機械設計基礎課程設計 設計說明書 機械與動力工程學院熱能與動力工程專業 04-3 班 24 號 設計者：孫磊（ 0403040325） 指導教師：楊現卿 2007 年 1 月 河南理工大學 2 目 錄 一 設計任務書 3 二 傳動方案的擬定 4 三 電機的選擇 4 四 運動和動力參數的計算 5 五 傳動件的設計計算 6 六 軸的設計 12 七 滾動軸承的選擇與壽命計算 20 八 聯軸器的選擇 24 九 鍵聯接的選擇和驗算 25 十 箱體的設計 26 十一 減速器附件的設計 26 十二 潤滑和密封 27 參考文獻 28 3 一、設計任務書 礦用鏈板輸送機傳動裝置設計 1、設計條件： （ 1）機器用途：煤礦井下運煤； （ 2）工作情況：單向運輸，中等沖擊； （ 3）運動要求：輸送機運動誤差不超過 7%； （ 4）工作能力：儲備余量 15%； （ 5）使用壽命：十年，每年 300 天，每天 8 小時； （ 6）檢修周期：半年小修，一年大修； （ 7）生產批量：小批量生產； （ 8）制造廠型：中小型機械廠； 2、輸送機簡圖：如圖 1 3、原始數據： 運輸機鏈條速度： 0.5m/s； 運輸機鏈條拉力： 16KN； 主動星輪齒數： 9； 主動星輪節距： 50mm； 4、設計任務： 4 （ 1）設計內容：電動機選型傳動件設計減速器設計聯軸器選型設計； （ 2）設計工作量：裝配圖 1 張零件圖 2 張； 二、傳動方案的擬定 根據 傳動裝置各部分的相對位置（如圖 1）， 綜合考慮工作機的性能要求、工作條件和可靠性，以使結構簡單、尺寸緊湊、加工方便、成本低、傳動效率滿足要求等，選擇二級圓錐 -圓柱齒輪減速器，機構運動簡圖如圖 2： 三 、電機的選擇 1、 計算運輸機主軸的轉速和功率 （ 1）轉速wn 由 原始數據可得主動星輪的直徑 d=pz=14.3 950=143.3 , 則wn=dv60=1433.014.3 5.060=66.672r/min （ 2）功率wP 5 pw=Fv=12 0.5=6kw 2、電動機的功率 （ 1）傳動裝置的總效率 由參考文獻 1表 1-2查得： 滾筒效率 1=0.96； 彈性聯軸器效率 2=0.99； 滾動軸承效率 3=0.98； 圓柱齒輪傳動效率 4=0.97； 圓錐齒輪傳動效率 5=0.95； 總效率 = 12 22 33 4 5=0.962 0.992 0.983 0.97 0.95=0.7834 （ 2）所需電動機的功率 Pr=Pw/ =6/0.7834=7 659kw 3、選擇電動機的型號 根據工作條件：煤礦下運輸，應選擇防爆電機。查參考文獻 2表 7-2-2 選擇電動機的型號為 Y160L-6，額定功率 11kw，滿載轉速 970r/min,電動機軸伸直徑 48mm。 四、運動和動力參數的計算 1、分配傳動比 （ 1）總傳動比： i=970/66.672=14.549 （ 2）各級傳動比： 直齒圓錐齒輪（高速級）傳動比 i12=0.25i=3.637 斜齒圓柱齒輪（低速級）傳動比 i23=4 【】 （ 3）實際總傳動比 i 實 =i12 i23=3.637 4=14.548 因為 i=i 實 i=0.001e=0.37 查 4表 14-12， Pf =1.5 )(11 A RP YFXFfP =1.5 (0.4 1474.555+1.6 1233.19)=3844.389N 軸承 :2/ RA FF=1055.095/3376.293=0.313L=24000h 故所選軸承滿足要求。 3、減速器低速軸滾動軸承的選擇與壽命計算 （ 1）軸承的選擇 根據受力要求，軸承將承受較大的徑向力和軸向力，選取圓錐滾子軸承，由參考文獻 3表 20.6-19 選用型號為 32010，其主要參數為： d=50 ,D=80 ,Cr=61KN,e=0.42,Y=1.4。 