课程设计--一级圆柱齿轮减速器设计.doc

机械设计课程设计说明书设计题目： 单级圆柱齿轮减速器设计 河南城建学院本科课程设计设计题目：带式运输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：载荷平稳、单向旋转、空载启动，使用8年：2班制。原始数据：已知条件题号4运输带工作拉力F（N）1300 运输带速度 V(m/s）1.8 卷筒直径 D（mm) 300序号运输带工作拉力F（N）卷筒的直径D（mm）运输带速度V（m/s）允许偏差（）：5110002401.5211002601.6312002801.7413003001.8514003201.9615002502.0716002702.1817002902.2918003102.31019003302.41120003201.51221003001.61322002801.7设计工作量：确定传动装置的总体设计方案、传动零件的设计计算、 设计说明书一份、 减速器装配图、 零件图1、总结1.1机械设计课程设计目的机械设计课程设计是本课程的最后一个教学环节，总体来说，目的有三个：综合运用机械设计及其它有关先修课程，如机械制图、测量与公差配合、金属材料与热处理、工程力学等的理论和生产实际知识进行机械设计训练，使理论和实际结合起来，使这些知识得到进一步巩固、加深和拓展；学习和掌握机械设计的一般步骤和方法，培养设计能力和解决实际问题的能力；掌握机械设计工作的基本技能，如计算、制图、运用设计资料（如手册、图册、技术标准、规范等）以及进行经验估算等机械设计方面的基本技能得到一次综合训练，提高技能水平。1.2机械设计课程设计主要内容、确定传动装置的总体设计方案；、计算传动装置的运动参数和动力参数；、传动零件的设计计算；、轴承、联接件、润滑密封和联轴器的选择计算；、机体结构及其附件的设计； 、制图 包括零件图、装配图。 、编写设计说明书及进行设计答辩1.3设计图纸要求： 1.3.1装配图 本设计要求画“装配图”，图纸大小为A2。本图应表示出传动装置的工作原理、零件间的装配关系、连接方式，以及主要零件的结构形状。机械零件的规格尺寸、零件间的配合尺寸、外形尺寸、机器零件的安装尺寸 以及设计时确定的其他重要尺寸。 用文字或符号说明机械零件的装配、安装、调试、检验、使用与维护等方面的技术要求。 在装配图中，必须对每个零件编写序号，并在明细栏中依次列出零件序号、名称、数量、材料等。标题栏中写明装配体名称、图号、绘图比例以及设计、制图、审核人员的签名和日期等。1.3.2零件图本设计要求画零件图一张，图纸大小为A2。表示其结构形式、尺寸、技术特性等。要求用一组视图完整、清晰地表达零件的内外结构形状，正确、完整、清晰、合理地标注零件在制造和检验时所需的全部尺寸。用规定的符号、代号、标记和简要的文字表达出对零件制造和检验时应达到的各项技术指标和要求。在标题栏中应正确填写单位名称、图名（零件的名称）、材料、质量、比例、图号、以及设计、审核、批准人员的签名与日期等。图纸要求：投影正确、布置合理、线型规范、字迹工整。1.4机械设计课程设计应注意的事项 、学生在设计的过程中必须严肃认真，刻苦专研，一丝不苟，精益求精，才能在设计思想，方法和技能各方面获得较好的锻炼与提高。 、机械设计课程设计是在老师的指导下由学生独立完成的。学生必须发挥设计的主动性，主动思考问题分析问题和解决问题。 、设计中要正确处理参考已有资料和创新的关系熟悉和利用已有的资料，既可避免许多重复的工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量。