1、1一、 课题：谷物运输机传动装置设计二、 目的1. 综合运用机械设计课程及其他先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固，加深和拓宽所学的知识。2. 通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。3. 通过设计计算，绘图以及运用技术标准，规范，设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。三、 工作条件1 使用期限：10 年，二班制（每年按 360 天计） 。2 载荷平衡。3 运输物品：谷物。4 单向传动，转速误差不得超过5%。四、 原始数据1 运输带牵引力 P：2200N2 运输带速度 V：1.4m
2、/s。3 滚筒直径 D：300mm。五、 设计计算内容1 运动参数的计算，电动机的选择；2 联轴器的选择；3 齿轮传动的设计计算；4 轴的设计与强度计算；5 滚动轴承的选择与强度校核；6 键的选择与强度校核。六、 设计任务1 减速器装配图总图一张（M1：1） ；2 零件工作图四张（齿轮，轴，箱体，箱盖） 。2注： 1） 装配图底稿完成后，需经指导教师审阅同意后方可加深。2）设计计算说明书 1 份。七、 完成时间共 3 周（2007.12.172008.1.6）八、 参考资料1 互换性与技术测量，湖南大学出版社，徐学林主编。2007.32 机械制图（第四版），高等教育出版社，刘朝儒，彭福荫，高治
3、一编3 机械设计课程设计.高等教育出版社,（华中理工大学 王昆，重庆大学 何小柏，同济大学 汪信远 主编） 2006.124 机械设计（第八版），高等教育出版社，濮良贵，纪名刚主编，2006 年 5 月第八版；3一、 拟定传动方案1、分析传动系统的工作情况为了估计传动装置的总传动比范围，以便选择合适的传动机构和拟定传动方案，可先由已知条件计算其驱动卷筒的转速 nw，即601601.4/mi3.4D3.wVn r 897一般常选用同步转速为 1000r/min 或 1500r/min 的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比约为 11 或 16。故可以拟定出以二级传动为主的多种方案。根据传动要求
4、：使用期限：10 年，2 班制（每年按360 天计） ；载荷平衡；运输物品：谷物；单向传动，转速误差不得超过5%。故可以采用双级圆柱直齿轮传动方案。2、传动装置简图： wn/mir89.174计算及说明 结果方案 额定功率（KW）满载转速（r/min）同步转速（r/min）电动机质量（kg）一Y132M1-64 960 1000 73二Y112M-44 1440 1500 43由方案 1 算得总传动比接近 12，并可使各圆柱齿轮传动比在 36之间，因此选用第 1 种方案进行设计。二、计算总传动比并分配各级传动比1、传动装置总传比 9601.78.i总2、分配各级传动比为了使两级的大齿轮有相近的
5、浸油深度，高速级传动比 和低速级1i传动 可按下列方法分配：2i 5.121i则: 13.5923i三、计算传动装置的运动和动力参数1、各轴转速电动机轴： 096/minnr第根轴： 1/i第根轴： 29607.4/in3.5nr第根轴： 8.1/mi 13.59i21960/minnr27.4/ir3n589.13/minr计算及说明 结果62、各轴输入功率电动机轴： 04Pkw第根轴： 1.93.6k第根轴： 2.05kw第根轴： 3.65.93.6kPw3、各轴转矩第根轴： 11 .95039.460pTNmn第根轴： 22 .51.7第根轴： 33 .69503089pTNmn四、齿轮
6、设计计算高速级齿轮：1，选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数，按传动方案装置图，选用直齿圆柱齿轮传动。，运输机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度。，材料选择，小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS， 大齿轮材料为 45 号钢（调质） ，硬度为 240HBS。，选小齿轮齿数 ，则大齿轮齿数124z23.59486z2，按齿面接触强度计算由设计计算公式（109a）计算，即1P3.96kw2.53.36kw31T39.4Nm210.3T6Nm计算及说明 结果721312.tet HkTzudd1. 确定公式内的各计算值1）.试选载荷系数 。1.3tK2）.由表 107 选取齿
