课程设计说明书

课 程 名 称: 机械设计课程设计 课 程 代 码: 8205281 题 目: 带式运输机的减速传动装

置设计

学 生 姓 名: 学 号:

年级/专业/班: 09级设计制造及自动化5班 学院(直属系) : 机械工程与自动化学院 指 导 教 师: 秦小屿

目 录

摘要------------------------------------------------------2 第一部分 传动装置的总体设计------------------------------3 第二部分 传动零件的设计计算------------------------------8 第三部分 轴的设计----------------------------------------19 第四部分 轴承和键的校核----------------------------------27 第五部分 主要尺寸及数据----------------------------------30 结论------------------------------------------------------33 参考文献--------------------------------------------------34

摘 要

机械设计课程设计是《机械设计》课程最后一个重要的实践性教学环节，是机械类专业的主干技术基础课。是学生入学以来第一次较为全面的设计能力综合训练。通过这一训练过程有助于学生建立工程观点，培养正确的设计思想，使学生掌握设计机械传动装置和一般机械的能力。对后续专业课程的学习、毕业设计以及今后从事设计工作奠定扎实的基础具有重要的意义。培养理论联系实际的设计思想和工作作风，培养学生综合运用各种机械零件和机构的基本知识，以及其他先修课程的理论知识，结合生产实际，解决工程问题的能力。巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。习和掌握通用机械零、部件、机械传动装置或简单机械的基本设计方法和程序，包括制定设计方案，合理选择传动机构和零、部件，正确计算零件工作能力、确定基本参数和尺寸，合理选择材料、热处理方式、精度等级，合理进行结构设计以及较全面地考虑制造、安装工艺、经济成本和使用维护保养方面的要求等等。

本次设计的题目是带式运输机的减速传动装置设计。根据题目要求和机械设计的特点作者做了以下几个方面的工作：①决定传动装置的总体设计方案；②选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数；③传动零件以及轴的设计计算，轴承、联接件、润滑密封和联轴器的选择及校验计算； ④ 机体结构及其附件的设计和参数的确定；⑤绘制装配图及零件图，编写计算说明书。

关键字：机械设计 减速器 运输机 参数 设计方法

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书

计算及说明 第一部分一、传动方案分析任务书，传动系统的组成情况：原动机→传动部分→从动机。原动机： 电动机；传动部分：带传动、链传动、减速

器；从动机：带式运输机。满足工作 机性能要求的传动方案， 可以由不同的传动机构类型以及不同的组合形式和布置 顺序构成。拟定可能的方案： (1).电机→联轴器→减速器→联轴器→带式运输机 (2).电机→带传动→减速器→联轴器→带式运输机 (3).电机→带传动→减速器→链传动→带式运输机 (4).电机→联轴器→减速器→链传动→带式运输机 从减少占地空间，简化结构，工作可靠，成本低廉考虑。如果选择链传动则运 转不均匀有冲击。因此(1)和(2)较好。我在这里选择第二种传动方案。因为带传 动的传动比较平稳，能缓冲减振。 方案简图如下：

结果

传动装置的总体设计

确定了传动方案 ，减速器的类型 为二级展开式圆 柱斜齿轮减速器

二、减速器的选择根据指导书上给的减速器的主要类型和应用特点，我选择二级圆柱斜齿轮减 速器。斜齿轮的传动平稳性较直齿轮传动好。齿轮的布置为同轴式，两级大 齿轮的直径接近，有利于侵油润滑。 其结构加图如下：

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机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书

三、电动机的选择1、选择电动机的类型 电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结 构复杂，价格较高，维护比较不便，故不选用。生产单位一般用三相交流电源。 交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。 异步电动机有笼型和绕线性。 其中 普通笼型异步电动应用最多。 综上要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压 380V,Y 型。 2、选择电动机的容量 有电动机至运输带的传动总效率为：

a 1 2 3 44 2

1、 2、 3、 4 分别是滚动轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率 1 滚动轴承的传动效率(每对) ,其范围是 0.97-0.99,此处取 0.98。

