《机械设计课程设计设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动（含全套图纸）.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计课程设计设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动（含全套图纸）.doc（26页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、全套CAD设计图纸联系QQ153893706设计计算说明书设计题目：V带单级圆柱减速器机电系：班级：设计者：学 号：指导教师：二八年五月六日目录一、前言-1二、传动方案拟定-3三、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-6六、轴的设计计算-11七、滚动轴承的选择及校核计算-20八、键联接的选择及计算-23九、联轴器的选择及验算-24十、参考资料-25一、 前言机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成
2、本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。根据设计要求，我们考虑以下四种传动方案，如下图所示：类型传递功率（KW）速度（m/s）效率传动比特 点开式闭式一般最大普通V带传动50025300.940.97247传动平稳、缓冲、中心距大、结构简 单、寿命短。链传动100200.900.930.950.97268中心距大、高速不平稳、多用于低速传动。圆柱齿轮传动直齿750斜齿和人字齿500007级精度25255级及以上151300.940.96一对齿0.960.99一对齿单级:37两级：840单级:1520两级：60承载能力大、尺寸小、效
3、率高、制造精确、成本高、传动比恒定。圆锥齿轮传动直齿1000曲线齿15000直齿5曲线齿5400.920.95一对齿0.940.98一对齿247承载能力大、尺寸小、效率高、制造精确、成本高、传动比恒定。蜗杆传动通常50最大750滑动速度15个别350.500.70一对齿0.700.92一对齿1040单级:80两级：3600尺寸小、效率较低制造精度要求高成本高、传动比大传动平稳。方案（a）选用了V形带传动和单级圆柱齿轮减速器传动。V形带传动布置于最高级，传动平稳、缓冲吸振和过载保护的特点。方案（b）采用蜗轮蜗杆传动，结构紧凑。但蜗杆传动传动效率低，功率损耗大，不适宜长期连续运转。方案（c）采用两
4、级闭合齿轮传动，适应于繁重及恶劣的条件下长期工作，使用维护方便。但减速机零件较多，加工成本高。方案（d）适合于布置在窄长的通道中工作，但加工圆锥齿轮比圆柱齿轮困难，成本也较高。以上四种方案各有特点，适用于不同的工作场合。根据工作条件和设计要求，拟选用第一种方案最为合适。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机
5、构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。由于单级圆柱齿轮减速器的速度较低、载荷较轻，适合于本设计要求，齿轮可做成直齿。减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。计算过程及计算说明一、传动方案拟定课题：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动原始资料：1、电机型号：Y112M-4 N=4Kw；2、输送带运行速度：v= 2.0（m/s）；3、滚筒直径：D=500mm4、运输机两班制连续工作，单向运转，工作时有轻度振动。使用期限10年。二、计算总传动比及分配各级的传动比1、 总传动比：in电机满载转速：nm=1450r/min滚筒转速：nw=v/d r/s=2.0/(3.140.5) r/
6、s=1.2739r/s=76.43r/min总传动比in=nm/nw=1450/76.43=18.972、分配各级传动比初定减速级的传动比i齿轮=6，则V带传动的传动比为i带， i带= i总/ i齿轮=18.97/6=3.16取i带=3.16。三、运动参数及动力参数计算1、 计算各轴转速（r/min）电机转速：nd=nm=1450r/minI轴的转速：nI=nd/ i带=1450/3.16=458.9 (r/min)轴的转速：n=nI/ i齿轮=458.9/6=76.5 (r/min)滚筒的转速：nw= n=76.5 (r/min)2、 计算各轴的功率（KW）电机的功率：p0=4 kWI轴的功
7、率：PI= p001=40.95=3.8 (Kw)轴的功率：P=PI02=3.80.96=3.65 (Kw)滚筒的功率：Pw= P03=3.650.99=3.61 (Kw)3、 计算各轴扭矩（Nmm）电机的转矩：T0=9550P0/n0=95504/1450=26.34N mI轴的转矩：T1=9550PI/nI=95503.8/458.9=79 N m轴的转矩：T2=9550P/n=95503.65/76.5=455.6 N m滚筒的转矩：Tw=9550Pw/nw=95503.61/76.5=450 N m四、传动零件的设计计算1、皮带轮传动的设计计算(1)普通V带截型选择PckAP式中 kA
