机械设计课程设计-单级圆柱齿轮减速器F1800V1.5D400.doc

机械设计基础课程设计说 明 书题 目 名 称： 带式输送机传动系统设计学 院（部）： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 指导教师姓名： 评 定 成绩： 30目 录一、设计任务书2二、传动系统方案拟定3三、电动机的选择3四、传动比的分配5五、传动系统的运动和动力参数的计算6六、传动零件（齿轮）的设计计算7七、轴的设计计算20八、滚动轴承的选择和寿命计算23九、键连接的选择和计算21十、联轴器的选择和计算24十一、润滑和密封28十二、箱体及其附件的选择设计29十三、设计小结29十四、参考文献29课程设计任务书2014学年第2学期 学院（系、部） 专业 班课程名称： 机械设计基础课程设计 设计题目： 单级圆柱齿轮减速器 完成期限：自 14 年 05 月 26 日至 14 年 06 月 26 日共 4 周内容及任务一、设计任务设计用于带式输送机的传动系统。要求传动系统中含有单级圆柱齿轮减速器及链传动。主要设计内容一般包括以下几方面：传动方案的分析与拟定、原动机的选择、传动比及分配、传动装置的运动及动力参数计算、链传动设计、齿轮传动设计、轴的设计、轴承的选择和校核、键连接的选择和校核、联轴器的选择、箱体的结构设计、减速器附件的选择、润滑和密封等；绘制减速器装配图；编写设计计算说明书。二、设计工作量绘制A0减速器装配图1张；绘制零件图1张；设计计算说明书一份，约20页左右。进度安排起止日期工作内容2014.05.26-2014.05.31传动装置的设计2014.06.01-2014.06.08减速器传动零件的设计、传动轴及轴承装置的设计2014.06.08-2014.06-15减速器箱体及附件的设计2014.06.15-2014.06.20减速器装配图的绘制2014.06.20-2014.06.22减速器零件工作图的绘制、设计计算说明书的编写2014.06.26-至今课程设计答辩主要参考资料1机械设计基础/刘扬，王洪主编.北京：清华大学出版社；北京交通大学出版社，2010.9 2机械设计课程设计/银金光，刘扬主编.2版.北京：北京交通大学出版社；清华大学出版社，2013.9 指导教师（签字）： 2014年 月 日一、传动系统方案拟定结 果1.传动系统参考方案 带式输送机由电动机驱动，电动机1通过联轴器2将动力传入单级圆柱齿轮减速器3,再通过链传动4，将动力传至输送机滚筒5，带动输送带6工作。（如图1）。图12.原始数据设输送带的最大有效拉力为F(N)=1800N,输送带工作速度为（m/s）=1.5m/s，输送机滚筒直径为D(mm)=400mm。3.工作条件 带式输送机在常温下连续工作、单向运转；启动载荷为名义载荷的1.25倍，工作时有中等冲击；三班制（每班工作8h），要求减速器设计寿命为8年，大修为2-3年，大批量生产；输送带工作速度的允许误差为5%，三相交流电源的电压为380/220V。F=1800N=1.5m/sD=400mm二、选择电动机结 果1.选择电动机类型和结构形式根据电源种类（直流或交流）、工作条件（环境、温度等）、工作时间的长短（连续或间歇）及荷载的性质、大小、起步性能和过载情况等条件，从而选用结构简单、价格低廉、维护方便的Y系列三相交流异步电动机，根据单机齿轮圆柱减速器的结构选择卧式封闭电动机结构，电源的电压为380V。2.电动机容量的选择由于带传动所传递的功率为(kW)故工作机所需功率=2.7kW 则电动机的输出功率（kW），其中为传动装置的总效率，按式进行计算。式中：为每一传动装置、每对轴承及每个联轴器的效率。