单级圆柱齿轮减速器和一级带传动 机械设计课程设计

机械设计课程设计说明书-机械设计课程设计说明书 目录设计任务书2电动机的选择传动系统运动学、动力学参数的计算3齿轮传动的设计计算7轴的设计计算 9联轴器的选择 15键的选择与强度验算 15滚动轴承的选择与寿命计算 17减速器润滑与密封 18减速器尺寸附件选择 19设计小结 24参考文献 25第一章 设计任务书1、方案图 设计带式输送机的传动装置（单级圆柱齿轮减速器和一级带传动）(图一)2、工作条件：带式输送机连续单向运转，工作平稳无过载，输送带速度允许误差5%；两班制工作（每班按8小时计算），使用期限10年，小批量生产。设计数据（第3组）：输送带拉力：F=4200N；输送带速度：V=1.4m/s；滚筒直径：D=380mm。机械设计课程的内容3、设计工作量：（1）工作图：装配图1张(三视图，1号图纸，手画或计算机绘图均可)； 零件图2张（高速轴，低速级大齿轮）（2）计算：齿轮、带传动基本参数，齿轮强度计算，轴强度校核，键强度校核，轴承寿命。 （3）设计计算说明书1份（60008000字）。4、设计具体任务：（1）传动方案的分析和拟定；（2）电动机的选择，传动装置的运动和动力参数的计算； （3）传动零件的设计（带传动、单级齿轮传动）；（4）轴和轴承组合设计（轴的结构设计，轴承组合设计，低速轴弯、扭组合强度校核，低速轴上轴承寿命计算）；（5）键的选择及强度校核（低速轴上键的校核）； （6）联轴器的选择；（7）减速器的润滑与密封；（8）减速器装配草图俯视图设计（箱体、附件设计等）；（9）编写设计计算说明书。二、电动机选择1、电动机类型的选择根据条件可选择常用的封闭式Y（IP44）系列小型三相异步电动机。2、电动机功率选择选取V带传动带=0.96，轴承轴承=0.99，齿轮齿轮=0.97，联轴器联轴器=0.99，滚筒滚筒=0.96。工作条件：使用年限10年，工作为二班工作制，载荷平稳。原始数据：滚筒圆周力F=4.2 KN；带速V=1.4m/s；滚筒直径D=380mm。3、电动机选择（1）电动机类型的选择： Y（IP44）系列小型三相异步电动机（2）电动机功率选择 1）传动装置的总功率：总=带2轴承齿轮联轴器滚筒=0.960.990.990.970.990.96=0.8674注:齿轮在机械制造中对精度无特殊要求精度等级选用8级，效率0.972）电机所需的工作功率：P工作=FV/总=4.21.4/0.8674=6.7789KW（3）确定电动机转速计算滚筒工作转速：n筒=601000V/（D）=6010001.4/（380）=70 r/min 按手册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=36。取V带传动比=24，则总传动比理时范围为=624。故电动机转速的可选范围为=n筒=（624）62.102=372.6121490.448r/min符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号，因此有三种传动比方案。综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选用n=1500r/min。（4）确定电动机型号根据电动机的额定功率P和输出功率P1关系： KP1P取K=1，因此根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y132M-4。其主要性能：额定功率：7.5KW，满载转速1440r/min，额定转矩2.2，质量79kg。第三章各轴的转速、转矩计算1、计算总传动比及分配各级的传动比（1）总传动比：i总=n电动/n筒=1440/70=21（2）分配各级传动比1）取齿轮i齿轮=6（单级减速器i=36合理）2）i总=i齿轮i带i带=i总/i齿轮=21/6=42、运动参数及动力参数计算（1）计算各轴转速（r/min）nI=n电机=1440r/minnII=nI/i带=1440/4=360(r/min)nIII=nII/i齿轮=360/6=60(r/min)（2）计算各轴的功率（KW）PI=P工作=6.78KWPII=PI带=6.780.96=6.5KWPIII=PII轴承齿轮=6.50.980.96 =6.12KW（3）计算各轴扭矩（Nm）TI=9.55106PI/nI=9.551066.8/1440=45097.2NmTII=9.55106PII/nII=9.551066.5/360=172430.6 NmTIII=9.55106PIII/nIII=9.551066.12/60=974100Nm第四章齿轮传动设计1、选择齿轮材料及许用接触应力计算 考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40MnB调质，齿面硬度为241286HBS，=730Mpa，=600 Mpa。