中南大学机械设计课程设计说明书

带轮输送机传动装置设计计算说明书设计课题:带轮输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器的设计冶金院班级冶金1101姓名张宏学号0709110129指导教师邓晓红老师2013年9月机械设计课程设计计算说明书目录前言第一章传动方案拟定第二章电动机的选择2.1电动机类型及结构的选择…………………………………………62.2电动机选择…………………………………………………………62.3确定电动机转速……………………………………………………7第三章确定传动装置总传动比及分配各级的传动比3.1计算总传动比……………………………………………………83.2分配传动比………………………………………………………9第四章传动装置的运动和动力设计4.1轴的转速计算……………………………………………………104.2轴的功率设计计算…………………………………………………104.3轴的转矩设计计算…………………………………………………10第五章齿轮传动的设计第六章传动轴的设计6.1高速轴的设计计算…………………………………………………146.2低速轴的设计计算………………………………………………17第七章箱体的设计第八章键连接的设计8.1输入轴的键设计………………………………………………218.2输出轴的键设计………………………………………………21第九章滚动轴承的设计9.1当量动载荷计算…………………………………………………229.2输入轴的轴承设计………………………………………………229.3输出轴的轴承设计………………………………………………22第十章联轴器的设计第十一章润滑和密封的设计10.1密封的设计……………………………………………………2210.2润滑的设计……………………………………………………23第十二章参考资料第十三章设计小结前言课程设计在机械设计当中占有非常重要的地位。因为机械课程设计就是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。本课程设计采用单机齿轮减速器，这是因为齿轮减速器广泛应用于机械制造，纺织，轻工机械，冶金，船舶，航空等领域中是生产中具有典型性，代表性的通用部件，运用极其广泛。齿轮减速器具有轮、轴、滚动轴承、螺纹连接等通用零件和箱体等专用件，充分的反应了机械设计基础课程的相关教学内容，使我们受到本课程内外比较全面的基础训练。而且在画装配图以及零件图的时候，也应用到了以前制图的相关知识和内容，使相关内容得以巩固、加强和提高。在设计的过程中我仔细的精读了机械设计基础课本和设计书，并查阅了相关资料，依据前面设计着的设计对实际设计中的每个环节加以分析、概括和完善。只有不断地对机械设备进行改造充分发挥其应用能力，才能在各个方面将工业生产逐步转变为机械化、自动化、现代化。《机械设计》课程设计任务书一、设计题目：设计题目一设计用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速器二、传动方案图：三、原始数据输送带压力F（N）3000N输送带速度v(m/s)1.5sm滚筒直径D（mm）400mm四、设计工作量：1、减速器装配图一张（1号图纸）2、零件图2张（1号图纸、2号图纸各一张）3、设计说明书一份设计过程一、设计方案的拟定分组，分方案二、电动机选择1、电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。2、电动机容量选择：电动机所需工作功率为：式（1）：Ｐd＝ＰＷ／ηa(KW)由式(2)：ＰＷ＝ＦV/1000(KW)因此Pd=FV/1000ηa(KW)由电动机至运输带的传动总效率为：η总=η１×η２３×η３×η４×η5式中：η1、η2、η3、η4、η5分别为带轮传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率。取η１=0.96，η２＝0.99，η３＝0.98，η４＝０.99.η5=0.96则：η总=0.96×0.99３×0.97×0.99×0.96=0.859所以：电机所需的工作功率：Pd=FV/1000η总=(3000×1.5)/(1000×0.859)=5.24(kw)3、确定电动机转速卷筒工作转速为：n卷筒＝60×1000·V/（π·D）=(60×1000×1.5)/（400·π）=71.64r/min根据手册Ｐ７表１推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围Ｉ’=3～６。取带轮传动比Ｉ１’=２～4。则总传动比理论范围为：Ｉa’＝６～24。故电动机转速的可选范围为N’d=I’a×n卷筒=(6～24)×71.64=429.84～1719.36r/min则符合这一范围的同步转速有：750、1000和1500r/min根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号：（如下表）方案电动机型号额定功率电动机转速(r/min)电动机重量Kg传动装置传动比同步转速满载转速齿轮传动比V带传动减速器1Y132M-45.5150014406813.403.53.832Y132M2-65.510009608413.4034.473Y160M2-85.575072011913.402．55.36综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格中心高H外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD底角安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸D×E装键部位尺寸F×GD132515×345×315216×1781238×8010×8三、确定传动装置的总传动比和分配级传动比：由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n1、可得传动装置总传动比为：ia=nm/n=nm/n卷筒=960/71.64=13.40和带轮传动、减速器传动比，可见第2方案比较适合。此选定电动机型号为Y132M2-6，其主要性能：电动机主要外形和安装尺寸：总传动比等于各传动比的乘积分配传动装置传动比ia=i0×i（式中i0、i分别为带轮传动和减速器的传动比）2、分配各级传动装置传动比：根据指导书P7表1，取i0=3（带轮i=2～4）因为：ia＝i0×i所以：i＝ia／i0＝13.40/3＝4.467四、传动装置的运动和动力设计：将传动装置各轴由高速至低速依次定为Ⅰ轴，Ⅱ轴，......