一级圆柱齿轮减速器设计说明书(I).doc

一级圆柱齿轮减速器设计说明书目录一. 课程设计的目的 2二. 课程设计的内容和任务 3 三. 课程设计的步骤 4四. 电动机的选择 4五. 传动零件的设计计算 8 1. 带传动的设计计算 82. 齿轮传动的设计计算 11六. 轴的计算 15七. 轴承的选择和校核 21八. 联轴器的选择及校核 22九. 键联接的选择及校核 22十. 减速器箱体的主要结构尺寸 23十一. 润滑方式的选择 24十二. 技术要求 24十三. 参考资料 25十四. 致谢 26一. 课程设计的目的机械设计基础课程设计是机械设计基础课程设计的重要实践环节，是第一次较全面的设计能力训练，在实践学生总体培养目标中占有重要地位。本课程设计的教学目的是：1. 综合运用机械设计基础课程及有关先修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，从而使这些知识得到进一步巩固和扩张。2. 学习和掌握设计机械传动和和简单机械的基本方法和步骤，培养学生工程能力及分析问题解决问题的能力。3. 提高学生在计算、制图、计算机绘图、运用设计资料、进行经验估算、机械设计方面的基本技能。二. 课程设计的内容及任务1. 课程设计的内容应包括传动装置、全部设计计算和结构设计。具体如下：1) 阅读设计任务书，分析传动装置的设计方案。2) 选择电动机，计算传动装置的运动参数和动力参数。3) 进行传动零件的设计计算。4) 减速器装置草图的设计。5) 计算机绘制减速器装配图及零件图。2.课程设计的主要任务1） 设计减速器装配草图一张2） 计算机绘制减速器装配图一张，零件图两张（齿轮、轴等）3） 答辩三. 课程设计的步骤 1.设计准备 准备好设计资料、手册、图册绘图用具、计算用具、坐标纸号。阅读设计任务书,明确设计要求,工作条件,内容和步骤；通过对减速器的装拆了解设计对象；阅读有关资料，明确课程设计的方法和步骤，初步拟定计划。2.传动装置的总体设计 根据任务书中所给的参数和工作要求，分析和选定传动装置的总体方案；记算功率并选择电动机；确定总传动比和各级传动比；计算各轴的转速、转矩和功率。3.传动装置的总体方案分析传动装置的设计方案直观的反映了工作机传动装置和原动机三者间的运动和力的传递关系。满足工作机性能的传动方案可以由不同的传动机构类型以不同的组合形式和顺序构成。合理的方案首先应满足工作机的性能要求，保证工作可靠并且结构简单，尺寸紧凑，加工方便，成本低廉，传动效率高和使用维护方便。四. 电动机的选择电动机已经标准化、系列化。应按照工作机的要求，根据选择的传动方案选择电动机的类型、功率和转速，并在产品目录中查出其型号和尺寸。选择电动机类型、型号、结构等，确定额定功率、满载功率、结构尺寸等。1. 选择电动机的类型电动机有交流和直流电动机之分，一般工厂都采用三相交流电，因而，多采用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类，异步电动机又分位笼型和绕线型两种，其中以普通笼型电动机应用最多，目前应用最广的是Y系列自扇冷式笼型三相异步电动机，其结构简单，启动性能好，工作可靠，价格低廉，维护方便，使用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体，无特殊要求的场合，如:起重机、风机、农机、轻工机械等。在经常需要起动、制动和正反转的场合（如起重机），则要求电动机转动惯性小，过载能力大，应选用起重及冶金用的三相异步电动机YZ型（笼型）或YZR型（绕线型）。 按已知的工作要求条件,选择Y型全封闭笼型三相异步电动机2. 电动机功率的选择1) 工作机所需的电动机输出功率为:(1)P / (2)P Fv/1000wP Fv / 1000 .w .0.960.990.970.970.980.960.83p Fv /10000.8316001.5 / 10000.832.89Kw2) 确定电动机的转速 卷筒轴的工作转速为n 60 1000v / D 60 1000 1.5 / 230 124.6 r/min 按推荐的合理传动比范围，取V带传动的传动比i 2 4,单级齿轮的传动比i35, 则合理总传动比的范围为i620，故电动机转速的可选范围为： n in (620)124.6 r/min 747.6 2492 r/min符合这一范围的同步转速有750 r/min 1000 r/min 1500 r/min,再根据计算出的容量,由附表8-1查出有三种适用的电动机型号,其技术参数及传动比的比较情况见下表。