機械設計基礎課程設計設計用于帶式運輸機的一級圓柱齒輪減速器

1、計 算 說 明 書設計題目_設計用于帶式運輸機的一級圓柱齒輪減速器 目錄1.設計題目1題目名稱1運動簡圖1設計條件1原始數(shù)據(jù)1設計課程的內(nèi)容2設計工作量22.電動機選擇計算2選擇電動機類型2選擇電動機功率2電動機轉(zhuǎn)速及型號的確定33.傳動比的計算3傳動裝置的總傳動比3分配各級傳動比44.運動參數(shù)及動力參數(shù)計算4計算各軸轉(zhuǎn)速4計算各軸的功率4計算各軸轉(zhuǎn)矩45.傳動零件的設計計算5選擇齒輪材料及熱處理方式5確定齒輪傳動的參數(shù)66.軸的設計計算7輸入軸的設計計算7輸入軸軸的結構設計8輸出軸的設計計算117.鍵的選擇15輸入軸上鍵選擇及校核15輸出軸上鍵選擇及校核168. 滾動軸承的選擇及聯(lián)軸器的選擇

2、17滾動軸承的選擇17聯(lián)軸器的選擇179.箱體及附件的設計18潤滑及密封18齒輪傳動的潤滑18滾動軸承的潤滑18潤滑油的選擇18密封方法的選取18減速器箱體設計19軸承端蓋19窺視孔19油標19放油孔及放油螺塞20925定位銷20啟蓋螺釘20地腳螺栓20箱體設計201. 設計題目設計用于帶式運輸機的一級圓柱齒輪減速器運動簡圖如下：圖 1 傳動方案設計簡圖1）工作情況：單向轉(zhuǎn)動，載荷平穩(wěn)，空載啟動；1） 運動要求：混料機主軸轉(zhuǎn)速誤差不超過7；2） 使用壽命：10年，每年300天，每天8小時；3） 檢修周期：半年小修；兩年大修；4） 生產(chǎn)廠型：中小型機械制造廠；5） 生產(chǎn)批量：成批生產(chǎn)。原始數(shù)據(jù)具

3、體如下：表1-1 原始數(shù)據(jù)已知條件題號19混料機主軸扭矩（N·m）160混料機主軸轉(zhuǎn)速（r/min）120（1） 電動機選型；（2） 帶傳動設計；（3） 減速器設計；（4） 鍵及聯(lián)軸器選型設計；（5） 其他。（1）傳動系統(tǒng)安裝圖1張；（2）減速器裝配圖1張；（3）設計計算說明書1份（A4紙）。2. 電動機選擇計算計算項目計算及說明計算結果Y系列三相異步電動機此電動機高效、節(jié)能、振動小、噪聲小、運行安全可靠，安裝尺寸和功率等級符合國際標準，適合無特殊要求的各種機械設備。電動機功率選得合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。小于工作要求，不能保證正常工作，長期過載發(fā)熱量大而過早損壞；容

4、量過大則電動機價格高，不滿載運行，增加電能消耗，造成很大浪費。(1) 計算工作機所需功率Pw=FV/1000T-工作機主軸扭矩，單位為Nm；nw-工作機轉(zhuǎn)速，單位為r/min；(2) 傳動裝置的總效率總：由查得（聯(lián)軸器）=0.98，（滾動軸承）=0.98，總=帶×2軸承×齒輪×聯(lián)軸器5×82××87(3) 電機所需的工作功率：Pd=Pw/總= KW(4) 確定電動機的額定功率PedPed KW查表可知：Ped=11 KW總7PPd=KWPedKW10.764 KWPed=11 KW混料機主軸轉(zhuǎn)速（r/min）： 按手冊P7表1推薦的傳

5、動比合理范圍，取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍i1=36。取V帶傳動比i2=24，則總傳動比理時范圍為ia=620。故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為：nd=ia×nw=（620）×120r/min=720r/min2400r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750、1000、和1500r/min。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關手冊查出有三種適用的電動機型號：因此有三種傳支比方案：綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，則選n=1000r/min。根據(jù)以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動機型號為Y160L6。其主要性能：額定功率：11KW，滿載轉(zhuǎn)

6、速970r/min。nd（滿載）=970r/min計算項目計算及說明計算結果傳動裝置總傳動比為i總：（由已知條件可知nw=120r/min）i總=nd/nwi i總根據(jù)查表得：取齒輪i齒輪=3（單級減速器i齒輪=36合理）i總=i齒輪×i帶i帶=i總/i齒輪/3=i帶=i齒輪=3計算項目計算及說明計算結果nI=n帶=970r/minnII=nI/i帶=(r/min)nIII=nII/i齒輪=/3=(r/min)（nI=nw，nII為齒輪高速軸轉(zhuǎn)速，nIII為齒輪低速軸轉(zhuǎn)速）nI=970r/minnII=r/minnIII=r/min電動機軸功率： PI=Pd=KW高速齒輪軸功率：PI

