机械设计课程设计带式输送机传动装置.doc

机械设计课程设计
计算说明书

设计题目：带式输送机传动装置

目录

一、 设计任务书······································（3）

二、 传动方案的拟定··································（4）

三、 电动机的选择及传动装置的参数计算················（4）

四、 传动零件的设计计算······························（8）

五、 轴的设计与计算 ································（18）

六、 轴承的设计及计算 ··························· （29）

七、 键的选择·······································（32）

八、 联轴器的选择···································（33）

九、 润滑与密封的选择·······························（33）

十、 减速器的附件及说明·····························（34）

十一、 其他技术说明·································（35）

十二、 设计小结·····································（36)

十三、参考资料······································(37）
一、设计任务书

1、设计题目：带式输送机传动装置。

2、传动装置简图：
3、原始数据及要求：
； ；

3、 其他条件：
使用地点：煤厂； 生产批量：中批；
载荷性质：中等冲击； 使用年限：五年一班；

5、工作计划及工作量：
（1）传动方案及总体设计计算 2天
（2）装配草图 8天
（3）装配图抄正 5天
（4）零件图 2天
（5）编写说明书 2天
（6）答辩 1天

二、传动方案的拟定

蜗杆传动

蜗杆传动可以实现较大的传动比，传动平稳，噪声较小，结构紧凑，适用于中小功率的场合。

采用锡青铜为涡轮材料的蜗杆传动，由于允许齿面有较高的相对滑动速度，蜗杆传动在高速级时传动效率较高，可将蜗杆传动布置在高速级，以利于形成润滑油膜，可提高承载能力和传动效率。因此，将蜗杆传动布置在第一级。

齿轮传动

齿轮传动的平稳性较好，传动的速度和功率范围很大，效率高（一对齿轮可达），对中心距的敏感性小，维修和装配简单，应用非常广泛，常在高速级或传动平稳的场合。因此，将齿轮传动布置在第二级。

带传动

传动平稳，噪音小，能缓冲吸震，结构简单，轴间距大，成本低，外廓尺寸大，由于传动比不稳定，应布置在低速级防止打滑。

三，电动机的选择及参数计算

电动机类型和结构形式的选择

电动机是标准部件，因为使用地点为煤厂，载荷性质为中等冲击，所以选择Y系列（IP44）封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。

电动机容量的选择

工作所需要的功率为：

其中：，
所以：

电动机的输出功率为:

为电动机至滚筒轴的传动总效率，查指导手册88页表12-10，其中，联轴的传动效率，蜗杆的传动效率为 ，齿轮的传动效率，滚动轴承的传动效率，则：

电动机所需要的功率为：

因载荷性质为中等冲击，电动机额定功率需大于，查《机械设计课程设计指导手册》119页表14-4和120页续表14-4，选取电动机额定功率为。

电动机转速的选择

滚筒轴工作转速：

蜗杆传动比范围：

所以电动机实际转速的推荐值为：

符合这一范围的同步转速有和综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和价格等因素，为使传动装置机构紧凑，选用同步转速的电动机。

综上，所选电动机为：型号Y90L-6，满载转速,额定功率。

总传动比的确定及分配

总传动比为

分配传动比

齿轮传动比的常用值为：

取,则

计算传动装置的运动和动力参数

各轴的转速：

电动机 ;

轴1 ;
轴2 ;
轴3 ;
卷筒轴

各轴的输入功率：

电动机 ;
轴1 ;
轴2 ;
轴3 ;
卷筒轴 ;

各轴的输入转矩：

电机轴 ;
轴1
轴2 ;
轴3 ;
滚筒轴 ;

整理列表：

运动和动力参数计算结果整理于下表：

运动和动力参数表

轴
功率P/kW
转矩T/N•m
转速n/rpm
电机轴
0.99
10.39
910
1
0.98
10.29
910
2
0.67
144.41
50.84
3
0.64
315.74
22.10
卷筒轴
0
62
306.33
22.10

四，传动件的设计计算

蜗轮蜗杆的选择计算

1、选择蜗杆的传动类型

根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。

2、 选择材料

蜗杆传动传递的功率不大，速度中等，故蜗杆用45钢，表面硬度>45HRC，蜗轮用铸锡青铜ZCuSn10P1，砂模铸造。轮芯用灰铸铁HT100制造。

3、 头数

选取蜗杆头数;则蜗轮齿数,取,

（符合要求）

4、 按齿面接触疲劳强度进行计算

根据闭式蜗杆的传动设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。
确定许用接触应力

根据蜗杆材料为铸锡青铜ZCuSn10P1，砂型铸造模，蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC，

