机械设计课程设计带式输送机传动系统的设计1

1、湖南工业大学课程设计资料袋机 械 工 程 学 院学院（系、部）20132014学年第1学期课程名称机械设计指导教师银金光职称教授学生姓名张山山专业班级机械工程1101 学号题目带式运输机的传动装置的设计3成绩起止日期2013年 12月 16日2013年 12月27日目录清单序号材 料 名称资料数量备注1课程设计任务书共 1 页2课程设计说明书共 1 页3课程设计图纸3张451课程设计任务书2010 2011 学年第1学期机 械 工 程学院（系、部）机械工程专业1101 班级课程名称：机械设计设计题目：带式运输机的传动装置的设计3完成期限：自 2013 年 12 月 16 日至2013年12月2

2、7日共2周一、设计的主要技术参数：带的圆周力：F=4200N ；带的带速：v=1.0 ，滚筒直径375mm进行带式运输机的传动装置的设计设计几种传动方案并进行分析、比较和选择；内对选定传动方案进行运动分析与综合，并选择出最佳的传动方案；容三、设计工作量及编写说明书一份。任务起止日期工作内容进度12 月 16 日 12 月 17 日 设计方案分析，电动机的选择，运动和动力参数设计安12 月 18 日 12 月 20 日 齿轮及轴的设计， 轴承及键强度校核， 箱体结构及减速器的设计排12 月 21 日 12 月 25 日零件图和装配图的绘制12 月 26 日文档排版及修改主要银金光刘杨主编机械设计

3、北京交通大学出版社参银金光刘杨主编机械设计课程设计北京交通大学出版社考资料指 导 教 师（签字）：2013 年系（教研室）主任（签字）：2013 年月日月日2机械设计课程设计设计说明书带式运输机的传动装置的设计（3）起止日期：2013年12月 16日至2013年12月27日学生姓名张 山 山班级机 工 1101班学号11405700509成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）2013年 12 月26日1目录一、机械设计课程设计任务书3二、电动机的选择 .5三、传动参数的计算 .7四、高速齿轮的设计 .8五、低速齿轮的设计 .13六、高速轴的设计 .18七、中间轴的设计 .22八、低速轴的设计

4、.26九、高速轴轴承的校核 .30十、中间轴轴承的校核 .31十一、低速轴轴承的校核32十二、各轴上键的校核 .35十三、润滑和密封36十四、设计小结372一、 机械设计课程设计任务书1. 设计任务设计带式输送机传动系统中的减速器。要求传动系统中含有两级圆柱齿轮减速器。2传动系统总体方案（见图1）带式输送机由电动机驱动。电动机1通过联轴器2将动力传入两级圆柱齿轮减速器3，再通过联轴器 4，将动力传至输送机滚筒 5，带动输送带 6工作。图 1带式输送机传动系统简图1电动机； 2联轴器； 3两级圆柱齿轮减速器；4联轴器； 5滚筒； 6输送带3原始数据（见表1）设输送带最大有效拉力为F（ N），输送

5、带工作速度为v（m/s），输送机滚筒直径为 D（ mm），其具体数据见表1。3表 1 设计的原始数据分1234567组号F（ N）4004530403032420000000000000v.1.1.1.（ m/s ）020430D（ mm）3153540403530375005054工作条件带式输送机在常温下连续工作、单向运转；空载起动，工作载荷较平稳；输送带工作速度 v 的允许误差为± 5；二班制（每班工作 8h），要求减速器设计寿命为 8 年，大修期为 23 年，大批量生产；三相交流电源的电压为 380/220V。个人设计数据输送带最大有效拉力为4200F（N）输

6、送带工作速度为1.0v（m/s）输送机滚筒直径为375（mm）D4二、电动机的选择Y 系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式三相异步电动机，具有效率高、性能好、噪声小、振动小的优点，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上。1、确定功率（ 1）、工作机所需功率wFW VW /(1000 W )取 W =0.96W（4.2KN 1.m / s） /（1000 0.96） 4.375KW( 2 )、电动机至工作机的总效率取圆柱齿轮传动效率1取滚动轴承传动效率2取联轴器传动效率30.980.980.99故2420.9820.9840.9920.87123（3）、所需电动机的功率dW/4.

