机械设计基础课程设计-一级圆柱齿轮减速器设计

PAGE机械设计基础课程设计计算说明书题目:一级圆柱齿轮减速器设计

目录一、设计任务书………………1.1机械课程设计的目的…………………1.2设计题目………………1.3设计要求………………1.4原始数据………………1.5设计内容………………二、传动装置的总体设计……………………2.1传动方案………………2.2电动机选择类型、功率与转速………2.3确定传动装置总传动比及其分配 …………………2.4计算传动装置各级传动功率、转速与转矩 ………三、传动零件的设计计算……………………3.1V带传动设计……………3.1.1计算功率……………3.1.2带型选择……………3.1.3带轮设计……………3.1.4验算带速……………3.1.5确定V带的传动中心距和基准长度………………3.1.6包角及其验算………………………3.1.7带根数………………3.1.8预紧力计算…………3.1.9压轴力计算…………3.1.10带轮的结构…………3.2齿轮传动设计……………3.2.1选择齿轮类型、材料、精度及参数………………3.2.2按齿面接触疲劳强度或齿根弯曲疲劳强度设计…………………3.2.3按齿根弯曲疲劳强度或齿面接触疲劳强度校核…………………3.2.4齿轮传动的几何尺寸计算…………四、铸造减速器箱体的主要结构尺寸………五、轴的设计…………………5.1高速轴设计………………5.1.1选择轴的材料………………………5.1.2初步估算轴的最小直径……………5.1.3轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸……………5.2低速轴设计………………5.2.1选择轴的材料………………………5.2.2初步估算轴的最小直径……………5.2.3轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸……………5.3校核轴的强度……………5.3.1按弯扭合成校核高速轴的强度……………………5.3.2按弯扭合成校核低速轴的强度……………………六、滚动轴承的选择和计算…………………6.1高速轴上的滚动轴承设计………………6.1.1轴上径向、轴向载荷分析…………6.1.2轴承选型与校核……………………6.2低速轴上的滚动轴承设计………………6.2.1轴上径向、轴向载荷分析…………6.2.2轴承选型与校核……………………七、联轴器的选择和计算………………………7.1联轴器的计算转矩………………………7.2许用转速…………………7.3配合轴径…………………7.4配合长度…………………八、键连接的选择和强度校核………………8.1高速轴V带轮用键连接…………………8.1.1选用键类型…………8.1.2键的强度校核………………………8.2低速轴与齿轮用键连接…………………8.2.1选用键类型…………8.2.2键的强度校核………………………8.3低速轴与联轴器用键连接………………8.3.1选用键类型…………8.3.2键的强度校核………………………九、减速器的润滑……………9.1齿轮传动的圆周速度……………………9.2齿轮的润滑方式与润滑油选择…………9.3轴承的润滑方式与润滑剂选择…………十、绘制装配图及零件工作图 ……………十一、设计小结………………十二、参考文献………………设计任务书机械课程设计的目的课程设计是机械设计基础课程中的最后一个教学环节，也是第一次对学生进行较全面的机械设计训练。其目的是：通过课程设计，综合运用机械设计基础课程和其他先修课程的理论和实际知识，来解决工程实际中的具体设计问题。通过设计实践，掌握机械设计的一般规律，培养分析和解决实际问题的能力。培养机械设计的能力，通过传动方案的拟定，设计计算，结构设计，查阅有关标准和规范及编写设计计算说明书等各个环节，要求学生掌握一般机械传动装置的设计内容、步骤和方法，并在设计构思设计技能等方面得到相应的锻炼。设计题目设计运送原料的带式运输机用的一级圆柱齿轮减速器。设计要求根据给定的工况参数，选择适当的电动机、选取联轴器、设计V带传动、设计一级齿轮减速器（所有的轴、齿轮、轴承、减速箱体、箱盖以及其他附件）和与输送带连接的联轴器。滚筒及输送带效率（含滚动轴承）h=0.96。工作时，载荷有轻微冲击，产品生产批量为成批生产，允许总传动比误差<±4%，要求齿轮使用寿命为10年，二班工作制，轴承使用寿命不小于15000小时。原始数据表1原始数据输送带拉力F(N)输送带速度v(m/s)输送带滚筒直径D(m)13642.400.24设计内容绘制传动装置中一级圆柱齿轮减速器装配图一张（A1）。