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
9 |# p8 c+ t5 b% E  h9 ^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。
+ S9 U  U, z% |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。
9 A+ R; q& h6 W- b$ M) o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。
减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。
* v5 T5 N" l; U% U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）。
5 C1 |2 Z9 C/ a1 p工作条件：预定使用寿命8年，工作为二班工作制，载荷轻。
! r1 d$ i0 P0 n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。
  k/ }" ~: Z+ Z# b1
、电动机选择
（1）、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机
6 _: n* M: x5 R8 D（2）、电动机功率选择：
①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：
( p3 `, ~, G3 W# H因为 F=0.2 KN=0.2 KN= 1908N
=FV/1000η
=1908×2/1000×0.96
=3.975KW
③电动机的输出功率：
=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 。
  l; F( E/ u, j; y6 ]⑶、确定电动机转速：
( r* \+ _+ p# S" b+ `( c计算滚筒工作转速：
=（60×v）/（2π×D/2）
=（60×2）/（2π×0.2）
* n3 [; n/ J$ G$ Y=96r/min
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
% G* ~$ ?& Z  r⑷、确定电动机型号
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
/ ?# g. q' O+ ~+ d（1）、总传动比：i =1440/96=15
（2）、分配各级传动比：
/ p' D# M' y+ {7 I6 L" }0 \根据指导书，取齿轮i =5（单级减速器i=3~6合理）
=15/5=3
3 、运动参数及动力参数计算
# G* h" f% R  i7 l⑴、计算各轴转速（r/min）
( t* g* l$ n+ W0 }=960r/min
=1440/3=480(r/min)
=480/5=96(r/min)
⑵计算各轴的功率（KW）
: v/ v! |( f7 _  o- t5 J电动机的额定功率Pm=5.5KW
# P% ]' z9 w+ a# g# J# ^/ a$ X' I所以
P =5.5×0.98×0.99=4.354KW
=4.354×0.99×0.96 =4.138KW
=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
=9550×4.138/96 =411.645N•m
- F8 r; h4 i3 T=9550×4.056/96 =403.486N•m
三、传动零件的设计计算
8 L+ Q: u( z2 u1 N（一）齿轮传动的设计计算
7 o8 V& y' f. o) Y* \- S3 N/ _（1）选择齿轮材料及精度等级
  q* B& U1 R9 S$ S4 g7 d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
（2）确定有关参数和系数如下：
0 l( ]- e9 l. n' N3 ~% F  ~传动比i
- E& h& L% j. H! |# d取小齿轮齿数Z =20。则大齿轮齿数：
5 g# L$ d5 u8 P% ^$ q+ s=5×20=100 ，所以取Z
& K+ Q% {, Z, K4 O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
1 Z% }( t/ W9 ~; \8 @齿数比： u=i
# C: M4 I& e, f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°；
则 h *m=3，h ）m=3.75
h=（2 h ）m=6.75，c= c
分度圆直径：d =×20mm=60mm
0 k' a: L: x! B2 U0 H6 U/ q0 Sd =3×101mm=303mm
/ z- K" {; z' ^% z) x由指导书取 φ
, X9 U, r2 k% M. ^; M齿宽： b=φ =0.9×60mm=54mm
=60mm ，
& l& ~1 o" H/ v. Z4 Q5 I1 Nb
齿顶圆直径：d ）=66，
d
齿根圆直径：d ）=52.5，
; r+ ?% R/ D  T9 D% R1 {d ）=295.5
基圆直径：
$ {& ?2 w7 K. r8 U' y% Bd cos =56.38，
d cos =284.73
2 i% ]8 E2 w2 t8 V. p(3)计算齿轮传动的中心矩a：
. b) y0 ~; L( E7 O) m5 na=m/2(Z )=3/2(20+101)=181.5mm 液压绞车≈182mm
6 {/ B4 u& q$ ?（二）轴的设计计算
1 、输入轴的设计计算
⑴、按扭矩初算轴径
选用45#调质，硬度217~255HBS
根据指导书并查表，取c=110
! P1 C) W: v9 m! Z所以 d≥110 (4.354/480) 1/3mm=22.941mm
d=22.941×(1+5%)mm=24.08mm
∴选d=25mm
⑵、轴的结构设计
- p  A/ w# D! b& s2 i+ I①轴上零件的定位，固定和装配
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
% E  ?2 E! e2 ^: F& _" k' S②确定轴各段直径和长度
7 x2 g3 @8 Q: B7 P* E+ u: xⅠ段：d =25mm
: I+ o5 g) F% Z$ m: z+ _， L =（1.5～3）d ，所以长度取L
+ n1 L% n3 c8 m5 M' Q∵h=2c
c=1.5mm
+2h=25+2×2×1.5=31mm
1 o) }3 ~" i$ ~) Q$ \5 z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：
+ C$ k) C9 j+ O5 z" ML =（2+20+55）=77mm
III段直径：
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.