7、宽系数 。1d3）.由表 106 查得材料的弹性影响系数 。218.9MPaZE4）.由图 1021d 按齿轮面硬度查得小，大齿轮的接触疲劳强度极限分别为： 。pMpaHH50,602lim1lim5).由式 1013 计算应力循环次数。 91609(831).76hNnjL92.75.71036).由图 1019 取接触疲劳寿命系数。95.,0.21HNHNK7）.计算接触疲劳许用力。取失效概率为 1%，安全系数 S1，由式（1012 ）得1lim0.96540HNMPaSaKH .2.2li28).许用接触应力MPaaHH 25.3125.4021 计算及说明 结果82.计算1).试算小齿
8、轮分度圆直径 ，由计算公式1ld2131423908.35925.47.6tEtdHTKZum2).计算圆周速度。 1347.690/2.4/0ltdnvms3).计算齿宽 及模数 。bnt147.6.1982dltntbmz.5.64.4760.nthmb4).计算载荷系数 K。已知使用系数 ，根据 ，7 级精度，由图1A2.4/vs108 查得动载系数 ；由表 103 查得。故载荷系数 HF1.2.419.5AvHK5).按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（1010a）得 3311.547.60.5lttdmK1td47.6mv2./s计算及说明 结果96).计算模数 。nm150
9、.2.854ndmz3，按齿根弯曲强度设计由式（105）得弯曲强度的设计公式为： 132FaSndYKTmz，确定计算参数1.计算载荷系数。72.183.21.FvAK3.查取齿形系数。由表 105 查得 12.65;.FaFaY4.查取应力校正系数。由表 105 查得 12.9;1.7SaSa5.由图 1020c 查得小，大齿轮弯曲疲劳强度极限分别为 MpaPaFEFE380;50216.由图 1018 取弯曲疲劳寿命系数： .;8.21FNFNK7.计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数 ，由式（1012）得4.1S MPaaFENF 57.30.58011SK86.24.22计算及说明
10、 结果108.计算大，小齿轮的 并加以比较。FSaY12.6590.1337FaSY2.648FaS大齿轮的数值大。，设计计算3321.79.40.164.8nmm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于由n齿根弯曲疲劳强度计算的模数，取 ，已可满足弯曲强度。但n.02为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由150.d150.2ndzm取 ，则 ，取 90125z213.9u 8.752z4，几何尺寸计算，计算分度圆直径 12520918dZm，计算中心距 12/5adm，计算齿轮宽度125z9021d50m28a15计算及说明 结果111
11、50bdm取 。12;B验算1576tTFNd，合适。3.2/0/AtKmb低速级：1，选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数，按传动方案装置图，选用直齿圆柱齿轮传动。运输机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度。，材料选择，小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 350HBS， 大齿轮材料为 45 号钢（调质） ，硬度为 300HBS。，选小齿轮齿数 ，则大齿轮齿数 。124z2347z2，按齿面接触强度计算由设计计算公式（109a）计算，即 2131.tEtdHTKZu1. 确定公式内的各计算1. 试选载荷系数 。6.1t2.由表 107 选取齿宽系数 。d3.由表 106 查得材料的
