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計 算 及 說 明 結(jié) 果 一、 傳動方案擬定 題目：設(shè)計帶式輸送機傳動裝置中的一級斜齒圓柱齒輪減速器 （1） 工作條件：皮帶式輸送機單向運轉(zhuǎn)，有輕微振動，經(jīng)常滿載、空載啟動、二班制工作，運輸帶允許速度誤差為5%，使用壽命十年，每年工作300天。 （2） 原始數(shù)據(jù)：輸送帶拉力F=3.2kN；帶速V=1.15m/s；滾筒直徑D=400mm。 整體傳動示意圖 二、 電動機的選擇 1、電動機類型的選擇：Y系列三相異步電動機（工作要求：連續(xù)工作機器），臥式封閉結(jié)構(gòu)。 2、選擇電動機的容量 工作機的有效功率Pw為Pw=FV=3.2X1.15=3.68kW 從電動機到工作機傳送帶間的總效率為η。 η= 由《機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》可知： ：V帶傳動效率 0.96 ：滾動軸承效率0.98(球軸承) ：齒輪傳動效率 0.97 (8 級精度一般齒輪傳動) ：聯(lián)軸器傳動效率 0.99(齒輪聯(lián)軸器) ：卷筒傳動效率 0.96 由電動機到工作機的總效率η==0.83 因此可知電動機的工作功率為： ==kW=4.43kW 式中：——工作機實際所需電動機的輸出功率，kW； Pw——工作機所需輸入功率。kW； η——電動機至工作機之間傳動裝置的總功率。 3、確定電動機轉(zhuǎn)速 工作機卷筒軸的轉(zhuǎn)速=r/min=54.94r/min 按推薦的傳動比合理范圍，V帶傳動在(2～4)之間，一級圓柱齒輪傳動在（3～6）之間，所以總傳動比的合理范圍=6～24，故電動機的轉(zhuǎn)速可選范圍為==330～1319 r/min，符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750 r/min和1000 r/min。 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，有機械設(shè)計手冊查出有兩種適用的電動機型號，其技術(shù)參數(shù)及傳動比的對比情況見下表： 表1傳動比方案 方案 電動機型號 額定功率（kW） 同步轉(zhuǎn)速 r/min 滿載轉(zhuǎn)速 r/min 重量(kg) 總傳動比 V帶傳動 減速器 1 2 Y132M2-6 Y160M2-8 5.5 5.5 1000 750 960 720 84 119 17.47 13.11 3.2 2.5 5.46 5.24 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動和減速器的傳動比，可知方案1較合適（在滿足傳動比范圍的條件下，有利于提高齒輪轉(zhuǎn)速，便于箱體潤滑設(shè)計）。因此選定電動機型號為Y132M2-6，額定功率為Ped =5.5kW，滿載轉(zhuǎn)速n=1000r/min。 三、 計算總傳動比及分配各級的傳動比 1、 傳動裝置的總傳動比為 i===17.47 2、 分配各級傳動比 因i= ，初取=3.2，則齒輪減速器的傳動比為 ===5.46 3、 計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù) （1） 各軸轉(zhuǎn)速 Ⅰ軸 ===300 r/min Ⅱ軸 ===54.95 r/min 卷筒軸 r/min （2） 各軸功率 Ⅰ軸 Ⅱ軸 卷筒軸 （3） 各軸轉(zhuǎn)矩 Ⅰ軸 Ⅱ軸 卷筒軸 表2 運動和動力參數(shù) 參數(shù) 軸 名 電動機軸 Ⅰ軸 Ⅱ軸 卷筒軸 轉(zhuǎn)速n/r 960 300 54.94 54.94 功率P/kW 4.43 4.25 4.04 3.92 轉(zhuǎn)矩T/Nm 44.07 135.29 702.13 681.27 傳動比i 3.2 5.46 1 效率η 0.96 0.95 0.97 四、V帶設(shè)計 設(shè)計參數(shù)應(yīng)該滿足帶速、小帶輪包角、一般帶根數(shù)等方面的要求。 1、求計算功率Pc 查表13-8得 ， 2、選V帶型號 可用普通V帶或窄V帶，現(xiàn)選以普通V帶。 