機械設計課程設計-帶式輸送機傳動裝置(2).doc

機械設計課程設計說明書目 錄 一、設計任務書1 二、傳動方案的分析4 三、電動機的選擇4 四、傳動裝置的運動及動力參數(shù)計算7 五、傳動零件的設計計算10 六、軸的計算13 七、滾動軸承的選擇和計算22 八、鍵連接的選擇和計算25 九、聯(lián)軸器的校核計算27 十、潤滑方式、潤滑油牌號及密封裝置的選擇27 十一、設計小結28 十二、參考資料28一、設計任務書1、課程設計的目的 課程設計是機械設計課程重要的教學環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生機械設計能力的重要實踐環(huán)節(jié)。課程設計的主要目的是：（1）、通過課程設計使學生綜合運用機械設計基礎課程及有關選修課程的知識，直到鞏固、深化、融會貫通及擴展有關機械設計方面知識的作用，樹立正確的設計思想。（2）、通過課程設計的實踐，培養(yǎng)學生分析和解決工程實際問題的能力，使學生掌握機械零件、機械傳動裝置或簡單機械的一般設計方法和步驟。（3）、提高學生的有關設計能力，如計算能力、繪圖能力以及計算機輔助設計（cad）能力等，使學生熟悉設計資料（手冊、圖冊等）的使用，掌握經(jīng)驗估算等機械設計的基本技能。2、課程設計的題目內(nèi)容和任務 、課程設計題目： 帶式輸送機傳動裝置參數(shù) 題號12345輸送帶工作拉力f/n23002100190022002000輸送帶工作速度/（m/s）1.51.61.61.81.8滾筒直徑d/mm400400400450450輸送功率p/kw輸出軸轉(zhuǎn)速n/（r/min）每日工作時數(shù)t/h2424242424傳動工作年限/a55555備注空載起動，載荷平穩(wěn)，起動載荷是名義載荷的1.25倍，輸送帶速度允許誤差誤差為5%。 、設計的主要內(nèi)容：（1）擬定、分析傳動裝置的設計方案；（2）選擇電動機，計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)；（3）進行傳動件的設計計算，校核軸、軸承、聯(lián)軸器、鍵等；（4）繪制減速器裝配圖；（5）繪制零件工作圖；（6）編寫設計計算說明書。、課程設計要求在2周時間內(nèi)完成以下任務：（1）繪制減速器裝配圖1張（用a1圖紙繪制）；（2）零件工作圖2張（從動齒輪、主動軸）；（3）設計計算說明書一份，約8000字左右；（4）答辯。3、課程設計的步驟課程設計一般可按以下順序進行：設計準備工作總體設計傳動件的設計計算裝配圖草圖的繪制（校核軸、軸承等）裝配圖的繪制零件工作圖的繪制編寫設計計算說明書答辯。每一設計步驟所包括的設計內(nèi)容如下表所列。指導教師在學生完成以上設計步驟后，根據(jù)圖紙、說明書以及答辯情況等對設計進行綜合評定。課程設計的步驟 步 驟主 要 內(nèi) 容學時比例時間安排1、設計準備工作（1）熟悉任務書，明確設計的內(nèi)容和要求；（2）熟悉設計指導書、有關資料、圖紙等；（3）觀看錄像、實物、模型，或進行減速器裝拆實驗等，了解減速器的結構特點與制造過程。5%0.5天2、總體設計（1）確定傳動方案；（2）選擇電動機；（3）計算傳動裝置的總傳動比，分配各級傳動比；（4）計算機各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩。5%0.5天3、傳動件的設計計算（1）計算齒輪傳動、帶傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸；（2）計算各傳動件上的作用力。