设计一带式输送机传动装置

1、机械设计课程设计计算说明书设计题目1D设计一带式输送机传动装置复合材料与工程 专业04031101班设计者指导老师2014年9月18日西北工业大学计算项目及内容主要结果一、设计任务书二、传动方案的拟定三、传动装置的数据计算四、传动零件的设计计算五、润滑和密封设计六、箱体结构尺寸七、设计总结八、参考文献一、设计任务书传动简图如图所示，设计参数列于表中2-1中。工作条件：连续单 向运转，载荷平稳，空载启动，使用期十年(每年 300个工作日)，小 批量生产，两班制工作，输送机工作转速允许误差为 ±5%带式输送机 的传动效率为0.96。(一)、原始数据:输送带的牵引力F(KN)输送带的速度V

2、(m/s)输送带滚筒的使用年限(年)直径D (mm)1.61.624010(二)、设计内容和要求：1、编写设计计算说明书一份，其内容通常包括下列几个方面：(1)传动系统方案的分析和拟定以及减速器类型的选择。(2)电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算。(3)传动零件的设计计算(如齿轮传动，带传动等)。(4)轴的设计计算(初估轴径、结构设计和强度计算)。(5)键连接的选择和计算。(6)滚动轴承的选择和计算。(7)联轴器的选择。(8)箱体设计(箱体结构及附件等的设计和选择)。计算项目及内容主要结果(9)润滑和密封设计。(10)装配图和零件图的绘制。(11)设计小结。(12)参考文献。2、要求每

3、个学生完成以卜，作：(1)减速器装配图1张(A1图纸)(2)零件工作图2张(A3图纸)。(3)设计计算说明书1份。二、传动方案的拟定由图可知，该设备原动机为电动机，传动装置为减速器，工作机 为市式轴送机。减速器为一级斜齿圆柱齿轮传动和一级带传动，轴承初步选用圆 锥滚子轴承。联轴器选用弹性套柱销联轴器。三、传动装置的数据计算(一)、电动机的选择1、选择电动机系列按工作要求及工作条件，选用三相异步电动机，封闭式扇式 结构，即：电压为380V Y系列的三相交流电源电动机。2、选择电动机(1)、工作机输出轴所需的功率Pw Fv 1.6 1.6 2.667KWw0.96(2)、电动机至工作机的总效率21

4、 23 4三相交流电 源电动机Pw 2.667 KW计算项目及内容主要结果式中1、2、3、4分别为联轴器、一对角接触球轴承、斜齿圆柱齿轮传动、V带传动效率。查课程设计指导书P13表3-1可得：1 0.99,2 0.99,3 0.98,4 0.9622则12 3 4 0.99 0.990.98 0.96 0.9129(3)、所需电动机的功率Pd PW2.672.92kWn 0.9129(4)、选择电动机根据课程设计指导书第178页，由Pm Pd选择电动机的型号为Y112M 4。技术数据如卜表：0.9129电动机：Y112M 4堵转转矩最大转矩电动机型号额定功率(kW满载转矩(r/min )额定转

5、矩(kN)额定转矩(kN)质量(kg)Y112M-4414402.22.343(二)、确定传动装置的总传动比和分配传动比1、带轮转速为1000 60Vm 1000 60 1.6.nW127.32r/mind冗 240电动机的涡裁转速为nm 1440r / min2、总传动比i nm1440 11.3nw 127.323、分配减速器的各级传动比i 11.3idi12.863.95按带传动与一级齿轮减速器关系进行设计，设带传动的传动比为id , 一级齿轮减速器的传动比为ii ,应使id ii,以便使整个传动系统的尺寸较小，结构紧凑。又带传动比一般取24,故取id 2.86,则 i1 3.95。4、

6、计算传动装置的运动和动力参数I轴：电动机转轴PP R 4kW,nz 14407 min,1 9550y 26.53N mnii轴：高速轴R P x 4 4X0.96 3.84kWni1440nII 503.5r/minid2.86PI3.84TIi 9550A 9550 72.83J mnI503.5田轴：输出轴PmR x 3 X 2 3.84 X0.98X0.99 3.73kWnII 503.5 ,nIII127.39r/minII 3.77P3.73TIII 9550,9550 279.63M mIII nIII127.39IV轴：滚筒轴PIVPIII X x 23.65 kWnIVnII

