长沙理工大学机械设计课程设计说明书.docx
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1、课程设计说 明 书课 题 设 计 者 班 级 学 号 指导教师 长沙理工大学汽车与机械工程学院设计课题: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 6 年,二班制工作,卷筒(不包括其轴承)效率为 97% ,运输带允许速度误差为 5% 。原始数据:题号I运输带拉力 F(KN)1970运输带速度 V(m /s)2.5m/s卷筒直径 D(mm)350mm设计人员 (对应学号)设计任务要求:1. 减速器装配图纸一张(号图纸);2. 轴、齿轮零件图纸各一张(号或号图纸);3.设计说明书一份。机械设计课程设计计算说明书一、传动
2、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33计算过程及计算说明一、传动方案拟定第 I 组:设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动、工作条件:使用年限 6 年,工作为两班工作制,载荷平稳,环境清洁。、原始数据:滚筒圆周力 F=2200N;带速 V=1.7m/s;滚筒直径 D=420mm;方案拟定:采用带传动与齿轮传动的组合,即可满足传动比要求,同时
3、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):d a(kw) 由式(2):V/1000(KW)因此Pd=FV/1000 a(KW) 由电动机至运输带的传动总效率为: 总= 5式中: 1、 2、 3、 4、
4、 5 分别为带传动、轴承、齿轮传 动、联轴器和卷筒的传动效率。取 =0.96, 0.98, 0.97, 0.99 5 =0.96。则:=0.960.980.970.990.96总=0.83所以:电机所需的工作功率:Pd= FV/1000 总=(22001.7)/(10000.83)=4.5 (kw)3、确定电动机转速 卷筒工作转速为:n 卷筒601000V/( D)=(6010001.7)/(2 )=77.3r/min 根据手册表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=3。 取带传动比= 。则总传动比理论范围为:a。 故电动机转速的可选范为Nd=an 卷筒=(624)77.
5、3=463.81855.2 r/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)带速: V=1.7m/s; 滚筒直径: D=420mm;电 动方机 型额定号功率电动机转速 电动参 (r/min)机重考量价传动装置传动比案同步 满载N转速 转速格总传 动比V 带 减速传器1Y 132S-4 5.51500 14406501200 18.63.55.322Y 132M 2-65.51000960800150012.422.84.443Y 160M 2-85.5750720124021009.312.53.7
6、2综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、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 Y 132M 2-6,其主要性能: 额定功率:5.5kW,满载转速:960 转/分。电动机主要外形和安装尺寸:中心高 H 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 DE装 键 部 位 尺 寸FGD1325203453152161781228801041三、确定传动装置的总传动比和分配各级传动比: 由选定的电动机满载转速 nm 和工作机主动轴转速 n 1、可得传动装置总传动比为:ia=nm/n=nm/n 卷筒= 960/77.3
7、= 12.42总传动比等于各传动比的乘积分配传动装置传动比ia=ioi(式中 io、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=24)因为:iaioi所以:iiaio12.42/2.84.44四、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轴,轴,.以及io,i1,.为相邻两轴间的传动比 01, 12,.为相邻两轴的传动效率P,P,.为各轴的输入功率(KW)T,T,.为各轴的输入转矩(Nm)n,n,.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
8、数及动力参数的计算由指导书的表 1 得(1)计算各轴的转数:到:轴:n=nm/i0 1=0.96=960/2.8=342.86 (r/min) 2=0.98轴:n= n/i1 3=0.97=324.86/4.44=77.22 r/min 4=0.99卷筒轴:n= n(2)计算各轴的功率:轴: P=Pd 01 =Pd 1=4.50.96=4.32(KW)轴: P= P 12= P 2 3=4.320.980.97=4.11(KW)卷筒轴: P= P 23= P 2 4=4.110.980.99=4.07(KW)计算各轴的输入转矩:电动机轴输出转矩为:Td =9550Pd/nm=95504.5/9
9、60= 44.77 Nm轴: T= Tdi0 01= Tdi0 1i0 为带传动传动比=44.772.80.96=120.34Nmi1 为减速器传动比轴: T= Ti1 12= Ti1 2 3滚动轴承的效率=120.334.440.980.97=507.91 Nm 为 0.980.995 在卷筒轴输入轴转矩:T = T 2 4本设计中取 0.98=507.910.980.99 = 492.77Nm计算各轴的输出功率:由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率:故:P=P 轴承=4.320.98=4.23KWP= P 轴承=4.110.98=4.02KW计算各轴的输出转矩:由于轴的输出功率分别为
