机械设计课程设计单级直齿圆柱齿轮减速器的设计.doc

机械设计课程设计说明书题 目： 单级直齿圆柱齿轮减速器的设计指导老师： 学生姓名： 学 号： 所属院系： 机械工程学院 专 业： 机械工程及其自动化班 级： 完成日期： 2013年01月14日 新疆大学机械工程学院2013年1月新疆大学机械原理课程设计任务书班级: 姓名: 课程设计题目: 单级直齿圆柱齿轮减速器的设计课程设计完成内容:设计说明书一份(主要包括: 确定传动方案、选择电动机型号、设计传动装置、选择联轴器以及绘制相关装配图及零件图)目 录第一章 传动方案拟定. 5§1-1 方案. 5 §1-2 电动机的选择. 6 §1-3 确定传动装置总传动比及分配各级的传动比. 9 §1-4 传动装置的运动和动力设计. 10第二章 传动件的设计与计算. 14§2-1 普通V带的设计. 14§2-2 齿轮传动的设计. 16§2-3 轴的设计. 20§2-4 箱体的设计. 26§2-5 键联接的设计. 28§2-6 滚动轴承的设计. 29§2-7 润滑和密封的设计. 31§2-8 联轴器的设计. 32设计小结. 32 设计题目 设计一用于带式运输上的单级直齿圆柱齿轮减速器。运输机连续工作，单向运转载荷变化不大，空载启动。减速器小批量生产，使用期限5年，一班制工作，卷筒不包括其轴承效率为97%，运输带允许速度误差为5%。 原始数据题号3运输带拉力F（N）1300运输带速度V（m/s）1.5卷筒直径D（mm）300设计人员(对应学号) 设计任务要求：1. 减速器装配图纸一张（号图纸）2. 轴、齿轮零件图纸各一张（号或号图纸）3. 设计说明书一分计算过程及计算说明第一章 传动方案拟定§1-1 方案、工作条件使用年限年，工作为一班工作制，载荷平稳，环境清洁。、原始数据滚筒圆周力F=1300N；带速V=1.5m/s；滚筒直径D=300mm；方案拟定：采用带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。 1.电动机 2.V带传动 3.圆柱齿轮减速器 4.连轴器 5.滚筒 6.运输带§1-2 电动机的选择1、电动机类型和结构的选择选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。 2、电动机容量选择电动机所需工作功率为：式（1）：da (kw) 由式(2)：V/1000 (KW)因此 Pd=FV/1000a (KW)由电动机至运输带的传动总效率为：总=××××5式中：1、2、3、4、5分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率。取1=0.96 ,0.99 ,0.97 ,0.99，0.97则：总=0.96×0.99×0.97×0.99×0.97 =0.868所以：电机所需的工作功率：Pd= FV/1000总 =(1300×1.5)/(1000×0.868) =2.25 (kw)3、确定电动机转速 卷筒工作转速为： nw60×1000·V/（·D） =(60×1000×1.5)/（300·） =95.52 r/min根据手册18表2-4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=35。 取带传动比= 。则总传动比理论范围为：a20。故电动机转速的可选范为 N'd=Ia×nw =(620)×95.52 =573.121910.4 r/min则符合这一范围的同步转速有：750、1000和1500r/min根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号：（如下表）方案电动机型号额定功率电动机转速(r/min)电动机重量(N)参考价格传动装置传动比同步转速满载转速总传动比V带传动减速器1Y100L2-4315001420650120018.63.55.322Y132S-631000960800150012.422.84.443Y132M-83750710124021009.312.53.72综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器传动比，可见第2方案比较适合。此选定电动机型号为Y132S-6，其主要性能：电动机主要外形和安装尺寸：中心高H外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD底角安装尺寸 A×B地脚螺栓孔直径 K轴 伸 尺 寸D×E装键部位尺寸 F×GD132520×345×315216×1781228×8010×41§1-3确定传动装置总传动比及分配各级的传动比由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n 1、可得传动装置总传动比为 ia=nm/n=nm/nw=960/95.52 =10.05总传动比等于各传动比的乘积分配传动装置传动比ia=i0×iia=i0×i （式中i0、i分别为带传动 和减速器的传动比） 2、分配各级传动装置传动比取带传动比i0=3（普通V带 i0=24）因为：ia=i0×i所以：iiai010.05/33.35§1-4 传动装置的运动和动力设计将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴，轴，.以及i0, i1，.为相邻两轴间的传动比01，12，.为相邻两轴的传动效率P，P，.为各轴的输入功率 （KW）T，T，.为各轴的输入转矩 （N·m）n,n,.