机械设计课程设计单级圆柱齿轮减速器设计.doc

机 械 设 计 课 程 设 计单级圆柱齿轮减速器设计计 算 说 明 书 物 理 与 机 电 工 程 系 09机械设计制造及其自动化 专业设计者 吴 秋 平 指导教师 苏志部老师 2011 年 11 月 28 日 （ 三 明 学 院 ） 目 录机械设计课程设计计算说明书一、传动方案拟定. 1二、电动机的选择 .1三、确定传动装置总传动比及分配各级的传动比. .2四、传动装置的运动和动力设计 .2五、普通V带的设计. .3六、齿轮的设计.6七、轴的设计.10八、键连接的设计16九、联轴器的设计16十、润滑和密封的设计17十一、箱体的各结构设计说明17十二、设计小结.18计算项目计 算 及 说 明计 算 结 果设计题目原始数据方案初拟设计简图电动机选用传动比各轴转速计算各轴功率计算各轴转矩计算V带设计工作载荷计算选择V带确定带轮直径中心距计算计算带的基准长度确定带根数计算带拉力计算压轴力带轮结构设计齿轮设计齿数确定强度校核计算小齿轮分度圆直径圆周速度计算载荷系数模数计算分度圆直径计算齿宽设计中心距确定齿根弯曲疲劳强度校核查表查相关系数校核计算结构设计齿轮轴的设计轴的基本直径各段轴长度和直径的确定键的设计轴的受力分析低速轴的设计轴基本直径的确定确定轴各段直径和长度键的设计一、传动方案拟定、工作条件：工作条件：连续工作，单向运载，载荷变化不大，空载启动。减速机小批量生产，使用期限10年，两班制工作。运输带允许速度误差5%。、原始数据： 传送带主动轴所需扭矩T=900N.m；带速V=1.4/s；鼓轮直径D=300mm；3、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，故选V带。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.运输带二、电动机选择1、电动机类型和结构的选择：选择Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，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：根据已知条件，工作机的效率为：w=滚×带=0.97×0.97=0.94工作机功率：Pw=nwT/9550w=vT9550Dw =1.4×950×609550×0.3×0.94 =9.43 （KW）电动机的输出为：dw总=wV带.滚筒.滚子轴承.齿.联 =9.430.96×0.97×0.98×0.97×0.98=10.87KW根据机械设计手册附表K取电动机功率ed=11KW3、确定电动机的转速及传动比由Vw=ND/60×1000m/s 可得滚筒转速：Nw60×1000·V/（·D） =(60×1000×1.4)/（350）=89.12 r/min根据（P13）表3.2推荐传动比范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围=24。取带传动比 =35 。则总传动比理论范围为：620。故电动机转速的可选范围 Nd=×Nw=(620)89.12=534.721782.4r/min则符合这一范围的同步转速有：1000和1500 r/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)同步转速满载转速1Y160L-61110009702Y160M-411150014603Y180L-811750730综合考虑电动机和传动装置选Y160L-6三、确定传动装置的总传动比和分配级传动比：1.由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速可得传动装置总传动比为： ia= Nd / Nw =970/89.12=10.88且总传动比等于各传动比的乘积。分配传动装置传动比：ia= i齿×i 带 2、分配各级传动装置传动比： 根据（P13）表3.2，取i带=3（普通V带 i=24）因为：iai齿×i 带所以：i带ia / i齿11.11/3=3.6四、传动装置的运动和动力设计将传动装置各轴由电动机卷筒依次定为0轴，1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P0，P1，.为各轴的输入功率 （KW）T0，T1，.为各轴的输入转矩 （N·m）n0,n1,.