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1、 编号09课程设计说明书课程名称： 机械设计 题 目：设计用于带式运输机的传动装置 机械 学院（系）机械工程及自动化 专业全套设计，联系153893706班 级： 机自0803 学 号： 学生姓名： 指导教师： ） （职称： ）2010 年 6 月目录一 课题设计任务书3二 电动机的选择5三 传动装置的运动和动力参数计算6四 V带传动设计7五、减速器高速级齿轮设计9六、低速级齿轮设计15七、减速器机体结构尺寸20八、轴的结构设计22九、轴的计算及轴承的计算25十、键的选择和计算33十一、减速器润滑方式及密封种类的选择35十二、联轴器的选择36十三、减速器附件的选择与设计36十四、减速器箱体的设
2、计36十五、设计小结37十六、参考文献37附录:课程设计方案减速器的选择38一 课题设计任务书一、 目的及要求：机械设计课题的设计主要是培养学生的机械设计的综合能力。通过自己动手，可以体会和巩固先修课程的理论和实际知识，同时还能学习如何运用标准、规范、手册等有关国家标准及技术手册，更重要的是可以提高学生从机器功能的要求、尺寸、工艺、经济和安全等诸多方面综合考虑如何设计的能力，从而树立正确的设计思想。课程结束每个学生必须完成：1 一张减速器装配图（用A1或A0图纸绘制）；2 齿轮和轴的零件图各一张；3 设计说明书一份（约60008000字）。二、 设计题目: 设计运送原料的带式运输机所用的圆柱齿
3、轮减速器，具体内容是：1 设计方案论述。2 选择电动机。3 减速器外部传动零件设计。4 减速器设计。1) 设计减速器的传动零件；2) 对各轴进行结构设计，按弯扭合成强度条件验算个轴的强度；3) 按疲劳强度条件计算输出轴上轴承的强度；4) 选择各对轴承，计算输出轴上轴承的寿命；5) 选择各键，验算输出轴上键连接的强度；6) 选择各配合尺寸处的公差与配合；7) 决定润滑方式，选择润滑剂；5. 绘制减速器的装配图和部分零件工作图；6. 编写设计说明书。三、 已知条件1. 展开式二级齿轮减速器产品。2. 动力来源 ：电力，三相交流，电压380/220V。3. 输送带工作拉力T=410Nm。4. 输送带
4、工作速度=0.8m/s。5. 滚筒直径D=340mm。6. 工作情况：两班制，连续单向运行，载荷较平稳。四、分析减速器的结构1、传动系统的作用：作用：介于机械中原动机与工作机之间，主要将原动机的运动和动力传给工作机，在此起减速作用，并协调二者的转速和转矩。2、传动方案的特点：特点：结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、维护方便。由于电动机、减速器与滚筒并列，导致横向尺寸较大，机器不紧凑。但齿轮的位置不对称，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分地抵消，以减缓沿齿宽载荷分布有均匀的现象。3、电机和工作机的安装位置：电机安装在远离高速轴
5、齿轮的一端；工作机安装在远离低速轴齿轮的一端。4、画传动系统简图： 二 电动机的选择计算及说明结果选择电动机类型 按工作要求：连续单向运转，载荷平稳；选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。稳定运转下运送带滚筒所需功率： 运送带滚筒转速为：由P5表1-7查得1（联轴器）=0.99，2（球轴承）=0.99，3（齿轮传动8级精度）=0.97，4（V带）=0.96。电动机至运送带滚筒之间的总效率为： =所以电动机所需功率为 由表12-1查出符合设计要求并综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格等选定电动机型号为Y100L2-4，则所选取电动机：额定功率为 满载转速为 P=1.92
6、9KW型号为Y100L24n=1430r/minP=3KW 三 传动装置的运动和动力参数计算计算及说明结果总传动比 选用等浸油深度原则，查表1-8得 =2.9（带轮）；=3.8；=2.9名级效率： 第一级效率： 第二级效率： 第三级效率：计算各轴的转速功率和转矩：1、转速：轴I： 轴II：轴III：n2、 输出功率：轴I： 轴II： 轴III：3、 输出转矩：轴I：轴II： 轴III： 参数轴名输出功率P（KW）转速n(r/min)输出转矩T（N.M）传动比i效率轴I 2.85493.155.23.80.960轴II2.737129.76201.62.90951轴III2.60344.7556
7、四 V带传动设计计算及说明结果1确定计算功率 由表8-6查得工作情况系数，故 2选取窄V带带型 根据和转速，由图8-11确定 选用A型。3. 确定带轮基准直径 由表8-8初选主动轮基准直径。根据式（8-15），从动轮基准直径。根据表8-8， 即为基准系列。 所以带的速度合适。4. 确定窄V带的基准长度和传动中心距 根据，初步确定中心距。计算带所需的基准长度由表8-2选带基准长度。计算实际中心距a 5. 验算主动轴上的包角 由式（8-6）得 所以主动轮上的包角合适。6. 计算窄V带的根数z由式（8-22）知由，查表8-4a和表8-4b得 查表8-5，得 ，查表8-2，得 ，则 取。7. 计算预紧
