V带单级圆柱减速器

1、机械设计课程设计计算说明书一、传动方案拟定.2二、电动机的选择.2三、计算总传动比及分配各级的传动比.4四、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.12七、滚动轴承的选择及校核计算.19八、键联接的选择及计算.22设计题目：v带单级圆柱减速器机电系08机电工程班二一o年六月十四日计算过程及计算说明一、传动方案拟定第三组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动（1） 工作条件：使用年限8年，工作为二班工作制，载荷平稳，环境清洁。（2） 原始数据：滚筒圆周力f=1000n；带速v=2.0m/s；滚筒直径d=500mm；滚筒长度l=500mm。二、电动机选择1、电动机类型的

2、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×2轴承×齿轮×联轴器×滚筒 =0.96×0.982×0.97×0.99×0.96=0.85(2)电机所需的工作功率：p工作=fv/1000总=1000×2/1000×0.8412=2.4kw3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：n筒=60×1000v/d=60×1000×2.0/×50=76.43r/min 按手册p7表1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

3、ia=36。取v带传动比i1=24，则总传动比理时范围为ia=624。故电动机转速的可选范围为nd=ia×n筒=（624）×76.43=4591834r/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：因此有三种传支比方案：如指导书p15页第一表。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 。4、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y132s-6。其主要性能：额定功率：3k

4、w，满载转速960r/min，额定转矩2.0。质量63kg。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=960/76.4=12.572、分配各级伟动比（1） 据指导书p7表1，取齿轮i齿轮=6（单级减速器i=36合理）（2） i总=i齿轮×i带i带=i总/i齿轮=12.57/6=2.095四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）ni=n电机=960r/minnii=ni/i带=960/2.095=458.2(r/min)niii=nii/i齿轮=458.2/6=76.4(r/min)2、 计算各轴的功率（kw）pi=p工作=2.4kwpii=p

5、i×带=2.4×0.96=2.304kwpiii=pii×轴承×齿轮=2.304×0.98×0.96 =2.168kw3、 计算各轴扭矩（n·mm）ti=9.55×106pi/ni=9.55×106×2.4/960=23875n·mmtii=9.55×106pii/nii=9.55×106×2.304/458.2 =48020.9n·mmtiii=9.55×106piii/niii=9.55×106×2.168/76

6、.4 =271000n·mm 五、传动零件的设计计算1、 皮带轮传动的设计计算（1） 选择普通v带截型由课本p83表5-9得：ka=1.2pc=kap=1.2×3=3.9kw由课本p82图5-10得：选用a型v带（2） 确定带轮基准直径，并验算带速由课本图5-10得，推荐的小带轮基准直径为75100mm 则取dd1=100mm>dmin=75 dd2=n1/n2·dd1=960/458.2×100=209.5mm由课本p74表5-4，取dd2=200mm 实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=960×100/200 =480r/min转

7、速误差为：n2-n2/n2=458.2-480/458.2 =-0.048<0.05(允许)带速v：v=dd1n1/60×1000=×100×960/60×1000 =5.03m/s在525m/s范围内，带速合适。（3） 确定带长和中心矩根据课本p84式（5-14）得0. 7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)0. 7(100+200)a02×(100+200) 所以有：210mma0600mm 由课本p84式（5-15）得：l0=2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd2-dd1)/4a0 =2×500+1.57(10

8、0+200)+(200-100)2/4×500 =1476mm根据课本p71表（5-2）取ld=1400mm根据课本p84式（5-16）得：aa0+ld-l0/2=500+1400-1476/2 =500-38 =462mm(4)验算小带轮包角1=1800-dd2-dd1/a×57.30 =1800-200-100/462×57.30=1800-12.40 =167.60>1200（适用）（5）确定带的根数根据课本p78表（5-5）p1=0.95kw根据课本p79表（5-6）p1=0.11kw根据课本p81表（5-7）k=0.96根据课本p81表（5-8）k

9、l=0.96 由课本p83式（5-12）得z=pc/p=pc/(p1+p1)kkl =3.9/(0.95+0.11) ×0.96×0.96 =3.99(6)计算轴上压力由课本p70表5-1查得q=0.1kg/m，由式（5-18）单根v带的初拉力：f0=500pc/zv（2.5/k-1）+qv2=500×3.9/4×5.03×(2.5/0.96-1)+0.1×5.032n =158.01n则作用在轴承的压力fq，由课本p87式（5-19）fq=2zf0sin1/2=2×4×158.01sin167.6/2=1256.