为各轴的输入转速 （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、 运动参数及动力参数的计算（1） 计算各轴的转速：0轴 n0=nm=970（r/min） 1轴：n1=nm/ i带=970/3=323.33 （r/min）2轴：n2= n1/ i齿=323.33/3.6=89.81 r/min 卷筒轴：nw= n2=89.81 r/min（2）计算各轴的功率：1轴： P1=Pd×01 =Pd×带=10.87×0.96=10.345（KW）2轴： P2= P1×12= P1×齿×滚 =10.435×0.97×0.98=9.92（KW）卷筒轴： Pw= P2·23= P2·滚·联 =9.92×0.98×0.98=9.53（KW）（3）计算各轴的输入转矩：电动机轴输出转矩为： T0=9550·P0/n0=9550×10.87/970=107.02N·m1轴：T1= 9550·P1/n1= 9550×10.435/323.33=308.21 N·m 2轴：T2=9550·P2/n2 =9550×9.92/89.81=1054.85N·m卷筒：Tw= 9550·Pw/nw=9550×9.43/89.12=1010.51 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效率电动机轴10.879703.330.96轴10.435308.21323.333.60.95轴9.921054.8589.811.000.985卷筒轴9.531010.5189.81 （4）计算各轴的输出功率： 由于12轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：故: P'1=P1×轴承=10.435×0.98=10.23 Kw P'2=P2×轴承=9.92×0.98=9.72 Kw 计算各轴的输出转矩: 由于12轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率,则：T'1=T1×轴承=308.21×0.98=302.05N·m T'2=T2×轴承=1054.85×0.98=1033.75 N·m五、 V带的设计1确定输送机载荷输送机载荷变动小，由课本（P156）表8-7查得工况系数=1.1=1.111=12.1Kw2选取V带型号根据=12.1Kw，=970（r/min）参考图（课本P157）8-11选带选择B型V带d1=140mm。3确定带轮直径 , 1) 选小带轮直径参考图3.16选取=140mm2) 验算带速=140970/601000=7.11m/s 满足要求3) 确定从动轮基准直径=2.5140=350mm取标准值（P83）=355mm4) 计算实际传动比=355/140=2.53575) 验算传动比相对误差理论传动比=2.5传动比相对误差 =1.43%<5% 合格4定中心距和基准带长1) 初定中心距 0.7（）2（）带入数据得：346.59902) 计算带的基准长度 2+（）+2=2095mm取表8-2（课本P146）标准值1600mm3) 计算中心距 650+=602.5mm4) 确定中心距调整范围 mm5) 验算包角 >6.确定V带根数1) 确定额定功率 由及查表3.6用插值法8-4a)求得=2.137(kw)2) 确定各修正系数 功率增量查表3.7(P96)得=0.217(kw)包角系数查表3.8得=0.95长度系数查表3.9得=0.983) 确定V带根数 =5.42选择3根B型V带7确定单根V带出拉力查表3.1得单位长度质量 =240.49N8计算压轴力 =2×6×240.49×sin(159/2)=2864.7N9带轮结构设计 小带轮=140mm采用腹板式结构 大带轮=355mm采用辐条式结构 计算带轮轮宽B查表8-10 B=（）+2=（61）=118mm 六、齿轮的设计 1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1) 类型选择：根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动2) 精度选择 输送机为普通减速器，输送机为一般工作机，速度不高，查表10-8（P210）取8级精度3) 材料选择P191 由表10-1选择小齿轮材料为40Cr调质处理齿面硬度大齿轮材料为45钢调质处理齿面硬度为两轮齿面硬度差为40，在2550之间，故合格。