設(shè)計用于帶式運輸機的二級圓柱齒輪減速器

機械設(shè)計課程設(shè)計計算說明書設(shè)計題目設(shè)計用于帶式運輸機的二級圓柱齒輪減速器建筑工程學(xué)院建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)院（系）班設(shè)計者指導(dǎo)老師北京工業(yè)大學(xué)目錄一設(shè)計任務(wù)書2二傳動方案的分析與擬定2三電動機的選擇計算3四傳動裝置的運動及動力參數(shù)的選擇和計算5五V帶的設(shè)計-7六齒輪傳動設(shè)計計算10七軸的計算16八滾動軸承的選擇和計算26九鍵聯(lián)接的選擇和計算32十聯(lián)軸器的選擇35十一減速器的潤滑方式和密封類型的選擇，潤滑油的牌號選擇和裝油量計算35十二設(shè)計小結(jié)37十三參考資料37第一部分：設(shè)計任務(wù)書題目：E1設(shè)計用于帶式運輸機的展開式二級圓柱齒輪減速器原始數(shù)據(jù)：運輸機工作軸轉(zhuǎn)矩T：800Nm卷筒直徑D：360mm運輸帶工作速度v：1.2m/s工作條件：連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，工作時有輕微振動，使用期限為10年，小批量生產(chǎn)，單班制工作，運輸帶速度允許誤差為±5%。第二部分：傳動方案的分析與擬定計算及說明結(jié)果第三部分：電動機的選擇計算（一）、選擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)形式：根據(jù)工作要求采用Y系列全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，電壓380V。（二）、選擇電動機的容量電動機所需工作功率為工作機所需功率為傳動裝置的總效率為傳動滾筒效率；滾動軸承傳動效率；閉式齒輪傳動效率；聯(lián)軸器傳動效率；V帶傳動效率得傳動裝置的總效率為滾筒軸工作轉(zhuǎn)速為所需電動機功率為計算及說明結(jié)果因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率略大于即可由表16-1，Y系列電動機技術(shù)數(shù)據(jù)，選電動機的額定功率為7.5kW.（三）、確定電動機的轉(zhuǎn)速：V帶傳動比常用范圍為二級圓柱齒輪減速器為總傳動比的范圍為故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有1500r/min、3000r/min兩種。方案對比,如下表所示，綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、和價格以及總傳動比，可以看出，如為使傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，考慮電動機重量和價格，選用方案2效果較好；現(xiàn)選用方案2。選定電動機的型號為Y132M-4電動機數(shù)據(jù)及總傳動比方案電動機型號額定功率Ped/KW電機轉(zhuǎn)速n/(r/min)同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速1Y132S2-27.5300029202Y132M-47.515001440電動機型號為Y132M-4計算及說明結(jié)果第四部分：傳動裝置的運動及動力參數(shù)的選擇和計算（一）傳動裝置總傳動比的確定和分配1、計算總傳動比2、分配傳動裝置各級傳動比V帶傳動的傳動比減速器的傳動比：取兩極圓柱齒輪減速器高速級的傳動比則低速級的傳動比為（二）傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算:0軸（電機軸）：I軸（高速軸）：計算及說明結(jié)果Ⅱ軸（中間軸）：Ⅲ軸（低速軸）：Ⅳ軸（滾筒軸）：計算及說明結(jié)果軸名功率P/kW轉(zhuǎn)矩T/Nm轉(zhuǎn)速n傳動比i效率輸入輸出輸入輸出0軸6.4642.84144033.2482.32110.960.960.960.98=1\*ROMANI軸6.206.14123.35122.12480=2\*ROMANII軸5.955.89384.51380.66147.78=3\*ROMANIII軸5.715.65856.44847.8863.67=4\*ROMANIV軸5.605.54839.94831.5463.67表2各軸運動動力參數(shù)第五部分：V帶的設(shè)計1、傳遞功率：小輪轉(zhuǎn)速查表8-6，計算功率2、選擇帶型：根據(jù)計算功率、小帶輪轉(zhuǎn)速由圖8-9選用A型3、確定帶輪基準直徑：由表8-3和8-7取主動輪直徑計算及說明結(jié)果由表8-7，取根據(jù)8-13式驗算帶速∴帶速合適4、確定窄V帶的基準長度和傳動中心距：∴初步確定中心距為根據(jù)式8-20，計算帶所需基準長度由表8-2選帶的基準長度按式8-21取滿足要求計算及說明結(jié)果5、驗算小輪包角∴主動輪包角合適6、計算V帶根數(shù)：查表8-5c和表8-5d得由表8-8得由表8-2得Z=6Z=6所以取Z=67、計算預(yù)緊力：查表8-4計算及說明結(jié)果8、計算作用軸上的壓軸力：第六部分：齒輪傳動設(shè)計計算1．高速級齒輪傳動設(shè)計閉式斜齒圓柱齒輪傳動設(shè)計(1)選擇材料，確定許用應(yīng)力小齒輪20Cr由表9-4中選擇齒輪的材料為:滲碳淬火小齒輪：20Cr，滲碳淬火,取大齒輪45鋼大齒輪：45鋼，表面淬火,取表面淬火：（2）齒面接觸疲勞強度設(shè)計：a.選擇齒數(shù)：通常Z1=20~40,取Z1=31，，取b.小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：c.原則齒輪寬度系數(shù)：由于齒輪為非對稱分布，且為硬齒面，取計算及說明結(jié)果d.確定載荷系數(shù)：取e.計算法面模數(shù)則當(dāng)量齒數(shù):齒型系數(shù)按由[1]圖9-33查得，取整，所以f.齒輪幾何尺寸的計算確定中心距：圓整后，計算角：計算及說明結(jié)果分度圓直徑：齒頂圓直徑：齒根圓直徑：齒寬：由于草圖繪制中需要接觸疲勞校核滿足條件滿足條件齒輪精度選擇七級精度七級精度計算及說明結(jié)果2．低速級齒輪傳動設(shè)計閉式斜齒圓柱齒輪傳動設(shè)計(1)選擇材料，確定許用應(yīng)力小齒輪20Cr由表9-4中選擇齒輪的材料為:滲碳淬火小齒輪：20Cr，滲碳淬火,取大齒輪45鋼大齒輪：45鋼，表面淬火,取表面淬火：（2）齒面接觸疲勞強度設(shè)計：a.選擇齒數(shù)：通常Z3=20~40,取Z3=23，，取b.小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：c.原則齒輪寬度系數(shù)：由于齒輪為非對稱分布，且為硬齒面，取計算及說明結(jié)果d.確定載荷系數(shù)：取e.計算法面模數(shù)則當(dāng)量齒數(shù):齒型系數(shù)按由[1]圖9-33查得，取整，所以f.齒輪幾何尺寸的計算確定中心距：圓整后，計算角：計算及說明結(jié)果分度圓直徑：齒頂圓直徑：齒根圓直徑：齒寬：接觸疲勞校核滿足條件滿足條件齒輪精度選擇七級精度七級精度V帶滿足條件計算及說明結(jié)果第七部分：軸的計算（一）高速軸設(shè)計：1、選擇軸的材料：選用20Cr，并經(jīng)滲碳淬火處理，由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-1得：σb=850Mpa由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-3查得其許用彎曲應(yīng)力[σ-1]b=75Mpa軸徑的初步計算：確定A值：根據(jù)材料20Cr，查閱《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-2，得計算系數(shù)A=112～97，因為為減速器的高速軸，所以A取較大值，初定A=110初步計算直徑：考慮此處鍵槽對軸強度削弱的影響，應(yīng)將直徑加大3%圓整后，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：(1)確定各軸段的直徑及軸向長度根據(jù)所求:將各段軸徑（從左向右）依次取為30mm，35mm，40mm，50mm，64mm,，50mm，40mm將各段軸向長度依次定為50mm，35mm，28mm，60mm,43mm，12mm，28mm初定此處軸承采用7208C，正向成對安裝。(2)軸上零件的周向固定齒輪處采用A型普通平鍵聯(lián)接，由《機械設(shè)計課程設(shè)計》表10-26查得鍵的尺寸為：寬度×高度×長度（b×h×L）=8×7×40計算及說明結(jié)果3.