带式运输机传动装置设计-一级圆柱齿轮传动

芜湖职业技术学院机械工程学院-LX目录摘要1第一章 总体方案的确定21.1原始数据分析21.1.1工作要求21.1.2设计数据21.1.3数据分析21.2各种传动装置的特点31.2.1带传动31.2.2链传动31.2.3齿轮传动31.2.4蜗杆传动31.3传动系统结构确定31.4传动方案的拟定与分析41.5传动方案的最终确定7第二章 电动机的选择82.1电动机效率82.2传动系统的效率82.3电机的功率82.4电机的选择82.5电机的安装及外形尺寸92.6传动比的分配及各轴转速和功率计算92.6.1总传动比计算92.6.2带传动比分配92.6.3齿轮传动比分配及各轴功率计算9第三章 传动装置运动及动力参数计算103.1确定带传动的类型103.2普通V带的设计计算103.2.1确定V带功率103.2.2选择普通V带型号103.3.3确定两带轮基础直径dd1，dd2103.2.4确定V带基准长度Ld及中心距a0113.2.6确定V带根数Z113.2.7计算初拉力F0和压轴力FQ113.3带轮结构设计123.3.1带轮材料选择123.3.2带轮结构123.3.3选择带轮结构133.3.4带轮工作图13第四章 齿轮传动系统设计144.1选择齿轮类型及设计准则144.2选择齿轮材料及确定许用应力144.3选择齿轮的精度和设计参数144.4计算模数，计算转矩144.5计算中心距154.6计算齿轮分度圆直径154.7校核齿面接触强度154.8选择齿轮传动精度164.9齿轮基本尺寸及工作图16第五章 轴的计算及设计175.1轴材料的选择175.2高速轴计算175.2.1轴径的估算和强度计算175.2.2轴的长度与直径的估算175.2.3高速轴工作图195.2.4高速轴强度校核195.3低速轴计算205.3.1轴径的估算和强度计算205.3.2轴的长度与直径的估算205.3.3低速轴工作图225.3.4低速轴强度校核22第六章 联轴器，轴承 以及键的选择236.1联轴器的选择236.2轴承的选择236.2.1高低速轴承选择236.2.2高速轴的寿命计算236.2.3低速轴承寿命计算246.3键的选择256.3.1带轮键的选择256.3.2齿轮键的选择及校核256.3.3联轴器键的选择25第七章 箱体及附件设计267.1箱体材料选择267.2箱体的主要结构尺寸计算267.3附件287.3.1高速轴轴承盖设计287.3.2低速轴轴承盖设计287.3.3油标297.3.4视孔盖297.3.5通气塞307.3.6轴套30第八章 润滑与密封318.1润滑方式的选择318.2密封形式31第九章设计总结32参考文献33致谢34摘要本次设计的题目是带式运输机传动装置的一级圆柱齿轮减速器设计。根据题目要求和机械设计的特点做了以下几个方面工作：1、决定传动装置的总体传动方案。2、选择电动机，计算传动装置的 运动和动力参数，3、传动零件以及轴的设计，轴承寿命计算，联接件，润滑密封和联轴器的选择及校验计算。4、机体结构的设计和计算。5、绘制装配图、零件图及编的设计计算说明 关键字：减速器 电机 齿轮 轴承第一章 总体方案的确定1.1原始数据分析1.1.1工作要求1）两班制连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，环境最高温度35；2）使用折旧期：8年;3）检修间隔期： 四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；4）动力来源：电力，三相交流，电压380/220V；5）制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产；6）带速度允许误差：5%。1.1.2设计数据1）运输带工作拉力F=2300N2）工作速度V=1.1m/s3）卷筒直径D=300mm1.1.3数据分析1)由工作要求知载荷平稳，室内工作可选用齿轮传动或者蜗杆传动;2）考虑到车间内电机与减速器间传送动力距离，可选用带传动或链传动来克服这一问题;3）由工作要求有粉尘，境最高温度35，电力，三相交流，电压380/220V故可采用Y系列三相异步电动机，其具有防灰尘，适用小于40环境的特点。