機械零件課程設(shè)計之帶式運輸機的單級圓柱齒輪減速器

1、紹興文理學(xué)院課程設(shè)設(shè)計計說明書課 程： 機械零件課程設(shè)計 設(shè)計題目：帶式運輸機的單級圓柱齒輪減速器 班 級： 機自 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 機械零件課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：一題目：設(shè)計帶式運輸機的減速器。運輸機工作平穩(wěn)，單向運轉(zhuǎn)，單班工作，使用期限8年，輸送帶速度允差為±5。其中減速器由一般規(guī)模廠中小批量生產(chǎn)。 二原始數(shù)據(jù)： 運輸帶拉力F（N）：3000 運輸帶速度v(m.s-1)：1.0 卷筒直徑D（mm）：250三設(shè)計內(nèi)容 一）設(shè)計計算1 電動機的選擇與傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算；2 傳動零件（齒輪或蝸桿傳動、帶傳動等）的設(shè)計；3 軸的設(shè)計；4 軸承及其組合件的選擇

2、及校核；5 鍵聯(lián)接和聯(lián)軸器的選擇及校核；6 箱體、潤滑及附件的設(shè)計二）圖紙的繪制減速器裝配圖繪制；零件圖繪制三）編寫課程設(shè)計說明書內(nèi)容包括：目錄、設(shè)計題目、設(shè)計計算的所有內(nèi)容、課程設(shè)計總結(jié)、參考文獻(xiàn)。四課程設(shè)計要求 設(shè)計完成后，每位學(xué)生提交：1、 減速機裝配圖1張（A0或A1）。 2、軸或齒輪零件圖3張（A3）3、詳細(xì)設(shè)計計算說明書1份。目錄一、傳動方案擬定二、傳動裝置的總體設(shè)計三、普通V帶的設(shè)計四、齒輪傳動的設(shè)計五、傳動軸的設(shè)計六、滾動軸承的設(shè)計七、鍵的設(shè)計八、聯(lián)軸器連接的設(shè)計九、箱體的設(shè)計十、潤滑和密封的設(shè)計十一、設(shè)計小結(jié)十二、參考文獻(xiàn)計算與說明一傳動方案的擬定 本設(shè)計為設(shè)計帶式運輸機的一

3、級圓柱齒輪減速器 1.工作條件：使用期限8年，單班工作，運輸機工作平穩(wěn)，單向運轉(zhuǎn)，室內(nèi)工作，環(huán)境清潔，采用三相交流電，電源的電壓為380V，輸送帶速度允差為±5。其中減速器由一般規(guī)模廠中小批量生產(chǎn)。 2.原始數(shù)據(jù)：運輸帶工作壓力 運輸帶工作速度 卷筒直徑 3.采用V帶傳動與齒輪傳動的組合，即可滿足傳動比要求，一般帶傳動平穩(wěn)性好，能緩沖吸振，適應(yīng)大起動轉(zhuǎn)矩工況要求，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于維修。二.傳動裝置的總體設(shè)計（1） 選擇電動機1.選擇電動機類型按工作要求和條件，選用Y系列三相異步電動機，額定電壓380V，啟動性能好，節(jié)能，滿足一般用途，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，價廉，維護方便。2.選擇

4、電動機的容量由公式KW和KW得： KW由電動機至運輸帶的傳動總效率為式中，分別為帶傳動、軸承、齒輪傳動、聯(lián)軸器和卷筒的傳動效率。取，（滾子軸承），（齒輪精度為8級，不包括軸承效率），（齒輪聯(lián)軸器）， 則所以KW 3.確定電動機轉(zhuǎn)速卷筒軸工作轉(zhuǎn)速為：r/min按表1推薦的傳動比合理范圍，取V帶傳動的傳動比=2-4，一級圓柱齒輪減速器傳動比=3-6，則總傳動合理范圍=6-24，故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為r/min，符合這一范圍同步轉(zhuǎn)速的有750和1000r/min。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由相關(guān)手冊查出兩種適用的電動機型號：（如表一）可見有兩種Y系列三相異步電動機可用，綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量和

