[理学]带式运输机传二级圆柱齿轮减速器设计.doc

带式运输机传动装置的二级圆柱齿轮减速器设计学生姓名： 学生学号： 院 （系）： 年级专业： 指导教师： 助理指导教师： 二一一年十二 月课程设计任务书题目 带式运输机传动装置的二级减速器设计1、课程设计的目的机械设计课程设计是课程教学的一重要内容,也是一重要环节,目的有三:1)使学生运用所学,进行一次较为全面综合的设计训练,培养学生的机械设计技能,加深所学知识的理解;2)通过该环节,使学生掌握一般传动装置的设计方法,设计步骤,为后续课程及毕业设计打好基础,做好准备;3)通过该环节教学使学生具有运用标准、规范、手册、图册和查阅相关技术资料的能力，学会编写设计计算说明书，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）设计一用于带式运输机上的传动及减速装置。设计使用期限8年（每年工作日300天），两班制工作，单向运转，空载起动，运输机工作平稳，大修期为3年。转速误差为+5%，减速器由一般规模厂中小批量生产。要求装配图（0或1号）（1：1）一张，低速级齿轮与轴，箱体或箱盖（共3张零件图），设计说明书（6000-8000字，word）一份。传动简图（附后）及设计原始参数如下。带拉力F（N）带速度V（m/s）滚筒直径D（mm）53001.43803、主要参考文献1所学相关课程的教材 2陆 玉主编 ,机械设计课程设计,北京,机械工业出版社 , 2004。3濮良贵主编 ,机械设计,北京 ,高等教育出版社 , 1989.4吴宗泽主编 ,机械设计课程设计手册,北京 ,高等教育出版社,1992.5徐 灏主编 ,机械设计手册,北京,机械工业出版社, 1989.6徐 灏主编 ,机械设计图,北京,机械工业出版社, 1989.4、课程设计工作进度计划1)、准备阶段（1天）2）、设计计算阶段（3-3.5天）3）、减速器的装配图绘制（3天）4）、绘零件图（3-3.5天）5）、编写设计说明书（3天）6）、答辩或考察阶段。(0.5-1天)指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日数据编号C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10带工作拉力F（N）3800400042004500480050005200550053005350带速度V（m/s）0.80.60.60.50.50.81.01.31.41.2卷筒直径D（mm）300300260280250320350400380450数据编号C11C12带工作拉力F（N）39004300带速度V（m/s）0.90.6卷筒直径D（mm）310320一、系统传动方案分析选择如任务书布置图所示采用二级圆柱齿轮减速器，系统总体方案图如图：1-电动机 2-带传动 3-减速器 4-联轴器 5-卷筒 6-运输带二、电机的选择 1、类型：Y系列三相异步电动机，封闭式结构，电压380V； 2、选择电动机的容量电动机所需工作功率按式（1）为 kw 由式（2） kw 因此 kw由电动机至运输带的传动总功率为 取=0.99，=0.98，=0.97（齿轮精度为8级，不包括轴承效率），=0.95,.=0.78式中：带传动的传动效率 滚动轴承的传动效率闭式齿轮传动的效率-联轴器传动效率 所以 9.51kw 查设计手册选电动机的额定功率为：kw3、确定电动机转速 卷筒轴工作转速为 70.40 查设计手册知二级圆柱齿轮减速器的传动比：，V带传动比故电机可选的转速范围为 符合这一范围的同步转速有1500和3000由以上信息确定电动机的型号：Y160M-4型号额定功率Kw满载时转速电流（380v）时效率%功率因数Y160M-411146022.688.00.847.02.22.3 三、 V带传动的设计计算1确定计算功率根据文献【1】第156页表8-7查得工作情况系数Ka=Error! No bookmark name given.1.2,v带的传动比i=3.4故 2 选择V带的带型根据,由文献【1】第157页图8-11选用B型。3确定带轮的基准直径,并验算带速v3.1初选小带轮的基准直径根据文献【1】第155页表8-6和第157页表8-8，取小带轮的基准直径。3.2 验算带速v因为5m/sv(F0)min。8 计算压轴力 压轴力的最小值为V带的设计参数表带型额定功率（kw）带基准长度（mm）实际中心矩范围a（mm）小带轮包角（）小带轮基准直径（mm）大带轮基准直径（mm）V带根数z初拉力最小值（N）最小压轴力（N）B4.222230500-600145.41475003358.92056四、传动装置及运动参数 1、转动比的分配 1）总传动比 2) 分配传动装置传动比 式中分别是带传动和减速器的传动比。初步取 从减速器的高速轴开始为各轴命名为：轴、轴、轴。，第轴至第轴，第轴至第轴传动比。由展开式传动比关系图分配传动比为： 2、各轴的运动和动力参数 （1）各轴转速计算第轴转速第轴转速第轴转速卷筒轴转速（2）各轴功率计算轴轴轴联轴器kw卷筒轴（3）各轴转矩计算 电动机轴 轴轴轴卷筒轴轴名功率P kw转矩T 转速n轴3.67187.761460轴3.49640.19486.67轴3.321198.87139.05卷筒3.121116.15139.05联轴器2.871116.15139.05五、齿轮的设计计算 1、高速级齿轮的设计计算(1)齿轮参数 kw （工作寿命8年【设每年工作300天,每班8小时，每天两班制】） 运输机为一般工作机器，速度不高，故选8级精度。