那位有带式运输机传动系统中的一级圆柱齿轮减速器

最真的我

一、前言
(一)
设计目的：
通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，培养结构设计，计算能力，熟悉一般的机械装置设计过程。
(二)
传动方案的分析
' U1 ~( ]+ z5 T. o& V机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。
本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。
带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。
2 a4 {( q/ l; [, v2 K( K齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。
! G2 n. {( h7 o7 O: [减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。
二、传动系统的参数设计
原始数据：运输带的工作拉力F=0.2 KN；带速V=2.0m/s；滚筒直径D=400mm（滚筒效率为0.96）。
1 o/ H( F5 F" w工作条件：预定使用寿命8年，工作为二班工作制，载荷轻。
工作环境：室内灰尘较大，环境最高温度35°。
动力来源：电力，三相交流380/220伏。
3 D  H) R6 M0 j- M! {3 Q' E0 V$ U1
、电动机选择
（1）、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机
（2）、电动机功率选择：
* c. ]& m. {, r0 [+ E( k①传动装置的总效率：
=0.98×0.99 ×0.96×0.99×0.96
②工作机所需的输入功率：
因为 F=0.2 KN=0.2 KN= 1908N
=FV/1000η
3 l+ I4 e# Y7 V=1908×2/1000×0.96
=3.975KW
* V0 p* d8 c3 y4 u* f③电动机的输出功率：
( ~  i3 q: Z- v0 l# ]- _' W4 K=3.975/0.87=4.488KW
使电动机的额定功率P ＝（1～1.3）P ，由查表得电动机的额定功率P ＝ 5.5KW 。
9 C) I+ N, V4 d4 V5 h9 O* X⑶、确定电动机转速：
4 a' t# w; E- `计算滚筒工作转速：
=（60×v）/（2π×D/2）
=（60×2）/（2π×0.2）
+ N; ?9 ?: f) t9 D=96r/min
6 E( N6 X' u4 i% W由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I’ =3~6。取V带传动比I’ =2~4，则总传动比理时范围为I’ =6~24。故电动机转速的可选范围为n’ =（6~24）×96=576~2304r/min
⑷、确定电动机型号
3 j- E) y9 e& K8 m* i! J根据以上计算在这个范围内电动机的同步转速有1000r/min和1500r/min，综合考虑电动机和传动装置的情况，同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为1500r/min ，根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为Y132S-4 ，满载转速 1440r/min 。
其主要性能：额定功率：5.5KW，满载转速1440r/min，额定转矩2.2，质量68kg。
2 、计算总传动比及分配各级的传动比
（1）、总传动比：i =1440/96=15
（2）、分配各级传动比：
根据指导书，取齿轮i =5（单级减速器i=3~6合理）
" }" ~0 C  c9 e! t=15/5=3
7 M8 J9 Y" a: e- \0 m3 、运动参数及动力参数计算
7 K1 i& n: W( l% m⑴、计算各轴转速（r/min）
* G& U3 G5 K3 t% L2 D( |, p=960r/min
" Y: m3 h- m$ t$ F7 C=1440/3=480(r/min)
# v% l+ T6 J0 ~* @- K=480/5=96(r/min)
0 ?0 u4 {: B4 ?- E5 q. A; i⑵计算各轴的功率（KW）
$ X- t- q: s' \& n* C电动机的额定功率Pm=5.5KW
+ Q" {5 o1 f) F: w6 C- }8 }所以
P =5.5×0.98×0.99=4.354KW
=4.354×0.99×0.96 =4.138KW
5 h+ e, h9 y& j: t' y5 b. y=4.138×0.99×0.99=4.056KW
⑶计算各轴扭矩（N•mm）
TI=9550×PI/nI=9550×4.354/480=86.63N•m
+ D% h$ G+ [* d) m=9550×4.138/96 =411.645N•m
& }- y9 l! D7 X1 z=9550×4.056/96 =403.486N•m
& E4 F5 K0 ?9 m- \9 H三、传动零件的设计计算
$ t, h  |' e$ O: N, t( t& p（一）齿轮传动的设计计算
（1）选择齿轮材料及精度等级
: g# L) G/ \* y8 p8 b1 w/ J考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240~260HBS。大齿轮选用45#钢，调质，齿面硬度220HBS；根据指导书选7级精度。齿面精糙度R ≤1.6~3.2μm
, {5 m$ d+ c# |0 f8 y+ Y（2）确定有关参数和系数如下：
传动比i
( N6 G, j! |+ l取小齿轮齿数Z =20。则大齿轮齿数：