大齿轮选用ZG35SiMn调质，齿面硬度241269HBS，=620Mpa，=510Mpa。选用7级精度。SH =1.1，SF =1.25许用接触应力计算如下： 2、按齿面接触疲劳强度设计由于载荷比较平稳故取载荷系数K=1齿宽系数小齿轮上的转矩T1=TII=172430.6Nm 由d1 =(27172430.60/ 0.86 (2.5188/585) 2)1/3 =68.53mm确定有关参数如下：传动比i齿=5，取小齿轮齿数Z1=18。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=518=90实际传动比I0=90/18=5传动比误差：i-i0/I=5-5/5=0%2.5% 可用齿数比：u=i0=5模数：m=d1/Z1=68.53/18=3.8mm根据手册取标准模数：m=4mm确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mZ1=418mm=72mmd2=mZ2=490mm=360mm基圆直径：齿宽：b=dd1=0.868.53=54.82mm取b2=60mm b1=65mm小齿轮(mm)大齿轮(mm)分度圆直径d72360齿顶高ha44齿根高hf55齿全高h99齿顶圆直径da 80368齿根圆直径df 62350基圆直径db67.7338.3齿距P12.5612.56齿厚s6.286.283、按轮齿弯曲疲劳强度校核根据齿数Z1=18,Z2=90由手册得:YFa1=2.85 YSa1=1.53YFa2=2.20 YSa2=1.71故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够 4、计算齿轮传动的中心矩aa=m/2(Z1+Z2)=4/2(18+90)=196mm 5、计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/601000=3.1436072/601000=1.35m/s满足7级的要求第五章轴的设计及校核1、输入轴的设计计算（1）轮齿上的作用力齿轮分度圆直径：d1=72mm扭矩：T11=172430.6Nm求圆周力：Ft，求径向力：Fr，法向力：（2）按扭矩计算轴径选用45#钢，调质，硬度217255HBS，按扭矩初算直径d，公式如下：，式中C仅决定于材料许用剪应力的系数，由设计手册取C=110，n为输入轴的转速，P为输入轴的功率。代入数据可得计算如下：其上应开有键槽，应适当增大直径，增大5%，则，取值30mm。（3）轴的结构设计单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮用与轴连在一起的齿轮轴，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和套筒定位，则采用过渡配合固定。确定轴各段直径和长度轴结构草图如下：(图二)左端为最小径，安装带轮，第二段安装轴承端盖，按照的原则，轴肩为612mm，取，第三段安装轴承及套筒，为减少装配轴承处的精加工面长度设置轴肩为13mm，又轴承宽为18mm，故取（7208C型角接触球轴承)四段由于齿根圆与轴的差距不大，因此选用齿轮轴，直径取，。为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰及拆卸方便，齿轮端面与箱体内壁间应留有一定间隙，按照“减速器箱体的结构尺寸表”计算得齿轮端面与内箱壁距离，取，为保证轴承含在箱体轴承孔内，并考虑轴承的润滑方式，计算：，所以选用脂润滑，取轴承端面距箱体内壁距离为15m，轴段6长度取，退刀槽为2mm，故，轴段4的长度即为齿轮的宽度，轴段3安装轴承，轴段2装轴承端盖，选择凸缘式轴承盖并查表15-3“外装式轴承端盖的结构尺寸表”，可得轴承端盖厚度：，选取轴段2长度，轴段1安装带轮，取。（4）按弯矩复合强度计算已知d1=72mm，已知TII=172430.6Nm求圆周力：Ft，求径向力：Fr，法向力：因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=75.5mm。（5）绘制轴受力简图如图三。（6）绘制垂直面弯矩图如下轴承支反力：由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为(7)绘制水平面弯矩图如下(图三)截面C在水平面上弯矩为： (8)绘制合弯矩图如图三 (9)绘制扭矩图如图三转矩：T=9.55（P2/n2）106=172.43Nm (10)当量弯矩计算转矩产生的扭转力按脉动循环变化，取=0.6，截面C处的当量弯矩：(11)校核危险截面C的强度判定危险截面为第四段轴的中心面该轴强度足够。