V带一级直齿圆柱减速器设计方案报告模板

V带一级直齿圆柱减速器设计方案报告模板机械设计减速器设计说明书系别：班级：姓名：学号：指导教师：职称：目录TOC\o"1-2"\h\z\u第一章设计任务书 1第二章传动装置总体设计方案 2第三章选择电动机 3第四章计算传动装置运动学和动力学参数 7第五章普通V带设计计算 9第六章减速器齿轮传动设计计算 16第七章轴的设计 21第八章滚动轴承寿命校核 40第九章键联接设计计算 43第十章联轴器的选择 45第十一章减速器的密封与润滑 46第十二章减速器附件 48第十三章减速器箱体主要结构尺寸 51第十四章设计小结 54参考文献 55第一章设计任务书1.1设计题目一级直齿圆柱减速器，拉力F=3200N，速度v=1.35m/s，直径D=235mm，每天工作小时数：16小时，工作年限（寿命）：3年，每年工作天数：300天，配备有三相交流电源，电压380/220V。1.2设计步骤1.传动装置总体设计方案2.电动机的选择3.确定传动装置的总传动比和分配传动比4.计算传动装置的运动和动力参数5.普通V带设计计算6.减速器内部传动设计计算7.传动轴的设计8.滚动轴承校核9.键联接设计10.联轴器设计11.润滑密封设计12.箱体结构设计第二章传动装置总体设计方案2.1传动方案传动方案已给定，前置外传动为普通V带传动，减速器为一级圆柱齿轮减速器。2.2该方案的优缺点由于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。一级圆柱齿轮减速器中齿轮相对于轴承为对称布置，因而沿齿向载荷分布均匀，相较不对称分布的减速器来讲，轴的刚性相对较小。原动机部分为Y系列三相交流异步电动机第三章选择电动机3.1电动机类型的选择按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y系列。3.2确定传动装置的效率查表得：联轴器的效率：η1=0.99滚动轴承的效率：η2=0.99V带的效率：ηv=0.96闭式圆柱齿轮的效率：η3=0.97工作机的效率：ηw=0.963.3计算电动机容量工作机所需功率为电动机所需额定功率:工作转速：经查表按推荐的合理传动比范围，V带传动比范围为：2～4，一级圆柱齿轮传动比范围为：3～5，因此理论传动比范围为：6～20。可选择的电动机转速范围为nd=ia×nw=(6～20)×109.77=659--2195r/min。进行综合考虑价格、重量、传动比等因素，选定电机型号为：Y132S-4的三相异步电动机，额定功率Pen=5.5kW，满载转速为nm=1440r/min，同步转速为nt=1500r/min。Pd=5.03nw=109.77方案电机型号额定功率(kW)同步转速(r/min)满载转速(r/min)1Y160M2-85.57507202Y132M2-65.510009603Y132S-45.5150014404Y132S1-25.530002900电机主要尺寸参数图3-1电动机中心高外形尺寸地脚安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸键部位尺寸HL×HDA×BKD×EF×G132475×315216×1401238×8010×333.4确定传动装置的总传动比和分配传动比（1）总传动比的计算由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速nw，可以计算出传动装置总传动比为：（2）分配传动装置传动比取普通V带的传动比：iv=2.6减速器传动比为ia=13.118iv=2.6i1=5.084.4工作机的参数各轴转速、功率和转矩列于下表轴名称转速n/(r/min)功率P/kW转矩T/(N•mm)电机轴14405.0333358.68高速轴553.854.8383283.38低速轴109.034.64406420.25工作机109.034.32378391.27第五章普通V带设计计算（1）求计算功率Pc查表13-9得KA=1.3，故（2）选V带型号根据Pc=6.539kW、n1=1440r/min，由图13-15选用A型。（3）求大、小带轮基准直径d2、d1由图13-15，因传动比不大，取d1=100mm。由表13-10，取d2=250mm。（4）验算带速v带速在5～30m/s范围内，合适。