一級圓柱齒輪減速器的設(shè)計計算.doc

1、機械設(shè)計課程設(shè)計課題：設(shè)計帶式輸送機傳動裝置傳動結(jié)構(gòu)：電動機 V 帶傳動單級圓柱齒輪減速器輸送機原始數(shù)據(jù)：輸送帶工作拉力F： 2200N輸送帶工作速度v： 1.8m/s滾筒直徑 D：450mm每日工作時數(shù)T：24h傳動工作年限：5 年注：傳動不逆轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，起動載荷為名義載荷的1.25 倍，輸送帶速度允許誤差為 5。設(shè)計說明書一、傳動裝置的總體設(shè)計（一）電動機選擇1.選擇電動機類型按已知的工作要求和條件，選用Y 系列三相異步電動機。2.選擇電動機功率查出各個傳動件的效率：帶傳動 1 0.96 ，齒輪傳動的軸承2 0.99，齒輪傳動3 0.98，聯(lián)軸器 4 0.97，卷筒軸的軸承5 0.98，

2、卷筒 6 0.96。由電動機至工作機之間的總效率為： w = 1 22 3 4 5 61=0.96 0.9920.980.97 0.98 0.96=0.84電動機輸出功率為Pw =Fv/(1000 w)=2200 1.8/(1000 0.84)=4.71 kW3.確定電動機轉(zhuǎn)速卷筒軸的工作轉(zhuǎn)速為：nw =60 1000v/( D)= 60 1000 1.8/( 450)=76.39 r/min按推薦的合理傳動比范圍，取 V 帶傳動的傳動比i 1=24，單級齒輪傳動比 i 2=3 5，則合理總傳動比i=6 20，故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為nd =inw =(6 20)76.39=4601530 r

3、/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750 r/min 、 1000 r/min 、 1500 r/min ，再根據(jù)計算出的功率，由附表8.1 查出有三種適用的電動機型號，其技術(shù)參數(shù)及傳動比的比較情況如下：電動機型號額定功率同步轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速總傳動比帶齒輪Y160M2-85.5kW 750r/min 720r/min10.053 3.35Y132M2-65.5kW 1000r/min 960r/min13.413.35 4Y132S-45.5kW 1500r/min 1440r/min20.113.5 5.75綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動和減速器的傳動比， 比較三個方案可知：方案

4、 1 雖然總傳動比不大，但電動機轉(zhuǎn)速低，外廓尺寸及重量較大，價格較高； 方案 3 總傳動比超出要求范圍；方案 2 總傳動比滿足要求，外廓尺寸適中。 因此選定電動機型號為 Y132M2-6 ，電動機額定功率Ped=5.5kW ，滿載轉(zhuǎn)速 nm=960r/min ，2電動機的主要外形尺寸和安裝尺寸見圖冊。帶傳動的傳動比i 1=3.35 ，齒輪傳動的傳動比i 2=4。（二）傳動裝置各軸的運動參數(shù)和動力參數(shù)計算1.各軸的轉(zhuǎn)速軸：n =nm / i 1 =960/3.35=286.57 r/min軸：n =n / i 2=286.57/4=71.64 r/min卷筒軸： nw =n =71.64 r/m

5、in2.各軸的輸入功率軸： P =Pd 01 =4.71 0.96=4.52 kW軸： P =P 12 =4.52 0.990.98=4.39 kW卷筒軸： P =P 23 =4.39 0.99 0.97=4.22 Kw3.各軸的輸入轉(zhuǎn)矩電動機軸的輸出轉(zhuǎn)矩：T d=9550Pd /nm =95504.71/960=46.85 Nm軸： T =T d i 1 01 =46.85 3.350.96=150.67 Nm軸： T =T i 2 12=150.67 4 0.99 0.98=584.72 Nm卷筒軸： T =T 23 =584.720.990.97=561.51 Nm運動和動力參數(shù)的計算結(jié)

