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机械设计课程设计说明书 设计题目 ： 设计用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器开始日期 ： 2010年1月6日完成日期 ： 2011年1月11日 班级学号: 设计者 : 指导教师: 所在院校: 一、传动方案拟定设计单级圆柱齿轮减速器带式输送机的传动装置简图 原始数据：传动带滚动转速100r/m，减速器输出功率3.5kw，使用年限5年。工作条件： 运输机两班制工作，单向运转使用期限10年，输送带速度容许误差5%。二、电动机选择1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择：（1）传动装置的总功率：总=带3轴承 齿轮联轴器滚筒 =0.960.9830.970.990.96=0.834(2)电机所需的工作功率：P工作=P减速器/总 =3.5/0.834=4.2kw3、确定电动机转速：按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Ia=36。取V带传动比I1=24，则总传动比理时范围为I=624。故电动机转速的可选范围为nd=IaI1N总=（624）100=6002400r/min根据容量和转速，。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，选择Y132S-4其主要性能：额定功率：5.5KW，满载转速1440r/min，额定转矩2.3 ，质量68kg,参考比价 3.09三、计算总传动比及分配各级的伟动比1、总传动比：i总=n电动/n筒=1440/100=14.42、分配各级转动比（1）取V带i带=3（2） i总=i齿轮i带i齿轮i带=i总/i带=14.4/3=4.8四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）nI= nm/i带=1440/3=480(r/min) nII=nI/ i齿轮=480/4.8=100(r/min)滚筒n= nII=100(r/min)2、 计算各轴的功率（KW）PI=Pd带=4.20.96=4.03KW PII=PI轴承齿轮=4.030.980.97=3.83KW卷筒轴PIII=PII轴承联轴器=3.830.980.99=3.72KW3、 计算各轴扭矩（Nmm）电动机的输出转矩：Td=9550pd/nm=95504.2/1440=27.9Nm计算各轴的转矩TI=80.2 NmTII= 365.8Nm卷筒轴：TIII= 355.3 Nm五、传动零件的设计计算 带传动是一种应用很广泛的机械传动，带传动由主动轮，从动轮和适度张紧在两带轮上的封闭型传动带组成，它是利用传动带作为中间的扰性件，依带与带轮之间的摩擦力来专递运动的，带转动常用作机械的外传动零件。1、 皮带轮传动的设计计算（1） 选择普通V带截型kA=1.2PC=KAP=1.25.5=6.6KWnI=480r/min所以选择B型V带（2） 确定带轮基准直径，并验算带速取dd1=140mmdmin=120mmdd2=i带dd1（1-）=3140（1-0.02）=411.6mm取dd2=400mm带速V：V=dd1nI/601000=10.56m/s在525m/s内 ，带速合适初定a0=750mmL0=2a0+/2(dd1+dd2)+(dd2-dd1)/4a0=2750+/2(140+400)+(400-140)2/4750=2370.3mm取基准长度：Ld=2240mmaa0+（Ld-L0）/2=750+（2240-2370.3）/2 =684.9mm4)验算小带轮包角 一般使112001=1800-【(dd2-dd1 )/a】57.30=1800-【（400-140）/684.9】57.30（5）确定带的根数根据dd1=140mm nI=480r/min得P0=2.82kw P0=0.46kw ka=0.95 kL=1Z= PC/【(P0+P0) KKL】=6.6/【(2.28+0.46) 0.95】 =2.54 Z取3(6)计算轴上压力查得B型普通V带的每米长质量q=0.17kg/m单根B型普通V带的初拉力：F0=(500PC/ZV)（2.5/K-1）+qV2=(5006.6/310.56)(2.5/0.95-1)+0.1710.562N =188.9N则作用在轴承的压力FQ，由课本P133式（8-20）FQ=2ZF0sin1/2=23188.9sin158.25/2=1113N2、齿轮传动的设计计算 （1）选择齿轮材料及精度等级齿轮采用软齿面。小齿轮选用45MB调质，齿面硬度为260HBS。大齿轮选用2G35SiMn调质，齿面硬度225 HBS。精度为8级。取小齿轮齿数：Z1=32。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=4.832取Z2=154实际传动比I0=154/32=4.81传动比误差：（i-i0）/I=（4.81-4.8）/4.8=0.21%2.5% 可用(3)转矩T1T1=9.55106P/n11=9.551064.2/480 =8.36Nm (4)载荷系数kk=1.5(5)许用接触应力HH= Hlim/SH：HlimZ1=700Mpa HlimZ2=540Mpa SH=1.1 故：H1 =700/1.1=636MpaH2=540/1.1=490.91 Mpa(6)计算两轮的许用弯曲应力FF1=Flim /SFFlim1=240MPa Flim2=180Mpa SF=1.3F1=Flim1 /SF=240/1.3Mpa=185MpaF2=Flim2 /SF =180/1.3Mpa=138Mpa(7)计算齿轮传动的中心矩a齿宽系数a=0.4a（u+1）【（335/H）2 (kT1/au)】1/3=5.8【（335/455）2 (1.583.7/0.44.8)】1/3=191mm模数m=2a/( Z1+ Z2)=2 191/（32+154）=2.05取m=2a=0.5m(Z1+ Z2)=186mmb=aa=0.4186=74 取b2=74 b1=80d1=mZ1=232=64mm d2=mZ2=308(8)验证轮齿的弯曲强度：齿形系数YF1=2.9 YF2=2.26F1=2KT1YF1/bm2z1=22.7 Mpa F1F2=F1YF2/ YF1=19.3 Mpa F2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够(10)计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/601000=3.1470480/601000=1.61m/s选用8级精度是合适的。六、轴的设计计算 输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径由已知条件可知此减速器传递的功率属中小功率，对材料无特殊要求，选用45#调质，并经调质处理，硬度217255HBS, 抗拉强度b=590Mpa，弯曲疲劳强度-1=255Mpa。-1=60Mpa，dc(p/n) 1/3 。取c=107dc(p/n) 1/3 =107(3.83/100)1/3mm=36.07mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=36.07(1+5%)mm=37.871mm选d=38mm2、轴的结构设计（1）轴上零件的定位，固定和装配 单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过盈配合固定。（2）确定轴各段直径和长度工段：d1=d=38mm 长度取L1=55mmII段: d2=d1+2hh=2c 查表得c=2mmd2=d1+2h=38+222=46mmd2=46mm初选用6210型深沟球轴承，其内径为50mm,宽度为20mm.考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为25mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为80mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：L2=（2+25+20+80）=127mmIII段直径d3= d2+2h =54mmL3=L1-L=80-2=78mm段直径d4=d3+2h=54+24=62mm长度与右面的套筒相同，即L4=25mm但此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由手册得安装尺寸h=4.该段直径应取：（46+42）=54mm因此将段设计成阶梯形，左段直径为54mm段直径d5=50mm. 长度L5=25mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=152mm(3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d1=mz1=64mm求转矩：已知T2=8.36Nm求圆周力：Ft根据课本P184（10-15）式得Ft=2T1/d1=28360/64=261.3N求径向力Fr根据课本P184（10-15）式得Fr=Fttan=261.3tan200=95.1N因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=55mm(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：FAY=FBY=Fr/2=47.55NFAZ=FBZ=Ft/2=130.7N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=FAyL/2=47.5576=3613.8 Nmm(3)绘制水平面弯矩图（如图c） 截面C在水平面上弯矩为：MC2=FAZL/2=130.776=9933.2Nmm(4)绘制合弯矩图（如图d）MC=(MC12+MC22)1/2=(3613.82+9933.22)1/2=10570.1Nmm(5)绘制扭矩图（如图e）转矩：T=31371Nmm(6)绘制当量弯矩图（如图f）转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化，取=1，截面C处的当量弯矩Mec=MC2+(T)21/2=10570.12+(131371)21/2=33103.9Nmm(7)校核危险截面C的强度由式e=Mec/0.1d33 得e=Mec/0.1d33=33103.9/0.1543=0.01MPa -1=60MPa该轴强度足够。图a主动轴的设计 1、选择轴的材料 确定许用应力 选轴的材料为45号钢，调质处理。可知： b=650Mpa,s=360Mpa, b+1bb=215Mpa 0b =102Mpa,-1b =60Mpa 2、按扭转强度估算轴的最小直径 单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为： dC 查2表13-5可得，45钢取C=107 则d107(4.32/480)1/3mm=22.26mm 考虑键槽的影响以系列标准，取d=25mm 3、齿轮上作用力的计算 齿轮所受的转矩：T=9.55106P/n=9.55063.83/480=7620.1 Nmm 齿轮作用力： 圆周力：Ft=2T/d=27620.1/70N=217.7N 径向力：Fr=Fttan200=217.7tan200=79.2N 确定轴上零件的位置与固定方式 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置 在齿轮两边。