机械设计课程设计带式输送机传动装置说明书

机械设计基础一、设计任务 1、带式输送机的原始数据 输送带拉力F/kN2.6输送带速度v/(m/s)1.4滚筒直径D/mm360 2、工作条件与技术要求1）输送带速度允许误差为：xx%；3）工作情况：连续单向运转，两班制工作，载荷变化不大；4）工作年限：5年；6）动力来源：电力，三相交流，电压380V， 3、设计任务量：1)减速器装配图一张（A0）；2)零件工作图（包括齿轮、轴的A3图纸）；3）设计说明书一份。计算及说明结果二、传动方案拟定 方案： 1、结构特点： 1）外传动机构为带传动； 2）减速器为一级齿轮传动。 2、该方案优缺点： 优点：适用于两轴中心距较大的传动；、带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动；过载时打滑防止损坏其他零部件；结构简单、成本低廉。 缺点：传动的外廓尺寸较大；、需张紧装置；由于打滑，不能保证固定不变的传动比；带的寿命较短；传动效率较低。三、电动机的选择 1.电动机的类型 按工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机，卧式封闭自扇冷式结构，电压380V。 2.工作机功率PW（KW）式中Fw=2600NV=1.4m/sηW是带式输送机的功率，取ηW=0.95代入上式得==3.83Kw 电动机的输出功率功率按下式 式中为电动机轴至卷筒轴的传动装置总效率 经查表，弹性联轴器1个，联轴器传动效率=0.99;滚动轴承2对，滚动轴承效 率=0.99;圆柱齿轮闭式1对，齿轮传动效率=0.97;V带开式传动1幅，η1=0.95;卷筒轴滑动轴承润滑良好1对，η5=0.98;总功率η=η1η5=0.8762 所以电动机所需工作功率为4.37Kw考虑1.0~1.3的系数，电动机额定功率Pm=(1.0~1.3)P0Pm=4.37~5.68kW，取5.5kW 3.确定电动机转速 按《机械设计课程设计》表2-3推荐的传动比合理范围，一级同轴式圆柱齿轮减速器传动比 而工作机卷筒轴的转速为 所以电动机转速的可选范围为nm=455.86~1486.2电动机选型：Y132M1-6参数如下额定功率Pm=5.5kW电动机转速nm=960四、计算总传动比及分配各级的传动比1）总传动比i∑=nm/nw=960/74.31=12.922)总传动比i∑=i1×i2试取i1=3.2，i2=4五、运动参数及动力参数计算 1、各轴的转速 Ⅰ轴n1 Ⅱ轴 n2===300 滚筒轴 nw=n2=300 2、各轴转速输入功率 =4.37kw Ⅰ轴 ==4.33kw Ⅱ轴 ==4.15kw 滚筒轴 =4.07kw 3、各轴的输入转矩计算 Ⅰ轴 = ==43.07 Ⅱ轴 T2===132.11 工作轴===129.56 电机轴Tm===54.71六、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[3]P153表8-9得：kA=1.3P0=4.37KWV带传送功率Pc=KAP0=1.3×4.37=5.681KW据Pc=5.681KW和n1=960由课本[3]P154图8-12得：选用B型V带（2）确定带轮基准直径，并验算带速由[3]课本P145表8-4，取d1=140mm>dmin=125d2=i带d1(1-ε)=3.2×125×(1-0.02)=392mm由[3]课本P145表8-4，取d2=400mm带速V：V=πd1n1/60×1000=π×125×960/60×1000=6.28m/s在5~25m/s范围内，带速合适。（3）确定带长和中心距初定中心距a0=1.5×（d1+d2）=810mmL0=2a0+π(d1+d2)/2+(d2-d1)2/4a0=2×810+3.14(140+400)+(400-140)2/4×450=3336.46mm根据课本[3]表P143（8-5）选取相近的Ld=3550mm确定中心距a≈a0+(Ld-L0)/2=810+(3550-3336.46)/2=916.77mm(4)验算小带轮包角α1=180·-57.3·×(d2-d1)/a=180·-57.3·×(400-140)/916.77=163.75·>120·（适用）（5）确定带的根数单根V带传递的额定功率.据d1和n1，查课本[3]P151图8-6得P0=2.08KW，由课本[3]式（8-17）得传动比i=d2/d1(1-ε)=400/140(1-0.02)=2.92查[3]表8-8，得Kα=0.95；查[3]表8-3得KL=1.09，查[3]表8-7得△Po=0.3KWZ=PC/[(Po+△Po)KαKL]=5.681/[(2.08+0.3)×0.95×1.09]=2.31(取3根)(6)计算轴上压力由课本[3]表8-2，查得q=0.,17kg/m，由课本[3]式（8-32）单根V带的初拉力：F0=500PC/ZV[2.5/Ka-1]+qV2=500x5.681/3x6.28[(2.5/0.95-1)]+0.17x39.4384=252.69N则作用在轴承的压力FQFQ=2ZF0sin(α1/2)=2×3×252.69sin(163.75·/2)=291.55N2、齿轮传动的设计计算（1）选择齿轮材料与热处理：所设计齿轮传动属于闭式传动，通常齿轮采用软齿面。