以及i0,i1，......为相邻两轴间的传动比η01，η12，......为相邻两轴的传动效率PⅠ，PⅡ，......为各轴的输入功率（KW）TⅠ，TⅡ，......为各轴的输入转矩（N·m）nⅠ,nⅡ,......为各轴的输入转矩（r/min）可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数1、运动参数及动力参数的计算（1）计算各轴的转数：Ⅰ轴：nⅠ=nm/i0=960/3=320（r/min）Ⅱ轴：nⅡ=nⅠ/i1=320/4.467=71.64r/min卷筒轴：nⅢ=nⅡ（2）计算各轴的功率：Ⅰ轴：PⅠ=Pd×η01=Pd×η1=5.5×0.96=5.28（KW）Ⅱ轴：PⅡ=PⅠ×η12=PⅠ×η2×η3=5.28×0.98×0.99=5.07（KW）计算各轴的输入转矩：电动机轴输出转矩为：Td=9550·Pd/nm=9550×5.5/960=54.71N·mⅠ轴：TⅠ=9550·P1/nm=157.575N·mⅡ轴：TⅡ=9550·P2/nm=675.86N·m计算各轴的输出功率：由于Ⅰ～Ⅱ轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：故：P’Ⅰ=PⅠ×η轴承=5.5×0.96×0.99=5.23KWP’Ⅱ=PⅡ×η轴承=5.23×0.99×0.97=5.02KW计算各轴的输出转矩：由于Ⅰ～Ⅱ轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：则：T’Ⅰ=TⅠ×η轴承=157.575×0.99=155.99N·mT’Ⅱ=TⅡ×η轴承=675.86×0.99=669.10N·m五、齿轮传动的设计：(1)、选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为45号钢调质，齿面硬度为240HBS，大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为190HBS。齿轮精度初选8级齿宽系数ψd查表可得，ψd=0.8，小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限：MPaH5601lim］［σMPaH3802lim］［σ查表6-8按一般可靠要求取SH=1则MPaSHHH5601lim1σ］［σMPaSHHH3802lim2σ］［σ取两式计算中的较小值，即［σH］=380Mpa小大齿轮的弯曲疲劳强度：查表6-8，取SF=1.25则aFFFMPS36825.14601lim1σ］［σaFFFMPS25625.13202lim2σ］［σ按接触强度设计齿轮按8级精度制造，去载荷系数k=1.5。d1≥21123］［σΨHZeZhuudkT查表11—4，知Ze=188Zh=2.5u=4.467d1=79.6mm常用小齿轮小齿数z1=17~40，取z1=28，Z2=4.467×28=125.076mm，取整为125mm，取m=3，则d1=84mm,d2=375mm中心距a=230mm,实际传动比i=4.464小齿轮宽b1=67.2mm,取整b1=70mm,大齿轮宽b2=65mm校核齿的弯曲强度,齿形系数YF1=2.65，YF2=2.23按最小齿齿宽计算σF1=2KT1YF1/bm²z1=113.9MPa,σF2=σF1YF1/YF2=108.9MPa。齿轮圆周速度v=πd1n1/60×1000=1.407m/s.符合强度要求。选8级精度合适。分度圆直径d1=84mm，d2=375mm，齿顶圆直径da1=90mm，da2=381mm，齿根圆直径df1=76.5mm，df2=367.5mm，全齿高h=6.75mm。六轴的设计1，输入轴的设计(1)确定轴上零件的定位和固定方式（如图）1，5—滚动轴承2—轴3—齿轮4—套筒6—密封盖7—轴端挡圈8—轴承端盖9—带轮10—键(2)按扭转强度估算轴的直径选用45#合金钢，调制处理，硬度197~286HBS轴的输入功率为PⅠ=5.28KW转速为nⅠ=320r/min根据课本P205（13-2）式，并查表13-2，取c=116D1≥mmnPC53.2932028.5116·33ⅠD2≥47.96mm。考虑到键槽对轴强度消弱的影响，直径增加2-3%，得d1=30.45mm，d2=49.42mm，将轴标准化d1=31.5mm，d2=50mm。(3)确定轴各段直径和长度○1从带轮开始右起第一段，由于带轮与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取Φ31.5mm，L=63mm○2右起第二段，考虑链轮的轴向定位要求，该段的直径取Φ33mm,L2=55mm。○3右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6207型轴承，其尺寸为d×D×B=35×72×17，那么该段的直径为Φ35mm，长度为L3=33。○4右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，小齿轮的分度圆直径为84mm，则第四段的直径取Φ40mm,齿轮宽为b=70mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=67mm○5右起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为D5=Φ46mm,长度取L5=14mm○6右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D6=Φ35mm，长度L6=17mm(4)求齿轮上作用力的大小、方向○1小齿轮分度圆直径：d1=84mm○2作用在齿轮上的转矩为：T1=156×105N·mm○3求圆周力：FtFt=2T2/d2=3714N.○4求径向力FrFr=Ft·tanα=3714×tan200=1352NFt，Fr的方向如下图所示（5）轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水平面的支反力：RA=RB=Ft/2=1857N水平面截面C处的弯矩Mn=L×RA/2=136.948N。垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0那么RA’=R