机械基础实训1 减速器传动装置设计(样本11)

1、机械基础综合实训班 级 姓 名 学 号 题 号 组 员 课题一： 带式输送机传动装置设计设计要求与原始数据：设计一用于机械产品成品的带式输送机的二级圆柱斜齿轮减速器（如图）图 带式输送机示意图设计要求：已知传送带的压力F=10000N，传送带速度v=0.78m/s，滚筒直径D=400mm，滚筒效率0.97（包括滚筒轴的轴承），用滑动轴承支撑。工作条件：单相传动，载荷变化不大，每天工作12h，使用寿命为15年。输送带线速度允许误差±3%。每年300个工作日，大修期限3年。启动载荷为公称载荷的1.4倍。工作环境：室内，灰尘较大，环境最高温度45。动力来源：电力，三相交流，380/220V

2、。制造条件及生产批量：中型机械厂制造，可加工87级齿轮，生产50台。带式输送机（此图只供参考，不用画出来）设计要求的原始数据可作更改，如下表所示。(从教材第204页的表中选取)参数题号0输送带工作拉力F（KN）10输送带速度V（m/s）0.78滚筒直径D (mm)400每日工作时数T (h)12使用年限 (年)15任务实施16任务一 机械动力与传动系统设计l 为案例中的带式输送机进行机械动力与传动系统设计。设计内容包括:选择电动机类型、功率、转速，计算传动装置的运动参数和动力参数等。一、电动机的选择1. 选择电动机类型和结构型式按工作要求和条件，选用系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动

3、机。2. 确定工作机所需的工作功率 = = = 7.8 (kW)3. 确定传动装置的总效率由表3-1-2查得:普通v带传动的效率 ； 闭式圆柱齿轮传动的效率 (8级)；一对滚动轴承的效率 (球轴承，稀油润滑) 弹性联轴器的效率 ； 滚筒和滚筒轴轴承的效率 ； 故传动装置的总效率为 4. 确定电动机所需的额定功率电动机所需最小名义功率 根据选取电动机的额定功率，一般电动机额定功率：（1.11.5）（1.11.5）× 9.264 10.19013.896由表3-1-3查得电动机的额定功率为155. 选择电动机带式输送机的工作转速一般，且轴不需要逆转，故优先考虑同步转速为1500 r/mi

4、n的电动机。查表3-1-3：同步转速为1500r/min、额定功率为15kW时，电动机型号为Y160L-4。所选电动机满载转速1460rmin。查电机手册，可知该电动机的其它参数：，伸出端直径mm，伸出端安装长度E=110mm。二、传动装置总传动比计算及传动比初步分配1. 总传动比的计算滚筒的转速 总传动比 2. 传动比初步分配因总传动比较大，拟采用三级传动，即普通v带和减速器内二级斜齿圆柱齿轮传动。减速器的传动比分配主要考虑减速器齿轮采用浸油润滑，两大齿轮直径相接近，即按分配。初步分配各级传动的传动比如下：普通v带传动的传动比 高速级齿轮传动的传动比 低速级齿轮传动的传动比 工作机的实际转速

5、 传送带线速度 线速度误差 误差在允许范围内，合格。三、初步计算传动装置运动参数和动力参数1. 电动机轴输出参数 2. 高速轴I输入参数 3. 中间轴II输入参数 4. 低速轴III输入参数 5. 滚筒轴w输入参数 (注：工作机的工作功率)初算各轴的转速、功率和转矩，列于下表。 表 各轴运动参数和动力参数轴名称功率P/kW转速n/r.min-1转矩T/N·m电动机轴15146098.116高速轴I14.4811.111169.545中间轴II13.828150.206879.175低速轴III13.27937.5523377.026滚筒轴w13.01537.5523309.897任务

6、二 带传动设计l 为案例中的带式输送机进行V带传动设计。设计的原始数据包括：需要传递的功率P，转速n1、n2（或传动比i）及工作条件。设计内容包括：选择带的型号，确定长度L、根数Z、传动中心距a、带轮基准直径及结构尺寸、材料等。该传动设计的主要参数在任务一总体传动方案设计结束之后给出。（注：学生各小组的设计参数要用各自前面总体传动方案设计时的数据。）1. 普通V带的型号查表3-2-7得 KA=1.2计算功率 Pc= KA Pe=1.2 ×15=18KW由图3-2-9选用B型普通V带。2. 确定带轮基准直径 、查表3-2-8，普通V带B型带轮最小基准直径 选取主动小带轮直径 取带的滑动

