直齿圆柱齿轮减速器的设计机械设计说明书.docx

课 程 设 计 课程名称 机械设计课程设计 题目名称 直齿圆柱齿轮减速器的设计 学生学院 信息工程学院 专业班级 测控技术与仪器（光机电一体化）学 号 学生姓名 指导教师 2013 年 06 月 26 日目录一课程设计的目的2二课程设计任务书3三. 传动方案拟定及说明3四电动机的选择3五传动带的设计计算及其带轮的选定5六确定齿轮结构尺寸以及齿轮选择7七轴的最小直径初步计算11八轴承的选定12九、联轴器的选择12十键联接的选择及校核计算12十一各段轴的直径以及长度的确定13十二轴与轴承的校核强度校核14十三、减速器附件的选择以及箱体结构的确定15十三、润滑与密封19十四、心得体会19十五、参考资料目录20一课程设计的目的1. 综合运用机械设计课程和其他先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固，加深和拓宽所学的知识2. 通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉掌握机械计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力3. 通过设计计算，绘图以及运用技术标准，规范，设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。二课程设计任务书见附课程设计任务书，由任务书得数据（第10组）：滚筒直径（mm）310滚筒转矩t（n.m）125输送带速度v（m/s）1.55总效率0.85三. 传动方案拟定及说明估计传动装置的总传动比范围，以便选择合适的传动机构，由得卷筒的转速nw95.5 r/min选择750r/min、1000r/min或1500r/min的电机作为原动机，则总传动比约为14或21。根据总传动比数值，可初步拟定以二级传动为主的方案。选择传动方案时应该综合考虑各有关要求和工作条件，依据选择类型的四个基本原则，满足机器的功能，工作可靠，结构简单，尺寸紧凑，传动效率高，成本低廉及维护方便。确定选择a方案，如下图。由于其宽度尺寸大，带的寿命短，而且不宜在恶劣的条件下工作，但a方案的制造成本低，结构比较简单，所以还是符合了我们设计的要求。其方案如下所示:四电动机的选择1、电动机的类型和结构按要求选y（ip44）系列三相异步电机，其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、价格低。它为卧式封闭结构。2. 选择电动机容量（1）卷筒轴的输出功率（2）电动机的输出功率传动装置的总效率 式中，、为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。由设计表2-4查得：v带传动=0.95；滚动轴承=0.98；圆柱齿轮传动=0.97；弹性联轴器=0.99；卷筒轴滑动轴承=0.97，则:电动机输出功率（3）电动机的额定功率由第二十章表20-1选取电动机的额定功率（4）电动机的转速根据手册表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=3。取带传动比1= 。则总传动比理论范围为：a。故电动机转速的可选范为 nd=ian卷筒 =(624)95.5 =5732292 r/min则符合这一范围的同步转速有：750、1000和1500r/min根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号：（如下表）方案电 动机 型号额定功率电动机转速(r/min)电动机重量n传动装置传动比同步转速满载转速nm总传动比iv带传动减速器1y90l-41.51500140027014.663.24.582y100l-61.510009403309.842.464.03y132s-82.27507106307.432.23.38综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和带传动、减速器传动比，可见第2方案比较适合。此选定电动机型号为y100l-6。3. 