项目3减速器传动装置设计_任务实施举例

1、3项目三 任务一 总体传动方案设计项目三 带式输送机传动装置设计学习情境描述设计一台带式运输机中使用的单级斜齿圆柱齿轮减速器。已知条件有：运输带传递的有效圆周力F，运输带速度V，卷筒的计算直径D，卷筒效率0.96，原动机为电动机，齿轮单向传动，有轻微冲击，传动比误差为±5% 。并已知齿轮的每日工作时间和工作年限，每年按300天计。并对其主要零部件进行加工工艺路线的制定。具体的原始数据如下：参数题 号123456789101112输送带工作拉力F（KN）150019002100220032004000450048005000550060006500输送带速度V（m/s）21.61.61

2、.61.51.11.31.41.51.71.81.9滚筒直径D (mm)500400400450400450440440420420400400每日工作时数T (h)82424161616161616161616使用年限 (年)1055101010101010888任务实施任务实施举例如图1.5所示带式运输机传动方案，已知卷筒直径D=400mm，输送带速度=1.4m/s，带的有效拉力F=3000N，卷筒效率=0.97(包括卷筒轴的轴承)，长期连续工作，单向运转。试选择合适的电动机；计算传动装置的总传动比，并分配各级传动比；计算传动装置中各轴的运动和动力参数。解：（）选择电动机类型和结构型式按工

3、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机。（）选择电动机的容量（选取电动机所需的额定功率）工作机所需功率：= = = 4.32 (kw)电动机的输出功率：=式中：电动机至滚筒轴传动装置的总效率，包括带传动，一对齿轮传动、两对滚动轴承及联轴器的效率。值计算如下：由表1查得：0.96，0.97，0.99，0.98因此，0.96×0.97×0.992×0.980.894 = 4.83（）根据选取电动机的额定功率，一般电动机额定功率：（1.11.5）5.317.23由附录查得电动机的额定功率为 5.5（）确定电动机的转速确定工作机转速：66.88（

4、rmin）为了便于选择电动机转速，需先推算电动机转速的可选范围。由表1-2查得带传动常用传动比范围24，单级圆柱齿轮传动比范围为35，则电动机转速可选范围为符合这一转速范畴的同步转速有750 rmin、1000 rmin，根据容量和转速，由附录查出有两种适用的电动机型号，因此有两种传动比方案，如表1-4所列。表3-1-4 两种传动比方案方案电动机型号额定功率/kW电动机转速/(r/min)电动机质量/kg传动装置的传动比同步满载总传动比V带传动齿轮传动1Y132M2-65.510009608414.362.85.132Y160M2-85.575072011910.7725.38由表1-4中数据

5、可知两种方案均可行，但综合考虑电动机和传动装置尺寸、结构和带传动及减速器的传动比，认为方案的传动比较合适，所以选定电动机的型号为Y132M-6。（）计算总传动比：i同时 （）分配各级传动比为使带传动外部尺寸不要太大，满足，初步取2.8，则齿轮的传动比：（）计算传动装置的运动和动力参数、计算各轴转速：计算各轴的输入功率：高速轴（轴）的输入功率=4.830.96=4.64kw低速轴（轴）的输入功率=4.64x0.99x0.97=4.46 KW卷筒轴（轴）的输入功率=4.46x0.99x0.98=4.33 KW计算各轴的输入转矩：将运动和动力参数的结果填入下表。参数轴名电动机轴0轴轴滚筒轴转速（rm

6、in）960342.8666.8366.83功率/kW4.834.644.464.33转矩T/（Nm）48.05129.24637.3618.8传动比2.85.131效率0.960.960.975项目三 任务二 带传动设计和链传动任务二 带传动设计和链传动任务实施l 为案例中的带式输送机减速器中的V带传动进行结构设计。设计带式运输机中减速器用普通V带传动，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。）带轮设计包括以下内容：确定结构类型、结构尺寸、轮槽尺寸、 材料，画出带轮工作图。任务实施举例设计带式输送机的V带传动，

7、采用三相异步电机Y160L6，其额定功率P11kW，转速n1970r/min，传动比i=2.5，两班制工作。 解 (1) 确定计算功率PC，选取V带类型。查表3-2-7得工作情况系数KA=1.2，根据式(2-17)有 PC=KAP=1.2×11=13.2kW根据PC13.2 kW、n1970r/min，从图3-2-9中选用B型普通V带，其dd1=160200 mm。 (2) 确定带轮基准直径。由表3-2-8查得主动轮的最小基准直径dd1min=125 mm，根据带轮的基准直径系列，取dd1160 mm。 根据式(2-13)，计算从动轮基准直径 dd2 = dd1 i = 160

