单级斜齿圆柱齿轮减速器机械设计课程设计.doc

中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 学 院： 专 业： 题 目： 单级斜齿圆柱齿轮减速器 指导教师： 职称: 2015 年 12 月 12 日课程设计任务书 2015/2016 学年第 二 学期学 院： 专 业： 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 单级斜齿圆柱齿轮减速器 起 迄 日 期： 11月12日12 月22日 课程设计地点： 指 导 教 师： 系 主 任： 下达任务书日期: 2015年 11月12日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：(1) 通过课程设计，培养学生综合运用机械设计基础和其他先修课程的理论知识来分析解决机械设计问题的能力。 (2) 学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。 (3) 进行机械设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范等。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 设计一台单级斜齿圆柱齿轮减速器，该减速器用于带式运输机的传动系统中。方案简图（题号14）： 原始数据：传送带卷筒转速 125 100 rpm；减速器输出轴功率 3.5 3.3 KW。技术条件：该传动设备两班制连续工作，单向回转，有轻微振动，卷筒转速允许误差为5%，使用期限10年。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：设计分段进行，在没有原则错误时才能进行下一阶段设计，以保证设计质量。1) 设计计算 选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数，进行传动件的设计计算，校核轴、轴承、键，选择联轴器等。2) 草图绘制、审查和修改 根据上述设计计算，绘制装配图的主、俯视图。3) 绘制装配图 除绘制草图内容外，绘制装配图的侧视图，编写技术要求，对零件编号，填写明细表及标题栏等。4) 绘制零件图 选择所设计减速器中任一轴和齿轮进行绘制。鼓励采用计算机绘图。5) 编写设计说明书 要求内容全面，条理清楚，书写认真，图示正确，符合规定要求。课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1. 乔峰丽,郑江. 机械设计基础.第一版.北京:电子工业出版社,20112. 吴宗泽,罗圣国. 机械设计课程设计手册.第三版.北京:高等教育出版社,2006 5设计成果形式及要求：1) 草图 1张（A1坐标纸）2) 减速器装配图 1张（A0图）3) 零件图 2张（A3图，传动零件轴和齿轮各一张，鼓励用计算机绘图）4) 设计说明书一份6工作计划及进度：2011年 6月12日 6月16日 设计计算 6月17日 6月18日 草图绘制、审查和修改6月19日 6月21日 绘制装配图6月22日 绘制零件图6月22日 编写设计说明书6月23、24日 答辩系主任审查意见： 签字： 年 月 日目 录页 数一课题分析31.1题目31.2任务31.3时间31.4传动方案31.5设计参数41.6其他条件4二传动方案52.1电动机的选择52.2传动比的分配72.3各轴转速，传递功率及转矩72.4联轴器82.5传动方案说明9三各级传动103.1齿轮传动103.2V带传动15四轴与轴毂连接214.1减速器各轴结构设计214.2减速器各强度验算244.3键连接工作能力验算29五轴承325.1减速器各轴所用轴承32目 录页 数5.2高速轴轴承寿命计算32六减速器的润滑与密封356.1减速器中齿轮传动及轴承润滑方式的选择356.2减速器润滑油油面高度的确定以及油量计算366.3减速器的密封37七减速器箱体及其附件的设计387.1箱体设计387.2主要附件设计41八课程设计小结45附参考资料索引1杨可桢等主编.机械设计基础.第四版.北京：高等教育出版社，19992王昆等主编.机械设计机械设计基础课程设计.第一版.