带式运输机传动装置的设计

课程设计说明书

课程名称： 机械设计基础

设计题目： 带式运输机传动装置的设计

专 业： 包装工程 班级： 包工0701-0704 学生姓名: 清风 学 号:

起迄日期: 2010年 01 月 04 日 ~ 2010 年 01 月 10日 指导教师: 戴进

湖南工业大学科技学院教务部 制

二〇一三年四月

目 录

一、课程设计任务书.………………………………………… 二、课程设计步骤……….…………………………………… 三、设计及计算说明书

1. 传动方案的分析…………….…………………… 2. 电动机的选择………………………………….… 3. 传动装置运动及动力分析………………………… 4. 传动零件的设计计算……………………………… 5. 轴的设计计算……………………………………… 6. 滚动轴承的选择…………………………………… 7. 键联接的选择………..………………………… 8. 联轴器的选择……………………………………… 9. 箱体结构………………………………………….. 10. 润滑密封…………………………………………. 四、小结……………………………………………………. 五、湖南工业大学科技学院课程设计总结表 附录：减速器装配图1张

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课程设计任务书

1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 数据编号 运输带工作拉力F/N 运输带工作速度v/（m/s） 卷筒直径D/mm A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 1100 1150 1200 1300 1300 1500 2200 2100 2200 2300 1.5 1.6 1.7 1.6 1.5 1.7 1.5 1.6 1.5 1.8 250 300 270 240 250 280 400 400 400 450 技术要求： 1、 通过课程设计，综合运用机械设计基础课程和其他先修课程的理论和实际知识，培养分析和解决实际问题的能力，掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想; 2、 学会从机器功能的要求出发，合理选择执行机构和传动机构的类型，制定传动方案，正确计算零件的工作能力，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养设计能力； 3、 通过课程设计，学习运用标准、规范、手册以及计算机应用等，培养机械设计的基本技能。 工作要求： 1） 拟订、分析传动装置的设计方案； 2） 选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数； 3） 进行传动件的设计计算，选择轴、轴承、联轴器、键等型号； 4） 绘制减速器装配图； 5） 编写设计计算书。

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课程设计任务书

2．对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕： 1）绘制减速器装配图1张（用A1图纸绘制）； 2）设计计算书一份。 3．主要参考文献： [1] 杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础.第5版.北京：高等教育出版社，2005 [2] 陈立德. 机械设计基础课程设计指导书. 第2版.北京：高等教育出版社，2004 4．课程设计工作进度计划： 序号 1 2 3 4 5 起 迄 日 期 2010.1.42010.1.5 2010.1.6 2010.1.7 2010.1.82010.1.9 2010.1.10 课程设计计算书的汇总及装订 ——工 作 内 容 —电动机及传动方案的选择，V带传动及齿轮传动设计计算 轴的设计，轴承、键、联轴器等的确定 箱体的结构设计 —减速器装配图的绘制

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主指导教师签名 戴进 日期： 2010 年 1 月 日 课程设计步骤

步骤 主要内容 1设计准1熟悉任务书，明确设计的内容和要求 备工作 2熟悉设计指导书、有关资料、图纸等 3观察模型，了解减速器的结构特点 2总体设1确定传动方案 计 2选择电动机 3计算传动装置的总传动比，分配各级传动比 4计算各轴的转速、功率和转矩 3传动件1计算齿轮传动、带传动的主要参数和几何尺寸 的设计2计算各传动件上的作用力 计算 4装配图1确定减速器的结构方案 草图的2绘制装配图草图（草图纸），进行轴、轴上零件和轴承组合的绘制 结构设计 3校核轴的强度 4绘制减速器箱体结构 5绘制减速器附件 5装配图1画底线图，画剖面线 的绘制 2选择配合，标注尺寸 3编写零件序号，列出明细栏 4加深线条，整理图面 5书写技术条件等 6编写设1编写设计计算说明书，内容包含所有的计算，并附有必要的计计算简图 书 2说明书中最后一段内容应写出设计总结。一方面总结设计课

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题的完成情况，另一方面总结个人所作设计的收获体会以及不足之处