8、15;2.5 = 400 mm根据基准直径系列，取dd2=400 mm。 传动比误差为0，实际的传动比也就为2.5。（此时再次确定齿轮的传动比）(3) 验算带的速度。根据式(2-12)有 速度在5m/s25 m/s内，合适。 (4) 确定普通V带的基准长度和传动中心距。根据式(2-19) a0=(0.72)(dd1+dd2)初步确定中心距a0=800 mm。 根据式(2-20)计算带的初选长度 根据表3-2-3选带的基准长度Ld=2500 mm。 根据式(2-21)，带的实际中心距a  考虑到安装调整和带松弛后张紧的需要，应给中心距留出一定的调整余量。中心距的变动范围为 (2-22)

9、 根据式2-22可知，中心距可调整范围为 (5) 验算主动轮上的包角1。根据式(2-23)有 主动轮上的包角合适。 （一般要求1120°否则应适当增大中心距或减小传动比，也可以加张紧轮。 ）(6) 计算V带的根数z。根据式(2-24) 由B型普通V带，n1970rmin，dd1160mm，查表3-2-4得P0=2.70 kW；由i2.5，查表3-2-6得 P0 0.3kW；由1163°， 查表3-2-5得K0.953；由Ld=2500 mm，查表3-2-3得KL=1.03。则 取z=5根。 (7) 计算初拉力F0。根据式(2-25)有 查表3-2-2得q=0.17kgm，故

10、 (8) 计算作用在轴上的压力FQ。 根据式(2-26)有 （9）带轮结构设计与技术设计，画出轮槽尺寸图和工作简图。（略）由于速度小于25m/s，大、小带轮均采用HT150材料；由于小带轮直径为160mm，采用实心结构，大带轮直径为4000mm，采用孔板轮结构。技术设计、轮槽尺寸图、工作简图。（略）（10）带传动设计结论：选用5根B型V带。中心距a=801mm，带轮直径dd1=160mm，dd2=400mm，轴上压力FQ =2719.8N；小带轮采用HT150材料，采用实心结构；大带轮采用HT150材料，采用孔板轮结构；8项目三 任务三 齿轮传动设计、蜗杆传动、轮系任务三 齿轮传动设计、蜗杆传

11、动、轮系 任务实施 任务实施过程举例设计一单级闭式斜齿圆柱齿轮传动，由电动机驱动，已知传递功率P17.5 kW，n1=1450rmin，iu3.8，单向运转，载荷轻微冲击。 解 根据闭式齿轮传动的失效分析和设计准则，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。 （1） 选择材料、 热处理、 精度等级及齿数。 查表3-7，小齿轮选用45钢，调质，HBS1=217255，取HBS1=236；大齿轮选用45钢，正火，HBS2162217，取HBS2190。由表3-8得，HBS1-HBS2236-19046，合适。 由表3-11可知，8级精度属于中等精度级，用于低中速的场合。初步选8级精度

12、(GB10095-88)。对于软齿面闭式齿轮传动，在满足弯曲强度的条件下，为提高传动的平稳性，小齿轮齿数一般取z12040，速度较高时取较大值；硬齿面的弯曲强度是薄弱环节，宜取较少的齿数，以便增大模数，通常取z1 =1720。 因此，选小齿轮齿数z127，大齿轮齿数z2= u z13.8×27102.6，圆整取z2103实际传动比： 齿数比误差为： 在允许范围内（工程上允许±的变化范围）。 初选螺旋角=16° （2） 按齿面接触疲劳强度设计。 确定计算参数。 传递扭矩T1：由式3-40得 载荷系数K： 因载荷比较平稳，齿轮相对轴承对称布置，由表3-12取K=1.2

13、齿宽系数d：由表3-14取d =1.1许用接触应力H ：由表3-9得 Hlim1=350+HBS1=(350+236)MPa=586 MPaHlim2=200+HBS2=(200+190)MPa=390 MPa由表3-10得SHmin=1，所以 由于H2H1，因此应取小值H2代入。 常数系数Z：对斜齿轮Z=3.11ZE，ZE为齿轮材料弹性系数， 其值查表3-13得：所以 齿数比u=3.8将以上参数代入式（3-42）中 确定齿轮参数及主要尺寸。模数： 由于初选螺旋角=16°，则齿轮的法面模数 根据表3-1，模数取标准值mn=2 mm。 中心距 对中心距圆整，取a=135mm，圆整中心距

