一级圆柱齿轮减速器(29页).doc

-设计题目：带式输送机传动装置中一级直齿圆柱齿轮减速器。设计的主要内容：（1） 电动机的选择与运动参数计算； （2） 齿轮传动设计计算 （3） 轴的设计 （4） 滚动轴承的选择 （5） 键和连轴器的选择与校核； （6） 装配图、零件图的绘制 （7） 设计计算说明书的编写（8）选择一主要零件完成数控加工设计（9）对一主要零件进行三维建模说明：（8），（9）为任选题目 录一、 传动方案拟定-二、 电动机的选择-三、 各轴运动的总传动比并分配各级传动比-四、 运动参数及动力参数计算-五、 V带传动设计-六、 齿轮传动设计-七、 轴的设计-八、 滚动轴承的选择及校核计算-九、 键的校核计算- 十、 联轴器的选择-十一、 润滑与密封 -十二、 减速器附件的选择及简要说明-十三、 箱体主要结构尺寸的计算-一、传动方案拟定设计带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器1 总体布局简图1 带传动 2 电动机 3 减速机 4 联轴器 5 转筒 6 传送带2 工作情况： 载荷平稳、单向旋转3 原始数据已知条件 数 据转筒直径D(mm)250传送带牵引力F(KN) 15传送带速度V(m/s) 1使用年限（年） 5二、电动机的选择1、电动机类型和结构型式的选择：按已知的工作要求和 条件，选用Y系列三相异步电动机。2、选择电动机的容量工作机所需功率Pw=工作机的效率w =0.940.96对带式输送机取w =0.94带入上述得： Pw1500×1/（1000×0.94） 1.6KW3.确定电动机的功率：电动机输出功率Po=Pw/式中为电动机至滚筒轴的传动装置总效率(1)传动装置的总效率：查表22，取V带传动效率为0.96，滚动轴承（两对）为0.99，齿轮效率为0.97，联轴器效率为0.98由总带×轴承×齿轮×联轴器×滚筒0.96×0.99×0.99×0.97×0.980.90(2)电机所需的工作功率： Po1.77KW因载荷平稳，电动机额定功率Pm只需略大于Po即可，安表10-1中Y系列电动机技术数据表选取电动机的额定功率Pm为2.2KW(3确定电动机的转速滚筒轴工作转速为；nW=60x1000V/(D) =60x1000x1/(x250) =76.39r/min安表2-1推荐的各级传动比范围为：V带传动比范围i=2-4,单级圆柱齿轮传动比范围:i=3-5,则总传动比范围i=2x3-4x5=6-20,可见电动机的转速可选范围为：n=i·nw =(6-20)x76.39 =458.34-1527.8r/min符合这一范围的同步转速有750r/min和1000r/min三种，为减少电动机的重量和价格，由附表10-1选常用的同步转速为1500r/min的Y系列电动机Y100L1-4,其满载转速nw=1420r/min(3)选用电动机查JB/T9616 1999选用Y100L1-4三相异步电动机，主要参数如下表1-2：型 号额定功率KW转速r/min堵转扭矩额定转矩最大转矩额定转矩Y100L1-42.214202.22.2三、各轴运动的总传动比并分配各级传动比1、总传动比：工作机的转速 n筒=60x1000V/(D) =60x1000x1/(x250) =76.39r/mini总n电动/n筒1420/76.9318.62、分配各级传动比 i总i齿×i带为使V带传动的外廓尺寸不致过大，取V带传动的传动比i带=4，则齿轮传动比：i齿i总/i带18.6/4=4.65四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）n电1420r/min) nn电/i带1420/4355(r/min)nn/i齿355/4.6576.34(r/min)n筒n76.34(r/min)2、计算各轴的功率（KW）P电Po1.77KWPPo×带1.77×0.961.7KWPPo×轴承×齿轮1.7×0.99×0.971.57KWP筒P×轴承×联轴器1.57×0.99×0.981.52KW3、计算各轴转矩T电9550Po/n电9550×1.77/1420=11.9N·mTI9550P/n9550×1.7/355=45.73N·mT9550P/n9550×1.57/76.34=196.4N·mT筒9550P筒/n筒9550×1.52/76.34=190.15N·m将上述数据列表如下： 轴名参数 电动机I轴II轴滚筒轴转速n(r/min)142035576.3476.34功率p(kw)1.771.71.571.52转矩T(N·m)11.945.73196.4190.15传动比i44.651.00效率0.960.960.98五、V带传动设计1、 选择普通V带截型由表15-8得：kA1.2 P电2.2KWPCKA·P电1.2×2.22.64KW据PC2.64KW和n电1420r/min由图15-8得：选用A型V带2、确定小带轮基准直径由表15-8，表15-4，表15-6，取dd1100mm3、 确定大带轮基准直径 dd2i带4×100400mm4、验算带速带速V：V·dd1·n1/（60×1000）×100×1420/（60×1000）7.43m/s带速太高，离心力增大，使带与带轮间的磨檫力减小，容易打滑，带速太低，传动功率一定时所需的有效拉力过大，也会打滑。