带式运输机的一级直齿圆柱齿轮减速器课程设计

一级直齿圆柱齿轮减速器课程设计

机械设计基础课程设计说明书

设计题目

班级 学号

设 计 人

指导教师

完成日期 201 年 1 月 14 日

一级直齿圆柱齿轮减速器课程设计

目录

第1章 概述 ................................................................................................................................... 3 1.1 设计的目的 ............................................................................................................................. 3 1.2 设计的内容和任务 .................................................................................................................. 3

1.2.1设计的内容 .................................................................................................................. 4 1.2.2 设计的任务 ................................................................................................................. 4 1.3 设计的步骤 .............................................................................................................................. 5 第2章 传动装置的总体设计 ..................................................................................................... 5 2.1 拟定传动方案 ......................................................................................................................... 5 2.2选择原动机——电动机 .......................................................................................................... 6

2.2.1选择电动机类型和结构型式....................................................................................... 6 2.2.2确定电动机的功率 ...................................................................................................... 6 2.2.3确定电动机的转速 ...................................................................................................... 7 2.3传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配 ................................................................... 8

2.3.1计算总传动比 .............................................................................................................. 9 2.3.2合理分配各级传动比 .................................................................................................. 9 2.4算传动装置的运动和动力参数 .............................................................................................. 9

2.4.1 0轴（电机轴）输入功率 转速 转矩 ................................................................... 10 2.4.2 1轴（高速轴）输入功率 转速 转矩 ................................................................... 10 2.4.3 2轴（低速轴）输入功率 转速 转矩 ................................................................... 10 2.4.4 3轴（滚筒轴）输入功率 转速 转矩 .................................................................. 110 第3章 传动零件的设计计算 ..................................................................................................... 12 3.1 减速箱外传动零件——带传动设计...................................................................................122

3.1.1带传动设计要求： ...................................................................................................122 3.1.2 V带传动设计计算 .................................................................................................122 3.2 减速器内传动零件—--齿轮设计.......................................................................................155

3.2.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 ................................................................155 3.2.2 按齿面接触强度设计 ..............................................................................................166 3.2.3 按齿根弯曲强度计算 ............................................................................................... 18 3.2.4、齿轮几何尺寸计算 ................................................................................................200 3.3 轴的设计——输入轴的设计 ..............................................................................................200

3.3.1确定轴的材料及初步确定轴的最小直径 ................................................................200 3.3.2初步设计输入轴的结构 ...........................................................................................211 3.4轴的设计——输出轴的设计 ................................................................................................ 22

3.4.1初步确定轴的最小直径 ...........................................................................................222

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3.4.2初步设计输出轴的结构 ............................................................................................ 23

第4章 部件的选择与设计 ....................................................................................................... 25 4.1轴承的选择 ............................................................................................................................ 25

4.1.1输入轴轴承 ................................................................................................................ 25 4.1.2输出轴轴承 ................................................................................................................ 25 4.2输入轴输出轴键连接的选择及强度计算 ............................................................................. 26 4.3轴承端盖的设计与选择 ........................................................................................................ 27

4.3.1类型 ............................................................................................................................ 27 4.4 滚动轴承的润滑和密封 ....................................................................................................... 28 4.5联轴器的选择 ........................................................................................................................ 29

4.5.1、联轴器类型的选择 ................................................................................................. 29 4.5.2、联轴器的型号选择 ................................................................................................. 29 4.6其它结构设计 ........................................................................................................................ 29

4.6.1通气器的设计 ............................................................................................................ 29 4.6.2吊环螺钉、吊耳及吊钩 ............................................................................................ 30 4.6.3启盖螺钉 .................................................................................................................... 30 4.6.4定位销 ........................................................................................................................ 31 4.6.5油标 ............................................................................................................................ 31 4.6.6放油孔及螺塞 ............................................................................................................ 31 4.7箱体 ........................................................................................................................................ 32 第5章 结 论 ............................................................................................................................... 33 参考文献 ....................................................................................................................................... 34

第1章 概述

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1.1 设计的目的

设计目的在于培养机械设计能力。设计是完成机械专业全部课程学习的最后一次较为全面的、重要的、必不可少的实践性教学环节，其目的为：

1. 通过设计培养综合运用所学全部专业及专业基础课程的理论知识，解决工程实际问题的能力，并通过实际设计训练，使理论知识得以巩固和提高。

2. 通过设计的实践，掌握一般机械设计的基本方法和程序，培养独立设计能力。

3. 进行机械设计工作基本技能的训练，包括训练、计算、绘图能力、计算机辅助设计能力，熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准、规范等）。

