机械设计课程设计-单级圆柱齿轮减速器F=3000,V=1.9,D=300.doc

西安科技大学高新学院 课程设计计算说明书学 院 课 程 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 日 期 2013.1.5 任务书姓名 李博学号45 专业班级 机械1004 设计参数：输送带工作拉力F=3(KN)，输送带速度V=1.9(m/s)，卷筒直径D=300(mm) 完成时间： 2013年1 月5日 内容及要求：机械设计课程设计通过传动方案的拟定，结构设计，设计计算，查阅有关标准和规范以及编写设计计算说明书，使学生掌握机械传动装置的设计步骤和方法的一般规律，提高设计技能。机械设计课程设计包括：(1)确定机械系统总体传动方案。（2）选择电动机 。(3)传动装置运动和动力参数的计算。 (4)传动件如齿轮带及带轮的设计。(5)铀的设计。(6)轴承组合部件设计。(7)键的选择和校核。(8)机架或箱体的设计。(9)润滑设计。学生在规定的时间内应绘制装配工作图1张(A0或A1图纸)，组件或零件工作图23张，并编写设计计算说明书1份。指导教师：李治亮 2012 年 12 月 24 日课程设计说明书成绩：指导教师： 年 月 日 目录一 绪 论4二 课题题目及主要技术参数说明52.1课题题目52.2 主要技术参数说明52.3 传动系统工作条件52.4 传动系统方案的选择5三 减速器结构选择及相关性能参数计算63.1 减速器结构63.2 电动机选择63.3 传动比分配63.4 动力运动参数计算7四 齿轮的设计计算84.1 齿轮材料和热处理的选择84.2 齿轮几何尺寸的设计计算84.2.1 按照接触强度初步设计齿轮主要尺寸84.2.2 齿轮弯曲强度校核114.2.3 齿轮几何尺寸的确定124.3 齿轮的结构设计12五 轴的设计计算155.1轴的设计计算155.2.1 初步设计从动轴的最小直径155.2.2 初步设计主动轴的最小直径155.2.3 主动轴各轴段尺寸计算155.2.4 从动轴各轴段尺寸计算165.2.5 主动轴的校核175.2.6 从动轴的校核20六 V带的设计计算236.1 V带的选择和计算236.1.1选取V带236.1.2确定带轮基准直径236.1.3 确定带的基准长度l和传动中心距a237.2 键的选择计算及校核247.2.1从动轴中齿轮联接处的平键247.2.2从动轴半联轴器处的平键247.2.3主动轴半联轴器处的平键247.3 联轴器的选择257.3.1主动轴半联轴器257.3.2从动轴半联轴器25八 减速器润滑、密封及附件的选择确定268.1 润滑的选择确定268.1.1润滑方式268.1.2润滑油牌号及用量268.3减速器附件的选择与确定278.3.1窥视孔及窥视盖278.3.2通气器278.3.3放油孔及螺塞288.3.4油面指示器288.3.5起吊装置298.3.6定位销298.3.7启盖螺钉30九 箱体主要结构的设计及尺寸计算319.1箱体的结构设计319.1.1轴承座的设计319.1.2轴承旁连接螺栓凸台的结构设计319.1.3箱盖圆弧半径的确定329.1.4箱体凸缘的结构设计329.1.5箱体凸缘连接螺栓的布置339.1.6油面位置及箱座高度的确定339.1.7油沟的结构型式及尺寸339.1.8箱体结构应具有良好的工艺性349.2箱体结构尺寸计算35心得体会36参考文献37一 绪 论本论文主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了机械设计基础、机械制图、工程力学、公差与互换性等多门课程知识，并运用AUTOCAD软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实践环节,也是一次全面的、 规范的实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。