=d=35mm，L =T=18.25mm，取L
) c& L! w- A4 i! a. F4 Z2 aⅣ段直径：
由手册得：c=1.5
, y! s& T1 s: \# g9 Q# A% t, Th=2c=2×1.5=3mm
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
+ O; Y' t* w4 S8 }长度与右面的套筒相同，即L
, X% u" o. d- o+ f1 |Ⅴ段直径：d =50mm. ，长度L =60mm
取L
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
Ⅶ段直径：d =35mm， L ＜L3，取L
2 、输出轴的设计计算
⑴、按扭矩初算轴径
9 U# P( x6 R' p: G% ?$ g选用45#调质钢，硬度（217~255HBS）
' U" G5 f) X2 L根据课本P235页式（10-2），表（10-2）取c=110
=110× (2.168/76.4) =38.57mm
) r% c" ~$ K. B0 B1 v2 O考虑有键槽，将直径增大5%，则
d=38.57×(1+5%)mm=40.4985mm
∴取d=42mm
' i% p  _$ G0 n3 |6 J. K4 s⑵、轴的结构设计
! F6 u2 h) x% N7 C- M' z①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。
" M/ i+ f) o- m: l* i( G②确定轴的各段直径和长度
" o1 A: C# g: P1 p9 j; Z) g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。
& ^7 ^4 S  Z; C% @则 d =42mm L = 50mm
' i& ^! R* Z" Q( a% n, r+ k. O; [0 WL = 55mm
L = 60mm
L = 68mm
( j9 S) y. k1 P8 l: ?" |L =55mm
2 ]: F; N% d8 j6 W3 e3 xL
( M( Y9 H, ^2 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.
- V+ x# ?  [8 k! |/ [2 、计算输出轴承
& e% R6 J, r, F, I4 A' Y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
$ l3 d! |- |+ w, _4 L. O: p+ e1 、输出轴与带轮联接采用平键联接
键的类型及其尺寸选择：
带轮传动要求带轮与轴的对中性好，故选择C型平键联接。
6 p; ~( P2 b/ u, Z/ R9 L  |8 Z根据轴径d =42mm ，L =65mm
. Y! ?  q- k( U) W$ O4 O+ v/ a查手册得，选用C型平键，得： 卷扬机
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
9 R, o8 K5 h7 S$ L( t& x2 、输出轴与齿轮联接用平键联接
=60mm,L
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
5 J: E% x; _1 }' _7 ^则查得：键宽b=18，键高h=11，因轴长L ＝53，故取键长L=45
9 M) X1 m2 H" O  F; r3 、输入轴与带轮联接采用平键联接 =25mm L
查手册
选A型平键，得：
装配图中29号零件选用GB1096-79系列的键8×50
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
7 O0 ]2 t7 a/ Y% N% ~=50mm
. C: ?+ l- F$ Q: v- }L
* J$ Q0 ^  M4 k0 |3 [查手册
! `/ `5 u. f8 P3 U; v+ ?/ V. h选A型平键，得：
- q* u! ?% f/ J5 ^+ a9 K- L" g装配图中26号零件选用GB1096-79系列的键14×49
3 I4 H% U" b3 |1 L7 _1 K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
7 i! k4 O. _% [. @- @* `* n4 [9 c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：
; V9 ]+ J) y- Y+ `0 j5 P七、轴承端盖
. v, j9 I+ w1 G9 _! E, R1 Y& s: }主要尺寸计算
0 Z3 E+ v1 w. s; d2 j1 v1 b3 U轴承端盖：HT150 d3=8
# U$ ?# M; i4 K& Jn=6 b=10
八、减速器的
( i2 {7 h7 f& f. S: @+ ?3 o减速器的附件的设计
5 f& Q4 `- [$ ^; Q1
( I0 ^* E. E- }& V5 G$ c: _$ W、挡圈 ：GB886-86
% J! w" P, D1 @( W2 w% K3 s) p查得：内径d=55，外径D=65，挡圈厚H=5，右肩轴直径D1≥58
2
4 V  Z' Z' H3 Q) h  c7 O、油标 ：M12：d =6，h=28，a=10,b=6，c=4，D=20，D
3
# L  G5 T0 W7 v、角螺塞
0 |/ G7 L0 X* f3 g; ]; |, fM18
×
/ ?  [1 _) x$ _/ |' J* e. q1 S1.5 ：JB/ZQ4450-86
* s% p& F: ^% M- t, B( y% g$ B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
2、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