单级斜齿圆柱齿轮减速器课程设计【设计两级圆柱齿轮减速器机械设计课程设计】

单级斜齿圆柱齿轮减速器课程设计【设计两级圆柱齿轮减速器机械设计课程设计】机械设计课程 设计说明书 机械设计课程设计题目 题目名称：设计两级圆柱齿轮减速器 说 明：此减速器用于热处理车间零件清洗传送带的减速。此设备两班制工作，工作期限十年，户内使用。传送简图如下：技术参数 已 知 条 件 数 据 组 号 1 2 3 4 5 6 7 8 鼓轮直径（mm） 300 330 350 350 380 300 360 320 传送带运行速度（m/s） 0.63 0.75 0.85 0.8 0.8 0.7 0.84 0.75 传送带从动轴所需扭矩（Nm） 700 670 650 950 1050 900 660 900 带式输送机由电动机驱动。电动机通过连轴器将动力传入减速器,再经连轴器将动力传至输送机滚筒,带动输送带工作。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但齿轮相对轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级和低速级都采用斜齿圆柱齿轮传动。目 录 第一章 电动机的选择.1 11 电动机的选择.1 12 装置运动及动力参数计算.2 第二章 传动零件的设计计算.3 2. 1高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算.3 22 低速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算.7 第三章 轴的结构设计和计算.12 31 轴的结构设计.12 3. 2 中间轴的校核.16 第四章 键联接的选择与计算.22 第五章 滚动轴承的选择与计算.23 第六章 箱体及附件的结构设计和选择.26 61 减速器箱体的结构设计.26 62 减速器的附件.27 设计小结.34 参考资料.35 一、 电动机的选择 1. 电动机的选择 1.1电动机类型的选择 电动机的类型根据动力源和工作条件,选用Y系列三相异步电动机。1.2电动机功率的选择 由本书p.270式(14.2)，根据已知条件计算出工作机滚筒的转速为：D=330mm 43.4 r/min 一般常选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比约为11或16。根据总传动比数值，可初步拟定出以二级传动的传动方案。即采用两级圆柱齿轮减速箱的展开式。该方案一般采用斜齿轮，其总传动比较大，结构简单，制造成本也较低，应用最广。由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿宽载荷分布不均匀，要求轴有较大刚度。工作机所需要的有效功率为: Pw=Tnw/9550=67043.4/9550=3.045 kW 为了计算电动机的所需功率，先要确定从电动机到工作机之间的总效率。设为弹性联轴器效率为0.99，为齿轮传动（7级）的效率为0.97，为滚动轴承传动效率为0.99，为V带传动为0.96，w=1。则传动装置的总效率为: =10.960.990.9950.97=0.85 电动机所需的功率为：3.045/0.85= 3.58 kW 确定电动机额定功率为：。1.3电动机的转速：为了便于选择电动机的转速，先推算电动机转速的可选范围。由本书查得V带传动常用传动比范围iv=24,单级圆柱齿轮传动比范围i2=36,传送带传动比i3=1,则电动机转速可选范围为：nd1=nwivi21i21i31=694.46944 r/min 可见同步转速为1000r/min ,1500r/min 和3000r/min的电动机均符合。这里初步选分别为1000r/min和1500r/min的两种电动机进行比较，如下表：方 案 型 号 额定功率 (kW) 转速 (r/min) 同步 满载 1 Y112M1-4 4 1500 1440 2 Y132M1-6 4 1000 960 2. 装置运动及动力参数计算 2.1、传动装置总传动比和分配各级传动比 一、传动装置总传动比：根据电动机的满载转速和滚筒转速可算出传动装置总传动比为 i1=nm/nw=960/43.4=22.12 i2= nm/nw=1440/43.4=33.18 二、分配各级传动比：取V带传动的传动比iv=2.5 ，则两级减速箱的传动比为：iz1=i2/iv=33.18/2.5=8.848 iz2=i1/iv=22.12/2.5=13.272 其中 可解得， if1=4.15 is1=3.2 if2=3.39 is2=2.61 因为所得的iF和iS的值符合一般圆柱齿轮传动比的常用范围，故可选方案1；又因为方案2得出的iF和iS的值不符合一般圆柱齿轮传动比的常用范围，所以不选。