一级斜齿圆柱齿轮减速器设计

目 录机械设计课程设计计算说明书前言一、课程设计任务书说明书计算过程及计算说明一、传动方案拟定二、电动机选择三、计算总传动比及分配各级的传动比四、运动参数及动力参数计算五、V带传动的设计计算六、轴的设计计算七、齿轮传动的设计计算八、滚动轴承的选择及校核计算九、键联接的选择十、箱体设计十一、润滑与密封十二、设计小结十三、参考文献课程设计任务书说明书设计一个用于带式运输一级直齿圆柱齿轮减速器。输送机连续工作，单向运转，载荷平稳，输送带拉力为1.5KN，输送带速度为1.3m/s，卷筒直径为300mm。输送机的使用期限为10年，2班制工作。计算过程及计算说明一、传动方案拟定（1） 工作条件：运输机两班制连续工作，单向运转空载启动。工作载荷基本平稳，大修期限5年（每年按300个工作日计算），运输机卷筒轴转速容许误差为5%，卷筒效率为w=0.96。（2）原始数据：卷筒组力矩 M= 600N.m ；滚筒转速nw =85r.min 。二、电动机选择1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择： （1）工作机所需要的功率Pw 卷筒组力矩 M= 600N.m ；滚筒转速nw =85r.min,工作效率w=0.96。工作机所需功率为 Pw= M nw /9550w = 60085/（9550 0.96）=5.56kW （2）电动机所需功率PdPd= Pw/查表3-1查得V带传动、滚动轴承、齿轮传动、联轴器的传动效率，v=0.96、z=0.99、 c=0.97、l=0.99，则传动装置总效率为=vzc=v=0.960.99 0.970.99 =0.90Pd= Pw/=1.6kW/0.91=6.18kW按表9-1确定电动机额定功率为Pd=7.5kW3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：nw=85r/min按手册推荐的传动比合理范围，取一级斜齿圆柱齿轮传动比范围i1=35。取V带传动比i2=24，则总传动比理时范围为i=620。故电动机转速的可选范围为nd=inw=（620）85=5101700r/min符合这一范围的电动机型号有720r/min、970 r/min的电机。4、确定电动机型号综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比等因素，选择电动机型号Y160M-6。其主要性能：型号额定功率/KW满载转矩/(r/min)额定转矩最大转矩Y160M-67.59702.02.0 三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比是指电动机的满载转矩nd与工作机得转矩nw之比：i=nd/nw=970/8511.412、分配各级传动比（1） 根据指导书P11表3-2，取齿轮i2=4（V带传动比i2=24合理）（2） i=i1i2i1=i/i2=11.41/4=2.85四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）轴：n=nd/ i1 =970/2.8525=340r/min轴：nII=nI/ i2 =340/4=85r/min2、 计算各轴的功率（KW）轴：PI=Pdv =7.50.96=7.2KW轴：PII= PIzc =7.20.990.97=6.91KW卷筒轴：P卷= PIIzl =6.910.990.99=6.77KW3、 计算各轴扭矩（Nmm）电动机输出转矩：Td=9550Pd/ nd=95507.5/970=73.8Nm轴：TI=9550PI/ nI=95507.2/340=202 Nm轴：T=9550PII/ nII =95506.91/85=771Nm卷筒轴：T卷=9550P卷/nw =95506.77/85=756.6Nm五、V带传动的设计计算1.确定计算功率PCa由课本表8-7得：kA=1.2Pca=KAPd=1.27.5=9KW2.选择V带型号根据Pca、nd由课本图7.11得：选用C型：d =200mm 3. 确定大带轮的基准直径，并验算带速v1）验算带速v按课本式7.20验算带的速度v=dd1n/（601000）=200970/（601000）=10.12m/s一般在5-25m/s范围内，带速合适。2）根据课本P104，计算大带轮的基准直径dd2= dd1=570，查表取dd2= 560，则实际,4.确定带长和中心矩:1）根据课本式7.210.7（）1200（适用）6.确定带的根数z1）计算单根V带的额定功率pr。