机械设计课程设计作业.doc

机械设计课程设计说明书

一、 设计任务书
题目：设计带式运输机传动装置中的单级圆柱齿轮减速器
1、 已知数据：
运输带牵引力：3800
运输带速度：1.0
滚筒直径：400
2、 工作条件：
带式输送机用于送料。两班制，每班工作8小时，常温下连续，单向运转，载荷平稳。输送带滚轮效率为0.96。
3、 使用期限及检修间隔：
使用期限为9年；检修间隔为2年。
4、 生产批量及生产条件：
小批量生产。

二、传动方案的分析与拟定
斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好，且结构紧凑，承载能力高，冲击和噪声小。常用于速度高、载荷大或要求传动平稳的场合。由带式运输机的工作条件来看，选择斜齿圆柱齿轮传动是十分合适的。单级圆柱齿轮减速器传动比一般在之间，能满足带式运输机传动装置的需求。因此该带式运输机的传动方案拟定为单级斜齿圆柱齿轮减速器。本方案完全能满足工作需要，符合实际情况。该减速器结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此轴应该具有较大的刚度，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样轴在转矩作用下产生的扭转变形将能减缓轴在弯矩作用下产生弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均匀的现象。选用8级精度，油润滑的斜齿轮传动，传动效率为0.97，外廓尺寸小，传动精度高，工作平稳性好，无自锁能力，无过载保护，使用寿命长，但缓冲吸振能力差，制造及安装精度高，要求润滑条件高。该传动方案能适应在繁重及恶劣的条件下长期工作，且使用维护方便。
传动方案简图如下：

1----电动机；2----V型带传动；3----减速器；4----联轴器；
5----传送带；6----滚筒；7----开式齿轮传动
三、电动机的选择计算
1. 电动机的类型选择

2. 电动机的功率选择
工作机的所需功率：===3.8KW
传动装置总效率：=
其中：——联轴器效率
——轴承的效率
——减速器齿轮传动的效率
——滚筒的效率
——V型带效率
——开式齿轮传动效率
查表确定个部分效率：与减速器和开始齿轮相连的联轴器选择弹性联轴器，，轴承选用滚动轴承，闭式圆柱齿轮传动，精度等级选择8级，滚筒效率为已知条件，，V型带效率，，开式齿轮传动效率
代入得：
∴

因载荷平稳，电动机额定功率略大于即可。查表，Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为5.5KW。
3. 确定电动机转速
滚筒轴工作转速：

观察整个装置的传动过程，V带传动比为2-4，一级减速器传动比一般为3-5；减速器输出轴通过外齿轮啮合与滚筒轴相连，外齿轮啮合传动比通常为4-6，所以总传动比可选范围为，则电动机的转速可选范围为：

通过查表发现，在满足功率要求的发动机中我们有和两种机型可供选择。查相关手册，两种发动机参数如下：
方案
电动机型号
额定功率
电机转速
电机质量

总传动比

同步转速
满载转速

1
Y132S1-2
5.5
3000
2900
64
60.66
2
Y132S-4
5.5
1500
1440
68
30.13

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和带传动、减速器和开式齿轮的传动比，选择第一种方案，即选电动机型号为Y132S1-2，主要外形尺寸如下：
Y132S1-2电动机主要外形尺寸和安装尺寸

四、传动装置的运动与动力参数的选择和计算：
1、总传动比的确定和分配
总传动比：
分配传动比：

式中：——V型带传动比
——减速器传动比
——联轴器传动比
——开式齿轮传动比
其中，联轴器传动比；综合考虑根据小于、，取根据以上确定的个传动比分配值算出V型带的传动比：

解得：
2、运动及动力参数计算
（1）各轴的转速计算：
电机轴：
高速轴：
低速轴：
开式齿轮高速轴：
滚筒轴：
（2） 各轴功率的计算：
电机轴输出：
高速轴输入：
高速轴输出：
低速轴输入：
低速轴输出：
开式齿轮高速轴输入：

开式齿轮高速轴输出：
滚筒轴输入：

滚筒轴输出：
（3）各轴的扭矩计算：
电机轴：
高速轴输入：
高速轴输出：
低速轴输入：
低速轴输出：
开式齿轮高速轴输入：
开式齿轮高速轴输出：
滚筒轴输入：
滚筒轴输出：
最后将运动和动力参数的计算结果汇总与下表中：

