单级圆柱齿轮减速器课程设计

1、机械课程设计说明书课程设计题日：带式输送机传动装置姓名：学号：专业：完成日期：中国石油大学（北京）远程教育学院目录一、前言 错误! 未指定书签。（一）设计任务. 错误!未指定书签。（二）设计目的. 错误!未指定书签。（三）传动方案的分析 . 错误!未指定书签。二、传动系统的参数设计 . 错误! 未指定书签。（一）电动机选择 . 错误! 未指定书签。（二）计算传动装置的总传动比及分配各级传动比 错误! 未指定书 签。（三）运动参数及动力参数计算 错误!未指定书签。三、传动零件的设计计算 . 错误! 未指定书签。（一）V带传动的设计 错误!未指定书签。（二）齿轮传动的设计计算 . 错误!未指定书签

2、。（三）轴的设计计算 . 错误! 未指定书签。1、1轴的设计计算 错误!未指定书签。四、滚动轴承的选择及验算 . 错误!未指定书签。（一） 计算I轴承 错误!未指定书签。（二） 计算H轴承 错误!未指定书签。五、键联接的选择及校核 . 错误 ! 未指定书签。六、联轴器的选择 错误!未指定书签。七、箱体、箱盖主要尺寸计算 . 错误! 未指定书签。参考文献 错误 ! 未指定书签。一、前言（一）设计任务设计一带式输送机用单级圆柱齿轮减速器。已知运输带输送拉力F=2.6KN ,带速V=1.45m/s，传动滚筒直径D=420mm （滚筒效率为0.96）。电动机驱动， 预定使用寿命8年（每年工作300天）

3、，工作为二班工作制，载荷轻，带式输送 机工作平稳。工作环境：室内灰尘较大，环境最高温度35动力来源：电力，三相交流380/220伏。图1带式输送机的传动装置简图1、电动机；2、三角带传动；3、减速器；4、联轴器；5、传动滚筒；6、皮带运输机表1常用机械传动效率机械传动类型传动效率n圆柱齿轮传动闭式传动0.96 0.98 （7-9级精度）:开式传动0.94 0.96圆锥齿轮传动闭式传动0.94 0.97 （7-8级精度）开式传动0.920.95带传动平型带传动0.95 0.98V型带传动0.94 0.97滚动轴承（一对）0.98 0.995联轴器0.99-0.995表2常用机械传动比范围传动类、

4、閱 选用指标平型带三角带齿轮传动功率（Kvy小（20）中（W 100）大（最大可达50000）单级传动比（常用值）2-42-4圆柱圆锥3-62-3最大值615106-10（二 ）设计目的通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，培养结构设计，计算 能力，熟悉一般的机械装置设计过程。（三）传动方案的分析机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动 机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部 分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、 重量和成本。合理的传动方 案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率 高和使

5、用维护方便。本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动， 第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。带传动承载能力较低， 在传递相同转矩时， 结构尺寸较其他形式大， 但有过 载保护的优点， 还可缓和冲击和振动， 故布置在传动的高速级， 以降低传递的转 矩，减小带传动的结构尺寸。齿轮传动的传动效率高， 适用的功率和速度范围广， 使用寿命较长， 是现代 机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。减速器的箱体采用水平剖分式结构，用 HT200 灰铸铁铸造而成。二、传动系统的参数设计(一)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

6、、电动机功率选择： 传动装置的总效率n查表 1 取皮带传动效率 0.96，轴承传动效率 0.99，齿轮传动效率 0.97，联轴 器效率 0.99。n=0.96 X 0.993 X 0.97 X 0.99=0.8945 工作机所需的输入功率 Pw：Pw=(FwVw)/(1000 即)式中，Fw=2.6KN=2600N , Vw=1.45m/s, nw=0.96，代入上式得 Pw=(2600X 1 .45)/(1000X 0.96)=3.93KW 电动机的输出功率：Po=Pw/ n=3.93/0.8945=4.39KW选取电动机额定功率Pm,使电动机的额定功率Pm=( 11.3 ) Po,由查表