按彎扭合成強度計算：（1）畫出軸的結(jié)構(gòu)簡圖和軸的受力圖,并確定軸上的作用力齒輪：（2）水平面支反力計算：（3）垂直面支反力、彎矩計算：（4）計算合成彎矩根據(jù)計算得計算及說明結(jié)果（5）扭矩（6）當(dāng)量彎矩Me：因單向傳動，轉(zhuǎn)矩可認為按脈動循環(huán)變化，所以應(yīng)力校正系數(shù)α=0.6，則危險截面V帶處的當(dāng)量彎矩（左）（7）校核危險截面軸徑：根據(jù)截面計算公式mm因此處有一鍵槽，故將軸徑增大3%，即d=29.520mm，在結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖中，此處軸徑為30mm，故強度足夠。計算及說明結(jié)果（二）、中間軸設(shè)計：1.軸的材料選擇選用20Cr，并經(jīng)滲碳淬火處理，由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-1得：σb=850Mpa由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-3查得其許用彎曲應(yīng)力[σ-1]b=75Mpa軸徑的初步計算：確定A值：根據(jù)材料20Cr，查閱《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-2，得計算系數(shù)A=112～97，因為為減速器的高速軸，所以A取較大值，初定A=110初步計算直徑：考慮此處鍵槽對軸強度削弱的影響，應(yīng)將直徑加大3%圓整后，2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：(1)確定各軸段的直徑及軸向長度根據(jù)所求:將各段軸徑（從左向右）依次取為40mm，50mm，96mm，60mm，50mm,，40mm將各段軸向長度依次定為28mm，7mm，43mm，3mm,54mm，36mm初定此處軸承采用7208C，正向成對安裝。(2)軸上零件的周向固定齒輪處采用A型普通平鍵聯(lián)接，由《機械設(shè)計課程設(shè)計》表10-26查得鍵的尺寸為：寬度×高度×長度（b×h×L）=14×9×40計算及說明結(jié)果3.按彎扭合成強度計算：（1）畫出軸的結(jié)構(gòu)簡圖和軸的受力圖,并確定軸上的作用力齒輪2：齒輪3：（2）水平面支反力計算：計算及說明結(jié)果（3）垂直面支反力、彎矩計算：（4）計算合成彎矩根據(jù)計算得（5）扭矩（6）當(dāng)量彎矩Me：因單向傳動，轉(zhuǎn)矩可認為按脈動循環(huán)變化，所以應(yīng)力校正系數(shù)α=0.6，則危險截面C處的當(dāng)量彎矩（左）計算及說明結(jié)果（7）校核危險截面軸徑：根據(jù)截面計算公式因此處有一鍵槽，故將軸徑增大3%，即d=36.498mm，在結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖中，此處軸徑為50mm，故強度足夠。但考慮到軸結(jié)構(gòu)上的需要，不宜將D處軸徑減小，所以仍保持結(jié)構(gòu)計算及說明結(jié)果（三）低速軸設(shè)計：1、選擇軸的材料：選用20Cr，并經(jīng)滲碳淬火處理：σb=850Mpa由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-3查得其許用彎曲應(yīng)力[σ-1]b=75Mpa軸徑的初步計算：確定A值：根據(jù)材料20Cr，查閱《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-2，得計算系數(shù)A=112～97，因為為減速器的高速軸，所以A取較大值，初定A=110初步計算直徑：考慮此處鍵槽對軸強度削弱的影響，應(yīng)將直徑加大3%圓整后，由于聯(lián)軸器連接，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：(1)確定各軸段的直徑及軸向長度根據(jù)所求:將各段軸徑（從左向右）依次取為60mm，65mm，70mm，60mm，57mm,，55mm，將各段軸向長度依次定為43mm，69mm，35mm,32mm，33mm，60mm初定此處軸承采用7212C，正向成對安裝。(2)軸上零件的周向固定齒輪處采用A型普通平鍵聯(lián)接，由《機械設(shè)計課程設(shè)計》表10-26查得鍵的尺寸為：寬度×高度×長度（b×h×L）=20×12×55計算及說明結(jié)果3.