机械设计基础课程设计说明书.docx

机械设计基础减速箱设计2014-3-14刘婷 1107050432 目录第一章设计任务书3一、题号3二、设计任务和工作条件3三、原始数据3第二章传动装置的总体方案设计4传动方案4第三章运动参数、各主要零件及箱体设计计算过程及说明6一、电动机的选择61.确定传动装置所需的功率62.确定传动装置的效率6三、运动及动力参数计算71.各轴转速72.各轴输入功率（KW）83.各轴扭矩（N m）84.V带传动设计95.高速级齿轮传动的设计计算106.低速级齿轮传动的设计计算157.轴的设计188. 箱体结构设计229. 键联接设计及校核2410.滚动轴承设计及校核2611.联轴器的选择2812.减速箱的润滑28第四章润滑、密封及装油量的计算29一、轴承内外圈定位29二、轴承润滑与密封29三、根据装油量确定油面位置30第五章设计小结30第一章设计任务书一、题号5-8 设计冲床的传动装置二、设计任务和工作条件l 工作条件：单班制。连续单向运转。载荷平稳。l 使用期限：十年l 生产条件：大、中型规模机械厂l 动力来源：电力。三相交流（220/380V）。l 生产批量：20台三、原始数据驱动轮功率Pw（KW）2.6驱动轮转速nw（r/min）36注：驱动轮允许速度误差5%请考虑如何缓和冲击第二章传动装置的总体方案设计传动方案机器通常由原动机、传动装置和工作机三部分组成。传动装置将原动机的动力和运动传递给工作机，合理拟定传动方案是保证传动装置设计质量的基础。现设计两套传动方案：方案一:二级展开式圆柱齿轮减速器，如图2-1：2-1方案1传动比一般为6-20，两级均用斜齿或低速级采用直齿。结构简单，应用比较广泛。由于齿轮相对于轴承不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均匀，要求轴有较大刚度。输入端外接带传动减速装置。方案二：二级分流式圆柱齿轮减速器，如图2-2:图2-2方案2高速级用斜齿，低速级用人字齿或直齿，由于齿轮相对于轴承为对称布置，传递转矩较大的低速级齿轮载荷分布均匀。常用于较大功率、变载荷场合，但结构较复杂。由于设计产品工作载荷平稳，传递功率较小且为降低生产成本及结构的复杂度，选择方案一，二级展开式圆柱齿轮减速装置。第三章运动参数、各主要零件及箱体设计计算过程及说明一、 电动机的选择1.确定传动装置所需的功率P=2.6k2.确定传动装置的效率由表2-2，查得：普通V带传动1=0.96一对滚动轴承球轴承2=0.998级精度的一般齿轮传动3=0.97金属弹性元件挠性联轴器4=0.99-0.995故传动装置的总效率=123324= 0.960.9930.9720.99=0.8677电动机所需最小名义功率p0=p=2.60.8677=3.0kw查表2-1，平型带单机传动比常用值2-4；圆柱齿轮单机传动比常用值3-5则所需电动机转速n0范围1343.7-3732.5r/min根据表12-1，综合考虑电动机的传动、装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选择Y系列三相交流异步电动机，Y100L2-4。Y100L2-4电动机主要参数名称符号参数值额定功率pe3kw满载功率ne1430r/minY系列三相异步电动机 型号：Y100L2-4二、 计算总传动比及分配各级的传动比1. 总传动比i=n/nw=1430/36=39.722. 分配各级传动比方案采用展开式二级圆柱齿轮减速器减速，传动比一般为6-20。减速器的传动比分配主要考虑减速器两个大齿轮的浸油深度大致相近，应使两个大齿轮具有相近的直径。为此推荐：h=1.2-1.3l。根据指导书表，取V带传动比为ib=2.7。初步分配各级传动的传动比如下：传动比hl值4.23.5三、 运动及动力参数计算1.各轴转速电动机轴输出参数pe=3.0kwne=1430r/minT=9550Pene=9550*3.01430 Nm=20.035Nm1轴转速：n1=ne2.7=14302.7=529.63r/min2轴转速：n2=529.634.=126.1r/min工作轴转速：n3=529.634.2*3.5=36.03r/min2.各轴输入功率（KW）1轴：p1=pe12=3*0.96*0.99=2.85kw2轴：p2=pe1234=3*0.96*0.97*0.99*0.99=2.74kw工作轴 ：p3=pe123456=3*0.8677=2.60kw3.