单级圆柱直齿减速器说明书.doc

机械设计基础课程设计 1、机械设计任务书（一份） 2、 机械设计说明书 （一份） 3、 设计图纸 （2张零件图，一张装配图）专 业： 班 级：学 号： 135姓 名： 设计日期： 2010年7月8日 目 录1传动方案拟定32电动机的选择33计算总传动比及分配各级的传动比44运动参数及动力参数计算45传动零件的设计计算56轴的设计计算87滚动轴承的选择及校核计算 118键联接的选择及计算 129减速器附件的选择 1310润滑与密封1311参考资料目录1315计算过程及计算说明1. 传动方案拟定带式运输机的传动装置如图所示，由一级带传动、一级直齿园柱齿轮传动组成。1.1工作条件设计用于带式运输机的单级圆柱直齿减速器，连续单向运转，载荷平稳，空载起动，使用期限10年，小批量生产，两班制工作，运输带速度允许误差为5%。1.2原始数据数据编号B18；带工作拉力F=740N；带速V=1.3m/s；滚筒直径D=240mm。2电动机的选择2.1电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机2.2电动机功率选择2.21传动装置的总功率由指导书P99表14-4查得：三角带传动效率带=0.95，轴承传动效率轴承=0.99，齿轮传动效率齿轮=0.97，联轴器效率联轴器=0.99，滚筒效率滚筒=0.96。则总=带2轴承齿轮联轴器滚筒=0.950.9920.970.990.96=0.8582.22电机所需的工作功率带式输送机的效率w=0.94P =FV/1000w=7401.3/10000.94=1.02KW2.23电动机的输出功率P0=P工作/=1.02/0.858=1.19KW额定功率Pm=（11.3）P0=1.191.547KW取Pm=1.5KW2.24确定电动机转速滚筒工作转速：n筒=60V/D=601.31000/（240）=103.5r/min按指导书P96表14-2，V带传动比i带=24，单级圆柱齿轮传动比i齿=35，则总传动比范围i=（23）（45）620电动机可选择的转速范围n=in筒=(620) 103.5=6212070 r/min符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min、1500 r/min。因电动机转速低，传动装置尺寸较大，价格较高。综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，由指导书P182表18-29选取常用转速为1500 r/min的Y系列电动机Y90L-4比较适合。其主要性能：额定功率：1.5KW，满载转速1400r/min。3计算总传动比及分配各级的传动比总传动比：i总=n电/n筒=1400/103.5=13.53分配各级传动比：为V带传动的外廓尺寸不致过大，i带=3，则齿轮传动比i齿=i/i带=13.91/3=4.514运动参数及动力参数计算4.1各轴转速由指导书P102表14-5得n0= n电=1400 r/min输入轴：n1= n电/i带=1400/3=466.67 r/min输出轴：n2= n1/i齿=466.67/4.51=103.47r/min滚筒： n筒=n2=103.47r/min4.2各轴的功率由指导书P102表14-5得输入轴：P1=Pm带=1.50.95=1.425KW输出轴：P2= P1轴齿轮=1.4250.990.97=1.368KW滚筒：P筒= P2轴联轴器=1.3680.990.99=1.341KW4.3各轴转矩由指导书P102表14-5得电动机：T0=9550Pm/nm=95501.5/1400=10.23Nm输入轴：T1=9550P1/n1=95501.425/466.67=29.16Nm输出轴：T2=9550P2/n2=95501.368/103.47=126.26Nm滚筒：T筒=9550P筒/n筒=95501.341/103.47=127.33Nm5传动零件的设计计算5.1皮带轮传动的设计计算5.11选择普通V选带截型查课本P58表5-8得工作情况系数kA=1.2带传动计算功率Pd=KAPm=1.21.5=1.8KW根据计算功率Pd和小带轮转速n查课本P59图5-12选择A型普通V带5.12确定带轮基准直径，并验算带速由课本P59图5-12确定的小带轮基准直径为dd1=80100mm，取dd1=100mmdmin=80dd2=n1/n2dd1=（466.67/103.47）100=451mm查课本P60表5-9并圆整为标准值，取dd2=450mm传动比误差：i=（n1/n2- dd2/dd1）/ （n1/n2） 100%=（466.67/103.47- 450/100）/ （466.67/103.47） 100%=0.2%120（适用）5.15确定带的根数根据截型、小带轮转速和基准直径，查课本P55表5-5得P1=1.3KW 根据截型、小带轮转速和传动比，查课本P57表5-6得P1=0.17KW根据小带轮包角，查课本P58表5-7得K=0.89根据带的基准长度，查课本P52表5-3得KL=1.03Z=Pd/P1=Pd/(P1+P1)KKL=1.8/(1.3+0.17) 0.891.03=1.34 取Z=25.16计算轴上压力查得课本P50表5-2得q=0.11kg/m单根V带的初拉力：F0=500（2.5-K）Pd/KZV +qV2=500(2.5-0.89)1.8/0.8927.3+0.117.32=117.37N则作用在轴承的压力FQ=2ZF0sin (1/2)=22117.37sin(142.7/2)=444.83N5.2齿轮传动的设计计算5.21选择齿轮材料及精度等级 齿轮用于带式运输机的减速器中，采用软齿面齿轮。