带式运输机上同轴式二级圆柱齿轮减速器.doc

机械设计课程设计带式输送机同轴式二级圆柱齿轮减速器一、减速器设计任务及分析21.1 零件的用途及基本原理21.2 零件设计任务31.3 零件的工艺分析4二、项目组织与分工2三、课程设计23.1 总体设计方案53.2电动机的选择63.3计算传动装置总传动比和分配各级传动比73.4计算传动装置的运动和动力参数73.5传动件的设计计算83.51V带传动设计计算83.62中速轴的设计103.63低速轴的设计103.64精确校核轴的疲劳强度103.7滚动轴承的选择及计算103.71高速轴的轴承103.72中速轴的轴承103.73低速轴的轴承103.8键联接的选择及校核计算103.9联轴器的选择103.61高速轴的设计113.63低速轴的设计223.7滚动轴承的选择及计算353.72中速轴的轴承353.73低速轴的轴承353.8键联接的选择及校核计算353.71高速轴的轴承353.72中速轴的轴承373.73低速轴的轴承393.8键联接的选择及校核计算413.9联轴器的选择41四、课设总结2一、 减速器设计任务及分析1.1 零件的用途及基本原理带式输送机带式输送机(belt conveyor)又称胶带输送机，广泛应用于家电、电子、电器、机械、烟草、注塑、邮电、印刷、食品等各行各业，物件的组装、检测、调试、包装及运输等。线体输送可根据工艺要求选用：普通连续运行、节拍运行、变速运行等多种控制方式；线体因地制宜选用：直线、弯道、斜坡等线体形式 输送设备包括：皮带输送机也叫带式输送机或胶带输送机等，是组成有节奏的流水作业线所不可缺少的经济型物流输送设备。皮带机按其输送能力可分为重型皮带机如矿用皮带输送机，轻型皮带机如用在电子塑料，食品轻工，化工医药等行业。皮带输送机具有输送能力强，输送距离远，结构简单易于维护，能方便地实行程序化控制和自动化操作。运用输送带的连续或间歇运动来输送100KG以下的物品或粉状、颗状物品，其运行高速、平稳，噪音低，并可以上下坡传送。工作原理 带式输送机主要由两个端点滚筒及紧套其上的闭合输送带组成。带动输送带转动的滚筒称为驱动滚筒（传动滚筒）；另一个仅在于改变输送带运动方向的滚筒称为改向滚筒。驱动滚筒由电动机通过减速器驱动，输送带依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力拖动。驱动滚筒一般都装在卸料端，以增大牵引力，有利于拖动。物料由喂料端喂入，落在转动的输送带上，依靠输送带摩擦带动运送到卸料端卸出。联轴器的作用:是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转并传递扭矩，部分联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的连接部件。常用联轴器有膜片联轴器，齿式联轴器，梅花联轴器，滑块联轴器，鼓形齿式联轴器，万向联轴器，安全联轴器，弹性联轴器及蛇形弹簧联轴器。V带传送机理：该工作机有轻微振动，由于V带有缓冲吸振能力，采用V带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种。齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。原动机部分为Y系列三相交流?异步电动机?总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高同轴式二级减速器：同轴式减速器的输入轴与输出轴在同一轴线上，箱体较短，但箱体内须设置轴承支座，使箱体轴向尺寸增大，中间轴加长，结构变得复杂。减速器轴向尺寸和重量较大，高速级齿轮的承载能力难于充分利用。中间轴承润滑困难。中间轴较长，刚性差，载荷沿齿宽分布不均匀。由于两伸出轴在同一轴线上，在很多场合能使设备更为方便。1.2 零件设计任务设计一用于带式运输机上同轴式二级圆柱齿轮减速器1. 总体布置简图2. 工作情况工作平稳、单向运转3. 原始数据运输机卷筒扭矩（Nm）运输带速度（m/s）卷筒直径（mm）带速允许偏差（%）使用年限（年）工作制度（班/日）18001.230051024. 设计内容(1) 电动机的选择与参数计算(2) 斜齿轮传动设计计算(3) 轴的设计(4) 滚动轴承的选择(5) 键和联轴器的选择与校核(6) 装配图、零件图的绘制(7) 设计计算说明书的编写1.3 零件的工艺分析二、 项目组织与分工我们是根据自己的特长，结合彼此间的优势互补而组成的，大家态度认真，分工明确，互帮互助，相互探讨，积极准备，团结一致，大家都积极完成自己的分工，总之，整个过程中大家统筹兼顾，具体分工如下表：姓名学号职位职责杨洋6136206组长对项目进行总体的安排与分工，主要承担螺栓的设计计算部分，以及任务书的打印和递交冯秀霞6136232组员资料的搜集和绘制螺栓的工作图湛小雪61361组员写零件课程设计任务书以及最后的排版及打印刘月洋6136207组员资料的搜集和绘制螺栓的工作图三、 课程设计3.1 总体设计方案当速比分配适当时，两对齿轮浸入油中深度大致相同。减速器轴向尺寸和重量较大，高速级齿轮的承载能力难于充分利用。中间轴承润滑困难。中间轴较长，刚性差，载荷沿齿宽分布不均匀。传动方案的确定要求：运输机连续工作，单向运转，载荷较平稳，空载起动，输送带速度为1.2m/s，允许误差5%，每天两班制工作，载荷平稳，环境要求清洁,每年按360个工作日计算，使用期限10年。 如同任务书布置简图所示，传动方案采用V带加同轴式二级圆柱齿轮减速箱，采用V带可以起到缓冲吸振和过载保护作用；同轴式可使减速器横向尺寸较小。齿轮相对于轴承位置不对称，当轴产生弯曲变形时，在和在齿宽上分布不均匀，因此，轴应设计得具有较大的刚度，并尽量使高速级齿轮远离输入端。高速级可制成斜齿，低速级可制成直齿。