单级圆柱齿轮减速器的设计

第 1 页 共 27 页 机械设计实训机械设计实训 论文论文 说明书说明书 题题 目 目 单级圆柱齿轮减速器单级圆柱齿轮减速器 学学 院 院 机械与材料工程学院机械与材料工程学院 专专 业 业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学生姓名 学生姓名 彭群彭群 学学 号 号 1010 指导教师 指导教师 林伟明林伟明 第 2 页 共 27 页 目 录 1设计题目 1 1 1 工作原理及工作情况 1 1 2 原始数据 1 1 3 设计数据及传动方案 1 2总体传动方案的确定 2 3电动机的选择 3 4传动比的计算及分配传动比的计算及分配 4 5带轮及带的设计带轮及带的设计 6 6 齿轮的设计 7轴的设计计算及校核 8 7 1齿轮上作用力的计算 8 7 2高速轴的设计与计算 7 2 1 选择轴的材料及热处理 8 7 2 2 初算轴的最小直径 8 7 2 3 结构设计 9 7 2 4键连接 10 7 2 5轴的受力分析 7 2 6 校核轴的强度 7 2 7 校核键连接的强度 7 2 8 校核轴承的寿命 7 3低速轴的设计与计算 7 3 1 材料选择 7 3 2 初算轴径 7 3 3 结构设计 7 3 4 键连接 7 3 5 轴的受力分析 7 3 6 校核轴的强度 7 3 7 校核键连接的强度 7 3 8 校核轴承的寿命 第 3 页 共 27 页 8箱体的设计计算 18 8 1 箱体的构形式和材料 18 8 2 箱体主要结构尺寸和关系 19 9 螺栓等相关标准的选择 19 9 1 螺栓 螺母 螺钉的选择 20 9 2 销 垫圈垫片的选择 20 10减速器结构与润滑的概要说明 20 10 1 减速器的结构 20 10 2 减速箱体的结构 21 10 3 速器的润滑与密封 21 10 4 减速器附件简要说明 21 11设计小结 21 参考文献 24 附录 25 一 设计题目一 设计题目 带式输送机传动装置设计 1 11 1 工作原理及工作情况 工作原理及工作情况 工作原理 带式输送机工作装置如下图所示 第 4 页 共 27 页 己知条件 1 工作条件 两班制 连续单向运转 载荷平稳 室内工作 有粉尘 2 使用寿命 8 年 每年 300 工作日 3 检修间隔期 四年一次大修 两年一次 中修 一年一次小修 4 动力来源 电力 三相交流 电压 380 220 V 5 运输带速度允许误差 5 6 一般机械厂制造 小批量生产 7 滚筒效率 j 0 96 包括滚筒与轴承 1 21 2 原始数据 原始数据 编号 参数 123456 传送带工作拉力F kN 33 53 532 52 5 传送带工作速度v m s 1 51 61 51 51 82 0 滚筒直径D mm 300300290320350400 1 31 3 设计数据及传动方案 设计数据及传动方案 按照给定的原始设计数据 编号 5 和传动方案 编号 a 设计减速器装置 计 算 及 说 明 结 果 二 总体传动方案的确定二 总体传动方案的确定 第 5 页 共 27 页 单级圆柱齿轮减速器的传动方案如图 三 动力机的选择三 动力机的选择 电动机的选择内容包过电动机的类型 结构形式 功率 额定转 速 额定电压 1 选择电动机电动机的类型 按工作要求和工作条件选用 Y 系列三相笼型异步电动机 全 封闭自扇冷式结构 电压 380v 2 工作机所需功率应由机器工作阻力和 w p 运动参数计算求得 4 7kw 4 7kw w p 1000 FV 96 0 1000 8 12500 w p 其中为滚筒效率 3 从电动机到工作机输送带间的总效率为 0 895 0 1 2 2 3 传动带效率取 0 97 0 联轴器效率取 0 99 1 滚动轴承效率取 0 97 2 计 算 及 说 明 结 果 齿轮效率取 0 97 3 第 6 页 共 27 页 电动机的所需功率 5 3kw 0 p w p 895 0 7 4 选取电动机的额定功率 5 5kw 5 5kw ed P ed P 98 3 98 3 w n 350 8 1100060 min r min r w n min r 总传动比范围为 6 24 所用电动机的转速范围为 6 24 98 3 wd nin min r 589 6 2358 5 min r 符合这一要求的电动机同步转速有 1000和 1500等 min r min r 从成本和结构尺寸考虑 选用同步转速为 1000 min r 的电动机 960 960 m n min r m n min r 查表 14 1 得 电动机型号 Y132M 6 电动机参数见表 型号额定功率 kw 满载转速 min r 启动转矩 额定转矩 最大转矩 额定转矩 Y132M 6 5 59602 02 0 HABCDEFGKABACADHD Y132M 6 132216178893880103312280270210315 BBL Y132M 6 238515 B3 型 机座带底 