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/mm500 2.5 300三、工作条件三班制，使用年限 1
2、0 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 张起止日期 工作内容2010.1.1113 编写设计计算说明书进度安排2010.1.1415 绘制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
3、.武汉：华中科技大学出版社，2007 年 10 月3指 导 教 师 （签字）： 2009 年 月 日系 （ 教 研 室 ） 主 任 （ 签字）： 2009 年 月 日目 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 364一、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
4、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
5、。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，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形5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，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
6、，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
7、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 aPw=FV1000=5002.51000 KW传动装置的总效率为 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 = 0.990.9820.970.960.97所需电动机功率
8、为Pd= Pw a=5002.5(10000.859 ) 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、确定电动机转速卷筒轴工作转速为：Pw =1.25KW a 0.859Pd1.455KWPcd=1.5 KW6n 滚筒 =601000 v(D)=6010002.5(300) rmin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 6i 总 =(24) (35) = 620 rminn 电动机 =
9、 (620) 159.24=955.41 3184.71 rmin4、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 rmin ， 1500r/min 和 3000 rmin。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 2.3Nm。 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
10、Y90S-2额定功率 Pcd/KW 1.5 1.5 1.5同步转速 1000 1500 3000电动机转速 n /(r/min) 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 18.84n 滚筒 =159.24r/minn 电动机 = 955.413184.71r/min电动机的型号为Y90L-4n 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
11、ia=nm/n所以i 总 =n 满 n 滚筒=1400/159.242、分配各级传动比i 总 =8.797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=i1i2i3i4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=2.2i2=4四、传动装置的运动及动力参数计算 结 果图 4.1轴轴轴1、计算各轴转速(r/min)查【2】 ，由式(2-9)知n = nmi 0式中，n m电动机的满载转速；i0电动机轴至轴的传动比。同理，n = n i 1 = nm( i 0i1 ) n = n i 2 =
12、nm( i 0i1i2 ) 其余类推。所以：电动机满载 (0 轴) ： n0= nm = 1400 r/min轴： n = nmi 01 = 14002.2轴： n = n i 12 = nm(i 01i12) =1400 / 2.2 / 4轴： n = n i 23 = nm(i 01i12i23)=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：联轴器效率 1=0.99，一对滚动轴承传动效率 2=0
13、.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 01n0=1400 r/minn =636.4r/minn =159.1r/minn =159.1r/min0 轴8式中，P d电动机的实际输出功率； 01电动机与轴间的传动效率。同理, P =P 12= Pd 01 12P = 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 01 =Pd 4轴功率： P = Pd 01 12= Pd 4 3 2轴功率： P = Pd 01 12 2
14、3= 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 w3、计算各轴转矩(N m)查【2】 ，由式(2-15)知T =Tdi0 01式中，T d电动机轴的输出转矩，Td=9550Pdn m其中：P d电动机实际输出功率；nm电动机转速。所以 T = Tdi0 01=9550(Pdn m) i0 01同理 T = T i1 12T = T i2 23其余类推。所以：电动机轴的输出转矩 Td=9550Pdn m =9550(1.455/1400)轴转矩：T = Tdi01 01= Tdi01 4 = Td2.20.96轴转矩：
15、T = T i12 12= T i12 3 2= T 40.970.98轴转矩：T = T i23 23 = T i23 2 1 5= T 10.980.990.97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 KWP =1.328 KWP =1.250KWP 工作机 =1.2KWTd=9.926NmT =20.965 NmT =79.716NmT =75.020NmT 工作机 =72.02 Nm9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
16、设计功率, 查【1】得P=KAPd查表 9-7 得工作情况系数 KA =1.3 Pd =1.455 KW 故P=KAPd1.892 KW2、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 =d d1 n1(601000) =3.14801400(601000)因 5 m
17、/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 = i1dd1 =2.280查表 9-3，取为 dd2 = 180 mm。4、确定 V 带的中心距 a 和基准长度 Ld4) 查【1】 由式（9-23）0.7(dd1 + dd2) a02(d d1 + 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 +( dd1d d2)24a 0Z 型dd1= 80 mmV=5.86m/sdd2 =176 mma0= 320 mm10=232
18、0+3.14(80+180)2+(180-80)24320查【1】 由表（9-2）选带的基准长度 Ld =1000 mm。6) 查【1】按式(9-25)计算实际中心距aa 0+ (LdL d0) 2=320+(10001056) 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 =292-0.0151000amax=a0.03 L d =292+0.031000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(d d2d d1)a57.3
19、 0=1800(180 80) 292 57.3 0 a1120 0，所以包角合适。6、计算带的根数 z1) 计算单根 V 带的额定功率由 dd1= 80 mm 和 n1=1400 rmin, 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 rmin，i 1= 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 P 0，得 P 0=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+P 0)K
20、a KL=(0.35+0.03) 0.951.062) 计算 V 带的根数查【1】由式(9-29) 得 zPP 0=P(P 0+ P0)KaKL1.892(0.35+0.03)0.951.064.94V 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 (2.5K a)P(K azv) qv 2=500(2.50.95)1.892(0.9555.86)0.065.86 28、计算压轴力 FQLd01056mmLd =1000 mma 带 292mmamin=277mmamax=322mma1160.38 0P0=0.383KWz5F055.3N
