机械设计课程设计计算说明书
      一、传动方案拟定…………….……………………………….2
      二、电动机的选择……………………………………….…….2
      三、计算总传动比及分配各级的传动比……………….…….4
      四、运动参数及动力参数计算………………………….…….5
      五、传动零件的设计计算………………………………….….6
      六、轴的设计计算………………………………………….....12
      七、滚动轴承的选择及校核计算………………………….…19
      八、键联接的选择及计算………..……………………………22

      设计题目：V带——单级圆柱减速器 第四组
       德州科技职业学院青岛校区      设计者：####
      指导教师：%%%%
      二○○七年十二月
      
      
            计算过程及计算说明
            一、传动方案拟定
            第三组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动
            （1）      工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载启动，使用年限10年，小批量生产，工作为二班工作制，运输带速允许误差正负5％。
            （2）      原始数据：工作拉力F=1250N；带速V=1.70m/s；
            滚筒直径D=280mm。
            二、电动机选择
            1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机
            2、电动机功率选择：
            （1）传动装置的总功率：
            η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒
                   =0.95×0.982×0.97×0.99×0.98×0.96
            =0.82
            (2)电机所需的工作功率：
            P工作=FV/1000η总
            =1250×1.70/1000×0.82
            =2.6KW
            
            
              3、确定电动机转速：
            计算滚筒工作转速：
            n筒=60×960V/πD
            =60×960×1.70/π×280
            =111r/min
              
            按书P7表2－3推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I’a=3~6。取V带传动比I’1=2~4，则总传动比理时范围为I’a=6~24。故电动机转速的可选范围为n筒=（6~24）×111=666~2664r/min
            符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。
            
            根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：因此有三种传支比方案：综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选n=1000r/min
            。
            
            4、确定电动机型号
            根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y132S-6。
            其主要性能：额定功率：3KW，满载转速960r/min，额定转矩2.0。质量63kg。
            
            三、计算总传动比及分配各级的伟动比
            1、总传动比：i总=n电动/n筒=960/111=8.6
            2、分配各级伟动比
            （1）      据指导书，取齿轮i齿轮=6（单级减速器i=3~6合理）
            （2）      ∵i总=i齿轮×I带
            ∴i带=i总/i齿轮=8.6/6=1.4
            
            四、运动参数及动力参数计算
            1、计算各轴转速（r/min）
            nI=n电机=960r/min
            nII=nI/i带=960/1.4=686(r/min)
            nIII=nII/i齿轮=686/6=114(r/min)
            2、       计算各轴的功率（KW）
            PI=P工作=2.6KW
            PII=PI×η带=2.6×0.96=2.496KW
            PIII=PII×η轴承×η齿轮=2.496×0.98×0.96
                             =2.77KW
            
            
            3、       计算各轴扭矩（N·mm）
            TI=9.55×106PI/nI=9.55×106×2.6/960
            =25729N·mm
            TII=9.55×106PII/nII
            =9.55×106×2.496/686
              =34747.5N·mm
            TIII=9.55×106PIII/nIII=9.55×106×2.77/114
              =232048N·mm
              
            五、传动零件的设计计算
            1、             皮带轮传动的设计计算
            （1）          选择普通V带截型
            由课本表得：kA=1.2
            Pd=KAP=1.2×3=3.9KW
            由课本得：选用A型V带
            （2）                  确定带轮基准直径，并验算带速
            由课本得，推荐的小带轮基准直径为
            75~100mm
               则取dd1=100mm
               dd2=n1/n2·dd1=（960/686）×100=139mm
            由课本P74表5-4，取dd2=140mm
              
            实际从动轮转速n2’=n1dd1/dd2=960×100/140
                           =685.7r/min
            转速误差为：n2-n2’/n2=686－685.7/686
                             =0.0004<0.05(允许)
            带速V：V=πdd1n1/60×1000
            =π×100×960/60×1000
                    =5.03m/s
            在5~25m/s范围内，带速合适。
            （3）          确定带长和中心矩
            根据课本得
            0.    7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)
            0.    7(100+140)≤a0≤2×(100+140)
               所以有：168mm≤a0≤480mm
             由课本P84式（5-15）得：
            L0=2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd2-dd1)2/4a0
             =2×400+1.57(100+140)+(140-100)2/4×400
             =1024mm
            根据课本表7-3取Ld=1120mm
            根据课本P84式（5-16）得：
            a≈a0+Ld-L0/2=400+（1120-1024/2）
                       =400+48
                       =448mm
            (4)验算小带轮包角
            α1=1800-dd2-dd1/a×600
               =1800-140-100/448×600
            =1800-5.350
                =174.650>1200（适用）
            （5）确定带的根数
            根据课本(7-5)   P0=0.74KW
            根据课本(7-6) △P0=0.11KW
            根据课本（7-7）Kα=0.99
            根据课本（7-23）KL=0.91
             由课本式（7-23）得
            
            Z= Pd/(P0+△P0)KαKL
             =3.9/(0.74+0.11) ×0.99×0.91
             =5
            (6)计算轴上压力
            由课本查得q=0.1kg/m，由式（5-18）单根V带的初拉力：
            F0=500Pd/ZV（2.5/Kα-1）+qV2
            =[500×3.9/5×5.03×(2.5/0.99-1)+0.1×5.032]N
              =160N
            则作用在轴承的压力FQ，
            FQ=2ZF0sinα1/2=2×5×158.01sin167.6/2
            =1250N
            