2、输出轴的设计计算：（1）按扭矩初算轴径选用45调质钢，硬度（217255HBS），并查表14-2取c=110取d=50mm（2）轴的结构设计(图四)（3）轴的零件定位，固定和装配 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮右面用轴肩定位，左面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承和皮带轮依次从左面装入，齿轮套筒，右轴承从右面装入。(图五)(4)确定轴各段直径左端为最小径，安装带轮，第二段安装轴承端盖，按照的原则，轴肩为612mm，取，第三段安装轴承及套筒，为减少装配轴承处的精加工面长度设置轴肩为13mm，又轴承宽为18mm，故取（7011C型角接触球轴承）第四段段比第三段段宽13mm，直径取，第五段比第四段大612mm故取，第六段和第七段之间有砂轮越程槽（5）确定轴的各段长度为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰及拆卸方便，齿轮端面与箱体内壁间应留有一定间隙，按照“减速器箱体的结构尺寸表”计算得齿轮端面与内箱壁距离，取，为保证轴承含在箱体轴承孔内，并考虑轴承的润滑方式，计算：，所以选用脂润滑，取轴承端面距箱体内壁距离为15m，轴段7长度取，退刀槽为2mm，故，轴段4的长度即为，轴段3安装轴承，轴段2装轴承端盖，选择凸缘式轴承盖并查表15-3“外装式轴承端盖的结构尺寸表”，可得轴承端盖厚度：，选取轴段2长度，取。因为大齿轮的分度圆的直径为360mm，故将大齿轮做成辅板式结构，其草图如下，具体的参数已经在齿轮设计部分给出。(图六) (6)按弯扭复合强度计算已知d2=360mm，已知TIII=733.36Nm圆周力径向力法向力因两轴承对称LA=LB=74.5mm（7）求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ轴承支反力：（8）由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为(9)截面C在水平面上弯矩为：(10)计算合成弯矩(11)当量弯矩计算(12)校核危险截面C的强度该轴强度足够。五、 滚动轴承的选择及联轴器的选择1、滚动轴承的选择 对于输入轴的轴承选择，首先考虑角接触球轴承。初选用7208C型角接触球轴承，其内径为40mm,外径为80mm，宽度为18mm，极限转速（脂）：7500r/min；极限转速（油）：10000r/min。对于输出轴的轴承选择，考虑角接触球轴承，初选7011C型角接球轴承，其内径为55mm，外径为90mm，宽度为18mm，极限转速（脂）：6000r/min；极限转速（油）：8000r/min。第一个轴承：因轴承工作温度不高、载荷平稳，查“温度系数表”及“载荷系数表”得取。当量动载荷，轴承转数,。查“常用向心轴承的径向基本动载荷和径向额定静载荷表”得 选用角接触球轴承7208C合适第二个轴承：由于轴只受径向力，所以选择角接触球轴承，暂选7011C当量动载荷，轴承转数。因轴承工作温度不高、载荷平稳，查“温度系数表”及“载荷系数表”得取。查“常用向心轴承的径向基本动载荷和径向额定静载荷表”得，,所以，选用角接触球轴承7011C合适。2、联轴器的选择 在此减速器中，需要用联轴器将输出轴和滚筒所在的轴联接起来，下面对所需的联轴器进行选择。计算转矩按下式计算：式中 T名义转矩；Nmm； KA工作情况系数；取KA=1.5，则：=1.5974.1=1461.15输出轴转速为，输出轴输出段直径为d=50mm。可选择TL9型弹性联轴器 GB4323-84。六、键连接的选择及校核计算1、轴与带轮连接部分的键的选择。（1）选择键型：该键为静联接，为了便于安装固定，选择普通A型平键。（2） 确定键的尺寸：该轴上最小直径为，轴长，（GB/T1095-2003）查得，用于此处连接的键的尺寸为，（3） 强度校核：轴所受转矩，键连接的挤压强度R，满足要求。该键标记为：键 2、 输出轴上联接用平键联接（1）最小直径处：1）选择键型：该键为静联接，为了便于安装固定，选择普通A型平键。2）确定键的尺寸：该轴上最小直径为，轴长，按（GB/T1096-2003）查得，用于此处连接的键的尺寸为，3）强度校核：轴所受转矩，键连接的挤压强度，强度满足要求。该键标记为：键 （2）齿轮处1）选择键型：该键为静联接，为了便于安装固定，选择普通A型平键。2）确定键的尺寸：该轴上最小直径为，轴长，按（GB/T1096-2003）查得，用于此处连接的键的尺寸为，3）强度校核：键连接的挤压强度，强度满足要求。该键标记为：键 七、减速器润滑与密封1、润滑：齿轮圆周速度，采用油池润滑，圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，大齿轮的齿顶到油底面的距离3060mm。