1.2各种传动装置的特点1.2.1带传动带传动承载能力较低，在传动相同转矩时，结构尺寸较其他传动形式大，但是其有过载保护，传动平稳，能吸振缓冲，因此广泛用于传动系统的高速级。1.2.2链传动链传动运转不平稳，且有冲击，一般用于传动系统的低速级。1.2.3齿轮传动其传动效率高，传动比大，传递扭矩大，寿命长，但重量和噪音大，传动距离较小，需要经常润滑。1.2.4蜗杆传动其传动比大，结构紧凑，传动平稳无噪音，具有自锁性，但蜗杆传动效率低，发热量大，齿面容易磨损，成本高。1.3传动系统结构确定综合1.2各种传动装置的特点，考虑到蜗杆传动效率低，链传动运转不平稳，故选择带传动和齿轮传动作为基本方案。1.4传动方案的拟定与分析方案一：图1-1分析：如图1-1此方案采用带-单级直齿圆柱齿轮减速器；因电机输出转速高，又带传动用于传动系统的高速级，故采用带传动合适，减速器箱内距离较短，一般采用齿轮传动，如此组合保证传统系统高效运行。方案二：图1-2分析：如图1-2此方案采用带-单级斜齿圆柱齿轮减速器；其方案原理与方案一雷同，此处采用斜齿齿轮是因为它传动平稳性好，减少了冲击，振动和噪声，但其通常在高速与大功率的传动中应用广泛。方案三：图1-3分析：如图1-3此方案采用二级展开式直齿圆柱齿轮减速器，在传动效率方面此方案相对于单级齿轮减速，效率较低；在传动比上，次方案适用较大传动传动比传动；在经济方面，此方案采用齿轮较多，体积较大，故成本较高；在安装方面，由于体积较大，运输安装极为不便。1.5传动方案的最终确定1）从传动效率看：方案三的二级展开式齿轮，传动效率低，能量损耗大，故将其舍弃;2) 在相同条件下：斜齿轮加工难度比较高，造价较为昂贵，故舍弃方案二;3) 从使用以及后期维护上：方案一结构简单，易于加工铸造，后期维护及保养也较为方便，故最终确定方案一为最佳方案见图1-1。图1-1第二章 电动机的选择2.1电动机效率运输带工作拉力F=2200N工作速度V=1.1m/s卷筒直径D=300mm运输带输出功率Pw=F V=2200x1.1=2420w由公式V=Dnw601000nw=60x1000x1.1/（3.14x240）=87.5796r/min2.2传动系统的效率1） 查机械课程设计手册P4 表1-5带传动（V带传动）1=0.96滚动轴套（球轴承）2=0.99圆柱齿轮传动（8级精度)3=0.97联轴器（齿式联轴器）4=0.992） 总传动效率总=1 （2） 3 4=0.96x0.99x0.97x0.99=0.89452.3电机的功率Pd=P总=2705.4w=2420/0.8945=2705.4w2.4电机的选择1） 由2.3得Pd=2705.4w，为保证电机动力足够，查表12-1 P173机械课程设计手册选择3KW电机合适2） 综合电机的转矩，重量，负载等情况最终选择Y-132S-6型号电机电机型号额定功率/kw满载转速r/min堵转转矩最大转矩质量/Kg额定转矩额定转矩同步转速1000r/min 6极Y132S-639602.02.263Pw=2420wnw=87.5796r/min1=0.962=0.993=0.974=0.99总=0.8945Pd= 2705.4wY132S-62.5电机的安装及外形尺寸机座号极数ABCDEFGHKL132S62161408938801033132124752.6传动比的分配及各轴转速和功率计算2.6.1总传动比计算由2.4得电机输出转速为960r/min由2.1得运输带转速为87.5796r/mini总=N1Nw =960/87.5796=10.962.6.2带传动比分配参考表1-6 P5机械课程设计手册带传动一般小于等于7，考虑到减速器两带轮直径不应差距过大，而总传动比为10.96，故选择带传动比为2，故i皮=2故高速轴转速n2=n1/i皮=960/2=480r/min2.6.3齿轮传动比分配及各轴功率计算由上知i皮=2故i齿=i总i皮=10.96/2=5.48则低速轴转速n3=nw=87.6r/minP高=Pc1 3.6x0.96=3.456kwP低=P高x2x3=3.456x0.99x0.97=3.32kwi总=10.96i皮=2i齿=5.48P高=3.456kwP低=3.32kw第三章 传动装置运动及动力参数计算3.1确定带传动的类型1） 普通V带制造方便，抗拉强度好，适用于带轮直径小，转速较高的场合；2） 窄V带承载能力高于普通V带，结构尺寸小，在结构要求紧凑的传动中应用。