机械设计基础课程设计--带式运输机传动装置设计.doc

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学号：

200830110226

课程设计

题目

铸造车间型砂输送

设备的传动装备设计

教学院

机电工程学院

专业

机械制造及自动化

班级

08机电专2

姓名

指导教师

*********

2010

年

6

月

10

日

目录

一．前言…………………………………………………………………………………………6

二．电动机的选择………………………………………………………………………………6

三．总传动比和分配传动比……………………………………………………………………7

四．运动与动力参数的计算……………………………………………………………………8

五．带传动的设计………………………………………………………………………………8

六．齿轮传动的设计计算………………………………………………………………………10

七．减速器箱体基本尺寸设计…………………………………………………………………12

八．轴的设计……………………………………………………………………………………14

九．联轴器的选择………………………………………………………………………………19

十．对轴承的校核………………………………………………………………………………19

十一．普通平键的选择及校核………………………………………………………………20

十二．润滑方式与密封形式的选择…………………………………………………………22

十三．设计小结………………………………………………………………………………22

十四．参考文献………………………………………………………………………………23

十五．附图……………………………………………………………………………………24

2009～2010学年第2学期

《机械部件设计》课程设计任务书

设计名称

带式运输机

传动装置设计

班级

08机电专2

地点

J2—502

一、课程设计目的

课程设计是机械设计基础课程重要的实践性教学环节。

课程设计的基本目的是：

1．综合运用机械设计基础和其它先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。

2．通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意见，熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。

