机械设计基础课程设计说明书.doc

成绩：_机械设计基础课程设计说明书设计题目： 带式输送机传动装置设计 专业班级： 装控2015-02 学生姓名： 曹梦菲 学 号： 150640214 指导教师： 姚贵英 河北工程大学材料工程学院2017年 6月 10 日机械设计基础课程设计任务书班级：装控2015 02 班 学号：150640214 学生姓名：曹梦菲一、设计题目：胶带输送机传动系统设计1、机器的功能要求图1-1 传动方案示意图1输送带；2滚筒；3联轴器；4减速器； 5V带传动；6电动机胶带输送机是机械厂流水作业线上运送物料常用设备之一，其主要功能是由输送带完成运送机器零、部件的工作。其传动示意图参见图1-1。2、机器工作条件（1）载荷性质 单向运输，载荷较平稳；（2）工作环境 室内工作，有粉尘，环境温度不超过35C；（3）运动要求 输送带运动速度误差不超过5%；滚筒传动效率为0.96；（4）使用寿命 8年，每年350天，每天16小时；（5）动力来源 电力拖动，三相交流，电压380/220V；（6）检修周期 半年小修，二年中修，四年大修；（7）生产条件 中型机械厂，批量生产。3、工作装置技术数据（1）输送带工作拉力: F= 2200 kN；（2）输送带工作速度: V= 2.4 m/s；（3）滚筒直径： D= 350 mm.二、设计任务1、设计工作内容（1）胶带输送机传动系统方案设计（包括方案构思、比选、决策）；（2）选择电动机型号及规格； （3）传动装置的运动和动力参数计算；（4）减速器设计(包括传动零件、轴的设计计算，轴承、连接件、润滑和密封方式选择，机体结构及其附件的设计)；（5）V带传动选型设计；（6）联轴器选型设计；（7）绘制减速器装配图和零件工作图；（8）编写设计说明书；（9）设计答辩。2、提交设计成品需要提交的设计成品：纸质版、电子版（以班级学号中文姓名作为文件名）各1份。内容包括：（1）减速器装配图一张；（2）零件图2张 (完成的传动零件、轴和箱体的名称)；（3）设计计算说明书一份。三、设计中应注意事项1.计算和绘图应交替进行，并注意随时整理结果，列表保存。2.设计中要贯彻标准。（标准件和标准尺寸）3.全面考虑问题：强度、结构、加工工艺等。4.设计应有创造性，多方案比较，择优选用。5.设计过程中注意培养独立工作能力。6.提交的设计成品应符合指导教师给出的格式要求。四、完成时间要求在2017年6月10日之前完成全部设计任务。指导教师：姚贵英 2017年4月21日目录第一章 绪论1第二章 总设计方案22.1 传动方案特点22.2 计算传动装置总效率2第三章 电动机的选择23.1选择电动机类型：23.2选择电动机的功率：33.3确定电动机转速：3第四章 总传动比和分配传动比44.1总传动比44.2分配传动比：4第五章 运动与动力参数的计算45.1各轴转速：45.2各轴功率：45.3各轴转矩：4第六章 带传动的设计56.1求计算功率56.2选V带型号：56.3求大小带轮基准直径：56.4验算带速：66.5求V带基长与中心距a:66.6验算小轮包角：66.7求V带根数z：76.8求作用在带轮轴上的压力:76.9V带轮宽度的确定：7第七章 齿轮传动的设计计算87.1选择材料及确定许用应力：87.2按齿面接触强度设计：87.3验算齿轮弯曲强度：107.4齿轮的圆周速度：10第八章 轴的设计118.1选择高速轴的材料、热处理方式：118.2初步估算高速轴最小直径：118.3高速轴的结构设计：11（1）径向尺寸：11（2）轴向尺寸：128.4对高速轴进行弯扭强度校核：138.5选择低速轴的材料、热处理方式：168.6初步估算低速轴最小直径：168.7低速轴的结构设计：16（1）径向尺寸：16（2）轴向尺寸：17第九章 联轴器及箱体的选择18第十章 对轴承的校核2010.1对轴承6208的寿命计算：2010.2对轴承6212的寿命计算：21第十一章 普通平键的选择及校核2111.1带轮处键连接：2111.2小齿轮处键连接：2211.3大齿轮处键连接：2211.4联轴器处键连接：22第十二章 润滑方式与密封形式的选择2312.1润滑方式：2312.2密封方式：23参考资料24第一章 绪论机械设计课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课。课程设计则是机械设计课程的实践性教学环节，同时也是高等工科院校大多数专业学生第一次全面的设计能力训练，其目的是：（1）通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的的理论与实际知识去分析和解决机械设计问题的能力。（2） 学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。（3） 通过制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件的工作能力，确定尺寸及掌握机械零件，以较全面的考虑制造工艺，使用和维护要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件，机械传动装置或简单机械的设计过程和方法。（4）学习进行机械设计基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册、运用标准和规范等。第二章 总设计方案2.1 传动方案特点1.组成：传动装置由电机、V带、减速器、工作机组成。2.特点：齿轮相对于轴承对称分布。3.确定传动方案：考虑到电机转速高，V带具有缓冲吸振能力，将V带设置在高速级。选择V带传动和一级直齿圆柱齿轮减速器。2.2 计算传动装置总效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：V带传动效率；齿轮传动的轴承效率；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）第三章 电动机的选择3.1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。3.2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）3.3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：970 r/min、1440 r/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1440 r/min的转速。其初定总传动比为：综上，可选定电动机型号为：Y132M-4。其相应参数列于表3-1：表3-1.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Y132M-47.5KW1500 r/min(4级)1440 r/min10.99第四章 总传动比和分配传动比4.1总传动比：由上一步算得知4.2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。第五章 运动与动力参数的计算5.1各轴转速：轴：；轴：。5.2各轴功率：轴：；轴：。5.3各轴转矩：轴：；轴：。表5-1.初步计算传动参数功率（kW）初算转速(r/min)初算转矩(N*m)轴6.11516.13113.05II轴5.87131.87425.10带轮传动比齿轮传动比2.793.914第六章 带传动的设计6.1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，载荷变动小（带式输送机）查【1】表13-8，得工况系数：。故有。6.2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型区域，故选用A型V带。6.3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。虽实际取之较原定值小，但实际传动比，其误差，故满足误差范围。6.4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）6.5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A型带选用带长。