《机械设计课程设计》计算说明书带式运输机二级圆柱齿轮减速器设计

《机械设计课程设计》计算说明书课程名称：机械设计课程设计课程号：16109500题目：带式运输机二级圆柱齿轮减速器设计学院名称：能源与动力工程学院热工专业班级：2009级（1）班学生姓名：学号：指导教师：2012年01月目录第一部分.设计任务书第二部分.机械传动装置的总体设计………22.1电动机的选择………………22.2传动方案的确定……………22.3总传动比的确定……………32.4传动装置的运动参数和动力参数的计算…………………3第三部分.传动零件设计计算………………53.1V带传动的设计计算………53.2齿轮传动的设计计算……………………6高速级齿轮的设计计算…………6低速级齿轮的设计计算…………8两对齿轮的数据记录……………11第四部分.轴系零件设计计算………………114.1轴的设计计算……………11高速级Ⅰ轴的设计计算…………11中速级Ⅱ轴的设计计算…………12低速级Ⅲ轴的设计计算…………14高速级Ⅰ轴的受力分析图………16中速级Ⅱ轴的受力分析图………17低速级Ⅲ轴的受力分析图………184.2滚动轴承的设计计算……………………194.3键连接的设计计算………204.3联轴器的设计计算………21第五部分.润滑与密封的设计………………21第六部分.参考资料…………23设计计算及说明结果第一部分.设计任务书机械传动装置通常由原动机、传动装置、工作机和机架四部分组成，其总体设计包括传动方案的拟定和分析，电动机型号的选择，总传动比的计算及其分析，传动装置的运动参数和动力参数的计算等。设计过程一般是：从方案分析开始，进行必要的设计计算和结构设计，最后以图样和计算说明书表达设计结果。第二部分.传动方案设计铸造车间一造型用砂型运输机，系由电动机驱动传动装置，该减速器传动装置由两级齿轮减速器和其他传动组件组成，运输机每日两班制工作，工作期限7年。设计此传动装置。设计任务1完成运输机主要传动装置结构设计。2完成装配图一张（用A0图纸），零件图两张。编写设计说明书一份。原始数据运输带主动鼓轮轴输入端转矩Tw=800NM主动鼓轮直径D=3运输带速度Vw=0.551.1传动方案的确定（1）电动机通过皮带轮与减速器连接；（2）减速器用二级展开式圆柱直齿轮减速器；（3）输出轴与链相连，由链带动鼓轮传动；（4）方案简图如下：.2电动机的选择按工作要求和条件,选用Y系列笼型三相异步电动机,封闭式结构。确定电动机的功率效率的选择：查表2-2V带传动：η1圆柱齿轮传动7级精度圆柱：η2滚动球轴承：η3弹性套柱销联轴器：η45闭式滚子链效率：η5传动装置总效率为而查表2-3，取同步转速：1500r/min——4级电动机选型号：Y112M-4,额定功率：Pm=4kW，满载功率：nw=1440r/min1.3总传动比的确定综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格以及总传动比，应选用1500r/min的电动机Y系列三相异步电动机,得到主动鼓轮轴的工作转速为。初估传动比：而i’=i减×i带×i链。由推荐值，取i带，i减，（i高=3.6，i低=3）则通过计算得i链1.4传动装置的运动参数和动力参数的计算设n0、n1、n2、n3、n4、n5——0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ轴的转速（r/min）；P0、P1、P2、P3、P4、P5——0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ轴的输入功率（kW）；T0、T1、T2、T3、T4、T5——0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ轴的输入转矩（N.m）；P0——电动机实际所需功率（kW）；nm——电动机满载转速（r/min）。