由前面计算可知：轴承润滑采用油润滑。2、密封：为了防止润滑油或脂漏出和箱体外杂质、水及灰尘等侵入，减速器在轴的伸出处、箱体的结合面处和轴承盖、窥视孔及放油孔与箱体的结合面处需要密封。轴伸出处的滚动轴承密封装置采用毛毡圈密封，其中第一、二轴按密封圈密封处直径和选择毛毡圈尺寸和。八、减速器附件选择1、轴承端盖轴承端盖全部采用外装式轴承端盖（1）第一根轴的轴承端盖轴承外径80，螺栓直径，端盖上螺栓数目4，取，第（2）二根轴的轴承端盖轴承外径90，螺栓直径，端盖上螺栓数目4，2、 通气器减速器工作时，由于箱体内部温度升高，气体膨胀，压力增大，使得箱体内外压力不等。为使箱体内受热膨胀的气体自由排出，以保持箱体内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件处向外渗漏，需要顶部或直接在窥视孔盖板上设置通气器。本设计将通气器安装在窥视孔盖板上。选用通气帽。3、 窥视孔窥视孔用于检查传动零件的啮合、润滑及齿轮损坏情况，并兼做注油孔，可向减速器箱体内注入润滑油，观察孔应设置在减速器箱盖上方的适当位置，以便直接进行观察并使手能伸入箱体内进行操作，平时观察孔用盖板盖住。窥视孔孔盖的结构尺寸100mm 140mm 120mm 箱体宽-（15-20） M8 6个8h11mm4、 油标为指示减速器内油面的高度符合要求，以便保持箱内正常的油量，在减速器箱体上需设置油面指示装置。本设计选用杆式油标。油标尺中心线与水平面成45度。注意加工油标凸台和安装油标时，不与箱体凸缘或吊钩相干涉。油标选择M205、 放油孔及放油螺塞为排放减速器箱体内油污和便于清洗箱体内部，在箱座油池的最低处设置放油孔，箱体内底面做成斜面、向放油孔方向倾斜1度到2度，油孔附近作成凹坑，以便污油排尽。平时用放油螺塞将放油孔堵住圆柱螺纹油塞自身不能防止露油，在六角头与放油孔接触处加油封垫片。螺塞直径为减速器壁厚22.5倍。选取M2426、 定位销对由箱盖和箱座通过联接而组成的剖分式箱体，为保证其各部分在加工及装配时能够保持精确位置，特别是为保证箱体轴承座孔的加工精度及安装精度，并保证减速器每次装拆后轴承座的上下半孔始终保持加工时的位置精度，在箱体与箱座的联接凸缘上设置两个定位销。定位销孔是在减速器箱盖与箱座用螺栓连接紧固后，镗销轴承孔之前加工。定位销直径取凸缘连接螺栓直径的0.8倍。定位销直径为10。a=1.27、 启盖螺钉由于装配减速器时在箱体剖分面上涂有密封用的水玻璃或密封胶，因而在拆卸时难于开盖，因此，在箱盖凸缘的适当位置加工一个螺孔。装入起盖用的圆柱端螺钉，旋动起盖螺钉可将箱盖顶起。起盖螺钉为M128、 地脚螺栓为防止减速器倾倒和振动，减速器底座下部凸缘应设有地脚螺钉与地基连接。地脚螺钉为M20 取六个。9、 箱体设计箱盖壁厚：8mm,箱座底凸缘厚度：20mm,地脚螺钉直径：19.776mm数目：4个,轴承旁联结螺栓直径：14.832mm。第九章 设计小结1.本次课程设计完成的内容：（1）传动方案的分析和拟定；（2）电动机的选择，传动装置的运动和动力参数的计算； （3）传动零件的设计（带传动、单级齿轮传动）；（4）轴和轴承组合设计（轴的结构设计，轴承组合设计，轴弯、扭组合强度校核）；（5）键的选择及强度校核（6）联轴器的选择；（7）减速器的润滑与密封；（8）减速器装配草图俯视图设计（箱体、附件设计等）；（9）编写设计计算说明书。2.心得体会：经过一周的努力,我终于将机械设计课程设计做完了.在这次作业过程中,我遇到了许多困难,一遍又一遍的计算,一次又一次的设计方案修改这都暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足，同时让我受益匪浅，在实践中了获得了大量的知识。了解理论和实践同等重要。理论能指导实践，使你能事半功倍，实践能上升成为理论，为以后的设计打下基础。 从校门走出后，一定要重视实践经验的积累，要多学多问。把学校学习的专业知识综合的应用起来，这非常重要。了解了机械设计的基本方法，熟悉并初步掌握简单的机械设计方法，设计步骤。（3）机械设计需要个人不断积累不断思考，不能为了机械而机械，一定要有自己的想法，形成自己的风格，也要有创新。在设计中，很好的培养了设计能力和理论联系实际的能力，为以后的设计工作奠定了基础。通过课程培养了独立工作的能力。做事的态度很重要!凡事都要全力以赴，认真努力去做!从中培养了使用资料进行计算，绘图和数据处理能力。（6）把技术搞好就必须安心的学习，虚心向别人请教，耐心的对待每一个问题，不放过任何一个自己遇到的问题，要善于发现问题。第十章 参考文献【1】杨可桢、程光蕴、李仲生，机械设计基础，高等教育出版社，2006；【2】机械设计手册软件版V3.0，高等教育出版社。第23页 共25页 2011年1月13日