机械课程设计说明书带式运输机传动装置设计

1、机械设计课程设计 （机械设计基础） 设计题目 带式运输机传动装置 学 院 冶金科学与工程 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。(

2、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

3、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

4、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 =0.96×0.994×0.97×0.99×0.96×0.95=0.81(2)电机所需的工作功率：p工作=fv/1000总=4200×0.85/1000×0.81=4.421kw3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：n筒=60×1000v/d=60×1000×0.85/×600=27.07r/min 按手册推荐的传动比合理范围，取

5、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=ia×n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

6、。 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

7、= 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=5.5×0.96=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=5.07×0.99×0.99=4.97 kw滚筒轴 pv = piv×轴承×开式齿轮 =4.97×0.99×0.95=4.67 kw3、 计算各轴扭矩（n·m）电

8、动机输出轴 ti=9.55×106pi/ni=9.55×103×5.5/960=54.714n·m减速器高速轴 tii=9.55×106pii/nii=9.55×106×5.28/390.9=128.995n·m减速器低速轴 tiii=9.55×106piii/niii=9.55×106×5.09/102.9=470.539n·m开式齿轮高速 tiv=9.55×106 piv / niii= 9550×4.97/102.9=461.289 n·m

9、滚筒轴 tv=9.55×106 pv / niv =9550×4.67/27.07=1647.525 n·m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=1.1×5.5=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=125mm>dmin=75 dd2=n1/n2·dd1=960/309.9×125=306.9mm由课本p74表5-4，取dd

10、2=300mm 实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=960×125/300 =400r/min转速误差为：n2-n2/n2=390.9-400/390.9 =-0.023<0.05(允许)验算带速v：v=dd1n1/60×1000=×125×960/60×1000 =6.28m/s在525m/s范围内，带速合适。（3） 确定带长和中心矩根据课本p195式（13-2）得0. 7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)0. 7(125+300)a02×(125+300) 取a0=650mm 由课本p195式（13-2）得：l0

11、=2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd2-dd1)/4a0 =1979.4mm根据课本p202表（13-2）取ld=2000mm根据课本p206式（13-16）得：aa0+ld-l0/2=660mm(4)验算小带轮包角1=1800-dd2-dd1/a×57.30 =1650>1200（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.

12、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=1571n 2、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

13、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=128995n·mm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

14、=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

15、=f1 yf2/yf1=442.06mpaf2 安全（6）齿轮的几何尺寸计算分度圆直径：d1=mz1=2.5×35mm=87.5mmd2=mz2=2.5×133mm=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=d1n1/60×1000=3.14×87.5×390.9/60×1000=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

16、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=30mm 2、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=50

17、mm 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=128995n·mm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=ft·tan=2948.457×tan200=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

18、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=536.6×50=9.1n·m (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=1474.229×50=25n·m (4)绘制合弯矩图（如图d）mc=(mc12+mc22)1/2=(9.12+252)1/2=26.6n·m (5)绘制扭矩图（如图e）转矩：t=9.55×（p2/n2）×106=48n·m (6)绘制当量弯矩图

19、（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+(1×48)21/2=54.88n·m (7)校核危险截面c的强度由式（6-3）e=mec/0.1d33=99.6/0.1×413=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

20、×(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

21、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=470.539n·m求圆周力ft：根据课本p163（11-1）式得ft=2t3/d2=2×470.539×103/332.5=2830.3n求径向力fr根据课本p163（11-1）式得fr=ft·tan=2830.3×0.36379=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=14

22、15.2n (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=515.1×94.5/2*1000=23.34n·m (3)截面c在水平面弯矩为mc2=fazl/2=1415.2×94.5/2*1000=66.87n·m (4)计算合成弯矩mc=（mc12+mc22）1/2 =（23.342+66.872）1/2 =70.83n·m (5)计算当量弯矩：=0.6mec=mc2+(t)21/2=70.832+(0.6*470.5)21/2 =291.1n·m (6)校核危险截面c的强度由式（10-3）e=me

23、c/（0.1d3）=291.1/(0.1×543)=18.5mpa<ob=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16×365×8=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

24、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/fr1<e x1=1 fa2/fr2<e x2=1 y1=0 y2=0 (4)计算当量载荷p1、p2根据课本p263表（11-9）取f p=1.5根据课本p262（11-6）式得p1=fp(x1fr1+y1fa1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3np2=fp(x2fr1+y2fa2)=1.5&

25、#215;(1×500.2+0)=750.3n (5)轴承寿命计算p1=p2 故取p=750.3n角接触球轴承=3根据手册得7206ac型的cr=23000n由课本p264（11-10c）式得lh=16670/n(ftcr/p)=16670/458.2×(1×23000/750.3)3=1047500h>48720h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（