5%0.5天4、裝配圖草圖的繪制（1）確定減速器的結構方案；（2）繪制裝配圖草圖（草圖紙），進行軸、軸上零件和軸承組合的結構設計；（3）校核軸的強度、校核滾動軸承的壽命；（4）繪制減速器箱體結構；（5）繪制減速器附件。40%4天5、裝配圖的繪制（1）畫底線圖，畫剖面線；（2）選擇配合，標注尺寸；（3）編寫零件序號，列出明細欄；（4）加深線條，整理圖面；（5）書寫技術條件、減速器特性等。25%2.5天6、零件工作圖的繪制（1）繪制齒輪類零件工作圖；（2）繪制軸類零件工作圖；8%0.5天7、編寫設計計算說明書（1）編寫設計計算說明書，內(nèi)容包括所有的計算，并附有必要的簡圖；（2）說明書中最后一段內(nèi)容應寫出設計總結。一方面總結設計課題的完成情況，另一方面總結個人所作設計的收獲體會以及不足之處。10%1天8、答辯（1）作答辯準備（2）參加答辯2%0.5天4、課程設計的有關注意事項本課程設計是學生第一次接受較全面的設計訓練，學生一開始往往不知所措。指導教師應給予學生適當?shù)闹笇?，引導學生的設計思路，啟發(fā)學生獨立思考，解答學生的疑難問題，并掌握設計的進度，對設計進行階段性檢查。另一方面，作為設計的主體，學生應在教師的指導下發(fā)揮主觀能動性，積極思考問題，認真閱讀設計指導書，查閱有關設計資料，按教師的布置循序漸進地進行設計，按時完成設計任務。在課程設計中應注意以下事項：（1）認真設計草圖是提高設計質(zhì)量的關鍵草圖也應該按正式圖的比例尺畫，而且作圖的順序要得當。畫草圖時應著重注意各零件之間的相對位置，有些細部結構可先以簡化法畫出。（2）設計過程中應及時檢查、及時修正設計過程是一個邊繪圖、邊計算、邊修改的過程，應經(jīng)常進行自查或互查，有錯誤應及時修改，以免造成大的返工。（3）注意計算數(shù)據(jù)的記錄和整理數(shù)據(jù)是設計的依據(jù)，應及時記錄與整理計算數(shù)據(jù)，如有變動應及時修正，供進一步設計及編寫設計說明書時使用。（4）要有整體觀念 設計時考慮問題周全、整體觀念強，就會少出差錯，從而提高設計的效率。二、傳動方案的分析題號：2 參數(shù)：輸送帶工作拉力f=2100n，輸送帶工作速度v=1.6m/s，滾筒直徑d=400mm，每日工作時數(shù)t=24h，傳動工作年限5a。 1-v帶傳動；2-電動機；3-圓柱齒輪傳動器；4-聯(lián)軸器；5-輸送帶；6-滾筒1、輸送機傳動不逆轉(zhuǎn)，工作載荷平穩(wěn)。2、起動載荷為名義載荷的1.25倍。 3、使用期限5年，每年300個工作日，每日工作24小時。三、電動機的選擇計算說明計算結果目前應用最廣泛的是y系列自扇三相異步電動機，其結構簡單，起動性能好，工作可靠，價格低廉，維護方便適用于不易燃，不易爆，無腐蝕性氣體，無特殊要求的場合，如運輸機、機床、風機、農(nóng)機、輕工機械等。1、選擇電動機類型按已知工作條件和要求選用y型全封閉籠型三相異步電動機。2、選擇電動機功率因為起動載荷為名義載荷的1.25倍，所以工作機所需的電動機輸出功率為：因為 則有由電動機至工作機之間的總效率為：式中:、分別為帶傳動 齒輪傳動軸承 齒輪傳動 聯(lián)軸器 卷筒軸軸承及卷筒的效率。取 、。（機械設計基礎課程設計指導書第三版第六頁的表2-3中），則 所以 3、確定電動機轉(zhuǎn)速 卷筒軸的工作轉(zhuǎn)速為： 按推薦的合理傳動比范圍，取v帶傳動的傳動比，單級齒輪傳動比,則合理總傳動比的范圍為，故電動機轉(zhuǎn)速的可迭范圍為（傳動比數(shù)據(jù)?。