6、果列表：轉(zhuǎn)速輸入功率輸入轉(zhuǎn)矩傳動比效率電動機軸 960 r/min 4.71kW46.85Nm軸286.57 r/min 4.52kW 150.67Nm 3.350.96軸71.64 r/min 4.39kW 584.72Nm40.96卷筒軸71.64r/min 4.22Kw 561.51Nm10.973二、傳動零件的設(shè)計計算（一） V 帶傳動設(shè)計已知 P=4.71 kW ，n1=960 r/min ，n2=286.57 r/min ， i=3.35 ，每天工作 24h。1.確定計算功率Pc由教材表10-8 查得 K A =1.3，故Pc =K A P=1.3 4.71=6.123 kW2.選

7、取普通V 帶型號根據(jù) Pc =6.123 kW ，n1=960 r/min ，由圖 10-12 選用 A 型普通 V 帶。3、確定帶輪基準(zhǔn)直徑dd1 、dd2根據(jù)表 10-9 和圖 10-12 選取 dd1 125mm ，且 dd1125mm ddmin 75mm 。大帶輪 基準(zhǔn)直徑為dd2 dd1 i125 3.35400mm按表 10-9 選取標(biāo)準(zhǔn)值 dd2400mm，則實際傳動比 i 、從動輪的實際轉(zhuǎn)速分別為i dd2/ dd1 400/1253.2n2n1/i 960/3.2 300 r/m in從動輪的轉(zhuǎn)速誤差率為（ 300 286.57） /286.57 0.04694.69在 5

8、以內(nèi)，為允許值。4、驗算帶速v4v dd1 n1/(60 1000) 125960/(60 1000) 6.28m/s帶速在 5 25 m/s 范圍內(nèi)。5、確定帶的基準(zhǔn)長度L d和實 際中心距 a由初選中心距公式0.7(d d1 dd2 )a0 2(d d1 dd2)初定中心距 a0 =500mm 。由公式得L 0 =2 a0+ (dd1 dd2) / 2+(d d2 dd1 )2 / 4 a0 2500+ (125400) / 2+(400 125)2 /(4 500)1862.48mm由表 10-6 選取基準(zhǔn)長度 L d 2000mm 。由公式得實際中心距a 為a a0 +( L d L

9、0) / 2 500+( 2000 1862.48) / 2 569mm中心距的變 動范圍為amin a 0.015 L d 5690.0152000 539mm amaxa 0.03 L d 5690.032000629mm6、校驗小帶輪包角 1 1 180 (d d2 dd1 )/a 57.3 180 (400 125)/569 57.3 152.31 1207、確定 V 帶根數(shù) z5根據(jù) dd1125mm 、n1960r/min ，查圖 10-9 得單根 V 帶傳遞的額定功 率P1 1.3 kW根據(jù)帶型及 i查表 10-2 得P0 0.11 kW由表 10-4 查得 K L 1.03，由

10、表 10-3 查得 K 0.93，得普通 V帶根數(shù) zzPc / P 0 Pc /(P 0P0)K K L 6.123/(1.3 0.11) 0.93 1.034.53 根圓整得 z 5 根。8、求初拉力 F0及帶輪軸上的壓力FQ由表 10-5 查得 A 型普通 V 帶的每米長 質(zhì)量 q0.10kg/m ，根據(jù)公式得單根 V 帶的初拉力為F0 500P c(2.5/K 1)/zv qv2 5006.123(2.5/0.93 1)/5 6.28 0.106.282 133.13N由公式得作用在軸上的壓力FQ為FQ 2F0zsin( 1 /2) 2 133.13 5sin(152.31 /2) 1

