机械设计课程设计-V带-单级直齿圆柱齿轮减速器(全套图纸)

1、WORD格式机械设计课程设计计算说明书一、传动方案拟定 . 3 二、电动机的选择 .4 三、确定传动装置总传动比及分配各级的传动比 . .6 四、传动装置的运动和动力设计 .7 五、普通 V 带的设计 .10 六、齿轮传动的设计 .15 七、传动轴的设计 . .18 八、箱体的设计 . . .27 九、键连接的设计 29 十、滚动轴承的设计 31 十一、润滑和密封的设计 32 十二、联轴器的设计 33 十三、设计小结 .33设计题目： V 带单级直齿圆柱齿轮减速器机械系设计者：学 号：指导教师：一、设计课题：专业资料整理WORD格式1专业资料整理WORD格式设计一用于带式运输上的单级直齿圆柱齿

2、轮减速器。运输机连续工作，单向运荷变化不大，空载启动。减速器小批量生产，使用期限 5 年，一班制工作，卷筒不包括其轴承效率为 97% ，运输带允许速度误差为 5% 。原始数据3题号运输带拉力 F2.2KN 运输带速度 V1.7m/s卷筒直径 D420mm设计人员313233343(对应学号 )设计任务要求：1. 减速器装配图纸一X号图纸2. 轴、齿轮零件图纸各一X号或号图纸3. 设计说明书一分专业资料整理WORD格式2专业资料整理WORD格式计算过程及计算说明一、传动方案拟定第三组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动、工作条件：使用年限年，工作为一班工作制，载荷平稳，环境清洁。、原始数据：滚筒

3、圆周力F=2200N ；带速 V=1.7m/s ；滚筒直径 D=420mm；方案拟定：采用带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，构造简单，成本低，使用维护方便。1. 电动机2.V带传动3.圆柱齿轮减速器4.连轴器5.滚筒6.运输带专业资料整理WORD格式3专业资料整理WORD格式二、电动机选择1、电动机类型和构造的选择：选择 Y 系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其构造简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。2、电动机容量选择：电动机所需工作功

4、率为：式 1：da(kw)由式 (2)： V/1000(KW)因此Pd=FV/1000 a(KW)由电动机至运输带的传动总效率为：总=×× ××5式中：1、 2、3、4、5分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率。取=0.96，0.98，0.97，.那么：总=0.96× 0.98×0.97×0.99×0.96=0.83所以：电机所需的工作功率：Pd = FV/1000 总=(2200× 1.7)/(1000× 0.83)=4.5 (kw)专业资料整理WORD格式4专业资料整理WORD

5、格式3、确定电动机转速卷筒工作转速为：n 卷筒 60×1000·V/ ·D=(60×1000×1.7)/ 2·=77.3r/min根据手册表推荐的传动比合理X围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比X围=3。取带传动比=。那么总传动比理论X围为： a。故电动机转速的可选X为N d=I a×n 卷筒=(1624)×77.3=463.81855.2 r/min那么符合 这一 X围 的同 步转速 有： 750 、 1000 和1500r/min根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号：如下表方电 动额定功 电动机转速

6、电动机参传动装置传动比机 型率(r/min)重量考案号同步转满载转N价总传动 V带传减速速速格比动器1Y132S-45.515001440650120018.63.55.322Y132M2-65.51000960800150012.422.84.443Y160M2-85.5750720124021009.312.53.72综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格专业资料整理WORD格式5专业资料整理WORD格式和带传动、减速器传动比， 可见第 2 方案比较适合。此选定电动机型号为Y132M2-6 ，其主要性能：电动机主要外形和安装尺寸：中心高 H外形尺寸底角安装尺寸地脚螺栓孔直轴伸尺寸装键部

7、位尺寸L × (AC/2+AD) × HDA × B径KD × EF× GD132520 ×345× 315216×1781228× 8010×41三、确定传动装置的总传动比和分配级传动比：由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n1、可得传动装置总传动比为：ia=nm/n=nm/n 卷筒=960/77.3=12.42专业资料整理WORD格式6专业资料整理WORD格式总传动比等于各传动比的乘积分配传动装置传动比ia=i0× i式中 i0、i 分别为带传动和减速器的传动比2、分配各级

8、传动装置传动比：根据指导书 P7 表 1，取 i 0=2.8普通V带i=24因为：iai0×i所以：i iai 0 12.42/2.8 4.44四、传动装置的运动和动力设计：将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴，轴， .以及i0,i1， .为相邻两轴间的传动比 01， 12，.为相邻两轴的传动效率P， P， .为各轴的输入功率KWT， T， .为各轴的输入转矩N· mn ,n,.为各轴的输入转矩r/min可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数1、运动参数及动力参数的计算专业资料整理WORD格式7专业资料整理WORD格式1计算各轴的转数：轴： n =nm

