带式输送机二级直齿圆柱齿轮减速器
机械设计课程设计任务书
设计题目:带式输送机二级直齿圆柱齿轮减速器
适用专业:机械设计制造及其自动化
学时数:4周
一、课程设计的性质、目的和任务
机械设计课程设计是本课程的最后一个教学环节,总体来说,目的有三个:
1、综合运用机械设计及其它有关先修课程,如机械制图、测量与公差配合、金属材料与热处理、工程力学等的理论和生产实际知识进行机械设计训练,使理论和实际结合起来,使这些知识得到进一步巩固、加深和拓展;
2、学习和掌握机械设计的一般步骤和方法,培养设计能力和解决实际问题的能力;
3、进行基本技能的训练,对计算、制图、运用设计资料(如手册、图册、技术标准、规范等)以及进行经验估算等机械设计方面的基本技能得到一次综合训练,提高技能水平。
二、课程设计的内容、要求和提交内容
1、课程设计内容:
1)传动方案的分析与拟定
给定数据及要求:
设计用于带式运输机上的展开式两级直齿圆柱齿轮减速器。工作平稳,单向运转,单班制工作,运输机容许速度误差为5%。减速器小批量生产,使用期限15年。
两级圆柱齿轮减速器简图
1-电动机轴;2—电动机;3—带传动中间轴;4—高速轴;5—高速齿轮传动
6—中间轴;7—低速齿轮传动;8—低速轴;9—工作机;
附表A
电机同步转速1000r/min:
2)电动机的选择计算
3)传动装置的运动及动力参数的选择和计算
4)传动零件的设计计算
5)轴的设计计算
6)滚动轴承的选择和计算
7)键联接选择和计算
8)联轴器的选择
9)减速器的润滑方式和密封类型的选择
10)减速器附件的选择与设计
2、设计要求
1)要求学生在教师指导下独立完成设计说明书一份(40页以上)
2)要求学生独立绘制零件图及装配图(1张A0图纸、2张A2图纸)
3)要求学生所绘图样符合机械制图的标准,标准件要按标准画法、简化画法或比例画法绘制,并要标准化。
4)要求学生在图样上要有正确的、较完整的尺寸标注与技术要求。
5)要求在机件的表达方法上有独到的见解,视图选择正确、布置合理,同组学生所作图样不能完全相同。
3、提交内容:
1)A0图纸1张、A2图纸2张
(1)符合一般制图要求;
(2)仔细填写参数表;
(3)图面清洁,线条均匀;
2)设计说明书一份(不少于40页),设计说明书包含内容:
(1)课题研究的背景及意义
(2)设计内容;
(3)主要参考资料目录;
(4)主要收获与建议
三、课程设计的基本要求及进度安排
时间安排:
四、课程设计考核方法及成绩评定
1、对学生评分按五个等级进行:优,良,中,及格,不及格。
2、对课程设计考评按三项内容进行,所占比例为:
图样部分及说明书40%
答辩40%
出勤20%
第二部分传动装置的总体设计
一、传动方案
1、设计要求:卷筒直径D=350mm,牵引力F=3200N,运输带速度V=0.5m/s,
连续单向运转,载荷平衡,空载启动,使用年限8年,每年使用350天,每天16小时,运输带的速度误差允许±5%。 2、 减速器采用二级圆柱齿轮减速器 总体布局如图所示
1- 电机 2- 传送带 3- 减速器 4- 联轴器 5- 轮 6- 传送带 7- 轴承(六个)
二、电动机的选择
1、电动机类型的选择: Y 系列三相异步电动机(工作要求:连续工作机器)。
2、电动机功率选择:
(1)传动装置的总功率:(查指导书表1-7)
32
η
ηηηηη=????承联带轮滚筒=0.99?320.990.960.970.96???=0.833
卷筒所需要的有效效率 32000.5
=
1.610001000
FV P KW ω?== 所需电动机功率: 1.6
1.9210.833
P P ω
η
==
=KW
滚筒轴转速:60600.5
n =
==27.30r /min 0.35
V D ωππ?? (2)确定电动机的型号
根据指导书12—1表中Y 型电动机数据选择:
因为在设计任务书中必须选择同步转速为1000r/min 的电动机,1.921<2.2所以选择Y112M —6型电动机
三、计算总传动比及分配各传动比 总传动比:940
i=
=34.4427.30
; 分配传动装置的传动比
由指导书P5及P196可知i =3.00带 12i 1.3i ≈
(—1.5) 12
212i =i i i i =1.35i =3.94
??减
第三部分 传动装置的运动和动力参数计算
1、 各轴的转速n (r/min ) 高速轴一的转速 1m n n ==940r/min
中间轴二的转速 2
11/940/5.31177.024/min?n n i r ===
低速轴三的转速 322/177.024/3.9444.930/min?n n i r === 滚筒轴四的转速 4
344.930/min?n n r ==
2、 各轴的输入功率 P(kW)
高速轴一的输入功率 1m =2.20.96=2.112P P KW η=??带
中间轴二的输入功率 21==2.1120.990.97=2.028P P KW ηη????承轮