由，n=960 r/min 查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-15可知選A型， 3、求大小帶輪基準直徑 由表13-9可知不小于75mm，現(xiàn)取 = 由表13-9可知取 4、 驗證帶速 在525m/s的范圍內(nèi)，合適 5、 求V帶基準長度和中心距a 初選中心距：+ 取，符合++ 由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》第205頁13-2式可得帶長 + 有表13-2對A型帶選 實際中心距： 6、 驗算小帶輪包角 ，合適 7、 求V帶根數(shù) 今n=960r/min, 查表13-3 ， 由式13-9得傳動比 查表13-5知： 由查表13-7得：，查表13-2得： 由此得，取4根 8、 求作用在帶輪軸上壓力 查表13-1得 q=0.1Kg/m； 的單根V帶的初拉力： 軸上的壓力： 五、齒輪的設(shè)計 （1）擇齒輪類型，材料，精度，及參數(shù) ① 選用閉式斜齒圓柱齒輪傳動（外嚙合） ② 選擇齒輪材料；小齒輪材料都取為45號鋼，調(diào)質(zhì)，HBS=197-286 ;=600MPa;=450MPa；大齒輪材料取為：45號鋼,正火處理HBS=156-217;=380MPa; =300MPa;(表11-1);由表11-5：=1； =1.25； =2.5；=188.9；（表11-4） []=/=600MPa ； []=/=300MPa []=/=360MPa ； []=/=240MPa 按齒輪接觸強度設(shè)計計算： 選取齒輪為8級的精度制造，取載荷系數(shù)=1.3，（表13-3）；齒寬系數(shù)=1.2；（表11-6） 初選螺旋角=15； 小齒輪齒數(shù)=20；大齒輪齒數(shù)=205.46=110； 79.33 mm 模 數(shù) ===3.83 取=4； 中心距 =270 mm； 螺旋角：==arccos=15.64； 分度圓直徑：==83.076 mm；==456.918 mm； 齒寬==1.279.33=99.6 mm； 取 =105mm； =100mm； 驗算齒面彎曲強度： 齒形系數(shù)=2.82; =1.57; =2.2; =1.84; （表11-8；11-9） ==48MPa； =48=37.86MPa； <[]; <[]; 故安全； 齒輪的圓周速度： ==1.3m/s 齒輪傳動的幾何尺寸，制表如下：(詳細見零件圖) 名 稱 代 號 結(jié)果 小齒輪 大齒輪 法面模數(shù) 4 螺旋角 15.64 中心距 270 mm 傳動比 5.5 法面壓力角 20 齒頂高 4 齒根高 5 全齒高 9 頂隙 c 1.125 齒數(shù) z 20 110 分度圓直徑 83.076 456.918 齒頂圓直徑 91.076 464.918 齒根圓直徑 df 73.076 446.918 齒輪寬 b 105 100 六、減速器鑄造箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。 名稱 符號 結(jié)果 公式 機座壁厚 8mm 0.025a+18 機蓋壁厚 8mm 0.02a+18 機座凸緣壁厚度 b 12mm 1.5 機蓋凸緣厚度 12mm 1.5 機座底凸緣壁厚 20mm 2.5 地腳螺釘直徑 24mm 0.036a+12 地角螺釘數(shù) n 6 a>250-500時；n=6 軸承旁連接螺栓直徑 16 mm 0.75 機蓋與機座連接螺栓直徑 12 mm （0.5-0.6） 軸承端蓋螺釘直徑 10 mm （0.4-0.5） 窺視孔螺釘直徑 8 mm （0.3-0.4） 定位銷直徑 10 mm （0.7-0.8） 至外機壁距離 見下表 至凸緣邊緣距離 見下表 軸承旁凸臺半徑 外機壁紙軸承作端面距離 40 mm ++（8-12） 大齒輪頂圓與內(nèi)機壁距離 12 mm >1.2 齒輪端面與內(nèi)機壁距離 10 mm > 機蓋機座肋厚 7/7 mm 軸承端蓋外徑 140/165 mm 軸承端蓋凸緣厚度 12 mm （1-1.2） 表,值（mm） 螺栓直徑 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M30 13 16 18 22 26 34 40 11 14 16 20 24 28 34 七：軸的設(shè)計 1. 高速軸的設(shè)計。 （1） 選擇軸的材料：選取45號鋼，調(diào)質(zhì)，HBS=197-286； （2）初步估算軸的最小直徑 據(jù)教材公式， 查表14-2得c=110；3.952kw；253.70 r/min； =28mm ；28（1+5%）=26.6 取=30mm； 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 考慮帶輪的機構(gòu)要求和軸的剛度，取裝帶輪處軸徑； 齒輪輪轂直徑：==（52.5-70）mm 取=55mm； 根據(jù)密封件的尺寸，選取裝軸承處的軸徑為=45mm； 查《機械設(shè)計手冊》第三版 P949；選取軸承： 型號 孔徑 外徑 寬B 動載 KN 靜載 KN 油 r/min 脂 r/min 7209AC 45mm 85 mm 19 mm 36.8 27.2 9000 6700 兩軸承支點間的距離： ； 式中： ―――――小齒輪齒寬， ―――――― 箱體內(nèi)壁與小齒輪端面的間隙， ――――――― 箱體內(nèi)壁與軸承端面的距離， ――――― 軸承寬度， 得到：=168mm 帶輪對稱線到軸承支點的距離： ； 式中：―――――軸承蓋的凸緣厚度， （=27 ） ―――――螺栓頭端面至帶輪端面的距離，15mm ―――――軸承蓋M10螺栓頭的高度， 查得k=6； ――――帶輪寬度； （查表13-10得的值）； 求得：=88mm； 2. 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度。 （1）計算作用在軸上的力 小齒輪受力分析 圓周力：=2135.29/83=3257 N 徑向力： =3257=1231 N 軸向力：=911.8 N （2） 計算支反力 水平面： N 垂直面：=840.9 N 1231-840.9=390N （3）求F在支點產(chǎn)生的反力： N N （4） 求垂直面的彎矩: Nm =32.76 Nm （5）求水平彎矩： Nm 求合成彎矩： =252 Nm =136.43 Nm （6） 求軸傳遞的扭矩： Nm （7）求危險截面的彎矩當量： a-a截面最危險，其當量彎矩為: 265 Nm （8）計算危險截面處軸的直徑： ==35 mm 安全； 3. 低速軸的設(shè)計。 ① 選擇軸的材料：選取45號鋼，調(diào)質(zhì)，197-286 ② 初步估算軸的最小直徑 據(jù)教材公式， 查表14-2得c=110；3.96 kw；54.95 r/min =45.8； 45.81.05=48.06 mm 取d=50 mm； 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 考慮帶輪的機構(gòu)要求和軸的剛度，取裝聯(lián)軸器處軸徑： d=50 mm； 齒輪輪轂直徑：==（52.5-70）mm 取=65mm； 根據(jù)密封件的尺寸，選取裝軸承處的軸徑為=60mm； 查《機械設(shè)計手冊》第三版 P949；選取軸承： 型號 孔徑 外徑 寬B 動載 KN 靜載 KN 油 r/min 脂 r/min 7212AC 60mm 110mm 22 mm 38.5 28.5 9000 6700 兩軸承支點間的距離： ； 式中： ―――――小齒輪齒寬， ―――――― 箱體內(nèi)壁與小齒輪端面的間隙， ――――――― 箱體內(nèi)壁與軸承端面的距離， ――――― 軸承寬度， 得到：=166 mm 帶輪對稱線到軸承支點的距離： ； 式中：―――――軸承蓋的凸緣厚度， （=27 ） ―――――螺栓頭端面至帶輪端面的距離，15mm ―――――軸承蓋M10螺栓頭的高度， 查得k=6； ――――聯(lián)軸器寬度； （查表13-10得的值）； 求得：=112 mm； 3. 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度。 （1）計算作用在軸上的力 小齒輪受力分析 圓周力：=2702.13/456.918=3073N 徑向力： =3073=1161N 軸向力：=860.3N （3） 計算支反力 水平面： N 垂直面：=—590.1N 1516.5+590.1=1750.6 N （4）求垂直面的彎矩: 49.48Nm =147 Nm （3） 求水平彎矩： Nm （7）求軸傳遞的扭矩： 702 Nm （8）求合彎矩: =191.2 Nm 1、 求危險截面的彎矩當量： 465 Nm （10）計算危險截面處軸的直徑： ==43 mm 安全； 八：軸承校核計算 1、 高速軸承的校核 壽命為48000小時，校核初選的7209AC軸承 兩軸承徑向力： 軸向力： 查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表16-11可知：e=0.68 =1138.4 =1246.3 由于+>，所以2為壓緊端 故 =2050.2 計算軸承的當量動載荷： 由；查表16-11 可知： ； 所以 由；查表16-11可知： ； 所以 計算所需的徑向基本額定動載荷: 因為< 故以軸承2的徑向當量動載荷為計算依據(jù)。因受中等沖擊查表16-9得工作溫度正常，查表16-8得。 