为各轴的输入转矩 （r/min）可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数 1、计算各轴的转数轴：n=nm/ i0=960/3=320 （r/min）轴：n= n/ i1 =320/3.35=95.52 r/min 卷筒轴：n= n 2、计算各轴的功率轴： P=Pd×01 =Pd×1=2.25×0.96=2.16（KW）轴： P= P×12= P×2×3 =2.16×0.99×0.97 =2.07（KW）卷筒轴： P= P·23= P·2·4 =2.07×0.99×0.99=2.03（KW）计算各轴的输入转矩：电动机轴输出转矩为： Td=9550·Pd/nm=9550×2.25/960=22.38 N·m轴： T= 9550·P/ n =9550×2.16/320=64.46 N·m 轴： T= 9550·P/ n= 9550×2.07/95.52 =206.96 N·m卷筒轴输入轴转矩：T = 9550·P/ n =9550×2.03/95.52 =202.96 N·m计算各轴的输出功率：由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：故：P=P×轴承=2.16×0.99=2.14 KWP= P×轴承=2.07×0.99=2.05 KWP= P×轴承 ×联轴器=2.03×0.99×0.99=1.99 KW计算各轴的输出转矩：由于轴的输出转矩分别为输入转矩乘以轴承效率：则：T= T×轴承=64.46×0.99=63.81 N·mT = T×轴承 =206.96×0.99=204.89 N·mT= T×轴承×联轴器202.96×0.99×0.99=198.92 N·m综合以上数据，得表如下：轴名效率P （KW）转矩T （N·m）转速nr/min传动比 i效率输入输出输入输出电动机轴2.2522.3896030.96轴2.162.1464.4663.813203.350.95轴2.072.05206.96204.8995.521.000.97卷筒轴2.031.99202.96198.9295.52第二章 传动件的设计与计算§2-1普通V带的设计 1、确定设计功率 Pca由课本P156表8-7查,得KA=1.1;Pca=KA·P=1.1×2.25=2.48（ KW） 2、普通V带型号 根据 Pca， nm 课本P157图8-11得知其交点在A型交 d1=80100mm 则取小带轮 d1=100mm传动比 i=3i= n1/n2= d1/ d2d2=n1·d1/n2=i·d1 =3×100=300mm 由表8-8取d2=315mm 带速验算： V=n1·d1·/（1000×60）=960×100·/（1000×60） =5.02 m/s 介于525m/s范围内，故合适 确定带长和中心距a： 0.7·（d1+d2）a02·（d1+d2） 0.7×（100+315）a02×（100+315） 290.5 a0830初定中心距a0=560.25 ，则带长为 L0=2·a0+·（d1+d2）+（d2-d1）2/(4·a0) =2×500+·（100+315）/2+（315-100）2/(4×560.25) =1797.17 mm 由表8-2选用Ld=1800 mm的实际中心距 a=a0+(Ld-L0)/2=560.25+(1800-1797.17)/2=560.75 mm 验算小带轮上的包角1 1=180-(d2-d1)×57.3/a =180-(315-100)×57.30/560.75=158>120 合适 确定带的根数Z ; Z=Pca/（(P0+P0)·KL·K） 课本P152表8-4a得 , 取P0=0.95 , P0=0.11表8-2得 取KL=1.01 , 表8-5得 取K=0.95 Z =2.48/（0.95+0.11）×1.01×0.95） = 2.44 ; 故要取3根A型V带 计算轴上的压力 由课本书8-27的初拉力公式有表8-2得 取q=0.1kg/m F0=500·（2.5-K）·Pca / K·z·v+qv2=500×（2.5-0.95）×2.48/0.95×3×5.02+0.1×5.022 =136.83 N 由课本8-28得作用在轴上的压力 Fp=2·z·F0·sin(1/2) =2×3×136.83×sin(158/2)=776.72 N§2-2 齿轮传动的设计1、选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为40cr钢调质，齿面硬度为264HBS，大齿轮选用45号钢调质，齿面硬度为236HBS。齿轮精度初选8级2、初选主要参数 Z1=20 ，i=3.35 Z2=Z1·i=20×3.35=673、按齿面接触疲劳强度计算 计算小齿轮分度圆直径 d12.32 确定各参数值 (1)载荷系数 查课本P132 取Kt=1.2（2）小齿轮名义转矩T1=9550×P/n1=9550×2.14/320 =63.86N·m （3） 材料弹性影响系数由课本表10-6 d=1.1 由课本表10-6 ZE=189.8（4）区域系数 ZH=2.5（5）许用应力 查课本图10-21（d） 安全系数取SH=1 ; =0.93 ;=0.94课本书10-12公式 则 取两式计算中的较小值，即H=517Mpa于是 d12.32 =2.32 =56 mm 4、确定模数 m=d1/Z156/20=2.8 取标准模数值 m=3齿高 h=2.25m=2.25×3=6.75 5、按齿根弯曲疲劳强度校核计算 校核（1）小轮分度圆直径d1=m·Z1=3×20=60mm（2）齿轮啮合宽度b=d·d1 =1.1×56 =61.6mm（3）复合齿轮系数 YFS1=2.65 YFS2=2.30（4）许用应力 查图10-20（c） Flim1=500MPa Flim2=400Mpa 课本书P212 ，取SF=1.4图10-18 KFN1=0.85 KFN2=0.88 则 （5）计算大小齿轮的并进行比较 < 6、几何尺寸计算 d1=m·Z1=3×20=60mmd2=m·Z2=3×67=201 mma= d1+d2/2=60+201/2=130.5 mmb1=b2=61.6 mm 7、验算初选精度等级是否合适齿轮圆周速度 v=·d1·n1/（60×1000） =3.14×60×320/（60×1000） =1 m/s§2-3 轴的设计 1、确定轴上零件的定位和固定方式 （如图） 1，5滚动轴承 2轴 3齿轮轴的轮齿段 4套筒 6密封盖 