北京：高等教育出版社，1995设 计 计 算 及 说 明结 果一课题分析1.1题目：单级斜齿圆柱齿轮减速器1.2任务1.2.1减速器装配图（0号）一张1.2.2低速轴工作图（3号）一张1.2.3大齿轮工作图（3号）一张1.2.4设计计算说明书一份1.3时间：2011年1.4传动方案1电动机 2V带传动 3减速器4联轴器 5传动带鼓轮 6传动带 7底座设 计 计 算 及 说 明结 果1.51.6设计参数：传动带鼓轮转速nw=125r/min，100鼓轮输入功率Pw=3.5KW，3.3使用年限 10年其它条件双班制工作，连续单向运转，有轻微振动，室内工作，有粉尘，小批量生产，底座（为传动装置的独立底座）用型钢焊接。设 计 计 算 及 说 明结 果二2.12.1.12.1.2（1）（2）传动方案电动机的选择电动机类型的选择 按照工作要求和条件，选用Y系列三相异步电动机。选用其中的Y（IP44），Y（IP44）这种小型三相异步电动机为一般用途笼型封闭自扇冷式电动机，具有防止灰尘或其它杂物侵入的特点，B极绝缘，可采用全压或降压起动。其工作条件为：环境温度不超过+40，相对湿度不超过95，海拔高度不超过1000米，电源额定电压380V，频率50Hz，常用于对起动性能，调速性能以及转差率均无特殊要求的机器或设备。其具有结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便的特点，非常适合运输机这类机械。电动机容量的选择工作机需要的输入功率3.3工作机实际所需电机的输出功率由参考书2表1-7取V带传动，球滚动轴承，8级精度齿轮传动，弹性联轴器的效率分别为，(有问题）则传动装置总效率为：则 3.638设 计 计 算 及 说 明结 果（3）2.1.32.1.4电机额定功率（载荷系数K=1.01-1.3，取K=1.03） 3.747由参考书2表12-1确定电动机额定功率为：电动机转速的选择由参考书2式2-6 式中：为电动机转速可选范围，由参考书2表13-2查取V带传动的传动比范围，齿轮传动的传动比范围，（3-5）一般不希望大带轮过大，故宜取。则 6-20已知 100则 600-2000符合这一范围的同步转速有1000r/min.1500r/min,综合考虑电动机的传动装置的尺寸，重量，价格和带传动，减速器的传动比，宜选同步转速为1000r/min。电动机安装型号以及安装尺寸的确定根据以上计算所得结果查参考书2表12-1选定电动机型号为Y132M1-6。该电动机的技术数据如下表所示：型号额定功率（KW）满载转速（r/min）同步转速（r/min）Y132M1-649601000设 计 计 算 及 说 明2.22.2.12.2.2传动比分配总传动比的确定已知电动机的额定转速传送带的鼓轮转速 100则总传动比为 9.6各级传动比的分配 由参考书2表13-2可知V带传动的传动比推荐值为，在此先行估算带传动的传动比，在后面带传动以及齿轮的设计计算中再确定带传动以及齿轮的真实传动比。估算 2.4则齿轮的传动比 4传动比分配表：初估确定初估确定7.682.562.42.562.43434i=7.682.32.3.12.3.22.3.3各轴转速，传递功率及转矩各轴的转速电机轴为1轴，高速轴为2轴，低速轴为3轴 960/2.4=400400/4=100设 计 计 算 及 说 明各轴输入功率按电动机输出功率计算各轴输入功率，即：3.7473.5973.454各轴的转矩37.2785.88339.79各轴转速，转矩，输入功率分布表项目电机轴1高速轴2低速轴3转速（r/min）960375125功率（KW）3.8593.7053.558转矩（Nm）38.3994.35271.83 结果2.42.4.12.2.4联轴器联轴器的选择 由于此轴系传动属于对缓冲要求不高的低速轴系传动，且低速轴与鼓轮轴不在同一基座，无精确的定位基准，因而要求所选联轴器具备一定的轴向和径向的补偿量，现选用弹性柱销连轴器。 设 计 计 算 及 说 明联轴器型号的选择根据3轴的扭矩，尽量选择转动惯量小的联轴器由参考书2表8-7选择KL6尼龙滑块联轴器LX2联轴器 主动端，Z型轴孔，C型键槽；从动端，J型轴孔，B型键槽； 结果2.5（1）（2）（3）传动方案说明 “传动装置平面布置简图”和“传动装置主要设计参数”已在第一部分课题分析中详尽给出，在此就不再叙述，以下主要是针对电动机类型和传动链的结构组成等方面对传动方案的可行性和适用性作简要论述。 