查參考文獻 4表 14-11：當 eFF RA / 時， X=1， Y=0；當 eFF RA / 時，X=0.4,Y=1.4 （ 2）計算軸承受力（如圖 11） 求軸向載荷 根據“軸的設計”中已算出的低速軸 3 的軸的支反力： 22221 36.1252298.1262RARAR FFF1778.146N 22222 9.777043.4 1 3 0RBRBR FFF4202.664N 求軸向載荷 軸承內部軸向力 Fs,按參考文獻 4表 14-13： YFFRS 2/111778.416/2 1.4=635.052N YFFRS 2/22 =4202.664/2 1.4=1500.951N 24 軸承的軸向載荷： 其中 3aA FF =1424.718N,因12 SAS FFF 使得軸承被“壓緊”，故： ASA FFF 21=1500.951+1424.718=2925.669N 22 SA FF =1500.951N （ 3）求軸承的當量動載荷 軸承 : 11 / RA FF =2925.669/1778.146e=0.42 查參考文獻 4表 14-12， Pf =1.5 )( 111 ARP YFXFfP 1.5 (0.4 1778.146+1.4 2925.669)=7210.792N 軸承 : 22 / RA FF =1500.951/4202.664=0.36L=24000h 即所選軸承滿足使用要求。 八、聯軸器的選擇 1、輸入端聯軸器的選擇 根據工作情況要求，決定高速軸 1與電動機軸之間選用彈性柱銷聯軸器。 按參考文獻 415-1，計算轉矩為 TKTAC ，由轉矩變化較小，查參考文獻 4表 15-1 有AK =1.5，又因 0TT =103.729N m,所以 CT =1.5 103.729=155.59N m 根據CT=155.59N m小于公稱轉矩， n=940r/min小于許用轉速及電動機軸伸直徑0d=48 ,高速軸軸伸直徑 d=30 ,查參考文獻 3表 22.5-37，選用3LH型其公稱轉矩 630N m,許用轉速 5000r/min,軸孔直徑范圍 d=30 48 ,孔長 1L =82 ， 2L =82，滿足聯接要求。 標記為 :HL3 聯軸器 19855014/8248 8230 TGBYAYA 25 2、輸出端聯軸器的選擇 根據工作情況要求，決定低速軸 3 與運輸機主軸之間也選用彈性柱銷聯軸器。按參考文獻 415-1，計算轉矩為 TKTAC ，依然查參考文獻 4表 15-1有 AK =1.5，此時 T=1230.169N m,所以CT=1.5 1230.169=1845.25N m 根據CT=1845.25N m小于公稱轉矩， 4nn =66.67r/min小于許用最高轉速及輸出軸軸伸直徑 d=50 ,查參考文獻 3表 22.5-37，選用 LH5型其公稱轉矩 2000N m,許用轉速 3500r/min,軸孔直徑范圍 d=50 70 ,孔長 1L =142， 2L =142，滿足聯接要求。 標記為 :HL5 聯軸器 19855014/14250 14250 TGBYAYA九、鍵聯接的選擇和驗算 1、聯軸器與高速軸軸伸的鍵聯接 采用圓頭普通平鍵（ GB1095-79），由 d=30 ，查參考文獻 5表 3.2-18得 b h=8 7,因半聯軸器長 82 ，故取鍵長 L=70 ，即 d=30 ,h=7 ,l=L-b=62 ,T=98.589N m 由輕微沖擊，查參考文獻 4表 10-1得 P =100MPa, 所以 dhlTP /4 4 1000 98.589/30 7 62=30.288MPa P =100MPa 故此鍵聯接強度足夠。 