二级减速器课程设计设计带式输送机中的传动装置.doc

机械设计课程设计计算说明书设计题目： 设计带式输送机中的传动装置 专业年级： 机电12-1 学 号： 王洪旭 学生姓名： 1230120122 指导教师： 刘同亮 机械工程系完成时间 2014年 7 月 4 日机械设计课程设计任务书学生姓名： 王洪旭 学号： 1230120122 专业：机电12-1任务起止时间：2014年 6月 23 日至 2014年7 月4日设计题目：设计带式输送机中的传动装置一、 传动方案如图1所示：1轴图1 带式输送机减速装置方案二、原始数据滚筒直径d /mm800传送带运行速度v /(m/s)1.6运输带上牵引力f /n1900每日工作时数t /h24传动工作年限5单向连续平稳转动，常温空载启动。三、设计任务：1.减速器装配图1张（a0图纸）2.低速轴零件图1张（a3图纸）3.低速轴齿轮零件图1张（a3图纸）4.设计说明书1份在三周内完成并通过答辩参考资料：机械设计 机械设计基础 课程设计指导书 机械设计手册 工程力学 机械制图指导教师签字：2014年 6月 23日目 录一、电机的选择1二、传动装置的运动和动力参数计算2三、v带传动设计4四、设计减速器内传动零件（直齿圆柱齿轮）5五、轴的结构设计计算9六、轴的强度校核16七、校核轴承寿命20八、键连接的选择和计算21九、箱体的设计22十、心得体会22一、电机的选择1.1 选择电机的类型和结构形式：依工作条件的要求，选择三相异步电机：封闭式结构u=380 vy型1.2 电机容量的选择工作机所需的功率pw=fv /1000= 3.04 kwv带效率h1： 0.96 滚动轴承效率（一对）h2： 0.99 闭式齿轮传动效率（一对）h3: 0.97 联轴器效率h4： 0.99 工作机（滚筒）效率h5(hw)： 0.96 传输总效率h= 0.825 则，电动机所需的输出功率pw=pd/h= 3.68 kw1.3 电机转速确定卷筒轴的工作转速= 38.2 r/minv带传动比的合理范围为24，两级圆柱齿轮减速器传动比的合理范围为840，则总传动比的合理范围为=16160，故电动机转速的可选范围为：= 611.2 6112 r/min 在此范围的电机的同步转速有： 750r/min 1000r/min 1500r/min 3000r/min 依课程设计指导书表18-1：y系列三相异步电机技术参数（jb/t9616-1999）选择电动机型 号： y112m-4 额定功率ped： 4kw 同步转速n： 1500r/min 满载转速nm： 1440r/min 二、传动装置的运动和动力参数计算总传动比： 37.70 2.1 分配传动比及计算各轴转速取v带传动的传动比i0= 3 则减速器传动比i=i/i0= 12.57 取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比 4.19 则低速级传动比 3 2.2 传动装置的运动和动力参数计算0轴（电动机轴） 3.68 kw 1440 r/min 24.41 nm1轴（高速轴） 3.53 kw 480 r/min 70.23 nm2轴（中间轴） 3.39 kw 114.56 r/min 282.60 nm3轴（低速轴） 3.26 kw 38.2 r/min 815.21 nm4轴（滚筒轴） 3.20 kw 38.2 r/min 800 nm以上功率和转矩为各轴的输入值，13轴的输出功率或输出转矩为各自输入值与轴承效率的乘积。各轴运动和动力参数如下表：表2-1 各轴运动和动力参数轴名功率p/kw转矩t/nm转速n/(r/min)传动比i效率h输入输出输入输出0轴3.6824.4114401轴3.533.4970.2369.5348030.962轴3.393.36282.60279.77114.564.190.963轴3.263.23815.21807.0638.230.964轴3.203.1780079238.210.98三、v带传动设计3.1 确定计算功率根据已知条件结合教材 机械设计 由图/表 8-8 得到工作情况系数ka= 1.3 ，故pca=kapd= 4.78 kw。3.2 选择普通v带型号已知pca，nm，结合教材 机械设计 由图/表 8-11 确定所使用的v带为 a 型。3.3 确定带轮基准直径并验算带速(1) 结合教材 机械设计 由图/表 8-7、8-9 ，初选小带轮直径dd1= 85 mm。(2) 验算带速： 6.41 m/s，满足5m/sv120合格。3.6 计算v带根数z由nm，dd1结合教材 机械设计 查图/表 8-4 得p0=1.02 kw。