综合各种V带传动，减速器V带不需承载较大拉力，而且电机与减速器带轮有一定距离，考虑到制造成本，所以选择普通V带作为带传动载体。3.2普通V带的设计计算3.2.1确定V带功率查表7-14 P163 机械设计基础选择工况系数Ka=1.2Pc=PKa=1.2x3=3.6kw3.2.2选择普通V带型号由Pc=3.6kw n1=960r/min由P163 图7-14 机械设计基础选择A型普通V带3.3.3确定两带轮基础直径dd1，dd2查表7-2 P149 机械设计基础使小带轮直径Dd1大于等于dmin故选择Dd1=100mm由V1=Dd1601000=3.14X100X960/(60x1000）=5.024m/s由通常普通V带带速在5 - 25m/s范围内，故符合要求大带轮直径：Dd2=i vdd1=2x100=200mm查表7-2同上，Dd2=200mm 符合要求Ka=1.2Pc=3.6kwDd1=100mmDd2=200mm3.2.4确定V带基准长度Ld及中心距a01） 由推荐公式0.7（dd1+dd2）a02（dd1+dd2）0.7（100+200）a02（100+200）210a0600取a0=500mm合适由公式L02a0+/2（dd1+dd2）+（dd2-dd1）/4a0L01000+471+5=1476mm查表7-5 P153 机械设计基础选择基准长度Ld=1600mm2）中心距a=a0+（Ld-L0）/2=500+（1600-1476）/2=562mm3.2.5验算小带轮包角a1180-（dd2-dd1）/a x 57.3a1=180-（200-100）/562x 57.3=170.445由170.44120故a1符合要求3.2.6确定V带根数Z由公式Z=PcP0=PcP0+P0KaKlZ=3.6/（0.97+0.11）x0.98=2.37故取三根皮带Ka=0.98 查表7-12 P161Ka=0.99 查表7-13 P162Ka=0.97 查表7-8 P159 机械设计基础3.2.7计算初拉力F0和压轴力FQ1) 考虑离心力的影响由公式：F0 =500Pc/Vz（2.5/0.98-1）+qvF0=500x（3.6/5.04x3）x（2.5/0.98-1）+0.1x1.1=187.757Nq查表7-1 P148同上2） 由公式FQ=2ZF0sin1/2FQ=2x3x188sin170/2=1122.255Na0=500mma=562mma1=170.445取三根皮带F0=187.757NFQ=1122.255N3.3带轮结构设计3.3.1带轮材料选择V带轮常用材料为铸铁由3.2.3V=5.024m/s25m/s故采用材料HT1503.3.2带轮结构由普通A型带，查表7-6 P153机械设计基础带轮轮槽尺寸基准宽度bd=11.0mm基准线上槽深ha=2.75mm基准线下槽深hf=11.0mm槽间距e=150.3mm第一槽对称面至端面距离f=10mm最小轮缘厚=6mm带轮宽B= （Z-1）e+2f=（3-1）x15+2x10=50mm 小带轮外径Dd1=dd1+2ha=100+2x2.75=105.5mm大带轮外径Dd2=dd2+2ha=200=2x2.75=205.5mm3.3.3选择带轮结构Dd1=100mm 电机轴径d=38mm由Dd1（2.5 - 3）dDd1=3xd=3x38=114mm当带轮基准直径Dd1114mm时，小带轮采用实心式结构（S型）Dd2=200mm当带轮基准直径Dd2350mm时，大带轮采用辐板式结构（P型）3.3.4带轮工作图HT150bd=11.0mmha=2.75mmhf=11.0mme=150.3mmf=10mm=6mmB= 50mmDd1=105.5mmDd2=205.5mm第四章 齿轮传动系统设计4.1选择齿轮类型及设计准则由第一章带-直齿圆柱齿轮传动，考虑到减速器是闭式齿轮传动，以及不同条件下工作齿轮传动的失效形式，选择闭式硬齿面齿轮传动。