机械设计课程设计--设计胶带输送机的传动装置

机械设计课程设计--设计胶带输送机的传动装置

机械设计课程设计说明书

目录

1 设计任务书 (4)

1.1 题目名称设计胶带输送机的传动装置 (4)

1.2 工作条件 (4)

1.3 技术数据 (4)

2 电动机的选择计算 (4)

2.1 选择电动机系列 (4)

2.2 滚筒转动所需要的有效功率 (4)

2.3 确定电动机的转速 (5)

3 传动装置的运动及动力参数计算 (5)

3.1 分配传动比 (5)

3.1.1 总传动比 (5)

3.1.2 各级传动比的分配 (5)

3.2 各轴功率、转速和转矩的计算 (6)

3.2.1 Ⅰ轴（高速轴） (6)

3.2.2 Ⅱ轴（中间轴） (6)

3.2.3 Ⅲ轴（低速轴） (6)

3.2.4 Ⅳ轴（传动轴） (6)

3.2.5 Ⅴ轴（卷筒轴） (6)

3.3 开式齿轮的设计 (7)

3.3.1 材料选择 (7)

3.3.2 按齿根弯曲疲劳强度确定模数 7

3.3.3 齿轮强度校核 (8)

3.3.4 齿轮主要几何参数 (9)

4 闭式齿轮设计 (10)

4.1 减速器高速级齿轮的设计计算 (10)

4.1.1 材料选择 (10)

4.1.2 按齿面接触疲劳强度确定中心

距 (10)

4.1.3 验算齿面接触疲劳强度 (12)

4.1.4 验算齿根弯曲疲劳强度..... - 13 -

4.1.5 齿轮主要几何参数............. - 14 - 4.2 减速器低速级齿轮的设计计算 .................................................................... - 14 -

4.2.1 材料选择............................. - 14 -

4.2.2 按齿面接触疲劳强度确定中心

距..................................................... - 15 -

4.2.3 验算齿面接触疲劳强度..... - 16 -

4.2.4 验算齿根弯曲疲劳强度..... - 18 -

4.2.5 齿轮主要几何参数............. - 19 -

5 轴的设计计算 .................................................................................................... - 19 - 5.1 高速轴的设计计算 ........................................................................................ - 19 - 5.2 中间轴的设计计算 ........................................................................................ - 20 -

5.3 低速轴的设计计算 ........................................................................................ - 20 -

6 低速轴的强度校核 ............................................................................................ - 21 -

6.1 绘制低速轴的力学模型......... - 21 -

6.2 求支反力................................. - 21 -

6.3 作弯矩、转矩图..................... - 23 -

6.1.4 作计算弯矩Mca图............. - 24 -

6.1.5 校核该轴的强度................. - 24 -

6.6 精确校核轴的疲劳强度......... - 24 -

7 低速轴轴承的选择及其寿命验算 .................................................................... - 26 -

7.1 确定轴承的承载能力............. - 26 -

7.2 计算轴承的径向支反力......... - 26 -

7.3 作弯矩图................................. - 26 -

7.4 计算派生轴向力S.................. - 26 -

7.5求轴承轴向载荷...................... - 27 -

7.6 计算轴承的当量动载荷P...... - 27 -

8 键联接的选择和验算 ........................................................................................ - 28 - 8.1 低速轴上键的选择与验算 ............................................................................ - 28 -

8.1.1 齿轮处................................. - 28 -

8.1.2 联轴器处............................. - 28 -

8.2 中间轴上键的选择与验算 ............................................................................ - 28 -

8.3 高速轴上键的选择与验算 ............................................................................ - 28 -

9 联轴器的选择 .................................................................................................... - 28 - 9.1 低速轴轴端处 ................................................................................................ - 29 -

9.2 高速轴轴端处 ................................................................................................ - 29 -

10 减速器的润滑及密封形式选择 ...................................................................... - 29 -

11 参考文献........................................................................................................... - 29 -

