广州大学机械设计齿轮减速器3300.docx

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广州大学机械设计齿轮减速器3300

机械设计课程设计

计算说明书

设计题目:

带式运输机传动装置

土木工程学院建筑环境与设备工程……班

设计者：

……

学号……

指导老师：

……

……年……月……日

广州大学

目录

设计任务书4

一、选择电动机5

二、传动装置的总传动比及分配各级传动比5

三、传动零件的设计计算8

四、校检实际转速9

五、轴的计算14

六、滚动轴承的选择和计算13

七、连接的选择和计算14

八、联轴器的选择15

九、润滑方式、滑润油牌号及密封装置的选择15

十、箱体尺寸的设计15

十一、参考资料17

设计任务书

1、带式运输机工作原理

带式运输机传动示意图如下图所示。

2、已知条件

1）工作条件：

两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，环境最高温度35℃；

2）使用折旧期：

8年；

3）检修间隔期：

四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；

4）动力来源：

电力，三相交流，电压380/220V；

5）运输带速度允许误差：

±5%；

6）制造条件及生产批量：

一般机械厂制造，小批量生产。

3、设计数据

运输带工作拉力：

F=3300N；运输带工作速度：

V=1.2m/s；卷筒直径：

D=350mm。

注：

运输带与卷筒直接按机卷筒轴承的摩擦影响已经在F中考虑。

4、传动方案

带—单级直齿圆柱齿轮减速器，传动方案简图如图1-2所示。

5、设计内容

1）按照给定的数据和传动方案设计减速器装置；

2）完成减速器装配图一张（A1）；

3）零件工作图两张；

编写设计计算说明书1份。

一、选择电动机

电动机是常用的原动机，是已经系列化的标准产品，具有结构简单、工作可靠、控制简便和维护容易等优点。

在接卸设计课程设计中，主要根据需电动机的输出功率，工作条件及经济性要求，从产品目录中选择其类型和结构形式、容量（功率）和转速、确定具体型号。

（1）选择电动机的类型：

按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。

（2）选择电动机的容量：

工作机所需的功率：

Pw=F*V/1000=3300x1.2/1000=3.96（kW）

由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机的效率）为

η=η1*η2*η2*η3*η4*η5

查《机械设计制图》第220页附表，机械传动及摩擦副的效率概略表得各部分效率为：

齿轮传动效率η1=0.96；滚动轴承传动效率（一对）η2=0.99、；闭式圆柱齿轮传动效率

η3=0.99；弹性联轴器传动效率η4=0.99；卷筒轴的轴承及卷筒的传动效率η5=0.96.

η=0.96×0.99×0.99×0.99×0.99×0.96=0.885

所以：

Pd=Pw/η=3.96/0.885kW=4.47kW

根据Pm选取电动机的额定功率Pw，因为载荷较平稳，由查表选得Y系列电动机的额定功率Pd=5.5kW

（3）确定电动机的转速：

运输机卷筒轴的工作转速为：

nw=60×1000V/πD=60×1000×1.2/（3.14×350）=65.5r/min

按推荐传动比范围，取V带传动传动比i1=2∽4，单级直齿圆柱齿轮传动比i2=3∽5，则合理总传动比的范围为:

i=6∽20

故电动机的转速范围为：

nd=i*nw=（6∽20）×65.5r/min=393∽1310r/min

符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min，再根据计算出的容量，挑选出电机做比较选择，技术数据如下表-1：

虽然1000r/min的电动机比750r/min的电动机有较小外轮廓尺寸和较小的尺寸和重量，但考虑到传动比的大小及接下来的传动比的分配以及减速箱的尺寸问题，且该工作机为室内使用，最终选择750r/min的型号为Y160M1-8的电动机作为本设计方案的原动机。

