机械设计课程设计(带式输送机传动装置的设计)

1、机械设计课程设计说明书 机械设计课程设计说明书指导老师：罗玉军 院 系：机械工程学院班 级：姓 名： 学 号： 2012年5月18日目录第一部分 设计任务书-3第二部分 传动装置的总体设计-3第三部分 传动装置的运动和动力参数计算-5第四部分 传动零件的设计计算-6第五部分 轴的设计计算-18第六部分 减速器的附件-32第七部分 主要尺寸及数据-36第八部分 润滑油及润滑方式的选择-37第九部分 密封及密封的选择-38总结-39参考文献-39第一部分 设计任务书设计题目： 带式输送机传动装置的设计。1.已知条件（1）机器功用 由输送带传送机器的零、部件；（2）工作情况 单向运输，载荷较平稳，室

2、内工作，有粉尘，环境温度不超过35°C；（3）运动要求 输送带运动速度误差不超过5%；滚筒传动效率为0.96；（4）使用寿命 8年，每年350天，每天16小时；（5）动力来源 电力拖动，三相交流，电压380/220V；（6）检修周期 半年小修，二年中修，四年大修；（7）生产规模 中型机械厂，批量生产。2.设计数据：详见下表输送带工作拉力F/kN3.2输送带速度0.5卷筒直径350电机同步转速1000r/min:3.要求：（1） 完成传动装置的计算。（2） 完成各零件的设计、选择计算。（3） 认真计算和制图，保证计算正确。 第二部分 传动装置的总体设计一、传动方案1、 设计要求：卷筒直

3、径D=350mm，牵引力F=3200N，运输带速度V=0.5m/s，连续单向运转，载荷平衡，空载启动，使用年限8年，每年使用350天，每天16小时，运输带的速度误差允许5%。2、 减速器采用二级圆柱齿轮减速器总体布局如图所示 1- 电机2- 传送带3- 减速器4- 联轴器5- 轮6- 传送带7- 轴承（六个）二、电动机的选择 1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机（工作要求：连续工作机器）。 2、电动机功率选择： （1）传动装置的总功率：（查指导书表1-7） =0.99=0.833 卷筒所需要的有效效率 所需电动机功率：KW 滚筒轴转速：（2）确定电动机的型号 根据指导书121表中Y型电

4、动机数据选择： 因为在设计任务书中必须选择同步转速为1000r/min的电动机，1.921<2.2所以选择Y112M6型电动机电动机型号额定功率P/kW电动机转速/(r/min)总传动比同步转速满载转速Y112M62.2100094034.44三、计算总传动比及分配各传动比 总传动比：； 分配传动装置的传动比 由指导书P5及P196可知 第三部分 传动装置的运动和动力参数计算 1、 各轴的转速n（r/min） 高速轴一的转速 =940r/min 中间轴二的转速 低速轴三的转速 滚筒轴四的转速 2、 各轴的输入功率 P(kW)高速轴一的输入功率 中间轴二的输入功率 低速轴三的输入功率 3、

5、 各轴的输入转矩T（N·m） 高速轴一的输入转矩 T1=9550P1/n1=21.46 N.m 中间轴二的输入转矩 T2=9550P2/n2=109.41 N.m 低速轴三的输入转矩 T3=9550P3/n3=414.05 N.m滚筒轴四的输入功率 滚筒轴四的输入转矩 T4=9550P4/n4=405.76 N.m根据以上数据列出各轴的传动参数的数据表传动参数的数据表电机轴轴1轴2轴3滚动轴4功率P/kW2.22.1122.0281.9481.909转矩T/( N·m)22.3521.46109.41414.05405.76转速n/(r/min)940940177.0244