2 齿轮的传动效率为 0.99。

3 联轴器的传动效率，其范围是 0.97-0.99,此处取 0.97。 4 卷筒的传动效率，其范围是 0.94-0.97,由于工作条件比较差，此处取 0.94。

代入各数据: a 0 . 98 0 . 99 0 . 97 0 . 94 0 . 8234 2 2

a

=0.823

所以

d

F V 1000 a

4450 0 . 7 1000 0 . 823

3 . 78 KW

d 3 . 78 KW

-4-

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书

w

F V 1000

4450 0 . 7 1000

3 . 115 KW

w 3 . 115 KW

3、确定电动机的转速 卷筒轴的工作转速为

n

60 1000 V

D

60 1000 0 . 7

500

26 . 75 r

min

n=26.75r/min

按指导书表一，查二级圆柱齿轮减速器的传动比 i11 8 ~ 40 ,V 带的传动比i a 16 ~ 1601

,总传动比 n ’ i a1 n (16 ~ 160 ) 26 . 75 ( 428 ~ 4280 ) r d

min

,

符合

这一范围的同步转速有 750、1000、1500r/min. 根据容量和转速，有指导书 取型号：Y112M-4P145

查出

电动机型号 Y112M-4

-5-

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书

四、确定传动装置的总传动比和分配传动比电动机型号为 Y112M-4 1、总传动比 i a nm n

n m 1440 r1440 26.75

min

53.8

2、分配传动装置传动比 初选 v 带的传动比 i 0 3 ,则减速器的传动比 i12 17 . 93 。 按展开式布置，查指导书 P17 图 12 选取减速器 i1 5 . 2 , i 2 3 . 4 。

五、计算传动装置的运动和动力参数1、计算各轴转速 轴1n1 nm i0 1440 3 480 rn 1 480 r / min

min

轴2n2 n1 i1 480 5 .2 92 . 3 rn 2 92 . 3 r / min

min

轴3

-6-

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书

n3

n2 i2

92 . 3 3 .4

27 . 14 r

n 3 27 . 14 r / minmin

2、计算各轴输入功率 轴1 轴2 轴3 卷筒轴P1 Pd 01 3 . 78 0 . 94 3 . 553 k WP1 3 . 553 kW P2 43 . 447 kW

P2 P1 12 3 . 553 0 . 98 0 . 99 3 . 447 kWP3 P2 23 3 . 447 0 . 98 0 . 99 3 . 344 kW P4 P3 34 3 . 344 0 . 97 0 . 98 3 . 148 kW

P3 3 . 344 kWP4 3 . 148 kW

3、计算各轴输入转矩 电动机输出转矩 1-3 轴的输入转矩 轴1 轴2 轴3T1 T d i 0 01 25 . 07 3 0 . 94 70 . 69 N mT1 70 . 69 N m T 2 356 . 68 N mT d 9550 Pd nm 9550 3 . 78 1440 25 . 07 N m

T d 25 . 07 N m

T 2 T1 12 i1 70 . 69 0 . 98 0 . 99 5 . 2 356 . 68 N mT 3 T 2 * 23 * i 2 356 . 68 0 . 98 0 . 99 3 . 4 1176 . 57 N m

T 3 1176 . 57 N m

卷筒轴输入转矩T 4 T 3 * 34 1176 . 57 0 . 98 0 . 97 1118 . 45 N mT 4 1118 . 45 N m

1-3 轴的输出转矩则分别为各轴的输入转矩乘轴承效率 0.98 运动和动力参数计算结果整理与下 轴名 效率 P(kW) 输入 电机轴 轴1 轴2 轴3 卷筒轴 3.553 3.447 3.344 3.178 输出 3.78 3.419 3.378 3.277 3.114 转矩 T(N*m) 输入 70.69 356.68 1176.57 1118.45 输出 25.07 69.28 349.56 1153.04 1096.08 转速 n(r/min) 1440 480 92.3 27.14 27.14

-7-

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书

第二部分一、v 带轮的设计1、 确定计算功率

传动零件的设计计算

查课本 P156 表 8-7 得： K A 1 . 2Pca k A P 1 . 2 4 4 . 8 ,式中

为工作情况系数， p 为传递的额定功率,

既电机的额定功率。 2、 选择 v 带型号 根据 Pca 4 . 8 , n 1 ,查课本 P161 表 8-10 选用带型为 A 型带。 3、 选取带轮基准直径 d d 1 , d d 2 查课本 P155 表 8-6 和 P157 表 8-8 得小带轮基准直径 d d 1 100 mm ,则大带轮 基准直径 d d 2 i 0 d d 1 3 100 300 mm 。 4