7、I127.39r /minTIV 9550 PIV 9550 3.65274.63N mnIV127.39根据以上计算数据列出卜表，供以后设计计算使用：A型V带id 2.86ddi 95mm电机轴I轴H轴田滚筒*由功率P/kW43.843.733.65转矩 T/(N ?m)26.5372.83279.63274.63转速 n(r/min)1440503.5127.39127.39传动比i2.863.951效率0.960.97020.9801四、传动零件的设计计算（一）、V带的设计由机械设计带传动的设计可得设计步骤如下：1、确定计算功率 由带的工作条件从表6.7查得工况Ka 1.1PCa Ka%

8、 1.1 w 4.4kW2、选定带的型号 根据Pca 4.4kW和ni 1440r/min ,根据图6.10 确定为A型普通V带。3、传动比id 2.864、确定带轮的基准直径由表6.8,表6.9,和图6.10,取小带轮基准直径dd 95mm。大带轮基准直径 dd9 iddl 13 95 1 0.01268.98mm,由表 6.9口29 1/取 d2mm5、轴II的实际转速1dMLn49nid 206、验算带速vdg 3.14 95 1440 7.16m /s<30m/ s60 100060 1000带速合适。7、初定中心距按公式0.7 dd1dd2a02 ddidd2 ,可取:a。50

9、0mm8、确定所需带的基准长度Ld0 2a0 dd121dd2dd2 dd14a021606.16mma 517mm由表6.2选取带的基准长度Ld1640 mm9、确定实际中心距a a° Ld 5 500 1640 化6 517mm22安装时所需最小轴间距离amin a 0.015Ld 492.4mm张紧或补偿所需最大轴向距离amax a 0.03Ld 566.2mm10、验算小带轮包角1 180dd2 dd1257.3 159.5 120a包角合适。11、单根V带的基本额定功率由 dd1 95mm和 n： 1440r/min ，由表6.4查得A型V带基本额定功率为F0 1.195k

10、W012、单根V带的额定功率 考虑传动比的影响，额定功率的增量查 表 6.5 得 P0 0.17kW；按包角 1 159.5 ,查表 6.6 得：K 0.95;按带长，查表6.2得：Kl 0.99,单根V带的额定功率:PrP0P0 KlK1.195 0.17 0.99 0.95 1.2838kW13、计算V带的根数Pea4.4- czca3.43Fr1.2838取4根A型V带。14、计算单根V带的初拉力 由表6.3查得A型V带的单位长度质F0 5002.5 K PcaK zv量 q 0.105kg/m,所以22.5 0.95 4.42qv 500 0.105 7.16130.71N0.95 4

11、 7.1615、计算压轴力159 5Fp 2zsin p22 4sin 1028.99N 万向指向圆心216、轮槽的基准宽度bd 11.0mm AS带(二)、齿轮传动的设计由机械设计斜齿圆柱齿轮的设计可得设计步骤如下：1、选择齿轮材料及精度等级由于要求结构尺寸紧凑，采用软齿面齿轮传动，小齿轮用40Cr调质，齿面平均硬度为250HBS,大齿轮为45钢调质，硬度为210HBs 二者材料硬度差为40HBs参考表8.7和表8.8运输机为一般工作机器， 速度不高，故选用7级精度。2、参数选择及计算(1)、选择齿数由于采用硬齿面闭式传动，故4 20Z2 i2Z1 79, 取4 20z2 79d 1.079

12、z1 20,4 79 o头际齿数比：u 3.95 ;齿数比块差：203.95 3.950% ,可用。3.95(2)、选择齿宽系数由于是单级齿轮传动，两支承相对齿轮为对称布置，且两轮均为 软面，查表得到d 1.0。(3)、初选螺旋角15°,法向压力角n 20(4)、计算几何参数tan ttann tan200.3768, t 20.646920 3849"coscos 15sin b sin cos n sin15 cos200.2432, b 14.076114 4'34"1-22-22.z1 2cosz1cos t . z2 2 cosz2 cos t2