2、 电动机的选择 计算及说明计算结果2.1选择电动机的类型按照工作要求和条件选择Y系列三相异步电动机2.2电动机的功率工作装置所需的功率=查手册得V带传动效率滚动轴承效率8级齿轮传动效率联轴器的效率则电动机工作的传动总效率电动机所需的输出功率因载荷平稳，电动机额定功率只需略大于即可，查得选取电动机的额定功率2.3电动机转速的确定卷筒轴为工作轴，其转速为各种传动的传动比范围：V带传动比范围 单机圆柱齿轮传动比则总传动比范围 可见电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有 为减少电动机的重量和价格 选用的同步转速是1500r/min的Y系列电动机Y100l2-4 其满载转速中心高外形尺寸底脚安装尺寸地脚螺栓直径轴伸尺寸装键部位尺寸100380*282.5*245160*1401228*608*413、计算传动装置的总传动比和分配各传动比计算及说明计算结果3.1传动装置总传动比 3.2 分配传动装置的各级传动比 为使V带传动的外廓尺寸不致过大，去带传动比 则齿轮传动比4、计算传动装置的运动和运动参数计算说明计算结果4.1 各轴的转速 I轴： II轴：工作轴：4.2 各轴的输入功率 I轴 II轴 工作轴 4.3 各轴输入转矩 I轴 II轴 工作轴 将以上算得的运动和运动参数列下表 参数电动机轴I轴II轴工作机轴转速n(r/min)1430476.7114.59114.59功率P（kw)2.742.632.52.43转矩T（N.m)18.352.69208.35202.52传送比i3.04.161效率0.960.9650.975 5、V带的设计计算说明计算结果5.1确定计算功率 查得工作情况系数 5.2V带型号选择 根据和转速n1=1430r/min 由课本图8-11选择A型号5.3确定带轮的基准直径 并验算带速v 取小带轮的基准直径=112mm 验算带速v 因为5m/sv30m/s 所以带速合适。 大带轮的基准直径 取标准值 5.4 确定V带的中心距a和基准长度5.4.1计算中心距 中心距偏大些有利于增大包角，但过大会使结构不紧凑，且在载荷变化时引起带颤动，降低带传动的工作能力。一般根据安装条件的限制或由下式初步确定中心距a0 326.9934 初定=700mm5.4.2 计算所需的基准长度（带长） =取 标准值实际中心距a考虑到安装调整和补偿预紧力需要，中心距变动范围为 中心距变化范围是5.5 验算小带轮的包角5.6计算带的根数z5.6.1计算单根V带的额定功率 由 和 查得 根据 和A型带查得 所以5.6.2计算V带的根数z 取3根5.7计算单根V带的初拉力A型带的单位长度质量q=0.105kg/m所以 =5.8计算压轴力5.9带轮的设计5.9.1小带轮结构 采用实心制 查得电动机轴经查课本8-11 e= 取 则轮毂宽：取 轮缘宽： =5.9.2大带轮结构 采用孔板式结构 轮毂宽与小带轮相同 选A型V带=112mm=700mm 6、减速器内传动的设计计算计算说明计算结果6.1 选择材料与热处理方式和公差等级考虑到带式运输机为一般机械，所以大小齿轮均选用45钢 小齿轮 调质 齿面硬度260HBS 大齿轮 正火处理 齿面硬度215HBS精度等级 减速器用8级精度6.2 初步计算传动的主要尺寸 按齿面接触疲劳强度设计6.2.1试算小齿轮分度圆直径 即确定公式中的各参数值 ；计算小齿轮传递的转矩 选取齿宽系数 查得区域系数 材料的弹性影响系数 齿数比 选小齿轮数是大齿轮数 重合系数 所以所以 计算接触许用应力 课本图10-25d，查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限 应力循环次数 ：由课本图10-23 查得解除疲劳寿命系数 取失效概率为1% 安全系数S=1所以 取和中较小的作为该齿轮副的接触疲劳许用应力 即=初算小齿轮分度直径 6.2.3 调整小齿轮分度园直径 计算实际载荷系数前的数据准备 圆周速度 齿宽 6.3计算实际载荷系数 课本表10-2 查使用系数根据，8级精度 由图10-8查动载系数齿轮的圆周力查表10-3 