机械设计课程设计-链式运输机传动

课程设计任务书

2012-2013学年第一学期

学院：工学院班级：姓名：学号：

课程名称：机械设计课程设计

设计题目：链式运输机传动装置设计

指导老师（签字）： 2013年1月日系（教研室）主任（签字）：年月日

目录

1 设计任务 (5)

2 传动方案分析 (6)

3 原动件的选择与传动比的分配 (7)

原动件的选择 (7)

计算总传动比和分配传动比 (8)

传动系统运动和动力参数的计算 (9)

4 传动零件的设计计算 (10)

减速器内部传动零件的设计计算 (12)

5 轴的设计计算 (20)

减速器低速轴的设计计算 (20)

减速器高速轴的设计计算 (23)

减速器中间轴的设计计算 (26)

6 滚动轴承及键联接的校核计算 (29)

滚动轴承的校核计算 (29)

键联接的校核计算 (30)

7 减速器的结构、润滑和密封 (32)

减速器的结构设计 (32)

减速器的润滑和密封 (33)

8 设计小结 (34)

9 参考资料 (35)

1、设计任务

设计任务如图所示，为用于链式运输机单向运转，工作中载荷有轻微振动，输送机效率，工作年限8年,大修期限3年．每年工作250天，两班制工作，工作机允许速度误差±5%；在专门工厂小批量生产；三相交流电源的电压为380/220V。

已知数据：

运输链牵引力F（KN）：

输送速度 V(m/s)：

链轮节圆直径D(mm)：140

图链式输送机传动系统简图

1—动力与传动系统； 2—联轴器； 3—链式输送机

2.传动方案分析

合理的传动方案，首先应满足工作机的性能要求，其次应满足工作可靠，转动效率高，结构简单，结构紧凑，成本低廉，工艺性好，使用和维护方便等要求。任何一个方案，要满足上述所有要求是十分困难的，要多方面来拟定和评比各种传动方案，统筹兼顾，满足最主要和最基本的要求，然后加以确认。

本传动装置传动比不大，采用二级级传动，减速箱内两级直齿圆柱齿轮减速，轴端连接选择弹性柱销联轴器。

图链式输送机传动方案示意图

1—电动机；2—联轴器；3—滚动轴承；4—圆柱齿轮； 5—链式输送机

3原动件的选择与传动比的分配

原动件的选择

1．电动机类型的选择

根据动力源和工作条件，选用一般用途的Y 系列三相交流异步电动机，卧式封闭结构，电源的电压为380V 。

2．电动机容量的选择

根据已知条件，工作机所需要的有效功率为

kw

Fv Pw 68.110007.024001000=?==

设： 4w η—输送机的的效率；w 4η=

b η—对滚动轴承效率，b η=；

g η—闭式圆柱齿轮传动效率（设齿轮精度为7级），g η=； c η—联轴器效率，c η=；

估算传送系统总效率为

011223344w ηηηηηη=????

99.001==c ηη

120.990.980.9702b g ηηη==?= 230.990.980.9702b g ηηη==?= 340.990.990.9801b c ηηη==?= 90.04=w η

则传动系统的总效率η为

823.090.09801.09702.09702.099.0=????=η

工作时，电动机所需的功率为

kw kw P P w

d 04.2823.068

.1==

=

η

查表可知，满足e d P P ≥条件的Y 系列三相异步电动机额定功率e P 应取为。 3．电动机转速的选择

根据已知条件，可得输送机的工作转速

min

54.95min 14014.37.060000min 60000w r r r D v =??==πη

初选同步转速为1500r/min 和1000r/min 的电动机，查表可知，对应于额定功率为的电动机型号分别为Y100L1-4和Y112M-6型。现将有关技术数据及相应算的总传动比列于下表中。