13、 cos t、'z1 z2 sin t 1.6100.318 dzitan0.318 1.0 20 tan15 1.7043、按齿面接触疲劳强度设计（1）、确定计算参数a）载荷比较平稳，齿轮为软面，齿轮在两轴承间对称布置 故取载荷系数K 1.2。b）计算转矩T172.83N m 7.283 104N mm。c）区域系数Zh J 2 cosb 2.4247 o.sin t cos td）对于钢对钢齿轮，弹性影响系数 Ze 189.8/MPa。e）计算 Him大齿轮为碳钢调质，由表 8.6所列公式,Hiim2 HBS2 350 210 350 560MPa。f）计算寿命系数503.58N2

14、 60n2jlh 60 10 300 163.82 1083.8N0 30 HBS 2.4 30 2102.4 1.12 107N2>N0,取 KHN2 1。g）计算H 由表8.5,选安全系数Sh 1,KHN2 H lim 2Sh560MPa计算项目及内容主要结果（2）、计算齿轮参数a）计算didi 3晅口. 242.46mmV duHb）计算法面模数mn一 di46.00 “° 一mn cos cos15 2.05mmz1204、按齿根弯曲疲劳强度设计（1）、确定计算参数a）确定复合齿形系数Yfs 计算当量齿数：Zvi20 3 22.19 Zv2 -2-79。3 81.793

15、3V43o L03coscosi5，coscosi5由表8.3查取相关数据，可得Yfsi 4.135,yFS2 3.928。b）计算螺旋角系数>1 ,取io15Y 1 1 1 0.875120120C）计算 FlimmSMFlim2 0.23 HBS2 160 0.23 210 166 214.3MPad）计算寿命系数N2 3.82 108, N1 iN2 3.95 3.82 108 1.5 109N>N0 4 106，取 Kfn1 Kfn2 1。e）计算f选取安全系数Sf 1.3。KFN1 Fnm11 296 227.69MPaSf1.3计算项目及内容主要结果KFN 2 Flim

16、2F 2Sf1 214.31.3164.85MPa(2)、计算齿根弯曲疲劳强度a)判断大小轮的弯曲疲劳强度比较/募90.01816与YfS23.928164.850.02383，由于YS2_> 卫，故按大齿轮计算弯曲疲劳强度。F 2 F 1b)计算齿轮的法面模数mn3：2KTY cos 2 YfS22 dZ11.65mm5、确定模数按齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算由查表得到mn 2.56、齿轮传动的中心距mn ZiZ2a 2 cos2.5 20 76 -128.115mm2cos15取 a 129mm。7、实际螺旋角为2.5 arccos一20 76。16.40242 125m=

17、2.5129mm8、计算齿轮的几何尺寸mtmn n 2.606mmcosd1z1mt 52.083mm 52mmd2z2mt 205.824mm 206mmd152mmda1d1 2mn 57.083mm 57 mmd2206mm计算项目及内容主要结果da2 d2 2mn 210.824mm 211mmb2dd1 1.0 52.12 52.12mmb1 55mm选用 b2 52mm b 57mm9、计算节圆速度dm52 503.5 /，v 1- 1.37m/s60 100060000（三）、传动比验证传动机构的实际传动比为i0 idi1 变 及11.64b2 52mm95 20与所要求传动比的

18、偏差：LJl 100%11.3 11.64 100%3%5%i11.3满足要求，故所选V带及齿轮适合。五、轴的设计计算（一）、输入轴及其装置的设计1、按照扭转强度初定直径选用45号钢为轴的材料，调质处理，查课本表 12.5可得A 120。由于d1 J9.55 10 P AbJP,将A的值代入上式可确定 0 0.2 nV nd1的范围，可选取dmin 23.4mm 0考虑启键槽，将直径增大 7%,则dmin 23.4 1,07 25mm。2、输入轴的结构设计i0 11.64（1）、轴上零件的定位，固定和装配单级减速器中可将齿轮轴的齿轮部分安排在箱体中央，由于轴径太小而采用齿轮轴式固定齿轮。并且小

