机械设计课程设计-用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速.doc

机械设计基础课程设计计算说明书 设计题目：用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速 姓 名： 班 级： 采矿12-7班 学 号： 指导老师： 2014年01月16日 中国矿业大学矿业工程学院目 录第一章 设计任务书 -1-第二章 电动机的选择 -2-第三章 传动方案的拟定-3-第四章 轴的设计计算 -6-第五章 键的选择与强度验算 -13-第六章 滚动轴承的选择及联轴器的选择 -15-第七章 减速器润滑与密封 -17-第八章 减速器附件选择 -18-第九章 参考文献 - 20-第十章 课程设计小结 - 21-第一章 设计任务书1.1 方案图：设计带式输送机的传动装置（单级圆柱齿轮减速器和V带传动）1.2设计条件：1）机器功用：由输送带运送物料，如砂石、砖、煤炭等； 2）工作情况：单向运输，载荷轻度振动，环境温度不超过40摄氏度； 3）运动要求：输送带运动速度误差不超过7%； 4）生产长型：中小型机械制造厂 5）生产批量：单件小批量生产 6）使用寿命：8年，每年350天，每天8小时；7）原始数据：输送带拉力F=2600N 输送带速度V=1.8m/s 滚筒直径D=400mm1.3设计任务：1）设计内容：（1）电动机选型； （2）减速器设计;2）设计工作量：（1）减速器装配图1张； （2）设计计算说明书一份。第二章 电动机的选择计算过程及相关说明结果2.1电动机类型的选择：根据条件可选择常用的封闭式Y系列小型三相异步电动机。2.2电动机功率选择：根据机械设计课程上机与设计表9-1:选取V带传动,则带=0.96；轴承=0.99；齿轮=0.97，弹性联轴器联轴器=0.97；滚筒=0.97。（1）传动装置的总效率： （2）电机所需的工作功率：取工况系数:k=1.05 选取额定功率为7.5KW的电动机2.3确定电动机转速：卷筒转速： 带轮速比范围:id=24；齿轮速比范围:ic=35系统速比可选范围:i=（23）（45）=620原动机速比范围: 选用满载转速为970r/min的Y系列电动机。2.4确定电动机型号：根据机械设计课程上机与设计表16-2，选定型号为Y160M-6的电动机。其主要性能：额定功率：7.5KW 满载转速：970r/min 额定转矩：2.0 最大转矩：2.0.选定型号为Y160M-6的电动机第三章 传动方案的拟定计算过程及相关说明结果3.1总传动比： 3.2分配各级传动比按机械设计课程上级与设计表9-2推荐的传动比合理范围，取带轮传动比i带轮=3；又i总=i齿轮I带轮，故齿轮传动比i齿轮=i总/ i带轮=11.29/3=3.763.3运动参数及动力参数计算1）计算各轴转速（r/min）n=n电机=970r/min第一轴的轴速：n1=n/i带轮=970/3=323.3(r/min)第二轴的轴速：n2=n1/i齿轮=323.3/3.76=86(r/min)2）计算各轴的功率（KW） 取P=7.5KW第一轴的功率：P1=P带=7.50.96=7.2KW第二轴的功率：P2=P1轴齿轮=7.20.990.97=6.9KW3)计算各轴扭矩（Nmm）第一轴的扭矩：T1=9.55103P1/n1=9.551037.2/323.3=212.68Nm第二轴的扭矩：T2=9.55103P2/n2=9.551036.9/86=766.22Nm计算结果如下表：轴名功率（KW）转速（r/min）扭矩（Nm）第一轴（高速轴）7.2323.3212.68第二轴（低速轴）6.986766.223.4、齿轮传动的设计计算（1） 选择齿轮材料及确定需用应力考虑减速器传递功率不大，所以采用软齿面，小齿轮齿根较薄，弯曲强度较低，且受载次数较多，故在选择材料和热处理时，一般使小齿轮齿面硬度比大齿轮高2050HBs。