用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器说明书

一、 设计任务书计算机辅助设计与制造专业机械设计基础课程设计任务书一设计题目：设计一用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器。已知条件：运输带工作拉力F；运输带工作速度v（允许运输带速度误差为5%）；滚筒直径D；两班制，连续单向运转，载荷轻微冲击；空载起动；工作年限5年；环境最高温度35；小批量生产。 原始数据： 题号运输带工作拉力 (N)运输带工作速度 (m/s)卷筒直径 (mm)备 注111001.50250直齿软齿面211501.60260斜齿软齿面312001.70270直齿软齿面412501.50240斜齿软齿面513001.55250直齿软齿面613501.60260斜齿硬齿面714501.55250直齿硬齿面815001.65260斜齿硬齿面915001.70280直齿硬齿面1016001.80300斜齿硬齿面二应完成的工作1. 减速器装配图1张；2. 零件工作图2张（从动轴、齿轮）；3. 设计说明书1份。系主任： 教研室主任： 指导教师：发题日期 年月日完成日期 年月日一目的：本课程设计运用所学的制图、金属工艺学、公差与配合、力学、设计基础的知识进行一次较全面的设计能力的训练，其基本目的是：1.培养学生利用所学知识，解决工程实际问题的能力。2.培养学生掌握一般机械传动装置、机械零件的设计方法及设计步骤。3.达到对学生进行基本技能的训练，例如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、标准、图册和规范等）的能力。二要求: 要求每位学生在设计过程中，充分发挥自己的独立工作能力及创造能力，对每个问题都应进行分析、比较，并提出自己的见解，反对盲从，杜绝抄袭。在设计过程中必须做到：1.随时复习教科书、听课笔记及习题。2.及时了解有关资料，做好准备工作，充分发挥自己的主观能动性和创造性。3.认真计算和绘图，保证计算正确和图纸质量。4.按预定计划循序完成任务。三 设计内容：1.电动机的选择及运动参数的计算；2.V带的传动设计；3.齿轮传动的设计；4.轴的设计（低速轴）；5.滚动轴承的选择及验算（低速轴）；6.键的选择计算及强度校核（低速轴）；7.联轴器的选择（低速轴）；8.润滑油及润滑方式的选择；9.绘制零件的工作图和装配图；（1）绘制零件的工作图； 大齿轮的零件图； 低速轴的零件图；（2）减速器的装配图； 注：零件图包括：(1)尺寸的标注；(2)公差；(3)精度；(4)技术要求。装配图包括：（1）尺寸标注（2）技术特性（3）零件编号 (4)编写零件明细表、标题栏。10编写设计说明书（1） 目录；（2） 设计题目：原始数据及工作条件，传动装置简图；（3） 设计计算：要有详细的设计步骤及演算过程；（4） 对设计后的评价；（5） 参考文献资料。四设计进程1 准备阶段（0.5天）(1)设计前详细研究和分析设计任务书和指导书，明确设计要求和设计内容，根据原始数据和工作条件，确定一个较全面合理的设计方案。(2)复习有关课程，参考有关资料，对所设计项目进行方案比较选出最优方案。2设计计算阶段（22.5天）（1） 电动机的选择及传动装置运动参数的计算；（2） V带的传动设计；（3） 齿轮传动的设计；（4） 轴的设计（低速轴）；（5） 滚动轴承的选择及验算（低速轴）；（6） 键的选择计算及强度校核（低速轴）；（7） 联轴器的选择；（8） 润滑油及润滑方式的选择；（9） 减速器的结构设计；3绘图阶段（66.5天） （1）大齿轮的零件图；（2）低速轴的工作图；（3）减速器的装配图（高速轴画成齿轮轴）4编写设计说明书（1天）5答辩或考察阶段（0.5天）五注意事项：1设计时发现问题，首先应自己考虑，查找资料，提出自己的看法和意见，与指导教师磋商，不应向指导教师寻求答案。2 贯彻三边的设计方法，即边计算、边绘图、边修改的方法。3设计时学生必须在规定的教室进行设计，未经批准不得缺席，经常迟到或旷课者，除按考勤记录外，视情节轻重，影响设计成绩。已知条件，运输带工作拉力F1350kw，运输带速度V1.6m/s，滚筒直径D260mm，两班制，连锁单项运转，载荷轻微冲击，空转启动，工作年限5年，环境最高温度35,小批量生产。二、 电动机的选择(1) 选择电动机类型：按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。