12、弹性影响系数 。218.9MPaZE4.由图 1021d 按齿轮面硬度查得小，大齿轮的接触疲劳强度15Bm20计算及说明 结果12极限分别为： 。MpapaHH50,602lim1lim5.由图 1019 取接触疲劳寿命系数 。95.,.21HNNK6.计算接疲劳许用力。取失效概率为 1%，安全系数 S1，由式（1012 ）得 MPaSKHN54069.01lim1 HN.2.2li27.许用接触应力MPaaHH 25.3125.4021 2. 计算1.试算小齿轮分度圆直径 ，由计算公式得 1ld2531.40389.2615td m2.计算圆周速度。1.4.627.4/0.86/600ltn
13、v ss3.计算齿宽 及模数 。bntm1612.54dltntz 1td6mv0.856/s计算及说明 结果132.5.25.74610.74nthmmb4.计算载荷系数 K。已知使用系数 ，根据 ，7 级精度，由1A0.856/vs图 108 查得动载系数 ；由表 103 查得。故载荷系数 HF1.0521.4.79AvHK5.按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（1010a）得： 3311.79668lttdmK6.计算模数 。n1682.34ndmmz3，按齿根弯曲强度设计由式（105） 132FaSYKTmdZ，确定计算参数1.计算载荷系数。65.132.051FvAK2.查取
14、齿形系数。10.6bh1d68m计算及说明 结果15由表 105 查得 12.65;.3FaFaY3.查取应力校正系数。由表 105 查得 12.8;1.7SaSa4.由图 1020c 查得小，大齿轮弯曲疲劳强度极限分别为 MpPFEFE30;0215.由图 1018 取弯曲疲劳寿命系数：95.;.021FNFNK6.计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数 ，由式（1012）得4.1S MPaKFENF 325.50911SFENF 86.74.1822 9.计算大，小齿轮的 并加以比较。FSaY12.6580.123FaSY27.5586FaS大齿轮的数值较大。，设计计算3321.6540
15、.1582.nmm取 2.5n2.5nm16计算及说明 结果对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于由nm齿根弯曲疲劳强度计算的模数，取 ，已可满足弯曲强度。mn.52但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由168dm16827.4.5ndz取 ，则12138zu4，几何尺寸计算，计算分度圆直径 1282.57041dZmm，计算中心距 12/4ad，计算齿轮宽度取 。170bdm1275;0Bm5.各个齿轮参数：参数 齿轮 齿轮 1 齿轮 2 齿轮 3 齿轮 4齿数 z 25 90 28 84齿顶 d a50 180 70 210齿宽
16、b 55 50 75 70齿全高 h 4.5 4.5 4.5 4.5模数 mn2 2 2.5 2.5中心距 a 115 140281z24701d2102140a175Bm2017计算及说明 结果六、轴的设计1，初步确定轴的最小直径选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据表 153，取 A0 105，则有：第根轴： 133min0.9651.840PdAm第根轴： 233in0.725.36第根轴： 33min0.1589PdAm2，轴的结构设计根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（以第根低速级轴为例）联轴器的计算转矩： 1.387.503.1caATKNm查标准 GB501485，选用
17、HL3 型弹性柱销联轴器，其公称扭矩为630Nm。半联轴器的孔 。故取 ，半联轴器与140dm124d轴配合的毂孔长度 。6L为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上面不压在轴的端面上，故 12 段的长度应比 略短一些，现取 。为了101248Lm满足半联轴器的定位要求，12 轴段右端需制出一轴肩，故取 12段直径 。2345dm初选滚动轴承。按工作要求，查标准：GB27689，选取中窄(3)系列深沟球滚子18计算及说明 结果轴承 6310。其尺寸为： ，则为了使50127dDBm左端轴承定位压紧，则取 ，而 。3427LL6587取安装齿轮的一段 ，齿轮右端与右轴承之间采用67套筒定位，已知齿轮轮毂
