带式输送机课程设计方案一级圆柱齿轮

1、设计任务设计题目1 .设计题目名称带式输送机用单级圆柱齿轮减速器。2.工作条件电动机驱动，预定使用寿命8年（每年工作300天），工作为两班制工作， 载荷轻，带式输送机工作平稳。工作环境：室内灰尘较大，环境温度35。动力来源：电力，三相交流380/220伏。3.原始数据1）输送带拉力F=2600N2）输送带速度V=1.45m/s3）滚筒直径D=420mm（效率0.96 ）二. 设计方案分析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1级传动，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

2、，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。再说明直齿 轮传动的优缺点。减速器的箱体采用水平剖分式结构，用 HT200灰铸铁铸造而成。目录一、传动方案拟定 2二、电动机的选择 4三、计算总传动比及分配各级的传动比5四、 运动参数及动力参数计算 5五、传动零件的设计计算 6六、轴的设计计算 11七、键联接的选择及计算 17八、箱体结构设计 17九、 参考文献 19设计计算 一、传动方案拟定1、工作条件：使用年限8年，两班工作制，载荷轻，工作平稳，室内灰尘较大，环境最高温度35摄氏度。2、原

3、始数据：输送带拉力 F=2600N带速V=1.45m/s ;滚筒直径D=420m；3、设计方案：单级圆柱齿轮减速器和一级带传动本设计原动机为电动机。工作机为皮带输送机。传动方案采用了单级传动，为 了估计传动装置的总传动比范围，以便选择合适的传动机构和拟订传动方案，可 以由已知道条件计算驱动卷筒的转速：n 筒=60X 1000V/ n D=60X 1000X 1. 45/ ( n X 420)=65.97r/mi n一般常用同步转速为750 r / min或者1000 r/min的电动机为原动机，因此传动方案传动比约为11.3715.16传动方案分析与论证：所给定方案结构尺寸大、传动效率较高、工

4、作寿命较短、成本低、连续工作性较好、环境适应性差。在所给的条件和理论分析上比较 满足要求。二. 电动机选择1、电动机类型的选择：卧式封闭型丫系列(ZP44三相异步电动机V带的效2、电动机功率选择 ： 传动装置的总功率：查表2-4取弹性连轴器、圆柱齿轮、滚动轴承、率分别为 n联轴器 =0.99 ； n 齿轮 =0.96； n 轴承 =0.99 ；n 带=0.952n总=r带x轴承 x齿轮x联轴器x n筒2=0.95x0.99 2 x0.96 x0.99 x0.96=0.85 电机所需的工作功率：P 工作=FV/1000 r带=2600x1.45/(1000 x0.95)=3.97 kW贝U Po

5、=P工作/ n总=3.97/0.85=4.67 kW按手册表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Ii=36。取V带传动比丨2=24,则总传动比范围为I总=624故电动机转速范围为n 电动机=I 总 Xn 筒=（6 24） 65.97=395.81583.3r/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，查有关手册有两种适用的电动机型号：现比较两种如下型号额定功率同步转速满载转速电动机质量总传动比Y160M-85.5 kW750r/mi n720r/mi n119 kg10.91Y132M2-65.5 kW1000r/mi n960r/m

6、i n84 kg14.55根据传动方案：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 。 确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y132M2-6其主要性能：额定功率：5.5 kW，满载转速960r/min。三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比:i总=n电动/n筒=960/65.97=14.552、分配各级传动比：1) .取V带i带=3.3 (单级减速器i=24合理)2) . ti总勻齿轮Xi带i齿轮=i 总/ i 带=14.55/3.3=4.4所得传动比符合一般圆柱齿轮

7、传动和单级圆柱齿轮传动的常用范围四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速电动机轴为I轴，减速器高速轴为U轴，低速轴为川轴nI=n 电动机=960r/minnn =ni 带=960/3.3=290.9 r/minnIII =nII /i 齿轮 =290.9/4.4=65.97r/min2、计算各轴的功率PI= 4.39 kW 。Pl =P X n 带=4.39 X 0.95=4.17 kWPii =Ri X n 轴承 X n 齿轮=4.17 X 0.99 X 0.96=3.96 kW3、计算各轴扭矩Ti= 9550 X Po/m =9550X 4.39/960 =43.67 N mTii =9

