《机械设计》课程设计说明书

机械设计课程设计说明书课题名称： 带式运输机传动装置的设计 专业班级： 机械电子工程03班 学生学号： 1203120333 学生姓名： 学生成绩： 指导教师： 秦襄培 课题工作时间：2014年12月22日至 2015年1月 9日 武汉工程大学教务处 目 录摘要3一、 设计任务书铸造车间型砂输送机的传动装置4二、 传动装置总体设计61. 系统总体方案的确定62. 电动机的选择（Y系列三相交流异步电动机）83. 传动装置的总传动比及其分配10三 、传动零件的设计计算121. V带传动的设计计算122. 齿轮传动的设计计算16四、轴的设计计算241. 选择轴的材料及热处理242. 初估轴径243. 轴的结构设计254. 减速器零件的位置尺寸29五、 润滑方式润滑油牌号及密封装置的选择31六、箱体及其附件的结构设计32七、 减速器的箱体的结构尺寸35 附：1.心得体会37 2.参考文献38摘要机械设计课程是培养学生机械设计能力技术基础课。课程设计则是机械设计课程重要的实践环节，其基本目的是： A 通过设计熟悉机器的具体操作，增强感性认识和社会适应能力，进一步巩固、 深化已学过的理论知识，提高综合运用所学知识发现问题、解决问题的能力。 B 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。 C 对所学技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册，运用标准和规范等。 D 学会利用多种手段(工具)解决问题，如：在本设计中可选择CAD等制图工具。 E 了解减速器内部齿轮间的传动关系。关键字 减速箱 齿轮 轴 箱体 附件 设计一、设计任务书铸造车间型砂输送机的传动装置1. 设计题目：设计带式运输机的传动装置2. 带式运输机的工作原理3. 原始数据学号鼓轮直径D（mm）输送带速度v(m/s)输出转矩T(N.m)12031203284500.904004. 工作条件（已知条件）1) 工作环境：一般条件，通风良好；2) 载荷特性：连续工作、近于平稳、单向运转；3) 使用期限：8年，大修期3年，每日两班制工作；4) 卷筒效率：=0.96；5) 运输带允许速度误差：5%；6) 生产规模：成批生产。5. 设计内容1) 设计传动方案；2) 设计减速器部件装配图（A1）；3) 绘制轴、齿轮零件图各一张（高速级从动齿轮、中间轴）；4) 编写设计计算说明书一份（约7000字）。二、传动装置总体设计1.系统总体方案的确定1) 系统总体方案：电动机传动系统执行机构2) 初选的三种方案如下:方案一：展开式两级圆柱齿轮方案二：同轴式两级圆柱齿轮方案三：分流式两级圆柱齿轮3) 系统方案的总体评价： 以上三种方案：方案一中一般采用斜齿轮，低速级也可采用直齿轮。总传动比较大，结构简单，应用最广。由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿宽载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。方案二中减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可大致相同。结构较复杂，轴向尺寸大，中间轴较长、刚度差，中间轴肩润滑较困难。方案三中一般为高速级分流，且常用斜齿轮，低速级可用直齿或人字齿轮。齿轮相对于轴承为对称布置，沿齿宽载荷分布较均匀。减速器结构较复杂。常用于大功率，变载荷场合。方案一结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、维护方便。由于电动机、减速器与滚筒并列，导致横向尺寸较大，机器不紧凑。但齿轮的位置不对称，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分地抵消，以减缓沿齿宽载荷分布有均匀的现象。总的来讲，该传动方案一满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还有结构简单、尺寸紧凑、成本低、传动效率高等优点。2.