单级圆锥齿轮减速器和一级带传动课程设计

机械设计基础课程设计 目 录一、传动方案拟定.2二、电动机的选择.2三、计算总传动比及分配各级的传动比.4四、运动参数及动力参数计算.5五、传动零件的设计计算.5六、轴的设计计算.13七、箱体结构设计.23八、键联接的选择及计算.26九、滚动轴承设计.27十、减速器的润滑. 28计算过程及计算说明一、传动方案拟定第二组：设计单级圆锥齿轮减速器和一级带传动 （1） 工作条件：运输带工作压力F=6KN,工作速度V=1.3m/s,卷筒直径D=400mm,传动不可逆，长期连续单向运输，载荷平稳。 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 w=601000V/D=6010001.3/3.14400=62.07r/min（1）传动装置的总功率：总=123456 =0.960.9920.970.980.990.96=0.8551 (2)电机所需的工作功率：P工作= FV/总=7.8/0.85=8.99 KW3、确定电动机转速： 按推荐的传动比合理范围，取圆锥齿轮传动一级减速器传动比范围i齿轮=35。取V带传动比i带=24，则总传动比合理时范围为i总=620。故电动机转速的可选范围为nd=Ian筒=（620）62.07=372.281241.84r/min符合这一范围的同步转速有750和1000 r/min。根据容量和转速，由有关手册查出有二种适用的电动机型号：因此有二种传动比方案：综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选n=930r/min。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y180L-8。中心高H外形尺寸L(AC/2+AD)HD底角安装尺寸 AB地脚螺栓孔直径 K轴 伸 尺 寸DE装键部位寸 FG132;5153453152161781238801041三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比：i总=n电动/n=930/62.07=11.762、分配各级传动比（1） 据指导书，取齿轮i齿轮=3（单级减速器i=23合理）（2） i总=i齿轮I带i带=i总/i齿轮=9.6/3=3.2四、运动参数及动力参数计算1、 计算各轴转速（r/min）nI =nI/i带=930/2.94=316.326(r/min)nII=nII/i齿轮=316.326/4=79.081(r/min)II轴即为工作机构的转速nII= n卷筒=79.081(r/min)2、 计算各轴的功率（KW）PI= P工作带轴承=9.1760.960.99=8.72KW PII= PI轴承齿轮=8.720.970.99 =8.375KWP =PII联轴器卷筒=8.3750.980.99 =8.125 KW3、 计算各轴扭矩（Nm）TI=9.55PI/nI=95508.72/316.326=NmTII=9550PII/nII=95508.375/79.081 =1011.384NmT=95508.125/79.081=981.193 Nm五、传动零件的设计计算1、 皮带轮传动的设计计算（1） 选择普通V带截型由课本P150表9.21得：kA=1.1PC=KAP=1.111=12.1KW由课本P149图9.13得：选用B型V带（2） 确定带轮基准直径，并验算带速由课本图9.13得，推荐的小带轮基准直径为125140mm 则取dd1=140mmdmin=125 mmi = dd1/ dd2 =2.875 dd2=dd1=2.94140=411mm由课本P134表9.3，取dd2=400mm 实际从动轮转速n2=n1/ i =930/2.857 =325.25r/min转速误差为：n2-n2/n2=325.25-316.326/316.326 =0.281200（适用）（5）确定带的根数根据课本P144表（9.9）P0=0.95KW根据课本P151式（9.22）P0=0.12KW根据课本P148表（9.12）K=0.96根据课本P136表（9.4）KL=0.99 由课本P151式（9.22）得Z=PC/P=PC/(P0+P0)KKL =4.4/(0.95+0.12) 0.960.99 =4.3(6)计算轴上压力由课本P140表9.6查得q=0.1kg/m，单根V带的初拉力：F0=500PC/ZV（2.5/K-1）+qV2=5004.4/55.02(2.5/0.96-1)+0.15.022N =142.76N则作用在轴承的压力FQ，由课本P152式（9.24）=25142.76sin153.37/2=1384.75N 选用5根A1600 GB/T 115441997V带中心距a=462.67 带轮直径dd1=100mm dd2=315mm 轴上压力FQ =1384.75N2、齿轮传动的设计计算 （1）选择齿轮材料及精度等级 考虑减速器传递功率不在，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为220250HBS。大齿轮选用45钢，正火，齿面硬度170210HBS；根据课本P233表11.20选7级精度。齿面精糙度Ra1.63.2m (2)按齿面接触疲劳强度设计 由d1KT1/Ru4.98 ZE/(1-0.5R）(H) 2 1/3由式（6-15）确定有关参数如下：传动比i齿=3 取小齿轮齿数Z1=28。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=328=84 实际传动比I0=84/28=3传动比误差：i-i0/I=3-3/3=0%0.75% 可用齿数比：u=i0=3由课本P233表11.19取r=0.3 (3)转矩T1T1=9.55106P/n1=9.551063.3/300 =1.1105Nmm (4)载荷系数k 由课本P211表11.10取k=1.1 (5)许用接触应力HH= HlimZNT/SH由课本P208图11.25查得：HlimZ1=560Mpa HlimZ2=530Mpa由课本P133式6-52计算应力循环次数NLNL1=60njLn=603001(105240)=3.744108NL2=NL1/i=3.744108/3=1.248108 .