一级减速器的课程设计

机械设计课程设计 2013-2014第2学期姓 名： 班 级： 学 号 指导教师 成 绩： 日期： 年 月 目 录第一章 设计课题3第二章 计算过程及计算说明4第三章 传动零件的设计9第四章 齿轮的设计 12第五章 轴的设计 18第六章 箱体结构设计25第七章 键联接设计 27第八章 滚动轴承设计 29第九章 密封和润滑的设计 30第十章 联轴器的设计 31第十一章 设计心得32第十二章 参考文献32第一章 设计课题 设计一用于带式运输上的单级圆柱齿轮减速器。运输机连续单向工作，单向运转载荷变化不大。减速器小批量生产，使用期限10年，两班制工作，运输带速度误差为5%。课程设计的内容通常包括：确定传动装置的总体设计方案；选择电动机；计算传动装置的运动和动力参数；传动零件、轴的设计计算；轴承、联轴器、润滑和联结件的选择及校核计算；箱体结构及其附件的设计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计计算说明书。要求每个学生在设计中完成以下工作： 减速器装配图1张 零件工作图2-3张（传动零件、轴、箱体等 设计说明书1份（6000字左右） 第二章 计算过程及计算说明一、传动方案拟定方案拟定：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。带式运输机传动方案 二、电动机选择Y系列三相异步电动机技术数据 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.选择电动机容量选择电动机容量时应保证电动机的额定功率等于或稍大于工作机所需的电动机功率Pd，即 工作机所需电动机功率为 由电动机至运输带的传动总效率为：=联轴承2齿轮带 机械传动和摩擦副的效率概略值 轴承：选用滚子轴承，轴承=0.98联轴器：选用弹性联轴器，联=0.99齿轮：选用8级精度油润滑，齿轮=0.97带=0.96则：=0.990.9820.970.96 =0.885Pd=/=5.6/0.885=6.33 KW因此选定电动机型号为Y132M-4，额定功率7.5KW,满载转速1440r/min,同步转速1000r/min.三、确定传动装置的总传动比和分配级传动比1、传动装置总传动比为: 而 2、分配各级传动装置传动比 分配传动比主要应考虑以下几点： 1). 各级传动比均应在推荐范围内选取，不得超过最大值。 V带传动的单级传动比常用值为42，最大值为7；圆柱齿轮传动的单级传动比常用值为53，最大值为8; （2）各级传动零件应做到尺寸协调、结构匀称，避免相互间发生碰撞或安装不便; 初步选定: 3、传动装置的运动和动力参数 电动机轴的输出功率： 转速为满载转速：转矩带传动的输入功率：，主动轴的输入功率=6.08kw=632r/min主动轴承的转速为=632r/min齿轮的输入功率、转速和转矩分别为=5.96 kw =632r/min从动轴的输入功率、转速和转矩分别为=5.78 kw =210r/min 从动轴承的转速为: =210r/min联轴器的输入功率、转速和转矩分别为:=5.65kw =210r/min设计与校核计算所需转动装置各部分的功率和转速如表带传动主动轴主动轴承齿轮传动从动轴从动轴承联轴器输入功率kw6.336.085.965.785.65输出功率kw1440632632632210210210第三章 传动零件的设计一、V带的设计1.确定计算功率 查表选取工作情况系数 2.选择V带带型：根据选择原则选择A 型带3. 确定带轮的基准直径，并验算带速：初选小带轮的基准直径为带速验算： V=n1d1/（100060）=1440100/（100060） =7.54 m/s 因为带速V介于525m/s范围内，故合适 ，查表选取标准系列4.确定V带中心距a和基准长度 初选中心距 基准长度mm 查表选择标准系列实际中心距中心距的变化范围（435499mm）5.验算小带轮的包角 包角合适6.计算带的根数Z查表得：单根V带传递功率 单根V带功率的增量 带长修正系数 包角修正系数 因此 ，所以取Z=6根7.计算单根V带的初拉力 (选取q=0.105kg/m)8.计算压轴力 9.带轮设计选用材料HT200小带轮结构：轮毂孔径d=小带轮基准直径大带轮基准直径所以小带轮采用实心式结构，大带轮使用腹板式。带轮示意图如下D105.55555555D100mmB93mmL S1SS2drdkdhddaLBS2第四章 齿轮的设计 已知条件：载荷变动不大，单向传动。传动比，小齿轮转速，传动功率p=5.96kw。1. 选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数类型：直齿圆柱齿轮，精度为7级精度小齿轮材料选用40，经调质处理后，表面淬火，硬度范围是（241286HBS）,选取硬度260HBS.大齿轮材料选取45#钢，调质处理，硬度选取240HBS.压力角选取标准值为;初步选定小齿轮齿数;则大齿轮齿数;2. 按齿面接触强度设计 (1) 计算小齿轮分度圆直径 a. 选取k=1.3 b. 查表选取齿宽系数，区域系数选取弹性影响系数；就由下面的式子确定：c. 计算疲劳许用应力 由应力循环次数；经查取疲劳强度寿命系数, 取失效概率为1%，安全系数s=1,.取和中的较小者为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即。d. 试算小齿轮分度圆直径 =57.57mm(2)调整小齿轮分度圆直径数据准备圆周速度：v=齿宽b ：b=a. 计算实际载荷系数由表格查得使用系数 =1; 根据v=1.94m/s,齿轮等级为7级精度，选用动载系数1.07；齿轮的圆周力：; 53.4N100N;查表得齿间载荷分配系数；查表用插值法取齿向载荷分布系数；由此得到实际载荷系数k=1.686b. 按实际载荷系数校正所得的分度圆直径 =62.78mm，相应的齿轮模数m=3.3mm3. 