机械及其设计-第20章

20.1设计题目图20-1所示传动系统中，电动机经过V带传动和一级直齿圆柱齿轮传动两级变速后驱动一带式运输机，已知输送带拉力F=7800N，输送带速度=1.1m/s，滚筒直径D=330mm，工作年限6年，2班制工作，工作环境清洁，载荷平稳，两年大修。试选择电动机的型号、设计传动系统中的带传动和齿轮传动、减速器中轴、键联接的设计和校核、减速器中低速轴轴承的选择和寿命校核以及联轴器的选择。返回20.2电动机的选择计算20.2.1选择电动机的转速计算传动滚筒轴的转速考虑到整个传动装置共有两级减速，其传动比不宜过大，同时所选电动机的尺寸不要太大，故选择驱动电动机的同步转速为ns=1000r/min。下一页返回20.2电动机的选择计算20.2.2选择电动机的型号工作机的有效功率为查表，确定各部分效率如下：带传动的效率

圆柱齿轮的传动效率

一对滚动轴承的效率

联轴器的效率

一对滑动轴承的效率

传动滚筒的效率

上一页下一页返回20.2电动机的选择计算传动装置的总效率

所需电动机的输出功率

根据工作条件和电动机的同步转速ns=1000r/min及所需电动机的功率Pr=10.31kw，选择三相异步电动机，型号为Y160L-6，查表，可知电动机的额定功率P0=11kw，电动机的满载转速n0=970r/min。上一页返回20.3传动装置运动和动力参数的选择和计算系统的总传动比选取带传动的传动比i12=2.6，则闭式圆柱齿轮的传动比

。各轴功率、转速和转矩的计算如下：0轴（电动机轴）：下一页返回20.3传动装置运动和动力参数的选择和计算Ⅰ轴（减速器高速轴）：Ⅱ轴（减速器低速轴）：上一页下一页返回20.3传动装置运动和动力参数的选择和计算Ⅲ轴（传动筒轴）：汇总见表20-1上一页返回20.4传动零件的设计计算20.4.1带传动的设计计算（1）选择带的型号

查表取KA=1.18，所以，计算功率根据小轮转速n1=970r/min，查图选用B型V带。下一页返回20.4传动零件的设计计算（2）确定带轮的基准直径

dd1和

dd2上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算（3）确定中心距a和带长Ld上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算（4）验算小带轮包角

α1小带轮包角合格。上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算（6）计算作用在轴上的载荷Q查相关图表，取

q=0.17，代入相关数据，得所以，作用在轴上的载荷Q为上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算20.4.2闭式齿轮传动的设计计算（1）选择齿轮材料和精度等级小轮采用45钢，调质处理，硬度217～255HBS。大齿轮用45钢，正火处理，硬度162～217HBS。根据使用情况，估计速度v

≤6m/s

，初步选用8级精度的齿轮。（2）按齿面接触强度确定中心距上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算应力循环次数为则大齿轮应力循环次数为上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算（3）系数修正因电动机驱动，载荷平稳。查表得KA=1.0

；由于v=1.46m/s

，8级齿轮，查图得Kv=1.04；单级软齿面齿轮传动，其轴上轴承对称分布，且φd=1.2

。查图得kβ=1.075，齿宽b=

φd,d1=90mm，取b=90mm。直齿轮螺旋角β=00

，查表得

Kα=1.1

。载荷系数计算重合度上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算则重合度系数因为齿数比的误差非常小，可以忽略，故只需看

的变化对强度的影响。因为实际

，所以中心距

的选取偏大，中心距越大，接触疲劳强度越高，故接触疲劳强度足够。上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算（4）验算齿根弯曲疲劳强度上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算上一页下一页返回20.4传动零件的设计计算上一页返回20.5轴的设计计算20.5.1减速器高速轴的设计（1）选择轴的材料因为小齿轮的直径较小（齿顶圆直径da1=86mm），需制成齿轮结构，故轴与齿轮的材料和热处理方法应该一致，即45钢调制处理。（2）按转矩初步估算轴伸直径下一页返回20.5轴的设计计算（3）求齿轮上的作用力上一页下一页返回20.5轴的设计计算（4）设计轴的结构，初选滚动轴承根据前面的计算，考虑键槽的影响，d扩大5%～10%，取d=35mm,L=1.6d=1.6*35=56,取L=58mm。根据轴上零件的布置，装拆和定位的需要，高速轴的各段直径、长度及结构如图20-2所示，并初选高速轴上的两个滚动轴承均为深沟球轴承6209。上一页下一页返回20.5轴的设计计算20.5.2减速器低速轴的设计（1）选择轴的材料选用45钢，正火处理。（2）按转矩初步估算轴伸直径上一页下一页返回20.5轴的设计计算（3）选择联轴器，设计轴的结构考虑到减速器低速轴轴伸与滚筒之间要用联轴器进行连接，低速轴的轴伸直径按估算为d≥56.55~62.37