由机械设计课程设计P18表3-3查得：联轴器传动效率=0.99；圆柱齿轮传动效率=0.97（设齿轮精度为8级）；链传动传动效率=0.97(闭式)； 输送机滚筒传动效率=0.96；输送带传动效率=0.95，则有=0.990.970.970.960.950.85所以，电动机的输出功率=（kW）由机械设计课程设计P100表12-1可知，满足条件的Y系列三相交流异步电动机额定功率应取为 4kW。3.选择电动机的转速根据已知条件，可得输送机滚筒的工作转速为 初选同步转速为1500r/min和1000r/min的电动机，根据机械设计课程设计P101表12-1、表12-2可知，对应于额定功率为4kw的电动机型号为Y112M-4和Y132M1-6型电动机有关技术数据及相关算得的总传动比列表于表1中。 表1 电动机数据方案电机型号额定功率/kw电动机转速/(r/min)总传动比外伸轴径D/mm轴外伸长度同步满载1Y112M-44.0150014402028602Y132M1-64.0100096013.33880通过对上述两种方案比较可以看出，方案2中电动机虽然尺寸较大，但总传动比合理，传动装置结构紧凑，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及总传动比，选用方案2较好，即选定电动机型号为Y132M1-6。 由机械设计课程设计P102表12-2得电动机型号为Y132M1-6的安装如图Y132M1-6型电动机的安装 Y132M1-6型电动机的安装规格ABCDEFGHKABACADHDBBL216178893880103313212280270210315238515Y型卧式封闭三相异步动机380V kW=0.85kW= 4kWY132M1-6型电动机三、传动比的分配结 果1.计算总传动比根据电动机的满载转速和工作机所需转速，计算机械传动系统的总传动比的公式如下：故传动装置总传动比2.各级传动比的分配 由机械设计课程设计P19表3-4（如表2）链传动的传动比= 3，则圆柱齿轮的传动比表（2）传动类型推荐传动比圆柱齿轮传动闭式3 5开式4 7链传动2 4= 3选Y132M1-6电动机四、传动系统的运动和动力参数的计算结果4.各轴的转速计算将电动机轴编号0轴，减速器高速轴编号为1轴，低速轴为2轴，滚筒轴为3轴。各轴的转速可根据电动机的满载转速和各相邻轴间的传动比进行计算，如下式： 其中，为电动机的满载转速； 为电动机轴至1轴的传动比。故求得， ； 4.各轴的输入功率计算 按电动机的所需功率计算，公式如下： 式中： 电动机的实际输出功率（kW）； 电动机轴与1轴间的传动效率。从而求得，4.各轴的输入转矩计算各轴的转矩如下： 将上述计算结果列于表3中供查用。 表3传动系统的运动和动力参数 轴名参数0轴1轴2轴3轴转速（）96032072.772.7输入功率（）3.23.172.982.86输出转矩（）31.8394.6390.46390.43传动比14.43效率0.990.970.97六、传动零件（齿轮）的设计计算结果1.材料选择带式输送机的工作载荷比较平稳，对减速器的外廓尺寸没有限制，为了便于加工，采用软齿面齿轮传动。小齿轮选用45钢，调质处理，由机械设计基础P178表12-1(如表4)取小齿轮齿面平均硬度为236HBS；大齿轮选用45钢，正火处理，由机械设计基础P178表12-1(如表4)取大齿轮齿面平均硬度为190HBS。表4 45号钢的基本材料参数材料热处理材料力学性能/MPa硬度应用bsHBSHRC45正火580290162-217一般传动调制650360217-255淬火40-50重载2.参数选择(1)小齿轮齿数的选择。通常，对于开式传动，=1720；对于闭式传动=2040。由于采用软齿面闭式传动，故齿数取=29，取整数为128，满足互为质数。 (2)由机械设计基础P181表12-3，取载荷系数。 (3)齿宽系数的选择。由于是单级齿轮传动，且两支承相对齿轮为对称布置，两轮均为软齿面，由机械设计基础P187知，闭式软齿面圆柱齿轮传动的齿宽系数，取齿宽系数=1.2。 (4) 由机械设计基础P186知，闭式软齿面圆柱齿轮传动齿数比35由于采用单级减速传动，齿数比。 (5)压力角的选择，对于一般用途的齿轮传动，通常选用标准压力角；国家规定：正常齿，。3.确定许用应力 小齿轮的齿面平均硬度为236HBS。则小齿轮许用接触应力和许用弯曲应力可根据机械设计基础P185表12-6通过计算，即许用接触应力：许用弯曲应力：大齿轮的齿面平均硬度为190HBS，由机械设计基础P185表12-6通过计算求得大齿轮的许用接触应力和许用弯曲应力分别为许用接触应力：许用弯曲应力：4.计算小齿轮的转矩由转矩公式，式中：主动轮传递的功率（kW）;主动轮的转速（r/min）。计算出小齿轮的转矩为5.按齿面接触疲劳强度计算因为对于闭式软齿面（硬度 ）的齿轮传动，其主要失效形式为齿面点蚀，故先按齿面接触疲劳强度进行计算，确定齿轮传动的主要参数和尺寸，然后校核齿根弯曲疲劳强度。对于标准直齿圆柱齿轮，接触疲劳强度的设计公式为式中：为小齿轮的分度圆直径（）; 为小齿轮的转矩材料：小齿轮：45调制处理硬度：236HBS大齿轮：45正火处理硬度:190HBS（）;为齿数比，；为齿宽系数，其中b为齿宽（）；为弹性影响系数；为许用接触应力(MPa)。则取较小的许用接触应力，由机械设计基础P183表12-4取弹性影响系数=189.8代入上接触疲劳强度设计式中，得小齿轮的分度圆直径为 =（） 所以，小齿轮的模数为，故取标准模数6.计算齿轮的主要几何尺寸小齿轮分度圆直径：大齿轮分度圆直径：小齿轮齿顶圆直径：大齿轮齿顶圆直径：中心距：齿轮的设计宽度：，取齿全高：齿厚：齿根高：齿顶高：小齿轮齿根圆直径：大齿轮齿根圆直径：为了保证齿轮传动有足够的啮合宽度，一般取大齿轮的齿宽，小齿轮的齿宽+，即。故取，。7.按齿根弯曲疲劳强度校核确定有关系数如下：(1)齿形系数。由机械设计基础P185表12-5得，(2)应力校正正系数。由机械设计基础P185表12-5得 ，由弯曲校核公式得 综上所述，齿根弯曲强度校核合格。8.齿轮精度的选择由齿轮传动的圆周速度为由机械设计基础P180表12-2，故选择精度等级为8的齿轮是合理的。9.齿轮的受力分析 如图2所示为一标准直齿圆柱齿轮传动，轮齿在节点P处接触。忽略摩擦力，轮齿间相互作用的法向力沿着啮合线方向并垂直于齿面。为方便计算，将法向载荷在节点P处分解为两个相互垂直的分力，即圆周力和径向力（单位均为N）。（图2）由图2直齿圆柱齿轮轮齿的受力分析由此得 圆周力：径向力：法向力：10.齿轮结构设计根据计算，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，如下图3所示 图3 锻造腹板圆柱齿轮 根据经验公式可求得图3中各处尺寸，记录如下： ，取 ，圆整取 ， ， 根据轴的过渡圆角确定。=189.8齿轮弯曲强度足够选精度8级齿轮合理七、轴的设计计算结果1.轴的选材及其许用应力由课程设计基础P291表16-1查得轴的材料选用45号钢，调质处理，硬度HBS217255，强度极限，屈服极限，2.初步估算轴的最小直径由轴径的设计公式，其中为轴传递的功率；为轴的转速，由课程设计基础P291表16-2取。故主动轴=16.68，若考虑键时，轴径还应增大（5%7%），所以，主动轴，选取标准直径从动轴=23.56，若考虑槽时，轴径还应增大（5%7%），所以，从动轴，选取标准直径3.齿轮轴的结构设计，初定轴径及轴的轴向尺寸(主动轴)(1)轴上零件的定位、固定和装配单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对于轴承对称分布，齿轮右面轴肩定位，左面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和套筒轴向定位，与轴之间采用过渡配合固定。为了便于轴承上零件的安装与拆卸，常将轴做成阶梯形。