5、帶傳動、減速器的傳動比，可見第1鐘方案較好，因此選擇Y132M1-6，其主要性能如表二：表一 Y系列電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)方案電機型號額定功率/kw電機轉(zhuǎn)速r/min重量/N同步滿載1Y132M1-6410009607302Y160M1-847507201180表二 電動機參數(shù)表電機參數(shù)PnDE單位電機額定功率4KW電機額定轉(zhuǎn)速960rpm電機外伸軸直徑×mm電機外伸軸長度×mm 電動機主要外形和安裝尺寸列于下表中心高H外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD底角安裝尺寸 A×B地腳螺栓孔直徑 K軸 伸 尺 寸D×E裝鍵部位尺寸 F×

6、GD132515×345×315216×1781238×8010×41(2） 傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算 滿載轉(zhuǎn)速r/min，76.40rpm， i總= i帶·i齒，取i帶i齒：避免大帶輪半徑過大，大于減速器中心高時造成安裝不便。 取，則 1.各軸轉(zhuǎn)速 軸：r/min 軸：r/min 2.各軸輸入功率 軸：KW 軸:KW 3.各軸輸入轉(zhuǎn)矩 軸： N/mm 軸;N/mm各軸功率、轉(zhuǎn)速及扭矩軸號P（kw）n（rpm）T（Nmm）3.673203.4976.37一 (三)V帶傳動設(shè)計 1. 查表7-7，取，KW，根據(jù)Pc和由圖7-12選取

7、A型V帶。2.由圖7-12和表7-4選取小帶輪基準(zhǔn)直徑mm，則大帶輪基準(zhǔn)直徑mm.由表可知mm，驗算帶速 m/s。 3.確定帶長和中心距a： 0.7·（）2·（）得350 1000初定mm，計算V帶基準(zhǔn)長度mm，V帶基準(zhǔn)長度，由表 7-2選取mm，實際中心距：mm，取a=606mm驗證小帶輪包角：驗證V帶根數(shù)：單根V帶基本額定功率，由表7-6kw 單根V帶額定功率增量，由表7-8kw 小帶輪包角修正系數(shù)，由表7-9 帶長修正系數(shù)，由表7-2V帶根數(shù)：,取z=4由表7-1，V帶單位長度質(zhì)量q=0.1kg/m 計算初拉力：=159.82N，取N 作用在軸上載荷N（4） 齒輪傳動

8、設(shè)計（1)、選定齒輪傳動類型、材料、熱處理方式、精度等級小齒輪選硬齒面，大齒輪選軟齒面，小齒輪的材料為40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為260HBS，大齒輪選用45號鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為200HBS。齒輪精度初選8級。（2）初選主要參數(shù) Z1=20 ，i=4.19 Z2=Z1·i=20×4.1984參照表8-8，取齒寬系數(shù)d=1實際傳動比 （3） 按齒面接觸疲勞強度計算 計算小齒輪分度圓直徑 確定各參數(shù)值 載荷系數(shù) 查課本取K=1.1 小齒輪名義轉(zhuǎn)矩=9.55×106×P/n1=9.55×106×3.38/320 =1.01×105 N

9、·mm 材料彈性影響系數(shù) 由課本表8-6查得 ZE=190 區(qū)域系數(shù) ZH=2.5 重合度系數(shù)=1.88-3.2·（1/+1/） =1.88-3.2×（1/20+1/84）=1.68 Z= 許用應(yīng)力 查課本圖8-20（a） 查表8-11 按一般可靠要求取SH=1 取兩式計算中的較小值，即H=420Mpa于是 = =65.7mm （4）確定模數(shù)：，取m=4中心距：mm分度圓直徑：mm，mm齒寬：mm大齒輪齒寬mm，小齒輪齒寬b1=85mm（5）按齒根彎曲疲勞強度校核計算 校核式中 小輪分度圓直徑=80mm齒輪嚙合寬度b=d· =1.0×80=80