本方案选用Y系列三相异步电动机，因为Y系列电动机高效，节能，起动转矩高，噪声低，振动小，运行安全可靠，并且安装尺寸和功率等级符合国际标准，符合本方案的设计要求。 本方案采用V带传动和一级齿轮传动减速，其中V带传动设置在高速级，齿轮传动设置在低速级。 将高速级设置在V带传动是因为：V带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动，将其设置在高速级（第一级减速）有利于发挥这一优势。带传动的承载能力较小，传递相同的转矩对结构尺寸较其它传动形式大，考虑到结构紧凑，应将V带传动设置在转矩相对较 设 计 计 算 及 说 明小的高速级。过载时带与带轮间会出现打滑，打滑虽使传动失效，但可防止损坏电动机等其它部件。 结果三3.13.1.1各级传动设计计算齿轮传动的设计计算选择材料，确定需用应力小齿轮：20CrMnTi，渗碳淬火,齿面硬度为大齿轮：20Cr，渗碳淬火，齿面硬度为由参考书1图19-10确定小齿轮的接触疲劳强度极限与弯曲疲劳强度以及大齿轮的接触疲劳强度与弯曲疲劳强度。取 取 由参考书1图19-11确定最小安全系数，的值：则小齿轮的许用接触应力和许用弯曲应力分别为： 设 计 及 计 算 过 程结 果3.1.2大齿轮的许用接触应力和许用弯曲应力分别为：小齿轮齿数 17大齿轮齿数 76取 76按弯曲强度设计设齿轮按8级精度制造。由参考书1表19-2确定载荷系数由参考书1表19-5确定齿宽系数小齿轮上的转矩85.88初选螺旋角当量系数 18.86 75.45由参考书1图19-9确定小齿轮和大齿轮的齿形系数，。2.892.280.017950.01404故应对小齿轮进行弯曲强度计算。设 计 及 计 算 过 程结 果由参考书1表19-3确定材料弹性系数节点区域系数按照标准齿轮取螺旋角系数 则 法向模数 由参考书1表4-6确定法向模数取值为：中心距 取 确定螺旋角齿宽： 取 即实际螺旋角 实际分度圆直径： 设 计 及 计 算 过 程结 果3.1.33.1.43.1.5校核齿轮弯曲强度小齿轮弯曲应力： 小齿轮安全。大齿轮弯曲应力： 大齿轮安全。齿轮圆周速度V的确定齿轮的几何尺寸端面模数 螺旋角 分度圆直径 齿顶高 齿根高 全齿高 设 计 及 计 算 过 程结 果顶隙 齿顶圆直径 齿根圆直径 中心距 法面压力角 3.1.6大齿轮结构设计已知217由参考书2表10-2可得： 当时，齿轮结构采用腹板式，故大齿轮采用腹板式结构。已知 则 36-45取 其中故取 设 计 及 计 算 过 程 结果 由参考书2表11-5查得：3.2V带传动3.2.1V带传动主要传动参数的确定（1）计算功率查参考书1表17-7得工作状况系数：由参考书1可知：则 （2）选择V带型号选用普通V带，根据，由参考书1图17-11查得坐标点位于A型区域，故选用A型带。（3）求大、小带轮基准直径，。根据参考书1表17-7，A型带应不小于75，现取。又取则：由参考书1表17-7“普通V带轮的基准直径系列”中选取设 计 及 计 算 过 程结 果（4）验算带速带速在5-25m/s范围内，合适。（5）求V带基准长度和中心距。初步选取中心距取则带长为： 由参考书1表17-2，选取使得误差最小。则实际中心距（6）验算小轮包角合适。设 计 及 计 算 过 程结 果（7）V带根数的确定已知 A型V带，则由参考书1表17-4查得：单根普通V带的基本额定功率：V带的实际传动比为：由参考书1表17-5查得：单根普通V带额定功率的增量由包角查参考书1表17-6并用插入法计算可得：包角修正系数 再由参考书1表17-2查得：带长修正系数 由此可通过参考书1式13-15计算V带根数：取（8）作用在带轮轴上的压力查参考书1表17-1得V带每米质量，既而根据参考书1式17-13 计算单根V带的初拉力： 设 计 及 计 算 过 程 结果作用在轴上的压力：3.2.2V带轮槽型尺寸的确定已知槽型为A型，则由参考书1表17-3查得：值与值相对应，由于大小带轮的不同，因此将在后面章节中分别给出。