机械工程学院课程设计—设计带式输送机用二级齿轮减速器.doc

华北电力大学课程设计说明书机械设计课程设计任 务 书一、 目的与要求机械设计课程设计是机械设计课程的最后一个教学环节，其目的是：1）培养学生综合运用所学知识，结合生产实际分析解决机械工程问题的能力。2）学习机械设计的一般方法，了解和掌握简单机械传动装置的设计过程和进行方式。3） 进行设计基本技能的训练，如计算、绘图、查阅资料、熟悉标准和规范。要求学生在课程设计中1）能够树立正确的设计思想，力求所做设计合理、实用、经济；2）提倡独立思考，反对盲目抄袭和“闭门造车”两种错误倾向，反对知错不改，敷衍了事的作风。3）掌握边画、边计算、边修改的设计过程，正确使用参考资料和标准规范。4）要求图纸符合国家标准，计算说明书正确、书写工整，二、 设计内容及要求1设计题目设计带式输送机用二级齿轮减速器原始数据：1）输送带工作拉力F=5600N;2) 输送带工作速度v= 0.6m/s(允许输送带速度误差为5)；3）滚筒直径D=320mm;4) 滚筒效率0.96（包括滚筒和轴承的效率损失）；5）工作情况：两班制，连续单向运转，载荷较平稳；6）使用折旧期 8年；7）动力来源：电力，三相交流，电压380V；8）制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。2设计内容：1）传动装置的总体方案设计；选择电动机；计算运动和动力参数；传动零件的设计。2）绘制装配图和零件图。3）设计计算说明书一份，包括：确定传动装置的总体方案，选择电动机，计算运动和动力参数，传动零件的设计，轴、轴承、键的校核，联轴器的选择，箱体的设计等。三、 进度计划序号设计内容完成时间备注1传动装置的总体方案设计0.5周2装配草图和装配图的绘制1.5周3零件图的绘制、编写设计计算说明书4天：4提交设计、教师审图、评定成绩1天：四、 课程设计成果要求1）减速器装配图1张（0号）；2）大齿轮零件图1张（2号）、中间轴零件图1张（2号）。3）设计说明书一份。五、 考核方式依据：设计图纸质量、设计说明书中计算方法和过程是否正确、平时考勤。成绩：按五级分制：优、良、中、及格、不及格 学生姓名：赵勇萍 指导教师：陈立新 2009年01月12日目录一、电动机的选择.4二、计算总传动比及分配各级的传动比.4三、V带传动设计 .5四、高速齿轮组的设计与强度校核.6五、低速齿轮组的设计与强度校核.8六、演算传动比10七、轴的设计计算.11八、滚动轴承的寿命校核计算 .17九、键联接的选择及计算.20十、润滑方式的选择.21十一、零件草图绘制.21十二、设计总结 .23参考文献.24一 电动机的选择：(1) 普通V带的效率1=0.96，一对滚子轴承的效率2=0.99（初选球轴承），闭式齿轮传动效率3=0.97（初选八级精度），联轴器效率4=0.97，卷筒效率5=0.96。所以：=1233245=0.960.9930.9720.96=0.8116确定电动机的功率： Pd= Pw/=56000.75/(10000.816)=5.147(kw)(2) 确定电动机的转速：卷筒轴工作转速为nw=6010000.75/(320)=44.76 r/min取V带传动的传动比i1=24；二级齿轮减速器传动比i2=840，i3=16160；故电动机的转速可选范围： nd=(16160)44.76=716.167161.6 (r/min)符合这一范围的同步转速有三种，750，1000，1500。优选同步转速1000r/min的电动机，由设计设计手册177页表17-1中的电动机部分选定B3型，电动机型号为Y132 M2-6其主要性能见下表：电动机型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）质量（kg）Y132M 2-65.5100096084外形与安装尺寸见下表：机座号中心高安装尺寸轴伸尺寸平键尺寸132MHABDEFGDG132216178388010833外形尺寸L515HD315AC/2135AD210二 计算总传动比及分配各级的传动比 （1）总传动比：i=nm/nw=960/44.75=21.4（2）初步取二级减速器的传动比i2i3=10，所以，V带传动比i1=21.4/10=2.14。（3）二级减速器中高速级与低速级传动比分别推荐为i2=(1.31.5)i3 所以取i2=3.7，i3=2.7（4）计算运动和动力参数：1各轴转速： 轴 ：n=nm/i1=960/2.14=448.6r/min 轴 ：n=nm/(i1i2)=960/(2.143.7)=121.24r/min 轴：n=nm/(i1i2i3)=960/(2.143.72.7)=44.9r/min2各轴输入功率： 轴：P=Ped1=5.50.96=5.28 (kw) 轴：P=P23=5.820.990.97=5.07 (kw) 轴：P=P23=5.070.990.97=4.87 (kw)3.