机械设计单级直齿齿轮减速器课程设计.doc

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1、机械设计基础课程设计说明书 设 计 课 题：带式运输机的单级直齿圆柱齿轮减速器 专业与班级： 姓名与学号： 学 院： 指导 老师： 完成日期：2017年6月27日石油工程专业机械设计基础设计任务书一、 设计题目：设计一用于带式运输机的单级直齿圆柱齿轮减速器给定数据及要求已知条件：运输带工作拉力F=4200N；运输带工作速度V=1.25m/s（允许运输带速度误差为+5%）；滚筒直径D=500mm；一班制，连续单向运转，载荷平稳；室内工作，有粉尘（运输带与卷筒之间，包括卷筒轴承的摩擦阻力影响已在F中考虑）；工作年限10年；大修期三年。二、 应完成的工作1.减速器装配图1张（手工绘制）。2.零件工作

2、图2-3张（从动轴、齿轮）。3.设计说明书一份 院长：吴松平 教研室负责人： 李素云 指导老师：李素云发题日期：2017年5月25日完成日期：2017年6月30日 目录一、 确定传动方案二、 选择电动机.选择电动机.计算传 动装置的总传动比并分配各级传动比 .计算传动装置的运动参数和动力参数三、 传动零件的设计计算.普通V带传动.圆柱齿轮设计四、 低速轴的结构设计.轴的结构设计.确定各轴的尺寸.确定联轴器的型号.按扭转和弯曲组合进行强度核算 五、 高速轴的结构设计六、 键的选择及强度校核七、 选择轴承及计算轴承寿命八、 选择轴承润滑与密封方式九、 箱体及附件的设计 .箱体的选择 .选择轴承端盖

3、 .确定检查孔与孔盖 .通气器 .油标装置 .螺塞.定位销.起吊装置十、 设计小结十一、 参考书目课程设计说明书设计项目设计与说明主要结果一、确定传动方案 机械传动装置一般由原动机、传动装置、工作机和机架四部分组成。单级圆柱齿轮减速器由带传动和齿轮传动组成，根据各种传动的特点，带传动安排在高速级，齿轮传动放在低速级。传动装置的布置如下图所示二、选择电动机选择电动机计算传 动装置的总传动比并分配各级传动比计算传动装置的运动参数和动力参数选择电动机类型和结构形式根据工作要求和条件，选用一般用途的Y系列三相异步电动机，结构类型为卧式封闭结构。确定电动机的功率工作机所需的功率PW(kw)按下面公式计算

4、 已知=4200N，=1.25m/s，带式输送机的功率=0.96，代入上面的式子得： 电动机所需要功率P0(kw)按下式子计算 式子中， 为电动机到滚筒工作轴的传动装置总效率，根据传动特点，由机械设计课程设计指导书表2-4查得：V带传动带=0.96，一对齿轮传动齿轮=0.97,一对滚动轴承轴承=0.99，十字滑块联轴器联轴器=0.98，因此总效率确定电动机额定功率Pm（KW），使Pm=（11.3）P0=6.187(11.3)=6.1878.043，查机械设计课程设计指导书表2-1取Pm=7.5KW确定电动机转速工作机卷筒的转速为 根据机械设计课程设计指导书表2-3推荐的各类传动比的取值范围，取

5、V带传动的传动比带=24，一级齿轮减速器齿轮=35，传动装置的总传动比总=620，故电动机的转速范围为符合此转速要求的同步转速有750r/min、查机械设计课程设计指导书表2-1，选择同步转速750r/min的Y系列电动机Y160L-8,其满载转速为=720r/min。电动机参数见下表：型号额定功率（KW）满载转速（r/min）额定转矩最大转矩Y160L-87.57202.02.0.传动装置的总传动比分配各级传动比为了符合各种传动形式的工作特点和结构紧凑，必须使各级传动比都在各自的合理范围内，且使各自传动件尺寸协调合理匀称，传动装置总体尺寸紧凑，重量最小，齿轮浸油深度合理。本传动装置由带传动和

