带式输送机传动系统中的减速器课程设计

第一章 绪 论 本文主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了机械设计基础、机械制图、材料力学、理论力学等多门课程知识，因此是一个非常重要的综合实践环节,也是一次全面的、 规范的实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。主要体现在如下几个方面：（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其它相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术数据的能力以及计算、绘图数据处理方面的能力。（4）加强了我们对Office软件及auto CAD的认识和运用。第2章 课题题目及相关分析1.设计任务（1）单级斜齿圆柱齿轮减速器装配草图A0 1张（2）单级斜齿圆柱齿轮减速器装配图A0 1张（3）零件图（轴、齿轮）A3 2张（4）设计计算说明书 1份2.课题题目带式输送机传动系统中的减速器。要求传动系统中含有单级圆柱齿轮减速器及V带传动。3. 主要技术参数说明 运输机主动鼓轮输入端转矩T= 500Nm，主动鼓轮直径D=350 mm，输送带的工作速度Vm=1.5m/s。4. 传动系统工作条件带式输送机在常温下连续工作、单向运转；工作载荷较平稳；每日两班制；要求减速器设计寿命为5年。5. 题目分析运输机以电动机为动力，通过减速器到达需要的转速输出。减速器由题意可知为一级齿轮减速器，因斜齿轮较之直齿轮具有传动平稳，承载能力高等优点，故该减速器为一级斜齿轮传动。根据后续计算，若需要可增加带传动、链传动等其他传动方式。值得注意的是带传动有过载保护作用，为获得较为紧凑的结构，应布置在高速齿轮端，而链传动不平稳，有冲击，易布置在低速齿轮端。第3章 机械传动装置的总体设计 1.确定传动方案 电动机的同步转速初选1500r/min 初估总传动比 i 工作机的输入转速 = 60Vw /D = 601.5 / (0.35) = 81.851 r / min i= nD / nw = 1500 / 81.851 = 18.326确定传动系统由带、齿轮、链传动组成，平面简图如附图1所示。2.选择电动机选择电动机类型 一般采用全封闭自扇冷式笼型Y系列三相异步电动机确定电动机型号 工作机输入功率的计算Pw = Tw nw / 9550 = 500 81.851 / 9550 = 4.285 kw 电动机所需的输出功率P0Po = Pw / = 0.95 0.97 0.96 0.9932 0.994 = 0.838 注： = 0.95 V带传动 = 0.98 选8级精度（稀油润滑）斜齿轮传动 = 0.96 滚子链（闭式） = 0.993 非金属弹性联轴器 = 0.99 球轴承Po = Pw / 总 = 4.285 /0.838 = 5.114 kw 确定电动机型号由Po = 5.114 kw no = 1500r/min 查机械设计课程设计表2-3知选用Y132S-4型电动机 Pm= 5.5 kw nm = 1440r/min 查机械设计课程设计表2-4知D= mm H=132 mm3.传动装置总传动比的计算及其分配计算总传动比 = 1440 / 81.851 = 17.593分配传动比 取i带=1.8 ，i齿= 4， 则i链= i总/i齿*i带=17.593 /（41.8）= 2.4434.