机械设计课程设计计算说明书-二级展开式圆柱齿轮减速器Word文档格式.doc
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输送机由电机驱动，经传动装置驱动输送带移动。
要求电机轴与工作机鼓轮轴平行，整机使用寿命为5年，每天两班制工作，每年工作300天，工作时不逆转，载荷平稳，允许输送带速度偏差为5%。
工作机效率为0.96，要求有过载保护，按单件生产设计。
二、原始数据：
学号
1-10
11-20
21-30
31-40
输送带拉力F（N）
3900
2400
2300
2800
输送带速度v（m/s）
0.9
1.1
1.3
1.2
鼓轮直径D（mm）
320
430
440
400
三、设计内容：
1．设计传动方案；
2．减速器部件装配图一张（0号图幅）；
3．绘制轴和齿轮零件图各一张；
4．编写设计计算说明书一份。
2传动方案的分析
机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。
传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。
传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。
合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。
本设计中采用原动机为电动机，工作机为皮带输送机。
传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器。
二级斜齿圆柱齿轮减速器的传动比一般为8-40，结构简单，应用广泛，展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大的刚度。
带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。
齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，斜齿轮传动的平稳性较直齿好，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。
所以本设计采用的是双级斜齿齿轮传动。
减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。
3电动机选择，传动系统运动和动力参数计算
一、电动机的选择
1.确定电动机类型
按工作要求和条件,选用y系列三相交流异步电动机。
2.确定电动机的容量
（1）工作机卷筒上所需功率Pw
Pw=Fv/1000=2400×
1.1=2640W
（2）电动机所需的输出功率
为了计算电动机的所需的输出功率Pd，先要确定从电动机到工作机之间的总功率η总。
设η1、η2、η3、η4、η5分别为弹性联轴器、闭式齿轮传动（设齿轮精度为7级）、滚动轴承、V形带传动、工作机的效率，由[2]表2-2查得η1=0.99，η2=0.98，η3=0.99，η4=0.95，η5=0.95，则传动装置的总效率为
η总=η1η22η33η4η5=0.99x0.982x0.993x0.95x0.95=0.8326
3.选择电动机转速
由[2]表2-3推荐的传动副传动比合理范围
普通V带传动i带=2～4
圆柱齿轮传动i齿=3～5
则传动装置总传动比的合理范围为
i总=i带×
i齿1×
i齿2
i‘总=（2～4）×
（3～5）×
（3～5）=（18～100）
电动机转速的可选范围为
nd=i‘总×
nw=（18～100）×
nw=18nw～1000nw=×
48.88～1000×
48.88=879.84～4888
根据电动机所需功率和同步转速，查[2]表16-1，符合这一范围的常用同步加速有1500、1000。
选用同步转速为1500
选定电动机型号为Y132S-4
二、传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配
1.传动装置总传动比
i总=nm/nw=
式中nm----电动机满载转速，1440r/min;
nw----工作机的转速，48.88r/min。
2.分配传动装置各级传动比
i总=i带×
分配原则：
（1）i带＜i齿
（2）i带=2～4i齿=3～5i齿1=（1.3～1.4）i齿2
根据[2]表2-3，V形带的传动比取i带=2.5，则减速器的总传动比为
i=3.9×
3=11.784
双级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为
i齿1==3.9
低速级的传动比
i齿2=i/i齿1=3.02
