機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)用于帶式運(yùn)輸機(jī)上的單級(jí)圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)

1、一、設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目1.設(shè)計(jì)題目名稱：用于帶式運(yùn)輸機(jī)上的單級(jí)圓柱齒輪減速器2.運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖3.工作條件輸送機(jī)連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷有輕微振動(dòng)，在室外有粉塵，兩班制工作，使用期限10年，小批量生產(chǎn)，輸送帶速度容許誤差±5%。4.原始數(shù)據(jù) 1輸送帶拉力 f=1200 n 2輸送帶速度 v=1.5 m/s 3滾筒直徑 d=400 mm 4滾筒長(zhǎng)度 l=500 mm教學(xué)目的1、綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程及其它先修課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)訓(xùn)練，使理論和產(chǎn)生實(shí)際知識(shí)密切地結(jié)合起來，從而使這些知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、加深和擴(kuò)展。2學(xué)習(xí)和掌握通用零件、機(jī)械傳動(dòng)裝置或簡(jiǎn)單機(jī)械的一般設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生工

2、程設(shè)計(jì)能力和分析問題、解決問題的能力。3訓(xùn)練學(xué)生進(jìn)行工廠設(shè)計(jì)的思維方法，對(duì)學(xué)生在計(jì)算、制圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料（包括手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等）以及經(jīng)驗(yàn)估計(jì)、考慮。設(shè)計(jì)方案計(jì)算過程及計(jì)算說明二、傳動(dòng)方案擬定第三組：設(shè)計(jì)單級(jí)圓柱齒輪減速器和一級(jí)帶傳動(dòng)（1） 工作條件：使用年限10年，3年大修，工作為兩班制，連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷有輕微震動(dòng)，有粉塵。（2） 原始數(shù)據(jù)：輸送帶拉力f=1200n；帶速v=1.5m/s；滾筒直徑d=400mm；滾筒長(zhǎng)度l=500mm。三、電動(dòng)機(jī)選擇1、電動(dòng)機(jī)類型的選擇： y系列三相異步電動(dòng)機(jī)2、電動(dòng)機(jī)功率選擇：（1）傳動(dòng)裝置的總功率：總=帶×2軸承×齒輪×聯(lián)

3、軸器×滾筒 =0.96×0.982×0.97×0.99×0.96=0.85(2)電機(jī)所需的工作功率：pw =fv/1000總=1200×1.5/（1000×0.85）=2.2 kw3、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：計(jì)算滾筒工作轉(zhuǎn)速：n筒=60×1000v/d=60×1000×1.5/×400=71.6r/min按手冊(cè)p263表1推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取圓柱齒輪傳動(dòng)一級(jí)減速器傳動(dòng)比范圍ia=35。取v帶傳動(dòng)比i1=24，則總傳動(dòng)比理時(shí)范圍為ia=620。故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為 n筒=（620）

4、15;71.6=430.081433.6r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750、1000和1500 r/min。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊(cè)查出有三種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)：因此有三種傳支比方案。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，可見第2方案比較適合，則選n=1000r/min 。4、確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)根據(jù)以上選用的電動(dòng)機(jī)類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為y132s-6。其主要性能：額定功率3kw，滿載轉(zhuǎn)速960r/min 額定轉(zhuǎn)矩2.0，質(zhì)量63kg四、計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比1、總傳動(dòng)比：i總=n電動(dòng)/n筒=960/71.6=13.422

5、、分配各級(jí)傳動(dòng)比（1） 根據(jù)指導(dǎo)書 取齒輪i=6（單級(jí)減速器i=36合理）（2） i總= i齒輪×i帶i帶= i總/i齒輪=13.42/6=2.235五、運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算1、計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速（r/min）n=960(r/min)n2=n/i帶=960/2.235=429.5(r/min)n3=n2/i齒輪=71.59429.5/6=71.5r/min2、 計(jì)算各軸的功率（kw）p1 =p工作=2.2kwp2 =p×帶=2.2×0.96=2.112kwp3 =p2×軸承×齒輪=2.112×0.98×0.96 =1.987kw