(2)选材 小齿轮：40Cr 调质处理 硬度260HBS 大齿轮：45钢 调质处理 硬度220HBS 二者材料硬度差为40HBS(3)选取齿数 选主动小齿轮齿数，大齿轮齿数取按齿面疲劳强度计算 有计算公式（10-9a）进行计算，即 （1）确定参数1） 试选载荷系数2） 取齿宽系数3） 小齿轮传递的转矩4） 材料的弹性影响系数5） 查图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限6） 由式10-13计算应力循环次数 7） 由图10-19取接触疲劳强度寿命系数;8） 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得 （2）计算 1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 =41.41mm 2）计算圆周速度 =3.08m/s 3)计算齿宽b 4）计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 5）计算载荷系数 根据，8级精度，由图10-8查得动载荷系数 直齿轮，由表10-2查得使用系数由表10-4用一次线性查值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，由，查图10-13得；故载荷系数 6)按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得 7）计算模数 按齿根弯曲强度设计 由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为 (1)确定各计算数值 1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 2 ) 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数; 3 ) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得 4 ) 计算载荷系数K 5)查取齿形系数 由表10-5查得 ； 6)查取应力校正系数 由表10-5查得; 7)计算大、小齿轮的 大齿轮的数值大 （2）设计计算 取模数m=2mm，算出小齿轮齿数 取大齿轮齿数 取几何尺寸计算 (1)计算分度圆直径 (2)计算中心距 (3)计算齿轮宽度 取；名称符号小齿轮大齿轮齿顶高ha2mm齿根高hf2.5mm分度圆直径d46mm166mm齿根圆直径df41mm161mm齿顶圆直径da50mm170mm全齿高h4.5mm顶隙c0.5mm中心距af106mm分度圆齿厚s3.17mm齿数Z2383齿宽B50mm45mm齿距p7.56mm 2. 低速级齿轮的设计计算(1)齿轮参数 kw (2)选材 大齿轮：45号刚 调质处理 硬度200HBS 小齿轮：40Cr号刚 调质处理 硬度240HBS二者材料硬度差为40HBS(3)选取齿数 选主动小齿轮齿数，大齿轮齿数取按齿面疲劳强度计算 有计算公式（10-9a）进行计算，即 （1）确定参数1) 试选载荷系数2) 取齿宽系数3) 小齿轮传递的转矩4) 材料的弹性影响系数5) 查图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限6) 由式10-13计算应力循环次数7) 由图10-19取接触疲劳强度寿命系数;8) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得 =470MPa =386.6MPa （2）计算 1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 =62.23mm 2）计算圆周速度 =1.31m/s 3)计算齿宽b 4）计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 5）计算载荷系数 根据，8级精度，由图10-8查得动载荷系数 直齿轮，由表10-2查得使用系数由表10-4用一次线性查值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，由，查图10-13得；故载荷系数 6)按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得 7）计算模数 按齿根弯曲强度设计 由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为 (1)确定各计算数值 1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 2 ) 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数; 3 ) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得 4 ) 计算载荷系数K 5)查取齿形系数 由表10-5查得 ； 6)查取应力校正系数 由表10-5查得; 7)计算大、小齿轮的 大齿轮的数值大 （2）设计计算 取m=3mm，算出小齿轮齿数 取大齿轮齿数 取几何尺寸计算 (1)计算分度圆直径 (2)计算中心距 (3)计算齿轮宽度 取；名称符号小齿轮大齿轮齿顶高ha3mm齿根高hf3.75mm分度圆直径d87mm342mm齿根圆直径df79.5mm334.5mm齿顶圆直径da93mm348mm全齿高h6.75mm顶隙c0.75mm中心距af120mm分度圆齿厚s4.71mm齿数Z2357齿宽B65mm60mm齿距p9.42mm六、轴的设计计算与校核：不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。 