带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器

机械设计基础课程设计说明书设计题目：带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器设计日期：二○一二年三月十二日单级圆柱齿轮减速器设计说明书第1页共24页目录一、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••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••4五、传动零件的设计计算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5六、轴的设计计算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11输入轴的设计计算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11输入轴的设计计算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15七、滚动轴承的选择及校核计算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18八、键联接的选择及计算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21九、参考文献•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••22十、课程设计总结•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••23单级圆柱齿轮减速器设计说明书第2页共24页机械设计基础课程设计说明书计算过程及计算说明一、传动方案拟定第15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7年，工作为二班工作制，连续单向运转，载荷轻微冲击；环境最高温度350C；小批量生产。（2）原始数据：运输带工作拉力F=2500N；运输带工作速度V=2.0m/s（允许误差为±5%）；滚筒直径D=460mm；滚筒长度L=500mm。二、电动机选择1、电动机类型的选择：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：η总=η带×η3轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒=0.95×0.983×0.97×0.99×0.96=0.8243(2)电机所需的工作功率：P工作=FV/1000η总=2500×2.0/(1000×0.8243)F=2500NV=2.0m/sD=460mmL=500mmη总=0.8243P工作=6.0658KW单级圆柱齿轮减速器设计说明书第3页共24页=6.0658KW3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：n筒=60×1000V/πD=60×1000×2.0/（π×460）=83.0374r/min按机械设计使用手册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I’a=3~5。取V带传动比I’1=2~4，则总传动比理时范围为I’a=6~20。故电动机转速的可选范围为:n’d=I’a×n筒=（6~20）×83.0374=498.224~1660.748r/min符合这一范围的同步转速有750、1000、1500r/min。根据容量和转速，由有关手册查出有二种适用的电动机型号：因此有三种传支比方案，综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速n滚筒=83.0374r/min1-电动机2-带传动3-减速器4-联轴器5-滚筒6-传送带214563单级圆柱齿轮减速器设计说明书第4页共24页器的传动比，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Y160M-6。其主要性能：额定功率7.5KW，满载转速970r/min，额定转矩2.0，质量116kg。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=970/83.0795=11.68192、分配各级传动比（1）据机械设计使用手册，取齿轮i齿轮=5（单级减速器i=3~5合理）（2）∵i总=i齿轮×I带∴i带=i总/i齿轮=11.6819/5=2.3364四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）nI=n电动机=970r/minnII=nI/i带=970/2.3364=415.169r/minnIII=nII/i齿轮=415.169/5=83.033r/min2、计算各轴的功率（KW）电动机型号Y116M-6i总=11.6819据手册得i齿轮=5i带=2.3364nI=970r/minnⅡ=415.169r/minnIII=83.033r//minPI=6.0658KW单级圆柱齿轮减速器设计说明书第5页共24页PI=P工作=6.0658KWPII=PI×η带=6.0658×0.95=5.7625KWPIII=PII×η轴承×η齿轮=5.7625×0.98×0.97=5.4778KW3、计算各轴扭矩（N·mm）TI=9.55×106PI/nI=9.55×106×6.0658/970=59720.0N·mmTII=9.55×106PII/nII=9.55×106×5.7625/415.169=132552.9N·mmTIII=9.55×106PIII/nIII=9.55×106×5.4778/83.033=630026.5N·mm五、传动零件的设计计算1、皮带轮传动的设（1）选择普通V带截型由课本《机械设计基础》P218表13-8得：kA=1.2PC=KAP=1.2×7.5=9.0KW由课本机械设计基础P219图13-15得：选用B型V带。