机械设计课程设计带式输送机传动装置的设计.docx

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机械设计课程设计带式输送机传动装置的设计

课程设计说明书

课程名称：

一级V带直齿轮减速器

设计题目：

带式输送机传动装置的设计

院系：

机械工程系

学生姓名：

学号：

2009年3月1日

课程设计任务书

设计题目_带式输送机传动装置的设计__学生姓名_彭亚南_所在院系_机械工程系_专业、年级、班_06汽车

（2）班__设计要求：

输送机连续工作，单向运转，载荷较平稳，两班制工作，使用期限10年，小批量生产。

允许输送带速度误差为±５％。

输送带拉力F=2.5kN；输送带速度V=1.7m/s；滚筒直径D=300mm。

__学生应完成的工作：

1．编写设计计算说明书一份。

2．减速器部件装配图一张（A0或A1）；

3．绘制轴和齿轮零件图各一张。

__参考文献阅读：

1.《机械设计》课程设计指导书

2.《机械设计》图册

3.《机械设计手册》

4.《机械设计》__工作计划：

1.设计准备工作

2.总体设计及传动件的设计计算

3.装配草图及装配图的绘制

4.零件图的绘制

编写设计说明书__任务下达日期：

2009年2月15日

任务完成日期：

2009年3月1日

指导教师（签名）：

学生（签名）：

彭亚南_

_

带式输送机传动装置的设计

摘要：

齿轮传动是应用极为广泛和特别重要的一种机械传动形式，它可以用来在空间的任意轴之间传递运动和动力，目前齿轮传动装置正逐步向小型化，高速化，低噪声，高可靠性和硬齿面技术方向发展，齿轮传动具有传动平稳可靠，传动效率高（一般可以达到94%以上，精度较高的圆柱齿轮副可以达到99%），传递功率范围广（可以从仪表中齿轮微小功率的传动到大型动力机械几万千瓦功率的传动）速度范围广（齿轮的圆周速度可以从0.1m/s到200m/s或更高，转速可以从1r/min到20000r/min或更高），结构紧凑，维护方便等优点。

因此，它在各种机械设备和仪器仪表中被广泛使用。

本文设计的就是一种典型的一级圆柱直齿轮减速器的传动装置。

其中小齿轮材料为40Cr（调质），硬度约为240HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度约为215HBS，齿轮精度等级为8级。

轴、轴承、键均选用钢质材料。

关键词：

减速器、齿轮、轴、轴承、键、联轴器

目录

机械设计课程设计计算说明书

1.

一、课程设计任务书…………………………………1

二、摘要和关键词……………………………………………2

2.

