机械设计课程设计-带式运输机的展开式两级圆柱齿轮减速器设计

机械设计计算说明书

机械设计课程设计

计算说明书

设计题目：

带式运输机的展开式两级圆柱齿

轮减速器设计301

专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 完 成 日 期 2016.11.20

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目录

一、传动方式的选择 ............................................................................................................... 4 二、选择电动机 ....................................................................................................................... 4

1．电动机类型的选择 ..................................................................................................... 4 2．电动机功率的选择 ..................................................................................................... 4 3．电动机转速的选择 ..................................................................................................... 5 4．电动机型号的确定 ..................................................................................................... 5 三、传动装置的运动学和动力学参数计算 ........................................................................... 5

1．总传动比及其分配 ..................................................................................................... 5 2．传动装置中各轴的转速计算 ..................................................................................... 6 3．传动装置中各轴的功率计算 ..................................................................................... 6 4．传动装置中各轴的输入转矩计算 ............................................................................. 6 四、带传动设计 ....................................................................................................................... 7

1．确定带传动的额定功率

pca..................................................................................... 7

2．选取带传动的类型 ..................................................................................................... 7

3．确定带轮基准直径 ..................................................................................................... 7 4．确定v带的基准长度和带传动的中心距 ................................................................. 8 5．验算主动轮上的包角?1 ........................................................................................... 8 6．计算带v的根数z ....................................................................................................... 8 7．计算带传动的预紧力F0 ........................................................................................... 9 9、带轮结构设计 ............................................................................................................. 9 五、高速级齿轮传动的设计 ................................................................................................. 10

1．选定高速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数 ............................................... 10 2．按齿面接触疲劳强度设计 ....................................................................................... 10 3．计算齿轮传动的几何尺寸 ....................................................................................... 12 4．校核齿根弯曲疲劳强度 ........................................................................................... 12 5．齿轮结构设计 ........................................................................................................... 13 六、低速级齿轮传动的设计 ................................................................................................. 15

1．选定低速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数 ............................................... 15 2．按齿面接触疲劳强度设计 ....................................................................................... 15 3．计算齿轮传动的几何尺寸 ....................................................................................... 17 4．校核齿根弯曲疲劳强度 ........................................................................................... 17 5. 齿轮结构设计 ............................................................................................................ 18 七、轴的初步设计计算 ......................................................................................................... 20

1. 轴的材料选择 ............................................................................................................ 20 2. 轴的最小半径估算 .................................................................................................... 20 3．高速轴的结构设计 ................................................................................................... 20 4．中间轴的结构设计 ................................................................................................... 21

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5．低速轴的结构设计 ................................................................................................... 22 七、键的选择 ......................................................................................................................... 23 八、滚动轴承的选择 ............................................................................................................. 23 九、联轴器的选择 ................................................................................................................. 24 十、箱体及其附件设计 ......................................................................................................... 24 十一、润滑、密封设计 ......................................................................................................... 24

1．齿轮和轴承润滑 ....................................................................................................... 24 2．密封的设计 ............................................................................................................... 25 十二、设计小结 ..................................................................................................................... 25

1．课程设计的体会 ....................................................................................................... 25 2．设计的减速器的优缺点及改进建议 ....................................................................... 25 十三、参考文献 ..................................................................................................................... 25

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一、 传动方式的选择

根据题目所给传动方式进行设计

二、选择电动机

1．电动机类型的选择

根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。

2．电动机功率的选择

已知运输机工作轴转矩为T=800N?m，输送带卷筒的直径D=360mm。则工作机的拉力

工作机所需要的有效功率Pw为

Pw?

。 Fv4444.44?1.2?KW?5.61KW

1000?w1000?0.95其中，?w为工作机的传动效率。 传动装置总效率为

2323???????0.96?0.97?0.98?0.99=0.842 1234其中，各传动机构的效率，根据表2-4可查出：

?1?0.96 为带传动的效率；

?2?0.97 为一级圆柱齿轮传动的效率；

?3?0.98 为一对滚动轴承传动效率； ?4?0.99 为弹性联轴器的效率。

电动机所需功率Pd为

Pd?Pw??5.61KW?6.663KW 0.842由表16-3可选取电动机的额定功率为7.5KW。

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3．电动机转速的选择

电动机通常采用的同步转速有1000r/min和1500r/min两种，现对两种转速作对比。 由表16-3可知，同步转速是1000r/min的电动机，其满载转速nm是1440r/min。 工作机的转速为

nm?总传动比i=nm60?1000v60?1000?1.2?r/min?69.694r/min

?D3.14?360/nw,其中nm为电动机的满载转速。

现将两种电动机的有关数据列于表1-1作比较。

表1-1 两种电动机的数据比较

方案 Ⅰ Ⅱ 电动机型号 Y160M-6 Y132M-4 额定功率/kw 7.5 7.5 同步转速/(r/min) 1000 1500 满载转速/(r/min) 960 1440 总传动比i 15.072 22.608 由表1-1可知，两种方案的总传动比相差不大，为了满足工作要求，选择方案Ⅱ。