14、后修正螺旋角 圆整取b=65 mm；为保证减小加工量，也为了装配和调整方便，大齿轮齿宽应小于小齿轮齿宽，取b2= b=d x d1，则b1=b2+(510)。大齿轮的齿宽即为b2= b=65 mm；小齿轮的齿宽b1=b2+(510)=7075mm，取b1=70mm。 (3) 校核弯曲疲劳强度。用式（3-43）校核 如果满足条件：则说明校核合格。许用弯曲应力F ：由表3-9得 Flim1=320+0.45HBS1=(320+0.45×236)MPa=426.2 MPaFlim2=184+0.74×HBS2=(184+0.74×190)MPa=324.6 MPa 由表

15、3-10得，SFmin =1。所以 当量齿数zv：由z127，z2103，=15.6425°，确定斜齿轮的当量齿数，即 复合齿形系数YFS：查表3-15得YFS1=YF1×YS1=4.1，YFS2=YF2×YS2 =3.95。 常数系数Y： 对斜齿轮Y=1.6 结论：齿根弯曲疲劳强度校核合格。（4） 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 属于中低速。由表3-11综合评价，选定齿轮为8级精度，是合适的。 （5）确定这一对齿轮的主要尺寸，并列表。根据表3-3-15的公式，算出传动齿轮的主要几何尺寸，填入下表。名称计算公式小齿轮尺寸大齿轮尺寸分度圆直径

16、基圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿顶高齿根高全齿高中心距（6） 齿轮的结构设计（包括画图）（略）（7） 齿轮传动的润滑闭式齿轮传动的润滑方式决定于齿轮的圆周速度。齿轮圆周速度v = 4.2512ms，采用油浴润滑（将齿轮浸入油池中，浸入深度约一个齿高，但不应小于10 mm）。15项目三 任务五 总装CAD设计任务四 轴系零部件的设计 任务实施任务实施过程举例0设计如图所示斜齿圆柱齿轮减速器的高速轴与低速轴的结构。传动装置的运动和动力参数（在总体传动方案设计时已算出）1各轴的功率计算：电动机（0轴）的额定功率=5.5 输出功率=5.28高速轴（轴）的输入功率=5.28x0.96=5.07 KW 低速

17、轴（轴）的输入功率=5.07x0.99x0.97=4.87 KW卷筒轴（轴）的输入功率=4.87x0.99x0.993=4.79 KW2 各轴的转速计算：电动机（0轴）转速 =720 r/min 高速轴（轴）转速    =201.68 r/min低速轴（轴）转速 =46.75 r/min  卷筒轴（轴）转速  =46.69 r/min下面，设计斜齿圆柱齿轮减速器的高速轴与低速轴。已知斜齿圆柱齿轮减速器的高速轴的转速n =201.68 r/min，传递功率P=5.07 KW；低速轴的转速n=46.75，传递功率P=4.87 K

18、W。轴上齿轮参数为：法面模数 mn=3，分度圆螺旋角=16o，小齿轮齿数z1=23，齿宽b1=90mm; 大齿轮齿数z2=99,齿宽b2=85mm一、高速轴的设计1选择轴的材料减速器功率不大，又无特殊要求，故选最常用的45钢并作正火处理。由表4-1查得抗拉强度极限B =600 MPa，屈服强度极限S=300 MPa，弯曲疲劳极限-1=275 Mpa2按转矩初步估算轴的最小直径 应用式(4-2)估算。由表4-3取A107118(因轴上受较大弯矩)， 于是得 =31.3434.57 mm因有键槽存在，考虑键槽对轴强度的影响和联轴器标准，故将估算直径加大3%5%，取为32.2835.61 mm，由机

19、械手册取标准直径d1=35mm。3 高速轴的结构设计如图由于是单级减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧（即，相对两轴承对称分布），联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和套筒定位，采用过渡配合固定，结构方案如下图。按从左到右，顺序排列各个轴直径段的序号，以此为段、段3.1 确定各轴段直径、长度一般的定位轴肩,轴肩处的直径差可取510mm，对于安装齿轮、带轮和联轴器的轴段，应使该轴段的长度略短于相配轮毂的宽度，一般取轮毂宽度与轴段长度之差=12mm，以保证传动件在用其他零件轴向固定时，能顶住轮毂，而不是顶在轴肩上，使固定可靠。段：V型皮带轮安装段该轴段（外伸端）安装B

20、型普通V带带轮，在各轴段中直径最小，d1=35 mm；由于该带轮的孔径d=35mm，带轮中心厚度L=（1.52）d = （1.52）x 35 = 52.570mm；取带轮中心厚度L=65mm，考虑到轴端挡圈的安装，取此段轴的长度L1=63mm；轴与带轮由平键连接，轴上平键键槽（查附表）：宽b=8mm，深t=5mm，长L=60mm。（设计时，普通平键的宽度b和高度h及键槽的深度按轴径d从标准中查得，长度L按轮毂长度从标准中查得，但应比轮毂长略短510mm）；轴头倒角C=1.5×45°段：润滑密封段考虑到要对安装在轴段上的皮带轮进行定位，轴段上应有轴肩，带轮安装处的轴肩单边高h

