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机械零件（设计说明） MACHINED COMPONENT DESIGN ( Design specifications ) 目: 用于胶带运输机的单级圆柱齿轮减速箱设计 《机械零件设计》课程设计任务书 一、项目设计：用于胶带运输机的单级圆柱齿轮减速箱 二、运动简图 1.V带传动； 2.单级减速器； 3.运输带； 4.联轴器； 5.电动机； 6.卷筒。 三、原始数据 运输带工作拉力 1150 ； 运输带工作速度 1.6 ； 运输带速度允许误差 ±5% ； 卷筒直径 260 ； 工作年限 6 年 2 班制。 四、设计工作量 减速器装配图（A1号图纸） 1 张； 零件工作图（A3号图纸） 3 张； 1. 大带轮工作图1张； 2. 低速轴工作图1张； 3. 大齿轮工作图1张。 设计说明书 1 份。 五、设计期限 指导教师： 发题日期： 目 录 1．传动参数计算…………………………………………………………………4 2．传动零件的设计计算………………………………………………………… 2.1带传动…………………………………………………………………… 2.2 齿轮传动……………………………………………………………………… 3．轴的设计及强度计算………………………………………………………… 3.1高速轴（小齿轮轴）设计…………………………………………………… 3.2低速轴（大齿轮轴）设计…………………………………………………… 4．轴承的寿命计算……………………………………………………………… 4.1高速轴轴承寿命计算…………………………………………………… 4.2低速轴轴承寿命计算…………………………………………………… 5．其它零部件选用及强度校核………………………………………………… 5.1键的强度校核……………………………………………………………… 5.2联轴器的选用……………………………………………………………… 5.3铸铁减速箱体的主要结构尺寸…………………………………………… 6．技术要求………………………………………………………………………… 7．参考文献………………………………………………………………………… 8．设计小结………………………………………………………………………… 计 算 及 说 明 主 要 结 果 1．传动参数计算 1.1工作机功率 1) 原始数据： 运输带工作拉应力：F=1150 N 运输带工作速度： V=1.6 m/s 工作年限6年2班制 2) 传动效率： 查【1】14页表2-3得 V带传动效率： 滚动轴承效率： 8级精度一般齿轮传动效率： 弹性联轴器传动效率： 传动滚筒效率： 3) 总效率： 4) 输入电机功率： 因为载荷平稳，所以电动机功Ped率略大于Pd即可，取 Ped=2.2kW。 5) 确定电动机转速： 由【1】10页表2-1得：V带的传动比范围： 2～4，由【1】 10～14页表2-2得：一级圆柱齿轮减速器 则总传动比的 2～20，电动机转速的可选范围 2～20,得电动机的可选范围为： （2～20）×117.53=236～2351 r/min 符合这一范围的同步转速有750 r/min、1000 r/min和1500 r/min，将这三种列表进行比较，由【1】203页表17-1得： 方案 电动机型号 额定功率 Ped/kW 电动机转速n/(r/min) 电动机质量m/kg 总传动比 ia 同步转速 满载转速 1 Y1325-8 2.2 750 720 63 6.04 2 Y112M-6 2.2 1000 940 45 8.00 3 Y100L-4 2.2 1500 1430 34 12.17 表中所列方案3电动机质量轻，价格便宜，但总传动比最大，转动装置外廓尺寸大，制造成本大，方案1中电动机质量最重，且价格昂贵，综合考虑，现选用方案2。即选定电动机型号为：Y112M-6。 