带式输送机传动用的二级圆柱齿轮展开式减速器.doc

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1、一、设计题目（4-A） 1.题目说明设计一带式输送机传动用的二级圆柱齿轮展开式减速器。传动简图如下图所示： 1电动机；2联轴器；3减速器；4链传动；5输送带鼓轮2.已知条件题号输送带牵引力 F/KN输送带的速度 V/（m/s）输送带滚筒的直径D/mm 4A2.11.4 450连续单向运转，工作时有轻微震动；使用期10年（每年300个工作日）；小批量生产，输送机工作轴转速允许误差为5%；带式输送机的传动效率为0.96二、运动参数计算1.电动机选择初选电动机转速n=1500r/min高速级齿轮组和低速级齿轮组的效率为和，链传动的效率为，联轴器的效率为，带式输送机的效率为，轴承效率为= 0.98 取

2、精度为IT=7= 0.96 选择滚子链传动= 0.99 刚性套柱销联轴器= 0.96 由已知条件得到= 0.98 选用圆锥滚子轴承工作机所需功率：= 3.0625KW传动装置的总效率 =0.86电动机所需功率：=3.56KW根据以上数据选择电动机参数如下:工作功率= 4KW，转速= 1440r/minY112M-4三相异步电动机满足要求,可供选用.轴伸出端直径= 28mm 长度E= 60mm 键槽截面尺寸F*G*D=8*24*28电动机中心高112mm2.传动比选择根据各类机械传动的传动比范围及传动比分配原则选择各传动比：高速级传动比；低速级传动比；链轮传动比3各轴传动参数(1) 各轴的转速n

3、(r/min)的确定 高速轴的转速： 中间轴的转速： 低速轴的转速：(2) 各轴的输入功率（KW） 高速轴的输入功率： 中间轴的输入功率： 低速轴的输入功率：(3) 各轴的输入扭矩（Nm） 高速轴的输入扭矩： 中间轴的输入扭矩： 低速轴的输入扭矩： 三、传动零件设计 1.高速级齿轮传动计算(1) 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1) 选用斜齿圆柱齿轮2) 初选小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。3) 精度等级取74) 初选小齿轮齿数，则大齿轮齿数，初选螺旋角=14(2) 按按齿面接触强度设计 （1.1）

4、确定公式内的各计算数值1) 工作时有轻微振动，选Kt=22) 由参考文献2图10-30选取区域系数ZH=2.4333) 由参考文献2表10-7选取齿宽系数d=14) 由参考文献2图10-26查得5) 小齿轮转距6) 由参考文2表10-6查得材料的弹性影响系数7) 由参考文献2图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限8) 由参考文献2式（10-13）计算应力循环次数9) 由参考文献2图10-19查得接触疲劳寿命系数 ；10) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由参考文献2式（10-12）得：计算各数据1) 试计算小齿轮分度圆直径，有计算公

5、式得2) 计算圆周速度3) 计算齿宽b及模数4) 计算纵向重合度 5) 计算载荷系数K已知载荷平稳，由参考文献2表10-2选取使用系数取根据，7级精度，由参考文献2图10-8查得动载系数；由表10-4查得的计算公式和直齿轮的相同故；由参考文献2图10-13查得由表10-3查得 故载荷系数6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由参考文献2式（10-10a）得 7) 计算模数(3) 按齿根弯曲强度设计由参考文献2式（10-17） 确定计算参数1) 计算载荷系数2) 根据纵向重合度，从参考文献2图10-28查得螺旋角影响系数Yb=0.883) 计算当量齿数4) 查取齿型系数由参考文献2表10-

6、5查得；5) 查取应力校正系数由参考文献2表10-5查得；6) 由参考文献2图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限7) 由参考文献2图10-18，查得弯曲疲劳寿命系数，；8) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳许用应力S=1.4，由文献2式（10-12）得 9) 计算大，小齿轮的 ，并加以比较大齿轮的数值大设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿跟弯曲疲劳强度计算的法面模数，取，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算出的分度圆直径=44.92mm来计算应有的齿数。于是由 则(4) 几何尺寸计算1) 计算中心距 将中心距圆整为9

7、0mm。2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 因b值改变不多，故参数、等不必修正。3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 4) 计算齿轮宽度 mm圆整后取；。2.低速级齿轮传动计算(1) 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1) 选用斜齿圆柱齿轮2) 初选小齿轮材料小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。3) 精度等级取74) 初选小齿轮齿数，则大齿轮齿数，初选螺旋角=14(2) 按按齿面接触强度设计 （1.1）确定公式内的各计算数值1) 工作时有轻微振动，选Kt=22) 由参考文献2图10-30选取区域系数ZH=2.4