21、取2.5mm。因而与其靠近的润滑密封段直径为：d2=d1+2h=35+2×2.5= 40mm。该段轴位置处于安装带毛毡圈密封的轴承盖中，毡圈密封轴径应查附表取标准尺寸，因而可参考毛毡圈密封标准尺寸d2=40mm来设计。故轴段的直径为d2=40mm；查附表得毛毡圈的标准尺寸，包括毛毡圈宽度B1=7mm，轴承盖的密封处宽度为Bmin=12mm；轴承盖内端顶轴承外环的凸台宽度为t=10mm。根据箱体结构，带轮与轴承端盖之间要求有一定距离，从皮带轮端面到轴承盖的空间=9.5mm。若采用凸缘式轴承盖，则应再考虑装拆轴承盖螺栓所需要的距离，以便在不拆下外接零件的情况下，能方便地拆下端盖螺钉，打开

22、箱盖。对于中小型减速器，可取j1520mm，如果是嵌入式轴承盖则无此要求。安装轴承的轴头伸出轴承1mm。，所以该段轴长度为：L2=B+t+-1+j=12+10+9.5-1+（1520）= 45.550.5 mm因此，取轴段的长度L2=50mm段：滚动轴承安装段一般的定位轴肩,轴肩处的直径差可取510mm。为了能在轴段上安装轴承，轴段必须满足轴承内径的标准，故取轴段的直径d3=45mm；初选6209型深沟球轴承，查附表，得其内径为d3=5mm 装轴承的轴颈倒角为1×45°，轴承宽度为=19mm，外径为D=85mm。为了保证轴承能完全套在轴段上，该段轴的长度应略大于轴承宽度，故

23、轴段上长度取L3=B轴承+1=19+1=20 mm段：齿轮左端轴承台阶段；段：齿轮右端轴承台肩段为方便拆卸轴承(查附表，得6209轴承的安装尺寸da=52，即安装高度（单边轴肩）取h=(d4-d3)/2=(52-45)/2=3.5mm)，确定轴段、的直径d4=d6=52mm；为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距，并考虑齿轮在箱体内的润滑散热空间需要，齿轮端面和箱体内壁的距离为：W=10mm；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中，并考虑轴承润滑，轴承端面和箱体内壁也应有一定距离：Y=510mm，取轴段长度为L4=L6=W+Y=10+5=15mm；齿轮所在段该段长为齿轮宽

24、度，因齿轮与轴为一体，故该段轴的直径有齿轮外圆、分度圆和齿根圆，齿根圆的直径不能小于d4和d6。齿顶圆直径d5a =77.78mm，齿根圆直径d5f = 64.28mm(由前面齿轮设计结果得出)，故Ded4（d6）。该段轴的长度即为齿轮宽L5=B=90 mm段：右轴承安装段轴段必须满足轴承内径的标准，故取轴段的直径d7= d3=45mm轴头倒角为1.5×45°，为了保证轴承能完全套在轴段上，该段轴的长度应略大于轴承宽度，故轴段上长度取L7=L3=B轴承+11.5=19+1=21.5；高速轴的各段结构尺寸表（单位：mm）段号轴颈段名轴颈直径代号轴颈直径尺寸轴颈长度代

25、号轴颈长度尺寸相关零件配合部位配合部位结构尺寸带轮安装段d135L163带轮宽度65润滑密封段d240L250密封槽宽度12左轴承安装段d345L320轴承宽B19左轴承右肩段d452L415齿轮宽度段d564.28L590齿轮宽度90右轴承左肩段d652L616.5右轴承安装段d745L721.5轴承宽B19    设计结构尺寸时应注意以下细节：、处于轴承孔中的轴长度比轴承宽度大1，这样可以避免轴端部倒角减少其与轴承内孔的接触长度。、处于带轮孔中的轴长度比带轮宽度小1，这样便于用轴端挡圈使带轮轴向定位和夹紧。、处于齿轮安装孔中的轴长度比齿轮宽度小12m