6、3計(jì)算各軸扭矩（n·mm）t1 = 9.55×106 p1/n= 9.55×106×2.2/960 =21885n·mmt2= 9.55×106 p2/n2 = 9.55×106×2.112/429.5 =46961n·mmt3=9.55×106 p3/n3= 9.55×106×1.987/71.5 =265397n·mm六、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算1、皮帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)、皮帶輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算由課本p132表8.21得：ka=1.2pc=ka p=1.2×

7、3=3.6kw由課本p134圖8.13得：選用a型v帶(2)、確定帶輪基準(zhǔn)直徑，并驗(yàn)算帶速由課本圖8.13得，推薦的小帶輪基準(zhǔn)直徑為80100mm p124表8.6知dmin=75mm由p127表8.9知dd1=100mm>dmin=75 則取d1=100mm>dmin=75 dd2=n/n2·dd1=960/429.5×100=224mm由課本表8.3，取dd2=224mm，則實(shí)際從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2=n1dd1/dd2=960×100/224 =224r/min轉(zhuǎn)速誤差為：n2-n2/n2=(429.5-428)/429.5 =0.003492<0

8、.05(允許)帶速v：v=dd1n1/60×1000=×100×960/60×1000 =5.024m/s在525m/s范圍內(nèi)，帶速合適。(3)、確定帶長(zhǎng)和中心矩根據(jù)課本p134式（18-14）得0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)0.7(100+224)a02×(100+224) 所以有：226.8a0648 由課本p134式8.13得：l0=2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd2-dd1) 2/4a0 =2×500+1.57(100+224)+(224-100)2/(4×500) =1516mm根據(jù)課本

9、p118表8.4取ld=1600mm根據(jù)課本得：aa0+(ld-l0)/2=500+(1600-1516)/2 =542mm(4)、驗(yàn)算小帶輪包角根據(jù)p127表8.17可知：1=1800-(dd2-dd1)/a×57.30 =1800-12.10 =167.90>1200（適用）（5）、確定帶的根數(shù)根據(jù)dd1=100 mm，n=960r/min，p 1=0.97 由式8.11得p1為p0= kb n(1-1/k)由表8.18查得kb=1.0275×10-3 根據(jù)傳動(dòng)比i=2.24，查表8.19得ki=1.373則p1=1.0275×10-3 ×96

10、0（1-1/1.1373）=0.11 kw由表8.4查得帶長(zhǎng)度修正系數(shù)kl=0.99，由圖8.11查得包角系數(shù)k2=0.97得普通v帶根數(shù)z=pc/p0=pc/(p0+p0)kkl =3.6/(0.97+0.11) ×0.97×0.99 =4根<10根（適合）(6)、計(jì)算軸上壓力由課本表8.6 查得q=0.1kg/m，單根v帶的初拉力：f0=500pc/zv（2.5/k2-1）+qv2=500×3.6/(4×5.024)×(2.5/0.97-1)+0.1×5.0242n =143.8n則作用在軸承的壓力fq，fq=2zf0sin

11、1/2=2×4×143.8sin(167.9/2)=1143.5n2、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）、選擇齒輪材料及精度等級(jí) 考慮減速器傳遞功率不定，所以齒輪采用軟齒面。小齒輪選用40cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240260hbs。大齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度220hbs；根據(jù)表選7級(jí)精度。齒面精糙度ra1.63.2m（2）、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)矩t1t1=9.55×106×p/n1=9.55×106×2.2/429.5 載荷系數(shù)k 查表10.11取k=1 齒數(shù)z1和齒寬系數(shù)d 由10.24可知，確定有關(guān)參數(shù)如下：傳動(dòng)比i齒輪=6，取小齒

12、輪齒數(shù)z1=20。則大齒輪齒數(shù)：z2=iz1=6×20=120。實(shí)際傳動(dòng)比i0=120/2=60，傳動(dòng)比誤差：i- i0/i=0<25%可用。齒輪比：m= i0=6，因?yàn)閱渭?jí)齒輪傳動(dòng)為對(duì)稱布置，而齒輪齒面又為軟齒面，由表10.20選取d=0.9。 許用接觸應(yīng)力hh= hlimznt/sh由課本p188圖10.24查得：hlimz1=570mpa hlimz2=350mpa計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n1(由表10.10查得sh=1)n1=60njh=60×429.5×1×(16×365×10)=1.5×109n2=n1/i=1.5