（2）确定带轮基准直径，并验算带速由《机械设计基础》P219图13-15得，推荐的小PII=5.7625KWPIII=5.4778KWTI=59720.0N·mmTII=132552.9N·mmTIII=630026.5N·mm单级圆柱齿轮减速器设计说明书第6页共24页带轮基准直径为125~140mm则取dd1=130mmdmin=125mmdd2=nI/nII·dd1=（970/415.169）×130=303.731mm由课本《机械设计基础》P219表13-9，取dd2=315mm实际从动轮转速n2’=nIdd1/dd2=970×130/315=400.317r/min转速误差为：(nII-n2’)/nII=(415.169-400.317)/415.169=0.03580.05(允许)带速V：V=πdd1nI/（60×1000）=π×130×970/（60×1000）=6.60m/s在5~25m/s范围内，带速合适。（3）确定V带基准长度Ld和中心矩a初步选取中心距a0=1.5（d1+d2）=1.5×(130+315)=667.5mm取a0=750mm，符合0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)由课本《机械设计基础》P220得带长：L0=2a0+π/2(dd1+dd2)+(dd2-dd1)2/4a0=2×750+（π/2）×(130+315)+(315-130)2/（4×750）=2210mm根据课本《机械设计基础》P212表（13-2）对B型带，取Ld=2240mm。dd1=130mmdd2=303.563mm取标准值dd2=315mmn2’=400.317r/minV=6.60m/s346.5mm≤a0≤990mm取a0=750mmLd=2240mm单级圆柱齿轮减速器设计说明书第7页共24页根据课本《机械设计基础》P220式（13-16）得：a≈a0+（Ld-L0）/2=750+（2240-2210）/2=750+15=765mm(4)验算小带轮包角α1=1800-57.30（dd2-dd1）/a=1800-57.30（315-130）/765=1800-13.90=166.101200（适用）（5）确定带的根数根据课本《机械设计基础》P214表（13-3）P0=2.08KW根据课本《机械设计基础》P216表（13-5）△P0=0.30KW根据课本《机械设计基础》P217表（13-7）Kα=0.97根据课本《机械设计基础》P212表（13-2）KL=1.00由课本《机械设计基础》P218式（13-15）得Z=PC/[P0]=PC/(P0+△P0)KαKL=9.0/[(2.08+0.30)×0.97×1.00]=3.9取4根。a=765mmZ=4根单级圆柱齿轮减速器设计说明书第8页共24页(6)计算轴上压力由课本《机械设计基础》P212表13-1查得q=0.17kg/m，由式（13-17）单根V带的初拉力：F0=500PC[（2.5/Kα）-1]/ZV+qV2=(500×9.0)(2.5/0.97-1)/(4×6.60)+0.17×6.602N=269.983N则作用在轴承的压力FQ，由课本《机械设计基础》P221式（13-18）FQ=2ZF0sinα1/2=2×4×269.983sin(166.10/2)=2143.994N2、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，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为217~286HBS。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度197~286HBS；根据课本《机械设计基础》P168表11-2选7级精度。由课本《机械设计基础》P166图11-1查得：σHlim1=720MpaσHlim2=600MpaσFlim1=610MpaσFlim2=470Mpa由课本P171《机械设计基础》表11-5，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F0=269.983NFQ=2143.994NαHlim1=720MpaαHlim2=610MpaσFlim1=610MpaσFlim2=470Mp[σH]1=720.0Mpa单级圆柱齿轮减速器设计说明书第9页共24页SH=1.0[σH]1=σHlim1/SH=720/1.0Mpa=720.0Mpa[σH]2=σHlim2/SH=600/1.0Mpa=600Mpa按一般可靠度选取安全系数SF=1.25[σF]1=σFlim1/SF=610/1.25Mpa=488.0Mpa[σF]2=σFlim2/SF=470/1.25Mpa=376.0Mpa(2)按齿面接触疲劳强度设计转矩T1T1=9.55×106×P/nII=9.55×106×6.0658/415.169=139530N·mm确定有关参数如下：传动比i齿=5取小齿轮齿数Z1=24。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=5×24=120实际传动比I0=120/24=5传动比误差：i-i0/I=5-5/5=0%2.5%可用齿数比：u=i0=5由课本《机械设计基础》P175表11-6取φd=0.9由课本《机械设计基础》P169表11-3[σH]2=600MpaT1=139530N·mmi齿=5Z1=24Z2=120u=5单级圆柱齿轮减速器设计说明书第10页共24页取载荷系数k=1.2由课本《机械设计基础》P171表11-4取弹性系数ZE=188对于标准齿轮ZH=2.5故得：d1≥[2KT1×(u+1)×(ZEZH)２)/(φd×ｕ×[σH]2)]1/3=[(2×1.2×139530×（5+1）×（188×2.5）2/（0.9×5×5882）)]1/3=65.83mm模数：m=d1/Z1=65.83/24=2.74mm根据课本《机械设计基础》P57表4-1取标准模数：m=3mm确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mZ1