输送带设计书

.华南农业大学机械设计课程设计（带式输送机传动装置）班级： 11 农业机械化及其自动化1 班设 计 者：古陆倚指导老师：夏红梅日期： 2013 年 12 月 30. . .z. . .z.23V79132829. . .z.设计任务书设计题目：带式输送机传动装置设计数据：设计方案编号输送带的牵引力 F，运输带速度滚筒直径（ KN)V(m s)D（mm ）180.45300设计要求 ：1）输送机运转方向不变，工作轻载且载荷稳定；2）输送带鼓轮的传动效率取为0.97；3）工作寿命为 8 年，每年 300 个工作日，每日工作16 个小时。设计容：1） 装配图一；2） 零件图三；3） 设计说明书一份。指导老师：日期：. . .z.第一部分传动装置总体设计一方案传动分析传动方案（方案一）简图如下图所示：电动机带传动两级圆柱齿轮减速器联轴器运输机该方案的优缺点：该工作机有轻微振动，由于V 带有缓冲吸振能力，采用V 带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V 带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种。齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。原动机部分为Y 系列三相交流异步电动机。总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。1.电动机选择1）根据工作要求及工作条件选用Y 系列三相交流异步电动机，封闭式结构。2）工作机所需功率：PFV1000电动机所需工作效率：PdP传动装置的总效率：1? 24? 32? 4? 5按表 2-3（课设）确定：V 带传动效率1 =0.96，滚动轴承传动效率（一对） 2 =0.99，. . .z.闭式齿轮传动效率 3 =0.97，联轴器传动比 4 =0.99，传动滚筒效率 5 =0。 97 代入数据得= 0.96 0.994 0.972 0.99 0.96 0.8333）确定电动机转速：滚筒轴工作机转速n6010006010000.4528.66 rD3.14 300min在上 2）步中PFV80000.45100010003.6kwP3.64.32kwPd0.833因载荷平衡，电动机额定功率Ped 略大于 Pd 即可，由表16-1（见课设）可知取Pd5.5 。通常， V 带传动的传动比常用围为i12 4；二级圆柱齿轮减速器为i 28 40 ，则总传动比的围为i 16 160 ，故电动机转速的可选围为n i * n (16 160) 28.66458 4580rmind符合这一围的同步转速有750、1000、1500、3000r。如果没有特殊要求一min般不选用 750、3000 r这两种转速的电动机， 现以同步转速 1000、1500 rminmin两种方案进行比较， 由表 16-1（见课设）查得的电动机数据及计算出的总传动比列于表 1.表 1方案电动机额定功电动机转速电动总传价格 /型号率n/ r机质动比元量iaPed /kwmin同步满载m/kg1Y132S-45.5150014406818.849052Y132M25.510009608512.561300-6比较两方案可见， 方案 1 虽然总传动比大， 但是电动机质量价格较低， 鉴于此输. . .z.送机提升的物料种类，决定选用方案1。电动机 Y132S-4 型技术数据：额定功率（ kw ）5.5满载转速（ r min ）1440额定转矩（ N m ）2.0最大转矩（ Nm ）2.2Y132 电动机的外型尺寸（ mm）：A：216B：178C：89D：380 .018E：80 F：10G： 330.002H：132K：12AB ：280 AC ：270 AD：210HD： 315 BB：200L：4752.计算传动装置的总传动比及初步分配各级传动比总传动比： inm 1440 50.24a nw 28.66分配传动装置各级传动比，取V 带传动比 i013 ，则减速器的传动比 i 为：ii a50.24 16.74i 013取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比i121.4i1.416.744.841则低速级的传动比i 23i16.74i123.4584.8413.