机械设计带式输送机传动装置-本科论文.doc

学 号
201240110311

课 程 设 计

题 目
带式输送机传动装置
教 学 院
机电工程学院
专 业
机械设计制造及其自动化
班 级

12级本机制（3）班

姓 名
王聪
指导教师
蔺邵江 赵晓芬

2014
年
3
月
25
日

26

目录
机械设计课程设计任务书..........................................1
前言......................................................5
选择电动机............................................6
计算传动装置的运动和动力参数.............7
V带传动的设计......................................9
齿轮的设计............................................12
滚动轴承和传动轴的设计.......................19
箱体结构的设计.....................................28
齿轮、轴承的润滑方法及材料................29
设计小结..........................................................30
参考文献..........................................................30

一． 前言
1.确定传动方案
①根据工作要求和工作环境，选择展开式二级圆柱斜齿轮减速器传动方案。此方案工作可靠、传递效率高、使用维护方便、环境适用性好，但齿轮相对轴承的位置不对称，因此轴应具有较大刚度。此外，总体宽度较大。
②为了保护电动机，其输出端选用带式传动，这样一旦减速器出现故障停机，皮带可以打滑，保证电动机的安全。

二.选择电动机
1、工作机所需要的功率为：
其中：Fw=3200N，Vw=0.80m/s，
得：
取：，，
则总效率=.096*0.95*0.99=0.9
则电动机的功率
则电动机的额定转速选4kw
滚筒轴工作转速：

展开式减速器的传动比为：
V带的传动比为：
得总推荐传动比为：
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为750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min。
综合考虑为使传动装置机构紧凑，选用同步转速1500r/min的电机。
型号为Y112M-4，满载转，功率4。

2、分配传动比
总传动比为
为使传动装置尺寸协调、结构匀称、不发生干涉现象，现选V带传动比：；
则减速器的传动比为：；
考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应该有相近的浸油深度。则两级齿轮的高速级与低速级传动比的值取为1.4，取
则：；
；
三．计算传动装置的运动和动力参数
各轴的转速：
Ⅰ轴 ；
Ⅱ轴 ；
Ⅲ轴 ；
各轴的输入功率：
Ⅰ轴 ；
Ⅱ轴 ；
Ⅲ轴 ；
各轴的输入转矩：

1轴 ；
2轴 ；
3轴 ；

四． V带传动的设计
1、确定计算功率：
已知：；；
查《机械设计》表5-9得工况系数：；
则：
2、选取V带型号：
根据、查《机械设计》图5-9选用A型普通V带
3、确定大、小带轮的基准直径
（1）初选小带轮的基准直径：
；
（2）计算大带轮基准直径：
；
（3）验算带速：

带的速度合适。
4、确定V带的基准长度和传动中心距：
中心距：

初选中心距。
（2）初算带长Lc和确定带长：

对于A型带选用
（3）实际中心距：

5、验算主动轮上的包角：
由
得
主动轮上的包角合适。
6、计算V带的根数：

，查《机械设计》表5-3 得：
；
（2），查表得：；
（3）由查表得，包角修正系数
（4）由，与V带型号A型查表得：
综上数据，得
取合适。
7、确定初拉力：
根据带型A型查《机械设计》表5-2得：

8、计算作用在轴上的压轴力：

9. 设计结果
选用4根A-1600 GB/T 1171-89 V带中心距,带轮直径
,，轴上压力
10.带轮结构的设计
1、带轮的材料：
采用铸铁带轮（常用材料HT200）
2、带轮的结构形式：
V带轮的结构形式与V带的基准直径有关。小带轮接电动机，较小，所以采用实心式结构带轮。大带轮直径，采用腹板式结构。

五、齿轮的设计
A.高速级齿轮传动设计
(1).选择齿轮材料
考虑到带式输送机为一般机械，故小齿轮选用45钢调质，平均硬度为250HBS,大齿轮选用45钢正火，齿面硬度为200HBS。选用8级精度。
(2 ) 按齿面接触疲劳强度初步计算齿轮参数。
因为是闭式软齿面齿轮传动，故先按齿面接触疲劳强度进行设计，
即：

