单级减速器课程设计说明书.docx

学 号： 机械设计课程设计题 目散料自动送料线带式输送机传动装置教 学 院机电工程学院专 业机械电子工程班 级姓 名指导教师2014年12月15日27 目 录一、 确定传动方案 7二、 选择电动机 7一、 选择电动机 7二、 计算传动装置的总传动比并分配各级传动比 9三、 计算传动装置的运动参数和动力参数 9三、 传动零件的设计计算 10（1） 普通V带传动 10（2） 圆柱齿轮设计 12四、 低速轴的结构设计 14（1） 轴的结构设计 14（2） 确定各轴段的尺寸 15（3） 确定联轴器的尺寸 16（4） 按扭转和弯曲组合进行强度校核 16五、 高速轴的结构设计 18六、 键的选择及强度校核 19七、 选择校核联轴器及计算轴承的寿命20八、 选择轴承润滑与密封方式 22九、 箱体及附件的设计 22（1） 箱体的选择 23（2） 选择轴承端盖 24（3） 确定检查孔与孔盖 24（4） 通气孔24（5） 油标装置 24（6） 螺塞 24（7） 定位销 24（8） 起吊装置 25（9） 设计小结 26十、参考文献 27前 言 设计目的:机械设计课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课。课程设计则是机械设计课程的实践性教学环节，同时也是高等工科院校大多数专业学生第一次全面的设计能力训练，其目的是：一、课程设计目的（1） 通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的的理论与实际知识去分析和解决机械设计问题的能力。（2） 学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。（3） 通过制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件的工作能力，确定尺寸及掌握机械零件，以较全面的考虑制造工艺，使用和维护要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件，机械传动装置或简单机械的设计过程和方法。（4） 学习进行机械设计基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册、运用标准和规定。二、课程设计内容课程设计的内容主要包括：分析传动装置的总体方案；选择电动机；运动和动力参数计算；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。课程设计中要求完成以下任务：1减速器装配图1张(A1图纸)；2减速器零件图2张(A3图纸)；3设计计算说明书1份。三、基本要求1能从机器功能要求出发，分析设计方案，合理地选择电动机、传动机构和零件。2能按机器的工作状况分析和计算作用在零件上的载荷，合理选择零件材料，正确计算零件工作能力和确定零件主要参数及尺寸。3能考虑制造工艺、安装与调整、使用与维护、经济性和安全性等问题，对零件进行结构设计。4. 绘图表达设计结果，图样符合国家制图标准，尺寸及公差标注完整、正确，技术要求合理、全面。5. 在客观条件允许的情况下，初步掌握使用计算机进行设计计算和使用计算机绘制装配图、零件图的方法。四、进度安排时 间设 计 内 容第15周（2014.12.08-2014.12.12）第一天电动机的选择、运动和动力参数计算第二天带传动的设计计算、齿轮传动的设计计算第三天齿轮传动的设计计算、箱体的结构设计第四天轴的设计计算、减速器装配草图设计、普通平键的选择与校核、联轴器的选择与校核、滚动轴承选择和寿命计算第五天减速器装配图设计、润滑材料、润滑方式和密封型式的选择第16周（2014.12.15-2014.12.19）第一天齿轮、轴零件图设计第二天第三天编写课程设计计算说明书第四天整理设计资料，准备答辩第五天答 辩机械设计基础课程设计原始资料一、 设计题目 散料自动送料线带式输送机传动装置设计二、 运动简图三、 工作条件散料自动送料线带式输送机传动装置单向传送，载荷平稳，空载起动，两班制工作，使用期限10年（每年按300天计算），运输带容许速度误差为5%。