机械设计课程设计-带式输送机单级圆柱齿轮减速器设计.doc

-19-课 程 设 计 说 明 书题目：带式输送机单级圆锥齿轮减速器设计二级学院 机械工程学院年级专业 机电一体化学 号 1201040032 学生姓名 邱永恒 指导教师 胡淑兰教师职称 讲师课程设计说明书目录一、课程设计任务书3二、电动机的选择6三、计算总传动比和分配传动比8四、运动参数及动力参数的计算8五、直齿圆锥齿轮传动设计10六、轴（低速轴）的设计14七、滚动轴承的选择及验算16八、键的选择及强度校核15九、联轴器的设计18十、设计小结18十一、参考文献19一课程设计任务书二级学院：机械工程学院 学 号1201040032学生姓名邱永恒专业（班级）机电一体化设计题目带式输送机单级圆锥齿轮减速器设计设计技术参数已知条件：运输带工作拉力F=2300N；运输带工作速度v=1.8m/s（允许运输带速度误差为5%）；滚筒直径D=450mm；两班制，连续单向运转，工作期限为5年，每年工作300天，载荷较平稳。环境最高温度350C；小批量生产。设计要求一、设计基本要求：设计者必须发挥独立思考能力，同组人员协同完成设计任务，禁止抄袭他人成果，一经核实，取消答辩资格。积极主动与指导教师交流，认真计算和制图，保证计算正确和图纸质量。二、设计内容及要求：（一）参数选择与设计计算1齿轮传动的设计（确定齿轮的主要参数和尺寸）；2轴（低速轴）的设计（初估轴径、结构设计和强度校核）；3滚动轴承的选择及验算； 4键的选择及强度校核；5联轴器的选择；（二）绘制减速器低速轴及齿轮的零件图（三）编写设计说明书1目录（标题、页次）；2设计任务书：原始数据及工作条件，传动装置简图；3设计计算：（1）要有详细的设计步骤，最后应有简短的结论 ；（2）对所引用的计算公式和数据要标有来源即参考书的编号和页次； （3）为了清楚地说明计算内容，应附必要的插图 。4. 设计体会。5. 参考文献资料（要包含资料的编号、作者名、书名、出版地、出版者、出版年月）。工作量1. 主、从动齿轮零件图各一张，减速器低速轴零件图1张。（均为A3图纸）；2. 设计说明书1份。工作计划设计时间：2013年12月9日-2013年12月13日（一周）一、设计准备工作（0.5天）1、熟悉任务书，明确设计的内容和要求；2、准备参考资料和手册。二、参数选择与设计计算（1.5天）1）选择电动机3）计算总传动比和分配传动比4）计算传动装置的运动和动力参数5）齿轮传动的设计（确定齿轮的主要参数和尺寸）；6）轴（低速轴）的设计（初估轴径、结构设计和强度校核）；7）滚动轴承的选择及验算； 8）键的选择及强度校核；9）联轴器的选择；三、绘制减速器低速轴零件图（1.5天）四、编写设计说明书（1天）五、答辩（0.5天）。参考资料参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1、学生具备机械基础知识；2、机械设计课程设计指导书；3、机械设计各种版本的教材；4、机械设计手册5、减速器实物；指导教师签字教研室主任签字年 月 日 新余学院课程设计评审意见表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日答辩小组评语：成绩： 评阅人： 年 月 日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年 月 日二电动机选择1、电动机类型和结构的选择： 选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。 2、电动机功率选择：运输机主轴上所需要的功率：P=FV=2300N1.8m/s=4140W工作机所需功率由公式：Pw=P/1000w=4140/(10000.96)kw=4.3kww带式输送机的功率取0.96机械零件课程设计P18表2-4传动装置的总功率：总=带2轴承齿轮联轴器滚筒=0.824总电动机至滚筒主动轴之间的总功率由机械零件课程设计P18表24查得：带V带传动效率，取0.96；轴承一对滚动轴承的效率。取0.97；齿轮一对齿轮副效率（8级精度，油润滑），取0.97；联轴器联轴器效率，取0.98；滚筒滚筒效率，取0.96（查机械设计基础机械课程设计指导书表2.3）电动机输出的功率: =Pw/总 =5.22KW确定电动机的额定功率由表21取电动机额定功率=5.5kw机械零件课程设计3、 确定电动机转速：滚筒工作转速为n滚筒：n滚筒=601000V/（D）=(6010001.6)/（400）=76.4 r/min根据机械零件课程设计表2-5推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围=23取带传动比= 则总传动比理论范围为：i412电动机转速的可选范围：n=in滚筒=(412)76.4=305.6916.8 r/min符合这一范围的同步转速有：750r/min 根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号机械设计基础课程设计指导书（第二版）P 10：故选定电动机型号为Y160M2-8其主要性能：电动机型号额定功率Kw满载转速(r/min)Y160M2-8557202.02.0三计算总传动比和分配传动比：1、传动装置总传动比为：由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速n：i总= /n=/n滚筒=720/76.4=9.422、分配各级传动装置传动比：高速级为圆锥齿轮其传动比应小些约总，低速级为圆柱齿轮传动其传动比可大些。所以可取 =2.356 =4四运动参数及动力参数的计算：1.