主要体现在如下几个方面： （1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。 （2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。 （3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。 （4）加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。 二 课题题目及主要技术参数说明2.1课题题目 带式输送机传动系统中的减速器设计，要求传动系统中含有单级圆柱齿轮减速器及V带传动。2.2 主要技术参数说明 输送带的最大有效拉力F=3KN，输送带的工作速度V=1.9 m/s，输送机滚筒直径D=300 mm。2.3 传动系统工作条件 为带式运输机设计传动装置，采用传动方案如图。运输机单向连续工作，工作载荷较平稳，空载启动，小批量生产，两班制（每班工作八小时），使用期10年，每年按250工作日算。输送带的速度允许误差为5%。2.4 传动系统方案的选择 图（1 ） 计算项目及内容 三 减速器结构选择及相关性能参数计算3.1 减速器结构本减速器设计为水平剖分，封闭卧式结构。3.2 电动机选择 （一）工作机的功率Pw =FV/1000=30001.9/1000=5.7kw （二）总效率 = （三）所需电动机功率 查机械零件设计手册得 Ped = 7.5 kw电动机选用 Y132M-4 n满 = 1440 r/min3.3 传动比分配 工作机的转速n=601000v/（D） =6010001.9/(3.14300) =124r/min 取 则 取3.4 动力运动参数计算 （一）转速 =1440（r/min） =/=/=1440/3=460（r/min） =/=460/4=125（r/min） =125（r/min） （二） 功率P （三） 转矩T =46(Nm) =504.56(Nm) =494(Nm ) 将上述数据列表如下：轴号功率P/kW N /(r.min-1) /(Nm) 06.95144046 0.96 16.67460132 26.54125130 0.97 36.34125504.56 0.98 46.21125494 0.97四 齿轮的设计计算4.1 齿轮材料和热处理的选择 小齿轮选用45号钢，调质处理，HB236 大齿轮选用45号钢，正火处理，HB1904.2 齿轮几何尺寸的设计计算4.2.1 按照接触强度初步设计齿轮主要尺寸 由机械零件设计手册查得 ,SHlim = 1 由机械零件设计手册查得 ZN1 = ZN2 = 1 YN1 = YN2 = 1.1 由 （一）小齿轮的转矩 （二）选载荷系数K 由原动机为电动机，工作机为带式输送机，载荷平稳，齿轮在两轴承间对称布置。查机械原理与机械零件教材中表得，取K1.1 （三）计算尺数比 =4 （四）选择齿宽系数 根据齿轮为软齿轮在两轴承间为对称布置。查机械原理与机械零件教材中表得， 取1 （五）计算小齿轮分度圆直径 = 64.36( mm) （六）确定齿轮模数m m =(0.0070.02)a = (0.0070.02)160.9 取 m=4 （七）确定齿轮的齿数和 取 Z1 = 24 取 Z2 = 96（八）实际齿数比 齿数比相对误差 /=2.19/204 =0.0107 计算大齿轮齿根弯曲应力为 齿轮的弯曲强度足够4.2.3 齿轮几何尺寸的确定 齿顶圆直径 齿距 P = 23.14=6.28(mm) 齿根高 齿顶高 齿根圆直径 4.3 齿轮的结构设计轴孔直径 d=60轮毂直径 =1.6d=1.660=96轮毂长度 轮缘厚度 0 = (34)m = 68(mm) 取 =8 轮缘内径 =-2h-2=392-24.5-28 = 367(mm)取 D2 = 370(mm) 腹板厚度 c=0.3=0.348=14.4 取 