1 设计任务书

1.1 题目名称 设计胶带输送机的传动装置

1.2 工作条件

1.3 技术数据

2 电动机的选择计算

2.1 选择电动机系列

根据工作要求及工作条件应选用三相异步电动机，封闭式结构，电压380伏，Y 系列。

2.2 滚筒转动所需要的有效功率

kW Fv

P W 5.4100024

.0170001000=?==

传动装置总效率 筒轴承开齿闭齿刚联弹联ηηηηηηη5

2=

查表17-9得

F

弹性联轴器的效率 995.0=弹联η

刚性联轴器的效率 99.0=刚联η

闭式齿轮的啮合效率 级精度）（闭齿897.0=η

开式齿轮的啮合效率 95.0=开齿η

滚动轴承的效率 98.0=轴承η

滚筒的效率 96.0=筒η

传动装置的总效率 卷筒轴承开齿闭齿刚联弹联ηηηηηηη52=

96.098.095.097.099.0995.052?????=

7625.0=

2.3 确定电动机的转速

滚筒轴转速 min /94.1160r D

v n W ==π 所需电动机的功率 kW kW P P w r 5.79.57625.05.4<===η

同步转速

1500r/min,满载转速1440r/min 。查表27-2，电动机中心高 H=132mm ，外伸段 D

×E=38mm ×80mm

3 传动装置的运动及动力参数计算

3.1 分配传动比

3.1.1 总传动比 6.12094

.1114400===W n n i 3.1.2 各级传动比的分配

查表17-9 取656==i i 开

减速器的传动比 1.206

6.120===开减i i i 高速级齿轮传动比21.51.2035.135.112=?==减i i

低速级齿轮传动比 86.321

.51.201234===i i i 减

3.2 各轴功率、转速和转矩的计算

3.2.0 0轴 P=5.9kw,n=1440r/min, T=9.55*5.9/1440=40.246N*m

3.2.1 Ⅰ轴（高速轴）

kW

8705.5995.09.51=?=?=弹联ηr P P m in /144001

01r i n n == m N n P T ?=??=?=93.381440

108705.555.955.93

111 3.2.2 Ⅱ轴（中间轴）

5.666kW

97.0995.08705.512=??=??=闭齿轴承ηηP P min /06.37386.314401212r i n n ===

m N n P T ?=??=?=04.14506

.37310666.555.955.93

222 3.2.3 Ⅲ轴（低速轴）

5.386kW 97.098.066

6.523=??=??=闭齿轴承ηηP P

min /6.9686

.306.3733423r i n n === m N n P T ?=??=?=6.5166

.9610386.555.955.93

333 3.2.4 Ⅳ轴（传动轴）

5.225kW 99.098.038

6.534=??=??=刚联轴承ηηP P

6.961

6.964534===i n n mm N n P T ?=??=?=

7.664848147

.6110605.455.955.93

444 3.2.5 Ⅴ轴（卷筒轴）

4.864kW 9

5.099.0225.545=??=??=开齿轴承ηηP P

min /1.166

6.965645r i n n === m N n P T ?=??=?=1

7.28851

.1210864.455.955.93

555 3.3 开式齿轮的设计

3.3.1 材料选择

小齿轮:45#锻钢，调质处理，齿面硬度217--255HBS 大齿轮:45#锻钢，正火处理，齿面硬度162--217HBS

3.3.2 按齿根弯曲疲劳强度确定模数

按齿面硬度217HBS 和162HBS 计算

初取小齿轮齿数 205=Z

则大齿轮齿数 1206205656=?==i Z Z

计算应力循环次数

84510908.1)2830010(0.1254.666060?=??????==h jL n N

78

565610180.36

10908.1?=?==i N N 查图5-19 0.165==N N Y Y

查图5-18(b) pa 2705lim M F =σ，pa 2006lim M F =σ

由式5-32 0.165==X X Y Y

取 0.2=ST Y ,4.1min =F S

计算许用弯曲应力

由式5-31 []X N F ST

F F Y Y S Y min lim σσ=

[]pa 7.3850.10.14

.10.22705M F =???=σ []pa 7.2850.10.14

.10.22006M F =???=σ 查图5-14 21.2,81.265==Fa Fa Y Y

查图5-15 78.1,56.165==Sa Sa Y Y

则 []011365.07.38556.181.25

55=?=F Sa Fa Y Y σ []013769.07

.28578.121.2666=?=F Sa Fa Y Y σ 取[]013769.0}][,][max {

666555==F Sa Fa F Sa Fa F Sa Fa Y Y Y Y Y Y σσσ 初选综合系数1.1=t t Y K ε，查表5-8 5.0=d φ

