机械设计基础课程设计.DOC

1、 1 机械设计基础课程设计 说 明 书 题 目 名 称： 带式运输机传动装置的设计 学 院（部）： 机械工程学院 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 评 定 成绩： 2 课程设计任务书 2009 2010 学年第 1 学期 机械工程学院 学院（系、部） 工业设计 专业 工理 081 班 课程名称： 机械设计基础 设计题目： 带式运输机 传动装置 的设计 完成期限： 自 2010 年 元 月 11 日至 2010 年 元 月 15 日共 1 周 内 容 及 任 务 一、 传动装置简图 二、 原始数据 带的圆周力 F/N 卷筒 速 v（ m/s） 滚筒直径 D/mm 500

2、 2.5 300 三 、 工作条件 三班制，使用年限 10 年，连续单向运转，载荷平稳，小批量生产，运输带速度允许误差为 5%。 三、 设计 任务 1、 设计计算说明书一份，内容包括： 传动 方案 的 分析 与拟定 、原动机的选择、传动比及分配、 传动装置的 运动及动力参数计算、 V 带传动设计、齿轮传动设计、轴的设计、轴承的选择和校核、键连接的选择和校核、联轴器的选择、 箱体的结构设计、减速器附件的选择、 润滑和密封、 课程 设计 总 结和参考 文献 。 2、 A1 装配图 1 张 进度 安排 起止日期 工作内容 2010.1.11 13 编写设计计算说明书 2010.1.14 15 绘 制

3、 装配图 主要 参考 资料 1 金清肃 .机械设计基础 .武汉：华中科技大学出版社 ， 2008 年 9 月 2 金清肃 .机械设计基础课程设计 .武汉：华中科技 大学出版社， 2007 年 10 月 指导教师 （签字）： 2009 年 月 日 系 （ 教 研 室） 主任 （ 签字）： 2009 年 月 日 3 目 录 一、 拟定 传动方案 4 二、 选择 电动机 5 三、 传动装置总传动比及其分配 6 四、 传动装置的运动及动力参数计算 7 五、 V带传动设计 9 六、 齿轮传动设计 11 七 、 轴承的选择和校核 14 八 、 轴的设计 22 九、 键连接的选择和校核 23 十、 联轴器的

4、选择 25 十一、 箱体的结构设计 25 十二、 减速器附件的选择 29 十三、 润滑和密封 34 十四、 课程设计总结和参考文献 36 4 一、 拟定传动方案 结 果 1、 设计目的 通过本课程的学习，将学过的基础知识进行综合应用，熟悉和掌握机械设计的基本方法和一般程序，培养设计能力。 2、 传动方案分析 现代机械系统 一般 都包括 原动机、传动 装置 和工作 机三个基本部分 。 传动 装置 是把原动机的 动力传递给工作机的中间装置，它是机器的重要组成部分。 传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。 合理的传动方案除满足工作机的工作要求外，如所传递的工作效率和转速，还要求结构简

5、单、尺寸紧凑、成本低廉、传动效率高、工作可靠、环境适应性好合操作维护方便。 传动方案一般用 运动简图表示，它直观地反映了工作机、传动装置 和 原动机三者间的运动和动力的传递 关系。此次带式运输机传动 装置的设计任务书中已经给出了传动方案，为带与闭式齿轮组合传动。 原动机为电动机，工作机为皮带运输机。传动方案采用了两级传动，第一级为 V 带传动 ，第二级为单级直齿圆柱齿轮 减速器。如图 1.1 所示： 图 1.1 选用带传动 和闭式齿轮传动的组合方式有传动平稳、缓冲吸振、过载保护的优点。缺点 是该方案的结构尺寸较大，带传动也不适合繁重的工作要求和恶劣的工作环境。 V 带 传动 承载能力较低，在传

