机械设计课程设计设计带式运输机的一级圆柱齿轮减速器.doc

单级圆柱斜齿轮设计计算说明书 机械设计课程设计计算说明书一、 设计的题目、数据及要求3 二、 电动机的选择4 三、 普通V带的设计5四、 齿轮传动的设计6五、 齿轮轴的设计8六、 输出轴的设计11七、 设计小结15一、设计题目：设计带式运输机的一级圆柱齿轮减速器1、传动方案图： 2、原始数据：参数 题号7输送带工作拉力F/N1400输送带速度v（ms-1）1.55卷筒直径/mm2503、工作条件：连续单向运转，载荷平稳；空载启动；使用期8年，小批量生产，两班制工作，输送带允许误差为5%4、设计工作量：（1）减速器装配图一张（2）零件图若干（3）设计说明书一份二、电动机选择计算内容计算说明结果1电动机选择1、电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机。2、电动机容量选择：电动机所需工作功率为：工作V/1000=（14501.6）/1000=2.17KW因此，由电动机至运输带的传动总效率为：总=带轴齿联滚式中带、轴、齿、联、滚分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率总=0.950.980.970.990.96=0.84所以：电机所需的工作功率：P额= 工作 总 =2.170.84=2.58KW 查机械设计手册得，YL100-2符合 电动机选择YL100-22确定各个轴，齿轮，带轮的传动比i及转数n，扭矩Tn滚=601000V/（D） =(6010001.55)/（250）=118.41 r/mini总=n电机n滚=24.32计算=2.897取i带=2.2 i齿=3.2 i轴=3.46n带=n电机/i带=22802.2=1309.09r/minn齿=n电机/（i带i齿）=2280（2.23.2）=409.09r/minn轴=n电机/（i带i齿i轴）=2280（2.23.23.46）=118.23r/minT带=9550（P额n带）=9550（31309.09）=21.89NmT齿=9550（P额带n齿）=9550（30.95409.09）=66.53NmT轴=9550（P额带齿n轴）=9550（30.950.97118.23）=223.30Nm i带=2.2 i齿=3.2i轴=3.46n带=1309.09r/minn齿=409.09r/minn轴=118.23r/minT带=21.89NmT齿=66.53NmT轴=223.30Nm 三、V带的设计计算内容计算说明结果1.确定计算功率PC根据表8-14取工作情况系数KA=1.1所以PC=KAP=1.13=3.3KWPC=3.3KW2.确定带的型号根据图8-14，与PC=3.3KW,n带=1309.09r/min所以选用A型普通V带带的型号选用A型普通V带3.确定带轮的基准直径dd1、dd2根据表8-2得V带主动带轮的最小直径dd1min=75m从带轮的基准直径系列中，取dd1=90mmdd2=idd1，得dd2=idd1=2.290=198mm根据表8-2得基准直径系列要求取dd2=200mmdd1=90mmdd2=200mm4.验算带的速度VV=901252.17/60x10006.17（m/s）V=6.17m/s5.确定普通V带的基准长度Ld和传动中心距aa0=（0.72)(dd1+dD2)=（0.72) (90+200)=203580(mm)根据结构要求取中心距a0=380(mm)，初选长度：L0=2a+/2（dd1+dd2）+（dd2-dd)/(4a0)=2380+/2 (90+200)+(200-90)/(4380)=1223.49(mm)根据表8-5，选带的基准长度Ld=1250(mm)带实际中心距aa0+(Ld-L0)/2=393.26 (mm)Ld=1250mm a=393.26mm6.验算主动轮上的包角11180-（dd2-dd1）/a 57.5=180-（200-90）/393.255 57.3163.58120带传动包角合适7.计算V带的根数Z根据A型V带，n带=1309.09r/min和、dd1=90mm、i带=2.3、1=164、Ld=1400mm查表8-8，得P0=0.988KW；查表8-10得P0=0.158；查表8-12的Ka=0.958：查表8-13，得 Kl=0.93；Z=P/(P0+P0)KaKL= =3.23,取Z=4Z=48.