机械设计课程设计说明书-单级斜齿圆柱齿轮减速器.doc

中北大学课程设计说明书单级斜齿圆柱齿轮减速器1. 前言机械设计基础这门课是培养学生机械设计能力的技术基础课。机械设计基础课程设计是机械设计课程重要的环节，是我们学习这门课程后进行的一项综合训练，。其主要目的是：（1）通过课程设计综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，掌握机械设计的一般规律，树立正确的思想，培养分析和解决实际问题的能力。（2）学会从机器功能的要求出发，合理选择传动机构类型，制定设计方案，正确计算零件的工作能力，确定它的尺寸、形状、结构、及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全问题等，培养设计能力。（3）通过课程设计，学习运用标准、规范、手册、图册和查阅有关的技术资料等，培养机械设计的基本技能。通过这次设计使我巩固、加深了在机械技术课程中所学到的知识，提高了我综合运用这些知识去分析和解决问题的能力。同时学会了机械设计的一般方法，了解和掌握了常用机械零部件、机械传动装置或简单机械的设计方法与步骤，为今后学习专业技术知识打下必要的基础。同时在这个过程中我遇到了很多波折，有很多问题解决不了，让我学会了和同学们的团结全作与交流，最终解决了问题。培养了我一种团队意识。也让我重新审视我的学习过程，眼高手低，让我知道在今后的学习和工作中一定要踏实。2传动装置的总体设计21传动方案的分析研究机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。 本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级斜齿轮传动。减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。22电动机的选择电动机类型和结构型式要根据电源（交流或直流）、工作条件（温度、环境、空间尺寸等）和载荷特点（性质、大小、启动性能和过载情况）来选择。因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y（IP44）系列的电动机。电动机容量的选择 ：由传动方案可计算总效率如下：总=带121=0.960.980.970.98=0.894PdPw/总KW=2.4/0.894 KW=2.68KW式中: Pd-卷筒实际需要的电动机输出功率，KW； Pw-卷筒所需要的输入功率，2.4KW；-电动机至卷筒之间传动装置的总效率。其中1、2、带分别为传动装置中每一传动副、每对轴承、每个联轴器的效率，其概略值见表17（机械设计课程设计手册）。使电动机的额定功率P （11.3）P ，由查表得电动机的额定功率P 3KW。 根据表18确定传动比的范围总传动比的范围：i620。电动机的转速范围为n=inw=5401800 rmin式中：nw-卷筒的转速，90rmin；电动机型号的确定： 对Y系列电动机，通常多选用同步转速为1500rmin 或1000 rmin的电动机。根据选定的电动机类型、结构、容量和转速。由表121查出电动机型号为Y100L2-4,其额定功率为3kW，满载转速1440r/min。符合题目所需的要求 。23计算总传动比和分配各级传动比（1）计算总传动比：由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为： i=nmnW=1440/90=16 （2）合理分配各级传动比：i1=4； i2=424计算传动装置的运动和动力参数 (1)各轴的转速：n1= nm =1440 rmin n2=n1/i1=1440/4rmin=360 rmin n3=n2/i2=960/4 rmin=90rmin（2）各轴的功率：P1=P电=2.68 KW P2=2.680.980.96 KW =2.52 KW P3=2.520.970.98 KW =2.4 KW（3）各轴的转矩：Td=9550Pd/nm=95502.68/1440NM= 17.77 NMT1= Td =17.77 NMT2=17.7740.960.98 =66.87 NMT3=66.8740.980.97 NM =254.27NM运动和动力参数的计算数值整理列表备查（表1）表1项目轴1轴2轴3转速（rmin）144036090功率（KW）2.682.522.4转矩（NM）17.7766.87254.273. 传动零件设计计算 31齿轮传动的设计计算 （1）选定齿轮的类型精度等级、材料及齿数 1）按如图1所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2） 运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB10095-88）。 3） 材料选择及热处理 选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。根据指导书选8级精度。4） 选取螺旋角。初选螺旋角14。5）确定有关参数和系数如下：齿数比：u= i=4，取小齿轮齿数Z1 =20，则大齿轮齿数：Z2 =uZ1=420=80，所以取Z =81实际传动比i1=81/20=4.05 传动比误差：（i1 -i）/I=（4.05-4）/4=1.25%2.5% 可用 （2）按齿面接触强度设计 由设计计算公式（11-9）进行试算，即d 132KT1(u1)(ZEZHZ)2/duH2 mm式中：载荷系数K=1.4，由表113查取；T1=66850NMM，转矩，由上面的计算可得；ZE=188，弹性系数，由表114查取；ZH=2.5，节点区域系数，标准齿轮一般取这么大；Z=cos=0.98，称为螺旋角系数。