机械原理课程设计2

机械设计课程设计

设计题目：二级直齿圆柱齿轮减速器

设计者：

学院：能动学院

班级：流体1302

日期：2015年1月4日〜1月20日

目录

设计任务书..........................................

一、传动方案的拟定及电动机的选择......................2

二、V带选择...........................................4

三.高速级齿轮传动设计.................................6

四、轴的设计计算........................................9

五、滚动轴承的选择及计算................................13

六、键联接的选择及校核计算..............................14

七、联轴器的选择........................................14

八、减速器附件的选择....................................14

九、润滑与密封...........................................15

十、设计小结.............................................16

H^一、参考资料目录......................................16

带式运输机传动装置的设计

1.设计题目

带式运输机传动装置。

传动装置简图如右图所示。

（1）带式运愉机数据

1—电动机

2—V带传动

3一直齿圆柱齿轮减速器

4一联轴器

5一带式运输机

传动装置总效率约为0二82%。

数据编号123456

运输带转矩T/N-m130162175.5240150181.5

运输带工作速度v/（m/s）1.61.71.61.81.51.55

卷筒直径D/mm320270260300240250

（2）工作条件

使用年限8年，每天工作8小时。载荷平稳，环境清洁。

空载启动，单向、连续运转。

2.设计任务

1）完成带式运输机传动方案的设计和论证，绘制总体设计原理方案图；

2）完成传动装置的结构设计；确定带传动的主要参数及尺寸；齿轮减速箱的设计；

3）减速器装配图一张；（零号图纸）

零件图若干张；（折合零号图纸一张）

4）设计说明书一份。（正反十页以上，8000〜10000字）

4.说明书内容

①根据运输带的参数，选择合适的电动机，分配各级传动比，并计算传动装置各轴的

运动和动力参数。

②减速器外传动零件设计：普通V带传动。

③减速器内传动零件设计：闭式一级（展开式二级）圆柱齿轮传动。

④其他结构设计。

第一章传动方案的拟定及电动机的选择

1.1拟定传动方案

由已知条件计算驱动滚筒的转速",即

60x1000。60x1000x1.7

«120.25

r/min^"~~^一270万

一般选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机，因此传动

装置传动比约为10或15。根据总传动比数值，初步拟定出以二级传动为主的

多种传动方案。

1.2选择电动机

1）电动机类型和结构型式

按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y（IP44）系列三相异步电动机。

它为卧式封闭结构。

2）电动机容量

（1）滚筒输出功率P3

FV1200x1.7

=2.04kw

1000-1000

（2）电动机输出功率P

以=2a

=2.487bv

jI~82%

根据传动装置总效率及查表得：V带传动i]l=O.96；滚动轴承i]2=0.99；圆

柱齿轮传动1)3=0.97；弹性联轴器串=0.99；滚筒轴滑动轴承i]5=0.96。

1]总=口DQ堂口口四小小小=0.818

(3)电动机额定功率P°d

由表选取电动机额定功率%=3kw。比P」略大

3)电动机的转速

电动机型电动机转速传动装置的传动比

为启动转矩

号率(kw)(r/min)

同步满载总传动V带传动二级减速器

T比

便

于

选

择

电

动

机

转

速

先

推

算

电

动

机

转

速

的

可

选

范

围

n

1Y112M-23300028902.224.0338.01

4）由表中数据可知两个方案均可行，方案1相对价格便宜，但方案2

的传动比较小，传动装置结构尺寸较小，整体结构更紧凑，价格也可下调，因

此采用方案2,选定电动机的型号为YU2M-2。

5）由表查出YU2M-6型电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸

表1-2所选电机安装及外形尺寸

中外型尺寸底脚安装地脚螺轴伸尺寸D装键部位尺寸

心LX(AC/2+AD)XHD尺寸AXB栓孔直XEFXGXD

高径K

135X(270/2+210)

100216X1781238X8010X33X38

X315

1.3计算传动装置传动比和分配各级传动比

1）传动装置传动比

2）分配各级传动比

取V带传动的传动比il=3,则二级圆柱齿轮减速器传动比为

iz=1*=24.03/3=8.01

1）

高速级：=3.349

低速级：=2.392

所得j值符合一般圆柱齿轮传动和二级圆柱齿轮减速器传动比的常用

范围。

1.4计算传动装置的运动和动力参数

1）各轴转速

电动机轴为0轴，减速器高速轴为T轴，中间轴为H轴，低速轴为HI轴,

卷筒轴为4轴各轴转速为

no=nm=289Or/rnin

ni=no/ii=289O/3^963.3r/mir.