8、550X Pi/n ii=9550X 4.17/290.9=136.9 N mTiii =9550X Pm /n iii =9550X 3.96/65.97=573.26 N 五、传动零件的设计计算 . 皮带轮传动的设计计算1) . 确定计算功率 Pc8-7 查得工作情由于每天工作时间T=16h,运输装置工作时载荷平稳，由表 况系数 Ka=1.1，故 Pc=KAX P=1.1 X 4.39kW =4.83kW2) . 选择 V 带的带型根据Pc,m由图8-10选择A型V带。3) .确定带轮的基准直径dd1并验算带速u 由表 8-6 和 8-8，取小带轮的基准直径 dd1=125mm。 按式(8

9、-13)验算带速：u =n dd1 ni/(60 X 1000)=n X 125X 960/60000=6.28m/s因为 5m/su 30m/s, 故带速合适。dd2=i 带 x ddi=3.3 x 125=412.5 mm 由表 8-3 取整 dd2=400mm5).确定V带的中心距a和基准长度Lo 根据式 0.7(d di+ck)vav2(d di+ck)算得 368a12007) . 计算带的根数 z 由 dd1=125mn和 m=960r/min，查表 8-9 得 Po=1.37kW.根据 n =960r/min , i=3.3 和 A型 V带，查表 8-18、8-19 得 Po=0

10、.02kW查图 8-11 得 Ka =0.928 ，查表 8-2 得 KL=1.06,贝U Pr=(Po+ Po)Ka xKl=(1.37+0.02) x 0.928 x 1.0 6kW=1.37kW V 带根数 z=Pca/Pr=4.83/1.37=3.53(根)，取整 z=4 根8) . 计算实际中心距 a=ao+0.5(L-Lo)=700 +0.5x( 2240-2251)=695mm9) .计算单根V带的初拉力的最小值(Fo)min由表8-6得A型带的单位长度质量q=0.10kg/m,所以(Fo)min=500(2.5-Ka )Pc/z u Ka +q u=500x (2.5 -0.9

11、28) x 4. 83/(0.928 x 4x 6.28)+0.1 x 6.28 =152.30 N实际处拉力 Fo(Fo)min10). 计算压轴力 Fp最小值压轴力为(Fp)min=2z(Fo)min Sin(0.5a 1)=2X 4X 152.3 X Sin(15 7/2)=1187.2N11). 大带轮结构设计可知dd2300mm!则选择轮辐式V带轮。与大带轮相配的轴直径d=Ao(P/n2)-3,查表15-3选择45号钢,取Ao=112则d=24.7,由于开有键槽可取 d=26mm 由于 L=(1.5 2)d,即 39mmL76.43(u+1)KE/ua h 2d1/3则小齿轮分度圆直

12、径d1，代入ah中较小的值得：42 1/3d 1 76.43(1.1 X 13.69 X 10 X 5.4/4.4/576.82)=62.82 mm 计算圆周速度U =n d1tn1/60 X 1000=n X 62.82 X 290.9/60000 =0.96m/s(11)几何尺寸计算模数 m= d1t/z1=62.82/25 mm =2.51mm查表 10-3 得 m=3mm齿高 h=2.25m=2.25 X 3 mm =6.75 mm齿宽 b= dd仁62.82 取 b2=65mm b=b2+5=70mm分度圆直径 d 1=mz1=3*25=75mmd2=mz2=3*110=330mm中

13、心距 a=(d1+d2)/2=202.5mm3). 按齿根弯曲强度校核由图 10-25 查得 小齿轮的弯曲疲劳强度极限 a Flim1 =210 MPa； 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 aFlim2=190 MPa；由图 10-26 取弯曲疲劳寿命系数 YNT1=1， YNT2=1 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 ，由式( 10-12 )得：(T f 1= c FiimiYNti/S=1 x 210/1.4 MPa =150 MPa c f 2= c Fiim2YNT2/S=1 x 190/1.4 MPa =135.7 MPa 查取齿形系数由表 10-13 查得 Y F1=2

14、.65；YF2=2.176 查取应力校正系数由表 10-14 查得 YS1=1.59； Y S2=1.808 计算弯曲应力 c Fc F1=2KT1YF1YS1/bm2z1=2*1 . 1*1 36900*2.65*1 .59/(60*32*25)=94MPcF 1cF2=2KT1YF2YS2/bm2z1=2*1.1*136900*2.176*1.808/(60*32*25)=87.8C(P n/nU )1 /3查1表 14-1 C = 107-118贝U d (107-118) X (4.0 4/65.97)1/3mm = 42.17-46.49mm考虑键槽的影响，故应将轴径增大 5%即 d