簷C械設計基礎課程設計指導書第三版第六頁的表2-2中）：符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750r/mm 1000r/mm 1500r/mm，再根據(jù)計算出的容量，查機械設計基礎實例教程第48頁的表3.2得：同步轉(zhuǎn)速為（ ）r/min 額定功率為5.5kw時，只有電動機型號y132m2-6 額定功率為5.5kw, 額定轉(zhuǎn)速為960r/min 。4、 確定傳動裝置的總傳動比及分配（1）計算總傳動比: （2）傳動比分配為了使傳動系統(tǒng)外形尺寸小，傳動緊湊，采用較多的傳動級數(shù)和每級傳動比較小的方式。基于上述考慮，從電動機至滾筒軸，安排了v帶傳動、閉式齒輪傳動兩級傳動。由機械設計基礎實例教程表3.3推薦值，取v帶傳動比為，則閉式齒輪傳動比為： =4.5（3）計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)軸（電動機的軸）： 軸(減速器高速軸)： 軸(減速器低速軸): 軸（滾筒軸）： 所選電動機y132m2-6額定功率滿載轉(zhuǎn)速 軸名參數(shù)電動機軸軸軸卷筒軸轉(zhuǎn)速r/min960342.8676.1976.19輸入功率p/kw5.55.2255.024.92輸入轉(zhuǎn)矩t/nm54.7145.54629.23616.70四、 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算計算說明計算結果確定使用y系列異步電動機，傳遞功率，帶輪轉(zhuǎn)速 ,傳動比為。1、確定設計功率 由書本表4.9查得，故 2、 確定v帶的型號根據(jù)及，查書本表4.15確定選用spz型的窄v帶。3、確定帶輪直徑、(1)確定小帶輪的基本直徑依據(jù)圖4-15的推薦，小帶輪可選用的直徑范圍是，參照書本表4.3,選擇。(2)驗算帶速v故 ,帶速合適。 (3)計算大帶輪直徑 一般計算中傳動要求不高，忽略滑動率 ，由書上的公式（4.11）得： 根據(jù)帶輪基本直徑系列，由書上表4.3選取最接近計算值350mm的標準值，在此，取。 實際傳動比，與要求相差不大，可用。4、確定中心距a及基準帶長 (1)、初取中心距 得336960，初選 (2)、確定帶的基準 故 由于v帶是標準件，故查書上表4.2，取基準長為=2500mm。 (3)、計算實際中心距 根據(jù)幾何關系估算出所需的實際中心距 5、計算包角 根據(jù)幾何關系計算 故 包角適合。6、確定v帶的根數(shù)z (1)、確定基本額定功率 根據(jù)，查書本表4.5得(用插入法)：。 (2)、確定功率曾量 由書本表4.7查得spz型v帶的；由表4.8查得時，；當時，由書本公式（4.16）得： (3)、確定包角系數(shù)由上，有書本公式(4.17)可得： (4)、確定帶常系數(shù)由書本表4.7查得spz型v帶的計算系數(shù)，當時，由書本公式（4.18）可得： (5)、確定v帶的根數(shù)z：由書本公式（4.20）可得： 所以取7、確定初拉力 式中:為計算功率(kw)；v為帶速(m/s);z為帶的根數(shù)；為單位長度的質(zhì)量(kq/m)。對型spz窄v帶，由書本表4.1查得：q=0.07kq/m。則 8、 計算帶輪軸所受的壓力: 式中：z為帶的根數(shù)；為初拉力(n)；為小帶輪的包角。則 五、傳動零件的設計計算計算說明計算結果 該齒輪傳動的傳動比，較小沖擊，減速器高速軸所需傳動的功率；v帶傳動的傳動比由2.8變成了。 由于斜齒圓柱齒輪傳動的平穩(wěn)性和承載能力都優(yōu)于直齒圓柱齒輪傳動，在此，傳動類型選斜齒圓柱齒輪傳動；無特殊要求，選軟齒面。 1、選擇齒輪精度、材料及熱處理方式 一般要求，由書本表5.15，初選7級精度。