《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

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1、装 订 线 机械设计课程设计说明书 《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：

2、 2012 年 01 月 13 日 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………………………2 2.1 电动机的选择………………………………………………………………2 2.2 传动方案的确定……………………………………………………………2 2.3 总传动比的确定……………………………………………………………3 2.4 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………………………………5 3.1 V带传动的设计计算………………………………………………………5 3.2 齿轮传动的设计

3、计算 ……………………………………………………6 3.2.1 高速级齿轮的设计计算 …………………………………………………………6 3.2.2 低速级齿轮的设计计算 …………………………………………………………8 3.2.3 两对齿轮的数据记录……………………………………………………………11 第四部分. 轴系零件设计计算………………………………11 4.1 轴的设计计算……………………………………………………………11 4.1.1 高速级Ⅰ轴的设计计算…………………………………………………………11 4.1.2 中速级Ⅱ轴的设计计算…………………………………………………………1

4、2 4.1.3 低速级Ⅲ轴的设计计算…………………………………………………………14 4.1.4 高速级Ⅰ轴的受力分析图………………………………………………………16 4.1.5 中速级Ⅱ轴的受力分析图………………………………………………………17 4.1.6 低速级Ⅲ轴的受力分析图………………………………………………………18 4.2 滚动轴承的设计计算……………………………………………………19 4.3 键连接的设计计算………………………………………………………20 4.3 联轴器的设计计算………………………………………………………21 第五部分. 润滑与密封的设计…………

5、……………………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

6、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。 3. 编写设计说明书一份。 4. 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=300mm 运输带速度 Vw=0.55m/s 1.1 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： 2.1.2 电动机的选择

7、 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2-2 V带传动：η1 = 0.95 圆柱齿轮传动7级精度圆柱：η2 = 0.98 滚动球轴承：η3 = 0.99 弹性套柱销联轴器：η4 = 0.995 闭式滚子链效率：η5 = 0.95 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/min 堵转转矩/额定转矩： 2.2 最大转矩/额定转矩： 2.2 1.3 总传动比的确定 综合考虑电动机和传动

8、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=1.8，i减=10.8，（i高=3.6，i低=3）则通过计算得i链=2.12 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

9、率（kW）；nm——电动机满载转速（r/min）。 各轴输入功率功率： P0=3.57Kw 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 0 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 输入功率kW 3.57 3.39 3.29 3.19 3.14 2.96 转速 r/min 1440 800 222.222 74.07 74.07 34.94 输入转矩N.m 23.68 38.22 133.54

10、 388.43 382.34 807.43 第2部分. 传动方案设计 2.1 V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＝3.57kW 。 1、 求计算功率Pc Ⅰ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＝1.23.57kW＝4.28kW 2、 选择V带型号 由Pc＝4.28kW，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

11、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。 4、 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。 5、 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。 7、 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＝0.98 查表13-2，由，得KL＝

12、0.96 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q=0.1 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=11.0mm。 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 2.2.1 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

13、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T1 ②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=1 7级精度，调制处理初速度设为0~3 m/s，由表11-5，动载系数 KV=1 Ψa=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Kβ=1.06 7级精度，软齿面，表11-9，齿间载荷分布系数 Kα=1.23 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

14、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d1 ⑥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

15、，按标准取mn=2. ②确定中心距a 中心距应圆整为整数，取a=119mm ③确定螺旋角β ④确定齿轮分度圆直径d1、d2 改到这了 ⑤确定齿宽b1、b2 b2=Ψdd1=0.6951.739mm=35.70mm，取b2=36mm。 b1= b2+5=41mm ㈢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 YFa1=2.57 Ysa1= 1.61 YFa2=2.15 Ysa2

16、= 1.79 ②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。 2.2.2 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T2

17、 ②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=1 7级精度，调制处理初速度设为0~3 m/s，由表11-5，动载系数 KV=1 Ψa=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Kβ=1.07 7级精度，软齿面，表11-9，齿间载荷分布系数 Kα=1.23 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，

18、 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d3 ⑥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=4 ②确定中心距a 中心距应圆整为整数，取a=165mm ③确定螺旋角β ④确定齿轮分度圆直径d1、d2 ⑤确定齿宽b1、b2 b4=Ψdd

19、3=0.882.5mm=66mm，取b4=66mm。 b3= b4+5=71mm ㈢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=2.76 Ysa3= 1.56 YFa4=2.26 Ysa4= 1.74 ②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

20、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。 2.2.3 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 mn 2 β mn 4 β z1 25 z2 90 z3 20 z4 60 b1 41 b2 36 b3 71 b4 66 d1 51.739 d2 186.261 d3 82.500 d4 247.500

21、da1 55.739 da2 190.261 da3 90.500 da4 255500 a 119 精度 7级 a 165 精度 7级 第三部分. 轴系零件设计计算 3.1 轴的设计计算 3.1.1 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=65mm L=E+2D+2

22、a+0.5(b1+b2+b3+b4) +c=192mm x1=0.5B+k+H+G+F-D-0.5E=95.5mm x2=0.5E+D+a+0.5(b3+b4)+c+0.5 b2=135.5mm x3=0.5E+D+a+0.5 b1=56.5mm 画出空间受力图（另附） 作水平内的弯矩MH图（H） 水平：A B A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：A B C的左侧： 作合成弯矩图M C的左侧 C的右侧 作转矩T图 T=T1=41.30N.mm 作当量弯矩图，单向转