10、7n2、齿轮传动的设计计算 （1）选择齿轮材料及精度等级 考虑减速器传递功率不在，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40cr调质，齿面硬度为240260hbs。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220hbs；根据课本p139表6-12选7级精度。齿面精糙度ra1.63.2m (2)按齿面接触疲劳强度设计 由d176.43(kt1(u+1)/duh2)1/3 由式（6-15）确定有关参数如下：传动比i齿=6 取小齿轮齿数z1=20。则大齿轮齿数：z2=iz1=6×20=120 实际传动比i0=120/2=60传动比误差：i-i0/i=6-6/6=0%<2.5% 可用齿数比：u=i0=6

11、由课本p138表6-10取d=0.9 (3)转矩t1t1=9.55×106×p/n1=9.55×106×2.4/458.2 =50021.8n·mm (4)载荷系数k 由课本p128表6-7取k=1 (5)许用接触应力hh= hlimznt/sh由课本p134图6-33查得：hlimz1=570mpa hlimz2=350mpa由课本p133式6-52计算应力循环次数nlnl1=60n1rth=60×458.2×1×(16×365×8)=1.28×109nl2=nl1/i=1.28&#

12、215;109/6=2.14×108由课本p135图6-34查得接触疲劳的寿命系数：znt1=0.92 znt2=0.98通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数sh=1.0h1=hlim1znt1/sh=570×0.92/1.0mpa=524.4mpah2=hlim2znt2/sh=350×0.98/1.0mpa=343mpa故得：d176.43(kt1(u+1)/duh2)1/3=76.431×50021.8×(6+1)/0.9×6×34321/3mm=48.97mm模数：m=d1/z1=48.97/20=2

13、.45mm根据课本p107表6-1取标准模数：m=2.5mm(6)校核齿根弯曲疲劳强度根据课本p132（6-48）式 f=(2kt1/bm2z1)yfaysah确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mz1=2.5×20mm=50mmd2=mz2=2.5×120mm=300mm齿宽：b=dd1=0.9×50mm=45mm取b=45mm b1=50mm(7)齿形系数yfa和应力修正系数ysa根据齿数z1=20,z2=120由表6-9相得yfa1=2.80 ysa1=1.55yfa2=2.14 ysa2=1.83 (8)许用弯曲应力f根据课本p136（6-53）式：f=

14、flim ystynt/sf由课本图6-35c查得：flim1=290mpa flim2 =210mpa由图6-36查得：ynt1=0.88 ynt2=0.9试验齿轮的应力修正系数yst=2按一般可靠度选取安全系数sf=1.25 计算两轮的许用弯曲应力f1=flim1 ystynt1/sf=290×2×0.88/1.25mpa=408.32mpaf2=flim2 ystynt2/sf =210×2×0.9/1.25mpa=302.4mpa将求得的各参数代入式（6-49）f1=(2kt1/bm2z1)yfa1ysa1=(2×1×5002

15、1.8/45×2.52×20) ×2.80×1.55mpa=77.2mpa< f1f2=(2kt1/bm2z2)yfa1ysa1=(2×1×50021.8/45×2.52×120) ×2.14×1.83mpa=11.6mpa< f2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够 (9)计算齿轮传动的中心矩aa=m/2(z1+z2)=2.5/2(20+120)=175mm (10)计算齿轮的圆周速度vv=d1n1/60×1000=3.14×50×458.2/60×1

16、000=1.2m/s六、轴的设计计算 输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质，硬度217255hbs根据课本p235（10-2）式，并查表10-2，取c=115d115 (2.304/458.2)1/3mm=19.7mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=19.7×(1+5%)mm=20.69选d=22mm2、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，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，则采用过渡配合固定 （2）确定轴各段直径和长度工段：d1=22mm 长度

17、取l1=50mmh=2c c=1.5mmii段:d2=d1+2h=22+2×2×1.5=28mmd2=28mm初选用7206c型角接触球轴承，其内径为30mm,宽度为16mm. 考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为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矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故ii段长：l2=（2+20+16+55）=93mmiii段直径d3=35mml3=l1-l=50-2=48mm段直径d4=45mm由手册得：c=1.5 h=2c=2×1.5=3

18、mmd4=d3+2h=35+2×3=41mm长度与右面的套筒相同，即l4=20mm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=3.该段直径应取：（30+3×2）=36mm因此将段设计成阶梯形，左段直径为36mm段直径d5=30mm. 长度l5=19mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距l=100mm (3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d1=50mm求转矩：已知t2=50021.8n·mm求圆周力：ft根据课本p127（6-34）式得ft=2t2/d2=50021.8/50=1000.436n求径向力fr根据课本p12

19、7（6-35）式得fr=ft·tan=1000.436×tan200=364.1n因为该轴两轴承对称，所以：la=lb=50mm (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=182.05nfaz=fbz=ft/2=500.2n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=182.05×50=9.1n·m (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=500.2×50=25n·m (4)绘制合弯矩图（如图d）mc=(m

20、c12+mc22)1/2=(9.12+252)1/2=26.6n·m (5)绘制扭矩图（如图e）转矩：t=9.55×（p2/n2）×106=48n·m (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=26.62+(1×48)21/2=54.88n·m (7)校核危险截面c的强度由式（6-3）e=mec/0.1d33=99.6/0.1×413=14.5mpa< -1b=60mpa该轴强度足够。 输出轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调

21、质钢，硬度（217255hbs）根据课本p235页式（10-2），表（10-2）取c=115dc(p3/n3)1/3=115(2.168/76.4)1/3=35.08mm取d=35mm2、轴的结构设计 （1）轴的零件定位，固定和装配 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，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，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，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。 （2）确定轴的各段直径和长度 初选7207c型角接球轴承，其内径为35mm，宽度为17mm。考虑齿轮端面和箱