8、333) 由参考文献2表10-7选取齿宽系数d=14) 由参考文献2图10-26查得5) 小齿轮转距6) 由由参考文2表10-6查得材料的弹性影响系数7) 由参考文献2图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限8) 由参考文献2式（10-13）计算应力循环次数9) 由参考文献2图10-19查得接触疲劳寿命系数 ；10) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由参考文献2式（10-12）得：计算数据1) 试计算小齿轮分度圆直径，有计算公式得2) 计算圆周速度3) 计算齿宽b及模数4) 计算纵向重合度 5) 计算载荷系数K已知载荷平稳，由参考文献

9、2表10-2选取使用系数取根据，7级精度，由参考文献2图10-8查得动载系数；由表10-4查得的计算公式和直齿轮的相 同故；由参考文献2图10-13查得由表10-3查得 故载荷系数6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由参考文献2式（10-10a）得： 7) 计算模数(3) 按齿根弯曲强度设计由参考文献2式（10-17） 确定计算参数1) 计算载荷系数2) 根据纵向重合度，从参考文献2图10-28查得螺旋角影响系数Yb=0.883) 计算当量齿数4) 查取齿型系数由参考文献2表10-5查得；5) 查取应力校正系数由参考文献2表10-5查得；6) 由参考文献2图10-20c查得小齿轮的弯曲

10、疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限7) 由参考文献2图10-18，查得弯曲疲劳寿命系数，；8) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳许用应力S=1.4，由文献2式（10-12）得 9) 计算大，小齿轮的 ，并加以比较大齿轮的数值大 设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿跟弯曲疲劳强度计算的法面模数，取，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算出的分度圆直径=62.68mm来计算应有的齿数。于是由 取则(4) 几何尺寸计算1) 计算中心距 将中心距圆整为114mm。2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 因b值改变不多，故参数、等不必修正。3) 计算大、小齿轮的

11、分度圆直径 4) 计算齿轮宽度 mm圆整后取；。小结： 项目d/mmzmn/mmB/mm材料高速级齿轮145291.55540Gr齿轮2135871.55045钢低速级齿轮361.623027040Gr齿轮4166.388126545钢四、链传动计算选择材料40,50.ZG310570.热处理回火热处理硬度4050HRC无剧烈振动及冲击的链轮1. 选择链轮齿数取小链轮齿数=19取大链轮齿数=3*19=572. 确定计算功率查表9-6得=1.1, 查图9-13得=1.52,单排链,则计算功率的=1.1*1.52*3.65*0.98=5.98KW3. 选择;链条型号和节距根据=5.98KW, =1

12、78r/min 可选20A 在查表 链条节距为P=31.75mm4. 计算链节数和中心矩初选中心矩=(3050)P=(3050)*31.75取=1000mm链节数=102.2 取=102 查表中心矩计算系数=0.24441最大中心矩=992mm5. 计算链速V,确定润滑方式=1.79m/s由V=1.79m/s和链号20A查图9-14可知应采用油池润滑或油盘飞溅润滑6. 计算压轴力轴材料为45号钢,调质处理有效圆周力: =1998.3N链轮水平布置时的压轴力系数=1.15,则压轴力为=1.15*1998.3=2298N五、轴的设计及校核1. 估算最小直径选取轴的材料为45号钢，热处理为调质。 =

13、3040MPa由参考文献2表15-3确定=112mm (按一个键槽,轴颈增大7%为16.79mm)考虑到弹性套柱销联轴器的规格,取最小直径为=20mm(第二根) =112mm=22.32mm(考虑到两个键槽,轴颈增大15%为25.668mm) =30mm=112mm=30.65mm(考虑到两个键槽,轴颈增大10%为33.715mm) =35mm2.初选轴承：1轴高速轴选轴承为302062轴中间轴选轴承为302063轴低速轴选轴承为30208各轴承参数见下表：轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定/kNdDBD1D2动载荷Cr静载荷CorNU206306216375418.511.2NU2

14、06306216375418.511.2NU208408018487335.823.53.轴的设计（一） 高速轴的结构设计：84556.544252030354835302850281）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：a) 由于联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为20mm。b) 考虑到联轴器的轴向定位可靠，定位轴肩高度应达2.5mm，所以该段直径选为25。c) 该段轴要安装轴承，考虑到轴肩要有2.5mm的圆角，则轴承选用NU206型，即该段直径定为30mm。d) 该段轴，考虑到轴肩要有2.5mm的圆角，经标准化，定为35mm。e