8、-工作情况系数，查表得：KA1.2 P-名义传动功率（kW）。PckAP=1.24=4.8（kW）根据计算功率和小带轮得转速nd=1450r/min，查表初选带的型号为A型。（2）确定带轮基准直径dd1和dd2dd1小，则传动所占空间小，重量轻，但dd1太小，则弯曲应力d1太大，所以dd1稍大于并取标准值，查表，因为带为A型，所以取dd195mmdd1min=75mm。dd2i带dd1=3.1695=300.2 (mm)选取标准值dd2315 (mm)（3）验算带速vv=dd1nd/(601000) (m/s)=3.14951450/(601000)=7.21 (m/s)5m/sv25m/s带
9、速合适。实际传动比i实i实= dd2/ dd1=315/95=3.315i=( i实i)/i=(3.3153.16)/3.16=0.0495%。误差在允许范围内。从动轮实际转速nI实1450/i实1450/3.315=437.4 (r/min)n=( n实nI)/nI=(437.4458.9)458.9=-0.0475%。误差在允许范围内。（4）确定中心距a0和带的基准长度LD0.7(dd1+ dd2)a02(dd1+ dd2)287a0820考虑到结构紧凑，故取a0=400mm。按带的几何关系，求得的计算长度Ld0的近似公式如下：Ld0=2x400+3.14(95+315)/2+(31595
10、)2/(4x400)=1473 mm取带的标准长度Ld=1400mm。由于带传动的中心距设计成可调的，a可用下式近似计算：a=a0+(LdLd0)/2=400+(14001473)/2=363.5(mm)考虑安装、调整、补偿初拉力，中心距需有一定调整范围，其大小为：amin=a0.015Ldamax=a+0.03Ld所以，amin=363.521=342.5(mm)amax=363.5+42=405.5(mm)（5）计算包角对于开口传动，有几何关系得1180(dd2-dd1)/a) 60120=180(315-95)/363.5) 60=143.7=143.7120符合要求。（6）确定带的根数
11、A型带，n=1450r/min，查表得P0=1.2kW；查包角系数，得K0.92；查长度系数，得kL=0.96;查弯曲影响系数，得kb=1.03x10-3；主动轮转速，nd=1450r/min；查传动比系数，得ki=1.14；P0=kbnd(1-1/ki)=1.0310-31450(11/1.14)=0.183( kW)z=Pc/(P0+P0) KkL)=4.8/(1.2+0.183)0.920.96)=3.92根取z=4根，z10，合适。查表得B=(z-1)e+2f=(41) 15+210=65mm。（7）确定带得初拉力F0推荐单根V带张紧后的初拉力F0 为查表得，q=0.1kg/m2，代入
12、公式F0=500x+0.1x7.212=148N（8）计算带对轴得压力Q为设计轴和轴承，应计算出带对轴得压力Q。Q=2F0Zsin(/2)=21484sin(143.7/2)=1125N。2、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大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240260HBS。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220HBS；根据需要选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d1766(kT1(u+1)/duHP2)1/3 确定有关参数如下：传动比i=6 取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1
13、=620=120取大齿轮齿数Z2=120 实际传动比i0=120/20=6传动比误差：i-i0/i=(66)/6=02.5% 可用齿数比：u=i0=6查表，取d=1.0 (3)转矩T1T1= 9550PI/nI=95503.8/458.9=79 N m (4)载荷系数k 取k=1.5 (5)接触疲劳强度极限Hlim由课本图10-33查得：Hlim1=690Mpa Hlim2=660Mpa(6)许用接触应力HPHP1=0.9Hlim1=621MPaHP2 =0.9Hlim2=594MPa(7)影响系数E查表取E=1故得：d1766(kT1(u+1)/duHP2)1/3 =7661.779(6+1
14、)/1659421/3mm=56mm模数：m=d1/Z1=56/20=2.8mm取标准模数：m=2.5mm (6)确定有关参数和几何尺寸分度圆直径：d1=mZ1=2.520mm=50mmd2=mZ2=2.5120mm=300mm传动中心距：a=(m/2)(Z1+Z2)=(2.5/2)(20+120)=175mm齿宽：b=dd1=150mm=50mm取b1=50mm b2=60mm齿轮的圆周速度VV=d1n1/601000=3.1450458.9/601000=1.2m/s选齿轮传动精度等级8级合适。(7) 校核齿根弯曲疲劳强度根据式: F=(2000kT1/bm2Z1)YFsFP弯曲疲劳极限应
15、力：由课本图查得：Flim1=290Mpa Flim2 =280Mpa许用弯曲应力F：FP11.4Flim1=1.4x290Mpa=406 MpaFP21.4Flim2=1.4x280Mpa=392 Mpa复合齿形系数：查表得：YFS1=4.13 YFS2=3.98F1=(2000kT1/bm2Z1)YFs1=(20001.579/602.5220) 4.13Mpa=130.5Mpa FP1F2=F1 YFS2/ YFS1=85.83.98/4.13=125.7 Mpa FP2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够。五、轴的设计计算 输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质，硬度217255HBS