6、齿轮传动组成，因总=带齿轮，为使减速器部分设计方便，取齿轮传动比齿轮=4.7，则带传动的传动比为各轴转速轴：轴：滚筒轴：各轴功率:轴：轴：滚筒轴：各轴转矩:电动机轴：轴：轴：滚筒轴：根据以上计算列出本传动装置的运动参数和动力参数数据表，见下表：参 数轴 号电动机轴轴轴滚筒轴转速n/(r.min-1)72024051.151.1功率p/kw6.1875.945.705.53转矩T/N.mm82063.723624310667121034923传动比i44.71效率0.960,960.98 PW=5.534kwP0=6.187kwPm=5.5KW=47.77r/minY160L-8=720r/mi

7、n=15.07=4.7=3=240r/min=51.1r/min=51.1r/min=5.94kw=5.70kw=5.53kw=82063.7N.mm=236343 N.mm=1066712 N.mm=1034923 N.mm三、 传动零件的设计计算普通V带传动计算功率选择V带类型确定V带的基准直径验证带速确定带的基准长度Ld和实际中心距验算小带轮包角确定V带根数计算初拉力计算对轴的压力圆柱齿轮设计选择齿轮材料及确定许用应力按齿面接触强度设计计算确定齿轮的参数及计算主要尺寸验算齿根的弯曲疲劳强度验算齿轮的圆周速度齿轮的结构设计本题目高速级采用普通V带传动，应根据已知的减速器参数确定带的型号、根

8、数和长度，确定带传动的中心距，初拉力及张紧装置，确定大小带轮的直径、材料、结构尺寸等内容。带传动的计算参数见下表：项目P0/KW/r.min-10参数6.1877203根据工作条件，查教材取KA=1.3由=720r/min、8.04KW，查教材图6.12，因处于C区域，因此选择C带型来计算，最后根据计算结果来分析选择查教材表6.6取C型带取，取滑动率=0.015取B型带取，取滑动率=0.015取A型带带速在525m/s范围内，合适。B型带A型带 因没有给定中心距的尺寸范围，按公式 计算中心距为，取B型带中心距范围为，取A型带计算V带基准长度查教材表9.4取标准值计算实际中心距离考虑安装、调整和

9、补偿张紧力的需要，中心距应有一定的调节范围，调节范围为B型带查教材表9.4取标准值计算实际中心距离考虑安装、调整和补偿张紧力的需要，中心距应有一定的调节范围，调节范围为A型带合适B型带合适A型带查教材表9.7，单根V带的额定功率P0=1.322，=0.045kw,查教材图9.12，=0.938，查教材表9.4=1.03因大于5，应取z=6根B型带与A型带相似，P0=2.817,=0.115kw,=0.942，=1.07代入公式计算得z=2.497，取z=3根计算结果见下表：Dd1/mmDd2/mmV/m.s-1Ld/mma/mmZ/根A1003807.53620006071546B140540

10、10.55315010191583 比较两种计算结果,A型带根数较多，选B型带合理。查普通V带单位长度质量表，B型带Q=0.17kg/m齿轮相对于轴承为对称布置，单向运转、输送机的工作状况应为中等冲击已知齿轮传动的参数，见下表：项目P1/KWn1/r.min-1参数4.4273604.7由于该减速器无特殊要求，为制造方便，选用价格便宜、货源充足的优质碳素钢，采用软齿面查教材图11.8、图11.9得材料 热处理方法 齿面硬度小齿轮42SiMn调质250280HRW大齿轮 42SiMn钢正火170200HRW 接触疲劳极限应力： 小齿轮： 大齿轮：弯曲疲劳极限应力：小齿轮：大齿轮：安全系数：SHm

