机械设计课程程设计说明书

1、目录一、设计任务 2二、电 动 机 的 选 择 计算 3三、传动装置的运动和动力参数计算 4四、V带传动的设计计算 5五、齿轮传动的设计计算6六、轴的设计计算9七、键的选择和校核16八、滚动轴承设计17九、箱体设计计算18十、设计小结19、设计任务设计题目：设计一用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器1、原始数据：运输带工作拉力 F=1200N运输带工作速度v=1.7m/s滚筒直径D=270mm2、工作条件：两班制，连续单向运转，载荷轻微冲击；工作年限 5年; 最高工作温度35 C；小批量生产，运输带允许误差 5%3、要求：拟定方案由电动机、V带、减速器、联轴器、滚筒构成。计算及说明结果二、电动

2、机的选择计算Pw=2.04kw2.1、选择电动机类型及结构n =0.84由工作要求及工作条件选用丫系列三相异步电动机，圭寸闭卧式结Fd=2.66kw构。nw =12°.3 r/mi n2.2选择电动机功率FV-12°° 1.7 kw =2.04 kw1000电动机为Y100L2-4带传动比2.51）传动滚筒所需有效功率f1*R/v10002）传动装置的总效率n =n 1 n 2 n 3n 4 n 5 n 6齿轮传动比带传动效率n 1 =0.964.76齿轮滚动轴承效率n 2 =0.99n =572r/min齿轮传动效率n 3 =0.97n n =120.17r/m

3、i n联轴器效率n 4 =0.99n 皿= 120.17滚筒轴承效率n 5 =0.97r/min传动滚筒的效率n 6 =0.96Pi=2.55KW传动总效率 n =0.96 x 0.992 x 0.97 x 0.99 x 0.97 x 0.98=0.843）所需电动机功率过载系数k=1.1Pw2.04Fd=kxi.1 = 2.66kwn0.842.3、确定电动机转速滚筒轴工作转速60 1000v60 x 1000 x 1.7.o.nw二二c” r/min =120.3r/minwD3.14 x 270按推荐的合理传动比范围，取 V代传动的传动比i1=24,单级齿 轮传动比i2=35,则合理总传

4、动比的范围为i' =620,故电动机 的可选范围为 nd 二 nwi1=（6 20） x 120.25=（7272405） r/min 现以冋步转速为1000 r/min与1500 r/min的方案比较R=2.45kwPm=2.40kwT 1=42.6N - mT =194.94N mT 皿= 191.44N - md1=100mm d2=250mm _d=1600 mma=519.63 mmZ=3B=50mm小齿轮45号钢调质大齿轮45号钢正火乙=25Z2=119m=2万案电动机型号额定功率冋步转速满载转速电动机质量总传比1Y100L2-43kw1500r/mi n1430r/mi

5、n38kg11.892Y132S-63kw1000r/mi n960r/mi n63kg7.98综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及带传动和减速器的传 动比，选择方案1较合适中心高H外形尺寸Lx (AC/2+AD) xHD底角安装尺寸Ax B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸DX E装键部位尺寸Fx Gx D100380 X 282.5 X 245160X 1401228 X 608X 24X 28d1=50mm d2=238mmb1 = 45mm b2 = 40mm da1=54mm da2=242mm df 1=45mm df 2=144mm三、传动装置的运动和动力参数计算3.1分配传动比总传动比

6、i=11.89nw 120.25总传动比为11.89带传动比2.5齿轮传动比 4.763.2各轴功率、转速和转矩的计算1）各轴的转速高速轴 I 轴 n T - no=1430 =572r/minii 带 2.5低速轴H轴nn 二丄=572=120.17 r/mi ni 齿 2.5滚筒轴皿轴n皿=n n =120.17 r/min2）各轴的输入功率P】=Pd n =2.66 x 0.96=2.55KWP产R nn=2.55號 0.99 % 0.97=2.45kwP皿=Pn n n= 2.45X 0.99X0.99=2.40kw3）各轴转矩P T2 55T T =9550 =9550X =42.6

