一级圆柱直齿轮减速器课程设计.doc

南京工业大学材料科学与工程学院2007级课程设计机械设计课程设计计算说明书校 名： 南京工业大学 设计题目； 一级圆柱齿轮减速器 专 业： 无机非金属材料工程 班 级： 材 料 0701 设 计 者： 张 伟 学 号： 1101070125 指导老师： 孙厚环 完成日期： 2010年6月28日 目 录一、机械设计课程设计任务的内容和要求 3二、减速器的结构与性能介绍结构形式 4选择电动机 4传动装置的总传动比及其分配 5计算传动装置动力参数 5三、减速器的设计及结构说明减速器外传动零件V带的设计计算 7减速器内部零件齿轮的设计计算 8四、减速器的其他零件设计及其校核减速器轴的设计计算与校核 11滚动轴承的选择与校核 16键的选择与校核 17联轴器的设计计算 17减速器的润滑方式、密封形式的简要说明 17箱体及其附件设计 18五、设计小结 19参考书目：1 卢明玉主编,机械设计基础(第六版)M.北京：高等教育出版社,19982 吴泽宗,罗胜国主编,机械设计课程设计手册第三版)M.北京：高等教育出版社,20063 龚溎义主编,机械设计课程设计图册(第三版)M.北京：高等教育出版社,19894 孙岩,陈晓罗,熊涌主编,机械设计课程设计M.北京：理工大学出版社,2007机械设计课程设计任务的内容和要求一 、传动方案的拟定1、原始数据：输送带轴所需扭T：1050 运输带工作速度v：0.8 卷筒直径D：380 2、工作条件：室内常温下工作；单班制，每班8小时；空载启动，载荷较平稳，连续单向运转3、使用期限及检修年限：工作期限为8年，每年工作360天；检修期限为4年4、动力来源：电力，三相交流电，电压380/220V5、运输带速度允许误差：5% 6、生产条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产二、设计任务1、选出电动机的型号；2、确定带传动的主要参数及尺寸；3、设计减速器；4、选出连接减速器输出轴与工作机轴的联轴器。三、设计的工作量：1、装配图1张(1或0号图纸)；2、零件工作图12张(传动零件、轴或机体等)；3、计算说明书一份。四、课程设计要求：1、研究分析设计题目和工作条件，明确设计要求和设计内容；2、认真复习与设计有关的章节内容，提倡独立思考、深入钻研、主动地、创造性地进行设计；3、设计态度严肃认真,一丝不苟，反对照抄照搬，抄袭他人设计，容忍错误等问题；4、通过课程设计在设计思想、设计方法和设计技能等方面得到良好的训练。五、设计传动简图项目设计与计算过程的演示结果减速器的结构与性能介绍一、结构形式本减速器设计为水平剖分，封闭卧式结构。二、选择电动机（一） 电动机的类型与结构对一般的机械运输级，多用Y系列全封闭自扇式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点。安装方式为卧式，机座带底脚，端盖上无凸缘。（二）电动机的型号1、选择电动机的功率对于带式运输机这类载荷平稳的机械，所用的电动机只要满足：Pd Ped式中：Pd所需电动机的功率 Ped电动机额定功率 计算： Pd = Ped/Pw工作机所需有效功率 Pw = /1000 ()从电动机到工作机的总传动效率d电动机到工作轴之间的带传动效率g电动机到工作轴之间的齿轮传动效率r电动机到工作轴之间的滚动轴承传动效率c电动机到工作轴之间的联轴器传动效率代入数据：T = 1050 = 0.8 d = 0.96 g = 0.97 c = 0.99 r = 0.99 D = 380 F 输送机的工作拉力 ND 滚筒直径 则所需电动机的输出功率：Pd = 4.89 Ped Pd查机械设计课程设计手册表12-1 选择 Ped = 5.5 ()Pw=4.42 kw = 0.904Pd =4.89 kwPed = 5.5 kw项目设计与计算过程的演示结果减速器的结构与性能介绍滚筒转速： ()2、选择电动机的转速及型号根据推荐的传动比合理范围，取V带传动比，一级圆柱齿轮减速器传动比，则总传动比合理范围为，故电动机满载转速可选范围为： ()符合这一范围的同步转速为750 。根据根据容量和转速，查机械设计课程设计手册表12-1。综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，根据所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y160M28。其主要性能：额定功率：5.5；额定电流：13.3 A；满载转速nd=720；效率：85；额定转矩2.0 ；外形尺寸（长宽高）：600 420 385；质量：119 kg。