二级减速器计算说明书.docx

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二级减速器计算说明书

一．机械设计课程设计任务书

二．传动方案的拟定及说明

由题目所知传动机构类型为：

同轴式二级圆柱齿轮减速器。

故只要对本传动机构进行分析论证。

本传动机构的特点是：

减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。

结构较复杂，中间轴较长、刚度差，中间轴承润滑较困难。

三．电动机的选择

原始数据

运输机筒转矩1550

卷筒的直径D（mm）400

运输带速度V（m/s）0.9

带速允许偏差（%）5

使用期限（年）10

工作制度（班/日）2

1．电动机类型和结构的选择

因为本传动的工作状况是：

工作平稳、单向运转。

所以选用常用的封闭式Y（IP44）系列的电动机。

2．电动机容量的选择

1）卷筒轴的输出功率Pw

Pw＝6kW

2）电动机的输出功率

＝Pw/η

传动装置的总效率η＝

式中，……为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。

由本表2-4查得：

V带轮传动=0.96；滚动轴承=0.99；圆柱齿轮传动=0.97；联轴器=0.99；卷筒轴滑动轴承=0.96,则

=0.83

故Pd＝=8.4kW

3）电动机的额定功率

由本表20-1选取电动机的额定功率＝11kW

3．电动机转速的选择

为了便于选择电动机转速，先推算电动机转速的可选范围，由本表2-1查得V带传动常用的传动比范围~4，单级圆柱齿轮传动比范围~6，则电动机转速可选范围为

=773~6187r/min

可见同步转速为3000r/min，1500r/min，1000r/min的电动机符合。

对于后两者进行比较，如下表：

方案电动机型号额定功率（Kw）电动机转速（r/min）电动机质量

（Kg）总传动比传动比

同步满载

1Y160M-4111500146012333.953.54

2Y160L-611100097014722.562.89

由表中数据比较可知道，方案2传动比小，但结构尺寸大，造价高；综合考虑，选用造价较低，结构尺寸较小，总传动比较小的方案1。

4．电动机型号的确定

由本表20－1，本表20-2查出电动机型号为Y160M-4,其额定功率为11kW，满载转速1460r/min。

基本符合题目所需的要求。

5.传动装置的总传动比及其分配

（1）计算总传动比

i＝=33.95

（2）合理分配各级传动比

由于减速箱是同轴式布置，所以两级传动比相同。

因为i＝33.95，取V带轮传动的传动比＝2.7，则单级圆柱齿轮传动的传动比

=3.54

四．计算传动装置的运动和动力参数

1．各轴转速

电动机轴为0轴，减速器高速轴为I抽，中间轴承为II轴，低速轴为III轴，各轴转速为

=1460r/min

=1460/2.7=540.7r/min

=540.7/3.54=152.7r/min

=152.7/3.54=43r/min

2．各轴输入功率

按电动机额定功率计算各轴输入功率，即

=11Kw

=11×0.96=10.56Kw

=10.56×0.99×0.97=10.14Kw

=10.14×0.99×0.97=9.74Kw

3．各轴转矩

71.95Nm

186.51Nm

634.16Nm

2163.19Nm

各轴转速、输入功率、输入转矩如下表：

项目电动机轴0高速轴I中间轴II低速轴III

转速（r/min）1460540.7152.743

功率（kW）1110.5610.149.74

转矩（N•m）71.95186.51634.162163.19

传动比2.73.543.54

效率0.960.960.96

五．传动件设计计算

（其设计参数见《机械设计》）

1.高速级齿轮传动设计

1．选精度等级、材料及齿数

1）用斜齿圆柱齿轮

2）材料及热处理；

小齿轮：

40Cr（调质），硬度为280HBS。

大齿轮：

45钢（调质），硬度为240HBS，

精度：

7级精度；

3）齿数＝24，=u=3.54×24=84.96,取=85；

4）选取螺旋角。

初选螺旋角β＝14°

2．按齿面接触强度设计

按式（10—21）

≥

1）确定公式内的各计算数值

试选＝1.6

（1）由图10－30选取区域系数＝2.433

（2）T1=186.51×10N•mm

（3）由表10－7选取齿宽系数＝1

（4）由图10－26查得＝0.78,＝0.89，则＝+＝1.67

（5）由表10－6查得材料的弹性影响系数＝189.8Mp

（6）由图10－21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限＝600MPa；大齿轮的解除疲劳强度极限＝550MPa；