可从《机械设计》104页表7-2中查得，,，
应力循环次数：
则：

2、 确定
(1)由上面数据可知

(2)确荷系数

因受中等冲击，《机械设计》109页查表7-6取；由于中等冲击，故取载荷分布不均匀系数；假设蜗杆圆周速度，由于转速不高，冲击不大，因此可取，则：

(3)确定弹性影响系数

由《机械设计》110页表7-7，因选用的是铸锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故；
(4)由,查《机械设计》110页式（7-9）下附表:，

根据,查《机械设计》106页表7-4得：时，
蜗杆导程角：
3、 确定传动尺寸
（1）
取

（2）

（3）校核

4、 弯曲疲劳强度校核

(1) 许用弯曲应力

查《机械设计》104页表7-2取

(2)弯曲应力计算
当量齿数：

齿形系数：查《机械设计》110页表7-8,取

螺旋角系数：

弯曲应力：

5、热平衡计算
啮合效率：

搅油效率取为0.99，滚动轴承效率取0.99/对。
总效率：

其中，取,
传热系数,取

所以热平衡符合要求。

齿轮传动选择计算

1、 选精度等级、材料及齿数

（1）选精度等级

运输机为一般工作机，速度不高，故选择8级精度。

（2） 材料选择

由《机械设计》77页表6-3，选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度240HBS，大齿轮材料为45钢（正火），硬度为190HBS，二者材料硬度差为50HBS。

（3） 选取齿轮齿数

选小齿轮齿数；大齿轮齿数；圆整取
实际齿数比：
传动比误差为：

（4） 选取螺旋角

初选螺旋角，齿宽系数（查《机械设计》94页表6-7，轴承相对齿轮不对称布置。）

(5) 按齿面接触强度设计

初定小齿轮分度圆直径

2、 确定载荷系数

: 查《机械设计》82页表6-4，选取使用系数；
：估计圆周速度，，由《机械设计》82页图6-11b）得：；

：端面重合度：

纵向重合度：

总重合度：

由《机械设计》84页图6-13，查得齿间载荷分配系数；
：由《机械设计》85页图6-17且,得；
所以：

3、

：由《机械设计》87页图6-19查得，节点区域系数；
： 由《机械设计》87页表6-5查得，弹性系数;
：因为，取，重合度系数;
:螺旋角系数；
（3）计算接触疲劳许用应力

应力循环次数：

由《机械设计》95页图6-25查得寿命系数：,

由《机械设计》95页图6-27c）查得接触疲劳极限应力：

，

取安全系数：
所以：,
,
取
综上：将以上相关数据带入设计公式得：

（4）校核并计算圆周速度

（5） 修正载荷系数
，查《机械设计》82页表6-11b）得动载荷系数：；

（6）校正试算的分度圆直径

3、 确定参数尺寸
（1） 计算法向模数

圆整成标准值，取

（2）计算中心距
,圆整取
（3）按圆整后中心距修正螺旋角

修正后，
计算分度圆直径：
(2) 齿厚：，
取,
为保证小齿轮比大齿轮宽,所以

4、校核齿根弯曲疲劳强度

（1） 计算当量齿数

查《机械设计》89页图6-21得：齿形系数
查《机械设计》89页图6-22得：应力修正系数
（2） 重合度系数：
（3） 螺旋角系数：
因为，按计算，

（4） 查取弯曲疲劳极限应力及寿命系数

由《机械设计》96页图6-28c）查得：,由图6-28b）查得：；
由《机械设计》95页图6-26按
分别查得：，安全系数，
则弯曲疲劳许用应力为：,

(5) 计算弯曲应力：

所以弯曲疲劳强度符合设计要求。
五、 轴的设计和计算
1、初步计算轴径

轴的材料选用常用的45钢。

当轴的支撑距离未定时，无法用刚度确定轴径，要用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定周径，计算公式为：