方案电动机型号额定功率电动机转速（r/min） 传动装置的传动比P/kW同步转速满载转速总传动比带齿轮1Y132M-837507105.7022.852Y132S-6310009607.702.53.083Y100L2-431500142011.4033.8综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比，比较两个方案可知：选择方案3比较合适。因此选定电动机型号为Y100L2-4，所选电动机的额定功率P3KW,满载转速n1420 r/min，总传动比适中，传动装置结构较紧凑。所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如下表所示中心高H外形尺寸L(AC/2AD)HD底脚安装尺寸AB地脚螺栓孔直径D(k)轴伸尺寸DE装键部位尺寸FGD10038282.5245161401228608413.计算总传动比和分配传动比由选定电动机的满载转速n和工作机主动轴的转速n可得传动装置的总传动比i n/ n,对于各级传动为i为ii.i.ii 4.计算传动装置的运动和动力参数1)各轴转速I 轴 n n/i1420 / 3 473.33 r/min 轴 n n/i1420 / 11.4124.6 r/min卷筒轴n n124.6 r/min2)各轴的输入功率I 轴 PP. 2.890.962.77 kW 轴 P P.2.770.990.972.66 kW卷筒轴P P.2.660.990.972.55Kw3) 各轴的输入转矩I 轴 TT. i. 19.4430.9655.99 N. m 轴T T. i.55.993.80.990.97204.32N.m卷筒轴 T T. .204.320.990.97196.21N.m运动和动力参数的计算结果列于下表： 轴名参数电动机轴I 轴 轴卷筒轴转速n/(r/min)输入功率P/Kw输入转矩T/ N. m14202.8919.44473.332.7755.99124.62.66204.32124.62.55196.21传动比I效率30.963.80.9610.96五.传动零件的设计与计算（一.）V带设计:已知P额3kW 转速n473.33 r/min 两班制1. 计算功率：PKP1.233.6 kW 选取K1.2 P3.6 kW2. 选择带型：根据P3.6 kW和n1420 r/min由表10-12选取A型3. 确定带轮基准直径：由表10-9确定d，did（1-）1420/473.33100（1-0.02）=294mm，查表10-9取标准值 选取d100mm ， d280mm4. 验算带速： V.d. n/601000 1001420/601000 7.43m/s因为5m/s v 120,故符合要求。8.单根V带传递的额定功率：根据d和n，查图10-9得P1.4 kW9.i1时单根V带传递的额定功率增量：据带型及i查表10-5得P0.17 kW10.确定带的根数：查表10-6：K0.95 查表10-7:K0.99 ZP/( PP) K K3.6/(1.40.17)0.950.992.44故取Z311.单根V带的初拉力：查表10-1: q0.01kg/mF500(2.5/0.95)-1( P/Z)qv500（2.5/0.95）-1（3.6/37.43）0.107.43N137.3N 12.作用在轴上的力：F2Z Fsin（/2）23137.3sin(159/2)N=810N 13.带轮的结构和尺寸： 以小带轮为例确定其结构和尺寸，由图10-7选定小带轮为实心轮，轮槽尺寸及轮宽按表10-3计算，并参查简明机械零件设计实用手册，从而画出小带轮工作图，见图10-14。 (二)直尺圆柱齿轮的设计已知：i3.8, n473.33r/min 传动功率P2.89kW, 两班制工作,工作期限10年,单方向传动,载荷平稳。 1. 选材料与热处理方式。所设计的齿轮传动属于闭式传动，通常采用软齿面的钢制齿轮，查阅表6-7，选用价格便宜便于制造的材料；小齿轮材料为45钢，调质处理，硬度为260HBW，大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为215HBW，硬度差为45HBW较合适。2. 选择精度等级。运输机是一般机械，速度不高，故选择8级精度。3按齿面接触疲劳强度设计。本传动为闭式传动，软齿面，因此主要失效形式为疲劳点蚀，应根据齿面接触疲劳强度设计，根据式（6-41） d 1) 载荷因数K。圆周速度不大，精度不高，齿轮关于轴承对称布置，按表6-9取K1.22) . 