由dd1=200mm和nw =970r/min根据课本表7.6(a)得P0=4.66KW根据nw =970r/min，i1=2.8525和C型带，查课本表7.6(b)得P0=0.83KW根据课本表7.9得Ka=0.95根据课本表得KL=0.98 ，于是Pr=（P0+P0）KaKL=（4.66+0.83）0.950.98= 5.11kw2)计算V带的根数Z。z=PCa/Pr=9/5.11=1.76 圆整为2根7.计算单根V带的初压力的最小值F0min由课本表7.4得c的单位长度质量q=0.30kg/m，所以：F0min =500（2.5- Ka）PCa /Kazv +qV2=393N应使带的实际初拉力F0F0min。8.计算压轴力Fq压轴力的最小值为Fqmin=2zF0min sin（1/2）=1550N综上可知带传动的设计参数如下：选用C型V带传动比i带=2.8带数Z=2V带额定功率Pr=5.11KW带速：v=10.12基准直径：dd1=200mm，dd2=560六、齿轮传动的设计计算1、选定齿轮材料及精度等级及齿数(1)材料选择。由表课本表8.7选择小齿轮材料为45 调质处理，硬度为260HBS，大齿轮材料为45钢 正火处理 硬度为215HBS(2)机器为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB 10095-88）。(3)按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式8.24 d1 (5902KT1(u1) /duH2)1/31）由表8.8选择载荷系数K=1.22）计算小齿轮传递的转矩T1=9.55106PI/nI=9.551067.2/340=2.02105Nmm3) 计算接触疲劳许用应力HH= Hmin Zn/sHmin由课本表8.29查得Hlim1=610Mpa, Hlim2 =500Mpa 接触疲劳Zn 由公式 N=60njtH得 N1=60340530016=4.9108 N2=N1/i齿=3.67108/4.075=1.2108由图8.30得 Zn1=1.06, Zn2=1.13取sHmin =1 H1 =646.6 Mpa H2= 565 Mpa试算小齿轮分度圆直径表8.10选择=1.1d1 (5902KT1(u1) /uH2)1/3 =69.58 mm 取70mm(4)确定主要参数1) 选小齿轮齿数 z1=30，大齿轮齿数z2=304.075=123。2) 初选螺旋角=15。3) 计算模数m0：m0= d1cos/ z1=69.58cos15/202.23 mm查表取m0=2.25mm4)计算中心距a d2 = d1i=283.54mm a=176.6mm 5)计算螺旋角 cos= m0 (z1 + z2)/2a=0.95625176)分度圆直径d1= z1 (m0)/ cos =70.59mm d2= z2 (m0)/ cos =289.41mm齿宽b b=d1=1.170.59mm76.53mm 取b2 =80mm 则 b1 =85mm7) 计算圆周速度v。v=d1 nI/（601000）=1.26m/s 因为m/s，故取级精度合适。3.校核弯曲疲劳强度（1）1)复合齿形因素 2)弯曲疲劳许用应力由图8.33得弯曲疲劳应力极限 由图8.34弯曲疲劳寿命系数 弯曲疲劳最小安全系数 3)校核计算综上可知，齿轮的设计参数如下：小齿轮分度圆直径：d1=70.59mm大齿轮分度圆：d2=289.41mm中心距a=180mm小齿轮齿宽：B1=85mm大齿轮齿宽：B2=80模数m=2.25七、轴的设计计算由机械设计P206表11-1选取轴的材料为45钢调质处理，硬度217255HBs，抗拉强度极限，屈服极限，弯曲疲劳极限，许用弯曲应力=60MPa，查机械设计P212表11-2,取:轴:轴:1、 低速轴的设计计算取低速轴最大转矩轴进行计算,校核.考虑有键槽,将直径增大,则:轴的结构设计.联轴器的计算转矩:由表查得:,按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查设计手册,选择轴与轴联轴器为弹性柱销联轴器型号为：型联轴器半联轴器的孔径:.半联轴器长度,半联轴器与轴配合的毂孔长度为:.(1)轴上零件的定位,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.