16、查表，取c=115d115 (3.8/458.9)1/3mm=23.3mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=23.3(1+5%)mm=24.5选d=25mm2、轴的结构设计 （1）轴上零件的定位，固定和装配 单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定 （2）确定轴各段直径和长度工段：d1=25mm 长度取L1=75mmh=2c c=1.5mmII段:d2=d1+2h=25+221.5=31mm初选用46206型角接触球轴承，其内径为30mm,宽度为16mm，外径为62m
17、m。d2=30mm 考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑带轮和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为56mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：L2=（2+20+16+56）=94mmIII段直径d3L3=L1-L=50-2=48mm由手册得：c=1.5 h=2c=21.5=3mmd3=d3+2h=30+23=36mm取d3=36mm段直径d4=40mm长度与右面的套筒相同，即L4=20mm但此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，因此将段设计成阶梯形，左段直径为36mm段直径d5=
18、30mm. 长度L5=17mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=107mm (3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d1=50mm求转矩：已知T2=79000Nmm求圆周力：FtFt=2T2/d1=276509/50=3160N求径向力FrFr=Fttan=3160tan200=1150N因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=53.5mm (1)绘制轴受力简图（如图a） （2）绘制垂直面弯矩图（如图b）轴承支反力：FAY=FBY=Fr/2=575NFAZ=FBZ=Ft/2=1580N由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为MC1=FAyL/2=57552.5=30.19Nm
19、(3)绘制水平面弯矩图（如图c）截面C在水平面上弯矩为：MC2=FAZL/2=158052.5=82.95Nm (4)绘制合弯矩图（如图d）MC=(MC12+MC22)1/2=(30.192+82.952)1/2=88.3Nm (5)绘制扭矩图（如图e）转矩：T=9.55（P2/n2）106=80.1Nm (6)绘制当量弯矩图（如图f）转矩产生的扭剪按脉动循环变化，取=1，截面C处的当量弯矩：Mec=MC2+(T)21/2=88.32+(180.1)21/2=119.2Nm (7)校核危险截面C的强度由式e=Mec/0.1d33=120500/0.1363=25.5MPa -1b=60MPa该
20、轴强度足够。 输出轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质钢，硬度（217255HBS）查表取c=115dc(P3/n3)1/3=115(3.65/76.5)1/3=41.7mm取d=45mm2、轴的结构设计 （1）轴的零件定位，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，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。 （2）确定轴的各段直径和长度 初选46211型角接触球轴承，其内径为55mm，宽度为21mm，外
21、径为100mm。各段直径：外伸出端直径为45mm。为了使联轴器能定位，在轴的外伸端设计一轴肩，所以通过轴承透盖、右轴承和套筒段直径取为55mm。两端轴承处轴颈取55mm。齿轮处的轴直径取为60mm。轴承轴肩处、套筒直径为70mm。为了便于轴承的安装，轴肩左端取62mm。各段长度：齿轮宽度为60mm，故取齿轮轴长度为58mm，46211轴承宽度为21mm，因此左端轴径长度为21mm，考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为15mm，透过透盖的轴段长度为58mm，安装联轴器轴段长度为112mm。由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=111mm。 (3)按弯扭复合强度计算求
22、分度圆直径：已知d2=300mm求转矩：已知T3=455.6Nm求圆周力Ft： Ft=2T3/d2=2455.6103/300=3037.3N求径向力Fr：Fr=Fttan=3037.30.36379=1105N两轴承对称LA=LB=55.5mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=1105/2=552.5NFAZ=FBZ=Ft/2=3037.3/2=1518.6N (2)由两边对称，知截面C的弯矩也对称截面C在垂直面弯矩为MC1=FAYL/2=552.555.510-3=30.66Nm (3)截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=1518.655.510-