3．通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。

二、课程设计内容

课程设计的内容主要包括：

分析传动装置的总体方案；选择电动机；传动系统计算；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。

课程设计中要求完成以下工作：

1．减速器装配图1张（A1图纸）；

2．减速器零件图2张（A3图纸）；

3．设计计算说明书1份。

附：

（一）设计数据

原始数据

题号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

运输带拉力F（N）

3000

2800

2700

2600

2600

2500

2750

3100

3000

2900

运输带速度V（m/s）

1.8

2.2

2.4

2.5

2.6

2.7

2.5

2.1

2.3

2.4

滚筒直径D（mm）

300

330

340

350

360

380

380

300

360

320

（二）工作条件

该传动装备单向传送，载荷有轻微冲击，空载起动，两班制工作，使用期限10年（每年按300天计算），运输带容许速度误差为5%。

（三）运动简图

（四）设计计算说明书内容

0、封面（题目、班级、姓名、学号、指导老师、时间）

1、目录（标题、页次）

2、设计任务书（装订原发的设计任务书）

3、前言（题目分析、传动方案的拟订等）

4、电动机的选择，传动系统计算（计算电动机所需的功率、选择电动机、分配各级传动比，计算各轴转速、功率和扭矩）

5、传动零件的设计计算（带传动设计计算，齿轮传动设计计算）

6、轴的设计计算及校核

7、轴承的选择和计算

8、键联接的选择和校核

9、联轴器的选择

10、箱体的设计（主要结构和设计计算及必要的说明）

11、润滑和密封的选择、润滑剂的型号及容量、减速器的附件及说明

12、设计小结（设计体会、本次设计的优缺点及改进意见等）

13、参考资料（资料的编号[]，作者，书名，出版单位和出版年、月）

三、进度安排

第14周周一电动机选择和机械传动系统计算、带传动的设计计算

周二齿轮传动的设计计算、低速轴的设计

周三低速轴的校核、高速轴的设计、轴承的选择、联轴器的选择

周四轴承的校核、普通平键的选择及校核、箱体的结构设计、润滑方式和密封型式的选择等

周五减速器装配图的草图设计

第15周周一～周二画减速器装配图

周三画零件图

周四编写课程设计说明书；课程设计总结

周五答辩

四、基本要求

课程设计教学的基本要求是：

1．能从机器功能要求出发，分析设计方案，合理地选择电动机、传动机构和零件。

2．能按机器的工作状况分析和计算作用在零件上的载荷，合理选择零件材料，正确计算零件工作能力和确定零件主要参数及尺寸。

3．能考虑制造工艺、安装与调整、使用与维护、经济性和安全性等问题，对零件进行结构设计。

4.绘图表达设计结果，图样符合国家制图标准，尺寸及公差标注完整、正确，技术要求合理、全面。

5.在客观条件允许的情况下，初步掌握使用计算机进行设计计算和使用计算机绘制装配图、零件图的方法。

机电基础教研室

2010.5.15

一．前言

1.题目分析

运动简图

根据任务书的要求，我们得知本设计为降速传动，同时将电动机的输出的转矩升高。

又由上运动简图可知，本设计中的机械为二级传动机械，其中第一级为带传动（存在一定误差），第二级为齿轮传动（精度较高，可调整误差）。

故在选定电动机并计算出总传动比后要将传动比进行合理分配，以达到最佳传动效果。

2.原始数据：

运输带的有效拉力：

运输带的有效速度：

滚筒直径：

二．电动机的选择

1.选择电动机类型：

根据任务书要求可知：

本次设计的机械属于恒功率负载特性机械，且其负载较小，故采用Y型三相异步电动机（全封闭结构）即可达到所需要求。

另外，根据此处工况，采用卧式安装。

2.选择电动机的功率：

工作机功率：

工作机所需电动机输出功率：

（为传动总机械效率）

由任务书中的运动简图分析可知：

29

——V带传动效率；

——齿轮传动的轴承效率；

——齿轮传动的效率；

——联轴器的效率；

——滚筒轴承的效率；

——滚筒效率。

查【2】表1-7得：

（初选齿轮为八级精度）

则有：

（减速器内部有2对轴承，其机械效率相同，均为）

3.确定电动机转速：

滚筒转速为：

取V带传动的传动比范围为：

取单级齿轮传动的传动比范围为：

（工程经验）

则可得合理总传动比的范围为：

故电动机转速可选的范围为：

查【2】表12-1，得满足要求的可选用电动机转速为：

970r/min、1460r/min。

为了使得电动机与传动装置的性能均要求不是过高，故择中选用1460r/min的转速。

其初定总传动比为：

综上，可选定电动机型号为：

Y160M-4。

其相应参数列于表1：

表1.所选用电动机的相关参数。

电动机型号

额定功率

同步转速

满载转速

总传动比

Y160M-4

11KW

1500r/min（4级）

1460r/min

10.92

三．总传动比和分配传动比

1.总传动比：

由上一步算得知

2.分配传动比：

由工程经验知顶分配传动比除了满足、外，还应满足。

故取：

V带传动比为，齿轮传动比为。

四．运动与动力参数的计算

1．各轴转速：

Ⅰ轴：

；Ⅱ轴：

。

2．各轴功率：

Ⅰ轴：

；

Ⅱ轴：

。

3．各轴转矩：

Ⅰ轴：

；

Ⅱ轴：

。

表2.初步计算传动参数

功率（kW）

初算转速（r/min）

初算转矩（N*m）

Ⅰ轴

7.5264

523.3

137.35

II轴

7.228

133.7

516.29

带轮传动比

齿轮传动比

2.79

3.914

五．带传动的设计

a.带型号、长度、根数；

b.中心距、带轮直径、宽度；

c.安装初拉力、对轴作用力。

1．求计算功率

带轮（小）输入功率：

，根据任务书所述要求及所选电动机（三相一步电动机，工作于16小时内（两班制），载荷变动小（带式输送机））查【1】表13-8，得工况系数：

。

故有。

2．选V带型号：

由于此处传动功率适中，考虑到成本，故选用普通V带。

根据、查【1】图13-15，可得该交点位于A、B型交界处，且稍偏向B型，故选用B型V带。

3．挑小径（求大小带轮基准直径）：

查【1】表13-9可知（带轮直径不可过小，否则会使带的弯曲应力过大，降低其寿命）。

查【2】表12-4得（小轮下端不可超过电动机底座，否则于地面相干涉，设计不合理）。

查【1】表13-9下方推荐值，稍比其最小值大即可，故取。

由【1】式13-9得，其中为滑动率（见【1】的211页，此取0.02）。

查【1】表13-9下方带轮直径推荐值，寻其最近值得。

虽实际取之交原定只小，但实际传动比，其误差，故满足误差范围。

4．验算带速：

，在内，适合。

（功率恒定时，速度越大则受力越小；但根据公式知，速度越大会使带的安装初拉力及其对轴压力增大，故应适中；根据工程实践，得此范围5到25间）

5．估中定周长及反求实中（求V带基长与中心距a）:

初步估算中心距：

，为圆整计算，取（满足，工程经验）。

由【1】式13-2得带长：

，查【1】表13-2，对于B型带选用带长。

再由【1】式13-16反求实际中心距：

。

6．验算小轮包角：

由【1】式13-1得：

，合适。

7．求V带根数z：

由【1】式13-15得：

。

此处查【1】表13-3得；根据，查【1】表13-5得；由查【1】表13-7得，查【1】表13-2得。

故，取整根。

8．求作用在带轮轴上的压力:

