机械设计课程设计-展开式二级圆柱齿轮减速器F=4500NV=1.8D=400mm.doc

1、 传动方案的拟定第六组：设计带式运输机传动装置1.工作条件：折旧期8年，4年一次大修；工作为两班制，每班8小时；载荷变化不大；环境灰尘较大。2.原始数据：输送带工作拉力F=4500N； 输送带速度V=1.8m/s； 卷筒直径D=400mm2、 电动机选择1、电动机类型选择：电动机的类型根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。2、电动机功率选择：（1）传动装置的总效率：设分别为弹性联轴器、闭式齿轮传动（设齿轮精度为8级）、滚动轴承、滚筒、带传动的效率，由表2-2查得，则传动装置的总效率为（2）工作机需要的有效功率：3、确定电动机转速:计算滚筒工作转速：经查表按推荐的传动比合理范围，V带传动的传动比，二级圆柱斜齿轮减速器传动比，则总传动比合理范围为，电动机转速的可选范围为 4、选择电动机型号综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选定型号为Y160M-4的三相异步电动机，额定功率为11，满载转速，同步转速。该电动机的中心高160，轴外伸段轴径为42，轴外伸段长度为110。3、 计算总传动比及传动比分配1、 总传动比：2、 传动装置传动比分配根据表2-3，取带传动的传动比，则减速器的总传动比为双级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为低速级的传动比为4、 传动装置的运动和动力参数的计算（1） 各轴的转速计算：（2） 各轴的输入功率计算：（3） 各轴的输入转矩计算：运动和动力参数的计算结果加以汇总，列出表如下：项目电动机轴高速轴中间轴低速轴转速（）1460730219.74785.973功率()7.59.8159.3308.870转矩()/128.402405.517985.292传动比23.3222.5565、 传动零件的设计计算1、 V带传动的设计（1） 确定计算功率由1表8-7查得，当工作于题中所给条件时，工作系数，则（2）选择V带型号根据，由图8-111初步选用B型带。（3）选取带轮基准直径由1表8-6和表8-8选取小带轮基准直径，则大带轮基准直径（式中为带的滑动率，通常取1%2%），查表8-81后取（4）验算带速v在范围内，带能够充分发挥。（5）确定中心距a和带的基准长度在范围内，即：范围内初定中心距，所以带长 查表8-21选取B型带的基准长度。得实际中心距 （6）验算小带轮上的包角 所以，包角合适。（7）确定v带的根数z因为，带速，传动比,查表8-4a1和表8-4b1，用插值法得单根v带所能传递的功率，功率增量，查表8-51得包角修正系数，带长修正系数，则由公式得： 故选4根带。（8）确定带的初拉力单根普通带张紧后的初拉力为 （9）计算带轮所受压力利用公式 得 2. 高速级齿轮传动的设计计算（1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按以上的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般工作，速度不高，故选用8级精度（GB 10095-88）。3) 材料选择。考虑到制造的方便及小齿轮容易磨损并兼顾到经济性，两级圆柱齿轮的大、小齿轮材料均用合金钢，热处理均为调质处理且大、小齿轮的齿面硬度分别为240HBS,280HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮的齿数，大齿轮的齿数为，取。（2）按齿面接触强度设计 由设计公式进行试算，即 确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数2) 由以上计算得小齿轮的转矩3) 选取齿宽系数4) 材料的弹性影响系数5) 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）计算应力循环次数 7） 查图10-191得，接触疲劳寿命系数， 8）计算接触疲劳许用应力 取安全系数S=1，得：计算：1) 带入中较小的值，求得小齿轮分度圆直径的最小值为 2) 圆周速度： 3) 计算齿宽： 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，查图4-81得动载系数 对于直齿轮 ，查表10-21得使用系数查表10-41，用插值法得8级精度小齿轮非对称布置时，由，可查得 故载荷系数 6) 按实际载荷系数校正分度圆直径: 7） 计算模数： （3）按齿根弯曲强度计算：弯曲强度设计公式为 确定公式内的各计算数值 1) 查1图10-20c，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) 查1图10-18得弯曲疲劳寿命系数 3) 计算弯曲疲劳许用应力.取弯曲疲劳安全系数,得 4) 计算载荷系数K. 5) 查表10-51得齿形系数. 查表得 ,6) 查表10-51得应力校正系数. 查表得, 7) 计算大、小齿轮的并加以比较 设计计算 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的成积)有关,可取弯曲强度算得的模数2.34，并接近圆整为标准值,按接触强度算得的分度圆直径。算出小齿轮齿数 取，则大齿轮齿数，取.