10、mm齒輪系數(shù) 由圖8-18， 應(yīng)力修正系數(shù) 由圖8-19 取，重合度系數(shù)=0.25+0.75/ =0.25+0.75/1.68=0.70齒根彎曲應(yīng)力：MPaMPa許用應(yīng)力 圖8-25a Flim1=300MPa Flim2=180Mpa 壽命系數(shù) 由圖8-29 尺寸系數(shù) 由圖8-30 安全系數(shù) 由表8-11取SF=1.25 則 因為,所以滿足齒根彎曲疲勞強度要求。 五 軸的設(shè)計:1輸入軸的設(shè)計(1) 確定軸上零件的定位和固定方式 （見裝配圖）1，5滾動軸承 2軸 3齒輪軸的輪齒段 4套筒 6密封蓋 7軸端擋圈 8軸承端蓋 9帶輪 10鍵（2） 按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的直徑 選用45鋼調(diào)質(zhì)，硬度217

11、255HBS軸的輸入功率為P=3.38KW，n1=320r/min根據(jù) 課本，并查表11-3 ，取c=115d(3) 確定軸各段直徑和長度從大帶輪開始右起第一段，由于帶輪與軸通過鍵聯(lián)接，則軸應(yīng)該增加5%，取D1=30mm L1=60mm右起第二段直徑取D2=36mm L2=60mm 右起第三段，該段裝有滾動軸承，選用深溝球軸承，則軸承有徑向力，而軸向力為零，選用6208軸承，其尺寸為d×D×B=40×80×18 ，那么該段的直徑為D3=40mm，長度為L3=20mm右起第四段，為滾動軸承的定位軸肩,其直徑應(yīng)小于滾動軸承的內(nèi)圈外徑，取D4=48mm ，長度

12、取L4=10mm 右起第五段，該段為齒輪軸段，由于小齒輪的齒頂圓直徑為88mm ，分度圓直徑為80mm ，齒輪的寬度為85mm ，則，此段的直徑為D5=88mm，長度為L5=85mm右起第六段，為滾動軸承的定位軸肩,其直徑應(yīng)小于滾動軸承的內(nèi)圈外徑，取D6=48mm 長度取L6=10mm 右起第七段，該段為滾動軸承安裝出處，取軸徑為D7=40mm ，長度L7= 20mm (4)求齒輪上作用力的大小、方向 小齒輪分度圓直徑：d1=80mm作用在齒輪上的轉(zhuǎn)矩為：N·mm求圓周力：Ft0=2/d1=2×1.01×105/80=2525N求徑向力Fr=·tan=2

13、525×tan200=919NFt，F(xiàn)r的方向如下圖所示(4)軸長支反力根據(jù)軸承支反力的作用點以及軸承和齒輪在軸上的安裝位置，建立力學(xué)模型。水平面的支反力： N 垂直面的支反力：由于選用深溝球軸承則Fa=0那么N (5) 畫彎矩圖 水平面的彎矩： Nm 垂直面的彎矩： Nm 合成彎矩：(6)畫轉(zhuǎn)矩圖： T= =101 Nm (7)畫當(dāng)量彎矩圖 因為是單向回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)，=0.6 可得當(dāng)量彎矩： (8)判斷危險截面并驗算強度裝有齒輪的軸段當(dāng)量彎矩最大，而其直徑與相鄰段相差不大，所以剖面B為危險截面。在危險截面上，當(dāng)量彎曲應(yīng)力：MPa<-1=60MPaD處雖僅受轉(zhuǎn)矩但其直徑較