一、传动方案拟定………………………………………………3

各部件选择、设计计算、校核

二、电动机选择…………………………………………………3

三、计算总传动比及分配各级的传动比………………………4

四、运动参数及动力参数计算…………………………………6

五、传动零件的设计计算………………………………………7

六、轴的设计计算………………………………………………10

七、滚动轴承的选择及校核计算………………………………12

八、键联接的选择及校核计算…………………………………13

九、箱体设计……………………………………………………14

《机械设计》课程设计

设计题目：

带式输送机传动装置的设计

内装：

1.设计计算说明书一份

2.减速器装配图一张（A）

3.轴零件图一张（A）

4.齿轮零件图一张（A）

机械工程系06汽车

（2）班级

设计者：

彭亚南

指导老师：

苗晓鹏

完成日期：

2009年3月1日

成绩：

_________________________________

安阳工学院

计算过程及计算说明

一、传动方案拟定

（1）工作条件：

使用年限10年，工作为二班工作制，单向运转，小批量生产，载荷平稳，环境清洁。

（2）原始数据：

滚筒圆周力F=2.5kN；带速V=1.7m/s；

滚筒直径D=300mm。

二、电动机选择

1、电动机类型的选择：

Y系列三相异步电动机

2、电动机功率选择：

（1）传动装置的总功率：

η总=η带×η3轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒

=0.96×0.983×0.97×0.99×0.96

=0.83

（2）电机所需的工作功率：

P工作=FV/（1000η总）

=2500×1.7/（1000×0.83）

=5.12KW

3、确定电动机转速：

计算滚筒工作转速：

n筒=60×1000V/πD

=60×1000×1.7/π×300

=108.2r/min

按手册P7表1推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I’a=3~6。

取V带传动比I’1=2~4，则总传动比理时范围为I’a=6~24。

故电动机转速的可选范围为n’d=I’a×n筒

n筒=（6~24）×108.2=649.4~2597.4r/min

符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。

根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：

因此有三种传支比方案：

由《机械设计手册》查得。

综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第3方案比较适合，则选n=1000r/min 。

4、确定电动机型号

根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y13M2-6

。

其主要性能：

额定功率：

5.5KW，满载转速960r/min，

三、计算总传动比及分配各级的传动比

1、总传动比：

i总=n电动/n筒=960/108.2=8.87

2、分配各级伟动比

（1）据指导书P7表1，取齿轮i带=2.3（V带传动比I’1=2~4合理）

（2）∵i总=i齿轮×i带

∴i齿轮=i总/i带=8.87/2.3=3.86

四、运动参数及动力参数计算

1、计算各轴转速（r/min）

nI=n电机=960r/min

n

=nI/i带=960/2.3=417.39（r/min）

n

=n

/i齿轮=417.39/3.86=108.13（r/min）

2、计算各轴的功率（KW）

P

=P工作×η带=5.12×0.96=4.92KW

P

=P

×η轴承×η齿轮=4.92×0.98×0.97=4.67KW

P

=P

×η轴承×η联轴器=4.67×0.97×0.99=4.48KW

3、计算各轴扭矩（N·mm）

T工作=9550×5.12/960=50.93

T

=T工作×η带×i带=50.93×2.3×0.96=112.6N·m

T

=T

×i齿轮×η轴承×η齿轮

=112.6×3.86×0.98×0.97=412.45N·m

T

=T

×η轴承×η联轴器

=412.45×0.97×0.99=395.67N·

五、传动零件的设计计算

1.确定计算功率PC

由课本表8-7得：

kA=1.1

PC=KAP=1.1×5.5=6.05KW

2.选择V带的带型

根据PC、n1由课本图8-10得：

选用A型

3.确定带轮的基准直径dd并验算带速v。

1）初选小带轮的基准直径dd1由课本表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径dd1=100mm。

