机械设计二级齿轮减速器

2012/2013学年第2学期《机械设计基础》课程设计题目名称展开式二级齿轮减速器学院（系）装备制造学院专业工程机械应用与维护班级 11---02班学号姓名指导教师高瑞贞河北工程大学 2013年7月设计题目：展开式二级齿轮减速器设计数据：运输带传递的有效圆周力F=2800N运输带速度V=1.10m/s滚筒的计算直径D=420mm设计要求：原动机为电动机，齿轮单向传动，有轻微冲击。

工作条件：工作时间8年，每年按300天计单班工作（每班8小时）。

传动示意图如下：滚筒目录参数计算 (4)电机的选择 (4)分配传动比 (4)传动系统的运动和动力参数计算 (5)传动系统的整体设计 (6)V带的设计 (6)链的设计 (8)齿轮的设计 (9)1.高速齿轮设计 (9)2．低速齿轮设计 (10)轴的结构设计 (12)Ⅰ轴的结构设计 (12)Ⅱ轴的结构设计 (16)Ⅲ轴的结构设计 (19)轴承的校核计算 (21)Ⅰ轴轴承 (22)Ⅱ轴轴承 (22)Ⅲ轴轴承 (23)键的校核计算 (23)Ⅰ轴的键校核 (23)Ⅱ轴的键校核 (24)Ⅲ轴的键校核 (24)箱体的结构设计 (25)减速度器的附件 (27)参数计算η带=0.95 η轴=0.99 η齿=0.98 η链=0.96η联轴器=0.99η滚筒=0.96=0.95×0.994×0.982×0.96×0.99×0.96≈0.83kw FV p 08.310001.128001000=⨯=＝工作 kw p p 7.383.008.3=＝＝总工作电η 筒n =Dv π⨯⨯100060=05.5042014.31.1100060=⨯⨯⨯r/min电机的选择I 总传动比范围总i =36～86.4电动机转速范围为=总i ⨯筒n =（36～86.4）⨯50.05=1801.8～4320r/min分配传动比总传动比总i =77.2805.501440= 带i =1.9 1i =3 2i=2.41链i =2.183.0=总η工作P =3.08kw电P =3.7kw筒n =50.05 r/min总i =28.77传动系统的运动和动力参数计算 1. 各轴转速Ⅰ轴 1n =9.75795.014400==带i n r/min Ⅱ轴 2n =6.25299.0*95.01440i 10==带i n r/min Ⅲ轴 3n =8.10498.0*99.0*95.01440i i 210==带i n r/min Ⅳ轴 4n =5096.0*99.0*98.0*95.01440210==链带i i i i n r/min 2. 各轴功率 Ⅰ轴1P =轴带电ηηP =3.7×0.95×0.99=3.47 kwⅡ轴 2P =齿轴带电ηηη2P=3.7×0.95×299.0×0.98=3.38kwⅢ轴 3P =齿轴ηη2P=3.38×99.0⨯98.0=3.27kw Ⅳ轴 4P =kw 08.33. 各轴转矩Ⅰ轴 1T =955011n P =9550×=9.75747.3=43.72m N · Ⅱ轴 2T =955022n P =9550×6.25228.3=127.79m N ·带i =1.91i =3. 2i =2.411.2=链imin /9.7571r n = min /6.2522r n = min /8.1043r n = min /05.504r n =kw p 47.31= 38.32=p kw3P =3.27kw4P =3.08kwm N T ·72.431=m ·79.1272N T =Ⅲ轴 3T =955033n P =9550×8.10427.3=297.98m N · Ⅳ轴 4T =955044n P =9550×5008.3=587.68m N · 传动系统的整体设计 V 带的设计1. 计算设计功率P d查的工况系数A K =1.2，故P d =K a P=1.2*4=4.8kw选择V 带的带型根据P d ，n 0选用A 型V 带2. 确定带轮的基准直径d d 并验证带速v ⑴ 选小带轮直径d d1=100 mm⑵ 算带速V=10006001⨯n d d π=536.7100060144010014.3=⨯⨯⨯=m/s因为 5<v<25m/s ，所以带速合适 (3)算大带轮的基准直径d d2 (4)D d2=i 带d d1(1-ξ)=1.9*100*0.98=186.2mm 查表圆整 2d d =200mm3. 确定V 带的中心距a 和基准长度d L ⑴ 定中心距a 0=450mm ⑵计算所需的基准长度 0d L ≈20a +()()02122142a d d d d d d d d -++πm N T ·98.2973=m N T ·68.5874=a K =1.2d P =4.8kwmm d d 1001=0a =450mmmm L d 6.13760==450*410000300*214.3450*2++=1376.6mm 查表得基准长度d L =1400 mm⑵ 算实际中心距 aA=84)21(14.3d d d d d L +-=350mmB=82)21(dd dd -=1250mma=A+B A -2=698mm4. 