对于一般剖分式箱体中的轴，它的直径从轴端逐渐向中间增大。可依次将联轴器、轴承盖、右端滚动轴承、和齿轮从轴的右端装拆，另一滚动轴承从左端装拆。为使轴上零件易于安装，轴端及各轴端的端部应有倒角。主动轴采用齿轮轴结构，如图4所示1，5滚动轴承 2轴 3齿轮 4套筒 6轴承盖7键 8箱体 图4 (2)确定轴各段直径和长度根据计算扭矩 公式，式中为联轴器工作情况系数，由机械设计基础P307表17-1取，为名义扭矩， ，求得扭矩为由于减速器高速轴外伸端用联轴器与电动机相连，则外伸轴应该考虑电动机轴及联轴器毂孔的直径尺寸，外伸轴直径和电动机轴直径和电动机轴的直径相差不大，他们的直径应在所选取联轴器毂孔最大、最小直径允许的范围内，用电动机轴直径D估算，d=（0.81.2）D 。由电动机轴D=38mm d=38（0.81.2）mm=30.445.6由机械设计课程设计P144表16-4可选用HL3弹性柱销联轴器，其公称转矩为：630N.m41.379N.m，取半联轴器的轴孔直径，轴孔长度 ，半联轴器与轴配合的毂孔长度为 段：由于联轴器与轴通过键联接，则轴径应增加5%7%,取主动轴 ，又半联轴器的轴孔直径 ，故取此段轴直径，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的断面上，故取此段轴长度。段：为了满足半联轴器的轴向定位要求，该段右端需制出一轴肩，故取该段的直径 ，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为15mm故取该段长为 段：该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力而轴向力为零，选用6209型轴承，由机械设计课程设计P134表15-4得其基本尺寸 、 、 ，则该段的直径为 ，长度取 。段：该段装有齿轮，并且齿轮与键联接，故轴径要增加5%7%,则该段轴标准轴径取 ，又大齿轮的齿宽为78mm ，为了保证定位的可靠性，取此轴段长度为 。段：考虑齿轮的轴向定位，取定位轴肩的直径为 ，长度取 。段：此处为台阶，直径 ，长度 。段：该段为滚动轴承的安装处，可取该段轴径 ，长度为 。(3)求齿轮上作用力的大小、转矩为： 、圆周力： 、径向力： 由上述的各轴长度尺寸得，两支座间距离 水平面的支反力： 水平面的弯矩： 垂直面的支反力： 垂直面的弯矩： (4)作从动轴受力简图（如图5所示）(5)合成弯矩计算把水平面和垂直面上的弯矩按矢量和合成起来，其大小为(6)校核轴的强度 因为是单向回转，转矩为脉动循环，故取折合系数 。轴的材料为45钢，正火处理，由机械设计基础P296表15-6得 许用弯曲应力=55 ,由轴的弯扭合成强度条件=式中： 为轴所受的弯矩； 为所受的扭矩； 为轴的抗弯截面系数，圆轴的 。求得， =13.17 ，则强度足够。4.齿轮轴的结构设计，初定轴径及轴的轴向尺寸(从动轴)1，5滚动轴承 2轴 3齿轮轴的齿轮段6轴承盖 7轴端挡圈 8箱体 9链轮 10键图5 从动轴的零件工作图(1)确定轴各段直径和长度尺寸 段：由于链轮与轴外伸轴通过键联接，则轴径还应增大（5%7%），考虑与链轮配合，由机械设计基础P162表11-1可取直径因为轴头长度是由所装零件的轮毂长度决定的，由机械设计基础P163表11-2，根据带根数可知轮毂长度为50，由轴长要比轮毂宽度小23mm，所以则取第一段长度段：对于阶梯轴的台阶，当相邻轴段直径变化起定位作用时，轴径变化应大些，取68，故取根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为，则取该段的长度。段：该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用型轴承，由机械设计课程设计P135表15-4得其基本尺寸、，则该段的直径为，长度取。