6、4.93044.930传动比i3.03.942.911.0效率0.960.970.970.99 第四部分 传动零件的设计计算一、带的设计与计算1、确定计算功率，选取V带型号：查表得 =940r/min由图811可选 A型（机械设计 第八版）2、确定带轮的基准直径 验证带速v由表86和88 取小带轮的基准直径=118mm = i =3* =354mm根据表88， 取整=355mm 5<5.80<30m/s 故带速合适。 3、初定中心距 由式 366.5mm946mm 故=500mm 4、初算带的基准长度 2+(+)+(-)/ =2500+(118+355)+(355-118)/450

7、0= 2023.46 由表82，选取带的基准长度=2000mm 5、实际中心距 中心距可调整，则 =+(-)/2=500+(2000-2023.46)/2=488mm 取=400考虑到安装调整和补偿初拉力需要，中心距调整余量为则中心距的取值范围为470560mm， 6、小带轮包角 = = 能满足要求。 7、计算V带根数z （1）计算单根V带的额定功率 由表84a得=1.06KW 84b得=0.11KW 由表85得，由表82得=1.02KW （2）计算V带的根数z z 取3根 8、作用在带轮轴上的力 由表83得A带的单位长度质量q=0.1kg/m，所以 F=166N 压力轴的最小值为 F2Z F

8、二、齿轮的设计与计算 4.2.1 高速级传动斜齿圆柱齿轮的设计计算 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1)选用斜齿圆柱齿轮传动2)运输机为一般工作机器，速度不高，由有机设书表10-8知，选用7级精度（GB10095-88）3)材料选择：有机设书表10-1选择小齿轮材料为40Cr钢（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS。 4)选小齿轮齿数为，大齿轮齿数5）初选螺旋角 2、按齿面接触强度设计 由设计计算公式（10-9a）进行试算，即 (1)确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数 2)计算小齿轮传递的转矩3)由表10-7选取齿宽系

9、数 4)由表10-6查得材料的弹性影响系数 5)由图10-21d按齿面硬度查得：小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限；6)由式10-13计算应力循环次数 7)由图10-19查得接触疲劳寿命系数 8)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1，得: = 9)由图10-30选取区域系数10)由图10-26查得 则： (2）计算 1)试算小齿轮分度圆直径，代入数值： = 2)计算圆周速度v 3)计算齿宽b 4)计算齿宽与齿高比b/h 模数 齿高 5)计算纵向重合度 6)计算载荷系数 根据，7级精度，由图10-8（机设书）查得动载系数由表10-2查得使用系数因斜齿轮，假设 。

10、由表10-3查得 由表10-4插值查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置式 由b/h=10.53, 查图10-13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，由式（10-10a）得 8)计算模数m 3、按齿根弯曲强度设计 由式（10-17）得弯曲强度的设计公式为 (1) 确定公式内各计算数值1)计算载荷系数 2)根据纵向重合度 ，从图10-28查得螺旋角影响系数 3)计算当量齿数 4)查取齿形系数 由表10-5查得 5)查取应力较正系数 由表10-5查得 6)由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 7)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 8)计算弯曲

11、疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式（10-12）得 9)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m大于由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1.09mm并就近圆整为标准值，但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得分度圆直径，来计算应有的齿数 ，于是有：小齿轮齿数 取大齿轮齿数 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构

12、紧凑，避免浪费。 4、 几何尺寸计算（1）计算中心距 将中心距圆整为97mm（2）按圆整后的中心距修正螺旋角 因 值改变不多，故、等不必修正（3）计算大、小齿轮的分度圆直径 （4）计算齿轮宽度 取 ， （5）验算 ，合适4.2.2低速级减速齿轮设计 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1)选用斜齿圆柱齿轮传动2)运输机为一般工作机器，速度不高，有机设书表10-8知，选用7级精度（GB10095-88）3）材料选择：由机设书表10-1选择小齿轮材料为40Cr钢（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS。4)选小齿轮齿数为，大齿轮齿数