由【1】204页表17-3得： 电动机轴伸出端长： E=60mm 电动机轴中心高： H=112mm 电动机轴直径： D=28mm 1.2确定传动系统的总传动比和分配各级传动比 1) 总传动比： 2) V带传动比 取齿轮的传动比为i齿=3.5，得： 1.3计算传动系统的运动和动力参数 1) 0轴（电动机轴） P0=Pd=2.14kW n0=nm=940 r/min 2) Ⅰ轴（高速轴） 3) Ⅱ轴（低速轴） 4) Ⅲ轴（滚筒轴） EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT 各轴运动和动力参数 轴名 功率P/kW 转矩 T/(N·m) 转速n/(r/min) 传动比 ia 效率 η 电机轴 2.14 21.74 940 2.286 0.96 高速轴 2.0544 47.71 411.2 3.5 0.96 低速轴 1.973 160.36 117.5 1 0.98 滚筒轴 1.934 157.2 117.5 2．传动零件的设计计算 2.1带传动 1) 计算功率： 已知传动载荷平稳，为两班制工作，工作机为轻载荷输送机。 由【2】218页表13-8查的： KA=1.2 故计算功率： 2) 选用V带型号: 选用普通V带 已知：PC=2.64 kW,n0=940 r/min 由【2】219页图13-15得点位于A型区域，故选用A型 3) 大、小带轮直径： 已知为A型带轮由【2】219页表13-9得： ，现选取d1=125mm 取d2=280mm 4) 验算带速V： 在5～20m/s内，所以带轮直径是合适的。 5) 求V带基准长度Ld和中心距a： 初步选取中心距: a0=1.5(125+280)=607.5mm,取a0=600mm 符合： 初步确定V带基准长度： 由【2】212～213表13-2得： Ld=1800mm 再计算实际中心距： 6) 验算小带轮包角： 所以合适。 7) 求V带根数： 已知n1=940 r/min,d1=125mm, 由【2】214～215页表13-3,得： 传动比： 已知i带≥2，且为A型带轮，小轮转速为940 r/min 由【2】216页表13-5，查得： 已知α=164.6°，由【2】表13-7，并结合线性校正得： 已知Ld=1800mm，由【2】212～213页表13-2得： KL=1.01 取Z=2。 8) 求作用在带轮上的预紧力和压力 已知为普通A型V带，由【2】212页表13-1查得： q=0.1 kg/m 单根V带的预紧力为： 作用在轴上的压力FQ 皮带轮 名称 结果 名称 结果 名称 结果 带型 A型 传动比 i带=2.286 根数 2 基准直径 dd1=125mm 基准长度 Ld=1800mm 预紧力 174.83N dd2=280mm 中心距 a=576.91mm 压轴力 693N 9) V带结构参数 由【2】224页表13-10得： 槽型 A bd 11mm hamin 2.75mm e 15mm fmin 9mm hmin 8.7mm δmin 6mm φ 34° 由【3】149页表12-3得： 选用板孔式带轮 2.2 齿轮传动 1) 选择材料许用应力 小齿轮选用45#钢，选用调制处理； 大齿轮选用45#钢，选用正火处理。 由【2】166页表11-1得： 2) 计算大小齿轮的许用接触应力和弯曲应力 已知齿轮为一般可靠度，再由【2】171页表11-5得： 其中两齿面的接触应力应是相等的，所以取其中较危险的，即较小的许用接触接触应力： 3) 按齿面接触强度设计 1　 已知装置原动机为电动机，载荷为有中等冲击的载荷，由【2】169页表11-3得：K=1.3 2　 已经求得T1=4.77×104 N·m 3　 已知齿轮相对于轴承为对称布置，齿轮所选材料为软齿面，由【2】175页表11-6得：Фd=1 4　 已经求得U=3.50 5　 已知45#钢为锻钢，由【2】171页表11-4得：ZE=189.8 6　 已知齿轮均为标准齿轮，所以ZH=2.5 7　 已求得[σH]=341 MPa 将上述值代入公式得： 取齿数z1=30，则z2=30×3.5=105 再由【2】57页表4-1，选用第一系列，取m=2.5，则： 齿宽： 中心距： 4) 验算齿轮弯曲强度 已知z1=30,z=105由【2】173页图11-8得： YFa1=2.52 YFa2=2.18 已知z1=30,z=105由【2】173页图11-8得： YSa1=1.65 YSa2=1.79 5) 齿轮的圆周速度 由【2】168页表11-2,得知可选用8级精度。 