6、递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大， 但是 V 带 的槽面摩擦可以提供更大 的摩擦力， 也就可以传递更大的功率。而且， V 带传动允许的传动比大，结构紧凑，还有过载保护，缓冲吸振的优点，故布置在传 递的高速级， 以降低传递的转矩， 5 减小带传动的结构尺寸。 齿轮传动效率高， 适用的功率和速度范围广，使用寿命较长 。本次设计采用的是单级直齿圆柱齿轮传动。 2、 传动系统的设计 参数 原始数据： 运输带的工作压力 F=500 N，带速 V=2.5 m/s,滚筒直径D=300mm， (滚筒工作效率为 0.96) 工作条件： 三班制，使用年限 10 年，连续单向运转，载荷平稳，小批量生产 。 动力来

7、源：电力，三相交流 380/220 伏 二、选择 电动机 结 果 1、 选择电动机类型和结构形式 按工作要求选择 Y 型全封闭式 三相异步电动机，电压为 380 V。 Y系列电动机具有高效、节能、性能好、噪音低、振动小、寿命长、维护方便、启动转矩大、运行安全可靠 等优 点 ，安装尺寸和功率等符合国家标准（ IEC），适合于无特殊要求的 各种机械设备，如鼓风机、机床、运输机以及农业机械和食品机械。 3、 选择电动机容量 根据带式运输机工作机的类型，可取工作机的效率 w=0.96。 电动机所需工作容量，查 【 2】 P7 得 Pd=Pw a Pw=FV 1000=500 2.5 1000 KW 传

8、动装置的总效率为 a= 1 22 3 4 5 查 【 2】 第 10 章中表 10-2 机械传动和摩擦副的效率概略值，确定各部分效率为：联轴器效率 1=0.99， 一对 滚动轴承传动效率 2=0.98，闭式 齿轮传动效率 3=0.97， V 带传动效率 4=0.96， 一对滑动轴承传动效率 5=0.97， 带入得 a = 0.99 0.982 0.97 0.96 0.97 所需电动机功率为 Pd= Pw a =500 2.5 (1000 0.859 ) KW 查 【 2】 第 19 章表 19-1 所示 Y 系列三相异 步电动机的技术参数，选定电动机的额定功率 Pcd为 1.5 KW. 3、

9、确定电动机转速 卷筒轴工作转速为 ： n 滚筒 =60 1000 v ( D) Pw =1.25KW a 0.859 Pd 1.455KW Pcd=1.5 KW 6 =60 1000 2.5 ( 300) r min 总传动比： i 总 =n 电动机 n 滚筒 n 电动机 =i 总 n 滚筒 i 总 =i 带 i 齿轮 普通 V 带 i 带 = 2 4 单级齿轮减速器 i 齿轮 =3 6 i 总 =(24) (35) = 620 r min n 电动机 = (620) 159.24=955.41 3184.71 r min 4、确定电动机的型号 根据以上计算，符合这一范围的同步转速有 1000

10、 r min ， 1500r/min 和 3000 r min。 查【 2】表 19-1 得电动机数据及计算出的总传动比列于表 2-1 中。 根据 表 2-1， 综合考虑电动机和传动装置的情况 ， 同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为 1500r/min ，根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为 Y90L-4 ，满载转速 1400r/min。额定转矩为 2.3N m。 表 2.1 电动 机数据及总传动比 方案 1 2 3 电动机型号 Y100L-6 Y90L-4 Y90S-2 额定功率 Pcd/KW 1.5 1.5 1.5 电动机转速 n / (r/min) 同步转速

11、1000 1500 3000 满载转速 940 1400 2840 电动机重量 w/kg 35 26 35 参见价格 /元 617 500 398 总传动比 ia 6.28 9.42 18.84 n 滚筒 =159.24 r/min n 电 动 机 = 955.413184.71 r/min 电动机的型 号为Y90L-4 n 满 =1400r/min 三、 传动装置总传动比及其分配 结 果 1、 总传动比 根据电动机满载转速 n 满 电动机及工作机滚筒转速 n 滚筒 ，可得传动装置所要求的总传动比 ，查【 2】 P10 式 (2-6) 得 ia=nm/n 所以 i 总 =n 满 n 滚筒 =1