各轴输入转矩： 轴：T=9550P/n=95505.28/448.6=112.4 (N/m) 轴：T=9550P/n=95505.07/121.24=399.36 (N/m) 轴：T=9550P/n=95504.63/44.9=984.78 (N/m)三 V带传动的计算设计：（1） 确定计算功率Pa查机械设计P151页表8-6，取KA=1.2；所以，Pca=KAP=1.25.5=6.6 （kw）（2） 选取普通V带型。根据Pca 、n1，查机械设计P152页表8-8，选取B型普通V带。（3） 确定带轮基准直径。1根据机械设计表8-7，初选小带轮基准直径dd1=132mm。2从动轮基准直径dd2=i1dd1=2.14132=282.48mm。根据表8-7，取dd2=280mm。3演算带速度 V1=132960/(601000)=6.635 m/s 25 m/s所以，带速度合适。（4） 确定普通V带的基准直径长度和传动中心距。1 根据0.7（dd1+dd2）a0120 所以，主动轮上的包角合适。（6） 计算V带的根数Z查机械设计表8-5，取P0=1.8查机械设计表8-2，取P0=0.30查机械设计表8-8，取K=0.96查机械设计表8-2，取KL=0.95所以，Z=Pca/(P0+P0) KKL=6.6/(1.8+0.3)0.950.96=3.45 (根)取Z=4根 。（7） 计算预紧力F0。查机械设计P145表8-4，取q=0.17。F0=500Pca/vZ(2.5/K1)+qv2=5006.6/(6.634)(2.5/0.961)+0.176.6352=206.95 N（8） 计算作用在轴上的压轴力FpFp=2ZF0sin(/2)=2ZF0sin(165/2)=1593.44N四 高速级齿轮组的设计及强度校核。（1）1按图示传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动；2运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB1009-88）3材料选择。有机械设计表10-1，选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS；大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS。4初选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=i2z1=3.724=88.8.取z2=89。5选取螺旋角。初选螺旋角=14 （2） 按齿面接触强度计算。 1确定各参数。 试选载荷系数Kt=1.3 查机械设计P201表10-7，取d=1.0 查机械设计P198表10-6，取ZE=189.8MPa1/2 查机械设计P215图10-30，取ZH=2.43 查机械设计P214图10-26： 端面重合度：1=0.78，2=0.87。所以，=1+2=1.65 查机械设计P203图10-19： N1=60n1jLh=6044.861(816300)=1.0336109 N2=60n2jLh=0.279109 故：KHN1=1.0，KHN2=0.92 计算接触疲劳许用应力。安全系数S=1所以：H1=KHN1Hlim1/S=1.0600/1=600 MPa H2=KHN2Hlim1/S=0.9550/1=495 MPa故，H=(H1+H2)/2=547.5 MPa3 试算小齿轮分度圆直径d1t =54.24mm 4计算圆周速度v=1.275计算齿宽b及模数mntb=1.047.194=54.240mm =2.2mm h=2.25=2.252.2=4.9mm b/h=54.24/2.2=11.0696计算纵向重合度=0.318tan=0.381.024tan147计算载荷系数查机械设计P191表10-2，取KA=1。查机械设计P192图10-8，根据v=1.27m/s，8级精度，取Kv=1.09。查机械设计P194表10-4：=1.12+0.18(1+0.62)2+0.2310-3b=1.45查课本P195页图10-13，初选KH=KH=1.2故载荷系数 K =1.898修正分度圆直径。 61.517mm（3）按齿根弯曲强度校核 1确定计算参数 ： 载荷系数K =1.83 根据重合度=1.7，查机械设计图10-28，取Y=0.88 查取齿形系数和应力校正系数： Zv1=Z1/(cos)3=25.82 Zv2=Z2/(cos)3=95.75 查机械设计P197表10-5，取： YFa1=2.616 YSa1=1.594 YFa2=2.190 YSa2=1.786 查机械设计P202图10-18，取 KFN1=0.9; KFN2=0.933 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.3F1=KFN1FE1/S=0.9500/1.3=346.15 MPa F2=KFN2FE2/S=0.93380/1.3=271.85MPa4 设计计算：=1.925mm因为在动力传动中，一般模数需不小于2mm，所以，取mn=2mm所以齿数为：=30 =i1Z1=107.3，圆整，Z2取111（4） 几何尺寸计算： 1中心距：a =(Z1+Z2)/(2cos)=(30+111)/(2cos14)=144.479。