7、375 / 0.875.03W(4)、按电动机的额定功率选用电动机查 Y 系列（ IP44）三相异步电动机的技术数据选定型号为 Y160L-6 的电动机其额定功率为 m 11KWd5.03 KW满载转速 n m970 r / min52、传动比的分配工作机输送带滚筒转速n w v / D (1.m/s60s)/（3.140.375m） 51r / min总传动比 i n m / n w970 / 5119.02取高速级传动比 i14.6低速级传动比 i 2 3.46三、传动参数的计算1 、各轴的转速 n （r/min）高速轴的转速n 1n m970r / min中间轴的转速n 2n1 / i

8、1210.9r / min低速轴的转速n3n2/ i2n/ ii2）62.r / minm （ 1滚筒轴的转速 n 4n 362r / min2 、各轴的输入功率P (KW)高速轴的输入功率P1Pm311KW0.9910.89KW中间轴的输入功率P2P1 1 210.890.980.9810.46KW低速轴的输入功率P3P2 1210.460.980.9810.05KW滚筒轴的输入功率P4P3 3210.050.990.989.75KW3、各轴的输入转矩T (N*m )高速轴的输入转矩 T19550 P1 / n1955010.89 / 970107.22 N * m中间轴的输入转矩 T295

9、50 P2/ n 2955010.46 / 210.9 471.17 N * m低速轴的输入转矩 T39550 P3 / n 3955010.05 / 621548.02N * m滚筒轴的输入转矩 T49550 P4/ n 495509.75 / 621501.81N * m7电机轴轴轴轴滚筒轴功率11KW10.89K10.46K10.05K9.75KP/KWWWWW转矩107.22107.22471.171548.01501.8T/(N*m)21转速 n/970970210.96262（ r/min）传动比 i14.63.41效率；0.990.980.980.99四、高速级齿轮的设计1、设计

10、参数：输入功率110.89KW , 小齿的转速 n 1970r / min传动比 i14.6工作寿命 8 年（设每年工作300 天）两班制，工作平稳2、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（ 1）按照任务书的传动方案，选用标准斜齿圆柱齿轮传动（ 2）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（ GB 10095 88）（ 3）材料选择。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 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。（ 4）选小齿轮齿数 124 ，大齿轮齿数 2 4.6 24 110.4取齿数为 Z 2110（5）初选螺旋升角14

11、 o83、按齿面接触强度设计按公式试算，即22K t T1u1 ZHZEd1t3udH（1）确定公式内的各计算数值 试选 K t1.6 齿宽系数d1小齿轮传递转矩T1107.22 N * m 区域系数 Z H2.433 端面重合度系数1.883.2(11 )COSZ1Z 21.883.2(1/ 241/ 110)COS14o1.671 材料的弹性影响系数Z E189.8MPa 2 小齿轮的接触疲劳强度极限大齿轮的接触疲劳强度极限应力循环次数H lim 1600MPaH lim 2550MPaN160n1 j Lh60970 （1 28300 10） 2.794 109N 2N16.073108

12、i 1 取接触疲劳寿命系数 K HN 10.90KHN20.95失效概率为 1%，安全系数 S=1H 1K HN1H lim 10.9600MPa540MPaSH 2KHN2H lim 20.95550MPa522.5MPaS9 许用接触应力H 1 H2(540 522.5) / 2 531.25MPa H 2（ 2）代入参数数值并计算试算小齿轮分度圆直径321.61.0721055.62.433189.82mm 68.08mmd1t11.67()4.6531.25计算圆周速度vd1t n168.08 9701000603.458m / s601000 计算齿宽 b 及模数 m ntbd d1

13、t168.08mm68.08mmmntd1t cos68.08 COS14oZ1242.75mmh2.25mnt2.25 2.756.1875mmb / h11.00计算纵向重合度0.318d Z1 tan0.318 124 tan14o1.903计算载荷系数 K使用系数 K A1根据 v=3.458m/s7 精度 得动载系数K V1.12K H1.42K F1.35K HKF 1.2KKAKVKHK H 11.12 1.2 1.421.91按实际载荷系数校正分度圆直径d1 d1t 3K68.08 3 1.91mm72.22mmK t1.6计算模数10mnd1 cos72.22 cos14 o