设计及计算说明书

计算及说明 一．传动方案的分析及确定： 机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。 本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。 结果 原始数据： 滚筒圆周力F=1300N； 带速V=1.5m/s； 滚筒直径D=250mm。 确定方案为：单级圆柱齿轮减速器和一级带传动（见图） 二.电动机选择： 电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机 电动机功率选择： 1.传动装置的总效率： 2η总=η带×η滚珠轴承×η闭式齿轮×η联轴器×η滚η总=0.850 柱轴承×η卷筒 查表（《机械设计师手册》）可知各部分效率： η普通V带=0.96

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η滚珠轴承=0.99 η闭式齿轮=0.97 η齿式联轴器=0.99 η卷筒=0.96 η滚柱轴承=0.98 2.电机所需的工作功率： P工作=FV/（1000η总）=1300×1.5／(1000×0.850)=2.294kw 为了防止电动机工作发热导致效率降低，往往适当提高电动机额定功率。 P额=（1.1~1.3）P工作=2.52~2.98kw 3、确定电动机转速： 滚筒工作转速： n筒=60×1000V/(πD)=60×1000×1.5／(π×250) =114.59r/min 根据传动比合理范围，取圆柱齿轮一级减速器传动比范围i齿轮=3～5；取V带传动比i带=2～4，则总传动比范围为I=6～20。电动机转速的可选范围为：n=I×n筒=687.54～2291.8r/min,符合这一范围的同步转速有750、1000和1500r/min。 根据功率和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号，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，则选则n=1000r/min 。 3、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Y132S-6。 三、传动装置运动及动力分析 1、总传动比：I总=n电动/n筒=960/114.59=8.48 2、分配各级传动比 根据i带

P工作=2.294kw P额定=2.699kw 选择电动机型号为Y132S-6。 其主要性能： 额定功率：3KW， 满载转速：960r/min， 重量：63KG I总=8.48 i减速器=4 i带=2.12 nI=960r/min - 6 -

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3、运动参数及动力计算 1、计算各轴转速（r/min） V带高速轴 nI=n电机=960r/min 减速器高速轴 nII=nI/iV带=960/2.12=452.8(r/min) 减速器低速轴 nIII=nII/ i减速器=452.8/4=113.2(r/min) 卷筒轴 nIV= nIII =113.2(r/min) 2、计算各轴的输入功率（KW） V带高速轴 PI=P工作=3KW 减速器高速轴PII=PI×η带×η滚珠轴承=3×0.96×0.99=2.85KW 减速器低速轴 PIII=PII×η滚珠轴承×η齿轮= 2.74KW 卷筒轴 PIV = PIII×η滚柱轴承×η联轴器=2.66KW 3、计算各轴扭矩（N·m） 电动机输出轴 TI=9.55×106PI/nI =9.55×106×3 /960=2.98×104N·mm 6减速器高速轴 TII=9.55×10PII/nII =9.55×106×2.85/452.8=6.01×104N·mm 6减速器低速轴 TIII=9.55×10PIII/nIII =9.55×106×2.74/113.2=2.31×105N·mm 6卷筒轴 TIV=9.55×10PIII/nIII =9.55×106×2.66/113.2=2.24×105N·mm 四、传动零件的设计计算 1、皮带轮传动的设计计算 （1）选择普通V带 由课本P218表13-8得：KA=1.1 Pc=KAP=1.1×3=3.3KW 由课本P219图13-15，Pc=3.3kw，nI=960r/min可知：选用A型V带合适 （2）确定大小带轮基准直径，并验算带速

nII=452.8(r/min) nIII=113.2(r/min) nIV=113.2(r/min) PI =3KW PII=2.85KW PIII= 2.74KW PIV=2.66KW TI=2.98×104N?mm TII=6.01×104N?mm TIII=2.31×105N?mm TIV=2.24×105N·mm Pc=3.3KW - 7 -

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由课本P219表13-9得，推荐的小带轮基准直径为75mm 则取d1=125mm>dmin=75 d2= nI/nII×d1×(1-ε)=960/452.8×125×(1-0.02)=260mm 由课本P219表13-9，取d2=265mm 实际从动轮转速nII=nId1/d2=960×125/260=461.54r/min 转速误差为：△nII/nII=461.54-452.8/452.8 =-0.0193<0.05(允许) 验算带速V： V=πd1nI/(60×1000)=π×125×960/60×1000≈6.28m/s 在5～25m/s范围内，带速合适。 （3）确定带长和中心矩 根据课本得 0.7(d1+d2)1200（适用） （5）确定带的根数

d1=125mm d2=265mm V≈6.28m/s 取a0=650mm L0=1920mm 取Ld=2000mm a=690mm а1≈168.40 - 8 -