电动机的选择（Y系列三相交流异步电动机）1) 电动机类型和结构型式选择最常用的的电动机是Y系列笼型三相异步交流电动机。其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、价格低，适用于不易燃、不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。由于启动性较好，也适用于某些要求较高起动转矩的机械。2) 选择电机容量首先估计传动装置的总体传动范围：由卷筒的圆周速度V可计算卷筒的转速 nw=60x1000xv/D=60x1000x0.9/x35038工作机所需有效功率Pw=Tnw/9550=450x38/9550=1.6k从电动机到工作机主轴之间的总效率=123n查表2-4知 , 联轴器的传动效率1=0.9，有2个V带传动效率2=0.9卷筒轴滑动轴承3=0.9，有个滚动轴承4=0.99，有 对圆柱齿轮传动5=0.9，有个卷筒效率6=0.9612232445=0.972.0.96.0.992.0.994.0.96=0.82卷筒轴的输出功率Tnw/9550=1.6kW故：P d=Pw/=2.00kW查表得：3) 选择电动机的转速选择电动机转速时式中：电动机转速可选范围 各级传动的传动比范围有表2-1查得V带传动常用传动比范围为2-4，圆柱齿轮传动比范围为3-6，其他的传动比都等于1，则电动机转速的可选范围为：nd=i1i22nw=6845472r/min可见，同步转速为1000r/min、1500r/min的电动机均符合这里选择常用的同步转速为1500rpm和1000rpm两种4) 确定电动机型号由表20-1知，电动机型号相关表格如下方案号电动机型号额定功率Kw电动机转速r/min电动机质量Kg总传动比参考比价同步满载1Y102M-62.2100094045223.092Y100L1-42.2150014203432.531.87电动机型号对比表两个方案均可行，方案2电动机成本低，对选定的传动方案传动比也适中，故选方案2.选定电动机型号为Y100L1-4，其它主要参数列于下表电动机型号额定功率Kw电动机转速中心高mm外伸轴径mm轴外伸长度mm同步满载Y100L1-42.21500142010028602. 传动装置的总传动比及其分配1) 计算总传动比：i 总=nm/nw=1420/38=37.372) 各级传动比的分配传动比选取见表2-1，V带传动常用传动比范围为2-4，圆柱齿轮传动比范围为3-6，对于展开式两级圆柱齿轮减速器，为了使两级的大齿轮有相似的浸油深度，高速级传动比i2和低速级传动比i3可按照下列方法分配:取V带传动比i1=2.7,i2=1.3*i3则减速器的总传动比为i=i总/i1=37.37/2.7=13.84双级圆柱齿轮高速级传动比i12=1.3i=1.3x13.84=4.24双级圆柱齿轮低速级传动比i34=i/i12=13.84/4.24=3.263) 各轴的转速n电动机转轴转速:n0=nm =1420r/min高速轴：n 1=n0/i1=1420/2.7=525.93r/min中间轴：n2=n1/i12 =525.93/4.24=124.04r/min低速轴：n3=n2/n34 =124.04/3.26=38.05r/min卷筒轴：n4=n3 =38.05r/min4) 各轴输入功率P电动机：Ped=3kW 高速轴: P1=P01=2.7x0.96=2.11kW中间轴: P2=P123=2.11x0.99x0.97x0.96=2.03kW低速轴: P3=P223=2.03x0.99x0.97x0.96=1.95kW5) 各轴输入转矩T电动机转轴: T0=9950P0/n0=14.80N.m高速轴： T1=9550P1/n1=38.09N.m中间轴： T2=9550P2/n2=156.29N.m低速轴： T3=9550P3/n3=489.42N.m将以上计算结果整理后列于下表：项目转速功率转矩（N.m）传动比效率电动机轴14202.214.082.74.243.260.960.96030.9603高速轴I5302.1138.09中间轴II1242.23156.29低速轴III381.95489.42各个轴计算结果表三、传动零件的设计计算1. V带传动的设计计算1) 已知条件 设计此V带传动h时，已知条件有带传动的工作条件；传递的额定功率；小带轮转速；大带轮转速。