（2）小带轮的机构尺寸的确定已知 由参考书1图17-10得：取 设 计 及 计 算 过 程 结果因为且 所以小带轮采用腹板式考虑到小带轮与电机的装配问题，应比电机轴略长一些，故取由参考书2表11-5查得：（3）大带轮的结构尺寸的确定已知由书1表17-10得： 取又因为 且 故大带轮采用孔板式 设 计 及 计 算 过 程 结果 取 由书2表11-5查得：设 计 及 计 算 过 程结 果四轴与轴毂连接4.1减速器各轴结构设计4.1.1低速轴的机构设计（1）低速轴的材料：45钢 正火由参考书1表24-3查得：由参考书1表24-3查得：（2）设计低速轴的最小直径由参考书1式24-1 其中C是由轴的材料和承载情况确定的常数，查参考书1 表24-2可知：则 考虑到键槽对轴强度的削弱，则：即 同时又要兼顾 设 计 及 计 算 过 程结 果则取 取 式中为轴的定位轴肩高度值。由滚动轴承的内径决定，初选滚动轴承是型号为3021030208的圆锥滚子轴承.由参考书2表15-3可查得：该轴承内径 40则 47 50（3）低速轴各段轴长的确定由参考书2表9-1计算得： 大带轮的轮毂长度 为便于装配，应略小于，则取 便于拆装 55 由结构决定 25 由结构决定 40 由结构决定8 15设 计 及 计 算 过 程结 果4.1.2高速轴的结构确定（1）高速轴的材料：45钢 正火由参考书1表24-3查得：由参考书1表24-3查得：（2）设计高速轴的最小直径由参考书1式24-1 其中C是由轴的材料和承载情况确定的常数，查参考书1表24-2可知： 则 考虑到键槽对轴的削弱 考虑到本方案中设计的是轻型减速器，C值一般不会达到118，因此取 由滚动轴承内径决定，初选滚动轴承为型号为3020930206的圆锥滚子轴承.由参考书2表15-3查得： 设 计 及 计 算 过 程 结果该型号轴承内径 30则 取 （3）高速轴各段轴长的确定 由联轴器决定 4.2减速轴各轴强度验算4.2.1低速轴的强度校核由参考书1式11-11得：求水平面的支撑反力 设 计 及 计 算 过 程 结果求垂直面的支撑反力在支点产生的反力绘制垂直面的弯矩图（图b） 绘制平面的弯矩图（图c）产生的弯矩图（图d）截面产生的弯矩求合成弯矩图，考虑到最不利的情况，把与直接相加（图e） 设 计 及 计 算 过 程 结果 球轴传递的转矩（图f）求危险截面的当量弯矩 因为合成弯矩虽在截面处最大，但此处为小齿轮，不可作为最危险的截面，故现在先校核截面的强度。由合成弯矩图可知：即 则 其中，由于认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，去折合系数，则： 又因为如前所述低速轴的， 许用弯曲应力则 计算可得： 设 计 及 计 算 过 程 结果而设计所用的超过所需的最小值33.49mm，因此该段轴的强度合格。又有弯矩图可知，低速轴的其他各个轴段截面（不包括小齿轮段）所受的合成弯矩均小于截面处所受的合成弯矩，即他们所受的当量弯矩也自然小于截面处所受的当量弯矩，根据公式，可知其他截面直径所需的最小值均应小于33.49mm，现在整个低速轴的最小截面直径为32mm，则由上式计算可得，轴径最小值远远小于32mm，该段轴强度合格。而其他各截面则不用验算可知整个低速轴均满足强度要求。设 计 及 计 算 过 程结 果高速轴的力学模型，弯矩图，扭矩图。有待商榷设 计 及 计 算 过 程结 果4.3键联接的工作能力计算4.3.1高速轴与大带轮联接键（1）键的选择轴的直径为32mm，由参考书2表16-9查得： 应选用 键（2）键的强度校核 已知85.88 ， 键的工作长度 则由参考书1式16-56得： 26.83 由参考书1表16-10查得： 键为45号钢，带轮轮毂材料为铸铁，载荷性质为轻微冲击，键联接的许用挤压应力 显然 此键满足强度要求。设 计 及 计 算 过 程结 果4.3.2低速轴与联轴器联接键（1）键的选材 轴的直径为48mm，由参考书2，表16-9查得： 应选用 键（2）键的强度校核已知339.79 ， 键的工作长度则由参考书1式16-56计算得：由参考书1表16-10查得： 键为45号钢，带轮轮毂材料为钢，载荷性质为轻微冲击，键联接的许用挤压应力 显然此键满足强度要求。设 计 及 计 算 过 程结 果4.3.3低速轴与大齿轮联接键（1）键的选择轴的直径为43，由参考书2，表16-9查得： 应选用 键（2）键的强度校核 339.79 ，键的工作长度则由参考书1式16-56计算得： 55.10由参考书1表16-10查得： 键为45号钢，带轮轮毂材料为钢，载荷性质为轻微冲击，键联接的许用挤压应力 显然 此键满足强度要求。