机械设计课程设计-一级圆柱齿轮减速器设计-F=4300NV=0.7msD=500mm（全套图纸）.doc

机械设计课程设计 目 录一 前言3二 设计题目4三 电动机的选择7四 传动装置动力和运动参数9五 传动零件的设计计算10 六 轴的设计计算 15 七 滚动轴承的校核21 八 键的选择和校核22 九 联轴器的选择24 十 铸钢减速器箱体主要尺寸24 十一 蜜蜂和润滑设计 26 十二 参考文献 26 全套图纸，加153893706 一 前 言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 UG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 设计题目一、 设计带式输送机传动装置（一级圆柱减速机）运输带拉力：F=4300N运输带速度：V=0.7m/s 卷筒直径：D=500mm工况要求：滚筒效率0.96；两班制，10年寿命；连续工作；载荷较为平稳；供给380V交流电；室内环境；粉尘较大；最高温度40度。制造要求：一般机械厂制造，小批量。备注：自选直齿、斜齿、亦可设计成二级传动减速机、允许速度误差5%选题方法为现场随机抽选。三、成果要求：1、 设计计算说明书，一份。2、 减速机及所有零部件的三维建模、装配、工程图（指定使用UG建模，标准件如螺栓可不出图），一套。3、 减速机及所有零部件的工程图（可打印），一套。4、 减速机总成装配体手绘图纸（A0或A1），一张；轴系、轮系手绘零件图（A2），两张。5、 所有电子版资料刻录光盘，一张。光盘在答辩结束或发回修改后提交。四、成绩配比及评分标准，后折转5级制：1、 A、设计计算说明书（35%）；B、工程图，含手绘（35%）；C、答辩（30%）2、 A、B、C，任何一分项不合格者，其最终成绩为：不及格。A、B在设计结束后，答辩前，统一提交，直至答辩后发回修改。3、 出现以下情况者，其成绩为：不及格。（1） 未经同意，其计算机设计软件不为UG者（除蜗轮、蜗杆、齿轮外，其他零部件也不允许使用通用STP、IGS等格式导入导出）。注：鼓励同学多学设计软件，若想使用其他设计软件，请预先告知，此举仅用于防止抄袭现象。（2） 设计说明书中的设计尺寸、三维图、二维图、纸质图纸，四者出现严重不一致情况者。（包含尺寸、形状、比例问题，且不局限于标注尺寸）。（3） 设计计算说明书中，伪造计算数据者。4、 掌握和运用以下情况者给予加分，每次加10分，直至优秀（100）。（1） 利用有限元技术，对设计产品进行分析，并获得正确结果者。（2） 利用计算机辅助加工技术，考虑并设计零件加工工艺，并制作加工文件或序者。（3） 使用其他被认可的可运用的新技术来辅助设计或验证设计者。五、设计计算说明书的关键达分点（35分，21分合格）1、 总体方案及电动机的选型及计算（5分）2、 带传动的设计及校核（5分）齿轮传动类型3、 齿轮传动机构的设计与校核（10分）齿轮传动类型4、 蜗轮蜗杆机构的设计与校核（15分）蜗轮蜗杆传动校核5、 轴承选型与设计计算（5分）6、 轴系零件的设计与校核（5分）7、 设计计算说明书方面的其他注意事项（5分）六、工程图的关键达分点（35分，21分合格）1、 所设计结构的合理性、可行性（15分） 注：合理、可行15分，不合理、不可行0分；该点为一点否决制。2、 所设计结构的功能完整性（5分）3、 尺寸标注合理、准确（5分）4、 精度与公差合理、准确（5分）5、 工程图其他相关标准（5分）七、答辩的关键达分点（30分，5个类型问题按回答的情况打分，每题6分）注意事项：未避免紧张情绪，各位同学也是第一次参加答辩，在选题时随机抽取3位同学参加预答辩，预答辩通过则直接通过，预答辩不通过不计分数，预答辩在正式答辩前5天，公开方式，全部学生皆可旁听。正式答辩为非公开答辩。答辩准备资料见三、成果要求；另答辩时自备U盘，以便将所有数据拷贝至答辩会场电脑。五个类型题分布原则：1、 减速机的设计方案，各零部件的作用，所设计减速机中潜在问题的分析。2、 零部件特别是标准件的选用依据，方法。3、 零部件加工及减速机的装配方面。4、 主要传动机构设计及计算的理解。