由课本P210图11.28查得接触疲劳的寿命系数：ZNT1=1.1 ZNT2=1.13通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0H1=Hlim1ZNT1/SH=5601.1/1.0Mpa=616MpaH2=Hlim2ZNT2/SH=5301.13/1.0Mpa=598.9Mpa故得： 由d1KT1/Ru4.98 ZE/(1-0.5R）(H) 2 1/3 d1=77.2模数：m=d1/Z1=77.2/28=2.76mm根据课本表11.3取标准模数：m=2.5mm(6)校核齿根弯曲疲劳强度根据课本P214（11.25）式 F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaF确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mZ1=2.528mm=70mmd2=mZ2=2.584mm=210mm锥距R= (d12+ d22) 1/2=221.4齿宽：b=R/3=73.8取b=74mm (7)齿形系数YFa和应力修正系数YSa根据齿数Z1=28,Z2=84由表11.12相得YFa1=2.58 YSa1=1.61YFa2=2.25 YSa2=1.77 (8)许用弯曲应力F根据课本P208（11.16）式：F= Flim YNT/SF由课本图11.26查得：Flim1=210Mpa Flim2 =190Mpa由图11.27查得：YNT1=YNT2=1按一般可靠度选取安全系数SF=1.3 计算两轮的许用弯曲应力F1=Flim1YNT1/SF=2101/1.3Mpa=162MpaF2=Flim2 YNT2/SF =1901/1.3Mpa=146Mpa将求得的各参数代入式F1=4kT1YFYS/R(1-0.5R)2 Z2 m3(u2+1) 1/ 2=41.11.11052.581.61/0.3(1-0.50.3) 2 2822.53(27+1) 1/ 2 Mpa=121.43Mpa F1F2=4kT1YFYS/R(1-0.5R)2 Z2 m3(u2+1) 1/ 2=41.11.11052.251.77/0.3(1-0.50.3) 2 8422.53(27+1) 1/ 2Mpa=116.42Mpa F2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够(9)计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/601000=3.1477.2300/601000=1.21m/s(10)几何计算分度圆直径：d1=mZ1=70mmd2=mZ2=2.584mm=210mm分度圆锥角1=18.43 2=71.57锥距R=1/2(d12 +d22) 1/ 2=105.58 mm齿宽b=1/3R=35.2mm齿顶圆直径: da1= d1 +2ha cos=74.74mmda2= d2 +2ha cos=219.5mm齿根圆直径df1= d1 -2 hf cos=64.3mm df2= d2-2 hf cos=204.3mm齿根角=arctanhf/R=1.63齿顶角=arctanh a/R=1.36齿顶圆锥角a1=19.8齿顶圆锥角a2=69.94当量齿数Z v1=z1/ cos=29.47 Z v2=z2/ cos=88.42受力分析 Ft1=-Ft2=Fr1=-Fa2= Ft1*tanFa1=-Fr2= Ft1*tan d m1=(1-0.5R)d 1=59.5 d m2=(1-0.5R)d2=178.5F t1=2T1 / d m1=3.6104F t2=2T1 / d m2=1.2104F r1= 1.2104 F r2 =0.14104F a1=0.42104 F a2 =0. 4104六、轴的设计计算 输入轴的设计计算1,按扭转强度估算轴的直径选用45#调质，硬度217255HBS根据课本P313（16.2）式，并查表16.2，取c=115d115 (3/100)1/3mm=35.7mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=35.7(1+5%)mm=37.485选d1=37mm2、轴的结构设计 （1.齿轮轴的设计 (2)确定轴各段直径和长度 从大带轮开始右起第一段，由于齿轮与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取D1=37mm，又带轮的宽度b=40 mm 则第一段长度L1=40mm右起第二段直径取D2=42mm根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的内端面与带轮的左端面间的距离为30mm，则取第二段的长度L2=40mm 右起第三段，该段装有滚动轴承，选用圆锥滚子轴承，则轴承承受径向力和轴向力为零，选用30209型轴承，其尺寸为458519，那么该段的直径为D3=47mm，长度为L3=20mm右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D4=50mm，长度取L4= 80mm 右起第五段为滚动轴承段，则此段的直径为D5=45mm，长度为L5=20mm (3)求齿轮上作用力的大小、方向 小齿轮分度圆直径：d1=70mm作用在齿轮上的转矩为：T1 =110 Nm 求圆周力：FtFt=3.6104 N 求径向力FrFr=1.2104 NFt，Fr的方向如下图所示 （4）轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水平面的支反力：RA=944.08N RB=2832.23 N 垂直面的支反力： RA= =321.67NRB =964.88 N（5）画弯矩图 右起第四段剖面处的弯矩： 水平面的弯矩：M水平=RA0.08=37.76 Nm 垂直面的弯矩：M垂直= RA0.08=12.87 Nm 合成弯矩： （6）画转矩图： T= Ftd1/2=84.59 Nm （7）画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面C处的当量弯矩： （8）判断危险截面并验算强度右起第四段剖面处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以该剖面为危险截面。