设计用于码头上的带式运输机的传动装置机械设计说明书.doc

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1、目 录一、设计任务书-（3）(一)设计题目-（3）(二)设计要求-（3）(三)设计内容及工作量-（3）二、机械装置的总体方案设计及选择-（3）三、运动参数计算-（4）(一)电动机的选择-（4）(二)传动比的分配-（4）(三)运动和动力参数计算-（5）四、各主要零件的设计计算-（6）(一)带传动设计-（6）(二)圆柱轮传动设计-（7）高速级齿轮传动设计-（7）低速级齿轮传动设计-（11）(三)轴径初算-（14）(四)初选轴承和联轴器-（14）五、轴的结构设计-（14）六、验算1轴承寿命-（17）七、键强度校核-（18）八、润滑与密封-（19）九、减速器结构特点及说明-（19）十、设计小结-（20

2、）十一、参考书目-（20）一、设计任务书（一）设计题目：设计用于码头上的带式运输机的传动装置（二）设计要求：1、 工作条件：单班制。连续单向运转。载荷平稳。室外工作。2、 使用期限：十年。3、 生产条件：中、小型规模机械厂。4、 动力来源：电力。三相交流（220/380V）。5、 生产批量：10台。6、 原始数据：题号运输带牵引力F（kN）运输带速度V（m/s）卷筒直径D(mm)1-32.51.2420注：运输带允许速度误差（+5%）。 请考虑海风对设备的腐蚀影响。（三）设计内容及工作量：1、确定传动装置的类型，画出机械系统传动简图。2、选择电动机，进行传动装置的运动和动力参数计算。3、传动装

3、置中的传动零件设计计算。4、绘制传动装置装配草图张（，方格纸草图）。5、绘制传动装置中减速器装配图一张（A0）。6、绘制零件工作图张。7、编写设计说明书一份（字）。8、准备答辩。二、机械装置的总体方案设计及选择第一种：皮带-二级圆柱齿轮传动减速优点：载荷平稳，有过载保护，皮带不需要润滑，维护成本低。缺点：皮带传动效率低，传动比不准确。 第二种：二级圆柱齿轮-链传动减速优点：链传动传动比准确，张紧力小，效 率高。缺点：链传动瞬时传动比是变化的，平稳性较差。综合比较：由于带传动可以有过载保护，可以避免一些事故的发生，而且每有必要经常进行润滑，维护等，因为这样会降低工作效率，所以选用第一种设计方案。

4、 结论：选择第一种传动装置。即皮带-二级圆柱齿轮传动减速。三、 运动参数计算（一）电动机的选择1、 选择电动机类型：根据已知条件，无特殊要求，则选用Y系列一般用途的三相异步电动机。2、 选择电动机的容量：查表得：V带传动效率1 = 0.96 , 调心球轴承效率2= 0.99 , 9级精度的一般圆柱齿轮传动（油润滑）效率3 =0.96,金属弹性元件挠性联轴器效率4 = 0.98，双级圆柱齿轮减速器效率5=0.5，则传动装置的总效率为： 由于载荷平稳，所以择电动机的额定功率Pe为4kw。3、 确定电动机转速： 工作机轴转速为 nw = 54.6 r/min ,且该减速器传递扭矩较大，考虑不使该减速

5、器的结构尺寸太大，查表选用同步转速为1000 r/min 的Y系列异步电动机Y132M1-5，其满载转速ne =960 r/min 电动机型号额定功率/kW满载转速堵转转矩/额定转矩Y132M1-549602.0（二）传动比的分配1、 传动装置总传动比 2、 分配各级传动比保证取带传动比为2取高速级传动比取低速级传动比 （三） 运动和动力参数计算1、各轴输入转速：减速器输入转速n0=960r/min,输出轴转速n3=52.4 r/min3、 各轴输入功率：4、 各轴输入转矩：,各轴动力参数总结：轴号输入功率（kW）输入转矩（Nm）输入转速（r/min）13.8075.648023.65245.