得齿间载荷分配系数表10-4 查得齿向载荷分布系数则实际载荷算的的分度圆直径6.4确定模数 取标准值6.5几何尺寸的计算 6.5.1计算分度圆直径 6.5.2计算中心距 6.5.3 计算齿轮宽度b 考虑不可避免的安装误差，为了保证设计齿宽b和节省材料一般将小齿轮略加宽（）mm，即取 6.6 校核齿根弯曲疲劳强度 式中： 齿宽 齿形系数 应力修正系数 查得 重合度系数 则许用弯曲应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.25 查图10-24c 小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳强度极限分别为 查图10-22 弯曲疲劳寿命系数 所以 则 所以满足齿根弯曲疲劳强度6.7 计算齿轮传动的其他几何尺寸 齿顶高 齿根高全齿高顶隙 齿顶圆直径 齿根圆直径 6.8齿轮上作用力的计算 6.8.1已知条件 高速轴的传递转矩为 转速 小齿轮分度圆直径为 6.8.2小齿轮的作用力 圆周力 其方向与力的作用点圆周速度方向相反 径向力 其作用方向的作用点指向轮1的转动中心 大此轮2的作用力 从动轮2各个力与主动齿轮1上相应的力大小相等均45钢处理方式：小齿轮调质大齿轮正火 8级精度 所以满足齿根弯曲疲劳强度 7、轴的设计计算计算说明计算结果7.1已知条件 高速轴传递的功率 转速 小齿轮分度圆直径 齿轮宽度 转矩7.2选择轴材料 因为传递的功率不大，对重量和结构尺寸没有特殊，所以选用常用的材料45钢 调质处理7.3 初算轴经 因为高速轴外伸段上安装带轮，所以取C= 取 轴径按 则 考虑键槽对轴的强度削弱轴径增大3%-5%， 则 取7.4轴的结构设计 7.4.1 设计方案为方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构。该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两端固定方式。然后，可按轴上零件的安装顺序，从dmin处开始设计 7.4.2轴段的设计 轴段上安装带轮，此段设计应与带轮设计同步进行。由最小直径可初定轴段的轴径d1=25mm,带轮轮毂宽度为，取为50mm，则轴段长度略小于毂孔宽度，取 7.4.3轴段的设计 考虑带轮的轴向固定及密封圈的尺寸，带轮用轴肩定位，轴肩高度为 。 轴段的轴径 该处轴的圆周速度 所以选用毡圈油封，选取毡圈30JB-2Q 4606-1997 则 7.4.4轴段和的设计 轴段和安装轴承，考虑齿轮只承受径向力和圆周力，所以选用球轴承即可，其直径应既便于轴承安装，又应符合轴承内径系列。先暂取轴承为6007，经过计算轴承寿命不够，改选6207轴承，由表8-28查得轴承内径d=35mm,外径D=72mm,宽度B=17mm,内圈定位轴肩直径 =42mm,外圈定位凸肩内径=65mm,故=35mm,该减速器齿轮的圆周速度小于2m/s,故轴承采用脂润滑，需要挡油环，取挡油环端面到内壁距离=2mm,为补偿箱体的铸造误差和安装挡油环，靠近箱体内壁的轴承端面至箱体内壁的距离取=14mm,则=B+=17+14+2=33mm。 因为通过一轴上的两个轴承取相同的型号 则 7.4.5轴段的长度设计 轴段的长度除与轴上零件有关外，还与轴承座宽度及 轴承端盖等零件有关 下箱座壁厚有公式 则 取 上箱座壁厚由公式 则 取 由于中心距可确定轴承旁连接螺栓直径M12，相应的 ，箱体凸缘连接螺栓直径M10，地脚螺栓直径M16，轴承端盖连接螺栓直径M8，由表8-29取螺栓GB/T 5781-2000M825。由表8-30可计算轴承端盖厚e=1.2d =1.28mm=9.6mm ，取e=10mm 。