2）验算带速v。

按课本式（8-13）验算带的速度

v=πdd1n1/（60×1000）

=π×100×1000/（60×1000）=5.24m/s

在5-30m/s范围内，带速合适。

3）计算大齿轮的基准直径。

根据课本式（8-15a），计算大带轮的基准直径dd2

dd2=i带·dd1=2.3×100=230mm

由课本表8-8，圆整为dd2=250mm

4.确定带长和中心矩

1）根据课本式（8-20），初定中心距a0=500mm

2）由课本式（8-22）计算带所需的基准长度

Ld0≈2a0+π（dd1+dd2）/2+（dd2-dd1）2/（4a0）

=2×500+3.14×（100+250）/2+（250-100）2/（4×500）≈1561mm

由课本表8-2选带的基准长度Ld=1400mm

按课本式（8-23）实际中心距a。

a≈a0+（Ld-Ld0）/2=500+（1400-1561）/2=425mm

5.验算小带轮上的包角α1

α1=1800-（dd2-dd1）/a×57.30

=1800-（250-100）/427×57.30

=1520>900（适用）

5.确定带的根数z

1）计算单根V带的额定功率pr。

由dd1=100mm和n1=1000r/min根据课本表8-4a得

P0=0.988KW

根据n1=960r/min，i带=3.4和A型带，查课本表（5-6）得△P0=0.118KW

根据课本表8-5得Ka=0.91

根据课本表8-2得KL=0.99

由课本P83式（5-12）得

Pr=（P0+△P0）×Ka×KL=（0.988+0.118）×0.91×0.99=0.996kw

2）计算V带的根数z。

z=PCa/Pr=6.05/0.996=6.07圆整为7根

7.计算单根V带的初压力的最小值（F0）min

由课本表8-3得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m，由式（5-18）单根V带的初拉力：

（F0）min=500（2.5-Ka）PCa/zvKa+qV2

=[500×（2.5-0.91）×6.05/（0.91×7×5.24）+0.1×5.242]N

=147N

应使带的实际初拉力F0>（F0）min。

8.计算压轴力Fp

压轴力的最小值为

（Fp）min=2z（F0）minsin（α1/2）

=2×7×147×sin（146°/2）=1968N

2、齿轮传动的设计计算

1选定齿轮材料及精度等级及齿数

1）机器为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。

2）材料选择。

由表课本表10-1选择小齿轮和大齿轮材料为45钢（调质）硬度为280HBS。

3）选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=24×3.86=92.64，取93。

2按齿面接触疲劳强度设计

由设计计算公式（10-9a）

d1≥2.32（KT1（u+1）ZE2/φdu[σH]2）1/3

（1）确定公式内的各计算数值

1）试选载荷系数Kt=1.3

2）计算小齿轮传递的转矩

T1=9.55×106×P1/n1

=95.5×106×4.92/342.86=137041N·mm

3）由课本表10-7选取齿款系数φd=1

4）由课本表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa1/2

5）由课本tu10-21按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa；打齿轮的接触疲劳强度极限σHlim2=550MPa；

6）由课本式10-13计算应力循环次数NL

NL1=60n1jLh=60×342.86×1×（16×300×10）

=9.874×108

NL2=NL1/i=9.874×108/3.86=2.558×108

7）由图课本10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.96KHN2=0.98

8）计算解除疲劳许用应力。

取失效概率为1%，安全系数S=1.0

[σH]1=KHN1σHlim1/S=0.96×600/1.0Mpa

=576Mpa

[σH]2=KHN2σHlim2/S=0.98×550/1.0Mpa

=539Mpa

（2）计算

1）试算小齿轮分度圆直径dd1，代入[σH]较小的值

dd1≥2.32（KT1（u+1）ZE2/φdu[σH]2）1/3

=2.32×[1.3×1.37×105×（3+1）×189.82/（3.86×5392）]1/3

=71.266mm

2）计算圆周速度v。

v=πdd1n1/（60×1000）=3.14×71.266×342.86/（60×1000）=1.28m/s

3）计算齿宽b。

b=φdd1=1×71.266mm=71.266mm

4）计算齿宽与齿高之比b/h。

模数：

m=d1/Z1=71.266/24=2.969mm

齿高：

h=2.25m=2.25×2.969=6.68mm

b/h=10.67

5）计算载荷系数。

根据v=1.28m/s，7级精度，由课本图10-8查得动载荷系数Kv=1.07；

直齿轮，KHa=KFa=1：

由课本表10-2查得KA=1

由课本表10-4用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，KHβ=1.316

由b/h=10.67，KHβ=1.316查课本表10-13得KFβ=1.28：

故载荷系数

K=KA×KV×KHa×KFβ=1×1.07×1×1.316=1.408

6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由课本式（10-10a）

d1=d1t（K/Kt）1/3=71.266×（1.408/1.3）1/3=73.187mm

7）计算模数m：

m=dd1/z1=73.187/24=3.05mm

3.按齿根弯曲强度设计

由课本式（10-5）得弯曲强度的设计公式

m≥[2KT1YFaYSa/（φdz12σF）]1/3

（1）确定公式内的各计算数值

1）由课本图10-20查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE1=500MPa；大齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE2=380MPa

2）由课本图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.85KFN2=0.88

3）计算弯曲疲劳许用应力。

取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由课本式（10-12）得

[σF]1=KFN1σFE1/S=0.85×500/1.4=303.57MPa

[σF]2=KFN2σFE2/S=0.88×380/1.4=238.86MPa

4）计算载荷系数K

K=KA×KV×KFa×KFβ=1×1.07×1×1.28=1.37

5）取齿形系数。

由课本表10-5查得YFa1=2.65YFa2=2.226

6）查取应力校正系数

由课本表10-5查得YSa1=1.58YSa2=1.764

7）计算大、小齿轮的YFaYSa/[σF]