（5）求V带基准长度Ld和中心距a初步选取中心距由式（13-2）得带长由表13-2，对A型带选用Ld=1550mm。再由式（13-15）计算实际中心距（6）验算小带轮的包角α1合适。（7）求V带根数z由式（13-14）得今n1=1440r/min，d1=100，查表13-4得由式（13-8）得传动比查表13-6得由α1=162.98°查表13-8得Kα=0.956，表13-2得KL=0.99，由此可得取4根。（8）求作用在带轮轴上的压力FQ查表13-1得q=0.105kg/m，故由式（13-16）得单根V带的初拉力作用在轴上的压力（9）带轮结构设计带型AV带中心距505mm小带轮基准直径100mm包角162.98°大带轮基准直径250mm带长1550mm带的根数4初拉力181.05N带速7.54m/s压轴力1432.45N4.带轮结构设计（1）小带轮的结构设计小带轮的轴孔直径d=38mm因为小带轮dd1=100因此小带轮结构选择为实心式。因此小带轮尺寸如下：L=2.0×d≥B（带轮为实心式，因此轮缘宽度应大于等于带轮宽度）图5-1带轮结构示意图（2）大带轮的结构设计大带轮的轴孔直径d=32mm因为大带轮dd2=250mm因此大带轮结构选择为孔板式。因此大带轮尺寸如下：图5-2带轮结构示意图第六章减速器齿轮传动设计计算（1）选择材料及确定许用应力小齿轮选用45（调质），齿面硬度197～286HBS，相应的疲劳强度取均值，σHlim1=585MPa，σFE1=445MPa（表11-1），大齿轮选用45（正火），齿面硬度156～217HBS，σHlim2=375MPa，σFE2=310由表11-5，取SH=1，SF=1.25，则（2）按齿面接触强度设计设齿轮按8级精度制造。区载荷系数K=1.5（表11-3），齿宽系数φd=1.2（表11-6），取ZE=189.8MPa^0.5（表11-4），u=i=5.08则齿数取Z1=32，则Z2=i×Z1=5.08×32=163。故实际传动比模数齿宽取b1=85mmb2=80mm按表4-1取m=2mm，实际的则中心距（2）验算轮齿弯曲强度齿形系数（3）齿轮的圆周速度可知选用8级精度是合适的。参数或几何尺寸符号小齿轮大齿轮法面模数mn22法面压力角αn2020法面齿顶高系数ha*1.01.0法面顶隙系数c*0.250.25螺旋角β左0°0'0"右0°0'0"齿数z32163齿顶高ha22齿根高hf2.52.5分度圆直径d64326齿顶圆直径da68330齿根圆直径df59321齿宽B8580中心距a195195图6-1大齿轮结构图第七章轴的设计7.1高速轴设计计算(1)已知的转速、功率和转矩转速n=553.85r/min；功率P=4.83kW；轴所传递的转矩T=83283.38N•mm(2)轴的材料选择并确定许用弯曲应力由表选用45钢调质，许用弯曲应力为[σ]=60MPa(3)按扭转强度概略计算轴的最小直径由于高速轴受到的弯矩较大而受到的扭矩较小，故取A0=112。由于最小轴段截面上要开1个键槽，故将轴径增大5%查表可知标准轴孔直径为32mm故取dmin=32(4)确定各轴段的直径和长度。图7-1高速轴示意图1)高速轴和大带轮配合，查表选取标准轴径d12=32mm，l12长度略小于大带轮轮毂长度L，取l12=62mm。选用普通平键，A型键，b×h=10×8mm(GB/T1096-2003)，键长L=50mm。2)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，故选用深沟球轴承。。参照工作要求并根据d23=38mm，由轴承产品目录中选择深沟球轴承6208，其尺寸为d×D×B=40×80×18mm，故d34=d67=40mm。3)采用分体式齿轮，该段安装齿轮，l45略短于齿轮宽度，则l45=83mm。轴肩h34=2.5mm，则d45=45mm。轴肩h45=3.5，则d56=52mm。4)轴承端盖厚度e=12，垫片厚度Δt=2，根据轴承端盖便于装拆，保证轴承端盖的外端面与带轮端面有一定距离K=24，螺钉C1=22mm，C2=20mm，箱座壁厚δ=8mm，则5)取小齿轮距箱体内壁之距离Δ1=10mm。考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离Δ，取Δ=10mm，挡油环宽度s1=12mm，则至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。