9、/ i 0=960/2.8=342.86 r/min 轴： n = n / i 1=324.86/4.44=77.22 r/min卷筒轴： n= n2计算各轴的功率：轴：P =Pd×01 =Pd×1=4.5× 0.96=4.32 KW 轴：P= P× 12 = P× 2×3=4.32× 0.98×0.97=4.11 KW 卷筒轴：P= P·23= P·2·4=4.11×0.98×0.99=4.07KW由指导书的表 1 得到： 1=0.96 2=0.98 3=0.97

10、 4=0.99专业资料整理WORD格式8专业资料整理WORD格式计算各轴的输入转矩：电动机轴输出转矩为：Td=9550·Pd/nm=9550× 4.5/960=44.77 N·m轴：T = Td·i0· 01= Td·i0· 1=44.77× 2.8×0.96=120.33 N· m轴：T = T· i1·12= T·i 1·2·4=120.33× 4.44× 0.98× 0.99=518.34 N·m卷筒

11、轴输入轴转矩：T = T ·2·4=502.90N·m计算各轴的输出功率：由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：故： P =P ×=4.32×0.98=4.23KW轴承P= P×轴承=4.23×0.98=4.02KW计算各轴的输出转矩：由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：那么：T = T× 轴承=120.33×0.98=117.92N·mT= T× 轴承=518.34×0.98=507.97N·mi0 为带传动传动比i1 为减速器传动比滚动轴承的效率为

12、 0.980.995 在本设计中取0.98专业资料整理WORD格式9专业资料整理WORD格式综合以上数据，得表如下：轴名效率 P KW转矩 T N·m转速 n传动比 i 效率输入输出输入输出r/min电动机轴4.544.779602.80.96轴4.324.23120.33117.92342.864.440.95轴4.114.02518.34507.9777.221.000.97卷筒轴4.073.99502.90492.8477.22专业资料整理WORD格式五 . V 带的设计（ 1选择普通 V 带型号由 PC=K A·P=1.1×5.5=6.05 KW 根据课本

13、 P134 表 9-7 得知其交点在A 、B 型交界限处，故A 、B 型两方案待定：方案1：取A型V带由课本 P134 表 9-5 查得 KA=1.1专业资料整理WORD格式确定带轮的基准直径，并验算带速：专业资料整理WORD格式那么取小带轮d1=100mmd2=n1· d1· (1- )/n2=i · d1· (1- )=2.8×100×(1-0.02)=274.4mm由课本P132 表 9-2得，推荐的 A 型小带轮基准直径为75mm125mm专业资料整理WORD格式由表 9-2 取 d2=274mm(虽使 n2 略有减少，但其误

14、差小于5%，故允许 )带速验算：V=n 1·d1· / 1000×60专业资料整理WORD格式10专业资料整理WORD格式=960× 100· /1000×60=5.024 m/s介于 525m/s X围内，故适宜确定带长和中心距a：0.7·d1+d2 a02·d1+d20.7× 100+274 a02× 100+274262.08 a0748.8初定中心距 a0=500，那么带长为L 0=2·a0+·d1+d2 +d2-d12/(4·a0)=2×500+

15、·100+274 /2+274-1002/(4×500)=1602.32 mm由表 9-3 选用 Ld=1400 mm 的实际中心距a=a0+(L d-L 0)/2=500+(1400-1602.32)/2=398.84 mm验算小带轮上的包角 1121 =180-(d -d )×57.3/a=180-(274-100) ×57.3/398.84=155.01>120 适宜确定带的根数由机械设计书表 9-4 查得Z=PC/ (P0+P0)·K L·K P0=0.95由表 9-6查得=6.05/ 0.95+0.11× 0

16、.96×0.95 P0=0.11由表 9-7查得= 6.26K =0.95由表 9-3查得 K L=0.96故要取 7根 A型 V带专业资料整理WORD格式11专业资料整理WORD格式计算轴上的压力由书 9-18 的初拉力公式有F0=500·PC·2.5/K-1/z· c+q· v2=500×6.05×2.5/0.95-1/7×5.02+0.17×5.022=144.74N由课本 9-19 得作用在轴上的压力FQ=2· z·F0·sin(/2)=2×7×2

