机械设计制造及其自动化课程设计说明书要点

沈阳工程学院

课程设计

用于带式运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器

系别新能源学院班级风动本122 学生姓名王恺逸学号 26

指导教师吕海鸥李祥松职称副教授讲师起止日期：2014年6月16日起——至 2014年7月4日止

沈阳工程学院

机械设计基础课程设计成绩评定表

系（部）：新能源学院班级：风动本122班学生姓名：王恺逸

一、前言 . ........................... 5 二、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算 . ........................... 6 三．传动零件的设计计算 . ............ 10 四、箱体的设计及说明： . ............ 15 六、键的选择与校核 . ................ 27 6.1低速轴键选择： .................

27 6.1.1低速轴键校核： ............... 27 6.2中间轴键选择： ................. 27 6.2.1中间轴键校核： ............... 28 6.3高速轴键选择： ................. 28 6.3.1高速轴键校

核： (28)

七、深沟球轴承的选择及校核 ........ 29 八、连轴器的选择 . .................. 30 九、润滑与密封 . .................... 31 参考资料目录 . ......................

一、前言

1.1题目分析

题目：设计用于带式运输机的展开式二级圆柱直齿轮减速器

要求：拟定传动关系：有电动机、V 带、减速器、联轴器、工作机构成工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限10年，小批量生产，

单班制工作，运输带速度允许误差5％。

已知条件：运输带的拉力 T=800NM 运输带工作速度 V ＝1.30m ／s

卷筒直径 D ＝370mm

1.1.1本传动机构的特点

该减速器结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、维护方便。但齿轮相对轴承的位置不对称，因此轴应具有较大刚度。高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩的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。

1.1.2本传动机构的作用

齿轮减速器介于机械中原动机与工作机之间，主要将原动机的运动和动力传给工作机，在此起减速作用，并降低转速和相应的增大转矩。

1.2传动方案拟定：

此方案选用了V 带传动和闭式齿轮传动

V 带传动布置高于高速级，能发挥它的传动平稳、缓冲吸振和过载保护的优点带传动的特点：是主、从动轮的轴间距范围大。工作平稳，噪声小。能缓和冲击，吸收报动。摩擦型带传动有过载保护作用。结构简单、成本低、安装方便．但外形轮廓较大。摩擦型带有滑动，不能用于分度系统。轴压力大，带的寿命较短。不同的带型和材料适用的功率、带速、传动比及寿命范围各不相同。

二、电动机的选择及传动装置的运动和动力

参数计算

2.1选择电动机的容量：

2.1.1电动机的类型：

按工作要求选用Y 系列（IP44）防护式笼型三相异步电动机，额定电压为380V 。

2.1.2选择电动机容量：

选择电动机所需功率

p d =

P w

选择电动机时应保证电动机的额定功率p ed 略大于工作机所需的电动机的功率p d 即可，即P ed ≥P d 工作机所需功率为

P w =

T n w 800?66. 87

kW ==5. 60kW 95509550

传动装置总效率：η=η带?η承?η齿?η联?η卷

η带—V 带传动效率：0.96

η承—每对滚动轴承的传动效率：0.99 η齿—闭式齿轮的传动效率：0.97 η联—联轴器的传动效率：0.99 η卷—传动卷筒的传动效率：0.96 带入得42

η=η带?η承?η齿?η联?η卷=0. 96?0. 994?0. 972?0. 99?0. 96=0. 825 p d

P w

5. 60

=6. 78kW 0. 825

因工作时有轻微震动，电动机额定功率P ed 略大于P d 即可。由表17-1，Y 系列电动机技术数据，选电动机的额定功率P ed 为7.5kW 。

2.1.3确定电动机转速:

滚筒工作转速：

n w =

60?1000v

πD

60?1000?1. 3

=67. 1 r/min

π?370

通常取V 带传动比常用范围i 1=2~4，二级圆柱齿轮减速器i 2=8～40，

则总传动比的范围为i=16～160。所以电动机转速的可选范围是： n d =i?n w =(16~160?67. 1=1073. 6~10736. 48r/min

