《机械设计基础》课程设计计算说明书----V带减速器设计说明书.doc

减速器设计说明书机械设计基础课程设计计算说明书题 目 _V带单级圆柱减速器_学 院 _ 矿 业 工 程 学 院_ 班 级 _ 采 矿 06-3班 设 计 者 _ 蔡 武（01060063） 完成日期 _ 2009.1.9 指导老师 _闫 海 峰 中国矿业大学2009年1月9日第 - 24 - 页 目录第1章 设计任务书- 1 -1.1 题目- 1 -1.2 设计课程内容- 1 -1.3 设计工作量：- 2 -1.4 课程设计计划（周）- 2 -第2章 电动机的选择计算- 3 -2.1 电动机类型和结构的选择- 3 -2.2 电动机功率的选择- 3 -2.3 确定电动机转速- 3 -2.4 电动机型号的确定- 4 -第3章 传动装置运动、动力参数计算- 5 -3.1 总传动比的确定- 5 -3.2 分配各级传动比- 5 -3.3 计算各轴转速- 5 -3.4 计算各轴的功率- 5 -3.5 计算各轴转矩- 5 -3.6 传动装置运动、动力参数汇总表- 6 -第4章 齿轮传动设计- 7 -4.1 选择齿轮材料并确定许应应力- 7 -4.2 按齿面接触强度设计计算- 7 -第5章 轴的设计计算- 10 -5.1 输入轴的设计计算：- 10 -5.2 输出轴的设计计算- 13 -5.3 轴初步设计绘制轴结构草图- 16 -第6章 轴承的选择- 17 -6.1 主动轴轴承的校核- 17 -6.2 从动轴轴承的校核- 17 -第7章 箱体及附件设计- 19 -7.1 键连接的选择及校核计算- 19 -7.2 减速器附件的选择- 19 -7.3 润滑与密封- 19 -第8章 设计小结- 21 -参考文献- 23 -第1章 设计任务书1.1 题目设计一用于带式运输机传动装置的一级圆柱齿轮减速器。总体布置简图如下：图 1 传动方案设计简图工作条件：带式输送机连续单向运转，工作平稳无过载，空载起动，输送带速度允许误差5% ；两班制工作（每班按8小时计算），使用期限10年，小批量生产。原始数据具体如下：（1）运输带工作拉力 F（KN）：3.5（2）卷筒的直径D（mm）：450（3）运输带速度V（m/s）：1.71.2 设计课程内容（1）传动方案的分析和拟定；（2）电动机的选择，传动装置的运动和动力参数的计算； （3）传动零件的设计（带传动、单级齿轮传动）；（4）轴和轴承组合设计（轴的结构设计，轴承组合设计，低速轴弯、扭组合强度校核，低速轴上轴承寿命计算）；（5）键的选择及强度校核（低速轴上键的校核）； （6）联轴器的选择；（7）减速器的润滑与密封；（8）减速器装配草图俯视图设计（箱体、附件设计等）；（9）编写设计计算说明书；1.3 设计工作量：（1）减速器装配图1张（A1图纸）；（2）设计计算说明书1份，30004000字。1.4 课程设计计划（周）（1）设计准备（0.5天） （2）减速器装拆实验、参观实物或模型，借图板（3）传动装置总体设计（1天）（4）装配图设计（22.5天）（5）编写设计计算说明书（0.51天）第2章 电动机的选择计算2.1 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系列三相异步电动机。2.2 电动机功率的选择2.2.1 传动装置的总功率 ： 由设计手册得，V型带传动的效率：0.96滚动轴承（一对）的效率：0.98圆柱齿轮（闭式）的效率：0.97齿轮联轴器的效率：0.99绞车卷筒的效率为：0.962.2.2 电动机所需的工作功率：2.3 确定电动机转速计算卷筒的工作转速：按手册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I1 =36。取V带传动比I2=24，则总传动比理时范围为I总=624。故电动机转速的可选范围为：n筒=（624）72.15=432.91731.6r/min符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：因此有三种传动比方案：通过综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选n=1000r/min。2.4 电动机型号的确定根据以上选用的电动机类型，及所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y160M-6。其主要性能：额定功率：7.5KW，满载转速970r/min，额定转矩2.0。第3章 传动装置运动、动力参数计算3.1 总传动比的确定由已知数据可知： 。3.2 分配各级传动比查阅资料可知，单级减速器i=36合理，故可取齿轮i齿轮=6则有 ，可得：3.3 计算各轴转速电动机轴 ： V带轮轴 ： 大齿轮轴 ： 卷 筒 轴 : 3.4 计算各轴的功率电动机轴 ： V带轮轴 ： 大齿轮轴 ： 卷 筒 轴 : 3.5 计算各轴转矩电动机轴 ： V带轮轴 ： 大齿轮轴 ： 卷 筒 轴 : 3.6 传动装置运动、动力参数汇总表表3.1 传动装置运动、动力参数计算轴名参数电动机轴V带轮轴大齿轮轴卷筒轴转速r/min97043372.1572.15输入功率P/kw7.06.726.395.95输入转矩T/Nmm68917.5148212.5845566.0787560.6传动比i2.246.01.0 效率0.960.950.93第4章 齿轮传动设计4.1 选择齿轮材料并确定许应应力 考虑到减速器传递功率不大及其工作条件，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr，调质；大齿轮选用45钢，调质。