通过对上述两种方案比较可以看出：方案Ⅰ选用的电动机转速高、质量轻、价格低，总传动比对二级减速传动而言不算大，故选方案Ⅰ较为合理。

Y100L1-4型三相异步电动机的额定功率为，满载转速m in 1430r n m = 由表查得电动机中心高H=110mm ，轴伸出部分的直径和长度分别为D=28mm 和

E=60mm 。

计算总传动比和各级传动比的分配

链式输送机传动系统的总传动比

97.1454.951430===w m n n i

由传动系统方案知341i =

101=i

由计算可得两级圆柱齿轮减速器的总传动比为

97

.141197

.1434012312=?==?=∑i i i i i i

为了便于两级圆柱齿轮减速器采用浸油润滑，当两级齿轮的配对材料相同、齿面硬度350HBS ≤、齿宽系数相等时，考虑齿面接触强度接近相等的条件，取高速级传动比为

412.497.143.13.112=?==∑i i

低速级传动比为

39.3412.497.141223===

∑i i i

传动系统各级传动比分别为

101=i ；412.412=i ；39.323=i ；341i =

传动系统的运动和动力参数计算

传动系统各轴的转速、功率和转矩计算如下所示。 0轴（电动机轴）：

m

N n P T kw

P P r n n d m .624.13143004

.29550955004.2min 143000000=?======

1轴（减速器高速轴）：

m N n P T kw

P P r i n n .49.13143002.295509550

02.299.004.2min 14301

143011*********=?===?=====

η

2轴（减速器中间轴）：

m

N m N n P T kw

kw P P r i n n .75.57.116.32496

.19550955096.19702.002.2min 116.324412

.4143022212121212====?=====

η

3轴（减速器低速轴）：

m

N m N n P T kw

kw P P r i n n .80.189.6.9590

.19550955090.19702.096.1min 6.9539

.3116.32433323232323====?=====

η

4轴（输送机轴）：

m

N m N n P T kw

kw P P r i n n .0.186.6.95862

.195509550862.19801.090.1min 6.951

6.9544434343434====?=====

η

传动系统的运动和动力参数

4

传动零件的设计计算

减速器内部传动零件的设计计算

一、高速级圆柱齿轮传动的设计

根据已知：输入功率kw P 02.21=，小齿轮转速m in 14301r n =，传动比

412.4=i ，传递的转矩m N T .49.131=，工作寿命8，两班制，250天，工作轻

微冲击

1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

（2）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度

（3）材料选择。选择小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为280HBS ，大齿轮 材料为45钢（调质），硬度为240HBS ，硬度差为40HBS 。

（4）选小齿轮齿数123z =，大齿轮齿数10123412.42=?=z 2、按齿面接触强度设计 由设计计算公式 2

1t d ≥ （1）、确定公式内的各计算数值 1）、试选载荷系数 1.3t K = 2）、选取齿宽系数1d Φ=

3）、查得材料的弹性影响系数1

2

189.8E Z MPa =

4）、按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限lim1600H MPa σ= 大齿轮的接触疲劳强度极限lim 2550H MPa σ= 5）、计算应力循环次数

8

9

29

111023.6412.41075.21075.2250168114306060?=?=?=?????==N jL n N h

6）、取接触疲劳寿命系数91.01=HN K ，94.02=HN K 7）、计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1

[][]MPa

S

K MPa

S

K H HN H H HN H 51755094.054660091.02lim 221lim 11=?===?==σσσσ

（2）、计算

1）、试算小齿轮分度圆直径1t d ，代入[]H σ中较小的值

[]mm Z i i KT d H E d t 081.33132.232

11=???

