1、湖南工业大学课 程 设 计资 料 袋机 械 工 程 学 院 学院（系、部） 20132014 学年第 1 学期 课程名称 机 械 设 计 指导教师 银金光 职称 教 授 学生姓名 张山山 专业班级 机械工程 1101 学号 11405700509题 目 带 式 运 输 机 的 传 动 装 置 的 设 计 3 成 绩 起止日期 2013 年 12 月 16 日 2013 年 12 月 27 日目 录 清 单序号 材 料 名 称 资料数量 备 注1 课程设计任务书 共 1 页2 课程设计说明书 共 1 页3 课程设计图纸 3 张45课程设计任务书20102011 学年第 1 学期机 械 工 程 学
2、院（系、部） 机械工程 专业 1101 班级课程名称： 机 械 设 计 设计题目： 带 式 运 输 机 的 传 动 装 置 的 设 计 3 完成期限：自 2013 年 12 月 16 日至 2013 年 12 月 27 日共 2 周内容及任务一、设计的主要技术参数：带的圆周力：F=4200N；带的带速：v=1.0，滚筒直径 375mm进行带式运输机的传动装置的设计设计几种传动方案并进行分析、比较和选择；对选定传动方案进行运动分析与综合，并选择出最佳的传动方案；三、设计工作量编写说明书一份。起止日期 工作内容12 月 16 日12 月 17 日 设计方案分析，电动机的选择，运动和动力参数设计12
3、 月 18 日12 月 20 日 齿轮及轴的设计，轴承及键强度校核，箱体结构及减速器的设计12 月 21 日12 月 25 日 零件图和装配图的绘制进度安排12 月 26 日 文档排版及修改主要参考资料银金光 刘杨 主编 机械设计 北京交通大学出版社 银金光 刘杨 主编 机械设计课程设计 北京交通大学出版社指 导 教 师 （签字）： 2013 年 月 日系 （ 教 研 室 ） 主 任 （ 签字）： 2013 年 月 日0机 械 设 计 课 程 设 计设 计 说 明 书带式运输机的传动装置的设计（3）起止日期： 2013 年 12 月 16 日 至 2013 年 12 月 27 日学 生 姓 名
4、 张 山 山班 级 机 工 1101 班学 号 11405700509成 绩指 导 教 师 (签 字 )机械工程学院（部）2013 年 12 月 26 日1目录一、 机械设计课程设计任务书 .3二、 电动机的选择 .5三、 传动参数的计算 .7四、 高速齿轮的设计 .8五、 低速齿轮的设计 13六、 高速轴的设计 18七、 中间轴的设计 22八、 低速轴的设计 26九、 高速轴轴承的校核 30十、 中间轴轴承的校核 31十一、 低速轴轴承的校核 32十二、 各轴上键的校核 35十三、 润滑和密封 36十四、 设计小结 3721、 机械设计课程设计任务书1.设计任务设计带式输送机传动系统中的减速
5、器。要求传动系统中含有两级圆柱齿轮减速器。2传动系统总体方案（见图 1）带 式 输 送 机 由 电 动 机 驱 动 。 电 动 机 1通 过 联 轴 器 2将 动 力 传 入 两 级 圆 柱齿 轮 减 速器3，再通过联轴器4，将动力传至输送机滚筒5，带动输送带6工作。图 1 带式输送机传动系统简图1电动机；2联轴器；3两级圆柱齿轮减速器；4联轴器；5滚筒；6输送带3原始数据（见表 1）设输送带最大有效拉力为 F（N） ，输送带工作速度为 v（m/s） ，输送机滚筒直径为 D（mm） ，其具体数据见表 1。3表 1 设计的原始数据分组 号1 2 3 4 5 6 7F（N ）40004500300
6、04000300032004200v（m /s）0.8 1.01.21.01.41.31.0D（m m）315 3554004003553003754工作条件带式输送机在常温下连续工作、单向运转；空载起动，工作载荷较平稳；输送带工作速度 v 的允许误差为5；二班制（每班工作 8h） ，要求减速器设计寿命为 8 年，大修期为 23 年，大批量生产；三相交流电源的电压为380/220V。个人设计数据输送带最大有效拉力为 4200 F（N）输送带工作速度为 1.0 v（m/s）输送机滚筒直径为 375 D（mm） 42、电动机的选择Y 系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式三相异步电动机，具有效率 高
7、、性能好、噪声小、振动小的优点，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和 无特殊要求的机械上。1、确定功率（1） 、工作机所需功率取 =0.96)(10/WwWVFKWKN375.496.0/sm.2.4）（）（( 2 )、电动机至工作机的总效率取圆柱齿轮传动效率 8.1取滚动轴承传动效率 902取联轴器传动效率 .3故 87.89.02422341 （3） 、所需电动机的功率WWd 03.57././(4)、按电动机的额定功率选用电动机查 Y 系列（IP44）三相异步电动机的技术数据选定型号为 Y160L-6 的电动机其额定功率为 K03.51dm满载转速 in/r970n52、传动比的分配工作