5、 设计原则、设计方法的应用与理解。答辩后，现场公布分数。 三 电动机的选择3.1选择电动机类型按按工作要求和条件，选用三相笼形异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。3.2选择电动机的容量电动机所需工作功率为 P= KW因为 P= KW因此 P= KW由电动机至运输带的传动总效率为 =式中：，分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和滚筒的传动效率。取=0.95，=0.99，=0.97，=0.99，=0.96=0.950.990.970.99=0.894所以 P=3.66kW3.3确定电动机转速滚筒机工作转速：n=r/min. 按传动比合理范围，取V带传动的传动比 i=24，一级圆柱减速器（齿轮）传动比 i=37则总传动比合理范围为：i=628，故电动机转速可选范围为： n= in=（628）26.75=（160.5749） r/min.符合这一范围的同步转速有：750 r/min方案电动机型号额定功率Pkw电动机转速 r/min电动机质量kg传动装置的传动比同步转速满载转速总传动比V带传动减速器Y180L8475072011826.9246.73中心高H外形尺寸L(AC/2+AD)HD底角安装尺寸 AB地脚螺栓孔直径 K轴 伸 尺 寸DE装键部位尺寸 FGD160600345312542101542110128 3.4计算传动装置的总传动比和分配各级传动比 3.4.1总传动比由式（7）i= 3.4.2分配传动装置传动比由式（8） i=ii式中i,i分别为带传动和减速器（齿轮）的传动比。取i=4，则i= 四 计算传动装置的运动和动力参数 4.1各级轴转速轴 n=r/min轴 n=r/min 滚筒轴 n= n=26.74 r/min4.2各轴功率 轴 P=P=3.660.95=3.53KW 轴 P= P=3.530.990.97=3.39KW 滚筒轴 P= P=3.390.990.99=3.32 KW4.3各轴转矩电动机输出转矩：T=9550Nm轴：T=9550Nm轴：T=9550Nm滚筒轴输入转矩：T=9550Nm 五 传动零件的设计计算5.1 V带的设计5.1.1已知：电动机转速n=720r/min,电动机输出功率P=3.66KW。查表得 K=1.1，故P= KP=1.13.66=4.026Kw5.1.2选V带型号由P=4.026KW，n=720 r/min,由图7-10查知，选V.带A型带。5.1.3求大小带轮基准直径，由表7-9，取小带轮的基准直径=140mm,= d=4140=560mm 取=560mm5.1.4验算带速VV= m/sV在525 m/s范围内，合适。5.1.5求V带基准长度L和中心距a初步选取中心距 +=700mm -=420mma=0.7（+）2（+）=490mm1400mm 取a=900mm=2a+ =2948 查表7-4，对A型带选用L=3150mm，再计算实际中心距：aa+ mm。5.1.6验算小带轮包角=180120，合适。5.1.7求V带根数n=720 r/m，=140mm，i=4查表（7-5）得 P=1.284KW查表（7-7）得 =0.091KW由= 查表（7-6）得K=0.938查表（7-4）得K=1.13，由此可得Z=2.76取3根5.1.8求作用在带轮轴上的初压力F表（7-1）得q=0.10 kg/m，故单根v带的初拉力 F= = 5.1.9求作用在轴上的压力F F=2zFsin=1260.25N 5.1.10带轮结构设计小带轮毂孔径 d= D=42mm小带轮基准直径 =140，故小带轮采用腹板式大带轮基准直径 =560 ，故采用轮辐式5.2齿轮的设计已知：载荷平稳，传动比i=6.73，小齿轮轴转速n=n=180 r/min，传动功率P=P=3.53 KW。传动转矩T=T=187.3Nm5.2.1选择齿轮材料、精度等级及热处理方法考虑减速器功率不大（结构尺寸要小），中速中载材料的工艺性、价格等因素，决定大小齿轮均选用45#钢制造。