机械设计 二级圆柱齿轮减速器.doc

机械设计课程设计计算说明书设计题目： 设计带式输送机中的传动装置 专业年级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 机械工程系完成时间 2012年 9 月 7 日机械设计课程设计任务书学生姓名： 学号： 专业：材型任务起止时间：2012年 8 月 20 日至 2012年9 月7日设计题目：设计带式输送机中的传动装置一、 传动方案如图1所示：图1 带式输送机减速装置方案二、原始数据滚筒直径d /mm450传送带运行速度v /(m/s)1.4运输带上牵引力F /N2500每日工作时数T /h16传动工作年限7单向连续平稳转动，常温空载启动。三、设计任务：1.减速器装配图1张（A0图纸）2.低速轴零件图1张（A3图纸）3.低速轴齿轮零件图1张（A3图纸）4.设计说明书1份在三周内完成并通过答辩参考资料：机械设计 机械设计基础 课程设计指导书 机械设计手册 工程力学 机械制图指导教师签字：2012年 8 月 19日目 录一、电机的选择1二、传动装置的运动和动力参数计算2三、V带传动设计4四、设计减速器内传动零件（直齿圆柱齿轮）5五、轴的结构设计计算9六、轴的强度校核15七、校核轴承寿命23八、键连接的选择和计算24九、箱体的设计24十、心得体会25一、电机的选择1.1 选择电机的类型和结构形式：依工作条件的要求，选择三相异步电机：封闭式结构U=380 VY型1.2 电机容量的选择工作机所需的功率PW=Fv /1000= 3.5kWV带效率h1： 0.96 滚动轴承效率（一对）h2： 0.99 闭式齿轮传动效率（一对）h3: 0.97 联轴器效率h4： 0.99 工作机（滚筒）效率h5(hw)： 0.96 传输总效率h= 0.825 则，电动机所需的输出功率Pd = PW /h= 4.24 kW1.3 电机转速确定卷筒轴的工作转速= 59.42 r/minV带传动比的合理范围为24，两级圆柱齿轮减速器传动比的合理范围为840，则总传动比的合理范围为=16160，故电动机转速的可选范围为：= （950.72 9507.2） r/min 在此范围的电机的同步转速有： 750r/min 1000r/min 1500r/min 3000r/min 依课程设计指导书表18-1：Y系列三相异步电机技术参数（JB/T9616-1999）选择电动机型 号： Y132S-4 额定功率Ped： 5.5kw 同步转速n： 1500r/min 满载转速nm： 1440 r/min 二、传动装置的运动和动力参数计算总传动比： 24.234 2.1 分配传动比及计算各轴转速取V带传动的传动比i0= 3 则减速器传动比i=i/i0= 8.078 取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比 3.363 则低速级传动比 2.402 2.2 传动装置的运动和动力参数计算0轴（电动机轴） 4.242 kW 1440 r/min 28.133 Nm1轴（高速轴） 4.072 kW 480 r/min 81.106 Nm2轴（中间轴） 3.910 kW 142.703 r/min 261.616 Nm3轴（低速轴） 3.755 kW 59.421 r/min 603.495 Nm4轴（滚筒轴） 3.680 kW 59.42 r/min 591.451 Nm以上功率和转矩为各轴的输入值，13轴的输出功率或输出转矩为各自输入值与轴承效率的乘积。各轴运动和动力参数如下表：表2-1 各轴运动和动力参数轴名功率P/kW转矩T/Nm转速n/(r/min)传动比i效率h输入输出输入输出0轴4.2428.1314401轴4.074.0380.0280.2148030.962轴3.913.87261.62259.00142.733.360.963轴3.763.72603.50597.4759.422.400.964轴3.683.64591045585.5459.4210.98三、V带传动设计3.1 确定计算功率根据已知条件结合教材机械设计由图/表 8-7 得到工作情况系数KA= 1.2 ，故Pca=KAPd= 5.09 kW。3.2 选择普通V带型号已知Pca，nm，结合教材 机械设计 由图/表 8-11 确定所使用的V带为 A 型。3.3 确定带轮基准直径并验算带速(1) 结合教材 机械设计 由图/表 8-6 ，初选小带轮直径dd1= 90 mm。(2) 验算带速： 6.79 m/s，满足5m/sv120合格。