由式5-26

mm Y Y Y Z KT m F Sa Fa d 254.4205.0013769.05082761.12][232

3254=????=≥σφε 考虑开式齿轮工作特点m 加大10%-15%，取m=5

3.3.3 齿轮强度校核

mm mZ d 10020555=?==

mm mZ d 600120566=?==

mm m h d d a a 11050.121002*55=??+=+=

mm m h d d a a 61050.126002*66=??+=+=

()mm m c h d d f 5.87525.00.12100)(2**55=?+?-=+-= ()mm m c h d d f 5.587525.00.12600)(2**66=?+?-=+-= mm d d a 3502

600100265=+=+= mm a b a 703502.06=?==φ

取mm

b b 76670665=+=+= 969.9320cos .55==d d b

816.56320cos .66==d d b 则小齿轮转速为s m n d v /3467.01060254.6610014.310603

34

5=???=?=π

06934.0100

203467.01005=?=vz 查图5-4（d ） 005.1=v k 查表5-3 1.1=A k

70.0100

705==d b 由图5-7(a) 18.1=βk 查表5-4 2.1=αk

计算载荷系数 5654.12.118.1005.11.1=???==αβk k k k k v A 3215.31110

969.93arccos arccos 555===a b a d d α 4387.22610816.563arccos arccos

666===a b a d d α 715

.1)]20tan 4387.22(120)20tan 3215.31(tan 20[21)]tan (tan )tan (tan [216655=-?+-?=-+-=

tam z z a a π

ααααπεα 6873.0715.175.025.075

.025.0=+=+=αεεY

076.16873.05654.1=?=εkY

与1.1=t t Y k ε相近 ，无需修正

计算齿根弯曲应力

[]安全555545305.19956.181.25100705082765654.122F sa Fa F Mpa Y Y Y m bd KT σσε<=??????==

[]安全

666555

6094.22278.121.256.181.2305.199F sa Fa sa Fa F F Mpa Mpa Y Y Y Y σσσ<=???== 3.3.4 齿轮主要几何参数