13、×109/6=2.5×108由課本圖10.27查得接觸疲勞的壽命系數(shù)：znt1=0.92 znt2=0.98通用齒輪和一般工業(yè)齒輪，按一般可靠度要求選取安全系數(shù)sh=1.0h1=hlim1znt1/sh=570×0.92/1.0mpa=524.4mpah2=hlim2znt2/sh=350×0.98/1.0mpa=343mpa得：d176.43(kt1(u+1)/d uh2)1/3=76.431×48917×(6+1)/(0.9×6×3432)1/3mm=62.238mm模數(shù)：m=d1/z1=62.238/20=3

14、.2mm根據(jù)課本p172表10.3取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：m=3mm(6)、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 f=(2kt1/bm2z1)yfysh確定有關(guān)參數(shù)和系數(shù)分度圓直徑：d1=mz1=3×20mm=60mmd2=mz2=3×120mm=360mm齒寬：b=dd1=0.9×60mm=54mm取b=54mm b1=60mm(7)、齒形系數(shù)yf和應(yīng)力修正系數(shù)ys根據(jù)齒數(shù)z1=20,z2=85由課本p195表10.13和表10.14得：yf1=2.81 yf2=2.15 ysa1=1.56 ysa2=1.83(8)、許用彎曲應(yīng)力ff= flim ystynt/sf由課本p189圖10.2

15、5和圖10.26查得：flim1=210mpa flim2 =240mpaynt1=0.88 ynt2=0.9根據(jù)課本p190表10.10取安全系數(shù)sf=1.25計(jì)算兩輪的許用彎曲應(yīng)力f1=flim1ynt1/sf=290×0.88/1.25mpa=204.16mpaf2=flim2ynt2/sf =210×0.9/1.25mpa=147.84mpa將求得的各參數(shù)代入式（6-49）f1=(2kt1/bm2z1)yf1ys1=(2×1×48917/45×252×20) ×2.81×1.56mpa=44.12mpa&l

16、t; f1f2=f1 yf2ys2/yf1ys1=66mpa< f2故輪齒齒根彎曲疲勞強(qiáng)度足夠 (9)計(jì)算齒輪傳動(dòng)的中心矩aa=m/2(z1+z2)=3/2(20+120)=105mm (10)計(jì)算齒輪的圓周速度vv=d1n1/60×1000=3.14×60×429.5/60×1000=1.34m/s七、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、按扭矩初算軸徑選用45#調(diào)質(zhì)，硬度217255hbs根據(jù)課本p271，查表14.1，取c=115d19.55mm考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則d=19.55×(1+5%)mm=20.5mm選d1=22mm2

17、、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）軸上零件的定位，固定和裝配 單級(jí)減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，聯(lián)接以平鍵作過渡配合固定，兩軸承分別以軸肩和大筒定位，則采用過渡配合固定 （2）確定軸各段直徑和長(zhǎng)度段：d1=22mm 長(zhǎng)度取l1=50mmh=2c c=1.5mm段:d2=d1+2h=22+2×2×1.5=28mm取標(biāo)準(zhǔn)得d2=28mm初選用7207c型角接觸球軸承，其內(nèi)徑為30mm,寬度為16mm. 考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面和箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離。取套筒長(zhǎng)為20mm，通過密封蓋軸段長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)密封蓋的寬度，并考慮聯(lián)軸器和箱

18、體外壁應(yīng)有一定距離而定，為此，取該段長(zhǎng)為55mm，安裝齒輪段長(zhǎng)度應(yīng)比輪轂寬度小2mm,故段長(zhǎng)：l2=（2+20+16+55）=93mm段直徑d3=35mml3=l1-l=50-2=48mm由手冊(cè)得：c=1.5 h=2c=2×1.5=3mmd4=d3+2h=35+2×3=41mm長(zhǎng)度與右面的套筒相同，即l4=20mm但此段左面的滾動(dòng)軸承的定位軸肩考慮，應(yīng)便于軸承的拆卸，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)查取由手冊(cè)得安裝尺寸h=3.該段直徑應(yīng)取：（30+3×2）=36mm因此將段設(shè)計(jì)成階梯形，左段直徑為36mm段直徑d5=30mm. 長(zhǎng)度l5=19mm由上述軸各段長(zhǎng)度可算得軸支承跨距l(xiāng)=100