转矩T T9.5510P/n9.55102.89/473.3358309.2Nmm3)接触疲劳许用应力,据式(6-42)Z/S由图6-36查得：610Mpa，500Mpa；接触疲劳寿命系数Z:按一年300工作日，双班制一班8h计算，用公式N60njt得N60473.3310300161.3610N N/1.3610/3.83.5810查图6-37中曲线1,得 Z 1 (N N, N=10)Z1.12按一般可靠性要求,取S1,则有 Z/ S6101/1Mpa610Mpa Z/ S5001.12Mpa560Mpa4）计算小齿轮分度圆直径d。由表6-11，取1.1，则有d=48.68mm取d50mm5）计算圆周速度V Vnd/6010003.14473.3350/601000m/s1.24m/s因V5m/s,故取8级精度合适。4.确定主要参数，计算主要几何尺寸。1） 齿数。取z20，则zz/i203.8762） 模数m md/ z50/202.5mm正好是标准模数第一系列上的数值，可取。3）分度圆直径dzm 202.550mmdzm 762.51900mm4)中心距a a （d d）/2 （501900）/2 120mm5)齿宽bb d1.15055mm取b55mm，bb5mm60mm 5.校核弯曲疲劳强度 根据式6-44 (2KTbm d)Y1） 复合齿形因数Y。由图6-39得：Y4.35 Y3.922） 弯曲疲劳许用应力SY由图6-40得弯曲疲劳极限应力：490Mpa ，410Mpa。 由图6-41得弯曲疲劳寿命系数Y:Y1(NN, N310),Y1(NN,N310) 弯曲疲劳的最小安全系数S：按一般可靠性要求，取S1.计算得弯曲疲劳许用应力为 (/ S) Y 490Mpa/11490Mpa(/ S) Y410 Mpa/11410Mpa3) 校核计算 (2KT/bmd)Y(21.258309.2)/(602.550)4.35Mpa81.17Mpa (2KT/ bmd)Y (21.258309.2)/ (552.550)3.92Mpa 79.79 故弯曲疲劳强度足够。6.结构设计与工作图（略）六、轴的计算1. 输入轴的设计。选用轴的材料为45号钢，调质处理，根据小齿轮的尺寸确定小齿轮采用齿轮轴的结构尺寸如下图： 2. 输出轴的设计1） 择轴的材料，确定许用应力 选用轴的材料为45号钢，调质处理，查表12-1可知650Mpa，360Mpa,查表12-6可知215Mpa, 102Mpa, 60Mpa2)按钮转强度估算轴的最小直径单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，从结构要求考虑，输出端轴径应最小。最小轴径为dc查表12-5可得，45号钢取c118，则d11832.73 考虑键槽的影响以及连轴器的孔径系列标准，取d363） 轮上的作用力计算齿轮所受转矩为T9.55106 2.66/124.6N 203876.4 N 齿轮作用力:圆周力 Ft2T/d2203876.4 /1902146N径向力FrFttann2146tan200773N4) 轴的结构设计轴结构设计时,需同时考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式,按比例绘制轴系结构草图(1) 联轴器的选取.可采用弹性套柱销联轴器,查设计手册可得规格为:HL3联轴器 3882 GB/T5014-2003(2) 确定轴上零件的位置及固定方式。单级齿轮减速器，将齿轮布置在箱体内壁的中央，轴承对称布置在齿轮两边，轴外伸端安装联轴器。齿轮靠轴环和轴套实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定；两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定；轴通过两端轴承盖实现轴向定位；联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向固定。（3） 确定各段轴的直径。将估算轴径d36作为外伸端直径d，与联轴器相配，如图12-13所示，考虑联轴器靠轴肩实现轴向定位，取第二段直径为d44。齿轮和左端轴承从左端装入，考虑装拆方面及零件固定的要求，装轴承处轴径d应大于d，考虑滚动轴承直径系列，取d50。为便于齿轮装拆，与齿轮配合处轴径d应大于d，取d52.齿轮左端用套筒固定，右端用轴环定位，轴环直径d满足齿轮定位的同时，还应满足右侧轴承的安装要求，根据选定轴承型号确定。右端轴承型号与左端轴承相同，取d50。(4)选取轴承型号。初选轴承型号为深沟球轴承，代号6310.查手册可得：轴承宽度B27，安装尺寸D160,故轴环直径d560（5）确定各段轴的长度。