计算初拉力F0根据表8-1得V带每米长度质量q=0.1（kg/m）F0=500=500=111.42(N)F0=111.42N9.计算作用在带轮轴的压力FQFQ=2ZFOsin=903.76(N)FQ=903.76N10.设计结构图，并画出工作图小带轮的基准直径dd1=90350mm，且电动机轴端直径mm故采用辐板式结构；大带轮的基准直径dd2=200350mm，带轮轮毂直径dh=(1.82)d=(1.82)14.25=28mm，因dd2-dh=200-28=172mm100mm,故采用板孔式结构小带轮采用辐板式结构大带轮采用板孔式结构工作图如下：四、齿轮传动的设计计算内容计算说明结果1选择齿轮材料，并确定许用应力大丶小齿轮都采用20CrMnTi，渗碳淬火，齿面硬度HRC60.由图10-38和图10-39查出齿轮的疲劳极限强度，确定许用应力。Hlim 1=Hlim 2=1500MPa Flim 1=Flim=460MPa H=0.9Hlim 1=0.91500=1350MPa F=1.4Flim 1=1.4460=644MPa大、小齿轮都采用20CrMnTi，渗碳淬火。 Hlim1=1500MPa=1500MPa Flim1=460MPaFlim2=460MPa H=1350MPa F=644MPa 2选择齿轮传动精度等级和设计参数选择8级精度，要求齿面粗糙度Ra3.26.3um,磨齿取8级精度Ra3.26.3um,磨齿3确定齿数z1、z2取最小齿轮齿数Z1=17，则Z2=i齿Z1=3.217=54.4，取大齿轮齿数Z2=55Z1=17Z2=554计算齿数比uU= =3.24U=3.245计算相对误差是否合理传动比误差为| |100%=1.25%3%5%所以齿轮数选择合理合理6选齿宽系数d参考表1011选齿宽系数d =0.6（齿轮相对于轴承为对称布置）d =0.67计算系数Am、Ad初选螺旋角=10根据表10-8，系数Am=12.4，Ad=756Am=12.4Ad=7568计算小齿轮的转矩T1T1=9550=9550=66.53(Nm)T1=66.53Nm9计算当量齿数ZV1、ZV2按式（10-32）计算齿轮当量齿数ZV1=Z1/cos3=17/cos310=17.8ZV2=Z2/cos3=55/cos310=57.58ZV1=17.8ZV2=57.5810计算模数mn根据表10-10查出复合齿形系数YSF1=4.49,YSF2=3.945取载荷系数K=1.1mnAmFS1/d Z12F=12.4=1.77mm按表10-1取标准值mn=2mmmn=2mm11计算中心距aa=mn(z1+z2)/2cos=2 (17+55)/2cos10=73.11mm取a=74mma=74mm12计算螺旋角=arccosmn(z1+z2）/2a=4(17+52)/(271)=13.35在815的范围内，故所选的计算系数Am和Ad合理=13.3513计算主要几何尺寸d1= =34.94(mm)d2= =113.06(mm)齿宽为b=dd1=0.634.94 =20.96（mm）圆整后取b2=21mm,b1=28mmd1=34.98mmd2=113.06mmb1=21mm，b2=28mm14校核齿面接触强度d1Ad=756=33.57mm 小于设计结果d1=34.94mm，故齿面接触强度足够。齿面接触强度足够15选择齿轮传动精度齿轮圆周速度：v=0.74(m/s)对照表10-12，选择齿轮传动为8级精度合适。选择8级精度16绘制工作图小齿轮的齿顶圆为dd1=mn(z1/cos+2ha*n)=2(17/cos13.35）+21=38.94mm取dd1=39mm大齿轮的齿顶圆为dd2=mn(z2/cos+2ha*n)=2（52/cos13.6）+21=117mmdd1=39mmdd2=117mm17齿轮传动的润滑方式齿轮圆周速度v12m/s，采用浸油润滑。浸油润滑 18齿轮结构的选择小齿轮e2.5mm，故采用齿轮轴大齿轮的dd2200mm，故采用实心式小齿轮采用齿轮轴；大齿轮采用实心式五、齿轮轴的设计计算内容计算说明计算结果1.选择轴的材料及外伸段直径d确定轴的外伸段直径轴的材料选用45#钢，正火处理（200HBS），按照表14-2取C=110.