机械设计基础课程设计带式运输上的单级直齿圆柱齿轮减速器.doc
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1、湖南工学院说明书机械设计制造 专业 二零零五 级 机制0506 班题 目 带式运输上的单级直齿圆柱齿轮减速器 姓 名 陈亚夫 指导教师 任芝兰 职称 讲师 2007年01月6日 课程设计评语:课程设计答辩负责人签字年 月 日目 录一、设计任务书二、传动方案的拟订三、电动机的选择四、传动装置传动比的分配五、计算传动装置的运动和运动参数六、普通V带的设计计算七、齿轮的设计计算八、传动轴的设计计算九、箱体结构的设计计算十、键连接的选择十一、滚动轴承的设计计算十二、润滑与密封十三、联轴器的选择十四、设计小结附录:参考资料目录一、 设计任务书题目: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、 原
2、始数据:运输带拉力F(KN)2.5运输带工作速度V(m/s)1.6卷筒直径D(mm)4302、 工作条件: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5年,一班制工作,卷筒不包括其轴承效率为97%,运输带允许速度误差为5%。一班制。3、 设计任务:1)、装配图一张(一号图纸), 轴零件图一张和齿轮零件图一张(2-3号图纸) 2)、设计说明书一份(8000字以上)4、设计内容:1)、机械系统总体传动方案的分析和拟订:2)、电动机的选择与传动装置运动参数的计算;3)、传动件(齿轮、带轮)等的计算;4)、轴的设计;5)、轴承及其组合部件设计;6)、键连接和联轴器的选择;
3、7)、润滑设计;8)、箱体、机架等零件设计;9)、有关附件的设计(油标、透视窗口)等;10)、装配图与零件图设计及绘图5、设计进度:1)、设计准备,拟定传动方案,传动比分配等(1天) 2)、强度校核;(轴、齿轮) (1天) 3)、其它结构设计 (0.5天)4)、编写使用说明书(1天) 5)、绘制装配图(3天)6)、绘制零件图(1天)二、 传动方案的拟定根据设计要求拟定下图所示为本次设计的传动方案:三、电动机的选择设计说明及数据计算备 注1选择电动机的类型 按工作要求和条件,选用三相笼型异步电动机,封闭式结构,电压380V,Y型2选择电动机的容量 根据原始数据,运输带拉力F和运输带速度V,可得运
4、输带所需功率 P卷筒 = FV=2.51.6=4.0KW。 电动机的所需的工作功率 Pd=KW 由电动机至运输带的传动总效率为 a=122345 取1=0.97, 2=0.98(滚子轴承),3=0.97(齿轮精度为8级,不包括轴承效果),4=0.99(齿轮联轴器),5=0.97,则 a=0.970.9830.970.990.97=0.83 所以Pd= 5KW3确定电动机转速 卷筒轴的工作转速为 n =代入数据得:n = 71.1 r/min 查表得传动比的合理范围,取V带传动的传动比i1=24,单级圆柱齿轮减速器传动比i2=36,则总传动比合理范围为ia=624,故电动机转速的可选范围为 nd
5、= ian = (624)71.1=426.61706.4 r/min 查机械设计手册(软件版R2.0,出版:机械工业出版社)得符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min和1500r/min 这三种。 根据容量和转速,由机械设计手册查出有三种适用的电动机型号,因此有三种传动比方案,如下表:方案电动机型号额定功率电动机转速r/min电动机重量传动装置的传动比同步转速满载转速总传动比V带传动减速器1Y160M2-85.5kW750720125112.252Y132M2-65.5kW10009608514.742.85.2643Y132S-45.5kW150014406822.11
6、3.85.82综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和带传动、减速器的传动比,可见方案2比较适合。因此选定电动机型号为Y132M2-6,其主要性能如下表:型号额定功率 kW满 载 时起动电流额定电流起动转矩额定转矩最大转矩额定转矩转速r/min电流(380V时) A效率%功率因素Y132M2-65.59606.585.30.786.522 电动机主要外形和安装尺寸如下图:式中:1、2、3、4、5分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器、卷筒的传动效率。所查表为机械设计课程设计指导书第7页表1 常见机械传动的主要性能。此为电动机外型尺寸及安装孔位置尺寸图。此为电动机转轴及键剖面尺寸图。四、传动装置传动