11、in=1.1，SFmin=1.1许用接触应力小齿轮：大齿轮：许用弯曲应力：小齿轮：大齿轮：查教材表11.10、表11.19得K=1.1；传动比；外啮合时设计公式中的“”取“+”号；T1=117451N.mm，代入设计公式：确定齿数对于软齿面闭式传动，取z1=30，z2=z1=4.730=141；取z2=141；在范围内，合适。确定模数；取m=2mm确定中心距初算中心距；取a=171mm计算主要几何尺寸 分度圆尺寸： 齿顶圆尺寸： 齿宽：；取大齿轮齿宽；小齿轮齿宽查教材表11.12得：复合齿系数;代入公式：、值分别小于各自的许用接触应力值，故安全。注：在设计减速器俯视图的过程中，还要用到齿轮的很

12、多尺寸，包括齿轮的结构设计，这里就不再给出具体结构设计和尺寸，可以在减速器零件设计中专门设计齿轮结构，也可在设计过程中来完善、补充这些尺寸A、 B型带A型带B型带A型带B型带A型带B型带A型带A型带A型带B型带B型带B型带A型带B型带A型带z=6根B型带z=3根小齿轮42SiMn调质大齿轮45钢正火z1=30z2=141m=2mma=171mm四、 低速轴的结构设计轴的结构设计确定各轴的尺寸确定联轴器的型号按扭转和弯曲组合进行强度核算课程设计一般是先设计低速轴，把低速轴设计出来后根据低速轴的长度尺寸就可确定箱体的宽度等尺寸，故先设计低速轴低速轴的参数见表项目P/KWn/r.min-1参数4.2

13、576.6轴上零件的布置 对于单级减速器，低速轴上安装一个齿轮、一个联轴器，齿轮安装在箱体的中间位置；两个轴承安装在箱体的轴承座内，相对于齿轮对称布置；联轴器安装在箱体的外面一侧。为保证齿轮的轴向位置，还应在齿轮和轴承之间加一个套筒零件的装拆顺序 轴上的主要零件是齿轮，齿轮的安装可以从左侧装拆，也可以右侧装拆。本题目从方便加工的角度选轴上的右端装拆，齿轮、套筒、轴承、轴承盖、联轴器依次从轴的右端装入，左端的轴承从左端装入轴的结构设计为便于轴上的零件的安装，把轴设计为阶梯轴，后段轴的直径大于前端轴的直径，低速轴的具体设计如下 轴段安装联轴器，用键周向固定 轴段高于轴段形成轴肩，用来定位联轴器 轴

14、段高于轴段，方便安装轴承 轴段高于轴段，方便安装齿轮；齿轮在轴段上用键周向固定 轴段高于轴段形成轴环，用来定位齿轮 轴段直径应和轴段直径相同，以使左右两端轴承型号一致。 轴段高于轴段形成轴肩，用来定位轴承；轴段高于轴段的部分取决于轴承标准轴段于轴段的高低没有什么直接的影响，只是一般的轴身连接低速轴的结构如图所示各轴段的直径 因本减速器为一般常规用减速器，轴的材料无特殊要求，故选用45钢，45钢的A=118107代入式子得考虑该轴段上有一个键槽，故应将轴增大5%，即d=47.26mm42.85mm 轴段的直径确定为d1=46mm 轴段的直径d2应在d1的基础上加上两倍的定位轴肩高度。取轴肩高度h

15、12=（0.070.1）d1=4.0mm，即d2=a1+2h12=54mm；考虑该轴段安装密封圈，故直径d2=55mm 轴段的直径d3应在d2的基础上增加两倍的定位轴肩高度，但因为该轴段要安装滚动轴承，故直径要与滚动轴承内径相符合。取d3=60mm 同一根轴上的两个轴承，在一般情况下应取同一型号，故安装滚动轴承处的直径应相同，即d7=d3=60mm 轴段上安装齿轮，为齿轮安装方便，取d4=63mm 轴段的直径d5=d4+2h45，h45是定位轴环的高度，取h45=6mm，即d5=75mm 轴段的直径d6应根据所用的轴承类型及型号查轴承标准取得，预选该轴段用6212轴承，查得径d6=69mm 为