13、 5）初选螺旋角2、按齿面接触强度设计 由设计计算公式（10-21）进行试算，即 （1）确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数 2)计算小齿轮传递的转矩 3)由表10-7选取齿宽系数 4)由表10-6查得材料的弹性影响系数 5)由图10-21d按齿面硬度查得：小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限；6)由式10-13计算应力循环次数 7)由图10-19查得接触疲劳寿命系数 8)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1，得: 9)由图10-30选取区域系数 10)由图10-26查得 则： （2）计算 1)试算小齿轮分度圆直径，代入数值： = 2)计算圆周速度v 3)计算

14、尺宽b 4)计算尺宽与齿高比b/h 模数 齿高 5)计算纵向重合度 6)计算载荷系数 根据，7级精度，由图10-8（机设书）查得动载系数 由表10-2查得使用系数斜齿轮，假设由表10-3查得由表10-4查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置式 由b/h=10.53，查图10-13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，由式（10-10a）得 8)计算模数m 3、按齿根弯曲强度设计 由式（10-17）得弯曲强度的设计公式为 (1)确定公式内的各计算数值1)计算载荷系数 2)根据纵向重合度 ，从图10-28查得螺旋角影响系数 3)计算当量齿数 4)查取齿形系数 由表10-5查得

15、 5)查取应力较正系数 由表10-5查得 6)由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 7)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 8)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 9)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m大于由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1.83mm并就近圆整为标准值,但为了同时满足接触疲劳强度，需按

16、接触疲劳强度算得分度圆直径，来计算应有齿数，于是有：小齿轮齿数 取大齿轮齿数 取 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4、几何尺寸计算(1)计算中心距 将中心距圆整为128mm(2)按圆整后的中心距修正螺旋角 因 值改变不多，故、等不必修正(3)计算大、小齿轮的分度圆直径 (4)计算齿轮宽度 取 , (5)验算 ，合适第五部分 轴的设计计算一 高速轴的设计1、 选择轴的材料由于减速器传递的功率不大，其重量无特殊要求故选择和小齿轮一样的材料40Cr钢,调质处理.2、 初步计算轴的最小直径 用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切

17、应力确定轴径d，计算公式： ，选用40Cr调质钢，查机设书P370表15-3，得 在第一部分中已经选用的电机Y112M6,D=28。 mm因为此段上要开键槽，故要扩大3%来增加强 则mm 1）、 考虑到轴承盖得装卸问题 2）、 因齿轮为斜齿轮则轴承受径向力和轴向力作用，高速级转速较高，载荷一般，故选用角接触球轴承7007AC，故 ， 3）、当直径变化处的端面是为了固定轴上零件或承受轴向力时，则相邻直径变化要大些，故， 4）、由于第五段上轴的直径和此段上齿轮的直径相差不大，故采取直接在轴上加工齿轮的加工制造方式 5）轴径变化仅为了装配方便或区别加工表面时，不承受轴向力也不固定轴上零件的，则相邻直

18、径变化较小，即 3、确定轴向圆角和倒角尺寸 参照机设书P365表15-2，取轴端倒角，各轴肩出圆角半径见轴的零件图，选轴的直径尺寸公差m6。4、（5）、求轴上的载荷 小齿轮分度圆直径 载荷水平面H垂直面V支持力F弯矩M总弯矩扭矩 （6）、按弯矩合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，根据P373式（15-5）及表中数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故取=0.6,轴的计算应力 其中 前面以选定轴的材料为40Cr钢（调质），查机设书P362表15-1，得：，因此，故安全。 (7)、精确校核轴的疲劳强度 1）、判断危险截面由轴的结构图以及受力图和

19、各平面的弯矩图综合可知齿轮左端截面5因加工齿轮有尺寸变化，引起应力集中，故该截面左侧需校核验证2)、截面左侧 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧的弯矩M为：截面上的扭矩为：截面上的弯曲应力：截面上的扭转应力：轴的材料为40Cr钢，调质处理，由机设书P362表15-1查得： 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机设书P40附表3-2查取因 经插入后得： 又由附图3-1可得轴的材料敏性系数为 则： 由附图3-2的尺寸系数 由附图3-3的扭转尺寸系数 轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量 轴未经表面强化处理，即，则按式3-12及3-14b得综合系数为： 合金钢的特性系数 取 取则可计算安全系