6、514233.23588.752.4四、 各主要零件的设计计算(一) 带传动设计1、确定计算功率载荷平稳， 单班制查表得 2、选取带型号由，ne=960r/min，查表选用SPZ型带 4、 确定小带轮基准直径因为带速在525m/s范围内，所以属于（99.5,497,5）范围内，而且小带轮直径要选的尽量小一些，所以选为100mm。从动轮而且此时的v=5.0245 符合要求。4、确定V带的基准长度和传动中心距据公式 得取初算帯长：查表取于是，实际中心距5、验算主动轮上的包角结论：主动轮包角合适6、计算V带的根数z由ne=960r/min, ，i0=2,查表得P0=1.70kw,P0=0.15kw由

7、查表得由SPZ带，查表得z=37、计算张紧力查表得q=0.07kg/m 8、计算作用在轴上的压轴力（二）圆柱轮传动设计高速级齿轮传动设计：1、 选择齿轮材料，热处理小齿轮1材料选用17CrNiMo6，渗碳淬火，齿面硬度为5462HRC大齿轮2材料选用 37SiMn2MoV，表面淬火，齿面硬度为5055HRC查表得Hlim1=1500Mpa, Hlim2=1180Mpa 查表得FE1=850Mpa, FE2=720Mpa 据N1，N2查得ZN1=1.0 ,ZN2=1.05；YN1=0.87,YN2=0.9 查表得最小安全系数 SHmin =1.2,SFmin=1.5 则有：H1=Hlim1ZN1

8、/SHmin=15001.0/1.2=1250Mpa H2=Hlim2ZN2/SHmin=11801.05/1.2=1032.5Mpa F1=Flim1YN1/SFmin=8500.87/1.5=394MpaF2=Flim2YN2/SHmin=7200.9/1.5=345.6Mpa2、 确定设计准则由于设计的齿轮传动时闭式齿轮传动，且为硬齿面齿轮，最大可能的失效是齿根疲劳折断，也可能发生齿面疲劳。因此，本齿轮传动可按轮齿的弯曲疲劳承载能力进行设计，确定主要参数，再验算齿面接触疲劳承载能力。3、 按齿轮弯曲疲劳承载能力计算齿轮的主要参数确定计算载荷小齿轮转矩斜齿圆柱齿轮传动，载荷平稳，齿轮相对轴

9、承不对称布置查表取K=1.3， 查得 又 将齿轮2参数代入（1）式计算查表得，则取标准中心距a=95mm则4、选择齿轮的精度等级齿轮的圆周速度查表取齿轮为9级精度。5、 精确确定计算载荷 查表取， 齿轮传动啮合宽度取标准啮合宽度b=43mm查表取由查表取6 、验算轮齿接触疲劳承载能力 查得 ， 因大齿轮许用齿面接触疲劳应力值较小，代入H1，则结论：齿轮接触疲劳强度足够7、验算轮齿弯曲疲劳承载能力 ，查表，取结论：齿轮弯曲疲劳承载能力足够齿轮传动几何尺寸计算如下表名称计算公式小齿轮1大齿轮2法向模数22法向压力角螺旋角分度圆直径d/mm齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径顶隙c/mm标准中心距

10、a/mm节圆直径传动比低速级齿轮传动设计：1、 选择齿轮材料，热处理小齿轮3材料选用40CrNi2Mo，调质，齿面硬度为294326HBW大齿轮4材料选用 37SiMnMoV，调质，齿面硬度为263294HBW查图得Hlim3=770Mpa, Hlim4=750Mpa 查图得FE3=640Mpa, FE4=620Mpa 据N3，N4查图得ZN3=1.068 ,ZN4=1.15；YN3=0.9,YN4=0.95 查表得SHmin =1.1,SFmin=1.25 则有：H3=Hlim3ZN3/SHmin=7701.06/1.1=742Mpa H4=Hlim4ZN4/SHmin=7501.15/1.

11、1=784.1Mpa F3=Flim3YN3/SFmin=6400.9/1.25=460.8MpaF4=Flim4YN4/SHmin=6200.94/1.25=471.2Mpa2、 确定设计准则由于设计的齿轮传动是闭式传动，且大齿轮是软齿面齿轮，最大可能的失效时齿面疲劳，但如模数过小，也可能发生轮齿疲劳折断。因此，本齿轮传动可按齿面接触疲劳承载能力进行设计，确定主要参数，再验算轮齿的弯曲疲劳承载能力。3、 按齿轮弯曲疲劳承载能力计算齿轮的主要参数确定计算载荷小齿轮转矩查表取K=1.3， 由于H3较小，故将小齿轮带入（1）式得，取a=140mmm=(0.070.02)a m=0.015140=2