7、得电动机的额定功率P= 5.5KW3、确定电动机转速： 计算滚筒工作转速：nw=60X 1000V/ ( nD) =60 X 1000X 1.45/ ( nX 420) =65.97r/min 由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,贝U总传动比理时范围为i=624。 故电动机转速的可选范围为 n= (624)X 65.97=395.811583.28r/min。4、确定电动机型号根据以上计算,符合这一转速范围的电动机的同步转速有750r/min、1000r/min和1500r/min,综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动及减 速机

8、的传动比，最终确定同步转速为1500r/mi n,根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为 丫132S-4,满载转速1140r/min。主要参数：额定功率5.5KW，满载转速1140r/min,电动机质量68kg,，中心 高 H=132mm,外伸轴端 DX E=38mmX 80mm。(二) 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比1、总传动比： i=1140/65.97=172、分配各级传动比：因i=i1 X i2,根据有关资料，单级减速器i=36合理，这里取i1=5, i2=17/5=3.4。(三) 运动参数及动力参数计算1 、各轴转速( r/min )I 轴 n1=nm/i2=1140

9、/3.4=335.29r/minU 轴 n2=ni/ii=nw=65.97r/min2、计算各轴的功率(KW电动机的输出功率Po=4.39KWI 轴 Pi=4.39 E96=4.57KWnW Pn =Pi n n=4.57X 0.99X 0.97=4.39KW(n为轴承传动效率，n为齿轮传动效率，n联轴器传动效率) 卷筒轴 P =Pn n n=4.39 X 0.99 X 0.99=4.3KW3、计算各轴扭矩(NmrhI 轴 Ti=9550XPi/ni=9550X 4.57/335.29=130.17 N-mn 轴 Tn =9550XP n/n n=9550X 4.39/65.97=635.51

10、 N -m卷筒轴 T =9550XPj/n j =9550X 4. 3/65.97=622.48 N -m 将运动和动力参数计算结果整理后列于下表：表3运动和动力参数表参数轴名电动机轴I轴n轴卷筒轴转速 n/r?min -11140335.2965.9765.97功率P/kw4.394.574.394.3转矩T/N?m36.78P 130.17635.51622.48传动比i3.451三、传动零件的设计计算(一) V带传动的设计1、确定计算功率工作情况系数kA查文献1表11.5知：kA=1.1。Pc kAgP =1.1 X 4.39=4.829kw2、选择带型号根据Pc=4.829kw, nm

11、= 1140r/min，查文献1图11.15，初步选用普通Z型 带。3、选取带轮基准直径dd1,dd2查文献1表11.6选取小带轮基准直径D1 =80mm，则大带轮基准直径D2i(1 )D1 =3.4 X( 1-0.01 ) X 80=269.28mm式中，为带的滑动率，通常取(1%2%)，查表后取D2=280mm。大带轮转速 n2(1)=332.46r/minD24、V带基准长度Ld和中心距a求 DmD1 D2 (88+28)/16=m802 2D2 D1nm2根据文献1中式 11.20，初定 a 1.5*( D1 D2)=540mm取a =550。由文献1中式11.2带长L2L Dm 2a

12、 1665.67n?*50085*85 /5001532.814mma由文献1中图11.4定相近的基准长度Ld=1800mm,再由式（11.3）计算实 际中心距L d 122a m J（LDm）8=609.05mm445、验算包角1，由式（11.4）得1180 D2 D1 60 =158.19 120，合适a&确定v带根数zD1n1*80*1440带速v 乔而 4.78m0b06.03m/s实际传动比i B应狰n2456.192查表11.8单根v带功率P=0.36KW;查表11.7包角系数k =0.953；查表11.12带长度系数Kl=1.16,查表11.10，P0 0.03kw，则由公式得Z