7、 N mTn T572P H2 45T n=9550 =9550X-=194.94 N mn n120.17P E2 4T 皿=9550 =9550X-=191.44 N mn 皿120.17四、V带传动的设计计算1 ）选择普通V带型号查表13-8得工作情况系数KA=1.2由 Pc=S P=1.2 X 3=3.6 ( KW)根据课本表13-3及图13-5 ,选取A型V带2) 确定带轮的基准直径，并验算带速：由表13-9，di不应小于75mm则取小带轮di=100mm d2=nod(1- e )/n 1 =2.5 X 100X (1-0.01)=247.5mm 由表13-9取d2=250mm(虽

8、使n2略有减少，但其误差小于5%故允许)带速验算 V=no d1 n / (1000X 60)=1430X 100 n / (1000X 60)=7.49m/s介于525m/s范围内，故合适3) 确定带长和中心距 a：0.7( d1+d2)w ao w 2 ( d1+d2)0.7 X( 100+250)w aow 2X( 100+250)245mmw ao w 700mm初定中心距ao=500mm,则带长为L 0=2 ao+ n ( d1+d2)+ (d2-d 1) 2/(4 ao)=2 X 500+ n ( 100+250) + (250-100) 2/(4 X 500) =1560.75

9、mm由表13-2选带的基准长度Ld=1600 mm的实际中心距a=a o+(Ld-L o)/2=500+(1600-1560.75)/2=519.63 mm4 )验算小带轮上的包角a 1a i=180-(d 2-d i) x 57.3/a=180-(250-100) x 57.3/519.63=163.5>120 合适5 )确定带的根数由式Z=P/ (Po+Pd) KL Ka)确定带的根数查表 13-3 得 Po=1.32kw，表 13-5 得厶 F0=0.17kw表 13-7 得 Ka =0.95，表 13-2 得 Kl=0.99则 Z=3.6/ ( 1.32+0.17 ) X 0.9

10、9 X 0.95 ) =2.57故要取3根A型V带带轮宽度 b=( Z-1)e+2f=2 X 15+2X 10=50mm五、齿轮传动的设计计算1) 选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。小齿轮选软齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为45号钢调质，齿面硬度为250HBS大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为200HBS齿轮精度初选8级2) 确定许用应力由表 11-5，取 Sh=1 S f=1.25 ,(T=570MPa (T=440MpaFlim1Flim23) 按齿面接触强度设计表11-4查得弹性系数ZE=188区域系数ZH=2.52zeZh Z£%:I42c 2 1.2 4.2

11、6 10 3.96 1 188 2.53 5600.83.96=47.2 mm齿数取乙=25Z2=119模数 m=42.7/25=1.888mm按表 4-1 取 m=2Z1则实际的分度圆直径di=m-乙=25 X 2=50mm d2=m- Z2=119x2=238mm齿宽 b = W d -di = 37.76mm 取b1 = 45mm, b2 = 40mm4）轮齿弯曲强度校核计算由图 11-8,11-9 得 YFa1=2.73,YFa2=2.21；Y sa1=1.59, Y Sa2 =1.81;_2KT1YSa1YFa _ 2 X 1.2 X 4.26 XX01.59 X 2.730F1=b

12、?Z1 m 240 X 25 X2=110.95 Mpav 鬥=448Mpa （合适）YFa2 - YSa2 一 小 22.21 X 1.81 卫=YFa1 - YSa =110.95 X 2.73 X 1.59= 102.2Mpa< 年2 =352Mpa （合适）4）齿轮的圆周速度V=nX-=nX 150 X 5721.5 m/s60 X 100060 X 1000对照表11-2可知选择9级精度合适。5）齿轮的几何尺寸分度圆直径 d1=m乙=25 X 2=50mm d2=m Z2=119X 2=238mm齿顶圆直径da1 m Z|22 25 254 mmda2 m Z222119224