15、) 该段轴为齿轮轴，所以该段直径选为齿轮的齿顶圆直径48mm。f) 轴肩固定轴承，直径为35mm。g) 该段轴要安装轴承，直径定为30mm。2)各段长度的确定：各段长度的确定从左到右分述如下：h) 该段轴连接联轴器，半联轴器与轴配合的毂孔长度为26mm，该段长度定为22mm。i) 该段取50mm。j) 该段安装轴承，参照工作要求长度至少16mm，考虑间隙取该段为28mm。k) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离、轴承与箱体内壁距离（采用油润滑），还有二级齿轮的宽度，定该段长度为84mm。 l) 该段考虑齿轮的宽度，根据齿轮校核，选定该段55mm。m) 该段轴选定长度6.5mm。该段与c段相同取2

16、8mm。1) 拟定轴上零件的装配方案轴的各段直径：b) I段轴用于安装轴承NU206，故取直径为30mm。c) II段该段轴要安装齿轮，考虑到轴肩要有2mm的圆角，经强度计算，直径定为34mm。d) III段为轴肩，相比较比II段取直径为40mm。e) IV段安装大齿轮直径与II段相同，直径为34mm。f) V段安装轴承，与I段相同直径为30mm。（二） 中间轴的结构设计：677.54744646404040582) 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度：a) I段轴承安装轴承和甩油环、套筒，轴承NU206宽度B=18，该段长度选为28mm。b) II段轴考虑到齿轮齿宽的影响，所以长度为67mm

17、。c) III段为定位轴肩，长度7.5mm。d) IV段用于安装大齿轮，考虑齿宽长度为47mm。e) V段用于安装轴承与挡油环，长度与I相同，为28mm。（三）低速轴的结构设计：677.5404348403234424656.54635511) 拟定轴上零件的装配方案轴的各段直径a) I段轴用于安装轴承NU208，故取直径为40mm。b) II段该段轴要安装齿轮，考虑到轴肩要有1.5mm的圆角，经强度计算，直径定为43mm。c) III段为定位轴肩，取51mm。d) IV段直径为48mm。e) V段安装轴承，与I段相同直径为40mm。f) VI段直径35mmg) VII段直径与弹性柱销联轴器选

18、择有关，直径为32mm。2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度a) I段轴承安装轴承和甩油环、套筒，NU208宽度B=18，该段长度选为42mm。b) II段轴考虑到齿轮齿宽的影响，所以长度为67mm。c) III段为定位轴肩，长度7.5mm。d) IV段考虑齿宽长度为56.5mm。e) V段用于安装轴承与挡油环，长度为34mm。f) VI长度为46mm。g) VII长度与联轴器有关，取44mm。1. 求作用在齿轮上的力(对于轴1) =45mm=26263N*mm=1167.2N=439.4N=116.1N=校核轴强度=30MPaS=1.5故可知安全(2) 截面左恻抗弯截面系数: W=911

19、2.5 抗扭截面系数: =18225 弯矩M及弯曲应力为M=2584*(51+31)-2305.5*31=140433N*mm=15.41截面上的扭矩T为:T=170945N*mm =9.38过盈配合出 由附表3-8用插值法求得,并取=3.29 =3.29*0.8=2.63轴按磨削加工,由附图3-4得表面质量系数为=0.92故综合系数 =3.38 =2.72所以轴在 右侧安全系数为 =5.28 =11.93=4.28S=1.5(3) 截面 右侧抗弯截面系数: W=4665.6=0.1* 抗扭截面系数: =9331.2=0.2* 截面 右侧的弯矩M为M=144944.6N*MM截面上的扭矩T为:

20、T=170945N*mm截面上的弯曲应力=31.07MPa截面上的扭转切应力为 =18.32MPa轴得材质为45号钢,调质处理由表15-1 =640MPa =275MPa =155MPa在截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按附表3-2查取因 = 0.056= , =1.11= 经插值后可查的. = 1.90 ,=1.33又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为=0.82, =0.85故有效应力集中系数按附表3-4为=1.74=1.28由附图3-2的尺寸系数= 0.80 由附图3-3的扭转尺寸系数=0.88轴按磨削加工,由附图3-4得表面质量系数为= =0.92轴未经表面强化处理即=1,

