铸工车间自动送砂带式运输机传动装置的设计.doc

上海工程技术大学机械设计 课程设计说明书设计题目 铸工车间自动送砂带式运输机传动装置的设计飞行学院 院（系）航空器械维修 专业班级 0811122 学号091110219设计人 刘 辉 指导老师 张超完成时间 2015年 7 月 17 日机械设计课程设计任务书班级代号 0811122 学生姓名 刘 辉 指导教师 张 超 下达日期 2015年 7月 6日1. 题目：铸工车间自动送砂带式运输机传动装置的设计。2. 设计任务：（1）减速器装配图（1号）1张（2）低速轴工作图（3号）1张（3）大齿轮工作图（3号）1张（4）设计计算说明书1份（5） 设计草图 （0号）1张3. 设计时间 2015年7月6日至2015年7月17日4. 传动方案4. 设计参数（1） F：运输带拉力（kN） F=2.8KN（2） V：运输带速度（m/s） V=1.4 m/s（3） 卷筒直径（mm) D=400mm5. 工作条件设计某一带式运输机用一级斜齿圆柱齿轮减速器。运输机二班制连续工作，单向运转，载荷平稳，室内工作，有粉尘。减速器小批量生产，使用期限8年，运输带速度允差 5。目录一.传动方案11.1 电动机 11.1.1 电动机的类型和结构选择11.1.2 电动机容量11.1.3 电动机的额定转速11.1.4电动机型号机安装尺寸21.2 传动比分配31.2.1 传动装置应有的总传动比31.2.2 各级传动比的分配及其说明31.3 各轴转速、转矩及传递功率31.4 联轴器41.4.1 选型说明41.4.2 联轴器型号41.5传动方案说明5二. 各级传动62.1 V带传动62.1.1 V带传动设计计算62.1.2 带轮的结构设计82.2 齿轮传动82.2.1 齿轮结构设计11三.轴及轴毂联接113.1 减速器各轴结构设计113.1.1 低速轴113.1.2 高速轴123.2 减速器各轴强度验算123.2.1 高速轴123.2.2 低速轴(略)143.3 键联接工作能力验算143.3.1 轴与大齿轮周向固定的键15四.减速器的润滑与密封174.1 齿轮传动的润滑方式174.2 滚动轴承的润滑方式174.3 减速器润滑油面高度的确定174.4 油量验算184.5 减速器各处密封方式18五.减速器箱体及其附件196.1 箱体196.2 主要附件20七.小结23八.参考资料目录23设计计算及说明结果一. 传动方案1.将带传动布置于高速级将传动能力较小的带传动布置在高速级，有利于整个传动系统结构紧凑，匀称。同时，将带传动布置在高速级有利于发挥其传动平稳，缓冲吸振，减少噪声的特点。2.选用闭式斜齿圆柱齿轮闭式齿轮传动的润滑及防护条件最好。而在相同的工况下，斜齿轮传动可获得较小的几何尺寸和较大的承载能力。采用传动较平稳，动载荷较小的斜齿轮传动，使结构简单、紧凑。而且加工只比直齿轮多转过一个角度，工艺不复杂。3.将传动齿轮布置在距离扭矩输入端较远的地方由于齿轮相对轴承为不对称布置，使其沿齿宽方向载荷分布不均。固齿轮布置在距扭矩输入端较远的地方，有利于减少因扭矩引起的载荷分布不均的现象，使轴能获得较大刚度。1.1 电动机1.1.1 电动机的选型说明 根据电源及单向传动、双班制等工作条件和要求，选用一般用途的Y（IP44）系列三相异步电动机,它为卧式封闭结构。 1.1.2 电动机容量（1）传动装置的总效率： =0.960.9820.970.990.96=0.85（2）电机所需的工作功率：=(28001.4)/(10000.85)=4.61kW3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：=(6010001.4)/(400)=66.88r/min4、确定电动机型号工作转速nw=601000V/3.14/D= 66.88r/min，V带传动比范围为2-4，一级圆柱齿轮减速器传动比范围为3-5，因此理论传动比范围为： 6- 20。可选择的电动机转速范围为 401.28- 1337.6r/min。进行综合考虑价格、重量、传动比等因素，选定电机型号为：Y132M2-6，额定功率Pen= 5.5kW，满载转速为nm= 960r/min，同步转速为nt= 1000r/min。1.1.3 电动机的额定转速为了便于选择电动机转速，先推算电动机转速的可选范围。