课程设计-带式运输机传动装置的二级圆柱齿轮减速器

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机械设计课程设计任务书

目 录

一、设计任务书………………………………………………………………3 二、传动方案的拟定…………………………………………………………4 三、电动机的选择……………………………………………………… …4 四、计算总传动比及配合的传动比……………………………… ………5 五、传动装置的运动和动力参数计算………………………………………6 六、传动零件的设计计算………………………………………… ………7 1、高速级齿轮传动的设计计算……………………………………………7 2、低速级齿轮传动的设计计算……………………………………………9 七、轴的设计计算………………………………………………… ………13 1、轴的材料选择和最小直径估算………………………………………13 2、轴的结构设计…………………………………………………………14 3、轴的校核………………………………………………………………17 八、滚动轴承的选择及校核………………………………………………23 1、中间轴的滚动轴承……………………………………………………23 2、高速轴的滚动轴承………………………………………… ………24 3、低速轴的滚动轴承…………………………………………………25 九、键连接的选择及核计算………………………………………………26 十、减速器机体结构尺寸……………………………………………………27

十一、联轴器的选择…………………………………………………………29 十二、润滑方式的确定………………………………………………………29 十三、其它有关数据…………………………………………………………30 十四、参考资料目录…………………………………………………………30 十五、课程设计总结…………………………………………………………30

（一）、机械设计课程设计任务书

题目：带式输送机传动装置中的二级圆柱齿轮减速器 1、总体布置简图

1—电动机； 2—联轴器； 3—齿轮减速器； 4—带式运输机； 5—鼓轮； 6—联轴器

2、工作情况：

载荷平稳、单向旋转，有轻微振动，经常满载，空载起动。 3、原始数据

输送带拉力F（N）：1800； 滚筒直径D（mm）：340； 运输带速度V（m/s）：2.35；

带速允许偏差（％）：?5； 使用年限（年）：8； 工作制度（班/日）：单班制。 4、 设计内容

1. 电动机的选择与运动参数计算；2. 斜齿轮传动设计计算3. 轴的设计4. 滚动轴承的选择5. 键和连轴器的选择与校核；6. 装配图、零件图的绘制；7. 设计计算说明书的编写 。 5． 设计任务

1． 减速器总装配图一张；2． 齿轮、轴零件图各一张；3． 设计说明书一份 6． 设计进度

第一阶段：总体计算和传动件参数计算； 第二阶段：轴与轴系零件的设计；

第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制； 第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写。

三)电动机选择

1．电动机类型和结构的选择

因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y（IP44）系列的电动机。 2．电动机容量的选择

3

1）工作机所需功率Pw

Pw＝Fv/1000=1800×2.35/(1000×0.96)=4.41 KW 2） 电动机的输出功率 Pd＝Pw/ηη

? kW

4242?＝?1??2??3????5

其中：

?1????????

—带传动效率：0.96

—每对滚子轴承的传动效率：0.98 —8级精度圆柱齿轮的传动效率：0.97 —弹性联轴器的传动效率：0.99

—卷筒的传动效率：0.96 则总的效率： η

42422?????＝123??4??5=0.98?0.98?0.97?0.99?0.96?0.80 ?Pd＝Pw/η

?=4.41/0.80=5.5125kW

从表22-1中可选出额定功率为5.5kw的电动机。 3．电动机转速的选择

卷筒轴转速为 n=60×1000v/(?D)=60×1000×2.35/(3.14×340)=132.07r/min

按表2-2推荐的传动比合理范围，二级圆柱齿轮减速器传动比i'=8～40,则从电动机到卷筒子轴的总传动比合理范围为ia'=8～40。故电动机转速的可选范围为：

n'd= ia'×n=(8-40) ×132.07=1056.56～5282.8 r/min

可见，电动机同步转速可选1500r/min和3000r/min三种。根据相同容量的三种转速，从表19-1中查出三个电动机型号，再将总传动比合理分配给V带传动和减速器，就得到三种传动比方案，如下表：

4

其中总传动比为：式中

nwnmia?nmnw。

--电动机满载转速,r/min；

--工作机转速，r/min.

