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机械设计基础课程设计设计题目： 带式运输机的单级直齿圆柱齿轮减速器 学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指 导 教 师： 完成时间： 2014年 7 月 11日目 录第1章 设计任务书 3第二章电动机的选择计算 4第三章传动装置的运动和动力参数的计算 6第四章三角带的传动设计 7第五章齿轮传动设计 8第六章轴的设计11第七章滚动轴承的选择14第八章键的选择及其强度校核15第九章联轴器的选择 15第十章 润滑及其密封 15第十一章 设计总结 16第十二章 参考文献 16机械设计基础课程设计带式运输机中使用的单级直齿圆柱齿轮减速器1、 设计任务书 试按下列一组数据，设计一带式输送机的传动装置，传动简图如下。工作条件及要求：用于运输碎粒物体，工作时载荷有轻微冲击，输送带允许速度误差4，二班制，使用期限10年（每年工作日300天），连续单向运转。 设计原始数据于下表：组 别运输带牵引力FW（N）运输带速度VW（m/s）传动滚筒直径D（）126001.25320235001.45420图1 带式输送机的传动装置1、电动机；2、三角带传动；3、减速器；4、联轴器；5、传动滚筒；6、皮带运输机 二、电动机的选择及运动参数的计算一般电动机均采用三相交流电动机，如无特殊要求都采用三相交流异步电动机，其中首选Y系列全封闭自扇冷式电动机。（1） 电动机的选择确定皮带输送机所需功率 PW=FWVW/1000（kw) 由上表中给出的数据： PW=FWVW/1000=26001.251000=3.25（kw）式（11）传动装置的效率 =12345 式（1-2） 式中： 1-三角带传动效率 2-齿轮传动效率 3-滚动轴承的效率 4-联轴器的效率 5-运输机平型带传动效率 常见机械效率参见附表1，查表得： 1-三角带传动效率=0.96 2-齿轮传动效率=0.97 3-滚动轴承的效率=0.98 4-联轴器的效率=0.99 5-运输机平型带传动效率=0.96=12345=0.960.970.980.990.960.87电动机的选择电动机的额定功率： PPW/= FWVW/（kw） 由上式（1-1）、式（1-2）结果求得： PPW/= FWVW/=2600*1.25/（1000*0.87）=3.74（kw）式（1-3）确定电动机的转数：（1）滚筒轴的工作转速为： nW=601000VW/D（r/min） 式中：VW-皮带输送机的带速 D-滚筒的直径 带入上表数值： nW=601000VW/D=6010001.25/（320）=74.6（r/min）式（1-4）（2）电动机的转速： n=inW 式中：i是由电动机到工作机的减数比 i=i1i2i3in 式（1-5） i1i2i3in是各级传动比的范围。 按n的范围选取电动机的转速n n=inW=19.30*74.6=1440 式（1-6） （3）常用机械传动比的范围见附表2 列出电动机的主要参数：电动机额定功率P（KW）3.74 kw电动机满载转速nm（r/min）1400 r/min电动机轴伸出端直径d（mm）28 mm电动机轴伸出端的安装高度（mm）112 mm电动机轴伸出端的长度（mm）60 mm 常用机械传动效率【附表1】：机械传动类型传动效率圆柱齿轮传动闭式传动0.960.98（7-9级精度）开式传动0.940.96圆锥齿轮传动闭式传动0.940.97（7-8级精度）开式传动0.920.95带传动平型带传动0.950.98V型带传动0.940.97滚动轴承（一对）0.980.995联轴器0.99-0.995常用机械传动比范围【附表2】：传动类型选用指标平型带三角带 齿 轮 传 动功率（KW）小（20）中（100） 大（最大可达50000）单级传动比（常用值） 2-42-4 圆柱 圆锥3-52-3 最大值 6 15 106-10（二）、总传动比的计算及传动比的分配（1）传动装置总传动比i=nm/nW i=nm/nW=1400/74.6=19.30 式（21）（2）分配传动装置各级传动比 i=i1i2i3in 式中：i1、i2、i3in从附表2中选值其中，i1取4 i2=i/ i1=4.825 式（22）三、传动装置的运动和动力参数的计算 1、各轴的功率计算： P1=P13 从附表中带入数值： P1=P13 =3.750.960.98=3.528（kw）式（31） P2=P123 从附表中带入数值： P2=P123 = 3.750.960.970.98=3.442（kw）式（32） 2、各轴的转速计算： （1）高速轴转速n1=nm/i1（r/min） n1=nm/i1=1440/4=360（r/min）式（33） （2）低速轴转速n2=nm/（i1i2）（r/min） n2=nm/（i1i2）=1440/19.30=74.6（r/min）式（34） 3、各轴扭矩的计算：T=9.5510PK/nK (N.mm) 高速轴的扭矩： T1=9.55106(3.528/360)=93590 (N.mm) 低速轴的扭矩： T2=9.55106(3.442/74.6)=440630 (N.mm) 式（35）四、三角带传动设计 1、选择三角带型号； 由PC=KAP=1.34=5.2（KW） 得知其交点在A型范围内，故选A型带 2、选择带轮的基准直径，并验算带速（5m/sV25m/s）； 