根据电动机所需功率和转速手册有一种适用的电动机型号，传动比方案

2.2确定传动装置的总传动比和分配传动比：

总传动比:i a =

n m 1440

==21. 46 n w 67. 1

分配传动比：取i 带=3则减速器的传动比i 为： i 减= 取二

级

圆

柱

轮

减

速

器

高

速

i a 21. 46

==7. 15 i 带3

级

的

传

动

比

i 1=. 4i 减=. 4?7. 15=3. 16

则低速极的传动比i 2=

i 减7. 15

==2. 26 i 13. 16

2.3计算传动装置的运动和动力参数：

将传动装置各轴由高速轴到低速轴依次编号，定为0轴（电动机轴）、 1轴

（高速轴）、2轴（中间轴）、3轴（低速轴）、4轴（滚筒轴）；相邻两轴间的

传动比表示为i 01、i 12、i 23、i 34；η01、η12、η23、η34-依次是电动机与1轴，轴1与轴2，轴2与轴3，轴3与轴4之间的传动效率；各轴的转速为n 1、n 2、

n 3、n 4；各轴输入转矩为T 1、T 2、T 3、T 4

则各轴的运动和动力参数为：

0轴（电机轴）p 0=p d =6. 78kW

n 0=n m =1440r /min T 0=9550

P 0

=44. 96N ?m n 0

1轴（高速轴）p 1=p 0η01=p 0η带=6. 78?0. 96=6. 51kW

n 1=

n 01440

==480r /min i 013

P 16. 51

=9550?=129. 32N ?m n 1480

T 1=9550

2轴（中间轴）

p 2=p 1?η12=p 1?η承?η齿=6. 51?0. 99?0. 97=6. 25kW

n 2=

n 1480==151. 90r /min i 123. 16

P 2

=392. 94N ?m n 2

3轴（低速轴）p 3=p 2η23=p 2η承η齿=6. 25?0. 99?0. 97=6. 00kW T 2=9550

n 3=

n 2151. 42

==67r /min i 232. 26

P 3

=855N ?m n 3

T 3=9550

4轴（滚筒轴）p 4=p 3η34=p 3η承η联=6. 00?0. 99?0. 99=5. 88kW

n 4=

n 367

==67r /min i 341

P 4

=838. 12N ?m n 4

T 4=9550

运动和动力参数如下表：

三．传动零件的设计计算

3.1设计V 带和带轮：

3.1.1设计计算普通V 带传动

（1）计算功率(P=6.51kW,n=1440r/min P c =P d =7. 16kW 。（2）选V 带型号选用窄V 带

根据P c =P d =6. 831kW n m =1440r /min ，由课本219页图13-15，选择Z 型窄V 带spz 型。

（3）求大、小带轮基准直径取d 1d 2

由课本219页查表13-9得，应不小于75mm ，现取d 1=80mm 由式13-9得d 2=

n 11440

d 1=?80?0. 98=235. 2mm n 2480

由表13-9取d d 2=236mm (但其误差小于5%，故允许（4）验算带速：v =

πd 1n 1

60?1000

π?80?1440

60?1000

=6. 02m /s

带速在5～25m/s范围内, 合适（5）取V 带基准长度L d 和中心距a ：

由于0.7（d d 1+d d 2）≤a 0≤2（d d 1+d d 2）即259mm ≤a 0≤740mm ，

取a 0=500mm ，由式13-2得带长

(d 2-d 1 2π1562

L 0=2a 0+(d 1+d 2 +=[2?500+?316+]mm

24a 024?600

=1508.288mm

查课本212页表13-2取L d =1600mm ，由式13-16计算实际中心距：

a ≈a 0+

L d -L 0

=500+

1600-1508. 288

=546mm

（6）验算小带轮包角α：

α1=180 -

d 2-d 1236-80

?57. 3 =180o -?57. 3 =164 >120o a 546

主动轮上的包角合适。

（7）计算V 带根数Z ：由式13-15得Z= 由n 0=1440r/ min，d 1 =80mm，由式13-9得传动比i =

P c

(P 0+?P 0 K αK L

d 2

=3. 1， d 1

查表13-3得 p 0=1. 07kW 查表13-5得?p 0=0. 17kW 由α1=161. 92 查表13-7得：k α=0. 95 查表13-2得k L =1. 01 则Z =

7. 16

=3. 96

(1. 07+0. 17 ?1. 01?0. 95

取Z=4根。

（8）求作用在带轮上的压力F Q

查表13-1，得q=0.1kg/m。得单根V 带的初拉力

F 0=

500P c 2. 5500?7. 162. 5

(-1 +0.072×6.022=245.16N (-1 +qv 2=

4?6. 020. 95Zv K α

作用在轴上的压力

α1164

F Q =2ZF0sin =2×4×245.16×sin =1942.19N

3.2齿轮的结构设计及计算：

3.2.1高速级齿轮设计：

3.2.1.1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数： 1）按题目传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动

2）运输机为一般工作机器，速度不变，所以选用8级精度

3）材料选择由表11-1选择

小齿轮用40MnB 调质，齿面硬度为（241—286）HBS

σlim 1=720MPa ; σFE 1=595MPa ;