查【1】表13-1得。

由【1】式13-17得为其安装初拉力。

作用在轴上的压力为：

。

9．V带轮宽度的确定：

查【1】表13-10得B型带轮，故有带轮宽度，故取。

表3.所设计带传动中基本参数

带型号

长度

根数

B型

2500mm

3根

中心距

带轮直径

宽度

828mm

d1=132,d2=355

61mm

安装初拉力

对轴压力

实际传动比

270.86N

1610.45N

2.744

六．齿轮传动的设计计算

1.选择材料及确定许用应力：

小齿轮：

初选45钢，调制处理。

查【1】表11-1得知其力学性能如下：

硬度，接触疲劳极限（取585计算，试其为线性变化取均值），弯曲疲劳极限（取445计算）。

大齿轮：

初选45钢，正火处理（当大小齿轮都为软齿面时，考虑到校齿轮齿根较薄，弯曲强度较低，且受载次数较多，故在选择材料和热处理时，一般使小齿轮齿面硬度比大齿轮高20-50HBS）。

查【1】表11-1得知其力学性能如下：

硬度，接触疲劳极限（取375计算），弯曲疲劳极限（取310计算）。

由表【1】11-5得：

（一般可靠度，取值稍偏高用于安全计算）。

由此得：

，；

，。

2.按齿面接触强度设计：

根据前计算可得齿轮传动所需传动比为，Ⅰ轴实际转速为。

设齿轮按8级精度制造，查【1】表11-3得（电动机，中等冲击），此取1.3计算。

查【1】表11-6得齿宽系数为（软齿面，对称分布），此取1计算。

则小齿轮上转矩为：

。

查【1】表11-4取（锻钢），令取，故有：

上公式中所代是为了安全计算，使得两齿轮均适用。

齿数取（软齿面，硬齿面），则有，取整得（满足传动比的前提下，尽可能使两齿数互质）。

故实际传动比；

其误差为；

故满足误差范围。

初估模数为，查【1】表4-1得标准模数为，故实际分度圆直径为：

。

中心距为：

。

初估齿宽为：

，圆整取（保证啮合，故取小齿轮比大齿轮宽5到10毫米）。

3.验算齿轮弯曲强度：

查【1】图11-8，可得齿形系数；齿根修正系数。

由【1】式1-5知：

，。

安全。

4.齿轮的圆周速度：

，对照【1】表11-2知即可，故选取8级便可达到要求。

表4.齿轮传动设计的基本参数

材料

热处理

齿数

分度圆直径

齿宽

小齿轮

45钢

调制

31

93

105

大齿轮

45钢

正火

123

369

100

模数

实际传动比

中心距

3

3.97

231

七．减速器箱体基本尺寸设计

根据【2】表中11-1中的箱体基本尺寸经验公式可算出如下数据：

1.箱体壁厚：

箱座：

（取8mm）；

箱盖：

（取8mm）。

2.凸缘：

箱盖凸缘厚度，箱座凸缘厚度，箱座底凸缘厚度。

3.螺钉及螺栓：

地脚螺钉直径；地脚螺钉数目：

；轴承旁连接螺栓直径；盖与座连接螺栓直径；连接螺栓的间距；轴承端盖螺钉直径；视孔盖螺钉直径；定位销直径（取整得）。

4.螺钉螺栓到箱体外避距离：

查【2】表11-2得：

至箱体外壁距离为：

；到凸缘边缘距离：

；轴承旁凸台半径：

；箱体外壁至轴承端面距离：

。

5.箱体内部尺寸：

大齿轮齿顶圆与箱体内壁距离；齿轮端面到箱体内壁的距离（增加散热）；箱盖、箱座肋厚。

6.视孔盖

由于单级减速器中心距为231mm，故查【2】表11-2得：

视孔盖长，横向螺栓分布距离，视孔盖宽，纵向螺栓分布距离，螺栓孔直径，孔数4个。

7.其中吊耳和吊钩

吊耳环的结构设计：

根据【2】表11-3中的推荐设计公式知：

吊耳肋厚度为，吊耳环孔径为，倒角为，吊耳环空心到箱体外壁距离为。

吊钩的结构设计：

吊钩长，吊钩高，吊钩内深，吊钩内圆半径，吊钩厚度。

八．轴的设计

A.高速轴:

