机械设计课程设计计算说明书带式运输机二级圆柱齿轮减速器设计

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1、机械设计课程设计计算说明书课程名称： 机械设计课程设计 课 程 号： 16109500 题 目： 带式运输机二级圆柱齿轮减速器设计 学院名称： 能源与动力工程 学院 热工 专业班 级： 2009级（1）班学生姓名： 学 号： 指导教师： 2012 年 01 月 13 日目录第一部分. 设计任务书第二部分. 机械传动装置的总体设计22.1 电动机的选择22.2 传动方案的确定22.3 总传动比的确定32.4 传动装置的运动参数和动力参数的计算3第三部分. 传动零件设计计算53.1 V带传动的设计计算53.2 齿轮传动的设计计算 63.2.1 高速级齿轮的设计计算 63.2.2 低速级齿轮的设计计

2、算 83.2.3 两对齿轮的数据记录11第四部分. 轴系零件设计计算114.1 轴的设计计算114.1.1 高速级轴的设计计算114.1.2 中速级轴的设计计算124.1.3 低速级轴的设计计算144.1.4 高速级轴的受力分析图164.1.5 中速级轴的受力分析图174.1.6 低速级轴的受力分析图184.2 滚动轴承的设计计算194.3 键连接的设计计算204.3 联轴器的设计计算21第五部分. 润滑与密封的设计21第六部分. 参考资料23设计计算及说明结果 第一部分. 设计任务书 机械传动装置通常由原动机、传动装置、工作机和机架四部分组成，其总体设计包括传动方案的拟定和分析，电动机型号的

3、选择，总传动比的计算及其分析，传动装置的运动参数和动力参数的计算等。设计过程一般是：从方案分析开始，进行必要的设计计算和结构设计，最后以图样和计算说明书表达设计结果。 第二部分. 传动方案设计 铸造车间一造型用砂型运输机，系由电动机驱动传动装置，该减速器传动装置由两级齿轮减速器和其他传动组件组成，运输机每日两班制工作，工作期限7年。设计此传动装置。设计任务1完成运输机主要传动装置结构设计。2完成装配图一张（用A0图纸），零件图两张。3. 编写设计说明书一份。4. 原始数据运输带主动鼓轮轴输入端转矩Tw=800NM主动鼓轮直径D=300mm运输带速度Vw=0.55m/s1.1 传动方案的确定（1

4、）电动机通过皮带轮与减速器连接；（2）减速器用二级展开式圆柱直齿轮减速器；（3）输出轴与链相连，由链带动鼓轮传动；（4）方案简图如下：2.1.2 电动机的选择按工作要求和条件,选用Y系列笼型三相异步电动机,封闭式结构。确定电动机的功率效率的选择：查表2-2V带传动：1 = 0.95圆柱齿轮传动7级精度圆柱：2 = 0.98滚动球轴承：3 = 0.99弹性套柱销联轴器：4 = 0.995闭式滚子链效率：5 = 0.95传动装置总效率为而查表2-3， 取同步转速： 1500r/min 4级电动机选型号：Y112M-4, 额定功率：Pm=4kW，满载功率：nw=1440r/min堵转转矩/额定转矩：

5、 2.2最大转矩/额定转矩： 2.21.3 总传动比的确定综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格以及总传动比，应选用1500r/min的电动机Y系列三相异步电动机,得到主动鼓轮轴的工作转速为。初估传动比： 而i=i减i带i链。由推荐值，取i带=1.8，i减=10.8，（i高=3.6，i低=3）则通过计算得i链=2.121.4 传动装置的运动参数和动力参数的计算设n0、n1、n2、n3、n4、n50、轴的转速（r/min）；P0、P1、P2、P3、P4、P50、轴的输入功率（kW）；T0、T1、T2、T3、T4、T50、轴的输入转矩（N .m）；P0电动机实际所需功率（kW）；nm电动机满载

6、转速（r/min）。各轴输入功率功率：P0=3.57Kw 各轴转速：各轴输入转矩： 各轴运动及动力参数表如下： 轴号 参数 0 输入功率kW3.573.393.293.193.142.96转速 r/min1440800222.22274.0774.0734.94输入转矩N.m23.6838.22133.54388.43382.34807.43第2部分. 传动方案设计2.1 V带传动的设计计算（图表数据来源于带传动和链传动设计手册）电动机转速n0nw1440r/mim，带轮所连减速器高速轴I轴转速为n1800r/min，传动装置输入功率为P03.57kW 。1、 求计算功率Pc 类电动机，载荷变

