机械设计双级展开式圆柱齿轮减速器说明书终版.docx

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机械设计双级展开式圆柱齿轮减速器说明书终版

武汉工程大学机械设计课程设计

设计计算说明书

题目:

双级展开式圆柱齿轮减速器

专业:

机械电子工程

班级：

03班

姓名:

陈倩

学号:

1203120302

指导教师:

秦襄培

武汉工程大学机电工程学院

2015年1月7日

一、设计任务书………………………………………………2

二、传动方案的分析与拟定…………………………………………2

三、电动机的选择与计算……………………………………………3

四、传动比的分配……………………………………………………3

五、传动装置的运动及动力参数的选择和计算……………………4

六、传动零件的设计计算和轴系零部件的初步选择………………6

七、联轴器的选择及计算……………………………………………16

八、键连接的选择及计算……………………………………………16

九、轴的强度校核计算………………………………………………18

十、润滑和密封……………………………………………………21

十一、箱体及附件的结构设计和选择………………………………22

十二、设计小结………………………………………………………24

十三、参考资料………………………………………………………24

一设计任务书

设计带式传输机传动装置中的双级圆柱齿轮减速器。

设计数据及工作条件：

T=370Nm;V=0.75m/s;D=330mm；

生产规模：

中小批量；

工作环境：

多尘；

载荷特性：

平稳；

工作期限：

8年，两班制。

设计注意事项：

1.设计由减速器装配图1张，零件图2张（包括低速轴和低速轴上大齿轮），以及设计计算说明书一份组成;

2.设计中所有标准均按我国标准采用，设计说明书应按规定纸张及格式编写;

3.设计图纸及设计说明书必须按进度完成，经指导教师审查认可后，才能给予评分或答辩。

二传动方案的分析与拟定

根据已知条件计算出工作机滚筒的转速为

为防止过载以及过载而引起的安全事故，可拟定传动方案为：

外部V带传动+内部双级圆柱齿轮传动。

机构整体布置如图一：

图1.传动方案简图

T=370Nm;

V=0.75m/s;

D=330mm

nw=43.41r/min

三电动机的选择与计算

1．电动机的类型选择

根据动力源和工作条件，选用Y系列三相交流异步电动机。

2．电动机的功率

工作机有效功率:

Pw=Tnw/9550=370×43.41/9550kW=1.68kW

设电动机到工作机之间的总效率为η，并设η1，η2，η3，η4，η5分别为弹性联轴器、闭式齿轮传动（设齿轮精度为8级）、滚动轴承、V带传动以及滚筒的效率。

查文献4表2-2可得：

η1=0.99，η2=0.97，η3=0.99，η4=0.96，η5=0.96，由此可得：

总效率：

η=η1η22η34η4η5

=0.972×0.994×0.96×0.96

=0.833

电动机所需功率：

Pd=Pw/η=1.68/0.833=2.02kW

查文献4表16-1选取电动机的功率为2.2kW。

3．电动机转速的选择

在常用的同步转速为1500r/min和1000r/min两者之间选择。

前者虽然电动机转速高、价格低，但总传动比大。

为了能合理地分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1500r/min的电动机。

4．电动机型号确定

由功率和转速，查表20-1，选择电动机型号为：

Y100L1-4,其满载转速为1420r/min，查表20-2，可得：

中心高H=100mm；轴外伸轴径D=28mm；轴外伸长度E=60mm.

四传动比的分配

计算得内外总的传动比

取V带传动的传动比i1=2.5

则减速器的总传动比

因此，双级圆柱齿轮减速器高速级传动比

总效率：

η=0.833

电动机型号：

Y100L1-4

低速级的传动比

五传动装置的运动及动力参数的选择和计算

1.各轴的转速计算

2.各轴的输入功率计算

3.各轴的输入转矩计算

将上述数据归纳总结如下表所示。

表1.各轴的运动和动力参数

轴号

转速（r/min）

功率（kW）

转矩（N·m）

传动比i

电动机输出轴0

1420

2.2

14.8

2.5

4.12

3.17

高速轴I

568

2.112

35.51

中间轴II

137.86

2.028

140.49

低速轴III

43.49

1.947

427.54

减速器总传动比：

i=13.08

高速级传动比：

i2=4.12

低速级传动比

i3=3.17

六传动零件的设计计算和轴系零部件的初步选择

1.减速器外部传动——V带传动的设计计算

（1）、确定计算功率

两班制工作，即每天工作16h，查表8-8得工况系数KA=1.2，故

Pc=KAP=1.2×2.2kW=2.64kW

（2）、选择普通V带的型号

根据Pc=2.641kW、n1=1420r/min，选用A型带。

（3）、选取带轮基准直径dd1和dd2

取dd1=90mm，并取ε=0.02，则

（4）、验算带速v

因v在5~25m/s范围内，故带速合适。

（5）、确定中心距a和带的基准长度Ld

初定中心距a0的取值范围为

初选中心距a0=400mm。

由此计算所需带长为

查表8-2，选择基准长度Ld=1250mm。

由此计算实际中心距得

（6）、验算小带轮包角α1

带轮基准直径：

dd1=90mm

dd2=225mm

安装中心距：

a=372mm

带的基准长度：

Ld=1250mm

（7）、确定带的根数

已知dd1=90mm，i=2.5，v=6.69m/s，查文献2表8-4得P0=1.05kW，查文献2表8-5得ΔP0=0.17kW；因α=159.2°，查文献2表8-6得Kα=0.946；因Ld=1250mm，查文献2表8-2得KL=0.93，因此