计算传动装置的运动和动力参数的选择计算0 轴（电机轴）：输入功率： P0 Pd 4.36kw转速： n 0 nm1440 rmin输入转矩： T0p028.9N m9550n0输出功率： PP0.994.360.994.32kw00输出转矩： T0T00.9928.90.9928.6 N m. . .z.1 轴（高速轴）：输入功率： P1P0n14.320.974.19kw转速： n1n01440i480 r3min输入转矩： T1p195504.19955083N mn1480输出功率： PP0.994.15kw11输出转矩： T T0.9982N m112 轴（中间轴）输入功率： PP234.19 0.99 0.97 4.02kw21转速： n2n199.2 rmini12输入转矩： T29550p2387N mn2输出功率： P2P20.993.98kw输出转矩： T2 T20.99383N m3 轴（低速轴）：输入功率： P3P2234.02 0.99 0.97 3.86kw转速： n3n228.7 ri2min输入转矩： T3p31284N m9550n3输出功率： P3P30.993.82kw输出转矩： T3T30.991271N m4 轴（滚筒轴）：输入功率： P4P3243.78kw. . .z.n328.7 r转速： n4min1输入转矩： T49550p41257 N mn4输出功率： P4P40.993.74kw输出转矩： TT 0.99 1244 N m44计算结果汇总下表2 所示：表 2轴名功率 P/kw转矩 T/(N m)转速输入输出输入输出n/( r)min电机4.3628.91440轴1 轴4.194.1583824802 轴4.023.9838738399.23 轴3.863.821284127128.7滚筒3.783.741257124428.7轴第二部分带设计外传动带选为普通 V 带传动1、确定计算功率： Pca由表 13-8（见课设）查得工作情况系数K A1.2所以 Pca K AP 1.2 5.56.6KW2、选择 V 带型号根据 Pc=6.6kw 与 n01440 r min 由图 13-15 得此坐标点位于 A 型区，所以选用A型V带。3.确定大小带轮基准直径da1 da2（ 1）、由表 13-9（见机设） d a1 应不小于 75，现取 d a1 =125mm，由式 13-9（机. . .z.设）得 d a2i0d a1 =367.5mm 查表 13-9（机设）取 da 2 375mm4、验算带速由式 5-7（机设）n1da11V 19.42 m s6010005、传动比iida23da1（ 5）、从动轮转速n2n1480 r min1i6.确定中心距 a 和带长 Ld（ 1）、按式（ 5-23 机设）初选中心距a01.5(d1d2 )750 mm符合 0.7 d a1 d a 2a0 2 d a1 da 2（ 2）、按式 (13-2 机设 )求带的计算基础准长度L 0L 02 a02( d1d 2)( d 2 - d1 )22306mm4a0查表 132(机设 )取带的基准长度Ld=2500mm(3)、按式 (13-16 机设 )计算实际中心距 :aa a0Ld L0847mm27.验算小带轮包角1由式 (13-1 机设 )1180 d 2 d1 57.3 163 120 符合a8.确定 V 带根数 Z（ 1）查表 13-3 得 P01.92kw(2)已知传动比，由表（ 13-5 机设）查得P0 =0.17Kw(3)由表查得（ 13-7 机设）查得包角系数 k0.96. . .z.(4)由表 (13-2 机设 )查得长度系数 K L1.09(5)计算 V 带根数 Z，由式（ 13-15 机设）ZPca3.02( P0P0)K KL取 Z=4根9计算单根 V 带初拉力 F0 ，由式（13-17）机设。q 由表 13-1 机设查得F 0 500 Pca (2.51) q v 149N2VZK a10计算对轴的压力 FQ ，由式（13-17 机设）得F Q 2Z F 0 sin11179 N211确定带轮的结构尺寸，给制带轮工作图小带轮基准直径da1125mm采用实心式结构。大带轮基准直径da 2375mm ，采用轮辐式结构。第三部分齿轮的设计计算一、高速级减速齿轮设计（斜齿圆柱齿轮）因传递功率不大，转速不高， 材料按表11-1 选取，小齿轮采用20CrMnTi 渗碳淬火， 齿面硬度为 56-62HRC ，Hlim 11500MPa ， FE1850MPa 。大齿轮采用20Cr 渗碳淬火，齿面硬度为 56-62HRC ，Hlim 21500 MPa ，FE2 850MPa ，由表11-5 ，取 SH 1.0 ，SF1.25 。ZE189.8 ， Z H2.5H1H 2Hli m11500 MPa1500 MpasH1FE10.7850476MPaF1F 2MpaSF1.25. . .z.按齿面接触强度设计设齿轮按7 级精度制造。取载荷系数K=1.1 ，齿宽系数d0.8 ，小齿轮上的转矩T19.55106P9.551064.19N mm8.34104 N mmn1480。