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)
6 Y4 U# h8 J( M, D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。
% e# S' P0 W, d+ _* v, i9 S  a1 b(二)
传动方案的分析
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。
6 L9 D7 I+ I+ Z% c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。
( l8 k: O( P: ^% A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。
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。
二、传动系统的参数设计
1 ]$ ?' D2 U+ o4 i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）。
工作条件：预定使用寿命8年，工作为二班工作制，载荷轻。
: U/ S4 a8 v0 Q& Q9 M% @工作环境：室内灰尘较大，环境最高温度35°。
( p4 I, f3 Z; T7 F" m动力来源：电力，三相交流380/220伏。
1
、电动机选择
（1）、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机
/ e5 t, n' I) Z6 `（2）、电动机功率选择：
* W0 c* N- H8 k: X7 r- W8 t' \7 [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：
  m& T  y" ]" \: k+ o8 \" Y- F因为 F=0.2 KN=0.2 KN= 1908N
=FV/1000η
=1908×2/1000×0.96
=3.975KW
9 R0 Q4 _, g; ?2 P1 c* h7 Z# B9 M③电动机的输出功率：
( Y: V' O8 M8 E& g' l: S=3.975/0.87=4.488KW
& E1 y6 r7 ?$ S& h% T$ m2 T& Y# ?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 。
⑶、确定电动机转速：
计算滚筒工作转速：
% D' G- m" C: A+ M& g  `; U=（60×v）/（2π×D/2）
=（60×2）/（2π×0.2）
' ^- O6 s0 Z% w6 a=96r/min
2 d- T2 r( q* _* y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
7 P9 i6 D. N3 j4 l1 |8 i2 U⑷、确定电动机型号
" R; [+ ^, q+ D. 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
: O& v3 ?$ x7 Z' U8 y" _: E* H5 [（1）、总传动比：i =1440/96=15
（2）、分配各级传动比：
: m0 O3 m9 ~) U" f根据指导书，取齿轮i =5（单级减速器i=3~6合理）
7 ?2 D& F! n0 r% q2 T) j=15/5=3
- B* U1 l- Y) o! E0 w; n3 、运动参数及动力参数计算
⑴、计算各轴转速（r/min）
=960r/min
# g4 y/ E: [: Y; P+ D" s=1440/3=480(r/min)
) t  ^0 B$ U5 O4 z+ w- W=480/5=96(r/min)
+ S: G9 Z2 w0 W4 s; Y⑵计算各轴的功率（KW）
$ s4 e6 z& a3 w% A: }电动机的额定功率Pm=5.5KW
所以
: U) s! _' p: d% a$ NP =5.5×0.98×0.99=4.354KW
=4.354×0.99×0.96 =4.138KW
3 c% _- `7 F2 g+ s) q=4.138×0.99×0.99=4.056KW
6 W8 f. ]$ ~( M8 a5 E# y4 I& D⑶计算各轴扭矩（N•mm）
9 g; p6 m) z, D1 B5 A& D9 T) WTI=9550×PI/nI=9550×4.354/480=86.63N•m
0 ~  N$ }: L- I+ k' B, j=9550×4.138/96 =411.645N•m
=9550×4.056/96 =403.486N•m
7 w& W+ f; z1 o/ c9 j三、传动零件的设计计算
（一）齿轮传动的设计计算
（1）选择齿轮材料及精度等级
9 b, Q0 v, |3 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
1 H1 e) k, Z1 x4 {1 f5 G（2）确定有关参数和系数如下：
传动比i
取小齿轮齿数Z =20。则大齿轮齿数：
/ B6 r$ w, B" i, J' u. B=5×20=100 ，所以取Z
& q( y5 w  t) {) a- J实际传动比
i =101/20=5.05
) p; ]# r3 r: W7 I  X传动比误差：（i -i）/I=（5.05-5）/5=1%<2.5% 可用
齿数比： u=i
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°；
8 C7 F' _9 i/ S! E# j则 h *m=3，h ）m=3.75
) x5 N( T& k: r8 {" Jh=（2 h ）m=6.75，c= c
" i$ h4 p$ s- n' G4 S* ^分度圆直径：d =×20mm=60mm
d =3×101mm=303mm
3 T1 h+ ]  `* M; a) ^' J% V- N由指导书取 φ
齿宽： b=φ =0.9×60mm=54mm
" P1 P2 }8 g0 D4 p, }=60mm ，
- g+ |& ^7 ?$ {7 r: n! T& Zb
齿顶圆直径：d ）=66，
d
" [! @: C/ q, D/ r7 @) F5 ~5 g齿根圆直径：d ）=52.5，
4 d/ J- O& e* vd ）=295.5
* K) `3 v% X: t基圆直径：
d cos =56.38，
d cos =284.73
1 Z9 {( d5 Y& Z7 B1 A* Z, D' ^(3)计算齿轮传动的中心矩a：
# u( T8 j$ `' }5 F# h* Ua=m/2(Z )=3/2(20+101)=181.5mm 液压绞车≈182mm
（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