=5×20=100 ，所以取Z
/ g+ w$ M: b( }+ {& m# `4 ]实际传动比
i =101/20=5.05
传动比误差：（i -i）/I=（5.05-5）/5=1%<2.5% 可用
: D9 }2 ]& J6 Q6 ?齿数比： u=i
' B+ k7 ^) ?6 @" f0 D# [2 w# O5 R4 P取模数：m=3 ；齿顶高系数h =1；径向间隙系数c =0.25；压力角 =20°；
' B! a$ R  N& }% ~1 L7 L& s& k" Q5 G则 h *m=3，h ）m=3.75
h=（2 h ）m=6.75，c= c
, f4 ?( l0 j4 I5 \7 S7 U分度圆直径：d =×20mm=60mm
d =3×101mm=303mm
4 H( m1 a, w* o+ r由指导书取 φ
齿宽： b=φ =0.9×60mm=54mm
" U# B' [' ]) d5 [3 s$ }=60mm ，
b
齿顶圆直径：d ）=66，
d
4 `( J) M4 a+ k( a# U齿根圆直径：d ）=52.5，
d ）=295.5
基圆直径：
d cos =56.38，
d cos =284.73
(3)计算齿轮传动的中心矩a：
) F" n& u/ c. q! oa=m/2(Z )=3/2(20+101)=181.5mm 液压绞车≈182mm
（二）轴的设计计算
% `  f8 Q- g1 J  U# c9 V! q1 、输入轴的设计计算
! L1 [3 t+ t" l⑴、按扭矩初算轴径
: I7 z5 K) _! ~: r选用45#调质，硬度217~255HBS
根据指导书并查表，取c=110
所以 d≥110 (4.354/480) 1/3mm=22.941mm
. ^% A  w; s+ e. hd=22.941×(1+5%)mm=24.08mm
6 U8 g+ Z% Y& y6 _1 l∴选d=25mm
⑵、轴的结构设计
①轴上零件的定位，固定和装配
6 W: e: M! P+ Z+ F* u单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定
②确定轴各段直径和长度
: d3 S6 I' m' s  W3 VⅠ段：d =25mm
7 Q: n) m" x* L, m: |1 T， L =（1.5～3）d ，所以长度取L
∵h=2c
c=1.5mm
+2h=25+2×2×1.5=31mm
$ f) x/ k. b. N) ]+ n考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：
L =（2+20+55）=77mm
5 ~# R, t+ ]  q+ K( pIII段直径：
" k: V( e4 n' V! T- ^& t初选用30207型角接触球轴承，其内径d为35mm,外径D为72mm，宽度T为18.25mm.
7 K* l7 p! M! w/ ?! A, Q0 U2 M8 y=d=35mm，L =T=18.25mm，取L
Ⅳ段直径：
; I1 P( ]9 W0 q# b由手册得：c=1.5
h=2c=2×1.5=3mm
* U+ p; H/ k' t% E& D" ~  B此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由手册得安装尺寸h=3.该段直径应取：d =（35+3×2）=41mm
因此将Ⅳ段设计成阶梯形，左段直径为41mm
+2h=35+2×3=41mm
长度与右面的套筒相同，即L
; y8 |- O9 V+ `2 Z  bⅤ段直径：d =50mm. ，长度L =60mm
取L
( ?+ y! s9 ^2 O$ r5 k由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=80mm
Ⅵ段直径：d =41mm， L
. O! O2 K5 e7 D3 D: L  l& XⅦ段直径：d =35mm， L ＜L3，取L
% B' j& F$ p) \( M2 、输出轴的设计计算
+ c5 o0 j$ K: U⑴、按扭矩初算轴径
选用45#调质钢，硬度（217~255HBS）
6 Q5 O& T/ u+ |, n( @根据课本P235页式（10-2），表（10-2）取c=110
=110× (2.168/76.4) =38.57mm
考虑有键槽，将直径增大5%，则
d=38.57×(1+5%)mm=40.4985mm
, Z7 D$ U7 ^* _! P2 }∴取d=42mm
⑵、轴的结构设计
) v  `, d9 R" O2 e& ~  D; e" _①轴的零件定位，固定和装配
单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。
. _" N  B9 j/ E$ ~- f* X) }②确定轴的各段直径和长度
初选30211型角接球轴承，其内径d为55mm，外径D=100mm，宽度T为22.755mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长42.755mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。
+ |5 c' h+ J% Y/ Y! U则 d =42mm L = 50mm
: }" y2 b8 H- T* ?' E7 `L = 55mm
5 ?7 q4 F7 d% G9 t/ ^L = 60mm
3 R1 j" i5 V9 p- ?* z8 O# R, IL = 68mm
  ~1 v; n( Z) u2 m0 w" ?L =55mm
9 j$ F2 e- w+ J6 RL
7 r5 ]2 p0 w( j- X" [" Q8 t四、滚动轴承的选择
1 、计算输入轴承
选用30207型角接触球轴承，其内径d为35mm,外径D为72mm，宽度T为18.25mm.