各轴扭矩（N m）1轴 ：T1=9550P1n1=9550*2.85/529.63 Nm=51.39Nm2轴：T2=9550P2n2=9550*2.74/126.1 Nm=207.51Nm工作轴 ：T3=9550P2n2=9550*2.60/36.03 Nm=689.15Nm4.V带传动设计电动机P0=3.0KW，n1=n=1430r/min，传动比i=2.7，每天工作8小时。a) 由课本表3-5得工作情况系数KA=1.0则计算功率PC=KAP=1.0*3KW=3KW由课本3-12得，选用SPZ型b) 确定大、小带轮基准直径d2、d1由课本表3-2和表3-9，取主动轮基准直径：d1=100mm,从动轮基准直径d2=id1=2.7*100mm=270mm,根据表3-9，取d2=280mmc) 验算带速=1n1601000=7.48m/s带速在5-25m/s范围内，合适。d) 求V带基准长度Ld和中心距a根据式 0.7（d1+d2）a02(d1+d2)得266mma0120合适。f) 求V带根数zz=PcP0+P0kKL=1.06（由表3-3b和3-4得，P0=2.58kw，P0=0.22kw，由表3-6得，K=0.92，表3-7得KL=1.111）取2根g) 求作用在带轮轴上的压力FQ查表13-1得q=0.07kg/m，单根V带的初拉力F0=500Pczv2.5K-1+qv2=176.11N作用在轴上的压力FQ=2zF0sin12=675.55N传动功率主动轴转速从动轴转速传动比设计功率Pe3KW1430r/min529.63r/min2.73KW带型小轮直径d1大轮直径d2中心距a基准长度LdSPZ型100mm280mm315mm1250mm单根功率P1增量P1带速包角根数2.58KW0.22KW7.48m/s147.072质量预紧力F0轴上力Fy0.07kg/m176.1N675.55N5.高速级齿轮传动的设计计算1. 选择齿轮类型、精度等级、材料、热处理及齿数1） 根据传动方案选斜齿圆柱齿轮传动。2） 材料选择，考虑减速器传递功率不大，对一般用途的闭式齿轮传动齿面用硬度HBS=350的软齿面材料。小齿轮选用40Cr，调质，软齿面，硬度为280HBW。大齿轮选用45钢，调质，软齿面，齿面硬度为230HBW。两者硬度差为50HBW。2. 按齿面接触强度设计小齿轮上的转矩1) 确定齿轮材料的许用接触应力按图6-6MQ线查得Hlim1=780HBW Hlim2=580HBW按图6-7MQ线查得FE1=310HBW FE2=220HBW齿轮接触疲劳强度寿命系数应力循环系数N1=60rnth=60*1*529.63*8*365*10=9.28108N2=N1i1=2.21108由图6-8a，可知zN1=0.97；zN2=1.05由图6-8b，可知YN1=0.86；YN2=0.89查表6-3，取最小安全系数sHlim=1.1；sFlim=1.4齿轮材料许用接触应力H1=H1sHzN1=7207801.1*0.97=687.82MpaH2=H2sHzN2=5801.1*1.05=553.64Mpa齿轮材料弯曲疲劳应力F1=FE1sF*YN1=3101.4*0.86=190.43MpaF2=Fe2sF*YN2=2201.4*0.89=139.86Mpa2) 作用在高速轴上的扭矩T1=9550P1n1=51.39Nm 查表6-7 K=1.3查表6-11 d=1.1查图6-13 zH=2.45查表6-8 zE=189.8Mpa初使=11，Z=cos=0.9908z1=20；zV1=z1cos3=20cos311=21.14z2=84；zV2=z2cos3=84cos311=88.81查图6-16,得YF1=4.33；YF2=3.95初选齿数和齿数比取z1=20；z2=i1*z1=84齿数比u=z2z1=i=4.2将上述各值带入公式得d1=47.07mm取d1=48mmMn=d1*cosz1=2.36mm取标准模数Mn=2.5mma=Mn*(Z1+Z2)/2*cos=132.4mm取标准中心距a=135mm精确求=arccosmn2az1+Z2=arccos2.52*135*20+84=1538323）精确求d1d1=mnz1cos=2.5*20cos153832=51.92mm齿轮的圆周速度v=（d1n1）/（601000）=1.44查表6-9，选择8级精度4)精确计算载荷KT1=KAKKKvT1查表6-4，KA=1.0查图6-9，Kv=1.03啮合宽度b=dd1=1.1*51.92=57.9，11b取58Ft=2T1d1=2*51.3951.92 