其主要参数如表4-1。根据课本P168表11-2选8级精度。圆周速度。表4-1 齿轮材料及其力学性能材料牌号热处理方式硬度接触疲劳极限 弯曲疲劳极限40Cr调质217286HBS65075056062045调质197286HBS550620410480取表中所示范围的中间值，得， ， 根据课本P171表11-5取。许用接触应力为：，许用弯曲应力为：，4.2 按齿面接触强度设计计算根据软齿面闭式齿轮传动准则，应首先按齿面接触强度设计公式进行设计计算，然后再按软齿面弯曲强度验算公式进行验算。根据课本P171，可知设计计算公式为： mm4.2.1 确定计算参数计算小齿轮上的名义转矩：选取载荷系数K，根据课本P169表11-3，取选取齿宽系数 ，根据课本P175表11-6，取选取弹性系数，根据课本P171表11-4，取（选用锻钢）选取区域系数，对于标准齿轮，令，则因代入公式计算。4.2.2 初算小齿轮分度圆直径4.2.3 确定齿数和模数齿数 ： 取模数 ： ，按设计手册上，选取标准参数4.2.4 确定中心距和齿宽中心距 齿 宽 。圆取整数4.2.5 验证齿轮弯曲强度根据课本P172，可知验证公式为：根据课本P173和P174中的图11-8和图11-9可得出：选取齿形系数：选取应力修正系数：分别验算两轮的齿根弯曲应力：验算结果：软齿齿根弯曲疲劳强度足够。4.2.6 齿轮的基本尺寸设计确定齿轮的主要几何尺寸：分度圆直径： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 4.2.7计算齿轮的圆周速度V根据课本P168表11-2，可以确定齿轮传动的精度等级为8级。第5章 轴的设计计算5.1 输入轴的设计计算：5.1.1 按扭矩初算轴径选用45#调质，硬度197286HBS，根据课本P245式（14-2），并查表14-2，取c=115。考虑有键槽，将直径增大5%，则选d=32mm5.1.2 轴的结构设计 (1) 轴上零件的定位，固定和装配由于根据给定条件设计出来的齿轮的齿根圆直径与根据经验公式设计出来的轴径接近，于是将齿轮和轴做成一体，称为齿轮轴。如图5-1。图5-1 齿轮轴根据齿轮轴上零件的位置，封油环、左轴承、轴承盖和大带轮由左端装配，右轴承、轴承盖从右端装配，轴上零件要做到定位准确，固定可端，其中轴承采用角接触球轴承，嵌入式轴承盖使轴系两端固定，齿轮通常采用油浴润滑，轴承采用脂润滑。（2）确定轴各段直径和长度从左端起，一次设计各段直径和长度：第一段：，的长度可根据皮带的条数和宽度，及根据轴径而确定出来的键槽长度确定出来。第二段：（符合国家标准油封毡圈尺寸，可以外购），。第三段：（此处轴肩位置不需要承受较大的轴向力，于是轴肩可以设置小点；同时符合轴承内径，便于轴承装拆。轴承型号初选为7209角接触球轴承），。第四段：（此处轴肩设计比较高，是为了更好地承受封油环产生的较大轴向力） ，。第五段：（因为此轴设计成齿轮轴，所以此尺寸为小齿轮齿顶圆的直径），（此尺寸即为设计齿轮的宽度）第六段：因为齿轮轴是对称分布，所以此段尺寸与第四段一样。，。第七段：，。由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=141mm(3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d1=80mm求转矩：已知T2=148212.5Nmm求圆周力：Ft 求径向力Fr因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=70.5mm(1)绘制轴受力简图（如图a）（2）绘制垂直面弯矩图（如图b）轴承支反力： , 由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为MC1=FAyLA=674.370.5=47.54Nm (3)绘制水平面弯矩图（如图c）截面C在水平面上弯矩为：MC2=FAZLB=1852.65141/2=130.6Nm (4)绘制合弯矩图（如图d）MC=(MC12+MC22)1/2=47.542+130.62)1/2=138.98Nm (5)绘制扭矩图（如图e）转矩：T=9.55（P2/n2）106=148.2Nm (6)绘制当量弯矩图（如图f）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=1，截面C处的当量弯矩：Mec=MC2+(T)21/2=138.982+(1148.2)21/2=203.17Nm (7)校核危险截面C的强度e=Mec/0.1d33=203.17/0.1883=2.98MPa -1b=60MPa该齿轮轴强度足够。5.2 输出轴的设计计算5.2.1 按扭矩初算轴径选用45#调质，硬度197286HBS，根据课本P245式（14-2），并查表14-2，取c=115。考虑有键槽，将直径增大5%，则选d=54mm5.2.2 轴的结构设计 (1) 轴上零件的定位，固定和装配单级圆柱齿轮减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，右面用封油环轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和封油环定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，右轴承和皮带轮依次从右面装入。