2、 小圓錐齒輪 與高速軸 1 的鍵聯接 采用圓頭普通平鍵（ GB1095-79），由 d=30 ，查參考文獻 5表 3.2-18 得 bh=10 8,取鍵長 L=100，即 d=30 ,h=8 ,l=L-b=90 ,T=98.589N m 由輕微沖擊，查參考文獻 4表 10-1得 P =100MPa, 所以 dhlTP /4 4 1000 98.589/30 8 90=18MPa P =100MPa 故此鍵聯接強度足夠。 3、 大圓錐齒輪 與 中間 軸 2 的鍵聯接 采用圓頭普通平鍵（ GB1095-79），由 d=50，查參考文獻 5表 3.2-18得 b h=14 9,因 大圓錐齒輪齒寬 71 ，故取鍵長 L=64 ，即 d=50 ,h=9 ,l=L-b=50 ,T=323.5297N m 由輕微沖擊，查參考文獻 4表 10-1得 P =100MPa, 所以 dhlTP /4 4 1000 323.5297/50 9 50=57.5MPa P =100MPa 26 故此鍵聯接強度足夠。 4、小斜齒圓柱齒輪與中間軸 2 的鍵聯接 由于軸直徑和傳遞轉矩相同，可采用與大圓錐齒輪和中間軸之間的鍵聯接相同的鍵亦可滿足強度要求 。 5、大圓錐齒輪與低速軸 3 的鍵聯接 采用圓頭普通平鍵（ GB1095-79），由 d=70，查參考文獻 5表 3.2-18得 b h=20 12,因大圓錐齒輪齒寬為 90 ，故取鍵長 L=80 ，即 d=70 ,h=12 ,l=L-b=60 ,T=1230.169N m 由輕微沖擊，查參考文獻 4表 10-1得 P =100MPa, 所以 dhlTP /4 4 1000 1230.169/70 12 60=97.6MPa P =100MPa 故此鍵聯接強度足夠。 6、輸出端與聯軸器的鍵聯接 采用圓頭普通平鍵（ GB1095-79），由 d=50 ，查參考文獻 5表 3.2-18 得 bh=14 9,因半聯軸器長 142 ，故取鍵長 L=130 ，即 d=50 ,h=9 ,l=L-b=116 ,T=1230.169N m 由輕微沖擊，查參考文獻 4表 10-1得 P =100MPa, 所以 dhlTP /4 4 1000 1230.169/50 9 116=94.3MPa P =100MPa 故此鍵聯接強度足夠。 十、箱體的設計 箱體是減速器中所有零件基基座，必須保證足夠的強度和剛度，及良好的加工性能，便于裝拆和維修，箱體由箱座和箱蓋兩部分組成，均采用 HT200 鑄造而成，具體形狀及尺寸見裝配圖。 十一、減速器附件的設計 （ 1）檢查孔： 為檢查傳動零件的嚙合情況，并向箱體內注入潤滑油，在箱體頂部能直接觀察 到齒輪嚙合的部位處設置檢查孔，平時，檢查孔的蓋板用螺釘固定在箱蓋上。 （ 2） 通氣器： 減速器工作時，箱體內溫度升高，氣體膨脹，壓力增大，為使箱內熱脹空氣能自由排出，以保持箱內壓力平衡，不致使潤滑油沿分箱面或軸伸密封件等其他縫隙滲漏，在箱體頂部裝設通氣器。 （ 3）軸承蓋： 為固定軸系部件的軸向位置并承受軸向載荷，軸承座孔兩端用軸承蓋封閉。采用凸緣式軸承蓋，利用六角螺栓固定在箱體上，外伸軸處的軸承蓋是通孔，其中有密封裝置。 （ 4）定位銷： 為保證每次拆裝箱蓋時，仍保持軸承座孔制造和 加工時的精度，在箱蓋與箱座的縱 27 向聯接凸緣上配裝定位銷，彩用兩個圓錐銷。 （ 5）油尺： 為方便檢查減速器內油池油面的高度，以經常保待油池內有適量的油，在箱蓋上裝設油尺組合件。 （ 6）放油螺塞； 為方便換油時排放污油和清洗劑，在箱座底部、油池的最低位置開設放油孔，平時用螺塞將放油孔堵住，放油螺塞和箱體接合面間應加防漏用的墊圈。 （ 7）啟箱螺釘： 為方便拆卸時開蓋，在箱蓋聯接凸緣上加工 2個螺孔，旋入啟箱用的圓柱端的啟箱螺釘。 十二、潤滑和密封