由nm，i0， a 型带，查图/表 8-5 得dp0= 0.17 kw。已知a1查表 8-6 得ka= 0.93，已知ld查表 8-2 得kl= 0.98 则v带根数 4.41 ，取z= 5 。3.7 计算压轴力 由教材 机械设计 表 8-3 ，可知 a 型带单位长度质量q= 0.105 kg/m。单根v带的初拉力最小值：= 130.20 n。压轴力的最小值：= 1275.11 n。四、设计减速器内传动零件（直齿圆柱齿轮）4.1 高速级齿轮传动设计计算(1) 选择材料及确定许用应力由教材 机械设计 表 10-1 确定以下参数：表4-1 高速级齿轮材料及许用应力齿轮热处理方式齿面硬度/mpa/mpa小齿轮调质280600500大齿轮调质240550380由表 14-1-100 ，取安全系数sh= 1 ，sf= 1.4 。则许用应力为： 600 mpa 550 mpa 257.14 mpa 271.43 mpa(2) 按齿面接触强度设计设齿轮按 8 级精度制造，由教材 机械设计 表 10-2 得载荷系数k= 1.3 ，由表 10-7 得齿宽系数d= 1 ，由表 10-5可得弹性系数ze= 189.8 。小齿轮传递的（输入）转矩：t1= 70.23*103 nmm (注意单位换算)小齿轮分度圆直径： 55.20 mm。齿数取z1= 24 ，z2=i1z1 101 ，故实际传动比i1=z2/ z1= 4.21 。齿宽 56 mm（圆整）。取大齿轮齿宽b2= 56 mm，为补偿安装误差，取小齿轮齿宽b1=b2+(510) = 62 mm。模数m=d1t/z1= 2.3 ，按表 15-2 ，取标准模数m= 2.5 ，实际分度圆直径 60 mm， 252.5 mm，中心距 156.25 mm。(3) 验算齿轮弯曲强度由教材 机械设计 图/表 10-17 ，取齿形系数yfa1= 2.65 , yfa2= 2.18 ，应力修正系数ysa1= 1.58 ，ysa2= 1.82 。判断： 91.02 f1判断： 86.25 f2满足条件，安全。 (4) 齿轮的圆周速度 1.51 m/s。对照表 15-35 可知，选着 8 级精度是合适的。4.2 低速级齿轮传动设计计算(1) 选择材料及确定许用应力由教材 机械设计 表 10-1 确定以下参数：表4-2 低速级齿轮材料及许用应力齿轮热处理方式齿面硬度/mpa/mpa小齿轮调质280600500大齿轮调质240500380由表 14-1-100，取安全系数sh= 1 ，sf= 1.4 。则许用应力为： 600 mpa 550 mpa 357.14 mpa 271.43 mpa(2) 按齿面接触强度设计设齿轮按 8 级精度制造，由教材 机械设计 表 10-2 得载荷系数k= 1.3 ，由表 10-7 得齿宽系数d= 1 ，由表 10-5 可得弹性系数ze= 189.8 。小齿轮传递的（输入）转矩：t2=282.60*103nmm (注意单位换算)小齿轮分度圆直径： 89.98 mm。齿数取z1= 24 ，z2=i1z1 73 ，故实际传动比i1=z2/ z1= 3.04 。齿宽 90 mm（圆整）。取大齿轮齿宽b2= 90 mm，为补偿安装误差，取小齿轮齿宽b1=b2+(510) = 96 mm。模数m=d1t/z1= 3.75 ，按表 15-2 ，取标准模数m= 4 ，实际分度圆直径 96 mm， 292 mm，中心距 194 mm。(3) 验算齿轮弯曲强度由教材 机械设计 图/表 10-17 ，取齿形系数yfa1= 2.65 , yfa2= 2.25 ，应力修正系数ysa1= 1.58 ，ysa2= 1.76 。判断： 89.02 f1判断： 84.19 f2满足条件，安全。 (4) 齿轮的圆周速度 0.58 m/s。对照表 15-35 可知，选着 8 级精度是合适的。4.3 传动齿轮的主要参数表4-3 传动齿轮的主要参数高速级低速级齿数 z241012473中心距a /mm156.25194模数 m /mm2.54齿宽b /mm62569690分度圆直径d/mm60252.596292齿顶高ha /mm2.52.544齿根高hf /mm3.1253.12555齿高h /mm5.6255.62599齿顶圆直径da /mm65257.5104300齿根圆直径df /mm53.75246.2586282五、轴的结构设计计算5.1 高速轴的计算（1轴）根据表 15-1 得，高速轴材料为： 45号钢 ，热处理方式： 调质 ，许用弯曲应力-1b= 60 mpa。