设计两级圆柱齿轮减速器机械设计课程设计.doc

机械设计课程设计 机械设计课程设计说明书姓名： * 系别： * 班级： * 学号： * 指导老师： * 机械设计课程设计题目题目名称：设计两级圆柱齿轮减速器说 明： 此减速器用于热处理车间零件清洗传送带的减速。此设备两班制工作，工作期限十年，户内使用。传送简图如下：技术参数已 知 条 件数 据 组 号12345678鼓轮直径（mm）300330350350380300360320传送带运行速度（m/s）0.630.750.850.80.80.70.840.75传送带从动轴所需扭矩（nm）7006706509501050900660900带式输送机由电动机驱动。电动机通过连轴器将动力传入减速器,再经连轴器将动力传至输送机滚筒,带动输送带工作。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但齿轮相对轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级和低速级都采用斜齿圆柱齿轮传动。- 22 -目 录第一章 电动机的选择.111 电动机的选择.112 装置运动及动力参数计算.2第二章 传动零件的设计计算.32. 1高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算.322 低速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算.7第三章 轴的结构设计和计算.1231 轴的结构设计.123. 2 中间轴的校核.16第四章 键联接的选择与计算.22第五章 滚动轴承的选择与计算.23第六章 箱体及附件的结构设计和选择.2661 减速器箱体的结构设计.2662 减速器的附件.27设计小结.34参考资料.35一、 电动机的选择1. 电动机的选择1.1电动机类型的选择电动机的类型根据动力源和工作条件,选用y系列三相异步电动机。1.2电动机功率的选择由本书p.270式(14.2)，根据已知条件计算出工作机滚筒的转速为：d=330mm43.4 r/min一般常选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比约为11或16。根据总传动比数值，可初步拟定出以二级传动的传动方案。即采用两级圆柱齿轮减速箱的展开式。该方案一般采用斜齿轮，其总传动比较大，结构简单，制造成本也较低，应用最广。由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿宽载荷分布不均匀，要求轴有较大刚度。由本书p.270式(14.3)工作机所需要的有效功率为: pw=tnw/9550=67043.4/9550=3.045 kw为了计算电动机的所需功率，先要确定从电动机到工作机之间的总效率。设为弹性联轴器效率为0.99，为齿轮传动（7级）的效率为0.97，为滚动轴承传动效率为0.99，为v带传动为0.96，w=1。则传动装置的总效率为: =10.960.990.9950.97=0.85由本书p.270式(14.4)，电动机所需的功率为：3.045/0.85= 3.58 kw由本书p.436按表k.1确定电动机额定功率为：。1.3电动机的转速：为了便于选择电动机的转速，先推算电动机转速的可选范围。由本书p.4查得v带传动常用传动比范围iv=24,单级圆柱齿轮传动比范围i2=36,传送带传动比i3=1,则电动机转速可选范围为： nd1=nwivi21i21i31=694.46944 r/min可见同步转速为1000r/min ,1500r/min 和3000r/min的电动机均符合。这里初步选分别为1000r/min和1500r/min的两种电动机进行比较，如下表：表31电动机技术数据及计算总传动比方 案型 号额定功率(kw)转速 (r/min)质量kg同步满载1y112m1-4415001440432y132m1-641000960732. 装置运动及动力参数计算2.1、传动装置总传动比和分配各级传动比一、传动装置总传动比：根据电动机的满载转速和滚筒转速可算出传动装置总传动比为i1=nm/nw=960/43.4=22.12 i2= nm/nw=1440/43.4=33.18二、分配各级传动比：取v带传动的传动比iv=2.5 ，则两级减速箱的传动比为：iz1=i2/iv=33.18/2.5=8.848 iz2=i1/iv=22.12/2.5=13.272 其中 可解得，if1=4.15 is1=3.2 if2=3.39 is2=2.61因为所得的if和is的值符合一般圆柱齿轮传动比的常用范围，故可选方案1；又因为方案2得出的if和is的值不符合一般圆柱齿轮传动比的常用范围，所以不选。三、各轴的转速设电动机的轴为0轴，减速箱的高速轴为1轴，中速轴为2轴，低速轴为3轴，则各轴的转速为： n1=n0/iv=1440/2.5=576 r/minn2=n1/if=576/4.15=138.8 r/min n3=n2/is=138.8/3.2=43.2 r/min四、各轴的输入功率按电动机额定功率ped计算各轴输入功率，即 、各轴的转矩t0=9550p0/n0=9550 t1=9550p1/n1=95503.84/576=63.67 n.mt2=9550p2/n2=95503.69/138.8= 253.89 n.mt3=9550p3/n3=95503.54/43.2=778.96 n.m将以上计算结果整理后列于下表，供以后计算使用：项目电动机轴0高速轴1中速轴2低速轴3转速（r/min）1440576138.843.4功率（kw）43.843.693.54转矩（nm）26.5363.67253.89778.962.2、v带传动的设计计算一、确定计算功率pca ： pca=kap ka=1.2由电动机选型可知: p=4 kw 二、选择v带的带型：根据传动的形式，选用普通v带；再根据pca、n1，由课本p.157图8-11知：确定选用a型v带。