机械设计课程设计-设计带式运输机的单齿圆柱齿轮减速器.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除湖 南 理 工 学 院课 程 设 计 报 告 书题 目： 单级斜齿圆柱齿轮急速器系 部： 机械工程学院专 业： 机械设计制造及其自动化班 级： 机自082F姓 名： 学 号： 序 号： 062010-12-30湖南理工学院机械设计课程设计任务书设计题目： 单级斜齿圆柱齿轮减速器系 部： 机械工程学院专 业： 机械设计制造及其自动化学生姓名: 郭鸥 学 号:迄日期: 2010年12 月4日至 2010 年 12月29日指导教师: 王 清目 录一 课程设计书 2二 设计要求 2三 设计步骤 21. 传动装置总体设计方案 32. 电动机的选择 43. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 54. 计算传动装置的运动和动力参数 55. 设计V带和带轮 66. 齿轮的设计 87. 滚动轴承和传动轴的设计 198. 键联接设计 269. 箱体结构的设计 2710.润滑密封设计 3011.联轴器设计 30四 设计小结 31五 参考资料 32一. 课程设计书设计课题:设计带式运输机的单齿圆柱齿轮减速器,用于铸工车间运送型砂单班制工作,工作有轻微震动,使用寿命为十年(_其中轴承寿命为三年以上)表一:题号参数1运输带工作拉力（kN）1.2运输带工作速度（m/s）2.5卷筒直径（mm）210二. 设计要求1.减速器装配图一张(A1)。2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。3.设计说明书一份。三. 设计步骤1. 传动装置总体设计方案2. 电动机的选择3. 确定传动装置的传动比4. 计算传动装置的运动和动力参数5 齿轮的设计6 滚动轴承和传动轴的设计7 校核轴的疲劳强度8 键联接设计9 箱体结构设计10 润滑密封设计11 联轴器设计1.传动装置总体设计方案:1. 组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。2. 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。图一 传动装置总体设计图传动装置的总效率1为圆柱齿轮的效率2为联轴器的效率3为圆锥滚子轴承的效率4为卷筒的传动效率=1223340.960.9820.9830.960.833；2.电动机的选择机所需工作功率为： PdP/12002.5/0.8333.6 kW, 执行机构的曲柄转速为n60V/ =227.5r/min，经查表按推荐的传动比合理范围，单级圆柱斜齿轮减速器传动比i36，电动机转速的可选范围为nin（36）227.56821365r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，选定型号为Y132M16的三相异步电动机，额定功率为4KW满载转速960 r/min，同步转速1000r/min。3.计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴转速由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为inm/n960/227.54.22：2、各轴功率、转速和转矩的计算0轴：即电机轴P0=Pd=3.6KWn0=960r/minT0=9550*P0/n0=35.81 N.m1轴：即减速器高速轴P1=P0*2=3.6*0.98=3.528kwn1=n0T1=9550*P1/n1=35.096 N.m轴：即减速器的低速轴，一对滚动轴承的传动比效率为3=0.98, 闭式齿轮传动的效率为1=0.96P2=P1*3*1=3.319 kwn2=n1/i=227.49T2=9550*P2/n2=139.33N.m轴：即传动滚筒轴 轴承=0.98 联轴器=0.98 齿轮=0.96P3=P2轴承联轴器齿轮=3.06 KWn3=n2T3=9550* P3/ n3=128.46 N.m运动和动力参数结果如下表各轴运动及动力参数轴序号功率P/kw转速n/(r/min)转矩T/Nm传动型式传动比效率03.696035.8113.52896035.096闭式齿轮传动4.220.9623.319227.49139.33弹性联轴器1.00.9833.06227.49128.46（一）齿轮传动的设计计算 齿轮材料，热处理及精度考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮（1） 齿轮材料及热处理 材料：高速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=24高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBS Z=iZ=4.2224=101.28取Z=101计算循环次数NN=60nj=609601(103658)=1681920000（工作十年，一班制）N=504576000/4.22=398559242 齿轮精度按GB/T100951998，选择7级，齿根喷丸强化。起重机为一般工作机，速度不高，故选用7级精度( 1009588)。初步设计齿轮传动的主要尺寸材料选择。由机械设计P191表101可知，齿轮材料均有45号钢调质。