查阅表[3]表5-5，选用价格便宜便于制造的材料，小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度260HBS；大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为215HBS；精度等级：运输机是一般机器，速度不高，查阅表[3]表5-4，故选8级精度。(2)按齿面接触疲劳强度设计由d1≥(6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3确定有关参数如下：传动比i齿=4取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=4×20=80取Z2=80根据工作条件，选取载荷系数为K=1.3由课本[3]表5-8取φd=1.1(3)转矩T1T1=9550×10×10×10×P1/n1=9550×10×10×10×4.37/960=43472.4Nm(4)根据工作条件，选取载荷系数为K=1.32、齿轮传动的设计计算（1）选择齿轮材料与热处理：所设计齿轮传动属于闭式传动，通常齿轮采用软齿面。查阅表[3]表5-5，选用价格便宜便于制造的材料，小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度240HBS；大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为200HBS；精度等级：运输机是一般机器，速度不高，查阅表[3]表5-4，故选8级精度。(2)按齿面接触疲劳强度设计由d1≥[(2KT1/φd)(u+1/u)（ＺEＺH/[σH]）2]1/3确定有关参数如下：传动比i齿=4取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=4×20=80取Z2=80根据工作条件，选取载荷系数为K=1.3由课本[3]表5-8取φd=1.1(3)转矩T1T1=9550×10×10×10×P1/n1=9550×10×10×10×4.33/960=43074.48Nm(4)根据工作条件，选取载荷系数为K=1.3,标准齿轮ＺH=2.5(5)由课本[3]表5-7查得材料的影响系数ＺE=188Mpa1／2(5)许用接触应力[σH]，由课本[3]图5-28查得：σHlim1=600MpaσHlim2=550Mpa(6)应力循环次数：按一年300个工作日，每班8h计算，由课本[3]公式(5-16)N=60njLh计算N1=60×960×1×2×8×300×5=1.3824×109N2=N1/i齿=1.3824×109/4=3.456×108(7)查[3]课本图5-26中曲线1，得KHN1=1.0，KHN2=1.05(8)接触疲劳许用应力取安全系数S=1.0，失效率为1%，由[3]课本式5-15得：[σH]1=KHN1σHlim1/S=600x1/1=600Mpa[σH]2=KHN2σHlim2/S=550x1.05/1=577.5Mpa故得：(9)计算小齿轮分度直径d1，带入[σH]中较小值d1≥[(2KT1/φd)(u+1/u)（ＺEＺH/[σH]）2]1/3=[(2×1.3×43074.48/1.1)(5/4)（2.5×188/577.5）2]1/3=43.85mm模数：m=d1/Z1=43.85/20=2.19mm由课本[3]表5-1，取模数m=2.5mmd1=mZ1=2.5×20=50mm(10)校核齿根弯曲疲劳强度由课本[3]表5-6，差得弯曲疲劳寿命系数和应力修正系数：YFa1=2.8YSa1=1.55；YFa2=2.22YSa2=1.77由应力循环次数查课本[3]图5-25得弯曲疲劳寿命系数：KFN1=0.85KFN2=0.9由课本[3]图5-27两齿轮的弯曲疲劳强度极限分别为：σFE1=500MpaσFE2=380Mpa计算弯曲疲劳强度，取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由课本[3]式5-15得：[σF]1=KFN1σFE1/S=0.85×500/1.4=303.57Mpa[σF]2=KFN2σFE2/S=0.9×380/1.4=244.29Mpa分度圆直径：d1=mZ1=2.5×20mm=50mmd2=mZ2=2.5×80mm=200mm计算圆周力：F1=2T1/d1=2×43074.48/50=1772.98N计算轮齿齿根弯曲应力B=φdd1=1.1×50=55由课本[3]5-20得：σF1=(KFt/Bm)YFa1YSa1=(1.3×1772.98/55×2.5)×2.8×1.55=72.75Mpa＜303.57MpaσF2=(KFt/Bm)YFa12YSa1=(1.3×1772.98/55×2.5)×2.22×1.77=65.88Mpa＜244.29Mpa故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够(10)齿轮几何参数计算：P=πm=3.14×2.5=7.85mmPb=Pcosa=7.85×cos20°=7.38mmha=ha*m=1×2.5=2.5mmhf=(ha*+c*)m=(1+0.25)×2.5=3.125mmda1=d1+2ha=50+2×2.5=55mmda2=d2+2ha=200+2×2.5=205mmdf1=d1-2hf=50-2×3.125=43.75mmdf2=d2-2hf=200-2×3.125=193.75mma=m(z1+z2)/2=2.5×(20+80)/2=125mm(10)计算齿轮的圆周速度VV=πn1d1/60×1000=3.14×960×50/60×1000=2.512m/sV＜6m/s，故取8级精度合适．