12、400/159.24 2、 分配各级传动比 由传动方案知，传动装置的总传动比等于各级传动比的乘 积，即 ia=i1 i2 i3 i4 i 总 =8.79 7 查【 1】表 17-1，普通 V 带 i1= 2 4 单级齿轮减速器 i2 =3 5 取普通 V 带 i1=2.2， 齿轮 i2=4。 i1=2.2 i2=4 四、 传动装置的运动及动力参数计算 结 果 图 4.1 1、计算各轴转速 (r/min) 查【 2】，由式 (2-9)知 n = nm i0 式中， nm 电动机的满载转速； i0 电 动机轴至 轴的传动比。 同理， n = n i1 = nm ( i0 i1 ) n = n i2

13、 = nm ( i0 i1 i2 ) 其余类推。所以： 电动机满载 (0 轴 )： n0= nm = 1400 r/min 轴： n = nm i01 = 1400 2.2 轴： n = n i12 = nm (i01 i12) =1400 / 2.2 / 4 轴： n = n i23 = nm (i01 i12 i23)=1400 / 2.2 / 4 / 1 式中 i01 电动机轴至 轴的传动比 (带传动 ) i12 轴至 轴的传动比 (齿轮传动 ) i23 轴至 轴的传动比 2、计算各轴的功率 (KW) 查【 2】第 10 章中表 10-2 机械传动和摩擦副的效率概略值，确定各部分效率为：

14、联轴器效率 1=0.99，一对滚动轴承传动效率 2=0.98，闭式齿轮传动效率 3=0.97， V 带传动效率 4=0.96，一对滑动轴承传动效率 5=0.97。 查【 2】，由式 (2-12)知 P =Pd 01 式中， Pd 电动机的实际输出功率； 01 电动机与 轴间的传动效率。 n0=1400 r/min n =636.4r/min n =159.1r/min n =159.1r/min 轴 轴 轴 0 轴 8 同理 , P =P 12= Pd 01 12 P = P 23= Pd 01 12 23 其余类推。所以： 电动机的额定功率 Pd=1.455 KW 轴功率： P = Pd 0

15、1 =Pd 4 轴功率： P = Pd 01 12 = Pd 4 3 2 轴功率： P = Pd 01 12 23 = Pd 4 3 2 2 1 5 工作机轴功率 ： P 工作机 = Pd 01 12 23 w = Pd 4 3 2 2 1 5 w 3、计算各轴转矩 (N m) 查【 2】 ， 由式 (2-15)知 T =Td i0 01 式中 ， Td 电动机轴的输出转矩 ， Td=9550 Pd nm 其中： Pd 电动机实际输出功率； nm 电动机转速。 所以 T = Td i0 01=9550 (Pd nm) i0 01 同理 T = T i1 12 T = T i2 23 其余类推。

16、 所以 ： 电动机轴的输出转矩 Td=9550 Pd nm =9550 (1.455/1400) 轴转矩： T = Td i01 01 = Td i01 4 = Td 2.2 0.96 轴转矩： T = T i12 12 = T i12 3 2 = T 4 0.97 0.98 轴转矩 ： T = T i23 23 = T i23 2 1 5 = T 1 0.98 0.99 0.97 工作机输出转矩： T 工作机 = T w= T 0.96 运动和动力参数，如表 4-1 所示 ： P =1.397 KW P =1.328 KW P =1.250KW P 工作机 =1.2KW Td=9.926N

17、m T =20.965 N m T =79.716N m T =75.020N m T 工作机 =72.02 N m 9 表 4-1 运动和动力参数 五、 V 带传动设计 结 果 1、确定设计功率 根据传递的功率 Pd、载荷性质、原动件种类和工作情况 (三班制 )等确定设计功率 , 查【 1】得 P=KA Pd 查表 9-7得工作情况系数 KA =1.3 Pd =1.455 KW 故 P=KA Pd 1.892 KW 2、选择 V带的带型 根据 P= 1.892 KW 、 n =1400 r/min, 查【 1】图 9-8 普通 V 带选型图，选用 Z 型。 3、确定带轮的基准直径 dd并验算