一般应使普通V带在525m/s范围内。在525m/s范围内，带速合适5、初定中心距a0 0.7（dd1+dd2）a02（dd1+dd2）得 350a01000取a0700mm6、确定带的基准长LdLd2a0+(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)²/4a02×700+3.14(100+400)+(400-100)²/(4×700)2217.5mm根据表15-2选取相近的Ld2240mm7、确定实际中心距aaa0+(Ld-L0)/2700+(2240-2217.54)/2722.64mm8、验算小带轮包角1180°-57.3°×(dd2-dd1)/a180°-57.3°×(400-100)/72.64156.2°>120°（适用）9、确定带的根数单根V带传递的额定功率.据dd1和n1，查表15-7得P01.32KWi1时单根V带的额定功率增量.据带型及i查表15-9得P00.17KW查表15-10，得K0.93；查1表15-12得KL0.96ZPC/(P1+P1)KKL5.24/(1.32+0.17)×0.93×0.961.98取Z2根10、计算轴上压力由表15-1查得q0.11kg/m，单根V带的初拉力：F0500（2.5/K-1）+qV²500x(2.5/0.93-1)+0.11x5.637.43²156.03kN则作用在轴承的压力FQFQ2ZF0sin(1/2)2×2×156.03sin(156.03°/2)610.7N11、计算带轮的宽度BB（Z-1）e+2f（2-1）×15+2×933mm六、齿轮传动设计（1）选择齿轮材料与热处理：所设计齿轮传动属于闭式传动，通常齿轮采用软齿面。选用价格便宜便于制造的材料，小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度229-286HBW；大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为169-217HBW；精度等级：运输机是一般机器，速度不高，故选8级精度（2）按齿面接触疲劳强度设计该传动为闭式软齿面，主要失效形式为疲劳点蚀，故按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。设计公式为：d1=载荷系数K 查表13-8 K1.2 转矩TI TI45730N·mm 解除疲劳许用应力H Hlim ZN/SH按齿面硬度中间值查图13-32 Hlim1600Mpa Hlim2550Mpa接触疲劳寿命系数Zn：按一年300个工作日，每天16h计算，由公式N60njtn 计算N160×355×1×300×165.11x10N2N1/i齿5.11x10/4.651.1×10查图13-34中曲线1，得 ZN11.05 ZN21.13按一般可靠度要求选取安全系数SH1.0H1Hlim1·ZN1/SHmin600x1.05/1630 MpaH2Hlim2·ZN2/SHmin550x1.13/1621.5Mpa故得：H=621.5Mpa计算小齿轮分度圆直径d1由表13-9按齿轮相对轴承对称布置,取 d1.08 ZH2.5由表13-10得ZE189.8将上述参数代入下式d142.68mm取d150mm计算圆周速度VnId1（60×1000）355×3.14×50（60×1000）0.93msV6ms 故取8级精度合适（3）确定主要参数齿数 取Z120 Z2Z1×i齿20×4.6593模数 md1Z150202.5 符合标准模数第一系列分度圆直径d2Z2 m20×2.550mm d2Z2 m93×2.5232.5 mm中心距a（d1+ d2）2（50+232.5）2141.25mm齿宽 bdd11.08×5054mm 取b260mm b1b2+5 mm65 mm(4)校核齿根弯曲疲劳强度齿形因数YFs 查图13-30 