轴名
功率
转矩
转数
输入
输出
输入
输出
电机轴

4.63

15.25
2900
高速轴
4.45
4.40　
46.01
45.50　
923.6
低速轴
4.27
4.23　
194.09
192.27　
210.1
开式齿轮高速轴
4.18
4.14　
190.0
188.18　
210.1
滚筒轴
3.97
3.93　
793.17
　785.18
47.8

五、传动零件的设计计算
（一）、V型带传动的设计计算
已知输入功率，小带轮的转速为：，大带轮的转速为，传动比，由电动机驱动，工作寿命9年（设每年工作300天），两班制每天工作8小时，常温下连续，单向运转，载荷平稳。
1，求计算功率：
查表得
故。
，选择V带型号
根据，由13-15 查得：坐标点位于 Z型区，故选Z型V带进行计算。
3，求大，小带轮基准直径
查表13-9及图13-15【【4】第219页】得小带轮的最小直径不得小于50mm，故选；从而可得大带轮直径

查表13-9取（略有减小，但其误差小于5%，故允许）
4，验算带速

带速在范围内，合适。
5，求V带的长度

查表13-2【【4】第212页】
对于Z型V带选用
则实际中心距为

6，验算小带轮包角

合适
7，求V带根数数Z
由
查表13-3【第214页】 得：单根V 带的基本额定功率
由传动比及小带轮转速查表13-5【第216页】得：
由查表13-7【第217页】得；查表13-2【第213页】得
由此可得
取9根

8，求作用在带轮上的压力
查表13-1得故得单根V带的初拉力为：

作用在轴上的压力：

9，V型带设计数据整理

，Z=9，，，
V型带型号：Z1400 GB/T13575.1-1992
（二）、闭式圆柱齿轮传动的设计计算
已知输入功率，小齿轮的转速为：，大齿轮的转速为，传动比,工作寿命9年（设每年工作300天），两班制每天工作8小时，转向不变。
1,选定齿轮类型、精度等级、材料
（1）由以上计算的数据可得圆柱齿轮的传动在Ⅱ轴的轴向力为0
故闭式齿轮变速装置选用直齿圆柱齿轮。

（2）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度的齿轮。
（3）材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，，；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，。

【第166页，表11-1和表11-5】

2,按齿面接触疲劳强度设计
齿轮按8级精度制造。取载荷系数K=1.1,齿宽系数，小齿轮上的转矩,
区域系数取,弹性系数【表11-3，表11-6，表11-4】

故查表4-1【【4】 第57页】

取模数 m=2mm

3,验算齿轮的弯曲强度

安全。
4,齿轮的圆周速度：

对照11-2可知选用8级精度是合适的。
（三）、开式圆柱齿轮传动的设计计算
已知输入功率，小齿轮的转速为：，大齿轮的转速为，传动比,工作寿命9年（设每年工作300天），两班制每天工作8小时，转向不变。
1.选定齿轮类型、精度等级、材料
（1）由以上计算的数据可得圆柱齿轮的传动在IV轴的轴向力为0
故开式齿轮变速装置选用直齿圆柱齿轮。
（2）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度的齿轮，软齿面。
（3）材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，，；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，。

【【4】表11-1和表11-5】

2,按轮齿弯曲强度设计
齿轮按8级精度制造。取载荷系数K=1.1,齿宽系数，小齿轮上的转矩

【图11-8，11-9】

（三） 、齿轮设计数据整理
1.闭式圆柱齿轮
齿轮类型：直齿圆柱齿轮（压力角，齿顶高系数，顶隙系数）。
精度8级，小齿轮材40Cr（调质），大齿轮材料45钢（调质），硬度分别为280HBS和240HBS。

2.开式圆柱齿轮
齿轮类型：直齿圆柱齿轮（压力角，齿顶高系数，顶隙系数）。
精度8级，小齿轮材40Cr（调质），大齿轮材料45刚（调质），硬度分别为280HBS和240HBS。