23、3=84.28Nm (4)计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2 =（30.662+84.282）1/2 =89.7Nm (5)计算当量弯矩：根据=1Mec=MC2+(T)21/2=89.72+(1455.6)21/2 =464.35Nm (6)校核危险截面C的强度e=Mec/（0.1d3）=464350/(0.1603)=21.5Mpa-1b=60Mpa此轴强度足够六、滚动轴承的选择及校核计算根据条件，轴承预计寿命1636510=58400小时1、计算输入轴承 （1）已知n=458.9r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=575N初选两轴承为角接触球轴承46206型轴承内部轴向力
24、FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=362.2N (2) FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端FA1=FS1=362.2N FA2=FS2=362.2N (3)求系数x、yFA1/FR1=362.2N/575N=0.63FA2/FR2=362.2N/1575N=0.63根据e=0.68FA1/FR1e x1=1 FA2/FR258400h预期寿命足够。2、计算输出轴承 (1)已知n=76.5r/min Fa=0 FR=FAZ=1518.6N试选46211型角接触球轴承根据FS=0.63FR,则FS1=FS2=0.63FR=0.631518.6=
25、956.7N (2)计算轴向载荷FA1、FA2FS1+Fa=FS2 Fa=0任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端两轴承轴向载荷：FA1=FA2=FS1=956.7N (3)求系数x、yFA1/FR1=956.7/1518.6=0.63FA2/FR2=956.7/1518.6=0.63查表得：e=0.68FA1/FR1e x1=1 y1=0FA2/FR258400h此轴承合格七、键联接的选择及校核计算1、输入轴与齿轮联接采用平键联接轴径d3=42mm L3=48mm T=79Nm查手册 选A型平键键128 GB1096-79l=L3-b=48-12=36mm h=8mmp=4T/dhl=4
26、79000/42836 =26.1Mpap(110Mpa)3、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d2=60mm L2=58mm T=455.6Nm查手册 选用A型平键键1811 GB1096-79l=L2-b=58-18=40mm h=11mmp=4T/dhl=4455600/601140=69Mpap八、联轴器的选择与验算为减轻减速器输出端的冲击和振动，选择弹性柱销联轴器，代号为HL。选择工作情况系数K1.5TCKTII1.5455.6683.4 Nm按计算转矩、轴径、转速，从标准中选取HL4型弹性柱销联轴器，采用短圆柱形轴孔。公称转矩：Tn1250 NmTC许用转速：n4000rpmnII主
27、动端：J型轴孔、A型键槽、轴径d145，半联轴器长度L=84。N=4KwN=1450rpmV=2.0m/sD=500mmi总=18.97i齿轮=6i带=3.16nd=1450r/minnI =458.9r/minnII=76.5r/minnw =76.5r/minPI=3.8KwPII=3.65KwPw=3.61KwT1=79N.mT2=455.6N.mTw=450N.mdd1=95mmdd2=315mmv=7.21m/s287a0820取a0=400Ld=1400mma=363.5mmZ=4根B=65mmF0=148NQ =1125Nii=6Z1=20Z2=120T1=79N.mHlim1=
28、621MpaHlim2=594Mpam=2.5mmd1=50mmd2=300mmb1=50mmb2=60mm Flim1=290MpaFlim2 =210MpF1=130.5MpaF2=125.7Mpad=25mmd1=25mmL1=75mmd2=30mmL2=94mmd2=30mmL3=48mmd3=36mmd4=40mmL4=20mmd5=30mmL=105mmFt =3160NFr=1150NFAY =575NFBY =575NFAZ =1580NMC1=30.19NmMC2=82.95NmMC =88.3NmT=80.1NmMec =119.2Nme =25.5MPa-1bd=45mm
29、L=111mmFt =3037.3NFAX=FBY =552.5NFAZ=FBZ =1518.6NMC1=30.66NmMC2=84.28NmMC =89.7NmMec =464.35Nme =21.5Mpa-1b轴承预计寿命58400hFS1=FS2=362.2Nx1=1y1=0x2=1y2=0P1=862.5NP2=862.5NLH=329244h预期寿命足够FR =1518.6NFS1=956.7Nx1=1y1=0x2=1y2=0P1=2278NP2=2278NLh =1076540h故轴承合格A型平键128p=26.1MpaA型平键1811p =69MpaTC683.4 Nm十、总结毕业设计我们在进行毕业之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础。十一、 参考资料 1、机械设计基础 机械工业出版社2、机械零件课程设计手册 北京工业大学出版社 3、机械制图高等教育出版社4、机械制造工程 机械工业出版社