14、小，故該面也為危險截面：e= MD/W= MD/(0.1·D13)=60.6×1000/(0.1×303)= 22.4 MPa<所以確定尺寸是安全的受力圖如下：輸出軸的設(shè)計計算:(1) 確定軸上零件的定位和固定方式 （如圖）1，5滾動軸承 2軸 3齒輪 4套筒 6密封蓋 7鍵 8軸承端蓋 9軸端擋圈 10半聯(lián)軸器(2)按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的直徑 選用45#調(diào)質(zhì)，硬度217255HBS軸的輸入功率為KW 轉(zhuǎn)速為r/min根據(jù)P20513-2）式，并查表13-2取c=115d(3)定軸各段直徑和長度從聯(lián)軸器開始右起第一段，由于聯(lián)軸器與軸通過鍵聯(lián)接，則軸應(yīng)該增加5%，

15、取50mm，根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩TC=KA×T=1.5×401=601.5 查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50142003， 選用LXZ2型 柱銷聯(lián)軸器，半聯(lián)軸器長度為 ,軸段長L1=82mm 右起第二段，考慮聯(lián)軸器的軸向定位要求，該段的直徑取54mm,根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器左端面的距離為30mm，故取該段長為L2=74mm 右起第三段，該段裝有滾動軸承，選用深溝球軸承，則軸承有徑向力，而軸向力為零，選用6211 型軸承，其尺寸為d×D×B=55×100×21，那么該段的直徑為56mm ，長度為L3=36m

16、m右起第四段，該段裝有齒輪，并且齒輪與軸用鍵聯(lián)接，直徑要增加5%，大齒輪的分度圓直徑為336mm ，則第四段的直徑取80mm ,齒輪寬為b=80mm，為了保證定位的可靠性，取軸段長度為L4=70mm 右起第五段，考慮齒輪的軸向定位,定位軸肩，取軸肩的直徑為D5=86mm,長度取L5=10mm 右起第六段，取軸徑為D6=56mm ，長度L6=5mm 右起第七段，該段為滾動軸承安裝出處，取軸徑為D7=55mm，長度L7=20mm(4)求齒輪上作用力的大小、方向 大齒輪分度圓直徑：d1=336mm 作用在齒輪上的轉(zhuǎn)矩為：T2 =4.01×105N·mm 求圓周力：FtFt=2T2

17、/d2=2×4.01×105/336=2387N 求徑向力Fr二 Fr=Ft·tan=2387×tan200=869N （5）軸長支反力根據(jù)軸承支反力的作用點以及軸承和齒輪在軸上的安裝位置，建立力學(xué)模型。水平面的支反力： N 垂直面的支反力：由于選用深溝球軸承則Fa=0那么N (5) 畫彎矩圖 水平面的彎矩： Nm 垂直面的彎矩： Nm 合成彎矩： （7）畫轉(zhuǎn)矩圖： T= 401 Nm （8）畫當(dāng)量彎矩圖 因為是單向回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)，=0.6 可得右起第四段剖面C處的當(dāng)量彎矩： （9）判斷危險截面并驗算強度右起第四段剖面C 處當(dāng)量彎矩最大，而其直徑與

18、相鄰段相差不大，所以剖面C 為危險截面。已知MeC=258Nm,由課本-1=60Mpa 則：e= MeC/W= MeC/(0.1·D43)= 50.4 Mpa<-1右起第一段D處雖僅受轉(zhuǎn)矩但其直徑較小，故該面也為危險截面：0.6×401=240.6Nme= MD/W= MD/(0.1·D13)=240.6×1000/(0.1×503)=19.25 Nm<-1 所以確定的尺寸是安全的 。 以上計算所需的圖如下：八箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計:(1) 窺視孔和窺視孔蓋 在減速器上部可以看到傳動零件嚙合處要開窺視孔，以便檢查齒面接觸斑點和赤側(cè)間隙，了解嚙