d=0.8,齿宽系数，由表116查取；H =Hlim/SH MPa=700/1 MPa=700 MPa，由表111，115查取；将上面各个值代入式子计算得小齿轮的分度圆直径的最小值：d 155.65mm（3）验证轮齿强度齿形系数：ZV1=20/cos143=22.20ZV1=101/cos143=88.77通过上述的齿形系数的计算由课本可查得YFa1=2.85，YFa2=2.23(图11-8)；YSa1=1.57，YSa2=1.77（图11-9）由式（11-5）可计算得：f1=（2KT1YFa1YSa1）/（bmmZ1）=90MPaf2=(f1YFa2YSa2)/( YFa1YSa1)=79.4MPaf1 = fE1/sf=590/1.25=472MPaf2 =450/1.25=360 MPa，安全其中SF=1.25（表11-5）法向模数Mn32KT1YFa1YSa1cos2/dZ12F1mm=1.69mm由表4-1取Mn=3mmd1=Mn.Z1/cos=64mmd2=256mmV=d 1 n1/（60100）=1.05m/s因此，对照表11-2选8级制造精度是合宜的。32输出轴的设计轴上的功率P，转速N，转矩T分别为P=2.4KW，N=90rmin轴的零件定位，固定和装配单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体的中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴间定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过度配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位。周向定位采用过度配合或者过赢配合，轴呈阶状。左轴承从左面装入，齿轮套筒、右轴承依次从右面装入。（1） 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调查质处理，查表14-2可知C=115d115(2.4/90)1/3mm=34.36mm考虑有键槽，将直径增大5%，则 d=1.0534.36=36.1mm,取d1=40mm输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d I-II。为了使所选择的轴的直径d I-II与联轴器的孔径相适应，故同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩Tca=KAT3，查表（机械设计表14-1），考虑到转矩很小，故取KA=1.3，则Tca=KAT3=1.3197480 NM=256.724 NMTca应小于联轴器公称转矩的条件，所以选择用TL7型弹性柱销联轴器（机械设计课程设计手册表8-5），其公称转矩为500 NM。半联轴器的孔径d1=40mm，故取d I-II=40mm，半联轴器长度为L=112 mm，所以半联轴器与轴配合的毂孔长度为L1=60 mm（2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足轴向定位的要求，I-II轴段右端制出一轴肩，故取II-III段的直径d II-III=70mm，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取D=45mm=d III-IV。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=74mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故I-II的长度应比L1略短，现取L I-II=72mm。2)初步选择滚子轴承。因轴承同时受有轴向力和径向力的作用，故选用圆锥滚子轴承。参照要求由轴承产品目录中初步选择0基本游隙级标准精度级的圆锥滚子轴承30210其尺寸为dDT=50mm90mm21.75mm。故dIII-IV=dVI-VII=50mm，L VI-VII=22mm。3)取安装齿轮处的轴IV-V的直径d IV-V=55mm，齿轮的工端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为60mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段长度应略短于轮毂宽度，故取LIV-V=58mm。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h大于0。07d，取h=5mm，则轴环处的直径d V-VI=65mm。轴环宽度b大于等于1.4h，取L V-VI=10mm。4)轴承端盖的总宽度为20mm。根据轴承端盖的装拆及便于轴承添加润滑油的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=60mm，故取L II-III=80mm。5)取齿轮距箱体内壁之间距离a=16mm。考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离S，取S=8mm。已知滚动轴承宽度T=16mm，则LIII-IV=T+S+a+（40-36）=44mm。（4）轴上零件的周向定位 齿轮，半联轴器与轴的周向定位均采用平合键联接。按d IV-V查手册（机械设计表6-1）得平键截面bh=16mm10mm，键槽用铣刀加工长为70mm。