一级圆柱直齿减速器课程设计20.8%1.5%250.docx
一级圆柱直齿减速器课程设计20.8%1.5%250
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减速器课程设计
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一级圆柱直齿减速器课程设计20.8%1.5%250,减速器课程设计
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学生学号 20107030204 天水师范学院工学院 机械设计基础课程设计任务书 题目： 带式输送机传动系统设计 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 2010 级 姓 名： 邓 世 超 学 号： 20107030204 指导老师： 张 慧 审 阅： 任务下达日期： 2012 年 12 月 20 日 nts 2 目录 一设计要求 . 4 1工作条件 . 4 2工作要求 . 4 二设计计算说明 . 4 1电动机的选择及运动参数的计算 . 4 1.1 电动机功率计算 . 4 1.2 电动机转速计算 . 5 1.3 选择电动机 . 5 2计算传动装置的总传动比和各级传动比的分配 . 6 2.1 计算总传动比 . 6 2.2 分配各级传动比 . 6 3计算传动装置的运动和动力参数 . 6 3.1 各轴转速计算 . 6 3.2 各轴输入功率和输出功率 . 6 3.3 各轴输入转矩和输出转 矩 . 7 4 V 带的传动设计 . 8 4.1 选择 V 带型号 . 8 4.2 大小带轮基准直径的计算 . 8 4.3 验算带速 v . 8 4.4 基准长度和中心距的计算 . 8 4.5 验算小带轮包角 . 9 4.6 V 带根数 z 计算 . 9 4.7 作用在带轮轴上的压力 . 9 4.8 带轮结构设计 . 9 5齿轮传动的设计 . 10 5.1 选定齿轮类型、材料和确定许用应力 . 10 5.2 按齿面接 触强度计算分度圆直径和中心距 . 10 5.3 验算轮齿弯曲强度 . 11 nts 3 5.4 齿轮的圆周速度计算和验算精度 . 11 5.5 齿轮的结构设计 . 11 6轴的设计 . 12 6.1 主动轴的设计 . 12 6.2 从动轴的设计 . 15 7滚动轴承的选择和校核 . 17 7.1 主动轴轴承的选择和校核计算 . 17 7.2 从动轴轴承的选择和校核计算 . 18 8键的选择计算和校核 . 18 8.1 主动轴上键连接的设计和校核计算 . 18 8.2 从动轴上 键连接的设计和校核计算 . 19 9联轴器的选择 . 19 10减速器的润滑 . 19 10.1 齿轮的润滑 . 19 10.2 轴承的润滑 . 20 11减速箱箱体结构及尺寸 . 20 三绘制装配图和零件图 . 21 四总结 . 22 五参考文献资料 . 22 nts 4 一 设计要求 按下列的运动简图、工作条件和原始数据，设计一 个 带式输送机的传动装置。 运动简图如下 ： 1、电动机； 2、三角带传动； 3、减速器； 4、联轴器； 5、传动滚筒； 6、运输平皮带 1工作条件 输送机连续工作，单向运转，载荷变化不大，空载起动，二班制，使用期限 10年（每年工作日 300 天），两班制工作，输送带速度容许误差为 5%。 滚筒效率=0.96。 2工作要求 输送带拉力 输送带速度 已知滚筒直径 二 设计计算说明 1 电动机的选择及运动参数的计算 1.1 电动机功率 计算 电动机所需工作功率 满足 ： 总其中 ： 为带式输送机的有效功率， 总 为电动机到传送带的传动总效率 。 