三、传动装置的总传动比及其分配1、总传动比 代入： 2、分配总传动比：i1 V带的传动比； （23）i2 齿轮的传动比； （46）取： i2 =5.99 则i1 = 2.99判断： i = 17.91 （818） i1 = 2.99 （23） i2 = 5.99 （46） i1 i2 合适四、计算传动装置动力参数（一）各轴的输入功率1、减速器高速轴（1轴） ()2、减速器低速轴（2轴） ()3、传动滚筒轴 ()（二）各轴转速1、 ()2、 ()3、 ()机型：Y160M28i = 17.91i1 = 2.99i2 = 5.99项目设计与计算过程的演示结果减速器的结构与性能介绍（三）各轴的输入扭矩1、 ()2、 ()3、 ()4、 ()轴号功率P/()转速n/()转矩T/()传动比i效率电动机轴4.8972064.862.990.961轴4.69240.80186.002轴4.5040.201069.035.990.96滚筒轴4.4240.201050.0210.98二、减速器的设计及结构说明一、减速器外传动零件V带的设计计算1、确定计算功率，选取V带型号查表，根据每天运转时间和载荷性质选取工况系数 kA = 1.1计算功率: Pc = kA Pd = 1.14.89 = 5.38 ()由Pc及nd = 720，查机械设计基础图8-10，可知工作点处于A型和B型区域之间，为减少带的根数，现选取V带B型。2、确定主动轮及从动轮的基准直径dd1和dd2由机械设计基础表8-4并参考表8-2a，取dd1=140 ,选取弹性滑动率 = 0.01，则大带轮的基准直径为：dd2 = 414.41 ()由表8-4取dd2 = 400。此时，从动轮实际转速：n1 = 249.48 ()转速误差：= 3.4 5，合适3、验算带速 = 5.28 () 5 5.28 25 ，合适Pc = 5.38 kwdd1 =140 mmdd2= 400 mm项目设计与计算过程的演示结果二、减速器的设计及结构说明4、验算传动比的变动i1 = 2.99 因为：= 4.45，合适5、初定中心距 又： = 0.7(dd1+ dd2) = 378 ()H V带横截面高度，查表8-1得 h=10.5= 2(dd1+ dd2) = 1080 ()所以，初取 = 800 6、初算带的基准长度= = 2469.36 ()由表8-1，选取带的基准长度Ld = 2500 7、实际中心距= 816 ()8、小带轮包角 = 161.74 120，故能满足要求9、单根V带所能传递的功率P0已知B型V带，根据小带轮转速nd = 720、小带轮直径dd1 = 140和传动比i1 = 2.99查表8-2a，用插值法求得：P0 = 1.66 查表8-2b，用插值法求得：=0.24 10、计算V带根数 由表8-5查得 =0.96 ；由表8-6查得 =1.03 ,故Ld=2500mm=816 mm=161.74项目设计与计算过程的演示结果二、减速器的设计及结构说明 =2.88取z = 3根，采用的V带为B-2500311、计算作用在带轮轴上的力单根V带的拉力 ( N )式中：q 单位长度V带的质量，查表8-8知 q = 0.17 kg/m代入： Pc = 5.38 ； z = 3 ； = 0.96 ； = 5.28 m/s得： F0 = 277.16 ( N )所以作用在轴上的力为 1641.89 ( N )二、减速器内部零件齿轮的设计计算要求：传递功率：P1 = 4.69 ；传 动 比：i2 = 5.99；小齿轮的转速：n1 = 240.80 ；工作时间：8小时/天；转 矩：T1 = 186.00 ；齿轮传动方式：闭式传动。1、选择齿轮材料此减速器无特别要求，按一般要求和速度定位，载荷平稳,采用软齿面 (350HBS)。小齿轮选用45钢，调质处理，硬度为230HBS；大齿轮选用45钢，正火处理，硬度为200HBS。查机械设计基础表9-5的公式，可确定许用应力：小齿轮 = 380+0.7HBS = 380+0.7230 = 541 MPa大齿轮 = 380+0.7HBS = 380+0.7200 = 520 MPa由于 ，计算时应以值代入2、齿面接触强度计算（1）选择齿宽系数 取 = 0.36（2）确定载荷系数K 因齿轮相对于轴承对称分布，且载荷较平稳，故取 K = 1.33根V带，型号：B-25003=1642 N= 0.36 K = 1.3项目设计与计算过程的演示结果二、减速器的设计及结构说明（3）计算中心距aa = 250.20 ()（4）选择齿数并确定模数取Z1 = 20，则Z2 = 5.9920 = 119.8 ，则取Z2 = 120 m= 3.57 ()查表9-1，取标准模数 m = 4 （5）齿轮几何尺寸计算小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径：d1 = m Z1= 420 = 80 ()da1 = d1+2m = 80+24 = 88 ()大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径：d2 = m Z2 = 4120 = 480 ()da2 = d2+2m = 430+24= 488 ()中心距： a = 280 ()大齿轮宽度： b2 =0.36280 100 ()小齿轮宽度 因为小齿轮的齿面硬度高，为补偿装配误差，避免工作时在大齿轮面上造成压痕，一般b1应比b2宽510，取b1= b2+5 = 100+5 = 105 ()（6）确定齿轮的精度等级、齿轮圆周速度1.01 ()由表9-3应取齿轮等级为9级，但根据工作要求和圆周速度，选用齿轮精度等级为8级。