按照（14-2）齿轮轴的外伸段直径：d=14.25mm考虑到轴的外伸段上开有键槽（安装联轴器）， 将计算轴径加大3%到5%后，参照表14-3取标准直径d=15mm45号钢，正火处理（200HBS）d=15mm2.轴的结构设（1）轴上零件布置（2）外伸段（3）密封段（4）轴头段（5）左、右两段轴颈。（6）计算长度。为了方便轴上零件的拆装，采用阶梯轴结构外伸段采用A型平键连接作周向固定。考虑箱体厚度和大带轮厚度及其之间有一定的间隔，取外伸段长度为52mm。直径为18mm，符合密封件采用毡圈18FZ/T-92010-1991要求的轴径规范，用用A型平键连接作周向固定。考虑轴承透盖的轴向尺寸和透盖右端面，取该长度为20mm由于小齿轮采用阶梯轴，则轴头段的直径为39mm,采用A型平键连接作周向固定。左侧使用轴环做轴向定位和固定,右侧采用套筒实现与右轴承的轴向定位和固定。取轴头段长度为19mm.安装圆锥滚子轴承30204（d=20mm,=26mm,T15mm,a11.2mm），根据轴承孔径20mm，右轴颈长度为2,9mm，左轴颈长度为15mm，轴承内圈与轴颈采用稍过盈的过度配合K6，实现周向定位和固定。轴的支撑跨度为=44mm，同理求出右轴承点到外伸段终点距离为=61mm。采用阶梯轴外伸段长52mm密封段长度为20mm轴头段长度为19mm左轴颈长度15mm右轴颈长度29mm=44mm =61mm3.计算从动斜齿轮传递的转矩、圆周力、径向力、轴向力=9.5510=9.55*10=20791（Nmm）=1068（N）=399.5（N）=99tan13.35=253.5（N）=20791Nmm=1068N=399.5N=253.5N4.计算轴的支座反力和弯矩。（1）斜齿轮圆周力 作用在水平面面上，其支座反力和（2）计算c处的垂直弯矩及弯矩图。(3)计算轴的弯矩合成Mc（图a）为轴的空间受力简图，输出轴支撑跨度=44mm，左右支座分别为A与B，斜齿轮对称分布在输出轴支撑跨度的中心点C，输出轴右侧悬臂梁计算长度=61mm。圆周力作用在水平面上的支座反力为=99/2=534N如（图b）所示。画出水平弯矩图，C处的水平弯矩为=534=11748N.mm（如图C）。斜齿轮径向力和作用在垂直面上（使轴在V面上产生弯曲变形）根据轴系力矩平衡条件，有：=-+=0得到垂直面上A支座的反力，（见图b）为：=84.5Nmm由轴系力的平衡条件：=+-=0. 得到垂直面上B支座的反力为：=-=399.5-84.5=315（Nmm）画出垂直弯矩图（见图e），得c处左侧的垂直弯矩为：=1859（Nmm）c处右侧的垂直弯矩为：=6930（Nmm）注：图集中力偶作用的c处，弯矩图发生突变，弯矩突变值为：-=6930-1859=5071（Nmm）集中力偶为：=5070（Nmm）可见，轴c处弯矩突变值等于集中力偶大小,说明垂直面的外力和内力计算结果是正确的。=11894Nmm=13639.6Nmm可见c处右侧合成弯矩较大，合成弯矩图（见图f）。=44mm=61mm受力分析图a=534N=534N =11748Nmm=84.5Nmm=315Nmm=1859Nmm=6930Nmm垂直面的外力和内力计算结果正确。=11894Nmm=13639.6Nmm合成弯矩图见f5.CD段的扭矩图。CD段承受的扭矩等于它传递的转矩：=20791Nmm,扭矩图见图g。CD段扭矩图见图g。6计算危险截面的当量弯矩由当量弯矩图h，可见，c处是危险截面：=18483.9（Nmm)=18493.9Nmm7.计算C处所需轴颈参照表14-1和表14-4得到45钢正火（200HBS）的轴在对称玄幻状态下的许用弯曲应力=54MPa，则：=15.68mm，由于c处开1个键槽，故直径增大5%得=16.5mm24mm，故强度足够。=16.5mm轴的弯扭组合强度足够。六、输出轴的设计计算内容计算说明计算结果1.选择轴的材料及外伸段直径。确定轴的外伸段直径轴的材料选用45#钢，正火处理（200HBS），按照表14-2取C=110.按照（14-2）计算轴的外伸段直径：d=110=31.44mm考虑到轴的外伸段上开有键槽（安装联轴器），将计算轴径加大3%到5%后，参照表14-3取标准直径d=32mm。45号钢，正火处（200HBS）d=32mm2.轴的结构设（1）轴上零件布置（2）外伸段（3）密封段（4）轴头段（5）左、右两段轴颈。（6）计算长度。为了方便轴上零件的拆装，采用阶梯轴结构。