4) 初选齿数小齿轮齿数25 大齿轮齿=所以取z2=90实际传动比为90/25=3.6 2按齿面接触疲劳强度设计1) 确定设计公式中各参数初选载荷系数=1.32) 小齿轮传递的转矩T1= 9550·P1/n1= 9550×10.435/323.33=308.21 N·m 3）选取齿宽系数查表10-7（P205） =0.94）弹性系数查表10-6（P201） =189.8Mpa5）小、大齿轮的接触疲劳极限、（P166）=600Mpa =550Mpa6）应力循环次数 =9.312 7）接触寿命系数、查图10-19=0.90 =0.958）计算许用应力 取失效率为1%查表5.10（P161）最小安全系数 = =9） 计算端面重合度 = = =1.71610） 计算重合度系数 =0.872设计计算1) 试算小齿轮分度圆直径取=539Mpa =2.59（节点区域系数）mm2) 计算圆周速度 =<6合格3) 计算载荷系数K 查表10-2得使用系数根据8级精度查图10-4得动载系数假设为单齿啮合,齿间载荷分配系数查图5.10曲线1得齿向载荷分布系数则4) 校正分度圆直径=87.8mm3主要几何尺寸计算1) 计算模数m（P138）取m=42) 计算分度圆直径、 = 3) 齿宽b 4）中心距a=m（Z1+Z2）/25)齿高hh=2.25m=2.25X3=6.67mm4校核齿根弯曲疲劳强度 1) 确定验算公式中各参数小大齿轮的弯曲疲劳极限、查图10.20c弯曲寿命系数、查10-18 (P206)尺寸系数 查图5.25（P162）计算许用弯曲应力、取失效率为1 % 最小安全系数由式子得:=340Mpa=267.5Mpa重合度系数=0.25+齿形系数，查图10-5（P200）应力修正系数，查图10-5（P200）2) 校核计算=60.37MpaMpa<弯曲强度满足要求5静强度校核传动平稳，无严重过载，载荷变动小，不需静强度校核6结构设计大齿轮采用孔板式小齿轮与轴制成齿轮轴7.结构尺寸及相关参数名称代号小齿轮大齿轮a20°20°m44Z2590b9590ha44hf55h99da108368df88348db93.9338.3S6.286.28d100360中心距230七、轴的设计1齿轮轴设计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1估算轴的基本直径此轴为齿轮轴故应该同齿轮选用同种材料用40Cr，调质处理，估计直径d由表7.2（P228）查得查表7.4（P235）取C=112，由公式112所求d应为受扭部分的最细处，即装带轮处的轴径，该处有一键槽，故轴径应增大3%即d=1.03取标准值d=40mm2确定轴各段直径和长度 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3%，根据上述基本直径的确定选取D1=40mm，又带轮的宽度 B=（Z-1）·e+2·f =（4-1）×19+2×11.5=118mm ，为保证轴端挡圈能压紧带轮，此段长度应略小于带轮的宽度，故取第一段长度L1=115mm右起第二段为带轮的轴肩，第二段直径比第一段略大，取D2=43mm，根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为30mm，由减速器及轴承盖的结构设计，取轴承盖的总宽度为20mm，则取第二段的长度L2=50mm 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6210型轴承，其尺寸为d×D×B=50×90×20，两端轴承一致，那么该段的直径为D3=50mm，为方便定位及拆卸，取长度为L3=18mm右起第四段，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D4=55mm，该段长度直接反应齿轮端面到内壁的距离，取20，另外考虑铸造误差留取5mm，则该段长度取L4= 25mm 右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为108mm，分度圆直径为100mm，齿轮的宽度为95mm，则，此段的直径为D5=108mm，长度为L5=95mm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，为保证结构的对中行，该段应与第四段取值相同，取D6=55mm， 长度取L6= 25mm 右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，两轴承一致，取轴径为D7=50mm，长度L7=18mm 所以高速轴长度为L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7=346mm3传动零件的周向固定及其他尺寸根据带轮出直径和长度，带轮处采用A型普通平键，键（GB1095-1990,GB1096-1990）设计手册P271为加工方便，参照6210型轴承安装尺寸，轴上过渡圆角半径全部取r=1mm轴端倒角为4轴的受力分析1）求轴传递的转矩T2=988.56 N·m2）求齿轮上的作用力齿轮上圆周力齿轮上的径向力齿轮上的轴向力为0 。电动机空载启动，不受压轴力1) 作出轴受力简图 2) 作出弯矩图和扭矩图 水平面受力及弯矩图铅垂面受力及弯矩图总弯矩 M 图扭矩图2) 校核轴的强度前己选定的材料为45,调质处理，由表15-1（P362）查得按第三强度理论，计算应力 合格八.