V帶單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器F=4V=3D=600(全套圖紙 .doc

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1、 中南大學(xué) 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 全套圖紙加153893706 設(shè)計(jì)題目：V帶——單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器 設(shè) 計(jì) 人： 單 位： 班 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 日 期：2009年1月7日星期三 設(shè)計(jì)題目：V帶——單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器 設(shè)計(jì)要求：如下圖，用于膠帶運(yùn)輸?shù)膯渭?jí)圓柱齒輪減速器，傳送帶允許的速度誤差為 。雙班制工作，有粉塵，批量生產(chǎn)。運(yùn)輸帶曳引力F=4KN，運(yùn)輸帶速度V=3m/s，卷筒直徑D=600mm，使用年限為10年。 圖中1為電動(dòng)機(jī)，2為帶傳動(dòng)，3為單級(jí)齒輪減速器，4為聯(lián)軸器，5為

2、卷筒，6是傳送膠帶。 設(shè)計(jì)及計(jì)算過(guò)程 為方便計(jì)算見(jiàn)，以下的計(jì)算及說(shuō)明中，帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)中，均以高速輪作為1，低速輪為2. 設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明 一、確定傳動(dòng)方案 由題目要求可知，需設(shè)計(jì)單級(jí)圓柱齒輪減速器和一級(jí)帶傳動(dòng) 工作條件：雙班制工作，有分吃，批量生產(chǎn)，使用年限為10年。 原始數(shù)據(jù)：運(yùn)輸帶曳引力F=4KN；帶速V=3.0m/s；滾筒直徑D=600mm；使用年限10年。 二、電動(dòng)機(jī)選擇 1、電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇： Y系列三相異步電動(dòng)機(jī) 2、電動(dòng)機(jī)功率選擇： （1）傳動(dòng)裝置的總功率： η=η帶η2軸承η齒輪η聯(lián)軸器η滾筒 =0.960.9920.980.990.95

3、 =0.8672 （2）輸出功率： P輸出= ( 3 )電機(jī)所需的工作功率： P工作= P輸出/η= 3、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速： 滾筒工作轉(zhuǎn)速： 由手冊(cè)查知，一級(jí)齒輪減速器的傳動(dòng)比為3~6，V帶的傳動(dòng)比為2~4，但在工程應(yīng)用中，由于齒輪和帶輪的傳動(dòng)比較大，容易是大齒輪或大帶輪過(guò)大而成為飛輪，工程中常用的小于4，且也不宜過(guò)大，故電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為 復(fù)合條件的常用的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有1000r/min，1500r/min。 如果選用1000r/min的電動(dòng)機(jī)，則總的傳動(dòng)比i=1000/95.5=10.47；而選用1500r/min的電動(dòng)機(jī)，i=1500/95.5=15.7。相比而言

4、，1000r/min的電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比要小，較好。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，可見(jiàn)轉(zhuǎn)速為1000r/min的電動(dòng)機(jī)較為合適，故選電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n為1000r/min。 4、確定電動(dòng)機(jī)型號(hào) 根據(jù)以上選用的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y180L-6。主要參數(shù)如下：額定功率：15KW，滿載轉(zhuǎn)速970r/min，質(zhì)量195kg，輸出軸直徑48mm。 三、傳動(dòng)比的確定及分配 1、總傳動(dòng)比i： 2、傳動(dòng)比的分配： 由手冊(cè)推薦值選擇齒輪傳動(dòng)比=3.5，V帶的傳動(dòng)比=3，則=3*3.5=10.5。 因?yàn)?，誤差小于5%，故可取。

5、 四、運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 1、各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 2、各軸功率的計(jì)算 選大帶輪和小齒輪的公共軸為軸1，大齒輪的軸為軸2，則 3、各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 由可得: =3.80*N*mm,=1.29*N*mm 五、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 1、V帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）、V帶帶型的選擇 選擇窄V帶截型，取工作系數(shù)=1.2，則，由和及課本中的窄V帶選型圖可得，應(yīng)選擇SPA型窄V帶。 （2）、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并檢驗(yàn)帶輪的速度 窄V帶選型圖推薦小帶輪的直徑為90~180mm，現(xiàn)選小帶輪直徑為=125mm。取=0.98，由于傳動(dòng)比=3，則=**(1-)=367.5mm，