23、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15.955mm1.05=16.753mm A处： C处： C处有键槽，将直径加大5%，及23.59mm1.05=24.77mm 3.1.2 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 =192mm x1=0.5E+D+a+ 0.5 b3=71.5mm x2=L- x1- x3=64mm x3=56.5mm(高速轴已计算)

24、 画出空间受力图（另附） 作水平内的弯矩MH图（H） 水平：D B B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：D A B的左侧： C的右侧： 作合成弯矩图M B的左侧 B的右侧 C的左侧 C的右侧 作转矩T图 T=T2=144.292N.mm 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33.0mm1.05=34.65mm C处： C处有键槽，将直径

25、加大5%，及30.0mm1.05=31.50mm 3.1.3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 =192mm x1=71.5mm(中速轴已计算) x2=L- x1 =120.5mm 由 画出空间受力图（另附） 作水平内的弯矩MH图（H） 水平：A C B的左侧： B的右侧： 作垂直平面内的弯矩Mv图(V) 竖直：A C B的左侧： 作合成弯矩图M B的左侧 B的右侧 作转矩T图 T=T3=

26、407.27N.mm 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36.6mm1.05=38.43mm 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。 3.1.4高速级Ⅰ轴的受力分析图(见16页) 3.1.5 中速级Ⅱ轴的受力分析图(见17页) 3.1.6 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

27、 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，由表17-8，e=0.22 查表17-5，取温度系数 查表17-6，取负荷系数 而n1=783.89r/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，由表17-8，e=0.22 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

28、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 由表17-8，e=0.68 查表17-5，取温度系数 查表17-6，取负荷系数 而n3=72.58r/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=8

29、0mm（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=65mm L=（65-10）mm=55mm 查表10-11 轴径d=28mm，查表10-10 b=8mm，h=7mm ,满足要求 Ⅰ轴齿轮轴径d=40，查表10-10 b=12mm，h=8mm 而齿根圆直径df=46.739mm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=144292N.mm 第二个齿轮 轮毂=b2=36mm L=(36-5)m

30、m=31mm 轴径设计为d=42mm 查表10-10 b=12mm，h=8mm ，满足要求 第三个齿轮 轮毂=b3=71mm L=(72-10)mm=61mm 轴径设计为d=42mm 查表10-10 b=12mm，h=8mm ，满足要求 ③Ⅲ轴 键材料选用45钢，A型，T3=419740N.mm 第二个齿轮 轮毂=b4=66mm L=(67-10)mm=56mm 轴径设计为d=52mm 查表10-10 b=16mm，h=10mm ，满足要求 2.3 联轴器的设计计算 n3=72.58r/min，Ⅲ轴名

31、义转矩T3=419.74N.m 查表18-1，取工作情况系数KA=1.5 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=165mm<200mm 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）代号100 ②滚动轴承的润滑 I轴的滚动轴承d1n1=35783.89mm/min=27436 mm/

32、min <200000 mm/min Ⅱ轴d2n2=40217.75mm/min=8710mm/min<200000 mm/min Ⅲ轴d3n3=5072.58 mm/min =3629mm/min <200000mm/min 故采用脂润滑，具有易密封，结构方便等特点。 由《设计手册》表6-30，选用通用锂基润滑脂（GB7324-97），代号ZL-1 ③密封装置的选择 轴颈圆周速度v<5m/s，选用结构简单，安装方便，价廉的毡圈进行密封。滚动轴承采用脂润滑，内部采用挡油环密封，箱体内部采用水玻璃或涂封胶密封。 ④油池深度的计算 由箱体尺寸设计知 箱底到轴中心高度H=165

33、mm，高速级全齿高h=2.25mn=4.5mm 高速级齿轮要求浸1~2个齿，但不小于10mm，及设计最低油面浸高速级10mm， 而浸油深度不得超过低速轴齿顶圆的三分之一 又最高油面比最低油面高5~10mm，将油面设计为60~67mm，在高速级加带油轮进行带油润滑。 η= 0.82 Po=3.57kW

34、 Pc＝4.28kW d0=100mm d1=180mm v=7.536 m/s mm

35、 z=4 d1≥46.089mm mn=2 a=119mm b2=36mm b1=41mm

36、 d3≥72.183mm mn=4 a=165mm b4=66mm b3=71mm L =192mm 高速级齿轮

37、 危险截面当量弯矩 D处： A处： C处： 低速级齿轮 危险截面当量弯矩 B处： C处：

38、 危险截面当量弯矩 B处： C处：

39、 选用深沟球轴承6207 选用深沟球轴承6208 选用角接触球球轴承7010AC L =55mm b=8mm h=7mm Ⅰ轴齿轮为齿轮轴 L=31mm b=12mm h=8mm L=56mm b=16mm h=10mm 第五部分. 参考资料 1、《机械设计基础》陆萍主编（未加说明，图表数据均源于《基础》） 2、《机械设计常用标准》（简称《标准》） 3、《机械设计课程设计》黄珊秋主编（简称《设计手册》） 4、《带传动和链传动设计手册》常德功、樊智敏、孟兆明主编 26