（7）由式（10－13）计算应力循环次数

N1＝60n1jLh＝60×540.7×1×（2×8×300×10）＝1.557

N2＝N1/3.54＝4.399

（8）由图10－19查得接触疲劳寿命系数＝0.93；＝0.98

（9）计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1％，安全系数S＝1，由式（10－12）得

＝558MPa

=539MPa

[σH]＝（+）/2＝548.5MPa

2）计算

（1）试算小齿轮分度圆直径

≥

==68.47mm

（2）计算圆周速度

v===1.94m/s

（3）计算齿宽b及模数

b=φd=1×68.47mm=68.47mm

===2.768mm

h=2.25=2.25×2.768mm=6.228mm

b/h=68.47/6.228=10.99

（4）计算纵向重合度

计算过程及计算说明

一、传动方案拟定

第三组：

设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动

（1）工作条件：

使用年限8年，工作为二班工作制，载荷平稳，环境清洁。

（2）原始数据：

滚筒圆周力F=1000N；带速V=2.0m/s；

滚筒直径D=500mm；滚筒长度L=500mm。

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：

η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒

=0.96×0.982×0.97×0.99×0.96

=0.85

（2）电机所需的工作功率：

P工作=FV/1000η总

=1000×2/1000×0.8412

=2.4KW

3、确定电动机转速：

计算滚筒工作转速：

n筒=60×1000V/πD

=60×1000×2.0/π×50

=76.43r/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I’a=3~6。

取V带传动比I’1=2~4，则总传动比理时范围为I’a=6~24。

故电动机转速的可选范围为n’d=I’a×

n筒=（6~24）×76.43=459~1834r/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：

如指导书P15页第一表。

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=1000r/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Y132S-6。