采用软齿面 标准齿形（）小齿轮调质处理 HBS1=217255 大齿轮正火处理 HBS2=160217 查表4-4 得： 齿轮1 接触疲劳极限=640 MPa 弯曲疲劳极限=350 MPa齿轮2 接触疲劳极限=580 MPa 弯曲疲劳极限=290 MPa查表6-28 取齿面接触疲劳安全系数S=1.0 ,齿轮弯曲疲劳安全系数S=1.25计算许用应力查表6-17 选8级精度的齿轮。 5.2.5 按齿面接触疲劳强度设计参数（1）初选=1.2 （表6-26）（2）查表（6-25） 对称布置、软齿面=0.8（3）查表(6-27) =189.8（4）标准齿轮 =2.5（7）计算小齿轮的分度圆直径 初选z=22，则z=i z=6.7322=148.06 取z=148实际齿数比: 传动比误差: 5%(15) 计算齿宽 =0.8=70.4mm (实际啮合宽度)取 b=72mm，b=78mm 中心距 a= 计算齿轮的分度圆直径Z =22 d=422=88mm b=71mm Z=148 d=4148=592mm b =75mm 齿轮齿顶高： 齿根高： 齿顶圆直径： d=mmd=mm齿根圆直径： d=mm=mm 5.2.6齿根弯曲疲劳强度校核查取齿形系数。由图6-7查得=2.8，=2.18取应力校正系数。 由图6-8查得 =1.57，=1.84 验算轮齿弯曲强度 =79.06MPa=300MPa =72.11MPa=246MPa齿根弯曲疲劳强度安全 5.2.7初算圆周速度=0.83m/s 六 轴的设计计算6.1计算作用在齿轮上的力已知.大小齿轮分度圆直径d1=88mm d2=592mm I轴转矩T=187300 Nmm II轴转矩 T=1209800 Nmm 式中Ft为圆周力，Fr 为径向力，Fa为轴向力6.2选择材料，决定最小直径6.2.1 输入轴最小直径 （1）选择材料 因为没有特殊要求，轴的材料选用45#钢，调质处理。 查表 HB=217255 取240 C=107118 取110（2）初步决定输入轴的最小直径由公式得：=mmdmin=29.66（1+5%）=31.143mm取d=32mm 6.2.2 输出轴最小直径（1）选择材料 因为没有特殊要求，轴的材料选用45#钢，调质处理。 HB=217255 取240 C=107118 取110（2）初步决定输出轴的最小直径由公式得：mm dmin=55.26（1+5%）=58.11mm取d=60mm 其为外伸轴，最小轴径在联轴器处。6.3轴的结构设计6.3.1 高速轴的结构设计 （1）拟订装配方案 大带轮，左轴承挡油环及轴承端盖从左边装入。右轴承，挡油环及轴承端盖从右边装入。（2）根据定位要求确定各段轴的直径和长度 因为其为直齿轮传动，不受轴向力，所以预选6214深沟球轴承。 查手册，d=70mm，D=125mm 取轴承端面到壳体内壁的距离为8mm，齿轮端面到壳体内壁的距离为20mm。1段轴用于安装带轮，故取直径为最小直径32mm，轴长为带轮宽46mm。2段轴用于安装轴承端盖及一部分外伸轴，外伸轴是便于拆卸。由于带轮需要轴肩定位，所以轴肩高度h=2mm，因此轴径取为50mm。轴承端盖的外端面与半连轴器右端面间的距离l=120mm。 3 7段轴用于安装轴承和挡油环，则直径为70mm.，轴长为轴承宽B=24+挡油环宽28mm=52mm5段轴为齿轮轴段，则直径为96mm.，轴长为l=78mm。4 6段轴定位轴承d=80mm ， l=17mm 则轴的总长L=46+120+30+17+78+17+30=338mm 此轴为齿轮轴。6.3.2 低速轴的结构设计（1）拟订装配方案套筒，挡油环，左轴承，轴承端盖从左边装入；套筒，挡油环，右轴承，轴承端盖，联轴器从右边装入。（2）根据定位要求确定各段轴的直径和长度 装联轴器的轴径最小，d=d=60mm。查手册 取YL12联轴器d=60mm，L1=142mm。 预选用6320轴承，查手册 d=100mm，D=215mm。 取轴承端面到壳体内壁的距离为8mm，齿轮端面到壳体内壁的距离为20mm。1段轴用于安装联轴器，故取直径为60mm，半联轴器也轴配合孔长度L=142mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在收的端面上，故1段的长度比L稍小，现取l=140mm2段轴用于安装轴承端盖及一部分外伸轴，外伸轴是便于拆卸螺栓和联轴器。