17、42.42×sin(155.01/2)=1978.32N方案二：取 B型V带确定带轮的基准直径，并验算带速：由课本表9-2 得，推荐那么取小带轮d1=140mm 的B型小带轮基准直径 125mm280mmd2=n1· d1· (1- )/n2=i · d1·(1-)=2.8×140× (1-0.02)=384.16mm由表 9-2 取 d2=384mm(虽使 n2 略有减少，但其误差小于5%，故允许 )带速验算：V=n 1· d1· /1000×60=960×140·/ 10

18、00×60=7.03 m/s介于 525m/s X围内，故适宜确定带长和中心距a：0.7·d1+d2 a02·d1+d20.7× 140+384 a02× 140+384专业资料整理WORD格式12专业资料整理WORD格式366.8a01048初定中心距 a0=700，那么带长为L 0=2·a0+·d1+d2 +d2-d12/(4·a0)=2×700+·140+384 /2+384-1402/(4×700)=2244.2 mm由表 9-3 选用 Ld=2244 mm 的实际中心距a=a

19、0+(L d-L 0)/2=700+(2244-2244.2)/2=697.9mm验算小带轮上的包角 1 1=180-(d 2-d1)×57.3/a专业资料整理WORD格式=180-(384-140) ×57.3/697.9=160.0>120 适宜确定带的根数由机械设计书表 9-4 查得P0=2.08专业资料整理WORD格式Z=P/ (P +P )·K·K由表 9-6 查得C00L P =0.300=6.05/ 2.08+0.30× 1.00×0.95由表 9-7 查得K =0.95由表 9-3 查得 K L=1.00= 2.

20、68故取 3根B型V带计算轴上的压力由书 9-18 的初拉力公式有F0=500·PC·2.5/K-1/z· c+q· v2=500×6.05×2.5/0.95-1/3×7.03+0.17×7.032=242.42N由课本 9-19 得作用在轴上的压力FQ=2·z·F0·sin(/2)专业资料整理WORD格式13专业资料整理WORD格式=2×3×242.42×sin(160.0/2)=1432.42N综合各项数据比较得出方案二 更适合带轮示意图如下：d0dH

21、LS1SLddrdkdhdaS2斜度 1:25S2B专业资料整理WORD格式14专业资料整理WORD格式六、齿轮传动的设计：(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 45 号钢调质，齿面硬度为 250HBS ，大齿轮选用 45 号钢正火，齿面硬度为 200HBS 。齿轮精度初选8 级(2)、初选主要参数Z1=20， u=4.5Z2=Z1·u=20× 4.5=90取a=0.3，那么d=0.5·i+1·=0.6753按齿面接触疲劳强度计算计算小齿轮分度圆直径2d12kT1 u1Z E Z H Z3u

22、 H d确定各参数值1载荷系数查课本表 6-6 取 K=1.22小齿轮名义转矩T1=9.55×106×P/n1=9.55×106× 4.23/342.86=1.18× 105N ·mm3材料弹性影响系数由课本表6-7ZE=189.8MPa专业资料整理WORD格式15专业资料整理WORD格式4区域系数ZH =2.55重合度系数 t=1.88-3.2·1/Z1+1/Z2=1.88-3.2×1/20+1/90=1.69Z=4 t4 1.690.773366-21a 许用应力 查课本图H lim 1 610MPa H li

23、m 2 560MPa查表 6-8按一般可靠要求取 S =1H那么 H lim 1610MPaH 1SH H lim 2560MPaH 2SH取两式计算中的较小值，即H =560Mpa2kT1u1 Z E Z H Z21于是 d 3uH d1052= 321.21.184.51189.82.50.7714.5560=52.82 mm(4)确定模数m=d1/Z1 52.82/20=2.641取标准模数值m=3(5) 按齿根弯曲疲劳强度校核计算2KT1 校核Fbd1mYFS YF专业资料整理WORD格式16专业资料整理WORD格式式中小轮分度圆直径 d1=m · Z=3 ×20=

24、60mm1齿轮啮合宽度 b= · d=1.0× 60=60mm2d1复合齿轮系数Y FS1=4.38Y FS2=3.953重合度系数 Y =0.25+0.75/ t4=0.25+0.75/1.69=0.6938许用应力查图 6-22 a5 Flim1 =245MPa Flim2=220Mpa查表 6-8，取 SF=1.25那么 F lim 1245196MPaF 1SF1.25 F lim 2220176MPaF 2SF1.256 计算大小齿轮的YFS并进展比较FYFS14.38YFS 23.95 0.02234 0.02244196176F 1F 2YFS 1<YF