、 验算带速 vV

d d 1n m60 1000

100 140060 1000

7 . 54 m / s 35 m / s

在 5~30m/s 范围内， V 7 . 54 m / s

故选 v 带速适合。

5、

确定中心距 a 和带的基准长度 由 于 , 所 以 初 步 选 取 中 心 距 a : ,初定中心距 a 0 500 mm ,所以带长, 表 8-2 选取基准长( d d 2 d d1 ) 4a0

a 0 1 . 25 ( d d 1 d d 2 ) 1 . 25 (100 300 ) 500Ld = 2a0

2

2

( d d1 d d 2 )

1674 . 6 mm .查课本 P146

度 L d 1600 mm 得实际中心距a a0 Ld Ld

2

462 mm

a 462 mm

中心距变化范围为 438-510mm。 6、验算小带轮包角 1 1 180

d d 2 d d1 a

180

153

,包角合适。

1 153

7、确定 v 带根数 z

-8-

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书

因 d d 1 100 mm ,带转速 n 0 1440 r / min ,传动比 i 0 3 。 查课本 P152 表 8-4a 得 p 0 1 . 32 k W 。根据 n 0 1440 r / min ,传动比 i 0 3 和 A 型带，查表 8-4b 得 p 0 0 . 17 kW 。

查课本 P155 表 8-5 得 K =0.926,表 8-2 得 K L 0 . 99 ,于是Pr ( P0 P0 ) K K L 1 . 37

Z=4

Z

p ca Pr

4 .8 1 . 37

3 .5

故选 Z=4 根带。 8、计算预紧力 F0 查课本 P149 表 8-3 可得 q 0 . 1kg / m ,故: 单根普通V带张紧后的初拉力为F 0 500 Pca zv ( 2 .5 k 1) qv2

F 0 141 . 5 N

4 . 8 500 4 7 . 54

(

2 .5 0 . 926

1) 0 . 1 7 . 54

2

141 . 5 N

9、计算作用在轴上的压轴力 F p 利用 P155 公式 8-24 可得:F p 2 z F 0 sin

F p 1010 N153 2 1010 N

12

2 4 141 . 5 sin

10、圆整 查课本 P157 表 8-8 大带轮的基准直径接近的为 315mm,则 i dd2 d d1 315 100 3 . 15 。

11、数据修正 总 传 动 比 i a 不 变 仍 为 53.8 。 带 传 动 的 传 动 比 i 0 3 . 15 , 则 减 速 器 的 传 动 比i12 17 . 079 。按展开式布置，查指导书 P17

图 12 选取减速器 i1 5 . 1 , i 2 3 . 35 。

计算各轴转速 轴1n1 nm i0 1440 3 . 15 457 . 14 r min

轴2

-9-

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书

n2

n1 i1

457 . 14 5 .1

89 . 64 r

min

轴3n3 n2 i2 89 . 64 3 . 35 26 . 75 r min

计算各轴输入转矩 电动机输出转矩 1-3 轴的输入转矩 轴1 轴2 轴3T1 T d i 0 01 25 . 07 3 . 15 0 . 94 74 . 23 N mT d 9550 Pd nm 9550 3 . 78 1440 25 . 07 N m

T 2 T1 12 i1 74 . 23 0 . 98 0 . 99 5 . 1 367 . 3 N mT 3 T 2 * 23 * i 2 367 . 3 0 . 98 0 . 99 3 . 35 1193 . 8 N m

卷筒轴输入转矩T 4 T 3 * 34 1193 . 8 0 . 98 0 . 97 1134 . 82 N m

1-3 轴的输出转矩则分别为各

轴的输入转矩乘轴承效率 0.98

二、 高速级减速齿轮设计1、齿轮材料，热处理及精度 考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用软齿面渐开线 斜齿轮 齿轮材料及热处理 (1) 材料：高速级小齿轮选用 4 5 钢调质，小齿轮齿面硬度 280HBS ,一 般小齿轮齿数取 20 到 40 齿，此取小齿齿数 Z 1 =26。 高 速 级 大 齿 轮 选 用 4 5 钢 正 火 ， 大 齿 轮 齿 面 硬 度 240HBS , 由Z 2 i 1 Z 1 5 . 1 26 132 . 6

,取 Z 2 =133.

