一级圆柱直齿减速器课程设计77F= 2.5 kN单级圆柱直齿轮减速器.doc
一级圆柱直齿减速器课程设计77F= 2.5 kN单级圆柱直齿轮减速器
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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77F= 2.5 kN单级圆柱直齿轮减速器,减速器课程设计
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- 1 - 第 1 页2015-11-19 机械设计基础课程设计 设计说明书 设计题目： 学院 系 专业 设计者： 指导教师： 许爱瑾老师 2014 年 6 月 18 日 安 徽 工 业 大 学 nts - 2 - 第 2 页2015-11-19 目 录 目录 1 1.设计任务书 2 2.电动机的选择计算 3 3.传动装置高、低速轴的转速、转矩与效率计算 4.传动皮带和齿轮零件的设计计算 5.轴的设计计算 6.滚动轴承的选择与寿命计算 7.键联接的选择和验算 8.联轴器的选择 参考文献 nts - 3 - 第 3 页2015-11-19 1. 机械设计基础课程设计任务书 课程设计题目： 胶带运输机的传动装置设计 课程设计内容： 单级圆柱直齿轮减速器 设计题号： 姓名： 周坤 学号： 已知条件（见分配给每个学号的数据表）： 1 输送带工作拉力 F= 2.5 kN； 2 输送带工作速度： V= 1.9 m/s； （允许输送带速度误差为 5%）； 3 滚筒直径 D= 350 mm； 4 滚筒效率 w=0.96（包括滚筒轴承的效率损失） 工作条件：见下表； 设计工作量 ： 减速器装配图一张（ A1 号图幅，绘三视图。注意图面布置，使其饱满均匀。技术特性、技术条件、标题拦书写必须规范）； （参考手册 P250图 19-4和 P265图 19-16，不同 1斜齿轮变直齿轮， 2轴承为深沟球轴承， 3自己计算尺寸，主要检查齿轮中心矩 a、总体尺寸、配合尺寸、明细表对应） 零件工作图一张（ A3 图幅高速轴 轴齿轮，图中必需有齿轮参数表）； （参考手册 P253图 19-7，参数表只列到精度即可） 设计说明一份（正文 5000字， 约 15 页）。 指导教师（签字）： 工作条件 工作期限 10 年（每年 300 天） 检修期间隔 3 年 工作条件 两班工作 载荷性质 空载启动、单向连续运转、载荷平稳 生产批量 小批量生产 动力来源 三相交流电、电压 220/380V nts - 4 - 第 4 页2015-11-19 2. 电动机的选择计算 计算过程 计算结果 2.1选择电动机的转速 2.1.1计算滚筒的转速 带式 输送机的传动方案示意图见设计任务书。 滚筒的直径和工作带的带速已知 滚筒转速计算如下： 2.2.2选择电动机的类型及同步转速 因考虑带式输送机需要较大的转矩，而对转速要求不高，故选择电动机的步骤如下： 选择电动机的类型 因考虑工作条件为空载启动、单向连续运转、载荷平稳，所以选择三相异步电动机，封闭自扇冷式结构， 380V ， Y 系列，同步转速确定为 min/0 rn 。（ 同步转速为 1500 或1000） 计算传动装置的总效率 （参考手册 P187） 传动装置的结构简图如设计任务书图。 总效率的计算如下： = 2 WcgbV 0.88 其中： V V 带的传动的效率 （ 0.96） ； b 一对滚动轴承的效率 （ 0.99） ； g 闭式齿轮传动效率； （ 0.98） c 弹性柱销联轴器的效率 （ 0.995） ； W 滚筒的效率 （ 0.96） 。 滚筒的转速为： min/rnW 传动总效率为： = m in/100060 rD vn W nts - 5 - 第 5 页2015-11-19 计算过程 计算结果 确定所需电机的功率 kWFVPw 1000 （ kW） wd PPwP工作机实际需要的输入功率， kW， dP为工作机实际需要的电动机输入功率， kW。 .确定电机的型号 所选电动机的额定功率应该等于或稍大于工作要求的功率。 因为滚筒的转速 min/rnW 。 拟选择同步转速 min/0 rn 系列的电动机，由表 12-1【 2】 （ 2表示参考文献 2，所使用机械设计课程设计手册） 选择 Y 系列三相电 动机 型，其额定功率为 =eP kW ,满载转速min/rn m 。 由表 12-2、 3、 4、 5【 2】 查得中心高 H、轴伸尺寸 E、键连接尺寸 F。 