22、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41mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。 (3)按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知d2=300mm求转矩：已知t3=271n·m求圆周力ft：根据课本p127（6-34）式得ft=2t3/d2=2×271×103/300=1806.7n求径向力fr根据课本p127（6-35）式得fr=ft·tan=1806.7×0.36379=657.2n两轴承对称la=lb=49mm(1)求支反力fax、fby、faz、fbzfax=fby=fr/2=657.2/2=328.6nfa

23、z=fbz=ft/2=1806.7/2=903.35n (2)由两边对称，书籍截c的弯矩也对称截面c在垂直面弯矩为mc1=fayl/2=328.6×49=16.1n·m (3)截面c在水平面弯矩为mc2=fazl/2=903.35×49=44.26n·m (4)计算合成弯矩mc=（mc12+mc22）1/2 =（16.12+44.262）1/2 =47.1n·m (5)计算当量弯矩：根据课本p235得=1mec=mc2+(t)21/2=47.12+(1×271)21/2 =275.06n·m (6)校核危险截面c的强度由式（

24、10-3）e=mec/（0.1d）=275.06/(0.1×453)=1.36mpa<-1b=60mpa此轴强度足够七、滚动轴承的选择及校核计算根据根据条件，轴承预计寿命16×365×8=48720小时1、计算输入轴承 （1）已知n=458.2r/min两轴承径向反力：fr1=fr2=500.2n初先两轴承为角接触球轴承7206ac型根据课本p265（11-12）得轴承内部轴向力fs=0.63fr 则fs1=fs2=0.63fr1=315.1n (2) fs1+fa=fs2 fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端fa1=fs1=315.1n fa2=

25、fs2=315.1n (3)求系数x、yfa1/fr1=315.1n/500.2n=0.63fa2/fr2=315.1n/500.2n=0.63根据课本p263表（11-8）得e=0.68fa1/fr1<e x1=1 fa2/fr2<e x2=1 y1=0 y2=0 (4)计算当量载荷p1、p2根据课本p263表（11-9）取f p=1.5根据课本p262（11-6）式得p1=fp(x1fr1+y1fa1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3np2=fp(x2fr1+y2fa2)=1.5×(1×500.2+0)=750.3n (5)轴

26、承寿命计算p1=p2 故取p=750.3n角接触球轴承=3根据手册得7206ac型的cr=23000n由课本p264（11-10c）式得lh=16670/n(ftcr/p)=16670/458.2×(1×23000/750.3)3=1047500h>48720h预期寿命足够2、计算输出轴承 (1)已知n=76.4r/min fa=0 fr=faz=903.35n试选7207ac型角接触球轴承根据课本p265表（11-12）得fs=0.063fr,则fs1=fs2=0.63fr=0.63×903.35=569.1n (2)计算轴向载荷fa1、fa2fs1+fa

27、=fs2 fa=0任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端两轴承轴向载荷：fa1=fa2=fs1=569.1n (3)求系数x、yfa1/fr1=569.1/903.35=0.63fa2/fr2=569.1/930.35=0.63根据课本p263表（11-8）得：e=0.68fa1/fr1<e x1=1 y1=0fa2/fr2<e x2=1 y2=0 (4)计算当量动载荷p1、p2根据表（11-9）取fp=1.5根据式（11-6）得p1=fp(x1fr1+y1fa1)=1.5×(1×903.35)=1355np2=fp(x2fr2+y2fa2)=1.5

28、5;(1×903.35)=1355n (5)计算轴承寿命lhp1=p2 故p=1355 =3根据手册p71 7207ac型轴承cr=30500n根据课本p264 表（11-10）得：ft=1根据课本p264 （11-10c）式得lh=16670/n(ftcr/p) =16670/76.4×(1×30500/1355)3 =2488378.6h>48720h此轴承合格八、键联接的选择及校核计算轴径d1=22mm,l1=50mm查手册得，选用c型平键，得：键a 8×7 gb1096-79 l=l1-b=50-8=42mmt2=48n·m h=

29、7mm根据课本p243（10-5）式得p=4t2/dhl=4×48000/22×7×42 =29.68mpa<r(110mpa)2、输入轴与齿轮联接采用平键联接轴径d3=35mm l3=48mm t=271n·m查手册p51 选a型平键键10×8 gb1096-79l=l3-b=48-10=38mm h=8mmp=4t/dhl=4×271000/35×8×38 =101.87mpa<p(110mpa)3、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d2=51mm l2=50mm t=61.5nm查手册p51 选用a

30、型平键键16×10 gb1096-79l=l2-b=50-16=34mm h=10mm据课本p243式（10-5）得p=4t/dhl=4×6100/51×10×34=60.3mpa<pf=1000nv=2.0m/sd=500mml=500mmn滚筒=76.4r/min总=0.8412p工作=2.4kw电动机型号y132s-6i总=12.57据手册得i齿轮=6i带=2.095ni =960r/minnii=458.2r/minniii=76.4r/minpi=2.4kwpii=2.304kwpiii=2.168kwti=23875n·mmtii=48020n·mmtiii=27