机械设计课程设计-带式运输机的展开式两级圆柱齿轮减速器设计.docx

机械设计计算说明书 机械设计课程设计计算说明书 设计题目：带式运输机的展开式两级圆柱齿轮减速器设计301专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 完 成 日 期 2016.11.20 目录一、传动方式的选择4二、选择电动机41电动机类型的选择42电动机功率的选择43电动机转速的选择54电动机型号的确定5三、传动装置的运动学和动力学参数计算51总传动比及其分配52传动装置中各轴的转速计算63传动装置中各轴的功率计算64传动装置中各轴的输入转矩计算6四、带传动设计71确定带传动的额定功率72选取带传动的类型73确定带轮基准直径74确定v带的基准长度和带传动的中心距85验算主动轮上的包角86计算带的根数87计算带传动的预紧力99、带轮结构设计9五、高速级齿轮传动的设计101选定高速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数102按齿面接触疲劳强度设计103计算齿轮传动的几何尺寸124校核齿根弯曲疲劳强度125齿轮结构设计13六、低速级齿轮传动的设计151选定低速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数152按齿面接触疲劳强度设计153计算齿轮传动的几何尺寸174校核齿根弯曲疲劳强度175. 齿轮结构设计18七、轴的初步设计计算201. 轴的材料选择202. 轴的最小半径估算203高速轴的结构设计204中间轴的结构设计215低速轴的结构设计22七、键的选择23八、滚动轴承的选择23九、联轴器的选择24十、箱体及其附件设计24十一、润滑、密封设计241齿轮和轴承润滑242密封的设计25十二、设计小结251课程设计的体会252设计的减速器的优缺点及改进建议25十三、参考文献25一、 传动方式的选择根据题目所给传动方式进行设计二、选择电动机1电动机类型的选择根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。2电动机功率的选择已知运输机工作轴转矩为T=800Nm，输送带卷筒的直径D=360mm。则工作机的拉力F=2D=280036010-3=4444.4N。工作机所需要的有效功率Pw为 其中，为工作机的传动效率。传动装置总效率为其中，各传动机构的效率，根据表2-4可查出： 为带传动的效率； 为一级圆柱齿轮传动的效率； 为一对滚动轴承传动效率； 为弹性联轴器的效率。电动机所需功率为由表16-3可选取电动机的额定功率为7.5KW。3电动机转速的选择电动机通常采用的同步转速有1000r/min和1500r/min两种，现对两种转速作对比。由表16-3可知，同步转速是1000r/min的电动机，其满载转速是1440r/min。工作机的转速为 总传动比i=,其中为电动机的满载转速。现将两种电动机的有关数据列于表1-1作比较。表1-1 两种电动机的数据比较方案电动机型号额定功率/kw同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)总传动比iY160M-67.5100096015.072Y132M-47.51500144022.608由表1-1可知，两种方案的总传动比相差不大，为了满足工作要求，选择方案。 4电动机型号的确定根据电动机功率和同步转速，选定电动机的型号为Y132M-4，查表16-3、16-4知电动机的有关参数如下：电动机的额定功率P=7.5KW电动机满载转速nm=1440r/min电动机外伸轴直径D=38mm电动机外伸轴长度E=80mm三、传动装置的运动学和动力学参数计算1总传动比及其分配总传动比；根据表2-2，选v带传动的传动比；减速器的传动比；考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应有相近的浸油深度。根据式2-8，两级齿轮减速器高速级传动比与低速级传动比的比值取1.3，即，则2传动装置中各轴的转速计算根据传动装置中各轴的安装顺序，对轴依次编号为：0轴、轴、轴、轴、轴。3传动装置中各轴的功率计算4传动装置中各轴的输入转矩计算 将传动装置中各轴的功率、转速、转矩列表，如表1-2所示：表1-2 各轴的运动和动力参数参数轴名0轴 轴轴轴轴转速n/(rmin-1)1440450148.46663.69263.692功率P/KW6.6636.3966.0805.7805.608转矩T(N.M)44.189137.737391.093866.655840.865传动比i3.23.0312.3311四、带传动设计 1确定带传动的额定功率已知;，。