一级圆柱斜齿轮减速器机械设计

机械设计课程设计课题名称 一级圆柱齿轮减速器的设计计算学 院专 业班 级 081 班姓 名胡桐学 号 080802110198指导老师郑伟刚老师完成日期2011年1月8日星期六目录第一章 绪 论 4.第二章 课题题目及主要技术参数说明 52.1 课题题目 5.2.2 主要技术参数说明 5.2.3 传动系统工作条件 5.2.4 传动系统方案的选择 5.第三章 减速器结构选择及相关性能参数计算 63.1 减速器结构 6.3.2 电动机选择 6.3.3 传动比分配 7.3.4 动力运动参数计算 7.第四章 带轮设计 9.第五章 齿轮的设计计算 1. 05.1 齿轮材料和热处理的选择 1. 05.2 齿轮几何尺寸的设计计算 115.2.1 按照接触强度初步设计齿轮主要尺寸 115.2.2 齿轮几何尺寸的确定 135.3 齿轮的结构设计 1. 4第六章 轴的设计计算 1. 56.1 轴的材料和热处理的选择 1. 56.2 轴几何尺寸的设计计算 1. 66.2.1 按照扭转强度初步设计轴的最小直径 166.2.2 轴的结构设计 1. 66.3 输出轴几何尺寸的设计计算 2. 16.3.1 按照扭转强度初步设计输出轴的最小直径 216.3.2 输出轴的结构设计 22第七章 轴承、键和联轴器的选择 257.1 滚动轴承的校核计算 2. 57.1.1 输入轴承的校核（型号 7208C）257.1.2 输出轴承的校核（型号 7210C）267.2 键的选择计算及校核 2. 77.3 联轴器的选择 2. 8第八章 减速器润滑、 密封及附件的选择确定以及箱体主要结构尺寸的 计算 2.88.1 润滑的选择确定 2. 88.1.1润滑方式 2. 98.1.2 润滑油牌号及用量 298.2 密封形式 2.98.3 减速器附件的选择确定 2. 98.4 箱体主要结构尺寸计算 3. 0第一章 绪 论参考文献1、机械设计基础，杨可桢等主编，高等教育出版社。2、机械设计课程设计 ，周元康等主编，重庆大学出版社机械制图教材3、机械零件设计手册4、工程力学教材第二章 课题题目及主要技术参数说明2.1课题题目带式输送机传动系统中的减速器。要求传动系统中含有单级圆柱齿轮减速器及v带传动。2.2主要技术参数说明输送带的最大有效拉力F=2800N,输送带的工作速度V=1.4m/s，输送机滚筒直径D=275mm。2.3传动系统工作条件带式输送机在常温下连续工作、单向运转；空载起动，工作载荷较平稳； 两班制（每班工作8小时），要求减速器设计寿命为8年，大修期为3年，中批量 生产；三相交流电源的电压为380/220V。2.4传动系统方案的选择图1带式输送机传动系统简图第三章减速器结构选择及相关性能参数计算3.1减速器结构本减速器设计为水平剖分，封闭卧式结构。3.2电动机选择（一）工作机的功率PwPw=F*V/1000 t=2800X 1.4/（1000*1）=3.92kw（n工作及传动效率为1）电动机 选用：Y132S-4（二）总效率总总=带齿轮联轴器=0.95X 0.98X 0.99X 0.98=0.903（三）所需电动机功率PdP=Pv?总=3.92/0.9=4.34 kw查机械零件设计手册得 Ped = 5.5 kw电动机选用Y100L2-4电动机额定功率P5.5kw电动机满载转速nm1440r/mi n电动机轴伸出端直径38mm电动机伸出端安装长度60mmi 轮=3.7025i齿=43.3传动比分配工作机的转速n=60X lOOOv/ ( D=60X 1000 X 1.4/( nX 275) =97.22r/mi n、=nm /nw =1440/97.22=14.810取i齿=4则i 带=i 总/i 齿=14.810/4=3.7025取咼速小齿轮齿数 乙=20,大齿轮齿数Z2=803.4动力运动参数计算(一)转速n口0 =门满=1440 (r/min )n I = n o / i 带=n 满 /=1440/3.7=389(r/min )nII = nI /i 齿=389/4=97 (r/min )nhi = nii =97 (r/min )(二)功率PP =P 带=5.5 X 0.95=5.23 kwF2=R 带 齿轮=5.23 X 0.98=5.12 kwF2=P 带齿轮联轴器=5.12X 0.99=5.07kw（三）转矩TTi=9550R/ni=9550X 5.23/1440=34.65 N mT2=9550F2/n2=9550X 5.12/398=135.84 N mT3=9550P?