带式运输机传动装置的设计

机械设计基础课程设计说明书设计题目：带式运输机传动装置的设计姓名：专业：材料成型及控制工程学号：指导教师：带式运输机传动装置的设计(A-5)-------同轴式二级圆柱齿轮减速器的设计一.设计说明用于带式运输机的同轴式二级圆柱齿轮减速器。传动装置简图如右图所示。视情况可增加一级带传动或链传动。（1）带式运输机数据运输机工作轴转矩T＝5300(N·m)运输带工作速度v＝0.9(m/s)运输带滚筒直径D＝450mm（2）工作条件单班制工作，空载启动，单向、连续运转，工作中有轻微振动。运输带速度允许速度误差为±5%。（3）使用期限工作期限为十年，检修期间隔为三年。（4）生产批量及加工条件小批量生产。2.设计任务（详见基本要求）1)选择电动机型号；2)选择联轴器；3)设计减速器；3.成果要求（详见基本要求）1)减速器装配图一张；2)零件工作图1张；3)设计说明书一份。二.选择电动机型号电动机是最常用的原动机，具有结构简单、工作可靠、控制简单和维护容易等优点。电动机的选择主要包括选择其类型和结构型式、容量（功率）和转速、确定具体型号。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。2、选择电动机容量工作机所需的功率其中带式输送机的效率电动机的输出功率其中η为电动机至滚筒主动轴传动装置的总效率，包括V带传动、一对齿轮传动、两对滚动轴承及联轴器等的效率，η值计算如下：由《机械设计基础课程设计》表10-1查得V带传动效率，一对齿轮传动的效率，一对滚动球轴承传动效率，联轴器效率，因此所以根据选取电动机的额定功率使，并由《机械设计基础课程设计》表10-110查得电动机的额定功率为确定电动机转速：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：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：在这个范围内的电动机的同步转速有和两种，综合考虑电动机和传动装置的情况再确定最后的转速，为降低电动机的重量和成本，可选择同步转速为。根据同步转速查《机械设计基础课程设计》表10-110确定电动机型号为，其满载转速。此外，电动机的中心高、外形尺寸、轴伸尺寸等均可查表得出。三.选择联轴器，设计减速器总传动比的计算与分配电动机确定后面，根据电动机的满载转速和工作装置的转速，就可以计算传动装置的总传动比。总传动比的分配是个比较重要的问题。它将影响到传动装置的外轮廓尺寸、重量、润滑等许多问题。1、计算总传动比2、分配各级传动比为使带传动的尺寸不至过大，满足，可取，则齿轮的传动比传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数是指各轴的转速、功率和转矩，这些参数是设计传动零件（齿轮和带轮）和轴时所必需的已知条件。计算这些参数时，可以按从高速轴往低速轴的顺序进行。1、各轴的转速2、各轴的功率3、各轴的转矩最后，将计算结果填入下表：参数轴名电动机轴Ⅰ轴Ⅱ轴滚筒轴转速n/（r/min）970323.3374.3374.33功率P/KW1110.5610.199.94转矩T/（N.M）108.3311.91309.221277.1传动比i34.351效率η0.960.9650.975传动零件的设计计算设计时，一般先作减速器箱外传动零件的设计计算，以便确定减速器内的传动比及各轴转速、转矩的精确数值，从而使所设计的减速器原始条件比较准确。第一节减速器外传动零件的设计本传动方案中，减速器外传动即电动机与减速器之间的传动，采用V带传动。V带已经标准化、系列化，设计的主要内容是确定V带型号和根数，带轮的材料、直径和轮毂宽度、中心距等。1、求计算功率查《机械设计基础》表13-8得，故2、选V带型号根据，由《机械设计基础》图13-15查出此坐标点位于B型号区域。3、求大、小带轮基准直径查《机械设计基础》表13-9，应不小于125mm，现取，由《机械设计基础》式（13-9）得式中。