三、各轴的转速 设电动机的轴为0轴，减速箱的高速轴为1轴，中速轴为2轴，低速轴为3轴，则各轴的转速为：n1=n0/iv=1440/2.5=576 r/min n2=n1/if=576/4.15=138.8 r/min n3=n2/is=138.8/3.2=43.2 r/min 四、各轴的输入功率 按电动机额定功率Ped计算各轴输入功率，即 、各轴的转矩 T0=9550p0/n0=9550 T1=9550p1/n1=95503.84/576=63.67 N.m T2=9550p2/n2=95503.69/138.8= 253.89 N.m T3=9550p3/n3=95503.54/43.2=778.96 N.m 将以上计算结果整理后列于下表，供以后计算使用：项目 电动机轴0 高速轴1 中速轴2 低速轴3 转速（r/min） 1440 576 138.8 43.4 功率（kw） 4 3.84 3.69 3.54 转矩（Nm） 26.53 63.67 253.89 778.96 2.2、V带传动的设计计算 一、确定计算功率Pca ：Pca=KAP KA=1.2 由电动机选型可知: P=4 kw 二、选择V带的带型：根据传动的形式，选用普通V带；再根据Pca、n1，由机械设计手册查得：确定选用A型V带。三、确定带轮的基准直径dd并验算带速v 初选小带轮的基准直径dd1：由机械设计手册P60查得，取小带轮的基准直径dd1=100mm。验算带速v ：按机械设计手册，验算带的速度 v=dd1n1/60000=1001440/60000=7.536m/s dd2=idd1=1001440/576=250mm 初选带轮的中心距a0，按下式选取 0.7(dd2+ dd1)mm a02(dd2+ dd1)mm 取a0=500mm 按机械设计表8-8 Ld12a0+(dd2+ dd1)/2+( dd2- dd1)/(4a0)=1560.75mm 根据Ld1由表5.3选取相近的基准长度Ld aa0+(Ld Ld1)/2=519.625mm 验算主动轮上的包角1， 1180（dd2- dd1）60/a=162.68120 合适。计算V带的根数z 由n0=1440r/min dd1=100mm i=2.5,查表5.7（a）和表5.7（b）得P0=1.32kw，P0=0.17kw，查表5.8得K=0.96，查表5.9得KL=0.99，则由式5.30得：z=Pca/(P0+P0)KKL=4.8/(1.32+0.17) 0.960.99=3.39 取z=4 计算预紧力F0：查表5.1得q=0.10kg/m，由式5.32得：F0=500Pca(2.5/K1)/(vz)+qv =5004.82.5/0.961/7.5364+0.17.536=133.5N 计算作用在轴上的压轴力FQ：由式5.33得：FQ=2zF0sin（/2）=24133.5sin（/2）=1055.82N 二、 传动零件的设计计算 斜齿圆柱齿轮减速器的设计选用标准斜齿圆柱齿轮传动。标准结构参数压力角，齿顶高系数，顶隙系数。1. 高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算 一、选择齿轮材料及热处理方式：由于软齿面齿轮用于齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高，载荷不大的中低速场合。根据设计要求现选软齿面组合：小齿轮选择45钢调质,HBS=217255；大齿轮选择45钢常化,HBS=162217；此时两齿轮最小硬度差为217-162=55；比希望值略小些，可以初步试算。二、齿数的选择：现为软齿面齿轮，齿数以比根切齿数较多为宜，初选=24 =4.149924=99.6 取大齿轮齿数=100，则齿数比（即实际传动比）为=/=100/24=4.1667。与原要求仅差(4.1667-4.1499)/4.1667=0.4032%，故可以满足要求。