2 、计算输出轴承
+ e5 C& O/ G! y: z4 W) p% r选30211型角接球轴承，其内径d为55mm，外径D=100mm，宽度T为22.755mm
五、键联接的选择
! u& }  D2 G+ n( t5 P1 、输出轴与带轮联接采用平键联接
) j( P  W- S& }键的类型及其尺寸选择：
+ }, G: i6 P, h: G- ^( C带轮传动要求带轮与轴的对中性好，故选择C型平键联接。
1 F# N  e. `7 L7 r: ~# ~4 c$ U* `- Z根据轴径d =42mm ，L =65mm
查手册得，选用C型平键，得： 卷扬机
! c* N% y$ J: L* J! Z装配图中22号零件选用GB1096-79系列的键12×56
则查得：键宽b=12，键高h=8，因轴长L ＝65，故取键长L=56
3 _  t3 k5 r9 b4 a2 、输出轴与齿轮联接用平键联接
4 x! Q4 Z; R* b" a. p6 K=60mm,L
1 ^- x$ ~* g$ K" P: ^) D查手册得，选用C型平键，得：
装配图中 赫格隆36号零件选用GB1096-79系列的键18×45
& o- a* N3 A& W- [' q, {/ x% |则查得：键宽b=18，键高h=11，因轴长L ＝53，故取键长L=45
& n4 [2 l4 e  D/ C& J2 I; g3 、输入轴与带轮联接采用平键联接 =25mm L
" j5 `2 I( u: w  ~$ \# r查手册
选A型平键，得：
+ S! }8 X$ W- ?3 m7 u装配图中29号零件选用GB1096-79系列的键8×50
% `4 _% b7 N) c则查得：键宽b=8，键高h=7，因轴长L ＝62，故取键长L=50
4 、输出轴与齿轮联接用平键联接
4 ~  l  @+ H9 j=50mm
L
0 F- j- q. R9 d# q查手册
0 F/ e" M8 j$ B7 [: i选A型平键，得：
装配图中26号零件选用GB1096-79系列的键14×49
则查得：键宽b=14，键高h=9，因轴长L ＝60，故取键长L=49
六、箱体、箱盖主要尺寸计算
箱体采用水平剖分式结构，采用HT200灰铸铁铸造而成。箱体主要尺寸计算如下：
七、轴承端盖
主要尺寸计算
5 _; c0 C# Z9 q" Q轴承端盖：HT150 d3=8
9 A, ^1 C. m: b, d" _" N/ Qn=6 b=10
八、减速器的
减速器的附件的设计
1
+ ]* b# G9 ^8 I# j5 m、挡圈 ：GB886-86
查得：内径d=55，外径D=65，挡圈厚H=5，右肩轴直径D1≥58
2
; M5 B. W6 ?: N! y- G  z* j、油标 ：M12：d =6，h=28，a=10,b=6，c=4，D=20，D
) D* i% U% C$ n( }. p3
8 D; F2 |8 ^, u0 F/ X、角螺塞
M18
" Y5 q8 `8 c' f+ y' g8 M8 P×
1.5 ：JB/ZQ4450-86
  f  d( D6 ?! b1 e- a1 r/ Y九、
设计参考资料目录
1、吴宗泽、罗圣国主编.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，1999.6
0 j& I" J; S3 L& H. k8 q2、解兰昌等编著.紧密仪器仪表机构设计.杭州：浙江大学出版社，1997.11