轴段123456直径323840455240长度62654083830(5)轴的受力分析小齿轮所受的圆周力（d1为小齿轮的分度圆直径）小齿轮所受的径向力第一段轴中点到轴承压力中心距离l1=105mm，轴承压力中心到齿轮支点距离l2=72.5mm，齿轮中点到轴承压力中心距离l3=72.5mm轴所受的载荷是从轴上零件传来的，计算时通常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起。通常把轴当做置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关带传动压轴力（属于径向力）Q=1432.45Na.在水平面内高速轴上外传动件压轴力（属于径向力）Q=1432.45N轴承A处水平支承力：轴承B处水平支承力：b.在垂直面内轴承A处垂直支承力：轴承B处垂直支承力：轴承A的总支承反力为：轴承B的总支承反力为：c.绘制水平面弯矩图截面A在水平面上弯矩：截面B在水平面上弯矩：截面C在水平面上的弯矩：截面D在水平面上的弯矩：d.在垂直平面上：截面A在垂直面上弯矩：截面B在垂直面上弯矩：截面C在垂直面上的弯矩：截面D在垂直面上弯矩：e.合成弯矩，有：截面A处合成弯矩：截面B处合成弯矩：截面C处合成弯矩：截面D处合成弯矩：转矩和扭矩图截面A处当量弯矩：截面B处当量弯矩：截面C处当量弯矩：截面D处当量弯矩：f.画弯矩图弯矩图如图所示：图7-2高速轴受力及弯矩图(6)校核轴的强度因B弯矩大，且作用有转矩，故B为危险剖面其抗弯截面系数为抗扭截面系数为最大弯曲应力为剪切应力为按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向传动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数α=0.6，则当量应力为查表得45钢调质处理，抗拉强度极限σB=650MPa，则轴的许用弯曲应力[σ-1b]=60MPa，σca<[σ-1b]，所以强度满足要求。7.2低速轴设计计算(1)已知的转速、功率和转矩转速n=109.03r/min；功率P=4.64kW；轴所传递的转矩T=406420.25N•mm(2)轴的材料选择并确定许用弯曲应力由表选用45钢调质，许用弯曲应力为[σ]=60MPa(3)按扭转强度概略计算轴的最小直径由于低速轴受到的弯矩较小而受到的扭矩较大，故取A0=112。由于最小轴段直径安装联轴器，其截面上要开1个键槽，故将轴径增大7%查表可知标准轴孔直径为42mm故取dmin=42(4)确定各轴段的长度和直径。图7-3低速轴示意图1)输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d1，为了使所选的轴直径d1与联轴器孔径相适应，故需选取联轴器型号。联轴器的计算转矩Tca=KA×T，查表，考虑载荷变动微小，故取KA=1.3，则:按照联轴器转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GBT4323-2002或设计手册，选用LX3型联轴器。半联轴器的孔径为42mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为112mm。选用普通平键，A型，b×h=12×8mm(GBT1096-2003)，键长L=90mm。2)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，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据d23=50mm，由轴承产品目录中选择深沟球轴承6211，其尺寸为d×D×B=55×100×21mm，故d34=d67=55mm。3)取安装齿轮处的轴段的直径d45=58mm；齿轮的左端与左轴承之间采用挡油环定位。已知大齿轮轮毂的宽度为B=80mm，为了使挡油环端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取l45=78mm。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h=(2~3)R，由轴径d45=58mm故取h=4mm，则轴环处的直径d56=66mm。