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課 程 設(shè) 計(jì) 書 課程設(shè)計(jì)(說明書) 帶式運(yùn)輸機(jī)的減速器設(shè)計(jì) (同軸式兩級(jí)圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)) 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 指導(dǎo)教師 2013年 1月 6日 目 錄 1. 設(shè)計(jì)任務(wù)書 2 2. 傳動(dòng)方案的擬定及說明 3 2.1電動(dòng)機(jī)的選擇 4 2.2計(jì)算傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 5 2.3計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 6 3.傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 7 3.1 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 7 3.2 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 9 4. 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 4.1中速軸的設(shè)計(jì) 14 4.2中速軸的軸承 23 5. 鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算 24 6. 聯(lián)軸器的選擇 26 7. 減速器附件的選擇和箱體的設(shè)計(jì) 27 8. 潤滑與密封 27 參考文獻(xiàn) 28 1. 設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)一用于帶式運(yùn)輸機(jī)上同軸式兩級(jí)圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì) 1. 總體布置簡圖 2. 工作情況 設(shè)計(jì)一用于帶式運(yùn)輸機(jī)上的同軸式兩級(jí)圓柱齒輪減速器（如圖），工作平穩(wěn)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，兩班制工作。運(yùn)輸帶容許速度誤差為5%。減速器成批生產(chǎn)，使用期限10年。 3. 原始數(shù)據(jù) 運(yùn)輸工作扭矩（N?m） 運(yùn)輸帶速度（m/s） 卷筒直徑（mm） 帶速允許偏差（%） 使用年限（年） 工作制度（班/日） 1550 0.9 400 5 10 2 2.傳動(dòng)方案的擬定及說明 2.1電動(dòng)機(jī)的選擇 1. 電動(dòng)機(jī)類型選擇 按工作要求和工作條件，選用一般用途的Ｙ（IP44）系列三相異步電動(dòng)機(jī)。它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。 2. 電動(dòng)機(jī)容量 (1) 卷筒軸的輸出功率 (2) 電動(dòng)機(jī)的輸出功率 傳動(dòng)裝置的總效率 式中，為從電動(dòng)機(jī)至卷筒軸之間的各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸承的效率。由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》（以下未作說明皆為此書中查得）表2-4查得： V帶傳動(dòng)；滾動(dòng)軸承；圓柱齒輪傳動(dòng)； 彈性聯(lián)軸器；卷筒軸滑動(dòng)軸承， 則 故 (3) 電動(dòng)機(jī)額定功率 由第二十章表20-1選取電動(dòng)機(jī)額定功率。 3. 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 由設(shè)計(jì)手冊(cè)表2-1查得V帶傳動(dòng)常用傳動(dòng)比范圍，由設(shè)計(jì)手冊(cè)表2-2查得兩級(jí)同軸式圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比范圍，則電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速可選范圍為 可見同步轉(zhuǎn)速為750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min的電動(dòng)機(jī)均符合。這里初選同步轉(zhuǎn)速分別為1000r/min和1500r/min的兩種常用的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行比較， 如下表： 方案 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率（kW） 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min） 重量 （kg） 同步 滿載 1 Y160L-6 11 970 1000 119 2 Y160M-4 11 1460 1500 123 由設(shè)計(jì)手冊(cè)表中數(shù)據(jù)可知兩個(gè)方案均可行，但方案1的電動(dòng)機(jī)質(zhì)量輕，因此，可采用方案1，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y160L-6。 2.2計(jì)算傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 1. 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比 2. 分配各級(jí)傳動(dòng)比 取V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，則兩級(jí)圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)比為 所得符合一般圓柱齒輪傳動(dòng)和兩級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比的常用范圍。 傳動(dòng)后運(yùn)輸鏈速度的誤差為Δ： Δ=，在運(yùn)輸鏈允許誤差±5%內(nèi)。 2.3計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 1. 各軸轉(zhuǎn)速 減速器高速軸為Ⅰ軸，中軸為Ⅱ軸，低速軸為Ⅲ軸 各軸轉(zhuǎn)速為： 2. 