七、减速器轴的设计计算从动轴设计1、选择轴的材料确定许用应力选轴的材料为45号钢，调质处理。查[3]表11-1可知得σb=650Mpa,σs=360Mpa,[σ-1]b=60Mpa查[3]表11-3，取C=126，由式11-2得：d≥C(P/n)1/3=126×(4.15/300)1、3=30.25mm考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，应将该轴断直径增大3%，即d=30.25×1.03=31.2mmm，取标准直径得d=35mm齿轮所受的转矩：T=9.55×106P/n=9.55×106×4.15/300=132108Nmm2、齿轮作用力求圆周力：Ft=2T2/d2=2×132108/200=1321.08N求径向力：Fr=Fttanα=1321.08×tan20。=480.83N3、轴的结构设计轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式，按比例绘制轴系结构草图。（1）、联轴器的选择可采用弹性柱销联轴器，查[2]表9.4可得联轴器的型号为HL3联轴器：35×82GB5014-85（2）、确定轴上零件的位置与固定方式单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边。轴外伸端安装联轴器，齿轮靠油环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位（3）、确定各段轴的直径将估算轴d=35mm作为外伸端直径d1与联轴器相配，考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，取第二段直径为d2=40mm齿轮和左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便以及零件固定的要求，装轴处d3应大于d2，取d3=45mm，为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3，取d4=50mm。齿轮左端用用套筒固定,右端用轴环定位,轴环直径d5满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定.右端轴承型号与左端轴承相同,取d6=45mm.选择轴承型号.由[1]P270初选深沟球轴承,代号为6209,查手册可得:轴承宽度B=19,安装尺寸D=52,故轴环直径d5=52mm.(5）确定轴各段直径和长度Ⅰ段：d1=35mm长度取L150mmII段：d2=40mm初选用6209深沟球轴承，其内径为5×9=45mm,宽度为19mm.考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：L2=（2+20+19+55）=96mmIII段：d3=45mmL3=L1-2=50-2=48mmⅣ段：d4=50mm长度与右面的套筒相同，即L4=20mmⅤ段：d5=52mm.长度L5=19mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=96mm(6)按弯矩复合强度计算①求分度圆直径：已知d=200mm②求转矩：已知T=132.11③求圆周力：Ft=2T/d=2×132.11/200=1.32N④求径向力FrFr=Fttanα=1.32×tan200=0.48N⑤因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=48mm主动轴的设计1、选择轴的材料确定许用应力选轴的材料为45号钢，调质处理。查[2]表13-1可知：σb=650Mpa,σs=360Mpa,查[2]表13-6可知：[σb+1]=215Mpa[σ0]=102Mpa,[σ-1]=60Mpa2、按扭转强估算轴的最小直径单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为：d≥C(P/n)1/3查[2]表13-5可得，45钢取C=126则d≥126×(4.33/960)1/3mm=20.81m考虑键槽的影响以系列标准，取d=22mm3、齿轮上作用力的计算齿轮所受的转矩：T=9.55×106P/n=9.55×106×4.33/960=43074N齿轮作用力：圆周力：Ft=2T/d=2×43074/50N=1723N径向力：Fr=Fttan200=1723×tan200=627N确定轴上零件的位置与固定方式单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边。