机械设计课程设计

机械设计课程设计第1页共31页一、设计任务书设计题目：设计带式运输机传动装置中的双级圆柱齿轮减速器设计数据及条件输送带有效拉力13000F牛；输送带工作速度0.45V米/秒；输送带滚筒直径420D毫米；传动比允许误差i（2%——4%）；生产规模：单件；工作环境：清洁；载荷特性：稍有冲击；工作期限：5年2班制其他条件：无。总体方案设计传动系统的方案拟定带式输送机传动系方案如下图1所示。图1机械设计课程设计第2页共31页带式输送机由电动机驱动。电动机1通过连轴器2将动力传入减速器3,再经连轴器4及开式齿轮5将动力传至输送机滚筒6,带动输送带7工作。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但齿轮相对轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级和低速级都采用斜齿圆柱齿轮传动。二.电动机的选择（1）电动机的功率由已知条件可以计算出工作机所需的有效功率130000.455.85810001000wFvpkw设：5w输送机滚筒轴至输送带间的传动效率c连轴器效率c＝0.99g闭式圆柱齿轮传动效率g＝0.97g开式齿轮传动效率g＝0.95b一对滚动轴承的效率b＝0.99cy输送机滚筒效率cy＝0.96估算传动系统总效率式中c0.99＝＝bg0.990.970.9603＝＝＝bg0.990.970.9603＝＝＝bc0.990.990.9801＝＝＝bg0.990.950.9405，＝＝＝wbcy0.990.960.9504＝＝＝机械设计课程设计第3页共31页总效率＝工作机所需电动机效率wrp5.858p7.32kw0.7998＝＝＝（2）电动机转速的选择输送机滚筒轴的工作转速w60000600000.4520.5/minvrd＝考虑到整个传动系统为三级减速，总传动比可适当取大一些，选同步转速1500/srmim的电动机为宜。（3）电动机型号的选择根据工作条件：工作环境清洁、两班制连续工作，工作机所需功率7.32rpkw及电动机的同步转速1500/srmim等，选用Y系列三相异步电动机，卧式封闭结构，型号为Y132M－4,其主要性能数据如下：电动机的额定功率7.5mpkw电动机满载转速1440/minmnr电动机轴伸直径D＝38mm电动机轴伸长度E＝60mm三.传动比的分配带式输送机传动系统的总传动比144070.2420.5mwnin由传动系统方案知011i；341i按书『1』表3-1查取开式圆柱齿轮传动的传动比454i由计算可得两级圆柱齿轮减速器的总传动比机械设计课程设计第4页共31页123401344570.2417.56114iiiiiii为便于两级圆柱齿轮减速器采用浸油润滑，当两对齿轮的配对材料相同、齿面硬度350HBS、齿宽系数相等时，考虑齿面接触强度接近相等的条件，取高速级传动比121.31.317.564.778ii低速级传动比231217.563.6754.778iii传动系统各传动比分别为：01122334451,4.778,3.675,1,4iiiii四.传动系统的运动和动力参数计算传动系统各轴的转速、功率和转矩计算如下：0轴（电动机轴）mnn1440r/min＝＝07.32rppkw0009550pTn7.32955048.551440Nm1轴（减速器高速轴）010114401440/min1nnri10017.320.997.2468ppkw10010148.5510.9948.0645TTiNm2轴（减速器中间轴）12121440301.38/min4.778nnri机械设计课程设计第5页共31页21127.24680.96036.9559ppkw211212i48.06454.7780.9603220.54TTNm3轴（减速器低速轴）2323301.3882.01/min3.675nnri326.95590.96036.6798ppkw322323220.543.6750.96036.6798TTikw4轴（开式圆柱齿轮传动高速轴）343482.0182.01/min1nnri436.67980.98016.547ppkw4334346.679810.9801762.82TTikw5轴（开式圆柱齿轮传动低速轴）454582.0120.5/min4nnri436.5470.94056.157ppkw544545762.8240.94052869.73TTikw五.开式齿轮传动的设计计算(1)选择齿轮材料、热处理方式大小齿轮材料均选用20CrMnTi渗碳淬火，齿面硬度58－62HRC(2)确定许用应力①确定极限应力limH和limF按齿面硬度查书『2』图3-6得，lim11500HMPa，lim21500HMPa；查书『2』图3-7得，lim1450FMPa，lim2450FMPa。机械设计课程设计第6页共31页②计算应力循环次数N、确定寿命系数NZ、NY8116060182.01(530016)1.1810Nant871211.18102.95104NNi查书『2』的图3-8得，121NNZZ；查书『2』的图3-9得，121NNYY③计算许用应力由书『2』的表3-2取min1.1HS，lim1.5FS，从而lim111min150011363.61.1HNHPHZMPaMPaSlim222min150011363.61.1HNHPHZMPaMPaS取2STY，则lim111min45021(120%)0.84801..5FSTNFPFYYMPaMPaSlim222min45021(120%)0.84801.5FSTNFPFYYMPaMPaS（3）分析失效形式、确定设计准则由于设计的是硬齿面开式齿轮传动，其主要失效是齿面磨损和轮齿折断，按齿根弯曲疲劳强度准则设计,再将求出的模数加大10％--15%后取标准值。