单级圆柱齿轮减速器的设计-高分子材料与工程课程设计说明书.doc

课程设计说明书设计题目： 单级圆柱齿轮减速器的设计 设 计 者： xx 专 业： 高分子材料与工程学 号： 指导老师： xx 设计任务书 1、 设计任务本次课程设计选用一般用途的机械传动装置作为设计题目1、 作图法设计偏置直动滚子凸轮传动；2、 用于带式运输机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器的设计3、 V型带传动的设计；4、 蜗轮传动装置的设计二、主要技术参数说明 输送带的最大有效拉力F=2KN，输送带的工作速度V=1.8m/s，输送机滚 筒直径D=200 mm。3、 传统工作条件 带式输动机工作时载荷平稳，单向运转，二班制工作（每班工作8小时），要求减速器设计寿命为8年(每年按365天计算)三相交流电源的电压为380/220V。四 、传统方案选择 带式输送机传统系统简图 第一章 绪论51.1、设计目的51.2、设计结果综述5第二章 传动装置的总体设计62.1 减速器的结构62.2 电动机的选择62.2.1 电动机的容量（功率）62.2.2 电动机转速的确定72.3 各级传动比的分配72.4 运动参数的确定72.4.1 各轴转速82.4.2 各轴功率82.4.3 各轴转矩8第三章 V带的设计计算93.1 确定计算功率93.2 确定V带型号93.3 确定带轮直径103.3.1 确定小带轮基准直径103.3.2 验算带速103.4确定V带的中心距a和基准长度103.4.1 根据式103.4.2 由式计算带所需的基准长度103.4.3 计算实际中心距113.5 验算小带轮上的包角113.6 计算带的根数113.6.1 计算单根V呆的额定功率113.6.2 计算V带的根数Z113.7 计算单根V带的初拉力123.8 计算压轴力123.9 带轮结构设计123.9.1 小带轮设计123.9.2 大带轮的设计133.10 检查带轮尺寸与传功外廓尺寸的相互关系13第四章 齿轮的计算134.1 选择材料，热处理方式和公差等级134.2 初步计算传动的主要尺寸134.3 确定传动尺寸154.3.1 计算实际载荷系数前的准备154.3.2 计算实际载荷系数154.3.4 确定模数m164.3.5 计算传动尺寸中心距为164.4校核齿轮弯曲疲劳极限174.5 计算齿轮传动其他几何尺寸184.6齿轮上作用力的计算18第五章 轴及键、联轴器、螺栓的设计计算195.1高速轴的设计与计算195.1.3初算轴径195.1.4结构设计195.1.5.键连接225.1.6轴的受力分析225.1.7校核轴的强度245.1.8校核键连接的强度255.1.9校核轴承寿命255.2低速轴的设计计算265.2.1已知条件265.2.2材料选择265.2.3初算轴径265.2.4结构设计275.2.5键连接295.2.6受力分析295.2.7校核轴强度305.2.8校核键强度315.2.9校核轴承寿命31第六章减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构的计算316.1润滑的选择确定326.2密封形式326.3附件的设计及选择326.4箱体的主要结构33参考文献33第一章 绪论1.1、设计目的1）综合运用机械设计及其它有关先修课程，如机械制图、测量与公差配合、金属材料与热处理、工程力学等的理论和生产实际知识进行机械设计训练，使理论和实际结合起来，使这些知识得到进一步巩固、加深和拓展；2）学习和掌握机械设计的一般步骤和方法，培养设计能力和解决实际问题的能力；3）掌握机械设计工作的基本技能，如计算、制图、运用设计资料（如手册、图册、技术标准、规范等）以及进行经验估算等机械设计方面的基本技能得到一次综合训练，提高技能水平。1.2、设计结果综述 本次课程设计对传动装置的动力参数和运动参数及传动零件、轴承、连接件、润滑密封和联轴器进行了选择计算，并对机体结构及附件的进行设计。 第二章 传动装置的总体设计2.1 减速器的结构本减速器设计为水平剖分，封闭卧式结构。2.2 电动机的选择 一般以三相异步交流单冻机使用最为广泛。