7、动小，工作时间16h.查表13-6得KA1.2 故计算功率为：PcKAP01.23.57kW4.28kW2、 选择V带型号由Pc4.28kW，n01440r/mim，查图13-12得坐标点位于A型界内，故初选普通A型V带。3、 计算大、小带轮基准直径 d0、d1。查表13-7，d0应不小于80mm，取小带轮基准直径d0=100mm,取=0.02，则，圆整为d1=180mm。4、 验证带速带的实际传动比实际大带轮转速。带速在范围内，符合要求。5、 求V带基准长度和中心距a由，选取mm,由式得带长 由表3-4 取标准长度 实际中心距 6、 验算小带轮包角 故包角合理。7、 确定带的根数z，小带轮基

8、准直径d0=100mm, A型V带，查表13-5取 查表13-10，由，取K0.98 查表13-2，由，得KL0.96V带根数 取z=4根 8、 计算V带初张紧力F0和压轴力Q 查表3-2，得q=0.1 9、 带轮结构设计 由电动机型号，得小带轮孔径d=28mm,带轮轮缘宽度bd=11.0mm。由表3-17，e=15, 取f=10。小带轮孔径d=28mm，d0=100mm, 大带轮d1=180,取孔径d=28mm查表3-19，小带轮采用实心轮，大带轮采用四孔板轮， 大带轮草图如下：2.2 齿轮传动的设计计算2.2.1 高速级齿轮的设计计算i高=3.6，取z1=25，z2=90，精度为7级小齿轮

9、选用45钢，调制处理230HBS，大齿轮选用45钢，正火处理200HBS。接触疲劳强度计算计算小齿轮转矩T1确定载荷系数K工作平稳，平稳载荷，由表11-4，工作情况系数 KA=17级精度，调制处理初速度设为03 m/s，由表11-5，动载系数 KV=1a=0.3，轴刚性大，非对称分布，软齿面，由表11-7，齿向载荷分布系数K=1.067级精度，软齿面，表11-9，齿间载荷分布系数 K=1.23由此的载荷系数确定弹性载荷系数ZE、节点区域系数ZH、重合度系数Z和螺旋角系数Z刚对钢的弹性系数由表11-6得 初设，查图11-9， ZH=2.43重合度系数 斜齿X取0.9， 计算许用接触压力H 因为大

10、齿轮的材料硬度差，接触疲劳强度按大齿轮计算即可。大齿轮45钢调制210HBS，由图11-10，取按表11-7定失效概率为1%得SH=1，故计算小齿轮分度圆直径d1 验证速度v ,与初设03m/s相符 确定传动尺寸 确定模数mn，按标准取mn=2.确定中心距a 中心距应圆整为整数，取a=119mm确定螺旋角 确定齿轮分度圆直径d1、d2 改到这了 确定齿宽b1、b2b2=dd1=0.6951.739mm=35.70mm，取b2=36mm。b1= b2+5=41mm弯曲疲劳强度验算 确定齿形系数YFa、应力修正系数Ysa、重合度系数Y及螺旋角系数Y 小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数 查图11-12、

11、11-13得 YFa1=2.57 Ysa1= 1.61 YFa2=2.15 Ysa2= 1.79 计算许用弯曲应力F小齿轮选用45钢调制处理230HBS，查图11-14得小齿轮大齿轮选用45钢调制处理210HBS，查图11-14得小齿轮由mn=2mm，查图11-15，Yx=1失效概率为1%，查表11-7，得SF=1许用弯曲应力 验算弯曲疲劳强度该对齿轮弯曲疲劳强度已经足够。2.2.2 低速级齿轮的设计计算I低=3，取z3=20，z4=60，精度为7级小齿轮选用45钢，调制处理230HBS，大齿轮选用ZG310-570钢，正火处理210HBS。接触疲劳强度计算计算小齿轮转矩T2确定载荷系数K工作

12、平稳，平稳载荷，由表11-4，工作情况系数 KA=17级精度，调制处理初速度设为03 m/s，由表11-5，动载系数 KV=1a=0.4，轴刚性大，非对称分布，软齿面，由表11-7，齿向载荷分布系数K=1.077级精度，软齿面，表11-9，齿间载荷分布系数 K=1.23由此的载荷系数确定弹性载荷系数ZE、节点区域系数ZH、重合度系数Z和螺旋角系数Z刚对铸钢的弹性系数由表11-6得 初设，查图11-9， ZH=2.43重合度系数 斜齿X取0.9， 计算许用接触压力H 因为大齿轮的材料硬度差，接触疲劳强度按大齿轮计算即可。大齿轮ZG310-570正火210HBS，由图11-10，取按表11-7定失