14、Z12.92mm244、按齿根弯曲强度设计2KT1Ycos YYmn 3FaSadZ12F (1)确定计算参数K KAKVKF KF1 1.121.2 1.35 1.814根据纵向重合度1.903查得螺旋影响系数 Y 0.88计算当量齿数Z 12426.27Z V 1cos 3 14 ocos 3Z 2110120.41ZV 2cos3 14ocos3查小齿轮弯曲疲劳强度极限查大齿轮弯曲疲劳强度极限FE 1500MPaFE 2380MPa查大小齿轮的疲劳寿命系数K FN10.85K FN 20.88计算弯曲疲劳许用应力，取安全系数S=1.4F 1FE 10.85500 MPa 303.57MP

15、aK FN1S1.4KFN2FE 20.88380F 2238.86MPaS1.4查取齿形系数YFa12.592YFa 22.164查取应力校正系数YSa11.596YSa21.80611YFaY Sa计算大小齿轮的值，并比较F YFa1YSa12.5921.596小齿轮： F 10.01363303.57YFa 2YSa22.1641.806大齿轮： F 20.01636238.86大齿轮的数值比较大（2）代入参数数值并设计计算2 1.814 1.072 10 50.88 (cos14o )230.01636mm 1.69mmmn24 211.903取 mn2按 d168.08 计算齿数 Z

16、1d1 cos68.08cos14omn33.032取 Z133则 Z 2 i1 Z1 33 4.6151.8取 Z2 1525、几何尺寸计算（ 1）计算中心距(Z1 Z 2 )mn(33 152) 2190.66mma2 cos14o2 cos将中心距圆整为 a191mm（2）按中心距修正螺旋角(Z1Z 2 )mnarccos(33152) 2o23'57''arccos2a214191因为值改变不多，故参数KZ H 等不必修正（ 3）大小齿轮分度圆Z1mn33268.14mm取整 d1 68mmd1cos14 o23'57''cos12Z 2

17、 mn1522313.86mm取整 d 2 314mmd 2cos14o23'57''cos（ 4）齿轮宽度 bd d168mm取整后取 B 268mmB1 73mm五、低速齿轮的设计1、设计参数：输入功率210.35KW , 小齿的转速 n1210.9r / min传动比 i 13.4工作寿命 8 年（设每年工作300 天）2、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按照任务书的传动方案，选用标准斜齿圆柱齿轮传动（2）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（ GB 10095 88）（3）材料选择。选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为 280HBS，大

18、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3 24 ，大齿轮齿数 4 3.4 24 81.6取齿数为 Z 482（5）初选螺旋升角16 o3 、按齿面接触强度设计按公式试算，即22K tT2 u1 ZHZEd3t3udH13（1）确定公式内的各计算数值 试 选K t1.4齿 宽 系 数d1小 齿 轮 传 递 转 矩T 2471 .17 N * m选取区域系数 Z H2.4端面重合度系数1.883.2( 11 )COSZ 3Z 41.883.2(1/ 241 / 82)COS16o1.641材料的弹性影响系数Z E189.8MPa 2小齿轮的

19、接触疲劳强度极限大齿轮的接触疲劳强度极限 应力循环次数H lim 3600MPaHlim 4550MPaN 360n 2 j L h 60210.9 （1 28 30010） 6.074 108N 4N 31.786108i 2取接触疲劳寿命系数 K HN 3 0.93KHN40.98取失效概率为 1%，安全系数 S=1KHN3H lim 30.93600MPa558MPaH 3SK HN4H lim 40.98550MPa539MPaH 4S许用接触应力H 3 H4(558 539) / 2 548.5MPa H 214（2）代入参数数值并计算试算小齿轮分度圆直径321.44.7117105

20、4.42.4189.82()mm 105.6mmd3t11.643.4548.5计算圆周速度vd3t n2105.6210.91000601.166m / s601000计算齿宽 b 及模数 m ntbd d3 t1105.6mm105.6mmmntd 3tcos105.6COS16oZ3244.23mmh2.25mnt175mmb / h11.10计算纵向重合度0.318d Z3 tan0.318 124tan16o2.188计算载荷系数 K使用系数 K A1根据 v=1.166m/s7 精度 得动载系数K V1.05K H1.324K F1.35K HKF 1.2KK