传动装置的运动参数和动力参数的计算各轴输入功率 P0 = 5.114Kw P1 = P0 P2 = P1= 5.114 0.95 = 4.859 kw P3 = P2= 4.859 0.970.99 = 4.666 kw P4 = P3= 4.666 0.990.993 = 4.587 kw P5 = P4= 4.587 0.990.96 = 4.359 kw P6 = P5= 4.359 0.9930.99 = 4.285 kw各轴转速 n1=n0=1440 r/min n2=n1/i带=1440/1.8=800 r/min n3=n2/i减=800/4=200 r/min n4=n3=200 r/min n5=n4/i链=200/2.443=81.851 r/min n6=n5=81.851 r/min各轴输入转矩 T1=9550P1/n1=95505.114 / 1440=33.918 Nm T2=9550P2/n2=95504.859 / 800=58.004 Nm T3=9550P3/n3=95504.666 / 200=222.787 Nm T4=9550P4/n4= 95504.587 /200=219.015 Nm T5=9550P5/n5=95504.359 / 81.851=508.611 Nm T6=9550P6/n6=95504.285 / 81.851=500.001 Nm轴号功率转速转矩15.114144033.91824.85980058.00434.666200222.78744.587200219.01554.35981.851508.61164.28581.851500.001第4章 普通V带的设计1.确定计算功率，选择普通V带的型号计算功率Pc 工作机为带式运输机,电动机为普通笼型异步电动机查机械设计基础表13-6得：KA=1.3Pc= KAP=1.35.114 = 6.649 KW选择带的型号 根据Pc= 6.649 kw和nm=1440r/min查图13-12得： 选用普通V带的A型号，且dd1=112140mm2.确定带轮的基准直径dd1和dd2选择小带轮基准直径dd1 查机械设计基础表13-4得： 由机械设计基础表13-5，13-7及图13-12得： dd1=112mm（取4根V带）确定大带轮基准直径dd2 =197.568mm为非标准尺寸，由机械设计基础表13-7取=200mm.3.验算带速 因为带速在525m/s范围内，所以带速合适。4.确定中心距和带长初步确定中心距a0即，可得218.4a0624mm，可取=560mm； 初定V带基准长度 =2560+(112+200)+=1613.546 mm由机械设计基础表13-2，选取接近的基准长度 1600 mm实际中心距为 5.验算小带轮包角 故包角符合要求。6.确定V带的根数(1)由机械设计基础表13-5查得，A型V带得(2)传动比 由机械设计基础表13-8得， 由机械设计基础表13-9得，(3)由机械设计基础表13-10得， 由机械设计基础表13-2得则V带根数 ： 由上所得：取Z=4根. V带轮宽B=(z-1)e+2f=(4-1)15 +210 =65mm7.计算张紧力F0 由机械设计基础表13-1查得 q=0.10kg/m 8.计算作用在轴上的压轴力 由机械设计基础式（13-24） 故选用A-1600GB11544-89 V带。中心距566.773 mm.小带轮基准直径，大带轮基准直径dd2=200 mm.参数结果参数结果/kw6.649/mm112/mm200/8.445/mm560Z/根4 /N159.212/N1269.857第五章 齿轮传动的设计结构：选用闭式斜齿圆柱齿轮 材料：小齿轮选用45钢，调质处理230HBS 大齿轮选用45钢，正火处理200HBS 精度：8级精度 工作环境：载荷平稳，齿轮在轴上作对称布置，工作有中等冲击，单向转动 P2=4.859kw n2=800r/min =4 T2=58.004Nm 取小齿轮齿数为 ，初设v3m/s.1、接触疲劳强度计算（1）确定小齿轮转矩 T2=58.004Nm（2）确定载荷系数K 由于载荷平稳，因载荷平稳，工作中等冲击， 由机械设计基础表11-4 取.25 由于齿轮为8级精度调质处理， 由机械设计基础表11-5，取 齿轮在轴上作对称布置，齿轮系软齿面， 由机械设计基础表11-8取 对于8级精度软齿面齿轮，由机械设计基础表11-9取 则由机械设计基础图11-7可取 则该斜齿圆柱齿轮传动的载荷系数K为=1.933(3）确定弹性系数、节点区域系数、重合度系数和螺旋角系数 钢对钢的弹性系数查机械设计基础表11-6， 取ZE=189.8，由机械设计基础图11-9可查得节点区域系数=2.46，重合度系数中对斜齿轮可取X=1.0，由机械设计基础式11-25得： =1.720则= =0.7625螺旋角系数由机械设计基础式（11-26）得 （4）计算许用接触应力 因大齿轮由于材料硬度和强度较差，接触疲劳强度只要按大齿轮计算即可。 