13、效概率为1%得SH=1，故计算小齿轮分度圆直径d3 验证速度v ,与初设03m/s相符 确定传动尺寸确定模数mn，按标准取mn=4确定中心距a 中心距应圆整为整数，取a=165mm确定螺旋角 确定齿轮分度圆直径d1、d2 确定齿宽b1、b2b4=dd3=0.882.5mm=66mm，取b4=66mm。b3= b4+5=71mm弯曲疲劳强度验算 确定齿形系数YFa、应力修正系数Ysa、重合度系数Y及螺旋角系数Y 小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数 查图11-12、11-13得 YFa3=2.76 Ysa3= 1.56 YFa4=2.26 Ysa4= 1.74 计算许用弯曲应力F小齿轮选用45钢调制处

14、理230HBS，查图11-14得小齿轮大齿轮选用ZG310-570正火处理200HBS，查图11-14得小齿轮由mn=4mm，查图11-15，Yx=1失效概率为1%，查表11-7，得SF=1许用弯曲应力 验算弯曲疲劳强度该对齿轮弯曲疲劳强度已经足够。 2.2.3 两对齿轮的数据记录 两组齿轮的齿顶圆直径分别为 各齿轮参数如下表所示高速级低速级mn2mn4z125z290z320z460b141b236b371b466d151.739d2186.261d382.500d4247.500da155.739da2190.261da390.500da4255500a119精度7级a165精度7级第三部

15、分. 轴系零件设计计算3.1 轴的设计计算3.1.1 高速级轴的设计计算选用45钢经调制处理由表15-1查得硬度为217255HBS，抗拉强度,查表15-3得许用弯曲正应力，尺寸估算a=13mm，c=20mm，D=13mm，E=20mm，F=50mm，G=10mm，H=6mm，k=20mm。其中b1=41mm， b2=36mm，b3=71mm ，b4=66mm，B=65mmL=E+2D+2a+0.5(b1+b2+b3+b4) +c=192mmx1=0.5B+k+H+G+F-D-0.5E=95.5mmx2=0.5E+D+a+0.5(b3+b4)+c+0.5 b2=135.5mmx3=0.5E+D

16、+a+0.5 b1=56.5mm画出空间受力图（另附）作水平内的弯矩MH图（H）水平：A B A的左侧：C的左侧： C的右侧：作垂直平面内的弯矩Mv图(V)竖直：A B C的左侧：作合成弯矩图M C的左侧 C的右侧作转矩T图 T=T1=41.30N.mm作当量弯矩图，单向转动，转动为脉动循环，校正系数，D截面： A截面： C左截面：计算危险轴径D处：D处有键槽，将直径加大5%，及15.955mm1.05=16.753mmA处：C处：C处有键槽，将直径加大5%，及23.59mm1.05=24.77mm3.1.2 中速级轴的设计计算选用45钢经调制处理由表15-1查得硬度为217255HBS，抗拉

17、强度,查表15-3得许用弯曲正应力，尺寸估算 L =192mmx1=0.5E+D+a+ 0.5 b3=71.5mmx2=L- x1- x3=64mmx3=56.5mm(高速轴已计算)画出空间受力图（另附）作水平内的弯矩MH图（H）水平：D B B的左侧：B的右侧： C的左侧：C的右侧：作垂直平面内的弯矩Mv图(V)竖直：D A B的左侧：C的右侧：作合成弯矩图M B的左侧 B的右侧 C的左侧 C的右侧作转矩T图 T=T2=144.292N.mm作当量弯矩图，单向转动，转动为脉动循环，校正系数，B右截面： C右截面：计算危险轴径B处：B处有键槽，将直径加大5%，及33.0mm1.05=34.65

18、mmC处：C处有键槽，将直径加大5%，及30.0mm1.05=31.50mm3.1.3低速级轴的设计计算选用45钢经调制处理由表15-1查得硬度为217255HBS，抗拉强度,查表15-3得许用弯曲正应力，尺寸估算 L =192mmx1=71.5mm(中速轴已计算)x2=L- x1 =120.5mm由画出空间受力图（另附）作水平内的弯矩MH图（H）水平：A C B的左侧：B的右侧： 作垂直平面内的弯矩Mv图(V)竖直：A C B的左侧：作合成弯矩图M B的左侧 B的右侧作转矩T图 T=T3=407.27N.mm作当量弯矩图，单向转动，转动为脉动循环，校正系数，B右截面： C 截面： 计算危险轴

19、径B处：B处有键槽，将直径加大5%，及36.6mm1.05=38.43mmC处：注：轴的结构设计，根据结构和强度要求做成阶梯轴，还要参考轴承孔径数值，轴段长度参考选轴上各零件宽度，详细尺寸设计见图纸。3.1.4高速级轴的受力分析图(见16页)3.1.5 中速级轴的受力分析图(见17页)3.1.6 低速级轴的受力分析图(见18页) 3.2 滚动轴承的设计计算、轴的轴向受力分析轴轴向力较大，选用角接触球轴承，、选用深沟球轴承轴轴向力由于暂取，由表17-8，e=0.22查表17-5，取温度系数查表17-6，取负荷系数而n1=783.89r/min，=3，轴承寿命设计为15000h。查标准的深沟球62