又 ，代入 得： 总nts 5 而 总 满足 ： 总 其中： 为 V 带传动效率 为圆柱齿轮传动效率 为一对滚子轴承传动效率 为弹性联轴器传动效率 为输送机滚筒传动效率 查阅文献 2得： ， ， ， ， 以上数值代入 得： 总 则电动机所需工作功率 为 总1.2 电动机转速计算 滚筒转速： 查阅文献 2知 ： V 带传动的传动比在 范围内， 圆柱齿轮传动比在 范围内， 则总传动比范围是： 总 ， 所以电动机转速可选范围是： 1.3 选择电动机 根据 计算所得的电机工作功率 和转速范围 ，并考虑极数少而转速高的电动机具有较好的经济性和防止传动比增大导致传动系统结构变复杂的条件，选择电动机型号为 Y90L-4。 查阅文献 2得电动机 Y90L-4 的 性能 参数和部分 尺寸参数 分别 如表 1-1 和 1-2 所示 。 表 1-1 Y90L-4 性能参数 型号 额定功率 (kW) 满载时 堵转电流额定电流 堵转转矩额定转矩 最大转矩额定转矩 电流 (A) 转速 (r/min) 效率（ %） 功率因素 Y90L-4 1.5 3.7 1400 79 0.79 6.5 2.2 2.2 nts 6 表 1-2 Y90L-4 部分尺寸参数 中心高H 外形尺寸底角安装尺寸地脚 螺栓 直径 K 轴伸 尺寸装键部位尺寸 F G D 90 335 242.5190 140125 10 24 50 8 20 24 2 计算传动装置的总传动比和各级传动比的分配 2.1 计算总传动比 总传动比计算公式： 总 其中 为电动机转速， 为滚筒转速，则 总 2.2 分配各级传动比 各级传动比满足： 总 其中 为 V 带传动比， 为圆柱齿轮传动比。 为使传动外廓不致过大，使 ，则 总3 计算传动装置的运动和动力参数 3.1 各轴转速计算 主动轴 I： 从动轴 II： 滚筒轴 III： 3.2 各轴输入功率和输出功率 主动轴 I： 输入功率 输出功率 nts 7 从动轴 II： 输入功率 输出功率 滚筒轴 III： 输入功率 输出功率 3.3 各轴输入转矩和输出转矩 电机输出转矩： 主动轴 I： 输入转矩 输出转矩 从动轴 II： 输入转矩 输出转矩 滚筒轴 III： 输入转矩 输出转矩 计算结果汇总如下： 两轴连接件、传动件 V 带 传动 齿轮传动 传动比 3 4.34 轴号 电动机 一级减速器 滚筒轴 0 轴 I 轴 II 轴 III 轴 转速 (r/min) 1400 466.67 117 117 输入功率 (kW) 1.316 1.264 1.23 输出功率 (kW) 1.4 (额定： 1.5) 1.29 1.239 1.18 输入转矩 28.007 102.36 99.61 输出转矩 9.55 26.11 100.31 95.63 nts 8 4 V 带的传动设计 4.1 选择 V 带型号 已知电动机功率 ,转速 ， 。 由电动机的工作工况（带式输送机，工作小时为 10 16h） 查阅文献 1得： 则计算功率为 根据 和 查文献 1，查出此坐标位于 Z 型的区域内，因此选择 Z 型 V 带。 4.2 大小带轮基准直径的计算 由文献 1知 不应小于 50mm,因此取 ，由以下公式得 ： ( ) 为传动带的滑动率。 取基准直径系列， （这样使 有所减小，但其误差在 5%内，估允许。） 4.3 验算带速 v 带速在 5 25m/s 内，故合适。 4.4 基准长度和中心距的计算 初步选取中心距 取 ，符合在 。 由下式得带长： 查文献 1，对 Z 型带选用 , 则实际中心距为 ( ) nts 9 4.5 验算小带轮包角 大于 120 ，故合适。 4.6 V 带根数 z 计算 由下式计算 z: 由 和 查得： 传动比为 由 和 i 查得： ,由 查得： 。 将以上已知值代入 得： 因此 z 取 5。 4.7 作用在带轮轴上的压力 查表得： ，则单根 V 带初拉力为 ： ( ) ( ) 作用在轴上的压力为： 4.8 带轮结构设计 4.8.1 小带轮结构设计 电动机轴 ，由于 ，因此小带轮采用实心式。其中： 4.8.2 大带轮结构设计 由于 ，因此大带轮采用腹板式。其中： 由 主动轴 的计算可知： ,则 nts 10 5 齿轮传动的设计 5.1 选定齿轮类型、材料和 确定许用应力 齿轮类型：该减速箱采用直齿圆柱齿轮。 