再由【1】式13-16反求实际中心距：。6.6验算小轮包角：由【1】式13-1得：，合适。6.7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。6.8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：。6.9V带轮宽度的确定：查【1】表13-10得A型带轮，故有带轮宽度，故取。表6-1.带传动中基本参数带型号长度根数A型1400mm7根中心距带轮直径宽度450mmd1=80,d2=21248mm安装初拉力对轴压力实际传动比317.27N4392.92N2.704第七章 齿轮传动的设计计算7.1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。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：，；，。7.2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，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：。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）。端面压力角：aa1 = arccosz1cosa/(z1+2ha*) = arccos20cos20/(20+21) = 31.331aa2 = arccosz2cosa/(z2+2ha*) = arccos93cos20/(93+21) = 23.09端面重合度：ea = z1(tanaa1-tana)+z2(tanaa2-tana)/2 = 20(tan31.331-tan20)+93(tan23.09-tan20)/2 = 1.702重合度系数：Ze = = = 0.875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）。7.3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。7.4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7-1.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齿顶高齿根高小齿轮45钢调制27819033.75大齿轮45钢正火1053158533.75模数齿形角中心距320198第八章 轴的设计8.1选择高速轴的材料、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）。8.2初步估算高速轴最小直径：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）。8.3高速轴的结构设计：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），查表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）；查表得安装直径，故查表选取“”，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8-1高速轴结构示意图8.4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，。（9）作转矩图（如图g）（10）计算危险截面处轴的许用直径：已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。 图8-2高速轴弯扭强度校核图8.5选择低速轴的材料、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）。8.6初步估算低速轴最小直径：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。8.7低速轴的结构设计：根据低速轴上所需安装的零件，可将其分为6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（查表知所选轴承内径为60mm，外径为110mm，且轴承宽度），故取；为方便测量取；查表得安装直径，故查表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；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。图8-3低速轴结构设计示意图第九章 联轴器及箱体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：。表9-1箱体及其附件主要尺寸名称符号公式与计算结果取值箱座壁厚0.025a+3=0.025169.5+3=5.2取8mm箱盖壁厚10.02a+3=0.02169.5+3=4.4取8mm箱盖凸缘厚度b11.51=1.58=12取12mm箱座凸缘厚度b1.5=1.58=12取12mm箱座底凸缘厚度b22.5=2.58=20取20mm地脚螺钉直径df0.036a+12=0.036169.5+12=18.1取M20地脚螺钉数目na250时，取n=4取4轴承旁连接螺栓直径d10.75df=0.7520=15取M16盖与座连接螺栓直径d2(0.5-0.6)df=(0.5-0.6)20=10-12取M10连接螺栓d2的间距l150-200取150轴承端盖螺钉直径d3(0.4-0.5)df=(0.4-0.5)20=8-10取M8视孔盖螺钉直径d4(0.3-0.4)df=(0.3-0.4)20=6-8取M6定位销直径d(0.7-0.8)d2=(0.7-0.8)10=7-8取8mmdf、d1、d2至外箱壁距离C1根据螺栓直径查表取26、22、16df、d1、d2至凸缘边缘距离C2根据螺栓直径查表取24、20、14轴承旁凸台半径R1=20取20凸台高度h根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准外箱壁至轴承座端面距离L1C1+C2+(5-10)=22+20+(5-10)取47大齿轮顶圆与内箱壁距离11.2=1.28=9.6取12齿轮端面与内箱壁距离=8取16箱盖、箱座肋厚m1、m0.85=0.858=6.8取7第十章 对轴承的校核10.1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44800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。10.2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。第十一章 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。11.1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。11.2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。11.3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。11.4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。第十二章 润滑方式与密封形式的选择12.1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。12.2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。参考资料【1】杨可桢、程光蕴、李仲生等编，机械设计基础，高等教育出版社，2006.5【2】吴宗择、罗圣国等编，机械设计课程设计手册，高等教育出版社，2006.5