小齿轮1和小齿轮3齿面硬度为250 HBS，大齿轮2和大齿轮4齿面硬度为220 HBS。选小齿轮1齿数，大齿轮2齿数z2=24*4.22=101.28。取z2=101按齿面接触强度设计1) 试选。2) 由机械设计P217图10-30选取区域系数。3) 由机械设计P205表10-7选取齿宽系数。4) 由机械设计P201表10-6查的材料的弹性影响系数5) 由机械设计P215图10-26查得，所以高速传动齿轮低速传动齿轮6) 由机械设计P209图10-21d按齿面硬度查的齿轮1的接触疲劳强度极限 MPa，齿轮2的接触疲劳强度极限 MPa，齿轮3的接触疲劳强度极限 MPa，齿轮4的接触疲劳强度极限 MPa由机械设计P207图10-19取接触疲劳寿命系数，7) 计算接触疲劳需用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1得MPa=540.0MPaMPa=506.0MPa所以齿轮1和齿轮2的接触应力为=523.00MPa=1T=9.5510=9.55102.93/626.09=4.4710N.m3.设计计算小齿轮的分度圆直径d=29.36计算圆周速度=n/60*1000=1.475 m/s计算齿宽b和模数计算齿宽bb=29.36mm计算摸数m初选螺旋角=14=计算齿宽与高之比齿高h=2.25 =2.252.00=2.744 =29.36/4.5 =6.52计算纵向重合度=0.318=1.903计算载荷系数K使用系数=1根据,7级精度, 查课本得动载系数K=1.07,查课本K的计算公式:K= +0.2310b=1.12+0.18(1+0.61) 1+0.231046.42=1.33查课本得: K=1.35查课本得: K=1.2故载荷系数:KK K K K =11.071.21.33=1.71按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=35.08计算模数=4. 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式确定公式内各计算数值4.3.1确定计算参数1) 计算载荷系数。2) 根据纵向重合度，从机械设计P217图10-28得螺旋角影响系数，3) 计算当量齿数。4) 查取齿形系数由机械设计P200表10-5查得，5) 查取应力校正系数。由机械设计P200表10-5查得，6) 由机械设计P208图10-20c查得齿轮1的弯曲疲劳强度极限MPa；齿轮2的弯曲疲劳强度极限MPa7) 由机械设计P206图10-18取弯曲疲劳寿命系数，8) 计算弯曲疲劳需用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，图表 1MPaMPa9) 计算齿轮的并加以比较。 4.3.2设计计算图表 2mm1.2798mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于有齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取mm，已知可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径35.08mm,来算应有齿数。于是由取z1=24，则。 小齿轮传递的转矩139.33kNm确定齿数z因为是硬齿面，故取z124，z2i* z14.2224101.28传动比误差 iuz/ z101/244.208i0.285，允许计算当量齿数zz/cos24/ cos1426.27zz/cos101/ cos14110.64 初选齿宽系数按对称布置，由表查得1 初选螺旋角初定螺旋角 14 载荷系数KKK K K K=1.21.071.21.351.73 查取齿形系数Y和应力校正系数Y查得:齿形系数Y2.592 Y2.211应力校正系数Y1.596 Y1.774 重合度系数Y端面重合度近似为1.88-3.2（）1.883.2（1/241/110）cos141.643arctg（tg/cos）arctg（tg20/cos14）20.6469014.07609因为/cos，则重合度系数为Y0.25+0.75 cos/0.673 螺旋角系数Y轴向重合度 1.29Y10.82 计算大小齿轮的 安全系数由表查得S1.25工作寿命1班制，10年，每年工作365天小齿轮应力循环次数计算循环次数N=60nj=609601(103658)=1681920000（工作十年，一班制）大齿轮应力循环次数N=504576000/4.22=398559242查课本得到弯曲疲劳强度极限小齿轮 大齿轮查课本得弯曲疲劳寿命系数:K=0.86 K=0.93取弯曲疲劳安全系数 S=1.4=大齿轮的数值大.选用. 几何尺寸计算计算中心距 a=138.1将中心距圆整为138按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos因值改变不多,故参数,等不必修正.计算大.小齿轮的分度圆直径计算齿轮宽度圆整的 齿数模数分度圆直径齿根圆直径齿顶圆直径结构齿轮1241.4737.1334.2343.25齿轮轴齿轮21011.47156.27153.23163.33腹板式5.1 减速器的高速轴的设计5.1.1 求作用在齿轮上的力圆周力 径向力N轴向力5.1.2 初步确定轴的最小直径根据工作条件选取轴的材料：45号钢，调质处理，有机械设计p370表15-3查得：mm=17.6253mm考虑轴与联轴器连接有键槽，轴径增加3%,d1.03dmin=18.1504mm输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径。