nn=ni//］=963.3/3.349^287.647r/min

nni=nn//n=287.647/2.392=120.253r/min

nF120.253r/min

2）各轴输入功率

按电动机额定功率Ped计算各轴输入功率，即

Po=Ped=2.487kw

P尸Poi］尸2・487x0.96=2・3875kw

P”二PR小=2.387x0.99x0.97心2.293kw

Pin=PulIJ=2.293x0.97x0.99=2.202kw

Pi=Pni］）i小=2.202x0.99x0.99=2.158kw

3）各轴转矩

T=9550xPo/no=9550x2.487/2890=7.97N•m

T,=9550xP/n尸9550x2.487/963.3=23.668N•m

T,i=9550xPn/nII=9550x2.3875/287.647=76.1299N・m

Tiu=9550xPin/nHF9550x2.293/120.253=174.873N•m

T产9550xPJm=9550x2・202/120.253=171.44N•m

第二章V带传动的设计

2.1V带传动设计一般方法

2.2设计计算

1)选择V带的型号

根据任务书说明，每天工作8小时，载荷平稳，查得KA=l.lo则

Pd=P.•KA=1.1X3=3.3kW(根据p99确定KA值)

根据Pd=3.3和nl=2890r/min,查表确定选取Z型普通V带。

(1)确定带轮直径ddl,dd2o

确定带轮基准直径，并验算带速

由课本P104得，推荐的小带轮基准直径为80-100mm

则取ddi=39.822mm

dd2=ni/n2•ddi=963.3/287.647x39.822=133.36mm

由课本P103,取dd2=133.36mm

验算误差i'=133.36/39.822=3.3489,△=(3.349—3.3489)

/3.3489=0.001%<5%

合格

(2)确定带长和中心矩

根据课本P105式(2-6-21)得

0.7(ddi+dd2)WaoW2(d(n+dd2)

0.7(9O+355)，oW2><(90+355)

所以有：311.5mm〈a0<890mm

由课本P105式(2-6-22)得：

Lo=2ao+1.57(ddi+dd2)+(dd2-ddi)*2/4ao

=2x500+1.57(90+355)+(355-90)2/4x500

=1734.12mm

根据课本P92表(2-6-3)®Ld=1800mm

根据课本P105式(2-6-23)得:

a^a()+Ld-Lo/2=5004-(1800-1734.12)/2

=532.94mm

(4)验算小带轮包角

ai=180°-(dd2-dG/ax57.3°

=180°-(355-90)/532.94X6O0

=150.17°>120°(适用)

(5)确定带的根数

根据课本(P992-6-82-6-6)查得P=0.3564KW△Pi=0.03KW

Ka=0.92KL=1.18(P922-6-3)

得

Z=PC/P'=P"(PMPI)KQKL

=3.3/[(0.3564+0.03)x0.92x1.181

=7.8取8根

(6)计算轴上压力

由课本(P952-6-5)查得q=0.06kg/m,单根V带的初拉力：

2

Fo=[5OOPc/(ZV)Jx(2.5/Ka-1)+qV

=[500x3.3/(6.69x8)]x(2.5/0.92-1)+0.06x6.692N

=55.63N

计算压轴力FQ,

FQ=2ZF0sin(Q1/2)=2x8x55.63sin(1500/2)=859.78N

2.齿轮传动的设计计算

(1)选择齿轮材料及精度等级

考虑减速器传递功率不在，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调

质，齿面硬度为240〜260HBs。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220HBS；

根据表选8级精度。齿面精糙度RaW1.6〜32Hm

取小齿轮齿数Zl=21。则大齿轮齿数：

Z2=iZi=3.349x21=71

实际传动比10=71/21=3.381

传动比误差：(i-iO)/I=(3.381-3.349)/3.349=0.9%<2.5%可用

⑵按齿面接触疲劳强度设计

由课本P149(2-8-6)取6d=1。载荷系数ki=1.3。

由课本P146(2-8-4)查得材料弹性系数ZE=189.8dMPa

小齿轮扭矩Ti=9.55x106xP/n尸9.55x106x2.3875/963.3

=23.668N•m

由课本P151(2-8-17)查得接触疲劳强度极限

大齿轮。HlimZl=600Mpa小齿轮。HlimZ2=570Mpa

由课本P149(2-8-4)计算应力循环次数NL

8

NL尸60nlrth=60x120.3x8x365x10=5.45x10

8

NL2=Nu/i=2.Ux108/3=2.32*IO

由课本P149查得接触疲劳的寿命系数：

KHNI—0.95KHN2—0.97

根据书本P150通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数

SH=1.0

[OHJi=。HiimiZNTi/SH=600x0.95/1.0=570Mpa

[。H]2二°Hiim2ZNT2/SH=550x0.97/1.0=533.5Mpa

故得：

小齿轮分度圆直径d]、2.32(kT](u+l)/6du[。升产

=2.32(1.3x48170.67x(2.348+1)/2.348x(189.8/533.5)2],/3mm

=52.06mm

计算齿轮的圆周速度V

V=31dini/(60x1000)=3.14x39.822X963.3/(60x1000)