三、选择螺旋角：按经验 ，81，按1计算得：Y1-/1201115/1200.744375 初算中心距：a=m(z1+ z)/2cos=2.0(24+100)/2cos15=128.3742mm 取a=128 mm 计算齿形系数与许用应力之比值：取安全系数SF=1.4， KFN1=0.86 KFN1=0.92 F1= KFN1Flim1/SF=118.9667MPa F2= KFN2Flim2/SF=117.1905 MPa YS1Y/=2.5811.5982/118.9667=0.0347 YS2Y/=2.17121.7988/117.1905=0.0333 由于YS1Y/较大，用小齿轮的参数YS1Y/代入公式， 计算齿轮所需的法面模数：=1.8666 十一、 决定模数 由于设计的是软齿面闭式齿轮传动，其主要失效是齿面疲劳点蚀，若模数过小，也可能发生轮齿疲劳折断。所以对比两次求出的结果，按接触疲劳强度所需的模数较大，齿轮易于发生点蚀破坏，即应以mn1.8666mm为准。根据标准模数表，暂定模数为：m=2.0mm 十二、初算中心距：2.0(24+100)/2cos15=128.3742mm 取 a=128mm 十三、修正螺旋角：按标准中心距修正：=arccos mnz1+z2/2 a= arccos 24+100/128 =14.3615 十四、计算端面模数：mt=mn/cos=2.0645mm 十五、计算传动的其他尺寸：d1= mn z1=2.064524=49.548mm d2= mn z2=2.0645100=206.45mm b2= d1d=149.548=50mm b1= b2+7=49.548+6=56mm 十六、计算齿面上的载荷：Ft=2T1/d1=263.67/49.548=2.57KN Fr= Fttant=2.57tan20.6464=0.9684 KN F=Fttan=2.57tan14.3615=0.658 KN 十七、选择精度等级 齿轮的圆周转速：=d1n1/60000=1.4469m/s 因运输机为一般通用机械，故选齿轮精度等级为7级是合宜的。十八、齿轮图：2. 低速级斜齿圆柱齿轮的传动设计计算 一、选择齿轮材料及热处理方式：由于软齿面齿轮用于齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高，载荷不大的中低速场合。根据设计要求现选软齿面组合：根据1P102表8-1得：小齿轮选择45钢调质,HBS=217255；大齿轮选择45钢常化,HBS=162217；此时两齿轮最小硬度差为217-162=55；比希望值略小些，可以初步试算。二、齿数的选择：现为软齿面齿轮，齿数以比根切齿数较多为宜，初选=22 =3.198222=70.3604 取大齿轮齿数z=70，则齿数比（即实际传动比）为=z/z1=70/22=3.1818与原要求仅差(4.0645-4.0617)/4.0645=0.5149%，故可以满足要求。三、选择螺旋角：按经验 ，82230 87 45 键 C845 GB1096-2003 8 0 -0.036 0.018 -0.018 4 3.3 3844 128 40 键 1240 GB1096-2003 12 0 -0.043 0.0215 -0.0215 5 3.3 4450 149 45 键 1445 GB1096-2003 14 0 -0.043 0.0215 -0.0215 6 4.3 3844 128 5 键 C1270 GB1096-2003 12 0 -0.043 0.0215 -0.0215 5 3.3 五、 滚动轴承的选择及计算 轴承是支承轴的零件，其功用有两个：支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度，减轻转轴与支承之间的摩擦和磨损。与滑动轴承相比，滚动轴承具有启动灵活、摩擦阻力小、效率高、润滑简便及易于互换等优点，所以应用广泛。它的缺点是抗冲击能力差，高速时有噪声，工作寿命也不及液体摩擦滑动轴承。1、轴承的选择与结构设计 由于转速适中，受轴向力和承受径向载荷，故选用圆锥滚子轴承。下面以中间轴为例初选轴承型号为30207型。：根据初算轴径，考虑轴上零件的定位和固定，估计出装轴承处的轴径，再假设选用轻系列轴承，这样可初步定出滚动轴承的型号。