3、校核轮齿弯曲强度（1）确定许用弯曲应力 根据表9-7查得： = 140+0.2HBS = 140+0.2230 = 186 Mpa = 140+0.2HBS = 140+0.2200 = 180 Mpa（2）查齿形系数 ,比较/小齿轮Z1 = 20，由表9-6查得 = 2.79大齿轮Z2 = 120 ，由表9-6用插入法查得 = 2.19Z1 =20Z2 =120m =4d1 =80d2 =480 mm= 280 mmb2 = 100 mmb1 = 105 mm齿轮选用8级精度项目设计与计算过程的演示结果二、减速器的设计及结构说明所以： = 0.01478= 0.01217因 ，所以应验算小齿轮。（3）验算弯曲应力计算时应以齿宽b2代入，则= 42.16 MPa 192 MPa,安全4、齿轮几何尺寸计算取： = 0.25，= 1齿全高 h = (2+)m = (21+0.25) 4 = 9 ()齿厚 ()齿根高 ()齿顶高 ()齿根圆直径 () ()小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构根据机械设计课程设计手册表11-6，大齿轮计算如下：轴孔直径 d = 78 轮毂直径 D1 = 1.6d=1.678 = 124.8 () 取D1 = 120 轮毂长度 L = b2 = 100 ()轮缘厚度 () 取轮缘内径 ()取D2 = 440 腹板厚度 = 0.3100 = 30 ()腹板中心孔径 = 280 ()腹板孔直径 = 80 () 齿轮倒角 = 2 ()齿轮强度安全项目设计与计算过程的演示结果减速器的其他零件设计及其校核三、轴的设计与校核单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和套筒定位，则采用过渡配合固定，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮等依次从右面装入。为了保证齿轮端面与箱体内壁不发生干涉，计入间隙尺寸1015为了保证滚动轴承能顺利放入轴承座，计入间隙尺寸351、选择材料与热处理查机械设计基础表12-1，选用45钢，调质，217255HBS，= 700MPa，= 500MPa 。2、减速器高速轴（主动轴）的设计（1）高速轴的结构设计轴上小齿轮的齿顶圆直径为da1 = 88 ，比较小，所以采用齿轮轴结构。（2）按扭转强度计算轴的最小直径dmin由表12-2查得C = 107118项目设计与计算过程的演示结果减速器的其他零件设计及其校核 dmin = 28.7931.75 ()考虑要开有一个键槽，故dmin =（1+3）（28.7731.73）= 29.6532.70 ()取主动轴d1= 40（3）初步结构设计与滚动轴承配合的轴颈直径d2 = 45（两端轴承同型号），初选32909轴承（附：宽B = 15，内定位尺寸da = 50，外径D = 68,外定位尺寸为Da = 63），齿轮轴处直径d4 = 88。轴的支撑跨距：L = 105+19+16+15 = 155轴的初步设计尺寸与形状如下：d1= 40(4)、强度校核(a)圆周力:4650.00 ()径向力: 1692.60 ()由于为直齿轮，则轴向力:Fa = 0(b)计算支点反作用力及弯曲力矩易知 ： L = 155 水平面上：2325.00 ()180.19 ()垂直面上：846.30 ()65.59 ()项目设计与计算过程的演示结果减速器的其他零件设计及其校核合成弯矩：191.76 ()（c）画主动轴受力简图（d）计算危险截面的当量弯矩并校核取 = 0.6 ，则111.60 ()221.87 ()查机械设计基础表12-3， = 65 Mpa危险截面强度：24.35 Mpa 65 MPa显然强度足够。高速轴设计合格项目设计与计算过程的演示结果减速器的其他零件设计及其校核3、减速器低速轴（从动轴）的设计（1）低速轴的结构设计轴上小齿轮的齿顶圆直径为da2 = 488，比较大，为了减轻齿轮的重量，所以采用腹板式结构。（2）按扭转强度计算轴的最小直径dmin由表12-2查得C=107118 dmin = 51.5756.87 ()考虑要开有一个键槽，故dmin =（1+3）（51.5756.87）= 53.1258.58 ()取主动轴d1 = 65（3）初步结构设计初选与滚动轴承配合的轴颈直径d3=75（两端轴承同型号），初选32915轴承（附：宽B = 20，内定位尺寸da = 81，外径D = 105,外定位尺寸为Da = 99）；齿轮轮毂与轴配合处直径d4= 78；套筒厚度为6，长为21；考虑安装间隙，取轴环宽18。