计算传动装置总传动比和分配各级传动比（1）传动装置总传动比 （2）分配各级传动比取v带传动的传动比，则单级圆柱齿轮减速器的传动比为所得值符合一般圆柱齿轮传动和单级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。4、计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴转速电动机轴为0轴，减速器高速轴为轴，低速轴为轴，那么，电动机转速 高速轴 低速轴 （2）各轴输入功率按电动机额定功率计算各轴输入功率，即(3)各轴转矩5、计算结果汇总列表项 目电动机轴0轴（小齿轮轴）高速轴i大齿轮轴低速轴ii转速（r/min）94038296输入功率（kw）1.51.431.36转矩（nm）15.2435.75135.29传动比2.464.0效率0.950.97五传动带的设计计算及其带轮的选定1、选择v带型号根据设计要求，考虑到每天工作8小时，载荷平稳，由精密机械设计（机械工业出版社，2001年。以后凡提及本书，简称教材）表7-5查得工作情况系数。由教材式7-27，得式中，为计算功率，p为名义功率，为工作情况系数代入数据，得 根据教材图7-17可知，应选用z型普通v带。2、确定带轮直径、。由教材图7-17可知，z型普通v带的推荐小带轮直径。考虑到带速不宜过低，否则带的根数将要增多，对传动不利。因此确定小带轮直径。则大带轮直径（取）由教材表7-7查得，的标准值为200mm。3、验算带速v符合强度要求。4、确定带的基准长度由于中心距没有限定，由教材式7-29初定中心距代入数据 即 所以，初定选取。又由教材式7-12计算带的近似长度l由教材表7-3查得v带的基准长度5、确定实际中心距由教材式7-30得，实际中心距a6、验算小带轮包角7、计算v带的根数z由教材表7-8查得，表7-9查得，表7-3查得，表7-10查得。由教材式7-31，可得所以标准化后z=5，即v带的根数为5。8、计算作用在轴上的载荷由教材表7-11查得z型普通v带单位长度质量q=0.06kg/m，按教材式7-33计算单根v带张紧力再按式7-32计算作用在轴上载荷9、带轮的选定由设计表9-1可知，轮缘宽度（取e=11.3,f=7）标准化后b=52因此，小带轮轮毂长度为52mm，孔径为20mm；大带轮轮毂长度为52mm，孔径为25mm。所以，小带轮用实心式，大带轮用腹板式。六确定齿轮结构尺寸以及齿轮选择1. 选择齿轮材料和类型考虑减速器外轮廓尺寸不宜过大，传递载荷较大，大小齿轮材料不同等因素，由课本表8-7得小齿轮都选用40cr，小齿轮表面淬火，硬度取280hbs，大齿轮材料为45号钢，调质，硬度为240hbs。精度等级选用7级精度，两个齿轮均为直齿齿轮。2. 确定许用应力(1) 许用接触应力：由精密机械设计p170式（839）知：齿轮的许用接触应力按表810查得 hlimb12hbs+69 n/mm2(228069)n/mm2629n/mm2hlimb22hbs+69 n/mm2（224069）n/mm2549n/mm2故应按接触极限应力较低的计算，即只需求出对于调质处理的齿轮，sh1sh2=1.1由于载荷稳定，故按式（841）求齿轮的应力循环次数 nh260n2t其中 t825010h20000 h循环基数nh0由图841中查得，当大齿轮强度为240hbs时，nh021.5107。因nh nh0，所以khl1khl21。(2) 许用弯曲应力由精密机械设计p174式（846）知：由表811知fimb1600n/mm2fimb21.8hbs1.8240n/mm2432n/mm2取sf2，单向传动取kfc1 nfo=4106 因nfvnfo，所以kfl121。 得: (3) 计算齿轮的工作转距(4) 根据接触强度，求小齿轮分度圆直径 由式（838）知: 对于钢制的直齿圆柱齿轮传动 由于是减速运动，所以u=i2=4.0 选定模数m=2，两齿轮的中心距 (5) 验算接触应力 由式（837）知： 对于直齿轮 zh=1.76 z=1； 对于钢制齿轮 齿轮圆周速度： 由图8-39查得：kv=1 (7级精度齿轮） 因此，接触强度足够（6） 验算弯曲应力 由式（8-43）知：（x=0)由图844查得 z124 yf13.75z296 yf23.68因为 故应验算大齿轮的弯曲应力。