机械设计（基础）课程设计机械设计（基础）课程设计计算说明书计算说明书设计题目设计题目：用于带轮运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器的设计学院学院：专业专业：机械工程及自动化学号学号：设计者设计者:指导老师指导老师 完成日期完成日期：2015 年 7 月 目录目录一、传动方案的确定二、电动机的选择2.1 电动机类型和结构形式选择2.2 确定电动机功率2.3 确定电动机型号三、传动装置总传动比的计算及各级传动比的分配3.1 计算总传动比3.2 分配各级传动比四、传动装置运动参数及动力参数的计算4.1 计算各轴转速4.2 计算各轴功率4.3 计算各轴转矩五、减速器外的传动零件的设计带传动的设计计算5.1 确定计算功率5.2 选择 V 带的带型5.3 确定带轮的基准直径并验算带速5.4 确定 V 带的中心距和基准长度5.5 验算小带轮的包角5.6 计算带的根数5.7 计算单根 V 带的初拉力的最小值5.8 计算压轴力5.9 带轮结构设计六、减速器内的传动零件的设计齿轮传动的设计计算6.1 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数6.2 按齿面接触疲劳强度设计6.3 按齿根弯曲疲劳强度设计6.4 几何尺寸计算6.5 齿轮的结构设计七、轴的设计计算及校核7.1 轴的选材及其许用应力的确定7.2 轴的最小直径估算7.3 减速器装配工作底图的设计7.4 高速轴的结构设计7.5 中间轴的结构设计7.6 低速轴的结构设计八、键的选择与校核8.1 高速轴外伸端8.2 中间轴大齿轮连接处8.3 低速轴大齿轮连接处8.4 低速轴外伸端9、设计小结10、参考资料一、传动方案的确定一、传动方案的确定两级展开式圆柱齿轮减速器结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。高级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分地互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。高速级一般做成斜齿，低速级可做成直齿。减速器横向尺寸较小，两对齿轮浸入油中深度大致相同，但轴向尺寸大，且中间轴较长、刚度差，使载荷沿齿宽分布不均匀，因此考虑选择两级展开式圆柱齿轮减速，卷筒与输出轴之间直接使用联轴器相连。二、电动机的选择二、电动机的选择 2.1 电动机类型和结构形式选择 按照已知的动力源和工作条件选用 Y 系列三相异步电动机。 2.2 确定电动机功率 1）传动装置的总效率 查表 1-10 得：滚筒=0.96，带=0.96（V 带） ，轴承 =0.99（一对滚动轴承） ，齿轮=0.98（7 级精度） ，联轴器 =0.99（弹性联轴器） 总=带轴承4齿轮2联轴器滚筒=0.960.9940.9720.990.960.82462）工作机所需电动机功率PdFv/(1000总 )(75001.00)/(10000.8246)8.907 kW2.3 确定电动机型号滚筒工作转速 nw(601000v)/D(6010001.15)/(350)54.567 r/min按表 1-9 推荐的传动比常用范围，取 v 带传动比i带24，単级圆柱齿轮传动比i 齿35，则总传动比的范围为i总i带i 齿218100。因此，电动机转速的可选范围为总0.8246Pd8.907kWnw=54.567r/minndinw(18100) 54.567=982.2065456.7r/min符合这一范围的电动机同步转速有 1000r/min,。现以同步转速 1000r/min,1500 /min,3000 /minrr的三种方案进行比较。查表 2-1 得电动1500 /min,3000 /minrr机数据及计算出的总传动比列于附表 1. 附表 1 电动机数据及总传动比电动机转速越高，价格越低，而传动装置的轮廓尺寸较大。 综合考虑电动机价格和传动装置尺寸及环境条件，现选择 方案 1，即电动机型号选为：Y160M-4。其满载转速为 1460r/mm，额定功率为 11kW，查表得： 电动机的机座中心高：H160mm； 电动机的伸出端直径：D42mm； 电动机的伸出端长度：E110mm；电动机转速 n( 方 案电动机 型号同步转 速满载 转速额定功 率 Ped(KW )总传动比 i总1Y160L -6100 09701115.462Y160 M-4150 0146 01123.263Y160 M1-2300 0293 01146.69电动机选用 Y160M-4 H1160mm三、传动装置总传动比的计算及各级传动比的分配三、传动装置总传动比的计算及各级传动比的分配 3.1 计算总传动比i总 n满/nw 1460/54.567 26.7563.2分配各级传动比按表1-9，取 v 带传动比 i32.5，则减速器的总传动 比为i26.756/213.288 二级圆柱齿轮减速器高速级的传动比及低速传动比所得 i1、i2值均符合一般圆柱齿轮传动单级传动比范 围。D42mm E110mmi总26.756=2.5带i123.7302.869ii4、传动装置运动参数及动力参数的计算传动装置运动参数及动力参数的计算4.1 计算各轴转速4.2 计算各轴功率08.907dPPKW4.3 计算各轴转矩1 1 195509550 8.551139.832n584PTN mII II II95509550 8.296506.02 n156.568PTN mIII III III95509550 8.0491408.560 n54.572PTN mn01460n584n156.568n54.572n54.572P08.907kWP8.551kWP8.296kWP8.049kWP7.889kWT058.262NmIV IV IV95509550 7.8891308.561 n54.572PTN m各轴的运动和动力参数列于附表 2。 