YFa1YSa1/[σF]1=2.65×1.58/303.57=0.01379

YFa2YSa2/[σF]2=2.226×1.764/238.86=0.01644

大齿轮的数值大。

8）设计计算

m≥[2×1.37×1.37×105×0.01644/（1×242）]1/3

=2.2mm

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数m的大小重腰取决于弯曲强度的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数2.2并就近圆整为标准值m=2.5mm，按接触强度的的分度圆直径d1=73.187，算出小齿轮的齿数z1=d1/m=73.187/2.5=30

大齿轮的齿数z2=3.86×30=116

这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。

4.几何尺寸计算

（1）计算分度圆直径d1=z1m=30×2.5=75mm

d2=z1m=116×2.5=290mm

（2）计算中心距a=（d1+d2）/2=（75+290）/2=183mm

（3）计算齿轮宽度b=φdd1=1×75=75mm取B2=75mm，B1=80mm

六、轴的设计计算

输出轴的设计计算

1、两轴输出轴上的功率P、转数n和转矩T

P

输=4.67×0.98=4.58kw

n2=n1/i=417.39/3.86=108.13r/min

T2=397656N·mm

P

输=4.92×0.98=4.82kw

n1=417.39r/min

T1=100871N·mm

2、求作用在齿轮上的力

因已知低速大齿轮的分度圆直径为d2=355mm

Ft2=2T2/d2=2×397656/355=2011N

Fr2=Ft2tan20°=2011×0.3642=825N

因已知低速大齿轮的分度圆直径为d1=84mm

Ft1=2T1/d1=2×100871/84=2401N

Fr1=Ft1tan20°=2401×0.3642=729N

4、初步确定轴的最小直径

先按课本式（15-2）初步估算轴的最小直径。

选取的材料为45钢，调制处理。

根据课本表15-3，取A0=112，于是得

dmin2=A0（P

输/n2）1/3=112×（4.58/108.13）1/3=39.04mm

dmin1=A0（P1输/n1）1/3=112×（4.82/417.39）1/3=25.32mm

5、联轴器的选择

为了使所选输出轴的最小直径与联轴器的孔相适应，故选联轴器的型号。

联轴器的计算转矩Tca=KAT2,查课本表14-1，考虑到转矩变化很小，故取KA=1.3，则

Tca=KAT2=1.3×397656=516952.8N·mm

按照计算转矩Tca应小于联轴器工程转矩条件，查《机械设计手册》，选用HL3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为630000N·mm。

联轴器的孔径d1=38mm，半联轴器长度L=82mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=58mm。

6、轴承的选择

初步选择滚动轴承。

因轴承只受径向力的作用，故选用深沟球轴承。

参照工作要求，由轴承产品目录中初步取0基本轴隙组、标准京都记得深沟球轴承213，其尺寸d×D×T=65mm×120mm×23mm。

7、轴上零件的周向定位

齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。

由课本表6-1查得平键截面b×h=20mm×12mm，键槽用键槽铣刀加工，长为63mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮毂与轴配合为H7/n6；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为12mm×8mm×50mm，半联轴器与轴的配合为H7/k6.

