胶带运输机的传动装置设计

机械设计基础 课程设计

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1.机械设计基础课程设计任务书

课程设计题目：胶带运输机的传动装置设计 课程设计内容：单级圆柱直齿轮减速器

设计题号：

学号： 已知条件（见分配给每个学号的数据表）： 1． 输送带工作拉力F= 2.4 kN； 2． 输送带工作速度：= 1.4 （允许输送带速度误差为±5%）； 3． 滚筒直径Dm/s； = 320 mm； 4． 工作条件：见下表； 工作条件 10年（每年300工作期限 天） 3年 两班工作 空载启动、单向连续运转、载荷平稳 小批量生产 三相交流电、电检修期间隔 工作条件 载荷性质 生产批量 动力来源 来源于网络

压220/380V 设计工作量：设计工作量：

① 减速器装配图一张（手绘A0号图幅1张，绘三视图；注意图面布置，使其饱满均匀。

技术特性、技术条件、标题拦书写必须规范）；

② 零件工作图一张（A3图幅高速轴或齿轮，图中必需有齿轮参数表）；

③ 设计说明一份（正文5000字，约15页）。 来源于网络

2. 电动机的选择计算

项目 计算过程 2.1选择电动机的转速 2.1.1计算滚筒的转速 带式输送机的传动方案示意图见设计任务书。 ∵滚筒的直径和工作带的带速已知 ∴滚筒转速计算如下： n601000vWD　83.6 r/min 2.2.2选择电动机的类型及同步转速 因考虑带式输送机需要较大的转矩，而对转速要求不高，故选择电动机的步骤如下： ①选择电动机的类型 因考虑工作条件为空载启动、单向连续运转、载荷平稳，所以选择三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，380V，Y系列，同步转速确定为n01000 r/min。 ②计算传动装置的总效率（参考教材第58页） 传动装置的结构简图如设计任务书图。 总效率的计算如下： =2VbgcW=0.867 其中：V——V带的传动的效率；=0.96 b——一对滚动轴承的效率；=0.99 来源于网络

计算结果 滚筒的转速为： nW83.6 r/min 传动总效率为： =0.867

g——闭式齿轮传动效率；=0.97 c——联轴器的效率；=0.99 W——滚筒的效率。=0.96 项目 计算过程 ③确定所需电机的功率 1. 确定电机的型号 滚筒功率Pw=FV/ηw=3.5 KW 电机功率Pe=Pw/η∑=4.04 KW 因为滚筒的转速 nW= 83.6 r/min。 拟选择同步转速n01000 r/min 系列的电动nm计算结果 电机型号为： Y132M2—6型; 额定功率为: Pe= 5.5 kW; 满载转速： 960 r/min。 机，由表2-9.1 选择Y系列三相电动机Y132M2—— 6 型，其额定功率为Pe=5.5 kW,满载转速nm960 r/min。 3. 传动装置的运动和动力参数计算

项目 计算过程 计算结果 来源于网络

3.1总传动比i的计算 总传动比i： i=nm/nw=11.48 i=11.48 各级传动比分配： 3.2各级传动比的分配 根据表2-2.1和各级传动间的尺寸协调、结构均匀，满足 iViV=3 ig=3.9

4． 传动零件设计计算

项目 4.1 减速器以外传动零件的设计计算 ①电机传动形式的选择 从传动的形式和经济效性考虑，确定由电动机传动V带，所以V带轮的小带轮转速nV1nm960 r/min。 ②确定V带的截型 计算功率Pca选择由电动机传动V带 确定V带的截型： 计算过程 计算结果 =KAP V带的带型为 B 型 确定小带轮直径: dd1140 根据工况确定工况系数 ∵工作班制为2班制 ∴工作时间≤16小时 载荷平稳 根据表 8~3(机械设计基础) ∴KA=1.1 所以PcaKAP6.05 KW 又∵小带轮的转速为 960 r/min 查图 8-10 可知 mm 大带轮直径: dd2414 V带的带型为 B 型 ③ 确定带轮的基准直径与带速验算 根据所选电机的型号可知，电机中心高为iVmm H为 132 mm，又传动比确定= 3 ，所以小带轮的直径dd1取为 140mm 140mm。 P127（机械设计基础） 来源于网络

根据小带轮的直径，确定大带轮的直径，滑动率为0.015 [2] ∴大带轮的直径dd2n1dd1(1) [1] n2∴dd2413.7 mm。按照表13-4 [1] 把大齿轮的直径dd2 圆整为 414 mm。 验算带速： 根据公式：v1=dd1n160×1000[1] v14096016010007.03 m/s 符合设计要求：5m/s7.03m/s25m/s ④ 确定中心距及选择合适的V带数目 根据公式： 0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)[2] ∴a0取为 500 。 根据相应的公式，计算 。 L01907.318 mm P138（机械设计基础） 根据V带的相应标准，确定V带的长度Ld=2000mm a≈ 546.35 mm 中心距的变动范围为： amin??? amaxa0.03Ld= 560 mm 计算小带轮的包角： 1=151.26° ＞120° 能满足要求 来源于网络