7、率 则从动带轮直径 由表3-2-8选取从动带轮基准直径标准值普通V带传动的实际传动比 3. 验算带速V V在525m/s范围内，合格。4. 确定带的长度Ld和中心距a初定中心距a0按照 即0.7×（140+250）<a0<2×(140+250) 273mm< a0<780mm初取 a0=600mm计算所需带长Lo 查表3-2-3，选取V带的标准基准长度Ld=1800mm确定中心距 安装中心距 amin=a-0.015Ld=600-0.015×1800=573mm amax=a+0.03Ld=600+0.03×1800=654mm5

8、. 验算小带轮的包角6. 确定普通型带的根数z查表3-2-4 Po=2.83KW； 查表3-2-6 Po=0.4KW；查表3-2-3 KL=0.95； 查表3-2-5 Ka=0.98 故需V带根数为 z=67. 计算带传动作用在轴上的力FQ（1）计算单根普通型带的张紧力Fo查表3-2-2 q=0.17kg/m （2）计算带传动作用在轴上的力FQ 8. 带轮结构设计主动小带轮dd1=140 mm，孔径为d0=42mm(与电动机伸出端配合），dd1(2.53)d0，故采用实心式结构；键槽为A型，b×h×t1=12m×8m×3.3mm；轮槽角；从动大带轮dd2

9、=250 mm，孔径由高速轴设计时确定（d0=35mm)；采用四孔板式带轮，辐板厚度s=18mm，键槽为A型，b×h×t1=10mm×8m×3.3mm；轮槽角。两带轮轮槽的基准宽度bd=14mm；基准线上槽深hamin=3.5mm；基准线下槽深hfmin=10.8mm；槽间距e=19mm；槽边距f=11.5mm；轮缘厚=7.5mm。带轮宽度为B= (z-1)e+2f= (6-1)×19+2×11.5=118mm带轮材料选用HT250.其余尺寸及两带轮结构草图略。任务三 齿轮传动设计为案例中的带式输送机进行减速器齿轮传动设计1. 高速级

10、齿轮的设计（1）重新计算减速器高速轴的运动参数和动力参数用于带传动的实际传动比与事先所分配的传动比有变化，故减速器各轴的转速和所受到的扭矩也随之发生变化。为使设计更为精确，必须重新计算这些参数。结果如下：P1=14.4 kW（2）选择齿轮材料及热处理查表3-4-5，小齿轮选用45钢，调质，HBS1=217286，取HBS1=265；大齿轮选用45钢，调质，HBS2217286，取HBS2220。由表3-4-6得，HBS1-HBS2265-22045，合适。（3）选择精度等级及齿数查表3-4-9，初步选8级精度。初选小齿轮齿数z131，大齿轮齿数z2= i2 z15.4×31167.4

11、，圆整取z2167实际传动比 （4）按齿面接触疲劳强度设计设计公式 确定各参数值a) 因载荷变化不大，齿轮相对轴承对称布置，查表3-4-10取载荷系数 K=1.1b) 查表3-4-12取齿宽系数d =1.2c) 查表3-4-11取弹性系数d) 对于斜齿轮 e) 许用接触应力H ：由表3-4-7得 Hlim1=348.3+HBS1=(348.3+265)MPa=613.3 MPaHlim2=348.3+HBS 2=(348.3+220)MPa=568.3 MPa由表3-4-8得SHmin=1.1应力循环次数N1=60n1jLh=60×817.600×1×(12

12、15;300×15)=2.65×109N2= N1/i2=2.65×109/5.387=4.92×108由图3-4-32，得到；由于H2H1，因此应取小值H2代入。 计算将以上各参数值代入设计公式计算小齿轮分度圆直径（5）确定齿轮传动的主要参数数值初选螺旋角=9°法面模数 根据表3-4-1，模数取标准值mn=2 mm 中心距 对中心距圆整，取a=200mm修正螺旋角 其他主要尺寸（大于不发生齿面疲劳点蚀的最小值，安全）取b=80mm，b2=b=80mm， b1= b2+（510），取b1=86mm。 (6) 校核轮齿齿根弯曲疲劳强度a) 用式校