=2.008m/s

计算齿宽bb=3dxdi=lx39.822=39.822mm

齿宽和齿高之比-=39.822/21=1.9

h

模数m=-=40.96/21=1.706mm所以m取2

z

齿高h=2.25m=2.25x1.706=3.84mm

计算载荷系数，根据v=2.008m/s,八级精度，根据书本P140(2-8-7),取

Kv=1.08o根据书本141,取KHa=KFa=1,所以由书本P142查得KHP

=1.12+0.18@d+0.23xl0*-3b=1.31o由=10.67,KH0=1.31,查得KFB=KH

0=1.31o

所以K=KAKvKHaKnP=1x1.()8x1x1.31=1.4148

计算实际分度圆直径d,=di(K/K)(=39.822(1.4148/1.3)=40.96

模数m=四=1.9505

Z

(3)按齿根弯曲疲劳强度设计

由课本P146,查得齿根弯曲疲劳强度极限

小齿轮。FEi=500Mpa,大齿轮。FE2=380Mpa

由课本P150(2-8-16)查得KFN1=0.89,KFN2R.9

由课本pl50页得取安全系数S=L4

则【OF】1=oFE!KFNI/S=0.89X500/1.4=317.857

【。卜】2=丝型=244.286

1.4

(4)计算负载系数K

K=KAKVKRKFP=1*1.08*1*1.31=1.4148

(5)查齿形系数

根据书本P147页YFa尸2.62YFa2=2.292

（6）查取应力校正系数

Ysai=1.58Ysa2=1.721

计算大小齿轮YFaiYsai/[OF[1=^^=0.013023

317.857

v/rci2.292*1.721n14；iA^I

YFa2YSa2/L°FJ2=------------=0.016147

244.286

二设计计算

、J2*1.3*48170.67*0.01607

m>5--------------------------=0n.115c1i9nm取2o

V1*24*24

按接触强度算的分度圆直径为42

所以Z1=d1/m=40.96/2=20.48所以Z1=21

Z2=71

几何尺寸计算

A.计算分度圆直径

dl=Zlm=21*2=42mmd2=71*2=142mm

B.计算中心距a=92mm

C.计算齿轮宽度

b=6d*d1=1*42=42mm

取B2=40mmBl=45mm

所以高速大齿轮齿宽为40mm高速小齿轮齿宽为45mm

3.低速齿轮传动设计

材料同上

2)=24=24*1.677=40.248所以取41=1.3,6d=l

=189.8MPa

3)7=95.5*105*2.202/120.208=174.939N.m

4)SoHrl=600MPa,。Hr2=550MPa

8

5)N；=60nJln=60*120.208*(1*8*300*8)*l=1.38*10

乂=1.38*10'=0.83*]()s

“2y1.677

6)查P149有图取K=0.96,K=0.99

600(h96

7)[6/=—*67,=*=576MPa

S〃1

[6/=55°丁99=5445MPa

1.3*17493"2.677J189.82

7)%=2.32.11.677(544.5=81.97mm

V="%*Ji=0.496m/s

60*1000

b=。“匕=78.7mm

m=4=3.27取3.5

24

h=2.25*3.27=7036mm

“"1

KA=1

P142K@二K,二1.318

-=10.668

/?,

k'二匕兄&小即=1*1.05*1*1.318=1.385

8)d3=80.5m=3.27所以取3.5

9)查6f£1=5()()MPa6竹=38()MPa

FN\=0.930.92

10)负载系数k=1.385

11)丫"2.65YM2=2.39

Y/L58Yfa2=1.672

空&二0.013026

匕小

=0.016003

[b尸]2

12)Z,=4=22.9=23Z,=55.016=55

m

d；=Z.m=3.5*23=80.5也=3.5*55=192.5

a=卫生=136.5b=四4=80.5

2

B2=80mmB|=75mm

齿轮高速级小齿轮Zl=21分度圆直径dl=4211nl大齿轮Z2=71分度圆直径

d2=142mm中心距a=92mm齿宽小齿轮Bl=45mm大齿轮齿宽

B2=40mm

低速级小齿轮Z3=23分度圆直径d3=80.5mm大齿轮Z4=55分度圆直径

d4=192.5mm中心距a=136.5mm小齿轮齿宽B3=80imn大齿轮齿宽

B4=75mm

四、轴的设计计算

首先确定高速轴个段直径

A段：=16mm由最小直径算出

B段：=19.2mm,根据油封标准，选择毡圈孔径为24mm

C段：=23mm,与轴承（深沟球轴承6205）配合，取轴承内径

D段：=27mm,设计非定位轴肩取轴肩高度h=2mm

E段：=30mm,

F段：=27mm,将高速级小齿轮设计为齿轮轴。

G段，=23mm,与轴承（深沟球轴承6205）配合，取轴承内径

第二、确定各段轴的长度

A段：=2f+2e=40mm

B段：=45.2mm,考虑轴承盖与其螺钉长度然后圆整取45.2mm

C段：=26mm,与轴承（深沟球轴承6205）配合，加上挡油盘长度。

D段：=98mm,考虑各齿轮齿宽及其间隙距离，箱体内壁宽度减去箱体内已定

长度后圆整得=98mm

E段：L5=43mm。

F段：L6=llmmo

G段：=26mm,与轴承（深沟球轴承6205）配合，加上挡油盘长度

轴总长L=289.2mm

2.中速轴的设计计算

输入功率P=3.37kw,转速

n=391.30,T=82.248轴的材料选用45钢（调质），调质处理，查参考文

献【1】表15-3,取

所以轴的直径：

圆整为4面=25〃〃"