材料： 小齿轮采用 40 MnB，调质，硬度 241-286HBS， ， ； 大齿轮采用 45 号钢，正火，硬度 156-217HBS， ， 。 对于一般工业用齿轮传动，采用一般可靠度。因此对于 一级圆柱齿轮减速器 ，最小安全系数取 ， 。由此计算许用应力： 5.2 按齿面接触强度 计算分度圆直径和中心距 设齿轮按 8 级精度制造。取中等冲击情况下的载荷系数 ，齿宽系数 ,小齿轮的转矩为 。取弹性系数 ，齿数比 ， 对于标准齿轮， ,则小齿轮分度圆（节圆）直径为： （ ） 小齿轮齿数取 ，则 。 故实际传动比为 。 nts 11 齿宽： 取 ， 模数： 因此模数取第 一 系列的 。 则实际的小齿轮 和大齿轮的 分度圆直径 分别 为 ： 中心距为 5.3 验算轮齿弯曲强度 分别根据小齿轮和大齿轮的齿数查出各自的齿形系数和齿根修正系数： ， ， 则小齿轮和大齿轮的齿轮弯曲强度为 两齿轮的弯曲强度均小于许用应力，故安全。 5.4 齿轮的圆周速度计算 和验算精度 小齿轮转速为 因此选用 8 级精度是合适的。 5.5 齿轮的结构设计 5.5.1 大齿轮的结构设计 由于大齿轮的分度圆直径在 200mm 和 500mm 之间，所大齿轮采用腹板式结构， 选择正常齿制， 具体几何尺寸计算如下： 齿轮模数： 齿数： 分度圆直径： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 齿宽： nts 12 由 从动轴 的计算可知齿轮孔径： 则 轮毂直径 轮毂长度 腹板厚度 5.5.2 小齿轮的结构设计 由于小齿轮的分度圆直径在小于 200mm，所小齿轮采用实心式结构，选择正常齿制，具体几何尺寸计算如下： 齿轮模数： 齿数： 分度圆直径： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 齿宽： 由 主动轴 的计算可知齿轮孔径： 6 轴的设计 6.1 主动轴 的设计 6.1.1 轴的材料 主动轴 的材料采用 45 号钢，调质 ，硬度 217-255HBS，强度极限 ，屈服极限 ，弯曲疲劳极限 。 6.1.2 轴端直径的计算 已知 主动轴 输入功率 为 ，输入转矩 为 ，转速为 。根据 45 号钢，查得 ，则 轴端有一个键槽，轴的直径扩大 5%，即 ，则轴的最小直径取 18mm,为 主动轴 伸出端安装大带轮的直径。 6.1.3 确 定轴向尺寸和各段轴径 齿轮的简图如 6-1 所示。 以下是各段的尺寸 （从左起） ： 第一段：安装大带轮的轴段， 根据 6.1.2 的计算，轴径为 ，长度为 。 第二段：与透盖相接处，为第二阶梯外 伸轴，限制大带轮的向右的轴向位移 ，轴径 ，长度 。 nts 13 第三段： 支承段， 初步选定 轴承 6006，轴径 ，长度 。 第四段：限制轴承向右的轴向位移，轴径 ，长度 。 第五段：限制齿轮向左的轴向位移，轴径 ，长度 。 第六段：安装小齿轮，并由套筒限制小齿轮的向右的轴向位移，轴径 ，长度 。 第七 段：安装轴承，由套筒限制小齿轮向左 的轴向 位移，轴径 ，长度 。 主动轴总长： 6.1.4 主动轴 强度校核计算 已知 小 齿轮分度圆直径 ， 主动轴 扭矩 ，压力角 ，则轴上所受的圆周力、径向力和法向力分别为： 由带轮的计算可知，带轮作用在轴上的力为 根据 主动轴 结构设计内容作 出轴的计算简图（图 6-1）。 轴的支承点分别为两轴承的轴向中心 处。 做轴的计算简图，先求出轴上受力零件的载荷。将轴上受力零件的载荷分解为水平分力和垂直分力。如图 6-1a 所示 。 左端的伸出端连接 大带轮 处受到转矩 和带轮作用在轴上的力 ； nts 14 左轴承处受水平反力 和垂直反力 ，右轴承处受到水平反力 和垂直反力 （ 由于直齿轮传动无轴向力，左右轴承轴向力相互抵消，故此处略去不做计算。 ） ； 小齿轮 中心位置处 受到圆周力 和径向力 。 