19、合情況。潤滑油也由此注入機體內(nèi)。窺視孔上有蓋板，以防止污物進入機體內(nèi)和潤滑油飛濺出來。(2) 放油螺塞減速器底部設(shè)有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞賭注。(3)油標(biāo)油標(biāo)用來檢查油面高度，以保證有正常的油量。油標(biāo)有各種結(jié)構(gòu)類型，有的已定為國家標(biāo)準(zhǔn)件。(4)通氣器減速器運轉(zhuǎn)時，由于摩擦發(fā)熱，使機體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，導(dǎo)致潤滑油從縫隙向外滲漏。所以多在機蓋頂部或窺視孔蓋上安裝通氣器，使機體內(nèi)熱漲氣自由逸出，達(dá)到集體內(nèi)外氣壓相等，提高機體有縫隙處的密封性能。(5)啟蓋螺釘機蓋與機座結(jié)合面上常涂有水玻璃或密封膠，聯(lián)結(jié)后結(jié)合較緊，不易分開。為便于取蓋，在機蓋凸緣上常裝有一至二個啟蓋螺釘，在啟蓋時，可先

20、擰動此螺釘頂起機蓋。在軸承端蓋上也可以安裝啟蓋螺釘，便于拆卸端蓋。對于需作軸向調(diào)整的套環(huán)，如裝上二個啟蓋螺釘，將便于調(diào)整。(6)定位銷 為了保證軸承座孔的安裝精度，在機蓋和機座用螺栓聯(lián)結(jié)后，鏜孔之前裝上兩個定位銷，孔位置盡量遠(yuǎn)些。如機體結(jié)構(gòu)是對的，銷孔位置不應(yīng)該對稱布置。(7)調(diào)整墊片調(diào)整墊片由多片很薄的軟金屬制成，用一調(diào)整軸承間隙。有的墊片還要起調(diào)整傳動零件軸向位置的作用。(8)環(huán)首螺釘、吊環(huán)和吊鉤在機蓋上裝有環(huán)首螺釘或鑄出吊環(huán)或吊鉤，用以搬運或拆卸機蓋。(9)密封裝置 在伸出軸與端蓋之間有間隙，必須安裝密封件，以防止漏油和污物進入機體內(nèi)。密封件多為標(biāo)準(zhǔn)件，其密封效果相差很大，應(yīng)根據(jù)具體情況

21、選用。箱體結(jié)構(gòu)尺寸選擇如下表：名稱符號尺寸（mm）機座壁厚16機蓋壁厚113機座凸緣厚度b24機蓋凸緣厚度b 124機座底凸緣厚度b 240地腳螺釘直徑df32地腳螺釘數(shù)目n8軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓直徑d124機蓋與機座聯(lián)接螺栓直徑d216聯(lián)軸器螺栓d2的間距 l 160軸承端蓋螺釘直徑d316窺視孔蓋螺釘直徑d414定位銷直徑d14df，d1, d2至外機壁距離C126, 22, 18df， d2至凸緣邊緣距離C224, 16軸承旁凸臺半徑R124, 16凸臺高度h 根據(jù)低速級軸承座外徑確定，以便于扳手操作為準(zhǔn)外機壁至軸承座端面距離l1 60，44大齒輪頂圓與內(nèi)機壁距離112齒輪端面與內(nèi)機壁距離2

22、10機蓋、機座肋厚m1 ,m27， 7軸承端蓋外徑D290， 105軸承端蓋凸緣厚度t 10軸承旁聯(lián)接螺栓距離S盡量靠近，以Md1和Md2互不干涉為準(zhǔn)，一般s=D2聯(lián)軸器的設(shè)計:（1）類型選擇 由于兩軸相對位移很小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，且結(jié)構(gòu)簡單，對緩沖要求不高，故選用彈性柱銷聯(lián)。 （2）載荷計算計算轉(zhuǎn)矩N.m其中KA為工況系數(shù)，由課本 得KA=1.5（3）型號選擇根據(jù)TC，軸徑d，軸的轉(zhuǎn)速n， 查標(biāo)準(zhǔn)GB/T14-1 選用LXZ2 型彈性柱銷聯(lián)，其額定轉(zhuǎn)矩T= 1250Nm , 許用轉(zhuǎn)速n= 3750r/m ,故符合要求。鍵聯(lián)接設(shè)計:1輸入軸與大帶輪聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接此段軸徑d1=30mm ,L1=56