设计内容包括选择带的型号；确定基准长度、根数、中心距、基准直径以及结构尺寸；初拉力和压轴力。2) 设计步骤传动带初选为普通V带传动1 确定计算功率P为所需传递的额定功率就是电动机额定功率此输送机每日两班制就是工作16小时，且工作载荷平稳。由课本P156表8-8查得，工作情况系数=1.2则=1.2*2.2=2.64kw2 选择V带型号小带轮转速即电动机满载转速=1420r/min根据=1.2*3=3.6kw和=1420r/min查图8-9，选取带型为A型。3 确定带轮的基准直径，并验算带速度v根据V带的带型和电动机的中心高100mm,查表8-9选取小带轮的基准直径=100mm验算带速=3.14*90*1420/60000=7.44m/s因为带速不宜过高，一般在5m/sv1206 计算带的根数z查表8-4插值得P0=1.05kw查表8-5插值得P0=0.17kw查表8-6得=0.95查表8-2得=0.96则=2.37故取z=3根7 计算单根V带的初拉力F0由表8-3得A型带的单位长度质量q=0.105kg/m,所以F0=500(2.5-K)Pca/KZv+qv2=124N8 计算压轴力=2*3*124*sin159/2=732N带型计算功率/kw带速v/(m/s)中心距a/mm基准长度/mm小带轮包角根数z小带轮直径/mm小带轮直径/mmA2.647.444401430159390250带轮各参数表9 带轮的结构设计 由电动机的外形和安装尺寸知，大带轮采用孔板式、小带轮采用实心式的铸造带轮。因为选用普通A型V带轮，查表9-1知轮槽截面尺寸：e=150.3mm,=9mm,=11mm,=2.75mm,=8.7mm,=6mm 则带轮轮缘宽度B=(z-1)*e+2f=480.9mm,取B=50mm对小带轮: 小带轮的基准直径=90mm，则=90+2*2.75=95.5mm初选孔径d=28mm(与联轴器轴径一样)则d1=(1.82)d=53mm,L=(1.52)d=49mm对大带轮： 大带轮的基准直径=250mm， 则=250+2*2.75=255.5mm则选用孔板式铸钢带轮2. 齿轮传动的设计计算1) .材料及热处理：选择大齿轮材料为45钢（正火处理）硬度为200HBS,软齿面小齿轮材料为45钢（调质处理）硬度为240HBS,软齿面带式运输机为一般工作机器，速度不高，选用8级精度2) 初选高速级小齿轮齿数Z1=24, 则高速级大齿轮齿数Z2=i12*z1=101.76,所以取Z2=101，则齿数比u1=4.243) 初选低速级小齿轮齿数z1=24, 则低速级大齿轮齿数z2=i34*z1=78.24,所以取z2=79,则齿数比u2=3.29按齿面接触强度设计 1 确定公式内的各计算数值a. 试选Kt1.3b. 查表选取尺宽系数1c. 查表得材料的弹性影响系数=189.8d. 按齿面硬度查表10-25d得 小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1=600MPa 大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2550MPas；e. 计算应力循环次数高速轴：605301（2830015）=2.29x109N1/i12=2，29x109/4.24=5.44x108低速轴：601241（2830015）5.36x108N2/i345.36x108/3.29=1.63x108式中j为每转一圈同一齿面的啮合次数。Lh为齿轮的工作寿命，单位小时f. 查表得接触疲劳寿命系数高速轴：KHN10.90；KHN20.95低速轴：KHN!0.90；KHN20.95 g. 