kw=1.98kw查表6-6,得KAFtb=1*1.98858=34.66N/mm100N/mmK=1.4查表6-5,d=1.1；K=1.1K=KAKKKv=1*1.4*1.1*1.03=1.59KT1=1.59*51.39=81.51N.mKFt=1.59*1.98=3.15KN5)验算接触疲劳强度z=cos=0.9813查图6-13，得 zH=2.42H=zzHzEkFtbd1+1u=0.9813*189.8*2.42*3.151035851.924.34.2=516.92Mpa553.64Mpa齿面接触疲劳强度足够6）校核齿根弯曲疲劳强度F1=KFtbmYFY=bsinmn=58*sin153832*2.5=1.96查图6-20，得 Y=0.85F1=KFtbmYFY=3.1558*2.50.85*4.33=81.2Mpa190.43MpaF1=KFtbmYFY=3.1558*2.50.85*3.95=74.08Mpa139.86轮齿弯曲疲劳承载能力足够齿轮参数和几何尺寸参数或几何尺寸符号小齿轮大齿轮法面模数mn1.51.5法面压力角n2020法面齿顶高系数hn*11法面顶隙系数Cn*0.250.25分度圆柱螺旋角153832153832齿数z2084齿顶高ha2.52.5齿根高hf3.1253.125全齿高h5.6255.625分度圆直径d51.92218.06齿顶圆直径a56.92223.06齿根圆直径f45.67211.81齿宽b5850传动中心距a1356.低速级齿轮传动的设计计算1. 选择齿轮类型、精度等级、材料、热处理及齿数1） 根据传动方案选直齿圆柱齿轮传动。2）材料选择，考虑减速器传递功率不大，对一般用途的闭式齿轮传动齿面用硬度HBS=350的软齿面材料。小齿轮选用40Cr，调质，软齿面，硬度为280HBW。大齿轮选用45钢，调质，软齿面，齿面硬度为230HBW。两者硬度差为50HBW。2.按齿面接触强度设计小齿轮上的转矩1) 确定齿轮材料的许用接触应力按图6-6MQ线查得Hlim3=780 Hlim2=580MPa按图6-7MQ线查得FE3=310MPa FE2=220MPa齿轮接触疲劳强度寿命系数应力循环系数N3=60rnth=60*1*126.1*8*365*10=2.21108N4=N1i1=6.31107由图6-8a，可知zN3=1.05；zN4=1.17由图6-8b，可知YN3=0.89；YN4=0.92查表6-3，取最小安全系数sHlim=1.1；sFlim=1.4齿轮材料许用接触应力H3=H3sHzN3=7801.1*1.05=744.55MpaH4=H4sHzN4=5801.1*1.17=616.91Mpa齿轮材料弯曲疲劳应力F3=FE3sF*YN3=3101.4*0.89=197.07MpaF4=Fe4sF*YN4=2251.4*0.92=184Mpa2)按齿面接触强度设计齿轮传动 d3 2kT3du1uzHzEH213u=i2 =3.5确定计算载荷T3=207.51N.mKT3=KAKKKvT1查表6-7，得K=1.3KT3=1.3*207.51N.m查图6-13，标准齿轮ZH=2.5查表6-8， zE=189.8Mpa查表6-11 d=1.1于是得d3=72mma=(1+u)*d3/2=(1+3.5)*72/2=162mm将a值规整取a=165mm按经验式m=(0.0070.02)a,取m=0.012*165mm=1.98mm取标准模数m=2mmZ3=2a/m(1+u)=36.67Z3=40,Z4=3.5*Z3=140a=m*(Z1+Z2)/2 =180mm3)精确求d3d3=m*Z3=2*40=80mm齿轮的圆周速度v=（d3n3）/（601000）=0.53m/min查表6-9，选择8级精度查表6-4，KA=1.0查图6-9，Kv=1.01啮合宽度b=dd1=1.1*80=88Ft=2T3d3=2*207.5180 