-1-《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書——帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)一、項(xiàng)目背景與意義(1)隨著我國(guó)工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，帶式運(yùn)輸機(jī)作為物料輸送設(shè)備在礦山、建筑、煤炭、港口等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。帶式運(yùn)輸機(jī)具有輸送能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)物料的連續(xù)輸送，大大提高了生產(chǎn)效率。然而，在帶式運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與制造直接影響到運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命。因此，開展帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。(2)本項(xiàng)目旨在通過(guò)深入研究和分析帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套高效、可靠、經(jīng)濟(jì)的傳動(dòng)裝置。通過(guò)對(duì)傳動(dòng)裝置的關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高傳動(dòng)效率，降低能耗，同時(shí)確保傳動(dòng)裝置的可靠性和安全性。這對(duì)于提高帶式運(yùn)輸機(jī)的整體性能，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。(3)此外，本項(xiàng)目的研究成果還可以為帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和參考，有助于推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。通過(guò)對(duì)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問題進(jìn)行分析和解決，可以積累寶貴的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為今后的設(shè)計(jì)工作提供借鑒。同時(shí)，本項(xiàng)目的研究成果還可以促進(jìn)我國(guó)帶式運(yùn)輸機(jī)行業(yè)的健康發(fā)展，為我國(guó)輸送機(jī)械制造業(yè)的自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供有力支持。二、傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)要求及參數(shù)(1)傳動(dòng)裝置是帶式運(yùn)輸機(jī)的心臟部分，其設(shè)計(jì)要求需充分考慮以下因素：首先，傳動(dòng)裝置應(yīng)具備足夠的承載能力和傳動(dòng)效率，以滿足物料輸送過(guò)程中的動(dòng)力需求。其次，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保傳動(dòng)裝置的運(yùn)行平穩(wěn)性，減少振動(dòng)和噪音，提高工作環(huán)境舒適性。此外，傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化原則，便于維護(hù)和更換。具體參數(shù)如下：帶式運(yùn)輸機(jī)的輸送能力需達(dá)到每小時(shí)2000噸，輸送帶寬度為1200mm，帶速為4m/s，傳動(dòng)比宜為1:3，傳動(dòng)裝置的扭矩需達(dá)到15000N·m。(2)在傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)中，需對(duì)以下關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算和確定：首先，根據(jù)輸送能力和帶速計(jì)算輸送帶的牽引力，進(jìn)而確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率計(jì)算公式為：P=Fv/η，其中F為輸送帶牽引力，v為帶速，η為傳動(dòng)效率。其次，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率確定傳動(dòng)裝置的齒輪比和齒輪模數(shù)。齒輪比應(yīng)滿足傳動(dòng)比要求，齒輪模數(shù)需根據(jù)齒輪強(qiáng)度計(jì)算確定。此外，還需考慮傳動(dòng)裝置的軸功率、軸承載荷、齒輪強(qiáng)度、潤(rùn)滑條件等因素，以確保傳動(dòng)裝置的可靠性和使用壽命。(3)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足以下要求：首先，傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)效率應(yīng)不低于95%，以降低能耗。其次，傳動(dòng)裝置的齒輪和軸承等關(guān)鍵部件的壽命應(yīng)滿足帶式運(yùn)輸機(jī)的使用壽命要求，通常為5-10年。此外，傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證其在運(yùn)行過(guò)程中具有良好的散熱性能，避免因過(guò)熱而導(dǎo)致故障。在材料選擇上，齒輪、軸等主要部件應(yīng)選用高強(qiáng)度、耐磨、耐腐蝕的材料，如45鋼、20CrMnTi等。同時(shí)，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)便于安裝、拆卸和維修，以提高工作效率。三、傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)計(jì)算(1)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)計(jì)算的第一步是確定輸送帶的牽引力。根據(jù)輸送能力、帶速和輸送帶的特性，計(jì)算牽引力F。牽引力F的計(jì)算公式為F=Gv/1000，其中G為輸送物料的質(zhì)量，v為帶速。通過(guò)實(shí)際測(cè)量或查閱相關(guān)資料，確定輸送物料的質(zhì)量和帶速，從而計(jì)算出牽引力。(2)接下來(lái)，根據(jù)牽引力和傳動(dòng)比，計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率P。