21、AKVKH KH11.02 1.2 1.3241.62按实际载荷系数校正分度圆直径d3d3t 3K105.631.62mm110.86mmK t1.4计算模数mnd3 cos110.86 cos16oZ 34.44mm24154、按齿根弯曲强度设计2KT2YcosYYmn3Fa Sa2F dZ 3(1)确定计算参数KKAKVKFK F11.02 1.2 1.35 1.6524根据纵向重合度2.188查得螺旋影响系数 Y0.87计算当量齿数ZV 3Z 324Z 48292.32cos3cos3 16o27.02ZV 4cos316 ocos3查小齿轮弯曲疲劳强度极限查大齿轮弯曲疲劳强度极限FE

22、3500MPaFE 4380MPa查大小齿轮的疲劳寿命系数KFN30.9KFN40.95计算弯曲疲劳许用应力，取安全系数S=1.4K FN3FE 30.9500321.43MPaF 3MPaS1.4KFN4FE 40.95380F 4257.86MPaS1.4查取齿形系数YFa 32.570YFa 42.195查取应力校正系数YSa31.60YSa41.782计算大小齿轮的 YFa Y Sa 值，并比较F YFa 3YSa32.571.6小齿轮：F 30.01279321.43YFa 4YSa42.1951.782大齿轮：F 40.01517257.8616大齿轮的数值比较大（ 2）代入参数数

23、值并设计计算mn3 2 1.6524 4.71171050.87 (cos16o ) 212420.01517mm 2.47mm2.188取 m n3按 d 3d3cos110.86 cos16o110.86 计算齿数 Z 3mn35.53取 Z136则 Z 2 i 1 Z1 363.4122.4 取 Z 2 1225、几何尺寸计算（1）计算中心距(Z 3Z 4 )mn(36122)3246.55mma2 cos16o2 cos将中心距圆整为 a247mm（2）按中心距修正螺旋角arccos (Z 3 Z 4 )mnarccos(36122) 316o 21' 33''

24、2a2247因为值改变不多，故参数KZ H 等不必修正（3）大小齿轮分度圆Z3 mn363112.56mm取整 d 3113mmd 3cos16 o 21' 33''cosZ4 m n1223381.44 mm取整 d4381mmd 4cos16 o21'33''cos（4）齿轮宽度 bd d3 113mm取整后取 B 4113mmB3118mm17六、高速轴的设计1、高速轴的主要设计参数轴的输入功率 P110.89KW转速 n1 970r / min转矩 T1107.22 N * m14 o 23' 57 ''n20 o

25、2、齿轮上的作用力小齿轮的分度圆直径 d168mm圆周力 Ft2T121072203153.5Nd 168径向力 FrFttann3153.5tan 20o1185Ncos14o 23' 57' '轴向力 FaFttan3153.5tan14o 23' 57' '809.6N3、初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45 钢，调质处理。取 A0115d minA0 3P111510.8925.75mmn13970选择联轴器计算联轴器的转矩 TcaKAT3,取 K A1.3则 TcaK AT31.3107220139386N * mm查标准（GB/T

26、5843-1986），选用 YL7 型凸缘联轴器J 3060 ，其公J1 B2844称转矩为 160000N*mm 。 半 联轴 器的 孔径 d128mm ，故取轴第一段d 1 228 mm18半联轴器长度 L=92mm，半联轴器与轴配合的轴径长度L144mm4、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案，如下图（ 2）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轴向定位要求， 1-2 轴段右端需制出一轴肩， 故 取2-3 段的直径为 d 2 335mm ；左端用挡圈定位，取挡圈直径为D=37mm。1-2 轴段的长度应比轴径长度略短一些，故取l1 242mm初步选择滚动轴承。 因轴

27、承同时受到径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承。初步选取 0 基本游隙组、标准精度等级的单列圆锥滚子轴承33208，其尺寸为 d*D*T=40mm*80mm*32mm, 故 d 3 4d 7 840mm ， l 3 4l 7832mmd 4 5 d6 7 45mm l 2 3 50mm l 4 5167mml5 6 73mml 6740mm（ 3）轴上零件的周向定位齿轮采用齿轮轴，半联轴器与轴的周向定位采用平键连接。采用平键为8mm*7mm*32mm, 半联轴器与轴的配合为H 7 。滚动轴承与轴的周向定位是由过 k6渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（ 4）确定轴上圆角和倒角尺寸