水平支反力 的计算： 垂直 支反力 的计算： 根据轴的 支反力 计算 轴的弯矩和扭矩，绘制轴的水平弯矩图 （ a） 、垂直弯矩图 扭矩图 (b)、水平与垂直弯矩合成图 (c)、扭矩图 (d)和弯扭合成 当量弯矩 图 (e)，如 图 6-1(a)到（ e） 所示。 nts 15 由弯扭合成当量弯矩图可知，截面 B 为危险截面，计算截面 B 的当量弯矩： 水平 弯矩的计算： 垂直弯矩的计算： 水平与垂直弯矩合成的计算： 扭矩的计算（如图 6-1e 所示）： 当量弯矩的计算（如图 6-1f 所示）： 对截面 B 进行强度校核： 根据以上计算数据，以及轴的单向旋转，扭转切应力为循环变应力，取 ，则截面 C 的计算应力为： 对于调质的 45 号钢， , 明显远小于 ，故安全。 6.2 从动轴 的设计 6.2.1 轴的材料 从动轴 的材料采用 45 号钢，调质，硬度 217-255HBS，强度极限 ，屈服极限 ，弯曲疲劳极限 。 6.2.2 轴端直径的计算 已知 从动轴 输出功率为 ，输出转矩为 ，转速为 。根据 45 号钢，查 表 14-2 得 ，则 轴端有一个键槽，轴的直径扩大 5%，即 。从动轴 轴端位置安装联轴器，根据输出转矩和转速，采用弹性套柱销联轴器，轴孔选用 ,孔深为 则 从动轴 轴端的直径为 32mm。 6.2.3 确 定轴向尺寸和各段轴径 齿轮的简图如 6-2 所示。以下是各段的尺寸（从左起）： 第一段：安装联轴器 的轴段，根据 6.2.2 的计算，轴径为 ，长度为 。 nts 16 第二段：与透盖相接处，为第二阶梯外伸轴，限制联轴器向右的轴向位移，轴径 ，长度 。 第三段：支承段， 初步选定 轴承 6009，轴径 ，长度 。 第四段：限制轴承向右的轴向位移，轴径 ，长度 。 第五段：限制齿轮向左的轴向位移，轴径 ，长度 。 第六段：安装大齿轮，并由套筒限制大齿轮向右的轴向位移，轴径 ，长度 。 第七段：安装轴承 6009，由套筒限制大齿轮向左的轴向位移，轴径 ，长度 。 从动轴总长： 6.1.4 从动轴 强度校核计算 由于 从动轴 的受力 分析 与 主动轴 类似，由以上的 主动轴 的校核计算过程 分析 可知， 从动轴的 危险截面位于齿轮径向对称面上，因而只需对 从动轴 上大齿轮轴段的中间截面进行校核计算。因而，以下计算过程只对该截面处的受力进行分析计算。 已知 大 齿轮分度圆直径 ， 从动轴 扭矩 ，压力角 ，则轴上所受的圆周力、径向力和法向力分别为： 计算水平弯矩： nts 17 计算垂直弯矩： 合成弯矩的计算： 扭矩的计算： 当量弯矩的计算 ： 危险截面的计算应力： 对于调质的 45 号钢， , 明显远小于 ，故安全。 7 滚动轴承的选择 和校核 预期寿命根据减速器的工作年限计算： 7.1 主动轴 轴承的选择和校核计算 主动轴 轴承初步选定采用深沟球轴承 6006。由 主动轴 的设计计算可知，轴承主要承受径向力，几乎不受轴向力的作用，因而其当量载荷为 左 轴承 所受的径向力为 和 的反作用力，由 主动轴 的设计计算得： 又因为 ,取 ，则轴承的当量动载荷为： 主动轴 的转速为 ，对于滚动轴承， ，由 GB/T 276-1994可得，深沟球轴承 6006 的基本额定载荷为 ,因此 （）（）nts 18 故选用深沟球轴承符合要求，可安全使用。 7.2 从动轴 轴承的选择和校核计算 从动轴 轴承初步选定采用深沟球轴承 6009。由 从动轴 的设计计算可知，轴承主要承受径向力，几乎不受轴向力的作用，因而其当量载荷为 左轴承所受的径向力为 和 的反作用力，由 主动轴 的设计计算得： 又因为 ,取 ，则轴承的当量动载荷为： 从动轴 的转速为 ，对于滚动轴承， ，由 GB/T 276-1994可得，深沟球轴承 6009 的基本额定载荷为 ,因此 （）（）故选用深沟球轴承符合要求，可安全使用。 8 键的选择计算 和校核 8.1 主动轴 上键连接的设计和校核计算 8.1.1 大带轮与 主动轴 的键连接 键选用圆头普通平键， 45 号钢，许用应力为 主动轴 连接大带轮处，按轴径 及大带轮轮毂长 ，查GB/T 1096-2003，选用 ,L 取 25mm。 