13、2mm齿根圆直径d f1m zy 2.5 2 25 2.545 mmdf2 m Z2 2.52 119 2.5233 m小齿轮与轴做成一体为齿轮轴结构；大齿轮米用锻造轮辐式结构六、轴的设计计算d1=50mm1、主动轴(齿轮轴)的设计与校核T仁42.6N -m(1)选择轴的材料，确定许用应力。Ft=1704N选45钢，调质处理，其硬度为217-255HBS抗拉强度为600MPa1 Fr=620.21N(2)按扭转强度估算轴的直径d> 32.24mm取C=118,因此有d> 27.38mmd>C P/n =118j2.55 572mm=19.42 mm考虑该段轴上有一键槽，拟取d

14、=19.42 X 1.04=20.20 mm圆整d=25mm(3)对轴进行结构设计确疋轴上零件的位置和疋位、固疋方式。由于是单级齿轮减速器，应把齿轮布置在箱体内壁的中间，轴承对称布置在齿轮的两边，轴的外伸端安装带轮。齿轮靠轴环实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向 固定。两端轴承靠轴肩实现轴向定位和固定，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。带轮靠轴肩、平键和 过盈配合分别实现轴向定位和周向固定。(3)确定轴各段直径和长度 从大带轮开始右起第一段，D仁25mm,轮的宽度50mm,取L1=50mm右起第二段直径取D2=30mm根据轴承端盖箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的

15、左端面间 的距离，则取第二段的长度L2=40mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有 径向力，而轴向力为零，选用6207型轴承，其尺寸为dx DX B=35x 75X 17,那么该段的直径为 D3=35mm,长度为L3=17mm 右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩，其直径应小于滚动轴承的 内圈外径，取 D4=42mm,长度取L4= 15mm右起第五段，该段为齿轮轴段，齿轮的宽度为45m m,贝卩，此段的直径为 D5=54mm,长度为L5=45mm右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩，其直径应小于滚动轴承的 内圈外径，取 D6=42mm 长度取L6= 15mm右起第七段，该段为滚动轴

16、承安装出处，取轴径为D7=35mm,长度 L7=17mm4) 齿轮上作用力的大小、方向 小齿轮分度圆直径：d仁50mm 作用在齿轮上的转矩为：T1 =42.6N m 求圆周力：Ft=2/d 仁2X 42.6X 103/50=1704N 求径向力 Fr=Ft tana =1704X tan2C°=620.21N5）校核的强度 制轴的计算简图，如图（a）所示。 制水平面内弯矩图，如图（b）所示。水平方向支反力 FhA二FhB=Ft =1704 =852 N2 2截面 C 处的弯矩为M he 二 FhA L=852X 0.046=39.19N m 绘制垂直面内弯矩图，如图（c）。两支承端的

17、约束反力为Fva = Fvb=-E2=62021=310.105NMcv=Fva.-2=310.105 X 罟=14.27 di 绘制合成弯矩图，如图（d）。截面C的合成弯矩为: 制扭矩图，如图（e）。轴传递的转矩 T= Ftx d1/2=42.6 N m制当量弯矩图，如图(f )。因为轴为单向转动，所以扭矩为脉动循环，折合系数为a0.6,危险截面C处的弯矩为：算危险截面C处满足强度要求的轴径：由弯扭组合强度校核强度公式 彷-仆=60Mpad> 3 M ec/0.l lb=20.13mm由于C处有键槽，故将轴径加大4%即d=20.13mm< 1.04=20.93mm。而结构设计草图

18、中强度足够。2、从动轴的设计与校核2）按扭转强度估算轴的直径选用45#调质，硬度217255HBS轴的输入功率为 PH =2.45 KW 转速为n II =120.17r/min根据课本13-2式，并查表13-2，取c=118d> Cs P2 118 3 2.4532.24mmVn2 120.17考虑到有两个键槽d=dx 1.07=34.5mm圆整35mm3）确定轴各段直径和长度 从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴35mm,查标准GB/T 50142003，选用LH3型弹性柱销联轴器， 半联轴器长度为I仁60mm,轴段长L仁58mm 右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要