8、力 查表8-3，得 ，故 8. 计算作用在轴上的压轴力 9查表8-10，带轮宽度B=（z-1）e+2f=(3-1)15+29=48mm10带轮结构设计 材料选用HT200.V带A型B=48mm五、减速器高速级齿轮设计计算及说明结果1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）选用斜齿圆柱齿轮传动如上图所示，有利于保障传动的平稳性；2）设备为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。3）材料选择。由表10-1选小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮齿数，大齿轮，故选。5）初选螺旋角142按齿面接触强度设计齿面
9、接触强度计算公式为：1）确定公式内的各计算数值 试选Kt=1.6。 由图10-30选取区域系数。 由图标准圆柱齿轮传动的端面重合度查得=0.775，=0.87，则=1.645。 由表10-7选取齿宽系数。 由表10-6查得材料的弹性影响系数。 由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮。 由式10-13计算应力循环次数 由图10-19 查得接触疲劳寿命系数，。 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数s=1，由式得 2）计算 试算小齿轮分度圆直径 由计算公式得 计算圆周速度 计算齿宽b及模数 计算纵向重合度 计算载荷系数K 取，根据，8级精度，由图10-8查得动载
10、系数；由 表10-4查得；由图10-13查得；由表10-3查得。故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式(10-10a)得 计算模数3按齿根弯曲强度设计 由式（10-17） 1）确定计算参数 计算载荷系数 根据纵向重合度，从图查得螺旋角影响系数。 计算当量齿数 查取齿形系数 由表查得； 查取应力校正系数 由表查得； 查取弯曲疲劳强度极限 由图10-20c 查得小齿轮 ，大齿轮 查取弯曲疲劳寿命系数 由图10-18 查得 ， 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，由式（10-12），得 计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度
11、计算的法向模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数，取=2mm，可满足弯曲强度。为满足接触疲劳强度，按接触强度算得的分度圆直径，由，取，则,取。4.几何尺寸计算 1）计算中心距 将中心距圆整为124。 2）按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多，故参数、等不必修正。3）计算大、小齿轮的分度圆直径4）计算齿轮宽度 圆整后取；。5.结构设计 小齿轮齿顶圆直径16Omm且满足齿根圆到键槽底部的距离e16Omm，而又小于5OOmm，故以选用腹板式结构为宜。其它有关尺寸按图荐用的结构尺寸设计齿根圆直径为 51.52*(1+0.25)*2=46.5mm 齿顶圆直径为 14Kt=1.6=1.645 =2m
12、m=46.5mm六、低速级齿轮设计1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）选用斜齿圆柱齿轮传动2）设备为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。3）材料选择。在同一减速器各级小齿轮(或大齿轮)的材料，没有特殊情况，应选用相同牌号，以减少材料品种和工艺要求,选小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮齿数，大齿轮，故选。5）初选螺旋角142按齿面接触强度设计齿面接触强度计算公式为：1）确定公式内的各计算数值 试选Kt=1.6。 由图10-30选取区域系数。 由图标准圆柱齿轮传动的端面重合度查得=0.79，
13、=0.86，则=1.65。 由表10-7选取齿宽系数。 由表10-6查得材料的弹性影响系数。 由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮。 由式10-13计算应力循环次数 由图10-19 查得接触疲劳寿命系数，。 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数s=1，由式得 2）计算 试算小齿轮分度圆直径 由计算公式得 计算圆周速度 计算齿宽b及模数 计算纵向重合度 计算载荷系数K 取，根据，8级精度，由图10-8查得动载系数；由 表10-4查得；由图10-13查得；由表10-3查得。故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式(10-10a)得 计算模数3
14、按齿根弯曲强度设计 由式（10-17） 1）确定计算参数 计算载荷系数 根据纵向重合度，从图查得螺旋角影响系数。 计算当量齿数 查取齿形系数 由表查得； 查取应力校正系数 由表查得； 查取弯曲疲劳强度极限 由图10-20c 查得小齿轮 ，大齿轮 查取弯曲疲劳寿命系数 由图10-18 查得 ， 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，由式（10-12），得 计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法向模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数，取=2mm，可满足弯曲强度。为满足接触疲劳强度，按接触强度算得的分度圆直径，由，取，则,取。4.几