6) 大、小齿轮齿顶圆、和齿根圆大小 已知所选齿轮为正常齿制，由【2】58页表4-2得： 齿顶圆： 齿根圆： 3． 轴的设计及强度计算 3.1高速轴（小齿轮轴）设计 1) 选用材料 选用45，且经过调质处理。 2) 结构设计 根据轴上零件的安装和固定要求，将轴分为七段 轴段①：安装V带轮； 轴段②：轴肩； 轴段③：安装轴承； 轴段④：过渡段； 轴段⑤：齿轮； 轴段⑥：过渡段； 轴段⑦：安装轴承。 3) 各轴段轴径 最小轴径① 已选用45钢，由【2】245页表14-2得C=118～107。 已知P=2.0544 kW，n=411.2 r/min,带入公式得 考虑到一个键的存在轴径应该扩大5%～7%， 再考虑到与V带的配合及由【1】82页表9-3中的标准数据选取d1=25mm。 轴径② 由【2】243页图14-10中公式： 由【1】37页表5-1得： 其中C1一般取1.6或2，可以得到： 现综合考虑两种情况，取d2=33 mm 轴径③和⑦ d2=33mm，所以初选用深沟球轴承6207。由【1】120~121页表12-1得其内径为35mm，所以d3=d7=35mm。 轴径④和⑥ 这一部分为轴承和齿轮的过渡段，齿轮分度圆大小为75mm 选取d4=d6=45mm。 轴径⑤ 这一部分为小齿轮，其分度圆大小为75mm，齿顶圆大小为80mm。 4) 各轴段长度 轴长① V带轮的孔径长度为42mm，轴长应该比其短2~3mm，现选取其长度为L1=40mm。 轴长③ 由【1】142页表13-21得： 再由【1】120~121页，表12-1得： B=17mm 由【1】140页，表13-17得： 挡油环伸入内箱壁1~3mm，选取为2mm 观察装配图可得： 轴长⑦ 观察图可得： 轴长④和⑥ 观察装配图可以得到： 由【1】表4-1得： 取： Δ2=10 所以： 轴长⑤ 轴长② 此段长度为过渡区域，所以最后再进行计算： 已知所用螺栓为M16，由【1】30页表4-1得： C1=22mm，C2=20mm，δ=8mm 由【1】120~121页表12-1得： B=17mm K2为启出螺钉的必要距离，取为K2=40mm 由【1】35页图5-9得： 5) 校核高速轴的强度 首先对轴的受力情况进行： 齿轮力的作用简化至齿轮中点。 V带轮上压力作用点简化至带轮轮缘中点 支反力的作用点简化至滚动轴承中点分别为A、B点 由上图可以看到，轴上分别存在径向平面的力和轴向的力。 再对各段长度进行计算： 周向上： 径向上根据受力平衡分析： 联立求解得： 接着进行弯矩的计算： 可以得到弯矩图： 可以由图得A点合成弯距MaA=74.5N·m最大，对这一点进行强度的校核即可。 选取α=0.6，则： 轴的材料选用45钢，查的σB=650MPa，由【2】246页表14-3得：[σ-1b]=60MPa。最危险截面的直径为：d。 此处为安装轴承处，所以这一轴段直径为35mm>23.7mm。所以满足强度要求。 3.2低速轴（大齿轮轴）设计 1) 选择材料 选用45钢，经过调质处理。 2) 结构设计 根据零件的安装和固定要求，轴应该分为六段： 轴段①：安装联轴器； 轴段②：轴肩； 轴段③：安装轴承； 轴段④：安装大齿轮； 轴段⑤：轴肩； 轴段⑥：轴承。 3) 各轴段直径 轴径① 此轴中有两个键槽，所以，可以增大107%2，可以得到： 已知我们选用LT型弹性套柱销联轴器，由【1】147页表14-4查得应该选用LT5的联轴器，轴孔的直径可以选为：32或35，取为d1=35mm。 轴径② 这一段轴作为轴肩进行使用，查【1】82页表9-3，选取为d2=45mm。 轴径③ 这一轴段安装轴承，d2=45mm，轴承内径必须大于这一值，查【1】120~121页表12-1得到，可选用6210的深沟球轴承，其内径大小为50mm，所以d3=50mm。 轴径④ 这一段的是用于安装齿轮的，按照【1】82页表9-3，选取大于50mm的标准值，取d4=56mm。 轴段⑤ 这一段起轴肩作用，选取h=5mm，得： 轴径⑥ 这一段也是安装轴承的，所以d6=50mm 4) 各轴段长度 轴长① 一直选用LT5轴孔直径为35mm的联轴器，由【1】147页得轴孔长度为82mm，L1=82-2=80mm。 