小齒輪40cr，調(diào)質(zhì)，硬度為241286 hbs，取270hbs。大齒輪zg35simn，調(diào)質(zhì)，硬度197248 hbs，取220hbs。2、計算許用應力 (1)、由表5.18，求強度極限、。 (2) 、由表5.19，取 安全系數(shù)：；。(3) 、由公式（5.19）可得： 3、該傳動為閉式軟齒面，按齒面接觸疲勞強度設計 (1)、確定載荷系數(shù)：查表5.17，按較大沖擊，取中間值；(2)、確定齒寬系數(shù)：由表5.21，輕型傳動，?。?3)、計算小齒輪上的轉(zhuǎn)矩： (4)、確定齒數(shù)：選小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)為 。(5) 、由表5.16中式（5.40）初算中心距： (6)、計算法面模數(shù)：初取螺旋角，由表5.4可知 由表5.2 取。 (7)、確定中心距： 取。(8)、確定螺旋角： (9)、計算分度圓直徑： (10)、計算齒寬、：由式（5.50）可得： 取、。 4、校核齒根彎曲疲勞強度(1)、確定復合齒形系數(shù)： 計算當量齒數(shù),由式（5.12）得： 則由試（5.51）可得： (2)、按表5.16中式（5.39）校核齒根彎曲疲勞強度： 故安全。5、計算齒輪的圓周速度 對照表5.15選取，7級精度合適。6、齒輪其它尺寸計算 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 全齒高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 中心矩：齒寬：、六、軸的計算計算說明計算結果、減速器高速軸設計1、軸的結構設計由上面計算可知高速軸所傳遞的功率，轉(zhuǎn)速；大帶輪的輪轂寬度為；小齒輪的分度圓直徑為，螺旋角為，寬度為。 (1)確定軸的最小直徑直徑最小的軸段為裝大帶輪的軸段，可按傳遞扭矩進行估算。按式（7.1）計算，選取軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表（7.2），該軸承彎矩且有沖擊載荷，取,則 考慮裝有單鍵，應把軸徑加大7%,所以。(2)從處起逐一確定各段軸的直徑 （圓整。） （大帶輪的定位軸肩高度，這里取4；2考慮到該段有標準件氈圈。） （該軸段配合軸承，按軸承內(nèi)徑標準系列取初選軸承型號7310ac。） （軸承的定位軸肩直徑。） （該軸段直徑與軸段相同。） （非定位軸肩，軸肩高取。） （該軸段為裝齒輪的重要軸段。） （小齒輪的定位軸肩高度，這里取。） (3)確定各軸段的長度 （考慮壓緊空間，軸段長比輪轂短。） （軸承端蓋寬，拆卸空間，倒角。） （7310ac軸承寬，為倒角與湊成偶數(shù)。） （為齒輪的定位軸肩高度，湊成整數(shù)。） （為小齒輪寬，為考慮壓緊空間。） （為套筒齒輪及套筒與軸承的壓緊空間。） （為套筒與軸承的壓緊空間。） 計算完成后的尺寸標注圖如下。2、校核軸承的強度 高速軸所傳遞轉(zhuǎn)矩：；小齒輪分度圓直徑，螺旋角為；由書本公式（5.27）可知小齒輪上的：圓周力：徑向力：軸向力： 由于該軸為轉(zhuǎn)軸，應按彎扭合成強度條件進行計算。 (1)、作軸的受力簡圖 (2)、作軸的垂直面受力簡圖(3)、繪制垂直面彎矩圖 求垂直面的支反力： 求垂直面彎矩： 繪制彎矩圖 、作軸的水平面受受力簡圖 、繪制水平面彎矩圖 求支反力： 求水平面彎矩 繪制旁矩圖 、繪制合成彎矩圖 計算合成彎矩 繪制彎矩圖、繪制扭矩當量彎矩圖軸單向轉(zhuǎn)動，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取0.6，則扭矩當量彎矩： 、繪制總當量彎矩圖 計算總當量彎矩： 繪制總當量彎矩圖 、校核軸的強度 軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，由設計手冊查得：。 