由于Y系列笼型异步电动机，结构简单、价格低廉、结构可靠、广泛用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，故本设计选用Y系列三相异步电动机2.2.1 电动机的容量（功率） 传输带所需功率查表2-1（减速机精讲实例），取代传动效率为轴承效率，直齿圆柱齿轮传动效率电动机工作效率由表8-2（减速器精讲），可选电动机的额定功率2.2.2 电动机转速的确定 由 各种传动的传动比范围由表2-2（减速器精讲）为符合这一要求的电动机同步转速有1000r/min和1500r/min等多种。本设计选用1000r/min进行试算。查表8-2（减速器精讲），电动机满载转速：，型号为Y132M1-6.2.3 各级传动比的分配 r/min取传动带的传动比 2.4 运动参数的确定 2.4.1 各轴转速 2.4.2 各轴功率 2.4.3 各轴转矩将上述数据列表如下：轴号功率P/kW N /(r.min-1) (Nm) i 03.9896041.25 20.99 13.8248079.180.96 23.6798.363714.380.97 w3.6098.363640.99 第三章 V带的设计计算3.1 确定计算功率查表8-8（减速器精讲）得工作情况系数=1.1，则3.2 确定V带型号按照任务书得要求，选择普通V带。根据3.3 确定带轮直径3.3.1 确定小带轮基准直径根据图推荐，小带轮选用直径范围为100140mm，初选择。 3.3.2 验算带速3.3.3 确定大带轮基准直径 3.4确定V带的中心距a和基准长度3.4.1 根据式 3.4.2 由式计算带所需的基准长度由表8-2（机械设计），选取带的基准直径3.4.3 计算实际中心距3.5 验算小带轮上的包角3.6 计算带的根数3.6.1 计算单根V呆的额定功率由于是3.6.2 计算V带的根数Z3.7 计算单根V带的初拉力查表8-3（机械设计），的A型带的单位长度质量q=0.105kg/m3.8 计算压轴力3.9 带轮结构设计3.9.1 小带轮设计Y132M电动机的直径D=38mm当带轮基准直径小于安装带轮的轴的直径的2.5倍时可用实心式：当时，可采用腹板式：当 所以小带轮可采用腹板式查表8-11 （机械设计）取e=15mm，f=9mm则轮毂长度轮毂宽B=（Z-1)e+2f=(4-1)x15+2x9=633.9.2 大带轮的设计采用孔板式结构，轮毂宽可与小带轮相同，轮毂宽可与轴的结构设计同步进行。3.10 检查带轮尺寸与传功外廓尺寸的相互关系小带轮，所以小带轮与电动机不会发生干涉大带轮直径第四章 齿轮的计算4.1 选择材料，热处理方式和公差等级考虑到齿轮的工作条件，传动尺寸的要求，带式传动为一般机械，故大小齿轮均采用45钢，为制造方便，采用软齿面，小齿轮调制处理，大齿轮正火处理，选用8级精度由表8-17（减速器精讲）小齿轮齿面硬度为217 至255HBW，取硬度值为240HBW进行计算；大齿轮硬度值范围为162至217HBW，取硬度值为190HBW4.2 初步计算传动的主要尺寸因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度设计，则有 （8） 计算接触疲劳许用应力由图10-25d（机械设计）小齿轮和大齿轮的疲劳接触极限分别为小齿轮和大齿轮的应力循环次数分别为由图10-23（机械设计）查取接触疲劳寿命系数 由表8-20（减速器精讲）查取安全系数取较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力出算小齿轮的分度圆直径=4.3 确定传动尺寸4.3.1 计算实际载荷系数前的准备 （1）圆周速度4.3.2 计算实际载荷系数由表8-21（减速器精讲）查的使用系数 4.2.3 4.3.4 确定模数m4.3.5 计算传动尺寸中心距为分度圆直径为4.4校核齿轮弯曲疲劳极限4.4.1查图10-17（机械设计） 4.4.2 许用弯曲应力查图8-4b 查的寿命系数由表8-20查的安全系数故：=4.5 计算齿轮传动其他几何尺寸4.6齿轮上作用力的计算4.6.1 已知条件，高速轴传动的转矩=79180N.mm4.6.2 小齿轮1的作用力 圆周力其方向与力作用点圆周方向相反 径向力4.6.3大齿轮的作用力 从动轮2的各个力与主动轮1相应的力的大小相等，作用方向相反。第五章 轴及键、联轴器、螺栓的设计计算5.1高速轴的设计与计算 5.1.1已知条件：高速轴传递的功率转速 5.1.2 选择轴的材料 因传递的功率不大，并对重量和结构尺寸无特殊要求，故由表8-26 选用常用的材料45钢，调制处理。