重量 81kg 计 算 及 说 明 结 果 第 7 页 共 27 页 四 传动比的计算及分配四 传动比的计算及分配 传动比的计算 9 8 9 8 3 98 960 w m n n ii 选带轮的传动比为 2 2 1 i 1 i 因为 所以齿轮传动比为 4 9 4 9 1 ii 2 i 2 i 2 i 传动装置的运动 动力参数的计算 各轴转速 960 min 960rnm m nminr 960 min 960 0 r nn m 0 nminr 480 min 480 min 2 960 1 1 rr i n n m 1 nminr 97 9 min 9 97 9 4 480 2 1 2 r i n n 2 nminr 各轴功率 kw 5 14kw14 5 97 0 3 5 001 kwpp 1 p kw 4 84kw 4 84kw97 0 97 0 14 5 3212 pp 2 p kw 4 65kw65 4 99 0 97 0 5221 5 122 kwppw w p 各轴转矩 52 72 mN n p T 72 529550 960 3 5 9550 0 0 00 TmN 102 26 26 102 480 14 5 95509550 1 1 1 mN n P T 1 TmN 472 13 mN n p T 13 4729550 2 2 22 TmN 计 算 及 说 明 结 果 第 8 页 共 27 页 453 6 mN n p T W W W 6 4539550 w TmN 轴号输入功率 P KW 转矩 T Nm 转速 n r min 传动比 i效率 1 轴5 141102 26480 2 轴4 84472 1397 9 4 90 94 计 算 及 说 明 结 果 第 9 页 共 27 页 五 带轮及带的设计五 带轮及带的设计 1 确定设计功率 由表 8 6 查得工作情况系数 1 1 则 A K kw 5 83kw83 5 3 51 1 0 PKP Add P 2 选择带型 根据 960 5 83kw 由图 8 2 得选择 A 型 V 带 0 nminr d P 3 确定带轮基准直径 由表 8 7 采用最小带轮基准直径 可选小带轮直径 125mm 1d d 则大带轮直径为 2 125mm 250mm 2d d 11d di mmd mmd d d 250 125 2 1 4 验算带的速度 smvsmsm nd v d 2528 6 100060 960125 100060 max 01 带 带符合要求 5 确定中心距和 V 带长度 根据 0 7 24 25 1 03 1 05 24 97 25 46mmd 取 24mm 按齿轮处轴径 47mm 计算 则由表 8 31 查得该 24mm min d 5 d min d 处键的截面尺寸为 12mm8mm 轮毂键槽深度为 3 3mm 该处齿轮轮 1 t 毂键槽到齿根的距离为 3 3 10 45mm 2 5mm e 2 51 ddf 2 40 5 67 故该轴不用设计成齿轮轴 3 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图如图 a 所示 为方便轴承部件的装拆 减速器的机体采用部分式结 构 该减速器发热小 轴不长 故轴采用两端固定方式 然后 可按轴上零件的安装顺序 从处开始设计 min d 2 确定轴各段直径和长度 A 轴段 的设计 轴段 上安装带轮 此段设计应与带轮设 计同时进行 由最小直径可初步确定轴段 的轴径30mm 30mm 1 d 1 d 带轮轮毂的宽度为 1 5 2 0 45 60mm 取为 50mm 则 48mm 1 d 1 L 轴段 的长度略小于毂的宽度 取 48mm 1 L 第 15 页 共 27 页 计 算 及 说 明 结 果 B 轴段 的轴径设计 考虑到带轮的轴向固定及密封圈的尺 寸 带轮用轴肩定位 轴肩高度为 1 1 0 07 0 dh 2 10 3 0mm 轴段 的轴径 33 5 35mm 该mmdd 5 2 75 1 2 12 处轴的圆周速度 0 88 3 可选用毡 100060 01 nd v d 带 smsm 圈油封 由表 8 27 选取毡圈 35 JB ZQ 4606 1997 则 35mm 35mm 2 d 2 d 由于轴段 的长度涉及的因素较多 稍后再确定 2 L C 轴段 和 的轴径设计 轴段 安装轴承 考虑齿轮只受径 向力和圆周力 所以选用球轴承即可 其直径应既便于轴承 安装 又应符合轴承内径系列 现暂取轴承为 6208 轴承 由表 8 28 查得轴承内径 40mm 外径 80mm 宽度 B 18mm dD 内圈定位轴肩直径 47mm 外圈定位凸肩内径 73mm a d a D 故 40mm 该减速器齿轮的圆周速度小于 2 故轴承采 40mm 3 dsm 3 d 6 d D 轴段 的设计 轴段 上安装齿轮 为便于安装 应 4 d 力大于 可初定 45mm 齿轮 1 轮毂的宽度范围为 3 d 4 d 1 2 1 5 54 