20、07轴承与原估计值接近，适用。孔径d=35mm28mm(带轮轴段直径)，满足要求。外径D=72mm，宽度B=17mm.轴轴向力由于暂取，由表17-8，e=0.22查表17-5，取温度系数查表17-6，取负荷系数而n2=225.81r/min，=3，轴承寿命设计为15000h。查标准的深沟球6208轴承与原估计值接近，适用。孔径d=40mm35mm(I轴承孔直径)；外径D=80mm72mm(I轴承外径)，满足要求。宽度B=18mm。轴 选用角接触球轴承，开口相对安装（7000AC型）轴轴向力 由表17-8，e=0.68查表17-5，取温度系数查表17-6，取负荷系数而n3=72.58r/min，

21、=3，轴承寿命设计为15000h。查标准的角接触球轴承7010AC，轴承孔径d=50mm40mm(轴承孔直径)，外径D=80mm（与轴承外径相等），满足要求。宽度B=16mm。3.3 键连接的设计计算轴 大带轮 键材料选用45钢，A型，T1=41300N.mm，轮毂=B=65mmL=（65-10）mm=55mm 查表10-11 轴径d=28mm，查表10-10 b=8mm，h=7mm,满足要求轴齿轮轴径d=40，查表10-10 b=12mm，h=8mm而齿根圆直径df=46.739mm显然故应采用齿轮轴结构，无需用键连接轴 键材料选用45钢，A型，T2=144292N.mm第二个齿轮 轮毂=b

22、2=36mm L=(36-5)mm=31mm轴径设计为d=42mm 查表10-10 b=12mm，h=8mm ，满足要求第三个齿轮 轮毂=b3=71mm L=(72-10)mm=61mm轴径设计为d=42mm 查表10-10 b=12mm，h=8mm ，满足要求轴键材料选用45钢，A型，T3=419740N.mm第二个齿轮 轮毂=b4=66mm L=(67-10)mm=56mm轴径设计为d=52mm 查表10-10 b=16mm，h=10mm ，满足要求2.3 联轴器的设计计算n3=72.58r/min，轴名义转矩T3=419.74N.m查表18-1，取工作情况系数KA=1.5按照GB4323

23、-84，查标准，选取TL8联轴器其许用转矩T=710N.m；许用转矩n=2400r/min。满足设计要求。第4部分. 润滑与密封的设计齿轮润滑低速级齿轮圆周速度故可采用油池润滑减速器环境温度1050，轻中载荷，低速级中心距a=165mm200mm查表11-11，润滑油粘度推荐值由设计手册表6-29，选择中负荷工作齿轮油（GB5903-86）代号100滚动轴承的润滑I轴的滚动轴承d1n1=35783.89mm/min=27436 mm/min 200000 mm/min轴d2n2=40217.75mm/min=8710mm/min200000 mm/min轴d3n3=5072.58 mm/min

24、 =3629mm/min 200000mm/min故采用脂润滑，具有易密封，结构方便等特点。由设计手册表6-30，选用通用锂基润滑脂（GB7324-97），代号ZL-1密封装置的选择轴颈圆周速度v5m/s，选用结构简单，安装方便，价廉的毡圈进行密封。滚动轴承采用脂润滑，内部采用挡油环密封，箱体内部采用水玻璃或涂封胶密封。油池深度的计算由箱体尺寸设计知箱底到轴中心高度H=165mm，高速级全齿高h=2.25mn=4.5mm高速级齿轮要求浸12个齿，但不小于10mm，及设计最低油面浸高速级10mm， 而浸油深度不得超过低速轴齿顶圆的三分之一又最高油面比最低油面高510mm，将油面设计为6067mm

25、，在高速级加带油轮进行带油润滑。 = 0.82Po=3.57kWPc4.28kWd0=100mmd1=180mmv=7.536 m/smmz=4d146.089mmmn=2a=119mmb2=36mmb1=41mmd372.183mmmn=4a=165mmb4=66mmb3=71mmL =192mm高速级齿轮危险截面当量弯矩D处：A处：C处：低速级齿轮危险截面当量弯矩B处：C处：危险截面当量弯矩B处：C处：选用深沟球轴承6207选用深沟球轴承6208选用角接触球球轴承7010ACL =55mmb=8mmh=7mm轴齿轮为齿轮轴L=31mmb=12mmh=8mmL=56mmb=16mmh=10mm第五部分. 参考资料1、机械设计基础陆萍主编（未加说明，图表数据均源于基础）2、机械设计常用标准（简称标准）3、机械设计课程设计黄珊秋主编（简称设计手册）4、带传动和链传动设计手册常德功、樊智敏、孟兆明主编