80（8) 应力校正系数：查表105 =1.77 =1.55（9) 计算大小齿轮并加以比较 = （10) 将（9）中大者代入计算： = 对比结果取m=4,按接触疲劳强度算得分度圆直径，则小齿轮齿数：，大齿轮齿数：4.3低速啮合齿轮设计计算1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）该级为低速级齿轮传动，选用直齿圆柱齿轮传动2）运输机为一般工作机器，速度不高，由表10-4可选用8级精度3）由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS4）初选小齿轮齿数为25，则大齿轮齿数2.按齿面接触强度设计由设计计算公式10-9a进行试算（1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数=1.32）由表10-7选取齿宽系数=13）由表10-6查得材料的弹性影响系数= 4）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限 5）由式10-13计算应力循环次数 6）由图10-19查得接触疲劳寿命系数，7）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由式10-12得（2）计算1）试计算小齿轮分度圆直径直径，代入中较小的值2）计算圆周速度3）计算齿宽4）计算齿宽与齿高之比模数齿高=11.115）计算载荷系数根据，8级精度，由图10-8查得动载系数=1.16直齿轮，.2由表10-2查得使用系数.5由表10-4用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，查图10-13得故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式10-10a得7）计算模数=3.按齿根弯曲强度设计由式10-5得弯曲强度的设计公式为（1）确定公式内的各计算值 1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限2）由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式10-12得4）计算载荷系数5）查取齿形系数由表10-5查得；6）查取应力校正系数由表10-5用插值法得；7）计算大、小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大（2）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m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，可取由弯曲强度算得的模数5mm，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数，圆整取=304.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径（2）计算中心距（3）计算齿轮宽度 取；5.轴的设计计算及校核5.1高速轴的结构设计与校核 (1).确定轴的最小直径1)选用材料为40Cr，调制处理，根据表153取=110；轴的最小直径，由于轴上开有键槽且d100mm此时轴直径增加5%-7%，2)轴最小直径(2).确定轴的各段直径和长度：，用于定位时候，只是为了安装方便时候，选轴承7209C，GB/T292-2007, 取， (3).轴上A端用圆螺母做轴向定位，B端用轴端挡圈做轴向定位。(4).轴的校核1）作用在齿轮上的力 =2）支反力的计算 =17494N, 3)绘制载荷分析图 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出界面C是轴的危险截面，现将计算出的截面C处的、及的值列于下表：载荷水平面垂直面支反力弯矩总弯矩扭矩4）按第三强度理论校核应满足-（式15-5）查表15-1,40（调质）。进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即截面C的强度，根据式（15-5）及上表中的数据，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 因此该截面安全。5）按疲劳强度进行精确校核,查表15-1， 取通过弯矩和扭矩图可知，危险截面为C，但是为了更加精确地校核轴，还必须校核截面的左右两侧。(5)截面6左侧抗弯截面系数： 抗扭截面系数：截面6左侧的弯矩M为191404N.mm截面6上的扭矩截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为40（调质），由表15-1查得截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数按附3-2查取，因=0.024，经插值后可查得 又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为 故有效应力集中系数按式（附表3-4）为 由附图3-2的尺寸系数，由附图3-3的扭矩尺寸系数。轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则桉式（3-12）及式（3-12a）得综合系数为 又由3-1及3-2得碳钢的特性系数 于是，计算安全系数值，桉式（15-6）（15-8）则得 故可知其安全。