初选螺旋角15齿数取 Z127，则 Z2 4.84128131，取 Z 2131，实际的传动比为 i1314.85127齿形系数Zv12730Zv1131145cos315cos3 15查图 11-8 得 YFa1 2.6, YFa 22.17 ，由图 11-9得 Ysa11.61, Ysa 21.83因YFa1YSa12.671.610.0088 YFa 2YSa22.21.834764760.0083F1F 2故应对小齿轮进行弯曲强度计算法向模数mn2KT1 YFa1YSa1cos2321.18.34104 2.671.6121.63mm30.8 272cos 15 mmd Z12F 1476由表 4-1 取 mn1.75mm中心距m nZ1Z21.7527131a2cosmm 143mm2 cos15取 a 145mm确定螺旋角arccosmn Z1Z 2arccos1.7527 13117.52a2145齿轮分度圆直径d1mn z1 / cos1.7527 / cos17.550mmd2mn z2 / cos1.75131/ cos17.5240mm齿宽bd d1 0.850 mm40mm取 b2 40mmb1 45mm验算齿面接触强度将各参数. . .z.代入式（ 11-8）得HZEZHZ2KT1u12 1.18.34 1045.8412189.8 2.5 cos17.540502MPa 689MPabd1u4.841H 11500MPa所以安全齿轮的圆周速度v60d1n136 480 m1.256 ms1000601000s对照表11-2，选 7 级精度是合宜的。二、低速级减速齿轮设计（斜齿圆柱齿轮）低速级减速齿轮设计（同高速轴设计）因传递功率不大， 转速不高， 材料按表11-1 选取，小齿轮采用 20CrMnTi 渗碳淬火， 齿面硬度为 56-62HRC ，Hlim 1 1500MPa ， FE1850MPa 。大齿轮采用 20Cr 渗碳淬火，齿面硬度为56-62HRC ，Hlim 21500 MPa ，FE2850MPa ，由表 11-5 ，取 SH 1.0 ，SF1.25 。ZE189.8 ， Z H 2.5H1H 2Hli m11500 MPa1500 MpasH1FE10.7 850476MPaF1F 2MpaSF1.25按齿面接触强度设计设齿轮按7 级精度制造。取载荷系数K=1.1 ，齿宽系数d 0.8 ，小齿轮上的转矩T39.55106P39.551063.86 N mm1.284106 N mmn128.7。初选螺旋角15齿数取 Z125，则 Z23.458 25 86.45 ，取 Z 286 ，实际的传动比为 i863.4425. . .z.齿形系数Zv12527.74Zv18695.43cos315cos3 15查图 11-8 得 YFa1 2.67,YFa 22.25 ，由图11-9 得 Ysa1 1.6, Ysa21.77因YFa1YSa12.67 1.60.009 YFa 2YSa22.21.830.0084F1476F 2476故应对小齿轮进行弯曲强度计算、法向模数mn2KT3 YFa 1YSa1221.11.2841062.671.6215 mm 3.62mm3cos3cosd Z120.825 2476F 1由表 4-1 取 mn3.75mm中心距m nZ1Z 23.752586215.5mma2cos2 cos15mm取 a 216mm确定螺旋角arccosmn Z1Z2arccos3.7525 8615.52a2216齿轮分度圆直径d1mn z1 / cos3.7525 / cos15.597mmd2mn z2 / cos3.7586 / cos15.5 335mm齿宽bd d1 0.897mm77.6mm取 b280mmb1 85mm验算齿面接触强度将各参数代入式（ 11-8）得HZEZHZ2KT 3u12 1.1 1.284 1064.4582189.8 2.5 cos15.580 972MPa 1025MPabd1u3.458H 11500MPa所以安全齿轮的圆周速度vd1n197 28.7 m0.15m60100060 1000ss对照表11-2，选 7 级精度是合宜的。. . .z.第四部分轴的设计一.高速轴的设计1.选择轴的材料及热处理因为做成齿轮轴，所以材料与小齿轮一样，为20CrMnTi 渗碳淬火2.初估轴径按扭矩初估轴的直径 ,查表 10-2,得 c=107 至 118,取 c110输入功率P 4.19Kw1d1 min C 3P mm 11034.1923mm ，所以该轴上最小直径为 23mm.考虑到有键n480槽，取 d25mm3.轴承：角接触球轴承7307C：d D B 35 80 21，Cr 34.2KN Cor 26.8KN ，154.轴各段的长度及直径初估轴径后 ,可按轴上零件的安装顺序,该高速轴为齿轮轴， 从右端开始确定直径 .该轴轴段 1 安装轴承和挡油环， 挡油环厚度 b9mm，故该段直径为 d135mm ，L130mm 。 2 段为轴肩，计算得轴肩的高度为h=（0.070.1） d1 =2.1mm，取3mm,故 d245 mm， L 23mm，3 段齿轮， d350mm, L343mm 。