机械设计课程设计---一级圆柱齿轮减速器的设计.doc

机械设计课程设计计算说明书 设计课程题目 带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器的设计（院）系 机械工程系专业 机械制造与自动化班级 机制s2009-4班设计者 李进峰 指导老师 黄代英 机械系 2010年4月20日 摘 要本次设计的课题是一级圆柱齿轮减速器在传动装置中的应用，通过合理的计算得出相应的机器部件，同时也分析了部分零件的加工工艺和一些附件的设计与计算过程。本次设计注重的是几个常见的零件的加工工艺分析和部件的计算，这样使得对设计减速器有更深层的认识，同时也强调了对减速器总体结构的认识和一些转配的方法。在整个设计中计算占很大的比例，因为只有精确的数据才能够得出相应的部件，从而是减速器获得良好的工作性能和技术要求。近十几年来，由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率大大提高，从而推动了机械产品的多样化整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观化。在21世纪成套机械装备中，齿轮仍然是机械传动的基本部件。cnc机床和工艺技术的发展，推动了机械工艺的飞速发展。在传动系统的设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动，将成为变速箱体中优化传动组合的方向。在传动设计中的交叉，将成为新型传动产品发展的重要趋势。关键词： 工艺分析、计算、减速器引言机械设计基础课程设计是机械设计基础课程中的一个重要的实践性教学环节，是高等工科院校机械类和近机类专业学生第一次叫较为全面的机械设计的应用实训环节。通过课程设计这一教学环节，力求从课程内容上、从分析问题和解决问题的方法、从设计思想上培养学生的工程设计能力。机械设计基础课程设计的目的 ：（1） 培养学生综合应用机械设计基础课程及其他先选修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力，并使所学知识得到巩固、加深和融会贯通，协调应用。（2） 使学生学习和掌握一般机械设计的基础设计方法，设计步骤。培养独立设计能力，为今后专业课程设计及毕业设计打下基础。（3） 使学生在设计中得到基本技能训练，如计算，绘图，使用相关资料（手册、图册、标准和规范等）以及正确使用经验数据、公式等。 总之，机械设计基础课程设计是培养学生分析和解决机械设计一般问题能力的初步实践。目录一、 机械课程设计任务书-二、 设计计算说明书-（一） 电动机的选择-（二） 计算传动设计-（三） 各轴运动的总传动比并分配各级传动比-（四） 带传动设计-（五） 齿轮传动设计-（六） 轴的设计-（七） 轴的考核键的校核-（八） 联轴器的选择-（九） 减速器的结构设计-（十） 润滑与密封-（十一） 参考资料- 一、机械零件课程设计任务书设计题目：带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器的设计运动简图工作条件 稍有振动，输送带单向工作，两班工作制，使用10年，输送带速度误差5%设计工作量： 设计说明书一份减速器装配图1张 零件工作图13张设计书说明书1份原始数据 已知条件数据输送带拉力900输送带速度2.5滚筒直径400二、电动机的选择计算步骤设计计算与内容设计结果1、选择电动机的类型。2、电动机输出功率按照工作要求和条件选用y系列一般用途的全封闭自扇式笼型三相异步电动机滚筒的功率: pw=fv/1000 =900 2.5/1000 =2.25kw电动机输出功率： pd=pw/又因为=12345 =0.960.990.990.970.990.96 =0.8762pd=pw/ =2.25/0.8762=2.6kw电动机的额定功率： p=(1.0-1.3)pd=2.6-3.38kw电动机的额定功率为3kw滚筒转速：nw=601000v/d =602.51000/(3.14400) =119.426r/min确定总传动比的范围电动机的转速n；按表推荐的各种传动比范围取v带传动比i1=（2-4），单级圆柱齿轮传动比i2=（3-5）,总的传动比范围为： i=i1i2 = (24) (35)=620 n=(620) 119.426 r/min =716.582388.6r/min在该范围内电动机的转速有：750r/min、1000r/min、1500r/min，取电动机同步转速为1000r/min，因此选择电动机行型号为：y132s-6 同步转速1000r/min 满载转速：960r/min， 额定功率3kw 额定转矩2.0。