67 5mm 取其轮毂宽度等于齿轮宽度 45mm 4 d 4 d 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 65mm 故取 63mm 63mm 1 b 4 L 4 L E 轴段 的长度设计 轴段 的长度除与轴上零件有关外 2 L 还与轴承宽度及轴承端盖等零件有关 由表 4 1 知下 箱座壁厚由公式 0 025 3 计算 1 a 则 0 025 3mm 8 34mm 取 9mm 1 a 由于中心距 213 75mm 300mm 可确定轴承旁连接螺栓直 1 a 径 M12 相应的 20mm 16mm 箱体凸缘连接螺栓直径 1 c 2 c 第 16 页 共 27 页 计 算 及 说 明 结 果 M10 地脚螺栓直径 M16 轴承端盖连接螺栓直径 M8 由表 8 29 取螺栓 GB T 5781 2000 M825 由表 8 30 可计算轴 承端盖厚 1 2 9 6mm 取 10mm 轴承座宽度为e 端螺 d e 50 53mmmmccL 8 5 21 取 51mm 取端盖与轴承座间的调整垫片厚度为 2mm L t 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 28mm 带轮采用K 腹板式 螺栓的拆装空间足够 则有 59mm 59mmBKeLL t 22 L F 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 3 5 5mm 取 5mm 5 1 0 07 0 dh h 则 50mm 齿轮两端面距箱体内壁距离为 10mm 取挡 50mm 5 d 1 5 d 油环端面到内壁距离为 2mm 则轴段 的长度为 2 8mm 8mm 5 L 1 2 5 L G 箱体内壁之间的距离为 85mm 85mm 11 2bBX X B H 轴段 和 的长度设计 轴段 的长度 34mm 34mm BL6 2 6 L 轴段 的长度 44mm 44mm 3 L 41 Lb 1 B 3 L I 力作用点间的距离 轴承力作用点距离外圈距离 9mm 则 2 B a 93mm 93mm 1 l 2 50 2 La 1 l 58mm 2 l 2 50 56 aLL 58mm 23 ll 23 ll 4 键连接 带轮与轴段 及齿轮与轴段 间采用 A 型普通 平键连接 由表 8 31 得键的型号分别为键 845 GB T10 第 17 页 共 27 页 计 算 及 说 明 结 果 96 1990 和键 1456 GB T1096 1990 5 轴的受力分析 1 画轴的受力简图 如图 b 所示 2 支承反力 在水平面上为 BH R AH R 32 31 ll lFr BH R AH R 513 28N 513 28N 式中负号表示与图中所示力的方向相反 以下同 在垂直平面上为 1410 49N AV R BV R 32 31 ll lFt AV R BV R 轴承 A 的总支承反力为 1410 49N 1500 97N A R B R 22 AVAH RR B R A R 1500 97N 3 弯矩计算 29770 24 29 8kN mm H M1 3 lRBHmmN H M1 在垂直面上为 81808 42 81 8kN mm V M1 2 lRAVmmN V M1 合成弯矩 有 87056 79 87 1kN mm 1 M 2 1 2 1VH MM mmN 1 M 4 画弯矩图 如图 c d e 所示 5 转矩和转矩图 102 26kN mmmmNT 102260 11 T 转矩图如图 f 所示 6 校核轴的强度 因齿轮所在轴处的弯矩较大 同时截面还作用有弯矩所以此 截面为危险截面 其抗弯截面系数为 7611 30 4 2 4 3 4 2 32d tdbtd W 3 mm 抗扭截面系数为 第 18 页 共 27 页 计 算 及 说 明 结 果 16557 47 4 2 4 3 4 2 16d tdbtd WT 3 mm 最大弯曲应力为 11 44 W M b 1 MPa 扭剪应力为 6 18 T W T1 MPa 按弯扭合成强度进行校核计算 对于单向转动的转轴 转矩 按脉动循环处理 故取折合系数 0 6 则当量应力为 13 63 e 2 2 4 b MPa 由表 8 26 查得 45 号钢调质处理抗拉强度极限 650 B MPa 由表 8 32 用插值法查得轴的许用弯曲应力 60 轴的强度满足 b1 MPa 强度满足要求 要求 e b1 7 校核键连接的强度 带轮处键连接的挤压应力为 52 64 hld T p 1 1 1 4 MPa 取键 轴及带轮的材料都为钢 由表 8 33 查得 键的强度足够 125 150 40 37 1 03 1 05 41 58 42 39mmd 圆整 取 45mm min d 3 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图如图 a 所示 