4.2选择齿轮材料及确定许用应力查表9 -39和9-40 P223机械设计基础得出齿轮疲劳极限确定许用应力Hlim1=Hlim2=1500MPaFlim1=Flim2=460MPaH=0.9Hlim1=1350MPaF=1.4Flim2=644MPa大小齿轮均采用20CrMnTi，渗透淬火，齿面硬度HRC604.3选择齿轮的精度和设计参数查表9-12 P228 机械设计基础初选用8级精度；齿面粗糙度Ra3.2 - 6.3参考9-11表P227同上齿轮系数d=0.9 （齿轮相对于轴承对称布置）取小齿轮齿数Z1=20大齿数则为Z2=Z x ic=20x5.48=109.6为其圆整取Z2=110齿轮比=Z2/Z1=110/2=5.5误差（-ic）/icx100%=0.36%传动比误差0.36%3% - 5% 所以齿数合理4.4计算模数，计算转矩1)由公式T1=9550 x（P1/n）=9550x（3.6x0.96）/480=68.76N.m2）查表9-8 P224机械设计基础=0 Am=12.6 Ad=766查表9-10 P225机械设计基础YSF1=4.38 YSF2=3.63(插入法）当量齿数Zv1=Z1=20Zv2=Z2=1103）根据较小冲击载荷，轴承对称布置和轴的刚度较大取载荷系数K=1.4模数：mAm3KT1Yfs2dz12F=12.6x3（1.4x68.76x4.38）/0.3x20x644=2.218查表9-1 P196机械设计基础取Mn=2.4.5计算中心距由公式a=mn（Z1+Z2）/2=2.5X(20+110）/2=162.5mm取a=164mm4.6计算齿轮分度圆直径d1=mZ1=2.5X20=50mmd2=mZ2=2.5X110=275mm齿宽b=dd1=0.9x50=45mm为便于安装通常取小齿轮宽比大齿轮大5-10mm故取b2=45mmb1=50mm4.7校核齿面接触强度由公式d1Ad3KT1(u+1）dH =766x31.4x68.76x6.5/0.9x5.5x1350 =45.39mm由于45.39d1=50mm 故齿面接触强度足够8级精度Z1=20Z2=110Zv1=20Zv2=110K=1.4Mn=2a=164mmd1=50mmd2=275mmb=45mmb2=45mmb1=50mm4.8选择齿轮传动精度齿轮圆周速度为V周=d1n26104=x50x480/6x10=1.2566m/s查表9-12 P228 最终确定齿轮传动为8级精度。4.9齿轮基本尺寸及工作图由公式齿顶圆da=m（Z+2Ha*）齿根圆df=m（Z-2ha*-2c*）1） 小齿轮da1=2.5x（20+2）=55mmdf2=2.5x（20-2x1-2x0.25）43.75mm2） 大齿轮da2=2.5x（110+2）=280mmdf2=2.5x（110-2-0.5）=268.75mmV=1.256m/s8级精度da1=55mmdf2=43.75mmda2=280mmdf2=268.75mm第五章 轴的计算及设计5.1轴材料的选择因合金钢比碳钢有更好的机械性能，而减速器的轴处于高速运转状态，需耐高温，耐磨损，又因齿轮选择材料为20CrMnTi，此材料性能优良，故轴选择相同材料。5.2高速轴计算5.2.1轴径的估算和强度计算电机经带传动损耗后功率P1=3.6KWx1=3.6x0.96=3.456kwN高=480r/min由公式dp=39.951060.23P高n2=C3P高n2dp=20.275mm5.2.2轴的长度与直径的估算1）最小直径及长度考虑到键槽对轴强度的削弱影响，小齿轮直径较小，故采用齿轮轴结构 有一个键槽。