由书2P4表2-1查得V带传动常用传动比范围取i带=3，单级圆柱齿轮传动比范围 i齿=3.64 ，则电动机转速可选: nd=nw i带 i齿 = 8833.64=960 r/min综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动，减速器的传动比，宜选同步转速为960r/m。1.1.4 电动机型号机安装尺寸已知P工作=4.61 kw，同步转速 n =960r/min由书2 p196 表20-1，选定电动机型号为Y132M2-6电动机型号额定功率（KW）电动机转速（r/min）电动机质量（Kg）传动装置的传动比同步满载总传动比V带传动单级减速器Y132M2-65.5100096084 电动机的外型及安装尺寸（表一） 查书2 P197 表20-2 电动机型号尺寸HABCDEF*CDGKABADACHDAABBHALY132m2-613221617889388010*833122802101353156023818515电动机外形示意图（图一） 查书2/P196 表20-1电动机型号额定功率（KW）满载转速（r/min）堵转转矩额定功率最大转矩额定功率质量（Kg）Y132M2-65.59602.02.2841.2 传动比分配1.2.1 传动装置应有的总传动比 1、 总传动比： i总=n电动/n筒=960/88=10.91(传动带的鼓轮转速n=90 r/min)2、分配各级传动比取齿轮i带=3（i带=24合理）i总=i齿轮i带i齿轮=i总/ i带=3.641.2.2 各级传动比的分配及其说明传动装置总传动比是各级传动比的连乘积,即i=i带*i齿 分配各级传动比时,考虑到:各级传动机构的传动比应在推荐值的范围内(表2-1),不应超过最大值,以利发挥其性能,并使结构紧凑; V带传动的传动比不能过大，否则会使大带轮半径超过减速器中心高导致尺寸不协调，还应避免传动零件之间发生干涉碰撞。由于总传动比i=10.91所以暂取V带传动的传动比为：i带=3 单级圆柱齿轮减速器理论传动比为：i齿= i / i带=10.91/3= 3.64总传动比及其分配 （表二）总传动比iV带传动比i带齿轮传动比i齿10.9133.641.3 传动装置的运动和动力参数 轴：减速器高速轴 轴：减速器低速轴 轴：毂轮轴1.3.1 各轴理论转速电机轴： n0 = nm =960 r/min 轴： n = n0/ i带 = 960/3=320r/min 轴： n = n/ i齿 = 320/4=80r/min1.3.2 各轴输入功率电机轴： P0入= Pd =4.61kw 轴： P入= P0入1=4.610.96=4.42kw 轴： P入= P入32=4.420.990.97=4.20kw1.3.3 各轴输入转矩电机轴:T0入=9550000 *P0入/ n0=9550000*4.61/960 =45859Nmm 轴:T入 =9550000* P入/ n= 9550000*4.42/320= 131909 Nmm 轴:T入=9550000 *P入/ n= 9550000*4.20/80= 501375 Nmm1.3.4 各轴运动和动力参数汇总表（表三）项目电机轴轴轴转速（r/min）96032080输入功率（kw）4.614.424.20输入转矩（Nmm）45859131909501375传动比3（i带）3.64（i齿）10.91（i总）1.4 联轴器1.4.1 选型说明 由于减速器的输出轴与鼓轮轴空间位置难以固定，因此选用可移式联轴器，又由于传递扭矩不太大，故选用弹性柱销联轴器。它是利用若干非金属材料制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中，以实现两轴的联接。柱销通常用尼龙制成，尼龙有一定的弹性。其能补偿两轴间较大的相对位移，结构简单、更换方便。并且具有吸振和缓冲能力，且一般用于高速级中，小功率轴系的传动，可用于经常正反转，起动频繁的场合。1.4.2 联轴器型号由书2 P164 表17-4 得：选用联轴器HL3 4082 GB5014-85 联轴器外形示意图 （图二）联轴器外形及安装尺寸 (表四)型号公称扭矩Tn（Nm）许用转速n(r/min)轴孔直径d(mm)轴孔长度J1型D(mm)转动惯量（kgm2）许用补偿量L1L轴向径向角向HL363050004060821600.610.150301.5 传动方案说明传动方案已由设计说明书给定，为V带-单级斜齿圆柱齿轮传动。