轴承座宽度为 ：则 取L=50mm 取端盖与轴承座间的调整垫片厚度为 t=2mm 为了在不拆卸带轮的条件下，方便装拆轴承端盖连接螺栓，取带轮凸缘端面至轴承端盖表面的距离K=28mm ，带轮采用腹板式，螺栓的拆装空间足够，则有eK+t-B=50+10+28+2-14-17=59mm 7.4.6轴段和的设计 该轴段间接为轴承定位，可取 齿轮两端面与箱体内壁距离取 则 7.4.7轴段的设计 轴段 上安装齿轮，为便于安装， 应略大于 ，可初定 由表8-31查得该处键的截面尺寸为 ，轮毂键槽深度为 该处齿轮轮毂键槽到齿根的距离为故该轴应设计成齿轮轴， 7.4.8箱体内壁之间的距离为 7.4.9力作用点之间的距离 轴承力作用点距离 则 7.5键连接 联轴器与轴段间采用A型普通平键连接，由表8-31得键的型号为 GB/T1096-19907.5.1画轴的受力简图 轴的受力简图如图所示7.5.2支承反力 在水平面上为 式中负号表示与图中所示力的方向相反，以下同 在垂直面上为 轴承A的总支撑反力为 轴承B的总支承反力为 7.5.3弯矩计算 在垂直平面上 合成弯矩，有7.5.4 画弯矩图 弯矩图如图所示 转矩7.6校核轴强度 齿轮轴与点A处弯矩较大，且轴颈较小，故点A剖面为危险截面。其抗弯截面系数为 其抗扭截面系数为最大弯曲应力为扭剪应力为扭剪应力为 按弯扭合成强度进行校核计算 ，对于单项转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数当量应力为由表8-26查得45钢调质处理抗拉强度极限 表8-32用内插法查得轴的许用应力 强度满足要求7.7校核链连接的强度 带轮处理链连接的挤压应力为取键、轴及齿轮的材料都为钢，由表8-33查得 强度足够7.8校核轴承寿命7.8.1当量动载荷 由表8-28查得6009轴承C=25500N C0=15200N。 轴承A、B当量载荷 7.8.2轴承寿命 因为 所以只需校核轴承A 载荷系数 则 减速器预期寿命 因为 所以轴承的寿命足够45钢 调质处理=35mm=33mm强度满足要求链连接强度满足要求轴承的寿命足够 8、低速轴的设计计算说明计算结果8.1已知条件低速轴的传递功率 转速 传递转矩 齿轮2分度圆直径齿轮款8.2选材由已知条件知减速器传递的功率属于小功率，对材料无特殊要求，故选用45钢并经调质处理8.3初算轴径 C=120 则低速轴外伸段直径为 轴与联轴器链接，有一个键槽，应增大轴径 3%5% ，即 取8.4结构设计8.4.1轴的初步构想如图 该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两段固定方式，从最细处开始设计8.4.2轴段设计查表 则转矩 A型键 现则联轴器主动端代号 LX235X60XGB/T 5014-2003 相应的轴段的直径 其长度略小于毂孔宽 取 8.4.3轴段的设计联轴器用轴肩定位，轴肩高度轴段的轴径 最终由密封圈确定。该轴处的圆周速率小于3m/s，可选用 毡圈油封。查表选用40JB/ZQ4606-1997 则8.4.4轴段和的设计 取轴承为6009 查得轴承内径 外径 宽度内圈定位内径 完全定位凸肩内径 故选 通常一根轴上的两个轴承选一样大的型号 则8.4.5轴段的设计轴段上安装齿轮，为例便于齿轮的的安装略大于 初定 则齿轮2 轮毂的宽度范围是 为了使套筒两端能够顶到齿轮端面，轴段的长度比轮毂略短， 则取8.4.6轴段的设计 轴段的长度除了鱼轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关。轴承座宽L，轴承段盖厚e、轴承端盖链接螺栓、轴承靠近内壁的端面距箱体内壁距离、端盖与轴承座之间的调整垫片厚度均同高速轴。