一级圆柱齿轮减速器设计过程

1机械设计课程设计计算说明书一、传动方案拟定…………….………………………………3二、电动机的选择…………………………………………….4三、确定传动装置总传动比及分配各级的传动比…….…….6四、传动装置的运动和动力设计……………………………..7五、普通V带的设计………………………………………….10六、齿轮传动的设计…………………………………………..15七、传动轴的设计………………………….…………………..18八、箱体的设计………..…………………….………………….27九、键连接的设计………………………………………………29十、滚动轴承的设计……………………………………………31十一、润滑和密封的设计………………………………………32十二、联轴器的设计……………………………………………33十三、设计小结……………………………………………….....332一、设计课题：设计一用于带式运输上的单级直齿圆柱齿轮减速器。运输机连续工作，单向运转载荷变化不大，空载启动。减速器小批量生产，使用期限10年，一班制工作，卷筒不包括其轴承效率为97%，运输带允许速度误差为5%。运输带拉力F（KN）2运输带速度V（m/s）1.8卷筒直径D（mm）450设计任务要求：1.减速器装配图纸一张（0号图纸）2.轴、齿轮零件图纸各一张（３号图纸）3.设计说明书一分3计算过程及计算说明一、传动方案拟定第三组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动１、工作条件：使用年限10年，工作为一班工作制，载荷平稳，环境清洁。２、原始数据：滚筒圆周力F=2000N；带速V=1.8m/s；滚筒直径D=450mm；方案拟定：采用Ｖ带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。1.电动机2.V带传动3.圆柱齿轮减速器4.连轴器5.滚筒6.运输带4二、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＝0.98，η３＝0.97，η４＝０.９７则：η总=0.96×0.98３×0.97×0.99×0.96=0.83所以：电机所需的工作功率：Pd=FV/1000η总=(2000×1.8)/(1000×0.83)=4.3(kw)53、确定电动机转速卷筒工作转速为：n卷筒＝60×1000·V/（π·D）=(60×1000×1.8)/（４5０·π）=76.4r/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Ｖ带传动比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为N’d=I’a×n卷筒=(6～24)×76.4=463.8～1833.6r/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N参考价格传动装置传动比同步转速满载转速总传动比V带传动减速器1Y132S-45.515001440650120018.63.55.322Y132M2-65.51000960800150012.422.84.443Y160M2-85.5750720124021009.312.53.72综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格6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×GD132520×345×315216×1781228×8010×41三、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=960/76.4=12.57和带传动、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：7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=2.8（普通V带i=2～4）因为：ia＝i0×i所以：i＝ia／i0＝12.57/2.8＝4.49四、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8（1）计算各轴的转数：Ⅰ轴：nⅠ=nm/i0=960/2.8=342.86（r/min）Ⅱ轴：nⅡ=nⅠ/i1=324.86/4.49=76.36r/min卷筒轴：nⅢ=nⅡ（2）计算各轴的功率：Ⅰ轴：PⅠ=Pd×η01=Pd×η1=4.3×0.96=4.13（KW）Ⅱ轴：PⅡ=PⅠ×η12=PⅠ×η2×η3=4.13×0.98×0.97=3.92（KW）卷筒轴：PⅢ=PⅡ·η23=PⅡ·η2·η4=3.92×0.98×0.99=3.81（KW）由指导书的表1得到：η1=0.96η2=0.98η3=0.97η4=0.999计算各轴的输入转矩：电动机轴输出转矩为：Td=9550·Pd/nm=9550×4.3/960=42.78N·mⅠ轴：TⅠ=Td·i0·η01=Td·i0·η1=42.78×2.8×0.96=115.00N·mⅡ轴：TⅡ=TⅠ·i1·η12=TⅠ·i1·η2·η4=115.00×4.49×0.98×0.99=500.96N·m卷筒轴输入轴转矩：TⅢ=TⅡ·η2·η4=486.03N