其主要性能：

额定功率：

3KW，满载转速960r/min，额定转矩2.0。

质量63kg。

三、计算总传动比及分配各级的伟动比

1、总传动比：

i总=n电动/n筒=960/76.4=12.57

2、分配各级伟动比

（1）据指导书P7表1，取齿轮i齿轮=6（单级减速器i=3~6合理）

（2）∵i总=i齿轮×I带

∴i带=i总/i齿轮=12.57/6=2.095

四、运动参数及动力参数计算

1、计算各轴转速（r/min）

nI=n电机=960r/min

nII=nI/i带=960/2.095=458.2（r/min）

nIII=nII/i齿轮=458.2/6=76.4（r/min）

2、计算各轴的功率（KW）

PI=P工作=2.4KW

PII=PI×η带=2.4×0.96=2.304KW

PIII=PII×η轴承×η齿轮=2.304×0.98×0.96

=2.168KW

3、计算各轴扭矩（N•mm）

TI=9.55×106PI/nI=9.55×106×2.4/960

=23875N•mm

TII=9.55×106PII/nII

=9.55×106×2.304/458.2

=48020.9N•mm

TIII=9.55×106PIII/nIII=9.55×106×2.168/76.4

=N•mm

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P83表5-9得：

kA=1.2

PC=KAP=1.2×3=3.9KW

由课本P82图5-10得：

选用A型V带

（2）确定带轮基准直径，并验算带速

由课本图5-10得，推荐的小带轮基准直径为

75~100mm

则取dd1=100mm>dmin=75

dd2=n1/n2•dd1=960/458.2×100=209.5mm

由课本P74表5-4，取dd2=200mm

实际从动轮转速n2’=n1dd1/dd2=960×100/200

=480r/min

转速误差为：

n2-n2’/n2=458.2-480/458.2

=-0.048<0.05（允许）

带速V：

V=πdd1n1/60×1000

=π×100×960/60×1000

=5.03m/s

在5~25m/s范围内，带速合适。

（3）确定带长和中心矩

根据课本P84式（5-14）得

0.7（dd1+dd2）≤a0≤2（dd1+dd2）

0.7（100+200）≤a0≤2×（100+200）

所以有：

210mm≤a0≤600mm

由课本P84式（5-15）得：

L0=2a0+1.57（dd1+dd2）+（dd2-dd1）/4a0

=2×500+1.57（100+200）+（200-100）2/4×500

=1476mm

根据课本P71表（5-2）取Ld=1400mm

根据课本P84式（5-16）得：

a≈a0+Ld-L0/2=500+1400-1476/2

=500-38

=462mm

（4）验算小带轮包角

α1=1800-dd2-dd1/a×57.30

=1800-200-100/462×57.30

=1800-12.40

=167.60>1200（适用）

（5）确定带的根数

根据课本P78表（5-5）P1=0.95KW

根据课本P79表（5-6）△P1=0.11KW

根据课本P81表（5-7）Kα=0.96

根据课本P81表（5-8）KL=0.96

由课本P83式（5-12）得

Z=PC/P’=PC/（P1+△P1）KαKL

=3.9/（0.95+0.11）×0.96×0.96

=3.99

（6）计算轴上压力

由课本P70表5-1查得q=0.1kg/m，由式（5-18）单根V带的初拉力：

F0=500PC/ZV（2.5/Kα-1）+qV2

=[500×3.9/4×5.03×（2.5/0.96-1）+0.1×5.032]N

=158.01N

则作用在轴承的压力FQ，由课本P87式（5-19）

FQ=2ZF0sinα1/2=2×4×158.01sin167.6/2

=1256.7N

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在，所以齿轮采用软齿面。

小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240~260HBS。

大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220HBS；根据课本P139表6-12选7级精度。

齿面精糙度Ra≤1.6~3.2μm

（2）按齿面接触疲劳强度设计

由d1≥76.43（kT1（u+1）/φdu[σH]2）1/3

由式（6-15）

确定有关参数如下：

传动比i齿=6

取小齿轮齿数Z1=20。

则大齿轮齿数：

Z2=iZ1=6×20=120

实际传动比I0=120/2=60

传动比误差：

i-i0/I=6-6/6=0%<2.5%可用

齿数比：

u=i0=6

由课本P138表6-10取φd=0.9

（3）转矩T1

T1=9.55×106×P/n1=9.55×106×2.4/458.2

=50021.8N•mm

（4）载荷系数k

由课本P128表6-7取k=1

（5）许用接触应力[σH]

[σH]=σHlimZNT/SH由课本P134图6-33查得：

σHlimZ1=570MpaσHlimZ2=350Mpa

由课本P133式6-52计算应力循环次数NL

NL1=60n1rth=60×458.2×1×（16×365×8）

=1.28×109

NL2=NL1/i=1.28×109/6=2.14×108

由课本P135图6-34查得接触疲劳的寿命系数：

ZNT1=0.92ZNT2=0.98

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=1.0

[σH]1=σHlim1ZNT1/SH=570×0.92/1.0Mpa

=524.4Mpa

[σH]2=σHlim2ZNT2/SH=350×0.98/1.0Mpa

=343Mpa

故得：

d1≥76.43（kT1（u+1）/φdu[σH]2）1/3

=76.43[1×50021.8×（6+1）/0.9×6×3432]1/3mm

=48.97mm

模数：

m=d1/Z1=48.97/20=2.45mm

根据课本P107表6-1取标准模数：

m=2.5mm

（6）校核齿根弯曲疲劳强度

根据课本P132（6-48）式

σF=（2kT1/bm2Z1）YFaYSa≤[σH]

确定有关参数和系数

分度圆直径：

d1=mZ1=2.5×20mm=50mm

d2=mZ2=2.5×120mm=300mm

齿宽：

b=φdd1=0.9×50mm=45mm

取b=45mmb1=50mm

（7）齿形系数YFa和应力修正系数YSa

根据齿数Z1=20,Z2=120由表6-9相得

YFa1=2.80YSa1=1.55

YFa2=2.14YSa2=1.83

（8）许用弯曲应力[σF]

根据课本P136（6-53）式：

[σF]=σFlimYSTYNT/SF

由课本图6-35C查得：

σFlim1=290MpaσFlim2=210Mpa

由图6-36查得：

YNT1=0.88YNT2=0.9

试验齿轮的应力修正系数YST=2

按一般可靠度选取安全系数SF=1.25

计算两轮的许用弯曲应力

[σF]1=σFlim1YSTYNT1/SF=290×2×0.88/1.25Mpa

=408.32Mpa

[σF]2=σFlim2YSTYNT2/SF=210×2×0.9/1.25Mpa

=302.4Mpa

将求得的各参数代入式（6-49）

σF1=（2kT1/bm2Z1）YFa1YSa1

=（2×1×50021.8/45×2.52×20）×2.80×1.55Mpa

=77.2Mpa<[σF]1

σF2=（2kT1/bm2Z2）YFa1YSa1

=（2×1×50021.8/45×2.52×120）×2.14×1.83Mpa

=11.6Mpa<[σF]2

故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够

（9）计算齿轮传动的中心矩a

a=m/2（Z1+Z2）=2.5/2（20+120）=175mm

（10）计算齿轮的圆周速度V

V=πd1n1/60×1000=3.14×50×458.2/60×1000

=1.2m/s

六、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217~255HBS

根据课本P235（10-2）式，并查表10-2，取c=115

d≥115（2.304/458.2）1/3mm=19.7mm

考虑有键槽，将直径增大5%，则

d=19.7×（1+5%）mm=20.69

∴选d=22mm

2、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=22mm长度取L1=50mm

∵h=2cc=1.5mm

II段:

d2=d1+2h=22+2×2×1.5=28mm

∴d2=28mm

初选用7206c型角接触球轴承，其内径为30mm,

宽度为16mm.