由所引用的机械设计教材中的表8-8，查出带传动的工作情况系数,则。2选取带传动的类型根据、，由机械设计教材中的图8-11可知，选用A型窄v带。3确定带轮基准直径由机械设计教材中的表8-9、图8-11取主动轮（小带轮）基准直径，从动轮（大带轮）基准直径，由表8-9取。带传动的实际传动比，与总传动比分配的带传动的传动比基本 一致。按机械设计教材中的式8-13，验算v带的线速度为vv=dd1nm601000=3.14140144060000=10.55m/s25m/s所以v带的线速度合适。4确定v带的基准长度和带传动的中心距根据0.7(dd1+dd2)02(dd1+dd2)，初步确定带传动的中心距，取=850mm。，由机械设计教材中的表8-2选带的基准长度。计算带传动的实际中心距5验算主动轮上的包角所以，主动轮上的包角是合适的。6计算带的根数由，查机械设计教材中的表8-4，由线性关系得：；查表8-5得：；查表8-6得；查表8-2得 ：则 取根。7计算带传动的预紧力查机械设计教材中表8-3得：单位长度质量q=0.105kg/m，则 8计算作用在带轮轴上的压轴力带的主要参数列于表1-3中表1-3 带传动的主要参数名称结果名称结果名称结果带型SPA传动比I1=3.214根数Z=3带轮基准直径基准长度 Ld=2700预紧力F0=185.38N中心距压轴力FP=1112.27N9带轮结构设计由表8-11得：则带轮轮缘宽度：。大带轮的轮毂直径由后续高速轴设计来定，。带轮的轮毂宽度L：当时，取。带轮结构图见零件图。五、高速级齿轮传动的设计1选定高速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数（1）齿轮传动的类型：按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。（2）精度等级：由于输送机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度齿轮传动。（3）齿轮材料：由机械设计中表10-1选择小齿轮材料为45钢，并进行调质处理，平均硬度为240HBS，大齿轮材料为45钢，并进行正火处理，平均硬度为190HBS。大、小齿轮的硬度差为50HBS。（4）选择小齿轮齿数：则大齿轮齿数，取。齿数比（5）选择齿宽系数：按软齿面齿轮，非对称安装，查表10-7，取齿宽系数。（6）初选螺旋角：。2按齿面接触疲劳强度设计1）确定公式内各项参数值（1）由机械设计教材图10-20，选取区域系数。（2）大、小齿轮均采用45钢锻造，由机械设计教材表10-5，查得材料系数。（3）重合度系数，由机械设计教材计算得Z=0.54。（4）螺旋角系数（5）小齿轮传递的扭矩为（6）试选载荷系数。（7）根据齿面硬度，由机械设计教材图10-25查得小齿轮接触疲劳强度极限，大齿轮接触疲劳强度极限。（8）计算应力循环次数按，式中：为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数。在此取，为齿轮的工作寿命，单位为小时。所以（9）由教材图10-23查得接触疲劳寿命系数，。（10）计算许用接触疲劳应力。取安全系数，失效率为。则2）设计计算（1）计算齿轮分度圆直径。（2）计算圆周速度。（3）计算载荷系数由教材表10-2查得：使用系数；根据、8级精度，由机械设计教材图10-8和表10-3查得动载荷系数；，。（4）校正分度圆直径。按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得mm（5）计算齿轮模数。取齿轮模数。3计算齿轮传动的几何尺寸（1）中心距。将中心距圆整为（2）按圆整后的中心距修正螺旋角。（3）计算大小齿轮的分度圆直径。（4）计算齿轮宽度。取。所以，大齿轮宽度，小齿轮宽度。4校核齿根弯曲疲劳强度1）确定公式内各项参数值（1）从教材图10-24，按齿面硬度查得：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）由机械设计教材图10-15，按应力循环次数N1=7.884108 N2=2.6108查的弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.92, KFN2=0.94.