25、S 2 F1F2取较大值代入公式进展计算那么有2KT12 1.2 1.18 105F 2bd1 mYFS2Y606033.95 0.6938=71.86< F2故满足齿根弯曲疲劳强度要求6 几何尺寸计算d1=m·Z=3 ×20=60 mm专业资料整理WORD格式17专业资料整理WORD格式d2=m·Z1=3×90=270 mma=m ·Z1+Z2 =3× 20+90/2=165 mmb=60 mmb2=60取小齿轮宽度b1=65 mm7验算初选精度等级是否适宜齿轮圆周速度v=· d1·n1/60×1

26、000=3.14×60×342.86/60× 1000=1.08 m/s对照表 6-5 可知选择 8 级精度适宜。七 轴的设计1，齿轮轴的设计(1) 确定轴上零件的定位和固定方式如图1，5滚动轴承2轴3齿轮轴的轮齿段4套筒6密封盖7轴端挡圈8轴承端盖9带轮10键专业资料整理WORD格式18专业资料整理WORD格式(2)按扭转强度估算轴的直径选用 45#调质，硬度217255HBS轴的输入功率为P=4.32 KW转速为 n =342.86 r/min根据课本 P205 13-2式，并查表13-2，取 c=115dC·P34.3211526.76mm3n34

27、2.86(3)确定轴各段直径和长度1 从大带轮开场右起第一段，由于带轮与轴通过键联接， 那么轴应该增加5%，取 D1= 30mm，又带轮的宽度B= Z-1·e+2· f=3-1× 18+2×8=52 mm那么第一段长度L 1=60mm2 右起第二段直径取D2=38mm根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度， 取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为 30mm，那么取第二段的长度 L 2=70mm3 右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，那么轴承有径向力， 而轴向力为零， 选用 6208 型轴承，其尺寸为 d×D×

28、;B=40× 80×18，那么该段的直径为 D3=40mm，长度为 L 3=20mm4右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩,其直P的值为前面第 10 页中给出在前面带轮的计算中已经得到 Z=3其余的数据手册得到D1=30mmL 1=60mmD2=38mmL 2=70mmD3=40mmL 3=20mmD 4=48mmL 4=10mm专业资料整理WORD格式19专业资料整理WORD格式径应小于滚动轴承的内圈外径，取D4=48mm，长度取 L = 10mmD5=66mm45右起第五段， 该段为齿轮轴段， 由于齿轮的L 5=65mm齿顶圆直径为 66mm，分度圆直径为60mm ，齿轮的

29、宽度为 65mm，那么，此段的直径为5D = 66mm，长度为 L 5=65mmD6=48mm6,其直 L 6= 10mm 右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩径应小于滚动轴承的内圈外径，取D6=48mm长度取 L6= 10mmD7=40mm7 右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，L 7=18mm取轴径为 D7=40mm，长度 L 7=18mm(4)求齿轮上作用力的大小、方向1小齿轮分度圆直径：d1=60mm2作用在齿轮上的转矩为：T1 =1.18× 105N·mm3求圆周力： FtFt=1966.66NmFt=2T 2/d2=2×1.18×105/60=1

30、966.67N求径向力 FrFr=628.20Nm4Fr =Ft· tan =1966.67× tan200=628.20NFt， Fr的方向如以下图所示5轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。RA=RB专业资料整理WORD格式20专业资料整理WORD格式水平面的支反力：RA =RB=Ft/2 =983.33 N=983.33Nm专业资料整理WORD格式垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承那么Fa=0RA=RB专业资料整理WORD格式那么 RA=RB=Fr× 62/124=314.1 N 6画弯矩图=314.1 N专业资料整理

31、WORD格式右起第四段剖面C 处的弯矩：M C=60.97Nm水平面的弯矩： M=P × 62=60.97 Nm=M C2CAM C1=19.47 Nm垂直面的弯矩： M C1= M C2=RA×62=19.47 Nm合成弯矩：MC1=MC2=64.0NmMC1MC2MC2M C1260.97 219.47264.0NmT=59.0 Nm（ 7画转矩图： T= Ft×d1/2=59.0 Nm（ 8画当量弯矩图因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 =0.6可得右起第四段剖面C 处的当量弯矩：M eC2=73.14Nm273.14 NmM eC 2M C 2 (

32、T )2 9判断危险截面并验算强度 右起第四段剖面C 处当量弯矩最大，而其直1 -1 =60Mpa径与相邻段相差不大，所以剖面C 为危险截面。 M eC2=73.14Nm ,由课本表 13-1 有:-1=60Mpa那么： e= M eC2/W= M eC2/(0.1·D43)=73.14×1000/(0.1×443)=8.59 Nm< -12 右起第一段D 处虽仅受转矩但其直径较小，专业资料整理WORD格式21专业资料整理WORD格式故该面也为危险截面：M D=35.4Nm专业资料整理WORD格式2M D T0.65935.4Nm3 e= M D /W= M