26、11-12）得fs=0.063fr,则fs1=fs2=0.63fr=0.63×903.35=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/fr1<e x1=1 y1=0fa2/fr2<e x2=1 y2=0 (4)计算当量动载荷p1、p2根据表（11-9）取fp=1.5根据式（1

27、1-6）得p1=fp(x1fr1+y1fa1)=1.5×(1×903.35)=1355np2=fp(x2fr2+y2fa2)=1.5×(1×903.35)=1355n (5)计算轴承寿命lhp1=p2 故p=1355 =3根据手册p71 7207ac型轴承cr=30500n根据课本p264 表（11-10）得：ft=1根据课本p264 （11-10c）式得lh=16670/n(ftcr/p) =16670/76.4×(1×30500/1355)3 =2488378.6h>48720h此轴承合格 八、键联接的选择及校核计算 1、带

28、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：b×h=8×7 l=l1-b=75-8=67mmt2=129n·m h=7mmp=4t/dhl=4×128995/30×7×67 =36.67mpa<r(110mpa) 2、输入轴与齿轮联接采用平键联接轴径d4=50mm l4=87mm t=128.995n·m查手册10-9 选a型平键键14×9 l=l4-b=87-14=73mm h=9mmp=4t/dhl=4×128995/50×9&

29、#215;73 =15.71mpa<p(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20×12 l=l4-b=82-20=62mm h=12mmp=4 t/dhl=4×470539/70×12×62=36.14mpa<p4、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16×10 l=l1-b=75-16=59mm h=10mmp=4 t/dhl=4×470539/16×

30、;10×59 =101.87mpa<p(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=15 b1箱盖凸缘厚b1 =1.51=12 b2想底座厚b2=2.5=25 m箱座加强肋厚m=0.85 =8.5 m1箱盖加强肋厚m1=0.851 =6.8 df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 d

31、f=10 d3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=8 c1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=50 d1小轴承盖螺钉分布圆直径d1=d+5 d3=105d=85为小轴承外径d0 105 d5 81 d2大轴承盖螺钉分布圆直径d2=d+5 d3=160 d0 145 d5 115 r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

32、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y132m2-6 i总=35.46据手册得i齿轮=3.8i v带=2.456 ni =960r/minnii=390.9r/minniii=102.9r/m

33、inniv=27.07 r/min pi=5.5kwpii=5.28kwpiii=5.07kwpiv =4.97kwpv =4.67kw ti=54.714n·mtii=128.995n·m tiii=470.539n·m tiv=461.289 n·m tv=1647.525 n·m dd1=125mm dd2=306.9mm取标准值dd2=300mm n2=400r/min v=6.28m/s 取a0=650 ld=2000mm a=660mm z=5根 f0=158.5n fq =1571n h1=618.2mpa h2=509.1mpa

34、 f1=184.6mpa f2=146.2mpa i齿=3.8 z1=35z2=133m=2.5mma =210mm b=89mmb1=84mm t1=128995n·mm d1=87.5mmd2=332.5mmda1=92.5mmda2=337.5mmh=5.6mmv =1.8m/s d=30mm d1=30mm l1=72mmd2=36mm l1=58mmd3=43mm l1=43mmd4=50mm l4=87mmd5=58mm l5=7mmd6=36mm l1=4mmd7=43mm l1=25mm l=296mm ft =2948.457n fr=1073.2n fay =53

35、6.6nfby=536.6nfaz =1474.229n mc1=9.1n·m mc2=25n·m mc =26.6n·m t=48n·m mec =99.6n·m e =14.5mpa<-1b d=50mm d1=50mm l1=70mmd2=56mm l1=60mmd3=63mm l1=45mmd4=70mm l4=80mmd5=76mm l5=7mmd6=63mm l1=30mmd7=72mm l1=4mm ft=2830.3n fr=1030.1n fax= fby=515.1nfaz=fbz=1415.2n mc1=23.34n

36、·m mc2=66.87n·m mc=70.83n·m mec=291.1n·m e=18.5mpa 轴承预计寿命48720h fs1=fs2=315.1n x1=1y1=0x2=1y2=0 p1=750.3np2=750.3n lh=1047500h预期寿命足够 fr =903.35nfs1=569.1n x1=1y1=0x2=1y2=0 p1=1355np2=1355n lh =2488378.6h故轴承合格 c型平键8×7 p=36.67mpa a型平键14×9 p =15.71mpa a型平键20×12p=36.14mpa c型平键 16×10 p=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