轴承具体结构如下 2、轴承的校核 2.1轴承的固定方式为全固式，故轴向外载荷F全部由轴承1承受具体如下图：1 2 R1 R2 FA 2.2轴承的校核 以中间轴为例，由P411附录H查得Cr = 51500N ，=37200N，P201表10.9查得1.25，对于球轴承3 计算当量动载荷P：装轴承处的轴径 D=40mm （中间轴上有两个齿轮） 低速级小齿轮：Ft1=8.9084KN Fa1=2.37KN Fr1=3.3568KN, 高速级大齿轮：Ft2=2.6529KN Fa2=0.6792KN Fr2=0.9996KN 则Fa =Fa1- Fa2=1.6908KN Fr =Fr1+ Fr2=2.3572KN Fa/=0.0455 e=0.37 Y=1.6 Fa/ Fr =0.7173e 计算当量动载荷P=1.250.4 Fr +1.6Fa=4.5602KN Lh=106ft Cr /P /60n=326438.8747h2830010=48000h 即所选轴承满足工作要求。具体参数如下表。轴承型号系列 基本尺寸 安装尺寸 d D B da 30205 25 52 15 31 30207 35 72 17 42 30210 50 90 20 57 3、减速器箱体的结构设计 箱体是加速器中所有零件的基座，是支承和固定轴系部件、保证传动零件正确相对位置并承受作用在减速器上载荷的重要零件。箱体一般还兼作润滑油的油箱。机体结构尺寸，主要根据地脚螺栓的尺寸，再通过地板固定，而地脚螺尺寸又要根据两齿轮的中心距a来确定。由3P361表15-1设计减速器的具体结构尺寸如下表：减速器铸造箱体的结构尺寸 名称 符号 结构尺寸 机座壁厚 10 机盖壁厚 1 10 机座凸缘、机盖凸缘和机座底凸缘厚度 b,b1,b2 12,12,20 机盖和箱座上的肋厚 m，m1 8 轴承旁凸台的高度和半径 h,R 50，16 轴承盖的外径 D2 D+（5-5.5）d3 地脚螺钉 直径与数目 df 双级减速器 a1+a2 小于350 df 16 n 6 通孔直径 df 17.5 沉头座直径 D0 33 螺栓距机壁距离 C1min 25 螺栓距凸缘外缘距离 C2min 23 联接螺栓 轴承旁联接螺栓 箱座、箱盖联接螺栓 直径 d d1=12 d2=10 通孔直径 d 13.5 11 沉头座直径 D 26 22 凸缘尺寸 c1min 20 18 c2min 16 14 轴承盖螺钉直径 d3 8 视孔盖螺钉直径 d4 6 大齿轮顶圆与箱体内壁的距离 1 10 齿轮端面与箱体内壁的距离 2 10 4、减速度器的附件 为了保证减速器正常工作和具备完善的性能，如检查传动件的啮合情况、注油、排油、通气和便于安装、吊运等。减速器箱体上常设置某些必要的装置和零件，这些装置和零件及箱体上相应的局部结构统称为附件。4.1.窥视孔和视孔盖 窥视孔用于检查传动件的啮合情况和润滑情况等，并可由该孔向箱内注入润滑油，平时由视孔盖用螺钉封住。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，盖板底部垫有纸质封油垫片。4.2通气器 减速器工作时，箱体内的温度和气压都很高，通气器能使热膨胀气体及时排出，保证箱体内、外气压平衡，以免润滑油沿箱体接合面、轴伸处及其它缝隙渗漏出来。结构图如下。设计小结 通过3周的时间，我们自己动手设计了一个机械装置（减速器），这是大学以来我们花时间最多的一个自己真正动手演练的实践。通过这样的一个过程，我们了解并实践了机械设计的基本过程。同时我认识到了机械设计是一门实践性和经验性要求很高的学科，虽然是自己设计，但是要遵循很多标准。机械设计的过程实际上就是一个不断用标准来完善的过程，而且在设计时要首先作一些假设，通过后面的设计进行比对，重复修改，不断完善。要想设计出一件好的产品需要我们手头有完善的标准和经验。经过这次训练，我们积累了一些经验，同时更加熟悉了CAD软件的运用，尤其是我们使用三维软件的，通过这次训练，我们接触到了UG软件的更多模块，对其使用更加熟练。针对我个人的设计我谈一下优缺点：优点虽是一个两级的减速器，但整体尺寸较小，且其总传动比较大，经校核其强度和要求都比较符合；使用UG进行设计零件和装配，能很好的反映出设计结果，便于虚拟实验，同时也可导成二维图。缺点设计过程中为了保证箱体强度其厚度取得较大，这样加大了整体重量，可以进一步计算和实验来减轻重量；轴的结构设计有些不太合理，可以进一步考虑进行完善；齿轮的造型是通过其他软件直接生成后导入UG的，从而在图上看着不是很完美，有待进一步学习UG软件，从而做出在UG里显示较好的齿轮，另外装配中，齿轮的啮合没有很好的表示出来，只保证了中心距；部分箱体结构的型号选择是凭感觉得出的，没有太多的依据。在课程设计中，老师给了我们耐心的指导和结构设计上的创新，在此由衷感谢老师对我们的帮助！ 当然，三周时间设计出来的产品，其可靠性是值得有些怀疑的，有待于进一步探讨和验证，再说又是我们第一次作这种专业性很强的设计，问题难免很多。