·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=4.13×0.98=4.05KWP’Ⅱ=PⅡ×η轴承=3.92×0.98=3.84KW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=115.00×0.98=112.7N·mT’Ⅱ=TⅡ×η轴承=500.96×0.98=490.94N·mi0为带传动传动比i1为减速器传动比滚动轴承的效率η为0.98~0.995在本设计中取0.9810综合以上数据，得表如下：轴名效率P（KW）转矩T（N·m）转速nr/min传动比i效率η输入输出输入输出电动机轴4.342.789602.80.96Ⅰ轴4.134.23115.00112.70342.864.490.95Ⅱ轴3.923.84500.96490.9476.41.000.97卷筒轴3.813.99486.03492.8476.4五.V带的设计（1）选择普通V带型号由PC=KA·P=1.1×5.5=6.05（KW）根据课本P134表9-7得知其交点在A、B型交界线处，故A、B型两方案待定：方案1：取A型V带确定带轮的基准直径，并验算带速：则取小带轮d1=100mmd2=n1·d1·(1-ε)/n2=i·d1·(1-ε)=2.8×100×(1-0.02)=274.4mm由表9-2取d2=274mm(虽使n2略有减少，但其误差小于5%，故允许)带速验算：V=n1·d1·π/（1000×60）由课本P134表9-5查得KA=1.1由课本P132表9-2得，推荐的A型小带轮基准直径为75mm~125mm11=960×100·π/（1000×60）=5.024m/s介于5~25m/s范围内，故合适确定带长和中心距a：0.7·（d1+d2）≤a0≤2·（d1+d2）0.7×（100+274）≤a0≤2×（100+274）262.08≤a0≤748.8初定中心距a0=500，则带长为L0=2·a0+π·（d1+d2）+（d2-d1）2/(4·a0)=2×500+π·（100+274）/2+（274-100）2/(4×500)=1602.32mm由表9-3选用Ld=1400mm的实际中心距a=a0+(Ld-L0)/2=500+(1400-1602.32)/2=398.84mm验算小带轮上的包角α1α1=180-(d2-d1)×57.3/a=180-(274-100)×57.3/398.84=155.01120合适确定带的根数Z=PC/（(P0+△P0)·KL·Kα）=6.05/（（0.95+0.11）×0.96×0.95）=6.26故要取7根A型V带由机械设计书表9-4查得P0=0.95由表9-6查得△P0=0.11由表9-7查得Kα=0.95由表9-3查得KL=0.9612计算轴上的压力由书9-18的初拉力公式有F0=500·PC·（2.5/Kα-1）/z·c+q·v2=500×6.05×（2.5/0.95-1）/（7×5.02）+0.17×5.022=144.74N由课本9-19得作用在轴上的压力FQ=2·z·F0·sin(α/2)=2×7×242.42×sin(155.01/2)=1978.32N方案二：取B型V带确定带轮的基准直径，并验算带速：则取小带轮d1=140mmd2=n1·d1·(1-ε)/n2=i·d1·(1-ε)=2.8×140×(1-0.02)=384.16mm由表9-2取d2=384mm(虽使n2略有减少，但其误差小于5%，故允许)带速验算：V=n1·d1·π/（1000×60）=960×140·π/（1000×60）=7.03m/s介于5~25m/s范围内，故合适确定带长和中心距a：0.7·（d1+d2）≤a0≤2·（d1+d2）0.7×（140+384）≤a0≤2×（140+384）由课本表9-2得，推荐的B型小带轮基准直径125mm~280mm13366.8≤a0≤1048初定中心距a0=700，则带长为L0=2·a0+π·（d1+d2）+（d2-d1）2/(4·a0)=2×700+π·（140+384）/2+（384-140）2/(4×700)=2244.2mm由表9-3选用Ld=2244mm的实际中心距a=a0+(Ld-L0)/2=700+(2244-2244.2)/2=697.9mm验算小带轮上的包角α1α1=180-(d2-d1)×57.3/a=180-(384-140)×57.3/697.9=160.0120合适确定带的根数Z=PC/（(P0+△P0)·KL·Kα）=6.05/（（2.08+0.30）×1.00×0.95）=2.68故取3根B型V带计算轴上的压力由书9-18的初拉力公式有F0=500·PC·（2.5/Kα-1）/z·c+q·v2=500×6.05×（2.5/0.95-1）/（3×7.03）+0.17×7.032=242.42N由课本9-19得作用在轴上的压力FQ=2·z·F0·sin(α/2)由机械设计书表9-4查得P0=2.08由表9-6查得△P0=0.30由表9-7查得Kα=0.95由表9-3查得KL=1.0014=2×3×242.42×sin(160.0/2)=1432.42N综合各项数据比较得出方案二更适合带轮示意图如下：d0dHLS1斜度1:25SS2drdkdhddaLBS215六、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