7、I=PI×帶=×0.95=KW低速齒輪軸功率：PIII=PII×軸承×齒輪=××7=KW由查得（聯(lián)軸器）=0.98，（滾動軸承）=0.98，PI =KWPII=KWPIII=KW電動機軸轉(zhuǎn)矩：TI = 9550×PI/nI= 9550×·m高速齒輪軸轉(zhuǎn)矩：TII=9550×PII/nII=9550×/=N·m低速齒輪軸轉(zhuǎn)矩：TIII=9550×PIII/nIII=9550×/=·mTI·mTII=N·mTIII=·m

8、計算項目計算及說明計算結果齒輪傳動的設計計算考慮到混料機為一般機械，減速器傳遞功率不大，故大小齒輪均選用45鋼。為制造方便，所以齒輪采用軟齒面。采用材料時一般使小齒輪齒面硬度比大齒輪高2050HBs。齒面粗糙度Ram。材料相關屬性表材料熱處理方式硬度/HBs接觸疲勞極限Hlim/MPa彎曲疲勞極限FE/MPa小齒輪45調(diào)質(zhì)217286350400280340大齒輪45正火19728655062041048045鋼小齒輪調(diào)質(zhì)處理大齒輪正火處理8級精度按上表取小齒輪硬度為260HBs，接觸疲勞極限彎曲疲勞極限；大齒輪硬度為220HBs，接觸疲勞極限，彎曲疲勞極限按一般可靠度取最小安全系數(shù)，計算許用

9、應力： 得：小齒輪；大齒輪；（1） 按齒面接觸強度設計設齒輪按8級精度制造。取載荷系數(shù)1.3，齒寬系數(shù)，小齒輪上的轉(zhuǎn)矩T195509550=58.1N。 取,齒數(shù)取，則。模數(shù)，齒寬，b值應加以圓整，作為大齒輪的齒寬b2，而使小齒輪的齒寬，取，按標準模數(shù)系列取，實際，中心距齒頂高：齒根高：全齒高：齒頂圓：齒根圓：（2）齒根彎曲疲勞強度校核計算齒形系數(shù)， (3)驗算結果：輪齒彎曲強度滿足要求。計算項目計算及說明計算結果已知輸入軸傳遞的功率，轉(zhuǎn)速，小齒輪的齒寬,齒數(shù)，模數(shù)，壓力角，載荷平穩(wěn)。按照“軸的常用材料及其主要力學性能表”進行選擇，選取45號鋼為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理。由，查“常用材料的值和C值表

10、”知45號鋼C值范圍為118107，取C=115，計算后得，?。紤]有鍵槽，將直徑增大5%）。最終取值33mm（1）確定軸的結構方案右軸承從軸的右端裝入，靠軸肩定位。齒輪和左軸承從軸的左端裝入，齒輪右側端面靠軸肩定位，齒輪和左軸承之間用定位套筒使左軸承右端面得以定位，左右軸承均采用軸承端蓋，齒輪采用普通平鍵得到圓周固定。（2） 確定軸的各段直徑 軸結構示意圖1軸段為最小徑，安裝帶輪，；2軸段安裝軸承端蓋，按照軸肩原則，取；3軸段安裝軸承及擋油圈，為減少裝配軸承處的精加工面長度設置軸肩，其中d3為軸承內(nèi)徑大小 (根據(jù)機械設計課程上機與設計續(xù)表13-3：取深溝球軸6309），軸承寬；軸兩端裝軸承處

11、軸徑相等，則7段取；4軸段安裝齒輪，齒輪內(nèi)徑，齒輪的軸向定位軸肩，??；6、7之間有砂輪越程槽，取。（3） 確定軸的各段長度 結合繪圖后確定各軸段長度如下：1軸段的長度?。ǜ鶕?jù)帶輪結構及尺寸）；2軸段總長度（根據(jù)外裝式軸承端蓋的結構尺寸，起厚度，還有箱體的厚度取10mm）；3軸段(軸承的寬與套筒的長度和)；4軸段（因為齒輪的齒寬為70mm，軸段的長度應比零件的輪轂短2-3mm）；5、6、7軸段長度；則軸的全長為。按彎矩復合強度計算 已知： 轉(zhuǎn)矩 小齒輪分度圓直徑 圓周力 徑向力 法向力兩軸承間距離為162mm,因為該軸兩軸承對稱，所以：LA=LB=81mm（1）繪制軸受力簡圖如下（2）繪制垂直面