由公式dx（5%+100%）=21.989mm查表13-3 P307 机械设计基础由R20系列为其圆整取d1=22mm参考L1=（1.5 - 2）d1=22x2=44mm2）第二段直径及长度密封圈与轴连接部分不仅要限制带轮的轴向运动又要与密封圈紧密配合，又由于皮带轮毂部分有C2倒角因此至少d2d1=4d2=d1+6=28mm查表7-12 P94机械设计手册选用轴径d=30 D=45 d1=29 B1=7 的密封圈故d2=30mm轴承盖的外端面与带轮端面距离选定为20mm端盖高度等于e+m e取7.2 m取18因此L2考虑到余量取30mm合适 3）第三段及第四段直径及长度轴承与轴连接部分查表6-1 P168 机械设计手册(见6.2)故d3=35mm为固定轴承故台阶d4=39mmL3=B=14mmL4=1+2轴承与箱体内壁留1=2-3mm齿轮与箱体内壁留2=10-15mm为符合要求L4=19mm4) 第五段，第六段及第七段直径及长度第五段为齿轮安装，一切尺寸按齿轮设计要求第六段与第四段相同，故d6=39mm L6=19mm第七段与第三段相同为安放轴承，故d7=35mm L7=14mmdp=20.275mmd1=22mmL1=44mmd2=28mmL2=30mmd3=35mmL3=14mmd4=39mmL4=19mmd6=39mm L6=19mmd7=35mm L7=14mm5.2.3高速轴工作图5.2.4高速轴强度校核略。5.3低速轴计算5.3.1轴径的估算和强度计算P2=3.6x0.96x0.99x0.97=3.32kwN低=960/10.96=87.59r/min由公式dCP低n3d0=35.6mm5.3.2轴的长度与直径的估算1）最小直径及长度考虑到键槽对轴强度的削弱影响d1=dx（5%+100%）=37.38查表13-3 P307机械设计基础由R20系列，为其圆整取d1=40mm查表7-12 P94机械设计手册选用轴径d=30 D=45 d1=29 B1=7 的密封圈根据表8-3 P99机械设计手册选用GICI2型鼓形齿式联轴器考虑到联轴器长度选取L1=60mm。2）第二段直径及长度d2=d1+4=44mma. 由知密封圈d=45mm故选择d2=45mmb.端盖高度大于等于e+m e取9.6 m取18因此L2考虑到余量取30mm合适。3）第三段直径及长度轴承与轴连接部分查表6-1 P168 机械设计手册(见6.2)d3=d2+4=50mm轴承与箱体内壁留1=2-3mm齿轮与箱体内壁留2=10-15mm考虑到齿轮的轴向定位，应加装轴套，故L3长度应比轴套和轴承之和多2 - 3mmL3=B+1+2+3=37mm。4）第四段及第五段直径及长度齿轮与轴连接部分，此部分放置齿轮为使大齿轮稳定工作d4=d3+4=54mmL4=B-3=48-3=45mm 较为合适考虑齿轮另一端轴向定位，加装齿轮挡板d5=d4+3=59mmL5可取5mm。5）第六段及第七段直径及长度第六段用于固定轴承及固定端盖，由轴承宽度d6=d5+2=52mmL6=15mm第七段与最小直径相同及安装轴承d7=50mm L7取于L6相同即15mm。d0=35.6mmd1=40mmL1=60mmd2=45mmL2= 30mmd3=50mmL3=37mmd4=54mmL4=45mmd5=59mmL5=5mmd6=52mmL6=15mmd7=50mmL7=15mm5.3.3低速轴工作图5.3.4低速轴强度校核略。第六章 联轴器，轴承 以及键的选择6.1联轴器的选择由5.3知d1=40mm 考虑安装调整后，保证两轴精确对中查表8-3 P98机械设计手册选择GICL3型号鼓型齿式联轴器6.2轴承的选择6.2.1高低速轴承选择1） 在轴承中，滚动轴承和滑动轴承相比，前者摩擦力矩低，功率损耗小，效率比后者高，易于润滑及维护保养。2） 在滚动轴承中，深沟球轴承摩擦系数最小，极限转速高，结构紧凑，重量轻，主承受径向载荷，也可承受一定双向轴向载荷，适用于减速器齿轮箱。