注意： 1、小带轮的半径应该小于中心高 H； 2、小带轮的宽度应小于轴伸尺寸 15 20mm，这就要求带的根数不能太大。一般 A 型带 3 4根， B型带 2 3根。预留 15 20mm的空间是预留给拆卸带轮的扳手空间。参考手册 P20 图 916 17。 3、键连接尺寸应该和高速轴键槽相应。 选 4 极或 6 极， 1000或 1500 转的，并尽量选择 1500转。 电机型号为： 型 ; 额定功率为 : =eP kW ; 满载转速： min/rnm 。 中心高 H mm 轴伸尺寸 E mm 键连接尺寸 F= mm。 nts - 6 - 第 6 页2015-11-19 3. 传动装置的运动和动力参数计算 计算过程 计算结果 3.1总传动比 i 的计算 wnmni 15.52 3.2各级传动比的分配 根据表 2-2.1 和各级传动间的尺寸协调、结构均匀，满足gV ii ，所以 V 带和减速器分配如下： =Vi 2 4，最大是 7； =gi 3 5，最大为 8，并且最好使得齿数互质 。 3.3传动装置的 运动和动力参数的计算 各轴的转速计算 根据总的传动比及各级传动比的分配，计算各轴的转速如下： 电机： min/1 4 4 0 rnm ； 减速器高速轴： m in/4801 rinnVmg ； 减速器低速轴： m in/84.922 rn g ； 滚筒的转速： m in/77.92 rnW 。 各轴的输入功率和转矩 表 3-1 各轴的输入功率和转矩 功率（ KW） 转矩 (N M) 电机 额定PP 1 =5.023 dTT1mdnP9550=33.31 高速轴 带传动12 PP =4.822 带传动ViTT 12 =95.94 低速轴 齿轮轴承 23 PP =4.678 齿轮轴承 giTT 23 =481.23 总传动比 i ： i 15.52 各级传动比分配： =Vi 3.00 =gi 5.17 注意： 1、带设计好后，检验传动误差是否超标。否则，就要对初设传动比进行修正，主要是调整大小带轮直径。 2、齿轮设计完了后，检验总的传动误差是否超标（ 允许输送带速度误差为 5%）。 3、若提高传动装置精度，则需要在带设计完后进行本节计算。 4、功率和转矩的计算理论上是按照实际需要功率进行计算，但是实际生产和使用中，为了使所设计的传动装置具有一定的超载能力，此处按额定功率和额定转矩计算。 nts - 7 - 第 7 页2015-11-19 4 传动零件设计计算 计算过程 计算结果 4.1 减速器以外传动零件的设计计算 电机传动形式的选择 从传动的形式和经济效性考虑，确定由电动机传动 V 带，所以 V 带轮的小带轮转速 m in/1 4 4 01 rnn mv 。 计算功率并选取 V带型号 根据工况确定工况系数 工作班制为 2班制 工作时间 16小时 载荷平稳 根据表 8-31查得 =AK 1.2 ，故 kWPKP Ac 028.61 根据cP 6.028 kW 和小带轮转速1gn 1440 r/min，由图8-101可知，工作点处于 A 型相邻区之间，可取 Z 型和 A 型分别计算，最后择优选用。本设计为减少带的根数，现取 A 型带。 确定带轮的基准直径与带速验算 根据所选电机的型号可知，电机中心高 H 为 132 mm ，又传动比确定为 Vi3.00 ，所以小带轮的直径1dd取为 125 mm 。 根据小带轮的直径，确定大带轮的直径，滑动率 为 0.015 1 大带轮的直径 )_1(dd12 Vd id 1 369.4 由表 8-4 1 取2dd 375 mm 。 此时从动轮实际转速 2n472.8 转速误差 (472.8-480)/480=-1.5% 5%，合适。 根据公式：100060 111 ndv d1 sm /42.9100060 1440125 符合设计要求： smvsm /25/5 1 初定中心矩0a)(2)(7.021021 dddd ddadd 2 现根据结构要求，取 0a562.5 mm 选择由电动机传动 V 带 参考教材 P147 例题 1。 确定 V 带的截型： V 带的带型为 型 确定小带轮直径 : mmd d 1 大带轮直径 （半径一般小于减速器中心高） : mmd d 2 注 意：因为整个传动装置允许的传动误差为 5%，所以齿轮齿数圆整就要和此处能够相消一部分误差。 注意：若带速没有在此范围内，应重新进行设计。主要是调整带轮直径或者重新选择电动机或重新进行传动比的分配。 nts - 8 - 第 8 页2015-11-19 计算过程 计算结果 初算带的基准长度0L02121200 4)()(22 addddaL dddd 1938.2 mm 由表 8 11，选取带的基准长度 dL2000 mm。 