计算各轴的转速： 电机轴：720r/min轴（高速轴）：720/2.356=305.08r/min轴（低速轴）：305.08/4=76.4r/min滚筒轴：nIII=nII= 76.4r/min2.计算各轴的功率：根据机械设计基础 课程设计指导书P12轴（高速轴）： PI= Ped01= Ped带=5.50.96=5.28KW 轴（低速轴）：PII= PI12= PI轴承齿=5.280.970.97=4.968KW 滚筒轴：PIII= PII23= PII轴承联 =4.9680.970.98=4.723KW3.计算各轴的输入转矩：电动机轴输入转矩为：T电机轴=9550Ped/=95505.5/720=72.95Nm轴（高速轴）：TI= 9550= 95505.28/305.08=165.28Nm轴（低速轴）：TII= 9550= 95504.968/76.4=621Nm 滚筒轴输入轴转矩为：TIII= 9550=95504.723/76.4=590.375Nm综合以上数据，得表如下：参数电机轴高速轴（轴）低速轴（轴）滚筒轴（w轴）功率P(KW)5.55.284.9684.723转速n(r/min)720305.0876.476.4转矩T（Nm）72.95165.28621590.375传动比i12.3564效率0.960.940.95五直齿圆锥齿轮传动设计已知输入功率为=5.28kw、小齿轮转速为=305.08r/min、齿数比为2.4,由电动机驱动。工作寿命10年（设每年工作300天），两班工作制，带式输送，工作平稳，转向不变。 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1） 直齿圆锥齿轮减速器为通用减速器，其速度不高，故选用7级精度（GB10095-88） （2） 材料选择 由机械设计（第八版）表10-1 小齿轮材料可选为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料取45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度相差40HBS。（3) 选小齿轮齿数,则大齿轮齿数602、按齿面接触疲劳强度设计 设计计算公式： （1） 、确定公式内的各计算值1） 试选载荷系数=1.8小齿轮传递的转矩=9.5510=1.6528105 Nmm2） 取齿宽系数3） 查图10-21齿面硬度得小齿轮的接触疲劳强度极限650Mpa 大齿轮的接触疲劳极限550Mpa 4） 查表10-6选取弹性影响系数=189.8 5） 计算应力值环数 N=60nj =60305.081（1636510）=1.06910h N=2.6725h7) 查教材10-19图得：K=0.99 K=1.058) 齿轮的接触疲劳强度极限：取失效概率为1%,安全系数S=1,应用公式（10-12）得: =0.99650=643.5 =1.05550=577.5 （2） 设计计算1） 试算小齿轮的分度圆直径，带入中的较小值得有公式可得：109.44mm2） 计算圆周速度V 3.1437.48305.08/601000=0.6m/s3） 计算载荷系数 系数=1，根据V=0.52m/s，7级精度查图表（图10-8）得动载系数=1.11 查图表（表10-3）得齿间载荷分布系数=1.1 根据大齿轮两端支撑，小齿轮悬臂布置查表10-9得=1.25的=1.51.25=1.875 得载荷系数 =2.2894） 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得 =109.44 =118.57mm5）计算模数m 118.57/25=4.7 圆整取m=53、按齿根弯曲疲劳强度设计 设计公式： m（1） 确定公式内各计算数值1） 计算载荷系数 =11.111.11.875=2.2892） 计算当量齿数 =30.9=3673） 由教材表10-5查得齿形系数 2.54 2.14 应力校正系数 1.63 1.884) 由教材图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5) 由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数K=0.85 K=0.96) 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，得 = =7) 计算大小齿轮的,并加以比较 2.541.63/315.71=0.0121 2.141.88/257.14=0.0156 大齿轮的数值大,选用大齿轮的尺寸设计计算.（2） 设计计算 3.9mm 取M=4mm 对比计算结果，由齿根弯曲疲劳强度计算的模数大于由齿面接触疲劳强度计算的模数m，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所承载的能力。而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，取决于齿轮直径。按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=5mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=118.57来计算应有的齿数.计算齿数 z=24 取z=24 那么z=2.424=58 4、计算几何尺寸（1） 分度圆直径245=120mm； 585=290（2）节圆锥角（4）、大端齿顶圆直径120+25=128.1mm290+25=291.6mm（2）、计算节锥顶距（5）、齿宽556 轴（低速轴）的设计1.选择轴材料：由已知条件知减速器传递的功率属于中小功率，对材料无特殊要求，故选用45钢并经调质处理，硬度217255HBS。 