功率P的計(jì)算公式為P=Fv/η，其中η為傳動(dòng)效率。傳動(dòng)效率通常取0.95。根據(jù)計(jì)算得到的功率P，選擇合適的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并確保電機(jī)功率略大于計(jì)算值，以留有足夠的余量。(3)在確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)后，根據(jù)電機(jī)功率和傳動(dòng)比，計(jì)算傳動(dòng)裝置的齒輪比和齒輪模數(shù)。齒輪比i的計(jì)算公式為i=Pm/Pe，其中Pm為電機(jī)功率，Pe為齒輪減速后的功率。齒輪模數(shù)m的選擇需考慮齒輪的強(qiáng)度和承載能力，通常取m=5mm。通過(guò)計(jì)算得到的齒輪比和模數(shù)，選擇合適的齒輪副，并進(jìn)行齒輪強(qiáng)度的校核，確保齒輪在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)發(fā)生破壞。同時(shí)，還需對(duì)軸承、軸等部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，確保整個(gè)傳動(dòng)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。四、傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是保證其性能和可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們首先考慮了傳動(dòng)裝置的整體布局，采用了模塊化設(shè)計(jì)，使得各個(gè)部件易于安裝和更換。以某型號(hào)帶式運(yùn)輸機(jī)為例，其傳動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、傳動(dòng)軸、張緊裝置、軸承座等部分組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，功率為55kW，轉(zhuǎn)速為960r/min。減速器選用ZLY型硬齒面減速器，傳動(dòng)比為1:3，輸入軸轉(zhuǎn)速為960r/min，輸出軸轉(zhuǎn)速為320r/min。傳動(dòng)軸采用45號(hào)鋼制造，直徑為φ120mm，長(zhǎng)度為L(zhǎng)=1000mm，采用GB/T307.1-2010標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行熱處理，硬度達(dá)到HRC28-33。(2)在傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)中，我們采用了GB/T699-2010標(biāo)準(zhǔn)中的45號(hào)鋼，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，確保軸的強(qiáng)度和剛度。傳動(dòng)軸的強(qiáng)度計(jì)算公式為σ=F/S，其中σ為軸的應(yīng)力，F(xiàn)為軸所受的扭矩，S為軸的截面模量。根據(jù)計(jì)算，傳動(dòng)軸的許用應(yīng)力為[σ]=200MPa，實(shí)際應(yīng)力σ=120MPa，滿足強(qiáng)度要求。軸承座采用鑄鐵HT200，其壁厚為δ=60mm，內(nèi)孔直徑為φ120mm，外徑為φ150mm，以滿足軸承安裝和固定要求。軸承選用深溝球軸承，型號(hào)為6206-2RS，額定載荷為C=35kN，工作溫度范圍為-30℃至120℃。(3)張緊裝置的設(shè)計(jì)對(duì)于帶式運(yùn)輸機(jī)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。在本設(shè)計(jì)中，我們采用了彈簧張緊裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整。彈簧張緊裝置的彈簧采用GB/T2089-2007標(biāo)準(zhǔn)中的65Mn彈簧鋼，彈簧直徑為φ40mm，自由長(zhǎng)度為L(zhǎng)0=200mm，預(yù)緊力為F0=5kN。張緊裝置的張緊力F的計(jì)算公式為F=F0+μmg，其中μ為摩擦系數(shù)，m為輸送帶質(zhì)量，g為重力加速度。通過(guò)計(jì)算，張緊力F達(dá)到12kN，確保輸送帶在運(yùn)行過(guò)程中始終處于張緊狀態(tài)。此外，為了提高傳動(dòng)裝置的密封性能，我們?cè)谳S承座和減速器殼體之間增設(shè)了密封圈，采用GB/T3452.1-2010標(biāo)準(zhǔn)中的丁腈橡膠密封圈，具有良好的耐油、耐溫性能。五、傳動(dòng)裝置的校核與優(yōu)化(1)傳動(dòng)裝置的校核是確保其安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。在本設(shè)計(jì)中，我們對(duì)傳動(dòng)裝置進(jìn)行了以下校核：首先，對(duì)齒輪進(jìn)行了強(qiáng)度校核，包括齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度。以某型號(hào)帶式運(yùn)輸機(jī)為例，其齒輪模數(shù)m=5mm，齒數(shù)z=20，齒寬b=100mm，材料為20CrMnTi，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，硬度為HRC28-33。通過(guò)計(jì)算，齒輪齒面接觸強(qiáng)度σc=279MPa，齒根彎曲強(qiáng)度σb=234MPa，均滿足GB/T3480-2010標(biāo)準(zhǔn)的要求。(2)其次，對(duì)軸承進(jìn)行了壽命校核。軸承壽命主要受載荷、轉(zhuǎn)速、材料等因素影響。在本設(shè)計(jì)中，采用深溝球軸承6206-2RS，額定載荷C=35kN，工作轉(zhuǎn)速n=3000r/min。根據(jù)GB/T275-1994標(biāo)準(zhǔn)，軸承壽命Lh=1.5×10^6h，實(shí)際工作壽命為L(zhǎng)h=1.2×10^6h，滿足使用壽命要求。此外，對(duì)傳動(dòng)軸的應(yīng)力進(jìn)行了校核，確保在運(yùn)行過(guò)程中軸的應(yīng)力小于許用應(yīng)力[σ]=200MPa。(3)在校核的基礎(chǔ)上，我們對(duì)傳動(dòng)裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，針對(duì)齒輪，我們優(yōu)化了齒形設(shè)計(jì)，提高了齒輪的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。以某型號(hào)帶式運(yùn)輸機(jī)為例，優(yōu)化后的齒輪模數(shù)m=6