键连接的设计1高速轴处轴段直径为40mm轴长为116，选用A型键1280（GB1095-1990,GB1096-1990）有效键长l=L-b=80-12=68mm按抗压强度计算强度满足要求2低速轴的设计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1.估算轴的基本直径选用45钢，正火处理估计直径由表7.2查得,所求得d为受扭部分的最细处，由于该处装联轴器且一键槽估值径应增大3%即取值，设计手册P278初选联轴器HL4Y2.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，则轴应该增加3%，取55mm，查课程设计书，选用HL4Y型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为l12mm,为方便定位取轴段长L1=110mm右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取57mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取距离为40mm，由减速器及轴承盖的结构设计，取轴承盖的总宽度为20mm故取该段长为L2=60mm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6213型轴承，其尺寸为d×D×B=65×120×23，那么该段的直径为65mm，由于齿轮伸出两毫米，套筒长27mm，轴承安装为21mm，故长度为L3=50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3%，直径取70mm，齿轮宽度为90mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=87mm右起第五段，考虑齿轮的轴环定位,定位轴环，取轴环的直径为D5=75mm ,长度取L5=7mm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D6=65mm ,长度取L6=20mm右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D7=60mm，长度L7=20mm3.传动零件的周向固定及其他尺寸 齿轮及联轴器均用A型普通平键连接齿轮处为键18 联轴器处为键14，参照6209型轴承的安装尺寸，轴上过渡圆角半径全部取r=1mm，轴端倒角为2采用V带传动选择Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机查表：滚筒=0.0.97平带=0.97V带=0.96滚子轴承=0.98齿=0.97联=0.98选Y160L-6P1=10.435KWP2=9.92KWPw=9.53KwTo=107.02N·mT1=308.21 N·mT2=1054.85N·mTw=1010.51 N·m=12.1Kw选择B型V带d1=140mm=7.11m/s满足速度要求（5m/s25 m/s）取d1=140mmd2=355mm=2.5取=650mm=2095mm取=2000mma=602.5mm取663mm取=572mma1=159°=1.294(kw)=0.217(kw)=0.95=0.98Z=3=231.35NFq=1377.6N=140mm采用腹板式结构=355mm采用辐条式结构选用直齿圆柱齿轮传动取8级精度小齿轮材料为40C，调质处理齿面硬度大齿轮材料为45钢，调质处理齿面硬度为Z1=25Z2=90u=3.6=1.3=0.9=189.8=650Mpa=540Mpa=0.90=0.95=540MPa=522.5MPa=1.73=0.87=100mm=230mmK=0.997m=4=100mm=230mm取b1=95mmb2=90mma=230mm=340Mpa=350Mpa =0.85=0.88=1=340Mpa=267.5MPa=0.684=2.54=2.21=1.59=1.78大齿轮采用孔板式小齿轮与轴制成齿轮轴 D1=40mmL1=115mmD2=43mmL2=50mm选用6210型轴承D3=50mmL3=18mmD4=55mmL4= 25mmD5=108mmL5=95mmD6=55mmL6= 25mmD7=50mmL7=18mmL=346mmT=117.98Nmm=0.6轴的强度合格C=118D1=55mmL1=110mmD2=57mmL2=60mm选用6213型轴承D3=65mmL3=49D4=70mmL4=63mmD5=75mmL5=7mmD6=70mmL6=20mmD7=65mmL7=22mm轴的受力分析轴强度的校核键的设计联轴器的设计润滑和密封设计结构设计设计小结参考文献4轴的受力分析1）求轴传递的转矩T2=988.56 N·m2）求齿轮上的作用力齿轮上圆周力齿轮上的径向力齿轮上的轴向力为0 。