6、查手冊(cè)取=355mm，則==2.90，i=*=2.90*3.5=10.15=i，符合總的傳動(dòng)比，故設(shè)計(jì)時(shí)要保證齒輪傳動(dòng)比為3.5不變。 實(shí)際從動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速：= 帶速=6.25m/s,在5~25m/s范圍內(nèi)，帶速合適。 （3）、確定帶長(zhǎng)和中心距 由課本公式可得，中心距在336~960mm之間?，F(xiàn)取中心距=500mm，則V帶理論長(zhǎng)度為: =1780.4mm 查V帶基本長(zhǎng)度表可得，應(yīng)取V帶長(zhǎng)度為=1800mm，則實(shí)際中心距a為： a=509.8mm （4）、驗(yàn)算小輪包角 由>可知，所選的帶輪直徑，帶長(zhǎng)及中心距適用。 （5）、確定帶的根數(shù) 由手冊(cè)查得所選SPA型窄帶的各參數(shù)如下:

7、 =2.98kw, =0.37kw, =0.93, 0.95 則 取Z=6，過(guò)載率為（6.08-6）/6=0.013<5%,故滿足條件。 （6）、計(jì)算軸上的力 查課本上V帶截面尺寸表可得q=0.12Kg/m，則單根V帶初拉力為： 作用在軸上的壓力為： 2、齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）、選擇齒輪材料及精度等級(jí) 大齒輪選用45＃鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度197~286HBS，小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)，硬度為217~286HBS，都屬于軟齒面。按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按彎曲強(qiáng)度校核。根據(jù)課本上齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)的選擇及應(yīng)用表選7級(jí)精度，齒面粗糙度Ra≤1.6~3.2μm。 (2)、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度

8、設(shè)計(jì) 由于齒輪傳遞的力及功率較大，現(xiàn)選擇齒輪模數(shù)m=4，工作系數(shù)K=1.2，查手冊(cè)知，45＃鋼的抗接觸疲勞極限為，40Cr調(diào)質(zhì)后的抗接觸疲勞極限為。 取H=1，則。 選擇齒寬系數(shù)=0.9，則， 取=22，則 由d=m*Z可得，=88mm，=308mm =0.9，則b=0.9*=79.2mm 取b=80mm，則=80mm， 中心距a=（+）/2=198mm （3）、按彎曲強(qiáng)度校核齒輪 查表可得，=1.57,=1.72,=2.89,=2.28 取=1.25，由課本常用齒輪材料及其力學(xué)性能表可得：=410~480Mpa，=560~620Mpa 由可得： =464Mpa，=

9、360Mpa 所以齒輪的抗彎曲強(qiáng)度足夠。 （4）、計(jì)算齒輪圓周速度 =1.54m/s，合適。 六、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 兩根軸都選用45#鋼調(diào)質(zhì)，硬度217~255HBS 1、初步估算軸的直徑 由手冊(cè)查知，按扭剪強(qiáng)度估算軸徑的公式為：。 其中P為軸所傳遞的功率，n為軸的轉(zhuǎn)速，是系數(shù)，實(shí)心時(shí)，=1，A與材料及受力有關(guān)，查手冊(cè)可知，A=133~144. 可得：， 故選取=50mm，=70mm。 2、高速軸的設(shè)計(jì)及校核 （1）、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ①、軸上零件的定位，固定和裝配 單級(jí)減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱(chēng)分布，小齒輪兩端用套筒軸向固定，聯(lián)接以平鍵作過(guò)

10、渡配合固定，兩軸承都用套筒定位，則采用過(guò)渡配合固定。 ②、確定軸各段直徑和長(zhǎng)度 軸的最小直徑=50mm，現(xiàn)選取各初軸肩的高度差為5mm，則安裝滾動(dòng)軸承的軸的直徑d為60mm。 初選用6212型深溝球軸承，其內(nèi)徑為60mm,外徑為110mm，寬度為22mm。 考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面和箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離。初取套筒長(zhǎng)為20mm。根據(jù)上述各參數(shù)，畫(huà)出軸的草圖，由草圖可得，兩滾動(dòng)軸承的支撐跨距為L(zhǎng)=90+2*20+22=152mm (2)按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算 ①求分度圓直徑：已求得=88mm ②求轉(zhuǎn)矩：已求得=3.80* ③求圓周力： ④求徑向力： ⑤因?yàn)樵撦S上兩軸承對(duì)稱(chēng)

11、，所以：LA=LB=76mm ⑥繪制該軸的受力圖及扭矩圖如下所示： 由受力圖可得: 由兩邊對(duì)稱(chēng)，知截面C的彎矩也對(duì)稱(chēng)。截面C在垂直面彎矩為 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取α=1，截面C處的當(dāng)量彎矩： （3）、校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度 該軸的強(qiáng)度足夠。 3、低速軸的設(shè)計(jì)算 （1）、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ①、軸上零件的定位，固定和裝配 單級(jí)減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱(chēng)分布，小齒輪兩端用套筒軸向固定，聯(lián)接以平鍵作過(guò)渡配合固定，兩軸承都用套筒定位，則采用過(guò)渡配合固定。 ②、確定軸各段直徑和長(zhǎng)度 軸的最小直徑=70mm，現(xiàn)選取各初軸