(2) 齿轮精度 按 GB/T10095-1998,选择 7 级。 2、初步设计齿轮传动的主要尺寸 按齿面接触强度设计

- 10 -

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书3

d 1t

2 K t T1

d

u 1 u

(

ZHZE [ H

)

2

]

确定各参数的值: (1)试选 K t =1.6 查课本 P217 图 10-30 选取区域系数 Z H =2.438 由课本 P215 图 10-26 1 0 . 752

,

2 0 . 853

N 1 5 . 705 10 h8

则 0 . 752 0 . 853 1 . 615N 2 1 . 118 10 h8

(2)计算应力值环数 N 1 =60n 1 j L h =60×457.14×1×(2×8×260×5) =5.705× 10 8 hN2 N1 i1 5 . 705 10 5 .18

1 . 118 10 h8

(3)查课本 P207 10-19 图得：K 1 =1.03, K 2 =1.10 (4)齿轮的疲劳强度极限 取失效概率为 1%,安全系数 S=1,则 [ H ] 1 = [ H ] 2 =K HN 1 S K HN 2 SH lim 2 H lim 1

H 1 H 2

618 MPa 605 MPa

=1.03×600=618 MPa =1.1×550=605 MPa

许用接触应力[ H

] ([

H

]1 [

H

] 2 ) / 2 ( 618 605 ) / 2 611 . 5 MPa

1

(5)查课本由 P201 表 10-6 得： Z E =189.8 MPa 由 P205 表 10-7 得: d =1

2

T=95.5×10 5 × P1 / n 1 =95.5×10 5 ×3.533/457.14 =7.422×10 4 N.m

3.设计计算(1)小齿轮的分度圆直径 d 1 t3

d 1 t 46 . 54 mm

d 1t

2 K t T1

d

u 1 u

(

ZHZE [ H

)

2

]v 1 . 11 m

s

- 11 -

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书3

=

2 1 . 6 7 . 422 10 1 1 .6

4

5 .1 1 5 .1

(

2 . 433 189 . 8 611 . 5

)

2

46 . 54 mm

(2)计算圆周速度 d 1t n 160 1000

b 46 . 54 mm

3 . 14 46 . 54 457 . 14 60 1000

1 . 11 m / s

(3)计算齿宽 b 和模数 m nt 计算齿宽 b b= d d 1t =46.54mm 计算摸数 m n 初选螺旋角 =13 m ntd 1 t cos Z1 46 . 54 cos 13 26

m nt 1 . 62 mm

h 3 . 645 mm b / h 12 . 77

=

1 . 62 mm

(4)计算齿宽与高之比 b h 齿高 h=2.25 m nt =2.25×1.62=3.645 mmb h 46 . 54 3 . 645

=1.05

=12.77

(5)计算纵向重合度 =0.318 d 1 tan 0 . 318 1 26 tan 13 =1.05

(6)计算载荷系数 K 使用系数 K A =1 根据 v 1 . 11 m / s ,7 级精度, 查课本由 P210 表 10-8 得 动载系数 K V =1.08 查

课本由 P196 表 10-4 得 K H =1.310 查课本由 P193 表 10-3 得: K H =1.4 ( 故载荷系数: K=K K V K H K H =1×1.25×1.08×1.31×1.4=2.48m n 2.018mmKA

K=2.48

Ft b

85 . 7 100 N / mm

)d 1 53.86mm

(7)按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径

- 12 -

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书33

d 1 =d 1 t

K Kt

=46.54×

2 . 48 1 .6

=53.86 mm

(8)计算模数 m nmn

=

d 1 cos Z1

53 . 86 cos 13 26

0

2 . 018 mm

4.