所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如表-2和表-3所示。

表-1，待选电动机参数：

电动机型号

同步转速

（r/min）

额定功率

（KW）

满载转速

（r/min）

堵转转矩

最大转矩

质量（kg）

总传动比

额定转矩

额定转矩

Y160M2-8

750，8极

5.5

720

2.0

2.0

119

10.99

Y132M2-6

1000，6极

5.5

960

2.0

2.0

84

14.656

表-2安装尺寸（mm）：

中心高H

外形尺寸

L×（AC/2+AD）×HD

底脚安装尺寸

A×B

地脚螺栓孔

直径K

轴伸尺寸

D×E

装键部位尺寸F×G

132

515×（270/2+210）×315

216×178

12

38×80

10×45

二、传动装置的总传动比及分配各级传动比

电动机确定后，根据电动机的满载转速和工作装置的转速就可以计算传动装置的总传动比。

（1）计算总传动比：

由前面计算的输送机卷轴筒的转速为nw=65.5r/min

总传动比i=nm/nw=720/65.5=10.99

（2）分配各级传动比：

按推荐传动比范围，V带传动传动比i1=2∽4，单级圆柱齿轮传动比i2=3∽5，为使传动装置外廊尺寸尽可能紧凑，满足i1

i2=i/i1=10.99/3.0=3.66

（3）计算传动装置的运动参数和动力参数：

电动机轴：

P0=Pd=4.47kw

n0=nm=720r/min

T0=9550*P0/n0=9550x4.47/720=59.29N·m

主动轴：

P1=P0*η1=4.47x0.96=4.29kw

n1=n0/i1=720/3.0=240r/min

T1=9550*P1/n1=9550x4.29/240=170.71N·m

从动轴：

P2=P1*η2*η3=3.04x0.99x0.99=4.206kw

n2=n1/i2=240/3.66=65.57r/min

T2=9550*P2/n2=9550x4.206/65.57=612.59N·m

滚筒轴：

P3=P2*η4*η5=4.29x0.99x0.99=4.122kw

n3=n2=65.57r/min

T3=9550*P3/n3=9550x4.122/65.57=600.9N·m

将计算的运动参数和动力参数列表

参数

轴名

电动机轴

主动轴

从动轴

滚筒轴

功率（kw）

4.47

4.118

4.164

3.957

转速（r/min）

720

240

65.57

65.57

转矩（N·m）

59.29

170.71

612.59

600.9

传动比i

3.0

3.66

效率η

0.96

0.99

0.97

0.99

0.96

三、传动零件的设计计算

1、V带传动设计

计算及说明

结果

1）确定计算功率：

考虑到载荷性质和运转时间长短等因素影响，按轻型输送机，载荷变动微小，每天工作小时数为10~16h，查《机械设计基础》表8-4，取工作系数ka=1.2,

则计算功率Pd=Ka*P0=1.2x4.47=5.364kw

2）选定带型：

根据计算功率Pd和小带轮转速n1，由《机械设计基础》表8-9初选定带的型号，在A和B系列V带中，初步根据小带轮直径需求，择优选定型号为B系列；

3）确定带轮的基准直径d1和d2：

①根据V带截型参考《机械设计基础》表8-5选取小带轮基准直径，要求d1≥dmin，并取为标准值。

利用计算机系统进行模拟，初取d1=140mm；

②验算带的速度v。

根据v=πd1*n1/60x1000=3.14x140x720/（60x1000）=5.275（m/s）

因为v=5.275（m/s）∝[5,20]m/s符合实际的需要。

③确定大带轮的基准直径d2。

根据d2=i1*d1=3.0x140=420（mm），再按照标准相近圆整为标准值，查《机械设计基础》表8-5得d2=425（mm）。

④验算传动比

i带=d2/d1=425/140=3.036

△i%=（i带–i1）/i1=（3.214–3.2）/3.2=0.45%<5%符合要求

4）确定中心距a和带的基准长度Ld。

初定中心距为0.7（d1+d2）

395.5

通过计算机模拟，取定a0=500mm

根据带传动的几何关系，按下式计算所需的基准长度Ld’为：

Ld’≈2a0+π（d1+d2）/2+（d1-d2）2/4a0

=2x500+3.14x（425+140）/2+（425-140）2/（4x500）=1982.1mm

根据Ld’查《机械设计基础》表8-6选取与之接近的V带基准长度Ld，选取

Ld=1800mm

根据Ld计算实际中心距为a≈a0+（Ld-Ld’）/2

=500+（1800-1928.1）/2=435.95mm

圆整至a=450mm

为便于安装和调整中心距，需留出一定的中心距调整余量。

中心距的变动范围为：

amin=a-0.015Ld=450-0.015x2000=420mm

amax=a+0.03Ld=450+0.03x2000=510mm

5）验算小带轮的包角α1

α1≈180°-（d2-d1）x57.5°/a

=180°-（425-140）x57.5°/435.95=142.54°>120°

6）确定带的根数Z

根据包角α1≈140.39°，带长Ld=1800mm，以及传动比为i1=3.0，小带轮转速n1=720r/min；分别查《机械设计基础》表8-3，表8-6，表8-7得到：