205=Z 1206=Z 6u = 5=m mm a 350=

mm d 1005= mm d 6006= mm d a 1105= mm d a 6106=

mm d f 5.875= mm d f 5.5876=

969.935=b d 816.5636=b d mm b 765= mm b 706=

4 闭式齿轮设计

4.1 减速器高速级齿轮的设计计算

4.1.1 材料选择

小齿轮:45#锻钢，调质处理，齿面硬度217--255HBS

大齿轮:45#锻钢，正火处理，齿面硬度162--217HBS

按齿面硬度217HBS 和162HBS 计算

9111046.3)283008(114406060?=??????==h jL n N

812

121063.6?==i N N 查图5-17 05.1,0.121==N N Z Z （允许一定点蚀）

由式5-29 0.121==X X Z Z

取92.0,0.1,0.1lim ===LVR W H Z Z S （精加工）

查图5-16（b ） pa 6501lim M H =σ,pa 5152lim M H =σ

由式5-28

[]pa 59892.00.10.10.10

.165011min 1

lim 1M Z Z Z Z S LVR W X N H H H =????==σ

σ []pa 49.49792.00.10.105.10.151522min

2lim 2M Z Z Z Z S LVR W X N H H H =????==σσ [][][]Mpa H H H 49.497},min{21==σσσ

4.1.2 按齿面接触疲劳强度确定中心距

小轮转矩mm N T ?=587051

初定螺旋角 13=β

初取0.12=t t Z K ε，查表5-5 pa 8.189M Z E =

减速传动 21.512==i u 取4.0=a φ

端面压力角

4829.20)13cos /20arctan(tan )cos /arctan(tan ===βααn t

基圆螺旋角

2035.12)4829.20cos 13arctan(tan )cos arctan(tan =?==t b αββ

由式5-42 987.013cos cos === ββZ

由式5-41 442.24829

.20sin 4829.20cos co 2sin cos cos 22035.12s =?== t t b H Z ααβ 由式5-39 []mm Z Z Z Z u KT u a H E H a t 8.14149.497987.08.189442.221.54.02587050.1)121.5(2)1(32321=??

? ???????+=???? ??+≥σφβε

取中心距 mm a 145=

估算模数 mm a m n 8.299.0)02.0007.0(-=-=

取标准模数 mm m 2=

小齿轮齿数 ()

()4.20121.5213cos 14521cos 21=+???=+= u m a z β 大齿轮齿数 27.1064.2021.512=?==uz z

取 211=z 1062=z

实际传动比 04.521

10612===z z i 实 传动比误差 %5%1.3%10021.521.504.5%100<=?-=?-=

?理实理i i i i

在允许范围内 修正螺旋角 3329.12130

2)10423(2arccos 2)(arccos 12=?+?=+=αβz z m n 与初选 13=β相近, H Z ,βZ 可不修正

轮分度圆直径 mm z m d n 99.423329.12cos /212cos /11=?== β

mm z m d n 00.2173369.12cos /1062cos /22=?== β

圆周速度 s m n d v /24.31060144099.421060331

1=???=?=ππ

查表5-6 取齿轮精度为8级

4.1.3 验算齿面接触疲劳强度

电机驱动,稍有波动,查表5-3 1.1=A k 681.0100

23366.21001=?=vz 查图5-4（d ） 007.1=v k

齿宽mm a b a 0.581454.0=?==φ 34.10866

.470.521==d b 查图5-7（a ） 12.1=βK

查表5-4 4.1=αK

载荷系数 72.1==αβK K K K K v A

齿顶圆直径 mm m h d d a a 99.462*11=+=

mm m h d d a

a 00.2212*22=+= 端面压力角

4707.20)8386.12cos /20arctan(tan )cos /arctan(tan ===βααn t 齿轮基圆直径 mm d d t b 275.404707.20cos 99.42cos 11=?== α

mm d d t b 30.2034707.20cos 00.221cos 22=?== α

端面齿顶压力角 008.3199.46275.40arccos arccos 1

11===a b at d d α

09.2300.22130.203arccos arccos 2

22===a b at d d α

][[]971

.1)4707.20tan 09.23(tan 106)4707.20tan 008.31(tan 2121

)tan (tan )tan (tan 21

2211=-?+-?=-+-= πααααπεαt at t at z z 972.123329

.12sin 58sin =?=

=ππβεβ

n m b

由式5-43 712.0971.11

1

===α

εεZ

由式5-42 9883.03329.12cos cos === ββZ 由式5-41

5759.11)4707.20cos 3329.12arctan(tan )cos arctan(tan =?==t b αββ由

式5-41445.24707

.20sin 4707.20cos 5759.11cos 2sin cos cos 2=?==

t t b H Z ααβ

[]安全

H E H H M u

u bd KT Z Z Z Z σσβε<=+????????=+=pa 70.45021

.5121

.50866.475858705971.12987.0712.08.189445.21

222

11

4.1.4 验算齿根弯曲疲劳强度

查图5-18（b ） Mpa F 2701lim =σ，Mpa F 2002lim =σ 查图5-19 0.11=N Y 0.12=N Y

由式5-32 0.121==X X Y Y

取 0.2=ST Y 4.1min =F S

由式5-31

[]Mpa Y Y S Y X N F ST F F 7.3850.10.14.12

270

11min

1lim 1=???==σσ

[]Mpa Y Y S Y X N F ST F F 7

.2850.10.14.12

20022min 2lim 2=???==σσ

524.223329.12cos /21cos /3311=== βZ Z V 691.1133329.12cos /106cos /3322=== βZ Z V 查图5-14 25.2,75.221==Fa Fa Y Y 查图5-15 80.1,575.121==Sa Sa Y Y 由式5-47计算βY ，因0.1972.1>=βε，取0.1=βε