由于联轴器需要轴肩定位，所以轴肩高度h=mm，因此轴径取为80mm,轴长取l=100mm。 3 8段轴用于安装轴承和挡油环，则直径为100mm.，轴长为轴承宽B=47mm+挡 油环宽5mm=52mm。 4段轴安装套筒，直径为120mm.，轴长为22mm。 5段轴用于安装齿轮，此时为非轴肩定位，则直径为130mm.，大齿轮齿宽b=72mm，轴长小于齿轮宽度，则轴长为l=70mm。 6段轴为轴环，因为齿轮需要轴肩定位，则轴肩高度h=5mm，因此直径为140mm，轴环长b1.4h 取l=7mm。 7段轴安装套筒，直径为120mm.，轴长为20-7=13mm。 则轴的总长L=140+100+52+22+70+7+13+52=456mm。 查手册 轴的总长无需圆整。6.4轴的校核6.4.1高速轴的校核 求垂直面的支承反力 F=1549.3N 求水平面的支承反力F=4256.8N求垂直面的弯矩M=F=1549.3求水平面的弯矩M=F=4256.8求合成弯矩M= =434877.6NmmM= = 从图可见，齿轮处截面最危险，其当量弯矩为M= 计算危险截面处轴的直径轴材料为45号钢，调质处理，由表71查得强度极限=650 MP，弯曲疲劳 极限=270MPa，屈服极限=360MPa。由表7-9查的许用弯曲应力=60 MP，则d mm考虑到键槽对轴的削弱，将d值加大5，故d=1.0542.14=44.24 mm88mm取轴径，合适，安全。7.5.2低速轴的校核求垂直面的支承反力 F=1487.6N 求水平面的支承反力F=4087.2N求垂直面的弯矩M=F=1487.6求水平面的弯矩M=F=4087.2求合成弯矩M= =367532.8NmmM= = 从图可见，齿轮处截面最危险，其当量弯矩为M=800269.2 Nmm 计算危险截面处轴的直径轴材料为45号钢，调质处理，由表71查得=650 MP，弯曲疲劳 极限=270MPa，屈服极限=360MPa。由表7-9查的许用弯曲应力=60 MP，则d mm考虑到键槽对轴的削弱，将d值加大5，故d=1.0551.09=53.64mm48000h经计算，所需轴承寿命：lL=48000 h.5） 故所选6214型号深沟球轴承合适。7.2低速轴：预选6320轴承。 d=100mm，D=215mm。1）基本额定动载荷：C=132KN基本额定静载荷：C=132 KN极限转速：3600 r/min所需轴承的寿命为：L=1630010=48000h 2）轴径向力F=F=1487.6N 3）在表11-7中可查得X=1,Y=0。当量动载荷P=XF+YF=1487.6N4) 验算轴承6320的寿命（）=4.35h48000h经计算，所需轴承寿命：lL=48000 h.5） 故所选6320型号深沟球轴承合适。 八 键的选择和校核8.1键联结的选择8.1.1高速轴键 所需开键槽I轴径分别为：d=32 mm轴段长度为：L=46mm，查表5-73选择A型圆头普通平键，其参数分别为：键：键宽 b=10 mm键高 h=8 mm键长 L=22110，取L=30mm键槽 t=5.0 mm，t=3.3 mm，键槽倒角 r=0.250.4 8.1.2低速轴键所需开键槽I、II的轴径分别为：d=130 mm，d=60 mm轴段长度分别为：L=70 mm，L=140mm，查表5-73选择A型圆头普通平键键I：键宽 b=32 mm键高 h=18mm键长 L=50360，取L=60mm键槽 t=11mm，t=7.4mm，键槽倒角 r=0.40.6 II：键宽 b=18mm键高 h=11mm键长 L=50200，取L=120mm键槽 t=7.0 mm，t=4.4 mm，键槽倒角 r=0.250.48.2校核键的强度高速轴I键：查表（5-72）可知，键联结的许用挤压应力为： =125150，由平键联结的挤压强度条件= 得：= MP 因为： 故高速轴键是安全的，合适。低速轴I键：查表5-27可知，=125150 由=MP 因为： 低速轴I键是安全的，合适。低速轴II键：查表5-27可知，=125150 由= MP 因为：低速轴II键是安全的，合适。 