质量65kgpw=2.25kwpd=2.6kwnw=119.426r/min同步转速为1000r/min额定功率为3kw计算步骤设计计算与内容设计结果1、 计算总传动比2、各级传动比分配 i=nm/nw=960/119.426=8.038为使v带传动的外部尺寸不至于过大，初选传动比i=3.2。则齿轮传动比为：i2=i/i1=8.038/3.2=2.512 i1=3.2 i2=2.512三、各轴运动参数和动力参数的计算计算步骤设计计算与内容设计结果1、d轴（电动机轴）2、1轴（高速轴）3、2轴（低速轴）4、3轴（滚筒轴）pd=2.6kw nd=960r/mintd=9550pd/nd =95502.6/960=25.86n.mp1=p01 =2.60.96=2.496kwn1=nd/i1=960/3.2=300r/mint1=9550p1/n1=95502.496/300=79.456n.mp2=p123 =2.4960.990.97=2.397kwn2=n1/i2=300/2.512=119.427r/mint2=9550p2/n2=95502.397/119.427=191.68n.mp3=p234 =2.3970.970.99=2.3018kwn3=n2=119.427r/mint3=9550p3/n3=95502.3/119.427=183.93n.m参 数轴 号d轴1轴2轴3轴功p(kw)2.62.4962.3972.3018转速n(r/min)960300119.427119.427转矩t（n.m）25.8679.456191.68183.93传动比i3.22.5121效率0.960.970.9pd=2.6kwnd=960r/minp1=2.496kwn1=300r/mint1=79.456n.mp2=2.397kwn2=119.427r/mint2=191.68n.mp3=2.3018kwn3=119.427r/mint3=183.93n.m四、v带传动设计 计算步骤设计计算与内容设计结果1、确定设计功率pc2、选择普通v带型号3、确定带轮基准直径dd1、dd2。4、 验证带速v5、确定带的基准长度ld和实际中心距a。6、 校核小带轮包角17、确定v带根数z8、求初拉力f0及带轮轴上的压力f09、带轮的结构设计10、设计结果由表4-5得ka=1.3pc=kap=1.33=3.9kw根据pc=3.9kw,nd=960r/min。由图4-9应选a型v带。由机械设计基础图4-4取dd1=100mm，dd1=100ddmin=75mmdd2=nddd1/n1=960100/300 =320mm按表4-4取标准直径dd2=315mm，则实际传动比i、从动轮的实际转速分别为： i=dd2/dd1=315/100=3.15 n2=n1/i=960/3.15=304.7从动轮的转速误差为（304.7-300）/300=0.015%在5%以内，为允许值。v=dd1n1/601000=（100960）/（601000）m/s=5.024m/s带速在525m/s范围内。