f2（弯曲强度足够）(7) 标准直齿圆柱齿轮集合尺寸 模数 m=2 压力角 分度圆直径d1=mz1=2*24=48mm d2=mz2=2*96=192mm 齿顶高 ha1ha22mm 齿根高 hf1 hf21.251.25*12.5mm 全齿高 h1h22.25m=2.25*2=4.5 mm 顶隙 c1c20.25m=0.25*2=0.5mm 齿顶圆直径 da11+248+2*2=52mm da2+2192+2*2=196 mm 齿根圆直径 df1d1-2hf48-2*2.543mm df2d2-2hf192-2*2.5187mm 基圆直径 db1d1cos48*cos45.105mm db2d2cos192*cos180.42mm 齿距 p1p2m3.14*26.28mm 齿厚 s1s2p/23.14mm 齿间宽 e1e2s3.14 mm 标准中心距 齿宽 b1=b2+（510）=48mm b2=40mm （为保证全齿宽接触，通常使小齿轮较大齿轮宽510mm）(8) 直齿圆柱齿轮传动的受力分析 圆周力： f1t=2t1/ d1=2*35750/481489.58n f2t=2t2/ d2=2*135292/1921409.29n 径向力： f1r= f1t*tan=1489.58*tan20542.16n f2r= f2t*tan=1409.29*tan20512.94n 轴向力fa为零七轴的最小直径初步计算1. 算出轴的最小直径 根据精密机械设计p257（10-2）公式: 轴选45号钢，由表10-2得：107118。可以算出轴的最小直径： 考虑到有键槽，将轴径增大4%，则由设计表11-2查得轴径的标准值d2通常作为轴的外伸段安装联轴器处的直径,轴上装有齿轮、带轮、和联轴器处的直径应参照课设p117选标准值，低速速轮轴最小轴径选28mm的轴径比较合适（即dmin=28mm），高速速轮轴最小轴径选18mm比较合适。八轴承的选定根据任务书上表明的条件：载荷平稳、轻微冲击，齿轮选直齿主要承受径向力，轴承可以选择深沟球轴承。根据课设p144表15-5可查找适合的轴承，确定轴上安装轴承的相应段的直径=30mm， 40mm,我选择了轻窄（2）系列的6206和6208。其尺寸如下表所示：内径（d/mm）外径（d/mm）宽度（b/mm）安装尺寸（d1/mm）高速轴30621636低速轴40801847九、联轴器的选择根据上面算出的数值在课程设计p163选取选用弹性柱销联轴器，故选择型号为tl5的弹性柱销联轴。根据表中的尺寸，确定低速轴直径为30mm,部分参数如下： 公称扭矩：125nm 许用转速（钢）：4600r/min轴孔直径：d1=30mm d2=32mm 轴孔长度(j型)：60mm这里同时也确定了慢速轴第一段轴的长度为60mm十键联接的选择及校核计算1、图上标号的键，查课设14-1（p140）得，低速轴：标号5，bh=87，l=50mm；(c型)t=4.0 t1=3.3标号18，bh=128，l=32mm。（a型）t=5.5 t1=3.8高速轴：标号14，bh=66,l=52mm；(c型)t=3.5 t1=2.8(标号对应课设82页图纸)2.键的强度校核：363页键都采用45号钢。低速轴上装齿轮的键 圆周力 挤压强度 剪切强度 故此键符合强度要求。低速轴外伸轴的键 圆周力 挤压强度 剪切强度 故此键符合强度要求。高速轴的键 圆周力 挤压强度 剪切强度 故此键符合强度要求十一各段轴的直径以及长度的确定1. 各段轴直径的确定根据课设p26，相邻轴径不同即形成轴肩，当轴肩用于轴上零件定位和承受轴向力时，应具有一定的高度。当配合处轴的直径小于80mm时，轴肩差一般可取610mm。如果两相邻轴段的直径变化仅仅是为了轴上零件装拆方便或区分加工表面时，两直径差略有差别即可，可选15mm。根据上面计算出来各段轴的最小直径，小轴由小端到大端可以设计出各段轴的直径分别为：18mm（装v带轮轴段）, 24mm, 30mm（装轴承轴段）, 36mm（齿轮轴轴段）,52mm(齿轮齿顶圆直径) 36mm（齿轮轴轴段）, 30mm（装轴承轴段）大轴由小端到大端可以设计出各段轴的直径，分别为：28mm（装联轴器轴段），34mm，40mm（装轴承轴段），42mm（装齿轮轴段），46mm，40mm（装轴承轴段）。综合计算，确定各段轴长：由以上各装在轴上的零件可以初步确定各段轴的长度，再加上装齿轮的轴段必须比齿轮的厚度短一小段距离（这里取定位2mm），这样做的目的是可以让轴套顶住齿轮，从而使齿轮不会再运动时沿轴向移动。