圆整：a=145mm2按圆整后的中心距修正螺旋角。 =arcos(Z1+Z2)mn/2a=15 3计算大小齿轮的分度圆：61.705mm 228.308mm5 计算齿宽。b= 圆整后B2=62mm；B1=67mm 五 低速级齿轮组的设计计算及强度校核（1）1按图示传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动；2运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB1009-88）3材料选择。有机械设计表10-1，选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS；大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS。4初选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=i2z1=2.724=64.8.取z2=65。5选取螺旋角。初选螺旋角=14 （2） 按齿面接触强度计算。 1确定各参数。 试选载荷系数Kt=1.3 查机械设计P201表10-7，取d=1.0 查机械设计P198表10-6，取ZE=189.8MPa1/2 查机械设计P215图10-30，取ZH=2.43 查机械设计P214图10-26： 端面重合度：3=0.78，4=0.86。所以，=1+2=1.64 查机械设计P203图10-19： N1=60n3jLh=60121.241(816300)=2.79108 N2=60n4jLh=1.03108 故：KHN3=1.06，KHN4=1.144 计算接触疲劳许用应力。安全系数S=1所以：H1=KHN1Hlim1/S=1.06600/1=6036MPa H2=KHN2Hlim1/S=1.14550/1=627 MPa故，H=(H1+H2)/2=631.5 MPa5 试算小齿轮分度圆直径d1t =77.35mm 4计算圆周速度v=0.49 m/s5计算齿宽b及模数mntb=1.077.35=77.35mm mnt=d3tcos/Z3=3.15mm h=2.25mnt=2.253.15=7.08mm b/h=77.35/7.08=10.936计算纵向重合度=0.318dZ3tan=0.381.024tan14=1.77计算载荷系数查机械设计P191表10-2，取KA=1。查机械设计P192图10-8，根据v=1.27m/s，8级精度，取Kv=1.05。查机械设计P194表10-4：=1.12+0.18(1+0.62)2+0.2310-3b=1.46查课本P195页图10-13，初选KH=KH=1.2故载荷系数 K =1.848修正分度圆直径。 86.846mm 取 d3=90.000mm（3）按齿根弯曲强度校核 1确定计算参数 ： 载荷系数K =1.764 根据重合度=1.7，查机械设计图10-28，取Y=0.88 查取齿形系数和应力校正系数： Zv3=Z3/(cos)3=25.82 Zv4=Z4/(cos)3=69.93 查机械设计P197表10-5，取： YFa3=2.616 YSa3=1.594 YFa4=2.214 YSa4=1.750 查机械设计P202图10-18，取 KFN1=0.88; KFN2=0.906 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.3F3=KFN3FE3/S=0.88500/1.3=338.46 MPa F4=KFN4FE4/S=0.90380/1.3=263.1MPa7 设计计算：=2.65mm取mn=2.7 mm所以齿数为：=32.1取Z3=32 ; Z4=i3Z3= 86.4,取Z4=87（4） 几何尺寸计算： 1中心距：a =(Z3+Z4)mn/(2cos)=(30+81)2.7/(2cos14)=164.4。圆整：a=165mm2按圆整后的中心距修正螺旋角。 =arcos(Z3+Z4)mn/2a=14.65 3计算大小齿轮的分度圆：88.739mm 241.260mm8 计算齿宽。b= 圆整后B2=89mm；B1=94mm 六 演算传动比 i1=dd2/dd1=280/132=2.12 i2=z2/z1=111/30=3.7 i3=z4/z3=87/32=2.72 i总=i1i2i3=2.123.72.72=21.33 (i总i)/i总=(21.33-21.4)/21.33=0.33 所以，传动比满足要求。七 轴的设计计算（一） 轴的设计：1 轴上的动力参数P=5.48 kw n=448.6 n/min T=112403 Nmm2 作用在齿轮上的力：Ft=2/d1=2112403/61.705=3643.24 NFr=1372.81 N=976.20 N 3 确定轴的最小直径（1）选取轴的材料为45钢。查机械设计P362表15-3，取A0=11325.7 mm考虑到键槽对轴的影响，轴颈较大4%，所以：dmin=(1+4%)dmin=26.475 mm（2）轴的最小直径处在大带轮安装处，同时需要考虑轴承的型号。 