7轴端挡圈 8轴承端盖 9带轮 10键 2、按扭转强度估算轴的直径选用45#调质，硬度217255HBS轴的输入功率为P=2.16 KW 转速为n=320 r/min根据课本P370（15-2）式，并查表15-3，取=115d 3、确定轴各段直径和长度（1）从大带轮开始右起第一段，由于带轮与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取D1=22mm，又带轮的宽度 L1=(1.52)D1 =3344= 44mm 则第一段长度L1=44mm（2）右起第二段直径取D2=25mm根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为30mm，则取第二段的长度L2=70mm （3）右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6206型轴承，其尺寸为d×D×B=30×62×16，那么该段的直径为D3=30mm，长度为L3=16mm（4）右起第四段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为66mm，分度圆直径为60mm，齿轮的宽度为61mm，则，此段的直径为D4=32mm，长度为L4=60mm（5）右起第五段,为齿轮的定位轴肩，取D5=38mm，长度取L5= 10mm（6）右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D6=34mm 长度取L6= 10mm （7）右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D7=30mm，长度L7=16mm 4、求齿轮上作用力的大小、方向 （1）小齿轮分度圆直径：d1=60mm（2）作用在齿轮上的转矩为：T1 =6.386×105 N·mm （3）求圆周力：FtFt=2T1/d1=2×6.386×105/60=2128.67N （4）求径向力FrFr=Ft·tan=2128.67×tan200=691.65NFt，Fr的方向如下图所示 5、轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。 水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 =983.33 N 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0那么RA=RB =Fr×62/124=314.1 N 6、输出轴的设计计算(1) 确定轴上零件的定位和固定方式 （如图） 1，5滚动轴承 2轴 3齿轮 4套筒 6密封盖 7键 8轴承端盖 9轴端挡圈 10半联轴器 (2)按扭转强度估算轴的直径 选用45#调质，硬度217255HBS轴的输入功率为P=2.07 KW 转速为n=95.52 r/min根据课本P370（15-2）式，并查表15-3，取=115d(3)确定轴各段直径和长度从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，取34mm，半联轴器长度为l1=82mm,轴段长L1=82mm右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取38mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为30mm，故取该段长为L2=70mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6208型轴承，其尺寸为d×D×B=40×80×18，那么该段的直径为40mm，长度为L3=25右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，大齿轮的分度圆直径为141mm，则第四段的直径取44mm,齿轮宽为b=61mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=60mm右起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为D5=48mm ,长度取L5=10mm右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D6=45mm 长度取L6= 10mm右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D7=40mm，长度L7=18mm(4)求齿轮上作用力的大小、方向 大齿轮分度圆直径：d1=141mm作用在齿轮上的转矩为：T1 =5.08×105N·mm 求圆周力：FtFt=2T2/d2=2×5.08×105/141=2935.56N 求径向力FrFr=Ft·tan=2935.56×tan200=953.82NFt，Fr的方向如下图所示 （5）轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。 水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 = 1881.48 N 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0那么RA=RB =Fr×62/124= 684.81 N§2-4 箱体的设计(1)窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。(2)放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。(3)油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。(4)通气器减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。