由式(4.13)得0.7（dd1+dd2）a02（dd1+dd2）0.7（100+315）a02(100+315)290.5a0830取a0=700由式（4-14）得l0=2a0+(dd1+dd2) /2+(dd2-dd1)2/4a0 =2700+（100+315）/2+（315-100）2/（4700）=1482.6mm由表4-2选取基准长度ld=1600mm由式（4-15）得实际中心距a为 aa0+（ld-l0）/2=700+（1600-1482.6）/2 =758.7mm759mm中心距a的变动范围为amin=a-0.015ld =759.7-0.0151600 =735.7mmamax=a+0.03ld=758.7+0.031600=1238.7mm由式（4-17）得 1=180o-（dd1-dd2）/57.3o =180o-57.3o（315-100）/758.7 =163.76o120o由式（4-18）得 zpc/(p0+p0)kakl 根据dd1=100mm，n1=960r/min，查表4-6得，p0=0.95kw取p0=0.95kw p0=0.95kw由式（4-6）得功率增量p0为 p0=0.11kw由表4-7查的ka=0.97查表4-2得kl=0.99，则zpc/(p0+p0)kakl =3.9/（0.95+0.11）0.970.99 =3.83 z= 3.83根取整得根数由表4.1查得a型普通v带的每米长质量q=0.10kg/m，根据式（4.19）得单根v带的初拉力为 f0=500pc/ zv（2.5/ka-1）+qv2 =154.6由式（8.20）可得作用在轴上的压力fq为 fq=2f0zsin（163.76o/2） =2154.64sin（163.76o/2） =1224.31n按本章进行设计（设计过程略）。选用4根a-1600gb v带，中心距a=759mm，带轮直径dd1=100，dd2=315mm，轴上压力fq=1224.31n。ka=1.3pc=3.9kwdd1=100mmdd2=315mm i=3.15n2=304.7v=5.024m/s a0=700ld=1600mma759mmamin=735.7mm amax=1238.7mm1=163.76o p0=0.95kw p0=0.11kw k=0.97 kl=0.99 z=4f0=154.6nfq=1224.31n结果选择4根a-1600gb 1v带。五、齿轮传动设计设计一级圆柱齿轮减速器中齿轮传动，已知：传递功率p1=2.496kw电动机驱动，小齿轮转速n1=300r/min，大齿轮转速n2=119.427r/min，传递比i=2.512，单向运转，载荷变化不大，使用期限十年，两班工作。设计步骤计算方法和内容设计结果1、选择齿轮材料及精度等级。2、按齿轮面接触疲劳强度设计3、 按齿根弯曲疲劳强度校核小齿轮选用45调质钢，硬度为230hbs；大齿轮选用45钢正火，硬度为200hbs。因两齿轮均为钢质齿轮，可应用式（5.28）求出d1值。确定有关参数与系数：（1） 转矩t1 t1=9.55106p/n=79456n.mm（2） 载荷系数k查表5.7取k=1.1（3） 齿轮z1和齿宽系数小齿轮的齿数z1取为25，则大齿轮齿数z2=2.51225=62.8。故z2=63（4） 许用接触应力【h】由机械设计基础中表5.5查的hl=530mpa h2=490mpa由表5.8知=1.1计算模数m=d1/ z1=2.37由表5.1取标准模数m=2.5mmd1=mz1=2.525mm=62.5mmd2=mz2=2.563=157.5mm取b2=65mm b1=b2+5mm=70mm a=0.5 m（z1+z2）=0.52.5（25+63）=110mm由表5.9知yfs1=4.21 yfs2=4.00由表5.5知【】 【】弯曲疲劳强度足够 t1=130516.67n.mm z1=25z2=63h1=530mpah2=490mpa d1=59.28 mm b1=70mm a=110mm 68.51mpa 69.09mpa六、轴的设计由前面计算可知：传动功率p2=2.397kw,转速n2=119.427r/min，工作单向转动轴采用深沟球轴承支撑。 设计步骤计算方法和内容设计结果1、选择轴的材料，确定许用应力。2、按钮转强度估算轴径。3、设计轴的结构并绘制结构草图（1）、确定轴上零件的位置和固定方式（2）、确定各轴段的直径（3）、确定各轴段的长度由已知条件知减速器传递的功率属于中小功率，对材料无特殊要求，故选用45钢并经调质处理。查表7.1得强度极限b=640mpa，查表7.1得许用弯曲应力【-b1】=60mpa。查表7.2得c=107118.