材料热处理方式硬度/HBs接触疲劳极限Hlim/MPa弯曲疲劳极限FE/MPa小齿轮45调质197286550620410480大齿轮45正火156217350400280340按上表取小齿轮硬度为220HBs，接触疲劳极限弯曲疲劳极限；大齿轮硬度为190HBs，接触疲劳极限弯曲疲劳极限；按一般可靠度取最小安全系数，计算许用应力： 由，得：小齿轮； 大齿轮； （2） 按齿面接触强度设计取载荷系数K=1.3，齿宽系数，小齿轮上的转矩，取,作为大齿轮的齿宽b2，而使小齿轮的齿宽，取，。齿数取，则模数。按标准模数系列取。（3）齿根弯曲疲劳强度校核计算由机械设计基础图11-8、图11-9,查得，则所以弯曲强度足够。4）齿轮尺寸计算中心距齿顶高：齿根高： 全齿高：齿顶圆： 齿根圆： 5）齿轮传动精度等级确定，对照“齿轮传动精度等级的选择与应用表”，可选用9级精度。3.5齿轮的结构设计小齿轮设计采用齿轴结构大齿轮采用幅板式锻造齿轮i带轮=3i齿轮=3.76第四章 轴的设计计算计算过程及相关说明结果4.1输入轴的计算已知输入轴传递的功率，转速，齿数，模数，压力角，载荷平稳。4.1.1初步估算轴的直径按照“轴的常用材料及其主要力学性能表”进行选择，选取45号钢为轴的材料，调质处理。由，查“常用材料的值和C值表”知45号钢C值范围为118107，取C=115，计算后得，取（考虑有键槽，将直径增大5%）。4.1.2轴的结构设计（1）确定轴的结构方案右轴承从轴的右端装入，靠轴肩定位。齿轮和左轴承从轴的左端装入，齿轮右侧端面靠轴肩定位，齿轮和左轴承之间用定位套筒使左轴承右端面得以定位，左右轴承均采用轴承端盖，齿轮采用普通平键得到圆周固定。（2）确定轴的各段直径 轴结构示意图1轴段为最小径，安装带轮，；2轴段安装轴承端盖，按照轴肩原则，取；3轴段安装轴承及挡油圈，为减少装配轴承处的精加工面长度设置轴肩，其中d3为轴承内径大小 (根据机械设计课程上机与设计续表13-3：取深沟球轴承6309）；轴两端装轴承处轴径相等，则7段取；4轴段安装齿轮，齿轮内径；齿轮的轴向定位轴肩，取；6、7之间有砂轮越程槽，取。（3）确定轴的各段长度结合绘图后确定各轴段长度如下：1轴段的长度取（根据带轮结构及尺寸）；2轴段总长度（根据外装式轴承端盖的结构尺寸，起厚度，还有箱体的厚度取10mm）；3轴段(轴承的宽与套筒的长度和)；4轴段（因为齿轮的齿宽为90mm，轴段的长度应比零件的轮毂短2-3mm）；5、6、7轴段长度；则轴的全长为。4.1.3按弯矩复合强度计算已知：转矩；小齿轮分度圆直径圆周力径向力法向力两轴承间距离为162mm,因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=81mm垂直面内的轴承支反力：水平面内的轴承支反力：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 （1）绘制轴受力简图如下（2）绘制垂直面弯矩图如下(3)绘制水平面弯矩图如下：截面C在水平面上弯矩为：(4)绘制合弯矩图如上 (5)绘制扭矩图如上转矩： (6)当量弯矩计算转矩产生的扭转力按脉动循环变化，取=0.6，截面C处的当量弯矩： (7)校核危险截面C的强度判定危险截面为第四段轴的中心面，轴的材料选用45钢，调质处理，查机械设计基础表14-1得，表14-3查得则：该轴强度足够。4.2输出轴的计算已知输出轴传递的功率，转速，齿数，模数，压力角，载荷平稳。4.2.1初步估算轴的直径按照“轴的常用材料及其主要力学性能表”进行选择，选取45号钢为轴的材料，正火处理。由，查“常用材料的值和C值表”知45号钢C值范围为118107，取C=115，计算后得，取。4.2.2轴的结构设计（1）确定轴的结构方案右轴承从轴的右端装入，靠轴肩定位。齿轮和左轴承从轴的左端装入，齿轮右侧端面靠轴肩定位，齿轮和左轴承之间用定位套筒使左轴承右端面得以定位，左右轴承均采用轴承端盖，齿轮采用普通平键得到圆周固定。（2）确定轴的各段直径轴结构示意图由图中个零件配合尺寸关系知；，。（3）确定轴的各段长度结合绘图后确定各轴段长度如下：1轴段的长度取（根据联轴器结构及尺寸）；2轴段总长度（根据外装式轴承端盖的结构尺寸，其厚度，还有箱体的厚度取10mm）；3轴段(轴承的宽与套筒的长度和)；4轴段（因为齿轮的齿宽为85mm，轴段的长度应比零件的轮毂短2-3mm）；5、6、7轴段长度（考虑到轴承的宽度及砂轮越程槽的宽度）；则轴的全长为。