这样设计出的齿轮传动,即满足了齿面接触疲劳强度,又满足齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费.（4）几何尺寸计算1） 分度圆直径： 2）中心距： 3）齿轮宽度：取,3. 低速级齿轮传动的设计计算（1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按以上的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般工作，速度不高，故选用8级精度（GB 10095-88）。3) 材料选择。考虑到制造的方便及小齿轮容易磨损并兼顾到经济性，两级圆柱齿轮的大、小齿轮材料均用合金钢，热处理均为调质处理且大、小齿轮的齿面硬度分别为240HBS,280HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮的齿数，大齿轮的齿数为，取。（2）按齿面接触强度设计 由设计公式进行试算，即 确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数2）由以上计算得小齿轮的转矩3）查表及其图选取齿宽系数4）材料的弹性影响系数5）按齿面硬度的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）计算应力循环次数 7）查图10-191得，接触疲劳寿命系数， 8）计算接触疲劳许用应力 取安全系数S=1，得：（2） 计算：1) 带入中较小的值，求得小齿轮分度圆直径的最小值为 2）圆周速度： 3）计算齿宽： 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，查图4-81得动载系数 对于直齿轮 查表10-21得使用系数查表10-41，用插值法得8级精度小齿轮非对称布置时，由，可查得 故载荷系数 6)按实际载荷系数校正分度圆直径: 7)计算模数： (3)按齿根弯曲强度计算：弯曲强度设计公式为 确定公式内的各计算数值 1）查1图10-20c，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）查1图10-18得弯曲疲劳寿命系数3）计算弯曲疲劳许用应力.取弯曲疲劳安全系数,得 4）计算载荷系数K. 5）查表10-51得齿形系数,6）查表10-51得应力校正系数. , 7）计算大、小齿轮的并加以比较. 大齿轮的数值大.(1) 设计计算 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的成积)有关,可取弯曲强度算得的模数，并接近圆整为标准值,按接触强度算得的分度圆直径,算出小齿轮齿数 取，则大齿轮齿数，取. 这样设计出的齿轮传动,即满足了齿面接触疲劳强度,又满足齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费.(4)几何尺寸计算1)分度圆直径： 2)中心距： 3)齿轮宽度：取,4. 高速轴的设计1） 材料：选用45号钢调质处理。查表15-31选取2） A.各轴段直径的确定：根据公式此轴的最小直径显然是安装带轮处轴的最小直径，为了使所选的轴的直径与带轮的孔径相适应，故需同时确定带轮的孔径。 B.带轮的孔径的确定因为，取。 C.轴的结构设计1)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度A.为了满足带轮的轴向定位要求，1-2轴段右端要求制出一轴肩，此段应与密封毛毡的尺寸同时确定，查表15-82，选用中的毛毡圈，故取轴。带轮与轴配合的毂孔长度，故取。B.初步选择滚动轴承。因为选用的齿轮是直齿轮，故轴承承受的是纯的径向力，固选用深沟球轴承。又根据，选6208号轴承。其尺寸为故，。右侧轴承的左端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径。C.取安装齿轮处的轴段6-7的直径。此轴段的长度应略小于齿轮的宽度，取，齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径。轴环宽度，取。D.轴承端盖的总宽度为（由减速器和轴承端盖的机构设计而定）。根据轴承的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖外端面与带轮的距离为。故取。 E.右端滚动轴承与齿轮的右端采用套筒定位，此轴段长应大于轴承宽度，考虑到箱体的制造误差，在确定轴承的位置时，应与箱体的内壁,有一段距离，取，取齿轮与箱体的内壁的距离为，则。F.中间轴的总长为（由中间轴各轴段的长度相加所得），故 3）轴上零件的周向定位齿轮、带轮与轴的周向定位都采用平键联接。按，由表6-11查得平键的截面，同理，对于，。同时为了保证齿轮与轴配合得有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合选。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为。4) 确定轴的的倒角和圆角参考表15-21，取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径见上图（2） 校验该轴和轴承作用在齿轮上的圆周力为：径向力为作用在轴1带轮上的外力求垂直面的支反力：求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图：求水平面的支承力：由得求水平弯矩，并绘制水平弯矩图：求在支点产生的反力：求并绘制力产生的弯矩图在处产生的弯矩：求合成弯矩图：考虑最不利的情况，将与直接相加。