四、 设计工作量1、 设计计算说明书1份2、 减速器装配图1张3、 零件图2张五、 原始数据原始数据题 号12345678910运输带拉力F(N)3000280027002600260025002750310030002900运输带速度V(m/s)1.82.22.42.52.62.72.52.12.32.4滚筒直径D(mm)300330340350360380380300360320六、 设计计算说明书内容1、目录(标题及页次) 2、设计任务书3、运动简图和原始数据 4、电动机选择5、主要参数计算 6、V带传动的设计计算7、圆柱齿轮传动的设计计算 8、机座结构尺寸计算9、轴的设计计算 10、键、联轴器等的选择与校核11、滚动轴承的选择与校核 12、减速器润滑方法及润滑材料13、齿轮、轴承配合的选择14、设计小结(主要说明课程设计的初步体会并对设计优缺点进行分析)15、参考文献(编号，著者，书名，出版社以及出版年月)七、 设计要求1、各设计阶段完成后，需经指导教师审阅同意后方能进行下阶段的设计；2、在指定的教室内进行设计。 机电基础教学部 一.确定传动方案 工作条件：使用年限10年(300天/年)，工作为两班工作制，载荷平稳，空载启动，环境清洁，运输带容许速度误差为5%。 原始数据：输送带速度V=2.1m/s；运输带拉力F=3100N；滚筒直径D=300mm； 机械传动装置一般由原动机、传动装置、工作机和机架四部分组成。单机圆柱齿轮减速器由带轮和齿轮传动组成，根据各种传动的特点，带传动安排在高速级，齿轮传动放在低速级。 二、电动机选择 1、电动机类型的选择： 如无特殊需要，一般选用Y系列三相交流异步电动机，卧式封闭。2、电动机功率选择：（1）计算滚筒工作转速：=100060V/3.14D=6010002.1/3.14300=133.76r/min（2） 传动装置的总效率：带传动的效率0.96齿轮传动效率0.97 深沟球轴承的效率 0.99 弹性联轴器效率 0.993总=带2轴承齿轮联轴器=0.960.970.990.990.993=0.90 ( 3 )电机所需的工作功率： 工作机所需的功率Pw（kW）按下式计算 = =3100*2.1/1000/0.96=6.78KW 电动机所需功率按下式计算 =6.78/0.90kw=7.53kw确定电动机额定功率Pm（kW） 由于电动机所需功率大于7.5kW，查表12-1，取Pm=11(kW)3、 确定电动机转速：工作机卷筒轴的转速nw为= 取V带传动的传动比 i带=24 一级齿轮减速器i齿轮=35 传动装置的总传动比i总=620 故电动机的转速可取范围为 nm=inw=（620）x114.65=802.55r/min2675.12r/min4、确定电动机型号选择同步转速为1500r/m的Y系列电动机Y160M-4其中nm=1460r/min电动机的参数见表A-1 型号额定功率/kW满载转速/rmin-1额定转矩最大转矩1114602.22.3三计算传动装置的运动参数和动力参数1.传动装置的总传动比和分配各级传动比为了符合各种传动形式的工作特点和结构紧凑，必须是各级传动比都在各自的合理范围内，且使各自传动件尺寸协调合理匀称，传动装置总体尺寸紧凑，重量最小，齿轮侵油深度合理。本传动装置有带轮和齿轮传动组成，因i总= i带i齿轮，合理分配，取齿轮传动比i齿轮=3.84，则带传动的传动比为 /=10.9/3.84=2.84故总传动比 i总=1460/133.76=10.9带轮传动比 齿轮传动比 2.