1.2 设计的内容和任务

1.2.1设计的内容

本设计的题目为一级直齿圆柱齿轮减速器，设计的主要内容包括以下几方面：

（1）拟定、分析传动装置的运动和动力参数； （2）选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数；

（3）进行传动件的设计计算，校核轴、轴承、联轴器、键等； （4）绘制减速器装配图及典型零件图； （5）编写设计计算说明书。 1.2.2 设计的任务

（1）减速器装配图1张（0号图纸） （2）输入轴输出轴零件图各1张

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（3）齿轮零件图1张 （4）减速器箱体零件图1张 （5）设计说明书1份

1.3 设计的步骤

遵循机械设计过程的一般规律，大体上按以下步骤进行：

1. 设计准备 认真研究设计任务书，明确设计要求和条件，认真阅读减速器参考图，熟悉设计对象。

2. 传动装置的总体设计 根据设计要求拟定传动总体布置方案，选择原动机，计算传动装置的运动和动力参数。

3. 传动件设计计算 设计装配图前，先计算各级传动件的参数确定其尺寸，并选好联轴器的类型和规格。一般先计算外传动件、后计算内传动件。

4. 装配图绘制 计算和选择支承零件，绘制装配草图，完成装配工作图。 5. 零件工作图绘制 零件工作图应包括制造和检验零件所需的全部内容。 6. 编写设计说明书 设计说明书包括所有的计算并附简图，并写出设计总结。

第2章 传动装置的总体设计

传动装置的总体设计，主要包括拟定传动方案、选择原动机、确定总传动比和分配各级传动比以及计算传动装置的运动和动力参数。

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2.1 拟定传动方案

机器通常由原动机、传动装置和工作机三部分组成。传动装置将原动机的动力和运动传递给工作机，合理拟定传动方案是保证传动装置设计质量的基础。

传动方案应满足工作机的性能要求，适应工作条件，工作可靠，而且要求结构简单，尺寸紧凑，成本低，传动效率高，操作维护方便。

2.2选择原动机——电动机

电动机为标准化、系列化产品，设计中应根据工作机的工作情况和运动、动力参数，根据选择的传动方案，合理选择电动机的类型、结构型式、容量和转速，提出具体的电动机型号。

2.2.1选择电动机类型和结构型式

电动机有交、直流之分，一般工厂都采用三相交流电，因而选用交流电动机。交流电动机分异步、同步电动机，异步电动机又分为笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最多，目前应用较300广的Y系列自扇冷式笼型三相异步电动机， 电压为380V，其结构简单、起动性能好，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、无特殊要求的场合，如运输机、机床、农机、风机、轻工机械等。 2.2.2确定电动机的功率

电动机功率选择直接影响到电动机工作性能和经济性能的好坏：若所选电动机的功率小于工作要求，则不能保证工作机正常工作；若功率过大，则电动

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机不能满载运行，功率因素和效率较低，从而增加电能消耗，造成浪费。

1. 带式输送机所需的功率Pw

由[1]中公式（2-1）得：Pw FV/1000 2500 1.6/1000 4.0kW 设计题目给定：输送带拉力F（N）=2500N

输送带速度V(m/s)=1.6m/s

2. 计算电动机的输出功率Pd 弹性联轴器： 1 0.99（一个）

滚动轴承（每对）： 2 0.99（共三对，两对减速器轴承，一对滚筒轴承） 圆柱齿轮传动： 3 0.98（精度7级）

传动滚筒效率： 4 0.96 V带传动效率： 带 0.95 得

总

1

电

2

2

动

2

机

3

4

至

带

工作机间的总效率：

0.99 0.99 0.99 0.99 0.98 0.96 0.95 0.8585

电动机的输出功率：Pd

FV2500 1.6

4.66KW

1000 总1000 0.8585

2.2.3确定电动机的转速

同一类型、相同额定功率的电动机低速的级数多，外部尺寸及重量较大，价格较高，但可使传动装置的总传动比及尺寸减少；高速电动机则与其相反，设计时应综合考虑各方面因素，选取适当的电动机转速。