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S1高速轴： =540Mpa =523Mpa低速轴： =540Mpa =523Mpa4) 计算1 计算两级小齿轮分度圆直径 =42.522mm =84.10mm 计算圆周速度V1=*d1t*n1/(60*1000)=*42.522*530/60000=1.21m/sV2=3.14*d2t*n2/(60*1000)=*84.10*124/60000=0.55m/s2 计算齿宽b及模数齿高h=1*42.522=42.522mm=1*84.10=84.10mm=42.522/24=1.968mm=84.10/21=4mmH1=2.25*m1=4.428mmh2=2.25*m2=9mmb1/h1=42.522/4.428=9.6b2/h2=84.10/9=9.344计算载荷系数Kh=Ka*Kv*Kha*Khb已知载荷平稳，取Ka=1根据V1=1.21m/s，7级精度，由图10-8查得动载系数Kv1=1.04同理有V2=0.55m/s，得Kv2=1.04直齿轮有Kha=KFa=1.2查表10-4插值得到Khb1=1.421，Khb2=1.42由图10-13知KFb1=1.3,KFb2=1.3故载荷系数:Kh1=Ka*Kv1*Kha*Khb1=1*1.04*1.2*1.421=1.77Kh2=Ka*Kv2*Kha*Khb2=1*1.04*1.2*1.42=1.773 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得d1=d1t3Kh1/Kt=47.242mm d2=d2t3Kh2/Kt=81.347mm4 计算模数m=1.97mm=4.00mm5) 按齿根弯曲强度设计1 确定计算参数由图10-24c查得小齿轮得弯曲疲劳强度极限F1=500Mpa 大齿轮得弯曲疲劳极限强度F2=530MPa由图10.22知弯曲疲劳寿命系数：KFN1=0.87，KFN1=0.89 ,KFN2=0.88，KFN2=0.9 2 计算弯曲疲劳许用应力取安全系数S=1.4=500*0.87/1.4290MPa500*0.89/1.4=293.33Mpa=0.88*400/1.4=237.33Mpa=0.9*400/1.4=240 Mpa3 计算载荷系数K1=Ka*Kv1*Kfa*Kfb1=1*1.07*1*1.4=1.498K2=Ka*Kv2*Kfa*Kfb2=1*1.03*1*1.4=1.4424 查图10-18取应力校正系数：高速级=1.55；=1.77低速级=1.59，=1.76查图10-17取齿形系数：高速级=2.8，=2.22低速级=2.62，=2.235 计算大、小齿轮的并加以比较=2.8*1.55/290=0.01497,=2.22*1.77/237.33=0.01656=2.62*1.59/293.33=0.01420=2.23*1.76/240=0.01635都是小齿轮的数值大，所以取较大者，高速级取0.01656，低速级取0.01635，6 设计计算m132x1.378x58110/1x202=1.88m232x1.442.209580/1x252=2.50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决定的承载能力仅与直径有关，综合结果取高速级m1=2mm，低速级m2=2.5mm7 几何尺寸计算a. 高速级 小齿轮齿数=50/2=25， 大齿轮齿数=4.24*25=102, 计算分度圆直径=2*25=50mm =2*102=204mm 计算中心距=（50+204）/2=127mm 大齿轮齿宽=1*48=48mm为了保证设计齿宽和节省材料，一般将小齿轮略加宽（5-10）mm所以=55mmb. 低速级 小齿轮齿数=84/4=21 大齿轮齿数=21*3.26=67 计算分度圆直径=4*21=84mm =67*4=268mm 计算中心距=（84+268）/2=176mm 大齿轮齿宽=1*84=84mm为了保证设计齿宽和节省材料，一般将小齿轮略加宽（5-10）mm所以=89mm综上，齿轮传动的参数如下：名称参数传动高速级低速级小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮齿数z251022167模数m2244分度圆直径d5020484268齿宽b55488984中心距a127176圆周速度v1.210.55齿轮传动的参数表四、轴的设计计算1. 