轴的支撑跨距：L = 100+18+22+20 = 160轴的初步设计尺寸与形状如下：d1 = 65（4）主动轴强度校核(a)圆周力:4454.29 ()径向力:1621.36 ()项目设计与计算过程的演示结果减速器的其他零件设计及其校核由于为直齿轮，则轴向力:Fa = 0 (b)计算支点反作用力及弯曲力矩易知 ： L = 160水平面上：2227.15 ()178.17 ()垂直面上：810.68 ()64.85 ()合成弯矩：189.60 ()（c）画主动轴受力简图项目设计与计算过程的演示结果减速器的其他零件设计及其校核（d）计算危险截面的当量弯矩并校核取 = 0.6 ，则 641.42 () 668.86 ()查机械设计基础表12-3， = 65 Mpa危险截面强度：15.85 Mpa 65 MPa 显然强度足够。四、轴承的选择与校核考虑轴受力不太大且主要是径向力，为减少应力集中，故选用单列圆锥滚子轴承。由于圆锥滚子轴承只能传递单向轴向载荷，因此，为传递相反方向的轴向载荷就需要另一个与之对称安装的圆锥滚子轴承。两轴承受纯径向载荷，查机械设计基础313317页：径向载荷系数X = 1 ；轴向载荷系数Y = 0 ；寿命指数= 10/3 ； 载荷系数fp =1.0 ；温度系数ft = 1.01、主动轴轴承选择与校核根据轴的直径查机械设计课程设计手册选择2个圆锥滚子轴承32909 （GB/T 2761994）。当量动载荷为： 1692.60 N查机械设计课程设计手册，轴承基本额定动载荷Cr = 32KN1.24 ( h )预期寿命：4年，单班制则 ( h ) ，显然主动轴轴承符合要求。2、从动轴轴承选择与校核选择圆锥滚子轴承32915（GB/T 2761994），基本额定动载荷Cr = 72.8 KN当量动载荷为：1621.36 N1.33 ( h )预期寿命：4年，单班制则 ( h ) ，显然从动轴轴承符合要求。高速轴设计合格轴承选择符合要求项目设计与计算过程的演示结果减速器的其他零件设计及其校核五、键的选择与校核1、主动轴外伸端d = 40，考虑到建在轴中部安装，查机械设计基础7-2选GB/T 10962003键12845。选择45钢，查表7-3其许用挤压应力 = 100 MPa70.45 Mpa 显然强度足够，所选择的键合格2、从动轴外伸端d = 65，考虑到建在轴中部安装，查机械设计基础7-2选GB/T 10962003键181180。选择45钢，查表7-3其许用挤压应力 = 100 MPa 96.46 Mpa 显然强度足够，所选择的键合格3、从动轴与齿轮连接处d = 78，考虑到建在轴中部安装，故取位于同一母线上，查机械设计基础7-2选GB/T 10962003键221470。选择45钢，查表7-3其许用挤压应力= 100 MPa81.58 Mpa 显然强度足够，所选择的键合格六、联轴器的设计计算由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑拆装方便及经济问题，选用弹性套柱销联轴器。选取K=1.3计算转矩Tc = KT2 = 1.31069.03 = 1389.74 ()根据Tc Tn ，查机械设计课程设计手册表8-5，选用TL10型 （GB/T 43232002）弹性套柱销联轴器，公称转矩Tn=2000 ()。采用Y型孔，A型键，轴孔直径6375，选65，轴孔长度100七、减速器的润滑方式、密封形式的简要说明1、润滑方式齿轮速度v = 1.01 12，应采用喷油润滑，但考虑成本则选用浸油润滑，综合考虑油的特性、价格，选用液压油做润滑油；轴承采用锂基润滑脂润滑。为了润滑散热和避免油搅动时沉渣泛起，箱体内应有足够的润滑油，齿顶到油池底面的距离H应不小于3050mm。2、密封形式键12845键181180键221470选择：TL10型弹性套柱销联轴器喷油润滑项目设计与计算过程的演示结果减速器的其他零件设计及其校核选用在箱座与箱盖凸缘接合面涂密封漆或水玻璃密封；轴承盖端用毡圈密封。八、箱体及其附件设计减速器的箱体采用铸造制成，采用剖分式结构。在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度。1、视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用螺钉紧固。2、油塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。3、油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出。4、通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔盖上安装通气器，以便达到体内为压力平衡。5、盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹。6、定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度。7、吊钩：在机盖上直接铸出吊孔，用以起吊或搬运较重的物体。减速