查P90表6-4，小齿轮选45钢，调质处理，齿面硬度为250HBS。大齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度220HBS；查P101表6-10初定齿轮精度等级为8级。5.22按齿面接触疲劳强度设计因两齿轮的材料均为45钢，应用课本P95公式6-19，d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3进行设计。确定有关参数如下：1) 齿数比取小齿轮齿数z1=20，则大齿轮齿数：z2=i齿z1=4.5120=90.2，取z2=90实际传动比:i0=90/20=4.5传动比误差：(i-i0)/i=(4.51-4.5)/4.51=0.22%2.5%，可用。齿数比：u=i0=4.52) 齿宽系数d 查课本P100表6-8得d=13) 转矩T1 =29.16Nm4) 载荷系数k 查课本P95表6-5，k=1.25) 许用接触应力H= HlimZNT/SH 根据硬度值、齿轮材料和热处理方法查课本P98图6-23得：Hlim1=520MPa，Hlim2=490MPa 按一年300个工作日，每天16h计算。计算应力循环次数N1=60njLh=60466.6711030016=1.34109N，N2= N1/i0=1.34109/4.6=2.98108 N查课本P98图6-24得接触疲劳的寿命系数ZN1=1.0， ZN2=1.1通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0H1 =Hlim1ZNT1/SH=5201.0/1.0=520MPaH2 =Hlim2ZNT2/SH=4901.1/1.0=539MPa将较小值代入得：d176.43(kTI(u+1)/duH2)1/3=76.431.229.161000(4.5+1)/(14.552021/3=41.3mm5.23计算齿轮的主要尺寸d1 =mz141.3mmmd1/ z1=41.3/20=2.065查课本P83表6-1取m=2.55.24校核齿根弯曲疲劳强度F=(2kT1/bm2z1)YFYSH确定有关参数和系数：1) 分度圆直径d1=mz1=2.520mm=50mm，d2=mz2=2.590mm=225mm齿宽b= b2=dd1=150mm=50mm，小齿轮齿宽b1= b2+5=55mm2) 齿形系数YF和应力修正系数YS查课本P97表6-7得YF1=2.80，YS1=1.55，YF2=2.20，YS2=1.783) 许用弯曲应力F= Flim YNT/SF查课本P99图6-25得Flim1=210MPa，Flim2 =190MPa。查课本P99图6-26得YNT1=0.89，YNT2=0.91按一般可靠度选取安全系数SF =1.25计算两轮的许用弯曲应力F1=Flim1YNT1/SF=2100.89/1.25MPa=149.52MPaF2=Flim2YNT2/SF=1900.91/1.25MPa=138.32MPa两轮分别校核F1=(2KT1/bm2z1)YF1YS1=21.229.161000/(502.5220)2.801.55=48.6MPa F1F2=(2KT1/bm2z1)YF2YS2=(21.229.161000/(502.5220)2.201.78=43.9MPa F2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够5.25计算齿轮传动的中心矩a齿a齿=(d1+d2)/2= (50+225)/2=137.5mm5.26计算圆周速度圆=d1n1/601000=3.1450466.67/（601000）=1.22m/s查课本P101表6-10得5m/s，故取级精度合适。6轴的设计计算6.1输入轴的设计计算6.11选择轴的材料，按转矩估算最小直径选用45钢，调质处理。查课本P135表8-1得b=650MPa。查课本P136表8-2得C=118，dC(P1/n1) 1/3=118 (1.425/466.67)1/3mm=17.12mm因开一个键槽，讲直径增大5%，即17.12(1+5%)=18mm，按课本P139表8-3和指导书P201表20-2与联轴器孔径范围相适应，选d=20mm6.12轴的结构设计（1） 确定轴上零件的位置和固定 齿轮装在轴的中央，轴承对称地装在齿轮两边。