3.6 计算V带根数Z由nm，dd1结合教材机械设计查图/表 8-4a得P0=1.0644 kW。由nm，i0， A 型带，查图/表 8-4b 得DP0= 0.1682 kW。已知a1查表 8-5 得Ka= 0.94 ，已知Ld查表 8-2 得KL= 0.99 则V带根数 4.424 ，取z= 5 。3.7 计算压轴力 由教材 机械设计 表 8-3 ，可知 A 型带单位长度质量q= 0.10 kg/m。单根V带的初拉力最小值：= 129.02 N。压轴力的最小值：=1267.01 N。四、设计减速器内传动零件（直齿圆柱齿轮）4.1 高速级齿轮传动设计计算(1) 选择材料及确定许用应力由教材机械设计表 10-7 确定以下参数：表4-1 高速级齿轮材料及许用应力齿轮热处理方式齿面硬度/MPa/MPa小齿轮40Cr调制280560450大齿轮45调制240510320由表 10-1 ，取安全系数SH= 1 ，SF= 1.4 。则许用应力为： 560 MPa 510 MPa 321.429 MPa 228.571 MPa(2) 按齿面接触强度设计设齿轮按 7 级精度制造，由教材 机械设计 表 10-7得载荷系数K= 1.4 ，由表 10-7 得齿宽系数d= 1 ，由表 10-6可得弹性系数ZE= 189.8 。小齿轮传递的（输入）转矩：T1= 81016 Nmm (注意单位换算)小齿轮分度圆直径： 61.825 mm。齿数取z1= 24 ，z2=i1z1 81，故实际传动比i1=z2/ z1= 3.375 。齿宽 62 mm（圆整）。取大齿轮齿宽b2= 62 mm，为补偿安装误差，取小齿轮齿宽b1=b2+(510) = 67 mm。模数m=d1t/z1= 2.538 ，按表 10-1 ，取标准模数m= 2.5 ，实际分度圆直径 60 mm， 202.5 mm，中心距 131.25 mm。(3) 验算齿轮弯曲强度由教材 机械设计 图/表 10-5 ，取齿形系数YFa1= 2.65 , YFa2= 2.22 ，应力修正系数YSa1= 1.58 ，YSa2= 1.77 。判断： 94.834 F1判断： 92.128 F2满足条件，安全。 (4) 齿轮的圆周速度 1.508 m/s。对照表 10-22 可知，选着 7 级精度是合适的。4.2 低速级齿轮传动设计计算(1) 选择材料及确定许用应力由教材 机械设计 表 10-1 确定以下参数：表4-2 低速级齿轮材料及许用应力齿轮热处理方式齿面硬度/MPa/MPa小齿轮40Cr调制280560450大齿轮45调制240510320由表 ，取安全系数SH= 1 ，SF= 1.4 。则许用应力为： 560 MPa 510 MPa 321.428 MPa 228.571 MPa(2) 按齿面接触强度设计设齿轮按 7 级精度制造，由教材 机械设计 表 10-7 得载荷系数K= 1.3 ，由表 10-7 得齿宽系数d= 1 ，由表 10-6 可得弹性系数ZE= 189.8 。小齿轮传递的（输入）转矩：T2= 261616 Nmm (注意单位换算)小齿轮分度圆直径： 90.444 mm。齿数取z1= 30 ，z2=i1z1 73 ，故实际传动比i1=z2/ z1= 2.433 。齿宽 91 mm（圆整）。取大齿轮齿宽b2= 91 mm，为补偿安装误差，取小齿轮齿宽b1=b2+(510) = 96 mm。模数m=d1t/z1= 3.0148 ，按表 10-1，取标准模数m= 4 ，实际分度圆直径 120 mm， 292 mm，中心距 206 mm。(3) 验算齿轮弯曲强度由教材 机械设计 图/表 10-5 ，取齿形系数YFa1= 2.52 , YFa2= 2.236 ，应力修正系数YSa1= 1.625 ，YSa2= 1.756 。判断： 63.769 F1判断： 60.908 F2满足条件，安全。 (4) 齿轮的圆周速度 0.897 m/s。对照表 10-22 可知，选着 7 级精度是合适的。4.3 传动齿轮的主要参数表4-3 传动齿轮的主要参数高速级低速级齿数 z24813073中心距a /mm131.25206模数 m /mm2.54齿宽b /mm67629691分度圆直径d/mm60202.5120292齿顶高ha /mm2.52.544齿根高hf /mm3.1253.12555齿高h /mm5.6255.62599齿顶圆直径da /mm65207.5128300齿根圆直径df /mm53.75196.875110282五、轴的结构设计计算5.1 高速轴的计算（1轴）根据表 15-1 得，高速轴材料为： 45 ，热处理方式：调质 ，许用弯曲应力-1b= 60 MPa。