大齿轮45钢正火200HBS,由机械设计基础图11-10，取 ，失效概率为1%，查机械设计基础表11-7得大齿轮许用接触应力（5）计算小齿轮分度圆直径 （6） 验算速度v 与初设速度v3m/s相符合2、 确定传动尺寸（1）确定模数 按机械设计基础表4-1取标准值，得 (2）确定中心距a 中心距应圆整为整数，取a=152mm (3）确定螺旋角（4）确定齿轮分度圆直径、 (5）确定齿宽， 取，3、弯曲疲劳强度验算（1）确定齿形系数、应力修正系数、重合度系数、螺旋角系数 小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数 查机械设计基础图11-12、图11-13得： 由之前计算已知故 螺旋角系数（2）计算许用弯曲应力 小齿轮45钢调质230HBS， 查机械设计基础图11-14得： 大齿轮45钢正火200HBS， 查机械设计基础图11-14得： ，查机械设计基础图11-15， 可取尺寸系数.0， 失效概率为1%。查机械设计基础表11-7得： 安全系数 计算许用弯曲应力： （3）验算弯曲疲劳强度 即该对齿轮传动弯曲疲劳强度已足够。 4.齿轮相关参数的计算（1)小齿轮参数的计算 分度圆直径； 齿顶圆直径 ；齿根圆直径 ； 旋向：左旋。（2）大齿轮参数的计算 分度圆直径； 齿顶圆直径 齿根圆直径； 旋向：右旋。参数主动轮从动轮模数/mm2齿数30120齿宽/mm7065分度圆直径/mm60.8243.2齿顶圆直径/mm64.8247.2齿根圆直径/mm55.8238.2螺旋角中心距/mm152旋向左旋右旋精度等级8级第6章 轴的设计计算A.轴1的设计1.选用轴的材料，确定许用应力 选用45号钢调质处理，由机械设计基础表15-1查得硬度217-255HBS，抗拉强度；用内插法，由机械设计基础表15-3查得许用弯曲正应力2.轴长估算参照机械设计课程设计图5-1对轴长进行估算。由机械设计基础表13-11计算带轮轮宽：M=3e+2f=315+210=65mm由机械设计课程设计表6-1：由于0.025a+1=4.88，故取下箱体壁厚=10mm部分面凸缘尺寸=20，=16F=+8mm=（10+20+16+8）mm=54mm取F=54mm a=12mm D=13mm K=20mm G=10mm E=20mm M=65mm =70mm H=6mm则=282mm轴承支撑跨距=140mm带轮宽度中心到临近轴承宽度的距离=99.5mm3.按弯扭组合强度计算(1)画轴的空间工作简图（见附图6.3-a）Ft=2T2/d1=258.004103/60.8=1908.026NFa=Fttan=1908.026tan9.305o=312.616NFr=Fttann/cos=1908.026tan20ocos=703.724N在V带设计中算得，压轴力=1269.857N(2)作水平面的弯矩图（附图6.3-b）求支座反力由静力平衡条件和力矩平衡条件可得：解得截面B处弯矩：截面C处左侧弯矩：截面C处右侧弯矩： (3)作垂直面弯矩图（见附图2-c）求轴承的支反力截面C处弯矩：(4) 作合成弯矩图（见附图2-d）C处左侧弯矩C处右侧弯矩（5）作转矩图（见附图2-e）求出转矩（6） 作当量弯矩图（见附图2-f）因单向传动，可认为转矩为脉动循环变化，故校正系数，得（7） 计算轴径 A处： C处： 因C处有键槽，故将直径扩大5%，即 D处： 因D处有键槽，故将直径扩大5%，即 4.轴的结构设计（1)确定轴上零件位置及固定方式 因为单级齿轮减速器，故齿轮位置在箱体内壁中央，轴承对称布置在齿轮两边，轴外伸端安装带轮。 