取z=3根。

（8）、确定初拉力F0

单根普通V带的初拉力为

（9）、计算压轴力FQ

（10）、带轮的结构设计

A、小带轮的结构设计

由于dd1=90mm≤300mm,所以带轮采用腹板式结构，其顶圆直径da1=95.5mm，轮毂长度L1=45mm，故小带轮1的结构设计合理。

B、大带轮的结构设计

由于dd2=225mm≤300mm，所以带轮采用腹板式结构，其顶圆直径da2=230.5mm，轮毂长度L2=60mm。

小带轮包角：

α1=159.2°

带的根数：

Z=3

初拉力：

F0=170.7N

压轴力：

FQ=665.33N

小带轮：

顶圆直径：

da1=90.5mm

轮毂长度：

L1=45mm

大带轮：

顶圆直径：

da2=230.5mm

轮毂长度：

L2=60mm

2．高速级传动齿轮的设计计算

高速级主动轮输入功率2.112kW，转速569r/min，转矩T1=35.51N·m，齿数比u=i2=4.12，单向运转，载荷平稳，每天工作16小时，预期寿命8年，电动机驱动。

（1）、选择齿轮的材料及热处理方式

小齿轮:

40Cr,调质处理，齿面硬度280HBS;

大齿轮:

45钢,调质处理，齿面硬度240HBS。

（2）、确定许用应力

A.确定极限应力σHlim和σFlim

许用接触应力σHlim1=548MPa，σHlim2=585.33MPa；

许用弯曲应力σFlim1=500MPa，σFlim2=380MPa。

B.计算应力循环次数N，确定寿命系数ZN，YN

查文献2图10--23和图10-22得，.

C.计算许用应力

安全系数：

，，则：

（3）、初步确定齿轮基本参数和主要尺寸

A.选择齿轮类型

选用较平稳、噪声小、承载能力较强的斜齿圆柱齿轮传动。

B.选用7级精度

C.初选参数

初选参数：

，，Z２＝Z１u=30×4.17=112，,齿宽系数。

D.初步计算齿轮主要尺寸

小齿轮1齿数：

Z1=27

大齿轮2齿数：

Z2=112

变位系数：

齿宽系数：

由于载荷平稳，取载荷系数K=1.1,根据螺旋角查得节点区域系数;弹性系数;取重合度系数;螺旋角系数为：

；σH==537.04MPa，因此，有：

故：

取标准模数mn=2mm，则中心距

圆整后取a=143mm。

调整螺旋角：

计算分度圆直径：

计算圆周速度：

法面模数：

mn=1.5mm

中心距：

a=130mm

螺旋角：

分度圆直径：

d1=55.55mm；

d2=230.45mm

圆周速度：

v=1.704m/s

计算齿宽：

大齿轮：

，

小齿轮：

;

（4）、验算轮齿的弯曲疲劳强度

计算当量齿数:

查图得，齿形系数：

，；应力修正系数：

，

。

取，，则：

齿根弯曲强度足够。

（5）、齿轮结构设计

齿顶圆直径：

齿根圆直径：

大齿轮齿宽：

b2=45mm

小齿轮齿宽：

b1=50mm

齿顶圆直径：

da1=59.55mm

da2=234.45mm

高速级齿轮设计结果：

，，

d1=55.55mm,d2=230.45mm

da1=59.55mm,da2=234.45mm

df1=50.55mm,df2=225.45mm

b1=50mm,b2=45mm

mn=2mm,,a=143mm，v=1.704m/s.

3.低速级传动齿轮的设计计算

低速级主动轮输入功率1.947kW，转速43.49r/min，转矩T3=427.54N·m，齿数比u=i3=3.17，单向运转，载荷平稳，每天工作16小时，预期寿命8年，电动机驱动。

（1）、选择齿轮的材料及热处理方式

大小齿轮均采用45钢表面淬火，齿面硬度40~50HRC，取45HRC。

（2）、确定许用应力

A．确定极限应力σHlim和σFlim

许用接触应力σHlim3=σHlim4=600MPa

许用弯曲应力σFlim3=σFlim4=550MPa

B．计算应力循环次数N，确定寿命系数

查图表得，。

C．计算许用应力

安全系数：

，

故有：

齿根圆直径：

df1=50.55mm

df2=225.45mm

（3）、初步确定齿轮基本参数和主要尺寸

A．选择齿轮类型

初估齿轮圆周速度v<=2.5m/s，选用较平稳、噪声小、承载能力较强的斜齿圆柱齿轮传动。

B．初步选用7级精度

C．初选参数

初选：

，,Z4=Z3u=423.17≈133，，齿宽系数。

D．初步计算齿轮主要尺寸

查得：

Ysa3=2.448,Ysa4=1.675;YFa3=2.157,YFa4=1.82;取Yε=0.663，Yβ=0.633；由于载荷平稳，取载荷系数K=1.3，则：

（因为比大，所以上式将代入）

小齿轮3齿数：

Z3=42

大齿轮4齿数：

Z4=133

变位系数：

齿宽系数：

取标准模数mn=3mm，则中心距

圆整后取a=276mm。

调整螺旋角：

计算分度圆直径：

计算圆周速度：

符合估