4 段 5 段均不装任何零件， d445mm, L470mm ， d541mm, L530mm， 6 段安装另一个轴承和挡油环，直径和1 段一样为 d635mm ， L 630mm 。 7 段装大带轮，d732mm dmin ， L 780mm76543215.轴上零件的周向固定为了保证良好的对中性， 齿轮与轴选用过盈配合H7/r6。与轴承圈配合轴径选用 k6 ，大带轮采用A型普通平键联接，选键b8mm, h7mm， L50 mm. . .z.GB1096。6.轴上倒角与圆角为保证 7306C 轴承圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册的推荐，取轴肩圆角半径为 1mm。其他轴肩圆角半径均为 2mm。根据标准 GB6403.4-1986，轴的左右端倒角均为 1 457.轴的各项受力输入转矩 T8.34 104 N mm1轴上小齿轮直径为 d150mm螺旋角15压力角取 an20圆周力Ft2T1 28.34104NNd1503336径向力FrFt tan an3336tan 20N 1257 Ncoscos15轴向力FaFt tan3336tan15 N894N作用在轴上的外力 F Q2Z F0 sin11179N2带轮到左轴承的的中心距为L160mm ，左轴承到齿轮的中心距为 L2137mm ，齿轮到右轴承的中心距 L340 mm7.1 在垂直面的支承反力. . .z.F ? LF ? d1r3a2F1vL3410NL2F2vFrF1v847N7.2 在水平面上的支承反力Ft ? L3F1H754NL2L3F2HFtF1H2582N7.3 FQ 力在支点产生的反力FQ ?L1F1F400NL2L3F2 FF1FFQ1579N8.各项弯矩8.1 绘制垂直面的弯矩图M aVF1v ? L256 N mM aVF2v ? L334Nm8.2 绘制平面的弯矩图M aHF1H ? L2103Nm. . .z.M aHF2H ? L3103Nm8.3 F 力产生的弯矩M 2FFQ ? L 1106Nma-a 截面 F 力产生的弯矩为：M aFF2F ? L3 63N m8.4 求合成弯矩图考虑到最不利的情况，把 M aF 和 M aV2M aH2 直接相加M aM aV2M aH2M aF562 103263N m180 Nm同理 M a 171 N m求轴传递的转矩TFt ? d133360.05 Nm83.4N m228.5 求危险截面的当量弯矩从图中可看出 a-a 剖面左侧合成弯矩最大、扭矩为T，该截面左侧可能是危险截面。此轴转矩不变，所以取0.6 ，故其当量弯矩为M eM a2218822187N mT0.6 83.4垂直弯矩图水平弯矩图合成弯矩图扭矩图当量弯矩图. . .z.9.计算危险截面处轴的直径轴的材料是选用45 钢，调质处理，由表 14-1 查得 B650 MPa ，由表 14-3 查得-1b 60 MPa ，则M e3 18010350mm ，所以安全d 30.1mm 31mm ， d10.11b6010.该轴上轴承和键的校核10.1 连接带轮和轴的键 ：4T1483.422.6MPae50d1hl 50 78查表 10-10，得 p 100 120MPapp ，键校核安全caM A2T 2/W57MPa ，查表14-3 得-1b 60MPa ， ca 1 ，故安全10.2 校核左轴承和计算寿命径向载荷 FrFv2FH2858N轴向载荷：Fa894N , Fa1.04 e , FaCor0.033，所以查表得，X=0.44，Y=1.50Fr由表 16-9 取 f p1.2 ，则高速轴的当量动载荷为PAf p ( XFrYFa )2062NCr所以寿命为：10 6C r3L h158424h ，符合工作寿命要求60nPA10.3 校核右轴承和计算寿命FrFv2FH22717 N ，PBf p ( XFrYFa )3044NCr所以寿命为：106Cr3L h49243 h ，符合工作寿命要求60 nPA. . .z.二中间轴的设计1.中间轴的设计步骤与高速轴的设计步骤一样31542现将此轴的重要参数和尺寸列于如下所示：1）材料： 45 钢，调质2）初算轴径： d1minC 3 P mm1103 4.0237.8mm,取 d=44 mmn99.23）根据轴径选轴承可初选滚动角接触轴承7309C，其尺寸： d45D100 B25，Cor 39.8KN ,Cr 49.2KN ，154)轴各段直径分别为： d1 d544mm , d2d450 mm、 d3 55mm5）轴各段的长度： L130mm, L2 38mm, L327 mmL4 83mm, L530mm6）输入转矩 T2387 Nm高速级的齿轮直径为d2240mm ，低速轴的小齿轮的直径为d197 mm螺旋角15压力角取 an20作用在高速轴的大齿轮的力圆周力Ft12T2 23.87 105NNd22403225径向力Fr1Ft1 tan an3225tan 20 N1215 Ncoscos15轴向力Fa1Ft1 tan3225tan15 N864N. . .z.作用在低速轴的小齿轮的力圆周力Ft22T2 23.87 105NNd1977979径向力Fr2Ft1tan an7979tan 20 N3006 Ncoscos15轴向力Fa2Ft 1tan7979tan15 N2138 N中间轴受力分析图如下：从左到右轴承与齿轮，齿轮与齿轮，齿轮与轴承的中心距分别L 1 57mm , L 2 88mm,L 334mm高速级中间轴轴承圆周力Fh1Ft 3L1 Ft 2 ( L1L2 )5153NL1L2 L3低速级中间轴轴承圆周力Fh 2Ft 2Ft 3Fh16051N高速级中间轴轴承径向力Fv1Fr 2 ( L1L2 ) Fr 3L127 NL1L2L3低速级中间轴轴承径向力Fv2Fr 2Fr 3Fv11818 N高速级中间轴水平弯矩M h1Ft 2 ( L1L2 )467625 Nmm低速级中间轴水平弯矩M h2Ft 3L1 454803 N mm高速级中间轴垂直弯矩M v1Fr 2 ( L1L2 )176175 Nmm低速级中间轴垂直弯矩M v2Fr 3L1171342 N mm高速级中间轴弯矩M 1M2M2N mmh1v1499711低速级中间轴弯矩M 2M2M2N mmh 2v2486008高速级中间轴当量弯矩M低速级中间轴当量弯矩MM2（2ca11T2） 551024N mmM22ca 22（ T2） 538628N mm. . .z.弯矩图：水平面弯矩图垂直面弯矩图合成弯矩图扭矩图当量弯矩图. . .z.从图中可以看出，高速轴的大齿轮的所在截面的当量弯矩最大计算危险截面处轴的直径轴的材料是选用45 钢，调质处理，由表 14-1 查得 B650 MPa ，由表 14-3 查得-1b 60 MPa ，则dM e3551024，考虑到键槽对轴的削弱，将d 值加大30.1mm 45.12mm0.11b605%，故d1.0545.147mm上述自选尺寸符合要求，所以安全2.轴上零件的周向固定为了保证良好的对中性， 齿轮与轴选用过盈配合H7/r6。与轴承圈配合轴径选用 k6，齿轮与中间轴均采用 A 型普通平键联接，高速轴对应的大齿轮配合的键为 b=14mm,h=9mm，L=36mm GB1096-79 低速轴对应的小齿轮配合的键 b=14mm,h=9mm,L=36mm GB1096-793.轴上倒角与圆角为保证 7009C轴承圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册的推荐，取轴肩圆角半径为 1mm。其他轴肩圆角半径均为2mm。根据标准 GB6403.4-1986，轴的左右端倒角均为1454.轴承和键的校核4T24387103连接高速级大齿轮和轴的键 ： p44114.2MPad1hl14 36 14查表 10-10，得 p 100 120MPap p ，键校核安全caM 122/ W64.7MPa ，查表 14-3 得 -1b65MPa ， ca 1 ，故T安全连接低速级小齿轮和轴的键校核同上，也安全校核右端轴承和计算寿命 ：径向载荷 FrFv2FH25153 N轴向载荷： F864N,Fa0.17 e ,，所以查表得， X=1，Y=0aFr由表 16-9 取 f p1.2 ，则高速轴的当量动载荷为PAf p ( XFrYFa )6184NC r. . .z.所以寿命为：106Cr384610 h ，符合工作寿命要求L hPA60 n校核左端轴承和计算寿命 ： FrFv2FH26318 N ，PB f p ( XFr YFa ) 7582N C r106Cr345907 h ，符合工作寿命要求L hPB60 n三.低速轴的设计1.选择轴的材料及热处理由于减速器传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求故选择常用材料45钢 ,调质处理 . 2.初估轴径按扭矩初估轴的直径 ,查表 10-2,得 c=107 至 118,取 c110输入功率 P33.86 Kwd1 min C 3 P mm1103 3.8656mm ，所以该轴上最小直径为56mm.考虑到有键n28.7槽，取 d60mm3.轴各段的长度及直径612453初估轴径后 ,可按轴上零件的安装顺序，从左端开始确定直径.该轴轴段 1安装轴承和挡油环，挡油环厚度 b6mm，故该段直径为 d163mm ， L140mm 。2 段为低速级小齿轮，计算得轴肩的高度为 h=（0.070.1），故d272mm，d1 =4.5mm. . .z.L 278mm ， 3段轴 肩定 位， d380mm, L327 mm 。 4段不装任何零件，d472mm, L423mm ， 5 段安装另一个轴承和挡油环，d563mm, L540mm ，6 段连接联轴器与输送带相连，d660mm ， L 6100mm4.轴承：角接触球轴承 7013C，dDB 65 14018 ，C40KN ，35.5KN，rCor155.