4．电动机型号的确定

根据电动机功率和同步转速，选定电动机的型号为Y132M-4，查表16-3、16-4知电动机的有关参数如下：

电动机的额定功率P 7.5KW

电动机满载转速 电动机外伸轴直径D 38mm 电动机外伸轴长度E 80mm

三、传动装置的运动学和动力学参数计算

1．总传动比及其分配

总传动比i?nm/nw?1440?22.608；

63.694根据表2-2，选v带传动的传动比i1?3.2； 减速器的传动比if?i/i1?63.694/3.2?7.065；

考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应有相近的浸油深度。根据式2-8，两级齿轮减速器高速级传动比i2与低速级传动比i3的比值取1.3，即i2?1.3i3，则

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i2?1.3if=1.3?7.065?3.031

i3?ifi2?7.065=2.331 3.0312．传动装置中各轴的转速计算

根据传动装置中各轴的安装顺序，对轴依次编号为：0轴、Ⅰ轴、Ⅱ轴、Ⅲ轴、Ⅳ轴。

n0?nm?1440r/min n??nm/i1?14403.2=450r/min n???n?/i2?4503.031=148.466r/min n????n??/i3?148.4662.331=63.692r/min

n?v?n????nw?63.692r/min

3．传动装置中各轴的功率计算

P0?Pd?6.663kw

P??Pd?1?6.663?0.96?6.396kw P???P??2?3?6.396?0.0.97?0.98=6.080kw P????P???3?2?6.080?0.98?0.97=5.780kw P?v?P????3?4?5.780?0.98?0.99=5.608kw

4．传动装置中各轴的输入转矩计算

9550?6.663N.M?44.189N?M

1440T0?Td?9550Pd/nm?T??9550P?/n??9550?6.396N.M?137.737N?M

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T???9550P??/n???9550?6.608N.M?391.093N?M

148.4669550?5.780N.M?866.655N?M

63.692T????9550P???/n????T?V?9550P?v/n?v?9550?2.65059981N.M?840.865N?M

95.532将传动装置中各轴的功率、转速、转矩列表，如表1-2所示：

表1-2 各轴的运动和动力参数

参数 转速n/ (r?min) 功率P/KW 转矩T(N.M) 传动比i -1轴名 0轴 1440 6.663 44.189 3.2 Ⅰ轴 450 6.396 137.737 3.031 Ⅱ轴 148.466 6.080 391.093 2.331 Ⅲ轴 63.692 5.780 866.655 Ⅳ轴 63.692 5.608 840.865 1 四、带传动设计

1．确定带传动的额定功率Pca

已知P?6.663kw;nm?1440r/min，i1?3.2。

由所引用的《机械设计》教材中的表8-8，查出带传动的工作情况系数KA?1.1,则

Pca?KA.P?1.1?6.663?7.33KW。

2．选取带传动的类型

根据Pca、nm，由《机械设计》教材中的图8-11可知，选用A型窄v带。

3．确定带轮基准直径

由《机械设计》教材中的表8-9、图8-11取主动轮（小带轮）基准直径dd1?140mm，

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从动轮（大带轮）基准直径dd2?i1?dd1?3.2?140=448mm，，由表8-9取dd2?450mm。

带传动的实际传动比i1?dd2/dd1?3.214，与总传动比分配的带传动的传动比基本 一致。

按《机械设计》教材中的式8-13，验算v带的线速度为v

所以v带的线速度合适。

4．确定v带的基准长度和带传动的中心距

根据 ，初步确定带传动的中心距a0，取a0=850mm。

Ld0(d2?d1)2?2a0?(d1?d2)?24a0?2（450-140）?2?850+（450+140）+，

24?850=2654.6mm?由《机械设计》教材中的表8-2选带的基准长度Ld?2700mm。 计算带传动的实际中心距a

a?a0?Ld?Ld'2700-2654.6?850?mm?872.7mm 225．验算主动轮上的包角?1

dd2?dd1450?140?57.5o?180o??57.5o?179.64o?120o a872.7?1?180o?所以，主动轮上的包角是合适的。

6．计算带v的根数z

由nm?1440r/min，dd1?450mm，i1?3.2，查《机械设计》教材中的表8-4，由线性关系得：P0?2.267kw；查表8-5得：?P0?0.17kw；查表8-6得k??1；查表8-2得 kL?1.1：则