又由式（7.2）得：dc . =（107118）=29.0532.04考虑到轴的最小直径出要安装联轴器，会有键槽存在，故将估算直径加大3%7%，取为29.9234.28mm。查书233页附表弹性柱销联轴器（gb5014-1985摘录）取d1=32mm查表9.2知工作系数k=1.8轴的计算转矩为： tc=k9550 p/n =345.02n.m查书233页附表弹性柱销联轴器，（gb5014-85摘录）得hl3型联轴器，半联轴器轮毂长l=82mm，键槽长l1=60mm。 （1）、确定轴上零件的布置方案和定位方式，将齿轮布置在中间，对称于两端轴承。齿轮用轴肩与轴套作轴向定位，用平键和配合h7/k6作周向定位。轴的轴向定位是用轴端盖凸缘单向固定外圈来实现的。轴外伸段半联轴器用轴肩和轴端挡圈作轴向定位的，用平键和配合h7/k6作周定位。 （2）、确定轴的各段直径、由上述可知轴段1直径最小d1=32mm。 轴的直径d101818303050508080100轴上圆角倒角c1/r11.62.03.04.05.0最小轴肩高度hmin22.533.54.5轴环宽度bb1.4h轴上圆角半径r0.81.01.622.5、轴段2考虑到要对安装在轴段1上的联轴器进行定位，轴段2上应有轴肩，同时为能很顺利地在轴段2上安装轴承，轴段2必须满足轴承内径的标准，至少应满足： d1+23mm=32+6=38mm取轴径d2=38，并根据机械设计基础课程设计指导书228页附表10.5选用6208型轴承。、轴段3不考虑对安装在轴2上的零进行定位，只要求有一定圆角即可，至少应满足： d3=d2+15mm取标准d3=40mm。、轴段4一般要比轴段3的直径大10mm，所以有 d4=d3+15mm取标准d4=42、为了便于拆卸左轴承，根据书228页附表10.5可知，6028型轴承的最小安装直径：da=47mm，所以取d5=50mm、轴段6与轴段2安装相同型号的轴承，所以该轴径为： d6=d2=38mm（3）、确定轴的各段长度、已知毂宽为38mm，为了保证齿轮固定可靠，轴段3的长度应略短于齿轮轮毂宽度2mm，取轴段3的长度为36mm。、轴环的宽度约为该最小轴肩高度的1.4倍，即附表如上可得：所以轴环的宽度为7mm。、为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距，可取该间距为14mm。、为了保证轴承安装在箱体轴承座孔中，并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为8mm。又查书228的附表10.5知，6208型滚动轴承的宽度为：b=18mm。所以轴承支点的距离为： l=（18/2+2+14+38/2）2 =88mm、确定轴段2的长度时，要根据轴段安装的零件尺寸来决定，所以有：a、上有一套筒，与齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距相同，故取套筒的长度为20mm。套筒左端紧靠与齿轮的内圈横截面，套筒右端有2mm的倒角，且右端使其轴承定位，由上述可知6208型轴承的宽度为18mm。b、减速器中两个齿轮的中心距a =156.25mm，并且设轴承座端面距外箱体的距离为y，则：查书地脚螺钉直径为：df=0.036a+12=0.036156.25+12 =17.625mm圆整后得：df=20mm箱盖的壁厚为： 1=0.02a+1mm =0.025156.25+1=4.906mm8mm取1=8mm轴承端盖螺钉直径：d3=（0.4-0.5）df =（0.40.5）20mm=（810）mm 取d3=8mm查书轴旁连接螺栓直径为： d1=0.75df =0.7520=15mm由于较大的偶数则d1=16mm，所以轴承的连接螺栓直径为16mm写为m16查手册表4.2,c1min=22，c2min=20所以轴承座端面距离内箱壁的距离为y为： y=1+c1min+c2min+（510） =8+22+20+5=55mmc、外壁圆角半径一般为35mm，取圆角半径为4mm。d、由b、步可知d3=8mm螺钉连接外装式轴承的厚度为： e=1.2d3 =1.28mm=9.6mme、轴段2伸出箱体外的长度一般为1520mm，为了方便计算取该轴段的伸出长度为18mm。