东北大学机械学院机械设计课程设计ZLB

1、本设计要求的转矩较大，故部分齿轮和轴选用40Cr为材料，如转矩较小，可使用45#钢机械设计课程设计说 明 书机械工程与自动化学院机械工程及自动化专业 机械 班 学号： 设计者： 指导老师：2013年6月19日目 录1. 设计任务书32. 电动机的选择计算33. 传动装置的运动与动力参数的选择和计算44. 传动零件的设计计算95. 轴的设计计算186. 轴的强度校核197. 滚动轴承的选择和寿命验算248. 键联接的选择和验算259. 联轴器的选择2610. 减速器的润滑及密封形式2611. 参考资料26一设计任务书1） 设计题目 ：设计胶带输送机的传动装置2） 工作条件：工作年限工作班制工作环

2、境载荷性质生产批量102多灰尘稍有波动小批3） 技术数据题 号滚筒圆周力F(N)带 速v(m/s)滚筒直径 D(mm)滚筒长度 L(mm)ZL-20480000.244001000二 电动机的选择计算1） 选择电动机系列根据工作要求及工作条件应选用三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y系列。2） 选择电动机功率滚筒转动所需要的有效功率为 传动 按表4.2-9取: 弹性联轴器效率 弹联=0.99闭式齿轮啮合效率 齿=0.97 联轴器效率 联=0.99滚动轴承效率 承=0.99开式齿轮啮合效率 开齿=0.94 滚筒效率 筒=0.96 则传动总效率所需的电动机的功率为 3).选择电机的转速滚筒

3、轴转速为 查表4.12-1选Y型三相异步电动机Y180L6型，额定功率 15kw, 同步转速1000r/min,满载转速970r/min。 同时，由表4.12-2查得电动机中心高 H=180mm，外伸轴段 D×E=48mm ×110mm。传动总效率=0.791所需的电动机功率选Y型三相异步电动机Y180L6型 三 传动装置的运动及动力参数计算 （一）. 分配传动比1） 总传动比: 2）各级传动比的粗略分配根据总传动比（i=83.33），以及各种机械传动推荐的传动比范围，各级传动比分配如下： 由表4.2-9 取 则减速器的传动比： 取两级齿轮减速器高速级齿轮传动比为： 减速箱

4、内低速级齿轮传动比为 （二） 各轴功率、转速和转矩的计算1 0轴：即电动机的主动轴 2 轴： 即减速器的高速轴 3.轴：即减速器的中轴 总传动比:i=83.33 4.轴：即减速器的低速轴 5. 轴： 即传动轴 6.轴： 即传动滚筒轴 各轴运动及动力参数轴序号功率P(kw)转速n(r/min)转矩(N.m)传动形式传动比效率014.223970140弹性联轴器1.00.9914.081970138.63闭式齿轮4.330.9613.522224.02576.44闭式齿轮3.210.9612.98569.791776.86联轴器1.00.9812.72769.791741.55开式齿轮60.941

5、1.83111.639715.05（三） 设计开式齿轮小齿轮 40Cr 表面淬火 齿面硬度 48-55HRC大齿轮 45#钢 表面淬火 齿面硬度 40-50HRC按齿根弯曲疲劳强度确定模数初选小轮的齿数为 Z5=20，那么，应力循环次数N1=60×n4×j×Lsh=60×69.79×1×(10×300×16)=2.0×108N2=N1/i=3.3×107初选,由图5-18b，得 由图5-19，得由图 5-15，得由图 5-14，得 初取由式5-32，得YX=1.0。取YST=2.0，SFmin=

6、1.4由式5-31计算许用弯曲应力 >取计算 取KYE=1.1，由表5-3，按电机驱动载荷稍有波动 取KA=1.10 得Kv=1.001。 由表5-4，K=1.2按机械原理知识计算重合度齿顶圆直径 压力角 齿轮基圆直径 齿顶压力角 与KtYEt相近，无需修正则m=6开式齿轮主要参数Z5=20 i=6 d5=120 da5=132 df5=105 b5=84Z6=120 m=6 d6=720 da6=732 df6=705 b6=90开式齿轮i=6m=6mmz4=20,z5=120四传动零件的设计计算（一）减速器高速级齿轮的设计计算1） 材料的选择：高速级的小齿轮选择40Cr,表明淬火。齿