c=15(mm)腹板中心孔直径 =0.5(+)=0.5(370+96)=233(mm)腹板孔直径 =0.25（-）=0.25（370-96）=68.5(mm) 取 =68(mm)齿轮倒角 n=0.5m=0.52=1齿轮工作如图（2）所示： 图（2）主要结果= 4Z1 = 24Z2 = 96=96mm=384mma=240mmB1=106mmB2=96mm V=2.3680(m/s)定为IT7=104mm=392mm五 轴的设计计算5.1轴的设计计算5.2.1 初步设计从动轴的最小直径 从动轴 =c=112=41.6 考虑键槽 =41.61.05=43.68 选取标准直径 =445.2.2 初步设计主动轴的最小直径 主动轴 取 5.2.3 主动轴各轴段尺寸计算图中从右至左轴的长度分别为、，。轴径分别为、。 L60mm40mm18.25mm64.25mm58mm53.75mm18.25 28mm32mm35mm40mm106mm40mm 35mm5.2.4 从动轴各轴段尺寸计算 图中从左至右轴的长度分别为、，轴径分别为、。 82mm50mm84mm90mm12mm30mm33.5mm50mm57mm60mm65mm77mm71mm60mm5.2.5 主动轴的校核 轴的载荷分析图如下：Fa1Fr1Ft1FNV1FNH2FNV2ABCFNH2FNH1Fr1Fa1MHMH1MH2Ft1FV1FV2MVMVM2M1M 其中 由齿轮的受力分析得： 计算出截面B处的MH、MV、及M列于下表载荷 水平面H 垂直面V支反力F 弯矩M总弯矩 扭矩T 从而危险截面的按弯扭合成应力校核为 该轴有制成 故 因此该轴满足强度要求。5.2.6 从动轴的校核 轴的载荷分析图如下AFNH1Ft4FNV2FNH2FNV1Fr4BCFNH1FNH2Fr4MHMHFt4FNV1FNH2 MV MV M MT 其中 由齿轮的受力分析得： 计算出截面B处的MH、MV、及M列于下表载荷水平面H垂直面V支反力F FNH1=1030.513N FNH2=585.688N FNV1=2831.313N FNV2=1609.163N 弯矩M总弯矩 扭矩T 按弯扭合成应力校核轴的强度 轴的材料为45钢,参考表 查得 。 因此 ，故安全。六 V带的设计计算6.1 V带的选择和计算6.1.1选取V带 根据选用A型V带。6.1.2确定带轮基准直径 由表得，主动轮 验算带速 从动轮 又由表得，取从动轮 6.1.3 确定带的基准长度l和传动中心距a 根据 得 初选 7.2 键的选择计算及校核7.2.1从动轴中齿轮联接处的平键 选择A型普通平键，b=20，L=80，h=12，选45号钢，其许用挤压力=100MPa=82.75 则强度足够，合格7.2.2从动轴半联轴器处的平键 选择A型普通平键，b=16，L=56，h=10，选45号钢，其许用挤压力=100MPa=45.392 则强度足够，合格7.2.3主动轴半联轴器处的平键 选择A型普通平键，b=10，L=40，h=8，选45号钢，其许用挤压力=100MPa=45.392 则强度足够，合格A型普通b=20L=80h=12A型普通b=16L=56h=10A型普通b=10L=40h=87.3 联轴器的选择7.3.1主动轴半联轴器 选用GL5型滚子链联轴器， 公称转矩 =250 许用转速 N = 8007.3.2从动轴半联轴器 选用LT8型弹性圆柱销联轴器， 公称转矩 =710 许用转速 N = 3000型号公称转矩T/(Nm)许用转速n/（r主动轴 GL5250800从动轴 LT8 710 3000八 减速器润滑、密封及附件的选择确定8.1 润滑的选择确定8.1.1润滑方式 1.齿轮采用飞溅润滑。 2.轴承采用润滑脂润滑。8.1.2润滑油牌号及用量 1.齿轮润滑选用150号机械油，最低最高油面距1020mm，需油量为1.5L左右。 2.轴承润滑选用2L3型润滑脂，用油量为轴承间隙的1/31/2。8.2密封形式 1.