机械设计课程设计计算说明书---带式运输机传动系统中的一级圆柱齿轮减速器.doc

机械设计课程设计计算说明书设计题目：带式运输机传动系统中的一级圆柱齿轮减速器机电及自动化学院 08级测控技术与仪器02班设计者：陈尧奇学 号：0811212005指导教师：傅师伟目录一、传动方案拟定.4二、电动机的选择.5三、确定传动装置总传动比及分配各级的传动比.8四、传动装置的运动和动力设计.9五、齿轮传动的设计.12六、传动轴的设计.15七、箱体的设计.22八、键连接的设计.24九、滚动轴承的设计.25十、润滑和密封的设计.26十一、联轴器的设计.27十二、设计小结.27一、设计题目：带式运输机传动系统中的一级圆柱齿轮减速器。二、工作条件：传动不逆转，载荷平稳，起动载荷为名义载荷的1.25倍，输送带速度允许误差为5%。三、原始数据已知条件 题号2传送带拉力f(n)3000输送带速度v（m/s）1.7滚筒直径d(mm)450每日工作时数t(小时)16传动工作年限（年）10四、设计工作量：1. 设计说明书一份2. 减速器装配图1张3. 减速器零件图2张计算过程及计算说明一、传动方案1.、原始数据：滚筒圆周力f=3000n；带速v=1.7m/s；滚筒直径d=450mm；24531二、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/a (kw) 式(2)：pw = fv/1000 (kw)因此 pd = fv/1000a (kw)由电动机至运输带的传动总效率为：a =12345式中：一级减速器齿轮传动效率1取0.985；滚动轴承传动效率2取0.994；齿轮联轴器传动效率3取0.99；卷筒传动效率4 取0.96；链传动效率5取0.925；则：a=0.9850.9940.990.960.925 =0.8504所以：电机所需的工作功率：pd= fv/1000a =(30001.7)/(10000.8504) =6.0 (kw) 启动功率pd0=1.25pd=1.256.0=7.5kw3、确定电动机转速 卷筒工作转速为： n卷筒601000v/（d） =(6010001.7)/（5） =72.2 r/min根据手册表推荐的传动比合理范围，圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i1=3。链传动比i2=6 。则总传动比理论范围为：i36。故电动机转速的可选范为 nd=in卷筒 =(1636)72.2 =433.22599.2 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）方案电动机型号额定功率电动机转速(r/min)电动机重量kg参考价格同步转速满载转速1y132m-47.5150014408112002y160m-67.5100097012015003y160l-87.57507201502100综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、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y160m-6，电动机主要外形和安装尺寸：机座号d(mm)e(mm)f(mm)g(mm)160m481101442.5三、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n1、可得传动装置总传动比为： i=nd/n卷筒=970/72.2=13.4349总传动比等于各传动比的乘积分配传动装置传动比i= i1 i2 （式中i1、 i2分别为圆柱齿轮传动一级减速器传动比和链传动比） 2、分配各级传动装置传动比： 又i1=3，i2=6 且链传动比一般高于齿轮传动比，齿轮和链传动比一般低于4较好取i1=3.5则i2 i/i1= 13.4349/3.53.84四、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轴，轴，p，p，.为各轴的输入功率 （kw）t，t，.为各轴的输入转矩 （nm）n,n,.为各轴的输入转速 （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（1）计算各轴的转数： 轴：n=nm/ 1=970 r/min轴：n= n/ i1 =970/3.5=277.1 r/min卷筒轴：n= n/ i2 =277.1/3.84=72.3 r/min（2）计算各轴输入的功率：轴： p=pd3 =6.00.99=5.94kw轴： p= p21 =5.940.9940.985 =5.82kw轴： p= p24 =5.820.9940.925=5.35kw各轴输出功率轴： p= p2 =5.940.994=5.90kw轴： p= p2 =5.820.994 =5.79kw轴： p= p2 =5.350.994=5.32kw计算各轴的输出转矩：电动机轴输出转矩为： td=9550pd/nm=95506.0/970=59.07 nm各轴输入转矩：轴： t= td13=58.48nm 轴： t= ti121 =58.483.50.9940.985=200.4 nm卷筒轴输入轴转矩：t = ti1 25 =707.55 nm计算各轴的输出转矩：t= t轴承=58.480.994=58.13 nmt = t轴承 =200.40.994=199.2 nmt = t轴承 =703.31 nm一级减速器齿轮传动效率1=0.985；滚动轴承传动效率2=0.994；齿轮联轴器传动效率3=0.99；卷筒传动效率4 =0.96；链传动效率5取0.925；综合以上数据，得表如下：轴名效率p （kw）转矩t （nm）转速nr/min传动比 i效率输入输出输入输出电动机轴6.097010.99轴5.945.958.4858.139703.50.979轴5.825.79200.4199.20277.13.840.919卷筒轴5.355.32707.55703.3172.3五、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，材料为40cr，调质，齿面硬度为340hbs，大齿轮选软齿面，材料选用45号钢，调质，齿面硬度为300hbs。