(1) 初估轴径初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表 15-3得常数A0= 120 24.47 mm考虑到键槽的作用，轴径增加3%为 25.204 mm，圆整后暂取d1= 26 mm。(2) 轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下图：表5-1 高速轴径向尺寸确定轴段直径d /mm确定方法说明d1=26材料d2=33定位轴肩d=d+(34)C1d3=35非定位轴肩d3= d2+(13)d4=42轴承安装尺寸轴承6207d5=65齿轮轴 齿顶圆直径齿顶圆直径65mmd6=42轴承安装尺寸d7=35轴承轴承6207(3) 轴的轴向尺寸设计 轴的结构图如下： 经验值的计算与选取：轴承端盖至箱外传动件间的距离L= 20mm 箱座壁厚d= 0.025a+3=8.15mm 联接螺栓至外箱壁的距离C1=14mm ；至凸缘边距离C2= 12mm 轴承座宽度L=C1+C2+d+(510)= 40mm 齿轮至机体内壁的距离D2= 13mm 大齿轮齿轮端面的距离D3= 10mm 轴承内侧至箱体内壁的距离D4= 4mm（指导书38页图5-12）表5-2 高速轴轴向尺寸确定轴段长度L /mm确定方法说明L1=52带的轮毂L1=（1.52）dL2=49L2= L+e+L-D4-BL3=17轴承宽L4=117L4=D4+D3+D2+b1-(b1+b21-b2-b22)/2L5=67小齿轮宽L6=13L6=D4+D2L7=17轴承宽l1=55L5/2+L6+L7/2l2=159L5/2+L4+L3/2l3=83.5L1/2+L3/2+L25.2 中间轴的计算（2轴）根据表 15-1 得，中间轴材料为：45号钢 ，热处理方式：调制 ，许用弯曲应力-1b= 60MPa。(1) 初估轴径初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表 15-3 得常数A0= 120 36.174 mm(2) 轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下图：表5-3 中间轴径向尺寸确定轴段直径d /mm确定方法说明d1=40轴承内径轴承6208d2=44非定位轴肩d3=52定位轴肩d4=44非定位轴肩d5=40轴承内径轴承6208(3) 轴的轴向尺寸设计 轴的结构图如下： 经验值的计算与选取：轮毂宽度与轴段长度之差D= 2mm（指导书38页图5-10）齿轮至机体内壁的距离D2= 10mm 大齿轮齿轮端面的距离D3= 10mm 轴承内侧至箱体内壁的距离D4= 4mm （指导书38页图5-12）表5-4中间轴轴向尺寸确定轴段长度L /mm确定方法说明L1=34B+D4+D2+DB齿轮厚L2=94B-DL3=8D3-（d低1-d低2）/2L4=60d2-DL5=34B+D4+D2+Dl1=55L5-B/2+L4/2l2=86L4+L3+d低1/2l3=73L1-B/2+ d低1/25.3 低速轴的计算（3轴）根据表15-1 得，低速轴材料为：45号钢，热处理方式： 调制，许用弯曲应力-1b= 60 MPa。(1) 初估轴径初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表 15-3 得常数A0= 120 47.797 mm考虑到键槽的作用，轴径增加3%为49.231 mm，圆整后暂取d1= 50 mm。(2) 轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下图：表5-5 低速轴径向尺寸确定轴段直径d /mm确定方法说明d1=60安装轴承轴承6212d2=64非定位轴肩d3=74定位轴肩d4=69轴承定位d5=60安装轴承d6=58定位轴肩轴承6212d7=50安装联轴器联轴器TL9表5-6 所选用联轴器的主要参数型号公称转矩Tn /Nm许用转速n /mm轴孔直径d /mm轴孔长度L /mm轴孔长度L1 /mmTL9100028505011284DD1D2bA25065(3) 轴的轴向尺寸设计轴的结构图如下：经验值的计算与选取：轴承端盖至箱外传动件间的距离L= 20mm 箱座壁厚d= 8.15mm 联接螺栓至外箱壁的距离C1= 16mm；至凸缘边距离C2= 14mm 轴承座宽度L=C1+C2+d+(510)= 45mm 