12、肩的高度差為5mm，則安裝滾動(dòng)軸承的軸的直徑d為80mm。 初選用6216型深溝球軸承，其內(nèi)徑為80mm,外徑為140mm，寬度為26mm。 考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面和箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離。初取套筒長(zhǎng)為20mm。根據(jù)上述各參數(shù)，畫(huà)出軸的草圖，由草圖可得，兩滾動(dòng)軸承的支撐跨距為L(zhǎng)=80+2*20+26=146mm。由于兩根軸的長(zhǎng)度較為接近，故實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證美觀性及加工的工藝性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將兩跟軸的支撐跨距選的同樣長(zhǎng)。 (2)按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算 ①求分度圓直徑：已求得=308mm ②求轉(zhuǎn)矩：已求得=1.29* ③求圓周力： ④求徑向力： ⑤因?yàn)樵撦S上兩軸承對(duì)稱(chēng)，所以

13、：LA=LB=76mm ⑥低速軸的受力圖及扭矩圖和高速軸的受力圖及扭矩圖相似，可參照上圖。 由受力圖可得: 由兩邊對(duì)稱(chēng)，知截面C的彎矩也對(duì)稱(chēng)。截面C在垂直面彎矩為 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪文治武功力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取α=1，截面C處的當(dāng)量彎矩： （3）、校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度 該軸的強(qiáng)度足夠。 七、滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算 根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命 L=1636510=58400h 1、計(jì)算輸入軸承 已經(jīng)選得輸入軸承型號(hào)為6212型。 （1）已知=970/2.90=334.5r/ min 兩軸承徑向反力： 由于該減速器為單級(jí)圓柱直齒齒輪減速器，

14、故滾動(dòng)軸承幾乎不承受軸向力，. 所以。 查表可得：, (2)計(jì)算當(dāng)量載荷 查課本載荷系數(shù)表，取=1.1，則 (5)軸承壽命計(jì)算 因?yàn)?，故取 根據(jù)手冊(cè)得6212型滾動(dòng)軸承的Cr=47800N 由于選擇的是深溝球軸承，故=3 查課本溫度系數(shù)表取=1，則： ∴預(yù)期壽命足夠 2、計(jì)算輸出軸承 已經(jīng)選得輸入軸承型號(hào)為6216型。 （1）已知=95.5r/ min 兩軸承徑向反力： 由于該減速器為單級(jí)圓柱直齒齒輪減速器，故滾動(dòng)軸承幾乎不承受軸向力，. 所以。 查表可得：, (2)計(jì)算當(dāng)量載荷 查課本載荷系數(shù)表，取=1.1，則 (5

15、)軸承壽命計(jì)算 因?yàn)?，故取= 根據(jù)手冊(cè)得6212型滾動(dòng)軸承的Cr=71500N 由于選擇的是深溝球軸承，故=3 查課本溫度系數(shù)表取=1，則： ∴預(yù)期壽命足夠 八、鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算 1、大齒輪和軸用A型平鍵聯(lián)接 與大齒輪相聯(lián)接的軸的直徑為90mm。 查手冊(cè)得，應(yīng)選取的鍵型為GB/T 1096 鍵 25*14*70 t=9，其基本參數(shù)如下： b=25mm, h=14mm, L=70mm, t=9mm，=5.4mm 由手冊(cè)查得，平鍵的強(qiáng)度計(jì)算公式是： d為軸的直徑，90mm，k是鍵與輪轂的接觸高度，k=h-=8.6mm，l是鍵的工作長(zhǎng)度，l=L-b=45

16、mm 代入數(shù)據(jù)可得： 鍵的強(qiáng)度足夠。 2、輸出軸與聯(lián)軸器用C型平鍵聯(lián)接 輸出軸的直徑為70mm 查手冊(cè)得，應(yīng)選取的鍵型為GB/T 1096 鍵 C20*12*60 t=7.5，其基本參數(shù)如下： b=20mm, h=12mm, L=60mm, t=7.5mm, =4.9mm 則 鍵的強(qiáng)度足夠。 3、輸入軸和帶輪用A型平鍵聯(lián)接 輸出軸的直徑為50mm 查手冊(cè)得，應(yīng)選取的鍵型為GB/T 1096鍵 14*9*70 t=5.5，其基本參數(shù)如下： b=14mm, h=9mm, L=70mm, t=5.5mm, =3.8mm 則 鍵的強(qiáng)度足夠。