段：该段为滚动轴承的定位轴肩，其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取，长度段：该段为齿轮轴段，由于齿轮的宽度为50，则取此段长度为。段：该段为滚动轴承的定位轴肩，其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取，长度。段：该段为滚动轴承安装出处，取轴径为，长度(2)从动轴的强度校核、扭矩 、圆周力：、径向力：由上述确定的各轴长度尺寸得，两支座间距离垂直面的支反力：水平面的弯矩：水平面的支反力：垂直面的弯矩：(3)合成弯矩计算 把水平面和垂直面上的弯矩按矢量和合成起来，其大小为 (4)校核轴的强度 轴在AB间齿轮处的弯矩和扭矩最大，故为轴的危险截面。轴单向转动，扭矩可认为按脉动循环变化，故取折合系数。轴的材料为45钢，正火处理，由机械设计基础P296表15-6得 许用弯曲应力=55,由轴的弯扭合成强度条件=，式中：为轴所受的弯矩；为所受的扭矩；为轴的抗弯截面系数，圆轴的。求得， 26.3则强度足够。(5)作主动轴受力简图（如图6所示）主动轴：从动轴：d=38mm弹性HL3联轴器强度足够则强度足够八、滚动轴承的选择和寿命计算结果1.初选轴承型号考虑轴受力较小且主要是径向力，故选用单列向心球轴承。根据上述轴径及长度的计算，主动轴承选择深沟球轴承，型号初选为6209（2个），从动轴承选择深沟球轴承，型号初为6211（2个），2.主动轴的轴承设计计算(1)根据工作条件，轴承预期寿命。 (2)初步计算当量动载荷因该轴承在此工作条件下只受径向力作用，所以.由机械设计基础P251表14-5取径向动载荷系数，轴向动载荷系数。 (3)校核轴承寿命由机械设计基础P253表14-7取轴承的温度系数，又球轴承的寿命指数，由机械设计课程设计P135表15-4得6209型轴承的动载荷，静载荷；则所选轴承的寿命为由于轴承寿命大于轴承预期寿命，即，满足要求，故轴承寿命满足要求，选用6209型轴承。3.从动轴的轴承设计计算（1）根据工作条件，轴承预期寿命。 （2）初步计算当量动载荷因该轴承在此工作条件下只受径向力作用，所以。由机械设计基础P251表14-5取径向动载荷系数，轴向动载荷系数。 （3）、校核轴承寿命由机械设计基础P253表14-7取轴承的温度系数，又球轴承的寿命指数，由机械设计课程设计P135表15-4得深沟球轴承6211型轴承的动载荷，静载荷。则所选轴承寿命由于轴承寿命大于轴承预期寿命，即，满足要求，故轴承寿命满足要求，选用6211型轴承。主动轴选用6208型深沟球轴承从动轴选用6211轴承九、键连接的选择和计算结果1.主动轴键(1)主动轴外伸端直径d=38mm ，考虑到键在轴中部安装，由机械设计课程设计P126表14-10，选圆头普通A型平键，键108 GB/T 10952003，宽度 ，深度 ，键长 。选择45钢，则其挤压强度公式为，并取，则其工作表面的挤压应力为由机械设计基础P234表13-11知，当载荷平稳时，许用挤压应力，故连接能满足挤压强度要求。(2) 与电动机联接处轴径，考虑到键在轴端部安装，由机械设计课程设计P126表14-10，选圆头普通A型平键，键87 GB/T 10952003，宽度，深度，键长。 选择45钢，则其挤压强度公式为，并取，则其工作表面的挤压应力为由参考资料1表12-7可知，当载荷平稳时，许用挤压应力，故连接能满足挤压强度要求。2.从动轴键从动轴外伸端直径考虑到键在轴中部安装，由机械设计课程设计P126表14-10，选圆头普通A型平键，键GB/T 10952003，宽度，深度，键长。选择45钢，则其挤压强度公式为，并取，则其工作表面的挤压应力为由参考资料1表12-7可知，当载荷平稳时，许用挤压应力，故连接能满足挤压强度要求。