11、292.62N9、帶輪的結(jié)構(gòu) 設(shè)計按本章 10.6 節(jié)進(jìn)行設(shè) 計（設(shè)計過程及帶輪工作圖略）。10、設(shè)計結(jié)果選用 5 根 A 2000 GB1171 89V 帶，中心距 a 569mm ，帶輪直6徑dd1125mm ，dd2 400mm，軸上壓力 FQ1292.62N 。（二）齒輪傳動設(shè)計已知：單級直齒圓柱齒 輪減速器中的齒輪傳動，功率 P=4.52kW ，電動 機驅(qū)動，小齒輪轉(zhuǎn)速n1=286r/min ，傳動比 i=4 ，單向運轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，使用壽命5 年， 24 小時工作。1.選擇齒輪材料及精度等級小齒輪選用45 鋼調(diào)質(zhì)，硬度 為 220 250HBS ；大齒輪選用45鋼正火，硬度為1702

12、10HBS 。因為是普通減速器，由表6-9選 8級精度，要求齒面粗糙度Ra3.2 6.3m。2.按齒面接觸疲勞強度設(shè)計因兩齒輪均為鋼質(zhì)齒輪，可應(yīng)用公式求出 d1 值。確定有關(guān)參數(shù)與系數(shù)：1)轉(zhuǎn)矩 T 1T1 9550P/n 1 95504.52/286 150.93 Nm 1.509 105 Nmm2)載荷系數(shù) K查表 6-10，取 K 1.13)齒數(shù) z和齒寬系數(shù)d小齒輪的齒數(shù) z1取為 25，則大齒輪齒數(shù)z2 100。因單級齒輪傳動為對稱布置，而齒輪齒面又為軟齒面，由表6-12 選取 d 1。4)許用接觸應(yīng)力 H由圖 6-37 查得 Hlim1 560MPa ， Hlim2 530MPa按

13、一般可靠性要求，取SH 1。7N 1 60njL h 602861 (552120) 5.35 108 N 2 N 1/i 5.35 108/4 1.34 108查圖 6-38 得Z NT1 1.06，ZNT2 1.15。由公式得 H 1 ZNT1 Hlim1 / SH 1.06 560/1 594MPa H 2 ZNT2 Hlim2 / SH 1.15 530/1 610MPa故d1 76.43KT 1(u 1) / du H 1 21/3 76.43 (1.1 1.319105 5)/(1 4 5942) 1/3 61.2 mmmd1/z 1 61.2/25 2.45 mm由表 6-2 取

14、標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m 2.5 mm 。3.主要尺寸計算d1 mz1 2.5 25 62.5 mmd2 mz2 2.5 100 250 mmb d d1 162.5 62.5 mm經(jīng)圓整后取 b2 65 mm。 b1b2 5 70 mma m(z1 z2)/2 2.5 (25 100)/2 156.25 mm4.按齒根彎曲疲勞強度校核確定有關(guān)參數(shù)和系數(shù)：1)齒形系數(shù) Y FS查圖 6-40 得Y FS1 4.214，Y FS23.925。2) 許用彎曲應(yīng)力 F由圖 6-41 查得 Flim1 210MPa， Flim2 190MPa 。8按一般可靠性要求，取SF 1.3。由圖 6-42 查得Y NT1 Y

15、 NT2 1。由公式得 F 1 Y NT1 Flim1 / SF 210/1.3162MPa F 2 Y NT2 Flim2 / SF 190/1.3146MPa故 F1 =2KT 1Y FS1/(bm 2z1)=2 1.1 1.509 105 4.214/(65 2.52 25)=137.74 MPa F 1 F2 = F1Y FS2 / Y FS1=137.74 3.925 / 4.214=128.29 MPa F 2齒根彎曲強度校核合格。5.驗算齒輪的圓周速度vv d1 n1/60000 62.5 286/60000 0.94 m/s因 v6m/s，故取8 級精度是合適的。6.幾何尺寸計