897.01203329.12111201=?-=-=

β

εββY 由式5-48 6152.0971

.15759.11cos 75.025.0cos 75.025.022=?+=+

= αεεβb Y 由式5-44 []

安全111111pa 92.110897.06152.0575.175.2299.425858706971.122F sa Fa n

F M Y Y Y Y m bd KT σσβε<=????????==[]安全

2F 112212pa 714.103575.175.280.125.292.110σσσ<=???==M Y Y Y Y Sa F Sa Fa F F 4.1.5 齿轮主要几何参数

211=Z 1062=Z 21.5u = 2=m 3329.12=β 05.2cos /==βn t m m mm d 99.421= mm d 00.2172=

mm d a 99.461= mm d a 00.2212=

mm d f 275.401= mm d f 30.2032= mm d d a 145)(2

121=+= mm b 661= mm b 582=

mm d b 113.441= mm d b 56.1822=

4.2 减速器低速级齿轮的设计计算

4.2.1 材料选择

小齿轮: 40Cr ，调质处理，齿面硬度241--286HBS

大齿轮:45#锻钢，调质处理，齿面硬度217--235HBS

按齿面硬度241HBS 和217HBS 计算

8331092.8)283008(106.3736060?=??????==h jL n N

834

341037.2?==i N N 查图5-17 05.1,143==N N Z Z （允许一定点蚀）

由式5-29 0.143==X X Z Z

取92.0,0.1,0.1lim ===LVR W H Z Z S （精加工）

查图5-16（b ） pa 6503lim M H =σ,pa 6504lim M H =σ

由式5-28

[]

pa 59892.00.10.1.10.165033min 3lim 3M Z Z Z Z S LVR W X N H H H =????==σσ []pa 9.62792.00.10.105.10.165044min 4lim 4M Z Z Z Z S LVR W X N H H H =????==

σσ [][][]Mpa H H H 598},min{43==σσσ

4.2.2 按齿面接触疲劳强度确定中心距

小轮转矩mm N T ?=1450402

初定螺旋角 13=β

初取0.12=t t Z K ε，查表5-5 pa 8.189M Z E =

减速传动 86.334==i u 取4.0=a φ

端面压力角

4829.20)13cos /20arctan(tan )cos /arctan(tan ===βααn t

基圆螺旋角

2035.12)4829.20cos 13arctan(tan )cos arctan(tan =?==t b αββ

由式5-42 987.013cos cos === ββZ

由式5-41 442.24829.20sin 4829.20cos co 2sin cos cos 22035.12s =?==

t t b H Z ααβ 由式5-39 []mm Z Z Z Z u KT u a H E H a t 67.1469.627987.08.189442.286.34.021450400.1)1413.3(2)1(32321=??

? ???????+=???? ??+≥σφβε

取中心距 mm a 150=

估算模数 mm a m n 305.1)02.0007.0(-=-=

取标准模数 mm m 5.2=

小齿轮齿数 ()

()058.24186.35.213cos 15021cos 23=+???=+= u m a z n β 大齿轮齿数 863.95058.2486.334=?==uz z