（3）计算许可弯曲疲劳应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，可得F1=KFN1lim1S=2400.921.4=157.7MPaF2=KFN2lim2S=1800.941.4=120.9MPa（4）计算当量齿数。zv1=z1cos3=31cos314.305=34.07zv2=z2cos3=94cos314.305=103.31（5）查取齿数系数及应力校正系数。由机械设计教材查得，YFa1=2.02，YFa2=1.95，YSa1=1.89。YSa1=1.81。（6）计算大小齿轮的YFaYSaF，并加以比较:YFa1YSa1F1=2.021.89157.7=0.02421YFa2YSa2F2=1.951.81120.9=0.02919所以，大齿轮的YFaYSaF数值大。（7）选取螺旋角系数Y=0.62。（8）重合度系数Y，由机械设计教材知Y=0.630.87，齿数多时取小值，取Y=0.65。2）校核计算F2=22.4791.37737105646421.951.810.620.65 =118.60MPaF2所以，齿根弯曲疲劳强度满足要求。5. 齿轮结构设计由于小齿轮1的直径较小，故采用齿轮轴结构。大齿轮2采用孔板式结构，结构尺寸按本书的表5-11的经验公式来计算，大齿轮2的孔径根据后续设计的中间轴配合部分的直径来确定，设计结果列于表1-4。表1-4 大齿轮结构尺寸名称结构尺寸及经验计算公式结果/mm毂孔直径dh根据中间轴设计而定dh=d2470轮毂直径D1D1=1.6dh112轮毂宽度lL=(1.21.5) dh=729064腹板最大直径D2D2da-(1014)mn165板孔分布圆直径D0D0=0.5D1+D2138.5板孔直径d0d0=1525mm18腹板厚度CC=0.20.3b20大齿轮2的结构草图如下图所示，高数级齿轮传动的尺寸列于下表.大齿轮结构草图表1-5 高速级齿轮传动的尺寸名称计算公式结果/mm法面模数mn2法面压力角n20螺旋角14.305齿数z1z23194传动比i23.032分度圆直径d1d264194.016齿顶圆直径da1=d1+2ha*mnda2=d2+2ha*mn68198.016齿根圆直径d11=d1-2(ha*+c*)mnd12=d2-2(ha*+c*)mn59189.016中心距=(z1+z2)mn2cos129齿宽b1=b+5b2=b6964六、低速级齿轮传动的设计1选定低速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数（1）齿轮传动的类型：按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。（2）精度等级：由于输送机为一般工作机械，速度不高，故选用7级精度齿轮传动。（3）齿轮材料：由机械设计中表10-1选择小齿轮材料为45钢，并进行调质处理，平均硬度为220HBS，大齿轮材料为45钢，并进行正火处理，平均硬度为170HBS。大、小齿轮的硬度差为50HBS。（4）选择小齿轮齿数：则大齿轮齿数，取。齿数比（5）选择齿宽系数：按软齿面齿轮，非对称安装，查表10-7，取齿宽系数。（6）初选螺旋角：。2按齿面接触疲劳强度设计1）确定公式内各项参数值（1）由机械设计教材图10-20，选取区域系数。（2）大、小齿轮均采用45钢锻造，由机械设计教材表10-5，查得材料系数。（3）重合度系数，由机械设计教材计算得Z=0.8。（4）螺旋角系数（5）小齿轮传递的扭矩为（6）试选载荷系数。（7）根据齿面硬度，由机械设计教材图10-25查得小齿轮接触疲劳强度极限，大齿轮接触疲劳强度极限。（8）计算应力循环次数按，式中：为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数。在此取，为齿轮的工作寿命，单位为小时。所以（9）由教材图10-23查得接触疲劳寿命系数，。（10）计算许用接触疲劳应力。取安全系数，失效率为。则2）设计计算（1）计算齿轮分度圆直径。（2）计算圆周速度。（3）计算载荷系数由教材表10-2查得：使用系数；根据、7级精度，由机械设计教材图10-8和表10-3查得动载荷系数；，。（4）校正分度圆直径。按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得mm（5）计算齿轮模数。取齿轮模数。3计算齿轮传动的几何尺寸（1）中心距。将中心距圆整为（2）按圆整后的中心距修正螺旋角。（3）计算大小齿轮的分度圆直径。（4）计算齿轮宽度。圆整后。所以，大齿轮宽度，小齿轮宽度。