(2) 选择电动机型号：电机所需的工作功率为其中，（取1）则由电动机至运输机的传动总效率为，其中则即，(3) 电动机的转速：计算滚筒工作转速：n筒=601000V/D=6010001.5/240=119.4r/min根据合理的传动比范围，初选V带的传动比i=2-4,齿轮的传动比i=3-5电动机的技术特性和外形及安装尺寸公表141，表142，符合这一范围电动机的同步转速有750r/min,1000r/min,1500r/min，有三种适用的电动机型号可供选择，如图：传动比方案比较从动比方案电动机型号额定功率/kw电动机转速r/min传动装置的传动比同步转速满载转速总传动比V带传动比齿轮传动比1Y100L2-431500142011.82.9542Y132S-6310009608.0424.023Y132M-837507105.9522.975综合考虑，电动机和传动装置的尺寸、重量和价格选择Y132S-6比较合适，因此选定型号为Y132S-6，所选电动机的主要性能和外观尺寸如下：额定功率同步转速满载转速起动转矩额定转矩最大转矩额定转矩3100096022电动机（Y132S-6）的主要外形尺寸和安装中心高H外形尺寸底脚安装尺寸地脚螺栓空直径K轴外伸尺寸11212三、 计算各轴的运动和动力参数（1）、计算各轴的功率：齿轮轴功率：2.10.972.037kw轴功率：2.0370.9950.971.97kw卷筒轴功率：1.970.9950.9951.95kw（2）、各轴的转速： 齿轮轴：960/2480r/min轴：960/（24.02）119.4r/min联轴器：119.4r/min（3）、各轴的转矩：电动机轴：=9550 =95502.1/960=20.89 Nm齿轮轴：9550 =95502.037/480=40.53 Nm轴：9550 =95501.97/119.4=157.57Nm联轴器：9550 =95501.95/119.4=155.97Nm运动和动力参数的计算结果参数轴名电动机轴I轴II轴滚筒轴转速n(r/min)960480119.4119.4功率P(kw)2.12.0371.971.95转矩T(Nm)20.8940.53157.57155.97传动比i24.021效率=0.97=0.960.99四、带传动的设计已知带传动选用Y系列异步电动机，其额定功率P=3,主动轮转速，从动轮转速，传动比，两班制工作，有轻度冲击。（1）、V带设计：项目设计与说明主要结果计算功率查教材P156 取 选V带型号根据查教材图8-11选区A型V带取A型V带确定带轮基准直径查表8-8，选100mm，从动轮基准直径为验算带速度VV在5m/s15m/s范围内，故带的速度合适V=5.024m/s确定V带的基准长度和传动中心距初选中心距基本V带长度查P146表8-2，选取V带的基准长度计算实际中心距验算主动轮上包角计算V带的根数z由查P152表8-4a，取根Z=5计算V带合适的初拉力查表得：计算作用在轴上的载荷五、齿轮的设计已知，。项目计算与说明主要结果选择材料 据课本表10-1，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。根据课本表10-8，选择7级精度。齿面粗糙度Ra1.63.2m按齿形制齿形角，顶隙系数，齿顶高系数，螺旋角，轴夹角，不变位，齿高用顶隙收缩齿。传动比u=/=4.02节锥角不产生根切的最小齿数：=15.292选=20，=u=4.0220=80.4 取=80精度7级按齿根弯曲强度计算公式： 2.92选载荷系数=1.2，小齿轮传递的扭矩=95.510/=4.05310Nmm，选取齿宽系数=1，由课本表10-6查得材料弹性影响系数。由图10-21d按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限。计算应力循环次数N1= 60njL =60*480*1*(2*8*365*10)=1.68*109N2=1.68*109/4.02=0.42*109由图10-19查得接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力试算小齿轮的分度圆直径 代入中的较小值得2.32=95.64mm计算圆周速度v 2.4m/s计算齿宽m=/=95.64/20=4.782mmh=2.25=2.254.782=10.7595mmb/h=95.64/10.7597=8.89计算载荷系数齿轮的使用系数载荷状态均匀平稳，查表10-2得=1.0。由图10-8查得动载系数=1.1。由表10-3查得齿间载荷分配系数=1。查表10-4得轴承系数,查图10-13 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径=95.64=105.2mmm=/=105.2/20=5.26mm取模数m=6mm确定齿轮主要参数及几何尺寸中心距：分度圆直径：齿宽：验算：校核齿面接触强度查表10-5得 =2.8,=1.55,=2.22,=1.77取安全系数=1.4 由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数=0.85，=0.88按脉动循环变应力确定许用弯曲应力根据弯曲强度条件公式安全结构设计及零件图六、轴的设计1、齿轮轴的结构设计结构如图，项目设计与说明主要结果选料钢 调质 217255HBS选钢估算最小处的轴径考虑到有键槽，将直径增大3，标准化确定各轴段的直径轴段取5mm轴段（与其相配轴承30207，d=35mm,D=72mm,T=18.25mm,B=17mm）取2.5mm轴段轴段取5mm轴段轴段与齿轴牙顶直径相等2、齿轮轴的长度设计结构如图，项目设计与说明主要结果各段轴长计算轴段查机械设计手册设计好的轮毂长度为54mm轴段去接近已设计好的主动齿轮厚度轴段查以确定好的轴承30207，B=17mm,挡油环厚度取5mm轴段轴段暂定轴段轴段取15mm取25mm跨距与总长跨距：L=轴承厚度B+2挡油环厚度+197mm总长：跨距：校核轴的弯矩组合强度1、主动轴的空间受力简图：2、计算扭矩：3、计算合成弯矩：分度圆直径：d=120mm圆周力：齿轮的压力角： 