齿轮靠油环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，4.确定轴的各段直径和长度初选用6206深沟球轴承，其内径为30mm,宽度为16mm.。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长36mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。(2)按弯扭复合强度计算①求分度圆直径：已知d=50mm②求转矩：已知T=43.07Nm③求圆周力Ft：Ft=2T/d=2×43.07/50=1.72N④求径向力Fr：Fr=Fttanα=1.72×tan200=0.63N⑤∵两轴承对称∴LA=LB=50mm八、减速器滚动轴承的选择及寿命计算从动轴上的轴承根据根据条件，轴承预计寿命Lh=5×300×2×8=24000h由初选的轴承的型号为:6209,查[1]表14-19可知:d=55mm,外径D=85mm,宽度B=19mm,基本额定动载荷Cr=31500N,基本静载荷COr=20500N（1）已知n2=300r/min两轴承径向反力：Fr1=Fr2=Fr=Fttan200=2T/dtan200=1748.5N根据课本[2]P265（11-12）得轴承内部轴向力FS=0.63Fr则FS1=FS2=0.63Fr1=0.63x1748.5=1101.555N(2)∵FS1+Fa=FS2Fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端Fa1=FS1=Fa2=FS2=1101.6N(3)求系数x、yFa1/Fr1=1101.6/1748.5=0.96Fa2/Fr2=1101.6/1748.5=0.96Fa1/COr=1101.6/20500=0.054根据课本[3]表（12-6）得e=0.26Fa1/Fr1＞e，查表12-6，可得X=0.56Y=1.71(4)计算当量载荷P1、P2根据课本[3]12-7,取fp=1.5，由式12-7得P=fP(XFr+YFa)=1.5×(0.56×1748.5+1.71×1101.6)=4294.3N(5)轴承寿命计算∵深沟球轴承ε=3由课本[12-6]表得fT=1根据手册得6209型的Cr=31500N由课本[3]12-3式得LH=106(fTCr/P)ε/60n=106(1×31500/4294)3/60X300=219311h>48000h∴预期寿命足够主动轴上的轴承选择(1)由初选的轴承的型号为:6206查[1]表14-19可知:d=30mm,外径D=62mm,宽度B=16mm,基本额定动载荷Cr=19500N本静载荷COr=11150N查[2]表10.1可知极限转速13000r/min根据根据条件，轴承预计寿命L'h=10×300×2×8=48000h（1）已知n1=960(r/min)两轴承径向反力：Fr1=Fr2=Fr=Fttan200=2T/dtan20=1045.18根据课本[1]（11-12）得轴承内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63Fr1=0.63x1045.18=658.46N(2)∵FS1+Fa=FS2Fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端Fa1=FS1=Fa2=FS2=658.46N(3)求系数X、YFa1/Fr1=658.46/1045.18=0.63Fa2/Fr2=658.46/1045.18=0.63Fa1/COr=658.46/11150=0.06根据课本[3]表（12-6）得e=0.26Fa1/Fr1＞eFa2/Fr2＞e查表12-6，可得X=0.56Y=1.71(4)计算当量载荷P1、P2根据课本[3]12-7,取fp=1.5，由式12-7得P=fP(XFr+YFa)=1.5×(0.56×1045.18﹢1.71×658.46)=2566.9N(5)轴承寿命计算∵P1=P2故取P=2566.9N∵深沟球轴承ε=3由课本[3]12-5表得fT=1根据手册得6206型的Cr=19500N由课本[12-3]式得LH=106(fTCr/P)ε/60n=106(1×19500/2566.9)3/60X960=219311>48000h∴预期寿命足够九、键联接的选择及计算1．根据轴径的尺寸，由[1]中表12-6高速轴(主动轴)与V带轮联接的键为：键8×36GB1096-79大齿轮与轴连接的键为：键14×45GB1096-79轴与联轴器的键为：键10×40GB1096-792．键的强度校核大齿轮与轴上的键：键14×45GB1096-79b×h=14×9,L=45,则Ls=L-b=31mm圆周力：Fr=2T2/d=2×132108/200=1321.08N挤压强度：σP=2T/dkl=2×132108/200×9/2×31=9.47MPa<100~120MPa因此挤压强度足够十、润滑与密封1.齿轮的润滑采用浸油润滑，由于为单级圆柱齿轮减速器，速度ν<12m/s，当m<20时，浸油深度h约为1个齿高，但不小于10mm，所以浸油高度约为36mm。3