一级圆柱直齿减速器课程设计502.5%89rmin%280%240.docx
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减速器课程设计
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一级圆柱直齿减速器课程设计502.5%89rmin%280%240,减速器课程设计
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机械设计课程设计 1 / 24 第一章 绪论 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。 nts机械设计课程设计 2 / 24 第二章 课题题目及主要参数说明 2.1 课题题目：单级圆柱齿轮减速器 2.2 传动方案分析及原始数据 设计要求： 带式运输机连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，两班制工作（每班工作 8 小时），室内环境。减速器设计寿命为 8 年，大修期为 3 年，小批量生产，生产条件为中等规模机械厂，可加工 7-8级精度的齿轮；动力来源为三相交流电源的电压为 380/220V；运输带速允许误差为 +5%。 原始数据 : 运输带工作拉力 F（ N）： 2500； 运输带卷筒工作转速 n (r/min)： 89； 卷筒直径 D (mm)： 280； 设计任务： 1) 减速器装配图 1张（ A0或 A1图纸）； 2) 零件工作图 2 3张（传动零件、轴、箱体等， A3图纸）； 3) 设计计算说明书 1份， 6000 8000 字。 说明书内容应包括：拟定机械系统方案，进行机构运动和动力分析，选择电动机，进行传动装置运动动力学参数计算，传动零件设计，轴承寿命计算、轴（许用应力法和安全系数法）、键的强度校核，联轴器的选择、设计总结、参考文献、设计小结等内容。 结构设计简图： 图 1 带式输送机传动系统简图 nts机械设计课程设计 3 / 24 第三章 减速器结构选择及相关性能参数计算 设计计算内容 计算 及 说明 结果及依据 减速器的结构与性能介绍 3.1 结构设计 3.2 电动机的选择 3.3 传动比分配 按照设计任务要求，本减速器采用水平剖分、封闭结构 (1)运输带工作拉力 F=2000N (2)从电动机到卷筒间各个运动副的总机械效率 总 总 = 1 2 3 4 52 1=0.96 V带传动效率； 2=0.97 齿轮传动效率； 3=0.99 联轴器效率； 4=0.96 卷筒传动效率； 5=0.99 轴承传动效率； 所以： 总 = 1 2 3 4 52 =0.96X0.97X0.99X0.96X0.992 =0.867 (3)电动机所需的功率： Pw=Fv/1000kw; v= nD/60 m/s; 则 Pd=Pw/总 =3.096kw 查机械零件设计手册附录表 F1-7 Y系列电动机的技术数据 取 P 电动机 =4kw 可见有四种 Y系列三相异步电动机可用，分别为： Y112M-4、Y132M1-6、 Y160M1-8、 Y112M-2 四者参数比较如下： 型号 额定功率（ kw） 同步功率（ r/min） 满载转速（ r/min） 堵转转矩 最大转矩 尺寸 Y112M-2 4kw 3000 2890 2.2 2.2 中 Y112M-4 1500 1440 2.0 2.0 中 Y132M1-6 1000 960 2.0 2.0 中 Y160M1-8 720 720 2.2 2.2 中 综合考虑总传动比及尺寸大小，选取 Y112M-2型 运输带卷筒的转速为： n=89（ r/min） 所以传动装置总传动比： 总 =满 =2890138 = 20.94 取带传动比 1 = 3 ，则减速器的总传动 2 = 总 1 = 6.98 机械零件设计手册 P1378 表4-2 nts机械设计课程设计 4 / 24 3.4动力运动参数计算 （ 1）转速： 电动机的转速 n=2890r/min 减速器高速轴： n1=n/01=960/3=963.33r/min 减速器： n2=n1/12=320/3.596=138r/min (2)功率 : 电动机所需功率 Pd=3.096kw； 减速器高速轴： P1 = Pd 带 = 3.0960.96 = 2.854kw 减速器低速轴： P2 = P1 齿轮 轴 = 2.9720.970.99 = 2.797kw （ 3）转矩 电动机的转矩： T0 = 9550 Pdn = 9550 2.9722890 = 9.8N m 轴的转矩 : T1 = 9550 P1n1= 9550 2.854963.33=28.29N m 轴的转矩： T2 = 9550 P2n2= 9550 2.797138 = 206.16N m 轴号 功率 n（ r/min） 传动比 T(N.m) 0 3.096kw 2890 3 9.8 2.854kw 963.33 6 98 28.29 2.797kw 138 1 206.16 nts机械设计课程设计 5 / 24 第三章 皮带传动的设计计算 设计计算内容 计算 及 说明 结果及依据 3.1 皮带传动的设计计算 （ 1） 确定计算功率 Pc 查表 7-5得工作情况系数 KA=1 Pc=Pd=3.096kw （ 2） 选择 V带的型号 根据计算功率 Pc=3.096kw，主动轮 n=2890r/min，由图 7-17选择 Z型 V带 （ 3） 确定带轮直径 dd1、 dd2 由表 7-6知 dmin=50mm 取 dd1=50mm 则 dd2=dd1带 = 50 3 = 150mm 则实际传动比为 = 15050 = 3 从动轮实际转速为 n2 = n1 = 28903 = 963.33r min （ 4） 验算 V带速度 V V = dd1n160 1000 = 50289060 1000 = 7.562m s 带速在 525m/s范围内 设计合格 （ 5） 确定带的基准长度 Ld和实际中心距 a 由 0.7(dd1 +dd2) 120 （ 7） 确定 V带的根数 Z Z Pc(P0:P0)KaK根据 dd1=50mm， n=28907r/min，查表 7-8得 P0=0.26kw， 表 7-3得 K=1.0，查表 7-9得 K = 0.99，查表 7-10得P0 = 0.04kw 则 Z 3.096（ 0.26:0.04） 0.991.0 = 9.92 取 Z=10 精密机械设计 P116 表7-3 精密机械设计 P124、P116、 P125、P126 nts机械设计课程设计 7 / 24 第四章 齿轮的设计计算 设计计算内容 计算及说明 结果及依据 齿轮的设计计算及结构说明 4.1 直齿圆柱齿轮传动设计 4.1.1 直齿圆柱齿轮的选材 4.1.2直齿圆柱齿轮的设计计算与强度校核 直齿圆柱齿轮 （ 1）选择材料及确定需用应力 小齿轮选用 45号钢，调质处理， HB 236 大齿轮选用 45号钢，正火处理， HB 190 由机械零件设计手册查得 l i m 1 l i m 25 8 0 , 3 7 0 S H l i m 1 . 0H a H aM P M P ，25.1,320,450 l i m2l i m1l i m FaFaF SMPMP （ 2）确定各种参数 由于原动机为电动机，工作机为带式输送机，载荷平稳，齿轮在两轴承间对成布置，一般按照中等冲击载荷计算。查机械设计基础教材中表 10 4得： 取载荷系数 K=1.3 查机械设计基础教材中表 11 5取： 区域系数 ZH=2.5 弹性系数 ZE=189.8 查机械设计基础教材中表 10 11取：齿宽系数 d = 0.8 = Z2Z1 = n0n1= 2890963.33 = 3 aHHH MPS 5801580l i m1l i m1 aHHH MPS 3701370l i m 2l i m2 aFFF MPS 3605.21450l i m1l i m1 aFFF MPS 2565.21320l i m 2l i m2 机械设计基础教材P175图 10-21 机械设计基础教材P173 表 10-4 机械设计基础教材P174表 105 机械设计基础教材 P表 10 11 nts机械设计课程设计 8 / 24 （ 3）按齿面接触强度设计计算 T1 = 9550 P1n1= 9550 2.854963.33=28.29N m 小齿轮分度圆直径为： = 21.328.291030.8 3:13 (2.5189.8370 )23 =55.19（ mm） 取小齿轮齿数 Z1=20，则大齿轮齿数为 Z2=140 模数 m = d1Z1= 55.1920 = 2.76mm 齿宽 b = dd1 = 0.8 55.19mm = 44.13mm 由表 8-2知标准模数 m=4mm d1 = mZ1 = 3 20mm = 60mm d2 = mZ2 = 3 140mm = 420mm 中心距 a=d1:d22 =60:4202 = 240mm （ 4）验算齿轮弯曲强度 齿形系数 YFa1=2.90， YFa2=2.17 修正系数 YSa1=1.63， YSa2=1.76 由公式 F1 = 2KT1YF1YS1bm2z1= 21.328.29 103 2.90 1.6350 2.762 20 MPa= 45.64MPa F1 = 360MPa F2 = F1 YFa2YSa2YFa1YSa1= 40.29 2.171.762.561.63MPa = 36.87MPaq F2 = 256MPa， 弯曲强度校核安全 精密机械设计 P141表 8-2 精密机械设计 