大齿轮用45 调质，齿面硬度为（197-286）HBS σlim 2=600MPa ; σFE

2=450MPa ; 由表11-5取S F =1.25；S H =1.1；

[σF 1]=[σF 2]=[σH 1]=[σH 2]=

σFE 1595

=Mpa =476MPa S F 1. 25σFE 2450

=MPa =360MPa S F 1. 25σlim 1720

=MP a =655MPa S H 1. 1σlim 2600

=MPa =545. 45MPa S H 1. 1

4）按齿面接触强度设计计算

由表11-3取载荷系数K =1. 5 由表11-6取齿宽系数φd =1. 0

小齿轮上的转矩T 1=1. 29?105N ?mm 由表11-4取Z E =188. 9

d 1≥mm

2KT 1i +1Z E Z H 2??( ?2. 323=

σH Φd i

?1. 5?1. 22?1053. 17+1188. 92

?( ?2. 323=72. 50

1. 03. 17545. 45

选小齿轮齿数为z 1=32，则z 2=iz 1=3. 17?32=101，则实际传动比i =

101

=3. 15 32

5）模数

m 1=

d 172. 50

==2. 26；按表4-1取m 1=2. 5mm z 132

实际d 1=m 1z 1=32?2. 5=80mm ，d 2=m 1z 2=101?2. 5=252. 5mm d 1+d 2

80+252. 5

=166. 25mm ；

6）中心距a 1=

7）齿宽b 2=φd d 1=1?72. 50=72. 50mm ；故取b 2=75mm ；b 1=80mm

8 验算齿面接触强度

查图11-8得Y Fa 1=2. 56；由图11-9得Y Sa 1=1. 63； Y Fa 2=2. 21；Y Sa 2=1. 80；

σF 1=

2KT 1

b 2m z 1

?Y sa 1Y Fa 1

2?1. 5?1. 29?105?2. 56?1. 63

==107. 66<476MPa 2

75?2. 5?32

σF 2=σF 1?

故安全

Y sa 2?Y Fa 22. 21?1. 8

=144?=102. 63MPa <[σF 2]=360MPa Y sa 1?Y Fa 12. 56?1. 63

轮

的

圆

周

速

度

齿

v =

πd 1n 1

60?1000

π?80?4

=2. 0

m /s 0<6m /s 9 ； 6

选8级制造精度是合宜的

3.2.2低速级齿轮设计:3.2.2.1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数：

1）按题目传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动

2）运输机为一般工作机器，速度不变，所以选用8级精度 3）材料选择由表11-1选择

小齿轮用40MnB 调质，齿面硬度为（241—286）HBS

σlim 1=720MPa ; σFE 1=595MPa ;

大齿轮用

ZG35SiMn

正火，齿面硬度为（241-286）HBS

σlim 2=600MPa ; σFE 2=450MPa ;

由表11-5取S F =1.25；S H =1.1；

[σF 1]=[σF 2]=

σFE 1595

=Mpa =476MPa S F 1. 25σFE 2450

=MPa =360MPa S F 1. 25

σ720

[σH 1]=lim 1=MPa =655MPa

S H 1. 1[σH 2]=

σlim 2600

=MPa =545. 45MPa S H 1. 1

4）按轮齿弯曲强度设计计算

由表11-3取载荷系数K =1. 5 由表11-6取齿宽系数φd =1. 0 小齿轮上的转矩T 1=3. 90?105N ?mm

选小齿轮齿数为z 3=32，则z 4=iz 3=2. 26?32=72，则实际传动比

i =2. 321

由表11-4取Z E =188. 9

d ≥

2KT 1u ＋1Z E Z H 2

??( ?2. 323=

σH Φd u

1. 5?3. 9?105

2. 26＋1188. 92

??（?2. 323=108. 11mm

1. 02. 26620

查图得Y Fa 1=2. 53；Y Fa 2=2. 24；由图得Y Sa 1=1. 65；Y Sa 2=1. 76； 5）模数

m 2=

d 3

=3. 38；故取m 2=4. 0mm z 3

实际d 3=z 3m 2=32?4=128mm ， d 4=

中心距a 2=

z 4m 2=72?4=288mm

128+288

=208mm ；

d 3+d 4

6）齿宽b 4=φd d 3=1. 0?108. 11=108. 11mm ；故取b 4=110mm ；b 3=115mm 7）验算齿面接触强度

查图得Y Fa 1=2. 56；Y Fa 2=2. 27；由图得Y Sa 1=1. 63；Y Sa 2=1. 75；

σF 1=

2KT 1

bm m n

Y Sa Y Fa

2?1. 5?3. 9?105=?2. 56?1. 63=86<σF 1=476MPa 2 110?4?32

[]

σF 2=σF 1?

8）齿

Y sa 2?Y Fa 22. 27?1. 75

=86?=81. 87MPa <[σF 2]=360MPaPa

Y sa 1?Y Fa 12. 56?1. 63

轮

的

圆

周

速

度

v =

πd 1n 1

60?1000

π?128?151. 42