联轴器轮毂端面与端盖外端面的距离取则8.4.7轴段的设计该轴段给齿轮提供定位作用，定为轴肩的高度 取 则 齿轮端面距箱体内壁距离为取挡油环端面到内壁的距离 则8.4.8轴段和长度的设计 轴段的长度 取 轴段长度 取8.4.9轴上力作用点的距离 轴承反力的作用点据轴承外端大断面的距离则轴的支点及受理点间的距离为 8.5键连接 联轴器与轴段及齿轮与轴段采用A型普通平键连接，查表可得其型号分别为键 GB/T 1096-1990和键 GB/T 1096-19908.6受力分析8.6.1画轴的受力图 如图8.6.2支承反力 在水平面上为 式中负号表示与图中所示力的方向相反，以下同 在垂直面上为 轴承A、B的总支反力8.6.3弯矩，弯矩图 如图在平面上 ，齿轮所受的截面为在垂直平面上，齿轮所在的截面为合成弯矩 齿轮所在的轴截面 8.7校核强度 因为齿轮所在轴截面弯矩大，同时截面还作用有转矩，因此此截面为危险截面，其抗弯截面强度为 、抗扭截面系数 弯曲应力 扭剪应力 对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，取折合系数 则当量应力 查得45钢调制处理抗拉强度极限 轴的许用弯曲应力 所以 强 度满足要求8.8校核键强度 齿轮2处的键连接挤压应力为 取键、轴以及齿轮的材料都是钢，查得， 因为 ，所以强度足够8.9校核轴的寿命 8.9.1当量载荷 由表8-28 查得 6009轴承 C=21000N 因为轴承不受轴向力，有 8.9.2轴承寿命 轴承在100以下工作，由表查得 则 因为，所以寿命足够45钢 调质处理A型普通平键连接轴的强度满足要求键连接强度足够轴承寿命满足要求 9、减速器箱体的设计计算说明计算结果9.1结构设计采用铸造的方法制造。考虑到安装方便，采用剖分式结构，使剖分面通过轴心线。箱体要有足够的刚度。首先保证足够的壁厚，取为保证箱体的支撑刚度，轴承座应有足够的厚度，并设置加强肋，选用外肋结构。另外，箱座底凸缘宽度应超过箱体的内壁应超过箱体内壁为提高轴承座处的联接刚度，座孔两侧的连接螺栓应尽量靠近轴承，为此轴承座附近做出凸台，有一定高度以留出足够的扳手空间，但不超过轴承座外圆。9.2箱体结构要有良好的工艺性 采用铸造箱体，所以注意铸造的工艺要求，例如注意力求壁厚均匀、过渡平缓，外形简单，以便拔模方便等。设计箱体结构形状时，应尽量减小机械加工面积，减少工件和刀锯的的调整次数。例如同一轴心线上的两轴承座孔的直径应尽量一致，以便镗孔并保证镗孔精度。箱体的加工面与非加工面必须严格分开，加工处做出凸台()。螺栓头部或螺母接触处做出沉头座坑。箱体形状力求均匀、美观。9.3附件的结构设计要设计启盖螺钉，其上的螺纹长度要大于箱盖联接凸缘的厚度，钉杆端部要做成圆柱形，加工成半圆形，以免顶坏螺纹。为了保证剖分式箱体轴承座孔的加工与装配精度，在箱体联接凸缘的长度方向两端各设一圆锥定位销。两销间的距离尽量远，以提高定位精度。定位销直径一般取长度应大于箱盖和箱座联接凸缘的总厚度，以利于装拆。 为了拆卸及搬运减速器，在箱盖上装有吊环，直接在箱盖上铸出；在箱座两端凸缘下面直接铸出吊钩，用于调运整台减速器。根据机械设计课程设计知道书表4-1计算得铸铁减速器箱体的主要结构.铸铁减速器箱体结构尺寸、名 称符 号减 速 器 型 式及 尺 寸 关 系：名称符号减速器型式、尺寸/mm箱座壁厚4箱盖壁厚13箱盖凸缘厚度b15箱座凸缘厚度b6箱座底凸缘厚度b210地脚螺钉直径df16地脚螺钉数量n4轴承旁连接螺栓直径d112盖与座连接螺栓直径d29连接螺栓d2的间距l200轴承端盖螺钉直径d38检查孔盖螺钉直径d46定位销直径d7dfd1d2至外箱壁距离C116 10、润滑方式和密封类型的选择，润滑油牌号的选择和装油量的计算。计算说明计算结果齿轮传动用工业闭式齿轮油，高速机械油GB486-77HJ-5 ，一般选用润滑油，根据齿轮的工作条件以及圆周速度查得运动黏度，再根据选定的黏度确定润滑的牌号 ； 闭式齿轮的润滑方式有浸油润滑和喷油润滑，圆周速度V 12m/s时采用浸油润滑，V 12m/s时采用喷油润滑、最常用的滚动轴承润滑剂为润滑脂。常用的润滑方法有（、油浴润滑 、飞溅润滑 、喷油润滑