10、输入功率乘以轴承效率:则:T= T 轴承=120.330.98=117.92NmT= T 轴承=507.910.98=497. 75Nm综合以上数据,得表如下:轴名效率 P (KW)转矩 T (Nm)转速 n r/min传动比 i效率 输入输出输入输出电动机轴4.544.779602.80.96轴4.324.23120.33117.92342.864.440.98轴4.114.02507.91497. 7577.221.000.99卷筒轴4.073.99502.90492.8477.22五.V 带的设计(1)选择普通 V 带型号由 PC=KAP=1.15.5=6.05( KW)由课本 P134
11、 表 9-5根据课本 P134 表 9-7 得知其交点在 A、B 型交界查得 KA=1.1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=n1d1(1- )/n2=i0d1(1- )由课本 P132 表 9-2=2.8100(1-0.02)=274.4mm得,推荐的 A 型小由表 9-2 取 d2=274mm(虽使 n2 略有减少,但其误差小带 轮 基 准 直 径 为于 5%,故允许)75mm125mm带速验算:V= n1d1 /(100060)滑动率 =0.02。= 960100 /(100060)= 5.024 m
12、/s介于 525m/s 范围内,故合适。确定带长和中心距 a:0.7(d1+d2)a02(d1+d2)0.7(100+274)a02(100+274)262.08 a0748.8初定中心距 a0=500 ,则带长为L0=2a0+ (d1+d2)+(d2-d1)2/(4a0)=2500+ (100+274)/2+(274-100)2/(4500)=1602.32 mm由表 9-3 选用 Ld=1400 mm 的实际中心距a=a0+(Ld-L0)/2=500+(1400-1602.32)/2=398.84 mm验算小带轮上的包角 1: 1=180-(d2-d1)57.3/a=180-(274-10
13、0)57.3/398.84=155.0101200 合适。确定带的根数:ZPC/((P0+P0)KLK )=6.05/(0.95+0.11)0.960.95)= 6.26故要取 7 根 A型 V带。计算轴上的压力:由书 9-18 的初拉力公式有F0=500PC(2.5/K -1)/z v+q v2=5006.05(2.5/0.95-1)/(75.02)+0.175.022=144.74N由课本 9-19 得作用在轴上的压力FQ=2F0zsin( 1/2)=27242.42sin(155.010/2)=1978.32N方案二:取 B 型 V 带确定带轮的基准直径,并验算带速:由机械设计书则取小带
14、轮d1=140mm表 9-4 查得d2 = n1d1(1- )/n2=id1(1- )P0=0.95=2.8140(1-0.02)=384.16mm由表 9-6 查得由表 9-2 取 d2=384mm(虽使 n2 略有减少,但其误差小P0=0.11于 5%,故允许)由表 9-7 查得带速验算:V=n1d1 /(100060)K =0.95=960140 /(100060)由表 9-3 查得=7.03 m/sKL=0.96介于 525m/s 范围内,故合适确定带长和中心距 a:0.7(d1+d2)a02(d1+d2)0.7(140+384)a02(140+384)366.8a01048初定中心距
15、 a0=700 ,则带长为L0=2a0+ (d1+d2)+(d2-d1)2/(4a0)=2700+ (140+384)/2+(384-140)2/(4700)=2244.2 mm由表 9-3 选用 Ld=2244 mm 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 1 1=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)KLK )=6.05/(2.08+0.30)1.000.95)= 2.68故取 3 根 B 型 V带计算轴上的压
16、力由书 9-18 的初拉力公式有F0=500PC(2.5/K -1)/z v+q v2=5006.05(2.5/0.95-1)/(37.03)+0.177.032由课本表 9-2 得,=242.42N推荐的 B 型小带轮由课本 9-19 得作用在轴上的压力基准直径FQ=2zF0sin( 1/2)125mm280mm=23242.42sin(1600/2)=1432.42N综合各项数据比较得出方案二更适合由机械设计书表 9-4 查得 P0=2.08由表 9-6 查得P0=0.30由表 9-7 查得K =0.95由表 9-3 查得 KL=1.00d0d带轮示意图如下:HLS 1SLddadkhS2
17、drd斜 度 1 : 25S2B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,齿面硬度为 250HBS,大齿轮选用 45 号钢正火,齿面硬 度为 200HBS。齿轮精度初选 8 级 (2)、初选主要参数Z1=20,u=4.5 Z2=Z1u=204.5=90取 a=0.3,则 d=0.5(i+1)=0.675(3)按齿面接触疲劳强度计算 计算小齿轮分度圆直径22kT1 u1 ZE ZH Z du Hd1 3确定各参数值1 载荷系数 查课本表 6-6 取 K=1.22 小齿轮名义转矩 T1=9.5510
18、6P/n1=9.551064.23/342.86=1.18105NmmMPa3 材料弹性影响系数 由课本表 6-7ZE=189.84 区域系数ZH=2.55 重合度系数 t=1.88-3.2(1/Z1+1/Z2)=1.88-3.2(1/20+1/90)=1.69 4t3 41 .693Z0 .776 许用应力 查课本图 6-21(a) H lim1610MPa H lim 2560 MPa查表 6-8按一般可靠要求取 SH=1则 H1H lim 1S610MPaH H2o H lim 2S560MPaH取两式计算中的较小值,即 H=560Mpa22kT1 u1 ZE ZH Z du H于是 d
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