15、何尺寸计算 1）计算中心距 将中心距圆整为152.5。 2）按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多，故参数、等不必修正。3）计算大、小齿轮的分度圆直径4）计算齿轮宽度 圆整后取；。5.结构设计 小齿轮齿顶圆直径16Omm且满足齿根圆到键槽底部的距离e16Omm，而又小于5OOmm，故以选用腹板式结构为宜。其它有关尺寸按图荐用的结构尺寸设计齿根圆直径为 782*(1+0.25)*2=73mm 齿顶圆直径为 14Kt=1.6=1.65 =2mm=73mm七、减速器机体结构尺寸名称符号计算公式结果箱座厚度10箱盖厚度8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度15箱座底凸缘厚度 25地脚螺钉直径M20地脚螺钉数
16、目查手册4轴承旁联结螺栓直径M16盖与座联结螺栓直径=（0.5 0.6）M10轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）8视孔盖螺钉直径=（0.30.4）6定位销直径=（0.70.8）8，至外箱壁的距离查手册表112262216，至凸缘边缘距离查手册表1122414外箱壁至轴承端面距离=+（510）47.4大齿轮顶圆与内箱壁距离1.215齿轮端面与内箱 壁距离13箱盖，箱座肋厚78.5轴承端盖外径+（55.5）120（1轴）120（2轴）160（3轴）轴承旁联结螺栓距离120（1轴）120（2轴）180（3轴）八、轴的结构设计按机械设计中式（152）初步计算轴的最小直径，选取II、III轴的材料为45
17、钢,调质处理。I轴为40Cr。根据资料1表15-3，取，于是得三根轴的最小直径确定: （一）中间轴设计(1)选用7307AC的轴承,s=9.5,由箱体条件可知, 挡油圈长度取为9.5+13=22.5mm, (2) 齿轮宽为,左侧有2mm定位，故取 ,右侧有一轴肩,取h=3.5,L1.4h,故取L=6，d=45（3）齿宽，故取，d=38（4），d=35mm。（二）高速轴设计 根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度(1),选用7307AC的轴承,s=9.5,挡油圈长度取为9.5+10.5=20mm, (2) 齿轮宽为,故取 ,右侧L3由结构确定（3）与相似，故取，d=35（4） ，d=35mm
18、。（5）大带轮与轴，d=26.（三）低速轴设计5、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度（1）为了满足半联轴器安装的轴向定位要求，L1轴段右端需制出一轴肩，故段的直径。 （2）查手册，选用型弹性套柱销联轴器（3）初选滚动轴承7312AC，则其尺寸为故左边轴承安装处有挡油环,挡油圈长度取为9.5+13=22.5mm，则（4）挡油环右侧用轴肩定位，故可取,L4由尺寸确定,右侧的轴肩d=75,齿轮部分（5）段与相似 九、轴的计算及轴承的计算（一）中间轴的计算(1)进行强度校核,按弯扭组合进行校核.将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面上两个平面力系图1图2图3其中图二中, 通过另加弯矩而平
19、移到指向轴线图三中 通过另加转矩而平移到作用轴线上对于型轴承，轴承的派生轴向力算得所以 求轴承的当量动载荷和对于轴承1对于轴承2查表可得径向载荷系数和轴向载荷系数分别为：对于轴承1，对于轴承2，求该轴承应具有的额定载荷值因为则有故符合要求。轴的弯矩图的计算铅直面：。AB段：M=FNV2*x 即M=3239.1xBC段:CD段： 水平面: AB段BC段：CD段：截面处的、及的值列于下表 表4载荷水平面垂直面支持力弯矩总弯矩扭矩力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表可得，故安全。 （2）精确校核轴的疲劳强度判断危险截面分析各个截面上的弯矩与扭矩可知，B-D段所
20、承受的应力最大，考虑BC段轴的直径足够大，应力的集中不大。而对于C截面，由于CD段轴的直径比较小，致使C截面应力过于集中，所以判断为危险截面，应予校核。截面C左侧抗弯截面系数抗扭截面系数 截面C左侧的弯矩M为 截面上的扭转切应力为材料45钢，调质处理，。（2P362表15-1）综合系数的计算由，经直线插值，知道因轴肩而形成的理论应力集中为，（2P40附表3-2经直线插入）轴的材料敏感系数为，（2P41附图3-1）故有效应力集中系数为查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，（2P42附图3-2）（2P43附图3-3）轴采用磨削加工，表面质量系数为，（2P44附图3-4）轴表面未经强化处理，即，则综合系数
21、值为 碳钢系数的确定碳钢的特性系数取为，安全系数的计算轴的疲劳安全系数为故安全。截面C右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面E-F右侧的弯矩M为 截面上的扭转切应力为 材料45钢，调质处理，。（2P362表15-1）过盈配合处的，由附表3-8用插值法求出，并取=0.8，=2.60，=0.8=轴采用磨削加工，表面质量系数为，（2P44附图3-4）轴表面未经强化处理，即，则综合系数值为碳钢系数的确定碳钢的特性系数取为，安全系数的计算轴的疲劳安全系数为右侧也是安全的故轴的选用安全。十、键的选择和计算中间轴上键的校核大齿轮上,一般的8级以上精度的齿轮有空心精度要求，应选用平键连接，由于齿轮不在轴端，故选用圆