(5)启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。(6)定位销 为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置尽量远些。如机体结构是对的，销孔位置不应该对称布置。(7)调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用。(8)环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。箱体结构尺寸选择如下表：名称符号尺寸（mm）机座壁厚8机盖壁厚18机座凸缘厚度B12机盖凸缘厚度b 112机座底凸缘厚度b 220地脚螺钉直径Df16地脚螺钉数目N4轴承旁联结螺栓直径d112机盖与机座联接螺栓直径d210.联轴器螺栓d2的间距L160轴承端盖螺钉直径d38窥视孔盖螺钉直径d46定位销直径D8df，d1, d2至外机壁距离C126, 22, 18df， d2至凸缘边缘距离C224, 16轴承旁凸台半径R124, 16凸台高度H根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准外机壁至轴承座端面距离l160，44大齿轮顶圆与内机壁距离112齿轮端面与内机壁距离210机盖、机座肋厚m1 ,m27， 7轴承端盖外径D290， 105轴承端盖凸缘厚度T10轴承旁联接螺栓距离S尽量靠近，以Md1和Md2互不干涉为准，一般s=D2§2-5键联接的设计 1、输入轴与大带轮联接采用平键联接此段轴径d1=30mm,L1=60mm查手册得，选用C型平键，得： A键 8×7 GB1096-79 L=L1-b=50-8=42mmT=44.77N·m h=7mm; 根据课本P243（10-5）式得p=4 ·T/(d·h·L)=4×44.77×1000/（30×7×42） =20.30Mpa < R (110Mpa) 2、输入轴与齿轮1联接采用平键联接轴径d2=38mm L2=63mm T=120.33N·m查手册 选A型平键 GB1096-79 B键12×8 GB1096-79l=L2-b=62-12=50mm h=8mm p=4 ·T/（d·h·l）=4×120.33×1000/（44×8×50） = 27.34Mpa < p (110Mpa) 3、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d3=60mm L3=58mm T=518.34Nm查手册P51 选用A型平键 键18×11 GB1096-79l=L3-b=60-18=42mm h=11mm; p=4·T/（d·h·l）=4×518.34×1000/（60×11×42）=74.80Mpa < p (110Mpa)§2-6滚动轴承的设计根据条件，轴承预计寿命 Lh=10×300×12=36000小时 1.输入轴的轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷P 因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=691.65N（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值 （3）选择轴承型号查指导书表6-63，选择6208轴承 Cr=29.5KN由课本式13-5有预期寿命足够此轴承合格 2.输出轴的轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷P因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=953.82N（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值 （3）选择轴承型号查指导书表6-63，选择6210轴承 Cr=35KN由课本式13-5有预期寿命足够此轴承合格§2-7润滑和密封的设计1、密封 由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。2、润滑(1)对于齿轮来说，由于传动件的的圆周速度v< 12m/s,采用浸油润滑，因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于3050mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1KW需油量V0=0.350.7m3。(2)对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，且难以经常供油，所以选用润滑脂润滑。这样不仅密封简单，不宜流失，同时也能形成将滑动表面完全分开的一层薄膜。§2-8联轴器的设计1、类型选择 由于两轴相对位移很小，运转平稳，且结构简单，对缓冲要求不高，故选用弹性柱销联。2、载荷计算计算转矩TC=KA×T=1.3×206.96=296.05Nm，其中KA为工况系数，由课本表10-2得KA=1.33、型号选择根据TC，轴径d，轴的转速n， 查标准GB/T 50142003，选用LXZ2型弹性柱销联，其额定转矩T=1250Nm, 许用转速n=3750r/m ,故符合要求。设计小结 机械设计课程设计是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性环节。(1) 通过这次机械设计课程的设计，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。(2) 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。(3) 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。