19、齿轮转速快，为了避免润滑油 烧坏轴承，所以要在齿轮两边安装甩油环，因此要在齿轮一边制出轴 肩来定位甩油环，另一边用套筒来定位甩油环。轴承都用甩油环来定dmin 25mm计算项目及内容主要结果基本尺寸/mm|d: 35基本尺寸/mm| D : 72基本尺寸/mm|B： 17安装尺寸 /mm|da (min): 42安装尺寸 /mm|Da (max): 65第3轴段结构参数d3 35mm L3 31.25mm。d)第4轴段结构参数d4,L4非定位轴肩自由确定，d4 d3即可。d4为配合尺寸，取标准尺寸 41mm。L4 6mme)第5轴段结构参数定位轴肩轴径d5 43mm L5 7mm。f)第6轴段

20、结构参数d6 35mm L6 31.25mm(3)、轴上零件的周向定位大带轮与轴的周向定位采用平键连接，轴与大带轮之间的平键，按d1 25mm,查得平键截面b h 8 7, L 50mm。键槽用键槽铳刀加ZL 0为保证大带轮与轴配合有良好的对中性，故选择大带轮与轴的周向定位是由过渡配合来为 H7,滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合6来保证的，此处选轴的尺寸公差为 k6。3、轴的强度校核(1)、求轴上的载何Ft 型 2934N , Fr Ft tan n 1106N, Fa Ft tan856N ,d1cosT1 Tn 76.4N列出力的平衡方程组，解出：RH1 1467 N , & 1

21、467NL4 6mmd5 41 mmL5 6mmd6 35mmL6 31.25mm轴全长：267.85mm计算项目及内容主要结果RV1 788.3N, RV2 317.7N ,Ma 22.3N?m- ' _ RV1 856N分别做出轴的弯矩图、扭矩图和计算弯矩图：37.3中 m川 15.1N%78.8km1"=45,08M ,in90.8X*m84.(2)、校核轴的强度45.08N'iica<60MPa轴的材料是45号钢，调质处理。由表12.1查得b 650MPa ,则为 0.09 0.1 b,即 58.565MPa,取=60MPaM ca 45080轴的计算应

22、力为 ca3 28.85MPa<W 0.1 253因此该轴满足强度要求。(二)、输出轴及其装置的设计1、按照扭转强度初定直径选用45号钢为轴的材料，调质处理，查课本表12.5可得A 120。由于 di3 9.55 1 06 P : 0.2 n3 P ,将A的值代入上式可确定 ndmin40mmd1的范围，可选取dmin 37.02 mm考虑有键槽，将直径增大7%,则:dmin 37.02 1.07 39.60mm,取 dmin40mm2、输出轴的结构设计(1)、轴上零件的定位，固定和装配联轴器通过设计阶梯轴定位，并与轴通过键连接，大齿轮通过套 筒和轴肩定位配合，为防止油流入轴承而加甩油环

23、，轴承分别以套筒 与齿轮轴轮毂和轴肩定位，用轴承端盖固定，靠轴端挡圈来实现轴向 定位。40mmLi65mm2葩35d1(2)、确定轴各段直径和长度a)计算出最小轴径dmin 37.02mm,增力口 7%则dm. 39.60mm连接联轴器选型：LT型弹性套柱销联轴器(摘自GB/T 4323-2002)型号:LT7公称转矩Tn/(N m): 500许用转速n| 钢(r/min): 3600轴孔直径 d1、d2、dz| 钢(mm): 40、42、45、48轴孔长度|L(mm)推荐：65第1轴段结构参数d140m, Li 65mm。d2L245mm74.85mmb)第2轴结构参数初定定位轴肩h 5mm

24、 ,轴径d2 45mm。d3 50mm密封圈选型：(摘自JB/ZQ 4606-1986)L3 44.25mm型号：毡圈45内径d 45mmd4 55mm外径D 62mmL4 50mm宽度b 8mmd563 mm第2轴段结构参数d2 45mm L2 74.85mm。L5 7.5mmc)第3轴段结构参数d3, L3非定位轴肩自由确定，d3 d2即d6 50mm可，3根据轴承选型来确定：(摘自GB/T292-1994)P152s 15-3砧%S5 一 处25 一 50_L5 31.75型号:30210L6 34.75mm轴全长:基本尺寸/mm|d: 50276.35mm基本尺寸/mm| D : 90