7、面硬度为48-55HRC大齿轮材料选用45钢,表明淬火。齿面硬度为40-50HRC计算应力循环次数查图5-17，ZN1=1.0 ZN2=1.05 由式5-29，ZX1=ZX2=1.0 ，取SHmin=1.0 ZW=1.14 ZLVR=0.92由图516得 ,计算许用接触应力 因，故取2）按齿面接触强度确定中心距小轮转矩T1=138000N·mm初定螺旋角=初取由表5-5得减速传动,取。由式（5-41）计算ZH端面压力角基圆螺旋角 由式（5-39）计算中心距a取中心距a=140mm。估算模数 mn=(0.0070.02)a=1.053 mm取标准模数mn=2mm。小齿轮齿数 取整，大齿

8、轮齿数 。取整，实际传动比 =4.26传动比误差，在允许范围内。修正螺旋角与初选=130相近,ZHZ可不修正. 齿轮分度圆直径 中心距a=140mm模数mn=2mmz1=26，z2=111螺旋角圆周速度 ,(3) 验算齿面接触疲劳强度 由表5-3,取KA=1.35。由图5-4b，按8级精度和，得Kv=1.04齿宽。b/d1=56/50.88=1.1006由图5-7a，得K=1.113。由表5-4，得K=1.4。载荷系数计算重合度齿顶圆直径端面压力角 齿轮基圆直径端面齿顶压力角 齿轮分度圆直径齿轮精度为8级 则 则齿面接触应力 （4） 验算齿根弯曲疲劳强度由图5-18b，得 由图5-19，得由图

9、 5-15，得 取YST=2.0，SFmin=1.4由式5-31计算许用弯曲应力 由图5-14得YFa1=2.65，YFa2=2.22由图5-15得YSa1=1.93，YSa2=1.961.0， （5）齿轮主要几何参数z1=26,z2=111,u=4.33mn=2mm,=11.880,mt=mn/cos=2/cos11.880=2.04mm,d1=53.36mm,d2=227.83mm,da1=54.88mm,da2=2221.24mm,df1=48.36mm, df2=222.83mma=140mm,b2=b=56mm,b1=b2+(510)=65mm（二） 减速器低速级齿轮的设计计算1).

10、材料的选择：高速级的小齿轮选择40Cr,表明淬火。齿面硬度为48-55HRC大齿轮材料选用45钢,表明淬火。齿面硬度为40-50HRC计算应力循环次数 查图5-17，ZN3=1 ZN4=1.05 ，由式5-29，ZX3=ZX4=1.0 ，取SHmin=1.0 ZW=1.14 ZLVR=0.92按齿面硬度50HRC，45HRC，由图5-16b，得，计算许用接触应力 因，故取。2） 按齿面接触强度确定中心距 小轮转矩T1=576440N·mm初定螺旋角=，初取， 由表5-5得减速传动，;取由式（5-41）计算ZH端面压力角基圆螺旋角由式（5-39）计算中心距a取中心距a=170mm。估算

11、模数mn=(0.0070.02)a=1.193.4mm取标准模数mn=2.5mm。中心距a=170mm模数mn=2.5mm小齿轮齿数 大齿轮齿数取z3=32，z4=102实际传动比传动比误差在允许范围内。修正螺旋角与初选=130相近,ZHZ可不修正. 齿轮分度圆直径 圆周速度,由表5-6,取齿轮精度为8级.(3) 验算齿面接触疲劳强度由表5-3,取KA=1.25。由图5-4d，按8级精度和，得Kv=1.024。齿宽b/d3=68/82.10=0.828由图5-7a，得K=1.08。由表5-4，得K=1.4。载荷系数 齿顶圆直径z3=32，z4=102齿轮精度为8级端面压力角 齿轮基圆直径端面齿

12、顶压力角 由式5-39,计算齿面接触应力（4）验算齿根弯曲疲劳强度由图5-18c，得，由图5-19，得YN3=1.0，YN4=1.0由式5-32，mn=2.5mm<5mm,故YX3=YX4=1.015。取YST=2.0，SFmin=1.4由式5-31计算许用弯曲应力 由图5-14得YFa3=2.55，YFa4=2.23由图5-15得YSa3=1.63，YSa4=1.82。因1.0， （5）齿轮主要几何参数z1=32,z2=102,mn=2.5mm,=12.050,mt=mn/cos=2.5/cos12.050=2.556mm,d3=82.10mm,d4=263.71mm,da3=87.1

13、0mm,da4=268.71mm,df3=75.85mm, df4=257.46mma=170mm,b2=b=68mm,b1=b2+(510)=75mm五 轴的设计计算（一） 高速轴的设计条件：电动机型号Y180L-2，满载转速n=970r/min，额定功率P=15W，d电机=48mm轴伸长E=60mm。 轴的材料选45钢，调质处理，传递功率P=14.081，转速n=970r/min。由表-，取A0=110 d=(0.81.0)*d电机=(0.81.0)*48=38.448mm。选择联轴器根据传动装置的工作条件拟选用HL3型弹性柱销联轴器。计算转矩为TC=KT=1.5×138.63=