13、核，如果满足条件，则说明校核合格。b) 许用弯曲应力F ：由表3-4-7得 Flim1=320+0.45 HBS 1=(320+0.45×265)MPa=439.25 MPaFlim2=184+0.74 HBS 2=(320+0.45 ×220)MPa=419MPa 由表3-4-8得，SFmin =1.2应力循环次数（前面已计算）N1=2.65×109；N2=4.92×108由图3-4-33，得到；c) 当量齿数zv：由z131，z2167，=8.10944°，确定斜齿轮的当量齿数，即 复合齿形系数YFS：查表3-4-13(用插入法)得YFS1

14、=YF1×YS1=2.5141×1.6374=4.117，YFS2=YF2×YS2 =2.1512×1.8577=3.996d) 常数系数Y： 对斜齿轮Y=1.6 e) 将以上各参数值代入校核公式结论：齿根弯曲疲劳强度校核合格。（7）齿轮参数和几何尺寸列于表8-3表8-3 高速级齿轮参数及几何尺寸 mm参数或几何尺寸符号小齿轮大齿轮法面模数mn22法面压力n法面齿顶高系数11法面顶隙系数0.250.25分度圆柱螺旋角左右齿数z31167齿顶高22齿根高2.52.5分度圆直径d62.626337.374齿顶圆直径66.626341.374齿根圆直径57.6

15、26332.374齿宽b8680传动中心距a200（8） 验算齿轮的圆周速度，确定齿轮的传动精度 齿轮的圆周速度 查表3-4-9，应选9级精度，但考虑中小制造厂一般为滚齿制造，故选为8级精度。（9）齿轮结构设计小齿轮df1=57.626mm，若与轴分开制造，则中心开孔，孔径由高速轴设计时确定（约为62mm)，那么小齿轮的齿根圆直径将会小于轴孔直径，故小齿采用齿轮轴；大齿轮齿顶圆直径da2=341.374 mm，采用锻造的腹板式结构，具体尺寸计算略。（10）齿轮传动的润滑由于齿轮圆周速度 v=2.681m/s<12m/s因此，齿轮传动采用油浴润滑。齿轮浸油深度以高速级齿轮2大约浸油1个齿高

16、。2、低速级齿轮的设计 （1）重新计算减速器中间轴的运动参数和动力参数 P2=13.828kW（2）重新计算低速级齿轮传动的传动比用于带传动和高速级齿轮传动的实际传动比都与事先分配的传动比有变化，为使设计更为精确，必须重新计算低速级齿轮传动的传动比。，（3）精确计算输送带线速度符合工作要求（4）按齿面接触疲劳强度进行设计计算，再校核齿根弯曲疲劳强度，具体设计及校核过程从略，设计结果如下：选材与热处理小齿轮选用40Cr钢调质处理，取HBS3=285；大齿轮选用40Cr钢调质处理，取HBS4245。齿轮参数及几何尺寸，如下表 表8-4 低速级齿轮参数及几何尺寸 mm参数或几何尺寸符号小齿轮大齿轮法

17、面模数mn2.52.5法面压力n20°20°法面齿顶高系数11法面顶隙系数0.250.25分度圆柱螺旋角右左齿数z39159齿顶高2.52.5齿根高3.1253.125分度圆直径d98.485401.515齿顶圆直径103.485406.515齿根圆直径92.235395.265齿宽b106100传动中心距a250齿轮的圆周速度、传动精度及润滑方式齿轮的圆周速度 ，滚齿制造，选为8级精度，采用油浴润滑，齿轮浸油深度以低速级齿轮4的1/6半径为宜。齿轮的结构小齿轮采用锻造的实心式齿轮（与轴分离），大齿轮采用锻造的孔板式。任务四 轴的结构设计设计带式输送机齿轮减速器中的高速轴、

18、中间轴及低速轴。1. 高速轴设计（1） 已经确定的运动参数和动力参数n1=817.600r/min ； P1=14.4kW ； T1=168.200N.m（2） 选择轴的材料并确定许用弯曲应力由表3-7-1选用45钢调质处理，硬度为217-255HBS，由表3-7-4知，许用弯曲为=60MPa（3） 按转矩初步估算轴的最小直径 由表3-7-3 A107118由于高速轴受到的弯矩较大而受到的扭矩较小，故取A=116.该轴段开有1个键槽，故将轴径增大3%5%，由机械手册取B型普通V带带轮标准轴孔直径35mm，故取dmin=35mm.（4） 设计轴的结构并绘制结构草图（图3-7-11)轴的结构分析由