三相异步电动机常用的同步转速有3000r/min，1500r/min，1000r/min，

750r/min，常选用1500r/min或1000r/min的电动机。

1. 计算滚筒的转速nw 由公式nw

1000 60V

计算滚筒转速nw：

D

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工作机的转速：nw

1000 60V1000 60 1.6

101.9r/min

D300

设计题目给定：滚筒直径D=300mm 输送带速度V(m/s)=1.4m/s 2. 确定电动机的转速nd

由课件数据可知一级圆柱齿轮减速器推荐传动比范围为i 3~6，由课件数据得 V带传动比范围为i 2~4，所以总传动比合理范围为i总 6~24，故电动机转速的可选范围是：

nd (6~24) 101.9r/min 611~2445r/min

符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min 由机械设计课程设计书中的表14—1查得：

表16—1中，考虑电动机和传动装置的尺寸、和总传动比，即选定2号方案，电动机型号为

Y132M2-6.

其主要参数如下：

表2-1电动机相关参数

带式输送机相关参数

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2.3传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配

由选定电动机的满载转速nm和工作机主动轴的转速nw可得传动装置的总传动比i nm/nw对于多级传动i i1 i2 i3 in 计算出总传动比后，应合理地分配各级传动比，限制传动件的圆周速度以减少动载荷。 2.3.1计算总传动比

由电动机的满载转速nm 730r/min和工作机主动轴的转速53.5r/min， 可得：

总传动比i nm/nw

960

9.42 101.9

2.3.2合理分配各级传动比

由参考数据得，取带传动比i带 3，i=9.42 则 一级减速器传动比

i减

ii带

9.42

3.14 3

表2-3传动比分配

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2.4算传动装置的运动和动力参数

为进行传动件的设计计算，应首先推算出各轴的转速、功率和转矩，一般按由电动机至工作机之间运动传递的路线推算各轴的运动和动力参数。 2.4.1 0轴（电机轴）输入功率、转速、转矩

Pd 4.66kW

nm 960r/min

Td 9550Pd/nm 9550

4.66

46.36N m 960

2.4.2 1轴（高速轴）输入功率、转速、转矩 PI Pd 01 Pd 带 4.66 0.95 4.43KW n1 nm/i带 320r/min

TI Td i带 带 46.36 3 0.95 132.13N m 2.4.3 2轴（低速轴）输入功率、转速、转矩

PII PI 3 4.43 0.98 4.34KW

n2 n1/i12

320

101.9r/min 3.14

TII TI i12 3 132.13 3.14 0.98 406.60N m

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2.4.4 3轴（滚筒轴）输入功率、转速、转矩

PIII PII 1 2 4.34 0.99 0.99 4.25KW n3 n2 101.9r/min

TII ITII 1 2 406.60 0.99 0.99 398.5N m

各项指标误差均介于+0.5%～-0.5%之间。各轴运动和动力参数见表4：

率取0.99.

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第3章 传动零件的设计计算

3.1 减速箱外传动零件——带传动设计

3.1.1带传动设计要求：

1. 带传动设计的主要内容 选择合理的传动参数；确定带的型号、长度、根数、传动中心距、安装要求、对轴的作用力及带的材料、结构和尺寸等。

2. 设计依据 传动的用途及工作情况；对外廓尺寸及传动位置的要求；原动机种类和所需的传动功率；主动轮和从动轮的转速等。

3. 注意问题 带传动中各有关尺寸的协调，如小带轮直径选定后要检查它与电动机中心高是否协调；大带轮直径选定后，要检查与箱体尺寸是否协调。小带轮孔径要与所选电动机轴径一致；大带轮的孔径应注意与带轮直径尺寸相协调，以保证其装配稳定性；同时还应注意此孔径就是减速器小齿轮轴外伸段的最小轴径。

3.1.2 V带传动设计计算

1、确定计算功率

查得工作情况系数KA 1.1

Pca KAPd 1.1 4.66 5.126kW 2、选择V带的带型

根据Pca 5.126kW及nm 960r/min,由资料选用B型 3、确定带轮的基准直径dd并验算带速v ①初选小带轮的基准直径dd1

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由[2]中表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径dd1 150mm ②验算带速v

