单级直尺圆柱齿轮减速器设计说明书.doc

机械设计课程设计 课题名称 一级圆柱齿轮减速器设计 学 院 材料学院 专 业 材料科学与工程 班 级 09320901 姓 名 陈沙丽 学 号 20092130 完成日期 2011-9-07 目录一、传动方案拟定.4二、电动机的选择.6三、确定传动装置总传动比及分配各级的传动比.9四、传动装置的运动和动力设计.9五、普通V带的设计.11六、齿轮传动的设计.14七、传动轴的设计.18八、箱体的设计.28九、键连接的设计30十、滚动轴承的设计31十一、润滑和密封的设计32十二、联轴器的设计33十三、设计小结.34设计课题：设计一用于带式运输上的单级直齿圆柱齿轮减速器。运输机单班制工作,每年按300天算。载荷平稳。轴承寿命为齿轮寿命的1/31/4.题号10运输带拉力F（KN）2运输带速度V（m/s）1.6卷筒直径D（mm）300设计任务要求：1. 减速器草图一张（0号坐标纸）2. 减速器装配图纸一张（0号图纸）1. 轴、齿轮零件图纸各一张（号或号图纸）2. 设计说明书一份计算过程及计算说明一、传动方案拟定、工作条件：使用年限8年，工作为一班工作制，载荷平稳，环境清洁。、原始数据：输送带拉力F=2.0kN；带速V=1.6m/s；滚筒直径D=300mm；方案拟定：采用带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。1.电动机 2.V带传动 3.圆柱齿轮减速器4.连轴器 5.滚筒 6.运输带二、电动机选择1、电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。 2、电动机容量选择：根据已知条件，电动机工作所需要的有效功率为：wFVw1000 kN 式中Fw2000N Vw 1.6m/s 1 V带传动效率0.962 6级精度齿轮传动效率0.983 滚动轴承效率0.994 联轴效率0.99Pw（20001.6）1000 3.2kw由电动机至运输带的传动总效率为：总=12324则：总=0.960.980.9920.99 =0.913所以：电机所需的工作功率：Pd= PW/总 =3.20.913 =3.51 kw 因载荷平稳，电动机额定功率Ped只需略大于Pd即可，按表17-1中Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为4kW。3、确定电动机转速 卷筒工作转速为： nw601000Vw/（D） =(6010001.6)/（30） =102 r/min按推荐的传动比合理范围,取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i2=35.取V带传动比i1=24,则总传动比例的范围i=620.故电动机转速的可选范围为n=i* nw=（620）*102=(6122040) r/min,则符合这一范围的同步转速有：750r/min,1000r/min和1500r/min,根据容量和转速，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器传动比，选定电动机型号为Y132M1-6，其满载转速nm=960 r/min.电动机主要外形和安装尺寸：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 FGD1325203453152161781228801041三、确定传动装置的总传动比和分配级传动比：1、可得传动装置总传动比为： i=nm/nw=960/102=9.412、分配各级传动装置传动比： i=i1i2取i1=2.35,i2=i/i1=9.41/2.35=4四、传动装置的运动和动力设计：将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴，轴，可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数1.运动参数及动力参数的计算（1）计算各轴的转数： 轴：n=nm/ i1=960/2.35=408.5r/min轴：n= n/ i2=408.5/4=102 r/min 工作轴转速:nw= n=102 r/min（2）计算各轴的功率：轴： P=Pd1 =3.510.96=3.37KW轴： P= P23 =3.370.980.99 =3.27kW工作轴： Pw= P34 =3.270.990.99=3.20kW(3)计算各轴的输入转矩：电动机轴输出转矩为： Td=9550Pd/nm=95503.51/960=34.82Nm各轴输出转矩轴：TI=9550PI/nI=95503.37/408.5=82.07Nm 轴： T=9550P/N=95503.27/102=306.2Nm五、带轮的设计1)、计算功率Pc一班制，工作小时，载荷平稳，查得工作情况系数KA=1.1; Pc=KAP=1.13.513.86kw 