机械设计课程设计-带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器.doc

带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器一、传动方案拟定第二组第五个数据：设计带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器（1） 工作条件：输送机连续工作，单向运转，载荷变化不大，空载启动，使用年限10年，每年按300天计算，两班制工作，输送机速度允许的误差为5%，输送带效率为0.94-0.96.（2） 原始数据：输送带拉力f=1.5kn；输送带速度v=1.7m/s；滚筒直径d=250mm。运动简图二、电动机的选择按已知的工作要求和条件，选用y系列三相异步电动机。选择电动机功率pw=fv/1000w=1500*1.7/1000*0.95=2.68kw电动机至工作机之间的总效率为=带*3轴承*齿轮*联轴器*卷=0.96*0.993*0.97*0.97*0.960.84工作机所需的电动机输出功率为pd=pw/ =2.68/0.84=3.19kw因为，根据要求pedpd，所以ped取4kw。确定电动机转速卷筒的工作转速为nw=60*1000*v/d=60*1000*1.7/3.14*250=129.9 （r/min）按推荐的合理传动比范围，取v带传动的传动比i1=24，单级齿轮传动比i2=35，则合理的传动比的范围为i=620，则电动机转速的可选范围为nd=i* nw=（620）*129.9=7792598 r/min则有下列的电动机符合要求：方案电动机型号额定功率pd/kw电动机转速r/min传动装置传动比同步转速满载转速总传动比带传动比齿轮传动比1y132m1-6410009607.361.8542y112m-441500144011.092.7744、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为y112m-4。三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比：i总=n电动/n筒=1440/129.9=11.092、分配各级传动比（1） 取i齿=4（2） i总=i齿i 带（3） i带=i总/i齿轮=11.09/4=2.77四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）ni=nm/i带=1440/2.77=519.86 (r/min)nii=ni/i齿=519.86/4=129.96(r/min)滚筒nw=nii=129.96(r/min)2、 计算各轴的功率（kw）pi=pd带=3.190.96=3.06kwpii=pi轴承齿轮=3.060.990.97=2.94kwp=p轴承联轴器=2.940.990.97=2.82kw3、 计算各轴转矩td=9.55106pd/nm=9.55106x3.19/1440=2.12x104nmmti= td x i带x 带=5.64x104nmmt= tx i齿轮x 轴承x 齿轮=21.56x104nmmt= t x 轴承 x 联轴器=20.80x104nmm轴名参数 电动机轴转速（r/min）1440519861299612996输入功率（kw）3.19306294282转矩（nmm）2.121045.6410421.6510420.80104传动比27741效率096096096五、传动零件的设计计算1、 皮带轮传动的设计计算（1） 选择普通v带截型由课本1p181表10-8得：ka=1.1 p=4kwpc=kap=1.14=4.4kw据pc=4.4kw和n1=1440r/min由课本1p182图10-12得：选用a型v带（2） 确定带轮基准直径，并验算带速由1课本p182表10-9，取dd1=100mmdmin=75dd2=i带dd1(1-)=2.77100(1-0.02)=271.46 mm由课本1p182表10-9，取dd2=280mm带速v：v=dd1n1/601000=1001440/601000=7.54m/s在525m/s范围内，带速合适。（3） 确定带长和中心距初定中心距a0=500mmld=2a0+(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0=2500+3.14(100+280)/2+(280-100)2/4500=1612.8mm根据课本1表（10-6）选取ld=1800mm确定中心距aa0+(ld-ld0)/2=500+(1800-1612.8)/2=593.6mm(4)验算小带轮包角1=1800-57.30 (dd2-dd1)/a=1800-57.30(280-100)/593.6=162.601200（适用）（5）确定带的根数单根v带传递的额定功率.据dd1和n1，查课本p176图10-11得 p1=1.4kwi1时单根v带的额定功率增量.据带型及i查1p178表10-5得 p1=0.17kw查1p179表10-6，得k=0.96；查1p180表10-7得 kl=1.01z= pc/(p1+p1)kkl=4.4/(1.4+0.17) 0.961.01=2.90 (取z=3根)(6)计算轴上压力由课本1p170表10-1查得q=0.1kg/m，由课本式（10-20）单根v带的初拉力：f0=500pc/zv（2.5/k）-1+qv2=500x4.4/3x7.54(2.5/0.96-1)+0.10x7.542 =161.71kn则作用在轴承的压力fqfq=2zf0sin(1/2)=23161.71sin(162.6o/2)=959.10n 2、齿轮传动的设计计算（1）选择齿轮材料与热处理：所设计齿轮传动属于闭式传动，通常齿轮采用软齿面。