7、比的分配设计说明及数据计算备 注 因选定的电动机型号为Y132M2-6,满载转速nm=960r/min和工作机主动轴转速n=71.1r/min,可得传动装置总传动比为: ia=13.5 总传动比为各级传动比i1、i2、i3in的乘积,即 ia = i1i2i3in 因此分配传动装置传动比利时ia = i0i 为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取i0 = 2.5(实际的传动比要在设计V带传动时,由所选大、小带轮的标准直径之比计算),则减速器的传动比为: i = =5.40式中i0、i分别为带传动和减速器的传动比。五、计算传动装置的运动和运动参数设计说明及数据计算备 注 为进行传动件的设计计算,要
8、推算出各轴的转速和转矩(或功率)。如将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴、轴,以及 i0,i1,为相邻两轴间的传动比; 01,12,为相邻两轴间的传动效率; P1,P2,为各轴间的输入功率(kW); T1,T2,为各轴的输入转矩(Nm); N1,n2,为各轴的转速(r/min), 按电动机轴至卷筒运动传递路线推算,得到各轴的运动和动力参数。1各轴转速 电动机转轴转速 n = 960r/min 轴转速 n1 = =384r/min 轴转速 n2 = =71.1r/min 卷筒轴转速 n3 = 71.1r/min2各轴输入功率 电动机 Pd = 5kW 轴 P1 = Pd01=4.630.95=4
9、.85kW 轴 P2 = P112=P123=4.850.980.97=4.61kW 卷筒轴 P3 = P2224=4.610.980.97=4.38kW 、轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率0.98,轴输出功率为:P1= P10.98=4.850.98=4.75kW,轴输出功率为:P2=P20.98=4.610.98=4.51kW。3各轴输入转矩 电动机转轴输出转矩 Td = 9550=49.74Nm 轴输入转矩 T1 = Tdi01=120.61 Nm 轴输入转矩 T2 = T1i123=619.12 Nm 卷筒输入转矩 T3 = T2224=588.66Nm 、轴的输出转矩则分别为输
10、入转矩乘轴承效率0.98,轴输出转矩为T1= T10.98=107.2 Nm,轴输出转矩为T2=T20.98=550.35Nm。 运动和动力参数计算结果整理于下表:轴 名效率 P(kW)转矩 T(Nm)转速nr/min传动比i效 率输 入输 出输 入输 出电动机轴549.749602.50.97轴4.854.75109.4120.613841.001轴4.614.51619.12606.7477.34卷筒轴4.43588.6677.34轴为主动齿轮轴,轴为从动齿轮轴。 六、普通V带的设计计算设计说明及数据计算备 注1选择普通V带型号 查表得KA = 1.1,可得 Pc = KAP=1.15=5
11、.5kW。 查机械设计基础第134页图9-7可知应选用A型V带。2确定带轮基准直径d1和d2 查机械设计基础第132页表9-2取d1 = 118mm,可得 d2 = n1d1(1-)/n2 = id1(1-)=2.5118(1-0.01)=292.05mm 取d2 = 300mm 3验算带速 由带速公式得: =5.9m/s V值介于525m/s范围内,所以合适。4确定带长和中心距 由带长公式可得 0.7(d1+d2)02(d1+d2) 0.7(118+300)02(118+300) 所以有 292.60836。 初定中心距0=700mm,由带长公式得带长 L0 = 20+ 代入数据得:L0 =