4.2.3按弯矩复合强度计算已知：转矩：；大齿轮分度圆直径圆周力径向力法向力两轴承间距离为162mm,因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=81mm（1）绘制轴受力简图如下（2）绘制垂直面弯矩图如下垂直面内的轴承支反力：水平面内的轴承支反力：F为;F力在支点产生的反力：;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 (3)绘制水平面弯矩图如下截面C在水平面上弯矩为：F力产生的弯矩为:截面C上F力产生的弯矩为: (4)绘制合弯矩图如上,考虑到最不利的情况，把与直接相加：则 (5)绘制扭矩图如上转矩： (6)当量弯矩计算转矩产生的扭转力按脉动循环变化，取=0.6，截面C处的当量弯矩： (7)校核危险截面C的强度判定危险截面为第四段轴的中心面，轴的材料选用45钢，正火处理，查机械设计基础表14-1得，表14-3查得则：该轴强度足够。第五章 键的选择与强度验算计算过程及相关说明结果5.1输入轴上键选择及校核5.1.1最小直径处：1）选择键型：该键为静联接，为了便于安装固定，选择普通A型平键。2）确定键的尺寸：该轴上最小直径为，轴长，按（，）查得，用于此处连接的键的尺寸为，3)强度校核：轴所受转矩，键连接的挤压强度强度满足要求。该键标记为：键 。5.1.2齿轮处1）选择键型：该键为静联接，为了便于安装固定，选择普通A型平键。2）确定键的尺寸：该轴上最小直径为，轴长，按（，）查得，用于此处连接的键的尺寸为，3）强度校核：键连接的挤压强度（根据机械设计基础：表10-10），强度满足要求。该键标记为：键 。5.2输出轴上键选择及校核5.2.1最小直径处1）选择键型：该键为静联接，为了便于安装固定，选择普通A型平键。2）确定键的尺寸：该轴上最小直径为，轴长，按（，）查得，用于此处连接的键的尺寸为，3）强度校核：轴所受转矩，键连接的挤压强度（根据机械设计基础：表10-10），强度满足要求。该键标记为：键 5.2.2齿轮处：1）选择键型：该键为静联接，为了便于安装固定，选择普通A型平键。2）确定键的尺寸：该轴上最小直径为，轴长，按（，）查得，用于此处连接的键的尺寸为。3）强度校核：键连接的挤压强度强度满足要求。该键标记为：键 。第六章 滚动轴承的选择及联轴器的选择计算过程及相关说明结果6.1滚动轴承的选择根据设计条件，轴承预计寿命：小时（1）计算输入轴承对于输入轴的轴承选择，首先考虑深沟球轴承。初选用6309型深沟球轴承，其内径为45mm,外径为100mm，宽度为25mm，极限转速（脂）：6000r/min；极限转速（油）：8000r/min。因轴承工作温度不高、载荷平稳，查机械设计基础书上表16-8及表16-9得：取；由于轴向力的影响可以忽略不计，即，取X=1，Y=0.则当量动载荷，转速n1=323.3r/min，小时，。所需的径向基本动载荷值：查机械设计基础附表1得：，故选用6309型深沟球轴承符合要求。（2）计算输出轴承对于输出轴的轴承选择，考虑深沟球轴承，初选6312深沟球轴承，其内径为60mm，外径为130mm，宽度为31mm，极限转速（脂）：4800r/min；极限转速（油）：6300r/min。因轴承工作温度不高、载荷平稳，查机械设计基础书上表16-8及表16-9得：取；由于轴向力的影响可以忽略不计，即，取X=1，Y=0.则当量动载荷，转速n2=86r/min，小时，。所需的径向基本动载荷值：查机械设计基础附表1得：，故选6312型深沟球轴承符合要求。6.2联轴器的选择轴与传送带相连是利用键连接传递力和扭矩，不需用联轴器；轴与滚筒之间用联轴器联接实现力和扭矩的传递。需选用合适的联轴器。考虑此运输机的功率不大，工作平稳，考虑结构简单、安装方便，故选择弹性柱销联轴器。计算转矩按下式计算：式中 T名义转矩；Nm； KA工作情况系数；取KA=1.5，则：输出轴的转速为n2=86r/min输出轴输出段直径为d=50mm。