取小带轮：d1=90mm 大带轮：d2=390=270mm 带速验算：V=n1d1/（100060）=144090/（100060）=6.79 m/s V介于5m/sV25m/s范围内，故合适 3、确定中心距和带长，验算小轮包角；（1120） 由公式：0.7（d1+d2）a02（d1+d2） 带入数值：0.7（90+270）a02（90+270） 252a0720 初定中心距a0=500，则带长为： L0=2a0+（d1+d2）/2+（d2-d1）2/(4a0) =2500+（90+270）/2+（270-90）2/（450） =1727.5mm 查表选用Ld=1800 mm的实际中心距， a=a0+(Ld-L0)/2=500+(1800-1727)/2=536.5mm 验算小轮包角1 1=180-(d2-d1)57.3/a =180-（270-90）57.3/536.5=160.8120 满足1120，故合适 4、按许用功率计算带的根数； Z=Pc/(P0+P0)KlKa)=3.794 故要取4根A型V带。 5、确定作用在轴上的压力； 初拉力：F0=500PC（2.5-K）/ (Kzv) +qv2 =5005.2（2.5-0.95）/（0.9546.786）+0.16.7862 =160.89N轴上拉力： Fp=2zF0sin(/2) =1233.6 N 6、确定带轮的结构和尺寸（只要求绘制大带轮的零件图）；五、齿轮传动设计 1、参考教材步骤设计这一对齿轮的尺寸（只要求绘制大齿轮的零件图）； （1）选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。 小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为40号钢调质，齿面硬度为280HBS，大齿轮选用45号钢调质，齿面硬度为240HBS。 因为减速器为一般工作机器，故齿轮精度初选7级 （2）初选主要参数 Z1=24 ，u=5 Z2=Z1u=245=120 取整为120 （3）按齿面接触疲劳强度计算 根据课本公式试算算小齿轮分度圆直径 d1 确定各参数值 a.载荷系数 试选 K=1.3 b.小齿轮传递的转矩 =9.55106P/n1 = 71 (N.m) c.材料弹性影响系数 查表得ZE=189.8d.由课本按照齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限600MPa大齿轮的接触疲劳强度极限550MPae.由式10-13计算应力循环次数 N1=60njLn=605141（283657）=12.6 N2=12.68/5=2.5f.由课本取接触疲劳寿命系数0.9, 0.95g.计算解除疲劳许用应力 取失效概率为1，安全系数S=1， 由式10-12得： 计算 a.试算小齿轮分度圆直径d，取两式计算中的较小值，即H=528Mpa 于是 d12.32 = =56mm b.计算圆周速度V1.5m/s c.计算齿宽b,以及齿宽与齿高之比b/h为:156=56 确定模数为：m=d1/Z1=56/24=2.3 取标准模数值 m=2 齿高h=2.32.25=5.2 b/h=10.7 d.计算载荷系数 根据V=1.5m/s，7级精度，由课本图10-8查得载荷系数Kv=1.5，直齿轮 又由表查得使用系数 由课本表用插值法查得7级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时, 由b/h=10.67 查课本得,故载荷系数： e.按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式10-10a f.计算模数d1=58mm m=58/24=2.4（4）按齿根弯曲疲劳强度校核计算 确定公式内的各计算数值 由课本式得到弯曲强度的设计公式为 a.由课本图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲强度极限 b.由课本图取弯曲疲劳寿命系数0.85, 0.88 c.计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由课本式10-12得: 分别为303.57 Mpa、238.86Mpa d.计算载荷系数K K=KAKVKFaKFb=11.111.35=1.5 e.查取齿形系数 由课本表查得YFa1=2.65; YFa2=2.16 f.查取齿应力校正系数 由课本表查得 YSa1=1.58;YSa2=1.81 g.计算大小齿轮的并加以比较 YFa1YSa1/F1=2.651.58/303.57=0.013818 YFa2YSa2/F2=2.2361.754/238.86=0.010684 所以大齿轮的数值大 设计计算 m（2KT/dZ2(YFaYSa/F)）1/2 =（21.485145.055/（124）0.01644）=1.57 由以上计算，齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根圆弯曲疲劳强度计算的模数。由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.57mm，并就近圆整为标准值2 mm，按接触强度算得的分度圆直径d1=58，算出小齿轮齿数 Z1=d1/m=58/2=29，大齿轮齿数, Z2=529=145 这样设计出的齿轮传动既满足齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。 （5）几何尺寸计算 d1=Z1m=292=58mm d2=Z2m=1452 =290mm 计算中心距 a=（d1+d2）/2=174mm 计算齿轮宽度 b=dd1=158=58mm 2、选择齿轮传动的润滑油粘度、润滑方式； （1）采用L-AN32润滑油，粘度为28.835.2。 （2）由于传动件的的圆周速度v 12m/s,采用浸油润滑，因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于3050mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1KW需油量V0=0.350.7m3。六、轴的设计 参考教材的附加内容的例子及设计步骤进行设计，只要求低速轴的设计并绘制低速轴的零件图。 从动轴设计 1、选择轴的材料 确定许用应力 选轴的材料为45号钢，调质处理。 查表可知： b=650Mpa,s=360Mpa, b+1bb=215Mpa 0bb=102Mpa,-1bb=60Mpa 2、按扭转强度估算轴的最小直径 单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为：dC 45钢取C=118 那么：d118(7.06/121.67)1/3mm=32.44mm 考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取d=35mm 3、齿轮上作用力的计算 齿轮所受的转矩：T=9.55106P/n=9.551067.06/121.67=198582 N 齿轮作用力： 圆周力：Ft=2T/d=2198582/195N=2036N 径向力：Fr=Fttan200=2036tan200=741N 4、轴的结构设计 轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式，按比例绘制轴系结构草图。 （1）确定轴上零件的位置与固定方式 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边。轴外伸端安装联轴器，齿轮靠油环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。 （2）确定各段轴的直径 将估算轴d=35mm作为外伸端直径d1与联轴器相配，考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，取第二段直径为d2=40mm齿轮和左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便以及零件固定的要求，装轴处d3应大于d2，取d3=4 5mm，为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3，取d4=50mm。齿轮左端用用套筒固定,右端用轴环定位,轴环直径d5满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定.右端轴承型号与左端轴承相同,取d6=45mm. （3）选择轴承型号.由P270初选深沟球轴承,代号为6209,查手册可得:轴承宽度B=19,安装尺寸D=52,故轴环直径d5=52mm. （4）确定轴各段直径和长度： I段：d1=35mm 长度取L1=50mm II段：d2=40mm L2=（2+20+19+55）=96mm 初选用6209深沟球轴承，其内径为45mm,宽度为19mm.考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm, 故II段长：L2=（2+20+19+55）=96mm III段直径d3=45mm L3=L1-L=50-2=48mm 段直径d4=50mm 长度与右面的套筒相同，即L4=20mm 段直径d5=52mm 长度L5=19mm 由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=96mm （5）按弯矩复合强度计算 求分度圆直径：已知d1=195mm 求转矩：已知T2=198.58N/m 求圆周力：Ft=2T2/d2=2198.58/195=2.03N 求径向力Fr=Ft/tan=2.03tan200=0.741N 因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=48mm （6）轴承支反力： FAY=FBY=Fr/2=0.74/2=0.37N FAZ=FBZ=Ft/2=2.03/2=1.01N 由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为: MC1=FAyL/2=0.37962=17.76N/m 截面C在水平面上弯矩为:MC2=FAZL/2=1.01962=48.48N/m (7)绘制合弯矩图 MC=(MC12+MC22)1/2=（17.762+48.482)1/2=51.63N/m (8)绘制扭矩图 转矩：T=9.55（P2/n2）106=198.58N?m (9)绘制当量弯矩图 转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化，取=0.2，截面C处的当量弯矩：Mec=MC2+(T)21/2 =51.632+(0.2198.58)21/2=65.13N?m (10)校核危险截面C的强度 由式:e=65.13/0.1d33=65.13x1000/0.1453 =7.14MPa -1b=60MPa 该轴强度足够。