12、彎矩圖如下垂直面內(nèi)的軸承支反力：水平面內(nèi)的軸承支反力：由兩邊對稱，知截面C的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為(3)繪制水平面彎矩圖如下：截面C在水平面上彎矩為：(4)繪制合彎矩圖如上(5)繪制扭矩圖如上 轉(zhuǎn)矩：(6)當量彎矩計算 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力按脈動循環(huán)變化，取=0.6，截面C處的當量彎矩：(7)校核危險截面C的強度 判定危險截面為第四段軸的中心面，軸的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查機械設計基礎表14-1得，表14-3查得則：該軸強度足夠。 已知輸出軸傳遞的功率，轉(zhuǎn)，大齒輪的齒寬,齒數(shù)，模數(shù)，壓力角，載荷平穩(wěn)。1)初步估算軸的直徑 按照“軸的常用材料及其主要力學性能表”進行選擇，選取45號鋼為

13、軸的材料，正火處理。 由，查“常用材料的值和C值表”知45號鋼C值范圍為118107，取C=115，計算后得，?。紤]有鍵槽，將直徑增大5%）。最終取45mm2）軸的結構設計（1）確定軸的結構方案右軸承從軸的右端裝入，靠軸肩定位。齒輪和左軸承從軸的左端裝入，齒輪右側端面靠軸肩定位，齒輪和左軸承之間用定位套筒使左軸承右端面得以定位，左右軸承均采用軸承端蓋，齒輪采用普通平鍵得到圓周固定。（2）確定軸的各段直徑 軸結構示意圖 由圖中個零件配合尺寸關系知；，。（3）確定軸的各段長度 結合繪圖后確定各軸段長度如下：1軸段的長度?。ǜ鶕?jù)聯(lián)軸器結構及尺寸）；2軸段總長度（根據(jù)外裝式軸承端蓋的結構尺寸，其厚度

14、，還有箱體的厚度取10mm）；3軸段(軸承的寬與套筒的長度和)；4軸段（因為齒輪的齒寬為65mm，軸段的長度應比零件的輪轂短2-3mm）；5、6、7軸段長度（考慮到軸承的寬度及砂輪越程槽的寬度）；則軸的全長為。3）按彎矩復合強度計算 已知： 轉(zhuǎn)矩： 大齒輪分度圓直徑 圓周力 徑向力 法向力兩軸承間距離為162mm,因為該軸兩軸承對稱，所以：LA=LB=81mm（1）繪制軸受力簡圖如下（2）繪制垂直面彎矩圖如下 垂直面內(nèi)的軸承支反力： 水平面內(nèi)的軸承支反力： F為;F力在支點產(chǎn)生的反力：由兩邊對稱，知截面C的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為(3)繪制水平面彎矩圖如下截面C在水平面上彎矩為：F力產(chǎn)

15、生的彎矩為:截面C上F力產(chǎn)生的彎矩為:(4)繪制合彎矩圖如上,考慮到最不利的情況，把與直接相加：則(5)繪制扭矩圖如上 轉(zhuǎn)矩：(6)當量彎矩計算 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力按脈動循環(huán)變化，取=0.6，截面C處的當量彎矩：(7)校核危險截面C的強度 判定危險截面為第四段軸的中心面，軸的材料選用45鋼，正火處理，查機械設計基礎表14-1得，表14-3查得則：該軸強度足夠。計算項目計算及說明計算結果（1）最小直徑處：1）選擇鍵型：該鍵為靜聯(lián)接，為了便于安裝固定，選擇普通A型平鍵。2)確定鍵的尺寸：該軸上最小直徑為，軸長，按（，）查得，用于此處連接的鍵的尺寸為，3)強度校核：軸所受轉(zhuǎn)矩，鍵連接的擠壓強度，強度滿

16、足要求。該鍵標記為：鍵。(2)齒輪處1）選擇鍵型：該鍵為靜聯(lián)接，為了便于安裝固定，選擇普通A型平鍵。2）確定鍵的尺寸：該軸上最小直徑為，軸長，按（，）查得，用于此處連接的鍵的尺寸為，3）強度校核：鍵連接的擠壓強度（根據(jù)機械設計基礎：表10-10），強度滿足要求。該鍵標記為：鍵。（1）最小直徑處1）選擇鍵型：該鍵為靜聯(lián)接，為了便于安裝固定，選擇普通A型平鍵。2)確定鍵的尺寸：該軸上最小直徑為，軸長，按（，）查得，用于此處連接的鍵的尺寸為，3)強度校核：軸所受轉(zhuǎn)矩，鍵連接的擠壓強度（根據(jù)機械設計基礎：表10-10），強度滿足要求。該鍵標記為：鍵（2）齒輪處：1）選擇鍵型：該鍵為靜聯(lián)接，為了便于安裝