综合考虑轴上零件的尺寸及与减速器箱体尺寸的关系，确定各段轴的长度。（6）画出轴的结构草图。 如下图。5) 校核轴的强度（1）出轴的计算简图、计算支反力和弯矩。由轴的结构简图，可确定轴承支点跨距，由此可画出轴的受力简图，如图12-13所示 水平支反力FRBFRD（1/2）Ft（1/2）2146N1073N 水平弯矩MCHFRB73.5107373.5N78866N 垂直面支反力由静力学平衡方程可求得FRAZFRDZ=387N垂直面弯矩 MFRBZ73.538773.5N28445 N 合成弯矩 M 83839N 画出各平面弯矩图和扭矩图。见图12-13（2）计算当量弯矩M。转矩按脉动循环考虑，应力折合系数/60/1020.59 则取0.59C剖面最大当量弯矩为 M 146622N画出当量弯矩图，见图12-13（3）校核轴径。由当量弯矩图可知，C剖面上当量弯矩最大，为危险截面，校核该截面直径d M 29考虑该截面键槽的影响,直径增加3 d1.022930结构设计确定的直径为52,强度足够。七 轴承的选择及校核（1）小轴承查表得C6008轴承的额定动载荷C17.0KN 额定静载荷C011.8KN 极限转速n8500r/min 外径D68mm 宽度B15(查轴承样本) 大轴承查表得C6310轴承的额定动载荷C61.8KN 额定静载荷C038.0KN 极限转速n6000r/min 外径D110mm 宽度B27(查轴承样本)（2）查表计算得：Fr773N Fr/CFx/C0.043内插得e0.26 径向载荷因数X1X20.6(3) 当量动载荷P PP1X1Fr+y1fr0.44查表得fp1.2 fT1 (4)根据公式CC2 =6585.96NC=61800N 适用八 联轴器的选择及校核采用弹性套柱销联轴器（1） 选择联轴器类型，为了缓和振动和冲击，选择弹性联轴器（2） 选择联轴器型号，计算转矩，由表15-1查取 K1.4TcKTK9550P/n=274 Nmm按计算转矩，转速和轴径，由GB/T5014-2003中选用HL3型弹性柱销联轴器。3882 GB/T5014-2003查得有关数据：额定转矩630Nm许用转速n5000r/min,轴径3042mm 满足TcTn nn 故适用。九 键联接的选择及校核（1）、大齿轮与轴的配合52mm(查表11-6)取A键（普通平键）联接 键1610 b16mm h10mm L45mm GB1096联轴器与轴的配合38mm(查表11-6)取A键（普通平键）联接 键108 b10mm h8mm L70mm GB1096(2)、键的校核 静联接大径上的键4T/dhl4204.32103/52104534.93Mpa=7080 Mpa小径上的键4T/dhl4196.21103/3887036.88Mpa1.21.289.6m取10 mm，齿轮端面与内箱壁间的距离 210mm箱盖、箱座肋厚m1 m2 m10.8510.8586.8mm 取7mm m20.850.8586.8mm 取7mm十一 润滑方式的选择润滑油的选用方式 飞溅润滑 传动件的传动带起润滑油直接溅入轴承内，或先溅到箱壁上，顺着内壁流入箱体的油沟中，再沿油沟流入轴承内，此时端盖部分必须开槽，并将端盖端部的直径取小些，以免油路堵塞。十二 技术要求1、 装配前，全部零件用煤油清洗，箱体内不许有杂物存在，在内壁涂两次不被机油侵蚀的涂料。2、 用铅丝检验装配间隙，其间隙不小于0.16mm，铅丝不得大于最小间隙的4倍。用涂色法检验斑点。齿高接触斑点不小于百分四十；齿长接触斑点不小于百分五十。必要时可采用研磨或刮后研磨，以便改善接触情况。3、 调整轴承时所留轴向间隙如下；40为0.05mm0.1mm;55为0.08mm0.15mm。4、 装配时，剖分面不允许使用任何填料；可涂以密封油漆或水玻璃。试转时应检验剖分面、各个接触面及密封处，均不准漏油。5、 箱座内装SH0357-92中的50号工业齿轮油至规定高度。6、 表面涂灰色油漆。十三 参考资料1、 陈立德机械设计基础第2版北京；高度教育出版社，20042、 机械设计师手册编写组机械设计师手册北京机械工业出版社，19993、 吴宗泽罗圣国机械设计课程设计手册第2版北京，高等教育出版社，19994、 龚义机械设计课程设计指导书第2版北京，高等教育出版社，19905、 卢颂峰机械零件课程设计手册北京，中原广播电视大学出版社，19856、 浙江大学机械零件教研室机械零件课程设计杭州，浙江大学出版社，19837、 上海交通大学机械原理及设计零件教研室机械零件课程设计19808、 哈尔滨工业大学等机械零件课程设计指导书北京，高等教育出版社，19829、 陈于萍互换性与测量技术基础北京，机械工业出版社，199810、 王中