3） 故查表6-1 P68 机械设计手册轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定动载荷Cr极限转速/（r/min）dDBRsdsDaras/KN脂润滑油润滑600735621414156116.2900012000600945751615169121.08000100006.2.2高速轴的寿命计算N高=480r/min10r/min故其主要失效形式为疲劳点蚀，需进行接触疲劳承载能力寿命计算1） 滚动轴承的当量动载荷计算由公式P=XFr+YFa查表12-10 P291机械设计基础X=1 Y=0故P=XFr=1170.3N又对球轴承=3由公式L10=106（c/p）L10=60nLh 故Lh=106/60n（ftC/fpP）3查表12-7 P290机械设计基础 ft=0.6 查表12-8 P290机械设计基础 fp=1.5故Lh=106/60x480（0.6x16200/1.5x1170.3）Lh=28137.6h由减速器两年中修，四年大修Lh23360h故轴承寿命要求合格。6.2.3低速轴承寿命计算略。P=1170.3NLh=28137.6h6.3键的选择6.3.1带轮键的选择1）小带轮键查表4-1 P56机械设计手册选GB/T1096键10x8x45圆头普通平键（A型）b=10 h=8 L=45材料45号钢。2）大带轮键查表4-1 P56机械设计手册选GB/T1096键6x6x36圆头普通平键（A型）b=6 h=6 L=36材料45号钢。6.3.2齿轮键的选择及校核1）查表4-1 P56机械设计手册选GB/T1096键16x10x36圆头普通平键（A型）b=6 h=10 L=36材料45号钢。2）齿轮键的校核齿轮键采用静连接齿轮转矩T=9.55x106（p/n）=9.55x106（3.456/87.5796）=379365N/mmp=4T/dhl=4x379365/40x10x36=105.38Mpa齿轮处于轻微冲击状态许用应力在100120Mpa之间故齿轮键强度合格。6.3.3联轴器键的选择由6.1查表4-1 P56机械设计手册选GB/T1096键12x8x50圆头普通平键（A型）b=12 h=8 L=50材料45号钢。p=105.38Mpa第七章 箱体及附件设计7.1箱体材料选择由减速器工作环境，选择材料为HT150,因为其刚性好，易于加工，能吸收振动和消除噪音。7.2箱体的主要结构尺寸计算1）两端盖中心距D01=D+2.5d3=62+2.5x6=77mm D2=D01+2.5d3=77+2.5x6=92mmD02= D+2.5d3=68+2.5x6=83mm D2=D02+2.5d3=83+2.5x6=98mm两端盖中心距a=92/2+98/2=95mm160mm故设计合格2）减速器箱体主要结构尺寸见下表名称符号尺寸/mm箱座壁厚8箱盖壁厚18箱盖凸缘厚度b112箱座凸缘厚度b12箱座底凸缘厚度b220地脚螺钉直径df17.76地脚螺钉数目n4轴承旁连接螺栓直径d113.32盖与座连接螺栓直径d210连接螺栓d2间距l200轴承端盖螺钉直径d310视孔盖螺钉直径d48定位销直径d8df，d1，d2至外箱壁距离C126；22；16df，d2至凸缘边缘距离C224；12轴承旁凸台半径R114/24凸台高度h20外箱壁至轴承座端面距离l155铸造过渡尺寸x，y4；4大齿轮顶圆与内箱壁距离110齿轮端面与内箱壁距离210箱盖，箱座肋厚m1，m6.8轴承端盖外径D2112轴承盖连接螺栓距离s1257.3附件7.3.1高速轴轴承盖设计查表11-10 P172机械设计手册eme1D2D0d1D4D6D7.21888272305060627.3.2低速轴轴承盖设计查表11-10 P172机械设计手册eme1D2D0d1D4D6D9.618119071446072807.3.3油标查表7-10 P93机械设计手册dd1d2d3habcDD1M12412628106420167.3.4视孔盖查表11-04 P167机械设计手册减速器中心距l1l2b1b2d盖厚R直径孔数单级a250120105907574457.3.5通气塞查表11-5 P168 机械设计手册dDD1SL