2)选择普通带型号根据Pc=3.86Kw，n=408.5r/min,查机械设计基础表8-7，得坐标点位于A型)、确定带轮基准直径根据V带型号查表，并参考机械设计基础表8-7，选择小轮直径dd1=100mm; 大轮直径，dd2=idd1=1002.35=235mm 取标准件，dd2=250mm; 4)、验算带速v=dd1n/60000=3.14100960/60000=5.03m/s,在525m/s范围内5)、确定带的中心距和V带基准长度Ld中心距的范围amin=0.75(dd1+dd2)=0.75(100+235)=245mm amax=0.8(dd1+dd2)=0.8(100+235)=700mm 取：a0=500mm; 初算带长Ld0=2a0+0.5(dd1+dd2)+0.25(dd2-dd1)2/a0=1560.75mm,取：Ld0 = 1600mm 实际中心距：a=a0+(Ld-Lc)/2=(1600-1560.75)/2=519.63mm1207)、求V带根数Z由dd1=100mm和nI=408.5r/min，查机械设计基础图13-3得Po=0.96kW.根据nI =408.5r/min，i=2.35和A型V带，查机械设计基础表13-5得Po=0.11kW查表13-7得K=0.955， Kc=0.99, V带根数Z=Pc/（Po+Po）KKc =3.86/（0.96+0.11）0.990.955=3.82，取整Z=38)、确定初拉力Fo由机械设计基础表13-1得A型带的单位长度质量q=0.10kg/m,所以Fo=500(2.5/K-1)Pc/Zv+qv2=500(2.5/0.995-1)3.86/(35.03)+0.15.032=157.76 N 实际处拉力应Fo157.76 N六、齿轮传动的设计：(1)选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。载荷中等且平稳，速度高，传动尺寸无特殊要求，因此两齿轮均可选软齿轮齿面。为保证大小齿轮齿面硬度相差3050HBS，小齿轮可用45钢调质，齿面硬度为230HBS，大齿轮用45钢正火，齿面硬度为190HBS。查表得两轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度：H1=380+0.7HBS=541MpaH2=380+0.7HBS=513Mpa F1=140+0.2HBS=186MpaF2=140+0.2HBS=178Mpa取H=513Mpa (2)、初选主要参数 1.Z1=24 ,Z2=Z14=244=96.2.齿数比：u=i2=4.3.d=1（3）按齿面接触疲劳强度计算 计算小齿轮分度圆直径 d1 确定各参数值1)载荷系数，取K=1.22)小齿轮名义转矩T1=9550PI/nI=95503.37/408.5=82.07Nm 3) 材料弹性影响系数 由课本表 取ZE=189.8Mpa4) 区域系数 ZH=2.5于是 d1 =59.0mm5)确定模数 m=d1/Z159/24=2.46 取标准模数值 m=2.56)小齿轮直径d1=mZ1=2.524=60mm.(4)齿轮几何尺寸计算 d1= mZ1=2.524=60mmd2= mZ2=2.596=240mmda1=d1+2ha*m=60+21.02.5=65mmda2=d2+2ha*m=240+21.02.5=245mmdf1=d1-2(ha*+c*)m=60-2(1.0+0.25) 2.5=53.75mmdf2=d2-2(ha*+c*)m=240-2(1.0+0.25) 2.5=218.75mma= (d1+ d2)/2=150mmb=dd1=1.060=60mm取b2=60mm,b1=b2+5=65mm (5) 校核弯曲疲劳强度由齿数查表得两齿轮的复合齿形系数：YFS1=4.24，YFS2=3.96.F1=2000KT1 YFS1/bd1m=20001.282.074.24/(60602.5) =92.79MpaF1=186MpaF2=2000KT1 YFS2/bd1m=20001.282.073.96/(60602.5)=86.66MpaF2=178Mpa合格。（6）选7级精度。六、 轴的设计（一）齿轮轴的设计(1) 确定轴上零件的定位和固定方式 （如图）1，5滚动轴承 2轴 3齿轮轴的轮齿段 4套筒 6密封盖 7键 8轴承端盖 (2)按扭转强度估算轴的直径 选用45号钢调质，硬度230HBS轴的输入功率为P=3.37 kW,转速为n=408.5 r/min,查表12-3，取c=115, =23.72mm(3)确定轴各段直径和长度从右起第一段开始，由于该段轴要和带轮连接，轴上还有键连接，不妨取D1=25mm，L1=50mm.右起第二段直径取D2=35mm,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，取第二段的长度L2=50mm 右起第三段，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6009型轴承，其尺寸为dDB=457516，那么该段的直径为D3=45mm，长度为L3=16mm.