15、= (42.17-46.49) X 1.05 = 44.2-48.8mm要选联轴器的转矩 Tc5Tc = KTn = 1.5 X 584840= 8.77 X 10 N mm(查1表20-1工况系数K= 1.5)查2 附录 6 选用连轴器型号为 YLD10考虑联轴器孔径系列标准故取 d= 45mm3、轴的结构设计轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件 的固定方式，按比例绘制轴系结构草图。1)联轴器的选择联轴器的型号为YLD10联轴器：45X112（2）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。 轴外伸端安装联轴器，齿轮靠轴环

16、和挡油环实现轴向定位和固定，靠平键和过盈 配合实现周向固定，两端轴承靠挡油环和端轴承盖实现轴向定位，靠过盈配合实 现周向固定，联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。（ 3）确定各段轴的直径将估算轴d= 45mmf乍为外伸端直径di与联轴器相配（如图），考虑联轴器 用轴肩实现轴向定位，取第二段直径为 d2= 50mm齿轮和右端轴承从右侧装入， 考虑装拆方便以及零件固定的要求，装轴处d3应大于d2,取d3= 55mm为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径 d4应大于d3，取d4 = 60mm齿轮左端用轴环固定, 右端用挡油环定位 , 轴环直径 d5满足齿轮定位的同时,还应满足左侧轴承的安装

17、要求，d5= 68mm根据选定轴 承型号确定.左端轴承型号与左端轴承相同，取d6= 55mm.（4） 选择轴承型号由2附表5-1初选深沟球轴承，代号为6211,轴承宽度B =21 。（5）确定轴各段直径和长度长度 L1 = 110mm长度 L2 = 60mm长度 L3= 43mm长度 L4= 63mm 长度 L5= 12mm由草绘图得I段：d1 = 45mmII 段:d2 = 50mmIII 段：d3= 55mmW段：d4= 60mm V段:d5 = 68mm%段:d4=55mm 长度 L6=21mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L= 110mm4、按弯矩复合强度校核（1）齿轮上作用力的计算

18、齿轮所受的转矩：T= TH= 584.84 N -m 齿轮作用力：圆周力：Ft = 2000T/d = 2000X 584.84/330=3544.5N径向力：Fr = Fttan203544.5 X tan20=1289.5N（2）因为该轴两轴承对称，所以：LA= LB= 55mm3）绘制轴受力简图（如图 a）FHA= FHB= Fr/2 = 1289.5/2 = 644.75NFVA= FV吐 Ft/2 = 3544.5/2 = 1772.25N（ 5）绘制弯矩图由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称。截面C在水平面弯矩（如图b）为MH& FHAL/2= 644.75 X 110十2000=

19、 35.46N.m截面C在竖直面上弯矩（如图c）为：MV= FVAL/2= 1772.25 X10十2000= 97.47N.m（6）绘制合弯矩图（如图 d）MC= （MHC2+ MVC2）1/2=（35.162+97.472）1/2= 103.62N.m（7）绘制扭矩图（如图 e）转矩：T= TH= 584.84 N -m（8）校核轴的强度转矩产生的扭剪可认为按脉动循环变化，取a = 0.6，截面 C处的当里弯矩：Mec= mC+( a T)21/22 2 1/2 =103.62 2+(0.6 X 584.84) 21/2=365.88 N -m(9)校核危险截面C的强度(T e= Me /

20、0.1d3= 365880/(0.1 X 603) = 16.9MPk c b -1结论：该轴强度足够。截面 C 在水平面上弯矩为：Mc2=FazL/2=1417.5 X 69=97807.5 N mm 绘制合弯矩图(如图d)Mc=(Mci2+M；)1/2=(35.604 2+97.80752)1/2=104.086 N m 绘制扭矩图(如图e)转矩：T=102.06 N m转矩产生的扭转切应力按脉动循环变化，取a =0.6，截面C处的当量弯矩：Mec=M2+( a T)2 1/2校核危险截面C的强度3由式(6-3) (T e=Mec/0.1da=104.086 2+(0.6 X 102.06

21、) 2/(0.1X 0.032 )=35.8 MPa v c -1 b=60MPa该轴强度足够。U、输出轴的设计计算1 、选取联轴器类型联轴器的孔径,由表14-1查得Ka=1.3,则联轴器的计算转矩Tca=KaT =1.3 X 300.57=390.741 N mm.按计算转矩 Tca 应小于联轴器公称转矩条件 , 查 GB/T 5014-2003选用HL3型弹性柱销联轴器,其公称转矩为630 N mm半联轴器孔径d=30mm故取d I - n =30mm半联轴器长度L=60mm由于半联轴器与轴配合的毂孔长度L1应该小于L,所以取LI - n =45mm2、轴的结构设计1) .轴的零件定位，固