8、机输送带滚筒转速 min/r510.37.1460s)/(1.m/vnw ）（D总传动比 29597niw取高速级传动比 低速级传动比.i14.i6三、传动参数的计算1、各轴的转速 n （r/min）高速轴的转速 min/r970n1中间轴的转速 .2i/2低速轴的转速 in/r.62i/1m3）（滚筒轴的转速 nr6n42、各轴的输入功率 P (KW) 高速轴的输入功率 KWK89.10.13m1 中间轴的输入功率 46.89022低速轴的输入功率 P5.46.13滚筒轴的输入功率 K7.980524 3、各轴的输入转矩 T (N*m )高速轴的输入转矩 m*2.1/.9n/9011 NPT
9、中间轴的输入转矩 749065522 低速轴的输入转矩 .58/./33滚筒轴的输入转矩 *1279n9044 NPT7电机轴 轴 轴 轴 滚筒轴功率P/KW11KW 10.89KW10.46KW10.05KW9.75KW转矩T/(N*m)107.22 107.22 471.17 1548.021501.81转速n/（r/min ）970 970 210.9 62 62传动比 i 1 4.6 3.4 1效率； 0.99 0.98 0.98 0.994、高速级齿轮的设计1、设计参数：输入功率 ,小齿的转速KW89.10min/r970n1传动比 工作寿命 8 年（设每年工作 300 天）64i两
10、班制，工作平稳 2、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按照任务书的传动方案，选用标准斜齿圆柱齿轮传动（2）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（GB 1009588）（3）材料选择。选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质）硬度为 240HBS，二者材料硬度差为40HBS。（4）选小齿轮齿数 ，大齿轮齿数241 4.1026.428取齿数为 102Z（5）初选螺旋升角 o43、按齿面接触强度设计按公式试算，即32d1tt1u2HEZTK（1）确定公式内的各计算数值 试选 齿宽系数 小齿轮传递转矩 6.1t1d区域系数m*207
11、NT43.2HZ 端面重合度系数COSZ)1(.38.1267.140/4/ o 材料的弹性影响系数 28.19aEMP 小齿轮的接触疲劳强度极限 aH01lim大齿轮的接触疲劳强度极限 52li 应力循环次数 9h11 1074.2103819706jn60 ）（LN8123.i 取接触疲劳寿命系数 90.1HNK95.02HN失效概率为 1%，安全系数 S=1 aaHNH MPS46.1lim1 9aaHNH MPSK5.2509.2lim2 许用接触应力aHH 25.31/)5.240(21（2）代入参数数值并计算试算小齿轮分度圆直径 mdt 08.6)25.31894(6.567.10
12、223 21 计算圆周速度 smnvt /48.106978.106 计算齿宽 b 及模数 ntmdt 8.68.1mCOSZotnt 75.22410cos1 mhnt 8.67525.0/b计算纵向重合度903.14tan2138.0tan318.1 odZ计算载荷系数 K使用系数 根据 v=3.458m/s 7 精度 得动载系数A12.V42.1H35.1FK2.1FHK9.42.VAK按实际载荷系数校正分度圆直径mdtt .76.108.6331 10计算模数mZdmon 92.241cs.7cos1 4、按齿根弯曲强度设计321cosFYdZKTSan (1)确定计算参数 814.3
13、5.FVA根据纵向重合度 查得螺旋影响系数90.1 8.0Y计算当量齿数27.614cos3311 VZ.0s3322oV查小齿轮弯曲疲劳强度极限 a15MPFE查大齿轮弯曲疲劳强度极限 3802查大小齿轮的疲劳寿命系数 .1FNK8.2FN计算弯曲疲劳许用应力，取安全系数 S=1.4aaFENF MPSK57.304.15801aFEF 86.2.22查取齿形系数59.1FaY14.2FaY查取应力校正系数6.1Sa 806.2Sa11计算大小齿轮的 值，并比较FSaY小齿轮： 0136.57.30912.1FSa大齿轮： .86.242FSaY大齿轮的数值比较大（2）代入参数数值并设计计算
14、 mmon 69.103.903.124)14(cs807.81.3 25 取 n按 计算齿数 08.61d 03.214cos08.6cos1 nmdZ取 则 取31Z.5.4312i 5Z5、几何尺寸计算（1）计算中心距mmZon 6.1904cs2)53(cos2)(a1 将中心距圆整为 a19（2）按中心距修正螺旋角 21 57231492)53(arcos)(arcos onmZ因为 值改变不多，故参数 等不必修正KHZ（3）大小齿轮分度圆12取整mmZon14.68572314csod1 m68d1取整on .2 342（4）齿轮宽度 db681取整后取 mB273五、低速齿轮的设