V带具有挠性，故放在低速端。设计任务书规定为室内工作，即要求工作不宜在恶劣环境中进行，规定工作机双班制工作、单向运转，使用期限为5年，即工作及使用寿命较短。 因此采用单级斜齿圆柱齿轮传动方案是合理的。 1.5.1 传动装置平面布置简图 （图三）传动装置主要参数及主要部件型号（表五）传动装置传动装置主要参数备注电动机型号额定功率（KW）满载转速（r/min）堵转转矩额定功率最大转矩额定功率质量（Kg）详见表一Y132M2-64.6196022.284联轴器型号公称扭矩Tn（Nm）许用转速n(r/min)轴孔直径d(mm)D(mm)转动惯量（kgm2）详见表四HL36305000381600.6V带轮型号kAzvaLd详见表六A1.546.283483.51750二. 各级传动2.1 V带传动2.1.1 V带传动设计计算 已知：Pd4.61kw，nd960r/min，i带3（1）计算功率Pc查书1P156表8-8，由于带式输送机载荷变动小且每天双班制工作，取工作系数kA1.2PckAPd1.25.56.6kw（2）选择普通V带型号由书1P157图8-11查处此坐标点位于A型区，选用A型带进行计算。（3）求大小带轮基准直径d1、d2 由书1P155表8-7，A型V带 取d1=125mmd2=(n1/n2)*d1*（1-）=(960/320)*125*0.98=367.5mm 取d2=355m(4) 验算带速vv = （d1nd）/（601000）= (125960) / (601000)=6.28m/s带速在520 m/s范围内，因此可以选用。（5）求V带基准长度Ld 和中心距 初选0=450mmL0=20+(/2）*（125+355）+（d2-d1)2/(4*0)=1682.98mm 由书1145表(8-2),对A型带取Ld1750mm再由式（13-16）计算实际中心距：0+（Ld-L0）/2=483.5mm(6) 验算小带轮包角1由书1P158式8-25得1=180-(d2-d1)57.3/=153.10120 合适（7）求V带根数由书1P158式8-26得: ZPc/（P0 +P0）P0基本额定功率(P0 =1.37KW )P0额定功率的增量（P 0=0.11KW）故z4.61/(1.37+0.11) 0.920.99=3.44 取Z 为4根(8) 求作用在带轮轴上的压力F0，FQ查书1P156式8-27得单根带的初拉力：F0=500 Pc/Z*V（2.5/-1）+qv2 =(5004.61) / (46.28) （2.5/0.92-1）+0.16.282 =214.65N查书1P159式8-31作用再轴上的压力：FQ=2z F0sin1/2 = 24214.65sin(153.10/2)=1693NV带传动的主要参数（表六）带型kAz d1d2vaLdFQF0A1.241253556.28483.517501693214.52.1.2 带轮的结构设计 小带轮采用实心式，大带轮采用腹板式 2.2 齿轮传动2.2.1 齿轮传动设计计算 已知：P=4.42kw；n=320r/min；i=3.64 工作条件：连续单向转动；所以选用闭式软齿面斜齿齿轮 （1）选择材料及确定许用应力由书1P191表10-1得：小齿轮：45#钢 调质 ，齿面硬度260HBS Hlim1=600MPa ，Flim1=480MPa大齿轮：45#钢 调质 ，齿面硬度220HBS， Hlim2=550MPa ，Flim2=410Mpa一般可靠度 Sf1.25，SH=1 H1 = Hlim1/SH=600/1=600MPaF1 = Flim1/SF=480/1.25=384Mpa（2）按齿面接触强度设计齿轮按8级精度制造,已知电动机轻微载荷，所以取载荷系数K 1.5,由轻型减速器软齿面对称布置得齿宽系数a=1，传动比u=4 初步计算直径d11.