22、定和装配单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分 布，齿轮右面用轴肩定位，左面用套筒轴或者弹性挡圈轴向定位， 周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位， 周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，右轴承从右面 装入，齿轮套筒，左轴承和联轴器依次从左面装入 (见附图 1)2). 确定轴的各段直径和长度 为了满足半联轴器的轴向定位要求，I -U轴段右段需要制一个 轴肩,故取d H -川=35mn左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径 D=30mm,同时取 LI - n =40mm 初步选择滚动轴承型号 , 因只受径向作用力 , 选择深沟球轴承 , 参 照工作状况以及

23、轴径要求选 6008,查手册dx DX T=40X 68X 15故取 dM - IV =dW - Vffl =15mm.左端轴承采用轴肩定位，查手册定位轴肩高度h=3mm取dW - VD =46mm 取安装齿轮处轴端dm - V =40mm齿轮的左端与左轴承采用套筒和弹性圈共同定位，以知齿轮轮毂宽度B2=72mm为使弹性挡圈靠近 齿轮，则取Lm - V =70 mm齿轮右端采用轴肩定位.轴肩高度h0.17d=0.07 x 40=2. 8mm取 h=3mm则轴环处直径 dV - W =46mm,为了加工方便取 dV - W =dW - V =46mn则取LV - V =20mm 考虑齿轮端面和箱

24、体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离，取轴承端盖宽度为20mm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距离而定，为此，取dn - m =50mm安装齿轮段长度应比轮毂宽度小 2mm, 取齿轮距箱体内壁距离a=17mm考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时 , 应距箱体内壁一段距离 s, 取 s=8mm.则 Lm - V =T+s+a+(72-70)=15+8+17+2=42mmLW - V =s+a=17+8=25mm 轴上零件的周向固定齿轮、联轴器与轴的周向定位采用平键连接 . 齿轮处轴由表 6-1查得平键bx h=12X 8mm键槽用键槽铣刀加工，长为50

25、mm为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性 , 故选择配合为 H7/n6,同样,联轴器与轴的连接选用平键 bx h=8X 7mm长为36mm配合为 过渡配合 H7/k6, 滚动轴承与轴配合为 m6 确定轴上圆角与倒角尺寸查表 15-2, 轴左端倒角为 1x 45o, 右端倒角为 1.2 x 45o. 轴肩处圆角半径见图纸标注 .3、计算轴上载荷 已知转矩Tiii =300.57 N m根据（6-34）式得圆周力Ft=2 T III /d 2=2x 300570/224=2683.7N 求径向力 Fr根据（6-35）式得 Fr=Ft tan a =2683.7 x tan20=976.8 N 因为该

26、轴两轴承对称，所以：LA=LB=68.5mm 绘制轴受力简图（如上图a） 绘制垂直面弯矩图（如上图b）轴承支反力： FAY=FBY=Fr/2=976.8/2=488.4 NFAZ=FBZ=Ft/2=2683.7/2=1341.85 N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=488.4x68.5=32478.6 N mmmm截面 C 在水平面上弯矩为：MfFazL/2=1341.85 x 68.5=89233.0 N 绘制水平面弯矩图（如上图c） 绘制合弯矩图（如上图d）2 2 1/2 2 2 1/2MC=（MC12+MC22）1/2=（32.4786 2+89

27、.2332）1/2=96.50 N m 绘制扭矩图（如上图e）转矩：T=300.57 N m 绘制当量弯矩图（如上图f）转矩产生的扭转切应力按脉动循环变化,取a =0.6，截面C处的当量弯矩：Mec=M f+( a T)2 2 校核危险截面C的强度 由式(6-3)3(T e=Mec/0.1d3=300.57 2+(0.6 X 96.5) 2 1/2/(0.1 X 0.0323)=40MPav (T -1 b=60MPa该轴强度足够。七、键联接的校核计算1. 输入轴：齿轮处键由表6-1查得平键bx h=10X 8mm长为63mm, 轴径 d=35mm TII =102.06N m l=L-b=63-10=53mm根据(10-5)式得(T p=4T /dhl=4X 102060/(35 X 8X 53)=27.51Mpa (T R|=110Mpa (合格)2. 输出轴：齿轮处用平键连接键12X8mm长为50mm,轴径 d=40mm T111 =300.57 N m； l=L-b=50-12=38 mm根据公式(1