15、计1、设计参数：输入功率 ,小齿的转速KW35.102min/r9.210n传动比 工作寿命 8 年（设每年工作 300 天）4i2、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按照任务书的传动方案，选用标准斜齿圆柱齿轮传动（2）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（GB 10095 88）（3）材料选择。选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质）硬度为 240HBS，二者材料硬度差为40HBS。（4）选小齿轮齿数 ，大齿轮齿数2436.8124.34取齿数为 84Z（5）初选螺旋升角 o163、按齿面接触强度设计按公式试算，即1332
16、d2tt u1HEZTK（1）确定公式内的各计算数值试选 齿宽系数 小齿轮传递转矩 4.1tK1dm*7.42NT选取区域系数 .2HZ端面重合度系数COS)1(.38.1464.182/ o材料的弹性影响系数 2.9aEMPZ小齿轮的接触疲劳强度极限 aH03lim大齿轮的接触疲劳强度极限 54li 应力循环次数 8h23 1074.61038219.06jn0 ）（LN8247.1i取接触疲劳寿命系数 93.0HNK98.04HN取失效概率为 1%，安全系数 S=1aaHN MPS56.3lim3 aaHK39098.4li4 许用接触应力14aHH MP5.482/)5398(243 （
17、2）代入参数数值并计算试算小齿轮分度圆直径 mdt 6.105)5.48192(.364.107.3 25 计算圆周速度 smnvt /16.10692.510623 计算齿宽 b 及模数 ntmdt .5.3mCOSZotnt 23.42160cos3 mhnt 57.9.425.10/b计算纵向重合度18.26tan24138.0tan38.3 odZ计算载荷系数 K使用系数 根据 v=1.166m/s 7 精度 得动载系数1A05.1VK324.H35.1FK2.1FHK62.0A按实际载荷系数校正分度圆直径15mKdtt 86.104.62.10533 计算模数Zmon .246cs8
18、.cos34、按齿根弯曲强度设计323cosFYdZKTmSan (1)确定计算参数 6524.132.01FVA根据纵向重合度 查得螺旋影响系数8.2 87.0Y计算当量齿数0.716cos433VZ 32.916cos334VZ查小齿轮弯曲疲劳强度极限 a35MPFE查大齿轮弯曲疲劳强度极限 804查大小齿轮的疲劳寿命系数 9.3FNK95.4FN计算弯曲疲劳许用应力，取安全系数 S=1.4aaFENF MPSK.214.150933 aFEF 86.7.44查取齿形系数 5023FaY195.24FaY查取应力校正系数 6.1S 78S16计算大小齿轮的 值，并比较FSaY小齿轮： 01
19、279.43.26573FSa大齿轮： 5.8.94FSaY大齿轮的数值比较大（2）代入参数数值并设计计算 mmon 47.2015.18.24)6(cs707.652.13 25 取 3n按 计算齿数 86.103d 5.316cos8.10cos3 nmdZ取 则 取1Z4.2.612i 2Z5、几何尺寸计算（1）计算中心距mmZon 5.2461cs23)6(cos2)(a43 将中心距圆整为 a7（2）按中心距修正螺旋角 43 3216247)136(arcos2)(arcos onmZ因为 值改变不多，故参数 等不必修正KHZ（3）大小齿轮分度圆取整mmZon 56.1236csod
20、3 m13d17取整mmZdon 4.381216cso4 m3814d（4）齿轮宽度 db3取整后取 B486、高速轴的设计1、高速轴的主要设计参数 轴的输入功率 转速KWP89.10min/r970n1转矩 m*2.71NT5234oo22、齿轮上的作用力小齿轮的分度圆直径 68d1圆周力 NTF5.3107221t 径向力 ont 1857240tan.5cosar 轴向力 NFta 6.093t.313、初步确定轴的最小直径选取轴的材料为 45 钢，调质处理。取 150AmnPA7.298.105d3310min选择联轴器18计算联轴器的转矩 , 取3caTKA3.1A则 mNTAca
21、 *9861072.3查标准（GB/T 5843-1986） ，选用 YL7 型凸缘联轴器 ，其 4286031BJ公称转矩为 160000N*mm。半联轴器的孔径 ，故取轴第一段d281m28d1半联轴器长度 L=92mm，半联轴器与轴配合的轴径长度 m41L4、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案，如下图（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2 轴段右端需制出一轴肩，故 取 2-3 段的直径为 ；左端用挡圈定位，取挡圈直径为 D=37mm。1-md3522 轴段的长度应比轴径长度略短一些，故取 ml421初步选择滚动轴承。因轴承同时受到径向力