? ???+?Φ≥σ

2）、计算圆周速度v

s

m n d v 48.21000601430

081.3314.31000

601

1=???=

?=

π

3）、计算齿宽b

mm d b t d 081.33081.3311=?=Φ=? 4）、计算齿宽与齿高之比b

h

模数

mm z d m t t 44.123081.3311===

齿高mm m h t 24.344.125.225.2=?==

21.1024.3081.33==h b

5）、计算载荷系数

由v=s ，7级精度，查得动载系数09.1=V K 直齿轮1H F K K αα== 查得使用系数 1.25A K =

查得7级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，415.1=βH K

由21.10=h b

，415.1=βH K 查得33.1=βF K

93.1415.1109.125.1=???==βαH H V A K K K K K

6）、按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径

mm K K d d t t 74.373.193

.1081.3333

11=?==

7）、计算模数m mm

z d m 64.12374.3711=== 3、按齿根弯曲强度设计 由设计公式

m ≥

（1）、确定公式内各计算值

1）、查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1500FE MPa σ= 大齿轮的弯曲疲劳强度极限2380FE MPa σ= 2）、取弯曲疲劳寿命系数83.01=FN K ，87.02=FN K 3）、计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=

[][]MPa

S K MPa

S K FE FN F FE FN F 143.2364.138087.043.2964.1500

83.02

22

1

11=?===?=

=σ

σ

σσ

4）、计算载荷系数K

81.133.1109.125.1=???==βαF F V A K K K K K

5）、查取齿形系数 查得1 2.69Fa Y =，18.22=Fa Y

1 1.575Sa Y =，79.12=Sa Y

6）、计算大、小齿轮的

[]

Fa Sa

F Y Y σ并加以比较

[]

[]

01652

.0143

.23679

.118.201573

.043.296575

.169.222

21

1

1=?=

=?=F

Sa Fa F Sa Fa Y Y Y Y σσ

大齿轮的数值大

（2）、设计计算

15.101652.023110349.181.123

2

4

=?????≥

m

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要决定于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数并将就近圆整为标准值m=，由按接触强度算得的分度圆直径mm d 74.371=，算出小齿轮齿数

255.174.3711===

m d z

大齿轮齿数3.11025412.42=?=z ，取1102=z

4、几何尺寸计算

（1）、计算分度圆直径

mm m z d mm

m z d 1655.11105.375.1252211=?===?== （2）、计算中心距

mm

d d a 25.10121655.37221=+=+=

（3）、计算齿轮宽度 mm d b d 5.375.3711=?=Φ= 取mm B mm B 38,4021==

高速级齿轮传动的主要几何尺寸

二、低速级圆柱齿轮传动的设计

根据已知：输入功率kw P 96

.11=，小齿轮转速m in 116.3241r n =，传动比

39.3=i ，传递的转矩T1=57 .，工作寿命8年，两班制，每年250天，

工作时有轻微冲击

1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

（2）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度

（3）材料选择。选择小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为280HBS ，大齿轮 材料为45钢（调质），硬度为240HBS ，硬度差为40HBS 。

（4）选小齿轮齿数123z =，大齿轮齿数782339.32=?=z 2、按齿面接触强度设计 由设计计算公式 2

1t d ≥ （1）、确定公式内的各计算数值 1）、试选载荷系数 1.3t K = 2）、选取齿宽系数1d Φ=

3）、查得材料的弹性影响系数1

2

189.8E Z MPa =

4）、按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限lim1600H MPa σ= 大齿轮的接触疲劳强度极限lim 2550H MPa σ= 5）、计算应力循环次数

8

8

28

1110835.139.31022.61022.62501681116.3246060?=?=?=?????==N jL n N h

6）、取接触疲劳寿命系数93.01=HN K ，96.02=HN K 7）、计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，安全系数S=1

[][]MPa

S

K MPa

S

K H HN H H HN H 52855096.055860093.02lim 221lim 11=?===?==σσσσ

（2）、计算

1）、试算小齿轮分度圆直径1t d ，代入[]H σ中较小的值

[]mm Z i i KT d H E d t 93.53132.232

11=???

?

???+?Φ≥σ

2）、计算圆周速度v

s

m n d v 915.010*******.32493.5314.310006011=???=?=π

3）、计算齿宽b mm d b t d 93.5393.5311=?=Φ=?