查《机械设计》143页表10-2，取,

1、2、3轴的轴径计算结果为：

（1）轴1（蜗杆）的初步设计如下图：
装配方案是：套筒、套杯、角接触轴承、角接触轴承、止动垫圈、圆螺母、透盖、密封圈、联轴器安装在左端，右端安装套筒、深沟球轴承、止动垫圈、圆螺母。

轴的径向尺寸：当直径变化处的端面用于固定轴上零件或承受轴向力时，直径变化值要大些，固定轴肩可取，否则非固定轴肩可取。
轴的轴向尺寸：轴上安装传动零件的轴段长度是由所装零件的轮毂宽度决定的，而轮毂宽度一般是和轴的直径有关，确定了直径，即可确定轮毂宽度。轴的端面与零件端面应留有距离L，以保证零件端面与套筒接触时起到轴向固定作用，一般可取。轴上的键槽应靠近轴的端面处。
轴1各轴段的径向尺寸和轴向尺寸表
轴段
径向尺寸
轴向尺寸
1
18
42
2
25
32
3
27
13
4
23
2
5
30

48.88
6
38
10
7
72
127
8
38
10
9
30
31.88
10
23
2
11
27
13

（2）轴2的初步设计如下图：
装配方案：左端安装蜗轮、挡油板和角接触轴承，右端安装斜齿轮、挡油板、角接触轴承。
轴2各轴段的径向尺寸和轴向尺寸表
轴2各轴段
径向尺寸
轴向尺寸
1
30
40.19
2
32
55.6
3
40
30.7
4
32
83
5
30
39

（3） 轴3的初步设计如下图：
装配方案：左端安装挡油板、深沟球轴承、端盖、密封圈和联轴器，右端安装大齿轮、挡油板和深沟球轴承。
轴3各轴段的径向尺寸和轴向尺寸表

轴段
径向尺寸
轴向尺寸
1
36
60
2
42
45
3
45
33
4
53
98.99
5
47
78
6
45
44.5

2、 三个轴的弯扭合成强度计算

因为,所以只需要校核3轴的强度即可。求作用在齿轮上的力，轴上的弯矩和扭矩，并作图。

（1） 计算齿轮上的作用力

转矩： ；

圆周力：；

径向力：；

轴向力：;

（2）计算轴承支反力
水平面：
；
垂直面：;

画出水平弯矩图，垂直弯矩图和合成弯矩图

R1´´=780N
R2´´=1734N
Ft=2514N
R2´´=1861N
Fa=779N
Fr=957N
①轴受力图R2´=479N
R1´=478N

②水平受力图
Fr=957N

R1´=779N
R1´=479N
R1´=478N

③水平面弯矩图
77436
34967

最大弯矩：

弯矩图突变值：

集中力偶处弯矩：

④竖直面受力图
R2´´=1734N
R1´´=780N
Ft=2514N

⑤竖直面弯矩图
126582
最大弯矩：

148423
⑥合成弯矩图
133516

弯矩：

⑦转矩图
1186286
315740

转矩：

⑧应力修正系数
由轴的材料为45钢调质，查《设计手册》查得： ，
用插值法查《机械设计》143页表10-3得： ， ；
则当量转矩为：

⑨当量弯矩图
238184
229192

⑩校核轴径：

则当量转矩为：

，

最大当量转矩：

集中力偶作用处当量弯矩：

危险剖面处弯矩：

危险剖面处当量弯矩：

校核轴径：

（2） 判断轴的危险截面，分析知大齿轮轴肩处有较大的应力和应力集中，对此截面进行安全系数校核。

①轴的材料选用45钢调质，由《机械设计》查得：
；
由《机械设计》147页表10-5所列公式可求得：

；

；

；

；

②由式，得：

，；

③求危险截面的应力和弯矩

弯矩： ；
， ；
；
；

④求截面的有效应力集中系数

因为在此截面处有轴直径的变化，过渡圆角半径为，

，其应力集中系数可 由《机械设计》154页表10-9查得：

⑤求表面状态系数及尺寸系数
由《机械设计》156页表10-13查得： ；
由《机械设计》156页表10-14查得： ；
⑥求安全系数（设为无限寿命，）

；

综合安全系数：

;