8 j3 Z; H# D2 `- d所以 d≥110 (4.354/480) 1/3mm=22.941mm
4 _2 _' f1 {/ h% ]% L% g% F/ i) Bd=22.941×(1+5%)mm=24.08mm
∴选d=25mm
⑵、轴的结构设计
$ w4 {; C# W7 k9 c6 k- H9 w①轴上零件的定位，固定和装配
& b  E( |. G1 l* `$ q; J4 W' F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
Ⅰ段：d =25mm
， L =（1.5～3）d ，所以长度取L
: e9 s4 F; ?4 \- E) n∵h=2c
c=1.5mm
( a1 z0 R' c9 n- B2 i" B+2h=25+2×2×1.5=31mm
# k4 B3 r. t: H' ]. h+ v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
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
, ?4 q' M( H4 y. P( f2 bⅣ段直径：
由手册得：c=1.5
5 k( R& {4 l( x  C7 U$ Ch=2c=2×1.5=3mm
. ?' k- i4 [; T% Q  ^7 V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
3 u8 U) L/ U7 D0 m* f7 U: ~/ H因此将Ⅳ段设计成阶梯形，左段直径为41mm
" O$ |% j6 U9 ~4 z2 `8 G: D5 }9 H+2h=35+2×3=41mm
" [# P: U, e0 F( t0 @+ T3 t长度与右面的套筒相同，即L
0 g1 j+ `3 x) ^( K' f' @7 G+ T9 wⅤ段直径：d =50mm. ，长度L =60mm
2 i6 r" a4 ]* d+ _' l7 V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
; t( `  A3 n+ h' O: _* v6 r6 K8 w. l选用45#调质钢，硬度（217~255HBS）
& L3 T8 u8 x% n  n4 R" n根据课本P235页式（10-2），表（10-2）取c=110
# {2 C7 ?3 w3 ~. A=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
∴取d=42mm
⑵、轴的结构设计
①轴的零件定位，固定和装配
+ R& D& Y3 L/ c0 d! b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。
' R! d0 S1 V1 V②确定轴的各段直径和长度
6 H: {& d$ e! `2 d2 ]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。
则 d =42mm L = 50mm
L = 55mm
" S# j' K/ P/ D2 C0 pL = 60mm
# P* C$ M$ S6 C+ c6 ^L = 68mm
1 f( a5 P, J4 d7 {, V' OL =55mm
L
四、滚动轴承的选择
' }/ x  i- t! ?) {' \. _1 、计算输入轴承
# l& t# n$ j+ p/ W$ @0 f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
. c" G# T( E) R1 v  M- S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
5 i2 q; _1 \# k: y8 I" 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。
根据轴径d =42mm ，L =65mm
查手册得，选用C型平键，得： 卷扬机
- x- K* K3 ~' }& {, V9 k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
2 、输出轴与齿轮联接用平键联接
0 K2 W5 h0 y2 O# z, y) }, S* V=60mm,L
9 z. B3 @. x& t% f" I查手册得，选用C型平键，得：
8 D) ?0 m0 ]) w1 p装配图中 赫格隆36号零件选用GB1096-79系列的键18×45
则查得：键宽b=18，键高h=11，因轴长L ＝53，故取键长L=45
3 、输入轴与带轮联接采用平键联接 =25mm L
3 f% V5 L/ @, H7 ~查手册
1 p" [5 ?+ K5 L/ u  t5 y" h选A型平键，得：
# h- j, m! ?3 u& Y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
6 v: X$ w/ s3 \7 {. e/ s4 、输出轴与齿轮联接用平键联接
0 s& c8 }# f9 F/ @$ y9 i$ A=50mm
L
, y5 v  W# v9 j& j- T# Z& ]查手册
选A型平键，得：
装配图中26号零件选用GB1096-79系列的键14×49
& b: E1 M1 x' _! l+ w  }, P# ]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
轴承端盖：HT150 d3=8
: t, d0 J* n( Gn=6 b=10
, h7 a4 Z/ C+ D$ E5 H5 S9 z八、减速器的
减速器的附件的设计
1
( @5 _. B4 B# J! `4 Y/ T、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 e* k8 l. {0 A# E' g* `% e2
、油标 ：M12：d =6，h=28，a=10,b=6，c=4，D=20，D
3
6 {: d+ p8 L$ r( }* {! E7 r、角螺塞
M18
5 d$ q9 z; d  A2 Q: M# X×
* F! ~+ }8 o; r: D1.5 ：JB/ZQ4450-86
九、
2 x& G# c% s$ E9 A3 O. j& k设计参考资料目录
8 O. @. ^3 j: u# a1、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
# \, f" D! Y. }& B. J( e* O2、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