箱座与箱盖凸缘接合面的密封，选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法。 2.观察孔和油孔等处接合面的密封 ，在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封。 3.轴的外伸端与透盖的间隙，由于V3（m/s），故选用半粗羊毛毡加以密封。 4.轴承靠近机体内壁处，用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部。GL5=250N = 800LT8=710 N = 3000齿轮用150号机械油轴承用2L3型润滑脂8.3减速器附件的选择与确定8.3.1窥视孔及窥视盖为了检查传动零件的啮合和润滑情况，并为了向箱体内注入润滑油，应在传动件啮合区的上方设置窥视孔。窥视孔应足够大，以便于检查操作。窥视孔上设有窥视盖，用螺钉紧固，视孔盖可用钢板、铸铁或有机玻璃等材料制造，其结构型式可参考(图8-1)，尺寸由结构设计确定。图8-1 视孔盖结构 图8-2 窥视孔位置及结构 视孔盖下面垫有封油垫片，以防止污物进入箱体或润滑油渗入出来（图8-2）。 8.3.2通气器减速器运转时，由于摩擦发热，箱内会发生温度升高、气体膨胀、压力增大等现象。为使箱体内受热膨胀的空气和油蒸气能自由地排出，以保证箱体内外气压相等，不致使润滑油沿箱体结合面、轴伸处及其它缝隙渗漏出来，通常在箱盖顶部或视孔盖上设置通气器。通气器的结构形式很多，（图8-3）为简单通气器，用于比较清洁的场合。图8-3 通气器8.3.3放油孔及螺塞为了将污油排放干净，应在油池的最低位置设置放油孔（图8-4）。平时放油孔用螺塞及封油垫圈密封。螺塞直径约为箱体壁厚的倍，垫圈材料为耐油橡胶、石棉及皮革等。图8-4 放油孔位置 8.3.4油面指示器为了指示减速器内油面的高度，以保证箱内正常的油量，应在便于观察和油面比较稳定的部位设置油面指示器。油面指示器的结构形式及尺寸见（图8-5），检查油面时需将油标拔出，由其上的油痕判断油面高度是否合适。设计时应合理确定杆式油标插座的位置及倾斜角度，既要避免箱体内润滑油溢出，又要便于油标的插取及插座上沉头座孔的加工。 图 8-5 油面指示器8.3.5起吊装置为了便于搬运减速器，应在箱体上设置起吊装置。起吊装置有吊环螺钉、吊钩及吊耳、吊环等。本课程设计采用吊钩或吊环（图8-6、8-7）图8-7 吊环的结构和尺寸 图8-6 吊钩的结构和尺寸8.3.6定位销为了精确地加工轴承座孔，并保证减速器每次装拆后轴承座的上下半孔始终保持加工时的位置精度，应在箱盖和箱座的剖分面加工完成并用螺栓联结之后、镗孔之前，在箱盖和箱座的联结凸缘上装配两个定位圆锥销。定位销的位置应便于钻、铰加工，且不防碍附近联结螺栓的装拆。两圆锥销应相距较远，且不宜对称布置，以提高定位精度。圆锥销的公称直径（小端直径）可取为（ 为箱盖和箱座联结螺栓直径），其长度应稍大于箱盖和箱座联结凸缘的总厚度（图8-8），以便于装拆。定位销直径应取标准值。 8.3.7启盖螺钉为了加强密封效果，防止润滑油从箱体剖分面渗漏，通常在箱盖和箱座剖分面上涂以水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因粘接较紧而不易分开。为此，常在箱盖凸缘的适当位置设置个启盖螺钉。图8-8定位销结构 图8-9启盖螺钉结构 启盖螺钉的直径与箱盖凸缘联结螺栓直径相同，其长度应大于箱盖凸缘的厚度。其端部应为圆柱形或半圆形，以免在拧动时将其端部破坏，见（图8-9）。名称功用数量材料规格螺栓轴承旁联接6Q235M16螺栓箱盖箱座联接4Q235M10螺栓地脚2Q235M20销定位135A1256垫圈调整安装365Mn10油标尺测量油面高度1组合件通气器透气1 M12 加强肋 增加稳定性2 7 螺钉 检测孔盖1 Q235 M8 螺钉 启盖1Q235 M10 螺塞 放油1Q235 M16九 箱体主要结构的设计及尺寸计算9.1箱体的结构设计箱体多用灰铸铁铸造。