、轴段1的长度确定，根据联轴器的长度来确定其长度，查书233页知l=82mm。、在轴段1、3上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的轮廓宽度约小510mm，键槽的规格查书轴段1的键槽深度为5.5mm，宽度为14mm；轴段3的键槽深度为7mm，宽度为18mm。轴全长为l=82+18+55+10+6+20+38=239mm两轴承之间的跨距为203mm 【-b1】=60mpafr=1505.26n tc=345.02n.m l1=82mm l=60mm d1=32mm d2=38mmd3=40mm d4=42mm d5=50mm d6=d2=38mm毂宽为38mm b=18mml=88mm a =156.25mmdf=20mm 1=8mmd1=15mm cmin=22，c2min=20y=55mme=10mm l=82mm。七、轴承的选择与校核 设计步骤设计计算与内容设计结果一、轴承的当量动载荷二、 试选轴承型号三、由预期寿命求所需c并校核由前面计算知d2=38mm，选用6208型号的轴承。查书232页查表8.15知：载荷系数fp=1.2查书232页查表8.14知：温度系数ft=1因为此fa=0由p=fpfr =1.21505.26 =1806.312n因为是球轴承=3根据轴颈d=38mm，选择6208型，并查书228页附表10.5得该型号轴承的基本额定动载荷cr=29.5kn基本额定静载荷cor=18.0kn由表8.16知：轴承预期寿命lh的参数值为4000060000h在因为该轴承要工作5年且24小时连续工作，所以有： lh=552524=31200hcmax= fpp/ft =13155.58n选择6208轴承cr=29.5kn满足要求cmaxcr，选择合适。 fp=1.2ft=1 p=1806.312n=3 cr=29.5kncor=18.0kn满足要求cmaxcr，选择合适八、键的设计 设计步骤设计计算与内容设计结果一、 联轴器的键1、 选择健的型号2、写出健的型号二、 齿轮键的选择1、选健的型号2、写出键的型号选择c型健由轴径d1=32mm，在表查得健宽b=10mm，健高h=8mm，l=22110mm。 l=70mm（1.61.8）d l1=l-0.5b=70-0.510=65mm由式6.1得jy1= 4t/dhl【jy】选健为c22110gb/t1096-2003选择a型健轴径d3=40mm，为了使加工方便，应尽量选取相同得健高和健宽。但强度不够。故 健宽b=12mm，高h=8mm，l=50mml2=l-18=50-18=32mmjy2= 4t/dhl【jy】选取键a28140gb/t1096-1979选择c型键b=14mmh=9mml=22110mm 选择a型键b=12mmh=8mml=28140mm九、联轴器的选择 设计步骤设计计算与内容设计结果一、计算联轴器的转矩二、确定联轴器的型号由表16.1查得工作情况系数k=1.3由式16.1得主动端 tc1=kt2 =1.3191.68=249.18nmm从动端tc2=ktw =1.3183.93=239.113nmtm由前面可知： dc =29.0532.04mm又因为d（1+0.05） =（29.0532.04）（1+0.05） =30.533.64mmn2=119.427r/minn由附表11.5可确定联轴器的型号为弹性柱销联轴器hl3 gb5014-85。 tc1=249.18nmmtc2=239.113 nm标记为：hl3gb5014-85。