如图5-2。图5-2（2）确定轴各段直径和长度从右端起，一次设计各段直径和长度：第一段：，的长度可根据皮带的条数和宽度，及根据轴径而确定出来的键槽长度确定出来。第二段：（符合国家标准油封毡圈尺寸，可以外购），。第三段：（此处轴肩位置不需要承受较大的轴向力，于是轴肩可以设置小点；同时符合轴承内径，便于轴承装拆。轴承型号初选为7213角接触球轴承），。第四段：（此段用来对齿轮在轴向和周向定位） ，（略小于齿轮宽23mm）。第五段：（此处轴肩设计比较高，是为了更好地承受齿轮产生的较大轴向力），。第六段： ，。第七段：，。由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=146mm(3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d2=480mm求转矩：已知T3=845566.0Nmm求圆周力：Ft 求径向力Fr因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=73mm求轴承支反力： , 由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为MC1=FAyLA=641.1573=46.8Nm。截面C在水平面上弯矩为：MC2=FAZLB=1761.673=128.6Nm (4)计算合成弯矩MC=(MC12+MC22)1/2=46.82+128.62)1/2=136.85Nm (5)计算当量弯矩转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=1，截面C处的当量弯矩：Mec=MC2+(T3)21/2=136.852+(1845.566)21/2=856.57Nm (6)校核危险截面C的强度e=Mec/0.1d43=856.67/0.1703=24.98MPa58400h预期寿命足够6.2 从动轴轴承的校核 （1）计算当量载荷P1、P2由课本P280表16-11查得，X=1，Y=0，两轴承径向反力：Fr1=Fr2=1761.6N，初选两轴承为角接触球轴承。根据课本P279（16-4）式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(11761.6+0)=2642.4NP2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(11761.6+0)= 2642.4N (2)轴承寿命计算P1=P2 故取P=2642.4N角接触球轴承=3查设计手册得：7213C角接触球轴承型额定静载荷，基本当量动载荷，根据课本P279 表16-8得：ft=1。由课本P278（16-3）式得L=16670/n(ftCr/P)=16670/72.15(169800/2642.4)3=4258629h58400h预期寿命足够第7章 箱体及附件设计7.1 键连接的选择及校核计算表7.1 键连接的选择及校核计算选择代 号直径（mm）工作长度（mm）工作高度（mm）转矩（Nm）极限应力（MPa）高速轴键108100321003148.230.9低速轴键1610100541004787.672.9键20126070604.5845.689.5由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。7.2 减速器附件的选择通 气 器 ： 由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M181.5；油面指示器 ： 选用游标尺M16；起 吊 装置 ： 采用吊环螺钉；放 油 螺塞 ： 选用外六角油塞及封油圈M161.5。7.3 润滑与密封7.4.1 齿轮的润滑采用浸油润滑，低速级周向速度为1.81m/s,为了避免齿轮搅油时沉积的金属微粒泛起，齿顶到油池底部的距离应大于3050mm，取为50mm。7.4.2滚动轴承的润滑轴承采用脂润滑，安装零件时，应有封油环。7.4.3润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。7.4.4 密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为JB/ZQ4606-1986。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。第8章 设计小结经过这一周的实训练习，让我学到了许多实际知识，我感到确实受益匪浅。其中我感受最深的是以下几点：第一、课程设计作为一种大开卷的形式考察我，通过在网上查询资料和到图书馆查阅书籍，让我学到了许多我在课堂上学不到的知识，从而扩大了我的知识面，同时也进一步加深了我对课堂知识的理解。让我深深体会到了，仅仅学习书本上的理论知识是远远不够的，作为一名大学生，我们必须要有一定的实践能力和动手能力。第二、在这次课程设计当中，画图是一项艰巨的任务，我选择了计算机作为我的画图工具，这就意味着我必须再一次熟悉CAD。事实也确是如此，通过这次设计，进一步加深了我对CAD的理解，同时让我学到了以前不知道的知识。另外，使我感受到，自己目前所学到的计算机绘图知识对于我自己专业所需要的程度使远远不够的，所以，我得利用我的课余时间再好