25、基本尺寸/mm|B： 20安装尺寸 /mm|da (min): 57安装尺寸 /mm|Da (max): 83所以，第3轴段结构参数d3 50mm L3 44.25mmd)第4轴段结构参数d4 ,L4 非定位轴肩自由确定，d4 d3 即可，d4为配合尺寸，取标准尺寸55mm(GB/T2822-2005)P105表12-10,L4 50mm。e)第5轴段结构参数d s定位轴肩h 4mm轴径 d5 55 8 63mm L5 7.5mm。f)第6轴段结构参数d6, L6轴径d6 50mm L6 34.75mm。(3)、轴上零件的周向定位齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。轴与联轴器之间的平键，

26、按轴径di 40mm ,选与联轴器连接的键为b h 12 8,L 56mm,轴与齿轮之间的平键按轴径 d455mm,选与大齿轮连接的键为b h 16 10, L 45mm ,键槽均用键槽铳刀加工。为保证齿轮、联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择联轴器与轴配合为 立，齿轮轮毂与轴的配合为 小；滚动轴承与轴的周向定位 66是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为k6。3、轴的强度校核(1)、求轴上的载荷Ft 2TL 2934N , Fr Ft tan n 1106N, Fa Ft tan856NdicosTi Tn 76.4N , Tm 279.82N列出力的平衡方程组，解出：RH1 1467N

27、 , RH2 1467NRV1 1462.3N, RV2356.3N ,Ma 84.74N ?m- ' _ R/1856N分别做出轴的弯矩图、扭矩图和计算弯矩图：Ft2口鼠68, lN*m16.6N*m96,5N*i彳70.4阿LLLil 11. y4h=165.09N*m1111 I 11111111111111 I 1111111111111111111, tca(2)、校核轴的强度轴的材料是45号钢，调质处理。由表12-1查得b 650MPa ,M 为 0090.1 B,即 58.565MPa,取=60MPa轴的计算应力为 ca Mca 1650903 25.80MPa<

28、60MPa 。W 0.1 403因此该轴满足强度要求。六、键连接的选择和计算(一)、输入轴和大带轮的连接键与轮毂的材料均为 45钢，在轻微冲击时许用挤压应力为p 100120Mpa,取 p 110Mpa。轴径d1 25mm,选取与带轮连接的平键为b h 8 7,L 50mm,键的工作长度l L b 42mm,键与轮毂键槽的接触高度k 0.5h 3.5mm。则:2T 1032 72.8 1 0340.28MPa Dp kld 3.5 42 25p键的强度足够。（二）、输出轴和联轴器的连接键与轮毂的材料均为 45钢，在轻微冲击时许用挤压应力为p100120Mpa,取p 110Mpa。轴径4 40m

29、m,选与联轴器连接的键为b h 12 8,L56mm,键的工彳长度l L b 44mm,键与轮毂键槽的接触高度k0.5h 4mm。则:2T 103 p kld2 279.6 10379.6MPa p44 40键的强度足够。（三）、输出轴和大齿轮的连接键与轮毂的材料均为45钢，在轻微冲击时许用挤压应力为p100120Mpa,取 p110Mpa 。轴径d4 55mm,选与大齿轮连接的键为b h 16 10, L 45mm ,键的工作长度lL b 29mm,键与轮毂键槽的接触高度k 0.5h 5mm。则:_ 3_ _ 32T 103 2 2 79.6 1 0370.1MPap kld5 2955键的

30、强度足够。七、滚动轴承的选择和设计（一）、输入轴上的轴承设计输入轴上的轴承选型为30207,查书P153 表 15-3 得C 54200N,C0 63500N 0 已知 Ft2934N,Fr 1106N,Fa 856N。1、计算径向载荷由 Rvi 788.3N,Rv2 317.7N Rhi1467NRH 21467N可得:2222R1 JRv1Rh11665.38N , R2Rv2Rh21501NFd则:2、计算轴承实际的轴向力R/2Y,查表的Y 1.6,则:A Fa Fd2 856 555.37对于30207型轴承，派生轴向力为:Fd1 R/2Y 520.4N Fd2 R/2Y 469.0N

