一级圆柱齿轮减速器说明书(2)

机械设计课程设计计算说明书

一、传动方案拟定…………….………………………………3 二、电动机的选择…………………………………………….4 三、确定传动装置总传动比及分配各级的传动比…….…….6 四、传动装置的运动和动力设计……………………………..7 五、普通V带的设计………………………………………….10 六、齿轮传动的设计…………………………………………..15 七、传动轴的设计………………………….…………………..18 八、箱体的设计………..…………………….………………….27 九、键连接的设计………………………………………………29 十、滚动轴承的设计……………………………………………31 十一、润滑和密封的设计………………………………………32 十二、联轴器的设计……………………………………………33 十三、设计小结……………………………………………….....33

设计题目：V带——单级直齿圆柱齿轮减速器

机械系 设计者： 学 号： 指导教师：

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一、设计课题：

设计一用于带式运输上的单级直齿圆柱齿轮减速器。运输机连续工作，单向运转载荷变化不大，空载启动。减速器小批量生产，使用期限10年，两班制工作，卷筒不包括其轴承效率为97%，运输带允许速度误差为5%。 原始数据 题号 运输带拉力F （KN） 运输带速度V （m/s） 卷筒直径D （mm） 设计人员 (对应学号) 5 1.1 2.2 320 55

设计任务要求：

1. 减速器装配图纸一张（１号图纸）

2. 轴、齿轮零件图纸各一张（２号或３号图纸） 3. 设计说明书一分

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计算过程及计算说明 一、传动方案拟定 第三组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动 １、工作条件：使用年限10年，工作为两班工作制，载荷稍有波动，环境多灰尘。 ２、原始数据：滚筒圆周力F=1100N； 带速V=2.2m/s； 滚筒直径D=320mm； 方案拟定： 采用Ｖ带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。 1.电动机 2.V带传动 3.圆柱齿轮减速器 4.连轴器 5.滚筒 6.运输带 3

二、电动机选择 1、电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。 2、电动机容量选择： 电动机所需工作功率为： 式（1）：Ｐd＝ＰＷ／ηa (kw) 由式(2)：ＰＷ＝ＦV/1000 (KW) 因此 Pd=FV/1000ηa (KW) 由电动机至运输带的传动总效率为： η总=η１×η３２×η３×η４×η5 式中：η1、η2、η3、η4、η5分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率。 取η１=0.96，η２＝0.98，η３＝0.97，３η４＝０.９７ 则： η总=0.96×0.98×0.97×0.99×0.96 =0.83 所以：电机所需的工作功率： Pd = FV/1000η总 =(1100×2.2)/(1000×0.83) =2.9 (kw)

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3、确定电动机转速 卷筒工作转速为： n卷筒＝60×1000·V/（π·D） =(60×1000×2.2)/（32０·π） =13.1 r/min 根据手册Ｐ７表１推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围Ｉ’=3～６。 取Ｖ带传动比Ｉ１’=２～４ 。则总传动比理论范围为：Ｉa’＝６～２４。 故电动机转速的可选范为 N’d=I’a×n卷筒 =(16～24)×77.3 =463.8～1855.2 r/min 则符合这一范围的同步转速有：750、1000和1500r/min 根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号：（如下表） 方 案 电 动 机 型 号 1 2 3 Y132S-4 Y132M2-6 Y160M2-8 额定功电动机转速 率 电动机参 重量 考 价 格 650 800 1240 1200 1500 2100 传动装置传动比 (r/min) 同步转满载转N 速 5.5 5.5 5.5 1500 1000 750 速 1440 960 720 总传动V带传减速 比 18.6 12.42 9.31 动 3.5 2.8 2.5 器 5.32 4.44 3.72 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格 5

和带传动、减速器传动比，可见第2方案比较适合。 此选定电动机型号为Y132M2-6，其主要性能： 电动机主要外形和安装尺寸：

中心高H 132 外形尺寸 L×(AC/2+AD)×HD 底角安装尺寸 地 脚螺栓孔直轴 伸 尺 寸 A×B 216×178 装键部位尺寸 F×GD 10×41 径 K 12 D×E 28×80 520×345×315 三、确定传动装置的总传动比和分配级传动比： 由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n 1、可得传动装置总传动比为： ia=nm/n=nm/n卷筒