初选载荷系数Kt=1.4;
‚小齿轮的转矩

③查《机械设计》表6-7知
④齿数比
⑤取Z1=25，则Z2=uZ1=3.99*25=100，取Z2=100 初选螺旋角则：

⑥有查《机械设计》图6-20的区域系数
⑦查表6-3得弹性影响系数
⑧许用接触应力 查图6-14（d）(c)得接触疲劳极限
应力循环数

查图6-16（曲线1）得 解除疲劳寿命系数
取安全系数，得

取
初算小齿轮分度圆直径,得
=54.42mm
（3）确定传动尺寸
①计算圆周速度
故8级精度合用
②计算载荷系数K
查表6-1得使用系数=1.0
根据8级精度，v=1.68m/s查《机械设计》图6-6得动载荷系数1.10
查表6-2得齿间载荷系数
查图6-10得
故载荷系数

③对进行修正

④确定模数
mm 取模数
⑤计算中心距a

圆整为
⑥精算螺旋角

因为值与初选值相差不大，故不再修正。
⑦精算分度圆直径
（ 故合适）

⑧计算齿宽

取b1=65mm
则
（4） 校核齿根弯曲强度

式中各参数如下
①值同前
②.计算当量齿数

查表6-4得

③斜齿轮的纵向重合度

由图6-21查螺旋角影响系数
④许用弯曲应力 查图6-15（d）（c）得弯曲疲劳极限

查图6-17得弯曲疲劳寿命系数

满足齿根弯曲疲劳强度
（5）结构设计及绘制齿轮零件图
首先考虑大齿轮，因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式结构为宜。其他有关尺寸按《机械设计》荐用的结构尺寸设计，并绘制大齿轮零件图如下。
其次考虑小齿轮，由于小齿轮齿顶圆直径较小，若采用实心式齿轮。

B.低速级齿轮传动设计
(1).选择齿轮材料
考虑到带式输送机为一般机械，故小齿轮选用45钢调质，平均硬度为250HBS,大齿轮选用45钢正火，齿面硬度为200HBS。选用8级精度。
(2 ) 按齿面接触疲劳强度初步计算齿轮参数。
因为是闭式软齿面齿轮传动，故先按齿面接触疲劳强度进行设计，
即：

初选载荷系数Kt=1.4;
‚小齿轮的转矩

③查《机械设计》表6-7知
④齿数比
⑤取Z1=30，则Z2=uZ1=2.85*90=85.5，取Z2=86 初选螺旋角则：

⑥有查《机械设计》图6-20的区域系数
⑦查表6-3得弹性影响系数
⑧许用接触应力 查图6-14（d）(c)得接触疲劳极限
应力循环数

查图6-16（曲线1）得 解除疲劳寿命系数
取安全系数，得

取
初算小齿轮分度圆直径,得
=92.57mm
（3）确定传动尺寸
①计算圆周速度
故8级精度合用
②计算载荷系数K
查表6-1得使用系数=1.0
根据8级精度，v=1.68m/s查《机械设计》图6-6得动载荷系数1.10
查表6-2得齿间载荷系数
查图6-10得
故载荷系数

③对进行修正

④确定模数
mm 取模数
⑤计算中心距a

圆整为
⑥精算螺旋角

因为值与初始值选择相差很大，故与相关的数据需修正。修正后结果是：，m修正为3，
⑦精算分度圆直径
（ 故合适）

⑧计算齿宽

取b1=95mm
则
（5） 校核齿根弯曲强度

式中各参数如下
①值同前
②.计算当量齿数

查表6-4得

③斜齿轮的纵向重合度

由图6-21查螺旋角影响系数
④许用弯曲应力 查图6-15（d）（c）得弯曲疲劳极限

查图6-17得弯曲疲劳寿命系数
取

满足齿根弯曲疲劳强度
（5）结构设计及绘制齿轮零件图
首先考虑大齿轮，因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式结构为宜。其他有关尺寸按《机械设计》荐用的结构尺寸设计，并绘制大齿轮零件图如下。
其次考虑小齿轮，由于小齿轮齿顶圆直径较小，若采用实心式齿轮。

