机械设计基础课程设计设计用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速器.docx
《机械设计基础课程设计设计用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础课程设计设计用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速器.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机械设计基础课程设计设计用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速器
《机械设计基础》课程设计
计算说明书
设计题目_设计用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速器
1.设计题目
1.1题目名称
设计用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速器
1.2运动简图
运动简图如下：
图1传动方案设计简图
1.3设计条件
1）工作情况：
单向转动，载荷平稳，空载启动；
1）运动要求：
混料机主轴转速误差不超过7﹪；
2）使用寿命：
10年，每年300天，每天8小时；
3）检修周期：
半年小修；两年大修；
4）生产厂型：
中小型机械制造厂；
5）生产批量：
成批生产。
1.4原始数据
原始数据具体如下：
表1-1原始数据
已知条件
题号
19
混料机主轴扭矩（N·m）
160
混料机主轴转速（r/min）
120
1.5设计课程的内容
（1）电动机选型；
（2）带传动设计；
（3）减速器设计；
（4）键及联轴器选型设计；
（5）其他。
1.6设计工作量
（1）传动系统安装图1张；
（2）减速器装配图1张；
（3）设计计算说明书1份（A4纸）。
2.电动机选择计算
计算项目
计算及说明
计算结果
2.1选择电动机类型
Y系列三相异步电动机
此电动机高效、节能、振动小、噪声小、运行安全可靠，安装尺寸和功率等级符合国际标准，适合无特殊要求的各种机械设备。
2.2选择电动机功率
电动机功率选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。
小于工作要求，不能保证正常工作，长期过载发热量大而过早损坏；容量过大则电动机价格高，不满载运行，增加电能消耗，造成很大浪费。
（1）计算工作机所需功率
Pw=FV/1000
T--工作机主轴扭矩，单位为Nm；
nw--工作机转速，单位为r/min；
（2）传动装置的总效率η总：
由查得η（联轴器）=0.98，η（滚动轴承）=0.98，η（齿轮传动）=0.97。
（V带）=0.95
η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器
=0.95×0.982×0.97×0.98
=0.87
（3）电机所需的工作功率：
Pd=Pw/η总=7.2/0.87=8.28KW
（4）确定电动机的额定功率Ped
Ped=（1～1.3）Pd=8.28KW～10.764KW
查表可知：
Ped=11KW
Pw=7.2kw
η总=0.87
PPd=8.28KW
Ped=8.28KW～10.764KW
Ped=11KW
2.3电动机转速及型号的确定
混料机主轴转速（r/min）：
按手册P7表1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i1=3～6。
取V带传动比i2=2～4，则总传动比理时范围为ia=6～20。
故电动机转速的可选范围为：
nd=ia×nw=（6～20）×120r/min=720r/min～2400r/min
符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。
根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：
因此有三种传支比方案：
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，则选n=1000r/min。
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Y160L－6。
其主要性能：
额定功率：
11KW，满载转速970r/min。
nd（满载）=970r/min
3.传动比的计算
计算项目
计算及说明
计算结果
3.1传动装置的总传动比
传动装置总传动比为i总：
（由已知条件可知nw=120r/min）
i总=nd/nw=970/120=8.08
ii总=8.08
3.2分配各级传动比
根据查表得：
取齿轮i齿轮=3（单级减速器i齿轮=3～6合理）
∵i总=i齿轮×i带
∴i带=i总/i齿轮=8.08/3=2.69
i带=2.69
i齿轮=3
4.运动参数及动力参数计算
计算项目
计算及说明
计算结果
4.1计算各轴转速
nI=n带=970r/min
n
=nI/i带=970/2.69=360.6（r/min）
n
=n
/i齿轮=360.6/3=120.2（r/min）
（nI=nw，n
为齿轮高速轴转速，n
为齿轮低速轴转速）
nI=970r/min
n
=360.6r/min
n
=120.2r/min
4.2计算各轴的功率
电动机轴功率：
P
=Pd=8.28KW
高速齿轮轴功率：
P
=P
×η带=8.28×0.95=7.87KW
低速齿轮轴功率：
P
=P
×η轴承×η齿轮=8.28×0.98×0.97=7.86KW
由查得η（联轴器）=0.98，η（滚动轴承）=0.98，η（齿轮传动）=0.97。