18、宽度为 75mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，故取 。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度6740Lm，故取 。dh0.h53，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。按由表 61 查得平键截面 ，键槽用键槽6740dm128bhm铣刀加工，长为 44mm，配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，67nH选用平键为 ，半联轴器与轴的配合为 。滚动920m 67kH轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证，此处选轴的直径尺寸公差为 m6。4，求轴上的载荷389;256.4;.tBraTNmFA由力平衡有： 1728.4;38.2;69051tAtCrrFN19计算及说明 结果受力如图
19、： 56.3.BrAMFNm.97.BtA2104BBNmA389T；选材为 45 号钢调质处理，所以查表有： 2650/BNm12/;b125/;bNm；10.28b；22()VBMT17.4NmA20计算及说明 结果VCMT0.286.73NmAVBC所以，危险截面为截面 B；3127.0.VBBbMdm而此处 ，6.C总弯矩： 222048153938910HVNm扭 矩： 3890TNm5，按弯曲合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，以轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 ，轴的计算应力6.02 22213891.3893.45caMTMPaW已知轴的材料为
20、 45 钢，调质处理，由表 151 查得，因此 ，故安全。Pa6011ca6，校核轴的疲劳强度（1） 判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和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 B 上的应力最大，但应力集中不大，而且这里轴的直径最大，故不必校核。由第三章附录可知，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21计算及说明 结果面左右两侧即可。（2） 截面左侧抗弯截面系数 W=0.1d3=0.1723=37324.8mm3 抗扭截面系数 WT=0.2d3=0.2723=74649.6mm3 截面左侧的弯矩 M 为：M=389190 300678.6Nmm
21、149.5T=38900 Nmm30678.24b Pa95.1TM轴的材料为 45 钢，调质处理。由表 15-1 查得 =640BMPa=275Mpa, =15511Pa因 r/d=3/60=0.033，D/d=72/60=1.2 按附表 3-2 经插值后查得a =1.84，a =1.59；又由附图 3-1 可得轴的材料敏性系数为q =0.84，q =0.88。故按式（附表 3-4）可知：k =1+q （a -1）=1+0.84（1.84-1）=1.71；k =1+q （a -1）=1+0.88（1.59-1）=1.52由附图 3-2 和 3-3 可知尺寸系数 =0.65，扭转尺寸系数 =0
22、.84。轴按磨削加工，由附图 3-4 得表面质量系数为 = =0.92轴未经表面强化处理，即 q=1，按式（3-12）和（3-12a）得综合系数为K = k / +1/ -1=1.71/0.65+1/0.92-1=2.72K = k / +1/ -1=1.52/0.84+1/0.92-1=1.90又由 3-1 和 3-2 得碳钢的特性系数22 =0.1-0.2，取 =0.1计算及说明 结果23 =0.05-0.1，取 =0.05于是按式（15-6）（15-8）计算安全系数得S = = =20.1mK1 01.2.57S = = =10m1 2990.Sca= = =8.95S=1.5221.故