实际中心矩和小带轮包角 中心矩可调整，则 2 00 LLaa d593.4 mm 小带轮包角： 01201 3.5718 0 a dd dd 155.86 ，大于 1200，能满足要求。 单根 V带所能传递的功率0p和增量0p根据 1n 1440 r/min和1dd 125 mm 查表 8 2a1， 用插值法求得0p 1.91 kW。 已知 A 型 V 带，小带轮转速 mnn11440 r/min，传动比Vi 3.00 ， 查表 8 2b1得：0p 0.168 kW。 计算 V带的根数 Lac KKPP Pz )(00 由表 8 51查得aK 0.95 ；由表 8 61查得 LK 1.03 ，故 z 2.965 取 z 3 根。所采用得 V带为 。 作用在带轮轴上的力 由式（ 8 17） 1求单根 V带的张紧力 V 带传动的中心距为： 593.4 确定 V带的根数： Z 3 （ A 型带不多于 4根， B型带不多于3根。） V 带 型 号 ：A-2000X3 （ 例如： B 1600 3） nts - 9 - 第 9 页2015-11-19 计算过程 计算结果 nts - 10 - 第 10 页2015-11-19 20 )15.2(500 qvzvPKFca 1 （式中 q-V带每米的重量） 查表 8 81 得 q 0.1 kg/m，故 0F182.89 N 所以作用在轴上的力为 2sin2 10 azFF 1073.1N 带轮的结构和尺寸设计 小带轮的尺寸，基准直径为 参照表 以及表 电机的外型及安装尺寸可知： 型电机的基本尺寸为： 轴伸直径： ; 轴伸长度： ; 中心高： ; 所以小带轮的轴孔直径 ，毂长应小于 。 根据以上参数及表 ，确定小带轮的结构为辐板轮，轮槽尺寸及轮宽按表 计算，并参照图 带轮的典型结构，得到如图的简图。 其中小带轮的各尺寸如表 4-1。 表 4-1：小带轮的基本尺寸 大带轮的尺寸 计算方法同小带轮： 大带轮的基准直径 。 其结构简图如图 4-2。 大带轮的各尺寸如表 4-2。 表 4-2：大带轮的基本尺寸 带的张紧力 F0： F0= 182.89 N 作用在轴上的力 F =1073.1 N 课程设计 A 必有带轮设计，课程设计 B，可没有此项设计。 小带轮的基本尺寸： 如表 4-1、图 4-1。 参考教材 141P143图表。 大带轮的基本尺寸： 如表 4-2、图 4-2。 nts - 11 - 第 11 页2015-11-19 计算过 程 计算结果 4.2 减速器内的零件设计 选 择齿轮材料、确定许用接触应力 根据工作要求，采用齿面硬度 350HBS。 小齿轮选用 45 钢，调质，硬度为 260HBS； 小齿轮选用 45 钢，调质，硬度为 220HBS； 由表 9 51的公式，可确定许用接触应力 H ： 小齿轮 1H 380 0.7HBS 380 0.7 260 562MPa 大 齿轮 2H 380 0.7HBS 380 0.7 220 534MPa 选择齿数和齿宽系数 由于减速器是闭式传动，可选取a 0.2-0.4 ,考虑加工和制造方便，取齿宽系数a 0.4 。 确定载荷系数 k 因齿轮相对轴承对称布置，且载荷角平稳，故取 k 1.35 。 计算中心距 a 3 21)1(48 HaiKTia 178.69 mm 选择齿数并确定模数 取 1z （ 20， 40） ，则 12 izz 149.93=150 。 与 1z 互质 。 212 zz am 1.997 2 mm 取标准模数（表 9 11）， m 2 mm。 齿轮几何尺寸计算小齿轮分度 圆直径及齿顶圆直径 mmmddmmmZda 211 11大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径 mmmddmmmZda 3 0 423 0 02222 中心距：2 21 dda 179mm 大齿轮宽度 aba 2 71.6=72 mm 硬度可调 注意： 1、所选取模数必须大于计算模数，若想调小模数，需要对之前的设计数据进行调整。 2、当 m 为小数时， 2z 尽量取偶数。 