19、于齿轮1的尺寸较小，故高速轴设计成齿轮轴。显然，轴承只能从轴的两端分别装入和拆卸，轴伸出端安装大带轮，选用普通平键，A型，b×h=10mm×8mm(GB/T1096-2003)，槽深t=5mm，长L=90mm；定位轴肩44mm；轴颈需磨削，故应设计砂轮越程槽44mm×1mm预选滚动轴承并确定各轴段的直径根据轴的受力情况，主要是承受径向载荷，所受轴向力较小，拟选用深沟球轴承6309，尺寸d×D×B=45mm×100mm×25mm，与滚动轴承配合的轴颈为45mm，配合为k6，定位轴肩damin为54mm。与左轴承端盖相关的轴段尺

20、寸轴承端盖厚度为40mm，带轮端面与轴承端盖螺钉头顶距离L4=30mm，该轴段直径为44mm确定各轴段的长度并绘制高速结构草图图3-7-11 高速轴结构草图图中尺寸如下：=10mm， a=20mm， C1=20mm， C2=20mm， b'=10mm， l4=30mm， B1=25mm，K=6mm（按M8）。2. 中间轴设计设计方法与步骤跟高速轴相似，具体过程略。设计结果要点如下：（1） 已经确定的运动参数和动力参数 n2=151.770r/min； P2=13.828kw； T2=870.115N.mm(2) 轴段选用45钢调质处理，硬度为217-255HBS，许用弯曲为=60MPa

21、(3) 估算出轴的最小直径dmin=55mm.(4) 设计轴段结构并绘制结构草图齿轮3键槽底到齿根圆距离e远大于2.5mn，因此设计成分离体。与轴承相配合的轴颈需磨削，砂轮越程槽为54mm×1mm，两齿轮之间以轴环定位，两齿轮的另一端各采用套筒定位；齿轮与轴的联接选用普通平建，A型，b×h=20mm×12mm(GB/T1096-2003)，槽深t=7.5mm，安装齿轮3的键槽长L=80mm，安装齿轮2的键槽长L=70mm；轴上两处键槽布置在同一母线方向上。轴段主要承受径向载荷，所受轴向力较小，拟选用深沟球轴承6311，尺寸d×D×B=55mm&

22、#215;120mm×29mm，左轴承的右端和右轴承的左端均采用套筒定位，damin为 65mm.各轴段的长度和直径如图3-7-13所示图3-7-13 中间轴结构草图3. 低速轴设计（1） 重新计算低速轴的运动参数和动力参数P3=13.279kW（2） 轴选用45钢调质处理，硬度为217-255HBS，许用弯曲应力=60MPa（3） 估算出轴段最小直径dmin=80mm.（4） 设计轴的结构并绘制结构草图联轴器初选HL7型弹性柱削联轴器，Y型轴孔（圆柱形），孔直径d=80mm，轴孔长度L1=132mm，总长度L1=172mm；联轴器与轴的链接选用普通平建，A型，b×h=22

23、mm×14mm，槽深t=9mm，长L=125mm:轴段直径为80mm，长为130mm，与轴承相配合的轴段需磨削，设计砂轮越程槽84mm×1mm。齿轮与轴配合的轴头直径为110mm，配合为k6，定位轴肩直径为130mm.宽度b=15mm，齿轮与轴之间用普通平键联接，A型，b×h=28mm×16mm，槽深t=10mm，长L=90mm.轴上两个键槽布置在同一母线方向上。轴段主要是承受径向载荷，所受轴向力较小，拟选用角接触球轴承7018C，尺寸d×D×B=90mm×140mm×24mm，与滚动轴承相配合的轴颈为85mm，配

24、合为k6，定位轴肩dmin为90mm.轴承端盖厚度为40mm，联轴器端面与轴承端盖螺钉头的距离l4=30mm，该轴段直径为84mm.确定各轴段的长度并绘制低速轴结构草图，如图3-7-14。图3-7-14 低速轴结构草图任务五 轴毂联接与联轴器一、键的选择及强度校核1. 高速轴与带轮配合处键联接高速轴与带轮配合处，选用A型普通平键1个，由表3-8-1查得，b×h=10mm×8mm(GB/T1096-2003)，键长L=90mm。键的工作长度 l=Lb=9010=80mm带轮材料为铸铁，由表3-8-2查得键联接的许用挤压应力键联接工作面的挤压应力 强度够2. 中间轴与齿轮2配合处键联接中间轴与齿轮2配合处，选用A型普通平键1个，由表3-8-1查得，b×h =20mm×12mm(GB/T1096-2003)，键长L=70mm.键的工作长度l=Lb =70-