/n3=9550X 5.07/97=499.06N m计算及说明结果结果将上述数据列表如下:轴号功率P/kWN/(r.min “)T/(N - m)i15.23144034.6523.702525.12389135.835435.0797499/061第四章带轮设计1. 计算功率巳由表 13-8 得Ka=1.2FC=Ka XP= 1.2 X5.5kw = 6.6KW2. 选择V带型号P=6.6KW n1=1440r/min选择 A型普通 V带3. 求大小带轮基准直径、d2由表13-9应不小于75取d1=125mm(2=n1 d1 (1 - s) =1440/389 X125 X (1 - 0.02) =490mm n2由表 13-9 取d2=500mm4. 验算带速Vnd1 nj 3.14 X 125 X 1440V=9.4m/s60 X 10060 X 100带速在5-25m/s范围内选择合适5. 求V带基准长度Ld和中心距a初步选取中心距0=1.5 (d1+d2 ) =1.5 X (125+500 =937.5mm取a0=900mm符合 0.7 (d1 +d2) a0 1201a890包角合适7. 求V带根数ZZ=Pc(P0+?P 0KdK|)n仁 1440r/min d1 =125 mm 查表 13-3 得 F0 =1.90KW 由 i=竺=900=4.1d1 ( 1- ) 125 X(1-0.02 )查表 13-5 得？F0 = 0.16KW由 a =1560 查表 13-7 得 K a=0.94查表 13-2 得 Kl=1.06Z=Pc36=2.98(P0+?P 0Kd Kl) (1.05+0.16 ) X 0.93 X 1.06取z=3根8. 求作用在带轮轴上的压力Fq查表 13-1 得 q=0.1kg/m单根V带的初拉力：-500P c 2.52F0=ZVC(Ka - 1)+ qv2=500 X 6.6( 2.5 - 1)+0.1 X 9.42 =203 N3 X 9.4 0.94作用在轴上的压力：1560Fq=2ZF0 sin 寺=2X 3 X 203 X sin 号N=1191N第五章齿轮的设计计算5.1齿轮材料和热处理的选择小齿轮选用45号钢，调质处理，齿面硬度250HBS大齿轮选用45号钢，调质处理，齿面硬度200HBS5.2齿轮几何尺寸的设计计算5.2.1按照接触强度初步设计齿轮主要尺寸(1)由机械零件设计手册查得OHIiml =600MPaoHiim2 =550MPaofei =460 MPaofe2 = 410MPaSh = 1Sf = 1.25OF1 =ofei / Sf= 460/1.25=368MPaOF2=OFE2 / Sf= 410/1.25=328MPaoH1 = oHlim1 / Sh = 600/1 =600 MPa0H2 = oHlim2 / Sh = 550/1 =550 MPa(2)按接触强度设计:. 八 3 3352a（u+ 1） V（-）2OHK?T 2Od?u由已知得：T2 = 135.835 N m载荷系数：k=1.2(表11-3)d= 1.2（表（11-6）a（u+ 1） W：）2 鶯=（4+ 1）1.2 X 135.8351.2 X4=143.86取 a=155初选螺旋角：3=15模数:Mn2a cos 32?155 cos15Z1+Z 220+800=2.99取: Mn = 3校核螺旋角：供cos-1 rMn? (z1+z2)-1 3? (20+80 )2?aWWO_ _.厂 L2?155=143533(3)验算弯曲强度：校核公式:0F =2k r2 haYsa2二ofb Mn - z计算及说明结果齿形系数：（查图11-8）得:YFa1=2.93 YFa2=2.25Ysa1=1.57 Ysa2 = 1.77di =mZcos p=60b=d = 1.2 ? 60 = 72取 b2=75mm,b1 =80mm2k T FaY SarcF1 = 2=149Mp cF1 =368MPab Mn z同理，F2c129MPa竺=135.8349 N mL 2 从弯矩图可知，a-a截面最危险,按脉动循环应变力a=0.6Me =2 + (aT) 2 = V248.565 2 + (0.6 X 135.8349) 2 =261.585Nm所以 占二Me=13.04MPa 皿=60MPa故选择符合要求6.3输出轴几何尺寸的设计计算6.3.1按照扭转强度初步设计输出轴的最小直径由机械零件设计手册中的图表查得选40Cr,调质处理，硬度 241286HBS查表14-2,取C=98从动轴 d=C . P2 =98xV5.1205 =36mm 飞 n297考虑轴上有键槽，将直径增大5%.