按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。 具体步骤如下： 一）、轴的设计计算 1、轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择45钢正火。硬度达到170217HBS,抗拉强度=600MPa，屈服强度=355MPa。=55MPa2、 初步计算各轴段直径 （1）计算d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T kw, 最小直径计算（查机械设计教材 取 c=110）考虑键槽 选择标准直径 （2）计算 因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取=30mm； （3）计算 ，且必须与轴承的内径一致，圆整=35mm，初选轴承型号为6207,查表可知，B=17mm，D=72mm，； （4）计算 ，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取=40mm； （5）计算 取 =50mm； （6）计算 ，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。 轴各阶梯轴直径列表如下：名称直径（mm）243035405040 3、计算轴各段长度 （1）计算 半联轴器的长度l=52mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不压在轴的端面上，故第一段的长度应比l略短一些，取 =50mm; （2）计算 轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取，其中d3为螺钉直径M8，由轴承外径D=72mm，查表，取d3=7mm， 式中，为箱体壁厚，取=8mm， 取轴旁连接螺栓的直径为10mm，查得； 由于轴承的轴颈直径和转速的乘积（1.52）105，故轴承采用脂润滑，取 =9mm， 所以 m=8+16+14+8-9-17=4mm, 所以 取 =33mm； （3）计算 ，式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两个齿轮的宽度差，两齿轮的宽度差为5mm，取小齿轮至箱体内壁的距离为10mm，则 取 L3=45mm（4）计算 ; （5）计算 取L5=6 （6）计算 ； 各段轴长度列表如下: 名称长度/mm5033456363641二）、轴的设计计算与校核1、轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择45钢正火。硬度达到170217HBS,抗拉强度=615MPa，屈服强度=345MPa。=57MPa3、 初步计算各轴段直径 （1）按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T , kw最小直径计算（查机械设计教材表142 取 c=110）考虑键槽 选择标准直径 （2）计算 因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取=40mm； （3）计算 ，且必须与轴承的内经一致，圆整=45mm，初选轴承型号为6309,查附表可知，B=25mm，D=100mm，； （4）计算 ，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取=50mm； （5）计算 取 =60mm； （6）计算 ，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。 轴各阶梯轴直径列表如下： 名称直径（mm）3540455060403、计算轴各段长度 （1）计算 L1段部分为插入开式齿轮的长度：b2小齿轮=70mm， 取L1=80mm （2）计算 轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取，其中d3为螺钉直径，由轴承外径D=100mm，查表，取d3=7mm， ， 式中，为箱体壁厚，取=8mm， 取轴旁连接螺栓的直径为10mm，查得； 由于轴承的轴颈直径和转速的乘积（1.52）105，故轴承采用脂润滑，取 =9mm， 所以 m=8+16+14+8-9-25=12mm, 所以 =20+14+8.4=40.4mm，取 =41mm； （3）计算 ，式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两个齿轮的宽度差，两齿轮的宽度差为5mm，取小齿轮至箱体内壁的距离为10mm，则 取 L3=50mm（4）计算 ; （5）计算 （6）计算 ； 各段轴长度列表如下: 名称长度/mm8041506374341输出轴的功率P和扭矩T , kw(1) 最小直径计算（查机械设计教材 取 c=110）考虑键槽 选择标准直径 (2) 计算齿轮受力（大齿轮采用锻造毛坯的腹板式）圆周力： 径向力：是直齿轮，故轴向力：（4）按许用应力校核轴的弯曲强度1) 轴的受力简图 （图A）（L =113mm）2) 求支持反力水平面支反力垂直面支反力 3) 作弯矩图水平弯矩（图B）垂直弯矩（图C）4) 求合成弯矩，作出合成弯矩图（图E）5) 作扭矩图（图D）C点左 C点右 6) 作危险截面当量弯矩图（图E）该轴单项工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取=0.597) 校核危险截面轴径45号优质碳素钢调质处理时，查机械设计教材 C剖面的轴径 故：强度足够图：从动轴受力简图校核分析三）、轴的设计计算与校核1、轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择45钢正火。