轴套的另一顶住轴承，也是为了固定轴承。另外，在慢速轴的最后两段之间加入砂轮越程槽，尺寸为21。还有，在轴承与轴肩之间，需要加入挡油盘，参照书本30页，其厚度选定为3mm。根据上面的计算及已知题目要求，各段轴长由小端到大端依次为：高速轴：56mm, 60mm,20mm, 12mm,48mm, 12mm,19mm低速轴：44mm, 60mm, 18mm, 38mm, 14mm, 21mm(对应直径的轴段)十二轴与轴承的校核强度校核：1 轴的校核轴选45号钢（正火）两轴承中心距为：lb=90mm =68mm齿轮轴在垂直面内的支点反力：f1r= f1t*tan=1489.58*tan20542.16nf2r= f2t*tan=1409.29*tan20512.94n 校核 fra=fr+frb=900.49轴在水平面内的支点反力：f1t=2t1/ d1=2*35750/481489.58nf2t=2t2/ d2=2*135292/1921409.29n 校核 fta=ft+ftb=2474.09 垂直面的弯矩： 水平面的弯矩：合成弯矩：选用轴的材料为45钢，并经正火处理，由表10-1查出其强度b=600n/mm，并由标10-3中查出与其对应的-1b=55n/mm-2 0b=95n/mm-2 轴截面的当量弯矩： 由此算出的直径：故轴符合强度要求。同理可得小轴的直径：d=17.26mm18mm=dmin故此轴符合强度要求2 轴承的强度校核。滚动轴承的当量载荷为：齿轮主要承受径向力 fa/fr1e所以x=1 y=0 则 其中cmin可由课程设计p144表15-3查得而题目要求的轴承寿命为=8这里取10mm，1=10mm2 箱体凸缘厚度b=b1=1.5=15mm,b2=2.5=25mm3 加助肋厚m=m1=0.85=8.5mm 4 地角螺钉直径df=16mm,数目4个。5 轴承旁连接螺栓直径d1=12mm,6 箱盖、箱座连接螺栓直径d2=8mm，7 轴承盖螺钉直径d3=6mm(高速轴轴承盖)d3=8mm（低速轴承盖）每种各4个。8 各螺栓的定位参照c1，c2取值表。9 轴承旁凸台高度由结构确定。10 箱体外壁至轴承座端面距离l1=18+16+5=39根据课设24页表4-1，=12mm,10mm（），=12mm11 轴承座宽度：=+ +（510）10+13+11+640mm名称符号尺寸(mm)箱座壁厚10箱盖壁厚110箱座凸缘厚b15箱盖凸缘厚b115箱底座凸缘厚b225加强肋厚m8.5地脚螺钉直径df16地脚螺钉数目n4轴承旁连接螺栓d112箱盖、箱座连接螺栓d28地脚螺钉到外壁c1/c222/20轴承旁连接螺栓到外壁c1/c218/16箱盖、箱座连接螺栓到外壁c1/c213/11地脚螺钉到凸缘距离c1/c222/20连接螺栓到凸缘距离c1/c218/16轴承旁凸台高度和半径h/r140/16箱体外壁到轴承座端面距离l139高速轴螺钉直径d36低速轴螺钉直径d38导油沟的形状和尺寸，根据课设p22，选取导油沟高位3，宽为6，距内壁距离为3代号名称推荐值(mm)1齿顶圆至箱体内壁的距离122齿轮端面至箱体内壁的距离103轴承端面至箱体内壁的距离36大齿轮齿顶圆至箱底内壁的距离307箱底至箱底内壁的距离20h减速器中心高148l1箱体内壁至轴承座端面的距离40e轴承端盖凸缘厚度9.6l2箱体内壁轴向距离l3箱体轴承座孔端面间的距离十三、润滑与密封1、由于在本设计中采用油润滑，高速轴轴承旁的小齿轮的齿顶圆小于轴承的外径，为防止齿轮啮合时所挤出来的热油大量冲向轴承内部，增加轴承的阻力，需要在轴承和齿轮之间设置挡油盘，详细见课设30页。2、密封毡圈：在减速器的输入轴和输出轴的外伸段，应在轴承盖的轴孔内设置密封件以提高密封性，防止油留出箱体外。本设计采用密封毡圈。轴承盖上所选的密封毡圈参数如下(尺寸参照课设p158)表16-9：小轴：小轴：d0=30mm； 大轴： d0=40mm；d29mm； d39mm；d=42mm； d=52mm；b=5mm； b=5mm；d1=43mm； d1=53mm；d1=31mm； d1=41mm； b1=4mm； b1=4mm；b2=5.5mm； b2=5.5mm； 十四、心得体会1.作为我大学的第一个课程设计，这次课程设计是理论知识与具体实践