20、数 ， 故可知其安全二 中速轴的设计1、选择轴的材料该轴选取45钢,调质处理。2、初步计算轴的最小直径根据表15-3，取，于是根据公式有 选定 第一段轴的长度3、轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案，经分析比较，选用如下方案： （2）各轴的直径和长度 1)根据，选用角接触球轴承7208AC，尺寸得mm，为了使齿轮3便于安装，故取，2)第二段和第四段是装齿轮的，为了便于安装，L2和L4都要比齿轮三和齿轮二的齿宽略小所以，由指导书得，3)第五段轴和第二段轴直径相同，（3）轴上零件的轴向定位 轴上轴承轴向定位采用凸缘式端盖与挡油环定位，齿轮采用挡油环与轴肩定位；选轴的直径尺寸公差m6。（4）确

21、定轴上圆角和倒角尺寸 参照表15-2，取轴端倒角，各轴肩出圆角半径为1mm（5）求轴上的载荷 1）求轴上的力 已知 首先根据轴的结构图作出以下受力分析图，在确定轴承的支撑点位置时，应从手册中查取a的值，对于7208AC型角接触球轴承，由指导书查得a=23mm，根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图，从轴的结构图以及弯矩图可以看出两齿轮中心截面受弯矩较大，分别计算两截面处的力与矩： 载荷水平面H垂直面V支持力F弯矩M总弯矩扭矩 （6）、按弯矩合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，根据机设书P373式（15-5）及表中数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环

22、变应力，故取=0.6,轴的计算应力 其中前面已选定轴的材料为45钢（调质），查机设书P362表15-1，得：，因此，故安全。（7)、精确校核轴的疲劳强度 1）、判断危险截面由轴的结构图以及受力图和各平面的弯矩图综合可知两齿轮中间轴肩处截面3和4因轴肩尺寸变化，引起应力集中，又截面3受弯矩等大于截面4，故可只校核截面3左面：2)、截面左侧 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧的弯矩M为：截面上的扭矩为：截面上的弯曲应力：截面上的扭转应力：轴的材料为40Cr钢，调质处理，由机设书P362表15-1查得： 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机设书P40附表3-2查取因 经插入后得： 又由附图

23、3-1可得轴的材料敏性系数为 则： 由附图3-2的尺寸系数 由附图3-3的扭转尺寸系数 轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量 轴未经表面强化处理，即，则按式3-12及3-14b得综合系数为： 合金钢的特性系数 取 取则可计算安全系数 故可知其安全三 低速轴的设计1、选择轴的材料该轴同样选取45钢,调质处理。2、初步计算轴的最小直径根据表15-3，取，于是根据公式有 选定初选联轴器HL4，初定轴的最小直径3、轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案，经分析比较，选用如下方案： （2）各轴的直径和长度1）联轴器采用轴肩定位，半联轴器长度为，半联轴器与轴的配合的毂孔长度为，为了保证半联轴器轴向的可

24、靠定位，故取 因轴承受径向力和轴向力作用大，转速较小，载荷大，故选用角接触球轴承7012AC，故,为了便于齿轮安装，为了使齿轮有较好的轴向定位，取， 轴承，为了便于安装，其他长度由轴1和轴2的计算方法求得（3）轴上零件的轴向定位 轴承采用凸缘式端盖和挡油环来定位，齿轮轴向定位则采用轴肩与挡油环定位，选轴的直径尺寸公差m6。（4）确定轴向圆角和倒角尺寸 参照表，去轴端倒角，各轴肩处圆角半径为1mm（5）求轴上的载荷 1）求轴上的力 已知 载荷水平面H垂直面V支持力F弯矩M总弯矩扭矩 （6）按弯矩合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，根据机设书P373式（1