包角系数Ka=0.91；长度系数KL=0.95；

单根V带的基本额定功率P0=1.64kw；△P0=0.22kw；计算带的根数：

Z=Pd/（P0+△P0）KaKL=5.364/[（2.08+0.3）x0.91x0.95]

=2.61因此取Z=3

7）确定带的初拉力F0

初拉力的大小是保证带传动正常工作的重要因素，保证传动正常工作单饿单根V带合适的初拉力为：

查《机械设计基础》表8-1得，B截型V带的单位长度质量为q=0.17kg/m,则：

F0=500Pd（2.5/Ka–1）/Zv+qv2

=500x5.364x（2.5/0.91-1）/（3x5.278）+0.17x5.2782=300.69N

8）计算带作用在轴上的力Q

压轴力Q=2ZF0sin（α1/2）=2x3x300.69xsin（142.54/2）=1708.59N

9）选定带轮结构

由带轮基准直径d1=140mm；d2=420mm>300mm，以及电动机轴直径为D=42.018mm为依据，确定小带轮为实心式结构，大带轮为轮辐式结构。

名称

代号及计算公式

小带轮

大带轮

轮宽

B=（z-1）e+2f

63±3

外径

da=dd+2ha

140

425

注：

B型带e=19±0.4；f=12.5±1；ha=3.5.

Pd=5.364kw

选定B系列V带

初取d1=140mm

选定d1=140mm

d2=425mm

i带=3.036

符合要求

a0=500mm

Ld’≈1982.1mm

Ld=1800mm

a≈450mm

amin=420mm

amax=510mm

α1≈142.5°

满足要求

带的根数Z=3

带的初拉力

F0=300.69N

压轴力

Q=1708.59N

小带轮为实心式结构，大带轮为轮辐式结构

2、齿轮传动的设计与计算

计算及说明

结果

1）选择齿轮材料和确定许用应力

①齿轮材料

查《机械设计课程设计手册》第二章材料的参数，于表2-7优质碳素结构钢中，选择45号钢材料，再参考《机械设计基础》表9-4齿轮常用材料及许用应力，为使大小齿轮的寿命相近，选择：

小齿轮选用45钢，调质，HBS1=240；

大齿轮选用45钢，正火，HBS2=200；

HBS1-HBS2=240-200=40合适

②许用应力

根据大小齿轮的HBS,查《机械设计基础》表9-4得：

小齿轮

许用接触应力[σh1]=380+0.7HBS1=380+0.7x240=548MPa

许用弯曲应力[σF1]=140+0.2HBS1=140+0.2x240=160MPa

大齿轮

许用接触应力[σh2]=380+0.7HBS2=380+0.7x200=520MPa

许用弯曲应力[σF2]=140+0.2HBS2=140+0.2x200=180MPa

2）设计齿轮参数

对于HBS<350的闭式软齿面齿轮传动，可以先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。

1在本例中，钢制齿轮的弹性模量E=2.06x105MPa；压力角α=20°；

工作系数K=1.3~1.6，因为齿轮对称布置，所以取K=1.3；

对于闭式软齿面传动，齿轮对称靠近轴承，齿宽系数ψd=0.8~1.4，选择ψd=0.95。

按照设计公式可得：

mm

②对于闭式软齿面齿轮传动，在满足弯曲强度的条件下，应去较多的齿数Z1和较小的模数，这样可以增大重合数，提高传动的平稳度，还可以节省制造费用，一般Z1=20~40。