12、.1取标准模数 m=2mmZ3=2a/m(1+u)=2140/2(1+2.71)=37.7考虑传动比精确及中心距以0、5结尾 所以取Z3=40，Z4=110反算 a=m(Z3+Z4)/2=2（40+110）/2=150 检验传动比 u=Z4/Z3=110/40=2.75传动比误差 （u-u）/u100%=(2.75-2.71)/2.75100%=1.5% 符合要求齿轮圆周速度查表后，选9级齿轮5、 精确确定计算载荷 查表后 取， 齿轮传动啮合宽度查表取查表取6 、验算轮齿接触疲劳承载能力 查图取， 因小齿轮许用齿面接触疲劳应力值较小，代入H3，则结论：齿轮接触疲劳强度足够7、验算轮齿弯曲疲劳承

13、载能力查图，取 结论：齿轮弯曲疲劳承载能力足够齿轮传动几何尺寸计算如下表名称计算公式小齿轮3大齿轮4法向模数22法向压力角分度圆直径d/mm齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径顶隙c/mm标准中心距a/mm节圆直径传动比（三）轴径初算1、用扭转强度条件初估轴径试选材料3Cr13 查表取轴径初估式1轴由于1轴外伸端键连接，故周径应加大5% 圆整为25mm2轴2轴上有两个键，周径加大15%，即 圆整为40mm3轴3轴上有两个键，周径加大15%，圆整为55mm（四）初选轴承和联轴器1、由于该减速器有斜齿轮，使轴上产生轴向力，初选7类角接触轴承C型， 代号待定。2、 选用弹性柱销联轴器，它加工制造容

14、易，装拆方便，成本低，能缓冲减振。五、轴的结构设计、 轴结构设计总体设计思路。先从初估的最小轴径开始，按定位轴肩取（0.070.1）d+13，非定位轴肩13，设计出轴各段的轴径，然后，整体布置各轴，确保个轴上各零件之间、轴上零件与箱体之间等运动不干涉，且间隔距离合适（运动物体与静止物体间隔距离不小于10mm，两运动物体间隔不小于1015mm），从而定出轴各段长度。、 1轴结构设计。考虑到1轴外伸端接带传动的大带轮，有很大的轴向压轴力（见带传动的计算），且由窄V带传动，带根数为3，基准直径为200mm知该带轮有很大的重量，所以根据基准直径为200mm带轮查表取孔径为25mm，即1轴与带轮配合轴颈

15、直径（1轴最小轴径）为25mm。齿轮1齿根圆直径公称直径d=3038,t1=3.3，则齿根圆到键槽底部的距离当为圆柱齿轮时，若齿根圆到键槽底部的距离e2mt（mt为断面模数），应将齿轮和轴做成一体。综上可得1轴轴承代号为7206C，轴承采取正装。1轴外伸端用A键连大带轮、 1轴玩扭强度校核。 水平：垂直：由上可得T=75600Nmm取0.6小齿轮中间断面右侧和右轴颈中间断面处的最大当量弯矩分别为，选材 3Cr13 调质 硬度241HBW查表 弯曲疲劳极限 六、验算1轴承寿命1轴两轴承代号均为7206C，安装方式为正装。（设计轴承寿命为5年） 远离皮带轮的一端为，靠近的一端为。基本数据D=62m

16、m e初选0.47 属于区间（0.029,0.058）e=0.400.43X=0.44 Y=1.401.30由线性插值法e=0.56X=0.44 Y=1 所以选因载荷平稳 fp=1.0 因工作温度在100一下 fT=1.0因是球轴承 所以要每五年更换一次轴承。其他两轴同理。七、 键的强度校核单键连接强度条件：查表得1、1轴上键的校核。1轴外伸端与带传动的大带轮用A键连接，轴颈直径d=25mm，键型号为：键836根据d=25mm查得键的公称尺寸bh为87，且t=4.0结论：键强度满足要求。八、 润滑和密封1、轴承润滑由于齿轮圆周速度v2m/s，故采用润滑脂润滑，且轴承端面距箱体内壁8mm。齿轮润

17、滑使用40号机械油进行润滑，由于齿轮速度12m/s，使用浸浴润滑，将齿轮部分进入箱座的油池中，靠齿轮传动时将润滑油带到轮齿啮合处，同时也将油甩上箱壁籍以散热。圆柱齿轮浸入油池深度约以12个齿高为宜，低速级大齿轮的浸油深度不得超过其齿顶圆半径的1/3。装油量：功率为：4.24kw，每传递1kw功率需油量约为0.18-0.34升，则共需油为4.24x（0.180.34）=0.7631.442升，箱座的面积为：440mm152mm，所以油面的最低高度为，根据得到的要求的最低油面的高度，并结合齿轮距离箱体的高度和齿轮的浸油深度，最终得出箱座的高度（具体尺寸见图）。5、 轴承的密封外部密封：外伸轴与透盖