选键GB/T 10952003满足挤压要求选GB/T 10952003满足挤压要求选键GB/T 10952003挤压强度满足要求十、联轴器的选择和计算结果 十一、联轴器的选择结果由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便与经济问题，选用弹性柱销联轴器11.1 计算名义扭矩11.2 确定计算扭矩根据计算扭矩公式，式中，为联轴器工作情况系数，查参考资料1表12-1取，为名义扭矩，则求得扭矩为。按照计算扭矩小于联轴器公称转矩的条件，查参考资料2表16-4，选择弹性柱销联轴器，型号为，其公称转矩为：630，采用Y型孔，A型键，取半联轴器的轴孔直径，轴孔长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为。选择弹性柱销联轴器，型号 十二、减速器附件的选择及结构尺寸计算结果 12.1 窥视孔盖和窥视孔 窥视孔一般放置在盖板盖上，用M6M10的螺钉紧固，采用加强垫片加强密封，盖板常用钢板或铸铁制成，窥视孔及视孔盖的结构如图12-1所示 图12-1 窥视孔及视孔盖结构其结构尺寸查参考资料2表19-4，记录于表12-1 表12-1 窥视孔及视孔盖结构尺寸符号直径孔数尺寸9075607055407445 12.2 放油螺塞 为了便于放油和排出箱底杂质，应在油池最低处设置放油螺塞，放油孔应设置在不与其他部件靠近的一侧，箱体内底面一般做成向底端倾斜的结构，以便污油流出。平时，放油孔用螺塞和油封圈堵住，加强密封。螺塞和油封圈的结构如图12-2所示 图12-2 螺塞和油封圈结构螺塞和密封圈的结构尺寸见表12-2 表12-2 螺塞和密封圈结构尺寸基本尺寸极限偏差15.824.212210 0.2827428 12.3 通气孔 减速器在工作时，箱体内的温度会升高，使箱体内气体膨胀，气压升高。为了便于箱体内的热气溢出，保证箱体内外压力平衡，提高箱体分界面和外伸轴密封处的密封性，常在箱盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，其结构如图12-3所示 图12-3 通气塞及提手式通气器结构查参考资料2表19-9得，通气塞及提手式通气器结构尺寸见表12-3 表12-3 通气塞及提手式通气器结构尺寸1816.514191024 说明：S 螺母扳手开口宽度 12.4 油标 油标用于检查油面高度，常设置于方便观察油面及油面较稳定处，如低速级齿轮附近。油标的结构类型有多种，在这里选用带有螺纹部分的油标，其结构如图12-4所示 图12-4 油标结构油标的结构尺寸查参考资料2表19-8，记录于表12-4表12-4 油标的结构尺寸41262810642016 12.5 吊耳 在减速器中，常常采用在箱盖上直接铸出吊耳或吊耳环来代替环首螺钉，以减少机械加工工序，设计吊耳的结构如下图12-5所示 图12-5 吊钩结构图根据经验公式求得结构图中各处尺寸如下：为箱盖壁厚，取 12.6 轴承盖轴承盖是对轴上滚动轴承起定位和固定作用的，且类型有多种，根据要求和实际情况选凸缘式轴承盖，其结构如图12-6所示 图12-6 凸缘式轴承盖结构主动轴的轴承盖，根据上述得出的轴承外径，螺钉直径，参照经验公式求得图12-6各处尺寸如下：；，取；，取； ，取，取；由结构确定又从动轴的轴承盖，根据上述得出的轴承外径，查参考资料2表19-1，得螺钉直径，参照经验公式求得图13-6各处尺寸如下：；，取；，取； ，取，取；由结构确定。 12.7 启盖螺钉启盖螺钉安装在箱盖凸缘上，数量为12个，其直径与箱体箱座箱盖联接螺栓直径相同，即，长度应大于箱盖凸缘厚度，取。 12.8 定位销两个定位销应设在箱体联接凸缘上，相距尽量远些，而且距对称线距离不等，以使箱座、箱盖能正确定位。此外，还要考虑到定位销装拆时不与其他零件相干涉。选用圆锥定位销，其直径可取箱座箱盖联接螺栓直径的0.8倍