机械设计课程设计单级直齿圆柱齿轮减速器

机械设计课 程 设 计 说 明 书设计题目： 单级直齿圆柱齿轮减速器 系 （部）： 物理科学与技术学院专 业： 热能与动力工程年 级： 09级学生姓名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2011-12- 20 机械设计课程设计计算说明书u 一、传动方案拟定.3u 二、电动机的选择.3u 三、计算总传动比及分配各级的传动比.5u 四、运动参数及动力参数计算.5u 五、传动零件的设计计算.6u 六、轴的设计计算.12u 七、滚动轴承的选择及校核计算.20u 八、键联接的选择及计算.21计算过程及计算说明一、 传动方案拟定设计一台带式运输机中使用的单级直齿圆柱齿轮减速器（1） 工作条件：使用年限10年，工作为单班工作制。（2） 原始数据：滚筒圆周力F=4000N；带速V=0.75m/s；滚筒直径D=300mm。总体设计示意图所下：二、电动机选择1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择：（1）传动装置的总功率：总=带3轴承齿轮联轴器链滚筒 =0.950.98530.970.990.960.96=0.8243(2)电机所需的工作功率：P电机=FV/（1000总）=40000.75/10000.805=3.7337KW3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：n筒=601000V/D=6010000.75/300=47.746r/min 按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Ia=36。取V带传动比I1=24，链传动比I2=26，则总传动比理时范围为Ia=12144。故电动机转速的可选范围为nd=Ian筒=（12144）47.77=573.246878.88r/min符合这一范围的同步转速有750、1000、1500和3000r/min选择电动机型号为Y132M-6，具体参数：额定功率Po=4kW；同步转速1000r/min；满载转速no=960r/min三、计算总传动比及分配各级的传动比分配各级传动比 选择 i带=2.5I链=3.45总传动比i总 =no/n筒=960/47.77=20.01 计算i链=i总 /i齿轮 /i带= 2.32满足允许的误差要求。四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）n电机=960r/minn= n电机/i带=384(r/min)n=n/i齿轮=111.3(r/min)n=n/i链=47.98(r/min)2、 计算各轴的功率（KW）P电机=3.7337KWP=P电机轴承带=3.4938KWP= P轴承齿轮=3.3382KWP= P2轴承齿轮链=3.2566KW3、 计算各轴扭矩（Nmm）TI=9550PI/nI=87.96NmTII=9550PII/nII =283.15NmTIII=9550PIII/nIII =656.84Nm五、传动零件的设计计算1.带传动的设计及校核1.1计算功率工况系数KA=1(表13-8)1.2选取普通V带根据Pc和no根据表13-15可用A型带，小带轮直径为112mm140mm，考虑带速,现取d1=130mm1.3实际传动比1.4带速符合要求。1.5中心距初步选取a0实际取值为650mm。查表13-2，基准长度Ld=2500，实际中心距为1.6 小带轮包角符合要求。1.7 V带根数计算由n1、d1查表13-3得到P0=1.4kW由i查表13-5得到P0=0.11kW由查表13-7，K=0.97由Ld查表13-3，KL =1.09则应取3根。1.8轴上压力查表13-1，A型带q=0.1kg/m，单根V带的初拉力作用在轴上的压力2.变速箱齿轮设计及校核2.1材料选择齿轮均采用45钢表面淬火处理，硬度4050HBS，；查表11-5知安全系数SH=1.3，SF=1.52.2由齿面接触强度计算尺寸精度暂取为9级，根据表11-3载荷系数K=1.2许用应力查表11-4，ZE=188；对于标准齿轮ZH=2.5小齿轮直径d1根据表4-1选取模数m=2选取齿数为实际传动比实际齿轮直径中心距查表11-6，齿宽系数=0.82.3校核齿轮弯曲强度由图11-8和11-9得到齿型系数YFa1=2.8；YSa1=1.58YFa2=2.25；YSa2=1.77齿面危险截面弯曲应力2.4齿轮圆周速度1.01m/s2m/s用9级精度设计制造是合适的。3.链传动设计及校核3.1链轮齿数传动比为i链=2.32，由表13-12选取z1=27，取z2=69，实际传动比误差在允许范围内。3.2链条节数取中心距a0=40p 3.3计算功率由表13-15查得工况系数KA=1.0得到计算功率 Pc=KAP=3.34kW3.4链条选取由n1和Po查图13-33得单根链条Km=1查图13-33在该工作点处应选取链型号为12A，节距p=19.05mm。3.5中心距 a=a0=40p=762mm 3.6链条速度符合速度要求，无须验算静力强度。 3.7轴上压力确定 3.8链轮尺寸分度圆直径4.最终实际传动比总传动比 工作机实际转速 满足允许的误差要求。六、轴的设计计算1.计算轴的最小直径查表11.3,取:轴:轴:轴:考虑有键槽,将直径增大.2.轴的结构设计选材45钢,调质处理.由表14.1,查得.由表14.3查得.联轴器的计算转矩由表10.1,查得按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查表8-7,选择弹性柱销联轴器,型号为:型联轴器公称转矩为:半联轴器的孔径:,故取:.半联轴器长度半联轴器与轴配合的毂孔长度为:.2.1轴上零件的定位,固定和装配单级减速器中可以将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布.