六、 滚动轴承和传动轴的设计
（1）选取材料
可选轴的材料为45钢，调质处理。查《机械设计》表8-2知，
（2）输出轴上的功率、转速和转矩
由上可知，，
（3）初步确定轴的最小直径
材料为45钢，调质处理。根据《机械设计》表15-3，取，于是
，输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，考虑到轴上开键槽对轴的强度的削弱，轴径需增大5%，即=49.77。
为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。查手册，选用WH7型滑块联轴器，其公称转矩为 。作用转速3200r/min，轴孔直径50mm，故取半联轴器的孔径 ，主动端Y型轴孔配合长度112mm；从动端J型配合长度84mm；紧定螺钉安装距离联轴器身L=25mm。
（4） 轴的结构设计
①.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1).为了满足办联轴器的轴向定位要求，Ⅰ-Ⅱ段右端需制出一轴肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直径；左端用轴端挡圈定位。半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段的长度应比略短一些，现取
2).初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球球轴承。按照工作要求并根据，选取单列角深沟球球轴承6011，其尺寸为，故。。
3).考虑到挡油环的轴肩定位 自由段mm
4).取安装齿轮处的轴端Ⅳ-Ⅴ的直径；齿轮的右端与左轴承之间采用轴环定位。已知齿轮轮毂的跨度为80mm，轴端应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的右端采用轴肩定位，故取，则轴环处的直径。轴环宽度，取。
至此，已初步确定了轴的各段和长度。

②.轴上零件的周向定位
齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按由《机械设计手册》表4-2查得平键剖面（GB/T1096-2003），键槽用键槽铣刀加工，长为，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配额为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选。
③.校核轴的强度
首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取值。对于6011型角接触球轴承，由手册中查得。因此。作为简支梁的轴的支撑跨距。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。
从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算处的截面C处的、及的值列于下表。

载荷
水平面H
垂直面V
支反力

弯矩

总弯矩
，
扭矩

Ⅵ.按弯扭合成应力校核轴的强度
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据上表数据，以及轴单向旋转，扭转切应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，正火处理，由《机械设计》表15-1查得
因此，故安全。
Ⅶ.精确校核轴的疲劳强度
(1).判断危险截面
截面A，Ⅱ,Ⅲ,B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面A,Ⅱ,Ⅲ,B均无需校核。
从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面Ⅳ和Ⅴ处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面C上的应力最大。截面Ⅴ的应力集中的影响和截面Ⅳ的相近，但截面Ⅴ不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面C上最然应力最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大，故截面C也不必校核。截面Ⅵ显然更不必校核。由《机械设计》第三章附录可知，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴
只需校核截面Ⅳ左右两侧即可。
(2).截面Ⅳ左侧
抗弯截面系数
抗扭截面系数
截面Ⅳ左侧的弯矩为

截面Ⅳ 上的扭矩为

截面上的弯曲应力

截面上的扭转切应力

轴的材料为45钢，正火处理，由《机械设计》表15-1得，，。
截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按《机械设计》附表3-2查取。因，，经差值后可查得
，
又由《机械设计》附图3-1可得轴的材料的敏性系数为
，
故有效应力集中系数为

由《机械设计》附图3-2 的尺寸系数；由附图3-3的扭转尺寸系数
轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为

轴未经表面强化处理，即，则综合系数为

查手册得碳钢的特性系数
，取
，取
于是，计算安全系数值，则

故可知其安全。
(3).截面Ⅳ右侧
抗弯截面系数
抗扭截面系数
截面Ⅳ右侧的弯矩为

截面Ⅳ 上的扭矩为

截面上的弯曲应力

截面上的扭转切应力

过盈配合处的，由附表3-8用插值法求出，并取，于是得
，
轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为