kw=5.19kwK=KAKKKv=1*1.4*1.1*1.01=1.56KT3=1.56*207.51=322.76N.mKFt3=1.56*5.19=8.104)验算接触疲劳强度H=zHzEkFtbd1+1u=2.5*189.8*8.1010388803.5+13.5=577.12616.91Mpa5)校核齿根弯曲疲劳强度F3=KFtbmYF3查图6-20,YF3=4.03 YF4=3.95F3=KFtbmYF3=8.10*100088*2*4.03=185.47197.07F4=KFtbmYF4=8.10*100088*2*3.95=181.79184轮齿弯曲疲劳承载能力足够齿轮参数和几何尺寸参数或几何尺寸符号小齿轮大齿轮法面模数mn22法面压力角n2020法面齿顶高系数hn*11法面顶隙系数Cn*0.250.25齿数z40140齿顶高ha22齿根高hf2.52.5全齿高h4.54.5分度圆直径d80280齿顶圆直径a84284齿根圆直径f75275齿宽b8880传动中心距a1807.轴的设计z1z2mnha*齿宽20842.5201b1=58，b2=501. 1轴的设计2. 1轴的设计计算1轴上的功率P1=2.85kw，转速n1=529.63r/min，T1=51.39N.m3. 求作用在齿轮上的力因已知高速级小齿轮的分度圆直径d1=51.92mm圆周力Ft=2T1/d1=251400/51.92N=1980N径向力Fr= Fttan/cos =1980tan20/cos 153832N=748.4N轴向力Fa=Ft1tan=1980*tan1845N=544.4N4. 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调制处理。则A0=120，则dmin=A0（P2/n2）1/3=120（2.85/529.63）1/3=21.03mm。由于轴直径小于100mm，截面上开有一个键槽，故将轴加大5%,d=21.03*1.05=22.1mm,dmin=25mm输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径d-，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。因为伸出端轴直为25mm，所以选用HL2弹性柱销联轴器（GB/T5014-1985）,故取d-=25mm，半联轴器长度L=62mm。轴上安装斜齿圆柱齿轮，机器寿命较短为10年，拟选用角接触轴承7007ACJ，d*D*B=35*62*14，联轴器端面与轴承端盖螺钉头端面的距离l=10mm伸出端安装联轴器从动轮，该处为最小直径25mm，选用普通平键2A型，b*h=8*7(GB/T1095-1979），槽深t=4.0mm，键长为35mm。5. 轴的结构设计6. 拟定轴上零件的装配方案b） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：如下图所示13.弯曲-扭转组合强度校核画高速轴受力示意图计算作用在轴上的支座反力水平平面：M=0得到d受力图垂直平面：M=0得到e受力图经校核均无误绘制水平平面弯矩图绘制垂直平面弯矩图绘制合成弯矩图齿轮处：=Mvw=Mv332-bt-t22d=894032-12512-522401000=14.26Mpa-1=60Mpa 联轴器处：=Mvw=Mv332-bt-t22d=12.8930.635332-51235-522351000=13.247MpaeY在1.40-1.47之间，用插值法求Y=1.40+（1.47-1.40）（0.029-0.017）（0.029-0.015）=1.46轴承2受压：FA2=0.568+0.386=0.954kN FA2C0r=0.95410.8=0.088查表9-7,在0.087-0.12之间，e在0.46-0.47之间 FaFrA=0.5440.954.=0.57ePr1=0.44Fr+1.46Fa=0.440.748+1.460.544kN=1.12kNPr2=Fr=0.748Kn(3)、校核滚动轴承寿命查表9-6,fp=1.2，查表9-5,fT=1.0Lh1=10660nfTCrfpPr=10660529.63142001.211203=3.7104h Lh2单班制及一天工作8小时，因为鸡舍需要每天工作，所以工作日每年为365天，轴承寿命折合成年约为12.7年。满足要求。11.