齿轮靠油环和套筒实现 轴向定位和固定 ，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位， 4 确定轴的各段直径和长度初选用6206深沟球轴承，其内径为30mm,宽度为16mm.。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长36mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。(2)按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知d=70mm求转矩：已知T=85.95Nm求圆周力Ft：Ft=2T/d=285.95/70=2.45N求径向力Fr Fr=Fttan=0.89 N两轴承对称LA=LB=50mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=0.89/2=0.45NFAZ=FBZ=Ft/2=2.45/2=1.23N(2) 截面C在垂直面弯矩为MC1=FAxL/2=0.45100/2=22.5Nm(3)截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=1.23100/2=62.5Nm(4)计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2=（22.52+62.52）1/2=66.45Nm(5)计算当量弯矩：=0.4Mec=MC2+(T)21/2=66.452+(0.485.95)21/2=74.81Nm(6)校核危险截面C的强度e=Mec/（0.1d3）=74.811000/(0.1303)=27.7Mpa-1b=60Mpa此轴强度足够七、滚动轴承的选择及校核计算根据条件，轴承预计寿命163656=35040h1、计算输入轴承（1）.求轴承的当量动载荷P1、P2选择载荷系数fP=1.2，温度系数ft=1。已知轴颈d2=46mm，转速n2=480r/min，假设轴承仅受径向载荷R1和R2，可得：Ft1=2T1/d1=231317/70=925N Fr1=Ft1tan200=337N 因轴承对称齿轮分布，故R1=R2=Fr1/2=168.5NP1=fP R1=1.2168.5=202.2NP2=ft XR2=10.56168.5=96.045N初选6210型，基本额定动载荷Cr=35000N，基本额定静载荷Cor=23200N。3.由预期寿命求所需CP1P2，即按轴承1计算C=P1/ft（60n Lh/106）1/3= 202.2（6012535040/106）1/3=1295N因CCor=23200N，故选此轴承型号为6210型2、计算输出轴承1.求轴承的当量动载荷P1、P2fP=1.2，温度系数ft=1。转速n1=480r/min，假设轴承仅受径向载荷R1和R2， Ft2=2T2/d2=285940/269.5=638NFr2=Ft2tan200=232.2N 因轴承对称齿轮分布，故R1=R2=Fr2/2=116.1NP1=fP R1=1.2116.1=139.3NP2=ft XR2=10.56116.1=65N2.试选轴承型号初选6206型，额定动载荷Cr=19500N，基本额定静载荷Cor=11500N。3.由预期寿命求所需CP1P2，即按轴承1计算C=P1/ ft （60n Lh/106）1/3=139.3（6048035040/106）1/3=1397N因CCor=11500N，故选轴承型号为6206型八、键联接的选择及校核计算由于齿轮和轴材料均为刚和合金钢，故取P=100Mpa1、输入轴与大带轮轮毂联接采用平键联接轴径d1=d=38mm 长度取L1=55mm，选用C型平键，得：b=12mm，h=8mm，键长范围L=14-70mm。键长取L=L1（510）=50mm。键的工作长度l=Lb=38mm。强度校核：p=4T1/dhl=431317/38844 =9.3MpaP(100Mpa)所选键为：键C1250GB/T10962、输入轴与齿轮联接采用平键联接轴径d3=32mm,L3=53mm查课本P276表14-8得，选用A型平键，得：b=10mm，h=8mm，键长范围L=22110mm。键长取L=L3（510）=45mm。键的工作长度l=Lb=35mm。强度校核：由P276式14-7得p=4T1/dhl=448700/32835 =21.8MpaP(100Mpa)所选键为：键A1045GB/T10963、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d3=54mm,L3=78mm，选用A型平键，得：b=16mm，h=10mm，键长范围L=45180mm。键长取L=L3（510）=70mm。键的工作长度l=Lb=54mm。强度校核：p=4T2/dhl=485940/541054=11.78MpaP(100Mpa)所选键为：键A1654GB/T10963、输出轴与联轴器联接用平键联接轴径d1=30mm,L1=55mm查课本P276表14-8得，选用C型平键，得：b=8mm，h=7mm，键长范围L=1890mm。键长取L=L1（510）=50mm。键的工作长度l=Lb=42mm。强度校核：由P276式14-7得p=4T2/dhl=4187000 /30742 =84.8MpaP(100Mpa)所选键为：键C850GB/T1096九、减速器结构设计名称符号减速器型式及尺寸关系/mm箱座壁厚10箱盖壁厚10箱盖凸缘厚度15箱座凸缘厚度15箱座底凸缘厚度25地脚螺钉直径18地脚螺钉数目4轴承旁联接螺栓直径14机盖与座联接螺栓直径10