单级圆柱齿轮传动机构设计(完整版).doc

广天机械研究所机械设计课程设计计算说明书一、设计课题及任务要 .2二、传动方案的拟定 3三、电动机选择.4四、确定传动装置的总传动比及其分配.5五、传动装置的运动和动力设计.5六、高速齿轮轴（第一轴设计）.7七、第二轴大齿轮设计. 14八、轴承选型与计算.15九、设计心得16一、设计课题：单级圆柱齿轮传动机构设计二、设计任务要求：（设计步骤参考文献1第17章实例）（1）确定齿轮机构传动方案（参考1第2、第17章）；根据所给数据，确定单级圆柱齿轮机构各轴的输入功率、转速和转矩（参考1中2.3和2.4）；选择电动机的额定功率（W）和同步转速（r/min）；（2）高速齿轮轴（第一轴）设计参考1中162页进行高速轴的结构设计、参考教材中“圆柱齿轮强度设计”的内容，对小齿轮进行设计与校核（齿轮模数选用 2教材第75页表7-1，第一系列中的数值）、进行键的选择与校核、按2第16章204“对于既传递转矩又承受弯矩的轴”设计方法核公式，对该轴进行强度校核；（3）第二轴大齿轮设计计算确定大齿轮的参数并校核（选择硬齿面齿轮的材料和热处理方式）、计算大齿轮的几何尺寸，选择大齿轮的结构（参考2第7章）。（4）轴承选型参考2第18章例18-3，选择并校核一轴和二轴的轴承型号。（5）制图：绘制单级圆柱齿轮传动机构高速齿轮轴图1份（A3）、第二轴大齿轮图1份（A4）；参考1的附图2和有关的设计资料。要求：图纸表达清楚规范，标注尺寸完整，注有主要的公差或极限尺寸；图纸具有边框、标题栏、技术要求；手画或计算机制图均可。（6）编写设计说明书1份，参考1 4.7节、第17章；要求：结构规范、层次清楚、图文并茂。手写或计算机打字都可以。（7）注：不设计箱体（8）课程设计为单独评分，是必修的学分。学号主轴带轮拉力F(N)带速度V(m/s)带轮直径(mm)齿轮传动比i3635501.203155.5计算过程及计算说明一、传动方案拟定设计单级圆柱齿轮传动机构、工作条件：使用年限4年，工作为一班工作制，载荷平稳，环境清洁。、原始数据：滚筒圆周力F=3550N；带速V=1.2m/s；带轮直径D=315mm；齿轮传动比i=5.5方案拟定：采用带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。1.电动机 2.V带传动 3.圆柱齿轮减速器4.连轴器 5.滚筒 6.运输带结果二、电动机选择1、电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。 2、电动机容量选择：电动机所需工作功率为：式（1）：da (kw) 由式(2)：V/1000 (KW)因此 Pd=FV/1000a (KW)由电动机至运输带的传动总效率为：总=12334式中：1、2、3、4分别为带传动、轴承、齿轮传动和联轴器的传动效率。由文献1，表2-3；取1=0.95，2=0.97，3=0.99，4=0。07则：总=0960.9930.970.97 =0.876所以：电机所需的工作功率：Pd= FV/1000总 =(35501.2)/(10000.876) =6.32 (kw)查文献1，表16-1，选取电动机的额定功率Ped=7.5 KW3、确定电动机转速 S根据主轴转速n及有关机械传动的常用传动比范围（见文献1，表2-2），取普通V带的传动比=，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围2=3，可计算出电动机转速的合理范围为 Nd=2 n =()(3) 72.79 =436.741746.96 r/min查文献1，表16-1，符合这一范围的同步转速有：750、1000、1500和3000r/min。现选用同步转速1500r/min，满载转速nm=1440r/min的电动机，由文献1，表16-2查得其型号和主要数据如下：电动机型号额定功率（KW）同步转速（r/min）满载转速（r/min）堵转转速额定转矩最大转矩额定转矩Y132M-47.5150014402.22.2 总=0.876Pd=6.32 (kw)电动机主要外形和安装尺寸：中心高H外形尺寸L(AC/2+AD)HD底角安装尺寸 AB地脚螺栓孔直径 K轴 伸 尺 寸DE装键部位尺寸 FGD160600417.538525421015421101237三、确定传动装置的总传动比及其分配由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n1、可得传动装置总传动比为： ia=nm/n=nm/n =1440/72.79=19.78总传动比等于各传动比的乘积分配传动装置传动比ia=i0i （式中i0、i分别为带传动 和齿轮传动比） 2、分配各级传动装置传动比： 因为i=5.5所以：i0iai19.78/5.53.6四、传动装置的运动和动力设计：将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴，轴，以及i0,i1为相邻两轴间的传动比,01，12，.为相邻两轴的传动效率P，P，.为各轴的输入功率 （KW）T，T，.为各轴的输入转矩 （Nm）n,n,.