如图（a）为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相配合，故需同时选择联轴器的型号联轴器的选择：计算转矩 。查机械设计课程设计手册（第三版）p98 表8-6 （GBT 4323-2002）选用LT4型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为63 Nm，许用转速。半联轴器的轴孔直径d=20mm5.1.3轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）初步确定选择滚动轴承：由机械设计课程设计手册（第三版）p64 表6-1，深沟球轴承 （GB/T 276-1994）选用6008型轴承，则d=40mm D=68mm B=15mm2）轴的径向尺寸确定根据定位方式和轴承的大概安装位置等初选3）轴的径向尺寸确定根据各轴上安装的零件宽度等结构确定各段长度4）轴上零件的周向定位半联轴器与轴的周向定位采用平键连接， 初步选定平键 与轴配合公差为，滚动轴承与轴的定位是通过由过度配合公差保证的，此处选轴的直径尺寸公差为5）确定轴上的圆角和倒角尺寸：参考机械设计P265表15-2，取轴端倒角为245o，各轴肩处的圆倒角半径为2mm。5.1.4求轴上的载荷:(1) 首先根据轴的结构图，作出轴的计算简图。（2）求支反力其中 1） 水平面支反力2)垂直面支反力3)作弯矩图水平弯矩图，如图（a）所示垂直面弯矩图，如图（b）所示C点左边：C点右边：4）求合成弯矩M，作出合成弯矩图，如图（c）所示C点左边：作扭矩T图，如图（d）所示作合成弯矩图，如图（e）所示，该轴单向工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取 C点左边：C点右边：表 4 高速轴的载荷表 1载 荷水平面H垂直面V支反力F(N)=458, 弯矩M(Nmm)=50125=22945, 总弯矩(Nmm)扭矩T(Nmm)T=380905.1.5 按弯扭合成应力校核轴强度校核C面校核D面45号钢调质处理时，查机械设计p362 表15-1 因 故安全。5.2减速器低速轴的设计5.2.1 求作用在齿轮上的力圆周力径向力轴向力5.2.2 初步确定轴的最小直径根据工作条件选取轴的材料：45号钢，调质处理，有机械设计p370表15-3查得：考虑轴与联轴器连接有键槽，轴径增加3%,输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径。如图（a）为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相配合，故需同时选择联轴器的型号联轴器的选择：计算转矩查机械设计课程设计手册（第三版）p98 表8-6 （GBT 4323-2002）选用TL6型弹性柱销联轴器，其公称转矩为250N.m189.63N.m，半联轴器的轴孔直径d=32。故取。5.2.3轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）初步确定选择滚动轴承：由机械设计课程设计手册（第三版）p64 表6-1，深沟球轴承 （GB/T 276-1994）选用6010型轴承，则d=50mm D=80mm B=16mm2）轴的径向尺寸确定根据定位方式和轴承的大概安装位置等初选3）轴的径向尺寸确定根据各轴上安装的零件宽度等结构确定各段长度4）轴上零件的周向定位半联轴器与轴的周向定位采用平键连接， 初步选定平键 与轴配合公差为，滚动轴承与轴的定位是通过由过度配合公差保证的，此处选轴的直径尺寸公差为5）确定轴上的圆角和倒角尺寸：参考机械设计P265表15-2，取轴端倒角为245o，各轴肩处的圆倒角半径为2mm。5.2.4求轴上的载荷:(1) 首先根据轴的结构图，作出轴的计算简图。画弯矩图（2）求支反力其中L=100mm d=156.27mm1） 水平面支反力 2)垂直面支反力3)作弯矩图水平弯矩图，如图（a）所示垂直面弯矩图，如图（b）所示C点左边：C点右边：4）求合成弯矩M，作出合成弯矩图，如图（c）所示C点左边：C点右边：作扭矩T图，如图（d）所示T=139330N.mm作合成弯矩图，如图（e）所示，该轴单向工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取C点左边：C点右边：表 5 高速轴的载荷表 2载 荷水平面H垂直面V支反力F(N)=458.9, 弯矩M(Nmm)=50125=11300, 总弯矩(Nmm)扭矩T(Nmm)T=1393306.2.5 按弯扭合成应力校核轴强度校核C面MPa校核D面45号钢调质处理时，查机械设计p362 表15-1 因 故安全。6 轴承的选择和计算。6.1 轴承的选择轴承1：深沟球轴承6008 （GB/T 276-1994）轴承2：深沟球轴承6010 （GB/T 276-1994）6.2校核轴承1）深沟球轴承6008 查手册 由机械设计p321 表13-6 选取载荷系数为1.2，故 2为松边作用在轴上的总的轴向力：由机械设计p321 表 13-5查的取= ()=取= ()=可知 则计算A轴的寿命：由公式 其中7 键的选择和计算1.轴1：键， ，型.2.轴2：键， ，型.3.轴3：键， ，型.查课本表3.1， ,式3.1得强度条件:.