轴长② 已知所用螺栓为M16，由【1】30页表4-1得： C1=22mm，C2=20mm，δ=8mm 由【1】120~121页表12-1得： B=20mm K2为启出螺钉的必要距离，取为K2=40mm 由【1】35页图5-9得： 轴长③ B为轴承宽度，已查得：B=20mm； e为轴承端盖厚度，已查得：e=12mm； L为齿轮距内箱壁距离，可算得L=12.5mm l为安装间隙，l=2mm。 所以： 轴长④ 此处安装齿轮 已知B大齿 =75，所以： 轴长⑤ 由【2】243页图14-10得： h=5mm，所以： 轴长⑥ B为轴承宽度，已查得：B=20mm； e为轴承端盖厚度，已查得：e=12mm； C为倒角为1.5mm； 2为挡油环深入距离（由【1】140页，表13-17得：挡油环伸入内箱壁1~3mm，选取为2mm） 10.5为轴段③套筒长度，应为此处有轴肩段常7mm，所以减去。 代入得： 5) 轴的强度校核 首先对轴的受力情况进行分析： 齿轮力的作用点简化至齿轮中点C 。 联轴器力的作用点简化至联轴器轮缘中点 D。 支反力的作用点简化至滚动轴承中点，分别为A、B点。 由图可以看到存在周向和径向上的力。 然后对各长度进行计算： 周向上的受力： 径向上的受力： 接着进行弯矩计算： 得到弯矩图： 可以看到C点处的弯矩最大，进行校核： EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT 最危险截面的直径d： 轴的材料选用45钢，查的σB=650MPa，由【2】246页表14-3得：[σ-1b]=60MPa。所以“ 考虑到此处安装齿轮，有键的存在，所以将d加大5%。 而此处的直径为56mm≥27.51mm，满足强度要求。 4．轴承的寿命计算 4.1高速轴轴承寿命计算 这根轴没有承受轴向力，即Fa=0,由【2】280页表16-11，得e=0，且X=1，Y=0，即： P=FrMAX=1255N 已知，轴承工作温度低于100℃，由【2】279页表16-8得： ft=1 已知，载荷存在中等冲击，由【2】279页表16-9得： fp=1.5 已知，选用6207的轴承，由【1】120~121页表12-1得： C=25.5kN 已求得： n=411.2 r/min 已知选用深沟球轴承，由【2】278页得： ε=3 代入得： 已知，采用六年两班制工作，所以需要寿命： L=6×2×8×52×5=24960h 所以，所选轴承符合要求。 4.2低速轴轴承寿命计算 这根轴没有承受轴向力，即Fa=0,由【2】280页表16-11，得e=0，且X=1，Y=0，即： P=FrMAX=236.16N 已知，轴承工作温度低于100℃，由【2】279页表16-8得： ft=1 已知，载荷存在中等冲击，由【2】279页表16-9得： fp=1.5 已知，选用6207的轴承，由【1】120~121页表12-1得： C=35kN 已求得： n=117.5 r/min 已知选用深沟球轴承，由【2】278页得： ε=3 代入得： 已知，采用六年两班制工作，所以需要寿命： L=6×2×8×52×5=24960h 所以，所选轴承符合要求。 5．其它零部件选用及强度校核 5.1键的强度校核 皮带轮： 已知，选用平键连接： 已求得： T=47.7N·m，d=25mm 已知d=25mm，查【1】115页表11-6得： h=7mm；L=32mm；b=8mm 由【2】159页图10-37得： l=L-b=32-8=24mm 代入： 已知皮带轮为铸铁制造，且载荷存在轻微冲击，由【2】158页表10-10得： [σp]=55MPa≥45.43MPa=σp 所以键的强度满足要求。 大齿轮： 已求得： T=160.36N·m，d=56mm 已知d=25mm，查【1】115页表11-6得： h=10mm；L=63mm；b=16mm 由【2】159页图10-37得： l=L-b=63-16=47mm 代入： 已知齿轮用钢制造，且载荷存在轻微冲击，由【2】158页表10-10得： [σp]=110MPa≥24.37MPa=σp 所以键的强度满足要求。 5.2联轴器的选用 由【1】147页表14-14查找，最终选用型号为LT5的弹性套柱销联轴器。轴孔直径选用35mm。 