展开式圆柱齿轮减速器设计说明书

中国矿业大学机械设计课程设计二级展开式圆柱齿轮减速器设计说明书题目：机械厂装配车间输送带传动装置设计指导教师：彭玉兴学院：徐海学院姓名：许金成班级： 机自10-2班学号：22101402目录1设计任务书22传动方案简述22.1传动系统方案的拟定22.2电动机的选择32.3传动比的分配42.4传动系统的运动和动力参数计算43传动设计53.1V带传动设计63.1.1原始数据63.1.2设计计算83.1.3带传动主要参数汇总表83.1.4带轮材料及结构83.2低速级圆柱齿轮设计83.3高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算133.4减速器轴及轴上零件的设计173.5减速器滚动轴承的选择253.6键联接和联轴器的选择283.7减速器箱体及附件的设计293.8润滑方式、润滑剂及密封装置的选择301 设计任务书1) 设计任务设计带式输送机的传动系统，要求传动系统中含有V带和两级圆柱齿轮减速器。2) 原始数据输送带工作拉力F/KN 2.0KN主动滚筒速度v=1.4 m/s （允许误差5%）;输送机滚筒直径d=300 mm;3) 工作条件单班制工作，单向运输，环境温度不超过35，工作载荷有轻微振动；电动电压为380/220 V的三相交流电源；半年小修，两年大修。2 传动方案简述传动系统方案的拟定带式输送机传动系统方案如下图所示。带式输送机由电动机驱动。电动机2通过V带传动1将动力传入两级圆柱齿轮减速器3，再经过联轴器4，将动力传至输送机滚筒5，带动输送机6工作。传动系统中经V带轮减速之后，再通过两级齿轮减速器，其结构简单，高速级为斜齿圆柱齿轮传动，低速级也为斜齿圆柱齿轮传动。电动机的选择1) 电动机转速的选择根据已知条件由计算得知输送机滚筒的工作转速 89.17 r/min;2) 电动机容量的选择由已知条件可以算出工作机所需有效功率Pw= 3）传动系统总效率5w输送机滚筒轴至输送带之间的传动效率；c 联轴器效率，c =0.99； g 闭式圆柱齿轮传动效率， =0.97 b 对滚动轴承效率，b =0.99；b V带效率，v =0.96； cy输送机滚筒效率，cy =0.97；估算传动系统总效率=233445567w式中 23=v =0.96；34=bg=0.990.97=0.9603;45=bg=0.990.97=0.9603;56=bc=0.990.99=0.9801;7w=bcy=0.990.97=0.9603;系统总效率=233445567w =0.960.96030.96030.98010.9603=0.8332;工作机所需要电动机功率Pr=2.8/0.85=3.2kW;由文献1表16-2所列Y系列三相异步电动机技术数据中可以确定，满足PmKPr条件的电动机额定功率Pm应该取为7.5kW。;由文献1 表16-2初选同步转速为1440 r/min和1000 r/min的电动机，对应于额定功率Pm为7.5kw的电动机型号应分取为Y132S-4-B3型。方案的选择方案电动机型号额定功率（kW）同步转速（r/min）满载转（r/min）总传动比IIY132M-4-B37.51500144028.27传动比的分配带式输送机传动系统的总传动比i=16.1；由传动系统方案知i12=1；按表3-1查取V带传动的传动比 iv=i23=2-4则V带传动比取为 i23=2.2；由计算可得两级圆柱齿轮减速器的总传动比 i=i34i45=14.135；为便于两级圆柱齿轮减速器采用浸油润滑，当两级齿轮的配对材料相同，齿面硬度HBS350，齿宽系数相等时，考虑齿面接触强度接近相等的条件，取高速级传动比：i34=4.5低速级传动比i45= i/ i34=3.52传动系统各级传动比分别为：i12=1； i23=2.2；i34=4.5； i45=3.52； 