十、减速器箱体设计 设计步骤设计计算与内容设计结果轴中心距箱体壁厚箱盖壁厚机座凸缘厚度机盖凸缘厚度机盖底凸缘厚度地脚螺栓直径地脚螺钉数目轴承旁联结螺栓直径盖与座连接螺栓直径联结螺栓d2的间距轴承端盖的螺钉直径d3窥视孔盖螺钉直径d4定位销直径df、d1、d2至外壁距离df、d2至凸缘距离凸台高度外箱壁至轴承座端面与内箱壁距离机盖机座力厚轴承端盖外径轴承旁连接螺栓距离a=155mm1=0.02a+1mm=4.906mm8mm1=0.02a+18mmb=1.5 =12mm b1=1.51=12mmb2=2.5=2.58=20mmdf=0.036a+12 =17.625mm 取整偶数20mma250，n=4d1=0.75df=15mm查表取16mmd2=（0.50.6）df =1012mm 取d2=12mml=150200mm由表得：d3=（0.40.5）df =810mmd4=（0.30.4）df=68mmd=（0.30.4）d2=8.49.6mmc1=20mmc2=18mmh=0.36d2=0.36130=46.8mml1=c1+c2+(510) =4348mm 取l1=47mm11.2 1=9.6mm2 2=9.6mmm10.851 m0.85 =6.8mm 7mm =6.8mm7mmd2=d+(55.5)d3 =90+（55.5）8 =130134mm s=d2a=155mm1=8mm1=4.9068mmb=12mmb2=20mmdf=17.58mmn=4d1=0.75df=15mmd2=12mml=150200mmd3=810mmd4=68mmc1=20mmc2=18mmh=46.8mml1=47mm1=9.6mm2=9.6mmm1=7mmm=7mmd2=132mms=d2十一、减速器的润滑、密封 设计步骤设计计算与内容设计结果一、 齿轮的润滑（1） 选择润滑方式（2） 确定油深二、 轴承润滑三、 密封v =5.00m/sv12m/s,采用侵油润滑由查参考书2图10.52可知齿轮侵油深度为10mm；油总深度为30mm采用脂润滑轴承两端加设挡油环；轴承端盖采用毡圈密封v=5.024m/s油总深度为30mm。 采用毡圈密封。小 结 本次课程设计的任务是一级圆柱齿轮减速器，课程设计都需要刻苦耐劳，努力钻研的精神。对于每个事物都有第一次吧，而每一个第一次似乎都必须经历由感觉困难重重，挫折不断到一步步克服，可能需要连续几个小时、十几个小时不停地工作进行攻关；最后出结果的瞬间是喜悦的、是轻松、是舒了口气！ 课程设计过程中出现的问题几乎都是所学知识不牢固，许多计算方法、公式都不熟悉，要不断的翻资料、看书，和同学们相互探讨。虽然过程很辛苦，有时还有放弃的念头，但始终坚持下来，完成了设计，而且还学到了，应该是补回了许多以前没学好的知识，同时巩固了这些知识，提高了运用所学知识的能力。对一级圆柱齿轮减速器的独立设计计算及作图，让我融会贯通了机械专业放入各项知识，更为系统的认识了机械设计的全过程，增强了我们对机械行业的深入了解，同时也让我及时了解到自己的不足，在今后的学习中会更努力地研究。这一次的课程设计很有创新，同时也是一次对自己能力、体力和意志力的考验。 通过长时间的训练，在老师和同学的指导下我认真的查阅各种资料结合自己平时所积累的知识尽全力认真踏实地完成了整个减速器的设计。从理论结构上而言，它能够正常工作并可投入批量生产。然而在设计过程中，当然也会有很多不足之处。整个减速器设计基本上是成功的，布局比较合理，工作也可靠。箱体采用剖分式，便于箱内零件的更换于检修，且铸造简单、加工方便。参考文献1 、徐颍主编. 机械设计手册 北京：机械工业出版社 19922、东北大学编写组.机械设计手册 北京：冶金工业出版社 19943、胡笳修主编.简明机械零件设计实用手册 北京：机械工业出版社19974、（美）e.希格利.cr. 机械设计通用手册 河海大学机械学院译 北京：机械工业出版社 19935、齿轮手册编写组.齿轮手册 北京：机械工业出版社 19906、吴瑞琴主编.全国滚动轴承产品样本 洛阳：机械工业部洛阳轴承研究所 19957、牛锡传，王闻生编著.轴的设计 北京：国防工业出版社 19938、邱宣怀主编.机械设计 北京：高等教育出版社 19979、陈秀宁主编.机械设计基础 杭州：浙江大学出版社 199310、范顺成，马洛平，马洛刚主编.机械设计基础 北京：机械工业出版社 199811、汤慧谨主编.机械设计基础 北京：机械工业出版社 199712、张绍匍，徐锦康，魏传儒主编.机械零件学习指南与课程设计 北京：机械工业出版社 199613、季杏法主编.小型三相异步电动机技术手册 北京：机械工业出版社 198714、