求危险截面当量弯矩：从图可见，处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）计算危险截面处轴的直径：因为所选材料为45号调质钢，则由于，所以该轴是安全的。3轴承寿命校核轴承寿命可由式进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以，查表13-41的，查表13-61得，查表12-52得,取按最不利考虑，则有：则:所以该轴承符合要求4.键的校核: 根据，确定V带轮选铸铁HT200，由表6-11手册查得平键的截面，校核：查表6-21的，所以，符合设计要求。5. 中间轴的设计1）材料：选用45号钢调质处理。查表15-31选取2）各轴段直径的确定：根据公式第1轴段和第5轴段要装配轴承，查表212-5，选6209号轴承其尺寸为故。第2轴段安装低速级小齿轮，且，取，第4轴段安装高速级大齿轮，且，取，第3轴段为轴肩，定位两个齿轮。，取，取 3）校验该轴和轴承：作用在齿轮上的圆周力为：径向力为求垂直面的支反力：求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图：求水平面的支承力：由得求水平弯矩，并绘制水平弯矩图：考虑最不利的情况，将与直接相加。求危险截面当量弯矩：从图可见，处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）计算危险截面处轴的直径：因为所选材料为45号调质钢，则截面处：截面处由于，所以该轴是安全的。4）轴承寿命校核轴承寿命可由式进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以，查表113-4的，查表113-6得，查表212-5得,取按最不利考虑，则有：则所以该轴承符合要求5）键的校核: 高速级大齿轮和低速级小齿轮的安装轴径为，由表6-11查得平键的截面：，又，高速级大齿轮的宽度为，选的键， 低速级小齿轮的宽度为，选的键。 校核： 查表6-21的，所以，符合设计要求。6.低速轴的设计1）材料：选用45号钢调质处理。查表15-31选取2）A.各轴段直径的确定：根据公式此轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的最小直径，为了使所选的轴的直径与联轴器的孔径相适应，故需同时确定联轴器的型号。 B.联轴器的型号的确定查表14-11,考虑到载荷变化不大，故取则:按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件，查标准GB/T5014-1995（见表13-72），选用HL5 型弹性柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径，固取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度。因为，取。C.轴的结构设计 1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度A.为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2轴段右端要求制出一轴肩，此段应与密封毛毡的尺寸同时确定，查表15-82，选用中的毛毡圈，故取轴。半联轴器与轴配合的毂孔长度，故取。B.初步选择滚动轴承。考虑到主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最小。在高速转时也可承受纯的轴向力，固选用深沟球轴承。又根据选，选6214号轴承。其尺寸为故，。右侧轴承的左端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径。C.取安装齿轮处的轴段6-7的直径。此轴段的长度应略小于齿轮的宽度，取，齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径。轴环宽度，取。D.轴承端盖的总宽度为（由减速器和轴承端盖的机构设计而定）。根据轴承的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖外端面与带轮的距离为。故取。 E.左端滚动轴承与齿轮的左端采用套筒定位，此轴段长应大于轴承宽度，考虑到箱体的制造误差，在确定轴承的位置时，应与箱体的内壁,有一段距离，取，取齿轮与箱体的内壁的距离为，则。F.中间轴的总长为（由中间轴各轴段的长度相加所得），故6）轴上零件得周向定位齿轮，带轮与轴的周向定位都采用平键联接。按，由表6-11手册查得平键的截面，同理，。同时为了保证齿轮与轴配合得有良好得对中性，故选择齿轮轮毂与轴得配合选，半联轴器与轴得配合选。滚动轴承与轴得周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为。4) 确定轴的的倒角和圆角参考表15-21，取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径见上图3）校验该轴和轴承作用在齿轮上的圆周力为：径向力为求垂直面的支反力：求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图：求水平面的支承力：由得求水平弯矩，并绘制水平弯矩图：求合成弯矩图：