按[2]中公式8-13验算带的速度

v

3.14 150 960

7.54m/s

60 100060 1000

dd1n

因为5m/s v 25m/s,故带速合适。 ③计算大带轮的基准直径。

根据中公式计算大带轮的基准直径dd2 dd2 idd1 3 150 450mm 取dd2 450mm

4、确定V带的中心距a0和基准长度Ld

①根据[2]中公式8-20，0.7 dd1 dd2 a0 2 dd1 dd2 , 初定中心距a0 500mm

②由[2]中公式8-22计算所需的基准长度

Ld0 2a0

2

dd1 dd2

2

dd2 dd1 2

4a0

1987mm

2 500

2

450 150 150 450

4 500

选带的基准长度Ld 2000mm ③计算实际中心距a 由[2]中公式8-23计算

a a0

ld ld02000 1987

500 510mm 22

5、验算小带轮上的包角 1

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根据[2]中公式8-25计算：

1 180 dd2 dd1 6、计算带的根数z

57.3 57.3

180 450 150 146.29 90 a510

①计算单根V带的额定功率pr

由dd1 150mm和nm 960r/min,查 表得P0 1.93kw 根据nm 960r/min、i 3和B型带查表得 P0 0.23kw 查[2]中表8-5得K 0.914，查表得KL 0.98, 于是由[2]中公式8-26：

z

Pc KAP

P0 P0K KL Pr

Pr P0 P0 K KL (1.93 0.23) 0.914 0.98 1.935kW ②计算V带的根数z z

Pc 8.613 4.45 Pr1.935

取5根

7、计算单根V带的初拉力的最小值 F0 min 根据[2]中公式8-27：

(F0)min 2.5 K Pc qv2

K zv

500

2.5 0.914 8.613 0.18 5.732 266.74N

0.914 5 5.73

其中q由[2]中表8-3得B型带q 0.18kg/m 应使带的实际初拉力F0 F0 min。

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8、计算压轴力

压轴力的最小值由[1]中公式8-28得： Fp min 2z F0 minsin9、带轮结构设计

查[2]中表8-10得大、小带轮总宽度：B 4 19 2 11.5 99mm V型带传动相关数据见表3-0V。

1

2

2 5 266.74 sin

146.29

3063.39N 2

3.2 减速器内传动零件——齿轮设计

3.2.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数

按照已经选定的传动方案，高速级齿轮选择如下： 1. 齿轮类型 选用直齿圆柱齿轮传动

2. 齿轮精度等级 带式输送机为一般机器速度不高，由数据得，选择7级精度

3. 材料 由资料选择：两者材料硬度差为40HBS 小齿轮 40Cr 调质 硬度270HBS 大齿轮 45钢 调质 硬度230HBS 4. 试选择小齿轮齿数 z1 25 大齿轮齿数 z2 i12 Z1 3.14 25 78.5

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取z2 79 齿数比u1 i12 3.14 3.2.2 按齿面接触强度设计

1. 确定公式内各计算数值 ①试选载荷系数kt 1.3 ②小齿轮转矩T1 9.55 106

PI4.43 9.55 106 1.32 105N mm n1320

1

2

③由课本的表11-4中查得材料弹性影响系数zE 189.8MPa ④齿宽系数：由资料中知齿宽系数 d 1

⑤由资料中按齿面硬度查得齿轮接触疲劳强度极限：

Hlim1 600MPa Hlim1 550MPa ⑥计算应力循环次数

N1 60n1 j Lh 60 320 1 12 300 15 1.03 109 1.03 109

N2 N1/u1 0.77 108

4.55⑦由资料中取接触疲劳寿命系数

KHN1 0.90 KHN2 0.95 ⑧计算接触疲劳许应力 取失效概率为1% 安全系数S=1 由资料中查得

H 1 KHN1 Hlim1

S

0.90 600 540MPa

H 2

KHN2 Hlim2

0.95 550 522.5MPa

S

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KT1u1 1 ZE

⒉计算 由式d1t 2.32 3 du1 [ H]

2

①试算小齿轮分度圆直径d1t

KTu 1 ZE

d1t 2.32 t1 1 du1 H2

2

5

1.3 1.32 103.14 1 189.8

2.32

13.14 522.5

2

71.97mm

②计算圆周速度v v

d1t n1

60 1000

71.97 320

60 1000

1.21.m/s

③计算齿宽b b d d1t 1 71.97 71.97mm

b

④计算齿宽与齿高比

h

模数 mt

d1t71.97 2.88 齿高 h 2.25mt 2.25 2.88 6.48 Z125

b71.97

11.11 h6.48

⑤ 计算载荷系数

据v 1.21m/s 7级精度。由图10-8查动载荷系数Kv 1.04 直齿轮KH KF 1

由文献[2]中表10-2查得使用系数KA 1 由文献[2]中表10-4

用插入法查得7级精度、小齿轮相对非对称布置时

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KH 1.12 0.18(1 0.6 d) d 0.23 10 3 b 1.12 0.18 1.6 0.23 10 3 71.97 1.42由

b

11.11 KH 1.42 在文献[2]中查图10-13 得KF 1.35 h

22

故载荷系数K KAKvKH KH 1 1.04 1 1.42 1.48

⑥ 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由文献[2]中式10-10a得 d1 d1t K.48