绘制低速轴、大齿轮零件图二张（建议A3）。编写设计计算说明书一份。传动装置设计2.1传动方案根据本课程设计要求，采用一般的单级圆柱齿轮(斜齿)传动方案，其传动简图如下：图1传动装置简图2.2电动机选择类型、功率与转速1．选择电动机类型：选用Y系列三相异步电动机。2．选择电动机功率运输机主轴上所需要的功率传动装置的总效率：其中，查《机械设计基础》表1.2，，V带传动的效率，，深沟球轴承的效率，，闭式圆柱齿轮的效率（精度等级8），，弹性联轴器的效率，，工作机效率，所以：电动机所需功率：查《机械设计基础》附表K.1，取电动机的额定功率为5.5kW3．选择电动机的转速工作机的转速：V带传动比范围＝2～4，单级圆柱齿轮（闭式，斜齿）传动比＝3～6，电动机转速范围：选择电动机同步转速为1500r/min。查附表K.1，取Y系列三相异步电动机的型号为Y132M-4。表2电动机主要参数型号额定功率同步转速满载转速堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y132S-45.5Kw1500r/min1440r/min2.22.2查附表K.2，得电动机得安装及有关尺寸。表3电动机安装及有关尺寸主要参数中心高外形尺寸L（AC/2+AD）HD底脚安装尺寸AB地脚螺栓直径K轴伸尺寸DE键公称尺寸Fh132475×345×315216×1401238×8010×82.3确定传动装置总传动比及其分配传动装置得总传动比：取单级圆柱齿轮减速器传动比：；V带传动比：2.4计算传动装置各级传动功率、转速与转矩2.4.1．计算各轴的输入功率电动机轴轴Ⅰ（高速轴）轴Ⅱ（低速轴）24.2．计算各轴的转速电动机轴=轴Ⅰ轴Ⅱ2.4.3．计算各轴的转矩电动机轴轴Ⅰ轴Ⅱ2.3.4．上述数据制表如下：表4各级传动功率、转速与转矩参数输入功率（kW）转速n（rpm）输入转矩T（Nm）传动比i效率电动机轴3.88144025.732.230.95轴I3.69645.1254.623.380.96轴II3.54191.017.71传动零件的设计计算V带传动设计计算功率Pc，根据《机械设计基础》149页表8.3，此处为带式运输机，载荷变动小，Y系列三相异步电动机为Ｉ类原动机，每天两班制工作16小时，选择工作情况系数＝1.2带型选择根据《机械设计基础》149页图8-11，此处功率=4.66kW与小带轮的转=1440r/min，选择A型V带。带轮设计dd1、dd2根据《机械设计基础》151页表8.5，且带轮直径尽量取最大值，所以取小带轮直径=112mm，大带轮的直径验算带速v在5m/s～25m/s之间。故带的速度合适。确定V带的传动中心距a和基准长度Ld初选传动中心距范围为：0.7≤≤2，即264.1726，初定=470mm初定V带的基准长度：根据《机械设计基础》144页表8.2，选取带的基准直径长度。实际中心距：包角及其验算1故主动轮上的包角合适。带根数z由，=112mm，根据《机械设计基础》151页表8.5、152表8.6，根据《机械设计基础》152页表8.7，根据《机械设计基础》144页表8.2，所以取z=4根。预紧力计算F0根据《机械设计基础》143页表8.1，q=0.11压轴力计算FQ带轮的结构表5带轮结构尺寸（mm）小带轮外径da1大带轮外径da2基准宽度bd基准线槽深hamin基准线下槽深hamax槽间距e槽边距fmin最小轮缘厚min带轮宽B槽型112250112.7514.3150.396118，256AV带轮采用HT200制造，允许最大圆周速度为25m/s。直径较小的小带轮采用实心式（图a）；中等直径的大带轮采用腹板式（图b）；图2V带大带轮结构简图齿轮传动设计选择齿轮类型、材料、精度及参数（1）选用斜齿圆柱齿轮传动（外啮合）（2）选择齿轮材料（考虑到齿轮使用寿命较长）：小齿轮材料取为45号钢，调质，(GB699-1988)大齿轮材料取为45号钢，正火，(GB699-1988)（3）选取齿轮为8级的精度（GB10095－1998）（4）初选螺旋角（5）选小齿轮的齿数；大齿轮的齿数=303.38=101，两齿数互质按齿面接触疲劳强度设计①确定计算参数式中：根据《机械设计基础》112页图7.26，对小齿轮：;对大齿轮：根据《机械设计基础》111页表7.5，软齿面，取。则，。选用：K，载荷系数，根据《机械设计基础》108页表7.4，此处中等冲击，原动机为电动机，选用K=1.1，齿宽系数，轻型减速器=0.3，高速轴的转矩，54.6N·mu，齿数比，u=3.38所以圆整取120.0mm②计算模数根据《机械设计基础》97页表7.1，取模数标准值③计算中心距圆整取中心距为135④修正螺旋角⑤验算模数：又因为在8度到20度之间，合适。