径向力：轴向力：4、水平受力计算：水平受力图支反力：弯矩：5、垂直的受力分析：垂直面受力图支反力：弯矩：合成弯矩：6、作当量弯矩图，当扭剪应力为脉动循环变应力时，取系数a=0.67、最大弯矩，由当量弯矩图可见，C处的当量弯矩最大为8、计算危险截面处直径查表11-1-1，强度极限查表11-1-3，许用弯曲应力则由于d=123mm22.1mm故所设计轴的直径强度足够3、从动轴的结构设计项目设计与说明主要结果选料钢 调质 217255HBS选钢估算最小处的轴径考虑有键槽，将直径增大3，标准化d=40mm确定各轴段的直径将轴分为7段，如图轴段取4.5mm.轴段（与其相配轴承为圆锥滚子轴承30210，d=50mm,D=90mm,T=21.75,B=20，查机械设计手册）取0.5mm轴段取0.5mm有一个键槽，所以增大4取整轴段取4mm轴段取3mm4、从动轴的长度设计轴的结构如下图：项目设计与说明主要结果各轴段长度计算轴段取弹性柱销联轴器，轴孔直径d=40mm，轴孔长度L=112mm（机械设计手册表13-2）轴段 齿宽120轴段 轴段S取7mm,a取13mm轴段（与其相配轴承为圆锥滚子轴承30210，d=50mm,D=90mm,T=21.75,B=20，查机械设计手册）轴段C取15mm，查机械设计手册表12-11，取25mm轴段（与其相配轴承为圆锥滚子轴承30210，d=50mm,D=90mm,T=21.75,B=20，查机械设计手册）暂取轴承B=20mm跨距L=183mm总长校核轴的弯曲组合强度（1）、绘制空间受力计算简图计算作用在轴上的力，齿轮受力分析：圆周力：径向力：轴向力：为轴承A水平反力，H面为轴承A垂直反力，V面为轴承B水平反力，H面为轴承B垂直反力，V面（2）、绘制水平反力计算简图，计算水平反力及弯矩，绘制弯矩图垂直支反力：水平支反力：水平面弯矩：（3）、绘制垂直受力计算简图，计算垂直支反力及弯矩，绘制弯矩图垂直弯矩：（4）、计算合成弯矩，绘制合成弯矩图M（5）、计算扭矩，绘制扭矩图（6）、计算当量弯矩，绘制当量弯矩图（取1）（7）、校核危险截面C的强度（d=54mm）该轴强度足够七、轴承的选择与验算1、验算轴承30210项目计算与说明计算结果根据条件计算轴承的预计寿命轴承预计寿命为58400h选择轴承类型一对圆锥滚子轴承30210轴各参数如下：转速n=119.4r/min输入功率P=1.97kw输入转矩T=157.57查机械设计基础课程设计11-3Y=1.4e=0.42 .04预选圆锥滚子轴承30210分别为跟n=119.4r/minP=1.97kwT=157.57Y=1.4e=0.42计算两轴承的径向反力轴向力计算轴承的轴向力轴承的内部轴向力按查机械设计基础表11-3-5，假设内部轴向力与轴向力的方向一致，所以应该将轴承的内部轴向力与轴向力之和与轴承的内部轴向力比较所以轴承被“压紧”，轴承被“放松”，根据机械工程设计基础表11-3-4有：查判断系数e查机械工程设计基础表11-3，e=0.42e=0.42判断与e的关系，求系数x,y轴承的系数：x=1,y=0轴承的系数：x=0.4,y=1.4x=1,y=0x=0.4,y=1.4计算当量载荷选取当量动载荷的轴承，计算轴承预期寿命轴承的寿命，滚子轴承，预期寿命为，取，则所以预期寿命足够预期寿命满足要求2、验算轴承30207项目计算与说明计算结果根据条件计算轴承的预计寿命轴承预计寿命为58400h选择轴承类型一对圆锥滚子轴承30207轴各参数如下：转速n=480r/min输入功率P=2.03kw输入转矩T=40.53查机械设计基础课程设计11-3Y=1.6e=0.37预选圆锥滚子轴承30207分别为跟n=480r/minP=2.03kwT=40.53Y=1.6e=0.37计算两轴承的径向反力轴向力计算轴承的轴向力轴承的内部轴向力按查机械设计基础表11-3-5，假设内部轴向力与轴向力的方向一致，所以应该将轴承的内部轴向力与轴向力之和与轴承的内部轴向力比较所以轴承被“压紧”，轴承被“放松”，根据机械工程设计基础表11-3-4有：查判断系数e查机械工程设计基础表11-3，e=0.37e=0.37判断与e的关系，求系数x,y轴承的系数：x=1,y=0轴承的系数：x=0.4,y=1.6x=1,y=0x=0.4,y=1.6计算当量载荷选取当量动载荷的轴承，计算轴承预期寿命轴承的寿命，滚子轴承，预期寿命为，取，则所以预期寿命足够预期寿命满足要求八、健的选择与验算1、联轴器与轴的键连接验算项目计算与说明主要结果键的类型联轴器与轴要求对中性好，故选择A型平键连接选择A型平键连接确定键槽尺寸由d=40mm,由机械设计手册表15-6，选宽度b=12mm,键高h=8mm,键长L=90mm,GBIT1096键b=12mmh=8mmL=90mmGBIT1096键验算弯矩压强该键的弯矩压强：查课本，表8-2-2，且有轻微冲击所以该键的磨损压强在范围内，该键强度足够。