18、间采用内包骨架毡圈油封密封，以防润滑剂泄出和有害物质（如灰尘、水分、酸气及其它污物）浸如轴承。内部密封：为防止轴承空腔中的润滑脂漏入箱体油池内而影响轴承及齿轮的润滑，同时也为防止箱体内的润滑油浸入轴承腔而冲淡并带走润滑脂。因此，在每个轴承向着箱体内部的一面安装了一个齿状挡油盘，随轴旋转，借离心力的作用可甩掉油及杂质。九、减速器的结构特点及说明本次设计的的减速器为带二级圆柱轮减速。带传动的过载保护避免工作过程中出现超载而造成不别要的伤害，从而提高工作过程的安全性。而齿轮减速高速级采用斜齿圆柱齿轮，使传动更加平稳，噪声小，承载高，使减速器的工作可靠性提高。选用电动机：同步转速：1000 r/min

19、 Y系列异步电动机Y132M1-5Pe=4KWne=960 r/min初定高速级i12=3.38低速级I34=2.71带传动比i0=2n1=480 r/minn2=142 r/minn3=52.4 r/minP1=3.80kWP2=3.65kWP3=3.23kWT1=75.6NmT2=245.5NmT3=588.7Nm选用带型号：SPZ结论：主动轮包角合适z=3小齿轮17CrNiMo6，渗碳淬火5462HRC大齿轮37SiMn2MoV，表面淬火5055HRCa=95mm齿轮9级精度b=43mm结论：齿轮接触疲劳强度足够结论：齿轮弯曲疲劳承载能力足够小齿轮40CrNi2Mo，调质，齿面硬度为29

20、4326HBW大齿轮37SiMnMoV，调质，齿面硬度为263294HBWZ3=40Z4=110a=150mm齿轮9级精度b=80mm结论：齿轮接触疲劳强度足够结论：齿轮弯曲疲劳承载能力足够1轴轴承7206C1轴外伸端与带轮A键连接结论1轴强度足够安全。结论：1轴轴承寿命满足要求每5年更换一次轴承。结论：1轴键强度满足要求十、设计小结通过这段时间的课程设计，我学到了很多。1、 计算要细心，计算要有序。整个设计过程，我大的修改有两次，小的修改无以计。第一次大的修改是因为我在计算功率时出错，结果使得后面的计算关联出错，不得已而从头再来。第二次是由于我没有对键的强度进行校核就匆忙画了草图，当发现键的

21、强度远不够时，我想通过增大轴径和加长轮毂解决，无奈画好的图容不下大的尺寸变动，我只得将完成大半图通通擦掉。所以细心而有序的计算事半功倍，省时省力。2、 结构设计，整体把握。我发现在设计中，由于齿轮中心距取值不当而引起齿轮产生运转干涉的现象比较多见。我想，这可能就是因为未能把握整体的缘故吧。计算齿轮时，我们只顾齿轮的尺寸，却不曾想着它在整个减速器的位置和运动范围。3、 定量与定性，把握有度。在整个设计过程，几乎每个公式都有一大堆的参数，这些就是将实际中的一些定性因素定量化。但是如何一一对应，设计者如何把握尺度就显得很重要了。比如说，对于“中等冲击”这一定性概念，很难具体说什么样的冲击就是“中等冲

22、击”，那么设计者心中的“中等冲击”是否就能把握准确呢，很难说。我想设计者把握的准确度和设计者的经验是息息相关的，因此，我们需要平时多积累，多体会。4、 设计要经济。在实际设计中，经济性是很重要的，它直接关系着你设计的价值的高低。实在的说，就是如何做到在满足设计要求（功能要求、强度要求、工艺要求等）的情况下，投入最少。我想这是比较高的设计境界了，需要在今后的设计过程中不断体会、领悟。十二、参考书目机械设计课程设计指导书张淑敏 伊丽娟 娄秀华 编写机械设计教程吴宗泽、刘莹 主编，机械工业出版社机械零件手册（第五版）周开勤 主编，高等教育出版社机械设计课程设计（第四版）陆玉 主编，机械工业出版社机械设计课程设计任金泉 主编，西安交通大学出版社机械设计（第八版）西北工业大学机械原理及机械零件教研室 编著，高等教育出版社20