用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速器课程设计说明书.docx

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用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速器课程设计说明书

《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

学院矿业工程学院_

班级_采矿18888班

设计者___88888_

完成时间_2013年1月17日

指导老师_阎海峰

中国矿业大学

二○一三年一月

1.设计题目1

1.1题目名称1

1.2运动简图1

1.3设计条件1

1.4原始数据1

1.5设计课程的内容2

1.6设计工作量2

2.电动机选择计算2

2.1选择电动机类型2

2.2选择电动机功率2

2.3电动机转速及型号的确定3

3.传动比的计算3

3.1传动装置的总传动比3

3.2分配各级传动比4

4.运动参数及动力参数计算4

4.1计算各轴转速4

4.2计算各轴的功率4

4.3计算各轴转矩4

5.传动零件的设计计算5

5.1选择齿轮材料及热处理方式5

5.2确定齿轮传动的参数6

6.轴的设计计算7

6.1输入轴的设计计算7

6.2输入轴轴的结构设计8

6.3输出轴的设计计算11

7.键的选择15

7.1输入轴上键选择及校核15

7.2输出轴上键选择及校核16

8.滚动轴承的选择及联轴器的选择17

8.1滚动轴承的选择17

8.2联轴器的选择17

9.箱体及附件的设计18

9.1润滑及密封18

9.11齿轮传动的润滑18

9.12滚动轴承的润滑18

9.13润滑油的选择18

9.14密封方法的选取18

9.2减速器箱体设计19

9.21轴承端盖19

9.22窥视孔19

9.23油标19

9.24放油孔及放油螺塞20

9．25定位销20

9.26启盖螺钉20

9.27地脚螺栓20

9.28箱体设计20

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

nII=nI/i带=970/2.69=360.6（r/min）

nIII=nII/i齿轮=360.6/3=120.2（r/min）

（nI=nw，nII为齿轮高速轴转速，nIII为齿轮低速轴转速）

nI=970r/min

nII=360.6r/min

nIII=120.2r/min

4.2计算各轴的功率

电动机轴功率：

PI=Pd=8.28KW

高速齿轮轴功率：

PII=PI×η带=8.28×0.95=7.87KW

低速齿轮轴功率：

PIII=PII×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

PI=8.28KW

PII=7.87KW

PIII=7.86KW

4.3计算各轴转矩

电动机轴转矩：

TI=9550×PI/nI=9550×8.28/970=81.52N·m

高速齿轮轴转矩：

TII=9550×PII/nII=9550×7.87/360.6=208.43N·m

低速齿轮轴转矩：

TIII=9550×PIII/nIII=9550×7.87/120.2=625.28N·m

TI=81.52N·m

TII==208.43N·m

TIII=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