单根V带传递的功率，可查表 8-2a（机械设计基础） 。 查表可知： P0=2.09 根据表 8-2b（机械设计基础） 可知： V带传功率的增量△P0=0.29 KW V带根数可按下式计算： Ka=0.97 KL=0.88 Pcaz≥(P0+P0)KaKL] z=2.98 确定V带的根数为 3 根。 项目 ⑤ 确定带的初拉力 根据公式： m=0.17 kg/m 小带轮的基本尺寸： 见表4-1、图4-1。 大带轮的基本尺计算过程 计算结果 F0500(2.5P1)camv2 [1] （式中m-V带每米的重量，可查表Kazv33.1-14）[1] ，kg/m) 表8-8（机械设计基础） 2.56.05∴F0500(1)0.177.032 234.6N 0.9737.03F∑=2Z*F0*sin(α/2)=1363.56N ⑥ 带轮的结构和尺寸设计 小带轮的尺寸，基准直径为 140 mm 来源于网络

参照表 12-3 以及表 12-5 电机的外型及安装尺寸可知： Y132M2-6型电机的基本尺寸为： 0.018轴伸直径： 380.002 mm ; 寸： 如表4-2、图4-2。 轴伸长度： 80 mm ; 中心高： 132 mm ; 所以小带轮的轴孔直径 38 ，毂长应小于 80 。 根据以上参数及表 图8-12 ，确定小带轮的结构为辐板轮，轮槽尺寸及轮宽按表 8-7 计算， 其中小带轮的各尺寸如表4-1。 表4-1：小带轮的基本尺寸 Bd=14mm ; ha min=3.5 取ha=7 ; H=15 ; f=12.5 e=19 ; δmin=7.5 ; 算得δ=29 ; B=(z-1)e+2f=96 De=dd+2ha=154 ; Φ=34° 大带轮的尺寸计算方法同小带轮： 大带轮的基准直径 276mm 。 大带轮的各尺寸如表4-2。 表4-2：大带轮的基本尺寸 Bd=14mm ; ha min=3.5 取ha=7 ; H=15 ; f=12.5 e=19 ; δmin=7.5 ; 算得δ=29 ; B=(z-1)e+2f=96 De=dd+2ha=428 ; Φ=38° 项目 来源于网络

计算过程 计算结果

4.2 减速器内的零件设计 `①齿轮材料及其热处理方法的选择 根据减速器的使用条件及其性能，参照《机械设计手册》[1]和《1988机械工业工艺标准》 ,确定齿轮的材料为45钢，调质处理。 ②齿宽系数及应力计算 P1（机械设计基础） 由于减速器是闭式传动，选软齿面，直齿圆柱齿轮，取齿宽系数φd=0.4 根据工况，由所选材料和热处理确定许用接触应力，查表求出齿轮的许用应力。 根据工况，采用齿面硬度≦350HBS 小齿轮采用45钢、调质、硬度为260HBS 大齿轮采用45钢、调质、硬度为220HBS 由表9-5公式【2】，可确定许用接触应力为[σH] 小齿轮[σH]1=380+0.7HBS=(380+0.7*260)=562MPa 大齿轮[σH]2=380+0.7HBS=(380+0.7*220)=534MPa 小齿轮所受转矩T1 T1=955*104P/n1=15.7575*104N·mm 选择齿系数，取φa=0.4 ， 载荷系数取K=1.35 中心距 a=48i13KT1 ia2H2mm=177.76 mm 选择齿数，并确定模数 取z1=24 则z2=iz1=3.9*21=93.6 取z2=94 M=2a/(z1+z2)=2*183.93/(24+94)=3.01 由表9-1，取模数m=3 mm 来源于网络

齿轮几何计算： 小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径 d1=mz1=3*24=72 mm da1=d1+2m=72+2*3=78 mm 大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径 d2=mz2=3*94=282 mm da2=d2+2m=282+2*3=288 mm 验算中心距 a=(d1+d2)/2=(72+282)/2=177 mm 大齿轮宽度b2=φa·a=0.4*180=72 mm 小齿轮宽度 由于小齿轮面硬度较高，为补偿装配误差，避免工作时在大齿轮上造成压痕，一般b1应比b2宽些 取b1=b2+5=72+5=77 mm 确定齿轮精度等级，齿轮圆周速度 v=πd1n1/60000=π*72*320/60000=1.21 m/s 根据工况和圆周速度，由表9-3，选用8级精度。 轮齿弯曲强度 由表9-7可得 [σF]1=140+ 0.2HBS=140+0.2*260=192 MPa [σF]2=140+0.2HBS=140+0.2*220=184 MPa 查齿形系数YF 小齿轮z1=24 由表9-6可得，YF1=2.67 大齿轮z2=94 由表9-6可得，YF2=2.0774 来源于网络