为各轴的输入转矩 （r/min）可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数1、 运动参数及动力参数的计算（1）计算各轴的转数： 轴：n=nm/ i0=1440/3.6=400 （r/min）轴：n= n/ i1 =400/5.5=72.73 r/min（2）计算各轴的功率：轴： P=Pd01 =Pd1=6.320.95=6（KW）轴： P= P12= P23 =60.970.99 =5.76（KW）计算各轴的输入转矩：电动机轴输出转矩为： Td=9550Pd/nm=95506.32/1440=41.91 Nm轴： T= Tdi001= Tdi01=143.25 Nm 轴： T= Ti112= Ti124 =756.33 Nm计算各轴的输出功率：由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：故：P=P轴承=60.99=5.94 KWP= P轴承=5.760.99=5.70 KW计算各轴的输出转矩：由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：则：T= T轴承=143.250.99=141.82 NmT = T轴承 =756.330.99=748.77 Nmia=19.78i=5.5i0=3.6i0为带传动传动比i1为减速器传动比n=400 （r/min）nn=72.73 r/minP= 6（KW）P= 5.76（KW）文献1，表2-3；1=0.952=0.993=0.974=0.97滚动轴承的效率为0.980.995在本设计中取0.99TI=141.82 NmT=748.77 Nm综合以上数据，得表如下：轴名效率P （KW）转矩T （Nm）转速nr/min传动比 i效率输入输出输入输出电动机轴6.3244.7714403.60.95轴65.94143.25141.824005.50.96轴5.765.70756.33748.7772.73五、高速齿轮轴（第一轴设计）（一）小齿轮设计与校核(1)、选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。小齿轮选软齿面，大齿轮选硬齿面，小齿轮的材料为45号钢调质，齿面硬度为250HBS，大齿轮选用20CrMnTi渗碳淬火、回火，齿面硬度为380HBS。齿轮精度初选8级(2)、初选主要参数 Z1=24 ，u=5.5 Z2=Z1u=245.5=132 取a=0.13，则d=0.13（i+1）=0.9(3)几何尺寸计算d1=mZ=324=72 mm标准齿轮有ha*=1 c*=0.25齿顶高ha=ha*m=3mm齿根高hf=1.25m=1.253=3.75mm齿全高h=2.25m=2.253=6.75mm齿顶圆直径da=m（z+2ha）=3（24+21）=78mm齿根圆直径df=m（z-2ha*-2c*）=3（24-21-20.25）=64.5mm齿轮啮合宽度b=dd1=0.972=65（4）按齿面接触疲劳强度计算确定有关参数与系数：载荷系数 查1表7-4 取K=1.4小齿轮名义转矩T1=9.55106P/n=9.551066/400=143250N.mm 许用接触应力【H】由1中图7-4和7-5查的Hlim1=600MPa由1 表 7-5查得SH=1.1【H】1=Hlim1/SH =600/1.1 =545.45MPa (1.1)由1 表 7-1取标准模数m=3mmd1=mz1=324mm=72mma= m（z1+z2）/2=0.53（24+132）=234mmH=335=520.23 MPa 【H】故满足齿面接触疲劳强度要求（5） 按齿轮弯曲疲劳强度校核计算齿形系数YF,查1图7-23得YF1=2.8【F】由1中图7-4和7-5查的Flim1=200MPa由1 表 7-5查得SF=1.5【F】1=Flim1/SF =200/1.5 =93.33MPa F=21.41432502.8/653324=79.99 【F】故满足齿根弯曲疲劳强度要求Z1=24u=5.5Z2=132d=0.9d1=72 mmha=3mmhf=3.75mmh=6.75mmda=78mmdf=64.5mmb=65T1=143250N.mm【H】1=545.45MPam=3mma=234mmH=520.23 MPa【F】1 =93.33MPa F=79.99（6）验算初选精度等级是否合适齿轮圆周速度 v=d1n1/（601000） =3.1472400 /（601000） =1.5 m/s由4表11-2，知选8级精度是合适的。（二）高速轴的设计 (1) 确定轴上零件的定位和固定方式 （如图） 1，5滚动轴承 2轴 3齿轮轴的轮齿段 4套筒 6密封盖 7轴端挡圈 8轴承端盖 9带轮 10键(2)按扭转强度估算轴的直径选用45号钢调质，硬度217255HBS轴的输入功率为P=6 KW 转速为n=400 r/min根据教材公式c=110d(3)确定轴各段直径和长度 从右起第一段，由于带轮与轴通过键联接，则轴应该增加5%，所以取D1=30mm，又带轮的宽度 B=（Z-1）e+2f =（3-1）18+29=54 mm 则第一段长度L1=62mm右起第二段直径取D2=38mm根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为20mm，则取第二段的长度L2=60mm 右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6208型轴承，其尺寸为dDB=408018，那么该段的直径为D3=40mm，长度为L3=30mm右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D4=45mm，长度取L4= 9mm 右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为78mm，分度圆直径为72mm，齿轮的宽度为65mm，则，此段的直径为D5=66mm，长度为L5=61mm右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D6=45mm 长度取L6= 09mm 右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D7=40mm，长度L7=32mm (4)求齿轮上作用力的大小、方向 小齿轮分度圆直径：d1=72mm作用在齿轮上的转矩为：T1 =143250 Nmm 求圆周力：FtFt=2T1/d1=2143250/72=3979N 求径向力FrFr=Fttan=3979tan200=1448.24N 带传动作用在轴上的力 Q=1775NFt，Fr的方向如下图所示 （5）轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。 