⑥计算两齿轮分度圆直径小齿轮大齿轮⑦计算齿宽小齿轮齿宽（齿轮轴）大齿轮齿宽（大齿轮）按齿根弯曲疲劳强度强度校核，其中，根据《机械设计基础》111页表7.5，软齿面。K=1.2，根据《机械设计基础》表7.4。，，齿形系数，根据《机械设计基础》图7.23。，，弯曲疲劳强度极限，根据《机械设计基础》110页图7.24。所以：均满足弯曲疲劳强度要求。齿轮传动的几何尺寸计算表6齿轮几何尺寸名称代号计算公式结果小齿轮大齿轮中心距135传动比5=101/30法面模数设计和校核得出2.0端面模数2.06端面压力角αtαt=arctan(tan/cos)法面压力角标准值螺旋角一般为齿顶高2mm齿根高2.5mm全齿高4.5mm齿数Z30101顶隙cC=—=0.250.625mm0.625mm分度圆直径61.83mm208.17mm齿顶圆直径=+265.83mm212.17mm齿根圆直径dfdf=-2.556.83mm203.17.0mm齿轮宽b45mm50mm螺旋角方向两轮旋向相反左旋右旋铸造减速器箱体的主要结构尺寸表7铸造减速器箱体主要结构尺寸计算结果名称代号尺寸（mm）底座壁厚8箱盖壁厚18座上部凸缘厚度h013底座下部凸缘厚度h113轴承座连接螺栓凸缘厚度h213底座加强肋厚度e7箱底加强肋厚度e17地脚螺栓直径d16地脚螺栓数目n6轴承座连接螺栓直径d212底座与箱盖连接螺栓直径d38轴承盖固定螺钉直径d48视孔盖固定螺钉直径d55轴承盖螺钉分布直径D1均为110轴承座凸缘端面直径D2均为130螺栓孔凸缘的配置尺寸c1、c2、D022,18,30地脚螺栓孔凸缘的配置尺寸c'1、c'2、D'025,23,45箱体内壁与齿顶圆的距离10箱体内壁与齿轮端面的距离112底座深度H140底座高度H1150箱盖高度H2124外箱壁至轴承座端面距离l150箱底内壁横向宽度L1343其他圆角R0、r1、r218,3,13轴承盖凸缘厚度t10轴的设计高速轴设计选择轴的材料选取45号钢，调质，HBS＝250根据《机械设计基础》177页。初步估算轴的最小直径根据《机械设计基础》183页表10.2，取C=110，轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸(1)初定轴径根据19.67mm，考虑带轮的机构要求和轴的刚度，取装带轮处轴径，根据密封件的小尺寸，取密封处轴径d=38mm，取轴肩直径d=48mm，选取装轴承处的轴径为，取齿轮处轴径d=65.83.mm。(2)轴向尺寸两轴承支点间的距离：，式中：，小齿轮齿宽，，箱体内壁与小齿轮端面的间隙，，箱体内壁与轴承端面的距离，，轴承宽度，选取70308AC角接触球轴承，B=23mm根据《设计基础》187页，解得，带轮对称线到轴承支点的距离：式中：，轴承盖高度(ｔ，轴承盖凸缘厚度，ｔ=1.2d4=9.6mm，取10mm)，螺栓头端面至带轮端面的距离，，轴承盖M8螺栓头的高度，查表可得k=5.3，带轮宽度解得，低速轴设计选择轴的材料选择45号钢，正火，HBS=250初步估算轴的最小直径根据《机械设计基础》183页表10.2，取C=110，轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸初定轴径及轴向尺寸：考虑联轴器的结构要求及轴的刚度，所以直径应增大5%，，取装联轴器处轴。由工作情况查表16.1取联轴器工作情况系数KA=1.5得根据《机械设计课程设计》附表J.7。弹性套柱销联轴器处轴径取40mm。联轴器长度L=65mm。按轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径d=50mm，初选轴承型号为7210AC角接触球轴承。D=90，B=20。低速轴轴承间尺寸为：联轴器配合对称线至轴承支点的距离式中：，轴承盖的凸缘厚度，，螺栓头端面至联轴器端面的距离，16.7mm，轴承盖M8螺栓头的高度，查表可得k=5.3L0，联轴器配合长度，-两轴在减速箱中的装配简图图3两轴在减速箱中的装配简图校核轴的强度按弯扭合成校核高速轴的强度对小齿轮受力分析圆周力：径向力：轴向力：（1）水平平面支反力水平面：（2）垂直平面支反力得：Q，传动带作用在轴上的压力，Ｑ=939.6N（3）水平平面弯矩（4）垂直平面弯矩（5）合成弯矩（6）扭矩T1=54625Nmm（7）计算弯矩当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数，则：绘制弯矩、扭矩图图4高速轴的受力、弯矩、合成弯矩、转矩、计算弯矩图轴的材料是45号钢，调质处理，其拉伸强度极限，对称循环变应力时的许用应力。