33输入轴的设计轴上的转矩T为 T=66.87 NM小齿轮的分度圆直径 d 1=64mm圆周力 Ft=2T/ d 1=1770N径向力 Fr=Fttann/cos=673.1N轴向力 Fa=Fttan=535.4N(1)轴的 零件定位，固定和装配单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体的中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴间定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过度配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位i。周向定位采用过度配合或者过赢配合，轴呈阶状。左轴承从左面装入，齿轮套筒、右轴承依次从右面装入。（2）因为此轴为齿轮轴，所以轴向有轮齿所以在III-IV段轴的直径即为齿轮的齿顶圆的直径。D1=46mm，Mn=2mm，所以齿顶圆的直径为50mm，齿根圆的直径为44mm。又因为齿轮的宽度为45mm，所以此段的长度为45mm。（3）选择联轴器。联轴器的计算转矩Tca=KAT3，查表（机械设计表14-1），考虑到转矩很小，故取KA=1.3，则Tca=KAT3=1.340.71 NM=52.923 NMTca应小于联轴器公称转矩的条件，所以选择用TL4型弹性柱销联轴器（机械设计课程设计手册表8-5），其公称转矩为63 NM。半联轴器的孔径d1=40mm，故取d I-II=22mm，半联轴器长度为L=52 mm，所以半联轴器与轴配合的毂孔长度为L1=38 mm（4）初步选择滚子轴承。因轴承同时受有轴向力和径向力的作用，故选用圆锥滚子轴承。参照要求由轴承产品目录中初步选择0基本游隙级标准精度级的圆锥滚子轴承30207其尺寸为dDT=35mm72mm18.75 mm。故dI-II=dV-VI=35mm，L V-VI=19mm。（5）轴承和齿轮之间一段轴间一般取长10mm，直径为36MM。为了方便螺栓的旋上与取出，与联轴器相联的一段为70mm。（6）轴上零件的周向定位 齿轮，半联轴器与轴的周向定位均采用平合键联接。按d IV-V查手册（机械设计表6-1）得平键截面bh=16mm10mm，键槽用铣刀加工长为36mm。3.4 皮带轮传动的设计计算（1） 选择普通V带截型由课本1P189表10-8得：kA=1.2 P=2.68KWPC=KAP=1.22.68=3.216KW据PC=3.216KW和n1=1440r/min由课本图13-15得：选用A型V带（2） 确定带轮基准直径，并验算带速由课本表13-9，取dd1=90mmdmin=75dd2=i带dd1(1-)=490(1-0.02)=353mm由课本表13-9，取dd2=355带速V：V=dd1n1/601000=901440/601000 =6.78m/s在525m/s范围内，带速合适。（3） 确定带长和中心距初定中心距a0=500mmLd=2a0+(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0=2500+3.14(95+280)+(280-95)2/4450=1605.8mm根据课本表（13-6）选取相近的Ld=1600mm确定中心距aa0+(Ld-Ld0)/2=500+(1600-1605.8)/2=758mm (4) 验算小带轮包角1=1800-57.30 (dd2-dd1)/a=1800-57.30(280-95)/497=159.67120（适用） （5）确定带的根数单根V带传递的额定功率.据dd1和n1，查课本图13-9得 P1=1.07KWi1时单根V带的额定功率增量.据带型及i查1表10-2得 P1=0.17KW查表13-3，得K=0.95；查1表10-4得 KL=1.06Z= PC/(P1+P1)KKL=3.216/(1.07+0.17) 0.951.06=2.58 (取3根) (6)计算轴上压力由课本表13-1查得q=0.1kg/m，由课本式（13-17）单根V带的初拉力：F0=500PC/ZV（2.5/K）-1+qV2=500x3.216/3x7.06(2.5/0.95-1)+0.10x6.78X6.78 =102kN则作用在轴承的压力FQFQ=2ZF0sin(1/2)=23102sin(159.67o/2)=798N4减速器附件的选择 （1）通气器 由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M181.5 （2）油面指示器 （3）选用游标尺M16 （4）起吊装置 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 （5）放油螺塞 选用外六角油塞及垫片M161.5 5润滑与密封 （1）齿轮的润滑 采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为35mm。 （2）、滚动轴承的润滑 由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。 （3）润滑油的选择 齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。 （4）密封方法的选取 选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。 密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。6设计小结1.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。2.机械设计课程设计是在老师的指导下独立完成的。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。3.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的重要保证。善于掌握和使用各种资料，如参考和分析已有的