16、了补偿由于制造、安装等的误差及两轴线的偏移，优先考虑弹性套柱销联轴器，根据安装联轴器轴段的直径，查附录F选连轴型号为TL7，联轴器安装长度L=84mm 因本例转轴较低，最后确定轴承润滑方式为脂润滑，故此处按脂润滑方式确定轴的长度。取轴承距箱体内壁的距离3为10mm。 根据轴承的结构的需要，各轴段的长度确定如下： L1=82mm L2=45mm L3=49mm L4=73mm L5=8mm L6=17mm L7=24mm L总长=L1+L2+L3+L4+L5+L6 +L7=298mm 段轴、之间的砂轮越程槽包含在段轴的长度之内 低速轴轴承的支点之间距离为 绘制轴的计算简图 为计算轴的强度，应将在

17、和简化处理，直齿圆柱齿轮，其受力可分解为圆周力Ft、径向力Fr。两端轴承可简化为一端活动铰链，一端固定铰链，如下图中b所示，为计算方便，选择两个危险截面、，危险截面选择安装齿轮的轴段的中心位置，位于两支点的中间，距B支座的距离为73.5mm；危险截面选择在段轴和段轴的截面处，距B支座的距离为38mm计算轴上的作用力从动轮的转矩T=530104.477N.mm齿轮分度圆直径d2=282mm齿轮的圆周力：齿轮的径向力:计算支反力及弯矩计算垂直平面内的支反力及弯矩a .求支反力：对称布置只受一个力，故 b .求垂直平面的弯矩截面：截面：计算水平平面内的支反力及弯矩a .求支反力：对称布置只受一个力，

18、故 b .求水平平面的弯矩截面：截面：求各截面的合成弯矩截面：截面：计算转矩 T=530104.477N.mm确定危险截面及校核其强度按弯矩组合计算时，转矩按脉动循环变化考虑，取。按两个危险截面校核：截面：截面： 查教材。均小于，故轴的强度满足要求。d1=46mmd2=55mmd3=60mmd4=63mmd5=75mmd6=69mmd7=60mm L1=82mm L2=45mm L3=49mm L4=73mm L5=8mm L6=17mm L7=24mm L总长=298mm五、 高速轴的设计高速轴的设计主要是设计各轴段的直径，为设计俯视图做准备。经设计。告诉轴可以做成单独的轴而不是齿轮轴。为使

19、零件定位和固定，高速轴也和低速轴一样设计为七段，各段的直径尺寸为： d1=30mm d2=35mm d3=40mm d4=42mm （取轴承的型号为6208） d5=50mm d6=47mm d7=40mmd1=30mmd2=35mmd3=40mmd4=42mm d5=50mmd6=47mmd7=40mm六、 键的选择及强度核算选择键的尺寸：低速轴上在段轴和段轴两处个安装一个键，按一般使用情况选择采用A型普通平键联接，查教材表8.1选取键的参数如下表：段轴d1=46mm段轴d4=63mm标记为：键1：GB/T 1096 键 键2：GB/T 1096 键 校核键的强度轴段上安装联轴器，联轴器的材

20、料为钢，载荷性质为冲击，查教材8.2得：轴段上安装齿轮，齿轮的材料为钢，载荷性质为轻微冲击，静联接校核挤压强度：轴段：，计算应力略大于许用用力，应相差不大，可以用已确定的尺寸，不必修改。轴段：所选键联接强度满足要求键联接强度满足要求七、 选择轴承及计算轴承的寿命轴承型号的选择高速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为6208低速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为6212轴承寿命的计算 高速轴：高速轴的外端安装有带轮，中间安装有齿轮，要计算轴承寿命，就要先求出轴承支座的支反力，进一步求出轴承的当量动载荷，然后计算出轴承的寿命。 画出告诉轴的受力图，并确定支点之间的距离如下图：带轮安装在轴上的轮毂宽，d0