齿轮精度都初选8级(2)初选主要参数 z1=20 ，u=3.5 z2=z1u=203.5=70许用接触应力小齿轮hlim1=2hbs+69=749mpa大齿轮hlim2=2hbs+69=669mpa按较低计算h2 调质处理sh=1.1则h2=669/1.1=608mpanh=60 nt=609701016300=798200000当hbs=300时，nh0=25000000有nh nh0，所以khl=1许用弯曲应力查表取sf=2,单向传动取kfc=1小齿轮flim1=2hbs=612mpa大齿轮flim2=2hbs=540mpa 则 齿轮工作转矩：小齿轮： t=58480nmm 大齿轮： t=200400 nmm(3)按齿面接触疲劳强度计算小齿轮分度圆直径 d1 初步计算时，取kd=84，d=1，k=1.05d1 =50.21,取d1=60mm由之前选取z1=20 ，z2=z1u=203.5=70模数m= d1/ z1=60/20=3,符合标准模数d1=60mma=m （z1+z2）/2=3（20+70）/2=135mm(4)验算接触应力由八级精度，查的kv=1.16又查得：ze=271（钢制齿轮）区域系数 zh=2.5重合度系数 z=1（直齿轮）h= = =439.2mpa应验算大齿轮弯曲应力由= =49.33mpa 弯曲强度足够(6)几何尺寸计算小轮分度圆直径d1=mz1=320=60mm d2=mz2=370=210 mm齿轮啮合宽度b=dd1 =1.060=60mm取小齿轮宽度 b1=65 mm 大齿轮宽度b2=60mm 中心距a=m （z1+z2）/2=3（20+70）/2=135mm圆柱齿轮传动参数表名称代号单位小齿轮大齿轮中心距amm135mm传动比i3.5模数m3齿数z2070分度圆直径dmm60210齿根圆直径dfmm52.5202.5齿顶圆直径damm66216齿宽bmm6560材料强度40cr/340hbs45号/300hbs六、传动轴的设计 d 初步计算高速轴选用40cr,查表取c=107直径d1=19.58mm； 低速轴选用45号钢,查表取c=118直径d2=32.56mm(1)轴尺寸计算，确定轴各段直径和长度 综合考虑装配图中齿轮处配合以及轴承处的对称，得出最后尺寸高速轴：暂选yl8型刚性凸缘联轴器已知t=250nm,k=1.5, t=58.48nm有tjtk=58.481.5=87.72 nmt所以选用yl8型刚性凸缘联轴器合适综合考虑电动机外伸轴直径以及联轴器部分的配合，选取高速轴最小直径部分直径为40mm从联轴器开始第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取40mm，l1=112mm右起第二段，考虑端盖部分密封圈尺寸，该段的直径取45mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取该段长为l2=50mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6210型轴承，其尺寸为ddb=509020，那么该段的直径为50mm，长度为l3=1+2+b=51.5mm右起第四段，该段为齿轮轴，小齿轮的分度圆直径为60mm，齿顶圆直径为66mm,则第四段的直径取66mm,齿轮宽为b=65mm，取轴段长度为l4=65mm右起第五段，同右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，同样选用6210型轴承，其尺寸为ddb=509020，那么该段的直径为50mm，长度为l5=1+2+b=51.5mm低速轴：综合考虑传动链部分的配合，选取低速轴最小直径部分直径为40mm从连接链的部分开始第一段，取40mm，l1=112mm右起第二段，考虑端盖部分密封圈尺寸，该段的直径取45mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取该段长为l2=50mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6210型轴承，其尺寸为ddb=509020，那么该段的直径为50mm，长度为l3=1+2+b=56mm右起第四段，该段装有大齿轮，大齿轮的分度圆直径为210mm，齿根圆直径为202.5mm,第四段的直径取53mm,齿轮宽为b=60mm，取轴段长度为l4=58mm右起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为d5=60mm ,长度取l5=9mm右起第六段，同第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6210型轴承，其尺寸为ddb=509020，那么该段的直径为50mm，长度为l6=1+2+b=45mm(2)轴强度校核 高速轴低速轴两滚动轴承轴心到齿轮中心的距离相等，且都为74mm,即l=74mm 高速轴： 小齿轮分度圆直径：d1=60mm=0.06m作用在齿轮上的转矩为：t1 =58.48 nm 求圆周力：ft ft=2t1/d1=258.48/0.06=1949.33n 求径向力：frfr=fttan=1949.33tan200=709.50nft，fr的方向如图所示 轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。 