22、头普通平键（A型）取键长，键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均值， 键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度则，故合适。所以选用：键 GB/T 1096-2003第三个齿轮,小齿轮选用圆头普通平键（A型）取键长，键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均值，键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度则，故合适。所以选用：键 GB/T 1096-2003高速轴上带轮上,取取键长，键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均植，键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度则，故合适。所以选用：键 GB/T 1096-2003低速轴上大齿轮上 取键长，键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均植，键的工作长度键和轮毂键槽的接触
23、高度则，故合适。所以选用：键 GB/T 1096-2003联轴器上 键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均植，键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度则，故合适。所以选用：键 GB/T 1096-2003十一、减速器润滑方式及密封种类的选择一、齿轮的润滑由于低速级周向速度为0.4868m/s，采用浸油润滑,浸油高度取30mm。二、滚动轴承的润滑由于轴承dn 值小于，所以使用挡油环。三、润滑油的选择齿轮考虑到该装置用于小型设备，选用L-CKC润滑油。四、密封方法的选取从密封性来讲为了保证机盖与机座连接处密封，凸缘应有足够的宽度，连接表面应精刨，密封的表面要经过刮研。而且，凸缘连接螺柱之间的距离不宜太
24、大，并均匀布置，保证部分面处的密封性。轴承端盖采用凸缘式端盖，易于加工和安装。十二、联轴器的选择此设备中选用选择弹性套柱销联轴器，代号为LY9。其公称转矩为1000Nm许用最大转速为2850r/min, 半联轴器的孔径为50mm. 联轴器的计算转矩，查表可得，考虑到转矩变化小，故取其公称转矩为。半联轴器的孔径，长度， 故合用；半联轴器长度.L=112mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度十三、减速器附件的选择与设计通气器由于在室内使用，选通气帽，采用M271.5油面指示器选用游标尺M12起吊装置采用箱座吊耳放油螺塞选用外六角油塞及垫片M121.25十四、减速器箱体的设计材料：用铸铁（HT200）机体
25、：剖分式机体详见装配图十五、设计小结 由于没有设计经验，设计中出现很多问题。比如，对铸造的工艺性要求，轴承的加工要求,及箱体的尺寸要求没有很好的把握,经过多次修正,而且，对齿轮、轴、联轴器、轴承等重要设计部件的尺寸精度、定位精度没有处理得当、考虑的不够充分。又对Autocad不是很熟悉，致使作图时难以下手，比如标注等。这些需常常看书和实践才能解决。我相信，通过这次的实践，能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作，对设计的过程有更深刻的了解，有能力设计出结构更紧凑，传动更稳定精确、效率更高、更经济的设备。十六、参考文献【1】 濮良贵，纪名刚主编 机械设计 第7版.北京高等教育出版社 2001年5
26、月；【2】 吴宗泽 罗圣国 主编 机械设计课程设计手册 第3版 高等教育出版社 2006年5月【3】 鲁屏宇 主编 工程图学 第一版 机械工业出版社 2007年11月【4】 孙桓 陈作模等 机械原理 第7版 高等教育出版社 2006年5月【5】 毛平淮 主编 互换性与测量技术基础 第一版 机械工业出版社 2009年6月附:课程设计传动方案选择（一）减速器的特点：两级展开式圆柱齿轮减速器：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。输入输出轴上的齿轮常布置在远离轴输入输出端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均。高速级常用斜齿，低速级可用斜齿或直齿。建
27、议用于载荷较平稳场合。两级分流式圆柱齿轮减速器：低速轴上的齿轮相对于轴承为对称布置，载荷沿齿宽分布较均匀。中间轴危险断面上的转矩是传递转矩的一半。高速级多用斜齿，同一轴上齿轮一边右旋，另一边左旋，轴向力可抵消，结构较复杂，需多用一对齿轮，轴向尺寸较大。建议用于变载荷场合。两级同轴式圆柱齿轮减速器：箱体长度较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。但减速器轴向尺寸及重量较大；高速级齿轮的承载能力不能充分利用；中间轴承润滑困难；中间轴较长，刚度差；仅能有一个输入端和输出端，限制了传动布置的灵活性。（二）、选择方案：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。本次设计中，载荷比较平衡，使用展开式减速器结构最简单。