19、求，该段的直径取 40mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要 求，端盖的外端面与半联轴器左端面的距离，故取该段长为L2=40mm 右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6209型轴承，其尺寸为dX D X B=45 X 85 X 19，那么该段的直径为45mm，长度为L3=35mm 右起第四段，该段装有齿轮第四段的直径取50mm,齿轮宽为b=40mm ,为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=38mm右起第五段，考虑齿轮的轴向定位，定位轴肩，取轴肩的直径为 D5=55mm ,长度取L5=16mm 右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为

20、D6=45mm,长度 Lo=19mm4）求齿轮上作用力的大小、方向大齿轮分度圆直径：di=238mm作用在齿轮上的转矩为：T2 =194.94N m求圆周力：Ft=2T2/d2=2 X 194940/238=1638.2N求径向力 Fr=Ft tana =1638.2X tan2C°=596.18NFt, Fr的方向如下图所示5）校核从动轴的强度。绘制轴的计算简图，如图（a）所示。 制水平面内弯矩图，如图（b）所示。水平方向上的支反力为FhA = FhB=Ft=1638.2=819.1 （N）2 2截面C处的弯矩为M hC = f hA =819.1 X 0.0445=36.45 N

21、 m 制垂直面内弯矩图，如图（c）。垂直方向上的支反力为FvA = FvB=I2=298.09（N）M cv= F VA. * =298.09 X 0.0445=13.27 N m 绘制合成弯矩图，如图（d）。截面C的合成弯矩为： 绘制扭矩图，如图（e）。齿轮与联轴器之间的扭矩为：T= Ftx d2/2=1638.2X 238/2=194.94 N m 绘制当量弯矩图，如图（f ）。因为轴为单向转动，所以扭矩为脉动循环，折合系数为a0.6,危险截面C处的弯矩为： 算危险截面C处满足强度要求的轴径：由弯扭组合强度校核强度公式彷-1b =60Mpad> 3 m eC/°.11b =

22、27.38mm由于C处有键槽，故将轴径加大4%即27.38mrrX 1.04=28.48mm而结构设计草图中，该处的轴径为 55mm故强度足够。七、键的选择和校核b x h x L=8mm1.输入轴与大带轮联接米用平键联接x 7mnx 45mm此段轴径 di=25mm,L=50mmb x h x查手册选用A型平键，L=16mm x选得：bx hx L=8mM 7mM 40mm 匸L-b=40-8=32mm10mrx 36mm(T p=4 Ti/(d h 1)b x h x=4x 42.6 x 1000/ (25x 7x 32)L=10mmx 8mm=30.43Mpa < (T p =12

23、5Mpax 50mm2、输出轴与大齿轮联接米用平键联接Cr=25.5KN>轴径 d2=50mm L=38mm10.88KN查手册选A型平键此轴承合格选 bx hx L=16mrX 10mnX32mm l=L-b=16mmCr=31.5KN>(T p=4 T2 / (d h l )6.22KN=4x 194.94 x 1000/ (50x 10x 16)此轴承合格=97.47Mpa < t p =125Mpa3、输出轴与联轴器联接用平键联接轴径 d3=35mm L3=58mm查手册P51选用A型平键选 bx hx L=10mrx 8mnx 50mm l=L-b=40mmT p=

24、4 T2 / (d h l )=4x 194.94 x 1000/ (35x 8x 40)=69.62Mpa < t p =125Mpa八、滚动轴承设计根据条件，轴承预计寿命Lh=5x 36506=29200 小时1输入轴的轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷 PFn= Ft = 1704 =1813.16N Fr= Fn =1813.16=906.58N coscos2022因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=906.58N（2）求轴承应有的径向基本额定载何值（3）选择轴承型号查课本表 11-5,选择 6207 轴承 Cr=25.5KN>10.88KN所以预期寿命足够此轴承合格2输出轴的轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷 PFn一 Ft =1638.2=1743.12N Fr= Fn -1743-12-871.56N coscos2022因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=871.56N（2）求轴承应有的径向基本额定载何值查课本表 11-5,选择