按彎扭合成強度計算：（1）畫出軸的結(jié)構(gòu)簡圖和軸的受力圖,并確定軸上的作用力齒輪：（2）水平面支反力計算：（3）垂直面支反力、彎矩計算：（4）計算合成彎矩根據(jù)計算得計算及說明結(jié)果（5）扭矩（6）當(dāng)量彎矩Me：因單向傳動，轉(zhuǎn)矩可認為按脈動循環(huán)變化，所以應(yīng)力校正系數(shù)α=0.6，則危險截面C處的當(dāng)量彎矩（左）（7）校核危險截面軸徑：根據(jù)截面計算公式mm因此處有一鍵槽，故將軸徑增大3%，即d=44.046mm，在結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖中，此處軸徑為65mm，故強度足夠。但考慮到軸結(jié)構(gòu)上的需要，不宜將D處軸徑減小，所以仍保持結(jié)構(gòu).計算及說明結(jié)果第八部分：滾動軸承的選擇和計算(一)、高速軸處所用軸承滾動軸承的選擇由d=40mm，查閱表11-4選擇7208C型，驗算滾動軸承壽命計算內(nèi)部軸向力：由表11-4查得7208C型軸承的基本額定動載荷Cr=36.8kN基本額定靜載荷C?r=25.8kN0.0290.058e0.400.43用內(nèi)插法，得：X=0.44,Y=1.32,e=0.42計算及說明結(jié)果（2）計算軸承所受的軸向載荷：I被壓緊，II被放松（3）計算當(dāng)量動載荷：兩軸承當(dāng)量動載荷P1和P2:查表，用內(nèi)插法，得：X=0.44,Y=1.31,e=0.42查表，得：X=1,Y=0,e=0.47（4）計算軸承壽命：因為軸承1比軸承2危險,所以在此只校核軸承1，若其壽命滿足工作要求,則高速軸所選軸承合適。①選擇溫度系數(shù)ft,載荷系數(shù)fp,壽命指數(shù)ε由于軸承的工作溫度t≤120°,所以ft=1.0由于載荷平穩(wěn)，fp=1.0～1.2，取fp=1.0②預(yù)期壽命Lh軸承的壽命一般按減速器的工作壽命或檢修期（2—3年）確定。通用齒輪減速器的工作壽命一般為36000h(小時)，其軸承的最低壽命為10000h.③計算軸承1壽命：計算及說明結(jié)果所以滿足要求(二)、中間軸處所用軸承：1、滾動軸承的選擇：由d=40mm，查表11-4選擇7208C型，成對正裝2、驗算滾動軸承壽命：⑴計算內(nèi)部軸向力：由表11-4查得7208C型軸承的基本額定動載荷Cr=36.8kN，基本額定靜載荷C?r=25.8kN0.0580.0.087e0.430.46查表，用內(nèi)插法，得：X=0.44,Y=1.25,e=0.44所以計算及說明結(jié)果Pr2=Pr2=NI被壓緊，II被放松（3）計算當(dāng)量動載荷：求兩軸承當(dāng)量動載荷P1和P2查表，用內(nèi)插法，得：X=0.44,Y=1.25,e=0.44查表，得：X=0.44,Y=1.25,e=0.44（4）計算軸承壽命：因為軸承1比軸承2危險,所以在此只校核軸承1，若其壽命滿足工作要求,則高速軸所選軸承合適。①選擇溫度系數(shù)ft,載荷系數(shù)fp,壽命指數(shù)ε查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表12-9，由于軸承的工作溫度t≤120°,所以ft=1.0查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表12-10，由于載荷平穩(wěn)，fp=1.0～1.2，取fp=1.0②預(yù)期壽命Lh軸承的壽命一般按減速器的工作壽命或檢修期（2—3年）確定。通用齒輪減速器的工作壽命一般為36000h(小時)，其軸承的最低壽命為10000h.計算及說明結(jié)果③計算軸承1壽命：所以滿足要求(三)、低速軸處所用軸承：1.滾動軸承的選擇由d=60mm，查閱表11-4選擇7212C型，成對正裝2.驗算滾動軸承壽命計算內(nèi)部軸向力：由表11-4查得7212C型軸承的基本額定動載荷Cr=61kN基本額定靜載荷C?r=48.5kN0.0290.058e0.400.43用內(nèi)插法，得：X=0.44,Y=1.32,e=0.42計算及說明結(jié)果（2）計算軸承所受的軸向載荷：I被壓緊，II被放松（3）計算當(dāng)量動載荷：兩軸承當(dāng)量動載荷P1和P2:查表，用內(nèi)插法，得：X=0.44,Y=1.31,e=0.42查表，得：X=1,Y=0,e=0.47（4）計算軸承壽命：因為軸承1比軸承2危險,所以在此只校核軸承1，若其壽命滿足工作要求,則高速軸所選軸承合適。①選擇溫度系數(shù)ft,載荷系數(shù)fp,壽命指數(shù)ε由于軸承的工作溫度t≤120°,所以ft=1.0由于載荷平穩(wěn)，fp=1.0～1.2，取fp=1.0②預(yù)期壽命Lh軸承的壽命一般按減速器的工作壽命或檢修期（2—3年）確定。通用齒輪減速器的工作壽命一般為36000h(小時)，其軸承的最低壽命為10000h.