因此，轴的强度满足要求。

Y90L-6

转速

功率

转矩

45钢

ZCuSn10P1

HT100

六、 轴承的设计及计算

校核3轴轴承7209C，查手册138页续表16-2，基本额定 动载荷,基本额定静载荷。
润滑脂。

1、寿命计算

（1）计算内部轴向力

由《机械设计》165页表11-4知，7209C轴承

Fr2
Fr1
S2
Fa
S1

则：
,
,

,
,
因为
轴承2被压紧，轴承1被放松，故：

(2) 计算当量动载荷

由《机械设计》169页查表11-7，根据载荷性质为中等冲击、电动机作动力，选取，
由《机械设计》168页查表11-6，

，得：;

,得：；

由：
;
;
（3）计算寿命
取中较大的值带入寿命计算公式，

5、 静载校核

查《机械设计》172表11-10，;

因为，故取：，

因为，故取：；
6、 极限转速校核

由《机械设计》163页图11-4查得：；
；
由《机械设计》163页图11-5查得：；

所以：，
，

综上，轴承的各项指标均合格，选用7209C型轴承符合要求。

七、 键的选择

普通平键具有靠侧面传递转矩、对中良好、结构简单、装拆方便的特点，因此，减速器的键选用普通平键。

1、 输入轴与联轴器联接采用平键联接
选择C型平键连接。根据轴径，查手册得，选用GB1096-79系列的键，键高。

2、 轴2与蜗轮、小齿轮联接采用平键联接

蜗轮选择A型平键连接。根据轴径，与蜗轮配合的轴长度，查手册得，选用GB1096-79系列的键，键高。
小齿轮选择A型平键连接。根据轴径，与小齿轮配合的轴长度，查手册得，选用GB1096-79系列的键，键高。

3、 轴3与大齿轮、联轴器联接采用平键联接

与大齿轮联接：选择A型平键连接。根据轴径，查手册得，选用GB1096-97系列的键，键高。

与联轴器联接：选择C型平键连接。根据轴径，查手册得，选用GB1096-97系列的键，键高。

八、联轴器的选择

减速器的载荷性质为微振，因此选择刚性联轴器。

轴1的联轴器选择轴孔直径，轴孔长度的联轴器。

轴3的联轴器选择轴孔直径，轴孔长度的联轴器。

九、润滑与密封的选择

1、润滑说明
因为是下置式蜗杆减速器，且其传动的圆周速度，故蜗杆应采用浸油润滑。大、小斜齿轮采用飞溅润滑，润滑油选用50号机械润滑油。

蜗杆两端轴承采用浸油润滑。中间轴和低速轴轴承采用润滑脂润滑，因为轴承转速，所以选择润滑脂的填入量为轴承空隙体积的。

2、密封说明

在试运转过程中，所有联接面及轴伸密封处都不允许漏油。剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用任何碘片。轴伸处密封应涂上润滑脂。

十、减速器的附件及说明
1、窥视孔盖

为了检查传动件啮合情况、润滑状态以及向箱内注油，在减速箱盖顶部开窥视孔，以便于检查传动件啮合情况、润滑状态接触斑点及齿侧间隙等。窥视孔应设在能看到传动零件啮合区的位置，并且足够大小，以便手能伸入操作。减速器内的润滑油也由窥视孔注入，为了减少油的杂质，可在窥视孔装一过滤网。平时将检查孔盖板盖上并用螺钉予以固定，盖板与箱盖土台接合面间加装防渗漏的纸质封油垫片。

4、 放油螺塞

放油孔的位置设置在油池的最低处，并安装在减速器不与其他部位零件靠近的一侧，以便于放油。螺塞材料采用Q235A。

5、 油标

油标尺常放置在便于观测减速器油面稳定处，对于多级传动油标安置在低速级传动件附近。长期连续工作的减速器，在杆式油标的外面长装有油标尺套，可以减轻油的搅动干扰，以便在不停车的情况下随时检测油面。

6、 通气器

减速器在运转时，箱体内温度升高，气压增大，对减速器密封极为不利。为沟通箱体内外的气流，是箱体内的气压不会因减速器运转时的温升而增大，从而造成减速器密封处渗漏，在箱盖顶部或检查孔盖板上安装通气器，通气器设有金属滤网，可减少停车后灰尘随空气吸入机体。

7、 起盖螺钉

箱盖、箱座装配时在剖分面上涂密封胶给拆卸箱盖带来不便，为此常在箱盖的联接凸缘上加工出螺孔，拆卸时，拧动装在其中的拧盖螺钉便方便地顶起箱盖。起盖螺钉材料为Q235A，螺杆顶部做成半圆形，以免顶坏螺纹。