4校核齿根弯曲疲劳强度1）确定公式内各项参数值（1）从教材图10-24，按齿面硬度查得：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）由机械设计教材图10-15，按应力循环次数N3=2.601108 N4=1.116108查的弯曲疲劳寿命系数KFN3=0.93, KFN4=0.95.（3）计算许可弯曲疲劳应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，可得F3=KFN3lim3S=2200.931.4=146.14MPaF4=KFN4lim4S=1700.951.4=115.36MPa（4）计算当量齿数。zv3=z3cos3=24cos312.68=25.845zv4=z4cos3=56cos312.68=60.31（5）查取齿数系数及应力校正系数。由机械设计教材查得，YFa3=1.95，YFa4=2.0，YSa3=1.92。YSa4=1.96。（6）计算大小齿轮的YFaYSaF，并加以比较:YFaYSa3F3=1.951.92146.14=0.02563YFa4YSa4F4=2.01.96115.36=0.03398所以，大齿轮的YFaYSaF数值大。（7）选取螺旋角系数Y=0.75。（8）重合度系数Y，由机械设计教材知Y=0.630.87，齿数多时取小值，取Y=0.8。2）校核计算F4=22.583.91093105148147.6062.01.920.750.8=35.474MPaF2所以，齿根弯曲疲劳强度满足要求。5. 齿轮结构设计由于小齿轮3的直径较小，故采用齿轮轴结构。大齿轮4采用孔板式结构，结构尺寸按本书的表5-11的经验公式来计算，大齿轮4的孔径根据后续设计的中间轴配合部分的直径来确定，设计结果列于表1-6。表1-6 大齿轮4结构尺寸名称结构尺寸及经验计算公式结果/mm毂孔直径dh根据中间轴设计而定dh=d3290轮毂直径D1D1=1.6dh144轮毂宽度lL=(1.21.5) dh=108135148腹板最大直径D2D2dh-(1014)mn270板孔分布圆直径D0D0=0.5D1+D2207板孔直径d0d0=1525mm40腹板厚度CC=0.20.3b40大齿轮4的结构草图如下图所示，高数级齿轮传动的尺寸列于下表.大齿轮4的结构草图表1-7 低速级齿轮传动的尺寸名称计算公式结果/mm法面模数mn6法面压力角n20螺旋角12.68齿数z3z42456传动比i22.33分度圆直径d3d4147.6344.40齿顶圆直径da3=d3+2ha*mnda4=d4+2ha*mn159.6356.40齿根圆直径d13=d3-2(ha*+c*)mnd14=d4-2(ha*+c*)mn132.40329.40中心距=(z3+z4)mn2cos246齿宽b3=b+5b4=b153148七、轴的初步设计计算根据轴上零件（齿轮、带轮、轴承、联轴器等的结构尺寸、装配关系、定位、零件间的相对位置等要求，参照本书中的图5-7、图5-8、图5-10、图5-14及表5-3，设计所示的减速器转配草图。1. 轴的材料选择根据轴的工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理。2. 轴的最小半径估算按本书的式（5-1）进行最小直径估算，即：dC3Pn(mm当该轴段上有一个键槽时，d增大5%7%；当有两个键槽时，d增大10%15%。C的值由本书的表5-5来确定：C=120。1）高速轴d1min=C3Pn=12036.396450=29.07mm因为在最小直径处开有一个键槽为了安装大齿轮，所以d1min=d1min1+7%=29.071+0.07mm=31.10mm，圆整后取d1min=35mm。2）中间轴d2min=C3Pn=12012036.08148.466=41.36mm，因在中间轴最小直径处安装滚动轴承，取标准值 d2min=45mm。3）低速轴d3mn=C3Pn=12035.7863.692=53.93mm因在低速轴直径处安装联轴器，参见后面联轴器的选择，取联轴器孔径d3min=55mm。3高速轴的结构设计高速轴系的结构尺寸如图所示。1） 各轴段直径的确定d11：轴的最小直径，是安装大带轮的外伸轴段直径，d11=d1min=35mm。d12：密封处轴段直径，根据带轮轴向定位要求，定位高度h=(0.070.1)d11，以及密封圈的尺寸要求（拟采用垫圈密封），取d12=45mm。d13：滚动轴承处轴段直径，d13=50mm。由本书表13-1初选滚动轴承选30210，查表13-1得其尺寸为dDTB=50mm90mm21.75mm20mm。