右起第四段，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D4=51mm，长度取L4= 10mm.右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为65mm，分度圆直径为60mm，齿轮的宽度为65mm，则此段的直径为D5=65mm，长度为L5=65mm.右起第六段，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，取取D4=51mm，长度L4=10mm.右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D7=45mm，长度L7=16mm.(4)求齿轮上作用力的大小、方向 小齿轮分度圆直径：d1=60mm作用在齿轮上的转矩为：T1 =82070Nmm 求圆周力：FtFt=2T1/d1=282070/60=2735.7N 求径向力FrFr=Fttan=2735.7tan200=995.7N(5)轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，得轴的受力简图（如图a）。 水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 =1367.85N 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0那么RA=RB =497.85 N(6)计算弯矩，转矩，当量弯矩 右起第四段剖面C处的弯矩： 水平面的弯矩（如图b）：MC=RA65=88.91 Nm 垂直面的弯矩（如图c）：MC1= MC2=RA65=32.36Nm 合成弯矩（如图d）：Mc1=Mc2=(Mc2 +Mc12)1/2=(88.912+32.362)1/2=94.61 Nm 扭矩（如图e）：T= Ftd1/2=82.07 Nm当量弯矩（如图f）：因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面C处的当量弯矩：106.66 Nm (7)判断危险截面并验算强度右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知MeC2=106.66 Nm ,-1=60Mpa 则：e= MeC2/W= MeC2/(0.1D43)=106.66109/(0.1513)=8 Mpa-1=60Mpa右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面：=49.24Nm e= MD/W= MD/(0.1D13)=49.24109/(0.1253)=31.5 Mpa -1=60Mpa 所以确定的尺寸是安全的 。 各图如下：(二）、输出轴的设计计算(1) 确定轴上零件的定位和固定方式 （如图） 1，5滚动轴承 2轴 3齿轮 4套筒 6密封盖 7键 8轴承端盖 9轴端挡圈 10半联轴器(2)按扭转强度估算轴的直径 选用45号刚正火，硬度190HBS轴的输入功率为P=3.20 KW，转速为n=102r/min，查表12-3，取c=115，=36.38mm(3)确定轴各段直径和长度从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取D1=40mm，根据计算转矩，TC=KAT=1.5306.2=459.3Nm，选用LX4型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为L1=84mm,轴段长L1=84mm.右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取50mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，故取该段长为L2=50mm.右起第三段，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6012型轴承，其尺寸为dDB=609518，那么该段的直径为D3=60mm，长度为L3=28mm.右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，大齿轮的分度圆直径为245mm，则第四段的直径取70mm,取轴段长度为L4=b2=60mm.右起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为D5=90mm ,长度取L5=10mm.右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D6=60mm，长度L6=18mm.