传动系统的运动和动力参数计算传动系统各轴的转速、功率和转矩计算如下：I轴（减速器高速轴）n3=654 r/min；P3=P113 =3.20.96=3.07 kw；T3=9550 =44.83 Nm；II轴（减速器中间轴）n4=143.11r/min；P4=P334 =3.070.9603=2.95 kw；T4=9550 =189.66Nm；III轴（减速箱低速轴）n5=40.66r/min；P5=P445 =2.950.9603=2.83 kw；T5= 9550=664.70 Nm； 将上述计算结果和传动比效率汇总如表：轴 号电动机两级圆柱齿轮减速器工作机轴I轴II轴III轴轴转速n(r/min)1440654143.1140.661440功率P(kW)3.23.072.952.833.2转矩T(Nm)44.83189.66664.7021.22联接件传动件V带齿轮齿轮联轴器传动比i2.24.583.521传动效率0.960.96030.96030.98013 传动设计V带传动设计原始数据电动机功率 kw电动机转速 r/minV带理论传动比单向运转、双班制、工作机为带式运输机 设计计算（1） 确定计算功率PcaPca =KAPd根据双班制工作，即每天工作16小时，工作机为带式运输机，查得工作系数KA=1.1Pca =KAPd=1.1*3.2=3.52 kw（2）选取普通V带带型根据Pca，nd确定选用普通V带A型。 （3）确定带轮基准直径 dd1和dd2a. 初选 小带轮基准直径=100mmb验算带速 5m/s V 20m/s 5m/sV25m/s带的速度合适。c. 计算dd2dd2 圆整dd2 =220 mm（4）确定普V带的基准长度和传动中心距根据0.7（dd1+dd2） a 0 2（dd1+dd2）224mm a 0640mm初步确定中心距 a 0 = 500mmLd = =1509.85mm取Ld = 1600 mm计算实际中心距a （5）验算主轮上的包角= 主动轮上的包角合适（6）计算V带的根数Z 得P0 基本额定功率 得P0=1.32 P0额定功率的增量 P0=0.17包角修正系数 得长度系数 得 取Z=3根（7）计算预紧力 F0qV带单位长度质量 q=0.10 kg/m=126.37 N 应使带的实际出拉力 （8）计算作用在轴上的压轴力FP带传动主要参数汇总表带型Ld/mmZdd1/mmdd2/mma/mmF0/NFP/NA16003100220500118.82946.8带轮材料及结构（1）带轮的材料带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200低速级圆柱齿轮设计 材料：低速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为小齿轮 260HBS 取小齿齿数=24低速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 210HBS z=3.5224=84.48 圆整取z=85,u=85/24=3.542.传动比误差U=(79/24-3.542)/3.542=0.00060.05可以(2) 按齿面接触强度设计1. 