选用弹性柱销联轴器HL3GB5014-1985，因此外伸段长度为82mm，外伸段采用A型平键连接作周向固定。联轴器的左侧采用轴有坐轴向定位。直径为40mm，符合密封件采用毡圈42FZ/T-92010-1991要求的轴径规范，而且满足对右侧联轴器的轴向定位轴肩高度h=（0.070.10）d=（0.070.10）32=2.243.2mm的要求。考虑轴承透盖的轴向尺寸和透盖右端面与联轴器左端面有一定的间隔，取密封段长度46mm。直径48mm，斜齿轮与轴头采用过盈配合作径向定位，采用A型平键连接作周向固定。左侧使用轴环做轴向定位和固定，右侧采用套筒时间与右轴承的轴向定位和固定。为保证斜齿轮的轴向定位可靠，取轴头段长度为26mm。安装圆锥滚子轴承32209（d=45mm,=52mm,T25mm,a20mm）, 根据32209轴承安装尺寸要求取轴环直径45mm，左轴颈长度为25mm，右轴颈长度48mm，同时满足斜齿轮左侧的轴向定位轴高度要求，轴承内圈与轴颈采用稍过盈的过度配合K6，实现周向定位和固定。轴承与箱体内壁之间间隔5mm，轴的支撑跨度为=68mm。同理求出右轴承点到外伸段终点距离为=108mm。采用阶梯轴外伸段长度82mm密封段长度46mm轴头段长度26mm左轴颈长度25mm右轴颈长度48mm=68mm =108mm3.输出轴上斜齿轮的受力分析。（1）计算从动斜齿轮传递的转矩和。=9.5510=222938.34(Nmm)=3810.9(N)=1425.58(N)=904.37(N)=222938.34Nmm=3810.9N=1425.58N=904.37N4.计算输出轴的支座反力和弯矩。（1）斜齿轮圆周力 作用在水平面面上，其支座反力（2）计算c处的垂直弯矩及弯矩图。(3)计算轴的弯矩合成Mc（图a）为轴的空间受力简图，输出轴支撑跨度=68mm，左右支座分别为A与B，斜齿轮对称分布在输出轴支撑跨度的中心点C，输出轴右侧悬臂梁计算长度=108mm。=1905.45 (N)（图b）所示。画出水平弯矩图，C处的水平弯矩为=60974.4N.mm（如图C）斜齿轮径向力和作用在垂直面上（使轴在V面上产生弯曲变形）根据轴系力矩平衡条件，有：=-+=0得到垂直面上A支座的反力，（见图b）为：=-65.2N.mm由轴系力的平衡条件：=+-=0. 得到垂直面上B支座的反力为：=-=1425.58+65.2=1490.78（Nmm）画出垂直弯矩图（见图e），c处左侧的垂直弯矩为：=-2216.8（Nmm）c处右侧的垂直弯矩为：=50686.52（Nmm）注：图集中力偶作用的c处，弯矩图发生突变，弯矩突变值为：-=50686.52+2216.8=52903.32（Nmm）集中力偶为：=52905.65（Nmm）可见，轴c处弯矩突变值等于集中力偶大小,说明垂直面的外力和内力计算结果是正确的。=61014.68 (Nmm)=79290.6 (Nmm)可见c处右侧合成弯矩较大，合成弯矩图（见图f）。=68mm=108mm。受力分析图a=1905.45N=1905.45N=121387.5Nmm=-65.2Nmm=1490.78Nmm =-2216.8Nmm=50686.52Nmm垂直面的外力内力计算结果正确。=61014.68Nmm=79290.6Nmm5.CD段的扭矩图。CD段承受的扭矩等于它传递的转矩=222014（Nmm）,扭矩图见图g。CD段扭矩图见图g6计算危险截面的当量弯矩。由当量弯矩图h，可见，c处是危险截面：=155497.72 (Nmm)=155497.72Nmm7.计算C处所需轴颈参照表14-1和表14-4得到45钢正火（200HBS）的轴在对称玄幻状态下的许用弯曲应力=54MPa，则：=30.65mm，由于c处开1个键槽，故直径增大5%，得=32mm48mm，故强度足够。=32mm轴的弯扭组合强度足够。参考资料机械设计基础第3版郭仁生主编清华大学出版社机械制图杨老记 马英主编机械工业出版社机械课程设计简明手册罗素君 朱诗顺主编化学工业出版社七、设计小结： 在设计过程中培养了自己的综合运用机械设计课程及其他课程理论知识和利用生产时间知识来解决实际问题的能力，真正做到了学以致用。面对机械设计课程设计当中遇到的困难，在这些过程当中我充分的认识到自己在知识理解和接受应用方面的不足，将来要进一步加强，今后的学习还要更加的努力。本次课程设计是对自己所学的知识的一次系统总结与应用。