已知M当=93.87Nm ,由课本表13-1有:-1=60Mpa 则：e= M当/W= M当/(0.1D43)=93.871000/(0.1453)= 10.30MPa-1右起第一段处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： e= MD/W= MD/(0.1D13)=50.751000/(0.1283)=33.12 Nm-1 所以确定的尺寸是安全的 。 受力图如下：输出轴的设计计算(1) 确定轴上零件的定位和固定方式 （如图） (2)按扭转强度估算轴的直径 选用45#调质，硬度217255HBS轴的输入功率为P=3.06 Kw 转速为n=292 r/min根据课本P205（13-2）式，并查表13-2，取c=115d115 (3.06/292)1/3mm=25.2mm 取d2=25mm(3)确定轴各段直径和长度 从右端开始右起第一段， 安装滚动轴承。 故D1=45mm, L1=19mm.右起第二段为滚动轴承的轴肩，其直径应小于滚动轴承内圈的外径。取D2=50mm ，L2=36mm右起第三段为圆锥齿轮的轴肩，其直径应大于圆锥齿轮的轴孔孔径，取D3=60mm，长度根据箱体的具体参数设计得到，在此取L3=80mm。右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，大齿轮的分度圆直径为238.5mm，则第四段的直径取50mm,齿轮宽为b=40mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=38mm。右起第五段，考虑齿轮的轴向定位需要安装套筒取D5=48mm ,长度取L5=20mm。右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D6=45mm，长度L6=20mm7右起第七段为链轮的轴肩，取D7=42mm ，L3=70mm(4)求齿轮上作用力的大小、方向 大齿轮分度圆直径：d1=210mm作用在齿轮上的转矩为：T1 =2920Nm求圆周力：FtFt=2T1/d2=1.2104 N 求径向力FrFr=0.14104NFt，Fr的方向如下图所示（5）轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。 水平面的支反力：RA= Ft100/120=1573.46N, RB=Ft20/120 = 314.69 N 垂直面的支反力：RA= Fr100/120=207.99NRB =Fr20/120=41.60 N（6）画弯矩图 右起第四段剖面处的弯矩： 水平面的弯矩：M水平=RA0.02= 31.47 Nm 垂直面的弯矩：M垂直=RA0.02=4.16 Nm 合成弯矩： （7）画转矩图： T= Ftd2/2=71.50 Nm（8）画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面处的当量弯矩： （9）判断危险截面并验算强度右起第四段剖面处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面为危险截面。已知M当=53.37Nm ,由课本表13-1有:-1=60Mpa 则：e= M当/W= M当/(0.1D43)=53.371000/(0.1383)=9.73MPa-1右起第七段处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： e= M7/W= M7/(0.1D73)=42.91000/(0.1423)=5.79MPa-1 所以确定的尺寸是安全的 。 以上计算所需的图如下：八箱体结构设计(1) 窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。(2) 放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。(3)油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。(4)通气器减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。(5)启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。(6)定位销 为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置尽量远些。如机体结构是对的，销孔位置不应该对称布置。(7)调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用。(8)环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。(9)密封装置 在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应根据具体情况选用。