确定公式内的各计算数值因为齿轮分布非对称，载荷比较平稳综合选择Kt=1.6查课本由图6-3选取区域系数Z=2.45应力循环次数N=60njL=60143.111(1035016)=N=1.7110由图6-5查得接触疲劳寿命系数Z=1.06 Z= 1.15 接触强度最小安全系数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取失效概率为1%,安全系数S=1,则接触疲劳许用应力=1.15550/1=632.5687.25许用弯曲应力 由式612，弯曲疲劳极限 查图67得 弯曲强度寿命系数弯曲强度尺寸系数（设模数m小于5mm）弯曲强度最小安全系数则 确定齿轮传动精度等级，按估取圆周速度，参考6.7、表6.8选取公差组8级小轮分度圆直径，由式65得齿宽系数 查表6.9，按齿轮相对轴承为非对称布置载荷系数K 查表6.3得 动载系数 齿间载荷分配系数 齿向载荷分布系数 载荷系数K =1*1.2*1.1*1.1=1.45 材料弹性系数 查表6.4 得 节点区域系数 查图63得 重合度系数 由推荐值得 螺旋角系数 故法面模数 取标准中心距圆整取分度圆直径 圆周速度 齿宽 圆整取大轮齿宽 小轮齿宽 （3）齿根弯曲疲劳强度校核计算确定公式内各计算数值（1）确定齿数zZ1=24,z2=85传动比误差U=(79/24-3.29)/3.29=0.05%0.05允许（2）确定齿形系数和应力修正系数由课本表6.5查得齿形系数Y和应力修正系数Y (3)重合度 重合度系数故4）齿轮其它主要尺寸计算 大轮分度圆直径 根圆直径 顶圆直径 (5)低速级圆柱齿轮几何参数项目小齿轮大齿轮模数m33齿数Z2485压力角2020分度圆直径d72255齿顶高ha33齿根高hf3.753.75齿顶圆直径da78261齿根圆直径df64.5247.5标准中心距a164赤宽b61573.3高速级圆柱齿轮设计 材料：高速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为小齿轮 260HBS 取小齿齿数=17高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 210HBS z=4.5717=77.69 圆整取z=78,u=78/17=4.59.传动比误差U=(78/17-4.57)/4.57=0.000390.05可以(2) 按齿面接触强度设计1. 确定公式内的各计算数值因为齿轮分布非对称，载荷比较平稳综合选择Kt=1.6查课本由图6-3选取区域系数Z=2.45应力循环次数N=60njL=606541(1035016)= N=4.84110由图6-5查得接触疲劳寿命系数Z=1.0 Z= 1.05 接触强度最小安全系数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取失效概率为1%,安全系数S=1,则接触疲劳许用应力=1.05550/1=577.5638.75许用弯曲应力 由式612，弯曲疲劳极限 查图67得 弯曲强度寿命系数弯曲强度尺寸系数（设模数m小于5mm）弯曲强度最小安全系数则 确定齿轮传动精度等级，按估取圆周速度，参考6.7、表6.8选取公差组8级小轮分度圆直径，由式65得齿宽系数 查表6.9，按齿轮相对轴承为非对称布置载荷系数K 查表6.3得 动载系数 齿间载荷分配系数 齿向载荷分布系数 载荷系数K =1*1.2*1.1*1.1=1.45 材料弹性系数 查表6.4 得 节点区域系数 查图63得 重合度系数 由推荐值得 故法面模数 取标准中心距圆整取分度圆直径 圆周速度 齿宽 大轮齿宽 小轮齿宽 （3）齿根弯曲疲劳强度校核计算确定公式内各计算数值（1）确定齿数zZ1=17,z2=78传动比误差U=(78/17-4.57)/4.57=0.003990.05允许（3）确定齿形系数和应力修正系数由课本表6.5查得齿形系数Y和应力修正系数Y (4)重合度 重合度系数故4）齿轮其它主要尺寸计算 大轮分度圆直径 根圆直径 顶圆直径 (5)高速级圆柱齿轮几何参数项目小齿轮大齿轮模数m33齿数Z1778压力角2020分度圆直径d51234齿顶高ha33齿根高hf4.754.75齿顶圆直径da57240齿根圆直径df43.5226.5标准中心距a143齿宽b514563.4减速器轴及轴上零件的设计为了对轴进行校核，先求作用在轴上的齿轮的啮合力。