确定d1各参数计算值： 选载荷系数KHt=1.3 齿轮传递的扭矩T=9550P/n1=131909N.mm 由书1P203图10-20查取区域系数ZH=2.458 取Z1=30 Z2= Z1u=120 由式计算接触疲劳强度用重合度系数Z t=arctan(tann/cos)= 20.612 at1=arccosz1cos(t)/(z1+2hancos()= 31.448 at2=arccosz2cos(t)/(z2+2hancos()= 23.448 =z1(tan(at1)-tan(t)+z1(tan(at2)-tan(t)/2= 1.629 =dz1tan()/= 1.587 Z= 4-3(1-)+=0.714 由1P219式10-23可得螺旋角系数Z。Z= cos()=0.985 将各参数代入下式计算得：d1 58.4 mm ( 3 ) 调整小齿轮分度圆直径 1) 圆周速度 齿宽b b=dd1t= 58.4mm 2）计算实际载荷系数KH 查书1P192表10-2得使用系数KA=1.000 查书1P194图10-8得动载系数KV=1.068 齿轮的圆周力。 Ft=2T/d1= 4978N KAFt/b= 92N/mm100N/mm 查书1P193图10-3得齿间载荷分配系数：KH=1.400 查书1P194图10-4得齿向载荷分布系数：KH=1.443 实际载荷系数为：KH=KAKVKHKH=2.158 3）按实际载荷系数算得的分度圆直径 （4）按齿根弯曲疲劳强度设计 1.确定各参数计算值：由弯曲强度的设计公式1）确定公式中的各参数值。 试选载荷系数KFt= 1.3 计算弯曲疲劳强度的重合度系数Y查书1P218式10-18 计算弯曲疲劳寿命系数Y 计算YFaYSa/F 查书1P201图10-18YFa1= 2.72，YFa2= 2.156 YSa1= 1.57，YSa2= 1.814 查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为:Flim1= 500MPa、Flim2= 380MPa 查书1P200图10-17取弯曲疲劳系数： KFN1=0.814，KFN2=0.932 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得 两者取较大值，所以 2.试算齿轮模数（5）调整齿轮模数 1）计算实际载荷系数前的数据准备 圆周速度 齿宽b b=dd1= 40mm 齿高h及齿宽比b/h h=(2han+cn)mnt= 4.342mm b/h= 9.21 2）计算实际载荷系数KF 查书1P194图10-8得动载系数KV=1.063 查书1P195表10-3得齿间载荷分配系数：KF=1.400 查书1P196表10-4得齿向载荷分布系数：KH=1.443 查书1P197图10-13得齿向载荷分布系数：KF=1.084 实际载荷系数为：KF=KAKVKFKF=1.613 3）计算按实际载荷系数算得的齿轮模数 对比计算结果，由齿面接触强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数。从满足弯曲疲劳强度出发，从标准中就近取mn= 2mm。 z1=d1cos()/mn= 16.4，取z1= 20（避免轴承端盖干涉） z2=uz1= 95.6，取z2= 97（6）确定实际中心距 a= mn (Z1+ Z2)/ 2cos=2(26+101)/2cos14=145mma取155mm 确定螺旋角=arcos mn (Z1+ Z2)/2a= 14分度圆直径d1=(mn*Z1)/cos=61.99962mm齿宽b=ad1=162=62mm取b2=60mm , b1= b2+(510)=65mm2.2.2 齿轮结构设计低速级齿轮齿数分度圆直径d(mm)da(mm)df(mm)精度等级Z12651.507Z2101250传动传动比i中心距a模数mn螺旋角计算齿宽b2(mm)415521460三. 轴及轴毂联接3.1 减速器各轴结构设计3.1.1 高速轴（1） 选材由于高速轴为齿轮轴，因此选用45钢，调质处理。（2） 初定ddmm输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径 ,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号。