查机械课程设计手册P263表8-25，选用30207型轴承，具体参数如下表： 基本尺寸安装尺寸dDBdaDaraCr(kN)aeYY0357218.254261/651.554.217.90.371.60.9 4. 轴的结构设计1 2 3 4 5 6 7 8(1)1-2段是安装大带轮处，所以此处为轴的直径最小处，取d1-2=27 mm 2处为定位轴肩，所以d2-3=32 mm 3-4和7-8处为轴承安装位置，所以d3-4=d7-8=35 mm 4处为定位轴肩，所以 d4-5=42 mm 5处为非定位轴肩，所以d5-6=44 mm 6处为定位轴肩，所以d6-7=37 mm (2)1-2处为大带轮安装处，所以L1-2=(z-1)e+2f=80 mm 3-4处为轴承和封油盘安装处，所以L3-4=18.25+13=31.25 mm 4-5处为横向定位尺寸，决定于两对啮合齿轮的位置，取L4-5=103 mm 取L5-6=8 mm 6-7处为安装齿轮处，且7处要内缩2 mm，所以，L6-7=65 mm 7-8处为轴承安装处，且轴承要内缩箱体内壁10 mm，所以，L7-8=41.25 mm 2-3处要考虑到轴承端盖可以在不拆卸带轮的情况下卸下端盖，取L2-3=70 mm 5.轴的强度校核。 （1）计算轴上载荷 载荷水平面H垂直面V支反力FFNHA=964.29N FNHC=2678.95NFNVA=869.11N FNVC=503.7N弯矩MMH1=-152165Nmm MV1=10701NmmMV2=131353NmmM V3 =153924Nmm扭矩TT=112400Nmm FP FNH1 FNH2 Fr FNv1 Fa FNV2 Ft FNH1 Ft FNH2 MH FP Ma Fa FNv1 Fr FNV2 MV2 MV3 MV1 T6.按弯扭组合应力校核轴的强度 进行弯钮校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。取a=0.6，轴的计算应力为：50.38Mpa前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得 =60MPa，因此是安全的。（二） 轴的设计计算1 轴上的动力参数P=5.07 kw n=121.24 n/min T=399361 Nmm2 作用在齿轮上的力：Ft2=2T2/d2=2399361/228.308=3498.44 NFr2=1169.01 NFa2=Ft2tan=937.40 N Ft3=2T2/d3=2399361/88.739=9000.80 NFr3=3003.72 NFa3=Ft3tan=2352.92N 3 确定轴的最小直径（1）选取轴的材料为45钢。查机械设计P362表15-3，取A0=11338.18 mm考虑到键槽对轴的影响，轴颈较大4%，所以：dmin=(1+4%)dmin=39.33 mm 取dmin=40 mm（2）此轴最小直径是安装轴承处的轴直径，故需要先考虑轴承的选择，查机械设计简明手册P263表8-25，选用30208型轴承，具体参数如下表： 基本尺寸安装尺寸dDBdaDaraCr(kN)aeYY0408019.75477316316.90.371.60.9 4. 轴的结构设计1 2 3 4 5 6 (1)1-2段和5-6段是轴承安装处，所以，取d1-2=d5-6=40 mm 2和5处为非定位轴肩，所以d2-3= d4-5=55mm 3和4处为齿轮的定位轴肩，所以d3-4=52mm (2)1-2处为轴承和封油盘安装处，所以L1-2=42.75 mm 2-3处为安装齿轮处，且2处要内缩2 mm，所以，L2-3=92 mm4-5处为安装齿轮处，且5处要内缩2 mm，所以，L4-5=60mm 考虑到齿轮组的轴向定位，取L3-4=10 mm 5. 轴的强度校核。载荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=6899.51NFNH2=5599.73NFNV1=2706.87NFNV2=872.16 N弯矩MMH1=483656NmmMH2=302945NmmMV1=-483666NmmMV2=-379667NmmMV3=-59822NmmMV4=47186Nmm扭矩TT=399360 Nmm合成弯矩M1=683992 Nmm M2=614874 NmmM3=308794 Nmm M4=306598 Nmm Fr2 Fa2 FNV2 FNH1 Ft2 FNV1 Ft3 FNH2 Fa3 Fr3 Fr3 Fr2FNV1 M3 M4 FNV2 MV4 MV3 MV2 MV1 FNH1 FNH2 Ft3 Ft2 MH1 MH2 M1 M2 M3 M4 T6.按弯扭组合应力校核轴的强度 进行弯钮校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。取a=0.6，轴的计算应力为：10.94Mpa前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得 =60MPa，因此是安全的。