從總當量彎矩圖可以看出，截面b、c為兩個危險截面。截面b為軸承處，。 截面c為齒輪處，。 強度足夠。、減速器低速軸的設計1、 軸的結構設計由前面計算可知低速軸所傳遞的功率,轉(zhuǎn)速；大齒輪的分度圓直徑,螺旋角為，寬度為。 (1)、確定軸的最小直徑直徑最小的軸段為裝聯(lián)軸器的軸段，可接傳遞扭矩來進行估算，按之前所選的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。由書本表（7.2），該軸承彎矩且有沖擊載荷，取, 考慮要開鍵槽將軸徑增大7%，.該軸外端安裝的是聯(lián)軸器，為補償軸的偏移，選用彈性柱銷聯(lián)軸器。查手冊初選型彈性柱銷聯(lián)軸器，孔徑與軸外伸直徑相符。 (2)、從處起逐一確定各段軸的直徑 （圓整。） （聯(lián)軸器的定位軸肩高度，考慮到該段有標準件氈圈，這里取。） （該軸段配合軸承，按軸承內(nèi)徑標準系列取初選軸承型號7313ac。） （軸承的定位軸肩直徑。） （該軸段直徑與軸段相同。） （非定位軸肩，軸肩高取。） （該軸段為裝齒輪的重要軸段。） （大齒輪的定位軸肩高度，這里取。） (3)確定各軸段的長度 （hl4聯(lián)軸器z型軸孔,考慮壓緊空間軸段長比輪轂短。） （軸承端蓋寬，拆卸空間，倒角。） （7313ac軸承寬，為倒角與湊成偶數(shù)。） （為齒輪的定位軸肩高度，湊成整數(shù)。） （為大齒輪寬，為考慮壓緊空間。） （為套筒與軸承的壓緊空間。） （為軸段到軸段的定位距離。） 計算完成后的尺寸標注圖如下。2、校核軸承的強度 低速軸所傳遞轉(zhuǎn)矩為：；大齒輪分度圓直徑，螺旋角為；由書本公式（5.27）可知小齒輪上的：圓周力：徑向力：軸向力： 由于該軸為轉(zhuǎn)軸，應按彎扭合成強度條件進行計算。 (1)、作軸的受力簡圖 (2)、作軸的垂直面受力簡圖(3)、繪制垂直面彎矩圖 求垂直面的支反力： 求垂直面彎矩： 繪制彎矩圖 、作軸的水平面受受力簡圖 、繪制水平面彎矩圖 求支反力： 求水平面彎矩 繪制旁矩圖 、繪制合成彎矩圖 計算合成彎矩 繪制彎矩圖、繪制扭矩當量彎矩圖軸單向轉(zhuǎn)動，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取0.6，則扭矩當量彎矩： 、繪制總當量彎矩圖 計算總當量彎矩： 繪制總當量彎矩圖 、校核軸的強度 軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，由設計手冊查得：。 從總當量彎矩圖可以看出，截面b、c為兩個危險截面。截面b為軸承處，。 截面c為齒輪處，。 強度足夠。高速軸各軸段直徑：各軸段長度：低速軸各軸段直徑：各軸段長度：七、滾動軸承的選擇計算計算說明計算結果、高速軸承校核計算查書可得軸承的判斷系數(shù)。當時，、;當時，、?；绢~定的載荷,軸承采用正安裝，要求壽命力。計算步驟，結果及說明、繪出軸承的計算簡圖 、計算軸承所受總的徑向力由軸的計算可知 b、d處水平面的支反力： b、d垂直面的支反力： ， 、計算各軸承的內(nèi)部派生軸向力 、判斷放松、壓緊端 軸有左竄趨勢，軸承1壓緊，軸承2放松，則 、計算當量動載荷 對于軸承1：，則、。 對于軸承2：，不要考慮軸向力，、。 因,故按軸承1的當量動載荷來計算軸承壽命，即取。、軸承壽命校核計算 所選軸承符合要求。、低帶軸的軸承校核計算查書可得軸承的判斷系數(shù)。