则d1 =36X( 1+5%) =37.8 mm考虑到联轴器结构，取d = 38 mm632输出轴的结构设计(1)输出轴上零件的定位、固定和装配：单机减速器可将此轮安排在箱体中央，根据轴上零件的定位、装拆方 便的需要，同时考虑到强度的原则，输出轴设计为阶梯轴。齿轮相对与 两轴承对称分布，齿轮左边用轴肩定位，右手用套筒轴向定位，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。(2)确定输出轴各段直径和长度爭毛齐毛呑-堆初选轴承7210C角接触轴承轴承型号基本尺寸安装尺寸7210CdDBda/minDa/max5090205783I段：因为选择联轴器HL3J型(表6.8) 所以取1 d= 38mm1l = B1 =60mmII段：它的设计是为区分加工表面，便于轴承装配，取h=2mm所以：d2 = d1 + 2h = 42 mm2 =+? =60 mm川段：d3 = d = 50mm长度为轴承的宽度：13= B2 = 20 mmW段：为轴承轴肩，考虑齿轮内端面和箱体内壁之间的距离为1013mm通过密封盖轴端长应根据封盖的宽度，并考虑联轴器与箱体外壁有一 段距离。所以d = da = 57mm4 = 20.5mmV段：由图 14-10 4= d6 + 2 x7 = 74mml5 = B3=10 mm切段：其直径为齿轮的内径所以 c6 = 60 mm b = B4 - 5 = 75 mm(参考齿轮结构设计)%段：其与轴三对称，所以d7 = d3 = 50mm17 =5 + 6+亠+ B5 = 50.5mm所以 轴的总长度 L= l1 + |2 +l3+ l3+ I 4+ l 5 +l6+ 17=278mm(3)按弯矩复合强度计算：已知 分度圆直径 d = 240 mm 转矩 T3 =499.061 N m所以 圆周力：Ft=2T3/d =4148.8N 轴向力：Fa=Ft x tan 3=1114.3 N 径向力：Fr =Ft tan a/ cos 3= 4158.8 xtan 20 Cos15 =1567.1 N轴的受力分析如下图：Fn卜hMt iffIK 垂直面支座反力Fr Li- Fa 1567.1 X78 - 1114.3 X 120FAy =L =156=73.6 NBBy = Fr + F Ay = 1640.7 N 水平面支撑反力Fza =Fzb = Ft/2=2079.4 N 算垂直面的弯矩图My = FBy XL2 = 1640.7 X 78/1000 =127.97N mMy = FAy X L1 = 73.6 X 78/1000 = 5.74N m 计算水平面的弯矩Mz=FZa X L1 =2079.4 X78/1000=162.19N m 求合成弯矩考虑到最不利因素，所以M = “My2 + Mz2=206.6 N mM =VMy 2 + Mz2=162.3N m 求轴传递的转矩：T =Ft xda=4158.8 X12O/1OOO=499.1 N mt 2 从弯矩图可知，a-a截面最危险,按脉动循环应变力a=0.6Me=“M2+ (aT)2 = “206.6 2 + (0.6 X 499.1)2=363.8 N m所以笔=罟=Me=16.84Mpa ?.轴承使用寿命符合条件。7.1.2输出轴承的校核（型号 7210C）作用在轴承上的径向力：A处FrA =vFaz2 + Fay2=V2079.冷+ 73.62=2080.7NB处 FrB = vFbz2 + Fby2= 1692.E+ 1659.22=2648.7 N作用在轴承上的轴向力A 处Fsa = eFrA = 0.42 X2080.7 = 873.9NB处 Fsb = eFrB = 0.42 X 2648.7 = 1112.45N又已知FA = 1114.3 NA（松段）Fa = Fsa = 1112.45 NFbb = Fa + Fsa = 2226.8NPa = 0.44FrA + 1.3FaA = 0.44 X 2080.7 + 1.3 X 1112.45 = 2361.6NFB = 0.44FrB + 1.3FaB = 0.44 X 2648.7 + 1.3 X 2226.8 = 4060.3N取 f1 = 1 , fp = 1.2= & （表 16-8、16 - 9）由 t C=42.8kN（附表 1）L1 =10660nf1C（fpR?10660 X 971 X42.8 X10001.2 X 4060.3=108489 h轴承的设计寿命为8年，双班工作,即 L= 8 X2 X365 X8 = 46720 hL1 ?.