传动装置的各轴转速，功率及转速1) 各轴转速轴 n=(1460r/min)/2.84=514r/min轴 n=(514r/min)/3.84=133.87r/min滚筒轴n滚筒 =n=133.87r/min2）各轴功率轴P=0=带=7.53kW0.96=7.2288kW轴P=齿轮轴承=7.53kW0.990.97=6.942kW滚筒轴P滚筒= P滚= P轴承联轴器=6.942kW0.9930.97=6.81kW3)各轴转速 电动机轴 Nmm=49250Nmm I轴 1 Nmm=47280 Nmm 轴 T=Ti=T1i齿轮齿轮轴承=47280*2.84*0.97*0.99Nmm=128900Nmm 滚筒轴 T滚筒 = Ti滚筒滚筒= T轴承联轴器=128900*3.84*0.97 Nmm=480000Nmm参数见下表：参数 轴号电动机轴轴轴滚筒轴转速n/rmin-11460514.0133.87133.87功率P/kW7.537.22886.9426.81转矩T/Nmm492504728012890048000 传动比i2.843.841效率0.960.970.9933 传动零件的设计计算1.V带设计 本题目高速级采用普通V带传动，应根据已知的减速器参数确定带的型号、根数和长度，确定带的传动中心距，初拉力及张紧装置，确定大小带轮的直径、材料、结构尺寸等内容。 带传动的参数见表：项目P0/kWnm/ rmin-1i0参数7.228814602.84 1） 计算功率 根据工作条件，查教材10-7取KA=1.2 Pc= KA P。=1.2*7.2288kW =8.67kW2） 选择V类型 由nm=1460 rmin-1、PC=8.67Kw，查教材图10-8，确定为B型带3） 确定V带基准直径 由表10-8选带轮基准直径 小带轮dd1=125mm、 大带轮dd2=n/n* dd1=125*2.84=355mm 按表10-8将dd2取标准为355mm，则实际从动轮转速： n=n* dd1 /dd2=1460*125/355 r/min=514.08 r/min4）验算带速V 转速误差：(514.08-514)/514*100%=0.0165%允许 由式10-14得=dd1 n/（60*1000）=3.14*125*1460/（60*1000）m/s= 9.55m/s 带速在525m/s范围内，合适5)初定中心距a0 由式10-15 0.7（dd1+ dd2） = a0 =2（dd1+ dd2） 336mm=120合适。9) 确定带的根数 查表10-4，用插值法求得单根V带的基本额定功率P0=2.199kW， (按B型带和dd1查得n1=1450r/min与n1=1600r/min时，P0的值分别为2.19、2.33) 查表10-5，得增量功率P0=0.46kW 查表10-6，用插值法求得包角系数K=0.956 查表10-2，带长修正系数kL=1 由式10-19得 ZPC/(P。+P。)KL*K =8.67/(2.199+0.46)*0.956*1 =3.41 Z取4。10） 计算初拉力 F。=500PC/zv*2.5/K-1+qv =500*8.67/3*9.552.5/0.956-1+0.19*9.55 =556.4N11） 作用在轴上的力 由式10-21得FQ=2ZF。Sin/2=2*4*556.4*Sin81 =4396.45N2. 齿轮设计 已知齿轮传动的系数：项目P/kWn/ rmin-1i齿轮参数6.9425143.841）选择齿轮材料 减速器是闭式传动，可以采用齿面硬度350HBS的软齿面钢制齿轮。该齿轮传动无特殊要求，故可采用普通齿轮材料，根据表12-6，并考虑小齿轮的齿面硬度大于大齿轮的齿面硬度3050HBS的要求，选小齿轮的材料45钢,调质处理，齿面硬度230HBS，大齿轮的材料45钢，正火处理，齿面硬度190HBS；两齿面硬度相差40HBS,选用8级精度.2）按齿面接触疲劳强度条件计算小齿轮直径d1A 试选载荷系数=1.1B 由表12-7选取齿宽系数=1.0C 由表12-6查得材料的弹性影响系数= D u=i=3.84,外啮合时设计公式中的“正负”号取“正”号3） 齿轮的主要参数和计算几何尺寸 =128981Nmm。 =480 + 0.93（HBS1 -135）=480+0.93(230-135)=568.4（Mpa） =480 + 0.93（HBS2 -135）=480+0.93(190-135)=531.2（Mpa） 查表12-21= 568.4 Mpa ，=531.2Mpa 查表12-11 安全系数 =1.0 由式12-25计算得=568.4 Mpa ，=531.2 Mpa 使用较小的=531.2 Mpa 按公式12-24计算小齿轮直径：= =65.8mm4） 校核轮齿弯曲疲劳强度 1.)确定齿轮齿数：取小齿轮Z1=28，则大齿轮Z2= Z1i=283.84=108 2.）确定齿轮模数：m=d1/ Z1=2.35mm查表10-1取标准m=3mm 3.）计算齿轮传动中心距：a=m（z+z）/2=3*136/2=204mm 4.）计算齿轮的几何参数： d1=m*z1=3*28=84mm,d2=m*z=3*108=324mm; df1=d12hf=84-2*3.75=76.5mmdf2=d2-2hf=324-2*3.75=316.5mm； da1=d1+2ha=84+2*3=90mm，da2=d2+2ha=324+2*3=330mm； 齿宽：b=b*d=66mm,小齿轮齿宽b1=75mm,大齿轮齿宽b2=66mm 5.）查表12-12，查取Yf1=2.55,Ys1=1.61。Yf2=2.1736,Ys2=1.7964 查12-22得 &flim1= 190 +0.2(HBS1-135)=190 +0.2(230-135) &lim2= 190 +0.2(HBS-135）=190 +0.2(190-135) 得&flim1=209Mpa,&lim2=201Mpa; 查表12-7弯曲强度的最小安全系数取SFmin=1.0 由式12-28计算得【&F1】=209MPa，&f2=201Mpa 按式12-26验算齿根弯曲疲劳强度 &F1=2KT1/bd1m*YF1*YS1=134.86Mpa&F1 &F2=2KT1/bd2m*YF2*YS2=128.3Mpa&f2 经验算，齿轮弯曲强度满足要求，故合格 5）选择精度等级 V=3.14*d*n/60*1000=2.259m/s 根据圆周速度V=2.259m/s 查表12-7可取齿轮传动为8级精度 4、 低速轴的结构设计项目P/kWn/ rmin-1参数6.942133.87 （1）轴的结构设计1） 轴上零件的布置： 对于单级减速器，低速轴上安装一个齿轮，一个联轴器，齿轮安装在箱体的 中间位置;两个轴承安装在箱体的轴承座孔内，相对于齿轮对称布置；联轴器 安装在箱体的外面一侧。为保证齿轮轴向位置，还应在齿轮和轴承之间设计 成轴肩，外面安装一个挡油环。2） 零件的装拆顺序 轴上的主要零件是齿轮，齿轮的安装可以从左侧装拆，也可以从右侧装拆。 本题目从方便加工的角度选轴上的零件从轴的右端装拆，之论，挡油环，轴 承，轴承盖，联轴器依次从轴的左端装入3） 轴的结构设计 为便于轴上零件的安装，把轴设计为阶梯轴，后段轴的直径大于前端轴的直 径，低速轴的具体设计如下 轴段安装联轴器，用键周向固定 轴段高于轴段形成轴肩，用来定位联轴器 轴段高于轴段，方便安装轴承 轴段高于轴段，方便安装齿轮 齿轮在轴段上用键周向固定 轴段处装挡油环，用来定位齿轮及润滑 轴段直径应该和轴段直径相同，以使左右两端轴承型号一致。 （2）确定各轴段的尺寸 1）各轴段的直径 因本减速器为一般常规用减速器，轴的材料无特殊要求，故选择45钢，正火 处理。 查教材知 45钢的A=118107取A=110 带入设计公式 110=41.01mm 考虑到该轴段上有一个键槽，故应将轴径增大5% d=41.01（1+0.05）=43.09mm 查附录F，按联轴器标准直径系列取d1=45mm 轴段1的直径确定为d1=45mm 轴段2的直径d2应在d1的基础上加上两倍的定位轴肩高。这里取定位轴肩高 h12=0.07*d1mm,即d=d（1+2*0.07）51.3mm，取d2=53mm 轴段3的直径d3应在d2的基础上增加两倍的非定位轴肩高，但因该轴段要安 装滚动轴承，故其取直径要与滚动轴承内径相符合。这里去d3=d7=55mm 轴段4上安装齿轮，为安装齿轮的方便，取h34=5mm，取d4=60mm 预选该轴段用6011深沟球轴承 2）各轴段的长度计算 A. 