为便于轴系部件的安装和拆卸，箱体多做成剖分式，由箱座和箱盖组成，剖分面多取轴的中心线所在平面，箱座和箱盖采用普通螺栓联结，圆锥销定位。9.1.1轴承座的设计为保证减速器箱体的支承刚度，箱体轴承座处应有足够的厚度，并且设置加强肋。9.1.2轴承旁连接螺栓凸台的结构设计 为了提高箱体轴承座孔处的联结刚度，应使轴承孔两侧的联结螺栓尽量靠近轴承，但应避免与箱体上固定轴承盖的罗纹孔及箱体剖分面上的油沟发生干涉。通常取两联结螺栓的中心矩 （ 为轴承盖外径）。为提高联结刚度，在轴承座旁联结螺栓处应做出凸台，凸台的高度由联结螺栓直径所确定的扳手空间尺寸确定（图9-1）。由于减速器上各轴承盖的外径不等，为便于制造，各凸台高度应设计一致，并以最大轴承盖直径所确定的高度为准。凸台的尺寸由作图确定，画凸台结构时应按投影关系，在三个视图上同时进行。9.1.3箱盖圆弧半径的确定通常箱盖顶部在主视图上的外廓由圆弧和直线组成，大齿轮所在一侧箱盖的外表面圆弧半径（ 为齿顶圆半径）。在一般情况下，轴承旁螺栓凸台均在圆弧内侧，按有关尺寸画出即可。而小齿轮一侧的外表面圆弧半径应根据结构作图确定。图9-1 凸台结构9.1.4箱体凸缘的结构设计为了保证箱盖与箱座的联结刚度，箱盖与箱座联结凸缘应有较大的厚度，箱座底面凸缘的宽度应超过箱座的内壁，以利于支撑（图9-2）。图9-2 箱体联结凸缘及底座凸缘9.1.5箱体凸缘连接螺栓的布置为保证箱体密封，除箱体剖分面联结凸缘要有足够的宽度及剖分面要经过精剖或刮研加工外，还应合理布置箱体凸缘联结螺栓。通常对中小型减速器，螺栓间距取。尽量对称均匀布置，并注意不要与吊耳、吊钩和定位销等发生干涉。9.1.6油面位置及箱座高度的确定当传动零件采用浸油润滑时，浸油深度应根据传动零件的类型而定。对于圆柱齿轮，通常浸油深度为一个齿高。图9-3减速器油面及油池深度 为避免传动零件转动时将沉积在油池底部的污物搅起，造成齿面磨损，应使大齿轮齿顶距油池底面的距离不小于（图9-3）。为保证润滑及散热的需要，减速器内应有足够的油量。单级减速器每传递1KW的功率，需油量为 。小值用于低粘度油，大值用于高粘度油。应使油池容积，油池容积越大，则润滑油的性能维持越久，润滑效果越好。9.1.7油沟的结构型式及尺寸当轴承利用传动零件飞溅起来的润滑油润滑时，应在箱座的剖分面上开设输油沟，使溅起的油沿箱盖内壁经斜面流入输油沟内，再经轴承盖上的导油槽流入轴承。 输油沟有铸造油沟和机加工油沟两种结构型式。机加工油沟容易制造，工艺性好，故用得较多，其结构尺寸见（图9-4）。图9-4 输油沟结构 为提高减速器箱体的密封性，可在箱座的剖分面上制造出与箱内沟通的回油沟，使渗入箱体剖分面的油沿回油沟流回箱内。9.1.8箱体结构应具有良好的工艺性（1）铸造工艺性为便于造型、浇铸及减少铸造缺陷，箱体应力求形状简单、壁厚均匀、过渡平缓，为避免产生金属积聚，不宜采用形成锐角的倾斜肋和壁。考虑液态金属的流动性，箱体壁厚不应过薄，砂型铸造圆角半径一般可取。为便于造型时取模，铸件表面沿拔模方向应设计成 的拔模斜度，在铸造箱体的拔模方向上应尽量减少凸起结构，必要时可设置活块，以减少拔模难度。当铸件表面有多个凸起结构时，应当尽量连成一体，以便于木模制造和造型。箱体设计应尽量避免出现狭缝，因砂型强度较差，拔模时容易带砂，浇铸时容易被铁水冲坏而形成废品。（2）机加工工艺性各轴承座的外端面要尽量位于同一平面内，两侧与箱体中心线对称，以便于加工和检验。为了减少箱体的加工面积，箱体上任何一处的加工面与非加工面必须分开。箱体与其它零件的结合处，如箱体轴承座端面与轴承盖、窥视孔与窥视孔盖、螺塞及吊环螺钉的支承面处均应做出凸台，以便于机加工。箱体底面的结构型式如图9-5所示。图9-5 箱体底面的结构形状螺栓头及螺母的支撑面需铣平或锪平，应设计出凸台或沉头座。9.2箱体结构尺寸计算 箱座壁厚=0.25+1，取8mm 箱座凸缘厚度b=1.5=12mm箱盖