2.按扭转强度估算轴径：轴的输入功率为P=4.968KW；转速为n2=76.4r/min查表14-1，c=107118dC0.402（107118）=43.01447.436mm考虑有键槽，将直径增大3%5%，则d=（43.01447.436）(1+5%)mm=45.164749.8078mm选d=50mm3. 确定各轴段的直径1）从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取d1=50mm，根据计算转矩：TC=KAT=1.2621=745.2Nm，查标准GB/T 50141985，选用弹性柱销联轴器，半联轴器长度为l1=84mm,轴段长L1=82mm2）右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取52mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为30mm，故取该段长为L2=75mm3）右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6212型轴承，其尺寸为dDB=6011022，那么该段的直径为55mm，长度为L3=36mm4）右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，大齿轮的分度圆直径为300mm，则第四段的直径取60mm,齿轮宽为b=90mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=88mm5）右起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为D5=70mm ,长度取L5=10mm6）右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D6=55mm，长度L6=21mm即d1=50mmd2=55mmd3=60mmd4=65mmd5=75mmd6=60mmL1=82mmL2=75mmL3=36mmL4=88mmL5=10mmL6=22mm大齿轮分度圆直径：d2=300mm1）作用在齿轮上的转矩为：T2=6.21105Nmm2）斜齿轮的压力角：，螺旋角：3）圆周力Ft： Ft=2T2/d2=26.21105/300=4140N4）轴向力Fa: Fa=Fttan=4140tan9.3040=678.25N5）径向力FrFr=Fttan=4140tan200=1506.83N根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型（如下图所示）：水平面的支反力：=2070N I-I截面处的弯矩为=2070110/2=113850NmmII-II截面处的弯矩为=207030=62100Nmm垂直面的支反力：=-171.47N=1678.3NI-I截面左侧弯矩为：=-9430.85NmmI-I截面右侧弯矩为=92306.5NmmII-II截面处的弯矩为：30=50349NmmI-I截面：M左=NmmmmII-II截面：Nmm求当量弯矩因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6则I-I截面：=400391NmmII-II截面：375986.4Nmm确定危险截面及校核强度I-I截面：MPaII-II截面：MPa查机械设计基础272页表14.2得【-1b】=60MPa，满足e【-1b】的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定的余量。七滚动轴承的选择及验算选择6212轴承，d=60mm,D=110mm,B=22mm,32800N,47800N1. 根据条件，轴承预寿命为:1636510=58400h2. 计算当量动载荷P：查表15.12取=1.5，0.0207,取e=0.22678.25/1506.83=0.45e,取X=0.56，Y=1.99,P=1.5（0.561506.83+1.99678.25）=3290.3N3.计算所需的径向额定动载荷值33643N47800N33643N故选6212型轴承八键的选择及强度校核1 联轴器与轴联接键选择：此段轴径d1=50mm,L1=82mm联轴器与轴要求对中性好，故选择A型平键连接公称尺寸（bh）：149 根据课本机械设计基础 课程设计指导书（第二版）P279式得：L=L1-0.5b=82-0.514=75mmjy=4 T/(dhL)=472.951000/（50975）=11.12Mpa jy (110Mpa)(表14.6)故选择键A1475GB/T1096-19792、 轴与齿轮联接键选择：轴径d4=65mm L4=88mm 选A型平键 ；公称尺寸（bh）：1811 根据课本机械设计基础 课程设计指导书（第二版）P279式得L=L4-b=88-18=70mm p=4 T/（dhL）=4165.281000/（651170）= 14.3Mpa p (110Mpa) (表14.6)故选择键A1870GB/T1096-1979九联轴器的设计；1、 类型选择弹性套柱销联轴器具有一定补偿两轴线相对偏移和减振缓冲能力，适用于安装底座刚性好，冲击载荷不大的中、小功率轴系传动，可用于经常正反转、起动频繁的场合，工作温度为-C。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，选用弹性套柱销联轴器。2、载荷计算T C=KATII=1.5621=931.5Nm3、型号选择：根据TC，轴径d，轴的转速