由《机械设计基础》表13-9，取。4、验算带速带速在范围内，合适。5、求V带基准长度和中心距初步选取中心距由《机械设计基础》式（13-2）得带长查《机械设计基础》表13-2，对B型带选用。再由《机械设计基础》式（13-16）计算实际中心距6、验算小带轮包角由《机械设计基础》式（13-1）得合适。7、求V带根数由《机械设计基础》式（13-15）得令，查《机械设计基础》表13-3得由《机械设计基础》式（13-9）得传动比查《机械设计基础》表13-5得由查《机械设计基础》表13-7得，查《机械设计基础》表13-2得，由此可得取5根。8、求作用在带轮轴上的压力查《机械设计基础》表13-1得，故由《机械设计基础》式（13-17）得单根V带的初拉力作用在轴上的压力9、带轮结构设计带轮速度，可采用铸铁材料。小带轮直径，采用实心式；大带轮直径，采用轮辐式。传动比及运动参数的修正外传动零件设计完成后，V带的传动比随之确定。用新的传动比对减速器内轴Ⅰ的转速、转矩数值进行修正。1、对轴Ⅰ转速的修正2、对轴Ⅰ转矩的修正最后，将修正结果填入下表：参数轴名电动机轴Ⅰ轴Ⅱ轴滚筒轴转速n/（r/min）970316.9974.3374.33功率P/KW1110.5610.199.94转矩T/（N.M）108.3318.141309.221277.1传动比i3.064.351效率η0.960.9650.975减速器内传动零件的设计减速器内的传动零件主要是指齿轮轴。本传动方案中的减速器采用直齿圆柱齿轮进行传动。直齿圆柱齿轮传动设计需要确定齿轮的材料、模数、齿数、分度圆、顶圆和根圆、齿宽和中心距等。1、选择材料及确定许用应力小齿轮用调质，齿面硬度，，（《机械设计基础》表11-1），大齿轮用调质，齿面硬度，，（《机械设计基础》表11-1）。由《机械设计基础》表11-5，取，，2、按齿面接触强度设计设齿轮齿面按7级精度制造。取载荷系数（《机械设计基础》表11-3），齿宽系数（《机械设计基础》表11-6）。小齿轮上的转矩取（《机械设计基础》表11-4）齿数取，则。故实际传动比。模数齿宽，取，，这里取。按《机械设计基础》表4-1取，小齿轮实际的分度圆直径，大齿轮实际的分度圆直径。齿顶高齿根高小齿轮齿顶圆直径小齿轮齿根圆直径大齿轮齿顶圆直径大齿轮齿根圆直径中心距3、验算轮齿弯曲强度齿形系数（《机械设计基础》图11-8），（《机械设计基础》图11-9），由《机械设计基础》式（11-5）4、齿轮的圆周速度对照《机械设计基础》表11-2可知选用7级精度是合宜的。轴Ⅱ运动参数的修正内传动零件设计完成后，齿轮的传动比随之确定。用新的传动比对减速器内轴Ⅱ的转速、转矩数值进行修正。1、对轴Ⅱ、工作装置转速的修正2、对轴Ⅱ、工作装置转矩的修正最后，将修正结果填入下表：参数轴名电动机轴Ⅰ轴Ⅱ轴滚筒轴转速n/（r/min）970316.9974.0474.04功率P/KW1110.5610.199.94转矩T/（N.M）108.3318.141314.351282.1传动比i3.064.281效率η0.960.9650.975轴的设计计算第一节高速轴Ⅰ的计算已知轴Ⅰ传递的功率，转速，小齿轮的齿宽,齿数，模数，压力角，载荷平稳。1、初步估算轴的直径查《机械设计基础》表14-1《轴的常用材料及其主要力学性能表》，选取45号钢作为轴Ⅰ的材料，并进行调质处理。查《机械设计基础》表14-2《常用材料的值和C值》，取。由《机械设计基础》式（14-2）得考虑到有键槽的存在，轴径加大5%左右即取。2、轴的结构设计（1）确定轴的结构方案右轴承从轴的右端装入，靠轴肩定位。齿轮和左轴承从轴的左端装入，齿轮右侧端面靠轴肩定位，齿轮和左轴承之间用定位套筒使左轴承右端面得以定位，左右轴承均采用轴承端盖，齿轮采用普通平键得到圆周固定。（2）确定轴的各段直径轴结构示意图1轴段安装带轮，轴径取不大于70mm的标准值，这里取；2轴段安装轴承端盖，取；3轴段安装轴承，轴径为轴承内径的大小。查《机械设计基础课程设计》续表10-35：选取深沟球轴承6311，轴承内径，外径，轴承宽。