各軸輸入功率 按電動(dòng)機(jī)額定功率計(jì)算各軸輸入功率，即 3. 各州轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)軸 高速軸Ⅰ 中速軸Ⅱ 低速軸Ⅲ 轉(zhuǎn)速（r/min） 970 388 129.3 43.1 功率（kW） 11 10.43 9.99 9.47 轉(zhuǎn)矩（） 108.3 256.72 737.85 2098.34 3.傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 （1） 確定計(jì)算功率 由于是帶式輸送機(jī)，每天工作兩班，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》（V帶設(shè)計(jì)部分未作說明皆查此書）表8-7得， 工作情況系數(shù) （2） 選擇V帶的帶型 由、 選用A型 （3） 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速 ①初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑。由設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-6和表8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑 ②驗(yàn)算帶速v。按式(8-13)驗(yàn)算帶的速度 ,故帶速合適。 ③計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)式(8-15a),計(jì)算大帶輪基準(zhǔn)直徑 根據(jù)表8-8，圓整為 （4） 確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長度 ①根據(jù)式(8-20)，初定中心距。 ②由式(8-22)計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度 由設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-2選帶的基準(zhǔn)長度 ③按式(8-23)計(jì)算實(shí)際中心距a。 中心距變化范圍為518.4～599.4mm。 （5） 驗(yàn)算小帶輪上的包角 （6） 確定帶的根數(shù) ① 計(jì)算單根V帶的額定功率 由和，查表8-4a得 根據(jù)，i=2.5和A型帶，查表8-4b得 ② 計(jì)算V帶的根數(shù)z。 取8根。 （7） 計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值 由設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-3得A型帶的單位長度質(zhì)量q=0.1kg/m，所以 應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力 （8） 計(jì)算壓軸力 3.2 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 （1） 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) ①選用圓柱齒輪 ②運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選7級(jí)精度（GB10095-88） ③由《機(jī)械設(shè)計(jì)》（斜齒輪設(shè)計(jì)部分未作說明皆查此書）表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS；大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者硬度差為40HBS。 ④選小齒輪齒數(shù)：大齒輪齒數(shù) ⑤初選取螺旋角 （2） 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按式(10-21）試算，即 ①確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 a) 試選載荷系數(shù) b) 由圖10-30選取區(qū)域系數(shù) c) 由圖10-26查得， d) 小齒輪傳遞的傳矩 e) 由設(shè)計(jì)手冊(cè)表10-7選取齒寬系數(shù) f) 由設(shè)計(jì)手冊(cè)表10-6查得材料彈性影響系數(shù) g) 由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 h) 由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： i) 由設(shè)計(jì)手冊(cè)表10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù) j) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力： 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式(10-12)得 k) 許用接觸應(yīng)力 ②計(jì)算 a) 試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式得 b) 計(jì)算圓周速度 c) 齒寬b及模數(shù)mnt d) 計(jì)算縱向重合度 e) 計(jì)算載荷系數(shù)K 由設(shè)計(jì)手冊(cè)表10-2查得使用系數(shù) 根據(jù)，7級(jí)精度，由設(shè)計(jì)手冊(cè)表10-8查得動(dòng)載系數(shù)；由設(shè)計(jì)手冊(cè)表10-4查得的值與直齒輪的相同，故；因表10-3查得；圖10-13查得 故載荷系數(shù)： f) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式(10-10a)得 g) 計(jì)算模數(shù) （3） 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式(10-17) ①確定計(jì)算參數(shù) a) 計(jì)算載荷系數(shù) b) 根據(jù)縱向重合度，從圖10-28查得螺旋角影響系數(shù) c) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) d) 查取齒形系數(shù) 由設(shè)計(jì)手冊(cè)表10-5查得 e) 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由設(shè)計(jì)手冊(cè)表10-5查得 f) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式(10-12)得 g) 計(jì)算大、小齒輪的，并加以比較 大齒輪的數(shù)值大 ②設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)比計(jì)算的結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由 取，則 （4） 幾何尺寸計(jì)算 ①計(jì)算中心距 將中心距圓整為174mm ②按圓整后的中心距修正螺旋角 因值改變不多，故參數(shù)等不必修正 ③計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 ④計(jì)算齒輪寬度 圓整后取 由于是同軸式二級(jí)齒輪減速器，因此兩對(duì)齒輪取成完全一樣，這樣保證了中心距完全相等的要求，且根據(jù)低速級(jí)傳動(dòng)計(jì)算得出的齒輪接觸疲勞強(qiáng)度以及彎曲疲勞強(qiáng)度一定能滿足高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的要求。 為了使中間軸上大小齒輪的軸向力能夠相互抵消一部分，故高速級(jí)小齒輪采用左旋，大齒輪采用右旋，低速級(jí)小齒輪右旋大齒輪左旋。 高速級(jí) 低速級(jí) 小齒輪 大齒輪 小齒輪 大齒輪 傳動(dòng)比 3 模數(shù)(mm) 3 螺旋角 中心距(mm) 174 齒數(shù) 28 84 28 84 齒寬(mm) 100 90 100 90 分度圓(mm) 86.2 258.6 86.2 258.6 4. 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1中速軸的設(shè)計(jì) (1) 中速軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速（） 中速軸功率（） 轉(zhuǎn)矩T（） 129.3 9.99 737.85 (2) 作用在軸上的力 已知高速級(jí)齒輪的分度圓直徑為，根據(jù)式(10-14)，則 已知低速級(jí)齒輪的分度圓直徑為，根據(jù)式(10-14)，則 (3) 初步確定軸的最小直徑 先按式(15-2)初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取,于是得 (4) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）擬訂軸上零件的裝配方案（如圖） （5） 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡圖。在確定軸承支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè)中查取a值。對(duì)于30309型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查得a=21mm。 根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。先計(jì)算出截面C處的MH、MV及M的值列于下表。 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F C截面彎矩M 總彎矩 扭矩 （6） 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力 已選定軸的材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。由設(shè)計(jì)手冊(cè)表15-1查得。因此，故安全。 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1） 判斷危險(xiǎn)截面 截面ⅤⅥⅦ只受扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過渡配合引起的應(yīng)力集中將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截面ⅤⅥⅦ無需校核。 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面Ⅲ和Ⅳ處過盈配合引起應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載情況來看，截面B上的應(yīng)力最大。截面Ⅲ的應(yīng)力集中影響和截面Ⅳ的相近，但截面Ⅲ不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核。截面B上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而這里軸的直徑也大，故截面B不必校核。截面ⅠⅡ顯然更不必校核。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第三章附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需校核截面Ⅳ左右兩側(cè)。 2） 截面Ⅳ左側(cè) 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 截面Ⅳ左側(cè)的彎矩為 截面Ⅳ上的扭矩為 截面上的彎曲應(yīng)力 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 軸的材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。由設(shè)計(jì)手冊(cè)表15-1查得 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按附表3-2 經(jīng)插值后可查得 又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 由附圖3-2得尺寸系數(shù) 由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 軸按磨削加工，附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即βq=1，則得綜合系數(shù)值為 又由§3-1和§3-2查得碳鋼的特性系數(shù) , 取； , ??； 于是，計(jì)算安全系數(shù)值，按式(15-6)～(15-8)則得 故可知其安全。 3） 截面Ⅳ右側(cè) 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 截面Ⅳ右側(cè)的彎矩為 截面Ⅳ上的扭矩為 截面上的彎曲應(yīng)力 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 軸的材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。