水平面的支反力： 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则fa=0那么 水平面的弯矩： 垂直面的弯矩： 合成弯矩： 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面c处的当量弯矩： 右起第四段剖面c处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面c为危险截面。已知mv=161.8nm ,查表得-1b=90mpa 则：= mv/w= mv/(0.1d13)=84.35201000/(0.1603)=3.905mpa-1 强度足够所以确定的尺寸是安全的 。低速轴： 大齿轮分度圆直径：d2=210mm=0.21m作用在齿轮上的转矩为：t =200.4 nm 求圆周力：ft ft=2 t/d2=2200.4/0.21=1908.57n 求径向力：frfr=fttan=1908.57tan200=694.66n 轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。 水平面的支反力： 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则fa=0那么 水平面的弯矩： 垂直面的弯矩： 合成弯矩： 可得右起第四段剖面c处的当量弯矩： 箱体部分剖面c为危险截面。1= mv/w= mv/(0.1d23)=141.7921000/(0.12103)=3.905mpa-1 与链连接部分 2= t/w= t/(0.1d3)=200.41000/(0.1403)=31.3125mpa-1 强度足够所以确定的尺寸是安全的 。 hlim1=749mpaflim2=669mpah2=608mpa小齿flim1=612mpa大齿flim2=540mpaz1=20 ，z2= 70m=340mml1=112mm45mml2=50mm50mml3=51.5mm66mml4=65mm50mm l5=51.5mm40mm，l1=112mm45mml2=50mm50mml3=56mm53mml4=58mm60mml5=9mm50mml6=45mm绘制轴的工艺图（见图纸）高速轴低速轴七箱体结构设计(1) 窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。(2) 放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。(3)油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。(4)通气器减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。(5)启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。(6)定位销 为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置尽量远些。如机体结构是对的，销孔位置不应该对称布置。(7)调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用。(8)环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。(9)密封装置 在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应根据具体情况选用。箱体结构尺寸表：名称符号尺寸（mm）机座壁厚 有0.025a+19.6齿轮端面与内机壁距离2 8机盖、机座肋厚m1 ,m6.8， 6.8轴承端盖外径d2135轴承端盖凸缘厚度t 10.5轴承旁联接螺栓距离s尽量靠近，以md1和md2互不干涉为准，一般s=d2八、键连接的设计 小齿轮部分做成齿轮轴，大齿轮与轴用a型普通平键连接，静连接。材料为刚性材料，查得p=125150mpa，=120mpad(mm)b(h8)h(h11)l(h14)圆角半径5058167451800.250.4384412628140键强度校核查手册得，选用a型平键，此段轴径d=53mm,l1=58mm得：a键 167 gb/t 1567-2003 ，取l=51mm键工作长l=l-b=51-16=35mm又t=200.4nm h=7mm根据课本公式得挤压强度p=4t/(dhl)=4200.41000/（53735） =61.73mpa p (125mpa) 剪切强度=2t/(dbl) =2200.41000/（531635）= 13.5mpap2按低速轴来校核寿命选择6120深沟球轴承 查表得cr=35.0kn预期寿命足够此轴承合格十、密封和润滑的设计1.密封 由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，