18、带速 1) 初选小带轮的 基准直径 国家标准中规定了普通 V 带轮的最小基准直径和带轮的基准直径系列，查 【 1】表 9-3，取小带轮的基准直径 dd1= 80 mm。 2) 验算带速 查 【 1】 由式（ 9-22）得 V = dd1 n1 (60 1000) =3.14 80 1400 (60 1000) 因 5 m/s V 25 m/s，带速合适。 3) 计算大带轮的基准直径 查 【 1】 根据式（ 9-21），计算大带轮的基准直径 dd2 = i1 dd1 =2.2 80 查表 9-3，取为 dd2 = 180 mm。 4、确 定 V带的中心距 a和基准长度 Ld 4) 查 【 1】

19、由式（ 9-23） 0.7(dd1 + dd2) a0 2(dd1 + dd2) 初定中心距 a0= 320 mm。 5) 查 【 1】 由式（ 9-24）计算带所需的基准长度 Ld0=2a0+(dd1 + dd2) /2 +( dd1 dd2)2 4a0 =2 320+3.14 (80+180) 2+(180-80)2 4 320 查 【 1】 由表（ 9-2）选带的基准长度 Ld =1000 mm。 Z 型 dd1= 80 mm V=5.86m/s dd2 =176 mm a0= 320 mm Ld0 1056mm 10 6) 查 【 1】按式 (9-25)计算实际中心距 a a0+ (L

20、d Ld0) 2 =320+(1000 1056) 2 考虑安装、调整和补偿张紧的需要，中心距应有一定的变化范围，查 【 1】由式 (9-26) (9-27) 知 amin=a 0.015 Ld =292-0.015 1000 amax=a 0.03 Ld =292+0.03 1000 所以中心距的变化范围为 277mm 322 mm。 1、 验算小带轮上的包角 a1 查 【 1】由式 (9-28) 得 a1=1800 (dd2 dd1) a 57.30 =1800 (180 80) 292 57.30 a1 1200，所以包角合适。 6、计算带的根数 z 1) 计算单根 V 带的额定功率 由

21、 dd1= 80 mm和 n1=1400 r min, 查 【 1】表 9-4 单根普通 V 带的基本额定功率 P0,得 P0= 0.35 KW。 根据 n1= 1400 r min， i1= 2.2 和 Z 型带， 查 【 1】表 9-5 单根普通V 带的基本额定功率的增量 P0，得 P0=0.03 KW 。 查 【 1】表 9-6 包角修正系数 Ka 得 Ka=0.95 ； 查 【 1】表 9-2 普通 V带长度系数 KL 得 KL=1.06，于是 P0=(P0+ P0)Ka KL =(0.35+0.03) 0.95 1.06 2) 计算 V 带的根数 查 【 1】由式 (9-29) 得

22、z P P0=P (P0+ P0)KaKL 1.892 (0.35+0.03) 0.95 1.06 4.94 V 带取 5 根。 7、计算单根 V 带的初拉力 F0 查 【 1】表 9-1 普通 V 带截面尺寸，查得 Z 型带的单位长度质量 q= 0.06 kg/m。 查 【 1】由式 (9-30)得 F0=500 (2.5 Ka)P (Kazv) qv2 =500 (2.5 0.95) 1.892 (0.95 5 5.86) 0.06 5.862 8、计算压轴力 FQ 查 【 1】由式 (9-31)得 FQ 2z F0 sin( 1/2) =2 5 55.3 sin(160.38/2) Ld =1000 mm a 带 292mm amin=277mm amax=322mm a1 160.380 P0=0.383KW z 5 F0 55.3N FQ 545N