九 联轴器的选择计算转矩：T=KT，（查表121得，K=1.5）则 T= KT=1.51209.8= 1814.7Nm按照计算转矩T，半联轴器公称转矩的条件。(查表10-43得， 选YL12型） 十 铸钢减速器箱体主要尺寸10.1箱体结构设计(1) 窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。(2) 放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。(3)油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。(4)通气器减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。(5)启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。(6)定位销 为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置尽量远些。如机体结构是对的，销孔位置不应该对称布置。(7)调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用。(8)环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。(9)密封装置 在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应根据具体情况选用。10.2减速器箱体结构尺寸（查表16-1）名称符号尺寸关系（mm）机座壁厚一级：0.025a+18 取=9机盖壁厚一级：0.02a+18 取=8机座凸缘厚度b1.5取b=14mm机盖凸缘厚度b1.5取b1=12mm机座底凸缘厚度b2.5b2=23mm地脚螺钉直径d0.036a+12取d=24.24mm M24地脚螺钉数目na250500时，n=6 轴承旁联接螺栓直径d0.75d取d=18mm M20机盖与机座联结螺栓直径d（0.50.6）d取d2=15mm M16轴承端盖螺钉直径d（0.40.5）d取d3=11mm M12窥视孔盖螺钉直径d（0.30.4）d取d4=8mm M8定位销直径d（0.70.8）d d=12mmd、d、d至外机壁距离c分别为34mm,26mm,22mmd、d、d至凸缘边缘距离c分别为28mm,24mm,20mm轴承旁凸台半径RRc=28mm凸台高度h应保证大轴承旁凸台的扳手空间外机壁至轴承座端面距离lc+c+（812）取l=50mm大齿轮顶圆与内机壁距离1.2取=11mm齿轮端面与内机壁距离取=10mm机盖、机座肋厚m、mm0.85=7mm，m0.85=8mm轴承端盖外径D小轴承D=1.25D+10=116mm大轴承D=1.25D+10=166mm轴承端给凸缘厚度t（11.2）d=13mm轴承旁联结螺栓距离S尽量靠近，以M d与M d互不干涉为准，一般取SD 十一 密封和润滑的设计1.密封 由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。2润滑(1) 对于齿轮来说，由于传动件的的圆周速度v 12m/s,采用浸油润滑，因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于3050mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1KW需油量V0=0.350.7m3。(2) 对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，且难以经常供油，所以选用润滑脂润滑。这样不仅密封简单，不宜流失，同时也能形成将滑动表面完全分开的一层薄膜。十二 参考文献1东北师范大学出版社 吕伟文 刘泽深等主编机械设计基础（第 2 版）2上海交通大学出版社 喻全余 罗敏峰 等主编机械设计课程设计（第2版）3化学工业出版社 骆素君 朱思顺 主编机械课程设计简明手册（第2版） 见机械设计课程