一般推荐展开式二级圆柱齿轮减速器高速传动比i1与低速级传动比i2之间满足i1=(1.3~1.5)i2.表中取i1=1.4×i2;i=i2×i2×1.4. 两种不同的传动比方案：

方案 电动机型号 额定功电动机转速传动装置的传动比 率Pedkw r/min 同步转速 满载转速 1440 2920 总传动高速比 i1 低速i22 1 2

Y 132S-4 5.5 Y 132S1-2 5.5 1500 3000 10.90 3.91 2.79 22.11 3.97 5.56 4．电动机型号的确定

由表22－1查出电动机型号为Y 132S-4,其额定功率为5.5kW，满载转速1440r/min。基本符合题目所需的要求。 (四)计算总传动比及配各级的传动比 1．计算总传动比

由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为：

i总＝nm/nw=1440/132.07=10.90 2．传动比分配

5

分配原则：各级传动尺寸协调,承载能力接近,两个大齿轮直径接近以便润滑.(浸油深度)

i总=i减=i高*i低=nm/nw i减——减速器传动比 i高——减速器内高速级传动比 i低——减速器内低速级传动比

nm——电动机满载转速 nw——工作机转速 i高=1.4* i低， i低×i高= i总

由上表可得： i高=i1=3.91 ； i低=i2=2.79 。 速度偏差为0.2%<5%, ，所以可行。

(五)运动参数及动力参数的计算

1、计算各轴转速:

I轴 n1= nm/1=1440 r/min

II轴 n2= n1/ i高=1440/3.91=368.29/min III轴 n3=n2/ i低=368.29/2.97=132.00 r/min 滚筒 n4=n3=132.00 r/min 2)各轴输入功率: 电动机轴：Pd=5.5kw

I轴: P I = Pd ×η4 =5.5×0.99=5.445kw

II轴: P I I= P I ×η2×η3=5.445×0.98×0.97=5.176kw III轴:pIII= P I I×η2×η3=5.176×0.98×0.97=4.92 kw 滚筒:pⅣ= pIII×η2×η4=4.92×0.98×0.99=4.774 kw 各轴的输出功率为输入功率乘轴承效率0.98，分别为： I轴 II轴

p1?p.?1'?'2?5.445?0.98=5.337Kw

?5.176?0.98?5.072 kW

p??p.?2 6

III轴 滚筒轴

p'???p.???2?4.92?0.98?4.82 kw

p?V?p.??V'2?4.774?0.98?4.68 kw

3)各轴扭矩

电动机轴：Td=9550×Pd/nm=9550×5.5/1440=36.48 (Nm) I轴： TI= 9550×PI/ n1=9550×5.445/1440=36.11 (Nm) II轴：TII= 9550×PII/n2=9550×5.176/368.29=134.22 (Nm) III轴：TIII=9550×pIII/n3=9550×4.92/132.00=355.95 (Nm) 滚筒：T滚=9550×p滚/ n4=9550×4.774/132.00= 345.39 (Nm)

（六）传动零件的设计计算

一）、高速级齿轮的设计计算

设计参数：

P1=5.337 Kw

T1=36.11 Nm； N1=1440 r/min

N2=368.29 r/min；

i1=3.91；

1、选材：因要求结构紧凑，故采用硬齿面的组合。小齿轮用45号表面淬火钢，

?H/im1大齿轮参数也一样。（书?1130MPa,?FE?690MPa；

本表11-1）

根据书本表11-5得：取SFmin=1.25, SHmin=1.0; 根据书本表11-4得:ZH?2.5，ZE?189.8; 2、确定许用应力：

[?F1]?[?F2]??FE1?[?H1]?[?H2]??Him1?1130/1?1130MPa；

SF690?552MPa 1.25SH

3小齿轮的工作转矩：

7

5.337?35.39N?m 1440n1 4根据接触强度，求小齿轮分度圆直径： 设齿轮按8级精度制造。取载荷系数K=1.3， 齿宽系数?d?0.8选取ZE?188，ZH?2.5； 初选螺旋角： β＝15°