齿轮左面由套筒定位,右面由轴肩定位,联接以平键作为过渡配合固定,两轴承均以轴肩定位(2)确定轴各段直径和长度1）段:为了满足半联轴器的轴向定位要求,轴段右端需制出一轴肩,故取段的直径,半联轴器与轴配合的毂孔长度:,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故此段的长度应略短,取:.2）初步选择滚动轴承,因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 ,故选用圆锥滚子轴承,参照工作要求并根据:.由设计手册选取型轴承,尺寸:，轴肩故.3）取安装齿轮处轴段的直径：，齿轮右端与右轴承之间采用套筒定位,已知齿轮轮毂的宽度为,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短与轮毂宽度,故取：,齿轮右端采用轴肩定位,轴肩高度,取,则轴环处的直径：，轴环宽度：,取，即轴肩处轴径小于轴承内圈外径,便于拆卸轴承.4）取.5）取齿轮距箱体内壁距离为:.,.至此,已初步确定了轴的各段直径和长度.(3)轴上零件的周向定位齿轮,半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接按查手册得:平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为:.为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,查设计手册选择齿轮轮毂与轴的配合为：半联轴器与轴的联接,选用平键为:,半联轴器与轴的配合为:.滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为:.(4)确定轴上圆角和倒角尺寸,取轴端倒角为:,过度圆角半径全部去r=1mm (5)按弯扭合成应力校核轴的强度在确定轴承的支点位置时,查手册表6-7,轴承型,取因此,作为简支梁的轴的支撑跨距,据轴的计算简图作出轴的弯矩图,扭矩图和计算弯矩图,可看出截面处计算弯矩最大 ,是轴的危险截面. 1）作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为:，得：.2）求作用于轴上的支反力水平面内支反力: FAH2=FBH2=F t/2=2664.04N垂直面内支反力: FBV2= F r2 =4235.50NFAV2= F r2 - FBZ2 = -2207.63N3）作出弯矩图分别计算水平面和垂直面内各力产生的弯矩.Nm=317.66Nm Nm计算总弯矩:4）作出扭矩图5）作出计算弯矩图: 查机械设计得=0.6 计算危险截面处轴的直径：= 6.58 mm 安全2、 高速轴的设计计算（1） 确定输入轴的各段直径和长度考虑有键槽,将直径增大,则:故取，取处为定位轴肩，取38mm，取初步选择滚动轴承,:.由设计手册选取型轴承,尺寸:，轴肩处为非定位轴肩，取，处为定位轴肩， 若在处不做成齿轮轴则需用键槽，轴的直径需扩大5%，48*（1+5%）=50.4mm小齿轮的齿根圆直径，与小齿轮的直径很接近，故做成齿轮轴。48mm，=76mm，(2)轴上零件的周向定位带轮,采用平键联接按查手册得:平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为:.为了保证带轮与轴配合有良好的对中性,查设计手册选择带轮轮毂与轴的配合为;滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为:.(3)确定轴上圆角和倒角尺寸,取轴端倒角为:,过度圆角半径全部去r=1mm (4)按弯扭合成应力校核轴的强度在确定轴承的支点位置时,查手册初选轴承型,取因此,作为简支梁的轴的支撑跨距 1）作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为:，得：.2）求作用于轴上的支反力水平面内支反力: FAH1=FBH1=F t1/2=2861.60N垂直面内支反力: FBV1= F r1 =1571.60NFAV1= F r1 - FBZ = -606.65N3）作出弯矩图分别计算水平面和垂直面内各力产生的弯矩.Nm=100.58Nm Nm计算总弯矩:作出扭矩图作出计算弯矩图: 查机械设计得=0.6 6）计算危险截面处轴的直径：= 3.43mm 安全八、轴承的选择及校核计算1.轴承的选择：轴承1：单列圆锥滚子轴承30211（GB/T 297-1994）轴承2：单列圆锥滚子轴承30208（GB/T 297-1994）2.校核轴承：（1）圆锥滚子轴承30211，查设计手册p75：由课本表12-7，取由设计手册查得：30212圆锥滚子轴承值为：1.5.由课本公式得，轴承的派生轴向力：,.