第一对和第二对啮合齿轮上的作用力分别为1高速轴设计1）按齿轮轴设计，轴的材料取与高速级小齿轮材料相同，40Cr，调质处理，查表15-31，取2）初算轴的最小直径高速轴为输入轴，最小直径处跟V带轮轴孔直径。因为带轮轴上有键槽，故最小直径加大6%，由机械设计手册表22-1-17查得带轮轴孔有20，22，24，25，28等规格，故取=20mm高速轴工作首先确定各段直径A段：=20mm 有轴最小直径算出）B段：=25mm，根据油封标准，选择毡圈孔径为25mm的C段：=30mm，与轴承（圆锥滚子承30206）配合，取轴承内径D段：=36mm， 设计非定位轴肩取轴肩高度h=3mmE段：=52.5mm，将高速级小齿轮设计为齿轮轴G段， =30mm, 与轴承（圆锥滚子轴承30206）配合，取轴承内径F段：=36mm, 设计非定位轴肩取轴肩高度h=3mm第二、确定各段轴的长度A段：=1.6*20=32mm,圆整取=30mmB段：=58mm，考虑轴承盖与其螺钉长度然后圆整取54mmC段：=24mm, 与轴承（圆锥滚子轴承30206）配合,加上挡油盘长度（参考减速器装配草图设计p24）=B+3+2=16+10+2=28mmF段：=21mm, 与轴承（圆锥滚子轴承30206）配合,加上挡油盘长度（参考减速器装配草图设计p24）E段：，齿轮的齿宽D段：=93mm, 考虑各齿轮齿宽及其间隙距离，箱体内壁宽度减去箱体内已定长度后圆整得=92mm轴总长L=273mm2、轴的设计计算1）、按齿轮轴设计，轴的材料取与高速级小齿轮材料相同，40Cr，调质处理，查表15-31，取2）初算轴的最小直径因为带轮轴上有键槽，故最小直径加大6%，=27.325mm。根据减速器的结构，轴的最小直径应该设计在与轴承配合部分，初选圆锥滚子轴承30206，故取=34mm轴首先，确定各段的直径A段:=35mm,与轴承（圆锥滚子轴承30207）配合F段：=35mm，与轴承（圆锥滚子轴承30207）配合E段：=38mm，非定位轴肩B段：=48mm, 非定位轴肩，与齿轮配合C段：=73.63mm, 齿轮轴上齿轮的分度圆直径D段：=50mm, 定位轴肩然后确定各段距离：A段： =39mm, 考虑轴承（圆锥滚子轴承30207）宽度与挡油盘的长度B段：=8mm,根据轴齿轮到内壁的距离及其厚度C段：=65mm,根据齿轮轴上齿轮的齿宽E段：=40mm, 根据高速级大齿轮齿宽减去2mm（为了安装固定）F段：=30mm，考虑了轴承长度与箱体内壁到齿轮齿面的距离D段：=17mm 3、轴的设计计算输入功率P=4.44KW,转速n =51r/min,T=831250Nmm轴的材料选用40Cr（调质），选=100所以轴的直径: =44.32mm。因为轴上有两个键槽，故最小直径加大12%，=49.64mm。由表13.1(机械设计课程设计指导书)选联轴器型号为LH3轴孔的直径=50mm长度L=84mm轴首先，确定各轴段直径A段: =55mm, 与轴承（圆锥滚子轴承30211）配合B段: =70mm,非定位轴肩,h取7.5mmC段: =80mm,定位轴肩，取h=5mmD段: =68mm, 非定位轴肩，h=6mmE段: =55mm, 与轴承（圆锥滚子轴承30211）配合F段: =53mm,按照齿轮的安装尺寸确定G段: =50mm, 联轴器的孔径然后、确定各段轴的长度A段: =42mm,由轴承长度，3，2，挡油盘尺寸B段: =58mm，齿轮齿宽减去2mm，便于安装C段: =10mm, 轴环宽度，取圆整值根据轴承（圆锥滚子轴承30211）宽度需要D段: =49.5mm,由两轴承间距减去已知长度确定E段: =21mm, 由轴承长度，3，2，挡油盘尺寸F段: =57mm, 考虑轴承盖及其螺钉长度，圆整得到G段: =83mm,联轴器孔长度轴的校核计算,第一根轴:求轴上载荷已知：设该齿轮轴齿向是右旋，受力如右图：由材料力学知识可求得水平支反力: 垂直支反力: 合成弯矩由图可知,危险截面在C右边W=0.1=9469=/W=14.49MPa70MPa轴材料选用40Cr 查手册符合强度条件!