③計算軸承1壽命：計算及說明結(jié)果所以滿足要求九、鍵連接的選擇和計算：一、高速軸（1）選擇鍵連接的類型及尺寸：選用圓頭普通平鍵（A型），根據(jù)d=30mm，表10-26中查得鍵的剖面尺寸為b×h=8×7，根據(jù)軸長及鍵的標準長度系列表，取鍵長L=40mm，鍵標記為：鍵8×7GB1096-798×7×40（2）強度校核：鍵、軸和輪轂的材料都是45鋼，且載荷平穩(wěn)，由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表7-5查得許用應(yīng)力[σ]p=100～120MPa,取[σ]p=110MPa鍵的工作長度l=L–b=50–16=34mm鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.5×7=3.5mmT=123.35N?m帶入校核公式可得：故擠壓強度滿足要求計算及說明結(jié)果一、中間軸（1）選擇鍵連接的類型及尺寸：選用圓頭普通平鍵（A型），根據(jù)d=50mm，表10-26中查得鍵的剖面尺寸為b×h=18×11，根據(jù)軸長及鍵的標準長度系列表，取鍵長L=40mm，鍵標記為：鍵8×7GB1096-7918×11×40（2）強度校核：鍵、軸和輪轂的材料都是45鋼，且載荷平穩(wěn)，由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表7-5查得許用應(yīng)力[σ]p=100～120MPa,取[σ]p=110MPa鍵的工作長度l=L–b=40–18=22mm鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.5×11=5.5mmT=384.51?m帶入校核公式可得：故擠壓強度滿足要求三、低速軸1、左：（1）選擇鍵連接的類型及尺寸：選用圓頭普通平鍵（A型），根據(jù)d=65mm，有《機》表10-26中查得鍵的剖面尺寸為b×h=20×12，根據(jù)軸長及鍵的標準長度系列表，取鍵長L=70mm，鍵標記為：鍵20×12GB1096-7920×12×70（2）強度校核：鍵、軸和輪轂的材料都是45鋼，且載荷平穩(wěn)，由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表7-5查得許用應(yīng)力[σ]p=100～120MPa,取[σ]p=110MPa計算及說明結(jié)果鍵的工作長度l=L–b=70–20=50mm鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.5×12=6mmT=835.94N?m帶入校核公式可得：故擠壓強度滿足要求2、右：（1）選擇鍵連接的類型及尺寸：選用圓頭普通平鍵（A型），根據(jù)d=55mm，有《機》表10-26中查得鍵的剖面尺寸為b×h=16×10，根據(jù)軸長及鍵的標準長度系列表，取鍵長L=60mm，鍵標記為：鍵16×10GB1096-79 16×10×60（2）強度校核：鍵、軸和輪轂的材料都是45鋼，且載荷平穩(wěn)，由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表7-5查得許用應(yīng)力[σ]p=100～120MPa,取[σ]p=120MPa鍵的工作長度l=L–b=60–16=44mm鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.5×10=5mmT=831.54N?m帶入校核公式可得：故擠壓強度滿足要求計算及說明結(jié)果十、聯(lián)軸器的選擇和計算：1、選擇類型：對低速，剛性小的長軸，選用無彈性元件撓性聯(lián)軸器2、計算轉(zhuǎn)矩Tc：公稱轉(zhuǎn)矩T=839.54Nm根據(jù)《機》表13-1，由原動機為電動機，工作機為運輸機查得：工作情況系數(shù)K=1.5，所以計算轉(zhuǎn)矩為：Tc=KT=1.5×839.54=1259.3Nm3、型號選擇：根據(jù)《機》表13-3，選用GIGL3型鼓星齒式聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩為2240N?m，許用最大轉(zhuǎn)速為4000r/min，軸徑范圍為32--70故適合選用。型號公稱轉(zhuǎn)矩Nm許用轉(zhuǎn)速r/min軸孔直徑dmm軸孔長度LmmGIGL32240400055142

十一、減速器的潤滑方式和密封類型的選擇，潤滑油的牌號選擇和裝油量計算（一）關(guān)于齒輪的潤滑1、潤滑方式：