故得综合系数为

所以轴在截面Ⅳ右侧的安全系数为

故该轴在截面Ⅳ右侧的强度也是足够的。

③滚动轴承的校核
轴承的预计寿命
Ⅰ计算输入轴承
(1).已知，两轴承的径向反力
由选定的角接触球轴承7012AC，轴承内部的轴向力

(2).因为，所以
故，
(3). ，，查手册可得
由于，故;
,故
(4).计算当量载荷、
由《机械设计》表13-6，取，则

(5).轴承寿命计算
由于，取，角接触球轴承，取，
查手册得6011型角接触球轴承的，则

故满足预期寿命。

七、 箱体结构的设计

名称
符号
计算公式
结果
箱座壁厚

8
箱盖壁厚

8
箱盖凸缘厚度

12
箱座凸缘厚度

12
箱座底凸缘厚度

22.5
地脚螺钉直径

M20
地脚螺钉数目

查手册
4
轴承旁联接螺栓直径

M14
机盖与机座联接螺栓直径

=（0.5~0.6）
M12
轴承端盖螺钉直径

=（0.4~0.5）

M12
视孔盖螺钉直径

=（0.3~0.4）
M10
定位销直径

=（0.7~0.8）
7.76
，，至外机壁距离

查《机械设计课程设计指导书》表11.2
26
20
18
，至凸缘边缘距离

查机械课程设计指导书表11-2
24
16
外机壁至轴承座端面距离

=++（8~12）
58
大齿轮顶圆与内机壁距离

>1.2
12
齿轮端面与内机壁距离

>
15
机座肋厚

轴承端盖外径

+（5~5.5）
130

八、 齿轮、轴承的润滑方法及材料
对于双级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速中，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度。油的深度为H+，H=30 =34。所以H+=30+34=64
其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。
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大，并均匀布置，保证部分面处的密封性。轴承端盖采用嵌入式端盖，易于加工和安装。

九、 设计小结
本设计是根据设计任务的要求，设计一个展开式二级圆柱减速器。首先确定了工作方案，并对带传动、齿轮传动﹑轴﹑箱体等主要零件进行了设计。零件的每一个尺寸都是按照设计的要求严格设计的，并采用了合理的布局，使结构更加紧凑。
通过减速器的设计，使我对机械设计的方法、步骤有了较深的认识。熟悉了齿轮、带轮、轴等多种常用零件的设计、校核方法；掌握了如何选用标准件，如何查阅和使用手册，如何绘制零件图、装配图；以及设计非标准零部件的要点、方法。进一步巩固了以前所学的专业知识，真正做到了学有所用﹑学以致用，将理论与实际结合起来，也是对所学知识的一次大检验，使我真正明白了，搞设计不是凭空想象，而是很具体的。每一个环节都需要严密的分析和强大的理论做基础。另外，设计不是单方面的，而是各方面知识综合的结果。
从整个设计的过程来看，存在着一定的不足。像轴的强度校核应更具体全面些，尽管如此收获还是很大。相信这次设计对我以后从事类似的工作有很大的帮助，同时也为毕业设计打下了良好的基础。诸多不足之处，恳请老师批评指正。

十、 参考文献
《机械设计》 华中科技大学出版社 主编 王为 汪建哓
《机械原理》 华中科技大学出版社 主编 魏兵 喻全余 孙未
《互换性与技术测量基础》 高等教育出版社 主编 胡凤兰
《机械设计课程设计手册》 高等教育出版社 主编 高志 李威
《金属工艺学》 高等教育出版社 主编 邓文英
《机械设计课程设计》 北京航空航天出版社 主编 任嘉卉 李建平
《机械设计课程设计指导书》高等教育出版社 主编 宋宝玉
《机械设计课程设计》 高等教育出版社 主编 席伟光 杨光 李波
《机械设计基础课程设计》 东北工学院出版社 主编 高泽远 王金
《机械设计手册》 机械工业出版社 主编 王文斌
《机械传动设计手册》 煤炭工业出版社 主编 江耕华 胡来瑢