5.1.3初算轴径 因为高速轴外审段上安装带轮，所以轴径可按下式求得 ，通常取5.1.4结构设计（1） 轴承部件的结构设计轴的初步结构设计及构想如图所示采用部分式结构，从处开始计算（2） 轴段1的设计轴段1上安装带轮，由最小直径初确定轴段1的轴径带轮轮毂的宽度为（1.5至2.5）=（3) 轴段2的轴径设计带轮用轴肩定位，轴肩高度为（4） 轴段3和轴段6的设计试选6207 查表8-28 （减速器精讲）查得轴承内径d=35mm外径D=72mm，宽度B=65mm，内圈定位轴肩直径d=42mm，外圈定位凸肩内径D=65mm，故轴承选用脂润滑油，取挡油环端面到内壁的距离（5） 轴段2的长度计算由表4-1 知下箱座壁厚取，由表8-29取螺栓GB/T 5781-2000M830。由表8-30可计算轴承端盖厚e=1.2d =1.28mm=9.6mm ，取e=10mm 。轴承座宽度为 取 ，取端盖与轴承座间的调整垫片厚度为 t=2mm ；为了在不拆卸带轮的条件下，方便装拆轴承端盖连接螺栓，取带轮凸缘端面至轴承端盖表面的距离K=28mm ，带轮采用腹板式，螺栓的拆装空间足够，则有eK+t-B=50+10+28+2-14-17=59mm （6）轴段 和 的设计 该轴段间接为轴承定位，可取 ，齿轮两端面与箱体内壁距离取为2=10mm ，则轴段 和 的长度为1-=10mm-2mm=8mm （7）轴段 的设计 轴段 上安装齿轮，为便于安装， 应略大于 ，可初定,由表8-31查得该处键的截面尺寸为 ，轮毂键槽深度为 ，该处齿轮轮毂键槽到齿根的距离为（9） 力作用点之间的距离 轴承力作用点距离（10） 画出轴的结构及相应尺寸 如图所示5.1.5.键连接 联轴器与轴段间采用A型普通平键连接，由表8-31得键的型号为 GB/T1096-19905.1.6轴的受力分析（1）画轴的受力简图 轴的受力简图如图所示（2）支承反力 在水平面上为 式中负号表示与图中所示力的方向相反，以下同 在垂直面上为 轴承A的总支撑反力为 轴承B的总支承反力为( 3)弯矩计算在垂直平面上为合成弯矩，有(4) 画弯矩图 弯矩图如图所示(5)转矩和转矩图 转矩图如图所示5.1.7校核轴的强度 齿轮轴与点A处弯矩较大，且轴颈较小，故点A剖面为危险截面。 其抗弯截面系数为 其抗扭截面系数为 最大弯曲应力为 电动机型号为Y132M-6A型V带Z=4小齿轮腹板式大带轮孔板式大小齿轮45钢小齿轮调制处理，大齿轮正火处理m=2.5mm满足齿根弯曲疲劳强度45钢 调制处理A型普通平键型号8x7 GB/1096-1990轴的强度满足要求扭剪应力为 按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的轴承，转矩按脉动循环处理，故取折合系数 ，则当量应力为 由表8-26查得45钢调质处理抗拉强度极限 ，由表8-32用内插法查得轴的许用弯曲应力 。 ，强度满足要求。5.1.8校核键连接的强度 带轮处键连接的挤压应力为 取键、轴及带轮的材料都为钢，由表8-33查得 强度足够。5.1.9校核轴承寿命 （1）当量动载荷 由表8-28查6207轴承得C=25500N,=15200N,轴承受力图如图所示。因为轴承不受轴向力，轴承A、B当量动载荷为 （2）轴承寿命 因 ，故只需校核轴承A, 。轴承在100 以下工作，由表8-34查得 。对于减速器，由表8-35查得载荷系数f=1 。 =56319.2h 减速器预期寿命为 故轴承寿命足够5.2低速轴的设计计算5.2.1已知条件 低速轴传递的功率 传递转矩 ， 转速 ，齿 轮2分度圆直径 ，齿轮宽度 5.2.2材料选择 因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理。5.2.3初算轴径 取=120，低速轴外伸段的直径可按下式求得： dA= 40.09mm ， 轴与联轴器连接，有一个键槽，应增大轴径3%5%，即 ，圆整，取 5.2.4结构设计 （1）轴承部件的结构设计 轴的初步结构设计及构想如图所示，该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两端固定方式。按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计 （2）轴段 的设计 轴段 上安装联轴器，此段设计应与联轴器的选择设计同步进行。为补偿联轴器所连接两轴的安装误差、隔离震动，选用弹性柱销联轴器。