带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器1

1、东南大学 机械设计基础课程设计 设计计算说明书题 目 机械设计基础 院 系 机械与材料工程学院 专 业 机电一体化 姓 名 金卤灯 年 级 机械3班 指导教师 赵高 二零一一年四月一、传动方案拟定第一组第一个数据：设计带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器（1） 工作条件：使用年限5年，每日按24小时计算，载荷平稳。（2） 原始数据：输送带工作拉力F=2300N；带速V=1.5m/s；滚筒直径D=400mm。 运动简图二、电动机的选择1、电动机类型和结构型式的选择：按已知的工作要求和 条件，选用 Y系列三相异步电动机。2、确定电动机的功率：（

2、1）传动装置的总效率：总=带×2轴承×齿轮×联轴器×滚筒=0.96×0.992×0.97×0.99×0.95=0.86(2)电机所需的工作功率：Pd=FV/1000总=2300×1.5/1000×0.86 =2.967KW3、确定电动机转速：滚筒轴的工作转速：Nw=60×1000V/D=60×1000×1.5/×400=71.7r/min根据【2】表2.2中推荐的合理传动比范围，取V带传动比Iv=24，单级圆柱齿轮传动比范围Ic=35，则合理总传

3、动比i的范围为i=620，故电动机转速的可选范围为nd=i×nw=（620）×71.7=430.21434r/min符合这一范围的同步转速有720 r/min和960r/min。由【2】8.1查出有三种适用的电动机型号、如下表方案 电动机型号 额定功率 电动机转速（r/min） 传动装置的传动比  KW 同转 满转 总传动比 带 齿轮1 Y160M1-8 4 750 720 9.42 3 3.14

4、2 Y132M1-6 4 1000 960 12.57 3 2.8 4.5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，比较两种方案可知：方案1因电动机转速低，传动装置尺寸较大，价格较高。方案2适中。故选择电动机型号Y132M1-6。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。Y132M1-6其主要性能：额定功率：4KW，满载转速960r/min，额定转矩39.8N.m。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=960/71.7=13.382、分配各级传动比（1）&

5、#160;取i带=2.8（2）  i总=i齿×i 带i齿=i总/i带=13.38/2.8=4.92四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）nI=nm/i带=960/2.8=342.86(r/min)nII=nI/i齿=342.86/4.92=69.68(r/min)滚筒nw=nII=342.86/4.92=69.68(r/min)2、 计算各轴的功率（KW） PI=Pd×带=2.967×0.96=2.85KW PII=PI×轴承×齿轮=2.85×0.99×0.

6、97=2.74KW3、 计算各轴转矩Td=9.55Pd/nm=9550×2.967/960=29.51Nm      TI=9.55p2入/n1 =9550x2.85/342.86=79.66Nm           TII =9.55p2入/n2=9550x2.74/69.68=375.53Nm     五、传动零件的设计计算1、

7、60;皮带轮传动的设计计算（1） 选择普通V带截型由课本1P189表10-8得：kA=1.2   Pd=2.967KWPC=KAPd=1.2×2.967=3.56KW据PC=3.56KW和n1=342.86r/min由课本1P189图10-12得：选用A型V带（2） 确定带轮基准直径，并验算带速由1课本P190表10-9，取dd1=100mm>dmin=75dd2=i带dd1(1-)=2.8×100×(1-0.02)=274.4 mm由课本1P190表10-9，取dd2=280带速V：V=dd1n1

8、/60×1000=×100×960/60×1000            =5.24m/s在525m/s范围内，带速合适。（3） 确定带长和中心距初定中心距a0=500mmLd=2a0+(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0=2×500+3.14(100+280)+(280-100)2/4×500=2193.38mm根据课本1表（10-6）选取相近的Ld=2240mm确定中心距aa0+(Ld-

9、Ld0)/2=500+(2240-2193.38)/2=523.31mm    (4)          验算小带轮包角1=180度-57.3度 ×(dd2-dd1)/a=180度-57.3度×(280-100)/523.31=160.30>120度（适用）   （5）       确定带的根数单根V带传递的额定功率.据d

10、d1和n1，查课本图10-9得  P1=1.4KWi1时单根 v带的额定功率增量.据带型及i查1表10-2得  P1=0.17KW查1表10-3，得K=0.94；查1表10-4得 KL=0.99Z= PC/(P1+P1)KKL=3.56/(1.4+0.17) ×0.94×0.99=2.26  (取3根)     (6)        计算轴上压力由课本1表1