查课本P245表14.2,选取因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以查机械设计手册选取LT7型弹性套柱销联轴器其公称转矩为500Nm,半联轴器的孔径（3）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,-轴段右端需要制出一轴肩,故取-的直径;左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径半联轴器与 为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上, 故-的长度应比 略短一些,现取初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列角接触球轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组 标准精度级的单列角接触球轴承7010C型.DB轴承代号 45851958.873.27209AC 45851960.570.27209B 451002566.080.07309B 50 80 16 59.270.97010C 50 80 16 59.270.97010AC 50 90 20 62.477.77210C对于选取的单向角接触球轴承其尺寸为的,故;而 .右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位.由手册上查得7010C型轴承定位轴肩高度mm,取安装齿轮处的轴段;齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位.已知齿轮的宽度为75mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取. 齿轮的左端采用轴肩定位,轴肩高3.5,取.轴环宽度,取b=8mm. 轴承端盖的总宽度为20mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定) .根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 ,故取.取齿轮距箱体内壁之距离a=16,两圆柱齿轮间的距离c=20.考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离 s,取s=8,已知滚动轴承宽度T=16,高速齿轮轮毂长L=50,则至此,已初步确定了轴的各端直径和长度. 3.2 减速器各轴强度验算3.2.1 高速轴（1）求轴上的载荷 首先根据结构图作出轴的计算简图, 确定顶轴承的支点位置时,查机械设计手册20-149表20.6-7.对于7010C型的角接触球轴承,a=16.7mm,因此,做为简支梁的轴的支承跨距.传动轴总体设计结构图: (从动轴) (中间轴) (主动轴) 从动轴的载荷分析图: 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度=前已选轴材料为45钢，调质处理。查表15-1得=60MP 此轴合理安全（2）精确校核轴的疲劳强度.判断危险截面截面A,B只受扭矩作用。所以A B无需校核.从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面和处过盈配合引起的应力集中最严重,从受载来看,截面C上的应力最大.截面的应力集中的影响和截面的相近,但是截面不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核.截面C上虽然应力最大,但是应力集中不大,而且这里的直径最大,故C截面也不必做强度校核,截面和显然更加不必要做强度校核.由第3章的附录可知,键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而,该轴只需胶合截面左右两侧需验证即可.截面左侧抗弯系数 W=0.1=0.1=12500抗扭系数 =0.2=0.2=25000截面的右侧的弯矩M为 截面上的扭矩为 =311.35截面上的弯曲应力：截面上的扭转应力：=轴的材料为45钢，调质处理。