在本例中选取：

小齿轮的齿数Z1=40；

大齿轮齿数Z2=i2*Z2=3.66x40=146.4；

为使齿轮磨损均匀，应使两轮齿数互为质数，因此Z2=145

验算传动比△i%=|Z2/Z1–i2|/i2=|145/40-3.66|/3.66=0.096%满足条件

③主要尺寸计算

齿轮模数m=d1/Z1=76.32/40=1.908取标准值m=2

中心距a2=m（Z1+Z2）/2=2x（40+145）/2=185m

大齿轮齿宽b1=ψd*m*Z1=0.95x2x40=76mm,圆整取b2=75mm

为了便装配，齿宽一般取小齿轮比大齿轮宽5~10mm，考虑到数据的圆整，因此：

小齿轮齿宽b1=b2+5=75+5=80mm

3）验算齿根弯曲疲劳强度

由之前的数据得：

小齿轮许用弯曲屈服应力[σF1]=160MPa；

大齿轮许用弯曲屈服应力[σF2]=180MPa；载荷系数K=1.3；

又由Z1=40；Z2=145查《机械设计基础》表9-8得到正常齿制标准外齿合齿轮的齿形系数为：

YF1=2.40；YF2=2.18应用公式得：

σF1=2KT1YF/b2Z1m2=2x1.3x170710x2.40/（75x40x22）

=88.77MPa<[σF1]=160MPa

σF2=σF1*YF2/YF1=88.77x2.18/2.40=80.63MPa<[σF2]=180MPa

齿根弯曲疲劳强度足够。

4）齿轮的精度等级

根据V=πdn/（60x1000）=3.14x80x240/（60x1000）=1.005m/s

参考《机械设计基础》表9-5各类机器所用齿轮传动的精度等级范围，及表9-6直齿圆柱齿轮精度等级与圆周速度的关系，HBS<350，选择齿轮精度为等级9。

5）将齿轮的主要尺寸和几何参数汇总成下表：

名称

代号及公式

小齿轮

大齿轮

齿数

Z

40

145

分度圆直径

d=mz

80

290

齿顶高

ha=ha*m

2

齿根高

hf=（ha*+c*）m

2.5

全齿高

h=（2ha*+c*）m

4.5

齿顶圆直径

da=（z+2ha*）m

84

294

齿根圆直径

df=（z-2ha*-2c*）m

75

285

基圆直径

db=dcosα

75

136

齿距

p=πm

6.28

齿厚

s=p/2

3.14

齿槽宽

e=p/2

3.14

中心距

a=（d1+d2）/2

185

传动比

i=z2/z1

3.625

注：

对正常齿ha*=1.0；c*=0.25；压力角α=20°.

6）齿轮的结构设计

因为小齿轮的齿顶圆直径da1=84mm<160mm，因此暂定采用实心式结构。

因为大齿轮的齿顶圆直径da2=294mm<500mm，为减轻重量，节约材料和便于搬运和装拆，采用腹板式结构。

HBS1=240

HBS2=200

[σh1]=548MPa

[σF1]=160MPa

[σh2]=520MPa

[σF2]=180MPa

K=1.3

ψd=0.95

d1

76.32mm

Z1=40

Z2=145

m=2

a2=185mm

b2=75mm

b1=80mm

σF1<[σF1]

σF2<[σF2]

齿根弯曲疲劳强度足够

齿轮精度为等级9

四、校检实际转速

各级传动零件的参数确定后，应计算执行装置的实际转速，并验算实际转速与设计要求的转速偏差是构在许用范围。

本例带式输送机起传动滚筒轴的实际转速为

nw’=nd/i带xi齿=720/（3.04x3.63）=65.2r/min

实际转速与设计要求的转速偏差

△n%=|nw-nw’|/nwx100%=|65.2-65.57|/65.57x100%=0.23%<5%

因此该传动装置可用。

五、轴的计算

主动轴的计算和设计

计算及说明

结果

1）选择轴的材料

从经济性以及对之前的小齿轮所选的材料考虑，参考《机械设计课程设计手册》第二章材料的参数，选择45号刚为高速轴材料，调质处理，HBS=220，查《机械设计基础》表13-1得到许用弯曲应力[σ-1]=60MPa

并由之前的计算结果有：

P1=4.29kw;n1=240r/min;T1=170710N·mm;

2）按转矩估算轴的最小直径

查《机械设计基础》表13-2轴常用材料的许用切应力[τ]T及A值，对轴上弯矩较小，的载荷较平稳，无轴向载荷，轴只做单向运转，A取较小值，反之A取大值。

对于45钢有A∝[103,126].