轴环宽度b≥1.4h，取l56=8mm。4)轴承端盖厚度e=12，垫片厚度Δt=2，根据轴承端盖便于装拆，保证轴承端盖的外端面与联轴器端面有一定距离K=24，螺钉C1=22mm，C2=20mm，箱座壁厚δ=8mm，则5)取大齿轮距箱体内壁之距离Δ2=12.5mm，考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离Δ，取Δ=10mm，已知滚动轴承的宽度B=21mm，则至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。轴段123456直径425055586655长度1106245.578835.5(5)轴的受力分析大齿轮所受的圆周力（d2为大齿轮的分度圆直径）大齿轮所受的径向力轴承压力中心到齿轮支点距离l1=74mm，齿轮中点到轴承压力中心距离l2=74mm，轴承压力中心到第一段轴支点距离l3=127.5mm轴承A和轴承B在水平面上的支反力RAH和RBH轴承A和轴承B在垂直面上的支反力RAV和RBV轴承A的总支承反力为：轴承B的总支承反力为：a.计算弯矩在水平面上，轴截面A处所受弯矩：在水平面上，轴截面B处所受弯矩：在水平面上，齿轮2所在轴截面C处所受弯矩：在水平面上，轴截面D处所受弯矩：在垂直面上，轴截面A处所受弯矩：在垂直面上，轴截面B处所受弯矩：在垂直面上，齿轮2所在轴截面C处所受弯矩：在垂直面上，轴截面D处所受弯矩：截面A处合成弯矩弯矩：截面B处合成弯矩：合成弯矩，齿轮2所在截面C处合成弯矩为截面D处合成弯矩：转矩为：截面A处当量弯矩：截面B处当量弯矩：截面C处当量弯矩：截面D处当量弯矩：图7-4低速轴受力及弯矩图(6)校核轴的强度因C弯矩大，且作用有转矩，故C为危险剖面其抗弯截面系数为抗扭截面系数为最大弯曲应力为剪切应力为按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向传动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数α=0.6，则当量应力为查表得45钢调质处理，抗拉强度极限σB=650MPa，则轴的许用弯曲应力[σ-1b]=60MPa，σca<[σ-1b]，所以强度满足要求。第八章滚动轴承寿命校核8.1高速轴上的轴承校核根据前面的计算，选用6208深沟球轴承，内径d=40mm，外径D=80mm，宽度B=18mm由于不存在轴向载荷轴承基本额定动载荷Cr=29.5kN，额定静载荷C0r=18kN，轴承采用正装。要求寿命为Lh=14400h。由前面的计算已知轴水平和垂直面的支反力，则可以计算得到合成支反力：查表得X1=1，Y1=0，X2=1，Y2=0查表可知ft=1，fp=1.5取两轴承当量动载荷较大值带入轴承寿命计算公式由此可知该轴承的工作寿命足够。Cr=29.5kNLh=14400hFr1=1417.99NFr2=3218.65NPr1=1417.99NPr2=3218.65N寿命足够8.2低速轴上的轴承校核根据前面的计算，选用6211深沟球轴承，内径d=55mm，外径D=100mm，宽度B=21mm由于不存在轴向载荷轴承基本额定动载荷Cr=43.2kN，额定静载荷C0r=29.2kN，轴承采用正装。要求寿命为Lh=14400h。由前面的计算已知轴水平和垂直面的支反力，则可以计算得到合成支反力：查表得X1=1，Y1=0，X2=1，Y2=0查表可知ft=1，fp=1.5取两轴承当量动载荷较大值带入轴承寿命计算公式由此可知该轴承的工作寿命足够。Cr=43.2kNLh=14400hFr1=1327.07NFr2=1327.07NPr1=1327.07NPr2=1327.07N寿命足够第九章键联接设计计算9.1高速轴与大带轮键连接校核选用A型键，查表得b×h=10mm×8mm（GB/T1096-2003）,键长50mm。键的工作长度l=L-b=40mm大带轮材料为铸铁，可求得键连接的许用挤压应力[σ]p=60MPa。键连接工作面的挤压应力b×h=10mm×8mm9.2高速轴与小齿轮键连接校核选用A型键，查表得b×h=14mm×9mm（GB/T1096-2003）,键长70mm。键的工作长度l=L-b=56mm小齿轮材料为45，可求得键连接的许用挤压应力[σ]p=120MPa。