T1?9550p1?9550?螺旋度系数：Z??cos??15??0.983

选小齿轮齿数 Z1=24，大齿轮齿数Z2=iZ1=3.91×19=93.84, 取Z2=94。 实际传动比为 i=74/19=3.9167，

所以，取齿数 z1?24；Z2=94。

9424?26..63 zv2?齿数系数 zv1?33cos15cos15查书本图11-8得： YFa1＝2.68， YFa2＝2.22， 查书本图11-9得： YSa1＝1.60 ， YSa2＝1.79.

?104.3

YFa1YSa1因,

???F1?0.007768?YFa2YSa2???F1?0.0071989

故要对小齿轮进行弯曲强度计算。 法向模数：

Mn?32KT1YFa1YSa12?35.93?100023Cos???0.007768?Cos215??1.13mm22?dZ1?F10.8?24??取

mn?1.5mm

2Cos??91.6mm

中心距 ： a?(z1?z2)mn取a=92mm.

确定螺旋角: β＝arcCOs

(z1?Z2)mN8

2a?15.85?

齿轮分度圆直径: d1?mnz1/cos??1.5?19/cos18.670mm?30mm

d2?mnz2/cos??1.5?101/cos18.670mm?159.92mm

*小齿轮齿顶圆:da1?d1?2ha?d1?2ham =37.42+2×1.5=40.42mm *大齿轮齿顶圆:da2?d2?2ha?d2?2ham=146.57+2×1.5=149.57mm

小齿轮齿根圆:1.25=34.92mm 大齿轮齿根圆: 1.25=114.17mm 齿轮宽度: b＝?d**?d?2h?d?2(h?c)m=37.42-3×1f1adf1**?d?2h?d?2(h?c)m=146.57-3×2f2adf2d1 ＝0.8×30.64=24mm,

取b1＝30mm b2=25mm 3、验算齿面接触强度 将各参数代入下面得： 齿面硬度 :

?H=ZEZH?2KTbd2u?1104?189.8*2.5cos15.85?*2*1.3*3.611*u30*47.4224.91=68.163Mpa <1130Mpa 故安全。 3.91 4、齿轮的圆周速度

V??d1?n160?1000?3.14?30?1420?2.23m/s

60?1000对照书本表11-2，所以选8级制造精度合理的； 结构设计：大齿轮采用腹板式，小齿轮制成实心式。 二）、低速级齿轮的设计计算 1、选择材料及许用应力

因要求结构紧凑，故采用硬齿面的组合。小齿轮用45号表面淬火钢，

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齿面硬度为45，一样。

?H/im1?1130MPa,?FE?690MPa；大齿轮选用参数

根据书本表11-5得：取SFmin=1.25, SHmin=1.0; 根据书本表11-4得:ZH?2.5，ZE?189.8; 许用应力：

[?F1]?[?F2]??FE1?SF690?552MPa 1.25[?H1]?[?H2]??Him1?1130/1?1130MPa

SH2、按齿轮弯曲强度计算

由上计算得：P=4.82kW, n=132.00r/min, i=2.79

齿轮按八级精度制造。取载荷系数K=1.3（书本表11-3）, 齿宽系数

?d?0.8（书本表11-6） 小

齿

6轮的

6转距：

T?9.55?10P3n?9.55?10?33.04?4.14?105N?mm 70.11初选螺旋角： β＝15°

选小齿轮齿数 Z1=24，大齿轮齿数Z2=iZ1=2.79×24=66.96, 取Z2=67。 实际传动比为 i=67/24=2.79， 齿数系数 ZV1?243?26.63 zV2?67?74.34 3?COS15cos15查书本图11-8得,齿形系数: YFa1＝2.66， YFa2＝2.26， 查书本图11-9得,齿形系数: YSa1＝1.61 ， YSa2＝1.75 因因

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