YFs14.26 YFs23.97 许用弯曲应力F FFlim·YN/SF 由图13-31 按齿面硬度中间值得Flim1240Mpa Flim2 220Mpa 由图13-33 得弯曲疲劳寿命系数YN：YN11 YN21 按一般可靠性要求，取弯曲疲劳安全系数SF1 计算得弯曲疲劳许用应力为F1Flim1·YN1/SF240×1/1240MpaF2 Flim2·YN2/SF220×1/1220Mpa校核计算 F12KT1YFS1/（b1md1）2×1.2×45730×4.35/（60×2.5×50）63.66Mpa< F1F2F1·YFS2/YFs163.66×3.97/4.2657.8Mpa<F2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够(5)齿轮的几何尺寸计算 齿顶圆直径dada1 d1+2ha60+565mmda2d2+ ha232.5+5237.5mm 齿全高h h(2 ha*+c*)m(2+0.25)×2.55.625 mm 齿根高hf（ha*+c*）m1.25×2.53.125mm 齿顶高ha ha*m 1×2.52.5mm 齿根圆直径dfdf1d1-2hf60-6.2553.75mmdf2d2-2hf232.5-6.25226.25mm (6)齿轮的结构设计小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构。大齿轮的有关尺寸计算如下：轴孔直径d60mm轮毂直径D11.6d60×1.696mm轮毂长度L1.2d1.2×6072mm轮缘厚度0(3-4)m7.5-10mm 取010mm轮缘内径D2da2-2h-20237.5-2×5.62520206.25 mm 取D2 206mm腹板厚度C(0.2-0.3)b12-18mm取C18mm腹板中心孔直径D00.5(D1+D2)0.5(96+216)156mm腹板孔直径d015-25mm 取d020mm齿轮倒角取C2七、轴的设计 从动轴设计 1、选择轴的材料 确定许用应力 选轴的材料为45号钢，调质处理。查表19-14可知：b600Mpa,查表19-17可知：b-155Mpa 2、按扭矩估算轴的最小直径 单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为： d·A 查表19-16 A115 则d115×mm31.51mm 考虑键槽的影响，故应将轴径增大5%即d31.51×1.0533.09mm 要选联轴器的转矩Tc TcKT1.5×1964002.95×10N·mm (查表20-1 工况系数K1.5) 查附录6选用连轴器型号为YL9考虑联轴器孔径系列标准 故取d38mm 3、轴的结构设计 轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式，按比例绘制轴系结构草图。（1）联轴器的选择 联轴器的型号为YL9联轴器：38×112 （2）确定轴上零件的位置与固定方式 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置。在齿轮两边。轴外伸端安装联轴器，齿轮靠轴环和挡油环实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠挡油环和端轴承盖实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。 （3）确定各段轴的直径将估算轴d38mm作为外伸端直径d1与联轴器相配（如图），考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，取第二段直径为d241mm，齿轮和右端轴承从右侧装入，考虑装拆方便以及零件固定的要求，装轴处d3应大于d2，取d345mm，为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3，取d450mm。齿轮左端用轴环固定,右端用挡油环定位,轴环直径d5满足齿轮定位的同时,还应满足左侧轴承的安装要求，d555mm,根据选定轴承型号确定.左端轴承型号与左端轴承相同,取d645mm. (4)选择轴承型号由附表5-1初选深沟球轴承,代号为6209,轴承宽度B19。 