轴n的设计图如下：

名称ABCDE

尺寸3838107840

名称dld2d3d4d5

尺寸25303531.525

首先，确定各段的直径

A段：4=25mm,与轴承（深沟球轴承6205）配合

B段：=30mm,非定位轴肩

C段：=35mm,定位轴间

D段：=31.5mm,非定位轴肩

E段：=25mm,与轴承（深沟球轴承6205）配合

然后确定各段距离：

A段：=38mm,考虑轴承（深沟球轴承6205）宽度与挡油盘的长度

B段：=38mm,与齿轮配合安装

C段：=10mm,箱体内壁宽度减去已确定尺寸

D段：=78mm,与齿轮配合安装

E段：=40mm,考虑轴承（深沟球轴承6205）宽度与挡油盘的长度

3,低速轴的设计计算

输入功率P=3.24KW,转速n=114.55r/min,T=270.118轴的材料选用45钢（调

质），可由参考文献【1】表15-3查得=115

所以轴的直径：=29.78mmo因为轴上有一个键槽，故最小直径加大5%,

=31.27mm圆整后取=32mm

名称ABCDE

尺寸6037.2404873

名称Fdld2d3

尺寸43323744

名称d4d5d6

尺寸525044

首先，确定各轴段直径

A段：4=32mm,与轴承（深沟球轴承6209）配合

B段：4二37mm,非定位轴肩，h取2mm

C段：=44mm,定位轴肩，取h=3mm

D段：=52mm,非定位轴肩，h=2mm

E段：4=50mm,与轴承（深沟球轴承6209）配合

F段：r/6=44mm,非定位轴间h=l.5mm

然后、确定各段轴的长度

A段：L尸60mm，与轴承（深沟球轴承6209）配合

B段：=37.2mm,与齿轮配合，齿轮齿宽减去2mm,便于安装

C段：=40mm,定位轴肩取10mm

D段：L4=48mm,由箱体的内部尺寸减去各部尺寸

E段：L5=73mm,与轴承（深沟球轴承6209）配合

F段：L6=43mm,考虑箱体壁厚以及端盖厚度和便于取下端盖螺钉

轴的总长L=301.2mm

二）轴的校核计算，

1.第一根轴：

已知：

K=1199.9N,

Frl=436.7N,

a由材料力学知识可求得垂直支反力：

%=潦”I=218.36、

FRV=kF〃=218.36N

Lz+k

Mv=16922.9N・mm

M2V=11900.62^mm

（

b水平支反力：

FAH=599.95N,

FBH=599.95/V

=46496.INmm

M〃2=32697.277V」加

C合成弯矩

陷=49480Nmm,

%=12340.98N〃〃九

d由图可知,危险截面在*右边

W=0.1J3=0.1x35ynvn=4287.5mm

o-nrix=/v/ci/W=15.39MPa<60MPa

轴材料选用45钢(调质)查参考文献得SJ=60MQa

符合强度条件

2.第二根轴

求轴上载荷

已知：

Fl2=5092乂工2=1912N,%=1288N

F't\=2028N,尸"=761Nb“i=510.9N

L[=69.45mm,L2=87mmL3=56.45mm

由材料力学知识可求得

a水平支反力：

FAV=2988.37V

FBV=75.7()N

Mv=18678.75?/-mm

垂直支反力：

M0?=515207V

MZ=53741.57Nw

FAH=1511.96?/,

FBH=1161.05//

c合成弯矩

M.=23707296^-mm,

M2=111276.37N・〃Z〃Z

W=0.lt/3=8518.4mm3

5“=%u/W=36.69MPa<70MPa

轴材料选用40Cr查参考文献上J=70MPa

符合强度条件！

第三根轴：

求轴上载荷

已知：

/％=2169.6N,工2=789.7N

由材料力学知识可求得

a垂直支反力：