23、可知其安全。（3）.截面右侧抗弯截面系数 W=0.1d3=0.1723=37324.8mm3 抗扭截面系数 WT=0.2d3=0.2723=74649.6mm3 截面右侧的弯矩 M 为：M=194869 300678.6Nmm149.5T=38900 Nmm Pab04.3276851MT.9轴的材料为 45 钢，调质处理。由表 15-1 查得 =640BMPa=275Mpa, =15511Pa因 r/d=3/65=0.046，D/d=65/55=1.18 按附表 3-2 经插值后查得a =1.84，a =1.59；又由附图 3-1 可得轴的材料敏性系数为q =0.84，q =0.88。故按式
24、（附表 3-4）可知：k =1+q （a -1）=1+0.84（1.84-1）=1.71；计算及说明 结果24k =1+q （a -1）=1+0.88（1.59-1）=1.52由附图 3-2 和 3-3 可知尺寸系数 =0.65，扭转尺寸系数 =0.84。轴按磨削加工，由附图 3-4 得表面质量系数为 = =0.92轴未经表面强化处理，即 q=1，按式（3-12）和（3-12a）得综合系数为K = k / +1/ -1=1.71/0.65+1/0.92-1=4.27K = k / +1/ -1=1.52/0.84+1/0.92-1=3.44又由 3-1 和 3-2 得碳钢的特性系数 =0.1-
25、0.2，取 =0.1 =0.05-0.1，取 =0.05于是按式（15-6）（15-8）计算安全系数得S = = =16.56mK1 01.89.32745S = = =9.51m1 234.52.Sca= = =8.25S=1.5221.96.故可知其安全。七、润滑与密封、润滑：齿轮采用浸油润滑。参考1P245。当齿轮圆周速度 时，smv/12圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离3060mm。参考1P310。轴承润滑采用润滑脂，润滑脂的加入量为轴承空隙体积的 ，采用稠度较小润滑脂。213、密封：Sca=8.25计算及说明 结果25防止外界的灰尘、水分等
26、侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。查4P383 表 10-37，高低速轴密封圈为：唇形密封圈（ FB 型）GB/T9877.1-1998。八、减速器的箱体和附件的设计：1、箱体：用来支持旋转轴和轴上零件，并为轴上传动零件提供封闭工作空间，防止外界灰砂侵入和润滑剂逸出，并起油箱作用，保证传动零件啮合过程良好的润滑。材料为：HT200。加工方式如下：加工工艺路线：铸造毛坯时效油漆划线粗精加工基准面粗、精加工各平面粗、半精加工各主要加工孔精加工主要孔粗、精加工各次要孔加工各紧固孔、油孔等去毛刺清洗检验2、箱体的结构尺寸：（机械设计课程设计手册 p17）箱座壁厚： ，所以，取 。 20.538am10m箱
27、盖壁厚： ， 所以，取 。12. 1箱座、箱盖、箱底座凸缘的厚度：12.5;.5bmbm箱座、箱盖的肋厚： 110.8.5地脚螺钉的直径：d f=0.036a+12,取 M16；因 a=160mm 所以地脚螺钉的数目为 6 个。轴承旁联接螺栓的直径：d 1=0.75df=15mm,取 M12箱盖、箱座联接螺栓的直径：d 2=0.5df=12， 。mm 取M14； L=160mm轴承盖外径： （其中，D 为轴承外径， 为轴23(5.)Dd3d承盖螺钉的直径） 。 （见表 9-9，表 9-10）中心高：HRa+40+20; 取 180mm轴承盖螺钉的直径： 数目：4；30.58,fdm窥视孔盖板螺
28、钉的直径： ，取 M6。510mb152m26计算及说明 结果至箱外壁的距离：12,fdC1f=26mm,C11=22mm,C12=16mm至凸缘边缘的距离 C2f=24mm,C21=20mm,C22=14mm2,f轴承旁凸台的半径： ，h 由结构确定。12Rc外箱壁到轴承座端面的距离：l 1=C1+C2+10=53mm齿轮顶圆与内箱壁距离： ，取： 144mm.9.6m齿轮端面与内箱壁距离： ，取： 。21823、附件：包括窥视孔及窥视孔盖、通气器、轴承盖、定位销、启箱螺钉、油标、放油孔及放油螺塞、起吊装置。九、滚动轴承的选择和强度校核、初选轴承：高速轴：6303, dDB=174714中间
29、轴：6306, dDB=307219低速轴：6310, dDB=5011027轴承端盖外径： 235Dd高速轴：D 2=D+5d3=47+58=87mm中间轴：D 2=D+5d3=72+58=112mm低速轴：D 2=D+5d3=110+58=150mm、轴承使用寿命的计算（L h=t=48000h,n=960r/min）高速轴轴承：选用 6303，Cr=10.5kN,Cor=6.55kNFrA= =155.9N2154027计算及说明 结果FtA= =428.7N583410径向当量动负荷：Pr=Fr= =456.2N227.489.15径向当量静负荷：P0r= Fr= =456.2N22所