16、算及繪制齒輪零件工作圖。（略）7設(shè)計結(jié)果齒輪模數(shù) m=2. 5mm ，齒數(shù) z1=25，z2 =100，分度圓直徑 d1 =62.5mm ，d2 =250mm ，中心距 a=156.25mm ，齒寬 b1=70mm ，b2=65mm 。（三）軸的設(shè)計軸設(shè)計：已知傳 遞功率 P=4.52kW ，主動齒輪的轉(zhuǎn)速n=286r/min ，分度圓直徑 d=62.5mm ，轉(zhuǎn)矩 T=1.509 105 Nmm ，帶輪對軸的作用力FQ =1292.62N ，齒輪輪轂寬度b=70mm ，工作時單向運轉(zhuǎn)，軸承采用9深溝球軸承。帶輪寬B=(z-1)e+2f=4 15 29 78mm。1.選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力

17、由已知條件知減速器傳遞的功率屬中小功率，對材料無特殊要求，故選用 45 鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。 由表 13-1 查得強度極限 b =650MPa ，再由表 13-6 得許用彎曲應(yīng)力 -1b =60MPa 。2.按扭轉(zhuǎn)強度估算軸頸根據(jù)表 13-5 得 C=106 118，由式得d C（P/n） 1/3=（106118）（ 4.52/286） 1/3=26.6 29.61mm考慮到軸的最小直徑處要安裝帶輪，會有鍵槽存在， 故將估算直徑 加大 3 5，取為 27.4 31.09mm 。由設(shè)計手冊取標(biāo)準(zhǔn)直徑d1=30mm 。3.設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖由于設(shè)計的是單級減速器， 可將齒 輪布置在箱體內(nèi)部中央

18、， 將軸承對稱安裝在齒輪兩側(cè)，軸的外伸端安裝帶輪。1）確定軸上零件的位置和固定方式要確定 軸的結(jié)構(gòu)形式，必須先確定軸上零件的裝配順序和固定方式。畫出軸的結(jié)構(gòu)草圖，確定齒輪從軸的左端裝入， 齒輪的右端用軸環(huán)定位， 左端用套筒固定。 這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定。齒輪的周向固定采用平鍵連接。軸承對稱安裝于齒輪的兩側(cè)， 其軸向用軸肩固定， 周向采用較緊的過渡配合固定。2）確定各軸段的直徑如圖所示，軸段（外伸端）直徑最小，d1 =30mm；考慮到要對安裝在軸段上的帶輪進(jìn)行定位，軸段上應(yīng)有軸肩， 同時為能很順利地在軸段上安裝軸承，軸段必須滿足軸10承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)，故取軸段的直徑d2為 35mm ；用

19、相同的方法確定軸段、 的直徑 d3=40mm 、d4 =50mm；為了便于拆缷右軸承，可查出6207 型滾動軸承的安裝尺寸d5=42mm 。3）確定各軸段的長度齒輪輪轂寬度為70mm ，為保證齒輪固定可靠，軸段的長度應(yīng)略短于齒輪輪轂寬度，取為68mm；為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪端面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)留有一定的間距，取該間距為15mm；為保證軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為17mm ），并考慮軸承的潤滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5mm ，所以軸段的長度取為20mm ，軸承支點距離l =127mm ；根據(jù)箱體結(jié)構(gòu)及帶輪距軸承蓋要有一定距離的要求，取 l =75mm ；帶輪寬度 l =

20、70mm ；在軸段、上分別加工出鍵槽，使兩鍵槽處于軸的同一圓柱母線上，鍵槽的長度比相應(yīng)的輪轂寬度小約5 10mm ，鍵槽的寬度按軸段直徑查手冊得到，詳見表12-6。4）選定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如圓角、倒角、退刀槽等的尺寸。按設(shè)計結(jié)果畫出軸的結(jié)構(gòu)草圖。114.按彎扭合成強度校核軸徑1）畫出軸的受力圖2）作水平面內(nèi)的彎矩圖Ft =2T/d=2 1.509 105/62.5 4828.8 N支點的反力為：FHA = F HB = F t/2=4828.8/2=2414.4N -截面處的彎矩為：M H =2414.4 63.5=153314 Nmm-截面處的彎矩為：M H =2414.4 30.5=7363