當時，、;當時，、?；绢~定的載荷,軸承采用正安裝，要求壽命力。計算步驟、結果及說明、繪出軸承的計算簡圖、計算各軸承所受點的徑向力由軸的計算可知。b、d處水平面的支反力： b、d垂直面的支反力： ， 、計算各軸承的內(nèi)部派生軸向力 、判斷放松、壓緊端 軸有左竄趨勢，軸承1壓緊，軸承2放松，則 、計算當量動載荷 對于軸承1：，則、。 對于軸承2：，不要考慮軸向力，、。 因,故按軸承1的當量動載荷來計算軸承壽命，即取。、軸承壽命校核計算 所選軸承符合要求。八、鍵連接的選擇和計算計算說明計算結果、帶輪與減速器高速軸鍵的連接設計計算由上面所計算的可知，該軸受的轉(zhuǎn)矩。軸段直徑,軸長,軸和鍵的材料均為45號鋼，帶輪材料為鋼。計算步驟及結果 (1)、鍵的類型與尺寸選擇 因為該鍵用于軸端與轂的連接，所以采用c型單圓頭平鍵。 尺寸選擇。 由表6.8可知，軸段直徑, 選取鍵的截面為;軸長,取鍵長度。因此鍵的型號為鍵c1045gb1096-2003。 (2)、鍵的校核計算按較弱的材料鋼查表6.9得，鍵連接的鋼擠壓力。鍵的工作長度 則由式（6.20）可得 所以該連接滿足強度要求。 、小齒輪與減速器高速軸鍵的連接計算由上面所計算的可知，該軸受的轉(zhuǎn)矩。軸段直徑,軸長,軸和鍵的材料均為45號鋼，小齒輪材料為45cr鋼。計算步驟及結果 (1)、鍵的類型與尺寸選擇 因為該鍵用于軸中部與轂的連接，所以采用a型圓頭平鍵。 尺寸選擇。 由表6.8可知，軸段直徑, 選取鍵的截面為;軸長,取鍵長度。因此鍵的型號為鍵c1863gb1096-2003。 (2)、鍵的校核計算按較弱的材料鋼查表6.9得，鍵連接的鋼擠壓力。鍵的工作長度 則由式（6.20）可得 所以該連接滿足強度要求。、大齒輪與減速器低速軸鍵的連接設計計算由上面所計算的可知，該軸受的轉(zhuǎn)矩。軸段直徑,軸長,軸和鍵的材料均為45號鋼，大齒輪的材料為zg34sinmn。計算步驟及結果 (1)、鍵的類型與尺寸選擇 因為該鍵用于軸中部與轂的連接，所以采用a型圓頭平鍵。 尺寸選擇。 由表6.8可知，軸段直徑, 選取鍵的截面為;軸長,取鍵長度。因此鍵的型號為鍵c2263gb1096-2003。 (2)、鍵的校核計算按較弱的材料鋼查表6.9得，鍵連接的鋼擠壓力。鍵的工作長度 則由式（6.20）可得 所以該連接滿足強度要求。、聯(lián)軸器與減速器低速軸鍵的連接設計計算由上面所計算的可知，該軸受的轉(zhuǎn)矩。軸段直徑,軸長,軸和鍵的材料均為45號鋼。計算步驟及結果 (1)、鍵的類型與尺寸選擇 因為該鍵用于軸端與轂的連接，所以采用c型單圓頭平鍵。 尺寸選擇。 由表6.8可知，軸段直徑, 選取鍵的截面為;軸長,取鍵長度。因此鍵的型號為鍵c16801gb1096-2003。 (2)、鍵的校核計算按較弱的材料鋼查表6.9得，鍵連接的鋼擠壓力。鍵的工作長度 則由式（6.20）可得 所以該連接滿足強度要求。帶輪與減速器高速軸的鍵為c1045gb1096-2003型小齒輪與減速器高速軸的鍵為c1863gb1096-2003大齒輪與減速器低速軸的鍵為c2263gb1096-2003聯(lián)軸器與減速器低速軸的鍵為c16801gb1096-2003九、聯(lián)軸器的校核計算計算說明計算結果 查表7.13選取工作情況系數(shù),名義轉(zhuǎn)矩，則 查指導書附表9.4可知，hl4型聯(lián)軸器的方程扭矩，則 所以聯(lián)軸器滿足要求。十、潤滑方式、潤滑油牌號及密封裝置的選擇、軸承的潤滑選擇 一般情況下，滾動軸承都使用潤滑脂。它可以形成強度較高的油臘，承受較大的載荷，緩沖和吸振能好，黏附力強，可以防水，不需要經(jīng)常換潤滑和補充。同時密封