三、运动参数和动力参数计算
1.各轴转速计算
1440r/min
nⅠ=nm/i带=1440/2.5=576r/min
nⅡ=nⅠ/i齿1=576/3.9=147.69r/min
nⅢ=nⅡ/i齿2=147.69/3=49.23r/min
2.各轴输入功率
P0=Pd=3.17KW
PⅠ=Pdη4=3170.79×
0.95=3.01KW
PⅡ=PⅠη2η3=3012.25×
0.98×
0.99=2.92KW
PⅢ=PⅡη2η3=2922.48×
0.99=2.84KW
3.各轴输入转矩
T0=9550Pd/n0=9550×
3.17/1440=21.02
TⅠ=9550PⅠ/nⅠ=9550×
3.01/576=49.91
TⅡ=9550PⅡ/nⅡ=9550×
2.92/147.69=188.81
TⅢ=9550PⅢ/nⅢ=9550×
2.84/49.23=550.92
表1传动装置各轴运动参数和动力参数表
项目
轴号
功率
转速
转矩
传动比
0轴
3.17
1440
21.02
2.5
Ⅰ轴
3.01
576
49.91
3.9
Ⅱ轴
2.92
147.69
188.81
3.0
Ⅲ轴
2.84
49.23
550.92
§
4传动零件的设计计算
一、V带传动设计
1.设计计算表
项目
计算（或选择）依据
计算过程
单位
计算（或确定）结果
（1）确定计算功率Pca
Pca=d
查[1]表8-6
取
Pca=1.2×
3.171KW=3.81KW
（2）选择带的型号
查[1]图8-11
A型带
（3）选择小带轮直径
90
查[1]表8-6及8-8
（4）确定大带轮直径
=
查[1]表8-8=224
=224
（5）验算传动比误差
＝0.4%
（6）验算带速
=6.78
（合格）
（7）初定中心距
=500
（8）初算带长
（9）确定带的基准长度
查[1]表8-2
因为，选用A型带
（10）计算实际中心距离（取整）
（11）安装时所需最小中心距（取整）
=525
（12）张紧或补偿伸长量所需最大中心距
=597
（13）验算小带轮包角
度
（14）单根V带的基本额定功率
查[1]表8-5a插值法
=1.0644
（15）单根V带额定功率的增量
查[1]表8-5b插值法
=0.1692
（16）长度系数
由得
0.99
（17）包角系数
表8-5插值法
＝0.964
（18）单位带长质量
图8-11
=0.10
（19）确定V带根数
4
（20）计算初拉力
=116.52
（21）计算带对轴的压力
925.21
2.带型选用参数表
带型
A
224
6.78
549
116
63
3．带轮结构相关尺寸
（1）带轮基准宽bp
查[1]表8-10
因选用A型，故取
mm
（2）带轮槽宽b
查[1]表8-1
=13.0
（3）基准宽处至齿顶距离
（4）基准宽处至槽底距离
（5）两V槽间距e
（6）槽中至轮端距离
=9
（7）轮槽楔角
因为，
所以＝38
38
（8）轮缘顶径
230
（9）槽底直径
206
（10）轮缘底径
查[1]表8-10，得，
190
（11）板孔中心直径
120
（12）板孔直径
30
（13）大带轮孔径
查[3]表12-1-12
根据=200,Z=4
所以取d=25
d=25
（14）轮毂外径
mm
50
（15）轮毂长L
L=64
（16）辐板厚S
S＝15
（17）孔板孔数
个
10
二、渐开线斜齿圆柱齿轮设计
（一）高速级斜齿圆柱齿轮设计计算表
1．选齿轮精度等级
查[1]表10-8
通用减速器，选用7级精度
级
7
2．材料选择
查[1]表10-1
小齿轮选用45号钢（调质处理）硬度为250HBS
大齿轮选用45号钢（调质处理）硬度为220HBS
小齿轮250HBS
大齿轮220HBS
3．选择齿数Z
95
3.95
4．选取螺旋角β
取14
14
5．按齿面接触强度设计
（1）试选Kt
取1.6
1.6
（2）区域系数ZH
由[1]图10-30
（3）εa
由[1]图10-26查得εa1=0.78
εa2=0.86
0.78+0.86=1.64
1.64
（4）计算小齿轮传递的转矩T1
查表1
Nmm
（5）齿宽系数Фd
由[1]表10-7
1.0
（6）材料的弹性影响系数ZE
由[1]表10-6
（7）齿轮接触疲劳强度极限
由[1]图10-21c
由[1]图10-21ｄ
540
560
（8）应力循环次数N
由[1]式10-13
（9）接触疲劳强度寿命系数KHN
由[1]图10-19
KHN1=0.95
KHN2=0.97
（10）计算接触疲劳强度许用应力[σH]
取失效概率为１％，安全系数为S=1，由[1]式10-12得
（11）试算小齿轮分度圆直径
按[1]式（10－21）试算
=45.27
（12）计算圆周速度v
m/s
1.36
（13）计算齿宽B
B1=50