总体设计方案设计二级减速器步骤如下：1.由于该减速机为皮带传动滚筒用的减速机故不需要设计为立式结构，可采用卧式减速器的型式进行设计。2.行星传动减速器结构虽然紧凑，但成本也高，故在本次设计中不考虑采用，而锥齿轮及蜗杆传动型式的输入输出轴垂直，这样与传动滚筒配合起来布置不够紧凑，而且加工起来也较困难，故拟采用圆柱齿轮传动。3.2电动机的选择由于本传动的工作状况是：载荷平稳、单向运转，调速范围宽。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，减小振动和噪声，提高运转效率，所以选用Y系列封闭式三相异步电动机。 卷筒轴所需功率 通过查找机械设计手册得出 V带传动，滚动轴承 ，齿轮 ，联轴器（弹性），卷筒轴滑动轴承 电动机的输出功率 卷筒输入轴的转速已知V带传动的传动比为，二级同轴式直齿圆柱齿轮减速器的传动比所以，电动机转速的可选范围： 暂取值为1000选电动机型号为Y200L1-6，同步转速1000r/min，满载转速970r/min，额定功率18.5Kw 电动机外形尺寸 中心高H外形尺寸底脚安装尺寸底脚螺栓直径 K轴伸尺寸DE键联接部分尺寸FCD200318305 19551101610 3.3计算传动装置总传动比和分配各级传动比理论总传动比 分配各级传动比 取V带传动的传动比，则二级圆柱齿轮减速器的传动比 而二级同轴式圆柱齿轮减速器内部两组齿轮传动为同级传动，故 所得和符合一般圆柱齿轮传动和二级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。3.4计算传动装置的运动和动力参数3.41确定各轴转速首先定义电动机轴为0轴，减速器高速轴为轴，中速轴为轴，低速轴为轴根据公式可得 3.42确定各轴输入功率 高速轴 中间轴 低速轴 3.43确定各轴输出转矩 由于电机输出转矩 所以各轴的输出转矩 带式传动装置的运动和动力参数如下表所示轴 名功率P/Kw转矩T/Nm 转速 n/r/min传动比i电 机 轴17.56172.8897012.69高速轴16.769495.296323.332.06中速轴16.063977.329156.96低速轴15.3861928.55076.193.5传动件的设计计算3.51V带传动设计计算3.511确定计算功率 由于是带式运输机，功率903.526确定带的根数因为单根V带的基本额定功率P是在特定条件下由实验得到的，当带的实际工作情况与特定的条件不同时，需要对P进行修正，修正后的单根V带所能传递的额定功率根据和，查机械设计基础表31-3可得再根据i=3，B型带，查机械设计基础表31-4可得根据包角值，查机械设计手册表13-1-22可得包角系数=0.91，根据基准长度，查机械设计手册表13-1-23可得长度系数=1.04所以已知计算载荷V带的根数由公式，并且z值介于37之间，综合可得z=5。3.527确定带的初拉力其中的单位长度质量由机械设计手册表13-1-24可得对于V带传动，单根带的初拉力为由于新带容易松弛，因此安装新带时的预紧力应为上述的初拉力的1.5倍。3.528确定传动带作用在轴上的压轴力根据公式3.62中速轴的设计3.63低速轴的设计3.64精确校核轴的疲劳强度3.7滚动轴承的选择及计算3.71高速轴的轴承3.72中速轴的轴承3.73低速轴的轴承3.8键联接的选择及校核计算3.9联轴器的选择设计计算及说明结果3.6轴的设计计算3.61高速轴的设计(1) 高速轴上的功率、转速和转矩转速（）高速轴功率（）转矩T（）486.6710.56207.22(2) 作用在轴上的力已知高速级齿轮的分度圆直径为=98.75 ，根据机械设计（轴的设计计算部分未作说明皆查此书）式(10-14)，则(3) 初步确定轴的最小直径先按式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取,于是得(4) 轴的结构设计 1）拟订轴上零件的装配方案（如图） 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足V带轮的轴向定位，-轴段右端需制出一轴肩，故取-段的直径d-=37mm。V带轮与轴配合的长度L1=99mm，为了保证轴端档圈只压在V带轮上而不压在轴的端面上，故-段的长度应比L1略短一些，现取L-=95mm。初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据d-=37mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30308，其尺寸为dDT=40mm90mm25.25mm，故d-=d-=40mm；而L-=24+24=48mm，L-=15mm。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得30308型轴承的定位轴肩高度h=5mm，因此，套筒左端高度为5mm，d-=50mm。取安装齿轮的轴段-的直径d-=45mm，取L-=115mm齿轮的左端与左端轴承之间采用套筒定位。轴承端盖的总宽度为36mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆，取端盖的外端面与V带轮右端面间的距离L=24mm，故取L-=60mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3）轴上零件的轴向定位V带轮与轴的周向定位选用平键10mm8mm80mm，V带轮与轴的配合为H7/r6；齿轮与轴的周向定位选用平键14mm9mm90mm，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角，各圆角半径见图轴段编号长度（mm）直径（mm）配合说明-9535与V带轮键联接配合-6037定位轴肩-4840与滚动轴承30307配合，套筒定位-11545与小齿轮键联接配合-1550定位轴环-2640与滚动轴承30307配合总长度359mm（1） 求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，从手册中查取a值。