33、 D/(0.1·D1 )=35.4×1000/(0.1×303)=13.11 Nm< -1所以确定的尺寸是平安的。受力图如下：专业资料整理WORD格式22专业资料整理WORD格式输出轴的设计计算(1) 确定轴上零件的定位和固定方式如图1，5滚动轴承2轴3齿轮4套筒6密封盖7键8轴承端盖9轴端挡圈10半联轴器(2)按扭转强度估算轴的直径选用 45#调质，硬度 217255HBS轴的输入功率为P=4.11 KW转速为 n=77.22 r/min根据课本 P205 13-2式，并查表 13-2，取 c=115dC·P34.1111543.28mm3n77

34、.22(3)确定轴各段直径和长度1 从联轴器开场右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，那么轴应该增加5%，取45mm，根据D1=45mm计算转矩 TC=K A×T=1.3×518.34=673.84Nm，查标准 GB/T 5014 2003，选用 LXZ 2型弹性柱销联专业资料整理WORD格式23专业资料整理WORD格式轴器，半联轴器长度为l1=84mm,轴段长 L1=82mmL1=82mm2 右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取 52mm,根据轴承端盖的装拆及便于D2=52mm对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半L2=54mm联轴器左端面的距离为30m

35、m，故取该段长为L2=74mm3 右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，那么轴承有径向力， 而轴向力为零， 选用 6211D3=55mm型轴承，其尺寸为d×D×B=55×100×21，那么L3=36mm该段的直径为55mm，长度为 L 3=364 右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，大齿轮的分度圆直径为 270mm，那么第四段的直径取 60mm,齿轮宽为D4=60mmb=60mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=58mmL4=58mm5 右起第五段， 考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为D5=66mm

36、,长度取D 5=66mmL 5=10mmL5=10mm6 右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为 D6=55mm，长度 L6=21mmD6=55mm(4)求齿轮上作用力的大小、方向L6=21mm1 大齿轮分度圆直径：d1=270mm专业资料整理WORD格式24专业资料整理WORD格式2 作用在齿轮上的转矩为：T1 =5.08× 105N·mm3 求圆周力：FtFt=2T2/d2=2×5.08×105/270=3762.96N4求径向力 FrFr =Ft·tan=3762.96×tan200=1369.61NFt=3762.96N

37、mFt，Fr的方向如以下图所示 5轴长支反力Fr=1369.61Nm根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水平面的支反力：RA =RB =Ft/2 = 1881.48 N垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承那么Fa=0那么 RA=RB=Fr× 62/124= 684.81 NRA=RB6画弯矩图=1881.48Nm右起第四段剖面 C 处的弯矩：=RA RB水平面的弯矩： M C=RA× 62= 116.65 Nm=684.81 N垂直面的弯矩： M C1= M C2=RA×62=41.09 Nm合成弯矩：M =C 116.65NmMC1

38、MC2MC2M C1260.97219.472123.68Nm MC1=MC27画转矩图： T= Ft×d2/2=508.0 Nm=41.09 Nm8画当量弯矩图MC1=M C2=123.68Nm因为是单向回转，转矩为脉动循环， =0.6T=508.0 Nm可得右起第四段剖面C 处的当量弯矩：专业资料整理WORD格式25专业资料整理WORD格式22307.56 NmM eC 2M C 2 ( T )=0.69判断危险截面并验算强度1右起第四段剖面C 处当量弯矩最大，而其M eC2=307.56Nm直径与相邻段相差不大， 所以剖面 C 为危险截面。 M eC2=307.56Nm ,由课

39、本表 13-1 有: -1=60Mpa那么：3e= M eC2/W= M eC2/(0.1·D4 )=307.56× 1000/(0.1×603)=14.24 Nm< -1-1=60Mpa2 右起第一段D 处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面：2M D T0.6508.0304.8Nm e= M D/W= M D/(0.1·D13)=304.8×1000/(0.1×453)=33.45 Nm<-1所以确定的尺寸是平安的。M D=33.45Nm以上计算所需的图如下：专业资料整理WORD格式26专业资料整理WORD格式绘制轴的工艺图见图纸八箱体构造设计(1)窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。(2)放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，专业资料整理WORD格式27专业资料整理WORD格式注油前用螺塞赌注。(3)油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种构造类型，有的已定为国家标准件。(4)通气器减速器运转时，由于摩擦发热，使机