主动轴设计 1、选择轴的材料 确定许用应力 选轴的材料为45号钢，调质处理。 b=650Mpa,s=360Mpa,查表可知：b+1bb=215Mpa 0bb=102Mpa,-1bb=60Mpa 2、按扭转强度估算轴的最小直径 单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接,从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为：dC 查2表13-5可得，45钢取C=118 则d118(2.64/473.33)1/3mm=20.92mm 考虑键槽的影响以系列标准，取d=22mm 3、齿轮上作用力的计算 齿轮所受的转矩：T=9.55106P/n=9.551062.64/473.33=53265 N 齿轮作用力： 圆周力：Ft=2T/d=253265/50N=2130N 径向力：Fr=Fttan200=2130tan200=775N 确定轴上零件的位置与固定方式 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边。齿轮靠油环和套筒实现 轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位; 4、确定轴的各段直径和长度 初选用6206深沟球轴承，其内径为30mm,宽度为16mm.。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长36mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。 (1)按弯扭复合强度计算 求分度圆直径：已知d2=50mm 求转矩：已知T=53.26N/m 求圆周力Ft：根据课本P127（6-34）式得 Ft=2T3/d2=253.26/50=2.13N 求径向力Fr根据课本P127（6-35）式得 Fr=Ft/tan=2.130.36379=0.76N 两轴承对称 LA=LB=50mm (2)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ FAX=FBY=Fr/2=0.76/2=0.38N FAZ=FBZ=Ft/2=2.13/2=1.065N (3) 截面C在垂直面弯矩为 MC1=FAxL/2=0.38100/2=19N/m (4)截面C在水平面弯矩为 MC2=FAZL/2=1.065100/2=52.5N/m (5)计算合成弯矩 MC=（MC12+MC22）1/2 =（192+52.52）1/2 =55.83N/m (6)计算当量弯矩：根据课本P235得=0.4 Mec=MC2+(T)21/2=55.832+(0.453.26)21/2 =59.74N/m (7)校核危险截面C的强度 由式（10-3） e=Mec/（0.1d3）=59.74x1000/(0.1303) =22.12Mpa-1b=60Mpa 此轴强度足够七、滚动轴承的选择（低速轴） 按教材选择步骤进行滚动轴承的选择，并确定润滑方式。 根据条件，轴承预计寿命Lh=1030016=48000小时1. 输入轴的轴承寿命计算 （1）初步计算当量动载荷P 查表13-4 ft=1.00 13-6 fp=1.1 =3 因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用， P=fpFr=1.1609.9N （2）求轴承应有的径向基本额定载荷值 查手册p69-p70，选择16008轴承 Cr=9.70KN 由课本有 预期寿命足够 此轴承合格润滑方式：对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，且难以经常供油，所以选用润滑脂润滑。这样不仅密封简单，不宜流失，同时也能形成将滑动表面完全分开的一层薄膜。八、键的选择及强度校核（低速轴的键），键的尺寸选择可参照公差与配合教材的相关章节。 1根据轴径的尺寸查表 高速轴(主动轴)与V带轮联接的键为：键836 GB1096-79 大齿轮与轴连接的键为：键 1445 GB1096-79 轴与联轴器的键为：键1040 GB1096-79 2键的强度校核 大齿轮与轴上的键 ：键1445 GB1096-79 bh=149,L=45,则Ls=L-b=31mm 圆周力：Fr=2TII/d=2198580/50=7943.2N 挤压强度： =56.93125150MPa=p 挤压强度足够 剪切强度： =36.60120MPa= 剪切强度足够 即：键836 GB1096-79和键1040 GB1096-79根据上面的步骤校核，并且符合要求。九、联轴器的选择（低速轴），参考第十七章。主要检验它的转速和转矩。联轴器的类型选择可参照机械设计手册 （1）类型选择：由于两轴相对位移很小，运转平稳，且结构简单，对缓冲要求不高，故选用弹性柱销联。 （2）载荷计算：计算转矩， 其中KA为工况系数，由课本表14-1得KA=1.5 （3）型号选择：根据TC，轴径d，轴的转速n