=960/77.3 =12.42

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总传动比等于各传动比的乘积 分配传动装置传动比 ia=i0×i （式中i0、i分别为带传动 和减速器的传动比） 2、分配各级传动装置传动比： 根据指导书P7表1，取i0=2.8（普通V带 i=2～4） 因为： ia＝i0×i 所以： i＝ia／i0 ＝12.42/2.8 ＝4.44 四、传动装置的运动和动力设计： 将传动装置各轴由高速至低速依次定为Ⅰ轴，Ⅱ 轴，......以及 i0,i1，......为相邻两轴间的传动比 η01，η12，......为相邻两轴的传动效率 PⅠ，PⅡ，......为各轴的输入功率 （KW） TⅠ，TⅡ，......为各轴的输入转矩 （N·m） nⅠ,nⅡ,......为各轴的输入转矩 （r/min） 可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴 的运动和动力参数 1、 运动参数及动力参数的计算 7

（1）计算各轴的转数： Ⅰ轴：nⅠ=nm/ i0 =960/2.8=342.86 （r/min） Ⅱ轴：nⅡ= nⅠ/ i1 =324.86/4.44=77.22 r/min 卷筒轴：nⅢ= nⅡ （2）计算各轴的功率： Ⅰ轴： PⅠ=Pd×η01 由指导书的表1得到： η1=0.96 η2=0.98 η3=0.97 η4=0.99 =Pd×η1 =4.5×0.96=4.32（KW） Ⅱ轴： PⅡ= PⅠ×η 12= PⅠ×η2×η 3 =4.32×0.98×0.97 卷筒轴： PⅢ= PⅡ·η23= PⅡ·η2·η4 =4.11×0.98×0.99=4.07（KW）

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=4.11（KW） 计算各轴的输入转矩： 电动机轴输出转矩为： Td=9550·Pd/nm=9550×4.5/960 =44.77 N·m Ⅰ轴： TⅠ= Td·i0·η01 i0为带传动传动比 i1为减速器传动比 滚动轴承的效率 = Td·i0·η1 η为0.98~0.995在本设计中取0.98 =44.77×2.8×0.96=120.33 N·m Ⅱ轴： TⅡ= TⅠ·i1·η12= TⅠ·i1·η2·η4 =120.33×4.44×0.98×0.99=518.34 N·m 卷筒轴输入轴转矩：T Ⅲ= TⅡ·η 2·η4 =502.90 N·m 计算各轴的输出功率： 由于Ⅰ～Ⅱ轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率： 故：P’Ⅰ=PⅠ×ηP’Ⅱ= PⅡ×η轴承=4.32×0.98=4.23 KW =4.23×0.98=4.02 KW 轴承计算各轴的输出转矩： 由于Ⅰ～Ⅱ轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：则： T’Ⅰ= TⅠ×η轴承 =120.33×0.98=117.92 N·m T’ Ⅱ= TⅡ×η 轴承 =518.34×0.98=507.97 N·m 9

综合以上数据，得表如下：

轴名 效率P （KW） 转矩T （N·m） 转速n 输出 44.77 r/min 960 传动比 i 效率 η 输入 输出 输入 电动机轴 4.5 2.8 0.96 Ⅰ轴 4.32 4.23 120.33 117.92 342.86 4.44 0.95 Ⅱ轴 4.11 4.02 518.34 507.97 77.22 1.00 0.97 卷筒轴 4.07 3.99 502.90 492.84 77.22 由课本P134表9-5查得KA=1.1 五. V带的设计 （1）选择普通V带型号 由PC=KA·P=1.1×5.5=6.05（ KW） 根据课本P134表9-7得知其交点在A、B型交 界线处，故A、B型两方案待定： 方案 由课本P132表9-2得，推荐的A型小带轮基准直径为75mm~125mm 1：取A型V带 确定带轮的基准直径，并验算带速： 则取小带轮 d1=100mm d2=n1·d1·(1-ε)/n2=i·d1·(1-ε) =2.8×100×(1-0.02)=274.4mm 由表9-2取d2=274mm (虽使n2略有减少，但其误差小于5%，故允许) 带速验算： V=n1·d1·π/（1000×60） 10