由课本表15-1查得： 因 经插入后得2.0 =1.31轴性系数为 =0.85K=1+=1.82K=1+（-1）=1.26所以 综合系数为： K=2.8K=1.62碳钢的特性系数 取0.1 取0.05安全系数S=25.13S13.71S=1.5 所以它是安全的截面右侧抗弯系数 W=0.1=0.1=12500抗扭系数 =0.2=0.2=25000截面左侧的弯矩M为 M=133560截面上的扭矩为 =295截面上的弯曲应力 截面上的扭转应力=K=K=所以 综合系数为：K=2.8 K=1.62碳钢的特性系数 取0.1 取0.05安全系数S=25.13S13.71S=1.5 所以它是安全的3.2.2 低速轴(略)3.3 键联接工作能力验算3.3.1 轴与大齿轮周向固定的键选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据 d=55 d=65查2 p140 表 14-1： 键宽 b=16 h=10 =36 b=20 h=12 =50校和键联接的强度由书1 p155 表10-10=110MP工作长度 36-16=2050-20=30键与轮毂键槽的接触高度K=0.5 h=5K=0.5 h=6 两者都合适四.减速器的润滑与密封4.1 齿轮传动的润滑方式由书2P20表3-4得：由于我们所设计的是单级圆柱斜齿齿轮减速器且圆周速度V=1.1m/s2m/s所以此齿轮传动机构采用脂润滑方式。4.2 滚动轴承的润滑方式由书2P20表3-4得：脂润滑适用于V1.52m/s齿轮减速器。由于齿轮减速器且圆周速度V=1.28m/s1186.5 CM3 因此，减速器油量适宜。4.5 减速器各处密封方式内密封：由于轴承用润滑脂润滑，为了防止轴承中的润滑脂被箱内齿轮啮合时挤出的油冲刷、稀释而流失，需在轴承内侧设置挡油盘。外密封：在减速器的输入轴和输出轴的外伸段，应在轴承盖的轴孔内设置密封件。由于轴承采用脂润滑、轴表面圆周速度较小且工作环境是铸工车间，综合以上因素，采用骨架式旋转轴唇形密封圈密封。其特点是密封性好、工作可靠。 型号为 2P158 表16-10 根据直径高速轴：毡圈（F）B32528B低速轴：毡圈（F）B45658B五减速器箱体及其附件5.1 箱体减速器箱体采用剖分式结构。箱体由箱座与箱盖两部分组成，用螺栓联接起来构成一个整体。剖分面与减速器内传动件轴心线平面重合，有利于轴系部件的安装和拆卸。采用HT200铸造箱体，水平剖分式向体采用外肋式结构。箱内壁形状简单，润滑油流动阻力小，铸造工艺性好，但外形较复杂。箱体主要结构尺寸（表十） 名称符号尺寸关系箱座壁厚=10mm箱盖壁厚11=10mm箱体凸缘厚度b b1 b2箱座b =1.5=15mm箱盖b1=1.5=15mm箱底座b2=2.5=25mm加强肋厚m m1箱座m =0.85=8.5mm箱盖m =0.85=8.5mm地脚螺钉直径df0.036a+12=18.912 取20mm地脚螺钉数目nn=4轴承旁联接螺栓直径d1 d1=0.75df=15mm 箱盖、箱座联接螺栓直径d2(0.50.6) df取10mm轴承盖螺钉直径和数目d3 nd3=8 n=4d3=10 n=6轴承盖(轴承座端面)外径D26308: D2= 90mm6310: D2=110mm观察孔盖螺钉直径d4d4=(0.30.4) df=6mmdf、d1、d2至箱壁外距离C1df: C1=26mmd1: C1=22mmd2: C1=16mmdf、d2至凸缘边缘的距离C2df: C2=24mm d1: C2=20mmd2: C2=14mm5.2 主要附件（1）窥视孔和视孔盖 窥视孔应设在箱盖顶部能够看到齿轮啮合区的位置，其大小以手能伸进箱体进行检查操作为宜窥视孔处应设计凸台以便于加工。视孔盖可用螺钉紧固在凸台上，并应考虑密封。 书 2 P80 表 9-18 AA1A0BB1B0d4h100120110488868M86（2）通气器通气器设置在箱盖顶部或视孔盖上。较完善的通气器内部制成一定曲路，并设置金属网。考选用一次过滤最小尺寸。 通气器选M161.5 具体数据见 2/P76 表9-7 （3）油面指示器我选用油标尺，其结构简单、在低速轴中常用。油标尺上有表示最高及最低油面的刻线。油标尺的安装位置不能太低，以避免有溢出油标尺座孔。选用M12具体数据如下 2/P78 表9-14 mmd1d2d3hab