（4）初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸①小齿轮的名义转矩1762820TNm②选择齿轮类型初步估计齿轮圆周速度3/vms根据齿轮传动的工作条件，选用斜齿圆柱齿轮传动③选择齿轮传动的的精度等级由书『2』表3-3初选8级精度机械设计课程设计第7页共31页④初选：12111210,25,254100,0zzzi，由书『2』的表3-6取0.5d。⑤初步计算齿轮的主要尺寸由书『2』式（3-16）设计计算nm时，需要先确定系数,,,,FasaKYYYY因其是用电动机驱动，稍有冲击，齿轮速度不高，非对称布置，取1.4,0.75,0.88KYY因当量齿数3/cosvZZ由书『2』图3－18和3-19查得11222.65,1.59;2.23,1.79FasaFasaYYYY因1122120.008780.00832FasaFasaFPFPYYYY取小齿轮参数代入设计式211132112cosFasandFPKTYYYYmZ23221.4762820cos100.750.882.651.590.5254803.4mm将nm加大10%--15%后取标准模数nm＝4mm则中心距124()(25100)253.862cos2cos10nmaZZmm圆整后取254amm调整螺旋角12()4(25100)arccosarccos10105422254nmZZa计算分度圆直径：11425101.6coscos101054nmzdmmmm机械设计课程设计第8页共31页224100406.4coscos101054nmzdmmmm计算齿轮圆周速度：1182.0176.4/0.32/6000060000ndvmsms满足初估齿轮圆周速度3/vms计算齿宽：大齿轮210.5101.650.8dbbdmmmm，圆整后取251bmm；小齿轮12(5bb～10)(517)58mmmm六.减速器传动零件（齿轮）的设计计算高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算(1)选择齿轮材料、热处理方式小齿轮（齿轮1右旋）：45钢，调质处理，硬度为217～255HBS；大齿轮(齿轮2左旋)：45钢，正火处理，硬度为169～217HBS。取小齿轮齿面硬度为230HBS，大齿轮为200HBS。(2)确定许用应力①确定极限应力limH和limF按齿面硬度查书『2』的图3-6得，lim1580HMPa，lim2550HMPa；查参考资料的图3-7得，lim1220FMPa，lim2210FMPa。②计算应力循环次数N、确定寿命系数NZ、NY81606011440(530016)20.7410INant8812120.74104.34104.778NNi查书『2』的图3-8得，121NNZZ；查书『2』的图3-9得，121NNYY③计算许用应力由书『2』的表3-2取min1HS，lim1.4FS，从而机械设计课程设计第9页共31页lim111min58015801HNHPHZMPaMPaSlim222min55015501HNHPHZMPaMPaS取2STY，则lim111min220213141.4FSTNFPFYYMPaMPaSlim222min210213001.4FSTNFPFYYMPaMPaS（2）分析失效形式、确定设计准则由于设计的是软齿面闭式齿轮传动，其主要失效是齿面疲劳点蚀，若模数过小，也可能发生轮齿疲劳折断。因此，该齿轮传动应按齿面接触疲劳强度强度进行设计、确定主参数，然后再校核轮齿的弯曲疲劳强度。（3）初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸①小齿轮的名义转矩148065TNmm②选择齿轮传动的精度等级初估齿轮圆周速度4/vms按估计的圆周速度，由书『2』的表3-3初步选用8级精度。③初选参数初选：121121212,21,214.778100,0zzzi，由书『2』的表3-6取1d。④初步计算齿轮的主要尺寸因电动机驱动，载荷稍有冲击，非对称布置，轴的钢性较小，取1.4K。由书『2』的图3-15查得2.45HZ；查书『2』的表3-5得189.8EZMPa；取0.8Z；coscos120.989Z；2550HPHPMPa，从而21131121()HEHPdZZZZKTidi机械设计课程设计第10页共31页232.45189.80.80.98921.4480654.7781()55014.77841.760mm11cos41.760cos121.94521ndmmmmmz按书『2』的表3-7，取标准模数2nmmm，则中心距1122()(21100)123.72cos2cos12nmazzmmmm圆整后取：1125amm调整螺旋角：121()2(21100)arccosarccos1432222125nmzza计算分度圆直径：1122143.39coscos14322nmzdmmmm222100206.61coscos14322nmzdmmmm计算齿轮圆周速度：11144043.388/3.271/600006000