该减速器发热小 轴不长 故轴采用两端固定方式 然后 可按轴上零件的安装顺序 从处开始设计 min d 2 确定轴各段直径和长度 A 轴段 的设计 轴段 上安装联轴器 此段设计应与联轴器 的设计同时进行 为补偿联轴器所连接两轴的安装误差 隔 离振动 选用弹性柱销联轴器 由表 8 37 取 1 5 则计 A K 算转矩 708195N e T A K 2 Tmm 由表 8 38 查得 GB T5014 2003 中 LX3 型联轴器符合要求 公称转矩为 1250000N 许用转速 4750 轴孔mm minr 范围为 30 48mm 结合伸出段直径 取联轴器毂孔直径为 45mm 轴孔长度 84mm J 型轴孔 A 型键 联轴器主动端 代号为 LX3 4584 GB T5014 2003 相应的轴段 的轴径 45mm 1 d 45mm 轴段 的长度略小于毂的宽度 取 82mm 82mm 1 d 1 L 1 L B 轴段 的轴径设计 考虑到联轴器的轴向固定及密封圈的尺 寸 带轮用轴肩定位 轴肩高度为 1 1 0 07 0 dh 3 15 4 5mm 轴段 的轴径 51 3 54mm 最mmdd 5 4 15 3 2 12 终由密封圈确定该处轴的圆周速度小于 3 可选用毡sm 第 21 页 共 27 页 计 算 及 说 明 结 果 圈油封 由表 8 27 选取毡圈 55 JB ZQ 4606 1997 则 55mm 55mm 2 d 2 d 由于轴段 的长度涉及的因素较多 稍后再确定 2 L C 轴段 和 的轴径设计 轴段 安装轴承 考虑齿轮只受径 向力和圆周力 所以选用球轴承即可 其直径应既便于轴承 安装 又应符合轴承内径系列 现暂取轴承为 6212 轴承 由表 8 28 查得轴承内径 60mm 外径 110mm 宽度 B 22mm dD 内圈定位轴肩直径 69mm 外圈定位凸肩内径 101mm a d a D 故 60mm 通常一根轴上的两个轴承取相同型号 则 60mm 3 d 3 d 60mm 60mm 6 d 6 d D 轴段 的设计 轴段 上安装齿轮 为便于安装 应 4 d 力大于 可初定 65mm 齿轮 2 轮毂的宽度范围为 3 d 4 d 1 2 1 5 78 97 5mm 取其轮毂宽度等于齿轮宽度 65mm 4 d 4 d 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 60mm 故取 58mm 58mm 2 b 4 L 4 L E 轴段 的长度设计 轴段 的长度除与轴上零件有关外 2 L 还与轴承宽度及轴承端盖等零件有关 轴承座宽度 L 轴承端盖厚度 轴承端盖连接螺栓 轴承靠近箱体内壁e 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 t 的拆装发生干涉 联轴器轮毂端面与端盖外端面的距离 取 13mm 则有K 40mm 40mmBKeLL t 22 L F 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 3 5 5mm 取 5mm 则 5 1 0 07 0 dh h 50mm 齿轮两端面距箱体内壁距离为 5 d 第 22 页 共 27 页 计 算 及 说 明 结 果 2 12 5mm 取挡油环端面 3 1 21 bb 到内壁距离为 2 5mm 则轴段 的长度为 4 10mm 5 L 1 2 H 轴段 和 的长度设计 轴段 的长度 38 5mm 38 5mm BL6 4 6 L 轴段 的长度 50 5mm 50 5mm 3 L 42 Lb 3 B 3 L I 力作用点间的距离 轴承力作用点距离外圈距离 11mm 则 2 B a 93mm 93mm 1 l 2 84 2 La 1 l 79 5mm 2 l 2 84 56 aLL 79 5mm 23 ll 23 ll 4 键连接 联轴器与轴段 及齿轮与轴段 间采用 A 型普通 平键连接 由表 8 31 得键的型号分别为键 1470 GB T10 96 1990 和键 1850 GB T1096 1990 5 轴的受力分析 1 画轴的受力简图 如图 b 所示 2 支承反力 在水平面上为 BH R AH R 32 32 ll lFr BH R AH R 513 28N 513 28N 式中负号表示与图中所示力的方向相反 以下同 在垂直平面上为 1410 49N AV R BV R 32 32 ll lFt AV R BV R 轴承 A 的总支承反力为 1410 49N 1500 97N A R B R 22 AVAH RR B R A R 1500 97N 3 弯矩计算 第 23 页 共 27 页 计 算 及 说 明 结 果 29770 24 29 8kN mm H M2 3 lRBHmmN H M2 在垂直面上为 81808 42 81 8kN mm V M2 2 lRAVmmN V M2 合成弯矩 有 87056 79 87 1kN mm 2