齿轮左面由套筒定位,右面由轴肩定位,联接以平键作为过渡配合固定,两轴承均以轴肩定位.2.2确定轴各段直径和长度2.2.1段:为了满足半联轴器的轴向定位要求,轴段右端需制出一轴肩,故取段的直径,左端用轴端挡圈定位,查手册表按轴端去挡圈直径,半联轴器与轴配合的毂孔长度:,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故段的长度应比略短,取:.2.2.2 初步选择滚动轴承,因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 ,故选用蛋列圆锥滚子轴承,参照工作要求并根据:.由表选取型轴承,尺寸:，轴肩故左端滚动轴承采用绉件进行轴向定位,右端滚动轴承采用套筒定位.2.2.3取安装齿轮处轴段的直径：，齿轮右端与右轴承之间采用套筒定位,已知齿轮轮毂的宽度为,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短与轮毂宽度,故取：,齿轮右端采用轴肩定位,轴肩高度,取则轴环处的直径轴环宽度取即轴肩处轴径小于轴承内圈外径,便于拆卸轴承。2.2.4轴承端盖的总宽度为：,取：.2.2.5取齿轮距箱体内壁距离为:.,.至此,已初步确定了轴的各段直径和长度.2.3 轴上零件的周向定位齿轮,半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接按查手册表4-1,得:平键截面bh=1811键槽用键槽铣刀加工,长为:.为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为;,半联轴器与轴的联接,选用平键为: ,半联轴器与轴的配合为:.滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为:.2.4确定轴上圆角和倒角尺寸,参照课本表11.2,取轴端倒角为:,各轴肩处圆角半径:段左端取,其余取,处轴肩定位轴承,轴承圆角半径应大于过渡圆角半径,由手册,故取段为.2.5求轴上的载荷在确定轴承的支点位置时,查手册表6-7,轴承型,取因此,作为简支梁的轴的支撑跨距,据轴的计算简图作出轴的弯矩图,扭矩图和计算弯矩图,可看出截面处计算弯矩最大 ,是轴的危险截面.2.6按弯扭合成应力校核轴的强度.2.6.1作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为，.2.6.2求作用于轴上的支反力水平面内支反力垂直面内支反力2.6.3作出弯矩图分别计算水平面和垂直面内各力产生的弯矩.由计算总弯矩2.6.4作出扭矩图.2.6.5作出计算弯矩图.2.6.6 校核轴的强度对轴上承受最大计算弯矩的截面的强度进行校核.,由表11.5,由表4-1,取,计算得:,得故安全.2.7 精确校核轴的疲劳强度校核该轴截面左右两侧.2.7.1截面右侧:由课本表11.5,得:抗弯截面模量,抗扭截面模量,截面右侧的弯矩,截面世上的扭矩,截面上的弯曲应力,截面上行的扭转切应力.截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及,由图1.15,查得:得:由图1.16,查得:材料的敏性系数为:故有效应力集中系数为:由图1.17,取:尺寸系数;扭转尺寸系数:.按磨削加工,由图1.19,取表面状态系数:.轴未经表面强化处理,即:.计算综合系数值为:.取材料特性系数:.计算安全系数:由式,得,.由表11.6,取疲劳强度的许用安全系数:.故可知其安全.2.7.2截面左侧抗弯截面模量.抗扭截面模量.弯矩及弯曲应力,扭矩及扭转切应力,过盈配合处的值:,由,得:.轴按磨削加工,由图1.19,取表面状态系数为:.故得综合系数,.所以在截面右侧的安全系数,.故该轴在截面右侧的强度也是足够的. 3.确定输入轴的各段直径和长度七、滚动轴承的选择及校核计算1.轴承的选择：轴承1：单列圆锥滚子轴承30211（GB/T 297-1994）轴承2：单列圆锥滚子轴承30207（GB/T 297-1994）2.校核轴承：圆锥滚子轴承30211，查手册：由表8.6，取由表8.5查得：单列圆锥滚子轴承时的值为：.由表8.7得：轴承的派生轴向力.因，故1为松边，作用在轴承上的总的轴向力.查表6-7，得:30211型,.由表8.5，查得：,得.计算当量动载荷,.计算轴承寿命取. 八、键联接的选择及校核计算1.输入轴：键， ，型.2.大齿轮：键， ，型.3.输出轴：键， ，型.查表3.1， ,式3.1得强度条件:.校核键1：;键2：;键3：.所有键均符合要求。F=4000NV=0.75m/sD=300mm总=0.8243P电机=3.7337KWn筒=47.746r/min电动机型号Y132M-6i带=2.5i齿轮=3.45i链=2.32n电机=960r/minn=384r/minn=111.3r/minn=47.98r/minPI=3.4938KWPII=3.333KWPIII=3.257KWTI=87.96NmTII=283.15NmTIII=656.84Nmd1=130mmV=6.53m/sLd=2500a=735mmF0=154.43NFQ=920.33nSH=1.3SF=1.5m=2YFa1=2.8YSa1=1.58YFa2=2.25YSa2=1.771.01m/s2m/sz1=27z2=69.3i=2.56a=a0=762mmv=0.95m/sFQ=4219Nd1=50.9mmd2=118.1mmdmin=43.26mmd1=45mmL=112mmL1=84mma=10mmd2=341.98mmT2=524.9N.mFt=3070NFr=1137NFa=585NRH1=1583NRH2=1487NRv1=-450NRv2=1587NMH=73068N.mmMv2=78557N.mmMv1=-20961N.mmM1=76534N.mmM2=107654N.mmW=16637.5mm3WT=33275mm3M=87413N.mmT2=524917N.mmb=5.25MPaT=15.78MPa=2.0=1.31S=18.98S=11.76Sca=15.1W=21600mm3WT=43200mm3M=4.05 MPa2=12.15MPaK=3.25K=2.62S=20.89S=16.22Sca=12.81R1=1646NR2=2175Ny=1.5S1=549NS2=725NA1=1307Nx2=0.4y2=1.5P1=1646NP2=3920.9NLH=7722460h预期寿命足够22