FAV=394.857V

FBV=394.85N

Mi=48961AN-mm

Mv2=30403.45N-mm

b水平支反力：

=1084.8N,

=1084.877

Min=134515.2N•刖

MU1=83529.6?/m/??

C合成弯矩

=50775.6Nmm,

%=88890.7M〃?〃？

dW=0.U3=14060.8^3

5川=%,/W=3L21MPa<60MPa

轴材料选用45钢（调质）查参考文献得［b_J=60MQa

符合强度条件

五、滚动轴承的选择及计算

1.I轴轴承型号为深沟球轴承6205

2.II轴轴承型号为深沟球轴承6205

2.III轴轴承型号为深沟球轴承6209

1）查文献［8］得

C=35000N,Cr=23200N

2）计算轴承的径向载荷：

4=2169.62MFr=789.68N,工=0

3）由公式,可得P=947.62N

4）校核轴承寿命

二竺（£3h=10^产%3h=7300000/2>23360/z

160〃P60x114.55947.62

按一年365个工作日，寿命8年，每天8小时.故所选轴承适用o

六、键联接的选择及校核计算

由参考文献查得[b[=l(x)〜12()MPa

1.1轴上与带轮相联处键的校核

GB/T1096键6X6X45单键

键联接的组成零件均为钢，=110MPa

=30MPa<[CT]=110MPa

/dhlp

ap=^-=iOMPa<[o-]

Pdhl「

满足设计要求

2.n轴上小齿轮处键

GB/T1096键8X7X90单键

键联接的组成零件均为钢，=110MPa

A

==7.03Mpa<[%,=WOMPa

n轴上大齿轮处键

GB/T1096键8X7X50单键

47/

----=6.\Mpa<r(y=11()MPa

dhl1Ln/'

满足设计要求

3.UI轴上齿轮处键

GB/T1096键10X8X55单键

键联接的组成零件均为钢，=110MPa

5=今=90Mpa<®]=11OMPa

Gp==3OMpa<[(yp]=11OMPa

满足设计要求

七、联轴器的选择

减速器输出端与联轴器配合轴段直径为32mm,

根据参考文献表8・7选用型(GB/T5014・2003)凸缘联轴器，采用A型键，键

长度为L=54mm•

八、箱体及其附件结构的设计

1.箱体的设计

符号参数设计原则

名称

箱座壁厚380.025^+3>8

箱盖壁厚80.0加+328

箱座b121.5S

凸缘

箱盖及121.5

厚度

底座瓦202.5b

町仁0.853;

箱盖箱座肋厚叫7,9

m2=0.856

型

*M16

号

地脚螺钉0.036a+12

数

n4

目

轴承旁连接

4M120.75df

螺栓直径

箱盖箱座连接

/M12(0.5-0.6)df

螺栓直径

连接螺栓4间距1160150-200

轴承端盖螺钉直径M8(0.4-0.5)df

观察孔盖螺钉直径MIO(0.3-0.4)%

定位销直径d8(0.7-0.8)d2

G之Gmin

d「4、d2至24,20,

q

外箱壁距离20

名称符号参数设计原则

CC

dr4至凸缘1—2min

C222,18

边缘距离

轴承旁凸台半径Ri18G

外箱臂至轴承

A45+G+(5—10)

座断面距离

大齿轮顶圆

415>1.25

与内壁距离

0+15+5.5)4

轴承端盖外径4102,112,130

D•轴承外径

131,

尽量靠近，一般取

轴承连接螺栓距离s145.5,

S=D2

162

注释：a取低速

级中心距，

规格或参数材料

a=160mm

名称

窥视孔140x120

Q235

窥视盖（设计手册11-4）

M20xL5

通气塞Q235

(设计手册表11-5)

凸缘式