8、确定轴上圆角尺寸

参考课本表15-2，取轴端倒角为2×45°。

9、求轴上的载荷

1轴

2轴

按弯矩合成应力校核轴的强度

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。

根据课本式（15-5）及上图的数据，以及轴单向旋转，扭矩切应力为脉动循环变应力，取α=0.6，轴的计算应力

σca1=[M12+（αT1）2]1/2/W=[81263.382+（0.6×100871）2]1/2/（1×843）

=0.29MPa

σca2=[M12+（αT2）2]1/2/W=[76462.382+（0.6×397656）2]1/2/33656.9

=6.28MPa前已选定轴的材料为45钢，调制处理，由课本表15-1查得[σ-1]=60MPa。

因此σca1＜σca2＜[σ-1]，故安全。

七、滚动轴承的选择及校核计算

根据根据条件，轴承预计寿命

16×360×10=576000小时

1、计算输入轴承

（1）已知nI=417.39r/minn

=108.13r/min

（2）计算当量载荷P1、P2

根据课本P263表（11-9）取fP=1.5

根据课本P262（11-6）式得

PI=fPxFr1=1.5×（1×1039）=1558.5N

P

=fPxFr2=1.5×（1×977.5）=1466.25N

（3）轴承寿命计算

∵深沟球轴承ε=3

Lh=106C3/（60nP3）

Lh1=106C3/（60nP13）=106×[44.8×106]3/[60×320×（1.5×1558.5）3]

=3.67×1014h>57600h

Lh2=106C3/（60nP23）=106×[44.8×106]3/[60×70.8×（1.5×1466.25）3]

=1.99×1015h>57600h

∴预期寿命足够

八、键联接的选择及校核计算

由课本式（6-1）

σp=2T×103/（kld）

确定上式中各系数

T

=100.871N·m

T

=397.656N·m

k1=0.5h1=0.5×12mm=6mm

k2=0.5h2=0.5×8mm=4mm

l1=L1-b1=63mm-12mm=51mm

l2=L2-b2=50mm-12mm=38mm

d1=70mm

d2=38mm

σp1=2T

×103/（k1l1d1）=2×74.22×103/（6×51×70）

=6.93MPa

σp2=2T

×103/（k2l2d2）=2×315.51×103/（4×38×38）

=109.24MPa

由课本表6-2[σp]=100-120

所以σp1≤[σp]σp2≤[σp]满足要求

九、箱体设计

名称

符号

尺寸（mm）

机座壁厚

δ

9

机盖壁厚

δ1

9

机座凸缘厚度

b

13

机盖凸缘厚度

b1

13

机座底凸缘厚度

b2

22

地脚螺钉直径

df

22

地脚螺钉数目

n

4

轴承旁联结螺栓直径

d1

16

机盖与机座联接螺栓直径

d2

12

联轴器螺栓d2的间距

l

150

轴承端盖螺钉直径

d3

8

窥视孔盖螺钉直径

d4

6

定位销直径

d

8

df，d1,d2至外机壁距离

C1

26,22,16

df，d2至凸缘边缘距离

C2

25,15

轴承旁凸台半径

R1

24

凸台高度

h

根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准

外机壁至轴承座端面距离

l1

60

大齿轮顶圆与内机壁距离

△1

10

齿轮端面与内机壁距离

△2

10

机盖、机座肋厚

m1,m

7，7

轴承端盖外径

D2

160，160

轴承端盖凸缘厚度

t

8

轴承旁联接螺栓距离

s

尽量靠近，以Md1和Md2互不

干涉为准，一般s=D2

η总=0.83

P工作=5.12KW

n滚筒

=108.2r/min

电动机型号

Y132M2-6

i总=8.87

据手册得

i齿轮=3.86

i带=2.3

nI=960r/min

n

=417.39r/min

n

=108.13r/min

P

=4.92KW

P

=4.67KW

P

=4.48KW

T

=112.6N·m

T

=412.15N·mT

=395.67N·m

V=5.24m/s

dd2=340mm

取标准值

dd2=355mm

Ld=1600mm

取a0=500

Z=7

F0=147N

（Fp）min=1968N

i齿=3.86

Z1=24

Z2=77

T1=137041N·mm

αHlimZ1=600Mpa

αHlimZ2=550Mpa

NL1=9.874×108

NL2=2.558×108

KHN1=0.96

KHN2=0.98

[σH]1=576Mpa

[σH]2=539Mpa

d1=71.266mm

m=2.5mm

YFa1=2.65

YSa1=1.58

YFa2=2.226

YSa2=1.764

m≥2.22mm

d1=75mm

d2=290mm

a=183m