5.3铸铁减速箱体的主要结构尺寸 总效率： η=0.859 Pd=2.14kW 电动机功率： Ped=2.2kW 电动机型号： Y112M-6 电动机轴伸出端长： E=60mm 电动机轴中心高： H=112mm 电动机轴直径： D=28mm 总传动比： ia=8.00 V带传动比： i带=2.286 P0=2.14kW n0=940 r/min T0=21.74 N·m P1=2.0544kW n1=411 r/min T1=47.71N·m P2=1.973kW n2=117.5r/min T2=160.4N·m P3=1.934kW n3=117.5r/min T3=157.2N·m KA=1.2 PC=2.64kW d1=125mm d2=280mm V=6.15 m/s Ld=1800mm a=576.71mm α1=164.6° P0=1.37 i带=2.286 Kα=0.9638 KL=1.01 Z=2 F0=174.83 N FQ=693.0 N bd=11mm hamin=2.75mm e=15mm fmin=9mm hmin=8.7mm δmin=6mm φ=34° K=1.3 T1=4.77×104 N·m Фd=1 ZE=189.8 ZH=189.8 [σH]=341 MPa d1≥67.59mm z1=30 z2=105 m=2.5 d1=75mm d2=262.5 b1=80mm b2=75mm a=168.75mm YFa1=2.52 YFa2=2.18 YSa1=1.65 YSa2=1.79 所设计齿轮符合弯曲强度要求。 满足8级精度中V≤6m/s的要求。 da1=80mm da2=267.5mm df1=68.75mm df2=256.25mm d1=25mm d2=33 mm d3=d7=35mm d4=d6=45mm L1=40mm L3=31mm L7=32.5mm L4=L6=8mm L5=80mm L2=78mm AD=107.5mm AC=70.5mm Ft=1272.3N FtA=636.15N MrA=74.5N·m MrC=34.9N·m MtC=44.8N·m MaA=74.5N·m MaC=56.8N·m Me=79.8N·m d≥23.7mm 轴满足强度要求。 选用45钢 d1=35mm d2=45mm d3=50mm d4=56mm d5=66mm d6=50mm L1=80mm L2=75mm L3=46.5mm L4=73mm L5=7mm L6=3.9mm AD=126 AC=72mm BC=72mm Ft=636.15N Fr=463.1N FrA=236.1N FrB=236.1N MtC=45.8N·m MrC=16.7N·m Ma=48.75N·m T=160.36N·m Me=107.9N·m d≥27.51 满足强度要求。 P=1255N ft=1 fp=1.5 C=25.5kN n=411.2 r/min ε=3 Lh=100742h L=24960h 满足寿命要求 P=236.16N ft=1 fp=1.5 C=35kN n=117.5 r/min ε=3 Lh=1.37×108 L=24960h 满足寿命要求。 T=47.7N·m d=25mm l=24mm σp=45.43MPa 键的强度满足要求。 T=160.36N·m d=56mm l=47mm σp=24.37MPa 键的强度满足要求。 联轴器：LT5 轴孔直径：35mm � EMBED Equation.3 \* MERGEFORMAT ��� � EMBED Equation.3 \* MERGEFORMAT ��� � EMBED Equation.3 \* MERGEFORMAT ��� � EMBED Equation.3 \* MERGEFORMAT ��� � EMBED Equation.3 \* MERGEFORMAT ��� � EMBED Equation.3 \* MERGEFORMAT ��� � EMBED Equation.3 \* MERGEFORMAT ��� - 2 - _1234567927.unknown _1234567959.unknown 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