由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L119mm4、按弯矩复合强度校核（1）齿轮上作用力的计算 齿轮所受的转矩：TT196.4N·m 齿轮作用力： 圆周力：Ft2000T/d2000×196.4/232.51689.46N 径向力：FrFttan20°1689.46×tan20°614.96N（2）因为该轴两轴承对称，所以：LALB59.5mm（3）计算支承反力 FHAFHBFt/21689.46/2844.37NFVAFVBFr/2614.96/2307.48N由两边对称，知截面的弯矩也对称。截面在水平面弯矩为MHCFHA·L/2844.37×119÷200047.52N/m截面在竖直面上弯矩为：MVCFVA·L/2307.48×119÷200018.25N/mMC(MHC²+MVC²)½（47.52²+18.25²)½N/m转矩：TT196.4N·m(8)校核轴的强度转矩产生的扭剪可认为按脉动循环变化，取0.6，中间截面处的当量弯矩：MeMC²+(T)²½116.4+(0.6×196.4)²½165.6N·m(9)校核危险截面所需的直径de31.1mm考虑键槽的影响，故应将轴径增大5%de31.1×1.0532.7mm50mm结论：该轴强度足够。 主动轴的设计 1、选择轴的材料 确定许用应力 选轴的材料为45号钢，调质处理。查1表19-14可知：b600Mpa,查1表19-17可知：b55Mpa 2、按扭矩估算轴的最小直径 单级齿轮减速器的高速轴为转轴，输入端与带轮相接，从结构要求考虑，输入端轴径应最小，最小直径为： d·A 查表19-16 A115 则d115×mm19.4mm 考虑键槽的影响，故应将轴径增大5%即19.4×1.0520.37mm 选取标准直径d30mm3、轴的结构设计 轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式，按比例绘制轴系结构草图。（1）确定轴上零件的位置与固定方式 单级减速器中，可以将齿轮轴的齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置。两端轴承靠挡油环和端轴承盖实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，带轮靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。 （2）确定各段轴的直径将估算轴d30mm作为外伸端直径d1与带轮相配（如图），考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，取第二段直径为d235mm，装轴承处d3应大于d2，取d340mm，齿轮与轴承出过渡轴径d4应大于d3，取d445mm。齿轮左端直径d5与d4相同，d550mm,左端轴承处轴径d6与右端相等取45mm,d7与右端轴承处轴径相等，d640mm. (4)选择轴承型号由附表5-1初选深沟球轴承,代号为6208,轴承宽度B18。(5）确定轴各段直径和长度由草绘图得段：d130mm 长度L145mmII段:d235mm 长度L250mmIII段：d340mm 长度L328mm段：d445mm 长度L48mm段:d550mm 长度L565mm段:d4=45mm 长度L6=8mm段:d7=40mm 长度L7=28mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L119mm4、按弯矩复合强度校核（1）齿轮上作用力的计算 齿轮所受的转矩：TT45.7N·m 小齿轮与大齿轮啮合，受的力为作用力与反作用力： 圆周力：Ft1828N 径向力：Fr665.392N（2）因为该轴两轴承对称，所以：LALB59.5mm（3）计算支承反力 水平平面内以B点为支点（FQ离B点为87.5）MB0；-FHA×119- Fr×59.5-FQ×87.50FHA-（Fr×59.5+ FQ×87.5）119-（665.392×59.5+610.7×87.5）119-377.3NFy0; FHA+Fr+FHB-FQ0FHBFQ-FHAFr610.7+377.3-665.392322.6N竖直平面内FVAFVBFt/21828/2914N在水平面弯矩为MHCFHA·L/2-377.3×119/200022.45N·mMHB-FQ ×87.5/1000-610.7×87.5/1000-53.4N·m由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在竖直面上弯矩为：MVCFVAL/2914×119÷200054.4N·m(6)绘制合弯矩图（如图d）MC(MHC²+MVC²)½（22.45²+54.4²)½58.8N·mMB(MHB²)½-53.4N·m转矩：TT45.7N·m(8)校核轴的强度转矩产生的扭剪可认为按脉动循环变化，取0.6，此轴为此轮轴 截面B处的当量弯矩：MeMC²+(T)²½58.8²+(0.6×45.7)²½39.8N·m(9)校核危险截面B所需的直径de =19.3mm43.75mm结论：该轴强度足够。 