26、m，其目的是使左边套筒能紧紧顶住齿轮左端面，使齿轮轴向定位和固定。(但若为齿轮轴一体的结构，则无此要求)下图是实心式齿轮与轴分开的结构图。二、低速轴的设计1选择轴的材料减速器功率不大，又无特殊要求，故选最常用的45钢并作正火处理，硬度HBS=200。由表4-1查得抗拉强度极限B =600 MPa，屈服强度极限S=300 MPa，弯曲疲劳极限-1=275 Mpa。2按转矩初步估算轴的最小直径应用式(4-2)估算。由表4-3取A107118(因轴上受较大弯矩)，于是得 = 50.3555.52mm因有键槽存在，故将估算直径加大3%5%，取为51.8657.19 mm，由机械手册取标准直径d1=55

27、mm。3 低速轴的的零件定位，固定和装配单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左端面用轴肩定位，右端面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。结构方案如下图。按从右到左，顺序排列各个轴直径段的序号，以此为段、段4 确定各轴段直径、长度一般的定位轴肩，轴肩处的直径差可取510mm，对于安装齿轮和联轴器的轴段，应使该轴段的长度略短于相配轮毂的宽度，一般取轮毂宽度与轴段长度之差=12mm，以保证传动件在用其他零件轴向固定时，能顶住轮毂，而不是

28、顶在轴肩上，使固定可靠。(1)确定各轴段直径。 如图所示，轴段（外伸端）直径最小，d1=55 mm；考虑到要对安装在轴段上联轴器进行定位，轴段上应有轴肩，取轴肩为2.5mm得，故轴段的直径为d2=60mm；为能在轴段上安装轴承，轴段必须满足轴承内径的标准，故取轴段的直径d3=65mm；轴段是主要的工作段，承受较大的工作载荷，取该段直径比轴段大7，即轴段d4=72mm，固定齿轮的轴肩高度取4mm，则轴段的直径d5=80mm；为方便拆卸左轴承，查得6213的安装尺寸damin为74mm，故取轴段的直径d6=75mm；轴段必须满足轴承内径的标准，故取轴段的直径d7=d3=65mm。（2）确定各轴段长

29、度。段：联轴器安装段由于该联轴器的孔径d=55mm，用HL4型弹性柱销联轴器。孔长L1=84，考虑到轴端挡圈的安装，取此段轴的长度L1=70mm；轴与联轴器由平键连接，轴上平键键槽（查附表）：宽b=16mm，深t=6mm，长L=63mm。（设计时，普通平键的宽度b和高度h及键槽的深度按轴径d从标准中查得，长度L按轮毂长度从标准中查得，但应比轮毂长略短510mm）；轴头倒角C=1.5×45°。段：右轴承密封段该段轴位置处于安装带毛毡圈密封的轴承盖中，毡圈密封轴径应查附表取标准尺寸，因而可参考毛毡圈密封标准尺寸d2=60mm来设计。查附表得毛毡圈的标准尺寸，包括毛毡圈宽度B1=

30、8mm，轴承盖的密封处宽度为Bmin=12mm；轴承盖内端顶轴承外环的凸台宽度为t=10mm。根据箱体结构，联轴器与轴承端盖之间要求有一定距离，从联轴器端面到轴承盖的空间=10mm。若采用凸缘式轴承盖，则应再考虑装拆轴承盖螺栓所需要的距离，以便在不拆下外接零件的情况下，能方便地拆下端盖螺钉，打开箱盖。对于中小型减速器，可取j1520mm，如果是嵌入式轴承盖则无此要求。安装轴承的轴头伸出轴承1mm。，所以该段轴长度为：L2=B+t+-1+j=12+10+10-1+（1520）=45.550.5 mm因此，取轴段的长度L2=50mm齿轮所在段齿轮轮毂宽度为85mm，为保证齿轮固定可靠，轴段长度应略

31、短于齿轮轮毂宽度13mm，取L4=83mm；即齿轮比该轴段伸长2mm，以保证用套筒对齿轮轴向固定时，能顶住齿轮，而不是顶在轴肩上，使固定可靠。段：右轴承安装段初选6213型深沟球轴承，查附表，得其内径为d3=65mm，轴承宽度为=23mm。为了保证轴承能完全套在轴段上，安装轴承的轴头伸出轴承1mm。为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距，并考虑齿轮在箱体内的润滑散热空间需要，齿轮端面和箱体内壁的距离为10+2.5 =12.5mm (小齿轮的齿宽比大齿轮的大5mm，要保证两齿轮对中啮合传动)；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（使用6213轴承，轴承宽度为 23mm），并考虑轴承润滑，取轴承端面距箱体内壁距离为5mm；齿轮比该轴段伸长2mm，以保证用套筒对齿轮轴向固定时，能顶住齿轮，而不是顶在轴肩上，使固定可靠。故轴段上长度取L3= 1+23+5+12.5+2=43.5mm套筒长度：齿轮