17、固定，選擇普通A型平鍵。2）確定鍵的尺寸：該軸上最小直徑為，軸長，按（，）查得，用于此處連接的鍵的尺寸為，3）強度校核：鍵連接的擠壓強度，強度滿足要求。該鍵標記為：鍵。8. 滾動軸承的選擇及聯(lián)軸器的選擇計算項目計算及說明計算結果根據(jù)設計條件，軸承預計壽命：小時（1）計算輸入軸承對于輸入軸的軸承選擇，首先考慮深溝球軸承。初選用6010型深溝球軸承，其內(nèi)徑為50mm,外徑為80mm，寬度為16mm，極限轉(zhuǎn)速（脂）：7000r/min；極限轉(zhuǎn)速（油）：9000r/min。（2）計算輸出軸承對于輸出軸的軸承選擇，考慮深溝球軸承，初選6013型深溝球軸承，其內(nèi)徑為65mm，外徑為100mm，寬度為18m

18、m，極限轉(zhuǎn)速（脂）：5600r/min；極限轉(zhuǎn)速（油）：7000r/min軸與傳送帶相連是利用鍵連接傳遞力和扭矩，不需用聯(lián)軸器；軸與滾筒之間用聯(lián)軸器聯(lián)接實現(xiàn)力和扭矩的傳遞。需選用合適的聯(lián)軸器?？紤]此運輸機的功率不大，工作平穩(wěn)，考慮結構簡單、安裝方便，故選擇彈性柱銷聯(lián)軸器。計算轉(zhuǎn)矩按下式計算：式中 T名義轉(zhuǎn)矩；N·mm；KA工作情況系數(shù)；取KA，則：輸出軸的轉(zhuǎn)速為n2=120r/min輸出軸輸出段直徑為d=45mm。根據(jù)機械設計課程上機與設計書上續(xù)表14-5：可選擇YL11,YLD11型彈性聯(lián)軸器 。KA計算項目計算及說明計算結果此減速器中，齒輪傳動屬于閉式齒輪傳動。因為在設計的減速器

19、中，大齒輪的圓周速度為1.68m/s，小于12m/s，故可以采用油池潤滑。在箱體內(nèi)注入潤滑油，使大齒輪浸入油池一定深度，在齒輪運轉(zhuǎn)時，借助大齒輪把潤滑油帶到嚙合區(qū)進行潤滑。油浸高度約為六分之一大齒輪半徑，約為30mm。對滾動軸承采用油潤滑，由于此減速器軸承的潤滑屬于低、中速軸承的潤滑，故采用油浴潤滑。齒輪與軸承采用同種潤滑油比較便利，考慮該裝置用于小型設備，選用L-CKD150潤滑油。選用凸緣式端蓋易于調(diào)整，采用悶蓋安裝骨架式旋轉(zhuǎn)軸唇型密封圈實現(xiàn)密封。密封圈型號按所裝配軸的直徑確定為（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。軸承蓋結構尺寸按用其定位的軸承的外徑?jīng)Q定。軸承

20、端蓋全部采用外裝式軸承端蓋（根據(jù)機械設計課程上機與設計：表13-4與表15-3）1）輸入軸的軸承端蓋：軸承外徑100，螺栓直徑，端蓋上螺栓數(shù)目4；，D03=380+25=405 ，2）輸出軸的軸承端蓋：軸承外徑130，螺栓直徑，端蓋上螺栓數(shù)目4；，D03=410，窺視孔用于檢查傳動零件的嚙合、潤滑及齒輪損壞情況，并兼做注油孔，可向減速器箱體內(nèi)注入潤滑油，觀察孔應設置在減速器箱蓋上方的適當位置，以便直接進行觀察并使手能伸入箱體內(nèi)進行操作，平時觀察孔用蓋板蓋住。窺視孔孔蓋的結構尺寸(根據(jù)機械設計課程上機與設計：表15-8）：100mm 140mm 120mm箱體寬-（15-20）M6 4個6h10mm為指示減速器內(nèi)油面的高度符合要求，以便保持箱內(nèi)正常的油量，在減速器箱體上需設置油面指示裝置。本設計選用長形油標，油標尺中心線與水平面成45度，注意加工油標