对于30307型圆锥滚子轴承，由手册中查得a=19.5mm。因此，轴的支撑跨距为L1=129mm， L2+L3=83.5+76.5=160mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面C是轴的危险截面。先计算出截面C处的MH、MV及M的值列于下表。结果83.512976.5设计计算及说明结果载荷水平面H垂直面V支反力F，C截面弯矩M总弯矩扭矩（2） 按弯扭合成应力校核轴的强度根据式(15-5)及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取，轴的计算应力已选定轴的材料为45Cr，调质处理。由表15-1查得。因此，故安全。3.62中速轴的设计中速轴上的功率、转速和转矩转速（）中速轴功率（）转矩T（）140.6510.14688.49(1) 作用在轴上的力已知高速级齿轮的分度圆直径为，根据式(10-14)，则已知低速级齿轮的分度圆直径为，根据式(10-14)，则安全设计计算及说明结果(2) 初步确定轴的最小直径先按式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取,于是得(3) 轴的结构设计 1）拟订轴上零件的装配方案（如图） 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据d-=d-=50mm，由轴承产品目录中初步选取标准精度级的单列圆锥滚子轴承30310，其尺寸为dDT=50mm110mm29.25mm，故L-=L-=29+20=49mm。两端滚动轴承采用套筒进行轴向定位。由手册上查得30310型轴承的定位轴肩高度h=5mm，因此，左边套筒左侧和右边套筒右侧的高度为5mm。取安装大齿轮出的轴段-的直径d-=50mm；齿轮的左端与左端轴承之间采用套筒定位。为了使大齿轮轴向定位，取d-=66mm，又由于考虑到与高、低速轴的配合，取L-=110mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。设计计算及说明结果3）轴上零件的轴向定位大小齿轮与轴的周向定位都选用平键18mm11mm90mm，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角，各圆角半径见图轴段编号长度（mm）直径（mm）配合说明-5450与滚动轴承30309配合，套筒定位-11060与大齿轮键联接配合-11065定位轴环-11560与小齿轮键联接配合-5450与滚动轴承30309配合总长度433mm（5） 求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，从手册中查取a值。对于30309型圆锥滚子轴承，由手册中查得a=23mm。因此，轴的支撑跨距为L1=78.5mm， L2=217.5，L3=81mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面C是轴的危险截面。先计算出截面C处的MH、MV及M的值列于下表。载荷水平面H垂直面V支反力FC截面弯矩M总弯矩扭矩设计计算及说明结果83.5-=74.5-=227.5=设计计算及说明结果（6） 按弯扭合成应力校核轴的强度根据式(15-5)及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取，轴的计算应力已选定轴的材料为45Cr，调质处理。由表15-1查得。因此，故安全。3.63低速轴的设计低速轴上的功率、转速和转矩转速（）中速轴功率（）转矩T（）40.669.742288.24(1) 作用在轴上的力已知低速级齿轮的分度圆直径为，根据式(10-14)，则(3) 初步确定轴的最小直径先按式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取，于是得 (4) 轴的结构设计1） 拟订轴上零件的装配方案（如图） 安全设计计算及说明结果2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器的轴向定位，-轴段左端需制出一轴肩，故取-段的直径d-=75mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=107mm，为了保证轴端档圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故-段的长度应比L1略短一些，现取L-=105mm。初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据d-=75mm，由轴承产品目录中初步选取标准精度级的单列圆锥滚子轴承30317，其尺寸为dDT=85mm180mm44.5mm，故 d-=d-=80mm；而L-=45mm，L-=45+20=65mm。左端滚动轴承采用轴环进行轴向定位。由表15-7查得30317型轴承的定位高度h=6mm，因此，取得d-=97mm。右端轴承采用套筒进行轴向定位，同理可得套筒右端高度为6mm。取安装齿轮出的轴段-的直径d-=95mm；齿轮的右端与右端轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为115mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取l-=110mm。