八、滚动轴承的选择及校核计算 (1)根据根据条件，轴承预计寿命Lh10×300×1648000h从动轴上的轴承由初选的轴承的型号为: 6209, 查附表5-1基本额定动载荷Cr21KN 查表19-6 Kp1 两轴承径向反力FVAFVBFt/21689.46/2844.73N PKp×FR11×1689.431689.43NCr'P1689.43×8093NCr 故所选用轴承合适 (2)主动轴上的轴承: 由初选的轴承的型号为:6209 查附表5-1基本额定动载荷Cr29500KN 查表19-6 Kp1 PKp×FBR1×665.392NCr'P665.392×=5320NCr 故所选用轴承合适九、键的校核计算（1）主动轴外伸端d=30mm，考虑到键在轴中部安装，故选键8x40 (GB/T1096-2003) b=8mm h=7mm L=40mm选择45钢,查表19-11其许用挤压应力p=100-120MPap=4·T/dhL =4x45.73x1000/30x7x(40-8) =27.2MPa<p故所选键联接强度足够。（2）从动轴外伸端d=38mm，考虑到键在轴中部安装，故选键10x105(GB/T1096-2003)b=10mm h=8mm L=105mm选择45钢，其许用挤压应力p=100-120MPap=4·T/dhL =4x196.4x1000/38x8x(105-10) =27.2MPa<p故所选键联接强度足够。（3）与齿轮联接处d=50mm，考虑到键在轴中部安装，故在同一方为母线上。选键14x53 (GB/T1096-2003)b=14mm h=9mm L=53mm选择45钢，其许用挤压应力p=100-120MPap=4·T/dhL =4x169.4x1000/50x9x(53-14) =44.8MPa<p故所选键联接强度足够。十、联轴器的选择型号公称转矩T(N·m)许用转速n(r/min)轴孔直径d(mm)轴孔长度L(mm)材料轴孔类型YLD9400410038112HT200Y十一、润滑与密封l 润滑方式1. 齿轮=0.93m/s<<12 m/s应用喷油润滑,但考虑成本及需要。选用浸油润滑。2. 轴承采用润滑脂润滑。l 润滑油牌号及用量1. 齿轮润滑选用100号机械油，最低最高油面矩（大齿轮）1020mm，需油量为1.5L左右。2. 轴承润滑选用ZL-3型润滑脂，用油量为轴承间隙的1/31/2为宜。l 密封形式1. 箱座与箱盖凸缘接合面的密封选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法2. 观察孔和油孔等处结合面的密封 在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸，垫片进行密封3. 轴承孔的密封 闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部 轴的外伸端与透盖间的间隙，由于=3m/s，故选用半粗羊毛毡加以密封。4. 轴承靠近机体内壁处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部。十二、减速器附件的选择及简要说明名称功用数量材料规格螺钉安装端盖16Q235M8x25 GB/T5782-2000油标尺测量油面高度1组合件螺栓安装上箱体6Q235M16x145 GB/T5782-2000垫圈调整安装665Mn16 GB/T93-1987螺母安装6Q235M16 GB/T6170-2000销定位2458x35 GB/T117-2000通气器透气1Q235油塞排油1Q235螺钉安装观察孔盖4Q235M6x20 GB/T5782-2000十三、 箱体主要结构尺寸的计算 (1)箱座壁厚=10mm (2)箱盖壁厚1=8mm (3)箱盖凸缘厚度b=12mm (4)箱座凸缘厚度b1=15mm (5)箱座底凸缘厚度b2=25mm (6)地脚螺钉直径df =20mm (7)地脚螺钉数目n=6 (8) 箱座肋厚：m=8 .5mm (9) 大齿轮端面与内箱壁间的距离：L=16 mm (10) 大齿轮顶圆与内箱壁间的距离：L1= 10mm (11) 主动轴轴承端盖外径D1=85mm(12) 从动轴轴承端盖外径D2=100mm-第 29 页-