21、则按式(3-12)及式(3-12A)得综合系数为 =2.26 =1.54由$3-1及$3-2得碳钢得特性系数=0.10.2 取 =0.1=0.050.1 取 =0.05于是,计算安全系数 值 = 3.92 =10.64=3.68S=1.5故该轴截面 右侧得强度也是足够得.因无大得瞬时过载及严重的应力循环不对称,故可略去静强度校核.3. 求作用在齿轮上的力(对于轴3) =148.23mm=170869N*mm=2305.5N=869.75N=237N=校核轴强度=30MPaS=1.5故可知安全(5) 截面左恻抗弯截面系数: W=9112.5 抗扭截面系数: =18225 弯矩M及弯曲应力为M=2

22、584*(51+31)-2305.5*31=140433N*mm=15.41截面上的扭矩T为:T=170945N*mm =9.38过盈配合出 由附表3-8用插值法求得,并取=3.29 =3.29*0.8=2.63轴按磨削加工,由附图3-4得表面质量系数为=0.92故综合系数 =3.38 =2.72所以轴在 右侧安全系数为 =5.28 =11.93=4.28S=1.5(6) 截面 右侧抗弯截面系数: W=4665.6=0.1* 抗扭截面系数: =9331.2=0.2* 截面 右侧的弯矩M为M=144944.6N*MM截面上的扭矩T为:T=170945N*mm截面上的弯曲应力=31.07MPa截面

23、上的扭转切应力为 =18.32MPa轴得材质为45号钢,调质处理由表15-1 =640MPa =275MPa =155MPa在截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按附表3-2查取因 = 0.056= , =1.11= 经插值后可查的. = 1.90 ,=1.33又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为=0.82, =0.85故有效应力集中系数按附表3-4为=1.74=1.28由附图3-2的尺寸系数= 0.80 由附图3-3的扭转尺寸系数=0.88轴按磨削加工,由附图3-4得表面质量系数为= =0.92轴未经表面强化处理即=1,则按式(3-12)及式(3-12A)得综合系数为 =2.26

24、=1.54由$3-1及$3-2得碳钢得特性系数=0.10.2 取 =0.1=0.050.1 取 =0.05于是,计算安全系数 值 = 3.92 =10.64=3.68S=1.5故该轴截面 右侧得强度也是足够得.因无大得瞬时过载及严重的应力循环不对称,故可略去静强度校核.5. 求作用在齿轮上的力(对于轴3) =148.23mm=170869N*mm=2305.5N=869.75N=237N=校核轴强度=30MPaS=1.5故可知安全(8) 截面左恻抗弯截面系数: W=9112.5 抗扭截面系数: =18225 弯矩M及弯曲应力为M=2584*(51+31)-2305.5*31=140433N*m

25、m=15.41截面上的扭矩T为:T=170945N*mm =9.38过盈配合出 由附表3-8用插值法求得,并取=3.29 =3.29*0.8=2.63轴按磨削加工,由附图3-4得表面质量系数为=0.92故综合系数 =3.38 =2.72所以轴在 右侧安全系数为 =5.28 =11.93=4.28S=1.5(9) 截面 右侧抗弯截面系数: W=4665.6=0.1* 抗扭截面系数: =9331.2=0.2* 截面 右侧的弯矩M为M=144944.6N*MM截面上的扭矩T为:T=170945N*mm截面上的弯曲应力=31.07MPa截面上的扭转切应力为 =18.32MPa轴得材质为45号钢,调质处

26、理由表15-1 =640MPa =275MPa =155MPa在截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按附表3-2查取因 = 0.056= , =1.11= 经插值后可查的. = 1.90 ,=1.33又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为=0.82, =0.85故有效应力集中系数按附表3-4为=1.74=1.28由附图3-2的尺寸系数= 0.80 由附图3-3的扭转尺寸系数=0.88轴按磨削加工,由附图3-4得表面质量系数为= =0.92轴未经表面强化处理即=1,则按式(3-12)及式(3-12A)得综合系数为 =2.26 =1.54由$3-1及$3-2得碳钢得特性系数=0.10.2

27、取 =0.1=0.050.1 取 =0.05于是,计算安全系数 值 = 3.92 =10.64=3.68S=1.5故该轴截面 右侧得强度也是足够得.因无大得瞬时过载及严重的应力循环不对称,故可略去静强度校核. 六、轴承校核1. 圆锥滚子轴承30208的基本额定动载荷 =63KW ,基本额定静载荷=74KW2. 径向载荷, =596-162=434N=274+75=349N2584N=1799N3. 求轴向力, 轴承派生轴向力 是对应表13-5中 的Y 值Y=1.6 ,e=0.37, 4. 求轴承当量动载荷 和 对轴承1 , 对轴承2 , 因轴承运转中右轻微冲击 则 5. 验算轴因为 所以按轴承