电动机空载启动，不受压轴力3) 作出轴受力简图 2) 作出弯矩图和扭矩图 水平面受力及弯矩图铅垂面受力及弯矩图总弯矩 M 图扭矩图4) 校核轴的强度前己选定的材料为45,调质处理，由表15-1（P362）查得按第三强度理论，计算应力 合格八.键连接的设计1高速轴处轴段直径为24mm轴长为68，选用A型平键10X70（GB1905-1990,GB1906-1990）有效键长按抗压强度计算强度满足要求2低速轴齿轮处轴径选用A型普通平键 18X63 （GB1905-1990，GB1906-1990）键长抗压强度计算强度满足要求联轴器处选用A型普通平键 14X110 （GB1905-1990，GB1906-1990）键长L=110 抗压强度计算强度满足要求九、联轴器的设计两轴间相对位移较小，运转平稳，且结构简单，对缓冲要求不高故选用弹性柱销联轴器。载荷计算：计算转矩得根据，轴径d，转速n查标准GB5014-1985选用HL4Y弹性柱销联轴器，符合要求十一、 润滑和密封的设计1) 齿轮：传动件圆周速度小于12m/s，采用油池润滑，大齿轮浸入油池一定深度，齿轮运转时把润滑油带到啮合区，甩到箱壁上，借以散热，对于单机减速器浸油深度为一个齿全高，油量0.350.75L/kw，根据运动粘度查表5.13（P182）查阅润滑油牌号为工业式齿轮油L-CKB320(GB5903-1995) 滚动轴承：传动圆周速度小，采用脂润滑，承载能力高，不易流失，便于密封和维护。选用滚珠轴承脂（SY1514-1982）2) 密封:滚动轴承增加密封圈，防止灰尘进入造成轴承磨损。 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十一、箱体的各结构设计说明为保证减速器正常工作，应考虑油池注油，排油面高度，加工及装拆检修，箱座的定位，吊装等附件的设计1) 检查孔：为检查传动件的啮合情况并向箱内注入润滑油，应在箱体的适当位置设置检查孔，平时检查孔盖板用螺钉固定在箱盖上。2) 通气器：保持箱内外压力平衡，避免使润滑油渗漏因而设置通气器。3) 轴承盖：固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷轴承座孔两端用轴承盖封油，采用嵌入式轴承盖。4) 定位销：保证拆装箱盖时，能够正确定位，保持轴承座孔制造加工时的精度应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的连接凸缘上配装定位销，采用非对称布置。5) 油面指示器：采用油标尺检查箱内油池面的高度经常保持油池内有适量的油。6) 放油螺塞：在箱座底部，油池的最低位置处开设放油孔，平时用螺赛堵住。7) 启箱螺钉：为方便开启平时用水玻璃或密封胶连接的箱体剖面，增设启箱螺钉在启盖时旋动螺钉将箱盖顶起。8) 起吊装置：为便于搬运在箱体设置起吊装置吊环或吊钩等。9) 密封装置：在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。十二、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一次重要的、较为全面、综合性与实践性环节。两周的课程设计既能让我们温故又能让我们有所知新。(1) 通过这次机械设计课程的设计，巩固、加深了已经学过的机械设计理论课程，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论到生产实际生活中。(2) 进一步掌握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，掌握国标以及规范等设计资料的运用能力。(3) 能有效对我们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。（4）这也是对我们的一次考验，培养我们必须有的耐心，以及严谨的学习态度的一次好机会。十三.参考资料：机械设计 科学出版社，于惠力，向敬忠，张春宜主编 2007机械设计课程设计科学出版社，于惠力，张春宜，潘承怡主编 2007机械设计手册机械工业出版社2003年3 月第2版 第4卷T=551.88Nmm轴的强度满足要求强度满足要求强度满足要求强度满足要求选用HL4Y弹性柱销联轴器润滑油牌号为工业式齿轮油L-CKB320(GB5903-1995)选用滚珠轴承脂（SY1514-1982）