选择轴的材料及热处理由于减速器传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求，故高速轴、低速轴和中间轴都选择40Cr钢,调质处理。2. 初估轴径1) 高速轴查表15-3，取A=110dA03P1/n1=110*32.11/530=17.49mm高速轴最小直径处安装大带轮，中间安装齿轮，轴上设有两个键槽。取=19mm2) 中间轴查表15-3，取A0=110dA03P2/n2=12032.77/126.22=33.60mm中间轴安装齿轮，轴上设有两个键槽。取=35mm3) 低速轴查表15-3，取A0=120dA03P3/n3=12032.66/43.68=47.21mm,低速轴安装有联轴器和齿轮，轴上设有两个键槽。取=50mm.3. 轴的结构设计1) 高速轴的结构设计1 各轴段直径的确定a. 最小直径，安装大带轮的外伸轴段，=19mmb. 密封处轴段，根据大带轮的轴向定位要求，得知第二段轴的定位高度h=(0.07-0.1)，选取=23mmc. 为滚动轴承处轴段直径，=30mm,所以选取轴承为6206，其尺寸d*D*B=30mm*62mm*16mmd. 为过渡轴承，由于各级齿轮传动的线速度均小于2m/s，滚动轴承采用脂润滑，因此需要考虑挡油盘的轴向定位，取=36mm。e. 是齿轮轴段，=50mmf. =30mm2 各轴段长度的确定a. 由大带轮的轮毂孔宽度B=60mm确定=90mmb. 由箱体结构、轴承端盖、装配关系确定，选取轴承端盖螺钉直径d3=6mm,那么e=1.2d=7.2mm,m=31mm,螺钉数为4.由装配关系取带轮与箱体距离为60mm，轴承处轴段缩进2mm,则=70mm.c. 由滚动轴承、挡油盘以及装配关系确定=16mm。d. 确定=112mm.e. =53mm为小齿轮轴长度。f. 由滚动轴承、挡油盘以及装配关系确定=42mm.3 键的尺寸设计大带轮选用普通平键，尺寸为b*h*L=8*7*32mm.4 齿轮与轴配合为H7/n6，轴承与轴过渡配合，轴的尺寸公差为m6.高速轴示意图2) 低速轴的设计1 各轴段的直径确定：a. d31最小直径，安装联轴器的外伸轴段。d31=d3min=45mmb. d32为密封处轴段，根据联轴器的轴向定位要求，以及密封圈的标准，d32=51mmc. d33为滚动轴承处轴段d33=55mm，故选轴承为6211，其尺寸为dDB=55mm100mm20mm。d. d34低速级大齿轮轴段，取d34=62mm。e. d35轴环，根据齿轮的轴向定位要求d35=72mm。f. d36过渡段，需要考虑挡油盘的轴向定位，取d36=60mm。g. d37为滚动轴承与套筒轴段，d37=d33=55mm.2 各轴段长度的确定。a. L31由d31=82mm。选取TL8型弹性套柱销联轴器，则联轴器的毂孔宽L1=80mm，取L31=82mm。b. L32由箱体结构轴承端盖装配关系确定，轴承盖总宽度45mm，端盖外端面与半联轴器的右端面间距为30mm，取L32=75mm。c. L33由滚动轴承宽度B=20mm。d. L34由低速轴大齿轮的毂孔宽B2=82mm，取过渡段长度L34=79mm。e. L35由轴环宽度，取L35=10mm。f. L36过渡段长度L36=60mm。g. L37由滚动轴承，挡油盘以及装配关系等确定L37=35mm+20mm=55mm.3 键的设计：L31段需与外部的联轴器连接，故选用C型普通单圆头平键，尺寸为bhl=14mm9mm700mm.L36段为大齿轮轴段，故选用A型普通平键，尺寸为bhl=18mm11mm56mm.4 齿轮与轴的配合为H7/h6，半联轴器与轴的配合为H7/k6，轴承与轴过渡配合，轴的尺寸公差为m6.低速轴示意图3) 中间轴的设计。1 各轴段直径的确定。a. d21最小直径，滚动轴承处轴段，d21=d2min=35mm滚动轴承选取6207，其尺寸dDB=357217mm.b. d22低速级小齿轮轴段，选取d22=41mm.c. d23轴环，根据齿轮的轴向定位要求d23=51mm.d. d24高速级大齿轮轴段，d24=41mm.e. d25段为套筒与轴承处，d25=35mm.2 各轴段长度的确定。