11、0-5查得q=0.1kg/m，由课本式（10-20）单根V带的初拉力：F0=500pC/2V(2.5/ka)-1+qV2=500x3.56/2X5.24(2.5/0.94)-1)+0.10x5.24=106.65kN则作用在轴承的压力FQFQ=2ZF0sin(1/2)=2×3×106.25sin(158.67o/2)=626.50N2、齿轮传动的设计计算（1）选择齿轮材料与热处理：所设计齿轮传动属于闭式传动，通常齿轮采用软齿面。查阅表1 表6-8，选用价格便宜便于制造的材料，小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度250HBS；大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为21

12、0HBS；精度等级：运输机是一般机器，速度不高，故选8级精度。(2)按齿面接触疲劳强度设计由d1 (6712×kT1(u+1)/duH2)1/3确定有关参数如下：传动比i齿=3.89取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1= ×20=77.8取z2=78                        

13、0;  由课本表6-12取d=1.1(3)转矩T1T1=9.55×106×P1/n1=9.55×1000000×2.85/342.86=79105.17Nmm(4)载荷系数k  :  取k=1.2(5)许用接触应力HH= Hlim ZN/SHmin  由课本1图10.24查得：Hlim1=600Mpa   Hlim2=500Mpa接触疲劳寿命系数Zn：按一年300个工作日，每天24h计算，由公式N=60njtn 计算

14、N1=60×342.86×5×300×18=1.877x109N2=N/i=1.877x109 /3.89=4.28×108查1课本图10-26中曲线1，得 ZN1=1  ZN2=1.05按一般可靠度要求选取安全系数SHmin=1.0H1=Hlim1ZN1/SHmin=600x1/1=610 MpaH2=Hlim2ZN2/SHmin=500x1.05/1=525Mpa故得：d1 (6712×kT1(u+1)/duH2)1/3=49.04mm 模数：m=d1/Z1=4

15、9.04/20=2.45mm取课本表10.3标准模数第一数列上的值，m=2.5(6)校核齿根弯曲疲劳强度 bb=2KT1YFS/bmd1确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mZ1=2.5×20mm=50mm                 d2=mZ2=2.5×78mm=195mm齿宽：b=dd1=1.1×50mm=55mm取b2=55mm   b1=60m

16、m(7)复合齿形因数YFs   由课本1图10-10得：YFS1=4.35,YFS2=3.95 (8)许用弯曲应力bb根据课本1P180：bb= bblim YN/SFmin由课本1图10.25得弯曲疲劳极限bblim应为： bblim1=490Mpa  bblim2 =410Mpa由课本1图10.26得弯曲疲劳寿命系数YN：YN1=1   YN2=1弯曲疲劳的最小安全系数SFmin ：按一般可靠性要求，取SFmin =1计算得弯曲疲劳许用应力为

17、bb1=bblim1 YN1/SFmin=490×1/1=490Mpabb2= bblim2 YN2/SFmin =410×1/1=410Mpa校核计算bb1=2kT1YFS1/ b1md1=71.86pa< bb1bb2=2kT1YFS2/ b2md1=72.61Mpa< bb2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=(d1+d2)/2= (50+195)/2=122.5mm(10)计算齿轮的圆周速度V计算圆周速度V=n1d1/60×1000=

18、3.14×342.86×50/60×1000=1.698m/s因为V6m/s，故取8级精度合适 六、轴的设计计算   从动轴设计    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。查书表14.7表可知：       b=650Mpa,s=360Mpa,查书表表【14.7】可知：b+1

19、bb=215Mpa       0bb=102Mpa,-1bb=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 &

20、#160;      查表14-1可得，45钢取C=118       则dCx(P/N)1/3=118×(2.74/69.68)1/3mm=40.002mm         考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取d=40mm    3、齿轮上作用力的计算      

21、 齿轮所受的转矩：T=9.55×106P/n=9.55×106×2.74/69.68=375530 N.m       齿轮作用力：                  圆周力：Ft=2T/d=2×375530/195N=3851.5N    

22、0;             径向力：Fr=Fttan200=3851.5×tan200=1401.7N    4、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 &

23、#160;            可采用弹性柱销联轴器，查表16.1可得联轴器的型号为HL3联轴器：40×82  GB5014-85       （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

24、齿轮两边。轴外伸端安装联轴器，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，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=40mm作为外伸端直径d1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=45mm齿轮和左端轴承从左侧装入，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=50mm，为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3，取d4=55mm。齿轮左端用用套筒固定,右端用轴环定位,轴环

25、直径d5=65满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定.右端轴承型号与左端轴承相同,取d6=50mm.                 (4)选择轴承型号.由1P270初选深沟球轴承,代号为6210,查手册可得:轴承宽度B=19,安装尺寸D=57,故轴环直径d5=57mm.          