齿轮左侧用轴环，右侧用套筒作轴向固定，用平键和过盈配合作轴向固定；左端轴承与轴采用过盈的过渡配合作周向固定，用轴环及左边的轴承盖作轴向固定；右端轴承与轴采用过盈的过渡配合作轴向固定。联轴器用平键作周向固定，用轴肩作轴向固定。（2） 确定轴各段直径根据外伸端直径d=20mm，按结构和强度要求做成阶梯形轴。通过轴承端盖轴段的直径，按轴肩高度并考虑密封元件的尺寸标准，取为25mm。根据指导书P198表20-1初选用6206型深沟球轴承，其内径为30mm，安装尺寸为36mm，宽度为16mm。按滚动轴承内径标准系列，轴颈直径30mm。安装齿轮的轴头直径，按轴肩高度要求和轴径标准值，取为34mm，轴环的外径为35mm。考虑轴承的拆卸，将轴环靠近轴承的一侧制成宽3.5mm的20倒角。（3） 确定轴各段长度因小齿轮齿宽为55mm，为使套筒紧贴齿轮断面，取轴头长度为53mm。6206轴承宽度为16mm，取轴颈长度为16mm。根据齿轮与滚动轴承保持一定的间隙要求，取轴环宽度为15mm，套筒长度为15mm。由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=101mm。25mm处长度取45mm，20mm处长度取为50mm。6.13按弯矩复合强度计算（1） 绘制轴受力简图（如图a）圆周力：Ft=2T1/d1=229.161000/50=1166.4N径向力：Fr=Fttan=1166.4tan200=424.53N（2） 绘制垂直面弯矩图（如图b）支点反力：FAV=FBV=Fr/2=424.53/2=212.27NC点弯矩：MCV=FAVL/2=212.27101/2=10720Nmm（3） 绘制水平面弯矩图（如图c）支点反力：FAH=FBH=Ft/2=1166.4/2=583.2NC点弯矩：MCH=FAHL/2=29452Nmm（4） 绘制合弯矩图（如图d）MC=(MCV2+MCH2)1/2=(107202+294512)1/2=31342Nmm(5)绘制扭矩图（如图e）(6)绘制当量弯矩图（如图f）对称循环转矩=1，最大当量弯矩在C点：Me=MC2+(T1)21/2=313422+(129.161000)21/2=42809Nmm (7)校核危险截面C的强度查P141表8-4得-1b=60MPae=Me/0.1d33=42809/（0.1303）=15.86MPa -1b该轴强度足够。6.2输出轴的设计计算6.21选择轴的材料，按转矩估算最小直径选用45钢，调质处理。查课本P135表8-1得b=650MPa。查课本P136表8-2得C=118，dC(P2/n2) 1/3=118 (1.368/103.47)1/3mm=27.9mm, 按课本P139表8-3，选d=30mm6.22轴的结构设计（1） 确定轴上零件的位置和固定 齿轮装在轴的中央，轴承对称地装在齿轮两边。齿轮左侧用轴环，右侧用套筒作轴向固定，用平键和过盈配合作轴向固定；左端轴承与轴采用过盈的过渡配合作周向固定，用轴环及左边的轴承盖作轴向固定；右端轴承与轴采用过盈的过渡配合作轴向固定。联轴器用平键作周向固定，用轴肩作轴向固定。（2） 确定轴各段直径根据外伸端直径d=30mm，按结构和强度要求做成阶梯形轴。通过轴承端盖轴段的直径，按轴肩高度并考虑密封元件的尺寸标准，取为35mm。根据指导书P198表20-1初选用6208深沟球轴承，其内径为40mm，安装尺寸为47mm，宽度为18mm。按滚动轴承内径标准系列，轴颈直径40mm。安装齿轮的轴头直径，按轴肩高度要求和轴径标准值，取为45mm，轴环的外径为46mm。考虑轴承的拆卸，将轴环靠近轴承的一侧制成宽3.5mm的20倒角。（3） 确定轴各段长度因大齿轮齿宽为50mm，为使套筒紧贴齿轮断面，取轴头长度为48mm。6208轴承宽度为18mm，取轴颈长度为18mm。根据齿轮与滚动轴承保持一定的间隙要求，取轴环宽度为15mm，套筒长度为15mm。由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=98mm。6.23按弯扭复合强度计算（1） 轴上的作用力圆周力Ft：Ft=2T2/d2=2126.26103/225=1122.3N径向力Fr：Fr=Fttan=1122.3tan200=408.5N（2） 计算垂直面弯矩支点反力：FAV=FBV=Fr/2=408.5/2=204.25NC点弯矩：MCV=FAVL/2=204.2598/2=10008.25Nmm（3） 计算水平面弯矩支点反力：FAH=FBH=Ft/2=1122.3/2=561.15NC点弯矩：MCH=FAHL/2=27496.35Nmm（6）计算合成弯矩MC=(MCV2+MCH2)1/2=(10008.252+27496.352)1/2=29261Nmm（4） 计算当量弯矩对称循环转矩=1，最大当量弯矩在C点：Me=MC2+(T)21/2=292612+(1126.261000)21/2=129606Nmm（5） 校核危险截面C的强度e=Mec/0.1d33=129606/(0.1403)=20.3MPa -1b=60MPa该轴强度足够。