由表8-37，取 ，则计算转矩 由表8-38查得GB/T 5014-2003中LX3型联轴器符合要求：公称转矩为 ，许用转速4750r/min ，轴孔范围为3048mm 。结合伸出段直径，取联轴器毂孔直径为40mm ，轴孔长度84mm ，J型轴孔，A型键，联轴器主动端代号为LX3 , 相应的轴段 的直径 ，其长度略小于毂孔宽度，取。 （3）轴段 轴径设计 在确定轴段 的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸两个方面的问题。联轴器用轴肩定位，轴肩高度 ，轴段 的轴径，最终由密封圈确定。该处轴的圆周速度小于3m/s，可选用毡圈油封，查表8-27，选用毡圈45JB/ZQ4606-1997，则 (4)轴段 和轴段轴径设计 轴段 及轴段 上安装轴承，考虑齿轮没有轴向力存在，因此选用深沟球轴承。轴段 和轴段 直径应既便于轴承安装，又应符合轴承内径系列。先暂取轴承为6010，由表8-28查得轴承内径 ，外径 ，宽度，内圈定位轴肩直径 ，外圈定位凸肩内径 ，故选用 ，通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则 （5）轴段 的设计 轴段 上安装齿轮，为便于齿轮的安装，必须略大于 ，可初定 ，齿轮2轮毂的宽度范围为 ，取其轮毂宽度等于齿轮宽度，其左端采用轴肩定位，右端采用套筒固定。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段 长度应比轮毂略短，由于 ，故取 （6）轴段的长度设计 轴段 的长度除与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关。轴承座宽度L、轴承端盖厚e、轴承端盖连接螺栓、轴承靠近箱体内壁的端面距箱体内壁距离 、端盖与轴承座间的调整垫片厚度 均同高速轴，为避免联轴器轮毂外径与端盖螺栓的拆装发生干涉，联轴器轮毂端面与端盖端面的距离取K=13mm,则有 =(50+2+10+13-16-14)mm=45mm (7) 轴段 的设计 该轴段为齿轮提供定位作用，定位轴肩的高度为 ，取，则 ，齿轮端面距箱体内壁距离为 ，取挡油环端面到内壁距离为 ，则轴段 的长度为 （8）轴段和轴段 的长度设计 轴段 的长度 圆整 ，取 轴段 的长度 圆整 （9）轴上作用点间距离轴承反力的作用点居轴承外圈大端面的距离 ，则由图8-17可得轴的支点及受力点间的距离为 （10）画出轴的结构及相应尺寸 如图所示5.2.5键连接 联轴器与轴段 及齿轮与轴段 间采用A型普通键连接，查表8-31可得其型号分别为键12x8 GB/T1096-1990和键16x10 GB/T1096-1990 5.2.6受力分析 （1）画轴的受力简图如图所示 （2）支承反力 在水平面上为 轴承A、B的总支承反力为（3）弯矩、画弯矩图 弯矩图如图所示在水平面上，齿轮所在轴截面为在垂直面上，齿轮所在轴截面上合成弯矩，齿轮所在轴截面为转矩图如图所示 5.2.7校核轴强度 因齿轮所在截面弯矩大，同时截面还作用有转矩，因此此截面为危险截面。 其 抗弯截面系数为 抗扭截面系数为弯曲应力为扭剪应力为 按弯扭合成强度进行校核计算 ，对于单项转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数 则当量应力为由表8-26查得45钢调质处理抗拉强度极限 由表8-32用内插法查得轴的许用应力 强度满足要求5.2.8校核键强度 齿轮2处键连接的挤压应力为 取键、轴及齿轮的材料都为钢，由表8-33查得 强度足够取联轴器处的键的挤压应力为其强度也足够5.2.9校核轴承寿命 （1）当量动载荷 由表8-28查得6010轴承C=21000N C0=16200N。因轴承不受轴向力，如图8-19所示，有 (2) 轴承寿命 轴承在100 以下工作，由表8-34查得 由表8-35查得载荷系数 则 故轴承寿命足够第六章减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构的计算6.1润滑的选择确定6.1.1润滑方式 1.齿轮V=1.4m/s12 m/s 应用喷油润滑，但考虑成本及需要，选用浸油润滑 2.轴承采用润滑脂润滑6.1.2 润滑油牌号及用量（1）齿轮润滑选用150号机械油，最低最高油面距10