31、 ,1411.37N , A2 Fd2 555.37N 03、计算轴承的当量动载荷A 1411.37R11665.380.85Lh 50249 h从表中查得当量动载荷系数为:X10.44,丫 1.20, X2 1,丫20。查表取fp 1.1 ,则有:pRfp X1R1 Y1A11.1 0.441665.38 1.18 1456.42696.45NF2 fp X2R2 Y2A21.1 1 1501 0 600.41651.1N4、验算轴承的寿命已知Lh48000h ,因R> P2,所以按轴承1受力来验算：Lh 3 c10660 480305002696.453 '50249h>

32、;Lh故轴承能满足要求。（二）、输出轴上的轴承设计输出轴上的轴承选型为7210C,查书P153表15-3得C2CNFt 2934N,Fr 1106N,Fa 856N。1、计算径向载荷由 RV1 1462.3N,RV2356.3N RH1 1467N ,RH2 1467N 可得:_ 2_2 _2_2R1R Rv1Rh 12071.33N , R2 Rv2Rh 21509.65N2、计算轴承实际的轴向力对于70000c型轴承，派生轴向力为:Fd eR,查表的 e 042,贝（J: Fdi eR 859.96N Fd2 eR 634.05N ,则：A Fa Fd2 856 634.05 1490.0

33、5N , A Fd2 634.05N。3、计算轴承的当量动载荷A1490.05 八” A634.05- 0.72>e , - 0.42 eLh 218891hR1 2071.33R21509.65从表中查得当量动载荷系数为：X1 0.44,Y1 1.25, X2 1,Y2 0。查表取fp 1.3,则有：Rfp X1R YA 1.3 0.44 2071.33 1.25 1490.05 3606.13NP2fp X2R2 Y2A21.31 1509.65 0 634.05 1962.55N4、验算轴承的寿命 已知Lh 48000h ,因P1> P2,所以按轴承1受力来验算：已品0P76

34、故轴承能满足要求。八、联轴器的选择在输出轴的计算中已选定联轴器型号，选LT7型弹性套柱销联轴器。其公称转矩为500N m,许用转速为3600r/min。九、箱体结构尺寸（一）、箱体的基本结构设计箱体是减速器的一个重要零件，它用于支持和固定减速器中的各 种零件，并保证传动件的啮合精度，使箱体有良好的润滑和密封。箱体 的形状较为复杂，其重量约占减速器的一半，所以箱体结构对减速器的 工作性能、加工工艺、材料消耗，重量及成本等有很大的影响。箱体结构与受力均较复杂，各部分民尺寸一般按经验公式在减速器装配草图的设计和绘制过程中确定。（二）、箱体的材料及制造方法选用HT200,砂型铸造。（三）、箱体各部分的

35、尺寸箱座壁厚6 =0.025a+1mm8mm8mm箱盖壁厚&=(0.80.85) 68mm8mm箱座凸缘壁厚b=1.5 612mm箱盖凸缘壁厚bi=1.5 112mm箱座底凸缘壁厚b2=2.5 620mm地脚螺钉直径df =0.036a+12mmM16地脚螺钉数目a<250mm,n=44轴承旁联接螺栓直径d1=0.75 dfM12箱盖与箱座联接螺栓直径d2=(0.5 0.6) cfM10联接螺栓d2间距l=150 200mm64mm轴承蓬螺旬直径d3=(0.4 0.5) dfM8视孔螺钉直径d4=(0.3 0.4) dfM6定位销直径d=(0.7 0.8) d28mm轴承旁凸台半

36、径R1=C220 mmdf di d2至外箱壁距离G22mmdf d2至凸缘边缘距离C220mm凸台高度h90mm外箱壁至轴承座端面距离L1 =Ci +C2+(5 8)mm47mm大齿顶圆与箱体内壁跑离A1> §8mm齿轮端面与箱体内壁跑离&8mm箱盖肋厚m1=0.85 66.8mm箱座肋厚m=0.8566.8mm大齿轮轴承端盖外径D2130mm小齿轮轴承端盖外径D2112mm沉头座坑直径D33mm轴承端盖凸缘厚度e=1.2d39.6mm轴承旁连接螺栓距离SS112mm134mm十、润滑和密封设计（一）、润滑齿轮圆周速度v<5m/s所以采用浸油润滑，轴承采用脂润滑。浸油 润滑不但起到润滑的作用，同时有助箱体散热。为