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z?取z?3根。

Pca7.33??2.72

(P0??P0)k?kL(2.267?0.17)?1?1.17．计算带传动的预紧力F0

查《机械设计》教材中表8-3得：单位长度质量 ，则

F0?500pca2.57.332.5(?1)?qv3?[500??(?1)?0.105?10.552]N?185.38N vaka10.55?318．计算作用在带轮轴上的压轴力Fp

Fp?2zF0sin?12?2?3?185.38?sin179.69N?1112.27N 2v带的主要参数列于表1-3中

表1-3 带传动的主要参数 名称 带型 结果 SPA 名称 传动比 基准长度 结果 名称 根数 预紧力 结果 I1=3.214 =2700 Z=3 F0=185.38N 带轮基 准直径 dd1?140mm dd2?450mm 中心距 a?500.8mm 压轴力 FP=1112.27N 9．带轮结构设计

由表8-11得：e?(15?0.3)mm;f?(10?1)mm。 则带轮轮缘宽度：B=(z-1)e+2f=50mm。

大带轮的轮毂直径由后续高速轴设计来定，d?d11?35mm。 带轮的轮毂宽度L：当B?1.5d时，取L?52.5mm。 带轮结构图见零件图。

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五、高速级齿轮传动的设计

1．选定高速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数

（1）齿轮传动的类型：按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。

（2）精度等级：由于输送机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度齿轮传动。 （3）齿轮材料：由《机械设计》中表10-1选择小齿轮材料为45钢，并进行调质处理，平均硬度为240HBS，大齿轮材料为45钢，并进行正火处理，平均硬度为190HBS。大、小齿轮的硬度差为50HBS。

（4）选择小齿轮齿数：z1?31,则大齿轮齿数z2?i2z1?3.031?31=93.961，取

z2?94。齿数比u?94?3.032 31（5）选择齿宽系数：按软齿面齿轮，非对称安装，查表10-7，取齿宽系数?d?1.0。 （6）初选螺旋角：??15。

2．按齿面接触疲劳强度设计

2kT1u?1?ZHZEZ?Z???? ?du?[?H]?d1?1）确定公式内各项参数值

3（1）由《机械设计》教材图10-20，选取区域系数ZH?2.38。

（2）大、小齿轮均采用45钢锻造，由《机械设计》教材表10-5，查得材料系数

ZE?189.8MPa。

（3）重合度系数Z?，由《机械设计》教材计算得 。 （4）螺旋角系数Z??cos??cos15?0.982

（5）小齿轮传递的扭矩为

T1?T??137.737Nm?1.37737?105Nmm

（6）试选载荷系数Kt?1.4。

（7）根据齿面硬度，由《机械设计》教材图10-25查得小齿轮接触疲劳强度极限

?Hlim1?570Mpa，大齿轮接触疲劳强度极限?Hlim2?400Mpa。

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（8）计算应力循环次数

按N1?60n1jLh，式中：j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数。在此取j?1，

Lh为齿轮的工作寿命，单位为小时。Lh?1班制?8小时?365天?10年。所以

N1=60n1jLh?60?450?1?(1?8?365?10)?7.7884?108

N2=N1/u?7.884?108/3.032?2.6?108

（9）由教材图10-23查得接触疲劳寿命系数kHN1?0.90，kHN2?0.95。 （10）计算许用接触疲劳应力。

取安全系数S?1，失效率为1%。则

[?H1]?kHN1?Hlim1?0.91?570MPa?513MPa

SkHN2?Hlim2?0.95?400MPa?380MPa

S[?H2]?[?H]?2）设计计算

[?H1]?[?H2]513?380?MPa?446.5MPa

22（1）计算齿轮分度圆直径d1t。

d1t?32?1.4?1.3774?1053.032?1?2.38?189.8?0.54?0.982??? 1.03.032?446.5?2?52.85mm（2）计算圆周速度v。

v?（3）计算载荷系数

?d1tn160?1000?3.14?52.85?450?1.24m/s

60?1000由教材表10-2查得：使用系数KA?1.25；根据v?1.24m/s、8级精度，由《机械设计》教材图10-8和表10-3查得动载荷系数kv?1.09；k??1.4，k??1.45。