1.选择轴的材料、热处理方式：

由于无特殊要求，选择最常用材料45钢，调制处理。

查【1】表14-1得知：

硬度：

；强度极限：

；屈服极限：

；弯曲疲劳极限：

。

查【1】表14-3得：

弯曲需用应力（静）。

2.初步估算轴最小直径：

由【1】式14-2得：

，查【1】表14-2得（取118计算）。

故，由于开了一个键槽，故（圆整）。

3.轴的结构设计：

根据高速轴上所需安装的零件，可将其分为7段，以表示各段的直径，以表示各段的长度。

（处安装大带轮，处安装轴承端盖，处安装一号轴承与套筒，处安装小齿轮，处安装二号轴承）

1）径向尺寸：

根据常用结构，取；查【2】1-27知倒角倒圆推荐值为：

，故孔（大带轮）倒角推荐值为1mm，故取，由于查【2】表7-12得知毡圈系列中要求的轴径均为0、5圆整数，故此修正为；此先选轴承为6208型号轴承（无轴向力，故选深沟球轴承，直径系列选2号轻系列；为便于安装及轴上尺寸基准，选08号内径），查【3】表16-1知所选轴承内径为40mm，且轴承宽度，故取；为方便加工测量，取（此也为小齿轮内孔直径）；[查【3】表16-1得安装直径，故查【4】表11-3选取“”，故]；对齿轮内孔倒角1.6mm，故取（取52mm）;由于对称分布故，。

2）轴向尺寸：

由【1】图13-17得：

根据大带轮的内孔宽（取1.5计算），为防止由于加工误差造成的带轮晃动，取；[确定轴承润滑方式：

，故选取脂润滑方式]；为防止箱体内部润滑油渐到轴承上冲走润滑脂，将轴承与箱体内壁距离取大于8mm（由于所选套筒长度25mm，故轴承断面到箱体内壁的距离取15mm），为适宜齿轮传动时散热，取齿轮距箱体内壁为（此取10mm）,故有；套筒档齿轮时，为保证精度取，故同时将修正为；轴环取，故取；由于安装时齿轮箱体轴承均对称分布，取，（包括越程槽尺寸）；轴承到端盖内壁的距离，前所选轴承端盖螺钉知：

由【2】11-10中公式得轴承端盖厚度，查【2】表3-9可取A级M8非全螺线的螺栓（即）此时取端盖到大带轮的扳手空间为，此时取。

图1.高速轴结构设计示意图

4.对高速轴进行弯扭强度校核：

据【1】式11-1可求得：

圆周力，径向力（标准安装，故压力角为20°）；根据前轴的结构设计可得：

带轮中心到一号轴承中的距离；一号轴承到齿轮中心的距离；齿轮中心到二号轴承中心的距离；故有两轴承中心距为。

1）求垂直面的支承反力：

根据受力分析，可列方程：

（齿轮在两轴承中心）。

故可求得：

。

2）求水平支撑反力：

3）带轮对轴的作用力在指点产生的反力：

；（外力F作用方向与带传动的布置有关，在具体布置尚未确定前，可按最不利情况考虑）。

4）绘制垂直面的弯矩图（如图b）：

。

5）绘制水平面的弯矩图（如图c）：

。

6）力产生的弯矩图（如图d）：

。

7）求合成弯矩图（如图e）：

考虑最不利情况，直接由公式得（其中）。

8）折合当量弯矩（如图f）：

由前算出,查【1】中246面“由转矩性质而定的折合系数”知，故，。

图2.高速轴弯扭强度校核图

9）计算危险截面处轴的许用直径：

由（图1）知轴上安装小齿轮的截面为危险截面，故由【1】式14-6可得：

。

由此可知，此轴安全。

B.低速轴：

1.选择轴的材料、热处理方式：

由于无特殊要求，选择最常用材料45钢，调制处理。

查【1】表14-1得知：

硬度：

；强度极限：

；屈服极限：

；弯曲疲劳极限：

。

查【1】表14-3得：

弯曲需用应力（静）。

2.初步估算轴最小直径：

由【1】式14-2得：

，查【1】表14-2得（取118计算）。

由前计算可知：

，故，由于开了一个键槽，故。

3.轴的结构设计：

根据低速轴上所需安装的零件，可将其分为7段，以表示各段的直径，以表示各段的长度。

（处安装联轴器，处安装轴承端盖，处安装三号轴承与套筒，处安装大齿轮，处安装四号轴承）

1）径向尺寸：

联轴器的初步选择：

根据低速轴的计算转矩与转速查【2】表8-2可选用凸缘联轴器，型号为“”，可得其轴孔直径为，深孔长度为。

根据上所选联轴器，取；根据密封毡圈的标准，取；根据此处尺寸选择6212型号轴承（查【3】表16-1知所选轴承内径为60mm，外径为110mm，且轴承宽度），故取；为方便测量取；[查【3】表16-1得安装直径，故查【4】表11-3选取“”，故]；查【2】1-27知倒角倒圆推荐值为：