            2、齿轮传动的设计计算
               （1）选择齿轮材料及精度等级
              
            考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240~260HBS。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220HBS；根据课本选7级精度。齿面精糙度Ra≤1.6~3.2μm
               (2)按齿面接触疲劳强度设计
              由d1≥76.43(kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
            确定有关参数如下：传动比i齿=6
              取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：
            Z2=iZ1=6×20=120
              实际传动比I0=120/2=60
            传动比误差：i-i0/I=6-6/6=0%<2.5% 可用
            齿数比：u=i0=6
            由课本取φd=0.9
              (3)转矩T1
            T1=9550×P/n1=9550×2.6/960
              =25.N·m
              (4)载荷系数k
              由课本取k=1
              (5)许用接触应力[σH]
            [σH]= σHlimZNT/SH由课本查得：
            σHlim1=625Mpa   σHlim2=470Mpa
            由课本查得接触疲劳的寿命系数：
            ZNT1=0.92   ZNT2=0.98
            通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0
            [σH]1=σHlim1ZNT1/SH=625×0.92/1.0Mpa
            =575
            [σH]2=σHlim2ZNT2/SH=470×0.98/1.0Mpa
            =460
            故得：
            d1≥766(kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
            =766[1×25.9×(6+1)/0.9×6×4602]1/3mm
            =38.3mm
            模数：m=d1/Z1=38.3/20=1.915mm
            根据课本表9-1取标准模数：m=2mm
            (6)校核齿根弯曲疲劳强度
            根据课本式
              σF=(2kT1/bm2Z1)YFaYSa≤[σH]
            确定有关参数和系数
            分度圆直径：d1=mZ1=2×20mm=40mm
            d2=mZ2=2×120mm=240mm
            齿宽：b=φdd1=0.9×38.3mm=34.47mm
            取b=35mm   b1=40mm
            (7)齿形系数YFa和应力修正系数YSa
            根据齿数Z1=20,Z2=120由表相得
            YFa1=2.80     YSa1=1.55
            YFa2=2.14     YSa2=1.83
              (8)许用弯曲应力[σF]
            根据课本P136（6-53）式：
            [σF]= σFlim YSTYNT/SF
            由课本查得：
            σFlim1=288Mpa σFlim2 =191Mpa
            由图6-36查得：YNT1=0.88   YNT2=0.9
            试验齿轮的应力修正系数YST=2
            按一般可靠度选取安全系数SF=1.25
              计算两轮的许用弯曲应力
            [σF]1=σFlim1 YSTYNT1/SF=288×2×0.88/1.25Mpa
            =410Mpa
            [σF]2=σFlim2 YSTYNT2/SF =191×2×0.9/1.25Mpa
            =204Mpa
            将求得的各参数代入式（6-49）
            σF1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1
            =(2×1×2586.583/35×22×20) ×2.80×1.55Mpa
            =8Mpa< [σF]1
            σF2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1
            =(2×1×2586.583/35×22×120) ×2.14×1.83Mpa
            =1.2Mpa< [σF]2
            故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够
             (9)计算齿轮传动的中心矩a
            a=m/2(Z1+Z2)=2/2(20+120)=140mm
             (10)计算齿轮的圆周速度V
            V=πd1n1/60×1000=3.14×40×960/60×1000
            =2.0096m/s
            
            六、轴的设计计算
              输入轴的设计计算
            1、按扭矩初算轴径
            选用45#调质，硬度217~255HBS
            根据课本并查表，取c=115
            d≥115 (2.304/458.2)1/3mm=19.7mm
            考虑有键槽，将直径增大5%，则
            d=19.7×(1+5%)mm=20.69
            ∴选d=22mm
            
            2、轴的结构设计
             （1）轴上零件的定位，固定和装配
             
            单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定
             （2）确定轴各段直径和长度
            工段：d1=22mm   长度取L1=50mm
            ∵h=2c    c=1.5mm
            II段:d2=d1+2h=22+2×2×1.5=28mm
            ∴d2=28mm
            初选用7206c型角接触球轴承，其内径为30mm,
            宽度为16mm.
             
            考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：
            L2=（2+20+16+55）=93mm
            III段直径d3=35mm
            L3=L1-L=50-2=48mm
            Ⅳ段直径d4=45mm
            由手册得：c=1.5   h=2c=2×1.5=3mm
            d4=d3+2h=35+2×3=41mm
            长度与右面的套筒相同，即L4=20mm
            但此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由手册得安装尺寸h=3.该段直径应取：（30+3×2）=36mm
            因此将Ⅳ段设计成阶梯形，左段直径为36mm
            Ⅴ段直径d5=30mm. 长度L5=19mm
            由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=100mm
              (3)按弯矩复合强度计算
            ①求分度圆直径：已知d1=40mm
            ②求转矩：已知T2=34747.5N·mm
            ③求圆周力：Ft
            根据课本式得
            Ft=2T2/d2=69495/40=1737.375N
            ④求径向力Fr
            根据课本式得
            Fr=Ft·tanα=1737.375×tan200=632N
            ⑤因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=50mm