21、9 N mm3）作垂直面內(nèi)的彎矩圖Fr = Ft tan=4828.8 tan20=1757.5 NFQ =1292.62N支點的反力為：FVA =(F r 63.5-F Q 212.5)/127FVA =1284.1 NFVB =FVA + Fr -F Q =1284.1+1757.5-1292.62=1749N-截面彎矩為：M V =F VB 63.5=1749 63.5=111061.5 N mm12A 截面處的彎矩為：M VA =F Q 85.5=1292.62 85.5=110519N mm-截面彎矩為：M V =FVB 96.5-F r 33=174996.5-1757.5 33=

22、110781 N mm -截面、 -截面、 A 截面可能是危險截面，需校核。4）求三處的合成彎矩 -截面：M = M H 2+M V 2 =1533142+111061.52=189314 N mm-截面：M =M H 2+ M V 2 = 736392+1107812=133023 N mmA 截面 :M A =110519N mm5）求當(dāng)量彎矩T =1.509 105 N mm=150900 N mm因減速器單向運轉(zhuǎn)，故可認(rèn)為轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)變化，修正系數(shù)為 0.6。 -截面：M e = M 2+( T) 2 = 1893142+(0.6 150900)2 =209850.6 N mm -截

23、面：M e = M 2+( T) 2 = 1330232+(0.6 150900)2 =160911.8 N mmA 截面 :M eA = M A 2+( T)2=1105192+(0.6 150900)2=142870.4 N mm136）確定危險截面及校核強度 -截面： e = M e/W=209850.6/(0.1d 33)=209850.6/(0.1 403)=32.8 MPa -截面： e = M e/W=160911.8/(0.1d 23)=160911.8/(0.1 353)=37.5 MPa由于 A 截面尺寸與 -截面尺寸相同，而 M e M eA ，故不必校核。因為 -1b

24、=60MPa，滿足 e -1b 的條件，故設(shè)計的軸有足夠強度，并有一定裕量。（ 5）繪制軸的零件圖。 （略）設(shè)計結(jié)果：d1 =30mm ，d2= d 6=35mm ，d3 =40mm， d4=50mm ， d5=42mm ；l 1=78mm ，l 2=77mm ，l 3=68mm ，l 45 =20mm，l 6 =17mm，L=260mm 。由于此軸上齒輪尺寸小，分度圓直徑d=62.5mm ，齒根圓直徑df =56.25mm ，而 d3 =40mm ，考慮還有鍵槽，輪轂孔已接近齒根，強度不足，故將此軸做成齒輪軸。 軸 設(shè) 計 ： 已 知 傳 遞 功 率 P=4.39kW ， 從 動 齒 輪 的

25、 轉(zhuǎn) 速n=71.64r/min ，分度圓直徑 d=250mm ， Ft=4828.8 N ，F(xiàn)r =1757.5N ，轉(zhuǎn)矩 T=5.8472 105 Nmm ，齒輪輪轂寬度 b=65mm ，工作時單向運轉(zhuǎn)，軸承采用深溝球軸承。1.選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力由已知條件知減速器傳遞的功率屬中小功率，對材料無特殊要14求，故選用 45 鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。 由表 13-1 查得強度極限 b =650MPa ，再由表 13-6 得許用彎曲應(yīng)力 -1b =60MPa 。2.按扭轉(zhuǎn)強度估算軸頸根據(jù)表 13-5 得 C=106 118，由式得d C（P/n） 1/3=（106118）（ 4.39/71.64）

26、 1/3=41.79 46.52mm 考慮到軸的最小直徑處要安裝帶輪， 會有鍵槽存在， 故將估算直徑加大3 5，取為43.04 48.85mm。由設(shè)計手冊取標(biāo)準(zhǔn)直徑d1 =50mm。3.設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖根據(jù)軸的設(shè)計， 將齒輪布置在箱體內(nèi)部中央，將軸承對稱安裝在齒輪兩側(cè)，軸的外伸端聯(lián)軸器。1）確定軸上零件的位置和固定方式畫出軸的結(jié)構(gòu)草圖，確定齒輪從軸的右端裝入， 齒輪的左端用軸環(huán)定位， 右端用套筒固定。 齒輪的周向固定采用平鍵連接。 軸承對稱安裝于齒輪的兩側(cè)， 其軸向用軸肩固定，周向采用較緊的過渡配合固定。2）確定各軸段的直徑如圖所示，軸段（外伸端）直徑最小，d1 =50mm；考慮到要