，故孔（大齿轮）倒角推荐值为2mm，故取；为对称分布，故取，。

2）轴向尺寸：

确定轴承润滑方式：

故选取脂润滑方式。

根据上定箱体两内壁间的宽度可算得大齿轮到箱体内壁的距离为12.5mm,为防止箱体内部润滑油渐到轴承上冲走润滑脂，将轴承与箱体内壁距离取大于8mm（为套筒尺寸此取27.5mm），故有；套筒档齿轮时，为保证精度取，故同时将修正为；轴环取，故取；由于安装时齿轮箱体轴承均对称分布，取，（包括越程槽尺寸）；轴承到端盖内壁的距离，由于轴承外径为110mm故，选端盖螺钉为，由【2】11-10中公式得轴承端盖厚度，查【2】表3-9可取A级M8非全螺线的螺栓（即）此时取端盖到大带轮的扳手空间为，故此取，由上选联轴器可知。

附图3.低速轴结构设计示意图

4.对高速轴进行弯扭强度校核（略）。

九．联轴器的选择

根据前选出的联轴器设计的低速轴校核得知，轴满足要求，故联轴器定为：

。

十．对轴承的校核

A.对轴承6208的寿命计算：

将任务书中的使用期限换算为小时得其使用寿命必须大于48000小时。

根据【1】式16-2知其寿命计算为，查【1】附表1可知其径向基本额定动载荷为，而球轴承取，由上轴的校核计算得知其当量动载荷为，故带入公式得：

其寿命为，满足要求。

B.对轴承6212的寿命计算：

将任务书中的使用期限换算为小时得其使用寿命必须大于48000小时。

根据【1】式16-2知其寿命计算为，查【1】附表1可知其径向基本额定动载荷为，而球轴承取，由上轴的校核计算得知其当量动载荷为，故带入公式得：

其寿命为，满足要求。

十一．普通平键的选择及校核

根据工程经验，此处无特殊要求，故均选用A型平键连接。

1.带轮处键连接：

由于此处轴径为30mm，查【1】表10-9得：

选用，，由于此处转矩不大，选取铸铁为材料，故由表下的L系列选取，即。

对平键进行强度校核：

查【1】表10-10得其许用挤压应力为（轻微冲击），根据【1】式10-26得：

，故符合要求。

2.小齿轮处键连接：

由于此处轴径为45mm，查【1】表10-9得：

选用，，由于此处转矩不大，选取铸铁为材料，故由表下的L系列选取，即。

对平键进行强度校核：

查【1】表10-10得其许用挤压应力为（轻微冲击），根据【1】式10-26得：

，故符合要求。

3.大齿轮处键连接：

由于此处轴径为65mm，查【1】表10-9得：

选用，，由于此处转矩不大，选取铸铁为材料，故由表下的L系列选取，即。

对平键进行强度校核：

查【1】表10-10得其许用挤压应力为（轻微冲击），根据【1】式10-26得：

，故符合要求。

4.联轴器处键连接：

由于此处轴径为50mm，查【1】表10-9得：

选用，，由于此处转矩不大，选取铸铁为材料，故由表下的L系列选取，即。

对平键进行强度校核：

查【1】表10-10得其许用挤压应力为（轻微冲击），根据【1】式10-26得：

，故符合要求。

十二．润滑方式与密封形式的选择

润滑方式：

由轴的设计中确定的轴承润滑方式知：

轴承为脂润滑。

齿轮为油润滑。

密封方式：

伸出轴端盖处选用毡圈密封。

箱盖与箱体间采用安装前涂一层水玻璃的方式密封。

十三．设计小结

经过两个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。

在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。

从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。

劳动是人类生存生活永恒不变的话题。

通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。

我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行行出状元”。

我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？

我们不断的反问自己。

也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。

社会需要我们，我们也可以为社会而工作。

既然如此，那还有什么必要失落呢？

于是我们决定沿着自己的路，执着