查阅1 p100表6-8，选用价格便宜便于制造的材料:小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度260hbs；大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为215hbs；精度等级：运输机是一般机器，速度不高，故选8级精度。(2)按齿面接触疲劳强度设计由d1 (6712kt1(i+1)/id h2)1/3转矩t1t1=9.55*106*pi*0.99/n2=3.06*0.99*9.55*106/519.86=5.57104n/mm 课本1p102表6-9得载荷系数k : 取k=1.2许用接触应力hh= hlim zn/shmin 由课本1图6-36查得：hlim1=610mpa hlim2=500mpa接触疲劳寿命系数zn：按一年300个工作日，每班8h计算，由公式n=60njtn 计算n1=60519.861030016=1.50x109n2=n/i=3.7108查1课本图6-37中曲线1，得 zn1=1 zn2=1.1按一般可靠度要求选取安全系数shmin=1.0h1=hlim1zn1/shmin=610x1/1=610 mpah2=hlim2zn2/shmin=500x1.1/1=550mpa由课本表6-11取d=1.1故得：d1 (6712kt1(u+1)/duh2)1/3=48.35mm(3)计算齿轮的圆周速度v计算圆周速度=n1d1/601000=3.14519.8648.35/601000=1.32m/s因为m/s，故取级精度合适（4） 确定有关参数如下： 传动比i齿=4 取小齿轮齿数z1=20。则大齿轮齿数：z2=iz1= 420=80模数：md1/z1=48.35/20=2.43mm取课本1标准模数第一数列上的值，m=2.5分度圆直径：d1=mz1=2.520mm=50mmd2=mz2=2.580mm=200mm齿宽：b=dd1=1.150mm=55mm取b2=55mm b1=60mm中心距：a=(d1+d2)/2=(50+200)/2=125mm(6)校核齿根弯曲疲劳强度 bb=2kt1yfs/bmd1复合齿形因数yfs 由课本1p106图6-39得：yfs1=4.35,yfs2=3.98许用弯曲应力bb根据课本1p106：bb= bblim yn/sfmin由课本1图6-40得弯曲疲劳极限bblim应为： bblim1=490mpa bblim2 =410mpa由课本1图6-41得弯曲疲劳寿命系数yn：yn1=1 yn2=1弯曲疲劳的最小安全系数sfmin ：按一般可靠性要求，取sfmin =1计算得弯曲疲劳许用应力为bb1=bblim1 yn1/sfmin=4901/1=490mpabb2= bblim2 yn2/sfmin =4101/1=410mpa校核计算bb1=2kt1yfs1/ b1md1=85.65pa bb1bb2=2kt1yfs2/ b2md1=78.36mpa bb2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够六、减速器箱体、箱盖及附件的设计计算1、减速器附件的选择提携式通气器由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用m121.25油标选用杆式游标m12起吊装置采用箱盖吊耳、箱座吊钩.放油螺塞选用外六角油塞及油圈m141.5根据机械设计基础课程设计表5.3选择适当型号：高速轴轴承盖上的螺钉：gb578386 m6x20,材料q235低速轴轴承盖上的螺钉：gb578386 m620,材料q235螺栓：gb578286 m1498，材料q235地脚螺钉：gb578286 m18，材料q2352、箱体的主要尺寸：(1)箱座壁厚：z=0.025a+1=0.025125+1= 4.125 取z=8(2)箱盖壁厚：z1=0.02a+1=0.02122.5+1= 3.5取z1=8(3)箱盖凸缘厚度：b1=1.5z1=1.58=12(4)箱座凸缘厚度：b=1.5z=1.58=12(5)箱座底凸缘厚度：b2=2.5z=2.58=20(6)地脚螺钉直径：df =0.036a+12=0.036125+12=16.5，取df =18(7)地脚螺钉数目：n=4 (因为a250)(8)轴承旁连接螺栓直径：d1= 0.75df =0.7518= 13.5 (取14)(9)盖与座连接螺栓直径： d=(0.5-0.6)df =0.55 18=9.9 (取10)(10)连接螺栓d的间距l=150-200，取120(11)轴承端盖螺钉直d3=(0.4-0.5)df=0.418=7.2(取8)(12)检查孔盖螺钉d4=(0.3-0.4)df=0.318=5.4 (取6)(13)定位销直径d=(0.7-0.8)d=0.810=8(14)df.d1.d2至外箱壁距离c1(15) df.d1.d2至内箱壁距离c2(16)凸台高度：h=0.7*d2 =0.7*115=81.2(17)外箱壁至轴承座端面的距离c1c25(18)齿轮顶圆与内箱壁间的距离：9.6 mm，取10(19)齿轮端面与内箱壁间的距离：=8mm(20)箱盖，箱座肋厚：m1=8 mm,m2=8 mm(2)轴承端盖外径d3小端盖d1=62+40=102，大端盖d2=75+40=115d轴承外径(2)轴承旁连接螺栓距离：尽可能靠近，且要对称布置，以d1和d3互不干涉为准，一般取.七、轴的设计计算 1、从动轴设计 1、选择轴的材料 确定许用应力 选轴的材料为45号钢，调质处理。查2表13-1可知： b=650mpa,s=360mpa,查2表13-6可知：b+1bb=215mpa 0bb=102mpa,-1bb=60mpa 2、按扭转强度估算轴的最小直径 单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为： dc 查2表13-5可得，45钢取c=110 则d110(2.49/129.96)1/3mm=31.11mm 考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取d=36mm 3、轴的结构设计 轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式，按比例绘制轴系结构草图。 （1）、联轴器的选择 由于所连接的轴的转速较低，传递的转矩较大没减速器与工作机常不在同一底座上而要求有较大的轴线偏移补偿因此常选用无弹性元件的联轴器，在此我们选十字滑块联轴器。 （2）、确定轴上零件的位置与固定方式 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置 在齿轮两边。轴外伸端安装联轴器，齿轮靠油环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位 （3）、确定各段轴的直径由图所示由设计要求l4与l5，l2与l2之间的轴肩高，为小轴径的0.07-0.1倍，剩下轴段的轴肩高在0.5-3之间且d3和d6要与轴承连接所以要根据轴承的标准孔径来选择。由于最小的轴径是36，所上面的要求得到各段的直径为36，42，45，48，56，45。（4）确定各段轴的长度。l4的长度要比齿轮的宽度小2mm，所以这段轴的长度为53mml3的长度应考虑到齿轮端面与内壁的间距，挡油环，轴承的宽度2+8+2.5+10+16=38.5mml2的长度应该考虑端盖，凸台，垫片，以及联轴器的联系且是通过考虑减速箱体的尺寸和l3 的尺寸间接算出来的：8+18+20+5-10-16+10+15=50mml1的长度联轴器的长度来确定160/2-2=78mml5的长度由轴肩高度确定，一般为1.4倍轴肩高取5.6mml6的挡油环和轴承的宽度以及减速箱的尺寸有关8+2.5+10+16-5.6+2=32.9mm(5)选择轴承型号.根据设计要求本减速箱主要承受径向载荷，因此选择深沟球轴承。轴承的选择要考虑到载荷的大小和方向等，所以要求计算下面的数字：齿轮上作用力的计算 齿轮所受的转矩：t=9.55106p/n=9.551062.94/129.96=216043 n 齿轮作用力： 圆周力：ft= =2216043/200n=2060n切向力：fn= ft /cos200 =2390n 径向力：fr=fttan200=2060tan200=786nlh=106(ftc/pfp)/60n，lh =1030016=48000h，查表ft=1.1，fp=1，p=fn/2=1190n计算得cc小轴承=15kncc大轴承=9.4kn查找【2】p130得到大轴承选择6009.小轴承选择6206 (6)按弯矩复合强度计算分度圆直径：已知d1=200mm求转矩：已知t2=216.5nm求圆周力：ft=2t2/d2=216.5/200=2.17n求径向力frfr=fttan=2.17tan200=0.79n因为该轴两轴承对称，所以：la=lb=56mm1.绘制轴受力简图（如图a）2.绘制垂直面弯矩图（如图b）轴承支反力：fay=fby=fr/2=0.79/2=0.395nfaz=fbz=ft/2=2.17/2=1.085n由两边对称，知截面c的弯矩也对称。截面c在垂直面弯矩为mc1=fayl/2=0.3951122=22.12nm截面c在水平面上弯矩为：mc2=fazl/2=1.0851122=60.76nm3.绘制合弯矩图（如图d）mc=(mc12+mc22)1/2=（22.122+60.762)1/2=64.66nm4.绘制扭矩图（如图e）转矩：t=216.5nm5.绘制当量弯矩图（如图f）=0.59，截面c处的当量弯矩：mec=mc2+(t)21/2=64.662+(0.59216.5)21/2=143.17nm6.校核危险截面c的轴径d=（me/0.1-1bb）1/3=（143170/6）1/3=28.79修正：28.79*1.05=30.23结构设计确定的直径为48，强度足够。 2、主动轴的设计 1、选择轴的材料 确定许用应力 选轴的材料为45号钢，调质处理。查2表13-1可知： b=650mpa,s=360mpa,查2表13-6可知：b+1bb=215mpa 0bb=102mpa,-1bb=60mpa 2、按扭转强度估算轴的最小直径 单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为： dc 查2表13-5可得，45钢取c=110 则d110(3.06/519.86)1/3mm=19.86mm 考虑键槽的影响以系列标准，取d=25mm 3、齿轮上作用力的计算 由于两齿轮之间是作用力与反作用力的关系，所以求得的数字应该和从动轴是相同的为：圆周力：ft= 2060n切向力：fn= 2390n 径向力：fr= =786n4、 确定轴上零件的位置与固定方式单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边。齿轮靠油环和套筒实现 轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位。 5、 确定轴的各段直径按照上面的方法以此类推的各段轴的直径为：25，29，30，33，30各段轴的长度：与带相连的那段轴的长度由【1】p173的公式b=（z-1）e+2f，由前面的数据及查【1】p173表10-3可知z=3，e=15，f=9，所以这段轴段的长度为48，剩下的依次为50，28，72，30。与齿轮相配合的那段轴径算出后为32mm因为2*3264所以小轴应该做成一体式。6、按弯扭复合强度计算由于两齿轮之间是作用力与反作用力的关系，所以求得的，危险截面轴径同样也是30.23mm，所设计的小轴的直径是32mm所以强度也足够。八、键联接的选择及校核计算1根据轴径的尺寸，由1中表12-6高速轴(主动轴)与v带轮联接的键为：键840 gb1096-79大齿轮与轴连接的键为：键 1445 gb