三、确定带轮的基准直径dd并验算带速v初选小带轮的基准直径dd1：由课本p.84表5-2，取小带轮的基准直径dd1=100mm。验算带速v ：按课本p.87式5.23验算带的速度v=dd1n1/60000=1001440/60000=7.536m/s dd2=idd1=1001440/576=250mm初选带轮的中心距a0，按下式选取0.7(dd2+ dd1)mm a02(dd2+ dd1)mm 取a0=500mm按课本p.88式5.25估算带长ld1：ld12a0+(dd2+ dd1)/2+( dd2- dd1)/(4a0)=1560.75mm根据ld1由表5.3选取相近的基准长度ld，按课本p.88式5.26式近似计算实际中心距：aa0+(ld ld1)/2=519.625mm验算主动轮上的包角1，由式5.29得1180（dd2- dd1）60/a=162.68120 合适。计算v带的根数z由n0=1440r/min dd1=100mm i=2.5,查表5.7（a）和表5.7（b）得p0=1.32kw，p0=0.17kw，查表5.8得k=0.96，查表5.9得kl=0.99，则由式5.30得：z=pca/(p0+p0)kkl=4.8/(1.32+0.17) 0.960.99=3.39 取z=4计算预紧力f0：查表5.1得q=0.10kg/m，由式5.32得：f0=500pca(2.5/k1)/(vz)+qv =5004.82.5/0.961/7.5364+0.17.536=133.5n计算作用在轴上的压轴力fq：由式5.33得：fq=2zf0sin（/2）=24133.5sin（/2）=1055.82n二、 传动零件的设计计算斜齿圆柱齿轮减速器的设计选用标准斜齿圆柱齿轮传动。标准结构参数压力角，齿顶高系数，顶隙系数。1. 高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算一、选择齿轮材料及热处理方式：由于软齿面齿轮用于齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高，载荷不大的中低速场合。根据设计要求现选软齿面组合：根据1p117表8-1得：小齿轮选择45钢调质,hbs=217255；大齿轮选择45钢常化,hbs=162217；此时两齿轮最小硬度差为217-162=55；比希望值略小些，可以初步试算。二、齿数的选择：现为软齿面齿轮，齿数以比根切齿数较多为宜，初选=24=4.149924=99.6取大齿轮齿数=100，则齿数比（即实际传动比）为=/=100/24=4.1667。与原要求仅差(4.1667-4.1499)/4.1667=0.4032%，故可以满足要求。三、选择螺旋角：按经验 ，81，按1计算得：y1-/1201115/1200.744375初算中心距：a=m(z1+ z)/2cos=2.0(24+100)/2cos15=128.3742mm 取a=128 mm计算齿形系数与许用应力之比值：取安全系数sf=1.4， kfn1=0.86 kfn1=0.92f1= kfn1flim1/sf=118.9667mpa f2= kfn2flim2/sf=117.1905 mpays1y/=2.5811.5982/118.9667=0.0347ys2y/=2.17121.7988/117.1905=0.0333由于ys1y/较大，用小齿轮的参数ys1y/代入公式，计算齿轮所需的法面模数：=1.8666十一、 决定模数由于设计的是软齿面闭式齿轮传动，其主要失效是齿面疲劳点蚀，若模数过小，也可能发生轮齿疲劳折断。所以对比两次求出的结果，按接触疲劳强度所需的模数较大，齿轮易于发生点蚀破坏，即应以mn1.8666mm为准。根据标准模数表，暂定模数为：m=2.0mm十二、初算中心距：2.0(24+100)/2cos15=128.3742mm取 a=128mm十三、修正螺旋角：按标准中心距修正：=arccos mnz1+z2/2 a= arccos 24+100/128 =14.3615十四、计算端面模数：mt=mn/cos=2.0645mm十五、计算传动的其他尺寸：d1= mn z1=2.064524=49.548mm d2= mn z2=2.0645100=206.45mmb2= d1d=149.548=50mm b1= b2+7=49.548+6=56mm十六、计算齿面上的载荷： ft=2t1/d1=263.67/49.548=2.57knfr= fttant=2.57tan20.6464=0.9684 knf=fttan=2.57tan14.3615=0.658 kn十七、选择精度等级齿轮的圆周转速：=d1n1/60000=1.4469m/s因运输机为一般通用机械，故选齿轮精度等级为7级是合宜的。十八、齿轮图：2. 低速级斜齿圆柱齿轮的传动设计计算一、选择齿轮材料及热处理方式：由于软齿面齿轮用于齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高，载荷不大的中低速场合。