轴段L4与齿轮宽度有关L4略小于齿轮轮廓的宽度L齿轮-L4=23mm，L=82mm， 轴段3的长度包括三部分，再加上L4小于齿轮轮廓的数值（L齿轮-L4） =(67.79-65.79)mm=2mm），即。B为滚动轴承的宽度，查 附录B可知6011轴承的B=18mm；2为齿轮端面至箱体内壁的距离，查表 通常取2=510mm；3为滚动轴承内端面至减速器内壁的距离，轴承的润 滑方式不同3的取值不同，这里选择润滑方式为油润滑，查表5-2，可取 3=10 15mm，在此取 2=10mm3=10mm ，=44mmB.轴段2的长度包括三部分：，其中部分为联轴器的内端面至 轴承端盖的距离，查表5-2，通常取=1520mm。e为轴承端盖的厚度，查 表6-1（6011轴承D=90mm，d3=8mm），；m部分为轴 承盖的止口端面至轴承座孔边缘距离，此距离应按轴承盖的结构形式、密封形 式及轴承座孔的尺寸来确定，要先确定轴承座孔的宽度，轴承座孔的宽度减去 轴承宽度和轴承距箱体内壁的距离就是这一部分的尺寸。轴承座孔的宽度 ，为下箱座壁厚，应查表5-3，这里取=8mm；c1、 c2为轴承座旁连接螺栓到箱体外壁及箱边的尺寸，应根据轴承座旁连接螺栓的 直径查表11-2这里取轴承座旁连接螺栓M=16mm，查表11-2：c1=22mm、 c2=20mm为加工轴承座孔端面方便，轴承座孔的端面应高于箱体的外表面，一 般可取者的差值为510mm；故最终的,则 L=55mm。（3）确定联轴器的型号轴段1安装联轴器，其长度L1与联轴器的长度有关，因此先选择联轴器的 型号和类型，才能确定L1的长度。为了补偿和安装等的误差及两轴线的偏差，优先考虑弹性套柱销联轴器，根据安装联轴器轴段的直径，查附录F选联轴器的型号为LX3，联轴器安装长度L=84mm，考虑到联轴器的链接和固定的需要，因此取L1=82mm。低速轴轴承的支点之间的距离为 L=130mm。(4) 按扭转和弯曲组合进行强度效核1）计算轴上的作用力 T=495227.46N.mm齿轮分度圆直径为齿轮的圆周力:F=2T/d=2*495227.46/324=3057Nmm 齿轮的径向力:Fr=Ft*tan20=1112.6Nmm2）计算支反力及弯矩（1) 计算垂直平面内的支反力及弯矩a、 求支反力：对称分布，只受一个力，故 Fav=Fbv=Fr/2=1528.5Nmmb、求垂直平面的弯矩截面：99352.5Nmm截面：（2） 计算水平平面内的支反力及弯矩a、 求支反力：对称分布，只受一个力，故b、求水平平面的弯矩截面： M1H=556.365=36159.5Nmm截面：M2H=556.365=36159.5Nmm（3） 求各截面的合成弯矩截面截面（4） 计算转矩 T=495227.46Nmm（5） 确定危险截面及校核其强度按弯矩组合计算时，转矩按脉动循环变化考虑，取。按两个危险截面校核：截面的应力截面的应力查教材表知。、都小于，故轴的强度满足要求。5、 高速轴的结构设计 高速轴的设计主要是设计各轴段的直径，为设计俯视图做准备。有些轴段的长度可以根据轴上的零件来确定；有些轴段的长度在确定低速轴处的箱体后，取箱体内壁为一直线就可确定。经设计，高速轴可以做成齿轮轴。为使零件定位和固定，高速轴也和低速轴一样设计为五段，各轴段直径尺寸为： 计算弯矩部分和计算低速轴方法一样 校核轴的强度： 查表得 N/mm,材料的许用应力即 N/mm,轴的计算应 力为：根据计算画出轴的合成弯矩图，扭矩图草图如图所示：（注：轴的受力图、弯矩图和扭矩图是为了直观说明问题的关键所在，故只示意表示。）6、 键的选择及强度校核 （1） 选择键的尺寸低速轴上在轴段1和4各安装有一个键，按一般使用情况选择采用A型普通平键联接，查教材表6-2选择键的参数，见表A-7 表A-7 轴段1d1=45mm 14970L1=70mm轴段4d2=28mm181156L2=56mm标记为：键：键4970键：键81156（2）校核键的强度轴段1上安装有联轴器，联轴器上安装有铸铁，载荷性质为轻微冲击，查教材表6-3 5060MPa 轴段4上安装齿轮，齿轮的材料为钢，载荷性质为轻微冲击，查教材表6-3 =100120MPa.