26、0;      (5）确定轴各段直径和长度段：d1=40mm   长度取L1=50mmII段:d2=45mm 初选用6210深沟球轴承，其内径为50mm,宽度为19mm.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+19+55）=96mmIII段直径d3=50mmL3=L1-L=50-2=48mm段直

27、径d4=55mm长度与右面的套筒相同，即L4=52mm段直径d5=57mm.  长度L5=20mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=96mm(6)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d1=195mm求转矩：已知T2=375.53Nm求圆周力：Ft根据课本P297（式得Ft=2T2/d1=2×375.53/195=3.85N求径向力Fr根据课本P297式得Fr=Fttan=3.85×tan200=1.40N因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=48mm(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=1.

28、40/2=0.7NFAZ=FBZ=Ft/2=3.85/2=1.925N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=0.37×96÷2=33.6Nm截面C在水平面上弯矩为：MC2=FAZL/2=1.925×96÷2=92.4Nm(4)绘制合弯矩图（如图d）MC=(MC12+MC22)1/2=（33.6+92.4)1/2=63Nm(5)绘制扭矩图（如图e）转矩：T=9.55×（P2/n2）×106=375.53Nm(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=0.2，截面C处的当

29、量弯矩：Mec=MC2+(T)21/2=63+(0.2×375.53)21/2=70.25Nm(7)校核危险截面C的强度e=70.25/0.1d33=70.25x1000/0.1×453=10.14MPa< -1b=60MPa该轴强度足够。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。查表14-7可知：   

30、60;   b=650Mpa,s=360Mpa,查表14-7可知：b+1bb=215Mpa       0bb=102Mpa,-1bb=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：        

31、       dC        查14.1可得，45钢取C=118       则d118×(2.85/342.86)1/3mm=23.6mm         考虑键槽的影响以系列标准，取d=24mm    3、齿轮上作用力的计算

32、0;      齿轮所受的转矩：T=9.55×106P/n=9.55×106×2.85/342.86=79383 N       齿轮作用力：                  圆周力：Ft=2T/d=2×79383 /50N=3

33、175.32N                  径向力：Fr=Fttan200=2130×tan200=773.19N           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

34、60;     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d2=50mm求转矩

35、：已知T=53.26Nm求圆周力Ft：根据课本p297式得Ft=2T3/d2=2×79.66/50=3.18N求径向力Fr根据课本P297式得Fr=Fttan=3.18×0.36379=1.15N两轴承对称LA=LB=50mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=1.15/2=0.575NFAZ=FBZ=Ft/2=3.18/2=1.59N(2) 截面C在垂直面弯矩为MC1=FAxL/2=0.575×100/2=28.75Nm(3)截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=1.59×100/2=79.5Nm(4)计

36、算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2=（28.75+79.5）1/2=84.5Nm(5)计算当量弯矩：根据课本P235得=0.4Mec=MC2+(T)21/2=79.52+(0.4×53.26)21/2=82.30Nm(6)校核危险截面C的强度由式（10-3）e=Mec/（0.1d3）=59.74x1000/(0.1×303)=22.12Mpa<-1b=60Mpa此轴强度足够（7） 滚动轴承的选择及校核计算       一从动轴上的轴承根据根据条件，轴承预计寿命L'h=5&

37、#215;300×24=36000h         (1)由初选的轴承的型号为: 6210，（3）      查附录10.2可知:d=50mm,外径D=90mm,宽度B=20mm,基本额定动载荷C=35KN, 基本静载荷CO=23.2KN,          查附录10可知极限转速9000r/min  &#

38、160;     （1）已知nII=69.68(r/min)两轴承径向反力：FR1=FR2=1083N根据课本P296（11-16）得轴承内部轴向力FS=0.68FR 则FS1=FS2=0.68FR1=0.68x1083=682N(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=682N   FA2=FS2=682N(3)求系数x、yFA1/FR1=682N/1038N =0.68FA2/FR2=682N/10