附表附表 2 各轴的运动和动力参数各轴的运动和动力参数轴名功率 P（kw ）转速 n（r/mi n）转矩T(Nm)传动比 i效率08.907146058.2622.50.99I8.551584139.832 3.7300.97 II8.296156.568506.022 2.8690.97 III8.0495457 21408.56 0 10.98 IV7.88954.5721308.561T139.832NmT506.02NmT1408.560NmT1308.561Nm5、减速器外的传动零件的设计减速器外的传动零件的设计带传动的设计计算带传动的设计计算5.1 确定计算功率caP查表 5-1，得带传动工作情况系数=1.1,则AK1.1 8.9079.798caAdPkPKW5.2 选择 V 带的带型根据求得的查图 5-1，选用 B 型 V 带。1,caPn5.3 确定带轮的基准直径并验算带轮 vdd1) 初选小带轮的基准直径d1d由表 5-2 并参考图 5-1，取小带轮的基准直径=125mmd1d2) 验算带速 v10125 14609.55160 100060 1000dd nvm s 因为 5m/s1. 5d=63, L =(152)d=6382m m动机轴外伸长度为 110mm,故取1L =112m m2）大带轮结构设计大带轮采用腹板式。大带轮毂孔直径由后续高速轴设计而 定，取 d=40mm。同理，由表 5-9 及 5-8 可得1212a2d2a21d =(1. 82)d=72m m 80m m , d =75m md =d +2h =315+24=323m mB =B=80m m由于 B2=80mm1.5d=60mm,所以 L2=(1.52)d=60mm80mm 取L2=80mmS=(1/71/4) B2=(1/71/4)*80=11.429mm20mm S 取 15mm由表 5-8 得 =8mm11d =80m ma1d =133m m1B=81m m1L =112m m12a221d =75m md =323m mB =80m m2L =80m mC =15m m六、减速器内的传动零件的设计六、减速器内的传动零件的设计齿轮传动的设计计算齿轮传动的设计计算 （一）高速级齿轮传动的设计计算 6.1.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动，运输机为一般工 作机器，速度要求不高，故选用 7 级 （2）材料选择。由表 5-20 选择小齿轮材料为 40Cr，调质 处理，硬度为 280HBW。大齿轮材料也选择为 45 钢，调质 处理，硬度为 240HBW,两者硬度差为 40HBW。（3）选小齿轮齿数=20，大齿轮齿数1z故 2113.730 2074.6ZiZ275Z （4）选取螺旋角 =15。6.1.2 按齿面接触疲劳强度设计321 121()tHE t dHKTZ Zudu 1）确定公式内的各计算数值（1） 试选载荷系数=1.6tK（2） 小齿轮传递的转矩=1TITII9550P95508. 551=139. 832Nm mn584（3） 由表 5-26 选取齿宽系数=1。d（4） 由表 5-25 查得材料的弹性影响系数=189.8EZ1 2M Pa（5） 由图 5-10d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600，大齿轮的接触疲劳强度Hl i m1M Pa=550。Hl i m2M Pa（6） 应力循环次数8 116060 584 18 300 108.410 10hNn jL 8811 21 220/8.410 102.243 1075NZNNZ（7） 由图 5-8 取接触疲劳寿命系数,11.02HNk,1z =202z =758 18 2=8. 41010=2. 24310NN21.12HNk（8） 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为 1%，安全 系数 S=1, 1lim1 11.02 600612HNH HakMPS2lim2 21.12 550616HNH HakMPS(9) 由图 5-13 查得，则有10.75020.830121.5802） 计算（1）试算小齿轮分度圆直径1td3212 1.6 139.832 10004.752.42 189.858.5531 1.5803.75614tdmm（2）计算圆周速度1158.553 5841.79060 100060 1000td nvm s（3）计算齿宽 b 及模数。ntm11 58.55358.553dtbdmm 11cos58.553 cos152.82820t ntdmmmZ2.252.25 2.8286.363nthmmmmm58.5539.2026.363b h（4）计算纵向重合度10.318tan0.318 1 20 tan151.704dZ （5）计算载荷系数 K。由表 5-6 查得使用系数=1.25;根据AK1=612MPaH2=616M PaH158. 553m mtdv=1. 790m / sntb=58. 553m m m =2.828m mh=6. 363m m b/ h=9. 202m mv=1.704m/s,齿轮 7 级精度，查图 5-6 得动载系数=1.06:齿VK轮 7 级精度、小齿轮相对支承对称布置时，用插值法查得按接触疲劳强度计算的齿向载荷分布