(1) 初估轴径初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表 15-3 得常数a0= 120 23.34 mm考虑到键槽的作用，轴径增加3%为 24.04 mm，圆整后暂取d1= 30 mm。(2) 轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下图（结构草图,标注轴段，用充分的文字说明支撑计算结果）： 表5-1 高速轴径向尺寸确定轴段直径d /mm确定方法说明d1=30初估轴径的圆整值d2=35d1+（34）c1(密封圈决定)根据轴肩，c1=1.6d3=40轴承内径6208d4=48d3+（34）c2根据轴肩，c2=2.0d5=70比齿顶圆大12m齿顶圆da=65mmd6=48与d4相等d7=40轴承内径6208(3) 轴的轴向尺寸设计 轴的结构图如下（结构草图,标注轴段长度及支撑点距离，表格内用充分的文字说明支撑计算结果）： 经验值的计算与选取：轴承端盖至箱外传动件间的距离l= 18.4 箱座壁厚d= 8 联接螺栓至外箱壁的距离c1= 16 ；至凸缘边距离c2= 14 轴承座宽度l=c1+c2+d+(510)= 45 齿轮至机体内壁的距离d2= 10 大齿轮齿轮端面的距离d3= 12 轴承内侧至箱体内壁的距离d4= 12 （指导书38页图5-12）表5-2 高速轴轴向尺寸确定轴段长度l /mm确定方法说明l1=48根据已有的数据课程设计指导书94表格l2=43l+e+l-轴承宽-d4e是端盖厚度l3=32轴承宽b6208l4=110d3+中速轴小齿宽+d2高速轴齿宽差/2-低速轴齿宽差/22l5=62小齿轮宽l6=8d22l7=32轴承宽b6208l1=62l7-b/2+l6+l5/2l2=164l3-b/2+l4+l5/2l3=76b/2+l2+l1/25.2 中间轴的计算（2轴）根据表 15-1 得，中间轴材料为：45号钢，热处理方式： 调质 ，许用弯曲应力-1b= 60 mpa。(1) 初估轴径初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表 15-3 得常数a0= 120 37.12 mm(2) 轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下图（结构草图,标注轴段，用充分的文字说明支撑计算结果）： 表5-3 中间轴径向尺寸确定轴段直径d /mm确定方法说明d1=40轴承内径6308d2=44d1+2(13)d3=50d2+(34）c3c3=2.0d4=44d2d5=40轴承内径6308(3) 轴的轴向尺寸设计 轴的结构图如下（结构草图,标注轴段长度及支撑点距离，表格内用充分的文字说明支撑计算结果）： 经验值的计算与选取：轮毂宽度与轴段长度之差d= 1 （指导书38页图5-10）齿轮至机体内壁的距离d2= 10 大齿轮齿轮端面的距离d3= 12 轴承内侧至箱体内壁的距离d4= 12 （指导书38页图5-12）表5-4中间轴轴向尺寸确定轴段长度l /mm确定方法说明l1=49b+d+d2+d4+高速轴齿宽差/2b为轴承宽l2=55中速轴大齿宽-dl3=9d3-低速轴齿宽差/2l4=95中速轴小齿宽-dl5=46d2+d4+d+bl1=64.5l1-b/2-d+中速轴大齿宽/2l2=85高大齿宽/2+l3+低小齿宽/2l3=81.5低速小齿宽/2+b/2+d2+d45.3 低速轴的计算（3轴）根据表 15-1 得，低速轴材料为： 45号钢 ，热处理方式： 调质 ，许用弯曲应力-1b= 60 mpa。(1) 初估轴径初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表 15-3 得常数a0= 120 52.83 mm考虑到键槽的作用，轴径增加3%为 54.42 mm，圆整后暂取d1= 55 mm。(2) 轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下图（结构草图,标注轴段，用充分的文字说明支撑计算结果）： 表5-5 低速轴径向尺寸确定轴段直径d /mm确定方法说明d1=55初估直径值d2=65d1+(34)c4c4=2.5d3=70轴承内径6014d4=78d3+(34)c5c5=2.5d5=88d4+(34)c6c6=2.5d6=78d4d7=70轴承内径6014表5-6 所选用联轴器的主要参数型号公称转矩tn /nm许用转速n /mm轴孔直径d /mm轴孔长度l /mm轴孔长度l1 /mmhl4125040005511284dd1d2ba195(3) 轴的轴向尺寸设计 轴的结构图如下（结构草图,标注轴段长度及支撑点距离，表格内用充分的文字说明支撑计算结果）： 