23、mm 查手冊得，選用C 型平鍵，得：A鍵 8×7 GB1096-79 L=L1-b=56-8=48mm T=101N·m h=7mm，鍵與鍵槽的工作高度K=h/2=3.5mm根據(jù)擠壓應(yīng)力公式得p=2T/（d·k·l）=40.08Mpa < R =110Mpa2、輸出軸與齒輪2聯(lián)接用平鍵聯(lián)接軸徑d3=80mm L3=70mm T=401NM查手冊 選用 A 型平鍵鍵22×14 GB1096-79 l=L3-b=70-22=48mm h=14mm,鍵與鍵槽的工作高度K=h/2=7mmp=2 T/（d·k·l）=29.84M

24、pa < R =110Mpa3、輸出軸與聯(lián)軸器聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接 軸徑d2=50mm,L2=82mm, T2=401N·m 查手冊 選 A 型平鍵 GB1096-79 B 鍵14×9 GB1096-79 l=L2-b=82-14=68mm h=9mm,鍵與鍵槽的工作高度K=h/2=4.5mm 根據(jù)擠壓應(yīng)力公式得p=2 ·T2/（d·k·l）=52.42Mpa<p (110Mpa)所以鍵滿足強度要求滾動軸承設(shè)計:根據(jù)條件，軸承預(yù)計壽命Lh10=小時1.輸入軸的軸承設(shè)計計算（1）初步計算當(dāng)量動載荷P 因該軸承在此工作條件下只受到Fr徑向力

25、作用，所以P=Fr=869N（2）求軸承應(yīng)有的徑向基本額定載荷值 N （3）選擇軸承型號查 表11-5 ，選擇6208 軸承 C=29.5KN由課本式11-3有>23360預(yù)期壽命足夠 此軸承合格2.輸出軸的軸承設(shè)計計算（1）初步計算當(dāng)量動載荷P因該軸承在此工作條件下只受到Fr徑向力作用，所以P=Fr=869N （2）求軸承應(yīng)有的徑向基本額定載荷值=N（3）選擇軸承型號查課本表11-5 ，選擇6211 軸承 C=43.2KN由課本式11-3有>23360預(yù)期壽命足夠>23360此軸承合格10、 密封和潤滑的設(shè)計:（a） 潤滑：目的：減輕摩擦磨損、散熱冷卻、減震、防銹。齒輪：當(dāng)

26、V12m/s時，齒輪采用油浴潤滑，此時大齒輪浸油12個齒高，且齒頂圓到油池底部的距離為（3050）mm，以免將油中沉淀物攪起。常用機械油牌號：30號、50號。滾動軸承：當(dāng)d×n2×105mm·rpm時，采用脂潤滑。此時，軸承端面處應(yīng)安裝封油環(huán)。常用潤滑脂：鈣基脂ZG-2ZG-5；鈉基脂：ZN-2。 當(dāng)d×n2×105mm·rpm時，采用油潤滑：齒輪甩油箱蓋內(nèi)壁箱座結(jié)合面上油溝軸承孔。此時，小齒輪軸軸承端面處應(yīng)安裝擋油環(huán)。（b） 密封：放油螺塞處：封油圈。材料：防油橡膠、工業(yè)用革、石棉橡膠紙；軸外伸處：可采用接觸式密封； 箱體結(jié)合面處：涂密封膠。常用牌號：601，7302十一、設(shè)計小結(jié): 通過本次課程設(shè)計，使自己對所學(xué)的各門課程進一步加深了理解，對于各方面知識之間的聯(lián)系有了實際的體會。同時也深深感到自己初步掌握的知識與實際需要還有很大的距離，在今后還