（三） 轴的设计计算1 轴上的动力参数P=4.87 kw n=44.9 n/min T=1035824 Nmm2 作用在齿轮上的力：Ft4=2T/d4=21035824/241.26=8586.79 NFr4=2865.56 NFa4=Ft4tan=2244.69N 3 确定轴的最小直径（1）选取轴的材料为45钢。查机械设计P362表15-3，取A0=11352.429 mm考虑到键槽对轴的影响，轴颈较大4%，所以：dmin=(1+4%)dmin=54.033 mm （2）此轴最小直径是安装联轴器处的轴直径，故需要先考虑联轴器的选择。Tca=KAT3=1.31035.824=1346.57 Nmm查机械设计简明手册P225表7-22，选用GYS7型，具体参数如下表： 公称直径轴孔直径轴孔长度1600Nmm55mm112mm查机械设计简明手册P263页表8-5，选用7213AC型号轴承，具体参数如下表： 基本尺寸安装尺寸dDBdaDaraCr(kN)6512023741061.566.5 4. 轴的结构设计1 2 3 4 5 6 7 8 (1)1-2段和5-6段是轴承安装处，所以，取d1-2=d5-6=65 mm 7-8段为联轴器安装处，所以d7-8=55mm 5处为轴承的定位轴肩，所以d4-5=74mm 4处为非定位轴肩，所以 d3-4=76 mm 3处为定位轴肩，所以d2-3=69 mm (2)1-2处为轴承和封油盘安装处，所以L1-2=46 mm 2-3处为安装齿轮处，且7处要内缩2 mm，所以，L2-3=87 mm4-5处为横向定位尺寸，决定于两对啮合齿轮的位置，取L4-5=77 mm 5-6段是轴承安装处，需要内缩10mm 取L5-6=35 mm 7-8处为联轴器安装处，所以，L7-8=112 mm 2-3处要考虑到轴承盖可以在不拆卸联轴器的情况下卸下端盖，取L2-3=66 mm 5. 强度校核。载荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=-5827.48NFNH2=-2759NFNV1=654.7NFNV2=2210.86N弯矩MMH=-393064NmmMV1=44160 NmmMv2=314937 Nmm扭矩TT=1035.8Nmm总弯矩M1=395537Nmm M2=503671Nmm Fr Ft Fa FNV1 FNV2 T FNH1 FNH2 Ma FNv1 Fr FNv2 MV2 MV1 FNH1 FNH2 Ft MH M2 M1 T6.按弯扭组合应力校核轴的强度 进行弯钮校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。取a=0.6，轴的计算应力为：25.9Mpa前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得 =60MPa，因此是安全的。八。轴承的寿命计算： 1.高速轴的轴承寿命校核30207型轴承Cr=54200N 1）计算派生轴向力 对于30207型轴承,按表13-7查得派生轴向力,则有 2）由于,所以轴承1被压紧，,轴承2被放松, 3）根据 ,查表13-5得,载荷轻微冲击,取,则有 4/ 计算载荷寿命 由于,角接触球轴承,动载荷,温度系数，则寿命 满足要求2.中速轴的轴承寿命校核30208型轴承C=63000N 1/ 计算派生轴向力 对于30208型轴承,按表13-7查得派生轴向力,则有 2/由于,所以轴承1被压紧，,轴承2被放松, 3/ 根据 ,查表13-5得,载荷轻微冲击,取,则有 4/ 计算载荷寿命 由于，圆锥磙子轴承,动载荷,温度系数，则寿命 满足要求3. 低速轴的轴承寿命校核7013 AC型轴承C=66500N 1/ 计算派生轴向力 对于7308AC型轴承,按表13-7查得派生轴向力,则有 2/由于,所以轴承1被放松，,轴承2被压紧, 3/ 根据 ,查表13-5得,载荷轻微冲击,取,则有 4/ 计算载荷寿命 由于,角接触球轴承,动载荷,温度系数，则寿命 满足要求九。键联接校核1.低速轴上键的校核 已知普通平键bh=10mm8mm L=55mm带轮上的普通平键bh=8mm7mm L=70mm 查表6-2p=110MPa键的工作长度l=L-b=45mm 接触高度k=0.5h=4mm由式6-1得MPp故符合强度要求2.中间轴上键的校核已知普通平键（大齿轮处）b1h1=12mm8mm L1=50mm （小齿轮处）b2h2=12mm8mm L2=80mm查表6-2p=110MPa键的工作长度l=L-b l1=38mm l2=68mm, 接触高度k=0.5h k1=4mm k2=4mm 由式6-1得 MPapMPap 故该轴上键均符合强度校核。3.高速轴上键的校核已知普通平键（齿轮处）b1h1=20mm12mm L1=77mm （滚筒处） b2h2=16mm10mm L2=100mm 查表6-2p=110MPa键的工作长度l=L-b l1=57mm l1=84mm接触高度k=0.5h k1=6mm k2=5mm 由式得 p 估算减速器的外轮廓尺寸 二