25、5-5）及表中数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故取=0.6,轴的计算应力 其中前面已选定轴的材料为45（调质），查机设书P362表15-1，得：，因此，故安全。第六部分 减速器的附件1、高速轴的附件1)选用键的系列 选用直径尺寸公差h6 2)键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力，取，键的工作长度，键的接触高度，由式6-1得：，所以合适（2）、轴承寿命的校核1)已知轴承的预计寿命 L=2×16×350×8=89600h 由所选轴承系列7007AC，查指导书P122表知额定动载荷C=19.0KN2)求两轴承受到的径向载荷3)求两轴承

26、的计算轴向力 对于70000AC型轴承，按表13-7，轴承派生轴向力，则有： 于是轴向力为： 4)当量动载荷P因 由表13-5得径向载荷系数和轴向载荷系数为：轴承1 轴承2 因轴承运转中有轻微冲击载荷，故按表13-6取，则： 5)验算轴承寿命 因 ，所以按轴承2的受力大小来验算，则： 所以所选轴承寿命符合要求，确定角接触球轴承7007AC2、中速轴的附件（1）、键的校核小齿轮：1)选用键的系列 选用直径尺寸公差h6 2)键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力，取，键的工作长度，键的接触高度，由式6-1得：，所以合适大齿轮：1)选用键的系列 选用直径尺寸公差h6 2)键、轴和联轴

27、器的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力，取，键的工作长度，键的接触高度，由式6-1得：，所以合适（2）轴承的校核1)已知轴承的预计寿命 L=2×16×350×8=89600h 由所选轴承系列7208AC，查指导书P123表知额定动载荷C=35.2KN2)求两轴承受到的径向载荷3)求两轴承的计算轴向力 对于70000AC型轴承，按表13-7，轴承派生轴向力，则有： 于是轴向力为： 4)当量动载荷P因 由表13-5得径向载荷系数和轴向载荷系数为：轴承1 轴承2 因轴承运转中有轻微冲击载荷，故按表13-6取，则： 5)验算轴承寿命 因 ，所以按轴承1的受力大小来验算

28、，则： 所以所选轴承寿命符合要求，确定角接触球轴承7208AC3、 低速轴的附件 （1）键的校核 齿轮与轴：1）选用键的系列 选用直径尺寸公差h6 2）键、轴和轮毂的材料都是钢，由教材查得许用应力，取，键的工作长度，键与轮毂、键槽的接触高度，则有：，所以合适 轴与联轴器相连的键 3）选用键的系列选用直径尺寸公差h6 4）键的工作长度，键与轮毂、槽的接触高度，则有：，所以合适（2） 轴承寿命的计算 1)已知轴承的预计寿命 L=2×8×350×16=89600h 由所选轴承系列7212AC，查指导书P123表知额定动载荷C=36.2KN2)求两轴承受到的径向载荷3)求

29、两轴承的计算轴向力 对于70000AC型轴承，按表13-7，轴承派生轴向力，则有： 于是轴向力为： 4)当量动载荷P因 由表13-5得径向载荷系数和轴向载荷系数为：轴承1 轴承2 因轴承运转中有轻微冲击载荷，故按表13-6取，则： 5)验算轴承寿命 因 ，所以按轴承2的受力大小来验算，则： 所以所选轴承寿命符合要求，确定角接触球轴承7212AC 第七部分 主要尺寸及数据箱体尺寸:机座壁厚 机盖壁厚 机座凸缘厚度 机盖凸缘厚度 机座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 地脚螺钉数目机盖与机座连接螺栓直径窥视孔盖螺钉直径 定位销直径 大齿轮顶园与内机壁距离 齿轮端面与内机壁距离 第八部分 润滑油及润滑方式的选择传动件的润滑：对于此二级斜齿圆柱齿轮减速器，由传动零件设计部分可知传动件的圆周速度远远