8、 定位销

为保证剖分式箱体的轴承座孔的加工及装配精度，在箱体的联接凸缘的长度方向两端各安置一个圆锥定位销，并尽量设置在不对称位置。定位销为圆公称直径（小端直径）可取，为箱座、箱盖凸缘连接螺栓的直径；取长度应稍大于箱体联接凸缘的总厚度，以利于装卸。

9、 起吊装置

吊耳、吊钩，用来拆卸和吊运箱盖，也可用来吊用轻型减速器。

10、 轴承盖

轴承盖结构采用螺钉联接式，材料为碳钢。

11、 轴承套杯

轴承套杯可用作固定轴承的轴向位置，同一轴线上两端轴承外径不相等时使用座孔可一次镗出，调整轴承的轴向位置。

12、 调整垫片组

调整垫片组的作用是调整轴承的轴向位置，垫片组的材料为08F。

十一、其他技术说明
1、 拆装和调整的说明

（1）在安装调整滚动轴承时，必须保证一定的轴向侧隙，因为游隙的大小将影响轴承的正常工作。当轴颈为30~50mm时，可取端盖与轴承间游隙为4~7mm。

（2） 在安装齿轮和蜗轮蜗杆后，必须保证需要的侧隙及齿面接触斑点，侧隙和齿面接触斑点是由传动精度确定的，可查手册。当传动侧隙及接触斑点不符合精度要求时，可以对齿面进行刮研、跑合或调整传动件的位置。

2、 减速器箱体的附件说明

机座和箱体等零件工作能力的主要指标是刚度，箱体的一些结构尺寸，如壁厚、凸缘宽度、筋板厚度等，对机座和箱体的工作能力、材料消耗、质量和成本，均有重大影响。但是由于其形状的不规则和应力分布的复杂性，未进行强度和刚度的分析计算，但是可以根据经验公式大概计算出尺寸，加上一个安全系数也可以保证箱体的刚度和强度。箱体的大小是根据内部传动件尺寸的大小及考虑散热、润滑等因素后确定的。
十二、设计小结
为期近一个月的《机械设计》课程设计最终告一段落，但是学无止境，课程设计只是机械设计原理及实践的一个开端，下面就设计过程及心得做一个简略的概述。
一、 设计过程回顾。
此次设计过程从2013年12月21日开始，到2014年1月17号结束，为期28天，大体上分为以下几个个阶段:

阶段

时间

内容

第一阶段

2014.12.21
1.设计题目的构思；
2.传动装置的总体设计；
3.数据计算

第二阶段

2013.12.22-2014.1.5
手绘草图

第三阶段

2014.1.6-2014.1.12
正式图（计算机 二维）

第四阶段

2014.1.13-2014.1.14
零件图绘制

第五阶段

2014.1.15
编写说明书

第六阶段
2014.1.15
制造ppt
第七阶段
2014.1.16-2014.1.17
答辩

通过本次课设，我们对机械设计有了更深一步的了解和认识。虽然为期四周的课设已经结束了，但是，课设带给我们的收益却并不会到此止步。这是我们第一次如此深入的去了解机械设计，自己技术、绘图，四周的时间带给我们的不是冗长、无聊的空虚度日，而是努力的去完善自己、充实自己。从最开始的无从下手到自己慢慢摸索前行再到最后的逐渐熟络，我们真正的感觉到自己在这短短的四周时间当中有所收获。无论是老师的指导、抑或是同同学之间的热烈的讨论都让我了解到自身的各种不足，这并没有让我觉得有丝毫的不快，相反，却让我非常的开心，让我有机会能发现自己的不足，并努力的弥补。这四周的课设让我收获颇多，但也让我更加深刻的体会到了自己的不足，在今后的学习生活当中我会更加的努力去完善自己！

十三、参考资料

参考资料：
（1）许立忠，周玉林主编《机械设计》北京，中国标准出版社，2009
（2）韩晓娟主编《机械设计课程设计指导手册》北京，中国标准出版 社，2008
(3)龚溎义主编《机械设计课程设计图册》北京，高等教育出版社， 2009
(4)邵晓荣，张艳主编《互换性与测量技术基础》北京，中国标准出 版社，2011

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