4）、计算齿宽与齿高之比b

h

模数

mm z d m t t 345.22393.5311===

齿高mm m h t 28.5345.225.225.2=?==

21.1028.593.53==h b

5）、计算载荷系数

由v=s ，7级精度，查得动载系数05.1=V K 直齿轮1H F K K αα== 查得使用系数 1.25A K =

查得7级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，420.1=βH K

由21

.10=h b

，420.1=βH K 查得21.3K F β=

86.1420.1105.125.1=???==βαH H V A K K K K K

6）、按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径

mm K K d d t t 77.603.186

.193.5333

11=?==

7）、计算模数m

mm z d m 64.22377.6011===

3、按齿根弯曲强度设计 由设计公式

m ≥

（1）、确定公式内各计算值

1）、查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1500FE MPa σ= 大齿轮的弯曲疲劳强度极限2380FE MPa σ= 2）、取弯曲疲劳寿命系数88.01=FN K ，90.02=FN K 3）、计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=

[]

[]MPa S K MPa

S K FE FN F FE FN F 29.2444.138090.029.3144

.1500

88.0222111=?===?==

σσσσ 4）、计算载荷系数K

7325.132.1105.125.1=???==βαF F V A K K K K K

5）、查取齿形系数 查得1 2.69Fa Y =，226.22=Fa Y

1 1.575Sa Y =，76.12=Sa Y

6）、计算大、小齿轮的

[]

Fa Sa

F Y Y σ并加以比较

[]

[]

01604

.029

.24476

.1226.201348

.029

.314575

.169.222

21

1

1=?=

=?=F

Sa Fa F Sa Fa Y Y Y Y σσ

大齿轮的数值大

（2）、设计计算

82.101604.023110775.57325.123

2

4

=?????≥

m

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要决定于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的

模数并将就近圆整为标准值m=2mm ，由按接触强度算得的分度圆直径

mm d 77.601=，算出小齿轮齿数

1181.23322.5

d z m =

=≈ 大齿轮齿数7.1013039.32=?=z ，取1012=z

4、几何尺寸计算

（1）、计算分度圆直径

mm m z d mm

m z d 2022101602302211=?===?== （2）、计算中心距

mm

d d a 131220260221=+=+=

（3）、计算齿轮宽度 mm d b d 606011=?=Φ= 取mm B mm B 60,6521==

低速级齿轮传动的主要几何尺寸

5、轴的设计计算 减速器低速轴的设计计算

根据已知：输出轴上的功率kw P 90.13=，转速m in 6.953r n =，转矩

m N T .80.1893=

1、 求作用在齿轮上的力

已知低速级大齿轮的分度圆直径为mm d 2022=

N F F N

d T F

t r t 68420tan 2.1879tan 2.1879202

1080.189223

23=?===??==?

α

圆周力t F 、径向力r F 的方向如图所示 2、 初步确定轴的最小直径

选取轴的材料为45钢，调质处理，取0112A =

mm n P A d 34.306.9590.111233

330min =?==

输出轴的最小直径为安装联轴器处轴的直径12d -，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩

3ca A T K T =，考虑到转矩变化小，取 1.5A K =

mm N T K T A ca .2847001898005.13=?==

按照计算转矩应小于联轴器公称转矩，查标准，选用HL2型的弹性柱销联轴器，其公称转矩为，半联轴器的孔径mm d 321=，取mm d 3221=-，半联轴器长度L=82mm ，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=60mm 。

3、 轴的结构设计

4、 （1）、拟定轴上零件的装配方案如下图

（2）、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1）、为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2轴段左端需制处一轴肩，取2-3段的轴颈的d2-3=38mm ；右端用轴端挡圈定位，按轴端直径取轴端挡圈直径D=40mm ，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=60mm ；为了保证轴端挡圈

只压在半联轴器而不压在轴的端面上，故1-2段的长度比L1略短一些，取L1-2=58mm;