27、對安裝在軸段上的聯(lián)軸器進(jìn)行定位，軸段上應(yīng)有軸肩， 同時為能很順利地在軸段上安裝軸承，軸段必須滿足軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)，故取軸段的直徑d2 =55mm ；用相同的方法確定軸段、的直徑d3=60mm 、d4 =70mm；軸頸 d6=55mm ，為了便于拆缷左軸承，可查出6211 型滾動軸承的安裝尺寸d5=64mm 。3）確定各軸段的長度齒輪輪轂寬度為65mm ，為保證齒輪固15定可靠，軸段的長度應(yīng)略短于齒輪輪轂寬度，取l 3 =63mm ；為保證箱體內(nèi)壁距離仍與軸設(shè)計時相同70+215=100mm ，且軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5mm ，得 l 45=22mm ，軸承寬度為21mm ，故l 6=21mm

28、 ；軸承支點距離l =131mm ；根據(jù)箱體結(jié)構(gòu)及聯(lián)軸器距軸承蓋要有一定距離的要求，取l =75mm，故 l 2 =77mm；若選用彈性套柱銷聯(lián)軸器 TL8 J 1 型，其寬度 l =84mm ，因此取 l 1=80mm ；在軸段、上分別加工出鍵槽，使兩鍵槽處于軸的同一圓柱母線上，鍵槽的長度比相應(yīng)的輪轂寬度小約5 10mm，鍵槽的寬度按軸段直徑查手冊得到，詳見表12-6。4）選定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如圓角、倒角、退刀槽等的尺寸。按設(shè)計結(jié)果畫出軸的結(jié)構(gòu)草圖。4.按彎扭合成強度校核軸徑1）畫出軸的受力圖2）作水平面內(nèi)的彎矩圖Ft =4828.8 N16支點的反力為：FHA = F HB = Ft /2=

29、4828.8/2=2414.4 N -截面處的彎矩為：M H =2414.465=156936 N mm-截面處的彎矩為：M H =2414.4 35.5=85711.2 N mm3）作垂直面 內(nèi)的彎矩圖Fr =1757.5 N支點的反力為：FVA =FVB =F r /2=1757.5/2=8 78.75N-截面彎矩為：M V = F VA 65=878.75 65=57119 N mm -截面彎矩為：M V =FVB 35.5=878.75 35.5=31196 Nmm - 截面、 -截面 可能是危險截面，需校核。4）求兩處的合成彎矩 -截面：M = M H 2+M V 2 =156936

30、2+571192=167007 N mm-截面：M =M H 2+ M V 2 = 85711.22+311962=91212 N mm175）求當(dāng)量彎矩T =5.8472 105 Nmm因減速器單向 運轉(zhuǎn)，故可認(rèn)為轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)變化，修正系數(shù)為 0.6。 -截面：M e = M 2+( T) 2 = 1670072+(0.6 584720)2 =388554 N mm -截面：M e = M 2+(T) 2 = 912122+(0.6 584720)2 =362495 N mm6）確定危險截面及校核強度 -截面： e = M e/W=388554/(0.1 d3 3)= 388554/(0.1 603)=17.99 MPa -截面： e = M e/W=362495/ (0.1 d2 3)= 362495/(0.1 553)=21.79 MPa因為 -1b =60MPa，滿足 e -1b 的條件，故設(shè)計的軸有足夠強度，并有一定裕量。（ 5）繪制軸的零件圖。 （略）設(shè)計結(jié)果：d1 =50mm ，d2= d 6=55mm ，d3 =60