（V带）=0.95
P
=8.28KW
P
=7.87KW
P
=7.86KW
4.3计算各轴转矩
电动机轴转矩：
T
=9550×P
/n
=9550×8.28/970=81.52N·m
高速齿轮轴转矩：
T
=9550×P
/n
=9550×7.87/360.6=208.43N·m
低速齿轮轴转矩：
T
=9550×P
/n
=9550×7.87/120.2=625.28N·m
T
=81.52N·m
T
==208.43N·m
T
=625.28N·m
5.传动零件的设计计算
计算项目
计算及说明
计算结果
齿轮传动的设计计算
5.1选择齿轮材料及热处理方式
考虑到混料机为一般机械，减速器传递功率不大，故大小齿轮均选用45钢。
为制造方便，所以齿轮采用软齿面。
采用材料时一般使小齿轮齿面硬度比大齿轮高20～50HBs。
齿面粗糙度Ra
1.6～3.2
m。
材料相关属性表
材料
热处理方式
硬度/HBs
接触疲劳极限σHlim/MPa
弯曲疲劳极限σFE/MPa
小齿轮
45
调质
217～286
350～400
280～340
大齿轮
45
正火
197～286
550～620
410～480
45钢
小齿轮调质处理
大齿轮正火处理
8级精度
5.2确定齿轮传动的参数
按上表取小齿轮硬度为260HBs，接触疲劳极限
弯曲疲劳极限
；大齿轮硬度为220HBs，接触疲劳极限
，弯曲疲劳极限
按一般可靠度取最小安全系数
，
计算许用应力：
得：
小齿轮
；
大齿轮
；
（1）按齿面接触强度设计
设齿轮按8级精度制造。
取载荷系数1.3，齿宽系数
，小齿轮上的转矩T1＝9550＝9550=58.1N。
取
齿数取
，则
。
模数
，
齿宽
，b值应加以圆整，作为大齿轮的齿宽b2，而使小齿轮的齿宽
，取
，
按标准模数系列取
，实际
，
，
中心距
齿顶高：
齿根高：
全齿高：
齿顶圆：
齿根圆：
（2）齿根弯曲疲劳强度校核计算
齿形系数
，
，
，
（3）验算结果：
轮齿弯曲强度满足要求。
6.轴的设计计算
计算项目
计算及说明
计算结果
6.1输入轴的设计计算
已知输入轴传递的功率
，转速
，小齿轮的齿宽
齿数
，模数
，压力角
，载荷平稳。
按照“轴的常用材料及其主要力学性能表”进行选择，选取45号钢为轴的材料，调质处理。
由
，查“常用材料的[τ]值和C值表”知45号钢C值范围为118～107，取C=115，计算后得
，取
（考虑有键槽，将直径增大5%）。
最终取值33mm
6.2输入轴轴的结构设计
（1）确定轴的结构方案
右轴承从轴的右端装入，靠轴肩定位。
齿轮和左轴承从轴的左端装入，齿轮右侧端面靠轴肩定位，齿轮和左轴承之间用定位套筒使左轴承右端面得以定位，左右轴承均采用轴承端盖，齿轮采用普通平键得到圆周固定。
（2）确定轴的各段直径
轴结构示意图
1轴段为最小径，安装带轮，
；2轴段安装轴承端盖，按照轴肩
原则，取
；3轴段安装轴承及挡油圈，为减少装配轴承处的精加工面长度设置轴肩
，其中d3为轴承内径大小
（根据机械设计课程上机与设计续表13-3：
取深沟球轴6309），轴承宽
；轴两端装轴承处轴径相等，则7段取
；4轴段安装齿轮，齿轮内径
，齿轮的轴向定位轴肩
，取
；6、7之间有砂轮越程槽，取
。
（3）确定轴的各段长度
结合绘图后确定各轴段长度如下：
1轴段的长度取
（根据带轮结构及尺寸）；2轴段总长度
（根据外装式轴承端盖的结构尺寸，起厚度
，还有箱体的厚度取10mm）；3轴段
（轴承的宽与套筒的长度和）；4轴段
（因为齿轮的齿宽为70mm，轴段的长度应比零件的轮毂短2-3mm）；5、6、7轴段长度
；则轴的全长为
。
按弯矩复合强度计算
已知：
转矩
小齿轮分度圆直径
圆周力
径向力
法向力
两轴承间距离为162mm,因为该轴两轴承对称，所以：
LA=LB=81mm
（1）绘制轴受力简图如下
（2）绘制垂直面弯矩图如下
垂直面内的轴承支反力：
水平面内的轴承支反力：
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
（3）绘制水平面弯矩图如下：
截面C在水平面上弯矩为：
（4）绘制合弯矩图如上
（5）绘制扭矩图如上
转矩：
（6）当量弯矩计算
转矩产生的扭转力按脉动循环变化，取α=0.6，截面C处的当量弯矩：
（7）校核危险截面C的强度
判定危险截面为第四段轴的中心面，轴的材料选用45钢，调质处理，查机械设计基础表14-1得
，表14-3查得
则：
∴该轴强度足够。
6.3输出轴的设计计算
已知输出轴传递的功率
，转
，大齿轮的齿宽
齿数
，模数
，压力角
，载荷平稳。
1）初步估算轴的直径
按照“轴的常用材料及其主要力学性能表”进行选择，选取45号钢为轴的材料，正火处理。
由
，查“常用材料的[τ]值和C值表”知45号钢C值范围为118～107，取C=115，计算后得
，取
（考虑有键槽，将直径增大5%）。
最终取45mm
2）轴的结构设计
（1）确定轴的结构方案
右轴承从轴的右端装入，靠轴肩定位。
齿轮和左轴承从轴的左端装入，齿轮右侧端面靠轴肩定位，齿轮和左轴承之间用定位套筒使左轴承右端面得以定位，左右轴承均采用轴承端盖，齿轮采用普通平键得到圆周固定。
（2）确定轴的各段直径
轴结构示意图
由图中个零件配合尺寸关系知
；
，
，
，
，
。
（3）确定轴的各段长度
结合绘图后确定各轴段长度如下：
1轴段的长度取
（根据联轴器结构及尺寸）；2轴段总长度
（根据外装式轴承端盖的结构尺寸，其厚度
，还有箱体的厚度取10mm）；3轴段
（轴承的宽与套筒的长度和）；4轴段
（因为齿轮的齿宽为65mm，轴段的长度应比零件的轮毂短2-3mm）；5、6、7轴段长度
（考虑到轴承的宽度及砂轮越程槽的宽度）；则轴的全长为
。
3）按弯矩复合强度计算
已知：
转矩：
大齿轮分度圆直径
圆周力
径向力
升级会员 