a. L21由滚动轴承，挡油盘确定，滚动轴承B=17mm,所以L21=17+18=35mm.b. L22由低速级小齿轮的毂孔宽度B2=89mm,故L22=86mm.c. L23轴环宽度L23=10mm.d. L24由高速级的大齿轮的毂孔宽度B1=48mm,故L24=45mm.e. L25由滚动轴承，挡油盘以及装配关系等确定L25=17+20=42mm.3 键的尺寸设计。 选2个普通平键：低速级小齿轮上：bhL=12870mm高速级大齿轮上：bhL=12840mm4 齿轮与轴配合为H7/n6,半联轴器与轴配合为H7/k6，轴承与轴过渡配合，轴的尺寸工差为m6.中间轴示意图 减速器零件的位置尺寸 代号 名称取值mm 代号 名称 取值mm1齿顶圆至箱体内壁的距离 107箱底至箱底内壁距离202齿轮顶端面至箱体内壁距离10H减速器中心高1973轴承端面至箱体内壁距离10L1箱体内壁至轴承座孔端面间的距离604旋转零件间轴的距离15e轴承端盖凸缘厚度105齿顶圆至轴表面距离10L2箱体内壁轴向距离1796大齿轮齿顶圆至箱底内壁的距离40L3箱体轴承座孔端面间的距离299减速器零件的位置尺寸表五、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择1.齿轮传动润滑 因为齿轮圆周速度v12m/s，并且传动装置属于轻型的，且转速较低，故采用油润滑。查表，选用全损耗系统用油（GB/T 433-1989），代号为L-AN32，装至规定高度。圆柱齿轮浸入油的约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油地面的距离3060mm。2.滚动轴承的润滑 由于滚动轴承的速度较低，所以采用脂润滑。查表，选用钙基润滑脂（GB/T 491-1987），代号为L-XAMHA1。3.密封 为避免油池中有稀油溅入轴承座，在齿轮与轴承之间放置挡油环，输入轴与输出轴处用毡圈密封。 六、箱体及其附件的结构设计1.减速器的结构设计箱体采用剖分式结构，剖分面通过轴心。下面对箱体进行具体设计：1）确定箱体的尺寸与形状 箱体的尺寸直接影响它的刚度。首先要确定合理的箱体壁厚。 根据经验公式： =40.1T8mm（T为低速轴转矩，N.m） 可取=8mm。 为了保证接合面连接处的局部刚度与接触刚度，箱盖与箱座连接部分都有较厚的连接壁缘，箱座底面凸缘厚度设计的更厚些。2）合理设计肋板 在轴承座孔与箱底结合面处设置加强肋，减少了侧壁的弯曲变形。加厚肋厚计算为：箱座m=0.85，=6.8， 箱盖m1=0.85，=6.8,3）箱体上径孔的计算 地脚螺钉的直径df=0.036a12=20mm，地脚螺钉有四个 轴承旁联接螺栓直径d1=0.75df=0.7520=15mm 箱盖箱座联接直径 d2=12mm 轴承盖螺钉直径 d31=10mm，6个，d32=8mm，4个， d33=6mm，4个 轴承盖外径，由输入轴到输出轴分别为92mm，112mm，160mm 观察孔盖螺钉直径为d4=（0.30.4）df=8mm 至箱体外壁距离分别为24mm和16mm 箱体外壁至轴承座端面距离l1=C1+ C2+（510）=58mm4）合理选择材料 因为铸铁易切削，抗压性能好，并具有一定的吸振性，且减速器的受载不大，所以箱体可用灰铸铁制成。2.减速器附件的结构设计1）检查孔和视孔盖 检查孔用于检查传动件的啮合情况、润滑情况、接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，检查孔要开在便于观察传动件啮合区的位置，其尺寸大小应便于检查操作。视孔盖用铸铁制成，它和箱体之间加密封垫。2）放油螺塞 放油孔设在箱座底面最低处，其附近留有足够的空间，以便于放容器，箱体底面向放油孔方向倾斜一点，并在其附近形成凹坑，以便与油污的汇集和排放。放油螺塞为六角头细牙螺纹，在六角头与放油孔的接触面处加封油圈密封。3）油标 油标用来指示油面高度，将它设置在便于检查及油面较稳定之处。4）通气器 通气器用于通气，使箱内外气压一致，以避免由于运转使箱内温度升高，内压增大而引起减速器润滑油的渗漏。将通气器设置在检查孔上，其里面还有过滤网可以减少灰尘进入。5）起吊装置 起吊装置用于拆卸及搬运减速器。减速器箱盖上设有吊孔，箱座凸缘下面设有吊耳，它们就组成了起吊装置。6）起盖