硬度达到170217HBS,抗拉强度=590MPa，屈服强度=295MPa。=55MPa4、 初步计算各轴段直径 （1）按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T , kw最小直径计算（ 取 c=110）考虑键槽 选择标准直径 （2）计算 因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取=52mm； （3）计算 ，且必须与轴承的内经一致，圆整=55mm，初选轴承型号为61911,查附表可知，B=13mm，D=80mm，； （4）计算 ，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取=60mm； （5）计算 取 =70mm； （6）计算 ，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。 轴各阶梯轴直径列表如下： 名称直径（mm）4552556070553、计算轴各段长度 （1）计算 L1段部分为插入卷筒的长度：b2小齿轮=80mm， 取L1=90mm （2）计算 轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取，其中d3为螺钉直径，由轴承外径D=80mm，查表，取d3=7mm， ， 式中，为箱体壁厚，取=8mm， 取轴旁连接螺栓的直径为10mm，查得； 由于轴承的轴颈直径和转速的乘积（1.52）105，故轴承采用脂润滑，取 =9mm， 所以 m=8+16+14+10-9-25=14mm, 所以 =22+14+8.4=42.4mm，取 =43mm； （3）计算 ，式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两个齿轮的宽度差，两齿轮的宽度差为5mm，取小齿轮至箱体内壁的距离为10mm，则 取 L3=52mm（4）计算 ; （5）计算 （6）计算 ； 各段轴长度列表如下: 名称长度/mm90435265754341输出轴的功率P和扭矩T , kw(3) 最小直径计算（取 c=110）考虑键槽 选择标准直径 (4) 计算齿轮受力（大齿轮采用锻造毛坯的腹板式）圆周力： 径向力： 是直齿轮，故轴向力：（4）按许用应力校核轴的弯曲强度8) 求支持反力水平面支反力垂直面支反力 9) 弯矩（取L=113mm）水平弯矩垂直弯矩 10) 求合成弯矩11) 扭矩C点左 C点右 12) 危险截面当量弯矩该轴单项工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取=0.6113) 校核危险截面轴径45号优质碳素钢调质处理时，查机械设计教材 C剖面的轴径 故：强度足够七、轴承的计算与选用（一）从动轴承：因为闭式齿轮选择直齿圆柱齿轮，考虑承受载荷和只承受径向力，主动轴承和从动轴承均选用深沟球轴承。从动轴承：根据轴径值查机械制图教材深沟球轴承各部分尺寸，选择61911（GB/T276-1994）型深沟球轴承 2个。各部分尺寸如下表：轴承代号尺寸/mmdDB61911558013寿命计划：要求轴承寿命：（8年两般制工作，按每年工作300天，每班工作16个小时）L=38400h计算选用轴承寿命 查机械零件设计手册P810表311-15 基本额定动负荷 动载荷系数 当量动载荷 温度系数 载荷系数 对球轴承寿命系数 =181456h34800h轴承寿命合格（二）主动轴承：主动轴承：根据轴径值查机械制图教材附录深沟球轴承各部分尺寸，选择6207（GB/T276-1994）型深沟球轴承 2个。各部分尺寸如下表：轴承代号尺寸/mmdDB6207247217寿命计划：要求轴承寿命：（8年两般制工作，按每年工作300天，每班工作16个小时）L=38400h计算选用轴承寿命 查机械零件设计手册P810表311-12 基本额定动负荷 动载荷系数 当量动载荷 温度系数 载荷系数 对球轴承寿命系数 =80400h38400h轴承寿命合格材料选择及其许用挤压应力选择45号优质碳素钢，查机械零件设计手册P458表32-3 其许用挤压应力（1） 主动轴外伸端，考虑到键在轴中部安装，选择平键就可以了，且联轴器轴长度=62mm，故选择8250GB1096-1990型键。 静连接工作面的挤压应力：则：强度足够， 合适（2） 从动轴外伸端，考虑到键在轴中部安装，选择平键就可以了，故选择。 静连接工作面的挤压应力：则：强度足够， 合适（3） 从动轴与齿轮联接处，考虑到键在轴中部安装，且l=38 mm选择平键就可以了，故选择。 静连接工作面的挤压应力：则：强度足够， 合适由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选用