，选择联轴器型号为HL6，根据联轴器孔径要求及键的影响，低速轴轴伸直径d=63mm。根据轴上零件的布置，安装和定位的需要，初定各轴段的直径，各段轴及跨度尺寸，如

图20-3所示。上一页下一页返回20.5轴的设计计算（4）轴的强度校核①求铅垂面内的支承反力，作铅垂面内弯矩图铅垂面内的弯矩作铅垂面内弯矩图，如图20-3（d）图。上一页下一页返回20.5轴的设计计算②求水平面内的支承反力，作水平面内的弯矩图水平面内的弯矩作水平面内的弯矩图，如图20-3（f）图。上一页下一页返回20.5轴的设计计算③求合成弯矩，作合成弯矩图作合成弯矩图，如图20-3（g）图。④求转矩，作转矩图作转矩图，如图20-3（h）图。上一页下一页返回20.5轴的设计计算⑤求当量弯矩，作当量弯矩图作当量弯矩,如图20-3（i）所示上一页下一页返回20.5轴的设计计算⑥校核轴的强度由当量弯矩图可以看出，c点的当量弯矩最大，但该处的直径较小，故应该验算c点的强度。上一页返回20.6减速器低速轴滚动轴承的选择及寿命计算20.6.1选择轴承类型及型号因为转速不高，载荷正常，低速轴轴承初步选用深沟球轴承6015。查表，6015轴承Cr=30.8kN

，C0=26kN.20.6.2轴承寿命计算（1）求径向力

两个轴承铅垂面和水平面受力相等，有下一页返回20.6减速器低速轴滚动轴承的选择及寿命计算（2）求轴向力

因为是深沟球轴承，派生轴向力为0，又由于直齿轮没有轴向力，所以上一页下一页返回20.6减速器低速轴滚动轴承的选择及寿命计算（3）计算当量动载荷根据传动装置工作情况，查表动载荷系数

，取

，则（4）计算轴承的寿命上一页下一页返回20.6减速器低速轴滚动轴承的选择及寿命计算按两年大修计算，轴承寿命应为轴承寿命合格。上一页返回20.7键联接的选择和验算20.7.1减速器低速轴与齿轮键联接的选择和验算（1）键联接的选择

根据键所在轴的直径d=80mm

，选择圆头（A型）普通平键（GB1098-79）b*h=22*14，因轴长度为88mm，故键长L=80mm。（2）键联接的强度验算键的材料选用45钢，轴、键和轮毂均为钢制，查表得许用挤压应力为[σp]=130N/mm2。下一页返回20.7键联接的选择和验算上一页下一页返回20.7键联接的选择和验算20.7.2减速器低速轴轴伸键联接的选择和验算（1）键联接的选择根据键所在轴的直径d=53mm，选择圆头（A型）普通平键（GB1098-79）b*h=18*11，因轴长度为140mm，故键长L=130mm。（2）键联接的强度验算键的材料选用45钢，轴、键和轮毂均为钢制，查表得许用挤压应力[σp]=130N/mm2

。上一页返回20.8联轴器的选择和验算根据工况要求，在滚筒与减速器低速轴之间采用HL6型弹性柱销联轴器。由

，取

，则联轴器的计算转矩为查表，HL6型弹性柱销联轴器公称转矩

，许用转速[n]=2800r/min

，因为

所选联轴器合格。返回20.9减速器的润滑和密封设计20.9.1减速器轴承和齿轮的润滑由前面计算可知，无论高速轴还是低速轴，轴的圆周速度都小于2m/s，所以采用浸油润滑。箱体内应有足够的润滑油，以保证润滑及散热的需要，为了避免大齿轮回转时将油池底部的沉淀物搅起，大齿轮顶圆到油池底面的距离应大于30~50mm。轴承采用脂润滑。下一页返回20.9减速器的润滑和密封设计20.9.2减速器密封装置