对称靠轴环和封油环实现轴向定位和轴向固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠封油环实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴两端通过轴承盖实现轴向定位。带轮靠轴肩，平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。 (2）确定轴各段直径 由计算所得危险截面处最小直径及定位与非定位轴肩等各轴段结构强度要求进行初步设计。绘制轴的结构草图如附图3所示。低速轴高速轴计算结果汇总：参数结果参数结果140mm97.5mm27.459mm18.896mm25.589mmB.轴2的设计1.选用轴的材料，确定许用应力选用45钢调质处理，由机械设计基础表15-1查得硬度为217-255HBS.抗拉强度，查机械设计基础表15-3得其许用弯曲正应力 2.按弯矩合成强度计算 1.画轴的空间受力简图(4-a) 根据作用力与反作用力相等得： 2.作水平面的弯矩 图（4-b） 求支座反力 解得： 截面C处左侧和右侧弯矩为： 3.作垂直面的弯矩图（4-c） 求支座反力 截面c处的弯矩为： 4.作合成弯矩图(4-d) 截面C左侧合成弯矩： 截面C右侧合成弯矩： 5.作转矩T图（4-e） 6.作当量弯矩Me 图（4-f） 因单向传动，可认为转矩为脉动循环变化，故校正系数为0.585，则危险截面B、C处的当量弯矩为： 3.计算危险截面处的轴径 由机械设计基础式15-4截面B处直径 截面C处直径 因C处有键槽，故加大5%，即31.910mm4.轴的结构设计1.确定轴上零件位置及固定方式 因为单级齿轮减速器，故齿轮位置在箱体内壁中央，轴承对称布置在齿轮两边，轴外伸端安装带轮。对称靠轴环和封油环实现轴向定位和轴向固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠封油环实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴两端通过轴承盖实现轴向定位。带轮靠轴肩，平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。2.确定轴各段直径 由计算所得危险截面处最小直径及定位与非定位轴肩等各轴段结构强度要求进行初步设计。3.绘制轴的结构草图如附图5所示第七章 滚动轴承的设计A. 轴II 选用角接触球轴承（由于轴承需要承受径向、轴向联合载荷）1.计算轴承1,2的轴向负荷、 轴向力：=1222.721N 径向力： 2.确定轴承型号 选70000AC型轴承，（=25），采用正装。 轴承受力图如附图6所示： 由机械设计基础表17-9 得70000AC型轴承的内部轴向力为： 因为 所以轴承被压紧，轴承被放松。 3.计算轴承1.2的当量动负荷由机械设计基础表17-8查得70000AC型轴承e=0.68.而 查机械设计基础表17-8得： 故径向当量动负荷为： 4.计算所需的径向基本额定动负荷 由轴的结构要求两端选择同样尺寸的轴承，因为Pr1 ，=1.13. 计算所需的径向基本额定动负荷由机械设计基础式（17-4）得： 由机械设计常用标准表5-1查得， 选用7208AC轴承 其中，d=40mm D=80mm B=18mm第八章 键连接的选择与计算1、 轴与大带轮的键联接（1）选择类型、材料、尺寸 选择 A型普通平键，材料用45钢 由于带轮处轴径18.832mm，取d=32mm 查机械设计基础表10-10得： b=10mm,h=8mm 因为B=65mm 轮毂长L=(11.5)d 取L=35.2mm 键长L=L（510）=25.230.2mm 查机械设计基础P232表13-15 取键长L=56mm 实际工作长度 l=L-b=18mm (2）强度校核 材料为45钢，轻微冲击，按其挤压应力进行校核。 