14、207.95N·m查ML3型梅花形联轴器250N·m>TC =207.95 N·m, n=3300r/min>n=970r/min取减速器高速轴外伸轴段轴径d=40mm可选联轴器轴孔直径d1=38mm,d2=d=35mm 因为是小批生产，故轴外伸段采用圆柱形。（二） 中间轴的设计轴的材料为45钢, 调质处理，传递功率13.52W 转速=224.02min。由表-，取A0=110 ，取45（三）低速轴的设计计算轴的材料为45钢，传递功率12.98，转速69.79in。由表-，取A0=100,因轴端处需开一个键槽，轴径加大，取60。因为是小批生产，故轴外伸

15、段采用圆柱形。 六. 输出轴的强度校核低速轴的材料取40Cr，调质处理查表81 得查表83 得（1） 绘轴的受力简图，求斜齿轮上作用分力及支反力。 Fa4 RAy Ft4 RByT1 RAz Fr4 R By r RAx D A 136 C 72 B L1=136mm L2=72mm.垂直面支反力由 得 由得b. 水平面支反力由得，由得，（2)作弯矩图a. 垂直面弯矩Mz图 C点 b. 水平面弯矩My图 156N.m C点左边 合成弯矩图 448N.m C点左边（） 作转矩T图 1176.86N.m （） 作计算弯矩Mca图 835 448该轴单向工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取

16、=0.6 C点左边 C点右边D点（） 校核轴的强度由以上分析可见，C点弯矩值最大，而D点轴径最小，所以该轴危险断面是C点和D点所在剖面。C点轴径 考虑到键槽的影响轴径加大5%。该值小于原设计该点处轴径72mm，故安全。D点轴径 考虑到键槽的影响轴径加大5%。该值小于原设计该点处轴径60mm，故安全。（6）精确校核轴的疲劳强度剖面因键槽引起的应力集中系数由附表1-1，查得，剖面因过渡圆角引起的应力集中系数由附表1-2： 按插值法查得 ， 因、剖面主要受转矩作用，起主要作用，故校核剖面。剖面产生的45钢的机械性能查表8-1，得，绝对尺寸影响系数由附表1-4，得， 表面质量系数由附表1-5，得,查表

17、1-5，得，剖面安全系数取，所以剖面安全。b.校核剖面的疲劳强度 剖面因配合(H7/r6)引起的应力集中系数由附表1-1，查得， 因过渡圆角引起的应力集中系数由附表1-2： 所以， 。应按过渡圆角引起的应力集中系数校核剖面。剖面承受的弯矩和转矩分别为 剖面产生正应力及其应力幅、平均应力为 剖面产生的扭剪应力及其应力幅、平均应力为由附表1-4，查得,，表面质量系数由附表1-5，得,表面质量系数同上，剖面的安全系数按配合引起的应力集中系数计算，,所以剖面安全。其它剖面与上述剖面相比，危险性小，不予校核。七 滚动轴承的选择及其寿命验算低速轴轴承选择一对30214圆锥滚子轴承。低速轴轴承校核工作条件：

18、轴的转速n=69.79r/min，工作中稍有波动，工作温度低于，预计寿命（） 计算径向支反力 由轴的强度校核得轴承支反力 则 （） 计算派生轴向力 查表9-8，S=R/2Y,查表9-6-3,30214轴承Y=1.4,e=0.42 ,(3)求轴承的轴向载荷A 由图可知，轴系有向左移动趋势，轴1被压紧且 所以 (4)计算当量动载荷P由e=0.4，查表9-10得 X1=0.40，Y2=1.5由 e=0.4, 查表9-10得 XB=1，YB=0由表9-7，查取，轴承受力矩载荷，所以 (5)校核轴承寿命因P1>P2，故按P1计算故圆锥滚子轴承30214适用八 键联接的选择和验算低速轴上键的选择与验

19、算(1) 齿轮处由轴的结构设计知，该轴段直径d=67mm长度L=65mm,所以选择键 20×56GB1095-79，其结构参数为b=20mm h=12mm l=50mm齿轮材料为40Cr钢，载荷稍有波动，联接方式为静联接。 因，故安全。(2)联轴器处由轴的结构设计及联轴器的选择可知，该轴段直径d=60mm，长度L=107mm所以选择键16×70 GB1095-79，其结构参数为b=16mm h=10mm l=100mm联轴器材料为40Cr钢，载荷稍有波动，联接方式为静联接。所以 因=115mpa，故安全。九 联轴器的选择(1)低速轴轴端处选择TL6联轴器 GB5014-85 名义转矩T=9550×=9550×(15/970)=14