39、38N =0.68根据课本P265表（14-14）得e=0.68FA1/FR1<e    x1=1    FA2/FR2<e    x2=1y1=0                y2=0(4)计算当量载荷P1、P2根据课本P264表（14-12）取f P=1.5根据课本P264（14-

40、7）式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1083+0)=1624NP2=fp(x2FR1+y2FA2)= 1.5×(1×1083+0)=1624N(5)轴承寿命计算P1=P2  故取P=1624N深沟球轴承=3根据手册得6210型的Cr=35000N由课本P264（14-5）式得LH=106(ftCr/P)/60n=106(1×35000/1624)3/60X121.67=998953h>36000h 预期寿命足够     

41、60;        二.主动轴上的轴承:       (1)由初选的轴承的型号为:6206     查附录10.1可知:d=30mm,外径D=62mm,宽度B=16mm,基本额定动载荷C=19.5KN,基本静载荷CO=11.5KN,        查2表10.1可知极限转速13000r/min  

42、         根据根据条件，轴承预计寿命L'h=5×300×24=36000h                 （1）已知nI=342.86(r/min)两轴承径向反力：FR1=FR2=1129N根据课本P296得轴承内部轴向力FS=0.68FR 则FS1=FS2=0.68FR1=0.68x112

43、9=711.8N(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=711.8N   FA2=FS2=711.8N(3)求系数x、yFA1/FR1=711.8N/711.8N =0.68FA2/FR2=711.8N/711.8N =0.68根据课本P265表（14-14）得e=0.68FA1/FR1<e    x1=1    FA2/FR2<e  &#

44、160; x2=1y1=0                y2=0(4)计算当量载荷P1、P2根据课本P293取f P=1.5根据课本P293式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1129+0)=1693.5NP2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×1129+0)= 1693.5N(5)轴承寿命计算P1=P2  故取P

45、=1693.5N深沟球轴承=3根据手册得6206型的Cr=19500N由课本P264（14-5）式得LH=106(ftCr/P)/60n=106(1×19500/1693.5)3/60X473.33=53713h>36000h 预期寿命足够 七、键联接的选择及校核计算1根据轴径的尺寸，由1中表12-6高速轴(主动轴)与V带轮联接的键为：键8×36 GB1096-79大齿轮与轴连接的键为：键 14×45  GB1096-79轴与联轴器的键为：键10×40  GB1096-

46、792键的强度校核  大齿轮与轴上的键 ：键14×45 GB1096-79b×h=14×9,L=45,则Ls=L-b=31mm圆周力：Fr=2TII/d=2×198580/50=7943.2N挤压强度： =56.93<125150MPa=p因此挤压强度足够剪切强度： =36.60<120MPa= 因此剪切强度足够键8×36  GB1096-79和键10×40  GB1096-79根据上面的步骤校核，并且符合要求。八

47、、减速器箱体、箱盖及附件的设计计算1、减速器附件的选择通气器由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M18×1.5油面指示器选用游标尺M12起吊装置采用箱盖吊耳、箱座吊耳.放油螺塞选用外六角油塞及垫片M18×1.5根据机械设计基础课程设计表5.3选择适当型号：起盖螺钉型号：GB/T5780   M18×30,材料Q235高速轴轴承盖上的螺钉：GB578386 M8X12,材料Q235低速轴轴承盖上的螺钉：GB578386 M8×20,材料Q235螺栓：GB578286 M14×100

48、，材料Q235箱体的主要尺寸：      (1)箱座壁厚z=0.025a+1=0.025×122.5+1= 4.0625                                 &#

49、160;                              取z=8                 (2)箱盖壁厚z1=

50、0.02a+1=0.02×122.5+1= 3.45                                            

51、                    取z1=8                 (3)箱盖凸缘厚度b1=1.5z1=1.5×8=12       

52、          (4)箱座凸缘厚度b=1.5z=1.5×8=12                 (5)箱座底凸缘厚度b2=2.5z=2.5×8=20             

53、    (6)地脚螺钉直径df =0.036a+12=                                       0.036×122

54、.5+12=16.41(取18)                  (7)地脚螺钉数目n=4  (因为a<250)                  (8)轴承旁连接螺栓直径d1= 0.75df 

55、;=0.75×18= 13.5   (取14)                                      (9)盖与座连接螺栓直径 d2=(0.

56、5-0.6)df =0.55×                                              

57、;                                                  

58、;                 18=9.9       (取10)                                                    &#