28、1的受力大小验算年满足轴承寿命要求七 、键的选用以及校核（轴三）1. 传递转矩已知；2. 轴直径已知；3. 工作长度l=L-b b为键的宽度；4. 键的工作高度k=0.5h h为键的高度；5. 普通平键的强度条件为；代号直径（mm）工作长度（mm）工作高度（mm）转矩（Nm）极限应力（MPa）高速轴6644（圆头）2038326.26323中间轴10845（圆头）3435474.80831.410863 (圆头)3453474.80820.8低速轴12863（圆头）43514195.9944.68由于键采用静联接，材料钢，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。与链轮连接的键材料为钢主

29、要参数及强度校核b*h=8*7L=40mm=98.7=120MPa所以满足强度条件八、减速箱的设计箱体采用水平刨分式，刨分面与轴线平面重合，将箱体分为箱盖和箱座两部分。材料选为HT150。箱体设计主要是在满足强度，钢度的前提下，同时考虑结构紧凑，制造方便，重量轻及使用等方面要求进行设计。铸铁减速器箱体结构尺寸之一 名称符号圆柱齿轮减速器箱座壁厚a:高速级与低速级的中心矩0.025a+3=5.625 8mm箱盖壁厚8地脚螺拴直径16地脚螺拴数目4铸铁减速器箱体结构尺寸之二名称符号尺寸关系箱座凸缘厚度1.5=12箱盖凸缘厚度 1.5=12箱座底凸缘厚度2.5=20轴承旁连接螺拴直径0.75=12箱

30、盖与箱座连接螺拴直径(0.50.6)=8连接螺拴 的间距150200mm轴承盖螺钉直径轴承40 为 8: 轴承25 为 6视孔盖螺钉直径6定位销直径6 , ,至外箱壁距离18,至凸缘边缘距离16轴承旁 凸台半径16凸台高度外箱壁至轴承座端面距离16+18+5=39大齿轮顶圆与内箱壁距离8箱盖肋厚6.8箱座肋厚6.8轴承盖外径轴承40 为 120 :轴承 25 为 82轴承旁连接螺拴距离轴承40 为 120 :轴承 25 为 82齿轮端面与内箱壁距离8螺拴的板手空间尺寸 和 沉头座坑直径螺拴直径 M至外箱壁距离18至凸缘边距离16沉头座坑直径26九 、减速器的润滑及密封选择,润滑剂牌号及装油量轴

31、承润滑采用飞溅润滑,在箱座结合面上制出轴油沟,让溅到箱盖内壁上的油汇集在油沟内,而后流入轴承进行润滑 附 转轴最高轴1 m/s所以可选毡圈密封十.减速器的附件选择及说明1. 视孔和视孔盖确定检查孔尺寸为为120， ， ， =箱体宽- ， 螺钉数， ， ， 2. 通气器的选用选择简易式通气器；3. 游标的选用选用游标尺，尺寸为：4. 油塞的选用六角螺塞及封油圈尺寸：5. 吊钩吊耳的选用吊钩尺寸为： 吊耳尺寸为: d=16，R=18，e=166. 定位销尺寸确定定位销直径可取（为凸缘上螺栓的直径）长度应大于分箱面凸缘的总厚度。7. 起盖螺钉的确定为便于开启箱盖，在箱盖侧边的凸缘上装一个启盖螺钉。取

32、的螺钉，材料为。 设计总结 【参考资料】1、 机械设计课程设计.李育锡.高等教育出版社 20082、 机械设计. 第八版. 濮良贵，纪名刚. 高等教育出版社，20063、 机械原理. 第七版. 孙桓，陈作模，葛文杰. 高等教育出版社，20064、 工程制图基础. 第二版. 孙根正，王永平. 西北工业大学出版社，20055、 机械制图. 第二版. 臧宏琦，王永平. 西北工业大学大学出版社，20046、 机械精度设计与检测技术 王玉 国防工业出版社，20087、 AUTOCAD2007中文版标准教程 夏文秀，倪祥明，胡仁喜，2006电动机工作功率= 4KW，转速= 1440r/min选择Y112M-4三相异步电动机各级传动比：各轴转速：各轴功率：各轴扭矩：