P173 机械设计基础 P181 nts机械设计课程设计 9 / 24 4.1.3圆柱直齿齿轮的结构设计数据： （ 5）计算齿轮圆周转速 v并选择齿轮精度 = d1n1601000 = 3.1460320601000 = 8.35（ m s ） 对照表 16-4知可选 9级精度 齿轮结构设计： 齿顶圆直径： da d1 = d1 +2h1 = d1 +2hm = 60 +214 = 69mm d2 = d2 +2h1 = d2 +2hm = 420 +214 = 428mm 齿全高： h（ c*=0.25） h = (2h +c )m = (21+0.25)4 = 9mm 齿厚： S = P2 = m2 = 3.1442 = 6.28mm 齿根高： hf = (h +c)m = 5mm 齿根圆直径 df df1 = d1 2hf = 60 22.5 = 55mm df2 = d2 2hf = 420 22.5 = 415mm 由于小齿轮 d1=60mm，可采用齿轮轴结构；大齿轮因为分度圆半径较大采用锻造毛坯的腹板式结构 大齿轮的有关尺寸计算如下 轴孔直径 d= 50mm 轮毂直径 D1 = 1.6d = 1.650 = 80mm 轮毂长度 L = B2 = 1.5d = 75mm 轮缘厚度 0 = (3-4)m = 12-16mm 取 0 = 16mm 轮缘内径 D2 = d2-2h-20 = 428-29-216 = 378mm 腹板厚度 c = 0.3B2 = 0.380 = 24mm 腹板中心孔直径 D0 = 0.5(D1 +D2) = 235mm 腹板孔直径 d0 = 0.25(D2 D1) = 77.5mm 取 d0=70mm 齿轮倒角 n=0.5*3=1.5mm 机械零件手册 P217 表16-4 nts机械设计课程设计 10 / 24 第五章 轴的设计计算 设计计算内容 计算及说明 结果及依据 轴的设计计算与校核 5.1 轴的尺寸设计 5.1.1 轴的材料和热处理的选择 5.1.2轴几何尺寸的设计计算 轴的设计计算与校核： 不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。 按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。这里因为从动轴为轴，故只对轴进行强度的校核，对两根轴进行尺寸的设计计算过程。 具体步骤如下 : （ 1）电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择 45钢正火。硬度达到 170217HBS,抗拉强度 b =600MPa，屈服强度 e =355MPa。 b1 =55MPa （ 2）初步计算各轴段直径 1）计算 d1， 按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率 P和扭矩 T P1=2.854kw T1=28.29N m 最小直径计算 (查精密机械设计教材表 10-2， c值 107-118) d cP1n13 = 110 3.103203= 15.80mm 精密机械设计 P158 nts机械设计课程设计 11 / 24 考虑到键槽则估计值加大 3%则选择标准值 d1=16mm 2）计算 d2 d2=d1+2a1=15.8+2(0.070.1)15.8 = 18.2419.2mm 取标准值 d2=20mm 3）计算 d3 d3=d2+(15)mm=2125mm 且 d3必须与轴承的内径一致，圆整d3=25mm，初选轴承型号为 6305，查表的 B=17mm， D=62mm，Cr=25.5kN， Ca=15.2kN； 4）计算 d4 d4=d3+(15)mm=2630mm，为装配方便而加大直径，圆整后取d4=40mm，为装配方便而加大直径，圆整后取 d4=40mm 5)计算 d5 d5=d4+2a4=30+2(0.070.1)30 = 34.236mm 取标准值 d5=36mm 6)计算 d6 d6=d3=35mm，同一轴上选择同一型号，以便减少轴承孔镗制和减少轴承类型。 （ 3） 计算轴各段长度 1）计算 L1 L1 段部分为插入皮带轮的长度查表 7-4 小带轮宽 B1=（ Z-1） e+2f=（ 9-1） 12+22 = 78mm 取 L1=80 2） 计算 L2 L2 = 1 + e+m 名称 d1 d2 d3 d4 d5 d6 直径(mm) 16 20 25 30 36 25 机械设计基础 P225表 14-3 机械设计课程设计P154 表 14-1 精密机械设计 P118 nts机械设计课程设计 12 / 24 轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取 1 = 20mm， e = 1.2d3 = 8.4mm，其中 d3为螺钉直径 M8，由轴承外径 D=72mm，查表得取 d3=7mm m=L- 3-B 轴承 = +c1+c2+（ 38） - 3-B 轴承 式中， 为箱体壁厚，取 =8mm，取轴旁连接螺栓直径为 10mm，查得 c1=16mm， c2=14mm； 由于轴承的轴颈直径与转速的乘积（ 1.52） 105，故轴承采用脂润滑，取 3=9mm， 所以 m=8+16+14+8-9-17=20mm 所以 L2 = 1 +e+m = 20 +8.4+20 = 48.4mm 取 L2=49mm； 3）计算 L3 L3 = B轴承 +2 +3 +2 = 17+12.5+10 = 39.5mm 式中， 2为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两齿轮的宽度差，两齿轮的宽度为 5mm，取小齿轮至箱体内壁距离为 10mm，则 2= 2 小 + B小轮 ;B大轮2 = 10 +2.5 = 12.5 取 L3=40mm 4）计算 L4 L4 = b大齿轮 2 = 55 2 = 53mm 取 L4=85mm 5）计算 L5 L5=b=1.4a4=1.4(0.070.1)d4=2.453.6mm 取 L5=4mm nts机械设计课程设计 13 / 24 5.2轴（输出轴）的尺寸设计和强度校核 5.2.1轴的材料和热处理选择 5.2.2轴几何尺寸的设计计算 6）计算 L6 L6 = B轴承 +2 +3 L5 = 17 +12.5+10 6 =33.5mm 取 L6=34mm 尺寸设计部分具体步骤如下： (1)电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。选择45刚正火。硬度达到 170217HBS，抗拉强度 b =600MPa，屈服强度e=355MPa。 b1=55MPa 名称 L1 L2 L3 L4 L5 L6 长度/mm 80 49 40 53 4 34 nts机械设计课程设计 14 / 24 (2)初步计算各轴段直径 1）计算 d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩 T P2=2.98kw T2=319.80N m 最小直径计算 (查精密机械设计教材表 10-2， c值 107-118) d cP1n13 = 110 2.9888.993 = 29.99m 考虑到键槽则估计值加大 3%取 d1=32mm 2）计算 d2 d2=d1+2a1=32+2(0.070.1)32 = 36.638.4mm 取标准值 d2=39mm 3）计算 d3 d3=d2+(15)mm=3044mm 且 d3必须与轴承的内径一致，圆整d3=45mm，初选轴承型号为 6209，查表的 B=16mm， D=75mm 4）计算 d4 d4=d3+(15)mm=4650mm，为装配方便而加大直径，圆整后 取 d4=50mm 5)计算 d5 d5=d4+2a4=50+2 (0.070.1)50 = 5760mm 取标准值 d5=63 6)计算 d6 d6=d3=45mm，同一轴上选择同一型号，以便减少轴承孔镗制 和减少轴承类型。 名称 d1 d2 d3 d4 d5 d6 直径/mm 32 39 45 50 60 45 机械设计课程设计P154 表 14-1 nts机械设计课程设计 15 / 24 (3)计算轴各段的长度 1）计算 L1 半联轴器的长度 L=52mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不是在轴的端面上，故第一段的长度应比 L略短一些 取 L1=50mm 2）计算 L2 L2 = 1 + + 轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取 1 = 20mm ， = 1.23 = 8.4mm，其中 d3为螺钉直径 M8，由轴承外径 D=90mm，查表，取 d3=7mm = L3 B轴承 = +1 +2 +(38) 3 B轴承 式中， 为箱体厚度，取 = 8mm，取轴旁连接螺栓的直径为 10mm，查得 1 = 16mm 2 = 14mm； 由于轴承的轴颈直径和转速的乘积 轴承寿命合格 （二）主动轴承： 主动轴承根据轴径查选择 6207（ GB/T276-1994）型深沟球轴承 2个 各部分尺寸如下： 轴承代号 尺寸 d D B 6209 50 75 16 轴承代号 尺寸 /mm d D B 6205 25 62 17 nts机械设计课程设计 19 / 24 6.2 键的选择与校核 寿命计划 要求轴承寿命：（ 8年两班
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