各轴输入功率功率：P0Kw各轴转速：各轴输入转矩：各轴运动及动力参数表如下：轴号参数0ⅠⅡⅢⅣⅤ输入功率kW3.573.393.293.193.14转速r/min144080077323.68第2部分.传动方案设计2.1V带传动的设计计算（图表数据来源于《带传动和链传动设计手册》）电动机转速n0＝nw＝1440r/mim，带轮所连减速器高速轴I轴转速为n1＝800r/min，传动装置输入功率为P0＝kW。求计算功率PcⅠ类电动机，载荷变动小，工作时间16h.查表13-6得KA＝1.2故计算功率为：Pc＝KAP0×3.57kW＝8kW2、选择V带型号由Pc＝8kW，n0＝1440r/mim，查图13-12得坐标点位于A型界内，故初选普通A型V带。3、计算大、小带轮基准直径d0、d1。查表13-7，d0应不小于80mm，取小带轮基准直径d0=100mm,取ε=0.02，则，圆整为d1=180mm。验证带速带的实际传动比实际大带轮转速。带速在范围内，符合要求。求V带基准长度和中心距a由，选取mm,由式得带长由表3-4取标准长度实际中心距6、验算小带轮包角α故包角合理。确定带的根数z，小带轮基准直径d0=100mm,A型V带，，查表13-5取查表13-10，由，取Kα查表13-2，由，得KL＝V带根数取z=4根8、计算V带初张紧力F0和压轴力Q查表3-2，得9、带轮结构设计由电动机型号，得小带轮孔径d=28mm,带轮轮缘宽度bd=。由表3-17，e=15,取f=10。小带轮孔径d=28mm，d0=100mm,大带轮d1=180,取孔径d=28mm查表3-19，小带轮采用实心轮，大带轮采用四孔板轮，大带轮草图如下：2.2齿轮传动的设计计算高速级齿轮的设计计算i高=3.6，取z1=25，z2=90，精度为7级小齿轮选用45钢，调制处理230HBS，大齿轮选用45钢，正火处理200HBS。㈠接触疲劳强度计算①计算小齿轮转矩T1②确定载荷系数K工作平稳，平稳载荷，由表11-4，工作情况系数KA=17级精度，调制处理初速度设为0~3m/s，由表11-5，动载系数KV=1Ψa=0.3，轴刚性大，非对称分布，软齿面，由表11-7，齿向载荷分布系数Kβ7级精度，软齿面，表11-9，齿间载荷分布系数Kα由此的载荷系数③确定弹性载荷系数ZE、节点区域系数ZH、重合度系数Zε和螺旋角系数Zβ刚对钢的弹性系数由表11-6得初设，查图11-9，ZH=2.43重合度系数斜齿X取0.9，④计算许用接触压力[σH]因为大齿轮的材料硬度差，接触疲劳强度按大齿轮计算即可。大齿轮45钢调制210HBS，由图11-10，取按表11-7定失效概率为1%得SH=1，故⑤计算小齿轮分度圆直径d1⑥验证速度v,与初设0~3m/s相符㈡确定传动尺寸①确定模数mn，按标准取mn=2.②确定中心距a中心距应圆整为整数，取a=119mm③确定螺旋角β④确定齿轮分度圆直径d1、d2 改到这了⑤确定齿宽b1、b2b2=Ψdd1×mm=0mm，取b2=36mmb1=b2+5=41㈢弯曲疲劳强度验算①确定齿形系数YFa、应力修正系数Ysa、重合度系数Yε及螺旋角系数Yβ小齿轮当量齿数大齿轮当量齿数查图11-12、11-13得YFa1Ysa1YFa2Ysa2②计算许用弯曲应力[σF]小齿轮选用45钢调制处理230HBS，查图11-14得小齿轮大齿轮选用45钢调制处理210HBS，查图11-14得小齿轮由mn=2mm，查图11-15，Yx=1失效概率为1%，查表11-7，得SF=1许用弯曲应力③验算弯曲疲劳强度该对齿轮弯曲疲劳强度已经足够。低速级齿轮的设计计算I低=3，取z3=20，z4=60，精度为7级小齿轮选用45钢，调制处理230HBS，大齿轮选用ZG310-570钢，正火处理210HBS。