验算小带轮的包角 1α=180°-（12d d d d -）a︒3.57 =180°-（100）6983.57︒=179° 5. 计算带的根数⑴ 算单根V 带的额定功率r P由1d d =100 mm 和0n =1440 r/min ，查表得 0P =1.27 kw 根据0n =1420 r/min ，带i =1.5和A 型带，查表得0P ∆=0.09 kw,αK =1, L K =0.96r P =(0P +0P ∆)·αK ·L K=(1.27+0.09)×1×0.96=1.30kw ⑵ 算V 带的根数z Z=r d P P =93.293.28.4= Z 取36. 计算单根V 带的初拉力的最小值()min 0F 查表得A 型带的单位长度质量q=0.18 kg/m,得()min 0F =500()zvK P K dαα-5.2+2qv=254.71.054.7318.4)15.2(500⨯+⨯⨯-=164.84mm7. 计算压轴力p Fmm L d 1400=a =698mm︒=179αkw p 27.10=0P △=0.09kw 1=αk96.0=L kkw p r 30.1= Z=384.168min 0=）（F mm(p F )min =2z ()min 0F sin 21α=2×3×164.84×sin2179=989 N 链的设计 1. 选择链轮齿数取小链轮齿数1z =17，大齿轮的齿数2z =链i ·1z =2.1×17=35.7 取36 2. 确定计算功率查表得A K =1.0，单排链，则计算功率为ca P =A K 3P =1.0×3.27=3.27 kw3.计算链的节数和中心距 初选中心距0a =30p0p L =4.862220212210=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++a pz z z z p a π 取链长节数p L =86节 4.确定链条型号和节距P确定系数z K =0.887 L K =0.95 p K =10P =pz e K K K P L =88.31*95.0*887.027.3= 选择链条型号为16A ，链节距P=25.4mm5.计算链速v ， v=10006013⨯p z n =1000608.1044.2517⨯⨯⨯=0.75m/s链速在估算范围之内。

6.确定链长和中心距a链长L=1000LpP =184.210004.25*86= a=]2[(42)14.3*212(8221()21Z Z Z Z L Z Z L P p p --+-+--=589mmN F P 989=1z=17362=Ｚca P =3.27kwp L =86.4p L =860P =3.88v=0.75m/se F =4360N7.计算压轴力p F工作拉力为：e F =1000vp=1000×75.037.3=4360N取压轴力系数为1.2，压轴力Q F =1.2F=5232N 齿轮的设计 1. 高速齿轮设计1. 确定齿轮的类型，精度等级，材料及齿数 ⑴选用直齿圆柱齿轮传动 ⑵选用7级等级精度⑶小齿轮材料40Cr(调质)，硬度为200 HBSMpaH 7101lim =σMpa FE 6001=σ大齿轮材料 45刚（调质），硬度为240 HBS ，Mpa H 5802lim =σMpa FE 4602=σ二者材料硬度差为40 HBS 查表取25.1,0.1==F H S SMpa Mpa FFEF HH H S S 480][,710][1lim1===σσσσMpa Mpa FFEF HH H S S 368][,580][2lim2====σσσσ小齿轮齿数251=z , 大齿轮齿数2z =3×25=75 2. 按齿面接触强度设计1.选载荷系数K =1.52.查表选取齿宽系数d φ=13.查表得材料的弹性影响系数E Z =189.8 21MPat d 1≥2.32[]3211⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⋅H E d Z u u T K σφQ F =5232N251=z752=z5.1=K=2.32325808.189341437205.1⎪⎭⎫⎝⎛∙⨯=48.8 mm模数 m t =11z d t =258.48=1.952 查表取m=2 3. 几何尺寸的计算⑴ 算分度圆直径d 1= z 1m=25*2=50mm d 2= z 2m=150mm ⑵ 计算中心距1a =221dd +=100mm⑶ 计算齿轮宽度b=1d d φ=48.8mm 取1B =55 mm 2B =50 mm 4.