由設(shè)計(jì)手冊(cè)表15-1查得 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按附表3-2 經(jīng)插值后可查得 又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 由附圖3-2得尺寸系數(shù) 由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 軸按磨削加工，附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即βq=1，則得綜合系數(shù)值為 又由§3-1和§3-2查得碳鋼的特性系數(shù) , 取； , 取； 于是，計(jì)算安全系數(shù)值，按式(15-6)～(15-8)則得 故可知其安全。 一、 滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算 軸承預(yù)期壽命 1. 高速軸的軸承 選用30307型圓錐滾子軸承，查《課程設(shè)計(jì)》表15-7，得 ， （1） 求兩軸承所受到的徑向載荷和 由高速軸的校核過程中可知： ， ， （2） 求兩軸承的計(jì)算軸向力和 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13-7得 因?yàn)? 所以 （3） 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷和 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13-6，取載荷系數(shù) （4） 驗(yàn)算軸承壽命 因?yàn)椋园摧S承1的受力大小驗(yàn)算 故所選軸承滿足壽命要求。 4.2中速軸的軸承 選用30309型圓錐滾子軸承，查《課程設(shè)計(jì)》表15-7，得 ， （1） 求兩軸承所受到的徑向載荷和 由中速軸的校核過程中可知： ， ， （2） 求兩軸承的計(jì)算軸向力和 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13-7得 因?yàn)? 所以 （3） 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷和 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13-6，取載荷系數(shù) （4） 驗(yàn)算軸承壽命 因?yàn)?，所以按軸承1的受力大小驗(yàn)算 故所選軸承滿足壽命要求。 5. 鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式(6-1）得 鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-2，取 （1） V帶輪處的鍵 取普通平鍵10×63GB1096-79 鍵的工作長度 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 （2） 高速軸上小齒輪處的鍵 取普通平鍵12×70GB1096-79 鍵的工作長度 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 （3） 中速軸上大齒輪處的鍵 取普通平鍵14×70GB1096-79 鍵的工作長度 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 （4） 中速軸上小齒輪處的鍵 取普通平鍵14×70GB1096-79 鍵的工作長度 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 （5） 低速軸上大齒輪處的鍵 取普通平鍵20×80GB1096-79 鍵的工作長度 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 （6） 聯(lián)軸器周向定位的鍵 取普通平鍵18×80GB1096-79 鍵的工作長度 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 聯(lián)接擠壓強(qiáng)度不夠，而且相差甚遠(yuǎn)，因此考慮采用雙鍵，相隔180°布置。 則該雙鍵的工作長度為 6.聯(lián)軸器的選擇 根據(jù)輸出軸轉(zhuǎn)矩，查《課程設(shè)計(jì)》表17-4 選用HL5聯(lián)軸器60×142GB5014-85，其公稱扭矩為符合要求。 7. 減速器附件的選擇和箱體的設(shè)計(jì) 1. 窺視孔和視孔蓋 查《課程設(shè)計(jì)》（減速器附件的選擇部分未作說明皆查此書）表9-18，選用板結(jié)構(gòu)視孔蓋， 。 2. 通氣器 查表9-7，選用經(jīng)一次過濾裝置的通氣冒。 3. 油面指示器 查表9-14，選用油標(biāo)尺。 4. 放油孔和螺塞 查表9-16，選用外六角油塞及封油墊。 5. 起吊裝置 查表9-20，選用箱蓋吊耳，，， 箱座吊耳，，，， 6. 定位銷 查表14-3，選用圓錐銷GB 117-86 A1240 7. 起蓋螺釘 8. 查表13-7，選用GB5782-86 M835箱體的設(shè)計(jì) 名稱 符號(hào) 尺寸 箱座壁厚 δ 9 箱蓋壁厚 δ1 9 箱體凸緣厚度 b、b1、b2 b=14;b1=12;b2=23 加強(qiáng)筋厚 m、m1 m=9;m1=8 地腳螺釘直徑 df 32 地腳螺釘數(shù)目 n 4 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 d1 24 箱蓋、箱座聯(lián)接螺栓直徑 d2 16 8. 潤滑與密封 由于中速速軸上的大齒輪齒頂線速度大于2m/s，所以軸承采用油潤滑。為防止?jié)櫥屯庑?，用氈圈密封? 9.參考資料 １．機(jī)械設(shè)計(jì)教程（1994年修訂本），西北工業(yè)大學(xué)出版社，濮良貴 ２．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第2版），機(jī)械工業(yè)出版社 ３．機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)（第3版），冶金工業(yè)出版社 ４．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（第2版），高等教育出版社，龔桂義 ５．機(jī)械工程師手冊(cè)（第2版），機(jī)械工業(yè)出版社 ６．幾何公差與檢測(cè) (第七版)，上海科學(xué)技術(shù)出版社，甘永立 27