查机械设计基础表10-11，许用挤压应力 ,T2=59.771Nm 再查表 机械设计常用标准表3-19 可知 键符合设计要求2.轴与小齿轮的键联接 齿根圆直径df1=56.961mm，取d轴=46mm 查机械设计基础表10-10得： b=14mm,h=9mm,对应t1=3.8 则齿根圆至键槽顶面的径向距离： x=（df1-d轴）/2t1=（59.96146）/23.8=3.18052mn 由机械设计课程设计P200可知,此处无需把齿轮和轴分开制造，故该处需要设计成齿轮轴，不需要键联接. 3.轴与大齿轮的键联接（1）选择类型、材料、尺寸 材料选择45钢， A型普通平键， 取d轴=50mm 查机械设计基础表10-10得： b=14mm,h=9mm 因为轴段b2=65mm 轮毂长L=(1.52)d=5560mm 取L=56mm 所以键长L=L（510）=5146mm 取L=56mm 则实际工作长度 l=L-b=56-18=38mm（2）强度校核 材料为45钢，轻微冲击， 查机械设计基础表10-11，许用挤压应力为，T3=235.769Nm 故键符合设计要求4.联轴器与轴的键联接 选类型、材料、尺寸 选择45钢A型普通平键， 取联轴器处轴径 d轴=35mm, 查机械设计基础表10-10得： b=10mm,h=8mm查机械设计常用标准 取轮毂长L=60mm键长L=L（510）=5055mm 取键长L=50mm, 实际长度l=Lb=40mm故取键C型第九章 联轴器选择1.选类型 考虑到转速较低，传递功率不大，安装时不易保证完全同轴线，故选用弹性柱销式联轴器。2.计算转矩查机械设计基础式18-1得 名义转矩T=230.672Nm 对于转矩变化小的运输机，原动机为电动机，查机械设计基础表18-1取工作情况系数则，3.选型号 参考机械设计课程设计表6-4按GB5014-8 ，TC=346.008Nm 选择联轴器型号为LX3选择Y型孔，A型键。第10章 润滑和密封的设计1.齿轮传动的润滑 齿轮的圆周速度,故采用浸油润滑。油润滑具有冷却、散热、吸振和降低噪音的作用。 润滑油牌号：按GB5903-86选择150号油润滑。 用量：最低要浸润大齿轮的12个齿高，最高不超过大齿轮分度圆半的。2.轴承的润滑 油润滑的效果比脂润滑要好，但考虑到轴承转速较低，工作温度为正常温度，温度不高，该减速器设计中采用脂润滑。脂润滑具有易于密封，结构简单，维护方便，较长时间内无须补充润滑剂的优点。 润滑脂牌号：按GB7324-87，选择-型润滑。用量：填充轴承空隙的。第11章 齿轮结构尺寸 因为齿顶圆直径 da2 500 mm， 故选锻造辐板式齿轮。 D1 = 1.6d = 1.6 60= 90mm L = (1 1.2)d b =65mm n = 0.5mn = 0.5 2 = 1mm D0 = 0.5(D1 + D2 ) =167.02mm d0 = 20mm c = (0.2 0.3) b = (0.2 0.3) 65 = 19.5mm r=0.5c=9.75mm第12章 箱体结构尺寸部位尺寸下箱座壁厚上箱座壁厚下箱座刨分面处凸缘厚度上箱座刨分面处凸缘厚度地脚螺栓底脚厚度箱座上的肋厚箱盖上的肋厚地脚螺栓直径 地脚螺栓通孔直径地脚螺栓沉头座直径地脚螺栓数目地脚凸缘扳手空间轴承旁螺栓直径轴承旁螺栓通孔直径轴承旁沉头座直径轴承旁凸缘扳手空间上下箱联接螺栓直径上下箱联接螺栓通孔直径上下箱联接螺栓沉头座直径箱缘尺寸轴承盖外径箱体外壁至轴承端面的距离轴承座孔长度轴承旁凸台的高度轴承旁凸台的半径轴承旁连接螺栓的距离轴承盖螺钉直径检查孔盖联接螺钉直径圆锥定位销直径减速器中心高大齿轮顶圆与箱内壁的距离齿轮端面与箱内壁的距离 第十三章 感言课程设计虽然只有不到两周时间，但对我来说意义非凡。在这段紧张而又丰富的时间里面，我们小组从开始的数据计算，到草图绘制，再到CAD大图绘制，一点点向前。每步虽小，但求坚定准确。在数据计算过程中，之前上课时被自己忽视的知识点成了致命伤。为了真正算出正确的答案，我们通力合作将难点各个击破。但更重要的是细致认真，每次数据的返