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根据课本P214表13-3 P1=1.37KW 根据课本P216表13-5 △P1=0.109KW P1=1.37KW △P1=0.109KW Kа=0.975 KL=1.03 根据课本P217表13-7 Kа=0.975 根据课本P212表13-2 KL=1.03 由课本P218式（13-15）得 Z=PC/[Po]=PC/[(P1+△P1)KαKL] 取Z=3 = 3.3/[(1.37+0.109)×0.975×1.03]=2.22 (6)计算轴上压力 由课本P212表13-1查得q=0.1kg/m，由式课本P220 式13-17 得单根普通V带的初拉力： 2F0=500PC/(ZV)×(2.5/Kα-1)+qV F0 =140.9N =140.9N FQ=841N 则作用在轴承的压力FQ，由课本P221式（13-18）得 FQ=2ZF0sin(α1/2)=841N (7)带轮的结构设计 由于带轮的圆周速度为6.28m/s,故用铸铁制造。小带轮采用 实心式，大带轮采用轮辐式带轮 取B=L=60mm， 对于标准齿轮ZH=2.5 2、齿轮传动的设计计算

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（1）选择齿轮材料及确定许用应力 考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40MnB调质，齿面硬度为241~286HBS，σHlim1=730MPa，σFE=600MPa。大齿轮选用ZG35SiMn调质，齿面硬度241~269HBS,；σ Hlim2=620Mpa，σFE=510MPa。P166 表11-1 选取安全系数SH=1.1，SF=1.25， [σH1]=σHlim1/SH=730/1.1MPa=664Mpa [σH2]=σHlim2/SH=620/1.1MPa=564Mpa [σF1]=σFlim1 /SF=600/1.25MPa=480Mpa [σF2]=σFlim2 /SF =510/1.25MPa=408Mpa (2)按齿面接触强度设计 设齿轮按9级精度制造。取载荷系数K=1.5（P169 表11-3），齿宽系数φd= 0.8（P175 表11-6），小齿轮上的转矩 TII=9.55×106PII/nII=9.55×106×2.88/452.8=6.07×104N·m 取 ZE=188 (表11-4) d3 ≥ = =58.24mm (3)确定齿数，模数和齿宽 齿数取Z1=30，则Z2=4×30=120 模数 m===1.94mm 根据课本P175 表11-6 选择φd=1.0 齿宽 b=φdd3=1.0×58.24＝58.24mm，取圆整b=60mm 中心距 a= ==150mm （4）齿轮的几何尺寸计算 按P57 表4-1取m=2mm， 分度圆直径：d3=mZ1=2×30mm=60mm

由P177 式11-9得 d3=58.24 Z1=30 Z2=4×30=120 取 b3=60mm b4=70mm 中心距a=150mm m=2mm d3=60mm da3=64mm d4=240mm da4=244mm V=1.42m/s - 10 -

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齿顶圆直径：da3= d3 +2m=60+4=64mm da4= d4 +2m=240+4=244mm 齿根圆直径：df3=d3-2.5m=60-5=55mm df4=d4-2.5m=240-5=235mm 全齿高：h=2.25m=2.25×2=4.5mm (5)校核齿根弯曲强度 根据课本P173图（11-8）得YFa1=2.56 ， YSa1 =1.63（图11-9） YFa2=2.2 ， YSa2 =1.81 由P172 式11-5得 2σF1=2KTII YFa1YSa1 /（bmZ1）≤[σF1] σF2 =σF1 YFa2 YSa2/（YFa1 YSa1）≤[σF2] ，安全 Ft=2003.3N (6)计算齿轮的圆周速度V Fr=729.14N V=πd3n3/（60×1000）=3.14×60×452.8/(60×1000) =1.42m/s F1V=364.57N 对照P168表11-2可知选9级精度是合宜的 F1H=1001.6N 五、轴的设计计算 (一) 输入轴 1.按弯扭合成强度计算 MaV=21.87N·m 已知d3=60mm，TII=60.1N·m， MaH=60.1N·m 根据课本P168（11-1）式得： 3Ft=2 TII /d3=2×60.1×10/60=2003.3 N 根据课本P168（11-1a）式得 Ma=63.96N·m Fr=Ft·tanα=2003.3×0.36397=729.14 N (1)支承反力 垂直：F1V=F2V=Fr/2=729.14/2=364.57N 水平：F1H=F2H=Ft/2=2003.3/2=1001.6N Me=73.42N·m (2)弯矩 垂直面：MaV=F2V×L/2=364.57×120/(2*1000)=21.87N·m