71.97 3 75.09mm Kt1.3d175.09

3.00mm Z125

⑦ 计算模数m m

3.2.3 按齿根弯曲强度计算

由文献[1]中10-5设计公式

m dZ12 F2KT1YFaYSa

1. 确定公式内各计算数值

① 由文献[2]中图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1 500MPa 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE2 380MPa

② 由文献[2]中图10-18取弯曲疲劳寿命系数 KFN1 0.85 KFN2 0.88 ③ 计算弯曲疲劳许应力取弯曲疲劳安全系数S 1.4 由[2]中式10-12

F 1 KFN1 FE1 0.85 500 303.57MPa

S

1.4

F 2 KFN2 FE2

S

0.88 380

238.86MPa1.4

④ 计算载荷系数K

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K KAKvKF KF 1 1.04 1 1.35 1.404

⑤ 查取齿形系数

由[2]中表10-5查得 YFa1 2.62 YFa2 2.177

⑥ 查取应力校正系数

由[2]中表10-5查得 YSa1 1.59 YSa2 1.793

计算大小齿轮的

YFa1 YSa1

F1

2.62 1.59

0.013723

303.57 2.177 1.793

0.016342

238.86

YFa2 YSa2

F2

大齿轮的数值大 2. 设计计算

m 3

2KT1YFaYSa

dZ1

2

F 2 1.404 1.32 105

0.016342 2.13mm

1 252

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积有关，可取由齿根弯曲疲劳强度计算的模数2.13并根据就近圆整为标准值

m 3，按齿面接触疲劳强度算得的分度圆直径d 94.47mm，

1

算出小齿轮的齿数

z1

d175.09 25 m3

大齿轮的齿数z2 3.14 25 78.5 取z2 79 实际传动比：i

79

3.2 25

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传动比误差： i

3.2 3.14

100% 2% 5% 允许

3.14

3.2.4、齿轮几何尺寸计算

①分度圆直径 d1 z1 m 25 3 75mm d2 z2 m 79 3 237mm ② 中心距a

75 237

156m 2

③ 齿轮宽度b dd1 75mm 取 B1 75mm B2 70mm 圆周力：Ft1

2T12 132.13

3523.47N 3d175 10

径向力：Fr1 Ft1 tan20 3523.47 tan20 1282.44N

3.3 轴的设计——输入轴的设计

3.3.1确定轴的材料及初步确定轴的最小直径

1、确定轴的材料

输入轴材料选定为40Cr，锻件，调质。 2、求作用在齿轮上的力

根据输入轴运动和动力参数,计算作用在输入轴的齿轮上的力：

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输入轴的功率 PI 4.43KW 输入轴的转速 n1 320r/min 输入轴的转矩 T 132.13N m 圆周力：Ft1

2T12 132.13

3523.47N d175 10 3

径向力：Fr1 Ft1 tan20 3523.47 tan20 1282.44N

3、初步确定轴的最小径，选取轴的材料为45号钢，调制处理，根据[2]中表15—3，取A0 112

dmin A0 PI4.43 112 26.89mm n 320

3.3.2初步设计输入轴的结构

根据轴向定位要求初步确定轴的各处直径和长度

①已知轴最小直径为dmin 26.89mm，由于是高速轴，显然最小直径处将装大带轮，故应取标准系列值dA 30mm，为了与外连接件以轴肩定位，故取B段直径为dB 40mm。

②初选滚动轴承。因该传动方案没有轴向力，高速轴转速较高，载荷不大，故选用深沟球轴承（采用深沟球轴承的双支点各单向固定）。参照工作要求并根据dB 40mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的深沟球轴承6208，其尺寸为d D B 40 80 18，为防止箱内润滑油飞溅到轴承内使润滑脂稀释或变质，在轴承向着箱体内壁一侧安装挡油板，根据需要应分别在两个挡油板的一端制出一轴肩。

③由于轴承长度为18mm，根据挡油板总宽度为15mm故lC lH 33mm，根

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