㈠接触疲劳强度计算①计算小齿轮转矩T2②确定载荷系数K工作平稳，平稳载荷，由表11-4，工作情况系数KA=17级精度，调制处理初速度设为0~3m/s，由表11-5，动载系数KV=1Ψa=0.4，轴刚性大，非对称分布，软齿面，由表11-7，齿向载荷分布系数Kβ7级精度，软齿面，表11-9，齿间载荷分布系数Kα由此的载荷系数③确定弹性载荷系数ZE、节点区域系数ZH、重合度系数Zε和螺旋角系数Zβ刚对铸钢的弹性系数由表11-6得初设，查图11-9，ZH重合度系数斜齿X取0.9，④计算许用接触压力[σH]因为大齿轮的材料硬度差，接触疲劳强度按大齿轮计算即可。大齿轮ZG310-570正火210HBS，由图11-10，取按表11-7定失效概率为1%得SH=1，故⑤计算小齿轮分度圆直径d3⑥验证速度v,与初设0~3m/s相符㈡确定传动尺寸①确定模数mn，按标准取mn=4②确定中心距a中心距应圆整为整数，取a=165mm③确定螺旋角β④确定齿轮分度圆直径d1、d2⑤确定齿宽b1、b2b4=Ψdd3×82.5mm=66mm，取bb3=b4+5=7㈢弯曲疲劳强度验算①确定齿形系数YFa、应力修正系数Ysa、重合度系数Yε及螺旋角系数Yβ小齿轮当量齿数大齿轮当量齿数查图11-12、11-13得YFa3=2.76Ysa3YFa4=2.26Ysa4②计算许用弯曲应力[σF]小齿轮选用45钢调制处理230HBS，查图11-14得小齿轮大齿轮选用ZG310-570正火处理200HBS，查图11-14得小齿轮由mn=4mm，查图11-15，Yx=1失效概率为1%，查表11-7，得SF=1许用弯曲应力③验算弯曲疲劳强度该对齿轮弯曲疲劳强度已经足够。两对齿轮的数据记录两组齿轮的齿顶圆直径分别为各齿轮参数如下表所示高速级低速级mn2βmn4βz125z290z320z460b141b236b371b466d1d21d382.500d42400da1da2da390.500da4255500a119精度7级a165精度7级第三部分.轴系零件设计计算3.1轴的设计计算高速级Ⅰ轴的设计计算选用45钢经调制处理由表15-1查得硬度为217~255HBS，抗拉强度,查表15-3得许用弯曲正应力，尺寸估算a=13mm，c=20mm，D=13mm，E=20mm，F=50mm，G=10mm，H=6mm，k=20mm。其中b1=41mm，b2=36mm，b3=71mm，b4=66mm，B=65mmL=E+2D+2a+0.5(b1+b2+b3+b4)+c=192x1=0.5B+k+H+G+F-D-0.5E=95.x2=0.5E+D+a+0.5(b3+b4)+c+0.5b2=1mmx3=0.5E+D+a+0.5b1=mm画出空间受力图（另附）作水平内的弯矩MH图（H）水平：ABA的左侧：C的左侧：C的右侧：作垂直平面内的弯矩Mv图(V)竖直：ABC的左侧：作合成弯矩图MC的左侧C的右侧作转矩T图T=T1=41.3作当量弯矩图，单向转动，转动为脉动循环，校正系数，D截面：A截面：C左截面：计算危险轴径D处：D处有键槽，将直径加大5%，及55mm×1.05=A处：C处：C处有键槽，将直径加大5%，及mm×1.05=mm中速级Ⅱ轴的设计计算选用45钢经调制处理由表15-1查得硬度为217~255HBS，抗拉强度,查表15-3得许用弯曲正应力，尺寸估算L=192mmx1=0.5E+D+a+0.5b3=7x2=L-x1-x3=64x3=mm(高速轴已计算)画出空间受力图（另附）作水平内的弯矩MH图（H）水平：DBB的左侧：B的右侧：C的左侧：C的右侧：作垂直平面内的弯矩Mv图(V)竖直：DAB的左侧：C的右侧：作合成弯矩图MB的左侧B的右侧C的左侧C的右侧作转矩T图T=T2=1作当量弯矩图，单向转动，转动为