22、和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承。初步选取 0 基本游隙组、标准精度等级的单列圆锥滚子轴承33208，其尺寸为 d*D*T=40mm*80mm*32mm,故 ，d408743ml328743d45765 ml5032l1654ml65l76（3）轴上零件的周向定位19齿轮采用齿轮轴，半联轴器与轴的周向定位采用平键连接。采用平键为 8mm*7mm*32mm,半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位是由6k7H过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸。取轴端倒角 各轴肩处取圆角半径为o4522mm5、求轴上的载荷做出弯矩图和扭矩图如下20从轴的结构图以及
23、弯矩扭矩图可以看出齿轮轴的中间截面是危险截面。将此截面的数值列于下表载荷 水平面 H 垂直面 V支反力 F FNH1=860N,FNH2=2293.5NFNV1=423.3N,FNV2=761.7N弯矩 M MH=172000N*mm Mv1=84660N*mm，Mv2=57127.5N*mm总弯矩 M1=191706.3N*mm, M2=181238.9N*mm扭矩 T T1=107220N*mm216、按弯扭合成应力校核轴的强度根据轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 =0.6 轴的计算应力为 a3222121 08.61.0)7(97)( MPWTMca 而查出 ，因此 ，故轴的设
24、计满足弯扭强度要求。aP601 ca七、中间轴的设计1、中间轴的主要设计参数轴的输入功率 转速KWP46.102min/9.210nrmNT*472 3oon2、齿轮上的作用力22小齿轮的分度圆直径 m13d圆周力 NTF3.8947023t1径向力 ont 3.16216tan.cosa1r 轴向力 NFta 9.247t3.891大齿轮的分度圆直径 m4d2圆周力 N5.tt2径向力 Fr18r轴向力 aa6.0923、初步确定轴的最小直径，选取轴的材料为 45 钢，调质处理。取 10AmnP42.09.216d3320min 该轴上有两个键槽，故最小轴径增大 11%，则 m87.4din
25、轴的最小直径是装在滚动轴承上的，故初选滚动轴承。轴承同时受到径 向和轴向的作用力，故选用单列圆锥滚子轴承，选取 0 基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承 32309，其尺寸为 d*D*T=45mm*100mm*38.25mm故取轴的第一段 m45d214、轴的结构设计（1）拟定在轴上的装配方案，如下图23（2）根据轴向定位及高速轴位置的要求确定轴的各段直径和长度数值如下表：(单位：mm)轴径 d 轴长 l1-2段2-3段3-4段4-5段5-6段6-7段7-8段1-2段2-3段3-4段4-5段5-6段6-7段7-8段45556560555045321912116884532（3）轴上零件的定
26、位齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。选小齿轮的平键为 18mm*11mm*100mm,选大齿轮的平键为 16mm*10mm*50mm选择齿轮轮毂与轴的配合为 H7/n6；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 m6。轴端倒角为 2*45，各轴肩处的圆角半径为 2mm轴的结构图如下：245、求轴上的载荷做出弯矩图和扭矩图如下：载荷 水平面 H 垂直面 V支反力 F FNH1=4872N,FNH2=3 FNV1=2373.9N,FNV2=-2558.8N 395.6N弯矩 M MH1=433608N*mmMH2=27448.2N*mmMv1=211277.1N*mm，
27、Mv1=72970.7N*mmMv2=30263.4N*mm总弯矩 M1=482342.1N*mm, M1=439705.2N*mm M2=40856.8N*mm扭矩 T T2=471170N*mm6、按弯扭合成应力校核轴的强度由弯矩扭矩图可知，小齿轮的中间截面是危险截面，故只校核此截面的 强度 M1 取大值。根据轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 =0.6 轴的计算应力为 a322221 8.5601.)47(48)( MPWTMca 而查出 ，因此 ，故轴的设计满足弯扭强度要求。aP601 ca8、低速轴的设计261、低速轴的主要设计参数轴的输入功率 转速KWP05.13min/6
28、2n3rmNT*154823 1oo02、齿轮上的作用力齿轮的分度圆直径 38d圆周力 NFt .9t1径向力 r .6r轴向力 a2471a3、初步确定轴的最小直径，选取轴的材料为 45 钢，调质处理。取 10A mnPA98.5620.1d330min 低速轴端上有一个键槽，故轴径增大 6%，则 7.63din选择联轴器计算联轴器的转矩 , 取3caTKA3.1A则 mNTAca *20461548.3查标准（GB/T 5843-1986） ，选用 HL6 型弹性柱销联轴器 ， 10765BJ其公称转矩为 3150000N*mm。半联轴器的孔径 ，故取轴第的最d651后一段的直径为 65mm 半联轴器与轴配合的轴径长度 m1L4、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案，如下图