9-19式中 σF1=2K1T1YF1/bz1m2=49.87 MPa σF2=σF1·YF2/YF1=38.80 MPa σF1﹤[σF]1 σF2﹤[σF]2 满足设计要求 项目 4-3轴的设计计算 （1）减速器高速轴的设计 ①选取轴的材料 因为该轴无特殊要求且精度要求较，所以选取45#钢，调质处理。 ②估算最小轴径 按扭转强度式估算最小轴径 C=118~107 dC3Pn计算过程 计算结果 d≈27~30 mm 由于V带轮配合段直径处有一键槽，应增大3% 按轴的标准调整到 28~31 mm ③高速轴的受力分析及强度校验 P 根据V带轮的大小，初选轴承为 6008 型，则高速轴基本尺寸如图4-3所示： 按照以上的轴的结构，画出轴的计算简化式： 圆周力Ft=2T/d=2*157575/72=4377.1 N 径向力Fr=Ft*tanα=4377.1*tan20°=1593.1N 支承反力 F∑=2Z*F0*sin(α/2)=1363.56 N 来源于网络

F∑*(a+b+c)-FRBH*(b+c)- Ft*b=0 FRBH=209.85 N F∑+FRCH-FRBH-Ft=0 FRCH=3223.39 N ①由齿轮径向力Fr和V带压轴力F引起的垂直面弯矩图MV MV=Fr*b=1593.1*56=44606.8 N·mm ②由齿轮圆周力引起的水平面弯矩图MH MH1=F∑*a=115902.6 N·mm MH2=FRBH*a+(F∑-FRBH)*b=180510.36 N/mm ③轴的扭矩图T T=15.7575*104 N·mm ④合成弯矩图MMV2MH2　 M1= MH1=115902.6 N·mm M2=MV22MH2185940.2 N·mm ⑤当量弯矩图 MeM2(T)2　 Me=M2(T)2=208596.5 N·mm 确定危险截面，根据当量弯矩图，弯矩的危险截面位于图中弯矩最大处。 根据当量弯矩，计算轴最大处直径d′ 由于轴的材料为45钢，调质处理，查表12-1可得，σb=700MPa。根据表12-3可得，[0b2]=110 MPa [-1b-1b]=65 MPa α=[d'3]/[0b]=0.6 Me0.1[-1b]=31.78 mm 根据高速轴的结构简图可知，该齿轮轴中齿轮的齿根圆直径为 Φ65 mm ， 来源于网络

满足要求。 项目 计算过程 计算结果 ⑤低速轴的受力分析及强度校验 ②估算最小轴径 按扭转强度式估算最小轴径 dC3P 42 ≦ d ≦ 46 n经过有关计算，高速轴满足要求。 低速齿轮键的选择： A型圆头普通平键， 联轴器的选择： HL3型弹性柱销联轴器， ③低速轴的受力分析及强度校验 根据低速轴的转速和功率，初选轴承为 6012 型，则低速轴基本尺寸如图4-3所示： 按照以上的轴的结构，画出轴的计算简化式： 圆周力Ft=2T/d=24127 N 径向力Fr2= Fr=1593.1 N ①由齿轮径向力Fr和V带压轴力F引起的垂直面弯矩图MV MV=Fr*b=95586 N·mm ②由齿轮圆周力引起的水平面弯矩图MH MH=Ft*b=1447620 N·mm ③轴的扭矩图T T=579048 N·mm ④合成弯矩图M =MV2+MH2　 来源于网络

M=M22VMH=1450772.3 N·mm ⑤当量弯矩图 Me=M2+(T)2　 轴取45钢，调质，故α取0.6 Me1=T=579048 N·mm Me2=M2(T)2=1491793.3 N·mm 确定危险截面，根据当量弯矩图，弯矩的危险截面位于图中弯矩最大处。 根据当量弯矩，计算轴最大处直径d′ 查表得 [-1b]=65 d'3Me20.1[=61.2﹤d1 -1b]d''3Me10.1[=44.7﹤d2 -1b]根据高速轴的结构简图可知，该齿轮轴中齿轮的齿根圆直径为 Φ274.5 mm ，满足要求。 4-4 滚动轴承的选择 由于载荷平稳，无轴向力 选用深沟球轴承 4-5 键的选择与校核 ∵ 轴无特殊要求 ∴键选为A型圆头普通平键 查表 4-1 可知： 键的基本尺寸为： 高速轴d=30mm 取8*7*45 来源于网络

低速轴d1=48mm 取14*9*56 d2=mm 取18*11*50 按挤压强度校核键的强度 σp1=2Ft/hls= 27.8 ﹤ 125 σp2= 95.7 ﹤ 125 σp3=87.7 ﹤ 125 均满足要求 4-6 联轴器的选择 根据低速轴的扭矩要求，查表 8-7 可知，选择联轴器为LM6 型弹性柱销联轴器，其基本尺寸如下： 公称转矩：400 N·m 许用转速：6100 r/min 轴孔直径：48 mm 轴孔长度：84 mm L0 :143 mm D ：125 mm 弹性件型号：MT6 来源于网络