联轴器的选择1、高速轴联轴器选择计算载荷根据表15-8，查得载荷系数K=1.3计算转矩Tc=KT=1.351.39Nm=66.8Nm选择联轴器的型号伸出轴直径为25mm，根据表12-6，初选为ZL2型弹性柱销齿式联轴器（GB/T5015-1985），公称转矩Tn=250Nm，许用转速n=4000r/min，Y型轴孔，孔直径28mm，轴孔长度L=44mm。Tc=66.8Tn=250Nmn=529.634000r/min2、低速轴联轴11器选择计算载荷根据表15-8，查得载荷系数K=1.3计算转矩Tc=KT=1.3689.15Nm=895.9Nm选择联轴器的型号5伸出端安装的联轴器根据表12-6，初选为HL4型弹性柱销联轴器（GB/T5014-1985），公称转矩Tn=1250Nm，许用转速n=2800r/min，Z型轴孔，孔直径45mm，轴孔长度L=112mm。Tc=895.9Tn=1250Nmn=36.062800r/min12.减速箱的润滑1、齿轮传动的润滑由于齿轮圆周速度高速机v=1.44m/s低速级v=0.53m/s2m/s因此齿轮传动油浴润滑，选用工业闭式齿轮油L-CK68（GB/T5903-1995）。齿轮浸油深度以齿轮2浸油10mm为宜，齿轮2齿高不足10mm。2、滚动轴承的润滑因为最大齿轮及齿轮4的圆周速度不足2m/s，甩油能力不足，所以轴承采用脂润滑，参考表选用钠基润滑脂3号（L-XACMGA3）（GT/T492-1989）总效率=0.8677电动机的输出功率P0=Pw/=3.0KW电动机转速n=1430r/min总传动比i=39.72Ih=4.2，il=3.5,ib=2.7n1=529.63r/minn2=126.1r/minn3=36.03r/minP1=2.85KWP2=2.74 KWP3=2.60 KWT1=51.39N mT2=207.5118N mT3=689.15N mSPZ型窄V带d1=100mmd2=280mm=7.48m/sLd=1250mma315mm1=147.07Z=2根FQ=675.55N小齿轮选用40Cr，调质，软齿面，硬度为280HBW。大齿轮选用45钢，调质，软齿面，齿面硬度为230HBW。载荷系数K=1.3齿宽系数d=1.1zE=189.8MpaZH=2.45z1=20，z2=84实际传动比i=4.2m=2.5b=58mmd1=48mm，d2=218.06mma=135mmv=1.44m/s合适。小齿轮选用40Cr，调质，软齿面，硬度为280HBW。大齿轮选用45钢，调质，软齿面，齿面硬度为230HBW。两者硬度差为50HBW。标准齿轮ZH=2.5zE=189.8Mpad=1.1v=0.53m/min8级精度KA=1.0Kv=1.01dmin2=35mmdmin3=50bh=8mm7mm（GB/T1096-1979）bh=12mm8mm（GB/T1096-1979）bh=12mm8mm（GB/T1096-1979）bh=12mm8mm（GB/T1096-1979）bh=14mm9mm（GB/T1096-1979）bh=12mm8mm（GB/T1096-1979）Fr=748.4NFa=544.4N12.7年。ZL2型弹性柱销齿式联轴器（GB/T5015-1985）HL4型弹性柱销联轴器（GB/T5014-1985）第四章润滑、密封及装油量的计算一、轴承内外圈定位轴承内外圈在轴上的轴向定位一般采用轴肩或轴套方式，轴承外圈的轴向定位一般采用轴承端盖。设计两段固定支承应留有适当的轴向间隙用来补偿轴受热伸长量。对于固定间隙轴承，可取0.250.4mm。采用凸缘式端盖，在轴承盖与箱体轴承座端面之间设置调整垫片，在装配过程中通过增加或减少垫片来调整轴向间隙。二、轴承润滑与密封一、润滑由前文零件设计计算部分可知，齿轮的圆周速度v=2.09m/s，故利用机体内齿轮转动时激溅起的润滑油直接润滑轴承。选用流体润滑油（稀油）飞溅润滑。齿轮旋转把油池中的润滑油飞溅起，射至箱壁形成油雾直接进入轴承空间或由溅到箱体的油顺内壁流入箱座结合面上的输油槽，然后沿输油槽流至轴承。二、密封滚动轴承密封方法的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。根据课本P285表16-14，选用接触式密封，密封圈密封。该密封方式适用于脂或油润滑。轴颈圆周速度v7m/s，工作温度范围-40100。完全符合减速器的工作要求。三、根据装油量确定油面位置为了降低摩擦功率损耗，减少磨损，提高传动效