3、 m 2 mm 1d 58 mm 1ad= 62 mm 2d 300 mm 2ad 304 mm a 179 mm 1b 77 mm 2b 72 mm 圆整为整数 nts - 12 - 第 12 页2015-11-19 计算过程 计算结果 小齿轮宽度 因小齿轮齿面硬度高，为补偿装配误差，避免工作时在大齿轮齿面上造成压痕，一般 1b 应比 2b 宽些，取 1b 1b 5 77 mm 确定齿轮精度等级 齿轮圆周速度 46.1100060 111 ndv sm/ 或 100060 222 ndv 1.46 sm/ 根据工作要求和圆周速度，由表 9-31选用 9 级精度。 齿轮弯曲强度验算 1、确定许用弯曲应力 根据表 9-7【 1】 查得 M P aH B SM P aH B SFF 1842202.01402.0140 1902602.01402.014021 2、查齿形系数 FY ，比较 FFY / 小齿轮 1z 29 ，由表 9-61查得 1FY 2.54 ； 小齿轮 2z 150 ，由表 9-61查得 2FY 2.18 。 11FFY 0.013 22FFY 0.012 因 11FFY 22FFY，所以应验算 小 齿轮。 3、验算弯曲应力 计算时应以齿宽 2b 带入，则 21 1112mbzYKT FF 78.78 MPa192 MPa，安全。 或 22 2222mbzYKT FF 65.57 MPa184 MPa，安全。 齿轮精度等级： 经强度校验，齿轮轮齿满足弯曲强度要求。 齿轮机构见手册P163表 11-6 nts - 13 - 第 13 页2015-11-19 计算过程 计算结果 4-3轴的设计计算 （ 1）减速器高速轴的设计 选取轴的材料 因为该轴无特殊要求且精度要求较，所以选取 45钢， （ 热处理）， 由表 12-21查得 C 107-118 估算最小轴径 按扭转强度式估算最小轴径 mmnPd 46.25-08.23C 3 由于 V带轮配合段直径处有一键槽，应增大 3% 按轴的标准调整 d 25 高速轴的结构设计、受力分析及强度校验 根据 V 带轮的大小，初选轴承为 6207 型，则高速轴基本尺寸如图 4-3所示： 按照以上的轴的结构，画出轴的计算简化式： 如图 4-4所示： 由齿轮径向力 rF 和 V 带压轴力 F 引起的垂直面弯矩图 VM 由齿轮圆周力引起的水平面弯矩图 HM 轴的扭矩图 T 1、低速轴 6 段，高速轴 5段即可。 2、进行轴的设计必须先计算部分箱体主要结构尺寸（铸造）（说明书附表）（手册P158表 11-1、 2、3、 4、 5） 3、在估算最小轴径后， 为确定轴向尺寸，一般在此时需要初绘 装 配 底 图 1（ P205 图 16-4，中心线，） nts - 14 - 第 14 页2015-11-19 合成弯矩图 22 +=HV MMM当量弯矩图 22 )(+= TMM e 确定危险截面，根据当量弯矩图，弯矩的危险截面位于图中弯矩最大处。 nts - 15 - 第 15 页2015-11-19 项目 计算过程 计算结果 nts - 16 - 第 16 页2015-11-19 由表 查得 mmMed3-1b 1.0 根据高速轴的结构简图可知，该齿轮轴中齿轮的齿根圆直径为 ，满足要求。 低速轴的结构设计、受力分析及强度校验（略） （课程设计 A 必须有此项设计。课程设计 B可省略此项设计） 4-4 滚动轴承的选择 由于 高速轴选用深沟球轴承 低速轴选用深沟球轴承 4-5 键的选择与校核 键选为 A型 圆头普通平键 大带轮与高速轴连接键： 因轴径 d 为 25 ，所以查表 7-21的键的基本尺寸为： 363.30.4781lttXhb（其中 dl 5.1 ，可比轴上零件的轮毂短些。） 根据轴的尺寸和齿轮材料为钢材，按轻微冲击载荷，查表 7-31得 P 100-120MPa 。 键连接挤压强度校核： stP hlF278.32 MPa P 键连接的剪切强度校核： stblF 35.26MPa 键的强度足够，键连接安全。 大齿轮与低速轴连接键：（同上） 小带轮与电机轴连接键：（同上） 低速轴与联轴器连接键：（同上） 4-6 联轴器的选择 根据低速轴的扭矩要求，查表 可知，选择联轴器为HL3型弹性柱销联轴器，其基本尺寸如下： 经过有关计算，高速轴满足要求。 经过有关计算，低速轴满足要求。 低速齿轮键的选择： A 型圆头普通平键， 标记示例： GB/T 1096 键 16 10 100 联轴器的选择： nts - 17 - 第 17 页2015-11-19 5 其他零件设计 计算过程 计算结果 5-1 箱体及其配套零件设计 根据低速轴的上的转矩 NmT 23.481 ，确定箱体及配套零件如下表： 表 5-1圆柱齿轮减速器铸铁箱体的结构尺寸 名称
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