13、 Pc=11.21（P。P0）Gk故选12根带。7、确定带的张紧力F。（单根带）查表11.4得q=0.06kg/m，故可由式（11.21 ）得单根V带的张紧力P 2 5 k 2F0 500（）qv2=226.63Nvz k轴上载荷 Fq 2zF0 sin 1 =5340.81N2（二）齿轮传动的设计计算1、齿轮材料，热处理及精度考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线 圆柱直齿轮。小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为250HBS Hum 620Mpa , fe1 480Mpa 大齿轮选用45钢调质，齿面硬度为220HBS Hiin2 600Mpa, fe2 460Mpa 由

14、表 11-5，取 SH 1.1,SF 1.25H1=SHH2 =工 =545MPaSHF1 =384MPaSfF2 =FE2=368MPaSf2、齿轮精度按 GB/T10095- 1998，选择 8 级3、初步设计齿轮传动的主要尺寸I轴的传动比i=3.4，转速ni=335229r/min,传动功率P 7.57kw齿轮按8精度制造。取载荷系数（表11-3） K1.5齿宽系数（表11-6）0.86 P67 25小齿轮上转矩 T1 9.55 10- = 95556.40N 626 1.1 10 N mm取Ze 188（表 11-4） , Zh 2.5=73.3mm齿数Z25 ,则 Z23.425 8

15、5，则实际传动比i2Z2乙853.425d173.3模数m2.93Z125齿宽bd d10.8 73.358.6mm取 b2 60mm,b1 65mm按表4-1取m3mm,d125 3 75mm, d2853255mmd1d2中心距a165mm24、验算齿轮弯曲强度齿形系数YFa12.84,YSa11.58YFa22.26 ,YSa2;1.73安全5、小齿轮的圆周速度对照表11-2可知选用9级精度是合适的&齿轮的结构设计单位（mr）小齿轮大齿轮齿数z2585分度圆直径d75255模数m33齿顶咼ha33齿根咼hf3.753.75齿顶圆直径da81261齿根圆直径df67.5247.5齿宽656

16、0(三)轴的设计计算1、1轴的设计计算(1) 选择轴的材料和热处理方式选择轴的材料为45钢，经调质处理，其机械性能查表12.1得b 650 MPa ， s 360MPa，,270MPa, 155MPa右表 12.3 差得1 b 60MPa(2) 初算轴的最小直径选C=110,则轴的最小直径为轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，需开键槽，故将最小轴径增加5%，变为27.59mm。查机械设计手册，取标准直径 30mm。(3) 轴的结构设计据轴上零件定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设计的基本 要求，得出不同轴结构设计。为了便于装拆轴上零件，将轴做成两端直径小而中 间直径大的阶梯

17、轴。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、右面均由轴肩轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分 别和轴承端盖定位，采用过渡配合固定。齿轮从输入端装入，齿轮、套筒、右端轴承和端盖、联轴器依次从轴的右端装入，仅左端轴承从左端装入。(4) 求齿轮上作用力的大小、方向小齿轮分度圆直径：d仁75mm作用在齿轮上的转矩为：T仁130.17X03N mm求圆周力：FtFt=2T1/d1=2X130.17 采03/75=3471.2N求径向力FrFr=Ft - tan3471.2 tan200=1263.41N(5) 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

18、置，建立力学模 型。水平面的支反力：RB1=Ftc/(b+c)=855.6NRC1=Ftb/(b+c)=855.6N垂直面的支反力：RB1 =Frc/(b+c)=311.42NRC1=Frb/(b+c)=311.42N由于选用深沟球轴承则 Fa=0(6) 弯矩图剖面11处的弯矩：水平面的弯矩： MCi=RBid=41924.4Nmm垂直面的弯矩： MC1=RB1b=15259.58Nmm合成弯矩：M i=44615.13Nmm轴上传递的转矩：T1=130.17X03Nmm( 7)带作用在轴上的力：预紧力： F0 =500PC (2 . 5/K a -1 )/ZV+qv 2=74 1 . 75N