d4=mZ2=2×120mm=240mm - 11 -

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水平面：MaH=F1H×L/2=1001.6×120/(2*1000)=60.10N·m (4)计算合成弯矩 Ma= =（21.872+60.12）1/2 =63.96N·m (5)计算当量弯矩：取α=0.6 Me= d1=30mm L1=60 =[63.962+(0.6×60.1)2]1/2 d2=40 L1=40 =73.42N·m d3= 45 L1=15 (6)危险截面的轴径 轴的材料选用45#钢调质，由P241表14-1得σB=650MPa，d4=50 L4=55 由P246表14-3查得[σ-1b]=60MPa,则 d5=55 L5=10 d≥ =[73.42×103 /(0.1×60)]1/3mm=23.0mm d6=45 L6=20 考虑到键槽，将直径加大5%，故 d=1.05×23.0=24.15mm d7=40 L7=40 取d=30mm 2、轴的结构设计 （1）轴上零件的定位 单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对 称分布，齿轮由轴肩和套筒定位，以平键作过渡配合固定， Ft=1925N 两轴承分别以轴肩和轴承盖定位，则采用过渡配合固定 Fr=700.6N （2）轴各段直径和长度的确定 F1V=350.3N F1H=962.5N （二） 输出轴

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MaV=21.02N·m MaH=57.75N·m Ma=61.45N·m Me=151.6N·m d1=35mm L1=60 d2=40 L1=40 Me= d3=45 L1=15 =[61.452+(0.6×231)2]1/2 d4=50 L4=65 =151.6N·m d5=55 L5=15 (6)危险截面的轴径 轴的材料选用45#钢调质，由P241表14-1得σB=650MPa，d6=45 L6=25 由P246表14-3查得[σ-1b]=60MPa,则 d7=40 L7=40 d≥ =[151.6×103 /(0.1×60)]1/3mm=29.3mm 考虑到键槽，将直径加大5%，故 d=1.05×29.3=30.7mm 取d=35mm 2、轴的结构设计 1.按弯扭合成强度计算 已知d4=240mm，TIII=231N·m， 根据课本P168（11-1）式得： Ft=2 TIII /d4=2×231×103/240=1925 N 根据课本P168（11-1a）式得 Fr=Ft·tanα=1925×0.36397=700.6 N (1)支承反力 垂直：F1V=F2V=Fr/2=700.6/2=350.3N 水平：F1H=F2H=Ft/2=1925/2=962.5N (2)弯矩 垂直面：MaV=F2V×L/2=350.3×120/2*1000=21.02N·m 水平面：MaH=F1H×L/2=962.5×120/2*1000=57.75N·m (4)计算合成弯矩 Ma= =（21.022+57.752）1/2 =61.45N·m (5)计算当量弯矩：取α=0.6

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（1）轴上零件的定位 单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮由轴肩和套筒定位，以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和轴承盖定位，则采用过渡配合固定 （2）轴各段直径和长度的确定 六 滚动轴承的选择 输入轴： 根据课本P168（11-1a）式得 Fr=Ft·tanα=2003.3×0.36397=729.14 N 计算径向基本额定动载荷 根据课本P279 式(16-3),= N 式中取=1.2 (P279表16-9);=1.0 (表16-8，工作温度不高)，Lh=15000（P279表16-10），所以 = =6828 N 查《指导书》P130选用6208轴承符号条件。 七、键联接的选择 由轴径d1=30mm，查得健宽b=16mm，健高h=10mm，L=50mm。 选择A型健，选键16×50GB/T1096-1979 八 联轴器的选择 根据课本P291表17-1查得工作情况系数KA=1.5 TIII=9.55×106PIII/nIII =9.55×106×2.74/113.2=231N·m TC=KAT=1.5×231=346.5N·m

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由指导书P126，选弹性套柱销联轴器TL7.它的公称扭矩为500 N·m,联轴器材料为钢时，许用转速为3600r/min，允许的轴孔直径40~48mm之间。以上数据均满足需要

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