低速轴三的输入功率 32==2.0280.990.97=1.948P P KW ηη????承轮 滚筒轴四的输入功率 43 1.9480.990.99 1.909P P KW ηη=??=??=承联 滚筒轴四的输入转矩 T 4=9550P 4/n 4=405.76 N.m
根据以上数据列出各轴的传动参数的数据表
第四部分 传动零件的设计计算
一、带的设计与计算
1、确定计算功率c P ,选取V 带型号: 查表得 1.3A K =
1.3
2.2 2.86ca A P K P KW ==?=
1n =940r/min
由图8—11可选 A 型(机械设计 第八版)
3、 各轴的输入转矩T (N ·m )
高速轴一的输入转矩 T 1=9550P 1/n 1=21.46 N.m 中间轴二的输入转矩 T 2=9550P 2/n 2=109.41 N.m 低速轴三的输入转矩 T 3=9550P 3/n 3=414.05 N.m
2、确定带轮的基准直径1d d 2d d 验证带速v
由表8—6和8—8 取小带轮的基准直径1d d =118mm 2d d = i 1d d =3* 1d d =354mm 根据表8—8, 取整2d d =355mm 11
112940
5.80/601000
601000
d d n v m s ππ??=
=
=??
5<5.80<30m/s 故带速合适。 3、初定中心距0a
由式 ()()1212020.7d d d d a d d d d ≤+≤+
366.5mm ≤0a ≤946mm 故0a =500mm 4、初算带的基准长度0L =0L 20a +
2
π
(1d d +2d d )+(1d d -2d d )2/0a =2?500+
2
π
(118+355)+(355-118)2/4?500= 2023.46 由表8—2,选取带的基准长度d L =2000mm 5、实际中心距 中心距a 可调整,则
a =0a +(d L -0L )/2=500+(2000-2023.46)/2=488mm 取a =400
考虑到安装调整和补偿初拉力需要,中心距调整余量为
)03.0(~)015.0(d d l a l a +-
则中心距的取值范围为470~560mm , 6、小带轮包角
1α= 3.571801
2?--
a
d d d d =355118
18057.3152.8490500
--
?=≥ 能满足要求。
7、计算V 带根数z
(1)计算单根V 带的额定功率r P
由表8—4a 得0P =1..06KW 8—4b 得0P ?=0.11KW 由表8—5得0.92K ?=,由表8—2得 1.01L K =
r P =00()l P P K K α+?=1.02KW
(2)计算V 带的根数z z ≥
00 2.2
2.26() 1.02
c l P P P K K α==+? 取3根
8、作用在带轮轴上的力
由表8—3得A 带的单位长度质量q=0.1kg/m ,所以 F 0500c P zv =
2)15
.2(qv K +-α
=166N 压力轴的最小值为 F =∑2Z F 01
152sin 22166sin
64422
N α=???=
二、齿轮的设计与计算
4.2.1 高速级传动斜齿圆柱齿轮的设计计算 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1)选用斜齿圆柱齿轮传动
2)运输机为一般工作机器,速度不高,由有机设书表10-8知,选用7级精度(GB10095-88)
3)材料选择:有机设书表10-1选择小齿轮材料为40Cr 钢(调质),硬度为280HBS ,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS 。二者材料硬度差为40HBS 。
4)选小齿轮齿数为231=Z ,大齿轮齿数2123 3.9491Z Z *i ==?=
5)初选螺旋角14β= 2、按齿面接触强度设计
由设计计算公式(10-9a )进行试算,即
1t d ≥
(1)确定公式内的各计算数值 1)试选载荷系数 6.1=t K 2)计算小齿轮传递的转矩331
11
T 9550
0.981021.0310N.m P n =??=? 3)由表10-7选取齿宽系数 1=d φ
4)由表10-6查得材料的弹性影响系数 2
18.189MPa Z E =
5)由图10-21d 按齿面硬度查得:
小齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 6001lim =σ; 大齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 5502lim =σ; 6)由式10-13计算应力循环次数
91160609401(283008) 2.1657610h N n jL h ==??????=? 98211 2.1657610 3.94 5.510N N i h ==?÷=?