箱体结构尺寸选择如下表：机座壁厚 8机盖壁厚1 5机座凸缘厚度b 15机盖凸缘厚度b 1 5机座底凸缘厚度b 2 15地脚螺钉直径df 15轴承旁联结螺栓直径d1 8机盖与机座联接螺栓直径d2 6轴承端盖螺钉直径d3 8窥视孔盖螺钉直径d4 6定位销直径d 8轴承旁凸台半径R1 16凸台高度h 据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准外机壁至轴承座端面距离l1 60, 44大齿轮顶圆与内机壁距离1 12齿轮端面与内机壁距离2 10机盖、机座肋厚m1 ,m2 7, 7轴承端盖外径D2 130 轴承端盖凸缘厚度t 8 轴承旁联接螺栓距离S尽量靠近，以Md1和Md2互不干涉为准，一般s=D2键联接设计1输入轴与大带轮联接采用平键联接此段轴径d1=37mm,L1=50mm查手册得，选用A型平键，得：A键 87 GB1096-79 L=L1-b=50-8=42mmT=103.6Nm h=7mm根据课本P243（10-5）式得p=4 T/(dhL)=4103.61000/（37742） =38.1 Mpa R =110Mpa2、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d3=40mm L3=80mm T=292Nm查手册P51 选用A型平键键149 GB1096-79l=L3-b=80-14=66mm h=9mmp=4T/（dhl）=42921000/（40980）=40. 6Mpa P1,故计算P2就可以了。 （3）选择轴承型号选择型号为30209的圆锥滚子轴承查表得：Cr=67.8kN预期寿命足够此轴承合格2.输出轴的轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷P因该轴承在工作条件下受到Fr径向力作用和轴向力，查手册知：派生轴向力Fs=0.4Fr,且系数X=0.4,Y=1.1。经计算得：P1=1491.2N P2=594.72N（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值 P1P2,故计算P1就可以了（3）选择轴承型号选择型号为30209的圆锥滚子轴承查表知， Cr=67.8KN预期寿命足够 此轴承合格密封和润滑的设计1.密封 由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。2润滑(1) 对于齿轮来说，由于传动件的的圆周速度v 12m/s,采用浸油润滑，因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于3050mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1KW需油量V0=0.350.7m3。(2) 对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，且难以经常供油，所以选用润滑脂润滑。这样不仅密封简单，不宜流失，同时也能形成将滑动表面完全分开的一层薄膜。设计小结 机械设计课程设计是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性环节。(1) 通过这次机械设计课程的设计，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。(2) 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。(3) 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。参考文献：1. 陈立徳.机械设计基础第2版. 北京：高等教育出版社，20042. 陈立徳.机械设计基础课程设计.北京：高等教育出版社，2006.7结果总=0.86F工作=6KN电动机型号Y180L-8i总=9.6据手册得i齿轮=4i带=3nI=316.326r/minnII=79.081r/minPI=8.72KWPII=8.375KWTI=103.6NmTII=292.23Nmdd2=320mm取标准值dd2=315mmn2=304.8r/minV=5.02m/s378mma01080mm取a0=800Ld=1600mma=462.67mmZ=5根F0=142.76NFQ =1384.75Ni齿=3Z1=28Z2=84u=3T1=1.1105NmmHlimZ1=560MpaHlimZ2=530MpaNL1=3.744108NL2=1.248108ZNT1=1.1ZNT2=1.13H1=616MpaH2=598.9Mpad1=77.2mmm=2.5mmd1=70mmd2=210mmb=74mmYFa1=2.58YSa1=1.61YFa2=2.25YSa2=1.77Flim1=210MpaFlim2 =190MpaYNT1=1YNT2=1SF=1.3F1=121.43MpaF2=116.42MpaV =1.21m/sd=25mmd1=37mmL1=50mmd2=42mmL2=40mmd3=47mmd5=30mmL=100mmL3=20mmD4=47mmL4=80mmD5=45mmL5=20mmFt=3.6104 NFr=1.2104 NRA=944.08NRB=2832.23NRA=321.67NRB=964.88 NM水平=37.76 Nm M垂直= 12.87 Nm M合=39.89NmT=84.59 Nm =0.6M当=93.87Nm-1=60MpaMD=50.75Nmd=25mmD1=30mmL1=19mmD2=35mmL2=36mmD3=40mmL3=80mmD4=45mmL4=38mmD5=48mmL5=20mmD6=45mmL6=20mmD7=42mmL7=70mmFt=599.58NFr=218.23NRA=1573.46NRB=314.69NRA=207.99NRB=41.60 NM水平=31.47NmM垂直= 4.16 NmM合=31.74NmT=71.50 Nm=0.6M当=53.37Nm-1=60MpaM7=42.9Nm键12832第 页 共 32 页