30、以由式14597605.1460)(136 ）（ PCnL故可满足预期寿命的要求。中间轴轴承：选用 6306，Cr=20.8kN,Cor=14.2kNFrA= =423.8N13465.8FtA= =1164N4.13径向当量动负荷：Pr=Fr= =1238.8N228.4316径向当量静负荷：P0r= Fr= =1238.8N22.所以由式14597605.1460)(136 ）（ PCnL故可满足预期寿命的要求。低速轴轴承：选用 6310，Cr=47.5kN,Cor=35.6kNFrA= = =3480N221NVHF22169430FtA= = =1396N22 2径向当量动负荷：Pr=
31、fpFr=1.23480=4176N28计算及说明 结果径向当量静负荷：P0r= Fr=1396N 所以由式h48000h142597605.1460)(136 ）（ PCnL故可满足预期寿命的要求。十、键连接的选择和校核计算型号 扭矩T（Nm）直径d工作长度（l=L-b） K=0.5h 1023PkldT高速轴5514 54.22 13 14 3 21.2MPa中间轴12840 175.6 42 40 4.5 51.3MPa12856 60 50 6 57.3MPa低速轴 12844517.20 45 44 4.5 58.5MPa由于键采用静联接，冲击轻微，且其材料为钢，由表 6-2 可知=
32、（100120） ，所以上述各键皆为安全的。PMPa十一、零件图设计（一） 、零件图的作用：作用：29计算及说明 结果1、反映设计者的意图，是设计、生产部门组织设计、生产的重要技术文件。2、表达机器或部件运载零件的要求，是制造和检验零件的依据。（二） 、零件图的内容及绘制：1、选择和布置视图：（1） 、轴：采用主视图和剖视图。主视图按轴线水平布置，再在键槽处的剖面视图。（2） 、齿轮：采用主视图和侧视图。主视图按轴线水平布置（全剖），反映基本形状；侧视图反映轮廓、辐板、键槽等。2、合理标注尺寸及偏差：（1） 、轴：参考3P113，径向尺寸以轴线为基准标注，有配合处径向尺寸应标尺寸偏差；轴向尺寸
33、以轴孔配合端面及轴端面为基准，反映加工要求，不允许出现封闭尺寸链。（2） 、齿轮：参考3P116117：径向尺寸以轴线为基准，轴孔、齿顶圆应标相应的尺寸偏差；轴向尺寸以端面为基准，键槽尺寸应相应标出尺寸偏差。4、合理标注形状和位置公差：（1） 、轴：取公差等级为 6 级，查3P115 表 8-2，及1P103 表 6-16，P104 表 6-18 并参考3P119 图 8-5 轴求得形位公差推荐标注项目有圆柱度、圆跳动度、对称度。（2） 、齿轮：取公差等级为 8 级。查3P117 表 8-4 及1P103 表 6-16，P104 表 6-18 并参考3P121 图 8-7 求得形位公差。推荐标
34、注项目有圆柱度、圆跳动度、对称度。5、合理标注表面粗糙度：（1） 、轴：查3P115 表 8-1 轴加工表面粗糙度 Ra 荐用值。、与传动件及联轴器等轮毂相配合的表面取 1.6。、与滚动轴承相配合的表面，轴承内径 d80mm 取 1.0.、与传动件及联轴器相配合的轴肩端面取 3.2。、平键键槽工作面取 3.2，非工作面取 6.3。、与滚动轴承相配合的轴肩端面，d80mm 的取 2.0.（2） 、齿轮：查3P117 表 8-3 齿轮表面粗糙度 Ra 荐用值。30、齿轮工作面、齿顶圆、与轴肩配合的端面取 3.2。、轴孔取 1.6、平键键槽取 3.2（工作面） ；12.5（非工作面）6技术要求：（1） 、轴：调质处理 217255HBS（2） 、齿轮：正火处理 162217HBS7、标题栏：参考2P8 图 1-9。十二、完成装配图：（1） 、标注尺寸：参考3，标注尺寸反映其的特性、配合、外形、安装尺寸。（2） 、零件编号（序号）：由重要零件，按顺时针方向依次编号，并对齐。（3） 、技术要求：参考3P107110（4） 、审图（5） 、加深十四、设计小结由于时间紧迫，所以这次的设计存在许多缺点，比如说箱体结构庞大，重量也很大。齿轮的计算不够精确等等缺陷，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，有能力设计出结构更紧凑，传动更稳定精确的设备。3