这里取；轴两端安装轴承处轴径相等，则6段取；4轴段安装齿轮，齿轮内径，齿轮的轴向定位轴肩，取。（3）确定轴的各段长度结合绘图后确定各轴段长度如下：1轴段的长度取（根据带轮结构及尺寸）；2轴段总长度（根据外装式轴承端盖的结构尺寸，起厚度，还有箱体的厚度取10mm）；3轴段(轴承的宽挡油环的长度和)；4轴段（因为小齿轮的齿宽为80mm，轴段的长度应比零件的轮毂短2-3mm）,5轴段长度15mm；6轴段(轴承的宽挡油环的长度和)。3、按弯扭合成强度对轴Ⅰ的强度进行校核已知：转矩，小齿轮分度圆直径。圆周力径向力法向力（1）绘制轴受力简图（如下）（2）绘制垂直面弯矩图（如下）垂直面内的轴承支反力：水平面内的轴承支反力：由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为（3）绘制水平面弯矩图（如下）截面C在水平面上弯矩为：（4）绘制合弯矩图（如上）（5）绘制扭矩图（如上）扭矩：（6）当量弯矩计算扭矩产生的扭转力按脉动循环变化，取α=0.6，截面C处的当量弯矩：（7）校核危险截面C的强度判定危险截面为第四段轴的中心面，轴的材料选用45钢，调质处理，查《机械设计基础》表14-1得；查《机械设计基础》表14-3查得则：∴该轴强度足够。第二节低速轴Ⅱ的计算已知轴Ⅱ传递的功率，转速，大齿轮的齿宽,齿数，模数，压力角，载荷平稳。1、初步估算轴的直径查《机械设计基础》表14-1《轴的常用材料及其主要力学性能表》，选取45号钢作为轴Ⅰ的材料，并进行正火处理。查《机械设计基础》表14-2《常用材料的值和C值》，取。由《机械设计基础》式（14-2）得根据联轴器结构及尺寸，取。2、轴的结构设计（1）确定轴的结构方案右轴承从轴的右端装入，靠轴肩定位。齿轮和左轴承从轴的左端装入，齿轮右侧端面靠轴肩定位，齿轮和左轴承之间用定位套筒使左轴承右端面得以定位，左右轴承均采用轴承端盖，齿轮采用普通平键得到圆周固定。（2）确定轴的各段直径轴结构示意图由图中个零件配合尺寸关系知；，，，。（3）确定轴的各段长度结合绘图后确定各轴段长度如下：1轴段的长度取（根据联轴器结构及尺寸）；2轴段总长度（根据外装式轴承端盖的结构尺寸，其厚度，还有箱体的厚度取10mm）；3轴段(轴承的宽挡油环的长度和)；4轴段（因为大齿轮的齿宽为75mm，轴段的长度应比零件的轮毂短2-3mm）；5轴段；6轴段。3、按弯扭合成强度对轴Ⅱ的强度进行校核已知：转矩：，大齿轮分度圆直径。圆周力径向力法向力（1）绘制轴受力简图（如下）（2）绘制垂直面弯矩图（如下）垂直面内的轴承支反力：水平面内的轴承支反力：由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为（3）绘制水平面弯矩图（如下）截面C在水平面上弯矩为：（4）绘制合弯矩图（如上）（5）绘制扭矩图（如上）扭矩：（6）当量弯矩计算扭矩产生的扭转力按脉动循环变化，取α=0.6，截面C处的当量弯矩：（7）校核危险截面C的强度判定危险截面为第四段轴的中心面，轴的材料选用45钢，正火处理，查《机械设计基础》表14-1得；查《机械设计基础》表14-3查得则：∴该轴强度足够。键的选择与强度验算1、高速轴Ⅰ上键的选择与校核（1）最小直径处：1）选择键型：该键为静联接，为了便于安装固定，选择普通A型平键。2)确定键的尺寸：该轴上最小直径为，轴长，查《机械设计基础课程设计》表10-33得，用于此处连接的键的尺寸为。3)强度校核：轴所受转矩。查《机械设计基础》表10-10，取，。由《机械设计基础》式（10-26）有：键连接的挤压强度。由《机械设计基础》式（10-27）有：键连接的压强。强度满足要求。该键标记为：键。(2)齿轮处1）选择键型：该键为静联接，为了便于安装固定，选择普通A型平键。2）确定键的尺寸：该轴上最小直径为，轴长，查《机械设计基础课程设计》表10-33得，用于此处连接的键的尺寸为。3）强度校核：查《机械设计基础》表10-10，取，。由《机械设计基础》