19、带对轴作用力 : FQ =2Z F0 Sin 1/ 2=4383.96N 该力产生的弯矩图，如图( e)在轴承 B 处弯矩 M F =aXFQ =364332.84Nmm总合成弯矩( f ), 考虑到带传动最不利布置情况，与前面的弯矩直接相加，可得总合成弯矩： M |总=M | + M F Xc/ (b+c) =390947.97Nmm2、U轴的设计计算( 1 )选择轴的材料和热处理方式选择轴的材料为 45钢，经调质处理，其机械性能查表 12.1得b 650MPa ， s 360MPa ，1 270 MPa , 1 155MPa右表 12.3 差得 1 b 60MPa( 2)初算轴的最小直径选

20、C=110,则轴的最小直径为 轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，需开键槽，故将最小轴径增 加5%,变为46.81mm。查机械设计手册，取标准直径 50mm。( 3)轴的结构设计单级减速器中， 可以将齿轮安排在箱体中央， 相对两轴承对称分布， 该设计润滑 方式是油润滑， 箱体四周开有输油沟， 齿轮一面用轴肩定位， 另一面用轴套定位， 周向定位采用键和过渡配合， 两轴承分别以轴承肩定位， 周向定位则用过渡配合 或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，齿轮、右轴承和皮带轮依次从右 面装入。(4) 求齿轮上作用力的大小、方向大齿轮分度圆直径： d2=255mm作用在齿轮上的转矩为：T2=635

21、.51 X03N -mm求圆周力： FtFt=2T2/d2=2X635.51 X103/255=4984.39N求径向力： FrFr=Ft - tan a=4.39 Xn200=1814.17N( 5)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：RB2=Ftc/(b+c)=839.8NRC2=Ftb/(b+c)=839.8N垂直面的支反力：RB2 =Frc/(b+c)=305.66NRC2 =Frb/(b+c)=305.66N由于选用深沟球轴承则Fa=0(6)画弯矩图剖面II处的弯矩：水平面的弯矩：MC2=RB2=41150.2Nmm垂直面的弯

22、矩：MC2=RB2b=14977.34Nmm合成弯矩：M i=43791.09Nmm(7) 轴上传递的转矩：T2=635.51X03Nmm3、轴强度的校核是轴按扭转合成应力校核轴强度，由轴结构简图及弯矩图知I处当量弯矩最大， 的危险截面，故只需校核此处即可。强度校核公式：c e=M I总 W -1I轴：(1) 轴是直径为30的是实心圆轴，W=0.1d3=2700Nmm 轴材料为45号钢，调质，许用弯曲应力为-1=65MPa贝U - e=M I总 /W=31.28 -=65MPa故轴的强度满足要求U轴：(1) 轴是直径为50的是实心圆轴，W=0.1d3=12500Nmm 轴材料为45号钢，正火，

23、许用弯曲应力为-1=65MPa贝U - e=M i/W=6.35 n轴上的键(1) 选型由于齿轮不是安装在轴端，故选用在键槽中轴向固定较好的圆头普通平键。 根据该轴段直径为62mm，查表5.1得键的截面尺寸：bx h=18X 11 (mm) 由轮毂长度(57mm)并参照键的长度系列，取键长 L=50mm。(2) 校核由表5.2中查得钢轮毂键槽的许用挤压应力p 135MPa。键的接触长度I L b 50 18 32mm，轮毂与键的接触高度 h 0.5h0.5 115.5mm故键强度符合要求六、联轴器的选择1、选择联轴器在减速器输出轴与工作机之间联接用的联轴器因轴的转速较低、传递转矩较 大，又因减速器与工作机常不在同一机座上，要求由较大的轴线偏移补偿，应选用承载能力较高的刚性可移式联轴器。查表得选用TL9型号的轴孔直径为50的弹性套柱销联轴器，公称转矩Tn=1000Nm，取载荷系数K=1.3，则计算转矩选用TL9型弹性套柱销联轴器，公称转矩 Tn=1000Nm, TcavTn。采用J 型轴孔，A型键轴孔直径d=50mm，轴孔长度L=84mm。TL9型弹性套柱销联轴器有关参数型号公称 转矩T/(N m)许用 转速n/(r min 1)轴孔 直径 d/mm轴孔