=960×100·π/（1000×60） =5.024 m/s 介于5~25m/s范围内，故合适 0.7·（d1+d2）≤a0≤2·（d1+d2） 0.7×（100+274）≤a0≤2×（100+274） 262.08 ≤a0≤748.8 初定中心距a0=500 ，则带长为 2 L0=2·a0+π·（d1+d2）+（d2-d1）/(4·a0) =2×500+π·（100+274）/2+（274-100）2/(4×500) =1602.32 mm 由表9-3选用Ld=1400 mm的实际中心距 a=a0+(Ld-L0)/2=500+(1400-1602.32)/2=398.84 mm 验算小带轮上的包角α1 α1=180-(d2-d1)×57.3/a =180-(274-100)×57.3/398.84=155.01>120 合适 由机械设计书 确定带的根数 表9-4查得 P0=0.95 Z=PC/（(P0+△P0)·KL·Kα） 由表9-6查得 △P0=0.11 =6.05/（（0.95+0.11）×0.96×0.95） 由表9-7查得 Kα=0.95 = 6.26 由表9-3查得KL=0.96 故要取7根A型V带 确定带长和中心距a： 11

计算轴上的压力 由书9-18的初拉力公式有 2 F0=500·PC·（2.5/Kα-1）/z· c+q· v 2 =500×6.05×（2.5/0.95-1）/（7×5.02）+0.17×5.02 =144.74 N 由课本9-19得作用在轴上的压力 FQ=2·z·F0·sin(α/2) =2×7×242.42×sin(155.01/2)=1978.32 N 方案二：取B型V带 确定带轮的基准直径，并验算带速： 由课本表9-2得，推荐 则取小带轮 d1=140mm 的B型小带轮基准直径125mm~280mm d2=n1·d1·(1-ε)/n2=i·d1·(1-ε) =2.8×140×(1-0.02)=384.16mm 由表9-2取d2=384mm (虽使n2略有减少， 但其误差小于5%，故允许) 带速验算： V=n1·d1·π/（1000×60） =960×140·π/（1000×60） =7.03 m/s 介于5~25m/s范围内，故合适 确定带长和中心距a： 0.7·（d1+d2）≤a0≤2·（d1+d2） 0.7×（140+384）≤a0≤2×（140+384）

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366.8≤a0≤1048 初定中心距a0=700 ，则带长为 2 L0=2·a0+π·（d1+d2）+（d2-d1）/(4·a0) 2 =2×700+π·（140+384）/2+（384-140）/(4×700) =2244.2 mm 由表9-3选用Ld=2244 mm的实际中心距 a=a0+(Ld-L0)/2=700+(2244-2244.2)/2=697.9mm 验算小带轮上的包角α1 α1=180-(d2-d1)×57.3/a =180-(384-140)×57.3/697.9=160.0>120 合适 由机械设计书 表9-4查得 确定带的根数 P0=2.08 由表9-6查得 Z=PC/（(P0+△P0)·KL·Kα） △P0=0.30 由表9-7查得 =6.05/（（2.08+0.30）×1.00×0.95） Kα=0.95 由表9-3查得KL=1.00 = 2.68 故取3根B型V带 计算轴上的压力 由书9-18的初拉力公式有 F0=500·PC·（2.5/Kα-1）/z· c+q· v2 =500×6.05×（2.5/0.95-1）/（3×7.03）+0.17×7.032 =242.42 N 由课本9-19得作用在轴上的压力 FQ=2·z·F0·sin(α/2)

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=2×3×242.42×sin(160.0/2) =1432.42 N 综合各项数据比较得出方案二更适合 带轮示意图如下： d0 d H L S L S1 d da dr

dk dh S2 S2 B 斜度1:25 14

六、齿轮传动的设计： (1)、选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精 度等级。 小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为45号钢调质，齿面硬度为250HBS，大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为200HBS。 齿轮精度初选8级 (2)、初选主要参数 Z1=20 ，u=4.5 Z2=Z1·u=20×4.5=90 取ψa=0.3，则ψd=0.5·（i+1）·=0.675 （3）按齿面接触疲劳强度计算 计算小齿轮分度圆直径 d1≥ 2kT1u?1?ZEZHZε???3?Ψdu?［ζH］??2 确定各参数值 1 载荷系数 查课本表6-6 取K=1.2 ○2 小齿轮名义转矩 ○T1=9.55×106×P/n1=9.55×106×4.23/342.86 =1.18×105 N·mm 3 材料弹性影响系数 ○ 由课本表6-7 ZE=189.8MPa 15

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