B2=45
（14）模数
h=2.25mnt=2.25×
1.83=4.12
b/h=45.27/4.12=10.99
mnt=1.83
h=4.12
b/h=10.99
（15）计算纵向重合度
εβ=0.318φdz1tanβ
1.91
（16）计算载荷系数K
由[1]表10-2查得使用系数
根据v=1.36m/s，７级精度，由[1]图１０－８查得动载荷系数1.04
由[1]表１０－４查得
KHβ=1.12+0.18（1+0.6φd2）φd2+0.23×
10-3b
=1.42
由[1]图１０－１３查得KFβ=1.37
假定，由[1]表１０－３查得1.4
故载荷系数K=KAKVKHKH=1×
1.04×
1.41.42=2.06
K=2.06
（17）按实际的载荷系数校正分度圆直径
由[1]式10-10ａ
49.13
（18）计算模数
2.00
6．按齿根弯曲强度设计
（1）计算载荷系数K
K=KAKVKFαKFβ
K=1×
1.4
×
1.37=2.05
K=2.05
（2）螺旋角影响系数
根据纵向重合度εβ=1.91，从[1]图10-28
0.88
（3）计算当量齿数ZV
=26.37
=104.40
（4）齿形系数YFa
由[1]表１０－５
YFa1=2.592
YFa2=2.184
（5）应力校正系数YSa
YSa1=1.596
YSa2=1.794
（6）齿轮的弯曲疲劳强度极限
由[1]图10-20b
由[1]图10-20c
340
（7）弯曲疲劳强度寿命系数
由[1]图10-18
利用插值法可得
0.90
0.92
（8）计算弯曲疲劳许用应力[σF]
取弯曲疲劳安全系数S＝1.3，由式10-12得
（9）计算大小齿轮的并加以比较
结论：
大齿轮的系数较大，以大齿轮的计算
＝0.01628
（10）齿根弯曲强度设计计算
由[1]式10-17
1.43
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取＝2mm，已可满足弯曲强度。
但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=49.13算应有的齿数。
于是由
取24则Z2=Z1×
i齿1=93.6，取Z2=93
3．几何尺寸计算
（1）计算中心距a
将中心距圆整为120
a=120
（2）按圆整后的中心距修正螺旋角β
因值改变不多，故参数、、等不必修正。
（3）计算齿轮的分度圆直径d
49.26
190.97
（4）计算齿轮的齿根圆直径df
44.26
185.97
（5）计算齿轮宽度B
b=φdd1
圆整后取：
B1=55
B2=50
（6）验算
所以合适
（二）低速级斜齿圆柱齿轮设计计算表
选用7级精度
小齿轮选用45Cr（调质处理），硬度为260HBS
小齿轮
260HBS
大齿轮
220HBS
.04
3
（3）
由[1]图10-26查得
1.67
（4）计算小齿轮传递的转矩TⅡ
188810
MPa1/2
600
550
KHN1=0.98
KHN2=0.96
KHN1=0.98
取失效概率为１％，安全系数为S=1，由[1]式１０－１２得
＝68.78
B3=75
B4=70
h=2.25mnt=2.252.39
＝5.37
b/h=70/5.37=13.04
＝2.39
h＝5.37
b/h=13.04
εβ=0.318φdz3tanβ
＝0.3181.028tan14
=2.22
根据v=0.53/s，７级精度，由[1]图１０－８查得动载荷系数1.03
故载荷系数
K=KAKVKHαKHβ=11.031.41.42=2.05
（17）按实际的载荷系数校正分度圆直径d3
74.28
=2.57
K=1.01.031.41.37
=1.99
K=1.99
根据纵向重合度εβ=2.22，从[1]图10-28
=30.63
93.0
YFa3=2.511
YFa4=2.194
YSa3=1.628
YSa4=1.783
由[1]图１０－２０b
由[1]图１０－２０ｃ
380
由[1]图１０－１８
0.97
0.95
取弯曲疲劳安全系数S＝1.3，由式１０－１２得
298.46
277.69
0.0141
由[1]式１０－１７
1.88
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取＝2m，已可满足弯曲强度。
但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d3=74.28应有的齿数。
取36，则Z4=Z3×
i齿2=108.72,取Z4=109
将中心距圆整为150
=150
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