19、mm (3)按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算求分度圓直徑：已知d1=60mm求轉(zhuǎn)矩：已知t1=48917 n·mm求圓周力：ftft=2t1/d1=2×48917/60=815n求徑向力frfr=ft·tan=815×tan200=296.68n因?yàn)樵撦S兩軸承對(duì)稱，所以：la=lb=50mm (1)繪制軸受力簡(jiǎn)圖（如圖a）(2)繪制垂直面彎矩圖（如圖b）軸承支反力：fay=fby=fr/2=148.32nfaz=fbz=ft/2=407.5n由兩邊對(duì)稱，知截面c的彎矩也對(duì)稱。截面c在垂直面彎矩為:mc1=fayl/2=148.32×50/2=7.4n

20、3;m (3)繪制水平面彎矩圖（如圖c）截面c在水平面上彎矩為：mc2=fazl/2=407.5×50=20n·m (4)繪制合彎矩圖（如圖d）mc=(mc12+mc22)1/2=(7.42+202)1/2=21.33n·m (5)繪制扭矩圖（如圖e）轉(zhuǎn)矩：t=9.55×（p2/n2）×106=46n·m (6)繪制當(dāng)量彎矩圖（如圖f）轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)循環(huán)變化，取=1，截面c處的當(dāng)量彎矩：mec=mc2+(t2)21/2=21.332+(1×46)21/2=50.7n·m (7)校核危險(xiǎn)截面c的強(qiáng)度e=mec/(0.1d

21、33)= 50.7/(0.1×353)=11.8mpa< -1b=60mpa該軸強(qiáng)度足夠。輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、按扭矩初算軸徑選用45#調(diào)質(zhì)鋼，硬度（217255hbs）根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)表 取c=115dc(p3/n3)1/3=115(1.987/71.5)1/3=34.84mm取d=35mm l=110mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）、軸的零件定位，固定和裝配 單級(jí)減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱分布，齒輪左面用軸肩定位，右面用套筒軸向定位，周向定位采用鍵和過渡配合，兩軸承分別以軸承肩和套筒定位，周向定位則用過渡配合或過盈配合，軸呈階狀，左軸承從左面裝入，齒輪套筒，右軸

22、承和皮帶輪依次從右面裝入。（2）、確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 初選7207c型角接球軸承，其內(nèi)徑為35mm，寬度為17mm?？紤]齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面與箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定矩離，則取套筒長(zhǎng)為20mm，則該段長(zhǎng)41mm，安裝齒輪段長(zhǎng)度為輪轂寬度為2mm。（3）、按彎扭復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算求分度圓直徑：已知d2=360mm求轉(zhuǎn)矩：已知t3=265n·m求圓周力ft：ft=2t3/d2=2×265×103/360=1472n求徑向力frfr=ft·tan=1472×0.36379=535.5n兩軸承對(duì)稱la=lb=49mm(1)、求支反力fax、fby、faz

23、、fbzfax=fby=fr/2=535.5/2=267.75nfaz=fbz=ft/2=1472/2=736n (2)、由兩邊對(duì)稱，書籍截c的彎矩也對(duì)稱，截面c在垂直面彎矩為mc1=fayl/2=267.75×49=13.1n·m (3)、截面c在水平面彎矩為mc2=fazl/2=736×49=36.21n·m (4)、計(jì)算合成彎矩mc=（mc12+mc22）1/2 =（13.12+36.212）1/2 = 38.5n·m (5)、計(jì)算當(dāng)量彎矩：根據(jù)課本p235得mec=mc2+(t)21/2=38.52+(1×265)21/2 =

24、265.9n·m (6)、校核危險(xiǎn)截面c的強(qiáng)度e=mec/（0.1d23）=265.9/(0.1×453)=29mpa<-1b=60mpa此軸強(qiáng)度足夠八、滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命t=16×365×10=58400小時(shí)1、計(jì)算輸入軸承（1）、已知n2=429.5r/min兩軸承徑向反力：fr1=fr2=407.5n初先兩軸承為角接觸球軸承7206ac型軸承內(nèi)部軸向fs=0.63fr 則fs1=fs2=0.63fr1=256.725n (2) 、fs1+fa=fs2 fa=0故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端fa1=fs1