轴承端盖的总宽度为30mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆，取端盖的外端面与联轴器左端面间的距离L=30mm，故取L-=60mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3） 轴上零件的轴向定位半联轴器与轴的联接，选用平键为20mm12mm85mm，半联轴器与轴的配合为H7/k6。齿轮与轴的联接，选用平键为25mm14mm95mm，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6。4） 确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角，各圆角半径见图轴段编号长度（mm）直径（mm）配合说明-455与滚动轴承30314配合-1597轴环-11090与大齿轮以键联接配合，套筒定位-6585与滚动轴承30314配合-6079与端盖配合，做联轴器的轴向定位-10574与联轴器键联接配合总长度400mm设计计算及说明结果81.566.5设计计算及说明结果（5） 求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，从手册中查取a值。对于30314型圆锥滚子轴承，由手册中查得a=36mm。因此，轴的支撑跨距为根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面B是轴的危险截面。先计算出截面B处的MH、MV及M的值列于下表。载荷水平面H垂直面V支反力FB截面弯矩M总弯矩扭矩（6） 按弯扭合成应力校核轴的强度根据式(15-5)及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取，轴的计算应力已选定轴的材料为45Cr，调质处理。由表15-1查得。因此，故安全。3.64精确校核轴的疲劳强度1） 判断危险截面截面只受扭矩作用，虽然键槽，轴肩及过渡配合引起的应力集中将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和处过盈配合引起应力集中最严重；从受载情况来看，截面B上的应力最大。截面的应力集中影响和截面的相近，但截面不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面B上虽然应力最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而这里轴的直径也大，故截面B不必校核。截面显然更不必校核。由机械设计第三章附录可知，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面左右两侧。安全设计计算及说明结果2） 截面左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面左侧的弯矩为截面上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45Cr，调质处理。由表15-1查得截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数按附表3-2 经插值后可查得又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为故有效应力集中系数为由附图3-2得尺寸系数由附图3-3得扭转尺寸系数轴按磨削加工，附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即q=1，则得综合系数值为设计计算及说明结果又由3-1和3-2查得碳钢的特性系数, 取；, 取；于是，计算安全系数值，按式(15-6)(15-8)则得故可知其安全。3） 截面右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面右侧的弯矩为截面上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45Cr，调质处理。由表15-1查得截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数按附表3-2 安全设计计算及说明结果经插值后可查得又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为故有效应力集中系数为由附图3-2得尺寸系数由附图3-3得扭转尺寸系数轴按磨削加工，附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即q=1，则得综合系数值为又由3-1和3-2查得碳钢的特性系数, 取；, 取；于是，计算安全系数值，按式(15-6)(15-8)则得故可知其安全。安全设计计算及说明结果3.7滚动轴承的选择及计算3.72中速轴的轴承3.73低速轴的轴承3.8键联接的选择及校核计算3.9联轴器的选择轴承预期寿命 3.71高速轴的轴承选用30308型圆锥滚子轴承，查课程设计表15-7，得 ， ，（1） 求两轴承所受到的径向载荷和由高速轴的校核过程中可知：，（2） 求两轴承的计算轴向力和由机械设计表13-7得 因为所以（3） 求轴承当量动载荷和设计计算及说明结果 由机械设计表13-6，取载荷系数 （4） 验算轴承寿命因为，所以按轴承1的受力大小验算故所选轴承满足寿命要求。3.72中速轴的轴承选用30310型圆锥滚子轴承，查课程设计表15-7，得 ， （1） 求两轴承所受到的径向载荷和由中速轴的校核过程中可知：，（2） 求两轴承的计算轴向力和满足寿命要求设计计算及说