7)由图10-19查得接触疲劳寿命系数 93.01=HN K 98.02=HN K 8)计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%,安全系数S=1,得: [][][]S
K K
H HN H HN H H H 22
2
lim 21lim 1
2
1
σσσσσ+=+=
=
MPa
MPa 5.5481
2550
98.060093.0=??+?
9)由图10-30选取区域系数43.2=H Z
10)由图10-26查得765.01=αε 885.02=αε 则: 65.121=+=αααεεε (2)计算
1)试算小齿轮分度圆直径t d 1,代入数值:
[]3
2
1112???
?
??±≥H E
H d t t Z Z u u T K d σεφα
=
32.68mm =
2)计算圆周速度v 11
32.68940
1.61601000
60000
t d n v m s m s ππ??=
=
=?
3)计算齿宽b
1132.6832.68d t b d mm mm ?=*=?= 4)计算齿宽与齿高比b/h
模数 11cos 32.68cos14 1.3823t nt d m mm mm z β?===
齿高 2.25 2.25 1.38 3.105nt h m mm mm ==?= /32.68 3.10510.52b h =÷=
5)计算纵向重合度 83.114tan 231318.0tan 318.01=???== βφεβz d 6)计算载荷系数
根据 1.61/v m s =,7级精度,由图10-8(机设书)查得动载系数08.1=v K 由表10-2查得使用系数1=A K 因斜齿轮,假设 mm N b F K t A /100/<。 由表10-3查得 4.1==Fa Ha K K
由表10-4插值查得7级精度,小齿轮相对支承非对称布置式 417.1=βH K 由b/h=10.53, 417.1=βH K 查图10-13得325.1=βF K ,故载荷系数
14.2417.14.108.11=???==βαH H V A K K K K K
7)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由式(10-10a )得
1132.6837.79t d d mm === 8)计算模数m
11cos 37.79cos14 1.5923n d m mm mm z β?===
3、按齿根弯曲强度设计
由式(10-17)得弯曲强度的设计公式为
n m ≥
(1) 确定公式内各计算数值
1)计算载荷系数 2325.14.108.11=???==βαF F V A K K K K K 2)根据纵向重合度 83.1=βε,从图10-28查得螺旋角影响系数 88.0=βY 3)计算当量齿数 20.2514cos 23cos 3311===
βZ Z v 67.13314
cos 122
cos 3322
===βZ Z v 4)查取齿形系数
由表10-5查得 616.21=αF Y 153.22=αF Y
5)查取应力较正系数
由表10-5查得 591.11=αS Y 817.12=αS Y 6)由图10-20c 查得
小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa FE 5001=ε 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa FE 3802=ε
7)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 86.01=FN K 91.02=FN K 8)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式(10-12)得 []MPa MPa S K FE FN F 14.3074.1500
86.0111=?==σσ []MPa MPa S K FE FN F 2474
.1380
91.0222=?==
σσ
9)计算大、小齿轮的
[]
F Sa
Fa Y Y σ并加以比较
[]01355.014.307591
.1616.21
1
1=?=
F Sa Fa Y Y σ
[]01584.0247
817
.1153.22
2
2=?=
F Sa Fa Y Y σ
大齿轮的数值大。
(2)设计计算: []
3
21
21cos 2F Sa
Fa d n Y Y z Y KT m σεφβ
ββ?