由弯矩图可以知道，A剖面的计算弯矩最大，该处的计算应力为：D剖面的轴径最小，该处的计算应力为：均满足强度要求。按弯扭合成校核低速轴的强度对大齿轮受力分析圆周力：径向力：轴向力：（1）水平平面支反力（2）垂直平面支反力得：水平平面弯矩（4）垂直平面弯矩（5）合成弯矩（6）扭矩T2=177093Nmm（7）计算弯矩当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数，则：绘制弯矩、扭矩图图5低速轴的受力、弯矩、合成弯矩、转矩、计算弯矩图轴的材料是45号钢，调质处理，其拉伸强度极限，对称循环变应力时许用应力。由弯矩图可以知道，C1剖面的计算弯矩最大，该处的计算应力为：D剖面的轴径最小，该处的计算应力为：均满足强度要求。滚动轴承的选择和计算高速轴上的滚动轴承设计轴上径向、轴向载荷分析外部轴向力：轴承选型与校核轴承选型与安装方式减速器为斜齿圆柱齿轮,中等载荷冲击,轴向冲击小,刚性较好，转速不高，故选用角接触球轴承,由轴的尺寸,初定高速轴轴承型号7308AC,低速轴上轴承型号7210AC。轴承内部轴向力与轴承载荷计算轴承A的径向载荷、内部轴向力A1根据《机械设计基础》219页表12.12，S=0.7RSA0.71637.72N轴承B的径向载荷、内部轴向力A2：SB0.7733.74N因为SAFa=1197.7N＞SB所以轴承2压紧A2=SAFa=1197.7N而A1=SA=1637.72N轴承当量载荷查表12.11可得X1=X2=0.41，Y1=Y2=0.87，故径向当量动载荷为由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A。（4）轴承寿命校核因两端选择同样尺寸的轴承，选轴承A的径向当量动载荷(=)为计算依据。工作温度正常，查根据《机械设计课程》217页表12.8得，按轻微冲击载荷，查表12.9得，按设计要求，轴承得寿命为：则：＞选取得轴承合适。低速轴上的滚动轴承设计轴上径向、轴向载荷分析外部轴向力：轴承选型与校核轴承选型与安装方式7210AC型角接触球轴承（每根轴上安装一对）Cr=31.5kN，Co=25.2kN轴承内部轴向力与轴承载荷计算根据《机械设计基础》219页表12.12，S=0.7RSA0.7597.2N轴承B的径向载荷：SB0.7772.2N因为SAFa=173.55N＜SB所以轴承1压紧A2=Sb=772.2N而A1=SB+Fa=1195.85N（3）轴承当量载荷径向当量动载荷，根据218页表12.11，e=0.68而查表12.11可得X1=X2=0.41，Y1=Y2=0.87，故径向当量动载荷为由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A。（4）轴承寿命校核因两端选择同样尺寸的轴承，选轴承A的径向当量动载荷(=)为计算依据。工作温度正常，查根据《机械设计课程》217页表12.8得，按轻微冲击载荷，查表12.9得，按设计要求，轴承得寿命为：则：＞选取得轴承合适。表8滚动轴承参数参数轴承型号基本额定动载荷（N）高速轴轴承7308AC30500低速轴轴承7210AC25200联轴器的选择和计算联轴器的计算转矩由工作情况查表16.1取联轴器工作情况系数KA=1.5得许用转速根据工作条件，选用弹性套柱销联轴器TL7，根据《机械设计课程设计》附表J.2，许用转矩，许用转速配合轴径根据《机械设计课程设计》附表J.2，配合轴径配合长度根据《机械设计课程设计》附表J.2，配合长度L=65mm表9联轴器参数联轴器型号许用转矩许用转速配合轴径配合长度TL750036004065键连接的选择和强度校核高速轴V带轮用键连接选用键类型因该连接是轴端跟轮毂联接，故选用圆头普通平键（A型）轴径d=30mm，及带轮宽。根据《机械设计课程设计》256页表14.1，选择A1056（GB/T1096-2003）键的强度校核键的材料选为45号钢。因v<25m/s；V带轮材料为铸铁HT200。根据《机械课程设计》256页表14.2，载荷轻微冲击，键联接得许用应力，键的工作长度，挤压应力满足强度要求。低速轴齿轮用键连接选用键类型选用圆头普通平键（A型）取齿轮处轴径d=55mm，轮毂长。根据表14.1，选键A1240（GB/T1096-2003）键的强度校核键材料选用45号钢，齿轮材料为45号钢，查表得许用应力，键的工作长度，挤压应力满足强度要求。低速轴联轴器用键连接选用键类型选圆头普通平键（A型）轴径40mm，联轴器半长65