设 计 及 计 算 过 程结 果五轴承5.1减速器各轴所用轴承由于高速轴和低速轴所用的轴承主要承受径向载荷，同时也要承受一定的轴向载荷，且安装时允许有少许的角偏差，故两轴均选用圆锥滚子轴承。 由书2表15-3查得：所在轴轴承型号外形尺寸（mm）安装尺寸（mm）dDBD1minD2maxramax高速轴3020945851952781.5低速轴3021050902057831.55.2低速轴轴承寿命验算5.2.1预期寿命已知低速轴的支撑反力 707.9则低速轴轴承的径向力设 计 及 计 算 过 程结 果低速轴轴承的轴向力5.2.2求当量动载荷由书2表6-1可知： 30209号轴承的额定静载荷又有：则由书1表22-11可得：由书2表22-2可得：设 计 及 计 算 过 程结 果由书1表22-9查得：温度系数由书1表22-10查得：载荷系数由书1式22-4得：一年按300天计，双班制每天16小时，则： 年而设计要求为10年，故两个轴承寿命校验都合格。设 计 及 计 算 过 程结 果六.减速器的润滑与密封6.1减速器中齿轮传动及轴承润滑方式的选择6.1.1齿轮传动润滑方式的选择已知齿轮的圆周速度 1.11由书1p321页可知当时多采用油池润滑，即本方案减速器的齿轮传动采用油池润滑。 已知齿轮材料为45号钢，圆周速度，则由书2表7-1查得： 润滑油的运动粘度 再由书2表7-1查得： 应选用L-ccc220号中工业闭式齿轮油（GB5903-1995）6.1.2轴承润滑方式的选择 已知低速轴所用滚动轴承内径,轴承套圈的转速，100则5000由书1P372可知：当时，滚动轴承一般采用润滑脂润滑。同理已知高速轴所用滚动轴承内径，轴承套圈的转速，400则：14000高速轴也采用润滑脂润滑。综上所述，本减速器中的轴承均采用润滑脂润滑。设 计 及 计 算 过 程结 果本减速器为铸工车间自动运砂带式运输机的传动装置之一，其工作环境比较潮湿，则由书2表7-2查得：应选用2号钙基润滑脂（GB491-87）。6.2减速器润滑油油面高度的确定及油量计算单级圆柱齿轮减速器，当m20时，浸油深度h约为一个齿高，但不小于10mm。则根据前面大齿轮的尺寸可得最低油面高度，最高油面为大齿轮分度圆半径的左右，则最高油面。70对于单级圆柱齿轮传动，要求每传递1KW功率需用润滑油，而设计要求的传递功率为3.3KW，即总体要求所需润滑油为1155-2310,而本减速器油池长,宽则根据上面计算所得的最低油面与最高油面高度可计算其所需的最低油量与最高油量，即：1155 2310 显然，目前的最高油量与最低油量完全满足设计要求。设 计 及 计 算 过 程结 果6.3减速器的密封 为防止润滑脂流失，设有封油盘，其结构形式如下：设 计 及 计 算 过 程结 果七减速器箱体及其附件的设计7.1箱体设计箱体结构设计：剖分式箱体材料：铸铁箱体主要结构尺寸（根据书2表3-1）箱座壁厚 4.3 但必须满足 所以取箱盖壁厚 3.64 但又必须满足 所以取箱体凸缘厚度 箱座 箱盖 箱底座加强肋厚 地脚螺钉直径 16.752 取地脚螺钉数目 当时，轴承旁联接螺栓直径 取设 计 及 计 算 过 程结 果箱盖，箱座联接螺栓直径 取轴承盖螺钉直径和数目 由书2表9-9查得： 轴承盖外径 由书2表9-9查得：高速轴轴承盖外径 低速轴轴承盖外径 观察孔盖螺钉直径 至箱外壁距离 至凸缘边缘的距离至箱外壁距离 至箱外壁距离 至凸缘边缘的距离轴承旁凸台高度和半径 （为至凸缘边缘的距离）设 计 及 计 算 过 程结 果箱体外壁至轴承座端面的距离 定位销公称直径 大齿轮齿顶圆至箱体内壁的距离 取轴承盖凸缘厚度 取 设 计 及 计 算 过 程结 果7.2主要附件设计（1）轴承端盖: 低速轴轴承端盖所选轴承型号为30210，内径d=50mm，外径D=90mm轴承盖螺钉直径，数目 取 取 取高速轴轴承端盖所选轴承型号为30209，内径d=45mm，外径D=85mm轴承盖螺钉直径，数目设 计 及 计 算 过 程结 果 取 取 取（2）窥视孔和视孔盖为便于观察齿轮啮合情况及注入润滑油，在箱体顶部设有窥视孔，为防止润滑油溅出及起到密封作用，在窥视孔上加视孔盖。 参阅书2表9-18窥视孔孔长 A=120mm选用螺钉M8 （其中126为箱体