取 253=z 964=z 实际传动比 84.325

9634===z z i 实 传动比误差 %5%52.0%10086.384.386.3%100<=?-=?-=

?理实理i i i i

在允许范围内 修正螺旋角 62.12155

2)9427(5.2arccos 2)(arccos 34=?+?=+=αβz z m n 与初选 13=β相近, H Z ,βZ 可不修正

轮分度圆直径 mm z m d n 050.6462.12cos /255.2cos /33=?== β

mm z m d n 942.24462.12cos /965.2cos /44=?== β

圆周速度 s m n d v /25.1106032

3=?=π

查表5-6 取齿轮精度为8级

4.2.3 验算齿面接触疲劳强度

电机驱动,稍有波动,查表5-3 1=A k

313.0100

2525.11003=?=vz 查图5-4（d ） 03.1=v k

齿宽mm a b a 0.601504.0=?==φ

937.0050

.640.603==d b 查图5-7（a ） 08.1=βK

查表5-4 4.1=αK

载荷系数 557.14.108.103.11=???==αβK K K K K v A

齿顶圆直径 mm m h d d a a 050.695.20.12050.642*33=??+=+=

mm m h d d a

a 942.2505.20.12942.2452*44=??+=+= 端面压力角

4546.20)62.12cos /20arctan(tan )cos /arctan(tan ===βααn t 齿轮基圆直径 mm d d t b 012.604546.20cos 050.64cos 33=?== α

mm d d t b 435.2304546.20cos 942.245cos 44=?== α 端面齿顶压力角 645.29050.69012.60arccos arccos 333===a b at d d α 324.23arccos

444==a b at d d α ][[]

807.1)4546.20tan 324.23(tan 96)4546.20tan 645.29(tan 2521)tan (tan )tan (tan 214433=-?+-?=-+-=

π

ααααπεαt at t at z z 7256.15.262.12sin 60sin =?==ππβεβ n

m b 由式5-43 744.0807

.111

===αεεZ

由式5-42 9878.062.12cos cos === ββZ 由式5-41

85.11)4546.20cos 62.12arctan(tan )cos arctan(tan =?==t b αββ

由式5-41 444.24546

.20sin 4546.20cos 85.11cos 2sin cos cos 2=?== t t b H Z ααβ

[]

安全H E H H M u

u bd KT Z Z Z Z σσβε<=+?????

???=+=pa 649.48086.3186.3050.6460145040807.129878.0772.08.189444.2122232 4.2.4 验算齿根弯曲疲劳强度

查图5-18（b ） Mpa F 2903lim =σ，Mpa F 2704lim =σ 查图5-19 0.13=N Y 0.14=N Y

由式5-32 0.143==X X Y Y

取 0.2=ST Y 4.1min =F S

由式5-31[]Mpa Y Y S Y X N F ST F F 2.4140.10.14

.1229033min 3lim 3=???==σσ []Mpa Y Y S Y X N F ST F F 7.3850.10.14

.1227044min 4lim 4=???==σσ 174.2562.12cos /25cos /3333=== βZ Z V

794.9662.12cos /96cos /3344=== βZ Z V

查图5-14 27.2,62.243==Fa Fa Y Y

查图5-15 80.1,6.143==Sa Sa Y Y

由式5-47计算βY ，因0.1807.1>=βε，取0.1=βε

898.012026.12111201=?-=-=

β

εββY

由式5-48548.0807

.185.11cos 75.025.0cos 75.025.022=?+=+= αεεβb

Y []

安全333323pa 215.120898.0898..056.162.25.2040.6560145040807.122F sa Fa n F M Y Y Y Y m bd KT σσβε<=????????==

[]安全?<=???==4F 334434pa 8.1386.162.278.127.2215.120σσσM Y Y Y Y Sa Fa Sa Fa F F

4.2.5 齿轮主要几何参数

253=Z 964=Z 86.3u = 5.2=m

62.12=β 56.2cos /==βn t m m

mm d 050.643= mm d 942.2454=

mm d a 050.693= mm d a 942.2504=

mm d f 887.563= mm d f 31.2274=

mm d d a 150)(2

143=+= mm b 703= mm b 604=

mm d b 012.603= mm d b 435.2304=

5 轴的设计计算

5.1 高速轴的设计计算

轴的材料为选择45#, 调质处理，传递功率kW P 9.5= 转速min /960r n = 查表8-2 1100=A

mm n P A d 57.1714409.5110330=?=≥

由于轴上有一个键槽，则45.18~10.18)1%5~%3(57.17=+?≥d d d >min mm d 32min =取

估定减速器高速轴外伸段轴径

查表17-2 电机轴径,38mm d =电机轴伸长mm E 80=