经验值的计算与选取：轴承端盖至箱外传动件间的距离l= 18 箱座壁厚d= 8 联接螺栓至外箱壁的距离c1= 16 ；至凸缘边距离c2= 14 轴承座宽度l=c1+c2+d+(510)= 45 齿轮至机体内壁的距离d2= 10 大齿轮齿轮端面的距离d3= 12 轴承内侧至箱体内壁的距离d4= 12 （指导书38页图5-12）表5-7 低速轴轴向尺寸确定轴段长度l /mm确定方法说明l1=82根据已有的数据课程设计指导书94表格l2=43l+e+l-轴承宽b-d4e端盖厚度l3=34b+d4+2l4=72中速轴大齿宽+d2+d3+高速齿宽差/2-l5-2l5=71.4hh=（d5-d4）/2l6=89低速轴齿轮宽-dl7=46b+d2+d4+低速轴齿宽差/2+dl1=94l1/2+l2+b/2l2=148b/2+l4+l5+低速轴齿宽/2l3=80l7-b/2+l6-低速轴齿宽/2六、轴的强度校核6.1 高速轴校核轴的受力分析如下图： (1) 齿轮的受力 2341 n； 852.05 n(2) 水平面内轴承约束力(3) 竖直面内轴承约束力(4) 弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图竖直面内弯矩图扭矩图(5) 合成弯矩（考虑最不利的情况下）带轮的压轴力fp在支点产生的反力 弯矩图合成弯矩 208991.96 nmm （注意单位换算）(6) 按第三强度理论校核 13.73 mpa 满足强度要求。6.2 中间轴校核轴的受力分析如下图： (1) 齿轮的受力大齿轮 2238.4 n； 814.71 n小齿轮 5887.5 n；2142.87 n(2) 水平面内轴承约束力(3) 竖直面内轴承约束力(4) 弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图竖直面内弯矩图扭矩图最危险截面的合成弯矩 373622.82 nmm （注意单位换算）(5) 按第三强度理论校核 50.55 mpa 满足强度要求。6.3 低速轴校核轴的受力分析如下图： (1) 齿轮的受力 5583.63 n； 2032.28 n(2) 水平面内轴承约束力(3) 竖直面内轴承约束力(4) 弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图竖直面内弯矩图扭矩图最危险截面的合成弯矩 308565.99 nmm （注意单位换算）(5) 按第三强度理论校核 13.91 mpa 满足强度要求。七、校核轴承寿命表7-1 所选用的轴承主要参数轴名称轴承代号d / mmd / mmb /mmcr / kn高速轴620840801829.5中间轴630840902340.8低速轴6014701102038.5 轴承设计要求寿命 43800 h6.1 高速轴根据轴的受力情况可知，高速轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 7 ， 1807.80 n。 150876.78 h 满足要求。6.2 中间轴根据轴的受力情况可知，中间轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 5 ， 4584.34 n。 102557.11 h 满足要求。6.3 低速轴根据轴的受力情况可知，低速轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 7 ， 3857.07 n。 433905.36 h 满足要求。八、键连接的选择和计算本设计减速器共需键：5 个。表8-1 键的主要参数轴名安装直径 d / mm类型h / mmb /mm轮毂长度/ mm键长l /mm高速轴30普通平键a型8104840中间轴44普通平键a型914707044普通平键a型91410090低速轴78普通平键a型14229080普通平键a型101670九、箱体的设计表9-1 铸铁减速器箱体的主要结构尺寸（mm）名称符号尺寸机座壁厚d8机盖壁厚d18机座凸缘厚度b12机盖凸缘厚度b112机座底凸缘厚度b220地脚螺钉直径df20地脚螺钉数目n4轴承旁联接螺栓直径d116盖与座联接螺栓直径d210连接螺栓d2的间距l150轴承端盖螺钉直径d38窥视孔盖螺钉直径d46定位销直径d8df, d1, d2至外机壁距离c116df, d2至凸缘边缘距离c214轴承旁凸台半径r114凸台高度h50外机壁与轴承座端面距离l138大齿轮端面圆与内机壁距离d110齿轮端面与内机壁距离d210机盖，机座筋厚m1,m6.8