2）、初步选择滚动轴承，因轴只受径向力的作用，故选深沟球轴承，参照工作要求，根据d2-3=38mm ，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙0级公差的深沟球轴承6208，其尺寸为mm mm mm B D d 188040??=??，故d3-4=40mm ，左端采用挡油盘定位，由手册上查得，6208型轴承的安装尺寸

mm da 47min =，所以，取d4-5=47mm 。

3）、取安装齿轮处的轴段6-7的直径d6-7=46mm ；齿轮的左端与左轴承之间采用挡油盘定位，已知齿轮轮毂的宽度为60mm ，为了使挡油盘端面可靠的压紧齿轮，此轴端应略短于轮毂宽度，取L6-7=58mm ，齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h>，取h=5mm ，轴环处直径d5-6=56mm ，轴环宽度b>，取L5-6=10mm 。

4）、轴承端盖的总宽度为28mm ，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承润滑的要求，取端盖的外端面与半联轴器的左端面间的距离l=15mm ，故取L2-3=43mm ，

5）、取齿轮距离箱体内壁的长度a=12mm ，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距离箱体内壁一端距离s,取s=8mm ， 轴承的宽度T=18mm ，故轴段7-8长度L7-8=18+8+12+2=40mm ，轴段3-4的长度L3-4=14+18=32mm ，根据结构需要，取4-5段的长度L4-5=50mm 。

至此，已基本确定了轴的各段长度和直径。

（3）、轴上零件的周向定位

齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接，按d6-7=46mm ，查得平键截面mm mm h b 914?=?，键槽用铣刀加工，长为50mm ，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为

7

6

H n ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为mm mm mm 50810??，半联轴器与轴的配合为

7

6

H k 。 滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。

（4）、确定轴上圆角和倒角尺寸

取轴端倒角为245?，各轴肩处的圆角半径见图。 4、求轴上的载荷

首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。作为简支梁的轴的支撑跨距L2+L3=112mm+60mm=172mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图如下

从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的及的值列于下表。

载

荷

水平面H垂直面V

支反力F

N

F NH45

.

655

1=，

N

F NH75

.

1223

2=

N

F NV6.

238

1=，

N

F NV4.

445

2=

弯矩M

m

N

M H.

73425

=m

N

M v.

26724

=

总弯矩

m

N M.

08

.

78137

=

扭矩T

mm

N T.

189800

3=

5、 按弯扭合成应力校核轴的强度

校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C ）的强度。根据上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取0.6α=，轴的计算应力

()

()

MPa

W

T M ca 2.14461.01898006.008.7813732

22

32=??+=

+=

ασ

前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查得[]160MPa σ-=。 因此[]1ca σσ-<，故安全。

减速器高速轴的设计计算

根据已知：输出轴上的功率kw P 02.21=，转速m in 14301r n =，转矩

mm N T .134901=

6、 求作用在齿轮上的力

已知低速级小齿轮的分度圆直径为mm d 5.371=

N F F N d T F t r t 9.26120tan 47.719tan 5.7195

.3713490

2211=?===?==

?

α

圆周力t F 、径向力r F 的方向如图所示 7、 初步确定轴的最小直径

选取轴的材料为45钢，调质处理，取0120A =

mm n P A d 5.13143002.212033

110min =?==

轴的最小直径为安装联轴器处轴的直径12d -，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩1T K T A ca =，考虑到转矩变化小，取3.1=A K

mm N T K T A ca .175********.11=?==

因为查表得电动机Y100L1-4的输出轴的直径是D=28mm,所以得选择孔直径为28mm 的联轴器，按照计算转矩应小于联轴器公称转矩，查标准，选用HL2型的弹性柱销联轴器，其公称转矩为，半联轴器的孔径mm d 281=，取

mm d 2821=-，半联轴器长度L=62mm ，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=44mm 。

8、 轴的结构设计

（1）、拟定轴上零件的装配方案如下图