键连接工作面的挤压应力b×h=14mm×9mm9.3低速轴与大齿轮键连接校核选用A型键，查表得b×h=16mm×10mm（GB/T1096-2003）,键长63mm。键的工作长度l=L-b=47mm大齿轮材料为45，可求得键连接的许用挤压应力[σ]p=120MPa。键连接工作面的挤压应力b×h=16mm×10mm9.4低速轴与联轴器键连接校核选用A型键，查表得b×h=12mm×8mm（GB/T1096-2003）,键长90mm。键的工作长度l=L-b=78mm联轴器材料为45，可求得键连接的许用挤压应力[σ]p=120MPa。键连接工作面的挤压应力b×h=12mm×8mm第十章联轴器的选择10.1低速轴上联轴器（1）计算载荷由表查得载荷系数K=1.3计算转矩Tc=K×T=528.35N•m选择联轴器的型号（2）选择联轴器的型号轴伸出端安装的联轴器初选为LX3弹性柱销联轴器（GB/T4323-2002），公称转矩Tn=1250N•m，许用转速[n]=4700r/min，Y型轴孔，主动端孔直径d=42mm，轴孔长度L1=112mm。从动端孔直径d=42mm，轴孔长度L1=112mm。Tc=528.35N•m<Tn=1250N•mn=109.03r/min<[n]=4700r/min第十一章减速器的密封与润滑11.1减速器的密封为防止箱体内润滑剂外泄和外部杂质进入箱体内部影响箱体工作，在构成箱体的各零件间，如箱盖与箱座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。本设计中由于密封界面的相对速度较小，故采用接触式密封。输入轴与轴承盖间V<3m/s，输出轴与轴承盖间也为V<3m/s，故均采用半粗羊毛毡封油圈。11.2齿轮的润滑闭式齿轮传动，根据齿轮的圆周速度大小选择润滑方式。圆周速度v≤12-15m/s时，常选择将大齿轮浸入油池的浸油润滑。采用浸油润滑。对于圆柱齿轮而言，齿轮浸入油池深度至少为1-2个齿高，但浸油深度不得大于分度圆半径的1/3到1/6。为避免齿轮转动时将沉积在油池底部的污物搅起，造成齿面磨损，大齿轮齿顶距油池底面距离不小于30-50mm。根据以上要求，减速箱使用前须加注润滑油，使油面高度达到33-71mm。从而选择全损耗系统用油(GB443-1989);，牌号为L-AN10。11.3轴承的润滑滚动轴承的润滑剂可以是脂润滑、润滑油或固体润滑剂。选择何种润滑方式可以根据齿轮圆周速度判断。由于V齿≤2m/s，所以均选择脂润滑。采用脂润滑轴承的时候，为避免稀油稀释油脂，需用挡油环将轴承与箱体内部隔开，且轴承与箱体内壁需保持一定的距离。在本箱体设计中滚动轴承距箱体内壁距离故选用通用锂基润滑脂（GB/T7324-1987），它适用于宽温度范围内各种机械设备的润滑，选用牌号为ZL-1的润滑脂。第十二章减速器附件12.1油面指示器显示箱内油面的高度，油标应该放置在便于观察减速器油面及油面稳定之处。游标安装的位置不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出。图12-1油标示意图12.2通气器由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡。12.3六角螺塞为了便于清洗箱体内部以及排除箱体内的油污，在箱座油池的最低处设置放油孔，箱体内底面做成斜面，向放油孔方向倾斜1°～2°，使油易于流出。图12-2六角螺塞示意图12.4窥视孔盖在减速器箱盖顶部开有窥视孔，可以看到传动零件齿合区，并有足够的空间能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成。图12-3窥视孔盖示意图A1=120，A2=105，B1=90，B2=75h=4mmd4=7mmR=5mmB=60mm12.5定位销对由箱盖和箱座通过联接而组成的剖分式箱体，为保证其各部分在加工及装配时能够保持精确位置，特别是为保证箱体轴承座孔的加工精度及安装精度。12.6启盖螺钉由于装配减速器时在箱体剖分面上涂有密封用的水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖，旋动启箱螺钉可将箱盖顶起。第十三章减速器箱体主要结构尺寸箱体是减速器中所有零件的基座，是支承和固定轴系部件、保证传动零件正确相对位