齿轮至机体内壁的距离D2= 12mm 大齿轮齿轮端面的距离D3= 10mm 轴承内侧至箱体内壁的距离D4= 4mm（指导书38页图5-12）表5-7 低速轴轴向尺寸确定轴段长度L /mm确定方法说明L1=40B+D4+D2+DL2=89b低2-DL3=71.4倍齿肩高L4=80内壁间距减去已知L5=22轴承宽轴承6212L6=46L+e+L-D4+BL7=112联轴器安装长度l1=113L7/2+L6+L5/2l2=143.5L5/2+L4+L3l3=74.5L1-B/2六、轴的强度校核6.1 高速轴校核轴的受力分析如下图：(1) 齿轮的受力 2700.53 N； 982.91 N(2) 水平面内轴承约束力Ft=FH1+FH2Ftl1=FH1(l2+l1)解的：FHI=739.29N FH2=1961.24N(3) 竖直面内轴承约束力Fr=Fr1+Fr2Frl1=Fr1(l1+l2)解得：Fr1=269.08N Fr2=713.83N(4) 弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图 竖直面内弯矩图扭矩图(5) 合成弯矩（考虑最不利的情况下）带轮的压轴力FP在支点产生的反力Fp(l1+l2+l3)=F1(l1+l2) F2=F1-Fp解得：F1=1745.72N F2=478.71N 弯矩图合成弯矩 155233.22 Nmm （注意单位换算）(6) 按第三强度理论校核 7.247 MPa 满足强度要求。6.2 中间轴校核轴的受力分析如下图：(1) 齿轮的受力大齿轮 2583.86 N； 940.45 N小齿轮 4360.27 N； 1587.01 N(2) 水平面内轴承约束力FH1(l1+l2+l3)=Ft小（l1+l2）+Ft大l1FH2=Ft小+Ft大-FH1解得：FH1=3536.96N FH2=3407.17N(3) 竖直面内轴承约束力FV1(l3+l2+l1)=Fr小(l2+l1)-Fr大l1FV2=Fr小-Fr大-Fv1解得：Fv1=803.94N Fv2=-157.38N(4) 弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图竖直面内弯矩图扭矩图最危险截面的合成弯矩 264783.85 Nmm （注意单位换算）(5) 按第三强度理论校核 32.431 MPa 满足强度要求。6.3 低速轴校核轴的受力分析如下图：(1) 齿轮的受力 4133.53 N； 1504.48 N(2) 水平面内轴承约束力FH1（l2+l3）=Ftl3FH2=Ft-FH1解得：FH1=1412.61N FH2=2720.92N(3) 竖直面内轴承约束力Fv1(l2+l3)=Frl3Fv2=Fr-Fv1解得：Fv1=514.15N Fv2=990.33N(4) 弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图竖直面内弯矩图扭矩图 最危险截面的合成弯矩 215719.08 Nmm （注意单位换算）(5) 按第三强度理论校核 10.743 MPa 满足强度要求。七、校核轴承寿命表7-1 所选用的轴承主要参数轴名称轴承代号d / mmD / mmB /mmCr / kN高速轴620735721725.5中间轴620840801829.5低速轴6212601102247.8 轴承设计要求寿命 40320 h7.1 高速轴根据轴的受力情况可知，高速轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 7 ， 2087.107 N。 47579.1 h 满足要求。7.2 中间轴根据轴的受力情况可知，中间轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 1 ， 3627.176 N。 47339.7 h 满足要求。7.3 低速轴根据轴的受力情况可知，低速轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 1 ， 2895.941 N。 947674.6 h 满足要求。八、键连接的选择和计算本设计减速器共需键： 5 个。表8-1 键的主要参数轴名安装直径 d / mm类型h / mmb /mm轮毂长度/ mm键长L /mm高速轴26平键7845中间轴44平键8128044平键81250低速轴64平键11188050平键914100九、箱体的设计表9-1 铸铁减速器箱体的主要结构尺寸（mm）名称