(四）验算滚筒的转速误差

七、 轴的计算
（一）、减速器高速轴II的设计
轴名
功率P(Kw)
转矩（）
转速n
r/min
传动比

效率

输入
输出
输入
输出
I轴（电机轴）

4.63

15.25
2900
3.04
0.96
II轴
4.45
4.40
46.01
45.50
923.6
4.4

III轴
4.27
4.23
194.09
192.27
210.1
1.0

IV轴
4.18
4.14
190.0
188.18
210.1
4.4

V轴（卷筒轴）
3.97
3.93
793.17
785.18
47.8

1.已知数据
1.1，II轴上的功率，转速和转矩
由前面的计算可得

1.2求作用在大带轮上的力

1.3求作用在小齿轮上的力

2.按扭转强度确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢，调质处理。取,于是得

取最小直径为28mm

3.轴的结构设计
3.1，拟定II轴上零件的装配方案并初步选择滚动轴承。
II轴装配方案定为如图所示,因为小齿轮分度圆直径较小，故轴II设计成齿轮轴：

轴承选用深沟球轴承，型号初定为6207，其具体尺寸如下：
d
D
B

35
72
17
1.1
42
65
1

标准精度等级。
3.2，根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图：

d1
d2
d3
d4
d5
d6
d7
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7

3.3、轴上的零件的周向定位
带轮与轴的周向定位均采用普通平键联接。查手册得，带轮与轴的联接处的普通平键截面，键长取50mm，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm（标准键长见）。
滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。
3.4、确定轴上圆角，倒角尺寸和退刀槽尺寸
取轴端倒角为，其余各轴肩处的圆角半径，均为。
此轴上有L2,L6两处 需要磨削加工，故在这三处取退刀槽尺寸为mm
3.5、按弯扭强度校核轴II的强度
3.5.1，求垂直面内的支反力
已知
画出垂直面内的计算简图和弯矩图如下图：

A
B
C

A
C
B

图7

其中

3.5.2，求水平面内的力
已知：
画出水平面内的计算简图弯矩图

l1
l2
l3
A
B
C

A
C
B

3.5.3,求危险截面的的合成弯矩
由以上分析可知危险截面可能为A截面和C载面
求A载面的合成弯矩

求C截面的合成弯矩

故危险截面为A载截面
3.5.4，求轴传递的扭矩
由前面数据可知：

A
B

3.5.5，求危险截面的当量弯矩

在此认为扭切应力是脉动的，取折合系数为
计算危险截面处的直径：由表14-1查得
由表14-3查得

故设计符合要求。
3.6,轴承的使用寿命校核
已知：轴承选用深沟球轴承，型号定为6207，其具体尺寸如下：
d
D
B

35
72
17
1.1
42
65
1

标准精度等级。

轴承寿命的校核：
求当量动载荷P
轴承只受径向载荷，轴向载荷可忽略。
故当量动载荷P=2099.5N
查附表1，得:6207型轴承的基本额定动载荷，故轴承寿命
在使用期内两年一大修，故轴承设计满足使用要求。选择6207型轴承是合适的。
（二），减速器低速轴III的设计
1.求III轴上的功率，转速和转矩
，，
2，求作用在大齿轮上的力

3,按扭转强度初步确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢，调质处理。取,于是得

取最小直径为38mm

4，拟定III轴上零件的装配方案并初步选择滚动轴承。
III轴装配方案定为如图所示：

5,选择连轴器型号
联轴器的计算转矩：查表
，
则
选用凸缘联轴器，型号YL9联轴器，即，该端选用的半联轴器的孔径，故取轴径，半联轴器毂孔的长度L=60mm。
6，根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图：

d1
d2
d3
d4
d5
d6
L1
L2
L3
L4
L5
L6

7，选择滚动轴承。
轴承所受轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。参照工作要求，并根据尺寸，选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6208，其尺如下
d
D
B

40
80
18
1.1
47
73
1
标准精度等级。

8，轴上的零件的周向定位
齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按手册查得，半联轴器与轴的联接处的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为25mm（标准键长见）。
为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。齿轮与轴的联接处的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为45mm（标准键长见）。
为了保证齿轮与轴配合具有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。
9，、确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为，d5处轴肩为圆角R1=0.5，其余倒角
10，确定轴套尺寸
内孔和外径：为了使轴套与轴之间有一个良好的间隙不至引起磨擦，取内孔直径D=41mm,为了使轴套能对在齿轮有效定位并考虑齿轮上的倒角尺和轴承的拆装方便，取外径d=48mm
八，减速器润滑方式的选择
求大齿轮的圆周速度

>
故选用油润滑方式。