键的工作长度 , 挤压应力为 故所设计的键连接安全。 8.1.2 小齿轮与 主动轴 的键连接 键选用圆头普通平键， 45 号钢，许用应力为 主动轴 安装齿轮处，按轴径 及该段轴长 ，查 GB/T 1096-2003，选用 ,L 取 45mm。 键的工作长度 , 挤压应力为 故所设计的键连接安全。 nts 19 8.2 从动轴 上键连接的设计和校核计算 8.2.1 大齿轮与 从动轴 的键连接 键选用圆头普通平键， 45 号钢，许用应力为 从动轴 连接 大齿轮 处，按轴径 及大带轮轮毂长 ，查GB/T 1096-2003，选用 ,L 取 45mm。 键的工作长度 , 挤压应力为 故所设计的键连接安全。 8.2.2 从动轴与联轴器 的键连接 键选用 单 圆头普通平键， 45 号钢，许用应力为 从 动轴 安装 联轴器 处，按轴径 及该段轴长 ，查 GB/T 1096-2003，选用 ,L 取 45mm。 键的工作长度 , 挤压应力为 故所设计的键连接安全。 9 联轴器的选择 为了隔离振动与冲击 ，选用弹性套柱销联轴器。 联轴器计算转矩为： 查 GB/T 4323-2002，选用 TL6 型弹性套柱销联轴器，其基本参数如下： 公称扭矩： , 配合轴径： 许用转速： , 配合长度： 10 减速器的润滑 10.1 齿轮的润滑 由齿轮设计计算可知齿轮传动的圆周速度： ，因此采用油池润滑。齿轮的齿面接触应力为 （轻负荷） nts 20 因此对于闭式齿轮传动，采用 L-CKB 润滑油， 润滑油粘度通过以下计算得出： 由图查得 40 时润滑油的粘度： 查 GB/T 3141-1994 得其对应的 ISO 粘度等级为 68，所以齿轮传动的润滑油采用 L-CKB68。 10.2 轴承的润滑 已知：小轴承内径为 ,轴承转速为 大轴承内径为 ，轴承转速为 则 均少于（ 1.5 2） ，因此轴承采用脂润滑。 查表选用钙基润滑脂 L-XAAMHA2（ GB 491-1987），只需填充轴承空间的 1/3-1/2，并在轴承内侧设挡油环，使油池中的油不能进入轴承以致稀释润滑脂。 由于齿轮润滑采用油润滑的方式，为防止齿轮传动中飞溅出来的润滑油稀释润滑剂，在轴承与内壁之间加装挡油圈。 11 减速箱箱体结构 及尺寸 减速箱箱体采用材料灰铸铁 HT150，剖分式箱体 箱体的主要结构尺寸 如下表所示： 名称 代号 尺寸（ mm） 箱座壁厚 81025.0 a 8 箱盖壁厚 885.08.01 8 箱座高度 200 箱座凸缘厚度 5.1b 12 箱盖凸缘厚度 11 5.1 b 12 箱座底凸缘厚度 5.22 b 20 地脚螺栓直径 12036.0 ad f 20 地脚螺栓数目 n 4 轴承旁联接螺栓直径 fdd 75.01 16 箱盖与箱座联接螺栓直径 fdd 6.05.02 12 nts 21 联接螺栓 2d 的间距 l 150200 轴承端盖螺钉直径 fdd 5.04.03 10 检查孔盖螺钉直径 fdd 4.03.04 8 定位销直径 28.07.0 dd 8 fd至外箱壁距离 26 1d 至外箱壁距离 22 2d 至外箱壁距离 18 fd至凸缘边缘距离 24 1d 至凸缘边缘距离 20 2d 至凸缘边缘距离 16 沉头座直径 0D 40,33,26 轴承旁凸台半径 R 20 凸台高度 h 300 外箱壁至轴承座端面距离 42 轴承座孔边缘至轴承螺栓轴线的距离 18 2.11 dl 20 齿轮顶圆与内箱壁间的距离 10 齿轮端面与内箱壁间的距离 20 箱盖、箱座肋厚 11 85.0 m 85.0m 7 7 小 轴承端盖外径 105 大 轴承端盖外径 125 轴承旁联接螺栓距离 125 三 绘制装配图和零件图 零件图：大齿轮（一张） 从动轴（一张） 装配图：见 CAD 文件 nts 22 四 总结 整个课程设计过程历时一个
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