静连接校核挤压强度：轴段1 略大于许用应力，因相差不大，尺寸可用轴段4 所选键的强度满足要求。七、选择轴承及计算轴承的寿命 ，联轴器选择与校核1） 轴承型号的选择高速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为6008低速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为60112） 轴承的寿命计算（1）正常使用情况，查教材表14-5和14-7得：、，转速为133.76r/min,查附录B：轴承6011的基本额定动载荷C=30200N,因齿轮相对于轴承对称布置，轴承的受力一样，可知算一处，计算A处，当量动载荷P=1124N代入公式（2）同理正常使用情况，查教材表14-5和14-7得：、查附录B：轴承6008的基本额定动载荷，代入公式从计算结果看，高速轴轴承使用时间较短。按最短时间算，如按每天两班制工作，每年按300天机算，约使用四年，这只是理论计算，实际情况比较复杂，应根据使用情况，注意检查，发现破损及时更换。低速轴轴承因转速太低，使用时间较长，实际应用中会有多种因素影响，要注意观察，发现破损及时更换。2. 联轴器的选择与校核在单级减速器中，低速轴的外端安装联轴器，为了补偿轴段偏差，选用弹性柱销联轴器，查1(P103)表8-7选用了型号为LX3的联轴器。联轴器的校核： (1)转矩 查2(P342)表17-1得，K=1.5 （Nm） (2)轴径不超过联轴器的孔径范围 轴径d=45mm，在40mm48mm的范围内，故符合要求(3)转速校核 联轴器转速n=133.76r/min =4700r/min,故符合要求八、选择轴承润滑与密封方式 1）选择轴承润滑轴承的润滑方式取决于侵油齿轮的圆周速度，=d1 n/（60*1000）=3.14*125*1460/（60*1000）m/s= 9.55m/s应选择脂润滑，并设置挡油环。2） 密封方式输入轴和输出轴得外伸处，为防止润滑脂外漏及外界的灰尘等造成轴承的磨损或腐蚀，要求设置密封装置。因轴的表面圆周速度小于35m/s，所以采用毛毡圈油封，即在轴承盖上开出梯形槽，将毛毡按标准制成环形，放置在梯形槽中以与轴密合接触；或在轴承盖上开缺口放置毡圈油封，然后用另一个零件压在毡圈油封上，以调整毛毡密封效果，它的结构简单，价格低廉。 齿轮采用油池润滑；在伸出与轴承端盖之间采用毡圈密封。九、箱体及附件的设计 一般使用情况下，为制造和加工方便，采用铸造箱体，材料为铸铁。箱体结构采用剖分式，剖分面选择在轴线所在的水平面上箱体中心高度取H=210箱体厚度选用凸缘式轴承盖，根据轴承型号设计轴承盖的尺寸：高速轴：D=70mm,d3=8mm,D0=90mm,D2=110mm低速轴：D=90mm,d3=8mm,D0=110mm,D2=130mm根据减速器中心距a=204mm查表5-14得检查孔尺寸：L=120mm,b=70mm通常用HT200 灰铸铁铸造而成，圆柱齿轮传动的中心距a204mm。1箱座壁厚，取8mm2箱盖壁厚 ，取8mm3箱座凸缘厚度4箱盖凸缘厚度5箱座底凸缘厚度6地底螺钉直径，取M207地底螺钉数目8轴承旁联接螺栓直径 ，取M169箱盖与箱座联接螺栓直径 取M1010联接螺栓的间距 12窥视孔盖螺钉直径,取M613定位销直径14，至外箱壁距离15轴承旁凸台半径16凸台高度 17箱体外壁至轴承座端面距离19大齿轮齿顶圆与内箱壁距离 20齿轮端面与内箱壁距离21箱盖，箱座筋厚22轴承旁联接螺栓距离 1.窥视孔盖和窥视孔由于减速器属于中小型，查表可确定其尺寸如下检查孔尺寸（mm）检查孔盖尺寸（mm）bLb1L1b2L2R盖厚孔数n6812090120751055442 放油螺塞=dD0LhbDSed1HM181.52527153282124.215.823 油标为了确定油度位置，采用隔离