(6)截面6右侧抗弯截面系数：抗扭截面系数：截面6左侧的弯矩M为191404N.mm截面6上的扭矩截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力过盈配合处的，由附表3-8用插值法求出，并取，于是得 轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为 故得综合系数为 所以轴在截面6右侧的安全系数为 故该轴在截面6右侧的强度也是符合要求的。5.2低速轴的结构设计与校核(1).确定轴的最小直径 1)选用材料为40Cr，调制处理，根据表153取=110；轴的最小直径，由于轴上开有键槽且d2.2(6)按静强度条件进行校核：,取，取危险截面5.3 中间轴的结构设计及其校核(1)确定轴的最小直径 选用材料为40Cr，调制处理；轴的最小直径在两端但又不受T且，所以将高速轴的最小直径放大2档作为中间轴的最小直径， 2)轴承的选择7309AC，GB/T282-1994(2)确定轴的各段直径和长度：，用于定位时候，只是为了安装方便时候， ，选轴承7007AC，GB/T292-1994， (3)轴上两端用轴承端盖做轴向定位。(4)轴的校核 1） 作用在齿轮上的力 =， ， 2）支反力的计算H面内：， =1915.23N, V面内： 3） 绘制载荷分析图 (5)按第三强度理论校核应满足（式15-5）,查表15-1,40Cr（调质）=70 危险截面为，轴上受对称循环应力，计算轴的抗弯截面系数（表15-4）(6)按疲劳强度进行精确校核查表15-1，取1）危险截面：只受,抗弯系数：弯矩：M=8672.62N.mm,扭转切应力：受脉动循环应力查附表3-2，r/d=1.6/35=0.0457,D/d=1.143,理论压力集中系数，查附图3-1，材料敏感系数-(附3-3) 尺寸系数，查附图3-2：， 表面质量系数：查附图（3-4），未经强化处理，强化系数2）危险截面：抗弯系数：抗扭系数：弯矩：M=178000N.mm,扭矩：T=65925N.mm扭转切应力：弯矩切应力：受对称循环压力查附表3-2，r/d=1.6/40=0.04,D/d=46/40=1.15,理论压力集中系数，查附图3-1，材料敏感系数-(附3-3) 尺寸系数，查附图3-2：，查附图3-3表面质量系数：查附图（3-4），未经强化处理，强化系数(7)按静强度条件进行校核：,取，取 1）危险截面：经校核轴符合要求。6.滚动轴承的选择与计算6.1高速轴轴承的计算查手册表6-6可知角接触球轴轴承7208AC的基本额定动载荷C=35.2KN。（1）求两轴承受到的径向载荷和由力与力矩平衡方程，求得两轴承受力为又左端承受到径向载荷右端承受到径向载荷（2）求两端轴承的计算轴向力和对于70000AC型轴承，由教材13-7查得派生轴向力因为，由教材式13-12又 由教材表13-5有：x=0.41 y=0.87而对于右端轴承所以，x=1 y=0又由表13-6，取，则当量动载荷为：因为 所以按轴承1来计算寿命（3）计算轴承寿命11680=2年（式中）符合要求。6.2中间轴轴承的计算查手册表6-6可知角接触球轴轴承7309AC的基本额定动载荷C=47.5KN。（1）求两轴承受到的径向载荷和由力与力矩平衡方程，求得两轴承受力为又左端承受到径向载荷右端承受到径向载荷（2）求两端轴承的计算轴向力和对于70000AC型轴承，由教材13-7查得派生轴向力因为，由教材式13-12又 所以，取 x=1 y=0而对于右端轴承由教材表13-5有：x=0.41 y=0.87又由表13-6，取，则当量动载荷为：因为 所以按轴承2来计算寿命（3）计算轴承寿命11680=2年（式中）符合要求。6.3低速轴轴承的计算（1）求两轴承受到的径向载荷和，由于低速轴不受轴向载荷，且由教材表13-5知：深沟球轴承最小e值为0.22，即所以，取 x=1 y=0又由表13-6，取，则当量动载荷为： 因为 所以按轴承1来计算寿命（2）计算轴承寿命11680=2年（式中）符合要求。7、键的选择与计算7.1高速轴7段：选择C8 GB/T1095-2003 d=25mm,b=8mm,h=7mm,t=4mm, ,k=h-t=3mm, =110MPa -（6-1） 1段: 选择C8 GB/T1095-2003 d=25mm,b=8mm,h=7mm,t=4mm, ,k=h-t=3mm, =110MPa7.2低速轴 2段：选择C16 GB/T1095-2003 d=52mm,b=16mm,h=10mm,t=6mm,k=h-t=4mm, =110MPa 5段： 选择14 GB/T1095-2003 d=45mm,b=14mm,h=9mm,t=5.5mm, ,k=h-t=4mm, =110MPa7.3中间轴 2段： 选择142 GB/T1095-2003 d=40mm,b=12mm,h=8mm,t=5mm, ,k=h-t=3mm, =110MPa5段： 选择C10 GB/T1095-2003 d=37mm,b=10mm,h=8mm,t=5mm, ,k=h-t=3mm, =110MPa 8.减速器附件的选择（1）视孔盖与通气器视孔盖：=180mm，=165mm，=140mm，=125mm，d=7mm，孔数=8，=4mm，R=5mm 通气器：M30x2 视孔盖上钻孔。（2）放油螺塞 M24x2（3）油标 压配式圆形油标，视孔d=63mm9.箱体和轴承端盖的设计具体机构见装备图10.润滑与密封的选择（1）润滑 齿轮采用浸油润滑，轴承采用稀油润滑（2）密封轴承端盖与轴用毡圈密封11.参考资料1刘建华，任义磊.机械设计课程设计.M.北京：电子工业出版社，202 濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版