所以36.2kN<38.5kN 因此合適 2、 低速軸承的校核 壽命為48000小時，校核初選的7212AC軸承 兩軸承徑向力： 軸向力： 查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表16-11可知：e=0.68 =1583.7N =1119.28N 由于+>，所以2為壓緊端 故 =2444N 計算軸承的當量動載荷： 由；查表16-11 可知： ； 所以 由；查表16-11可知： ； 所以 計算所需的徑向基本額定動載荷: 因為< 故以軸承2的徑向當量動載荷為計算依據(jù)。因受中等沖擊查表16-9得工作溫度正常，查表16-8得。 22.7kN<58.2kN 因此合適 九、鍵的設(shè)計 由于齒輪和軸材料均為鋼，故取[σP]=120Mpa 1、輸入軸與大帶輪輪轂聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接 軸徑d=30mm,L=60mm，T=135.29Nm 查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課本P156得，選用圓頭普通A型平鍵，得：b=8mm，h=7mm，鍵長范圍L=1890mm。 鍵長取L=50 mm。鍵的工作長度l=L－b=42mm。 強度校核：由P158式10-26得 σp=4T/dhl=61Mpa<[σP]=120Mpa 所選鍵為：普通A型8X7平鍵 2、輸入軸與齒輪聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接 軸徑d=55mm,L=105mm，T=135.29Nm 查課本P156得，選用圓頭普通A型平鍵，得：b=16mm，h=10mm，鍵長范圍L=45～180mm。 鍵長取L=90mm。鍵的工作長度l=L－b=74mm。 強度校核：由P158式10-26得 σp=4T/dhl=109 Mpa<[σP]=120Mpa 所選鍵為：普通A型16X10平鍵 3、輸出軸與齒輪2聯(lián)接用平鍵聯(lián)接 軸徑d=65mm,L=100mm 查課本P156得，選用圓頭普通A型平鍵，得：b=20mm，h=12mm，鍵長范圍L=56～220mm。 鍵長取L=90 mm。鍵的工作長度l=L－b=70mm。 強度校核：由P158式10-26得 σp=4T/dhl=32 Mpa<[σP]=120Mpa 所選鍵為：普通A型20X12平鍵 4、輸出軸與聯(lián)軸器聯(lián)接用平鍵聯(lián)接 軸徑d=50mm,L=110mm 查課本P156得，選用圓頭普通A型平鍵，得：b=14mm，h=9mm，鍵長范圍L=36～160mm。 鍵長取L=90mm。鍵的工作長度l=L－b=76mm。 強度校核：由P158式10-26得 σp=4T/dhl=15.8 Mpa<[σP]=120Mpa 所選鍵為：普通A型14X9平鍵 十、聯(lián)軸器的選擇 根據(jù)低速軸最小端軸頸選擇 LZ4型彈性柱銷齒式聯(lián)軸器 型號 公稱轉(zhuǎn)矩 Tn/Nm 許用轉(zhuǎn)速[n]r/min 軸孔直徑d1,d2,dz 軸孔長度 L、L1 D B S 質(zhì)量Kg LZ1 112 5000 12-24 27-52 76 42 2.5 1.7 LZ2 250 5000 16-32 30-82 90 50 2.5 3.0 LZ3 630 4500 25-42 44-112 118 70 3 7.3 LZ4 1800 4200 40-60 84-142 158 90 4 15.3 聯(lián)軸器的校核 < 合適 十一、潤滑與密封 1、 潤滑方式 齒輪的潤滑 ==1.3m/s 由于速度低于2m/s，軸承采用脂潤滑Zl-1GB7324-1994，閉式齒輪采用工業(yè)閉式齒輪油L-CKC150GB5903-1995,浸油深度以從動輪一個齒高為宜。 2、 密封方式 （1） 箱座與箱蓋凸緣的密封 選用接合面涂密封膠703 （2） 觀察孔、注油孔等處密封 選用石棉橡膠紙 （3） 軸承蓋密封 高速軸： 透蓋 B 35 54 GB/T 13871-1992 盲蓋 O 87.5X2.65-A-N-GB/T34521-2005 低速軸： 透蓋 B42 62 GB/T 13871-1992 盲蓋 O128-3.55-A-N-GB/T34521-2005 (4)其他處密封 軸承靠近機體內(nèi)壁處用擋油板密封，防止?jié)櫥瓦M入軸承內(nèi)部。 十二、附件設(shè)計 A 視孔蓋和窺視孔： 在機蓋頂部開有窺視孔，能看到 傳動零件齒合區(qū)的位置，并有足夠的空間，以便于能伸入進行操作，窺視孔有蓋板，機體上開窺視孔與凸緣一塊，有便于機械加工出支承蓋板的表面并用墊片加強密封，蓋板用鑄鐵制成，用M8 緊固。 