齿根弯曲疲劳强度设计 由弯曲强度的设计公式3

Z V 1 34 . 812

mn

≥

2 KT 1 Y cos

Y F Y S ( [ F

Z V 2 178 . 05)

d Z

2 1

a

]

(1) 确定公式内各计算数值 1) 计算当量齿数ZV1 ZV 2 Z1 c os 3

26 cos 133 0

34 . 81

Z2 c os 3

133 cos 133 0

178 . 05

=13

2)初选齿宽系数 按对称布置，由表查得 3) 初选螺旋角 初定螺旋角 4) 载荷系数 K K=K K K K =1.25×1.08×1.4×1.287=2.432 =13 =1

K 2 . 432

5) 查取齿形系数 Y Sa 和应力校正系数 Y Fa 查课本由 P200 表 10-5 得: 齿形系数 Y Fa 1 =2.453,Y Fa 2

F 1 F 2

317 . 86 MPa 247 MPa

=2.129

应力校正系数 Y Sa1 =1.649, Y Sa2 =1.85Y F F S [ F

6) 计算大小齿轮的 安全系数取 S=1.4

]

- 13 -

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书

[ F ]1 = [ F ] 2 =Y F 1 F S 1 [ F

K FN 1 S

FF 1

0 . 89 500 1 .4 0 . 91 380 1 .4

317 . 86 MP a 247 MPa

K FN 2 S

FF 2

2 . 453 1 . 649 317 . 86

0 . 01273

]1

Y F 2 F S 2 [ F

2 . 129 1 . 85 247

0 . 01595

]2

mn 2

大齿轮的数值大 (2) 设计计算 1) 计算模数3

Z 1 264

mn

2 2 . 432 7 . 422 10 1 262

0 . 89 cos

2

13 0 . 015950

0 . 853 1 . 615

mm 1 . 735 mm

Z 2 133

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 m n 大于由齿根弯曲疲劳强 度计算的法面模数， GB/T1357-1987 圆整为标准模数,取 m n =2mm 但为了同时满 按 足接触疲劳强度， 需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径 d 1 =53.86 mm 来计算应 有的齿数.于是由: z1 =53 . 86 cos 13 mn

a=163 mm

=26.24

取 z 1 =26

那么 z 2 =5.1×26=133 2)几何尺寸计算 计算中心距 a=( z1 z 2 )m n 2 cos

=

( 26 133 ) 2 2 cos 13

=163.18 mm

d 1 =53.31 mm d 2 =272.69 mm

将中心距圆整为 163 mm 按圆整后的中心距修正螺旋角 =arccos( 1 2 )m n 2 arccos ( 26 133 ) 2 2 163 . 18 12 . 720

B 2 55 B 1 60

因 值改变不多,故参数 , k , Z h 等不必修正. 计算大.小齿轮的分度圆直径 d1 = d2 =z1m n cos z2mn cos 26 2 cos 12 . 72 133 2 cos 12 . 720 0

=53.31 mm =272.69 mm

计算齿轮宽度 B

= d 1 1 53 . 31 mm 53 . 31 mm- 14 -

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书

圆整的

B 2 55

B 1 60

5、修正传动比i1 d2 d1 5 . 11

,则 i 2

53 . 8 3 . 15 5 . 11

3 . 34

2-3 轴转速 轴2n2 n1 i1 457 . 14 5 . 11 89 . 46 r min

轴3n3 n2 i2 89 . 46 3 . 34 26 . 78 r min

2-3 轴的输入转矩 轴2 轴3T 2 T1 12 i1 74 . 23 0 . 98 0 . 99 5 . 11 368 . 01 N mT 3 T 2 * 23 * i 2 368 . 01 0 . 98 0 . 99 3 . 34 1192 . 52 N m

三、 低速级减速齿轮设计1、 齿轮材料，热处理及精度 考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用软齿面渐开线 斜齿轮 齿轮材料及热处理 (1) 材料：高速级小齿轮选用 4 5 钢调质，小齿轮齿面硬度 280HBS ,一 般小齿轮齿数取 20 到 40 齿，此取小齿齿数 Z 1 =30。 高 速 级 大 齿 轮 选 用 4 5 钢 正 火 ， 大 齿 轮 齿 面 硬 度 240HBS , 由Z 2 i 1 Z 1 30 3 . 34 100 . 2

,取 Z 2 =100。

(2) 齿轮精度 按 GB/T10095-1998,选择 7 级。 2、初步设计齿轮传动的主要尺寸 按齿面接触强度设计3

d 1t

2 K t T1

d

u 1 u

(

ZHZE [ H

)

2

]

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