轴承使用寿命符合条件。7.2键的选择计算及校核（一）主动轴外伸端 d=25mm,故选键8X 7 GB/T10962003, b=8mm, L=30mm, h=7mm,选45号钢，其许用挤压力p =100MPaFtp =-p h l= 4000T2 =4000 135.8 =63.8 MPa phld7 30 25则强度足够，合格（二）与齿轮联接处d=60mm,选键 18X 11 GB/T1096 2003,b=18mm, L=60mm, h=11mm,选45号钢，其许用挤压应 力 p =100MPaFth l=41.9 MPa 4OOOT3 =4000 499.06hld 11 60 60则强度足够，合格7.3联轴器的选择由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑拆装方便及经 济问题，选用弹性注销联轴器K=1.3TC =9550 K Pj/n3=9550 X 1.3X5.069/97=628.8 N m选用HL3型弹性注销联轴器，公称尺寸转矩 Tn =630，TcTn采用J型轴孔，TL3型弹性套住联轴器有关参数：型号公称 转矩T/(N m)许用 转速n/r - min 1轴孔 直径 d/mm轴孔 长度L/mm轴孔类型HL363050003860J型第八章 减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构尺寸的计算8.1润滑的选择确定8.1.1润滑方式1. 齿轮V=1.2vv 12 m/s选用浸油润滑2. 轴承采用润滑脂润滑8.1.2润滑油牌号及用量1. 齿轮润滑选用150号机械油，最低最高油面距1020mm需油量为1.5L左右2. 轴承润滑选用2L3型润滑脂，用油量为轴承间隙的1/31/2为宜8.2密封形式1箱座与箱盖凸缘接合面的密封选用在接合面涂密封漆或水玻璃的 方法2.观察孔和油孔等处接合面的密封在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密圭寸3轴承孔的密封闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部轴的外伸端与透盖的间隙，由于V3 (m/s),故选用半粗羊毛毡加以密圭寸4.轴承靠近机体内壁处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内 部8.3减速器附件的选择确定名称功用数量材料规格螺栓安装端盖12Q235M6 X 16GB 5782 1986螺栓安装端盖24Q235M8 X 25GB 5782 1986销定位235A6 X 40GB 117 1986垫圈调整安装365Mn10GB 93 1987螺母安装3A3M10GB 6170 1986油标尺测量油面高度1组合件通气器透气1A38.4箱体主要结构尺寸计算名称符号具体尺寸mm箱座壁厚8箱盖壁厚18箱体凸缘厚度b、bi、b2b=i2 bi=8 b2=20加强肋厚m、mim=6.8 mi=6.8地脚螺钉直径dfi8地脚螺钉数目n4轴承旁联接螺栓直径dii4箱盖、箱座联接螺栓直径d2io轴承盖联接螺钉直径和数目da、nda =8n=4轴承盖（轴承座端面）外径D2i35观察孔盖螺钉直径d46df、di、d2至箱体外壁距离；df、d2至凸缘边缘距离Ci、C220、i8轴承旁凸台高度和半径h、Rii8箱体外壁至轴承座端面距离li48一个人在两星期内完成这次设计不可谓不艰辛，然而，我却从这两星内 学到了许多大三、大四都没来得及好好学的关键内容，而且在实践中运 用，更是令我印象深刻，深切体会到机械这门课程并非以前所想像的那 样纸上谈兵。所有理论、公式都是为实践操作而诞生的。庆幸自己终于认真独立地做了一次全面的机械设计，真的，从中学到了 很多很容易被忽视的问题、知识点，甚至还培养了自己的耐心细心用心 的性格。从一页页复习课本，一次次计算数据，一遍遍修改草图，一遍 遍打印装配图，这些都是我从来未曾独立做过的。确定电动机传动方案， 选择联轴器又费了番功夫，轴和齿轮更使我翻烂了机械设计我想，这对于以后的工作肯定有莫大的帮助。最后，感谢所有帮助过的老师、师兄和同学们。