因，故1为松边，作用在轴承上的总的轴向力为：.查手册，得:30212型 ,.由机械设计表12-8，查得：,得:.计算当量动载荷：,.计算轴承寿命，由课本式12.9，得：取:（滚子轴承）则：2圆锥滚子轴承30208，查设计手册p75：由课本表12-7，取由设计手册查得：30212圆锥滚子轴承值为：1.5.由课本公式得，轴承的派生轴向力：,.因，故1为松边，作用在轴承上的总的轴向力为：.查手册，得:30208型 ,.由机械设计表12-8，查得：,得:.计算当量动载荷：,.计算轴承寿命，由课本式12.9，得：取:（滚子轴承）则：九、键联接的选择1.输入轴：键， ，C型.2.大齿轮：键， ，型.3.输出轴：键， ，C型.查机械设计表6.10， ,式6.13得强度条件:校核键1：;键2：;键3：.所有键均符合要求.十、箱体设计名称符号尺寸（mm）箱体壁厚6箱盖壁厚15箱体凸缘厚度b9箱盖凸缘厚度b18机座底凸缘厚度b215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d210轴承端盖螺钉直径d38df，d1, d2至外机壁距离C126, 22, 16df， d2至凸缘边缘距离C224, 14箱座高度H60外机壁至轴承座端面距离l1114大齿轮顶圆与内机壁距离18齿轮端面与内机壁距离218箱盖、箱座肋厚m1 ,m5， 4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=D2十一、润滑与密封1.齿轮的润滑采用浸油润滑，由于为单级圆柱齿轮减速器，速度12m/s，当m20 时，浸油深度h约为1个齿高，但不小于10mm。2.润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用GB443-89全损耗系统用油L-AN15润滑油。3.密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实 现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定，轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。十二、设计小结这次关于带式运输机上的单级圆柱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。通过两个星期的设计实践，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，它融机械制图、机械设计基础、工程力学、机械制造、CAD 制图等于一体，使我们能把所学的各科的知识融会贯通，更加熟悉机械类知识的实际应用。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。十二、参考文献1 濮良贵，纪名刚机械设计8版北京：高等教育出版社，20072 吴宗择，罗圣国机械设计课程设计指导书3版北京：高等教育出版社，20073 孙桓等，机械原理7版，北京，高等教育出版社，20074 谭建荣，张树有等，图学基础教程，北京，高等教育出版社，20055 谭建荣，陆国栋图学应用教程，北京，高等教育出版社，2005计算结果 Pw=5.56kW=0.90Pd=6.18kWPd=7.5KWnw =85r/min电动机型号Y160M-6i=11.41i 1=2.85i 2=4nI=340r/minnII=85r/minPI=7.2KWPII=6.91KWP卷=6.77KWTd=73.8NmTI=202NmTII=771m T卷=756.6NmPca=9KW带速V=10.12 m/sdd1=200mmdd2=560mm=1000mmLd=3550mm=1153mm1=1610Z=2F0min =393NFpmin =1550NT1=2.02105NmmN1=4.9108N2=1.2108H1=646.6Mpa H2=565Mpaz1=30 z2=123m0=2.25mm17d1=70.59mm d2=289.41mmb1=85mmb2=80mm v=1.26m/s型联轴器低速轴：FAH2=2664.04NFBH2=2664.04NFBV2=4235.50NFAV2=-2207.63NNmNm Nm高速轴：38mm=76mmFAH1= 2861.60NFBH1=2861.60NFBV1=1571.60NFAV1=-606.65NNm Nm键1:键2：键3：机械零件课程设计计算说明书设计题目：圆柱斜齿轮减速器班 级：09机电一体化设计者：XXX指导教师：XXX2011年6月27日