21、为安装带轮处的轴颈，即高速轴的第一段轴颈，d0=d1=30mm，取第一段轴的长度为50mm。第二段轴的长度取和低速轴的第二段轴一样的对应关系，但考虑到该轴段上的轴承宽度，故去该轴段的长度为49mm，带轮中心到轴承A支点的距离 高速轴两轴承之间的支点距离为原低速轴的两支点的距离减去俩轴承宽度之差，应为147mm-4mm=143mm，因对称布置，故L1=L2=143mm/2=71.5mm。高速轴上齿轮的受力和低速轴的力大小相等，方向相反，即：Fr1=1190N，Ft1=3272N。因齿轮相对于轴承对称布置，A、B支座的支反力数值一样，故只计算一边即可。求轴承A处的支反力：水平平面：垂直平面：求合力

22、：考虑带的压力对轴承支反力的影响，因方向不定，以最不利的因素考虑：轴承受到的最大力为FAmax=3552.16N正常使用情况，查教材表17.10和17.9得：查附录B：轴承6208的基本额定动载荷C=29.5KN，代入公式得：低速轴： 正常使用情况下，查教材表17.10和17.9得查附录B：轴承6212的基本额定动载荷C=47.8KN，因齿轮相对于轴称为对称位置，轴承的受力一样，可只计算一处，计算A处。当量动载荷：代入公式得： 从计算结果看，高速轴轴承使用时间短。按最短时间算，如每天按两班制工作，每天按250天计算，约使用五年，这只是理论的计算，实际情况比较复杂，应根据使用情况，注意检查，发现

23、损坏及时更换。低速轴轴承因转速太低，使用时间太长，实际应用中会有多种因素影响，要注意观察，发现损坏及时更换。高速轴轴承类型为6208低速轴轴承类型为6212八、 选择轴承润滑与密封方式九、 箱体及附件的设计箱体的选择选择轴承端盖确定检查孔与孔盖通气器油标装置螺塞定位销起吊装置 轴承的润滑方式取决于浸油齿轮的圆周速度，即大齿轮的圆周速度，大齿轮的圆周速度：，应选脂润滑。 因轴的转速不高，高速轴轴颈的圆周速度为：，故高速轴处选用接触式毡圈密封低速轴轴颈的圆周速度为：，故低速轴处也选用接触式毡圈密封 减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用配合.1

24、. 机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2. 机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.箱体中心高度： 取中心高度H=200mm选用凸缘式轴承盖，根据轴承型号设计轴承盖的尺寸：高速轴：低速轴： 在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固检查孔尺寸：L=120mm，b=70mm检查孔尺寸：材料：Q235，厚度取6mm 由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气

25、，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.选用机械设计课程设计指导书表5-16中通气孔1，选油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.选用机械设计课程设计指导书表5-16中螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。选用机械设计课程设计指导书表5-19中 盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机

26、体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.查机械设计课程设计指导书表5-20得：销钉公称直径d=8mm 吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体.按中心距查机械设计课程设计指导书表5-21得，箱体毛重155kg，选用吊环螺钉为M10。轴承的润滑为脂润滑高速轴处选用接触式毡圈密封低速轴处也选用接触式毡圈密封中心高度H=200mm十、 设计小结这次关于带式运输机上的单级圆柱斜齿轮减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过二个星期的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的

27、工作打下了坚实的基础.1. 机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融机械原理、机械设计、材料力学、公差与配合、机械工程材料、机械设计手册等于一体。2. 这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想;训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。3. 在这次的课程设计过程中,综合运用先修课程中所学的有关知识与技能,结合各个教学实践环节进行机械课程的设计,一方面,逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力,特别是提高了分析问题和解决问题的能力,为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。4. 本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持。衷心的感谢老师的指导和帮助.5. 设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。十一、 参考书目 1.机械设计基础第2版 陈立德 主编 高等教育出版社 2.机械设计课程设计指导书第2版 柴鹏飞 王晨光 主编 机械工业出版社3.机械设计课程设计 于晓文 主编 中国计量出版社4.机械设计课程设计图册 向敬忠 宋欣 崔思海等主编 化学工业出版社