K?KAKVKF?KF??1.25?1.09?1.3?1.4?2.479

（4）校正分度圆直径。按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得

d1?d1t3k/kt?52.85?32..479/1.4?63.51mm

（5）计算齿轮模数mn。

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mn?取齿轮模数mn?2mm。

d1cos?63.51?cos15??1.97mm Z1313．计算齿轮传动的几何尺寸

（1）中心距a。

a?(z1?z2)mn(31?94)?2??129.41mm

2cos?2cos15将中心距圆整为129mm

（2）按圆整后的中心距修正螺旋角。

??arccos（3）计算大小齿轮的分度圆直径。

(z1?z2)mn?14.305

2ad1?z1mn31?2?mm?64mm cos?cos14.305d2?（4）计算齿轮宽度。

z2mn94?2?mm?194.016mm cos?cos14.305b??dd1?1?64mm?64mm

取b?64mm。所以，大齿轮宽度b2?64mm，小齿轮宽度b1?69mm。

4．校核齿根弯曲疲劳强度

?F?1）确定公式内各项参数值

（1）从教材图10-24，按齿面硬度查得：小齿轮的弯曲疲劳强度极限?Flim1?240MPa；大齿轮的弯曲疲劳强度极限?Flim2?180MPa。

（2）由《机械设计》教材图10-15，按应力循环次数

查的弯曲疲劳寿命系数 , .

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2KT1YFaYSaY?Y??[?F]bdmn

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（3）计算许可弯曲疲劳应力。 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，可得

（4）计算当量齿数。

（5）查取齿数系数及应力校正系数。

由《机械设计》教材查得， ， ， 。 。 （6）计算大小齿轮的

，并加以比较:

所以，大齿轮的

数值大。

（7）选取螺旋角系数 。

（8）重合度系数 ，由《机械设计》教材知 ，齿数多时取小值，取 。

2）校核计算

所以，齿根弯曲疲劳强度满足要求。

5. 齿轮结构设计

由于小齿轮1的直径较小，故采用齿轮轴结构。

大齿轮2采用孔板式结构，结构尺寸按本书的表5-11的经验公式来计算，大齿轮2的孔径根据后续设计的中间轴配合部分的直径来确定，设计结果列于表1-4。

表1-4 大齿轮结构尺寸

名称 毂孔直径 轮毂直径 轮毂宽度l 腹板最大直径 结构尺寸及经验计算公式 根据中间轴设计而定 L=(1.2 1.5) =72 90 13

结果/mm 70 112 64 165 机械设计计算说明书

板孔分布圆直径 板孔直径 腹板厚度C 138.5 18 20 大齿轮2的结构草图如下图所示，高数级齿轮传动的尺寸列于下表.

大齿轮结构草图

表1-5 高速级齿轮传动的尺寸

名称 法面模数 法面压力角 螺旋角 齿数 传动比 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 中心距 齿宽 计算公式 β 结果/mm 2 20 14.305 31 94 3.032 64 194.016 68 198.016 59 189.016 129 69 64 14

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六、低速级齿轮传动的设计

1．选定低速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数

（1）齿轮传动的类型：按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。

（2）精度等级：由于输送机为一般工作机械，速度不高，故选用7级精度齿轮传动。 （3）齿轮材料：由《机械设计》中表10-1选择小齿轮材料为45钢，并进行调质处理，平均硬度为220HBS，大齿轮材料为45钢，并进行正火处理，平均硬度为170HBS。大、小齿轮的硬度差为50HBS。

（4）选择小齿轮齿数：z3?24则大齿轮齿数z4?i2z3?2.331?24=55.94，取

z2?56。齿数比u?56?2.33 24（5）选择齿宽系数：按软齿面齿轮，非对称安装，查表10-7，取齿宽系数?d?1.0。 （6）初选螺旋角：??13。

2．按齿面接触疲劳强度设计

2kT1u?1?ZHZEZ?Z???du?[?H]?? ?d3?1）确定公式内各项参数值

3（1）由《机械设计》教材图10-20，选取区域系数ZH?2.42。

（2）大、小齿轮均采用45钢锻造，由《机械设计》教材表10-5，查得材料系数

ZE?189.8MPa。

（3）重合度系数Z?，由《机械设计》教材计算得 。 （4）螺旋角系数Z??cos??cos13?0.987

（5）小齿轮传递的扭矩为

T2?T2?391.093Nm?3.91093?105Nmm

（6）试选载荷系数Kt?1.4。

（7）根据齿面硬度，由《机械设计》教材图10-25查得小齿轮接触疲劳强度极限

?Hlim3?540Mpa，大齿轮接触疲劳强度极限?Hlim4?370Mpa。

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