28、。 取轴端倒角 245o各轴肩处取圆角半径为2mm195、求轴上的载荷做出弯矩图和扭矩图如下20从轴的结构图以及弯矩扭矩图可以看出齿轮轴的中间截面是危险截面。将此截面的数值列于下表载荷水平面 H垂直面 V支反力 FFNH1=860N,FNH2=22FNV1=423.3N,FNV2=761.793.5NN弯矩 MMH=172000N*mmMv1=84660N*mm ，Mv2=57127.5N*mm总弯矩M1=191706.3N*mm,M2=181238.9N*mm扭矩 TT1=107220N*mm6、按弯扭合成应力校核轴的强度根据轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6 轴的计算应力为

29、M 12( T1)2191706.32(0.6 107220) 28.08MPacaW0.163 3而查出 160 MPa ，因此 ca 1 ，故轴的设计满足弯扭强度要求。21七、中间轴的设计1、中间轴的主要设计参数轴的输入功率 P2 10.46KW转速 n 2210.9r / minT2 471170 N * mm16o 21'33''n 20o2、齿轮上的作用力小齿轮的分度圆直径d 3113mm圆周力 Ft12T224711708339.3Nd3113径向力 Fr1Ft1tann8339.3tan 20o3163.3Ncos16o21'''3

30、3轴向力 Fa1Ft 1tan8339.3tan16o 21'33''2447.9N大齿轮的分度圆直径 d 2314mm圆周力 Ft2Ft3153.5N径向力 Fr2Fr1185 N轴向力 Fa 2Fa809.6N3 、初步确定轴的最小直径，选取轴的材料为45 钢，调质处理。取 A0 110d minA0 3P2110 3 10.4640.42mmn2210.9该轴上有两个键槽，故最小轴径增大11%，则 dmin44.87mm轴的最小直径是装在滚动轴承上的，故初选滚动轴承。轴承同时受到径向和轴向的作用力， 故选用单列圆锥滚子轴承，选取 0 基本游隙组、 标准精度22级的

31、单列圆锥滚子轴承32309，其尺寸为 d*D*T=45mm*100mm*38.25mm故取轴的第一段 d1 245mm4、轴的结构设计（1）拟定在轴上的装配方案，如下图（ 2）根据轴向定位及高速轴位置的要求确定轴的各段直径和长度数值如下表： (单位： mm)轴径 d轴长 l12345671234567-2-3-4-5-6-7-8-2-3-4-5-6-7-8段段段段段段段段段段段段段段45665543111843555050529216852（ 3）轴上零件的定位齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。选小齿轮的平键为18mm*11mm*100mm,选大齿轮的平键为16mm*10mm*50mm选择齿轮

32、轮毂与轴的配合为H7/n6；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配23合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。轴端倒角为 2*45 ，各轴肩处的圆角半径为2mm轴的结构图如下：5、求轴上的载荷做出弯矩图和扭矩图如下：24载荷水平面 H垂直面 V支反力 FFNH1=4872N,FNH2=3FNV1=2373.9N,FNV2=-58.8N395.6N弯矩 MMH1=433608N*mmMv1=211277.1N*mm ，MH2=27448.2N*mmMv1 =72970.7N*mmMv2=30263.4N*mm总弯矩M1=482342.1N*mm,M1 =439705.2N*mmM2=40856.8N*mm扭矩 TT2=471170N*mm6、按弯扭合成应力校核轴的强度由弯矩扭矩图可知，小齿轮的中间截面是危险截面，故只校核此截面的强度M1 取大值。根据轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6 轴的计算应力为M 12( T2)2482342.12(0.6471170)2caW0.160325.88MPa而查出 1 60MPa ，因此 ca1 ，故轴的设计满足弯扭强度要求。25八、低速轴的设计1、低速轴的主要设计参数轴的输入功率 P3 10.05KW转速 n 362r / minT3 1548020 N * mm