12、 2086.10mm 查表选用Ld = 2000mm,由公式得实际中心距 =0+(Ld-L0)/2代入数据得:=660mm5验算小带轮上的包角1 由包角公式得 1 = 180- 57.3 代入数据1 =164.34120,合适。6确定带的根数 由带的根数计算公式得 z = 查表得P0 =1.39kW,P0 = 0.15kW;K= 0.98;KL = 1.03, 所以 Z =2.12。 取5根。7计算轴上的压力 查机械设计基础第132页表9-1得q = 0.1kg/m,故可得初压力 F0 = +q2 = 147.97N。 得作用于轴上的压力为 FQ = =1240N。8带轮的设计 通过前面计算得
13、知小带轮直径为118mm,大带轮直径为300mm,故小带轮结构采用实心式,大带轮结构采用辐板式。采用HT150铸铁制造,表面调质处理。 大带轮尺寸图所查表为机械设计基础第134页表9-5 工作情况系数KA。所查表为机械设计基础第132页表9-3 普通V带的基准长度系列Ld及长度系数KL。所查表分别为机械设计基础第133页表9-4,第136页表9-6,第136页表9-7,第132页表9-3。七、齿轮的设计计算设计说明及数据计算备 注1选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。 根据所选择传动方案,选用闭式直齿圆柱标准齿轮传动。 大、小齿轮均选软齿面。小齿轮的材料选用40Cr调质,齿面硬度为3
14、00HBS,大齿轮选用45钢调质,齿面硬度为250HBS。二者硬度差为50HBS。 齿轮精度初选8级。2初步选取主要参数 取z1 =24,z2 =iz1=2.524=60, 取a =0.5,则d =0.5(i+1)a=0.875,符合所查表范围。3按齿面接触疲劳强度设计计算 按下面公式计算小轮分度圆直径 d1 确定各参数值: 1)载荷系数 查表取K=1.2; 2)小齿轮名义转矩 T1 =9.55106=9.55106=120618Nmm; 3)材料弹性影响系数 查表得 Z=189.8; 4)区域系数 ZH =2.5; 5)重合度系数 因t =1.88-3.2=1.88-3.2=1.69, Z=
15、0.87; 6)许用应力 查图得Hlim1=770MPa, Hlim2=610MPa,查表,按一般可靠要求取SH=1,则 H1 =770MPa, H2 =610MPa, 取两式计算中的较小值,即H=610MPa; 于是 d1 =mm=59.62mm。4确定模数 计算模数 m=2.48 取标准值 m=2.5mm.(查表6-1)5按齿根弯曲疲劳强度校核计算 按弯曲疲劳强度公式校核 式中:1)小轮分度圆直径 d1 =mz1 =2.524mm=72mm; 2)齿轮啮合宽度 b=dd1 =0.87560mm=52.5mm; 3)复合齿形系数 查图得YFS1 =4.25,YFS2 =3.98; 4)重合度
16、系数 Y=0.25+=0.69; 5)许用应力 查图得Flim1 =310MPa,Flim2 =240MPa, 查表,取SF =1.25, 则 ; 6)计算大、小齿轮的并进行比较: 于是: =100.43 故满足齿根弯曲疲劳强度要求。6几何尺寸计算: d1 = mz1 =2.524mm=60mm; d2 = mz2 =2.560mm=150mm; 为了绘图和制造方便取 d2 = 105 126mm;为了利于制造和测量取 =330 b = 52.5mm; 取 b2 = 55mm; b1 = b2 +(510)mm,取b1 = 60mm。7验算初选精度等级是否合适 齿轮圆周速度 : 查表可知选择8
17、级精度合适。8结构设计及绘制齿轮零件图 见齿轮结构设计图。所查表为机械设计基础第79页表6-9所查表为机械设计基础第75页表6-6所查表为机械设计基础第76页表6-7所查图为机械设计基础第77页图6-21,所查表为机械设计基础第78页表6-8所查图为机械设计基础第77页图6-20所查图为机械设计基础第78页图6-22(a)所查表为机械设计基础第73页表6-5八、传动轴的设计计算设计说明及数据计算备 注、低速轴设计1拟定轴上零件的装配方案如下图:齿轮3,套筒4,右端轴承5,轴承端盖8,联轴器7,轴端挡圈11依次从轴的右端向左端安装,而左端只安装轴承1及其端盖。2确定轴上零件的定位和固定方式如上图
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