安全确定键槽尺寸及相应公差由课程设计表15-6，轴槽深5mm，毂深，宽为b=mm，轴槽长L90mm。5mmb=mmL90mm2、轴与大齿轮的键连接验算项目计算与说明主要结果键的类型联轴器与轴要求对中性好，故选择A型平键连接选择A型平键连接确定键槽尺寸由d=54mm,由机械设计手册表15-6，选宽度b=16mm,键高h=10mm,键长L=52mm,GBIT1096键b=16mmh=10mmL=52mmGBIT1096键验算弯矩压强该键的弯矩压强：查课本，表8-2-2，且有轻微冲击所以该键的磨损压强在范围内，该键强度足够。安全确定键槽尺寸及相应公差由课程设计表15-6，轴槽深mm，毂深，宽为b=mm，轴槽长L52mm。mmb=mmL52mm3、齿轮轴与带轮的键连接验算项目计算与说明主要结果键的类型联轴器与轴要求对中性好，故选择A型平键连接选择A型平键连接确定键槽尺寸由d=25mm,由机械设计手册表15-6，选宽度b=8mm,键高h=7mm,键长L=48mm,GBIT1096键b=8mmh=7mmL=7mmGBIT1096键验算弯矩压强该键的弯矩压强：查课本，表8-2-2，且有轻微冲击所以该键的磨损压强在范围内，该键强度足够。安全确定键槽尺寸及相应公差由课程设计表15-6，轴槽深mm，毂深，宽为b=mm，轴槽长L48mm。mmb=mmL48mm九、联轴器的设计项目设计与说明主要结果类型选择为了缓和震动和冲击，选择弹性柱销联轴器选择弹性柱销联轴器载荷计算查机械工程设计基础表8-3-1，选取工作情况系数k=1.5选联轴器暂选弹性柱销联轴器，许用转矩，许用转速，轴颈40mm，满足适用选弹性柱销联轴器十、箱体结构的设计减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用配合.1. 机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为40mm为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为3. 机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.4. 对附件设计 A 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固B 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.D 通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.E 盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.F 位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.G 吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体.十一、设计小结这次关于带式运输机上的单级圆柱斜齿轮减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过二个星期的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的工作打下了坚实的基础.1. 机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融机械原理、机械设计、材料力学、公差与配合、机械工程材料、机械设计手册等于一体。2. 这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想;训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。3. 在这次的课程设计过程中,综合运用先修课程中所学的有关知识与技能,结合各个教学实践环节进行机械课程的设计,一方面,逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力,特别是提高了分析问题和解决问题的能力,为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。4. 本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持。衷心的感谢老师的指导和帮助.5. 设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。十二、主要参考资料 1.机械设计 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著。高等教育出版社 2.机械原理 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著。高等教育出版社 3.机械零件设计手册 国防工业出版社 1986年12月版 4.机械设计手册 机械工业出版社 2004年9月第三版 5.实用轴承手册 辽宁科学技术出版社 2001年10月版 6.机械课程设计指导书 第二版