按公式

考虑到轴的相应截面处开有键槽，应将直径加大3%，：

d1≥（1+3%）x32.94=33.93mm

轴端直径查标准取标准得：

d1=34mm

3）轴的结构设计

根据轴系结构分析要点，结合后述尺寸确定，考虑到圆柱齿轮传动，选用深沟球轴承，采用凸缘式轴承盖，依靠普通平键联接实现周向固定，利用轴肩结构实现轴与轴承的轴向固定。

考虑到小齿轮分度圆直径与轴的直径差距不大的情况，采用齿轮轴的结构方案，如图2-2示。

轴与其它零部件相配合的具体情况见后装配。

轴的结构草图设计图如图5-1所示，

轴的结构设计主要有三项内容：

①各轴段径向尺寸的确定；②各轴段轴向长度的确定；③其它尺寸（如键槽、圆角、到角，退刀槽等）的确定。

①各轴段径向尺寸的确定

如草图所示，从轴段

=34㎜开始，逐段选取相邻轴段的直径。

起定位固定作用，考虑V带大轮的内孔倒角，定位轴肩高度取h=2，故

=

+2h≥34+2×2=38mm,取

=38mm，该尺寸应满足密封件的直径系列要求。

与轴承内径相配合，考虑安装方便，结合轴的标准直径系列并符合轴承内径系列，取

=42mm，初选定轴承代号为6207。

d4即为小齿轮部分，取d4=50mm

将

作为轴环定位，取

=55mm。

d6=d3=42mm;

②轴向尺寸的确定

从L1段开始，L1段与V带的大轮配合，由之前的计算的大带轮的轮缘宽为B=63±3mm，考虑大带轮的轴向固定要求，L1应略小于大带轮的宽度2~3mm，取L1=60mm。

L2段，该段上要安装密封部件，为方便在不拆下带轮的情况下打开箱盖，大带轮内侧端面至轴承盖连接螺钉头顶面的距离一般为△3=15~20mm，本例取△3=15mm，轴承内端面距离箱体内壁的距离一般为△4=10~15mm，本例取△4=10mm，分别查询轴承盖厚度，螺钉头厚度，轴承厚度，按L2≈L+垫片厚度+轴承盖厚度+螺钉头厚度+△3-△4-轴承厚度，再取圆整值。

估算箱体轴承孔长度部分L=55mm，调整垫片厚度为2mm，则估算可得

L2≈55+2+9.6+5.2+15-10-17=59.8mm圆整为L2=60mm

L3安装轴承段，取L3=40mm

L4因采用齿轮轴结构，L4即为小齿轮的齿宽L4=85mm

L5因采用轴环定位，取L5=8mm

根据对称性，有L6=44mm

两轴承中心距L=156mm

③其他尺寸

大带轮与轴的周向固定采用A型普通平键，查《机械设计课程设计手册》第53页关于键连接，由d1=34mm，L1=60mm选GB/T1096键A8x7x50

4）按弯曲和扭转复合强度对轴进行强度计算

①齿轮的受力计算

由T1=170.71N·m=170710N·mm

圆周力Ft=2T1/d1=2x170710/80=4267.75N

径向力Fr=Fttanα=4267.75xtan20°=1553.33N

因为选用的是直齿齿轮，因此不存在轴向力。

根据之前的计算该轴还将受到V带大轮所带来的压力Fq=Q=1708.59N。

根据之前的计算，得到大带轮和相近轴承的中心距为

L’=L1/2+L2+B（轴承宽）/2=60/2+60+17/2=98.5mm

②求水平面支反力和弯矩

支反力：

FB1=[FQ（L’+L）+FrL/2]/L=[1151.79x（98.5+137）+1174.08x137/2]/137

=2566.94N

FA1=Fq+Fr-FB1=1151.79+1174.08–2566.94=-241.07N

弯矩：

Mc1=FA1L/2=241.07x137/2=16513.30N·mm

MB1=FqL’=1151.79x98.5=113451.32N·mm

③求竖直面支反力和弯矩

支反力：

FA2=FB2=Ft/2=3225.75/2=1612.875N

弯矩：

Mc2=FA2L/2=1612.875x137/2=110481.94N·mm

④合成弯矩：

MB合=MB1=113451.32N·mm

⑤由之前的计算得到该轴的扭矩为T1=129030N·mm

⑥计算当量弯矩

由于扭矩不变，应力校正系数α≈0.3，根据当量