按齿根弯曲强度计算a. 试算模数：b. 确定公式中的参数试选1.3；弯曲疲劳强度重合度系数由式子0.702确定；查表得齿形系数，；应力修正系数，；小齿轮与大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别是： MPa ，MPa;查得弯曲疲劳寿命系数;并取弯曲疲劳安全系数S=1.4；;因为大齿轮的取值较大，所以取c. 试算模数 =1.959； d. 调整齿轮模数圆周速度v：， 齿宽b: 宽高比b/h: , b/h=37.22/4.41=8.44e.计算实际载荷系数根据v=1.23m/s，7级精度，查得动载系数 ，100N; 所以查表得齿间载荷分布系数； 由插值法得，结合b/h=8.44查得， 则f.按实际载荷系数算得的齿轮模数m mm, 对比齿面接触疲劳强度和齿根接触疲劳强度计算的模数，选取m=1.954 mm，并就近圆整为标准值m=2 mm，按接触疲劳强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数： mm，取,这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑。4. 计算几何尺寸计算分度圆直径：齿顶圆直径齿根圆直径中心距齿轮宽度，考虑不可避免的安装误差，为了保证设计齿宽b和节省材料，一般将小齿轮齿宽略微加宽（510mm），故取压力角选取，变为系数5. 齿轮的强度校核a.触疲劳强度校核：,在前面的计算中各个参数的数值已经给出，这里直接给出验算结果： 532MPa 所以接触疲劳强度满足要求。c. 齿根弯曲疲劳强度做法类似，这里仅给出计算结果，所以,齿根弯曲疲劳强度满足强度，并且小齿轮抵抗弯曲疲劳强度破坏的能力稍大于大齿轮。第五章 轴的设计1， 齿轮轴的设计 (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=6.08kw 转速为 =632r/min根据课本P205（13-2）式，并查表13-2，取 =110由于轴上开了一个键槽，故应适当加大轴径，=24.5mm(3)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5%，取，又带轮的宽度 B=（Z-1）e+2f =（6-1）15+29=93mm则第一段长度L1=100mm右起第二段直径取=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dDB=408018，那么该段的直径为 =40mm，长度为L3=20mm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 =48mm，长度取L4= 10mm 右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为68mm，分度圆直径为64mm，齿轮的宽度为64mm，则此段的直径为mm，长度为L5=72mm。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=48mm，长度取L6= 10mm。 右起第七段，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 小齿轮分度圆直径：d1=64mm,作用在齿轮上的转矩为： =9.187N.mm 求圆周力 ： =2T2/d2=29.187105/64=2870N 求径向力=tan=1045N（5）计算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: 水平面的支反力： = =Ft/2 =1435 N 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0 那么 = =Fr/2=525.5 N(6)计算弯矩 右起第四段剖面处的弯矩： 水平面的弯矩： =55=78.92 Nm 垂直面的弯矩： = =55=28.90 Nm 合成弯矩： （7）计算转矩： T= Ftd1/2=91.84 Nm（8）当量弯矩 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面处的当量弯矩：（9）判断危险截面并验算强度右起第四段剖面处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以该剖面为危险截面。已知M=100.5Nm ,查表得-1=60Mpa 则：e= M/W= M/(0.13)=100.51000/(0.1483)=9.09 Nm-1右起第一段处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： e= M/W= M/(0.13)=55.11000/(0.1253)=35.3 MPa-1 所以确定的尺寸是安全的 。 二、 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=5.78 KW，转速为=210 r/min转矩初步确定轴的最小直径：取=110d(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，则轴应该增加5%，取35mm，根据计算转矩TC=KAT=1.3263=341.9Nm，查标准GB/T 50142003，选用LX2型弹性柱销联轴器，半联轴器与轴配合的毂空长度为L1=84mm,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42mm,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=74mm.