B 油螺塞： 放油孔位于油池最底處，并安排在減速器不與其他部件靠近的一側(cè)，以便放油,放油孔用螺塞堵住，因此油孔處的機體外壁應(yīng)凸起一塊，由機械加工成螺塞頭部的支承面，并加封油圈加以密封。 C 油標： 油標位在便于觀察減速器油面及油面穩(wěn)定之處。油尺安置的部位不能太低，以防油進入油尺座孔而溢出。 D 通氣孔： 由于減速器運轉(zhuǎn)時，機體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，為便于排氣，在機蓋頂部的窺視孔改上安裝通氣器，以便達到體內(nèi)為壓力平衡。 E 位銷： 為保證剖分式機體的軸承座孔的加工及裝配精度，在機體聯(lián)結(jié)凸緣的長度方向各安裝一圓錐定位銷，以提高定位精度。 十三、設(shè)計小結(jié) 這次關(guān)于帶式運輸機上的單級展開式圓柱齒輪減速器的課程設(shè)計是我們真正理論聯(lián)系實際、深入了解設(shè)計概念和設(shè)計過程的實踐考驗，對于提高我們機械設(shè)計的綜合素質(zhì)大有用處。通過兩個星期的設(shè)計實踐，使我對機械設(shè)計有了更多的了解和認識.為我們以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。 1．機械設(shè)計是機械工業(yè)的基礎(chǔ),是一門綜合性相當強的技術(shù)課程，它融《機械制圖》、《機械設(shè)計基礎(chǔ)》、《工程力學(xué)》、《機械制造》、《CAD 制圖》等于一體，使我們能把所學(xué)的各科的知識融會貫通，更加熟悉機械類知識的實際應(yīng)用。 2．這次的課程設(shè)計,對于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想;訓(xùn)練綜合運用機械設(shè)計和有關(guān)先修課程的理論,結(jié)合生產(chǎn)實際反系和解決工程實際問題的能力;鞏固、加深和擴展有關(guān)機械設(shè)計方面的知識等方面有重要的作用。 3．在這次的課程設(shè)計過程中,綜合運用先修課程中所學(xué)的有關(guān)知識與技能,結(jié)合各個教學(xué)實踐環(huán)節(jié)進行機械課程的設(shè)計,一方面,逐步提高了我們的理論水平、構(gòu)思能力、工程洞察力和判斷力,特別是提高了分析問題和解決問題的能力,為我們以后對專業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備的設(shè)計打下了寬廣而堅實的基礎(chǔ)。 4．本次設(shè)計得到了指導(dǎo)老師的細心幫助和支持。衷心的感謝老師的指導(dǎo)和幫助。 5．設(shè)計中還存在不少錯誤和缺點，需要繼續(xù)努力學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)機械設(shè)計的知識，繼續(xù)培養(yǎng)設(shè)計習(xí)慣和思維從而提高設(shè)計實踐操作能力。 參考資料 [1]《機械設(shè)計》，高等教育出版社，西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研室 編著，2006年5月第八版； [2]《機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》，高等教育出版社，李平林，黃少顏等主編， 2009年5月第二十九版。 [3]《機械設(shè)計實用手冊》，機械工業(yè)出版社，王少懷、徐東安等主編，2009年4月第二版。 [4]《機械設(shè)計課程設(shè)計圖冊》，高等教育出版社，李平林，黃少顏等主編， 2009年5月第二十九版。 [5]《機械設(shè)計基礎(chǔ)》，高等教育出版社，楊可楨，程光蘊等主編2006年5月第五版。 目錄 第一章 傳動方案擬定 第二章 電動機的選擇 第三章 計算總傳動比及分配各級的傳動比 第四章 V帶設(shè)計 第五章 齒輪的設(shè)計 第六章 減速器鑄造箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 第七章 軸的設(shè)計 第八章 軸承校核計算 第九章 鍵的設(shè)計 第十章 聯(lián)軸器的選擇 第十一章潤滑與密封 第十二章附件設(shè)計 第十三章設(shè)計小結(jié) 參考文獻 Pw=3.68kW η=0.83 =54.94r/min i=17.47 根據(jù)各段裝配的零件及定位需要得出軸徑和長度 =110，=50 =59，=58 =59，=60 =95，=65 =7，=70 =42.5，=60 = = = = = =