7滚动轴承的选择及校核计算7.1 输入滚动轴承的设计计算7.11选择轴承的类型由于轴上只受径向载荷，而无轴向外载荷作用，且轴的工作转速较高，决定采用两只型号相同的深沟球轴承。7.12确定轴承所需的额定动载荷Cj1) 当量动载荷P由于采用深沟球轴承，且轴向力FA=0，所以当量动载荷P=fPFr，查课本P153表8-8得fP=1P=fPFr=1424.53=424.53N2) 温度系数fT一般机械工作温度120，fT=13) 轴承寿命Lh=1030016=48000h4) 寿命系数=3Cj=P/fT（Lhn1/16670）1/=424.53/1(48000466.67/16670) 1/3=4.7KN7.13选择轴承的型号查指导书P198表20-1，初选6206型轴承额定动载荷Cr=19.5KN，符合要求。7.2输入滚动轴承的设计计算7.21选择轴承的类型由于轴上只受径向载荷，而无轴向外载荷作用，且轴的工作转速较高，决定采用两只型号相同的深沟球轴承。7.22确定轴承所需的额定动载荷Cj5) 当量动载荷P由于采用深沟球轴承，且轴向力FA=0，所以当量动载荷P=fPFr，查课本P153表8-8得fP=1P=fPFr=1408.5=408.5N6) 温度系数fT：一般机械工作温度120，fT=17) 轴承寿命Lh=1030016=48000h8) 寿命系数=3Cj=P/fT（Lhn1/16670）1/=408.5/1(48000103.47/16670) 1/3=2.7KN7.23选择轴承的型号查指导书P198表20-1，初选6208型轴承额定动载荷Cr=29.5KN，符合要求。8键联接的选择及校核计算齿轮传动要求轴对中好，以免啮合不良，选用平键联接。8.1输入轴与V带轮的键8.11轴的类型及尺寸选择A型平键，根据轴的直径d=20mm，长度为50mm，查课本P193表9-9得键的尺寸为b=6，h=6mm，L=45mm.8.12验算键联接的挤压强度A型普通的有效工作长度l=L-b=45-6=39mm由课本P194表9-10得许用挤压应力P=100MPa。P=4T1/dhl=429.161000/(20639)=24.92P8.2输入轴与小齿轮的键8.21轴的类型及尺寸选择选A型平键，根据轴的直径d=34mm，长度为53mm，查课本P193表9-9得键的尺寸为b=10mm，h=8mm，L=45mm.8.22验算键联接的挤压强度A型普通的有效工作长度l=L-b=45-10=35mm由课本P194表9-10得许用挤压应力P=100MPa。P=4T1/dhl=429.161000/(34835)=12.25P8.3输出轴与大齿轮的键8.31轴的类型及尺寸选择选A型平键，根据轴的直径d=45mm，长度为48mm，查课本P193表9-9得键的尺寸为b=14mm，h=9mm，L=45mm.8.32验算键联接的挤压强度A型普通的有效工作长度l=L-b=45-14=31mm由课本P194表9-10得许用挤压应力P=100MPa。P=4T2/dhl=4126.261000/(45931)=35.49P8.4输出轴与滚筒的键8.41轴的类型及尺寸选择选A型平键，根据轴的直径d=30mm，长度为40mm，查课本P193表9-9得键的尺寸为b=8mm，h=7mm，L=35mm.8.42验算键联接的挤压强度A型普通的有效工作长度l=L-b=35-8=27mm由课本P194表9-10得许用挤压应力P=100MPa。P=4T筒/dhl=4127.331000/(30727)=89.835m/s，所以宜开设油欲、飞溅润滑。10.3润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，查课本P221表11-1，选用GB443-89全损耗系统用油L-AN15润滑油。10.4密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为302.65G GB 3452，1-1992。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。11参考资料目录1.机械设计基础国防科技大学出版社，2009年2月第1版；2机械设计基础课程设计及题解华中科技大学出版社，2009年12月第1版F=740NV=1.3m/sD=240mmY系列三相异步电动机总=0.858w=0.94P =1.02KWP0=1.19KWPm=1.5KWn筒=103.5r/mini=620n=6212070 r/mini总=13.53i带=3i齿=4.51n0= 1400 r/minn1=466.67 r/minn2=103.47r/minn筒= 103.47r/minP1=1.425KWP2=1.368KWP筒=1.341KWT0=10.23NmT1=29.16NmT2=126.26NmT筒=127.33NmkA=1.2Pd=1.8KWA型普通V带dd1=100mmdd2=450mmi=0.2% V=7.3m/s合格a0=500mmL0=1924.75mmLd=2000mma537.6mm1142.7120适用P1=1.3KWP1=0.17KWK=0.89KL=1.03Z=2q=0.11kg/