根据机械设计课程上机与设计书上续表14-5：可选择YL11,YLD11型弹性联轴器 。选用6309型深沟球轴承符合要求。选6312型深沟球轴承符合要求。第七章 减速器润滑与密封计算过程及相关说明结果7.1润滑齿轮圆周速度，采用油池润滑，圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，大齿轮的齿顶到油底面的距离3060mm。选择油面的高度为40mm。并考虑轴承的润滑方式，计算：输入轴：输出轴：；所以选用脂润滑，润滑脂的加入量为轴承空隙体积的，采用稠度较小润滑脂。7.2密封：为了防止润滑油或脂漏出和箱体外杂质、水及灰尘等侵入，减速器在轴的伸出处、箱体的结合面处和轴承盖、窥视孔及放油孔与箱体的结合面处需要密封。轴伸出处的滚动轴承密封装置采用毛毡圈密封，其中输入轴按密封圈密封处直径：，选择毛毡圈尺寸：。输出轴按密封圈密封处直径：选择毛毡圈尺寸：。第八章 减速器附件选择计算过程及相关说明结果8.1轴承端盖轴承端盖全部采用外装式轴承端盖（根据机械设计课程上机与设计：表13-4与表15-3）1）、输入轴的轴承端盖：轴承外径100mm，螺栓直径，端盖上螺栓数目4；，2）、输出轴的轴承端盖： 轴承外径130mm，螺栓直径，端盖上螺栓数目6；， 8.2通气器减速器工作时，由于箱体内部温度升高，气体膨胀，压力增大，使得箱体内外压力不等。为使箱体内受热膨胀的气体自由排出，以保持箱体内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件处向外渗漏，需要顶部或直接在窥视孔盖板上设置通气器。本设计将通气器安装在窥视孔盖板上。选用通气帽(根据机械设计课程上机与设计：表15-5）。8.3窥视孔窥视孔用于检查传动零件的啮合、润滑及齿轮损坏情况，并兼做注油孔，可向减速器箱体内注入润滑油，观察孔应设置在减速器箱盖上方的适当位置，以便直接进行观察并使手能伸入箱体内进行操作，平时观察孔用盖板盖住。窥视孔孔盖的结构尺寸(根据机械设计课程上机与设计：表15-8）：100mm 140mm 120mm 箱体宽-（15-20） M6 4个6H10mm8.4油标为指示减速器内油面的高度符合要求，以便保持箱内正常的油量，在减速器箱体上需设置油面指示装置。本设计选用长形油标，油标尺中心线与水平面成45度，注意加工油标凸台和安装油标时，不与箱体凸缘或吊钩相干涉。油标选择A80 GB1161(根据机械设计课程上机与设计：表15-10）.8.5及放油螺塞为排放减速器箱体内油污和便于清洗箱体内部，在箱座油池的最低处设置放油孔，箱体内底面做成斜面、向放油孔方向倾斜1度到2度，油孔附近作成凹坑，以便污油排尽。平时用放油螺塞将放油孔堵住圆柱螺纹油塞自身不能防止露油，在六角头与放油孔接触处加油封垫片。螺塞直径为减速器壁厚22.5倍。选取M221.5(根据机械设计课程上机与设计：表15-5）。8.6定位销对由箱盖和箱座通过联接而组成的剖分式箱体，为保证其各部分在加工及装配时能够保持精确位置，特别是为保证箱体轴承座孔的加工精度及安装精度，并保证减速器每次装拆后轴承座的上下半孔始终保持加工时的位置精度，在箱体与箱座的联接凸缘上设置两个定位销。定位销孔是在减速器箱盖与箱座用螺栓连接紧固后，镗销轴承孔之前加工。定位销直径取凸缘连接螺栓直径的0.8倍。取定位销直径为10。8.7启盖螺钉由于装配减速器时在箱体剖分面上涂有密封用的水玻璃或密封胶，因而在拆卸时难于开盖，因此，在箱盖凸缘的适当位置加工一个螺孔。装入起盖用的圆柱端螺钉，旋动起盖螺钉可将箱盖顶起。起盖螺钉为M128.8地脚螺钉为防止减速器倾倒和振动，减速器底座下部凸缘应设有地脚螺钉与地基连接。地脚螺钉为M20 取六个。8.9箱体设计箱盖壁厚：10mm,箱座底凸缘厚度：20mm,地脚螺钉直径：19.776mm，数目：4个,轴承旁联结螺栓直径：14.832mm。第九章 参考文献【1】程志红,唐大放.机械设计课程上机与设计M.东南大学出版社.2006.10【2】杨可桢等.机械设计基础M.高等教育出版社.2006.5第十章 课程设计小结通过这段时间的机械设计课程设计进一步巩固、加深和拓宽所学的知识；通过设