≥
=
1.09mm = 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取由弯曲强度算得的模数1.09mm 并就近圆整为标准值mm m 25.11=,但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得分度圆直径137.79d mm =,来计算应有的齿数 ,于是有:
小齿轮齿数 11cos 37.79cos1429.331.25n d z m β?===
取130z =
大齿轮齿数 21 3.9430119z uz ==?=
这样设计出的齿轮传动,既满足了齿面接触疲劳强度,又满足了齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。 4、 几何尺寸计算 (1)计算中心距 1211()(30119) 1.25
96.042cos 2cos14
z z m a mm mm β++?=
==?
将中心距圆整为97mm
(2)按圆整后的中心距修正螺旋角 121()(30119) 1.25
arccos
15.112296.04
z z m a β++?===?
因)20~8( =β 值改变不多,故αε、βK 、H Z 等不必修正 (3)计算大、小齿轮的分度圆直径 1111122296.043039.84cos 30119z m az d mm mm z z β??=
===++ 2122122296.04119
153.34cos 30119
z m az d mm mm z z β??====++ (4)计算齿轮宽度
1138.8439.84d b d mm mm ?==?=
取145B mm = ,240B mm = (5)验算
4
1122 2.103101082.9038.84t T F N N d ??===
11082.90/27.88/100/38.84
A t K F N mm N mm N mm b ?==<,合适 4.2.2低速级减速齿轮设计
1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1)选用斜齿圆柱齿轮传动
2)运输机为一般工作机器,速度不高,有机设书表10-8知,选用7级精度(GB10095-88)
3)材料选择:由机设书表10-1选择小齿轮材料为40Cr 钢(调质),硬度为280HBS ,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS 。二者材料硬度差为40HBS 。
4)选小齿轮齿数为23Z 3=,大齿轮齿数432Z Z *i 23 2.9167==?= 5)初选螺旋角14β= 2、按齿面接触强度设计
由设计计算公式(10-21)进行试算,即
3t d ≥
(1)确定公式内的各计算数值
1)试选载荷系数 61.K t =
2)计算小齿轮传递的转矩 332
22
T 95500.9810107.2210N.m P n =??=? 3)由表10-7选取齿宽系数 1=d φ
4)由表10-6查得材料的弹性影响系数 2
18.189MPa Z E =
5)由图10-21d 按齿面硬度查得:
小齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 6003lim =σ; 大齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 5504lim =σ; 6)由式10-13计算应力循环次数
832 4.0781 60 N N h ==?
88432/ 4.078610 2.91 1.4010N N i h ==?÷=?
7)由图10-19查得接触疲劳寿命系数 93.03=HN K 95.04=HN K 8)计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%,安全系数S=1,得: [][][]S
K K
H HN H HN H H H 22
4
lim 43lim 3
2
1
σσσσσ+=+=
MPa MPa 25.5401
2550
95.060093.0=??+?=
9)由图10-30选取区域系数 43.2=H Z
10)由图10-26查得765.03=αε 87.04=αε 则: 635.143=+=αααεεε (2)计算
1)试算小齿轮分度圆直径t d 3,代入数值:
[]3
2
2
312???
?
??±?
≥
H E
H d t t Z Z u u T K d σεφα
=
57.71mm =
2)计算圆周速度v 32
57.71177.024
/0.54/601000
60000
t d n v m s m s ππ??=
=
=?
3)计算尺宽b
3*157.7157.71d t b d mm ?==?= 4)计算尺宽与齿高比b/h
模数 33cos 57.71cos14 2.4423t nt d m mm mm z β?===
齿高 2.25 2.25 2.44 5.48nt h m mm mm ==?=
5)计算纵向重合度 83.114tan 231318.0tan 318.03=???== βφεβz d 6)计算载荷系数
根据s m v /62.0=,7级精度,由图10-8(机设书)查得动载系数02.1=v K 由表10-2查得使用系数1A K = 斜齿轮,假设mm N b F K t A /100/< 由表10-3查得4.1==Fa Ha K K
由表10-4查得7级精度,小齿轮相对支承非对称布置式 423.1=βH K 由b/h=10.53,423.1=βH K 查图10-13得335.1=βF K ,故载荷系数 03.2423.14.102.11=???==βαH H V A K K K K K
7)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由式(10-10a )得
3357.7162.33t d d mm ==?=
8)计算模数m