校核键1：;键2：;键3：.所有键均符合要求.8 联轴器的选择选择轴与电动机联轴器为弹性柱销联轴器型号为：型联轴器:公称转矩:许用转速:质量:.选择轴与轴联轴器为弹性柱销联轴器型号为：型联轴器:公称转矩:许用转速:质量:.9.键的设计和计算选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据 d=55 d=65查表6-1取： 键宽 b=16 h=10 =36b=20 h=12 =50校和键联接的强度查表6-2得 =110MP工作长度 36-16=2050-20=30键与轮毂键槽的接触高度K=0.5 h=5K=0.5 h=6由式（6-1）得： 两者都合适取键标记为：键2：1636 A GB/T1096-1979键3：2050 A GB/T1096-197910、箱体结构的设计减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用配合.1. 机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为40mm为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为3. 机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.4. 对附件设计A 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固B 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.D 通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.E 盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.F 位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.G 吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体.减速器机体结构尺寸如下：名称符号计算公式结果箱座壁厚10箱盖壁厚9箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度15箱座底凸缘厚度25地脚螺钉直径M24地脚螺钉数目查手册6轴承旁联接螺栓直径M12机盖与机座联接螺栓直径=（0.50.6）M10轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）10视孔盖螺钉直径=（0.30.4）8定位销直径=（0.70.8）8，至外机壁距离查机械课程设计指导书表4342218，至凸缘边缘距离查机械课程设计指导书表42816外机壁至轴承座端面距离=+（812）50大齿轮顶圆与内机壁距离1.215齿轮端面与内机壁距离10机盖，机座肋厚9 8.5轴承端盖外径+（55.5）120（1轴）125（2轴）150（3轴）轴承旁联结螺栓距离120（1轴）125（2轴）150（3轴）11. 润滑密封设计对于单级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度.油的深度为H+H=30 =34所以H+=30+34=64其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，国150mm。并匀均布置，保证部分面处的密封性。12.联轴器设计1.类型选择.为了隔离振动和冲击，选用弹性套柱销联轴器2.载荷计算.公称转矩：T=95509550333.5查课本,选取所以转矩 因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以选取LT7型弹性套柱销联轴器其公称转矩为500Nml 四 设计小结机械设计课程设计是机械课程当中一个重要环节，这是我第一次较全面，规范的设计，也是对机械的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。我的具体如下：(1) 通过课程设计，我综合运用机械课程和其他先修课程的理论和实际知识，培养了我的分析和解决实际问题的能力，掌握了机械设计的一般规律，树立了正确的设计思想；(2) 学会了从机器功能的要求出发，合理选择执行机构和传动机构的类型，制定传动方案，合理选择标准部件的类型和型号，正确计算零件的工作能力，确定其尺寸，形状，结构及材料，并考虑制造工艺，使用，维护，经济和安全等问题，培养了机械设计的能力。(3) 通过此课程设计，学习了运用标准，规范，手册，图册和查阅科技文献资料以及计算机应用等，培养了机械设计的基本技能和获取有关信息的能力。(4) 本课程设计是在没有参考样板的条件下完成的，对设计中的公式参数是经过仔细考虑选用的，但也存在一些错误和误差。(5) 此次课程设计也培养了我们的团队精神，大家共同解决了一个人无法解决的问题，在这次设计中我深刻地认识到自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我会更加努力和团结。(6) 本次课程设计不仅学习了机械方面的知识，还让我学习了word的基本操作，MATLAB的计算编程的能力，同时还培养了用CATIA画三维图的能力等。(7) 虽然到现在为止，我们机械设计课程设计的任务基本完成，但是我们的学习还