d14：过渡轴段直径，由于齿轮传动的线速度均小于2mS，所以滚动轴承采用脂润滑，考虑挡油盘的轴向定位，d14=55mm。齿轮处轴段：由于小齿轮直径较小，故采用齿轮轴结构。d15：滚动轴承处轴段直径，同一个轴上安装两个滚动轴承是同一个型号，所以d15=d13=50mm。2） 各轴段长度确定l11：由大带轮的轮毂孔宽度B=64mm确定，l11=62mm。l12：由箱体结构、轴承端盖尺寸、装配要求等确定， l12=64mm。l13：由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定， l13=35mm。l14：由两级齿轮装配要求、箱体结构等确定， l14=110mm。l15：由高速级小齿轮宽度b1=69mm确定，l15=69mm。3） 细部结构设计由本书中的表11-26大带轮与轴之间安装键的尺寸为：bhL=10mm8mm50mm(t=7mm,r=0.3mm)； 大带轮与轴的配合采用35n6H7；查表9-16，各轴肩处的过渡圆角半径见图，轴的直径公差见图，查本书中的表9-14，得倒角为C1.6和C2；参考本书中的表6-2，各轴段的表面粗糙度见图。4中间轴的结构设计中间轴系的初步结构如图所示。中间轴系结构图1） 各段轴径的确定d21：最小直径，是滚动轴承处轴段直径，d21=65mm。由本书表13-1可见，滚动轴承选取30213，其尺寸为dDTB=65mm120mm24.75mm23mm。d22：低速级小齿轮轴段直径，根据低速级小齿轮尺寸确定， d22=75mm。齿轮处轴段：由于小齿轮直径较小，故采用齿轮轴结构。d23：轴环直径，根据齿轮的轴向定位要求确定，d23=85mm。d24：高速级大齿轮轴段直径，根据低速级大齿轮尺寸确定， d24=70mm。d25：滚动轴承处轴段直径，同一个轴上安装两个滚动轴承是同一个型号，所以d25=d21=65mm。2） 各轴段长度确定l21：由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定，l21=45mm。l22：由低速级小齿轮的轮毂孔宽度B3=153mm确定， l22=150mm。l23：轴环宽度，l23=10mm。l24：由高速级大齿轮的轮毂孔宽度B2=64mm确定，l24=62mm。l25：由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定， l25=45mm。3） 细部结构设计由本书中的表11-26查出高速级大齿轮与轴之间安装键的尺寸为：bhL=20mm12mm56mm(t=7.5mm,r=0.3mm)；齿轮的轮毂与轴的配合采用75n6H7；滚动轴承与轴采用过盈配合，轴的直径公差选为65m6；查表9-16，各轴肩处的过渡圆角半径见图，查本书中的表9-14，得倒角为C2；参考本书中的表6-2，各轴段的表面粗糙度见图。中间轴结构设计图5低速轴的结构设计低速轴的初步结构如图所示。1） 各段轴径的确定d37：最小直径，是安装联轴器的外伸轴段直径，d37=d3min=55mm。d31：滚动轴承处轴段直径，初选滚动轴承型号30216，查表13-1得其尺寸为dDTB=80mm140mm28.25mm26mm。所以，d31=80mm。d32：低速级大齿轮轴段直径， d32=90mm。d33：轴环直径，根据齿轮的轴向定位要求确定，d33=110mm。d34：过渡轴段的直径，考虑到挡油环的轴向定位要求，取d34=100mm。d35：滚动轴承处轴段直径，同一个轴上安装两个滚动轴承是同一个型号，所以d35=d31=80mm。d36：密封处轴段直径，根据联轴器轴向定位要求，以及密封圈的尺寸要求（采用垫圈密封）查表得d36=65mm。2） 各轴段长度确定l31：由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定，l31=78mm。l32：由低速级大齿轮的轮毂孔宽度B4=148mm确定， l32=146mm。l33：轴环宽度，l33=10mm。l34：由装配要求、箱体结构等确定，l34=80mm。l35：由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定， l35=60mm。l36：由箱体结构、轴承端盖、装配要求等确定， l36=70mm。l37：由联轴器毂孔的宽度b1=112mm确定，l37=110mm。3） 轴的细部结构设计由本书中的表11-26查出低速级大齿轮与轴之间安装键的尺寸为：bhL=25mm14mm125mm(t=7mm,r=0.3mm)；联轴器处键的