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6209型轴承，其尺寸为dDB=458519，那么该段的直径为45mm，长度为l3=36mm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192mm，则第四段的直径取50mm,齿轮宽为b=64mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为l4=62mm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=60mm ,长度取l5=12mm右起第六段，取，右起七段,该段为滚动轴承安装出处,取轴径为d6=45mm，长度l7=21mm(4)求齿轮上作用力的大小、方向 大齿轮分度圆直径：d1=192mm作用在齿轮上的转矩为：T =2.63105Nmm 求圆周力：=2T/d2=22.63105/192=2739.6N求径向力Fr =tan=2739.6tan200=997.1N（5）轴长支反力 水平面的支反力： 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0那么（6）计算弯矩 右起第四段剖面处的弯矩： 水平面的弯矩：M=49= 73.34 Nm 垂直面的弯矩：=49=26.7 Nm 合成弯矩： （7）计算转矩： T= Ftd2/2=263Nm （8）计算当量弯矩 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面处的当量弯矩： （9）判断危险截面并验算强度右起第四段剖面处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知M=274.4Nm ,查表得-1=60Mpa 则：e= M/W= M/(0.13)=21.95=307.561000/(0.1603)=14.24 Nm-1右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： e= MD/W= MD/(0.1D13)=21.95MPa-1 所以确定的尺寸是安全的 。第六章 箱体结构设计(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。(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。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应根据具体情况选用。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df20地脚螺钉数目n4轴承旁联结螺栓直径d116机盖与机座联接螺栓直径d212联轴器螺栓d2的间距 l 160轴承端盖螺钉直径d310窥视孔盖螺钉直径d48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l1 60，44大齿轮顶圆与内机壁距离112齿轮端面与内机壁距离2 10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t 10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第七章 键联接设计1输入轴与大带轮联接采用平键联接此段轴径d1=25mm,L1=100mm 查手册得，选用A型平键，得：A键 87 L=L1-b=100-8=92mm,查询L系列选取L=90mm T=91.87Nm h=7mm根据p=4 T/(dhL)=491.871000/（25790）=23.33Mpa R (110Mpa)2输出轴与大齿轮联接用平键联接轴径d=50mm L3=62mm T=263Nm查手册选用A型平键键149 l=L3-b=60-14=56mm h=9mmp=4T/（dhl）=42631000/（50956）=41.75Mpa p (110Mpa)3.输出轴与联轴器连接有平键轴径d=35mm 轴长=82mm，查手册选用 C型平键 键108 l=70mm第八章 滚动轴承设计根据条件，轴承预计寿命=1036516=58400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=1045N（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值 （3）选择轴承型号选择6208轴承 Cr=29.5KN由 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=997.1（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值 （3）选择轴承型号选择6209轴承 Cr=31.7KN由课本式11-3有预期寿命足够此轴承合格第九章 密封和润滑的设计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。第十章 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=KAT =1.3263=341.9Nm，其中KA为工况系数，由课本表14-1得KA=1.3（3）型号选择根据TC，轴径d，轴的转速n， 查标准GB/T 50142003，选用LX2型弹性柱销联，其额定转矩T=560Nm, 许用转速n=6300r/m ,故符合要求。第十一章 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。第十四章 参考文献1、机械设计课程设计，哈尔滨工业大学出版社2、机械制图教材3、机械设计手册4、工程力学教材5、互换性与技术测量教材6、机械设计基础教材7、其他机械类专业课程参考书。