25、=256.725n fa2=fs2=256.725n (3)、求系數(shù)x、yfa1/fr1=256.725n/407.5n=0.63fa2/fr2=256.725n/407.5n=0.63根據(jù)課本表 得e=0.68fa1/fr1<e x1=1 y1=0 fa2/fr2<e x2=1 y2=0 (4)、計(jì)算當(dāng)量載荷p1、p2根據(jù)課本表15.12 取f p=1.5p1=fp(x1fr1+y1fa1)=1.5×(1×407.5+0)=611.25np2=fp(x2fr1+y2fa2)=1.5×(1+407.5)=611.25n (5)、軸承壽命計(jì)算p1=p2

26、故取p=611.25n角接觸球軸承=3根據(jù)手冊(cè)得7206ac型的cr=23000nlh=16670/ n2(c/p)=16670/429.5×(23000/611.25)3=2667086h>48720h預(yù)期壽命足夠2、計(jì)算輸出軸承 (1)、已知n3=71.5r/min fa=0 fr=faz=736n試選7207ac型角接觸球軸承根據(jù)課本 得fs=0.63fr,則fs1=fs2=0.63fr=0.63×736=463.68n (2)、計(jì)算軸向載荷fa1、fa2fs1+fa=fs2 fa=0任意用一端為壓緊端，1為壓緊端，2為放松端兩軸承軸向載荷：fa1=fa2=fs

27、1=463.68n (3)、求系數(shù)x、yfa1/fr1=463.68/736=0.63fa2/fr2=463.68/736=0.63根據(jù)課本表 得：e=0.68fa1/fr1<e x1=1 y1=0fa2/fr2<e x2=1 y2=0 (4)、計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷p1、p2根據(jù)表 取fp=1.5p1=fp(x1fr1+y1fa1)=1.5×(1×736)=1104np2=fp (x2fr2+y2fa2)=1.5×(1×736)=1104n (5)、計(jì)算軸承壽命lhp1=p2 故p=1104 =3根據(jù)手冊(cè) 7207ac型軸承cr=30500n根據(jù)課

28、本 表 得：ft=1lh=16670/71.5(1×30500/1140)3 =4916112h>48720h此軸承合格九、鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算1、軸徑d1=22mm,l1=50mm查手冊(cè)得，選用c型平鍵，得：鍵a 8×7 gb1096-79 l=l1-b=50-8=42mmt2=46n·m h=7mm得p=4t2/dhl=4×46000/22×7×42 =28.4mpa<r(110mpa)2、輸入軸與齒輪聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接軸徑d3=35mm l3=48mm t3=285n·m查手冊(cè) 選a型平鍵鍵10×

29、8 gb1096-79l=l3-b=48-10=38mm h=8mmp=4t/dhl=4×265000/25×8×38 =99.6mpa<p(110mpa)3、輸出軸與齒輪2聯(lián)接用平鍵聯(lián)接軸徑d2=51mm l2=50mm t=46n·m查手冊(cè) 選用a型平鍵鍵16×10 gb1096-79l=l2-b=50-16=34mm h=10mmp=4t/dhl=4×46000/51×10×34=10.6mpa<pf=1200nv=1.5m/sd=400mml=500mm總=0.85電動(dòng)機(jī)型號(hào)y132s-6i總=

30、13.42據(jù)手冊(cè)得i齒輪=6i帶=2.235n=960r/minn2 =429.5r/minn3 =71.5r/minp1=2.2kwp2=2.112kwp3=1.987kwt1=21885n·mmt2=46961n·mmt3=265397n·mmdd2=224mm取標(biāo)準(zhǔn)值dd2=224mmn2=428r/minv=5.024m/s2226.8a0648ld=1400mma=446.5mmz=4根f0=143.8nfq=1143.5nz=11根f0=79.79nfq =1640.4nhlimz1=570mpahlimz2=350mpan1=1.5×109n2=2.5×108znt1=0.92znt2=0.98d1=57.32mmm =3d1=60mmd2=360mmb=54mmb1=60mmyf1=2.81yf2=2.15ysa1=1.56ysa2=1.83ynt1=0.88ynt2=0.9f1=204.16mpaf2=147.84mpaa=105mmd1=22mmd1=22mmd2=28mml=50mml2=93mmd3=35mmd4=41mml4=20mmd5=30mml=100mmft=815nfr=296.68nfay=148.32nfaz=407.5nmc1=7