(4)求齿轮上作用力的大小、方向 大齿轮分度圆直径：d2=240mm作用在齿轮上的转矩为：T2 =306200Nmm 求圆周力：FtFt=2T2/d2=2306200/240=2551.7N 求径向力FrFr=Fttan=2551.7tan200=928.7N(5)轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，得轴的受力简图（如图a）。 水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 =1275.85N 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0那么RA=RB =464.35 N(6)计算弯矩，转矩，当量弯矩 右起第四段剖面C处的弯矩： 水平面的弯矩（如图b）：MC=RA60=76.55 Nm 垂直面的弯矩（如图c）：MC1= MC2=RA60=27.86Nm 合成弯矩（如图d）：Mc1=Mc2=(Mc2 +Mc12)1/2=(76.552+27.862)1/2=81.46 Nm 扭矩（如图e）：T= Ftd2/2=306.2 Nm当量弯矩（如图f）：因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第三段剖面C处的当量弯矩：200.9 7Nm (7)判断危险截面并验算强度右起第三段剖面C为危险截面已知MeC2=200.97 Nm ,-1=60Mpa 则：e= MeC2/W= MeC2/(0.1D33)=200.97109/(0.1603)=9.30 Nm -1=60Mpa右起第一段D处也为危险截面：=183.72Nm e= MD/W= MD/(0.1D13)=183.72109/(0.1403)=28.70 Mpa -1=60Mpa 所以确定的尺寸是安全的 。 各图如下：七、滚动轴承校核计算1、输入轴上的轴承，根据条件，轴承预计寿命Lh=83008=19200h，由初选的轴承的型号为: 6009.查机械基础设计实践表14-1可知:d=45mm,宽度B=16mm,基本额定动载荷Cr=21kN, 基本静载荷COr=14.8KN。 1）已知n=408.5r/min 两轴承径向反力：Fr =1367.85N2)FS1+Fa=FS2，Fa=0由此可知Fa/Fr=0，并且Fa/Fr19200h 所以，预期寿命足够2.输出轴上的轴承:根据根据条件，轴承预计寿命，Lh=83008=19200h，由初选的轴承的型号为: 6012,查设计手册表可知:d=60mm,宽度B=18mm,基本额定动载荷Cr=31.5kN, 基本静载荷COr=24.2kN, 1）已知n=102r/min两轴承径向反力：FR= 1275.85N。2)FS1+Fa=FS2，Fa=0由此Fa/Fr=0，并且Fa/Fr19200h 所以，预期寿命足够。八、联轴器的校核选择联轴器类型，为缓和振动和冲击，选择弹性柱销联轴器。选择联轴器LX 4型号，计算转矩，由表查取K=1.1，按式计算：Tc=K*T=9550P* K /n=95503.271.1 /102=336.78Nm按计算转矩，转速和轴径，因此选用弹性柱销联轴器，查得有关数据，额定转矩Tn=2500Nm，许用转速n=3870r/min。满足TcTn,nn, 适用。九、键的选择及校核计算1、根据轴径的尺寸，由机械基础设计实验表13-1得：高速轴(主动轴)与V带轮联接的键为：键8740 GB/T 1096。大齿轮与轴连接的键为：键201250 GB/T 1096。轴与联轴器的键为：键12874 GB/T 1096。2、键的强度校核大齿轮与轴上的键 ：键201250 GB/T 1096。bh=2012,L=50,则Ls=L-b=30mm, p=120150Mpa.故有=4T2/dhLs =4306.2103/2401230 =14.2Mpap因此剪切强度足够键12874 GB/T 1096和键8740 GB/T 1096根据上面的步骤校核，并且符合要求。十、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。1、减速器箱体结构设计表名称符号尺寸(mm)箱座壁厚8箱盖壁厚18箱座凸缘厚b12箱盖凸缘厚b112箱底凸缘厚b220地脚螺钉直径df20地脚螺钉数目n4轴承旁连接螺栓d112箱盖、箱座连接螺栓d210地脚螺钉到外壁C1/C226/24轴承旁连接螺栓C1/C218/16箱盖、箱座连接螺栓C1/C216/142、减速器零件的位置尺寸设计代号名称推荐值(mm)1齿顶圆至箱体内壁的距离102齿轮端面至箱体内壁的距离143轴承端面至箱体内壁的距离66大齿轮齿顶圆至箱底内壁的距离307箱底至箱底内壁的距离20注:具体尺寸见装配图十一、润滑与密封 1)齿轮的润滑采用浸油润滑，由于为单级圆柱齿轮减速器，速度