水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 =1989.5N 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0那么 MB=0-RA 123- Fr61.5+Q99=0RA=704.5N=0RB= Fr+ RA+Q=3927N（6）画弯矩图 右起第四段剖面C处的弯矩： 水平面的弯矩：MC= RA61.5=122350 Nmm 垂直面的弯矩：MBv=Q99=175720 NmmMC1 =RA61.5=43320 NmmMC2 =- RB61.5+Q(61.5+99)=43377 Nmm 合成弯矩：MB= MBv=175720 Nmm （7）画转矩图： T= Ftd1/2=143250 Nmm （8）画计算弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 则 （9）按弯扭合成应力校核轴的强度 轴的材料为45号钢，调质，查表得拉伸强度极限B=650 Mpa，对称循环变应力时的许用应力-1B=60 Mpa。 由计算弯矩可见，B剖面的计算弯矩最大，该处的计算应力为：caB= McB/W= McB /(0.1DB3) =/0.1403=30.56 Mpa-1B 所以确定的尺寸是安全的 。 受力图如下：d27.1mm数据手册得到:D1=30mmL1=62mmD2=38mmL2=60mmD3=40mmL3=30mm45mmL4= 9mmD5=66mmL5=61mmD6=45mmL6= 09mmD7=40mmL7=32mmT1 =143250 Nmm Ft=3979NFr=1448.24NQ=1775NRA=1989.5NRA=704.5NRB=3927NMBv=175720 NmmMC1 =43320 NmmMC2 =43377 NmmMB=175720 Nmm=T=143250 Nmm=195610Nmm85950Nmm=-1B=60 Mpa。caB=30.56 Mpa(三)、键的选择与校核1输入轴与大带轮联接采用平键联接查1表10-1得，选用普通平键，得：A键 87 GB/T1095-1979 L=L1-b=52-8=44mmT=41910Nmm h=7mm根据2P184（13-1）式得p=4 T/(dhL)=441910/（30744） =18.14Mpa R (110Mpa)2、输入轴与齿轮1联接采用平键联接轴径d2=66mm L2=61mm T=143250Nmm查1表10-1得，选用普通平键，得：B键2012 GB/T1095-1979L 1=L2-b=60-12=48mm h=12mm p=4 T/（dhL1）=4143250/（661248） = 15.07Mpa p (110Mpa)3、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d3=72mm L3=88mm T=756330Nmm查1表10-1得，选用普通平键，得：键2012 GB/T1095-1979L =L3-b=80-12=68mm h=12mmp=4T/（dhL ）=4756330/（721268）=51.49Mpa p (110Mpa)六、第二轴大齿轮设计（一）大齿轮设计与校核(1)、选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。大齿轮选硬齿面，大齿轮的材料为20CrMnTi渗碳淬火、回火，齿面硬度为380HBS。齿轮精度初选8级(2)、初选主要参数 Z2=Z1u=245.5=132 取a=0.13，则d=0.13（i+1）0.9(3)几何尺寸计算d1=mZ=3132=396mm标准齿轮有ha*=1 c*=0.25齿顶高ha=ha*m=3mm齿根高hf=1.25m=1.253=3.75mm齿全高h=2.25m=2.253=6.75mm齿顶圆直径da=m（z+2ha）=3（132+21）=402mm齿根圆直径df=m（z-2ha*-2c*）=3（132-21-20.25）=388.5mm因为小齿轮齿宽为65，所以大齿轮齿宽取60（4）按齿面接触疲劳强度计算确定有关参数与系数： 载荷系数 查1表7-4 取K=1.4大齿轮名义转矩T2=9.55106P/n =756330N.mm 许用接触应力【H】，查表知【H】2=1200MPa 由1 表 7-1取标准模数m=3mmd2=mz1=3132mm=396mma= m（z1+z2）/2=0.53（24+132）=234mmH=335=1191.22 MPa 【H】2故满足齿面接触疲劳强度要求（4） 按齿轮弯曲疲劳强度校核计算齿形系数YF,查1图7-23得YF1=2.8查表知【F】2=890MPa F2=21.47563302.8/6033132=83.18 【F】故满足齿根弯曲疲劳强度要求七、轴承选型与计算认为轴承预计寿命Lh=53658=14600小时1.输入轴的轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷P 因该轴承在此工作条