验证齿轮弯曲强度查表得6.1,74.211==Sa Fa Y Y 7.1,57.222==Sa Fa Y Y25*4*506.1*74.2*43720*5.1*2121111==bmmZ YSa Y KT Fa F σ=115Mpa<MPa F 710]1[=σ6.1*74.27.1*57.2*11522111==Sa Fa Sa Fa F Y Y YY FσσMpa F 58026.114=≤=σ 计算圆周速度vs m n d v t /18.1600009.757*50*14.310006011==⨯=π2．低速齿轮设计mm d t 8.481=m =2501=d1502=d1001=amm B mm B 50,5521==V=1.18m/s1. 确定齿轮的类型，精度等级，材料及齿数 ⑴选用直齿圆柱齿轮传动 ⑵选用7级等级精度⑶小齿轮材料40Cr(调质)，硬度为200 HBSMpa H 7103lim =σMpa FE 6003=σ 大齿轮材料 45刚（调质），硬度为240 HBS ，Mpa H 5804lim =σMpa FE 4604=σ二者材料硬度差为40 HBSMpaMpa FFEF HH H S S 480][,710][3lim3===σσσσMpa Mpa FFEF HH H S S 368][,580][4lim4====σσσσ小齿轮齿数3z =24,大齿轮齿数4z =2.41⨯24= 57.89 4Z 取582. 按齿面接触强度设计 ⑴试选载荷系数t K =1.5 ⑵查表选取齿宽系数d φ=1⑶查表得材料的弹性影响系数E K =189.8 21MPat d 3≥2.32[]3221⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⋅H E d Z u u KT σφ =2.32325808.18941.241.311277905.1⎪⎭⎫⎝⎛∙⨯=71.3mm模数 m t =13z d t =97.2243.71=mm 取m=3几何尺寸的计算 ⑴ 算分度圆直径d 3= z 3m=72 mm243=z584=Z3.713=t dm =3d 4= 4z m=173.52mm ⑵ 算中心距 2a =243d d +=122.76mm ⑶ 算齿轮宽度b=723=d d φmm 取3B =80 mm 4B =75mm 4.验证齿轮弯曲强度查表得6.1,74.233==Sa Fa Y Y 7.1,57.244==Sa Fa Y Y25*9*726.1*74.2*127790*5.1*2121111==bmmZ YSa Y KT Fa F σ=104Mpa<MPa F 710]1[=σ6.1*74.27.1*57.2*10422111==Sa Fa Sa Fa F FY Y YY σσMpa F MPa 580298=≤=σ 计算圆周速度vs m n d v t /95.0600006.252*72*14.310006011==⨯=π第四节 轴的结构设计 Ⅰ轴的结构设计1. 求Ⅰ轴上的功率111T ,和转矩转速n Pmn T r n kwP *===72.43min /6.25247.31112. 求作用在齿轮上的力mm d 723=76.1224=d mmmm a 76.1220=mm B mm B 75,8043==V=0.95m/s因为已知高速级小齿轮的分度圆直径为 mm d 501=而 NF F N d T F t r t 2.53820tan 8.147820tan 8.147850100072.432211=⨯===⨯⨯==︒︒3. 带轮的压轴力 N F p 989=4. 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45号刚调质处理，按扭转强度法计算的直径取112=C min d =C311n P =11239.75747.3=18.59mm 轴上有键槽，d 应增大5%mm d 5.1905.0*59.1859.18min =+=5. 确定轴的结构与尺寸(1) 拟定轴上零件的装配方案(2) 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 a) 根据带轮结构和轴的最小直径d Ⅰ-Ⅱ=20mmb) 为了满足带轮的轴向定位要求，Ⅰ-Ⅱ轴端右端需制出一轴肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直径d Ⅱ-Ⅲ=23mm;为了使带轮端面距箱体有段距离，取l Ⅱ-Ⅲ=49mm;带轮与轴配合的毂孔长度1L =64，为了保证轴端挡圈只压在带轮上而不压在轴的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段的长度应比1L 略短些，现取l Ⅰ-Ⅱ=62 mm c) 初步选择滚动轴承。