脉动循环，校正系数，B右截面：C右截面：计算危险轴径B处：B处有键槽，将直径加大5%，及33.0mm×C处：C处有键槽，将直径加大5%，及30.0mm×低速级Ⅲ轴的设计计算选用45钢经调制处理由表15-1查得硬度为217~255HBS，抗拉强度,查表15-3得许用弯曲正应力，尺寸估算L=192mmx1=71.x2=L-x1=1mm由画出空间受力图（另附）作水平内的弯矩MH图（H）水平：ACB的左侧：B的右侧：作垂直平面内的弯矩Mv图(V)竖直：ACB的左侧：作合成弯矩图MB的左侧B的右侧作转矩T图T=T3作当量弯矩图，单向转动，转动为脉动循环，校正系数，B右截面：C截面：计算危险轴径B处：B处有键槽，将直径加大5%，及mm×1.05=38.C处：注：轴的结构设计，根据结构和强度要求做成阶梯轴，还要参考轴承孔径数值，轴段长度参考选轴上各零件宽度，详细尺寸设计见图纸。高速级Ⅰ轴的受力分析图(见16页)中速级Ⅱ轴的受力分析图(见17页)低速级Ⅲ轴的受力分析图(见18页)3.2滚动轴承的设计计算Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、轴的轴向受力分析Ⅲ轴轴向力较大，选用角接触球轴承，Ⅰ、Ⅱ选用深沟球轴承①Ⅰ轴轴向力由于暂取查表17-5，取温度系数查表17-6，取负荷系数而n1=7r/min，ε=3，轴承寿命设计为15000h。查标准的深沟球6207轴承与原估计值接近，适用。孔径d=35mm>28mm(带轮轴段直径)，满足要求。外径D=72mm，宽度B=17mm.②Ⅱ轴轴向力由于暂取查表17-5，取温度系数查表17-6，取负荷系数而n2=225.81r/min，ε=3，轴承寿命设计为15000h。查标准的深沟球6208轴承与原估计值接近，适用。孔径d=40mm>35mm(I轴承孔直径)；外径D=80mm>72mm(I轴承外径)，满足要求。宽度B=18mm。③Ⅲ轴选用角接触球轴承，开口相对安装（7000AC型）Ⅲ轴轴向力查表17-5，取温度系数查表17-6，取负荷系数而n3=7r/min，ε=3，轴承寿命设计为15000h。查标准的角接触球轴承7010AC，轴承孔径d=50mm>40mm(Ⅱ轴承孔直径)，外径D=80mm（与Ⅱ轴承外径相等），满足要求。宽度B=16mm。3.3键连接的设计计算①Ⅰ轴大带轮键材料选用45钢，A型，T1=41300N.mm，轮毂=B=65mmL=（65-10）mm=55mm查表10-11轴径d=28mm，查表10-10b=8mm，h=7mm,满足要求Ⅰ轴齿轮轴径d=40，查表10-10b=12mm，h=8mm而齿根圆直径df=mm显然故应采用齿轮轴结构，无需用键连接②Ⅱ轴键材料选用45钢，A型，T2=144292第二个齿轮轮毂=b2=36mmL=(36-5)mm=31mm轴径设计为d=42mm查表10-10b=12mm，h=8mm，满足要求第三个齿轮轮毂=b3=71mmL=(72-10)mm=61mm轴径设计为d=42mm查表10-10b=12mm，h=8mm，满足要求③Ⅲ轴键材料选用45钢，A型，T3=419740第二个齿轮轮毂=b4=66mmL=(67-10)mm=56mm轴径设计为d=52mm查表10-10b=16mm，h=10mm，满足要求2.3联轴器的设计计算n3=r/min，Ⅲ轴名义转矩T3=4查表18-1，取工作情况系数KA按照GB4323-84，查标准，选取TL8联轴器其许用转矩[T]=710N.m；许用转矩[n]=2400r/min。满足设计要求。第4部分.润滑与密封的设计①齿轮润滑低速级齿轮圆周速度故可采用油池润滑减速器环境温度10~50℃，轻~中载荷，低速级中心距a=165查表11-11，润滑油粘度推荐值由《设计手册》表6-29，选择中负荷工作齿轮油（GB5903-86）