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，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：

L2=（2+20+16+55）=93mm

III段直径d3=35mm

L3=L1-L=50-2=48mm

Ⅳ段直径d4=45mm

由手册得：

c=1.5h=2c=2×1.5=3mm

d4=d3+2h=35+2×3=41mm

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，应按标准查取由手册得安装尺寸h=3.该段直径应取：

（30+3×2）=36mm

因此将Ⅳ段设计成阶梯形，左段直径为36mm

Ⅴ段直径d5=30mm.长度L5=19mm

由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=100mm

（3）按弯矩复合强度计算

①求分度圆直径：

已知d1=50mm

②求转矩：

已知T2=50021.8N•mm

③求圆周力：

Ft

根据课本P127（6-34）式得

Ft=2T2/d2=50021.8/50=1000.436N

④求径向力Fr

根据课本P127（6-35）式得

Fr=Ft•tanα=1000.436×tan200=364.1N

⑤因为该轴两轴承对称，所以：

LA=LB=50mm

（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=182.05N

FAZ=FBZ=Ft/2=500.2N

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=182.05×50=9.1N•m

（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=500.2×50=25N•m

（4）绘制合弯矩图（如图d）

MC=（MC12+MC22）1/2=（9.12+252）1/2=26.6N•m

（5）绘制扭矩图（如图e）

转矩：

T=9.55×（P2/n2）×106=48N•m

（6）绘制当量弯矩图（如图f）

转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化，取α=1，截面C处的当量弯矩：

Mec=[MC2+（αT）2]1/2

=[26.62+（1×48）2]1/2=54.88N•m

（7）校核危险截面C的强度

由式（6-3）

σe=Mec/0.1d33=99.6/0.1×413

=14.5MPa<[σ-1]b=60MPa

∴该轴强度足够。

输出轴的设计计算

1、按扭矩初算轴径

选用45#调质钢，硬度（217~255HBS）

根据课本P235页式（10-2），表（10-2）取c=115

d≥c（P3/n3）1/3=115（2.168/76.4）1/3=35.08mm

取d=35mm

2、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7207c型角接球轴承，其内径为35mm，宽度为17mm。

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20mm，则该段长41mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。

（3）按弯扭复合强度计算

①求分度圆直径：

已知d2=300mm

②求转矩：

已知T3=271N•m

③求圆周力Ft：

根据课本P127（6-34）式得

Ft=2T3/d2=2×271×103/300=1806.7N

④求径向力Fr根据课本P127（6-35）式得

Fr=Ft•tanα=1806.7×0.36379=657.2N

⑤∵两轴承对称

∴LA=LB=49mm

（1）求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ

FAX=FBY=Fr/2=657.2/2=328.6N

FAZ=FBZ=Ft/2=1806.7/2=903.35N

（2）由两边对称，书籍截C的弯矩也对称

截面C在垂直面弯矩为

MC1=FAYL/2=328.6×49=16.1N•m

（3）截面C在水平面弯矩为

MC2=FAZL/2=903.35×49=44.26N•m

（4）计算合成弯矩

MC=（MC12+MC22）1/2

=（16.12+44.262）1/2

=47.1N•m

（5）计算当量弯矩：

根据课本P235得α=1

Mec=[MC2+（αT）2]1/2=[47.12+（1×271）2]1/2

=275.06N•m

（6）校核危险截面C的强度

由式（10-3）

σe=Mec/（0.1d）=275.06/（0.1×453）

=1.36Mpa<[σ-1]b=60Mpa

∴此轴强度足够

七、滚动轴承的选择及校核计算

根据根据条件，轴承预计寿命

16×365×8=48720小时

1、计算输入轴承

（1）已知nⅡ=458.2r/min

两轴承径向反力：

FR1=FR2=500.2N

初先两轴承为角接触球轴承7206AC型

根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力

FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N

（2）∵FS1+Fa=FS2Fa=0

故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端

FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N

（3）求系数x、y

FA1/FR1=315.1N/500.2N=0.63

FA2/FR2=315.1N/500.2N=0.63

根据课本P263表（11-8）得e=0.68

FA1/FR1

y1=0y2=0

（4）计算当量载荷P1、P2

根据课本P263表（11-9）取fP=1.5

根据课本P262（11-6）式得

P1=fP（x1FR1+y1FA1）=1.5×（1×500.2+0）=750.3N

P2=fp（x2FR1+y2FA2）=1.5×（1×500.2+0）=750.3N

（5）轴承寿命计算

∵P1=P2故取P=750.3N

∵角接触球轴承ε=3

根据手册得7206AC型的Cr=23000N

由课本P264（11