根据设计要求现选软齿面组合：根据1p102表8-1得：小齿轮选择45钢调质,hbs=217255；大齿轮选择45钢常化,hbs=162217；此时两齿轮最小硬度差为217-162=55；比希望值略小些，可以初步试算。二、齿数的选择：现为软齿面齿轮，齿数以比根切齿数较多为宜，初选=22 =3.198222=70.3604取大齿轮齿数z=70，则齿数比（即实际传动比）为=z/z1=70/22=3.1818与原要求仅差(4.0645-4.0617)/4.0645=0.5149%，故可以满足要求。三、选择螺旋角： 按经验 ，822308745键 c845 gb1096-200380-0.0360.018-0.01843.3384412840键 1240 gb1096-2003120-0.0430.0215-0.021553.3445014945键 1445 gb1096-2003140-0.0430.0215-0.021564.338441285键 c1270 gb1096-2003120-0.0430.0215-0.021553.3五、 滚动轴承的选择及计算轴承是支承轴的零件，其功用有两个：支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度，减轻转轴与支承之间的摩擦和磨损。与滑动轴承相比，滚动轴承具有启动灵活、摩擦阻力小、效率高、润滑简便及易于互换等优点，所以应用广泛。它的缺点是抗冲击能力差，高速时有噪声，工作寿命也不及液体摩擦滑动轴承。1、轴承的选择与结构设计由于转速适中，受轴向力和承受径向载荷，故选用圆锥滚子轴承。下面以中间轴为例初选轴承型号为30207型。：根据初算轴径，考虑轴上零件的定位和固定，估计出装轴承处的轴径，再假设选用轻系列轴承，这样可初步定出滚动轴承的型号。轴承具体结构如下2、轴承的校核2.1轴承的固定方式为全固式，故轴向外载荷f全部由轴承1承受具体如下图：12r1r2fa2.2轴承的校核以中间轴为例，由p411附录h查得cr = 51500n ，=37200n，p201表10.9查得1.25，对于球轴承3计算当量动载荷p：装轴承处的轴径 d=40mm （中间轴上有两个齿轮）低速级小齿轮： ft1=8.9084kn fa1=2.37kn fr1=3.3568kn,高速级大齿轮： ft2=2.6529kn fa2=0.6792kn fr2=0.9996kn则fa =fa1- fa2=1.6908kn fr =fr1+ fr2=2.3572knfa/=0.0455 e=0.37 y=1.6 fa/ fr =0.7173e计算当量动载荷p=1.250.4 fr +1.6fa=4.5602knlh=106ft cr /p /60n=326438.8747h2830010=48000h即所选轴承满足工作要求。具体参数如下表。轴承型号系列基本尺寸安装尺寸ddbda302052552153130207357217423021050902057 3、减速器箱体的结构设计箱体是加速器中所有零件的基座，是支承和固定轴系部件、保证传动零件正确相对位置并承受作用在减速器上载荷的重要零件。箱体一般还兼作润滑油的油箱。机体结构尺寸，主要根据地脚螺栓的尺寸，再通过地板固定，而地脚螺尺寸又要根据两齿轮的中心距a来确定。由3p361表15-1设计减速器的具体结构尺寸如下表：减速器铸造箱体的结构尺寸名称符号结构尺寸机座壁厚10机盖壁厚110机座凸缘、机盖凸缘和机座底凸缘厚度b,b1,b212,12,20机盖和箱座上的肋厚m，m18轴承旁凸台的高度和半径h,r50，16轴承盖的外径d2d+（5-5.5）d3地脚螺钉直径与数目df双级减速器a1+a2小于350df16n6通孔直径df17.5沉头座直径d033螺栓距机壁距离c1min25螺栓距凸缘外缘距离c2min23联接螺栓轴承旁联接螺栓箱座、箱盖联接螺栓直径dd1=12d2=10通孔直径d13.511沉头座直径d2622凸缘尺寸c1min2018c2min1614轴承盖螺钉直径d38视孔盖螺钉直径d46大齿轮顶圆与箱体内壁的距离110齿轮端面与箱体内壁的距离2104、减速度器的附件为了保证减速器正常工作和具备完善的性能，如检查传动件的啮合情况、注油、排油、通气和便于安装、吊运等。减速器箱体上常设置某些必要的装置和零件，这些装置和零件及箱体上相应的局部结构统称为附件。4.1.窥视孔和视孔盖窥视孔用于检查传动件的啮合情况和润滑情况等，并可由该孔向箱内注入润滑油，平时由视孔盖用螺钉封住。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，盖板底部垫有纸质封油垫片。4.2通气器减速器工作时，箱体内的温度和气压都很高，通气器能使热膨胀气体及时排出，保证箱体内、外气压平衡，以免润滑油沿箱体接合面、轴伸处及其它缝隙渗漏出来。结构图如下。设计小结通过3周的时间，我们自己动手设计了一个机械装置（减速器），这是大学以来我们花时间最多的一个自己真正动手演练的实践。通过这样的一个过程，我们了解并实践了机械设计的基本过程。同时我认识到了机械设计是一门实践性和经验性要求很高的学科，虽然是自己设计，但是要遵循很多标准。机械设计的过程实际上就是一个不断用标准来完善的过程，而且在设计时要首先作一些假设，通过后面的设计进行比对，重复修改，不断完善。要想设计出一件好的产品需要我们手头有完善的标准和经验。经过这次训练，我们