第二根轴求轴上载荷已知：设该齿轮轴齿向两个都是左旋，受力如右图：由材料力学知识可求得水平支反力: 垂直支反力: 合成弯矩由图可知,危险截面在B右边W=0.1=33774=/W=5.98MPa70MPa轴材料选用40Cr 查手册符合强度条件!第三根轴:求轴上载荷已知：设该齿轮齿向是右旋，受力如图：由材料力学知识可求得水平支反力: 垂直支反力: 合成弯矩由图可知,危险截面在B右边 算得W=19300=/W=19.77MPa70MPa轴材料选用40Cr 查手册符合强度条件!3.5减速器滚动轴承的选择1.轴轴承 型号为30206的圆锥滚子轴承1）计算轴承的径向载荷：2）计算轴承的轴向载荷 (查指导书p125) 30206圆锥滚子轴承的基本额定动载荷Cr=43.3KN,基本额定静载荷Cor=50.5KW，e=0.37，Y=1.6两轴承派生轴向力为：因为轴左移，左端轴承压紧，右端轴承放松、2）计算轴承1、2的当量载荷,取载荷系数因为因为， 所以取3）校核轴承寿命按一年350个工作日,每天2班制.寿命15年.故所选轴承适用。2轴轴承1）计算轴承的径向载荷：2）计算轴承的轴向载荷 (查指导书p125) 30206圆锥滚子轴承的基本额定动载荷Cr=43.3KN,基本额定静载荷Cor=50.5KW，e=0.37，Y=1.6两轴承派生轴向力为：因为轴右移，左端轴承放松，右端轴承压紧、2）计算轴承1、2的当量载荷,取载荷系数因为因为， N所以取3）校核轴承寿命按一年350个工作日,每天2班制.寿命22年.故所选轴承适用。2轴轴承1）计算轴承的径向载荷：2）计算轴承的轴向载荷 (查指导书p125) 30211圆锥滚子轴承的基本额定动载荷Cr=90.8KN,基本额定静载荷Cor=114KW，e=0.4，Y=1.5两轴承派生轴向力为：因为轴右移，左端轴承放松，右端轴承压紧、2）计算轴承1、2的当量载荷,取载荷系数因为因为， 所以取3）校核轴承寿命按一年350个工作日,每天2班制.寿命22年.故所选轴承适用。3.6键联接的选择及校核计算1轴上与带轮相联处键的校核键A1028，bhL=10850 单键键联接的组成零件均为钢，=125MPa满足设计要求2轴上大齿轮处键键 A1225，bhL=161050 单键键联接的组成零件均为钢，=125MPa满足设计要求3轴上）联轴器处采用键A，bhL=181175 单键满足设计要求2）联接齿轮处采用A型键A 单键满足设计要求3.7铸件减速器机体结构尺寸计算表及附件的选择1、铸件减速器机体结构尺寸计算表2、减速器附件的选择，在草图设计中选择包括：轴承盖，窥视孔，视孔盖，压配式圆形油标，通气孔，吊耳，吊钩，螺塞，封油垫，毡圈等。3.8润滑与密封(润滑与密封方式的选择、润滑剂的选择)减速器内传动零件采用浸油润滑，减速器滚动轴承采用油脂润滑。Pw=2.8kw=89.17r/minPr=3.2kWY132S-4-B3Pm=7.5kWi=16.1i12=1i23=2.2i34=4.5i45=3.52n1=1440 r/minP1=3.2 Kwn3=654 r/minP3=3.07 kwT3=44.83 Nmn4=143.11r/minP4=2.95 kwT4=196.86 Nmn5=40.66r/minP5=2.83kwT5=664.70NmPca=3.52kwA型v=7.54 m/s =100mmdd2 =220 mmLd = 1600 mma=545mm包角合适Z=3 小齿轮：45钢调质大齿轮：45钢正火V=0.54m/s=1=1.05b2=60mmb1=65mm